(57)【要約】【課題】光センサの検出精度を下げず、外部環境の影響から保護することを可能とする近接覚センサを提供する。【解決手段】近接覚センサ１は、基板１１と、基板１１上に複数個配設され、それぞれ発光部１３ａと受光部１３ｂを有する光センサ１３と、光センサ１３上に載置される光学フィルタ２０と、光センサ１３と光学フィルタ２０を基板１１に固定する樹脂材１２とを有し、発光部１３ａと受光部１３ｂと重なる光学フィルタ２０の所定領域が開口するように、樹脂材１２により光センサ１３と光学フィルタ２０と基板１１とが一体的にモールドされている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に複数個配設され、それぞれ発光部と受光部を有する光センサと、
前記光センサ上に載置される光学フィルタと、
前記光センサと前記光学フィルタを前記基板に固定する樹脂材とを有し、
前記発光部と前記受光部と重なる前記光学フィルタの所定領域が開口するように、前記樹脂材により前記光センサと前記光学フィルタと前記基板とが一体的にモールドされていることを特徴とする近接覚センサ。
【請求項２】
前記樹脂材は、ウレタン樹脂又はシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の近接覚センサ。
【請求項３】
前記基板は、フレキシブル基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の近接覚センサ。
【請求項４】
前記樹脂材は、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の近接覚センサ。
【請求項５】
前記基板は、リジッド基板であることを特徴とする請求項２又は４に記載の近接覚センサ。
【請求項６】
台座治具に備えた凹状の収容部内に、複数個の光センサを実装した基板を配設する工程と、
前記光センサ上に光学フィルタを載置する工程と、
前記光センサの発光部と受光部と重なる前記光学フィルタの所定領域と対向するように、複数の開口部が形成された位置決め治具を、前記光学フィルタ上にセットする工程と、
前記位置決め治具の前記開口部とほぼ同じ断面形状の押圧部が、前記開口部の位置に合わせて形成された押付け治具を、前記開口部から挿入して前記光学フィルタに押し付ける工程と、
前記押付け治具を前記フィルタに押し付けた状態で、前記位置決め治具を持ち上げ、前記収容部と前記位置決め治具との間に樹脂材を充填する工程と、を有することを特徴とする近接覚センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接覚センサ、例えば歩行ロボットの腕や足等に装着し、障害物を回避等する近接覚センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、一般に、フレキシブル基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ）を用いた近接覚センサ等は、柔軟性があるために設置対象面が曲面であっても、設置対象面に沿うように装着できるということから、例えば、歩行ロボットの腕や足に装着して障害物回避するため用いられている。
このような近接覚センサにおいて、例えば反射型のフォトインタラプタ（赤外線ＬＥＤセンサとフォトトランジスタとのペア）がむき出し状態であると、外部環境の影響（外乱光の影響）や、外部環境からの衝撃荷重などによる破損や侵食の虞があるため、フレキシブル基板上のフォトインタラプタなどのセンサ部品を保護する必要がある。
【０００３】
例えば、特許文献１や特許文献２では、センサ部品上に熱硬化性樹脂などの接着剤を塗布して光学フィルタを貼り付けて保護を図る手法が開示されている。
また、一般的にフレキシブル基板やガラエポ基板（ガラス・エポキシ基板）上のセンサ部品等の保護を行う際に、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などで被覆する手法が採られている。
また、特許文献３では、透光性樹脂からなる光学フィルタで樹脂被覆する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５８６５１１５号
【特許文献２】特許第５８６７８１７号
【特許文献３】特開２０１３−１６８５１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１や特許文献２では、接着剤の塗布量のばらつき管理が困難であり、塗布量のばらつきにより光学フィルタが傾いて貼り付くと、検出精度への影響（特に検出オフセット）が大きいという問題があった。
また、フレキシブル基板やガラエポ基板上のセンサ部品等の保護を行う際に、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などで被覆してなる近接覚センサでは、ＬＥＤ発光部とフォトディテクタ部で障害物検知を行う必要上、これらの領域上は被覆することなく開口しておく必要があり、基板全面に樹脂モールド（樹脂埋め）することは困難であった。
特許文献３の透光性樹脂からなる光学フィルタを用いて樹脂被覆した場合、光センサ性能に対する影響が懸念される。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、光センサの検出精度を下げずに、外部環境の影響から保護することを可能とする近接覚センサ及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る近接覚センサは、基板と、前記基板上に複数個配設され、それぞれ発光部と受光部を有する光センサと、前記光センサ上に載置される光学フィルタと、前記光センサと前記光学フィルタを前記基板に固定する樹脂材とを有し、前記発光部と前記受光部と重なる前記光学フィルタの所定領域が開口するように、前記樹脂材により前記光センサと前記光学フィルタと前記基板とが一体的にモールドされていることを特徴とする。
また、本発明に係る近接覚センサの製造方法は、台座治具に備えた凹状の収容部内に、複数個の光センサを実装した基板を配設する工程と、前記光センサ上に光学フィルタを載置する工程と、前記光センサの発光部と受光部と重なる前記光学フィルタの所定領域と対向するように、複数の開口部が形成された位置決め治具を、前記光学フィルタ上にセットする工程と、前記位置決め治具の前記開口部とほぼ同じ断面形状の押圧部が、前記開口部の位置に合わせて形成された押付け治具を、前記開口部から挿入して前記光学フィルタに押し付ける工程と、前記押付け治具を前記フィルタに押し付けた状態で、前記位置決め治具を持ち上げ、前記収容部と前記位置決め治具との間に樹脂材を充填する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光センサの検出精度を下げずに、外部環境の影響から保護することを可能とする近接覚センサ及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る近接覚センサの概略を示す平面図である。
【図２】（ａ）は、図１の符号Ａで囲った部分のａ−ａ線断面図で、（ｂ）は、同じく符号Ａで囲った部分の平面拡大図である。
【図３】本発明に係る近接覚センサの成形状態の一例を部分的に拡大して示す概略断面図治具を用いて樹脂モールドを行う説明図である。
【図４】（ａ）は、本実施形態の近接覚センサを成形する際に用いられる装置の全体概略斜視図で、（ｂ）は、基板上の開口領域を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照しながら、本実施形態について説明する。本実施形態に係る近接覚センサ１は、フレキシブル基板からなる第１基板１１と第２基板（図示せず）とを有する。
【００１１】
第１基板１１には、図１に示すように、複数の光センサ１３と、コンパレータ１４と、マイクロプロセッサ１５等が実装されている（配線部材やコネクタ類は、説明省略のため図示せず）。
【００１２】
光センサ１３は、図２（ｂ）に示すように、発光部１３ａと受光部１３ｂを有し、被検知物で反射した光の強度を検出する。
【００１３】
光センサ１３は、反射型のフォトインタラプタであり、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ、以下、ＬＥＤという）と、フォトトランジスタとが、一対（ペア）となった構成を有している。本実施形態では、ＬＥＤは赤外線を発する発光素子（図２（ｂ）の発光部１３ａ）であり、フォトトランジスタは赤外線を受光する受光素子（図２（ｂ）の受光部１３ｂ）である。
【００１４】
光センサ１３は、被検知物が存在しない場合には、発光部１３ａが発する赤外線が受光部１３ｂに受光されないように設定されている。しかし、光センサ１３に被検知物が接近すると、ＬＥＤが発した赤外線が被検知物で反射され、反射された赤外線は受光部１３ｂによって受光される。受光部１３ｂが受光する赤外線の強度は、受光部１３ｂと被検知物との距離に応じて変化する。よって、受光部１３ｂが受光する反射光量の変化によって被検知物の位置との距離を導出する。すなわち、被検知物が相対的に近づいたことを検知することができる。
【００１５】
なお、光センサ１３は、第１基板１１の長手方向に沿って単列配置となっているが、これに限定されず、複列配置とするなど、搭載される面積や用途に応じて適宜設定可能である。
【００１６】
コンパレータ１４は、光センサ１３が検出した光強度から、予め設定されている値と比較して出力信号を生成する。生成された信号は、光センサ１３によって検出された光強度に係る信号となる。
【００１７】
マイクロプロセッサ１５は、コンパレータ１４からの出力信号に基づいて、光センサ１３と被検知物との距離を導出する。
【００１８】
第１基板１１には、歩行ロボットの腕や足など、装着先に直接、ネジなどで取り付けるための穴１６が形成されている。この穴１６を使わず、第１基板１１の光センサ１３が搭載されていない面に接着剤を塗布して、直接貼り付けてもよい。
【００１９】
第２基板（図示せず）は、複数の光センサ１３を統括する機能を有し、第１基板１１とは電気的配線によって接続されている。第２基板では、複数の光センサ１３から得られた被検知物との距離情報を集約して上位のコントローラに送り、障害物回避や衝突回避などの制御に活用される。なお、第１基板１１と第２基板は、別体とする構成でも、一体とする構成でも、どちらでもよい。
【００２０】
本実施形態の近接覚センサ１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、光センサ１３上に載置される光学フィルタ２０と、光センサ１３と光学フィルタ２０を第１基板１１に固定する樹脂材１２とを有する。
【００２１】
光学フィルタ２０は、光センサ１３よりもやや小さい矩形状の薄膜であり、受光部１３ｂ（フォトトランジスタ）の受光に必要な波長（例えば赤外光など）のみを通過させ、それ以外の波長を通過させないことで、発光部１３ｂへの外乱光の影響を防ぐものである。なお、光学フィルタ２０に替えて、同様の性質を持つ光フィルムでも実施可能である。
【００２２】
樹脂材１２は、柔軟性を有するウレタン樹脂である。ウレタン樹脂は、２液性で、混合すると硬化が開始され、硬化時間は約８０℃で３２分間、常温で４８時間である。絶縁耐性は、約２３ＫＶ／ｍｉｎである。但し、本実施形態ではウレタン樹脂に限定されず、シリコーン樹脂など、柔軟性を有する他の樹脂材を用いてもよい。また、第１基板１１が、ガラスエポキシ基板などのリジッド基板の場合は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂など、柔軟性のない樹脂材を用いることも可能である。
【００２３】
近接覚センサ１では、光学フィルタ２０のセンサ１３の発光部１３ａ（ＬＥＤ）と受光部１３ｂ（フォトトランジスタ）と重なる所定領域Ｑを避けて、光学フィルタ２０の外縁から距離Ｔ１だけ内側に入る部分まで、樹脂材１２で光センサ１３と光学フィルタ２０を覆う。
【００２４】
以上説明した通り、本実施形態によれば、光センサ１３の発光部１３ａと受光部１３ｂと重なる所定領域Ｑを避けて、光学フィルタ２０の外縁周囲を樹脂材１２で覆うことで、光センサ１３の検出精度を下げずに、外部環境の影響から保護することを可能とする近接覚センサ１を提供することができる。
【００２５】
また、接着剤を使わずに、光学フィルタ２０を光センサ１３に直接貼り付ける構成であるため、従来よりも製造誤差が軽減され、近接覚センサ１の高い検出精度を確保することができる。
【００２６】
また、基板１１を樹脂材１２により覆う構成により、光センサ１３を含めた各種の電子部品の固定保持、保護、絶縁が可能である。
【００２７】
また、基板１１と樹脂材１２に柔軟性の高いものを選べば、取り付け先、例えばロボットなどの動きに柔軟に追従することが可能になる。近接覚センサ１の取り付け先の自由度が増す。
【００２８】
また、基板１１を樹脂材１２により覆う構成により、近接覚センサ１に実装される各種の電子部品の防汚、防湿が可能である。例えば、油や埃が付着しても、布などで拭き取ることが容易であるため、オイルミストが飛散する工場内の産業用ロボットにも、本センサ１を適用することができる。
【００２９】
続いて、近接覚センサ１の製造方法について説明する。本実施形態に係る製造方法は、図３および図４（ａ），（ｂ）に示すように、台座治具１７に備えた断面凹状の収容部１７ａの底面１７ｂに、複数個の光センサ１３を実装した基板１１を載置し、穴１６（図１参照）を介してネジ等で固定する第１の工程と、光センサ１３に形成された発光部１３ａと受光部１３ｂとを覆うように、光センサ１３上に光学フィルタ２０を載置する第２の工程と、発光部１３ａと受光部１３ｂと重なる光学フィルタ２０の所定領域Ｑ（図２参照）と対向するように、複数の開口部Ｐが形成された位置決め治具１９を、光学フィルタ２０上に載せ、位置決め治具１９の端部に形成された位置決め穴１９ａを介して台座治具１７に不図示のピンで止める第３の工程と、位置決め治具１９の開口部Ｐとほぼ同じ断面形状の押圧部１８ａが、開口部Ｐの位置に合わせて形成された押付け治具１８を、開口部Ｐから挿入して光学フィルタ２０に押し付ける第４の工程と、押付け治具１８をフィルタ２０に押し付けた状態で、不図示のピンに沿って位置決め治具１９を持ち上げ、位置決め治具１９と収容部１７ａとの間に流動状の樹脂材１２を充填する第５の工程と、を有する。そして、樹脂材１２が硬化した後、押付け治具１８を取り除き、台座治具１７内から基板１１を取り出す。
【００３０】
なお、第５の工程では、光センサ１３以外のコンパレータ１４、マイクロプロセッサ１５、その他の回路パターンや配線部材なども、同時に樹脂材１２でモールドされる。また、位置決め治具１９の開口部の形状は、上記に限定されず、図４（ａ）に示すように、開口部Ｐの短片側が開放されていてもよい。
【００３１】
以上の通り、各種治具１７〜１９を使う本実施形態の製造方法によれば、光センサ１３の発光部１３ａと受光部１３ｂと重なる所定領域Ｑを避けて、光学フィルタ２０の外縁周囲を樹脂材１２で覆うことで、光センサ１３の検出精度を下げずに外部環境の影響から保護することを可能とする近接覚センサ１を容易に製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の近接覚センサは、歩行ロボットの腕や足に装着し、障害物回避でき、また、産業用ロボットのアームに装着して作業者との衝突回避にも適用できるほか、ショッピングカートやスーツケースなどに取り付け、接近する障害物の警告を行うなど、産業上、広く応用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１      近接覚センサ
１１    第１基板
１２    樹脂材
１３    光センサ
１３ａ  発光部
１３ｂ  受光部
１４    コンパレータ
１５    マイクロプロセッサ
１６    取り付け穴
１７    台座治具
１８    押付け治具
１９    位置決め治具
２０    光学フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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