JP2015106623A - センサ - Google Patents

Abstract

【課題】他の部品等との接続にコネクタ等が不要な小型のセンサを提供する。
【解決手段】ケース１０に収容され、素子が搭載された基板２０には、素子電極に接続された電極を備える基板２０を挟むように板ばね３０が設けられる。板ばね３０は、金属製であり、素子の電極端子と電気的に接続され、基板２０の板厚方向に変形可能である。板ばね３０は、ケース１０を貫通する孔１３から露出することでケース１０の上下方向から板ばね３０を視認可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサに関する。

特許文献１には、一端部に光素子駆動用の接続端子を備えた扁平状の基体に、少なくとも接続端子に接続された光素子と、光素子に光結合させる光導波体の一端部とを配設して成る光モジュールを、電気回路基板上に実装した光素子駆動用のコネクタ部に連結することで、コネクタ部の板ばね等の接続端子と光モジュールの接続端子とを接続するようにしたことを光モジュールが開示されている。

特許文献２には、発光素子又は受光素子の電極端子の先端部をリードフレームに形成された切片のばね性により圧縮固定する光結合装置の製造方法が記載されている。

特開２００１−７７４５５号公報 特開２００２−３６８２２５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、光モジュールと電気回路基板とを接続するのに、コネクタが必須となり、それにより光モジュール等が大型化してしまうという問題がある。

特許文献２に記載の発明は、光結合装置内において端子と基板とを接続するものであり、特許文献１に記載の発明と同様に、光結合装置と他の部品との接続にはコネクタが必要となってしまう。また、特許文献２に記載された接続方法を、光結合装置と他部品との接続に適用しようとすると、光結合装置と接続する他の部品を新たに生成しなければならず、互換性が無くなってしまうという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、他の部品等との接続にコネクタ等が不要な小型のセンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るセンサは、例えば、電極端子を有する素子と、前記素子が設けられ、かつ前記電極端子が電気的に接続された板状の基板と、前記基板に設けられ、前記基板の板厚方向に変形可能な金属製の板ばねであって、前記電極端子と電気的に接続された板ばねと、前記素子及び前記基板が内部に設けられるケースであって、前記板ばねが露出する開口部を有するケースと、を備えたことを特徴とする。

本発明に係るセンサによれば、素子が設けられた基板には、板ばねが設けられる。板ばねは、金属製であり、素子の電極端子と電気的に接続され、板厚方向に変形可能である。板ばねは、ケースの開口部から露出する。これにより、他の部品等との接続にコネクタ等が不要な小型のセンサを提供することができる。

ここで、前記開口部は、筒状の孔であり、前記板ばねは、前記基板の第１の面及び前記第１の面の反対側の面である第２の面にそれぞれ設けられ、前記孔の第１の開口からは前記基板の第１の面に設けられた板ばねが視認可能であり、前記孔の第２の開口からは前記基板の第２の面に設けられた板ばねが視認可能であってもよい。これにより、他の部品を、ケースの２つの面から板ばねに当接させることができる。

ここで、前記板ばねは、一端に開口を有する略Ｕ字形状の本体部を有し、前記基板が前記本体部に挿入されることで前記基板に前記板ばねが設けられてもよい。これにより、コネクタ等を用いる形態と互換性を持たせることができる。

ここで、前記板ばねは、前記開口に一端が連結された片持ちばねである板ばね部を有してもよい。これにより、本体部と板ばね部を一体形成することができる。

ここで、前記基板と前記板ばねとは一体形成されてもよい。これにより、部品数や組立工数を減らすことができる。また、板ばねの配置位置を自由に設計することができる。

ここで、前記板ばねは、前記基板と一体に設けられる略板状の平板部と、前記平板部に設けられる片持ちばねと、を有し、前記片持ちばねは、前記平板部から突出する複数の凸部が形成されてもよい。これにより、電気的な接続の信頼性を高くすることができる。

ここで、前記板ばねは、前記板ばねは、前記片持ちばねとして、前記凸部である第１の凸部を有する第１の板ばね部と、前記凸部である第２の凸部を有する第２の板ばね部とを有し、前記第１の凸部の前記基板に対する位置と、前記第２の凸部の前記基板に対する位置とが異なってもよい。これにより、例えば他の部品の電極の位置がずれた場合にも、確実に板ばねと電極とを電気的に接続させることができる。

本発明によれば、他の部品等との接続にコネクタ等が不要な小型のセンサを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るセンサ１を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は要部断面図である。 基板の斜視図である。 板ばねの詳細を示す図であり、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は正面図である。 センサ１に筐体を取り付けた様子を示す図であり、（Ａ）は筐体を正面から取り付けた場合の図であり、（Ｂ）は筐体を背面から取り付けた場合の図である。 板ばねの変形例を示す図である。 板ばねの変形例を示す図である。 板ばねの変形例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るセンサ２の構成の詳細を説明する図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は要部断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＸ矢視（要部のみ）である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の一例であるセンサ１を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面図である。センサ１は、例えば発光素子２５（受光素子でもよい、図２参照）が内蔵されたフォトセンサであり、主として、ケース１０と、基板２０と、板ばね３０とを有する。

ケース１０は、樹脂等で形成された箱状の部品である。ケース１０の内部には、基板２０、発光素子２５等が設けられる。

ケース１０には、主として、発光素子２５の光路上に位置する窓部１１と、筐体１５（図４参照）に取り付けるためのスナップフィット（図示せず）と、板ばね３０を露出させる孔１３と、が形成される。なお、ケース１０と筐体１５との取付は、この形態に限られず、例えば筐体１５にスナップフィットが設けられていてもよいし、ケース１０と筐体１５とをねじ止めしてもよい。

孔１３は、ケース１０を貫通するように形成される。その結果、ケース１０の正面（図１（Ｂ）における上方向）側からも、ケース１０の背面（図１（Ｂ）における下方向）側からも、基板２０及び板ばね３０が視認可能である。孔１３は、縦方向の長さが５ｍｍ程度、横幅が６ｍｍ程度、高さ（ケース１０の高さと同じ）が３ｍｍ程度の大きさである。

基板２０は、樹脂等の板状の部材であり、銅等の導電体で回路配線（以下、パターンという）が形成されたものである。図２は、基板２０の斜視図である。

基板２０には、発光素子２５が実装されている。すなわち、発光素子２５の電極端子（図示せず）は、基板２０に形成されたパターン（図示せず）に電気的に接続されている。なお、基板２０には、受光素子等の発光素子２５以外の電子部品が実装されていてもよい。

板ばね３０は、基板２０を挟むようにして基板２０の端に設けられる。板ばね３０は、基板２０に形成されたパターン（図示せず）と接触しており、これにより発光素子２５の電極端子（図示せず）と板ばね３０とが電気的に接続される。

図３は、板ばね３０の詳細を示す図であり、（Ａ）は側面図（図２Ａ矢視）であり、（Ｂ）は正面図（図２Ｂ矢視）である。図３では、参考のため、基板２０が点線で記載されている。

板ばね３０は、金属の板材をプレス等により切り抜き、その後プレス等により折り曲げることで形成される。板ばね３０に用いる板材は、板厚が０．１５ｍｍ程度の薄板である。

板ばね３０は、主として、基板２０を挟持する本体部３１と、本体部３１の両側の先端に設けられた板ばね部３２とを有する。

本体部３１は、略Ｕ字形状に形成される。本体部３１は、主として、２枚の平板部３１ａと、略Ｕ字形状の底に相当する部分である底部３１ｂとを有する。

本体部３１は弾性変形が可能であるため、２枚の平板部３１ａ間の距離は可変である。本体部３１が弾性変形していないときは、２枚の平板部３１ａの間の距離は、基板２０の板厚以下である。したがって、図３（Ａ）に示すように、２枚の平板部３１ａの間に基板２０が挿入されると、２枚の平板部３１ａにより基板２０が挟持され、板ばね３０が基板２０から脱落しなくなる。

２枚の平板部３１ａが基板２０を挟持するため、平板部３１ａが基板２０に形成されたパターン（図示せず）と当接（又は、平板部３１ａがパターンを押圧）する。その結果、パターンと平板部３１ａとが電気的に接続される。また、平板部３１ａとパターンとを半田付けすることにより、パターンと平板部３１ａとを電気的に接続してもよい。

なお、本実施の形態では、底部３１ｂを曲面で形成することで、本体部３１を略Ｕ字形状に形成したが、本体部３１の形状はこれに限られない。底部３１ｂを平面で形成して本体部３１を略コの字形状に形成したものも、略Ｕ字形状に含まれる。また、平板部３１ａと底部３１ｂとの接続部は、曲面を有してもよいし、有しなくてもよい。

２枚の平板部３１ａの開口部（底部３１ｂが設けられていない側）には、板ばね部３２が設けられる。板ばね部３２は、板状の片持ちばねである。板ばね部３２は、一端が平板部３１ａに設けられた板状の部材である。板ばね部３２は、平板部３１ａ（すなわち基板２０）の厚さ方向（図３（Ａ）矢印参照）に変形可能な弾性部材である。

図３（Ａ）に示すように、板ばね部３２には、板ばね３０を側面から見たときに、平板部３１ａから突出する凸部３２ａが形成される。凸部３２ａは、筐体１５に設けられた電極１５ａ（図４参照）が当接する部位であり、円弧形状を有する。

また、板ばね部３２には、板ばね３０を側面から見たときに、平板部３１ａから突出する凸部３２ｂが形成される。凸部３２ｂは、板ばね部３２が基板２０の厚さ方向に変形したときに平板部３１ａと当接する部位であり、円弧形状を有する。凸部３２ｂの、平板部３１ａと対向しない面（電極１５ａ（後に詳述）と当接する部分）に、メッキ、蒸着、薄膜の貼付等の電気接続性に優れた表面処理を行ってもよい。表面処理に用いる材質としては、例えば金、銀、錫、ニッケル等を用いることができる。

図３（Ｂ）に示すように、板ばね部３２は、１枚の平板部３１ａに対して２つ設けられる。本実施の形態では、平板部３１ａの幅が２ｍｍ程度であり、板ばね部３２の幅ａが０．７ｍｍ程度である。

また、図３（Ｂ）に示すように、板ばね３０は基板２０に２個設けられる。２個の板ばね３０の間隔ｂは、板ばね部３２の幅ａと略同じである。これにより、複数の凸部３２ａ（板ばね部３２）が略同じ間隔で配置される。

このように構成されたセンサ１を筐体１５に組み立てた状態について説明する。図４は、センサ１に筐体を取り付けた様子を示す図であり、（Ａ）は筐体１５をセンサ１の正面から取り付けた場合の図であり、（Ｂ）は筐体１５をセンサ１の背面から取り付けた場合の図である。

筐体１５には、電極１５ａが設けられる。電極１５ａが板ばね部３２を基板２０に向けて押しつけることで、板ばね部３２が弾性変形する。そして、板ばね部３２が元に戻ろうとする力により、板ばね部３２が電極１５ａを押圧する。これにより、板ばね部３２（すなわち、発光素子２５の電極端子）と電極１５ａとが電気的に接続される。

凸部３２ｂの平板部３１ａと対向しない面と同様、電極１５ａに、金、銀、錫、ニッケル等を用いて、メッキ、蒸着、薄膜の貼付等の電気接続性に優れた表面処理を行ってもよい。表面処理を行った場合には、小さい力で、安定して、電極１５ａと凸部３２ｂとを電気的に接続させることができる。

本実施の形態によれば、センサ１にコネクタ等を設けることなく筐体１５等の他部品と電気的に接続させることができるため、センサ１を小型化することができる。また、筐体１５の側にもコネクタ等が不要であるため、コストを下げることができる。さらに、コネクタ等を用いる形態と互換性を持たせることができる。

また、本実施の形態によれば、ケース１０の正面、背面の両方から板ばね３０が視認可能であるため、ケース１０の正面、背面のどちらからも筐体１５等の他部品を板ばね３０に当接させることができる。したがって、センサ１と他部品との接続の自由度を高くすることができる。

また、本実施の形態では、複数の凸部３２ａが配置されるため、確実に板ばね部３２と電極１５ａとを電気的に接続させることができる。また、複数の凸部３２ａを略均等に配置することで、電極１５ａの位置がずれた場合にも、複数の凸部３２ａのうちの少なくとも１つを電極１５ａと接触させることができる。

また、本実施の形態では、電極１５ａを板ばね部３２に押し付ける動作を行うときに、電極１５ａ上を凸部３２ａが滑るため、接点表面上に生成された被膜、不純物等を擦り取り、これらの影響を軽減することができる（ワイピング作用）。

また、本実施の形態では、筐体１５等の他部品と基板２０（センサ１）との間に板ばね部３２を介しているため、センサ１と他部品とを組み立てたときに部品間のがたつきを無くすことができる。

なお、本実施の形態では、板ばね部３２が凸部３２ａ、３２ｂを有したが、板ばね部の形状はこれに限定されない。板ばねの変形例について、図５、６を用いて説明する。

図５は、変形例に係る板ばね３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを示す図である。図５は、板ばね３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃが基板２０に設けられた状態における側面図である。なお、図５において、図３に示す板ばね３０と同一の部分については同一の符号を付し、説明を省略する。

図５（Ａ）に示す板ばね３０Ａは、板ばね３０Ａを側面から見たときに、板ばね部３２Ａが１個の大きな円弧を描いている。この形態においては、板ばね部３２Ａの形状がなだらかであり、平板部３１ａに対して凸となっている長さが長い。したがって、筐体１５側の電極１５ａの位置がずれた場合にも、電極１５ａを板ばね部３２Ａに当接させることができる。また、板ばね部３２Ａの形状が単純であるため、板ばね部３２Ａを容易に加工することができる。

図５（Ｂ）に示す板ばね３０Ｂにおいては、板ばね３０Ｂを側面から見たときに、板ばね部３２Ｂの先端近傍に、基板２０（すなわち平板部３１ａ、以下同じ）から突出する凸部３２Ｂａが形成される。また、板ばね部３２Ｂは、凸部３２Ｂａより先端が基板２０の方に近づくように、なだらかに湾曲している。この形態においては、図５（Ａ）の場合と同様に単純な形状であるが、図５（Ａ）の場合と比べて凸部３２Ｂａを構成する円弧の曲率半径が小さいため、電極１５ａを板ばね部３２Ａとの接触時に、電気的な接続が容易となる。

図５（Ｃ）に示す板ばね３０Ｃにおいては、板ばね３０Ｃを側面から見たときに、略直線状の板ばね部３２Ｃには、基板２０から突出する凸部３２Ｃａが形成される。凸部３２Ｃａの曲率半径は、他の形態と比べてさらに小さい。この形態においては、形状が複雑となるが、電極１５ａと板ばね部３２Ａとの接触時に、より確実に電気的に接続させることができる。

なお、図３に示す板ばね３０及び図５に示す板ばね３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、基板２０の両側に板ばね部３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが設けられているが、基板２０のいずれか一方の面にのみ板ばね部３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが形成されていてもよい。

図６は、変形例に係る板ばね３０Ｄ、３０Ｅを示す図である。図６は、板ばね３０Ｄ、３０Ｅが基板２０に設けられた状態における側面図である。なお、図６において、図３に示す板ばね３０と同一の部分については同一の符号を付し、説明を省略する。

図６（Ａ）は、基板２０の片方の面にだけ板ばね部３２Ｅが形成された形態である。図６（Ａ）に示す形態では、基板２０を挟持可能に形成されていない（略Ｕ字形状ではない）ため、本体部３１Ｄがネジ等により基板２０に固定される。ただし、基板２０の片方の面にだけ板ばね部３２Ｅが形成される場合においても、略Ｕ字形状の本体部３１を有していてもよい。

また、図６（Ａ）は、板ばね３０Ｄが有する２個の板ばね部の形状が異なる形態である。板ばね３０Ｅでは、板ばね３０（図３参照）における板ばね部３２のうちの１つが、板ばね部３２Ｂとなっている。板ばね部３２の凸部３２ａの基板２０に対する位置αと、板ばね部３２Ｂの凸部３２Ｂａの基板２０に対する位置βとが異なる位置である。このように、基板２０から最も突出する凸部３２ａ、３２Ｂａの基板２０に対する位置を異ならせることで、電極１５ａの位置がずれたとしても、確実に板ばね３０Ｄと電極１５ａとを電気的に接続させることができる。

図６（Ｂ）に示す板ばね３０Ｅは、板ばね部がなく、本体部３１Ｅが板ばね部を兼用可能な形態である。本体部３１Ｅは、略Ｕ字形状に形成されるが。略Ｕ字形状の先端３１Ｅａ（開口部側）の幅が最も狭くなっている。したがって、先端３１Ｅａで基板２０が挟持される。

そして、電極１５ａにより板ばね３０Ｅを基板２０の方向に押し付ける力（図６（Ｂ）矢印参照）が板ばね３０Ｅに加わると、図６（Ｂ）一点鎖線で示すように、板ばね３０Ｅが弾性変形する。これにより、板ばね３０Ｅが電極１５ａに当接し、板ばね３０Ｅと電極１５ａとが電気的に接続される。この形態では、板ばね部が不要であるため、板ばね３０Ｅがより単純な形状となり、加工を容易とすることができる。

また、板ばね部３２は、１つの平板部３１ａに対して板ばね部３２が２個形成され、板ばね部３２に１個の凸部３２ａが形成されたが、孔１３の１個の開口部から露出される凸部３２ａが複数存在する板ばね３０の形態はこれに限られない。例えば、図７に示すように、１つの平板部３１ａに対して板ばねが１本設けられ、平板部３１ａから突出する複数の凸部３２が板ばねに形成されていてもよい。どのような形態であれ、凸部３２ａを複数存在させることで、電気的な接続の信頼性を高くすることができる。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態は、基板の両面（すなわち基板の両面に設けられた板ばね）が露出するように貫通孔状の開口部を設けたが、開口部の形態はこれに限られない。

本発明の第２の実施の形態は、基板の一方の面のみが露出する開口部を設けた形態である。以下、第２の実施の形態に係るセンサ２について説明する。なお、第１の実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図８は、本発明の一例であるセンサ２を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は要部断面部であり、（Ｃ）は（Ａ）のＸ矢視図（要部のみ）である。

センサ２は、検出溝を物体が通過したことを検出する透過型のフォトセンサである。センサ２は、主として、ケース５０と、基板６０と、を有する。

ケース５０は、樹脂製の箱であり、上側（図８（Ａ）における上側）に凸部５１、５２が形成される。ケース５０の２個の凸部５１の内部には発光素子７１が設けられ、ケース５０の２個の凸部５２の内部には受光素子７２が設けられる。発光素子７１及び受光素子７２は、発光部と受光部とが対向するようにそれぞれ設けられる。

また、ケース５０の下側（図８（Ａ）における下側）は開口部５３が形成される。開口部５３を介して、基板６０が露出している（図８（Ｃ）参照）。

基板６０は、主として、金属の板で形成された基板本体６１と、基板本体６１の正面を覆う非導電材料の被覆部６２とを有する。

基板本体６１には、プレス等により板ばね６１ａが形成される。板ばね６１ａは、板状の片持ちばねである。板ばね６１ａの形状については、板ばね３０と同様である。また、図８においては、板ばね６１ａを３個形成したが、板ばね６１ａの数は図８に示す場合に限られないし、位置も図８に示す場合に限られない。ただし、電源、グランド、出力のそれぞれに１個の板ばね６１ａを用いるために、板ばね６１ａを３個形成することが望ましい。また、板ばね６１ａの形状も任意であり、例えば基板本体６１に一体形成される複数の板ばねの形状を異ならせてもよい。

発光素子７１及び受光素子７２の電極７１ａ、７２ａは、基板本体６１に設けられた孔６１ｂに挿入され、半田等により基板本体６１と電気的に接続される。

被覆部６２は、基板６０に部品を実装する領域（例えば、孔６１ｂの周囲の領域）以外の領域について、基板本体６１が露出しないように基板本体６１を覆うように形成される。被覆部６２は、二色成形等により基板本体６１と一体形成される。

本実施の形態によれば、板ばね６１ａを基板本体６１と一体形成するため、部品数を減らすことができる。また、組立工数も減らすことができる。

また、本実施の形態によれば、板ばねを基板に挟持させる必要がないため、板ばね６１ａの配置位置を自由に設計することができる。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。なお、本明細書中、略・・・とは、同一に限らず、同一ではないが実質的に同一なものを含む概念である。

１、２：センサ、１０：ケース、１１：窓部、１３：孔、１５：筐体、１５ａ：電極、２０：基板、２５：発光素子、３０：板ばね、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ：板ばね、３１、３１Ｄ、３１Ｅ：本体部、３１ａ：平板部、３１ｂ：底部、３１Ｅａ：先端、３２：板ばね部、３２Ａ：板ばね部、３２Ｂ：板ばね部、３２Ｅ：板ばね部、３２ａ、３２ｂ、３２Ｂａ、３２Ｃａ：凸部、５０：ケース、５１：凸部、６０：基板、６１：基板本体、６１ａ：板ばね、６１ｂ：孔、６２：被覆部、７１：発光素子、７２：受光素子、７１ａ、７２ａ：電極

Claims (7)

1. 電極端子を有する素子と、
   前記素子が設けられ、かつ前記電極端子が電気的に接続された板状の基板と、
   前記基板に設けられ、前記基板の板厚方向に変形可能な金属製の板ばねであって、前記電極端子と電気的に接続された板ばねと、
   前記素子及び前記基板が内部に設けられるケースであって、前記板ばねが露出する開口部を有するケースと、
   を備えたことを特徴とするセンサ。
2. 請求項１に記載のセンサであって、
   前記開口部は、筒状の孔であり、
   前記板ばねは、前記基板の第１の面及び前記第１の面の反対側の面である第２の面にそれぞれ設けられ、
   前記孔の第１の開口からは前記基板の第１の面に設けられた板ばねが視認可能であり、前記孔の第２の開口からは前記基板の第２の面に設けられた板ばねが視認可能である
   ことを特徴とするセンサ。
3. 請求項１又は２に記載のセンサであって、
   前記板ばねは、一端に開口を有する略Ｕ字形状の本体部を有し、
   前記基板が前記本体部に挿入されることで前記基板に前記板ばねが設けられる
   ことを特徴とするセンサ。
4. 請求項３に記載のセンサであって、
   前記板ばねは、前記開口に一端が連結された片持ちばねである板ばね部を有する
   ことを特徴とするセンサ。
5. 請求項１に記載のセンサであって、
   前記基板と前記板ばねとは一体形成される
   ことを特徴とするセンサ。
6. 請求項１に記載のセンサであって、
   前記板ばねは、前記基板と一体に設けられる略板状の平板部と、前記平板部に設けられる片持ちばねと、を有し、
   前記片持ちばねは、前記平板部から突出する複数の凸部が形成される
   ことを特徴とするセンサ。
7. 請求項６に記載のセンサであって、
   前記板ばねは、前記片持ちばねとして、前記凸部である第１の凸部を有する第１の板ばね部と、前記凸部である第２の凸部を有する第２の板ばね部とを有し、
   前記第１の凸部の前記基板に対する位置と、前記第２の凸部の前記基板に対する位置とが異なる
   ことを特徴とするセンサ。

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