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図1 開発したPM2.5センサ・モジュール
図1 開発したPM2.5センサ・モジュール
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図2 開発品を利用した実演の様子。中央の透明な箱の中にセンサが配置されており、左側のPM2.5発生装置から箱内にPM2.5を送り込む。PM2.5の質量濃度に応じて、右側のパソコン上に表示されたインジケーターの出力が変わる。
図2 開発品を利用した実演の様子。中央の透明な箱の中にセンサが配置されており、左側のPM2.5発生装置から箱内にPM2.5を送り込む。PM2.5の質量濃度に応じて、右側のパソコン上に表示されたインジケーターの出力が変わる。
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図3 センサ・モジュールの構成要素
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図4 センサ・モジュールの仕組み
図4 センサ・モジュールの仕組み
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図5 2.5μm以下の微小粒子を検知
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図6 ほこりセンサを高感度化
図6 ほこりセンサを高感度化
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図7 ほこりセンサとしても利用可能
図7 ほこりセンサとしても利用可能
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 シャープは、大気汚染の原因となる2.5μm以下の微小粒子状物質「PM2.5」を検知するセンサ・モジュールを開発し、2013年12月25日からサンプル出荷を開始する(図1、2)。小型で検出時間が短いことを特徴にうたう。外形寸法は53mm×51mm×40mm(突起部は除く)で、検出までに掛かる時間は「長くても10秒」(同社)である。空気清浄機やエアコンといった室内で利用する民生機器での利用を想定する。「今回の大きさまで小さくすることで、さまざまな機器に内蔵できる」(同社)とする。サンプル価格は1万円。2014年2月の量産を予定しており、月産台数は8万台を見込む。

 開発したセンサ・モジュールは大別して二つの部品から構成される。大気中にあるほこりなどの粒子からPM2.5以下の微小粒子を分類する「分粒器」と、微小粒子を検知する光センサである(図3)。分粒する方法には、例えば「サイクロン方式」や「インパクタ方式」、「バーチャルインパクタ方式」などがあるが、今回は小型に向くとする「バーチャルインパクタ方式」を採用した。

 シャープのバーチャルインパクタ方式では、センサ・モジュール内に搭載したファンで気流を発生させ、PM2.5以下の微小粒子とそれ以外の「粗大粒子」を分類する(図4)。センサ・モジュール内において、微小粒子は慣性が弱いために浮遊し、粗大粒子とは別の光センサ部が存在するルートをたどる。この微小粒子を光センサで検知する。光センサでは光源にLEDを、受光素子にフォトダイオード(PD)を利用する。同センサ内を微小粒子が通過したときにだけ、微小粒子で反射したLED光がPDに入射する。そのPDの出力を計測することでPM2.5を検出する(図5)。

 今回の光センサは、空気清浄機などに搭載されている「ほこりセンサ」と同じ仕組みで、「2倍以上に高感度化した」(シャープ)とする(図6)。センサ・モジュールのPM2.5の測定範囲は25μ~500μg/m3である。

 ファンの動作を間欠動作することで、PM2.5よりも大きい粒子が光センサ部を通過できるようにして、「ほこりセンサ」としても利用できるという(図7)。

 この他、センサ・モジュールの仕様は以下の通り。出力電圧は3.4V以上で、センサ部とファンの電源電圧は共に5±0.5Vである。消費電力はセンサ部が40mWで、ファンが1100mWである。動作温度範囲は-10~+60℃である。

 センサ・モジュール単体の提供の他、制御基板をセットにしたもの、制御基板と液晶表示部をセットにしたものも提供するという。