JP2007073417A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的小型に構成することが可能な金属筐体を備えた光電センサを提供する。
【解決手段】 光電センサ１は、実装基板１１，１５やレンズ１３などが収納された筐体５１を備え、筐体５１は、投受光のための開口部５５が設けられた金属製の筐体本体５２と、開口部５５に配設された透光板７１とを有している。筐体本体５２は、金属製で略角型の外形を有し、金属射出成型により形成されたものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、投受光部と信号処理部とを備えた光電センサに関する。

従来から、投受光部と信号処理部とを備えた光電センサが広い分野で用いられている。光電センサは、投受光部や信号処理部およびレンズなどを有するが、これらは通常角形の筐体に収納される。この筐体としては、複雑な形状の成型が容易な樹脂成型品を用いるのが一般的である。

しかし、近年、生産設備などで用いられる光電センサにおいては、高い耐薬品性、耐水性が求められることがある。このような高い耐薬品性や耐水性を実現するため、筐体を金属で構成した光電センサが提案されている（たとえば、特許文献１（特開平８−２４１６５７号公報））。従来の光電センサに用いられる金属製筐体は、アルミニウムや亜鉛を材料として用い、鋳造により製造したものである。
特開平８−２４１６５７号公報

生産設備などに使用される光電センサにおいては、高い耐薬品性や耐水性と共に、小型化も要請されている。ところが、従来のような、鋳造による製造では、筐体の全ての部分を所定以上の肉厚にする必要がある。鋳造の場合には、ある程度の肉厚を確保しなければ空隙部（いわゆる「巣」）が発生するためである。

その結果、従来の金属筐体の肉厚は比較的厚いものとならざるを得ず、金属筐体は比較的大型の光電センサにしか用いることができなかった。そのため、小型の光電センサの筐体を金属で製造することは不可能とされていた。これにより、小型の光電センサにおいては高い耐薬品性や耐水性は実現していなかった。

一方、磁気などを検知する近接センサの筐体は円柱状に形成されることが一般的であるが、近接センサでは比較的小型のものでも金属筐体を用いたものが存在する。このような近接センサの金属筐体は切削により製造されている。近接センサのように筐体が円柱状の場合には切削による製造が比較的容易であるが、角形の光電センサの筐体を切削により製造することは、製造工数、製造コストの面において非現実的である。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、比較的小型に構成することが可能な金属筐体を備えた光電センサを提供することを目的とする。

この発明に基づいた光電センサに従えば、投受光部と信号処理部とを構成する部品が実装された実装基板と、上記実装基板およびレンズが少なくとも収納される筐体とを備えた光電センサであって、上記筐体は、投受光のための開口部が設けられた金属製の筐体本体と、上記開口部に配設された透光板とを有し、上記筐体本体は、略角形の外形を有すると共に金属射出成型により製造されたものである。

この構成によると、筐体が金属射出成型により形成されているので、光電センサの略角形の筐体を、生産性よく製造することができ、また、筐体の肉厚を比較的薄くすることができるので、比較的小型の筐体を金属で製造することができる。

上記光電センサにおいて、開口部の内側面の少なくとも一部に沿ってアーチ状の補強片を設けてもよい。金属射出成型においては、焼結工程が必須であるが、開口部にアーチ状の補強片を設けることで、焼結工程における開口部の変形を抑制することができる。

上記光電センサにおいて、上記筐体は、上記筐体本体から突出したコネクタ部を有し、該コネクタ部は、金属射出成型により、上記筐体本体と一体成型してもよい。鋳造と異なり、金属射出成型を用いることで複雑な形状の筐体も容易に製造することが可能である。そこで、コネクタ部も筐体本体と一体に成型することで、コネクタ部の固定強度が向上し、また、筐体本体とコネクタ部との間に継ぎ目が発生しないので、さらに高い耐薬品性や耐水性が得られる。

上記光電センサにおいて、上記筐体本体は、その外面を構成する主要な面の少なくとも一部を構成する部分の厚みが１ｍｍ以下であってもよい。上述のように、金属射出成型を用いることで、筐体を薄肉に形成することができるが、その結果、鋳造では不可能とされていた、肉厚が１ｍｍ以下の箇所を有する筐体を製造することができる。

上記光電センサにおいて、上記筐体本体の材質は、ステンレス鋼であってもよい。ステンレス鋼は、耐薬品性や耐水性に優れる一方、硬質なため切削などの加工が容易でないことが知られているが、金属射出成型を用いることで、他の金属と同様の成型が可能である。これにより、耐薬品性や耐水性に優れるステンレス鋼製の筐体を、比較的安価に製造することができる。

本発明によると、比較的小型に構成することが可能な金属筐体を備えた光電センサを提供することができる。

以下、この発明に基づいた各実施の形態における光電センサの構造について、図を参照しながら説明する。なお、各実施の形態において、同一または相当箇所については同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さないこととする。

（実施の形態１）
以下、本発明に係る実施の形態１について、図１から図５を参照して説明する。なお、図１は、本実施の形態における光電センサの分解斜視図であり、図２は、本実施の形態における光電センサの筐体本体の製造工程を示すフローチャートであり、図３は、本実施の形態の筐体本体の斜視図、図４は、本実施の形態の筐体本体の正面図であり、図５は、本実施の形態の筐体本体の断面図である。

はじめに図１を参照して、光電センサの構造について説明する。本実施の形態の光電センサ１は、半導体レーザや受光素子などの投受光部を構成する電子部品や、信号処理部を構成する半導体装置などが実装された投受光部用実装基板１１と電源入力部および信号出力部を構成する半導体装置などの電子部品が実装された入出力用実装基板１５と、これらの投受光部用実装基板１１、入出力用実装基板１５およびレンズ１３などが収納された筐体５１とを備えている。筐体５１は、投受光のための開口部５５が設けられた金属製の筐体本体５２と、開口部５５に配設された透光板７１とを有している。

投受光部用実装基板１１と一対のレンズ１３とは、ブラケット１４で連結されている。ブラケット１４で連結された投受光部用実装基板１１および一対のレンズ１３は、樹脂製の保持具１７により保持されて、筐体本体５２の内部空間に収納される。

同様に、入出力用実装基板１５も保持具１７に保持されて筐体本体５２の内部に収納される。後述する操作盤３５に信号を入出力するための、配線用基板１９が設けられており、この配線用基板１９も保持具１７に保持されて、筐体本体５２の内部に収納される。

配線用基板１９の外側には、金属板からなるシールド２１が配設され、その外側には、絶縁シート２３が配設されている。筐体本体５２の側面に形成された、部品を内部に挿入するための開口には、筐体本体５２と同じ金属で構成された板状の蓋体３１が配設されている。蓋体３１は、その外周が筐体本体５２に接着されて取り付けられており、筐体本体５２と蓋体３１との間の水密性が保たれている。

筐体本体５２の正面側の開口部５５には、透光板７１が取り付けられているが、透光板７１は、有色透明の合成樹脂で構成されており、金属製の筐体本体５２とは材質が異なる。金属と合成樹脂とでは熱膨張率などが大きく異なるが、温度変化により、両者が異なる挙動を示した場合にも両者の間の水密性を確保することができるように、透光板７１の外周を弾性接着剤により筐体本体５２に接着している。この弾性接着剤としては、変成シリコンからなるものなどを用いることができる。

筐体本体５２の上面にも開口が設けられており、ここには、ＬＥＤなどで構成された表示部や、感度調整ボリューム、動作切換えスイッチなどを内蔵した樹脂製の操作盤３５が取り付けられる。これらの表示部や感度調整ボリュームなどは、用途に応じて省略される場合もある。操作盤３５そのものが不要な場合には、筐体本体５２の操作盤３５を取り付けるための開口を設けないようにしてもよい。

図１および図３ないし図５に図示するよう、筐体本体５２は複雑な形状を有している。このような複雑な形状の筐体本体５２を金属で構成することができるのは、金属射出成型を用いて筐体本体５２を製造しているからである。金属射出成型（ＭＩＭ：Metal Injection Molding）は、金属粉末射出成型とも呼ばれ、金属粉末とバインダとを混合および混練したものを金型に注入し、この成型体を焼結することで金属部品を製造する製造方法である。このような金属射出成型の一例を開示したものとして、特開平６−１２２９０２号公報がある。

次に、金属射出成型により筐体本体５２を製造する工程について図２を参照しながら説明する。図２に示された工程の前に、予め金属射出成型に用いる金型を製造しておく。このとき金型のサイズは、設計寸法（完成した筐体の寸法）の１２０％程度の大きさとしておく。

まず混練工程に進む。混練工程では筐体本体の材料として使用する金属粉末と、バインダーと呼ばれる樹脂材料の粉末とを一定比率で混合し、熱を加えて混練する。金属粉末としては、完成した筐体の耐薬品性、耐水性を向上させる観点から、ステンレス鋼の粉末を用いることが好ましい。また、耐薬品性等が特に優れていることから、ステンレス鋼のなかでもＳＵＳ３１６を用いることが特に好ましい。

ＳＵＳ３１６は、耐薬品性等に優れる反面、機械加工が困難な材料であるが、金属射出成型を用いることで、他の金属と同様の工程で成型体を製造することができる。ただし、金属粉末は、ステンレス鋼の粉末に限定されるものではなく、光電センサの用途に応じて適切な金属を用いればよい。

バインダーとしては、ポリエチレンやポリアミドなどの高分子材料を使用するのが一般的である。バインダーとしてワックス系の樹脂を用いることもできる。金属粉末とバインダーの混合比は６：４程度が一般的である。

次に造粒工程に進む。造粒工程では、金属粉末とバインダーとの混合物を射出成型器に供給できるよう、混合物を粒状とする。

次に射出成型工程に進む。射出成型工程では、造粒工程で造粒された混合材料を、射出成型器を用いて金型に射出し、金型の内部で成形させ、中間成型体を生成する。

次に脱脂工程に進む。脱脂工程では、上記の中間成型体を脱脂炉に入れて６００℃程度で２４時間から４８時間程度加熱することにより、中間成型体の内部のバインダー（樹脂）成分を除去する。脱脂工程においては、上記のように熱でバインダーを分解および揮発させる加熱脱脂のほかに、有機溶剤などでバインダーを溶出させる抽出脱脂や、紫外線を照射することでバインダーを低分子化させる光分解脱脂を用いることもできる。

次に焼結工程に進む。焼結工程では脱脂工程においてバインダー成分が取り除かれた成型体を焼結炉に入れて１０００℃から１２００℃程度の高温で２４時間程度焼結することにより、所定の密度の金属体とする。

次に後処理工程に進む。最後に、後処理工程として、研磨処理等を施すことで、金属製の筐体本体が完成する。

このような金属射出成型を用いることで、機械加工が困難な金属材料を筐体本体の材料として用いることができる。また、金属射出成型においては、比較的薄肉の成型体を形成することができるので、筐体の小型化を図ることができる。さらには、金属粉末とバインダーとの混合物を金型に射出することで中間成型体を形成するので、樹脂成型と同様に、複雑な形状の成型体を形成することができる。

続いて、このような工程で製造した筐体本体５２の構造についてより詳しく説明する。本実施の形態の形態では、筐体本体５２を角形に構成している。このような円柱状でない形状の筐体は、上述のように、切削などの機械加工で製造することは容易でなく、特にＳＵＳ３１６のような硬質の金属を用いた場合には実際上不可能に近い。しかし、金属射出成型を用いることにより、角形の筐体を容易に製造することができる。なお略角形とは、必ずしも全ての面が平面で構成されている必要はなく、一部が曲面などで構成されている形状も含む。

本実施の形態の筐体本体５２には、図３に示すように外方に突出した筒状のコネクタ部５７が設けられている。このコネクタ部５７には、その内部に電極が配設され、ケーブルが接続される。コネクタ部５７は、筐体本体５２と同時に上述の金属射出成型により成型している。金属射出成型を用いることにより、このような複雑な形状でも、金属で成型することができる。

同時に成型することでコネクタ部５７は、筐体本体５２のその他の部分と継ぎ目無く一体に成型される。これにより、コネクタ部５７の筐体本体５２への接続強度が向上し、また、コネクタ部５７と筐体本体５２の接続部との間の耐水性などを向上させることができる。

本実施の形態では、図３に示すように、筐体本体５２の側面に、ネジ孔５３を設けている。このネジ孔５３は、光電センサ１を製造装置などに取り付ける際に使用するものである。アルミなどを鋳造した従来の金属筐体においては、このネジ孔５３に対して強い締め付けトルクでネジを螺合させると、筐体を構成する金属が柔らかいため、ねじ山が潰れてしまうという問題があった。これを回避するためには、ネジの締め付け作業を、常に締め付けトルクを管理しながら行なわなければならなかった。金属射出成型を用いることで、ステンレス鋼などの硬い金属により筐体本体５２を構成することができるので、このような硬い金属を用いることにより、強い締め付けトルクに耐えるネジ孔を構成することができる。これにより、ネジの締め付け作業時の、締め付けトルクの管理は、事実上不要となる。

本実施の形態の筐体本体５２には図４に示すように、開口部５５が設けられている。開口部５５は、投受光のためのものであり、光電センサ１においては必須の構成である。上記の金属射出成型を用いる問題点として、焼結工程における、中間成型体の変形が挙げられる。特に、必須の構成である開口部５５の上部における変形が問題となる。そこで、本実施の形態では、図４に示すように開口部５５の上部に、アーチ状のリブ５６を設けて、焼結時における開口上部の垂れ下がりを抑制している。

また、上述のように金属射出成型を用いることで、筐体本体５２の肉厚を薄く形成することができる。そこで本実施の形態の筐体本体５２においては、図５に示すように、その側面５２ａの肉厚を１．１ｍｍに形成し、その中央部の凹み面５２ｂにおいては、その肉厚を０．６ｍｍに形成している。金属射出成型を用いることで、従来の鋳造では実現することができなかったこのような肉厚の薄い筐体を形成することができる。これにより、内部の容量を同一に保ちながら、小型の筐体本体５２を製造することができる。

（実施の形態２）
次に実施の形態２について、図６を参照して説明する。図６は、本実施の形態における、筐体本体へのケーブルの取り付け構造を示す斜視図である。

本実施の形態の筐体本体５２においては、実施の形態１のようなコネクタ部５７を設けず、固定金具５９により、ケーブル８１を筐体本体５２に固定している。固定金具５９は貫通孔を有し、その内部にケーブル８１が挿通されている。固定金具５９の両側部は、筐体本体５２に向かって折り曲げられており、その折り曲げ部５９ａには、被係合孔５９ｂが設けられている。

筐体本体５２には、固定金具５９が取り付けられる窪み６１が設けられており、その両側には、それぞれ一対の楔状の係合突起６２が設けられている。固定金具５９を筐体本体５２に固定する際には、固定金具５９を窪み６１に挿入することで、固定金具５９の被係合孔５９ｂと筐体本体５２の係合突起６２とが係合して両者は固定される。

ただし、固定金具５９がＳＵＳ３１６などのバネ性の弱い材料の場合には、固定金具５９を窪み６１に挿入する際に、係合突起６２により広がった固定金具５９の折り曲げ部５９ａが広がったままとなり、元の形状に復元しない。このような場合には、固定金具５９の挿入後に折り曲げ部５９ａを側方から押圧してかしめることで、係合突起６２と被係合孔５９ｂとが確実に係合し、固定金具５９を筐体本体５２に完全に固定することができる。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

この発明に基づいた実施の形態１における光電センサの分解斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態１における光電センサの筐体本体の製造工程を示すフローチャートである。 この発明に基づいた実施の形態１における筐体本体の斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態１における筐体本体の正面図である。 この発明に基づいた実施の形態１における筐体本体の断面図である。 この発明に基づいた実施の形態２における筐体本体へのケーブルの取り付け構造を示す斜視図である。

符号の説明

１ 光電センサ、１１ 投受光部用実装基板、１３ レンズ、１５ 入出力用実装基板、１９ 配線用基板、３１ 蓋体、５１ 筐体、５２ 筐体本体、５５ 開口部、５６ リブ、５７ コネクタ部、７１ 透光板。

Claims (5)

1. 投受光部と信号処理部とを構成する部品が実装された実装基板と、
   前記実装基板およびレンズが少なくとも収納される筐体とを備えた光電センサであって、
   前記筐体は、投受光のための開口部が設けられた金属製の筐体本体と、前記開口部に配設された透光板とを有し、
   前記筐体本体は、略角形の外形を有すると共に金属射出成型により製造されたものである、光電センサ。
2. 前記開口部の内側面の少なくとも一部に沿ってアーチ状の補強片が設けられている、請求項１に記載の光電センサ。
3. 前記筐体は、前記筐体本体から突出したコネクタ部を有し、
   該コネクタ部は、金属射出成型により、前記筐体本体と一体成型されたものである、請求項１または２に記載の光電センサ。
4. 前記筐体本体は、その外面を構成する主要な面の少なくとも一部を構成する部分の厚みが１ｍｍ以下である、請求項１から３のいずれかに記載の光電センサ。
5. 前記筐体本体の材質は、ステンレス鋼である、請求項１から４のいずれかに記載の光電センサ。

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