ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
POSITION DETECTION SWITCH AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к переключателям обнаружения положения и способу их изготовления и, в частности, относится к переключателям обнаружения положения для бесконтактного обнаружения положений поршней, совершающих возвратно-поступательное движение в исполнительных механизмах, например, в цилиндрах, и способам их изготовления.
Предпосылки создания изобретения
В пневмоцилиндрах и гидравлических цилиндрах широко используются переключатели обнаружения положения, предназначенные для бесконтактного обнаружения положений поршней, совершающих возвратно-поступательное движение в отверстиях цилиндров. Например, в выложенной заявке на патент Японии, опубликованной под №2001-297671, предлагается переключатель положения с конструкцией, которая включает в себя корпус датчика и втулку кабеля, установленную на заднем концевом участке корпуса датчика, и в которой кабель, соединенный с чувствительным элементом датчика, выведен из корпуса датчика наружу. Предлагаемая в выложенной заявке на патент Японии, опубликованной под №2001-297671, конструкция позволяет предотвратить изгиб кабеля в корпусе датчика, даже при изгибании кабеля во втулке кабеля, обеспечить отсутствие зазоров между кабелем и заполнителем внутри корпуса датчика и повысить водонепроницаемость. В выложенной заявке на патент Японии, опубликованной под №10-249883, предлагается конструкция, получаемая в результате заполнения корпуса датчика, размещенного в формовочном штампе, смолой и одновременной формовки смолы изолирующей втулки в отверстии для вывода провода.
Сущность изобретения
В конструкциях переключателей датчиков, раскрытых в выложенных заявках на патенты Японии, опубликованных под №2001-297671 и №10-249883, подложка, на которой смонтированы сам датчик, LED (светодиод) и т.п., размещена внутри тонкостенного корпуса датчика, выполненного из смолы, и с этой подложкой соединен кабель. Часть кабеля располагается внутри корпуса датчика, а оставшаяся часть кабеля, выведенная из корпуса датчика, соединена с источником электропитания, CPU (центральным процессором), выполняющим электрическую обработку сигнала, указывающего на обнаруженное положение поршня, и т.п. В этом случае кабель включает в себя провод для подачи электропитания и сигнала и оболочку, покрывающую провод. Оболочка разрезана на концевом участке внутри корпуса датчика и проходит от этого концевого участка в сторону подложки. После частичного удаления изолирующей пленки провод электрически соединен с подложкой.
При такой конструкции переключателя датчика, как показано на фиг. 11, когда корпус А датчика со стороны открытого концевого участка заполняют расплавленной смолой В для закрепления подложки и т.п. внутри корпуса датчика в процессе изготовления переключателя датчика, провод С и оболочка D зачастую значительно смещаются от центральной оси корпуса А датчика под действием прикладываемого давления смолы и приводятся в контакт с внутренней стенкой корпуса А датчика. Приведение оболочки D в контакт с внутренней стенкой корпуса А датчика препятствует достаточному распределению смолы В по участку контакта в узком корпусе А датчика. То есть препятствует проникновению смолы для уплотнения подложки в зазор между корпусом А датчика и оболочкой D. В результате, например, при расширении или сжатии тонкостенного корпуса А датчика под действием прикладываемых внешних усилий или вследствие изменений температуры окружающей среды в случае закрепления переключателя датчика на цилиндре с помощью винта или т.п.или при натяжении кабеля снаружи корпус А датчика и оболочка D могут быть отделены друг от друга на участке контакта или сама оболочка D может быть разрушена. Кроме того, через участок отделения оболочки D от корпуса А датчика или участок разрушения оболочки D внутрь корпуса А датчика могут проникать мелкая пыль или влага, что может приводить к возникновению электрических дефектов в схемах и электрических компонентах, размещенных на подложке.
Настоящее изобретение направлено на решение вышеупомянутых проблем, и задачей настоящего изобретения является защита от пыли и влаги. Другая задача настоящего изобретения заключается в создании переключателя обнаружения положения с повышенной стойкостью к натяжению кабеля и скручивающему усилию, возникающему при затягивании винта для закрепления переключателя датчика, обеспечиваемой достаточной силой взаимного соединения внутренней стенки корпуса датчика и оболочки за счет увеличения площади поверхности соединения между ними, и высокой жесткостью, обеспечиваемой снижением вероятности разрушения поверхности соединения оболочки и внутренней стенки корпуса датчика, даже при возникновении расширения или сжатия корпуса датчика вследствие изменения температуры окружающей среды, а также способа изготовления такого переключателя обнаружения положения.
Для решения указанных выше задач настоящее изобретение включает в себя корпус датчика, подложку схемы, размещенную внутри корпуса датчика, на которой смонтирован электронный компонент, и кабель, включающий в себя провод, электрически соединенный с подложкой схемы, причем провод окружен оболочкой, корпус датчика включает в себя множество ребер жесткости, проходящих с заданным промежутком друг от друга по внутренней стенке корпуса датчика в осевом направлении корпуса датчика, и эти ребра жесткости отделяют оболочку от внутренней стенки корпуса датчика и обеспечивают формирование зазоров между корпусом датчика и оболочкой в процессе впрыскивании расплавленной смолы в корпус датчика.
В соответствии с такой конструкцией ребра жесткости удерживают оболочку в отделенном от внутренней стенки корпуса датчика положении при впрыскивании расплавленной смолы внутрь корпуса датчика. Это позволяет создавать зазоры между оболочкой и внутренней стенкой корпуса датчика и обеспечивает, даже при впрыскивании расплавленной смолы с относительно высоким давлением, возможность эффективного заполнения зазоров между оболочкой и внутренней стенкой корпуса датчика без приведения оболочки в непосредственный контакт с внутренней стенкой корпуса датчика. В результате взаимное соединение корпуса датчика, оболочки и смолы после отверждения смолы происходит с образованием поверхностей контакта достаточной площади.
В этом случае в предпочтительном варианте ребра жесткости проходят от положений, удаленных от точки, соответствующей порту впрыска расплавленной смолы, размещенному на первом концевом участке корпуса датчика, в сторону второго концевого участка.
В соответствии с такой конструкцией ребра жесткости отсутствуют в положениях, соответствующих порту впрыска расплавленной смолы на корпусе датчика. Поэтому расплавленная смола впрыскивается вдоль внутренней стенки со стороны первого концевого участка корпуса датчика и затем проходит в сторону второго концевого участка корпуса датчика. Это обеспечивает дополнительное повышение способности смолы к заполнению.
Кроме того, в предпочтительном варианте настоящего изобретения концевые участки ребер жесткости, располагающиеся со стороны порта впрыска расплавленной смолы в осевом направлении корпуса датчика, срезаны. В соответствии с такой конструкцией расплавленная смола впрыскивается из порта впрыска расплавленной смолы перпендикулярно оси корпуса датчика. Это обеспечивает дополнительное повышение способности смолы к заполнению при впрыске расплавленной смолы.
При этом поперечное сечение ребер жесткости, перпендикулярное корпусу датчика, может иметь трапецеидальную, дугообразную или четырехугольную форму.
Кроме того, в предпочтительном варианте настоящего изобретения корпус датчика и ребра жесткости формованы как одно целое с использованием одного и того же материала. В соответствии с такой конструкцией ребра жесткости могут быть формованы как одно целое с корпусом датчика, и формирование ребер жесткости обеспечивает также повышение прочности корпуса датчика.
Кроме того, в предпочтительном варианте настоящего изобретения ребра жесткости проходят с прерыванием в осевом направлении корпуса датчика. В соответствии с такой конструкцией при впрыске расплавленной смолы эта расплавленная смола проникает через точки прерывания ребер жесткости. Это обеспечивает дополнительное повышение способности расплавленной смолы к заполнению.
Кроме того, в предпочтительном варианте настоящего изобретения на внутренней стенке размещен поддерживающий участок, удерживающий подложку схемы, и концевые участки ребер жесткости отделены от этого поддерживающего участка. В соответствии с такой конструкцией при впрыске расплавленной смолы эта расплавленная смола проникает через точки прерывания ребер жесткости. Это обеспечивает дополнительное повышение способности расплавленной смолы к заполнению.
Кроме того, в предпочтительном варианте настоящего изобретения концевые участки ребер жесткости срезаны на конус. В соответствии с такой конструкцией расплавленная смола впрыскивается из порта впрыска расплавленной смолы перпендикулярно оси корпуса датчика на первом концевом участке корпуса датчика. Это обеспечивает дополнительное повышение способности смолы к заполнению при впрыске расплавленной смолы.
Кроме того, в предпочтительном варианте настоящего изобретения множество проводов электрически соединены с поверхностями на обеих сторонах подложки схемы. В соответствии с такой конструкцией, например, в случае печати электрических схем на обеих сторонах подложки достигается баланс способности расплавленной смолой к заполнению с обеих сторон подложки.
Кроме того, способ изготовления переключателя обнаружения положения в соответствии с настоящим изобретением, в котором переключатель обнаружения положения включает в себя корпус датчика, подложку схемы со смонтированным электронным компонентом, размещаемую внутри корпуса датчика, и кабель, включающий в себя провод, электрически соединенный с подложкой схемы, содержит этап формирования множества ребер жесткости, проходящих с заданным промежутком друг от друга по внутренней стенке корпуса датчика в осевом направлении корпуса датчика, одновременного с формованием корпуса датчика в процессе формирования корпуса датчика, и последующего ввода кабеля, соединенного с подложкой схемы, внутрь корпуса датчика и этап впрыска расплавленной смолы из одного концевого участка корпуса датчика и отверждения расплавленной смолы при удерживании оболочки, составляющей кабель, в отделенном от внутренней стенки корпуса датчика положении с помощью ребер жесткости, сформированных в корпусе датчика.
Как указано выше, ребра жесткости, образующие одно целое с внутренней стенкой корпуса датчика, отделяют оболочку от внутренней стенки корпуса датчика так, что оболочка занимает плавающее положение над внутренней стенкой корпуса, обеспечивающее возможность эффективного заполнения зазоров между внутренней стенкой корпуса датчика и оболочкой расплавленной смолой. Это позволяет получить надежное взаимное соединение корпуса датчика, оболочки и смолы, а также повысить прочность взаимного соединения корпуса датчика, оболочки и смолы и стойкость к внешним усилиям, изменениям температуры и т.п.
В соответствии с настоящим изобретением надежное взаимное соединение корпуса датчика и оболочки через смолу позволяет обеспечить превосходную защиту от пыли и влаги. Кроме того, даже натяжение кабеля снаружи, не приводит к отделению оболочки от корпуса датчика, имеющей достаточную стойкость к скручивающему усилию и изменениям температуры в процессе закрепления переключателя обнаружения положения на исполнительном механизме.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в перспективе переключателя обнаружения положения в соответствии с настоящим изобретением с частичным разрезом, иллюстрирующий состояние, при котором подложка, соединенная с кабелем, размещена внутри корпуса датчика;
Фиг. 2 - вид в перспективе переключателя обнаружения положения, показанного на фиг. 1, иллюстрирующий состояние перед вводом подложки в корпус датчика;
Фиг. 3 - вид сверху корпуса датчика;
Фиг. 4 - вид корпуса датчика, показанного на фиг. 3, в поперечном разрезе по линии IV-IV;
Фиг. 5 - вид корпуса датчика, показанного на фиг. 3, в поперечном разрезе по линии V-V;
Фиг. 6 - вид концевого участка корпуса датчика, показанного на фиг. 3, в разрезе по направлению VI-VI;
Фиг. 7 - вид в перспективе корпуса датчика, показанного на фиг. 4;
Фиг. 8 - вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий состояние, при котором после впрыскивания расплавленной смолы в корпус датчика ребра жесткости, выступающие из внутренней стенки корпуса, предотвращают приведение кабеля в контакт с внутренней стенкой корпуса;
Фиг. 9 - вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий состояние, при котором расплавленная смола после отверждения удерживает подложку и провода, соединенные с подложкой, в отделенном от внутренней стенки корпуса положении;
Фиг. 10 - вид в поперечном разрезе модификации варианта осуществления, показанной на фиг. 9, иллюстрирующий состояние, при котором расплавленная смола после отверждения удерживает провода в положении соединения с поверхностями на обеих сторонах подложки; и
Фиг. 11 - вид переключателя датчика в поперечном разрезе, иллюстрирующий состояние взаимного соединений корпуса датчика и оболочки в соответствии с известным уровнем техники.
Описание вариантов осуществления
Ниже приводится подробное описание варианта осуществления переключателя обнаружения положения в соответствии с настоящим изобретением. В рассматриваемом варианте осуществления на фиг. 1 представлен вид в перспективе переключателя обнаружения положения в соответствии с настоящим изобретением с частичным разрезом, иллюстрирующий состояние, при котором подложка, соединенная с кабелем, размещена внутри корпуса датчика, на фиг. 2 - вид в перспективе переключателя обнаружения положения, иллюстрирующий состояние перед вводом подложки в корпус датчика, на фиг. 3 - вид сверху корпуса датчика. В рассматриваемом варианте осуществления переключатель 10 обнаружения положения в основном включает в себя корпус 12 датчика (именуемый далее как "корпус"), множество проводов 16, составляющих кабель 14, и подложку 18, которая электрически соединена с концами проводов 16 и на которой смонтированы светодиод 21 (LED) (описываемый ниже) и другие электронные компоненты, размещаемые внутри корпуса 12.
Корпус 12 включает в себя цилиндрический участок 12а и прямоугольный параллелепипедный участок 12b. Эти участки, образующие формованный как одно целое элемент конструкции, частично сообщаются друг с другом в осевом направлении и выполнены из смолы, такой как РВТ (полибутилентерефталат), РА (полиамид), ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол), PPS (полифениленсульфид) и PC (поликарбонат). Как следует из фиг. 1, на первом концевом участке (слева на фиг. 1) корпуса 12 открытые участки цилиндрического участка 12а и прямоугольного параллелепипедного участка 12b являются закрытыми, а на втором концевом участке (справа на фиг. 1) открытые участки остаются открытыми (см. фиг. 2) до завершения процесса изготовления переключателя обнаружения положения. На первом концевом участке корпуса 12 сформировано резьбовое отверстие 20 для вкручивания стяжного винта, проходящее от прямоугольного параллелепипедного участка 12b в цилиндрический участок 12а, а перегородка 19 (см. фиг. 4) отделяет внутреннюю часть корпуса 12 от резьбового отверстия 20. На прямоугольном параллелепипедном участке 12b со смещением в сторону второго концевого участка от резьбового отверстия 20 сформировано прямоугольное окно 22, обеспечивающее возможность наблюдения включенного светодиода 21 на подложке 18, закрепленной внутри корпуса 12, снаружи. Окно 22 закрыто прозрачным полимерным материалом.
На втором концевом участке прямоугольного параллелепипедного участка 12b корпуса 12 сформирована удлиненная канавка 24 (порт впрыска расплавленной смолы) для заполнения корпуса 12 расплавленной смолой. С внутренней стороны на прямоугольном параллелепипедном участке 12b со стороны первого концевого участка с выступанием внутрь сформированы поддерживающие участки 26а и 26b для удерживания подложки 18, электрически соединенной с концами проводов 16. В частности, со стороны первого концевого участка прямоугольного параллелепипедного участка 12b поддерживающие участки 26а и 26b проходят в сторону перегородки 19. При вводе подложки 18 на конце кабеля 14 в корпус 12 в сторону концевого участка светодиод 21 на подложке 18 оказывается обращенным к окну 22, закрытым прозрачным полимером.
В рассматриваемом варианте осуществления множество ребер жесткости 30a30f проходят по внутренней стенке цилиндрического участка 12а с выступанием в радиальном направлении. В этом случае со стороны второго концевого участка цилиндрического участка 12а концевые участки 31a31f ребер 30a30f жесткости срезаны на конус так, что расплавленная смола впрыскивается из удлиненной канавки 24 перпендикулярно оси корпуса 12. В частности, ребра 30a-30f жесткости, начинающиеся в положениях, несколько смещенных от второго концевого участка цилиндрического участка 12а в сторону первого концевого участка, проходят по высоте со срезанными на конус концевыми участками 31a31f. При этом ребра 30a-30f жесткости несколько срезаны со стороны второго концевого участка цилиндрического участка 12а и выступают внутрь к оси корпуса 12, а затем проходит в сторону первого концевого участка цилиндрического участка 12а вдоль продольного направления этого цилиндрического участка 12а. В предпочтительном варианте ребра 30а-30f жесткости формуют как одно целое с корпусом 12 в процессе изготовления. Поэтому корпус 12 и ребра 30a-30f жесткости выполняют из одного и того же материала. При этом формирование ребер 30a-30f жесткости также повышает прочность корпуса 12.
В этом случае в модификации, включающей в себя в дополнение к поддерживающим участкам 26а и 26b поддерживающий участок 26с, выступающий из внутренней стенки цилиндрического участка 12а, ребро 30а жесткости может оканчиваться в некотором заданном положении и не доходить до перегородки 19 корпуса 12 (см. фиг. 4). Кроме того, как показано штрих-пунктирной линией с длинным штрихом и двумя точками на фиг. 4, на цилиндрическом участке 12а может быть выполнено ребро жесткости, располагающееся рядом с прямоугольным параллелепипедным участком 12b. Кроме того, как показано штрих-пунктирной линией на фиг. 4, ребра 30a-30f жесткости могут проходить с прерыванием в осевом направлении корпуса 12. Это обеспечивает дополнительное повышение способности смолы к заполнению при впрыске расплавленной смолы. В этом случае концевые участки 31а-31f ребер 30а-30f жесткости, срезанные на конус со стороны второго концевого участка, обеспечивают возможность прохождения расплавленной смолы, впрыскиваемой из удлиненной канавки 24, сверху вниз на фиг. 4 с превосходной способностью к заполнению. При этом ребра 30a-30f жесткости описываются здесь просто как выступы. Однако поперечное сечение ребер 30a-30f жесткости в предпочтительном варианте имеет трапецеидальную форму, как показано на фиг. 5, и может иметь дугообразную или четырехугольную форму.
Как показано на фиг. 8, кабель 14 включает в себя множество проводников 42а и 42b, покрытых изолирующей пленкой 40, и оболочку 44, покрывающую проводники 42а и 42b вместе с изолирующей пленкой 40.
Ниже приводится описание способа изготовления переключателя 10 обнаружения положения в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления.
Сначала подложку 18, закрепленную на концах проводов 16, составляющих кабель 14, вводят вдоль ребер 30a-30f жесткости. Подложку 18 вводят так, чтобы светоизлучающий участок LED 21, смонтированного на подложке 18, располагался напротив окна 22. Таким образом, подложка 18 удерживается поддерживающими участками 26а и 26b, располагающимися на концевом участке цилиндрического участка 12а, в положении, при котором LED 21 оказывается обращенным к окну 22. При этом поддерживающие участки 26а и 26b не должны обязательно надежно удерживать подложку 18, а должны предотвращать смещение подложки 18 в направлениях, перпендикулярных осевому направлению корпуса 12, выходящее за пределы заданного диапазона. Таким образом, кабель 14 и оболочка 44 размещаются в форме (непоказанной) в состоянии, при котором оболочка 44, составляющая кабель 14, частично введена в корпус 12 со стороны второго концевого участка. При этом открытый участок корпуса 12 со стороны первого концевого участка закрыт формой. Затем расплавленную смолу впрыскивают из удлиненной канавки 24 при заданном давлении. В частности, в этом случае расплавленную смолу впрыскивают в направлении, перпендикулярном оси корпуса 12.
При впрыскивании смолы из удлиненной канавки 24 в случае отсутствия ребер 30a-30f жесткости, выступающих из внутренней стенки цилиндрического участка 12а, под действием силы давления этой смолы происходит прижатие поверхности оболочки 44 к внутренней стенке цилиндрического участка 12а (см. фиг. 10). В частности, в этом случае поверхность оболочки 44 и внутренняя стенка цилиндрического участка 12а приводятся в непосредственный контакт друг с другом. Поэтому отверждение расплавленной смолы происходит без ее проникновения на участок контакта. При завершении процесса изготовления переключателя обнаружения положения в таком состоянии оболочка 44 может быть легко отделена от внутренней стенки корпуса 12 или получить трещины в результате приложения внешнего усилия, например, при натяжении кабеля 14. В результате существует вероятность, например, проникновения пыли или влаги через участок отделения или трещины, что может приводить к возникновению электрических дефектов.
Однако в случае наличия выступающих ребер 30a-30f жесткости между оболочкой 44 и цилиндрический элементом 12а, как показано на фиг.8 и 9, внешняя боковая стенка оболочки 44 не приводится в непосредственный контакт с внутренней боковой стенкой цилиндрического участка 12а, и смола может проникать в зазоры между внешней боковой стенкой оболочки 44 и внутренней боковой стенкой цилиндрического участка 12а. В частности, повышается способность смолы к заполнению, а ребра 30а-30 жесткости, контактирующие с оболочкой 44, обеспечивают увеличение площади поверхности контакта между этими ребрами и оболочкой. В результате изготовленный переключатель 10 обнаружения положения в этом варианте осуществления имеет превосходную стойкость к внешним усилиям и высокую жесткость, обеспечиваемую снижением вероятности разрушения поверхности соединения между оболочкой и корпусом. Кроме того, ребра 30а-30f жесткости позволяют стабилизировать поток расплавленной смолы и предотвратить образование пузырьков и т.п. при впрыске расплавленной смолы. Это приводит к повышению адгезивности между оболочкой и корпусом.
Выше настоящее изобретение было описано с использованием предпочтительного варианта осуществления в качестве примера. Однако настоящее изобретение не ограничивается описанным выше вариантом осуществления, и очевидно, что возможны самые различные модификации и изменения в конструкции, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения. Например, как показано на фиг.10, в случае печати электрических схем на обеих сторонах подложки 18 два провода 16 при отсутствии электрических неисправностей могут быть по отдельности соединены с поверхностями на обеих сторонах. При этом достигается баланс способности расплавленной смолой к заполнению с обеих сторон подложки.