CN107270948A - 通过光检测出液体浸入的编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过光检测出液体浸入的编码器，光学式编码器具备受光元件单元(5)、移动狭缝(2)以及固定狭缝(3)。受光元件单元(5)具备用于探测液体浸入的图案(5B)。

Description

通过光检测出液体浸入的编码器
技术领域
本发明涉及通过光检测出液体浸入的编码器。
背景技术
在工业机械领域中，作为对电动机或由电动机驱动的被驱动机器的位置进行检测的传感器，使用各种编码器，特别是为了对旋转马达的驱动轴的旋转位置进行检测的目的，广泛采用光学式编码器。
若在光学式编码器的内部附着液体，则即使该液体为微量，也对精度、可靠性、寿命产生不良影响。即，若在光学式编码器的光路上附着液体，则应接收的光会折射、被吸收，或者混入其它光信号。其结果，信号错乱，在位置探测用编码器的情况下，检测精度降低、发送不正确的位置信息，发送信号电平异常的信号，对反馈控制、系统的运行带来严重的不良影响。
目前，已知以下技术：通过在齿轮或齿轮组的一侧上配置感应线圈，电磁性地检测出齿轮等，从而降低液体的影响(参照专利文献1)；用导电性透明盖覆盖光学编码器的扫描单元，防止电磁噪声和液体的浸入(参照专利文献2)；在光学编码器的移动标尺与固定标尺之间、或者主标尺与受光部之间填充具有润滑性且透光的液体(参照专利文献3)；在光电型编码器中，将光电转换器的检测信号在其正侧及负侧与基准电压进行比较，通过比较它们的相位来检测出异常(参照专利文献4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010－044055号公报
专利文献2：日本特开2009－115801号公报
专利文献3：日本特开2005－091023号公报
专利文献4：日本特开昭58－002613号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，专利文献1的技术没有对液体的附着进行探测的功能。专利文献2的技术虽然防止液体的浸入，但是在万一液体浸入时，没有对其进行检测并对应的方法。专利文献3的技术虽然使用了透光的液体，但是对浸入的液体未做任何考虑。专利文献4未记载用于对受光元件、旋转狭缝探测液体浸入的图案，另外，专利文献4的技术实际上若位置信号未发生异常便无法探测到。
如上所述，在现有的编码器中，虽然努力防止液体的浸入、找到了探测位置信号的异常的方法，但是并非积极地探测液体的浸入，在作为编码器系统的功能丧失或降低前，积极地发出警告且采取对策的简单的编码器。
本发明的目的在于尽早探测到浸入、附着于编码器的液体，解决现有技术的课题。
用于解决课题的方案
(1)本发明的光学式编码器具有受光元件单元(例如，后述的受光元件单元5、15)、移动狭缝(例如，后述的移动狭缝2、12、22)以及固定狭缝(例如，后述的固定狭缝3、13、23)，上述光学式编码器的特征在于，受光元件单元具备用于探测液体浸入的图案(例如，后述的用于探测液体浸入的图案5B、15B)。
(2)在(1)的光学式编码器中，也可以是，移动狭缝(例如，后述的移动狭缝2、12、22)及固定狭缝(例如，后述的固定狭缝3、13、23)的至少任一个具备用于探测液体浸入的图案(例如，后述的用于探测液体浸入的图案12B、13B、22B、23B)。
(3)在(1)或(2)的光学式编码器中，也可以是，用于探测液体浸入的图案是槽(例如，后述的槽20、30)。
(4)在(1)或(2)的光学式编码器中，也可以是，用于探测液体浸入的图案是微小的凹凸(例如，后述的微小的凹凸40)。
(5)在(1)或(2)的光学式编码器中，也可以是，用于探测液体浸入的图案是吸湿材料(例如，后述的吸湿材料50)。
(6)在(1)至(5)的任一个光学式编码器中，也可以是，用于探测液体浸入的图案配置于对狭缝部(例如，后述的狭缝部2A、3A、12A、13A)或狭缝部的位置进行检测的位置探测图案(例如，后述的位置探测图案5A、15A)的外侧。
发明效果
通过本发明，能够在位置信号发生异常前对浸入、附着于编码器的液体进行探测。
对浸入、附着于编码器的液体进行探测的机构、功能能够事先预防、减轻因编码器系统的功能丧失、功能降低而导致的效率降低、事故等。
附图说明
图1是表示第一实施方式的光学式编码器的结构的俯视图。
图2是表示第一实施方式的光学式编码器的结构的剖视图。
图3是表示在第一实施方式的受光元件单元附着有液体的状态的图。
图4A至图4C是表示具备用于探测液体浸入的图案的受光元件单元的探测图案例的图。
图5是表示第二实施方式的光学式编码器的结构的剖视图。
图6是表示用于探测液体浸入的图案的图案构造例1的图。
图7是表示用于探测液体浸入的图案的图案构造例2的图。
图8是表示用于探测液体浸入的图案的图案构造例3的图。
图9是表示用于探测液体浸入的图案的图案构造例4的图。
图中：
E1—光学式编码器，E2—光学式编码器，L—液体，1、11—旋转轴，2、12、22—移动狭缝，3、13、23—固定狭缝，4、14—投光单元，5、15—受光元件单元，2A、3A、12A、13A—狭缝部，5A、15A—位置探测图案，5B、12B、13B、15B、22B、23B—用于探测液体浸入的图案，20、30—槽，40—微小的凹凸，50—吸湿材料。
具体实施方式
对光学式编码器进行说明。在此，为了便于说明，使用旋转型光学式编码器。
(第一实施方式)
参照图1至图4C，对本发明的第一实施方式进行说明。
第一实施方式的光学式编码器是对与旋转体连结的旋转轴的旋转位置进行检测的光学式传感器，特别是，本实施方式的光学式编码器是配置成投光单元和受光元件单元隔着多个狭缝而对置的透过型光学式编码器。
作为本实施方式的一例，图1是从受光元件单元侧观察光学式编码器E1的俯视图。图2是沿着含有该光学式编码器E1的旋转轴线、投光单元、受光元件单元等的面的剖视图。
如图1所示，本实施方式的光学式编码器E1具备：与旋转马达的驱动轴、被旋转马达旋转驱动的被旋转体等(未图示)连结的旋转轴1；与旋转轴1以正交的方式连结的圆盘状的移动狭缝2；固定狭缝3；投光单元4；以及受光元件单元5。
移动狭缝2为了与其旋转角度对应地输出正弦波，具备在周向上以固定间隔配设的放射状的狭缝部2A。
固定狭缝3限制向狭缝圆板入射的光的宽度，具备用于使光的通/断清晰的狭缝部3A。
如图2所示，投光单元4、固定狭缝3、移动狭缝2、受光元件单元5按照该顺序进行配置。
与移动狭缝2的一方的主面侧对置地配置有固定狭缝3，与另一方的主面侧对置地配置有受光元件单元5。
此外，图1示意性表示光学式编码器E1，为了容易理解，将投光单元4、固定狭缝3、移动狭缝2、受光元件单元5的位置关系错开进行描绘。
投光单元4作为朝向固定狭缝3及移动狭缝2放光的光源发挥作用，例如，由发光二极管(LED)或激光二极管(LD)构成。从投光单元4放出的光具有例如从红外到可见光的范围的波长。
受光元件单元5例如为光电晶体管或光电二极管，具有与从投光单元4放出的光的波长对应的检测范围及检测灵敏度。
移动狭缝2及固定狭缝3由金属、玻璃、树脂制等的材料形成。在使用金属材料的情况下，移动狭缝2及固定狭缝3例如通过对不锈钢等金属板进行蚀刻而形成。在使用玻璃材料的情况下，移动狭缝2及固定狭缝3由例如蒸镀金属薄膜而成的玻璃板构成。
在使用合成树脂材料的情况下，例如，若由形成有V字形的槽等反射部的树脂板构成移动狭缝2及固定狭缝3，则容易形成期望的形状，另外，因为材料价格也比较低，所以能够降低生产成本。
在本实施方式的光学式编码器E1中，在该配置下，投光单元4的光通过固定狭缝3及移动狭缝2，向受光元件单元5投影明暗，受光元件单元5向信号处理单元(未图示)输出正弦波的信号，检测出位置信息。图1中，4C、5C是引线，箭头表示供电－投光、受光－探测信号的路径。
如图2所示，从投光单元4照射出的平行光透过固定狭缝3的狭缝部3A及移动狭缝2的狭缝部2A，被受光元件单元5的位置探测图案5A探测。在投光单元4设置所需大小的透镜4A，放射大致平行的平行光。
图3表示在第一实施方式的受光元件单元5附着有液体L的状态。受光元件单元5具备位置探测图案5A及用于探测液体浸入的图案5B。用于探测液体浸入的图案5B是探测液体浸入的受光体的配置图案。
图4A至图4C是从投光单元4侧观察第一实施方式的光学式编码器E1的受光元件单元5的概要图，示出位置探测图案5A及用于探测液体浸入的图案5B的平面形状。
如图2所示，从投光单元4照射出的光也到达受光元件单元5的用于探测液体浸入的图案5B。
若在受光元件单元5的用于探测液体浸入的图案5B附着液体，则液体吸收光，或者使光折射，从而用于探测液体浸入的图案5B上的光量发生变化或波长发生变化。
信号处理单元(未图示)在受光元件单元5的信号偏离基准值产生变化时，则探测到液体的浸入，显示警报、警告。
在图2的例中，照射光在比固定狭缝3及移动狭缝2的狭缝部3A、2A靠半径方向外侧不经由这些狭缝而直接到达受光元件单元5的用于探测液体浸入的图案5B，但是不限于此。照射光也可以经由这些中的至少一个而到达。另外，照射光也可以在固定狭缝3的狭缝部3A的半径方向内侧不经由固定狭缝3而达到。
(探测图案例)
图4A至图4C分别表示本发明的各实施方式的受光元件单元5的用于探测液体浸入的图案5B的探测图案例1～3。
探测图案例1～3是对用于探测光的受光体进行配置的受光图案。
(探测图案例)
图4A是受光元件单元5的用于探测液体浸入的图案5B的探测图案例1的概要图。
如该图所示，位置探测图案5A配备于受光元件单元5的中心部，与之相对，用于探测液体浸入的图案5B配备于受光元件单元5的周边部。由此，液体在达到位置探测图案5A前先附着于用于探测液体浸入的图案5B。
在本例中，受光元件单元5在从投光单元4侧观察的俯视下为矩形。用于探测液体浸入的图案5B以与受光元件单元5的四边大致相同的宽度形成。
在图4A中观察，通过用于探测液体浸入的图案5B检测出的光量为受光体在上下的边受光的固定光量和在左右的边受光的变化的光量的和。
图4B是受光元件单元5的用于探测液体浸入的图案5B的探测图案例2的概要图。
在探测图案例2中，用于探测液体浸入的图案5B分割成多个受光体的探测图案，能够更详细地探测液体的浸入方向、浸入量等。
如图4B所示，用于探测液体浸入的图案5B分割成其角部5B1和边部5B2的探测图案，各边部5B2进一步分割成多个部分的探测图案。根据分割后的角部5B1及边部5B2，对每个或者每个预定的组探测光量，从而能够检出液体所侵入的区域。
例如，在角部5B1的探测图案探测到液体浸入的情况下，判定液体从该角部5B1的方向浸入。另外，根据用于探测液体浸入的图案5B的边部5B2的四个探测图案(例如在图4B中右侧的四个)中的几个探测图案探测到液体，能够判定液体的量。
图4C是受光元件单元5的用于探测液体浸入的图案5B的探测图案例3的概要图。
在探测图案例3中，在移动狭缝2的移动方向(图4C的箭头方向)的区域未对受光元件单元5配置用于探测液体浸入的图案5B。即，仅在移动狭缝2的狭缝部2A的移动区域外的、距离旋转轴1近的一侧及远的一侧的边部配置有用于探测液体浸入的图案5B3。
由此，用于位置探测图案5A的明暗的变化对用于探测液体浸入的图案5B3不产生影响，因此信号处理单元的信号处理的负担减轻。其结果，能够实现信号处理单元的小型化、低成本化以及液体的浸入探测的高精度化。
在图4C中，上下两个探测图案5B3既可以为一个受光信号，也可以为独立的受光信号。
根据本实施方式，能够在位置信号异常前对浸入、附着于编码器的液体进行探测。
无需如现有技术一样地增设用于探测液体浸入的新的传感器即可，因此对于小型化及低成本化是有效的。
(第二实施方式)
参照图5，对本发明的第二实施方式进行说明。
如图5所示，本实施方式的光学式编码器E2与第一实施方式同样地具备旋转轴11、移动狭缝12、固定狭缝13、投光单元14以及受光元件单元15。在本实施方式的光学式编码器E2中，受光元件单元15具备位置探测图案15A及用于探测液体浸入的图案15B。移动狭缝12及固定狭缝13分别具备放射状的狭缝部12A、13A。
对于受光元件单元15的用于探测液体浸入的图案15B，能够应用第一实施方式中所说明的探测图案例1～3(图4A至图4C)。
在本实施方式中，移动狭缝12及固定狭缝13中的至少任一个具备用于探测液体浸入的图案12B、13B。
在移动狭缝12所设置的用于探测液体浸入的图案12B例如俯视以环状形成于狭缝部12A的外侧及内侧。在液体L侵入、附着到外侧及内侧的用于探测液体浸入的图案12B的任一个的情况下，在该附着位置因移动狭缝12的旋转而进入受光元件单元15的用于探测液体浸入的图案15B的区域时，该液体L被受光元件单元15的用于探测液体浸入的图案15B检测出。
在固定狭缝13所设置的用于探测液体浸入的图案13B例如俯视以圆弧状形成于狭缝部13A的半径方向外侧及内侧。
若液体附着于移动狭缝12及固定狭缝13中的至少任一个狭缝部12A、13A的周边，则受光元件单元15的用于探测液体浸入的图案15B接收的光量、波长因在移动狭缝12和/或固定狭缝13所附着的液体而变化。由此，能够探测液体的浸入。
如上所述，移动狭缝12及固定狭缝13中的至少任一个在狭缝部12A、13A的半径方向内侧及外侧具备用于探测液体浸入的图案12B、13B。由此，能够在液体L到达移动狭缝12及固定狭缝13的狭缝部12A、13A前探测到液体的浸入。
在本实施方式中，用于探测液体浸入的图案15B设于受光元件单元15以外的多个部位。由此，相比第一实施方式，能够更准确地探测液体的浸入。
图5图示了移动狭缝12及固定狭缝13双方具备用于探测液体浸入的图案的情况，但不限于此。作为其它配置例，可以仅移动狭缝12具备用于探测液体浸入的图案12B(未图示)，或者也可以仅固定狭缝13具备用于探测液体浸入的图案13B(未图示)。
相比仅移动狭缝12具备用于探测液体浸入的图案12B的情况，或者仅固定狭缝13具备用于探测液体浸入的图案13B的情况，移动狭缝12及固定狭缝13双方具备用于探测液体浸入的图案12B、13B的情况能够更准确地探测液体的浸入。
(图案构造例)
以下，对于在本发明的各实施方式中使用的用于探测液体浸入的图案的图案构造例1～4，分别使用图6至图9进行说明。这些图案构造例1～4应用于在移动狭缝12及固定狭缝13所设置的探测液体浸入的图案12B、13B。
图6及图7分别表示在本发明的各实施方式中使用的移动狭缝22(或固定狭缝23)的用于探测液体浸入的图案22B(23B)的图案构造例1及2。
如图6及图7所示，作为移动狭缝22(或固定狭缝23)的用于探测液体浸入的图案22B(23B)，分别形成槽20、30。
液体L由于表面张力而容易汇集于槽20、30，通过使用槽20、30来作为用于探测液体浸入的图案22B(23B)，能够更准确地探测液体L的浸入。
在通过合成树脂等的注射成形来成形移动狭缝22及固定狭缝23的情况下，能够特别低成本地制造由槽20、30构成的图案。
图6表示图案构造例1，用于探测液体浸入的图案22B(23B)由在剖视视野下底部平坦的槽形成。根据在底部平坦的槽20附着液体L，在无液体L的情况下向该图上方直线前进的光因折射而减少或被遮挡。底部平坦的槽20的形状使用截面矩形、倒梯形、多个槽等。
图7表示图案构造例2，用于探测液体浸入的图案22B(23B)由底部为V字型的槽形成。根据在底部为V字型的槽30附着液体L，在V字型底部的界面进行反射及折射而未到达用于探测液体浸入的图案的光因液体L的附着而向该图上方透过。
V字型的槽30的倾斜角以狭缝构成材料的折射率等为条件进行设计。
图8表示图案构造例3。用于探测液体浸入的探测用图案22B(23B)的表面形成有微小的凹凸40。
微小的凹凸40是毛玻璃状的微小的凹凸，通常利用凹凸面的漫反射来遮光。但是，在附着有液体L的情况下，凹凸变得平坦，从而漫反射的光透过，由此检出液体L的附着。
微小的凹凸能够通过对移动狭缝或固定狭缝实施切削加工等而低成本地制造。微小的凹凸也可以通过注射成形、浮雕加工来形成。另外，微小的凹凸的形状可以不固定，也可以随机。
图9表示图案构造例4，作为用于探测液体浸入的探测用图案22B(23B)，使用光的透过率、波长根据吸湿量而变化的吸湿材料50。通过使用吸湿材料50，能够更准确地探测液体L的浸入。吸湿材料50既可以形成于移动狭缝22或固定狭缝23的表面，也可以设于凹部内。
作为吸湿材料50，能够使用含有光的透过率、波长因吸湿而变化的氯化钴、有机色素等的高分子化合物。
在以上的图案构造例的说明中，通过将图案构造例1～4应用于移动狭缝12和/或固定狭缝13的例进行了说明，但不限于此。这些图案构造例也能够形成于受光元件单元15的用于探测液体浸入的图案5B、15B上。该情况下，在图4A至图4C所示的由受光体形成的各探测图案例上载置或层叠板状体或层，该板状体或层具备槽等图案构造。
根据本发明的各实施方式，起到以下的效果。
能够在位置信号发生异常前对浸入、附着于编码器的液体进行探测。
对浸入、附着于编码器的液体进行探测的机构、功能能够事先预防、减轻因编码器系统的功能丧失、功能降低而导致的效率降低、事故等。
无需如现有技术那样地增设用于探测液体浸入的新的传感器即可，因此对于小型化及低成本化是有效的。
另外，现有技术在位置信号发生异常后对液体的浸入进行探测，与之相对，本发明通过用于探测液体浸入的专用的图案对液体的浸入进行探测。因此，实际上能够将位置信号发生异常防患于未然，因此，相比现有技术，本实施方式的可靠性高，安全。
用于探测液体浸入的图案配备于受光元件单元的周边。由此，液体在到达位置探测图案前，先附着于用于探测液体浸入的图案，能够探测到液体的浸入。
对受光元件单元的用于探测液体浸入的图案进行分割，从而能够更详细地探测液体的浸入方向、浸入量等。
在受光元件单元的移动狭缝的移动方向未配置用于探测液体浸入的图案，因此信号处理单元的信号处理的负担减轻。其结果，能够实现信号处理单元的小型化、低成本化以及液体的浸入探测的高精度化。
用于探测液体浸入的图案设于受光元件单元以外的多个部位，从而能够更准确地探测液体的浸入。
将移动狭缝和/或固定狭缝的用于探测液体浸入的图案作成槽状，从而能够更准确地探测液体的浸入。
将移动狭缝和/或固定狭缝的探测液体浸入的探测用图案作成微小的凹凸形状，从而能够低成本地制造。
作为移动狭缝和/或固定狭缝的用于探测液体浸入的图案，使用吸湿材料，从而能够更准确地探测液体的浸入。
此外，本发明不限于各实施方式或例子，能够实现本发明的目的的范围内的变形、改良也包含在本发明中。
本发明的实施方式对旋转型光学式编码器进行了说明，但是也可以是线型编码器。另外，也可以是反射型光学式编码器等任何类型的编码器。
另外，受光元件单元的用于探测液体浸入的图案不限于各实施方式的形状，例如，能够将受光元件单元的平面形状作成圆形、椭圆形、多边形。另外，用于探测液体浸入的图案的探测图案形状也可以根据边部的位置而使长度、面积不同。
对移动狭缝、固定狭缝的用于探测液体浸入的图案设于其一面的情况进行了说明，但不限于此，也可以设于另一面、两面、端面。
移动狭缝及固定狭缝的用于探测液体浸入的图案也可以仅设于半径方向内侧或外侧中的一方。
在固定狭缝所设置的用于探测液体浸入的图案不限于圆弧状，也可以为直线状，也可以配置于固定狭缝的周围，既可以为扇形，也可以为四边形。
被受光元件单元的位置探测图案5A及用于探测液体浸入的图案5B检测出的光也可以作为共通的受光信号而输出。
对于用于探测液体浸入的图案，也可以使用对液体的润湿性进行控制的材料。

Claims (6)

1.一种光学式编码器，具有受光元件单元、移动狭缝以及固定狭缝，
上述光学式编码器的特征在于，
上述受光元件单元具备用于探测液体浸入的图案。
2.根据权利要求1所述的光学式编码器，其特征在于，
上述移动狭缝及上述固定狭缝的至少任一个具备用于探测液体浸入的图案。
3.根据权利要求1或2所述的光学式编码器，其特征在于，
上述用于探测液体浸入的图案是槽。
4.根据权利要求1或2所述的光学式编码器，其特征在于，
上述用于探测液体浸入的图案是微小的凹凸。
5.根据权利要求1或2所述的光学式编码器，其特征在于，
上述用于探测液体浸入的图案是吸湿材料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学式编码器，其特征在于，
上述用于探测液体浸入的图案配置于对狭缝部或上述狭缝部的位置进行检测的位置探测图案的外侧。
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