JP2008298683A - 素子位置決め機構及びそれを用いたエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で、小型化が容易で、高精度な位置決めが可能な素子位置決め機構を提供する。
【解決手段】素子位置決め機構は、基部１と、素子搭載部１０と、基部１に対して素子搭載部１０を支持しＸＹ面内にて延在する４つの支持梁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとを備える。支持梁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれは、素子搭載部１０をＸＹ面内でＸ方向及びＹ方向に関して移動させることが可能な可撓性を持っている。素子位置決め機構は、基部１に対して素子搭載部１０をＸ方向及びＹ方向に関して移動させて位置決めする位置決め作用部を備える。位置決め作用部は、基部１に形成されたＸ方向のねじ穴２６，２７及びＹ方向のねじ穴２８と、これらのねじ穴に適合し且つ素子搭載部１０の端縁に当接可能なＸ方向のねじ１３，１４及びＹ方向のねじ１５を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は素子の位置決めを行う機構に関するものである。素子としては、たとえばエンコーダの被検出体の角度または位置を検出する検出素子が挙げられる。

図５に、従来の光学式エンコーダの一例の一部分解斜視図を示す。

モータ５３の回転軸５４に、被検出体であるパルスコードホイール５５が取り付けられる。この取り付けに際しては、パルスコードホイール５５に固定されたパルスコードホイール取り付け部材５６が、ねじ５７で回転軸５４に取り付けられる。パルスコードホイール５５には円周方向に配列された光学パターン５８が形成されている。図５では、光学パターン５８の一部だけが示されており、残りの部分が省略されている。

一方、モータ５３の筐体には、基板５２が固定されている。基板５２には、パルスコードホイール５５に対向するように、パルスコードホイール５５の回転角度を検出する素子である光学センサモジュール５１が実装されている。光学センサモジュール５１の発光素子から発せられた光がパルスコードホイール５５を照射し、その反射光が光学センサモジュール５１の受光素子により検出される。光学センサモジュール５１はパルスコードホイール５５の光学パターン５８に対応するように配置されているので、パルスコードホイール５５の回転に伴い、光学パターン５８により変調された反射光が受光素子により検出される。

エンコーダの高精度化が要求されるに伴い、パルスコードホイール５５に対する光学センサモジュール５１の位置出しが重要になり、また諸条件に応じた位置調整が必要になるなど、素子の位置精度に対する要求が高くなってきている。

高精度な素子位置決め機構としては、たとえば特開平７−１４２５５８号（特許文献１）に記載されているようなＸ―Ｙステージがある。これによれば、互いに直交するＸ方向及びＹ方向の双方に関して素子を移動させて位置出しや位置調整を行うことが出来る。

また、他の素子位置決め機構としては、たとえば特開２００２−２１４５０１号（特許文献２）に記載されているような、一方向にテーパ状部材を移動させることで、該テーパ状部材に当接する部材を直交方向に移動させるようにした機構がある。この機構は、構造が簡単であり、低コスト化が可能である。
特開平７−１４２５５８号公報 特開２００２−２１４５０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のＸ―Ｙステージは、構造が複雑で大型であるため、小さな基板内に納めるのは困難で、低コスト化が困難である。また、特許文献２の機構は、素子を一方向のみにしか移動できないという問題点がある。

本発明の１つの目的は、構造が簡単で、小型化が容易で、高精度な位置決めが可能な素子位置決め機構を提供することにある。本発明の他の目的は、そのような素子位置決め機構を用いたエンコーダを提供することにある。

本発明によれば、以上の如き目的の１つを達成するものとして、基部と、素子搭載部と、前記基部に対して前記素子搭載部を支持し同一平面内にて延在する４つの支持梁とを備えている素子位置決め機構が提供される。前記支持梁のそれぞれは、前記素子搭載部を前記平面内で互いに異なる第１方向及び第２方向に関して移動させることが可能な可撓性を持っている。更に、前記素子位置決め機構は、前記基部に対して前記素子搭載部を前記第１方向及び第２方向に関して移動させて位置決めする位置決め作用部を備えている。

本発明の一態様においては、前記４つの支持梁のそれぞれは、前記第１方向に延び且つ一端が前記素子搭載部に接続された第１部分と、前記第２方向に延び且つ一端が前記基部に接続された第２部分とからなる。前記第１部分の他端は前記第２部分の他端に接続されている。本発明の一態様においては、前記第１方向と第２方向とは互いに直交する方向である。

本発明の一態様においては、前記位置決め作用部は、前記基部に形成された前記第１方向のねじ穴及び前記第２方向のねじ穴を含んでなる。前記位置決め作用部は、前記第１方向のねじ穴に適合し且つ前記素子搭載部の端縁に当接可能な第１方向のねじを含んでなる。前記位置決め作用部は、前記第２方向のねじ穴に適合し且つ前記素子搭載部の端縁に当接可能な第２方向のねじを含んでなる。

本発明の一態様においては、前記基部、素子搭載部及び４つの支持梁は、それぞれ前記平面内にある基板の一部により構成されている。

また、本発明によれば、以上の如き目的の１つを達成するものとして、上記の素子位置決め機構を備えていることを特徴とするエンコーダが提供される。該エンコーダは、素子位置決め機構の素子搭載部に搭載された検出素子と、該検出素子の検出領域を通って前記平面に沿って移動可能なパターンを持つ被検出体とを備えている。

本発明の素子位置決め機構は、構造が簡単で、小型化が容易で、高精度な位置決めが可能である。また、本発明のエンコーダは、構造が簡単で、小型化が容易で、被検出体に対し検出素子を高精度に位置決めすることが可能である。

図１は、本発明による素子位置決め機構を用いた回転型エンコーダの第１実施形態としての光学式エンコーダを示す一部分解斜視図である。図２は、図１の光学式エンコーダの素子位置決め機構を示す分解平面図である。図３は、図２の素子位置決め機構の基板を示す拡大図である。これらの図において、同一の要素には同一の番号や記号が付されている。

図１に示されているように、モータ１６の回転軸１７に、被検出体であるパルスコードホイール１８が取り付けられる。この取り付けに際しては、パルスコードホイール１８に固定されたパルスコードホイール取り付け部材１９が、ねじ２０で回転軸１７に取り付けられる。パルスコードホイール１８には円周方向に配列された光学パターン２１が形成されている。図１では、光学パターン２１の一部だけが示されており、残りの部分が省略されている。

一方、モータ１６の筐体には、素子位置決め機構を構成する基板としての金属製基板１２が固定されている。基板１２には、パルスコードホイール１８に対向するように、パルスコードホイール１８の回転角度を検出する素子すなわち検出素子である光学センサモジュール１１が実装されている。光学センサモジュール１１は、発光素子と受光素子とを含んでいる。光学センサモジュール１１の発光素子から発せられた光がパルスコードホイール１８を照射し、その反射光が光学センサモジュール１１の受光素子により検出される。光学センサモジュール１１はパルスコードホイール１８の光学パターン２１に対応するように配置されているので、パルスコードホイール１８の回転に伴い、光学パターン２１により変調された反射光が受光素子により検出される。受光素子からは電気信号が出力され、この電気信号に基づきモータ回転軸１７の周りでのパルスコードホイール１８の回転角度が検知される。

素子位置決め機構は、次のように構成されている。

図２に示されているように、基板１２には、穴２２，２３，２４，２５が形成されている。これにより、基部１と、互いに直交するＸ方向及びＹ方向の辺を持つ矩形状をなす素子搭載部１０と、基部１に対して素子搭載部１０を支持し同一平面内すなわちＸＹ面内にて延在する４つの支持梁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとが形成されている。すなわち、基部１、素子搭載部１０及び支持梁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれＸＹ面内にある基板１２の一部により構成されている。

支持梁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれは、素子搭載部１０をＸＹ面内で互いに異なる第１方向すなわちＸ方向及び第２方向すなわちＹ方向に関して移動させることが可能な可撓性を持っている。この可撓性は、支持梁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが所望の程度のたわみが可能となるような程度に、該支持梁の幅を小さくすることで実現できる。支持梁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれは、図３に示されているように、Ｘ方向に延び且つ一端が素子搭載部１０に接続された第１部分６，７，８，９と、Ｙ方向に延び且つ一端が基部１に接続された第２部分２，３，４，５とからなる。第１部分６，７，８，９の他端は第２部分２，３，４，５の他端に接続されている。

素子位置決め機構は、更に、基部１に対して素子搭載部１０をＸ方向及びＹ方向に関して移動させて位置決めする位置決め作用部を備えている。この位置決め作用部は、図２に示されているように、基部１に同軸上に形成された第１方向すなわちＸ方向のねじ穴２６，２７及び第２方向すなわちＹ方向のねじ穴２８を含んでなる。更に、位置決め作用部は、これらのねじ穴に適合する第１方向すなわちＸ方向のねじ１３，１４及び第２方向すなわちＹ方向のねじ１５とを含んでなる。ねじ穴２６，２７に適合するねじ１３，１４は、素子搭載部１０の端縁に当接可能であり、Ｘ方向に移動することで先端が素子搭載部１０のＹ方向の端縁に当接する。ねじ穴２８に適合するねじ１５は、素子搭載部１０の端縁に当接可能であり、Ｙ方向に移動することで先端が素子搭載部１０のＸ方向端縁に当接する。

素子位置決めに際しては、ねじ１３，１４をＸ方向に移動させて素子搭載部１０を押し、支持梁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを撓ませ、基部１に対する素子搭載部１０のＸ方向位置を変化させる。その際には、支持梁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの第２部分２，３，４，５が１組の平行ばねの作用をし、素子搭載部１０が基部１に対しＸ方向に平行移動する。

また、ねじ１５をＹ方向に移動させて素子搭載部１０を押し、支持梁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを撓ませ、基部１に対する素子搭載部１０のＹ方向位置を変化させる。その際には、支持梁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの第１部分６，７，８，９が１組の平行ばねの作用をし、素子搭載部１０が基部１に対しＹ方向に平行移動する。

このように、支持梁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにより、Ｘ方向及びＹ方向の双方に移動する２組の平行ばねの作用を実現している。

受光素子から出力される電気信号が最も良好になる時の位置に素子搭載部１０を位置決めする。

本実施形態では、被検出体であるパルスコードホイール１８は、検出素子である光学センサモジュール１１の検出領域を通ってＸＹ面に沿って移動可能である。ここで、検出領域とは、そこにある被検出体が検出素子により検出され得る空間領域をいう。

図４は、本発明による素子位置決め機構を用いた回転型エンコーダの第２実施形態としての磁気式エンコーダを示す一部分解斜視図である。

図４に示されているように、モータ３７の回転軸３８に、被検出体である磁気ホイール３９が取り付けられる。この取り付けに際しては、磁気ホイール３９に固定された磁気ホイール取り付け部材４０が、ねじ４１で回転軸３８に取り付けられる。磁気ホイール３９には円周方向に配列された磁気パターン４８が形成されている。図４では、磁気パターン４８の一部だけが示されており、残りの部分が省略されている。

一方、モータ３７の筐体には、素子位置決め機構を構成する基板としてのアルミニウム基板や銅ベースのポリイミド基板等の非磁性材料の基板３３が固定されている。基板３３には、磁気ホイール３９に対向するように、磁気ホイール３９の回転角度を検出する素子すなわち検出素子である磁気センサモジュール３１，３２が実装されている。磁気センサモジュール３１，３２は、磁気ホイール３９の磁気パターン４８に対応するように配置されているので、磁気ホイール３９の回転に伴い、磁気パターン２１により変調された磁気信号が検出される。磁気センサモジュール３１，３２は円周方向に関して互いに隔てられて位置しており、磁気センサモジュール３１からはＡ相の電気信号が出力され、磁気センサモジュール３２からはＢ相の電気信号が出力される。更に、基板３３には、逓倍処理ＩＣ３４、抵抗体３５及びコンデンサ３６などの素子が実装されている。

Ａ相とＢ相とを電気角で９０°の位相差に高い精度であわせ込まないと、逓倍処理ＩＣ３４による電気逓倍において分割精度が低下する。また、磁気センサモジュール３１，３２を、磁気パターン４８の回転中心であるモータ回転軸３８から等しい距離に位置決めすることが肝要である。このための位置決め機構としては、上記第１の実施形態のものと同様なものが使用される。図４には、磁気センサモジュール３１のための位置決め機構を構成するねじ４２，４３，４４及び磁気センサモジュール３２のための位置決め機構を構成するねじ４５，４６，４７が示されている。位置決め機構の作用は上記第１の実施形態のものと同様であり、磁気センサモジュール３１，３２から出力される電気信号に基づく電気逓倍での精度が最も良好になる時の位置に各磁気センサモジュール３１，３２の素子搭載部を位置決めする。

以上の実施形態では、素子位置決め機構を回転型のエンコーダに適用しているが、本発明の素子位置決め機構は同様にしてリニアエンコーダにも適用することができる。

また、本発明の素子位置決め機構は、素子とその他の構成部材とを含んでなる機器であって前記その他の構成部材に対する前記素子の位置決めがなされる機器であれば、適用することができる。このような機器としては、たとえば、素子としての位置検出センサを内蔵し、該位置検出センサで他の構成部材の位置を検出しながら（すなわち他の構成部材に対する位置検出センサの位置を検出しながら）、制御その他の各種動作を行う機器が挙げられる。

本発明による素子位置決め機構を用いた回転型エンコーダの第１実施形態としての光学式エンコーダを示す一部分解斜視図である。 図１の光学式エンコーダの素子位置決め機構を示す分解平面図である。 図２の素子位置決め機構の基板を示す拡大図である。 本発明による素子位置決め機構を用いた回転型エンコーダの第２実施形態としての磁気式エンコーダを示す一部分解斜視図である。 従来の光学式エンコーダの一例を示す一部分解斜視図である。

符号の説明

１ 基部
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 支持梁
２，３，４，５ 第２部分
６，７，８，９ 第１部分
１０ 素子搭載部
１１ 光学センサモジュール
１２，３３，５２ 基板
１３，１４，１５，２０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，５７ ねじ
１６，３７，５３ モータ
１７，３８，５４ 回転軸
１８，５５ パルスコードホイール
１９，５６ パルスコードホイール取り付け部材
２１，５８ 光学パターン
２２，２３，２４，２５ 穴
２６，２７，２８ ねじ穴
３１，３２ 磁気センサモジュール
３４ 逓倍処理ＩＣ
３５ 抵抗体
３６ コンデンサ
３９ 磁気ホイール
４０ 磁気ホイール取り付け部材
４８ 磁気パターン

Claims (6)

1. 基部と、素子搭載部と、前記基部に対して前記素子搭載部を支持し同一平面内にて延在する４つの支持梁とを備えており、
   前記支持梁のそれぞれは、前記素子搭載部を前記平面内で互いに異なる第１方向及び第２方向に関して移動させることが可能な可撓性を持っており、
   更に、前記基部に対して前記素子搭載部を前記第１方向及び第２方向に関して移動させて位置決めする位置決め作用部を備えていることを特徴とする素子位置決め機構。
2. 前記４つの支持梁のそれぞれは、前記第１方向に延び且つ一端が前記素子搭載部に接続された第１部分と、前記第２方向に延び且つ一端が前記基部に接続された第２部分とからなり、前記第１部分の他端は前記第２部分の他端に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の素子位置決め機構。
3. 前記第１方向と第２方向とは互いに直交する方向であることを特徴とする、請求項１乃至２のいずれか一項に記載の素子位置決め機構。
4. 前記位置決め作用部は、前記基部に形成された前記第１方向のねじ穴及び前記第２方向のねじ穴と、前記第１方向のねじ穴に適合し且つ前記素子搭載部の端縁に当接可能な第１方向のねじ及び前記第２方向のねじ穴に適合し且つ前記素子搭載部の端縁に当接可能な第２方向のねじとを含んでなることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の素子位置決め機構。
5. 前記基部、素子搭載部及び４つの支持梁は、それぞれ前記平面内にある基板の一部により構成されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の素子位置決め機構。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の素子位置決め機構と、該素子位置決め機構の素子搭載部に搭載された検出素子と、該検出素子の検出領域を通って前記平面に沿って移動可能なパターンを持つ被検出体とを備えていることを特徴とするエンコーダ。

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