JP2004177934A - 透過型光電センサ、これに組み込まれる素子ホルダ並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 指向角を制限する遮光部材を一体的に成形可能な素子ホルダユニットを提供する。
【解決手段】 素子ホルダ１は円筒状の内部通路２を有し、基端側に光学素子５が着脱可能に取付けられる。素子ホルダ１の前端にはレンズ６が配置される。素子ホルダ１はプラスチック成型品であり、その円筒状の内部通路２には、光軸方向の中間部分に、光の指向角を制限するための遮光壁７が一つ設けられている、この遮光壁７は素子ホルダ１と一体成形される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、透過型光電センサ、これに組み込まれる素子ホルダ並びにその製造方法に関する。

互いに対向して配置される投光器と受光器とを備え、投光器からの光ビームが途中で遮光されて受光器に入光しないときに、遮光物検知信号を出力する透過型光電センサが知られている。

下記の特許文献１（特開平１０−２５５６１４号公報）は、透過型光電センサにおける問題点として、迷光による誤動作の問題点を指摘し、このような誤動作を防止するために光の指向角を制限するために、素子ホルダの内面に別ピースの遮光部材を設け、これにより投受光の指向角を制限することを提案している。

特開平１０−２５５６１４号公報

特開平１０−２５５６１４号公報に開示のように、別ピースの遮光部材を素子ホルダに組み付けることは、組み付け誤差を招く要因となるだけでなく、部品点数の増加に伴う組み立て工数の増加及びコストアップの要因になる。

そこで、本発明の目的は、指向角を制限する遮光部材を一体的に成形可能な素子ホルダユニット及びこれを含む透過型光電センサを提供することにある。

かかる技術的課題は、本発明によれば、基本的には、
光学素子と、
該光学素子が脱着可能に取り付けられるベース壁を備えたプラスチック製の素子ホルダと、
レンズとを含み、
前記素子ホルダは、
前記光学素子が臨む前記ベース壁の小孔と前記レンズとの間の光の通路を形成する導光路と、
該導光路における前記ベース壁と前記レンズとの略中間部分に、光の指向角を制限するための透孔を備えた中間遮光壁とを有し、
該中間遮光壁が前記素子ホルダと一体成形されていることを特徴とする透過型光電センサを提供することにより達成される。

すなわち、本発明によれば、プラスチック製の素子ホルダ又は素子ホルダユニットに一体成形された一つ中間遮光壁によって、指向角が小さくされることから、従来のように、別ピースの遮光部材を素子ホルダに取り付けるのに比べて、組み付け誤差を発生することはなく、また、組み立て工程を少なくすることができる。勿論、素子ホルダに形成する中間遮光壁が一つであるため、少ない成形型で、中間遮光壁を含む素子ホルダ及び素子ホルダユニットを一体成形することが可能である。

本発明の好ましい実施の形態によれば、前記素子ホルダが、前記ベース壁と前記中間遮光壁との間の導光路を形成する側壁の一部が欠落した開口を有し、該開口を通じて前記導光路の一部が外部に露出している。この開口は、成形時に、導光路の光軸と直交する方向に中子である金型を挿入した結果できたものであり、この導光路の光軸と直交する方向に進退動する金型を用いることで、中間遮光壁や透孔及びベース壁の小孔を含む素子ホルダを一回の成形工程で作ることができる。

また、素子ホルダを成形するための金型の抜き取り作業を容易にするために、前記ベース壁に形成された小孔が素子側に向けて拡径した形状を有するのがよい。また、前記中間遮光壁の透孔がレンズ側に向けて拡径した形状を有するのが好ましい。

添付の図面を参照して本発明の実施例を以下に詳しく説明する。

図１を参照して、素子ホルダ１は導光路２を有し、素子ホルダ１の基端には、ベース壁３によって閉鎖されている。ベース壁３は、その中央に好ましくは円形の小孔４を有し、この円形小孔４に臨んで、光学素子５つまり投光素子又は受光素子がベース壁３に対して着脱可能に取り付けられる。

素子ホルダ１の前端には投光又は受光レンズ６が配置され、例えば投光器であれば、投光素子５から出射した光は、素子ホルダ１の導光路２を通り、次いでレンズ６を通って実質的に平行光線の束である光ビームになる。逆に、受光器であれば、光ビームがレンズ６によって収束され、円形小孔４を通じて受光素子５に入光する。

素子ホルダ１は射出成形によるプラスチック成型品であり、その導光路２には、ベース壁３とレンズ６との略中間部分に一つの中間遮光壁７が設けられており、この中間遮光壁７は素子ホルダ１と一体成形されている。中間遮光壁７の中心部分には、比較的大きな、好ましくは円形の透孔８が形成されている。

素子ホルダ１の導光路２を形成する壁９には、この壁９が光を反射する能力を低下させることのできる塗料、例えば黒色塗料を塗布するのが好ましい。勿論のことであるが、素子ホルダ１のプラスチック材料に顔料を含めて、素子ホルダ１自体を黒色などの暗色にするようにしてもよい。

中間遮光壁７は、導光路２に関して、ベース壁３の円形小孔４とレンズ６との中間部分に形成されている。以下に、中間遮光壁７をどの位置に設けるのがよいのか、また、この一つの中間遮光壁７による作用効果を図２〜図４を参照して理論的に説明するが、この理論は次の条件を前提とする。

第１条件：素子ホルダ１の導光路２が円筒状である。
第２条件：素子ホルダ１の導光路２の壁９で複数回正反射した光は、光量が減衰しているので、これが外部に出ても影響は無い。
第３条件：素子ホルダ１の導光路２の壁９で拡散反射した光は、光量が減衰しているので、これが外部に出ても影響は無い。
第４条件：中間遮光壁７を１つにする。

以上の条件から理解できるように、中間遮光壁７に付与すべき機能は、例えば投光器であれば、導光路２の壁９で１回正反射した光が投光レンズ６に到達するのを防止することにある。

図２を参照して、投光素子５（円形小孔４の縁Ｐ１）から出射した光が、これに隣接する素子ホルダ１の壁９のポイントＰ２で一回正反射して、レンズ６の縁Ｐ３に到達する光１０と、投光素子５（円形小孔４の対向する縁Ｐ４）から出射した光が、これに対向するレンズ６の縁Ｐ５に到達する光１１との交点Ｐ６は、遮光すべき領域の縁となり、この交点Ｐ６とこれに隣接する壁９までの領域を中間遮光壁７で遮光すれば、上記の条件を満足することができる。

反射光１０は、素子ホルダ１の隣に仮想的に別の素子ホルダ１ｆを設置したとして、この仮想素子ホルダ１ｆに含まれる、素子ホルダ１に隣接する円形小孔４ｆの縁Ｐ７から出射される光に置換することができる。

いま、素子ホルダ１と仮想素子ホルダ１ｆとの境界をｙ軸とし、素子ホルダ１及び仮想素子ホルダ１ｆのベース壁３をｘ軸として座標で各点を表すと次の通りである。

Ｐ１：（−（Ｔ−ａ）／２，０）
Ｐ３：（−Ｔ，Ｈ）
Ｐ４：（−（Ｔ＋ａ）／２，０）
Ｐ５：（０，Ｈ）

ここに、素子ホルダ１の導光路２の通路長さを「Ｈ」で表し、投光素子５から出射する光の直径つまり第１小孔４の直径を「ａ」で表してある。

これらＰ１、Ｐ３などを含む２つの三角形を抽出したのが、図３、図４であり、ポイントＰ６の座標（ｘ，ｙ）を求める式を誘導すると次のとおりである。

図３の第１の三角形からＨ：Ｔ＋（Ｔ−ａ）／２＝ｙ：−ｘ＋（Ｔ−ａ）／２の式を作ることができ、これを誘導すると、下記の式１になる。
（式１）ｙ＝｛−２Ｈｘ／（３Ｔ−ａ）｝＋｛Ｈ（Ｔ−ａ）／（３Ｔ−ａ）｝

図４の第２の三角形からＨ：（Ｔ＋ａ）／２＝ｙ：｛（Ｔ＋ａ）／２｝＋ｘの式を作ることができ、これを誘導すると、下記の式２になる。

（式２）ｙ＝｛２Ｈｘ／（Ｔ＋ａ）｝＋Ｈ

式１と式２とを使ってｘ、ｙを求めると、次の解を得ることができる。
ｘ＝−（Ｔ＋ａ）／４
ｙ＝Ｈ／２

上記のことは、受光器についても実質的に同じ理論が成立することから、透過型光電センサの素子ホルダ１の導光路２の通路長さの１／２の箇所に中間遮光壁７を設ければ、一つの中間遮光壁７で実用上支障の無いレベルで迷光による誤作動を効果的に防止することができる。

上記の式の誘導では、素子ホルダ１の導光路２が円筒形状であることを前提とした。素子ホルダ１の導光路２がレンズ６に向けて先細りの断面円形の通路形状であれば、中間遮光壁７を導光路２の通路長さの１／２の箇所よりもレンズ６側に近づけた箇所に設置すればよい。逆に、素子ホルダ１の導光路２がレンズ６に向けて末広がりの断面円形の通路形状であれば、中間遮光壁７を導光路２の通路長さの１／２の箇所よりもベース壁３（光学素子５側）側に近づけた箇所に設置すればよい。

図５〜図８は、上述した理論に基づく素子ホルダ１を備えた多光軸光電センサの具体例を示す。図５は、実施例の多光軸光電センサ２０の外形を示すものである。多光軸光電センサ２０は、投光器及び受光器とからなるが、これら投光器と受光器は共通の外形を有している。

多光軸光電センサ２０は、真っ直ぐに延びる細長い棒状の形状を有し、その一端から他端まで等間隔に投光素子又は受光素子が配置されている。多光軸光電センサ２０の投光面又は受光面２１はレンズカバーで構成されており、このレンズカバー２１を通じて光ビームが受光器に向けて出射され又は投光器からの光ビームが受光器に入光される。

多光軸光電センサ２０は、アルミニウムの押し出し材で構成された本体２２と、この本体２２の両端に配置されたプラスチック成型品の端末部材２３とで外形が作られており、この端末部材２３には、夫々、コネクタ開口２４が形成されている。

コネクタ開口２４は、光軸方向に開口しており、図外の外部コネクタを光軸方向に押し込むことによりコネクタ接続することができ、この外部コネクタを用いて、図外の制御機器又は隣接する多光軸光電センサと連結することができる。

図７は、多光軸光電センサ２０の投光器に内蔵されるホルダユニット２５の全体を示し、図８は受光器に内蔵されるホルダユニット２６の一部の断面図であり、図９は図８に対応したホルダユニット２６の側面図である。投光器用ホルダユニット２５（図７）及び受光器用ホルダユニット２６（図８）は、共にプラスチック成型品であり、上述した素子ホルダ１に相当する部分を含むが、当該部分は、両ユニット２５、２６で実質的に共通であることから、当該部分に含まれる要素に上述した参照符号を付すことにより、その説明を省略する。

投光器用ホルダユニット２５及び受光器用ホルダユニット２６には、互い等間隔に配置された素子ホルダ部１に対応して投光素子又は受光素子５を着脱可能に保持する素子保持部２７を有し、この素子保持部２７は爪２８を含み、この爪２８を使って光学素子５を係止するようになっている。投光器用ホルダユニット２５の素子保持部２７に保持される光学素子５は、典型的に発光ダイオードからなる。他方、受光器用ホルダユニット２６の素子保持部２７に保持される光学素子５は、典型的にフォトダイオードからなる。

また、投光器用ホルダユニット２５及び受光器用ホルダユニット２６の前面には、隣接した素子ホルダ部１に対応した２つのレンズ６、６を一体成形したプラスチック成型品からなるレンズユニット２８が配置され、更に、その前面には、上述したレンズカバー２１が配置される。

また、投光器用ホルダユニット２５及び受光器用ホルダユニット２６の背面側には、これらユニット２５又は２６に沿って長手方向に延びる基板２９が配置され、この基板２９には、電源回路、制御回路、発光回路（受光回路）、通信回路などが組み込まれる。

例示として、投光器ホルダユニット２５及び受光器側ホルダユニット２６は、８個の投光素子又は受光素子５を組み付けることができるが、多光軸光電センサ２０の光軸数が「８」よりも多いときには、これに対応するために、投光器ホルダユニット２５及び受光器側ホルダユニット２６と実質的に同じ増設ユニット（図示せず）が追加される。

投光器用ホルダユニット２５及び受光器用ホルダユニット２６は、図９を参照して、ベース壁３と中間遮光壁７との間の側壁の一部が欠落した開口３０を有し、この開口３０を通じて導光路２の一部が外部に露出している。この開口３０は、後の説明から明らかになるように、導光路２の光軸と直交する方向に進退動する、中子としての金型を挿入した結果できたものであり、このような中子としての金型の進退動作によってユニット２５、２６を成形することで、円形小孔４を備えたベース壁３及び略円形透孔８を備えた中間遮光壁７を含む導光路２を一回の成形工程で作ることができる。

すなわち、図１０に概要を示すように、中間遮光壁７を挟んでレンズ側の導光路２ａ及び中間遮光壁７の略円形透孔８は、円柱の周面の一部を平らな面で構成した第１の金型３１で成形され、中間遮光壁７を挟んで素子側の導光路２ｂは、半円状の先端を備えた角柱状の第２の金型３２を上記開口３０を通じて成形し、素子嵌入用の穴３３及びベース壁３の円形小孔４は円柱状の第３の金型３４で成形することができる。すなわち、導光路２ａ、２ｂを成形する第１、第３の金型３１、３４は、光軸に沿った直線移動を伴う進退動作を行うことができ、また、第１の金型３１と共同して中間遮光壁７を成形する第２の金型３２は、光軸と直交する方向に進退動作する。これら進退動作する中子としての第１〜第３の金型３１、３２、３４を同時に成形位置にセットすることで、素子嵌入用の穴３３、円形小孔４、素子側導光路２ｂ、略円形透孔７を備えた中間遮光壁７、レンズ側導光路２ａを含むホルダユニット２５及び受光器用ホルダユニット２６を一回の成形工程で作ることができる。

第１の金型３１の先端面の中心に位置する突起３１ａは、中間遮光壁７の略円形透孔８を成形するものであるが、この突起３１ａは先細りの形状であるのが、この第１の金型３１を抜き取るときに作業性が良く、これにより、中間遮光壁７の略円形透孔８は、レンズ側に向けて拡径した孔形状になる。

同様に、第３の金型３４の先端面の中心に位置する突起３４ａは、ベース壁３の円形小孔４を成形するものであるが、この突起３４ａについても先細りの形状であるのが、この第３の金型３４を抜き取るときに作業性が良く、これにより、ベース壁３の円形小孔４は、素子側に向けて拡径した孔形状になる。

図１１〜図１５は、進退動作する中子としての第１〜第３の金型３１、３２、３４を用いて成形した、中間遮光壁７を含む導光路２の詳細を示す図である。図１１は、投光器ホルダユニット２５の一部切欠き斜視図であり、図１２は、図１１の矢印で示す部分を拡大した斜視図である。図１３は、図１２のＸ１３−Ｘ１３線に沿った断面図であり、図１４は、Ｘ１４−Ｘ１４に沿った断面図である。

図１２〜図１４から理解できるように、素子側導光路２ｂ及び開口３０は、断面半円状部分４０と、断面矩形部分４１とで構成された空間形状を有し、これに対応する形状の半円状の先端を備えた角柱状の第２の金型３２によって素子側導光路２ｂ及び開口３０が形成される。なお、第２の金型３２は、進み動作方向に先細りに形状を備えているのが、型抜きするときに好都合である。

上述した第２の金型３２は、レンズ側導光路２ａを形成する第１の金型３１と共同して中間遮光壁２を形成するものであるが、この第１の金型３１は、当業者であればレンズ側導光路２ａの断面形状を示す図１５から理解できるように、円形の一部を直線で構成した断面形状のレンズ側導光路２ａに対応する周面形状を有し、この第１の金型３１の周面形状によってレンズ側導光路２ａの断面形状が作られる。また、第１の金型３１の先端面には、円形の一部を直線で構成した略円形の透孔８を形成するための突起３１ａを有し、この突起３１ａによって、中間遮光壁２を成形するのと同時に略円形の透孔８が形成される。

実施例の素子ホルダの概略説明図である。 実施例の素子ホルダに含まれる一つの中間遮光壁の配置位置を理論上求めるための説明図である。 図２に関連して素子ホルダの導光路を通過する臨界的な光が作る第１の三角形を示し、中間遮光壁の配置位置を求めるための式１の誘導を説明するための図である。 図２に関連して素子ホルダの導光路を通過する臨界的な光が作る第２の三角形を示し、中間遮光壁の配置位置を求めるための式２の誘導を説明するための図である。 実施例の素子ホルダを含む多光軸光電センサの全体的な外形を示す斜視図である。 図５に示す多光軸光電センサの押し出し成形材からなる本体部分を断面を示すものであり、図５のVI−VI線に沿った断面図である。 実施例の素子ホルダを等間隔に複数配置した投光器用ホルダユニットの断面図である。 実施例の素子ホルダを等間隔に複数配置した受光器用ホルダユニットの部分断面図である。 投光器用及び受光器用のホルダユニットの側面図である。 図９に図示のホルダユニットの素子ホルダの導光路を３つの金型を用いて一回で成形可能であることを説明するための図である。 投光器ホルダユニットの一部切欠き斜視図である。 図１１の矢印で示す部分の拡大図である。 図１２のＸ１３−Ｘ１３線に沿って切断した断面図である。 図１２のＸ１４−Ｘ１４線に沿って切断した断面図である。 図１１のホルダユニットのレンズ側に偏倚した部分を断面して中間隔壁を臨む横断面図である。

符号の説明

１ 素子ホルダ
２ 導光路
２ａ レンズ側導光路
２ｂ 素子側導光路
３ ベース壁
４ 円形小孔
５ 光学素子
６ レンズ
７ 中間遮光壁
８ 中間遮光壁に形成された略円形透孔
２０ 多光軸光電センサ
２６ 投光器用ホルダユニット
２７ 受光器用ホルダユニット
３０ 開口

Claims (11)

1. 光学素子と、
   該光学素子が脱着可能に取り付けられるベース壁を備えたプラスチック製の素子ホルダと、
   レンズとを含み、
   前記素子ホルダは、
   前記光学素子が臨む前記ベース壁の小孔と前記レンズとの間の光の通路を形成する導光路と、
   該導光路における前記ベース壁と前記レンズとの略中間部分に、光の指向角を制限するための透孔を備えた中間遮光壁とを有し、
   該中間遮光壁が前記素子ホルダと一体成形されていることを特徴とする透過型光電センサ。
2. 前記導光路の壁の色が暗色である、請求項１に記載の透過型光電センサ。
3. 前記ベース壁と前記中間遮光壁との間の導光路を形成する側壁の一部が欠落した開口を有し、該開口を通じて前記導光路の一部が外部に露出している、請求項１又は２に記載の透過型光電センサ。
4. 前記ベース壁に形成された小孔が素子側に向けて拡径した形状を有し、また、前記中間遮光壁の透孔がレンズ側に向けて拡径した形状を有する、請求項３に記載の透過型光電センサ。
5. 前記透過型光電センサが、複数の光軸を備えた多光軸光電センサである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の透過型光電センサ。
6. レンズを通過する光を投光又は受光するための光学素子を保持する保持部と、
   該保持部に形成され、前記光学素子が臨む小孔と、
   該小孔から前記レンズに至る導光路を形成する側壁と、
   該側壁に形成された遮光壁と、
   該遮光壁に形成され、前記導光路の一部を構成する透孔と、
   前記導光路のうち、前記小孔と前記遮光壁との間の導光路部分を形成する側壁に形成された開口とを有し、該開口を通じて前記導光路部分の一部が外部に露出していることを特徴とする透過型光電センサ。
7. 透過型光電センサに内蔵され、レンズを通じて投光又は受光する複数の光学素子を互いに等間隔に保持するためのプラスチック製の素子ホルダであって、
   各光学素子に関連する各々の素子ホルダは、
   該光学素子が脱着可能に取り付けられるベース壁と、
   該ベース壁の前記光学素子が臨む位置に形成された小孔と、
   前記小孔と前記レンズとの間の導光路を形成する側壁と、
   該側壁と一体の遮光壁であって、前記小孔と前記レンズとの間に位置して、光の指向角を制限するための透孔を備えた中間遮光壁と、
   前記導光路のうち、前記ベース壁と前記中間遮光壁との間の導光路部分の側壁に形成された開口とを有し、
   これら素子ホルダの各要素が一回の成形工程で作られていることを特徴とする素子ホルダ。
8. 透過型光電センサに組み込まれる、光学素子が脱着可能に取り付けられるベース壁を備えたプラスチック製の素子ホルダの製造方法であって、
   前記素子ホルダは、
   前記光学素子が臨む前記ベース壁の小孔と前記レンズとの間の光の通路を形成する導光路と、
   該導光路における前記ベース壁と前記レンズとの略中間部分に、光の指向角を制限するための透孔を備えた中間遮光壁とを有し、
   前記導光路のうち、前記レンズと前記中間隔壁との間のレンズ側導光路を形成する、光軸に沿って進退動作する第１の金型と、前記導光路のうち、前記ベース壁と前記中間隔壁との間の素子側導光路を形成する、光軸と直交する方向に進退動作する第２の金型とを同時に成形位置にセットして射出成形することにより、前記レンズ側導光路と、前記中間隔壁と、前記素子側導光路とを形成することを特徴とする素子ホルダの製造方法。
9. 前記第１の金型は、その先端面に、前記透孔を形成するための第１の突起を有する、請求項８に記載の素子ホルダの製造方法。
10. 前記光学素子を保持する素子保持部を形成する、光軸に沿って進退動作する第３の金型を更に有し、
    前記第１、第２の金型と同時に成形位置にセットして射出成形することにより、前記レンズ側導光路と、前記中間隔壁と、前記素子側導光路と、前記ベース壁と、前記素子保持部とを形成することを特徴とする請求項８又は９に記載の素子ホルダの製造方法。
11. 前記第３の金型は、その先端面に、前記ベース壁の小孔を形成するための第２の突起を有する、請求項１０に記載の素子ホルダの製造方法。

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