(57)【要約】【課題】小型化の可能なアブソリュート方式のロータリーエンコーダーを提供する。【解決手段】回転位置検出用の目印を設けた回転ディスクを回転軸とともに回転させ、回転に伴って目印が移動する経路上に複数の検出素子を設けておく。そして、回転ディスクが回転した時に、複数の検出素子の中の何れの素子で目印が検出されたかに基づいて回転位置を検出する。こうすれば、回転ディスク上には、回転位置検出用の目印を設けるだけでよい。また、複数の検出素子は目印の移動経路に沿って設ければよいので、複数の検出素子を設けてもロータリーエンコーダーが大径化することがない。その結果、アブソリュート方式のロータリーエンコーダーを十分に小型化することが可能となる。【選択図】図２
2012145525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられて該回転軸の回転位置を検出するロータリーエンコーダーであっ
て、
前記回転位置を検出する目印が設けられ、前記回転軸とともに回転する回転ディスクと
、
前記回転ディスクの回転に伴う前記目印の移動経路に沿って設けられて、該目印が通過
したことを検出する複数の検出素子と、
前記目印の通過が前記複数の検出素子の中の何れで検出されたかに基づいて、前記回転
位置を検出する回転位置検出手段と
を備えるロータリーエンコーダー。
【請求項２】
請求項１に記載のロータリーエンコーダーであって、
前記複数の検出素子が、前記目印の移動経路に沿って、互いに等間隔で設けられている
ロータリーエンコーダー。
【請求項３】
請求項２に記載のロータリーエンコーダーであって、
前記複数の検出素子によって等間隔に形成された複数の間隔の中の少なくとも一つには
、該間隔の両側の該検出素子に加えて、少なくとも一つの前記検出素子が設けられている
ロータリーエンコーダー。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載のロータリーエンコーダーであって、
前記目印は、Ｎ極に着磁させた領域とＳ極に着磁させた領域とを隣接させて設けること
によって形成されており、
前記検出素子は、磁極の極性の切り換わりを検出することによって、前記目印の通過を
検出する素子であるロータリーエンコーダー。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載のロータリーエンコーダーであって、
前記複数の検出素子の何れかで直前に前記目印の通過が検出されてから、次に該目印の
通過が検出されるまでの経過時間を計時する計時手段と、
前記複数の検出素子の何れかで前記目印の通過が検出されると、その通過の一つ前に通
過が検出されてからの経過時間と、その通過の二つ前に通過が検出されてからの経過時間
とを記憶する経過時間記憶手段と
を備え、
前記回転位置検出手段は、前記複数の検出素子の何れかで直前に前記目印の通過が検出
されてから、次に該目印の通過が検出されるまでの間は、前記計時手段で計時された前記
経過時間と、前記経過時間記憶手段に記憶されている経過時間とに基づいて、前記回転位
置を検出する手段であるロータリーエンコーダー。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載のロータリーエンコーダーを用いて、ロー
ターの回転位置を検出するモーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の回転位置を、光学的あるいは磁気的な手法によって検出するア
ブソリュート式のロータリーエンコーダー、あるいはロータリーエンコーダーを用いたモ
ーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
モーターなどのように回転軸を備える機械では回転軸の回転位置を検出しなければなら
ないことが多い。このような場合にはロータリーエンコーダーが使用される。ロータリー
エンコーダーは、回転軸に取り付けられる回転ディスクと、回転ディスクに形成された検
出用パターンを、光学的あるいは磁気的な手法を用いて検出する検出素子とを備えている
。
【０００３】
また、ロータリーエンコーダーが回転位置を検出する方式としては、インクリメント方
式と、アブソリュート方式とが知られている。この中のインクリメント方式は、検出素子
が検出したパルス信号を積算することによって、基準位置からの回転角度を検出する方法
である。従って、インクリメント方式の回転ディスクには、所定角度ごとにパルス信号を
発生させるような検出用パターンと、基準位置のパルス信号を発生させる検出用パターン
とが形成されている。インクリメント方式のロータリーエンコーダーは、比較的小型化す
ることが可能であるが、電源が投入されてから基準位置が検出されるまでの間は、回転位
置を検出することができないという問題がある。
【０００４】
一方、アブソリュート方式のロータリーエンコーダーでは、回転ディスクの回転位置に
よって異なったパターンが得られるように、検出用パターンが形成されている。たとえば
、回転ディスク上の複数本のトラックに検出用パターンを形成しておき、これら複数本の
トラックに形成された検出用パターンを検出素子で検出する。そして、各トラックで検出
されたパターンの組み合わせによって、回転ディスク上での回転位置を決定できるように
なっている。このようなアブソリュート方式のロータリーエンコーダーは、電源が投入さ
れた直後から回転位置を検出することが可能であるが、回転ディスク上に複数本のトラッ
クの検出用パターンを形成しなければならないため、回転ディスクが大径化し、その結果
、ロータリーエンコーダーが大型化してしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、光学的に読み取る検出用パターンと磁気的に読み取る検出用パターンとを併用
することで、アブソリュート方式のロータリーエンコーダーを小型化しようとする技術も
提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２９４０７３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、提案の技術によっても、アブソリュート方式のロータリーエンコーダーを十分
に小型化することは困難であった。特に、ロボットハンドやロボットに組み込まれるモー
ターには小型化に対する強い要請が存在しており、このようなモーターに組み合わされる
ロータリーエンコーダーとしては、依然として小型化が不十分であった。
【０００８】
この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、
小型なアブソリュート方式のロータリーエンコーダー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】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明のロータリーエンコーダーは次の構成を採用し
た。すなわち、
回転軸に取り付けられて該回転軸の回転位置を検出するロータリーエンコーダーであっ
て、
前記回転位置を検出する目印が設けられ、前記回転軸とともに回転する回転ディスクと
、
前記回転ディスクの回転に伴う前記目印の移動経路に沿って設けられて、該目印が通過
したことを検出する複数の検出素子と、
前記目印の通過が前記複数の検出素子の中の何れで検出されたかに基づいて、前記回転
位置を検出する回転位置検出手段と
を備えることを要旨とする。
【００１０】
こうした構成を有する本発明のロータリーエンコーダーにおいては、回転位置を検出す
る目印が回転ディスクに設けられている。また、回転ディスクの回転によって目印が移動
する移動経路上には複数の検出素子が設けられている。従って、回転軸とともに回転ディ
スクが回転して目印が移動すると、目印が通過したことが、複数の検出素子の何れかで検
出される。そして、目印の通過を検出した検出素子が、複数の検出素子の中の何れである
かに基づいて回転位置を検出する。
【００１１】
こうすれば、従来のアブソリュート方式のロータリーエンコーダーのように、回転ディ
スク上に複数本のトラックの検出用パターンを設ける必要がなく、回転位置を検出するた
めの目印を設けるだけでよい。このため、アブソリュート方式のロータリーエンコーダー
でありながら、回転ディスクを小径化することができる。また、複数の検出素子を設ける
必要があるが、これら検出素子は、回転ディスクに設けられた目印の移動経路に沿って設
ければよいので、複数の検出素子を設けてもロータリーエンコーダーが大径化することが
ない。その結果、アブソリュート方式のロータリーエンコーダーを十分に小型化すること
が可能となる。
【００１２】
また、上述した本発明のロータリーエンコーダーにおいては、複数の検出素子を、目印
の移動経路に沿って互いに等間隔で設けるようにしてもよい。
【００１３】
本発明のロータリーエンコーダーは、何れの検出素子が目印の通過を検出したかによっ
て回転位置を検出するので、原理上は、複数の検出素子が等間隔に設けられている必要は
ない。しかし、複数の検出素子が互いに等間隔になるように設けておけば、目印が存在す
る位置に依らずに、速やかに目印の通過を検出して、回転位置を検出することが可能とな
る。
【００１４】
また、複数の検出素子が等間隔に設けられた本発明のロータリーエンコーダーにおいて
は、複数の検出素子によって等間隔に形成された複数の間隔の中には、その間隔を形成す
る両側の検出素子に加えて、少なくとも一つの検出素子が設けられているようにしてもよ
い。
【００１５】
こうすれば、目印の位置に依らずに速やかに回転位置を検出可能とした上で、特に高い
分解能で回転位置を検出することが必要な領域が存在する場合には、その領域に検出素子
を追加することで、簡単に必要な分解能を確保することが可能となる。
【００１６】
また、上述した本発明のロータリーエンコーダーにおいては、Ｎ極に着磁させた領域と
Ｓ極に着磁させた領域とを隣接させて設けることによって、回転ディスク上に目印を設け
ても良い。そして、検出素子は、磁極の極性の切り換わりを検出することによって、目印
が通過したことを検出するようにしてもよい。
【００１７】
こうすれば、目印が通過したタイミングを正確に検出することができる。その結果、ロ
ータリーエンコーダーの回転位置の検出精度を向上させることが可能となる。
【００１８】
また、上述した本発明のロータリーエンコーダーにおいては、次のようにして回転位置
を検出しても良い。先ず、複数の検出素子の何れかで直前に目印の通過が検出されてから
、次に目印の通過が検出されるまでの経過時間を計時しておく。また、複数の検出素子の
何れかで目印の通過が検出されると、その通過の一つ前に通過が検出されてからの経過時
間と、その通過の二つ前に通過が検出されてからの経過時間とを記憶しておく。そして、
複数の検出素子の何れかで直前に目印の通過が検出されてから、次に目印の通過が検出さ
れるまでの間は、計時手段で計時された経過時間と、経過時間記憶手段に記憶されている
経過時間とに基づいて、回転位置を検出するようにしてもよい。
【００１９】
こうすれば、複数の検出素子の何れかで直前に目印の通過が検出されてから、次に目印
の通過が検出されるまでの間でも、時間の経過に伴う回転位置の変化を検出することがで
きる。このため、回転位置を検出する分解能を高めることが可能となる。
【００２０】
また、本発明は、上述した何れかのロータリーエンコーダーを用いてローターの回転位
置を検出するモーターとして把握することも可能である。
【００２１】
本発明のロータリーエンコーダーは小型化することができるから、本発明のロータリー
エンコーダーを用いてローターの回転位置を検出すれば、小型のモーターを実現すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施例のロータリーエンコーダーの外観形状を示した説明図である。
【図２】第１実施例のロータリーエンコーダーの内部構造を示した分解組み立て図である。
【図３】第１実施例のロータリーエンコーダーの回転ディスクに回転位置検出用の目印が設けられている様子を示した説明図である。
【図４】第１実施例のロータリーエンコーダーに内蔵された基板上に複数の検出素子が配置されている様子を示した説明図である。
【図５】第１実施例のロータリーエンコーダーが回転位置を検出する様子を示した説明図である。
【図６】第１実施例のロータリーエンコーダーの第１変形例を示した説明図である。
【図７】第１実施例のロータリーエンコーダーの第２変形例を示した説明図である。
【図８】第２実施例のロータリーエンコーダーが回転位置を検出する様子を示した説明図である。
【図９】第２実施例のロータリーエンコーダーの変形例を示した説明図である。
【図１０】モーターのローターを回転ディスクとして利用する第３実施例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施
例を説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．構造概要：
Ａ−２．回転位置の検出方法：
Ａ−３．第１実施例の変形例：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ−１．回転位置の検出方法：
Ｂ−２．第２実施例の変形例：
Ｃ．第３実施例：
【００２４】
Ａ．第１実施例  ：
Ａ−１．構造概要  ：
図１は、第１実施例のロータリーエンコーダー１００の外観形状を示した説明図である
。図示されるように、本実施例のロータリーエンコーダー１００は、薄い円板形状のケー
ス１０２のほぼ中央から回転軸１０４が突設された外観形状をしている。この回転軸１０
４は、回転位置を検出しようとする対象物（たとえばモーターの回転軸など）に固定され
て、対象物とともに回転する。また、検出した回転位置は、ケース１０２から引き出され
たケーブル１０６を介して出力される。
【００２５】
図２は、第１実施例のロータリーエンコーダー１００の内部構造を示した分解組み立て
図である。図示されるように、ケース１０２はケースカバー１０２ａとケース本体１０２
ｂとに分割可能であり、ケース本体１０２ｂの内部には、円板形状の回転ディスク１１０
が収容されている。回転ディスク１１０の中心には回転軸１０４が取り付けられており、
回転軸１０４は、ケース本体１０２ｂの中央に設けられたベアリング１０８に嵌め込まれ
ている。このため回転ディスク１１０は、ケース１０２内で回転自在となっている。また
、回転ディスク１１０の上面側には、回転ディスク１１０の回転位置を検出するための目
印１１２が設けられている。目印１１２の詳細については後述する。
【００２６】
回転ディスク１１０とケースカバー１０２ａとの間には、回転位置を検出するための基
板１２０が設けられており、基板１２０が回転ディスク１１０と向き合う側の面には、複
数の検出素子１２２が設けられている。これらの検出素子１２２は、回転ディスク１１０
の回転に伴って目印１１２が移動する経路に沿って配置されている。また、基板１２０に
は、集積回路１２４も搭載されている。集積回路１２４は、それぞれの検出素子１２２か
らの信号を受け取ることによって回転ディスク１１０の回転位置を検出した後、ケーブル
１０６から出力する。
【００２７】
図３は、第１実施例の回転ディスク１１０の上面に形成された目印１１２の構造を示し
た説明図である。第１実施例の目印１１２は、図示されるように、Ｎ極に着磁された領域
とＳ極に着磁された領域とが隣接して設けられた構造となっている。このような構造は、
たとえば、二つの小さな永久磁石を、一方は表側がＮ極となるような向きに、他方は表側
がＳ極となるような向きに、並べて回転ディスク１１０の表面に貼り付けたり、あるいは
回転ディスク１１０に埋め込んだりすることによって実現可能である。但し、二つの磁石
は、回転ディスク１１０の半径方向に並べるのではなく、円周方向（少なくとも半径方向
に対して交差する方向）に並べることが重要である。
【００２８】
図４は、基板１２０上に複数の検出素子１２２が配列されている様子を示した説明図で
ある。尚、図４では、基板１２０を回転ディスク１１０の側から見た状態で表示されてい
る。また、図３を用いて前述したように、目印１１２がＮ極の領域とＳ極の領域とを隣接
して設けることによって形成されていることから、検出素子１２２には、磁界を検出する
素子（ホール素子など）が用いられている。
【００２９】
図示されているように、基板１２０上には、複数の検出素子１２２が円形状に配置され
ている。これら検出素子１２２は、基板１２０をケース１０２に組み付けて回転ディスク
１１０を回転させたときに、回転ディスク１１０に設けられた目印１１２が通過する移動
経路の上に来るような位置に配置されている。また、それぞれの検出素子１２２の間は、
等間隔となっている。尚、説明の都合上、以下ではこれら１２個の検出素子１２２に「１
２２ａ」〜「１２２ｌ」までの符番を付けて、それぞれの検出素子１２２を区別するもの
とする。また、基板１２０上には、それぞれの検出素子１２２からの信号に基づいて回転
位置を検出するための集積回路１２４も搭載されている。尚、図４に示した例では、基板
１２０に搭載されている検出素子１２２の個数は１２個であるものとしているが、より多
くの検出素子１２２を搭載しても構わない。
【００３０】
Ａ−２．回転位置の検出方法  ：
図５は、第１実施例のロータリーエンコーダー１００が回転位置を検出する様子を示し
た説明図である。図５（ａ）には、回転ディスク１１０が回転したときに、基板１２０上
の１２個の検出素子１２２ａ〜ｌで検出される信号波形が示されている。尚、便宜上、以
下では、回転ディスク１１０の目印１１２が検出素子１２２ａの真下に位置する状態を、
回転位置が０度であるとし、そこから目印１１２が検出素子１２２ｂ、検出素子１２２ｃ
、検出素子１２２ｄ・・・の方向へと移動するにつれて、回転位置が次第に大きくなるも
のとする。
【００３１】
図５（ａ）に示されるように、回転ディスク１１０の目印１１２が検出素子１２２ａの
真下を通過した瞬間に、検出素子１２２ａでは磁極の変化が検出される。尚、図５（ａ）
に示した例では、電圧値が一旦プラス側に振れた後にマイナス側に振れるような信号波形
が検出されるものとしている。しかし、この信号波形は、検出素子１２２ａ側の回路の構
成や、検出素子１２２ａの真下を先に通過するのが、目印１１２のＮ極またはＳ極の何れ
かによっても変化し、電圧値が一旦マイナス側に振れた後にプラス側に振れるような信号
波形が検出される場合もある。何れにしても、目印１１２が検出素子１２２ａの真下を通
過すると、検出素子１２２ａで磁極の極性が切り換わったことが検出されるので、回転デ
ィスク１１０の回転位置が０度であることを検出することができる。
【００３２】
尚、第１実施例のロータリーエンコーダー１００では、図３に示したように、Ｎ極の領
域とＳ極の領域を隣接させることによって目印１１２を形成し、図５（ａ）に示したよう
に磁極の切り換わりを検出することによって目印１１２の通過を検出しているのは、検出
精度を高くするためである。すなわち、Ｎ極またはＳ極の一方の領域のみで目印１１２を
形成し、検出素子１２２で検出した磁界の強さが閾値を超えたタイミングや、磁界の強さ
が極値となったタイミングで、目印１１２が通過したものと判断することも可能である。
しかし、磁極が切り換わる部分では検出素子１２２の検出値が急激に変化するので、磁極
の切り換わりを検出した方が、目印１１２の通過を精度良く検出することが可能となる。
【００３３】
その後、回転ディスク１１０が回転して目印１１２が検出素子１２２ｂの真下を通過し
たら、検出素子１２２ｂでも同様に磁極の極性の切り換わりが検出されるので、回転ディ
スク１１０の回転位置が３０度になったことを検出することができる。また、検出素子１
２２ａで磁極の切り換わりを検出してから、検出素子１２２ｂで磁極の切り換わりを検出
するまでの間は、回転ディスク１１０の回転位置が０度〜３０度の範囲内にあることが分
かる。更に回転ディスク１１０が回転して目印１１２が検出素子１２２ｃの真下を通過し
たら、検出素子１２２ｃで磁極の切り換わりが検出されるので、回転ディスク１１０の回
転位置が６０度であることを検出することができる。また、検出素子１２２ｂで磁極の切
り換わりを検出してから、検出素子１２２ｃで磁極の切り換わりを検出するまでの間は、
回転ディスク１１０の回転位置が３０度〜６０度の範囲内にあることが分かる。以降につ
いても同様に、検出素子１２２ｄ〜１２２ｌのそれぞれで磁極の切り換わりを検出するこ
とによって、回転ディスク１１０の回転位置を検出することができる。
【００３４】
基板１２０上に搭載された集積回路１２４は、検出素子１２２ａ〜１２２ｌで検出され
た信号波形を受け取ると、以上のようにして回転ディスク１１０の回転位置を検出した後
、ケーブル１０６を介して外部に出力する。図５（ｂ）には、集積回路１２４が検出素子
１２２ａ〜１２２ｌからの信号波形に基づいて、回転位置を出力する様子が概念的に示さ
れている。第１実施例では、この集積回路１２４が、本発明の「回転位置検出手段」に対
応する。
【００３５】
以上に説明したように、第１実施例のロータリーエンコーダー１００では、回転ディス
ク１１０に設けられた目印１１２の通過を、複数の検出素子１２２で検出することによっ
て回転ディスク１１０の回転位置を検出する。目印１１２は回転ディスク１１０の一カ所
に設ければ十分なので、回転ディスク１１０を小型化することができ、その結果、ロータ
リーエンコーダー１００を小型化することが可能となる。また、目印１１２の通過を複数
の検出素子１２２の何れが検出したかという情報が、そのまま回転位置を表しているので
、回転位置を検出する処理も極めて単純である。そのため、回転位置を検出するための集
積回路１２４も小型化することができるので、ロータリーエンコーダー１００をより一層
小型化することが可能となる。
【００３６】
尚、上述した第１実施例では、基板１２０上に搭載された検出素子１２２の個数が１２
個であるとしているので、回転位置の分解能は３０度（＝３６０度／１２）となっている
。もちろん、検出素子１２２の個数を増やせば、それに応じて分解能を増加させることが
可能である。たとえば、基板１２０上に３６０個の検出素子１２２を搭載すれば、回転位
置の分解能を１度まで向上させることも可能である。
【００３７】
もちろん、基板１２０に搭載する検出素子１２２の個数が増えれば、基板１２０に検出
素子１２２を搭載するための手間が増え、検出素子１２２を購入するための費用も増加す
る。しかし、本願発明はロータリーエンコーダーを小型化することを目的としており、ロ
ータリーエンコーダー１００の外形寸法が１０ｍｍ程度以下であれば、基板１２０自体を
（複数の検出素子１２２や集積回路１２４も含めて）一つの半導体基板上に焼き付けて１
チップ化することも可能である。そして、このようにして基板１２０を形成すれば、検出
素子１２２の個数を増やしても、そのことによって製造工程が複雑になったり、製造コス
トが上昇したりすると言った弊害が生じることはない。また、基板１２０自体を１チップ
化すれば、ロータリーエンコーダー１００の構造が単純になるため、安価に製造すること
ができるだけでなく、故障する可能性のある箇所が減少するので信頼性を向上させること
ができる。その結果、十分な分解能を有しながら、たいへん小型でありながら、安価で、
しかも信頼性の高いアブソリュート方式のロータリーエンコーダーを実現することが可能
となる。
【００３８】
Ａ−３．第１実施例の変形例  ：
上述した第１実施例のロータリーエンコーダー１００には幾つかの変形例が存在する。
以下では、これら変形例について簡単に説明する。尚、以下の変形例では、特に言及しな
い限り、上述した第１実施例と同様であるものとする。従って、上述した第１実施例と同
じ番号が付された要素や特に記載のない要素は、第１実施例と同様である。
【００３９】
（１）第１実施例の第１変形例  ：
上述した第１実施例では、基板１２０上に搭載された全ての検出素子１２２が、等間隔
に配置されているものとして説明した。しかし、必ずしも全ての検出素子１２２が等間隔
に配置されている必要はない。すなわち、複数の検出素子１２２を等間隔に配置した状態
で、何れかの検出素子１２２と検出素子１２２との間の所望の位置に、一つあるいは複数
の検出素子１２２を追加して配置するようにしてもよい。
【００４０】
図６は、第１実施例の第１変形例のロータリーエンコーダー１００が回転位置を検出す
る様子を示した説明図である。図６（ａ）に示されるように、第１変形例のロータリーエ
ンコーダー１００の基板１２０には、検出素子１２２ｃと検出素子１２２ｄとのちょうど
中間の位置に、追加の検出素子１２２ｍが搭載されている。尚、図６に示した例では、追
加で設けられた検出素子１２２は、検出素子１２２ｃと検出素子１２２ｄとの間の検出素
子１２２ｍの一つだけであるが、もちろん、二つ以上の検出素子１２２を追加で設けても
良い。あるいは、検出素子１２２ｃと検出素子１２２ｄとの間以外の箇所に追加の検出素
子１２２を設けても良い。
【００４１】
図６（ｂ）には、第１実施例の第１変形例のロータリーエンコーダー１００で、基板１
２０に搭載されたそれぞれの検出素子１２２ａ〜ｍで信号波形が検出される様子が示され
ている。第１変形例では、検出素子１２２ｃと検出素子１２２ｄとの間に搭載された検出
素子１２２ｍによって、７５度の回転位置を検出することが可能である。換言すれば、検
出素子１２２ｃと検出素子１２２ｄとの間に検出素子１２２ｍを追加することによって、
検出素子１２２ｃと検出素子１２２ｄとの間での回転位置の分解能が高くなっている。
【００４２】
このように、第１実施例の第１変形例では、他の部分よりも高い分解能が必要な部分が
ある場合には、その部分に追加の検出素子１２２を搭載することにより、回転位置の分解
能を、その部分だけ、しかも必要なだけ高めることが可能となる。
【００４３】
（２）第１実施例の第２変形例  ：
上述した第１実施例あるいは第１変形例では、回転位置を検出する分解能は、基板１２
０に搭載された検出素子１２２の個数によって決定されていた。しかし、次のようにすれ
ば、検出素子１２２の個数以上の分解能で回転位置を検出することが可能である。
【００４４】
図７は、第１実施例の第２変形例のロータリーエンコーダー１００が、回転位置を検出
する原理を示した説明図である。第１実施例の第２変形例では、目印１１２が検出素子１
２２の真下を通過してからの経過時間を計測する。第１実施例の第２変形例では、集積回
路１２４にタイマーが組み込まれており、このタイマーを用いて集積回路１２４が経過時
間を計測する。また、計時中に、目印１１２が次の検出素子１２２の真下を通過したら、
その時の経過時間を記憶するとともに、新たな検出素子１２２の真下を通過したことに対
応して新たな計時を開始する。この経過時間は、集積回路１２４内に設けられたメモリー
に記憶される。そして、更に次の検出素子１２２の真下を通過したら、その時の経過時間
と、二つ前の検出素子１２２を通過してからの経過時間とを記憶するとともに、目印１１
２が新たな検出素子１２２の真下を通過したことに対応して新たな計時を開始する。この
経過時間も、集積回路１２４内のメモリーに記憶される。尚、第１実施例の第２変形例の
集積回路１２４は、経過時間の計測や、経過時間の記憶を行うことから、本発明の「計時
手段」および「経過時間記憶手段」に対応している。
【００４５】
図７（ａ）には、こうして取得される各種の経過時間が示されている。先ず、ある検出
素子１２２（便宜上、以下では検出素子１２２（ｎ）とする）の真下を目印１１２が通過
すると、新たな経過時間Ｔ０の計時を開始する。また、それまで計時していた経過時間Ｔ
０は、経過時間Ｔ１として記憶しておく。すなわち、経過時間Ｔ１は、目印１１２が一つ
前の検出素子１２２（以下では検出素子１２２（ｎ−１）とする）の真下を通過してから
、検出素子１２２（ｎ）の真下に達するまでに要した時間を表している。
【００４６】
更に、検出素子１２２（ｎ）の二つ前の検出素子１２２（以下では検出素子１２２（ｎ
−２）とする）の真下を通過してからの経過時間Ｔ２も記憶しておく。経過時間Ｔ２は、
目印１１２が二つ前の検出素子１２２（ｎ−２）の真下を通過してからの計時を継続する
ことによって取得する。あるいは、目印１１２が検出素子１２２（ｎ）の真下を通過した
時点で、それまで記憶していた経過時間Ｔ１と、新たに取得した経過時間Ｔ１とを加算す
ることによって経過時間Ｔ２を算出してもよい。尚、第１実施例の第２変形例では、記憶
しておく経過時間は、経過時間Ｔ１および経過時間Ｔ２の二つあれば十分であり、それ以
前の経過時間は破棄することができる。
【００４７】
ここで、目印１１２が検出素子１２２（ｎ）の真下を通過してから時間ｔが経過した時
点での回転位置は、直前の検出素子１２２（ｎ）が示す回転位置に、時間ｔの間に回転デ
ィスク１１０が回転した角度ｄθを加算した回転位置となる。この角度の増加分ｄθは、
時間ｔの二次関数によって表され、二次関数の係数は、経過時間Ｔ１および経過時間Ｔ２
に基づいて決定することができる。すなわち本来であれば、二次関数は三つの係数を有し
ているため、これらの係数を決定するためには三つの時刻での関数値（ここでは角度の増
加分ｄθ）が必要となるが、第１実施例の第２変形例では、図７（ａ）に示した経過時間
Ｔ０〜Ｔ２を使用するとともに、検出素子１２２（ｎ）が示す回転位置からの角度の増加
分ｄθを算出しているので、経過時間Ｔ１および経過時間Ｔ２が分かれば、二次関数の係
数を決定可能となっている。
【００４８】
図７（ｂ）は、角度の増加分ｄθを算出する際の考え方を示した説明図である。先ず、
角度の増加分ｄθが、時間ｔの二次関数で表される理由について説明する。角度の増加分
ｄθを時間ｔで微分すると、回転ディスク１１０が回転する時の角速度が得られる。更に
、角速度を時間ｔで微分すると角加速度が得られる。この角加速度は、回転トルクに比例
する。そして、たとえば、ロータリーエンコーダー１００がモーターの回転軸に取り付け
られているのであれば、回転トルクはモーターに流す電流値に比例し、短い時間で考える
と電流値は通常一定である。従って、角加速度も短い時間で考えれば一定であると考えて
良い。すると、角加速度を時間ｔで積分して得られる角速度は、時間ｔの一次関数で表さ
れ、角速度を時間ｔで積分することによって得られる角度（この場合は、角度の増加分ｄ
θ）は、時間ｔの二次関数で表されることになる。
【００４９】
また、二次関数で表す対象として、検出素子１２２（ｎ）が示す回転位置からの角度の
増加分ｄθを選択しており、そのｄθを、目印１１２が検出素子１２２（ｎ）の真下を通
過した時を原点とする時間ｔによって表すこととしている。このため、経過時間Ｔ０が「
０」の時は、ｄθも必ず「０」となる。従って、角度の増加分ｄθを表す二次関数Ｆ（ｔ
）は、図７（ｃ）に示したように、係数Ａおよび係数Ｂの二つの係数しか持たない関数で
表される。そして、時間ｔが「−Ｔ１」の時のｄθの値は、一つ前の検出素子１２２（ｎ
−１）の位置を示す値（ここでは「−３０」度）となり、時間ｔが「−Ｔ２」の時のｄθ
の値は、二つ前の検出素子１２２（ｎ−２）の位置を示す値（ここでは「−６０」度）と
なるから、これらの条件から二つの係数Ａ，Ｂの値を決定することができる。その結果、
ｄθを表す二次関数Ｆ（ｔ）を決定することができる。
【００５０】
そして、こうして決定した二次関数Ｆ（ｔ）に、目印１１２が検出素子１２２（ｎ）の
真下を通過してからの経過時間Ｔ０を代入する。こうすれば、目印１１２が検出素子１２
２（ｎ）の真下を通過してから時間ｔが経過する間に、回転ディスク１１０が回転した角
度、すなわち検出素子１２２（ｎ）が示す回転位置からの角度の増加分ｄθを求めること
ができる。従って、検出素子１２２（ｎ）が示す回転位置に、角度の増加分ｄθを加算す
ることで、経過時間Ｔ０での回転位置を求めることができる。
【００５１】
このように、第１実施例の第２変形例では、二つの検出素子１２２の間を目印１１２が
通過している場合にも、回転ディスク１１０の回転位置を求めることができる。その結果
、基板１２０上に搭載された検出素子１２２の個数が少ない場合でも、検出素子１２２の
個数に対応する分解能よりも高い分解能で回転位置を検出することが可能となる。
【００５２】
Ｂ．第２実施例  ：
上述した第１実施例および第１実施例の各種変形例では、Ｎ極に着磁された領域とＳ極
に着磁された領域とを隣接させて設けることによって目印１１２が形成されており、検出
素子１２２では、これら二つの領域の境界を検出した。理想的には境界には幅はないから
、検出素子１２２で検出される内容は、「目印１１２が真下を通過した」という過去の事
実であって、「目印１１２が真下を通過中」という現在の状態ではない。これに対して、
第２実施例では、Ｎ極またはＳ極の何れかに着磁された領域によって目印１１２を形成す
る。こうすると検出素子１２２では、「目印１１２が真下を通過した」という過去の事実
だけでなく、「目印１１２が真下を通過中」という現在の状態も検出することが可能とな
る。以下では、「目印１１２が真下を通過中」という現在の状態も検出することによって
、回転位置を検出する第２実施例のロータリーエンコーダー１００について説明する。尚
、以下の第２実施例においても、特に言及しない限り、上述した第１実施例と同様である
ものとする。従って、上述した第１実施例と同じ番号が付された要素や特に記載のない要
素は、第１実施例と同様である。
【００５３】
Ｂ−１．回転位置の検出方法  ：
図８は、第２実施例のロータリーエンコーダー１００が回転位置を検出する様子を示し
た説明図である。図８（ａ）には、回転ディスク１１０の上に設けられた目印１１２が示
されている。図示されるように、第２実施例の目印１１２は、Ｓ極（あるいはＮ極）に着
磁された領域によって形成されている。第２実施例においても目印１１２は、回転ディス
ク１１０が回転したときに、基板１２０に設けられた検出素子１２２の真下を目印１１２
が通過するような位置に設けられている。また、目印１１２の幅（回転ディスク１１０の
回転方向への幅）は、基板１２０上で隣接する検出素子１２２同士の間隔と同じ（あるい
は少しだけ幅広）に形成されている。
【００５４】
図８（ｂ）は、回転ディスク１１０の回転に伴って、基板１２０上の検出素子１２２ａ
〜ｌで検出される信号波形が示されている。尚、図８（ｂ）に示した例では、プラスの電
圧値が現れるような信号波形が得られるものとしているが、検出素子１２２ａ側の回路の
構成や、目印１１２を構成する領域がＮ極あるいはＳ極の何れに着磁されているかによっ
て変化し、電圧値がマイナスとなるような信号波形が検出される場合もある。何れにして
も、信号波形の絶対値が所定の閾値を超えたら、目印１１２が検出素子１２２ａの真下を
通過していることを表している。従って、たとえば検出素子１２２ａの信号波形が閾値を
超えていれば、回転ディスク１１０の回転位置が０度〜３０度の範囲にあることを検出す
ることができる。また、検出素子１２２ｄの信号波形が閾値を超えている場合には、回転
位置が９０度〜１２０度の範囲にあることが分かる。
【００５５】
このように第２実施例のロータリーエンコーダー１００では、常に何れかの検出素子１
２２ａ〜ｌで信号波形が検出されるので、ロータリーエンコーダー１００に電源を投入し
た直後から、そして回転ディスク１１０が全く回転していない状態でも、回転位置を検出
することが可能となる。
【００５６】
尚、第２実施例では、目印１１２の通過を検出している検出素子１２２が隣の検出素子
１２２に切り換わる際に、二つの検出素子１２２で同時に信号波形が検出される場合があ
る。このような場合には、信号波形の電圧値を比較して、電圧値が大きい方の検出素子１
２２で目印１１２の通過が検出されているものとしてもよい。こうすれば、隣接する検出
素子１２２の感度が若干違っていたり、あるいは閾値の設定が適切でなかったりすること
が原因で、目印１１２の通過を検出できない瞬間が発生することを回避することが可能と
なる。
【００５７】
また、上述した第２実施例のロータリーエンコーダー１００では、複数の検出素子１２
２の何れで目印１１２の通過が検出されているかを調べるだけで直ちに回転位置を検出す
ることができる。このため、集積回路１２４を単純化することができるので、ロータリー
エンコーダー１００を小型化することが可能となる。尚、上述した第２実施例においても
、基板１２０上に搭載する検出素子１２２の個数を増やしてやれば、回転位置の分解能を
増加させることが可能である。
【００５８】
Ｂ−２．第２実施例の変形例  ：
上述した第２実施例には、次のような変形例を考えることができる。尚、第２実施例の
変形例においても、特に言及しない限り、上述した第１実施例あるいは第２実施例と同様
であるものとする。従って、上述した第１実施例あるいは第２実施例と同じ番号が付され
た要素や特に記載のない要素は、第１実施例あるいは第２実施例と同様である。
【００５９】
図９は、第２実施例の変形例のロータリーエンコーダー１００が回転位置を検出する様
子を示した説明図である。図９（ａ）には、回転ディスク１１０の上に設けられた目印１
１２が示されている。第２実施例の変形例の目印１１２も、前述した第２実施例の目印１
１２と同様に、Ｓ極（あるいはＮ極）に着磁された領域によって形成されている。但し、
第２実施例の変形例の目印１１２は、第２実施例の目印１１２よりも、幅（回転ディスク
１１０の回転方向への幅）が、約１．５倍に拡幅されている。図９（ａ）では、目印１１
２の拡幅された部分に斜線が付して表示されている。
【００６０】
図９（ｂ）は、回転ディスク１１０の回転に伴って、基板１２０上の検出素子１２２ａ
〜ｌで検出される信号波形が示されている。第２実施例の変形例においても、前述した第
２実施例と同様に、目印１１２が何れの検出素子１２２の下を通過しているかを検出する
ことができる。但し、第２実施例の変形例では、目印１１２が拡幅されていることに対応
して、二つの検出素子１２２で同時に目印１１２の通過が検出される場合が発生する。
【００６１】
たとえば、図９（ｂ）で検出素子１２２ｂに着目すると、検出素子１２２ｂが単独で目
印１１２の通過を検出している場合と、その前から目印１１２の通過を検出していた検出
素子１２２ａと同時に検出している場合とが存在する。検出素子１２２ｃについても同様
に、目印１１２の通過を単独で検出している場合と、前から検出していた検出素子１２２
ｂと同時に検出している場合とが存在する。すなわち、第２実施例の変形例では、目印１
１２が拡幅されている関係で、それぞれの検出素子１２２が単独で目印１１２の通過を検
出している場合と、隣の検出素子１２２と同時に検出している場合とが発生する。従って
、この二つの場合を区別することで、回転位置を検出する際の分解能を増加させることが
可能となる。
【００６２】
図９（ｂ）に示した例では、検出素子１２２ｌおよび検出素子１２２ａで目印１１２の
通過が検出されている場合には、回転ディスク１１０の回転位置が０度〜１５度の範囲に
あると判断し、検出素子１２２ａ単独で目印１１２の通過が検出されている場合には、回
転位置が１５度〜３０度の範囲にあると判断する。同様に、検出素子１２２ａおよび検出
素子１２２ｂで目印１１２の通過が検出されている場合には、回転位置は３０度〜４５度
の範囲にあると判断し、検出素子１２２ｂ単独で目印１１２の通過が検出されている場合
には、回転位置は４５度〜６０度の範囲にあると判断する。こうすれば、基板１２０に搭
載されている検出素子１２２の個数は１２個でありながら、倍の個数の検出素子１２２を
搭載した場合と同様な分解能で回転位置を検出することが可能となる。
【００６３】
Ｃ．第３実施例  ：
上述した各種の実施例、あるいは各種の変形例においては、ロータリーエンコーダー１
００の回転ディスク１１０に目印１１２が設けられており、この目印１１２の通過を、基
板１２０の検出素子１２２で検出するものとして説明した。しかし、回転位置を検出しよ
うとする対象物の表面に目印１１２を設けておき、ロータリーエンコーダー１００側の基
板１２０に設けられた検出素子１２２で目印１１２の通過を検出することによって、対象
物の回転位置を検出するようにしても良い。
【００６４】
たとえば、図１０（ａ）に例示したように、モーターのローター２００の表面に目印１
１２を取り付けることによって、ローター２００をロータリーエンコーダー１００の回転
ディスク１１０として利用する。あるいは、図１０（ｂ）に例示したように、ローター２
００の磁極の境目を目印１１２として利用する。そして、ロータリーエンコーダー１００
内の基板１２０に設けた複数の検出素子１２２を用いて目印１１２の通過を検出すること
によって、ローター２００の回転位置を検出するようにしても良い。こうすれば、ロータ
リーエンコーダーを備えたモーターをたいへんに小型化することが可能となる。
【００６５】
以上、各種の実施例および変形例について説明したが、本発明は上記すべての実施例お
よび変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実
施することが可能である。
【００６６】
たとえば、上述した実施例あるは変形例では、目印１１２の通過を磁気的な手法によっ
て検出するものとして説明した。しかし、回転ディスク１１０の表面に反射面を設けるこ
とによって目印１１２を構成し、あるいは回転ディスク１１０にスリットや貫通穴を設け
ることによって目印１１２を構成しておき、いわゆるフォトカプラーなどの素子を用いて
光学的な手法によって、目印１１２の通過を検出するようにしても良い。
【符号の説明】
【００６７】
１００…ロータリーエンコーダー、                        １０２…ケース、
１０２ａ…ケースカバー、  １０２ｂ…ケース本体、        １０４…回転軸、
１０６…ケーブル、        １０８…ベアリング、          １１０…回転ディスク、
１１２…目印、            １２０…基板、                １２２…検出素子、
１２４…集積回路、        ２００…ローター
【図１】
2012145525.tif 000003
【図２】
2012145525.tif 000004
【図３】
2012145525.tif 000005
【図４】
2012145525.tif 000006
【図５】
2012145525.tif 000007
【図６】
2012145525.tif 000008
【図７】
2012145525.tif 000009
【図８】
2012145525.tif 000010
【図９】
2012145525.tif 000011
【図１０】
2012145525.tif 000012