JP2012255733A - 光透過型エンコーダ用スケール及びその成形金型 - Google Patents

Abstract

【課題】光透過型エンコーダにおいて、安価な製造コストで、変位量検知の分解能をより一層高めることを可能とする。
【解決手段】光透過型エンコーダ用スケールの側壁にスリット孔及び遮光部を成形するための櫛歯部１１を有する雌金型１０と、雌金型１０と対になる雄金型２０とを備える。櫛歯部１１は、複数の歯形１２と歯溝１３とが交互に並んで成り、雄金型２０は、歯形１２の歯先面１５と当接してスリット孔の入射面又は出射面を成形する当接面２１と、歯溝１３を区画して遮光部を成形する成形面２２を有する。それぞれの歯形１２において、歯元１７の厚みを歯先１８の厚みよりも薄くして、バリの発生によって変位量検知の精度が低下することを防止する。
【選択図】図５

Description

本発明は、インクジェットプリンタの紙送り機構等に用いて好適な光透過型エンコーダ用スケール及びそれを成形するための成形金型に関する。

インクジェットプリンタの記録紙を駆動する紙送り機構においては、コストダウンの要請から、近年、駆動力発生源としてＤＣモータが用いられている。ＤＣモータは、安価な反面、単独の構成で出力軸の回転変位量を検知することができないので、回転変位量の検知手段として光透過型のロータリエンコーダが併用されている。

光透過型のロータリエンコーダとしては、軸方向光路タイプのエンコーダと径方向光路タイプのエンコーダが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の実施形態１に開示された径方向光路タイプのエンコーダは、同文献に示されるように、小径化等において種々の利点を有しているが、円周線を通る接線に対して４５ °の角度をなす側面は、発光素子から出射された光を完全に遮蔽することができない。特にその端縁部において透過した光が受光されると、出力信号としてのパルス信号の波形がなまり、パルスの立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを正確に検出することができないことから、変位量検知の分解能をより一層高めることが困難となる。

また、同文献の実施形態２及び３に開示されたエンコーダは、スケールに遮光部を形成するために、粗面とすべき領域を研磨したり、方形パターンを印刷したりする必要があるため、製造工程における工数が嵩み、コストダウンを図ることが困難となる。

特開２００７−１７８２３５号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、変位量検知の分解能をより一層高めることが可能な光透過型エンコーダを、安価な製造コストで提供することを目的とする。

上記目的を達成するために発明の光透過型エンコーダ用スケールの側壁に光を通過させるスリット孔及び光を遮断する遮光部を成形するための櫛歯部を有する第１金型と、該第１金型と対になって、前記スリット孔及び遮光部を成形する第２金型とを備えた光透過型エンコーダ用スケールの成形金型において、前記第１金型の櫛歯部は、歯側面及び歯先面を有する複数の歯形と、該歯側面及び歯底面で区画される複数の歯溝とが交互に並んで成り、前記第２金型は、前記歯先面と当接して前記スリット孔の入射面又は出射面を成形する当接面と、前記歯溝を区画して前記遮光部を成形する成形面とを有し、それぞれの歯形において、前記第１金型と前記第２金型とが当接する歯先部の厚みが該歯先部よりも歯元側の一部の厚みよりも厚いことを特徴とする。

この発明において、それぞれの歯形において、前記歯先部が前記歯元側の一部よりも前記歯溝の側に突出していることが好ましい。

この発明において、前記第２金型の当接面は、前記成形面より後退して凹部を形成し、前記第１金型の歯先面は、前記第２金型の凹部に嵌合するように延出されて、前記当接面と当接することが好ましい。

この発明において、前記スケールの側壁の内側面又は外側面を成形する前記第２金型の側壁成形面と、前記当接面とは、スケールを透過する光軸方向に段違いに形成されていることが好ましい。

この発明において、前記複数の歯溝は、前記第１金型又は第２金型の型開き／閉じ方向に延出されて、前記スケールの側壁を形成するキャビティ空間に連通されていることが好ましい。

この発明において、前記第１金型又は第２金型は、その型閉じ／開き方向における前記複数の歯溝の端部が互いに連通されて形成された連通部を有することが好ましい。

この発明において、前記第１金型が雌金型であり、前記第２金型が雄金型であることが好ましい。

この発明において、前記第１金型が雄金型であり、前記第２金型が雌金型であることが好ましい。

この発明において、前記複数の歯形が直線状に配列されていることが好ましい。

この発明において、前記複数の歯形が円周状に配列されていることが好ましい。

この光透過型エンコーダ用スケールに係る発明においては、上記成形金型によって成形されることが好ましい。

本発明の成形金型によれば、それぞれの歯形において、歯先部の厚みが歯元側の一部の厚みよりも厚いので、歯先面と当接面との僅かな隙間に浸入した成形材料によって遮光部の歯先側の端縁にバリが生じても、バリを歯元側の一部によって成形された遮光部の死角に留めて光路内に出現しないようにすることができる。これにより、スリット孔を透過する光を歯元側の一部によって成形された遮光部によって遮ることができる。従って、仮に歯先側の端縁にバリが発生したとしても、バリによって光が遮られることがなくなることから、光透過型エンコーダにおける変位量検知の分解能を高めることができる。

また、歯先部が歯元側の一部よりも前記歯溝の側に突出されることにより、バリを歯元側の一部によって成形された遮光部の死角に留める効果を高めることができ、エンコーダを構成するフォトインタラプタの配置の自由度を高めることができる。例えば、スケールの回転軸に対して径方向に、フォトインタラプタの発光素子と受光素子を配置することができる。

また、第１金型の歯先面が、第２金型の凹部に嵌合するように延出されることにより、バリが生ずる場合であっても、その方向を歯側面を延長した方向に限定できる。これにより、バリを歯元側の一部によって成形された遮光部の死角に留める効果を一層高めることができる。

また、スケールの側壁の内側面又は外側面を成形する第２金型の側壁成形面と、当接面とは、スケールを透過する光軸方向に段違いに形成されることにより、金型の構造を簡素化し、コストダウンを図ることができる。

また、歯溝が、第１金型又は第２金型の型開き／閉じ方向に延出されて、スケールの側壁を形成するキャビティ空間に連通されることにより、スケールの側壁と遮光部の型開き／閉じ方向における端部が一体成形される。これにより、簡素な金型構造で遮光部の強度・剛性を高めることができ、光透過型エンコーダにおける変位量検知の分解能とその検知精度を高めることができる。

また、複数の歯溝が連通部によって連通されることにより、遮光部の型閉じ方向における端部が一体成形される。これにより、簡素な金型構造で遮光部の強度・剛性を一層高めることができ、光透過型エンコーダにおける変位量検知の分解能とその検知精度を一層高めることができる。

また、複数の歯形が直線状に配列されることにより、リニアエンコーダ用のスケールを成形することができ、円周状に配列されることにより、ロータリエンコーダ用のスケールを成形することができる。

本発明の一実施形態による光透過型ロータリエンコーダ用のスケールの斜視図であって、（ａ）はスケールを斜め上方から視た斜視図、（ｂ）はスケールを斜め下方から視た斜視図。 同スケールの側面図。 （ａ）は図２におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はそのＤ部の拡大図。 同スケール及びそれを成形するための金型の断面を示す半断面図であって、（ａ）は図３におけるＢ−Ｂ線断面、（ｂ）は同Ｃ−Ｃ線断面。 上記実施形態による金型におけるＡ−Ａ線断面図のＤ部の拡大図。 上記実施形態による金型で製造されたスケールの遮光部とフォトインタラプタの発光素子から出射される光との関係を拡大して示す図。 通常の金型で製造されたスケールの遮光部とフォトインタラプタの発光素子から出射される光との関係を拡大して示す図。 上記実施形態の変形例による金型におけるＡ−Ａ線断面図のＤ部の拡大図。 上記実施形態の別の変形例による金型におけるＡ−Ａ線断面図のＤ部の拡大図。 上記実施形態のさらに別の変形例による金型におけるＡ−Ａ線断面図のＤ部の拡大図。

（光透過型エンコーダ用のスケール）
本発明の一実施形態による光透過型ロータリエンコーダ用のスケールについて図面を参照して説明する。図１及び図２は光透過型ロータリエンコーダ用のスケールを示す。スケールは、例えば、特許文献１の図１等に記載されている光透過型ロータリエンコーダのスケールに替えてモータの出力軸に装着されて用いられる。スケールをモータの出力軸に装着することにより、モータの出力軸の回転変位量を検知でき、他の回転軸に装着することにより、その回転軸の回転変位量を検知できる。例えば、紙送りローラの回転軸に装着することにより、紙送りローラの回転変位量、すなわち紙送り量を検知できる。

図１において、（ａ）はスケールを斜め上方から視た斜視図、（ｂ）はスケールを斜め下方から視た斜視図を示している。スケールは、モータの出力軸に圧入される軸部１と、軸部１の回転を伝達する円盤状のディスク部２と、円筒状の側壁３と、光を通過させるために側壁３に形成されたスリット孔４と、光を遮断するために側壁３の外面側に櫛歯状に形成された遮光部５を備える。スリット孔４及び遮光部５は、所定の間隔で複数個、円周状に交互に配列されている。遮光部５は、上方に延出されて、側壁３と一体化される。また、それぞれの遮光部５は、スリット孔４の下方において互いに連結される。

図３において（ａ）は図２におけるスケールのＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はそのＤ部の拡大図を示す。フォトインタラプタ１００の発光素子１０１と受光素子１０２とは、スケールのスリット孔４及び遮光部５を跨ぐように、スケールの径方向に沿って配設される。スケールの回転に伴い、発光素子から出射された光をスリット孔４によって透過し、遮光部５によって遮蔽する。図３では、スケールの外側に発光素子が、内側に受光素子がそれぞれ設けられているが、スケールの内側に発光素子が、外側に受光素子がそれぞれ設けられる形態であってもよい。

スリット孔４の外開口面４ａは、内開口面４ｂよりも小さく形成されている。すなわち、遮光部５の外端面５ａは、内端面５ｂよりも大きく形成されている。換言すれば、遮光部５の外端面５ａの端縁５ｃは、内端面５ｂの端縁５ｄよりもスリット孔４の側に突出している。そして、遮光部５の内端面５ｂの端縁５ｄには、雌金型１０と雄金型２０（図４及び図５参照）の合わせ目によって生ずるパーティングラインが形成される。

（エンコーダ用スケールの成形金型）
図４は、エンコーダ用スケール及びそれを成形する金型の半断面を示す。（ａ）は図３におけるＢ−Ｂ線断面であり、（ｂ）は同Ｃ−Ｃ線断面である。それぞれ、左半分がスケールの断面、右半分が金型の断面を示す。雌金型１０と雄金型２０によって区画されたキャビティ空間２５に樹脂成形材料が充填されて、スケールが成形される。

図５は、図３（ｂ）のＤ部に相当する領域の金型の断面図である。雌金型（第１金型）１０は、その内周にスリット孔４を形成するための櫛歯部１１を有する。雄金型（第２金型）２０は、雌金型１０と対になって、スリット孔４及び遮光部５を成形する。本実施形態にあっては、固定されている雄金型２０に対して雌金型１０が上／下方向に移動することにより、型開き／型閉じが実現されるが、固定されている雌金型１０に対して雄金型２０が下／上方向に移動することにより、型開き／型閉じが実現される構成であってもよい。

雌金型１０の櫛歯部１１は、複数の歯形１２及び歯溝１３が円周上に交互に並んで成る。歯形１２は、歯側面１４と歯先面１５を有する。歯溝１３は、歯側面１４及び歯底面１６によって区画される。１つの歯形１２における２つの歯側面１４を延長した仮想面は、スケールの外側で交差する。すなわち、それぞれの歯形１２において、歯元１７の厚みが歯先１８の厚みよりも薄く設定されている。換言すれば、歯先１８の厚みが歯元１７の厚みよりも厚く設定されている。図５においては、歯先１８は、歯先部の最も先端となる部分であり、歯元１７は、歯形１２の歯元側で最も厚みの薄い部分である。また、歯先１８の端縁１８ａが歯元１７の端縁１７ａよりも歯溝１３の側に突出して形成されている。これにより、遮光部５の外端面５ａは、内端面５ｂよりも大きく形成され、また、遮光部５の外端面５ａの端縁５ｃは、内端面５ｂの端縁５ｄよりもスリット孔４の側に突出して形成される。すなわち、遮光部５の内端面５ｂの端縁５ｄは、外端面５ａの端縁５ｃよりも、光軸に垂直であってかつ遮光部５の内側方向に退避して形成される。

雄金型２０は、当接面２１と、成形面２２を有する。当接面２１は、櫛歯部１１の歯先面１５が当接されて、スリット孔４の外開口面４ａを形成する。成形面２２は、歯溝１３を区画して、遮光部５の内端面５ｂを成形する。

スケールの側壁３の内側面３ａ（図１（ｂ）参照）を形成する雄金型２０の側壁成形面２３は、図４に示すように、当接面２１に対してスケールを透過する光軸方向に段違いに形成されている。金型が閉じられたとき、雌金型１０の歯先面１５と雄金型２０の当接面２１とが、摺り合わせ（滑り接触）により当接されて、スリット孔４の内開口面４ｂを形成する。

図４（ａ）に示すように、各歯溝１３は、下方すなわち雌金型１０の型閉じ方向における歯形の端部で互いに連通する連通部１３ａを有する。これにより、下端部が一体的に連結され、遮光部５の強度・剛性が高められる。

また、図４（ｂ）に示すように、歯溝１３は、上方すなわち雌金型１０の型開き方向に延出されて、スケールの側壁３を形成するキャビティ空間２６に連通されている。これにより、スケールの側壁３と遮光部５の上方端部が一体化され、遮光部５の強度・剛性が高められる。このような金型構成によって、微細化されたスリット孔４及び遮光部５を限られた領域に集約する場合にあっても、十分な強度と剛性を確保することができる。なお、歯溝１３の深さは、その上方端部において漸減される。これにより、樹脂成形材料の充填時においては、その流れが良好となると共に、離型時においては、雌金型１０の歯溝１３とスケールの遮光部５との摩擦が軽減され、雌金型１０からスケールの型抜きが容易となる。このような歯溝１３によって、遮光部５の上方端部は、図１等に示すようにテーパ状に形成される。なお、遮光部５の上方端部のテーパ面は平面に限られることなく、曲面で形成されるように歯溝１３の上方端部が形成されていてもよい。

図６は、上記金型で製造されたスケールの遮光部５とフォトインタラプタ１００の発光素子１０１から出射される光との関係を拡大して示す。本実施形態の金型構造においては、遮光部５の内面側において雌金型１０の歯先面１５と雄金型２０の当接面２１が当接するため、遮光部５の内端面５ｂの端縁５ｄには、金型の分割ライン（パーティングライン）が形成される。従って、成形条件によっては、雌金型１０の歯先面１５と雄金型２０の当接面２１との間の僅かな隙間に浸入した樹脂成形材料によって、遮光部５の内端面５ｂの端縁５ｄからスリット孔４の方向（光軸に略垂直な方向）にバリ５ｅが発生する。

図７は、通常の金型によって成形されたスケールの遮光部２０５とフォトインタラプタ１００の発光素子１０１から出射される光との関係を拡大して示す。通常の金型及びスケールの構成であっては、遮光部２０５の２つの側面２０５ｆが互いに平行か、又はスケールの回転軸を中心とする放射面に沿って形成されるため、外端面２０５ａと側面２０５ｆとのなす角が略９０゜となり、スリット孔４の空間に突き出したバリ２０５ｅによって光が遮蔽され、回転変位量の検知に悪影響を及ぼす。

一般的に、バリの発生量（突き出し量）は、成形時期や樹脂材料のロット等の成形条件によって変動するため、安価にかつ生産現場に過度の負担をかけることなく、バリを安定的に抑制するのは困難である。そのため、図７に示した通常の金型においては、スケールの小型化を図りつつ、回転変位量の分解能を高めたい、という市場の要求に適切に答えることが困難であった。

これに対して、本実施形態の金型で製造されたスケールにあっては、図６に示すように、外端面５ａと側面５ｆとのなす角が鋭角となるため、バリ５ｅを外端面５ａの端縁５ｃの死角に留めて光路内に出現しないようにすることができる。これにより、スリット孔４を透過する光を遮光部５の外端面５ａによって遮る（規定する）ことができる。従って、仮に端縁５ｄにバリ５ｅが発生したとしても、バリ５ｅによって光が遮られることがなくなることから、光透過型エンコーダにおける変位量検知の分解能を高めることができる。

また、スケールの側壁３の内側面を成形する雄金型２０の側壁成形面２３と、当接面２１とは、スケールを透過する光軸方向に段違いに形成されることにより、金型の一様な並進運動のみで離型することができる。これにより、スライドコア等の複雑な金型構造に頼ることなく、簡素な金型構造でスケールの側壁３にスリット孔４及び遮光部５を形成することが可能になり、成形金型のコストダウンを図ることができる。また、離型の際にスケールの遮光部５等に生ずる応力を緩和し、変形を抑制することができる。

また、歯溝１３が、雌金型１０の型開き方向に延出されて、スケールの側壁３を形成するキャビティ空間２６に連通されることにより、スケールの側壁３と遮光部５の型開き方向における端部が一体成形される。これにより、簡素な金型構造で遮光部５の強度・剛性を高めることができ、光透過型エンコーダにおける変位量検知の分解能とその検知精度を高めることができる。

また、複数の歯溝１３は、歯形１２の型閉じ方向における端部において連通部１３ａを介して互いに連通されることにより、遮光部５の型閉じ方向における端部が一体成形される。これにより、簡素な金型構造で遮光部５の強度・剛性を一層高めることができ、光透過型エンコーダにおける変位量検知の分解能とその検知精度を一層高めることができる。

（変形例）
図８は、図５に示した金型の変形例を示す。この変形例においては、雄金型２０の当接面２１は、成形面２２より内側に後退して凹部２４を形成し、雌金型１０の歯先面１５は、凹部２４に嵌合するように延出されている。このような金型構造にあっては、バリは歯側面１４に沿って（図６において、側面５ｆに沿って）発生するため、外端面５ａの端縁５ｃの死角から光路内に出現することがない。これにより、より一層、光透過型エンコーダにおける変位量検知の分解能及び検知精度を高めることができる。

（変形例）
図９及び図１０は、図５及び図８に示した金型の別の変形例を示す。これらの変形例は、雄金型４０に、櫛歯部４１の歯形４２、歯溝４３、歯側面４４及び歯先面４５等を、雌金型３０に、当接面３１及び成形面３２等をそれぞれ形成している点で、図５及び図８に示した金型とは異なる。

この変形例においても、それぞれの歯形４２において、歯元４７の厚みが歯先４８の厚みよりも薄く設定されている点は変わらない。また、雌金型３０の側壁成形面は、当接面３１に対してスケールを透過する光軸方向に段違いに形成されている。金型が閉じられたとき、雄金型４０の歯先面４５と雌金型３０の当接面３１とが、摺り合わせにより当接されて、スリット孔４の外開口面を形成する。

この変形例においては、遮光部５は側壁３の内側に配置される。歯溝４３の端部の構造も上記と同様に与えられる。上記の実施形態の金型で製造されたスケールにおいては、遮光部の上端が空間的（構造的）に開放され、側壁を介して上方のディスク部と連続する。また、バリは遮光部の内周に発生し、遮光部の外周側で光路が規定される。これに対して、この変形例の金型で製造されたスケールにおいては、遮光部の下端が空間的に開放され、遮光部の上端が側壁を介して上方のディスク部と連続する。また、バリは遮光部の外周に発生し、遮光部の内周側で光路が規定される。いずれの金型構造においても、歯溝が延出されて側壁及びディスク部を成形するキャビティと連続する特徴的な構成は変わらない。このように、変形例の作用効果については、上記と同様であるが、いずれの金型構造を用いるかによって側壁３に対する遮光部５等の配置が決定されるので、スケールの内側又は外側の一方の空間的制約を優先する場合に応じて、金型構造を使い分ければよい。

また、図１０に示した変形例においては、雌金型３０の当接面３１は、成形面３２より外側に後退して凹部３４を形成し、雄金型４０の歯先面４５は、凹部３４に嵌合するように延出されている。これらの変形例の作用効果については、上記と同様であるので、その説明を省略する。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも２つの金型が当接する（パーティングラインが形成される）歯先部の厚みが該歯先部よりも歯元側の一部の厚みよりも厚ければよい。例えば、それぞれの歯形において、歯先１７と歯元１８の中間部分の厚みが最も薄い形態であってもよい。この場合、歯元１７の厚みが歯先１８の厚みより厚く設定されていても、遮光部５のうち歯厚の最も薄い部分によって成形された側面箇所が、光路を規定する部分となり、フォトインタラプタ１００を適宜配置することにより、歯先部に生ずるバリ５ｅを遮光部５の側面５ｆの死角に留めて光路内に出現しないようにすることができる。また、本発明は種々の変形が可能であり、例えば、複数の歯形を直線状に配列することにより、リニアエンコーダ用のスケールにも適用可能である。また、櫛歯は、一方の金型のみに存在する形態に限られず、歯先と対応する当接面が備わっていれば、雄型と雌型の両方の金型に設けられていてもよい。さらにまた、上記実施形態及びその変形例の特徴を適宜組み合わせて成形金型を構成することもできる。

３ 側壁
４ スリット孔
５ 遮光部
１０ 雌金型（第１金型）
１１ 櫛歯部
１２ 歯形
１３ 歯溝
１３ａ 連通部
１４ 歯側面
１５ 歯先面
１６ 歯底面
１７ 歯元
１８ 歯先
２０ 雄金型（第２金型）
２１ 当接面
２２ 成形面

Claims (11)

1. 光透過型エンコーダ用スケールの側壁に光を通過させるスリット孔及び光を遮断する遮光部を成形するための櫛歯部を有する第１金型と、該第１金型と対になって、前記スリット孔及び遮光部を成形する第２金型とを備えた光透過型エンコーダ用スケールの成形金型において、
   前記第１金型の櫛歯部は、歯側面及び歯先面を有する複数の歯形と、該歯側面及び歯底面で区画される複数の歯溝とが交互に並んで成り、
   前記第２金型は、前記歯先面と当接して前記スリット孔の入射面又は出射面を成形する当接面と、前記歯溝を区画して前記遮光部を成形する成形面とを有し、
   それぞれの歯形において、前記第１金型と前記第２金型とが当接する歯先部の厚みが該歯先部よりも歯元側の一部の厚みよりも厚いことを特徴とする成形金型。
2. それぞれの歯形において、前記歯先部が前記歯元側の一部よりも前記歯溝の側に突出していることを特徴とする請求項１に記載の成形金型。
3. 前記第２金型の当接面は、前記成形面より後退して凹部を形成し、前記第１金型の歯先面は、前記第２金型の凹部に嵌合するように延出されて、前記当接面と当接することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成形金型。
4. 前記スケールの側壁の内側面又は外側面を成形する前記第２金型の側壁成形面と、前記当接面とは、スケールを透過する光軸方向に段違いに形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の成形金型。
5. 前記複数の歯溝は、前記第１金型又は第２金型の型開き／閉じ方向に延出されて、前記スケールの側壁を形成するキャビティ空間に連通されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の成形金型。
6. 前記第１金型又は第２金型は、その型閉じ／開き方向における前記複数の歯溝の端部が互いに連通されて形成された連通部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の成形金型。
7. 前記第１金型が雌金型であり、前記第２金型が雄金型であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の成形金型。
8. 前記第１金型が雄金型であり、前記第２金型が雌金型であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の成形金型。
9. 前記複数の歯形が直線状に配列されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の成形金型。
10. 前記複数の歯形が円周状に配列されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の成形金型。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の成形金型によって成形されることを特徴とする光透過型エンコーダ用スケール。
    

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