JP5368782B2 - エンコーダ、エンコーダ・システム、およびエンコーダ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、オーバーモールドされたカバーを有するエンコーダ、例えばロータリエンコーダに関する。本発明はまた、オーバーモールドされたカバーを有するエンコーダシステムにも関する。本発明はさらに、オーバーモールドされたカバーを有するエンコーダの製造方法にも関する。

ロータリエンコーダは、回転部材、一般的には中空または中実のシャフトの角変位を測定するために使用される。代表的なロータリエンコーダには、エンコーダ用のカバーとして個別のプラスチックまたは金属の部品が使用される。 エンコーダを顧客にカバー付きで供給してもよく、または顧客がカバーを取り付けてもよい。カバーがエンコーダのメーカーによって取り付けられる場合、ケーブルひずみ取りを含んでもよい。カバーはねじ、接着材、留め金、プレスフィット、またはこれらの組合せで固定することができる。周囲環境から密封する必要がある場合には、通常はＯリングを使用してカバーとエンコーダの間の界面を密封する。このようなカバーはエンコーダに添着する前に個別の部品として形成されるので、適切な嵌合を確証するために小さな寸法許容差を維持することが重要になることもあり、これは製造コストを増す可能性がある。さらに、これらのカバーは通常は添着および／または密封のために追加の部品を必要とするので、必要な複数の部品の製造および／または組立てに追加の時間とコストがかかることもある。複数の部品を有する複雑さによって、カバーの添着および／または密封性の信頼性が低下することもある。これらのカバーはまた、エンコーダから例えば制御システムへ電気信号を転送するために使用されるケーブルに適切なひずみ取りを提供しないこともある。従来技術は特許文献１に記載されている。
特開２００８−１５１７８７号公報

したがって本発明の課題は、改良されたエンコーダを提供することである。本発明の別の課題は、改良されたエンコーダ・システムを提供することである。本発明のさらに別の課題は、エンコーダの改良された製造方法を提供することである。

本発明の第１態様によれば、エンコーダは、シャフトおよびシャフトに添着されたコードディスクを有する回転子と、コードディスクの角位置に対応する電気信号を発生するために構成された走査ユニットを含む固定子と、電気信号を伝送するために構成されたケーブルと、固定子およびケーブルの上にオーバーモールドされたカバーとを含む。走査ユニットはカバーによって外部環境から密封され、ケーブルはカバーによってひずみ取りされる。

回転子は、転がり軸受によって固定子の中に回転可能に支持されている。

カバーは、走査ユニットの集積回路の電気リード線に接触して絶縁してもよい。

カバーは、集積回路の複数の電気リード線に接触して絶縁してもよい。

カバーはケーブルを囲む管状延長部を含んでもよい。管状延長部の壁厚は、管状延長部の長さに沿って固定子から離れる方向に減少してもよい。管状延長部は弾性的に可撓性であってもよい。

エンコーダは、カバーと固定子との間にマスキングを含んでもよい。

固定子とケーブルは相補コネクタを含んでもよく、コネクタの分離を防止するためにコネクタの上にカバーがオーバーモールドされていてもよい。

固定子は切込みを有してもよく、カバーは切込みの中にある距離だけ延びてもよい。

固定子は、その表面の周りに延在する溝を有してもよく、カバーは溝の中に延びてもよい。

固定子は取付けフランジを含んでもよい。カバーを、固定子の環状部分によって取付けフランジから分離してもよい。

環状部分の外径はカバーの外径と同じであってもよい。

ケーブルは約１８０度の曲りを含んでもよく、この曲りをカバーによって囲んでもよい。

本発明の第２態様によれば、エンコーダ・システムはエンコーダとモータとを含む。エンコーダは、シャフトおよびシャフトに添着されたコードディスクを有する回転子と、コードディスクの角位置に対応する電気信号を発生するために構成された走査ユニットを有する固定子と、電気信号を伝送するために構成されたケーブルと、固定子およびケーブルの上にオーバーモールドされたカバーとを含み、走査ユニットはカバーによって外部環境から密封され、ケーブルはカバーによってひずみ取りされる。モータは固定子に回転可能に結合された回転子を含み、エンコーダの回転子はモータの回転子に結合され、エンコーダの固定子はモータの固定子に結合されている。

本発明の第３態様によれば、エンコーダ製造方法は、エンコーダの固定子と、固定子に結合されたエンコーダのケーブルの一部分とを型の中に位置付けること、および射出成形工程によってカバーを固定子とケーブルとの上にオーバーモールドすることを含み、カバーは固定子を外部環境から密封し、ケーブルをひずみ取りする。

カバーをエラストマで形成してもよく、射出成形は低圧射出成形を含んでもよい。

この方法は、オーバーモールドする前に固定子にマスキングを適用することを含んでもよい。

この方法は、オーバーモールドする前に約１８０度だけケーブルを折り曲げることを含んでもよく、カバーを曲りの上にオーバーモールドしてもよい。

エンコーダ、エンコーダ・システム、およびエンコーダ製造方法は本明細書に記載する特徴のいずれか１つまたは複数を有することを理解されたい。

本発明のその他の態様および利点は、添付の図面を用いて行う例示的実施形態の下記の詳細な説明を読めば明らかになろう。

図１および２を参照すると、エンコーダ５は、取付けフランジ１５とハウジング部分２０とを有する基部１０を有する。取付けフランジ１５によって、エンコーダ５を例えばモータ例えば電動機に取り付けることが可能になる。基部１０は、回転子とともに回転しない構成部分といっしょに、エンコーダ５の固定子６を形成する。基部１０には回転子２５が配置され、回転子２５は、図３に示すようにシャフト３０とシャフト３０に取り付けられてこれと共に回転可能なコードディスク３５とを含む。走査ユニット４０が、コードディスク３５の角位置に対応する電気信号を発生させる。走査ユニット４０はフォトダイオード検出器４５を含み、フォトダイオード検出器４５は、光源５０からコードディスク３５のスロットを通過してくる光を感知する。フォトダイオード検出器４５は、クリップ６２によって基部１０に取り付けた印刷回路板６０の上に取り付けられている。図示のシステムは光学的符号化技術を用いているが、例えば磁気符号化などの他の符号化技術を使用してもよいことを理解されたい。回転子２５は、転がり軸受５５によって固定子６に回転可能に取り付けられている。走査ユニット４０は集積回路６５を有し、集積回路６５は、フォトダイオード信号を処理するために電気リード線６７を有し、印刷回路板６０の上に取り付けられている。処理した後、電気信号は、外側シース８０によって覆われたワイヤ束７５を含むケーブル７０を介して伝送される。ワイヤ束７５は個別に絶縁されていてもよい。ケーブル７０は、電気信号の伝送に加えて、電力、制御指令などをエンコーダに供給することもできる。ケーブル７０は、ケーブル７０のコネクタ８５、例えば雄コネクタをコネクタ９０、例えば走査ユニット４０の雌コネクタに合せることによって、走査ユニットに添着される。コネクタ９０は、電気信号を転送するためにコネクタ８５の対応する電気接点と結合する電気接点９５を有する。射出成形工程の前に、ケーブル７０のワイヤ７５が約１８０度折れ曲がるか湾曲するように方向９９に曲げてもよい。

射出成形工程（図５から８までに関して後で詳述する）の後に、図４ａと４ｂを参照すると、重合体、例えばエラストマで作られたオーバーモールドされたカバー１１０を有するエンコーダが形成される。カバー１１０は固定子６の基部１０の環状部分１１５の上に形成される。環状部分１１５は、射出工程中に射出成形機の型とシールを形成する外径を有し、こうして重合体の流れが環状部分１１５の頂表面の下方を通過することを防止し、型における基部１０の中心合せに役立つ。カバー１１０を、固定子６とカバー１１０の内部表面との間の摩擦力および／または接着力によって、すべりに対抗して固定してもよいが、図２に示すようにカバー１１０を溝１２５によって追加的に固定する。射出された重合体は射出工程中に溝１２５の中に流れ込む。重合体が冷却して硬化した後、溝１２５の切込み１３０との機械的干渉によって、重合体が固定子６から滑って外れることを防ぐ。溝１２５の断面輪郭は矩形として図示されているが、任意の適切な形状、例えばアーチ形、湾曲状、三角形などであってもよい。

管状延長部１４０がケーブル７０の一部分に沿って延在し、ケーブル７０にひずみ取りをもたらす。すなわち、オーバーモールドされたカバー１１０はケーブル７０にオーバーモールドされて、ケーブル７０に完全なひずみ取りをもたらす。管状延長部１４０の外径は、この場合には管状延長部１４０が固定子６から離れる方向１４５に延びるにつれてほぼ線形に小さくなる。管状延長部１４０の内径はほぼ一定であるから、直径が減る結果として、管状延長部１４０の壁厚は固定子６から離れる方向１４５に管状延長部１４０に沿って次第に小さくなる。この先細り構造は、固定子６に向う領域でより大きく固定子６から離れる領域でより小さくなる曲げ耐性を提供する。これはより漸進的な曲げを提供することができ、結果的にケーブル７０へのひずみは減少する。管状延長部１４０は弾性的に可撓性であり、カバー１１０の残りと同じ射出材料、例えばエラストマ材料から形成される。

ケーブル７０は、ケーブル７０のワイヤが射出成形工程の前に約１８０度の曲りを有するように折り曲げられるので、ワイヤ７５はさらに軸方向の力から、例えばケーブル７０に対する引っ張りに起因するひずみから防止される。射出された重合体は、射出成形工程中に、曲りまたは折り曲げ部分を含むワイヤ束７５の周りおよび全体を流れる。この結果、カバー１１０はワイヤ７５をカバー１１０内部の固定位置に保持および支持することになる。これは、ワイヤがその長さ方向よりコネクタ８５との接合部において弱くてもよいので有利である。例えばケーブル７０を引っ張ると、反動力は、ワイヤ７５とコネクタ８５との間の接合部において極限化されず、カバー１１０とワイヤ７５の外表面との間の接触面に沿って分配される。ケーブル７０の折り曲げもまた、軸方向の引っ張り力が連結部の分離を起こさないので、コネクタ８５とコネクタ９０との間の連結部に対するひずみを減少させる。

射出された重合体は、例えばワイヤ７５、コネクタ８５、９０、および集積回路６５などの、固定子６の要素の周りを自在に流れるので、これらの構成要素は支持されて、カバー１１０の外側の外部環境から絶縁され、密封される。支持物を追加して、機械的振動による損傷および／または信号劣化を防止してもよい。絶縁物を追加して、例えば電磁妨害や、集積回路６５の隣接する露出したワイヤまたはリード線６７の間の短絡を遮蔽してもよい。密封は、例えば水やほこりによる損傷などの環境への露出による損傷を防止する。カバー１１０はさらに、例えばユニットが硬い表面の上に落ちた場合に起り得るような、衝撃による損傷から構成部分を防止する。

ハウジング部分２０、印刷回路板６０、および環状部分１１５は、コードディスク３５が配置されたハウジング部分２０の内部に、射出された重合体が流入することを防止するので、エンコーダ５は射出成形の前にマスキングを全く必要としない。射出された重合体の流れがハウジング部分２０の内部に入ることを可能にする孔がある場合には、このような孔を射出成形工程の前に例えば接着材によって密封してもよい。例えば印刷回路板６０とハウジング部分２０との間に存在することがある隙間についても同じことが言える。これに加えて、または代替案として、図５に示すようにマスキングを適用してもよい。このマスキングはマスキングテープまたは接着テープの形を取ってもよい。

図５から８までに図示するエンコーダ２０５は、射出された重合体がエンコーダ２０５の内部に流入することを防止するためにマスキング１９０を備えることを除き、上述に似た特徴を有する。

マスキング１９０の適用の前または後に、コネクタ２８５をコネクタ２９０の中に差し込むことによって、ケーブル２７０を固定子２０６の印刷回路板２６０に接続する。次にケーブル２７０を方向２９９に折り曲げ、約１８０度の曲りを形成する。固定子２０６、回転子２２５、およびケーブル２７０の一部分を、図６に図示するように、低圧射出成形機の型２１２の中に挿入する。図６では、型２１２の第１型半分だけが図示されている。型の対応する第２型半分を下に置き、射出室を形成する。型の第２型半分は実質的に、型２１２の第１型半分の鏡像である。ケーブル２７０の外側シース２８０の一部分は射出室の内部に含まれるので、完成したエンコーダのワイヤ２７５は、射出成形されたカバー３１０と外側シース２８０との間で露出されないことになる。

型を閉じた後、重合体、例えばエラストマを低圧で射出室の中に射出する。重合体が十分に固化した後、図７に示すように型を開き、図８に示すように管状延長部３４０を有するオーバーモールドされたカバー３１０と共に完成したエンコーダ２０５を取り外す。こうして形成されたカバー３１０により、ケーブル２７０のために例えばほこり防止、防水、およびひずみ取りが提供される。

エンコーダ５は、マスキングを適用しないことを除いて、エンコーダ２０５に関して説明したものと同じ方法で成形される。

特定の実施例と例示的な実施形態を参照して本発明を説明したが、上述の説明は限定的ではないことを理解されたい。さらに、本明細書に記載の特徴を任意の組み合わせで使用することができる。

エンコーダの斜視図である。 図１に示すエンコーダの側面図である。 図１に示すエンコーダの一部の側面図である。 カバーがオーバーモールドされた図１に示すエンコーダの側面図である。 図４ａに示すエンコーダの斜視図である。 エンコーダの斜視図である。 型の中に置かれた図５に示すエンコーダの斜視図である。 射出成形後の図６に示すエンコーダと型の斜視図である。 型から取り出した後の図７に示すエンコーダの斜視図である。

符号の説明

５、２０５ エンコーダ
６、２０６ 固定子
１０ 基部
１５ 取付けフランジ
２０ ハウジング部分
２５、２２５ 回転子
３０ シャフト
３５ コードディスク
４０ 走査ユニット
４５ フォトダイオード検出器
５０ 光源
５５ 転がり軸受
６０、２６０ 印刷回路板
６５ 集積回路
６７ 電気リード線
７０、２７０ ケーブル
７５ ワイヤ束
８０、２８０ 外側シース
８５、９０、２８５、２９０ コネクタ
１１０、３１０ オーバーモールドされたカバー
１１５ 環状部分
１２５ 溝
１３０ 切込み
１４０、３４０ 管状延長部
１４５ 方向
１９０ マスキング
２１２ 型

Claims (10)

1. シャフト（３０）とシャフト（３０）に添着されたコードディスク（３５）とを含む回転子（２５；２２５）と、
   前記コードディスク（３５）の角位置に対応する電気信号を発生させるために構成された走査ユニット（４０）を含む固定子（６；２０６）と、
   前記電気信号を伝送するために構成されたケーブル（７０，２７０）と、
   前記固定子（６；２０６）と前記ケーブル（７０，２７０）との上にオーバーモールドされたカバー（１１０；３１０）と
   を備えたエンコーダ（５；２０５）において、
   前記走査ユニット（４０）が前記カバー（１１０；３１０）によって外部環境から密封され、前記ケーブル（７０，２７０）が前記カバー（１１０；３１０）によってひずみ取りされることを特徴とするエンコーダ。
2. 前記カバー（１１０；３１０）が、前記ケーブル（７０、２７０）を囲む管状延長部（１４０；３４０）を有することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ（５；２０５）。
3. 前記カバー（１１０：３１０）と前記固定子（６；２０６）との間にさらにマスキングを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエンコーダ（５；２０５）。
4. 前記固定子（６；２０６）および前記ケーブル（７０，２７０）が相補コネクタ（８５，９０；２８５，２９０）を含み、前記カバー（１１０；３１０）が前記コネクタ（８５，９０；２８５，２９０）の上にオーバーモールドされて、前記コネクタ（８５，９０；２８５，２９０）の分離を防止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のエンコーダ（５；２０５）。
5. 前記固定子（６；２０６）が切込み（１３０）を有し、前記カバー（１１０；３１０）が前記切込み（１３０）の中にある距離だけ延びていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のエンコーダ（５；２０５）。
6. 前記エンコーダ（５；２０５）の固定子（６；２０６）と、前記固定子（６；２０６）に結合された前記エンコーダ（５；２０５）のケーブル（７０，２７０）の一部分とを型の中に位置付けるステップと、
   射出成形工程によって前記固定子（６；２０６）と前記ケーブル（７０，２７０）との上にカバー（１１０；３１０）をオーバーモールドし、前記カバー（１１０；３１０）は前記固定子（６；２０６）を外部環境から密封し、ケーブル（７０；２７０）をひずみ取りするステップと
   を備えていることを特徴とするエンコーダ（５；２０５）の製造方法。
7. 前記カバー（１１０；３１０）がエラストマによって形成され、前記射出成形が低圧射出成形を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記オーバーモールドの前に前記固定子（６；２０６）にマスキングを適用することをさらに含むことを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
9. 前記オーバーモールドの前に前記ケーブル（７０；２７０）を約１８０度だけ折り曲げることとカバーを曲りの上にオーバーモールドすることをさらに含むことを特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載の方法。
10. 前記エンコーダ（５；２０５）が、シャフト（３０）と前記シャフト（３０）に添着されたコードディスク（３５）とを含む回転子（２５；２２５）を含み、前記固定子（６；２０６）が、前記コードディスク（３５）の角位置に対応する電気信号を発生させるために構成された走査ユニット（４０）を含み、前記ケーブル（７０，２７０）が前記電気信号を伝送するために構成されていることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一つに記載の方法。

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