ITR8402-F-A 光遮断器 データシート - 外形寸法 4.0x2.0x3.0mm - 順方向電圧 1.2V - ピーク波長 940nm - 日本語技術文書

1. 製品概要

ITR8402-F-Aは、非接触センシング用途向けに設計されたコンパクトな光遮断器モジュールです。黒色の熱可塑性樹脂ハウジング内に、収束する光軸上に整列した赤外線発光ダイオード（IRED）とシリコンフォトトランジスタを一体化しています。基本的な動作原理は、通常状態でフォトトランジスタがIREDから放射される赤外線を受光することにあります。不透明な物体が発光部と受光部の間の光路を遮断すると、フォトトランジスタは信号を受光しなくなり、物体検知や位置検出が可能となります。

本デバイスの主な特徴は、高速応答性、高感度、および可視光スペクトル外の940nmのピーク発光波長であり、環境光からの干渉を最小限に抑えます。本デバイスは鉛フリー材料で構成されており、RoHSやEU REACHなどの関連環境規制に準拠しています。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性がある限界値を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 入力（IRED）：周囲温度25°C以下の自由空気温度における電力損失（Pd）は75 mWです。最大逆電圧（VR）は5V、最大順方向電流（IF）は50 mAです。
• 出力（フォトトランジスタ）：コレクタ電力損失（Pd）は75 mWです。最大コレクタ電流（IC）は20 mAです。コレクタ-エミッタ電圧（BV_CEO）は30V、エミッタ-コレクタ電圧（BV_ECO）は5Vです。
• 環境：動作温度（T_opr）範囲は-25°Cから+85°Cです。保存温度（T_stg）範囲は-40°Cから+85°Cです。リードはんだ付け温度（T_sol）は、パッケージ本体から3mmの位置で測定し、5秒以下の時間で260°Cを超えてはなりません。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは周囲温度（T_a）25°Cで測定され、デバイスの代表的な性能を定義します。

• 入力（IRED）：順方向電流（I_F）20mAにおける代表的な順方向電圧（V_F）は1.2Vで、最大1.5Vです。逆電流（I_R）は、V_R=5Vで最大10 µAです。ピーク波長（λ_P）は940nmです。
• 出力（フォトトランジスタ）：暗電流（I_CEO）は、照度ゼロ、V_CE=20Vで最大100 nAです。コレクタ-エミッタ飽和電圧（V_CE(sat)）は、照度（E_C）1 mW/cm²、コレクタ電流（I_e）2mAの条件下で最大0.4Vです。
• 伝達特性：最小コレクタ電流（I_C(ON)）は、V_CE=5V、I_F=20mAの条件下で0.5 mAです。代表的な立ち上がり時間（t_r）と立ち下がり時間（t_f）は、V_CE=5V、I_C=1mA、負荷抵抗（R_L）1 kΩの試験条件下で、ともに15 µsです。

3. 性能曲線分析

データシートには、IR発光部とフォトトランジスタの両方の代表的な特性曲線が提供されています。これらの曲線は、様々な条件下でのデバイスの動作を理解するために不可欠です。

3.1 IR発光部特性

曲線は、駆動回路設計に重要な順方向電流と順方向電圧の関係を示しています。また、周囲温度の上昇に伴うコレクタ電力損失の低下率も示しており、熱管理に重要です。分光感度曲線は、940nmでのピーク発光を確認しています。

3.2 フォトトランジスタ特性

フォトトランジスタの分光感度曲線は、異なる波長にわたる感度を示しており、ピーク感度は通常IR発光部の940nm出力と一致し、最適な結合効率を確保します。

4. 機械的仕様とパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

ITR8402-F-Aは、コンパクトな業界標準パッケージに収められています。主要寸法には、全体のボディサイズ、リード間隔、光学開口部の位置が含まれます。特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートルで指定され、標準公差は±0.3 mmです。リード間隔は、リードがパッケージ本体から出る点で測定されます。

4.2 極性識別

この部品はスルーホール実装用に設計されています。PCBレイアウトおよび組立時には、IREDのアノードとカソード、フォトトランジスタのコレクタとエミッタの正しい電気的接続を確保するために、ピン配置を注意深く確認する必要があります。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

5.1 リード成形

リード成形が必要な場合は、はんだ付け前に行う必要があります。曲げ加工は、応力による損傷を避けるため、エポキシパッケージ底面から最低3mmの距離で行ってください。曲げ加工中はリードを固定し、パッケージ自体には触れたり応力をかけたりしないでください。リードの切断は室温で行ってください。

5.2 はんだ付けプロセス

熱的または機械的損傷を防ぐため、はんだ付けは注意して行う必要があります。

• 手はんだ：はんだごて先端の最高温度は300°C（最大定格30Wのごての場合）です。リードごとのはんだ付け時間は3秒を超えないでください。はんだ接合部からエポキシバルブまでの最小距離は3mmを保ってください。
• フロー/ディップはんだ付け：最高予熱温度は100°Cで、最大60秒までです。はんだ浴温度は260°Cを超えず、滞留時間は最大5秒です。エポキシバルブからの3mm距離のルールも適用されます。

推奨はんだ付け温度プロファイルが提供されており、制御された温度上昇、定義されたピーク温度プラトー、制御された冷却段階が強調されています。急冷は推奨されません。はんだ付け（ディップまたは手はんだ）は複数回行わないでください。はんだ付け後、デバイスが室温に戻るまで機械的衝撃から保護してください。

5.3 洗浄および保管

組立済みデバイスの超音波洗浄は、内部損傷を引き起こす可能性があるため禁止されています。保管時は、デバイスを10-30°C、相対湿度70%以下の環境で保管してください。元の出荷梱包での推奨保管寿命は3ヶ月です。長期保管の場合は、10-25°C、20-60% RHの窒素雰囲気が推奨されます。開封後は24時間以内に使用し、残りの部品は速やかに再密封してください。

6. 梱包および発注情報

標準梱包仕様は、チューブあたり90個、ボックスあたり48チューブ、カートンあたり4ボックスです。梱包のラベルには、顧客部品番号（CPN）、部品番号（P/N）、梱包数量（QTY）、ランク（CAT）、参照（REF）、ロット番号（LOT No）の各フィールドが含まれます。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

ITR8402-F-Aは、コンピュータマウスやコピー機の位置検出、スキャナーやフロッピーディスクドライブの用紙検知、プリンタのエッジ検出、汎用物体検出など、様々な非接触センシングおよびスイッチングアプリケーションに適しています。そのスルーホールパッケージは、幅広い民生用および産業用電子機器での直接基板実装に適しています。

7.2 設計上の考慮点

この光遮断器を使用して設計する際、いくつかの要因が重要です：

• 回路設計：IREDが指定された順方向電流（I_F）内で動作するためには、電流制限抵抗が必須です。フォトトランジスタ出力には通常、ビームが遮断されていない時の論理ハイレベルを定義するためのプルアップ抵抗が必要です。
• 機械的統合：PCBの穴は部品リードと正確に合致させ、実装応力を避ける必要があります。発光部と受光部の間のスロットは、障害物や汚染から清潔に保つ必要があります。
• 熱管理：IREDとフォトトランジスタの両方の電力損失は、特に高温環境下では考慮する必要があります。ガイダンスについては低下率曲線を参照してください。
• 環境光耐性：940nm波長とハウジングはある程度の耐性を提供しますが、制御された光環境で動作するシステム設計や、変調IR信号の使用により、厳しい条件下での信頼性を向上させることができます。

8. 技術比較と差別化

ITR8402-F-Aは、速度、感度、サイズのバランスを提供します。高速の15µs応答時間は、エンコーダや高速カウントなど、迅速な検出を必要とするアプリケーションに適しています。高感度により、低い駆動電流やほこりの多い環境でも確実な動作が可能です。標準パッケージ内の並列収束軸設計は、より特殊な反射型センサーと比較して、多くの一般的なセンシングニーズに対するコスト効果の高いソリューションを提供します。

9. よくある質問（FAQ）

9.1 代表的な検知距離またはギャップは？

データシートは最大検知ギャップを指定していません。このパラメータは、IREDに印加される電流、特定のフォトトランジスタの感度、必要な出力信号振幅、および遮断物体の特性（不透明度、サイズ）に大きく依存します。各アプリケーションごとに経験的に決定されます。

9.2 このセンサーを日光下で使用できますか？

直射日光には大量の赤外線放射が含まれており、フォトトランジスタを飽和させ、信頼性の低い動作を引き起こす可能性があります。屋外または高環境光アプリケーションでは、追加のシールド、光学フィルタリング、または同期検出を伴う変調IR信号の使用を強く推奨します。

9.3 立ち上がり/立ち下がり時間が1kΩ負荷で指定されているのはなぜですか？

フォトトランジスタのスイッチング速度は、その接合容量と負荷抵抗によって形成されるRC時定数の影響を受けます。標準負荷（1 kΩ）で指定することで、デバイス間の一貫した比較が可能になります。異なる負荷抵抗を使用すると、実効的な立ち上がり時間と立ち下がり時間が変化します。

10. 実践的な設計と使用事例

10.1 事例研究：プリンタの用紙詰まり検知

このアプリケーションでは、複数のITR8402-F-Aセンサーが用紙経路に沿って配置されます。IRビームは通常、用紙の存在によって遮断されます。用紙詰まりは、2つのセンサー間の予想通過時間よりも長くビームが遮断されないまま（フォトトランジスタON）の場合、または用紙が存在すべきでないセンサーでビームが遮断された（フォトトランジスタOFF）場合に検出されます。高速応答時間により、損傷を防ぐためのタイムリーな検出が保証されます。

10.2 事例研究：モーター速度制御用ロータリーエンコーダ

モーターシャフトに取り付けられたスロットディスクが、ITR8402-F-Aの発光部と受光部の間を回転します。スロットがビームを通過する際、フォトトランジスタからパルス出力が生成されます。これらのパルスの周波数は、モーターの回転速度に直接比例します。15µsの応答時間により、高RPMでも正確な速度測定が可能です。

11. 動作原理

光遮断器（フォトインタラプタ）は、物理的なギャップを隔てて向かい合う赤外線光源と光検出器を単一パッケージに組み合わせた独立型部品です。IREDは順方向バイアスされ、不可視の赤外線を放射します。向かい側に配置されたフォトトランジスタは、光制御スイッチとして機能します。光が当たらないとき（暗電流は最小）、そのコレクタ-エミッタ抵抗は非常に高く（\"OFF\"状態）。IR光がベース領域に当たると、電子-正孔対が生成され、実質的にトランジスタがバイアスされ、大きなコレクタ電流が流れて\"ON\"状態になります。ギャップに置かれた物体が光を遮断すると、フォトトランジスタはオフになります。このデジタルON/OFF信号が検出に使用されます。

12. 技術トレンド

光遮断器のコア技術は成熟していますが、トレンドは小型化（より小さなSMDパッケージ）、データ伝送アプリケーション向けの高速化、およびよりクリーンなデジタル出力信号を提供しノイズ耐性を向上させるための追加回路（シュミットトリガや増幅器など）のパッケージ内統合に焦点を当てています。また、バッテリー駆動のIoTデバイス向けの低動作電流へのトレンドもあります。環境光除去のための変調光検出の基本原理は、堅牢な産業および自動車アプリケーションのための重要な開発分野であり続けています。