JP5316245B2 - エンコーダ - Google Patents

Description

この発明はロボット，工作機械などに適用のサーボモータに装着して使用するロータリー型のエンコーダに関し、詳しくはエンコーダのベース部に搭載したプリント基板の支持構造に係わる。

モータの回転軸回転数，回転角度を検出するロータリーエンコーダとして、モータのケーシングに取付けたエンコーダのベース部に、モータの回転軸に連結するエンコーダ回転体、および該回転体のパターン情報を検出する検出回路のプリント基板を搭載した構成のものが知られており（例えば、特許文献１参照）、その構成概要を図４に示す。

図４において、１はサーボモータ、２はサーボモータ１の回転軸（反負荷側）１ａに連結してモータケーシングに装着したエンコーダであり、このエンコーダ２の本体はベース部３にエンコーダ回転体４、およびプリント基板５を組み付けた構成になる。

ここで、ベース部３は上下端面を開口した外形が円筒形状になるモールド樹脂成形品で、その内側の中段には中央部分が開口した中仕切壁３ａが形成されており、この中仕切壁３ａを境にその下側にはエンコーダ回転体４を収容配置し、上側域にはプリント基板５が後記のように固定支持されている。

また、エンコーダ回転体４は、モータ１の回転軸１ａに連結されるハブ４ａに所定の光学スリットパターンを形成したスリット円板（符号板）４ｂが接合された構成になる。なお、エンコーダ回転体４の支持構造については、ベース部３と分離してモータ１の回転軸１ａに直接連結するか、あるいは軸受（不図示）を介してベース部３に支持される。

一方、プリント基板５には、前記スリット円板４ｂを挟んでその下側に配置した発光素子６と対峙する位置に実装した受光素子（信号検出器）７、および受光素子７で検出したパターン情報を基にモータ回転軸１の回転数，回転角度を演算して外部に出力する検出回路が形成されており、このプリント基板５は、図示のように基板の周縁をベース部３の上端面に重ねてネジ止め，接着などにより固定支持されている。なお、受光素子７の光軸に合わせてベース部３の中仕切壁３ａには導光穴が開口されている。また、８はエンコーダ回転体４への塵埃侵入を防ぐようにベース部３の中仕切壁３ａに敷設したシール部材であり、このシール部材に電磁シールド機能を持たせてプリント基板５をモータ側からの外来ノイズから防護するようにしたものもある。図４では、発光素子６と受光素子７をスリット円板４ｂを挟んで対峙する位置に実装しているが、反射型のスリット円板を採用し、発光素子６と受光素子７を近接してプリント基板５に配置したもの（不図示）もある。

なお、上記エンコーダの機能，動作については周知であり、ここではその説明は省略する。

一方、前記のようにエンコーダ２をサーボモータ１に装着して使用する場合には、モータの回転による振動や、モータが設置されている装置側からの振動がエンコーダに伝播し、その振動の影響でエンコーダの検出精度が低下するなどの問題があることから、その防振対策として、モータの回転軸とエンコーダ回転体の間に振動を吸収する軸カップリングを挿入してモータ回転軸からの伝達振動を低減するようにしたもの（例えば、特許文献２参照）や、モータケーシングからの伝達振動を低減するために、エンコーダ本体をモータケーシングに取付けたハウジングに収容し、防振ばね部材（板ばね）を介して支持するようにしたもの（例えば、特許文献３参照）が知られている。

特開２００８−２９６９号公報（図１） 特開２００５−２６１１２１号公報 特開平９−２４３４０９号公報（図１）

ところで、図４に示した構成のエンコーダ２においては、検出精度を確保する上で、モータ１から加わる振動の影響を大きく受けるのは信号検出器（受光素子７）を搭載したプリント基板５であり、モータ側から伝播する振動によりプリント基板５に生じた振動の振幅が大きくなると、前記受光素子７とスリット円板４ｂとの間に相対変位が生じてパターンを高精度に検出することができなくなる。この場合に、モータ１のケーシング、エンコーダ２のベース部３，プリント基板５の振動特性により、振動の周波数帯域によってはモータ側から伝播する振動にプリント基板５が共振して振幅が数十倍に増幅されることがあり、特に、モータ１の固有振動数とエンコーダ２の固有振動数が近接した場合には、モータ１における振動増幅とエンコーダ２における振動増幅が重畳し、プリント基板５の振動が増大する。このような状況の下ではプリント基板５に実装されている信号検出器，検出回路が誤動作したり、基板に実装した電子部品が破損したりするおそれがある。

しかも、エンコーダ２を装着する相手のモータ１は機種，出力容量などにより形状，質量が様々で、その固有振動数も異なる。このために、エンコーダに先記の特許文献２，あるいは特許文献３のような防振構造を採用しても、このエンコーダの製品を全ての機種のモータに対して高い防振効果を発揮させることは困難であり、モータの固有振動数とエンコーダの固有振動数が近接しないようにするには、エンコーダを装着する相手のモータの機種ごとに形状などの設計を変えたエンコーダの製品を用意する必要がある。

そのほか、先記の特許文献２，３に開示した防振構造では、振動を低減するために軸カップリングや板バネの剛性を低くする必要があるが、カップリングや板バネの剛性を低めるとエンコーダ回転体とプリント基板に配置した信号検出部の相対変位が発生し易くなって回転検出精度が低下する。また、構造も複雑になって製品が大形化，コスト高になるなどの問題もある。

かかる点、エンコーダのプリント基板に防振機構を付加し、この防振機構をチューニングしてプリント基板の固有振動数を調整することができれば、同じエンコーダの製品を異なる機種のモータに適用して高い防振効果を発揮させることが可能である。

この発明は上記の点に鑑みなされたものであり、信号検出部を備えたプリント基板にチューニングが可能な簡単な振動減衰，吸収機能部品を追加配備し、機種，容量の異なるモータに対してもプリント基板に加わる振動負荷を有効に低減して信号検出部の誤動作，破損などのダメージを防止し、製品としての信頼性，耐久性の向上を図れるように改良したエンコーダを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、この発明によれば、モータケーシングに取付けたエンコーダのベース部に、モータの回転軸に連結するエンコーダ回転体、および該回転体のパターン情報を検出する信号検出器を実装した検出回路のプリント基板を搭載した構成になり、かつプリント基板はその周縁をベース部の周壁に固定支持したエンコーダにおいて、
前記プリント基板の板面とこれに間隔を隔てて対面するベース部の中仕切壁，もしくはプリント基板を覆うベース部のカバーのとの間に、１ないし複数の基板支持片を並置して着脱可能に介装するものとする（請求項１）。

また、前記のプリント基板を複数枚に分けてそれぞれの基板周縁をベース部の周壁に固定支持した構成においては、そのプリント基板の相互間に１ないし複数の基板支持片を並置して着脱可能に介装する（請求項２）。

そして、前記の基板支持片は、その全部ないし一部が振動吸収機能を有するゴムなどの防振材で構成するようにする（請求項３）。

上記したこの発明の構成によれば、基板周縁をベース部に固定支持したプリント基板の板面とベース部の中仕切壁ないしベース部のカバーの間に、１ないし複数個の着脱可能な基板支持片を分散介装してプリント基板の支持箇所を増やすことにより、プリント基板の動的な剛性が高まって基板自身の振動を効果的に抑制することができる。

また、前記基板支持片を着脱可能に介装したことで、この基板支持片の介装位置，配置個数を適宜に変えてエンコーダ本体の固有振動数を可変調整するようにチューニングを行うことが可能となり、また既存のエンコーダに対しても前記の基板支持片を後付けして簡単に対応させることもできる。

これにより、モータ固有振動数とエンコーダ固有振動数の近接により発生するモータにおける振動増幅とエンコーダにおける振動増幅の重畳を解消して、エンコーダに搭載したプリント基板に伝播する振動の増幅率を大幅に低減することができて信号検出精度の向上，並びにプリント基板に実装した電子部品の振動による誤動作，破損の防止が図れる。また、固有振動数が異なる各機種のモータに適用する場合でも、前記基板支持片のチューニングにより支持片の介装位置，配置個数などを調整するだけで同じエンコーダ製品を適用することが可能となって製品コストの低減化にも寄与できる。

この発明による第1実施例の略示構成図である。 この発明による第２実施例の略示構成図である。 この発明による第３実施例の略示構成図である。 従来のエンコーダの略示構成図である。

以下、この発明による形態を図１〜図３に示す各実施例に基づいて説明する。なお、各実施例において図４に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。

まず、図４に示した従来構成のエンコーダ２に対して、この発明によりベース部３とプリント基板５との間に基板支持片９を介装した実施例を図１に示す。

すなわち、基板の周縁をベース部３の端面に重ねて固定支持されたプリント基板５に対して、この実施例ではプリント基板５の板面とこれに間隔を隔てて対面するベース部３の中仕切壁３ａとの間に基板支持片９を挟み込むようにして介装し、この基板支持片９でプリント基板５の板面を押付けるようにしている。

ここで、基板支持片９は例えばピース状またはパッド状の簡単なブロック体で、１ないし複数個（図示例では１個）の基板支持片９の介装位置を後記のように適宜調整できるよう着脱可能に介装している。また、この基板支持片９は単一材料，または複合材料からなり、具体的には適度な弾性を有するネオプレーンゴム、シリコンゴムなどの振動抑制材製とし、適度に加圧圧縮した状態で介装するのが良い。また、複数個の基板支持片９を並置して分散介装する場合には、支持片の一部ないし全部を振動抑制材料とすることもできる。

上記構成のように、ベース部３の周壁部に固定支持したプリント基板５の板面（この盤面はベース部３から浮いた状態にある）とベース部３の中仕切壁３ａとの間に基板支持片９を介装して押付け支持したことにより、プリント基板５に対する板面の支持箇所を増やしてプリント基板５の動的な剛性を高めることができる。また、基板支持片９の介装位置および配置個数を変えるようチューニングを施すことで、プリント基板５の固有振動数を広範囲に調整することが可能となる。そして、エンコーダ２をモータ１に装着した実使用の状態におけるプリント基板５の振動分布において、特に振動振幅が大きい地点にポイントを合わせて基板支持片９を介装することにより、プリント基板５の固有振動数とモータ１の固有振動数との近接による振動増幅の重畳を回避させることができる。

また、基板支持片９の全部もしくは一部を振動抑制材料（ゴム製）とすることにより、プリント基板５に振動減衰効果を付加して基板の振動をより一層効果的に抑制することができる。

次に、この発明の応用実施例として、ベース部３の開口端面にカバー１０を被着してプリント基板５を覆うようにした構成のエンコーダに適用する実施例の構成を図２に示す。

この実施例においては、先記実施例１で述べたと同様な基板支持片９をプリント基板５の上面と前記カバー１０との間に着脱可能に介装し、該基板支持片９を介してプリント基板５の板面をカバー１０との間で押付け支持するようにしている。

ここで、基板支持片９の介装位置，配置個数を適正に調整することにより、先記実施例１で述べたと同等な防振効果を奏することができる。

次に、この発明の請求項２に係わる応用実施例を図３に示す。この実施例においては、エンコーダ２のベース部３に組み付けたプリント基板５を複数枚の基板５ａ，５ｂに分けて上下段に並べた上で、各基板の周縁がベース部３の周壁部に固定支持されている。そして、この分割配置のプリント基板５ａ，５ｂに対して、先記実施例１で述べたと同様な１ないし複数個の基板支持片９が上段側のプリント基板５ａと下段側のプリント基板５ｂとの間の隙間へ挟み込むようにして着脱可能に介装し、この基板支持片９を各基板の板面に押付けている。

この構成で、前記基板支持片９の介装位置，配置個数を適正に調整することにより、先記の実施例１と同等な防振効果を奏することができる。

１ モータ
１ａ モータ回転軸
２ エンコーダ
３ ベース部
３ａ 中仕切壁
４ エンコーダ回転体
４ｂ スリット円板
５，５ａ，５ｂ プリント基板
６ 発光素子
７ 受光素子
９ 基板支持片
１０ カバー

Claims (3)

1. モータに装着してその回転軸の回転数，回転角度を検出するエンコーダであり、モータケーシングに取付けたエンコーダのベース部に、モータの回転軸に連結するエンコーダ回転体、および該回転体のパターン情報を検出する信号検出器を実装した検出回路のプリント基板を搭載した構成になり、かつプリント基板はその周縁をベース部の周壁に固定支持したものにおいて、
   前記プリント基板の板面とこれに間隔を隔てて対面するベース部の中仕切壁，もしくはプリント基板を覆うベース部のカバーのとの間に、１ないし複数の基板支持片を並置して着脱可能に介装したことを特徴とするエンコーダ。
2. モータに装着してその回転軸の回転数，回転角度を検出するエンコーダであり、モータケーシングに取付けたエンコーダのベース部に、モータの回転軸に連結するエンコーダ回転体、および該回転体のパターン情報を検出する信号検出器を実装した検出回路のプリント基板を搭載した構成になり、かつプリント基板を複数枚に分けてそれぞれの基板周縁をベース部の周壁に固定支持したものにおいて、
   前記プリント基板の相互間に、１ないし複数の基板支持片を並置して着脱可能に介装したことを特徴とするエンコーダ。
3. 請求項１または２のいずれかの項に記載のエンコーダにおいて、基板支持片の全部ないし一部が振動吸収機能を有する防振材になることを特徴とするエンコーダ。

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