JP2014104668A - 赤外線機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 従来よりも組み付けが容易で、かつ従来の強度や光透過要件を同等に満たす赤外線機器を提供する。
【解決手段】 赤外線の入射及び出射のいずれかまたは双方を行う赤外線装置２を筐体１０内に収容した赤外線機器１において、筐体１０には、可視光を非透過とし、かつ赤外光のみを透過する赤外透過窓部１２が設けられるが、その赤外透過窓部１２には、近赤外線レーザー溶着に用いる近赤外線レーザーを透過する側の光透過性樹脂と当該レーザーを受けると発熱・溶融する光吸収性樹脂とのうち、光透過性樹脂が用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線の入射及び出射のいずれかまたは双方を行う赤外線機器に関する。
赤外線機器には、赤外線出射装置もしくは赤外線受光装置を内蔵する筐体（ケース）に、可視光を透過せず、赤外光のみを透過する赤外透過窓部が設けられる。従来、この窓部は、アクリフィルタ等の可視光カット樹脂材が用いられており、強度などの機械的要件が求められる筐体材料とは別の樹脂材が用いられてきた（例えば特許文献１）。
特開２００１−１０３０１０号公報
しかしながら、上記のような従来の構成の場合、窓部と筐体（ケース）が別材料で構成されているため、双方を組み付けるための構造が必要となるなど構造が複雑になり、組み付け工数も多くなる。また、アクリフィルタなどの可視光カット樹脂材は高価で、材料コストも増加する。さらに、筐体に防塵・防水構造をもたせようとした場合にも異種材料間にパッキンを挿入、もしくは一体成型にするなどの工夫が必要となり、より複雑な構造となって、組み付け工数も増加してしまう。
本発明の課題は、従来よりも組み付けが容易で、かつ従来の強度や光透過要件を同等に満たす赤外線機器を提供することにある。
課題を解決するための手段および発明の効果
上記課題を解決するために、本発明の赤外線機器は、
赤外線の入射及び出射のいずれかまたは双方を行う赤外線装置（２）を筐体（１０）内に収容した赤外線機器（１）であって、
前記筐体（１０）には、赤外光を透過する赤外透過窓部（１２）が設けられ、当該赤外透過窓部（１２）に、近赤外線レーザー溶着に用いる近赤外線レーザーを透過する側の光透過性樹脂と当該レーザーを受けると発熱・溶融する光吸収性樹脂とのうち、光透過性樹脂が用いられることを特徴とする。
上記本発明の構成によれば、筐体（１０）において、赤外透過窓部（１２）を除く筐体本体部（１１）に光吸収性樹脂を用いるようにすれば、赤外透過窓部（１２）と筐体本体部（１１）とを近赤外線レーザー溶着により容易に接合固定することが可能になる。さらに、それら光透過性樹脂と光吸収性樹脂とを、主となる樹脂材料が共通となる材料とすることで、赤外透過窓部（１２）と筐体本体部（１１）とは、一体となるよう固定されるだけでなく、成分上も一体化して、同一材料の一体物となるから、より強固な固定状態となる。
なお、ここでいうレーザー溶着とは、いわゆるレーザー透過溶着法（Laser Transmission Welding）を用いた溶着であり、まずは、レーザービームを透過させる光透過性樹脂部品を、レーザービームを吸収させる光吸収性樹脂部品の上に重ね、次に、接合したい面に圧力を加えてレーザービームを照射させる。これにより、照射されたレーザービームは光透過性樹脂部品を透過して、光吸収性樹脂部品の境界面付近で発熱し、その熱によって樹脂が溶融することにより、他方の光透過性樹脂部品に対し接合する。
本発明の一実施形態である赤外線機器を示す外観を簡略的に示した外観図。 図１の赤外線機器の第一例であって、図１の中央垂直断面（Ａ−Ａ断面）を簡略的に示す断面図。 図１の赤外線機器の第二例であって、図１の中央垂直断面（Ａ−Ａ断面）を簡略的に示す断面図。 図１の赤外線機器の第三例であって、図１の中央垂直断面（Ａ−Ａ断面）を簡略的に示す断面図。 図１の中央垂直断面（Ａ−Ａ断面）を用いて、図２〜４の赤外線機器の組み立て方法の流れを示す説明図。 図１の赤外線機器の第一変形例であって、図１の中央垂直断面（Ａ−Ａ断面）と同じ切断面を簡略的に示す断面図。 図１の赤外線機器の第二変形例であって、図１の中央垂直断面（Ａ−Ａ断面）と同じ切断面を簡略的に示す断面図。 図１の赤外線機器の第三変形例であって、図１の中央垂直断面（Ａ−Ａ断面）と同じ切断面を簡略的に示す断面図。 図１の中央垂直断面（Ａ−Ａ断面）と同じ切断面を用いて、図６〜図８の赤外線機器の組み立て方法の流れを示す説明図。
以下、本発明の赤外線機器の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の赤外線機器１は、赤外線の入射及び出射のいずれかまたは双方を行う赤外線装置２を筐体１０内に収容した赤外線機器１である。
筐体１０は、筐体本体部１１と、可視光を非透過とし、かつ赤外光を透過する赤外透過窓部１２と、を有する。ここでの筐体本体部１１は、筐体１０において赤外透過窓部１２を除いた残余部である。さらに、ここでの筐体本体部１１には、その上面中央に、回路基板３上に実装された赤外線装置２が設けられる一方で、赤外透過窓部１２が、これら赤外線装置２を回路基板３と共に上方から覆って筐体内部１０Ｓに収容するよう、蓋のようにして配置され、筐体本体部１１上に対し固定される。
即ち、図２〜図４に示すように、筐体本体部１１は、上面側に赤外線装置２Ａ，２Ｂが回路基板３と共に設けられて筐体１０全体の底部１１をなす。一方、赤外透過窓部１２は、その底部１１の上面外周側に当接する形で配置・固定され、赤外線装置２Ａ，２Ｂが回路基板３と共に上方から覆う筐体１０の蓋部をなす。そして、底部をなす筐体本体部１１に蓋部をなす赤外透過窓部１２が固定され、筐体１９が形成されている。
具体的にいえば、図２〜図４に示すように、ここでの赤外透過窓部１２は、底部１１をなす筐体本体部１１の上面外周側から上方に延出する筒状壁部１２Ａと、筒状壁部１２Ａの上端側にて底部１１に対し筐体内部空間１０Ｓを挟んで対向する上端部１２Ｂとを有した形状をなす。他方、ここでの筐体本体部１１は、当該筐体本体部１１の底部１１Ｂと、その底部１１Ｂの上面外周側から上方に延出する筒状壁部１１Ａと、を有した上方中央が開口する箱型をなし、その内部に、回路基板３上に実装された赤外線装置２が上方を臨む形で配置・固定される。ここでは、底部１１Ｂの上面から複数突出した突出部１３に対し回路基板３が載置され、ねじ等の締結部材でそれら突出部と回路基板３とが締結固定される。
これにより、赤外線装置２には、上方だけでなく外周側からも赤外線が通過する。赤外線装置２が赤外線出射装置であれば、広角度への赤外線出射が可能になるし、赤外線装置２Ａ，２Ｂが赤外線入射装置であれば、広角度からの赤外線入射が可能になる。
なお、赤外線装置２は、例えばＩｒＤＡ（Infrared Data Association）規格に代表される赤外線通信装置や、赤外線リモコン装置、赤外線センサ等の周知の装置であって筐体１０内に収容されて赤外線機器１をなす。赤外線装置２は、図２に示すような赤外線を出射する赤外線出射装置２Ａ（例えば赤外線信号を送信する送信部を有した赤外線信号送信装置等）と、図３に示すような赤外線を入射する赤外線入射装置２Ｂ（例えば赤外線信号を受信する受信部を有した赤外線信号受信装置）と、図４に示すような赤外線の出射及び入射の双方を行う赤外線入出射装置２Ｃ（例えば赤外線信号の送受信双方を行う赤外線信号送受信装置）とのいずれであってもよいし、赤外透過窓部１２を通過する赤外線を扱う装置であれば他のものでもよい。
ところで、本実施形態の筐体１０は、赤外透過窓部１２と筐体本体部１１が近赤外線レーザー溶着により接合固定されてとなる。レーザー溶着用の近赤外線レーザーは波長０．７〜２．５μｍの電磁波であり、ＹＡＧレーザー（波長：１０６４ｎｍ等）や、ＬＤレーザー（半導体レーザー：波長：８０８ｎｍ，８４０ｎｍ，９４０ｎｍ等）等を用いることができる。なお、本実施携帯の赤外線装置２は赤外線通信装置を想定しており、赤外線通信ＩｒＤＡの波長域が近赤外域（約８５０ｎｍ〜）であるから、赤外ＬＤレーザーでの溶着を行うことができる。この場合のレーザーの出力条件については、光吸収性樹脂や光透過性樹脂の透過率や厚みにも依存して決定されるものであり、およそ数十Ｗ〜１００Ｗあたりの出力のレーザーを利用できる。
ここで、近赤外線レーザー溶着による接合固定方法について、図５を用いて説明する。
本実施形態の赤外透過窓部１２の材料には、近赤外線レーザー溶着に用いる近赤外線レーザーを透過する側の光透過性樹脂が用いられる。光透過性樹脂は、近赤外線レーザー溶着において近赤外線レーザーが透過する側となる近赤外線レーザー溶着用透過側樹脂であって、赤外線を透過し易いものであればよく、具体的には透過率２０％以上を有することが望ましい。光透過性樹脂における主となる樹脂材料には、例えばポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）等を用いることができる。また、一定レベル以上の透過性能を実現可能であれば、主となる樹脂材料に、着色材料や充填材を含有させてもよい。
本実施形態の筐体本体部１１の材料には、近赤外線レーザー溶着に用いる近赤外線レーザーを受けると、これを吸収して発熱・溶融する光吸収性樹脂が用いられる。光吸収性樹脂は、近赤外線レーザー溶着において近赤外線レーザーを吸収して発熱する側となる近赤外レーザー溶着用吸収側樹脂であって、近赤外レーザーを吸収し、発熱するものであればよい。また、確実な接合のためには低そり性を有する必要もあり、少なくとも上記光透過性樹脂（赤外透過窓部１２）との間に誤差として形成される隙間は０．１ｍｍ以下であることが望ましい。光吸収性樹脂における主となる樹脂材料には、例えばポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）等を用いることができるし、本実施形態においては基板３が固定されるという観点から、ＧＦ（ガラスファイバー）といったが充填材が含有されて機能強化された樹脂を用いてもよい。そして、その主となる樹脂材料に対し、近赤外線レーザーを吸収する予め定められレーザー吸収材料１１ｐが含有され、光吸収性樹脂となっている。レーザー吸収材料１１ｐとしてはカーボンなどを例示できる。具体的にいえば、レーザー吸収材料１１ｐとしては例えばレーザー吸収色素等があり、カーボンブラック等の顔料系吸収色素や、染料系吸収色素を用いることができるし、これらを組み合わせて用いてもよい。なお、主となる樹脂材料に、レーザー吸収色素や、着色材料、充填材等を含有させる場合には、含有物のレーザーの吸収・発熱性能を考慮して、接合時に主となる樹脂材料に対し過剰発熱等で劣化を生じさせない組み合わせと量にする必要がある。
なお、本実施形態の光透過性樹脂と光吸収性樹脂とでは、主となる樹脂材料が共に熱可塑性樹脂である。さらに本実施形態の光透過性樹脂と光吸収性樹脂とでは、ポリブチレンテレフタレート樹脂という共通の樹脂材料を採用している。
接合固定の際には、まずは近赤外線レーザーを透過させる光透過性樹脂部品である赤外透過窓部１２を、近赤外線レーザーを吸収させる光吸収性樹脂部品であって赤外線装置２（並びに回路基板３）が既に搭載された筐体本体部１１上に重ねて配置する。
次に、互いの当接面（接合したい面）１１ａ，１２ａに対し近赤外線レーザー４を照射する。即ち、近赤外線レーザーを、赤外透過窓部１２の内部を当接面１２ａに向かって透過させる形で筐体本体部１１の当接面１１ａに照射する。このとき、赤外透過窓部１２と筐体本体部１１とには互いの接近方向の圧力を加える。
これにより、光吸収性樹脂部品である筐体本体部１１は、筐体本体部１１との境界面をなす当接面１１ａ付近で発熱して、その熱によって樹脂が溶融する溶融部１４が生じるとともに、その熱によって逆側の赤外透過窓部１２の当接面１２ａ付近にも溶融部１５が生じる。そして、これら溶融部１４，１５の存在と上記圧力とによって、当接面１１ａ，１２ａは互いが接合した固定状態となる。ここでは、主となる樹脂材料が赤外透過窓部１２と筐体本体部１１の主材料が同じ樹脂材料であるため、双方は分子レベルで結合する。その結果、赤外透過窓部１２と筐体本体部１１とは、分子レベルで一体化された状態となる。
なお、ここでの筐体１０は、赤外線装置２Ａ，２Ｂが収容される筐体内部１０Ｓが密閉状態となるよう、赤外透過窓部１２と筐体本体部１１とが接合固定されている。筐体本体部１１からは、信号の入出力を行うための配線が外に引き出される導出される場合もあるが、これも含めて筐体内部１０Ｓは密閉状態となっている。
このように本発明においては、赤外線透過窓部１２の材料に、レーザー溶着用の光透過性樹脂を用いることを特徴とする。レーザー溶着には近赤外レーザーが用いられるが、こうした場合、レーザー溶着を確実に行うために、光透過性樹脂材料は、その成型時に対象波長帯の透過率が管理されるのが一般的である。本発明では、このレーザー溶着の波長帯と赤外線通信で用いる波長帯が重なることに着目して、この透過率管理された材料が赤外線窓材としても機能であろうことを利用して実現したものである。
また、本実施形態においては、赤外線透過窓部１２と筐体本体部１１とが主となる樹脂材料を同一材料にして構成されている。上述したように、光透過性樹脂材料は厳しい透過率管理がされるため、窓材として用いるときに安定した特性をもつ窓材として機能する一方、従来のように筐体本体に開口を設けて別部材の窓部を嵌め込む構造が不要となるため、体格の小型化にも貢献する。特に広角に赤外光照射が必要な場合、図２〜図４に示すように、筐体１０に広く窓部１２を形成することも容易である。従来の場合は、広い窓部を形成するためには、高価な材料で別部材の窓部を別途成型する必要があるというデメリットがあった。さらに、本実施形態の構造では、窓部１２と筐体本体部１１との間に境界がなくなる形で、レーザー溶着により相手側の樹脂との溶着が確実になされるため、筐体１０を密閉構造とすることが可能である。これにより、特別な部品や構造を必要とすることなく、防塵・防水機能を付与することができる。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、これはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではない。例えば上記実施形態において一部の構成要件を省略する、さらには他の構成要件を追加する等、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。
筐体本体部１１を、光吸収性樹脂以外の樹脂、例えば光吸収性樹脂とは異なる樹脂であってもよく、赤外線透過窓部１２に対しレーザー溶着以外の方法で固定されていてもよい。
また、筐体１０は、必ずしも内部１０Ｓが密閉状態となるものでなくてもよい。
筐体本体部１１を光吸収性樹脂、赤外透過窓部１２を光透過性樹脂とする場合、近赤外線レーザーによる溶着が可能であるならば、双方の主材料が異なる樹脂であってもよい。
赤外線装置２は、筐体本体部１１と赤外透過窓部１２とのいずれに搭載されていてもよい。
赤外透過窓部１２は、赤外線装置２よりも上方に延出する壁部１１Ａを有する箱型の筐体本体部１１に対し赤外線の通過方向側の開口１２Ｈを蓋する形で配置された形で接合固定されてもよい。つまり、図６〜図８に示すように、筐体本体部１１は、板状の蓋部１２をなす赤外透過窓部１２の下面外周側から下方に延出する筒状壁部１１Ａと、筒状壁部１１Ａの下端側にて蓋部１２に対し筐体内部空間１０Ｓを挟んで対向する下端部１２Ｂとを有した上方中央が開口する箱型をなし、その内部に、回路基板３上に実装された赤外線装置２が上方を臨む形で配置・固定される。ここでは、下端部１２Ｂの上面から複数突出した突出部１３に対し回路基板３が載置され、ねじ等の締結部材でそれら突出部と回路基板３とが締結固定される。この場合、筐体本体部１１を赤外線透過性の低い光吸収性樹脂を用いることで、赤外線装置２を外周側で取り囲む壁部１１Ａからの赤外線通過がほぼ阻止されるようにすることができる。これにより、狭い照射角度範囲の一定の指向性を有した赤外線出射や赤外線入射が可能になる。
なお、図６〜図８の実施形態においても、赤外透過窓部１２と筐体本体部１１との接合固定方法は、図９に示すように、図５と同様にして行うことができる。
なお、赤外透過窓部１２を板状とする図６〜図８の実施形態と同様、図２〜図４の実施形態においても、壁部１１Ａが低い箱型の筐体本体部１１を、壁部１１Ａの無い形状としてもよい。
また、全ての実施形態において、近赤外線レーザーが照射される当接面１１ａ，１１ｂを有する壁部１１Ａ，１２Ａ，１２Ｂは、赤外線機器１における外表面が外部に露出する最外位置の壁部であることにより、近赤外線レーザーの照射時に狙いが定め易く、直接照射できる利点がある。
１ 赤外線機器
１０ 筐体
１１ 筐体本体部（残余部）
１２ 赤外透過窓部
２ 赤外線装置

Claims (6)

  1. 赤外線の入射及び出射のいずれかまたは双方を行う赤外線装置（２）を筐体（１０）内に収容した赤外線機器（１）であって、
    前記筐体（１０）には、赤外光を透過する赤外透過窓部（１２）が設けられ、当該赤外透過窓部（１２）には、近赤外線レーザー溶着に用いる近赤外線レーザーを透過する側の光透過性樹脂と当該レーザーを受けると発熱して溶融する光吸収性樹脂とのうち、光透過性樹脂が用いられることを特徴とする赤外線機器（１）。
  2. 前記筐体（１０）には、前記赤外透過窓部（１２）を除く筐体本体部（１１）に、前記光吸収性樹脂が用いられ、前記赤外透過窓部（１２）と前記筐体本体部（１１）とが前記近赤外線レーザー溶着により接合固定されている請求項１に記載の赤外線機器（１）。
  3. 前記筐体（１０）は、前記赤外線装置（２）が収容される筐体内部（１０Ｓ）が密閉状態となるよう、前記赤外透過窓部（１２）と前記筐体本体部（１１）とが接合固定されている請求項２に記載の赤外線機器（１）。
  4. 前記光透過性樹脂と前記光吸収性樹脂とは主となる樹脂材料が共通である請求項２又は請求項３に記載の赤外線機器。
  5. 前記赤外透過窓部（１２）は、前記赤外線装置（２）を搭載した前記筐体本体部（１１）に対し、該赤外線装置（２）が筐体内部（１０Ｓ）に収容されるよう接合固定される請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の赤外線機器。
  6. 前記筐体本体部（１１）は、上面側に前記赤外線装置（２）が設けられて前記筐体（１０）の底部を形成する一方、前記赤外透過窓部（１２）は、前記底部（１１）の外周側から上方に延出する筒状壁部（１１Ａ）と、前記筒状壁部（１２Ａ）の上端側にて前記底部（１１）に対し筐体内部空間を挟んで対向する上端部（１２Ｂ）とが設けられて前記筐体（１０）の蓋部をなす請求項５に記載の赤外線機器。
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