编码器和伺服马达的制作方法

专利名称：编码器和伺服马达的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及编码器和伺服马达。
背景技术：
在日本专利第4816988号公报中已知的光学编码器例如是反射型编码器。根据该反射型编码器，使用点光源，并且从该点光源发出的光由反射狭缝反射。然后，所反射的光由光接收元件接收，并且从光接收信号来检测检测对象的位置。

实用新型内容本实用新型要解决的问题然而，从点光源发出的扩散光不仅由光接收元件作为反射光(其优选地被包括在 光接收信号中)接收，而且还作为散射光和杂散光被接收，因而在光接收元件中产生噪音。这种噪音导致编码器的位置检测精度降低。鉴于这种问题形成本实用新型，且因此本实用新型的目的在于提供一种能够改善检测精度的编码器和伺服马达。解决该问题的手段为了实现上述目的，根据本公开内容的第一方面，提供一种编码器，所述编码器包括第一基板，所述第一基板包括点光源以及光接收元件，所述点光源将光发射到在盘上形成的反射狭缝上，所述光接收元件接收从所述点光源发出并且由所述反射狭缝反射的光；第二基板，所述第一基板被安装在该第二基板上；有光泽的连接部，所述连接部构造成将所述第一基板和所述第二基板电连接；以及覆盖材料，所述覆盖材料构造成以使得所述点光源和所述光接收元件被露出的方式覆盖所述连接部。根据第二方面，在根据第一方面的编码器中，所述连接部包括第一端子，所述第一端子设置到所述第一基板；第二端子，所述第二端子设置到所述第二基板；以及结合部，所述结合部通过焊接来形成并且构造成将所述第一端子和所述第二端子结合。所述覆盖材料覆盖所述第一端子、所述第二端子和所述结合部中的至少一者。根据第三方面，在根据第二方面的编码器中，所述结合部通过手动焊接而形成。根据第四方面，在根据第一方面至第三方面中的任一方面的编码器中，所述覆盖材料由黑色材料制成。为了实现上述目的，根据本公开内容的第五方面，提供一种伺服马达，所述伺服马达包括马达，所述马达构造成使轴旋转；以及编码器，所述编码器构造成检测所述轴的位置。所述编码器包括第一基板，所述第一基板包括点光源以及光接收元件，所述点光源将光发射到在盘上形成的反射狭缝上面，所述盘被连接到所述轴，所述光接收元件接收从所述点光源发出并且由所述反射狭缝反射的光；第二基板，所述第一基板被安装在该第二基板上；有光泽的连接部，所述连接部构造成将所述第一基板和所述第二基板电连接；以及覆盖材料，所述覆盖材料构造成以使得所述点光源和所述光接收元件露出的方式覆盖所述连接部。优点根据上述的本公开内容，可以改善检测精度。

图I是用于说明根据实施方式的伺服马达的总体构造的说明图。图2是用于说明根据实施方式的编码器的总体构造的剖视图。图3是用于说明根据实施方式的编码器的总体构造的分解立体图。 图4是从马达壳体侧所看的在由支承构件支承的情况下的基板的光学模块安装部分的视图。图5是用于说明光学模块的基板的端子以及供安装该光学模块的基板的端子的构造的立体图。
具体实施方式
下文结合附图来说明实施方式。I.伺服马达首先，将参考图I来说明根据该实施方式的伺服马达的构造的总体概述。如图I所示，伺服马达SM包括编码器100和马达M。马达M是不包括编码器100的动力发生源的一个示例。虽然存在马达M自身就被称为伺服马达的情况，但是根据本实施方式，包括编码器100的构造被称为伺服马达SM。马达M通过使轴SH绕旋转轴线AX旋转来输出旋转力。注意，马达M并不被具体地限制，只要其是基于位置数据被控制的马达即可。也就是说，马达M不局限于利用电力作为动力源的电气操作马达，从而允许使用基于其他类型的动力源的马达，例如液压马达、气动马达或蒸汽马达。为了便于说明，下面描述马达M是电气操作马达的情况。编码器100将马达M的轴SH的旋转力输出端连接到相对侧的端部。然后，编码器100通过检测轴SH的位置来检测马达M的旋转对象(其可能是轴SH自身)的位置，并且输出指示该位置的位置数据。注意，编码器100的设置位置并不具体地局限于在该实施方式中示出的示例。例如，编码器100可以设置成使其直接连接到轴SH的输出端侧，或者使得该编码器借助另一机构(例如，减速装置、旋转方向转换器或制动器)连接到轴SH。2.编码器接下来，将利用图2至图5来说明编码器100的总体构造。注意，图2是如图3所示的编码器100经过线A-A的剖视图。如图2所示，根据本实施方式的编码器100设置到马达M的壳体10(例如，与负载侧相反一侧的托架)并且由编码器罩101覆盖。如图2和图3所示，编码器100包括平坦的圆形盘110，该盘连接到轴SH ;光学模块120，该光学模块设置成与盘110对置；基板130，该基板将光学模块120安装到与盘110对置的一侧的表面上；以及筒形支承构件140，该筒形支承构件支承基板130。光学模块120包括点光源121，该点光源将光发射到盘110上；以及光接收阵列122和123，这些光接收阵列接收从点光源121发出并且由盘110反射的光，并且编码器100构造成所谓的反射型编码器。2-1.盘盘110连接到轴SH的端部。注意，盘110例如可以经由毂连接到轴SH。如图3所不，在与光学模块120对置的一侧,在盘110的表面上形成三个同心狭缝阵列SA1、SA2和SA3，这三个同心狭缝阵列沿着周向方向围绕盘110的周向对齐并且包括多个反射狭缝(未示出)。这些反射狭缝均反射从点光源121发出的光。狭缝阵列SAl设置并构造成使得反射狭缝包括增量图案。增量图案是这样的图案，其中，反射狭缝以预定间距规则地重复。基于至少一个或更多个光接收元件的检测信号的总和，该增量图案指示在一个节距内或对于每个节距马达M的旋转对象的位置。狭缝阵列SA2和SA3沿径向方向分别定位在狭缝阵列SAl的外侧和内侧，并且设置并构造成使得这些反射狭缝形成绝对图案。绝对图案是这样的图案，其中，反射狭缝在与下文描述的光学模块120对置的角度内的位置、比率等被单独地限定在盘110的单次旋转 内。当要由这种绝对图案表示绝对位置时，绝对位置的检测精度在由光接收信号的检测或不检测引起的位图案的变化区域中减小。鉴于此，根据本实施方式，例如在周向方向上将同一绝对图案偏移一位(bit)的一半长度,从而形成两个狭缝阵列SA2和SA3。根据该实施方式，盘110例如由玻璃形成。然后，能够通过向玻璃盘110的表面施加反射光的构件来形成狭缝阵列SA1、SA2和SA3的反射狭缝。注意，盘110的材料不局限于玻璃，而是允许使用金属、树脂等。此外，例如能够通过如下方式来形成反射狭缝使用用于盘110的高反射率的金属，接着例如通过在不反射光的部分上借助溅镀等形成粗糙表面或者向该部分涂敷低反射率的材料，来降低反射率。然而要注意，盘110的材料、制造方法等并不被具体地限制。2-2.光学模块光学模块120安装到基板130的与盘110对置侧的表面上，以便部分地与盘110的狭缝阵列SAUSA2和SA3对置，如图2和图3所示。该光学模块120包括基板125，如图2和图4所示。在基板125的与盘110对置的一侧的表面上设置点光源121和光接收阵列122和123，所述点光源121将光发射到在盘110上形成的反射狭缝上，所述光接收阵列122和123接收从点光源121发出并且由反射狭缝反射的光。光接收阵列122接收从与增量图案相对应的狭缝阵列SAl反射的光。光接收阵列123接收从与绝对图案对应的狭缝阵列SA2和SA3反射的光。此外,基板125相当于第一基板的不例。点光源121设置在光学模块120的大致中央位置中，并且向穿过对置位置的狭缝阵列SA1、SA2和SA3发出光。点光源121不被具体地限制，只要其是能够向发射区域发射光的光源即可，从而允许利用例如发光二极管(LED)。于是，具体地，该点光源121形成为这样的点光源，在该点光源中，不设置光学透镜等，从而从发光部发出扩散光。注意，点光源不必要是严格意义上的点，而可以是从有限表面发出的光，只要该光源在设计和操作原理方面被认为是从大致点状的部位发出扩散光的光源即可。由于光不由光学元件会聚或扩散，因此使用这种点光源不太可能出现由光学元件引起的误差，因而使得可以增加发射到狭缝阵列SA1、SA2和SA3的光的直进性。光接收阵列122和123围绕点光源121设置。如图4所示，光接收阵列122沿周向方向设置在盘110的两侧，将点光源121夹在该光接收阵列122之间，并且光接收阵列123沿径向方向设置在盘110的两侧，将点光源121夹在该光接收阵列123之间。光接收阵列122和123包括多个光接收元件122a和123a。所使用的光接收元件122a和123a例如是形成为薄膜形状的光电二极管。注意，虽然该实施方式描述了这样的示意性情形，S卩，光学模块120被制造成基板状形式，该基板状形式能够加强编码器100的薄型化并且能够易于制造，但是该光学模块120不必要构造成基板状形式。此外，光接收阵列122和123的上述的设置构造是一个示例，并且不局限于此。例如，该构造可以仅包括与增量图案对应的光接收阵列122而不包括与绝对图案对应的光接收阵列123。在这种情况下，光接收阵列122能够沿径向方向至少设置在点光源121的内侧或外侧。2-3.基板基板130是平坦的圆形印刷配线基板，其中多个电路元件等(包括光学模块120)安装到位于与盘110对置侧的表面上以及安装到该侧的相反侧上的表面上，其中多条配线形成在这些表面之间。注意，除了光学模块120的元件和配线之外的元件和配线在图2至图4中未被示出。如图2所示，基板130形成为使其具有与支承构件140大致相同的直径，并且该基板130的边缘部被安装到表面141，支承构件140的基板安装到该表面141 (在下文中被适当地称为“基板安装表面141”)。多个(根据该实施方式，为三个)通孔131设置到基板130的边缘部，固定螺钉150穿过这些通孔。这些通孔131沿周向方向以大致相等的间隔(根据该实施方式，为120°的间隔)设置。此外，至少两个(根据该实施方式，为两个)销孔132设置到基板130的边缘部，定位销160插入通过这些销孔。这些销孔132被设置成贯穿基板130并且设置成与三个通孔131中的两个通孔相邻。如图2和图4所示，光学模块120安装在基板130的边缘部附近。注意，基板130相当于第二基板的示例。2-4.支承构件支承构件140如图2和图3被形成为筒形形状、在其内部容纳盘110、并且支承基板130，使得光学模块120与盘110的反射狭缝对置。支承构件140例如由使用模具的树脂模等浇注成。树脂优选地是容易吸光的黑色材料或彩色材料，使得可以抑制光在支承构件140内的散射或反射。注意，还可以在模制后通过将内部侧涂覆成黑色或者容易吸光的彩色或图案而使用其他树脂。支承构件140包括至少两个(根据该实施方式，为三个)通孔142，固定螺钉150穿过这些通孔。通孔142以与基板130的通孔131对应的方式沿周向方向以大致相等的间隔(根据该实施方式，为120°的间隔)设置。至少两个(根据该实施方式，为三个)固定螺钉150沿轴SH的轴向方向穿过基板130的通孔131以及支承构件140的通孔142并且拧入壳体10的螺孔11内。采用该布置，将基板130和支承构件140固定到马达的壳体10。如图3所示，支承构件140的基板安装表面141设置有至少两个(根据该实施方式，为两个)销孔143，定位销160插入通过这些销孔。销孔143设置成与这三个通孔142中的两个通孔相邻，以便于基板130的销孔132对应。定位销160首先插入到支承构件140的销孔143中，接着以立设的状态插入到基板130的销孔132中。通过将定位销160如此插入到基板130以及支承构件140中，来确定基板130和支承构件140沿与旋转轴线AX正交的平面方向的对置位置。注意，支承基板130的支承构件不必要是筒形形状的。例如，可存在沿周向方向以相等间隔设置的多个柱状支承构件。然而要注意的是，在容易受外部光影响的该实施方式中的反射型编码器的情况下，使用能够阻挡外部光的筒形支承构件140比允许外部光进入的柱状支承构件显然更有效，这是因为筒形构件阻挡外部光并且借助下文描述的连接部180进一步抑制光的反射和散射，从而进一步降低光接收阵列122和123中的噪音。2-5.油封油封170设置在盘110和壳体10之间，而覆盖壳体10。如图3所示，轴SH穿过油封170的中心部，该油封包括多个(根据该实施方式，为三个)固定部171，这些固定部沿径向方向向油封的外围向外突出。固定部171沿周向方向以大致相等的间隔(根据该实施方式，为120°的间隔)设置，并且均由螺钉161紧固到壳体10。油封170和轴SH紧密接触，从而即使在设置在壳体10的轴承12的油脂形成薄雾、溅射并且部分地从壳体10和轴SH之间的间隙泄漏到编码器侧，也能够抑制油脂从油封170泄漏，由此改善了编码器100的可靠性。此外，如图2所示，油封170形成达至与点光源121对应的位置，而将盘110夹在油封170与点光源121之间。油封170由吸收光的材料(例如，黑色橡胶或树脂)制成。注意，能够利用吸收光的任何其他材料，只要该材料例如涂覆成黑色或涂覆有容易吸收光的彩色或图案即可。采用该布置，油封170至少部分地吸收从点光源121发出的光(包括透过盘110的透过光以及散射和反射光)，从而使得可以抑制光被支承构件140内的壳体10散射和反射。结果，可能抑制散射和反射光对光接收阵列122的影响并且改善编码器100的检测精度。2-6.连接部和覆盖材料图4是从马达M的壳体10侧所看的在由支承构件140支承的情况下的基板130的光学模块120的安装部分的视图。如图4所示，光学模块120的基板125以及供安装基板125的基板130借助在基板125周围设置的多个连接部180电连接。虽然根据如图4所示的示例连接部180沿基板125的周向方向被设置在两侧并且沿基板125的径向方向设置在内侧，但是这些连接部还能够沿径向方向设置在外侧。注意，利用螺钉等(未示出)来执行基板125和基板130的机械连接。每个连接部180均包括设置到基板125的端子181 ；设置到基板130的端子182 ;以及结合部183，该结合部通过焊接而形成并且与端子181和182结合。端子181和182由金属导体制成并且结合部183由焊料制成，由此使得连接部180总体上呈现为有光泽的，因此得到高的光反射率。注意，端子181相当于第一端子的示例，端子182相当于第二端子的示例。端子181以多个的方式设置在基板125的外周端面上。每个端子181均借助基板125的内部的导线等与点光源121和光接收元件122a和123a连接。此外，每个端子181均包括半筒形的凹入部184，如图5所示。另一方面，端子182在基板130的前表面上的与端子181对应的位置中形成为薄膜形状。如图5所示，在基板125的端子181设置在基板130的端子182上的情况下，焊料在凹入部184附近熔化，并且该熔化的焊料由凹入部184引导到端子182上。结合部183因此形成为从端子181的凹入部184贯穿到端子182，从而结合端子181和182。虽然例如根据本实施方式手动执行焊接，但是此时由于凹入部184起到引导熔化焊料的作用,因此改善了焊接的作业性。要注意，在图5中省除了通过焊接形成的结合部183。[0050]注意，连接部180的构造是示例，并且本实施方式不局限于此。例如，臂形状的金属端子能够从基板125的外周端面向外突出并且通过焊接而与基板130的端子182结合，或者基板125和130的端子能够通过利用导线等焊接而被连接。此外，例如能够在与基板125的与基板130对置的表面上形成多个端子，并且能够使用倒装芯片结合方法，在该方法中，这些端子借助在基板130的端子182上形成的焊料凸块而与基板125侧的端子直接连接。此外，能够采用这样的构造，即不进行焊接，而是利用例如连接器来连接基板125和130的端子。要注意，虽然根据该实施方式以手动的方式进行焊接，但是能够利用焊接装置来自动执行该任务。此外，如图4所示，在沿基板125的周向方向的两侧并且在沿基板125的径向方向的内侧的外周端面附近，沿着外周端面(根据如图4所示的示例是大致向左的u形)设置覆盖材料190。覆盖材料190使得设置到基板125的点光源121和光接收阵列122和123露出，并且覆盖全部的多个连接部180的端子181和182以及结合部183。例如可使用粘结剂、密封剂或树脂材料作为覆盖材料190。覆盖材料190的前表面的颜色优选的是容易吸收光的颜色或图案，例如无光泽的黑色。采用该布置，从点光源121发出的光(包括由盘110反射的反射光以及散射光)的至少一部分能够被吸收，由此防 止覆盖材料190自身使得光散射或反射。通过使粘结剂预先包含色料等或通过涂覆覆盖材料190的前表面，可以实现这种着色。当使用粘结剂时，固化时间能够缩短，并且通过使用由外部因素来固化的粘结剂能够在制造过程上实现更大的自由度，所述外部因素例如是，诸如紫外线照射的能量照射、加热、和空气中的水分等。注意，覆盖材料190不必需是黑色的。能够使用除了黑色之外的暗色(例如，暗蓝色)以及甚至颜色是透明或明亮的材料，这是因为通过覆盖连接部180能够降低反射率，这使得可以通过连接部实现与抑制光反射和散射有关的一定效果。注意，虽然根据本实施方式覆盖材料190覆盖全部的多个连接部180，但是该覆盖材料可以仅覆盖连接部180的一部分。例如，可以采用这样的构造，其中，覆盖材料仅覆盖与具有相对低的抗噪性的绝对图案对应的光接收阵列123附近的连接部180 (设置到沿基板125的径向方向的内侧的外周端面的连接部180)，并且不覆盖与具有相对高抗噪性的增量图案对应的光接收阵列122附近的连接部180 (设置到沿基板125的周向方向的两侧的外周端面的连接部180)。在该情况下，可以在降低所使用的覆盖材料190的量的情况下实现有效的噪首削减措施。此外，虽然根据本实施方式覆盖材料190覆盖每个连接部180的全部部件，但是本实施方式允许采用这样的构造，其中，覆盖材料190覆盖连接部180的一部分，即，端子181和182以及结合部183中的至少一者。例如，覆盖材料190能够仅覆盖最接近光接收阵列122和123的端子181、或由最大反射率的金属材料制成或具有最大表面积的端子181和182以及结合部183。同样在该情况下，可以在降低所使用的覆盖材料190的量的情况下实现有效的噪首削减措施。3.实施方式的优点的示例根据本实施方式的编码器100，包括点光源121、光接收阵列122和123的基板125和供安装基板125的基板130由有光泽的连接部180电连接。连接部180设置在基板125周围，从而将连接部180和光接收阵列122和123接近彼此设置。结果，从点光源121发出并且由盘110的狭缝阵列SA1、SA2和SA3反射的光能够由连接部180反射并散射，从而潜在地导致由此产生的散射光和杂散光在光接收阵列122和123中产生噪音。在此，通过用覆盖材料190覆盖连接部180能够抑制连接部180对光的反射和散射，由此降低光接收阵列122和123的噪音。此外，覆盖材料190不覆盖点光源121和光接收阵列122和123而是露出点光源121和光接收阵列122和123。如果点光源121和光接收阵列122和123被覆盖并且覆盖材料190例如由透明材料制成，那么当光经过覆盖材料190时光的衍射和散射可能会导致例如所接收的光量减小的影响。根据本实施方式，这些部分被露出，由此消除任何这种影响。结果，能够改善编码器的检测精度。此外，连接部180能够被保护而免受例如外部灰尘和水分的元素的影响，从而也实现防腐的优点。此外，具体地，根据本实施方式，连接部180包括端子181和182以及结合这些端子的结合部183。由于由金属制成的端子181和182以及通过焊接形成的结合部183全部都是有光泽的高光反射率的，因此用覆盖材料190来覆盖这些部分使得可以显著地抑制光的反射和散射并且可靠地实现光接收阵列122和123中的噪音的降低。·[0059]此外，用覆盖材料190来覆盖结合部183还实现下述优点。即，焊料通常包含用于改善润湿性的助熔剂。当在焊接之后助熔剂的残留物粘结到结合部183的表面时，当马达被驱动时由热量等激活的助熔剂有时溅射，从而粘结到盘110。在反射型编码器的情况下这种助熔剂的粘结变得尤其成问题，与透过型编码器相比，该反射型编码器容易受反射狭缝的反射率的波动的影响，因而可能导致编码器的检查精度降低。结果，虽然通常使用专用洗净流体来去除助熔剂的残留物，但是当诸如点光源121的光学元件安装到一些部件(例如，本实施方式的基板125)时，这些部件不能够被清洗。根据本实施方式，结合部183由覆盖材料190覆盖，因此使得即使在助熔剂的残留物被激活的情况下也可以密封该区域，由此防止助熔剂溅射。结果，即使在不执行清洁的情况下，也可以可靠地防止由助熔剂的溅射引起的编码器100的检测精度的降低。此外，实现了即使在可清洁的区域中也不再需要进行清洁的优势。此外，具体地，根据本实施方式，通过手动焊接形成结合部183。结果，每个结合部183的形状发生变化，从而使得该结合部的表面形状不均匀，因而容易导致结合部183的不规则反射。因此，这种结合部183由覆盖材料190覆盖，从而使得可以抑制光的不规则反射并且增加降噪效果。已经在参考附图的情况下在详细实施方式中描述了上文。然而，本实施方式不局限于这些实施方式的示例。落入在权利要求书中限定的真实精神和范围内的与这些实施方式有关的各种修改和变化将对于本领域技术人员显而易见。因此，旨在使在这些变化和修改之后的这种技术当然落入这些实施方式的技术范围内。
权利要求1.一种编码器(100)，其特征在于，所述编码器包括第一基板(125)，所述第一基板包括点光源(121)以及光接收元件(122a，123a)，所述点光源将光发射到在盘(110)上形成的反射狭缝上，所述光接收元件接收从所述点光源(121)发出并且由所述反射狭缝反射的光；第二基板(130)，所述第一基板(125)安装在该第二基板上；有光泽的连接部(180)，所述连接部构造成将所述第一基板(125)和所述第二基板(130)电连接；以及覆盖材料(190)，所述覆盖材料构造成以使得所述点光源(121)和所述光接收元件(122a, 123a)露出的方式覆盖所述连接部(180)。
2.根据权利要求I所述的编码器(100)，其特征在于，所述连接部(180)包括设置到所述第一基板(125)的第一端子(181)；设置到所述第二基板(130)的第二端子(182);以及结合部(183)，所述结合部通过焊接而形成并且构造成将所述第一端子(181)和所述第二端子(182)结合，并且所述覆盖材料(190)覆盖所述第一端子(181)、所述第二端子(182)和所述结合部(183)中的至少一者。
3.根据权利要求2所述的编码器(100)，其特征在于，所述结合部(183)通过手动焊接而形成。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的编码器(100)，其特征在于，所述覆盖材料(190)由黑色材料制成。
5.一种伺服马达(SM)，其特征在于，所述伺服马达包括马达(M)，所述马达构造成使轴(SH)旋转；以及编码器(100)，所述编码器构造成检测所述轴(SH)的位置；所述编码器(100)包括第一基板(125)，所述第一基板包括点光源(121)以及光接收元件(122a，123a)，所述点光源将光发射到在盘(110)上形成的反射狭缝上，所述盘被连接到所述轴(SH)，所述光接收元件接收从所述点光源(121)发出并且由所述反射狭缝反射的光；第二基板(130)，所述第一基板(125)安装在所述第二基板上；有光泽的连接部(180)，所述连接部构造成将所述第一基板(125)和所述第二基板(130)电连接；以及覆盖材料(190)，所述覆盖材料构造成以使得所述点光源(121)和所述光接收元件(122a, 123a)露出的方式覆盖所述连接部(180)。
专利摘要提供一种编码器和伺服马达。编码器(100)包括第一基板(125)，所述第一基板包括点光源(121)以及光接收元件(122a,123a)，所述点光源将光发射到在盘(110)上形成的反射狭缝上，所述光接收元件接收从所述点光源(121)发出并且由所述反射狭缝反射的光；第二基板(130)，所述第一基板(125)安装在该第二基板上；有光泽的连接部(180)，所述连接部构造成将所述第一基板(125)和所述第二基板(130)电连接；以及覆盖材料(190)，所述覆盖材料构造成以使得所述点光源(121)和所述光接收元件(122a,123a)露出的方式覆盖所述连接部(180)。
文档编号G01D5/347GK202693006SQ20122035524
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月20日 优先权日2011年12月20日
发明者原田正信 申请人:株式会社安川电机