JP5964687B2 - 光学センサ - Google Patents

Description

本発明は光学センサに関する。

防水性及び防塵性を有する光電スイッチや光学式変位センサ等の光学センサは、その小型化及び高機能化の進展に伴い、樹脂で外側輪郭を形作ることで防水及び防塵機能を実現してきた。

その一例を特許文献１に開示の光学センサを参照して説明すると、特許文献１には、光学センサの成形方法として従来から２つの方式が通常採用されていると記載されている。第１の方法は、第１、第２の２つに分割した筐体ハーフのうち第１の筐体ハーフ内に基板、投光素子、受光素子など固設した後に、この第１の筐体ハーフに対して第２の筐体を嵌合させ、この嵌合部分を接着する方法である。他方、第２の方法は、光学センサの外形の金型キャビティを用意し、この金型キャビティに光学センサの構成部品を位置決めした後に樹脂を注入する方法である。

特許文献１に開示の発明は、上記第２の方法に準拠して光学センサの外側輪郭を樹脂で形作る、その手法として、開口を備え且つ前面側にレンズを一体成形した筐体の中に、投光素子及び/又は受光素子と回路基板とを組み付け、その後、これら内蔵部品を包囲するための耐熱性の折曲体で包囲し、次いで、金型キャビティに設置して、このキャビティに樹脂を充填することにより、筐体と一体化した外側輪郭の樹脂を備えた光学センサの製造方法を提案している。

光学センサは急速に進化して小型化及び高機能化してきているが、防水性及び防塵性の確保が容易であるという理由で、防水性及び防塵性を有する光学センサの外側輪郭を樹脂で作るのが定番となっており、このことを前提として防水性及び防塵性を有する光学センサが進化してきた。

特許文献１は、筐体と一体化した樹脂で形成した外形輪郭を備えた光学センサを提案しているのは上述した通りであるが、光学センサが備える表示灯（インジケータ）に関して、特許文献１の光学センサは、外部に露出させた状態で表示灯を配置している（特許文献１の第５図）。

特開昭６２−６１２２３号公報

光学センサの設置環境、例えば化学品を扱う環境では、合成樹脂筐体よりも金属筐体の方が適している場合があり、合成樹脂筐体では対応できない設置環境も存在する。

第１の方法は筐体を金属筐体で構成することも可能である。しかしながら、第１、第２の筐体ハーフを互いに嵌合した後に接着する際に十分な接着面を確保しないと防水性及び防塵性を確保することができない。このことは外型輪郭を金属筐体で構成した光学センサを小型化する上で大きな障害となる。換言すると、金属筐体を有する光学センサを小型化する上で防水性及び防塵性を確保するためには、第１、第２の筐体ハーフを接合するのとは違った別の高度な防水性及び防塵性の確保と小型化の両立が可能な光学センサが求められる。また、光学センサを小型化したとしても、外部から光学センサの動作などを視認するのにインジケータは極力大きい方が望ましい。

本発明の目的は、光学センサが備える表示灯（インジケータ）に関し、表示灯の視認性の十分な確保と、光学センサの小型化との両立を図ることのできる光学センサを提供することにある。

本発明の更なる目的は、高度な防水性及び防塵性と小型化の両立が可能な、金属筐体を有する光学センサであって、表示灯の十分な視認性を確保することのできる光学センサを提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明の第１の観点によれば、
金属筐体と、
該金属筐体の中に収容され、検出光を投光するための投光素子及び検出光を受光するための受光素子の少なくともいずれか一方を有する光学素子が実装された回路基板と、
該回路基板に実装された表示灯光源と、
前記金属筐体の開口に設置された表示灯カバー部材と、
該表示灯カバー部材に前記表示灯光源からの光を誘導する導光部材と、
前記金属筐体の中に充填され、光拡散性を備えたホットメルトとを有し、
前記導光部材と前記表示灯光源との間にクリアランスが設けられ、該クリアランスに前記ホットメルトが位置していることを特徴とする光学センサを提供することにより達成される。

上記の技術的課題は、本発明の第２の観点によれば、
金属筐体と、
該金属筐体の中に収容され、検出光を投光するための投光素子及び検出光を受光するための受光素子の少なくともいずれか一方を有する光学素子が実装された回路基板と、
該回路基板に実装された表示灯光源と、
前記金属筐体の開口に設置された表示灯カバー部材と、
該表示灯カバー部材に前記表示灯光源からの光を誘導する導光部材と、
前記金属筐体の中に充填され、光拡散性を備えたホットメルトとを有し、
前記表示灯カバー部材と前記表示灯光源との間にクリアランスが設けられ、該クリアランスに前記ホットメルトが位置していることを特徴とする光学センサを提供することにより達成される。

すなわち、本発明によれば、金属筐体の中にホットメルトを充填することで高度な防水性及び防塵性と小型化の両立が可能であると共に、表示灯光源からの光をホットメルトによって拡散することができ、拡散した光によって表示灯カバー部材を全体的に光らせることができる。したがって、比較的大きな表示灯カバー部材を採用することができ、これにより表示灯の視認性を確保することができる。

本発明の他の目的及び本発明の作用効果は後に説明する本発明の好ましい実施形態の詳しい説明から明らかになろう。

本発明の概念に含まれる態様を説明するための図である。 本発明の概念に含まれる他の態様を説明するための図である。 本発明の概念に含まれる更に他の態様を説明するための図である。 第１実施例のスリム型光学センサの斜視図である。 第２実施例のフラット型光学センサの正面図である。 第１実施例を例に透過型の光学センサの概念を説明するための図である。 第１実施例を例に反射型の光学センサの概念を説明するための図である。 実施例に関連した透過型光学センサのブロック図である。 実施例に関連した透過型光学センサのタイミングチャートである。 実施例に関連した反射型光学センサのブロック図である。 実施例に関連した反射型光学センサのタイミングチャートである。 第１実施例のスリム型光学センサの分解斜視図である。 第１実施例のスリム型光学センサに関し、その反射型光学センサの内蔵部品である光学部材と基板の配置を説明するための分解斜視図である。 第１実施例のスリム型光学センサに関し、その透過型且つ投光側の光学センサの内蔵部品である光学部材と基板の配置を説明するための分解斜視図である。 第１実施例のスリム型光学センサに関し、その透過型且つ受光側の光学センサの内蔵部品である光学部材と基板の配置を説明するための分解斜視図である。 第１実施例のスリム型光学センサを斜め後方から見た斜視図である。 第１実施例のスリム型光学センサの縦断面図である。 第１実施例のスリム型光学センサの表示灯光源のＬＥＤが位置する部分の縦断面図である。 第２実施例のフラット型光学センサの分解斜視図である。 第２実施例のフラット型光学センサの金属筐体を上下反転して斜め後方から見た斜視図である。 第２実施例のフラット型光学センサに関し、その透過型且つ投光側の光学センサの内蔵部品である光学部材と基板の配置を説明するための分解斜視図である。 第２実施例のフラット型光学センサに関し、その透過型且つ受光側の光学センサの内蔵部品である光学部材と基板の配置を説明するための分解斜視図である。 第２実施例のフラット型光学センサに関し、反射型の光学センサの内蔵部品である光学部材と基板の配置を説明するための分解斜視図である。 第２実施例のフラット型光学センサの内蔵部品をサブアッセンブリした組立体の斜視図である。 第２実施例のフラット型光学センサに関し、金属筐体の中に組立体を組み込んだ状態を斜め後方から見た図であり、ホットメルト充填を行う前の状態を示す。 図５のＸ２６−Ｘ２６線に沿って切断した断面図である。

以下に、添付の図面に基づいて実施例を詳細に説明する前に、本発明の概要を図１〜図３を参照して説明する。

発明の概要（図１〜図３）：
図１を参照して、本発明に従う光学センサ１は、最も典型的には金属筐体２を有している。図１の（イ）は光学センサ１の正面図であり、（ロ）は断面図である。金属筐体２はステンレスなどの耐食性に優れた金属から作られるのがよい。金属筐体２は、主なる筐体と、これに合体される例えばプレート状のサブ筐体とで構成して典型的には溶接（典型的にはスポット溶接）という固定手段によって一体化したものであってもよい。

金属筐体２は、その前面に信号光通過窓５を有し、この信号光通過窓５に臨んで光が通過可能な合成樹脂成形レンズ部材を含む光学部材６の周囲は、筐体２の中に充填されるホットメルトＨＭで包囲され、この充填されたホットメルトＨＭで光学部材６が筐体２の所定位置に位置決めされる。図中、参照符号７はホットメルト充填機を示す。ここに、ホットメルトとは、熱可塑性の合成樹脂、ゴムからなり常温で固体の接着剤の総称であり、光電スイッチ等の耐環境性能を考慮するとポリアミド系ホットメルトあるいはポリエステル系ホットメルトが好適である。顔料を含まないポリアミド系ホットメルトは半透明、具体的には乳白色である。他方、ポリエステル系のホットメルトは耐油性、耐水性の観点で言えばポリアミド系ホットメルトよりも優れた特性を有している。

光学センサ１は表示灯８を有し、この表示灯８の点灯又は点滅によって光学センサ１の状態が表示される。表示灯８の光源の典型例はＬＥＤ９である。ＬＥＤ９の点灯又は点滅は、金属筐体２と一体化している合成樹脂成形カバー部材１０が光ることによって視認することができる。

ＬＥＤ９は基板１１に実装されるのがよい。ＬＥＤ９とカバー部材１０との間にはクリアランスＣが意図的に設けられ、このクリアランスＣにはホットメルトＨＭが侵入する。ＬＥＤ９の光は周知のように直進性が高いが、ＬＥＤ９とカバー部材１０との間に介在するホットメルトＨＭの適度な光拡散によって比較的大型のカバー部材１０の全域を面光源的に光らせることができる。したがって、光学センサ１を小型化しても、比較的大きな面積で均一に光る表示灯８によって、その視認性を確保することができる。

ＬＥＤ９とカバー部材１０との間のクリアランスＣはホットメルトＨＭによる適度な光拡散を確保する上で適度なクリアランス寸法であるのが好ましい。このクリアランスＣの適度な寸法を確保する上で、カバー部材１０の肉厚を厚く設定してもよいし、カバー部材１０とＬＥＤ９との間に導光部材１２を介在させて（図１の（ロ））、この導光部材１２の長さ寸法によってクリアランスＣの適度な寸法を確保するようにしてもよい。導光部材１２はカバー部材１０と一体構造であってもよいし、導光部材１２とカバー部材１０とを別体に作り、カバー部材１０に予め導光部材１２を接着することにより一体化させるようにしてもよい。また、導光部材１２とカバー部材１０とを別体に作り、導光部材１２をその周囲の部材に位置決めさせて、これにより導光部材１２とカバー部材１０との間の相対位置及び導光部材１２とＬＥＤ９との間のクリアランスＣを規定するようにしてもよい。

勿論、ＬＥＤ９の周囲やカバー部材１０の周囲にもホットメルトＨＭが入り込むため、このホットメルトＨＭによってＬＥＤ９及びカバー部材１０が固定される。

引き続き図１を参照して、この図１の例は、ホットメルト充填口１３を筐体２に形成した例である。筐体２は、その後壁２ａにホットメルト充填口１３が形成されている。このホットメルト充填口１３の配置位置は、充填口１３から充填されるホットメルトＨＭによって光学部材６を全体的に前方に押し付けることのできるように位置決めされるのが好ましい。

この図１に図示の例では、電子回路基板１１の後面１１ａが邪魔面の役割を担っており、筐体後壁２ａのホットメルト充填口１３を通じて筐体２の中に充填されるホットメルトＨＭが、電子回路基板１１の後面１１ａに対して、その鉛直方向に当たることで、ホットメルト充填時のホットメルトが直接的に光学部材６に当たるのを回避することができる。光学部材６は一般的に合成樹脂で作られているため熱変形により光学特性が変化し易いが、光学部材６に直接的に充填時のホットメルトＨＭが当たらないため、ホットメルトＨＭの充填に伴う光学部材６の熱変形を防止することができる。

図２に図示の例は、筐体２の上端壁２ｂにホットメルト充填口１３が形成されている。このホットメルト充填口１３は、筐体２の後壁２ａと基板１１と間の隙間に向けて且つ基板１１の後面１１ａと平行となるように指向されている。この図２の例では、基板１１の後面１１ａに沿ってホットメルトの充填が行われるため、基板１１の後面１１ａが仕切り板の機能を発揮して、ホットメルト充填時のホットメルトが直接的に光学部材６に当たるのを回避することができる。

図３は別の例を示す。この図３に図示の例では、筐体２の下端壁２ｃにホットメルト充填口１３が形成されている。また、筐体２は、下端壁２ｃのホットメルト充填口１３の近傍に、ホットメルト充填口１３に臨んで位置する邪魔壁１４を有している。この図３の例では、邪魔板１４は、信号光通過窓５を備えた前壁２ｄから後壁２ａに向けて延びて基板１１の近傍位置で終端し、下端壁２ｃと並行に延びている。この図３に図示の例では、光学部材６及び基板１１は、その厚さ方向に延びる邪魔壁１４によって、ホットメルト充填口１３から充填されるホットメルトＨＭが光学部材６及び基板１１に直接的に当ることが阻止される。邪魔壁１４は、ホットメルト充填口１３から流入するホットメルトを受け止める受圧部材として機能する。換言すると、筐体下端壁２ｃのホットメルト充填口１３から充填されたホットメルトは邪魔壁１４のホットメルト充填口１３と対面する邪魔面１４ａに衝突することにより、この邪魔壁１４によってホットメルトが受け止められ、光学部材６に対して、ホットメルト充填時のホットメルトが直接的に当たるのを防止することができる。

実施例（図４〜図２６）：
以下に、本発明に従う２つの実施例を添付の図面に基づいて説明する。第１の実施例のスリム型光学センサ１００が図４に図示されている。また、第２の実施例のフラット型光学センサ２００が図５に図示されている。これら光学センサ１００、２００は夫々一対の透孔Ｔｈを有し、この透孔Ｔｈを使って現場に設置される。

スリム型の光学センサ１００及びフラット型の光学センサ２００は共に透過型と反射型の２種類がある。第１実施例のスリム型光学センサ１００を例に透過型と反射型を図６、図７を参照して説明する。図６は透過型の光学センサを説明するための図であり、図７は反射型の光学センサを説明するための図である。これら図６、図７において、矢印を含む破線は信号光の光軸を示す。透過型を示す図６を参照して、透過型の光学センサ１００は投光ユニットと、これとは別体の受光ユニットとで構成される。フラット型の光学センサ２００においても同様である。他方、反射型を示す図７を参照して、反射型の光学センサ１００は投受素子と受光素子とを内蔵しており、単一の光学センサ１００によって投光及び受光が可能である。フラット型の光学センサ２００においても同様である。

図８は透過型の光学センサ１００の投光ユニットと受光ユニットのブロック図であり、図９は透過型光学センサ１００の投光ユニット及び受光ユニットの相互に関連した動作を説明するためのタイミングチャートを示す。

図８を参照して、透過型光電センサ１００の投光ユニットは外部からの直流電源の供給を受けて動作する。投光ユニットはＬＥＤ等の投光素子１０２とＬＥＤ駆動回路１０４とを有し、投光制御回路１０６からの投光信号に基づいて投光素子１０２はパルス発光する。図中、参照符号１０８は投光レンズを示す。

図８を引き続き参照して、透過型光電センサ１００の受光ユニットは外部からの直流電源の供給を受けて動作する。受光ユニットは、フォトダイオード（ＰＤ）などの受光素子１１２と増幅回路１１４を有する。投光ユニットが発したパルス光を受光素子１１２が受けると、受光素子１１２は光電変換して受光量に応じた受光信号を出力し、これを増幅回路１１４で増幅した信号が制御回路１１６に入力される。制御回路１１６では、受光信号と所定のしきい値とを比較して、受光信号の大小により外部にON信号又はOFF信号を出力する。この実施例では、遮光時ONタイプの検出出力と、入光時ONタイプの検出出力の２系統の検出出力とを備えている。すなわち、遮光時ONタイプの検出出力では、受光信号がしきい値よりも小さい場合にON信号が出力され、受光信号がしきい値よりも大きい場合にOFF信号が出力される。他方、入光時ONタイプの検出出力では、受光信号がしきい値よりも大きい場合にON信号が出力され、受光信号がしきい値よりも小さい場合にOFF信号が出力される。

受光ユニットは動作を表示するために出力表示灯１１８と安定表示灯１２０を更に有する。出力表示灯１１８は、遮光時ONタイプの検出出力に対応した点灯表示をする。つまり、受光信号がしきい値よりも小さい場合に点灯し、大きい場合に消灯するように設定されている。図中、参照符号Ｗは検出対象物を示し、参照符号１２２は受光レンズを示す。

安定表示灯１２０は、受光信号がしきい値に対してマージンのある状態かを表示する機能が与えられている。受光信号がしきい値よりも所定量以上大きいか又は所定量以上小さい場合に点灯し、しきい値を挟んで所定量以内の大小であれば消灯するように設定されている。

なお、受光ユニットの機能に関する変形例として、検出出力を一種類に限定し、ユーザの設定により遮光時ONと入光時ONとを切り替えることができるようにしてもよい。また、この場合、出力表示灯１１８は、検出出力の設定変更に連動して遮光時点灯と入光時点灯とが切り替わるようにするのが好ましい。なお、受光ユニットの感度を実質的に調整可能にするために、マニュアル操作が可能なトリマなどの手段を受光ユニットに設けて、トリマを操作することで、しきい値の調整及び／又は増幅回路１１４の増幅率を調整できるようにするのが好ましい。

図１０は、例示的にスリム型光学センサ１００の反射型のブロック図であり、図１１は、その動作を説明するためのタイミングチャートを示す。なお、フラット型の光学センサ２００においても、その反射型の構造及びその動作はスリム型光学センサ１００と実質的に同じであると理解されたい。

反射型の光学センサ１００は、外部から供給される直流電源によって駆動される。図１０を参照して、反射型の光学センサ１００は、LED等の投光素子１０２とフォトダイオード（ＰＤ）などの受光素子１１２とを有している。投光素子１０２は制御回路１２４からの信号に基づくＬＥＤ駆動回路１０４からの信号に基づいてパルス発光する。検出対象Ｗから反射されたパルス光を受光素子１１２が受けると、受光素子１１２は光電変換して受光量に応じた受光信号を出力し、増幅回路１１４で増幅した受光信号が制御回路１２４に入力される。制御回路１２４では、受光信号と所定のしきい値とを比較して、その大小によりON信号又はOFF信号を出力する。変形例として、受光素子１１２として分割フォトダイオード（分割PD）、PSD、CMOSリニアセンサ等から任意の検出素子を採用し、パルス光の受光位置に応じた距離と所定のしきい値とを対比して、その大小によりON信号又はOFF信号を出力するようにしてもよい。

なお、第１実施例のスリム型光学センサ１００及び第２実施例のフラット型光学センサ２００における反射型では、所定のしきい値と検出距離とを対比して、その大小に応じてON信号又はOFF信号を出力する距離固定タイプの光学センサが採用されており、所定のしきい値よりも検出距離が小さい場合にON信号を出力し、検出距離がしきい値よりも大きい場合にOFF信号を出力するNear側ONタイプの検出出力と、所定のしきい値よりも検出距離が大きい場合にON信号を出力し、小さい場合にOFF信号を出力するFar側ONタイプの検出出力との２種類の検出出力を備えている。

再び図１０を参照して、反射型光学センサ１００は出力表示灯１１８と安定表示灯１２０とを備えている。出力表示灯１１８は、Near側ONタイプの検出出力に対応した点灯表示をするように設定されている。つまり、出力表示灯１１８は検出距離が所定のしきい値よりも小さい場合に点灯し、検出距離がしきい値よりも大きい場合に消灯する。

安定表示灯１２０は、受光信号が、所定のしきい値に対してマージンのある状態かを表示するものであり、検出距離がしきい値よりも所定量以上大きいか又は所定量以上小さい場合に点灯し、しきい値を挟んで所定量内の受光量であれば消灯するように設定されている。

なお、反射型光学センサ１００の検出出力を１種類に限定し、Near側ONとFar側ONとを設定により切り替え可能に構成してもよい。この場合、出力表示灯１１８は検出出力の設定に応じて自動的にNear側点灯とFar側点灯とが切り替わるようにするのが好ましい。

反射型の光学センサ１００は前述したように、しきい値を固定としているが、ユーザが操作可能なトリマなどの調整手段によってしきい値を調整できるようにしても良い。これにより、反射型光学センサ１００の感度を実質的に調整することができる。なお、図１０中、参照符号１０８は投光レンズを示し、参照符号１２２は受光レンズを示す。

第１実施例（図４、図１２〜図１８）：
図４を参照して前述した第１実施例のスリム型光学センサ１００に関し、図１２は、その分解斜視図である。図１２を参照して、スリム型光学センサ１００は、ステンレスの成型品である金属筐体１３０と、この中に組み込まれる内蔵部品１３２と、内蔵部品１３２に結線されたケーブル１３４とを含み、ケーブル１３４を通じてスリム型光学センサ１００に電源が供給されると共にスリム型光学センサ１００の検出信号が出力される。

引き続き図１２を参照して、スリム型光学センサ１００の金属筐体１３０は概略直方体の外形輪郭を有し、その大きさは縦約２５mm、横約７mm、厚み約１２mmである。筐体１３０はステンレスなどの防錆性に優れた金属の成型品であり、その上端面が大きく開放された上端開口１３０aを有している。

金属筐体１３０の前壁１３０ｂには、前記上端開口１３０aに連なる前方窓１３６が形成されている。また、筐体１３０の下端壁１３０ｃには、下方に向けて突出した円筒状のスリーブ１３８が形成され、このスリーブ１３８に嵌挿される可撓性グロメット（ケーブルブッシュ）１４０にケーブル１３４を貫通させることで、ケーブル１３４は光学センサ１００の内外に延びている。ケーブル１３４を通じて光学センサ１００に直流電源が供給され、また、このケーブル１３４を通じて光学センサ１００の検出信号が出力される。

内蔵部品１３２には合成樹脂製の光を導くことのできる導光部品１４２が含まれており、この導光部品１４２は、筐体１３０の上端開口１３０aに位置決めされ、そして、筐体１３０の上端開口１３０aは光透過性樹脂製の表示灯カバー１４４で閉塞される。内蔵部品１３２には電子回路基板１４６が含まれ、この電子回路基板１４６には、図８、図１０を参照して説明した各種の回路の他に、投光素子１０２、受光素子１１２、出力表示灯１１８の光源である第１のＬＥＤ１１８ａ、安定表示灯１２０の光源である第２のＬＥＤ１２０ａが所定位置に実装される。第１、第２の光源であるＬＥＤ１１８ａ、１２０ａは異なる色を発色するＬＥＤが採用される。

スリム型光学センサ１００は、前述したように、筐体１３０を共通にした反射型と透過型との２種類が用意されている。図１３は、反射型の光学センサ１００に組み込まれる光学部材１４８と電子回路基板１４６を示す。図１４は、透過型且つ投光側の光学センサ１００に組み込まれる光学部材１４８と電子回路基板１４６を示し、図１５は、透過型且つ受光側の光学センサ１００に組み込まれる光学部材１４８と電子回路基板１４６を示す。

反射型を図示した図１３を参照して、光学部材１４８は、前方に向けて突出した凸部を構成するレンズカバー１５０と、信号光を導くスリット部材１５２とを含む。レンズカバー１５０と前記スリット部材１５２は共に樹脂成型品である。光学部材１４８の一部を構成する投光素子（ＬＥＤ）１０２と受光素子（分割フォトダイオード）１１２は電子回路基板１４６に実装されている。出力表示灯１１８の光源である赤色発光ＬＥＤ１１８ａ及び安定表示灯１２０の光源である緑色発光ＬＥＤ１２０ａは共に回路基板１４６に実装され、これらの光は共通の導光部品１４２及び共通の表示灯カバーを通じて外部に導かれる。

スリット部材１５２は周囲壁面１５２ａを有する不透明のブロック状の樹脂成形品であり、信号光を誘導する通路１５２ｂ、１５２ｃを備えている。このスリット部材１５２を受け入れるレンズカバー１５０は、平面視略長方形のカバー部１５０ａと、このカバー部１５０ａの周囲から後方つまり基板１４６側に向けて延びるスカート部１５０ｂとを有し、スカート部１５０ｂは周囲方向に連続している。上述したスリット部材１５２は、スカート部１５０ｂに包囲された状態でレンズカバー１５０に嵌合される。

カバー部１５０ａとスカート部１５０ｂを含むレンズカバー１５０は合成樹脂製の一体成形品である。ここに、合成樹脂としては、透明性と耐環境性能を考慮すると、ポリカーボネート(PC)、ポリサルフォン(PSF)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルイミド(PEI)、ＰＭＭＡ(アクリル樹脂)、環状オレフィン、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等の熱可塑性樹脂が好適である。なお、合成樹脂は、合成樹脂の荷重たわみ温度と充填されるホットメルトの軟化点とを考慮して選択されることが好ましい。例えば、軟化点が１２０℃〜１６０℃程度のホットメルトを選択するときには、荷重たわみ温度が１７０℃以上（曲げ応力1.81ＭPa）の合成樹脂材料を選択するのがよい。また、耐油性、耐薬品性の観点を含めて合成樹脂材料を選択するのが好ましく、この観点に立脚するときにはポリサルフォンなどが好適である。

スカート部１５０ｂはその外周面が凹凸形状で構成されるがよい。光学部材１４８の外周面を構成する前記スカート部１５０ｂの周面に凹凸を形成することにより、後に説明するホットメルトとの境界の面積を拡大することができる。

平面視略長方形のレンズカバー１５０は赤色透明の樹脂の成形品であり、レンズカバー１５０の前面を構成するカバー部１５０ａの表面は平らであり、その対向面つまり後面には、投光素子１０２及び受光素子１１２に夫々対応した位置に投光用と受光用の２つの凸レンズ面が形成され、この凸レンズ面で、投光素子１０２からの検出光を外部に導き、また、外部からの検出光を受光素子１１２に導く光透過部の主要部分が構成されている。また、レンズカバー１５０の両側部及び下端部には、連続して延びる水平フランジ１５０ｃが形成され、この水平フランジ１５０ｃは、レンズカバー１５０の前面の近傍つまりスカート部１５０ｂの基端部に形成されている。

図１４の透過型且つ投光側の光学センサ１００に組み込まれる光学部材１４８、電子回路基板１４６及び図１５の透過型且つ受光側の光学センサ１００に組み込まれる光学部材１４８、電子回路基板１４６の基本的な構成及び構造は、図１３を参照した上記の反射型の光学部材１４８、電子回路基板１４６と実質的に同じであるので、図１３の説明で使用した参照符号を図１４、図１５に使用することにより詳しい説明を省略する。なお、図１４の透過型且つ投光側の電子回路基板１４６には運転表示灯１６０の光源である緑色発光ＬＥＤ１６０ａが実装されている。

ステンレスの成型品である筐体１３０に光学部材１４８を組み込む前に、レンズカバー１５０とスリット部材１５２のサブアッセンブリ及びレンズカバー１５０を電子回路基板１４６に固定する作業が行われる。この固定は、スリット部材１５２を組み込んだ後のレンズカバー１５０を電子回路基板１４６に接着する作業を含んでいる。具体的には、例えば一液性のエポキシ等の接着剤を使ってレンズカバー１５０のスカート部１５０ｂの自由端を電子回路基板１４６の所定位置に固定される。スカート部１５０ｂを電子回路基板１４６の所定位置に位置決めする例えば凹凸をスカート部１５０ｂの自由端面と電子回路基板１４６の表面に形成するのが好ましい。

また、接着剤を使ってスカート部１５０ｂの自由端と電子回路基板１４６との界面をシールし、レンズカバー１５０と回路基板１４６とによって投光素子及び/又は受光素子を包囲することで、金属筐体１３０の中に充填されるホットメルトＨＭが投光素子及び/又は受光素子の光学経路に侵入してしまうのを防止するようにしてもよい。この際、回路基板１４６に貫通孔などの孔が形成されている等、ホットメルトが侵入してしまう虞のある経路が存在する場合には、その該当箇所をテープや接着剤などにより予め目止めを施すのがよい。

変形例として、投光及び/又は受光の検出光が通過する光通路を備えた立体ブロック形状のスリット部材１５２を電子回路基板１４６の所定位置に固定し、このスリット部材１５２に対してレンズカバー１５０を位置決めするようにしてもよい。

レンズカバー１５０を電子回路基板１４６に位置固定することにより、レンズカバー１５０に嵌挿されたスリット部材１５２も電子回路基板１４６に対して位置決めされた状態になる。そして、基板１４６に実装された投光素子１０２、受光素子１１２などの主要な部品はレンズカバー１５０、スリット部材１５２によって密閉された状態となる。すなわち、投光素子１０２、受光素子１１２はレンズカバー１５０、スリット部材１５２，電子回路基板１４６によって覆われ、このレンズカバー１５０、スリット部材１５２，電子回路基板１４６の周囲はホットメルトＨＭで包囲される。

なお、スリット部材１５２を導電性樹脂材料で成形し、あるいは、スリット部材１５２の外表面に導電性塗料をコーティングすることで、スリット部材１５２に電磁的なシールド機能を付与するのが好ましい。この場合には、スリット部材１５２を導電性接着剤を使って基板１４６に接着することで基板１４６のGNDに導通させるのが好ましい。

図１３を参照して、電子回路基板１４６には、その下端部の前面及び後面に、夫々、横並びに２つのランド１６２が配置され、合計４つのランド１６２はケーブル１３４の４本の芯線１６４（図１２）を半田付けするのに用いられる（図１３には、後面のランドは現れていない）。なお、図１４の透過型且つ投光側の電子回路基板１４６のランド１６２は２つであり、回路基板１４６の表面に横並びに配置されている。他方、図１５の透過型且つ受光側の電子回路基板１４６は合計４つのランド１６２を有し、表面に２つ、後面に２つ配置されている（図１５には、後面のランドは現れていない）。

図１６は、スリム型光学センサ１００を斜め後方から見た斜視図であり、図１７はスリム型光学センサ１００の縦断面図である。筐体１３０の後壁１３０ｄにはホットメルト充填口１７０が一体成形され、そして、後壁１３０ｄの後面にはホットメルト充填口１７０を囲んで周方向に延びる円周隆起１５８が一体成形されている。ホットメルト充填口１７０は、その軸線が回路基板１４６に向けて且つ回路基板１４６の後面に対して鉛直に延びており、このホットメルト充填口１７０を通じてホットメルトＨＭが金属筐体１３０の中に充填される。

回路基板１４６は、図１２に図示のように、この回路基板１４６に光学部材１４８が固定され、また、回路基板１４６にケーブル１３４を結線した組立体の状態で筐体１３０の上端開口１３０aから筐体１３０の中に挿入される。次の工程では、筐体１３０の上端開口１０２に、導光部品１４２、表示灯カバー１４４が装着される。導光部品１４２は光透過性合成樹脂の成形品であり、回路基板１４６に実装した出力表示用ＬＥＤ１１８a、安定表示用ＬＥＤ灯１２０a、運転表示用ＬＥＤ１６０aの光を誘導する機能を有している。

表示灯カバー１４４を装着した筐体１３０は金型（図示せず）のキャビティに載置され、ホットメルト充填機で、ホットメルト充填口１７０から筐体１３０の中にホットメルトＨＭが充填されることになるが、充填時、ホットメルトは回路基板１４６によって受け止められる。すなわち、回路基板１４６は邪魔板の役割を奏し、回路基板１４６の後面がホットメルト充填口１７０から流入するホットメルトＨＭを受け止める受圧面として機能する。このことから、充填時、ホットメルトによって回路基板１４６は前方に付勢され、この結果、レンズカバー１５０も前方に押し付けられて、レンズカバー１５０は正規の位置に位置決めされた状態となる。また、ホットメルト充填時に、回路基板１４６は、筐体１３０の中に入り込んでくるホットメルトに対して邪魔部材としての役割を奏するため、充填時のホットメルトＨＭが直接的に光学部材１４８に当たることはない。また、光学部材１４８の一部を構成するレンズカバー１５０は、この中に嵌挿されたスリット部材１５２によって支持されているため、レンズカバー１５０の熱変形を抑制することができる。

ホットメルトＨＭは耐油性、耐水性、耐薬性を確保するのに用いられていることから、このホットメルトＨＭで回路基板１４６と筐体１３０との間の隙間を埋めることで電子回路を保護することができる。回路基板１４６は筐体１３０から離間しているため、この回路基板１４６の全体をホットメルトＨＭで覆うことで電子部品への油等の異物侵入を防止することができる。

レンズカバー１５０は回路基板１４６まで延びるスカート部１５０ｂを備え、このスカート部１５０ｂの後端面が予め回路基板１４６に接着され、この接着した部分もホットメルトＨＭで包囲されることから、ホットメルトを筐体１３０の中に充填することに伴って光学部材１４８の内部にホットメルトが侵入してしまうのをレンズカバー１５０のスカート部１５０ｂによって防止することができる。

金属筐体１３０の中に充填したホットメルトＨＭによってレンズカバー１５０及び回路基板１４６並びにレンズカバー１５０と回路基板１４６との接着部分が包囲されて、このホットメルトＨＭによってレンズカバー１５０と回路基板１４６が金属筐体１３０と一体化されると共にホットメルトＨＭによって包囲された状態となる。また、表示灯カバー１４４もホットメルトＨＭによって金属筐体１３０に接着された状態になる。金属筐体１３０の中にホットメルトＨＭが充填されたスリム型光学センサ１００は、その設置環境の下で、仮に金属筐体１３０内に液状の異物が侵入したとしても、そのことによって直ちには誤動作を生じる虞は殆ど無い。すなわち、回路基板１４６の周囲は基本的にホットメルトＨＭで包囲されている、液状異物が侵入する可能性として界面は、外界に接している金属筐体１３０とレンズカバー１５０との境界部や、それに続くレンズカバー１５０とその回りのホットメルトとの境界部に過ぎない。

図１８は、安定表示灯１２０の光源であるＬＥＤ１２０ａの部分を縦断面した図である。表示用ＬＥＤ１２０ａと導光部品１４２との間にはクリアランスＣが設けられている。このクリアランスＣは約１mm〜２mmであり、１mmよりも小さくてもよい。表示用ＬＥＤ１２０ａが発した光はクリアランスＣに侵入したホットメルトＨＭで拡散された後に導光部品１４２に入り、この導光部品１４２から表示灯カバー１４４を照らす。したがって表示灯カバー１４４は広い範囲で光ることになる。ここに、ホットメルトＨＭとしては、琥珀色のポリアミド系ホットメルト或いは乳白色のポリエステル系ホットメルトが好ましい。ホットメルトＨＭの厚みを上述のように適切に設定することで、ホットメルト樹脂充填の効果に加えて、光透過性と光拡散性とを兼ねそなえた構成とすることができる。

第２実施例（図５、図１９〜図２６）
図１９はフラット型光学センサ２００（図５）の分解斜視図である。図１９を参照して、フラット型光学センサ２００は、金属筐体２０２と、この中に組み込まれる内蔵部品２０４と、内蔵部品２０４に結線されたケーブル１３４とを含み、ケーブル１３４を通じてフラット型光学センサ２００に電源が供給されると共にフラット型光学センサ２００の検出信号が出力される。

図２０はステンレスの成型品である筐体２０２をその内側から見た斜視図である。フラット型光学センサ２００の筐体２０２は、周囲壁２０２ａを備えた平面視概略矩形のトレーの形状を有し、その大きさは縦約２７mm、横約１４mm、厚み約５mmである。筐体２０２はステンレスなどの防錆性に優れた金属の成形品であり、その中間部分に信号光通過窓２０８を有し、また、上端部に表示灯カバー２１０を装着するためのカバー装着開口２１２が形成されている。

ステンレスの成型品である筐体２０２の下端部には、前記第１実施例と同じ設置孔Ｔｈが左右に離間して一対形成され、この左右の設置孔Ｔｈで挟まれたネック溝２１４にケーブル１３４が設置され、このケーブル１３４は筐体周囲壁２０２ａの下端部に形成された切欠き２１６を通じて内外に延出している。このケーブル１３４が通過するネック溝２１４はケーブル１３４の太さよりも幅狭であり、このネック溝２１４は、ケーブル１３４から外皮を除去して露出させた芯線１６４が通過する。

フラット型光学センサ２００の内蔵部品２０４は、前述したスリム型光学センサ１００（図４）と同様に、筐体２０２を共通にした反射型と透過型との２種類が用意されている。この内蔵部品２０４に含まれる光学部材に関しては、スリム型光学センサ１００の光学部材１４８と実質的に同じであることから、フラット型光学センサ２００に含まれる光学部材に関連した部材にはスリム型光学センサ１００の光学部材１４８と同じ参照符号を付してその説明を省略する。

図２１は、透過型且つ投光側のフラット型光学センサ２００に組み込まれる光学部材と電子回路基板を示す。図２２は、透過型且つ受光側のフラット型光学センサ２００に組み込まれる光学部材と電子回路基板を示し、図２３は、反射型のフラット型光学センサ２００に組み込まれる光学部材と電子回路基板を示す。

フラット型光学センサ２００の光学部材１４８は、スリム型光学センサ１００と同様にレンズカバー１５０とスリット部材１５２を含む。フラット型光学センサ２００の電子回路基板２２０の下端部には、その前面に前述した複数のランド１６２が設けられ、後面にはランド１６２が設けられていない。すなわち、電子回路基板２２０の前面にだけランド１６２を設けることで、ランド１６２を後面に設けることに比べて実質的な厚さ寸法を小さくすることができる。

図２１に図示の透過型投光側の光学センサ２００は、出力線が存在しないためケーブル１３４に含まれる芯線１６４は電源線の２本だけで構成されている。したがって、これが半田付けされるランド１６２は２つである。図２２に図示の透過型受光側の光電センサ２００は、受光素子１１２だけでなく制御回路が電子回路基板２２０に組み込まれており、また、出力表示灯１１８の光源であるＬＥＤ１１８ａ、安定表示灯１２０の光源であるＬＥＤ１２０ａも実装されているため、ケーブル１３４は２本の電源線と２本の出力線２本の合計４本の芯線１６４で構成される。

図２３に図示の反射型の回路基板２２０には、投光素子１０２、受光素子１１２、制御回路が実装されており、レンズカバー１５０及びスリット部材１５２は投光素子１０２、受光素子１１２に対応した構成となっている。反射型に採用する受光素子１１２は、透過型で採用可能な１つのフォトダイオード(PD)で構成されてもよいが、この実施例では３個の分割フォトダイオード(PD)で受光素子１１２が構成されている。

筐体２０２に光学部材１４８を組み込む前に、前述した第１実施例と同様に、レンズカバー１５０とスリット部材１５２のサブアッセンブリ及びレンズカバー１５０を電子回路基板２２０に位置固定する作業が行われる。この固定は、第１実施例と同様に接着剤を用いて行われる。すなわち、スリット部材１５２を組み込んだレンズカバー１５０を電子回路基板２２０に接着する作業を含んでいる。具体的には、例えば一液性のエポキシ等の接着剤を使ってレンズカバー１５０のスカート部１５０ｂの自由端が電子回路基板２２０の所定位置に固定される。

レンズカバー１５０を電子回路基板２２０に接着することで、スリット部材１５２も基板２２０に対して位置決めされ、また、回路基板２２０に実装されている投光素子１０２、受光素子１１２及び主要な電子部品を含む電子回路がレンズカバー１５０及びスリット部材１５２によって密閉された状態になる。

変形例として、スリット部材１５２を電子回路基板２２０の所定位置に固定し、このスリット部材１５２に対してレンズカバー１５０を位置決めするようにしてもよい。

図２４は、回路基板２２０に光学部材１４８を固定し、また、電子回路基板２２０にケーブル１３４を結線した組立体２２２を示す。この組立体２２２は、後方に向けて開放したトレー状の筐体２０２に対して、筐体２０２の後方から組み付けられる（図２５）。

レンズカバー１５０の水平フランジ１５０ｃよりも前方に突出した部分は凸部を構成しているのは前述した通りであるが、この凸部の輪郭に一致するように金属筐体２０２の光通過窓２０８の輪郭が設定されている。組立体２２２を筐体２０２に組み付ける際に、レンズカバー１５０を筐体前方窓１３６に嵌合することにより、筐体２０２の前面と、レンズカバー１５０の前面(凸部の前面)とが面一の状態になる。この嵌合は緩い嵌合であってもよいし密な嵌合であってもよい。レンズカバー１５０の水平フランジ１５０ｃによってレンズカバー１５０は金属筐体２０２に位置決めされる。また、筐体２０２のカバー装着開口２１２に表示灯カバー２１０が装着される。

上記の仮組み付け状態で金型のキャビティ（図示せず）に載置され、ホットメルト充填機により金属筐体２０２の中にホットメルトが充填される。図２５に図示した矢印から理解できるように、後方に向けて開放した筐体２０２の後方から、電子回路基板２２０の後面、より詳しくは金属筐体２０２の光通過窓２０８の中心部分と対抗する部分に向けてホットメルトの充填が行われ、この充填が終わると、筐体２０２の後方開口はステンレスプレートからなるサブ筐体２２４の四隅を溶接することにより、ホットメルトＨＭの外部への露出を防ぐことができる。

金属筐体２０２の中にホットメルトを充填することにより、レンズカバー１５０及び回路基板２２０並びにレンズカバー１５０と回路基板２２０との接着部分が金属筐体２０２とホットメルトＨＭによって一体化された状態となり、また、表示灯カバー２１０が金属筐体２０２に接着された状態となる。

充填時のホットメルトＨＭは回路基板２２０によって受け止められる。すなわち、回路基板２２０は邪魔板の役割を奏し、回路基板２２０の後面に直交する方向に流入するホットメルトＨＭを受け止める受圧面として回路基板２２０の後面が機能する。このことから、充填時、ホットメルトＨＭによって回路基板２２０は前方に付勢され、この結果、レンズカバー１５０も前方に押し付けられて、レンズカバー１５０は筐体光通過窓２０８の正規の位置に押し付けられた状態となる。また、ホットメルト充填時に、回路基板２２０は、筐体２０２の中に入り込んでくるホットメルトＨＭに対して邪魔部材としての役割を奏するため、充填時のホットメルトが直接的に光学部材１４８に当たることはない。また、光学部材１４８の一部を構成するレンズカバー１５０は、第１実施例と同様に、レンズカバー１５０の中に嵌挿されたスリット部材１５２によって支持されているため、レンズカバー１５０の熱変形を抑制することができる。

なお、回路基板２２０から延びるケーブル１３４の端部では、剥き出しになった芯線１６４が横並びの状態で回路基板２２０に半田付けされるが、図２５から分かるように、複数の芯線１６４の端部は９０度ひねられてネック溝２１４の深さ方向に一列に重なり合った状態に形作られ、この縦一列の状態で筐体２０２のネック溝２１４に装着される。ネック溝２１４に流入したホットメルトによって芯線１６４が固定される。

図２６は、図５のＸ２６−Ｘ２６線に沿って切断した断面図である。図２６から分かるように回路基板２２０が金属筐体２０２から離間しているため、この回路基板２２０の全体をホットメルトＨＭで覆うことで電子部品への油等の異物侵入を防止することができる。

また、レンズカバー１５０のスカート部１５０ｂの端面を予め電子回路基板２２０に接着してあることから、ホットメルトを筐体２０２の中に充填することに伴って光学部材１４８の内部にホットメルトが侵入してしまうのをレンズカバー１５０のスカート部１５０ｂによって防止することができる。

金属筐体２０２の中に充填したホットメルトＨＭによって、フラット型光学センサ２００の設置環境の下で、仮に金属筐体２０２内に液状の異物が侵入したとしても、回路基板２２０の周囲がホットメルトＨＭで包囲されているため誤動作を生じる虞は殆ど無い。

図２６から良く分かるように、表示灯カバー２１０は比較的肉厚に作られており、表示灯カバー２１０を肉厚にすることで表示灯１１８及び安定表示灯１２０などの表示灯の光源であるＬＥＤ１１８ａ、１２０ａとの間のクリアランスＣが適当な距離を備えるように設計されている。ここにクリアランスＣは約１mm〜２mmであるが、1mmよりも小さくてもよい。このクリアランスＣには、金属筐体２０２の中にホットメルトを充填することにより筐体２０２の中に入り込んだホットメルトＨＭが侵入する。

光源ＬＥＤ１１８ａ、１２０ａと表示灯カバー２１０との間に介在するホットメルトＨＭによって光が拡散され、拡散した光によって、比較的大きな表示灯カバー２１０の全体を光らせることができる。

第１、第２実施例において、受光素子として分割フォトダイオード(PD)を用いた距離式反射型光電スイッチや、受光素子として単一フォトダイオード(PD)を用いた透過型光電スイッチの例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、受光素子１１２にフォトダイオード(PD)を用いた光量式反射型光電スイッチや、受光素子にCCD、CMOS等の撮像素子も設けた反射型光学変位センサ、エリア状の光を投受する透過型エリア光学センサなど光電スイッチをはじめとする種々の光学センサに適用可能である。

また、第１、第２実施例において、光学部材、ケーブル並びにホットメルトによって回路基板を包囲することで耐油性、耐水性などの耐環境性能を確保していることから、金属筐体は必ずしも気密又は水密である必要は無く、金属筐体それ自身は、外部からの水や油などの侵入をある程度許容する構造を有していてもよい。

１ 光学センサ
２ 金属筐体
５ 信号光通過窓
６ 光学部材（合成樹脂成形レンズ部材）
８ 表示灯
９ ＬＥＤ（表示灯の光源）
１０ 合成樹脂成形カバー部材
１１ 回路基板
１２ 導光部材
１３ ホットメルト充填口
Ｃ 表示灯カバー部材と光源ＬＥＤとの間のクリアランス
ＨＭ ホットメルト

Claims (10)

1. 金属筐体と、
   該金属筐体の中に収容され、検出光を投光するための投光素子及び検出光を受光するための受光素子の少なくともいずれか一方を有する光学素子が実装された回路基板と、
   該回路基板に実装された表示灯光源と、
   前記金属筐体の開口に設置された表示灯カバー部材と、
   該表示灯カバー部材に前記表示灯光源からの光を誘導する導光部材と、
   前記金属筐体の中に充填され、光拡散性を備えたホットメルトとを有し、
   前記導光部材と前記表示灯光源との間にクリアランスが設けられ、該クリアランスに前記ホットメルトが位置していることを特徴とする光学センサ。
2. 前記導光部材が前記表示灯カバー部材と一体構造である、請求項１に記載の光学センサ。
3. 前記導光部材が前記表示灯カバー部材と別の部品で構成されている、請求項１に記載の光学センサ。
4. 金属筐体と、
   該金属筐体の中に収容され、検出光を投光するための投光素子及び検出光を受光するための受光素子の少なくともいずれか一方を有する光学素子が実装された回路基板と、
   該回路基板に実装された表示灯光源と、
   前記金属筐体の開口に設置された表示灯カバー部材と、
   該表示灯カバー部材に前記表示灯光源からの光を誘導する導光部材と、
   前記金属筐体の中に充填され、光拡散性を備えたホットメルトとを有し、
   前記表示灯カバー部材と前記表示灯光源との間にクリアランスが設けられ、該クリアランスに前記ホットメルトが位置していることを特徴とする光学センサ。
5. 前記金属筐体と前記回路基板との間に隙間が設けられ、
   該隙間に、前記金属筐体の中に充填されたホットメルトが位置している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学センサ。
6. 前記光学素子が、前記回路基板の第一の面に実装されると共に該第一の面に前記表示灯光源が実装され、
   前記光学センサは、前記検出光を誘導する通路を備え且つ前記第一の面に実装された前記光学素子を包囲する光学部材を更に有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学センサ。
7. 前記ホットメルトが半透明である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学センサ。
8. 前記クリアランスが１〜２mmである、請求項７に記載の光学センサ。
9. 前記クリアランスが１mm以下である、請求項７に記載の光学センサ。
10. 前記表示灯光源がＬＥＤである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学センサ。
    
    

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