(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取り付け用の貫通孔を有する中実一体構造の成形体であって、発光体を中実一体に封止した透光性を有する熱可塑性樹脂製の一次成形体と、この一次成形体よりも弾性係数の大きい樹脂からなり、上記一次成形体の表面を被覆してその外殻を形成する樹脂製の二次成形体と、この二次成形体に開口されて前記一次成形体の一部を露出させて該一次成形体に生じる応力を逃がす開口部とを備え、
前記二次成形体は、前記貫通孔の軸方向に前記一次成形体を挟み込む一対の板体と、これらの板体を相互に連結して前記一次成形体を保護すると共に上記一対の板体の間に前記開口部を形成した連設部と、前記板体に連接されて前記貫通孔の内周面を形成して該貫通孔の変形を防止する補強部とを有することを特徴とする成形体。
【請求項２】
前記一次成形体を形成する透光性を有する熱可塑性樹脂は、乳白色の半透明状を呈するエラストマである請求項１に記載の成形体。
【請求項３】
前記開口部は、前記発光体から出力されて前記一次成形体を透過した光の出射面を形成するものである請求項１に記載の成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接センサ等に適用して好適な成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
検出スイッチとしての近接スイッチや光電スイッチ等においては、動作状態を認識させるために発光素子例えば、ＬＥＤを備えたものが多い。筺体内部に配置されたチップもしくはユニットのＬＥＤを外部から視認可能とするためには筺体の一部をＬＥＤから発光された光を透過する透光部品で構成したり、或いは図８に示すように透光性を有する樹脂で形成した筺体１内にＬＥＤ２を収納することが必要である。また、特に水等の液体が使用される環境や、製造ライン等で使用されるものにおいては耐水性、耐環境性等が要求される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
筺体の一部を透光部品で形成する構造においては、その透光部品の材質に透光性と機械的強さとを併せ持つ材料を用いる必要がある。熱硬化性樹脂に対して、成形時間が短く、通常の射出成形機で対応でき、樹脂選択肢が多く製品仕様に応じた樹脂を選択できる等の理由により、熱可塑性樹脂を用いることが望ましい。しかしながら、一般的に透光性の良好な熱可塑性樹脂（非晶性樹脂）は、機械的強度が小さい傾向にあるので、透光部品の材料として選択できる樹脂の種類が限定されてしまい、製品設計の自由度が小さいという問題がある。また、筺体の構成部品が多くなることから、部品コスト及び組立コストが高い、或いは更なる小型化の要求に対応できないという問題がある。また、特に耐環境性を要求される用途に対して、筺体の大部分を形成する部品とそれに嵌め込まれる透光部品との境界から筺体内部へ異物（水、ガス等）が浸入するのを長期間にわたって防ぐように密封することは難しく、それが可能であってもコストが高くなるという問題がある。
【０００４】
更に、図８のように筺体の全部を透光性樹脂で形成する構造も想定し得るが、前述の通り、一般的に透光性の良好な熱可塑性樹脂（非晶性樹脂）は機械的強さが小さい傾向にあるので、筺体の機械的強さや耐久性に関して製品設計の自由度が小さいという問題がある。
更に、上記のように筺体の少なくとも一部を透光部品で形成すると、筺体内から外部へ放出される発光体（ＬＥＤ、豆電球等）の光量が減るという問題がある。例えば、ＬＥＤ２は半導体からなる発光素子を透明エポキシ樹脂からなる封止体（以下、「封止体２」ということもある）で封止したものである。発光素子から出た光は、封止体２を媒質として外部へ放出されるが、このとき封止体２の周囲の媒質が空気なので、これらの媒質の屈折率の差によって界面で一回目の反射が生じ、外部へ透過する光Ｌの光量が減少する。発光面２ａから放出された光Ｌが筺体１の内面１ａに達すると、空気と筺体１との屈折率の差によって界面で二回目の反射が生じ、更に筺体１の外面１ｂに達すると筺体１と外界の空気との屈折率の差によって界面で三回目の反射が生じて、夫々透過光の光量が減少する。このように、外部へ至った光Ｌａは、これらの三回の反射によって光量が減少したものである。また、これらの反射によって内側方向へ戻った光（例えば、図８に示すＬｂ）の多くは反射を繰り返して筺体１から出ることなく減衰する。このため、筺体１の外部から見たＬＥＤ２は輝度が低く、視認性が悪いという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、内蔵する発光体から外界への光の透過量を多くして輝度を高めることにより視認性を向上させ、更に耐久性の向上を図るようにした成形体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の成形体は、取り付け用の貫通孔を有する中実一体構造の成形体であって、発光体を中実一体に封止した透光性を有する熱可塑性樹脂製の一次成形体と、この一次成形体よりも弾性係数の大きい樹脂からなり、上記一次成形体の表面を被覆してその外殻を形成する樹脂製の二次成形体と、この二次成形体に開口されて前記一次成形体の一部を露出させて該一次成形体に生じる応力を逃がす開口部とを備え、特に前記二次成形体は、前記貫通孔の軸方向に前記一次成形体を挟み込む一対の板体と、これらの板体を相互に連結して前記一次成形体を保護すると共に上記一対の板体の間に前記開口部を形成した連設部と、前記板体に連接されて前記貫通孔の内周面を形成して該貫通孔の変形を防止する補強部とを有することを特徴とする。
好ましくは前記一次成形体を形成する透光性を有する熱可塑性樹脂として、乳白色の半透明状を呈するエラストマを用いることが望ましい。
【０００７】
また前記開口部は、前記発光体から出力されて前記一次成形体を透過した光の出射面としての役割も担う。
このような発明の構成によれば、発光体を直接封止することで、耐環境性に優れたパッケージが可能であると共に、発光体とそれを直接封止する熱可塑性樹脂との屈折率の差が、発光体と空気との屈折率の差よりも小さいので、その界面を透過する光が減衰し難い。更に、光の媒質（透光性材料、空気）同士の界面の総数を少なくできるので、そこを透過する光が減衰し難い。従って、発光体から発光された光の透過量が多くなり、外部からの視認性が向上する。また、熱可塑性樹脂としてエラストマを用いると、低い溶融温度で流動性を保つことができるため、成形時にインサート部品である発光体に対して熱的・機械的な悪影響を及ぼし難い。しかも、常温においても弾性係数が比較的小さいので、成形後の冷却時に成形体の内部に発生する応力が小さく、インサート部品である発光体に対して機械的な悪影響を及ぼし難い。更に、エラストマの表面の一部を弾性係数の大きい材料で覆うことにより、機械的な強さを要求される用途にも適用することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る成形体の実施形態を示す近接センサの斜視図、図２は図１に示す近接センサの一次成形体の斜視図、図３は、図２に示す近接センサの一次成形体を覆う二次成形体の斜視図である。尚、図３に示す二次成形体は、形状を判り易くするために図１に示す近接センサにおいて図２に示す一次成形体を取り除いた状態を示している。
【０００９】
図１乃至図３に示すように近接センサ（成形体）１０は、近接センサ本体としての一次成形体１１、この一次成形体１１を覆う外殻としての二次成形体１２及び電線１３から成る。
一次成形体１１は、発光体を有するインサート部品を封止すると共に前記発光体からの光を透過させて外界に出す即ち、視認性を有することを目的とし、二次成形体１２は、近接センサ１０の筺体化を目的として、当該センサ筺体に要求される仕様を満たす成形樹脂が選択され、２回の成形により、前記インサート部品にダメージを与えることなく、封止及びセンサの筺体化を実現する中実一体成形構造とするものである。尚、一次成形樹脂と二次成形樹脂間に密着性が得られるものを選定することは勿論である。
【００１０】
一次成形体１１は、図４に示すように電気部品や電子部品としての検出コイルを巻回したコア２１、発光体としての発光素子（例えば、ＬＥＤ）２２及び他の回路素子２４等が実装された回路基板２０がインサートされている。また、電線１３は、被覆材１４の端末１４ａから引き出された心線１５〜１７の端末が回路基板２０に接続されている（図６）。
【００１１】
回路基板２０及び電線１３の端末は、一次成形用の金型（図示せず）に収納され、電線１３の被覆１４の端末近傍部分１４ｂがカシメられてくびられ、一次成形樹脂２５が充填される。この一次成形樹脂２５は、回路基板２０、コア２１、発光素子２２、回路素子２４間の隙間に充填され、且つこれらの内蔵する部品の近傍に達したときにその耐熱温度よりも低くなるような溶融温度で充填される。例えば、摂氏２５０度の溶融樹脂を金型内に注入すると流路中で溶融樹脂のスキン層が冷却されると共にコア層は高温に保たれつつ部品近傍まで流動し、部品近傍に至った時点でスキン層は摂氏９０度程度になっており、このスキン層が耐熱温度摂氏１００度の部品に接触しても問題は生じない。また、このときスキン層が断熱作用を発揮するため、高温に保たれたコア層からの熱が直接部品に届くことがなく悪影響を及ぼさない。特に、ポリエステル系の熱可塑性エラストマは透光性を有すると共に、比較的低温の溶融状態にあっても流動性が良く、比較的低い圧力で射出することが可能であるため、溶融樹脂の流れによって内蔵部品の破損や位置ずれを生じることなく一体的にモールドすることができる。そして、発光素子２２の発光面２２ａは、一次成形樹脂２５に直接接触しており、間に空気層が無い。
【００１２】
また、一次成形樹脂２５は、被覆材１４の開口する端末１４ａから内部に入り込み、端末近傍部分１４ｂがカシメられているために当該部分１４ｂから内部への侵入を阻止され、前記カシメられた部分１４ｂから端末１４ａに向かって拡開する略ラッパ状に押し広げられる。勿論、端末１４ａにおける心線１５〜１７の間にも一次成形樹脂２５が入り込む。これにより、電線１３の一次成形体１１からの引き抜き強度（引張強度）が大幅に向上すると共に、インサート部品のシール性が確保される。このようにして、一次成形体１１が成形される。
【００１３】
図２及び図４に示すように一次成形体１１は、略直方体形状をなし、回路基板２０の後方に上面１１ａと後部下面１１ｂ'とを貫通してネジ取付孔（段差孔）１１ｃが設けられており、更に、二次成形体１２との密着性の向上及び回路基板２０の変形等を防止するために上面１１ａから回路基板２０までテーパ孔１１ｄが複数設けられ、両側面の前、後に夫々溝１１ｅ、１１ｆが、前面中央に溝１１ｇが設けられている。溝１１ｇの下端は、前部下面１１ｂに連設されている。
【００１４】
一次成形体１１の上面１１ａの先端中央部は、発光素子２２の上方に張り出して凸部１１ｈとされている。これにより発光素子２２は、発光面２２ａの正面、上方、及び左右方向の全面に亘り一次成形体２５に密接してモールドされており、発光面２２ａから出た光が直接一次成形樹脂２５を通して外界即ち、一次成形体１１から外部に出ることが可能とされている。
【００１５】
図４に示すように一次成形体１１の前部下面１１ｂは、回路基板２０に固定されているコア２１の端面（検出面）２１ａと同一面とされ、当該前部下面１１ｂに連設する後部下面１１ｂ'は、前部下面１１ｂから所定の高さｔに設定されている。この前部下面１１ｂは、基準面とされる（以下「基準面１１ｂ」という）。基準面１１ｂの前端近傍の左右両側に円柱形状の突起１１ｉ、１１ｉが突設されており、その高さは、基準面１１ｂから前記所定の高さｔに設定されている。
【００１６】
この一次成形体１１は、透光性を有する樹脂により成形されている。透光性を有する樹脂としては、上述したポリエステル系熱可塑性エラストマは、非晶性樹脂と結晶性樹脂とのアロイ材料で、乳白色の半透明性状を呈して透光性を有しており、弾性係数が小さく（例えば、縦弾性係数４５〜４６０ＭＰａ）、耐クラック性に優れているので、本発明の実施に最適である。
【００１７】
また、この樹脂は、縦弾性係数（ヤング率）が小さいため、インサート部品や後述する二次成形体１２の二次成形樹脂との線膨張係数の違いを吸収し、温度変化による一次、二次成形樹脂間の密着性の低下、クラックの発生等を抑制することができる。また、ガラス転移点が室温以下であるため、インサート部品に加わる熱応力の絶対値そのものを低減することができる。
【００１８】
これ以外にも透明性樹脂材料として種々の熱可塑性エラストマが適する他、インサート部品の条件によっては、ポリアリレート（ＰＡＲ）やポリカーボネート（ＰＣ）といったエンジニアリングプラスチックも適用可能である。尚、半透明の材料を用いた場合には発光体からの光が拡散されて成形体全体が比較的均一に発光して見える。また、透明の材料を用いた場合には発光体が直接観察される他、視認位置によっては各面（透明樹脂と空気との界面）での反射光も観察される。
【００１９】
次に、一次成形体１１を二次成形用の金型（図示せず）に収納し、両側部の溝１１ｅ、１１ｆ、前面の溝１１ｇに対向して設けられた各ゲートから二次成形用の溶融した成形樹脂２６を加圧注入して二次成形体１２を成形する。この二次成形樹脂２６は、一次成形体１１を保護する外殻としての強度を確保し、且つ寸法精度を得るために硬い樹脂が使用される。
【００２０】
一次成形体１１に使用する一次成形樹脂は、縦弾性係数が小さい反面、線膨張係数は大きいため、センサパッケジにおいて二次成形体１２で一次成形体１１の外周面の全てを覆って拘束する密封構造を採用すると、周囲の温度変化によって発生した歪みが全て一次成形体１１の内部応力となり、インサート部品に大きな応力を与えることとなる。
【００２１】
そこで、本発明では、二次成形体１２を機械的強度、寸法精度の必要な部分のみに制限する応力開放構造としたものである。即ち、一次成形体１１に対して決まった領域を開放し、その部分において周囲温度変化に伴って一次成形体が膨張・収縮することを許容することで、一次成形体１１のインサート部品に発生する熱応力を外部に発散できる構造としている。代表的な二次成形樹脂として、ＰＢＴ、ＡＢＳ、ＰＣ等がある。これらの、二次成形樹脂２６は、一次成形樹脂２５に比べて縦弾性係数が大きい（例えば、２０００〜６０００ＭＰａ）。
【００２２】
図３、図５及び図６に示すように二次成形体１２は、一次成形体１１の上面１１ａを保護する上板１２ａ、基準面１１ｂと各突起１１ｉの端面との間に生じさせた空間に充填されてコア２１の端面２１ａを保護する下板１２ｂ、ねじ取付孔１１ｃの内周面及びネジ頭部と当接する段差面を覆うネジ取付補強部１２ｃ、上面１１ａの各孔１１ｄに充填されて回路基板２０の反り等の変形を防止する突起部１２ｄ、両側部の溝１１ｅに充填されて上板１２ａと下板１２ｂとを連設すると共に前側部の一部を保護する補強部を兼ねた連設部１２ｅ、両側部の溝１１ｆに充填されて後側部の一部を保護する補強部１２ｆ、前面の溝１１ｅに充填されて前面の一部を保護する補強部１２ｇ、及び電線１３の被覆材１４の端末近傍部分１４ｂを覆う保護部１２ｊ等からなる。
【００２３】
二次成形体１２の下板１２ｂは、一次成形体１１の基準面１１ｂに密着成形され、左、右の突起１１ｉ、１１ｉにより板厚が所定の高さｔに正確に成形されて下面が後部下面１１ｂ'と面一をなしている。各突起１１ｉは、上面１１ａの前部に充填される樹脂による変形を防止して前部下面１１ｂと金型との間の前記空間を所定の間隔ｔに保持する。これにより、コア２１の端面（検出面）２１ａから下板１２ｂの下面までの距離が前記所定の高さｔに精度よく設定され（図５）、近接センサ１０の動作距離のバラツキが抑えられる。また、下板１２ｂは、基準面１１ｂに密着成形されることでシール性が確保され、コア２１の端面２１ａが液密に封止される。
【００２４】
また、図５、図６に示すようにネジ取付孔１１ｃの内周面及び段差面を二次成形体１２の補強部１２ｃにより覆うことで強度が確保され、ネジで取り付ける際にネジ頭の下面接触部及び貫通するネジ軸部等による近接センサ１０の変形や破損等が防止されると共に、電線１３の心線１５〜１７が保護され、シール性も確保される。
【００２５】
このようにして、近接センサ１０は、一次成形体１１と二次成形体１２とにより、センサ封止に求められるシール性、強度、及び透光性の機能を満たす構造体とされている。このような構造とすることにより、近接センサ１０の更なる小型化が図られる。
図７に示すように発光素子２２の発光面２２ａから出た光Ｌは、直接一次成形樹脂２５を透光して透過光Ｌａとして一次成形体１１から出ると共に、一部が外界（空気）との境界面１１ｓで反射されて反射光Ｌｂとして樹脂２５内（一次成形体１１内）に戻る。しかし、発光面２２ａから出た光Ｌが直接樹脂２５から空気（外界）へ進む場合と、空気を通して樹脂２５へ進む場合とでは、境界面における反射率が大きく異なり、前記境界面１１ｓにおける反射率は、前述した図８に示す従来構造における樹脂（筺体１）の内面１ａにおける反射率に比べて非常に小さい。従って、発光面２２ａから出た光Ｌは、その大部分が透過光Ｌａとして外界に進み、反射光Ｌｂは少ない。
【００２６】
更に、反射光Ｌｂの大部分が再び透過光Ｌｃとして外界に進み、反射光Ｌｄは非常に少なくなる。従って、発光素子２２の発光面２２ａから出た光Ｌの大部分が一次成形体１１から出てくることとなり、透過光量が多くなり、輝度が高くなる。また、発光面２２ａを囲繞する一次成形体１１の前面、凸部１１ｈ及び前部両側面に亘る広範囲の輝度が高くなる。これにより、近接センサ１０の広範囲において発光素子２２による視認が可能となる。
【００２７】
また、一次成形体１１の広範囲に亘り輝度が高くなることで、発光素子２２の配置の自由度が増し、設定がし易くなり、センサの小型化が可能となる。また、耐水性、耐環境性を向上することができるセンサパッケージが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の構成によれば、発光体を熱可塑性樹脂で直接封止することで生産性及び耐環境性に優れたパッケージを得ることができ、発光体から発光された光の透過光量が多くなり、外部からの視認性が向上する。また、熱可塑性樹脂として熱可塑性エラストマを用いると、成形時にインサート部品である発光体に対して熱的・機械的な悪影響を及ぼし難く、成形後の冷却時に成形体の内部に発生する応力が小さいので、インサート部品である発光体に対して機械的な悪影響を及ぼし難い。更に、熱可塑性エラストマの表面の一部を弾性係数の大きい材料で覆うと、機械的な強さを要求される用途にも適用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成形体の第１の実施形態を示し、近接センサの斜視図である。
【図２】図１に示す近接センサの一次成形体の斜視図である。
【図３】図２に示す近接センサの一次成形体を覆う二次成形体の斜視図で、図１に示す近接センサにおいて図２に示す一次成形体を取り除いた状態を示す。
【図４】図２に示す一次成形体の矢線IV−IVに沿う断面図である。
【図５】図１に示す近接センサの矢線Ｖ−Ｖに沿う断面図である。
【図６】図５に示す近接センサの矢線VI−VIに沿う断面図である。
【図７】図４に示す近接センサの発光素子から出た光の光路の説明図である。
【図８】従来の検出スイッチの筺体内に収納した発光体から出た光の光路の説明図である。
【符号の説明】
１０  近接センサ（成形体）
１１  一次成形体
１２  二次成形体
１３  電線
２０  回路基板
２１  コア
２２  発光素子（発光体）
２４  回路素子
２５  一次成形樹脂
２６  二次成形樹脂
【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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