(57)【要約】【課題】光電式粒子センサの検知領域における乱流を抑制する。【解決手段】本発明に係る粒子検出センサ１は、外気が流入する筐体流入部１０１と、外気が流出する筐体流出部と１０２を有する筐体１０と、筐体１０内部に設けられ、投光素子１２１の投光領域と受光素子１３１の受光対象領域とが重なり合う領域である検知領域ＤＡにおいて外気に含まれる粒子２による投光素子１２１の光の散乱光を受光することにより粒子２を検出するセンサ部と、筐体１０の周囲に設置され、外気が流入する少なくとも１つの外気流入部６３１と、外気が流出する少なくとも１つの外気流出部６３２とを有する外郭６３と、外気流入部６３１又は外気流出部６３２のいずれか一方の近傍に備えられた送風機構６６と、第１流路６１と、第２流路６２と、から構成され、第１流路６１の流体抵抗は、第２流路６２の流体抵抗よりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気が流入する筐体流入部と、前記外気が流出する筐体流出部とを有する筐体と、
前記筐体内部に設けられ、投光素子の投光領域と受光素子の受光対象領域とが重なり合う領域である検知領域において前記外気に含まれる粒子による前記投光素子の光の散乱光を受光することにより前記粒子を検出するセンサ部と、
前記筐体の周囲に設置され、前記外気が流入する少なくとも１つの外気流入部と、前記外気が流出する少なくとも１つの外気流出部とを有する外郭と、
前記外気流入部又は前記外気流出部のいずれか一方の近傍に備えられた送風機構と、
前記外気の一部が前記外気流入部から前記筐体流入部を経て前記筐体の内部に誘引され、前記検知領域を通り、前記筐体流出部を経て前記外気流出部に排出される第１流路と、
前記外気の一部が前記外気流入部から前記送風機構により 誘引され、前記筐体の外側を通り、前記外気流出部に排出される第２流路と、から構成され、
前記第１流路の流体抵抗は、前記第２流路の流体抵抗よりも大きい
ことを特徴とする粒子検出センサ。
【請求項２】
前記第２流路の長さは、前記第１流路の長さよりも短い
ことを特徴とする請求項１に記載の粒子検出センサ。
【請求項３】
前記第２流路の有効断面積は、前記第１流路の有効断面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の粒子検出センサ。
【請求項４】
前記第１流路において、前記筐体流出部と前記外気流出部との間は、前記第２流路と空間を共有しており、
前記筐体流出部の近傍には、前記第２流路を通る前記外気が、前記筐体流出部から流入することを防ぐ気流誘導壁が設けら れている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
【請求項５】
前記第２流路の内壁は、前記外郭の内壁と前記筐体の外壁とによって構成されており、
前記気流誘導壁は、前記筐体の外壁に接し、 
前記気流誘導壁は、所定の方向における両端のうちの一方の端部が前記外郭の内壁に接続され、他方の端部が前記外郭の内壁に接続されていない、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
【請求項６】
前記気流誘導壁は、前記他方の端部が前記外気流出部に向かうように配置されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
【請求項７】
前記気流誘導壁は、前記他方の端部が前記外気流出部とは反対方向に向かうように配置されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
【請求項８】
前記筐体流入部の気流流入方向と、前記外気流入部の気流流入方向とは、互いに直交している
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
【請求項９】
前記外気流入部は１つであり、
前記外気流入部の近傍に前記送風機構を備え、
前記外気流出部として、第１外気流出部と第２外気流出部とを有し、
前記第１流路は、前記第１外気流出部に接続し、
前記第２流路は、前記第２外気流出部に接続し、 
前記第１外気流出部と、前記第２外気流出部とは、別の位置に構成されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
【請求項１０】
前記外気流出部は１つであり、
前記外気流出部の近傍に前記送風機構を備え、
前記外気流入部として、第１外気流入部と第２外気流入部とを有し、
前記第１流路は、前記第１外気流入部に接続し、
前記第２流路は、前記第２外気流入部に接続し、 
前記第１外気流入部と、前記第２流入部とは、別の位置に構成されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子検出センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、大気中に浮遊する粒子を検出する粒子検出センサが知られている。大気中に浮遊する粒子を気流とともにセンサ内部に取り込み、センサ内部に備えられている投光素子と受光素子の検知領域に粒子が横切ることで生じる受光量の変化を検知し、受光量の変化割合により粒子の大きさや数を検出する。
【０００３】
現在、光電式粒子検出センサは、エアコンや空気清浄機等の民生機器に組み込まれるほど小型化が進んでいる。また、小型化による受光素子への外乱光照射を防ぐため、センサ内部に光トラップ構造が組み込まれている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１９５２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
粒子の数をカウントする粒子検出センサにおいて、大気中に浮遊する粒子をセンサ内部の検知領域に取り込む気流は、層流であることが望ましい。しかしながら、センサの小型化により気流の流れる流路幅が狭くなるとともに、光トラップ構造の内蔵により流路形状が複雑化していることから、従来と同程度の流量で気流を流した場合、センサ内部の流速が必要以上に早くなり、検知領域において乱流が発生しやすくなり、粒子の検出精度が低下するという課題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためにされたものであり、検知領域における乱流の発生抑制し、粒子の検出精度の低下を防ぐことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る粒子検出センサの一態様は、外気が流入する筐体流入部と、前記外気が流出する筐体流出部とを有する筐体と、前記筐体内部に設けられ、投光素子の投光領域と受光素子の受光対象領域とが重なり合う領域である検知領域において前記外気に含まれる粒子による前記投光素子の光の散乱光を受光することにより前記粒子を検出するセンサ部と、前記筐体の周囲に設置され、前記外気が流入する少なくとも１つの外気流入部と、前記外気が流出する少なくとも１つの外気流出部とを有する外郭と、前記外気流入部又は前記外気流出部のいずれか一方の近傍に備えられた送風機構と、前記外気の一部が前記外気流入部から前記筐体流入部を経て前記筐体の内部に誘引され、前記検知領域を通り、前記筐体流出部を経て前記外気流出部に排出される第１流路と、前記外気の一部が前記外気流入部から前記送風機構により誘引され、前記筐体の外側を通り、前記外気流出部に排出される第２流路と、から構成され、前記第１流路の流体抵抗は、前記第２流路の流体抵抗よりも大きいこと を特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、検知領域における乱流を抑制し、粒子の検出精度の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る粒子検出センサの概要斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る筐体の概要斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る筐体の分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係る筐体の六面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る筐体内部を示す横断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１に係る外郭の横断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１に係る粒子検出センサの縦断面図である。
【図８】図８は、本発明の変形例１に係る外郭の横断面図である。
【図９】図９は、本発明の変形例２に係る粒子検出センサの縦断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の変形例３に係る粒子検出センサの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１１】
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１２】
（実施の形態１）
［粒子検出センサ］
まず、本実施の形態にかかる粒子検出センサの概要について図１〜図６を用いて説明する。
【００１３】
粒子検出センサ１は、図１に示す扁平な略直方体状であり、互いに直交する２つの辺に沿った方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向とする。また、粒子検出センサ１の厚さ方向をＺ軸方向とする。本実施の形態では、粒子検出センサ１は、例えば、Ｘ：６４ｍｍ×Ｙ：４７ｍｍ×Ｚ：３４ｍｍに収まる範囲の大きさである。
【００１４】
粒子検出センサ１は、図１及び図５に示すように、外郭６３の内部に、筐体１０と、筐体１０の内部に配置された光学系２０とを備える光電式粒子検出センサである。具体的には、粒子検出センサ１は、光学系２０が筐体１０内の検知領域ＤＡに光を照射し、検知領域ＤＡを通過する粒子２（エアロゾル）による光の散乱光を受光することで、粒子２の有無を検出する。また、粒子検出センサ１は、粒子２の有無に限らず、粒子２の個数及び大きさなどを検出してもよい。なお、粒子検出センサ１の検出対象とする粒子２は、例えば、微小なホコリ、花粉、煙、ＰＭ２．５などの微粒子である。
【００１５】
外郭６３は、筐体１０を取り囲む構造体である。本実施の形態においては、外郭６３は、外気流入部６３１と外気流出部６３２を有する。粒子２を含む外気は、外気流入部６３１から粒子検出センサ１に流入し、その少なくとも一部が筐体１０内の検知領域ＤＡを通って、外気流出部６３２から流出する。外郭６３の詳細な構成については、後で説明する。
【００１６】
筐体１０は、光学系２０及び検知領域ＤＡを覆う筐体（ケース）である。筐体１０は、
光学系２０及び検知領域ＤＡに外光が照射されないように、光学系２０及び検知領域ＤＡを覆うとともに、光学系２０及び検知領域ＤＡのそれぞれの相対的位置を固定している。
【００１７】
筐体１０は、内部に粒子２が流入するための筐体流入部１０１と、内部に流入した粒子２が外部に流出するための筐体流出部１０２とを有する。本実施の形態では、図５の太点線の矢印で示すように、粒子２は筐体流入部１０１から流入し、筐体１０の内部（例えば、検知領域ＤＡ）を通過して筐体流出部１０２から流出する。筐体１０の詳細な構成については、後で説明する。
【００１８】
光学系２０は、筐体流入部１０１を介して筐体１０内に流入し、かつ検知領域ＤＡを通過する粒子２を光学的に検出する。本実施の形態では、光学系２０は、検知領域ＤＡに互いの光軸（光軸Ｐ及び光軸Ｑ）が交差するように配置された投光系１２０及び受光系１３０を有し、検知領域ＤＡを通過する粒子２を、投光系１２０が出力する光を用いて受光系１３０によって検出する。投光系１２０は、投光素子１２１と、投光レンズ１２２とを備える。受光系１３０は、受光素子１３１と、受光レンズ１３２とを備える。光学系２０の詳細な構成については、後で説明する。
【００１９】
なお、検知領域ＤＡ（光散乱部）は、測定対象の気体に含まれる粒子２を検知するための領域であるエアゾル検知領域（エアゾル測定部）である。検知領域ＤＡは、例えば、φ２ｍｍである。測定対象の気体は、筐体１０の筐体流入部１０１から流入し、検知領域ＤＡに誘導されたあと、筐体流出部１０２から流出する。
【００２０】
粒子検出センサ１は、図２、図３及び図５に示すように、さらに、光トラップ４０と、回路基板７０と、コネクタ８０と、第１シールドカバー９０と、第２シールドカバー９１とを備える。
【００２１】
本実施の形態において、光トラップ４０は、投光系１２０から出力されて検知領域ＤＡを取った光をトラップする第１光トラップ４１と、第１光トラップ４１にトラップされない光をトラップする第２光トラップ４２からなる。第１光トラップ４１は、検知領域ＤＡを介して投光系１２０と対向する位置に設けられている。また、第２光トラップ４２は、検知領域ＤＡを介して受光系１３０と対向する位置に設けられている。第２光トラップ４２は、例えば、複数の楔形突出部１１５が設けられたラビリンス構造である。
【００２２】
回路基板７０は、粒子検出センサ１の制御回路が形成されたプリント配線基板である。制御回路は、例えば、投光系１２０による光の出力、受光系１３０によって受光した光信号に基づく電気信号の処理を制御する。例えば、制御回路は、粒子２の有無、大きさ及び個数などを検出し、コネクタ８０を介して外部に検出結果を出力する。
【００２３】
回路基板７０は、例えば、矩形の平板であり、一方の主面（表面）に筐体１０が固定されている。他方の主面（裏面）には、制御回路を構成する１つ又は複数の回路素子（回路部品）が実装されている。なお、投光素子１２１及び受光素子１３１の各々の電極端子は、筐体１０の背面カバー１１０（詳細は後述）及び回路基板７０を貫通し、回路基板７０の裏面にはんだ付けされている。これにより、投光素子１２１及び受光素子の各々は、制御回路に電気的に接続されて、制御回路によって動作が制御される。
【００２４】
複数の回路素子は、例えば、抵抗、コンデンサ、コイル、ダイオード又はトランジスタなどを含む。複数の回路素子の１つである電解コンデンサ７１は、図５に示すように、回路基板７０の表面に設けられ、筐体１０内に配置されている。
【００２５】
コネクタ８０は、粒子検出センサ１の制御回路（回路基板７０）と、外部の制御回路又
は電源回路とを接続するためのコネクタである。コネクタ８０は、回路基板７０の裏面に実装されている。例えば、粒子検出センサ１は、コネクタ８０を介して、外部から電力が供給されて動作する。
【００２６】
第１シールドカバー９０は、外部ノイズから制御回路を保護するために設けられた金属製のカバーである。第１シールドカバー９０は、回路基板７０の裏面側に取り付けられている。
【００２７】
第２シールドカバー９１は、外部ノイズから受光系１３０の受光素子１３１を保護するために設けられた金属製のカバーである。第２シールドカバー９１は、図４の（ａ）、（ｄ）及び（ｅ）に示すように、筐体１０の前面、上面及び左側面の一部であって、内部に受光素子１３１が配置された部分を覆っている。
【００２８】
なお、第１シールドカバー９０及び第２シールドカバー９１は、例えば、半田付けなどで容易に接続できるブリキなどから構成される。
【００２９】
以下では、粒子検出センサ１が備える各構成要素について、詳細に説明する。
【００３０】
［筐体］
筐体１０は、内部に検知領域ＤＡと光学系２０とからなるセンサ部及び光トラップ４０が設けられている。本実施の形態では、筐体１０は、前面カバー１００と、背面カバー１１０との２つの部材によって構成されている。
【００３１】
筐体１０は、遮光性を有する。例えば、筐体１０は、迷光を吸収させるように、少なくとも内面が黒色である。
【００３２】
ここで、迷光は、粒子２による散乱光以外の光であり、具体的には、投光系１２０が出力する光のうち検知領域ＤＡにおいて粒子２に散乱されることなく、筐体１０内を進行する光である。
【００３３】
筐体１０は、例えば、ＡＢＳ樹脂などの樹脂材料を用いた射出成形により形成される。具体的には、前面カバー１００及び背面カバー１１０の各々が、樹脂材料を用いた射出成形により形成された後、互いに組み合わされることで筐体１０を構成する。このとき、例えば黒色の顔料又は染料を添加した樹脂材料を用いることで、筐体１０の内面を黒色面にすることができる。
【００３４】
筐体１０は、図２及び図３に示すように、扁平な多面体であり、前面部１０ａと、背面部１０ｂと、下面部１０ｃと、上面部１０ｄと、左側面部１０ｅと、右側面部１０ｆとを有する。具体的には、図４（ａ）に示すように、筐体１０は、矩形の４つの角のうち右上及び左上の角が斜めになった略七角形を底面とする角柱形状である。
【００３５】
前面部１０ａ、背面部１０ｂ、下面部１０ｃ、上面部１０ｄ、左側面部１０ｅ及び右側面部１０ｆはそれぞれ、筐体１０の前面（正面）、背面、下面、上面、左側面、右側面を形成する。前面部１０ａは、前面カバー１００の底部であり、背面部１０ｂは、背面カバー１１０の底部である。下面部１０ｃ、上面部１０ｄ、左側面部１０ｅ及び右側面部１０ｆは、前面カバー１００の側周部と背面カバー１１０の側周部とが組み合わされて形成される。
【００３６】
なお、筐体１０の形状は、一例であって、これに限らない。例えば、筐体１０は、底面（前面部１０ａ及び背面部１０ｂ）が矩形の直方体でもよく、あるいは、底面が円形の円
柱でもよい。
【００３７】
筐体１０の外壁には、図２に示すように、筐体流入部１０１と、筐体流出部１０２が設けられている。具体的には、筐体１０の前面部１０ａに、筐体流入部１０１と、筐体流出部１０２とが設けられている。
【００３８】
筐体流入部１０１は、筐体１０の外壁に設けられた所定形状の開口であり、当該開口を介して、粒子２を含む気体が筐体１０の内部に流入する。筐体流入部１０１は、例えば、５．５ｍｍ×１２ｍｍの略矩形の開口であるが、筐体流入部１０１の形状はこれに限らない。例えば、筐体流入部１０１は、円形又は楕円形などの開口でもよい。
【００３９】
本実施の形態では、筐体流入部１０１は、図５に示すように、検知領域ＤＡの直下方向には設けられておらず、前面カバー１００の下部の隅に設けられている。これにより、筐体流入部１０１から侵入する外光が検知領域ＤＡに照射されにくくなり、また、迷光として受光素子１３１に入射されるのを抑制することができる。
【００４０】
筐体流出部１０２は、筐体１０の外壁に設けられた所定形状の開口であり、当該開口を介して、粒子２を含む気体が筐体１０の外部に流出する。筐体流出部１０２は、例えば、５ｍｍ×１２ｍｍの略矩形の開口であるが、筐体流出部１０２の形状はこれに限らない。例えば、筐体流出部１０２は、円形又は楕円形などの開口でもよい。筐体流出部１０２の大きさは、例えば、筐体流入部１０１と略同じである。
【００４１】
なお、筐体流入部１０１及び筐体流出部１０２は、筐体１０の前面部１０ａに設けたが、これに限らない。例えば、筐体流入部１０１は、筐体１０の背面部１０ｂ、下面部１０ｃ、左側面部１０ｅ又は右側面部１０ｆに設けてもよい。また、筐体流出部１０２は、筐体１０の背面部１０ｂ、上面部１０ｄ、右側面部１０ｅ又は左側面部１０ｆに設けてもよい。
【００４２】
筐体１０には、光トラップ４０を構成するための内部構造が設けられている。具体的には、背面カバー１１０は、内面から立設した第１光反射壁１１１、第２光反射壁１１２、第３光反射壁１１３、第４光反射壁１１４及び複数の楔形突出部１１５を有する。第１光反射壁１１１及び第２光反射壁１１２は、第１光トラップ４１を形成する。第３光反射壁１１３、第４光反射壁１１４及び複数の楔形突出部１１５は、第２光トラップ４２を形成する。
【００４３】
筐体１０は、前面部１０ａには、さらに、掃除窓１０８が設けられている。具体的には、掃除窓１０８は、前面カバー１００の中央部に設けられた台形状の貫通孔である。掃除窓１０８は、投光レンズ１２２、受光レンズ１３２及び筐体１０の内部に付着した汚れ又はホコリを取り除くために設けられている。例えば、掃除窓１０８から綿棒などを筐体１０の内部に挿入することで、内部の掃除を行うことができる。掃除窓１０８は、粒子検出センサ１を動作させる際には、掃除窓１０８を介して外光が検知領域ＤＡに照射されないように、図示しないカバー部材によって蓋をされる。
【００４４】
［光学系］
光学系２０は、筐体１０の背面カバー１１０に配置されて、前面カバー１００によって挟まれることで、筐体１０の内部に収納されている。投光系１２０と受光系１３０とは、図５に示されるように、各々の光軸（光軸Ｐ及び光軸Ｑ）が交差するように配置されている。
【００４５】
投光系１２０は、検知領域ＤＡに集光するように光を出力する。投光系１２０は、投光
素子１２１と、投光レンズ１２２とを備える。
【００４６】
投光素子１２１は、所定の波長の光を発する光源（発光部）であり、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）又は半導体レーザなどの固体発光素子である。投光素子１２１の光軸は、投光系１２０の光軸Ｐに一致し、例えば、検知領域ＤＡを通過する。
【００４７】
投光素子１２１としては、紫外光、青色光、緑色光、赤色光又は赤外光を発する発光素子を用いることができる。この場合、投光素子１２１は、２波長以上の混合波を発するように構成されていてもよい。本実施の形態では、粒子２による光の散乱強度に鑑みて、投光素子１２１として、例えば、６００ｎｍ〜８００ｎｍの波長の光を出力する砲弾型のＬＥＤを用いる。
【００４８】
投光レンズ１２２は、投光素子１２１の前方に配置されており、投光素子１２１から出射する光を検知領域ＤＡに向けて進行するように構成されている。つまり、投光素子１２１から出射する光は、投光レンズ１２２を介して検知領域ＤＡを通過する。検知領域ＤＡを通過する粒子２が投光素子１２１からの光を散乱させる。
【００４９】
投光レンズ１２２は、例えば、投光素子１２１から出射する光を検知領域ＤＡに集束させる集光レンズであり、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）などの透明樹脂レンズ又はガラスレンズである。例えば、投光レンズ１２２の焦点は、検知領域ＤＡに存在する。
【００５０】
受光系１３０は、検知領域ＤＡにおける粒子２による投光系１２０からの光の散乱光を受光する。なお、図５では、太実線の矢印で光の経路の一例を示している。受光系１３０は、受光素子１３１と、受光レンズ１３２とを備える。
【００５１】
受光素子１３１は、検知領域ＤＡにおける粒子２による投光素子１２１からの光の散乱光の少なくとも一部を受光する。受光素子１３１は、具体的には、受光した光を電気信号に変換する光電変換素子であり、例えば、フォトダイオード、フォトＩＣダイオード、フォトトランジスタ又は光電子増倍管などである。受光素子１３１の光軸は、受光系１３０の光軸Ｑに一致し、例えば、検知領域ＤＡを通過する。
【００５２】
受光レンズ１３２は、受光素子１３１と検知領域ＤＡとの間に配置されており、検知領域ＤＡ側から入射する光を受光素子１３１に集光するように構成されている。具体的には、受光レンズ１３２は、検知領域ＤＡにおいて粒子２による散乱光を、受光素子１３１に集光させる集光レンズであり、例えば、ＰＣなどの透明樹脂レンズ又はガラスレンズである。例えば、受光レンズ１３２の焦点は、検知領域ＤＡ及び受光素子１３１の表面に存在する。
【００５３】
［外郭］
外郭６３の内部には、筐体１０及び第２流路（詳細は後述する）が設けられている。本実施の形態では、外郭６３は、外郭前面カバー６３３と、外郭背面カバー６３４と、外郭側面カバー６３５との３つの部材によって構成されている。
【００５４】
外郭６３は、遮光性を有し、例えば、ＡＢＳ樹脂などの樹脂材料を用いた射出成形により形成される。具体的には、外郭前面カバー６３３、外郭背面カバー６３４及び外郭側面カバー６３５の各々が樹脂材料を用いた射出成形により形成された後、互いに組み合わされることで外郭６３を構成する。
【００５５】
外郭６３は、本実施の形態においては、図１に示すように、略直方体形状であり、前面
部６３ａと、背面部６３ｂと、下面部６３ｃと、上面部６３ｄと、左側面部６３ｅと、右側面部６３ｆとを有する。
【００５６】
前面部６３ａは、外郭前面カバー６３３の底部であり、背面部６３ｂは、外郭背面カバー６３４の底部であり、右側面部６３ｅは、外郭側面カバー６３５である。下面部６３ｃ、上面部６３ｄ及び左側面部６３ｆは、外郭前面カバー６３３の側面部と外郭背面カバー６３４の側面部とが組み合わされて形成されている。
【００５７】
なお、外郭６３の形状は一例であって、これに限らない。例えば、外郭６３は、底面（前面部６３ａ及び背面部６３ｂ）が略多角形の角柱形状でもよく、あるいは、底面が円形の円柱でもよい。
【００５８】
外郭６３には、図１に示すように、外気流入部６３１と、外気流出部６３２とが設けられている。具体的には、外気流入部６３１は、外郭６３の外郭前面カバー６３３の底部の左側、筐体流入部１０１の近傍に形成されている。例えば、外気流入部６３１は、複数の矩形貫通孔によって構成してもよい。外気流出部６３２は、外郭側面カバー６３５に設けられている。本実施の形態においては、外気流出部６３２の内部に外部送風機構が設置されている。外部送風機構が、外気流出部６３２において外郭６３の内部から外郭６３の外部に向かう気流を発生させることで、外気流入部６３１から粒子２を含む気体が外郭６３および筐体１０の内部に流入する。
【００５９】
外郭背面カバー６３４は、切欠部６３６を有する。切欠部６３６は、粒子検出センサ１のコネクタ８０の近傍に設置されている。コネクタ８０には、切欠部６３６を介して、外部から電力を供給される電力線等が接続される。
【００６０】
［第１流路、第２流路］
図７に示すように、第１流路６１は、外気の一部を、外気流入部６３１から筐体流入部１０１を経て筐体１０の内部に誘引されて検知領域ＤＡを通り、筐体流出部１０２を経て外気流出部６３２から外郭６３へ排出する流路である。第１流路における外気の流れを点線矢印で示す。
【００６１】
第２流路６２は、外気の一部を、外気流入部６３１から外郭６３に誘引し、筐体１０の外側を通り、外気流出部６３２から外郭６３の外部へ排出する流路である。本実施の形態において、第２流路６２の内壁は、外郭６３の内壁と筐体１０の前面部１０ａにおける外壁によって構成されている。なお、本実施の形態においては、第１流路６１は、外気流入部６３１と筐体流入部１０１との間及び、筐体流出部１０２と外気流出部６３２との間は、第２流路６２と空間を共有している。第２流路における外気の流れを一点破線矢印で示す。
【００６２】
第１流路６１の流路抵抗は、第２流路６２の流路抵抗よりも大きくなるように構成されている。ここで流路抵抗とは、流体である外気が流路を通過する際に生じる、流路の内壁と外気との間に、流れとは反対向きに発生する摩擦力である。流路抵抗Ｐ［Ｐａ］は、流路が直管である場合には、流路摩擦係数をλ、流路の長さ［ｍ］をＬ、流路を流れる外気の密度をρ［ｋｇ／ｍ３］、流路内の流速Ｖａ［ｍ／ｓ］、流路の直径ｄ［ｍ］とすると、以下の式で表すことができる。
【００６３】
【数１】
2017181153.tif 000003
【００６４】
ここで、流路摩擦係数λは、例えば、流路内を流れる流体の流れが層流である場合、流体のレイノルズ数をＲｅとすると、以下の式で表すことができる。
【００６５】
【数２】
2017181153.tif 000004
【００６６】
また、流路摩擦係数λは、例えば、流路内を流れる流体の流れが乱流である場合、流体のレイノルズ数をＲｅとすると、以下の式で表すことができる。
【００６７】
【数３】
2017181153.tif 000005
【００６８】
すなわち、流路抵抗は、流路がより長いほど大きくなる。また、流路抵抗は、流路が細いほど大きくなる。
【００６９】
本実施の形態においては、図７に示すように第２流路６２の長さを、第１流路６１の長さよりも短くすることによって、第１流路６１の流路抵抗を、第２流路６２の流路抵抗よりも大きくしている。また、例えば、第２流路６２の有効断面積を、第１流路６１の有効断面積よりも大きくすることによって、第１流路６１の流路抵抗を、第２流路６２の流路抵抗よりも大きくしてもよい。
【００７０】
また、流路抵抗は、流路が曲がる部分でエネルギー損失が発生するエルボ損失、分岐部におけるエネルギー損失である分岐損失、流路が縮小する箇所でエネルギー損失が発生する縮小損失、流路が拡大する箇所でエネルギー損失が発生する拡大損失などによっても発生するため、曲がり箇所、分岐、出入口や流路の太さの変化が多い流路ほど、流路抵抗が大きくなる。このため、第１流路６１は、第２流路６２よりも曲がり箇所、分岐、出入口が多いことが好ましい。例えば、本実施の形態においては、図５及び図７に示すように、第１流路６１は、外気流入部６３１に入った後、筐体流入部１０１、筐体１０内での流路の曲がり、筐体流出部１０２、及び筐体流出部１０２と外気流出部６３２の間の流路の曲がりを有する。それに対して、第２流路６２は、外気流入部６３１から入り外気流出部６３２までの間、ほぼ流路の曲がり等もなくまっすぐに進む。また、本実施の形態において、第１流路６１の長さは、第２流路６２よりも長い。
【００７１】
第１流路６１の流路抵抗は、第２流路６２の流路抵抗よりも大きくなるように構成することによって、検知領域ＤＡを含む第１流路６１に流れる気流の流量が制限されて、流速を遅くすることにより、検知領域ＤＡにおける乱流の発生抑制し、粒子の検出精度の低下を防ぐことができる。
【００７２】
［気流誘導壁］
気流誘導壁６４は、筐体流出部１０２の近傍に設置され、第２流路６２を通る外気が、筐体流出部１０２から流入することを防いでいる。本実施の形態において、気流誘導壁６４は、第２流路６２の内壁の一部を構成する筐体１０の前面部１０ａにおける外壁と接している。例えば、気流誘導壁６４は、筐体１０の前面部１０ａと平行となる所定の一方向における両端のうちの一方の端部６４１が、外郭６３の上面部６３ｄにおける内壁に接続しており、気流誘導壁６４の筐体１０の前面部１０ａと平行となる所定の一方向における両端のうち他方の端部６４２は、外郭６３の内壁には接続されていない。このような構成にすることによって、外郭６３の上面部６３ｄにおける内壁に接続している他方の端部６
４２側から筐体流出部１０２への外気の逆流を防ぐことができる。また、第１流路６１の流路長が長くなることによって、第１流路６１の流路抵抗が増加し、第１流路６１における流速低減効果が増加し、検知領域ＤＡにおける乱流の発生を抑制できる。
【００７３】
さらに、気流誘導壁６４は、外郭６３の内壁には接続されていない他方の端部６４２は、外気流出部６３２に向かうように配置することができる。
【００７４】
また、補助気流誘導壁６５を、筐体流入部１０１の近傍に設置してもよい。補助気流誘導壁６５を設置することで、外気流入部６３１から入る気流が外気流出部６３２へ誘引されるため、第２流路６２内が整流化され、第２流路６２内の流体抵抗を減らすことができる。
【００７５】
（変形例１）
次に、本発明の変形例１に係る粒子検出センサ１Ａの構成について図８を用いて説明する。なお、以下に説明では、粒子検出センサ１Ａの特徴となる構成で、上記実施の形態における粒子検出センサ１と異なる点を説明し、その他の構成については、粒子検出センサ１と同様である。
【００７６】
本変形例における粒子検出センサ１Ａは、実施の形態１における粒子検出センサ１における気流誘導壁６４のうち外郭６３の内壁には接続されていない他方の端部６４２の方向と、外気流出部６３２との位置関係が異なる。
【００７７】
具体的には、粒子検出センサ１Ａは、図８が示すように、気流誘導壁６４のうち外郭６３の内壁には接続されていない他方の端部６４２の方向は、外気流出部６３２のある方向とは反対方向に向かうように配置されている。このように構成することによって、第１流路６１のうち筐体流出部１０２と外気流出部６３２の間の距離が長くなると同時に流路が曲がる箇所が増え、結果として、第１流路６１の流路抵抗がより大きくなる。このような構成にすることにより、第１流路６１の流路抵抗は、第２流路６２の流路抵抗に対してより大きくなり、検知領域ＤＡを含む第１流路６１に流れる気流の流量が制限されて、流速を遅くなることにより、検知領域ＤＡにおける乱流の発生抑制し、粒子の検出精度の低下を防ぐことができる。
【００７８】
（変形例２）
次に、本発明の変形例２に係る粒子検出センサ１Ｂの構成について図９を用いて説明する。なお、以下の説明では、粒子検出センサ１Ｂの特徴となる構成で、上記実施の形態における粒子検出センサ１と異なる点を説明し、その他の構成については、粒子検出センサ１と同様である。
【００７９】
本変形例における粒子検出センサ１Ｂは、実施の形態１における粒子検出センサ１における筐体流入部１０１の気流流入方向と、外気流入部６３１の気流流入方向との方向関係が異なる。また、外気流出部６３２の構造と、送風機構６６の位置が異なる。
【００８０】
具体的には、粒子検出センサ１Ｂは、図９が示すように、送風機構６６は、外気流入部６３１付近でかつ外郭６３の外部に設置されており、外気を外郭６３内部に向けて流す気流を発生させている。送風機構６６によって発生した気流は、外気流入部６３１では、Ｘ軸と平行な気流流入方向で流れている。外気流入部６３１から流入した外気のうちの一部は、筐体流入部１０１からＺ軸と平行な気流流入方向の気流の流れとして筐体１０内部に流入する。すなわち、筐体流入部１０１の気流流入方向と、外気流入部６３１の気流流入方向とは、互いに直交している。
【００８１】
さらに、粒子検出センサ１Ｂは、外気流出部として、第１外気流出部６７１と第２外気流出部６７２とを有している。また、第１外気流出部６７１と、第２外気流出部６７２とは、別の位置に構成されている。第１流路６１は、外気流入部６３１と第１外気流出部６７１に接続している。また、第２流路６２は、外気流入部６３１と第２外気流出部６７２に接続している。
【００８２】
本変形例においては、第２外気流出部６７２の断面積は、第１外気流出部６７１の断面積に比べて大きい。さらに、第２流路６２の有効断面積は、第１流路６１の有効断面積に比べて大きい。
【００８３】
このような構成にすることにより、第１流路６１の流路抵抗は、第２流路６２の流路抵抗に対してより大きくなり、検知領域ＤＡを含む第１流路６１に流れる気流の流量が制限されて、流速を遅くなることにより、検知領域ＤＡにおける乱流の発生抑制し、粒子の検出精度の低下を防ぐことができる。
【００８４】
（変形例３）
次に、本発明の変形例３に係る粒子検出センサ１Ｃの構成について図１０を用いて説明する。なお、以下の説明では、粒子検出センサ１Ｃの特徴となる構成で、上記実施の形態における粒子検出センサ１と異なる点を説明し、その他の構成については、粒子検出センサ１と同様である。
【００８５】
本変形例における粒子検出センサ１Ｃは、実施の形態１における粒子検出センサ１における外気流入部の構造と、送風機構６６の位置が異なる。
【００８６】
具体的には、粒子検出センサ１Ｃは、図１０が示すように、送風機構６６は、外気流出部６３２付近でかつ外郭６３の外部に設置されており、外気を外郭６３内部から送風機構６６に向けて誘引する気流を発生させている。
【００８７】
さらに、粒子検出センサ１Ｃは、外気流入部として、第１外気流入部６８１と第２外気流入部６８２とを有している。また、第１外気流入部６８１と、第２外気流入部６８２とは、別の位置に構成されている。第１流路６１は、第１外気流入部６８１と外気流出部６３２に接続している。また、第２流路６２は、第２外気流入部６８２と外気流出部６３２に接続している。
【００８８】
このような構成にすることにより、第１流路６１の流路抵抗は、第２流路６２の流路抵抗に対してより大きくなり、検知領域ＤＡを含む第１流路６１に流れる気流の流量が制限されて、流速を遅くなることにより、検知領域ＤＡにおける乱流の発生抑制し、粒子の検出精度の低下を防ぐことができる。
（その他）
以上、本発明に係る粒子検出センサについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
【００８９】
例えば、上記実施の形態では、筐体１０が前面カバー１００と背面カバー１１０とに分割可能な例について示したがこれに限らない。筐体１０は、樹脂材料と金型を用いた射出成形などによって、一体形成されていてもよい。
【００９０】
また、例えば、上記実施の形態では光学系２０は、検知領域ＤＡを挟んで投光系２１と受光系２２とが水平方向に配置されているが、上下方向に配置されてもよい。
【００９１】
また、例えば、上記実施の形態では投光素子１２１からの光を集光する部材および、受
光素子１３１へ光を集光する部材として、投光レンズ１２２及び受光レンズ１３２を示したが、集光ミラーなどの反射部材を使用してもよい。
【００９２】
その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００９３】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  粒子検出センサ
１０  筐体
１０１  筐体流入部
１０２  筐体流出部
１２１  投光素子
１３１  受光素子
２  粒子
２０  光学系（センサ部）
ＤＡ  検知領域（センサ部）
６１  第１流路
６２  第２流路
６３  外郭
６３１  外気流入部
６３２  外気流出部
６４  気流誘導壁
６４１  一方の端部
６４２  他方の端部
６６  送風機構
６７１  第１外気流出部
６７２  第２外気流出部
６８１  第１外気流入部
６８２  第２外気流入部
【図１】
2017181153.tif 000006
【図２】
2017181153.tif 000007
【図３】
2017181153.tif 000008
【図４】
2017181153.tif 000009
【図５】
2017181153.tif 000010
【図６】
2017181153.tif 000011
【図７】
2017181153.tif 000012
【図８】
2017181153.tif 000013
【図９】
2017181153.tif 000014
【図１０】
2017181153.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月19日(2017.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気が流入する筐体流入部と、前記外気が流出する筐体流出部とを有する筐体と、
前記筐体内部に設けられ、投光素子の投光領域と受光素子の受光対象領域とが重なり合う領域である検知領域において前記外気に含まれる粒子による前記投光素子の光の散乱光を受光することにより前記粒子を検出するセンサ部と、
前記外気が流入する少なくとも１つの外気流入部と、前記外気が流出する少なくとも１つの外気流出部とを有する外郭とを備え、
前記外郭は、前記筐体流出部と前記外気流出部との間に空間を有して、前記筐体の周囲に設置され、
前記外気流出部の下流には送風機構をさらに備え、
前記外気の一部が前記外気流入部から前記筐体流入部を経て前記筐体の内部に誘引され、前記検知領域を通り、前記筐体流出部を経て前記外気流出部に排出される第１流路と、
前記外気の一部が前記外気流入部から前記送風機構により誘引され、前記筐体の外側と前記外郭の内側との間を通り、前記外気流出部に排出される第２流路と、から構成され、
前記第１流路の流体抵抗は、前記第２流路の流体抵抗よりも大きく、
前記筐体流出部と前記外気流出部との間の前記空間の少なくとも一部において、前記第１流路と前記第２流路とは流路を共有しており、
前記筐体流出部の近傍には、前記第２流路を通る前記外気が、前記筐体流出部から流入することを防ぐ気流誘導壁が設けられている
ことを特徴とする粒子検出センサ。
【請求項２】
前記第２流路の長さは、前記第１流路の長さよりも短い
ことを特徴とする請求項１に記載の粒子検出センサ。
【請求項３】
前記第２流路の有効断面積は、前記第１流路の有効断面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の粒子検出センサ。
【請求項４】
前記第２流路の内壁は、前記外郭の内壁と前記筐体の外壁とによって構成されており、
前記気流誘導壁は、前記筐体の外壁に接し、
前記気流誘導壁は、所定の方向における両端のうちの一方の端部が前記外郭の内壁に接
続され、他方の端部が前記外郭の内壁に接続されていない、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
【請求項５】
前記気流誘導壁は、前記他方の端部が前記外気流出部とは反対方向に向かうように配置されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
【請求項６】
前記筐体流入部の気流流入方向と、前記外気流入部の気流流入方向とは、互いに直交している
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
【請求項７】
前記外気流出部は１つであり、
前記外気流出部の近傍に前記送風機構を備え、
前記外気流入部として、第１外気流入部と第２外気流入部とを有し、
前記第１流路は、前記第１外気流入部に接続し、
前記第２流路は、前記第２外気流入部に接続し、
前記第１外気流入部と、前記第２流入部とは、別の位置に構成されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る粒子検出センサの一態様は、外気が流入する筐体流入部と、前記外気が流出する筐体流出部とを有する筐体と、前記筐体内部に設けられ、投光素子の投光領域と受光素子の受光対象領域とが重なり合う領域である検知領域において前記外気に含まれる粒子による前記投光素子の光の散乱光を受光することにより前記粒子を検出するセンサ部と、前記外気が流入する少なくとも１つの外気流入部と、前記外気が流出する少なくとも１つの外気流出部とを有する外郭とを備え、前記外郭は、前記筐体流出部と前記外気流出部との間に空間を有して、前記筐体の周囲に設置され、前記外気流出部の下流には送風機構をさらに備え、前記外気の一部が前記外気流入部から前記筐体流入部を経て前記筐体の内部に誘引され、前記検知領域を通り、前記筐体流出部を経て前記外気流出部に排出される第１流路と、前記外気の一部が前記外気流入部から前記送風機構により誘引され、前記筐体の外側と前記外郭の内側との間を通り、前記外気流出部に排出される第２流路と、から構成され、前記第１流路の流体抵抗は、前記第２流路の流体抵抗よりも大きく、前記筐体流出部と前記外気流出部との間の前記空間の少なくとも一部において、前記第１流路と前記第２流路とは流路を共有しており、前記筐体流出部の近傍には、前記第２流路を通る前記外気が、前記筐体流出部から流入することを防ぐ気流誘導壁が設けられていることを特徴とする。
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月20日(2017.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
前記外気流出部は１つであり、
前記外気流出部の下流に前記送風機構を備え、
前記外気流入部として、第１外気流入部と第２外気流入部とを有し、
前記第１流路は、前記第１外気流入部に接続し、
前記第２流路は、前記第２外気流入部に接続し、
前記第１外気流入部と、前記第２流入部とは、別の位置に構成されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。