(57)【要約】【課題】シャフトの回転軸を安定的に回転できる光学式エンコーダユニット及び光学式エンコーダを提供すること。【解決手段】光学式エンコーダユニットは、光源４１と、光学スケール１１と、光源４１からの光源光が光学スケール１１に透過又は反射した入射光を検出する光学センサユニット３５と、光学スケール１１が取り付けられるシャフト１２と、シャフト１２を回転自在に支持する第１軸受２６Ａ及び第２軸受２６Ｂを備える。第１軸受２６Ａ及び第２軸受２６Ｂは、内輪、外輪、転動体をそれぞれ備え、第１軸受２６Ａの内輪及び第２軸受２６Ｂの内輪は、シャフト１２の軸方向に予圧されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
光学スケールと、
前記光源からの光源光が前記光学スケールに透過又は反射した入射光を検出する光学センサユニットと、
前記光学スケールが取り付けられるシャフトと、
前記シャフトを回転自在に支持する第１軸受及び第２軸受を備え、
前記第１軸受及び第２軸受は、内輪、外輪、転動体をそれぞれ備え、
前記第１軸受の内輪及び第２軸受の内輪は、シャフトの回転軸と平行な軸方向に予圧されていることを特徴とする光学式エンコーダユニット。
【請求項２】
前記第１軸受の外輪及び前記第２軸受の外輪の対向面間の距離は、前記第１軸受の内輪及び前記第２軸受の内輪の対向面間の距離よりも大きくなるように、前記第１軸受の外輪及び前記第２軸受の外輪の位置を位置決めする外輪側スペーサを備える、請求項１に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項３】
前記第１軸受の外輪及び前記第２軸受の外輪は、筒状の前記外輪側スペーサを備える請求項１に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項４】
前記第１軸受の内輪及び前記第２軸受の内輪は、さらに筒状の内輪側スペーサで固定されている請求項３に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項５】
前記第１軸受の外輪及び前記第２軸受の外輪同士の対向面には、環状かつ板状の前記外輪側スペーサが挟まれている請求項１に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項６】
前記光学センサユニット、前記光学スケールを囲む、第１筒体をさらに備える請求項１から５のいずれか１項に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項７】
前記第１筒体は、遮光性を有する請求項５に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項８】
前記第１筒体の内周に配置され、前記外輪側スペーサを覆う第２筒体を備える請求項６又は７に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の光学式エンコーダユニットと、
前記光学センサユニットが検出する光強度から、前記光学スケールと前記光学センサユニットとの相対的な移動量を演算する演算手段と、を含むことを特徴とする光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学スケールを用いて角度を検出する光学式エンコーダユニット及び光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダは、各種機械装置において、可動要素の位置や角度を検出するために用いられている。一般に、エンコーダは、相対的な位置又は角度を検出するエンコーダと、絶対的な位置又は角度を検出するエンコーダがある。エンコーダは、光学式と磁気式とがあるが、光学式エンコーダは異物等の影響を受け、検出光量の変動の影響を受けやすい。
【０００３】
特許文献１には、検出光量の変動の影響を低減しかつ分解能を高めることのできる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０６５７３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、検出光量の変動の影響を低減しているが、小型にしてもシャフトの回転軸を安定的に回転できることが求められている。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シャフトの回転軸を安定的に回転できる光学式エンコーダユニット及び光学式エンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、光学式エンコーダユニットは、光源と、光学スケールと、前記光源からの光源光が前記光学スケールに透過又は反射した入射光を検出する光学センサユニットと、前記光学スケールが取り付けられるシャフトと、前記シャフトを回転自在に支持する第１軸受及び第２軸受を備え、前記第１軸受及び第２軸受は、内輪、外輪、転動体をそれぞれ備え、前記第１軸受の内輪及び第２軸受の内輪は、シャフトの回転軸と平行な軸方向に予圧されている。
【０００８】
この構造により、光学式エンコーダユニットは、シャフトの回転軸を安定的に回転できる。また、光学式エンコーダユニットは、軸受に予圧をかける通常機構（ナット、ばね等）を低減し、小型にすることができる。
【０００９】
本発明の望ましい態様として、前記第１軸受の外輪及び前記第２軸受の外輪の対向面間の距離は、前記第１軸受の内輪及び前記第２軸受の内輪の対向面間の距離よりも大きくなるように、前記第１軸受の外輪及び前記第２軸受の外輪の位置を位置決めする外輪側スペーサを備えることが好ましい。この構成により、軸受の予圧が維持されやすくなる。
【００１０】
本発明のより望ましい態様として、前記第１軸受の外輪及び前記第２軸受の外輪は、筒状の前記外輪側スペーサを備えることが好ましい。この構成により、第１軸受が支持するシャフトの位置と第２軸受が支持するシャフトの位置との距離が大きくなり、シャフトの傾斜を抑制できるので、シャフトの回転が安定し、光学式エンコーダユニットは、測定精度を高めることができる。
【００１１】
本発明の望ましい態様として、前記第１軸受の内輪及び前記第２軸受の内輪は、さらに筒状の内輪側スペーサで固定されていることが好ましい。この構成により、内輪同士の距離を案内できる。
【００１２】
本発明の望ましい態様として、前記第１軸受の外輪及び前記第２軸受の外輪同士の対向面には、環状かつ板状の前記外輪側スペーサが挟まれていることが好ましい。この構成により、軸受は、軸方向に小型にすることができる。また、軸受の予圧が維持されやすくなる。
【００１３】
本発明の望ましい態様として、前記光学センサユニット、前記光学スケールを囲む、第１筒体をさらに備えることが好ましい。この構成により、第１筒体を筐体とし、簡易に組み立てることができる。
【００１４】
本発明の望ましい態様として、前記第１筒体は、遮光性を有することが好ましい。この構成により、第１筒体の内部は、外来の光ノイズを抑制できる。
【００１５】
本発明の望ましい態様として、前記第１筒体の内周に配置され、前記外輪側スペーサを覆う第２筒体を備えることが好ましい。この構成により、第２筒体は、軸受を支持することができる。このため、光学式エンコーダユニットは、小型でも組み立て性を高めることができる。
【００１６】
本発明の望ましい態様として、光学式エンコーダは、上述した光学式エンコーダユニットと、前記光学センサユニットが検出する光強度から、前記光学スケールと前記光学センサユニットとの相対的な移動量を演算する演算手段と、を含むことが好ましい。この構成により、光学式エンコーダは、高分解能な角度の測定精度を有することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、検出光量の変動の影響を低減し、シャフトの回転軸を安定的に回転できる光学式エンコーダユニット及び光学式エンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施形態１に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る光学式エンコーダユニットの分解斜視図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る光学式エンコーダユニットの外観斜視図である。
【図４】図４は、光学スケール及び光学センサユニットの配置の一例を説明する説明図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る光学式エンコーダのブロック図である。
【図６】図６は、実施形態１に係る光学スケールのパターンの一例を示す説明図である。
【図７】図７は、実施形態１に係る光学センサユニットの一例を説明するための説明図である。
【図８】図８は、実施形態１に係る光学センサの第１受光部の一例を説明するための説明図である。
【図９】図９は、実施形態１に係る光学センサの第３受光部の一例を説明するための説明図である。
【図１０】図１０は、実施形態１に係る光学センサの偏光成分の分離を説明するための説明図である。
【図１１】図１１は、実施形態１に係る光学センサの偏光成分の分離を説明するための説明図である。
【図１２】図１２は、実施形態１に係る光学センサの偏光成分の分離を説明するための説明図である。
【図１３】図１３は、実施形態１に係る光学式エンコーダの機能ブロック図である。
【図１４】図１４は、実施形態１に係る光学スケールの回転角度と各受光部の偏光成分の光強度変化を説明するための説明図である。
【図１５】図１５は、実施形態１に係る光学スケールの回転角度とリサージュ角度との関係を説明するための説明図である。
【図１６】図１６は、実施形態１に係る光源を説明するための平面図である。
【図１７】図１７は、実施形態１に係る配線を説明するためにカバーがない状態で光源基板側から模式的にみた組み立て状態の斜視図である。
【図１８】図１８は、実施形態１に係る配線を説明するためにカバーがない状態でセンサ基板側から模式的にみた組み立て状態の斜視図である。
【図１９】図１９は、実施形態１に係る軸受を説明する断面図である。
【図２０】図２０は、実施形態１の変形例に係る軸受を説明する斜視図である。
【図２１】図２１は、実施形態１の変形例に係る軸受を説明する断面図である。
【図２２】図２２は、実施形態２に係る軸受を説明する斜視図である。
【図２３】図２３は、実施形態２に係る軸受を説明する断面図である。
【図２４】図２４は、実施形態２の変形例に係る軸受を説明する断面図である。
【図２５】図２５は、実施形態３に係る軸受を説明する斜視図である。
【図２６】図２６は、実施形態３に係る軸受を説明する断面図である。
【図２７】図２７は、実施形態３の変形例に係る軸受を説明する断面図である。
【図２８】図２８は、実施形態４に係る軸受を説明する斜視図である。
【図２９】図２９は、実施形態４に係る軸受を説明する断面図である。
【図３０】図３０は、実施形態５に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。
【図３１】図３１は、実施形態５に係る光学式エンコーダユニットの外観斜視図である。
【図３２】図３２は、実施形態６に係る光学スケール及び光学センサユニットの配置の一例を説明する説明図である。
【図３３】図３３は、実施形態６に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。
【図３４】図３４は、実施形態６の変形例に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組合せることが可能である。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。図３は、実施形態１に係る光学式エンコーダユニットの外観斜視図である。図２は、実施形態１に係る光学式エンコーダユニットの分解斜視図である。図１は、図３の断面模式図である。図４は、光学スケール及び光学センサユニットの配置の一例を説明する説明図である。図５は、実施形態１に係る光学式エンコーダのブロック図である。図６は、実施形態１に係る光学スケールのパターンの一例を示す説明図である。光学式エンコーダユニット３１は、モータ等の回転機械に連結されたシャフト１２を有するロータ１０と、ステータ２０と、信号パターンを読み取り可能な光学センサユニット３５とを有している。
【００２１】
ロータ１０は、図６に示す円板形状もしくは図２に示す多角形形状（図２においては８角形）の部材である光学スケール１１を有している。光学スケール１１は例えば、シリコン、ガラス、高分子材料などで形成されている。光学スケール１１は円輪状もしくは中空であってもよい。図６に示す光学スケール１１は、信号トラックＴ１を一方の板面に有している。また、ロータ１０には、光学スケール１１の取り付けられた板面に対し他方の板面にシャフト１２が取り付けられている。光学スケール１１は、傾斜していても傾斜角度が小さい場合には偏光分離の機能に影響がない。すなわち、光学スケール１１は、回転中心Ｚｒと直交する平面に対して傾斜していても、偏光分離素子として機能する。
【００２２】
図３に示すように、ステータ２０は、円筒状のカバー２１と、センサ基板２３とを備えている。円筒状のカバー２１は、ロータ１０とは独立にセンサ基板２３の側面を覆うように固定され、ロータ１０がステータ２０に対して相対回転できる。カバー２１は、軸受２６と、シャフト１２と、シャフト１２の端部に取り付けられた光学スケール１１と、光学センサユニット３５とを囲む、遮光性の部材でできている。このため、カバー２１の内部は、外来の光ノイズを抑制できる。カバー２１は、円筒に限られず、筒状であれば、外径が三角、四角、六角、八角などの角柱であってもよい。
【００２３】
カバー２１は、軸受２６を介してシャフト１２を回転可能に支持する。カバー２１の内周が軸受２６の外輪に固定されており、シャフト１２の外周が軸受２６の内輪に固定されている。軸受２６の構造については、後述する。シャフト１２がモータ等回転機械からの回転により回転すると、シャフト１２に連動して光学スケール１１が回転中心Ｚｒを軸中心として回転する。光学センサユニット３５は、センサ基板２３に固定されている。ロータ１０が回転すると、光学スケール１１の信号トラックＴ１が光学センサユニット３５に対して相対的に移動する。
【００２４】
図１及び図２に示すように、光学式エンコーダユニット３１は、フレキシブル基板２３ＦＰに固定された、入出力端子であるコネクタＣＮＴを有している。コネクタＣＮＴは、フレキシブル基板２３ＦＰの表面又は内部に設けられた導電体の配線２５に電力を供給し、光学センサユニット３５からの検出信号をプリアンプＡＭＰを介して外部に出力することができる。
【００２５】
プリアンプＡＭＰは、パッケージ品のアンプ上に直接に光学センサユニット３５を積層している。プリアンプＡＭＰがカバー２１内部に内蔵されるので、耐久性を高めることができる。プリアンプＡＭＰは、ベアチップ上に受光素子と増幅回路とを搭載してもよい。また、プリアンプＡＭＰは、受光素子と増幅回路とを半導体プロセスで一体的に形成してもよい。
【００２６】
センサ基板２３の表面及び内部には、配線２５に接続される配線及び回路が配線されており、配線２５と直接又は配線２５に接続される配線及び回路を介して、カバー２１の内側に沿って設けられた配線２４の一端が電気的に接続されている。このため、センサ基板２３の表面又は内部に設けられた導電体の配線２５と、カバー２１の内側に沿って設けられた配線２４とは、コネクタＣＮＴ、プリアンプＡＭＰ、光学センサユニット３５及び光源４１を適宜接続している。
【００２７】
なお、光学式エンコーダユニット３１は、フレキシブル基板２３ＦＰを保護するため、蓋部材２９を裏面側より取り付けてもよい。蓋部材２９は、遮光性の絶縁体であるとより好ましい。
【００２８】
上述したロータ１０のシャフト１２が回転すると、図４に示すように、光学スケール１１が、例えばＲ方向に光学センサユニット３５に対して相対的に移動する。光学スケール１１は、面内における偏光子の偏光方向Ｐｍが所定の方向を向いており、かつ偏光方向Ｐｍが回転により変化する。光学センサユニット３５は、光源４１の光源光７１が光学スケール１１に透過して入射する入射光（透過光）７３を受光して、図６に示す光学スケール１１の信号トラックＴ１を読み取ることができる。
【００２９】
実施形態１に係る光学式エンコーダユニット３１は、光源４１を光源基板４２の表面に固定している。光源基板４２は、シャフト１２が貫通する孔部４２Ｈが開けられており、センサ基板２３と光学基板４２とが光学スケール１１を挟んで、対向するように、後述する配線２４、２４、２４Ｄ、２４Ｄに支持されている。また、光源４１は、例えば発光ダイオード、半導体レーザ光源であり、詳細に後述する。
【００３０】
光学式エンコーダ２は、上述した光学式エンコーダユニット３１と、演算装置３と、を備えており、図５に示すように、光学式エンコーダユニット３１と、演算装置３とが接続されている。演算装置３は、例えばモータ等の回転機械の制御部５と接続されている。
【００３１】
光学式エンコーダ２は、光学スケール１１に光源光７１が透過して入射する入射光７３を光学センサユニット３５で検出する。演算装置３は、光学センサユニット３５の検出信号から光学式エンコーダユニット３１のロータ１０と光学センサユニット３５との相対位置を演算し、相対位置の情報を制御信号として、モータ等の回転機械の制御部５へ出力する。
【００３２】
演算装置３は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のコンピュータであり、入力インターフェース４ａと、出力インターフェース４ｂと、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）４ｃと、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）４ｄと、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）４ｅと、内部記憶装置４ｆと、を含んでいる。入力インターフェース４ａ、出力インターフェース４ｂ、ＣＰＵ４ｃ、ＲＯＭ４ｄ、ＲＡＭ４ｅ及び内部記憶装置４ｆは、内部バスで接続されている。なお、演算装置３は、専用の処理回路で構成してもよい。
【００３３】
入力インターフェース４ａは、光学式エンコーダユニット３１の光学センサユニット３５からの入力信号を受け取り、ＣＰＵ４ｃに出力する。出力インターフェース４ｂは、ＣＰＵ４ｃから制御信号を受け取り、制御部５に出力する。
【００３４】
ＲＯＭ４ｄには、ＢＩＯＳ（Basic  Input  Output  System）等のプログラムが記憶されている。内部記憶装置４ｆは、例えばＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）やフラッシュメモリ等であり、オペレーティングシステムプログラムやアプリケーションプログラムを記憶している。ＣＰＵ４ｃは、ＲＡＭ４ｅをワークエリアとして使用しながらＲＯＭ４ｄや内部記憶装置４ｆに記憶されているプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。
【００３５】
記憶手段である内部記憶装置４ｆには、光学スケール１１における後述する偏光軸と光学センサユニット３５のセンサの出力とを対応付けたデータベースが記憶されている。又は、内部記憶装置４ｆには、図４に示す距離Ｄの値と、光学スケール１１の位置情報とを対応付けたデータベースが記憶されている。
【００３６】
図６に示す信号トラックＴ１は、ワイヤーグリッドパターンとよばれる金属細線（ワイヤー）ｇの配列が図１に示す光学スケール１１に形成されている。光学スケール１１は、信号トラックＴ１として、隣り合う金属細線ｇを平行に直線的に配置している。このため、光学スケール１１は、光源光７１が照射される位置によらず同じ偏光軸となり、面内における偏光子の偏光方向が一方向を向いている。
【００３７】
また、ワイヤーグリッドパターンとよばれる金属細線ｇを有する光学スケール１１は、光誘起の偏光板に比較して、光学スケール１１は耐熱性を高めることができる。また、光学スケール１１は、局所的にも、交差するような部分のないラインパターンとなっているため、精度を高く誤差の少ない光学スケールとすることができる。また、光学スケール１１は、一括した露光又はナノインプリント技術により安定して製造することもできるため、精度を高く誤差の少ない光学スケールとすることができる。なお、光学スケール１１は、光誘起の偏光板としてもよい。
【００３８】
複数の金属細線ｇは、交差せず配置されている。隣り合う金属細線ｇの間は、光源光７１の全部又は一部が透過可能な透過領域ｇｌである。金属細線ｇの幅及び隣り合う金属細線ｇの間隔、つまり金属細線ｇの幅及び透過領域ｇｌの幅は、光源４１の光源光７１の波長より十分小さくする場合、光学スケール１１は、光源光７１の入射光７３を偏光分離することができる。このため、光学スケール１１は、面内における偏光方向（偏光軸）Ｐｍが一様な偏光子を有している。光学スケール１１は、回転する周方向において、光学センサユニット３５へ入射する入射光の偏光軸が光学スケール１１の回転に応じて変化する。実施形態１において、偏光軸の変化は、光学スケール１１の１回転に対して２回の増減を繰り返すことになる。
【００３９】
光学スケール１１は、偏光方向の異なるセグメントを細かくする必要がない。そして、光学スケール１１は、一様な偏光軸Ｐｍを有しているため、偏光軸Ｐｍの異なる領域の境界がなく、この境界による入射光７３の偏光状態の乱れを抑制できる。実施形態１の光学式エンコーダ２は、誤検出又はノイズを生じさせる可能性を低減することができる。
【００４０】
図７は、実施形態１に係る光学センサユニットの一例を説明するための説明図である。図８は、実施形態１に係る光学センサの第１受光部の一例を説明するための説明図である。図９は、実施形態１に係る光学センサの第３受光部の一例を説明するための説明図である。図４及び図７に示すように、光学センサユニット３５は、ユニット基材３０の表面３０ｂ上に、偏光層ＰＰ１を有する第１受光部ＰＤ１と、偏光層ＰＰ２を有する第２受光部ＰＤ２と、偏光層ＰＰ３を有する第３受光部ＰＤ３と、偏光層ＰＰ４を有する第４受光部ＰＤ４とを含む。図７に示すように、平面視で第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４は、ユニット基材３０の表面３０ｂの配置中心Ｓ０から等距離に配置されている。
【００４１】
図４に示すように、光源４１から照射される光源光７１は、上述した光学スケール１１を透過して、入射光７３として、偏光層ＰＰ１、偏光層ＰＰ２、偏光層ＰＰ３及び偏光層ＰＰ４を透過し、第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４に入射する。
【００４２】
図４に示すように、第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４のそれぞれから配置中心Ｓ０までの距離を等しくすることが好ましい。この構造により、演算手段であるＣＰＵ４ｃの演算負荷を軽減することができる。
【００４３】
また、第１受光部ＰＤ１が配置中心Ｓ０を介して第３受光部ＰＤ３と点対称の位置に配置され、第２受光部ＰＤ２が配置中心Ｓ０を介して第４受光部ＰＤ４と点対称の位置に配置されている。第１受光部ＰＤ１が配置中心Ｓ０を介して第３受光部ＰＤ３と距離Ｗ離して配置されており、第２受光部ＰＤ２が配置中心Ｓ０を介して第４受光部ＰＤ４と距離Ｗ離して配置されている。なお、第１受光部ＰＤ１、第３受光部ＰＤ３、第２受光部ＰＤ２及び第４受光部ＰＤ４が有する幅ｗがあり、距離Ｗは、幅２ｗより小さくならない制約がある。実施形態１では、第１受光部ＰＤ１、配置中心Ｓ０及び第３受光部ＰＤ３を通過するユニット基材３０の表面３０ｂ上の仮想軸をｘ軸とし、第２受光部ＰＤ２、配置中心Ｓ０及び第４受光部ＰＤ４を通過するユニット基材３０の表面３０ｂ上の仮想軸をｙ軸とする。図７において、ｘ軸はｙ軸とユニット基材３０の表面上で直交している。図４に示すように、光源４１の出射面と、配置中心Ｓ０との距離をＤとする。ｘ軸とｙ軸とによるｘｙ平面は、光源４１の出射面と配置中心Ｓ０とを結ぶｚ軸と直交している。
【００４４】
図４に示すように、ｚ軸方向から平面視でみると、第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４のそれぞれが光源４１の周囲に配置されている。第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４のそれぞれから配置中心Ｓ０までの距離を等しくすることが好ましい。この構造により、演算手段であるＣＰＵ４ｃの演算負荷を軽減することができる。
【００４５】
図８に示すように、第１受光部ＰＤ１は、シリコン基板３４と、受光部３７と、第１偏光層３９ａとを含む。また、図９に示すように、第３受光部ＰＤ３は、シリコン基板３４と、受光部３７と、第２偏光層３９ｂとを含む。例えば、シリコン基板３４はｎ型半導体であり、受光部３７はｐ型半導体であり、シリコン基板３４と受光部３７とによりＰＮ接合で形成されたフォトダイオードを構成することができる。第１偏光層３９ａ及び第２偏光層３９ｂは、光誘起の偏光層、又は金属細線を平行に配列したワイヤーグリッドパターン等で形成することができる。第１偏光層３９ａは、図２に示す光学スケール１１に光源光７１から入射する入射光７３を第１の偏光方向に分離し、第２偏光層３９ｂは、上記入射光を第２の偏光方向に分離する。これら第１の分離光の偏光軸と、第２の分離光の偏光軸とは、相対的に９０°異なることが好ましい。この構成により、演算装置３のＣＰＵ４ｃは、偏光角度の演算を容易とすることができる。
【００４６】
同様に、図８及び図９を用いて説明すると、第２受光部ＰＤ２は、シリコン基板３４と、受光部３７と、第１偏光層３９ａとを含む。また、図９に示すように、第４受光部ＰＤ４は、シリコン基板３４と、受光部３７と、第２偏光層３９ｂとを含む。例えば、シリコン基板３４はｎ型半導体であり、受光部３７はｐ型半導体であり、シリコン基板３４と受光部３７とによりＰＮ接合で形成されたフォトダイオードを構成することができる。第１偏光層３９ａ及び第２偏光層３９ｂは、光誘起の偏光層、又は金属細線を平行に配列したワイヤーグリッドパターン等で形成することができる。第１偏光層３９ａは、図２に示す光学スケール１１に光源光７１から入射する入射光７３を第１の偏光方向に分離し、第２偏光層３９ｂは、上記入射光を第２の偏光方向に分離する。これら第１の分離光の偏光軸と、第２の分離光の偏光軸とは、相対的に９０°異なることが好ましい。この構成により、演算装置３のＣＰＵ４ｃは、偏光角度の演算を容易とすることができる。
【００４７】
第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４は、入射光７３をそれぞれ異なる偏光方向に分離する偏光層ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３及びＰＰ４を介して受光する。このため、偏光層ＰＰ１が分離する偏光軸と、偏光層ＰＰ２が分離する偏光軸とは、相対的に４５°異なることが好ましい。偏光層ＰＰ２が分離する偏光軸と、偏光層ＰＰ３が分離する偏光軸とは、相対的に４５°異なることが好ましい。偏光層ＰＰ３が分離する偏光軸と、偏光層ＰＰ４が分離する偏光軸とは、相対的に４５°異なることが好ましい。偏光層ＰＰ４が分離する偏光軸と、偏光層ＰＰ１が分離する偏光軸とは、相対的に４５°異なることが好ましい。この構成により、演算装置３のＣＰＵ４ｃは、偏光角度の演算を容易とすることができる。
【００４８】
図１０、図１１及び図１２は、実施形態１に係る角度センサの偏光成分の分離を説明するための説明図である。図１０のように、光学スケール１１の信号トラックＴ１により偏光方向Ｐｍに偏光された入射光が入射する。図１０において、センシング範囲には、異物Ｄ１及び異物Ｄ２がある。入射光の偏光方向Ｐｍは、上述した第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）と、第２の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）と、で表現することができる。上述したように、第１の偏光方向と、第２の偏光方向とは、９０°異なる方向であることが好ましく、基準方向に対して例えば＋４５°成分と−４５°成分のようになっている。図１０、図１１及び図１２において、ワイヤーグリッドの軸方向は、紙面に対して平行に示されているが、紙面に対して同一の角度で傾斜していても傾斜角度が小さい場合には偏光分離の機能に影響がない。すなわち、光学スケール１１は、回転軸に対して傾斜していても、偏光分離素子として機能する。
【００４９】
第１受光部ＰＤ１は、図１１に示すように、入射光を第１の偏光方向に分離する第１偏光層３９ａを介して検知するため、第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）を検知する。第３受光部ＰＤ３は、図１２に示すように、入射光を第２の偏光方向に分離する第２偏光層３９ｂを介して検知するため、第２の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）を検知する。同様に、第２受光部ＰＤ２は、図１１に示すように、入射光を第１の偏光方向に分離する第１偏光層３９ａを介して検知するため、第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）を検知する。第４受光部ＰＤ４は、図１２に示すように、入射光を第２の偏光方向に分離する第２偏光層３９ｂを介して検知するため、第２の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）を検知する。
【００５０】
図１３は、実施形態１に係る光学式エンコーダの機能ブロック図である。図１４は、実施形態１に係る光学スケールの回転角度と各受光部の偏光成分の光強度変化を説明するための説明図である。図１３に示すように、光源４１は、基準信号に基づいた発光を行い、光学スケール１１に光源光７１を照射する。透過光である入射光７３は、受光部である光学センサユニット３５に受光される。図１３に示すように、プリアンプＡＭＰで増幅された受光信号は、差動演算回路ＤＳで差動演算処理を行う。
【００５１】
差動演算回路ＤＳは、光学センサユニット３５の検出信号である、第１の偏光方向の成分（第１分離光）の光強度ＰＩ（−）と、第２の偏光方向の成分（第２分離光）の光強度ＰＩ（＋）とを取得する。この光強度ＰＩ（−）と、光強度ＰＩ（＋）とに対応する、第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４のそれぞれの出力は、例えば、図１４のように、光学スケール１１の回転に応じて、位相がずれた光強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４である。
【００５２】
差動演算回路ＤＳは、式（１）及び式（２）に従って、第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）及び第２の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）から、光学スケール１１の回転に依存した差動信号Ｖｃ及びＶｓを演算する。
【００５３】
【数１】
2019035774.tif 000003
【００５４】
【数２】
2019035774.tif 000004
【００５５】
このように、差動演算回路ＤＳは、光強度Ｉ１及び光強度Ｉ３に基づいて、光強度の和［Ｉ１＋Ｉ３］と、光強度の差［Ｉ１−Ｉ３］を演算し、光強度の差［Ｉ１−Ｉ３］を光強度の和［Ｉ１＋Ｉ３］で除した差動信号Ｖｃを演算する。また、差動演算回路ＤＳは、光強度Ｉ２及び光強度Ｉ４に基づいて、光強度の和［Ｉ２＋Ｉ４］と、光強度の差［Ｉ２−Ｉ４］を演算し、光強度の差［Ｉ２−Ｉ４］を光強度の和［Ｉ２＋Ｉ４］で除した差動信号Ｖｓを演算する。式（１）及び式（２）により演算した差動信号Ｖｃ及びＶｓには、光源光７１の光強度の影響を受けるパラメータが含まれておらず、光学式エンコーダユニット３１の出力は、光学センサユニット３５と光学スケール１１との距離、光源４１の光強度のばらつき等の影響を低減することができる。そして、式（１）に示すように、差動信号Ｖｃは、光学スケール１１の回転角度となる光学スケール１１の偏光軸の回転角度（以下、偏光角という）βの関数となる。ただし、光源の光量を一定に制御するオートパワーコントロール（ＡＰＣ）を備えている場合は、上述の除算は不要である。
【００５６】
図１３に示すように、差動信号Ｖｃ及びＶｓは、フィルター回路ＮＲに入力され、ノイズ除去される。次に、逓倍回路ＡＰでは、差動信号Ｖｃ及びＶｓから図１５に示すリサージュパターンを演算し、初期位置から回転したロータ１０の回転角度の絶対角度を特定することができる。差動信号Ｖｃ及びＶｓは、λ／４位相がずれた差動信号であるので、差動信号Ｖｃのコサインカーブを横軸へ、差動信号Ｖｓのサインカーブを縦軸にとったリサージュパターンを演算し、回転角度に応じて、リサージュ角が定まることになる。例えば、図１５に示すリサージュパターンは、ロータ１０が１回転すると２周する。演算装置３は、光学スケール１１の回転位置が０°以上１８０°未満の範囲にあるか、１８０°以上３６０°未満の範囲にあるかを記憶する機能を有する。このように、光学式エンコーダ２は、光学スケール１１の回転位置が０°以上１８０°未満の範囲にあるか、１８０°以上３６０°未満の範囲にあるかを記憶装置に記憶し、起動時に読み出す演算手段を有し、光学スケール１１と光学センサユニット３５との絶対的な移動量を演算する。これにより、光学式エンコーダ２は、ロータ１０の絶対位置が演算できるアブソリュートエンコーダとすることができる。図１３に示す構成以外にも、光学式エンコーダユニット３１は、光学センサユニット３５とプリアンプＡＭＰまでを含んだ構成としてもよい。
【００５７】
図１６は、実施形態１に係る光源を説明するための平面図である。図１６に示す光源４１は、発光ダイオード、垂直共振器面発光レーザ等のレーザ光源、フィラメント等の発光デバイス４１Ｕをパッケージしたものである。発光デバイス４１Ｕは、面発光型光源を用いている。
【００５８】
光源４１は、ベース基板４１Ｆと、スルーホールＳＨに埋め込まれた貫通導電層４１Ｈと、貫通導電層４１Ｈと電気的に接続された外部電極４１Ｐと、ベース基板４１Ｆに搭載された発光デバイス４１Ｕと、発光デバイス４１Ｕと貫通導電層４１Ｈとを導通接続するボンディングワイヤ４１Ｗと、発光デバイス４１Ｕを保護する封止樹脂４１Ｍと、遮光膜４１Ｒとを備えている。
【００５９】
光源４１の遮光膜４１Ｒは、発光デバイス４１Ｕが放射する光源光７１を出射面４１Ｔの範囲に絞る光源光７１の絞りの機能を奏している。出射面４１Ｔにはレンズ面がなくてもあってもよい。実施形態１に係る光学式エンコーダユニット３１は、レンズのついていない光源４１を使用することができる。光源４１の出射面と、光学センサユニット３５との距離を接近させることでＳＮ比を向上させることができる。第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４のそれぞれまでの距離は、光源４１の拡散する光の影響を減じて受光できる範囲に配置可能となる。このため光学式エンコーダユニット３１及び光学式エンコーダ２は、測定精度が向上する。
【００６０】
図１７は、実施形態１に係る配線を説明するためにカバーがない状態で光源基板側から模式的にみた組み立て状態の斜視図である。図１８は、実施形態１に係る配線を説明するためにカバーがない状態でセンサ基板側から模式的にみた組み立て状態の斜視図である。図１７及び図１８に示すように、光源４１を片側面に搭載する光源基板４２と、光学センサユニット３５を片側面に搭載するセンサ基板２３とが対向するように、４つの配線２４、２４、２４Ｄ、２４Ｄで固定されている。
【００６１】
配線２４、２４は、三角柱、四角柱、六角柱、八角柱などの角柱又は円柱である金属の柱状体である。配線２４、２４は、導電性を有する鉄、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属を線引き加工して直線状の柱状体としている。配線２４Ｄ、２４Ｄは、三角柱、四角柱、六角柱、八角柱などの角柱又は円柱である金属の柱状体である。配線２４、２４、２４Ｄ、２４Ｄは、導電性を有する鉄、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属を線引き加工して直線状の柱状体としている。
【００６２】
配線２４、２４は、センサ基板２３の表面又は内部の配線に半田付けなどの金属接合により、電気的に接続されるように、接合部２３Ｍで固定されている。配線２４、２４は、同様に、光源基板４２の表面又は内部の配線に半田付けなどの金属接合により、電気的に接続されるように、接合部４２Ｍで固定されている。光源基板４２の表面又は内部の配線は、光源４１と電気的に接続されている。フレキシブル基板２３ＦＰから給電された電力は、フレキシブル基板２３ＦＰの配線２５、センサ基板２３の表面又は内部の配線２４、２４、光源基板４２の表面又は内部の配線を通じて、光源４１へ供給される。このように、配線２４、２４は、センサ基板２３（第１基板）に固定され、光源基板４２（第２基板）を支持し、光源４１が発光するための電力を供給する。
【００６３】
配線２４Ｄ、２４Ｄは、センサ基板２３に半田付けなどの金属接合により、接合部２３Ｍで固定されている。配線２４Ｄ、２４Ｄは、同様に、光源基板４２に半田付けなどの金属接合により、電気的に接続されるように、接合部４２Ｍで固定されている。配線２４Ｄ、２４Ｄは、光源４１への電力供給に寄与しないダミー配線である。
【００６４】
なお、センサ基板２３（第１基板）と、光源基板４２（第２基板）との上下関係を入れ替えた場合は、配線２４、２４、２４Ｄ、２４Ｄは、光源基板４２（第２基板）に固定され、センサ基板２３（第１基板）を支持し、光源４１が発光するための電力を供給することもできる。この場合、配線２４Ｄ、２４Ｄは、光学センサユニット３５の検出信号の伝達配線とする。
【００６５】
光源基板４２は、円環状の板部材であるので、配線２４、２４だけでは、傾きを生じる可能性がある。配線２４、２４、２４Ｄ、２４Ｄは、同じ長さの柱状体であるので、光学スケール１１の回転中心Ｚｒから等距離に配置され、隣り合う柱状体が回転中心Ｚｒとなす角度が等しくなるようにされていることにより、配線２４、２４、２４Ｄ、２４Ｄにかかる光源基板４２の荷重が均等となり、バランスがよくなる。これにより、光源４１からの出射光の方向の精度を高めることができる。配線２４、２４は、光源４１を点灯させるだけの本数であればよい。
【００６６】
（軸受）
図１９は、実施形態１に係る軸受を説明する断面図である。光学式エンコーダユニット３１は、シャフト１２の回転軸のガタ、回転振れが検出精度に影響する。例えば、上述したように、カバー２１は、軸受２６を介してシャフト１２を回転可能に支持する。軸受２６は、カバーの内周面に固定されているので、軸受２６がシャフト１２の傾きに対して、抑制する機構を取り付けるスペースがない。さらに、上述した光学式エンコーダユニット３１は、小型にすることができるが、軸受２６に予圧をかける通常機構（ナット、ばね等）が使用しにくい。
【００６７】
そこで、図２及び図１９に示すように、軸受２６は、第１軸受２６Ａ及び第２軸受２６Ｂを備える。第１軸受２６Ａ及び第２軸受２６Ｂは、回転中心Ｚｒと平行な方向を軸方向として、軸方向にシャフト１２を支持する位置を異ならせて配置されている。図１９に示すように、第１軸受２６Ａは、内輪２６Ａａ、外輪２６Ａｂ、転動体２６ＡＲをそれぞれ備え、回転中心Ｚｒを中心として環状に組み立てられている。第２軸受２６Ｂは、内輪２６Ｂａ、外輪２６Ｂｂ、転動体２６ＢＲをそれぞれ備え、回転中心Ｚｒを中心として環状に組み立てられている。
【００６８】
シャフト１２は、直径を小さくして一定直径の小径部１２Ａを備え、小径部１２Ａと大径部との境目の段差により、突当面１２ｕを有している。なお、シャフト１２は、中実材料を例示したが、これに限られず、光学スケール１１の反対側の端面に凹部を備えた中空シャフトでもよく、この凹部の中空内周に雌ねじを切ってもよい。また、シャフト１２は、筒状であって、軸方向に貫通する貫通孔を有する貫通シャフトでもよい。シャフト１２の外周には、雄ねじ又はスプラインなどの加工を施してもよい。このように、シャフト１２は、別部材との連結を容易にする加工が施されていてもよい。
【００６９】
第１軸受２６Ａの内輪２６Ａａは、突当面１２ｕに軸方向に接するように挿入される。第１軸受２６Ａの外輪２６Ａｂは、円環状に径方向に突出する鍔状の鍔部２６Ａｔを備える。第２軸受２６Ｂの外輪２６Ｂｂは、円環状に径方向に突出する鍔状の鍔部２６Ｂｔを備える。第１軸受２６Ａと第２軸受２６Ｂとを軸方向に対向させ、鍔部２６Ａｔと鍔部２６Ｂｔとの間に、円筒状のスペーサ２６Ｓを嵌め込む。この構造により、第１軸受２６Ａ、第２軸受２６Ｂ及びスペーサ２６Ｓの芯合わせが容易となる。スペーサ２６Ｓの外周は、嵌め込まれた場合、鍔部２６Ａｔ、鍔部２６Ｂｔの径方向の外周と同じ直径となるようすることで、軸受２６の外周に凹凸を少なくすることができ、図２に示すカバー２１への挿入がしやすくなる。また、スペーサ２６Ｓは、鍔部２６Ａｔ、鍔部２６Ｂｔ、外輪２６Ａｂの外周２６Ａｕ、外輪２６Ｂｂの外周２６Ｂｕで接着剤で固定される場合、接着面積が増え、第１軸受２６Ａと第２軸受２６Ｂとの接着強度が補強される。
【００７０】
実施形態１に係る軸受２６は、内輪２６Ａａと内輪２６Ｂａとの間に隙間２６ｎが生じるようになる。図１９では、カバー２１の図示を省略しているが、カバー２１及びシャフト１２の軸方向の位置を治工具で固定した状態で、及び第２軸受２６Ｂの外輪２６Ｂｂは、第１軸受２６Ａ及び第２軸受２６Ｂを固定する。カバー２１と、外輪２６Ａｂ及び外輪２６Ｂｂとの間は、接着又は圧入で固定される。接着固定には、エポキシ接着剤、ねじ固定用の接着剤、熱硬化接着剤、ＵＶ硬化接着剤などを使用できる。そして、接着プロセスにより、シャフト１２は、ガタのない安定な回転軸になる。
【００７１】
小径部１２Ａは、内輪２６Ａａ及び内輪２６Ｂａが嵌め合わされ、接着又は圧入で固定される。例えば接着される場合、小径部１２Ａと、内輪２６Ａａ及び内輪２６Ｂａとの間に接着剤が介在するようにしている。なお、接着固定には、エポキシ接着剤、ねじ固定用の接着剤、熱硬化接着剤、ＵＶ硬化接着剤などを使用できる。さらに、実施形態１に係る軸受２６は、第２軸受２６Ｂの内輪２６Ｂａが軸方向に突当面１２ｕに向けて、図１９に示すＰ方向へ押圧され、内輪２６Ａａが突当面１２ｕから反力を図１９に示すＰＢ方向に受ける。これにより、外輪２６Ａｂ及び外輪２６Ｂｂがスペーサ２６Ｓで軸方向に拘束されているので、隙間２６ｎが小さくなるように、第１軸受２６Ａと第２軸受２６Ｂとが予圧を受け、シャフト１２の軸方向に予圧される。実施形態１に係る軸受２６は、予圧された状態で、小径部１２Ａと、内輪２６Ａａ及び内輪２６Ｂａとの間にある接着剤を固め、固定される。接着剤により固定された軸受２６を用いることで、シャフト１２（回転軸）を有する各種センサ、小型エンコーダの組み立てを容易にできる。なお、接着固定には、エポキシ接着剤、ねじ固定用の接着剤、熱硬化接着剤、ＵＶ硬化接着剤などを使用できる。そして、接着プロセスにより、シャフト１２は、ガタのない安定な回転軸になる。
【００７２】
この構造により、軸受２６は、カバー２１の内周面に固定されていても、軸受２６がシャフト１２の傾きを抑制することができる。さらに、カバー２１の外径を直径２ｍｍ以上２０ｍｍ以下のように小さくし、シャフトの直径が０．６ｍｍ以上５ｍｍ以下程度となって、光学式エンコーダユニット３１を小型にすることができる。また、軸受２６に予圧をかける通常機構（ナット、ばね等）が不要になる。
【００７３】
図２０は、実施形態１の変形例に係る軸受を説明する斜視図である。図２１は、実施形態１の変形例に係る軸受を説明する断面図である。図２０及び図２１に示すように、スペーサ２６Ｓは、第１軸受２６Ａ及び第２軸受２６Ｂの軸方向の厚みより大きくすることができる。この構造により、軸受２６は、カバー２１の内周面に固定されていても、軸受２６がシャフト１２の傾きを抑制することができる。また、内輪２６Ａａと内輪２６Ｂａとの間にある隙間２６Ｎは、上述した隙間２６ｎよりも大きくなっており、隙間２６Ｎの内部に、光源、光学スケール、光学センサユニット３５等を配置することもできる。
【００７４】
このように、実施形態１の変形例に係る軸受２６は、第２軸受２６Ｂの内輪２６Ｂａが軸方向に突当面１２ｕに向けて、図２１に示すＰ方向へ押圧され、内輪２６Ａａが突当面１２ｕから反力を図２１に示すＰＢ方向に受ける。これにより、外輪２６Ａｂ及び外輪２６Ｂｂがスペーサ２６Ｓで軸方向に拘束されているので、隙間２６Ｎが小さくなるように、第１軸受２６Ａと第２軸受２６Ｂとが予圧を受け、シャフト１２の軸方向に予圧される。
【００７５】
以上説明したように実施形態１に係る光学式エンコーダユニット３１は、光源４１と、光学スケール１１と、光源４１からの光源光が光学スケール１１に透過した入射光を検出する光学センサユニット３５と、光学スケール１１が取り付けられるシャフト１２と、シャフト１２を回転自在に支持する、第１軸受２６Ａ及び第２軸受２６Ｂを備える。第１軸受２６Ａ及び第２軸受２６Ｂは、内輪、外輪、転動体をそれぞれ備え、第１軸受２６Ａの内輪及び第２軸受２６Ｂの内輪は、シャフト１２の軸方向に予圧されている。この構造により、光学式エンコーダユニット３１は、シャフトの回転軸を安定的に回転できる。回転軸を安定的に回転できるので、実施形態１に係る光学式エンコーダユニット３１は、軸の振れまわり、又は並行移動を抑制できる。また、光学式エンコーダユニット３１は、軸受に予圧をかける通常機構（ナット、ばね等）を低減し、小型にすることができる。
【００７６】
（第２実施形態）
図２２は、実施形態２に係る軸受を説明する斜視図である。図２３は、実施形態２に係る軸受を説明する断面図である。なお、上述したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。実施形態２に係る軸受２６は、外輪２６Ａｂ及び外輪２６Ｂｂが実施形態１で説明した鍔部２６Ａｔ、鍔部２６Ｂｔを備えない。このため、安価な第１軸受２６Ａ及び第２軸受２６Ｂを用いることができる。
【００７７】
実施形態２に係る軸受２６は、第１軸受２６Ａの外輪２６Ａｂ及び第２軸受２６Ｂの外輪２６Ｂｂ同士の軸方向の対向面には、外輪側スペーサ２６Ｐｂが挟まれている。外輪側スペーサ２６Ｐｂは、シャフト１２（小径部１２Ａ）の中心の周りを囲む環状かつ板状の部材であり、軸方向の厚みは、０．０２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。
【００７８】
実施形態２に係る軸受２６は、第１軸受２６Ａの内輪２６Ａａ及び第２軸受２６Ｂの内輪２６Ｂａ同士の軸方向の対向面には、内輪側スペーサ２６Ｐａが挟まれている。内輪側スペーサ２６Ｐａは、シャフト１２（小径部１２Ａ）の中心の周りを囲む環状かつ板状の部材であり、軸方向の厚みは、０．０１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、外輪側スペーサ２６Ｐｂの厚みに対して１０％以上８０％以下の厚みとなる。
【００７９】
シャフト１２は、直径を小さくして一定直径の小径部１２Ａを備え、小径部１２Ａと大径部との境目の段差により、突当面１２ｕを有している。第１軸受２６Ａの内輪２６Ａａは、突当面１２ｕに軸方向に接するように挿入される。小径部１２Ａは、内輪２６Ａａ及び内輪２６Ｂａが嵌め合わされ、接着又は圧入で固定される。さらに、実施形態２に係る軸受２６は、第２軸受２６Ｂの内輪２６Ｂａが軸方向に突当面１２ｕに向けて、図２３に示すＰ方向へ押圧され、内輪２６Ａａが突当面１２ｕから反力を図２３に示すＰＢ方向に受ける。これにより、外輪２６Ａｂ及び外輪２６Ｂｂが外輪側スペーサ２６Ｐｂで軸方向に拘束されているので、内輪側スペーサ２６Ｐａが軸方向に圧縮されるように塑性変形し、第１軸受２６Ａと第２軸受２６Ｂとが予圧を受け、シャフト１２の軸方向に予圧される。内輪側スペーサ２６Ｐａの厚みは、外輪側スペーサ２６Ｐｂの厚みよりも小さい（薄肉である）と、第１軸受２６Ａと第２軸受２６Ｂとが予圧を維持しやすくなる。実施形態２に係る軸受２６は、外輪側スペーサ２６Ｐｂと内輪側スペーサ２６Ｐａとの厚みの差により、予圧量を管理でき、製造工程の管理が容易になる。
【００８０】
図２４は、実施形態２の変形例に係る軸受を説明する断面図である。実施形態２の変形例に係る軸受２６は、実施形態２に係る軸受２６と異なり、第１軸受２６Ａの内輪２６Ａａ及び第２軸受２６Ｂの内輪２６Ｂａ同士の軸方向の対向面に、内輪側スペーサ２６Ｐａが挟まれていない。これにより、内輪２６Ａａと内輪２６Ｂａとの間に隙間２６ｎが生じるようになる。実施形態２の変形例に係る軸受２６は、第２軸受２６Ｂの内輪２６Ｂａが軸方向に突当面１２ｕに向けて、図２４に示すＰ方向へ押圧され、内輪２６Ａａが突当面１２ｕから反力を図２４に示すＰＢ方向に受ける。これにより、外輪２６Ａｂ及び外輪２６Ｂｂが外輪側スペーサ２６Ｐｂで軸方向に拘束されているので、隙間２６ｎが小さくなるように、第１軸受２６Ａと第２軸受２６Ｂとが予圧を受け、シャフト１２の軸方向に予圧される。
【００８１】
（第３実施形態）
図２５は、実施形態３に係る軸受を説明する斜視図である。図２６は、実施形態３に係る軸受を説明する断面図である。なお、上述したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００８２】
実施形態３に係る軸受２６は、外輪２６Ａｂ及び外輪２６Ｂｂが実施形態１で説明した鍔部２６Ａｔ、鍔部２６Ｂｔを備えない。このため、安価な第１軸受２６Ａ及び第２軸受２６Ｂを用いることができる。
【００８３】
実施形態３に係る軸受２６は、第１軸受２６Ａの外輪２６Ａｂ及び第２軸受２６Ｂの外輪２６Ｂｂ同士の軸方向の対向面には、外輪側スペーサ２６Ｐｂが挟まれている。外輪側スペーサ２６Ｐｂは、シャフト１２（小径部１２Ａ）の中心の周りを囲む筒状の部材である。図２６に示すように、外輪側スペーサ２６Ｐｂは、第１軸受２６Ａ及び第２軸受２６Ｂの軸方向の厚みより大きくすることができる。
【００８４】
実施形態３に係る軸受２６は、第１軸受２６Ａの内輪２６Ａａ及び第２軸受２６Ｂの内輪２６Ｂａ同士の軸方向の対向面には、内輪側スペーサ２６Ｐａが挟まれている。内輪側スペーサ２６Ｐａは、シャフト１２（小径部１２Ａ）の中心の周りを囲む筒状の部材である。内輪側スペーサ２６Ｐａの軸方向の長さは、外輪側スペーサ２６Ｐｂの軸方向の長さより０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下分小さくなっている。図２６に示すように、内輪側スペーサ２６Ｐａは、第１軸受２６Ａ及び第２軸受２６Ｂの軸方向の厚みより大きくすることができる。
【００８５】
シャフト１２は、直径を小さくして一定直径の小径部１２Ａを備え、小径部１２Ａと大径部との境目の段差により、突当面１２ｕを有している。第１軸受２６Ａの内輪２６Ａａは、突当面１２ｕに軸方向に接するように挿入される。小径部１２Ａは、内輪２６Ａａ及び内輪２６Ｂａが嵌め合わされ、接着又は圧入で固定される。さらに、実施形態３に係る軸受２６は、第２軸受２６Ｂの内輪２６Ｂａが軸方向に突当面１２ｕに向けて、図２６に示すＰ方向へ押圧され、内輪２６Ａａが突当面１２ｕから反力を図２６に示すＰＢ方向に受ける。これにより、外輪２６Ａｂ及び外輪２６Ｂｂが外輪側スペーサ２６Ｐｂで軸方向に拘束されているので、内輪側スペーサ２６Ｐａが軸方向に圧縮されるように塑性変形し、第１軸受２６Ａと第２軸受２６Ｂとが予圧を受け、シャフト１２の軸方向に予圧される。内輪側スペーサ２６Ｐａの厚みは、外輪側スペーサ２６Ｐｂの厚みよりも小さいと、第１軸受２６Ａと第２軸受２６Ｂとが予圧を維持しやすくなる。実施形態３に係る軸受２６は、外輪側スペーサ２６Ｐｂと内輪側スペーサ２６Ｐａとの厚みの差により、予圧量を管理でき、製造工程の管理が容易になる。
【００８６】
図２７は、実施形態３の変形例に係る軸受を説明する断面図である。実施形態３の変形例に係る軸受２６は、実施形態３に係る軸受２６と異なり、第１軸受２６Ａの内輪２６Ａａ及び第２軸受２６Ｂの内輪２６Ｂａ同士の軸方向の対向面に、内輪側スペーサ２６Ｐａが挟まれていない。これにより、内輪２６Ａａと内輪２６Ｂａとの間に隙間２６Ｎが生じるようになる。実施形態３の変形例に係る軸受２６は、第２軸受２６Ｂの内輪２６Ｂａが軸方向に突当面１２ｕに向けて、図２７に示すＰ方向へ押圧され、内輪２６Ａａが突当面１２ｕから反力を図２７に示すＰＢ方向に受ける。これにより、外輪２６Ａｂ及び外輪２６Ｂｂが外輪側スペーサ２６Ｐｂで軸方向に拘束されているので、隙間２６Ｎが小さくなるように、第１軸受２６Ａと第２軸受２６Ｂとが予圧を受け、シャフト１２の軸方向に予圧される。
【００８７】
（第４実施形態）
図２８は、実施形態４に係る軸受を説明する斜視図である。図２９は、実施形態４に係る軸受を説明する断面図である。なお、上述したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００８８】
実施形態４に係る軸受２６は、実施形態３の変形例で説明した軸受に加え、カバー２６Ｃを備えている。このため、実施形態４に係る軸受２６は、実施形態３の変形例に係る軸受２６と同様に、第２軸受２６Ｂの内輪２６Ｂａが軸方向に突当面１２ｕに向けて、図２９に示すＰ方向へ押圧され、内輪２６Ａａが突当面１２ｕから反力を図２９に示すＰＢ方向に受ける。これにより、外輪２６Ａｂ及び外輪２６Ｂｂが外輪側スペーサ２６Ｐｂで軸方向に拘束されているので、隙間２６Ｎが小さくなるように、第１軸受２６Ａと第２軸受２６Ｂとが予圧を受け、シャフト１２の軸方向に予圧される。
【００８９】
カバー２６Ｃの材料は、機械構造用炭素鋼、等の鉄、ステンレス鋼、アルミニウム合金、ポリカーボネート等の合成樹脂等を用いることができる。実施形態４に係る軸受２６の外輪２６Ａｂ、外輪２６Ｂｂは、カバー２６Ｃで支持される。このため、実施形態４に係る軸受２６は、シャフト１２に組み付けた後で、図２に示すカバー２１に挿入される。カバー２１は、カバー２６Ｃと同じ材料でもよいが、カバー２６Ｃよりも剛性の小さい材料を使用することができる。カバー２１は、遮光性を有し、光学スケール１１及び光学センサユニット３５を遮光できればよい。カバー２６Ｃの内周と外輪２６Ａｂ、外輪２６Ｂｂの各外周とが接着剤で固定される場合、実施形態４に係る軸受２６は、接着面積が増え、第１軸受２６Ａと第２軸受２６Ｂとの接着強度が補強される。
【００９０】
以上説明したように、実施形態４に係る光学式エンコーダユニット３１は、光学センサユニット３５、光学スケール１１を囲む、図２に示す第１筒体であるカバー２１と、図２８に示す第２筒体であるカバー２６Ｃを備え、カバー２６Ｃは、カバー２１の内周に配置され、外輪側スペーサを覆う。カバー２６Ｃは、第１筒体のカバー２１の内周に固定されていてもよいが、センサ基板２３上に搭載され位置決めされていてもよい。これにより、外輪２６Ａｂ、外輪２６Ｂｂの位置決めは、簡素となり、実施形態４に係る光学式エンコーダユニット３１の組み立て性を高めることができる。
【００９１】
（実施形態５）
図３０は、実施形態５に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。図２２は、実施形態５に係る光学式エンコーダユニットの外観斜視図である。実施形態５に係る光学式エンコーダユニットの軸受２６は、上述した実施形態１から４及びこれらの変形例の軸受２６を用いることができる。実施形態５に係るセンサ基板２３は、カバー２１に覆われるものではなく、カバー２１を表面上に固定する。また、光学式エンコーダユニット３１は、センサ基板２３に固定された、入出力端子であるコネクタＣＮＴと、増幅器であるプリアンプＡＭＰとを備える。また、センサ基板２３の表面又は内部に設けられた導電体の配線２５と、カバー２１の内側に沿って設けられた配線２４とは、コネクタＣＮＴ、プリアンプＡＭＰ、光学センサユニット３５及び光源４１を適宜接続している。
【００９２】
（実施形態６）
図３２は、実施形態６に係る光学スケール及び光学センサユニットの配置の一例を説明する説明図である。図３３は、実施形態６に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。実施形態６に係る光学式エンコーダユニット３１は、光源４１の光源光７１が光学スケール１１に反射し、この反射した反射光を入射光７２として第１受光部ＰＤ１、第３受光部ＰＤ３、第２受光部ＰＤ２及び第４受光部ＰＤ４を有する光学センサユニット３５Ａが検知する。光源４１の出射面と、配置中心Ｓ０（光学センサユニット３５）との距離Ｄは、鏡面反射として、上述した実施形態１の半分になる。なお、図３３に示すように、実施形態６に係る光学式エンコーダユニット３１は、円環状の遮光板２７を有している。これにより、遮光板１７が不要な反射を抑制できるため、測定精度を向上することができる。
【００９３】
図３４は、実施形態６の変形例に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。実施形態６の変形例に係る光学式エンコーダユニット３１は、実施形態６と同じ反射型の光学スケール及び光学センサの配置であるが、実施形態６と異なり、センサ基板２３は、カバー２１に覆われるものではなく、カバー２１を表面上に固定する。また、光学式エンコーダユニット３１は、センサ基板２３に固定された、入出力端子であるコネクタＣＮＴと、増幅器であるプリアンプＡＭＰとを備える。
【００９４】
以上説明したように光学式エンコーダユニット３１は、光源４１と、光学スケール１１と、光源４１からの光源光が光学スケール１１に反射した入射光を検出する光学センサユニット３５と、光学スケール１１が取り付けられるシャフト１２と、シャフト１２を回転自在に支持する、実施形態１から実施形態４で説明した軸受２６のいずれかの第１軸受２６Ａ及び第２軸受２６Ｂを備える。第１軸受２６Ａ及び第２軸受２６Ｂは、内輪、外輪、転動体をそれぞれ備え、第１軸受２６Ａの内輪及び第２軸受２６Ｂの内輪は、シャフト１２の軸方向に予圧されている。
【符号の説明】
【００９５】
２  光学式エンコーダ
３  演算装置
５  制御部
１０  ロータ
１１  光学スケール
１２  シャフト
２０  ステータ
２１  カバー（第１筒体）
２３  センサ基板（第１基板）
２３ＦＰ  フレキシブル基板
２４、２４Ｄ、２５  配線
２６  軸受
２６Ａ  第１軸受
２６Ａａ  内輪
２６Ａｂ  外輪
２６Ｂ  第２軸受
２６Ｂａ  内輪
２６Ｂｂ  外輪
２６Ｃ  カバー（第２筒体）
２６Ｓ、２６Ｐａ、２６Ｐｂ  スペーサ
３０  ユニット基材
３０ｂ  表面
３１  光学式エンコーダユニット
３５  光学センサユニット
３９ａ、３９ｂ  偏光層
４１  光源
４１Ｔ  出射面
４２  光源基板（第２基板）
７１  光源光
７３  入射光
ＡＭＰ  プリアンプ
ＡＰ  逓倍回路
ＣＮＴ  コネクタ
Ｄ  距離
Ｖｃ  差動信号
Ｖｓ  差動信号
【図１】
2019035774.tif 000005
【図２】
2019035774.tif 000006
【図３】
2019035774.tif 000007
【図４】
2019035774.tif 000008
【図５】
2019035774.tif 000009
【図６】
2019035774.tif 000010
【図７】
2019035774.tif 000011
【図８】
2019035774.tif 000012
【図９】
2019035774.tif 000013
【図１０】
2019035774.tif 000014
【図１１】
2019035774.tif 000015
【図１２】
2019035774.tif 000016
【図１３】
2019035774.tif 000017
【図１４】
2019035774.tif 000018
【図１５】
2019035774.tif 000019
【図１６】
2019035774.tif 000020
【図１７】
2019035774.tif 000021
【図１８】
2019035774.tif 000022
【図１９】
2019035774.tif 000023
【図２０】
2019035774.tif 000024
【図２１】
2019035774.tif 000025
【図２２】
2019035774.tif 000026
【図２３】
2019035774.tif 000027
【図２４】
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【図２５】
2019035774.tif 000029
【図２６】
2019035774.tif 000030
【図２７】
2019035774.tif 000031
【図２８】
2019035774.tif 000032
【図２９】
2019035774.tif 000033
【図３０】
2019035774.tif 000034
【図３１】
2019035774.tif 000035
【図３２】
2019035774.tif 000036
【図３３】
2019035774.tif 000037
【図３４】
2019035774.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月26日(2018.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
偏光子として機能する信号トラックを有する光学スケールと、
前記光源からの光源光が前記光学スケールに透過又は反射した入射光を検出する光学センサユニットと、
前記光学スケールが取り付けられるシャフトと、
前記シャフトを回転自在に支持し、外輪には、円環状に径方向に突出する第１鍔部がある第１軸受と、
前記シャフトを回転自在に支持し、外輪には、円環状に径方向に突出する第２鍔部がある第２軸受と、
前記第１鍔部と、前記第２鍔部との間に嵌め込まれた、筒状のスペーサと、
前記第１鍔部との間、及び前記第２鍔部との間は、接着又は圧入で固定され、かつ前記光学センサユニット及び前記光学スケールを囲む、円筒状の第１筒体と、を備える光学式エンコーダユニット。
【請求項２】
前記第１軸受の内輪と、前記第２軸受の内輪との間には、隙間がある、請求項１に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項３】
前記スペーサの外周は、前記第１鍔部及び前記第２鍔部の径方向の外周と同じ直径である請求項１又は２に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項４】
前記スペーサの軸方向の厚みは、前記第１軸受及び前記第２軸受の軸方向の厚みより大きい、請求項１から３のいずれか１項に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項５】
前記シャフトは、直径を小さくして一定直径の小径部を備え、前記小径部と大径部との境目の段差により、突当面を有し、
前記第１軸受の内輪は、前記突当面に接している請求項１から４のいずれか１項に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項６】
前記第１筒体は、遮光性を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項７】
前記光学センサユニットが積層されたプリアンプを備え、前記第１筒体は、前記プリアンプを囲む、請求項１から６のいずれか１項に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項８】
前記プリアンプと、フレキシブル基板の入力端子であるコネクタとが搭載されるセンサ基板を備え、
前記センサ基板の側面は、前記第１筒体で覆われている、請求項７に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の光学式エンコーダユニットと、
前記光学センサユニットが検出する光強度から、前記光学スケールと前記光学センサユニットとの相対的な移動量を演算する演算手段と、を含むことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１０】
前記演算手段は、前記光学スケールの回転位置が０°以上１８０°未満の範囲にあるか、１８０°以上３６０°未満の範囲にあるかを記憶装置に記憶し、起動時に読み出す、請求項９に記載の光学式エンコーダ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明のより望ましい態様として、前記第１軸受の外輪及び前記第２軸受の外輪は、筒状の外輪側スペーサを備えることが好ましい。この構成により、第１軸受が支持するシャフトの位置と第２軸受が支持するシャフトの位置との距離が大きくなり、シャフトの傾斜を抑制できるので、シャフトの回転が安定し、光学式エンコーダユニットは、測定精度を高めることができる。