JP6009873B2

JP6009873B2 - 光電センサ

Info

Publication number: JP6009873B2
Application number: JP2012201182A
Authority: JP
Inventors: 竜秋元
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2032-09-13
Also published as: JP2014056727A

Description

本発明は、光電検出装置の透光窓の結露による曇りを防止する発明に関する。

光電検出装置は、投光器から射出されたビーム光を受光器で受光して受光量に応じた電気信号を検出し、この電気信号に基づいて前記ビーム光を遮断する検出物体の有無を検出するもので、周知のように種々の分野において使用されている。機種により反射型および透過型などがある。

この光電検出装置の検出部（以下「光電センサ」という）は、種々の場所に設置されており、その設置環境により投光器や受光器のビーム光を透過させる透光窓の表面に曇りや氷結等が発生する。例えば、日中の日差しなどにより周囲環境の外気温度の上昇により、光電センサの透光窓の外側表面に結露して曇りが発生して氷結したりし易い。また、朝露の激しい場所に設置された建築物や冷凍冷蔵庫の出入口等に設置されている場合は、今度は透光窓の内側に結露する場合がある。投光器や受光器の透光窓に曇りが発生したり氷結したりするとビーム光の強度が著しく低下し、この結果、光電センサの検出感度が著しく低下する。

特許文献１は、反応槽内でのガスの化学変化で生じた発光強度を光電センサで検出する技術にかかり、反応槽と検出部の間に介在する検出部の反応槽に接するガラス窓を２重ガラス窓とした構成により、検出部側のガラス窓のガラス板がセンサを冷却する電子冷却素子で低温度に冷却されるが、反応槽側のガラス窓のガラス板は、断熱空気層を有して対向しているので、断熱空気層に介在する空気等の断熱効果で、検出部側の低温度に冷却されたガラス窓のガラス板の熱が遮断され、反応槽側のガラス窓のガラス板はあまり冷却されない。これにより、反応槽内に導入された試料ガスがガラス窓板に接触しても、試料ガス中の水分がガラス窓表面に結露するのが防止できるとある、いわゆる二重窓の発明である。

また、特許文献２は、一枚の透光窓構造において、その外側の表面を覆うように透光性の吸水層を形成した発明である。吸水層は、湿度の高い環境下で表面に接した水分を吸水して、その結果、透光窓の曇りを防止する。そして、吸水が飽和に達すると表面ににじみ出る水により親水性の効果が現れて曇り難くなり、乾燥させると吸水した水分が放出されて元の状態に戻る。この作用は可逆的で繰り返し行われ、半永久的に機能が持続する。そして、吸水層の表面に接した水分は、氷結時間に比べて極めて短時間(略瞬時)に吸水されるために氷結も防止される発明である。

特開２００２−１４８１９２号公報特開２００８−２６９８７７公報

しかし、特許文献１の発明は単に二重窓にしただけであり、この断熱空気層の断熱効果は完全なものとはいえなくて、外気が温度上昇するような急激な温度変化が発生する場合には、反応槽側のガラス窓の外側に結露するおそれはある。また、検出部側の低温度に冷却されたガラス窓上にも、断熱空気層の空気が結露する可能性も否定できない。

また、特許文献２の発明では、やはり外気が温度上昇するような急激な温度変化が発生する場合には、断熱層がないために暖気が透光窓に直接到達するのでここでの温度差は相当なものとなり、窓部の吸水シートの表面に結露する可能性がゼロとはいえない。

本発明はこのような状況に鑑み、外気が温度上昇するような急激な温度変化が発生する場合にも、外側の透光窓に結露を発生させず、かつ内側の透光窓にも結露を防止する。さらに、外気が温度下降するような急激な温度変化が発生する場合にも、やはり外側及び内側の透光窓にも結露を防止することを課題とする。

本発明は、非透光性を有する材質からなる筐体と、
透光性を有する材質からなり筐体の一部に設けられた第１の透光窓と、
少なくとも二つの透光窓を通して投光又は受光するように筐体の内部に設けられた投光器
又は受光器の少なくとも一方を有する光電センサにおいて、
第１の透光窓の外側を覆うように、第２の透光窓と取り付け部材が密閉された断熱空気層を形成しており、前記断熱空気層が乾燥状態にあること、および、
前記第２の透光窓の外側表面に透光性を有する吸水層が形成されていることを特徴とする光電センサである。

このように、本発明によれば、外気が温度上昇また下降するような急激な温度変化が発生する場合にも、二重窓双方の透光窓の外側及び内側にも結露を防止する効果がある。

本発明の光電センサを示す斜視図本発明の光電センサにおける温度変化の状況図

以下、本発明の実施形態にかかる光電センサについて図面に基づいて説明する。図１
に示すように光電センサ１は、投光器と受光器とを同一の筐体に並べて収容し、投光器からビーム光を射出し検出物体で反射された反射光（ビーム光）を受光器で検出して検出物体の有無を検出する反射型の光電センサを例にとるものである。この光電センサ１
は、投光器５と受光器６を収容した筐体２と、筐体２の前面２aに形成された透光窓８を備える。

筐体２は、直方体形状の箱体をなし非透光性を有する部材により形成されており、前面２ａに投光器５の投光面及び受光器６の受光面と対向した位置に透光窓８を形成するための角形の穴２ｂが設けられており、透光性を有する防護用のガラス板８
が液密にかつその表面が筐体２の前面２aと面一をなして嵌め込まれて固定されている。従って、防護用のガラス板８が実質的に筐体２の透光窓を形成することとなり、以降は、これを第１の透光窓８と称して説明する。尚、第１の透光窓８
としてはガラス板を使用しているがこれに限るものではなく、プラスチック板を使用しても良い。

投光器５から射出されたビーム光が第１の透光窓８を通して投光され、図示しない検出物体から反射されたビーム光（
反射光）が第１の透光窓８を通して受光器６に受光される。第１の透光窓８は、投光器５から射出されるビーム光の波長に対応した所定範囲の波長の光のみを透過させるフィルタ機能を有しており、前記ビーム光以外の光によるノイズの影響を低減させるようになっている。

ケーブル９は、投光器５、受光器６
に光学的に接続された投光用光ファイバー、受光用ファイバー、または内部回路に接続された電線等が収容されており、筐体２の後部の一側隅部から液密を確保して延出している。このケーブル９
は、図示しない光検出装置本体に接続される。筐体２は、密閉構造とされており、第１の透光窓８が液密に固定され、ケーブル９が筐体２から液密を確保して延出されていることで、内部の気密性は充分に確保されている。

曇りは、空気中の水分が飽和水蒸気量を超えたときに周囲の物体に結露して起こる現象であり、温度差がある場合に、通常冷えている面に結露が生じて曇りが発生する。光電センサ１
は、密閉構造とされ内部を乾燥した状態で気密性が確保されているために収容されている投光器５の投光面や受光器６の受光面が曇ることは通常無い。

さて、第１の透光窓８の外側に、第２の透光窓１０を設けるために、取り付け部材２０を準備する。第２の透光窓は取り付け部材に接着剤などで固定される。第２の透光窓は第１の透光窓と同様に、ビーム光および反射光を減衰少なく透過できるガラス等でよい。
取り付け部材２０は筐体２に外周を略一致して密着固定できる形状であればよく、具体的には、筐体２と爪などにより嵌合できて密着固定できる取り付け構造を有するものであればよい。なお、密着された後に乾燥空気を封入して密閉し接着剤などでシールする。またはシリカゲルなどの乾燥剤を混入してもよい。この二重窓による間隙が断熱空気層１１として作用することになる。

さらに、透光性を有する吸水層として吸水(親水性)シート、またはコーティングを第２の透光窓の外側を覆うように施すこともよい。
また、第２の透光窓自体を、熱伝導性能をよくするように、ガラス等の熱伝導率の大きな材質で薄板（熱容量を小さくするよう０．５ｍｍ以下）に加工されたものが望ましい。第２の透光窓の表面だけでも外気温度に早く追従させると表面温度が外気に早く近づき、結露防止に有効なためである。逆に、取り付け部材２０（図２の斜線部）は断熱効果のために熱伝導率が小さな樹脂で構成する。

さて、ここからは図２を基に、温度環境に変化があった場合について、本発明の作用を説明する。なお、外気温度をＡ、二重窓の断熱空気層１１の温度をＢ、筐体２内部温度をＣと呼ぶ。また、外気側を外側、筐体２側を内側、と便宜上呼ぶ。
ＡＢＣの動特性を図２−１，２の各部に示した。

（１）外気温度が上昇するように変化（Ａ＞＞Ｂ、Ｃ）の場合(図２−１)
Ａがステップ状に立ち上がるとすると、Ｂは一次遅れの立ち上がり特性を示す。さらに、Ｃは二次遅れの様相を呈する。すると、第２の透光窓１０の近辺で、外気（空気）の露点温度より低い範囲に温度（Ｂ）があるときに、第２の透光窓１０の外側表面に結露する可能性があるが、断熱空気層１１の中の温度分布でこの外側表面における温度が速やかに上昇していけば、結露は抑えられる。さらには、第２の透光窓１０の外側表面に吸水シートを貼ることでも改善される。
一方、第１の透光窓８の結露については、断熱空気層１１の断熱効果によってＢ≒Ｃの状態が一定期間保たれ、結露は起こりにくい。Ｂ＞Ｃの過渡期にも、Ｂは乾燥空気の露点（通常、乾燥空気の露点温度は氷点下である）を下回ることはなく、第１の透光窓８に結露は生じない。

（２）外気温度が下降するように変化（Ａ＜＜Ｂ、Ｃ）の場合（図２−２）
基本的に、内側温度が高い場合には、乾燥空気の効果により問題はないが、詳しくは、外気(空気)Ａが冷却されたような場合では、第２の透光窓１０については、温度状態にはＡ＜＜Ｂであるが、Ａは断熱空気層１１の乾燥空気の露点よりも高いのが普通であり、透光窓１０の内側表面に結露の問題は生じない。
一方、第１の透光窓８では通常はＢ≒Ｃであり、ここに結露の問題はない。そもそも筐体２の内部にも乾燥空気が封入されているものでもある。

以上のように、本発明の実施態様を説明したが、種種の設計変更等は任意であり、その様な設計にあっても、本発明の趣旨を逸脱しないかぎり、本発明の範囲に属するものと理解するべきである。例えば、さらに透光窓を設けて３重窓にして断熱空気層を多段にすること、第２の透光窓の表面を凹凸形状に加工して防曇化することなども、本発明の実施例に過ぎない。

１光電センサ本体
２筐体
２ａ前面
２ｂ角形の孔
５投光器
６受光器
８第１の透光窓
９ケーブル
１０第２の透光窓
１１断熱空気層
２０取り付け部材

Claims

非透光性を有する材質からなる筐体と、
透光性を有する材質からなり筐体の一部に設けられた第１の透光窓と、
少なくとも二つの透光窓を通して投光又は受光するように筐体の内部に設けられた投光器
又は受光器の少なくとも一方を有する光電センサにおいて、
第１の透光窓の外側を覆うように、第２の透光窓と取り付け部材が密閉された断熱空気層を形成しており、前記断熱空気層が乾燥状態にあること、および、
前記第２の透光窓の外側表面に透光性を有する吸水層が形成されていることを特徴とする光電センサ。