JP2012185079A

JP2012185079A - エンコーダ

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Publication number: JP2012185079A
Application number: JP2011049239A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyuki Taniguchi; 満幸谷口; Hiroya Terajima; 洋也寺嶋; Nobuyuki Otake; 伸幸大竹
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-03-07
Also published as: JP5209750B2; DE102012003963A1; CN102680008A; DE102012003963B4; CN102680008B; US20120229305A1; US8665123B2

Abstract

【課題】振動や衝撃を受けたときのプリント板の振動を簡易な構成で抑制できる、信頼性の高いエンコーダを提供することを目的とする。
【解決手段】エンコーダ１０は、ハウジング１２と、ハウジング１２内に設けられかつ被測定体の回転部と同期回転するように構成された略円板状の回転コード板１４と、ハウジング１２に取り付けられかつコード板１４の上方に配置されたプリント板１６とを有し、さらに、エンコーダに加わった振動や衝撃等によって共振しているときのプリント板１６の変位が大きくなる箇所においてプリント板１６に当接するような形状を備えた補強部材２０を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動機や電動機により駆動される機器に取り付けられるエンコーダに関し、特には、振動や衝撃に対する耐久性が向上したエンコーダに関する。

近年、電動機や電動機により駆動される機器に取り付けられるエンコーダが、プレス機等の過大な振動や衝撃が加わる用途に用いられるケースが多くなってきている。エンコーダには電子部品が多く用いられており、過度な振動や衝撃により誤動作や破損に至る恐れがある。そのためエンコーダに加わる振動や衝撃を抑制し耐久性を向上させる必要がある。

エンコーダでは通常、電動機軸等の被検出体と同期回転する回転コード板と、該回転コード板のパターン情報等を検出する検出回路が形成されたプリント板とを有するが、該プリント板は回転コード板の上部に設置される場合が多く、そのためプリント板は外周部の数箇所をネジや接着剤等の手段によりハウジングに固定される。ここで、ハウジングの剛性を高めるための技術も提案されている。例えば特許文献１には、基板固定部材７の内径を基板部６側へ向かって大きくすることにより、基板固定部材７の剛性を高める旨が開示されている。

しかしながら、エンコーダに過度な振動・衝撃が加わると、プリント板の中心部が大きく振動し、この振動によって中心部に実装された電子部品等において誤動作や破損が生じる可能性がある。このように、エンコーダの振動や衝撃に対する耐久性を向上させるためには、プリント板中心部の振動を抑制することが要求される。この問題を解決する技術としては、例えば特許文献２に記載されているような、エンコーダ内に加速度センサを設置し、逆向きの加速度をかけることで衝撃を緩和する技術、特許文献３に記載されているような、エンコーダを防振ばね部材（板バネ）を介して固定する技術、及び特許文献４に記載されているような、耐振動性を強化したい箇所を樹脂で固める技術等が挙げられる。

さらに特許文献５には、振動を減衰させる目的で、ゴム等の防振材で作られた基板支持片９を介してプリント基板５を支持する技術が開示されている。

特開２００８−３０６４号公報特開２００４−３２５１７１号公報特開平７−２４３８６９号公報特開２００３−２８７０２５号公報特開２０１０−２８６４５２号公報

特許文献２や３の方法では、エンコーダ内に加速度センサや複雑な処理回路、又は板バネを設ける必要があり、コストアップや小型化が難しい等の問題点がある。また、特許文献４の方法では、樹脂での強化に多大な手間と時間がかかりコストアップや生産性が低下するといった懸念がある。

そこで本発明は、振動や衝撃を受けたときのプリント板の振動を簡易な構成で抑制できる、信頼性の高いエンコーダを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ハウジングと、該ハウジング内に設けられかつ測定対象と同期回転するように構成された回転コード板と、該ハウジングに取り付けられかつ該回転コード板の上方に配置されたプリント板とを有するエンコーダにおいて、前記プリント板の共振時の振動を抑制すべく、該プリント板の外周部近傍以外の箇所で該プリント板と当接するように構成された補強部材を有することを特徴とする、エンコーダを提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエンコーダにおいて、前記補強部材は、前記プリント板に当接している際に発生する反力によって変形し、前記エンコーダを保護するカバーに不動に保持される支柱部と、前記支柱部から前記プリント板の中心方向に向かって延びる梁部と、該梁部に設けられて前記プリント板の外周部近傍以外の箇所に当接するように構成された１つ以上の補助部材と、を有することを特徴とする、エンコーダを提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のエンコーダにおいて、前記補強部材は、前記ハウジング、前記プリント板、又は前記エンコーダを保護するカバーのいずれかに固定される１つ以上の支柱部と、前記支柱部から前記プリント板の中心部上方に向かって延びる梁部と、該梁部に設けられて前記プリント板の外周部近傍以外の箇所に当接するように構成された１つ以上の補助部材と、を有することを特徴とする、エンコーダを提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は３に記載のエンコーダにおいて、前記補助部材は、前記エンコーダを保護するカバーに直接取付けられることを特徴とする、エンコーダを提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンコーダにおいて、前記補助部材は、エンジニアリングプラスチック、セラミック又は金属から作製されることを特徴とする、エンコーダを提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンコーダにおいて、前記補助部材は、ピン状、板状又は球状であることを特徴とする、エンコーダを提供する。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンコーダにおいて、前記梁部は、棒状又は板状であることを特徴とする、エンコーダを提供する。

本願発明に係るエンコーダは、プリント板の外周部近傍以外の箇所に当接する補強部材を具備するので、エンコーダに振動・衝撃が加わった場合、プリント板上で補強部材が当接している箇所は共振時に振動の節となり、共振時の振動が大幅に抑制され、プリント板上の電子部品等の故障や破損を防止することができる。

エンコーダがカバーを有する場合は、補強部材をプリント板に当接することにより生じる反力によって変形させ、変形した部分をカバーに押し当てるように構成することにより、別途の固定手段を用いなくとも、補強部材を好適に固定することができる。

エンコーダがカバーを有する場合は、該カバーに補助部材を取り付けることにより、該補助部材を支持するための部材を別途設ける必要がなくなる。

補強部材をエンジニアリングプラスチック、セラミック又は金属等の一定以上の硬度を有する材料から作製することにより、プリント板との当接箇所において確実に振動の節を形成し、共振時のプリント板の振動を大幅に抑制することができる。

従来技術に係るエンコーダの基本構成を示す斜視図である。図１のエンコーダの側面図である。図１のエンコーダのプリント板が振動する様子を説明する図である。本発明の第１の実施形態に係るエンコーダの基本構成を示す側面図である。本発明の第２の実施形態に係るエンコーダの基本構成を示す側面図である。本発明の第３の実施形態に係るエンコーダの基本構成を示す側面図である。本発明の第４の実施形態に係るエンコーダの基本構成を示す側面図である。本発明の第５の実施形態に係るエンコーダの基本構成を示す側面図である。（ａ）第５の実施形態おいて補強部材が変形する前の状態を略示する図であり、（ｂ）変形した後の状態を略示する図である。

図１及び図２はそれぞれ、比較のために従来技術に係るエンコーダ１００の概略構成を示す斜視図及び側面図である。エンコーダ１００は、ハウジング１０２と、ハウジング１０２内に設けられかつ電動機等の被測定物の回転部（図示せず）と同期回転するように構成された回転コード板１０４と、ハウジング１０２に取り付けられかつ回転コード板１０４の上方に配置されたプリント板１０６とを有する。

図１及び図２に示すように、プリント板１０６は回転コード板１０４の上部に設置される場合が多く、そのためプリント板１０６は外周部の数箇所をネジ１０８や接着剤等の手段によってハウジング１０２に固定される。この場合にエンコーダに過度な振動や衝撃が加わると、エンコーダ１００を略示した側面図３において破線で示すように、プリント板１０６は特にその中心部が大きく振動し、中心部に実装された電子部品等（図示せず）が振動により破損又は破壊する可能性がある。このように、エンコーダの振動や、衝撃に対する耐久性を向上させるためには共振時のプリント板の振動（振幅）を抑制することが必要である。

図４は、本発明の第１の実施形態に係るエンコーダ１０の基本構成を示す図である。図示例のエンコーダ１０は、測定対象である電動機又は電動機により回転駆動される被駆動体（図示せず）の回転角度位置を検出するように構成されたエンコーダであり、ハウジング１２と、ハウジング１２内に設けられかつ測定対象の回転部（図示せず）と同期回転するように構成された略円板状の回転コード板１４と、ハウジング１２に取り付けられかつコード板１４の上方（測定対象と反対側）に配置されたプリント板１６とを有し、プリント板１６はコード板１４の直径よりもいくらか大きい直径を備えた略円板形状を有し、ハウジング１２上であってコード板１４の外周縁よりいくらか外側に立設された支持体１８によって、コード板１４から上方にいくらか離隔して配置される。プリント板１６には、コード板１４の回転角度位置を検出できる光学素子等を含む電子部品等（図示せず）が実装され、該電子部品からの出力は図示しない処理回路等によって処理されて該測定対象の回転角度位置や回転速度が測定できるようになっている。

図４に示す第１の実施形態に係るエンコーダ１０は、プリント板１６の外周部近傍以外の箇所、すなわちエンコーダに加わった振動や衝撃等によって共振しているときのプリント板１６の変位が大きくなる箇所（典型的には略円板形状の中心）においてプリント板１６に当接するような形状を備えた補強部材２０を有し、該補強部材２０は、概ね両持ち梁形状を有し、詳細には、プリント板１６の外周縁より外側のハウジング１２上の部位であって、プリント板１６の中心に関して互いに反対側の部位にネジ止め、接着、又は嵌合等により立設される２つの支柱部２２と、一方の支柱部２２の上端からプリント板１６の中心部上方を通って他方の支柱部２２の上端まで延びる梁部２４と、梁部２４の略中間から下向きに延びるように設けられてプリント板１６の外周部近傍以外の箇所、例えばプリント板１６の中心部に当接する補助部材２６とを有する。梁部２４は、例えば棒状又は板状の部材であり、補助部材２６は、図４ではピン状の部材として示されている。しかし補助部材２０は、略円板状のプリント板１６の外周部近傍以外の箇所に当接していれば、球状でもよいし、或いは、例えば図４の紙面に垂直な方向に延びる板状部材でもよい。

補助部材２６は、補助部材２６がないとした場合に、プリント板１６の共振時の変位が最も大きくなる箇所（図示例では中心部）と接していることが好ましい。このような構造を持つエンコーダ１０に振動や衝撃が加わった場合、補助部材２６がプリント板１６に接しているため、図４にて破線で示すようにプリント板１６中心部は共振時に振動の節となり、共振時の振動を大幅に抑制することが可能となる。この場合、プリント板１６の外周部と中心部の間に振動の腹が生じることになるが、図３の場合に比べて該振動の共振周波数が高く、また共振時の変位も小さいため、プリント板１６に実装された電子部品等への影響を最小限にすることが可能となる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係るエンコーダ１０ａの基本構成を示す図である。なお図４の第１の実施形態と同様の構成要素には、同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。

第２の実施形態では、補強部材３０は、概ね片持ち梁形状を有し、詳細には、ハウジング１２上であってプリント板１６の外周縁より外側の部位にネジ止め、接着、又は嵌合等により立設される支柱部３２と、支柱部３２の上端からプリント板１６の中心部上方までプリント板１６と略平行に延びる梁部３４と、梁部３４の先端から下向きに延びるように設けられてプリント板１６の外周部近傍以外の箇所、例えばプリント板１６の中心部に当接する補助部材２６とを有する。このような構成によっても、補強部材３０によって第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。

図６は、本発明の第３の実施形態に係るエンコーダ１０ｂの基本構成を示す図である。なお図４の第１の実施形態と同様の構成要素には、同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。

第３の実施形態は、上述の第１の実施形態といくらか類似するが、概ね両持ち梁形状の補強部材３６が、ハウジング１２ではなくプリント板１６の外周部又はプリント板１６を支持する支持体１８に接続されている。すなわち、補強部材３６は、プリント板１６の外周縁又は支持体１８の上部近傍部位であって、プリント板１６の中心に関して互いに反対側の部位にネジ止め、接着、又は嵌合等により立設される２つの支柱部３８と、一方の支柱部３８の上端からプリント板１６の中心部上方を通って他方の支柱部３８の上端まで延びる梁部４０と、梁部４０の略中間から下向きに延びるように設けられてプリント板１６の外周部近傍以外の箇所、例えばプリント板１６の中心部に当接する補助部材２６とを有する。このような構成によっても、補強部材３６によって第１の実施形態と同等の効果が得られるとともに、補強部材３６を第１の実施形態の補強部材２０よりもコンパクトに構成できる。

図７は、本発明の第４の実施形態に係るエンコーダ１０ｃの基本構成を示す図である。なお図４の第１の実施形態と同様の構成要素には、同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。

図７に示す第４の実施形態に係るエンコーダ１０ｃは、ハウジング１２に取り付けられかつプリント板１６を覆い保護するカバー４２を有する。カバー４２は、平面視においてプリント板１６よりも大きく、好ましくは平面視においてハウジング１２と同一の寸法を有し、ハウジング１２上でのプリント板１６の高さ（図４では上下方向距離）よりも大きい距離だけプリント板１６の上方に離隔配置される。

一方、補強部材４５は、カバー４２の下面４４の略中央に取り付けられ、プリント板１６の外周部近傍以外の箇所、すなわちエンコーダに加わった振動や衝撃等によって共振しているときのプリント板１６の変位が大きくなる箇所（図示例では略円板形状の中心）においてプリント板１６に当接するような形状を有し、図７ではピン状の部材として示されている。或いは補強部材４５は、略円板状のプリント板１６の中心部に当接していれば、球状でもよいし、或いは図７の紙面に垂直な方向に延びる板状部材でもよい。このような構成によっても、補強部材４５は第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。

なお第４の実施形態のように、エンコーダ１０ｃがカバー４２を有する場合は、カバー４２の内面（下面）４４に補強部材４５を取り付けることにより、第１〜第３の実施形態で説明した支柱部や梁部等の支持部材を省略することができる。

図８は、本発明の第５の実施形態に係るエンコーダ１０ｄの基本構成を示す図である。なお図４の第１の実施形態と同様の構成要素には、同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。

第５の実施形態は、エンコーダがカバーを有する点では第４の実施形態と共通するが、補強部材４６が、単純なピン状、球状又は板状の部材ではなく、プリント板１６に当接することにより生じる反力によって変形し、変形した部分がカバーに押し当てられることによってカバーに対して不動に保持される。以下、詳細に説明する。

図８に示すように、補強部材４６は、プリント板１６の外周部近傍以外の箇所、例えばプリント板１６の中心部に当接するピン状、球状又は板状のプリント板当接部分４７に加え、プリント板当接部分４７の上端（反プリント板側端部）に接続されかつプリント板１６の径方向外側に延びる第１の棒状又は板状部分４８と、第１の棒状又は板状部分４８の径方向外側端部に接続されかつ上方（反プリント板側）に延びる第２の棒状又は板状部分５０とを有し、図８及び図９（ａ）に示すように、側面視で全体として上向き開口部を備えたコの字又はＵ字形状を呈する。なお補強部材４６は、第２の棒状又は板状部分５０の上端からさらにプリント板１６の径方向外側に延びる第３の棒状又は板状部分５２をさらに有してもよい。

図８に示すように、補強部材４６のプリント板当接部分４７は、プリント板１６と当接している間はプリント板１６からの反力Ｆ１を受ける。この反力Ｆ１により、図９（ｂ）に示すように、第１の棒状又は板状部分４８はプリント板当接部分４７に接続されている部分が最も上方に変位するように撓み、これに伴って第２の棒状又は板状部分５０及び第３の棒状又は板状部分５２は径方向外側に変位する。この変位により、図８に示すように、第２の棒状又は板状部分５０の上端部（又は第３の棒状又は板状部分５２）がカバー４２の内面に押し当てられて圧力Ｆ２が発生し、該圧力Ｆ２によって補強部材４６はカバー４２に対して不動に保持された状態となる。すなわち第５の実施形態では、補強部材４６はプリント板１６からの反力によって変形してカバー４２に保持されるので、補強部材４６をハウジング又はカバーに固定するための手段を別途設ける必要がなく、樹脂での強化のような生産性の低下といった問題も発生しない。

なお第５の実施形態でも、補強部材４６は第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。また上述の圧力Ｆ２を好適に発生させるためには、第２の棒状又は板状部分５０（又は第３の棒状又は板状部分５２）は、補強部材４６に反力Ｆ１が作用していない状態（図９（ａ））において、プリント板１６の径方向への寸法に関して、カバー４２の内面から僅かに離れ又は軽く当接するような寸法を有し、かつ反力Ｆ１が作用しているとき（図９（ｂ））はカバー４２の内面に押し当てられて所望の圧力Ｆ２を生じさせるような寸法を有する。

なお補強部材がない場合のプリント板の振動は、上述のように図３の破線に示すような状態となるので、その振動振幅はプリント板の中心部が最も大きい。従って補強部材又はその補助部材は、できるだけプリント板１６の中心部に近い部位或いは中心部そのものにおいてプリント板１６に当接することが好ましく、上述の実施形態はいずれもそのような態様を示している。しかし、プリント板に対する補強部材又は補助部材の当接箇所は該プリント板の中央には限られず、外周部近傍以外の箇所、具体的には図４に示すように支持体１８に支持されている部分より径方向内側のプリント板１６の箇所であれば、該当接箇所において振動の節が形成されるので、振動抑制に関して一定の効果は得られる。例えば、図４に示す補強部材２０の補助部材２６は、プリント板１６の振動方向に垂直な方向（図４では左右方向）について、該プリント板１６の中心（重心）から、該プリント板１６の当該方向寸法（例えば該プリント板が円形であれば直径、矩形等の多角形であれば対角線の長さ）の１／３以下、１／４以下、１／５以下、又は１／６以下に相当する距離の範囲内のプリント板１６上の部位に当接するようにしてもよい。またプリント板に当接する補強部材又は補助部材を複数設け、プリント板の外周部近傍以外の複数個所に当接するように構成することも、振動の節の数を増やして共振時の変位を小さくできる点で有効である。

また第１〜第５の実施形態において説明した補強部材又は補助部材はいずれも、プリント板と当接し、該当接箇所を振動の節とすることで共振時の振動を抑制する。そのため、プリント板と当接する補強部材又は補助部材は、ゴム等の軟性材料ではなく、金属、セラミック又はエンジニアリングプラスチック等の、一定以上の硬度を有し機械的強度に優れた材料を用いることが好ましい。

以上述べてきたように、本願発明に係るエンコーダは、プリント板の共振時の振動を抑制すべく構成された補強部材を具備し、該補強部材は、カバー、ハウジング、又はプリント板に固定され、さらに該プリント板上で共振時の振動変位を抑制したい箇所と接するような形状となっている。このような構造を持つエンコーダに振動・衝撃が加わった場合、プリント板上で補強部材が当接している箇所は共振時に振動の節となり、共振時の振動を大幅に抑制することが可能となる。このとき、プリント板の外周部と補強部材が当接している箇所の間に振動の腹が生じることになるが、補強部材がない場合に比べ、振動の共振周波数が高く、共振時の変位も小さいため電子部品への影響を低減することが可能である。

さらに補強部材は、加速度センサを使用する場合のような複雑な処理回路が不要であり、また補強部材はねじ止めや、プリント板を抑える反力により不動に保持される等の簡単な構造とできるため、樹脂での強化のような生産性の低下といった問題は発生しない。このような簡単な構造の補強部材を用いることにより、プリント板中心部の振動を抑制でき、エンコーダの振動・衝撃に対する耐久性の向上を安価で、かつ簡単な構造で実現することができる。

なお、本願発明にやや近い構造を持つエンコーダとして特許文献５に記載のものが挙げられるが、特許文献５では振動を減衰させる目的でゴムなどの振動吸収機能を有する振動抑制材料を使用しているのに対し、本提案は振動の節を生み出すために金属など強度の高い材料を用いており、振動抑制方法が異なる。また特許文献５では、振動抑制材料はハウジングとプリント板との間、又はカバーとプリント板との間に並置する必要があるが、本願発明ではその必要はなく、エンコーダの組立てが容易である。

１０エンコーダ
１２ハウジング
１４回転コード板
１６プリント板
２０補強部材
２６補助部材
４２カバー

Claims

ハウジングと、該ハウジング内に設けられかつ測定対象と同期回転するように構成された回転コード板と、該ハウジングに取り付けられかつ該回転コード板の上方に配置されたプリント板とを有するエンコーダにおいて、
前記プリント板の共振時の振動を抑制すべく、該プリント板の外周部近傍以外の箇所で該プリント板と当接するように構成された補強部材を有することを特徴とする、エンコーダ。
前記補強部材は、前記プリント板に当接している際に発生する反力によって変形し、前記エンコーダを保護するカバーに不動に保持される支柱部と、前記支柱部から前記プリント板の中心方向に向かって延びる梁部と、該梁部に設けられて前記プリント板の外周部近傍以外の箇所に当接するように構成された１つ以上の補助部材と、を有することを特徴とする、請求項１に記載のエンコーダ。
前記補強部材は、前記ハウジング、前記プリント板、又は前記エンコーダを保護するカバーのいずれかに固定される１つ以上の支柱部と、前記支柱部から前記プリント板の中心部上方に向かって延びる梁部と、該梁部に設けられて前記プリント板の外周部近傍以外の箇所に当接するように構成された１つ以上の補助部材と、を有することを特徴とする、請求項１に記載のエンコーダ。
前記補助部材は、前記エンコーダを保護するカバーに直接取付けられることを特徴とする、請求項１又は３に記載のエンコーダ。
前記補助部材は、エンジニアリングプラスチック、セラミック又は金属から作製されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンコーダ。
前記補助部材は、ピン状、板状又は球状であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンコーダ。
前記梁部は、棒状又は板状であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンコーダ。