(57)【要約】【課題】サブ基板に受光素子と磁気検出素子とを固定し、このサブ基板をメイン基板に接合することによって受光素子と磁気検出素子との位置調整が容易で簡単に組立てることが可能なロータリエンコーダの提供。【解決手段】回転ディスク板と、光源及びこの光源からの光を光電変換する受光素子と、上記回転ディスク板に配設した磁気パターン形成手段と、上記磁気パターン形成手段と対向する位置に少なくとも１つ配置した磁気検出素子とでエンコーダを構成する。そして上記回転ディスク板を回動自在に支持するスピンドル基盤に上記光源を固定配置すると共に、この回転ディスク板を介して対向する側に出力信号処理回路を有する基板を配置する。その上でこの基板に上記受光素子を搭載したサブ基板を設け、このサブ基板に上記磁気検出素子を一体的に取付ける。【選択図】図４
2007155636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出軸に連結され一体に回転する回転ディスク板と、
上記回転ディスクに形成した透光スリットと、
上記透光スリットを挟んで対向する光源及びこの光源からの光を光電変換する受光素子と、
上記回転ディスク板に配設した磁気パターン形成手段と、
上記磁気パターン形成手段と対向する位置に少なくとも１つの磁気検出素子を配置したロータリエンコーダであって、
上記回転ディスク板を回動自在に支持するスピンドル基盤に上記光源を固定配置すると共に、この回転ディスク板を介して対向する側に出力信号処理回路を有する基板を配置し、
この基板に上記受光素子を搭載したサブ基板を設け、このサブ基板に上記磁気検出素子を一体的に取付けたことを特徴とするロータリエンコーダ。
【請求項２】
前記透光スリットは角度位置毎に異なるパターンを形成する複数のスリットから構成され、前記出力信号処理回路はアブソリュート信号をバイナリ形式で出力する位置信号発生回路を備えていることを特徴とする請求項１に記載のロータリエンコーダ。
【請求項３】
前記磁気パターン形成手段には第２の磁気検出素子が対向配置され、この磁気検出素子は前記第１の磁気検出素子と所定角度の位相の異なる位置で上記基板に配置固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリエンコーダ。
【請求項４】
前記第１の磁気検出素子はホール素子で、前記第２の磁気検出素子は磁気抵抗素子で構成されていることを特徴とする請求項３に記載のロータリエンコーダ。
【請求項５】
前記磁気検出素子はスペーサを介して前記サブ基板に接着固定することを特徴とする請求項１乃至４の何れかの項に記載のロータリエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業機器、民生機器などの各種回転軸の回転角度を検出するロータリエンコーダに係わり、詳細には被検出軸に連結した回転ディスク板に光学パターンと磁気パターンを形成し、このパターンを受光素子と磁気検出素子で検出して被検出軸の回転数と角度位置を検知するロータリエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にこの種のロータリエンコーダは被検出軸に回転ディスク板を連結し、このディスク板に透光スリットなどの光学パターン或いは磁気パターンを検出し、このディスク板に対向配置した受光素子若しくは磁気検出素子で検出する装置として広く知られている。そして光学的或いは磁気的なパターンを検出素子で所定周期のパルス信号として出力し、各種外部機器側でこのパルス信号を積算して角度位置を検知するインクリメンタル方式と、角度位置毎に異なるパターンを形成して回転ディスク板の絶対位置を検出するアブソリュート方式とが知られている。また回転ディスク板に形成するパターンは上述のように光学式と磁気式或いはこの両者を備えた複合式が知られ、本発明は光学パターンと磁気パターンを回転ディスク板に形成する複合式に関する。
【０００３】
従来このような複合式ロータリエンコーダとしては例えば特許文献１（特開平０１−３０５３１４号公報）に被検出軸に連結した回転ディスク板に光学パターンと磁気パターンを形成し、光学パターンで絶対角度を、磁気パターンで回転ディスク板の１回転を検出する方法が開示されている。そして同文献のものは光学パターンをアブソリュート信号を出力するパターンと、インクリメンタル信号を出力するパターンとで構成し、アブソリュート信号で回転角度を大まかに検出し、さらに細かい回転角度についてインクリメンタル信号で検出するようにしている。
【０００４】
そこで、このようなロータリエンコーダでは回転ディスク板の基準位置を検出する必要があり、同文献には円環状にＮ−Ｓ対向する磁石（マグネットフィルム）を回転ディスク板に貼着している。このように回転ディスク板の基準位置を検出して例えば停電時などの回転量の検出、或いは回転ディスク板の原点位置を検出する際に、回転ディスク板に磁気パターンを施してこれを磁気検出素子で検知することによって装置の消費電力を軽減できる特徴がある。
【特許文献１】特開平０１−３０５３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように回転ディスク板に光学パターンと磁気パターンを形成し、これを光電変換素子と磁気検出素子で検出する場合に、従来は前掲特許文献１のように回転ディスク板を挟んでその一方に受光素子を実装した基板を、他方に磁気検出素子を実装した基板を配置している。この為、回転ディスク板のパターンに対し、受光素子の基板と磁気検出素子の基板をそれぞれ位置合わせして正確な位置に取付けなければならず、また各基板は温度変化或いは衝撃等でその位置がズレないように堅牢に構成しなければならない。
【０００６】
また、この受光素子をマウントする基板をメイン基板とサブ基板との区割し、メイン基板には検出値を所定の出力形式に変換或いは波形整形する処理回路を搭載し、このメイン基板にこれと分離したサブ基板を半田付けなどで固定する構成を採用し、このサブ基板の受光素子をマウントすることも知られている。しかし、何れの場合も受光素子と磁気検出素子とは回転ディスク板の軸を中心に上下離れた位置でその一方に受光素子を、他方に磁気検出素子をそれぞれ治具などで位置合わせしながら基板上の所定位置に配置している。特に、組立作業に於ける回転ディスク板上のパターンに対する受光素子と磁気検出素子の位置調整は、経験と煩雑な作業を余儀なくされている。
【０００７】
そこで本発明は回転ディスク板に対し、正確な位置に配置したメイン基板と、このメイン基板に接着するサブ基板とを分離した基板構成において、サブ基板に受光素子と磁気検出素子とを固定し、このサブ基板をメイン基板に接合することによって受光素子と磁気検出素子との位置調整が容易で簡単に組立てることが可能なロータリエンコーダの提供をその主な課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を達成するため本発明は以下の構成を採用したものである。被検出軸に連結され一体に回転する回転ディスク板と、上記回転ディスク板に形成した透光スリットと、上記透光スリットを挟んで対向する光源及びこの光源からの光を光電変換する受光素子と、上記回転ディスク板に配設した磁性体（磁気パターン形成手段;以下同様）と、この磁性体と対向する位置に少なくとも１つ配置した磁気検出素子とでロータリエンコーダを構成する。
【０００９】
そして上記回転ディスク板を回動自在に支持するスピンドル基盤に上記光源を固定配置すると共に、この回転ディスク板を介して対向する側に出力信号処理回路を有する基板を配置する。その上でこの基板に上記受光素子を搭載したサブ基板を設け、このサブ基板に上記磁気検出素子を一体的に取付ける。このように構成することによって、受光素子と磁気検出素子とはサブ基板に取り付けられ、このサブ基板を例えば位置決めマーカーなどで位置調節してメイン基板に接合すれば両素子を正しい位置に組み込むことが出来る。
【００１０】
また、前記透光スリットは角度位置毎に異なるパターンを形成する複数のスリットから構成し、前記出力信号処理回路はアブソリュート信号をバイナリ形式で出力する位置信号発生回路を備えることによってアブソリュートエンコーダを構成することが出来る。更に、前記磁気パターン形成手段にはこのセンサと所定角度位相の異なる位置に第２の磁気検出素子を上記基板に対向配置することによって回転ディスク板の回転方向を検出することが可能となる。また、前記第１の磁気検出素子はホール素子で前記第２の磁気検出素子は磁気抵抗素子で構成するなどホール素子或いは磁気抵抗素子を適宜組み合わせることが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は回転ディスク板に対し、正確な位置に配置したメイン基板と、このメイン基板に接着するサブ基板とを分離した基板構成において、このサブ基板に受光素子と磁気検出素子とを固定し、このサブ基板をメイン基板に接合することによって受光素子と磁気検出素子との位置調整が容易で従来、受光素子と磁気検出素子とをそれぞれ個別に回転ディスク板に位置決めして固定していたのに比べ、この両素子を同時に位置決めして回転ディスク板の所定位置に固定するため組立てが容易で安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図示の好適な実施の形態に基づいて本発明を詳述する。図１はロータリエンコーダの原理構成を示す概念図であり、図２は各構成相互の関係を示す断面図である。一般にロータリエンコーダは図１に示すように回転ディスク板１３を設け、この回転ディスク板１３の回転方向に複数の光学パターン１３１を設ける。この光学パターン１３１を挟んで光源（発光素子）１７と受光素子１４を対向配置して受光素子１４からの出力値を波形整形して外部に出力するように構成する。
【００１３】
そしてこの光学パターン１３１は、回転方向のトラックに所定間隔で複数の透光スリットを配置し、各透光スリットを通過した光を受光素子１４で検出してその出力信号を累積加算して角度位置を検知するインクリメンタル式か、或いはトラック上に異なる形状パターンの透光スリットを形成し、受光素子１４から回転角度に応じた信号を出力し、この検知信号で絶対的な角度位置を検知するアブソリュート式を構成する。更にこの両者を備えた複合式が知られている。
【００１４】
また、回転ディスク板１３の角度位置と同時に回転の起点を検出して原点信号として外部に出力する必要があり、この原点信号はインクリメンタル式の場合は累積カウンタをリセットし、アブソリュート式の場合には角度位置を修正する等の制御に使用する。この原点位置を検出する位置パターンは光学式の透光スリットか或いは磁気的な磁気パターンが用いられる。図示のものは回転ディスク板１３に磁気パターン１３２を形成し、この磁気パターン１３２を磁気検出素子１５で検出して原点信号を出力する。
【００１５】
このように磁気的にパターンを検出することにより停電など供給電源に異常が生じた場合にバッテリー電源などの微弱電源で回転ディスク板１３の回転数を検出することが可能となる。図示の原点信号は回転ディスク板１３にマグネットシートなどの磁性体（磁気パターン形成手段）を接着して一体化して磁気パターン１３２を形成している。
【００１６】
そしてこの磁気パターン１３２と少許の間隙を隔てて対向配置した磁気検出素子１５で磁気的な位置を検出する。この磁気検出素子１５としてはホール素子、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等が知られ、本発明はこれらの磁気検出素子が使用可能である。
【００１７】
一方、前述の光学パターン１３１にはその透光スリットを挟んで一方に光源（発光素子）１７が他方に受光素子１４が配置され、光源（発光素子）１７は例えばＬＥＤ発光素子で、受光素子１４はホトダイオードなどで構成する。そしてホトダイオードなどの受光素子１４の出力はコード信号の変換回路から例えばバイナリコードとして外部に出力される。
【００１８】
次に上述の構成相互の関係を図２（ａ）、（ｂ）及び図３に基づいて説明する。装置フレームを構成するスピンドル基盤１１０と、回転軸１２と、回転ディスク板１３と、回路基板１４０と、ケーシング１５０で構成される。スピンドル基盤１１０は円柱状或いは多角形筒状など適宜形状にアルミ合金その他の金属で堅牢に構成し、このスピンドル基盤１１０の中心には回転軸１２を嵌合支持する軸孔を設け、ベアリングで回転軸１２を回転自在に支持する。回転軸１２は基端部に被検出軸（図示せず）とカップリング継手で連結され、その軸端にはハブ１２１が設けられ、このハブ１２１は回転軸１２と直交する平坦面を備え、この面に回転ディスク板１３を接合するようになっている。
【００１９】
また回転軸１２にはベアリングのインナーレーサと係合する段差が設けられ、軸端には被検出軸（図示せず）と連結する継手を嵌合するＤカットが設けられている。このＤカットを基準に被検出軸の検出開始位置（角度位置）と回転軸１２に取付ける回転ディスク板１３の原点位置を位置合わせする。そこで前述の回転ディスク板１３は回転軸１２のハブ１２１に固定され、後述する方法で回転軸中心と光学パターン１３１の回転中心が一致するように調整され接着剤などで取付けられる。
【００２０】
この回転ディスク板１３を介して受光素子１４と光源（発光素子）１７とが次のようにスピンドル基盤１１０に取付けられる。まず受光素子１４は光電変換素子で構成され、サブ基板１４２に組込まれ、このサブ基板１４２がメイン基板である回路基板１４０に半田付けなどで取付けられている。そこで本発明はこのサブ基板１４２にスペーサ２１を介して磁気検出素子１５を一体に取付ける。回路基板１４０には受光素子１４の検出値を増幅する増幅回路と、出力波形に変換する波形生成回路が組込まれている。この回路基板１４０がスピンドル基盤１１０に設けたステム１１３にビスで固定されている。図示のステム１１３は回転軸１２の周囲３ヶ所程度に設けられ、回路基板１４０を後述する方法で位置調節可能に固定している。
【００２１】
一方、光源（発光素子）１７はＬＥＤなどの光源ランプをスピンドル基盤１１０に次のように取付けてある。まずスピンドル基盤１１０は回転軸１２の軸方向上下に上部基盤１１０ａと下部基盤１１０ｂに２分割され、上部基盤１１０ａはアルミ合金など堅牢な材料で構成され、下部基盤１１０ｂは合成樹脂など加工性に富んだ材料で構成されている。そして上部基盤１１０ａには前述の軸孔が穿設され、この軸孔に前述の回転軸１２が軸受支持されている。またこの上部基盤１１０ａに軸方向の貫通孔１１４が穿設され、発光素子１７はこの貫通孔１１４に取付けてある。さらに上部基盤１１０ａには貫通孔１１４を覆うように固定スリット板１６が取付けてある。
【００２２】
下部基盤１１０ｂは中心に回転軸１２を嵌合する軸孔１１５と外周にシール取付溝１１８が設けてある。この下部基盤１１０ｂは合成樹脂のモールド成形で形成され、軸孔１１５にはシーリング部材１１６がインサート成形によって一体成形されている。つまり下部基盤１１０ｂは上部基盤１１０ａの貫通孔１１４を閉蓋するのと同時にシーリング部材１１６で回転軸１２との間隙を封止する。このように下部基盤１１０ｂとシーリング部材１１６とを一体に形成すると両者を個別に形成した場合と比べ組立性が向上するのと同時に密閉性も向上し外部から塵埃が侵入することがない。
【００２３】
上述のように構成された下部基盤１１０ｂは上部基盤１１０ａに図示しないビスで固定され両者は一体化される。そしてこの下部基盤１１０ｂに設けられたシール取付溝１１８にはＯリング１１９が取付けられケーシング１５０が嵌合される。ケーシング１５０は回路基板１４０、回転ディスク板１３、固定スリット板１６、光源（発光素子）１７を覆うキャップ形状に形成され、スピンドル基盤１１０に固定される。尚、図３は本発明に係わるロータリエンコーダの外観の構成を示したものであり、図示２２はバイアスマグネットを示す。
【００２４】
以上の構成のロータリエンコーダに於いて本発明は出力信号の処理回路を組込んだ回路基板１４０（メイン基板）と前述の受光素子１４を実装したサブ基板１４２とを分離して個別に構成する。このサブ基板１４２に受光素子１４を回転ディスク板１３の回転中心に向かう中心線（図４のＸ−Ｘ線）と一致するように取付ける。つまり受光素子１４は複数の受光エレメントが所定方向（図５のＹ−Ｙ線）に配置され、このＹ−Ｙ線と回転ディスク板１３のＸ−Ｘ線とが一致するようサブ基板１４２を回路基板１４０に取付け（接合）する。
【００２５】
そこで図示の磁気検出素子１５はＭＲ素子で構成されこのＭＲ素子の磁気パターンを中心に左右に４５度傾けて配置する。図４はその一例で回転ディスク板の中心線Ｘ−Ｘに対してプラス４５度の磁気パターンＡとマイナス４５度の磁気パターンＢとで構成している。このようにＭＲ素子の磁気パターンを受光素子１４の配置基準線（Ｙ−Ｙ線）と一致させることによってサブ基板１４２を回路基板１４０に位置合わせして取付ければ受光素子１４と磁気検出素子１５とを同時に規定位置に位置合わせすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ロータリエンコーダ（アブソリュート形）の原理構成を示す概念図。
【図２】本発明に係わるロータリエンコーダの構成を示す断面図であり、（ａ）はその全体図を示し、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図を示す。
【図３】ロータリエンコーダの全体斜視図。
【図４】本発明に係わる受光面の構造を示す説明図。
【図５】磁気パターンをカスタム化し磁気検出素子（ＭＲ素子）をチップで配置した場合の構成図。
【図６】従来の磁気検出素子（ＭＲ素子）を配置した場合。
【図７】従来の受光面の構成図。
【符号の説明】
【００２７】
１３  回転ディスク板
１４  受光素子
１５  磁気検出素子
１６  固定スリット板
１７  光源（発光素子）
１１０  スピンドル基盤
１３１  光学パターン
１３２  磁性体（磁気パターン形成手段）
１４０  回路基板（メイン基板）
１４２  サブ基板
【図１】
2007155636.tif 000003
【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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