JP3763706B2

JP3763706B2 - 光学式エンコーダ

Info

Publication number: JP3763706B2
Application number: JP20047999A
Authority: JP
Inventors: 弘明臼井; 雄二松添; 伸彦辻; 光悦藤田; 泰光長坂
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd; Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd; Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: JP2001027551A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品が搭載された回路基板と発光素子とを絶縁して保持する一体型ホルダを備える光学式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来技術による光学式エンコーダの断面図の一例を示す。この図６の紙面右側にモータなどの回転体のシャフトが配置される。図６において、図示例の光学式エンコーダは、エンコーダの本体であるボディ61に２個以上のベアリング12を介して取り付けられる中空軸15と、この中空軸15に取り付けられこの外周部分に光を遮光・透過するスリット22a を有する回転スリット板22と、エンコーダのボディ61内に配置される筒状の発光素子ホルダ62と、回転スリット板22のスリット22a部を照明する位置に発光素子ホルダ62内に配置される発光素子21と、回転スリット板22のスリット22aを介して発光素子21の光軸方向の予め定められた位置に配置される受光素子23と、受光素子23およびこの信号処理回路を形成する電子部品43を搭載する第１回路基板41と、スペーサ63を介して第１回路基板41と絶縁をとり、その他の電子部品44を搭載する第２回路基板42と、を備えて構成される。
【０００３】
かかる構成において、図示省略されたモータなどの回転体のシャフトの結合部が中空軸15の中空部16に挿入・結合され、回転体の回転によって回転スリット板22が回る。この回転スリット板22の外周部分に取り付けられ光を遮光・透過するスリット22a を介して、発光素子21からの光が第１回路基板41に搭載されている受光素子23によって回転角が読み取られ、信号処理回路で解読されて回転角をディジタル値に変換することができる。
【０００４】
近年、この様な光学式エンコーダは、高性能化、小型化およびインテリジェント化に伴い、従来技術よりも小さな回路基板上に中央処理装置CPU や特定用途集積回路ASICなどの大型集積回路を搭載する必要が生じている。このため、第１回路基板41だけでは、この様な電子部品を実装することが困難となり、スペーサ63を介して第２回路基板42が搭載される。
【０００５】
また、発光素子21は、光学式エンコーダのボディ61が通常金属製であるので、このボディ61との絶縁を確保するために、例えば、プラスチックなどの絶縁材料の発光素子ホルダ62の中に収納して構成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この様に、従来技術による光学式エンコーダでは、２つの回路基板を組み込む必要があり、第１回路基板と第２回路基板との間にスペーサを追加することが必須の要件となる。この結果、部品点数の増加や組み立て工数の増加によるコスト
高、および、スペーサによる耐振動性の低下などの問題がある。
【０００７】
本発明は上記の点にかんがみてなされたものであり、その目的は前記した課題を解決して、発光素子の位置決めと第２回路基板とを１つの構造体で保持する絶縁ホルダを構成することにより、エンコーダボディとの組み立てを簡略化し、部品点数や工数の削減ができる、信頼性の高い光学式エンコーダを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明においては、回転軸を回転自在に支持するボディと、前記回転軸に結合された回転スリット板と、前記回転スリット板に対向する位置で受光素子を搭載した第１回路基板と、この第１回路基板から予め定められた間隔をおいて配備される第２回路基板と、前記受光素子に前記回転スリット板を間に介して光を照射する発光素子と、この発光素子と前記第２回路基板とを共通に保持するホルダとを設け、このホルダを介して前記発光素子および第２回路基板を前記ボディに取り付けることを特徴とするものとする。
かかる構成により、第１回路基板と第２回路基板との間のスペーサを不要とすることができる。
【０００９】
また、ホルダは、少なくとも１個の発光素子を固定するための発光素子格納部と、エンコーダのボディへの取り付け部と、第２回路基板取り付け部を有する少なくとも２つのスペーサ部と、を備えて構成され、この材質は電気的絶縁体から構成することができる。
【００１０】
また、ホルダは、ドーナッツ状の円盤と、この円盤上に垂直に取り付けられる円筒状あるいは角形筒状の発光素子格納部と、この円盤上に設けられるエンコーダボディへの取り付け穴と、円盤の外周部に沿って円盤と垂直に配置される平板状体からなり、円盤の中心軸側に向けてその先端部に第２回路基板取り付け溝を有する少なくとも２つのスペーサ部と、を備えて構成することができる。
【００１１】
また、ホルダのスペーサ部が第２回路基板を取り付ける構造は、スペーサ部の取り付け溝構造に代わって、スペーサ部の端部に、外側から円盤の中心軸側に向けて傾斜部を有する爪部と、スペーサ部の平板状体の根元あるいは途中より接続され、この平板状体の両側面に平板状体と垂直にかつ平行に、爪部の内面より第２回路基板の板厚相当分の高さを低くした平行板と、を備えることができる。
【００１２】
かかる構成により、第１回路基板と第２回路基板との間の接続をコネクタを介して挿入接続することが、第２回路基板を第１回路基板側へ挿入することによって容易にできる。
【００１３】
また、第２回路基板は、ホルダのスペーサ部の第２回路基板取り付け部に対応する位置にスペーサ部の平板状体を避けるための切り欠き部を備えることができる。
かかる構成により、第２回路基板は、エンコーダボディとして許容される一杯の外径まで電子部品を搭載できる空間を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例としての光学式エンコーダの構造図、図２は一実施例のホルダの斜視図、図３は発光素子とホルダとエンコーダボディとの取り付け方法を説明する説明図、図４は第２回路基板の実装方法を説明する説明図、図５は他の実施例としてのホルダスペーサ部の構造図であり、図６に対応する同一部材には同じ符号が付してある。
【００１５】
図１において、本発明による回転角を検出しディジタル量に変換する光学式エンコーダは、エンコーダのボディ11に２個以上のベアリング12を介して取り付けられる中空軸15と、この中空軸15に取り付けられ外周部に光を遮光・透過させるスリット部22a を有する回転スリット板22と、この回転スリット板22から予め定められた間隔をおいて配備されスリット部22a を透過する光を受光する受光素子23と、この受光素子23および光学式エンコーダの電子部品の一部43を搭載する第１回路基板41と、この第１回路基板41から予め定められた間隔をおいて配備され，その他の電子部品44を搭載する第２回路基板42と、スリット部22a の一部を照射しこの透過光を受光素子23で検出できる位置関係に配備される発光素子21と、この発光素子21と第２回路基板42とを１つの構造体で保持するホルダ３(3A,3B)と、を備えて構成される。
【００１６】
かかる構成において、図示省略されたモータなどの回転体のシャフトの結合部を中空軸15の中空部16に挿入・結合することによって、回転体の回転を回転スリット板22に伝達することができる。この回転スリット板22の外周部分には、複数トラックにわたり光を遮光・透過するスリット22a が予め定められたパターンで形成されている。この結果、回転体の回転角は以下の様に検出することができる。即ち、発光素子21からの光は、回転スリット板22のスリット22a 部分を複数トラックにわたり予め定められたパターン幅の範囲を照光し、このスリット22a を透過する複数トラック分のスリット光パターンを第１回路基板41に搭載されている受光素子23で読み取り、このスリット22a が有する透過光パターンを信号処理回路で解読することにより、回転角を検出し、この回転角をディジタル値に変換することができる。
【００１７】
そして光学式エンコーダの高性能化、小型化およびインテリジェント化に伴い、小さな回路基板上に中央処理装置CPU や特定用途集積回路ASICなどの大型集積回路が第１回路基板41や第２回路基板42に搭載される。本発明によれば、発光素子21と第２回路基板42は、１つの構造体で保持するスペーサ機能を有し電気的に絶縁されたホルダ３(3A,3B) を用いてエンコーダのボディ11に組み立てることができ、構造が簡単になり、低コスト化、信頼性の向上を図ることができる。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
図１の(B)はこの光学式エンコーダを中空軸15側より見た平面図であり、図１の(A)は上記実施の形態で説明した光学式エンコーダのＡ−Ａ断面図であり、図１による光学式エンコーダの重複説明は省略する。尚ここでＡ−Ａ断面図の意味は、図示簡便化のため光学式エンコーダの中心軸と発光素子21の格納部34を通り、位置3a,3b にあるスペーサ部32を同一平面上に展開した状態を図示しており、このＡ−Ａ断面図の表示法は、図１、３、４に採用している。
【００１９】
図２は、本発明によるスペーサ機能を有し電気的に絶縁されたホルダ３(3A)の一実施例を示す。図２において、図示例のホルダ3Aは、電気的絶縁体から構成され、少なくとも１個の発光素子21, 例えば発光ダイオードLED 21, を固定するための発光素子格納部34と、エンコーダボディ11への取り付け部31として図示例では取り付け穴31a,31b,31c と、第２回路基板42の取り付け部として溝36を有し、図示例では取り付け部31の周辺位置3a,3b,3cに配置される３つのスペーサ部32が図示されているが、少なくとも２つのスペーサ部32と、を備えて構成される。
【００２０】
また、このホルダ3Aは、取り付け部31としてドーナッツ状に形成された円盤31と、この円盤31上に垂直に取り付けられる図示例では円筒状が図示されているが, 発光素子21の形状により円筒状あるいは角形筒状の発光素子格納部34と、この円盤31上に設けられるエンコーダのボディ11への取り付け穴31a,31b,31c と、円盤31の外周部に沿って位置3a,3b,3cに円盤31と垂直に配置される平板状体（スペーサ）32とからなり円盤31の中心軸側に向けてその先端部35に第２回路基板42を取り付ける溝36を有する少なくとも２つのスペーサ部32と、を備えて構成することができる。このスペーサ部32は、スペーサ部32の幅を広げることにより２つのスペーサ部32で第２回路基板42を保持することができる。しかし、一実施例では、より幅の狭いスペーサ部32を３個設けることにより、より安定に第２回路基板42を保持することができる。図示例ではその意味で３個のスペーサ部32を有するホルダ3Aが図示されている。
【００２１】
次に、エンコーダのボディ11とホルダ3Aとの組立を説明する。図３において、図３の(A) には、従来技術と同様に、エンコーダのボディ11に２個のベアリング12を介して取り付けられる中空軸15と、この中空軸15に取り付けられ外周部に光を遮光・透過させるスリット部22a を有する回転スリット板22と、この回転スリット板22から予め定められた間隔をおいて配備されスリット部22a を透過する光を受光する受光素子23と、この受光素子23および光学式エンコーダの電子部品の一部43を搭載する第１回路基板41と、が組み立てられた状態を図示する。また、図３の(B) には、上述のホルダ3Aと、このホルダ3Aの格納部34に固定された発光素子（例えば、LED)21が図示されている。
【００２２】
かかる構成において、図３の(B) に図示されるホルダ3Aが点線の矢印の方向に移動し、エンコーダのボディ11の端部に構成された溝11a に嵌め込まれる。そして、取り付け穴31a,31b,31c を介してボディ11とネジ止めすることにより固定することができる。
【００２３】
次に、図４により図３に図示した状態に第２回路基板42の取り付け方法を説明する。図４において、図４の(A) は図３で説明した組み立てられた状態を図示する。この状態に、図４の(B) に図示する第２回路基板42が、図示例では左側より挿入され、ホルダ3Aの溝36に嵌め込まれる。
【００２４】
また、図４の(C) は第２回路基板42を左側より見た平面図を図示し、例えば、電子部品44A は特定用途集積回路ASICなどを示し、中小規模集積回路MSI,SSI の数十個相当分の回路機能を１個のASICに取り纏めることができ、電子回路の小型化に寄与することができる。
【００２５】
また、第２回路基板42の周辺部に、切り欠き部42a,42b,42c を備えることができる。この切り欠き部42a,42b,42cは、ホルダ3Aのスペーサ部32の第２回路基板取り付け部（溝36）に対応する位置に、ホルダ3Aのスペーサ部32の平板状体を避けるように形成される。
【００２６】
かかる構成により、第２回路基板42は、エンコーダボディ11として許容される一杯の外径まで電子部品を搭載できる空間、あるいは、第２回路基板42の回路配線に利用できる空間を得ることができる。特定用途集積回路ASICは、一般的には中央処理装置CPU の周辺の中小規模集積回路MSI,SSI で制御される回路あるいはその他の回路などを一体化して取り纏めたものであるので、通常非常に多くの回路配線を必要とし、この配線空間は極めて重要な空間となる。
（実施例２）
図５により、第２の実施例としてのホルダ3Bのスペーサ部33を説明する。図５において、ホルダ3Bのスペーサ部33が第２回路基板42を取り付ける構造は、スペーサ部32の取り付け溝36に代わって、スペーサ部33の端部35に、外側から円盤の中心軸側に向けて傾斜部38を有する爪部37と、スペーサ部33の平板状体33A の根元あるいは途中より接続され、この平板状体33A の両側面に平板状体33A と垂直にかつ平行に、爪部37の内面より第２回路基板42の板厚ｈ相当分の高さを低くした平行板39と、を備えて構成される。
【００２７】
かかる構成により、第２回路基板42を第１回路基板41側へ押し込むことにより、第２回路基板42の切り込み部42a,42b,42c が平板状体33A の弾性を利用して、傾斜部38を押し広げ、第２回路基板42を平行板39の頂上部に押し当て、爪部37で第２回路基板42を挟み込むことにより固定することができる。特に、第１回路基板と第２回路基板との間の接続をコネクタを介して挿入接続することが、第２回路基板を第１回路基板側へ挿入することによって容易にできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の光学式エンコーダによれば、発光素子の位置決めと第２回路基板とを１つの構造体で保持する絶縁ホルダを構成することにより、エンコーダボディとの組み立てを簡略化し、部品点数や工数の削減ができる、信頼性の高い光学式エンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての光学式エンコーダの構造図
【図２】一実施例のホルダの斜視図
【図３】発光素子とホルダとエンコーダボディとの取り付け方法を説明する説明図
【図４】第２回路基板の実装方法を説明する説明図
【図５】他の実施例としてのホルダスペーサ部の構造図
【図６】従来技術による光学式エンコーダの構造図
【符号の説明】
11,61 ボディ
12 ベアリング
15 中空軸
16 中空
21 発光素子
22 回転スリット板
22a スリット部
23 受光素子
３,3A,3B ホルダ
31 円盤
3a,3b,3c 位置
31a,31b,31c 取り付け穴
32,33 スペーサ部
34 格納部
35 端部
36 溝
37 爪部
38 傾斜部
39 平行板
41 第１回路基板
42 第２回路基板
42a,42b,42c 切り欠き部
43,44 電子部品
62 発光素子ホルダ
63 スペーサ
ｈ板厚

Claims

回転軸を回転自在に支持するボディと、前記回転軸に結合された回転スリット板と、前記回転スリット板に対向する位置で受光素子を搭載した第１回路基板と、この第１回路基板から予め定められた間隔をおいて配備される第２回路基板と、前記受光素子に前記回転スリット板を間に介して光を照射する発光素子と、この発光素子と前記第２回路基板とを共通に保持するホルダとを設け、このホルダを介して前記発光素子および第２回路基板を前記ボディに取り付けることを特徴とする光学式エンコーダ。
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
ホルダは、少なくとも１個の発光素子を固定するための発光素子格納部と、ボディへ取り付けるためのボディ取り付け部と、第２回路基板を取り付けるための第２回路基板取り付け部を有する少なくとも２つのスペーサ部とを備えて構成され、この材質は電気的絶縁体から構成することを特徴とする光学式エンコーダ。
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
ホルダは、ドーナッツ状の円盤と、この円盤上に垂直に取り付けられる円筒状あるいは角形筒状の発光素子格納部と、この円盤上に設けられるエンコーダ本体の取り付け穴と、円盤の外周部に沿って円盤と垂直に配置される平板状体からなり、円盤の中心軸側に向けてその先端部に第２回路基板取り付け溝を有する少なくとも２つのスペーサ部とを備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
請求項３に記載の光学式エンコーダにおいて、
ホルダのスペーサ部が第２回路基板を取り付ける構造は、スペーサ部の取り付け溝構造に代わって、スペーサ部の端部に、外側から円盤の中心軸側に向けて傾斜部を有する爪部と、スペーサ部の平板状体の根元あるいは途中より接続され、この平板状体の両側面に平板状体と垂直にかつ平行に、爪部の内面より第２回路基板の板厚相当分の高さを低くした平行板とを備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
請求項１ないし請求項４のいずれかの項に記載の光学式エンコーダにおいて、第２回路基板は、ホルダのスペーサ部の第２回路基板取り付け部に対応する位置にスペーサ部の平板状体を避けるための切り欠き部を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。