特許 7153237 光センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-05

(45)【発行日】2022-10-14

(54)【発明の名称】光センサ

(51)【国際特許分類】

   H05K 7/00 20060101AFI20221006BHJP

【ＦＩ】

H05K7/00 K

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019048468

(22)【出願日】2019-03-15

(65)【公開番号】P2020150205

(43)【公開日】2020-09-17

【審査請求日】2020-12-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100108213

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 豊隆

(72)【発明者】

【氏名】高橋 俊也

(72)【発明者】

【氏名】中島 浩貴

(72)【発明者】

【氏名】中村 潤平

(72)【発明者】

【氏名】川上 友也

【審査官】五貫 昭一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－５３１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－９４９９２（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

貫通孔が形成された筐体と、
前記貫通孔に挿通されたケーブルと、
前記筐体内に収容され且つ第１コネクタが設けられた第１回路基板と、
前記ケーブル及び前記第１回路基板を接続する第２回路基板と、を備え、
前記第２回路基板は、前記ケーブルがはんだ付けされた第１部分と、前記第１コネクタに挿入された第２コネクタが設けられた第２部分と、を有し、
前記第２回路基板の前記第１部分は、可撓性基板で構成されており、弾性変形していない状態では前記貫通孔を通過できず且つ弾性変形している状態では前記貫通孔を通過できる寸法に形成されている、
光センサ。

【請求項2】

前記ケーブルは、前記貫通孔の縁において前記筐体に固定されている、
請求項１に記載の光センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光センサに関する。

【背景技術】

【0002】

光電センサや画像センサ等の光センサは、制御部等を構成する回路基板が筐体に内蔵されている。回路基板に筐体外からの電力を供給し、回路基板で処理された信号を筐体外へ送信するため、筐体を貫通して回路基板にケーブルが接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－２５７８５７号公報

【文献】特開２００７－３３４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、特許文献１の図３及び特許文献２の図２には、筐体内に挿入されたケーブルの先端を回路基板にはんだ付けした構成が開示されている。光センサの組み立てにおいて、ケーブルを回路基板にはんだ付けで実装する作業は、作業者の負担が大きい。とりわけ、ケーブルが筐体に固定されていると、ケーブルの先端を自由に動かすことができないため、実装作業が困難になる。

【0005】

特許文献１及び２では、はんだ付けを容易にするためケーブルの先端を長く延ばしている。そのため、延ばしたケーブルを折り畳んで収容するスペースが必要になり、その分だけ筐体が大きくなる。光センサは、工場の生産ラインや設備の内部に設置されることが多いため、コンパクトな筐体が望まれている。

【0006】

そこで、本発明は、ケーブルを回路基板に簡単に実装できる光センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る光センサは、筐体と、ケーブルと、第１回路基板と、第２回路基板と、を備えている。筐体には、貫通孔が形成されている。ケーブルは、貫通孔に挿通されている。第１回路基板及び第２回路基板は、筐体２に収容されている。第１回路基板には、第１コネクタが設けられている。第２回路基板は、第１部分と、第２部分と、を有している。第１部分には、ケーブルがはんだ付けされている。第１部分には、第２コネクタが設けられている。第２コネクタは、第１コネクタに挿入されている。第２回路基板は、ケーブルと第１回路基板とを接続している。

【0008】

本開示の一実施形態に係る光センサの製造方法は、第１回路基板を筐体内に収容するステップと、第２回路基板にケーブルをはんだ付けして第２回路基板及びケーブルを接続するステップと、貫通孔から挿入してケーブルがはんだ付けされた第２回路基板を筐体内に配置するステップと、第１コネクタに第２コネクタを挿入して第１回路基板及び第２回路基板を接続するステップと、を含んでいる。ただし、筐体には、貫通孔が形成されている。第１回路基板には、第１コネクタが設けられている。第２回路基板には、第１コネクタに挿抜可能な第２コネクタが設けられている。

【0009】

これらの態様によれば、第２回路基板を介してケーブルを第１回路基板に簡単に実装できる。筐体内では、第１コネクタに第２コネクタを挿入するだけでよい。ケーブルが筐体外であらかじめはんだ付けされて第２回路基板に接続されているため、筐体内でのはんだ付けを省略できる。ケーブルの先端を延ばしてはんだ付けする必要がないため、延ばしたケーブルを収容するスペースを省略して筐体をコンパクトに構成できる。

【0010】

上記態様において、第２回路基板のプリント配線板の少なくとも一部は、リジッド基板（硬質基板）ではなくフレキシブル基板（可撓性基板）で構成されていることが好ましい。なお、第２回路基板のプリント配線板は、すべてフレキシブル基板であってもよいし、フレキシブル基板とリジッド基板とを組み合わせたフレックスリジッド基板であってもよい。

【0011】

この態様によれば、第２回路基板が弾性変形できるので、第１コネクタに第２コネクタを挿入しやすい。ケーブルが接続された状態の第２回路基板を第１回路基板に簡単に実装できる。

【0012】

上記態様において、第１部分は、フレキシブル基板で構成されており、弾性変形していない状態では貫通孔を通過できず且つ弾性変形している状態では貫通孔を通過できる寸法に形成されていてもよい。

【0013】

この態様によれば、第１部分を弾性変形させることができるため、第１部分が貫通孔よりも大きくても該貫通孔を通過させることができる。第１部分に区画されたケーブルがはんだ付けされる領域を大きく確保できるため、第２回路基板にケーブルをはんだ付けしやすい。第２回路基板とケーブルとの接続信頼性を高めることができる。なお、素線の間隔を狭くしすぎると、隣接した素線にはんだが流れて短絡したり、隣接した素線に高温のはんだごてが接触してダメージを与えたりするおそれがある。

【0014】

上記態様において、ケーブルは、貫通孔の縁において筐体に固定されていてもよい。

【0015】

筐体を貫通する部位において、ケーブルが筐体に固定されていると、ケーブルを外部から引っ張ってもケーブルをはんだ付けした接続部に負荷がかかりにくい。反面、光センサの組み立てにおいて、ケーブルが筐体に固定されていて自由に動かすことができないため、ケーブルを回路基板にはんだ付けする作業が困難になる。しかしながら、この態様によれば、ケーブルを回路基板にはんだ付けする作業を省略できる。筐体に固定されたケーブルであっても回路基板に簡単に実装できる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、ケーブルを回路基板に簡単に実装できる光センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の一実施形態の光センサを示す斜視図である。

【図2】図２は、図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。

【図3】図３は、図１に示された貫通孔の近傍を拡大して示す斜視図である。

【図4】図４は、貫通孔に挿入されて第２回路基板が筐体内に配置される前の状態を示す斜視図である。

【図5】図５は、貫通孔に挿入されて第２回路基板が筐体内に配置された後の状態を示す斜視図である。

【図6】図６は、本発明の一実施形態の光センサを製造する手順の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の参照符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。図１から図６において、光センサ１の一例として光を出す投光部と光を受ける受光部とを備えた光電センサを開示している。受光部に到達する光の量は、投光された光がワークによって遮られたり反射したりすると変化する。光電センサは、この変化を検出して電気信号に変換し、外部機器へ出力できる。

【0019】

ただし、光センサ１は、光電センサに限定されない。光センサ１は、対象物の物理変化量を光学式素子で検知し，その変化量を距離に演算することでセンサから対象物までの距離を計測する変位センサであってもよいし、カメラでとらえた映像を画像処理することで、対象物の面積、重心、長さ、位置等を算出し、データや判定結果を出力する画像センサであってもよいし、バーコードや二次元コードを読み取るコードリーダであってもよい。

【0020】

本発明の一実施形態の光センサ１は、第１回路基板３に外部電源からの電力を供給したり、第１回路基板３で処理された信号を外部機器へ送信したりするケーブル５が、第１回路基板３にはんだ付けされていない。ケーブル５は、第２回路基板４にはんだ付けされており、該第２回路基板４を介して第１回路基板３に接続されている。

【0021】

第１回路基板３は、高密度に実装できるリジッド基板のプリント配線板で構成されているのに対し、第２回路基板４は、大きく弾性変形させることができるフレキシブル基板のプリント配線板で構成されている。第１回路基板３に設けられた第１コネクタ３４に第２回路基板４に設けられた第２コネクタ４４を挿入するだけで、ケーブル５を第１回路基板３に実装できる。以下、図１から図６を参照して各構成について詳しく説明する。

【0022】

図１は、本発明の一実施形態の光センサ１を示す斜視図である。図示した例では、光センサ１は、回帰反射型の光電センサとして構成され、投光部１１、受光部１２、増幅部１３、制御部１４等を内蔵し、筐体２を貫通するケーブル５を介して外部電源や外部機器に接続されている。なお、光センサ１を透過型の光電センサとして構成し、投光部１１と受光部１２とを別々の筐体２，２にそれぞれ収容してもよい。増幅部１３を筐体２外に分離したアンプ分離型の光電センサとして構成してもよいし、電源部を筐体２内に内蔵した電源内蔵型の光電センサとして構成してもよい。

【0023】

筐体２は、投光部１１及び受光部１２が設けられた窓部１１Ｗ，１２Ｗを除いて、例えば、ステンレスや亜鉛ダイカスト等の金属材料から形成されている。ただし、筐体２の材質は金属材料に限定されない。例えば、ポリブチレンテレフタレート樹脂やＡＢＳ樹脂等の樹脂材料から筐体２を形成してもよい。窓部１１Ｗ，１２Ｗは、例えば、メタクリル樹脂やガラス等の透光性材料から形成されている。

【0024】

図２は、図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。図２に示すように、筐体２は、略直方体のカップ状に形成されたケース本体２０と、ケース本体２０の開口を覆う蓋体２１と、を含んでいる。ケース本体２０は、底壁２２と、底壁２２から起立して蓋体２１に向かって延びる周壁２３と、を含んでいる。筐体２において、底壁２２は、蓋体２１とは反対側に位置している。

【0025】

図示した例では、周壁２３に略円形の貫通孔２４が形成されている。なお、底壁２２に貫通孔２４を形成してもよい。貫通孔２４には、ケーブル５が挿通されている。ケーブル５は、複数の素線５１と、複数の素線５１を束ねる外皮５２と、を有している。素線５１は、複数の導線からなる芯線と、該芯線を被覆する内皮と、を有している。外皮５２は貫通孔２４と略同一の直径の円筒状に形成されている。前述の貫通孔２４は、略長円形であってもよい。その場合、外皮５２は断面が略長円形の筒状であってもよい。

【0026】

筐体２内には、第１回路基板３が収容されている。種々のワークを検出できる高機能な光センサ１を構成すると、複雑な処理を行うために第１回路基板３の寸法が大きくなる。第１回路基板３に合わせて筐体２の寸法を大きくする代わりに、筐体２内に収容できる寸法以下に第１回路基板３を分割してもよい。

【0027】

図示した例では、第１回路基板３が、第１Ａ回路基板３Ａと、第１Ｂ回路基板３Ｂと、二枚に分割されている。図示しないが、第１回路基板３を三枚以上に分割してもよい。第１Ａ回路基板３Ａは、筐体２の蓋体２１に沿って配置されている。第１Ｂ回路基板３Ｂは、第１Ａ回路基板３Ａに沿って配置されている。なお、第１回路基板３（第１Ａ及び第１Ｂ回路基板３Ａ，３Ｂ）を底壁２２に沿って配置してもよい。

【0028】

図３は、貫通孔２４の近傍を拡大して示す斜視図である。図３に示すように、第１回路基板３は、ガラス繊維にエポキシ樹脂等を含侵させた基材に銅箔などの配線パターンが印刷されたリジッド基板（硬質基板）のプリント配線板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｗｉｒｅｄ Ｂｏａｒｄ）に、電子部品と、第１コネクタ３４と、が実装されている。電子部品は、プリント配線板の両面に実装されてもよいし、片面のみに実装されてもよい。第１回路基板３に実装された電子部品は、例えば、前述の増幅部１３や制御部１４を構成している。

【0029】

本実施形態の光センサ１は、第１回路基板３とケーブル５とを電気的及び機械的に接続する第２回路基板４を備えていることが特徴の一つである。第２回路基板４のプリント配線板の少なくとも一部は、ポリイミド樹脂等のフィルムに銅箔等の配線パターンが印刷されたフレキシブル基板（可撓性基板）であり、大きく弾性変形させることができる。図示した例では、第２回路基板４のプリント配線板のすべてがフレキシブル基板で構成されている。なお、第２回路基板４を構成するプリント配線板は、フレキシブル基板とリジッド基板とを組み合わせたフレックスリジッド基板であってもよい。

【0030】

第２回路基板４は、第１部分４１と、第２部分４２と、第１部分４１及び第２部分４２を接続する第３部分４３と、を有している。図示した例では、第２回路基板４の一端及びその近傍の第１端部に第１部分４１が位置し、第２回路基板４の他端及びその近傍の第２端部に第２部分４２が位置している。なお、第１及び第２部分４１，４２の位置は、第２回路基板４の両端部に限定されない。第１端部と第２端部との間に第１又は第２部分４１，４２が位置していてもよい。

【0031】

第１部分４１は、フレキシブル基板で構成されており、弾性変形していない状態では貫通孔２４を通過できず且つ弾性変形している状態では貫通孔２４を通過できる寸法に形成されている。具体的には、後述する凹部２５を除いた貫通孔２４の直径よりも大きい幅に形成されている。ケーブル５の各々の素線５１は、第１部分４１の配線パターンにはんだ付けされて電気的及び機械的に接続されている。第２部分４２には、第１コネクタ３４に挿抜可能な第２コネクタ４４が設けられている。第２コネクタ４４は、第１コネクタ３４に挿入されて電気的及び機械的に接続されている。

【0032】

続いて、図４から図６を参照して光センサ１を製造する手順について説明する。図４は、貫通孔２４に挿入されて第２回路基板４が筐体２内に配置される前の状態を示す斜視図である。図５は、貫通孔２４に挿入されて第２回路基板４が筐体２内に配置された後の状態を示す斜視図である。図５に示すように、ケーブル５は、貫通孔２４の縁において筐体２に固定されている。

【0033】

図４に示すように、ケーブル５には、外皮５２から突出した凸部５５が設けられている。貫通孔２４に挿通される部位を挟んで凸部５５の反対側には外皮５２から放射状に広がるフランジ部５６が設けられている。フランジ部５６には、防塵や防水のためのパッキンが付設されていてもよい。貫通孔２４には、凸部５５に対応する位置に凹部（切り欠き）２５が形成されている。凸部５５を凹部２５に通過させて９０°回転させると（図４参照）、ケーブル５を筐体２に固定できる（図５参照）。なお、凸部５５及びフランジ部５６は、外皮５２に外付けされていてもよいし、一体成形されていてもよい。

【0034】

図６は、光センサ１を製造する手順の一例を示す図である。光センサ１を製造するには、第１回路基板を筐体２内に収容する（ステップＳ１）。第１回路基板３には、第１コネクタ３４が設けられている。筐体２には、貫通孔２４が形成されている。次いで、第２回路基板４の配線パターンにケーブル５の素線５１をはんだ付けして第２回路基板４及びケーブル５を電気的及び機械的に接続する（ステップＳ２）。なお、ステップＳ１，Ｓ２は逆順であってもよい。

【0035】

次いで、貫通孔２４から挿入してケーブル５がはんだ付けされた状態の第２回路基板４を筐体２内に配置する（ステップＳ３）。このとき、図４及び図５を参照して説明したように、ケーブル５を筐体２に固定してもよい。次いで、第１コネクタ３４に第２コネクタ４４を挿入して第１回路基板３と第２回路基板４とを電気的及び機械的に接続する（ステップＳ４）。これにより、ケーブル５が第１回路基板３に電気的に接続される。

【0036】

以上のように構成された本実施形態の光センサ１によれば、第２回路基板を介してケーブルを第１回路基板に簡単に実装できる。図６に示すように、筐体２内では、第１コネクタ３４に第２コネクタ４４を挿入するだけでよい。ケーブル５が筐体２外ではんだ付けされて第２回路基板４にあらかじめ接続されているため、筐体２内でのはんだ付けを省略できる。

【0037】

図３に示すように、ケーブル５は、貫通孔２４の縁において筐体２に固定されている。ケーブル５が筐体２に固定されていると、ケーブル５を外部から引っ張ってもケーブル５をはんだ付けした接続部に負荷がかかりにくい。反面、光センサ１の組み立てにおいて、ケーブル５が筐体２に固定されていて自由に動かすことができないため、ケーブル５を回路基板にはんだ付けする作業が困難になる。

【0038】

この態様によれば、ケーブル５を第１回路基板３にはんだ付けする作業を省略できるため、筐体２に固定されたケーブル５であっても第１回路基板３に簡単に実装できる。ケーブル５の先端を延ばしてはんだ付けする必要がないため、図１及び図２に示すように、延ばしたケーブル５を収容するスペースを省略して筐体２をコンパクトに構成できる。

【0039】

第２回路基板４のプリント配線板の少なくとも一部は、リジッド基板ではなくフレキシブル基板で構成されている。第２回路基板４が弾性変形できるため、光センサ１の組み立てにおいて、第１コネクタ３４に第２コネクタ４４を挿入しやすい。ケーブル５が接続された状態の第２回路基板４を第１回路基板３に簡単に実装できる。
図３に示された例では、第２回路基板４のプリント配線板のすべてがフレキシブル基板であったが、フレキシブル基板とリジッド基板とを組み合わせたフレックスリジッド基板であってもよい。

【0040】

図４及び図５に示すように、第２回路基板４の第１部分４１は、弾性変形させないと貫通孔２４を通過できない寸法に形成されている。第１部分４１に区画された実装領域を大きく確保できるため、第２回路基板４にケーブル５をはんだ付けしやすく、第２回路基板４とケーブル５との接続信頼性を高めることができる。

【0041】

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

【0042】

［付記１］
貫通孔（２４）が形成された筐体（２）と、
前記貫通孔（２４）に挿通されたケーブル（５）と、
前記筐体（２）内に収容され且つ第１コネクタ（３４）が設けられた第１回路基板（３）と、
前記ケーブル（５）及び前記第１回路基板（３）を接続する第２回路基板（４）と、を備え、
前記第２回路基板（４）は、前記ケーブル（５）がはんだ付けされた第１部分（４１）と、前記第１コネクタ（３４）に挿入された第２コネクタ（４４）が設けられた第２部分（４２）と、を有している、
光センサ（１）。

【0043】

［付記２］
第１コネクタ（３４）が設けられた第１回路基板（３）を、貫通孔（２４）が形成された筐体（２）内に収容するステップ（Ｓ１）と、
前記第１コネクタ（３４）に挿抜可能な第２コネクタ（４４）が設けられた第２回路基板（４）にケーブル（５）をはんだ付けして前記第２回路基板（４）及び前記ケーブル（５）を接続するステップ（Ｓ２）と、
前記貫通孔（２４）から挿入して前記ケーブル（５）がはんだ付けされた前記第２回路基板（４）を前記筐体（２）内に配置するステップ（Ｓ３）と、
前記第１コネクタ（３４）に前記第２コネクタ（４４）を挿入して前記第１回路基板（３）及び前記第２回路基板（４）を接続するステップ（Ｓ４）と、を含む、
光センサ（１）の製造方法。

【符号の説明】

【0044】

１…光センサ、２…筐体、３…第１回路基板、３Ａ…第１Ａ回路基板、３Ｂ…第１Ｂ回路基板、４…第２回路基板、５…ケーブル、１１…投光部、１２…受光部、１１Ｗ，１２Ｗ…窓部、１３…増幅部、１４…制御部、２０…ケース本体、２１…蓋体、２２…底壁、２３…周壁、２４…貫通孔、２５…凹部、３４…第１コネクタ、４１…第１部分、４２…第２部分、４３…第３部分、４４…第２コネクタ、５１…素線、５２…外皮、５５…凸部、５６…フランジ部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】