JP2007115794A - フレキシブルプリント基板並びにフレキシブルプリント基板を用いた磁気式エンコーダ及びサーボモータ - Google Patents

Abstract

【課題】形状加工の制約小さく、構造が簡単で、安価なフレキシブルプリント基板を提供する。
【解決手段】フレキシブルプリント基板１０の絶縁性ベースフィルム１００上に配線される配線用導体１１０は、引き出し部１４０では、ベースフィルムの両面に配線されており、電極部１３０で、ベースフィルム１００のどちらの面に配線されているかによって、左右に振り分けられる。そして、配線用導体１１０が露出するように、電極部１３０の左側は、図の表面から裏面へ折り曲げ、電極部１３０の右側は、図の裏面から表面へ折り曲げる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレキシブルプリント基板に関し、例えばサーボモータの位置や速度等を検出するエンコーダに用いるフレキシブルプリント基板並びにフレキシブルプリント基板を用いた磁気式エンコーダ及びサーボモータに関する。

従来のフレキシブルプリント基板は、電極部の配線用導体と絶縁性ベースフィルムをベースフィルム側へ折り曲げている（例えば、特許文献１参照）。また、電極部の配線用導体だけを露出させて折り曲げているものもある（例えば、特許文献２参照）。
図６は特許文献１に記載されている従来のフレキシブルプリント基板の電極部の断面図である。
図６において、１３０は電極部であり、絶縁性ベースフィルム１００上に配線された配線用導体１１０が露出するように、ベースフィルム１００側へ折り曲げてある。この電極部１３０を回路基板に半田付けする。１２０は配線用導体を保護する絶縁性カバーレイであり、１６０は電極部１３０の折り曲げた部分を固定する接着剤である。
また、図７は特許文献２に記載されている従来のフレキシブルプリント基板の斜視図である。
図７において、絶縁性ベースフィルムの表裏２面に配線された配線用導体１１０ａと１１０ｂは、電極部１３０でベースフィルム１００から突出しており、それぞれ９０°反対方向へ折り曲げられ、図示しない回路基板に半田付けされる。
このように、従来のフレキシブルプリント基板は、電極部で配線用導体をベースフィルム側へ折り曲げるか、突出させることで、当該配線用導体を露出させ回路基板に半田付けしている。
特開平５−１３９０５号公報（図２） 特開２００１−６４４１号公報（図１）

従来の特許文献１に記載されているフレキシブルプリント基板は、電極部の配線用導体と絶縁性ベースフィルムをベースフィルム側へ折り曲げる構造となっていて、折り曲げる方向を逆にすると配線用導体を露出させることができない。そのため、配線用導体の配線は、絶縁性ベースフィルムの片面のみにしか設けることができず、配線される信号数が増えると、引き出し部の幅が広くなり、屈曲性が悪くなり、電気機器の構造設計の自由度を狭めるという問題があった。
また、引き出し部の幅が広くならないようベースフィルムの両面に配線用導体を配線し、回路基板側には専用のコネクタ等を準備し、電極部との接続を行う方法もあるが、電極部に、使用するコネクタに合致した基板が必要になるなど、構造の複雑化および回路基板を含めたコストアップを招くという問題があった。
さらに、特許文献２に記載されているに電極部の配線用導体だけを露出させるような場合は、剛性に欠けるため、作業時の破損防止策を施す必要があり、また、構造上、配線用導体の位置をベースフィルムの両面で、透視で見た状態で、重ならないようにずらさなければならず、引き出し部の幅が広くなるという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電気機器へ適用する時の構造設計の自由度が高く、さらに電極部の剛性も確保することができる、構造が簡単で安価なフレキシブルプリント基板並びにフレキシブルプリント基板を用いた磁気式エンコーダ及びサーボモータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、絶縁性ベースフィルムと、このベースフィルム上に配線された配線用導体と、この配線用導体を保護する絶縁性カバーレイとを有し、回路基板に接続される前記配線用導体が露出した電極部と、電極部までの引き出し部を備えたフレキシブルプリント基板において、前記配線用導体が、前記ベースフィルムの表裏どちらに配線されているかによって、当該配線用導体を前記電極部で左右に振り分け、それぞれ逆方向に折り曲げることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、前記引き出し部において、配線用導体を前記ベースフィルムの両面に配線したことを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記引き出し部に配線される配線用導体は、ペアとなる信号で表裏の同位置に配線されたものであることを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、前記引き出し部に配線される配線用導体は、信号とＧＮＤをペアとして表裏の同位置に配線されたものであることを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、前記引き出し部に配線される配線用導体は、片面をすべてＧＮＤにしたことを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、回転体に固定された円板状の永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向し前記永久磁石が発生する磁界を検出する磁界検出素子と、前記磁界検出素子を実装したフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板を固定するリング状の固定体と、を備えた磁気式エンコーダにおいて、前記フレキシブル基板は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフレキシブルプリント基板であることを特徴としている。
また、請求項７に記載の発明は、リング状の回転体の内側に固定されリング状の永久磁石と、前記永久磁石の内側に空隙を介して対向し前記永久磁石が発生する磁界を検出する磁界検出素子と、前記磁界検出素子を実装したフレキシブル基板と、前記永久磁石の内側に配置され、前記フレキシブル基板を固定する円筒状又は円柱状の固定体と、を備えた磁気式エンコーダにおいて、前記フレキシブル基板は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフレキシブルプリント基板であることを特徴としている。
また、請求項８記載のサーボモータは、請求項６又は７に記載の磁気式エンコーダを備え、前記磁気式エンコーダの回転体が永久磁石を備えたモータの回転部に固定され、前記磁気式エンコーダの固定体が前記モータの固定部に固定されていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、両面に配線用導体を配線したフレキシブルプリント基板の配線用導体を電極部で左右に振り分け、それぞれ逆方向に折り曲げているので、専用のコネクタ等を使用することなく、直接半田付けすることができる。従って、電極部の剛性が高く、構造が簡単で安価なフレキシブルプリント基板が実現できる。
また、請求項２に記載の発明によると、引き出し部において、配線用導体を前記ベースフィルムの両面に配線すれば、引き出し部の幅を細くすることができ、屈曲性が向上して、電気機器の構造設計の自由度を高めることができる。
また、請求項３に記載の発明によると、前記引き出し部に配線される配線用導体を、ペアとなる信号で表裏の同位置に配線すれすれば、ノイズに対して強くなり、電気機器の信頼性を向上することができる。
また、請求項４に記載の発明によると、前記引き出し部に配線される配線用導体を、信号とＧＮＤをペアとして表裏の同位置に配線すれすれば、ノイズに対して強くなり、電気機器の信頼性を向上することができる。
また、請求項５に記載の発明によると、前記引き出し部に配線される配線用導体を、片面をすべてＧＮＤにすれば、ノイズに対して強くなり、電気機器の信頼性を向上することができる。
また、請求項６又は７に記載の発明によると、配線用導体が、ベースフィルムの表裏どちらに配線されているかによって、配線用導体を左右に振り分け、それぞれ逆方向に折り曲げられているフレキシブル基板を用いて磁気式エンコーダを構成しているので、回路基板に接続する電極部の剛性が高く、構造が簡単で安価な磁気式エンコーが実現できる。
また、配線用導体をベースフィルムの両面に配線すれば、引き出し部の幅を細くすることができ、屈曲性が向上するので小型の磁気式エンコーダが実現できる。
また、請求項８に記載の発明によると、サーボモータが、引き出し部の屈曲性が良く小型の磁気式エンコーダを備えているので、構造設計の自由度が高く小型のサーボモータが実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１（ａ）は、本発明の第１実施例を示すフレキシブルプリント基板の構造図。図１（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図およびＣ−Ｃ線断面図である。
図において、１０はフレキシブルプリント基板である。フレキシブルプリント基板１０は、絶縁性ベースフィルム１００と、このベースフィルム１００上に配線された配線用導体１１０、及び配線用導体を保護する絶縁性カバーレイ１２０を備えている。
配線用導体１１０は、引き出し部１４０ではベースフィルムの両面に配線されており、電極部１３０で、ベースフィルム１００のどちらの面に配線されているかによって、左右に振り分けられている。図１（ａ）において、点線は、ベースフィルムの裏面に配線された配線用導体を示す。なお、本図では絶縁性カバーレイ１２０については図示しない。ベースフィルム１００の表面に配線された配線用導体１１０は電極部１３０の左側に、ベースフィルム１００の裏面に配線された配線用導体１１０は電極部１３０の右側に振り分けられる。そして、配線用導体１１０が露出するように、電極部１３０の左側は、図の表面から裏面へ折り曲げられ、電極部１３０の右側は、図の裏面から表面へ折り曲げられている。また、電極部１３０の中央には左右で逆方向に折り曲げることができるように切り欠きを設けている。
本発明が従来技術と異なる部分は、配線用導体を、ベースフィルムのどちらの面に配線されているかによって電極部で左右に振り分けそれぞれ逆方向に折り曲げている部分である。

次に、引き出し部の幅の設計例について述べる。
本発明では、ベースフィルムの両面に配線用導体を配線できるが、ベースフィルムの片面に配線した場合と比較した。
絶縁性ベースフィルムに配線される配線用導体は、安定した動作を確保するために十分な導体幅と絶縁幅が必要となる。図１(ａ)中に、導体幅a、絶縁幅ｂとして示す。左右両端面も絶縁幅ｂと等しい寸法を確保するとして、導体幅ａを０．２５ｍｍ、絶縁幅ｂを０．３ｍｍとし、極数すなわち信号線数を仮に８極とした場合に必要な引き出し部の幅ｈを求める。

絶縁性ベースフィルムの片面だけに、配線用導体を配線した場合は、
引き出し部の幅ｈ＝（０．２５×８＋０．３×７）＋（０．３＋０．３）＝４．７ｍｍ
となる。
絶縁性ベースフィルムの両面に、配線用導体を配線した場合は、各面の配線数は半分の４極でよいから、
引き出し部の幅ｈ＝（０．２５×４＋０．３×３）＋（０．３＋０．３）＝２．５ｍｍ
となる。

このように、本発明のフレキシブルプリント基板では、電極部の折り曲げ方向の制約を解消することで、配線用導体を絶縁性ベースフィルムの両面に配線することができ、引き出し部の幅を細くすることができる。

また、引き出し部の配線用導体は、絶縁性ベースフィルムの両面で、透視で見た状態で重なった位置に配線することができる。したがって、ペアとなる信号線を重ねて配線させたり、片面の配線をＧＮＤにしたりすることで、ノイズに対して強くすることができる。

図２（ａ）は本発明の第２実施例を示すフレキシブルプリント基板の展開図、図２（ｂ）は組み立て時の上面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）中に示す矢印Ｄから見た側面図である。なお、本図では、配線用導体およびカバーレイについては省略している。
図２（ａ）において、１５０は検出素子１７０が実装された検出部である。検出素子１７０はホール素子であったり、ＭＲ素子であったりするが、本実施例では磁気式エンコーダの検出素子としてホール素子４個を実装した。引き出し部１４０には配線用導体がベースフィルムの両面に配線してある。

図２（ｂ）において、１８０はフレキシブルプリント基板１０が接続される回路基板である。
フレキシブルプリント基板１０の検出部１５０は、図示しない円板状のマグネットの周囲を囲むように巻きつけた状態で取り付けられる。マグネット（図示せず）の磁界変化はホール素子１７０によってアナログ信号として出力され、配線用導体を経由して回路基板１８０に入力される。
このときフレキシブルプリント基板１０には、検出部１５０と引き出し部１４０との境目Ｒに曲げ応力がかかる。この応力はマグネット寸法が小さいほど、すなわち検出部１５０の巻きつけ径が小さいほど、また、引き出し部１４０の幅が広いほど大きくなり、フレキシブルプリント基板１０を破損させるなどの問題がある。
本発明のフレキシブルプリント基板では、配線用導体をベースフィルムの両面に配線しているので引き出し部の幅を細くすることができる。従って、屈曲性が向上し、破損の可能性を低くするとともに、電気機器の構造設計の自由度を高めることができる。

図３は本発明の第３実施例を示す磁気式エンコーダの斜視図である。
図において２１０は回転体、２２０は回転体２１０に固定された円板状の永久磁石、２３０はリング状の固定体で、磁界検出素子１７１を実装したフレキシブル基板１０がリング状の内周側に沿って固定してある。
フレキシブル基板１０の電極部１３０では、配線用導体が、ベースフィルムの表裏のどちらに配線されているかによって、配線用導体を左右に振り分け、それぞれ逆方向に折り曲げられている。電極部１３０は回路基板（図示せず）に半田付けする。また、引き出し部１４０では、配線用導体がベースフィルムの両面に配線されている。

次に、動作について説明する。
磁界検出素子１７１は回転体２１０の回転に伴って回転する永久磁石２２０の発生する磁界の変化を検出する。検出された信号は配線用導体を使って回路基板（図示せず）へ送られ、角度信号に変換される。

図４は本発明の第４実施例を示す磁気式エンコーダの斜視図である。
図において２１１はリング状の回転体、２２１は回転体２１１の内周側に固定されたリング状の永久磁石、２３１はリング状の永久磁石２２１の内側に空隙を介して配置された円形の固定体で、磁界検出素子１７１を実装したフレキシブル基板１０が外周側に沿って固定してある。フレキシブル基板１０の電極部１３０の構成及び引き出し部１４０の構成は実施例３と同じである。
なお、動作については実施例３と同じであるのでその説明を省略する。

このように、実施例３及び実施例４の磁気式エンコーダは、回路基板に接続される電極部で配線用導体を左右に振り分け、それぞれ逆方向に折り曲げたフレキシブル基板を用いているので、回路基板に接続する電極部の剛性が高く、また、専用のコネクタ等を用いる必要がないので、構造が簡単で安価な磁気式エンコーが実現できる。また、引き出し部の配線用導体をベースフィルムの両面にしているので、屈曲性が良く小型の円形の固定体に固着できる。従って、小型の磁気式エンコーが実現できる。

図５は本発明の第５実施例を示す中空サーボモータの断面図である。
磁気式エンコーダとして実施例４に示したものを適用した。
図において、３０１はサーボモータの固定部であるフレーム、３０２は、ステータヨーク、３０３は電機子巻線、３０４はモータ界磁永久磁石、３０５はロータヨークである。エンコーダの回転体２１１は内周側にリング状の永久磁石２２１が固定され、モータ界磁永久磁石３０４とロータヨーク３０５から成るモータのロータに結合されている。また、磁気式エンコーダの固定体２３１はモータフレーム３０１に結合されている。
フレキシブルプリント基板１０は、モータのフレーム３０１に勘合した固定体２３１の外周部に固定されている。引き出し部１４０はフレーム３０１に沿って曲げられ、フレーム３０１に固定された回路基板１８０に導かれる。電極部１３０は直接回路基板１８０に半田付けされている。
なお、回路基板１８０をモータの外部に配置する場合、固定体２３１に貫通穴を開けて、引き出し部１４０をこの貫通穴に通しても良い。

このように、本実施例では、サーボモータが、回路基板に直接半田付けすることができる電極部を有し引き出し部の屈曲性が良く小型の磁気式エンコーダを備えているので、構造が簡単で安価で、さらに構造設計の自由度が高い小型のサーボモータが実現できる。
なお、本発明のフレキシブルプリント基板は、磁気式エンコーダ以外にも適用することができることは言うまでもない。

本発明の（ａ）第１実施例を示すフレキシブルプリント基板の構造図と（ｂ）Ｂ−Ｂ線断面図と（ｃ）Ｃ−Ｃ線断面図である。 本発明の（ａ）第２実施例を示すフレキシブルプリント基板の展開図と（ｂ） 本発明の第２実施例の上面図と（ｃ）本発明の第２実施例の側面図である。 本発明の第３実施例を示す磁気式エンコーダの斜視図である。 本発明の第４実施例を示す磁気式エンコーダの斜視図である。 本発明の第５実施例を示す中空サーボモータの断面図である。 従来のフレキシブルプリント基板の電極部の断面図である。 従来のフレキシブルプリント基板の斜視図である。

符号の説明

１０ フレキシブルプリント基板
１００ ベースフィルム
１１０ 配線用導体
１２０ カバーレイ
１３０ 電極部
１４０ 引き出し部
１５０ 検出部
１６０ 接着剤
１７０ 検出素子
１７１ 磁界検出素子
１８０ 回路基板
２１０、２１１ 回転体
２２０、２２１ 永久磁石
２３０、２３１ 固定体
３０１ フレーム
３０２ ステータヨーク
３０３ 電機子巻線
３０４ モータ界磁永久磁石
３０５ ロータヨーク

Claims (8)

1. 絶縁性ベースフィルムと、このベースフィルム上に配線された配線用導体と、この配線用導体を保護する絶縁性カバーレイとを有し、回路基板に接続される前記配線用導体が露出した電極部と、電極部までの引き出し部を備えたフレキシブルプリント基板において、
   前記配線用導体が、前記ベースフィルムの表裏どちらに配線されているかによって、当該配線用導体を前記電極部で左右に振り分け、それぞれ逆方向に折り曲げることを特徴とするフレキシブルプリント基板。
2. 前記引き出し部において、配線用導体を前記ベースフィルムの両面に配線したことを特徴とする請求項１記載のフレキシブルプリント基板。
3. 前記引き出し部に配線される配線用導体は、ペアとなる信号で表裏の同位置に配線されたものであることを特徴とする請求項１記載のフレキシブルプリント基板。
4. 前記引き出し部に配線される配線用導体は、信号とＧＮＤをペアとして表裏の同位置に配線されたものであることを特徴とする請求項１記載のフレキシブルプリント基板。
5. 前記引き出し部に配線される配線用導体は、片面をすべてＧＮＤにしたことを特徴とする請求項１記載のフレキシブルプリント基板。
6. 回転体に固定された円板状の永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向し前記永久磁石が発生する磁界を検出する磁界検出素子と、前記磁界検出素子を実装したフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板を固定するリング状の固定体と、を備えた磁気式エンコーダにおいて、
   前記フレキシブル基板は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフレキシブルプリント基板であることを特徴とする磁気式エンコーダ。
7. リング状の回転体の内側に固定されリング状の永久磁石と、前記永久磁石の内側に空隙を介して対向し前記永久磁石が発生する磁界を検出する磁界検出素子と、前記磁界検出素子を実装したフレキシブル基板と、前記永久磁石の内側に配置され、前記フレキシブル基板を固定する円筒状又は円柱状の固定体と、を備えた磁気式エンコーダにおいて、
   前記フレキシブル基板は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフレキシブルプリント基板であることを特徴とする磁気式エンコーダ。
8. 請求項６又は７に記載の磁気式エンコーダを備え、前記磁気式エンコーダの回転体が界磁用永久磁石を有するモータの回転部に固定され、前記磁気式エンコーダの固定体が前記モータの固定部に固定されていることを特徴とするサーボモータ。

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