JP6452978B2 - 光電センサ及び光電センサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光電センサに関するものである。

光電センサは、投光部と受光部とが対向して設けられ、投光部から受光部に向かって出力される赤外線等の検出光が被検出物で遮られたとき、被検出物を検出可能となっている。

光電センサの一種類として、投光素子を備えた投光部と、受光素子を備えた受光部と、投光部からの検出光の出力動作の制御及び受光部での受光動作により検出信号を生成し、その検出信号を被検出部の位置制御等を行う制御システムに出力する制御回路を搭載した回路基板を備えたものがある。

このような光電センサが設置される制御システムでは、洗浄水の噴射により当該システムの洗浄が行われることがある。このため、光電センサに所要の耐水性を確保する必要がある。

特許文献１には、アンプ部を樹脂でモールドし、さらにケースに収容するようにしたホトセンサが開示されている。

特開平１１−１４５５０５号公報

特許文献１に開示されたホトセンサでは、アンプ部は樹脂でモールドされて耐水性を備えているが、アンプ部の端子、投光部及び受光部とアンプ部とを接続するリードはモールドされてはいない。

従って、洗浄水がケース内に侵入すると、リードあるいはアンプ部の端子が短絡状態となって、ホトセンサが正常に動作しなくなるという問題点がある。
この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は耐水性に優れた光電センサを提供することにある。

上記課題を解決する光電センサは、被検出物を検出する投光素子及び受光素子と、前記投光素子及び受光素子の動作に基づいて前記被検出物を検出したとき、検出信号を出力する制御回路を搭載した回路基板とをケースに収めた光電センサにおいて、前記投光素子、前記受光素子及び前記回路基板をそれぞれ保持する枠部材と、前記枠部材を覆うカバー部材と、前記枠部材及びカバー部材を覆うように成形されるケースとを備え、前記枠部材と、前記カバー部材と、前記ケースを熱可塑性樹脂で成形したことを特徴とする。

この構成により、ケースと枠部材及びカバー部材との界面が互いに溶融して水密性が向上する。
また、上記の光電センサでは、前記回路基板の回路素子搭載面と前記カバー部材との間に空間を備えることが好ましい。

この構成により、ケースの成形時に、回路基板上の回路素子にかかる熱ストレスが軽減される。
また、上記の光電センサでは、前記投光素子と、前記受光素子と、前記回路基板を金属フレーム上に搭載し、前記投光素子を保持する枠部材と、前記受光素子を保持する枠部材と、前記回路基板を保持する枠部材を金属フレーム上に成形し、前記金属フレームを折り曲げて、前記投光素子を保持する枠部材と前記受光素子を保持する枠部材を、前記回路基板を保持する枠部材の両側に垂立させ、前記カバー部材は前記各枠部材を覆うように一体成型した。

この構成により、ケースの成形時にカバー部材で各枠部材が覆われる。
また、上記の光電センサでは、前記回路基板に接続される配線を被覆部材で被覆し、前記ケースは前記被覆部材で被覆された配線が該ケースから露出されるように成形することが好ましい。

この構成により、ケースと配線との間の水密性が向上する。
また、上記課題を解決する光電センサの製造方法は、投光素子と、受光素子と、回路基板及び配線を接続する端子を金属フレーム上に形成し、前記投光素子を保持する投光素子枠と、前記受光素子を保持する受光素子枠と、前記回路基板を保持するベース部材と、前記端子を保持する端子部材を前記金属フレーム上に熱可塑性樹脂で成形し、前記投光素子及び受光素子と前記回路基板を電気的に接続する金属フレームを折り曲げて前記投光素子と受光素子を対向させ、前記投光素子枠と受光素子枠とベース部材に熱可塑性樹脂で成形したカバー部材を取着し、前記投光素子枠と受光素子枠とベース部材及び前記端子部材を覆うように熱可塑性樹脂のケースを成形することを特徴とする。

この構成により、ケースと枠部材及びカバー部材との界面が互いに溶融して水密性が向上する。

本発明の光電センサによれば、光電センサの耐水性を向上させることができる。

光電センサを示す斜視図である。 光電センサの主要部を示す斜視図である。 カバー部材を示す斜視図である。 カバー部材を示す斜視図である。 カバー部材を主要部に取着した状態を示す斜視図である。 カバー部材を主要部に取着した状態を示す斜視図である。 カバー部材を主要部に取着した状態を示す正面図である。 カバー部材を主要部に取着した状態を示す断面図である。 基板カバーを示す断面図である。

以下、光電センサの一実施形態を図面に従って説明する。図１に示す光電センサは、熱可塑性樹脂で一体成形されたケース１の一側に取付片２が形成され、その取付片２には、取付孔３が上下方向に２つ形成されている。そして、取付孔３に取付ネジ等を挿通して所定の取付位置に固定可能となっている。この実施形態では、ケース１がＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）で成形されて、ネジ止め時に座屈の発生を防止し得る強度が確保されている。

ケース１の上面には、投光部４と受光部５が所定の間隔を隔てて対向するように上方に延設されている。投光部４内には投光素子が内蔵され、受光部５内には受光素子が内蔵され、投光素子から出力される赤外光を投光部４及び受光部５の外枠を介して受光素子で受光可能となっている。

次に、前記ケース１内に収容される光電センサの主要部について説明する。
図２に示す主要部Ｍは、リードフレーム上で電気的に接続された回路基板６、投光素子７及び受光素子８等に対しそれぞれＰＢＴで樹脂枠を成形し、その樹脂枠を適宜折り曲げて形成されている。

回路基板６上には、ＩＣチップと、抵抗、コンデンサ等の受動素子で構成される制御回路及び発光素子２５が搭載されている。そして、回路基板６を取り囲むように、四角枠状のベース部材９が成形されて基板部１０が構成されている。

前記基板部１０の長手方向の一方には投光素子枠１１が垂立され、長手方向の他方には受光素子枠１２が垂立されている。投光素子枠１１は前記投光素子７を保護する樹脂枠であり、受光素子枠１２は前記受光素子８を保護する樹脂枠である。

そして、投光素子枠１１及び受光素子枠１２と前記ベース部材９との間のリード部分で折り曲げられて投光素子枠１１及び受光素子枠１２が垂立する状態では、投光素子７と受光素子８が互いに対向するようになっている。

前記ベース部材９にリードを介して接続される補強部１３及び端子部材１４は、リード部分でベース部材９の裏面に回り込むように折り曲げられている。そして、図６及び図７に示すように、端子部材の裏面に露出する４つの端子１５ａ〜１５ｄに配線１６ａ〜１６ｄの被覆を剥がされた端部がそれぞれ半田付け等により接合されている。前記配線１６ａ〜１６ｄは、電源配線と信号線であり、端子部材１４の直下まで被覆部材１７で一括して覆われている。

図３は、前記ケース１の成形に先立って、前記基板部１０、投光素子枠１１及び受光素子枠１２を覆うように取着されるカバー部材１８を示す。カバー部材１８は、可視光を透過可能とした熱可塑性樹脂と可視光を透過しない熱可塑性樹脂で二色成形され、この実施形態ではＰＣ（ポリカーボネート）で成形されている。

そして、主に前記基板部１０の上面を覆う蓋状に形成された基板カバー１９が赤色樹脂で成形され、基板カバー１９の長手方向両端部に垂立して、主に前記投光素子枠１１と受光素子枠１２の対向面を覆う枠カバー２０，２１が黒色樹脂で成形されている。

図４に示すように、前記基板カバー１９の裏面には、その外周部に前記ベース部材９の外周部に嵌合可能とした枠状部２２が形成されている。また、枠状部２２の内側において、基板カバー１９の裏面には、図９に示すように、基板カバー１９の長手方向に沿って断面波形の多数の凹凸２３が形成されている。

このようなカバー部材１８の基板カバー１９をベース部材９に嵌合すると、図５に示すように、枠カバー２０，２１で投光素子枠１１と受光素子枠１２の対向面が覆われる。
また、図８に示すように、回路基板６の回路素子搭載面と基板カバー１９の下面との間には空間２４が確保されている。

上記のようにカバー部材１８を基板部１０、投光素子枠１１及び受光素子枠１２に取着した状態で金型にセットし、基板カバー１９の上面及び側面を露出させた状態でケース１を成形する。すると、図１に示すように、基板カバー１９を除いて、基板部１０、投光素子枠１１、受光素子枠１２、枠カバー２０，２１がケース１で覆われた光電センサが形成される。このとき、前記配線１６ａ〜１６ｄは、被覆部材１７で覆われた部分でケース１から露出され、被覆部材１７はケース１に対し水密性を有する状態で保持される。

次に、上記のように構成された光電センサの作用を説明する。
この光電センサでは、基板カバー１９の上面及び側面を除いて基板部１０、投光素子枠１１及び受光素子枠１２と、配線１６ａ〜１６ｄと、これらを接続するリードがケース１及び基板カバー１９で覆われている。

ＰＢＴで成形されるケース１と、ベース部材９、基板部１０、補強部１３、端子部材１４と、ＰＣで成形されるカバー部材１８は、ともに熱可塑性樹脂であるので、ケース１の成形時にケース１と他の部材との界面が互いに溶融して水密性が向上する。

ケース１の成形時には、基板カバー１９と基板部１０内の回路基板６との間に空間２４が確保される。このため、ケース１の成形時に回路基板６上にＰＢＴが流入することはないので、回路素子に作用する熱ストレスが軽減される。

設置状態では、投光部４と受光部５の間を被検出物が通過するとき、投光素子から受光素子に向かって出力される赤外光が被検出物で遮られる。すると、基板部１０に搭載された制御回路では被検出物の通過を検出して、その検出信号を配線１６ａ〜１６ｄで接続される制御システムに出力するとともに、発光素子２５を点灯させる。

発光素子２５が点灯されると、その可視光は基板カバー１９の裏面の凹凸２３により散乱して、基板カバー１９を通過する。すると、基板カバー１９の上面及び側面から散乱光が放射されるため、基板カバー１９のほぼ全体が赤色に点灯された状態となる。

上記のような光電センサでは、次に示す効果を得ることができる。
（１）熱可塑性樹脂のＰＢＴで成形されたベース部材９、基板部１０、補強部１３、端子部材１４と、熱可塑性樹脂のＰＣで成形されたカバー部材１８をほぼ覆うように、ＰＢＴでケース１が成形されるので、ケース１の成形時にケース１と他の部材との界面が互いに溶融して水密性が向上する。従って、耐水性に優れた光電センサを形成することができる。
（２）基板部１０と基板カバー１９とにより、回路基板６と基板カバー１９との間に空間２４が確保された状態でケース１を成形することができる。従って、回路基板上の回路素子の熱ストレスによる故障を軽減して、製造時の歩留まりを向上させることができる。
（３）カバー部材１８の基板カバー１９を赤色のＰＣで成形したので、回路基板６上の発光素子２５から出力される可視光により、基板カバー１９を赤色に点灯させることができる。
（４）発光素子２５から出力される可視光は、回路基板６と基板カバー１９との間の空間及び基板カバー１９の凹凸２３により散乱光となって基板カバー１９を透過する。従って、基板カバー１９の上面及び側面全体が赤色に点灯された状態となるため、光電センサの周囲からの視認性を向上させることができる。
（５）枠カバー２０，２１を黒色のＰＣで成形したので、受光素子枠１２の受光素子８での可視光の受信をほぼ遮断することができる。従って、受光素子８への可視光の侵入を遮断して、可視光の受信による誤動作を防止することができる。
（６）回路基板６の周囲にベース部材９を成形して基板部１０を形成したので、端子部材１４を回路基板６の裏側に折り曲げるとき、回路基板６への機械的ストレスの作用を軽減することができる。従って、機械的ストレスによる回路基板６及び回路素子の損傷を防止して、製造時の歩留まりを向上させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態の基板部１０と、投光素子枠１１及び受光素子枠１２を、ＰＢＴに代えて、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＣ、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）で成形してもよい。また、カバー部材１８は、ＰＣに代えて、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）を使用することもできる。
・基板カバー１９は、赤色以外の可視光を透過しやすい色彩のＰＣ樹脂で成形してもよい。

１…ケース、６…回路基板、７…投光素子、８…受光素子、９…枠部材（ベース部材）、１１…枠部材（投光素子枠）、１２…枠部材（受光素子枠）、１４…端子部材、１５ａ〜１５ｄ…端子、１６ａ〜１６ｄ…配線、１７…被覆部材、１８…カバー部材、１９…基板カバー、２３…凹凸、２４…空間。

Claims (4)

1. 被検出物を検出する投光素子及び受光素子と、
   前記投光素子及び受光素子の動作に基づいて前記被検出物を検出したとき、検出信号を出力する制御回路及び前記被検出物の検出に応じて可視光を発光する発光素子を搭載した回路基板とをケースに収めた光電センサにおいて、
   前記投光素子、前記受光素子及び前記回路基板をそれぞれ保持する枠部材と、
   前記枠部材を覆うカバー部材と、
   前記枠部材及びカバー部材を覆うように成形されるケースと
   を備え、
   前記枠部材と、前記カバー部材と、前記ケースを熱可塑性樹脂で成形すると共に、
   前記カバー部材は、前記投光素子及び前記受光素子をそれぞれ保持する枠部材の対向面を覆う可視光を透過しない樹脂で成形した枠カバーと、前記回路基板を保持する枠部材に嵌められ、前記回路基板の上面を覆う可視光を透過可能な樹脂で成形した基板カバーとからなり、
   前記回路基板の回路素子搭載面と前記カバー部材との間に空間を備えたことを特徴とする光電センサ。
2. 請求項１に記載の光電センサにおいて、
   前記投光素子と、前記受光素子と、前記回路基板を金属フレーム上に搭載し、前記投光素子を保持する枠部材と、前記受光素子を保持する枠部材と、前記回路基板を保持する枠部材を金属フレーム上に成形し、前記金属フレームを折り曲げて、前記投光素子を保持する枠部材と前記受光素子を保持する枠部材を、前記回路基板を保持する枠部材の両側に垂立させ、前記カバー部材は前記各枠部材を覆うように一体成形したことを特徴とする光電センサ。
3. 請求項１又は２に記載の光電センサにおいて、
   前記回路基板に接続される配線を被覆部材で被覆し、前記ケースは前記被覆部材で被覆された配線が該ケースから露出されるように成形したことを特徴とする光電センサ。
4. 投光素子と、受光素子と、回路基板及び配線を接続する端子を金属フレーム上に形成し、前記投光素子を保持する投光素子枠と、前記受光素子を保持する受光素子枠と、前記回路基板を保持するベース部材と、前記端子を保持する端子部材を前記金属フレーム上に熱可塑性樹脂で成形し、前記投光素子及び受光素子と前記回路基板を電気的に接続する金属フレームを折り曲げて前記投光素子と受光素子を対向させ、前記投光素子枠及び前記受光素子枠の対向面を覆う可視光を透過しない樹脂で成形した枠カバーと、前記ベース部材に嵌められ、前記回路基板の上面を覆う可視光を透過可能な樹脂で成形した基板カバーとからなるカバー部材を取着し、前記投光素子枠と受光素子枠とベース部材及び前記端子部材を覆うように熱可塑性樹脂のケースを成形し、前記回路基板の回路素子搭載面と前記カバー部材との間に空間を形成したことを特徴とする光電センサの製造方法。