JP2956539B2 - 光電式塵埃センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光電式塵埃センサ
に関し、さらに詳細にいえば、発光部と受光部とを有
し、発光部からの光が直接には受光部に照射されないよ
うに、両者間に遮光部材を設け、塵埃（煙の粒子を含
む）が存在する場合に、塵埃に起因する散乱光の一部を
受光部により受光するようにした光電式塵埃センサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、暗箱内に発光部と受光部とを
配置するとともに、発光部からの光が直接に受光部に導
かれることを阻止するための遮光部材を配置し、暗箱内
に煙などの塵埃が侵入した場合に、塵埃に起因する散乱
光を受光部において受光し、受光部からの出力信号（散
乱光強度にほぼ対応する出力信号）に基づいて塵埃を検
出するようにした光電式塵埃センサが提案されている。

【０００３】このような光電式塵埃センサとしては、単
に塵埃の有無を検出するものと、塵埃の量を検出するも
のとがある。ここで、前者の光電式塵埃センサでは、塵
埃の有無の境界領域を除けば、温度変化、経時変化など
に起因する光学素子どうしの相対位置の変動はさほど問
題にはならないが、後者の光電式塵埃センサでは、温度
変化、経時変化などに起因する光学素子どうしの相対位
置の変動は塵埃の量の検出精度に影響を及ぼすのである
から、到底無視することはできない。

【０００４】このような不都合を解消するために、暗箱
のうち、発光部とレンズとを支持するホルダ部を熱膨張
係数が小さい金属で形成してなる光電式塵埃センサ（実
開平４−１１５０５１号公報参照）、発光部、受光部お
よび遮光部材を基板上に設け、この基板を暗箱内に収容
してなる光電式塵埃センサ（特公昭５８−８０２８号公
報参照）が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】実開平４−１１５０５
１号公報に示す構成の光電式塵埃センサは、ホルダ部が
熱膨張係数が小さい金属製であるから、ホルダ部が高価
になり、また、ホルダ部と暗箱の他の部分とが別体とし
て製造された後に一体的に組み立てられることになるの
で、光電式塵埃センサを製造するための工数が増加し、
製造に手間がかかってしまうとともにコストアップを招
いてしまうという不都合がある。

【０００６】特公昭５８−８０２８号公報に示す構成の
光電式塵埃センサは、基板、暗箱と別体で遮光部材を製
造するので、遮光部材を製造するための設備（金型な
ど）が必要になり、また、基板を暗箱に取り付ける前に
遮光部材を基板に取り付けなければならないので、光電
式塵埃センサを製造するための工数が増加し、製造に手
間がかかってしまうとともにコストアップを招いてしま
うという不都合がある。

【０００７】なお、以上には光電式塵埃センサのみにつ
いて説明したが、熱膨張率が互いに異なる材質でそれぞ
れ形成された部材どうしを複数箇所で一体的に連結する
場合、例えば、フロッピーディスクドライブの筐体をプ
ラスチック化する場合における基板と筐体との連結構
造、モータと筐体との連結構造、筐体とコンピュータ本
体、取り付け金具との連結構造などにおいても同様の不
都合が生じる。

【０００８】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、製造のための工数の増加を抑制し、しか
も温度変化、経時変化に起因する不都合の発生を大幅に
抑制することができる部材連結構造および光電式塵埃セ
ンサを提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の光電式塵埃セ
ンサは、基板に発光部および受光部が設けられてあると
ともに、ケース体に遮光部材およびレンズ系が設けられ
てあり、基板とケース体とが互いに熱膨脹率が異なる材
質で形成されてあるとともに、基板上の発光部および受
光部が設けられている一方側の領域と、ケース体の遮光
部材およびレンズ系が設けられている一方側の領域とが
一体的に連結されてあり、基板上の他方側の領域または
ケース体の他方側の領域に、発光部から受光部までの光
学要素の位置ズレをもたらす応力を逃がすためのスリッ
ト部が形成されてあり、両他方側の領域のうち、スリッ
ト部を基準として一方側の領域から離れた所定位置が一
体的に連結されてあるものである。

【００１０】請求項２の光電式塵埃センサは、基板に発
光部および受光部が設けられてあるとともに、ケース体
に遮光部材およびレンズ系が設けられてあり、基板とケ
ース体とが互いに熱膨脹率が異なる材質で形成されてあ
るとともに、基板上の発光部および受光部が設けられて
いる一方側の領域と、ケース体の遮光部材およびレンズ
系が設けられている一方側の領域とが一体的に連結され
てあり、基板上の他方側の領域またはケース体の他方側
の領域に、発光部から受光部までの光学要素の位置ズレ
をもたらす応力を逃がすための１対のスリット部が形成
されてあり、１対のスリット部により包囲される所定位
置において基板とケース体とが一体的に連結されてある
ものである。

【００１１】請求項３の光電式塵埃センサは、一方側の
領域における連結位置が、遮光部材に設けられたもので
ある。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【作用】請求項１の光電式塵埃センサであれば、基板に
発光部および受光部が設けられてあるとともに、ケース
体に遮光部材およびレンズ系が設けられてあり、基板と
ケース体とが互いに熱膨脹率が異なる材質で形成されて
あるとともに、基板上の発光部および受光部が設けられ
ている一方側の領域と、ケース体の遮光部材およびレン
ズ系が設けられている一方側の領域とが一体的に連結さ
れてあり、基板上の他方側の領域またはケース体の他方
側の領域に、発光部から受光部までの光学要素の位置ズ
レをもたらす応力を逃がすためのスリット部が形成され
てあり、両他方側の領域のうち、スリット部を基準とし
て一方側の領域から離れた所定位置が一体的に連結され
てあるので、温度変化、経時変化に起因する熱膨脹の程
度が基板とケース体との間で異なっていても、この相違
に起因する応力をスリット部において逃がすことによ
り、発光部、受光部、遮光部材およびレンズ系相互の相
対位置関係のズレを大幅に抑制して、塵埃検出精度を高
く維持することができ、また、特別に別体で形成しなけ
ればならない部材がなくなるので、光電式塵埃センサを
製造するための工数を低減することができる。

【００１５】請求項２の光電式塵埃センサであれば、基
板に発光部および受光部が設けられてあるとともに、ケ
ース体に遮光部材およびレンズ系が設けられてあり、基
板とケース体とが互いに熱膨脹率が異なる材質で形成さ
れてあるとともに、基板上の発光部および受光部が設け
られている一方側の領域と、ケース体の遮光部材および
レンズ系が設けられている一方側の領域とが一体的に連
結されてあり、基板上の他方側の領域またはケース体の
他方側の領域に、発光部から受光部までの光学要素の位
置ズレをもたらす応力を逃がすための１対のスリット部
が形成されてあり、１対のスリット部により包囲される
所定位置において基板とケース体とが一体的に連結され
てあるので、温度変化、経時変化に起因する熱膨脹の程
度が基板とケース体との間で異なっていても、この相違
に起因する応力をスリット部において効果的に逃がすこ
とにより、発光部、受光部、遮光部材およびレンズ系相
互の相対位置関係のズレを大幅に抑制して、塵埃検出精
度を高く維持することができ、また、特別に別体で形成
しなければならない部材がなくなるので、光電式塵埃セ
ンサを製造するための工数を低減することができる。

【００１６】請求項３の光電式塵埃センサであれば、一
方側の領域における連結位置が、遮光部材に設けられて
いるので、発光部、受光部および遮光部材相互の相対位
置を正確に維持することができ、塵埃検出精度を高く維
持することができる。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面によってこの発明
の実施の態様を詳細に説明する。図１はこの発明の光電
式塵埃センサの一実施態様の内部機構を示す平面図、図
２は概略正面図である。この光電式塵埃センサは、発光
ダイオードなどからなる発光部１ａおよびフォトダイオ
ードなどからなる受光部１ｂが搭載された基板１と、暗
箱（ケース体）２とから構成されている。ここで、基板
１としては、例えば、ガラスエポキシからなるプリント
配線基板が例示でき、暗箱２としては、例えば、アクリ
ルニトリルブタジエンスチレン共重合体（以下、ＡＢＳ
と略称する）を用いて成形された箱体が例示できる。

【００２０】暗箱２は全体が立方体状の箱体であり、そ
の内部に上方に延びる壁部材を形成することにより、発
光部収容空間２ａ、受光部収容空間２ｂを形成している
とともに、発光部収容空間２ａ、受光部収容空間２ｂに
それぞれレンズ系２ｃ、２ｄを設けている。そして、両
レンズ系２ｃ，２ｄの光軸が所定の角度をなすように両
レンズ系２ｃ，２ｄが配置されている。また、レンズ系
２ｃの光軸上であって、発光部収容空間２ａの内奥部に
発光部１ａを侵入させるための穴が形成されているとと
もに、レンズ系２ｄの光軸上であって、受光部収容空間
２ｂの内奥部に受光部１ｂを侵入させるための穴が形成
されている。なお、レンズ系２ｃは省略することが可能
である。

【００２１】そして、発光部収容空間２ａと受光部収容
空間２ｂとの中間部に、発光部１ａからレンズ系２ｃを
通して出射される光が直接レンズ系２ｄを通して受光部
１ｂに導かれることを防止する遮光部材２ｅが設けられ
ている。また、ノイズ光として作用する可能性がある光
がレンズ系２ｄを通して受光部１ｂに導かれることを防
止するノイズ光遮光部材２ｆが発光部収容空間２ａ、受
光部収容空間２ｂ、遮光部材２ｅとほぼ正対する位置に
設けられている。ノイズ光遮光部材２ｆは複数個設けら
れており、互いに隣合うノイズ光遮光部材２ｆによって
ノイズ光減衰室を構成している。このノイズ光減衰室に
導入された光はこの室の吸光度が高い内壁面で複数回反
射させられることにより、その強度が十分に減衰させら
れる。また、発光部１ａからの直接光が照射されるノイ
ズ光遮光部材２ｆの所定位置に直接光を通過させるため
の穴２ｊが形成されているとともに、このノイズ光遮光
部材２ｆと、受光部収容空間２ａを規定する板部材と、
暗箱２の外壁部材とで光トラップ２ｋを構成している。

【００２２】さらに、遮光部材２ｅとほぼ正対する所定
位置に応力を逃がすためのスリット部２ｇが形成されて
おり、遮光部材２ｅの基部およびスリット部２ｇを挟ん
で遮光部材２ｅと反対側の所定位置にねじ止め用の穴が
形成され、これらの穴を通して基板１がねじ２ｈによっ
てねじ止めされている。また、遮光部材２ｅの先端に近
接する所定位置に流体導入用の開口２ｉが設けられてい
る。もちろん、基板１の対応箇所にも流体導入用の開口
（図示せず）が設けられている。

【００２３】上記の構成の光学式塵埃センサの作用は次
のとおりである。発光部１ａおよび受光部１ｂが搭載さ
れた基板１を暗箱２の下面に接触させ、この状態におい
て１対のねじ２ｈにより基板１と暗箱２とを一体的に連
結することにより、光学的塵埃センサの組み立てを完了
する。この状態においては、発光部１ａ、レンズ系２
ｃ、遮光部材２ｅ、レンズ系２ｄおよび受光部１ｂの相
対位置が所期のとおりに設定されている。

【００２４】このようにして組み立てられた光電式塵埃
センサを所定位置に配置することにより、以下のように
して測定対象雰囲気中における塵埃の濃度を測定するこ
とができる。測定対象雰囲気が塵埃を全く含んでいない
場合には、発光部１ａからレンズ系２ｃを通して出射さ
れる光はそのまま直線的に伝播し、遮光部材２ｅの存在
によってレンズ系２ｄには全く照射されない。この結
果、受光部１ｂからの出力信号は小さいままである。な
お、直線的に伝播する光のうち、少なくとも一部は穴２
ｊを通して光トラップ２ｋに導入され、とじ込められる
ことによりほぼ完全に減衰する。また、直線的に伝播す
る光の残部は穴２ｊが形成されたノイズ光遮光部材２
ｆ、このノイズ光遮光部材２ｆと対向するノイズ光遮光
部材２ｆ、および暗箱２の外壁部材により形成されるノ
イズ光減衰室で多重反射されることにより十分に減衰す
る。したがって、発光部１ａからの直接光に起因するノ
イズ光は受光部１ｂには殆ど影響を及ぼさない。

【００２５】測定対象雰囲気が塵埃を含んでいる場合に
は、流体導入用の開口２ｉを通して塵埃を含む流体が暗
箱２の内部に侵入するので、発光部１ａからレンズ系２
ｃを通して出射される光が塵埃によって散乱反射され、
散乱反射光の一部がレンズ系２ｄを通して受光部１ｂに
導かれる。この結果、受光部１ｂからの出力信号が、受
光する散乱反射光の強度に対応して大きくなる。また、
直線的に伝播する光はノイズ光減衰室および光トラップ
２ｋにより十分に減衰されるので、受光部１ｂには殆ど
影響を及ぼさない。

【００２６】したがって、受光部１ｂからの出力信号に
基づいて測定対象雰囲気中の塵埃の濃度を測定すること
ができる。以上は温度変化、経時変化などの影響を受け
ていない状態における作用である。温度変化、経時変化
などの影響を受けた場合には、基板１と暗箱２との熱膨
張係数が互いに異なるとともに、基板１と暗箱２とが１
対のねじ２ｈにより一体的に連結されているのであるか
ら、両者の間の熱膨張差に起因して応力が発生し、基板
１、暗箱２に歪が発生する。しかし、この実施態様にお
いては、１対のねじ２ｈによる連結部どうしの間に応力
を逃がすためのスリット部２ｇが形成されているのであ
るから、上述のように応力が発生しても、この応力の大
半がスリット部２ｇにより逃がされ、発光部１ａ、レン
ズ系２ｃ、遮光部材２ｅ、レンズ系２ｄおよび受光部１
ｂの相対位置は殆ど変化しない。したがって、温度変
化、経時変化などの影響を受けない場合と同様に測定雰
囲気中の塵埃の濃度を測定することができる。

【００２７】この実施態様においては、スリット部２ｇ
の位置、形状と特には規定していないが、遮光部材２ｅ
から離れた側のねじ２ｈによる連結位置に近い位置にス
リット部２ｇを設けることが好ましい。また、この場合
に、ねじ２ｈによる連結位置を包囲するようにほぼ半円
弧状のスリット部２ｇを設けることが好ましい。さら
に、ほぼ半円弧状のスリット部２ｇの両端部から外方に
延びる直線状のスリット部を付加することが好ましい。

【００２８】

【発明の実施の形態】基板１としてガラスエポキシから
なるプリント配線基板を採用し、暗箱２としてＡＢＳ樹
脂からなる箱体を採用してなる光電式塵埃センサの雰囲
気温度を２１℃から７０℃まで変化させた状態の全体形
状を図３に示す。また、スリット部２ｇを省略したほか
は同一の構成を有する光電式塵埃センサの温度を２１℃
から７０℃まで変化させた状態の全体形状を比較例とし
て図４に示す。

【００２９】なお、ＡＢＳ樹脂の熱膨張率は８〜９．５
×１０^-5／℃であり、プリント配線基板の熱膨張率は、
縦方向が１．３×１０^-5／℃、横方向が１．８×１０^-5
／℃、厚さ方向が５．１×１０^-5／℃である。また、ス
リット部２ｇの幅が１ｍｍであり、スリット部２ｇの半
円弧状部がねじ２ｈによる連結位置を中心とし、φ９ｍ
ｍであり、直線状部の長さが約５ｍｍである。

【００３０】図３と図４を比較すれば、スリット部２ｇ
を設けたことにより、暗箱２の歪を大幅に低減できてい
ることが分かる。特に、図４では、遮光部材に大きな歪
が生じていることに起因して受光部１ｂからの出力信号
がかなり変動したが、図３の場合には、受光部１ｂから
の出力信号は殆ど変動しなかった。図５はこの発明の光
電式塵埃センサの他の実施の態様を示す平面図である。

【００３１】この実施態様が図１の実施態様と異なる点
は、ほぼ半円弧状部分とこれに続く直線状部分とを有す
る１対のスリット部２ｇを、ねじ２ｈによる連結部分を
中心として互いに対称に設けた点のみである。この実施
態様を採用する場合には、ねじ２ｈによる連結部分と他
の部分との間の殆どがスリット部２ｇにより離されてい
るのであるから、応力を逃がす効果を高めることがで
き、歪の発生を大幅に抑制することができる。

【００３２】以上の各実施態様においては、基板１と暗
箱２との連結をねじ２ｈにより達成する場合についての
み説明しているが、ねじ以外の連結手段、例えば、溶
接、接着、かしめ止めなどを採用してもよいことはもち
ろんである。また、暗箱２にスリット部２ｇを設ける代
わりに基板にスリット部を設けてもよい。ただし、基板
としてプリント配線基板を採用する場合には、プリント
配線形成の自由度が制約されるので、前者の構成を採用
することが好ましい。

【００３３】なお、以上には光電式塵埃センサのみにつ
いて説明したが、熱膨張率が互いに異なる材質でそれぞ
れ形成された部材どうしを複数箇所で一体的に連結する
場合、例えば、フロッピーディスクドライブの筐体をプ
ラスチック化する場合における基板と筐体との連結構
造、モータと筐体との連結構造、筐体とコンピュータ本
体、取り付け金具との連結構造などにも適用することが
可能であり、温度変化、経時変化に拘らず、両部材に発
生する歪を大幅に抑制することができ、高精度の位置決
めが要求される部材どうしの位置ずれを大幅に低減する
ことができる。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明は、温度変化、経時変化
に起因する熱膨脹の程度が基板とケース体との間で異な
っていても、この相違に起因する応力をスリット部にお
いて逃がすことにより、発光部、受光部、遮光部材およ
びレンズ系相互の相対位置関係のズレを大幅に抑制し
て、塵埃検出精度を高く維持することができ、また、特
別に別体で形成しなければならない部材がなくなるの
で、光電式塵埃センサを製造するための工数を低減する
ことができるという特有の効果を奏する。

【００３５】請求項２の発明は、温度変化、経時変化に
起因する熱膨脹の程度が基板とケース体との間で異なっ
ていても、この相違に起因する応力をスリット部におい
て効果的に逃がすことにより、発光部、受光部、遮光部
材およびレンズ系相互の相対位置関係のズレを大幅に抑
制して、塵埃検出精度を高く維持することができ、ま
た、特別に別体で形成しなければならない部材がなくな
るので、光電式塵埃センサを製造するための工数を低減
することができるという特有の効果を奏する。

【００３６】請求項３の発明は、発光部、受光部および
遮光部材相互の相対位置を正確に維持することができ、
塵埃検出精度を高く維持することができるという特有の
効果を奏する。

【００３７】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の光電式塵埃センサの一実施態
様の内部機構を示す平面図である。

【図２】同上概略正面図である。

【図３】基板としてガラスエポキシからなるプリント配
線基板を採用し、暗箱としてＡＢＳ樹脂からなる箱体を
採用してなる光電式塵埃センサの雰囲気温度を２１℃か
ら７０℃まで変化させた状態の全体形状を示す平面図で
ある。

【図４】スリット部を省略したほかは図３と同一の構成
を有する光電式塵埃センサの温度を２１℃から７０℃ま
で変化させた状態の全体形状を示す平面図である。

【図５】この発明の光電式塵埃センサの他の実施の態様
を示す平面図である。

【符号の説明】

１ 基板 １ａ 発光部 １ｂ 受光部 ２ 暗箱 ２ｃ，２ｄ レンズ系 ２ｅ 遮光部材 ２ｇ スリット部 ２ｈ ねじ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−279105（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−342966（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−29054（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−28598（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−307591（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−256905（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−41169（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−62549（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−36707（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−111635（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−158850（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16B 37/00 G01N 21/53 H05K 7/14

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板（１）に発光部（１ａ）および受光
   部（１ｂ）が設けられてあるとともに、ケース体（２）
   に遮光部材（２ｅ）およびレンズ系（２ｄ）が設けられ
   てあり、基板（１）とケース体（２）とが互いに熱膨脹
   率が異なる材質で形成されてあるとともに、基板（１）
   上の発光部（１ａ）および受光部（１ｂ）が設けられて
   いる一方側の領域と、ケース体（２）の遮光部材（２
   ｅ）およびレンズ系（２ｄ）が設けられている一方側の
   領域とが一体的に連結されてあり、基板（１）上の他方
   側の領域またはケース体（２）の他方側の領域に、発光
   部（１ａ）から受光部（１ｂ）までの光学要素の位置ズ
   レをもたらす応力を逃がすためのスリット部（２ｇ）が
   形成されてあり、両他方側の領域のうち、スリット部
   （２ｇ）を基準として一方側の領域から離れた所定位置
   が一体的に連結されてあることを特徴とする光電式塵埃
   センサ。
2. 【請求項２】 基板（１）に発光部（１ａ）および受光
   部（１ｂ）が設けられてあるとともに、ケース体（２）
   に遮光部材（２ｅ）およびレンズ系（２ｄ）が設けられ
   てあり、基板（１）とケース体（２）とが互いに熱膨脹
   率が異なる材質で形成されてあるとともに、基板（１）
   上の発光部（１ａ）および受光部（１ｂ）が設けられて
   いる一方側の領域と、ケース体（２）の遮光部材（２
   ｅ）およびレンズ系（２ｄ）が設けられている一方側の
   領域とが一体的に連結されてあり、基板（１）上の他方
   側の領域またはケース体（２）の他方側の領域に、発光
   部（１ａ）から受光部（１ｂ）までの光学要素の位置ズ
   レをもたらす応力を逃がすための１対のスリット部（２
   ｇ）が形成されてあり、１対のスリット部（２ｇ）によ
   り包囲される所定位置において基板（１）とケース体
   （２）とが一体的に連結されてあることを特徴とする光
   電式塵埃センサ。
3. 【請求項３】 一方側の領域における連結位置が、遮光
   部材（２ｅ）に設けられている請求項１または請求項２
   に記載の光電式塵埃センサ。