JP2015153536A - フレキシブルケーブルを備える検出器及び検出器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブルケーブルに補強部材が取り付けられる場合であっても小型化、特に薄型化を実現できる検出器を提供する。【解決手段】回路基板２と、回路基板２に実装された基板側コネクタ３と、基板側コネクタ３に挿入された端子部Ｔ１を有するフレキシブルケーブル４と、を備える検出器であって、端子部Ｔ１を含むフレキシブルケーブル４の先端部分４１に、フレキシブルケーブル４の補強部材５が取り付けられており、補強部材５は、フレキシブルケーブル４の先端部分４１の局部的な曲げを許容する折れ部５１を含んでいる。【選択図】図２

Description

本発明は、回路基板に対する信号の入出力のためのフレキシブルケーブルを備える検出器、及び検出器の製造方法に関する。

電子機器の分野では、回路基板に対する信号の入出力のためのケーブルとして、種々のフレキシブルケーブルが使用されることが多い。フレキシブルケーブルは安価であるとともに柔軟かつ薄型であるので、製造コストを低減できるだけでなく機器の小型化、特に薄型化を実現できる。電子機器の回路基板に挟持型コネクタが実装される場合には、フレキシブルケーブルの端子部が挟持型コネクタに挿入されることによって、挟持型コネクタの金属端子部がフレキシブルケーブルの端子部の誘電体パターンに圧接させられる。その際に、柔軟性の高いフレキシブルケーブルを挟持型コネクタに確実に挿入できるように、フレキシブルケーブルの端子部を含む先端部分には、十分な剛性を有する補強部材が取り付けられることが多い。このような補強部材は、フレキシブルケーブルと一緒に挟持型コネクタによって挟持される被挟持部としての機能も有しうる。これに関連して、特許文献１には、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）の裏面に貼り付けられた補強板がＦＦＣと一緒に配線基板の挿入孔に挿入される、ＦＦＣと配線基板の接続構造が開示されている。さらに、特許文献１には、ＦＦＣの補強板の両側面に突出形成された抜け止め部によってＦＦＣが挿入孔から抜けることを防止する技術が提案されている。

図８は、挟持型コネクタによる被挟持部としての機能を有する補強部材が適用された、従来の電子機器の構造を示す断面図である。図８の電子機器は、回転体に連結されるスリット円盤８１と、スリット円盤８１に向かって光線を発射する発光素子８２と、スリット円盤８１を通過した光パルスを受光する受光素子８３と、受光素子８３が実装された回路基板８４と、を備える光学式エンコーダである。図８のように、回路基板８４には、一般的な挟持型コネクタ８５がさらに実装されており、この挟持型コネクタ８５には、フレキシブルケーブル８６の先端部分に貼り付けられた補強部材８７がフレキシブルケーブル８６と一緒に挿入されている。このような光学式エンコーダは小型かつ薄型であることが望ましい一方で、フレキシブルケーブル８６と補強部材８７を挟持型コネクタ８５に確実に挿入するためには、補強部材８７が或る程度の高さを有している必要がある。しかしながら、補強部材８７の高さが大きくなると、図８のように、補強部材８７の高さ方向に沿った検出器の寸法が大きくなってしまい、検出器の小型化、特に薄型化を十分に達成できなくなる。

特開２００６−２２８７６８号公報

フレキシブルケーブルに補強部材が取り付けられる場合であっても小型化、特に薄型化を実現できる検出器が求められている。

本発明の第１の態様によれば、回路基板と、回路基板に実装されたコネクタと、コネクタに挿入された端子部を有するフレキシブルケーブルと、を備える検出器であって、端子部を含むフレキシブルケーブルの先端部分に、フレキシブルケーブルの補強部材が取り付けられており、補強部材は、フレキシブルケーブルの先端部分の局部的な曲げを許容する折れ部を含む、検出器が提供される。
本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、折れ部が弱化部を含んでいる、検出器が提供される。
本発明の第３の態様によれば、第２の態様において、弱化部が、補強部材に形成された切り込みである、検出器が提供される。
本発明の第４の態様によれば、第１〜第３の態様のいずれか１つにおいて、補強部材が折れ部において分断されている、検出器が提供される。
本発明の第５の態様によれば、第１〜第４の態様のいずれか１つにおいて、補強部材が複数の折れ部を含んでいる、検出器が提供される。
本発明の第６の態様によれば、第１〜第５の態様のいずれか１つにおける検出器の製造方法であって、フレキシブルケーブルの端子部を補強部材と一緒にコネクタに挿入し、フレキシブルケーブルの先端部分を折れ部に沿って局部的に曲げることを含む、検出器の製造方法が提供される。
本発明の第７の態様によれば、第６の態様における検出器の製造方法であって、フレキシブルケーブルの先端部分が曲げられないように折れ部を固定する固定部材を補強部材に取り付け、フレキシブルケーブルの端子部を、固定部材を取り付けた補強部材と一緒にコネクタに挿入し、固定部材を補強部材から取り外し、フレキシブルケーブルの先端部分を、折れ部に沿って局部的に曲げる、検出器の製造方法が提供される。

本発明の第１及び第６の態様によれば、補強部材の折れ部によってフレキシブルケーブルの先端部分の局部的な曲げが許容されるので、フレキシブルケーブルに補強部材が取り付けられる場合であっても検出器の小型化、特に薄型化を実現できるようになる。
本発明の第２の態様によれば、補強部材の折れ部が弱化部において容易に折れ変形しうるので、コネクタに挿入されたフレキシブルケーブルの先端部分を容易に曲げることができる。
本発明の第３の態様によれば、補強部材の折れ部が切り込み状の弱化部において容易に折れ変形しうるので、コネクタに挿入されたフレキシブルケーブルの先端部分を容易に曲げることができる。
本発明の第４の態様によれば、補強部材が折れ部において分断されるので、コネクタに挿入されたフレキシブルケーブルの先端部分の曲げ形状を自由に変更できるようになる。
本発明の第５の態様によれば、コネクタに挿入されたフレキシブルケーブルの先端部分が複数の折れ部に沿って大きな曲率で曲げられるので、コネクタに挿入されたフレキシブルケーブルの先端部分を容易に曲げることができる。
本発明の第６の態様によれば、フレキシブルケーブルの先端部分がコネクタに挿入される途中で曲げられることが固定部材によって防止されるので、フレキシブルケーブルの端子部をコネクタに確実に挿入できるようになる。

本発明の１つの実施形態による検出器の断面図である。 図１の検出器における基板側コネクタの近傍を拡大して示す部分拡大図である。 図１の検出器の製造方法におけるケーブル装着工程について説明するための図である。 補強部材の変形例が適用された検出器における基板側コネクタの近傍を示す断面図である。 図４における補強部材に固定部材を取り付けた状態を示す側面図である。 図５におけるフレキシブルケーブルの前面を見た正面図である。 図５におけるフレキシブルケーブルの端子部を見た底面図である。 従来の検出器の断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。それらの図面において、同様の構成要素には同様の符号が付与されている。なお、以下の記載は、特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲や用語の意義等を限定するものではない。

図１〜図７を参照して、本発明の１つの実施形態の検出器について説明する。本実施形態の検出器は、回転体に連結された回転シャフトの角度位置をデジタル信号に変換して出力する光学式エンコーダである。図１は、本実施形態の例示的な検出器１の断面図である。

図１のように、本例の検出器１は、図示しない回転体、例えば、電動機の駆動軸又は電動機の駆動軸によって回転駆動される被駆動体に連結される回転シャフトＲＳと、回転シャフトＲＳの一端部に連結されたスリット円盤ＳＤと、スリット円盤ＳＤの上方に配置された回路基板２と、を備えている。本例の回転シャフトＲＳは、円盤状のハウジングＨによって回転軸線ＲＡ回りに回転可能に軸支されており、ハウジングＨには、上記の各部を覆うカバーＣＶが取り付けられている。そして、本例のカバーＣＶには、検出器１を外部機器と電気的に接続するためのコネクタＣＮが装着されている。このコネクタＣＮを以下ではカバー側コネクタＣＮと称することがある。図１のように、本例のカバーＣＶは上部が閉塞された円筒状の形態を有している。

図１のように、本例の検出器１は、スリット円盤ＳＤの下面に対向するようにハウジングＨに装着された発光部ＬＥと、スリット円盤ＳＤの上面に対向するように回路基板２に実装された受光部ＬＲと、をさらに備えている。本例の発光部ＬＥは、赤色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）又は赤外ＬＥＤのような発光素子を有しており、本例の受光部ＬＲは、フォトダイオード又はフォトトランジスタのような受光素子を有している。本例の回路基板２は、種々の電子部品及び集積回路、並びにそれらを接続する配線が実装されたプリント基板である。特に、本例の回路基板２には、上記の受光部ＬＲの他にもコネクタ３が実装されており、コネクタ３にはフレキシブルケーブル４が装着されている。以下では、回路基板２に実装されたコネクタ３を、上述したカバー側コネクタＣＮと区別するために、基板側コネクタ３と称する。本例の基板側コネクタ３及びフレキシブルケーブル４についてはさらに後述する。

本例の検出器１の動作時には、発光部ＬＥが、スリット円盤ＳＤの回転軸線ＲＡと概ね平行な光線をスリット円盤ＳＤに向かって発射する。スリット円盤ＳＤは、回転軸線ＲＡ回りの周方向に配列された複数のスリットを備えており、回転軸線ＲＡ回りの角度位置に応じて光線の透過と不透過を切り替えるようになっている。すなわち、発光部ＬＥからスリット円盤ＳＤに入射した光線は、スリット円盤ＳＤの角度位置に応じた明暗パターンを有する光パルスに変換される。そして、受光部ＬＲが、スリット円盤ＳＤを通過した光パルスを電気信号に変換して出力する。このようにして出力された電気信号に基づいて、スリット円盤ＳＤに連結された回転シャフトＲＳの角度位置及び回転速度等が検出される。

続いて、本実施形態の検出器１における基板側コネクタ３及びフレキシブルケーブル４について説明する。図２は、図１の検出器１における基板側コネクタ３の近傍を拡大して示す部分拡大図である。図２のように、本例のコネクタ３には、フレキシブルケーブル４の一方の端子部Ｔ１に対応する寸法の凹部３１が形成されており、この凹部３１には、フレキシブルケーブル４の端子部Ｔ１と電気的に接続される、図示しない金属端子部が設けられている。すなわち、本例のコネクタ３は、凹部３１に挿入されたフレキシブルケーブル４の端子部Ｔ１を挟持するようになっている。このようなコネクタは一般に挟持型コネクタと称される。

本例のフレキシブルケーブル４は、並列に配置された複数の平板状の導体を絶縁材料で被覆した薄型ケーブルである。このようなケーブルは一般にＦＦＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）と称される。本例のフレキシブルケーブル４は高い柔軟性を有しており、検出器１の内部構造に応じて任意の形状に曲げられうる。図２のように、上記の端子部Ｔ１を含むフレキシブルケーブル４の一方の先端部分４１には、フレキシブルケーブル４よりも高い剛性を有する補強部材５が取り付けられている。より具体的に、本例の補強部材５は、概ね直角に折り曲げられた平板状の形態を有していて、薄型のフレキシブルケーブル４の一方の幅広面に接着剤で張り付けられている。以下では、補強部材５が貼り付けられたフレキシブルケーブル４の幅広面を前面４Ｆということがある。また、フレキシブルケーブル４の他方の先端部分には、ハウジング側コネクタＣＮの図示しない金属端子部に接続される端子部Ｔ２が設けられている（図１参照）。本例の補強部材５について以下に詳細に説明する。

本例の補強部材５は、フレキシブルケーブル４の先端部分４１が基板側コネクタ３に挿入される途中で折り曲げられないようにフレキシブルケーブル４を補強する機能を有する。さらに、本例の補強部材５は、フレキシブルケーブル４の端子部Ｔ１と一緒に基板側コネクタ３の凹部３１に挿入されるので、挟持型の基板側コネクタ３によって挟持される被挟持部としての機能も有する。本例の補強部材５は、フレキシブルケーブル４と概ね等しい幅方向の寸法を有する。ここでいう幅方向とは、図１及び図２の紙面に垂直な方向を指している。ただし、本例の補強部材５は、フレキシブルケーブル４の先端部分４１が適切に補強される限りにおいて、フレキシブルケーブル４よりも小さい幅方向の寸法を有していてもよい。本例の補強部材５は、フレキシブルケーブル４よりも高い剛性を有する種々の樹脂材料又は金属材料から形成されうる。

図２のように、本例の補強部材５は、フレキシブルケーブル４の延在方向と交差する方向の折り線ＦＬに沿って折れ変形可能な折れ部５１を含んでいる。ここでいうフレキシブルケーブル４の延在方向とは、フレキシブルケーブル４が一方の端子部Ｔ１から他方の端子部Ｔ２に向かって延在する方向を指している。また、ここでいう折れ変形とは、補強部材５が折り線ＦＬに沿って折り曲げられることと、補強部材５が折り線ＦＬに沿って分断されることの双方を含む概念である。より具体的に、本例の折れ部５１は、フレキシブルケーブル４の延在方向に直交する方向の折り線ＦＬに沿って折れ変形可能である。そして、フレキシブルケーブル４の先端部分４１は、折れ変形後の折れ部５１の形状に沿って局部的に曲げられる。図２の例では、補強部材５の折れ部５１が概ね直角に折れ変形することによって、フレキシブルケーブル４の先端部分４１が概ね直角に曲げられている。このように、本例の補強部材５によると、基板側コネクタ３に装着されたフレキシブルケーブル４の先端部分４１の局部的な曲げが許容されるので、フレキシブルケーブル４に補強部材５が取り付けられる場合であっても検出器１の小型化、特に薄型化を実現できるようになる。

また、図２のように、本例の折れ部５１は薄肉の弱化部５２を含んでおり、本例の弱化部５２は、折り目ＦＬに沿って延びる切り込みの形態を有している。これにより、補強部材５の折れ部５１が折り線ＦＬに沿って容易に折れ変形しうる。ただし、本例の折れ部５１の弱化部５２は、図２のような切り込みとは異なる形態を有していてもよく、例えば、折り線ＦＬに沿って延びるミシン目の形態を有していてもよい。なお、本例の補強部材５はフレキシブルケーブル４の前面４Ｆに接着剤によって貼り付けられているので、図２のように、折れ部５１が折れ変形した後も補強部材５の大部分がフレキシブルケーブル４の前面４Ｆに接触した状態のまま保持される。

続いて、図３を参照して、本例による検出器１の製造方法について説明する。本例による検出器１の製造方法は、フレキシブルケーブル４を基板側コネクタ３に装着するケーブル装着工程を含んでいる。本例のケーブル装着工程では、先ず、フレキシブルケーブル４の端子部Ｔ１が、補強部材５と一緒に基板側コネクタ３の凹部３１に挿入される。図３は、フレキシブルケーブル４の端子部Ｔ１が基板側コネクタ３の凹部３１に挿入される前の状態を示す、図２と同様の断面図である。図３のように、フレキシブルケーブル４の端子部が基板側コネクタ３の凹部３１に挿入されるまでの間は、折れ部５１が折れ変形する前の状態、すなわち、一方向に延びる平板状にされた状態で保持される。これによりフレキシブルケーブル４の先端部分４１の折れ曲がりが防止されるので、フレキシブルケーブル４の端子部Ｔ１を基板側コネクタ３の凹部３１に確実に挿入できるようになる。図中の矢印Ａ３０は、本例のケーブル装着工程におけるフレキシブルケーブル４の挿入方向を示している。次いで、フレキシブルケーブル４の端子部Ｔ１の挿入が完了したら、折れ部５１が折れ変形させられるとともに、フレキシブルケーブル４の先端部分４１が折れ変形後の折れ部５１の形状に沿って局部的に曲げられる（図２参照）。これをもってケーブル装着工程が完了する。

なお、折れ部５１が切り込み状の弱化部５２を含む場合には、折れ変形後の折れ部５１が折り線ＦＬに沿って２つの部分に分断されうる。より具体的に、折れ変形後の折れ部５１は、フレキシブルケーブル４の端子部Ｔ１と一緒に基板側コネクタ３に挿入された挿入部分と、折り線ＦＬを挟んで挿入部分の反対側に位置する非挿入部分に分断されうる（図２参照）。しかしながら、本例のフレキシブルケーブル４と補強部材５は、両者の接触面の全体にわたって接着されているので、補強部材５が２つの部分に分断されたとしても、それらのうちの非挿入部分がフレキシブルケーブル４の前面４Ｆから脱落することはない。また、折れ変形後の折れ部５１が分断される場合には、基板側コネクタ３に挿入されたフレキシブルケーブル４の先端部分４１の曲げ形状を自由に変更できるので、検出器１の設計自由度が向上しうる。

続いて、本実施形態の検出器１における補強部材５の変形例について説明する。図４は、本例の補強部材５が適用された検出器１における基板側コネクタ３の近傍を示す、図２と同様の断面図である。図４のように、本例の補強部材５は、フレキシブルケーブル４の延在方向と交差する方向の複数の折り線ＦＬ１，ＦＬ２，ＦＬ３に沿って折れ変形可能な複数の折れ部５１１，５１２，５１３を含んでいる。より具体的に、本例の補強部材５は、フレキシブルケーブル４の延在方向と直交する方向の３つの折り線ＦＬ１，ＦＬ２，ＦＬ３に沿ってそれぞれ折れ変形可能な３つの折れ部５１１，５１２，５１３を含んでいる。そして、これら３つの折れ部５１１，５１２，５１３は、切り込み状の弱化部５２１，５２２，５２３をそれぞれ含んでいる。図４のように、本例の補強部材５によると、フレキシブルケーブル４の先端部分４１が３つの折れ部５１１，５１２，５１３の形状に沿って漸次的に曲げられるので、フレキシブルケーブル４の先端部分４１の曲率が比較的大きくなる。従って、本例の補強部材５によると、基板側コネクタ３に装着されたフレキシブルケーブル４の先端部分４１を容易に曲げることができる。さらに、本例の補強部材５によると、折り変形後の補強部材５とフレキシブルケーブル４の接触面積が増大しうるので、補強部材５がフレキシブルケーブル４の前面４Ｆから脱落することを防止できるようになる。

続いて、図４の補強部材５が適用された検出器１の製造方法について説明する。本例による検出器１の製造方法におけるケーブル装着工程では、先ず、補強部材５の折れ部分５１１，５１２，５１３を固定する一対の固定部材６，６が、補強部材５の両側部に取り付けられる。図５は、図４の補強部材５に固定部材６を取り付けた状態を示す側面図である。また、図６は、図５におけるフレキシブルケーブル４の前面４Ｆを見た正面図であり、図７は、図５におけるフレキシブルケーブル４の端子部Ｔ１を見た底面図である。図５〜図７から分かるように、一対の固定部材６，６の各々は、一方向に延在する長尺体の形態を有しており、その側面には、長尺体の延在方向に沿って延びる溝部６１が形成されている。そして、図７のように、本例の固定部材６の溝部６１は、補強部材５を貼り付けたフレキシブルケーブル４の側部に対応する寸法を有している。従って、固定部材６が補強部材５の側部に取り付けられると、補強部材５の側部がフレキシブルケーブル４の側部と一緒に固定部材６の溝部６１に嵌入させられる。これにより、補強部材５の折れ部５１１，５１２，５１３が折れ変形する前の状態、すなわち、固定部材６の延在方向に沿って延びる平板状にされた状態で固定される。

本例のケーブル装着工程では、次いで、フレキシブルケーブル４の端子部Ｔ１が基板側コネクタ３の凹部３１に挿入される。このとき、補強部材５の折れ部５１１，５１２，５１３は一対の固定部材６，６によって折れ変形しないように固定されているので、フレキシブルケーブル４の先端部分４１が折れ曲がることはない。従って、本例の固定部材６によると、フレキシブルケーブル４の端子部Ｔ１を基板側コネクタ３の凹部３１に確実に挿入できるようになる。次いで、フレキシブルケーブル４の端子部Ｔ１の挿入が完了したら、一対の固定部材６，６が補強部材５から取り外される。これによりフレキシブルケーブル４の先端部分４１の局部的な曲げが許容される。その後、補強部材５の折れ部５１１，５１２，５１３が折れ変形させられるとともに、フレキシブルケーブル４の先端部分４１が折れ変形後の折れ部５１１，５１２，５１３の形状に沿って局部的に曲げられる（図４参照）。これをもってケーブル装着工程が完了する。

本発明は、上記の実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で種々改変されうる。例えば、上記の実施形態では発光素子及び受光素子を用いた光学式エンコーダを例示したものの、本発明の検出器は、リング状の磁石を用いた光学式エンコーダのような他の種類の検出器であってもよい。また、本発明の検出器におけるフレキシブルケーブルの補強部材は、検出器に内蔵された種々の増幅回路及びインタフェース変換回路等にも適用されうる。さらに、本発明の検出器におけるフレキシブルケーブルの補強部材は、上記の実施形態における弱化部の代わりに、ヒンジのような機構部を含んでいてもよい。なお、上述した検出器１の各部の寸法、形状、材質等は一例にすぎず、本発明の効果を達成する目的のために多様な寸法、形状、材質等が採用されうる。

１ 検出器
２ 回路基板
３ 基板側コネクタ
４ フレキシブルケーブル
５ 補強部材
５１ 折れ部
５１１ 折れ部
５１２ 折れ部
５１３ 折れ部
５２ 弱化部
５２１ 弱化部
５２２ 弱化部
５２３ 弱化部
６ 固定部材
６１ 溝部
ＣＮ カバー側コネクタ
ＣＶ カバー
ＦＬ 折り線
ＦＬ１ 折り線
ＦＬ２ 折り線
ＦＬ３ 折り線
Ｈ ハウジング
ＬＥ 発光部
ＬＲ 受光部
ＲＡ 回転軸線
ＲＳ 回転シャフト
ＳＤ スリット円盤

Claims (7)

1. 回路基板と、前記回路基板に実装されたコネクタと、前記コネクタに挿入された端子部を有するフレキシブルケーブルと、を備える検出器であって、
   前記端子部を含む前記フレキシブルケーブルの先端部分に、前記フレキシブルケーブルの補強部材が取り付けられており、
   前記補強部材は、前記フレキシブルケーブルの前記先端部分の局部的な曲げを許容する折れ部を含む、検出器。
2. 前記折れ部が弱化部を含んでいる、請求項１に記載の検出器。
3. 前記弱化部は、前記補強部材に形成された切り込みである、請求項２に記載の検出器。
4. 前記補強部材が前記折れ部において分断されている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の検出器。
5. 前記補強部材が複数の前記折れ部を含んでいる、請求項１〜４のいずれか１つに記載の検出器。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の検出器の製造方法であって、
   前記フレキシブルケーブルの前記端子部を前記補強部材と一緒に前記コネクタに挿入し、
   前記フレキシブルケーブルの前記先端部分を前記折れ部に沿って局部的に曲げることを含む、検出器の製造方法。
7. 前記フレキシブルケーブルの前記先端部分が曲げられないように前記折れ部を固定する固定部材を前記補強部材に取り付け、
   前記フレキシブルケーブルの前記端子部を、前記固定部材を取り付けた前記補強部材と一緒に前記コネクタに挿入し、
   前記固定部材を前記補強部材から取り外し、
   前記フレキシブルケーブルの前記先端部分を、前記折れ部に沿って局部的に曲げる、請求項６に記載の検出器の製造方法。

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