JPH04116728U - パルスエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パルスエンコーダに内蔵される光電変換素子
アレイからの出力信号に含まれるノイズを効果的に低減
させることを目的とする。 【構成】 該光電変換素子アレイ３は、３層以上の多層
構造をなすプリント基板の表面上に光電変換素子が配設
され、その表面（光電変換素子配置部分および信号用配
線導出部分を除く）および裏面にシールドパターン（ア
ース層）３１２，３４２を形成し、表裏２層の該シール
ドパターンに挟持された中間層に、信号用配線パターン
３２２，３３２が形成される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はパルスエンコーダに関し、特にサーボモータの回転角、回転速度など を検出してロボットの腕の位置、動き、又はＮＣなどの工作機械のテーブルの送 りなどを読み出すようにしたパルスエンコーダにおけるノイズ対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来からこの種のパルスエンコーダは、発光ダイオードなどの発光部、該発光 部からの光を受光するＰＮ型フォトダイオード等の光電変換素子を有する光電変 換素子アレイ、該発光部から該光電変換素子アレイへ送出される光を透過あるい は遮断する信号パターンを有する回転符号板および固定符号板、該固定符号板お よび該光電変換素子アレイが固定される固定スリット台、該固定スリット台が固 定される筐体、および該光電変換素子アレイからの出力信号が接続線を通して入 力される信号処理回路（コンパレータ、ラインドライバなど）が形成されるプリ ント板等により構成されている。

【０００３】 図５はかかる従来形のパルスエンコーダにおける光電変換素子アレイの平面図 を拡大して示すもので、図５（ａ）は上面図（表面図）、図５（ｂ）は下面図（ 裏面図）である。 該図５に示されるように、絶縁基板７１の表面側には所定数（例えば３個）の 光電変換素子（例えばＰＮ型フォトダイオード）７０が設けられており、これら の光電変換素子７０から出力される信号は、該表面に形成された信号用の配線パ ターン７２（図５（ａ）参照）を通って直接、又は該絶縁基板７１に形成された スルーホール７４および該絶縁基板７１の裏面に形成された信号用の配線パター ン７２（図５（ｂ）参照）を通って信号用の端子７３に導かれ、更に該端子７３ から所定の接続線を通して上記プリント板に形成される信号処理回路に入力され る。なお７５は該光電変換素子アレイを固定スリット台に固着するためのねじ穴 である。

【０００４】 ところでこの種のパルスエンコーダにおいては、該光電変換素子からの出力信 号は高々数１００mVのオーダーであるため、該光電変換素子から該プリント板上 のアンプ（例えばコンパレータ）に入るまでの信号は特にノイズに弱く、そのた めパルスエンコーダの外部出力信号が正しいものとならず、それによって誤動作 を起こすことがたびたびあり問題となっていた。

【０００５】 ところでかかるノイズが光電変換素子から出力される出力信号に乗り易い主な 要因は、該光電変換素子アレイを固定している固定スリット台が金属（通常は該 固定スリット台が固定される筐体と同一の金属）でできており、したがってモー タへの電力供給回路、特に該供給回路中に接続されたアンプからの高周波ノイズ が、該モータのケース、該モータケースの一端部に当接され該モータの回転軸を 支承する軸受が内部に装着される筐体を介して該筐体に固定された固定スリット 台に伝わり、結局該固定スリット台がノイズ源となっていることにある。

【０００６】 しかしてこの種の光学式パルスエンコーダ全体の耐ノイズ性は主として該光電 変換素子とプリント板上のコンパレータ（図６参照）との間の耐ノイズ性で決ま ることになる。これはコンパレータ以降の信号が論理レベルであるのに対し、コ ンパレータ以前の信号が上述したような微弱なアナログ電圧であるためである。 したがってこの経路の耐ノイズ性を向上させることがエンコーダ全体の耐ノイ ズ性を向上させることになるが、従来よりかかるノイズを低減させる対策として は、例えば図６に示されるように光電変換素子アレイ３から接続線を介してプリ ント板５上の信号処理回路（コンパレータ５２、ラインドライバ５３などからな る）に入力される部分（主としてコンパレータ５２の入力回路）にコンデンサを 接続し、該コンデンサによって該光電変換素子アレイ３からの出力信号に含まれ るノイズを吸収する手段が採用されている。

【０００７】 しかしながらかかるコンデンサによると、該ノイズと併せて正規の出力信号を も吸収してしまい、例えばモータが高速で回転している場合とか回転符号板に形 成された信号パターン用のスリットが細かくなっている場合（つまりパルス数が 多い場合）など、該出力信号の周波数が高くなるときには特に該コンデンサの影 響によって該出力信号のなまりが顕著となり、コンパレータ出力側の矩形波信号 として正しい信号が得られなくなる惧れがあるという問題点があった。

【０００８】 また固定スリット台自体を金属で構成する代りにこれを絶縁物で構成したとし ても、これを金属で構成した場合とほぼ同様に、該絶縁物を通して該高周波ノイ ズにもとづく電界が該光電変換素子アレイ側に形成されてしまい、この種のノイ ズ低減対策として十分な効果が得られないという問題点があった。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

本考案はかかる課題を解決するためになされたもので、特に該光電変換素子ア レイとして、その表面（光電変換素子配置部分および信号用配線導出部分を除く ）および裏面に所定のシールドパターンを形成し、該シールドパターンに挟まれ た中間層に信号用の配線パターンを形成するという着想にもとづいて、該光電変 換素子アレイからの出力信号に含まれるノイズを効果的に低減させるようにした ものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するために本考案においては、発光部、該発光部からの光を受 光する光電変換素子アレイ、該発光部から該光電変換素子アレイへ送出される光 を透過あるいは遮断する信号パターンを有する回転符号板および固定符号板、該 固定符号板および該光電変換素子アレイが固定される固定スリット台、該固定ス リット台が固定される筐体、および該光電変換素子アレイからの出力信号が接続 線を通して入力される信号処理回路が形成されるプリント板をそなえたパルスエ ンコーダにおいて、 該光電変換素子アレイは、３層以上の多層構造をなすプリント基板の表面上に 該光電変換素子が配設され、その表面上の該光電変換素子配置部分及び信号用配 線導出部分を除いた該表面、並びに裏面に、該光電変換素子アレイの外部から侵 入する電磁ノイズの、該光電変換素子より出力され該信号用配線導出部分に至る 、電流値の微弱な信号電圧への影響を防止するためのシールドパターンであって 上記プリント板上の電源ＯＶ端子と接続されるアース層を形成し、表裏２層の該 シールドパターンに挟持された中間層に、信号用配線パターンを形成した事を特 徴とするパルスエンコーダが提供される。

【００１１】

【作用】

上記構成によれば、上記光電変換素子アレイにおいて、光電変換素子から信号 導出用の端子に至る信号用の配線パターンが、該光電変換素子アレイの表裏両面 に形成されたシールドパターンによってほぼ完全にシールドされ、これによって 該光電変換素子からの出力信号が上記高周波ノイズ等の影響をうけることがなく なり、該光電変換素子からの出力信号に含まれるノイズが効果的に低減される。

【００１２】

【実施例】

以下図面にしたがって本考案にかかるパルスエンコーダの一実施例について説 明する。 図１は本考案の一実施例としてのパルスエンコーダの全体構成を示す概略図で ある。

【００１３】 先ず図１（ａ）において、１はモータケースの一端部に当接する筐体（フラン ジ）であって、該筐体内にはモータの回転軸１１を支承する軸受が装着されてお り、該回転軸１１の一端は図１（ａ）に示されるように筐体上面から突出し、そ の上端部１２には回転符号板（回転板の円周に沿って所定形状のスリット（信号 パターン）が配列される）４が接着固定される。

【００１４】 また該筐体１上には固定スリット台２がその切欠部２３（図１（ｃ）参照）に 挿通される止めねじ（図３に符号２５で示される）によって固定される。なお通 常、該固定スリット台は該筐体と同一金属で形成されるが、絶縁物によって構成 することもできる。 ２２は該固定スリット台２に設けられた突出部２４（図１（ｃ）参照）上に接 着固定された固定符号板であり、３は該固定スリット台２内に設けられた光電変 換素子アレイであって例えば絶縁スペーサ２１を介して止めねじ（図２および図 ３に符号３５で示される）によって固定スリット台２上に固定される。

【００１５】 ５はプリント板であって間隔ボルト６１，６２（図１（ａ）中には２本ずつ示 される）によって筐体１に取付けられており、該プリント板５上には発光ダイオ ード５１が取付けられており、該発光ダイオード５１から放射された光が回転符 号板４、固定符号板２２を通って光電変換素子アレイ３で受光され、それによる 光電変換素子からの出力信号が接続線５２を通って該プリント板５上に形成され る信号処理回路（コンパレータ、ラインドライバなど）に供給されるようになっ ている。なお６４はパルスエンコーダ部全体を覆うカバーであって取付けボルト ６３によって間隔ボルト６２に固定される。また６５は該プリント板５上の信号 処理回路に外部から接続されるケーブルである。

【００１６】 以下本考案の特長とする光電変換素子アレイ３の構成を説明する。図１（ｂ） は、該光電変換素子アレイ３の縦断面図を例示するもので、該図に示されるもの においては、該光電変換素子アレイ３は、ガラス、エポキシ樹脂等の絶縁板３１ １の表面（後述するように光電変換素子配置部分および信号用配線導出部分を除 く）上にシールドパターン（金属層）３１２が形成される第１層、絶縁板３２１ の表面に信号用の配線パターン３２２が形成される第２層、絶縁板３３１の裏面 に信号用の配線パターン３３２が形成される第３層、絶縁板３４１の裏面にシー ルドパターン３４２が形成される第４層とが重合されて構成される。これにより 該光電変換素子アレイ３の中間層に形成される信号用の配線パターン３２２，３ ３２は表面（上面）と裏面（下面）とに形成されるシールドパターン３１２と３ ４２との間にはさみ込まれることになる。

【００１７】 図４は上記光電変換素子アレイ３を構成する各層の平面図の一例を詳細に示す もので、図４（ａ）は第１層の上面図、図４（ｂ）は第２層の上面図、図４（ｃ ）は第３層の下面図、図４（ｄ）は第４層の下面図を示す。 先ず図４（ａ）に示されるように第１層を構成する絶縁板３１１の表面には所 定数（例えば３個）の光電変換素子３１０が設けられており、これらの光電変換 素子３１０から出力される信号は、該絶縁板３１１に形成されたスルーホール３ １５を通り第２層を構成する絶縁板３２１の表面に形成される信号用配線３２２ を経て該絶縁板３２１に設けられた信号用端子３２３（第１層の絶縁板３１１に 設けられる信号用端子３１３と例えば半田付により一体に構成される）に達し、 あるいは上記絶縁板３１１，３２１にそれぞれ形成されるスルーホール３１５， ３２５、および第３層を構成する絶縁板３３１に形成されるスルーホール３３５ を通り第３層を構成する絶縁板３３１の裏面に形成される信号用配線３３２を経 て該絶縁板３３１に設けられた信号用端子３３３（上記信号用端子３１３および ３２３と例えば半田付により一体に構成される）に達することになり、該信号用 端子（各層の絶縁板３１１，３２１，３３１および３４１を貫通して例えば半田 付により一体に構成された）から所定の接続線５２を通して上記プリント板５に 形成される信号処理回路に入力される。

【００１８】 更に図４（ａ）に示されるように該第１層を構成する絶縁板３１１の表面には 、該光電変換素子３１０の配置部分、該光電変換素子３１０からの出力信号を導 くスルーホール３１５および信号用端子３１３の各形成部分を除く部分に所定の シールドパターン３１２が形成され、該絶縁板３１１には該シールドパターン３ １２と接続されるアース端子３１４が設けられる。そしてこのアース端子（後述 するように各層の絶縁板を貫通して例えば半田付により一体に構成される）は所 定の接続線５２を通って上記プリント板５上に形成された電源ＯＶ端子と接続さ れる。

【００１９】 更に図４（ｄ）に示されるように該第４層を構成する絶縁板３４１の裏面には 、上記各層のスルーホール３１５，３２５および３３５と例えば半田付により一 体に接続されるスルーホール３４５および上記各層の信号用端子３１３，３２３ および３３３と例えば半田付により一体に接続される信号用端子３４３の各形成 部分を除く部分に所定のシールドパターン３４２が形成され、該絶縁板３４１に は該シールドパターン３４２と接続されるアース端子３４４が設けられる。なお 該アース端子３４４は各絶縁板３１１，３２１および３３１をそれぞれ貫通する ように設けられた各アース端子３１４，３２４および３３４と例えば半田付によ り一体に接続される。なお３１６，３２６，３３６および３４６はそれぞれ各層 の絶縁板に設けられたねじ穴であってこれらのねじ穴に挿通される止めねじ３５ （図２および図３参照）によって、該多層化された光電変換素子アレイ３が固定 スリット台２に固着される。

【００２０】 このようにして該光電変換素子アレイ３の中間層に形成される信号用の配線パ ターン３２２，３３２はその表裏両面に形成されるシールドパターン（アースパ ターン）３１２，３４２によってほぼ完全にシールドされ、該光電変換素子から の出力信号中における外部からのノイズの影響をほぼ完全に阻止することができ る。

【００２１】

【考案の効果】

本考案によれば、光電変換素子からの出力信号に含まれるノイズを効果的に低 減させることができ、パルスエンコーダの耐ノイズ性を顕著に向上させることが できる。しかも本考案によれば、プリント基板の多層化技術のみで何等特殊の工 程を必要とすることなく、その実現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の１実施例としてのパルスエンコーダの
概略構成を示す図である。

【図２】図１のパルスエンコーダにおいて上部プリント
板および該プリント板への接続線を取除いた状態を示す
側面図である。

【図３】図１のパルスエンコーダにおいて回転符号板か
ら下面をみた平面図である。

【図４】図１のパルスエンコーダにおける光電変換素子
アレイの各層の表面又は裏面を詳細に示す平面図であ
る。

【図５】従来形のパルスエンコーダにおける光電変換素
子アレイの表面および裏面を詳細に示す平面図である。

【図６】この種の光学式パルスエンコーダにおける信号
伝達経路を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…筐体（フランジ） ２…固定スリット台 ２２…固定符号板 ３…光電変換素子アレイ ３１１，３２１，３３１，３４１…絶縁板 ３１２，３４２…シールドパターン（アースパターン） ３２２，３３２…信号用の配線パターン ４…回転符号板 ５…プリント板 ５２…接続線 ６４…カバー ７１…絶縁板 ７２…信号用の配線パターン

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光部、該発光部からの光を受光する光
   電変換素子アレイ、該発光部から該光電変換素子アレイ
   へ送出される光を透過あるいは遮断する信号パターンを
   有する回転符号板および固定符号板、該固定符号板およ
   び該光電変換素子アレイが固定される固定スリット台、
   該固定スリット台が固定される筐体、および該光電変換
   素子アレイからの出力信号が接続線を通して入力される
   信号処理回路が形成されるプリント板をそなえたパルス
   エンコーダにおいて、該光電変換素子アレイは、３層以
   上の多層構造をなすプリント基板の表面上に該光電変換
   素子が配設され、その表面上の該光電変換素子配置部分
   及び信号用配線導出部分を除いた該表面、並びに裏面
   に、該光電変換素子アレイの外部から侵入する電磁ノイ
   ズの、該光電変換素子より出力され該信号用配線導出部
   分に至る、電流値の微弱な信号電圧への影響を防止する
   ためのシールドパターンであって上記プリント板上の電
   源ＯＶ端子と接続されるアース層を形成し、表裏２層の
   該シールドパターンに挟持された中間層に、信号用配線
   パターンを形成した事を特徴とするパルスエンコーダ。