JP2012073219A - ロータリエンコーダおよびロータリエンコーダの組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータリスケールとハブとの芯出しが容易に行なえ、更に双方の組み立てを高精度に容易に行なうことができるロータリエンコーダを得ること。
【解決手段】 パターン中心を基準に連続パターンと回転角度原点を含む所定のパターンが形成され、外形が多角形状で該回転角度原点が該多角形状の辺のうち少なくとも１つの辺を基準に定められたロータリスケールと、該ロータリスケールの外形の辺と当接し、該ロータリスケールと位置決めするための突起部を備えたハブと、前記ハブに圧入され、前記ロータリスケールのパターン中心と同軸で回転する回転軸と、該ロータリスケールに光を照射し、該ロータリスケールを介した光を検出する検出手段とを有すること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検出物体の回転速度や回転角度等の回転情報を検出するロータリエンコーダに関し、特に、被検出物体の回転角度原点を検出するのに好適なものである。

ロータリエンコーダとして被検出物体の回転情報のうち絶対位置情報を検出するようにした光学式のロータリエンコーダが知られている（特許文献１）。例えば、反射型のロータリエンコーダでは、検出ヘッドに具備されたＬＥＤ等の発光素子から出た光がロータリスケールで反射し、戻る光をフォトトランジスタ等の光検出素子で受け、受光した光の明暗を数えることでロータリスケールの回転情報を計測している。

特開２００６−２１４９２９号公報

絶対位置（原点位置）を検出する方式のロータリエンコーダは、多くの場合、ロータリスケールの回転角度の原点を回転体、例えば、ハブの所定の位置にあわせて目視などによる調整によって製作されている。同様にロータリスケールのパターン中心とハブの回転中心についても同様な調整が必要になる。このとき、スケールの穴とパターン中心とを精度良く加工し、ハブの嵌合部とのクリアランスを小さくして偏芯を抑え芯出し行っている。

反射型で、原点位置検出を備えたロータリスケールではパターン中心に対し、反射部パターンが放射状に等間隔に配置されている。そしてこのパターンの一部に反射部パターンが欠落している原点位置検出用の欠落部分が設けられている。この欠落部分を検出ヘッドで検出することで回転角度原点としている。しかしながら、円盤状で取り付け位相の決まらないロータリスケールの原点とハブとの角度原点方向を合わせて双方を組み立てるには調整に工数がかかると言った問題点が有った。また、ロータリスケールとハブとの芯出しする場合も同様に工数がかかるか、ロータリスケールの内径の精度を向上させねばならず、製作に多くの時間がかかるという問題があった。

本発明は、ロータリスケールとハブとの芯出しが容易に行なえ、更に双方の組み立てを高精度に容易に行なうことができるロータリエンコーダ及びロータリエンコーダの組立方法の提供を目的とする。

本発明のロータリエンコーダは、パターン中心を基準に連続パターンと回転角度原点を含む所定のパターンが形成され、外形が多角形状で該回転角度原点が該多角形状の辺のうち少なくとも１つの辺を基準に定められたロータリスケールと、該ロータリスケールの外形の辺と当接し、該ロータリスケールと位置決めするための突起部を備えたハブと、前記ハブに圧入され、前記ロータリスケールのパターン中心と同軸で回転する回転軸と、該ロータリスケールに光を照射し、該ロータリスケールを介した光を検出する検出手段とを有することを特徴としている。

この他、本発明のロータリエンコーダは、パターン中心を基準に連続パターンを含む所定のパターンが形成され、外形が多角形状で該連続パターンの回転角度位相が該多角形状の辺のうち少なくとも１つの辺を基準に定められたロータリスケールと、該ロータリスケールの外形の辺と当接し、該ロータリスケールと位置決めするための突起部を備えたハブと、前記ハブに圧入され、前記ロータリスケールのパターン中心と同軸で回転する回転軸と、該ロータリスケールに光を照射し、該ロータリスケールを介した光を検出する検出手段とを有することを特徴としている。

本発明のロータリエンコーダに組立方法は、ウェハよりオリエンテーションフラットを参照して、パターン中心を基準に連続パターンと回転角度原点を含む所定のパターンが形成され、外形が多角形状で該回転角度原点が該多角形状の辺のうち少なくとも１つの辺を基準に定められたロータリスケールを切り取り、切り取ったロータリスケールを、該ロータリスケールと共に回転するハブに設けた位置決め用の突起部に当接するように装着してロータリエンコーダを組み立てる際、前記ハブに圧入され、前記ロータリスケールのパターン中心と同軸で回転する回転軸と該突起部との位置関係を測定し、測定した位置関係を参照して前記ウェハより前記ロータリスケールの外形の該突起部と当接する２辺の寸法を決定して切り取ることを特徴としている。

本発明によれば、ロータリスケールとハブとの芯出しが容易に行なえ、更に双方の組み
立てを高精度に容易に行なうことができるロータリエンコーダ及びロータリエンコーダの
組立方法が得られる。

本発明の第１の実施例に係るロータリエンコーダの構成 本発明の第１の実施例に係るロータリエンコーダの組立のフローチャート 組立フローチャート２６の工程を示す図 組立フローチャート２７の工程を示す平面図 組立フローチャート２７の工程を示す斜視図 組立フローチャート２８の工程を示す斜視図 本発明の第２の実施例に係る回転体を示す図 本発明の第３の実施例に係る回転体を示す図 本発明の第４の実施例に係る回転体の構成を示す斜視図 本発明の第５の実施例に係る回転体の構成を示す斜視図

以下に、本発明の実施の形態を貼付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明のロータリエンコーダは、パターン中心（回転中心）を基準に連続パターン１２と不連続パターン（回転角度原点）１５を含む所定のパターンが形成され、外形が多角形状のウェハ、例えばシリコンウェハより成るロータリスケール４を有する。

ロータリスケール４は、ウェハ、例えばシリコンウェハより切り取り形成されている。回転角度原点はロータリスケールの多角形状の辺のうち少なくとも１つの辺１１ａを基準に定められている。ロータリスケール４の外形のうち少なくとも２辺、例えば互いに非平行な２辺と当接し、ロータリスケール４と位置決めするための突起部１９を備え、ロータリスケール４と同軸で回転するハブ１７を有する。そしてハブ１７に圧入され、回転情報を検出する検出対象物（回転体）と嵌合する回転軸１８を有する。更にロータリスケール４に光を照射し、ロータリスケールを介した光を検出する光源部と受光部を含む検出手段を有する。回転軸１８の検出対象物が嵌合される側には、ロータリスケールの回転角度原点と、回転位相決めされた溝２０が形成されている。

図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明のロータリエンコーダの実施例１の要部平面図と要部断面図である。本実施例において、ロータリスケール４は外形が正方形でＳｉ（シリコン）製である。ロータリスケール４はシリコンを基材とし、反射膜にアルミニウムを使用し、成膜、露光、エッチング等の半導体製造プロセスを用いて作成された反射型より成っている。正方形のロータリスケール４は回転体である樹脂製のハブ１７の上に設けられた３つの高さの高い突起部１９に突き当てられ位置合わせされた状態で接着されている。金属製の軸（回転軸）１８はハブ１７に圧入されている。

ロータリスケール４は回転情報検出用の連続パターン１２と不連続部（不連続パターン）１５が備えられ、不連続部１５はロータリスケール４の回転角度原点を示し図１において上方に形成されている。軸１８の先端には溝２０が設けられ、検出対象体（被検出物体）（不図示）と位相決めされて嵌合する。本実施形態では溝２０の形成方向はロータリスケール４の角度原点を示す不連続部１５と平行でロータリスケール４のハブ１７に対する回転角度が決定されている。

ロータリエンコーダによる被検出物体の回転情報の検出動作に関して説明する。プリント基板１には制御部３とともに検出手段（光ＩＣ）２も実装されている。検出手段２のＬＥＤ等の発光素子（光源部）から出た光はロータリスケール４で反射し検出手段２の受光部で受光される。受光部からの受光パターンの変化から制御部３はロータリスケール４の回転数と方向をカウントすることで角度計測を行う。動作の詳細は本出願人が先に出願した特開２００６−２１４９２９号公報に開示されている。

即ち、本実施例の反射型のロータリエンコーダにおけるロータリスケール４は回転中心Ｏを中心として回転し、連続パターン１２が放射状に等間隔に配置されている。ロータリスケール４からの反射光を検出して、ロータリスケール４の位置情報を得る第１及び第２の検出手段２ａ、２ｂがロータリスケール４に関して相互に１８０度の位置に設けられている。そしてロータリスケール４の連続パターン１２の一部には回転角度原点１５が不連続パターンとして形成され、この回転角度原点１５を検出することにより原点位置を求めている。

不連続部パターンより成る回転角度原点１５は、例えば連続パターン１２の１個欠落させるか、数個のパターンを連続して欠落させることによって形成している。第１及び第２の検出手段２ａ、２ｂは同等の構成を有しており、それぞれ種々のロータリエンコーダ信号、即ちＡ相、Ｂ相、Ａ’相、Ｂ’相の信号のそれぞれを検出するために、例えば４個１組で複数の受光センサが配列されている。第１の検出手段２ａを回転角度原点１５が通過するときの出力信号のアンバランスを検出することにより、第１の検出手段２ａによって回転角度原点１５を検出し、これに基づいて原点を決定している。

尚、本実施例のロータリエンコーダにおいて、ロータリスケール４は連続パターン１２のみで、不連続パターン（回転角度原点）１５を有していなくても良い。

本実施例のロータリエンコーダにおけるロータリスケール４は、パターン中心を基準に連続パターン１２を含む所定のパターンが形成される。そして、外形が多角形状で連続パターン１２の回転角度位相が多角形状の辺のうち少なくとも１つの辺１１ａを基準に定められたシリコンウェハにより成っていれば良い。

そしてハブ１７はロータリスケール４の外形のうち少なくとも２辺１１ａ、１１ｂと当接し、ロータリスケール４と位置決めするための突起部１６、１９を備えている。回転軸１８はハブ１７に圧入され、ロータリスケール４のパターン中心と同軸で回転する。検出手段２はロータリスケール４に光を照射し、ロータリスケール４を介した光を検出する。

また、他の実施例として回転軸１８は、ロータリスケール４とともに回転するハブ１７に圧入されている。そして回転軸１８は、回転情報を検出する検出対象物と嵌合しロータリスケール４と同軸で回転する。そして検出手段２はロータリスケール４に光を照射し、ロータリスケール４を介した光を検出する。

図７は本発明のロータリエンコーダの実施例２の要部説明図である。基本構成と動作は実施例１と同一である。本発明はロータリスケール４の外形状が矩形（長方形）である。突起部のうち高さの高い突起部１９の位置をロータリスケール４の形状に合わせており、その他の構成は実施例１と同じである。

図８は本発明のロータリエンコーダの実施例３の要部説明図である。基本構成と動作は実施例１と同一である。本発明はロータリスケール４の外形状が正六角形である。高さの低い突起部１６および高さの高い突起部１９の位置と形状をロータリスケール４の外形状に合わせており、その他の構成は実施例１と同じである。外形状が正六角形の場合、四角形に比べてハブ１７の外形を小さくすることが出来る利点がある。

次に本発明の実施例４のロータリエンコーダの組立方法について説明する。本発明のロータリエンコーダの組立方法では、シリコンウェハよりオリエンテーションフラットを参照する。そして、パターン中心（回転中心）を基準に連続パターン１２と不連続パターン（回転角度原点）１５を含む所定のパターンが形成され、外形が多角形状のロータリスケールを切り取る。回転角度原点は、多角形状の辺のうち少なくとも１つの辺１１ａを基準に定められている。切り取ったロータリスケール４を、ロータリスケール４と同軸で回転するハブ１７にハブ１７に設けた位置決め用の突起部１９に当接するように装着してロータリエンコーダを組み立てる。

ロータリスケール４の外形の突起部１９と当接する２辺１１ａ、１１ｂ、突起部１９そしてハブ１７に圧入され、回転情報を検出する検出対象物と嵌合する回転軸１８との位置情報（位置関係）を測定する。そして、測定した位置情報を参照してシリコンウェハよりロータリスケール４を切り取っている。ここで２辺１１ａ，１１ｂは互いに非平行である。

次に本実施例のロータリエンコーダの組立方法に関して図２のフローチャートと図３〜図６の説明図を用いて説明する。テープ貼り付け工程２１では半導体プロセスにより製作された複数のロータリスケールが作りこまれたシリコンウェハがスケールサイズより大きい粘着テープの上に載せられる。ダイシング工程２２ではダイサーによりウェハがダイシングされ、個々のシリコン製のロータリスケールに分割され切り取られる。ダイシング工程２２ではシリコン製のロータリスケールは分断されるが、粘着テープはギリギリ分断されないように制御されている。

このときダイシングの位置はドーナツ状のスケールパターンの中心からの距離を正確に決められ精度良くダイシングされる。これによりロータリスケール４の直行する２辺から、パターン中心までの距離は例えば±10μm程度の値に精度良く加工される。ＵＶ照射工程（紫外線照射工程）２３では、裏面からＵＶ（紫外線）照射を行い、粘着テープの粘着力を低下させる。そして次のピックアップ工程２４ではピンセットでスケールを摘み上げる。このとき粘着テープからロータリスケール４がはがれやすいように、粘着テープに張力をかけるのが一般的である。外観検査工程２５では実体顕微鏡などで摘み上げたスケールの表裏面に欠陥が無いか目視により確認し欠陥品を排除する。

次に工程２１〜２５と並行して、ハブ圧入工程２６を行う。ハブ圧入工程２６では図３に示すようにハブ１７に垂直に軸（回転軸）１８に圧入する。次にロータリスケール１７をハブ１７に設置する設置工程２７ではハブ１７の中心部に速硬化性の接着剤２９を塗布しておく。

図４に示すように、ハブ１７の３箇所の高さの高い突起部１９にロータリスケール４の２辺１１ａ、１１ｂが突き当たるように設置する。さらに図５に示すようにＺ方向（回転軸１８方向）にもロータリスケール４を押下しハブ１７の３ヶ所に設けられた高さの低い低突起部１６の全てに当たるように正確に設置する。突起部１６は突起部１９より高さが低いので突起部１６の上に乗ったロータリスケール４の２辺１１ａ、１１ｂは突起部１９に当接している。

接着剤塗布工程２８では図６に示すようにハブ１７の突起部１９とロータリスケール４の接触部分を覆うようにＵＶ硬化性接着剤３０を塗布し、ＵＶ照射装置からのＵ光により硬化させる。その間にハブ１７の中心部に塗布されていた速硬化性接着剤２９もハブ１７とロータリスケール４の間で硬化し、固定が完了しロータリエンコーダが完成する。

図９は本発明の実施例４のロータリエンコーダの組立方法の説明図である。図９において、反射型のロータリスケール４が多数形成されたシリコンウェハ３１は不図示のダイシングソーにてロータリスケール４の切り出しが行われる。ダイシングソーの切断線３３はオリエンテーションフラット３２に平行及び直角に保たれることにより、ロータリスケール４の原点を示す不連続部１５は常に切断面の一辺の中心に来る。また軸１８はハブ１７の３つの高突起部１９により形成されるスケール設置面の一辺の法線で原点を通る直線方向と、軸１８の溝２０とが合わせ込まれハブ１７に圧入しておく。

そして実施例１に開示したようにハブ１７にロータリスケール４を設置、接着する。これにより、軸１８の溝２０と、ロータリスケール４の原点方向が揃ったロータリエンコーダが完成する。即ち、本実施例ではロータリスケール４のパターン中心と回転軸１８と突起部１９との位置関係を測定する。そして測定した位置関係を参照してシリコンウェハ３１よりロータリスケール４の外形の突起部１９と当接する２辺の寸法を決定して切り取っている。

本発明の実施例５のロータリエンコーダの組立方法では、回転軸１８とハブ１７の軸中心に対するロータリスケールの突き当て用の突起部１９の位置関係を測定する。そして、そのときのズレ量を相殺する方向にオフセットしてロータリスケールをシリコンウェハからカットし、組み立てている。

図１０は本発明の実施例５のロータリエンコーダの組立方法の説明図である。図１０において、Ｘｈはハブ１７の中心と中心からＸ軸方向の突起部１９の突き当て部までの距離であり、Ｙｈは同Ｙ軸方向の突起部１９の突き当て部までの距離である。またＸｓはロータリスケール４の中心からＸ軸方向の突起部１９の突き当て部までの距離であり、Ｙｓは同Ｙ軸方向の突起部１９の突き当て部までの距離である。製造誤差が無ければＸ，Ｙを中心からハブ１７及びロータリスケール４と突起部１９の突き当て部までの設計値とすると、Ｘｈ＝Ｘｓ＝Ｘ，Ｙｈ＝Ｙｓ＝Ｙとなる。

しかしながら、モールド部品であるハブ１７は誤差を持つのが一般的である。そこでダイシングソーでのカッティング工程で、Ｘｓ＝Ｘｈ≠Ｘ，Ｙｓ＝Ｙｈ≠Ｙと成るようにダイシングソーを設定すればハブ１７の製造誤差をキャンセルすることができる。本製造方式を採用すれば、ハブ１７の製造用の金型を作成し直したり、トリミングする必要が無くなり工数と費用の削減が可能となる。

以上のように各実施例によれば、外形が多角形状のロータリスケールを使用することで組立時に角度出しおよび芯出しを簡単に行うことができる。さらにはガラス製などのロータリスケールの外形を円形に加工、研磨する必要も無くロータリエンコーダの製造が容易になる。

また、本発明のロータリエンコーダの組立方法ではパターンを有するロータリスケールが装着され同軸で回転するハブに圧入固定され、方位性を持つ回転軸を有する。そして回転軸に対する位置決めを要するハブとシリコンウェハのオリエンテーションフラットまたはノッチにより回転軸を基準に、各部品を一貫した組立基準でロータリエンコーダを組み立てることができる。なお、本実施例ではロータリエンコーダは反射型を用いているが、透過型であってもよく、検出手段（光ＩＣ）２も受光部と発光部が別体であっても構わない。また、ロータリスケールについてもエンコーダで広く使われるガラス製スケールでも多角形にすることにより同様の効果を得られる。

以上述べたように、本発明のロータリスケールおよびその組立方法を採用すれば、ロータリエンコーダのロータリスケールの回転角度出しが容易に実現できるとともに容易に製造することができる。

１ プリント基板 ２ 光ＩＣ（検出手段） ３ 制御部 ４ ロータリスケール
５ 反射部 ６ 欠落部分 １２ 反射部 １３、１４ 検出ヘッド
１５ 不連続部 １６ 低突起部 １７ ハブ １８ 軸 １９ 突起部
２０ 溝 ３０ 接着剤塗布部 ３１ Ｓｉ（シリコン）ウェハ
３２ オリエンテーションフラット ３３ ダイシングソーの切断線

Claims (5)

1. パターン中心を基準に連続パターンと回転角度原点を含む所定のパターンが形成され、外形が多角形状で該回転角度原点が該多角形状の辺のうち少なくとも１つの辺を基準に定められたロータリスケールと、該ロータリスケールの外形の辺と当接し、該ロータリスケールと位置決めするための突起部を備えたハブと、前記ハブに圧入され、前記ロータリスケールのパターン中心と同軸で回転する回転軸と、該ロータリスケールに光を照射し、該ロータリスケールを介した光を検出する検出手段とを有することを特徴とするロータリエンコーダ。
2. 前記回転軸の検出対象物が嵌合される側には、前記ロータリスケールの回転角度原点と回転位相決めされた溝が形成されていることを特徴とする請求項１のロータリエンコーダ。
3. ウェハよりオリエンテーションフラットを参照して、パターン中心を基準に連続パターンと回転角度原点を含む所定のパターンが形成され、外形が多角形状で該回転角度原点が該多角形状の辺のうち少なくとも１つの辺を基準に定められたロータリスケールを切り取り、切り取ったロータリスケールを、該ロータリスケールと共に回転するハブに設けた位置決め用の突起部に当接するように装着してロータリエンコーダを組み立てる際、前記ハブに圧入され、前記ロータリスケールのパターン中心と同軸で回転する回転軸と該突起部との位置関係を測定し、測定した位置関係を参照して前記ウェハより前記ロータリスケールの外形の該突起部と当接する２辺の寸法を決定して切り取ることを特徴とするロータリエンコーダの組立方法。
4. 前記回転軸の検出対象物が嵌合される側には、前記ロータリスケールの回転角度原点と回転位相決めされた溝が形成されていることを特徴とする請求項３のロータリエンコーダの組立方法。
5. パターン中心を基準に連続パターンを含む所定のパターンが形成され、外形が多角形状で該連続パターンの回転角度位相が該多角形状の辺のうち少なくとも１つの辺を基準に定められたロータリスケールと、該ロータリスケールの外形の辺と当接し、該ロータリスケールと位置決めするための突起部を備えたハブと、前記ハブに圧入され、前記ロータリスケールのパターン中心と同軸で回転する回転軸と、該ロータリスケールに光を照射し、該ロータリスケールを介した光を検出する検出手段とを有することを特徴とするロータリエンコーダ。