(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベアチップ状の複数の光電素子が一列に配列されてワイヤーボンディングされると共に接着材で固定され、リフロー半田が施されていない複数の光電素子用基板と、
前記各光電素子用基板に対応して複数設けられ、それぞれに前記各光電素子に対向する複数のレンズ部が形成された複数の光学ブロックと、
前記各光学ブロックと前記各光電素子用基板とに設けられて、前記各光電素子とレンズ部との光軸を合わせた状態で係合する凹凸係合部と、からなる複数のユニットと、
前記光電素子以外の複数の電子部品が配置された長尺状のベース基板とを備え、
前記複数のユニットは、全部のユニットに備えた前記光電素子が一直線に並ぶように、前記ベース基板上に配置されると共に、前記各ユニットの前記光電素子用基板に敷設した回路が前記ベース基板に敷設した回路に電気接続されてなることを特徴とする多光軸光電スイッチ。
【請求項２】
前記光電素子用基板上の回路と前記ベース基板上の回路との前記電気接続は、前記ベース基板上の回路の一部からなる一方の接続端部と、前記光電素子用基板上の回路のうちその基板の縁部に配した部分からなる他方の接続端部とを半田付けて構成されていることを特徴とする請求項１記載の多光軸光電スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多光軸光電スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多光軸光電スイッチに備えた基板には、一般に、複数の光電素子（投光素子又は受光素子）が実装されると共に、その他、抵抗、コンデンサ、トランジスタ等の多くの電子部品が実装されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した光電素子を基板に実装する手段として、以下の２つがある。その１つは、光電素子として、樹脂でパッケージされたものを用い、それを基板の所定の位置に配してリフロー半田付けを行うというものである。しかしながら、この手段によると、リフロー半田付け時に光電素子が正規位置からずれてしまい、光軸ずれを招く場合があった。
【０００４】
他の１つは、光電素子として、樹脂でパッケージされていないベアチップ状のものを用い、それを基板に接着剤にて固定し、さらにワイヤーボンディング処理を施した上で、樹脂をポッティングするというものである。ところが、この手段によっても、従来の多光軸光電スイッチでは、基板にベアッチップ状の光電素子を実装した後に、その基板に、チップ状の抵抗、コンデンサ、トランジスタ、ＩＣなどの多くの電子部品をマウンタにて実装し、やはりリフロー工程を行っていたので、そのリフローの熱によって前記接着剤が溶けて、光電素子が正規位置からずれたり、ポッティング樹脂が溶けて、光電素子からの投光方向が、正規の方向とは違う方向に向けられたりして、光軸ずれを招く場合があった。
【０００５】
また、従来の多光軸光電スイッチは、かりにリフロー工程をなくしても、光軸ずれを招く別の要因があった。即ち、図５に示すように、従来の多光軸光電スイッチでは、複数の光電素子１が一列に配列された長尺状の基板２に対し、例えば、３つの光学ブロックＬ，Ｍ，Ｎが、その基板２の長手方向に並べて取り付けられ、各光学ブロックＬ，Ｍ，Ｎに備えたレンズ部３と各光電素子１とが対面する構成となっいた。また、基板２には、その両端と長手方向を概ね３等分した位置とに、位置決め孔Ａ〜Ｆが形成され、ここに、各光学ブロックＬ，Ｍ，Ｎから突出した位置決め用ボス５が係合し、基板２と光学ブロックＬ，Ｍ，Ｎとが位置決めされる。
【０００６】
ところが、光電素子１は、全て、基板２に対して、例えば図５における左側の位置決め孔Ａを基準とした位置に実装されていた。このため、位置決め孔Ａ以外の位置決め孔Ｃ〜Ｆに、位置決め用ボス５が係合される光学ブロックＭ，Ｎでは、光電素子１の配置の基準点（孔Ａ）と、光学ブロックの位置合わせの基準点（孔Ｃ〜Ｆ）とが異なるので、公差が累積して大きくなり、光電素子１とレンズ部３との間で、位置ずれが生じる場合があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、投光素子や受光素子といった光電素子とレンズ部との高精度で位置決め可能な多光軸光電スイッチの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る多光軸光電スイッチは、ベアチップ状の複数の光電素子が一列に配列されてワイヤーボンディングされると共に接着剤で固定され、リフロー半田が施されていない複数の光電素子用基板と、前記各光電素子用基板に対応して複数設けられ、それぞれに前記各光電素子に対向する複数のレンズ部が形成された複数の光学ブロックと、前記各光学ブロックと前記各光電素子用基板とに設けられて、前記各光電素子とレンズ部との光軸を合わせた状態で係合する凹凸係合部と、からなる複数のユニットと、前記光電素子以外の複数の電子部品が配置された長尺状のベース基板とを備え、前記複数のユニットは、全部のユニットに備えた前記光電素子が一直線に並ぶように、前記ベース基板上に配置されると共に、前記各ユニットの前記光電素子用基板に敷設した回路が前記ベース基板に敷設した回路に電気接続されてなるところに特徴を有する。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の多光軸光電スイッチにおいて、光電素子用基板上の回路とベース基板上の回路との電気接続は、ベース基板上の回路の一部からなる一方の接続端部と、光電素子用基板上の回路のうちその基板の縁部に配した部分からなる他方の接続端部とを半田付けて構成されているところに特徴を有する。
【００１０】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
請求項１の構成によれば、基板を、光電素子用基板と、光電素子以外の電子部品を配したベース基板とに分けたことで、光電素子用基板にリフロー半田を施さずに済むから、リフロー工程による光電素子の位置ずれは生じない。これに加え、各光学ブロックと各光電素子用基板とに設けた凹凸係合部を基準点として、光電素子用基板に光電素子を配置すれば、光電素子の配置と、光学ブロック及び光電素子用基板の位置合わせとが、同じ凹凸係合部を基準点として行われることとなり、従来のように公差が累積することがなくなる。これにより、光電素子と光学ブロックに設けたレンズ部とが正確に位置合わせされる。
【００１１】
＜請求項２の発明＞
請求項２の構成によれば、光電素子用基板及びベース基板のそれぞれに設けた接続端部同士を、半田付けすることで、両基板の固定と、両基板に敷設された回路同士の接続とが一度に行われる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
本実施形態の多光軸光電スイッチは、角筒状のケース１０の内部に、電子部品を実装した基板２０を収容して備える。
【００１３】
ケース１０の前面１０Ａには、一対の長孔１１，１１が長手方向に沿って並ぶように貫通形成されると共に、その前面１０Ａの両縁部に沿って一対のレール部１２，１２が設けられている。これらレール部１２は、前面１０Ａから直立し、その先端部分が前面１０Ａ上にオーバーハングした係止部１３となっており、この係止部１３と前面１０Ａとの隙間に、長尺状の前面カバー１４がスライド挿入される。また、ケース１０の両端の開放口は、共に、パッキン１５を挟んでキャップ１６にて閉塞される。
【００１４】
ケース１０に収容される基板２０は、長尺状のベース基板２１と、一対の光電素子用基板２２とからなる。ベース基板２１は、前記ケース１０とほぼ同じ長さをなし、ベース基板２１のうち図１の左側を向いた表面２１Ａには、その左右の両縁部の長手方向に沿って、導電体をプリントしてなる複数のランド２３が、例えば左右に６つずつ計１２個設けられている。より詳細には、これらランド２３は、図１におけるベース基板２１の上方寄りの６つと、下方寄りの６つの２グループに分けられている。また、ベース基板２１の裏面２１Ｂには、図示しない抵抗、コンデンサ、トランジスタ等の光電素子以外の多くの電子部品が実装されると共に、上記電子部品を接続する回路がプリントされており、この回路と前記したランド２３とがベース基板２１を貫通して導通している。
【００１５】
一方、光電素子用基板２２は、ベース基板２１を長手方向で２等分した長さより若干短くかつベース基板２１より若干幅狭となっており、図２に示すように、長手方向に沿った２箇所に一対の位置決め孔２４，２４が貫通形成されている。光電素子用基板２２のうち図２の上方を向いた表面２２Ａには、ベアチップ状の複数（例えば、４つ）の光電素子２５が、長手方向に沿って一列に配されている。なお、多光軸光電スイッチには、投光用と受光用との２種類があり、投光用の多光軸光電スイッチでは、上記光電素子２５は、投光素子で構成される一方、受光用の多光軸光電スイッチでは、上記光電素子は、受光素子で構成される。
【００１６】
光電素子用基板２２の表面２２Ａには、各光電素子２５に接続される回路がプリントされると共に、この回路の端末部分で構成されたランド２６が、表面２２Ａの左右両縁部に３つずつ計６個設けられている。これらランド２６は、前記ベース基板２１に２つにグループ分けして設けたランド２３に対応している。
各光電素子用基板２２には、表面２２Ａ側から光学ブロック３０が組み付けられ、これにより、一対のユニット３１（図１参照）が構成される。
光学ブロック３０は、共に樹脂成形品である光路基部３２とレンズ板３３とを合体させてなる。光路基部３２は、前記光電素子用基板２２とほぼ同じ矩形状をなした平板部３４に、光電素子用基板２２の各光電素子２５に対応した複数（例えば、４つ）の孔３４Ａを貫通形成して、それら孔３４Ａの周縁部から光電素子用基板２２に向け、円筒壁３５を垂下して備える。また、平板部３４から光電素子用基板２２の各位置決め孔２４に向けて、一対の位置決め支柱３６が垂下されている。
【００１７】
レンズ板３３は、前記平板部３４とほぼ同じ矩形状をなし、その平板部３４に形成した孔３４Ａに対応した複数のレンズ部３７を備える。レンズ部３７は、レンズ板３３のうち図２の上方を向いた表面３３Ａを、部分的に陥没させて凸レンズ状に形成してなる。また、レンズ板３３の両端には、下面から前記光路基部３２の平板部３４に向けて、角柱ボス３８が突設され、これらが前記平板部３４に形成した位置決め用の角孔３９に係合する。
【００１８】
次に、本実施形態の多光軸光電スイッチを組み付ける手順を説明しつつ、本実施形態の作用・効果について説明する。
まず、基板２０は、光電素子用基板２２とベース基板２１とに分けられて、別々に実装工程に送られる。
光電素子用基板２２の表面２２Ａには、図２の左側に位置した位置決め孔２４Ａを基準点とした所定位置に、複数のベアチップ状の光電素子２５がマウンタにて配されて、接着剤で基板２２に固着される。そして、光電素子用基板２２にプリントした回路にワイヤーボンディングされる。
【００１９】
一方、ベース基板２１には、その裏面２１Ｂに、抵抗、コンデンサ、トランジスタ等の光電素子２５以外の多くの電子部品（図示せず）が、マウンタにて実装され、リフロー工程にて半田付けされる。
【００２０】
このように、本実施形態では、基板２０を、光電素子２５を配した光電素子用基板２２と、光電素子２５以外の電子部品を配したベース基板２１とに分けたことで、光電素子用基板２２にリフロー半田を施さずに済むようになり、光電素子２５の位置ずれを防止することができる。一方、ベース基板２１においては、光電素子の位置ずれを気にすることなく、リフロー工程にて迅速に半田処理を行える。
【００２１】
次に、光路基部３２の平板部３４にレンズ板３３を合体させる。このとき、レンズ板３３の両端に設けた角柱ボス３８を、平板部３４に形成した位置決め角孔３９に係合して熱溶着する。これにより、各レンズ部３７と各円筒壁３５とが芯合わせされた状態で、光路基部３２とレンズ板３３とが一体化されて、光学ブロック３０が完成する。ここで、レンズ板３３と光路基部３２は、共に樹脂成形品であるので、レンズ板３３と光路基部３２との組み付け誤差は、図５に示した従来の基板２に形成された孔Ａ〜Ｆの位置のばらつきに比べて、極めて小さく、無視することができる。
【００２２】
次いで、完成した光学ブロック３０を、実装工程を終了した光電素子用基板２２に組み付ける。そのために、光学ブロック３０（正確には、光路基部３２）に設けた位置決め支柱３６を、光電素子用基板２２の表面２２Ａ側から各位置決め孔２４に差し込む。すると、各円筒壁３５の先端面が、光電素子用基板２２の表面２２Ａのうち各光電素子２５の回りに突き当てられたところで、支柱３６が光電素子用基板２２の裏面から突出するから、その突出部分を過熱して扁平状に潰す。これにより、各光電素子２５が、光学ブロック３０の各レンズ部３７の中心に対面した状態で、それぞれ各光学ブロック３０と各光電素子用基板２２とが一体化されて、一対のユニット３１が完成する。なお、光電素子用基板２２の裏面において、位置決め孔２４の開口縁を陥没させておき、潰された支柱３６の先端が、その陥没部分に収まるようにしておくとよい。
【００２３】
次いで、ユニット３１，３１を、ベース基板２１に取り付ける。具体的には、各ユニット３１に備えた光電素子用基板２２の裏面を、ベース基板２１の表面に宛い、ユニット３１に一列にして備えた光電素子２５が、互いに一直線に並ぶようにして、両ユニット３１をベース基板２１の幅方向の中央に配置する。そして、各ユニット３１に設けたランド２６とベース基板２１に設けたランド２３とを整合させて、両ランド２３，２６を覆うようにして半田付けする。これにより、ユニット３１がベース基板２１上に構造的に固定されると共に、両基板２１，２２にプリントされた各回路同士が電気接続され、多光軸光電スイッチの本体が完成する。
【００２４】
次いで、多光軸光電スイッチの本体を、ケース１０に内部にスライド挿入し、各ユニット３１の平板部３４に形成した下孔４１とケース１０の前面１０Ａに貫通形成したビス孔４２とを整合させ、図４に示すように、そのビス孔４２に通したビス４３にて、多光軸光電スイッチの本体をケース１０に固定する。次いで、前面カバー１４を、ケース１０の前面１０Ａに備えたレール部１２，１２の内側にスライド挿入し、最後に、ケース１０の両端の開放口を、キャップ１６，１６にて閉塞して、全ての組み付けが完了する。
【００２５】
このように、本実施形態の多光軸光電スイッチによれば、基板２０を、光電素子用基板２２と、光電素子以外の電子部品を配したベース基板２１とに分けたことで、光電素子用基板２２にリフロー半田を施さずに済むようになり、光電素子２５の位置ずれを防止することができる。これに加え、光電素子用基板２２に光電素子２５を配置するときの基準孔となる孔２４Ａに、光学ブロック３０の位置決め支柱３６を係合させて、両者を位置決めしたから、従来のように公差が累積することがなくなり、光電素子２５とレンズ部３７とを、正確に位置合わせすることができる。しかも、光電素子用基板２２及びベース基板２１のそれぞれに設けたランド２３，２６同士を、半田付けすることで、各基板２１，２２の固定と、各基板２１，２２に敷設された回路同士の接続とが一度に行われ、両基板２１，２２の組み付け効率がよくなる。
【００２６】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記実施形態の多光軸光電スイッチには、ユニットが２つそなえられていたが、３つ以上のユニットを備えたものであってもよい。
【００２７】
（２）前記実施形態では、光電ブロック３０は、レンズ板３３と光路基部３２とを組み付けて完成される構成であったが、これらを一体に成形してなるものであってもよい。
【００２８】
（３）前記実施形態では、光電素子用基板２２とベース基板２１とを、互いに重ね合わせるようにして固着したが、例えば、光電素子用基板の端部を、ベース基板に突き合わせて、光電素子用基板が、ベース基板から起立した状態にして固着してもよい。この場合は、光電素子用基板の突き合わせ部分の縁部に、ランドを配置すればよい。
【００２９】
（４）前記実施形態において、光学ブロック３０の位置決め支柱３６を、例えば、光電素子用基板２２のみならず、ベース基板２１をも貫通させる構成とし、そのベース基板２１の裏面側で、支柱３６の先端を潰してもよい。これにより、例えば、両基板２１，２２が固定されて状態で、両ランド２３，２６の半田付けを行えるから、作業効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る多光軸光電スイッチの分解斜視図
【図２】ユニットの分解斜視図
【図３】多光軸光電スイッチの断面図
【図４】多光軸光電スイッチの断面図
【図５】従来の多光軸光電スイッチに備えた基板の斜視図
【符号の説明】
２０…基板
２１…ベース基板
２２…光電素子用基板
２３，２６…ランド
２４…孔（凹凸係合部）
２５…光電素子
３０…光学ブロック
３１…ユニット
３６…支柱（凹凸係合部）
３７…レンズ部
３８…角柱ボス
３９…角孔
【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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