JP3640456B2 - フォトインタラプタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファクシミリ、プリンター、複写機、フロッピディスクドライブ、パソコンマウス、ＶＴＲ、カメラ等に広く使用されており、非接触で物体の通過や接近等を検出してスイッチング信号を得ることができるフォトインタラプタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にフォトインタラプタは、図２９に示すように、ケース２の対向する部分に発光素子４と受光素子６を取り付け、発光素子４からの光をギャップＧを介して受光素子６が受光するように構成されている。このフォトインタラプタにおいては、ギャップＧ内に被検出物が入り、光が遮断されると、受光素子６側の出力が変化し、この出力変化をスイッチング信号等として使用するものであった。
【０００３】
この種のフォトインタラプタは、従来、図３０乃至図３２に示すような構造を有するものであった。即ち、このフォトインタラプタは、正面形状が略コの字形をなすモールドケース８の互いに対向する収納部８ａ、８ｂ内に、それぞれディスクリート回路化された発光部１０と受光部１２を下方より内部に収納し、光軸が一致する位置にてエポキシ樹脂１４、１６で収納部８ａ、８ｂの下方開口部を封止して固着させたものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、生産性の向上と装置の小型化を図るため、この種の電子部品に関しては表面実装型且つ超小型であることが望まれている。しかしながら、上記従来のフォトインタラプタにおいては、ディスクリート回路化された発光部１０と受光部１２を、更にモールドケース８内に収納していたため、外形寸法が大きくなってしまうという課題があった。また、発光部１０と受光部１２には端子１０ａ、１２ａが設けられており、この構造のままでは表面実装が困難であるという課題もあった。
【０００５】
また、この種のフォトインタラプタにおいては、高精度な位置検出を行うと共に消費電力を低減することも望まれている。このように高精度な位置検出及び消費電力の削減を実現するには、モールドケース８に設けられているスリット８ｃ、８ｄの幅を狭くすると共に受発光効率を高めることが必要である。しかしながら、従来のフォトインタラプタにおいては、モールドケース８内にディスクリート回路としてパッケージされた発光素子１０と受光素子１２を収納しているため、モールドケース８、発光部１０及び受光部１２の各寸法精度を高めると共に位置精度を高めて、光軸精度を高めなければスリット８ｃ、８ｄの幅を狭くすることはできず、また、受発光効率の向上を図るための手段を設けることもできないという課題があった。
【０００６】
更に、機器の高寿命及び高信頼性も求められているが、従来のフォトインタラプタにおいては、モールドケース８と発光部１０及び受光部１２のパッケージとの干渉や、エポキシ樹脂１４、１６の熱的又は機械的応力により、光軸精度の低下や発光部１０又は受光部１２の破損等が発生し、高い信頼性等を維持することが困難であるという課題があった。
【０００７】
更にまた、従来のフォトインタラプタにおいては、組立時に個々の光軸の調整等が必要であるため、量産性を向上させることがむずかしく、コストダウンを図ることが困難であるという課題もあった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その目的は、超小型の表面実装タイプで、高精度な位置検出及び消費電力の削減が可能であり、更に信頼性及び量産性に優れたフォトインタラプタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のフォトインタラプタは、表面に導電パターンが形成された第１及び第２の基板と、該第１及び第２の基板上にそれぞれ実装された発光素子及び受光素子と、該発光素子と受光素子が対向するように前記第１及び第２の基板を位置決めするケースと、からなるものである。
【００１０】
【発明の実施の態様】
本発明のフォトインタラプタは、発光素子及び受光素子をそれぞれ実装した第１及び第２の基板を、ケースの第１及び第２の取付部に設けられた第１及び第２の収納部に発光素子と受光素子が収納されるように外側面に取り付けたものである。このフォトインタラプタにおいては、ケースの外側面に基板を取り付けるだけで発光素子と受光素子を位置決めし且つ固定することができるので、大量にしかも精度良くケースに基板を取り付けて光軸の精度を高めることができる。
【００１１】
【実施例】
図１は本発明の一実施例に係るフォトインタラプタを示す斜視図、図２はその断面図である。２０は耐熱性エンプラ等からなるケースである。このケース２０は、一定の間隔をもって互いに対向する第１及び第２の取付部２０ａ、２０ｂと、この第１及び第２の取付部２０ａ、２０ｂの一方の端部間を連設する連設部２０ｃとから構成される正面形状が略コの字形をなすものである。この第１及び第２の取付部２０ａ、２０ｂの対向する面にはそれぞれ第１及び第２のスリット部２０ｄ、２０ｅが対向するように設けられており、また、この第１及び第２の取付部２０ａ、２０ｂの内部には外側面側が開口し第１及び第２のスリット部２０ｄ、２０ｅにそれぞれ連設された第１及び第２の収納部２０ｆ、２０ｇが設けられている。
【００１２】
２２、２４はガラスエポキシ基板からなる第１及び第２の基板である。この第１及び第２の基板２２、２４には、後述するようにその表面に導電パターンが形成されており、また、その導電パターンに連設された表面実装用の電極部２２ｃ、２２ｄ、２４ｃ、２４ｄが端面の角部にそれぞれ形成されている。この第１及び第２の基板２２、２４は、後述する発光素子と受光素子がそれぞれ第１及び第２の収納部２０ｆ、２０ｇ内に納まるようにケース２０の外側面に固着されている。
【００１３】
２６は赤外発光ダイオードからなる発光素子であり、２８はフォトトランジスタからなる受光素子である。この発光素子２６及び受光素子２８は第１及び第２の基板２２、２４の導電パターン上にそれぞれ実装されており、共にエポキシ樹脂等からなる透光性コート３０、３２で封止されている。
【００１４】
３４、３６は第１及び第２の基板２２、２４をそれぞれケース２０の外側面に固着する耐熱性を有する両面接着シートである。
【００１５】
上記構成からなるフォトインタラプタにおいては、ケース２０の第１及び第２の収納部２０ｆ、２０ｇ内に収められた発光素子２６と受光素子２８が第１及び第２のスリット２０ｄ、２０ｅを介して対向し、発光素子２６からの光を受光素子２８が受光するように構成されている。このフォトインタラプタにおいて、ケース２０の第１及び第２の取付部２０ａ、２０ｂ間のギャップＧ内に被検出物が入ると、発光素子２６からの光が遮断され、このときの受光素子２８の出力信号の変化で被検出物を検出するものである。
【００１６】
次に、上記構成からなるフォトインタラプタの製造工程を説明すると共に第１及び第２の基板２２、２４上の導電パターンや電極部２２ｃ、２２ｄ等の形状や配置を更に詳細に説明する。図３乃至図６は図１に示すケースの集合体であるケース集合体４０を示す図であり、図３はケース集合体の斜視図、図４はその一部拡大斜視図、図５は図４のＡ−Ａ断面斜視図、図６は図４のＡ−Ａ断面図である。このケース集合体４０は、平板状をなし、その内部には一方向に形成されたギャップ形成用の孔４０ａが複数形成されている。このケース集合体４０の図中上下面が図１に示すケース２０の第１及び第２の取付部２０ａ、２０ｂの外側面となるものであり、各ケース２０に対応する部分に第１及び第２の収納部２０ｆ、２０ｇと第１及び第２のスリット部２０ｄ、２０ｅが形成されている。また、このケース集合体４０の上下面の角部には後述する基板集合体との位置決め用のダボ４０ｂ、４０ｃが設けられている。このケース集合体４０は、後述する組立が終了した段階で縦横のスライシングライン４０ｄ、４０ｅにて個々のケース２０に切断される。
【００１７】
図７乃至図１５は図１及び図２に示す第１の基板の集合体である第１の基板集合体と発光素子の実装等を示す図であり、図７は第１の基板集合体の断面図、図８乃至図１１は第１の基板集合体に発光素子を実装する工程を示す断面図、図１２は発光素子を実装した第１の基板集合体の斜視図、図１３及び図１４は実装した発光素子の封止工程を示す断面図、図１５は図１４に示す第１の基板集合体の斜視図である。第１の基板集合体４２には、各第１の基板２２の電極部２２ｃ、２２ｄとなる部分にスルーホール４２ａが形成されている。この第１の基板集合体４２の図中上面には、各第１の基板２２に対応する部分にそれぞれ一対の導電パターン２２ａ、２２ｂが形成されており、各導電パターン２２ａ、２２ｂはスルーホール４２ａの内周から第１の基板集合体４２の下面側に回り込むように形成された電極部２２ｃ、２２ｄにそれぞれ接続されている。発光素子２６は、各導電パターン２２ａの上にダイボンドされ且つ各導電パターン２２ｂにワイヤーボンドされてこれらの導電パターン２２ａ、２２ｂに接続・固定されている。図７乃至図９及び図１２に示すように、第１の基板集合体４２上に発光素子２６が実装された後、図１０及び図１２に示すように、第１の基板集合体４２の上面上に図１に示す両面接着シート３４の集合体である接着シート集合体５４を接着する。この接着シート集合体５４の各両面接着シート３４に対応する部分には、発光素子２６付近を逃げるための孔３４ａが設けられている。更に、この接着シート集合体５４の上に、各両面接着シート３４と同様に各発光素子２６付近を逃げるための孔４６ａが設けられた撥水性の高いセパレーター４６を付着させる。その後、図１３に示すように、エポキシ樹脂等で発光素子２６を樹脂コートする。このときに、樹脂コートは、セパレーター４６の撥水性及び表面張力により半球状のレンズ形に盛り上がる。これを約１２０〜１５０℃程度でキュアーすることにより、レンズ効果のある透光性コート３０が形成される。尚、セパレーター４６を上記透光性コート３０が形成された時点で取り除いても良いが、後にケース集合体４０に第１の基板集合体４２を接着する際に除去しても良い。上記のようにして発光素子２６等が取り付けられた第１の基板集合体４２の角部には、前述したケース集合体４０との位置合わせを行うためのダボ孔４２ｂ、４２ｃが設けられており、組立後に縦横のスライシングライン４２ｄ、４２ｅにて切断される。
【００１８】
図１６乃至図２４は図１及び図２に示す第２の基板の集合体である第２の基板集合体と受光素子の実装等を示す図である。この第２の基板集合体４４は、前述した第１の基板集合体４２と同様の構造を有し且つ同様の工程を経て形成されるものであり、図１６乃至図２４はそれぞれ図７乃至図１５に対応している。即ち、第２の基板集合体４４には、前述した第１の基板集合体４２と同様に、スルーホール４４ａが設けられ且つ各第２の基板２４に対応する部分にそれぞれ導電パターン２４ａ、２４ｂと電極部２４ｃ、２４ｄが形成されている。受光素子２８は、この導電パターン２４ａ、２４ｂにダイボンド及びワイヤーボンドされており、この受光素子２８を逃げる孔３６ａ、４８ａをそれぞれ有する両面接着シート３６の集合体である接着シート集合体５６と高い撥水性を有するセパレーター４８が重ねて付着される。その後、エポキシ樹脂等の樹脂コートにより受光素子２８がコートされ、これを約１２０〜１５０℃程度でキュアーしてレンズ効果のある透光性コート３２を形成する。このように受光素子２８等が取り付けられた第２の基板集合体４４の角部にも、ケース集合体４０との位置合わせを行うダボ孔４４ｂ、４４ｃが設けられている。また、この第２の基板集合体４４も組立後に縦横のスライシングライン４４ｄ、４４ｅにて切断される。
【００１９】
図２５乃至図２８は最終の組立工程を示す図であり、図２５は図３、図１５及び図２４に示すケース集合体４０、第１の基板集合体４２及び第２の基板集合体４４を接着する直前の状態を示す斜視図、図２６は図２５の拡大断面図、図２７は図２５に示すケース集合体４０、第１の基板集合体４２及び第２の基板集合体４４を接着して組み立てた状態を示す斜視図、図２８は図２７の拡大断面図である。このようにケース集合体４０、第１の基板集合体４２及び第２の基板集合体４４を接着して組み立てる際には、ケース集合体４０の角部の上下面にあるダボ４０ｂ、４０ｃに第１及び第２の基板集合体４２、４４のダボ孔４２ｂ、４２ｃ、４４ｂ、４４ｃを嵌め合わせることにより位置決めする。このように位置決めし、接着シート集合体５４、５６で接着することにより、透光性コート３０、３２で封止された発光素子２６と受光素子２８は、各ケース２０の第１及び第２の収納部２０ｆ、２０ｇ内に収納され、更にこのときに互いに正確に向き合うように光軸が設定される。本実施例においては、発光素子２６と受光素子２８の各実装精度や各部品の組立公差を共に±数十μ以下にすることが可能であるため、スリット２０ｄ、２０ｅの幅を例えば１００μに設定してもそのスリット幅内に光軸を置くことが可能である。その後、スライシングライン４０ｄ、４０ｅ、４２ｄ、４２ｅ、４４ｄ、４４ｅに沿って切断することにより各フォトインタラプタに分離する。本実施例においては、外形１２０ｍｍ角程度の第１及び第２の基板集合体４２、４４を用いた場合には、約５００〜１０００個のフォトインタラプタを形成することが可能である。このように分離されたフォトインタラプタは、第１及び第２の基板集合体４２、４４のスルーホール４２ａ、４４ａ部分が表面実装に使用する電極２２ｃ、２２ｄ、２４ｃ、２４ｄとなり、また、各構成部品も全てリフローに耐え得るものであるため、表面実装することができるものとなる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、端子やディスクリート化された部品を必要としていないので、外形を超小型化することができ、しかも、容易に発光素子等を実装し且つ表面実装用の電極部を形成することができるので、表面実装可能な超小型のフォトインタラプタを提供することができる。
【００２１】
また、高精度で光軸を位置決めすることができるので、極めて幅の狭いスリットの中にも光軸を置くことができ、高精度な位置検出を可能とすることができる。
【００２２】
更に、光軸の高精度な位置決めと共に透光性コートにレンズ効果を持たせることにより受発光効率を高めることができ、消費電力の低減を図ることができる。
【００２３】
また、構造がシンプルで、且つ発光素子や受光素子とケースとが干渉したり、ケースと第１又は第２の基板等との間に応力ストレスが発生することがないので、温度変化や振動等による不良の発生がほとんどなくなり、高寿命、高信頼性を有するフォトインタラプタを提供することができる。
【００２４】
更にまた、精度の良いフォトインタラプタを同時かつ大量に製造することができ、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るフォトインタラプタを示す斜視図である。
【図２】図１に示すフォトインタラプタの断面図である。
【図３】図１に示すケースの集合体であるケース集合体の斜視図である。
【図４】図３に示すケース集合体の一部拡大斜視図である。
【図５】図４に示すケース集合体のＡ−Ａ断面斜視図である。
【図６】図４に示すケース集合体のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図１及び図２に示す第１の基板の集合体である第１の基板集合体の断面図である。
【図８】図７に示す第１の基板集合体に発光素子をダイボンドした工程を示す断面図である。
【図９】図８に示す第１の基板集合体の発光素子にワイヤーボンドした工程を示す断面図である。
【図１０】図９に示す第１の基板集合体に接着シート集合体を接着した工程を示す断面図である。
【図１１】図１０に示す第１の基板集合体にセパレーターを付着した工程を示す断面図である。
【図１２】図９に示すように発光素子を実装した第１の基板集合体とその実装面側に接着する接着シート集合体及び接着シート集合体に付着するセパレーターを示す斜視図である。
【図１３】図１１に示す発光素子の封止工程を示す断面図である。
【図１４】図１３に示すセパレーターを除去した状態を示す断面図である。
【図１５】図１４に示す第１の基板集合体の斜視図である。
【図１６】図１及び図２に示す第２の基板の集合体である第２の基板集合体の断面図である。
【図１７】図１６に示す第２の基板集合体に受光素子をダイボンドした工程を示す断面図である。
【図１８】図１７に示す第２の基板集合体の受光素子にワイヤーボンドした工程を示す断面図である。
【図１９】図１８に示す第２の基板集合体に接着シート集合体を接着した工程を示す断面図である。
【図２０】図１９に示す第２の基板集合体にセパレーターを付着した工程を示す断面図である。
【図２１】図１８に示すように受光素子を実装した第２の基板集合体とその実装面側に接着する接着シート集合体及び接着シート集合体に付着するセパレーターを示す斜視図である。
【図２２】図２０に示す受光素子の封止工程を示す断面図である。
【図２３】図２２に示すセパレーターを除去した状態を示す断面図である。
【図２４】図２３に示す第２の基板集合体の斜視図である。
【図２５】図３、図１５及び図２４に示すケース集合体、第１の基板集合体及び第２の基板集合体を接着する直前の状態を示す斜視図である。
【図２６】図２５の拡大断面図である。
【図２７】図２５に示すケース集合体、第１の基板集合体及び第２の基板集合体を接着して組み立てた状態を示す斜視図である。
【図２８】図２７の拡大断面図である。
【図２９】一般的なフォトインタラプタの回路構成を示す回路構成図である。
【図３０】従来のフォトインタラプタの外観を示す斜視図である。
【図３１】図３０に示すフォトインタラプタの分解斜視図である。
【図３２】図３０に示すフォトインタラプタの断面図である。
【符号の説明】
２０ ケース
２０ａ、２０ｂ 第１及び第２の取付部
２０ｃ 連設部
２０ｄ、２０ｅ 第１及び第２のスリット
２０ｆ、２０ｇ 第１及び第２の収納部
２２ 第１の基板
２２ａ、２２ｂ 導電パターン
２２ｃ、２２ｄ 電極部
２４ 第２の基板
２４ａ、２４ｂ 導電パターン
２４ｃ、２４ｄ 電極部
２６ 発光素子
２８ 受光素子
３０、３２ 透光性コート
３４、３６ 両面接着シート

Claims (2)

1. 表面に導電パターンが形成され、該導電パターンに連設され且つスルーホールを切断することにより形成される電極部が端面の角部に設けられた第１及び第２の基板と、
   該第１及び第２の基板上にある前記導電パターンにそれぞれダイボンド及びワイヤーボンドされて接続且つ固定された発光素子及び受光素子と、
   互いに対向すると共に前記第１及び第２の基板がそれぞれ取り付けられる第１及び第２の取付部と、該第１及び第２の取付部の一方の端部間を連設する連設部と、からなる略コの字形をなし、前記第１及び第２の取付部の対向面にそれぞれ設けられた第１及び第２のスリット部と、該第１及び第２のスリット部に連設され前記第１及び第２の取付部の外側面側にそれぞれ開口し前記発光素子及び受光素子を収納する第１及び第２の収納部と、が設けられたケースと、
   前記第１及び第２の基板と前記ケースとの接合部分に対応する形状を有し、前記第１及び第２の基板の表面をそれぞれ前記ケースの外側面に固着し、前記発光素子及び受光素子付近を逃げるための孔がそれぞれ設けられた両面接着シートと、
   前記両面接着シートの孔の内壁にてせき止められて前記発光素子及び受光素子をそれぞれコートする透光性コートと、
   を備えることを特徴とするフォトインタラプタ。
2. 平板状をなし、内部に一方向に形成されたギャップ形成用の孔が複数形成され、個々のケースの第１及び第２の取付部の外側面となる上下面にそれぞれ開口する第１及び第２の収納部を形成すると共に、前記孔を挟んで対向する個々の第１及び第２の取付部の対向面にそれぞれ第１及び第２のスリット部を形成することによりケース集合体を形成する工程と、
   個々の第１及び第２の基板における電極部となる部分にスルーホールが形成され、個々の第１及び第２の基板に対応する部分にそれぞれ導電パターンが形成された第１及び第２の基板集合体を形成する工程と、
   前記第１及び第２の基板集合体の個々の第１及び第２の基板に対応する部分にそれぞれ発光素子と受光素子を実装する工程と、
   前記発光素子及び受光素子付近を逃げるための孔が設けられている接着シート集合体を前記第１及び第２の基板集合体の上面上にそれぞれ接着する工程と、
   前記接着シート集合体の上に、前記発光素子及び受光素子付近を逃げるための孔が設けられている撥水性を有するセパレーターを付着する工程と、
   前記接着シート集合体及びセパレーターの孔内にある前記発光素子及び受光素子をそれぞれ樹脂コートする工程と、
   前記セパレーターを除去して前記第１及び第２の基板集合体を前記ケース集合体の上下面に前記接着シート集合体によりそれぞれ接着する工程と、
   前記第１及び第２の基板集合体が接着された前記ケース集合体を切断して個々のフォトインタラプタに分離する工程と、
   からなることを特徴とするフォトインタラプタの製造方法。

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