(57)【要約】【課題】シャフトをディスクの片方側だけでベアリングによって支持する光学式ロータリエンコーダの、回転系の部材の非回転方向の剛性を確保する。【解決手段】一端に回転スリットが形成されたディスク６が固定されたシャフト３を、ディスク６の片方側で軸支する二つのベアリング５を設ける。そして、シャフト３の直径をｄ、ディスク６の回転スリットの直径をＤ、二つのベアリング５の軸方向の中央位置からの回転スリットまでの距離をＬとし、Ｋ１≦2.1、望ましくはＫ１≦1.85、として、Ｌ/ｄ≦Ｋ１を満たし、Ｋ２≦3.0、望ましくはＫ２≦2.7として、Ｄ/ｄ≦Ｋ２を満たすように光学式ロータリエンコーダを構成する。【選択図】図２
2012132871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
端部に測定対象の回転体が連結されるシャフトと、
前記ベースに固定された、前記シャフトの軸方向について異なる位置で当該シャフトを各々軸支する二つのベアリングと、
前記シャフトに固定された、円環形状のスリット列を形成するように周方向に配列された複数のスリットが設けられたディスクと、
前記ディスクのスリットに光を照射し、前記スリットを通過した光を回転信号に変換する回転信号生成手段とを有し、
前記二つのベアリングは、前記シャフトの軸方向について、前記ディスクよりも前記回転体が連結される端部側において、前記シャフトを軸支しており、
前記シャフトの前記ベアリングで軸支される位置の直径をｄ、前記ディスクに形成されたスリット列の円環形状の径方向中心位置の直径をＤ、二つのベアリングの軸方向の中央位置から前記スリット列までの、前記シャフトの軸方向の距離をＬとして、Ｌ/ｄ≦2.1、Ｄ/ｄ≦3.0を満たすことを特徴とする光学式ロータリエンコーダ。
【請求項２】
請求項１記載の光学式ロータリエンコーダであって、
Ｌ/ｄ≦1.85、Ｄ/ｄ≦2.7を満たすことを特徴とする光学式ロータリエンコーダ。
【請求項３】
請求項１または記載の光学式ロータリエンコーダであって、
前記二つのベアリングは予圧されていることを特徴とする光学式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、光学式ロータリエンコーダの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学式ロータリエンコーダとしては、回転可能に支持された一端が測定対象の回転体に連結されるシャフトと、当該シャフトの他端に固定された周方向に配列した複数のスリットよりなる円環状のスリット列を有する円盤状のディスクと、固定スリットと、発光素子と、発光素子から出射されディスクのスリットと固定スリットとを通過した光を電気信号に変換する光電変換素子とを備えた光学式ロータリエンコーダが知られている（たとえば、特許文献１、２）。
【０００３】
ここで、これら光学式ロータリエンコーダでは、ディスクよりもシャフトの回転体に連結される端側の位置において、２つのベアリングによってシャフトを回転可能に支持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７-１４７３９６号公報
【特許文献２】特開２０００-２７５０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した、ディスクよりもシャフトの回転体に連結される端側の位置において、２つのベアリングによってシャフトを回転可能に支持する構造は、ベアリングを支持するベースを、比較的小型な単一の部材によって構成することができるので、シャフトの間にディスクを挟む２カ所の位置において、２つのベアリングによってシャフトを回転可能に支持する構造に比べ、ロータリエンコーダの小型化や、組み付け精度の向上に有利である。一方で、このようなシャフトをディスクの片方側だけで支持する構造は、シャフトやディスクなどの回転系の部材の剛性確保の点からは不利であり、測定精度の劣化につながるディスクの非回転方向の振動などを生じ易い。
【０００６】
そこで、本発明は、シャフトをディスクの片方側だけでベアリングによって支持する光学式ロータリエンコーダの、回転系の部材の非回転方向の剛性を確保できる構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題達成のために、本発明は、ベースと、端部に測定対象の回転体が連結されるシャフトと、前記ベースに固定された、前記シャフトの軸方向について異なる位置で当該シャフトを各々軸支する二つのベアリングと、前記シャフトに固定された、円環形状のスリット列を形成するように周方向に配列された複数のスリットが設けられたディスクと、前記ディスクのスリットに光を照射し、前記スリットを通過した光を回転信号に変換する回転信号生成手段とを備えた光学式ロータリエンコーダを提供する。但し、前記二つのベアリングは、前記シャフトの軸方向について、前記ディスクよりも前記回転体が連結される端部側において、前記シャフトを軸支しており、前記シャフトの前記ベアリングで軸支される位置の直径をｄ、前記ディスクに形成されたスリット列の円環形状の径方向中心位置の直径をＤ、二つのベアリングの軸方向の中央位置から前記スリット列までの、前記シャフトの軸方向の距離をＬとして、Ｌ/ｄ≦2.1さらに望ましくはＬ/ｄ≦1.85、Ｄ/ｄ≦3.0さらに望ましくはＤ/ｄ≦2.7を満たすように、光学式ロータリエンコーダは構成されているものである。
【０００８】
本発明者らの知見によれば、このように、Ｌ/ｄ≦2.1さらに望ましくはＬ/ｄ≦1.85、Ｄ/ｄ≦3.0さらに望ましくはＤ/ｄ≦2.7を満たすように、光学式ロータリエンコーダを構成することにより、シャフトを二つのベアリングでディスクの片方側だけで支持する構造においても、回転系の部材の非回転方向の剛性を確保して、ディスクの不要な振動を抑制し、精度良く計測を行えるようになる。
【０００９】
ここで、このような光学式ロータリエンコーダは、前記二つのベアリングを予圧して設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、シャフトをディスクの片方側だけでベアリングによって支持する光学式ロータリエンコーダにおいて、回転系の部材の不要な振動を抑制して、非回転方向の剛性を確保し、精度良く計測を行えることが期待できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る光学式ロータリエンコーダの構造を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光学式ロータリエンコーダの評価に用いるパラメータを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る本発明の実施形態に係る光学式ロータリエンコーダの評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る光学式ロータリエンコーダの実施形態について説明する。
図１ａに光学式ロータリエンコーダの外観を示し、図１ｂに光学式ロータリエンコーダの内部構成を模式的に示す。
図１ａに示すように、光学式ロータリエンコーダは、一方の端が閉じられた管状の筐体１、筐体１の他方の端を覆うように筐体１に連結固定されたベース２、ベース２の中央孔を通って筐体内外に延びるシャフト３、ベース２の中央孔とシャフト３の隙間を極小化するためのシールド４とを有している。ここで、シャフト３の筐体１の外側の端部には、測定対象の回転体が連結される。
【００１３】
次に、図１ｂは、図１ａのシャフト３の中心軸を通る鉛直な平面による光学式ロータリエンコーダの断面によって、光学式ロータリエンコーダの内部構成を模式的に示したものであり、図示するように、ベース２の中央孔には、二つのベアリング５が、シャフト３の中心軸方向に離間して固定されており、この二つのベアリング５によってシャフト３が回転可能に支持されている。
【００１４】
そして、シャフト３の筐体内側の端部には、ディスク６が固定されている。
また、ベース２には、ヘッドユニット７と回路基板８とが固定されている。
ここで、ディスク６には、周方向に並べた複数のスリットより全体として円環形状の回転スリットが形成されている。また、ヘッドユニット７は、発光素子を備えた発光部７１と、固定スリットと光電素子を備えた受光部７２を備え、ディスク６の回転に伴って、ディスク６の回転スリットが、発光部７１と受光部７２の間を移動するように、当該ヘッドユニット７はベース２に固定されている。
【００１５】
そして、発光部７１の発光素子から出射された光が、ディスク６の回転スリットを通過した後に、受光部７２の固定スリットを通過して、受光部７２の光電素子によって検出される。
なお、回路基板８には、このようなヘッドユニット７の発光の制御や、光電素子によって検出した信号の処理を行う回路が搭載されている。
さて、ここで、ヘッドユニット７の受光部７２の固定スリットには、図１ｃに示すように位相が反転したＡ相スリットとＢ相スリットが設けられており、ディスク６の回転スリットとＡ相スリットとを通過した光によって光電素子によって図１ｄに示すように正弦波形状のＡ相信号が検出され、ディスク６の回転スリットとＢ相スリットとを通過した光によって光電素子によってＡ相信号と位相が180度異なる余弦波形状のＢ相信号が検出される。
【００１６】
なお、実際には、ディスク６の回転スリットと固定スリットには、図１ｃに示したスリットとは別に、絶対角度検出用のスリット（いわゆる、Ｚ相用のスリット）も設けられている。
また、各ベアリング５には、図１ｅに示すように、所定の予圧を与えている。
さて、このような光学式ロータリエンコーダの構成において、図２に示すように、ベアリング５で支持される位置におけるシャフト３の直径をｄ、ディスク６の回転スリットの径方向中央位置の直径をＤ、二つのベアリング５の軸方向の中央位置からの回転スリットまでの距離をＬとする。ここで、本実施形態ではディスク６は3mm厚のガラス板であり、ガラス板のベース２側の面に回転スリットが形成されているので、二つのベアリング５の軸方向の中央位置からガラス板のベース２側の面までの距離がＬとなる。
【００１７】
そして、本実施形態では、Ｋ１≦2.1、望ましくはＫ１≦1.85、として、Ｌ/ｄ≦Ｋ１を満たし、Ｋ２≦3.0、望ましくはＫ２≦2.7として、Ｄ/ｄ≦Ｋ２を満たすように光学式ロータリエンコーダを構成する。
ここで、二つのベアリング５によって軸支されているシャフト３は、二つのベアリング５の軸方向について中央の位置を中心として振動すると考えられる。そして、この振動は、シャフト３の直径Ｄが大きいほど小さく抑えられる。一方で、このシャフト３の振動に追従する回転スリットの中心の揺れ幅は、二つのベアリング５の軸方向について中央の位置からの回転スリットまでの軸方向の距離Ｌが大きいほど大きくなる。また、このシャフト３の振動に追従する、回転スリットの揺幅は、ディスク６がディスク６のシャフト３への連結箇所（回転スリットの中心）を中心としても振動するので、回転スリットの直径Ｄが大きくなるほど大きくなる。
【００１８】
よって、Ｌ/ｄを適当な値以下とし、Ｄ/ｄを適当な値以下とすることにより、回転スリットの揺れ幅を、測定の精度確保に支障の無い範囲に抑えることができる。
さて、ここで、図３は、Ｌ/ｄ=1.85、Ｄ/ｄ=2.7として光学式ロータリエンコーダを構成し、上述したＡ相信号をＸ入力とし、Ｂ相信号をＹ入力として計測したリサージュ図形を示すものである。
図３ａはディスク６の１回転あたりに表れるＡ相信号およびＢ相信号のパルス数（波数）を60とした場合、図３ｂはパルス数を750とした場合、図３ｃはパルス数を2500とした場合、図３ｄはパルス数を6000とした場合、図３ｅはパルス数を15000として計測したリサージュ図形を示しており、図示するように、いずれの場合も、リサージュ図形は、ほぼ真円に近い形状を有しており、良好にＡ相信号およびＢ相信号が出力されている。
【００１９】
よって、Ｌ/ｄ=1.85、Ｄ/ｄ=2.7以下となるように、光学式ロータリエンコーダを構成すれば、ディスク６の不要な振動を抑制して、精度良く計測を行えることが分かる。また、Ｌ/ｄ、Ｄ/ｄの約10％程度の相違は、およそ実質的に精度劣化が問題とならない範囲として許容できるので、Ｌ/ｄ≦2.1、Ｄ/ｄ≦3.0としても、ディスク６の不要な振動を抑制して、精度良く計測を行えることが期待できる。
【符号の説明】
【００２０】
１…筐体、２…ベース、３…シャフト、４…シールド、５…ベアリング、６…ディスク、７…ヘッドユニット、８…回路基板、７１…発光部、７２…受光部。
【図１】
2012132871.tif 000003
【図２】
2012132871.tif 000004
【図３】
2012132871.tif 000005