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公開番号2025017160
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-05
出願番号2023120086
出願日2023-07-24
発明の名称光学式センサ装置
出願人Tianma Japan株式会社
代理人藤央弁理士法人
主分類G01N 21/45 20060101AFI20250129BHJP(測定;試験)
要約【課題】プリズムを含む検知素子を使用して、対象流体を適切に計測する。
【解決手段】光学式センサ装置が開示される。検知素子は、斜面及び二つの脚面を含むプリズムと、斜面上に配置された計測対象の検知膜とを含む。検知膜は、計測対象が存在する気密空間に露出している。検知素子は、計測対象が存在する気密空間の隔壁の開口を覆う。弾性シール部品は、検知素子と開口との間に存在する。固定具は、弾性シール部品が弾性変形するように検知素子を押圧しつつ、検知素子を固定する。光源及び光検出器は、計測対象が存在する気密空間外に存在する。二つの脚面の一方を通過した光源からの光が検知膜に入射し、検知膜での反射光は、二つの脚面の他方から出射する。光検出器は、二つの脚面の他方から出射した検知膜での反射光を検出する。
【選択図】図20C
特許請求の範囲【請求項１】
光源と、
検知素子と、
光検出器と、
固定具と、
弾性シール部品と、
を含み、
前記検知素子は、
斜面及び二つの脚面を含むプリズムと、
前記斜面上に配置された計測対象の検知膜と、
を含み、
前記検知膜は、前記計測対象が存在する気密空間に露出し、
前記検知素子は、前記計測対象が存在する気密空間の隔壁の開口を覆い、
前記弾性シール部品は、前記検知素子と前記開口との間に存在し、
前記固定具は、前記弾性シール部品が弾性変形するように前記検知素子を押圧しつつ、前記検知素子を固定し、
前記光源及び前記光検出器は、前記計測対象が存在する気密空間外に存在し、
前記二つの脚面の一方を通過した前記光源からの光が前記検知膜に入射し、
前記検知膜での反射光は、前記二つの脚面の他方から出射し、
前記光検出器は、前記二つの脚面の前記他方から出射した前記検知膜での反射光を検出する、
光学式センサ装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の光学式センサ装置であって、
前記斜面は前記開口を覆い、
前記弾性シール部品は前記斜面と前記隔壁と間において、前記開口を囲む、
光学式センサ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光学式センサ装置であって、
前記プリズムは、さらに、円錐面状の側面を含み、
前記二つの脚面と前記円錐面状の側面の一部は前記開口を覆い、
前記弾性シール部品は、前記円錐面状の側面と前記隔壁と間に存在する、
光学式センサ装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光学式センサ装置であって、
前記開口は第１開口であり、前記弾性シール部品は第１弾性シール部品であり、
前記光学式センサ装置は、さらに、第２弾性シール部品を含み、
前記二つの脚面の第１脚面は、前記第１開口を覆い、
前記第１弾性シール部品は前記第１脚面と前記隔壁と間において、前記第１開口を囲み、
前記二つの脚面の第２脚面は、前記隔壁の第２開口を覆い、
前記第２弾性シール部品は前記第２脚面と前記隔壁と間において、前記第２開口を囲み、
前記固定具は、前記第１及び第２弾性シール部品が弾性変形するように前記プリズムを押圧しつつ、前記プリズムを固定する、
光学式センサ装置。
【請求項５】
請求項２に記載の光学式センサ装置であって、
前記検知膜は透明平板上に成膜されており、
前記透明平板と前記斜面との間にオイルが存在しており、
前記弾性シール部品は、前記透明平板と前記隔壁との間に存在し、
前記弾性シール部品は、前記透明平板の主面に接している、
光学式センサ装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光学式センサ装置であって、
前記検知膜は、前記プリズムの斜面に直接成膜されている、
光学式センサ装置。
【請求項７】
請求項１に記載の光学式センサ装置であって、
前記検知膜の全域は、前記弾性シール部品で囲まれた領域内に存在する、
光学式センサ装置。
【請求項８】
請求項１に記載の光学式センサ装置であって、
前記弾性シール部品はＯリングである、
光学式センサ装置。
【請求項９】
請求項１に記載の光学式センサ装置であって、
前記弾性シール部品の表面は、粘着性または接着性を有する、
光学式センサ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学式センサ装置に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
様々な化学物質の種類や濃度を検知するセンサ装置が開発されており、例えば、水素ガスの漏洩検知用センサがガスセンサ装置として開発されている。検出方式の異なる複数の水素ガスセンサが知られているが、応答速度の向上やクリーニング効果等のための、高温動作を必要とするものが一般的である。高温動作を要する水素ガスセンサは、電気回路での過電流やスパークが水素と接触することによる爆発の危険性を防ぐことが求められる。
【０００３】
ガスセンサ装置の例として、光学的手法により水素ガスを検知する方式が知られており、例えば、表面プラズモン共鳴を用いた光検知式ガスセンサが知られている。また、ガラス基板上に成膜した金属層を感応層として使用し、ガラス基板の裏面とプリズムを光学結合オイルで光学マッチングさせる技術が知られている。光はプリズム側から感応層に照射され、反射光はプリズムを通って外部の光検出器で検出される。プリズムは、ガラス基板での反射光が光検出器に到達することを低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
ＫＲ１００９２７３７８Ｂ１
ＣＮ１１２０１４３５８Ａ
ＵＳ２０２２０４２９５９Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プリズムを含む透明基板上にガス検知積層膜（単にガス検知膜とも呼ぶ）が成膜された検知素子は、例えば、ガスや液体を含む流体の計測に使用することができる。計測のためには検知素子の検知膜が計測対象に露出していることが必要である。光源や、光検知器等の構成要素は計測対象外に置くことが求められる。計測対象は、気密空間に閉じ込め、計測対象を気密空間から逃さない又は外部からの大気の気密空間への流入を防ぐことが要求される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様の光学式センサ装置は、光源と、検知素子と、光検出器と、固定具と、弾性シール部品とを含む。前記検知素子は、斜面及び二つの脚面を含むプリズムと、前記斜面上に配置された計測対象の検知膜とを含む。前記検知膜は、前記計測対象が存在する気密空間に露出する。前記検知素子は、前記計測対象が存在する気密空間の隔壁の開口を覆う。前記弾性シール部品は、前記検知素子と前記開口との間に存在する。前記固定具は、前記弾性シール部品が弾性変形するように前記検知素子を押圧しつつ、前記検知素子を固定する。前記光源及び前記光検出器は、前記計測対象が存在する気密空間外に存在する。前記二つの脚面の一方を通過した前記光源からの光が前記検知膜に入射する。前記検知膜での反射光は、前記二つの脚面の他方から出射する。前記光検出器は、前記二つの脚面の前記他方から出射した前記検知膜での反射光を検出する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一態様によれば、プリズムを含む検知素子を使用して、対象流体を適切に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本明細書の一実施形態にかかる水素ガスセンサ装置における、水素ガスの計測方法を説明するための模式図である。
本明細書の一実施形態にかかる水素ガスセンサ装置の構成例を模式的に示す。
プリズムの構造を説明するための図である。
プリズムの構造を説明するための図である。
本明細書の一実施形態にかかる検知素子の構成例を模式的に示す断面図である。
本明細書の一実施形態にかかる検知素子の構成例を模式的に示す断面図である。
本明細書の一実施形態の水素ガスセンサ装置の構成例及びその利用例を示す。
水素ガス検知装置における、検知素子を使用した気密構造アセンブリ及びその組み立ての例を示す。
水素ガス検知装置における、検知素子を使用した気密構造アセンブリ及びその組み立ての例を示す。
水素ガス検知装置における、検知素子を使用した気密構造アセンブリ及びその組み立ての例を示す。
水素ガス検知装置における、検知素子を使用した気密構造アセンブリ及びその組み立ての例を示す。
流路ブロック及び流路ブロックに装着される検知素子保持体からなるアセンブリ及びその組み立ての例を示す。
流路ブロック及び流路ブロックに装着される検知素子保持体からなるアセンブリ及びその組み立ての例を示す。
流路ブロック及び流路ブロックに装着される検知素子保持体からなるアセンブリ及びその組み立ての例を示す。
フランジ、検知素子及び検知素子保持体の断面を示す分解斜視図である。
フランジが検知素子保持体にネジにより押圧固定された状態を示す。
組付け前のフランジ、検知素子、Ｏリング及び検知素子保持体の断面図を示す。
フランジ、検知素子、及びＯリングを検知素子保持体に組み込み、フランジをネジにより検知素子保持体に固定する前の状態の断面図を示す。
フランジが、ネジにより検知素子保持体に押圧固定された状態の断面図を示す。
検知素子のプリズムと検知素子保持体の面との間で、Ｏリングでシールされる部分の図である。
プリズムの斜面に形成された積層膜の領域の例を示す。
図１２Ａに示す検知素子が検知素子保持体に装着された状態を示す。
検知素子を押圧固定するフランジが検知素子保持体に、ネジ固定された状態を示す。
検知素子の構造例を示す。
検知素子及び検知素の側面に嵌められたＯリングを示す。
円錐台形状のプリズムを有する検知素子を隔壁の一部として固定する構成例を説明する図である。
円錐台形状のプリズムを有する検知素子を隔壁の一部として固定する構成例を説明する図である。
Ｏリング、光学素子、フランジの順で、これら部品が検知素子保持体に配置され、フランジがネジで固定される前のＯリングの状態を示す。
フランジがネジにより検知素子保持体に固定された状態を示す。
本実施形態の気密構造の部品の断面を示す分解斜視図である。
固定具がネジにより固定される前の状態を示す。
固定具が隔壁にネジにより押圧固定された状態を示す。
組付け前のネジ、固定具、プリズム、透明平板、Ｏリング及び隔壁の断面図を示す。
固定具がネジにより隔壁に固定されている状態を示す。
Ｏリングによるシール構造を説明する断面図である。
Ｏリングによるシール構造を説明する断面図である。
プリズムの斜面１８１に形成された積層膜の領域の例を示す。
実施形態１の気密構造を模式的に示す。
実施形態２の気密構造を模式的に示す。
は実施形態３の気密構造を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。各図面における各構成要素の大きさや縮尺は、図の視認性を確保するために適宜変更して記載している。また、各図面におけるハッチングは、各構成要素を区別するためのものであり、必ずしも切断面を意味するものではない。本実施形態は本開示を実現するための一例に過ぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。
【００１０】
以下において、光学式化学センサ装置の例として、ガスセンサ装置の実施形態を説明する。本明細書の実施形態のガスセンサ装置は、検知対象物と接触する検知膜の光学特性の変化を測定することで、検知対象を検知する。
（【００１１】以降は省略されています）

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