JP4664491B2 - エンコーダ、およびエンコーダの取り付け方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモーター等の回転体である被測定物の変位量、回転量、回転速度を検出するエンコーダに関し、特にエンコーダユニットをユーザーに提供し、ユーザーがこれを被測定物に組み付けてエンコーダとするキット型のエンコーダ、およびその取り付け方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロータリーエンコーダは機械的な回転変位量を電気信号に変換、増幅して出力する。なかでも、光学式のロータリーエンコーダ（以下、単にエンコーダと称する）は、機械的な回転変位量を取り出すものがスリット板ユニットであり、その変位を電気的信号に変換して出力するものである。
【０００３】
エンコーダの構造には種々のものがあるが、スリット板ユニットとエンコーダユニットとを別々にユーザに提供し、これをユーザ自身が組み立ててエンコーダとするキット型エンコーダがある。このキット型エンコーダは、コストダウンと省スペースの目的から、エンコーダの最小機能部分だけを有するものである。
【０００４】
キット型エンコーダの構成例を図１０に示す。図１０において、モータ等の被測定物２には、固定ネジ１５により固定された固定台１を介して回路基板１７が固定されている。この回路基板１７には、電気部品１８および受光素子２２が搭載されている。また、被測定物２上の固定台２６に取り付けられている受光素子２２と対向する位置には、符号板２４を介して固定スリット２３および発光素子２１が配置されている。従って、発光素子２１から発した光は、固定スリット板２３のスリットと、符号板２４のスリットとを介して受光素子２２に入力する。そして、軸１１の回転により、符号板２４に設けられた所定パターンのスリットに応じて受光素子に光が入力され、回転に応じた電気信号（符号パルス）が生じる。
【０００５】
このようなキット型エンコーダは、被測定物２である回転体、例えばモータの出力軸と反対の反負荷側軸端に取り付けることで、回転軸および軸受け（およびカバー）といったものを備えていなくても、換言すれば相手の機能部品を利用してエンコーダとしての機能を発揮するものである。
【０００６】
ところで、キット型エンコーダは、その製造工程においてスリット板ユニットと、エンコーダユニットとを一度専用の治具の上で組み立て、機能を確認した後、分解してユーザーにバラバラのユニットの状態で提供される。キット型エンコーダを購入したユーザーは、それを目的物である被測定物（例えばモータ）の回転軸に組み付けることでエンコーダとして機能させることができる。
【０００７】
工ンコーダの性能の内、出力信号波形の精度が最も重要な性能である。この精度は、
（１） 回転体（例えばモータ軸）の回転精度。
（２） それを検出する回転及び固定スリット板自身のスリットの精度。
（３） スリット板ユニット及び工ンコーダユニットの回転体への組付け精度。
（４） スリット板ユニットの検出精度。
（５） 電気信号への変換精度。
等が組み合わされて現れて来る。
【０００８】
このため、所望の精度を得るためには、上記の各項目に対し、
（１）は、ユーザー側の管理する精度で、要求範囲（以下規格と表記する）に入っていることが重要であるが、現在の一般的な加工技術からみて解決は容易である。
【０００９】
（２）は、スリットの精度および周辺部品の精度で、やはり規格範囲内にあることが求められるが、一般的な技術で解決可能である。
【００１０】
（４）および（５）は、（２）と同じく一般的な技術で解決できる。
【００１１】
キット型エンコーダの場合、最も問題になるのが上記の（３）である。
【００１２】
これは製造者側では解決可能な問題であるが、エンコーダの構造および特性を熟知していない一般ユーザにとっては、エンコーダの組み立てに関する技術を、自分の使用する被測定物、例えばモータに組み付ける時に求められるからであり、組み付け精度が信号波形精度に大きく左右されるためである。
【００１３】
エンコーダの製造者側では一度組み立てて、エンコーダとしての機能を確認しているので、これを分解してその通りに再現出来れば問題ないが、相当な精度を要求されることから、技術的に困難な点が多々ある。
【００１４】
そこで、この問題を解決する為に、以下のような手法が一般に取られてきた。
【００１５】
エンコーダユニットを位置決めする為に、モータのエンコーダ取付面に、一般的には凸形状の、相対するエンコーダ側には凹形状のハメアイ部（通常”インロー”と称する）を互いに設け、この部分を嵌合させることにより芯出しを行ってきた。しかし、近年は精度の要求も高まり、一般的に使用されている嵌合精度（例えば、穴Ｈ７、軸ｈ７等）ではエンコーダの精度を再現することは難しく、より高精度が要求され、これを満たすことはコスト等の面で多くの問題があった。
【００１６】
また、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すような構造のエンコーダも用いられている。なお、図１１（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。図において、本体１の支持柱１ａには回路基板１ｂが取り付けられている。この本体１および回路基板１ｂ内の空間には、被測定物２の軸２７にボス２５を介して取り付けられた符号板２４が配置されている。なお、図中、発光素子、受光素子などは省略している。
【００１７】
このような構成のエンコーダは、インローを用いることなく平らな面で組み付け、エンコーダユニットの位置を調整する方法を取ったものも有る。しかしこれは、調整する工数と熟練度がユーザー側に要求される為、調整作業が困難である。また、エンコーダ本体１の取り付けに、２つ以上のねじを用いており、しかもそのねじ止め方向が上方、つまり被測定物の回転軸２７と平行方向からであるため、ねじ止めの際のドライバー挿入スペースを確保する必要があり、符号板２４の大きさを、ねじ止め部分より大きくできないという問題があった。
【００１８】
さらに、例えば実用新案登録第１６１４４３０号、特開平６−３１６３号に記載されているような、エンコーダ本体に設けたテーパーとボスとを利用する方法も検討されている。
【００１９】
しかし、エンコーダ本体は依然として２点以上のねじ止めで固定されるため、取り付け工程を簡略化するには不十分である。また、簡略化されたとはいえ位置決めのための工程を必要とし、より簡単な取り付けが可能な構造が望まれていた。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、比較的簡単な構造で容易に再現よく位置決め、組み付けが可能であり、しかも従来構造に比べて高精度化も容易なエンコーダ、およびその取り付け方法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
すなわち上記目的は、以下の構成により達成することができる。
（１） 被測定物（２）にエンコーダ本体（１）が取り付けられるエンコーダであって、
前記被測定物（２）のエンコーダ取り付け部には凹部状に形成されているインロー嵌合部（２ａ）を有し、
前記エンコーダ本体（１）の被測定物取り付け側には、前記インロー嵌合部に挿入して被測定物と嵌合可能なインロー挿入部（１ｄ）を有し、
このインロー挿入部（１ｄ）は、エンコーダ本体下部に形成され少なくともその一部を拡径することにより、強固にインロー嵌合部（２ａ）に固定可能な拡径手段を有し、
前記拡径手段は、被測定物の回転軸（２７）の逃げ孔（１３）を有するインロー挿入部（１ｄ）の一部を切り欠いてＣ字状とし、この切り欠き部（１２，１２ａ）を拡大することで拡径するエンコーダ。
（２） 前記拡径手段は、ねじ（１５）を介して加えられた力により動作する上記（１）のエンコーダ。
（３） 前記拡径手段は、回転軸に直角な方向から加えられる力により動作する上記（１）または（２）のエンコーダ。
（４） 前記インロー嵌合部は、逆テーパー状に形成されている上記（１）〜（３）のいずれかのエンコーダ。
（５） 被測定物にエンコーダ本体が取り付けられるエンコーダの取り付け方法であって、
前記被測定物のエンコーダ取り付け部には凹部状に形成されているインロー嵌合部を有し、前記エンコーダ本体の被測定物取り付け側には、少なくともその一部を拡径可能なインロー挿入部を有し、
このインロー挿入部は、エンコーダ本体下部に形成され被測定物の回転軸の逃げ孔を有してインロー挿入部の一部を切り欠いたＣ字状であり、
前記インロー挿入部をインロー嵌合部に挿入し、拡径することにより強固にインロー嵌合部に固定するエンコーダの取り付け方法。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のエンコーダは、被測定物にエンコーダ本体が取り付けられるエンコーダであって、前記被測定物のエンコーダ取り付け部には凹部状に形成されているインロー嵌合部を有し、前記エンコーダ本体の被測定物取り付け側には、前記インロー嵌合部に挿入して被測定物と嵌合可能なインロー挿入部を有し、このインロー挿入部は、少なくともその一部を拡径することにより、強固にインロー嵌合部に固定可能な拡径手段を有するものである。
【００２３】
このように、被測定物側に凹部状に形成されているインロー嵌合部を設け、このインロー嵌合部内にエンコーダーのインロー挿入部を挿入し、拡径して固定する構造とすることで、取り付け作業が非常に簡単で、しかも非常に高い取り付け精度を実現できる。また、エンコーダの精度をさらに向上させることも可能になる。
【００２４】
すなわち、インロー嵌合部と、インロー挿入部とは、取り付けが容易な程度のがた（遊び）を有していればよく、両者をある程度の精度で位置決めできる。そして、インロー挿入部を拡径することで固定するため、非常に強固にインロー嵌合部に固定できると共に、位置ずれが非常に少なく、高い位置決め精度が確保できる。また、その拡径操作は、通常ねじ一つで行うことができるため、取り付けのためのスペースも少なくなり、作業効率も向上する。このため、スリット板をエンコーダ本体の大きさ近くにまで大きくすることも可能となり、エンコーダの測定精度も向上できる。
【００２５】
次に、図を参照しつつ本発明のエンコーダをより詳細に説明する。図１〜３は本発明の一実施態様であるキット型エンコーダユニットの構成例を示した図であり、図１は正面図、図２は側面図、図３は図１のＸ−Ｘ’断面矢視図である。
【００２６】
図１〜３において、概ね円形の外周形状を有する本体１には、図示しない発光素子などが取り付けられている。また、支持柱１ａを介して受光素子、電子部品などを有する回路基板１ｂが取り付けられている。この本体１および回路基板１ｂで形成される構造物内部には、被測定物２の軸２７にボス２５を介して取り付けられた符号板２４が配置されている。なお、この符号板２４は、これを挟んで発光素子、受光素子などが配置されている。
【００２７】
本体１の下部（底部）には、インロー挿入部１ｄが形成されている。この、インロー挿入部１ｄは、軸２７の逃げ孔１３が形成され、概ねドーナッ状（Ｏ字状）の一部が切り欠かれた切り欠き部１２を有する。従って、インロー挿入部１ｄはＣ字状の形状となっている。
【００２８】
切り欠き部１２は、この例では拡径手段として、その上部にテーパー部１２ａを有し、切り欠き部１２内のねじ穴に配置されたねじ１５、およびくさび状ワッシャ１５ａにより、ねじ１５を締め込むことで拡径するようになっている。つまり、拡径のための力は軸２７と平行な方向から作用し、これがテーパー部１２ａとくさび状ワッシャにより、直角方向の力に変換されて切り欠き部１２ａを押し広げ、インロー挿入部１ｄを拡径する。なお、切り欠き部１２ａに配置されているねじ１５は、拡径動作により広げられる切り欠き部１２ａの大きさが僅かであるため、ねじとねじ穴の関係は拡径後も保持される。さらに、この例では拡径動作を容易にするために、スリ割り部１ｃにより本体１と切り離された部分が多くなるようになっている。
【００２９】
このように、拡径操作で固定するため、被測定物にねじ穴加工する必要もなく、被測定物の加工、形状も単純にできる。
【００３０】
また、被測定物２、つまりモータ、エンジン等の回転動作を行う回転体の回転軸２７周囲には、エンコーダ本体１のインロー挿入部１ｄを収納しうる嵌合部２ａが形成されている。この嵌合部２ａは、例えば、図４に示すように円筒状に形成されていてもよいし、図５に示すように逆テーパー状に形成されていてもよい。逆テーパー状に形成することにより、より強固にエンコーダを固定することができる。なお、その際、少なくともエンコーダのインロー挿入部１ｄもこの逆テーパー部に沿った形状とするとより効果的である。なお、テーパー角としては、特に規制されるものではないが、通常は０．０５〜０．５°程度で十分である。なお、インロー嵌合部の深さもエンコーダ等の大きさによるが、好ましくは１〜５mm程度である。
【００３１】
拡径前の嵌合部２ａと、インロー挿入部１ｄとの間隙は、インロー挿入部１ｄを比較的容易に挿入でき、しかも拡径動作によりエンコーダを固定しうる大きさであればよい。具体的には、インロー挿入部１ｄの大きさにもよるが、一般的に使用されている公差幅（穴Ｈ７）で、従来の２倍の精度で位置決めが可能となる。
【００３２】
嵌合部２ａや、インロー挿入部１ｄ、あるいはエンコーダ本体の形状は、必ずしも円形状となっている必要はなく、拡径、あるいは拡大動作により嵌合部２ａ内に収納されたインロー挿入部１ｄが固定できる形状であればよい。なお、通常、これらの形状は被測定物で規制される形状、あるいは円形、または外形部分が円弧の一部を構成するような形状となっている。
【００３３】
インロー挿入部１ｄは、上記のような構成の他に、例えば図６に示すような構成としてもよい。この例では、拡径手段として切り欠き部１２に配置する拡径用のねじ１５ｂをセットスクリュー（めくらねじ）とし、横方向、つまり回転軸と直角な方向から締め込むようにしている。すなわち、切り欠き部１２の一方側からねじを締め込むことで、切り欠き部１２の他方の面に当接したねじがさらにこれを押し込むように動作し、結果として切り欠き部１２の間隙が押し広げられ、インロー挿入部１ｄが拡径される。つまり、拡径のための力は、軸２７と直角な方向から直接的に作用する。なお、ねじ１５ｂは、スペースが十分な場合などではセットスクリューである必要はなく、通常のねじを用いてもよい。
【００３４】
このように、固定用（拡径用）のねじを横方向から操作できる構造にすることで、上方からねじを操作するためのスペースが不要となり、図７に示すように、符号板２４をさらに大きなものとすることができ、最大でエンコーダ本体の外形、もしくは支持柱１ａ近くにまで大きくすることができる。これにより、エンコーダの精度（分解能）をさらに向上させることができ、例えば、従来エンコーダの外径が直径３５mmのもので、最大１２５０Ｐ／Ｒであったものが、１５７０Ｐ／Ｒ程度にまで、２０％以上も精度を向上させることができる。
【００３５】
インロー挿入部１ｄは、さらに図８に示すような構成としてもよい。この例では、拡径手段として切り欠き部１２に配置する拡径用のねじ１５ｃを、被測定物２に形成されたねじ穴に挿入するようにしている。その他の構成は、上記図１〜３に示したように、ねじ１５ｃ、およびくさび状ワッシャ１５ａにより、ねじ１５ｃを締め込むことで拡径する構成と同様である。このように、被測定物２に形成したねじ穴に拡径用ねじ１５ｃを装着することで、拡径用と固定用のねじを兼用することができ、より強固に固定することができる。なお、これらの例では拡径用の力を加える手段として、ねじを用いているが、切り欠き部を拡大しうる力を与えられるものであればねじに限定する必要はなく、くさび状のピンなどを用いても良い。
【００３６】
本発明に用いられるエンコーダユニットは、光学式の場合、例えば図９に示すように、符号板２４を挟んで、発光素子２１、受光素子２２が配置され、さらにこれらの素子を駆動したり、得られた信号を増幅、整形したり、タイミングを整えたりするための電子回路が形成されている基板１７が配置されている。なお、図９はエンコーダの符号板２４周囲の部品を抜き出した一部断面構成図である。
【００３７】
発光素子としては、通常、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）等の半導体発光素子が用いられ、受光素子には、通常、フォトトランジスタ、フォトダイオード等の半導体受光素子が用いられる。また、磁気的な検出方式を用いる場合、磁気検出素子と電子回路部品等から構成される。
【００３８】
本発明における符号板２４は、光学式の場合、通常、光透過部（いわゆるスリット）と、光遮蔽部とを有する円盤状のスリット板を用いる。そして、前記光透過物、光遮蔽部との組み合わせにより、公知のインクリメンタル信号や、アブソリュート信号が得られるようになっている（または、反射式としてもよい）。また、磁気方式を用いる場合には、磁気透過率の強いものと弱いもの、透過する磁力線の粗密材料の組み合わせ、あるいは磁性材料と非磁性材料、磁気発生部と非磁気発生部との組み合わせなどにより、上記スリット板と同様の作用を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、一般的に用いられている嵌合精度で、比較的簡単な構造で容易に再現よく位置決め、組み付けが可能であり、しかも従来構造に比べて高精度化も容易なエンコーダ、およびその取り付け方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンコーダの構成例を示す正面図である。
【図２】本発明のエンコーダの構成例を示す側面図である。
【図３】図１のＭ−Ｍ’断面矢視図である。
【図４】インロー嵌合部の形状を示す一部断面図である。
【図５】インロー嵌合部の他の形状を示す一部断面図である。
【図６】インロー挿入部の他の構成例を示した図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図７】図６の構成のインロー挿入部とした場合の、符号板の大きさを示した一部平面図である。
【図８】インロー挿入部の他の構成例を示した図である。
【図９】符号板首位の部品配置を示す、一部断面図である。
【図１０】従来のエンコーダの構成例を示す断面図である。
【図１１】従来のキット型エンコーダの他の構成例を示す図であって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１ エンコ−ダ本体
１ａ 支持柱
２ 被測定物
１５ ねじ
２５ ボス
１１ 回転軸
２１ 発光素子
２２ 固定スリット板
２３ 受光素子
２４ 符号板

Claims (5)

1. 被測定物（２）にエンコーダ本体（１）が取り付けられるエンコーダであって、
   前記被測定物（２）のエンコーダ取り付け部には凹部状に形成されているインロー嵌合部（２ａ）を有し、
   前記エンコーダ本体（１）の被測定物取り付け側には、前記インロー嵌合部に挿入して被測定物と嵌合可能なインロー挿入部（１ｄ）を有し、
   このインロー挿入部（１ｄ）は、エンコーダ本体下部に形成され少なくともその一部を拡径することにより、強固にインロー嵌合部（２ａ）に固定可能な拡径手段を有し、
   前記拡径手段は、被測定物の回転軸（２７）の逃げ孔（１３）を有するインロー挿入部（１ｄ）の一部を切り欠いてＣ字状とし、この切り欠き部（１２，１２ａ）を拡大することで拡径するエンコーダ。
2. 前記拡径手段は、ねじ（１５）を介して加えられた力により動作する請求項１のエンコーダ。
3. 前記拡径手段は、回転軸に直角な方向から加えられる力により動作する請求項１または２のエンコーダ。
4. 前記インロー嵌合部は、逆テーパー状に形成されている請求項１〜３のいずれかのエンコーダ。
5. 被測定物にエンコーダ本体が取り付けられるエンコーダの取り付け方法であって、
   前記被測定物のエンコーダ取り付け部には凹部状に形成されているインロー嵌合部を有し、前記エンコーダ本体の被測定物取り付け側には、少なくともその一部を拡径可能なインロー挿入部を有し、
   このインロー挿入部は、エンコーダ本体下部に形成され被測定物の回転軸の逃げ孔を有してインロー挿入部の一部を切り欠いたＣ字状であり、
   前記インロー挿入部をインロー嵌合部に挿入し、拡径することにより強固にインロー嵌合部に固定するエンコーダの取り付け方法。

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