JP2019138720A - エンコーダ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルの接続信頼性が高いエンコーダ基板を提供する。【解決手段】エンコーダ基板６０は、ロータの角度を検出するための磁界式の検出素子６４Ａとブラシとを保持する可撓性の絶縁基板７０から成る。そして、絶縁基板が、モータ軸に対して垂直方向に配置された基板面７０Ｇと、基板面の端部に設けられ、モータ軸方向に沿って基板面に対して直角に曲げられた対向する一対の検出素子の保持片７０ａ、７０ｂと、絶縁基板の端部に設けられ、モータ軸方向に沿って曲げられた対向する一対のブラシの保持片７０ｃ、７０ｄと、一対の検出素子の保持片に検出素子へ接続してそれぞれ設けられた信号パターン６８Ａ、６８Ｂと、一対のブラシの保持片にブラシへ接続してそれぞれ設けられた電源パターン６８Ｐ、６８Ｍと、基板面の端部に設けられ、信号パターンと電源パターンとが形成された外部出力用のケーブル片６２とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、直流モータのロータ角度を検出する磁界式の検出素子を保持するエンコーダ基板に関する。

特許文献１には、光方式のロータリーエンコーダ等の変位情報検出装置を構成する各要素のうち一部分をフレキシブル性のプリント板に実装し、該プリント板を折り曲げて筐体内に収納した小径の変位情報検出装置が開示されている。

特開平９−１２６８１７号公報

[特許文献１の課題]
特許文献１では、プリント板を折り曲げて筐体内に全て収納するため、外部への出力のためにコネクタ等を介してケーブルを接続する必要があり、モータ等の振動を発生する機器に適用した際に、接続信頼性が低下すると予想される。

本発明に係るエンコーダ基板は、ロータの角度を検出するための磁界式の検出素子とブラシとを保持する可撓性の絶縁基板から成る。そして、前記絶縁基板が、モータ軸に対して垂直方向に配置された基板面と、前記基板面の端部に設けられ、前記モータ軸方向に沿って前記基板面に対して直角に曲げられた対向する一対の検出素子の保持片と、前記絶縁基板の端部に設けられ、前記モータ軸方向に沿って曲げられた対向する一対のブラシの保持片と、前記一対の検出素子の保持片に前記検出素子へ接続してそれぞれ設けられた信号パターンと、前記一対のブラシの保持片に前記ブラシへ接続してそれぞれ設けられた電源パターンと、前記基板面の端部に設けられ、前記信号パターンと前記電源パターンとが形成された外部出力用のケーブル片とを有する。

[実施形態の効果]
本発明の実施形態によれば、エンコーダ基板が、信号パターンと電源パターンとの形成された外部出力用のケーブル片を有する。エンコーダ基板に対してコネクタ等を介してケーブルを接続する必要が無いため、ケーブルの接続信頼性が高い。また、ケーブルを接続するコネクタが不要であるため、ケーブルの実装コストを削減することができる。

図１（Ａ）は第１実施形態のエンコーダ基板を用いる直流モータの断面図であり、図１（Ｂ）はモータコイル基板の展開平面図であり、図１（Ｃ）はモータコイル基板の斜視図である。 図２（Ａ）は第１実施形態のエンコーダ基板の平面図であり、図２（Ｂ）はエンコーダ基板を折り畳んだ形状を示す側面図である。 図３（Ａ）は第２実施形態のエンコーダ基板を用いる直流モータの断面図であり、図３（Ｂ）は第２実施形態のエンコーダ基板の平面図である。

[第１実施形態]
図１（Ａ）は、第１実施形態のエンコーダ基板を用いる直流モータ１０の断面図である。直流モータ１０は、出力軸４６と金属製の筐体５０とケーブル片６２を有する。筐体５０内に、モータコイル基板２０から成る電機子（ロータ）３０と、磁石４８と、整流子５２と、＋極ブラシ６６Ｐを支持する支持桿６５Ｐ、−極ブラシ６６Ｍを支持する支持桿６５Ｍと、角度検出用磁石５６と、ホール素子６４とが収容される。支持桿６５Ｐ、６５Ｍ、ホール素子６４は、ケーブル片６２を備える第１実施形態のエンコーダ基板６０に支持される。ホール素子６４は、角度検出用磁石５６に対向する位置に配置される。

図１（Ｂ）はモータコイル基板の展開平面図であり、図１（Ｃ）は電機子３０を構成するモータコイル基板２０の斜視図である。
モータコイル基板２０は、可撓性を有するポリイミド製の絶縁基板２２にめっきパターンにより形成されたコイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に接続された整流子（モータ内部端子）５２と、コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に対応する位置に配置された角度検出用磁石５６とを有する。整流子（モータ内部端子）５２は、ブラシに対する耐摩耗性を有する金属板から成り、コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に接続されたコイルと同時に形成された図示されない接続配線上に配置される。モータコイル基板２０には、７個のコイルＣ１〜Ｃ７が配置されるが、図１（Ｂ）中には３個のコイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３のみ示される。図１（Ｃ）に示されるようにモータコイル基板２０は、周方向（モータの軸方向）に２．５回転巻かれている。

第１実施形態のモータコイル基板２０は、１の絶縁基板２２上にコイルと共に、整流子（モータ内部端子）５２及び角度検出用磁石５６を設けるため、構造が簡易であり、製造し易いという効果を有する。

図２（Ａ）は第１実施形態のエンコーダ基板６０の平面図であり、図２（Ｂ）はエンコーダ基板６０を折り畳んだ形状を示す側面図であり、図１（Ａ）は図２（Ｂ）中のエンコーダ基板のＡ１−Ａ１断面に対応する。エンコーダ基板６０は１枚の可撓性を有するポリイミド等の樹脂製の絶縁基板７０にめっきにより＋電源パターン６８Ｐ、−電源パターン６８Ｍ、信号パターン６８Ａ、６８Ｂが形成されている。＋電源パターン６８Ｐの一端には、図示されない電極が形成され、当該電極に＋極ブラシ６６Ｐを支持する支持桿６５Ｐが接続されている。＋電源パターン６８Ｐの他端側は、エンコーダ基板のケーブル片６２側に配置されている。同様に、−電源パターン６８Ｍの一端には、図示されない電極が形成され、当該電極に−極ブラシ６６Ｍを支持する支持桿６５Ｍが半田接続されている。−電源パターン６８Ｍの他端側は、エンコーダ基板のケーブル片６２側に配置されている。信号パターン６８Ａの一端には、図示されない電極が形成され、当該電極に第１ホール素子（磁界式検出素子）６４Ａが搭載されている。信号パターン６８Ａの他端側は、エンコーダ基板のケーブル片６２側に配置されている。同様に、信号パターン６８Ｂの一端には、図示されない電極が形成され、当該電極に第２ホール素子６４Ｂが搭載されている。信号パターン６８Ｂの他端側は、エンコーダ基板のケーブル片６２側に配置されている。

絶縁基板７０の中央には図１（Ａ）中に示されるように、モータ軸方向に対して垂直な方向に配置される基板面７０Ｇが形成されている。基板面７０Ｇの図２（Ａ）中で上端部、下端部に、基板面７０Ｇに対して曲げ線Ｌ１、Ｌ２で、モータ軸方向に沿って直角に曲げられる対向する一対のホール素子の保持片７０ａ、７０ｂが形成されている。ホール素子の保持片７０ａの図２（Ａ）中で左端部には、ホール素子の保持片７０ａに対して曲げ線Ｌ３で直角に曲げられることで、図２（Ｂ）中に示されるようにモータ軸方向に沿うように指向するブラシの保持片７０ｃが設けられている。ホール素子の保持片７０ｂの図２（Ａ）中で右端部には、ホール素子の保持片７０ｂに対して曲げ線Ｌ４で直角に曲げられることで、図２（Ｂ）中に示されるようにモータ軸方向に沿うように指向するブラシの保持片７０ｄが設けられている。基板面７０Ｇの右端部に設けられたケーブル片６２は、図１（Ａ）中に示されるようにロータ側とは反対側に曲げられることが可能であるが、基板面７０Ｇと同じく、モータ軸方向に対して垂直な方向に延びることも可能である。

そして、図１（Ａ）中に示されるように、エンコーダ基板６０の直角に曲がられた一対のホール素子の保持片７０ａ、７０ｂ、一対のブラシの保持片７０ｃ、７０ｄ、基板面７０Ｇはモータの筐体５０内に収容される。ケーブル片６２は、モータの筐体５０から外部へ延びるように配置される。

第１実施形態のエンコーダ基板６０は、信号パターン６８Ａ、６８Ｂと電源パターン６８Ｐ、６８Ｍとの形成された外部出力用のケーブル片６２を有する。エンコーダ基板に対してコネクタ等を介してケーブルを接続する必要が無いため、ケーブルの接続信頼性が高い。また、ケーブルを接続するコネクタが不要であるため、ケーブルの実装コストを削減することができる。絶縁基板７０に、ホール素子の保持片７０ａ、７０ｂ、ブラシの保持片７０ｃ、７０ｄ、ケーブル片６２を形成するため、製造コストを低減することができる。更に、第１実施形態のエンコーダ基板６０は、ロータを構成するモータコイル基板２０と同様なプリント配線板の製造工程で製造されるため、製造コストを低減することができる。

[第２実施形態]
図３（Ａ）は、第２実施形態のエンコーダ基板を用いる直流モータ１０の断面図である。直流モータ１０は、出力軸４６と金属製の筐体５０とケーブル片６２を有する。筐体５０内に、図示されない巻線コイルの配置された電機子（ロータ）３０と、磁石４８と、整流子５２と、＋極ブラシ６６Ｐを支持する支持桿６５Ｐ、−極ブラシ６６Ｍを支持する支持桿６５Ｍと、角度検出用磁石５６と、ホール素子６４とが収容される。支持桿６５Ｐ、６５Ｍ、ホール素子６４は、ケーブル片６２を備える第２実施形態のエンコーダ基板６０に支持される。

図３（Ｂ）は第２実施形態のエンコーダ基板６０の平面図である。エンコーダ基板６０は１枚の可撓性を有するポリイミド等の樹脂製の絶縁基板７０から成る。絶縁基板７０は第１面Ｆと第１面の裏面とを有する。
絶縁基板７０の裏面に、めっきパターンにより＋電源パターン６８Ｐ、−電源パターン６８Ｍ、＋給電パターン６８Ｐｐ、−給電パターン６８Ｍｍ、信号パターン６８Ａ、６８Ｂが形成されている。絶縁基板７０の第１面Ｆ側に、電極６８ＰＴと電極６８ＭＴが形成されている。電極６８ＰＴには＋極ブラシ６６Ｐを支持する支持桿６５Ｐが半田接続される。電極６８ＭＴには−極ブラシ６６Ｍを支持する支持桿６５Ｍが半田接続される。更に、絶縁基板７０の第１面Ｆ側に、第１ホール素子６４Ａを搭載する３個の端子６４ＡＴと、図示されない第２ホール素子を搭載する３個の端子６４ＢＴとが設けられている。電極６８ＰＴには、ビアホールＶＨを介して＋電源パターン６８Ｐの一端が接続される。電極６８ＭＴには、ビアホールＶＨを介して−電源パターン６８Ｍの一端が接続される。第１ホール素子搭載用の３個の端子６４ＡＴは、第１ホール素子への＋給電用の端子６４Ａｐ、−給電用の端子６４Ａｍ、信号出力用の端子６４Ａｔから成る。第２ホール素子搭載用の３個の端子６４ＢＴは、第２ホール素子への＋給電用の端子６４Ｂｐ、−給電用の端子６４Ｂｍ、信号出力用の端子６４Ｂｔから成る。＋給電パターン６８Ｐｐは、ビアホールＶＨを介して端子６４ＡＴ側の＋給電用の端子６４Ａｐに接続されると共に、ビアホールＶＨを介して第１面側に形成された＋給電パターン６８Ｐｐｆを通り、端子６４ＢＴ側の＋給電用の端子６４Ｂｐに接続される。−給電パターン６８Ｍｍは、ビアホールＶＨを介して第１面側に形成された＋給電パターン６８Ｍｍｆを通り、端子６４ＡＴ側の−給電用の端子６４Ａｍと端子６４ＢＴ側の−給電用の端子６４Ｂｍに接続される。信号パターン６８Ａは、ビアホールＶＨを介して第１面側に形成された信号パターン６８Ａｆを通り、端子６４ＡＴ側の信号出力用の端子６４Ａｔに接続される。信号パターン６８Ｂは、ビアホールＶＨを介して第１面側に形成された信号パターン６８Ｂｆを通り、端子６４ＢＴ側の信号出力用の端子６４Ｂｔに接続される。

絶縁基板７０の中央には図３（Ａ）中に示されるように、モータ軸方向に対して垂直な方向に配置される基板面７０Ｇが形成される。基板面７０Ｇの図３（Ｂ）中で右上端部、左下端部に、基板面７０Ｇに対してモータ軸方向に沿って直角に曲げられる端子６４ＡＴの形成されたホール素子の保持片７０ａ、端子６４ＢＴの形成されたホール素子の保持片７０ｂが設けられている。基板面７０Ｇの図３（Ｂ）中で左上端部、右下端部に、基板面７０Ｇに対してモータ軸方向に沿って直角に曲げられる電極６８ＰＴの形成されたブラシの保持片７０ｃと電極６８ＭＴの形成されたブラシの保持片７０ｄが設けられている。基板面７０Ｇの右端部に設けられたケーブル片６２は、図３（Ａ）中に示されるようにロータ側とは反対側に曲げられることが可能であるが、基板面７０Ｇと同じく、モータ軸方向に対して垂直な方向に延びることも可能である。

そして、図３（Ａ）中に示されるように、エンコーダ基板６０の直角に曲がられた一対のホール素子の保持片７０ａ、７０ｂ、一対のブラシの保持片７０ｃ、７０ｄ、基板面７０Ｇはモータの筐体５０内に収容される。ケーブル片６２は、モータの筐体５０から外部へ延びるように配置される。

第２実施形態のエンコーダ基板６０は、信号パターン６８Ａ、６８Ｂと給電パターン６８Ｐｐ、６８Ｍｍと電源パターン６８Ｐ、６８Ｍとの形成された外部出力用のケーブル片６２を有する。エンコーダ基板に対してコネクタ等を介してケーブルを接続する必要が無いため、ケーブルの接続信頼性が高い。また、ケーブルを接続するコネクタが不要であるため、ケーブルの実装コストを削減することができる。絶縁基板７０に、ホール素子の保持片７０ａ、７０ｂ、ブラシの保持片７０ｃ、７０ｄ、ケーブル片６２を形成するため、製造コストを低減することができる。

また、第２実施形態のエンコーダ基板６０は、ケーブル片６２において、信号パターン６８Ａ、６８Ｂが、給電パターン６８Ｐｐ、６８Ｍｍと電源パターン６８Ｐ、６８Ｍとに挟まれるように配置されているため、外部からのノイズの影響を受け難い。

１０ モータ
２０ モータコイル基板
５０ 筐体
６０ エンコーダ基板
６２ ケーブル片
７０ａ、７０ｂ ホール素子の保持片
７０ｃ、７０ｄ ブラシの保持片
６８Ａ、６８Ｂ 信号パターン
６８Ａ、６８Ｍ 電源パターン
７０Ｇ 基板面

Claims (6)

1. ロータの角度を検出するための磁界式の検出素子とブラシとを保持する可撓性の絶縁基板から成るエンコーダ基板であって、
   前記絶縁基板が、モータ軸に対して垂直方向に配置された基板面と、
   前記基板面の端部に設けられ、前記モータ軸方向に沿って前記基板面に対して直角に曲げられた対向する一対の検出素子の保持片と、
   前記絶縁基板の端部に設けられ、前記モータ軸方向に沿って曲げられた対向する一対のブラシの保持片と、
   前記一対の検出素子の保持片に前記検出素子へ接続してそれぞれ設けられた信号パターンと、
   前記一対のブラシの保持片に前記ブラシへ接続してそれぞれ設けられた電源パターンと、
   前記基板面の端部に設けられ、前記信号パターンと前記電源パターンとが形成された外部出力用のケーブル片とを有する。
2. 請求項１のエンコーダ基板であって、
   前記ブラシの保持片が、前記検出素子の保持片の端部に設けられ、前記モータ軸方向に沿って前記検出素子の保持片に対して直角に曲げられる。
3. 請求項１のエンコーダ基板であって、
   前記ブラシの保持片が、前記基板面の端部に設けられ、前記モータ軸方向に沿って前記基板面に対して直角に曲げられる。
4. 請求項３のエンコーダ基板であって、
   前記ケーブル片において、前記信号パターンが電源パターンに挟まれて配置されている。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１のエンコーダ基板であって、
   前記ブラシの保持片にブラシの植えられた導電性の支持桿が取り付けられ、前記支持桿が前記電源パターンに接続される。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１のエンコーダ基板であって、
   前記検出素子の保持片と前記ブラシの保持片はモータの筐体の内に収容され、
   前記ケーブル片は前記モータの筐体の外に引き出される。

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