TWI708043B - 編碼器、馬達及編碼器的製造方法 - Google Patents

編碼器、馬達及編碼器的製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明之編碼器(20)係具有：旋轉構件(4)，係被支撐成能夠旋轉，並具有以旋轉軸為中心之配置成環狀的週期結構；電路基板(7)，係具備依據伴隨旋轉構件(4)之旋轉之週期結構之位移來檢測旋轉構件(4)之旋轉角度的旋轉角度檢測部；圓筒狀之電路基板支撐構件(8)，係支撐電路基板(7)；以及編碼器支架(1)，係供電路基板支撐構件(8)固定；電路基板支撐構件(8)係具備：定位部，係抵接電路基板(7)之周緣部，將電路基板(7) 定位於與電路基板支撐構件(8)之中心軸垂直的方向；電路基板接著部，係供電路基板(7)之周緣部接著；以及斜面部，係於至少定位部之內周側的部分之內筒面，從上面側起設置，且具有隨著沿電路基板支撐構件(8)之中心軸的方向越遠離旋轉構件(4)就越接近電路基板支撐構件(8)之中心軸的傾斜。

Description

編碼器、馬達及編碼器的製造方法
本發明係關於檢測軸之旋轉角度的編碼器、具備該編碼器的馬達及編碼器的製造方法。
一般的馬達用編碼器係在電路基板搭載有光學性或磁性地檢測固定於軸的旋轉構件之旋轉的元件，且用電路基板上的運算裝置來處理檢測旋轉的元件之輸出，藉此檢測軸之旋轉角度。電路基板係由電路基板支撐構件所支撐，且藉由電路基板支撐構件固定於所謂支架的基底構件。
專利文獻1揭示一種將電路基板用螺釘固定於作為電路基板支撐構件的上部基座，且將上部基座固定於作為基底構件的下部基座之結構的編碼器。[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特許第4648685號公報
[發明所欲解決之課題]
為了藉由螺釘以可防止電路基板之位移的緊固力將電路基板固定於電路基板支撐構件，必須使用金屬製的螺釘。但是，以金屬製的螺釘將電路基板固定於電路基板支撐構件的情況下，安裝於電路基板的電子零件或電路基板上的電路配線圖案與螺釘的距離短時，可能因電化學遷移(electrochemical migration)而在基板電極與螺釘之間發生短路。因專利文獻1所揭示的編碼器係以螺釘將電路基板固定於電路基板支撐構件，故無法在螺釘固定部之周邊配置電子零件或電路。亦即，專利文獻1所揭示的編碼器必須有較寬的電路基板之面積，而無法小型化。
本發明係有鑑於上述課題而開發完成者，其目的在於獲得一種不使電化學遷移發生而謀求小型化的編碼器。 [解決課題之手段]
為了解決上述課題且達成目的，本發明係具有：旋轉構件，係被支撐成能夠旋轉，並具有以旋轉軸為中心之配置成環狀的週期結構；電路基板，係具備依據伴隨旋轉構件之旋轉之週期結構之位移來檢測旋轉構件之旋轉角度的旋轉角度檢測部；圓筒狀之電路基板支撐構件，係支撐電路基板；以及基底構件，係供電路基板支撐構件固定。電路基板支撐構件係具備：定位部，係抵接電路基板之周緣部，將電路基板定位於與電路基板支撐構件之中心軸垂直的方向；電路基板接著部，係供電路基板之周緣部接著；以及斜面部，係於至少定位部之內周側的部分之內筒面，從上面側起設置，且具有隨著沿電路基板支撐構件之中心軸的方向越遠離旋轉構件就越接近電路基板支撐構件之中心軸的傾斜。 [發明效果]
依據本發明，可達成獲得一種不使電化學遷移發生而謀求小型化的編碼器之功效。
以下，依據圖式詳細說明本發明之實施形態的編碼器、馬達及編碼器的製造方法。再者，本發明不受限於該實施形態。
﹝實施形態1﹞ 第1圖係本發明之實施形態1的編碼器之剖視圖。第2圖係實施形態1的編碼器之分解立體圖。實施形態1的編碼器20係具有：旋轉構件4，其固定於編碼器軸3，且被支撐成能夠旋轉；電路基板7，其在背面安裝有子基板10，且在表面安裝有運算部17，該子基板10係具備有發出光的發光元件5與檢測出旋轉構件4所反射之光的受光元件6，該運算部17係依據受光元件6之輸出來檢測旋轉構件4之旋轉；電路基板支撐構件8，其支撐電路基板7；蓋體13，其覆蓋電路基板7；編碼器支架1，其為供蓋體13固定的基底構件；以及密封構件12。電路基板支撐構件8係藉由螺釘14固定於編碼器支架1。編碼器20中，發光元件5、受光元件6及運算部17係作為檢測旋轉構件4之旋轉角度的旋轉角度檢測部。
實施形態1的編碼器20為反射光學式編碼器，在旋轉構件4之上表面形成有標尺圖案，該標尺圖案係以旋轉軸為中心而配置成環狀之週期結構。旋轉構件4係接著固定在藉由軸承15可旋轉地支持於編碼器支架1的編碼器軸3有，伴隨編碼器軸3之旋轉使旋轉構件4旋轉。發光元件5係將光照射於旋轉構件4之標尺圖案。伴隨旋轉構件4之旋轉，對應於旋轉角度之次數，會產生標尺圖案的反射光之強度的週期性變化。從而，受光元件6之輸出係產生對應於旋轉構件4之旋轉角度的次數的週期性變化。運算部17係依據受光元件6之輸出進行運算處理，藉此可檢測旋轉構件4之旋轉角度。
編碼器軸3係經由聯軸器16而連結於馬達軸，當馬達軸藉由馬達之驅動而旋轉時，旋轉構件4係與編碼器軸3一起旋轉。
在編碼器支架1所設置的溝槽之平坦底面係設置有密封構件12，蓋體13之周緣部的平坦部分係與密封構件12接觸。蓋體13係以螺釘11固定於編碼器支架1。螺釘11固定後，密封構件12係在蓋體13之平坦部分與編碼器支架1的溝槽之平坦底面之間被壓縮，而可獲得較高的防塵防水功效。再者，在此所謂的平坦係指宏觀下的平面，微觀下存在凹凸的情況亦包含於在此所謂的平坦。因密封構件12係在平坦的面彼此之間被壓縮，故不須高精度地加工蓋體13及編碼器支架1，而不會成為製造成本高漲的主因。密封構件12可使用由腈橡膠(nitrile rubber)或矽膠(silicone rubber)所構成的O型環。
蓋體13係由軟磁性體所形成。蓋體13之材料可使用磁場遮蔽效應較高之被稱為高導磁合金(permalloy)的鎳-鐵合金，亦可使用磁場遮蔽效應比鎳-鐵合金差，但比鎳-鐵合金廉價的一般結構用軋製鋼材或冷軋鋼板。
又，蓋體13係安裝有具氣密功能的連接器18，該連接器18係用以對電路基板7供給電力以及將電路基板7與伺服放大器之通信用導線從蓋體13之內部向外部導出。
蓋體13的固定可使用標稱直徑較大的螺釘11，故可抑制因固定蓋體13之力不足所引起的防塵防水性能之降低。實施形態1的編碼器20由於在平坦的面彼此之間壓縮密封構件12，故即便未高精度地加工蓋體13及編碼器支架1，仍可獲得防水防塵性。
第3圖係實施形態1的編碼器之電路基板支撐構件的立體圖。第4圖係實施形態1的電路基板支撐構件與電路基板之接著部分的剖視圖。電路基板支撐構件8係由工程塑膠形成為圓筒狀，該工程塑膠中調配有以提高強度為目的之充填劑。以提高強度為目的之充填劑可例示如玻璃填充劑，但不限於此。電路基板支撐構件8係具有：載置電路基板7的電路基板接著部8c以及定位電路基板7的定位部8a。電路基板接著部8c及定位部8a係設置於電路基板支撐構件8之上表面的四處。
電路基板7之外形為大致圓形。定位部8a係藉由光硬化性接著劑9而抵接電路基板7之外緣，藉此將電路基板7定位於與編碼器軸3之軸向正交的平面之面內方向。電路基板接著部8c係藉由光硬化性接著劑9而接合電路基板7之背面。電路基板7之背面與電路基板支撐構件8之間，在電路基板接著部8c以外的部分係空出間隙，故即便在電路基板7之背面安裝電子零件，仍不會發生電路基板支撐構件8與電子零件之干涉。從而，藉由局部地設置電路基板接著部8c，可減低電路基板7之背面的無法利用空間，而可擴大能夠安裝電子零件的面積。
又，電路基板支撐構件8之內筒面係形成有防止光硬化性接著劑9流下的斜面部8b。斜面部8b係形成於電路基板接著部8c之內周側的部分。斜面部8b係具有隨著沿電路基板支撐構件8之中心軸的方向遠離旋轉構件4而接近電路基板支撐構件8之中心軸的傾斜。藉由設置斜面部8b，在從電路基板7之背面側照射硬化光時，減少光被遮斷的量。從而，難以在電路基板7與電路基板支撐構件8之間殘留未硬化的光硬化性接著劑9。光硬化性接著劑9係於照射光時迅速硬化，故將電路基板7接著於電路基板支撐構件8時，不必等待接著劑固化，可抑制將電路基板7固定於電路基板支撐構件8之作業所需的時間長期化。
再者，若以可見光之反射率為20%以上的白色材料來形成電路基板支撐構件8，朝斜面部8b入射的光之一部分係由斜面部8b反射而到達光硬化性接著劑9，故可使未硬化的光硬化性接著劑9難以殘留在電路基板7與電路基板支撐構件8之間。
又，在螺釘14貫通的孔之內徑側係設有保護壁8d，以螺釘14將電路基板支撐構件8固定於編碼器支架1時，該保護壁8d係防止螺釘14弄傷旋轉構件4。
電路基板7係藉由光硬化性接著劑9固定於電路基板支撐構件8，而不存在將電路基板7固定於電路基板支撐構件8的螺釘。從而，實施形態1的編碼器20係沒有電化學遷移之顧慮，即便縮小電路基板7之面積仍可確保配置電子零件或電路圖案的空間。因此，實施形態1的編碼器20係能夠小型化。
又，因在塗覆光硬化性接著劑9的電路基板接著部8c之內周側設置有斜面部8b，故光硬化性接著劑8難以滴落至電路基板支撐構件8之下方。因而，可防止光硬化性接著劑9在後製程附著於其他的構成零件。
再者，光硬化性接著劑9若具備未照射光亦會隨時間經過而硬化的常溫硬化性，則亦可使夾於電路基板7與電路基板支撐構件8之光無法到達之範圍的光硬化性接著劑9硬化。
又，光硬化性接著劑9若具有在照射光起經過1分鐘至10分鐘之後才開始硬化的延遲硬化性，則可在將光照射於光硬化性接著劑9之後，將電路基板7設置於電路基板支撐構件8，故可使電路基板7與電路基板支撐構件8之間的光硬化性接著劑9全部硬化。第5圖係顯示固定實施形態1的編碼器之電路基板支撐構件與電路基板的處理之流程圖。步驟S1中，將光硬化性接著劑9塗覆於電路基板支撐構件8。步驟S2中，將光照射於光硬化性接著劑9。步驟S3中，將電路基板7接著於電路基板支撐構件8。藉由以上述順序將電路基板7接著於電路基板支撐構件8，可使電路基板7與電路基板支撐構件8之間的光硬化性接著劑9全部硬化，而可提高接著強度。
第3圖及第4圖所示的電路基板支撐構件8中，斜面部8b未達底面，故可將電路基板支撐構件8之內徑小徑化。又，因電路基板支撐構件8之壁厚在斜面部8b的設置部分之更下側並未變小，故可防止電路基板支撐構件8之強度降低。從而，可防止馬達之振動傳至電路基板支撐構件8而導致電路基板7與旋轉構件4之相對位置變化，造成旋轉角度誤檢測。
第6圖係顯示實施形態1的編碼器之電路基板支撐構件之變化例的圖。斜面部8b亦可到達電路基板支撐構件8之底面。藉由使斜面部8b到達電路基板支撐構件8之底面，能取得較大的電路基板支撐構件8之底面的面積，故即便是承受振動或衝擊的環境，電路基板7之位移量亦小。藉此，編碼器20能夠高精度地量測旋轉角度。
再者，上述說明中，編碼器20為反射光學式，但亦可為穿透光學式編碼器。編碼器20為穿透光學式時，可於電路基板7之外部將發光元件5配置成隔著旋轉構件4而與受光元件6相對向，以受光元件6與運算部17構成旋轉角度檢測部。又，編碼器20亦可為磁性式。編碼器20為磁性式時，可將交替地配置有S極與N極的環狀之磁極的週期結構，以旋轉軸為中心設置於旋轉構件4，並將檢測磁場之變化的磁性感測器安裝於電路基板7，依據磁性感測器之輸出來檢測旋轉構件4之旋轉角度。
﹝實施形態2﹞ 本發明之實施形態2的編碼器20係與第1圖及第2圖所示之實施形態1的編碼器20同樣，但電路基板支撐構件8之形狀不同。第7圖係本發明之實施形態2的編碼器之電路基板支撐構件的立體圖。第8圖係實施形態2的電路基板支撐構件與電路基板之接著部分的剖視圖。實施形態2的編碼器20之電路基板支撐構件8係具有定位電路基板7的定位部8a。定位部8a係設於電路基板支撐構件8之上表面的四處。又，實施形態2的編碼器20之電路基板支撐構件8係遍及全周地設置電路基板接著部8c，以藉由光硬化性接著劑9接合電路基板7之外緣全周。
又，電路基板支撐構件8之內筒面係形成防止光硬化性接著劑9流下的斜面部8b。斜面部8b係具有隨著沿電路基板支撐構件8之中心軸遠離旋轉構件4而接近電路基板支撐構件8之中心軸的傾斜。藉由設置斜面部8b，在從電路基板7之背面側照射硬化光時，減少光被遮斷的量。與實施形態1的編碼器20之電路基板支撐構件8不同地，斜面部8b係到達電路基板支撐構件8之底面。由於斜面部8b到達電路基板支撐構件8之底面，使光硬化性接著劑9硬化的光不會被斜面部8b與內筒面所成的角遮蔽，而更難以在電路基板7與電路基板支撐構件8之間殘留未硬化的光硬化性接著劑9。
因實施形態2的編碼器20能夠取得較大的電路基板支撐構件8之底面的面積，故即便是承受振動或衝擊的環境，電路基板7之位移量亦小，而能夠高精度地量測旋轉角度。又，因將光硬化性接著劑9塗覆於電路基板7之周緣部全體來接著，故可確保較大的電路基板7與電路基板支撐構件8之接著面積，而可提高接著強度。
第9圖係顯示實施形態2的編碼器之電路基板支撐構件之變化例的圖。將斜面部8b設於全周時，斜面部8b亦可未達電路基板支撐構件8之底面。藉由斜面部8b未達電路基板支撐構件8之底面，與實施形態1的編碼器20同樣地，可將電路基板支撐構件8之內徑小徑化。又，因電路基板支撐構件8之壁厚在斜面部8b的設置部分之更下側並未變小，故可防止電路基板支撐構件8之強度降低。從而，可防止馬達之振動傳至電路基板支撐構件8而導致電路基板7與旋轉構件4之相對位置變化，造成旋轉角度誤檢測。
﹝實施形態3﹞ 本發明之實施形態3的編碼器20係與第1圖及第2圖所示之實施形態1的編碼器同樣，但電路基板支撐構件8之形狀不同。第10圖係本發明之實施形態3的編碼器之電路基板支撐構件的立體圖。第11圖係實施形態3的電路基板支撐構件與電路基板之接著部分的剖視圖。實施形態3的編碼器20之電路基板支撐構件8係設有接著劑積滯部8e。又，實施形態3的編碼器20之電路基板支撐構件8係遍及全周地設置電路基板接著部8c，以藉由光硬化性接著劑9接合電路基板7之外緣全周。斜面部8b係僅設於定位部8a之內周側。
將電路基板7接著於已塗覆光硬化性接著劑9的電路基板支撐構件8時，從電路基板7與電路基板支撐構件8之間被擠出的光硬化性接著劑9係滯留於接著劑積滯部8e。從而，從電路基板7與電路基板支撐構件8之間被擠出的光硬化性接著劑9難以到達斜面部8b。即便光硬化性接著劑9到達斜面部8b，光硬化性接著劑9仍容易停留於斜面部8b而難以滴落至電路基板支撐構件8之下方。
因實施形態3的編碼器20可使從電路基板7與電路基板支撐構件8之間被擠出的光硬化性接著劑9滯留於接著劑積滯部8e，故可增加塗覆於電路基板接著部8c的光硬化性接著劑9，而可提高電路基板7與電路基板支撐構件8之接著強度。
﹝實施形態4﹞ 第12圖係本發明之實施形態4的馬達之剖視圖。實施形態4的馬達30係具備旋轉驅動馬達軸34的驅動部31及編碼器部32的編碼器一體型馬達。編碼器部32之結構係與實施形態1的編碼器20同樣。惟，編碼器部32係未具備編碼器支架1，而蓋體13係固定於馬達支架33。亦即，實施形態4中，供蓋體13固定的基底構件為馬達支架33。又，旋轉構件4係接著固定於馬達軸34。
實施形態4的馬達30係不使製造成本高漲而可實現編碼器部32之耐衝擊性。又，因可將編碼器部32小型化，故馬達30整體亦能夠實現小型化。
再者，上述說明中，馬達30係具備與實施形態1的編碼器20同樣結構的編碼器部32，但亦可具備與實施形態2或實施形態3的編碼器20同樣的編碼器部32。
以上之實施形態所示的構成係顯示本發明的內容之一例，其既能夠與其他公知的技術組合，又能夠在未脫離本發明之要旨的範圍內，省略、變更構成之一部分。
1‧‧‧編碼器支架 3‧‧‧編碼器軸 4‧‧‧旋轉構件 5‧‧‧發光元件 6‧‧‧受光元件 7‧‧‧電路基板 8‧‧‧電路基板支撐構件 8a‧‧‧定位部 8b‧‧‧斜面部 8c‧‧‧電路基板接著部 8d‧‧‧保護壁 8e‧‧‧接著劑積滯部 9‧‧‧光硬化性接著劑 10‧‧‧子基板 11、14‧‧‧螺釘 12‧‧‧密封構件 13‧‧‧蓋體 15‧‧‧軸承 16‧‧‧聯軸器 17‧‧‧運算部 18‧‧‧連接器 20‧‧‧編碼器 30‧‧‧馬達 31‧‧‧驅動部 32‧‧‧編碼器部 33‧‧‧馬達支架 34‧‧‧馬達軸 S1、S2、S3‧‧‧步驟
第1圖係本發明之實施形態1的編碼器之剖視圖。 第2圖係實施形態1的編碼器之分解立體圖。 第3圖係實施形態1的編碼器之電路基板支撐構件的立體圖。 第4圖係實施形態1的電路基板支撐構件與電路基板之接著部分的剖視圖。 第5圖係顯示固定實施形態1的編碼器之電路基板支撐構件與電路基板的處理之流程圖。 第6圖係顯示實施形態1的編碼器之電路基板支撐構件之變化例的圖。 第7圖係本發明之實施形態2的編碼器之電路基板支撐構件的立體圖。 第8圖係實施形態2的電路基板支撐構件與電路基板之接著部分的剖視圖。 第9圖係顯示實施形態2的編碼器之電路基板支撐構件之變化例的圖。 第10圖係本發明之實施形態3的編碼器之電路基板支撐構件的立體圖。 第11圖係實施形態3的電路基板支撐構件與電路基板之接著部分的剖視圖。 第12圖係本發明之實施形態4的馬達之剖視圖。
1‧‧‧編碼器支架
3‧‧‧編碼器軸
4‧‧‧旋轉構件
5‧‧‧發光元件
6‧‧‧受光元件
7‧‧‧電路基板
8‧‧‧電路基板支撐構件
9‧‧‧光硬化性接著劑
10‧‧‧子基板
11‧‧‧螺釘
12‧‧‧密封構件
13‧‧‧蓋體
15‧‧‧軸承
16‧‧‧聯軸器
20‧‧‧編碼器

Claims (11)

  1. 一種編碼器，係具有：旋轉構件，係被支撐成能夠旋轉，並具有以旋轉軸為中心之配置成環狀的週期結構；電路基板，係具備旋轉角度檢測部，該旋轉角度檢測部係依據伴隨前述旋轉構件之旋轉之前述週期結構之位移來檢測前述旋轉構件之旋轉角度；圓筒狀之電路基板支撐構件，係支撐前述電路基板；以及基底構件，係供前述電路基板支撐構件固定；前述電路基板支撐構件係具備：定位部，係抵接前述電路基板之周緣部，將前述電路基板定位於與前述電路基板支撐構件之中心軸垂直的方向；電路基板接著部，係供前述電路基板之周緣部接著；以及斜面部，係於至少前述定位部之內周側的部分之內筒面，從上面側起設置，且具有隨著沿前述電路基板支撐構件之中心軸的方向越遠離前述旋轉構件就越接近前述電路基板支撐構件之中心軸的傾斜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中，前述斜面部係遍及於全周地設於前述電路基板支撐構件之內周側。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中，在前述定位部之內周側形成有使接著劑滯留的接著劑積滯部。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中，前述斜面部係到達前述電路基板支撐構件之底面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中，前述斜面部係未達前述電路基板支撐構件之底面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中，前述電路基板支撐構件係由白色材料所形成。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之編碼器，其中，前述電路基板支撐構件係在前述定位部之內周側具備前述電路基板接著部；前述電路基板支撐構件與前述電路基板之周緣部之間，在接著於前述電路基板接著部的部分以外之部分係具有間隙。
  8. 一種馬達，係具有：使用了如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之編碼器的編碼器部；以及旋轉驅動馬達軸的驅動部；前述旋轉構件係固定於前述馬達軸。
  9. 一種編碼器的製造方法，該編碼器係具有：電路基板，係具備檢測旋轉構件之旋轉角度的旋轉角度檢測部；以及電路基板支撐構件，係支撐前述電路基板之周緣部，為圓筒狀，且具備有斜面部，該斜面部係於內筒面之至少一部分從上面側起設置，且具有隨著沿中心軸的方向越遠離前述旋轉構件就越接近前述中心軸的傾斜；前述編碼器的製造方法係具有：將具有延遲硬化性的光硬化性接著劑塗覆於前述電路基板支撐構件的步驟； 將光照射於前述光硬化性接著劑的步驟；以及藉由前述光硬化性接著劑將前述電路基板接著於前述電路基板支撐構件的步驟。
  10. 一種編碼器的製造方法，該編碼器係具有：電路基板，係具備檢測旋轉構件之旋轉角度的旋轉角度檢測部；以及圓筒狀之電路基板支撐構件，係支撐前述電路基板之周緣部，且具備有斜面部，該斜面部係於內筒面之至少一部分從上面側起設置，且具有隨著沿中心軸的方向越遠離前述旋轉構件就越接近前述中心軸的傾斜；前述編碼器的製造方法係從前述電路基板之表背兩側將光照射於前述電路基板支撐構件與前述電路基板之間的光硬化性接著劑時，從前述電路基板之背面側的照射係沿著前述斜面部將光照射於前述光硬化性接著劑。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之編碼器的製造方法，其中，前述光硬化性接著劑具有常溫硬化性。
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