JP2001012968A

JP2001012968A - ロータリーエンコーダー

Info

Publication number: JP2001012968A
Application number: JP11182106A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Kato; 成樹加藤; Akira Ishizuka; 公石塚; Hidejiro Kadowaki; 秀次郎門脇; Yasushi Kaneda; 泰金田; Takayuki Kadoshima; 孝幸門島; Sakae Horyu; 榮法隆
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】組み込み式のエンコーダーにおいて、エンコー
ダーと取り付けるべきモーターの軸ぶれがあってもエン
コーダーが振動せず、エンコーダー軸（ベアリング）に
負荷の少ないロータリーエンコーダーを実現すること。【解決手段】エンコーダー軸を軸の長手方向に少なくと
も２つ以上に分割し、組み込むべきユーザー軸側の軸を
中空軸にし、該分割した各軸状部材を軸方向、軸に垂直
な方向、軸の倒れ方向にばね性を持つ連結部材で連結す
ることを特徴とするベアリングを内蔵するロータリーエ
ンコーダー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロータリーエンコー
ダーに関するもので、特に内部にベアリングを持ち、カ
ップリング等を介さずにモーター等に直接取り付けるこ
とのできる組み込み式のロータリーエンコーダーに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、物体の相対的な回転変位情報
を高精度に測定する装置としては、ロータリーエンコー
ダーが多く利用されている。従来のロータリーエンコー
ダーの構成を図4に示す。ロータリーエンコーダーのイ
ンクリメンタル信号（A相、B相）は、相対回転移動する
ディスク4上に形成された放射状振幅格子(透過、非透過
格子）あるいは遮光パターンであるメインパターン4Aの
位置を検出することによって出力される。

【０００３】光源ユニット1から発生した光束はコリメ
ーターレンズ2によって集光される。集光された光はイ
ンデックスパターン3A、3Bを設けた平面基板3を透過し
た後、メインパターン4Aに光束を照射する。インデック
スパターン3A、3Bはメインパターン4Aと等ピッチでかつ
互いに空間的に位相を90度ずらした放射状振幅格子（透
過、非透過格子）、あるいはスリット状の遮光パターン
で構成されている。

【０００４】メインパターン4Aを通過後、インデックス
パターン3Aを透過した光束は受光手段5Aで、インデック
スパターン3Bを透過した光束は受光手段5Bで受光され
る。透過光量は4Aと3Aまたは3Bのパターンが重なり合っ
た時最大に、1/2ピッチずれて重なり合った時最小とな
るように光変調される。各受光手段では第1スケールで
ある3A、3Bと第2スケールである4Aが1ピッチだけ相対移
動した時1周期の光量変化を検出し、互いに位相が90度
ずれたインクリメンタル信号を出力する。受光手段5A、
5Bからのアナログ信号は2値化されA相信号、B相信号と
なり、該2つの信号を計数すれば回転位置情報を得るこ
とが出来る。計数の仕方は、例えば信号の状態がHから
Ｌになる時カウント値から1を減算するという様に行
う。

【０００５】ロータリーエンコーダーの原点検出は、相
対回転するディスク4上のメインパターン4Aとは異なる
周上において、特定の個所に複数個の振幅格子スリット
をランダムなピッチで、あるいは特定の一点に遮光スリ
ットの原点パターン4Zを記録して行う。4Zの位置を照明
する透過光は、ディスク4上の原点パターン4Zと同一パ
ターンのインデックス原点パターン3Zを設けた平面基板
３を透過させる。透過光は受光手段5Zで受光され、4Z、
3Zの原点パターンが完全に一致した時に透過光量が最大
になり、振幅格子4Z、3Zのパターン幅以上にずれた時小
さくなるように光変調される。

【０００６】ディスク4の相対回転移動に伴い受光手段5
Zからは、1つの大きな山型の波形が出力される。大きな
山形の波形の半値幅は、ほぼ4Z、3Zの振幅格子のスリッ
トの幅相当分の回転量と一致する。よって5Zからの信号
を1/2レベルで2値化すれば、Z相信号が得られ、、Z相矩
形波信号の幅は、3Zの振幅格子のスリット幅相当分の回
転量と一致する。

【０００７】図5、図6は上述のような検出手段を備え、
ユーザー自らがカップリング等を介さずモーター等に組
みつけることが出来る従来の組み込み式エンコーダーの
外観図、及び内部説明図である。

【０００８】光源ユニット1から出射された光束はイン
デックススケール3、回転光学ディスク4を透過して基板
6上に固設された受光センサー5で受光される。信号出力
の原理は図4の従来式エンコーダーと同様である。この
エンコーダーはベアリング7A、7Bで固定された軸8が中
空になっており、モーター軸等に直接ネジ9で固定する
ことができる。モーター軸の回転精度が悪い場合でも、
ばね性部材11が振動を吸収するため、モーター軸の回転
にエンコーダーが本体ごと追従し、信号品位がモーター
の回転精度の影響を受けないことが特徴となっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
式のロータリーエンコーダーでは信号品位がモーター回
転精度の影響を受けず、組み込み作業も容易であるが、
モーターの回転にエンコーダーが本体ごと追従するた
め、軸ぶれと同様にエンコーダー本体も振動してしまう
という問題がある。モーターの軸ぶれによりエンコーダ
本体が、さまざまな方向に振動するためモーター軸にか
かる負荷も大きく、また、高精度に調整されたエンコー
ダーがモーターの回転に応じて振動することは好ましく
ない。極端な場合には光学部品等の接着部分が外れる等
の問題も考えられる。

【００１０】またばね性部材11のばね性を強く設定した
場合はモーター軸の軸ぶれの力がエンコーダー軸8に伝
えられという問題、逆に11のばね性を弱く設定した場合
には、エンコーダー本体12の慣性力でエンコーダー軸8
に負荷をかかったり、エンコーダー本体12とモーター軸
に固有の振動が生じ、該振動の差異によりエンコーダー
本体の質量に応じた力がエンコーダー軸8にかかるとい
う問題が起こる。よってどちらの場合にもエンコーダー
軸8に負荷がかかり、軸8に軸ぶれを生じさせる原因とな
る。

【００１１】上記問題点はディスク4にある程度の偏心
を与える要因となり、高精度なエンコーダーを構成する
ことを困難にする。またエンコーダー軸8に負荷がかか
るため相対的に同量の負荷がモーター軸にかかることに
なって好ましくない。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項1の発明のロータ
リーエンコーダーは、ベアリングを内蔵しカップリング
を介さずにモーター等に取り付け可能なロータリーエン
コーダーにおいて、該エンコーダー軸を軸の長手方向に
少なくとも２つ以上の軸状部材に分割し、該少なくとも
2つ以上に分割した軸状部材をばね性連結部材で連結す
ることを特徴としている。

【００１３】請求項2の発明は、請求項１の発明におい
て、該2つ以上に分割した軸状部材が信号パターンを設
けた回転ディスクを固定する円筒状部品と、組み込むべ
きモーター等の軸径と勘合する円筒状部品を含むことを
特徴としている。

【００１４】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、該ばね性連結部材が該軸に垂直な方向、軸方向及び
軸の倒れ方向に自由度を持つことを特徴としている。

【００１５】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、該ばね性連結部材が該ロータリーエンコーダーのデ
ィスクと該モーター軸の回転位相を保つことを特徴とし
ている。

【００１６】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、該ばね性連結部材と該2つ以上に分割した該エンコ
ーダー軸を構成する円筒状部品に該モーター等の軸径と
軸ぶれ量の和より大きい径の穴を設け、該モーター等の
軸を貫通させたことを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】図1、2は本発明による組み込み式
エンコーダーを構成した実施形態1を示したものであ
る。本実施形態はベアリングを内蔵する組み込み式ロー
タリーエンコーダーにおいて、エンコーダー軸を軸の長
手方向に少なくとも２つ以上に分割するとともに組み込
むべきユーザー軸側の軸を中空軸にし、該少なくとも2
つ以上に分割した軸状部材を軸方向、軸に垂直な方向、
軸の倒れ方向にばね性を持つ連結部材で連結することを
特徴としている。エンコーダー軸を2つ以上に分割する
ことによってエンコーダーと取り付けるべきモーター等
が相対移動しないため、軸ぶれがあってもエンコーダー
が振動せず、エンコーダー軸（ベアリング）に負荷の少
ない組み込み式ロータリーエンコーダーを実現してい
る。尚、従来の実施形態と同一の部材については同一の
符号が配されている。

【００１８】光学的な構成は従来式のエンコーダーと同
様で、発光素子1から出射された光束がインデックスス
ケール3を通過する。インデックススケール3上には原点
パターン3Zが設けられている。回転ディスク4が回転す
ると、ディスク4の回転角に応じてメイン信号であるイ
ンクリメンタル信号とともに、ディスク周上の一点に設
けられた原点パターン4Zとインデックススケール3上の
原点パターン3Zが重なる位置に来た時に原点信号が発生
される。該２つの信号は電気基板6上に設けられたセン
サー5により光電信号として出力される。

【００１９】本実施形態において軸8は2分割された構
成、即ち軸8Aと軸8Bより構成されている。軸8Aは上面に
ディスク固定面を持って、ディスク4を固定し、ベアリ
ング7A、7Bで固定されて高精度に回転する。従って、デ
ィスク4とインデックススケール3の回転成分以外の相対
位置は常に一定に保たれている。モーター14にはエンコ
ーダーの取り付け部分13に対応した雌ネジが切ってあ
り、エンコーダはネジ止めして固定される。一方、軸8B
はモーター軸15と勘合関係にあり、モーター軸15をネジ
9によりねじ止め固定している。該状態で、軸8Aと8Bが
ばね性の連結部材（ばね性部材）11により連結されてい
るのが本発明の特徴である。

【００２０】即ち、本実施形態では軸の回転中心に配置
される円筒状の２つの軸8A、8Bにおいて、8Aには信号パ
ターンを設けた回転ディスクを固設し、8Bには組み込む
べきモーターの軸径と勘合関係にある勘合穴を設け、該
2つの円筒状部品をばね性部材11により連結する構成と
なっている。

【００２１】図3はばね性部材11の詳しい形状を示した
ものである。ばね性部材11は軸に垂直な方向、軸方向、
軸の倒れ方向に自由度を持っているため、軸8Aと軸8Bは
互いの回転位相のみを保ったまま自由に移動できる構成
になっている。ばね性部材11のばね性に特に規定は無
く、ディスク4とモーター軸15の回転位相さえ保てばよ
い。よって、エンコーダー軸8A、モーター軸15に対し共
に低負荷な組み込み式エンコーダーを構成することがで
きる。

【００２２】上記の構成の場合、エンコーダー本体はね
じ止めにより組み込みモーターにしっかりと固定されて
いるため、モーターに対して移動することはなく振動は
発生しない。光源、インデックススケール、回転ディス
クを含む各種光学部品、センサーを含む電気部品に対し
モーターの軸ぶれによる振動が生じないため、部品接
着、電気部品の実装における信頼性はきわめて高くな
る。

【００２３】またエンコーダー軸を中空にして8Aと8Bに
分割し、両者を軸の回転方向以外にばね性を持ったばね
性部材11により連結したことにより、モーターの一切の
軸ぶれはばね性部材11で吸収されるため、インデックス
スケールと回転ディスクは常に軸に垂直な平面方向、軸
方向の相対位置が保たれる。

【００２４】軸8Aの軸径を、勘合関係としてモーター軸
の径に軸ぶれの量をプラスした以上の内径を与えた円筒
状中空軸とすれば、中空タイプのエンコーダーを容易に
構成できる。さらに、円筒状部品、ばね性部材にモータ
ー等の軸径より大きい径の穴を設ければ、モーター軸が
貫通可能となる。

【００２５】また軸8Bに相当する軸状部材を複数設け、
各部材を各々ばね状部材11相当のばね状部材で連結すれ
ば、より軸8Aへの負荷の小さい、即ち回転ディスク4と
インデックススケールの回転位相以外の相対位置ずれが
起こらず、エンコーダー軸8A、モーター軸15への負荷の
少ないエンコーダーを構成することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のベアリン
グを内蔵する組み込み式のロータリーエンコーダーにお
いては、エンコーダー軸を軸の長手方向に少なくとも２
つ以上に分割し、組み込むべきユーザー軸側の軸を中空
軸にし、該分割した各軸状部材を軸方向、軸に垂直な方
向、軸の倒れ方向にばね性を持つ連結部材で連結するこ
とを特徴としている。エンコーダー軸を分割し、ばね性
部材で連結することによりエンコーダーと取り付けるべ
きモーター等が相対移動しない、つまり軸ぶれがあって
もエンコーダーが振動しないため、高精度で信頼性が高
く、またエンコーダー軸、モーター軸への負荷の小さい
組み込み式のロータリーエンコーダーを実現できる。

【００２７】さらに、分割した軸状部材を円筒状の部品
で構成し、連結するモーター軸との勘合関係を適切に選
択することにより、モーター軸への負荷の少ない安定し
た組み込み式のロータリーエンコーダーを実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の要部外観（一部透視
図）、

【図２】本発明の実施形態1の内部説明図図、

【図３】本発明の実施形態1のばね性部材の詳細図、

【図４】従来式エンコーダーの説明図、

【図５】従来式の組み込み式エンコーダーの外観図、

【図６】従来式の組み込み式エンコーダーの内部説明
図

【符号の説明】

1 発光素子、または光源ユニット、 2 コリメーターレンズ、 3 インデックススケール、 4A メイン信号用パターン、 4Z 原点信号用パターン、 5、5A、5B、5Z 受光センサー、 6 電気基板、 7A、7B ベアリング、 8、8A、8B 軸、 9 止めネジ、 10 エンコーダー光学ベース、 11 ばね性部材、 12 エンコーダーカバー、 13 エンコーダー、モーター等の結合時の止め部材、 14 モーター、 15 モーター軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者門脇秀次郎東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金田泰東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者門島孝幸東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者法隆榮東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2F077 AA42 NN02 NN30 PP19 QQ11 VV07 VV23 VV31 VV35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベアリングを内蔵しカップリングを介さず
にモーター等に取り付け可能なロータリーエンコーダー
において、該エンコーダー軸を軸の長手方向に少なくと
も２つ以上の軸状部材に分割し、該少なくとも2つ以上
に分割した軸状部材をばね性連結部材で連結することを
特徴とするロータリーエンコーダー。
【請求項２】該2つ以上に分割した軸状部材が信号パタ
ーンを設けた回転ディスクを固定する円筒状部品と、組
み込むべきモーター等の軸径と勘合する円筒状部品を含
むことを特徴とする請求項1記載のロータリーエンコー
ダー。
【請求項３】該ばね性連結部材が該軸に垂直な方向、軸
方向及び軸の倒れ方向に自由度を持つことを特徴とする
請求項2記載のロータリーエンコーダー。
【請求項４】該ばね性連結部材が該ロータリーエンコー
ダーのディスクと該モーター軸の回転位相を保つことを
特徴とする請求項3記載のロータリーエンコーダー。
【請求項５】該ばね性連結部材と該2つ以上に分割した
該エンコーダー軸を構成する円筒状部品に該モーター等
の軸径と軸ぶれ量の和より大きい径の穴を設け、該モー
ター等の軸を貫通させたことを特徴とする請求項4記載
のロータリーエンコーダー。