WO2020208986A1 - 近接センサ - Google Patents

Abstract

耐電圧が低下することを抑えることができる近接センサを提供する。近接センサ１は、筐体１０と、筐体１０の一端部に収容されるコイル部と、筐体１０の他端部に接続されるクランプ２０と、筐体１０及びクランプ２０の内部に収容され、コイル部に電気的に接続された回路が搭載された基板３０と、基板３０のうち筐体１０側に位置する部分を覆うシールド４５と、筐体１０及びクランプ２０の内部に設けられ、基板３０の少なくとも一部を覆う樹脂と、を備え、シールド４５は、クランプ２０内部まで延在し、クランプ２０内に位置する回路の少なくとも一部を覆う延在部４５２を有する。

Description

近接センサ

　本発明は、近接センサに関する。

  検出対象物としての金属体の有無または位置を検出するセンサの一つとして、近接センサが知られている。この近接センサは、主として各種生産設備や産業ロボット等に広く利用されている。

  近接センサは、筒状の筐体と、コアおよびコイルを含むコイル部と、コイルに電気的に接続された回路が設けられた基板とを主として備えている。筐体は、その前端に配置されるコイル部を収容するケース本体と、当該ケース本体の後方側に接続され、基板に接続されたケーブルを保持するクランプとを有する。回路が搭載された基板は、筐体の内部におけるコイル部の後方側に位置し、クランプの内部まで延びて配置されている。

  上記構成を備えた近接センサにおいては、コイルや回路が外部からの電磁波の影響を受けないようにするために、静電シールドを設けることが必要である。静電シールドを設けない構成とした場合には、コイルや回路に流れる電気信号にノイズが重畳してしまい、結果として誤動作するなど近接センサの動作異常を招来してしまうことになる。

　上記静電シールドを設けた近接センサを開示したものとして例えば特許文献１がある。特許文献１には、外部からのノイズの侵入を防止するために、コイル部の周囲を覆うように筒状に形成された第１筒状シールド部と、筐体内に配置された基板のうちケース本体側に位置する部分を覆うように筒状に形成された第２筒状シールド部と、を有する静電シールドが記載されている。

特開２００９－０４８９０２号公報

　ところで、近接センサにおいては、筐体の内部の空間に外部から水分や油分等が侵入することを防止する目的で、コイル部や基板を樹脂によって封止することが一般的である。特許文献１のように、静電シールドを設けた近接センサの筐体内に樹脂を充填する場合、例えば、基板のうち静電シールドで覆われていない部分（言い換えれば、基板に搭載された回路のうちクランプ側に位置する部分）は、樹脂によって封止されることとなる。しかし、筐体内に充填される樹脂は、その充填方法や粘度等に依存して気泡が生じることがあり、当該気泡の影響を受けて耐電圧が低下するという課題があった。

　そこで、本発明は、耐電圧が低下することを抑えることができる近接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近接センサは、筐体と、筐体の一端部に収容されたコイル部と、筐体の他端部に接続されたクランプ部と、筐体及びクランプ部の内部に収容され、コイル部に電気的に接続された回路が設けられた基板と、基板のうち筐体側に位置する部分を覆うシールドと、筐体及びクランプ部の内部に設けられ、基板の少なくとも一部を覆う樹脂部と、を備え、シールドは、クランプ部内まで延在し、クランプ部内に位置する回路の少なくとも一部を覆う延在部を有する。

　この態様によれば、筐体内に充填された樹脂内に気泡が発生している場合であっても、クランプ内に位置する回路の少なくとも一部を覆う延在部をシールドが有するので、耐電圧が低下することを抑えることができる。

　上記態様において、クランプ部の内径は、筐体の内径よりも小さく、延在部は、基板の面方向に沿って延びる板形状を呈し、その幅方向の寸法がクランプ部の内径よりも小さくてもよい。

　この態様によれば、クランプの内径が筐体の内径よりも小さい構成であっても、幅方向の寸法がクランプ部の内径よりも小さい板形状を呈する延在部をシールドが有するので、当該延在部をクランプ側の内部まで延在して配置することができる。

　上記態様において、延在部は、回路のうちクランプ部側の部分を覆う位置まで延在していてもよい。

　この態様によれば、シールドの延在部が、回路のうちクランプ部側の部分を覆う位置まで延在しているので、樹脂内に発生する気泡により耐電圧が低下することをより一層抑えることができる。

　上記態様において、シールドは、筐体側に位置する部分を覆うシールド本体部と、延在部とを備え、シールド本体部は、短径がクランプ部の内径よりも小さい略楕円形状の断面を有し、基板の面方向に沿うように延びる一対の側面部と、該一対の側面部の間を連接する連接部と、から成り、側面部は、略楕円形状の短軸側に設けられ、延在部は、側面部の端部から基板の面方向に沿ってクランプ部の内部まで延在した部分であってもよい。

　この態様によれば、シールド本体部は短径がクランプ部の内径よりも小さい略楕円形状の断面を有し、当該略楕円形状の短軸側に設けられた側面部に延在部が設けられているので、仮に、クランプの内径が筐体の内径より小さい構成であったとしても、クランプの内部まで延在部を延在し易くすることができる。

　本発明によれば、耐電圧が低下することを抑えることができる近接センサを提供することができる。

本実施形態に係るセンサを示す分解斜視図である。 図１に示すセンサを組み立てた状態におけるＩＩ－ＩＩ線の断面図である。 図１に示すセンサを組み立てた状態におけるセンサ内部の構成を示す説明図である。 図１に示すセンサにおけるシールドの構成を示す斜視図である。 （Ａ）図３に示すＡ－Ａ断面を示す断面図である。（Ｂ）図３に示すＢ－Ｂ断面を示す断面図である。

　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、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

　図１及び図２を参照して、センサ１の内部構造について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るセンサ１の分解斜視図である。図２は、図１に示すセンサ１を組み立てた状態におけるＩＩ－ＩＩ線の断面図である。

　本実施形態に係るセンサ１は、非接触で検出対象が近づいたことを検出可能な近接センサであり、筐体１０、クランプ２０、Ｏリング２５、基板３０、ケーブル素線３４、ケーブル３５、リング部品３６、検出部４０及びシールド４５を備える。筐体１０は、筒形状に形成されており、内部に基板３０等の電子部品が収容される。筐体１０は、一端に開口部１１を有しており、この開口部１１から基板３０等の電子部品が差し込まれる。筐体１０は、金属や樹脂等で形成されてもよい。センサ１は、その外形が円柱形状となっているが、筐体１０やクランプ２０の外周が多角形である角柱形状であってもよい。

　クランプ２０は、その端部が筐体１０の開口部１１に接続され、筐体１０に収容された基板３０等の電子部品を保護する。図１の矢印で示すように、センサ１の軸方向に沿って、クランプ２０から筐体１０に向かう方向を前方とし、筐体１０からクランプ２０に向かう方向を後方とすると、図２に示すように、クランプ２０の前方部分が開口部１１から筐体１０内部に挿入される。基板３０はその多くの領域が筐体１０内に収容されているが、基板３０における後方の領域はクランプ２０内に収容されている。また、クランプ２０には、ケーブル素線３４、リング部品３６及びケーブル３５の一部が収容されている。

　クランプ２０は、筒形状を呈している。クランプ２０は、凹部２４を有しており、当該凹部２４にはＯリング２５が取り付けられる。図２に示すように、Ｏリング２５は、センサ１が組み立てられた状態で筐体１０の内部に位置し、筐体１０の内壁とクランプ２０の外壁との隙間を封止する。

　クランプ２０は、樹脂や金属等で形成することができるが、可視光を透過する透明な材料により形成し、センサ１の内部に位置する表示灯３２を外部から視認可能とすることが好ましい。

　基板３０は、検出部４０を制御する制御回路（不図示）及び検出部４０に電流を供給する電流供給回路（不図示）を搭載する基板であり、筐体１０に一部が収容される。基板３０の前方側の端部には、図２に示すように検出部４０が取り付けられている。検出部４０は、検出対象の有無を非接触で検出する。検出部４０は、コイル４２が収容されるコア４１と、環状に巻かれたコイル４２とを備える。一方、基板３０の後方側の端部には、ランド３１が設けられており、ケーブル素線３４と電気的に接続される。ここで、センサ１による検出対象の検出方法を説明する。まず、基板３０に搭載された電流供給回路からコイル４２に励磁電流が供給される。コイル４２は、供給された励磁電流に基づいて磁場を発生させる。この状態でコイル４２に金属等の検出対象が接近すると、電磁誘導の法則により検出対象内部に渦電流が発生する。この渦電流は磁場を発生させるため、コイル４２を貫く磁束、ひいてはコイル４２のインピーダンスが変化する。検出部４０に接続された制御回路は、コイル４２のインピーダンスの変化を測定し、検出対象の有無を検出する。

　基板３０には、センサ１の動作状態を表示する表示灯３２が搭載されている。表示灯３２は、例えば、ＬＥＤ等であってよい。本実施形態において、表示灯３２は、センサ１の電源がオンになっている場合や、センサ１が検出対象を検出した場合に点灯する。

　ケーブル３５は、複数のケーブル素線３４に保護被覆を施したものである。ケーブル素線３４は、基板３０のランド３１と電気的に接続される。ケーブル素線３４は、外部電源からの電力を基板３０に搭載された回路へ供給してもよい。また、ケーブル素線３４は、基板３０に搭載された制御回路からの出力信号をアンプ等の外部機器へ伝達してもよい。

　リング部品３６は、ケーブル３５の外周に設けられ、ケーブル３５の破損を防止する。詳しくは、リング部品３６は、ケーブル３５における保護被覆の端部を覆う位置に射出成形等により形成される。また、リング部品３６は、筐体１０の内部に充填される封止樹脂と密着し、ケーブル３５をクランプ２０に固定する。

　ケーブル３５とクランプ２０との間であって、且つ、リング部品３６より後方の領域には、ケーブル３５を取り囲むように封止リング３８が設けられている。封止リング３８は、クランプ２０の内壁とケーブル３５の外周との隙間を封止する。封止リング３８は、センサ１の外部から液体や粉塵が浸入することを防止する。また、封止リング３８は、センサ１の内部に充填される封止樹脂Ｒ（図２及び３）が外部へ漏れ出ることを防止する。

　シールド４５は、外部からのノイズを除去する。シールド４５は、検出部４０及び基板３０の一部を囲むように設けられ、検出部４０及び基板３０へとノイズが到達することを防止する。シールド４５は、例えば、金属膜で形成されてもよいし、銅箔とポリイミド樹脂との積層部材で形成されてもよい。

　シールド４５のうち基板３０の一部を囲むように設けられる部分の構成について説明する。以下、シールド４５のうち基板３０の一部を囲むように設けられる部分をシールド本体部４５１と称する。図４は、シールド本体部４５１及び延在部４５２の構成を示す斜視図である。図５（Ａ）は、図３に示すＡ－Ａ断面を示す断面図である。図５（Ｂ）は、図３に示すＢ－Ｂ断面を示す断面図である。

　図４及び図５（Ａ）に示すように、シールド本体部４５１は、一対の側面部４５１ａと、一対の側面部４５１ａの間を円弧状に連接する連接面部４５１ｂとから成る、断面視略楕円形状を呈している。

　一対の側面部４５１ａは、本実施形態では略平板形状を呈する。一対の側面部４５１ａは、センサを組み立てた状態において、基板３０の面方向に沿って延在して配置される。一対の側面部４５１ａの一端側（側面部４５１ａのうちクランプ２０側の部分）には一対の延在部４５２が接続されている。

　延在部４５２は、シールド本体部４５１の端部Ｅからクランプ２０側に突出している部分であって、一対の側面部４５１ａの長手方向に沿って延在するように設けられている。延在部４５２は、図２及び図３に示すように、クランプ２０の内部まで延在し、基板３０に搭載された回路のうちクランプ２０側に位置する回路の少なくとも一部を覆っている。このように、クランプ２０の内部に位置する回路の少なくとも一部を覆う延在部４５２をシールド４５が有するので、内部に充填された樹脂内に気泡が発生している場合であっても、樹脂内に発生する気泡により耐電圧が低下することを抑えることができる。好適には、延在部４５２は、基板３０の面方向に沿って、基板３０に搭載された回路のうちクランプ２０側に位置する回路を覆う位置まで延在していることが好ましい。例えば、延在部４５２は、基板３０に搭載された表示灯３２の近傍（表示灯３２に当接しない部分）まで延在するように、基板３０の面方向に沿って延在していてもよい。

　本実施形態では、基板３０のうちクランプ２０側に位置する部分の表面側については延在部４５２で保護され、基板３０のうちクランプ２０側に位置する部分の側面側（クランプ２０の内部のうち延在部４５２よりも外周側に位置する部分）については、センサ１の内部に充填される封止樹脂Ｒ（図３）で保護される。基板３０のうちクランプ２０側に位置する部分の表面側に搭載された回路部品上に、シールド４５の延在部４５２が位置していることにより、耐ノイズ性を向上させることができる。

　また、本実施形態に係るセンサ１では、クランプ２０の内径Ｄ２（図３）は、筐体１０の内径Ｄ１より小さくなっている。基板３０の表面に対して直交する方向からシールド４５を見たときに（図３参照）、延在部４５２の幅方向の寸法Ｄ４（図３及び図５（Ａ））は、シールド本体部４５１の幅方向の寸法Ｄ３（図３及び図５（Ｂ））より小さく、且つ、クランプ２０の内径Ｄ２より小さい。本実施形態では、基板３０の表面に対して直交する方向からシールド４５を見たときに（図３参照）、シールド本体部４５１に対して延在部４５２の幅方向両側が切り欠かれた形状とすることで、延在部４５２の幅方向の寸法Ｄ４をシールド本体部４５１の幅方向の寸法Ｄ３より小さくしている。

　前述したようにシールド本体部４５１は、略楕円形状の断面を有する。詳細には、シールド本体部４５１（側面部４５１ａ及び連接面部４５１ｂ）は、図５（Ｂ）に示すように、基板３０の幅方向に沿う方向を長軸ＡＸ１とし、基板３０の表面に直交する方向を短軸ＡＸ２とした略楕円形状の断面を有する。略楕円形状の短径Ｄ５（図５（Ｂ））は、クランプ２０の内径Ｄ２より小さく、略楕円形状の短軸ＡＸ２側に、延在部４５２（図５（Ａ））が設けられている。このように本実施形態では、シールド本体部４５１を略楕円形状とし、当該略楕円形状の短軸ＡＸ２側に延在部４５２を設け、前述したように、延在部４５２の幅方向の寸法Ｄ４をクランプ２０の内径Ｄ２よりも小さくしている。このように延在部４５２を設けることにより、クランプ２０の内径Ｄ２が筐体１０の内径Ｄ１より小さい構成であったとしても、断面視略楕円形状のシールド本体部４５１の短軸ＡＸ２側（シールド本体部４５１の側面部４５１ａ側）に接続された延在部４５２を、基板３０の面方向に沿ってクランプ２０の内部まで延在するように配置することができる。

　以上説明した実施形態では、延在部４５２は基板３０の面方向に沿うように延在する平板形状を呈しているがこれに限定されない。すなわち、延在部４５２は、クランプ２０内まで延在し、クランプ２０内に位置する回路の少なくとも一部を覆うことが可能な形状であれば、他の様々な形状に変形することが可能である。

　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。実施形態で説明したフローチャート、シーケンス、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。

　［附記１］
  筐体（１０）と、
　前記筐体（１０）の一端部に収容されたコイル部と、
　前記筐体（１０）の他端部に接続されたクランプ（２０）と、
　前記筐体（１０）及び前記クランプ（２０）の内部に収容され、前記コイル部に電気的に接続された回路が搭載された基板（３０）と、
　前記基板（３０）のうち前記筐体（１０）側に位置する部分を覆うシールド（４５）と、
　前記筐体（１０）及びクランプ（２０）の内部に設けられ、前記基板（３０）の少なくとも一部を覆う封止樹脂（Ｒ）と、を備え、
　前記シールド（４５）は、前記クランプ（２０）内まで延在し、前記クランプ（２０）内に位置する回路の少なくとも一部を覆う延在部（４５２）を有する、
　近接センサ（１）。

　１０…筐体、２０…クランプ、２５…Ｏリング、３０…基板、４０…検出部、４１…コア、４２…コイル、４５…シールド、４５２…延在部、Ｒ…封止樹脂

Claims (4)

1.   筐体と、
   　前記筐体の一端部に収容されたコイル部と、
   　前記筐体の他端部に接続されたクランプ部と、
   　前記筐体及び前記クランプ部の内部に収容され、前記コイル部に電気的に接続された回路が搭載された基板と、
   　前記基板のうち前記筐体側に位置する部分を覆うシールドと、
   　前記筐体及びクランプ部の内部に設けられ、前記基板の少なくとも一部を覆う樹脂部と、を備え、
   　前記シールドは、前記クランプ部内まで延在し、前記クランプ部内に位置する回路の少なくとも一部を覆う延在部を有する、
   　近接センサ。
2. 　前記クランプ部の内径は、前記筐体の内径よりも小さく、
   　前記延在部は、前記基板の面方向に沿って延びる板形状を呈し、その幅方向の寸法が前記クランプ部の内径よりも小さい、
   　請求項１に記載の近接センサ。
3. 　前記延在部は、前記回路のうち前記クランプ部側の部分を覆う位置まで延在している、
   　請求項１又は２に記載の近接センサ。
4. 　前記シールドは、前記基板のうち前記筐体側に位置する部分を覆うシールド本体部と、前記延在部とを備え、
   　前記シールド本体部は、短径が前記クランプ部の内径よりも小さい略楕円形状の断面を有し、前記基板の面方向に沿うように延びる一対の側面部と、該一対の側面部の間を連接する連接部と、から成り、
   　前記側面部は、前記略楕円形状の短軸側に設けられ、
   　前記延在部は、前記側面部の端部から前記基板の面方向に沿って前記クランプ部の内部まで延在した部分である、
   　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の近接センサ。

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