JP4201941B2 - 回転角検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
制御用モータ、ロボットアーム、精密自動ステージ装置、プリンタ装置、指針式時計装置、指針式計器などに組み込む回転機構を制御するため、その動作回転角度または回転速度を精密に検出し、電気信号に変換するための一般にエンコーダと呼ばれる回転角検出装置に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
図６に従来の技術による回転角検出装置を示す。
一般にエンコーダと呼ばれる光学式回転角検出装置は、回転軸２１２に結合された回転円盤型のエンコーダ・スケール２０３と発光素子２０１と受光素子２０２の対を有する検出ヘッド部から構成される。エンコーダ・スケール２０３には回転角を検出するための放射状格子パターン２１８（グレーティング）がスリット状に描かれている。エンコーダ・スケール２１８には、エッチング法などでスリット状の加工を施された金属板か、フォト・リソグラフィ技術によって格子パターンを印刷された透明ガラス板等が用いられる。
【０００３】
発光素子２０１としては発光ダイオードや半導体レーザーが用いられる。受光素子２０２としてはフォト・ダイオードやフォト・トランジスタが用いられる。発光素子２０１から発せられた光はエンコーダ・スケール２０３のスリットを透過して受光素子２０２に達するように、発光素子２０１と受光素子２０２は互いに対抗して配置される必要がある。したがって、従来の技術においては、図に示すように、樹脂成型部材等の検出ヘッド部フレーム２３１を用いて発光素子２０１と受光素子２０２を指示・固定する構造となっていた。あるいは、それらの素子、エンコーダ・スケール、構成部材を金属または樹脂成型品の筐体に納める構造となっていた。
【０００４】
また、発光素子２０１、発光素子２０２への電源および信号出力のための配線として、素子に接続された金属製の端子をリード・ワイヤ２３２として筐体の外部へ引き出すか、あるいは素子に接続された金属製の端子にさらにフレキシブル配線基板を接合し、筐体外部へ引き出す構造となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転角検出装置の構造においては、樹脂性成型品または金属製の支持構造により、発光素子及び受光素子をそれぞれ対抗する配置となるように支持固定する構造となっているため、腕時計などの小型機器に組み込むための小型・薄型化には限界があり、さらに、樹脂または金属の筐体を製造するのに必要な金型は非常に高価であるため、製造のための初期投資額が大きく、コストダウンが困難であった。
【０００６】
また、従来の技術においては、図６のようにそれぞれのリード・ワイヤ２３２が同一平面上にない立体的配置となっているため、信号処理や制御を行うための電子回路基板へ接続するためには立体的な配線を行う必要があり、やはり小型化やコストダウンが困難であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
図１および図２に示すように、発光素子１０１と受光素子１０２を、ポリイミド樹脂層１０５と金属配線層１０６から成る１枚のフレキシブル配線基板１０４上に接続し、フレキシブル配線基板１０４の一部を曲げ起して、発光素子１０１と受光素子１０２が互いに対向する位置に配置することにより角度検出装置を構成する。
【０００８】
本来微小な素子である発光素子１０１および受光素子１０２を個別のパッケージに納めることなく、また個別のリード線などを付加することなく直接フレキシブル配線基板１０４上に設置することにより大幅な小型化が可能となる。また、フレキシブル配線基板１０４のマスクは、一般に、樹脂成型の金型に比べて安価であることから、初期投資額が小さくて済む。さらに、フレキシブル配線基板１０４以外の基板や配線材料を必要としない単純な構成のため、材料費および組立に要するコストを引き下げることが可能である。なお、発光素子１０１や受光素子１０２の動作において駆動回路や信号処理回路が必要な場合は、それら回路を集積した半導体集積回路１１２を同じフレキシブル配線基板１０４に接続することも可能であり、さらに、装置全体を小型化、低コスト化することが可能となる。
【０００９】
上記の構成の角度検出装置をサーボ・モータ、腕時計などの小型機器に組み込む場合は、図５に示すように、それら機器の軸受１２７などを支持するフレーム１２４または筐体内部に湾曲した前記フレキシブル配線基板１０４を挟みこむ構成とすればよく、角度検出装置を支持・固定するために特別にフレームまたは筐体を設ける必要はない。
【００１０】
なお、反射型の回転角検出装置を構成するには、発光素子１０１、受光素子１０２をフレキシブル配線基板１０４に並列に配置、接続すればよく、曲げ起こす必要はない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施例を示す。
実施例は発光素子１０１、受光素子１０２、フレキシブル配線基板１０４からなる。実施例においては発光素子１０１としては発光ダイオード（ＬＥＤ）、受光素子１０２としてはフォトトランジスタを用いた。フレキシブル配線基板１０４は、柔軟な材質であるポリイミド樹脂基板１０５、金属配線層１０６、絶縁保護層１０７からなる。発光素子１０１、受光素子１０２が接続される部分は金属配線層１０６を露出させるため、絶縁保護層１０７には窓が開けられている。
【００１２】
発光素子１０１および受光素子１０２は金属のリードフレーム１０８上に半導体素子を接合して作られている。そのリードフレームをフレキシブル配線基板１０４にリフローはんだで接続してある。発光素子１０１および受光素子１０２は、保護のため、透明封止材１０９にてモールドされている。なお、受光素子の感度を向上させるために、集光用のマイクロレンズ１１０を用いた。
【００１３】
発光素子１０１を駆動するための電子回路や受光素子１０２の信号を増幅・雑音成分除去し、演算処理を行うための電子回路が必要な場合がある。そのような場合、図２に示すように、発光素子１０１と受光素子１０２と、駆動回路、信号増幅回路、演算回路などを集積した半導体集積回路１１２を同じフレキシブル配線基板１０４上に接続すればよい。この方法により、他に余分な回路基板や配線部材を用いないで済むため、回転角検出装置を組み込んだ機器をさらに小型化し、低コスト化することも可能となる。
【００１４】
エンコーダ・スケール１０３は、その回転に伴って、発光素子１０１が発した光を断続し、受光素子１０２が受けるようにするため、金属板スリットまたはガラス板上の蒸着パターンとして格子状パターン１１８が刻まれている。
発光素子１０１が発した光がエンコーダ・スケール１０３を透過し、受光素子１０２が受けるために、素子どうしを対抗して配置するためには、図４に示すように、フレキシブル配線基板１０４に薄い金属板１１３などを裏打ちして張り付け、フレキシブル配線基板１０４を曲げ起して位置を固定することもできるが、図５に示すように、モータや歯車、またはエンコーダ・スケール１０３の軸受１２２を支持するフレーム１１４または筐体に挟みこみ、固定すればよい。固定の方法としては、フレーム１１４とフレキシブル配線基板１０４を接着するか、フレーム１１４に設けた突起とフレキシブル配線基板１０４に設けた穴部を組み合わせればよい。
【００１５】
図５は本発明の回転角検出装置を腕時計や計器等の情報表示装置の指針の回転角度を検出するために組み込んだ実施例である。指針１２５を回転するための軸１２２にエンコーダ・スケール１０３を取り付け、指針１２５の軸１２２の軸受を支持・固定するフレーム１１４（地板）の間隙に回転角検出装置の検出ヘッド部を挟みこみ、固定している。同様の方法により、時計装置のカレンダー機構や本発明により回転角検出装置の小型・薄型化が可能になり、内部空間の非常に小さい腕時計のような小型精密機器への組込みが可能となった。
【００１６】
【発明の効果】
回転角検出装置の検出ヘッド部を支持・固定するためのフレームまたは筐体、および余分な基板や配線部材が不要となり、薄型化、小型化が可能になり、コストダウンも可能となる。
さらに、フレキシブル配線基板に実装したことにより、量産用自動製造機械で用いられるテープ・リール形態での供給が可能となり、量産性が向上する。
【００１７】
また、従来の技術による回転角検出装置では大きすぎて組み込むことが困難であった超小型モータや腕時計であっても、本発明により回転角検出装置が薄型化、小型化されることにより、組み込むことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例
【図２】本発明の実施例
【図３】本発明の実施例
【図４】本発明の実施例
【図５】本発明の実施例
【図６】従来の技術による回転角検出装置
【符号の説明】
１０１ 発光素子
１０２ 受光素子
１０３ エンコーダ・スケール
１０４ フレキシブル配線基板
１０５ ポリイミド樹脂基板
１０６ 金属配線層
１０７ 絶縁保護層
１０８ リードフレーム
１０９ 透明封止材
１１０ マイクロ・レンズ
１１１ 金属配線
１１２ 半導体集積回路
１１３ 接続端子
１１８ 格子パターン
１２２ 回転軸
１２３ 金属板
１２４ フレーム
１２５ 指針
１２６ 文字盤
１２７ 軸受
２０１ 発光素子
２０２ 受光素子
２０３ エンコーダ・スケール
２０８ リードフレーム
２０９ 透明封止材
２１８ 格子パターン
２２２ 回転軸
２３１ 検出ヘッド部フレーム
２３２ リード・ワイヤ
２３３ 取り付けフランジ
【発明の属する技術分野】
制御用モータ、ロボットアーム、精密自動ステージ装置、プリンタ装置、指針式時計装置、指針式計器などに組み込む回転機構を制御するため、その動作回転角度または回転速度を精密に検出し、電気信号に変換するための一般にエンコーダと呼ばれる回転角検出装置に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
図６に従来の技術による回転角検出装置を示す。
一般にエンコーダと呼ばれる光学式回転角検出装置は、回転軸２１２に結合された回転円盤型のエンコーダ・スケール２０３と発光素子２０１と受光素子２０２の対を有する検出ヘッド部から構成される。エンコーダ・スケール２０３には回転角を検出するための放射状格子パターン２１８（グレーティング）がスリット状に描かれている。エンコーダ・スケール２１８には、エッチング法などでスリット状の加工を施された金属板か、フォト・リソグラフィ技術によって格子パターンを印刷された透明ガラス板等が用いられる。
【０００３】
発光素子２０１としては発光ダイオードや半導体レーザーが用いられる。受光素子２０２としてはフォト・ダイオードやフォト・トランジスタが用いられる。発光素子２０１から発せられた光はエンコーダ・スケール２０３のスリットを透過して受光素子２０２に達するように、発光素子２０１と受光素子２０２は互いに対抗して配置される必要がある。したがって、従来の技術においては、図に示すように、樹脂成型部材等の検出ヘッド部フレーム２３１を用いて発光素子２０１と受光素子２０２を指示・固定する構造となっていた。あるいは、それらの素子、エンコーダ・スケール、構成部材を金属または樹脂成型品の筐体に納める構造となっていた。
【０００４】
また、発光素子２０１、発光素子２０２への電源および信号出力のための配線として、素子に接続された金属製の端子をリード・ワイヤ２３２として筐体の外部へ引き出すか、あるいは素子に接続された金属製の端子にさらにフレキシブル配線基板を接合し、筐体外部へ引き出す構造となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転角検出装置の構造においては、樹脂性成型品または金属製の支持構造により、発光素子及び受光素子をそれぞれ対抗する配置となるように支持固定する構造となっているため、腕時計などの小型機器に組み込むための小型・薄型化には限界があり、さらに、樹脂または金属の筐体を製造するのに必要な金型は非常に高価であるため、製造のための初期投資額が大きく、コストダウンが困難であった。
【０００６】
また、従来の技術においては、図６のようにそれぞれのリード・ワイヤ２３２が同一平面上にない立体的配置となっているため、信号処理や制御を行うための電子回路基板へ接続するためには立体的な配線を行う必要があり、やはり小型化やコストダウンが困難であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
図１および図２に示すように、発光素子１０１と受光素子１０２を、ポリイミド樹脂層１０５と金属配線層１０６から成る１枚のフレキシブル配線基板１０４上に接続し、フレキシブル配線基板１０４の一部を曲げ起して、発光素子１０１と受光素子１０２が互いに対向する位置に配置することにより角度検出装置を構成する。
【０００８】
本来微小な素子である発光素子１０１および受光素子１０２を個別のパッケージに納めることなく、また個別のリード線などを付加することなく直接フレキシブル配線基板１０４上に設置することにより大幅な小型化が可能となる。また、フレキシブル配線基板１０４のマスクは、一般に、樹脂成型の金型に比べて安価であることから、初期投資額が小さくて済む。さらに、フレキシブル配線基板１０４以外の基板や配線材料を必要としない単純な構成のため、材料費および組立に要するコストを引き下げることが可能である。なお、発光素子１０１や受光素子１０２の動作において駆動回路や信号処理回路が必要な場合は、それら回路を集積した半導体集積回路１１２を同じフレキシブル配線基板１０４に接続することも可能であり、さらに、装置全体を小型化、低コスト化することが可能となる。
【０００９】
上記の構成の角度検出装置をサーボ・モータ、腕時計などの小型機器に組み込む場合は、図５に示すように、それら機器の軸受１２７などを支持するフレーム１２４または筐体内部に湾曲した前記フレキシブル配線基板１０４を挟みこむ構成とすればよく、角度検出装置を支持・固定するために特別にフレームまたは筐体を設ける必要はない。
【００１０】
なお、反射型の回転角検出装置を構成するには、発光素子１０１、受光素子１０２をフレキシブル配線基板１０４に並列に配置、接続すればよく、曲げ起こす必要はない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施例を示す。
実施例は発光素子１０１、受光素子１０２、フレキシブル配線基板１０４からなる。実施例においては発光素子１０１としては発光ダイオード（ＬＥＤ）、受光素子１０２としてはフォトトランジスタを用いた。フレキシブル配線基板１０４は、柔軟な材質であるポリイミド樹脂基板１０５、金属配線層１０６、絶縁保護層１０７からなる。発光素子１０１、受光素子１０２が接続される部分は金属配線層１０６を露出させるため、絶縁保護層１０７には窓が開けられている。
【００１２】
発光素子１０１および受光素子１０２は金属のリードフレーム１０８上に半導体素子を接合して作られている。そのリードフレームをフレキシブル配線基板１０４にリフローはんだで接続してある。発光素子１０１および受光素子１０２は、保護のため、透明封止材１０９にてモールドされている。なお、受光素子の感度を向上させるために、集光用のマイクロレンズ１１０を用いた。
【００１３】
発光素子１０１を駆動するための電子回路や受光素子１０２の信号を増幅・雑音成分除去し、演算処理を行うための電子回路が必要な場合がある。そのような場合、図２に示すように、発光素子１０１と受光素子１０２と、駆動回路、信号増幅回路、演算回路などを集積した半導体集積回路１１２を同じフレキシブル配線基板１０４上に接続すればよい。この方法により、他に余分な回路基板や配線部材を用いないで済むため、回転角検出装置を組み込んだ機器をさらに小型化し、低コスト化することも可能となる。
【００１４】
エンコーダ・スケール１０３は、その回転に伴って、発光素子１０１が発した光を断続し、受光素子１０２が受けるようにするため、金属板スリットまたはガラス板上の蒸着パターンとして格子状パターン１１８が刻まれている。
発光素子１０１が発した光がエンコーダ・スケール１０３を透過し、受光素子１０２が受けるために、素子どうしを対抗して配置するためには、図４に示すように、フレキシブル配線基板１０４に薄い金属板１１３などを裏打ちして張り付け、フレキシブル配線基板１０４を曲げ起して位置を固定することもできるが、図５に示すように、モータや歯車、またはエンコーダ・スケール１０３の軸受１２２を支持するフレーム１１４または筐体に挟みこみ、固定すればよい。固定の方法としては、フレーム１１４とフレキシブル配線基板１０４を接着するか、フレーム１１４に設けた突起とフレキシブル配線基板１０４に設けた穴部を組み合わせればよい。
【００１５】
図５は本発明の回転角検出装置を腕時計や計器等の情報表示装置の指針の回転角度を検出するために組み込んだ実施例である。指針１２５を回転するための軸１２２にエンコーダ・スケール１０３を取り付け、指針１２５の軸１２２の軸受を支持・固定するフレーム１１４（地板）の間隙に回転角検出装置の検出ヘッド部を挟みこみ、固定している。同様の方法により、時計装置のカレンダー機構や本発明により回転角検出装置の小型・薄型化が可能になり、内部空間の非常に小さい腕時計のような小型精密機器への組込みが可能となった。
【００１６】
【発明の効果】
回転角検出装置の検出ヘッド部を支持・固定するためのフレームまたは筐体、および余分な基板や配線部材が不要となり、薄型化、小型化が可能になり、コストダウンも可能となる。
さらに、フレキシブル配線基板に実装したことにより、量産用自動製造機械で用いられるテープ・リール形態での供給が可能となり、量産性が向上する。
【００１７】
また、従来の技術による回転角検出装置では大きすぎて組み込むことが困難であった超小型モータや腕時計であっても、本発明により回転角検出装置が薄型化、小型化されることにより、組み込むことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例
【図２】本発明の実施例
【図３】本発明の実施例
【図４】本発明の実施例
【図５】本発明の実施例
【図６】従来の技術による回転角検出装置
【符号の説明】
１０１ 発光素子
１０２ 受光素子
１０３ エンコーダ・スケール
１０４ フレキシブル配線基板
１０５ ポリイミド樹脂基板
１０６ 金属配線層
１０７ 絶縁保護層
１０８ リードフレーム
１０９ 透明封止材
１１０ マイクロ・レンズ
１１１ 金属配線
１１２ 半導体集積回路
１１３ 接続端子
１１８ 格子パターン
１２２ 回転軸
１２３ 金属板
１２４ フレーム
１２５ 指針
１２６ 文字盤
１２７ 軸受
２０１ 発光素子
２０２ 受光素子
２０３ エンコーダ・スケール
２０８ リードフレーム
２０９ 透明封止材
２１８ 格子パターン
２２２ 回転軸
２３１ 検出ヘッド部フレーム
２３２ リード・ワイヤ
２３３ 取り付けフランジ
Claims (5)
- 互いに対向して設置された発光素子と受光素子の対を有する検出ヘッド部と、円盤形状のエンコーダ・スケールを有する透過型光学式回転角検出装置において、
樹脂基板と金属配線層から成る１枚のフレキシブル配線基板上に、前記発光素子と前記受光素子がともに接続されており、前記フレキシブル配線基板の一部を曲げ起して、前記発光素子と前記受光素子が互いに対向する位置に配置したことを特徴とする回転角検出装置。 - 前記発光素子を駆動するための電子回路と、前記受光素子の出力する信号を増幅または雑音成分除去または演算処理などを行う半導体集積回路とを、前記フレキシブル配線基板に設置し接続したことを特徴とする請求項１の回転角検出装置。
- 機械的な指針の表示回転角度によって時刻を表示する時計装置において、前記指針を駆動する回転軸に接続された歯車またはエンコーダ・スケールの回転角度を請求項１または請求項２の角度検出装置を用いて検出することにより前記指針の表示回転角度を制御することを特徴とする時計装置。
- 回転円盤の表示回転角度によって日付等を表示するカレンダー機構を有する時計装置において、前記回転円盤に刻まれた歯車パターン、または、前記回転円盤に接続された歯車またはエンコーダ・スケールの回転角度を請求項１または請求項２の角度検出装置を用いて検出することにより前記指針の表示回転角度を制御することを特徴とする時計装置。
- 機械的な指針の表示回転角度によって電圧、電流、圧力などの物理量を表示する情報表示装置において、前記指針を駆動する回転軸に接続された歯車またはエンコーダ・スケールの回転角度を請求項１または請求項２の角度検出装置を用いて検出することにより前記指針の表示回転角度を制御することを特徴とする情報表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32819199A JP4201941B2 (ja) | 1999-11-18 | 1999-11-18 | 回転角検出装置 |
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| JP32819199A JP4201941B2 (ja) | 1999-11-18 | 1999-11-18 | 回転角検出装置 |
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| JP2001141433A JP2001141433A (ja) | 2001-05-25 |
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ID=18207489
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|---|---|---|---|
| JP32819199A Expired - Fee Related JP4201941B2 (ja) | 1999-11-18 | 1999-11-18 | 回転角検出装置 |
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| JPH11132792A (ja) * | 1997-10-31 | 1999-05-21 | Yaskawa Electric Corp | 多回転型アブソリュートエンコーダ |
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1999
- 1999-11-18 JP JP32819199A patent/JP4201941B2/ja not_active Expired - Fee Related
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