JP6767713B2

JP6767713B2 - 位置検出スイッチ及びその製造方法

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Publication number: JP6767713B2
Application number: JP2018542045A
Authority: JP
Inventors: 政所　二朗; 二朗政所
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2037-09-05
Also published as: KR20190053955A; TW201816288A; WO2018061647A1; TWI724238B; RU2733800C9; US10948384B2; KR102143853B1; CN109791853B; RU2733800C1; MX2019003551A; JPWO2018061647A1; BR112019006091A2; US20200033230A1; DE112017004874T5; CN109791853A

Description

本発明は、位置検出スイッチ及びその製造方法に関し、一層詳細には、アクチュエータ、例えば、シリンダにおいて往復動作するピストンの位置を非接触で検出するための位置検出スイッチ及びその製造方法に関する。

エアシリンダや油圧シリンダにおいて、従来からシリンダボア内を往復動作するピストンの位置を非接触で検出するための位置検出スイッチが広範に採用されている。例えば、特開２００１−２９７６７１号公報には、センサケースの後端部にコードブッシュを設け、センサ素子に接続されるコードをセンサケースの外部に引き出した構造のものが提案されている。この特開２００１−２９７６７１号公報に開示されている発明は、コードブッシュによってコードが屈曲したとしても、センサケースの内部でコードの曲げが妨げられ、コードとセンサケース内の充填剤との間に隙間ができず、防水に対する安全性が高くなるとの効果を奏するとされている。特開平１０−２４９８８３号公報は、センサケースを成形型に取り付けた状態で、センサケース内への樹脂充填とリード線引き出し口でのグロメット部の樹脂成形とを同時に行う構造を提案している。

特開２００１−２９７６７１号公報や特開平１０−２４９８８３号公報に開示されているセンサスイッチの構造では、樹脂製で且つ薄肉に形成されたセンサケースの内部にセンサ本体やＬＥＤを装着した回路基板が設けられるとともに、この回路基板にケーブルが接続される。ケーブルの一部はセンサケース内に位置し、センサケースの外部へ導出された残余のケーブルは、電源やピストンの位置検出信号を電気的に処理するＣＰＵ等に接続される。この場合、ケーブルは電源と信号を送給するためのリード線と、これらリード線を被覆するシースとから構成されている。シースはセンサケースの内部ではその端部が切除された状態でその一端部から回路基板側へ延在する。リード線はその一部の絶縁被膜が剥離されて基板に電気的に接続される。

ところで、図１１に示すように、このようなセンサスイッチ構造では、センサケースＡの内部で基板等を固定するために、その製造時にセンサケースの開口された端部から溶融した樹脂Ｂを充填しようとすると、その加圧力によってリード線ＣやシースＤがセンサケースＡの軸心から大きく変位し、センサケースＡの内壁に当接してしまうことがある。シースＤがセンサケースＡの内壁に当接すると、狭いセンサケースＡ内で樹脂Ｂがその当接部分に十分に行きわたらなくなる。すなわち、センサケースＡとシースＤとの間に基板封止用の樹脂が入り込むことができなくなる。その結果、シリンダにセンサスイッチをねじ等によって固定する際に、印加される外力や周囲の温度変化によって薄肉で構成されているセンサケースＡの膨張や収縮、さらに、外部からケーブルを引っ張ったり等すると、そのセンサケースＡとシースＤとの接触部分で両者の離間が生じたり、シースＤ自体が破壊されてしまうことが懸念される。さらにまた、シースＤがセンサケースＡから離間した部位や破壊された部位から微細な塵や水分がセンサケースＡの内部に侵入して基板に設けられている回路や電気部品に電気的破壊を惹起する等の虞がある。

本発明はこれらの不都合を克服して塵や水分に対する防塵・防滴性を確保することを目的とする。さらに、センサケースの内壁とシースとの接合面積を大きくすることにより、両者の接合力を十分なものとし、この結果、ケーブルの引っ張り、センサスイッチを固定するためのねじ締めによって生ずるひねり力等に対して耐久性が向上するとともに、周囲の温度変化によってセンサケースの膨張や収縮が生じたとしてもシースとセンサケースの内壁との接合面が破壊されにくく、従って剛性に富んだ位置検出スイッチ及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、センサケースと、センサケースの内部に配置される電子部品が搭載された回路基板と、回路基板に電気的に接続されるリード線を含むケーブルとを有し、リード線はシースによって囲繞され、センサケースはその内壁に互いに所定間隔離間してセンサケースの軸方向に沿って延在する複数のリブを備え、リブはセンサケースの一端部に設けられた溶融樹脂注入口に対応する箇所から離間した位置から他端部側へと延在し、リブはセンサケース内に溶融された樹脂を注入する際、センサケースの内壁からシースを離間させることによりセンサケースとシースとの間に間隙を形成することを特徴とする。

この構成によれば、溶融樹脂をセンサケースの内部に注入する際に、リブはシースをセンサケース内壁から離間するように保持する。このためシースとセンサケース内壁との間に隙間が形成され、これによって、溶融樹脂が相当高圧で注入されたとしてもシースはセンサケースの内壁に直接当接することなく両者間の隙間に効果的に湯回りする。この結果、樹脂が固化後にセンサケースとシースと樹脂とは互いに十分な接触面積を確保して接合される。また、センサケースの溶融樹脂注入口に対応する位置にリブが存在しないため、溶融樹脂はセンサケースの一端側内壁に沿って注入され、次いで、センサケースの他端側に流動するので、樹脂の湯回り性が一段と向上する。

また、本発明において、リブは、センサケースの軸方向で溶融樹脂注入口側に位置する端部が切り欠けかれていることが好ましい。この構成によれば、溶融樹脂が溶融樹脂注入口からセンサケースの軸線に直交して注入されるため、溶融樹脂の注入時に湯回り性が一層向上する。

なお、リブのセンサケースに直交する断面形状が台形形状、円弧形状或いは四角形状のいずれかであってもよい。

また、本発明において、センサケース及びリブは、同質の材料で一体的に成形されていることが好ましい。この構成によれば、リブは、センサケースと一体成形でき、リブの形成によりセンサケースの強度も向上する。

また、本発明において、リブは、センサケースの軸方向に沿って延在し且つリブはその一部が途中で途切れていることが好ましい。この構成によれば、溶融樹脂の注入時に、リブの途切れた箇所から溶融樹脂が流れるため、溶融樹脂の湯回り性が一層向上する。

また、本発明において、内壁に回路基板を保持する支持部が設けられ、リブの端部は支持部と離間していることが好ましい。この構成によれば、溶融樹脂の注入時に、リブの途切れた箇所から溶融樹脂が流れるため、溶融樹脂の湯回り性が一層向上する。

また、本発明において、リブの端部はテーパ状に切り欠かれていることが好ましい。この構成によれば、センサケースの一端側では、溶融樹脂注入口から注入される溶融樹脂がセンサケースの軸線に直交して注入され、溶融樹脂の湯回り性が一層向上する。

また、本発明において、複数のリード線は、回路基板の一面側と他面側のそれぞれの面に電気的に接続されていることが好ましい。この構成によれば、例えば回路基板の一面側と他面側に電気回路がプリントされている場合に、溶融樹脂の湯回りが回路基板の一面側と他面側でバランスよく達成される。

さらにまた、本発明は、位置検出スイッチの製造方法であって、位置検出スイッチは、センサケースと前記センサケースの内部に配置される電子部品が搭載された回路基板と、前記回路基板に電気的に接続されるリード線を含むケーブルを有し、前記センサケースの形成時に該センサケースの成形と同時にセンサケース内壁に軸方向に延在するリブを所定間隔離間して複数本形成し、次いで、センサケースの内部に前記回路基板が接続されたケーブルを挿入し、さらに前記センサケースの一端部から溶融樹脂を注入し、その際前記センサケースに設けられたリブで前記ケーブルを構成するシースを前記センサケースの内壁から離間保持した状態で前記該溶融樹脂を固化することを特徴とする。

前記のように、センサケース内壁に一体的に設けられたリブでシースをセンサケース内壁から浮き上がらせるように離間させるので溶融樹脂はセンサケースの内壁とシースとの間の間隙に湯回りよく入り込む。これによって、センサケースとシースと樹脂とがしっかり接合し、センサケースとシースと樹脂間の接合強度が向上し、外力や温度変化等への耐久性が増す効果が得られる。

本発明によれば、センサケースとシースとが樹脂を介してしっかりと接合されるので、防塵性、防滴性に優れた効果が得られる。また、仮令、ケーブルを外方へと引張したとしても、センサケースからシースが離間することなく、位置検出スイッチをアクチュエータに固定する際のひねり力や温度変化に対して十分に耐久性を有する等の効果が得られる。

図１は、本発明に係る位置検出スイッチにおいてケーブルに接続された基板がセンサケース内に収装された状態の一部切欠き斜視図である。図２は、図１に示す位置検出スイッチにおいてセンサケースに基板が挿入される前の状態を示す斜視図である。図３は、センサケースの平面図である。図４は、図３に示すセンサケースのＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は、図３に示すセンサケースのＶ−Ｖ線断面図である。図６は、図３に示すセンサケースのＶＩ−ＶＩ方向から見た断面端面図である。図７は、図４に示すセンサケースの斜視図である。図８は、センサケースに溶融樹脂を注入した後、ケーブルがケース内壁から突出するリブによってケース内壁に接することを阻止された状態の断面説明図である。図９は、基板と基板に接続されたリード線とがケース内壁より離間して固化された溶融樹脂により保持された状態の断面説明図である。図１０は、図９に示す実施形態の変形例であって基板の一方の面と他方の面にそれぞれリード線が接続された状態で固化された溶融樹脂により保持された状態の断面説明図である。図１１は、従来技術におけるセンサケースとシースとの接合状態を示す断面図である。

次に、本発明に係る位置検出スイッチの実施形態を詳細に説明する。この実施形態において、図１は位置検出スイッチにおいてケーブルに接続された基板がセンサケース内に収装された状態の一部切欠き斜視図、図２は位置検出スイッチにおいてセンサケースに基板を挿入する前の状態を示す斜視図、図３は位置検出スイッチの平面図である。この実施形態では、位置検出スイッチ１０は、基本的にセンサケース（以下、ケースと称する）１２とケーブル１４を構成する複数のリード線１６と、当該リード線１６の先端に電気的に接続されてケース１２内に収納されるＬＥＤ２１（後述）や他の電子部品を固着した基板１８とから構成される。

ケース１２は、円筒部１２ａと直方体部１２ｂからなる。両者はその一部において、互いに軸方向に連通した形状の一体成形品であって、ＰＢＴ、ＰＡ、ＡＢＳ、ＰＰＳ、ＰＣ等々の樹脂で構成される。図１から容易に諒解されるように、ケース１２の一方の端部（図１において左側）は、円筒部１２ａ及び直方体部１２ｂの開口部が閉塞され、他方の端部（図１において右側）は、位置検出スイッチとして完成される前は開口した状態にある（図２参照）。ケース１２の一方の端部には、直方体部１２ｂから円筒部１２ａにかけて貫通して締付用のねじが螺入される螺孔２０が形成されるとともに、ケース１２の内部は隔壁１９によって螺孔２０との間が仕切られている（図４参照）。この螺孔２０から他端部側へと変位した直方体部１２ｂには、ケース１２の内部で固定された基板１８上で点灯するＬＥＤ２１を外部から視認可能なように矩形状の窓部２２が形成される。窓部２２は、透明な樹脂材によって封止される。

ケース１２を構成する直方体部１２ｂの他端部には、溶融樹脂をケース１２の内部に充填するための長溝（溶融樹脂注入口）２４が形成される。直方体部１２ｂの一端側の内部には、リード線１６の先端に電気的に接続された基板１８を保持するための支持部２６ａ、２６ｂが内方へと突出して設けられる。すなわち、支持部２６ａ、２６ｂは、直方体部１２ｂの一端側にあって、隔壁１９側へと延在している。ケーブル１４先端の基板１８がケース１２の先端側へと挿入される際、基板１８上のＬＥＤ２１は透明な樹脂が配置されている窓部２２に臨むように設定されている。

本実施形態において、円筒部１２ａの内壁に直径方向へと突出する複数のリブ３０ａ〜３０ｆが突出形成される。この場合、円筒部１２ａの他端側では、長溝２４から注入される溶融樹脂がケース１２の軸線に直交して注入されるようにリブ３０ａ〜３０ｆの端部３１ａ〜３１ｆがテーパ状に切り欠かれている。すなわち、リブ３０ａ〜３０ｆは、円筒部１２ａの端部から一端側へと若干退位した位置からテーパ状に切り欠かれた端部３１ａ〜３１ｆを経て立ち上っている。このように、円筒部１２ａの他端部側で若干切り欠かれた上でケース１２の軸芯に指向して内方へと突出するリブ３０ａ〜３０ｆは、次いで、円筒部１２ａの長手方向に沿って該円筒部１２ａの一端側へと延在している。前記リブ３０ａ〜３０ｆは、その製造時、ケース１２と一体成形されるのが好ましい。そのために、ケース１２とリブ３０ａ〜３０ｆは同質の材料で構成される。なお、リブ３０ａ〜３０ｆの形成によりケース１２の強度も向上する。

この場合、支持部２６ａ、２６ｂに加えてさらに円筒部１２ａの内壁に支持部２６ｃが突出するように構成される変形例では、リブ３０ａはケース１２の隔壁１９まで到達することなく途上で終端してもよい（図４参照）。さらに、図４に二点鎖線で示すように、直方体部１２ｂに近接して円筒部１２ａにリブを設けてもよい。また、図４に点線で示すように、リブ３０ａ〜３０ｆはケース１２の軸線方向に沿って延在し且つその一部が途中で途切れていてもよい。溶融樹脂の注入時に湯回り性が一層向上する。この場合、リブ３０ａ〜３０ｆの他端部側のテーパ状に切り欠かれた端部３１ａ〜３１ｆにより長溝２４から注入される溶解樹脂が図４の上方から下方へと湯回り性よく流動することができる。なお、リブ３０ａ〜３０ｆは単に突起として説明したが、リブ３０ａ〜３０ｆの断面形状は、図５に示されるように、断面台形形状であるのが好ましい一方、これに限定されることなく円弧形状や四角形状等であってもよい。

なお、ケーブル１４は、図８に示すように、絶縁被膜４０で被覆された複数本の導線４２ａ、４２ｂと、前記絶縁被膜４０とともに、導線４２ａ、４２ｂを包被するシース４４とから構成される。

次に、本実施形態に係る前記位置検出スイッチ１０の製造方法について説明する。

まず、ケーブル１４を構成するリード線１６の先端に固着された基板１８をリブ３０ａ〜３０ｆに沿って挿入する。その際、基板１８に設けられたＬＥＤ２１の光射出部位が窓部２２に対面するように挿入する。このように、基板１８は、前記ＬＥＤ２１が窓部２２に臨んだ状態で円筒部１２ａの先端に設けられた支持部２６ａ、２６ｂに保持された状態となる。なお、支持部２６ａ、２６ｂは基板１８をしっかりと支持する必要はなく、ケース１２の軸方向に直交する方向において所定範囲以上の変位を阻止するものであればよい。そこで、ケーブル１４を構成するシース４４がケース１２の他端側に一部挿入された状態で、ケーブル１４とシース４４とが図示しない金型に収容される。この時、ケース１２の一端側は前記金型で開口部位が閉塞される。次いで、長溝２４から溶融された樹脂を所定の圧力で射出する。すなわち、この場合、溶融樹脂は、ケース１２の軸線に対し直交する方向から注入される。

長溝２４から樹脂が注入されると、円筒部１２ａの内壁から突出するリブ３０ａ〜３０ｆが存在しない場合、シース４４の表面がその押圧力によって円筒部１２ａの内壁に圧接するに至る（図１０参照）。すなわち、この場合、シース４４の表面と円筒部１２ａの内壁とが直接当接するために、溶融樹脂がこの当接部分に回り込むことなく、そのまま固化するに至る。このような状態で完成された位置検出スイッチでは、ケーブル１４を引っ張る等外力を与えることにより容易にシース４４がケース１２の内壁から離間したり、また、割れたりすることがある。この結果、例えば、離間箇所や割れた部分から粉塵や水分が入り込み、電気的に不都合が生じることが懸念される。

しかしながら、図８や図９に示すように、シース４４と円筒部１２ａの間にリブ３０ａ〜３０ｆが突出していると、シース４４の外周壁が円筒部１２ａの内周壁に直接接することはなく、樹脂がシース４４の外周壁と円筒部１２ａの内周壁との間の隙間に回り込むことができる。すなわち、樹脂の湯回り性が向上するとともにリブ３０ａ〜３０ｆがシース４４に喰い込み両者の接触面積が大きくなる。この結果、本実施形態において完成後の位置検出スイッチ１０は外力に対する耐久性に優れ、シースとケースとの接合面に破壊が生じにくく、剛性に富むという効果が得られる。さらに、リブ３０ａ〜３０ｆを設けることにより溶融した樹脂の流動状態が安定するため樹脂注入時に気泡等の発生が抑制され、シースとケースとの密着性が高まる。

以上、本発明に関し、好適な実施形態を例示して説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱することなく種々の改良や設計変更が可能なことは勿論である。例えば、図１０に示すように、基板１８の一面側と他面側に電気回路がプリントされている場合には二本あるリード線１６を電気的に問題なければそれぞれの面に分離して接続してもよい。溶融樹脂の湯回りが一面側と他面側でバランスよく達成される。

Claims

センサケース（１２）と、前記センサケース（１２）の内部に配置される電子部品が搭載された回路基板（１８）と、前記回路基板（１８）に電気的に接続されるリード線（１６）を含むケーブル（１４）とを有し、前記リード線（１６）はシース（４４）によって囲繞され、前記センサケース（１２）はその内壁に互いに所定間隔離間して該センサケース（１２）の軸方向に沿って延在する複数のリブ（３０ａ〜３０ｆ）を備え、
前記リブ（３０ａ〜３０ｆ）はセンサケース（１２）の一端部に設けられた溶融樹脂注入口（２４）に対応する箇所から離間した位置から他端部側へと延在し、
前記リブ（３０ａ〜３０ｆ）は該センサケース（１２）内に溶融された樹脂を注入する際、前記センサケース（１２）の前記内壁から前記シース（４４）を離間させることにより前記センサケース（１２）と前記シース（４４）との間に間隙を形成することを特徴とする位置検出スイッチ（１０）。
請求項１記載の位置検出スイッチ（１０）において、前記リブ（３０ａ〜３０ｆ）は、前記センサケース（１２）の軸方向で前記溶融樹脂注入口（２４）側に位置する端部が切り欠かれていることを特徴とする位置検出スイッチ（１０）。
請求項１又は２記載の位置検出スイッチ（１０）において、前記リブ（３０ａ〜３０ｆ）の前記センサケース（１２）に直交する断面形状は台形形状、円弧形状或いは四角形状のいずれかであることを特徴とする位置検出スイッチ（１０）。
センサケース（１２）と、前記センサケース（１２）の内部に配置される電子部品が搭載された回路基板（１８）と、前記回路基板（１８）に電気的に接続されるリード線（１６）を含むケーブル（１４）とを有し、前記リード線（１６）はシース（４４）によって囲繞され、前記センサケース（１２）はその内壁に互いに所定間隔離間して該センサケース（１２）の軸方向に沿って延在する複数のリブ（３０ａ〜３０ｆ）を備え、
前記センサケース（１２）及び前記リブ（３０ａ〜３０ｆ）は、同質の材料で一体的に成形されており、
前記リブ（３０ａ〜３０ｆ）は該センサケース（１２）内に溶融された樹脂を注入する際、前記センサケース（１２）の前記内壁から前記シース（４４）を離間させることにより前記センサケース（１２）と前記シース（４４）との間に間隙を形成することを特徴とする位置検出スイッチ（１０）。
センサケース（１２）と、前記センサケース（１２）の内部に配置される電子部品が搭載された回路基板（１８）と、前記回路基板（１８）に電気的に接続されるリード線（１６）を含むケーブル（１４）とを有し、前記リード線（１６）はシース（４４）によって囲繞され、前記センサケース（１２）はその内壁に互いに所定間隔離間して該センサケース（１２）の軸方向に沿って延在する複数のリブ（３０ａ〜３０ｆ）を備え、
前記リブ（３０ａ〜３０ｆ）は、前記センサケース（１２）の軸方向に沿って延在し且つ前記リブ（３０ａ〜３０ｆ）はその一部が途中で途切れており、
前記リブ（３０ａ〜３０ｆ）は該センサケース（１２）内に溶融された樹脂を注入する際、前記センサケース（１２）の前記内壁から前記シース（４４）を離間させることにより前記センサケース（１２）と前記シース（４４）との間に間隙を形成することを特徴とする位置検出スイッチ（１０）。
センサケース（１２）と、前記センサケース（１２）の内部に配置される電子部品が搭載された回路基板（１８）と、前記回路基板（１８）に電気的に接続されるリード線（１６）を含むケーブル（１４）とを有し、前記リード線（１６）はシース（４４）によって囲繞され、前記センサケース（１２）はその内壁に互いに所定間隔離間して該センサケース（１２）の軸方向に沿って延在する複数のリブ（３０ａ〜３０ｆ）を備え、
前記内壁に前記回路基板（１８）を保持する支持部が設けられ、前記リブ（３０ａ〜３０ｆ）の端部は前記支持部と離間しており、
前記リブ（３０ａ〜３０ｆ）の端部（３１ａ〜３１ｆ）はテーパ状に切り欠かれており、
前記リブ（３０ａ〜３０ｆ）は該センサケース（１２）内に溶融された樹脂を注入する際、前記センサケース（１２）の前記内壁から前記シース（４４）を離間させることにより前記センサケース（１２）と前記シース（４４）との間に間隙を形成することを特徴とする位置検出スイッチ（１０）。
請求項６記載の位置検出スイッチ（１０）において、複数の前記リード線（１６）は、前記回路基板（１８）の一面側と他面側のそれぞれの面に電気的に接続されることを特徴とする位置検出スイッチ（１０）。
位置検出スイッチ（１０）の製造方法であって、位置検出スイッチ（１０）は、センサケース（１２）と前記センサケース（１２）の内部に配置される電子部品が搭載された回路基板（１８）と、前記回路基板（１８）に電気的に接続されるリード線（１６）を含むケーブル（１４）を有し、
前記センサケース（１２）の形成時に該センサケース（１２）の成形と同時に前記センサケース（１２）の内壁に軸方向に延在するリブ（３０ａ〜３０ｆ）を所定間隔離間して複数本形成し、次いで、センサケース（１２）の内部に前記回路基板（１８）が接続されたケーブル（１４）を挿入し、
さらに前記センサケース（１２）の一端部から溶融樹脂を注入し、その際前記センサケース（１２）に設けられた前記リブ（３０ａ〜３０ｆ）で前記ケーブル（１４）を構成するシース（４４）を前記センサケース（１２）の前記内壁から離間保持した状態で該溶融樹脂を固化することを特徴とする位置検出スイッチ（１０）の製造方法。