(57)【要約】【課題】性能を維持しつつ小型化を実現し得る透過型光電スイッチ用センサヘッドを提供する。【解決手段】透過型光電スイッチ用センサヘッドは、発光素子１２又は受光素子５２である光学素子と、光学素子を内部に収納するヘッドケースと、光学素子の前方に配置されるようヘッドケースに保持される光学レンズと、光学素子に接続され、光学素子を駆動する電子回路を実装した硬質性の光学素子基板とを備える透過型光電スイッチ用センサヘッドであって、ヘッドケースの外形を、角形部分と、角形部分から延長された円筒部分とを有し、角形部分に光学素子基板を配置するように構成している。この構成によって、ヘッドケースの小型化を図りつつ内部に光学素子基板を収納するスペースを確保し、かつ角形部分によってセンサヘッドの位置合わせを容易に行うことができる。【選択図】図１
2006236849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子又は受光素子である光学素子と、
前記光学素子を内部に収納するヘッドケースと、
前記光学素子の前方に配置されるようヘッドケースに保持される光学レンズと、
前記光学素子に接続され、前記光学素子を駆動する電子回路を実装した光学素子基板と、
を備える透過型光電スイッチ用センサヘッドであって、
前記ヘッドケースの外形を、角形部分と、前記角形部分から延長された円筒部分とを有し、
前記角形部分に前記光学素子基板を配置するように構成してなることを特徴とする透過型光電スイッチ用センサヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の透過型光電スイッチ用センサヘッドであって、
前記光学素子が底面から突出する複数の端子を有しており、
複数の端子の内少なくとも一本を部分的に折曲しており、折曲した端子とその他の端子とで前記光学素子基板の面を挟むように配置した状態で前記光学素子と前記光学素子基板とを接続してなることを特徴とする透過型光電スイッチ用センサヘッド。
【請求項３】
請求項１に記載の透過型光電スイッチ用センサヘッドであって、
光学素子として発光素子を備える投光ヘッドと、
光学素子として受光素子を備える受光ヘッドと、
を備えており、
前記投光ヘッド及び／又は受光ヘッドは、動作状態を示す表示灯を備えてなることを特徴とする透過型光電スイッチ用センサヘッド。
【請求項４】
請求項１に記載の透過型光電スイッチ用センサヘッドであって、
前記ヘッドケースは、
前記角形部分を構成する角形ケースと、
前記円筒部分を構成する円筒ケースと、
で構成され、
前記円筒ケースは前記角形ケースとの接合面に、角形ケースの四隅を覆う突起を形成し、
前記角形ケースは、前記突起に係合するように四隅に各々段差を形成してなることを特徴とする透過型光電スイッチ用センサヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型光電スイッチ用センサヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
光電スイッチは、非接触で検出対象を検出可能なセンサであり、工場の生産ライン等で移動する物体の有無を検出するため等に利用されている。一般には、物体の搬送経路に光を投射し、その光の反射光又は透過光を検出することにより、物体の有無を判定するものである。透過型の光電スイッチでは、投光部から投射された光が物体検出領域を通過する物体に遮られることにより受光部の受光量が変化することを利用し、この変化から物体の存在を判定することができる。透過型の光電スイッチは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を有する投光ヘッドと、ＰＤ（フォトダイオード）等の受光素子を有する受光ヘッドを有する。投光ヘッドと受光ヘッドとを互いに対向するように配置し、これら投光ヘッドと受光ヘッドとの間で光電センサを形成する。
【０００３】
近年はこのような透過型光電センサのセンサヘッドは一層の小型化が求められており、小型化を実現するために光学系や回路素子の改良が試みられている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、光学系や回路素子の改良では小型化に限界がある。
【０００４】
また光電スイッチの投光部に使用する発光素子として、ＬＥＤに代わり、ＬＤ（半導体レーザ）を使用したものも開発されている。ＬＤはＬＥＤよりも光学特性に優れ、ＬＤを使用する光電センサは、ＬＥＤに比較して光量が高いためスポット径の視認性がよくなり、取付作業時の作業性を向上させる等の利点が得られる。
【０００５】
しかしながら、スポット径が小さくなる程、受光部と投光部の光軸合わせも高精度が要求され、その作業が面倒になるという問題があった。
【特許文献１】特開平１０−３４１０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、性能を維持しつつ小型化を実現し得る透過型光電スイッチ用センサヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の透過型光電スイッチ用センサヘッドは、発光素子又は受光素子である光学素子と、光学素子を内部に収納するヘッドケースと、光学素子の前方に配置されるようヘッドケースに保持される光学レンズと、光学素子に接続され、光学素子を駆動する電子回路を実装した光学素子基板とを備える透過型光電スイッチ用センサヘッドであって、ヘッドケースの外形を、角形部分と、角形部分から延長された円筒部分とを有し、角形部分に光学素子基板を配置するように構成している。この構成によって、ヘッドケースの小型化を図りつつ内部に光学素子基板を収納するスペースを確保し、かつ角形部分によってセンサヘッドの位置合わせを容易に行うことができる。
【０００８】
また、本発明の第２の透過型光電スイッチ用センサヘッドは、光学素子が底面から突出する複数の端子を有しており、複数の端子の内少なくとも一本を部分的に折曲しており、折曲した端子とその他の端子とで光学素子基板の面を挟むように配置した状態で光学素子と光学素子基板とを接続している。この構成によって、光学素子と光学素子基板とを中心を略一致させて接続でき、これらをヘッドケースの中心に配置して固定できる。
【０００９】
さらに、本発明の第３の透過型光電スイッチ用センサヘッドは、光学素子として発光素子を備える投光ヘッドと、光学素子として受光素子を備える受光ヘッドとを備えており、投光ヘッド及び／又は受光ヘッドは、動作状態を示す表示灯を備えている。この構成によって、光電スイッチの設置時において投光ヘッドの位置合わせ作業を容易に行える。
【００１０】
さらにまた、本発明の第４の透過型光電スイッチ用センサヘッドは、ヘッドケースが、角形部分を構成する角形ケースと、円筒部分を構成する円筒ケースとで構成され、円筒ケースは角形ケースとの接合面に、角形ケースの四隅を覆う突起を形成し、角形ケースは、突起に係合するように四隅に各々段差を形成している。この構成によって、円形部材と角形部材とを接合する際のデッドスペースとなる隅部に、円筒ケースと角形ケースとの接続部材を配置してセンサヘッドの小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の透過型光電スイッチ用センサヘッドによれば、構成部品の一体化を図ることで小型化と組み立て性を両立し、かつ光学特性のばらつきを抑えることで、性能を維持しつつ小型化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための透過型光電スイッチ用センサヘッドを例示するものであって、本発明は透過型光電スイッチ用センサヘッドを以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００１３】
透過型光電スイッチ用センサヘッドは、上述の通り、投光ヘッドと受光ヘッドとを備えており、これらをコントローラに接続し、投光ヘッドの発光素子から放出される光を受光ヘッドで受光して検出し、その受光量の変化で対象物の通過等を検出できる。図１に、本発明の一実施の形態に係る透過型光電スイッチ用センサヘッドとして、投光ヘッド４００と受光ヘッド５００とを、コントローラ２００に接続した光電スイッチのブロック図を示す。この図に示す光電スイッチは投光ヘッド４００と受光ヘッド５００とがヘッドケーブル３００によって接続されている。投光ヘッド４００は投光部１０を、受光ヘッド５００は受光部５０をそれぞれ備える。投光部１０は対象物に対して光を投光し、この光が対象物で遮光されることなく受光部５０で受光するか、あるいは遮光されて受光量が低下するかを検出することで対象物の有無を判定する。コントローラ２００は投光部１０を駆動するために所定のパルスを投光ヘッド４００に出力する。発光素子１２は、制御部４０によって投光電源制御回路２２から発される発振パルスによって駆動されて、パルス光を外部の検出対象に向って発する。受光された光は受光素子にて光電変換され、受光素子増幅回路５６、コントローラ増幅回路６８、Ａ／Ｄ変換器７０を経て制御部４０に送られる。これによって、パルス光に同期した検波が施され、検波信号は更に直流信号等に変換された後、Ｉ／Ｏ回路４２から、検出結果を表わすＯＮ／ＯＦＦ信号として出力される。
【００１４】
また透過型光電スイッチ用センサヘッドは、光学素子を保持する素子ホルダを備えてもよい。さらに透過型光電スイッチ用センサヘッドは、円筒部分の外部にネジ山を形成することで、ネジ山を用いてセンサヘッドの固定を容易にできる。さらにまた透過型光電スイッチ用センサヘッドは、光学素子の複数の端子をスペーサに挿入するよう構成することで、光学素子の端子をスペーサに挿入した状態で折曲でき、端子が光学素子の底面から破断するおそれを低減できる。
（投光部１０）
【００１５】
投光部１０は、投光用の発光素子１２と、発光素子１２を駆動するための投光回路１４とを備える。発光素子１２は、ＬＥＤやＬＤ等が利用できる。特にＬＤはＬＥＤに比べて光量が多く指向性が高いので、スポット径を絞って検出の精度が向上する。また、ＬＤが照射されるスポット径が視認できるので、設置時の作業性にも優れる。よって、本実施の形態では光学特性に優れるＬＤを発光素子１２として利用している。さらにＬＤを駆動する投光回路１４は、投光ＡＰＣ回路１６と、モニタＰＤ等のモニタ用受光素子１８を備える。投光ＡＰＣ回路１６は、ＬＤを駆動する駆動電力をＬＤに供給し、ＬＤの出力すなわち発光量が所定値となるよう制御する。
【００１６】
さらに投光ヘッド４００は、発光量等を表示するための表示灯２０を備える。これら投光ＡＰＣ回路１６や表示灯２０は、投光電源ラインを介してコントローラ２００の投光電源制御回路２２、ヘッド表示灯電源制御回路２４から各々駆動電力の供給を受ける。発光素子１２の発光量は、投光ＡＰＣ回路１６により制御される。投光ＡＰＣ回路１６はモニタＰＤで検出した発光量に基づき、発光量が所定値となるように電流量を調整してＬＤを駆動するというフィードバック制御を行う。図１に示す例では、投光ＡＰＣ回路１６はＬＤ及びモニタ用受光素子１８であるモニタＰＤと接続されており、モニタＰＤはＬＤの漏れ光等を受光できる位置に隣接されている。モニタＰＤは、ＬＤパッケージに内蔵させることもできる。
【００１７】
一方モニタ用受光素子１８の一形態であるモニタＰＤは、モニタ信号増幅回路２６と接続されており、ヘッドケーブル３００に含まれるモニタラインを介してコントローラ２００のＬＤ発光量モニタ回路２８に受光量をモニタ電流として送出する。ＬＤ発光量モニタ回路２８は、Ａ／Ｄ変換器３０でアナログ信号をデジタル信号に変換した後、制御部４０に対し、モニタＰＤで検出したモニタ電流を出力する。このようにモニタ信号増幅回路２６は、発光素子１２の発光量をモニタ用受光素子１８でモニタするモニタ回路を構成しており、制御部４０はモニタ回路を介してモニタ電流を監視することで、投光ヘッドの異常を検出できる。モニタ電流が所定の閾値を越える等の異常が検出されると、制御部４０は投光電源制御回路２２を制限、遮断する等により投光ヘッド４００への電流供給を停止でき、これによって発光素子の障害等に対応できる。このように、投光ヘッド４００により投光量のフィードバック制御を行う一方で、コントローラ２００側では投光ヘッド４００の異常検出を行うという二重のフィードバックを実現している。
（受光部５０）
【００１８】
一方、受光ヘッド５００に含まれる受光部５０は受光用の受光素子５２と、受光素子５２を駆動するための受光回路５４とを備える。受光回路５４は受光素子増幅回路５６、受光部電源回路５８等を備える。受光素子５２はＰＤ等が利用できる。この受光素子５２は受光素子増幅回路５６と接続されており、受光素子５２で受光した受光量は受光素子増幅回路５６で増幅されて、ヘッドケーブル３００に含まれる信号ラインを介してコントローラ２００側のコントローラ増幅回路６８に送出される。コントローラ増幅回路６８で増幅されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器７０を介してデジタル信号に変換され、制御部４０に入力される。これによって、受光素子５２の受光量をコントローラ２００側で検出して検出の判定を行い、最終的にＩ／Ｏ回路４２の出力から判定結果を出力する。このＩ／Ｏ回路４２は、２系統の出力１、２と１系統の入力１を備えている。また受光部電源回路５８は、受光ヘッド５００の駆動電力を供給するため部材であり、ヘッドケーブル３００の電源ラインを介してコントローラ２００のヘッド電源回路６０に接続される。ヘッド電源回路６０は、コントローラ２００の制御部４０によって制御される。
【００１９】
なお、複数種のセンサヘッドをコントローラに接続可能とする場合、各センサヘッドを識別する識別機能を備えることができる。図１の例では、コントローラ２００に投光ヘッド４００を識別するための投光ヘッド識別回路６３、受光ヘッド５００を識別するための受光ヘッド識別回路６２をそれぞれ設けている。これらヘッド識別回路を各々信号ラインに接続して投光ヘッド４００、受光ヘッド５００の識別信号を検出し、Ａ／Ｄ変換器６４、６５を介して制御部４０に送出することで、制御部４０で各センサヘッドを識別している。また、制御部が各センサヘッドとデータ通信を行い、識別番号を割り当てることもできる。
【００２０】
コントローラ２００は、上述のように制御部４０に、投光電源制御回路２２、ヘッド表示灯電源制御回路２４、ＬＤ発光量モニタ回路２８、コントローラ増幅回路６８、ヘッド識別回路６２、ヘッド電源回路６０等を接続している。さらに制御部４０は、各種設定値等を記憶するための記憶部４４、コントローラ２００側の情報を表示するための表示回路４６、設定値調整を受け付けるためのユーザインタフェースである操作部を接続したスイッチ入力回路４８、加えて外部との入出力を行うＩ／Ｏ回路４２等を接続している。またコントローラ２００は、これらの回路を駆動するためのコントローラ電源回路６６も備えている。以上の構成のコントローラ２００にヘッドケーブル３００を介して投光ヘッド４００と受光ヘッド５００の組を一又は複数接続して、発光素子１２で投光した光を受光素子５２で受光し、対象物を検出してその結果を出力する。
（投光ヘッド４００）
【００２１】
次に、投光ヘッド４００の構成について、図２の分解斜視図に基づいて説明する。図２に示す投光ヘッド４００は、ケーシングを構成する円筒ケース１６０及び角形ケース１７０と、発光素子１２と、発光素子１２の発光面に配置される投光レンズ１８０と、発光の一部を遮光する遮光シート１８２と、発光素子１２を保持する発光素子ホルダ１８４と、発光素子１２を駆動する電子部品を実装する発光素子基板１４０と、発光素子１２と発光素子基板１４０との間に介在される発光素子用スペーサ１２６と、ヘッドケーブル３００と接続するためのケーブルブッシュ８０とを備える。この投光ヘッド４００は、図３の組立工程図及び図４の断面図に示すように、（ａ）発光素子１２の端子に発光素子用スペーサ１２６を挿入して端子を折曲した状態とし、（ｂ）発光素子基板１４０と接続する。発光素子基板１４０の周囲にはシールド板が捲回される。一方（ｃ）発光素子ホルダ１８４の内面に遮光シート１８２を貼付した状態とし、発光素子ホルダ１８４に発光素子基板１４０の一方の端縁である発光素子１２側から挿入して固定する。また（ｄ）発光素子基板１４０の他方の端縁にケーブルブッシュ８０を固定して、（ｅ）角形ケース１７０に挿入する。さらに（ｆ）発光素子ホルダ１８４の先端面に投光レンズ１８０を固定した後、（ｇ）円筒ケース１６０を装着する。円筒ケース１６０と角形ケース１７０は突起１６６と段差部１７６によって連結され、接着材等で固定される。以下、各部材について詳述する。
（円筒ケース１６０）
【００２２】
投光ヘッド４００の円筒ケース１６０を図５に示す。図５において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は正面図、（ｅ）は断面図を、それぞれ示している。この図に示す円筒ケース１６０は、全体を中空の円筒形とし、円筒の一方の底面に光出射用の開口窓１６２を形成している。また他方の面には、角形ケース１７０と連結するため、断面を円形から四角状の四角部１６４とし、かつこの四角部１６４の四隅から長手方向に延長して突出される突起１６６を形成している。突起１６６は、角形ケース１７０の四隅に嵌合するように、各々等しい形状でほぼ等間隔に設けられる。突起１６６が角形ケース１７０の四隅に嵌合するように、四角部１６４は角形ケース１７０の断面とほぼ等しい大きさとし、かつ四角部１６４は円筒ケース１６０断面の円形が内接する大きさに設計される。このように、円形部材と角形部材とを接合する際のデッドスペースとなる隅部に、円筒ケース１６０と角形ケース１７０との接続部材を配置することで、ヘッドケースの外形が接続部材が原因で肥大化することを回避し、センサヘッドの小型化に寄与できる。突起１６６は、四角部１６４の隅部から突出するように一体的に成形される。円筒ケース１６０はステンレス等の金属製としている。また円筒の側面にはネジ山を形成しており、ナットやネジ溝等を利用して固定を容易にできる。
【００２３】
角形ケース１７０には各突起１６６を各々嵌合するための段差部１７６を形成している。突起１６６及び段差部１７６の形状は、突起１６６を角形ケース１７０と嵌合した後、角形ケース１７０の外形と同一平面となるように設計される。円筒ケース１６０は四角部１６４で角形ケース１７０の上部を構成する。なお、突起や段差部等の嵌合部材は、ケースの四隅に設ける構成に限られず、例えば各辺の中点近傍に形成することもできる。また均等に四カ所に配置する構成に限られず、対向する部位に配置する構成等も適宜採用できる。
（角形ケース１７０）
【００２４】
次に、角形ケース１７０の斜視図を図６に示す。図６において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は正面図、（ｅ）は断面図を、それぞれ示している。角形ケース１７０は、全体を中空の箱形とし、断面をほぼ正方形とする。好ましくは、四隅を面取りした８角形状として取り扱いを容易にできる。また上面には円筒ケース１６０と連結するために円筒状の筒部１７２を一体的に形成している。筒部１７２の外径は円筒ケース１６０とほぼ同じ径となるように、筒部断面の円形が角形ケース断面の四角部１７４に正接する大きさに設計される。さらに筒部１７２と角形ケース四角部１７４の接合部に形成されるスペースを、円筒ケース１６０の突起１６６を嵌合する段差部１７６とする。段差部１７６は、筒部１７２と角形ケース四角部１７４との間に形成される略三角柱状の空間を利用して、この部分に突起１６６を載置した状態で突起１６６が角形ケース１７０側面と同一平面となる大きさ及び形状に形成される。角形ケース１７０は、プラスチック等で構成できる。又後述するように、好ましくは透光性を有する部材で構成する。
（表示灯２０）
【００２５】
さらにこの投光ヘッド４００は、センサヘッドの動作状態をユーザに告知するための表示灯２０を備える。表示灯２０は、図２に示すように発光素子基板１４０上に実装された表面実装型ＬＥＤ２１等が利用できる。表示灯２０を点灯あるいは点滅させることで、発光素子１２の動作モードや点灯状態等をユーザに通知できる。動作状態の区別には、例えば表示灯２０の点滅の間隔変化や発光強度、あるいは色変化といった発光状態の変化を予め設定しておくことで実現できる。
【００２６】
また角形ケース１７０を透光性部材で構成することにより、角形ケース１７０内部に表示灯２０を配置しても点灯状態を外部から視認できる。表示灯の点灯状態を示すために、ヘッドケースの一部を透光性部材で構成する等して表示灯の表示窓を設けることもできるが、別部材が必要となって部品点数及び取付の工数の増加となり、コストアップに繋がる。そこで角形ケース１７０の少なくとも一部を透光性部材とすることで、このような部材を設けることなく表示灯の点灯状態をヘッドケース外部から視認できる。本実施の形態では、ヘッドケースを半透明のスモーク状とし、内部が黒っぽく見えて電子部品を視認しづらくする一方で、表示灯の点灯は視認できるようにしている。またヘッドケースは、透明とする他、表示灯の光を散乱させるために散乱部材を含有させた乳白色等の半透明とすることもできる。
【００２７】
表示灯２０として、表面実装型ＬＥＤ２１を複数実装することで、光量を増しさらに視認性をよくすることができる。また発光素子基板１４０の片面のみならず、両面に実装してもよい。これによって、センサヘッドの片面からのみならず両面から視認できるので、表示灯をさらに見易くできる。また、この例では表示灯を発光素子基板上に設けているが、別基板に設けることも可能である。なお、図１では表示灯２０を投光ヘッド４００にのみ設けた例を示しているが、表示灯は受光ヘッド側に設けてもよく、また両方のヘッドに設けることもできる。さらに表示灯は、投光ヘッド、受光ヘッドのいずれに設ける場合においても、センサヘッドの後端側に配置することが好ましい。センサヘッドを設置して光軸合わせ等を行う際には、センサヘッドの後端側から確認することが多い。この際に正しく投受光が行われていることを表示灯で確認できるよう、表示灯はセンサヘッドの後部側、又はケーブルに近い側に設けることが好ましい。図２の例では、表示灯２０をケーブルブッシュ８０に近接する側に設けている。
（発光素子基板１４０）
【００２８】
発光素子基板１４０は、光学素子を駆動する各種電子部品を実装した基板である。図２に示す発光素子基板１４０は、全体を細長い板状とし、角形ケース１７０に収納できる大きさとする一方、先端を円筒ケース１６０に挿入するため幅を狭くしている。また後端部も、図２に示すようにケーブルブッシュ８０の内面に挿入するように幅を狭く形成している。発光素子基板１４０は、ガラスエポキシ基板等の硬質基板を使用できる。発光素子１２と発光素子基板１４０とは、中心軸がほぼ一致するように、すなわち発光素子底面のほぼ中心に、発光素子基板１４０の端面が対向するように固定する。これによって、ヘッドケースの中心に発光素子基板１４０と発光素子１２を配置でき、発光素子１２の光学特性を損なわず、また発光素子基板１４０がヘッドケースの中心に配置されて物理的な安定が図られる。なお図９の断面図に示す例では、発光素子基板１４０の端面が発光素子用スペーサ１２６に当接せず、離間させている。またこの例では、角形ケース１７０の側面と平行になるように発光素子基板１４０を配置しているが、角形ケースの断面対角線上に基板を配置することもでき、これによってさらに角形ケースの小型化を図ることが可能となる。また発光素子基板１４０に実装される電子部品の耐ノイズ性を向上させるため、好ましくは発光素子基板１４０の周囲をシールド板で被覆する。
（発光素子用スペーサ１２６）
【００２９】
発光素子１２と発光素子基板１４０との接続は、発光素子用スペーサ１２６を介して発光素子１２の端子を折曲した状態で行われる。図７に、発光素子用スペーサ１２６の外観を示す。図７において、（ａ）は斜め下方から見た斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図をそれぞれ示している。また図８は、この発光素子用スペーサ１２６を発光素子１２の端子群に挿入した状態の斜視図を示す。これらの図に示すように、発光素子用スペーサ１２６は円盤状の一部（図７（ｂ）において下面）を切除したフラット面１２７を形成すると共に、このフラット面１２７に沿って光学素子の端子を挿入するスペーサ穴１２８を開口し、さらにフラット面１２７に対向する位置にＵ字状のスペーサ切り欠き１２９を形成している。発光素子用スペーサ１２６は樹脂等絶縁性の部材が使用できる。図７の例では、３本の端子を備えるＬＤの端子群に挿入可能な大きさ及び位置にスペーサ穴１２８及びスペーサ切り欠き１２９を形成している。さらにスペーサ穴１２８は、図７（ａ）の斜視図に示すようにフラット面１２７に連なる溝１２８ｂを形成している。これによって、スペーサ穴１２８に挿入した端子を溝１２８ｂに沿うように折曲することで、確実に端子を所望の位置で折曲できる。折曲角は、発光素子基板１４０の端子面と半田付け等により接続が容易に行える程度とすれば足り、例えば１０°〜９０°程度とする。溝１２８ｂは、発光素子用スペーサ１２６の両面に形成することで、発光素子用スペーサ１２６をいずれの面から発光素子１２の端子群に挿入しても使用できるようになり、組み立て作業性が向上する。
【００３０】
発光素子用スペーサ１２６の大きさは、好ましくは発光素子底面の鍔状部分１２ｂと同じか、又はこれよりも小さい大きさとし、また厚さは発光素子１２の端子よりも短く、かつ端子を折曲したい端子位置までの長さとする。またスペーサ穴１２８及びスペーサ切り欠き１２９の大きさは、発光素子１２の端子を挿入できるよう、これらの断面よりも大きく形成する。このスペーサ穴１２８及びスペーサ切り欠き１２９に発光素子１２の端子群を挿入し、一部の端子を折曲する。図９に、発光素子用スペーサ１２６を装着した発光素子１２を発光素子基板１４０の端面と固定する様子の断面図を示す。この図の例では、２本の端子を下方に向けて折曲している。その結果、発光素子１２の端子群の中心が解放されるので、ここに発光素子基板１４０の端縁を位置させて、両者の中心をほぼ一致させる状態でこれら発光素子１２と発光素子基板１４０とを接続できる。接続は半田付け等で行われ、電気的かつ機械的に接続できる。
【００３１】
このように、発光素子用スペーサ１２６を介して端子を折曲することで、発光素子１２の破損を防ぎ確実に折曲することができる。スペーサ等を介することなく発光素子の端子を直接折曲しようとすると、端子の根本で折曲してリードフレームが破断するおそれがあり、信頼性が著しく損なわれる。そこで、上述のように発光素子用スペーサを介在させることで、端子の所望の位置で容易に折曲でき、組み立て時の作業性と動作時の信頼性を向上できる。折曲する端子の選定や本数等は、使用する発光素子の仕様に依存する。本実施の形態では、発光素子１２と発光素子基板１４０とが、中心軸がほぼ一致する状態で接続できるように、発光素子１２の端子を折曲する条件を決定する。
（発光素子ホルダ１８４）
【００３２】
発光素子１２を発光素子用スペーサ１２６を介して発光素子基板１４０に接続した状態で、発光素子ホルダ１８４に挿入される。発光素子ホルダ１８４は、ＬＤとレンズとの位置の規定し、また円筒ケース１６０とＬＤとを絶縁する。発光素子ホルダ１８４の斜視図を図１０に、正面図及び断面図、底面図を図１１に、発光穴の拡大断面図を図１２に、それぞれ示す。これらの図に示すように、中空の円筒状とし、底面側に内径の小さい小筒部分１８６を形成し、さらに小筒部分１８６の底面に発光素子１２の発光が通過する発光穴１８８が形成されている。発光穴１８８は、図１２の拡大断面図に示すように、外部に向かって末広がりに開口する傾斜状に形成され、この開口面積によって投光ヘッド４００から照射される発光のスポット径が決定される。さらに、図１１（ｂ）の断面図に示すように、発光素子ホルダ１８４の内部に段差部分１９０を形成し、この部分に図４（ｇ）等に示すように、発光素子基板１４０の鍔部分１４０ｂを当接させて固定できる。さらに、小筒部分１８６との界面における段差部分１９０には、遮光シート１８２を貼付する。遮光シート１８２は、中心に円形の穴を開口したドーナツ状に構成される。なお発光素子ホルダを使用しないで、直接円筒ケースに発光素子及び発光素子基板を挿入する構成とすることもできる。
（投光レンズ１８０）
【００３３】
さらに発光素子ホルダ１８４の先端には、光学レンズとして投光レンズ１８０が接続される。投光レンズ１８０の一例を図１３に示す。図１３において、（ａ）は斜め上方から見た斜視図、（ｂ）は斜め下方から見た斜視図、（ｃ）は断面図を、それぞれ示している。この図に示すように投光レンズ１８０は断面を凸状に形成して、さらに発光素子１２の光を直進成分に集光する。また投光レンズ１８０は底面を開口しており、ここに発光素子ホルダ１８４の小筒部分１８６を挿入できる大きさに設計される。また図１３の投光レンズ１８０の側面の一部を平坦面としている。
（ケーブルブッシュ８０）
【００３４】
センサヘッドは、ヘッドケーブル３００と接続するためのケーブルブッシュ８０を固定している。ケーブルブッシュ８０は、角形ケース１７０の底面に固定される。また角形ケース１７０の内部で発光素子基板１４０の一端と電気的に接続され、ヘッドケーブル３００を介してコントローラと電気的に接続される。
（受光ヘッド５００）
【００３５】
次に、受光ヘッド５００の詳細について、図１４の分解斜視図及び図１５の組み立て工程を示す斜視図並びに図１６の組立工程を示す断面図に基づいて説明する。この図に示す受光ヘッド５００は、ケーシングを構成する受光用円筒ケース１６０Ｂ及び受光用角形ケース１７０Ｂと、受光素子５２と、受光素子５２の受光面に配置される受光レンズ２１０と、特定波長の光を通過するショートパスフィルタ５３と、受光素子５２を保持する受光素子ホルダ２２０と、受光素子ホルダ２２０と受光素子５２の間に配置されるノイズ対策用のシールドパイプ２３０と、受光素子５２を駆動する電子部品を実装する受光素子基板１３０と、ヘッドケーブル３００と接続するためのケーブルブッシュ８０Ｂとを備える。図１４の例では、受光用円筒ケース１６０Ｂと受光用角形ケース１７０Ｂを連結した投光ヘッド４００とほぼ同様の外形とし、また受光素子基板１３０も発光素子基板１４０と同様のものを利用している。この受光ヘッド５００は、図１５及び図１６に示すようにして組み立てられる。まず、受光素子５２を端子折曲治具にセットして、受光素子５２の端子が受光素子基板１３０の端子面と合致するように受光素子端子５２ｂを折曲する。受光素子５２は、ＰＤ（フォトダイオード）等で構成される。そして半田付け治具等により、図１５（ａ）及び図１６（ａ）に示すように受光素子端子５２ｂと受光素子基板１３０とを半田付けにより固定する。その後、受光素子基板１３０の周囲を、電子回路の耐ノイズ性を向上させるために金属箔等のシールド板で捲回して被覆する。次に、図１５（ｂ）及び図１６（ｂ）に示すように受光素子５２側からシールドパイプ２３０に挿入して、先端を押し当てて半田付けにより固定する。シールドパイプ２３０は、図１７に示すような外観で、有底筒状に一体成型され、底部の中心に受光穴２３２を形成している。受光穴２３２は図１８の拡大断面図に示すように、発光素子ホルダ１８４の発光穴１８８と同様の外部に向かって末広がりに開口する傾斜状に形成され、この開口面積によって受光ヘッド５００の受光可能範囲が決定される。またシールドパイプ２３０の開口端は鍔状２３４に形成している。また鍔状に代わって、Ｏリングを使用することもできる。
（シールドパイプ２３０）
【００３６】
次に、シールドパイプ２３０を受光素子ホルダ２２０に挿入して固定する。図１６（ｃ）の断面図に示すようにシールドパイプ２３０の外周に接着材を塗布し、受光素子ホルダ２２０に挿入して押し当てる。受光素子ホルダ２２０は、図１９の斜視図に示すように中空の筒状に形成され、一端を凹凸状２２２に形成している。
（ケーブルブッシュ８０Ｂ）
【００３７】
その後、受光素子基板１３０にケーブルブッシュ８０Ｂを固定する。ケーブルブッシュ８０Ｂは投光ヘッド４００と同様の構成のものが利用できる。図１５（ｄ）及び図１６（ｄ）に示す例では、ケーブルブッシュ８０Ｂの中央に受光素子基板１３０の後端を挿入する基板挿入溝８０ｂが形成されており、ここに受光素子基板１３０を挿入して固定する。さらに図１５（ｅ）及び図１６（ｅ）に示すように受光用角形ケース１７０Ｂの開口端から受光素子ホルダ２２０を挿入して接着材等により固定する。受光用角形ケース１７０Ｂは、図６等に示したものと同様の構造が利用でき、受光用円筒ケース１６０Ｂとの接合部分に段差部１７６Ｂを形成している。
（受光レンズ２１０）
【００３８】
そして図１５（ｆ）及び図１６（ｆ）に示すように受光素子ホルダ２２０の先端にショートパスフィルタ５３を介して受光レンズ２１０を装着する。受光レンズ２１０の外形を図２０に示す。この図に示すように、受光レンズ２１０は受光素子ホルダ２２０の端縁に形成された凹凸状２２２に嵌合するレンズ嵌合部２１２を形成している。受光レンズ２１０は薄く形成して受光面を広くすると共に、受光面を凸状に形成し、反対面を平坦面とした光学レンズであって、受光面に受光した光を平坦面に面したショートパスフィルタ５３側に送出する。ショートパスフィルタ５３はガウス光学フィルタであり、所定の波長の光のみを透過する。これらの光学部材は、レンズ接着治具にセットし、光軸が合致するように調整して紫外線硬化型樹脂等の接着材で固定される。
（受光用円筒ケース１６０Ｂ）
【００３９】
最後に、図１５（ｇ）及び図１６（ｇ）に示すように受光用円筒ケース１６０Ｂを受光用角形ケース１７０Ｂに固定する。図２１に、受光ヘッド５００の受光用円筒ケース１６０Ｂの斜視図を示す。この受光用円筒ケース１６０Ｂは図５とほぼ同様の形状で、受光用角形ケース１７０Ｂと接合するための突起１６６Ｂを後端から複数突出させている。また、受光面を広くとるために、円筒の一方の底面に開口した光受光用の開口窓１６２Ｂは、光出射用の開口窓１６２よりも大きくしている。
【００４０】
以上のようにして受光ヘッドが構成され、上述した投光ヘッドと組となって使用され、発光素子の光を受光素子で受光し、その光量変化によって検出対象を検出できる。図２２に、投光ヘッド及び受光ヘッドを設置する一例の斜視図を示す。この図に示すように、透過型光電センサは、投光ヘッドと受光ヘッドの光軸を一致させるように、投光面及び受光面を対向させて配置する。このため各ヘッドを保持する取付金具等の台座には、光軸を微調整可能な調整機構を備えることが好ましい。各ヘッドを固定する取付金具の一例を図２３の斜視図及び図２４の三面図に示す。図２３（ａ）は投光ヘッド４００を装着した取付金具５１０の上部外観を斜め前方から見た斜視図を、（ｂ）は取付金具５１０の下部外観を斜め後方から見た斜視図を、（ｃ）は同じく下部外観を斜め前方から見た斜視図を、それぞれ示している。また図２４（ａ）は投光ヘッド４００を装着した取付金具５１０の平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図をそれぞれ示している。これらの図に示す取付金具５１０はＬ字状に折曲したステンレス等の金属片で構成されている。図の例において垂直方向の折曲片５１２には、円筒ケースのネジ山を挿入する挿入口を形成しており、ナット等を使用して投光ヘッド４００を固定できる。また水平方向の折曲片５１４には、取付金具５１０をネジ等で固定するためのネジ穴５１６を形成している。ネジ穴５１６は、水平折曲片５１４の両端近傍に２カ所に形成される。図２４（ａ）等に示す例では、ネジ穴５１６を長穴とし、一方をヘッドの長手方向に沿うように、他方を長手方向と直交するように形成することで、ヘッドを取付金具５１０の水平面内で揺動させるように微調整できる。水平折曲片５１４を狭持するような取付具を使用すれば、この平面を用いて正確な光軸調整が可能となる。
【００４１】
さらに水平折曲片５１４は、水平折曲片５１４から直立させた直立片５１８を備えている。直立片５１８は、垂直折曲片５１２と離間してほぼ平行に直立させている。図２３（ａ）等の例では、直立片５１８は水平折曲片５１４の一部を垂直に折曲させるようにして一体に成形されている。直立片５１８には、調整ネジ５２０を挿通するネジ穴が形成されている。調整ネジ５２０は、ネジを進行させることで先端を垂直折曲片５１２に当接させて、垂直折曲片５１２の角度を調整できるよう構成される。このため垂直折曲片５１２は、水平折曲片５１４となす角を垂直よりも多少小さく形成され、また弾性的に角度を大きくすることができる。さらに調整ネジ５２０の先端にナット５２２等を固定することで、垂直折曲片５１２と当接する面積を大きくして応力を分散させ、角度調整をスムーズに行うことができる。また角度調整後に固定させるのみでもよい。この構成によって、調整ネジ５２０のネジ頭を回転させることで垂直折曲片５１２の角度を調整でき、ヘッドのピッチ方向の傾きを調整できる。以上のように、調整機構を備える取付金具を使用することでヘッドの揺方向、ピッチ方向への正確な光軸調整が可能となり、投光ヘッドと受光ヘッドの光軸を合わせた状態に各ヘッドを固定できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の透過型光電スイッチ用センサヘッドは、工場の生産ライン等で対象物の有無を検出する光電センサ等に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る透過型光電スイッチ用センサヘッドを、コントローラに接続した光電スイッチを示すブロック図である。
【図２】投光ヘッドの構成を示す分解斜視図である。
【図３】投光ヘッドの組立工程を示す斜視図である。
【図４】投光ヘッドの組立工程を示す断面図である。
【図５】投光ヘッドの円筒ケースを示す（ａ）斜視図、（ｂ）平面図、（ｃ）底面図、（ｄ）正面図、（ｅ）断面図である。
【図６】角形ケースを示す（ａ）斜視図、（ｂ）平面図、（ｃ）底面図、（ｄ）正面図、（ｅ）断面図である。
【図７】発光素子用スペーサの外観を示す（ａ）斜め下方から見た斜視図、（ｂ）正面図、（ｃ）平面図である。
【図８】図７の発光素子用スペーサを発光素子の端子群に挿入した状態を示す斜視図である。
【図９】図５の発光素子を発光素子基板の端面と固定する状態を示す断面図である。
【図１０】発光素子ホルダを示す（ａ）斜め上方から見た斜視図及び（ｂ）斜め下方から見た斜視図である。
【図１１】図１０に示す発光素子ホルダの（ａ）正面図、（ｂ）断面図、（ｃ）底面図である。
【図１２】図１０に示す発光素子ホルダの発光穴の拡大断面図である。
【図１３】投光レンズを示す（ａ）斜め上方から見た斜視図、（ｂ）斜め下方から見た斜視図、（ｃ）断面図である。
【図１４】受光ヘッドの構成を示す分解斜視図である。
【図１５】受光ヘッドの組立工程を示す斜視図である。
【図１６】受光ヘッドの組立工程を示す断面図である。
【図１７】シールドパイプを示す（ａ）斜め上方から見た斜視図、（ｂ）斜め下方から見た斜視図である。
【図１８】図１７に示すシールドパイプの受光穴の拡大断面図である。
【図１９】受光素子ホルダを示す（ａ）斜め上方から見た斜視図、（ｂ）斜め下方から見た斜視図である。
【図２０】受光レンズを示す（ａ）斜め上方から見た斜視図、（ｂ）斜め下方から見た斜視図である。
【図２１】受光ヘッドの円筒ケースを示す斜視図である。
【図２２】投光ヘッド及び受光ヘッドを設置する一例を示す斜視図である。
【図２３】図２２のヘッドを装着した取付金具を示す斜視図である。
【図２４】図２２のヘッドを装着した取付金具を示す三面図である。
【符号の説明】
【００４４】
２００…コントローラ
３００…ヘッドケーブル
４００…投光ヘッド
５００…受光ヘッド
１０…投光部
１２…発光素子；１２ｂ…鍔状部分
１４…投光回路
１６…投光ＡＰＣ回路
１８…モニタ用受光素子
２０…表示灯
２１…表面実装型ＬＥＤ
２２…投光電源制御回路
２４…ヘッド表示灯電源制御回路
２６…モニタ信号増幅回路
２８…ＬＤ発光量モニタ回路
３０…Ａ／Ｄ変換器
４０…制御部
４２…Ｉ／Ｏ回路；４４…記憶部；４６…表示回路；４８…スイッチ入力回路
５０…受光部
５２…受光素子；５２ｂ…受光素子端子
５３…ショートパスフィルタ
５４…受光回路
５６…受光素子増幅回路
５８…受光部電源回路
６０…ヘッド電源回路
６２…受光ヘッド識別回路
６３…投光ヘッド識別回路
６４、６５、７０…Ａ／Ｄ変換器
６６…コントローラ電源回路；６８…コントローラ増幅回路
８０、８０Ｂ…ケーブルブッシュ；８０ｂ…基板挿入溝
１４０…発光素子基板；１４０ｂ…鍔部分
１２６…発光素子用スペーサ；１２７…フラット面
１２８…スペーサ穴；１２８ｂ…溝；１２９…スペーサ切り欠き
１３０…受光素子基板
１６０…円筒ケース；１６０Ｂ…受光用円筒ケース
１６２、１６２Ｂ…開口窓
１６４…四角部
１６６、１６６Ｂ…突起
１７０…角形ケース；１７０Ｂ…受光用角形ケース
１７２…筒部；１７４…角形ケース四角部
１７６、１７６Ｂ…段差部
１８０…投光レンズ
１８２…遮光シート
１８４…発光素子ホルダ
１８６…小筒部分
１８８…発光穴
１９０…段差部分
２１０…受光レンズ；２１２…レンズ嵌合部
２２０…受光素子ホルダ；２２２…凹凸状
２３０…シールドパイプ；２３２…受光穴；２３４…鍔状
５１０…取付金具；５１２…垂直折曲片；５１４…水平折曲片
５１６…長穴；５１８…直立片
５２０…調整ネジ；５２２…ナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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