(57)【要約】【課題】径方向光路タイプの長所を保持しつつ、高分解能なモータ用ロータリエンコーダを提供する。【解決手段】中心にモータ２の出力軸２ａと嵌合する軸孔を有する円盤状のハブ５と、ハブの周縁に設けられた円筒状のリム６とからなり、リム６の周方向に遮光部と透光部が交互に形成されたスケール３と、リム６の内外に各々位置するようにモータ２に固定された発光素子及び受光素子を含むセンサ４とを備えたロータリエンコーダ１において、前記ハブ５とリム６とは透光性材料にて一体成形されたものであり、前記遮光部は径方向に入射する光が入射方向に対して角度を有する方向に反射するように加工されているか又は遮光材料にて印刷されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心にモータの出力軸と嵌合する軸孔を有する円盤状のハブと、ハブの周縁に設けられた円筒状のリムとからなり、リムの周方向に遮光部と透光部が交互に形成されたスケールと、
リムの内外に各々位置するようにモータに固定された発光素子及び受光素子を含むセンサとを備えたロータリエンコーダにおいて、
前記ハブとリムとは透光性材料にて一体成形されたものであり、前記遮光部は径方向に入射する光が入射方向に対して角度を有する方向に反射するように加工されているか又は遮光材料にて印刷されていることを特徴とするモータ用ロータリエンコーダ。
【請求項２】
前記遮光部が、外周面又は内周面に、粗面もしくは半径線と非直角に交差する面を有する請求項１に記載のモータ用ロータリエンコーダ。
【請求項３】
中心にモータの出力軸と嵌合しうる軸孔を有する円盤状のハブと、ハブの周縁に連なる円筒状のリムとを透光性材料にて一体的に成形し、
成形と同時に、リムの外周面又は内周面に、半径線と非直角に交差する面、及び半径線と直角に交差する滑面を周方向に交互に形成するとともに、
発光素子及び受光素子を含むセンサをモータに固定した後、
モータの出力軸と前記軸孔を嵌合することを特徴とするモータ用ロータリエンコーダの製造方法。
【請求項４】
中心にモータの出力軸と嵌合しうる軸孔を有する円盤状のハブと、ハブの周縁に連なる円筒状のリムとを透光性材料にて一体的に成形し、
成形の後に、リムの外周面又は内周面に、周方向に間欠的に粗面を形成するとともに、
発光素子及び受光素子を含むセンサをモータに固定した後、
モータの出力軸と前記軸孔を嵌合することを特徴とするモータ用ロータリエンコーダの製造方法。
【請求項５】
前記粗面を形成する手段が、圧電アクチュエータに接続された針状具による引っかき加工である請求項４に記載のモータ用ロータリエンコーダの製造方法。
【請求項６】
中心にモータの出力軸と嵌合しうる軸孔を有する円盤状のハブと、ハブの周縁に連なる円筒状のリムとを透光性材料にて一体的に成形し、
成形の後に、リムの外周面又は内周面に、周方向に間欠的に遮光材料を印刷するとともに、
発光素子及び受光素子を含むセンサをモータに固定した後、
モータの出力軸と前記軸孔を嵌合することを特徴とするモータ用ロータリエンコーダの製造方法。
【請求項７】
前記印刷が、インクジェット方式である請求項６に記載のモータ用ロータリエンコーダの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータ用ロータリエンコーダ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの回転変位量を検出するために、モータに直結したロータリエンコーダが用いられることがある。通常ロータリエンコーダは、周方向に遮光部と透光部とが交互に形成された円盤状もしくは円筒状のスケールと、透光部を挟んで対向するように配置される発光素子及び受光素子からなるセンサとを備えている。そして、モータの出力軸にスケールを取り付け、モータの駆動とともに回転するスケールで光の通路を断続することにより、回転変位量を検出するのである。この種のロータリエンコーダには、光路が軸方向であるもの（例えば特許文献１の図３）と径方向であるもの（例えば特許文献１の図１、特許文献２の図３）との２つのタイプがある。
【０００３】
軸方向光路タイプの場合、図７（ａ）に平面図、図７（ｂ）に軸方向断面図として示すように円盤状のスケール２３の外縁に近い円周線に沿って多数のスリット２３ｂからなる透光部が形成されている。従って、スケール２３は、薄板をエッチングしたり打ち抜いたりすることにより、数多くの細い透光部を容易に形成することができ、高分解能なエンコーダ２１を実現することができる。
しかし、エンドプレーと称してモータ２のＯＮ／ＯＦＦ時に生じる回転軸２ａの上下動により、光路を断続するタイミングが変動することから、特性変化が大きい。また、このエンドプレーにより、スケール２３とセンサ２４内部のいずれかの素子とが接触して検出不可能となることもある。更に、スケール２３の上側の素子をモータ２上面の回路基板７に接続するために、センサ２４における素子間の連結部をスケール２３の外側に迂回させなければならない。従って、エンコーダ２１全体を小径化することが困難である。
【０００４】
一方、径方向光路タイプは、図８（ａ）に軸方向断面図、図８（ｂ）にスケールのみの斜視図として示すようにスケール３３が円盤状のハブ３５と円筒状のリム３６からなり、リム３６に例えば櫛歯状に透光部が形成されている。従って、エンドプレーが生じても各素子と透光部及び遮光部との間隔は変わらず、特性が安定している。また、センサ３４をモータ２に取り付けた後、スケール３３を出力軸２ａに挿入することができるので、組立てが容易である。更に、センサ３４における素子間の連結部がスケール３３の下側に存在すること、及びエンドプレーを抑える機構を省けることなどから、エンコーダ３１全体の小径化もしくはモータ２の小型化を図ることができる。
しかし、ハブ３５とリム３６を別々に成形した後、両者を接合して一体化させる場合は、接合コストがかかる。他方、ハブ３５とリム３６を同時に一体成形する場合は、リム３６が円筒状であることから、透光部のピッチや幅を軸方向光路タイプほど細かくすることができず、分解能が粗い。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２０３４６４
【特許文献２】特開平８−１４５７２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、いずれのタイプも一長一短があって、双方の長所を兼備したものはない。
それ故、この発明の課題は、径方向光路タイプの長所を保持しつつ、高分解能なモータ用ロータリエンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
その課題を解決するために、この発明のモータ用ロータリエンコーダは、
中心にモータの出力軸と嵌合する軸孔を有する円盤状のハブと、ハブの周縁に設けられた円筒状のリムとからなり、リムの周方向に遮光部と透光部が交互に形成されたスケールと、
リムの内外に各々位置するようにモータに固定された発光素子及び受光素子を含むセンサとを備えたロータリエンコーダにおいて、
前記ハブとリムとは透光性材料にて一体成形されたものであり、前記遮光部は径方向に入射する光が入射方向に対して角度を有する方向に反射するように加工されているか又は遮光材料にて印刷されていることを特徴とする。
【０００８】
このロータリエンコーダは、円筒状のリムの周方向に遮光部と透光部が形成された径方向光路タイプであるから、エンドプレーの影響を受けない、組立が容易である、小径化もしくは小型化を図ることができるなどの利点を有する。そして、ハブとリムとが透光性材料にて一体成形されたものであるから、透光部はそのままで光を透して受光素子に至らせる。一方、遮光部は入射光を角度を有する一定もしくは不定方向に反射させる、あるいは遮光材料にて入射光を吸収する。従って、モータの駆動に伴ってスケールを回転させることで、光路が断続される。
前記遮光部としては、外周面又は内周面に、粗面もしくは半径線と非直角に交差する面を有するものがよい。粗面の場合は入射光を乱反射させ、半径線と非直角に交差する面の場合は一定方向に反射させる。
【０００９】
このモータ用ロータリエンコーダを製造する適切な第一の方法は、
中心にモータの出力軸と嵌合しうる軸孔を有する円盤状のハブと、ハブの周縁に連なる円筒状のリムとを透光性材料にて一体的に成形し、
成形と同時に、リムの外周面又は内周面に、粗面もしくは半径線と非直角に交差する面、及び半径線と直角に交差する滑面を周方向に交互に形成するとともに、
発光素子及び受光素子を含むセンサをモータに固定した後、
モータの出力軸と前記軸孔を嵌合することを特徴とする。
【００１０】
同じく適切な第二の製造方法は、
中心にモータの出力軸と嵌合しうる軸孔を有する円盤状のハブと、ハブの周縁に連なる円筒状のリムとを透光性材料にて一体的に成形し、
成形の後に、リムの外周面又は内周面に、周方向に間欠的に粗面を形成するとともに、
発光素子及び受光素子を含むセンサをモータに固定した後、
モータの出力軸と前記軸孔を嵌合することを特徴とする。
また第三の製造方法は、
中心にモータの出力軸と嵌合しうる軸孔を有する円盤状のハブと、ハブの周縁に連なる円筒状のリムとを透光性材料にて一体的に成形し、
成形の後に、リムの外周面又は内周面に、周方向に間欠的に遮光材料を印刷するとともに、
発光素子及び受光素子を含むセンサをモータに固定した後、
モータの出力軸と前記軸孔を嵌合することを特徴とする。
【００１１】
これらの製造方法の記載順序は、方法の優劣と無関係である。これらの製造方法によれば、ハブとリムとを一体的に成形するので、成形後に両者を接合する工程を省くことができる。成形手段は射出成形が好ましい。打ち抜きなどの機械加工と異なりバリを生じることがなく仕上げ加工を要しないからである。第一の製造方法においてスケールに形成された半径線と非直角に交差する面は遮光部として、滑面は透光部として機能する。第二の製造方法における粗面及び第三の製造方法において印刷された部分は遮光部として、面粗しされていない部分及び印刷されていない部分は透光部として機能する。いずれの方法においても全体が透光性材料からなるので、透光部はスリットなどの空間である必要はなく、格別綿密な加工の必要もなく、成形型から転写される滑面であってよい。従って、透光部及び遮光部のピッチを細かく設定できる。また、センサをモータに固定した後、出力軸とハブの軸孔を嵌合することでスケールを固定するので、組立が容易である。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、この発明のロータリエンコーダは、エンドプレーの影響を受けないので、負荷（Duty）の変動や位相差の変動を生じにくく正確に出力する。エンドプレーを抑制する機構が不要であるし、組立も容易であるから、低コストである。透光部と遮光部のピッチを細かく設定できるから、高分解能なエンコーダを構築できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
−実施形態１−
この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１（ａ）は実施形態１のロータリエンコーダを示す平面図（モータは省略）、図１（ｂ）は同じく軸方向断面図（モータを含む）、図１（ｃ）は同エンコーダに用いるスケールを示す斜視図、図１（ｄ）は図１（ｃ）のＡ部拡大図である。
【００１４】
ロータリエンコーダ（以下、単に「エンコーダ」という。）１は、モータ２の出力軸２ａに取り付けられて、その回転変位量を検出するもので、スケール３及び位置センサ４からなる。スケール３は、透明樹脂からなり、中心にモータ２の出力軸２ａと嵌合する軸孔を有する円盤状のハブ５と、ハブ５の周縁に連なる円筒状のリム６とが一体成形されたものである。リム６の外周面における周方向には平面視等脚台形の凸部と逆等脚台形の凹部とが交互に形成されている。凸部の頂面６ａ及び凹部の底面６ｂはいずれも出力軸２ａを中心とする円周線に沿っており、透光部として機能する。そして、凸部（又は凹部）の両側面６ｃ、６ｄはその円周線を通る接線に対して４５°の角度をなしており、遮光部として機能する。
【００１５】
位置センサ４は、リム６の外側に発光部４ａ、内側に受光部４ｂ、両者の連結部４ｃが下側に各々位置するようにモータ２上面の回路基板７に近い偏芯位置に固定されている。発光部４ａ及び受光部４ｂは、それぞれ図略の発光素子及び受光素子を内蔵している。受光素子は、周方向に少なくとも２個内蔵されており、互いに位相の異なる出力信号を取り出すことができる。発光部４ａと受光部４ｂとは、間に位置する透光部及び遮光部が接触せずにリム６が回転できる程度の間隙を介して対向している。
エンコーダ１は、以下のようにして製造される。
スケール３と相補する内部空間を有する金型に透明樹脂を射出成形することにより、スケール３を得る。そして、センサ４を連結部４ｃが下になるようにモータ２の上面に固定した後、スケール３の軸孔を出力軸２ａに嵌合することにより、エンコーダ１が完成すると同時にモータ２に組み付けられた状態となる。
【００１６】
エンコーダ１においては、図２に示すように発光素子から発せられた光は透光部に入射するとリム６を透過して受光素子に至る。一方、遮光部に入射するとほぼ直角に反射するので受光素子に到達しない。従って、出力軸２ａの回転とともに光路が断続され、回転変位量を検出することができる。上記の通り、リム６が出力軸２ａと同心の円筒状をなし、その外周面に透光部及び遮光部が形成されていることから、モータ２がエンドプレーを生じても発光部４ａとリム６外周面との間、受光部４ｂとリム６内周面との間の各距離が一定に保たれる。従って、エンドプレーに係わらず、出力特性は安定している。また、細かいピッチと幅で高精度に加工された金型の形状を透光部と遮光部が反映しているので、分解能が高い。
【００１７】
−実施形態２−
図３は、実施形態２のロータリエンコーダに用いるスケールを示す斜視図である。この実施形態では、実施形態１における斜面に代えて、遮光部が粗面にて形成されている。その他の構成は、実施形態１と同様であり、以下に相違点を詳述する。
即ち、スケール１３のリム１６の外周面には、実施形態１ほど大きな高低差を有する凹凸は無く、代わって軸方向に長い方形の粗面１６ａと滑面１６ｂとが周方向に交互に形成されている。そして、粗面１６ａが遮光部、滑面１６ｂが透光部として機能する。
スケール１３は、これとほぼ相補する内部空間を有する金型に透明樹脂を射出成形した後、粗面１６ａとすべき領域を研削盤にて研削することにより、製造される。
【００１８】
このスケール１３を実施形態１におけると同じセンサ４とともにモータ２に組み付けた場合、図４に示すように発光素子から発せられた光は透光部に入射するとリム１６を透過して受光素子に至る。一方、遮光部に入射すると乱反射するので受光素子に到達しない。従って、実施形態１と同様に回転変位量を検出することができる。しかも各素子とリム１６の内外面との間の距離が一定であるから、エンドプレーに係わらず、出力特性は安定している。また、研削盤にて所望のピッチと幅で高精度に粗面１６ａを形成することができるから、分解能が高い。
なお、上記研削加工に代えて圧電アクチュエータに接続された針状具による引っかき加工を適用しても良い。
【００１９】
−実施形態３−
図５は、実施形態３のロータリエンコーダに用いるスケールを示す斜視図である。この実施形態では、実施形態１における斜面に代えて、遮光部が遮光材料にて印刷されている。その他の構成は、実施形態１と同様であり、以下に相違点を詳述する。
即ち、スケール４３のリム４６の外周面には、実施形態１ほど大きな高低差を有する凹凸は無く、代わって軸方向に長い黒色の方形パターン４６ａが周方向に等間隔に印刷されている。スケール４３は、これとほぼ相補する内部空間を有する金型に透明樹脂を射出成形した後、黒色インクによって方形パターン４６ａを印刷し加熱することにより、製造される。黒色インクとしては、カーボンブラック、黒色酸化鉄などの黒色顔料を含むペースト状のものが挙げられる。印刷は、スケール４３を断続的に回転させながら、メッシュスクリーンを介して行ってもよいし、あるいは先に帯状のフィルムに必要数のパターンを印刷しておき、リム４６に転写するなどしてもよい。また、微細な吐出口からインクジェット方式で吹き付けてもよい。そして、方形パターン４６ａが遮光部、方形パターン４６ａに挟まれた印刷されていない部分４６ｂが透光部として機能する。
【００２０】
このスケール４３を実施形態１におけると同じセンサ４とともにモータ２に組み付けた場合、図６に示すように発光素子から発せられた光は透光部に入射するとリム４６を透過して受光素子に至る。一方、遮光部に入射すると黒色顔料が光を吸収するので受光素子に到達しない。従って、実施形態１と同様に回転変位量を検出することができる。しかも各素子とリム４６の内外面との間の距離が一定であるから、エンドプレーに係わらず、出力特性は安定している。また、印刷機にて所望のピッチと幅で高精度に方形パターン４６ａを形成することができるから、分解能が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態１のロータリエンコーダを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はモータを含む軸方向断面図、（ｃ）は同エンコーダに用いるスケールの斜視図、（ｄ）は（ｃ）のＡ部拡大図である。
【図２】同スケールの遮光の原理を説明する図である。
【図３】実施形態２に用いられるスケールを示す斜視図である。
【図４】同スケールの遮光の原理を説明する図である。
【図５】実施形態３に用いられるスケールを示す斜視図である。
【図６】同スケールの遮光の原理を説明する図である。
【図７】従来のロータリエンコーダを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はモータを含む軸方向断面図である。
【図８】従来の別のロータリエンコーダを示し、（ａ）はモータを含む軸方向断面図、（ｂ）は同エンコーダに用いるスケールの斜視図である。
【符号の説明】
【００２２】
１，２１，３１  エンコーダ
２  モータ
３，１３，２３，３３，４３  スケール
４，２４，３４  位置センサ
５，１５，３５，４５  ハブ
６，１６，３６，４６  リム
７  回路基板
２ａ  出力軸
【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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