(57)【要約】【課題】適用可能なオイルシールの寸法の制約が小さい光学式ロータリーエンコーダを得ること。【解決手段】第１、第２のベアリング６、７が嵌合される同軸の第１、第２のベアリング孔９ａ、９ｂを有し、オイルシール１１の外周と当接してこれを保持するハウジング９と、第１、第２のベアリング孔９ａ、９ｂの軸方向を光軸方向としてハウジング９に設置された発光素子４と、一端部に円板２が取り付けられ、他端部が回転入力部となり、第１、第２のベアリング孔９ａ、９ｂに嵌合された第１、第２のベアリング６、７に接着されたシャフト１と、円板２を挟んで発光素子４と対向して配置された受光素子５と、第２のベアリング７に隣接してシャフト１の他端側に装着される円筒状のカラー１０と、カラー１０の外周に装着されたオイルシール１１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２の軸受がそれぞれ嵌合される同軸の第１、第２の軸受孔を有するベアリング用ハウジングと、
前記第１、第２の軸受孔の軸方向を光軸方向として前記ベアリング用ハウジングに設置された発光素子と、
一端部にパルス円板が取り付けられ、他端部が回転入力部となり、前記第１、第２の軸受孔にそれぞれ嵌合された第１、第２の軸受に固定された回転軸と、
前記パルス円板を挟んで前記発光素子と対向して配置された受光素子と、
前記回転軸の他端側で前記第２の軸受に隣接する領域において前記回転軸に装着される円筒状のカラーと、
前記カラーの外周に装着されたオイルシールと、
前記オイルシールの外周と当接して該オイルシールを保持するオイルシール用ハウジングと、
を備えることを特徴とする光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項２】
前記カラーが、焼きバメ、圧入、又はネジ止めのいずれかによって前記回転軸に固定されたことを特徴とする請求項１記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項３】
前記オイルシール用ハウジングと前記ベアリング用ハウジングとが、一体成形されたことを特徴とする請求項１又は２記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項４】
前記カラーは、少なくとも一部が前記回転軸よりも熱伝導率が低い材料で形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項５】
前記回転軸は、外周面の前記カラーが装着される部分が、該回転軸のよりも熱伝導率が低い被膜で覆われていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式ロータリーエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転軸の回転位置を測定するために、光学式のロータリーエンコーダが用いられている。光学式ロータリーエンコーダには、放射状にスリットパターンが形成された円板（パルス円板）をシャフトの先端に設置し、この円板を挟むように発光素子と受光素子とを配置した構造のものがある。この構造の光学式ロータリーエンコーダは、発光素子を発光させながらシャフトを回転させることで、シャフトと一体に回転する円板が発光素子からの光を周期的に遮ってパルス信号を生成するため、受光素子における光検出結果を基に回転軸の回転位置を検出可能である。
【０００３】
機械の回転軸に光学式ロータリーエンコーダを設置する場合には、機械側からエンコーダ内へ機械油などの異物が浸入することを防止するために、光学式ロータリーエンコーダの機械側の端部においてシャフトにオイルシールを配置する必要がある（特許文献１参照）。
【０００４】
また、高精度の光学式ロータリーエンコーダを実現するためには、円板の位置精度を高めることが必須であり、シャフトに作用するラジアル加重による軸倒れ量を減少させる必要がある。軸倒れ量を低減するためには、剛性の高いベアリングを用いてシャフトを支持する必要がある。
【０００５】
このため、ベアリングを設置するベアリング用ハウジングと、オイルシール用ハウジングとを別構成とすることで、オイルシールの外径よりも大きいベアリングでシャフトを支持することを可能としていた。この構造では、ベアリング用ハウジングよりも機械側にオイルシール用ハウジングを配置して、機械側からネジ止めすることによってベアリング用ハウジングとオイルシール用ハウジングとを固定する。そして、機械側のベアリングの固定は、ベアリングをベアリング用ハウジングに嵌合させた後にシャフトに止め輪を装着することによって行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平５−４０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、機械側のベアリングの固定に止め輪を用いる構造の光学式ロータリーエンコーダでは、シャフトの外形にオイルシールを配置し、ベアリングのハウジングとオイルシールのハウジングとを一体とするには、オイルシールの内径がベアリング内径以下かつオイルシールの外径がベアリングの外径以上という条件を満たす必要がある。このため、適用可能なオイルシールが限定されてしまい、既製品を適用できないことも多い。オイルシールが専用の部品であって既製品を適用できないとなると、オイルシールの交換が必要となった場合に交換部品を入手しにくく、また部品コストも高くなってしまうことが問題となる。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、既製品のオイルシール寸法の規制にとらわれず、精度の高いエンコーダを実現するために剛性の高いベアリングの選択が可能な光学式ロータリーエンコーダを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１、第２の軸受がそれぞれ嵌合される同軸の第１、第２の軸受孔を有するベアリング用ハウジングと、第１、第２の軸受孔の軸方向を光軸方向としてベアリング用ハウジングに設置された発光素子と、一端部にパルス円板が取り付けられ、他端部が回転入力部となり、第１、第２の軸受孔にそれぞれ嵌合された第１、第２の軸受に接着固定された回転軸と、パルス円板を挟んで発光素子と対向して配置された受光素子と、回転軸の他端側で第２の軸受に隣接する領域において回転軸に装着される円筒状のカラーと、カラーの外周に装着されたオイルシールと、オイルシールの外周と当接して該オイルシールを保持するオイルシール用ハウジングと、を備えることを特徴とする光学式ロータリーエンコーダを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、適用可能なオイルシールの寸法の制約が小さいことにより、剛性の高いベアリングを使用して軸倒れ量を減少させ検出精度を向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光学式ロータリーエンコーダの断面図である。
【図２】図２は、オイルシールを未装着の状態で機械側から見たハウジングを示す斜視図である。
【図３】図３は、オイルシールを装着した状態で機械側から見たハウジングを示す斜視図である。
【図４】図４は、ハウジングのオイルシール装着部の内径が第２のベアリング孔の内径以上である光学式ロータリーエンコーダの構成を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２に係る光学式ロータリーエンコーダの断面図である。
【図６】図６は、実施の形態３に係る光学式ロータリーエンコーダの断面図である。
【図７】図７は、シャフトに固定されたカラーを模式的に示す図である。
【図８】図８は、実施の形態４に係る光学式ロータリーエンコーダの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる光学式ロータリーエンコーダの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る光学式ロータリーエンコーダの実施の形態１の構成を示す断面図である。本実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダは、シャフト１、円板２、回路基板３、発光素子４、インデックススケール４ａ、受光素子５、第１のベアリング６、第２のベアリング７、予圧ばね８、ハウジング９、カラー１０、オイルシール１１を有する。図１における紙面右方向が、シャフト１に回転力を付与する機械が配置される側（機械側）である。
【００１４】
シャフト１は、機械構造用炭素鋼などを材料として形成される。シャフト１の一端（機械側と反対側の端）には円板２（パルス円板）が接着固定されている。シャフト１は、ハウジング９に嵌合又は接着された第１のベアリング６及び第２のベアリング７に接着されており、これらによって支持されている。発光素子台の光出射側にはインデックススケール４ａが配置されている。また、円板２と略平行に配置された回路基板３には、円板２を挟んで発光素子４と対向するように受光素子５が設置されている。シャフト１の他端は回転入力部であり、回転力が付与される。
【００１５】
第１のベアリング６は、ハウジング９の第１のベアリング孔９ａに回路基板３側から挿入されて嵌合している。第１のベアリング６の端面とハウジング９との間には、予圧ばね８が介在しており、第１のベアリング６を回路基板３の側へ付勢している。第２のベアリング７は、ハウジング９の第２のベアリング孔９ｂに機械側から挿入されて嵌合している。
【００１６】
シャフト１には機械側の端（機械端）側からカラー１０が焼きバメ又は圧入されており、シャフト１が回路基板３側へ移動することを規制している。すなわち、円板２とインデックススケール４ａとの隙間を所定の間隔に維持している。カラー１０は、ハウジング９よりも機械側へは突出せず、ハウジング９の第２のベアリング孔９ｂ及びオイルシール装着部９ｃによる凹部に収まるようになっている。なお、カラー１０をハウジング９よりも機械側へ突出させないことにより、光学式ロータリーエンコーダの小型化を図ることができるが、突出していても構わない。また、カラー１０を焼きバメ又は圧入によってシャフト１に固定することにより、シャフト１とカラー１０との偏芯を小さくし、シャフト１の回転時にカラー１０とオイルシール１１との間で発生する摩擦を小さくできる。図２に、オイルシール１１を未装着の状態で機械側から見たハウジング９を示す。本実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダは、オイルシール装着部９ｃの内径は、第２のベアリング孔９ｂの内径以上となっている。
【００１７】
カラー１０の外周にはオイルシール１１が配置されている。オイルシール１１は、断面視略凹状の環状の合成ゴムと金属製のリングとを組み合わせた構造である。オイルシール１１は、リップ部がカラー１０の外周面と当接し、はめあい部がハウジング９のオイルシール装着部９ｃと当接することにより、エンコーダ内に機械油などの異物が浸入することを防いでいる。図３に、オイルシール１１を装着した状態で機械側から見たハウジング９を示す。
【００１８】
発光素子（ＬＥＤ）４を発光させると、光は、インデックススケール４ａに形成されたスリット窓群を通過し、その後、円板２のスリット窓を通過し、受光素子５を照射する。このとき、受光素子５は、光量に比例した電流を発生する。
【００１９】
シャフト１が回転すると、発光素子４から発光された光は、インデックススケール４ａと円板２のスリット窓で、通過、遮断を繰り返し、受光素子５の発光電流は擬似正弦波となる。この発光電流を波形整形回路で電圧に変換し、パルス波形に整形して外部に出力することにより、シャフト１の回転位置が検出される。
【００２０】
シャフト１の回転時には、カラー１０とオイルシール１１との界面で摩擦によって熱が発生する。一般的には、ハウジング９はアルミニウムを原材料としてダイキャスト法で形成される。一方、オイルシール１１は、ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム、シリコーンゴム、四フッ化エチレン樹脂などの樹脂を材料として形成される。また、カラー１０は、炭素鋼やステンレス鋼を材料として形成される。したがって、カラー１０の熱伝導率は、オイルシール１１の熱伝導率よりも大きい。
【００２１】
カラー１０の熱伝導率はオイルシール１１の熱伝導率よりも大きいため、摩擦熱はカラー１０側へと伝わりやすくなっている。この熱がシャフト１を介してエンコーダ内部へ伝わると、エンコーダ内部の温度が上昇し、光学部品間の相対位置変化、接着強度劣化、電子部品への影響がある。
【００２２】
このため、本実施の形態においては、カラー１０の内周面にシャフト１の熱伝導率よりも熱伝導率が低い材料（例えばセラミック）でコーティングを施すことで、コーティングを施さない場合よりもカラー１０からシャフト１へ熱が伝わりにくくしている。これにより、円板２の位置精度の低下や、温度の上昇による電子部品の誤動作といった要因となる内部温度の上昇は生じにくくなる。すなわち、光学式ロータリーエンコーダの品質信頼性を向上させることができる。なお、ここではカラー１０の内周面に低熱伝導率の材料によるコーティングが施されているとしたが、カラー１０の径方向に熱が伝わりにくくできればよく、カラー１０の内周面へのコーティングに限定されることはない。例えば、カラー１０の径方向の中間に低熱伝導率の層が形成されていても良い。また、シャフト１の外周面のカラー１０が装着される部分にシャフト１の材料よりも熱伝導率が低いコーティングを施しても良い。この場合、カラー１０が装着される部分にのみコーティングを施しても良いし、外周面全体にコーティングを施しても良い。なお、カラー１０やシャフト１に必ずしも低熱伝導率材料のコーティングを設ける必要はない。
【００２３】
ここではオイルシール装着部９ｃの内径が第２のベアリング孔９ｂよりも大径である構成を例として説明したが、図４に示すように、オイルシール装着部９ｃの内径が第２のベアリング孔９ｂの内径と同じであっても良い。
【００２４】
本実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダでは、シャフト１に装着するカラー１０の外径は、オイルシール１１の内径に合わせたものとすることができる。したがって、オイルシール１１は、その外径が、ハウジング９のオイルシール装着部９ｃの内径よりも大きいという条件を満たしさえすれば適用可能である。よって、適用可能なオイルシールの寸法上の制約が小さいため、安価で入手も容易な既製品を適用しやすい。さらに、オイルシール１１の寸法にとらわれず第２のベアリング７を選定できるため、第２のベアリング７に剛性の高い大径のベアリングを適用でき、シャフト１の軸倒れを防いで検出精度を高めることができる。
【００２５】
これに対し、シャフトの外径にオイルシールを配置する構造では、オイルシールの内径がシャフトの外径以下、かつオイルシールの外径がオイルシール装着部の内径以上という条件を満たさなければならないため、寸法上の制約が大きく、既製のオイルシールを適用することが困難である。逆に言えば、既製のオイルシールの適用を可能とする場合には、オイルシールの内径・外径寸法に合ったベアリングを適用しなければならないため、剛性の高い大径のベアリングの使用が難しくなる。これは、既製のオイルシールは外径が大きくなると内径も大きくなるため、剛性の高い大径のベアリングよりも外径が大きいオイルシールの内径はシャフトの内径よりも大きくなってしまい、オイルシールのリップ部がシャフトの外周面と当接しなくなってしまうことによる。
【００２６】
また、本実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダは、第１及び第２のベアリング６、７とオイルシール１１とを共通のハウジング９で保持するため、部品点数を低減して、製造コストを抑えることができる。また、部品点数が低減されることにより、分解作業工数や廃棄物量が減少するため、製品を廃棄する際に再利用する部品の回収作業が容易となる。また、二つのハウジングをネジで締結する必要がないため、ネジ部からのエンコーダ内への機械油などの液体が浸入するといった問題が発生することがない。さらに、ハウジング同士の締結用のネジを配置するスペースが不要となるため、第２のベアリング７に剛性の高い大径のベアリングを適用でき、シャフト１の軸倒れを防いで検出精度を高めることができる。これにより、所定の検出精度を満たさない不良品となることを抑え、歩留まりを向上させることができる。
【００２７】
実施の形態２．
図５は、本発明に係る光学式ロータリーエンコーダの実施の形態２の構成を示す図である。本実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダは、第１、第２のベアリング６、７を保持するベアリング用ハウジング１２とオイルシール１１を保持するオイルシール用ハウジング１３との二つのハウジングが固定ネジ１４によって連結された構造である。
【００２８】
本実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダも、シャフト１に装着するカラー１０の外径は、オイルシール１１の内径に合わせたものとすることができる。したがって、オイルシール１１は、その外径がオイルシール用ハウジング１３のオイルシール装着部１３ａの内径よりも大きいという条件を満たしさえすれば適用可能である。よって、オイルシール１１は、適用可能なオイルシールの寸法上の制約が小さいため、安価で入手も容易な既製品を適用しやすい。
【００２９】
本実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダには、オイルシール１１及びオイルシール用ハウジング１３以外の部分は、防沫性を必要としない光学式ロータリーエンコーダと同様であるため、部品を共通化してコストの低減を図ることができる。
【００３０】
この他については、実施の形態１と同様であるため、重複する説明は割愛する。
【００３１】
実施の形態３．
図６は、本発明に係る光学式ロータリーエンコーダの実施の形態３の構成を示す図である。光学式ロータリーエンコーダ全体としての構成は、実施の形態１と同様であるが、本実施の形態においては、カラー１０は焼きバメや圧入ではなく、いもネジ１５を用いたネジ止めによってシャフト１に固定されている。
【００３２】
オイルシール１１は、いもネジ１５が装着されるネジ孔１０ａよりも機械側でカラー１０と接している。このため、機械油などの液体がネジ孔１０ａからエンコーダ内へ浸入することはない。
【００３３】
図７に、シャフト１に固定されたカラー１０を模式的に示す。図７では、シャフト１の機械側の軸方向を視点として示している。カラー１０をシャフト１にネジ止めする場合、いもネジ１５のネジ先がカラー１０の内面から突出してシャフト１と当接するため、カラー１０とシャフト１との間に微小隙間が形成される。この微小隙間は断熱層として機能し、シャフト１が回転する際にカラー１０とオイルシール１１との界面で発生する摩擦熱がシャフト１へ伝わることを妨げる。このため、本実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダは、シャフト１の回転によって発生した摩擦熱で基板２の位置精度が低下したり、回路基板３に実装された電子部品が影響を受けたりしにくい。
【００３４】
なお、ここではいもネジ１５を一つ用いて一方向からカラー１０をネジ止めする構成を例として示したが、シャフト１を円周方向に等分割した各位置に対応させて複数のネジ孔１０ａを設け、各々のネジ孔１０ａにいもネジ１５をネジ止めするようにしても良い。具体例を挙げると、カラー１０にシャフト１の円周方向に１２０°間隔でネジ孔１０ａを設け、各ネジ孔１０ａにいもネジ１５をネジ止めしてもよい。カラー１０に複数個のネジ孔１０ａを設けて各々にいもネジ１５をネジ止めすることにより、カラー１０の偏芯を小さく抑えることが可能となる。
【００３５】
この他については実施の形態１と同様であるため、重複する説明は割愛する。
【００３６】
実施の形態４．
図８は、本発明に係る光学式ロータリーエンコーダの実施の形態４の構成を示す図である。光学式ロータリーエンコーダ全体としての構成は、実施の形態１と同様であるが、本実施の形態においては、カラー１０が二重筒状に形成されている。内筒１０ｂは、シャフト１よりも熱伝導率が低い材料で形成されている。外筒１０ｃは、炭素鋼やステンレス鋼で形成されている。
【００３７】
シャフト１の回転時にカラー１０とオイルシール１１との界面で発生した摩擦熱は、カラー１０の外筒１０ｃへ伝わり、さらに内筒１０ｂへと伝わる。したがって、摩擦熱はシャフト１よりも熱伝導率が低い内筒１０ｂを介してシャフト１へと伝わることとなるため、内筒１０ｂを設けない場合と比較して、摩擦熱はシャフト１へ伝わりにくくなる。
【００３８】
本実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダは、摩擦熱がシャフト１に伝わることを内筒１０ｂによって防止していることを除いては、実施の形態１と同様である。よって、重複する説明は割愛する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかる光学式ロータリーエンコーダは、適用するオイルシールの寸法上の制約が小さいという点で有用であり、特に、機械油などの液体を用いる機械の回転軸の回転位置を検出する用途に適している。
【符号の説明】
【００４０】
１  シャフト
２  円板（パルス円板）
３  回路基板
４  発光素子
４ａ  インデックススケール
５  受光素子
６  第１のベアリング
７  第２のベアリング
８  予圧ばね
９  ハウジング
９ａ  第１のベアリング孔
９ｂ  第２のベアリング孔
９ｃ  オイルシール装着部
１０  カラー
１０ａ  ネジ孔
１０ｂ  内筒
１０ｃ  外筒
１１  オイルシール
１２  ベアリング用ハウジング
１３  オイルシール用ハウジング
１４  固定ネジ
１５  いもネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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