JP2008011674A - プリント回路基板固定モータ - Google Patents

Abstract

【課題】メス端子を用いるモータのエンドベル面に対して、低コストで作業性も良く、プリント回路基板を取付けて、電気的及び機械的な接続固定を可能にする。
【解決手段】本発明は、エンドベル側面に挿入される一対の外部端子に接触して電源が供給される一対のモータメス端子を備えるモータに対して、モータエンドベル面側にプリント回路基板を固定する。モータ端子当接部と基板押さえ部を両脚部として有する全体的にはＵ字状のタブを用いて、該Ｕ字状タブのモータ端子当接部を外部端子として挿入することにより電気的に接続すると共に、該Ｕ字状タブを挿入した際に基板押さえ部によりプリント回路基板を押さえて、プリント回路基板をモータに対して固定する。Ｕ字状タブは、プリント回路基板のプリント配線部に半田付けされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータメス端子を備えるモータのエンドベル面側にプリント回路基板を固定したプリント回路基板固定モータに関する。

小型モータには、モータの回転速度や位置を検知するための装置を一体に組み付けることが求められる場合がある。このような検知装置として用いられる光学式エンコーダ装置を組み付けた小型モータは、回転制御が必要な、例えば、自動車電装用途とか、プリンター等のＯＡ機器において用いられている。

図９は、光学式エンコーダ装置のモータへの取り付けを例示する従来技術を示す図である（特許文献１参照）。図示したように、モータの平坦な側面（図中の下面）に一対の中ぐり穴が穿設され、プリント回路基板への接続を可能にしている。プリント回路基板は、一対の中ぐり穴に挿入できるようにした一対の接触ピンに加えて、センサユニット、プラグコネクタなどの電子部品を含んでいる。

プリント回路基板を図中の下側から矢印の方向に押し込み、接触ピンが中ぐり穴に挿入された後、固定用クランプがモータに図中の上側から押し込まれる。すなわち、プリント回路基板と反対側のモータ側面から矢印の方向に押し込まれ、固定用クランプのペグをプリント回路基板上に形成された対応ガイド穴の中に押し込むことにより組み立てられる。また、モータのエンコーダ取付け用のシャフト端にはコードホイールが配置される。

このように、図示のプリント回路基板は、それを取り付けるためにモータ側面にメス端子（中ぐり穴）を備えたモータを使っている。メス端子とプリント回路基板の接続は、プリント基板に立てた接触ピンで行っているが、プリント回路基板はエンドベル面ではなく、モータ側面（フラット面）に取付けている。また、プリント回路基板を支えるのに、固定用クランプを使用している。

しかし、モータを機器へ取り付ける際の取付けスペースの関係で、モータのエンドベル面にプリント回路基板を取付ける必要があるときに、図示のモータでは対応できない。また、タブ（接触ピン）によるメス端子接圧だけではプリント回路基板を支えられないため、固定用クランプを使用しているが、その複雑な形状から大きなコストアップとなっている。

プリント回路基板をモータのエンドベル面に取り付ける必要がある場合、通常はエンドベル面にオス端子が出ているタイプのモータを使用する。しかしφ２０クラスの小径モータとなると、オス端子が邪魔になり基板に各種素子を搭載できなくなる。そこで、従来、プリント回路基板は図１０に示すように取り付けられていた。図１０は、従来技術によるモータ端子とプリント回路基板の接続を示す図であり、（Ａ）はモータシャフトを横方向に配置して示す正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の右側から見た側面図である。図示のモータは、モータ側面からオス端子のモータ端子が出ているタイプのものであり、モータ端子とプリント回路基板はジャンパーで接続されている。

このようなモータは、モータ端子とプリント回路基板をジャンパーを用いて半田付けするために、モータ側面からプリント回路基板端面までの高さ（図中に示す“基板高さｈ”）が高くなり、機構の薄型化に対応できない。一対のジャンパーの両側を合計４箇所で半田付けする必要があり、非常に手間が掛かる。また、プリント回路基板のモータに対する固定強度を維持するためには、プリント回路基板の表側（回路素子取付側）で半田付けする必要があり、プリント回路基板に搭載する素子の半田付面と逆側になる。このため、高価な両面プリント配線の基板が必須となる。また、プリント回路基板を固定するために、両面テープ等で接着する必要があり、コストがかかるという問題があった。
特開２００３−１９９２９７号公報

本発明は、係る問題点を解決して、モータメス端子を用いるモータにおいても、固定用クランプを使用することなく、モータのエンドベル面に対して、低コストで作業性も良く、プリント回路基板を取付けて、電気的及び機械的な接続固定を可能にすることを目的としている。

また、本発明は、半田付けをプリント回路基板裏側のみにして、モータ端子への半田付けを不要として、基板高さを抑えるだけでなく、安価な片面プリント配線の基板を使用可能にすることを目的としている。

本発明のプリント回路基板固定モータは、有底筒状のモータケースの開口部に嵌着されるエンドベルと、該エンドベルの側面に設けた一対の挿入穴を通して挿入される一対の外部端子に接触して外部より電源が供給される一対のモータメス端子とを備えるモータに対して、モータシャフトが直交するモータのエンドベル面側にプリント回路基板を固定する。モータ端子当接部と基板押さえ部を両脚部として有する全体的にはＵ字状のタブを用いて、該Ｕ字状タブのモータ端子当接部を外部端子として挿入することにより電気的に接続すると共に、該Ｕ字状タブを挿入した際に基板押さえ部によりプリント回路基板を押さえて、プリント回路基板をモータに対して固定する。Ｕ字状タブは、プリント回路基板のプリント配線部に半田付けされる。

このプリント回路基板は、エンドベルの中央に備えられている軸受保持部に対応する嵌合穴を備えて、該嵌合穴に軸受保持部を挿入することによりプリント回路基板をモータのエンドベル面に対して位置決めする。また、このプリント回路基板上に取り付けた受発光素子モジュールを含む回路素子と、モータシャフトに取り付けたコードホイールにより、モータの回転速度や位置を検知するための光学式エンコーダ装置を構成する。

Ｕ字状タブは、プリント回路基板挿入用の凹部を備え、かつ、プリント回路基板には、Ｕ字状タブを挿入可能の平行な一対のスリットを備える。プリント回路基板は、片面のみに有するプリント配線部側を、モータのエンドベル面側に向けて搭載し、該プリント配線部にＵ字状タブを半田付けする。また、Ｕ字状タブには、プリント回路基板挿入用の凹部にテーパを設けて、Ｕ字状タブとプリント回路基板の密着性を向上させることができる。

本発明によれば、メス端子のモータ端子を有するモータにおいても、モータのエンドベル面にプリント基板を、Ｕ字状タブひとつで電気的及び機械的な接続固定が可能となる。プリント回路基板はエンドベル面に密着させることができるため、基板自体の強度はあまり必要でなく、固定用クランプを使用することなく、モータ端子への半田付けを不要にすることができ、これによって、基板高さが抑えられるだけでなく、低コストで作業性も良くなり、またプリント回路基板裏側での半田付けが可能となり安価な片面配線のフェノール樹脂製基板を使用できる。

以下、例示に基づき本発明を説明する。図１は、プリント回路基板をモータに固定して組立を完成させたプリント回路基板固定モータの全体構成を示す斜視図であり、（Ａ）及び（Ｂ）は、見る方向のみを異にした同一の構成を例示している。図２は、モータを単独で示す斜視図である。図３は、図２に示すモータのエンドベルをその内側から見た図である。図示省略しているが、金属製のモータケース内部には、固定子側磁極となるマグネットが取り付けられる一方、モータシャフト上に積層コアと巻線によって構成される回転子磁極と、整流子とを一体に組み付けて構成される回転子が回転可能に取り付けられている。モータケースは、平坦な面を両サイドに有する全体的には有底中空筒形状に構成されている。このモータケースの開口から、モータシャフト上に一体に組み立てられた回転子を挿入した後、モータケースの開口を閉じるように、樹脂製のエンドベルが嵌着される。このエンドベルは、モータケースと同様に平坦な面を両サイドに有する筒状のエンドベル側面と、この筒状エンドベル側面の一方の端面を閉じるように樹脂により一体に形成したエンドベル面とより構成されている。即ち、このエンドベル面は、モータシャフトが貫通し、かつモータシャフトに直交する面を意味し、図示したように軸受保持部を一体に備えている。モータシャフトは、モータケースの底部中央と、エンドベルの中央にそれぞれ位置する軸受によって支持されている。エンドベル側の軸受は、エンドベルと一体に形成された軸受保持部内に収容されている。整流子に接触する一対のブラシは、エンドベルの一対のモータ端子（メス端子）にそれぞれ電気的に接続されている（図３参照）。このモータ端子には、エンドベル側面の平坦部に設けた挿入穴を通して挿入される一対の外部端子（図３には一方の外部端子のみを図示）と接触して、外部よりモータへ電源が供給されるように構成されている。このような小型モータ自体は、通常構成のものである。但し、本発明は、外部端子として、詳細は後述するＵ字状タブのモータ端子当接部が挿入されて、モータ端子に接触当接する。

図１に示すように、このモータには、裏面にのみプリント配線部を有する片面配線タイプのプリント回路基板が、一対のＵ字状タブを用いて固定されている。このプリント回路基板の表面側には、受光素子及び発光素子を一体に組み付けた受発光素子モジュール、コネクタなどの回路素子が取り付けられている。また、このプリント回路基板を抜けてさらに外方向に伸びるモータシャフトには、コードホイールがシャフト軸方向から取り付けられる。これらの回路素子を取り付けたプリント回路基板とコードホイールによって、モータの回転速度や位置を検知するための光学式エンコーダ装置を構成している。本発明は、Ｕ字状タブを用いてプリント回路基板をモータに対して接続固定することに特徴を有している。以下、さらに、各部分を示す詳細図を参照しつつ詳述する。

図４は、プリント回路基板を例示する図であり、（Ａ）はプリント回路基板の表面側（素子取付側）を示し、（Ｂ）はこのプリント回路基板の表面側に受発光素子モジュール、制御抵抗、コネクタなどの素子を取り付けて構成した状態を示し、（Ｃ）はプリント回路基板の裏面側（プリント配線側）をそれぞれ示している。例示のプリント回路基板には、表面側（素子取付側）に受発光素子モジュール、制御抵抗、コネクタなどの素子が取り付けられると共に、それらの電気端子はプリント回路基板に設けた対応する穴を貫通して裏面に導出され、ここで、プリント配線（銅箔パターン）部に半田付けして固定される。また、プリント回路基板の中央には、モータに備えられている軸受保持部に嵌合する穴が設けられている。

このプリント回路基板には、エンドベル側面に設けた挿入穴を通して挿入されるＵ字状タブに対応する位置において、平行な一対のスリット（溝）が設けられている。このスリットはＵ字状タブの板厚に略等しい幅を有して、このスリット内にＵ字状タブを挿入可能に構成されている（Ｕ字状タブを用いたプリント回路基板の固定は後述する）。また、図４（Ｃ）に見られるように、プリント回路基板の裏面側の各スリットの両側にはＵ字状タブの半田付け部が備えられている。このようにＵ字状タブへの半田付けをプリント回路基板の片側の面（裏面側）にて行ない、かつ、前述の回路素子を取り付ける際の半田付けをプリント回路基板の同じ側の面（裏面側）にて行なうような構成にしたことにより、安価な片面配線のプリント回路基板の使用が可能となっている。このＵ字状タブの半田付け部は、一方ではＵ字状タブを介してモータメス端子に接続され、かつ他方では、プリント配線を介し、さらに、プリント回路基板に取り付けられるコネクタを介して、外部電源に接続される。また、受発光素子モジュールからの信号線及び電源線もまたプリント配線を介し、さらに、コネクタを介して外部に引き出される。

図５は、プリント回路基板をモータに対して固定するＵ字状タブを例示する図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ異なる方向から見た斜視図である。Ｕ字状タブは、全体的には一定厚さの板状で、平面的に見た場合には、全体的にはＵ字形状に構成している。Ｕ字状に折り曲げた一方の脚部をモータ端子当接部とし、かつ他方の脚部を基板押さえ部として、その間を所定強度を維持するように所定幅の連結部で連結して構成される。図示のＵ字状タブは、内側をプリント回路基板の厚みに合わせて段付にし、プリント回路基板を両側から挟む構造としている。基板押さえ部のプリント回路基板当接側には、基板挿入用凹部底側よりも基板押さえ部先端側で、凹部幅がわずかに狭くなる方向にテーパ面を設け、基板押さえ部先端側が確実にプリント回路基板に密着する構造としている。プリント回路基板は、モータのエンドベル面に対して密着配置される構造であるために、プリント回路基板自体に大きな機械的強度は必要とされない。Ｕ字状タブは、プリント回路基板への半田付けがモータ側で行えるように半田付け部を備えている。このように、プリント回路基板に機械的強度は必要とされず、かつ素子を含め半田付け面が片面だけになるため、安価で強度を必要としない片面配線の、例えばフェノール樹脂製基板を使用することができる。また基板裏側のみで半田付けするために、プリント回路基板が壁となり、半田付け作業時に発生するフラックスや半田粒の回路素子への付着を防ぐことができる。

モータ端子当接部は、その先端側を幅方向（図５（Ｂ）参照）及び厚み方向（図５（Ａ）参照）ともにテーパ状にして、エンドベルに設けた対応する挿入穴への挿入を容易にしている。Ｕ字状タブは、基板固定強度を維持し、かつハンドリング時に変形することのないように、また差込時に変形しないように、Ｕ字状の一方の脚部から他方の脚部まで全体的にできるだけ均一な幅（図５（Ｂ）に示す平面図上で見た幅）にすることにより集中応力がかかり辛く、強度的に強い形状にすることができる。Ｕ字状タブは、例えば、銅合金材を、打ち抜きによって形成することができる。

Ｕ字状タブの一例は、外形２０ｍｍのモータに対して、Ｕ字状タブの板厚を０．６ｍｍ程度、図５（Ｂ）の平面図で示されるＵ字状タブの全長及び全幅を８ｍｍ程度、モータ端子当接部、基板押さえ部、及び連結部の幅をそれぞれ２〜３ｍｍ程度、プリント回路基板厚さに略等しい基板挿入用凹部幅を２ｍｍ程度である。さらに、基板押さえ部のプリント回路基板当接側のテーパを５％程度として、基板挿入用凹部底側よりも基板押さえ部先端側を、モータ端子当接部側に向けてわずかに近づける。

図６は、Ｕ字状タブを用いたプリント回路基板の取付を説明する図であり、（Ａ）は全体的に示す斜視図であり、（Ｂ）はプリント回路基板の裏側方向から見た部分的斜視図であり、（Ｃ）はＵ字状タブ固定前の部分的側面図、（Ｄ）はＵ字状タブを挿入して固定した状態で示す側面図である。モータに対して固定される状態のプリント回路基板の上に、回路素子は取り付けられているが、図６においてはその図示を省略している。

まず、図６（Ａ）に示すように、モータの軸受保持部を、プリント回路基板に対応して設けた穴に嵌合することにより位置決めする。このとき、プリント回路基板の片面のみに備えられているプリント配線部側を、モータのエンドベル面側に向けて搭載する。プリント回路基板に設けた嵌合穴及びエンドベルに設けた軸受保持部の外形形状は、完全な円形ではなく、一部を面取り形状とすることにより、モータに対するプリント回路基板の位置決めが容易となる。その後、一対のＵ字状タブ（図５参照）を１つずつ挿入する。即ち、Ｕ字状タブのモータ端子当接部を、モータエンドベルの対応する挿入穴に挿入する。このとき、Ｕ字状タブの基板挿入用凹部内にプリント回路基板が位置決めされて、基板押さえ部がプリント回路基板を上から（回路素子取付側から）押さえるように保持する。さらに、この基板挿入用凹部位置に対応して、プリント回路基板に、スリット（図４（Ａ）参照）を備えることにより、Ｕ字状タブは、プリント回路基板に対して深く挿入されて、Ｕ字状タブ背面（図６（Ｄ）参照）とプリント回路基板の側面（図６（Ｃ）参照）が同一面となる位置まで押し込むことが可能となる。このように、Ｕ字状タブをモータメス端子部に挿入し、プリント回路基板に半田付けすることにより、モータとプリント回路基板を電気的に接合して、先に図１０を参照して説明した基板高さｈを小さくすることができる。このように、Ｕ字状タブは、モータとプリント基板を挟むことにより、電気的に接続するだけでなく、プリント回路基板を支える機能を兼ね備えている。

図７は、Ｕ字状タブの半田付けを説明する図である。なお、図７において、プリント回路基板上の回路素子の図示は省略している。図示したように、Ｕ字状タブの該当箇所（図５（Ｂ）に示す半田付け部）が、プリント回路基板の裏面側（図４（Ｃ）に示すＵ字状タブ半田付け部）に半田付けされる。プリント回路基板は、Ｕ字状タブを上述のように挿入することによりモータに対して十分強固に機械的に固定されている。ここでの半田付けは、機械的に固定するというよりも、電気的に接続するものであるから、モータ取り付け側であるプリント回路基板の裏面側で行なっても問題は無い。

図８は、先に図１により例示した組立を完成させたプリント回路基板固定モータを、横方向に配置して示す正面図である。回路素子を搭載したプリント回路基板をモータへ装着してＵ字状タブで固定した後のモータに対して、コードホイールをモータシャフト軸方向から取り付け、固定する。コードホイール自体は通常のものであり、また、通常に固定することができるが、例示のコードホイールは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂フィルムにより構成されるものであり、その弾性を利用して、先に取り付けられた受発光素子モジュールの隙間内にコードホイール円周側が位置するように配置される。これによって、受発光素子モジュールの対向する発光素子と受光素子の間の間隙に、コードホイールの光学変調トラック部が位置決め配置される。図示のコードホイールは、モータシャフトへ圧入により固定された取付板（樹脂製ブシュ）に対して両面テープで接着固定されている。コードホイールは、円周上に等間隔に複数のスリットが設けられている光学変調トラックを有して、モータシャフトの回転に伴ない、例えば５０パルス／回転程度の信号を得られるようになっている。コードホイールの一方の面側からの発光を、他方の面側で受光する際、回転するコードホイールのスリット部と非スリット部によって受光をオンオフすることにより、回転速度及び位置を検出することができる。

プリント回路基板をモータに固定して組立を完成させた光学式エンコーダ装置搭載のプリント回路基板固定モータの全体構成を示す斜視図であり、（Ａ）及び（Ｂ）は、見る方向のみを異にした同一の構成を例示している。 モータを単独で示す斜視図である。 図２に示すモータのエンドベルをその内側から見た図である。 プリント回路基板を例示する図であり、（Ａ）はプリント回路基板の表面側（素子取付側）を示し、（Ｂ）はこのプリント回路基板の表面側に受発光素子モジュール、制御抵抗、コネクタなどの素子を取り付けて構成した状態を示し、（Ｃ）はプリント回路基板の裏面側（プリント配線側）をそれぞれ示している。 プリント回路基板をモータに対して固定するＵ字状タブを例示する図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ異なる方向から見た斜視図である。 Ｕ字状タブを用いたプリント回路基板の取付を説明する図であり、（Ａ）は全体的に示す斜視図であり、（Ｂ）はプリント回路基板の裏側方向から見た部分的斜視図であり、（Ｃ）はＵ字状タブ固定前の部分的側面図、（Ｄ）はＵ字状タブを挿入して固定した状態で示す側面図である。 Ｕ字状タブの半田付けを説明する図である。 図１により例示した光学式エンコーダ装置搭載のプリント回路基板固定モータを、横方向に配置して示す正面図である。 光学式エンコーダ装置のモータへの取り付けを例示する従来技術を示す図である。 従来技術によるモータ端子とプリント回路基板の接続を示す図であり、（Ａ）はモータシャフトを横方向に配置して示す正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の右側から見た側面図である。

Claims (6)

1. 有底筒状のモータケースの開口部に嵌着されるエンドベルと、該エンドベルの側面に設けた一対の挿入穴を通して挿入される一対の外部端子に接触して外部より電源が供給される一対のモータメス端子とを備えるモータに対して、モータシャフトに直交するモータのエンドベル面側にプリント回路基板を固定したプリント回路基板固定モータにおいて、
   モータ端子当接部と基板押さえ部を両脚部として有する全体的にはＵ字状のタブを用いて、該Ｕ字状タブの前記モータ端子当接部を前記外部端子として挿入することにより電気的に接続すると共に、該Ｕ字状タブを挿入した際に前記基板押さえ部により前記プリント回路基板を押さえて、前記プリント回路基板をモータに対して固定し、かつ、
   前記Ｕ字状タブを前記プリント回路基板のプリント配線部に半田付けした、
   ことから成るプリント回路基板固定モータ。
2. 前記プリント回路基板は、前記エンドベルの中央に備えられている軸受保持部に対応する嵌合穴を備えて、該嵌合穴に前記軸受保持部を挿入することにより前記プリント回路基板をモータのエンドベル面に対して位置決めした請求項１に記載のプリント回路基板固定モータ。
3. 前記プリント回路基板上に取り付けた受発光素子モジュールを含む回路素子と、モータシャフトに取り付けたコードホイールにより、モータの回転速度や位置を検知するための光学式エンコーダ装置を構成した請求項１に記載のプリント回路基板固定モータ。
4. 前記Ｕ字状タブは、プリント回路基板挿入用の凹部を備え、かつ、前記プリント回路基板には、前記Ｕ字状タブを挿入可能の平行な一対のスリットを備えた請求項１に記載のプリント回路基板固定モータ。
5. 前記プリント回路基板は、片面のみに有するプリント配線部側を、モータのエンドベル面側に向けて搭載し、該プリント配線部に前記Ｕ字状タブを半田付けした請求項１に記載のプリント回路基板固定モータ。
6. 前記Ｕ字状タブは、プリント回路基板挿入用の凹部にテーパを設けて、前記Ｕ字状タブと前記プリント回路基板の密着性を向上させた請求項１に記載のプリント回路基板固定モータ。
   

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