JP7119772B2

JP7119772B2 - 光センサ

Info

Publication number: JP7119772B2
Application number: JP2018158280A
Authority: JP
Inventors: 勇司広瀬; 誠司宮下; 尚昭田中; 裕岡安
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2018-08-27
Publication date: 2022-08-17
Anticipated expiration: 2038-08-27
Also published as: CN110865355B; JP2020035784A; CN110865355A

Description

本発明は、光センサに関し、特に回路基板の搭載領域上にセンサ本体部を搭載した光センサに関する。

発光素子と受光素子を用いた光センサは、物体の検出や物体までの距離を測定するなどの用途に用いられている。このような光センサは、電力の供給と電気信号の伝達を行うために、回路基板上に搭載して、所定の方向に発光素子と受光素子、および光学系部品を向けて配置する必要がある。

光センサには上述したように発光素子と受光素子、およびレンズ等の光学系部品を備えているため、回路基板上では他の電子部品よりもサイズが大きくなる。そのため、回路基板との電気的接続のために端子をハンダ付けするだけでは、光センサを回路基板に固定する機械的強度が不足してしまう。機械的強度を確保するためには、光センサの本体部と一体に支持部を形成しておき、支持部に形成した固定手段を用いて回路基板に固定することが有効である（例えば、特許文献１等を参照）。

図８は、従来から提案されている光センサ１の一例を示す模式平面図である。従来の光センサ１では、回路基板２上にセンサ本体部３を搭載しており、固定部４でセンサ本体部３を固定している。また、センサ本体部３には支持部５が形成されており、支持部５によってセンサ本体部３が支持されて回路基板２上に立設されている。回路基板２上には他の電子部品も搭載されており、例えば支持部５の近傍には部品６がハンダ付けされている。ここで固定部４の一例としては、ネジやカシメ部等が挙げられる。回路基板２に設けられた貫通孔にネジやカシメ部を挿入して締結することで、機械的な強度を確保して回路基板２にセンサ本体部３を固定することができる。

特許第５１７４２８５号公報

しかし、固定部４はネジやカシメ部等の構造であるため、回路基板２に設けた貫通孔の直径よりも固定部４の直径が小さいことが一般的である。そのため、光センサ１の取扱時にセンサ本体部３に外力が加わると、図８中に矢印で示したように固定部４を中心とした円周方向に回転力が働き、センサ本体部３を介して固定部４の反対側に位置する支持部５は他の部分よりも移動する量が大きくなるおそれがある。

図９は、センサ本体部３に外力が働いて支持部５が固定部４を中心として回転移動する状態を示す模式図であり、図９（ａ）は通常時を示し、図９（ｂ）は回転移動時を示し、図９（ｃ）は部品６の脱落を示している。図９（ａ）に示したように、通常時は支持部５と部品６とは間隔を空けて配置されている。しかし図９（ｂ）に示したように、支持部５が回転移動した場合には、支持部５の近傍に配置された部品６に支持部５が干渉して、部品６に力が加わってしまう。部品６に過剰な力が加わると、図９（ｃ）に示したように支持部５の干渉によって部品６が脱落してしまう。

このように、センサ本体部３を固定部４で回路基板２に固定する場合であっても、センサ本体部３に外力が加わると支持部５の干渉によって部品６が脱落するおそれがあり、光センサ１製造後の取扱いに細心の注意を払う必要があった。しかし、光センサ１の出荷後にどのように取り扱うかの負担を使用者に強いることは好ましくなく、部品６の脱落を抑制することが望まれるようになった。

本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、取扱時にセンサ本体部に外力が加わっても、回路基板上に搭載した部品と支持部の干渉を防止でき、部品の脱落を抑制する光センサを提供することにある。

上記課題を解決するため本発明の光センサは、回路基板の搭載領域上にセンサ本体部を搭載した光センサであって、前記センサ本体部が搭載される前記回路基板の搭載面上には電子部品が搭載されており、前記搭載面上において前記センサ本体部を挟んで両側に第１支持部および第２支持部が前記センサ本体部と一体に設けられており、前記第１支持部および前記第２支持部は、それぞれ前記センサ本体部の底面から前記搭載面に沿って形成された水平支持部を備え、前記第１支持部における前記水平支持部の前記回路基板との接触面には固定部が突出して形成されており、前記回路基板に設けられた第１挿入孔に前記固定部が挿入され、前記第２支持部における前記水平支持部には、前記搭載領域を露出させ前記電子部品との干渉を抑制する切欠部が形成されていることを特徴とする。

これにより、固定部が設けられた第１支持部と反対側の第２支持部に切欠部が設けられているため、取扱時にセンサ本体部に外力が加わっても、回路基板上に搭載した部品と支持部の干渉を防止でき、部品の脱落を抑制できる。

また、本発明の一実施態様では、前記搭載領域は、前記センサ本体部、前記第１支持部における前記水平支持部および前記第２支持部における前記水平支持部を範囲内に含む略矩形状の領域であり、前記切欠部は、前記略矩形状の一角を切り欠いた部分である。

また、本発明の一実施態様では、前記固定部は、突起形状の先端を変形させたカシメ部である。

また、本発明の一実施態様では、前記第２支持部における前記水平支持部の前記回路基板との接触面には突起部が形成されており、前記回路基板に設けられた第２挿入孔に前記突起部が挿入されている。

また、本発明の一実施態様では、前記突起部と前記第２挿入孔は接着剤で固定されている。

また、本発明の一実施態様では、前記固定部および前記第１挿入孔は、平面視形状が非円形である。

本発明によれば、取扱時にセンサ本体部に外力が加わっても、回路基板上に搭載した部品と支持部の干渉を防止でき、部品の脱落を抑制する光センサを提供することができる。

実施形態１に係る光センサ１００を示す模式斜視図であり、図１（ａ）は上方斜視図であり、図１（ｂ）は下方斜視図である。センサ本体部２０の構造を示す模式斜視図であり、図２（ａ）は上方斜視図であり、図２（ｂ）は下方斜視図である。実施形態１の光センサ１００のレイアウトを示す模式平面図である。実施形態１においてセンサ本体部２０に外力が働いた場合を示す模式図であり、図４（ａ）は通常時を示し、図４（ｂ）は回転移動時を示し、図４（ｃ）は部品６の脱落が抑制された様子を示している。実施形態２における光センサ１００を示す下方斜視図である。実施形態２におけるセンサ本体部２０の構造を示す下方斜視図である。固定部３１の変形例を示す図である。従来から提案されている光センサ１の一例を示す模式平面図である。センサ本体部３に外力が働いて支持部５が固定部４を中心として回転移動する状態を示す模式図であり、図９（ａ）は通常時を示し、図９（ｂ）は回転移動時を示し、図９（ｃ）は部品６の脱落を示している。

＜実施形態１＞
以下、本発明の実施形態１について、図面を参照して説明する。図１は本実施形態に係る光センサ１００を示す模式斜視図であり、図１（ａ）は上方斜視図であり、図１（ｂ）は下方斜視図である。図２は、センサ本体部２０の構造を示す模式斜視図であり、図２（ａ）は上方斜視図であり、図２（ｂ）は下方斜視図である。図１（ａ）（ｂ）および図２（ａ）（ｂ）に示すように、光センサ１００は回路基板１０と、センサ本体部２０と、垂直支持部３０ａ，３０ｂと、水平支持部４０ａ，４０ｂと、コネクタ部５０と、電子部品６０とを備えている。

回路基板１０は、表裏面に図示しない配線パターンが形成された板状の部材であり、センサ本体部２０とコネクタ部５０と電子部品６０を搭載している。回路基板１０を構成する材料は特に限定されず、ガラスエポキシ樹脂等を用いた通常のプリント基板であってよい。また回路基板１０には、後述する固定部３１に対応する位置に、表面から裏面側に貫通する孔である第１挿入孔１１が形成されている。また、回路基板１０にはランドや貫通孔が形成されており、センサ本体部２０とコネクタ部５０と電子部品６０の端子が挿入されてハンダ付けされている（図示省略）。

センサ本体部２０は、樹脂等で形成されたケース内に発光素子と受光素子と光学部材を含むセンサ要素が収容された部分であり、光の照射と受光をして、受光の状態に応じた電気信号を発生する。センサ本体部２０の裏面からは端子部２１が延伸されており、端子部２１を介して電力の供給や電気信号の伝達が行われる。本実施形態においては、センサ本体部２０は回路基板１０の鉛直方向に立設して設けられ、センサ要素からの光の照射や受光は回路基板１０に対して水平方向であり、回路基板１０の外部方向に向けられている。

センサ本体部２０に収容されるセンサ要素の種類は限定されず、発光素子としては発光ダイオード（ＬＥＤ：ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）や半導体レーザ等を用いることができ、受光素子としてはフォトダイオードや光位置センサ（ＰＳＤ：ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｔｅｃｔｏｒ）等を用いることができる。一例として、発光素子としてＬＥＤを用い、受光素子としてＰＳＤを用いると、ＬＥＤが照射した光が検知対象物によって反射され、レンズを介してＰＳＤに入射する。この場合、検知対象物までの距離によってレンズを介してＰＳＤに到達する光の入射位置が異なるため、ＰＳＤでの出力が当該入射位置に応じたものとなり、端子部２１から出力される電気信号は検知対象部までの距離に応じたものとなる。

垂直支持部３０ａ，３０ｂは、センサ本体部２０と一体に形成された平板状の部分であり、回路基板１０に対して鉛直方向に立設して形成されている。また、垂直支持部３０ａ，３０ｂは、それぞれがセンサ本体部２０の側面に沿って両側に形成されている。図１（ａ）（ｂ）および図２（ａ）（ｂ）に示したように、垂直支持部３０ａ，３０ｂには突起部や貫通孔を設けておいてもよく、光センサ１００の外部との位置決めや固定に用いるとしてもよい。

水平支持部４０ａ，４０ｂは、センサ本体部２０と一体に形成された平板状の部分であり、回路基板１０に対して水平方向に延長して形成されている。また、水平支持部４０ａ，４０ｂは、それぞれがセンサ本体部２０の底面から両側に形成されている。図２(ａ)（ｂ）に示したように、水平支持部４０ａには、平板状部分の一部を切り欠いた形状の切欠部４１が形成されている。また、水平支持部４０ｂの回路基板１０と接触する面(裏面)には、固定部３１が突出して形成されている。

固定部３１は、水平支持部４０ｂと一体に形成された突起であり、回路基板１０に形成された第１挿入孔１１と対応する位置に設けられている。図１（ｂ）では、第１挿入孔１１に固定部３１を挿入した状態を示しているが、固定部３１をカシメ部として形成している場合には、第１挿入孔１１から突出した固定部３１の先端を変形させてカシメによりセンサ本体部２０を固定する。ここでは固定部３１としてカシメ部の例を示したが、固定部３１の構造は限定されない。例えば、水平支持部４０ｂの裏面側にネジ孔等を形成しておき、第１挿入孔１１を介して回路基板１０の裏面側からネジの締結により固定するとしてもよい。固定部３１をカシメ部とすると、水平支持部４０ｂの樹脂成型時に一括して固定部３１を形成できるので、製造工程の簡便化を図ることができて好ましい。

上述したように、センサ本体部２０の一方の側面には垂直支持部３０ｂと水平支持部４０ｂが一体に形成され、他方の側面には垂直支持部３０ａと水平支持部４０ａが一体に形成されている。したがって垂直支持部３０ｂと水平支持部４０ｂは、本発明における第１支持部を構成している。また、垂直支持部３０ａと水平支持部４０ａは、本発明における第２支持部を構成している。

水平支持部４０ａ，４０ｂがセンサ本体部２０の両側に一体に形成され、側方に延長されて回路基板１０と接触するので、センサ本体部２０の回路基板１０上での安定性を確保することができる。また、垂直支持部３０ａ，３０ｂがセンサ本体部２０の両側に一体に形成され、水平支持部４０ａ，４０ｂとも一体に形成されて立設されているので、センサ本体部２０を強固に支持することができる。

コネクタ部５０は、光センサ１００の外部との電気的接続を確保し、外部と電力や電気信号の授受を行う部品である。コネクタ部５０には複数の端子部５１が設けられており、回路基板１０上に形成された貫通孔に端子部５１が挿入され、図示しないハンダ付けによって配線パターンと電気的に接続されている。

電子部品６０は、回路基板１０上の配線パターンにハンダ付けされて、光センサ１００の回路を構成する部品である。電子部品６０の例としては、抵抗やコンデンサ、トランジスタ、ダイオードなどの各種回路要素が挙げられる。

図３は、本実施形態の光センサ１００のレイアウトを示す模式平面図である。回路基板１０には、図３中に二点鎖線で示すように搭載領域１５が設けられており、センサ本体部２０と水平支持部４０ａ，４０ｂは、搭載領域１５の範囲内に収まるように搭載されている。

搭載領域１５は、回路基板１０上に設けられたセンサ本体部２０と水平支持部４０ａ，４０ｂを搭載するための仮想の領域であり、コネクタ部５０や電子部品６０が搭載されない領域である。また、搭載領域１５の形状は特に限定されないが、光センサ１００の小型化や回路配置の自由度を確保するためには可能な限り小さい領域であることが望ましい。したがって、センサ本体部２０と水平支持部４０ａ，４０ｂを含む略矩形状の領域を搭載領域１５として設定することが好ましい。搭載領域１５には前述したようにセンサ本体部２０と水平支持部４０ａ，４０ｂ以外の部品は搭載されないが、配線パターンは搭載領域１５内に形成されていてもよい。

図３に示したように、水平支持部４０ａには切欠部４１が設けられているため、搭載領域１５の一角が露出する。これにより、搭載領域１５の近傍に配置された電子部品６０と水平支持部４０ａとの間隔が確保されている。光センサ１００では、第１挿入孔１１に固定部３１が挿入されてセンサ本体部２０が固定されているため、センサ本体部２０に外力が加わると、第１挿入孔１１と固定部３１を中心として図中矢印で示した円周方向に回転力が働く。

図４は、本実施形態においてセンサ本体部２０に外力が働いた場合を示す模式図であり、図４（ａ）は通常時を示し、図４（ｂ）は回転移動時を示し、図４（ｃ）は部品６の脱落が抑制された様子を示している。前述したように水平支持部４０ａには切欠部４１が設けられているため、水平支持部４０ａは回転移動しても搭載領域１５から逸脱せず、電子部品６０との間隔が確保されて干渉しない。したがって、電子部品６０が水平支持部４０ａの干渉により脱落することを抑制することができる。

ここでは、切欠部４１として搭載領域１５の一角を直線状に切り欠いたものを示しているが、切欠部４１の形状は限定されず、円弧状や矩形状の切欠きであってもよい。また、水平支持部４０ｂ側に回転中心となる第１挿入孔１１および固定部３１が設けられているため、センサ本体部２０を介して反対側である水平支持部４０ａの端部の回転半径が最大となる。したがって、センサ本体部２０に外力が加わった場合の移動量は水平支持部４０ａ側が最大となり、電子部品６０と干渉する可能性が高いため、水平支持部４０ａの端部に切欠部４１を形成しておくことが好ましい。

上述したように、本実施形態の光センサ１００では、固定部３１が設けられた水平支持部４０ｂと反対側の水平支持部４０ａに切欠部４１が設けられているため、取扱時にセンサ本体部２０に外力が加わっても、回路基板１０上に搭載した電子部品６０と水平支持部４０ａの干渉を防止でき、電子部品６０の脱落を抑制することができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２について、図面を参照して説明する。実施形態１と重複する内容は説明を省略する。図５は、本実施形態における光センサ１００を示す下方斜視図である。図６は、本実施形態におけるセンサ本体部２０の構造を示す下方斜視図である。

本実施形態では、図５，６に示したように、水平支持部４０ａの回路基板との接触面（裏面）に突起部３２が形成されている。また、回路基板１０には突起部３２と対応する位置に第２挿入孔１２が形成されており、第２挿入孔１２に突起部３２が挿入されている。

突起部３２は、水平支持部４０ａの裏面側に一体に形成された突起であり、第２挿入孔１２に挿入されて位置決めを行う位置決め部として機能する。また、センサ本体部２０と水平支持部４０ａ，４０ｂの回転移動を防止するための回転防止部としても機能する。突起部３２を位置決め部や回転防止部として機能させるためには、第２挿入孔１２の内径と突起部３２の外径の差は小さいほうが好ましい。また、突起部３２を第２挿入孔１２に挿入した後に、両者を接着剤で固定することが好ましい。

本実施形態では、センサ本体部２０を介して固定部３１と反対側の水平支持部４０ａに突起部３２と第２挿入孔１２を設けているため、センサ本体部２０に外力が加わった場合の水平支持部４０ａの回転移動を抑制して、水平支持部４０ａと電子部品６０との干渉をさらに抑制し、電子部品６０の脱落防止効果を高めることができる。

＜実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３について、図面を参照して説明する。実施形態１と重複する内容は説明を省略する。図７は、固定部３１の変形例を示す図である。実施形態１では、固定部３１を略円柱形状とし、第１挿入孔１１をそれに対応する略円形としたのに対し、本実施形態では固定部３１を円柱形状以外の形状とする。また、第１挿入孔１１の形状も非円形として固定部３１に対応した形状とする。したがって、固定部３１および第１挿入孔１１は、平面視での形状が非円形となっている。

図７（ａ）～（ｆ）に示したように、円柱形状以外の固定部３１としては、断面形状が矩形状、楕円形状、長円形状、Ｈ字形状、三角形状、多角形状などが挙げられる。これらのように非円形の柱状で固定部３１を構成し、第１挿入孔１１もこれらに対応する形状とすることで、第１挿入孔１１に挿入された固定部３１の回転が規制される。固定部３１および第１挿入孔１１の形状は、平面視で非円形であり回転を規制できるものであれば図７に示したものに限定されない。

本実施形態では、固定部３１と第１挿入孔１１の平面視形状が非円形であることにより、センサ本体部２０に外力が加わった場合の水平支持部４０ａの回転移動を抑制して、水平支持部４０ａと電子部品６０との干渉をさらに抑制し、電子部品６０の脱落防止効果を高めることができる。

なお、今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

１００…光センサ
１０…回路基板
２０…センサ本体部
３０ａ，３０ｂ…垂直支持部
４０ａ，４０ｂ…水平支持部
５０…コネクタ部
６０…電子部品
１１…第１挿入孔
１２…第２挿入孔
１５…搭載領域
２１，５１…端子部
３１…固定部
３２…突起部
４１…切欠部

Claims

回路基板の搭載領域上にセンサ本体部を搭載した光センサであって、
前記センサ本体部が搭載される前記回路基板の搭載面上には電子部品が搭載されており、
前記搭載面上において前記センサ本体部を挟んで両側に第１支持部および第２支持部が前記センサ本体部と一体に設けられており、
前記第１支持部および前記第２支持部は、それぞれ前記センサ本体部の底面から前記搭載面に沿って形成された水平支持部を備え、
前記第１支持部における前記水平支持部の前記回路基板との接触面には固定部が突出して形成されており、
前記回路基板に設けられた第１挿入孔に前記固定部が挿入され、
前記第２支持部における前記水平支持部には、前記搭載領域を露出させ前記電子部品との干渉を抑制する切欠部が形成されていることを特徴とする光センサ。
請求項１に記載の光センサであって、
前記搭載領域は、前記センサ本体部、前記第１支持部における前記水平支持部および前記第２支持部における前記水平支持部を範囲内に含む略矩形状の領域であり、
前記切欠部は、前記略矩形状の一角を切り欠いた部分であることを特徴とする光センサ。
請求項１または２に記載の光センサであって、
前記固定部は、突起形状の先端を変形させたカシメ部であることを特徴とする光センサ。
請求項１から３の何れか一つに記載の光センサであって、
前記第２支持部における前記水平支持部の前記回路基板との接触面には突起部が形成されており、
前記回路基板に設けられた第２挿入孔に前記突起部が挿入されていることを特徴とする光センサ。
請求項４に記載の光センサであって、
前記突起部と前記第２挿入孔は接着剤で固定されていることを特徴とする光センサ。
請求項１から５の何れか一つに記載の光センサであって、
前記固定部および前記第１挿入孔は、平面視形状が非円形であることを特徴とする光セ
ンサ。