JP6819635B2 - 光電センサ - Google Patents

Description

本発明は、光電センサに関する。

検出領域における物体の有無や、物体の表面状態等を検出する機器として、光電センサが用いられている。特許文献１に示される光電センサでは、光を出射する投光部と、光を受ける受光部と、がケースの内部に収容されている。ケースの内部には２つの導光路が形成されており、投光部が出射した光は一方の導光路を通過してケースの外部に出射する。ケースの外部から入射する光は、他方の導光路を通過して受光部に至る。

各導光路に導光部材が配置された光電センサも知られている。導光部材は、その内部に入射させた光を、境界面において反射させながら導く。このような導光部材を用いることにより、ケースの外部に出射する光の量や、ケースの外部から受光部に至る光の量を増加させ、物体の検出精度を向上させることが可能になる。

特開２０１３−２３９５７８号公報

光電センサに用いられる部品の数を抑制するため、２つの導光路における導光を単一の導光部材により行う光電センサも知られている。しかしながら、このような光電センサは、導光部材の形状が複雑になり、組立に大きな手間を要するおそれがある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、導光部材により確実に導光を行いつつ、組立が容易な光電センサを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る光電センサは、第１ケース部材と、第１ケース部材と対向配置されている第２ケース部材と、を有し、第１ケース部材と第２ケース部材との間に収容空間が形成されているケースと、収容空間に配置され、光を出射する投光部と、光を受ける受光部と、が互いに離間して実装されている基板と、収容空間に配置され、投光部からケースの外部に光を導く投光側導光部と、ケースの外部から受光部に光を導く受光側導光部と、を有する導光部材と、収容空間に配置され、基板と導光部材との位置関係を規定し、投光部と受光部の間を遮光する遮光部材と、を備えている。投光側導光部及び受光側導光部の一方は、所定方向に延びている。投光側導光部及び受光側導光部の他方は、少なくともその一部が所定方向に対して傾斜するように延びている。遮光部材は、投光側導光部及び受光側導光部の一方が所定方向に嵌入する嵌入部と、基板と所定方向に当接する当接部と、を有している。

この態様によれば、投光側導光部及び受光側導光部の一方は所定方向に延びているのに対し、投光側導光部及び受光側導光部の他方は少なくともその一部が所定方向に対して傾斜するように延びている。このため、投光部と受光部とが互いに離間して基板に実装されている場合でも、それぞれに対する導光を確実に行うことができる。

遮光部材の嵌入部には、投光側導光部及び受光側導光部の一方が所定方向に嵌入する。また、遮光部材の当接部は、基板と所定方向に当接する。したがって、遮光部材における嵌入と、遮光部材と基板との当接とを、いずれも単一方向において行うことができる。これにより、光電センサを容易に組み立てることが可能になる。

上記態様において、第２ケース部材は、所定方向において第１ケース部材と対向配置されていてもよい。

この態様によれば、遮光部材における嵌入と、遮光部材と基板との当接とに加えて、第１ケースと第２ケース部材との対向配置も、単一方向において行うことができる。これにより、光電センサをさらに容易に組み立てることが可能になる。

上記態様において、遮光部材は、基板の近傍において投光側導光部と受光側導光部とを隔てる隔壁を有していてもよい。

投光部から出射した光が、ケースの外部に出射することなく直接受光部に至ると、光電センサの誤検出が生じる。隔壁を用いるこの態様によれば、このような光の経路を隔壁により遮断し、誤検出を抑制することができる。また、遮光部材が隔壁を有することで、部品数の増加を抑制することが可能になる。

上記態様において、投光側導光部は、所定方向に延びるように形成され、受光側導光部は、少なくともその一部が所定方向に対して傾斜して延びるように形成され、投光側導光部が嵌入部に嵌入していてもよい。

この態様によれば、投光部から出射する光を効率良くケースの外部に導くことが可能になる。この結果、光電センサの作動に要する電力を抑制することが可能になる。

上記態様において、遮光部材は、投光部を遮蔽する遮蔽壁を有し、遮蔽壁は、貫通孔が形成されていてもよい。

この態様によれば、貫通孔が形成された遮蔽壁を、絞りに用いることができる。この結果、投光部から出射して投光側導光部に至る光の指向性を調整することが可能になる。

本発明によれば、導光部材により確実に導光を行いつつ、組立が容易な光電センサを提供することができる。

実施形態に係る光電センサを示す斜視図である。 図１の光電センサを分解して示す斜視図である。 図１の光電センサを分解して示す斜視図である。 図２の導光部材を示す斜視図である。 図２の導光部材を示す斜視図である。 図４のＶＩ−ＶＩ断面を示す断面図である。 図２の遮光部材を示す斜視図である。 図２の遮光部材を示す斜視図である。 図１のＩＸ−ＩＸ断面を示す断面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

尚、本明細書では、図１に示されるように、後述する矢印Ｌ１で示される方向を「前」と称し、矢印Ｌ２で示される方向を「後」と称する。また、前方を向いた場合の左方を「左」と称し、右方を「右」と称する。さらに、上方を「上」と称し、下方を「下」と称する。尚、これらの方向の呼称は、本発明の使用態様を限定するものではない。

まず、図１を参照しながら、実施形態に係る光電センサ１の概要について説明する。図１は、光電センサ１を示す斜視図である。

光電センサ１は、ケース２と、ケーブル９３と、を備えている。ケース２は、第１ケース部材２１及び第２ケース部材２９を有している。第１ケース部材２１は、その本体部２２から前方に突出する突出部２３が形成されている。突出部２３は略円筒形状を呈しており、その内部は、仕切壁２６により投光側導光路２４と受光側導光路２５とに区分されている。投光側導光路２４には後述する導光部材３の出射面４５が配置され、受光側導光路２５には入射面５３が配置されている。

突出部２３の外周面には、螺子部２３ａが形成されている。螺子部２３ａは雄ねじであり、前後方向を軸方向とする螺旋形状を呈している。光電センサ１は、例えば、冶具に形成された貫通孔（不図示）に突出部２３が挿通し、その突出部２３の螺子部２３ａにナット（不図示）が螺合することにより、冶具に対して固定される。光電センサ１は、その出射面４５及び入射面５３が、検出領域（不図示）が存在する光電センサ１の前方を向くように配置される。

光電センサ１は、ケーブル９３を介して電力の供給を受け、出射面４５から光を出射する。この光は、例えば可視光を用いることができるが、物体の表面で反射されるものであれば、その波長等は限定されない。出射面４５から出射した光は、矢印Ｌ１で示されるように前方に向かって進行する。

一方、入射面５３には、矢印Ｌ２で示されるように前方から光が入射する。光電センサ１は、入射面５３に入射した光の量に対応する電気信号を生成するとともに、この電気信号に基づいて所定の演算を行う。

物体が検出領域に存在しない場合、入射面５３に入射する光の量は微少である。一方、物体が検出領域に存在している場合、出射面４５から出射した光が物体の表面で反射して光電センサ１を指向するため、入射面５３に入射する光の量が増加する。

このように、入射面５３に入射する光の量は、検出領域における物体の有無により異なる。光電センサ１は、この光量の差異に基づいて、物体の有無や、物体の表面状態等を検出する。例えば、光電センサ１は、入射面５３に入射する光の量と所定の閾値との比較に基づいて、検出領域における物体の有無を検出する。

次に、図２から図８を参照しながら、ケース２に収容される部品について説明する。図２及び図３は、光電センサ１を分解して示す斜視図である。図４及び図５は、導光部材３を示す斜視図である。図６は、図４のＶＩ−ＶＩ断面を示す断面図である。図７及び図８は、遮光部材６を示す斜視図である。

前述したように、ケース２は、第１ケース部材２１及び第２ケース部材２９を有している。図３に示されるように、第１ケース部材２１の本体部２２の後部には、凹部２２ａが形成されている。また、本体部２２の下端には、凹部２２ａに連通する切欠き２７が形成されている。第２ケース部材２９は、略平板形状を呈しており、厚さ方向に貫通する２つの孔２９ａが形成されている。第２ケース部材２９は、第１ケース部材２１の後方に配置され、前後方向において第１ケース部材２１と対向している。第２ケース部材２９が第１ケース部材２１の凹部２２ａを覆うことにより、第１ケース部材２１と第２ケース部材２９との間に収容空間が形成される。

図２及び図３に示されるように、ケース２の収容空間には、導光部材３と、遮光部材６と、基板７と、が配置されている。

導光部材３は、アクリルやガラス等、透光性を有する材料により形成されている。導光部材３は、投光側導光部４と、受光側導光部５と、連結部３１と、を有している。

図６に示されるように、投光側導光部４は、連結部３１から前方に突出する突出部４１と、後方に突出する４２と、を有している。連結部３１は、前後方向を厚さ方向とする略平板形状を呈している。突出部４１は、その前端に、平坦面である出射面４５を有している。また、突出部４２は、その後端に、曲面である入射面４３を有している。突出部４１及び突出部４２は、いずれも前後方向に沿って突出している。このため、投光側導光部４は、入射面４３と出射面４５との間で直線的に延びている。

受光側導光部５は、連結部３１から前方に突出する突出部５１と、後方に突出する突出部５２と、を有している。突出部５１は、その前端に、平坦面である入射面５３を有している。また、突出部５２は、その後端に、曲面である出射面５５を有している。

突出部５１が前後方向に沿って突出しているのに対し、突出部５２は前後方向に対して傾斜する方向に突出している。詳細には、突出部５２は、前後方向に対して略４５°を成して突出部４１から下方に離間する方向に突出している。このため、受光側導光部５は、連結部３１において屈曲するように、入射面５３から出射面５５にかけて延びている。

投光側導光部４と受光側導光部５とは、上下方向に互いに間隔を空けて配置され、連結部３１により連結されている。換言すれば、受光側導光部５は、投光側導光部４との間に隙間３５を形成するように、投光側導光部４の下方に配置される。

図６に示されるように、隙間３５は、連結部３１側の端部に縮小部３５ａが設けられている。縮小部３５ａは、平面３６及び平面３７により形成されている。平面３６と平面３７とは、鋭角を成すようにして互いに接続されている。したがって、隙間３５は、前端から縮小部３５ａまで一定寸法で延びるとともに、縮小部３５ａにおいて後方に向かって寸法が漸次減少している。

連結部３１の後面には、包囲壁３３が設けられている。図５に示されるように、包囲壁３３は連結部３１の後面から後方に突出しており、投光側導光部４の突出部４２と、受光側導光部５の突出部５２と、の上方、左方及び右方を包囲している。

遮光部材６は、非透光性の材料により形成されている。図７及び図８に示されるように、遮光部材６は、遮蔽壁６１と、周壁６３と、隔壁６９と、を有している。遮蔽壁６１は、前後方向を厚さ方向とする略平板形状を呈している。遮蔽壁６１の略中央部には貫通孔６２が形成されている。貫通孔６２は、断面形状が略円形であり、遮蔽壁６１を前後方向に貫通している。周壁６３は、遮蔽壁６１の周縁部に配置されて前後方向に延びており、遮蔽壁６１の前方に嵌入部６５を形成し、遮蔽壁６１の後方に凹部６６を形成している。周壁６３は、その後端に、平坦面である当接部６７を有している。

図２及び図３に示されるように、基板７は、略平板形状を呈している。図２に示されるように、基板７の前面には、投光部７１及び受光部７３が実装されている。投光部７１は、発光ダイオード等の発光素子（不図示）を含んでおり、受光部７３は、フォトダイオード等の受光素子（不図示）を含んでいる。受光部７３は、投光部７１と離間して、投光部７１の下方に配置されている。基板７の下端には、コネクタ９２を介してケーブル９３が接続されている。ケーブル９３は可撓性を有し、ケーブルホルダ９４を挿通している。ケーブルホルダ９４は、弾性を有する樹脂材料等により形成されており、ケーブル９３に追従するように変形することができる。

この他、ケース２の収容空間には、ホルダ９１及びプレート９５が配置されている。ホルダ９１及びプレート９５は、収容空間における導光部材３、遮光部材６及び基板７の固定に用いられる部材である。ホルダ９１は孔９１ａが形成されており、全体として略環状を呈している。プレート９５は略平板形状を呈しており、図３に示されるように、その後面には２つの突起９５ａが形成されている。

次に、図９を参照しながら、ケース２の収容空間における各部品の配置について説明する。図９は、図１のＩＸ−ＩＸ断面を示す断面図である。図９は、導光部材３の断面のハッチングを省略している。

光電センサ１の組立の際、導光部材３は、その一部が第１ケース部材２１の突出部２３内に挿入される。詳細には、投光側導光部４の突出部４１が、投光側導光路２４に挿入され、受光側導光部５の突出部５１が、受光側導光路２５内挿入される。突出部４１及び突出部５１は、いずれも、第１ケース部材２１の後方から、前後方向に沿って挿入される。このとき、導光部材３の隙間３５に、第１ケース部材２１の仕切壁２６が挿入される。

投光側導光路２４への投光側導光部４の挿入と、受光側導光路２５への受光側導光部５の挿入とが完了すると、出射面４５は投光側導光路２４の前端２４ａに配置され、入射面５３は受光側導光路２５の前端２５ａに配置される。これにより、第１ケース部材２１の突出部２３の前端において、出射面４５と入射面５３とが、仕切壁２６を挟んで上下方向に隣り合うように配置される。

ホルダ９１は、後方から導光部材３に取り付けられる。ホルダ９１は、導光部材３の包囲壁３３を孔９１ａに挿入させ、連結部３１の後面と前後方向に当接するように取り付けられる。

遮光部材６は、後方から導光部材３に取り付けられる。遮光部材６は、その嵌入部６５に、導光部材３の投光側導光部４の突出部４２を前方から嵌入させるように取り付けられる。導光部材３への遮光部材６の取り付けが完了すると、遮光部材６の隔壁６９が、投光側導光部４の突出部４２と、受光側導光部５の突出部５２と、の間に配置される。つまり、隔壁６９は、投光側導光部４と受光側導光部５とを上下方向に隔て、投光部７１と受光部７３の間を遮光する。

基板７は、後方から導光部材３に取り付けられる。詳細には、基板７は、導光部材３の包囲壁３３の内部に配置される。また、基板７は、その前面において、遮光部材６の当接部６７及びホルダ９１と、前後方向に当接するように配置される。遮光部材６の当接部６７が基板７の前面と当接することにより、基板７と導光部材３との前後方向における位置関係が規定される。

基板７が導光部材３に取り付けられると、コネクタ９２が第１ケース部材２１の凹部２２ａ内に配置され、ケーブルホルダ９４が第１ケース部材２１の切欠き２７と係合する。また、遮光部材６の凹部６６内に投光部７１が配置される。投光部７１は、周囲を周壁６３により囲まれるとともに、前方を遮蔽壁６１により遮蔽される。これにより、投光部７１は、遮蔽壁６１を挟んで導光部材３の入射面４３と前後方向に対向する。さらに、受光部７３は、導光部材３の出射面５５と前後方向に対向する。

プレート９５は、後方からホルダ９１及び基板７に取り付けられる。プレート９５は、その前面において、ホルダ９１の後端及び基板７の後面と当接するように配置される。

第２ケース部材２９は、後方から第１ケース部材２１に取り付けられる。第２ケース部材２９は、第１ケース部材２１の後端部と当接し、プレート９５を覆うように配置される。プレート９５の突起９５ａ（図３参照）は、第２ケース部材２９の孔２９ａ（図２、図３参照）に嵌入する。

以上の説明のように構成された光電センサ１は、ケーブル９３を介して電力の供給を受ける。投光部７１の発光素子は、電力の供給を受けて前方に光を出射する。当該光の一部は、矢印Ｌ３で示されるように、遮光部材６の貫通孔６２を通過した後、導光部材３の入射面４３に入射する。矢印Ｌ３は、投光部７１から出射した光の進行方向の１つを例示している。

入射面４３に入射した光は、投光側導光部４の内部４４に至る。投光側導光部４は、矢印Ｌ３で示されるように、その光の一部を、直接出射面４５まで導く。また、投光側導光部４は、光の他部を、境界面において反射させながら出射面４５まで導く。出射面４５は、後方から進行してきた光を前方の検出領域に向けて出射する。

一方、検出領域から進行してくる光は、矢印Ｌ４で示されるように、導光部材３の入射面５３に入射する。矢印Ｌ４は、入射面５３に入射する光の進行方向の１つを例示している。

入射面５３に入射した光は、受光側導光部５の内部５４に至る。受光側導光部５は、矢印Ｌ４で示されるように、その光の一部を、直接突出部５２まで導く。また、受光側導光部５は、光の他部を、境界面において反射させながら突出部５２まで導く。

前述したように、突出部５２は、前後方向に対して略４５°を成して突出部４１から下方に離間する方向に突出している。このため、突出部５２に至った光は、矢印Ｌ４で示されるように、突出部５２の境界面において反射しながら下方及び後方に導かれ、出射面５５に至る。当該光は出射面５５から出射し、受光部７３に至る。光電センサ１は、受光部７３が受けた光の量に基づいて、前述したように、検出領域における物体の有無や、物体の表面状態等を検出する。

以上の説明のように、実施形態に係る光電センサ１は、第１ケース部材２１と、第１ケース部材２１と対向配置されている第２ケース部材２９と、を有し、第１ケース部材２１と第２ケース部材との間に収容空間が形成されているケース２と、収容空間に配置され、光を出射する投光部７１と、光を受ける受光部７３と、が互いに離間して実装されている基板７と、収容空間に配置され、投光部７１からケース２の外部に光を導く投光側導光部４と、ケース２の外部から受光部７３に光を導く受光側導光部５と、を有する導光部材３と、収容空間に配置され、基板７と導光部材３との位置関係を規定する遮光部材６と、を備えている。投光側導光部４は、前後方向に延びている。受光側導光部５は、少なくともその一部が前後方向に対して傾斜するように延びている。遮光部材６は、投光側導光部４が前後方向に嵌入する嵌入部６５と、基板７と前後方向に当接する当接部６７と、を有している。

この態様によれば、投光側導光部４は前後方向に延びているのに対し、受光側導光部５は少なくともその一部が前後方向に対して傾斜するように延びている。このため、投光部７１と受光部７３とが互いに離間して基板７に実装されている場合でも、それぞれに対する導光を確実に行うことができる。

遮光部材６の嵌入部６５には、投光側導光部４が前後方向に嵌入する。また、遮光部材６の当接部６７は、基板７と前後方向に当接する。したがって、遮光部材６における嵌入と、遮光部材６と基板７との当接とを、いずれも前後方向において行うことができるため、光電センサ１を容易に組み立てることが可能になる。

また、第２ケース部材２９は、前後方向において第１ケース部材２１と対向配置されている。この態様によれば、遮光部材６における嵌入と、遮光部材６と基板７との当接とに加えて、第１ケース部材２１と第２ケース部材２９との対向配置も、前後方向において行うことができる。これにより、光電センサ１をさらに容易に組み立てることが可能になる。

また、遮光部材６は、基板７の近傍において投光側導光部４と受光側導光部５とを隔てる隔壁６９を有している。この態様によれば、投光部７１から出射してケース２の外部に出射することなく直接受光部７３に至る光の経路を隔壁６９により遮断し、光電センサ１の誤検出を抑制することができる。また、遮光部材６が隔壁６９を有することで、部品数の増加を抑制することが可能になる。

また、投光側導光部４は、前後方向に延びるように形成されている。受光側導光部５は、少なくともその一部が前後方向に対して傾斜して延びるように形成されている。そして、投光側導光部４が、嵌入部６５に嵌入している。この態様によれば、投光部７１から出射する光を効率良くケース２の外部に導くことが可能になる。この結果、光電センサ１の作動に要する電力を抑制することが可能になる。

また、遮光部材６は、投光部７１を遮蔽する遮蔽壁６１を有している。遮蔽壁６１は、貫通孔６２が形成されている。この態様によれば、貫通孔６２が形成された遮蔽壁６１を、絞りに用いることができる。この結果、投光部７１から出射して投光側導光部４に至る光の指向性を調整することが可能になる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されず、適宜変更することができる。

上記実施形態では、投光側導光部４が遮光部材６の嵌入部６５に嵌入し、受光側導光部５の一部が、前後方向に対して傾斜するように延びている。しかしながら、本発明はこの態様に限定されない。例えば、投光側導光部が、その少なくとも一部が所定方向に対して傾斜するように延び、受光側導光部が、所定方向に沿って延びるように形成し、受光側導光部が遮光部材の嵌入部に嵌入するように構成してもよい。

１…光電センサ、２…ケース、２１…第１ケース部材、２９…第２ケース部材、３…導光部材、３１…連結部、４…投光側導光部、５…受光側導光部、６…遮光部材、６１…遮蔽壁、６２…貫通孔、６５…嵌入部、６７…当接部、６９…隔壁、７…基板、７１…投光部、７３…受光部

Claims (5)

1. 第１ケース部材と、前記第１ケース部材と対向配置されている第２ケース部材と、を有し、前記第１ケース部材と前記第２ケース部材との間に収容空間が形成されているケースと、
   前記収容空間に配置され、光を出射する投光部と、光を受ける受光部と、が互いに離間して実装されている基板と、
   前記収容空間に配置され、前記投光部から前記ケースの外部に光を導く投光側導光部と、前記ケースの外部から前記受光部に光を導く受光側導光部と、を有する導光部材と、
   前記収容空間に配置され、前記基板と前記導光部材との位置関係を規定し、前記投光部と前記受光部の間を遮光する遮光部材と、を備え、
   前記投光側導光部及び前記受光側導光部の一方は、所定方向に延び、
   前記投光側導光部及び前記受光側導光部の他方は、少なくともその一部が前記所定方向に対して傾斜するように延び、
   前記遮光部材は、前記一方が前記所定方向に嵌入する嵌入部と、前記基板と前記所定方向に当接する当接部と、を有している、光電センサ。
2. 前記第２ケース部材は、前記所定方向において前記第１ケース部材と対向配置されている、請求項１に記載の光電センサ。
3. 前記遮光部材は、前記基板の近傍において前記投光側導光部と前記受光側導光部とを隔てる隔壁を有している、請求項１又は２に記載の光電センサ。
4. 前記投光側導光部は、前記所定方向に延びるように形成され、
   前記受光側導光部は、少なくともその一部が前記所定方向に対して傾斜して延びるように形成され、
   前記投光側導光部が前記嵌入部に嵌入している、請求項３に記載の光電センサ。
5. 前記遮光部材は、前記投光部を遮蔽する遮蔽壁を有し、
   前記遮蔽壁は、貫通孔が形成されている、請求項４に記載の光電センサ。