CN104729550B - 具有包括弹性构造部的固定狭缝的光学式编码器 - Google Patents
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Abstract
提供具有包括弹性构造部的固定狭缝的光学式编码器，该光学式编码器具备：发光部，其放出光；使从发光部放出的光的一部分通过的固定狭缝和旋转狭缝；受光部，其检测通过了固定狭缝和旋转狭缝的光；以及支承体，其支承固定狭缝。固定狭缝具备：图案形成部，其形成有使光通过的多个狭缝；被固定部，其被固定于支承体；以及弹性构造部，其设置于图案形成部与被固定部之间，能够弹性变形。由此，能够提供可靠性高的固定狭缝。
Description
技术领域
本发明涉及一种具备固定狭缝的光学式编码器。
背景技术
光学式编码器用于检测与进行旋转运动的旋转体的位置、速度以及加速度等有关的信息。由光学式编码器检测出的信息例如被用在对附加于机床的驱动轴的伺服电动机进行控制。
光学式编码器具备使从光源放出的光的一部分通过的固定狭缝和旋转狭缝。在日本JP-A-2005-274479中公开了光学式编码器的公知例。
参照图13A和图13B来说明相关技术中的固定狭缝200的结构。固定狭缝200具有板状的主体部204，由玻璃或金属形成。在主体部204的中央部分设置有按照规定的图案形成有多个狭缝的图案形成部202。
另外，固定狭缝200在主体部204的两个边缘具有被固定部206。固定狭缝200的被固定部206如图13B所示那样通过粘接剂212被固定于台座210。
然而，固定狭缝200与台座210由不同的材料形成的情况多，因此，存在以下担忧：在温度发生变化时，因它们的热膨胀率之差而导致固定狭缝200与台座210之间的粘接面产生错位，从而固定作用降低。根据情况不同，还存在固定狭缝200脱离台座210的担忧。
因而，期望的是，在光学式编码器中提高固定狭缝的可靠性。
发明内容
根据本申请的第一方式，提供一种光学式编码器，该光学式编码器具备：发光部，其放出光；使从上述发光部放出的光的一部分通过的固定狭缝和旋转狭缝；受光部，其检测通过了上述固定狭缝和上述旋转狭缝的光；以及支承体，其支承上述固定狭缝，在该光学式编码器中，上述固定狭缝具备：图案形成部，其形成有使光通过的多个狭缝(slit)；被固定部，其被固定于上述支承体；以及弹性构造部，其设置于上述图案形成部与上述被固定部之间，能够弹性变形。
根据本申请的第二方式，在第一方式所涉及的光学式编码器中，上述弹性构造部具有梁的形态。
根据本申请的第三方式，在第一方式所涉及的光学式编码器中，上述弹性构造部是通过去除上述固定狭缝的一部分而形成的。
根据本申请的第四方式，在第一方式所涉及的光学式编码器中，上述弹性构造部具有弹簧的形态。
根据本申请的第五方式，在第一方式至第四方式中的任一方式所涉及的光学式编码器中，上述固定狭缝由树脂形成。
根据本申请的第六方式，在第一方式至第五方式中的任一方式所涉及的光学式编码器中，上述固定狭缝的上述被固定部具有与上述支承体嵌合的嵌合构造。
这些以及其它本发明的目的、特征及优点通过参照附图所表现的本发明的例示性的实施方式的详细说明会变得更明确。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的光学式编码器的固定狭缝的结构的俯视图。
图2是表示第一实施方式所涉及的光学式编码器的固定狭缝的俯视图。
图3是表示第二实施方式所涉及的光学式编码器的固定狭缝的俯视图。
图4是表示第三实施方式所涉及的光学式编码器的固定狭缝的俯视图。
图5是表示第四实施方式所涉及的光学式编码器的固定狭缝的俯视图。
图6是表示第五实施方式所涉及的光学式编码器的固定狭缝的俯视图。
图7A是表示第六实施方式所涉及的光学式编码器的固定狭缝的俯视图。
图7B是表示图7A的固定狭缝的主视图。
图8A是表示第六实施方式的变形例所涉及的光学式编码器的固定狭缝的俯视图。
图8B是沿图8A的虚线8B-8B观察的剖视图。
图9是表示另一变形例所涉及的光学式编码器的固定狭缝的俯视图。
图10是表示另一变形例所涉及的光学式编码器的固定狭缝的俯视图。
图11是表示另一变形例所涉及的光学式编码器的固定狭缝的俯视图。
图12是表示能够应用本发明的光学式编码器的结构例的概要立体图。
图13A是表示相关技术的固定狭缝的俯视图。
图13B是表示图13A的固定狭缝的主视图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。对于图示的结构要素适当变更了比例尺以助于理解本发明。
图12是表示能够应用本发明的光学式编码器的结构例的概要立体图。光学式编码器100具备：发光部102，其放出光；固定狭缝104和旋转狭缝106，其使从发光部102放出的光的一部分通过；以及受光部108，其检测通过了固定狭缝104和旋转狭缝106的光。
发光部102作为如箭头所示那样向固定狭缝104和旋转狭缝106放出光的光源而发挥作用。发光部102例如可以是发光二极管(LED)或激光二极管(LD)。另外，发光部102也可以具备将光转换为平行光的透镜。从发光部102放出的光例如可以具有从红外光到可见光的范围的波长。
受光部108例如可以是光电晶体管或光电二极管。受光部108具有与从发光部102放出的光的波长对应的检测范围和检测灵敏度。虽然在图示的例子中发光部102和受光部108是相互对置地设置的，但是也可以是发光部102与受光部108经由光纤等导光路进行光学连接的结构。
旋转狭缝106形成在与绕旋转轴线O旋转的旋转轴110一体地进行旋转的旋转盘112上。旋转狭缝106由按照规定的图案形成的多个狭缝构成。
固定狭缝104是大致板状的构件，借助台座(参照图13B)安装于与旋转轴110和旋转盘112的旋转运动无关地被固定的壳体或托架(未图示)等。固定狭缝104具备：图案形成部114，其形成有使光通过的多个狭缝；被固定部116，其被固定于图12中未示出的台座；以及弹性构造部118，其设置于图案形成部114与被固定部116之间，能够弹性变形。固定狭缝104的详细结构在后面叙述。
固定狭缝104能够由金属或玻璃形成。或者，也可以使用树脂制的固定狭缝。树脂制的固定狭缝容易成形为期望的形状，另外，材料也较为廉价，因此能够削减生产成本。并且，树脂制的固定狭缝难以由于振动、冲击而破损，因此固定狭缝的可靠性提高。作为所使用的树脂，优选的是具有弹性的树脂，例如可以是聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)等。
固定狭缝104和旋转狭缝106相互协作来使从发光部102放出的光部分地通过，由此使明暗图案成像于受光部108。受光部108检测该明暗图案来输出对应的电信号。通过这样，检测旋转盘112、进而旋转轴110的旋转位置、速度、加速度等信息。
参照图12说明的光学式编码器的结构只不过是一个例子，本发明也能够应用于具有其它公知的结构的任意的光学式编码器。例如固定狭缝也可以配置于与旋转狭缝相比更靠近受光部的位置。在这种情况下，从发光部放出的光按旋转狭缝、固定狭缝的顺序通过而到达受光部。
接着，参照图1～图11来说明各种实施方式和变形例所涉及的固定狭缝的详细结构。此外，适当省略各实施方式和它们的变形例所涉及的重复说明。另外，对同一或对应的结构要素使用同一参照标记。
图1是表示本发明所涉及的光学式编码器的固定狭缝10的结构的俯视图。图1所示的固定狭缝10具备：主体部32；图案形成部34，其设置于主体部32的中央部分；以及从主体部32的两个边缘分别向外侧延伸的弹性构造部30和被固定部38。
被固定部38具有与主体部32的缘部大致平行地延伸的长条的形状。被固定部38例如通过粘接剂被固定于台座(参照图13B)等支承体。
弹性构造部30形成为与固定狭缝10的主体部32和被固定部38相比能够容易地弹性变形。换言之，弹性构造部30具有比主体部32和被固定部38小的弹性模量。由此，弹性构造部30具有以下的缓冲作用：在外力作用于固定狭缝10时发生弹性变形，由此降低外力的影响。另外，即使在因热膨胀率之差而导致固定狭缝10与支承体之间产生收缩量之差的情况下，也可以通过弹性构造部30的弹性变形对该收缩量之差进行补偿。根据这种结构，能够防止被固定部38与支承体之间的固定作用降低。因而，提供了可靠性高的固定狭缝。
图2是表示第一实施方式所涉及的光学式编码器的固定狭缝11的俯视图。在本实施方式中，固定狭缝11的弹性构造部36具有将主体部32与被固定部38相互连结的梁状的形态。弹性构造部36相对于被固定部38倾斜，大致呈直线状地延伸，弹性构造部36和被固定部38在俯视图中形成V字状的形态。
图3是表示第二实施方式所涉及的光学式编码器的固定狭缝13的俯视图。在本实施方式中，固定狭缝13的弹性构造部37与第一实施方式的弹性构造部36同样地具有梁状的形态。然而，该弹性构造部37在主体部32与被固定部38之间沿弯曲的曲线延伸。
弹性构造部36、37与固定狭缝11、13的主体部32相比宽度显著小，因此在受到压缩力或拉伸力时能够容易地弹性变形。因而，即使在例如因热膨胀率之差而导致固定狭缝11、13与对固定狭缝11、13进行固定的支承体之间产生收缩量之差的情况下，也可以通过弹性构造部36、37的弹性变形对该收缩量之差进行补偿。由此，能够防止固定狭缝11、13相对于支承体产生错位，从而能够防止固定狭缝11、13的支承作用降低。另外，在固定狭缝11、13和台座的至少任一方被施加振动或冲击的情况下，也能够通过弹性构造部36、37来吸收该振动或冲击。作为结果，能够提供可靠性高的光学式编码器。
此外，具有梁状的形态的弹性构造部只要构成为与主体部和被固定部相比能够容易地弹性变形即可，并不限定于图示的结构。弹性构造部例如也可以是将直线状的梁与包括弯曲形状的梁进行组合的结构，或者还可以是在主体部与被固定部之间并列地形成多个梁的结构。
弹性构造部除了如图所示的梁状的形态以外，还可以具有任意的形状，只要与主体部相比宽度显著窄即可。即，只要与主体部相比宽度足够窄，弹性构造部就会比固定狭缝的其它部位更易于弹性变形，从而能够防止固定狭缝与支承体之间的支承作用降低。
图4是表示第三实施方式所涉及的光学式编码器的固定狭缝12的俯视图。固定狭缝12具有在主体部32与被固定部38之间延伸的弹性构造部40。在固定狭缝12中，在主体部32与被固定部38之间形成有大致矩形的贯通孔42。由此，与主体部32和固定于支承体的被固定部38相比弹性构造部40更容易弹性变形。
图5是表示第四实施方式所涉及的光学式编码器的固定狭缝14的俯视图。固定狭缝14的被固定部38和弹性构造部50分别具有弯曲的形状、例如圆弧形状。在固定狭缝14中，在主体部32与被固定部38之间形成有大致半圆形的贯通孔54。由此，与固定狭缝14的主体部32和固定于支承体的被固定部38相比弹性构造部50能够更容易地弹性变形。此外，虽然在图示的例子中被固定部38和弹性构造部50具有大致相同的宽度，但是也可以使弹性构造部50的宽度小于被固定部38的宽度。在图5中，以虚线示出台座52的轮廓以表示台座52的位置。
图6是表示第五实施方式所涉及的光学式编码器的固定狭缝15的俯视图。固定狭缝15在主体部32与被固定部38之间具有弹性构造部56。在本实施方式中，在主体部32与被固定部38之间的区域形成有多个圆形的贯通孔58。由此，与主体部32和固定于支承体的被固定部38相比固定狭缝15的弹性构造部56能够更容易地弹性变形。此外，贯通孔不限定于图示的圆形，也可以是多边形和椭圆形等任意的形状。另外，贯通孔的截面形状也没有任何限定，截面形状也可以变化，或者贯通孔也可以倾斜。贯通孔的个数也没有任何限定。
在参照图4～图6说明的各实施方式中，通过去除固定狭缝的一部分来形成弹性构造部。除了如图所示的贯通孔以外，也可以利用将固定狭缝的表面切除而得到的切口、或者将固定狭缝的内部去除而得到的中空构造来形成弹性构造部。
图7A和图7B是表示第六实施方式所涉及的光学式编码器的固定狭缝16的俯视图和主视图。固定狭缝16的设置于主体部32与被固定部38之间的弹性构造部60具有弹簧的形态。例如从图7B明确可知，弹性构造部60具有波纹管的形态。在图7B中，除了固定狭缝16以外还一起示出了台座62。固定狭缝16的被固定部38通过粘接剂64被固定于台座62。
这种具有弹簧的形态的弹性构造部60在受到压缩力或拉伸力时能够容易地弹性变形。因而，根据本实施方式，即使在固定狭缝与对固定狭缝进行固定的支承体之间产生收缩量之差的情况下，也可以通过弹簧的弹性变形对该收缩量之差进行补偿。作为结果，与其它实施方式同样地，能够防止固定狭缝的固定作用降低，从而能够提供可靠性高的固定狭缝。
图8A是表示第六实施方式的变形例所涉及的光学式编码器的固定狭缝16’的俯视图。图8B是沿图8A的虚线8B-8B观察的剖视图。在图8B中，将台座80与固定狭缝16’一起示出。在本变形例中，在固定狭缝16’的被固定部38处，与固定狭缝16’的面大致垂直地形成有贯通孔70。而且，在台座80中形成有与贯通孔70嵌合的突起82。即，在本变形例中，通过使固定狭缝16’的贯通孔70与台座80的突起82嵌合，来将固定狭缝16’固定于台座80。根据这种结构，能够得到提高固定狭缝16’的固定作用的有利效果。
图9～图11所示的另一变形例是将参照图8A和图8B说明的上述变形例所涉及的思想分别应用于第一、第三以及第四实施方式而得到的。即，在图9～图11的固定狭缝11’、12’、14’的被固定部38处，形成有容纳未图示的台座的突起的贯通孔70。
此外，固定狭缝与台座的嵌合构造并不限定于图示的例子。例如，也可以在固定狭缝处形成突起并在台座处形成容纳固定狭缝的突起的有底孔或贯通孔。另外，贯通孔的形状也没有特别限定，也可以使贯通孔的内部具有台阶形状或锥形状来使截面积变化。
发明的效果
根据具备上述结构的光学式编码器，在固定狭缝的被固定部与图案形成部之间设定有弹性构造部，因此通过弹性构造部的弹性变形对固定狭缝与支承体之间的变形量之差进行补偿。由此，防止支承体与被固定部之间的错位，能够提供可靠性高的固定狭缝。
以上，说明了本发明的各种实施方式和变形例，但是利用本说明书没有明示的结构也能够起到本发明所意图的作用效果，这对本领域技术人员来说是不言而喻的。特别是，能够不脱离本发明的范围地删除或置换前述的实施方式和变形例的结构要素，还能够进一步附加公知手段。另外，通过将本说明书中明示或暗示地公开的多个实施方式的特征任意地组合也能够实施本发明，这对本领域技术人员来说是不言而喻的。
Claims (7)
1.一种光学式编码器(100)，具备：发光部(102)，其放出光；使从上述发光部(102)放出的光的一部分通过的固定狭缝(104；10、11、11’、12、12’、13、14、14’、15、16、16’)和旋转狭缝(106)；受光部(108)，其检测通过了上述固定狭缝(104；10、11、11’、12、12’、13、14、14’、15、16、16’)和上述旋转狭缝(106)的光；以及支承体(52、62、80)，其支承上述固定狭缝(104；10、11、11’、12、12’、13、14、14’、15、16、16’)，该光学式编码器(100)的特征在于，
上述固定狭缝(104；10、11、11’、12、12’、13、14、14’、15、16、16’)具备：
图案形成部(114；34)，其形成有使光通过的多个狭缝；
被固定部(116；38)，其被固定于上述支承体(52、62、80)；以及
弹性构造部(118；30、36、37、40、50、56、60)，其设置于上述图案形成部与上述被固定部之间，与上述图案形成部和上述被固定部相比能够更容易地弹性变形。
2.根据权利要求1所述的光学式编码器(100)，其特征在于，
上述弹性构造部(36、37)具有梁的形态。
3.根据权利要求1所述的光学式编码器(100)，其特征在于，
上述弹性构造部(40、50、56)是通过去除上述固定狭缝(12、14、15)的一部分而形成的。
4.根据权利要求1所述的光学式编码器(100)，其特征在于，
上述弹性构造部(60)具有弹簧的形态。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的光学式编码器(100)，其特征在于，
上述固定狭缝(104；10、11、11’、12、12’、13、14、14’、15、16、16’)由树脂形成。
6.根据权利要求1～4中的任一项所述的光学式编码器(100)，其特征在于，
上述固定狭缝(11’、12’、14’、16’)的上述被固定部(38)具有与上述支承体(80)嵌合的嵌合构造(70)。
7.根据权利要求5所述的光学式编码器(100)，其特征在于，
上述固定狭缝(11’、12’、14’、16’)的上述被固定部(38)具有与上述支承体(80)嵌合的嵌合构造(70)。
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