JP2563962Y2 - 日射センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は日射センサに関し、特に光センサ素子を透光
性カバーで覆蓋するとともに、透光性カバー内にシリコ
ン樹脂を充填して成る日射センサに関する。

〔従来技術とその課題〕

従来、第３図に示すように、樹脂などで形成された透
光性カバー11内に、光起電力素子などから成る複数の光
センサ素子12を配設し、光センサ素子12の光電流を検出
して、太陽光の強度などを検出する日射センサがあった
（例えば実公昭54-45089号公報参照）。

しかしながら、上記日射センサでは、透光性カバー11
と光センサ素子12との間に、空気層が存在していること
から、透光性カバー12とこの内側の空気層との界面が入
射光が全反射し、光センサ素子12に到達しない光の割合
が多くなり、ひいては太陽光の強度などを正確に検出で
きないという問題があった。これは、光学的に密な媒質
から疎な媒質に光が屈折して進むときに、光の屈折角は
その入射角より必ず大きくなるからである。

このような問題点を解決するために、第４図に示すよ
うに、透光性カバー11を直接、光センサ素子12に当接さ
せて形成することにより、透光性カバー11と光センサ素
子12との間に、空気層を存在させないようにした日射セ
ンサも提案されている（例えば、実開昭51-44978号公報
参照）。

しかしながら、透光性カバー11は、カバーという性質
上、例えば硬質の透光性樹脂材で形成しなければならな
いが、光センサ素子12に硬質の透光性樹脂材から成る透
光性カバー11に当接して配設すると、光センサ素子12を
透光性カバー11で覆蓋する際や太陽光に直接曝されるよ
うな条件下で使用した場合に、透光性カバー11とセンサ
そし12との熱膨張係数の相違によって、光センサ素子12
にクラック（亀裂）を生じ、センサとしての機能を果た
さなくなるという問題を誘発する。

また、光センサ素子12の厚みを厚くしてクラックが発
生するのを回避しようとすると、透光性カバー11と光セ
ンサ素子12との間、あるいは光センサ素子12自体の固定
部分に剥離が生じてしまう。

本考案は、このような従来装置の問題点に鑑みて案出
されたものであり、透光性カバーと光センサ素子との間
に空気層が介在するのを回避するとともに、光センサ素
子にクラックや剥離などが生じることのない日射センサ
を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本考案の日射センサは、
光センサ素子を取付けた素子台を上面に有する基台の上
部をドーム状の透光性カバー内に収容するとともに、透
光性カバー内に光センサ素子の少なくとも受光面を覆う
範囲までシリコン樹脂を充填し、シリコン樹脂の下方端
部と基台の上面との間にシリコン樹脂の熱膨張を吸収す
る空隙部を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

上記構成によれば、光センサ素子に光が完全に到達す
るとともに、シリコン樹脂の下方端部と基台の上面との
間に設けたシリコン樹脂の熱膨張を吸収する空隙部でも
って、光センサ素子とシリコン樹脂の熱膨張係数の相違
に起因する光センサ素子のクラックや剥離を極力防止す
ることができる。

〔実施例〕

以下、本考案に係る日射センサを図面に基づき詳細に
説明する。

第１図は、本考案に係る日射センサの一実施例を示す
部分断面図である。図中、１はドーム状の透光性カバー
であり、２は光センサ素子であって、これは透光性カバ
ー１内に収容される基台４の上部に位置し、基台４の上
面4aに突設させた素子台4bに配設されている。また、６
は光センサ素子２の少なくとも受光面を覆う範囲まで透
光性カバー１内に充填したシリコン樹脂であり、７はシ
リコン樹脂６の下方端部6aと基台４の上面4aとの間にシ
リコン樹脂６の熱膨張を吸収する空隙部である。

ここで、透光性カバー１は、例えば、ポリカーボネー
ト樹脂やアクリル樹脂など耐候性や耐熱性に優れた透光
性の樹脂で形成され、その受光部がドーム状に形成され
ており、光センサ素子２を覆っている。また、この透光
性カバー１は内部の構造を隠蔽したり、表面の光反射を
極力防止するために、例えば黒色系の顔料あるいは染料
などを添加して可視光をカットするようにしてもよい。

透光性カバー１の表面は、第１図のＸ部分の拡大断面
図である第２図に示すように、光の反射などを防ぐため
にシボ加工を施すことによって、いったん粗面状にし、
さらに入射光の屈折を抑えるとともに、表面の耐擦傷性
を向上させるために、粗面状の先端部を残すようにコー
ティング膜1aを被着させている。

なお、このコーティング膜1aには、アクリル系樹脂や
シリコン系樹脂などの樹脂を使用する。また、粗面部分
の表面粗さは10数μｍ程度、コーティング膜1aの膜厚は
５〜10μｍ程度である。

光センサ素子２は、例えば単結晶シリコンにｐ−ｎ接
合部を設けて、表面電極と裏面電極を形成して構成され
る。このような光センサ素子２に、例えば400〜1200nm
程度の波長を有する光が照射されると、ｐ−ｎ接合部が
光子によって励起された電子−ホールの対がポテンシャ
ルによる電場で分離されて、電子がｎ領域へ、ホールが
ｐ領域へ移動して光の強度に応じた電流を生じる。

このようにして光センサ素子２が発生した電流は、基
台４の側面に形成された導電路3a,3bを経由して導出さ
れる。この光センサ素子２は、例えば四角柱から成る素
子台4bの底面を除く５面にそれぞれ貼着されており、例
えば、光の方位、高度、強度がそれぞれ別個に検出でき
るように構成されている。なお、個々の光センサ素子２
は、6mm×6mm×0.4mm程度の大きさである。

基台４の下部は複数の脚体4cが形成されており、基台
４はこの脚体4cを介して電気回路基板５に固定される。

透光性カバー１と光センサ素子２との間には、光セン
サ素子２の下方部分を除いて、シリコン樹脂６が充填さ
れており、基台４の上面4aとシリコン樹脂６の下方端部
6aとの間には、シリコン樹脂６の熱膨張を吸収する空隙
部７がある。

このシリコン樹脂６は、例えば二液性のシリコン樹脂
などから成り、その屈折率ｎ_D（25℃）は1.42〜1.43程
度である。一方、透光性カバー１を構成するポリカーボ
ネートの屈折率ｎ_D（25℃）は約1.585であるので、透光
性カバー１とシリコン樹脂６との境界での全反射は、下
記式（Ａ）より光の入射角ｉ_Cが64°までは全反射を生
じないことになる。

sin（ｉ_C）/sin90°＝0.8991 …（Ａ） したがって、空気層が介在する場合の全反射の条件
（光の入射角＝39.1°）に比べて、全反射する光の割合
は著しく減少することになる。

また、上述したごとくに多面体上に光センサ素子を実
装し、日射強度だけでなく方位や高度を検知する日射セ
ンサにおいては、光の進行方向がこれらの屈折により歪
められないことが重要であり、スネルの法則から、透光
性カバー１とシリコン樹脂６の屈折率の値が近いほど入
射角と反射角との差がなくなり、より正確なセンシング
が可能となる。

また、基台４の上面4aとシリコン樹脂６の下方端部6a
との間に、シリコン樹脂６の熱膨張を吸収する空隙部７
を設けているので、使用環境の温度サイクルによってシ
リコン樹脂６に熱膨張や熱収縮が発生しても、空隙部７
でシリコン樹脂６の熱膨張を吸収することができ、光セ
ンサ素子２に損傷を与えたり、透光性カバー１とシリコ
ン樹脂６との接着面で剥離などが生じることはない。

因みに、上述のような二液性のシリコン樹脂は、JIS
規格による硬さが24程度で極めて弾力性に富み、膨張が
規制されない部分があれば、光センサ素子２にクラック
の生じる応力がかかることはない。

〔考案の効果〕

以上詳述したように、本考案の日射センサによれば、
光センサ素子の受光面側に空気層が介在することを回避
して、正確なセンシングを行わせることができるととも
に、シリコン樹脂の下方端部と基台の上面との間に設け
た空隙部でもってシリコン樹脂の熱膨張が吸収されるの
で、光センサ素子にクラックなどが生じることのない信
頼性の優れた日射センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る日射センサの一実施例を説明する
一部断面図、第２図は第１図中のＸ部分の拡大図、第３
図は従来の日射センサを説明する一部断面図、第４図は
従来の他の日射センサを説明する一部断面図である。 1:透光性カバー 2:光センサ素子 4:基台 4a:基台の上面 4b:素子台 4c:脚体 6:シリコン樹脂 6a:シリコン樹脂の下方端部 7:空隙部 S:日射センサ

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】光センサ素子を取付けた素子台を上面に有
   する基台の上部をドーム状の透光性カバー内に収容する
   とともに、該透光性カバー内に前記光センサ素子の少な
   くとも受光面を覆う範囲までシリコン樹脂を充填し、該
   シリコン樹脂の下方端部と前記基台の上面との間にシリ
   コン樹脂の熱膨張を吸収する空隙部を設けたことを特徴
   とする日射センサ。