JPH0412435Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 技術分野 本考案は温度変化に際し両対向面に電荷を生ず
る熱電材料より成る熱電素子と、該熱電素子を弾
性的に支持する可撓性あるフイルム手段とを有
し、該熱電素子はこの可撓性あるフイルム手段に
比し遥に可撓性の少い構造であり、さらに前記電
荷を検出するため前記対向面のそれぞれに電気接
続を有してなる熱電検出器に関するものである。

熱電検出器は波長範囲が例えば８−14μmの赤
外線の検出に使用する。熱電検出器は一般に熱電
材料の素子を有し、これには２つの電極が素子の
相反対の面にそれぞれ設けてある。観察中の光景
よりの熱放射が素子に入射することによつて熱電
検出素子の温度が変化すると、両電極間に電荷が
発生する。この素子を適当な増幅回路内のコンデ
ンサとして配置するときは、適当な抵抗の端子間
に生ずる電圧またはこれに流れる電流を検出する
ことができる。このような熱電電荷は素子の温度
が変化しているときのみに生ずるので、連続した
電気信号を得るためには温度を連続的に変化させ
る必要がある。これは入射熱放射線を均一周波数
でチヨツプ（断続）することにより行うことがで
き、観測中の光景よりの放射線が遮断されている
間にある基準温度の放射線に対し素子を露出す
る。

熱電材料は同時に圧電特性を有する材料であ
り、このため例えば検出器を車輌に搭載する場合
のように熱電素子に対し変化応力が加わるような
振動が生ずると、熱電検出器は電気出力を生ず
る。この現象はマイクロホン雑音現象と呼ばれて
おり、熱放射線の検出に妨害となる不所望の背景
雑音を生ずる原因となる。

従来技術 現在市販されている熱電素子は一般に堅個に搭
載されている。しかしながらこのような搭載方法
によるときは極めて好ましくない大なるマイクロ
ホン雑音を生ずる。例えばアプライド・オプテイ
ツクス（Vo1.7，No.８，1968年９月、PP1687−
1695）に示されているように、薄いプラスチツク
フイルムを用いて熱電素子を搭載することは既知
である。このような搭載方法によると、マイクロ
ホン雑音は減少し、さらに素子よりの熱伝導の極
めて低い通路が得られ、検出器を低いチヨツピン
グ周波数に応答させる可能性を増やす利点があ
る。しかしながら例えばフイルムより離れている
電極を接続する導線によつて伝達されるような振
動を素子に対し伝達しないような特殊な遮断手段
を取らない限り依然として極めて大なるマイクロ
ホン雑音が生ずる。更にこのような導線はかなり
高い熱伝導度の通路を形成する。

さらに特公昭47−44671号にもスプリングで懸
吊した焦電検出素子が記載されているが、スプリ
ングによる懸吊では雑音防止が不充分である。

考案の開示 本考案の特徴によれば、熱電素子を可撓性ある
２つのフイルム間に配置し、前記対向面の一方に
対する電気接続は、前記２つの可撓性あるフイル
ム手段の一方の上に設けた導電接続層によつて形
成し、この導電接続層はこのフイルム手段により
支持され、 さらに前記対向面の他の一方に対する電気接続
は、前記２つの可撓性あるフイルム手段の他方の
上に設けこれにより支持される導電接続層により
形成し、この導電接続層を対向面の他の一方の側
に面する如くこのフイルム手段を配置してなるこ
とを特徴とする。

このようにすると熱電素子は比較的に良好に振
動から遮断され、応力が加わらないようにして支
持される。

素子を２つのフイルム間に搭載すると、素子の
搭載は対称となり、素子はフイルムによつて保護
される。フイルムを次いで素子を囲んだ位置で接
着剤で互に固定する。これによると素子に対し付
加的な保護が形成され、またフイルム上の導電層
をそれぞれ素子上の対応電極に対し押しつける作
用が得られる。

これらフイルムは、極めて薄くても大なる機械
的強度を有する例えばポリイミドのようなプラス
チツク材料で構成する。フイルムは絶縁材料の堅
固な装着リングにより頑丈に支持し、またこの装
着リングは電気的端子を構成する導電材料を支持
し、これにフイルム上の導電層を接続し、また一
般の標準の線ボンド技術により導線を接続するこ
とができる。極めて高い可撓性と低い熱伝導度を
有し、しかも検出すべき放射線が一方のフイルム
を通過し、検出器の動作波長域において低い放射
線吸収特性を与えたいような場合には、各フイル
ムは2μmよりあまり大でない厚さとするのが適当
である。接着剤はフイルム形成に使われるのと同
じ材料とすることができる。

実施例 以下図面により本考案を説明する。

まず図面を参照し本考案による熱電検出器の製
造方法を説明する。

例えば英国特許第1508299号に記載してあるよ
うな方法により複数個の検出器を製造するに充分
大なる大きさのポリイミドプラスチツクフイルム
を用意する。この場合はじめに第１ａ図に示すよ
うな円形の顕微鏡用ガラススライド１で、直径40
mmおよび厚さ0.1mmのスライド１上にこれを用意
する。ジユポン社商標PYRE−M.L.のワイヤエ
ナメルタイプNo.R.C.5044の３容積を１容積のＮ−
メチル−２−パイロリドンで稀釈し、この溶液の
少量を清浄化したガラススライド１上に置き、次
いでこのスライドを4000r.p.m.の速度で２分間回
転させ、始めは常温で、次いでランプの下に置い
てこのフイルムを乾燥させる。このフイルムは酸
素を含まないで窒素内で約１時間約400℃で加熱
して固定させ養生を行う。第１ｂ図に示す如く、
銅のワツシヤ３をフイルム２の自由面に商標名ア
ラルダイトというエポキシ樹脂（図示せず）によ
つて接着する。接着剤が硬化した後ガラススライ
ドをフツ化水素酸を用い慎重に溶解し、第１ｃ図
に示す如くワツシヤ３に対し展張されたフイルム
２が残るようにする。

次いでこのプラスチツクフイルムに対し接着剤
により複数個のガラスリングを接着する。この場
合２つの種類の寸法のリングを使用する。この小
なる方は外径が６mmで、１mm平方の断面を有し、
大なる方は内径が７mmで外径が10mmとする。この
場合に使用する接着剤も前と同じく体積比で１の
PYRE−M.L.のワイヤエナメルを体積比で３の
溶液で稀釈したものを使用する。接着剤は４分の
１時間約100℃に加熱し、軽度に硬化せしめる。
次いでリングをその外径において大なるフイルム
より切抜き、接着剤を酸素を含まない窒素内で約
１時間約400℃で加熱して硬化せしめ、各リング
に対しフイルムが固く接着されるようにする。

小さい方のリング４上に保持されたフイルムの
リングの上部の部分の互に90°離れた４つの領域
でリングの外周に至る部分の領域に液状のブライ
トゴールドを被着し、次いでリングを空気中で４
分の１時間420℃に加熱し、これによつて数百nm
（ナノメータ）の厚さの金の層を形成し、第２ａ
図に示す４つの電気端子５を形成する。第２ｂ図
に示すように導電性の良い金の接続層（以下導電
接続層という）６の厚さ約30nmを真空中でフイ
ルムの端子と同じ表面すなわちリングより離れた
側の表面に蒸着する。この接続層は２つの端子層
間にフイルムを横切つて直径的に延長され、中央
部の２mmの長さが幅20μmでありその他の部分は
100μmの幅である。他方の大なるリング７に保持
されたフイルム上に第３図に示すように前と同様
な方法で金の接続層（導電接続層）８を直径的に
延長されるように蒸着し、この層は600μmに均一
幅とする。

この大きな方のリング７をフイルムを上側とし
水平面内に配置する。第４図に示す如くPLMZT
（チタン酸、鉛、ランタン、マンガン、ジルコニ
ウム）の熱電素子９で、大きさ１mm平方で、厚さ
12μmで各外表面上に約30nmの厚さでニツケル−
クローム電極を蒸着したものをフイルム上の金の
接続層上に中心を定めて配置する。小さい方のリ
ング４をそのフイルムを下側にし、大リング７に
保持されたフイルムと同心にしてその上に置き、
かつ２つの接触層を形成する導電接続層６及び８
が互いに直交するようにして配置し、熱電素子９
が２つのフイルム間にかつ２つの導電接続層間に
サンドイツチ状にはさまれるようにする。ガラス
リングをプラスチツクに固定するに使用したと同
じ接着剤を２つのフイルム間の２つの直径的に反
対の点で上側導電接続層６の外側端の直下の点に
被着する。かくすると接着剤は上側リング４の下
側の円周に沿つてフイルム間に流れ、かつ熱電素
子に向つて内側に流れることを発見した。これら
両フイルムは上側リングの下側の円周形状部分以
外は予め接触はしていないが、液状接着剤の表面
張力によつてこれら両フイルムを互に引き寄せ
る。しかしこの接着剤は下側フイルム上の導電接
続層８とこの導電接続層に近い上側フイルム上の
２つの金端子５との間の接続を妨害することはな
い。接着剤が内側に向つて流れるとこれによつて
熱電素子９の周囲に空気ポケツトが残るようにな
り、このため接着剤は素子までは到達せずかつフ
イルムにバルジ（しわ）が形成されることを防止
する。このポケツト内にある過剰の空気が数時間
後にフイルム膜面を透過して散逸し、かつ硬化し
た接着剤はフイルムを互に引寄せて接着し、フイ
ルム上の導電接続層６および８を素子の電極に対
し良好な電気接触が形成されるようにこれに向つ
て押しつける。接着剤の硬化後に酸素を含まない
窒素内で約１時間約400℃で加熱しこれを硬化さ
せる。次いでフイルムを小リングの外周に沿つて
切断して大リングより切離し、熱電素子がフイル
ム間に支持された状態でかつ小リング４より機械
的に、すなわち振動的に相互に分離された形状で
これを支持する。使用する際にはリング４を堅固
に搭載する。

このように形成した検出器は第５図に示す２つ
のフイルムのうち下側のプラスチツクすなわち中
央部分が幅が狭くなつており、入射放射線が熱電
素子に到達するまでにこれを吸収することが少な
くなつている導電接続層６をもつているフイルム
側を通して検出すべき赤外線放射を受け入れるよ
うにする。素子による放射線に吸収度を改良する
ために黒化を行つてもよい。上述のプラスチツク
フイルムは波長領域８−14μmに入射放射線の約
80％を通過させることを発見した。熱電素子に到
達する放射線の比率を増大させるための一方のフ
イルムの中心に穴を開け、素子がその周辺におい
てのみフイルムと接触係合するようにしてもよ
い。

導電接続層６および８を端子層５の対応対の間
に延長し、フイルムを横切らせて配置することは
必ずしも必要でない。対応の接続層より２つの単
一の端子を延長し、そのそれぞれが熱電素子９の
各一方の電極に対し１つの電気接続を形成するよ
うにしても充分この目的は達せられる。上述した
実験的に製造した熱電検出器上の端子対は電気抵
抗の点検および各導電接続層の導電状態を点検す
るに使用できる。他の例ではこれらの導電接続層
を異なる寸法とすることもできる。例えばこれら
を更に細くしても差しつかえない。

このように試作した検出器のマイクロホン雑音
を市販の装置と比較した。この場合従来のものは
熱電素子は堅固に搭載されたものを用い、各々モ
ータによつて100Hzの振動を加え、10Hzの帯域幅
でバツクグラウント雑音の増加を検出した。その
結果によると従来の市販の装置は20倍の雑音増加
が振動によつて発生したが、弾性的な支持手段で
素子を搭載した本考案による試作装置では雑音が
僅か20％増加したのみであつた。

上述した熱電素子の搭載方法によるさらに他の
利点は、極めて薄い素子が破壊される危険なしに
使用できることである。すなわち素子よりの電気
雑音を減少することができ、かつフイルムは一種
の保護カプセルを形成する。

上述の検出器の搭載方法によつて得られる熱伝
導度によつて、本装置は10Hz以下のように極めて
低いチヨツピング周波数によつて極めて低いレベ
ルの放射線を検出する検出器として使用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ，１ｂ，１ｃ図は薄いプラスチツクフイ
ルムの連続した３つの製造段階を示す断面図、第
２ａ，２ｂ図は絶縁リング上に支持した第１プラ
スチツクフイルム上に金の層を被着する連続工程
を示す平面図、第３図は他方の絶縁リング上に支
持された第２フイルム上の金の層を示す平面図、
第４図は第２図と第３図のリングに熱電素子を配
置して検出器を組立てる工程を示す図、第５図は
組立てた本考案熱電検出器の断面図である。 ４，７……リング、９……熱電素子、８，６…
…導電接続層、５……端子層。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 温度変化に際し両対向面に電荷を生ずる熱電
   材料より成る熱電素子９と、該熱電素子９を弾
   性的に支持する可撓性あるフイルム手段とを有
   し、該熱電素子９はこの可撓性あるフイルム手
   段に比し遥に可撓性の少い構造であり、さらに
   前記電荷を検出するため前記対向面のそれぞれ
   に電気接続を有してなる熱電検出器において、 熱電素子９を２つの前記可撓性あるフイルム
   手段の間に搭載して支持し、 前記対向面の一方に対する電気接続は、前記
   ２つの可撓性あるフイルム手段の一方の上に設
   けた導電接続層６によつて形成し、この導電接
   続層６はこのフイルム手段により支持され、 さらに前記対向面の他の一方に対する電気接
   続は、前記２つの可撓性あるフイルム手段の他
   方の上に設けこれにより支持される導電接続層
   ８により形成し、この導電接続層８を対向面の
   他の一方の側に面する如くこのフイルム手段を
   配置してなることを特徴とする熱電検出器。 ２ 熱電素子より延長される導電接続層は、各対
   応の可撓性フイルムにより支持され、フイルム
   の面に沿つて延長されている実用新案登録請求
   の範囲第１項記載の熱電検出器。 ３ 熱電素子の周で両フイルムが互に接着剤で接
   着されている実用新案登録請求の範囲第１項記
   載の熱電検出器。