JPH08148702A

JPH08148702A - 赤外線検知器

Info

Publication number: JPH08148702A
Application number: JP6309741A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Noguchi; 敏博野口; Nobuo Kobayashi; 伸夫小林; Yukitoshi Tamura; 幸稔田村; Toshie Matsuzaki; 敏栄松崎
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1994-11-18
Filing date: 1994-11-18
Publication date: 1996-06-07
Also published as: IL116048A; WO1996016441A1; KR100228444B1; US5742052A; EP0740851A1; CN1138919A; KR970700938A; IL116048A0

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】赤外線検知素子と回路基板との結線をする必要
がなく、かつ、赤外線検知素子の支持台への伝導による
熱損失が少ない赤外線検知器を提供する。【構成】熱変形温度が１００℃以上で、引張弾性率が１
００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の熱硬化性樹脂または熱可塑性
樹脂をマトリックスとして炭素繊維を分散させてなる複
合材料で支持台２５が設けられ、回路基板１１のスルー
ホールの内面が導電処理され、かつ、支持台と回路基板
とが一体成形されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非接触で温度計測を行
う放射温度計や人体から放射される赤外線を捉えて人の
存在を報知する侵入警報器などに使用される熱型赤外線
検知器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、赤外線検知器は、量子型と熱型
との２種に分類される。量子型赤外線検知器は、赤外線
検知素子の光起電力効果、光導電効果により赤外線照射
で直接電荷の発生が起こることを利用し、熱型赤外線検
知器は、赤外線吸収により赤外線検知素子の温度が上昇
しその温度変化により生ずる、例えば、分極の変化（焦
電型検知器）、抵抗の変化（ボロメータ）、起電力の発
生（サーモパイル）などを利用する。従って、熱型赤外
線検知器は、入射赤外線が有効に熱に変換され、かつ、
素子の大きな温度変化が生じることが必要となる。図８
は、赤外線検知素子に入射した赤外線が持ち込む熱の移
動を説明する図である。赤外線検知素子１に入射した赤
外線は、一部はその表面で反射する。残りの一部は、該
素子１内に吸収され、他の一部は、該素子１を透過して
外部に出る。これらのうち、有効に熱に変換され、か
つ、該素子１の大きな温度変化に寄与するのは、該素子
１に吸収された赤外線である。また、上記赤外線検知素
子１に吸収された赤外線の熱エネルギーは、該素子１の
温度上昇だけでなく、該素子１表面からの放射、対流お
よび該素子１の支持台２０への伝導によって消費され
る。

【０００３】これらのことから、高感度の熱型赤外線検
知器を得るためには、赤外線吸収効率を高めると共に、
上記赤外線検知素子からの放射、対流および該素子の支
持台への伝導といった熱損失を少なくすることが必要で
ある。これら３種の熱損失のうち通常最も大きいのが、
赤外線検知素子の支持台への伝導による熱損失である。
この伝導による熱損失を防止するために、従来次の４種
の方式が知られている。即ち、（１）図９は、第１の方式を示す図であり、赤外線検知
素子１の支持台２１として、発生する電気信号を取り出
すリード線を兼ねる金属ワイヤを使用している。この方
式は、上記伝導による熱損失が最も少なくなる一方、衝
撃に弱く生産性も悪い。（２）図１０は、第２の方式を示す図であり、赤外線検
知素子１の支持台２２として、上記第１の方式における
金属ワイヤの代わりに金属ピンを使用している。この方
式では、上記金属ピンに通常ＴＯ−５などの検知器パッ
ケージのインナーピン（直径約０．５ｍｍ）を利用する
ことが多く、これは熱容量が大きいので熱損失が大きく
なり、検知器の感度低下が無視できない。そこで、この
方式を実際に採用する際には、受光電極に比べかなり余
裕をみた面積を持つ赤外線検知素子１を設け、赤外線に
より温度上昇が起こる受光電極部分を電気信号を取り出
す上記金属ピンから遠ざける設計を行う必要がある。こ
のため、赤外線検知素子１の材料コストが大きく、また
該素子１の破損の恐れも高い。

【０００４】（３）図１１は、第３の方式を示す図であ
り、赤外線検知素子１の支持台２３として、直方体の絶
縁体であるセラミックス、ガラス、樹脂などの材料を使
用する。この場合、赤外線検知素子１からの信号の取り
出しは、金の細線３で該素子１と回路基板４とを結線す
るか、導電性接着剤を該基板４上の回路導体まで塗布す
るかして行われる。この方式は、赤外線検知器が堅牢で
量産性に富み、最も普通に行われる。しかし、金の細線
３で結線する方式は、この結線工程の自動化が難しい上
に、結線部分からの熱損失により検知器の感度が低下す
る。また、導電性接着剤を塗布する方法では、赤外線検
知素子における導電性接着剤の熱容量が大きく、検知器
の感度が低下する。赤外線検知素子１の支持台２３とし
て、直方体の金属材料を使用するのは、赤外線検知素子
１と回路基板４との回路を組む上記問題はなくなるが、
該赤外線検知素子１における熱損失の防止に逆行する。（４）図１２は、第４の方式を示す図であり、赤外線検
知素子１の支持台を設けず、該素子１を上面に載せ、ス
ルーホール５または窪みを設けて断熱スペースを形成し
た回路基板４に直接設置する。この場合も、赤外線検知
素子１からの信号の取り出しは、上記（３）と同様に行
われる。また、該素子１と接触する該基板４上に導体を
厚膜印刷して直接リードとすることもある。この方法
は、上記（３）と同様、赤外線検知器が堅牢で量産性に
富み、最も普通に行われる。しかし、該基板４の表面に
信号処理回路を配設するので、上記断熱スペースの開口
面積を大きく取れないことが多く断熱効果が十分でな
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
方法のうち、堅牢で量産性に富む赤外線検知器を製造す
る（３）の方法に着目し、赤外線検知素子と回路基板と
の結線の問題および赤外線検知素子における熱損失の問
題を解消し、赤外線検知素子と回路基板との結線をする
必要がなく、かつ、赤外線検知素子の支持台への伝導に
よる熱損失が可及的に少ない赤外線検知器を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するものであり、その第１のもの（以下、第１発明とい
う。他の、その第２〜５のものについても同様に、夫々
第２〜５発明という）は、赤外線検知素子と該赤外線検
知素子の支持台と該赤外線検知素子が発生する電気信号
を受ける回路基板とからなる赤外線検知器（以下、従来
の赤外線検知器という）において、熱変形温度が１００
℃以上で、引張弾性率が１００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の熱
硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をマトリックスとして１
０〜４０重量％の炭素繊維を分散させてなる複合材料で
該支持台を設けたことを特徴とする赤外線検知器であ
る。次に、第２発明は、従来の赤外線検知器において、
熱変形温度が１００℃以上で、引張弾性率が１００ｋｇ
ｆ／ｍｍ² 以上の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をマ
トリックスとして１０〜４０重量％の炭素繊維を分散さ
せてなる複合材料で支持台が設けられ、回路基板のスル
ーホールの内面が導電処理され、かつ、該支持台と該回
路基板とが一体成形されていることを特徴とする赤外線
検知器である。

【０００７】また、第３発明は、従来の赤外線検知器に
おいて、熱変形温度が１００℃以上で、引張弾性率が１
００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の熱硬化性樹脂または熱可塑性
樹脂をマトリックスとして５〜２０重量％の金属繊維を
分散させてなる複合材料で支持台を設けたことを特徴と
する赤外線検知器である。さらに、第４発明は、従来の
赤外線検知器において、支持台と回路基板とが導電接着
剤で接続されており、そして、（１）熱変形温度が１０
０℃以上、（２）引張弾性率が１００ｋｇｆ／ｍｍ² 以
上、かつ、（３）熱伝導率が２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下であ
るセラミックス、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の表
面に厚さが０．１〜１μｍの金属被膜を形成してなる材
料で該支持台を設けたことを特徴とする赤外線検知器で
ある。そして、第５発明は、従来の赤外線検知器におい
て、支持台と回路基板とが半田付けで接続されており、
そして、（１）熱変形温度が１００℃以上、（２）引張
弾性率が１００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、かつ、（３）熱伝
導率が２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下であるセラミックス、熱硬
化性樹脂または熱可塑性樹脂の表面に厚さが１〜１０μ
ｍの金属被膜を形成してなる材料で該支持台を設けたこ
とを特徴とする赤外線検知器である。

【０００８】

【作用】まず、第１発明について説明する。第１発明
は、従来の赤外線検知器において、熱変形温度が１００
℃以上で、引張弾性率が１００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の熱
硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をマトリックスとする複
合材料で支持台を設ける。ここで、熱変形温度とは、Ｊ
ＩＳＫ７２０６の規定によって測定した温度を意味す
る。この熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹
脂、アミノ（ユリア）樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリ
エステル、エポキシ樹脂などを挙げることができ、また
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリ
スチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリアミ
ド（ナイロン）、ポリカーボネート、ポリフェニレンエ
ーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレー
ト、ポリブチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリ
エーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポ
リフェニレンスルフィド、ポリオキシベンゾイル、ポリ
エーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、液晶ポ
リエステル、ポリフェニレンオキシド樹脂などを挙げる
ことができる。熱変形温度が１００℃未満の樹脂を使用
した支持台では、赤外線検知素子と支持台との電気的接
続を行うセンサ組み立て工程での温度上昇に耐えること
ができない。また、引張弾性率が１００ｋｇｆ／ｍｍ²
未満の樹脂を使用した支持台では、赤外線検知素子を堅
牢に支持することができず、特に検知器に衝撃が加わる
と、該素子に捩じり力を与えて該素子を破壊することが
ある。

【０００９】第１発明において、支持台の材料である、
熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をマトリックスとする
複合材料は、１０〜４０重量％の炭素繊維を分散させて
なる。炭素繊維を分散させることにより、この複合材料
の比抵抗値を、赤外線検知素子と回路基板との結線をす
ることなく該赤外線検知素子が発生する微小な信号電流
を受けるのに十分な１０³ Ω・ｃｍ以下にし、かつ、熱
伝導率を、赤外線検知素子の支持台への伝導による熱損
失を極めて少なくするのに十分な２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下
にすることができる。上記複合材料の比抵抗値をより減
少させたり、上記マトリックスとの濡れ性を増大させる
などのために、炭素繊維の表面にニッケルなどの金属め
っき被覆を施してもよい。この炭素繊維の分散量が１０
重量％未満では、上記複合材料の比抵抗値が１０³ Ω・
ｃｍを超え易くなり、一方、４０重量％を超えると、該
材料の熱伝導率が２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1を超え易くなるとと
もに、射出成形、注型、押し出し成形などの工業的成形
手段による成形性が低下し易くなる。従って、上記複合
材料の比抵抗値を１０³ Ω・ｃｍ以下にし、かつ、熱伝
導率を２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下にするために、炭素繊維の
分散量は、１０〜４０重量％とする必要がある。

【００１０】次に、第２発明について説明する。第２発
明は、第１発明と同様、従来の赤外線検知器において、
熱変形温度が１００℃以上で、引張弾性率が１００ｋｇ
ｆ／ｍｍ² 以上の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をマ
トリックスとする複合材料で支持台を設ける。熱変形温
度が１００℃未満の樹脂を使用した支持台では、第１発
明の説明で述べたようにセンサ組み立て工程での温度上
昇に耐えることができないだけでなく、後記する支持台
と回路基板との一体成形体を作製することができない。
第２発明における炭素繊維およびその分散量について
は、第１発明の説明で述べたのと同様である。マトリッ
クス中に分散させるものとして、炭素繊維以外の、金属
繊維、金属フレークなどは、後記一体成形の際、これら
フィラーが回路基板表面に引っかかったり回路基板のス
ルーホール（直径１ｍｍ以下、多くは０．５ｍｍ程度）
に絡まったりして、被成形物を円滑に該スルーホール中
に流入させ充填することが困難である。この点、炭素繊
維は、潤滑性、弾性に富む上、繊維同士が絡まっても圧
入時の圧で剪断する程度の強度をもっているので、被成
形物を円滑に該スルーホール中に流入させ該スルーホー
ルを隙間なく被成形物で充填することができる。

【００１１】さらに、第２発明において、赤外線検知素
子の支持台と回路基板とが一体成形されている。この一
体成形は、支持台材料である上記複合材料を回路基板に
形成されたスルーホールに充填し固化させるもので、こ
の成形の際、該支持台の材料と該回路基板との電気的接
続を確実にするため、該スルーホールの内面が導電性厚
膜やメッキなどにより導電処理された回路基板を使用す
る。この成形は、インサート成形に類似するが、インサ
ート成形とは上記複合材料が成形体全体の一部しか占め
ない点が相違する。具体的には、圧縮成形法、トランス
ファー成形法、射出成形法などを適宜採用することがで
きる。回路基板は、生産性を上げるため、一枚の大型基
板に通常数十個、個々Ｖ状のカットで区切りまとめて形
成され、上記一体成形後、部品実装まで終了した段階で
分割される。回路基板の材料は、通常使用されているガ
ラス繊維入りエポキシ樹脂などが挙げられるが、耐熱性
の点でセラミックが好ましく、熱伝導性がよくて被成形
物の樹脂まわりをよくするのでアルミナがより好まし
い。このように一体成形することによって、支持台の作
製工程および支持台と回路基板との組み立て工程を一工
程ですませることができる。

【００１２】また、第３発明について説明する。第３発
明は、第１発明において、マトリックスである熱硬化性
樹脂または熱可塑性樹脂に１０〜４０重量％の炭素繊維
を分散させる代わりに、５〜２０重量％の金属繊維を分
散させる。この分散量の下限を５重量％とし、上限を２
０重量％とした理由は、夫々前記第１発明において炭素
繊維の分散量の夫々下限、上限を限定した理由と同様で
ある。また、金属繊維の表面酸化を防いだり、上記マト
リックスとの濡れ性を増大させるなどのために、金属繊
維の表面に金、錫、半田、インジウムなどのメッキ被覆
を施してもよい。

【００１３】さらに、第４発明について説明する。第４
発明は、従来の赤外線検知器において、（１）熱変形温
度が１００℃以上、（２）引張弾性率が１００ｋｇｆ／
ｍｍ² 以上、かつ、（３）熱伝導率が２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1
以下であるセラミックス、熱硬化性樹脂または熱可塑性
樹脂の表面に金属被膜を形成してなる材料で該支持台を
設ける。上記特性（１）および（２）については、第１
発明の説明で述べたのと同様である。さらに、上記特性
（３）について熱伝導率が２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1を超える
と、赤外線検知素子の支持台への伝導による熱損失が増
大する。支持台の材料に使用するセラミックスは、通常
のものが上記特性（１）および（２）を満足する。しか
し、その極く一部、例えば、アルミナなどは、上記特性
（３）を満足しない。このセラミックスには、ガラス類
も含まれる。上記支持台の材料に使用する熱硬化性樹脂
および熱可塑性樹脂は、通常のものが上記特性（３）を
満足する。そして、上記特性（１）および（２）を満足
するものは、第１発明の説明において挙げたものと同様
である。

【００１４】上記特性を有するセラミックス、熱硬化性
樹脂または熱可塑性樹脂の表面に金属被膜を形成してな
る材料で上記支持台を設ける。この表面に金属被膜を形
成することにより、回路基板は、赤外線検知素子と該回
路基板との結線をすることなく、該赤外線検知素子が発
生する微小な信号電流（例えば、焦電型赤外線検知素子
の場合、１０^-12 Ａ以下）を該金属被膜を通して十分受
けることができる。この金属被膜の金属としては、電子
回路で一般に使用されるもの、例えば、銅、金、銀、
錫、ニッケル、半田などでよく、特に限定はされない。
第４発明において、赤外線検知素子の支持台と回路基板
とが導電接着剤で接続されており、上記金属被膜の厚さ
は０．１〜１μｍとする必要がある。０．１μｍ未満で
は、上記導電被膜としての作用が稀薄になり、１μｍを
超えると、この被膜のために上記支持台材料の熱伝導率
が増大して得られる検知器の感度が低下すると共に、該
被膜の下地材である上記セラミックス、熱硬化性樹脂ま
たは熱可塑性樹脂に対する密着性が低下するからであ
る。上記金属被膜を形成するには、例えば、下地材であ
る上記セラミックス、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂
に、必要に応じて形成される金属被膜の密着性をよくす
るため粗し処理を施した後、化学メッキや電解メッキな
どを単独にまたは適宜組み合わせて施す。セラミックス
は、通常特に粗し処理を施すことなく上記被膜を形成す
ればよく、板ガラスの鏡面も、該板ガラスを寸法出しの
ため表面研磨、切断を行うので上記被膜を形成するのに
適度の粗度になる。また、熱硬化性樹脂および熱可塑性
樹脂は、適当な薬剤を用いてエッチングを行うことによ
り適度の粗度とすることができる。

【００１５】そして、第５発明について説明する。第５
発明は、第４発明において支持台と回路基板とが導電接
着剤で接続されている代わりに、半田付けで接続されて
おり、また、第４発明において金属被膜が０．１〜１μ
ｍの厚さで形成されている代わりに、１〜１０μｍの厚
さで形成されている。この厚さが１μｍ未満では、導体
としての半田食われが無視できなくなるとともに、半田
付けの状況が悪化し、１０μｍを超えると、この被膜の
ために上記支持台材料の熱伝導率が増大して得られる検
知器の感度が低下する。

【００１６】

【実施例】第１発明について、実施例１〜９および比較
例１〜５を説明する。［実施例１］図１に正面図を示す赤外線検知器３０を組
み立てた。まず、赤外線検知素子１の支持台２４を作製
した。即ち、複合材料のマトリックスとなる熱硬化性樹
脂であるフェノール樹脂（住友ベークライト社製）に、
長さ２００〜４００μｍ、平均直径８μｍの炭素繊維を
３０重量％添加した混合物を射出成形して、幅１ｍｍ、
長さ２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの成形体を作製した。これ
らの成形体の平均熱伝導率は、レーザーフラッシュ法に
より測定し、０．４Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1であった。次に、赤
外線検知素子１として、図２に平面図を示すように、幅
３．０ｍｍ、長さ４．２ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのチタン
酸ジルコン酸鉛製の磁器板６の表面に、横１．０ｍｍ、
縦２．０ｍｍの電極７を２個１．０ｍｍの間隔をおいて
Ｈ形に蒸着法で形成したものを採用した。なお、この電
極の裏面は、表面に対応してそれより面積をやや大きく
した。この電極配置は、人体の検知を目的としたツイン
構造と呼ばれるものである。図３に回路基板に形成され
た等価回路を示した。回路基板４の等価回路を、高抵抗
（５×１０¹¹Ω）とＦＥＴ（２ＳＫ９４）を半田付けす
ることにより完成し、該回路基板４をＴＯ−５ステム上
に半田付けで固定した。

【００１７】また、上記の支持台２４、素子１および基
板４を次のように組み立てて、５０個の赤外線検知器３
０を作製した。即ち、上記の支持台２４と素子１の電気
的接続、固定および上記の支持台２４と基板４の電気的
接続、固定を、夫々少量の銀エポキシ導電接着剤８（住
友金属鉱山社製、Ｔ−３０３０型）を用いて接着するこ
とにより行った。得られた検知器サンプル３０の感度を
次のようにして測定した。即ち、サンプル３０を、６．
５〜１５μｍの赤外線のみを透過するフィルターを取り
付けたキャップを窒素ガス中でステムに溶接することに
より密封した。次に、２２７℃に設定した黒体炉から出
る赤外線を、１Ｈｚに設定されたチョッパーを通して上
記サンプルに照射した。この際、上記サンプル内のツイ
ン電極の一方を遮光した。なお、照射した赤外線の上記
サンプル位置での入射パワーをパワーメーター（フェロ
テクス社製、ＦＴＳ−８１１０型）で測定したところ、
２．９×１０^-4Ｗ／ｃｍ² であった。上記サンプルから
の出力は、ストレージオシロスコープ（松下電器産業社
製、ＶＴ−５７３０Ａ型）を使用して応答波形のピーク
値を読み取った。その結果、上記サンプル３０の平均感
度は、１３４ｍＶ_p-p であった。

【００１８】［実施例２、３］赤外線検知素子１の支持
台２４を作製する際、複合材料のマトリックスとなる樹
脂として、熱可塑性樹脂である液晶ポリエステル（ポリ
プラスチックス社製、商品名ベクトラ、実施例２）およ
びポリブチレンテレフタレート（ＧＥプラスチックス社
製、商品名バロックス、実施例３）を使用した以外は、
実施例１と同様に試験した。実施例２および３で得られ
た結果は、平均比抵抗が夫々７．５、５．８Ω・ｃｍ、
平均熱伝導率が夫々１．３、１．４Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1およ
び平均感度が夫々１４０、１３５ｍＶ_p-p であった。

【００１９】［比較例１］赤外線検知素子の支持台を作
製する際、複合材料のマトリックスとなる樹脂として、
熱可塑性樹脂であるＡＢＳ樹脂（旭化成工業社製）を使
用した以外は、実施例１と同様に試験した。この結果、
平均感度は１３６ｍＶ_p-p で良好であったが、この検知
器は、熱処理時に支持台の変形を起こしたものが観察さ
れ、安定して使用できないことが分かった。

【００２０】［実施例４〜６、比較例２、３］長さ２０
０〜４００μｍ、平均直径８μｍの炭素繊維を８〜５０
重量％添加した混合物を射出成形した以外は、実施例２
と同様に試験した。比較例３においては、樹脂の成形が
不可能であったので、成形以後の試験を中止した。得ら
れた結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】［実施例７〜９、比較例４、５］長さ２０
０〜４００μｍ、平均直径８μｍの炭素繊維を８〜５０
重量％添加した混合物を射出成形した以外は、実施例３
と同様に試験した。比較例５においては、樹脂の成形が
不可能であったので、成形以後の試験を中止した。得ら
れた結果を表１に示す。実施例１〜９の検知器は、優れ
た平均感度を示したのに対して、比較例２および４の検
知器の平均感度は、非常に低下している。

【００２３】第２発明について、実施例１０〜１５およ
び比較例６〜１１を説明する。［実施例１０］図４に断
面図を示す赤外線検知器４０を組み立てた。まず、図５
の断面図に示すように、後工程の組み立て後に分割でき
るようにＶカット９を形成した大型基板１０（厚さ０．
６２ｍｍ）を使用し、アルミナ製の回路基板１１を９
列、８行の７２個取るようにした。そして、これらの回
路基板１１には、各々ＴＯ−５ステムピンが通る孔が３
個と、後記一体成形の際素子支持台材料が充填されるス
ルーホール１２（直径０．６ｍｍ）が２個設けられ、こ
れらのスルーホール１２の内面は、厚膜銀ペースト１３
を焼き付けることにより導電処理を施した。また、これ
らの回路基板１１には各々図３に示す等価回路を形成し
た。次に、この大型基板１０を射出成形用金型内の所定
位置にセットして、射出成形により赤外線検知素子１の
支持台２５と上記大型基板１０との一体成形体を作製し
た。図６は、この金型５０のキャビティ部を示す断面図
である。この金型５０は、通常の樹脂成形の場合と異な
り上型１４と下型１５とが直接接して組み合わされるの
でなく、アスベスト、テフロンなどの、緩衝機能をもつ
ガスケット１６を介して組み合わされる。これは、ガス
ケット１６を介さないと回路基板１１には厚さの公差や
反りが存在するため、金型５０の上型１４と下型１５を
組み合わせるとき回路基板１１が破損するからである。
このガスケット１６を介するために、上型１４の周囲を
厚みで１．０ｍｍ削った。

【００２４】このような金型５０に射出した支持台２５
の材料は、熱可塑性樹脂である液晶ポリエステル（ポリ
プラスチックス社製、商品名ベクトラ）に、長さ２００
〜４００μｍ、平均直径８μｍの炭素繊維を３０重量％
添加した混合物とし、該支持台２５の寸法は、幅１ｍ
ｍ、長さ２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍとした。また、射出時
の金型５０の上型１４と下型１５の温度は、１００℃に
設定した。作製された一体成形体の支持台２５の表面と
回路基板１１との間の抵抗をテスターで測定した結果、
１７０Ωであった。また、この一体成形体の成形状況
は、非常に良好であった。さらに、上記一体成形体から
実施例１と同様にして、５０個の赤外線検知器５０を作
製し、これらの検知器サンプル５０の感度を測定した。
その結果、上記サンプル５０の平均感度は、１４０ｍＶ
_p-p であった。

【００２５】［実施例１１、１２、比較例６、７］金型
に射出した支持台の材料として、長さ２００〜４００μ
ｍ、平均直径８μｍの炭素繊維を表２に示した量添加し
た以外は、実施例１０と同様に試験した。なお、比較例
７においては、樹脂の一体成形が不可能であったので、
一体成形以後の試験を中止した。得られた結果を表２に
示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】［実施例１３〜１５、比較例８、９］金型
に射出した支持台の材料として、熱可塑性樹脂であるポ
リブチレンテレフタレート（ＧＥプラスチックス社製、
商品名バロックス）に、長さ２００〜４００μｍ、平均
直径８μｍの炭素繊維を表２に示した量添加した以外
は、実施例１０と同様に試験した。なお、比較例９にお
いては、樹脂の一体成形が不可能であったので、一体成
形以後の試験を中止した。得られた結果を表２に示す。

【００２８】［比較例１０、１１］金型に射出した支持
台の材料として、熱可塑性樹脂である液晶ポリエステル
（ポリプラスチックス社製、商品名ベクトラ、比較例１
０）およびポリブチレンテレフタレート（ＧＥプラスチ
ックス社製、商品名バロックス、比較例１１）に、長さ
０．５ｍｍ、直径３０μｍの銅繊維を１０重量％添加し
た混合物を使用した以外は、実施例１０と同様に一体成
形体を得る試験をした。その結果、いずれの比較例にお
いても、上記混合物が金型のゲート部などで詰り良好な
成形が不可能であったので、それ以後の試験を中止し
た。

【００２９】第３発明について、実施例１６〜２４およ
び比較例１２、１３を説明する。［実施例１６］炭素繊維の代わりに、長さ５〜６ｍｍ、
平均直径５０μｍの銅繊維を１５重量％添加した混合物
を射出成形した以外は、実施例２と同様に試験した。こ
の結果は、平均比抵抗が０．２Ω・ｃｍ、平均熱伝導率
が１．３Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1および平均感度が１４０ｍＶ
_p-p であった。

【００３０】［実施例１７〜１９、比較例１２、１３］
長さ５〜６ｍｍ、平均直径５０μｍの銅繊維を３〜２５
重量％添加した混合物を射出成形した以外は、実施例１
６と同様に試験した。得られた結果を表３に示す。

【００３１】

【表３】（注）１．黄銅：亜鉛含有量４０重量％２．ステンレス：ＳＵＳ３０４３．銅＋ステンレス：混合比率（重量）１：１

【００３２】［実施例２０〜２４］金属繊維として、銅
繊維の代わりに、黄銅繊維、ステンレス鋼繊維および銅
繊維とステンレス鋼繊維との混合繊維を添加した混合物
を射出成形した以外は、実施例１６、１９と同様に試験
した。得られた結果を表３に示す。

【００３３】第４発明について、実施例２５〜２９およ
び比較例１４〜１８を説明する。［実施例２５］図７に断面図を示す赤外線検知器６０を
組み立てた。まず、赤外線検知素子１の支持台２６を作
製した。即ち、支持台材料として食器用磁器（熱変形温
度：○（１００℃以上を意味する。以後同じ）、引張弾
性率：○（１００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上を意味する。以後
同じ）、熱伝導率：１．５Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1）を使用し、
この食器用磁器を機械加工して、幅１ｍｍ、長さ２ｍ
ｍ、厚さ０．５ｍｍの直方体の磁器１７を得、次に、こ
の磁器１７の表面に化学メッキ処理により１．１μｍの
ニッケル被膜１８を形成した。この際の化学メッキ処理
は、次のようであった。即ち、上記磁器１７を５０℃の
ホウ酸ソーダ、リン酸ソーダおよび界面活性剤からなる
脱脂液で３０分脱脂し、次に、６５℃のクロム酸と硫酸
との混液（各々４００ｇ／ｌ）で１０分エッチング処理
し、水洗した。さらに、上記磁器１７を塩化パラジウ
ム、塩化第一錫および塩酸からなる触媒液に浸漬した
後、硫酸中で該磁器１７上にパラジウムを析出させた。
その後、４０℃の硫酸ニッケル、次亜リン酸ソーダ、ク
エン酸アンモニウムからなり、ｐＨ８〜９の化学メッキ
液（夫々３０、２０、５０ｇ／ｌ）で１５分処理した。
形成された被膜１８の膜厚は、別個の膜厚測定用試料磁
器を上記磁器１７の処理と同時に、また同様に処理して
該試料磁器に形成された被膜について測定し、その厚さ
とした。

【００３４】この後は、実施例１と同様にして、５０個
の赤外線検知器６０を作製しこれらの検知器サンプル６
０の感度および感度バランスを測定した。その結果、上
記サンプル６０の平均感度は、１２２ｍＶ_p-p であり、
平均感度バランスは、５％であった。なお、感度バラン
スは、上記２個の電極の感度をＶ₁ 、Ｖ₂ とすれば、Ｖ
₁ とＶ₂ の間のばらつきを意味し、（Ｖ₁ −Ｖ₂ ）／
（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）×１００で定義される。また、感度を測
定した赤外線検知器６０について、落下試験を行った。
即ち、該赤外線検知器６０を７５ｃｍの高さから３回樫
板上に落下させ異常の有無を観察した。その結果、異常
を起こした赤外線検知器６０は、１個も観察されなかっ
た。

【００３５】［実施例２６〜２９］赤外線検知素子１の
支持台２６を作製する際、支持台材料としてソーダガラ
ス（熱変形温度：○、引張弾性率：○、熱伝導率：０．
６Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1、実施例２６、２７）、ＡＢＳ樹脂
（長さ２００〜４００μｍ、平均直径８μｍのガラス繊
維を２０重量％添加、熱変形温度：１１５℃、引張弾性
率：○、熱伝導率：０．３Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1、実施例２
８）およびポリブチレンテレフタレート（熱変形温度：
○、引張弾性率：○、熱伝導率：０．２Ｗ・ｍ^-1・
Ｋ^-1、実施例２９）を使用し、化学メッキ処理により表
４に示す膜厚のニッケル被膜を形成した以外は、実施例
２５と同様に試験した（但し、実施例２８、２９におい
て支持台となる直方体は、射出成形により作製）。な
お、これらの膜厚は、脱脂液、エッチング液および化学
メッキ液による処理の温度および時間を変えることによ
り調整した。得られた結果を表４に示す。

【００３６】

【表４】

【００３７】実施例２６〜２９の検知器３０は、非常に
優れた平均感度および感度バランスを示すことが分かっ
た。また、落下試験の結果は、いずれの実施例の検知器
も実施例２５と同様であった。

【００３８】［比較例１４、１５］赤外線検知素子１の
支持台を作製する際、支持台材料としてアルミナ（純
度：９６重量％、熱変形温度：○、引張弾性率：○、熱
伝導率：２０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1、比較例１４）およびシリ
コーンゴム（熱変形温度：○、引張弾性率：×（１００
ｋｇｆ／ｍｍ² 未満を意味する。以後同じ）、熱伝導
率：０．１Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1、比較例１５）を使用し、化
学メッキ処理により表４に示す膜厚のニッケル被膜を形
成した以外は、実施例２５と同様に試験した。なお、こ
れらの膜厚は、脱脂液、エッチング液および化学メッキ
液による処理の温度および時間を変えることにより調整
した。得られた結果を表４に示す。比較例１４の検知器
は、平均感度バランスは良好であったが、平均感度は非
常に低下している。また、比較例１５の検知器は、平均
感度および平均感度バランスは良好であったが、化学メ
ッキの際付き回り不良と被膜剥離といったメッキ不良が
多い上に、落下試験時の破損率が２０％と高かった。

【００３９】［比較例１６〜１８］図１１に示す赤外線
検知器５０個を作製した。赤外線検知素子１の支持台２
３を作製する際、材料として、ＡＢＳ樹脂（熱変形温
度：×（１００℃未満を意味する。以後同じ）、熱伝導
率：０．３Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1、比較例１６）、アクリル樹
脂（熱変形温度：×、熱伝導率：０．２Ｗ・ｍ^-1・
Ｋ^-1、比較例１７）およびポリブチレンテレフタレート
（比較例１８）を使用し、化学メッキ処理による被膜を
形成しなかった。また、上記材料の支持台２３、素子１
および基板４を組み立てる際、該素子１と該基板４とを
直径３０μｍの金線３により結線した。これらの外は、
実施例２８と同様に試験した。得られたサンプルの結果
を表４に示す。比較例１６〜１８の検知器は、平均感度
は良好かそれより若干低めであるが、平均感度バランス
が増大し、合格品とならない。また、比較例１６および
１７は、支持台２３と素子１の電気的接続、固定および
支持台２３と基板４の電気的接続、固定を、夫々少量の
銀エポキシ導電接着剤（住友金属鉱山社製、Ｔ−３０３
０型）を用いて接着する際支持台材料の熱変形温度が低
いために変形して組み立て不良が多く発生した。

【００４０】第５発明について、実施例３０〜３４、比
較例１９〜２２を説明する。［実施例３０〜３２、比較例１９〜２４］化学メッキ処
理および化学メッキ処理と電解メッキ処理との併用によ
り表５に示す膜厚のニッケル被膜を形成したこと並び
に、支持台、素子および基板を組み立てる際、支持台と
素子の電気的接続、固定および支持台と基板の電気的接
続、固定を、夫々半田付けで接続したこと以外は、実施
例２６と同様に試験した。なお、この半田付けは、基板
にクリーム半田を塗布した後支持台をその上に置きリフ
ロー炉を通すことにより行った。得られたサンプルの結
果を表５に示す。なお、比較例１９〜２１については、
半田付けの状況が不良であったので、検知器組み立て以
後の試験を中止した。

【００４１】

【表５】

【００４２】表５によれば、実施例３０〜３２におい
て、半田付けの状況、感度および感度バランスいずれも
良好な結果を示した。これに対して、比較例１９〜２２
では半田付けの状況が著しく不良であり、また、比較例
２３では感度と感度バランスが、比較例２４では、感度
が低下した。また、実施例３０〜３２において、落下試
験を行ったが、いずれも異常を起こした検知器は１個も
なかった。

【００４３】最後に従来例を説明する。［従来例］図１１に示す赤外線検知器５０個を作製し
た。赤外線検知素子１の支持台２３を作製する際、材料
として、並板ガラス（幅１ｍｍ、長さ２ｍｍ、厚さ０．
５ｍｍ）を使用した。また、上記材料の支持台２３、素
子１および基板４を組み立てる際、該素子１と該基板４
とを直径３０μｍの金線３により結線した。検知器サン
プルを組み立てた以後は、実施例１と同様に試験した。
得られたサンプルの平均感度は、１１２ｍＶ_p-p であっ
た。

【００４４】

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明の赤外
線検知器は、赤外線検知素子と回路基板との導電処理を
する必要がなく、かつ、赤外線検知素子の支持台への伝
導による熱損失が極めて少ない。その上、第２発明の赤
外線検知器を製造する際、支持台の作製工程および支持
台と回路基板との組み立て工程を一工程ですませること
ができる。従って、感度を最大限に高めた赤外線検知器
を飛躍的に向上した生産性により提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、第１発明および第３発明の一実施例の
赤外線検知器の正面図である。

【図２】図２は、本発明の一実施例の赤外線検知器にお
ける赤外線検知素子の平面図である。

【図３】図３は、本発明の一実施例の赤外線検知器にお
ける回路基板に形成された等価回路を示す図である。

【図４】図４は、第２発明の一実施例の赤外線検知器の
断面図である。

【図５】図５は、第２発明の一実施例の赤外線検知器に
おける大型基板の一部断面図である。

【図６】図６は、第２発明の一実施例の赤外線検知器に
おける一体成形体を作製する金型のキャビティ部の一部
断面図である。

【図７】図７は、第４発明の一実施例の赤外線検知器の
断面図である。

【図８】図８は、従来の熱型赤外線検知器の赤外線検知
素子に入射した赤外線が持ち込む熱の移動を説明する断
面図である。

【図９】図９は、従来の第１の方式の熱型赤外線検知器
を示す断面図である。

【図１０】図１０は、従来の第２の方式の熱型赤外線検
知器を示す断面図である。

【図１１】図１１は、従来の第３の方式の熱型赤外線検
知器を示す断面図である。

【図１２】図１２は、従来の第４の方式の熱型赤外線検
知器を示す断面図である。

【符号の説明】

１赤外線検知素子３金細線４、１１回路基板５、１２スルーホール６磁器板７電極８導電接着剤９Ｖカット１０大型基板１３厚膜銀ペースト１４上型１５下型１６ガスケット１７食器用磁器１８ニッケル被膜２０〜２６素子支持台３０、４０、６０赤外線検知器５０射出成形用金型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松崎敏栄千葉県市川市中国分３丁目18番５号住友金属鉱山株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外線検知素子と該赤外線検知素子の支
持台と該赤外線検知素子が発生する電気信号を受ける回
路基板とからなる赤外線検知器において、熱変形温度が
１００℃以上で、引張弾性率が１００ｋｇｆ／ｍｍ² 以
上の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をマトリックスと
して１０〜４０重量％の炭素繊維を分散させてなる複合
材料で該支持台を設けたことを特徴とする赤外線検知
器。
【請求項２】赤外線検知素子と該赤外線検知素子の支
持台と該赤外線検知素子が発生する電気信号を受ける回
路基板とからなる赤外線検知器において、熱変形温度が
１００℃以上で、引張弾性率が１００ｋｇｆ／ｍｍ² 以
上の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をマトリックスと
して１０〜４０重量％の炭素繊維を分散させてなる複合
材料で該支持台が設けられ、該回路基板のスルーホール
の内面が導電処理され、かつ、該支持台と該回路基板と
が一体成形されていることを特徴とする赤外線検知器。
【請求項３】回路基板がアルミナ材である請求項２に
記載の赤外線検知器。
【請求項４】赤外線検知素子と該赤外線検知素子の支
持台と該赤外線検知素子が発生する電気信号を受ける回
路基板とからなる赤外線検知器において、熱変形温度が
１００℃以上で、引張弾性率が１００ｋｇｆ／ｍｍ² 以
上の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をマトリックスと
して５〜２０重量％の金属繊維を分散させてなる複合材
料で該支持台を設けたことを特徴とする赤外線検知器。
【請求項５】金属繊維は、銅繊維、黄銅繊維およびス
テンレス鋼繊維のうちの少なくとも１種である請求項４
に記載の赤外線検知器。
【請求項６】赤外線検知素子と該赤外線検知素子の支
持台と該赤外線検知素子が発生する電気信号を受ける回
路基板とからなる赤外線検知器において、該支持台と該
回路基板とが導電接着剤で接続されており、そして、
（１）熱変形温度が１００℃以上、（２）引張弾性率が
１００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、かつ、（３）熱伝導率が２
Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下であるセラミックス、熱硬化性樹脂
または熱可塑性樹脂の表面に厚さが０．１〜１μｍの金
属被膜を形成してなる材料で該支持台を設けたことを特
徴とする赤外線検知器。
【請求項７】赤外線検知素子と該赤外線検知素子の支
持台と該赤外線検知素子が発生する電気信号を受ける回
路基板とからなる赤外線検知器において、該支持台と該
回路基板とが半田付けで接続されており、そして、
（１）熱変形温度が１００℃以上、（２）引張弾性率が
１００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、かつ、（３）熱伝導率が２
Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下であるセラミックス、熱硬化性樹脂
または熱可塑性樹脂の表面に厚さが１〜１０μｍの金属
被膜を形成してなる材料で該支持台を設けたことを特徴
とする赤外線検知器。
【請求項８】金属被覆は、銅、金、銀、錫、ニッケル
または半田からなる請求項６または７に記載の赤外線検
知器。
【請求項９】熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、アミ
ノ（ユリア）樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル
またはエポキシ樹脂である請求項１〜８のいずれかに記
載の赤外線検知器。
【請求項１０】熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポ
リスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリア
ミド（ナイロン）、ポリカーボネート、ポリフェニレン
エーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレー
ト、ポリブチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリ
エーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポ
リフェニレンスルフィド、ポリオキシベンゾイル、ポリ
エーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、液晶ポ
リエステルまたはポリフェニレンオキシドである請求項
１〜８のいずれかに記載の赤外線検知器。