(57)【要約】【課題】センサヘッドとスケール間の相対位置を所望な配置関係に容易に調整及び固定することで良好なエンコーダ信号を得つつ、且つセンサヘッドと外部配線間の電気的接続の信頼性が高い光学式エンコーダ及び光学式エンコーダの実装方法を提供する。【解決手段】１つ以上の光源と１つ以上の光検出器を内部に有し、配線基板に配されたセンサヘッドと、センサヘッドと相対的に移動するスケールと、固定前にスケールとセンサヘッド間の相対的な位置を所望の配置関係に規制する調整部材と、スケールとセンサヘッドを規制された所望の配置関係に保つ為の固定部材と、を配した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の光源と１つ以上の光検出器を内部に有し、配線基板に配されたセンサヘッドと、
前記センサヘッドと相対的に移動するスケールと、
固定前に前記スケールと前記センサヘッド間の相対的な位置を所望の配置関係に規制する調整部材と、
前記スケールと前記センサヘッドを前記規制された所望の配置関係に保つ為の固定部材と、を配したことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記調整部材は押圧機能を有していることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
前記調整部材は薄板形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記調整部材はバネ特性もしくはゴム特性を有していることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
前記調整部材を複数個有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学式エンコーダ。
【請求項６】
前記スケールは円筒体の外周面又は内周面に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学式エンコーダ。
【請求項７】
センサヘッド又はスケールを固定又は形成する工程と、
取付補助部材と調整部材とにより前記センサヘッドと前記スケールとの間隔を調整する工程と、
前記センサヘッド又は前記スケールを固定部材により固定する工程と、
前記取付補助部材を取り除く工程と、を備えることを特徴とする光学式エンコーダの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被検出体の位置等を検出する光学式エンコーダ及び光学式エンコーダの実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源と、光源から出射した光を反射もしくは回折する格子パターンを有するスケールと、スケールで反射もしくは回折した光を受光する光検出器で構成される光学式エンコーダは、被検出体の移動情報（移動量、移動方向）等を検出する装置として多く用いられている。ここで光源及び光検出器を１つのパッケージ内に収納したエンコーダヘッドを突当て部材に実装した従来例として、特許文献１に示された光学式エンコーダ９０を図１３に示す。
【０００３】
図１３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれに従来技術の光学式エンコーダの断面構成を示している。図１３では、ベース基板９７上のヘッド９１の一部に設けた半田付け用リード９２が、突当て部材に設けた銅箔パターン９５と直接接触するようにして実装している。
【０００４】
図１４にエンコーダ信号を説明する図を示す。図１４（ａ）は一般的なエンコーダ１００の概略構成を示す側面図、（ｂ）はセンサヘッド１０１から得られる２相のアナログ変位信号を示すグラフ、（ｃ）はセンサヘッド１０１から得られる２相のアナログ信号を変換して得られたデジタル変位信号を示すグラフである。
【０００５】
光学式エンコーダでは、例えばピッチＰの反射／非反射の格子パターンを有するスケール１０２がセンサヘッド１０１と相対移動することにより、センサヘッド１０１から変位信号が得られる。ここで、変位信号とはスケール１０２とセンサヘッド１０１間の相対移動に応じて周期的に変化する位相が９０度ずれた２相（Ａ相、Ｂ相）のアナログ信号（図１４（ｂ））もしくは、前記のアナログ信号を信号処理回路で変換したデジタル信号（図１４（ｃ））のことである。
【０００６】
ここで、センサヘッド１０１内に配置した光源、光検出器を含む各部材及びスケール１０２の位置関係が精度よく所望の位置に配置されていれば、良好な変位信号を得ることができる。分解能が高い光学式エンコーダになるほどより高い配置精度が要求されてくる。一般的には、光源、光検出器を１つのパッケージ内に収納した後に、センサヘッド１０１とスケール１０２の配置を良好な変位信号が得られるように調整しながらベース基板にセンサヘッド１０１を実装するので、センサヘッド１０１をベース基板に実装する時の姿勢、配置などの取付調整が容易な構成であることが好ましい。
【０００７】
図１５に示したように、センサヘッド１０１とスケール１０２の取付自由度方向としてはセンサヘッド１０１とスケール１０２間の水平方向（Ｘ、Ｙ）、間隔方向（Ｚ）（センサヘッド１０１とスケール１０２間の距離）、回転方向（θｙ（ヨー方向回転）、θｒ（ロール方向回転）、θｐ（ピッチ方向回転））が考えられ、それらの方向に調整が可能であることが好ましい。ここで、図１５は、センサヘッド１０１とスケール１０２との位置関係を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。図１５に示すスケール１０２は矢印１２３方向に移動する。
【特許文献１】特開平９−１２６８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の従来例のように、半田付け用リード９２がベース基板９７に設けた銅箔パターン９５に直接接触するようにして電気的接続と物理的固定を同一面側で接着する構成では、センサヘッド９１とスケール９４を所望の位置関係に調整しながら且つ導電ペーストもしくは半田材による電気的接続をとる必要があるので、取付の自由度が制限される。例えば、電気的接続を優先に実装すると、最適なヘッド９１とスケール９４間の配置関係に実装できず十分な変位信号を得られない。また良好なエンコーダ信号を得るために最適なヘッド９１とスケール間の配置関係を優先すると、電気的接続で不安定な接続部位が生じ、断線などの信頼性上の問題が発生する。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、センサヘッドとスケール間の相対位置を所望な配置関係に容易に調整及び固定することで良好なエンコーダ信号を得つつ、且つセンサヘッドと外部配線間の電気的接続の信頼性が高い光学式エンコーダを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光学式エンコーダは、１つ以上の光源と１つ以上の光検出器を内部に有し、配線基板に配されたセンサヘッドと、センサヘッドと相対的に移動するスケールと、固定前にスケールとセンサヘッド間の相対的な位置を所望の配置関係に規制する調整部材と、スケールとセンサヘッドを規制された所望の配置関係に保つ為の固定部材と、を配したことを特徴とする。
【００１１】
本発明の光学式エンコーダにおいて、調整部材は押圧機能を有していることが好ましい。
【００１２】
本発明の光学式エンコーダにおいて、調整部材は薄板形状であるとよい。
【００１３】
本発明の光学式エンコーダにおいて、調整部材はバネ特性もしくはゴム特性を有していることが望ましい。
【００１４】
本発明の光学式エンコーダは、調整部材を複数個有することが好ましい。
【００１５】
本発明の光学式エンコーダにおいて、スケールは円筒体の外周面又は内周面に形成されていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の光学式エンコーダの実装方法は、センサヘッド又はスケールを固定又は形成する工程と、取付補助部材と調整部材とによりセンサヘッドとスケールとの間隔を調整する工程と、センサヘッド又はスケールを固定部材により固定する工程と、取付補助部材を取り除く工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、センサヘッドとスケール間の相対位置を所望な配置関係に容易に調整及び固定することで良好なエンコーダ信号を得つつ、且つセンサヘッドと外部配線間の電気的接続の信頼性が高い光学式エンコーダ及び光学式エンコーダの実装方法を提供することができる、という効果を奏する。また、この効果は、特にセンサヘッドとスケール間の空間が狭い時にはより効果的である。
【００１８】
また、取付補助部材を使用することにより、図１５に示す各方向のずれが少なくなるのでより容易に良好なエンコーダ信号を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる光学式エンコーダの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
図１、図２に本発明の光学式エンコーダの第一の実施の形態を示す。図１、図２は第一の実施の形態に係る光学式エンコーダ１０の構成を示す図であって、図１は斜視図（第２のベース部材は省略している）、図２（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図１、図２に示す光学式エンコーダ１０は、第１のベース部材１に固定したセンサヘッド３と、該センサヘッド３と相対的に直線運動（移動方向Ａ）をする第２のベース部材に固定した格子パターン４ａを有するスケール４で構成される反射型光学式エンコーダである。
【００２０】
ここでセンサヘッド３は、光を主にスケール４の方向に出射するように配置したＬＥＤあるいは半導体レーザなどの光源３１、及び光源３１から出射しスケール４で反射あるいは回折してきた光を検出する光検出器３２を搭載しており、スケール４と対向する面と反対の面に電気的な引出し配線基板７を有している。また引出し配線基板７と第１のベース部材１の間に板バネ５を配して、センサヘッド３とスケール４の間を所望の距離で保持するために、その周囲をエポキシなどの接着材６で被った構成になっている。
【００２１】
次に各部材の配置関係の一例について説明する。
まず、光源３１から出射しスケールに向かう光が出射する出射光をＬｏｕｔ、またＬｏｕｔがスケール４で反射もしくは回折して光検出器３２に向かう入射光をＬｉｎとし、良好なエンコーダ信号（変位信号）が得られる理論上のＬｏｕｔ長とＬｉｎ長の関係から、光源３１、光検出器３２及びスケール４の配置関係を求める。一般的には、センサヘッド３のスケール４と対向する面３ａとスケール４の間が平行になるように光源３１及び光検出器３２をセンサヘッド３内に配置し、センサヘッド３のスケール４と対向する面とスケール４の間の距離を一定となるようにする。この一定の値が良好なエンコーダ信号が得られる所望の配置構成となる。
【００２２】
次にセンサヘッド３とスケール４の間を所望な配置構成に保つ為の実装方法の一例について図３、図４を用いて説明する。ここで、第一の実施の形態に係る光学式エンコーダ１０の実装工程を（ａ）から（ｅ）まで順に示す図であって、図３は正面図、図４は側面図である。
【００２３】
まず、図３（ａ）、図４（ａ）に示すように第２のベース部材２にスケール４を両面テープ、接着材などで固定する。また、第１のベース部材１には第２のベース部材方向に弾力性を持つ板バネ５を配置しておく。
【００２４】
つづいて、図３（ｂ）、（ｃ）、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、容易に位置・姿勢調整が可能な引出し配線基板７上に搭載したセンサヘッド３上に、センサヘッド３とスケール４間の所望な距離に相当する厚み（Ｔ）及び図１５に示す各方向のずれを極力少なくする取付補助部材８を載せて、スケール４と板バネ５の間に挿入する。このとき、板バネ５はセンサヘッド３を搭載した引出し配線基板７をスケール４の方向に押し付けるので、センサヘッド３は取付補助部材８と密着すると共に取付補助部材８はスケール４と密着する。従ってセンサヘッド３と取付補助部材８の密着部が図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すような所望の厚み部であれば、センサヘッド３とスケール４の間は、所望な距離（Ｔ）を有する配置に保たれることになる（図３（ｃ）、図４（ｃ））。
【００２５】
次に、図３（ｄ）、図４（ｄ）に示すように板バネ５を覆うようにエポキシあるいはシリコンなどの接着材６を塗布し、板バネ５と引出し配線基板７を、同時に、第１のベース基板１に接着固定する。これにより、板バネ５と、センサヘッド３及び取付補助部材８を搭載した引出し配線基板７と、を同時に第１のベース基板１に接着固定する。板バネ５及びセンサヘッド３を搭載した引出し配線基板７が接着材６により固定された後に、取付補助部材８を抜取ることで図３（ｅ）、図４（ｅ）に示すように、センサヘッド３とスケール４の間は、所望な配置関係（距離Ｔ）に保持固定されることになる。
【００２６】
次に、この発明の実施の形態の作用を説明する。
第一の実施の形態においては、容易に位置・姿勢調整が可能な引出し配線基板７上にセンサヘッド３を搭載しておき、センサヘッド３とそれを取付ける第１のベース部材１との間に、板バネ５のような押圧部材からなるセンサヘッド３のスケール間距離を調整可能な調整部材を配置し、その調整部材を接着材などで固定できる固定部材で被う構成としている。この構成により、センサヘッド３とスケール４間を所望の配置関係に容易に調整でき且つその所望の配置関係を保持できる。従って電気的接続の信頼性が高く、且つ良好なエンコーダ信号を出力する光学式エンコーダを得ることができる。本構成は特にセンサヘッド３とスケール４間のスペースが狭い場合には有効的である。
【００２７】
なお、この発明の実施の形態の各構成は、各種の変形、変更が可能である。
調整部材は図１に示す形状の板バネに限らず、センサヘッド３をスケール４方向に動かせる部材、形状であればよく、さらに、図５に示す薄板部材１５のように、薄板状のゴム材、薄板状の樹脂材、あるいは薄板状の金属弾性部材などでもよい。
ここで、図５は、第一の実施の形態の変形例に係る光学式エンコーダの構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。なお、図５において、図１と共通の部材については同じ符号を付している。
また、センサヘッド３を固定する第１のベース部材１とセンサヘッド３の間、もしくはスケール４を固定する第２のベース部材とスケール４の間のいずれか一方に、スケールとセンサヘッド３間の相対位置を所望な配置関係に保つ為の調整部材及び固定部材とを配置しても良い。
【００２８】
また、調整部材は第１のベース部材とセンサヘッド３の間に配置するのが好ましいが、第２のベース部材２とスケール４の間に配置し、第１のベース部材１にセンサヘッド３を固定した後に、スケール４を調整部材と取付補助部材８により取付けてもよい。
【００２９】
また、光源３１及び光検出器３２は１個に限らず多数配置してもよいし、スケール４の格子パターン４ａも１種に限らず多種形成してもよい。また、光検出器３２は、半導体ＩＣの中に搭載し、光検出器３２の他にアナログ信号をデジタル信号に変換する回路、内挿分割回路、光源のドライバ−などを搭載してもよい。さらには、光源３１上に光学的スリットを設けた構造としてもよい。また、スケール４は第２のベース部材２に格子パターンを直接形成した構成でもよい。
【００３０】
さらに、取付補助部材８のセンサヘッド３との接触部領域を光透過材とすることで、図３（ｃ）、図４（ｃ）の工程においてエンコーダ信号を確認することが可能となる。そこで、図１４に示したＡＢ相アナログ信号の大きさ（Ｖｐ−ｐ）あるいはＡ相信号をＸ座標、Ｂ相をＹ座標とした所謂リサージュ図が真円形状になっているかを確認し、最適なエンコーダ信号が得られるように取付補助部材８を交換するなどの方法により、実装歩留まりを向上させることができる。
【００３１】
また、接着材６などの固定部材による調整部材などの固定の方法として、図３（ｄ）、図４（ｄ）の工程時に接着材６を熱もしくは紫外線などで仮硬化を施して、取付補助部材８を抜き取った後の図３（ｅ）、図４（ｅ）の構成時に本格的に接着材６を硬化させる処理を行ってもよい。さらには、接着材ではなくセンサヘッド３もしくは引出し配線基板７を図６（ａ）、（ｂ）に示したようにボルト１６で固定してもよい。ここで、図６は、第一の実施の形態の別の変形例に係る光学式エンコーダの構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。なお、図６において、図１と共通の部材については同じ符号を付している。
【００３２】
図７、図８に本発明の光学式エンコーダの第二の実施の形態を示す。図７は第二の実施の形態に係る光学式エンコーダ２０の構成を示す斜視図、図８（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。なお、図７においては、第２のベース部材の表示は省略している。また、図１と共通の部材については同じ符号を用い、その詳細な説明は省略する。図７、図８に示す光学式エンコーダ２０は、第１のベース部材１に固定したセンサヘッド３と、該センサヘッド３と相対的に直線運動（移動方向Ａ）をする第２のベース部材２に固定した格子パターン４ａを有するスケール４で構成される反射型光学式エンコーダである。
【００３３】
第二の実施の形態と第一の実施の形態の違いは、第１のベース部材１とセンサヘッド３の間に板バネ５ａ、５ｂを２個配置したことである。その他の構成、各部材の配置関係、及びセンサヘッド３とスケール４の間を所望な距離（Ｔ）に保つ為の実装方法については第一の実施の形態と同様なので説明は省略する。
【００３４】
第二の実施の形態の作用は、第一の実施の形態と同様な作用を有すると共に、更には板バネ５ａ、５ｂを２個配置することにより、取付補助部材８とセンサヘッド３との密着面の押圧ばらつきが板バネを１個配した場合より少なくなる。従って図３及び図４の（ｄ）から（ｅ）に至る工程でのセンサヘッド３とスケール４間の配置ばらつきが少なくなり、より所望な配置関係を保持固定可能になるので、より良好な所望なエンコーダ信号を得ることができる。なお、第二の実施の形態の各構成は、第一の実施の形態と同様な各種の変形、変更が可能であると共に、更には、板バネ５などの調整部材は２個とは限らず複数個配置してもよい。
このように、調整部材を複数配置することにより、より精度よくセンサヘッドとスケール間を所望の配置関係に保持固定可能になるので、より良好な所望なエンコーダ信号を得ることができる。
【００３５】
図９から図１１に本発明の光学式エンコーダの第三の実施の形態を示す。図９及び図１１に示す光学式エンコーダ３０、並びに、図１０及び図１２に示す光学式エンコーダ４０は、第１のベース部材１に固定したセンサヘッド３と、回転する円筒体の第２のベース部材２に固定した、格子パターンを有するスケール３４又はスケール４４と、で構成される反射型光学式エンコーダである。第２のベース部材２の回転方向は、図９（ｂ）では矢印Ｂ、図１０（ｂ）では矢印Ｃで示される。
【００３６】
図９は、回転する肉厚を持つ円筒体の内周にスケール３４を固定し、センサヘッド３を回転する円筒体の内側に配置している場合の光学式エンコーダ３０の構成を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。また、図１０は、回転する円筒体の外周にスケール４を固定し、センサヘッド３を回転する円筒体の外側に配置している場合の光学式エンコーダ４０の構成を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図１１は、センサヘッド３とスケール３４との間に取付補助部材８を配置した状態を示す、図９の部分拡大図である。図１２は、センサヘッド３とスケール４４との間に取付補助部材８を配置した状態を示す、図１０の部分拡大図である。なお、図９から図１２において、図１と共通の部材については同じ符号を用い、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
第三の実施の形態と第一の実施の形態の違いは、第２のベース部材２が第一の実施の形態ではリニア駆動であるのに対して、第三の実施の形態では回転駆動であることである。また、図１１、図１２に示すようにエンコーダ実装時の取付補助部材８のスケール４と接触する形状が外周面形状もしくは肉厚を持つ円筒体の内周面形状に相当した円弧面を有していることである。
【００３８】
図１１、図１２に示すように取付補助部材８のセンサヘッドとの対向面８ｂと、取付補助部材８のスケール４と密着する面の少なくとも一部の接面８ａが平行になるような構成を有するようにし、対向面８ｂと接面８ａ面の互いに垂線方向の距離が良好なエンコーダ信号が得られる所望の配置関係となるように光源３１及び光検出器３２をセンサヘッド３内に設計配置しておく。このような取付補助部材８を用いてスケール４とセンサヘッド３を第一の実施の形態の図３、図４で説明した方法で実装することにより、センサヘッド３とスケール４間を良好なエンコーダ信号が得られる所望の配置関係に保つことが可能となる。
その他の構成、各部材の配置関係、及びセンサヘッド３とスケール４の間を所望な配置関係に保つ為の実装方法については第一の実施の形態と同様なので説明は省略する。また、第三の実施の形態の作用は、第一の実施の形態と同様な作用を有する。また、第二の実施の形態と併用することにより、より良好な所望なエンコーダ信号を得ることができる。なお、この発明の実施の形態の各構成は、第一の実施の形態と同様な各種の変形、変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかる光学式エンコーダ及び光学式エンコーダの実装方法は、移動物体の移動情報検出に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第一の実施の形態に係る光学式エンコーダの構成を示す斜視図である。
【図２】第一の実施の形態に係る光学式エンコーダの（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】第一の実施の形態に係る光学式エンコーダの実装工程を（ａ）から（ｅ）まで順に示す正面図である。
【図４】第一の実施の形態に係る光学式エンコーダの実装工程を（ａ）から（ｅ）まで順に示す側面図である。
【図５】第一の実施の形態の変形例に係る光学式エンコーダの構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図６】第一の実施の形態の別の変形例に係る光学式エンコーダの構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図７】第二の実施の形態に係る光学式エンコーダの構成を示す斜視図である。
【図８】第二の実施の形態に係る光学式エンコーダの構成を示す（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。
【図９】第三の実施の形態に係る光学式エンコーダにおける回転する肉厚を持つ円筒体の内周にスケールを固定し、センサヘッドを回転する円筒体の内側に配置している場合の光学式エンコーダの構成を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１０】第三の実施の形態に係る光学式エンコーダにおける回転する円筒体の外周にスケールを固定し、センサヘッドを回転する円筒体の外側に配置している場合の光学式エンコーダの構成を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１１】センサヘッドとスケールとの間に取付補助部材を配置した状態を示す、図９の部分拡大図である。
【図１２】センサヘッドとスケールとの間に取付補助部材を配置した状態を示す、図１０の部分拡大図である。
【図１３】従来の光学式エンコーダの構成を示す側面図である。
【図１４】（ａ）は光学式エンコーダの概略構成を示す側面図、（ｂ）はセンサヘッドから得られる２相のアナログ変位信号を示すグラフ、（ｃ）はセンサヘッドから得られる２相のアナログ信号を変換して得られたデジタル変位信号を示すグラフである。
【図１５】センサヘッドとスケールとの位置関係を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    第１のベース部材
２    第２のベース部材
３    センサヘッド
４    スケール
５    板バネ（調整部材）
６    接着材（固定部材）
７    引出し配線基板
８    取付補助部材
８ａ  接面
１０  光学式エンコーダ
１５  薄板部材（調整部材）
１６  ボルト（調整部材）
２０  光学式エンコーダ
２５  板バネ
３０  光学式エンコーダ
３１  光源
３２  光検出器
３４  スケール
４０  光学式エンコーダ
４４  スケール
【図１】
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【図２】
2009085816.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009085816.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009085816.tif 000008
【図７】
2009085816.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2009085816.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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