JP4385330B2 - シール構造 - Google Patents

Description

本発明は、ケースに収納した電子回路ユニットのシール構造に関する。

高周波発振型の近接スイッチは、例えば図７にその概略的な断面構造を示すようにコア１に巻装した検出コイル２をコイルケース２ａを介して円筒状のケース３の先端部に装着すると共に、該ケース３の内部に上記検出コイル２の駆動回路およびその信号検出回路を搭載した電子回路基板（電子回路ユニット）４を収納した構造を有する。更に前記ケース３の後端部に設けたケーブル保護部５を通して信号ケーブル６の一端をケース３内に引き込み、上記信号ケーブル６の芯線６ａを前記電子回路基板４に接続している。そして上記ケーブル保護部５により前記ケース３の後端部を水や油等の液体の侵入を防ぐ状態（液密）にシールしている。また前記電子回路基板４および信号ケーブル６のケース３への挿入部分を覆って前記ケース３の内部をエポキシ樹脂等の充填材７にて隙間なく充填している（例えば特許文献１を参照）。

尚、信号ケーブル６は、例えば図８にその断面構造を示すように複数本の導体素線を束ねた２本の芯線６ａ,６ａをそれぞれ内部絶縁被覆体６ｂ,６ｂにて被覆すると共に、これらの内部絶縁被覆体６ｂ,６ｂにて被覆した２本の芯線６ａ,６ａを平行に並べて更に外部絶縁被覆体６ｃにて覆った構造を有する。そしてこの信号ケーブル６の上述した２本の芯線６ａ,６ａは、外部絶縁被覆体６ｃおよび内部絶縁被覆体６ｂ,６ｂを順に剥がして露出させ、これらの芯線６ａ,６ａをそれぞれ単独で撚り合わせた後、前記電子回路基板４を横方向から見たときの断面構造を図９に示すように、例えば前記電子回路基板４の表面および裏面に予め設けられた端子部にそれぞれ半田付けされる。
特開２０００−４８６９１号公報

ところで前述した信号ケーブル６の絶縁被覆体（外部絶縁被覆体６ｃおよび内部絶縁被覆体６ｂ,６ｂ）は、一般的には塩化ビニル樹脂からなる。また信号ケーブル６を挿通して前記ケース３の後端部を液体が侵入しない状態（以下、液密という）にシールすると共に信号ケーブル６の屈曲を防止するケーブル保護部５としては、専ら、塩化ビニル樹脂との接着性の高いポリエステル系の合成樹脂製のものが用いられ、これによって信号ケーブル６の絶縁被覆体との間のシール性を確保するようにしている。

しかしながらこの種の近接スイッチの使用環境によっては、塩化ビニル樹脂からなる信号ケーブル６の絶縁被覆体が油等に晒され、長期の間には塩化ビニル樹脂中の可塑剤が溶出すると共に油等が絶縁被覆体に浸透してその芯線６ａにまで到達する可能性がある。更に絶縁被覆体を浸透した油等が複数本の導体素線を束ねた芯線６ａ間の隙間を伝って信号ケーブル６の配線部（近接スイッチとは反対側の端部）に到達して不具合を引き起こす可能性が無いとも言えない。

この点、信号ケーブル６における絶縁被覆体の可塑剤成分の溶出に起因する劣化を防ぐべく、絶縁被覆体自体を可塑剤成分を含まないポリウレタンやフッ素樹脂等にて形成することが考えられる。しかしこれらのポリウレタンやフッ素樹脂等は、前記ケーブル保護部５の形成材料であるポリエステル系の合成樹脂、更には前述した充填材７であるエポキシ樹脂等との接着性が悪いので上記絶縁被覆体とケーブル保護部５との間のシール性を確保することができなくなる等の新たな問題が生じた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、絶縁被覆体とケーブル保護部との間のシール性が不確実であっても、ケースに収納した電子回路ユニットへの信号ケーブルを介する液体（水や油等）の進入を確実に防止することのできる簡易な構造の密閉性の高いシール構造を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明は、ケースと、このケースに収納した電子回路ユニットと、複数本の導体素線を束ねた芯線を絶縁被覆体で覆った信号ケーブルとを有し、この信号ケーブルの芯線を電子回路ユニットに接続すると共に、前記ケース内に充填材を充填した電子機器におけるシール構造に係り、
前記充填材と接着可能な中実導体を有し、この中実導体の一端が前記電子回路ユニットに接続すると共に、他端を前記信号ケーブルの上記絶縁被覆を除去して露出させた前記芯線に接続し、更に前記充填材および中実導体とそれぞれ接着可能な材質からなる外装体を前記中実導体の両端部分を除く部位に該中実導体の軸部外周に密着させて固定し、前記ケース内に充填される充填材にて前記電子回路ユニットと共に前記中実導体および外装体を液密にシールしたことを特徴としている。

好ましくは請求項２に記載するように前記中実導体は、他端に前記信号ケーブルの芯線が挿入されて半田付けされるカップ状の芯線受け部を備えることが望ましい。また請求項３に記載するように前記外装体を、底部に前記中実導体を貫通させた有底筒状部品として構成し、その内部に予め充填材を隙間なく充填しておくことが望ましい。

尚、前記信号ケーブルは、絶縁被覆体として塩化ビニル樹脂を用いた一般的なものだけでなく、例えば請求項４に記載するようにポリウレタン、ポリエチレン、シリコーンゴムおよびフッ素樹脂のいずれかからなる絶縁被覆体にて芯線を被覆したものであっても良い。

上述した構成のシール構造によれば、前記信号ケーブルの絶縁被覆を除去して露出させた芯線が中実導体を介して電子回路ユニットに接続され、この中実導体はケース内に隙間なく充填される充填材より前記電子回路ユニットと共に覆われて上記充填材と接着するので、該中実導体の周面と充填材との間のシール性を確実に確保することができる。尚、中実導体とは、導体材が隙間なく詰まった棒状または板状の、いわゆる“無垢”の導体部品、例えば単芯線からなる。

請求項４に示すように信号ケーブルの絶縁被覆体がポリウレタン、ポリエチレン、シリコーンゴムまたはフッ素樹脂である場合、ケースの後端部をシールするケーブル保護部５とのシール性が十分でなくても、ケーブル保護部５と信号ケーブルの絶縁被覆体との間を通って進入した液体が上記中実導体と充填材との密着によるシール部分にてそれ以上の進入が阻止されるので、電子回路ユニットに対するシール性を十分に確保することができる。

また請求項２に記載するように中実導体がカップ状の芯線受け部を備えておれば、この芯線受け部に芯線を半田付けした際に半田から出てくるフラックス（溶剤）をカップ状の芯線受け部にて受け止めることができるので、上記フラックスの付着によって前記中実導体と充填材との接着性が妨げられることがない。この結果、中実導体と芯線とを半田付けにより接続する場合であっても、そのシール性を十分に確保することが可能となる。

特に中実導体の中間部に、充填材との接着可能な部材からなる外装体を設け、前記ケース内に充填される充填材にて前記電子回路ユニットと共に前記中実導体および外装体を液密にシールするので、外装体と中実導体との間のシール性を十分に高く確保した上で、上記外装体と充填材との間のシール性を十分高く確保することができる。この結果、電子回路ユニットと信号ケーブル（芯線）との間のシール性をより一層確実なものとすることができる。

また充填工程において加熱された液状の樹脂に対して前記外装体が中実導体の断熱材として機能し、更には中実導体からケーブル６への熱伝達を妨げるため、中実導体付近の樹脂の温度が低下してしまうことを防止する。即ち、中実導体によって充填樹脂の温度分布の偏りを防いで、樹脂の硬化過程における局所的な”退け（ヒケ）”の発生を抑制することができる。換言すれば接着面のヒケによる密着性の低下を防止できる。

更には請求項３記載するように、底部に中実導体を貫通させた有底筒状部品からなる外装体を用い、その内部に予め充填材を隙間なく充填しておけば、外装体中に予め充填された樹脂とケース内を充填する樹脂との種類が同じであるため、外装体とケース内を充填する樹脂との接着性に優れ、中実導体と充填材との間のシール性をより一層確実に確保することが可能となる。

即ち、本発明によればケースに充填される充填材と接着可能な中実導体を介して電子回路ユニットと信号ケーブルとを接続することで、信号ケーブルの芯線やケースの後端部をシールするケーブル保護部（キャップ）との間を介して進入する液体を上記中実導体部分にて阻止するので、簡単な構成でありながら電子回路ユニットに対するシール性を十分に確保することが可能となる。そして電子回路ユニットの動作不良の原因となる液体の侵入を確実に防止して、その動作信頼性を十分に高めることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るシール構造について近接センサを例に説明する。尚、図７に示した近接センサと同一部分については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態を示している。この第１の実施形態に係る近接センサのシール構造は、円筒状のケース３に収納した電子回路基板（電子回路ユニット）４と、上記ケース３にケーブル保護部（キャップ）５を介して液密にシールされて引き込まれた信号ケーブル６の芯線６ａとを、例えば銅や金等の一般的な導体素材からなる棒状または板状の中実導体１１を介して接続した構造をなす。即ち、複数本の導体素線を束ねた芯線６ａを電子回路基板４に接続することに代えて、それ自体に孔や隙間等のない中実導体１１の一端を前記電子回路基板（電子回路ユニット）４に接続すると共に、この中実導体１１の他端に前記信号ケーブル６の絶縁被覆６ｂ,６ｃを除去して露出させた芯線６ａを接続した構造をなす。

尚、中実導体１１の電子回路基板４および芯線６ａへの接続は、それぞれ半田付け等によって行われる。そして中実導体１１を介して電子回路基板４と芯線６ａとを相互に接続した後、電子回路基板４、中実導体１１、および信号ケーブル６の芯線６ａ等の全てを覆って前記密閉容器３の内部に隙間なくエポキシ樹脂等の充填材７を充填してシール構造が実現される。一般的にエポキシ樹脂は金属材料および硬質プラスチックに対して良好な接着性を有しており、近接スイッチや光電スイッチ等の通常の使用状態（温度、振動、外力等）において両者の接着界面から剥離が生じることはない。

かくしてこのようなシール構造によれば、中実導体１１が充填材７との密着性（接着性）が良く該中実導体１１の周囲が充填材７によって隙間なく覆われて液密にシールされるので、仮に信号ケーブル６の芯線６ａを伝って液体が流れ込んでも中実導体１１との接続部分で止まり、その液体が電子回路基板４に到達することはない。即ち、中実導体１１の他端（芯線６ａ側）から一端（基板４側）に至る液体の侵入経路が形成されることがない。

また信号ケーブル６の絶縁被覆６ｂ,６ｃがポリウレタンやフッ素樹脂からなり、ポリエステル系樹脂製のケーブル保護部５との間の密着性（シール性）が悪くて上記信号ケーブル６との隙間を通して液体が進入しても、同様に中実導体１１と充填材７とにより形成されたシール構造部分にてそれ以上の進入が阻止されるので、電子回路基板４を確実に液密シールすることが可能となる。しかも中実導体１１を介して電子回路基板４と芯線６ａとを相互に接続するだけの簡単な構造であり、安価に実現することができる。

《第２の実施形態》
次に本発明の第２の実施形態について、図２および図３を参照して説明する。
この実施形態は、図３に前述した中実導体１１を拡大して示すように、中実導体１１の一端に信号ケーブル６の芯線６ａが挿入されるカップ状の芯線受け部１２を設けた構造としている。このカップ状の芯線受け部１２については、芯線６ａを構成する複数本の導体素線を撚り合わせた状態で該芯線６ａを挿入可能な内径を有する有底円筒状のものとすれば十分である。そして図２に示すように信号ケーブル６の絶縁被覆６ｂ,６ｃを剥離して露出させた芯線６ａを上記芯線開け部１２に挿入して半田付けし、反対側の端部を電子回路基板４に接続した後、前記密閉ケース３に充填した充填材７にてその周囲を隙間なく覆った構造を有する。

このようなシール構造を採用すれば、中実導体１１に芯線６ａを半田付けする際、半田に含まれるフラックス（溶剤）が溶け出してもカップ状の芯線受け部１２の内部に溜められるので、上記フラックスが中実導体１１の外周面に流れ出ることがない。従って半田から溶け出したフラックスによって中実導体１１と充填材７との接着性（密着性）が妨げられることがなくなり、中実導体１１と充填材７との間における液密シール性を確実に確保することが可能となる。従って第１の実施形態に増して電子回路基板４の液密シール性を確実に確保することが可能となる。また一端部に芯線受け部１２を設けた構造の中実導体１１とするだけなので、さほどその部品コストが高くなることはない。

《第３の実施形態》
次に本発明の第３の実施形態について説明する。この実施形態は、図４にその概略構成を示すように、一端にカップ状の芯線受け部１２を備えた中実導体１１の軸部に、予めポリエステル系の合成樹脂製の外装体１３を設けたことを特徴としている。上記外装体１３は、例えば図５に示すように２本の中実導体１１,１１を所定の間隔を隔てて平行に保持するブロック体状ものからなり、中実導体１１の軸部外周に予め密着させて該中実導体１１の外周面との間を液密にシールして設けられる。

ちなみに外装体１３と中実導体１１との密着シールは、一般的には接着によって実現することも可能である。しかし外装体１３の内部に中実導体１１をインサート成型して外装体１３を備えた中実導体１１を実現するようにしても良く、或いは樹脂製の外装体１３を超音波溶着または高周波溶着して中実導体１１の軸部に一体化するようにしても良い。そしてこのような外装体１３を備えた中実導体１１を介して電子回路基板４と信号ケーブル６の芯線６ａとを接続した後、前述したように密閉ケース３内に隙間なくエポキシ樹脂系の充填材７を充填することでシール構造が実現される。

かくしてこのようなシール構造によれば、予め中実導体１１の外周と外装体１３との間のシール性を十分に確保した後、ケース３に充填した充填材７に電子回路基板４および上記中実導体１１を含む内装品の全てを隙間なく覆うので、電子回路基板４に対する液密シール性を十分に高くすることができる。特に外装体１３と充填材７との密着性が良好なので、充填材７のケース３への充填作業に伴って上記外装体１３と充填材７との間の液密シールを確実に実現することができる。この結果、外装体１３と中実導体１１との間の液密シール性が予め確保されていることと相俟って、信号ケーブル６の芯線６ａと電子回路基板４側との間を確実に液密シールすることが可能となり、前述した各実施形態にも増してそのシール性をより確実なものとすることができる。

《第４の実施形態》
ところで第４の実施形態として、上記外装体１３に代えて、例えば図６に示すようにカップ状（有底円筒状）の外装体１４を用い、この外装体１４の内部に予め充填材１５を充填して中実導体１１の軸部とのシール性を確保しておくようにしても良い。この第４の実施形態について説明すると、従来技術によればケース３に充填材７を充填する際、ケース３の内部の温度分布に起因して充填材７に、いわゆる“退け”が生じる虞がある。

具体的には密閉ケース３へのエポキシ樹脂の充填は、液状の熱硬化性エポキシ樹脂を充填材７として充填し、その後、ケース３全体を加熱してその内部に充填されているエポキシ樹脂を硬化させて行われる。この際、信号ケーブル６の芯線６ａに接続した中実導体１１に充填材７から加わる熱が信号ケーブル６を介して逃げるので、中実導体１１に接した部分の充填材７の温度が他の部位よりもやや低くなって硬化が遅れる。この結果、中実導体１１の周囲に“退け”が発生し、充填材７と中実導体１１との密着性が損なわれる虞がある。そこで従来においては製造上の条件を制御することで上記不具合に対処している。

この点、前述したように有底円筒状の外装体１４を中実導体１１の軸部に装着し、予めその内部に充填材１５を充填・硬化しておけば、局所的な”退け（ヒケ）”の発生を抑制するための製造工法は必須ではなくなる。即ち、充填工程において、加熱された液状の樹脂に対して外装体が中実導体の断熱材として機能し中実導体から信号ケーブル６への熱伝達を妨げるので、中実導体１１の付近の樹脂の温度が低下してしまうことを防止することができ、充填樹脂の温度分布の偏りを防いで、樹脂の硬化過程における局所的な”退け（ヒケ）”の発生を抑制できる。ちなみに前述の第３の実施形態においては中実導体１１の外周に樹脂製の外装体を密着させるためにインサート成型や超音波溶着・高周波溶着といった製造設備を必要とするが、この第４の実施形態ではこのような製造設備を必要としない。

その上で上記外装体１４を装着した中実導体１１を介して電子回路基板４と信号ケーブル６の軸心６ａとを接続し、この状態でケース３に充填材７を充填すれば該充填材７が外装体１４に密着するので、仮に充填剤７に“退け”が生じても中実導体１１との間の液密シール性を確実に確保することが可能となる。尚、上記充填剤７,１５については同じものを用いれば十分である。

かくして上述したシール構造によれば、中実導体１１と充填剤７との間の液密シール性を有底筒状の外装体１４に予め充填した充填材１５を介して確実に確保することができるので、ケース３への充填剤７の充填時における“退け”の問題を招来することなく電子回路基板４を確実に液密シールすることが可能となる。特に有底筒状の外装体１４に予め充填した充填材１５にて中実導体１１の周囲を確実に液密シールしておき、その上でケース３に隙間なく充填した充填剤７により上記外装体１４、その内部の充填材１５、そして中実導体１１との間の液密シールをそれぞれ行うので、そのシール性をより向上させることができる。

従って前述したように信号ケーブル６を介するシール性が損なわれる場合であっても、或いは信号ケーブル６を保持するケーブル保護部５でのシール性が損なわれる場合であっても、ケース３の内部に設けた中実導体１１と該密閉ケース３に隙間なく充填する充填材７とによって電子回路基板４を確実に液密シールすることができるので、その動作信頼性を十分に高めることが可能となる。この結果、前述した各実施形態以上にそのシール性を高めることが可能となる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば中実導体１１の長さや太さは信号ケーブル６を介して授受する信号の性質やその電力量等に応じて定めれば良いものであり、その形成材料も電気導電性や充填材７,１５との密着性を考慮して定めれば良く、一般的には種々の導電性金属材料を採用可能である。またここでは近接スイッチへの適用について説明したが、液密性が要求される種々の電子機器に対する信号ケーブルの接続に適用可能なことは言うまでもない。

更に上述した各実施形態においては信号ケーブル６として２芯のものを用い、この信号ケーブル６における２本の芯線６ａを電子回路基板４の両面にそれぞれ接続することを前提として説明した。しかし３芯以上の信号ケーブル６を用いる場合にも同様に適用することができ、これらの複数本の芯線６ａを電子回路基板４の片面に並べて接続する場合にも適用可能なことは勿論のことである。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の第１の実施形態に係るケーブルシール構造を採用した近接スイッチの断面構造を示す図。 本発明の第２の実施形態に係るケーブルシール構造を採用した近接スイッチの断面構造を示す図。 図２に示すケーブルシール構造に用いる中実導体の構造を拡大して示す図。 本発明の第３の実施形態に係るケーブルシール構造を採用した近接スイッチの断面構造を示す図。 図４に示すケーブルシール構造に用いる中実導体とその軸部に装着した外装体の構造を拡大して示す図。 本発明の第４の実施形態に係るケーブルシール構造を採用した近接スイッチの断面構造を示す図。 従来の一般的なケーブルシール構造を採用した近接スイッチの断面構造を示す図。 信号ケーブルの断面構造を示す図。 図７に示す近接スイッチの構造をその断面方向を異ならせて示した図。

符号の説明

１ コア
２ 検出コイル
３ 密閉ケース
４ 電子回路基板（電子回路ユニット）
５ キャップ体
６ 信号ケーブル
６ａ 芯線
６ｂ 内部絶縁被覆体
６ｃ 外部絶縁被覆体
７ 充填材
１１ 中実導体
１２ カップ状の芯線受け部
１３ 外装体
１４ 有底筒状の外装体
１５ 充填材

Claims (4)

1. ケースと、このケースに収納した電子回路ユニットと、複数本の導体素線を束ねた芯線を絶縁被覆体で覆った信号ケーブルとを有し、この信号ケーブルの芯線を電子回路ユニットに接続すると共に、前記ケース内に充填材を充填した電子機器におけるシール構造であって、
   前記充填材と接着可能な中実導体を有し、この中実導体の一端を前記電子回路ユニットに接続すると共に、他端を前記信号ケーブルの上記絶縁被覆を除去して露出させた前記芯線に接続し、更に前記充填材および中実導体とそれぞれ接着可能な材質からなる外装体を前記中実導体の両端部分を除く部位に該中実導体の軸部外周に密着させて固定し、前記ケース内に充填される充填材にて前記電子回路ユニットと共に前記中実導体および外装体を液密にシールしたことを特徴とするシール構造。
2. 前記中実導体は、他端に前記信号ケーブルの芯線が挿入されて半田付けされるカップ状の芯線受け部を備えたものである請求項１に記載のシール構造。
3. 前記外装体は、底部に前記中実導体を貫通させた有底筒状の部品からなり、その内部に予め充填材を隙間なく充填したものである請求項１に記載のシール構造。
4. 前記信号ケーブルは、ポリウレタン、ポリエチレン、シリコーンゴムまたはフッ素樹脂製の絶縁被覆体にて芯線を被覆したものであり、前記充填材はエポキシ樹脂またはポリウレタン樹脂を主体とするものである請求項１に記載のシール構造。

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