JP2007155636A - Rotary encoder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は産業機器、民生機器などの各種回転軸の回転角度を検出するロータリエンコーダに係わり、詳細には被検出軸に連結した回転ディスク板に光学パターンと磁気パターンを形成し、このパターンを受光素子と磁気検出素子で検出して被検出軸の回転数と角度位置を検知するロータリエンコーダに関する。 The present invention relates to a rotary encoder for detecting the rotation angle of various rotating shafts of industrial equipment, consumer equipment, and the like. Specifically, an optical pattern and a magnetic pattern are formed on a rotating disk plate connected to a detected shaft, and this pattern is received. The present invention relates to a rotary encoder that detects a rotational speed and an angular position of a detected shaft by detecting with an element and a magnetic detection element.
一般にこの種のロータリエンコーダは被検出軸に回転ディスク板を連結し、このディスク板に透光スリットなどの光学パターン或いは磁気パターンを検出し、このディスク板に対向配置した受光素子若しくは磁気検出素子で検出する装置として広く知られている。そして光学的或いは磁気的なパターンを検出素子で所定周期のパルス信号として出力し、各種外部機器側でこのパルス信号を積算して角度位置を検知するインクリメンタル方式と、角度位置毎に異なるパターンを形成して回転ディスク板の絶対位置を検出するアブソリュート方式とが知られている。また回転ディスク板に形成するパターンは上述のように光学式と磁気式或いはこの両者を備えた複合式が知られ、本発明は光学パターンと磁気パターンを回転ディスク板に形成する複合式に関する。 Generally, this type of rotary encoder has a rotating disk plate connected to a detected shaft, detects an optical pattern or a magnetic pattern such as a translucent slit on the disk plate, and is a light receiving element or a magnetic detecting element arranged opposite to the disk plate. It is widely known as a detection device. Then, an optical or magnetic pattern is output as a pulse signal of a predetermined period by the detection element, and this pulse signal is integrated on various external devices to detect the angular position, and a different pattern is formed for each angular position. Thus, an absolute method for detecting the absolute position of the rotating disk plate is known. As described above, a pattern formed on the rotating disk plate is known to be an optical type and a magnetic type or a combined type including both. The present invention relates to a combined type that forms an optical pattern and a magnetic pattern on the rotating disk plate.
従来このような複合式ロータリエンコーダとしては例えば特許文献1(特開平01−305314号公報)に被検出軸に連結した回転ディスク板に光学パターンと磁気パターンを形成し、光学パターンで絶対角度を、磁気パターンで回転ディスク板の1回転を検出する方法が開示されている。そして同文献のものは光学パターンをアブソリュート信号を出力するパターンと、インクリメンタル信号を出力するパターンとで構成し、アブソリュート信号で回転角度を大まかに検出し、さらに細かい回転角度についてインクリメンタル信号で検出するようにしている。 Conventionally, as such a composite rotary encoder, for example, in JP-A-01-305314, an optical pattern and a magnetic pattern are formed on a rotating disk plate connected to a detected shaft, and the absolute angle is set by the optical pattern. A method for detecting one rotation of a rotating disk plate with a magnetic pattern is disclosed. In the same document, the optical pattern is composed of a pattern that outputs an absolute signal and a pattern that outputs an incremental signal, and the rotation angle is roughly detected by the absolute signal, and the finer rotation angle is detected by the incremental signal. I have to.
そこで、このようなロータリエンコーダでは回転ディスク板の基準位置を検出する必要があり、同文献には円環状にN−S対向する磁石(マグネットフィルム)を回転ディスク板に貼着している。このように回転ディスク板の基準位置を検出して例えば停電時などの回転量の検出、或いは回転ディスク板の原点位置を検出する際に、回転ディスク板に磁気パターンを施してこれを磁気検出素子で検知することによって装置の消費電力を軽減できる特徴がある。
上述のように回転ディスク板に光学パターンと磁気パターンを形成し、これを光電変換素子と磁気検出素子で検出する場合に、従来は前掲特許文献1のように回転ディスク板を挟んでその一方に受光素子を実装した基板を、他方に磁気検出素子を実装した基板を配置している。この為、回転ディスク板のパターンに対し、受光素子の基板と磁気検出素子の基板をそれぞれ位置合わせして正確な位置に取付けなければならず、また各基板は温度変化或いは衝撃等でその位置がズレないように堅牢に構成しなければならない。 As described above, when an optical pattern and a magnetic pattern are formed on a rotating disk plate, and this is detected by a photoelectric conversion element and a magnetic detection element, conventionally, the rotating disk plate is sandwiched between the rotating disk plate as described in Patent Document 1 above. A substrate on which the light receiving element is mounted is disposed on the other side, and a substrate on which the magnetic detection element is mounted on the other side. For this reason, the substrate of the light receiving element and the substrate of the magnetic detection element must be aligned with respect to the pattern of the rotating disk plate and mounted at accurate positions. It must be constructed robustly so that it does not deviate.
また、この受光素子をマウントする基板をメイン基板とサブ基板との区割し、メイン基板には検出値を所定の出力形式に変換或いは波形整形する処理回路を搭載し、このメイン基板にこれと分離したサブ基板を半田付けなどで固定する構成を採用し、このサブ基板の受光素子をマウントすることも知られている。しかし、何れの場合も受光素子と磁気検出素子とは回転ディスク板の軸を中心に上下離れた位置でその一方に受光素子を、他方に磁気検出素子をそれぞれ治具などで位置合わせしながら基板上の所定位置に配置している。特に、組立作業に於ける回転ディスク板上のパターンに対する受光素子と磁気検出素子の位置調整は、経験と煩雑な作業を余儀なくされている。 In addition, the substrate on which the light receiving element is mounted is divided into a main substrate and a sub substrate, and a processing circuit for converting a detected value into a predetermined output format or waveform shaping is mounted on the main substrate. It is also known to employ a configuration in which the separated sub-board is fixed by soldering or the like, and to mount the light receiving element of this sub-board. However, in either case, the light receiving element and the magnetic detection element are positioned while being vertically separated from each other about the axis of the rotating disk plate, while aligning the light receiving element on one side and the magnetic detection element on the other side with a jig or the like, respectively. It is arranged at a predetermined position above. In particular, the adjustment of the positions of the light receiving element and the magnetic detection element with respect to the pattern on the rotating disk plate in the assembly work requires experience and complicated work.
そこで本発明は回転ディスク板に対し、正確な位置に配置したメイン基板と、このメイン基板に接着するサブ基板とを分離した基板構成において、サブ基板に受光素子と磁気検出素子とを固定し、このサブ基板をメイン基板に接合することによって受光素子と磁気検出素子との位置調整が容易で簡単に組立てることが可能なロータリエンコーダの提供をその主な課題としている。 Therefore, in the present invention, in the substrate configuration in which the main substrate arranged at an accurate position with respect to the rotating disk plate and the sub substrate bonded to the main substrate are separated, the light receiving element and the magnetic detection element are fixed to the sub substrate, The main problem is to provide a rotary encoder in which the position adjustment of the light receiving element and the magnetic detection element can be easily performed and easily assembled by joining the sub board to the main board.
上述の課題を達成するため本発明は以下の構成を採用したものである。被検出軸に連結され一体に回転する回転ディスク板と、上記回転ディスク板に形成した透光スリットと、上記透光スリットを挟んで対向する光源及びこの光源からの光を光電変換する受光素子と、上記回転ディスク板に配設した磁性体(磁気パターン形成手段;以下同様)と、この磁性体と対向する位置に少なくとも1つ配置した磁気検出素子とでロータリエンコーダを構成する。 In order to achieve the above-described problems, the present invention employs the following configuration. A rotating disk plate connected to the detected shaft and rotating integrally, a light transmitting slit formed in the rotating disk plate, a light source opposed to the light transmitting slit, and a light receiving element for photoelectrically converting light from the light source A rotary encoder is composed of a magnetic body (magnetic pattern forming means; hereinafter the same) disposed on the rotating disk plate and at least one magnetic detection element disposed at a position facing the magnetic body.
そして上記回転ディスク板を回動自在に支持するスピンドル基盤に上記光源を固定配置すると共に、この回転ディスク板を介して対向する側に出力信号処理回路を有する基板を配置する。その上でこの基板に上記受光素子を搭載したサブ基板を設け、このサブ基板に上記磁気検出素子を一体的に取付ける。このように構成することによって、受光素子と磁気検出素子とはサブ基板に取り付けられ、このサブ基板を例えば位置決めマーカーなどで位置調節してメイン基板に接合すれば両素子を正しい位置に組み込むことが出来る。 The light source is fixedly disposed on a spindle base that rotatably supports the rotating disk plate, and a substrate having an output signal processing circuit is disposed on the opposite side of the rotating disk plate. Then, a sub-board on which the light receiving element is mounted is provided on the board, and the magnetic detection element is integrally attached to the sub-board. With this configuration, the light receiving element and the magnetic detection element are attached to the sub-board, and if the sub-board is adjusted with a positioning marker, for example, and joined to the main board, both elements can be incorporated at the correct positions. I can do it.
また、前記透光スリットは角度位置毎に異なるパターンを形成する複数のスリットから構成し、前記出力信号処理回路はアブソリュート信号をバイナリ形式で出力する位置信号発生回路を備えることによってアブソリュートエンコーダを構成することが出来る。更に、前記磁気パターン形成手段にはこのセンサと所定角度位相の異なる位置に第2の磁気検出素子を上記基板に対向配置することによって回転ディスク板の回転方向を検出することが可能となる。また、前記第1の磁気検出素子はホール素子で前記第2の磁気検出素子は磁気抵抗素子で構成するなどホール素子或いは磁気抵抗素子を適宜組み合わせることが可能である。 The translucent slit comprises a plurality of slits that form different patterns for each angular position, and the output signal processing circuit comprises a position signal generation circuit that outputs an absolute signal in binary form to constitute an absolute encoder. I can do it. Further, the rotation direction of the rotating disk plate can be detected by disposing the second magnetic detection element on the magnetic pattern forming means opposite to the substrate at a position having a predetermined angle phase different from that of the sensor. In addition, it is possible to appropriately combine Hall elements or magnetoresistive elements, such as the first magnetic detecting element being a Hall element and the second magnetic detecting element being a magnetoresistive element.
本発明は回転ディスク板に対し、正確な位置に配置したメイン基板と、このメイン基板に接着するサブ基板とを分離した基板構成において、このサブ基板に受光素子と磁気検出素子とを固定し、このサブ基板をメイン基板に接合することによって受光素子と磁気検出素子との位置調整が容易で従来、受光素子と磁気検出素子とをそれぞれ個別に回転ディスク板に位置決めして固定していたのに比べ、この両素子を同時に位置決めして回転ディスク板の所定位置に固定するため組立てが容易で安価である。 The present invention is a substrate configuration in which a main substrate arranged at an accurate position with respect to a rotating disk plate and a sub substrate bonded to the main substrate are separated, and a light receiving element and a magnetic detection element are fixed to the sub substrate, By joining this sub-board to the main board, it is easy to adjust the position of the light-receiving element and the magnetic detection element. In the past, the light-receiving element and the magnetic detection element were individually positioned and fixed on the rotating disk plate. In comparison, since both the elements are positioned at the same time and fixed at a predetermined position on the rotating disk plate, assembly is easy and inexpensive.
以下、図示の好適な実施の形態に基づいて本発明を詳述する。図1はロータリエンコーダの原理構成を示す概念図であり、図2は各構成相互の関係を示す断面図である。一般にロータリエンコーダは図1に示すように回転ディスク板13を設け、この回転ディスク板13の回転方向に複数の光学パターン131を設ける。この光学パターン131を挟んで光源(発光素子)17と受光素子14を対向配置して受光素子14からの出力値を波形整形して外部に出力するように構成する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the preferred embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the principle configuration of a rotary encoder, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the relationship between the components. In general, a rotary encoder is provided with a
そしてこの光学パターン131は、回転方向のトラックに所定間隔で複数の透光スリットを配置し、各透光スリットを通過した光を受光素子14で検出してその出力信号を累積加算して角度位置を検知するインクリメンタル式か、或いはトラック上に異なる形状パターンの透光スリットを形成し、受光素子14から回転角度に応じた信号を出力し、この検知信号で絶対的な角度位置を検知するアブソリュート式を構成する。更にこの両者を備えた複合式が知られている。
The
また、回転ディスク板13の角度位置と同時に回転の起点を検出して原点信号として外部に出力する必要があり、この原点信号はインクリメンタル式の場合は累積カウンタをリセットし、アブソリュート式の場合には角度位置を修正する等の制御に使用する。この原点位置を検出する位置パターンは光学式の透光スリットか或いは磁気的な磁気パターンが用いられる。図示のものは回転ディスク板13に磁気パターン132を形成し、この磁気パターン132を磁気検出素子15で検出して原点信号を出力する。
In addition, it is necessary to detect the starting point of rotation simultaneously with the angular position of the
このように磁気的にパターンを検出することにより停電など供給電源に異常が生じた場合にバッテリー電源などの微弱電源で回転ディスク板13の回転数を検出することが可能となる。図示の原点信号は回転ディスク板13にマグネットシートなどの磁性体(磁気パターン形成手段)を接着して一体化して磁気パターン132を形成している。
By detecting the pattern magnetically in this way, it becomes possible to detect the rotational speed of the rotating
そしてこの磁気パターン132と少許の間隙を隔てて対向配置した磁気検出素子15で磁気的な位置を検出する。この磁気検出素子15としてはホール素子、磁気抵抗素子(MR素子)等が知られ、本発明はこれらの磁気検出素子が使用可能である。
Then, the magnetic position is detected by the
一方、前述の光学パターン131にはその透光スリットを挟んで一方に光源(発光素子)17が他方に受光素子14が配置され、光源(発光素子)17は例えばLED発光素子で、受光素子14はホトダイオードなどで構成する。そしてホトダイオードなどの受光素子14の出力はコード信号の変換回路から例えばバイナリコードとして外部に出力される。
On the other hand, a light source (light emitting element) 17 is disposed on one side and a
次に上述の構成相互の関係を図2(a)、(b)及び図3に基づいて説明する。装置フレームを構成するスピンドル基盤110と、回転軸12と、回転ディスク板13と、回路基板140と、ケーシング150で構成される。スピンドル基盤110は円柱状或いは多角形筒状など適宜形状にアルミ合金その他の金属で堅牢に構成し、このスピンドル基盤110の中心には回転軸12を嵌合支持する軸孔を設け、ベアリングで回転軸12を回転自在に支持する。回転軸12は基端部に被検出軸(図示せず)とカップリング継手で連結され、その軸端にはハブ121が設けられ、このハブ121は回転軸12と直交する平坦面を備え、この面に回転ディスク板13を接合するようになっている。
Next, the relationship between the above-described configurations will be described with reference to FIGS. A
また回転軸12にはベアリングのインナーレーサと係合する段差が設けられ、軸端には被検出軸(図示せず)と連結する継手を嵌合するDカットが設けられている。このDカットを基準に被検出軸の検出開始位置(角度位置)と回転軸12に取付ける回転ディスク板13の原点位置を位置合わせする。そこで前述の回転ディスク板13は回転軸12のハブ121に固定され、後述する方法で回転軸中心と光学パターン131の回転中心が一致するように調整され接着剤などで取付けられる。
Further, the
この回転ディスク板13を介して受光素子14と光源(発光素子)17とが次のようにスピンドル基盤110に取付けられる。まず受光素子14は光電変換素子で構成され、サブ基板142に組込まれ、このサブ基板142がメイン基板である回路基板140に半田付けなどで取付けられている。そこで本発明はこのサブ基板142にスペーサ21を介して磁気検出素子15を一体に取付ける。回路基板140には受光素子14の検出値を増幅する増幅回路と、出力波形に変換する波形生成回路が組込まれている。この回路基板140がスピンドル基盤110に設けたステム113にビスで固定されている。図示のステム113は回転軸12の周囲3ヶ所程度に設けられ、回路基板140を後述する方法で位置調節可能に固定している。
The
一方、光源(発光素子)17はLEDなどの光源ランプをスピンドル基盤110に次のように取付けてある。まずスピンドル基盤110は回転軸12の軸方向上下に上部基盤110aと下部基盤110bに2分割され、上部基盤110aはアルミ合金など堅牢な材料で構成され、下部基盤110bは合成樹脂など加工性に富んだ材料で構成されている。そして上部基盤110aには前述の軸孔が穿設され、この軸孔に前述の回転軸12が軸受支持されている。またこの上部基盤110aに軸方向の貫通孔114が穿設され、発光素子17はこの貫通孔114に取付けてある。さらに上部基盤110aには貫通孔114を覆うように固定スリット板16が取付けてある。
On the other hand, the light source (light emitting element) 17 has a light source lamp such as an LED attached to the
下部基盤110bは中心に回転軸12を嵌合する軸孔115と外周にシール取付溝118が設けてある。この下部基盤110bは合成樹脂のモールド成形で形成され、軸孔115にはシーリング部材116がインサート成形によって一体成形されている。つまり下部基盤110bは上部基盤110aの貫通孔114を閉蓋するのと同時にシーリング部材116で回転軸12との間隙を封止する。このように下部基盤110bとシーリング部材116とを一体に形成すると両者を個別に形成した場合と比べ組立性が向上するのと同時に密閉性も向上し外部から塵埃が侵入することがない。
The
上述のように構成された下部基盤110bは上部基盤110aに図示しないビスで固定され両者は一体化される。そしてこの下部基盤110bに設けられたシール取付溝118にはOリング119が取付けられケーシング150が嵌合される。ケーシング150は回路基板140、回転ディスク板13、固定スリット板16、光源(発光素子)17を覆うキャップ形状に形成され、スピンドル基盤110に固定される。尚、図3は本発明に係わるロータリエンコーダの外観の構成を示したものであり、図示22はバイアスマグネットを示す。
The
以上の構成のロータリエンコーダに於いて本発明は出力信号の処理回路を組込んだ回路基板140(メイン基板)と前述の受光素子14を実装したサブ基板142とを分離して個別に構成する。このサブ基板142に受光素子14を回転ディスク板13の回転中心に向かう中心線(図4のX−X線)と一致するように取付ける。つまり受光素子14は複数の受光エレメントが所定方向(図5のY−Y線)に配置され、このY−Y線と回転ディスク板13のX−X線とが一致するようサブ基板142を回路基板140に取付け(接合)する。
In the rotary encoder having the above configuration, the present invention separates the circuit board 140 (main board) incorporating the output signal processing circuit and the
そこで図示の磁気検出素子15はMR素子で構成されこのMR素子の磁気パターンを中心に左右に45度傾けて配置する。図4はその一例で回転ディスク板の中心線X−Xに対してプラス45度の磁気パターンAとマイナス45度の磁気パターンBとで構成している。このようにMR素子の磁気パターンを受光素子14の配置基準線(Y−Y線)と一致させることによってサブ基板142を回路基板140に位置合わせして取付ければ受光素子14と磁気検出素子15とを同時に規定位置に位置合わせすることが出来る。
Therefore, the illustrated
13 回転ディスク板
14 受光素子
15 磁気検出素子
16 固定スリット板
17 光源(発光素子)
110 スピンドル基盤
131 光学パターン
132 磁性体(磁気パターン形成手段)
140 回路基板(メイン基板)
142 サブ基板
13
110
140 Circuit board (main board)
142 Sub-board
Claims (5)
上記回転ディスクに形成した透光スリットと、
上記透光スリットを挟んで対向する光源及びこの光源からの光を光電変換する受光素子と、
上記回転ディスク板に配設した磁気パターン形成手段と、
上記磁気パターン形成手段と対向する位置に少なくとも1つの磁気検出素子を配置したロータリエンコーダであって、
上記回転ディスク板を回動自在に支持するスピンドル基盤に上記光源を固定配置すると共に、この回転ディスク板を介して対向する側に出力信号処理回路を有する基板を配置し、
この基板に上記受光素子を搭載したサブ基板を設け、このサブ基板に上記磁気検出素子を一体的に取付けたことを特徴とするロータリエンコーダ。 A rotating disk plate connected to the detected shaft and rotating integrally;
A translucent slit formed in the rotating disk;
A light source facing the light-transmitting slit and a light-receiving element that photoelectrically converts light from the light source;
Magnetic pattern forming means disposed on the rotating disk plate;
A rotary encoder in which at least one magnetic detection element is disposed at a position facing the magnetic pattern forming means,
The light source is fixedly disposed on a spindle base that rotatably supports the rotating disk plate, and a substrate having an output signal processing circuit is disposed on the opposite side of the rotating disk plate,
A rotary encoder comprising a sub-board on which the light receiving element is mounted on the board, and the magnetic detection element is integrally attached to the sub-board.
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