JPWO2007116801A1 - 電子機器筐体 - Google Patents

Abstract

金属製の基台部１０１と、この基台部１０１に固着される樹脂部４０２と、上記樹脂部４０２に当接するプリント基板１０４を備えた電子機器筐体において、上記基台部１０１と上記樹脂部４０２の固着処理はナノモールド技術により行い、上記樹脂部４０２は絶縁性を有するものである。

Description

この発明は電子機器の筐体、特に駆動制御装置におけるサーボモータに用いる小型エンコーダ等において、プリント基板を内蔵し、剛性の高い構造を有する電子機器筐体に関するものである。

背景技術として電子機器のひとつである光学式エンコーダの構造を具体例にあげて説明する。尚、「光学式エンコーダ」は産業機器、主にファクトリー・オートメーション分野で使用されるサーボモータの回転検出器として使用される電子機器であり、プリント基板を内蔵し、高い剛性・小型・軽量を要求されている電子機器のひとつである。

図４は従来から公知の光学式エンコーダにおける概略構造を示す断面図であり、図５及び図６は従来から公知の光学式エンコーダにおける他の例の概略構造を示す断面図である。
図４において、光学式エンコーダの基台部１０１は剛性を必要とするため一般的には金属で出来ており、量産性を高めるためにアルミダイキャスト等を用いることが多い。回転部１０２はパターン円板であり、モータにおけるロータ等の回転体（図示せず）に連結されているものである。絶縁部１０３は樹脂製の部品であり基台部１０１とプリント基板１０４を絶縁している。プリント基板１０４には後述する受光素子、発光素子、あるいは信号処理を行う電子回路が搭載されている。絶縁部固定ネジ１０５は基台部１０１に対し絶縁部１０３を固定するためのものである。検出部１０６はプリント基板１０４上に搭載されている。

図４の例では、絶縁部１０３を固定するために固定ネジ１０５が必要であり、基台部１０１と絶縁部１０３の位置決めはこの固定ネジ１０５を介して行うため、固定ネジ１０５の外径と絶縁部１０３におけるネジ穴のがたにより位置決め精度が低下することが考えられる。最終的に、検出部１０６と回転部１０２であるパターン円板の相対的位置関係が適正な状態にないと、エンコーダの機能である回転体の位置検出性能に大きく影響を与えることになる。また、固定ネジ１０５を用いるため、部品点数の増加、取り付け工数の増加、製品質量の増加を招くことになる。

図５において、基台部１０１、回転部１０２、プリント基板１０４、検出部１０６は図４と同じ機能を有する部分であり、その説明を省略する。
図５に示す光学式エンコーダは、基台部１０１とプリント基板１０４より構成されているため、高い剛性を得ることができるが、プリント基板１０４は金属製である基台部１０１に直接当接しており、プリント基板１０４の当接している個所には部品を配置することも、パターンを配置することもできない。プリント基板内絶縁部１０４ａとして示したハッチング部分が、この部品を配置することも、パターンを配置することもできない部分であり、これによりプリント基板の有効に利用できる面積が減少する。特に小型電子機器においては大きな問題となる。

図６において、基台部１０１、回転部１０２、絶縁部１０３、プリント基板１０４、検出部１０６は図４と同じ機能を有する部分であり、その説明を省略する。
図６における接着部３０１は、基台部１０１と絶縁部１０３を結合するためのものである。図６における基台部１０１と絶縁部１０３は接着部３０１において接着剤により結合しているため、基台部１０１と絶縁部１０３の位置決め精度が低下することが考えられる。最終的に、検出部１０６と回転部１０２であるパターン円板の相対的位置関係が適正な状態にないと、エンコーダの機能である回転体の位置検出性能に大きく影響を与えることになる。

また、接着部３０１が基台部１と絶縁部３の間に介在することにより、剛性の低い接着剤が、エンコーダ全体の剛性低下を招くことが考えられる。また、接着部３０１は振動、温度、衝撃などの環境条件により劣化する可能性も高く、製品の信頼性低下を招くことが考えられる。また、接着を行うための工数の増加、強固な接着剤を用いることによるコストアップ、製造時の環境条件の差による接着力のバラツキによる信頼性の低下、なども招くことが考えられる。

尚、電子機器筐体の製造技術に関し、樹脂部材とアルミダイキャスト部材を一体として成形し、熱遮蔽を行うと共に、組立性の簡略化を実現することが提案されている。（例えば、特許文献１参照）

日本国実開昭６３−１８８５１９号公報

しかしながら、従来の技術では、上述したように、プリント基板の有効に利用できる面積の減少、部品点数の増加、取り付け工数の増加、製品質量の増加、位置決め精度の低下に伴う電子機器の性能の低下、電子機器筐体の剛性の低下といった課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、電子機器の筐体、特に駆動制御装置におけるサーボモータに用いる小型エンコーダ等において、内蔵するプリント基板における部品の実装面積、及びパターンの配置面積を有効に取ることができ、組立性も良く、位置決め精度が向上でき、剛性の高い電子機器筐体を提供することを目的とするものである。

この発明に係る電子機器筐体は、基台部と該基台部に固着される樹脂部と、上記樹脂部に当接するプリント基板を備えた電子機器筐体において、
上記基台部をアルミニュームから構成すると共に、表面にナノレベルの凹凸を形成し、更に、上記樹脂部を絶縁性樹脂で構成し、上記凹凸に上記樹脂部の樹脂を鍵構造により結合させて上記基台部と上記樹脂部を固着するものである。

この発明によれば、従来技術における、内蔵するプリント基板の実装面積の減少、パターンの配置面積の減少、筐体の剛性の低下という問題点が無くなり、内蔵するプリント基板における部品の実装面積及びパターンの配置面積を有効に利用することができ、剛性も高い電子機器筐体が得られるという効果がある。

実施の形態１における光学式エンコーダの概略構造の断面図である。 実施の形態１における光学式エンコーダの構造の断面図である。 実施の形態２における密閉性を必要とする電子機器筐体の構造図である。 従来の光学式エンコーダの概略構造を示す断面図である。 従来の光学式エンコーダの概略構造を示す断面図である。 従来の光学式エンコーダの概略構造を示す断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図を用いて説明する。
図１及び図２は本実施形態である電子機器筐体の構造を示す図であり、光学式エンコーダの構造を具体例にあげて図示したものである。

図１は、この発明の実施の形態の概略構造の断面図であり、従来からある光学式エンコーダにおける構造の例である図４〜図６に対応して示したものである。
また、図２（ａ）がエンコーダを回転軸に対し垂直方向である底面から見た図であり、図２（ｂ）が図２（ａ）における矢視Ａ−Ａの断面図である。

図１において、基台部１０１、回転部１０２、プリント基板１０４、検出部１０６は図４と同じ機能を有する部分であり、その説明を省略する。
図１において、樹脂部４０２が基台部１０１と固着されており、その固着はナノモールド部４０１において行われている。尚、ナノモールドとは「日本国特開２００２−２２５０７３号公報」、あるいは「日本国特開２００３−０３５６３号公報」、「日本国特開２００３−１７０５３１号公報」、「日本国特開２００３−２００４５３号公報」、「日本国特開２００３−２５１６５４号公報」、「日本国特開２００４−０５０４８８号公報」、「日本国特開２００４−２１６４２５号公報」、「日本国特開２００４−２１６６０９号公報」、「日本国特開２００４−２６８９３６号公報」、「日本国特開２００４−２７１１６１号公報」、「日本国特開２００４−３３０５０９号公報公報」、「日本国特開２００５−００９７２８号公報」、「日本国特開２００５−０５３１７９号公報公報」、「日本国特開２００５−１１９００５号公報」、「日本国特開２００５−１１９２３７号公報公報」、「日本国特開２００５−１３６１１７号公報」により公開されている技術であり、アルミニュームのポーラス構造にアンカー効果により樹脂を接合するモールド技術であり、金属製部材と樹脂製部材を接着剤等を使用せずに一体化させる技術、即ち、アルミニュームの表面にナノレベルの凹凸を形成し、この凹凸に樹脂を鍵構造により結合させる技術である。また、樹脂部４０２に当接するようにプリント基板１０４が配置されている。尚、図１における樹脂部４０２は、基台部１０１、即ちアルミニュームと線膨張係数が同等の絶縁性樹脂で構成されており、図４における絶縁部１０３に相当する。

基台部１０１と樹脂部４０２の固着はナノモールド技術を用いて行われているため、位置決め精度及び剛性が、同様構造の接着部３０１を有する図６の従来例に対して格段に優れたものとなる。即ち、基台部１０１に対する樹脂部４０２は射出成形により行われているので、その形状精度が高く、この形状精度の高さにより各部分を組合わせて出来上がる検出部１０６と回転部１０２であるパターン円板の相対的位置関係が適正な状態にすることが可能となり、エンコーダの機能である回転体の位置検出性能も良好なものとすることが可能となる。
また、基台部１０１と樹脂部４０２のナノモールド部４０１による結合は、基台部１０１の中に樹脂部４０２が入り込むような強固な固着方法であるため、非常に高い剛性を得ることが可能となっている。

次に図２において、モータブラケット５０１、モータ軸５０５は、モータ（図示せず）の一部である。ハウジング５０２はアルミダイキャスト等による金属製のものであり、樹脂部５０４が上記ハウジング５０２と固着されており、その固着はナノモールド部５０３で行われている。ミラー５０６、円板５０７、円板上のパターン部５１３はエンコーダ特有のものであり、モータ軸５０５に連結されている。発光素子５０９、受光素子５０８もエンコーダ特有のものであり、プリント基板５１１上に配置されている。

図２において、回転する部分であるミラー５０６、円板５０７、円板上のパターン部５１３と、固定部分であるプリント基板５１１上の発光素子５０９、受光素子５０８は相対的な位置関係を厳密に位置決めする必要がある。
エンコーダにおける具体的な動作を図２に基づき説明する。発光素子５０９から出た光は円板５０７上にあるパターン部５１３により一部の光が遮蔽され、円板５０７を通過した光はミラー５０６にて反射し、再度円板５０７を通過して受光素子５０８にて受光し、光電変換され電気信号として処理される。ここにおいて、回転部分であるミラー５０６、円板５０７、パターン部５１３と、固定部分である発光素子５０９、受光素子５０８の相対的位置関係が適正な状態にないと、エンコーダの機能である回転体の位置検出性能に大きく影響を与えることになり、エンコーダによるモータ軸の位置検出が正確にできない。
モータを用いて速度制御や位置決め制御などを行う場合に、回転体であるモータの磁極位置が正確に検出できないと、速度制御や位置決め制御の性能が低下するという不具合にいたる可能性がある。

この発明によれば、金属製のハウジング５０２に対して樹脂部５０４をナノモールド技術により固着した部品を用いたことにより、剛性の高い構造体を得ることができ、さらに発光素子５０９、受光素子５０８、各種処理回路（図示せず）が搭載されているプリント基板５１１が樹脂部５０４に当接するように取り付けられているため、プリント基板５１１の樹脂部と当接する部分にもパターンを配置することができ、プリント基板５１１の面積を有効に利用することが可能である。

また、エンコーダのような検出器は、駆動系に近接して取り付けられることが多く、過酷な環境にさらされることが多い。すなわち、振動、温度、衝撃などの環境に耐える必要があるが、この発明による電子機器筐体とすることにより、剛性の高い筐体構造とすることが可能であり、より悪い環境条件でも使用可能な電子機器を得ることが可能である。

また、ハウジング５０２と樹脂部５０４が一体成形されたことにより部品点数が削減され、ひいては組立性が向上するという効果が得られる。

図２の例では、モータブラケット５０１に金属部であるハウジング５０２がハウジング止めネジ５１４で強固に取り付けられ、樹脂部５０４はナノモールド技術により強固に固着され、プリント基板５１１は樹脂部５０４に当接するように、接着あるいはネジ止めあるいは嵌合あるいは他の部品による固定、あるいはそれらの組合わせにより強固に取り付けることが可能であり、結果として剛性の高い筐体を持つエンコーダを得ることが可能である。

尚、上記のように図２の実施例でも樹脂部５０４とプリント基板５１１の取り付けに接着剤を用いる場合があるが、図６の従来の構造の例に比較して次のような違いがある。
図６の例では、接着部は絶縁部１０３とプリント基板１０４の両方の部品の質量を支えている。これに対し、図２の例では、プリント基板５１１のみを支えており、図２の例の方が接着部が支える質量が軽量であり、従って接着部への負担が少なくなり、剛性も高くなり、接着部への信頼性が向上するという差がある。

尚、本実施の形態では、光学式エンコーダの構造を具体的な例として示したが、他の方式のエンコーダ、例えば磁気式エンコーダ等においても同様の効果を得ることが可能である。

実施の形態２．
図３は、別の実施の形態である密閉性を必要とする電子機器筐体の構造を示す図であり、検出部が筐体外部にあり、信号処理などを行うプリント基板が筐体内部にあるような電子機器を例にあげて図示したものである。
例えば、モータに取り付けられた磁気式エンコーダにおいて、磁気円板がモータのロータ軸端に取り付けられており、磁気検出部は本実施の形態による電子機器筐体の外側に取り付けられ、電子機器筐体の中は密閉性が保たれており、プリント基板を内蔵しているような例である。

図３（ａ）が電子機器の断面図、図３（ｂ）がフタ６０６をはずした状態の上面図である。
図３において、基台部６０１はアルミダイキャスト等による金属製のものであり、樹脂部６０２が上記基台部６０１と固着されており、その固着はナノモールド部６０３により行われている。プリント基板６０５は密閉性を有する筐体内部に設置されており、この実施の形態では、フレキシブル・プリント基板（Flexible Printed Circuit）６０８により、筐体外部にある検出部６０７と接続されている。樹脂部６０２には、密閉性を保つためのオーリング６０４（本実施の形態における密閉性を保つための部品の一例）を納めるスペースが設けられている。ここにおいて、オーリング６０４は、樹脂部６０２と基台部６０１に当接しており、更に、フタ６０６にも当接している。
樹脂部６０２は非常に滑らかな面であり、オーリング６０４が当接することにより密閉性を保つことが可能である。

尚、アルミダイキャスト等による金属製の基台部６０１、特にアルミダイキャストの場合は鋳肌面となり比較的荒い表面となることが一般的である。このため密閉性を得るために、アルミダイキャストに対してオーリング６０４を納めるスペースを加工し、さらに鋳物特有の巣穴を塞ぐ封孔処理などの追加処理を行う場合がある。
また、オーリング６０４が当接する基台部６０１の部分は、アルミダイキャストの場合は鋳肌面であり比較的荒い表面であるが、樹脂部６０２とナノモールド部６０３により固着されているため、樹脂部６０２と基台部６０１の境界部において十分な密閉性を保つことが可能である。

すなわち、従来技術によるアルミダイキャストによる基台部のみを用いた電子機器筐体の密閉性を得るための加工に多大な工程を要するのに対し、本実施の形態による電子機器筐体では密閉性を得るための追加加工工程が不要となる。
また、オーリングを納める部分の形状が円形の場合は旋盤加工など比較的簡単な加工で済むが、本実施の形態の図３のような円形以外の多角形の形状の場合、ミーリング等による複雑な加工が必要であり、加工に多大な時間を要するが、本実施の形態による電子機器筐体では密閉性を得るための追加加工工程が不要となる。尚、密閉性を保つための部品オーリング４はオイルシールなどの部品であってもよい。

上記実施の形態によれば、従来技術における、回転部１０２に対する検出部１０６の位置決め精度の低下、プリント基板の有効に利用できる面積の減少、構造全体の剛性の低下という問題点が無くなり、位置決めが容易になり、プリント基板の面積を有効に利用でき、構造全体の剛性も高くすることができるという効果がある。
また、部品点数が削減され、ひいては組立性が向上するという効果が得られる。
特に小型プリント基板を内臓する電子機器では、この効果が顕著である。

また、密閉性を必要とする電子機器における上記実施の形態によれば、従来技術における密閉性を得るための加工工程が無くなり、非常に簡単に密閉性を得ることが可能であるという効果がある。特に、円形以外である多角形などの形状の密閉部分において、この効果が顕著である。

この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、諸種の設計的変更を含むものである。

この発明は、電子機器の筐体、特に駆動制御装置におけるサーボモータの小型エンコーダ等において、内蔵するプリント基板を有し、高い剛性を要求される電子機器筐体に適しており、産業上の利用可能性は大である。

Claims (5)

1. 基台部と、該基台部に固着される樹脂部と、上記樹脂部に当接するプリント基板を備えた電子機器筐体において、
   上記基台部を表面にナノレベルの凹凸が形成されたアルミニュームから構成すると共に、上記樹脂部を絶縁性樹脂で構成し、上記凹凸に上記樹脂部の樹脂を鍵構造により結合させて上記基台部と上記樹脂部を固着することを特徴とする電子機器筐体。
2. 基台部と、該基台部に固着されると共に、上記基台部内に電子機器を保持する樹脂部と、
   上記基台部内を密閉性保持部材の介在により密閉する蓋体と、を備えた電子機器筐体において、
   上記基台部を表面にナノレベルの凹凸が形成されたアルミニュームから構成すると共に、上記樹脂部を絶縁性樹脂で構成し、上記凹凸に上記樹脂部の樹脂を鍵構造により結合させて上記基台部と上記樹脂部を固着することを特徴とする電子機器筐体。
3. 回転部を有する電子機器に適用したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子機器筐体。
4. 検出器に適用したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子機器筐体。
5. 検出器はエンコーダであることを特徴とする請求項４に記載の電子機器筐体。

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