JP2004151076A

JP2004151076A - ハブ一体型反射型光学式エンコーダー用回転部品

Info

Publication number: JP2004151076A
Application number: JP2003015450A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Sasaki; 佐々木信夫; Yutaka Kakizawa; 柿沢裕; Hideaki Odaka; 小高英秋
Original assignee: Kenseido Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Kenseido Kagaku Kogyo KK
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【目的】ハブ一体型の反射型光学式エンコーダー用回転部品の提供。
【構成】反射型光学式エンコーダー用回転部品は、照射される光を、反射面と非反射面とを有するか又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面を有する回転部品によって、エンコードされた反射光にする。回転部品は、モーターの回転軸に固定されたハブからなる。それらの反射面・非反射面、又は異なる反射特性を有する２種以上の反射面は、ハブの回転軸と垂直な面上に設けられている。
【効果】小型化が可能となり、別の部品に固定する必要がなく、モーター自身の回転軸に固定されるものであるから、回転軸のずれや、回転に対する応答の遅れや緩みや、部品の消耗が生じにくく、製品の寿命の向上にも役立ち、エネルギー消費の節約が得られる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、回転モーターのハブと一体型の反射型光学式エンコーダー用回転部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学式エンコーダーには、金属の薄いプレートに細いいくつものスリットを設けた回転部品等が用いられ、それによって照射光の透過をスリットで許可し又はスリットとスリットの間の金属プレートで遮ることにより照射光をエンコードされた光に変換してきた。最近ではスリットをエッチングで形成すると精度的に限界があるから、反射型光学式エンコーダーも用いられている。
【０００３】
反射型光学式エンコーダーの反射部分用の精密金属部品は、反射面と非反射面とを有することによって、又は互いに異なる反射特性を有する複数種の反射面を有することによって、照射される光をエンコードされた反射光にする。このような反射型光学式エンコーダー用部品の製造方法は、例えば特開２０００−２８３７９４号に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これまでの光学式エンコーダーには、光の透過を許可したり遮ったりするものであれ、反射・非反射によりエンコードするものであれ、一般には薄い金属である特別の部品が用いられてきた。おそらくその理由は、精密部品は比較的高価であって、モータのシャフトに対し部品を固定するのに汎用されるハブのような構造が単純で且つ既製品が大量に製造されるために安価な部品とは区別して製造することが常識となっているから、また薄いプレート状ではない、ハブのような立体的な構造物に精密な加工をすることは実際の製造に於いては困難を伴うからである。
【０００５】
ハブに薄い金属プレートを固定して光学式エンコーダーを製造する場合、薄い金属プレートは余りに薄い部分の占める割合が多いと回転等の動きや組み立て時の取り扱いに対し強度が不足しがちである。従ってしっかりしたハブに固定する必要性があるのであり、固定が必要な分だけ組み立てが面倒となる。
【０００６】
一方、分厚い特別の金属部品をエンコードの目的のみに用いると、余分な空間を必要とし、エネルギーの損失を生じる。
【０００７】
【課題を解決する手段】
本発明者等は、１）特開２０００−２８３７９４号に記載されるような方法で製造される金属部品であれば、既存の部品のかなりの場所にも反射面等を設けることが可能であること、２）一方、回転式のエンコーダーには動力としてモーターが使用され、モーターには通常イ）回転軸と、ロ）ハブが用いられていることに着目し、ハブ一体型の反射型光学式エンコーダー用回転部品により上記の課題が解決出来ることを発見し本発明を完成させた。
【０００８】
即ち、本発明は、照射される光を、反射面と非反射面とを有するか又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面を有する回転部品によって、エンコードされた反射光にする反射型光学式エンコーダー用回転部品に於いて、該回転部品がモーターの回転軸に固定されたハブであり、該反射面と非反射面とが、又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面が、該ハブの回転軸と垂直な面上に設けられていることを特徴とする反射型光学式エンコーダー用回転部品からなる。
【０００９】
材質
本発明の反射型光学式エンコーダー用回転部品の材質としては、反射面と非反射面とを形成することが出来る材質であれば特に限定されないが、一般には真鍮やステンレスをベースにしたもを用いるのが都合がよく、アルミニウム合金や鉄製も可能である。更に、本発明者等は、更にエネルギーの損失を少なくする為の検討を行った結果、ハブを軽量のマグネシウム合金を主材料とすること、又は表面に金属メッキした合成樹脂又はプラスチックで造られ、該金属メッキ部分に該反射面と非反射面又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面を形成したものとすることにより、エネルギーの損失を少なくすることが出来ることを発見した。従来用いられて来た真鍮（比重８．３９）やアルミニウム（比重２．７０）と比べて、マグネシウムの比重は約１．８で実用金属材料で最も小さく、アルミニウムの２／３、チタンの１／３、鉄の１／４であり、合金の物理的性質も本発明の目的に適した好ましいものであるから、エネルギーの損失、特にモーターの起動及び停止時における負荷を少なくする目的での本発明の反射型光学式エンコーダー用回転部品の材質として優れている。また、立体的な合成樹脂又はプラスチックの物体の表面に所望のパターンに金属を付着させる方法は知られている。（例えば特許第２７６７６９１号、特許第２９５１８４３号等を参照。）
【００１０】
反射面の例
反射型光学式エンコーダー用回転部品の、反射面と非反射面、又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面は、例えば以下のような形態のものを挙げることが出来る。
【００１１】
イ）ハブの回転軸と垂直な面上の少なくとも光反射面部分は、少なくとも２種以上の金属又は合金で形成される複数の層を有する金属又は合金からなっており、
該ハブの回転軸と垂直な面上の光反射面部分は、一部が光反射表面で他の一部が光非反射表面であるか又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面であり、
該光反射面部分にその表面の金属又は合金とは異なる金属又は合金の層の１層以上が露出しているために該表面の金属又は合金が存在しない所定のパターンの部分を有しているもの。
【００１２】
ロ）上記イ）に於いて、該光反射面部分の該表面の金属又は合金の部分のみに、又は該光反射面部分の該表面の金属又は合金とは異なる金属又は合金の露出部のみに、光の反射をなくす為又は光の反射を減少させる為の金属酸化物皮膜を形成したもの。ここで、金属酸化物皮膜としては、一般にブラックオキサイド処理と呼ばれる黒色の酸化物皮膜を形成する処理を用いることが出来る。例えば酸化銅の薄い皮膜を形成出来る。また四三酸化鉄も黒色化に用いることが出来る。
【００１３】
ハ）ハブの回転軸と垂直な面上に光反射面部分を有し、該部分は一部が光反射表面で他の一部が光非反射表面であるか又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面であり、該部分の表面以下の構造は、第一の金属又は合金の表面が所定のパターンの凹部を有し、該所定パターンの凹部中に、該第一の金属又は合金と異なる１種以上の金属又は合金及び表面に金属酸化物皮膜を有する該第一の金属又は合金と異なる１種以上の金属又は合金からなる群から選択される１種以上が存在する構造であるもの。
【００１４】
ニ）ハブの回転軸と垂直な面上の光反射表面部を、単一の金属又は合金の反射層とし、該反射層の表面上の所定パターンに、又は該反射層表面に存在する所定パターンの凹部表面に、光反射をなくすか又は減少させるための上に述べたような金属酸化物皮膜を形成したもの。
【００１５】
反射面部分の製造方法例
例えば特開２０００−２８３７９４号に記載されるイ）、ロ）の方法や、ハ）、ニ）の方法があげられる。
イ）
第一の金属又は合金の層と第二の金属又は合金の層を有する金属薄い板又は膜の、第一の金属又は合金の層側に、レジストを付けて所定パタ−ンのみレジストが抜けたレジスト層を形成し；
該第一の金属又は合金を腐食させる腐食液でエッチングして、該第一の金属又は合金の層の表面中に、該第二の金属又は合金の層を該レジストの抜けたパタ−ン部分で露出させ；
光の反射を減少又は無くする為に、該第二の金属又は合金の酸化物の皮膜を、露出した該第二の金属又は合金の層の表面に形成する処理を実施し；
その後レジスト層を除去する；
以上の段階を含んでいる、該第一の金属又は合金の層の表面を光を反射しようとする面とし、該第二の金属又は合金の酸化物の皮膜を光を反射しない面とする方法。（図７を参照）
ロ）
金属材料の第一の金属又は合金が露出している反射表面部に、レジストを付けて、所定パタ−ンのみレジストが抜けたレジスト層を形成し；
該反射表面部の該レジストが抜けた所定パターン部分をエッチングして凹部を形成した後、又はエッチングせずに凹部を形成しないままに次の段階に移り、
該所定パタ−ンのみレジストが抜けた金属又は合金露出表面上に、該金属又は合金と異なる金属をメッキして、異なる金属又は合金の部分を形成し；
該異なる金属又は合金の部分を光反射面としない場合には、光の反射を減少又は無くする為に、メッキした該異なる金属又は合金の部分の表面に、該異なる金属又は合金の暗色酸化物の皮膜を形成する処理を実施し；
該レジスト層を除去し；
研磨が必要である場合のみ、研磨処理し、
以上の段階群を１回を越える場合には該所定パターンを変えて１回以上実施することからなる、該複数種の金属又は合金の１種以上を光を反射しようとする面とする方法。（図９等を参照）
ハ）ベース材の形成面上で所望のパターンにレジストを付ける段階と、
該レジストの厚み即ち該形成面からの高さ以下の厚みの第一の金属の層を、該レジストで覆われていないベース材の表面に接して電鋳法又はその他の薄膜形成法により形成する段階と、
該第一の金属の層と該レジストを覆うように、第二の金属の層を電鋳法又はその他の薄膜形成法により形成し、要すれば更に第二の金属の層の上に補強層を形成する段階と、
該ベース材及び該レジストを、該第一の金属の層及び該第二の金属の層を含んでいる金属部品から剥離及び／又は除去する段階と、
を含んでおり、
該剥離及び／又は除去により露出する該第一の金属の層と該第二の金属の層のいずれか一方を反射面、他方を非反射面とするか、又は該第一の金属の層と該第二の金属の層とが異なる反射特性を有する反射面とすることからなる方法。（図１４を参照）
ニ）
ベース材の形成面上で所望のパターンにレジストを付ける段階と、
該レジストで覆われていないベース材の該形成面に接して電鋳法又はその他の薄膜形成法によりレジストの厚み以下の厚みの金属層を形成する段階と、
該ベース材と該レジストとを除去する前に該金属層に接して補強部を設ける段階と、
該金属層から該ベース材と該レジストとを剥離及び／又は除去する段階と
を含んでおり、該ベース材と該レジストとの剥離及び／又は除去により貫通部が形成されることがないことを特徴とする方法。（図１５を参照）
【００１６】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明を説明する。
図１は本発明の反射型光学式エンコーダー用回転部品を兼用したモーターのハブの平面図であり、図２は図１のハブの正面図であり、図３は図１のハブをモーターに固定た状態を示す略図である。図１の反射型光学式エンコーダー用回転部品の場合は、ハブの回転軸と垂直な面上に設けられている反射面と非反射面又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面は、全てが中心軸に対し放射方向に向っている、細長い、交互に接近した微細なスリットに似た形態に配置されている。しかし、ハブの回転軸と垂直な面上に設けられている反射面と非反射面又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面は、エンコーダーの目的に応じて任意の形態に配置され得る。
【００１７】
回転部品、即ちハブ１は、図２、図５、図６に示すように、種々の形状を有しうるが、図２の場合は大半径部分２と小半径部分３とを有している。全体の中心にモーターのシャフトを通す穴４を有している。適当な方法、例えば図２に示されるように、ネジ切りされたセットビス穴にセットビスをねじ込んで、モーターシャフトの周面にセットビス先端を突き当てて固定するなどの方法で、図３に示すように、ハブ１はモーター５のシャフト６に固定される。図２の例では、大半径部分２は、その両側に回転軸に垂直な面７、８を有しており、図３ではモーター５と反対側の回転軸に垂直な面７に、又は図４の場合には面８に、又は面７と面８の両方に、スリット模様の反射面と非反射面とを有する部分９を有している。両面に反射面と非反射面とを有する部分を有する場合には、図３と図４に示すようにモーターのシャフトへのハブの取り付け方向に従ってスリット模様の使い分けも出来る。
【００１８】
ハブ１の反射面と非反射面又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面の製造は、特開２０００−２８３７９４号に記載される任意の方法、上にのべたベース材を使用する方法、又はそれ以外の任意の方法ですることが出来る。
【００１９】
【効果】
本発明は次の様な利点を有する。
１）ハブとエンコーダー用部品が一体となることにより空間を省くことが出来、エンコーダーの小型化が可能である。
２）スリット状の反射パターンを有する金属板などの薄い精密金属プレートをハブなどの別の部品に、接着、圧入、その他の方法で取り付ける必要がなく、工数を削減することが出来ると考えられる。
３）ハブはモーター自身の回転軸に固定されるものであるから、回転軸のずれや、回転に対する応答の遅れや緩みや、部品の消耗が生じにくく、製品の寿命の向上にも役立つ。
４）モーターとは別の部品を駆動するのではないからエネルギー消費の節約になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は一般的な形をした本発明のハブ一体型の反射型光学式エンコーダー用回転部品の平面図である。
【図２】図２は図１の本発明のハブ一体型の反射型光学式エンコーダー用回転部品の正面図である。
【図３】図３は図１のハブをモーターに固定した状態を示す略図である。
【図４】図４は図１のハブを図３とは逆向きにモーターに固定した状態を示す略図である。
【図５】図５は全長にわたり同じ径である点で図２と異なる形のハブの正面図である。
【図６】図６は更に別の形のハブの正面図である。
【図７】本発明のエンコーダー用部品の一具体例を製作する工程を部品の断面図で示す説明図。
【図８】本発明のエンコーダー用部品の別の一具体例を製作する工程を部品の断面図で示す説明図。
【図９】本発明のエンコーダー用部品の別の一具体例を製作する工程を部品の断面図で示す説明図。
【図１０】本発明のエンコーダー用部品の別の一具体例を製作する工程を部品の断面図で示す説明図。
【図１１】本発明のエンコーダー用部品の別の一具体例を示す断面図。
【図１２】本発明のエンコーダー用部品の別の一具体例を製作する工程を部品の断面図で示す説明図。
【図１３】本発明のエンコーダー用部品の別の一具体例を示す断面図。
【図１４】図１４は、本発明の精密金属部品の製造方法の一例の製造の各段階を部品の断面で示した工程図を示す。
【図１５】図１５は、本発明の精密金属部品の別の製造方法の一例の製造の各段階を部品の断面で示した工程図を示す。
【図１６】図１６は、ベース材を利用して、レジストを用いる電鋳法で金属板で出来た部品を製作する場合には、予め中心穴などを有する金属板からエッチングで製作する場合と比較して、中心穴や輪郭を含めてパターンを写真で決めることが出来るから、フィルム等の位置合わせの面倒を省くことが出来ることを説明する、部品製作工程の比較を示す説明図。

Claims

照射される光を、反射面と非反射面とを有するか又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面を有する回転部品によって、エンコードされた反射光にする反射型光学式エンコーダー用回転部品に於いて、
該回転部品がモーターの回転軸に固定可能なハブであり、該反射面と非反射面又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面が該ハブの回転軸と垂直な面上に設けられていることを特徴とする反射型光学式エンコーダー用回転部品。
軽量のマグネシウム合金を主材料とし、該マグネシウム合金上に該反射面と非反射面又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面を形成した請求項１に記載の回転部品。
表面に金属メッキしたプラスチックで造られ、該金属メッキ部分に該反射面と非反射面又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面を形成した請求項１に記載の回転部品。
該ハブの回転軸と垂直な面上の少なくとも光反射面部分は、少なくとも２種以上の金属又は合金で形成される複数の層を有する金属又は合金からなっており、
該ハブの回転軸と垂直な面上の光反射面部分は、一部が光反射表面で他の一部が光非反射表面であるか又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面であり、
該光反射面部分にその表面の金属又は合金とは異なる金属又は合金の層の１層以上が露出しているために該表面の金属又は合金が存在しない所定のパターンの部分を有している請求項１に記載の回転部品。
該光反射面部分の該表面の金属又は合金の部分のみに、又は該光反射面部分の該表面の金属又は合金とは異なる金属又は合金の露出部のみに、光の反射をなくす為又は光の反射を減少させる為の金属酸化物皮膜を形成したことを特徴とする請求項４に記載の回転部品。
該ハブの回転軸と垂直な面上に光反射面部分を有し、該部分は一部が光反射表面で他の一部が光非反射表面であるか又は互いに異なる反射特性を有する２種以上の反射面であり、該部分の表面以下の構造は、第一の金属又は合金の表面が所定のパターンの凹部を有し、該所定パターンの凹部中に、該第一の金属又は合金と異なる１種以上の金属又は合金及び表面に金属酸化物皮膜を有する該第一の金属又は合金と異なる１種以上の金属又は合金からなる群から選択される１種以上が存在する構造であることを特徴とする、請求項１に記載の回転部品。
単一の金属又は合金の反射層を含んでおり、該反射層の表面上の所定パターンに、又は該反射層表面に存在する所定パターンの凹部表面に、光反射をなくすか又は減少させるための金属酸化物皮膜が形成されている請求項１に記載の回転部品。
ベース材の形成面上で所望のパターンにレジストを付ける段階と、
該レジストの厚み即ち該形成面からの高さ以下の厚みの第一の金属の層を、該レジストで覆われていないベース材の表面に接して電鋳法又はその他の薄膜形成法により形成する段階と、
該第一の金属の層と該レジストを覆うように、第二の金属の層を電鋳法又はその他の薄膜形成法により形成し、要すれば更に第二の金属の層の上に補強層を形成する段階と、
該ベース材及び該レジストを、該第一の金属の層及び該第二の金属の層を含んでいる金属部品から剥離及び／又は除去する段階と、
を含んでおり、
該剥離及び／又は除去により露出する該第一の金属の層と該第二の金属の層のいずれか一方を反射面、他方を非反射面とするか、又は該第一の金属の層と該第二の金属の層とが異なる反射特性を有する反射面とすることからなる、請求項１に記載の回転部品の製造方法。
該第一の金属がニッケルであり、該第二の金属が銅であり、金属の層の形成が電鋳法で行われ、該第二の金属の層の形成の為の銅メッキを、該レジストの頂面以下の位置にある該ニッケル表面から開始して、該レジストの頂面全部も覆って少なくとも銅が全面にわたりつながるまで成長させる請求項８に記載の回転部品。
該ニッケル層の表面が反射面をなし、該銅層の露出面が黒化処理されて非反射面をなす請求項９に記載の回転部品。
該第一の金属がニッケルであり、該第二の金属の層が黒色ニッケルメッキ法により形成される金属の層である請求項８に記載の回転部品。
ベース材の形成面上で所望のパターンにレジストを付ける段階と、
該レジストで覆われていないベース材の該形成面に接して電鋳法又はその他の薄膜形成法によりレジストの厚み以下の厚みの金属層を形成する段階と、
該ベース材と該レジストとを除去する前に該金属層に接して補強部を設ける段階と、
該金属層から該ベース材と該レジストとを剥離及び／又は除去する段階と
を含んでおり、該ベース材と該レジストとの剥離及び／又は除去により貫通部が形成されることがないことを特徴とする精密金属部品の製造方法により製造される請求項１に記載の回転部品。
該ベース材が該形成面として鏡面を有し、該ベース材がステンレス製であるか又は金属薄膜及び／又は剥離用コーティング膜を有することもあるガラス製である請求項８〜１２のいずれか一に記載の回転部品。