JP6989546B2 - エンコーダ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンコーダ及びその製造方法に関する。

従来、モータ等の回転電機の回転角度位置や回転速度、又はモータによって駆動する直動軸の変位や変位速度を測定するための手段として、該モータの回転軸に接続されたロータリーエンコーダや、該直動軸に接続されたリニアエンコーダが知られている（例えば特許文献１参照）。また、エンコーダの組立性の向上や、組立後の部材間の相対位置の調整のために、構成要素の１つとしてバネ等の弾性部材を使用することも知られている（例えば特許文献２−３参照）。

一方で、電子機器モジュールにおいて、コネクタ同士の嵌合の際にそれらの位置ずれを吸収するフローティングコネクタを使用することが知られている（例えば特許文献４参照）。

特開２０１８−１１３７７１号公報 特開平０９−２６９２４２号公報 特開平１０−２２７６６１号公報 特開２０１８−１２５０９５号公報

従来のエンコーダは、回転スリット等の可動部と、該可動部の変位を測定するためのセンサ部とを有するが、電動機の回転位置等に関する正確な信号を得るためには、可動部とセンサ部との間の光学的な位置調整が必要となる。従来、この位置調整をした後は、センサ部をはんだ付けによって固定するが、その場合はエンコーダの製造工程が増える（製造ラインが伸びる）という問題がある。

一方、はんだ付けを不要とするために、センサ部をコネクタで固定することも考えられるが、その場合は光学的な位置調整を行うために、該コネクタを軟質素材から作製する等、該コネクタを可撓性のものとする必要がある。しかしこの場合は、コネクタの強度が低下するという問題が生じる。

本開示の一態様は、軸線回りに回転可能な可動部と、前記可動部の位置を測定するためのセンサ部と、フランジと、前記フランジに固定された第１のコネクタと、前記センサ部に実装されるとともに、前記第１のコネクタに接続された第２のコネクタと、を有し、前記第１のコネクタ及び前記第２のコネクタの少なくとも一方は、前記軸線に垂直な任意の方向についての変位を吸収可能なフローティングコネクタであり、前記フローティングコネクタを複数有し、前記複数のフローティングコネクタは、それぞれのフローティングコネクタにおいて吸収可能な主たる変位方向が互いに異なるように配置される、エンコーダである。

本開示の他の態様は、軸線回りに回転可能な可動部と、前記可動部の位置を測定するためのセンサ部と、フランジと、を有するエンコーダの製造方法であって、前記フランジに第１のコネクタを固定することと、前記センサ部に第２のコネクタを実装することと、前記第１のコネクタに前記第２のコネクタを接続することと、前記センサ部を前記フランジに固定することと、を含み、前記第１のコネクタ及び前記第２のコネクタの少なくとも一方は、前記軸線に垂直な任意の方向についての変位を吸収可能なフローティングコネクタであり、前記エンコーダに前記フローティングコネクタを複数設け、前記複数のフローティングコネクタを、それぞれのフローティングコネクタにおいて吸収可能な主たる変位方向が互いに異なるように配置することをさら含む、製造方法である。

本開示によれば、フローティングコネクタの使用によってセンサ部のはんだ付けが不要となり、エンコーダの生産性が向上する。また剛性のコネクタを使用できるようになるので、エンコーダの強度向上を図ることもできる。

好適な実施形態に係るロータリーエンコーダの構成例を示す斜視図である。 プリント板の形状の一例を示す平面図である。 プリント板の形状の他の例を示す平面図である。

図１は、好適な実施形態に係るエンコーダとして、ロータリーエンコーダの一構成例を示す斜視図である。ロータリーエンコーダ１０は、可動部（ここでは軸線１２回りに回転可能な回転スリット（板））１４と、回転スリット１４の回転変位（位置）を測定するためのセンサ部（ここでは発光素子及び受光素子等が配置されたプリント板（基板））１６と、プリント板１６の位置決め（後述）後にプリント板１６が固定されるフランジ１８と、フランジ１８に固定された第１のコネクタ２０と、プリント板１６に実装されるとともに、第１のコネクタ２０に接続された第２のコネクタ２２と、を有し、第１のコネクタ２０及び第２のコネクタ２２の少なくとも一方（ここでは第２のコネクタ２２）は、少なくとも軸線１２に垂直な方向についての変位を吸収可能な構造を備えたフローティングコネクタである。

フランジ１８は、概略図示したサーボモータ等の電動機（回転電機）２４（の筐体）に取り付けられ、回転スリット１４は、電動機２４の回転軸２６に接続される。また回転スリット１４には、プリント板１６に配置された検知部（図示せず）により検知可能なスリット（図示せず）が形成されている。よって回転軸２６の回転に伴って回転スリット１４が回転すると、検知部は回転スリット１４のスリットを検知して、検知信号を出力する。この検知信号に基づいて、回転軸２６の回転角度位置や、回転速度を検出することができる。このようなロータリーエンコーダ１０の基本機能は従来のものと同様でよいので、詳細な説明は省略する。なおフランジ１８の、電動機２４に取り付けられる側（図示例では下側）と反対側（図示例では上側）には、プリント板１６等を外部から保護するためのカバー（図示せず）を取り付けることができる。

フローティングコネクタ（ここでは第２のコネクタ）２２は、第１のコネクタ２０に対して変位可能に接続される。フローティングコネクタ２２は、任意の方向に変位可能に構成することができ、プリント板１６はフランジ１８に対して、フローティングコネクタ２２の仕様に応じた所定の方向に変位可能である。但し、後述する光学的な微調整を円滑に行うためには、フローティングコネクタ２２は、軸線１２の方向をＺ方向とした場合、少なくとも、Ｘ−Ｙ面に沿った任意の方向の変位を吸収できることが好ましい。

またフローティングコネクタ２２は、プリント板１６に実装された検知部等の電子部品（図示せず）と、上述の検知信号に基づいて回転軸２６の回転角度位置や回転速度を求める演算処理装置（図示せず）とを電気的に接続する。

本実施形態では、フローティングコネクタ２２自体は周知のものでもよいが、ロータリーエンコーダ１０におけるフランジ１８とプリント板１６との接続にフローティングコネクタ２２を使用することにより、ロータリーエンコーダの製造工程において、従来は必要であったはんだ付け工程を省略することができる。よってロータリーエンコーダの製造ラインの全長を従来よりも短くできるとともに、製造時間及び製造コストを低減することができる。

また、フローティングコネクタ自体に変位を吸収する機能があるので、フローティングコネクタに係合するコネクタ（本実施形態では第１のコネクタ２０）を、軟質素材から作製する等、可撓性のものとする必要はなく、故に第１のコネクタ２０は剛性の（例えば剛性材料のみからなる）コネクタとすることができる。一般に剛性のコネクタは安価で高強度なので、剛性のコネクタの使用により、信頼性の高いロータリーエンコーダを構成することができる。

ここで、ロータリーエンコーダ１０の製造工程（製造方法）のうち、プリント板１６の位置決め及び固定について説明する。先ずロボット（後述する図２及び図３に、ロボットハンド３２のみ概略図示）等の産業機械を用いてプリント板１６を保持し、第１のコネクタ２０と第２のコネクタ２２とが係合するようにロボット等を動作させる。本実施形態では第２のコネクタ２２はフローティングコネクタなので、この段階ではロボットに高い位置決め精度は要求されない。

次に、プリント板１６と回転スリット１４との光学的な位置調整（微調整）を行う。そして微調整が完了したら、他のロボットやネジ締め装置等を用いてプリント板１６をフランジ１８に固定する。例えば、プリント板１６に形成された孔２８にネジ（図示せず）を挿入し、フランジ１８（図示例ではフランジ１８上に設けられた隆起部３０）に形成されたタップ穴に該ネジを螺合することにより、微調整後のプリント板１６をフランジ１８に固定することができる。なお、微調整量を吸収するために、プリント板１６の孔２８の内径はネジ径よりいくらか大きくしておくことが好ましい。このように、プリント板１６の位置決め及び固定は、ロボットやネジ締め装置等を用いて自動で行うことができるが、上記製造工程の少なくとも一部を作業者等が手動で行うこともできる。

本実施形態では、上述のようなプリント板１６の位置決め・固定工程において、フローティングコネクタ２２の変位機能の影響により、プリント板１６の微調整（光学的位置調整）の難易度が上がることがある。そこで後述するように、プリント板１６を単純な円盤状ではない形状にすることにより、その位置調整を容易にすることができる。

図２は、プリント板１６の平面図を、プリント板１６を把持可能なロボットハンド３２（一部のみ概略図示）とともに示す図である。プリント板１６は、ロボットハンド３２等の組立用機械によって保持可能な被保持部として、平面視で、略円形の一部を直線状に切除してなる位置調整用領域３４を有し、つまり位置調整用領域３４は、軸線１２の方向についてのプリント板１６の径方向外側の端面に相当し、平面部３６を含む。また位置調整用領域３４（平面部３６）は複数設けられることが好ましく、特に、軸線１２について１８０度の回転対称位置に形成されることが好ましい。これにより、例えば平坦部３８を備えた把持式のロボットハンド３２によって、プリント板１６を正確に把持することができる。また平面部３６を設けることにより、ロボットハンドに限らず、種々の把持装置による位置決め・把持が容易になり、ロータリーエンコーダの製造工程の自動化に大きく貢献する。

またプリント板１６は、ロボットハンド３２等で把持されたときに、ハンド３２に対して平面部３６の面方向に位置ずれする（いわゆる把持ずれが生じる）ことを防止するために、位置調整用領域３４の一部に切り欠き等の凹部４０を備えてもよい。その場合、ロボットハンド３２に、凹部４０に係合可能な（より具体的には凹部４０に対して相補的な形状を有する）突起４２を設けることにより、上記面方向（図１ではＹ方向、図２では上下方向）の位置ずれも防止することができる。

図３は、プリント板１６の構造の他の例を示す図である。図３の例は図２の例と比較して、プリント板１６の位置調整用領域３４が凸部４４を有し、一方、ロボットハンド３２が、凸部４４に係合可能な（より具体的には凸部４４に対して相補的な形状を有する）窪み（切り欠き）４６を有する点で相違し、他の部分は同様でよい。よって図３の例でも、ロボットハンド３２は、プリント板１６を位置ずれなく把持することができる。このように、プリント板１６の径方向端面の一部を平面とし、該端面に凹部又は凸部を設け、一方、ロボットハンド側の一部を平坦部とし、さらに上記凹部又は凸部に相補的な形状を有する突起又は窪みを形成することにより、プリント板１６を位置ずれなく正確に把持平することができ、上述の微調整も正確に行うことができるようになる。

なお本開示において、フローティングコネクタは１つでもよいが、図１に示すように、複数（図示例では２つ）のフローティングコネクタを設けてもよい。この場合、複数のフローティングコネクタは、それぞれのフローティングコネクタにおいて吸収可能な主たる変位方向が互いに異なるように配置されることが好ましい。例えば、主たる変位方向がＸ方向のみであるフローティングコネクタを使用する場合に、２つのフローティングコネクタを軸線１２について互いに１８０度離れた位置に同じ向きで配置すると、プリント板１６はＸ方向には容易に変位可能となるが、Ｙ方向には変位し難くなる。そこで図１に示すように、２つのフローティングコネクタを異なる向きに配置すれば、Ｘ方向及びＹ方向のいずれに対しても、所望の変位量が得られるようになる。

上述のように本開示では、フローティングコネクタをエンコーダに適用することにより、他の電子機器に適用した場合では奏されない特有の効果が得られる。またセンサ部（プリント板１６）の被保持部に位置調整用領域３４を形成することにより、ロボット等の自動組立用機械による把持及び位置決めを高精度に行うことができるので、その後のネジ締め（プリント板１６の固定）も含め、エンコーダの製造工程の自動化も容易となる。なお本開示に係るエンコーダは、インクリメンタル型及びアブソリュート型のいずれに対しても適用可能である。

また本開示に係るエンコーダは、回転電機等の種々の回転体に適用可能だが、特に、ロボットの各軸を駆動するサーボモータ、又は工作機械の主軸や送り軸を駆動するモータ等に対して好適に使用可能である。

なお上述の実施形態では光学式のロータリーエンコーダを説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、上述の特徴的構成は、例えば磁気式のロータリーエンコーダ、光学式のリニアエンコーダ、磁気式のリニアエンコーダ等の、種々のエンコーダにも適用可能である。また例えば、光学式のリニアエンコーダでは、上述の可動部はリニアスケールに相当し、磁気式のロータリーエンコーダ又は磁気式のリニアエンコーダでは、可動部は磁気リング又は磁気スケールにそれぞれ相当し、さらにセンサ部は磁気センサ又は該磁気センサが実装されたプリント板に相当し得る。

１０ ロータリーエンコーダ
１２ 軸線
１４ 回転スリット
１６ プリント板
１８ フランジ
２０ 第１のコネクタ
２２ 第２のコネクタ
２４ 電動機
２６ 回転軸
３２ ロボットハンド
３４ 位置調整用領域
３６ 平面部
４０ 凹部
４４ 凸部

Claims (5)

1. 軸線回りに回転可能な可動部と、
   前記可動部の位置を測定するためのセンサ部と、
   フランジと、
   前記フランジに固定された第１のコネクタと、
   前記センサ部に実装されるとともに、前記第１のコネクタに接続された第２のコネクタと、を有し、
   前記第１のコネクタ及び前記第２のコネクタの少なくとも一方は、前記軸線に垂直な任意の方向についての変位を吸収可能なフローティングコネクタであり、
   前記フローティングコネクタを複数有し、前記複数のフローティングコネクタは、それぞれのフローティングコネクタにおいて吸収可能な主たる変位方向が互いに異なるように配置される、エンコーダ。
2. 前記センサ部は、組立用機械によって保持可能な被保持部として、平面部を含む位置調整用領域を有する、請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記位置調整用領域は凹部又は凸部を有する、請求項２に記載のエンコーダ。
4. 前記第１のコネクタ及び前記第２のコネクタの一方が前記フローティングコネクタであり、前記第１のコネクタ及び前記第２のコネクタの他方が剛性のコネクタである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンコーダ。
5. 軸線回りに回転可能な可動部と、前記可動部の位置を測定するためのセンサ部と、フランジと、を有するエンコーダの製造方法であって、
   前記フランジに第１のコネクタを固定することと、
   前記センサ部に第２のコネクタを実装することと、
   前記第１のコネクタに前記第２のコネクタを接続することと、
   前記センサ部を前記フランジに固定することと、を含み、
   前記第１のコネクタ及び前記第２のコネクタの少なくとも一方は、前記軸線に垂直な任意の方向についての変位を吸収可能なフローティングコネクタであり、
   前記エンコーダに前記フローティングコネクタを複数設け、前記複数のフローティングコネクタを、それぞれのフローティングコネクタにおいて吸収可能な主たる変位方向が互いに異なるように配置することをさら含む、製造方法。

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