KR100988685B1 - 전자기기 케이스 - Google Patents

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미키오 이이지마
하지메 나카지마
다카시 오카무로
요히치 오무라
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

금속제의 기대부(101)와, 이 기대부(101)에 고착되는 수지부(402)와, 상기 수지부(402)에 맞닿는 프린트 기판(104)을 구비한 전자기기 케이스에 있어서, 상기 기대부(101)와 상기 수지부(402)의 고착 처리는 나노 몰드 기술에 의해 실시하고, 상기 수지부(402)는 절연성을 가지는 것이다.

Description

전자기기 케이스 {ELECTRONIC DEVICE CASE}
본 발명은 전자기기의 케이스, 특히 구동제어장치에 있어서의 서보모터(servo motor)에 이용하는 소형 엔코더 등에 있어서, 프린트 기판을 내장하고, 강성(剛性)의 높은 구조를 가지는 전자기기 케이스에 관한 것이다.
배경기술로서 전자기기의 하나인 광학식 엔코더의 구조를 구체적인 예로 들어 설명한다. 또한, 「광학식 엔코더」는 산업기기, 주로 팩토리·오토메이션(factory·automation) 분야에서 사용되는 서보모터의 회전검출기로서 사용되는 전자기기로서, 프린트 기판을 내장하고, 높은 강성·소형·경량이 요구되고 있는 전자기기의 하나이다.
도 4는 종래부터 공지의 광학식 엔코더에 있어서의 개략 구조를 나타내는 단면도이고, 도 5 및 도 6은 종래부터 공지의 광학식 엔코더에 있어서의 다른 예의 개략 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4에 있어서, 광학식 엔코더의 기대부(基臺部)(101)는 강성을 필요로 하기 때문에 일반적으로는 금속으로 되어 있고, 양산성을 높이기 위해서 알루미늄 다이캐스트(die cast) 등을 이용하는 것이 많다. 회전부(102)는 패턴 원판이고, 모터에 있어서의 로터 등의 회전체(도시하지 않음)에 연결되어 있는 것이다. 절연부(103) 는 수지제의 부품이고 기대부(101)와 프린트 기판(104)을 절연하고 있다. 프린트 기판(104)에는 후술하는 수광소자, 발광소자 혹은 신호처리를 실시하는 전자회로가 탑재되어 있다. 절연부 고정나사(105)는 기대부(101)에 대해 절연부(103)를 고정하기 위한 것이다. 검출부(106)는 프린트 기판(104) 위에 탑재되어 있다.
도 4의 예에서는 절연부(103)를 고정하기 위해서 고정나사(105)가 필요하고, 기대부(101)와 절연부(103)의 위치결정은 이 고정나사(105)를 통하여 실시되므로, 고정나사(105)의 외경과 절연부(103)에 있어서의 나사구멍의 어깨부에 의해 위치결정 정밀도가 저하하는 것을 생각할 수 있다. 최종적으로, 검출부(106)와 회전부(102)인 패턴 원판의 상대적 위치관계가 적정한 상태가 아니면, 엔코더의 기능인 회전체의 위치검출성능에 크게 영향을 주게 된다. 또, 고정나사(105)를 이용하기 때문에, 부품점수의 증가, 설치공정수의 증가, 제품질량의 증가를 초래하게 된다.
도 5에 있어서, 기대부(101), 회전부(102), 프린트 기판(104), 검출부(106)는 도 4와 같은 기능을 가지는 부분으로, 그 설명을 생략한다.
도 5에 나타내는 광학식 엔코더는 기대부(101)와 프린트 기판(104)으로 구성되어 있기 때문에, 높은 강성을 얻을 수 있지만, 프린트 기판(104)은 금속제인 기대부(101)에 직접 맞닿아 있고, 프린트 기판(104)의 맞닿아 있는 곳에는 부품을 배치하는 것도, 패턴을 배치하는 것도 할 수 없다. 프린트 기판 내 절연부(104a)로서 나타낸 음영으로 나타낸 부분(hatched portion)이 이 부품을 배치하는 것도, 패턴을 배치하는 것도 할 수 없는 부분이며, 이것에 의해 프린트 기판의 유효하게 이용할 수 있는 면적이 감소한다. 특히 소형 전자기기에 있어서는 큰 문제가 된다.
도 6에 있어서, 기대부(101), 회전부(102), 절연부(103), 프린트 기판(104), 검출부(106)는 도 4와 같은 기능을 가지는 부분으로, 그 설명을 생략한다.
도 6에 있어서의 접착부(301)는 기대부(101)와 절연부(103)를 결합하기 위한 것이다. 도 6에 있어서의 기대부(101)와 절연부(103)는 접착부(301)에 있어서 접착제에 의해 결합하고 있기 때문에, 기대부(101)와 절연부(103)의 위치결정 정밀도가 저하하는 것을 생각할 수 있다. 최종적으로, 검출부(106)와 회전부(102)인 패턴 원판의 상대적 위치관계가 적정한 상태가 아니면, 엔코더의 기능인 회전체의 위치검출성능에 크게 영향을 주게 된다.
또, 접착부(301)가 기대부(101)으로 절연부(103)의 사이에 개재하는 것에 의해, 강성이 낮은 접착제가 엔코더 전체의 강성 저하를 초래하는 것을 생각할 수 있다. 또, 접착부(301)는 진동, 온도, 충격 등의 환경조건에 의해 열화(劣化)할 가능성도 높아 제품의 신뢰성 저하를 초래하는 것을 생각할 수 있다. 또, 접착을 행하기 위한 공정수의 증가, 강고한 접착제를 이용하는 것에 의한 코스트 업, 제조시의 환경조건의 차이에 의한 접착력의 불균형에 의한 신뢰성의 저하 등도 초래하는 것을 생각할 수 있다.
또한, 전자기기 케이스의 제조기술에 관해, 수지부재와 알루미늄 다이캐스트 부재를 일체로 성형하고, 열 차폐(遮蔽)를 실시함과 동시에, 조립성의 간략화를 실현하는 것이 제안되고 있다.(예를 들면, 특허문헌 1 참조)
특허문헌 1 : 일본국 실개소63-188519호 공보
<발명이 해결하고자 하는 과제>
그렇지만, 종래의 기술에서는, 상술한 바와 같이, 프린트 기판을 유효하게 이용할 수 있는 면적의 감소, 부품점수의 증가, 설치공정수의 증가, 제품질량의 증가, 위치결정 정밀도의 저하에 수반하는 전자기기의 성능의 저하, 전자기기 케이스의 강성의 저하라고 하는 과제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 전자기기의 케이스, 특히 구동제어장치에 있어서의 서보모터에 이용하는 소형 엔코더 등에 있어서, 내장하는 프린트 기판에 있어서의 부품의 설치면적 및 패턴의 배치면적을 유효하게 취할 수 있어 조립성도 좋고, 위치결정 정밀도를 향상할 수 있어 강성이 높은 전자기기 케이스를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
본 발명에 관한 전자기기 케이스는 기대부와, 이 기대부에 고착되는 수지부와, 상기 수지부에 맞닿는 프린트 기판을 구비한 전자기기 케이스에 있어서,
상기 기대부를 알루미늄으로 구성함과 동시에, 표면에 나노(nano) 레벨의 요철을 형성하고, 또한, 상기 수지부를 절연성 수지로 구성하며, 상기 요철에 상기 수지부의 수지를 열쇠 구조에 의해 결합시켜 상기 기대부와 상기 수지부를 고착하는 것이다.
<발명의 효과>
본 발명에 의하면, 종래 기술에 있어서의, 내장하는 프린트 기판의 설치면적의 감소, 패턴의 배치면적의 감소, 케이스의 강성의 저하라고 하는 문제점이 없어져, 내장하는 프린트 기판에 있어서의 부품의 설치면적 및 패턴의 배치면적을 유효하게 이용할 수 있어 강성도 높은 전자기기 케이스를 얻을 수 있다고 하는 효과가 있다.
도 1은 실시형태 1에 있어서의 광학식 엔코더의 개략 구조의 단면도이다.
도 2는 실시형태 1에 있어서의 광학식 엔코더의 구조의 단면도이다.
도 3은 실시형태 2에 있어서의 밀폐성을 필요로 하는 전자기기 케이스의 구조도이다.
도 4는 종래의 광학식 엔코더의 개략 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5는 종래의 광학식 엔코더의 개략 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6은 종래의 광학식 엔코더의 개략 구조를 나타내는 단면도이다.
<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>
실시형태 1.
이하, 본 발명의 실시형태 1에 대하여 도면을 이용하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 실시형태인 전자기기 케이스의 구조를 나타내는 도로서, 광학식 엔코더의 구조를 구체적인 예에 들어 도시한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태의 개략 구조의 단면도로서, 종래부터 있는 광학식 엔코더에 있어서의 구조의 예인 도 4 ~ 도 6에 대응하여 나타낸 것이다. 또, 도 2(a)가 엔코더를 회전축에 대해 수직방향인 저면(底面)으로부터 본 도이며, 도 2(b)가 도 2(a)에 있어서의 화살표 A-A의 단면도이다.
도 1에 있어서, 기대부(101), 회전부(102), 프린트 기판(104), 검출부(106)는 도 4와 같은 기능을 가지는 부분으로, 그 설명을 생략한다.
도 1에 있어서, 수지부(402)가 기대부(101)와 고착되어 있고, 그 고착은 나노 몰드부(401)에 있어서 행해지고 있다. 또한, 나노 몰드란 「일본국 특개2002-225073호 공보」 혹은 「일본국 특개2003-03563호 공보」, 「일본국 특개2003-170531호 공보」, 「일본국 특개2003-200453호 공보」, 「일본국 특개2003-251654호 공보」, 「일본국 특개2004-050488호 공보」, 「일본국 특개2004-216425호 공보」, 「일본국 특개2004-216609호 공보」, 「일본국 특개2004-268936호 공보」, 「일본국 특개2004-271161호 공보」, 「일본국 특개2004-330509호 공보 공보」, 「일본국 특개2005-009728호 공보」, 「일본국 특개2005-053179호 공보 공보」, 「일본국 특개2005-119005호 공보」, 「일본국 특개2005-119237호 공보 공보」, 「일본국 특개2005-136117호 공보」에 의해 공개되어 있는 기술이며, 알루미늄의 포러스(porous) 구조에 엥커(anchor) 효과에 의해 수지를 접합하는 몰드 기술이고, 금속제 부재와 수지제 부재를 접착제 등을 사용하지 않고 일체화시키는 기술, 즉, 알루미늄의 표면에 나노 레벨의 요철을 형성하고, 이 요철에 수지를 열쇠 구조에 의해 결합시키는 기술이다. 또, 수지부(402)에 맞닿도록 프린트 기판(104)이 배치되어 있다. 또한, 도 1에 있어서의 수지부(402)는 기대부(101), 즉 알루미늄과 선팽창계수가 동등한 절연성 수지로 구성되어 있고, 도 4에 있어서의 절연부(103)에 상당한다.
기대부(101)와 수지부(402)의 고착은 나노 몰드 기술을 이용하여 행해지고 있기 때문에, 위치결정 정밀도 및 강성이, 동일한 구조의 접착부(301)를 가지는 도 6의 종래예에 대해서 현격히 우수한 것이 된다. 즉, 기대부(101)에 대한 수지부(402)는 사출성형에 의해 행해지고 있으므로, 그 형상 정밀도가 높고, 이 형상 정밀도의 높음에 의해 각 부분을 조합시켜 이루어지는 검출부(106)와 회전부(102)인 패턴 원판의 상대적 위치관계를 적정한 상태로 하는 것이 가능하게 되며, 엔코더의 기능인 회전체의 위치검출성능도 양호한 것으로 하는 것이 가능하게 된다.
또, 기대부(101)와 수지부(402)의 나노 몰드부(401)에 의한 결합은 기대부(101) 안에 수지부(402)가 비집고 들어가는 강고한 고착방법이기 때문에, 매우 높은 강성을 얻는 것이 가능하게 되어 있다.
다음에 도 2에 있어서, 모터 브래킷(501), 모터축(505)은 모터(도시하지 않음)의 일부이다. 하우징(502)은 알루미늄 다이캐스트 등에 의한 금속제의 것이며, 수지부(504)가 상기 하우징(502)과 고착되어 있고, 그 고착은 나노 몰드부(503)에서 행해지고 있다. 미러(506), 원판(507), 원판 모양의 패턴부(513)는 엔코더 특유의 것이며, 모터축(505)에 연결되어 있다. 발광소자(509), 수광소자(508)도 엔코더 특유의 것이며, 프린트 기판(511) 위에 배치되어 있다.
도 2에 있어서, 회전하는 부분인 미러(506), 원판(507), 원판 모양의 패턴부(513)와, 고정 부분인 프린트 기판(511) 위의 발광소자(509), 수광소자(508)는 상대적 위치관계를 엄밀하게 위치결정할 필요가 있다.
엔코더에 있어서의 구체적인 동작을 도 2에 근거하여 설명한다. 발광소 자(509)로부터 나온 광은 원판(507) 위에 있는 패턴부(513)에 의해 일부의 광이 차폐되고, 원판(507)을 통과한 광은 미러(506)에서 반사하며, 재차 원판(507)을 통과하여 수광소자(508)에서 수광하고, 광전(光電)변환되어 전기신호로서 처리된다. 여기에 있어서, 회전 부분인 미러(506), 원판(507), 패턴부(513)와, 고정 부분인 발광소자(509), 수광소자(508)의 상대적 위치관계가 적정한 상태가 아니면, 엔코더의 기능인 회전체의 위치검출성능에 크게 영향을 주게 되어, 엔코더에 의한 모터축의 위치 검출을 정확하게 할 수 없다. 모터를 이용하여 속도제어나 위치결정제어 등을 실시하는 경우에 회전체인 모터의 자극(磁極)위치가 정확하게 검출할 수 없으면, 속도제어나 위치결정제어의 성능이 저하된다고 하는 문제점에 이를 가능성이 있다.
본 발명에 의하면, 금속제의 하우징(502)에 대해서 수지부(504)를 나노 몰드 기술에 의해 고착한 부품을 이용한 것에 의해, 강성의 높은 구조체를 얻을 수 있고, 또한 발광소자(509), 수광소자(508), 각종 처리 회로(도시하지 않음)가 탑재되어 있는 프린트 기판(511)이 수지부(504)에 맞닿도록 장착되어 있기 때문에, 프린트 기판(511)의 수지부와 맞닿는 부분에도 패턴을 배치할 수 있어 프린트 기판(511)의 면적을 유효하게 이용하는 것이 가능하다.
또, 엔코더와 같은 검출기는 구동계에 근접하여 부착되는 것이 많고, 가혹한 환경에 노출되는 것이 많다. 즉, 진동, 온도, 충격 등의 환경에 견딜 필요가 있지만, 본 발명에 의한 전자기기 케이스로 하는 것에 의해, 강성이 높은 케이스 구조로 하는 것이 가능하여, 보다 나쁜 환경조건에서도 사용가능한 전자기기를 얻는 것이 가능하다.
또, 하우징(502)과 수지부(504)가 일체성형된 것에 의해 부품점수가 삭감되고, 나아가서는 조립성이 향상한다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 2의 예에서는 모터 브래킷(501)에 금속부인 하우징(502)이 하우징 멈춤나사(514)로 강고하게 부착되고, 수지부(504)는 나노 몰드 기술에 의해 강고하게 고착되며, 프린트 기판(511)은 수지부(504)에 맞닿도록 접착 혹은 나사 고정 혹은 끼워맞춤 혹은 다른 부품에 의한 고정 혹은 그러한 조합에 의해 강고하게 부착하는 것이 가능하고, 결과적으로 강성의 높은 케이스를 가지는 엔코더를 얻는 것이 가능하다.
또한, 상기와 같이 도 2의 실시예에서도 수지부(504)와 프린트 기판(511)의 부착에 접착제를 이용하는 경우가 있지만, 도 6의 종래의 구조의 예와 비교하여 다음과 같은 차이가 있다. 도 6의 예에서는 접착부는 절연부(103)와 프린트 기판(104)의 양쪽의 부품의 질량을 지지하고 있다. 이것에 대해, 도 2의 예에서는 프린트 기판(511)만을 지지하고 있고, 도 2의 예의 쪽이 접착부가 지지하는 질량이 경량이며, 따라서 접착부로의 부담이 적게 되어 강성도 높아지고, 접착부로의 신뢰성이 향상한다고 하는 차이가 있다.
또한, 본 실시형태에서는 광학식 엔코더의 구조를 구체적인 예로서 나타냈지만, 다른 방식의 엔코더, 예를 들면 자기식 엔코더 등에 있어서도 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.
실시형태 2.
도 3은 다른 실시형태인 밀폐성을 필요로 하는 전자기기 케이스의 구조를 나 타내는 도로서, 검출부가 케이스 외부에 있고, 신호처리 등을 실시하는 프린트 기판이 케이스 내부에 있는 전자기기를 예에 들어 도시한 것이다.
예를 들면, 모터에 장착된 자기식 엔코더에 있어서, 자기 원판이 모터의 로터 축단(軸端)에 부착되어 있고, 자기 검출부는 본 실시형태에 의한 전자기기 케이스의 외측에 장착되며, 전자기기 케이스 안은 밀폐성이 유지되어 있어 프린트 기판을 내장하고 있는 예이다.
도 3(a)이 전자기기의 단면도, 도 3(b)이 덮개(606)를 뗀 상태의 상면도이다.
도 3에 있어서, 기대부(601)는 알루미늄 다이캐스트 등에 의한 금속제의 것이고, 수지부(602)가 상기 기대부(601)와 고착되어 있으며, 그 고착은 나노 몰드부(603)에 의해 행해지고 있다. 프린트 기판(605)은 밀폐성을 가지는 케이스 내부에 설치되어 있고, 이 실시형태에서는 플렉서블·프린트 기판(Flexible Printed Circuit)(608)에 의해, 케이스 외부에 있는 검출부(607)와 접속되어 있다. 수지부(602)에는 밀폐성을 유지하기 위한 O링(604)(본 실시형태에 있어서의 밀폐성을 유지하기 위한 부품의 일례)를 격납하는 스페이스가 마련되어 있다. 여기에 있어서, O링(604)은 수지부(602)와 기대부(601)에 맞닿아 있고, 또한, 덮개(606)에도 맞닿아 있다. 수지부(602)는 매우 매끄러운 면이며, O링(604)이 맞닿는 것에 의해 밀폐성을 유지하는 것이 가능하다.
또한, 알루미늄 다이캐스트 등에 의한 금속제의 기대부(601), 특히 알루미늄 다이캐스트의 경우는 주조면으로 되어 비교적 거친 표면이 되는 것이 일반적이다. 이 때문에 밀폐성을 얻기 위해서, 알루미늄 다이캐스트에 대해서 O링(604)을 격납하는 스페이스를 가공하고, 또한 주물 특유의 소혈(巢穴)을 차지하는 봉공(封孔)처리 등의 추가처리를 실시하는 경우가 있다. 또, O링(604)이 맞닿는 기대부(601)의 부분은 알루미늄 다이캐스트의 경우는 주조면이고 비교적 거친 표면이지만, 수지부(602)와 나노 몰드부(603)에 의해 고착되어 있기 때문에, 수지부(602)와 기대부(601)의 경계부에 있어서 충분한 밀폐성을 유지하는 것이 가능하다.
즉, 종래 기술에 의한 알루미늄 다이캐스트에 의한 기대부만을 이용한 전자기기 케이스의 밀폐성을 얻기 위한 가공에 다대(多大)한 공정을 필요로 하는 것에 대해, 본 실시형태에 의한 전자기기 케이스에서는 밀폐성을 얻기 위한 추가 가공 공정이 불필요하게 된다.
또, O링을 격납하는 부분의 형상이 원형인 경우는 선반가공 등 비교적 간단한 가공으로 끝나지만, 본 실시형태의 도 3과 같은 원형 이외의 다각형의 형상의 경우, 밀링 등에 의한 복잡한 가공이 필요하고, 가공에 다대한 시간을 필요로 하지만, 본 실시형태에 의한 전자기기 케이스에서는 밀폐성을 얻기 위한 추가 가공공정이 불필요하게 된다. 또한, 밀폐성을 유지하기 위한 부품 O링(604)은 오일 씰 등의 부품으로 하여도 좋다.
상기 실시형태에 의하면, 종래 기술에 있어서의 회전부(102)에 대한 검출부(106)의 위치결정 정밀도의 저하, 프린트 기판의 유효하게 이용할 수 있는 면적의 감소, 구조 전체의 강성의 저하라고 하는 문제점이 없어져, 위치결정이 용이하게 되고, 프린트 기판의 면적을 유효하게 이용할 수 있어 구조 전체의 강성도 높게 할 수 있다고 하는 효과가 있다. 또, 부품점수가 삭감되고, 나아가서는 조립성이 향상한다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 특히 소형 프린트 기판을 내장하는 전자기기에서는 이 효과가 현저하다.
또, 밀폐성을 필요로 하는 전자기기에 있어서의 상기 실시형태에 의하면, 종래 기술에 있어서의 밀폐성을 얻기 위한 가공 공정이 없어져, 매우 간단하게 밀폐성을 얻는 것이 가능하다고 하는 효과가 있다. 특히, 원형 이외인 다각형 등의 형상의 밀폐 부분에 있어서, 이 효과가 현저하다.
본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 여러 종류의 설계적 변경을 포함하는 것이다.
본 발명은 전자기기의 케이스, 특히 구동제어장치에 있어서의 서보모터의 소형 엔코더 등에 있어서, 내장하는 프린트 기판을 가지고, 높은 강성이 요구되는 전자기기 케이스에 적절하고 있어 산업상의 이용 가능성은 크다.

Claims (5)

  1. 알루미늄으로 구성되는 기대부(基臺部)와, 이 기대부에 고착되는 절연성 수지로 구성되는 수지부와, 상기 수지부에 맞닿고, 회전체에 연결하여 회전하는 패턴 원판의 회전을 검출하는 프린트 기판을 구비한 엔코더에 있어서,
    상기 기대부와 상기 수지부의 고착은 상기 기대부에 있어서의 수지부와의 고착면에 형성된 나노(nano) 레벨의 요철과, 상기 수지부의 수지가 열쇠 구조에 의해 결합하는 것으로 고착되고, 상기 수지부에 있어서의 상기 프린트 기판과의 맞닿음면에 상기 프린트 기판의 패턴이 배치되도록 상기 프린트 기판이 상기 수지부에 부착된 것을 특징으로 하는 엔코더.
  2. 청구항 1에 있어서,
    수지부는 프린트 기판만을 지지하는 것을 특징으로 하는 엔코더.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    패턴 원판의 회전을 검출하기 위한 발광소자와 수광소자가 프린트 기판 위에 설치되고,
    회전체에 연결하여 회전함과 동시에, 상기 발광소자로부터의 광을 패턴 원판을 통하여 상기 수광소자로 되돌리는 미러를 더 구비한 것을 특징으로 하는 엔코더.
  4. 알루미늄으로 구성되는 기대부와 절연성 수지로 구성되는 수지부를 고착함과 동시에, 회전체에 연결하여 회전하는 패턴 원판의 회전을 검출하는 프린트 기판을 상기 수지부에 맞닿도록 부착하는 엔코더의 제조방법에 있어서,
    상기 기대부에 있어서의 상기 수지부와의 고착면에 나노 레벨의 요철을 형성하고, 상기 수지부를 사출성형에 의해 상기 기대부의 상기 고착면에 열쇠 구조로 결합시키며, 상기 수지부에 있어서의 상기 프린트 기판과의 맞닿음면에 상기 프린트 기판의 패턴이 배치되도록 상기 프린트 기판을 상기 수지부에 부착하는 것을 특징으로 하는 엔코더의 제조방법.
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