JP3570196B2 - Lens for infrared sensor - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高密度ポリエチレン樹脂組成物を成形してなる人体検知等の赤外線センサ用レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、人体検知センサ等の赤外線センサ用の部品には、検知範囲を広くしたりする等所要の検知エリアを確保するため、検知素子（焦電素子）の前面にレンズを使用することが多い。そのレンズには、赤外線透過特性の点から未着色の高密度ポリエチレン樹脂が使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、未着色の高密度ポリエチレン樹脂は本来乳白色であるため、赤外線センサを組み込んだ構造物本体の色が黒系であった場合、全体としてのデザイン性を損なう恐れがあった。また、所要の感度を確保するためレンズ肉厚が非常に薄いため、未着色の高密度ポリエチレン樹脂製レンズでは若干透けてしまう部分が発生し、赤外線センサを組み込んだ構造物本体の色が白系であっても全体としてのデザイン性を損なうという問題があった。
【０００４】
そこで、デザイン性向上のために、構造物本体の色に合わせて未着色の高密度ポリエチレン樹脂に黒系または白系顔料を添加することが行われている。
一般的に、プラスチック材料を着色する場合、顔料および染料と称される有機系または無機系、あるいはそれらの混合系の着色剤が用いられ、ドライカラー法、マスターバッチ法あるいはカラードペレット法と称される配合法によりプラスチック材料と着色剤がコンパウンドされ着色プラスチック材料を得る。プラスチック材料を着色する場合、一般的には顔料が使用される。
【０００５】
人体検知センサ用レンズのベースポリマーである未着色の高密度ポリエチレン樹脂は赤外線透過率の高い樹脂であるが、顔料にはその分子構造、含有元素の特性から、元々赤外線を吸収するという性質があるため、着色目的だけで着色高密度ポリエチレン樹脂を作成し、人体検知センサ用レンズを作成した場合は、構造物との組み合わせでデザイン性および隠蔽性は向上するが、赤外線透過率が著しく低下し人体検知センサの感度を低下させ、レンズとしての機能を満足することができなかった。しかも、顔料が多過ぎると、材料コストが高くなったり、成形品が脆くなって機械的物性（衝撃強度）が低下する。また、成形時に材料を可塑化・溶融させる形成機シリンダーの内壁やスクリューに顔料の付着が多くなって、次に異なる色の材料を成形しようとした場合、色替え作業の効率が悪くなったり、しかもメンテナンス効率も悪くなり、生産性が低下する。さらに、ドライカラー法によって成形材料に混合する場合、顔料が成形材料に付着し難くなり、分散が悪くなってしまう。
【０００６】
また、レンズとしての機能を優先するために極めて少量の顔料を未着色の高密度ポリエチレン樹脂に配合した着色高密度ポリエチレン樹脂で人体検知センサ用レンズを作成した場合、赤外線透過率の低下は少なくて済むが、ポリエチレンの本来の乳白色と顔料の黒色との中間色（薄い灰色〜灰色）のようなレンズになり、構造体の黒との統一感が損なわれ、デザイン性および隠蔽性に劣るという問題があった。
【０００７】
また、未着色の高密度ポリエチレン樹脂の劣化は、熱および紫外線による自動酸化が主であり、特に屋外で人体検知センサ付き構造物を使用した場合は、紫外線の影響を多大に受けることになるため、未着色の高密度ポリエチレン樹脂製レンズであると劣化の進行が速く、人体検知センサの感度を著しく低下させるという問題もあった。
【０００８】
この発明は、赤外線透過特性、隠蔽性および耐候性に優れた赤外線センサ用レンズを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の赤外線センサ用レンズは、高密度ポリエチレン樹脂９９．７〜９９．８重量％、黒系顔料０．２〜０．３重量％からなる高密度ポリエチレン樹脂組成物を成形してなることを特徴とするものである。
請求項２記載の赤外線センサ用レンズは、高密度ポリエチレン樹脂９９．８重量％、白系顔料０．２重量％からなる高密度ポリエチレン樹脂組成物を成形してなることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明の赤外線センサ用レンズによると、高密度ポリエチレン樹脂と顔料の最適配合組成により、隠蔽性を満足しながらセンサ機能を満足する赤外線透過率を確保できる。また、構造物の色に合わせて白系または黒系顔料を添加することでデザイン性が向上し、かつ顔料を添加することで耐候性も向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施の形態について説明する。
未着色の高密度ポリエチレン樹脂は、一般グレードのものが用いられるが、赤外線透過率のよいものなら特に限定しない。黒系顔料ならびに白系顔料は、有機系または無機系のいずれでもよく、分散性のよいものであれば特に限定しない。
【００１２】
未着色の高密度ポリエチレン樹脂と顔料の混合法としては、顔料の分散のよいものであれば特に限定しないが、一般的にドライカラー法、ペースト法、リキッドカラー法、マスターバッチ法あるいはカラードペレット法等がある。
上記コンパウンド法により、未着色の高密度ポリエチレン樹脂９９．７〜９９．８重量％と黒系顔料０．２〜０．３重量％を、あるいは未着色の高密度ポリエチレン樹脂９９．８重量％と白系顔料０．２重量％を混合し射出成形によってレンズを成形する。成形法は、射出成形以外に圧縮成形、真空成形、注型などがあるが、レンズ形状を精度よく再現できる方法であれば特に限定しない。
【００１３】
【実施例】
次に、実施例１〜５について説明する。
各実施例１〜５ならびに比較例において、高密度ポリエチレン樹脂として、ジェイレックスＨＤ，Ｆ６０４０Ｖ，日本ポリオレフィン（株）製を使用する。また、使用する顔料を表１に示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
顔料と高密度ポリエチレン樹脂を表２に示す割合で配合する。すなわち、比較例においては、顔料０．２ｗｔ％−高密度ポリエチレン樹脂９９．８ｗｔ％の割合で配合し、実施例１〜５においては、顔料０．２ｗｔ％−高密度ポリエチレン樹脂９９．８ｗｔ％ならびに顔料０．３ｗｔ％−高密度ポリエチレン樹脂９９．７ｗｔ％の割合で配合する。
【００１６】
【表２】

【００１７】
配合後、ドライカラー法により混合する。次いで、レンズを組み込んだ人体検知センサ（焦電型素子使用、熱→電圧変換）の感度およびレンズの耐候性を評価するため、射出成形機によって試験レンズを作成した。
次に、実施例１〜５ならびに比較例の評価について説明する。評価項目として、耐候試験前と耐候試験後に分けて下記の評価を行った。
【００１８】
耐候試験前：隠蔽性
耐候試験後：センサ感度（出力電圧）、隠蔽性、色差ΔＥ＊
各評価の評価方法について説明する。
センサ感度（出力電圧）：黒体炉を利用した熱源移動感度測定装置により、出力電圧を測定する。未着色高密度ポリエチレン樹脂で作成したレンズの出力電圧に対し、耐候試験後の着色レンズ（顔料の影響と紫外線の影響を受けたレンズ）の出力電圧の低下度合いを評価する。評価結果の判定は、出力電圧低下率≦３０％で合格、出力電圧低下率＞３０％で不合格とする。
【００１９】
隠蔽性：文字が印刷された白色ベースの紙の上にレンズを置き、文字の透け具合を目視判定した。それぞれ、耐候試験前および耐候試験後に行った。評価結果の判定は、良好および不良によって判定した。
色差ΔＥ＊：色彩色差計により、初期特性に対する耐候試験後の変化率ΔＥ＊を測定する。評価結果の判定は、ΔＥ＊≦５で合格、ΔＥ＊＞５で不合格とする。
【００２０】
表３および表４に、センサ感度（出力電圧）の評価結果を示す。
【００２１】
【表３】

【００２２】
【表４】

【００２３】
表３および表４より、比較例，実施例１の顔料添加量０．３ｗｔ％，実施例５の顔料添加量０．３ｗｔ％では、未着色レンズに比べ出力電圧が３０％以上低下したが、それ以外の実施例では赤外線透過率の優れたレンズが得られ、しかも耐候性にも優れていることが判った。
表５に、隠蔽性の評価結果を示す。
【００２４】
【表５】

【００２５】
表５より、比較例ならびに全実施例において、隠蔽性に優れており、しかも耐候性にも優れていることが判った。
表６に、色差ΔＥ＊の評価結果を示す。
【００２６】
【表６】

【００２７】
表６より、比較例ならびに全実施例において、色差においは問題なく、しかも耐候性にも優れていることが判った。
これら、センサ感度（出力電圧），隠蔽性，色差ΔＥ＊の評価結果に基づいた総合評価結果を表７に示す。
【００２８】
【表７】

【００２９】
表７より、比較例は不適であった。また、黒系顔料の場合、実施例１では顔料０．２ｗｔ％−高密度ポリエチレン樹脂９９．８ｗｔ％の配合のみ適であり、実施例２〜４では顔料０．２ｗｔ％−高密度ポリエチレン樹脂９９．８ｗｔ％ならびに顔料０．３ｗｔ％−高密度ポリエチレン樹脂９９．７ｗｔ％のいずれの配合でも適であった。さらに、白系顔料の場合、実施例５では顔料０．２ｗｔ％−高密度ポリエチレン樹脂９９．８ｗｔ％の配合のみ適であった。
【００３０】
この結果、黒系顔料を添加する場合は、顔料０．２〜０．３ｗｔ％−高密度ポリエチレン樹脂９９．７〜９９．８ｗｔ％の配合が最適であり、白系顔料を添加する場合は、顔料０．２ｗｔ％−高密度ポリエチレン樹脂９９．８ｗｔ％の配合が最適であることが判った。
【００３１】
【発明の効果】
この発明の赤外線センサ用レンズによると、高密度ポリエチレン樹脂と顔料の最適配合組成により、隠蔽性を満足しながらセンサ機能を満足する赤外線透過率を確保できる。また、構造物の色に合わせて白系または黒系顔料を添加することで、デザイン性が向上し、かつ顔料を添加することで耐候性も向上する。さらに、顔料の配合量が最適であるので、顔料の添加量が多過ぎることによるコストアップ，レンズの脆弱化，生産効率の低下，混合時に成形材料に付着し難くなるといった問題を回避できる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a lens for an infrared sensor for detecting a human body, which is formed by molding a high-density polyethylene resin composition.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a component for an infrared sensor such as a human body detection sensor is often provided with a lens in front of a detection element (pyroelectric element) in order to secure a required detection area such as a wide detection range. . For the lens, an uncolored high-density polyethylene resin was used in terms of infrared transmission characteristics.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the uncolored high-density polyethylene resin is milky white in nature, if the color of the main body of the structure incorporating the infrared sensor is black, there is a possibility that the overall design may be impaired. In addition, since the lens thickness is very thin to ensure the required sensitivity, uncolored high-density polyethylene resin lenses have some transparent parts, and the color of the structure body incorporating the infrared sensor is white. Even so, there is a problem that the overall design is impaired.
[0004]
Therefore, in order to improve the design, a black or white pigment is added to an uncolored high-density polyethylene resin according to the color of the structure body.
Generally, when coloring a plastic material, an organic or inorganic colorant called a pigment and a dye, or a mixed colorant thereof is used, and is called a dry color method, a master batch method or a colored pellet method. A plastic material and a colorant are compounded by a compounding method to obtain a colored plastic material. When coloring a plastic material, a pigment is generally used.
[0005]
The uncolored high-density polyethylene resin, which is the base polymer of the lens for human body detection sensors, is a resin with high infrared transmittance, but pigments originally have the property of absorbing infrared light due to their molecular structure and the characteristics of the contained elements. Therefore, when a colored high-density polyethylene resin is made only for coloring purposes and a lens for a human body detection sensor is made, the design and concealment properties are improved in combination with the structure, but the infrared transmittance is significantly reduced and the human body The sensitivity of the detection sensor was reduced, and the function as a lens could not be satisfied. In addition, when the amount of the pigment is too large, the material cost is increased, and the molded article becomes brittle, and the mechanical properties (impact strength) are reduced. In addition, the amount of pigment attached to the inner wall and screw of the forming machine cylinder that plasticizes and melts the material during molding increases, and if it is attempted to mold a material of a different color next, the efficiency of the color change work becomes poor, In addition, maintenance efficiency is deteriorated, and productivity is reduced. Further, when the pigment is mixed with the molding material by a dry color method, the pigment hardly adheres to the molding material, and the dispersion becomes poor.
[0006]
Also, when a lens for a human body detection sensor is made of a colored high-density polyethylene resin in which a very small amount of pigment is blended with an uncolored high-density polyethylene resin in order to give priority to the function as a lens, a decrease in infrared transmittance is small. However, it becomes a lens with a neutral color (light gray to gray) between the original milky white color of the polyethylene and the black color of the pigment, and the unification with the black of the structure is impaired, resulting in poor design and concealment. there were.
[0007]
In addition, deterioration of the uncolored high-density polyethylene resin is mainly caused by autoxidation due to heat and ultraviolet rays. Particularly, when a structure with a human body detection sensor is used outdoors, it is greatly affected by ultraviolet rays. However, if the lens is made of an uncolored high-density polyethylene resin, there is a problem that deterioration proceeds rapidly, and the sensitivity of the human body detection sensor is remarkably reduced.
[0008]
The present invention aims to provide an infrared transmission properties, concealing property and excellent infrared sensor lens weather resistance.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The lens for an infrared sensor according to claim 1 is obtained by molding a high-density polyethylene resin composition comprising 99.7 to 99.8% by weight of a high-density polyethylene resin and 0.2 to 0.3% by weight of a black pigment. It is characterized by the following.
The infrared sensor lens according to claim 2 is characterized in that a high-density polyethylene resin composition comprising 99.8% by weight of high-density polyethylene resin and 0.2% by weight of white pigment is molded.
[0010]
According to infrared sensor lens of the present invention, the optimum composition of the high density polyethylene resin and the pigment can be ensured infrared transmittance satisfying the sensor function while satisfying the hiding properties. Further, by adding a white or black pigment according to the color of the structure, the design is improved, and by adding the pigment, the weather resistance is also improved.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described.
As the uncolored high-density polyethylene resin, a general grade resin is used, but there is no particular limitation as long as it has good infrared transmittance. The black pigment and the white pigment may be either organic or inorganic and are not particularly limited as long as they have good dispersibility.
[0012]
The method of mixing the uncolored high-density polyethylene resin and the pigment is not particularly limited as long as the pigment is well dispersed, but is generally a dry color method, a paste method, a liquid color method, a master batch method or a colored pellet method. Etc.
According to the above compounding method, 99.7 to 99.8% by weight of an uncolored high-density polyethylene resin and 0.2 to 0.3% by weight of a black pigment or 99.8% by weight of an uncolored high-density polyethylene resin. 0.2% by weight of a white pigment is mixed and a lens is formed by injection molding. The molding method includes compression molding, vacuum molding, casting, and the like in addition to injection molding, but is not particularly limited as long as the method can accurately reproduce the lens shape.
[0013]
【Example】
Next, Examples 1 to 5 will be described.
In each of Examples 1 to 5 and Comparative Examples, as a high-density polyethylene resin, J-LEX HD, F6040V, manufactured by Nippon Polyolefin Co., Ltd. is used. Table 1 shows the pigments used.
[0014]
[Table 1]

[0015]
The pigment and the high-density polyethylene resin are blended in the proportions shown in Table 2. That is, in the comparative example, the pigment was blended at a ratio of 0.2 wt% of the pigment-99.8 wt% of the high-density polyethylene resin. In Examples 1 to 5, the pigment was 0.2 wt% -the 99.8 wt% of the high-density polyethylene resin. The pigment is blended at a ratio of 0.3% by weight to 99.7% by weight of a high-density polyethylene resin.
[0016]
[Table 2]

[0017]
After blending, mix by dry color method. Next, a test lens was prepared using an injection molding machine in order to evaluate the sensitivity of a human body detection sensor (using a pyroelectric element, heat → voltage conversion) incorporating the lens and the weather resistance of the lens.
Next, evaluation of Examples 1 to 5 and Comparative Example will be described. As evaluation items, the following evaluations were performed separately before and after the weather test.
[0018]
Before the weathering test: concealing property After the weathering test: sensor sensitivity (output voltage), concealing property, color difference ΔE *
The evaluation method of each evaluation will be described.
Sensor sensitivity (output voltage): The output voltage is measured by a heat source movement sensitivity measuring device using a black body furnace. With respect to the output voltage of the lens made of the uncolored high-density polyethylene resin, the degree of decrease in the output voltage of the colored lens (the lens affected by the pigment and the ultraviolet rays) after the weather resistance test is evaluated. The evaluation result is judged to be acceptable when the output voltage decrease rate is less than 30%, and to be rejected when the output voltage decrease rate is more than 30%.
[0019]
Concealment: The lens was placed on a white base paper on which the characters were printed, and the degree of see-through of the characters was visually determined. The test was performed before and after the weather test, respectively. The evaluation result was judged as good or bad.
Color difference ΔE *: The change rate ΔE * after the weather resistance test with respect to the initial characteristics is measured by a color difference meter. The evaluation result is judged to be acceptable when ΔE * ≦ 5, and rejected when ΔE *> 5.
[0020]
Tables 3 and 4 show the evaluation results of the sensor sensitivity (output voltage).
[0021]
[Table 3]

[0022]
[Table 4]

[0023]
From Tables 3 and 4, the output voltage was reduced by 30% or more as compared with the uncolored lens when the pigment addition amount in Comparative Example and Example 1 was 0.3 wt% and the pigment addition amount in Example 5 was 0.3 wt%. In the other examples, it was found that a lens having excellent infrared transmittance was obtained and the weather resistance was also excellent.
Table 5 shows the evaluation results of the concealing properties.
[0024]
[Table 5]

[0025]
Table 5 shows that the comparative example and all the examples have excellent concealing properties and also excellent weather resistance.
Table 6 shows the evaluation results of the color difference ΔE *.
[0026]
[Table 6]

[0027]
From Table 6, it was found that in Comparative Examples and all Examples, there was no problem in color difference and the weather resistance was excellent.
Table 7 shows the comprehensive evaluation results based on the evaluation results of the sensor sensitivity (output voltage), the concealing property, and the color difference ΔE *.
[0028]
[Table 7]

[0029]
From Table 7, the comparative example was unsuitable. In the case of a black pigment, only the combination of pigment 0.2 wt% -high-density polyethylene resin 99.8 wt% is suitable in Example 1, and in Examples 2 to 4, pigment 0.2 wt% -high-density polyethylene resin 99 Any combination of 0.8 wt% and 0.3 wt% pigment-99.7 wt% high density polyethylene resin was suitable. Furthermore, in the case of a white pigment, in Example 5, only the blending of 0.2% by weight of the pigment and 99.8% by weight of the high-density polyethylene resin was suitable.
[0030]
As a result, when a black pigment is added, the optimal blending ratio of the pigment is 0.2 to 0.3 wt% -high-density polyethylene resin is 99.7 to 99.8 wt%. It has been found that the optimal blending ratio of 0.2 wt% -99.8 wt% of high density polyethylene resin.
[0031]
【The invention's effect】
According to infrared sensor lens of the present invention, the optimum composition of the high density polyethylene resin and the pigment can be ensured infrared transmittance satisfying the sensor function while satisfying the hiding properties. Further, by adding a white or black pigment according to the color of the structure, the design is improved, and by adding the pigment, the weather resistance is also improved. Further, since the amount of the pigment is optimal, it is possible to avoid problems such as an increase in cost due to an excessive amount of the pigment, weakening of the lens, a reduction in production efficiency, and difficulty in adhering to the molding material during mixing.

Claims (2)

高密度ポリエチレン樹脂９９．７〜９９．８重量％、黒系顔料０．２〜０．３重量％からなる高密度ポリエチレン樹脂組成物を成形してなることを特徴とする赤外線センサ用レンズ。 An infrared sensor lens obtained by molding a high density polyethylene resin composition comprising 99.7 to 99.8% by weight of a high density polyethylene resin and 0.2 to 0.3% by weight of a black pigment . 高密度ポリエチレン樹脂９９．８重量％、白系顔料０．２重量％からなる高密度ポリエチレン樹脂組成物を成形してなることを特徴とする赤外線センサ用レンズ。 A lens for an infrared sensor, which is obtained by molding a high-density polyethylene resin composition comprising 99.8% by weight of a high-density polyethylene resin and 0.2% by weight of a white pigment .