JP2021180108A - センサ - Google Patents

Abstract

【課題】筐体を分割して構成してもシールドフィルムの端部が捲れにくい、製造性とノイズ耐性とに優れたセンサを提供する。【解決手段】センサ１は、外部のプラグＰに接続可能なレセプタクル９と、レセプタクル９の少なくとも一部が収容された第２筐体３と、センシングに用いる電子部品５３が実装された主基板５と、主基板５の少なくとも一部を覆い、該主基板５から発せられた電磁波及び外部から主基板５に侵入しようとする電磁波の少なくとも一方を遮蔽するシールドフィルム６と、主基板５の少なくとも一部及びシールドフィルム６の少なくとも一部が収容された第１筐体２と、主基板５及びレセプタクル９を接続するフレキシブル基板８と、フレキシブル基板８に面したシールドフィルム６の端部６２に対して主基板５とは反対側から当接する保護部材１０と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、筐体を分割して組み立てることができるセンサに関する。

レセプタクルを備え、該レセプタクルと対になるプラグを備えたケーブルを着脱できるコネクタ型のセンサが流通している。ケーブル一体型のセンサの場合、センシングに用いる電子部品が実装された主基板を一体構造物の筐体に収容しても、筐体の開口部からはんだ付け等の組立て作業を行って主基板にケーブルを接続できる。一方、コネクタ型のセンサの場合、主基板に接続するレセプタクルの接点端子が筐体内の奥深くに位置しているため、筐体を分割してレセプタクルの接点端子を筐体外に露出させないと、はんだ付け等の作業が困難である。

例えば、特許文献１には、筒状のハウジングをケース体とホルダケースとに分割し、ホルダケースに収容されたレセプタクルの端子ピンにフレキシブル基板の一端を接続し、ケース体に収容された回路基板の裏面にフレキシブル基板の他端を接続し、フレキシブル基板を折り曲げてケース体にホルダケースを組み付けた近接センサが開示されている。

特開２０１１−１６５３２３号公報

しかるに、センサのサイズを小型化（短胴化）したいという市場からの要請がある。センサの小型化が進むに従って、筐体内の空きスペースが狭くなる。フレキシブル基板の収容スペースと、主基板の収容スペースとが重なり合うと、金属箔等から形成されて主基板を覆うシールドフィルムにフレキシブル基板が干渉し、分割した筐体を繋ぐフレキシブル基板が折り畳まれる過程でシールドフィルムの端部が捲れるように変形することがある。シールドフィルムが変形すると、センサにおいて、外部からの電磁波に対する耐性（イミュニティ）等が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、筐体を分割して構成してもシールドフィルムの端部が捲れにくい、製造性とノイズ耐性とに優れたセンサを提供することを目的とする。

本開示の一態様に係るセンサは、外部のプラグに接続可能なレセプタクルと、レセプタクルの少なくとも一部が収容された第２筐体と、センシングに用いる電子部品が実装された主基板と、主基板の少なくとも一部を覆い、該主基板から発せられた電磁波及び外部から主基板に侵入しようとする電磁波の少なくとも一方を遮蔽するシールドフィルムと、主基板の少なくとも一部及びシールドフィルムの少なくとも一部が収容された第１筐体と、主基板及びレセプタクルを接続する可撓性の接続部材と、接続部材に面したシールドフィルムの端部に対して主基板とは反対側から当接する保護部材と、を備えている。

この態様によれば、筐体を第１筐体と第２筐体とに分割して組み立てることができるため、レセプタクルを備えたコネクタ型のセンサに好適である。筐体を分割すると、第１筐体に第２筐体を組み付ける際に折り畳まれたフレキシブル基板やケーブル等の接続部材が干渉してシールドフィルムの端部が捲れるように変形するおそれがある。この態様であれば、主基板とは反対側からシールドフィルムの端部に当接する保護部材によって、シールドフィルムの変形を防ぐことができる。そのため、筐体を分割して構成してもシールドフィルムの端部が捲れにくい、製造性とノイズ耐性とに優れたセンサを提供することができる。

上記態様において、センシングに用いる電子部品を封止する封止樹脂をさらに備え、保護部材は、一方の端部がシールドフィルムの端部に当接し、他方の端部が封止樹脂に埋没して固定されている片持ち梁構造であってもよい。

この態様によれば、封止樹脂に保護部材が固定されているため、接続部材から力が作用しても保護部材の位置がずれにくい。より確実にシールドフィルムの捲れを防ぐことができる。

上記態様において、第２筐体に内嵌された筒状の絶縁部材をさらに備え、シールドフィルムは、主基板に対して該主基板の長手方向に交差する短手方向に巻回されて該主基板の表面の一部及び裏面の一部だけでなく該主基板の端面の一部も覆う巻回部と、該巻回部から突出して主基板の表面の一部及び／又は裏面の一部のみを覆う舌片部と、を有し、舌片部の少なくとも一部は、接続部材に面したシールドフィルムの端部を構成し、主基板の厚み方向において絶縁部材と重畳していてもよい。

この態様では、第２筐体の内周面から絶縁耐圧距離を確保し、外部からの静電気に対して接続部材を保護する絶縁部材をさらに備えている。シールドフィルムは、絶縁部材と干渉しないようにトリミングされ、接続部材に面した端部に舌片部が形成されている。舌片部は、巻回部よりも捲れやすい。この態様であれば、舌片部に対して主基板とは反対側から当接する保護部材によって、捲れやすい舌片部に形成されていてもシールドフィルムの端部の変形を防ぐことができる。

上記態様において、保護部材は、接続部材よりも剛性が高い材料から形成されていてもよい。

この態様によれば、可撓性の接続部材に当接されても保護部材の剛性が高く変形しにくい。より確実にシールドフィルムの変形を防ぐことができる。

上記態様において、保護部材は、ＡＮＳＩ規格に準拠したＦＲ−４グレードの積層板から形成されていてもよい。

この態様によれば、入手しやすい廉価な材料から接続部材よりも剛性が高い保護部材を形成できる。

本開示の他の一態様に係るセンサは、センシングに用いる電子部品が実装された主基板と、主基板の少なくとも一部を覆い、該主基板から発せられた電磁波及び外部から前記主基板に侵入しようとする電磁波の少なくとも一方を遮蔽するシールドフィルムと、シールドフィルムの端部に対して前記主基板とは反対側から当接する保護部材と、を備えている。センシングに用いる電子部品を封止する封止樹脂をさらに備えていてもよい。保護部材は、一方の端部がシールドフィルムの端部に当接し、他方の端部が封止樹脂に埋没して固定されている片持ち梁構造であってもよい。

この態様によれば、主基板とは反対側からシールドフィルムの端部に当接する保護部材によって、シールドフィルムの変形を防ぐことができる。例えば、ケーブル一体型のセンサにおいてケーブルを実装するときに該ケーブルがシールドフィルムに干渉してシールドフィルムが捲れるように変形することを防ぐことができる。

本発明によれば、筐体を分割して構成してもシールドフィルムの端部が捲れにくい、製造性とノイズ耐性とに優れたセンサを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態のセンサの内部構造を示す断面図である。 図２は、図１に示されたセンサを分解して示す斜視図である。 図３は、図１に示されたシールドフィルム及び保護部材を主基板の裏面側から見た断面図である。 図４は、図１に示されたフレキシブル基板が折り畳まれる前の状態を示す断面図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の参照符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。以下、図１から図４を参照して各構成について詳しく説明する。図１は、本発明の一実施形態のセンサ１の内部構造を示す断面図である。図１に示すように、センサ１は、円柱状に形成されたコネクタ型のセンサであり、外部のプラグＰを接続可能に構成されたレセプタクル（ソケット）９を備えている。

図示した例では、センサ１は、磁界を利用して金属体の有無又は位置を検出する検知部４を備えた近接センサとして構成されている。センサ１は、近接センサに限定されず、光を出す投光部及び光を受ける受光部の少なくとも一方を検知部として備えた光学センサであってもよいし、他種のセンサであってもよい。

センサ１の一方の端部（以下、先端部と呼ぶ）には、検知部４が収容されている。一方の端部とは反対側の他方の端部（以下、基端部と呼ぶ）には、レセプタクル９が設けられている。検知部４は、例えば、鉄心等のコア４１と、コア４１に巻回された巻き線であるコイル４２と、コア４１及びコイル４２を収容するコイルケース４３と、を備え、検知部４を制御する主回路（５，５３，５４，６，…）に接続されている。

主回路（５，５３，５４，６，…）は、略矩形の主基板５と、主基板５に実装された電子部品５３及び実装部５４と、銅箔等から形成されたシールドフィルム６と、を備えている。電子部品５３は、検知部４と接続され、センシングに用いられる。実装部５４は、はんだ付けランドパターンやコネクタ等であり、主基板５の表面５Ａ上において検知部４とは反対側に位置し、後述するフレキシブル基板８との接続に用いられる。

主基板５の表面５Ａ及び裏面５Ｂには、電子部品５３を保護するシリコン樹脂等が塗布されている。シールドフィルム６は、両面テープ等によって主基板５の周囲に巻き付けて固定されている。シールドフィルム６は、主基板５から発せられた電磁波及び静電気を遮蔽してもよいし、外部から主基板５に侵入しようとする電磁波及び静電気を遮蔽してもよい。

センサ１の外形を構成する筐体（２，３）は、金属等の材料から略円筒形に形成されている。筐体（２，３）は、第１筐体２と、第２筐体３と、に分割可能に構成されている。第１筐体２の少なくとも一部には、エポキシ樹脂等の一次封止樹脂Ｓ１が充填されている。一次封止樹脂Ｓ１は、第１筐体２に収容された検知部４及び主回路（５，５３，５４，６，…）の隙間を埋めてそれらを互いに固定している。

第２筐体３には、一次封止樹脂Ｓ１と同様のエポキシ樹脂等の二次封止樹脂Ｓ２が充填されている。二次封止樹脂Ｓ２は、第２筐体３に収容された部品の隙間を埋めてそれらを互いに固定している。さらに、二次封止樹脂Ｓ２は、第１筐体２と第２筐体３とに跨って充填されており、第１及び第２筐体２，３を互いに固定している。

第１筐体２と第２筐体３とは、フレキシブル基板（フレキシブルプリント配線板）８によって繋がれている。フレキシブル基板８は、可撓性の接続部材の一例である。接続部材は、フレキシブル基板８に限定されず、可撓性のケーブル等であってもよい。フレキシブル基板８のベースフィルムは、ポリイミド樹脂等から厚み５０μ以下に形成されている。本実施形態のセンサ１は、シールドフィルム６をフレキシブル基板８から保護する保護部材１０を備えている。保護部材１０は、フレキシブル基板８よりも剛性が高い材料から形成されていることが好ましい。保護部材１０の材料の一例は、ＡＮＳＩ規格に準拠したＦＲ−４グレードの積層板である。なお、保護部材１０の材料は、他種のリジッド基板であってもよいし、リジッド基板以外の材料であってもよい。

保護部材１０は、主基板５の表面５Ａ及び裏面５Ｂの少なくとも一方において、主基板５とは反対側からシールドフィルム６に当接している。図示した例では、保護部材１０が、裏面５Ｂ側に配置され、両面テープ等によってシールドフィルム６に貼着されている。図示した例では、保護部材１０は、一方の端部（後端部）１０２がシールドフィルム６の端部６２に当接し、他方の端部（前端部）１０１が一次封止樹脂Ｓ１に埋没して固定されている片持ち梁構造である。一次封止樹脂Ｓ１は、後述する保護部材１０の端部１０１を固定する封止樹脂の一例である。シールドフィルム６の形状については、図３を参照して後で詳しく説明する。

図２は、図１に示されたセンサ１を分解して示す斜視図である。図２に示すように、筐体（２，３）を構成する第２筐体３には、前述した主回路（５，５３，５４，６，…）の一部、フレキシブル基板８の一部、レセプタクル９に加え、樹脂材料から形成された円筒状の絶縁部材７等が収容されている。フレキシブル基板８は、一方の端部（後端部）８２にレセプタクル９がはんだ付け等で接続され、他方の端部（前端部）８１に実装部８４が設けられている。フレキシブル基板８の実装部８４は、主基板５の実装部５４と同様にはんだ付けランドパターンやコネクタ等であり、実装部５４に接続されている。

フレキシブル基板８の端部１０２には、レセプタクル９に加えて、発光素子８３Ｇ，８３Ｏが実装されていてもよい。発光素子８３Ｇは、例えば、通信表示灯であり、緑色発光ダイオードである。発光素子８３Ｏは、例えば、動作表示灯であり、橙色発光ダイオードである。絶縁部材７は、第１及び第２筐体２，３に内嵌している。絶縁部材７の厚みにより、筐体（２，３）の外部からの静電気に対して、主回路（５，５３，５４，６，…）、フレキシブル基板８及びそれらのはんだ部を保護するための絶縁耐圧距離を確保できる。

レセプタクル９は、少なくとも一つの接点端子９１と、接点端子９１を支持するインシュレータ９０と、を有している。図示した例では、接点端子９１が棒状に形成されたコネクタピンである。接点端子９１の形状は棒状に限定されず、他の形状であってもよい。

インシュレータ９０は、樹脂材料から形成され、複数の接点端子９１同士が互いに接触しないように支持する絶縁体である。図示した例では、インシュレータ９０がフランジ部を有したカップ状に形成されている。インシュレータ９０の長さ分、接点端子９１は、筐体（２，３）内の奥深くに配置される。インシュレータ９０と第２筐体３との隙間には、Ｏリング等の気密部材３９が取り付けられている。

図３は、図１に示されたシールドフィルム６及び保護部材１０を主基板５の裏面５Ｂ側から見た断面図である。図３に示すように、シールドフィルム６は、絶縁部材７と干渉しないようにトリミングされており、巻回部６３と、巻回部６３から突出した舌片部６４と、を有している。巻回部６３は、主基板５に対して主基板５の長手方向Ｘに交差する短手方向Ｙに巻回されており、主基板５の表面５Ａ（図１参照）の一部及び裏面５Ｂの一部だけでなく、表面５Ａ及び裏面５Ｂを繋ぐ主基板の端面５Ｃの一部も覆っている。

一方、舌片部６４は、主基板５の表面５Ａの一部及び／又は裏面５Ｂの一部のみを覆っている。図１から図３に示した例では、主基板５Ａの一部及び裏面５Ｂの各々に沿って表裏一対の舌片部６４が形成されている。舌片部６４の少なくとも一部は、主基板５の厚み方向Ｚにおいて前述した絶縁部材７と重畳している。

舌片部６４は、フレキシブル基板８に面したシールドフィルム６の端部を構成している。保護部材１０の一方の端部１０２は、舌片部６４に当接している。舌片部６４が表裏に形成されている場合、いずれか一方の舌片部６４（図示した例では裏面５Ｂ側の舌片部６４）に保護部材１０を配置すればよい。フレキシブル基板８は、保護部材１０が配置された側の収容スペースに収容される。

図４は、図１に示されたフレキシブル基板８を折り畳む前の状態を示す断面図である。図４に示すように、一次封止樹脂Ｓ１で封止された後かつ二次封止樹脂Ｓ２で封止される前の状態において、フレキシブル基板８は、第１筐体２に収容された主基板５と、第２筐体３に収容されたレセプタクル９とを接続している。第１及び第２筐体２，３は、可撓性のフレキシブル基板８の長さの範囲内で自由に動かすことができる。フレキシブル基板８には、レセプタクル９がはんだ付けされている。

図４に示された半製品からセンサ１を組み立てるには、第１筐体２と第２筐体３とが分割された状態において、検知部４を鉛直方向下向きにして第１筐体２に二次封止樹脂Ｓ２の樹脂組成物を注入する。絶縁部材７に沿ってフレキシブル基板８を折り畳み、第１筐体２に第２筐体３を取り付ける。レセプタクル９が鉛直方向下向きになるように筐体（２，３）の天地を反転させ、加熱等の手段により二次封止樹脂Ｓ２の樹脂組成物を硬化させる

このような組立て方法では、図４中に二点鎖線で示されたフレキシブル基板８を折り畳む過程において、フレキシブル基板の収容スペースと、主基板の収容スペースとが重なり合い、保護部材１０がない場合、シールドフィルムにフレキシブル基板が干渉するおそれがある。

以上のように構成された本実施形態のセンサ１によれば、筐体（２，３）を分割して構成しても、主基板５とは反対側からシールドフィルム６の端部６２に当接する保護部材１０によって、シールドフィルム６の端部６２が捲れにくい。端部６２に捲れやすい舌片部６４が形成されていてもシールドフィルム６の変形を防ぐことができる。

しかも、一次封止樹脂Ｓ１に埋没するように保護部材１０が固定されているため、フレキシブル基板８から力が作用しても保護部材１０の位置がずれにくい。保護部材１０は、フレキシブル基板８よりも剛性が高いＦＲ−４グレードの積層板等の材料から形成されており、フレキシブル基板８に当接されても変形しにくい。

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。本実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

［付記］
外部のプラグ（Ｐ）に接続可能なレセプタクル（９）と、
前記レセプタクルの少なくとも一部が収容された第２筐体（３）と、
センシングに用いる電子部品（５３）が実装された主基板（５）と、
前記主基板の少なくとも一部を覆い、該主基板から発せられた電磁波及び外部から前記主基板に侵入しようとする電磁波の少なくとも一方を遮蔽するシールドフィルム（６）と、
前記主基板の少なくとも一部及び前記シールドフィルムの少なくとも一部が収容された第１筐体（２）と、
前記主基板及び前記レセプタクルを接続する接続部材（８）と、
前記接続部材に面した前記シールドフィルムの端部に対して前記主基板とは反対側から当接する保護部材（１０）と、を備えた、
センサ（１）。

１…センサ、２…第１筐体、３…第２筐体、３９…気密部材、４…検知部、４１…コア、４２…コイル、４３…コイルケース、５…主基板、５Ａ…表面、５Ｂ…裏面、５Ｃ…端面、５３…電子部品、５４…実装部、６…シールドフィルム、６２…フレキシブル基板に面した端部、６３…巻回部、６４…舌片部、７…絶縁部材、８…フレキシブル基板（接続部材の一例）、８１…他方の端部、８２…一方の端部、８３Ｇ，８３Ｏ…発光素子、８４…実装部、９…レセプタクル、９０…インシュレータ、９１…接点端子、１０…保護部材、１０１…他方の端部、１０２…一方の端部、Ｐ…外部のプラグ、Ｓ１…一次封止樹脂（封止樹脂の一例）、Ｓ２…二次封止樹脂、Ｘ…長手方向、Ｙ…短手方向、Ｚ…厚み方向。

Claims (7)

1. 外部のプラグに接続可能なレセプタクルと、
   前記レセプタクルの少なくとも一部が収容された第２筐体と、
   センシングに用いる電子部品が実装された主基板と、
   前記主基板の少なくとも一部を覆い、該主基板から発せられた電磁波及び外部から前記主基板に侵入しようとする電磁波の少なくとも一方を遮蔽するシールドフィルムと、
   前記主基板の少なくとも一部及び前記シールドフィルムの少なくとも一部が収容された第１筐体と、
   前記主基板及び前記レセプタクルを接続する可撓性の接続部材と、
   前記接続部材に面した前記シールドフィルムの端部に対して前記主基板とは反対側から当接する保護部材と、を備えた、
   センサ。
2. 前記センシングに用いる電子部品を封止する封止樹脂をさらに備え、
   前記保護部材は、一方の端部が前記シールドフィルムの端部に当接し、他方の端部が前記封止樹脂に埋没して固定されている片持ち梁構造である、
   請求項１に記載のセンサ。
3. 前記第２筐体に内嵌された筒状の絶縁部材をさらに備え、
   前記シールドフィルムは、前記主基板に対して該主基板の長手方向に交差する短手方向に巻回されて該主基板の表面の一部及び裏面の一部だけでなく該主基板の端面の一部も覆う巻回部と、該巻回部から突出して前記主基板の表面の一部及び／又は裏面の一部のみを覆う舌片部と、を有し、
   前記舌片部の少なくとも一部は、前記接続部材に面した前記シールドフィルムの端部を構成し、前記主基板の厚み方向において前記絶縁部材と重畳している、
   請求項１又は２に記載のセンサ。
4. 前記保護部材は、前記接続部材よりも剛性が高い材料から形成されている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ。
5. 前記保護部材は、ＡＮＳＩ規格に準拠したＦＲ−４グレードの積層板から形成されている、
   請求項４に記載のセンサ。
6. センシングに用いる電子部品が実装された主基板と、
   前記主基板の少なくとも一部を覆い、該主基板から発せられた電磁波及び外部から前記主基板に侵入しようとする電磁波の少なくとも一方を遮蔽するシールドフィルムと、
   前記シールドフィルムの端部に対して前記主基板とは反対側から当接する保護部材と、
   を備えている、
   センサ。
7. 前記センシングに用いる電子部品を封止する封止樹脂をさらに備え、
   前記保護部材は、一方の端部が前記シールドフィルムの端部に当接し、他方の端部が前記封止樹脂に埋没して固定されている片持ち梁構造である、
   請求項６に記載のセンサ。

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