JP2014174119A - ガスセンサ用の導光管 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ガスセンサ用の導光管において、寸法精度が高く、取り扱いと組立調整が容易で感度の高いガスセンサを実現可能とする。
【解決手段】導光管１は管部材２を備え、管部材２は一端側と他端側とを直線的に結ぶ長手方向ｘに沿う面により２分割された部材２Ａ，２Ｂをその分割面を接合面Ｓとして互いに接合して構成される。各部材２Ａ，２Ｂは、樋状部２０と、樋状部２０から接合面Ｓを延伸した鍔２１と、鍔２１と樋状部２０の外面から接合面Ｓに直交する外方向きに突出形成されたリブ２２と、一端側と他端側とにそれぞれ設けられたホルダ受部２３とを有している。内壁面２ｄは集光のための断面曲線状とされ、リブ２２は管部材２の外形を規定する。部材２Ａ，２Ｂは肉抜き部２２ｘ，２３ｘを有し、大略均一肉厚とされ、反りやヒケの発生が抑制されている。一定高さのリブ２２により安定載置できる。内壁面２ｄによる光反射で高感度とされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスセンサ用の導光管に関する。

従来から、ガス中を通過する赤外線などの通過光量を測定してガスの種類や濃度を検出するガスセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１のガスセンサは、ガスの出入口を有し内面に光反射用金属層を有するキャビティをプラスチックで形成し、内壁の一面に赤外線の発光部と受光部とを並設して構成されている。また、多数のガス導入孔を有し、管軸直交断面が円形または楕円形の渦巻状の導光ミラー管をプラスチックで形成し、渦巻の外側始端に発光部と受光部とを設け、渦巻中心で反射する往復光の光量を測定するガスセンサが知られている（例えば、特許文献２参照）。

従来の導光管を用いたガスセンサの例を、図８、図９、図１０（ａ）（ｂ）によって説明する。このガスセンサ９は、内部にガスセル９０（被検出ガス入出自在空間）を有する直管型の導光管９１と、導光管９１の両端に備えたカラー９２およびホルダ９３と、両端の各ホルダ９３内にそれぞれ収納された発光素子９４と、受光素子９５と、を備えている。導光管９１は、２つの同一形状かつ略半割円筒状の樹脂成形体である部材９１ａ，９１ｂを貼り合わせて、その管軸に関して軸対称となるように構成されている。ガスセル９０は、軸方向両端に、それぞれ開口９０ａ，９０ｂを有し、軸方向中央部で膨らんでいる。発光素子９４と受光素子９５は、それぞれの発光面と受光面を、開口９０ａ，９０ｂからガスセル９０に望ませている。導光管９１の側壁には、内外に貫通したガス入出孔９０ｃが形成されている。導光管９１の内壁面９０ｄは光Ｌの反射面となる鏡面であり、ガスセル９０は鏡面によって囲まれている。

ガスセンサ９は、発光素子９４からの光が、ガス入出孔９０ｃからガスセル９０内に流入したガス中を通過して、受光素子９５で受光された通過光量に基づいて、ガスの種類や濃度を検出する。発光素子９４と受光素子９５の配置、各素子の発光特性と受光特性、および、内壁面９０ｄの形状は、発光素子９４からの光が直進、または内壁面９０ｄで反射して無駄なく効率良く受光素子９５に受光される構成とされ、ガスセンサ９の感度向上が図られている。なお、これらの図８、図９、図１０（ａ）（ｂ）に示した従来技術は、自社において計画していたものであるが特許出願等を行ってなく、それに対応する公知文献はない。

特表２００２−５０３８０６号公報 特開２００６−３００７３８号公報

しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２に示されるようなガスセンサ用の導光管においては、発光部と受光部の相互の配置調整が難しく、より単純な構成が望まれる。その点、図８乃至図１０に示した直管型の導光管９１を用いるガスセンサ９は、発光素子９４と受光素子９５が単純に対向配置されており、光学上の配置調整が容易である。しかしながら、このガスセンサ９の構成においては、カラー９２などのような構造体用部品の削減が望まれ、また、導光管９１に偏肉による反りが発生し易く、組立が困難となる場合がある。さらに、導光管９１の外形が円柱と円錐の組み合わせになっていて平坦部がなく、斜面に形成されたガス入出孔９０ｃに防塵用のフィルタシートを貼付するのが容易でない。また、外形に平坦部がないことにより、導光管９１の内壁面９０ｄを鏡面にする蒸着膜を形成する際に、半割部材である部材９１ａ，９１ｂを保持する専用の治具を用いる必要がある。

本発明は、上記課題を解消するものであって、寸法精度が高く、取り扱いと組立調整を容易に行うことができ、感度の高いガスセンサを実現できるガスセンサ用の導光管を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、本発明のガスセンサ用の導光管は、被検出ガスが自在に導入出され、一端側にガス検出用の光を出射する発光素子が取り付けられ、他端側に該光を受光する受光素子が取り付けられるガスセンサ用の導光管において、導光管は、一端側と他端側とを結ぶ長手方向の内壁面が集光のための断面曲線状とされた管部材を備え、この管部材は、該管部材をその長手方向に沿う面により分割された複数の部材を互いに接合して成り、管部材の各部材は、樋状部と、接合のための接合面を樋状部から延伸した鍔と、鍔の外面から長手方向に沿って突出形成され、該管部材の外形を規定するリブと、を有することを特徴とする。

このガスセンサ用の導光管において、管部材は、材質がポリアミド９Ｔであることが好ましい。

このガスセンサ用の導光管において、リブは、均肉厚構造を有し、かつ、一定高さを有することが好ましい。

このガスセンサ用の導光管において、リブの肉厚は、樋状部の肉厚の９０％〜１１０％であることが好ましい。

このガスセンサ用の導光管において、管部材は、ガスを導入出する複数のガス入出孔を有し、該ガス入出孔が開口する管部材の外面が平面とされていることが好ましい。

このガスセンサ用の導光管において、内壁面の面粗さが５ｎｍ以下であることが好ましい。

このガスセンサ用の導光管において、接合面の面粗さが１２μｍ以上であることが好ましい。

このガスセンサ用の導光管において、管部材は、発光素子と受光素子とをそれぞれ取り付けるために樋状部の外形を拡大したホルダ受部を両端に有し、ホルダ受部は、肉抜き部を有することが好ましい。

このガスセンサ用の導光管において、管部材は、その両端に、発光素子と受光素子の光軸を揃える基準面となる互いに平行な面を有することが好ましい。

本発明のガスセンサ用の導光管によれば、長手方向に分割された部材が管部材の外形を規定するリブを有し、管部材が集光のための断面曲線状の内壁面を有するので、寸法精度が高く、取り扱いと組立調整が容易で感度の高いガスセンサを実現できる。

本発明の一実施形態に係るガスセンサ用の導光管の斜視図。 同導光管の分解斜視図。 （ａ）は同導光管の管部材を構成する部材の一方の平面図、（ｂ）は同部材の断面図、（ｃ）は同部材の背面図、（ｄ）は同部材の光源側の左側面図、（ｅ）は（ｃ）のＡ−Ａ線断面図、（ｆ）は（ｃ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｇ）は（ｃ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｈ）は同部材の受光側の右側面図。 （ａ）は同導光管を組み込んだガスセンサの断面図、（ｂ）は（ａ）の断面に直交する断面図。 （ａ）は同導光管の変形例の斜視図、（ｂ）は同変形例の断面図。 同導光管の他の変形例の斜視図。 同変形例の分解斜視図。 従来の導光管を組み込んだガスセンサの断面図。 同ガスセンサの分解斜視図。 （ａ）は同導光管からカラーを外した状態の斜視図、（ｂ）は同導光管にカラーを取り付けた状態の斜視図。

以下、本発明の一実施形態に係るガスセンサ用の導光管について、図面を参照して説明する。図１乃至図４は、ガスセンサ用の導光管１を示す。導光管１は、図１、図２に示すように、被検出ガスが自在に導入出される管部材２を備え、この管部材２は、互いに同一形状をした樋状部材２Ａ，２Ｂを接合して構成されている。管部材２の長手方向一端側にはガス検出用の光を出射する発光素子９ａ、他端側には該光を受光する受光素子９ｂがそれぞれホルダ９ｃによって取り付けられる。この導光管１は、直線型のガスセンサの部品として用いられる。発光素子９ａと受光素子９ｂとは、互いの発光面と受光面を平行に対向させて取り付けられる。樋状部材２Ａ，２Ｂの各々は、長手方向ｘに沿う面によって管部材２を２分割したものであり、その分割面は両部材の接合面Ｓとなる。樋状部材２Ａ，２Ｂの各々は、樋状の樋状部２０と、樋状部２０から接合面Ｓを延伸した鍔２１と、鍔２１と樋状部２０の外面から接合面Ｓに直交する外方向きに突出形成されたリブ２２と、一端側と他端側とにそれぞれ設けられたホルダ受部２３と、を有している。これらの樋状部２０、鍔２１、リブ２２、および各ホルダ受部２３は、一体的に樹脂成形されている。

管部材２は、発光側の開口２ａ、受光側の開口２ｂ、複数のガス入出孔２ｃ、樋状の内壁面２ｄ、および接合面Ｓを有している。各開口２ａ，２ｂ、ガス入出孔２ｃ、および内壁面２ｄは、それぞれ円形の形状物を、それらの直径位置に共通の平面、すなわち、接合面Ｓで２分割した形状を有している。樋状部２０は、均一肉厚とされている。樋状部２０の内壁面２ｄは、被検出ガスが入出自在に滞留する空間であるガスセル１０を構成する。また、樋状部２０は、長手方向ｘに沿った対称面を有し、その対称面と接合面Ｓを含む平面との交線は導光管１の対称軸となっている。

リブ２２は、管部材２の両ホルダ受部２３間に、鍔２１の長手方向ｘの２つの縁部に沿って形成された縦リブ２２ａと、両縦リブ２２ａ間を接続する２つの横リブ２２ｂと、を平面視で互いに面取り四角形状に組み合わせて有している。各横リブ２２ｂは、樋状部２０の外面を横切る位置に配置形成されている。リブ２２の縦リブ２２ａと横リブ２２ｂは、均一肉厚と接合面Ｓからの一定高さとを有する塀状に立ち上がっている。リブ２２の上端は、接合面Ｓに平行な平面を構成し、左右の縦リブ２２ａの外壁面２ｅは、管部材２の互いに平行な２つの外面を構成する。従って、リブ２２は、これらの面によって管部材２の外形を規定する。リブ２２の内壁面と樋状部２０の外面とで囲まれた空間は、この空間における樹脂が除かれた空間であると考えると、肉抜き部２２ｘと見倣すことができる。

各ホルダ受部２３は、リブによって構成され、縦リブ２２ａに連続して共通の外壁面２ｅを有する縦リブ２３ａと、管部材２の端部において樋状部２０および鍔２１の外面から突出形成された横リブ２３ｂと、を有している。これらの縦リブ２３ａと横リブ２３ｂとは、均一肉厚とされている。ホルダ受部２３は、その縦リブ２３ａと横リブ２３ｂの各上端面が円柱面の一部とされており、ホルダ受部２３にはホルダ９ｃが嵌合される。すなわち、ホルダ受部２３は、発光素子９ａと受光素子９ｂとをそれぞれ取り付けるために管部材２の樋状部２０の外形を拡大したものである。ホルダ受部２３の内壁面、横リブ２２ｂの外壁面、および樋状部２０の外面によって囲まれた空間は、この空間における樹脂が除かれた空間であると考えると、肉抜き部２３ｘと見倣すことができる。

また、両ホルダ受部２３の横リブ２３ｂの外壁面は、管部材２の両端部における互いに平行な端面２０ａ，２０ｂを構成している。この端面２０ａ，２０ｂは、発光素子９ａと受光素子９ｂの光軸を揃える基準面となる。また、ガス入出孔２ｃは、リブ２２とホルダ受部２３に共通の左右の外壁面２ｅに開口している。外壁面２ｅは管部材２の外面となる平面であり、その平面に開口するガス入出孔２ｃには、防塵用のフィルタシート９ｄが貼附される。

図３（ａ）〜（ｈ）に示すように、樋状部２０の肉厚Ｄ０、鍔２１の肉厚Ｄ１、リブ２２の肉厚Ｄ２、ホルダ受部２３の各リブの肉厚Ｄ３は、それぞれ一定厚とされている。また、これらの肉厚Ｄ０〜Ｄ３は、相互に近い値とされ、管部材２の全体として略一定の肉厚である。例えば、リブ２２の肉厚Ｄ２は、樋状部２０の肉厚Ｄ０の９０％〜１１０％である。リブ２２の高さＨは、ホルダ受部２３の横リブ２３ｂの高さ以上とされている。従って、管部材２は、内壁面２ｄを上方に向け、リブ２２の先端面を下にして平面台上に安定に載置することができる。リブ２２の縦リブ２２ａは、接合面の幅Ｗ内における樋状部２０に干渉しない位置の鍔２１から、突出形成されている。

管部材２は、その樹脂成形の材料として、例えば、ポリアミド９Ｔを好適に用いることができる。ポリアミド９Ｔは鉛フリーはんだに適応した高耐熱性ポリアミド樹脂であり、導光管１を用いたガスセンサを実装する際にリフロー実装を適用できる。樋状部２０の内壁面２ｄは、光を反射する反射膜（不図示）、例えば金属膜が形成されている。反射膜は、膜密着性を向上させるため内壁面２ｄにプラズマ照射等による前処理を行った後、蒸着によって一層または多層の蒸着膜を形成し、その表面に耐環境性の保護膜を形成して、所定の反射膜とされる。内壁面２ｄの面粗さは、好ましくは５ｎｍ以下とされる。このような面粗さの内壁面２ｄによって、高反射率の反射膜を形成することができる。また、接合面Ｓの面粗さは、好ましくは１２μｍ以上とされる。このような面粗さの接合面Ｓによって、管部材２同士の接着剤による十分な接合強度が得られる。なお、これらの管部材２の表面粗さは、例えば、管部材２の樹脂成形に用いる金型の表面粗さの調整によって実現される。

図４（ａ）（ｂ）に示すように、ガス入出孔２ｃは、ガスセンサを配置した雰囲気空間に存在する被検出ガスがガスセル１０に自在に入出するように、導光管１の外壁面２ｅに分散して、複数（本例では１２個）備えられている。ガス入出孔２ｃの配置や個数は、ガスセル１０内のガス分布が均一になるように、また、内壁面２ｄでの光の反射が妨げられない程度に、設定される。

また、導光管１は、長手方向ｘに沿った内壁面２ｄの形状が集光のための断面曲線状とされている。すなわち、ガスセル１０は、長手方向ｘに軸を有する紡錘形、例えば、好ましくは回転楕円体形状を有している。発光素子９ａから発光された光は、例えば赤外線であり、内壁面２ｄに向かった光Ｌは、その内壁面２ｄによって、受光素子９ｂに入射するように反射される。ガスセル１０の受光側の開口２ｂは、例えば、受光率を高めるため、発光側の開口２ａよりも大きな開口とされている。発光素子９ａと受光素子９ｂは、例えば、ガスセル１０を形成する回転楕円体の焦点位置を考慮して、ガス検出感度が高くなる位置に配置される。

本発明のガスセンサ用の導光管１によれば、管部材２が、管部材２すなわち導光管１の外形を規定するリブ２２を有し、集光のための断面曲線状の内壁面２ｄを有するので、寸法精度が高く、取り扱いと組立調整が容易で感度の高いガスセンサを実現できる。管部材２が、均一肉厚構造とリブ２２および肉抜き部２３ｘ等を備えて構成されていることにより、偏肉による反りやヒケの発生が抑制され、各部形状の経年変化や温度変化が抑制される。従って、寸法精度の良い光反射面と導光に好適の形状とを形成することができ、かつ、維持することができる。

また、導光管１がホルダ受部２３を備えて、ホルダ受部２３に対してホルダ９ｃを装着する構成とされているので、ホルダ９ｃを装着するための従来例のカラー９２が不要であり、部品点数を減らすことができ、組立が容易となる。例えば、ホルダ９ｃは、導光管１のホルダ受部２３に圧入されて接着される。この圧入構造により、例えば、接着剤を硬化させる際の接着治具を省くことができる。ホルダ受部２３の外形面を構成する円柱面の中心軸は導光管１の軸と一致し、導光管１の両端の基準面となる端面２０ａ，２０ｂは導光管１の軸に直交している。従って、ホルダ９ｃをホルダ受部２３に装着することにより、導光管１、発光素子９ａ、および受光素子９ｂの各光軸を、自動的に一致させることができ、組立が容易である。

図５（ａ）（ｂ）は、上述の導光管１の変形例を示す。この導光管１の管部材２は、その各ホルダ受部２３が２つの横リブ２３ｂを有し、この点が上述の導光管１と異なる。追加された横リブ２３ｂの外形はホルダ９ｃ（図１参照）に嵌合する形状を有し、嵌合時に相互に接触する面が増加している。従って、追加の横リブ２３ｂを有する導光管１は、導光管１に対するホルダ９ｃの位置固定がより確実となる。

図６、図７（ａ）（ｂ）は、導光管１の他の変形例を示す。この導光管１は、上述の図１に示した導光管１とは、管部材２のホルダ受部２３の形状が異なり、他は同様である。すなわち、この導光管１の管部材２のホルダ受部２３は、横リブ２３ｂに替えて、均一肉厚の円筒壁２３ｃを有し、従って、肉抜き部２３ｘが管部材２の長手方向の端面に開口している。この長手方向ｘに沿った肉抜き部２３ｘは、例えば、スライドコアを有する金型を用いて形成することができる。円筒壁２３ｃの外形はホルダ９ｃ（図１参照）に嵌合する形状を有し、嵌合時に相互に接触する面が増加しており、導光管１に対するホルダ９ｃの位置固定がさらにより確実となる。

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、２分割した同一形状の部材２Ａ，２Ｂで導光管１の管部材２を構成する旨説明したが、２つの部材２Ａ，２Ｂは互いに外形が異なるものとしてもよい。また、導光管１の管部材２は２分割に限らず、例えば、４分割する構成としてもよい。

１ 導光管
２ 管部材
２Ａ，２Ｂ 部材
２ｃ ガス入出孔
２ｄ 内壁面
２ｅ 外壁面
２０ 樋状部
２０ａ，２０ｂ 端面（基準面）
２１ 鍔
２２ リブ
２３ ホルダ受部
２３ｘ 肉抜き部
Ｄ０ 管部の肉厚
Ｄ２ リブの肉厚
Ｈ リブの高さ
Ｓ 接合面
ｘ 長手方向

Claims (9)

1. 被検出ガスが自在に導入出され、一端側にガス検出用の光を出射する発光素子が取り付けられ、他端側に該光を受光する受光素子が取り付けられるガスセンサ用の導光管において、
   前記導光管は、前記一端側と他端側とを結ぶ長手方向の内壁面が集光のための断面曲線状とされた管部材を備え、この管部材は、該管部材をその長手方向に沿う面により分割された複数の部材を互いに接合して成り、
   前記管部材の各部材は、樋状部と、前記接合のための接合面を前記樋状部から延伸した鍔と、前記鍔の外面から長手方向に沿って突出形成され、該管部材の外形を規定するリブと、を有することを特徴とするガスセンサ用の導光管。
2. 前記管部材は、材質がポリアミド９Ｔであることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ用の導光管。
3. 前記リブは、均肉厚構造を有し、かつ、一定高さを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサ用の導光管。
4. 前記リブの肉厚は、前記樋状部の肉厚の９０％〜１１０％であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のガスセンサ用の導光管。
5. 前記管部材は、ガスを導入出する複数のガス入出孔を有し、該ガス入出孔が開口する前記管部材の外面が平面とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のガスセンサ用の導光管。
6. 前記内壁面の面粗さが５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のガスセンサ用の導光管。
7. 前記接合面の面粗さが１２μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のガスセンサ用の導光管。
8. 前記管部材は、発光素子と受光素子とをそれぞれ取り付けるために前記樋状部の外形を拡大したホルダ受部を両端に有し、前記ホルダ受部は、肉抜き部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のガスセンサ用の導光管。
9. 前記管部材は、その両端に、発光素子と受光素子の光軸を揃える基準面となる互いに平行な面を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のガスセンサ用の導光管。

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