WO2019021677A1 - 粒子センサ - Google Patents

Abstract

粒子センサ（１０，１０Ａ）は、空気の入口（２０１）及び出口（２０２）が形成されたケース（２０）と、前記ケースの内部において、前記入口から流入した空気に光を照射する発光部（３０）と、前記発光部から発せられた光のうち、空気に含まれる粒子により散乱された光を受光する受光部（４０）と、を備える。前記ケースの内面のうち少なくとも一部には撥水処理（ＣＴ）が施されている。

Description

粒子センサ 関連出願の相互参照

　本出願は、2017年7月27日に出願された日本国特許出願2017-145029号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。

　本開示は、空気中の粒子を検知する粒子センサに関する。

　近年、空気中を漂う粒子（ＰＭ２．５）による健康被害が注目されている。粒子センサは、空気中を漂う粒子の有無や濃度を検知するためのセンサであって、例えば空調装置や空気清浄機などの装置に搭載されるものである。

　例えば下記特許文献１に記載されているように、粒子センサは、粒子を光学的に検知する構成となっている。具体的には、粒子センサの内部には発光部と受光部とが設けられる。発光部の光軸と受光部の光軸とは互いに交差しており、この交差した点を含む領域が粒子の検知領域となっている。

　発光部から発せられた光の一部は、検知領域を漂う粒子によって散乱されることにより受光部に到達する。粒子センサは、受光部によって受光された光の光量に基づいて粒子を検知する。

　このような構成の粒子センサでは、検知領域以外からの光が受光部に到達してしまうと、粒子を正確に検知することができない。また、発光部以外からの光が検知領域に到達してしまっても、粒子を正確に検知することができない。このため、粒子を正確に検知する溜めには、上記のようにノイズとなる光（迷光）が検知領域や受光部に到達することを防止する必要がある。

　そこで、下記特許文献１に記載の粒子センサでは、ケースの内面にシボ加工などの表面処理を行うことにより、迷光を吸収し検知領域等に到達させないこととしている。

特開２０１６－９０３５０号公報

　しかしながら、ケースの内面に迷光を吸収するための処理を行ったとしても、それだけでは迷光の影響を十分に防ぐことができない。本発明者らが検討したところによれば、ケースの内面に結露が生じると、結露水によって光の経路が変化することにより、迷光が検知領域等に到達してしまうことがあるという知見が得られている。このような現象が生じると、粒子の検知精度が低下してしまう。

　本開示は、結露による検知精度の低下を防止することのできる粒子センサ、を提供することを目的とする。

　本開示に係る粒子センサは、空気中の粒子を検知する粒子センサであって、空気の入口及び出口が形成されたケースと、ケースの内部において、入口から流入した空気に光を照射する発光部と、発光部から発せられた光のうち、空気に含まれる粒子により散乱された光を受光する受光部と、を備える。ケースの内面のうち少なくとも一部には撥水処理が施されている。

　このような構成の粒子センサでは、ケースの内面のうち少なくとも一部に撥水処理が施されている。撥水処理が施されている部分では、結露水の発生が防止される。このため、例えば検知領域を囲む部分の全体に撥水処理を施しておけば、結露による検知精度の低下を防止することができる。

　本開示によれば、結露による検知精度の低下を防止することのできる粒子センサが提供される。

図１は、第１実施形態に係る粒子センサの外観を示す斜視図である。 図２は、図１の粒子センサの内部構成を示す図である。 図３は、第２実施形態に係る粒子センサの内部構成を示す図である。

　以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

　第１実施形態に係る粒子センサ１０の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。粒子センサ１０は、不図示の車両用空調装置に取り付けられるセンサであって、車両用空調装置の内部を流れる空気、すなわち空調風として車室内に吹き出される空気中の粒子を検知するためのセンサである。検知対象となる粒子は、所謂「ＰＭ２．５」と称される微小粒子である。

　粒子センサ１０は、空気に含まれる粒子の濃度を測定し、当該濃度を示す信号を不図示のＥＣＵに向けて送信する。測定された粒子の濃度が所定濃度を超えると、ＥＣＵは乗員に向けて警告を発すると共に、車室内の粒子濃度を低減するために必要な処理を行う。

　図１に示されるように、粒子センサ１０は矩形のケース２０を有している。ケース２０には、入口２０１と出口２０２とが形成されている。入口２０１は、測定対象となる空気をケース２０の内部に導入するための開口である。出口２０２は、測定された後の空気をケース２０の外部に排出するための開口である。

　ケース２０は、蓋体１００と基体２００とを有しており、これらを組み合わせることにより構成されている。上記の入口２０１及び出口２０２は、いずれも基体２００に形成されている。

　蓋体１００は直方体状の容器であって、基体２００側の面が開放されている。基体２００は、蓋体１００のうち上記のように開放された部分の内側に嵌め込まれている。

　図２には、蓋体１００を取り外した状態におけるケース２０の内部が示されている。尚、図１及び図２の対応関係を示すために、両図のそれぞれにはｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸からなる座標軸が示されている。また、図２には、入口２０１から流入し出口２０２に向かう空気の流れが矢印で示されている。

　図２に示されるように、基体２００には、平板部２１０と、側壁部２２０と、が設けられている。

　平板部２１０は、上記の入口２０１及び出口２０２が形成されている平板状の部分である。側壁部２２０は、平板部２１０の外周部近傍となる位置から、図２における紙面手前側（－ｙ方向側）に向けて伸びるように形成された壁である。側壁部２２０は矩形の枠体となっており、平板部２１０と共にケース２０の内部空間を区画している。側壁部２２０は、蓋体１００の内側に嵌め込まれる部分となっている。

　図２に示されるように、ケース２０の内側には、発光部３０と受光部４０とが配置されている。発光部３０は、ケース２０の内部において、入口２０１から流入した空気に光を照射するものである。本実施形態では、発光部３０としてＬＥＤが用いられている。図２において符号ＬＸ１が付されている一点鎖線は、発光部３０の光軸を示している。以下では、当該光軸のことを「光軸ＬＸ１」とも表記する。発光部３０から発せられた光は、矢印で示されるように流れている空気に照射される。当該光の一部は、空気に含まれる粒子（つまり検知対象の粒子）に当たって散乱される。

　受光部４０は、上記のように散乱された光を受光し、その受光量に応じた信号を発する素子である。図２において符号ＬＸ２が付されている一点鎖線は、受光部４０の光軸を示している。以下では、当該光軸のことを「光軸ＬＸ２」とも表記する。

　光軸ＬＸ１と光軸ＬＸ２とは、空気が流れる経路の途中となる位置において互いに交差している。この交差している点及びその近傍を含む微小な領域は、粒子を検知するための検知領域ＤＡとなっている。粒子センサ１０は、基本的にはこの検知領域ＤＡの粒子によって散乱された光のみを、受光部４０が受光するように設計されている。これにより、受光部４０による粒子の検知が正確に行われる。

　仮に、検知領域ＤＡ以外の箇所からの反射光が受光部４０に到達したり、入口２０１や出口２０２から侵入した光が受光部４０に到達したりすると、粒子の検知が正確には行われなくなる。また、発光部３０から照査された光以外の光が検知領域ＤＡに到達した場合にも、やはり粒子の検知が正確には行われなくなる。このように、想定外の経路で検知領域ＤＡや受光部４０に到達し、粒子の検知に悪影響を及ぼしてしまう光のことを、以下では「迷光」とも称する。

　迷光の影響を防止するために、ケース２０の内側には複数のリブ２３１、２３２、２３３、２３４が形成されている。これらはいずれも、平板部２１０に対して垂直な壁となっており、平板部２１０から図２の紙面手前側に向けて伸びるように形成されている。

　尚、迷光の影響を更に防止するために、ケース２０を黒色の材料で形成し、ケース２０の内面における光の反射を抑制することとしてもよい。また、ケース２０の内面の一部にシボ加工を施すこととしてもよい。

　ところで、車両用空調装置に取り付けられたケース２０が低温となっている状態で、高湿な空気がケース２０に流入すると、ケース２０の内側では結露が生じることがある。また、ケース２０に空気が流入していないときであっても、外気温の変化などにより、やはりケース２０の内側で結露が生じることがある。

　本発明者らが検討したところによれば、ケースの内面に結露が生じると、結露水によって光の経路が変化することにより、迷光が検知領域等に到達してしまうことがあるという知見が得られている。このような現象が生じると、粒子センサ１０による粒子の検知精度が低下してしまう。

　このような結露水の影響を防止するために、本実施形態に係る粒子センサ１０では、ケース２０の内面の全体に撥水処理が施されている。撥水処理とは、ケース２０の内面における水の濡れ性を低下させる処理である。本実施形態では、撥水処理として、撥水性を有する材料でケース２０の内面全体にコーティングを施す処理が行われている。具体的には、ケース２０の内面全体にフッ素コーティングＣＴを施す処理が行われている。尚、「ケース２０の内面全体」とは、平板部２１０の内面全体、側壁部２２０の内面全体、リブ２３１、２３２、２３３、２３４のそれぞれの表面全体、及び、蓋体１００の内面全体のことである。撥水処理が行われた上記範囲は、検知領域ＤＡの周囲全体を囲む範囲、ということができる。

　このような撥水処理が施されていることにより、ケース２０の内側における結露水の発生が防止される。これにより、結露による検知精度の低下が防止される。

　第２実施形態について、図３を参照しながら説明する。図３は、本実施形態に係る粒子センサ１０Ａの内部構成を、図２と同じ視点から描いた図である。以下では、本実施形態のうち第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

　本実施形態では、撥水処理（フッ素コーティングＣＴ）が施されている範囲がケース２０の内面全体となっているのではなく、ケース２０の一部の範囲のみとなっている。図３では、撥水処理が行われている範囲が斜線で示されている。斜線に含まれる範囲においては、平板部２１０の内面、側壁部２２０の内面、リブ２３１、２３２、２３３、２３４のそれぞれの表面、及び蓋体１００の内面に、それぞれ撥水処理が施されている。

　このように撥水処理が施された範囲は、第１実施形態と同様に、検知領域ＤＡの周囲を囲む範囲となっている。このように、検知領域ＤＡの近傍となる範囲のみに撥水処理を施した場合でも、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏することができる。

　以上の説明においては、撥水処理が、撥水性を有する材料でケース２０の内面にコーティングを施す処理である場合の例について説明した。しかしながら、これとは異なる態様の撥水処理が行われてもよい。例えば、ケース２０の全体又は一部を、例えばフッ素樹脂のような撥水性を有する材料により形成することとしてもよい。

　以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

Claims (5)

1. 　空気中の粒子を検知する粒子センサ（１０，１０Ａ）であって、
   　空気の入口（２０１）及び出口（２０２）が形成されたケース（２０）と、
   　前記ケースの内部において、前記入口から流入した空気に光を照射する発光部（３０）と、
   　前記発光部から発せられた光のうち、空気に含まれる粒子により散乱された光を受光する受光部（４０）と、を備え、
   　前記ケースの内面のうち少なくとも一部に撥水処理（ＣＴ）が施されている粒子センサ。
2. 　前記ケースの内面のうち前記撥水処理が施されている範囲は、
   　前記発光部の光軸（ＬＸ１）と、前記受光部の光軸（ＬＸ２）と、が交差する検知領域（ＤＡ）の周囲を少なくとも囲む範囲である、請求項１に記載の粒子センサ。
3. 　前記ケースの内部には、ノイズとなる光が前記検知領域や前記受光部に到達することを防止するためのリブ（２３１，２３２，２３３，２３４）が形成されており、
   　前記リブの表面にも撥水処理が施されている、請求項２に記載の粒子センサ。
4. 　前記撥水処理とは、撥水性を有する材料でコーティングを施す処理である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子センサ。
5. 　前記撥水処理とはフッ素コーティングを施す処理である、請求項４に記載の粒子センサ。

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