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【発明の名称】 光学式ロータリエンコーダおよびその組立て方法
【発明者】 【氏名】長谷川 正治

【氏名】浦崎 雄三

【氏名】茅野 大二郎

【要約】 【課題】回転スリット板と固定スリット板との位置合わせを正確にできて、しかも、塵埃の侵入を確実に防止しうるようにする。

【構成】スピンドル1に回転自在に支持される回転軸2と、回転軸2に取り付けられる回転スリット板3と、回転スリット板3に対向する固定スリット板4と、固定スリット板4および回転スリット板3を照射する発光素子6と、固定スリット板4および回転スリット板3を透過した光を受光する受光素子7とを有する光学式ロータリエンコーダであって、スピンドル1に、回転スリット板3側の端面に開口するとともにスピンドル1の側面に開口する凹部10が形成され、この凹部10内に発光素子6が嵌合取着され、回転スリット板3に対向する位置に、受光素子7と固定スリット板4とを設けた基板5が配置されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スピンドルに回転自在に支持されるとともに被検出軸に連結される回転軸と、上記回転軸に取り付けられる回転スリット板と、上記回転スリット板に対向する位置に配置される固定スリット板と、上記固定スリット板および上記回転スリット板を照射する発光素子と、上記固定スリット板および上記回転スリット板を透過した光を受光する受光素子とを有する光学式ロータリエンコーダであって、
上記スピンドルに、回転スリット板側の端面に開口するとともにスピンドルの側面に開口する凹部が形成され、この凹部内に上記発光素子が取り付けられ、上記回転スリット板に対向する位置に、上記受光素子と上記固定スリット板とを設けた基板が配置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。
【請求項2】
上記受光素子は、その受光面側に固定スリット板が一体に設けられているものである、請求項1に記載の光学式ロータリエンコーダ。
【請求項3】
上記発光素子は、スピンドルの上記凹部にスピンドルの側方外方から嵌合するホルダに保持された状態で上記凹部内に取り付けられている、請求項1または2に記載の光学式ロータリエンコーダ。
【請求項4】
請求項1ないし3のいずれかに記載の光学式ロータリエンコーダを組み立てる方法であって、
スピンドルの凹部内に発光素子が取り付けられていない状態で、回転軸に回転スリット板を取り付ける工程と、
受光面側に固定スリット板を有する受光素子を基板に取り付ける工程と、
この受光素子を備えた基板を、回転スリット板と対向するようスピンドルに支持させる工程と、
スピンドルの凹部内に側方外方から挿入した光学手段を介しての観察により、回転スリット板に対する固定スリット板の位置合わせをする工程と、
上記位置合わせの後、スピンドルの凹部内に発光素子を取り付ける工程と、
を含むことを特徴とする光学式ロータリエンコーダの組立て方法。
【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およびその組立て方法に係り、詳しくは、回転スリット板と固定スリット板との位置合わせを容易にするための構造と、その構造を利用して適正に調整された光学式ロータリエンコーダを組み立てる組立て方法に関する。
【背景技術】
【0002】
光学式ロータリエンコーダは、回転検出対象である被検出軸に連結される回転軸を備え、この回転軸に、回転角(回転位置)を表示する多数のスリットが形成された回転スリット板を取り付け、この回転スリット板には、同様のスリットが形成された固定スリット板を対置し、これら回転スリット板と固定スリット板とを挟む位置に、LEDのような発光素子とフォトトランジスタのような受光素子とを配置したもので、被検出軸の回転に伴い回転スリット板が回転するのに応じて、回転スリット板および固定スリット板の両スリットを透過する光を検出して、被検出軸の回転角を測定するようになっている(特許文献1参照)。この光学式ロータリエンコーダには、スリットの形態により、絶対的な回転角を検出するアブソリュート型と、相対的な回転角を検出するインクリメンタル型とがある。
【0003】
具体的には、上記従来の光学式ロータリエンコーダは、 図8に示すような構造である。円筒状ハウジングであるスピンドル21には回転軸22が一対の転がり軸受23,23により回転可能に支持されている。そして、回転軸22の一端に、回転スリット板24が取り付けられている。また、スピンドル21には、回転スリット板24側の端面に開口する凹所25が形成され、この凹所25内に発光素子26が設けられ、凹所25の開口に固定スリット板27が固定されている。さらに、上記回転スリット板24の反スピンドル21側には、基板28が配設されてスピンドル21の支持部21aに固定されている。この基板28には、受光素子29が上記発光素子26に対向するよう設けられており、この受光素子29が、上記固定スリット板27および回転スリット板24を透過した光を受光するようになっている。
【0004】
上記光学式ロータリエンコーダは、次のように組み立てられる。すなわち、図9に示すように、まず、スピンドル21の凹所25の内部に発光素子26を挿入して取り付ける(T1)。その後、凹所25を塞ぐ位置に固定スリット板27を取り付ける(T2)。さらに、固定スリット板27に対向するよう、回転スリット板24を回転軸22の一端に取り付ける(T3)。
【0005】
一方、基板28には受光素子29を半田付けによって取り付けておいて(T4)、この基板28を、回転スリット板24と対向する位置でスピンドル21に取り付けて、受光素子29を回転スリット板24に対向させる(T5)。
【0006】
上記組立てに当って、回転スリット板24や固定スリット板27等の光学系部品が設計値通りに組み付けられていると、所定のエンコーダ出力が得られるのであるが、実際には、各部品には組立て誤差があるので、これらの誤差が重なって所定の性能が得られない場合がある。その場合、既に組立てが済んだ光学系部品については、光源(発光素子26)の側から改めてその位置を確認したり、位置調整したりすることができないため、従来は、各部品の組み付け状態はそのままにして、電気的な補正により、所定のエンコーダ出力波形を生成するようにしている(Т6)。
【0007】
こののち、スピンドル21の基板28取り付け側にカバーケース30を外嵌し(Т7)、最終試験を行い(Т8)、完成品とする。
【0008】
なお、電気的な補正によりエンコーダ出力の調整ができない場合は、各部品を分解して、再度、調整しながら組立てを行うことになる。
【0009】
上記のように、従来の光学式ロータリエンコーダでは、電気的な調整が不可欠であり、また、基板上には、電気的な調整が可能な電気部品として可変抵抗器を取り付けておく必要があるが、これに対して、本件出願人は、スピンドルに回転軸方向に貫通する貫通孔を設け、この貫通孔に発光素子と固定スリット板とを取り付ける構造を提案している(特許文献2参照)。
【0010】
上記の構造では、貫通孔を通じて、光源の側から回転スリット板と固定スリット板とのスリットを目視観察することができる。そのため、固定スリット板と回転スリット板との正確な位置合わせをすることができ、電気的な調整が不要になる。上記の光学系部品の位置調整では、電気的な調整の場合よりも出力信号が改善されて、所要の波形に極めて近いエンコーダ出力が得られる。なお、発光素子は、上記の位置合わせを行った後に、貫通孔に反回転スリット板側から挿入固定すればよい。
【特許文献1】特開平11−83542号公報、図3
【特許文献2】特開2005−274479号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、上記のようにスピンドルに貫通孔を形成した構成では、電気的な調整の工程が不要となり、また、電気的な調整に必要であった可変抵抗器を固定抵抗器に替えることができるのであるが、貫通孔がスピンドルの外端側に開口することになり、この貫通孔の開口が開放されたままでは、内部に塵埃が侵入する等、防塵上好ましくない。
【0012】
本発明は、上記の問題に鑑み、回転スリット板と固定スリット板との位置合わせを正確にできて、しかも、塵埃の侵入を確実に防止しうる光学式ロータリエンコーダの構造と、その組立て方法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】
【0013】
本発明に係る光学式ロータリエンコーダは、スピンドルに回転自在に支持されるとともに被検出軸に連結される回転軸と、上記回転軸に取り付けられる回転スリット板と、上記回転スリット板に対向する位置に配置される固定スリット板と、上記固定スリット板および上記回転スリット板を照射する発光素子と、上記固定スリット板および上記回転スリット板を透過した光を受光する受光素子とを有する光学式ロータリエンコーダであって、上記スピンドルに、回転スリット板側の端面に開口するとともにスピンドルの側面に開口する凹部が形成され、この凹部内に上記発光素子が取り付けられ、上記回転スリット板に対向する位置に、上記受光素子と上記固定スリット板とを設けた基板が配置されていることを特徴とする。
【0014】
上記構成の光学式ロータリエンコーダでは、その組立て工程中、回転軸に回転スリット板を取り付ける一方、受光素子および固定スリット板を備えた基板を、回転スリット板と対向する位置に配置した段階で、スピンドルの凹部内に側方外方からプリズムや反射鏡等の光学手段を挿入し、この光学手段を介して、回転スリット板と、基板に設けられている固定スリット板とを目視もしくは画像により観察し、この観察を通じて、回転スリット板に対する固定スリット板の位置合わせを正確に行うことができる。
【0015】
このような光学系部品の位置調整によれば、電気的な調整の場合よりも、出力信号の波形が効果的に改善されて、所要のエンコーダ出力を得ることができる。したがって、電気的に出力波形を補正する調整は不要となり、この調整の工程の省略で、組立て工数が減少するとともに、調整用の部品である可変抵抗器を固定抵抗器に替えることで、コストを削減することができる。
【0016】
なお、発光素子は、上記の位置合わせの後、スピンドルの凹部内に側方外方から挿入してスピンドルに取り付ければよい。この場合、従来、スピンドルの端面に取付けられる固定スリット板は、基板に設けられており、スピンドルから離れた位置にあるから、発光素子をスピンドルの凹部に挿入する際、その挿入を阻害することがなく、発光素子を支障なくスピンドルに取り付けることができる。
【0017】
また、スピンドルの凹部は、回転スリット板側の端面と、スピンドルの側面とに開口し、外端面には開口しておらず、スピンドル側面の開口は、スピンドルに外嵌されるカバーケースに覆われるから、外部に露出する開口がなくなり、外部からの塵埃の侵入を確実に防止しうる。
【0018】
上記構成の光学式ロータリエンコーダにおいて、受光素子は、スリットマスク付きフォトダイオードアレーのように、その受光面側に固定スリット板が一体に設けられているものであることが望ましい。該受光素子には、その生産段階でスリット(固定スリット板)が形成されるから、受光素子に対する固定スリット板の位置決めが極めて正確で、受光素子と固定スリット板とが別に製作される場合に必要となる位置決め工程が一切不要になる。
【0019】
また、上記構成の光学式ロータリエンコーダにおいて、発光素子は、スピンドルの凹部にスピンドルの側方外方から嵌合するホルダに保持された状態で、上記凹部内に取り付けられるものであることが望ましい。発光素子を、ホルダを介してスピンドルの凹部内に取り付けるようにすると、凹部がスピンドルの側面に開口している形状であるにもかかわらず、凹部内に発光素子を確実に固定できるほか、凹部はその内部にホルダが嵌合されるので、比較的開口幅が広いものとなり、そのため、凹部内には比較的大きな光学手段を挿入しうるようになり、目視等の観察に便利である。
【0020】
本発明に係る光学式ロータリエンコーダの組立て方法は、上記した構成の光学式ロータリエンコーダを組み立てる方法であって、スピンドルの凹部内に発光素子が取り付けられていない状態で、回転軸に回転スリット板を取り付ける工程と、受光面側に固定スリット板を有する受光素子を基板に取り付ける工程と、この受光素子を備えた基板を、回転スリット板と対向するようスピンドルに支持させる工程と、スピンドルの凹部内に側方外方から挿入した光学手段を介しての観察により、回転スリット板に対する固定スリット板の位置合わせをする工程と、その位置合わせ後、スピンドルの凹部内に発光素子を取り付ける工程とを含むことを特徴するものである。
【0021】
この組立て方法によれば、光学式ロータリエンコーダについて前述したように、スピンドルの凹部内に挿入した光学手段を介しての目視もしくは画像の観察により、回転スリット板に対する固定スリット板の位置合わせを正確に行うことができ、電気的な調整工程を省略して製品を組み立てることができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、回転スリット板に対する固定スリット板の位置合わせを正確に行うことができ、電気的な調整が不要となり、しかも、スピンドルの外端側の開口がなくなるので、塵埃の侵入を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
図1ないし図7は、本発明の最良の実施形態を示すもので、図1は、最良の実施形態に係る光学式ロータリエンコーダの断面図、図2は、上記光学式ロータリエンコーダの分解斜視図、図3は、上記光学式ロータリエンコーダの一部である基板の下面側から見た斜視図、図4は、上記光学式ロータリエンコーダの組立て工程図、図5〜7は、いずれも組立て途中の光学式ロータリエンコーダの一部破断した側面図である。
【0024】
図1および図2に示すように、本実施形態に係る光学式ロータリエンコーダは、ほぼ円筒状のハウジングであるスピンドル1と、回転軸2と、回転スリット板3と、固定スリット板4と、基板5と、LEDのような発光素子6と、フォトダイオードのような受光素子7と、カバーケース8とを備えたものである。
【0025】
回転軸2は、図示省略した被検出軸に連結されるもので、スピンドル1の中心部に一対の転がり軸受9,9により回転可能に支持されている。回転スリット板3は、回転角(回転位置)を表示する多数のスリット3aが周方向に形成されたもので、回転軸2の一端(図1および図2では上端)に設けられたフランジ部2aに取り付けられている。固定スリット板4は、回転スリット板3のスリット3aに対応したスリット4a(図3に図示)を有するものである。
【0026】
基板5は、回転スリット板3の反スピンドル1側に配置されて、スピンドル1の柱状の支持部1aに支持固定されている。この基板5の回転スリット板3側の面部には、受光素子7と固定スリット板4とが設けられている。受光素子7は、回転スリット板3と固定スリット板4とを間にして、スピンドル1側に取り付けられた発光素子6と対向する位置にあり、回転スリット板3と固定スリット板4とを透過した発光素子6の照射光を受光するようになっている。
【0027】
カバーケース8は、スピンドル1の外周に外嵌される有底円筒体で、スピンドル1の一端側にある回転スリット板3や基板5等の部品の外側を覆うとともに、スピンドル1の側面を被覆するようになっている。カバーケース8の開口端は、スピンドル1の外端部(図1および図2では下端部)の外周の環状凹部1bに設けられたOリング14に圧接し、密閉状態とされる。
【0028】
上記構成において、被検出軸が回転するのに伴い、回転軸2と回転スリット板3とが回転すると、発光素子6の照射光が回転スリット板3および固定スリット板4の両スリット3a,4aを透過して、受光素子7に断続的に入射する。この断続的な入射光に基づいて、被検出軸の回転角が測定される。
【0029】
本実施形態では、上記の構成のほかに、回転スリット板3と固定スリット板4との位置調整を容易にするとともに防塵を確実にするための構造が設けられている。すなわち、上記スピンドル1には、回転スリット板3側(図1および図2では上側)の端面に開口するとともにスピンドル1の側面(軸方向に沿う外面)に開口する凹部10が形成されている。該凹部10は、スピンドル1の回転スリット板3側の端面から軸方向の途中位置まで切れ込んだ形状で、スピンドル1の外端部(図1および図2では下端部)には開口していない。
【0030】
上記凹部10は、後に詳述するように、側方外方からプリズムや反射鏡等の光学手段を挿入するスペースとして機能するほか、発光素子6の取付けスペースとなるもので、凹部10内には、ホルダ11を介して、発光素子6が、発光部を回転スリット板3に向けた形で取り付けられる。ホルダ11は、凹部10内に側方外方から(図1および図2では、左側から横方向に)嵌挿しうる外側形状で、図2に明示するように、割り筒状の本体の外周面の2個所に取付け片11a,11aを一体に有しており、この取付け片11aを、凹部10の軸方向に沿う内面に当接させてねじ12止めすることで、凹部10内に嵌合した状態で凹部10内に固定される。発光素子6は、ホルダ11の割り筒状本体内に一方側から嵌挿されて、所定の中途位置で固定される。
【0031】
また、本実施形態では、図3に明示するように、基板5の所定位置に受光素子7が取り付けられ、この受光素子7の受光面側に固定スリット板4が一体に設けられている。この場合、別々に製作した受光素子7と固定スリット板4とを互いに位置決めした上で基板5に取り付けてもよいが、図示の例では、受光素子7は、例えば、スリットマスク付きフォトダイオードアレーのように、その受光面側に固定スリット板4が一体に設けられているものである。したがって、受光素子7を基板5に取り付けることで、基板5には受光素子7と固定スリット板4とが設けられる。
【0032】
次に、上記構成の光学式ロータリエンコーダの組立て方法を、図4の工程図、および図5〜図7の組立て途中の側面図に基づいて説明する。
【0033】
まず、図4のS1および図5に示すように、回転軸2の一端のフランジ部2aに回転スリット板3を取り付ける。この場合、フランジ部2aの端面に付したマークと、回転スリット板3に付したマーク(いずれも図示せず)とを合わせることで、回転軸2には、回転スリット板3が芯ずれのない状態で取り付けられる。
【0034】
この回転スリット板3の取り付けの際、スピンドル1の凹部10には、ホルダ11も発光素子6も設けられておらず、凹部10は開放されている。
【0035】
一方、基板5には、固定スリット板4付きの受光素子7を半田付けし(S2)、この基板5を、スピンドル1の支持部1aに支持させた状態で、回転スリット板3に対して基板5の位置を調整する(S3)。
【0036】
この場合、図6に示すように、開放されている凹部10には、先端にプリズム13pや反射鏡等を有する光学手段13を挿入する。光学手段13は、凹部10の軸方向外方にある回転スリット板3等の部品の形状を映し出すから、この光学手段13を介して、回転スリット板3と、基板5に設けられている固定スリット板4とを目視もしくは画像により観察することができ、この観察を通じて、回転スリット板3に対する固定スリット板4の位置合わせを正確に行うことができる。
【0037】
上記のようにして、固定スリット板4を含む基板5と、回転スリット板3との所定位置への取り付けが済むと、図6に示すように、ホルダ11に発光素子6を嵌挿し、このホルダ11を凹部10に側方外方から挿入して、取付け片11aのねじ12止めにより凹部10内に固定し、これにより、発光素子6をスピンドル1の凹部10内に取り付ける(S4)。
【0038】
こののち、スピンドル1の外周に、基板5の側からカバーケース8を外嵌して組み付ける(S5)。これにより、基板5や回転スリット板3等の部品の外側が覆われるとともに、凹部10のスピンドル1側面側の開口が外部に対して遮蔽され、図1に示した形となる。そして、図1に示した形となってものに対しては、最終試験を行い(S6)、完成品とする。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明の最良の実施形態に係る光学式ロータリエンコーダの断面図。
【図2】上記光学式ロータリエンコーダの分解斜視図。
【図3】上記光学式ロータリエンコーダの一部である基板の下面側から見た斜視図。
【図4】上記光学式ロータリエンコーダの組立て工程図。
【図5】組立て途中の光学式ロータリエンコーダの一部破断した側面図。
【図6】組立て途中の光学式ロータリエンコーダの一部破断した側面図で、図5の次の状態を示す。
【図7】組立て途中の光学式ロータリエンコーダの一部破断した側面図で、図6の次の状態を示す。
【図8】従来の光学式ロータリエンコーダの断面図。
【図9】従来の上記光学式ロータリエンコーダの組立て工程図。
【符号の説明】
【0040】
1 スピンドル
2 回転軸
3 回転スリット板
4 固定スリット板
5 基板
6 発光素子
7 受光素子
10 凹部
11 ホルダ
13 光学手段
【出願人】 【識別番号】000167288
【氏名又は名称】光洋電子工業株式会社
【出願日】 平成18年6月23日(2006.6.23)
【代理人】 【識別番号】100086737
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 和秀


【公開番号】 特開2008−2977(P2008−2977A)
【公開日】 平成20年1月10日(2008.1.10)
【出願番号】 特願2006−173466(P2006−173466)