JP2013145218A - 防曇窓ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】料金所等に設置される光電センサを用いた車両検知装置に関し、寒冷時及び風雪時でも支障なく検知動作できるようにする、防曇窓ユニット１０を提供する。
【解決手段】防曇ユニット１０は、光電センサを収容する筐体の透光開口に取り付けられ、貫通孔１１ａを有する熱伝導性のフレーム１１と、貫通孔１１ａを塞ぐようにフレーム１１に保持された透光材１２と、フレーム１１を加熱するヒータ１３と、を含んで構成される。そして、フレーム１１が筐体に固定されることにより、筐体に設けられた開口に透光材１２が臨み、ヒータ１３により加熱されるフレーム１１の熱が透光材１２へ伝達される。
【選択図】図２

Description

筐体に開けられた開口に対して取り付けられる透光材料に関する技術が以下に開示される。

例えば有料道路の料金所には、光電センサを使用した特許文献１に開示されるような車両検知装置が、通過する車両を検知するために設置される。当該車両検知装置は、特許文献１のように独立して設置される場合もあるし、ＥＴＣレーンなどでは、遮断バーを回動させる通行遮断装置の筐体に収容された一体型として設置される場合もある。このような車両検知装置は、特許文献１にも記載されているように、車両が通る通行路を挟んで対向させて設置された発光側の筐体と受光側の筐体とを備え（特許文献１では支柱と表記）、発光側筐体内に、１以上の発光素子を有した発光ユニットが収容され、受光側筐体内に、発光素子に対応する受光素子を有した受光ユニットが収容される。

発行側及び受光側の両筐体には、発光ユニットにより発光された光を透すための透光窓が、発光素子及び受光素子の設置高さに対応させて設けられる。特許文献１の車両検知装置の場合、筐体に設けられるのは単なる開口であり、雨水等が発光ユニット及び受光ユニットの発光面及び受光面に入り込む。そこで、特許文献１においては、発光面及び受光面の水滴付着防止を目的として両ユニットに取り付けるカバーが開示されている。

特開２０１１−２３３４７２号公報

東北、北海道といった風雪地域の有料道路において設置される上記のような車両検知装置にとっては、横殴りに降る雪による障害が課題となる。すなわち、これら地域に設置された車両検知装置では、降雪時、単なる開口である筐体の透光窓を通って発光及び受光ユニットへ雪が強く吹き付けることになるため、その発光面及び受光面に雪が付着し、透光性が阻害される。そこで、雪が吹き込まないように、透光窓にガラスやプラスチック製の透光材を嵌め込んで筐体を密閉状態にすることも考えられるが、そうすると今度は、寒冷時の筐体内外温度差で透光材が結露で曇ったり、透光材に雪が付着したりし、透光窓の透光性が阻害されることが課題となる。

以上の背景に鑑みると、光線（可視光線、不可視光線）を使用する光電センサを用いた車両検知装置に関し、寒冷時の防曇、降雪時の防雪を考慮した何らかの工夫が必要である。

当課題に対して提案するのは、筐体に設けられた開口に対して取り付けられる防曇窓ユニットであって、
貫通孔を有する熱伝導性のフレームと、前記貫通孔を塞ぐように前記フレームに保持された透光材と、前記フレームを加熱するヒータと、を含んで構成され、
前記フレームが前記筐体に固定されることにより、前記筐体の開口に前記透光材が臨み、前記ヒータにより加熱される前記フレームの熱が前記透光材へ伝達される、防曇窓ユニットである。

上記提案に係る防曇窓ユニットは、フレームにより保持された透光材がヒータにより暖められるので、防曇機能を有し、結露が防止される。また、ヒータによる加熱温度を高く設定することにより、融雪作用を得ることもでき、防雪も可能となる。したがって、寒冷時や風雪時などに透光性の低下が抑制され、センサ機能を損なわずに済む。

車両検知装置の設置例を示す概略図。 防曇窓ユニットの実施形態を示す（Ａ）正面図、（Ｂ）背面図、（Ｃ）側面図。 実施形態に係る防曇窓ユニットを車両検知装置の筐体内に取り付けた例を示す図。 実施形態に係る防曇窓ユニットの筐体取り付け状態を説明する図。 実施形態に係る防曇窓ユニットのコントローラを示す回路図。 防曇窓ユニットを監視カメラに応用した例を示す概略図。 防曇窓ユニットを防犯用センサに応用した例を示す概略図。

図１は、一例として、防曇窓ユニットを取り付ける車両検知装置の設置例を示している。有料道路の料金所等に設置されて車両の通行を検知する光電センサを用いた車両検知装置は、図１Ａのように、車両検知装置単体で独立して設置される場合もあるし、ＥＴＣレーンなどでは、図１Ｂのように、遮断バーを回動させる通行遮断装置の筐体に収容された一体型として設置される場合もある。

図１Ａの車両検知装置は、通行路の両脇に立設された発光側筐体１と受光側筐体２とを含んで構成される。筐体１，２は両方とも金属製の箱形で、発光側筐体１に光電センサの発光ユニット、受光側筐体２に光電センサの受光ユニットがそれぞれ収容される。図１Ａの発光ユニット及び受光ユニットは、発光素子及び受光素子のセットを上下方向に３段備え、異なる高さで検知を行うように構成されている。これに対応して、筐体１，２の通行路に面した各側面には、発光ユニットによる光線を受光ユニットへ到達させるべく上下方向に並んだ３つの開口１ａ〜ｃ，２ａ〜ｃが設けられ、この開口１ａ〜ｃ，２ａ〜ｃに臨ませて、図２以降に示す防曇窓ユニット１０がそれぞれ取り付けられる。

一方、図１Ｂの車両検知装置は、通行路の片側に立設された通行遮断装置の筐体３の中に光電センサの発光ユニットが収容され、通行路を挟んで反対側に光電センサの受光ユニットを収容した筐体４が立設されて構成される。筐体３，４はいずれも金属製の箱形であり、発光ユニット及び受光ユニットの発光素子及び受光素子に対応させた開口３ａ，４ａが、通行路に面した各側面に形成されている。この開口３ａ，４ａに、図２以降に示す防曇窓ユニット１０がそれぞれ取り付けられ、１セットの発光素子及び受光素子が当該防曇窓ユニット１０を通して検知動作を行う。

図２に、防曇窓ユニット１０の外観を示す。図２Ａが筐体１，２，３，４の外側へ向ける正面の図、図２Ｂが筐体１，２，３，４の内側へ向ける背面の図、図２Ｃが上からみた場合の側面図である。
図示の防曇窓ユニット１０は、フレーム１１と、透光材１２と、ヒータ１３と、を含んで構成される。

フレーム１１は、概略正方形の金属プレートで熱伝導性を有し、そのほぼ中央に、光電センサの光線を通過させるための、例えば円形の貫通孔１１ａが形成される。このフレーム１１の正面（外側面）において、貫通孔１１ａの周囲に、当該貫通孔１１ａを囲繞するフランジ部１１ｂが立設されている。そして、そのフランジ部１１ｂの周囲には、当該フランジ部１１ｂを取り囲んで段差部１１ｃが形成されている。本実施形態のフレーム１１は、段差部１１ｃのさらに外方に、フレーム１１を筐体１，２，３，４に固定するためのネジ孔１１ｄが４箇所、等間隔であけられている。

透光材１２は、本実施形態の場合は透明なガラス製又は樹脂製で、フレーム１１に設けられたフランジ部１１ｂの内周に嵌まる円盤形に形成される。フランジ部１１ｂの内側に嵌め込まれた透光材１２は、その外周面がフランジ部１１ｂの内周面と全周で接し、当該フランジ部１１ｂに囲繞されて動かないように保持され、これにより、貫通孔１１ａを塞ぐようにしてフレーム１１に保持される。筐体１，２，３，４に収容された光電センサは、この透光材１２を通して検知動作を行うことができる。透光材１２をフランジ部１１ｂ内に固定するのに、熱伝導性接着剤を使用することも可能である。

ヒータ１３は、例えばメタルクラッド抵抗器を利用して構成され、コントローラ１４により電流制御されて発熱する。本実施形態のヒータ１３は２個用いられ、フレーム１１の背面（内側面）において貫通孔１１ａを避けた部位に、一側面全域を接するようにして、ネジ止め、接着等により固定される。これにより、ヒータ１３がフレーム１１を加熱し、該ヒータ１３により加熱されるフレーム１１の熱が透光材１２へ伝達される。

フレーム１１の背面には、防曇窓温度センサ１５が配置されており、ヒータ１３により加熱されたフレーム１１の温度が計測されて、その測定電圧がコントローラ１４へ入力される。また、筐体１，２，３，４の内側面の所定位置には筐体温度センサ１６が配置されており、この筐体温度センサ１６の測定電圧が、筐体温度計測値としてコントローラ１４へ入力される。

図３は、筐体１，２，３，４のセンサ用開口１ａ〜ｃ，２ａ〜ｃ，３ａ，４ａに防曇窓ユニット１０を取り付けたときの状態を外側（正面側）から見て示している。また、図４Ａに、図３中のＡ−Ａ線断面で見た防曇窓ユニット１０の側面図、図４Ｂに、図３中のＢ−Ｂ線断面で見た防曇窓ユニット１０の断面図を示す。

筐体１，２，３，４における開口１ａ〜ｃ，２ａ〜ｃ，３ａ，４ａの周囲には、防曇窓ユニット１０のフレーム１１に形成されたネジ孔１１ｄに対応するボルト孔があけられており、当該ボルト孔を通してボルト１７をネジ孔１１ｄに螺合させ締め込むことで、フレーム１１が筐体１，２，３，４に固定される。ボルト１７にてフレーム１１が固定されると、開口１ａ〜ｃ，２ａ〜ｃ，３ａ，４ａに透光材１２が臨むことになる。すなわち、フレーム１１が筐体１，２，３，４に固定されるとフランジ部１１ｂが開口１ａ〜ｃ，２ａ〜ｃ，３ａ，４ａに挿入され、当該フランジ部１１ｂ内の透光材１２が開口１ａ〜ｃ，２ａ〜ｃ，３ａ，４ａに臨んで蓋をする。さらに、図３及び図４に示す形態では、フランジ部１１ｂの外周にゴム製等の封止材１１ｅが嵌め込まれており、このフランジ部１１ｂを囲繞する封止材１１ｅにより、ほぼ気密、液密状態が形成されている。筐体１，２，３，４内に収容された発光ユニット及び受光ユニットの発光素子及び受光素子は、開口１ａ〜ｃ，２ａ〜ｃ，３ａ，４ａに臨んだ透光材１２を通して発光及び受光を行うことができる。

フランジ部１１ｂを囲繞して封止材１１ｅが嵌められていることにより、筐体１，２，３，４がフランジ部１１ｂに直接接触しないので、フレーム１１から透光材１２へ熱が伝わるときに、フレーム１１の熱が筐体１，２，３，４へ逃げる経路が抑制される。したがって、ヒータ１３の加熱によるフレーム１１の熱が効率良く透光材１２へ伝達され、１００℃程度にまで透光材１２を暖めることが可能となっている。

図３の例では、筐体１，２，３，４内において、防曇窓ユニット１０を取り付けた位置よりも上に、空気を循環させるファン２０が配置されている。本実施形態の防曇窓ユニット１０は、ヒータ１３により７０℃以上に温度が上昇し得るので、この輻射熱で加熱されて上昇する空気をファン２０により送風して筐体１，２，３，４内に行き渡らせれば、筐体１，２，３，４内全域で昇温を図ることができる。これによって、透光材１２以外でも結露を防止する作用を得ることができる。

防曇窓ユニット１０の取り付けで、フランジ部１１ｂが開口１ａ〜ｃ，２ａ〜ｃ，３ａ，４ａに挿入されると、このフランジ部１１ｂの周囲に形成された段差部１１ｃが、筐体１，２，３，４の開口周縁部に当接する。段差部１１ｃは、フランジ部１１ｂの外周面に連続して周設された図示の形態が好ましいが、フランジ部１１ｂから離して形成された突片状とすることもできる。段差部１１ｃが筐体１，２，３，４の内側面に当接することにより、固定されたフレーム１１と筐体１，２，３，４との間に間隙Ｓが形成される。該間隙Ｓにより、フレーム１１と筐体１，２，３，４との接触域が段差部１１ｃだけに限定され、且つ間隙Ｓが断熱層として働くので、フレーム１１から筐体１，２，３，４への熱の逃げ道が抑制される。

ヒータ１３を駆動するコントローラ１４の回路例を図５に示す。
まず、筐体１，２，３，４の温度を計測する筐体温度センサ１６の出力電圧が、第１コンパレータ１４ａに入力され、所定の基準電圧と比較される。第１コンパレータ１４ａで比較する基準電圧は、一例として、筐体温度が１５℃のときにセンサ１６から出力される電圧に相当する。したがって、第１コンパレータ１４ａにおいて、筐体１，２，３，４の温度が１５℃以下なのか、１５℃を上回るのか、が判断される。当該基準電圧は、筐体１，２，３，４の設置環境に応じて適宜設定すればよい。

第１コンパレータ１４ａの比較結果はスイッチ１４ｂへ提供され、当該比較結果に応じてスイッチ１４ｂが切り替わる。スイッチ１４ｂは、第１コンパレータ１４ａの比較結果に応じて、互いに異なる値をもつ高温設定基準電圧及び低温設定基準電圧の少なくとも２つの基準電圧を選択して第２コンパレータ１４ｃへ入力する。第２コンパレータ１４ｃでその基準電圧と比較されるのは、防曇窓温度センサ１５の出力電圧である。一例として、スイッチ１４ｂで選択される高温設定基準電圧は、フレーム１１の温度を７０℃〜９０℃に設定するための基準値であり、低温設定基準電圧は、フレーム１１の温度を５０℃〜７０℃に設定するための基準値である。この基準電圧は、ヒータ１３の特性に応じて適宜調節して設定する。

第２コンパレータ１４ｃの比較結果はドライバ１４ｄへ入力され、該比較結果に従ってドライバ１４ｄが、各ヒータ１３へ流す電流を制御する。

このコントローラ１４の制御により、筐体温度が１５℃以下のときには高温設定基準電圧がセットされて、防曇窓ユニット１０が７０℃以上の比較的高温に加熱される。一方、筐体温度が１５℃を超えるときには低温設定基準電圧がセットされて、防曇窓ユニット１０が７０℃以下の比較的低温に加熱される。寒冷、風雪時には設定温度をより高くして防曇、防雪効果を高めることができる一方、外気温が比較的高いときには、設定温度を低くして省エネモードにすることができる。

本実施形態に係る防曇窓ユニット１０は、寒冷時や風雪時には、ヒータ１３によりフレーム１１が７０℃以上に暖められ、この熱が透光材１２に伝達されると共に、透光材１２周囲の筐体１，２，３，４も、その輻射熱で暖められる。これにより、透光材１２及びその周辺において防曇が図られると共に融雪の作用を得ることができる。したがって、寒冷時や風雪時などに透光材１２の透光性の低下が抑制され、センサ機能を損なわずに済む。

図６及び図７は、監視カメラに防曇窓ユニット１０を応用した例と、防犯用センサを組み込んだ門柱に防曇窓ユニット１０を応用した例を示す。
図６の例では、監視カメラの筐体３０に設けられた開口に対して、上記実施形態に係る構造の防曇窓ユニット１０が取り付けられている（ファン２０の併用も可能）。この防曇窓ユニット１０の内側に撮像装置及び光学系が収容されており、防曇窓ユニット１０を通して撮像が行われる。上述の通り、防曇窓ユニット１０による防曇や融雪の作用が得られるので、寒冷時や風雪時などに透光性の低下が抑制され、カメラ機能が維持される。
図７の例では、門柱を構成する筐体４０内に赤外線等の光電センサが収容されており、該光電センサの光路ＯＰを形成する筐体４０の開口に対して、上記実施形態に係る構造の防曇窓ユニット１０が取り付けられている（ファン２０の併用も可能）。上述の通り、防曇窓ユニット１０による防曇や融雪の作用が得られるので、寒冷時や風雪時などにセンサ光の透光性低下が抑制され、センサ機能が維持される。

１，２，３，４ 筐体
１ａ，１ｂ，１ｃ，２ａ，２ｂ，２ｃ，３ａ，４ａ 開口
１０ 防曇窓ユニット
１１ フレーム
１１ａ 貫通孔
１１ｂ フランジ部
１１ｃ 段差部
１１ｄ ネジ孔
１１ｅ 封止材
１２ 透光材
１３ ヒータ
１４ コントローラ
１５ 防曇窓温度センサ
１６ 筐体温度センサ
１７ ボルト
２０ ファン
Ｓ 間隙

Claims (7)

1. 筐体に設けられた開口に対して取り付けられる防曇窓ユニットであって、
   貫通孔を有する熱伝導性のフレームと、前記貫通孔を塞ぐように前記フレームに保持された透光材と、前記フレームを加熱するヒータと、
   を含んで構成され、
   前記フレームが前記筐体に固定されることにより、前記筐体の開口に前記透光材が臨み、前記ヒータにより加熱される前記フレームの熱が前記透光材へ伝達される、防曇窓ユニット。
2. 前記フレームは、前記貫通孔の周囲に立設されたフランジ部を有し、
   前記透光材は、前記フランジ部に囲繞されて保持され、
   前記フレームが前記筐体に固定されたときに前記フランジ部が前記筐体の開口に挿入されることで、前記透光材が前記開口に臨む、請求項１に記載の防曇窓ユニット。
3. 前記フレームは、前記フランジ部の周囲に形成された段差部を有し、
   前記フランジ部が前記筐体の開口に挿入されると、前記段差部が前記筐体の開口周縁部に当接し、前記筐体に固定された前記フレームと前記筐体との間に間隙が形成される、請求項２に記載の防曇窓ユニット。
4. 前記フレームのフランジ部を囲繞する封止材をさらに含む、請求項２又は請求項３に記載の防曇窓ユニット。
5. 前記筐体の温度を計測するセンサの出力を所定の基準値と比較する第１コンパレータと、
   該第１コンパレータの出力に応じて切り替わり、互いに異なる値をもつ高温設定基準値及び低温設定基準値を選択するスイッチと、
   該スイッチにより選択された基準値を、前記フレームの温度を計測するセンサの出力と比較する第２コンパレータと、
   該第２コンパレータの出力に従って前記ヒータを駆動するドライバと、
   を含んで構成されたコントローラにより制御される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の防曇窓ユニット。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の防曇窓ユニットが取り付けられた筐体を含んで構成され、当該筐体内に収容された光電センサが、前記防曇窓ユニットの透光材を通して検知動作する、車両検知装置。
7. 前記防曇窓ユニットを取り付けた位置よりも上の前記筐体内にファンを設置した、請求項６記載の車両検知装置。

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