JP2019160674A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】より低いコストで製造でき、高い封止性を有する光電センサを提供する。【解決手段】光を出射する投光部及び光を検出する受光部の少なくともいずれかを備える光電センサであって、投光部及び受光部の少なくともいずれかが搭載される基板と、基板に対向し、基板を保護する保護部と保護部の周縁から延在する側壁を有するカバー部と、基板に搭載された投光部及び受光部の少なくともいずれかを封止する封止部材と、を備え、カバー部は、基板の側面よりも外側に位置し側壁の延在方向と交差する面に凸部を有し、凸部は、封止部材と接触している。【選択図】図３

Description

本発明は、光電センサに関する。

従来、検出領域内における物体の有無を検出するために光電センサが使用されている。（例えば、特許文献１等）。光電センサには、光を出射する投光部と光を検出する受光部とを別筐体に収容し、一方の光電センサから出射された光を他方の光電センサで受け取るよう構成された透過形センサが存在する。投光部と受光部との間に物体が存在すると、光が遮られて受光部が受け取る光の量が減少する。透過形センサは、この減少量を分析することで物体の有無を検出する。なお、光電センサには、投光部と受光部とが一体の筐体に収容されており、物体に光を反射させ反射光を分析することで物体の有無等を検出する反射形センサも存在する。

投光部や受光部は、それぞれ発光ダイオードやフォトダイオード等の光学素子で構成され、筐体内部の基板に搭載される。基板に搭載された光学素子等の部品を封止するために、基板に対向する保護部と保護部の周縁から基板側に向かって延在する側壁とを有するカバーを基板に被せ、周囲を樹脂等の封止部材で覆うことがある。

カバーと封止部材との密着度を高めて封止性を向上させるために、カバーの外壁に凸部を設ける方法が存在する。封止工程において、高温の封止部材がカバーに接触すると、凸部は他の部分と比較して熱が伝わり易く軟化し易い。軟化した凸部が封止部材と馴染むことにより、カバーと封止部材との密着度を高めることができるため、当該方法が使用される。

特開２０１４−１０７６９８号公報

しかしながら、外壁に設けられた凸部は、外壁に対して垂直方向に突起しているため、凸部を有するカバーの製造には、抜き金型ではなく、割り金型を使用する必要がある。そのため、金型を複数用意しなければならず、光電センサの製造コストの増大を招くことがある。

そこで、本発明は、より低いコストで製造でき、高い封止性を有する光電センサを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る光電センサは、光を出射する投光部及び光を検出する受光部の少なくともいずれかを備える光電センサであって、投光部及び受光部の少なくともいずれかが搭載される基板と、基板に対向し、基板を保護する保護部と保護部の周縁から延在する側壁を有するカバー部と、基板に搭載された投光部及び受光部の少なくともいずれかを封止する封止部材と、を備え、カバー部は、基板の側面よりも外側に位置し側壁の延在方向と交差する面に凸部を有し、凸部は、封止部材と接触している。

この態様によれば、封止部材による封止工程において、凸部が封止部材の熱により軟化するため封止部材とカバー部との密着度が高まり、封止性が向上する。また、凸部が設けられているカバー部を、割り型ではなく抜型により製造できるため、金型を複数用意する必要がなく、より低いコストで光電センサを製造することができる。

上記態様において、凸部は、側壁の長手方向に沿って延在していてもよい。

この態様によれば、凸部が側壁の長手方向に沿って広範囲に形成される。そのため、カバー部と封止部材との密着度がより高まり、封止性をさらに向上させることができる。

上記態様において、凸部は、カバー部の周縁に、基板を囲むように延在していてもよい。

この態様によれば、凸部がカバー部の全周にわたって広範囲に形成される。そのため、カバー部と封止部材との密着度がより高まり、封止性をさらに向上させることができる。

上記態様において、保護部には、レンズが形成されていてもよい。

この態様によれば、レンズが保護部に形成されるため、基板上にレンズを搭載する領域を確保する必要がない。そのため、レンズ以外の部品を搭載するスペースを広く確保することができ、より大型の部品を基板上に搭載することできる。

上記態様において、凸部が設けられている面は、側壁の延在方向と直交していてもよい。

本発明によれば、より低いコストで製造でき、高い封止性を有する光電センサを提供することができる。

本発明の実施形態に係る光電センサの斜視図である。 本発明の実施形態に係る光電センサの断面図である。 本発明の実施形態に係る光電センサの断面の拡大図である。 本発明の実施形態に係る光電センサの凸部の拡大図である。 本発明の実施形態に係る光電センサのカバー部を示す斜視図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

図１は、本発明の実施形態に係る光電センサ１００の斜視図である。光電センサは、光を用いて検出領域内の物体の有無や物体の表面状態等を検出する。光電センサを用いた検出方法は複数存在する。例えば、光電センサを２つ用意し、一方の光電センサは光を出射する投光器として使用し、他方の光電センサは光を検出する受光器として使用する。投光器と受光器の間に物体が存在すると受光器が受け取る光の量は減少する。光電センサは、この減少量を分析し物体の有無等を検出する。当該検出方法で使用する光電センサを透過形という。

また、他の検出方法として、投光器及び受光器が一体となった光電センサを使用して検出を行う方法も存在する。光電センサから光を反射板や検出物体等に向かって出射し、反射した光を同一の光電センサが受け取り、分析することで物体の有無等を検出する。このような投光器及び受光器の両方の働きをする光電センサを反射形という。

図１を参照して、光電センサ１００の構成について説明する。本明細書においては、透過形の光電センサのうち受光器として動作する光電センサ１００を例に説明するが、本発明が適用される光電センサは、投光器として動作する光電センサや反射形の光電センサであってもよい。光電センサ１００は、筐体３０、保護部１０、ウィンドウ３８及びケーブル３９を備える。また、保護部１０には、受光レンズ１５が形成されている。

筐体３０は、例えば金属又は樹脂で形成されており、光電センサ１００内部に含まれる受光素子等の各種部品を外部からの衝撃や汚れから保護する。筐体３０は、前面３１、背面３２、側面３３、側面３４、頂面３５及び底面３６を有している。検出領域からの光が入射する面を前面３１とし、筐体３０内部を挟んで前面３１に対向するように背面３２が位置している。また、側面３３及び側面３４は筐体３０内部を挟んで互いに対向するように位置している。同様に、頂面３５及び底面３６も筐体３０内部を挟んで互いに対向するように位置している。

筐体３０には、取付穴３７が設けられており、取付穴３７にねじ等を差し込み光電センサ１００を壁や床面、天井等に固定することができる。前面３１と背面３２との間隔は、側面３３と側面３４との間隔よりも狭く、側面視における光電センサ１００の厚みが小さくなるよう構成されている。そのため、光電センサ１００を取り付けるスペースが狭い場合であっても容易に光電センサ１００を設置することができる。なお、前面３１と背面３２との間隔は、必ずしも側面３３と側面３４との間隔よりも狭くなくてもよい。

筐体３０の内部には受光部の一部又は全部が収容される。受光部は、検出領域から入射してくる光を検出する部分であり、受光素子及び受光レンズ１５を備える。受光素子は、例えばフォトダイオードや位置検出素子であってよい。受光レンズ１５は、検出領域から入射してくる光を受光素子上で結像させるレンズである。受光レンズ１５は、筐体３０内部に収容されてもよいし、図１に示すように保護部１０に形成され、一部が筐体３０の外部に露出していてもよい。本例のようにレンズを保護部１０に形成すると、基板上にレンズを搭載する領域を確保する必要がない。そのため、レンズ以外の部品の搭載スペースを広く確保することができ、より大型の部品を基板上に搭載することできる。

なお、投光器として動作する光電センサは、光を出射するための投光部を有し、当該投光部は、投光素子及び投光レンズ等から構成される。投光素子は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等であってよい。投光レンズは、筐体内部に収容されてもよいし、図１に示す光電センサ１００と同様に、保護部と一体形成されて一部が筐体外部に露出していてもよい。

保護部１０は、光電センサ１００の内部に収容される受光素子等の部品を保護する。保護部１０は、検出領域から入射してくる光を受ける面に配置されているため、光電センサ１００の内部に位置する受光素子が光を検出できるように、光を透過する材料で構成されている。例えば保護部１０は、樹脂等で構成されていてもよい。なお、保護部１０全体が光を透過する材料で構成されていなくともよく、例えば受光レンズ１５のみが光を透過する部材で構成され、受光素子は受光レンズ１５を通して光を検出してもよい。

ウィンドウ３８は、光電センサ１００の上部に設けられたインジケータ（不図示）を衝撃や汚れから保護する。インジケータは、光電センサ１００の電源状況や検出状況等を表示する。インジケータは、例えば発光ダイオード等の発光素子で構成されてもよい。インジケータは、光電センサ１００の電源がＯＮになっている場合や光電センサ１００がワークを検出した場合に点灯してもよい。また、インジケータは、光電センサ１００が検出したワークの種類に応じて異なった色の光を点灯してもよい。

ケーブル３９は、電源から供給される電力を光電センサ１００へ送電する。また、ケーブル３９は、光電センサ１００を増幅部及び制御部等を含むアンプユニットに接続し、光電センサ１００による検出の結果を伝達することができる。本例において、ケーブル３９は光電センサ１００の底面３６に接続されているが、接続位置は必ずしも底面３６でなくともよく、側面３３、側面３４又は頂面３５等に接続されてもよい。なお、電源及びアンプユニットの少なくともいずれかは、光電センサ１００に内蔵されていてもよい。

図２は、本発明の実施形態に係る光電センサ１００の断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面を示している。図２を用いて、本実施形態に係る光電センサ１００の内部構成について説明する。同図は、筐体３０の内部を示している。

光電センサ１００は、カバー部（保護部１０、側壁１１）、基板２０及び封止部材２５を有する。基板２０は、保護部１０と封止部材２５に挟まれるように位置する。基板２０には、受光素子２４が搭載されている。なお、投光器として動作する光電センサの場合には、投光素子が基板上に搭載されていてもよい。また、反射形の光電センサの場合には、投光素子及び受光素子の両方が基板上に搭載されていてもよい。

カバー部は、保護部１０及び側壁１１を備える。保護部１０は、基板２０と対向するように位置する。保護部１０の周縁から基板２０側に向かって側壁１１が延在している。保護部１０と側壁１１は同一部材により一体形成されていてもよいし、別部材から形成されていてもよい。

側壁１１は、封止工程において、基板２０と保護部１０との間に設けられた中空領域に封止部材２５が流入することを防止する。側壁１１の端部は、断面視においてＬ字型になるように内側が窪んでいる。

基板２０には、フォトダイオード等の受光素子２４が搭載される。基板２０の端部２１は、側壁１１に形成されたＬ字型の窪みに当接するように位置する。基板２０と保護部１０との間には中空領域が設けられ、基板２０に搭載された受光素子２４等は、当該中空領域に収容される。受光素子２４を中空領域に収容することで、受光素子２４へのヒートショックを緩和し、光電センサ１００の故障を防ぐことができる。なお、基板２０には、受光レンズやＩＣパッケージ等の任意の部品を搭載してもよい。

封止部材２５は、基板２０に搭載された受光素子２４等の内部部品を封止する。封止部材２５による封止は、封止用金型に、カバー部や基板２０等を配置した後、熱した封止部材２５を封止用金型へ流し込むことにより行われる。封止部材２５により封止を行うことで、水分や粉塵等から内部部品を保護することができる。封止部材２５は、例えばホットメルト等の樹脂であってよい。

図３は、本発明の実施形態に係る光電センサ１００の断面のうち、側壁１１及び基板２０の端部２１を拡大した図である。

側壁１１は、第１幅ａで形成された第１部分１２と、第１幅ａよりも小さい第２幅ｂで形成された第２部分１３とを含む。第１部分１２は、保護部１０と第２部分１３との間に位置している。第２部分１３は、第１部分１２の端面１２ａにおける外側の領域から、保護部１０と離間する方向（図３における上方向）に延在している。第１部分１２の端面１２ａと、第２部分１３の内壁１３ｂは断面視においてＬ字型の窪みを形成しており、当該Ｌ字型の窪みに基板２０の端部２１が位置する。

カバー部は、凸部１４を有する。凸部１４は、基板２０の側面２０ａよりも外側に位置し側壁１１の延在方向と交差する面に設けられている。本実施形態において、凸部１４は、第２部分１３の端面１３ａに設けられている。端面１３ａは、側壁１１の延在方向と直交している。また、凸部１４は、側壁１１の長手方向に沿って、図３における紙面奥方向へと延在している。なお、凸部１４が設けられる位置は、端面１３ａに限られず、例えば側壁１１よりも外側に位置する外周面１６に設けられていてもよい。

封止部材２５による封止について説明する。封止部材２５による封止は、上述の通りカバー部や基板２０等を封止用金型に配置し、高温の封止部材２５を封止用金型に流し込むことにより行われる。流し込まれた封止部材２５は、基板２０や側壁１１に接触しながら、封止用金型に充填される。凸部１４に高温の封止部材２５が接触すると、封止部材２５の熱により凸部１４が軟化する。軟化した凸部１４は、封止部材２５と馴染み、カバー部と封止部材２５との密着度が高まり、内部部品の封止性が向上する。また、凸部が設けられているカバー部を、割り型でなく抜型により製造することができる。そのため、カバー部の製造に金型を複数用意する必要がなく、より低いコストで光電センサを製造することができる。

図４は、本発明の実施形態に係る光電センサ１００の断面のうち、凸部１４を拡大した図である。凸部１４は、第２部分１３の端面１３ａに設けられている。端面１３ａの短手方向は、第１幅ｃで形成されており、凸部１４は、第１幅ｃよりも小さい第２幅ｄで形成されている。本実施形態において、凸部１４の第２幅ｄは、第１幅ｃの２分の１以下の大きさである。凸部１４を小さく形成するほど、凸部１４全体に熱が伝わり凸部１４を確実に軟化させることができる。また、凸部１４を小さく形成することで、より多くの凸部１４をカバー部に設けることができるため、封止性を向上させることができる。

図５は、本発明の実施形態に係る光電センサ１００のカバー部を示す斜視図である。カバー部は、保護部１０と側壁１１とを備える。保護部１０は、平面視において略長方形状を有し、周縁には直線状に延びた二つの側壁１１が向かい合うようにして形成されている。光電センサ１００の組み立て後の状態において、基板２０は、二つの側壁１１に挟まれるようにして位置する。

側壁１１の上部には、凸部１４が側壁１１の長手方向に沿うようにして形成されている。また、凸部１４は、側壁１１が形成されていない保護部１０の周縁と側壁１１の端部１１ａにも形成されている。すなわち、凸部１４は、カバー部に基板２０が配置された状態で、基板２０の平面視において基板２０を囲むように延在している。

このように、凸部１４を、側壁１１の長手方向、さらにはカバー部の全周にわたって広範囲に形成することにより、カバー部と封止部材２５との密着度をより高めることができ、内部部品の封止性を向上させることができる。

なお、凸部１４は、必ずしも連続的に延在するように形成される必要はなく、断続的に形成されていてもよい。例えば、略円錐状の凸部がカバー部に並んで設けられていてもよい。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

（付記）
光を出射する投光部及び光を検出する受光部の少なくともいずれかを備える光電センサ１００であって、
前記投光部及び前記受光部の少なくともいずれかが搭載される基板２０と、
前記基板２０に対向し、前記基板２０を保護する保護部１０と前記保護部の周縁から延在する側壁１１を有するカバー部と、
前記基板２０に搭載された前記投光部及び前記受光部の少なくともいずれかを封止する封止部材２５と、を備え、
前記カバー部は、前記基板２０の側面２０ａよりも外側に位置し前記側壁１１の延在方向と交差する面に凸部１４を有し、
前記凸部１４は、前記封止部材２５と接触している、
光電センサ。

１０…保護部、１１…側壁、１１ａ…端部、１２…第１部分、１２ａ…端面、１３…第２部分、１３ａ…端面、１３ｂ…内壁、１４…凸部、１５…受光レンズ、１６…外周面、２０…基板、２０ａ…側面、２１…端部、２４…受光素子、２５…封止部材、２５ａ…領域、３０…筐体、３１…前面、３２…背面、３３…側面、３４…側面、３５…頂面、３６…底面、３７…取付穴、３８…ウィンドウ、３９…ケーブル、１００…光電センサ

Claims (5)

1. 光を出射する投光部及び光を検出する受光部の少なくともいずれかを備える光電センサであって、
   前記投光部及び前記受光部の少なくともいずれかが搭載される基板と、
   前記基板に対向し、前記基板を保護する保護部と前記保護部の周縁から延在する側壁を有するカバー部と、
   前記基板に搭載された前記投光部及び前記受光部の少なくともいずれかを封止する封止部材と、を備え、
   前記カバー部は、前記基板の側面よりも外側に位置し前記側壁の延在方向と交差する面に凸部を有し、
   前記凸部は、前記封止部材と接触している、
   光電センサ。
2. 前記凸部は、前記側壁の長手方向に沿って延在している、
   請求項１に記載の光電センサ。
3. 前記凸部は、前記カバー部の周縁に、前記基板を囲むように延在している、
   請求項１又は２に記載の光電センサ。
4. 前記保護部には、レンズが形成されている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の光電センサ。
5. 前記凸部が設けられている面は、前記側壁の延在方向と直交している、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の光電センサ。