特許 7569712 ガス検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-09

(45)【発行日】2024-10-18

(54)【発明の名称】ガス検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3504 20140101AFI20241010BHJP

【ＦＩ】

G01N21/3504

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2021036353

(22)【出願日】2021-03-08

(65)【公開番号】P2021162577

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-11-22

(31)【優先権主張番号】P 2020064487

(32)【優先日】2020-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】303046277

【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100181272

【弁理士】

【氏名又は名称】神 紘一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180655

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】池田 優二

(72)【発明者】

【氏名】桑田 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】古屋 貴明

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５１７４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０２０９０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７－２１／６１

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の主面に設けられ、光を発する発光素子と、
前記基板の主面に設けられ、前記光を受け取る受光素子と、
前記発光素子が発した前記光を前記受光素子に導く導光部材と、
第１の接合部材と、
第２の接合部材とを備え、
前記第１の接合部材は、前記基板と前記導光部材とを接合し、かつ、前記導光部材に対する外力を加えた際に前記基板の主面と平行及び／又は垂直な方向に動きを抑制し、
前記第２の接合部材は前記基板と前記導光部材とを接合し、前記導光部材に対する外力を加えた際又は熱膨張による歪みが生じた際に、前記基板の主面と平行な方向に前記導光部材の動きを抑制し、及び／又は、前記基板の主面に垂直な平面内に動きを抑制し、
第１の接合部材及び第２の接合部材の少なくとも一方は、前記基板の主面と平行な方向又は前記基板の主面に垂直な平面内に動きうるガス検出装置であって、
第１の接合部材及び第２の接合部材が、それぞれ基板の主面と平行及び垂直な方向の動きを抑制するものは除き、
前記受光素子の中心と前記発光素子の中心とを結ぶ線分の垂直二等分線を直線Ｌｐとし、前記受光素子を通る直線で前記直線Ｌｐと平行なものを直線Ｌｄとし、前記発光素子を通る直線で前記直線Ｌｐと平行なものを直線Ｌｅとし、前記直線Ｌｄと前記直線Ｌｅに挟まれた前記基板の主面内の最大の領域を領域Ｒｔとし、前記第１の接合部材の前記基板の主面への垂直投影像が前記領域Ｒｔに存在する、ガス検出装置。

【請求項2】

前記第１の接合部材は、前記基板を固定し、前記第１の接合部材から最も遠い前記導光部材の表面の点を始点として、前記導光部に対して前記基板の主面と平行方向かつ前記始点と第１の接合部をつなぐ直線の垂直方向に外力を加えた際に回転軸となる、請求項１に記載のガス検出装置。

【請求項3】

前記基板はホールを備え、
前記第２の接合部材は、前記導光部材と接続されて、少なくとも一部が前記ホールに挿入される挿入部を備える、請求項１又は２に記載のガス検出装置。

【請求項4】

前記ホールは前記基板を貫通し、
前記第２の接合部材は、前記基板の主面と反対の面である底面の前記ホールから挿入されて、前記挿入部を留める留め具を備える、請求項３に記載のガス検出装置。

【請求項5】

前記留め具は前記挿入部をねじ留めする、請求項４に記載のガス検出装置。

【請求項6】

前記挿入部のうち前記ホールに挿入された部分の側面は、少なくとも一部が前記ホールの側面と接しない、請求項３から５のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【請求項7】

第１の接合部材のうち前記基板と接合される部分は、前記基板との間に空間を有しない、請求項６に記載のガス検出装置。

【請求項8】

前記ホールは、長穴である、請求項３から請求項７のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【請求項9】

前記長穴は、前記第１の接合部材と前記第２の接合部材の前記基板の主面への垂直投影像のそれぞれの中心をつないだ方向に対して伸長している穴である、請求項８に記載のガス検出装置。

【請求項10】

前記第２の接合部材が、熱膨張による歪みが生じた際、前記第１の接合部材と前記第２の接合部材の前記基板の主面への垂直投影像のそれぞれの中心をつないだ方向以外の動きを抑制する請求項１から９のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【請求項11】

前記導光部材は、第１の反射部と第２の反射部とを備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【請求項12】

前記第１の反射部は、第２の反射部に対する相対位置が固定される、請求項１１に記載のガス検出装置。

【請求項13】

前記第１の反射部は、前記第１の接合部材によって前記基板と接合され、
前記第２の反射部は、前記第２の接合部材によって前記基板と接合される、請求項１１又は１２に記載のガス検出装置。

【請求項14】

前記第１の接合部材は複数の部品で構成される、請求項１から１３のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【請求項15】

前記第１の接合部材は１つの部品で構成される、請求項１から１３のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【請求項16】

前記第１の接合部材は、前記基板の主面への垂直投影像が、中実円形、中空円形、弓形又は多角形である、請求項１５に記載のガス検出装置。

【請求項17】

前記第１の接合部材は、前記第１の接合部材の前記基板の主面への垂直投影像が、前記直線Ｌｐ上にあるように配置される、請求項１に記載のガス検出装置。

【請求項18】

前記第１の接合部材と前記第２の接合部材の前記基板の主面への垂直投影像のそれぞれの中心間の距離が、前記基板における最大距離の半分よりも長い、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【請求項19】

前記第２の接合部材の接合度は、前記第１の接合部材の接合度よりも小さい請求項１から１８のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はガス検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスを検出するガス検出装置が様々な分野で利用されている。例えば特許文献１は、赤外線を放射する光源と、特定波長の赤外線を検出する検出器とを同一のケース内に備え、当該ケース内に被検出ガスが導入されるように構成された装置を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１８４２１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、特許文献１に記載されるガス検出装置において、光路管は基板固定部の溝及び固定具によって基板及びケースに対して強固に接合される。そのため、例えば熱膨張による基板及びケースの歪みが光路管に伝わって、光路の歪みが生じ、若しくは光学面の相対位置が変化し、ガス検出感度が変動するおそれがある。

【0005】

かかる点に鑑みてなされた本開示の目的は、光路の歪みの発生を抑制することが可能なガス検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一実施形態に係るガス検出装置は、
基板と、
前記基板の主面に設けられ、光を発する発光素子と、
前記基板の主面に設けられ、前記光を受け取る受光素子と、
前記発光素子が発した前記光を前記受光素子に導く導光部材と、
第１の接合部材と、
第２の接合部材とを備え、
前記第１の接合部材は、前記基板と前記導光部材とを接合し、かつ、前記導光部材に対する外力を加えた際に前記基板の主面と平行及び／又は垂直な方向に動きを抑制し、
前記第２の接合部材は前記基板と前記導光部材とを接合し、前記導光部材に対する外力を加えた際又は熱膨張による歪みが生じた際に、前記基板の主面と平行な方向に前記導光部材の動きを抑制し、及び／又は、前記基板の主面に垂直な平面内に動きを抑制し、
第１の接合部材及び第２の接合部材の少なくとも一方は、前記基板の主面と平行な方向又は前記基板の主面に垂直な平面内に動きうる。

【0007】

本開示の一実施形態に係るガス検出装置は、
光を発する発光素子と前記光を受け取る受光素子とを主面に設けた基板と、
前記発光素子が発した前記光を前記受光素子に導く導光部材と、
前記基板と前記導光部材とを接合する第１の接合部材と、
前記基板と前記導光部材とを接合し、前記第１の接合部材より低い接合度を有する第２の接合部材と、を備える。

【0008】

本開示の一実施形態に係るガス検出装置は、
基板と、
前記基板の主面に設けられ、光を発する発光素子と、
前記基板の主面に設けられ、前記光を受け取る受光素子と、
前記発光素子が発した前記光を前記受光素子に導く導光部材と、
第１の接合部材と、
第２の接合部材と、を備え、
前記第１の接合部材は、前記基板と前記導光部材とを、基板の平面と平行な第１方向に第１拘束度で、前記基板の平面と平行かつ前記１方向と垂直な第２方向に第２拘束度で、及び前記基板の平面に垂直な第３方向に第３拘束度で、それぞれの並進方向に拘束し、
前記第２の接合部材は、前記基板と前記導光部材とを、前記第１方向に第４拘束度で、前記第２方向に第５拘束度で、及び前記第３方向に第６拘束度で、それぞれの並進方向に拘束し、
前記第１拘束度から前記第６拘束度のうち少なくとも１つはゼロであり、前記第１拘束度と前記第４拘束度の何れか一方はゼロではなく、前記第２拘束度と前記第５拘束度の何れか一方はゼロではなく、前記第３拘束度と前記第６拘束度の何れか一方はゼロではない。

【発明の効果】

【0009】

本開示の一実施形態によれば、光路の歪みの発生を抑制することが可能なガス検出装置が提供され得る。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係るガス検出装置の一部を透過させた斜視図である。

【図2】図２は、ガス検出装置の断面の一例を示す図である。

【図3】図３は、第１及び第２の接合部材の配置及び形状の一例を示す図である。

【図4】図４は、第１の接合部材の配置の別の例を示す図である。

【図5】図５は、第２の接合部材の断面拡大図である。

【図6】図６は、ガス検出装置の断面の別の例を示す図である。

【図7】図７は、第１の接合部材の配置及び形状の別の例を示す図である。

【図8】図８は、第１の接合部材の形状の別の例を示す図である。

【図9】図９は、第１の接合部材の形状の別の例を示す図である。

【図10】図１０は、導光部材の別の構成例を示す図である。

【図11】図１１は、長穴を説明するための図である。

【図12】図１２は、物面（発光面）での強度分布と像面（受光面）における照度分布とを説明するための図である。

【図13】図１３は、拘束点と歪みとの関係を説明するための図である。

【図14】図１４は、第１の接合部材の形状の別の例を示す図である。

【図15】図１５は、第１及び第２の接合部材の配置を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１実施形態）
図１は、本開示の一実施形態に係るガス検出装置１の一部を透過させた斜視図である。ガス検出装置１は、一例として３０ｍｍ×２０ｍｍ×１０ｍｍの小型の装置であって、ガスセンサーとも称される。本実施形態において、ガス検出装置１は、導入した気体を透過した赤外線に基づいて被検出ガスの濃度を測定する、ＮＤＩＲ（Non Dispersive InfraRed）方式の装置である。被検出ガスは、例えば二酸化炭素、水蒸気、メタン、プロパン、ホルムアルデヒド、一酸化炭素、一酸化窒素、アンモニア、二酸化硫黄又はアルコール等である。

【0012】

ガス検出装置１は、基板２と、発光素子３と、受光素子４と、導光部材５と、第１の接合部材６と、第２の接合部材７と、を備える。図１では、導光部材５の一部を透過させてガス検出装置１の構成例を示しており、基板２の主面２０に設けられた発光素子３及び受光素子４が見えている。本実施形態において、主面２０は、基板２の面積が最も大きい面のうちで導光部材５と対向する面である。

【0013】

以下、図１に示すように、ｘｙ平面が基板２の主面２０と平行であるように、直交座標が設定される。ｚ軸方向は、基板２の主面２０に垂直な方向である。ｘ軸方向及びｙ軸方向は、基板２の主面２０の辺と平行である。ここで、ｙ軸方向は、後述する第１の反射部５１と第２の反射部５２とが向かい合う方向に対応する。

【0014】

基板２は、ガス検出装置１の部品を実装し、実装された電子部品の電気的な接続を行う板状の部材である。基板２は、発光素子３と、受光素子４と、を主面２０に設ける。基板２はさらに別の電子部品を実装してよい。例えば、基板２は主面２０又は主面２０と反対の面である底面に、発光素子３及び受光素子４の少なくとも一方を制御するコントローラを設けてよい。また、基板２は主面２０又は底面に、ガス濃度算出における演算を実行する演算部を備えてよい。演算部は、読み込むプログラムに応じた機能を実行する汎用のプロセッサ、及び、特定の処理に特化した専用のプロセッサの少なくとも１つを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ；Application Specific Integrated Circuit）を含んでよい。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ；Programmable Logic Device）を含んでよい。演算部は、上記のコントローラと一体化されていてよい。

【0015】

発光素子３は、被検出ガスの検出に用いられる光を発する部品である。発光素子３は、被検出ガスによって吸収される波長を含む光を出力するものであれば特に制限されない。本実施形態において、発光素子３が発する光は赤外線であるが、これに限定されない。本実施形態において、発光素子３はＬＥＤ（light emitting diode、発光ダイオード）であるが、別の例として半導体レーザ、有機発光素子又はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ヒータ等であり得る。発光素子３は、基板２の主面２０の第１の領域２１に設けられる。第１の領域２１は、ｚ軸方向において、後述する第１のミラー５１１と対向する位置に定められる。

【0016】

受光素子４は、導入した気体を透過した光を受け取る部品である。受光素子４は、被検出ガスによって吸収される波長を含む光の帯域に感度を有するものであれば特に制限されない。本実施形態において、受光素子４が受け取る光は赤外線であるが、これに限定されない。本実施形態において、受光素子４はフォトダイオード（Photodiode）であるが、別の例としてフォトトランジスタ又はサーモパイル、焦電センサ、ボロメータ等であり得る。受光素子４は、受け取った光を電気信号に変換して、変換した電気信号を出力する。電気信号は、例えば演算部に出力される。電気信号を受け取った演算部は、光の透過率等に基づいて被検出ガスの濃度を演算する。受光素子４は、基板２の主面２０の第２の領域２２に設けられる。第２の領域２２は、ｚ軸方向において、後述する第５のミラー５１３と対向する位置に定められる。受光素子４は波長選択機能を有する光学フィルタを備えていてよい。

【0017】

導光部材５は、発光素子３が発した光を受光素子４に導く部材である。導光部材５は、ガス検出装置１の光学系である。導光部材５は光学部材を備え、発光素子３から受光素子４への光路を構成する。換言すると、導光部材５は、発光素子３と受光素子４とを光学的に接続させる。ここで、光学部材は例えばミラー及びレンズ等である。

【0018】

本実施形態において、導光部材５は、第１の反射部５１と、第２の反射部５２と、を備える。第１の反射部５１は、光学部材として、第１のミラー５１１と、第３のミラー５１２と、第５のミラー５１３と、を備える。第１の反射部５１は、発光素子３から発せられた光を最初に反射する鏡を持ち、及び受光素子４が受け取る光を最後に反射する鏡を持つ。第２の反射部５２は、光学部材として、第２のミラー５２１と、第４のミラー５２２と、を備える。導光部材５は、発光素子３が発した光を、第１のミラー５１１、第２のミラー５２１、第３のミラー５１２、第４のミラー５２２及び第５のミラー５１３の順に反射して、受光素子４に導く。光路は、導光部材５と基板２との間に設けられた、気体が導入されるセル５４を通過するように構成される。別の例として、導光部材５が備えるミラーの数は５つ以外の１つ以上であってよい。また、導光部材５は光路の一部においてレンズを備える構成であってよい。

【0019】

導光部材５において、第１の反射部５１は、第２の反射部５２に対する相対位置が固定される。例えば、第１の反射部５１及び第２の反射部５２は樹脂製であって一体形成されてよい。第１の反射部５１及び第２の反射部５２のミラーは、一体形成の後に金属メッキで加工されてよい。別の例として、第１の反射部５１及び第２の反射部５２は個別に形成されて、接着剤、ネジ、ツメ、はめ合い、グロメット、溶着等によって強力に固定されてよい。

【0020】

第１のミラー５１１は、焦点にある発光素子３から射出された光を反射する集光鏡である。第１のミラー５１１は例えば凹面鏡である。第１のミラー５１１の形状として、楕円面が使用されてよい。本実施形態において、第１のミラー５１１は、焦点にある発光素子３からｚ軸方向に発せられた光をｘｙ平面方向に反射する。ここで、ｘｙ平面方向は、ｘ軸方向及びｙ軸方向の少なくとも１つの方向の成分を有する方向である。ただし、ｘｙ平面方向は、ｚ軸方向成分を有していてよい。

【0021】

第２のミラー５２１、第３のミラー５１２及び第４のミラー５２２は、入射した光を反射する。第２のミラー５２１、第３のミラー５１２及び第４のミラー５２２の少なくとも１つは、集光機能を有する集光鏡であってよい。第２のミラー５２１、第３のミラー５１２及び第４のミラー５２２の少なくとも１つは、例えば凹面鏡であってよい。図１に示すように、第２のミラー５２１は、入射した第１のミラー５１１からの光を、第３のミラー５１２へ反射する。第３のミラー５１２は、入射した第２のミラー５２１からの光を、第４のミラー５２２へ反射する。第４のミラー５２２は、入射した第３のミラー５１２からの光を、第５のミラー５１３へ反射する。

【0022】

第５のミラー５１３は、入射した光を受光素子４に集光させる集光鏡である。第５のミラー５１３は例えば凹面鏡である。第５のミラー５１３の形状として、楕円面が使用されてよい。本実施形態において、第５のミラー５１３は、入射した第４のミラー５２２からのｘｙ平面方向の光をｚ軸方向の成分を有するように反射する。具体的には、第５のミラー５１３は、焦点位置にある受光素子４において集光するように入射した光を反射する。

【0023】

第１のミラー５１１、第２のミラー５２１、第３のミラー５１２、第４のミラー５２２及び第５のミラー５１３を構成する材料は、例えば、金属、ガラス、セラミックス、ステンレス等であってよいが、この限りではない。検出感度向上の観点から、これらのミラーを構成する材料は、光の吸収係数が小さく反射率が高い材料で構成されることが好ましい。具体的には、アルミニウム、金、銀を含む合金、誘電体、若しくはこれらの積層体のコーティングが施された樹脂筐体が好ましい。信頼性及び経時変化の観点から金又は金を含む合金層でコーティングされた樹脂筐体が好ましい。さらに、反射率を高め、かつ経年劣化を避けるために金属層の表面に誘電体積層膜を形成することが好ましい。第１のミラー５１１及び第５のミラー５１３が樹脂筐体への蒸着又はめっきによって形成される場合、金属材料で形成される場合と比較して、高生産性と軽量化の向上を図ることができる。さらに、基板２との熱膨張係数差が縮まり、熱変形が抑制され、感度の変動が抑制される。また、導光部材５は切削加工で成形されてよく、生産性の観点からより好ましくは射出成型で成形されることが望ましい。

【0024】

第１の接合部材６は、基板２と導光部材５とを接合する部材である。本実施形態において、第１の接合部材６は、１本の柱体であって、基板２に接合する第１の底面部６１（図２参照）と、導光部材５に接合する第２の底面部６２と、を有する。第１の底面部６１と基板２とは、例えば接着剤、グロメット又はネジ、溶着、ツメ、はめ合い等によって接合される。第２の底面部６２と導光部材５との接合も同様である。また、生産性の観点から、構成部材の数が削減されるため第１の接合部材６と導光部材５は一体成型されていることが望ましい。

【0025】

第２の接合部材７は、第１の接合部材６と異なる位置において、基板２と導光部材５とを接合する部材である。第２の接合部材７の挿入部７ａ（図２参照）は導光部材５と接続される。第２の接合部材７の挿入部７ａは、導光部材５と例えば接着剤、グロメット又はネジ、溶着ツメ、はめ合い等によって強固に接続されてよい。別の例として、第２の接合部材７の挿入部７ａは、導光部材５と同じ材料であって、導光部材５と一体形成されてよい。導光部材５と一体形成される場合、構成部材の数が削減されるため、生産性が向上する。図１に示すように、第１の反射部５１が第１の接合部材６によって基板２と接合されて、第２の反射部５２が第２の接合部材７によって基板２と接合される。

【0026】

図２は、ガス検出装置１の断面の一例を示す図である。図２では、基板２と、第３のミラー５１２を含む導光部材５と、第１の接合部材６と、第２の接合部材７と、をｙｚ平面に平行な面で切断した断面が示されている。セル５４は、基板２と導光部材５とで挟まれた、ガス検出装置１の内部に形成される。導光部材５は、セル５４に気体を導入する通気口５３を備える。通気口５３は、セル５４からの気体の排出でも使用され得る。本実施形態において、第１の接合部材６は、中空の円柱体である。第１の底面部６１は、基板２の底面から中空部分にネジが挿入されることによって、基板２と接合される。第２の底面部６２は、中空部分にグロメットが挿入されて広がることによって、導光部材５と接合される。別の例として、第１の接合部材６は、中実の円柱体であってよい。第１の底面部６１と基板２、及び、第２の底面部６２と導光部材５は、接着剤、溶着、ツメ、はめ合い等によって接合されてよい。

【0027】

第２の接合部材７は、挿入部７ａと、留め具７ｂと、を備える。挿入部７ａは、上記のように、一部が導光部材５と強固に接続される。挿入部７ａは、少なくとも一部が基板２のホール２５に挿入される。別の例として、留め具７ｂの少なくとも一部がホール２５に挿入される場合もある。ホール２５は基板２に設けられた穴である。本実施形態において、ホール２５は基板２をｚ軸方向すなわち厚み方向に貫通する。本実施形態において、挿入部７ａは円柱体である。挿入部７ａは、導光部材５と接続される面と反対側の面に、留め具７ｂが挿入される穴を有する。留め具７ｂは、基板２の底面のホール２５から挿入されて、挿入部７ａを留める。本実施形態において、留め具７ｂはネジであるが、他の具体例としてピン又はグロメット等であり得る。留め具７ｂ及び挿入部７ａの穴は、互いに対応するネジ山を有する。換言すると、留め具７ｂは挿入部７ａをねじ留めする。ここで、別の例として、第２の接合部材７は、留め具７ｂのない構成であってよい。つまり、第２の接合部材７は、留め具７ｂ用の穴がない挿入部７ａのみで構成されてよい。この場合に、ホール２５は主面２０に設けられ、基板２をｚ軸方向に貫通しない穴であってよい。図２の第１のミラー５１１、基板２の主面２０及び発光素子３は、図１の同じ番号が付された要素と同じであるため、説明を省略する。理由は後述するがホール２５が一方向に伸長した長穴であってよい。また好ましくはホール２５が、第１の接合部材と第２の接合部材の基板２の主面への垂直投影像のそれぞれの中心をつないだ方向に対して伸長している穴であってよい。ここで伸長した方向とは、長穴において長径を有する方向のことである。ホール２５が長穴であり第２の接合部材７が留め具７ｂで留められている構成である場合には、第２の接合部材は、導光部材５に対する外力を加えた際又は熱膨張による歪みが生じた際に、基板２の主面２０と平行であって、長穴の伸長する方向である、ある１方向以外の導光部材の動きを抑制する。外力の一例としては、ガス検出装置１の基板２を土台に固定し、導光部材５の代表点を押すことで、ｚ軸方向にねじりを加えることである。詳細には代表点として、例えば第１の接合部材以外の導光部材５の一点、若しくは第１の接合部材から最も遠い導光部材５の表面の点を選択し、ここに外力を加える。他にも代表点としては導光部材５の各面の幾何中心を選んでよい。また外力の方向は基板２の主面２０と平行な方向かつ代表点と第１の接合部をつなぐ方向に垂直な方向である。また、第２の接合部材７が留め具７ｂのない構成である場合、第２の接合部材７は基板２の主面２０と垂直方向に自由に動ける。そのため、導光部材５に対する外力を加えた際又は熱膨張による歪みが生じた際に、第２の接合部材７は基板２の主面２０に垂直な平面内に動きを抑制される。ここで長穴とは、図１１に示すように、穴の外周に平行な２つの線分を含む形状の穴のことである。具体例として長穴とは、それぞれの中心が線分上に並ぶよう、同じ径の円を連続的に並べ、重ね合わせた図形の穴、又は長方形状の穴であってよい。ただし、第１の接合部材及び第２の接合部材が、それぞれ基板の主面と平行な方向及び垂直な方向に動きを抑制するものは本開示の実施形態から除かれる場合がある。

【0028】

図３は、第１の接合部材６の配置及び形状の一例を示す図である。図３では、ｚ軸の負方向に向かって見た基板２の主面２０が示されている。垂直投影像６ｉは、第１の接合部材６が基板２の主面２０に対して垂直に投影された像である。本実施形態において、基板２の主面２０への垂直投影像６ｉは中空円形である。別の例として、第１の接合部材６が中実の円柱体の場合に、垂直投影像６ｉは中実円形である。ここで、図３において、第１の領域２１の中心２１ｃと、第２の領域２２の中心２２ｃと、を結ぶ線分の中点２４が示されている。また、図３において、第１の領域２１の中心２１ｃと第２の領域２２の中心２２ｃとを結ぶ線分の垂直二等分線２３が示されている。また、挿入部７ａ及び留め具７ｂを備える第２の接合部材７が、ホール２５に対して隙間を有しながら、挿入されている様子が示されている。本実施形態において、第１の接合部材６は、基板２の主面２０への垂直投影像６ｉが、垂直二等分線２３上にあるように配置される。また、詳細について後述するが、第２の接合部材７は導光部材５を自由に動ける方向をもって、つまり自由度を有して接合するために、実質的に、基板２と導光部材５とが第１の接合部材６によって接合されている。ここで垂直投影像６ｉとは、基板２の主面２０の直上にある第１の接合部材６の断面形状であってよい。

【0029】

第１の接合部材６及び第２の接合部材７は、弾性率が大きく、変形しにくい材料を用いることができる。例えば第１の接合部材６及び第２の接合部材７の材料は、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＣ（ポリカーボネート）、又はＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）等、及び、これらの２つ以上を混合した硬質樹脂か、又は耐熱性の観点から金属であってよい。また第１の接合部材６及び第２の接合部材７と導光部材５は同じ材料であってよい。第１の接合部材６及び第２の接合部材７と導光部材５の材料が同じであれば熱膨張差が生じないため、熱歪みを抑えることができる。基板２と導光部材５とは、実質的に第１の接合部材６で接合される。そのため、基板２が例えば熱膨張によって変形しても、拘束点が一つで過拘束になっていないため、導光部材５は基板２の変形の影響を受けない。例えば、基板２がｙ軸方向に広がるように変形した場合に、導光部材５が基板２と実質的に一点だけで接続されているので、光学部材は歪みを生じることなく一点を中心に相似縮小（膨張）する。その場合、光学性能には影響がない。

【0030】

また、仮に第２の接合部材７が存在せず、基板２と導光部材５とに異なる力が作用する場合、第１の接合部材６は軸方向に変形しにくいが、一方でねじれ変形及び曲げ変形を生じうる。そのため、導光部材５は、たとえば第２の接合部材７が導光部材５をｘ方向には拘束しない場合、基板２に対して第１の接合部材６を回転軸とする回転移動することがあり得る。すなわち、第１の接合部材６は導光部材５に対して基板２の主面２０と平行な方向に外力を加えた際に回転軸となる。換言すると、導光部材５が基板２に対して動く場合に回転軸となりえる。ここで動くとは、基板２を固定し、かつ導光部材５の側面に基板２の主面に平行な剪断応力を印加した際に、導光部材５と基板２が相対的に回転することであってよい。しかし、図１２に示す通り物面（発光面）での強度分布と像面（受光面）における照度分布は、回転軸に対して点対称に分布している。したがって、導光部材５が基板２（つまり発光面）に対して変形し移動しても、発光面がつくる受光面における照度分布の移動ベクトルは、受光部の移動ベクトルと一致する。このため受光面が受け取る照度分布に変化は生じず、ガス検出感度の変動がさらに抑制される。ここで物面（発光面）とは発光素子３の発光部において気体と触れ合う面でかつ光学的な透過性を持つ材料でできている面である。また像面（受光面）とは受光素子４の受感部において気体と触れ合う面でかつ光学的な透過性を持つ材料でできている面である。

【0031】

ここで、図４は第１の接合部材６の配置の別の例を示す図である。図４の各要素は、図３における同じ符号の要素と同じであるため、説明を省略する。図４に示すように、第１の接合部材６は基板２の主面２０上の異なる位置に設けられてよい。つまり、第１の接合部材６は、基板２の主面２０へ垂直投影像６ｉが、垂直二等分線２３上にないように配置されてよい。また、第１の接合部材６は、ｙ軸方向について、第１のミラー５１１及び第５のミラー５１３より、第２のミラー５２１及び第４のミラー５２２に近い位置に配置されてよい。ただし、上記のように、光路を保つために、発光素子３及び受光素子４が第１の反射部５１との間で直接的に光を受発光することが必要である。そのため、第１の接合部材６は、導光部材５が基板２に対して動く場合に、第１の反射部５１の移動量が第２の反射部５２の移動量よりも小さくなる位置に設けられることが好ましい。つまり、回転軸となる第１の接合部材６は、第２の反射部５２よりも第１の反射部５１に近い位置に設けられることが好ましい。具体的には、第１の接合部材６の垂直投影像６ｉが中点２４に近いことが好ましい。

【0032】

ここで、図４の場合においても第２の接合部材７は、導光部材５に外力を加えた際又は熱膨張による歪みが生じた際に、基板２の主面２０と平行な方向以外の導光部材５の動きを抑制する。換言すると第２の接合部材７は基板２の主面２０に垂直な方向の動きを抑制する。

【0033】

一例としては、第１の接合部材から最も遠い導光部材５の表面の点を始点として、導光部に対して基板２の主面２０と平行方向かつ始点と第１の接合部をつなぐ直線の垂直方向に外力を加えた際に、第１の接合部材が回転軸となる場合では、第２の接合部材は基板２の主面２０に垂直な方向の動きと、第１の接合部材と第２の接合部材の基板２の主面２０への垂直投影像のそれぞれの中心をつないだ方向の動きを抑制する。

【0034】

別の例としては、熱膨張による歪みが生じた際、第２の接合部材は基板２の主面２０に垂直な方向の動きと、第１の接合部材と第２の接合部材の基板２の主面２０への垂直投影像のそれぞれの中心をつないだ方向以外の動きを抑制する。

【0035】

図５は、第２の接合部材７の断面拡大図である。本実施形態において、挿入部７ａ及び留め具７ｂを備える第２の接合部材７は、ホール２５に対してｘｙ平面に平行な方向に隙間を有する。図５に示すように、挿入部７ａのうちホール２５に挿入された部分の側面７ａｓは、少なくとも一部が基板２のホール２５の側面２ｓと接しない。図５の例において、仮に第２の接合部材７がｙ軸正方向に最大に移動して挿入部７ａの側面７ａｓとホール２５の側面２ｓとが接触しても、ｙ軸負方向側では隙間が生じる。これに対し、第１の底面部６１、すなわち第１の接合部材６のうち基板２と接合される部分は、基板２との間に空間を有しない。ｘｙ平面方向について隙間を有する第２の接合部材７は、第１の接合部材６より低い接合度を有する。ここで、接合度は、接合させる対象の動きにくさを意味する。本実施形態において、接合度が高いとは、導光部材５が基板２に対して強く接合されている、又は、隙間なく密接に接合されているため基板２に対して移動しにくい状態を示す。接合度が低いとは、導光部材５が基板２に対して弱く接合されている、又は、隙間があるように接合されている、若しくは側面７ａｓと側面２ｓが一部接してはいるが摩擦が少なく基板２に対して移動しやすい状態を示す。

【0036】

上記のように、導光部材５は、基板２に対して第１の接合部材６を回転軸として回転移動することがあり得る。第２の接合部材７は、ｚ軸を回転軸とした自由な回転移動を抑制するが、ホール２５との間に隙間を有することによって、微小な回転移動を許容する。ここで、許容される微小な回転移動は、隙間の大きさで定めることが可能である。上記のように、第１の反射部５１が発光素子３から発せられた光及び受光素子４が受け取る光を直接的に反射することが可能である限り、光路は回転移動の前と同じく保たれる。よって、第２の接合部材７とホール２５との間の隙間は、導光部材５が基板２に対して最大に移動しても導光部材５に対する光路が保たれるように設定される。また第２の接合部材７と第１の接合部材６は、それぞれの接合部材の取り付け公差が同じ場合、両接合部材間の距離が離れているほうが、光学部材の角度ずれが少なく、量産収率の観点から良い。特に第１の接合部材と第２の接合部材の基板２の主面２０への垂直投影像のそれぞれの中心間の距離が、基板２における最大距離の半分よりも長いほうが好ましい。ここで異種樹脂材料間の熱膨張係数差が１００ｐｐｍ程度であり、電子機器一般の使用環境の最大温度差が１５０℃程度であるため、熱膨張による歪みの量はそれぞれの積から導光部材５の最大長の１．５％と見積もられる。したがって、隙間は導光部材５の最大長の１．５％以上と設計すればよい。

【0037】

また、図５に示すように、基板２のホール２５は、留め具７ｂであるネジの頭部が接触する段差が設けられている。留め具７ｂが導光部材５と接続された挿入部７ａとねじ留めされることによって、ｚ軸方向において、基板２と導光部材５とは強く接合される。そのため、導光部材５の基板２に対するｚ軸方向への移動はさらに制限され、ｚ方向の並進自由度が失われる。また二つの拘束点をつなぐ軸に対する回転自由度に関して、第１の接合部材６と基板は面接触しているため、回転が抑制され回転の自由度が失われている。換言すると、導光部材５は、第１の接合部材６と第２の接合部材７と基板２との接点を結んだ軸を中心とする回転自由度を持たない。

【0038】

また、第１の接合部材６は基板２に対して導光部材５のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各々に対しての並進方向の自由度を拘束する。一方で第２の接合部材７は、上述の通り、基板２の主面２０と垂直な方向の導光部材５の動きを抑制する。第２の接合部材７は、好ましくはホール２５との間に隙間を有することによって、隙間が存在する方向に対しては自由度を拘束しない。図１３に示すように、一般に過拘束とは対象物に対して、二つ以上の拘束点で、さらに同じ自由度に対して拘束がなされている場合に発生する。熱膨張などで対象物が変形した場合に、拘束点をつなぐ線分に沿って歪みが生じうる。過拘束である場合、その歪みは拘束点によって自由に伸長できないため、拘束点をつなぐ方向と別の方向にその歪みが逸れることで、全体の相似縮小（膨張）以外の変形をもたらす。

【0039】

よって、図１１に示すように、ホール２５は長穴であることによって、過拘束状態でなくなる。そのため、その長穴の伸長する方向には、第２の接合部材７は自由に動くことができ、熱膨張による歪みが低減される。特に第１の接合部材と第２の接合部材の基板２の主面２０への垂直投影像のそれぞれの中心をつないだ方向に対して伸長していると、ガス検出装置１は、膨張による光学性能の劣化を抑制することが可能である。なぜならば拘束点間で歪みが生じうるが、その拘束点間をつなぐ方向に拘束がないときは、自由に動くことでその歪みをすべて解消でき、温度変化による相似縮小（膨張）以外の変形をもたらさないからである。

【0040】

以上のように、本実施形態に係るガス検出装置１は、上記の構成によって、例えば基板２に熱膨張による歪みが生じても、導光部材５がその変形の影響を受けない。また、上記のように、導光部材５が基板２に対して最大に移動しても、第２の接合部材７によって光路は適切に保たれる。したがって、ガス検出装置１は、相似縮小（膨張）以外の変形による光学性能の劣化を抑制することが可能である。

【0041】

また、ガス検出装置１は、基板２の主面２０へ垂直投影像６ｉが、第１の領域２１の中心と第２の領域２２の中心とを結ぶ線分の垂直二等分線上にあるように配置されることによって、像面（受光面）上の照度分布が変化を受けず、ガス検出感度の変動が抑制される。図１２に示す通り物面（発光面）での強度分布と像面（受光面）における照度分布は、回転軸に対して点対称に分布しており、熱膨張によって基板２が変形した場合、上記の垂直二等分線に対し左右対称に変形が起こる。発光面がつくる受光面における照度分布の移動は、受光面の移動と、方向及び量が一致するからである。

【0042】

また、図１５に示すとおり、第１の接合部材６及び第２の接合部材７の基板の主面への垂直投影像が領域Ｒｔに配置されていれば、熱膨張によって基板２が変形した場合、同じ理由から像面（受光面）上の照度分布が変化を受けづらく、ガス検出感度の変動が抑制される。ここで、直線Ｌｐは、第１の領域２１の中心と第２の領域２２の中心とを結ぶ線分の垂直二等分線２３である。直線Ｌｅは、直線Ｌｐと平行な第１の領域２１を通る直線である。直線Ｌｄは、直線Ｌｐと平行な第２の領域２２を通る直線である。領域Ｒｔは、直線Ｌｅと直線Ｌｄに挟まれた基板の主面内の最大の領域である。

【0043】

（第２実施形態）
図６は、本開示の別の実施形態に係るガス検出装置１の断面の一例を示す図である。本実施形態に係るガス検出装置１は、上記の第１実施形態に係るガス検出装置１と比べて、第１の接合部材６の構成が異なる。その他の構成要素は、第１実施形態に係るガス検出装置１と同じである。例えば、本実施形態に係るガス検出装置１の斜視図は、第１実施形態と同じく図１で示される。また、第１実施形態に係るガス検出装置１と同じ構成要素については、図１～図４と同じ符号を付しており、詳細な説明を省略する。

【0044】

図６に示すように、本実施形態において第１の接合部材６は柱体でない。第１の接合部材６は、第１の底面部６１を含む第１の部分６ａと、第２の底面部６２を含む第２の部分６ｂと、第１の部分６ａ、第２の部分６ｂ及び第３のミラー５１２を結合する結合部６３と、を備える。第３のミラー５１２が第１の接合部材６と結合されることによって、第１の反射部５１の第２の反射部５２に対する相対位置はさらに強固に固定される。

【0045】

図７は、本実施形態における、第１の接合部材６の配置及び形状の一例を示す図である。図７では、ｚ軸の負方向に向かって見た基板２の主面２０が示されている。本実施形態において、基板２の主面２０への垂直投影像６ｉは弓形である。第１の接合部材６は、基板２の主面２０へ垂直投影像６ｉが、第１の領域２１の中心２１ｃと第２の領域２２の中心２２ｃとを結ぶ線分の中点２４を含むように配置される。上記のように、第１の接合部材６の垂直投影像６ｉが中点２４に近くすることで、第１の反射部５１の移動量を第２の反射部５２の移動量よりも小さくできるので、光路パラメーターのからのずれを小さく保つことに寄与する。

【0046】

以上のように、本実施形態に係るガス検出装置１は、上記の構成によって、第１実施形態と同じ効果を奏する。また、本実施形態に係るガス検出装置１は、第３のミラー５１２も結合する結合部６３を有する第１の接合部材６を備えることによって、第１の反射部５１の第２の反射部５２に対する相対位置をさらに強固に固定することができる。

【0047】

（変形例）
以上、実施形態を諸図面及び実施例に基づき説明したが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意すべきである。例えば、各部材、各手段などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【0048】

例えば、第１の接合部材６は、垂直投影像６ｉが多角形の形状であってよい。一つの変形例として、図８に示すように、垂直投影像６ｉが四角形であって、第１の接合部材６は四角柱であってよい。

【0049】

例えば、上記の実施形態において、第１の接合部材６は１つの部品で構成されると説明した。第１の接合部材６は複数の部品で構成されてよい。ここで、複数の部品は、互いに離れているが、導光部材５に対して基板２の主面２０と平行な方向に外力を加えた際に全体として回転軸となるように、ある程度近接して配置されている。一つの変形例として、図９に示すように、垂直投影像６ｉが複数の中実円形であってよい。このとき、第１の接合部材６は、基板２と導光部材５とをより強固に接合することが可能である。

【0050】

例えば、上記の実施形態において、一体形成又は接着剤等によって、第１の反射部５１は、第２の反射部５２に対する相対位置が固定されると説明した。一つの変形例として、図１０に示すように、第２の反射部５２は、第１の反射部５１と共に、第１の接合部材６の第２の底面部６２と接着剤、ネジ、ツメ、はめ合い、グロメット、溶着等によって強力に接合されてよい。このとき、第２の反射部５２は、第２のミラー５２１及び第４のミラー５２２と一体形成され、第１の反射部５１まで延びる延長部５２３を備えてよい。

【0051】

例えば、上記の実施形態において、第１の接合部材６は、ｚ軸方向に長辺を有する形状であるが、ｚ軸以外の方向に長辺を有する形状であってよい。例えば図１４に示すように、第１の接合部材６は、ｘ軸方向に長辺を有する柱体であってよい。第１の接合部材６は、基板２の主面２０のｘ軸と平行な一辺と、その一辺と対向する第１の反射部５１の底面部分のそれぞれと、接着剤等で接続されてよい。このとき、導光部材５は、基板２に対して第１の接合部材６を回転軸としてｚ軸正方向に移動し得る。しかし、留め具７ｂによって、ｚ軸方向において基板２と導光部材５とが強く接合されれば、導光部材５の移動を抑制することができる。

【0052】

例えば、上記の実施形態において、第１の反射部５１が高い接合度を有する第１の接合部材６によって基板２と接合されて、第２の反射部５２が低い接合度を有する第２の接合部材７によって基板２と接合される。ここで、第１の接合部材６及び第２の接合部材７と、第１の反射部５１及び第２の反射部５２との組み合わせは、上記の実施形態の例に限定されない。例えば、第１の反射部５１が第２の接合部材７によって基板２と接合されて、第２の反射部５２が第１の接合部材６によって基板２と接合されてよい。また、例えば、第１の接合部材６及び第２の接合部材７は、第１の反射部５１又は第２の反射部５２うち所望の反射部と基板２とを接合してよい。

【0053】

上述した実施形態を別の捉え方をすると、本実施形態のガス検出装置は、基板と、基板の主面２０に設けられ、光を発する発光素子３と、基板の主面２０に設けられ、光を受け取る受光素子４と、発光素子３が発した光を受光素子４に導く導光部材と、第１の接合部材と、第２の接合部材と、を備え、第１の接合部材は、基板と導光部材とを、基板の平面と平行な第１方向に第１拘束度、基板の平面と平行かつ１方向と垂直な第２方向に第２拘束度、及び基板の平面に垂直な第３方向に第３拘束度でそれぞれ並進方向に拘束し、第２の接合部材は、基板と導光部材とを、第１方向に第４拘束度、第２方向に第５拘束度、第３方向に第６拘束度でそれぞれ並進方向に拘束し、拘束度のうち少なくとも１つはゼロであり、第１拘束度と第４拘束度の何れか一方はゼロではなく、第２拘束度と第５拘束度の何れか一方はゼロではなく、第３拘束度と第６拘束度の何れか一方はゼロではないガス検出装置である。

【0054】

ここで、拘束度とは、対象物がある方向に対して並進に自由に動けるか否かを表す指標であり、拘束度がゼロとはその方向に対象物が自由に動けることを指す。具体的に拘束度を測定する方法として、対象物の一点を規定量Ｘ変位させ、そのときに対象物全体の平均変位量Ｙを測定する方法が挙げられる。このとき、拘束度は（Ｘ－Ｙ）／Ｘの絶対値である。ただし、拘束度が０．０１以下の場合はゼロとする。

【0055】

第１から第６拘束度のうち少なくとも１つがゼロであることにより、第１の接合部材と第２の接合部材の少なくともいずれか一方が、第１から第３方向の何れか一方に自由に動くことが可能になる。

【0056】

また、第１拘束度と第４拘束度の何れか一方がゼロでなく、第２拘束度と第５拘束度の何れか一方がゼロでなく、かつ、第３拘束度と第６拘束度の何れか一方がゼロでないことにより、導光部材全体が基板から離脱することを防止する。

【0057】

すなわち、導光部材と基板とが、全体としては固定され、かつ、導光部材に対する外力を加えた際又は熱膨張による歪みが生じた際に第１から第３方向の何れか一方に自由に動くことが可能であるため、装置の信頼性は保ちつつ、光路の歪みの発生を抑制することが可能となる。

【0058】

各拘束度をゼロにする方法は特に制限されないが、上述した実施形態に示したとおり、接合部材の挿入部をホールに挿入する形態において留め具を外す方法（これにより第３、第６拘束度がゼロになりうる）、挿入部がホールの側面と接しない形態とする方法（これにより第１、第２、第４、第５拘束度がゼロになりうる）が挙げられる。

【0059】

基板の平面方向に対する外力及び応力に対する光路の歪みの発生を抑制するためには、第４拘束度及び／又は第５拘束度をゼロにすれば良い（この場合、第２の接合部材側が基板に平行な面方向に少なくとも一方に自由に動く）。あるいは、第１拘束度及び／又は第２拘束度をゼロにすれば良い（この場合、第１の接合部材側が基板に平行な面方向に少なくとも一方に自由に動く）。

【0060】

基板の垂直方向に対する外力及び応力に対する光路の歪みの発生を抑制するためには、第６拘束度をゼロにすれば良い（この場合、第２の接合部材側が基板に垂直な方向に自由に動く）。あるいは、第３拘束度をゼロにすれば良い（この場合、第１の接合部材側が基板に垂直な方向に自由に動く）。

【0061】

信頼性及び組み立て容易性の観点から、第１～第３拘束度がゼロではないことが好ましい場合がある。

【符号の説明】

【0062】

１ ガス検出装置
２ 基板
２ｓ ホールの側面
３ 発光素子
４ 受光素子
５ 導光部材
６ 第１の接合部材
６ａ 第１の部分
６ｂ 第２の部分
６ｉ 垂直投影像
７ 第２の接合部材
７ａ 挿入部
７ａｓ 挿入部の側面
７ｂ 留め具
２０ 主面
２１ 第１の領域
２１ｃ 第１の領域の中心
２２ 第２の領域
２２ｃ 第２の領域の中心
２３ 垂直二等分線
２４ 中点
２５ ホール
５１ 第１の反射部
５２ 第２の反射部
５３ 通気口
５４ セル
６１ 第１の底面部
６２ 第２の底面部
６３ 結合部
５１１ 第１のミラー
５１２ 第３のミラー
５１３ 第５のミラー
５２１ 第２のミラー
５２２ 第４のミラー
５２３ 延長部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】