JP2018136257A - 光学スケールユニット、光学スケールユニットの製造方法、エンコーダー、駆動装置、ロボットおよびプリンター - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化を図りつつ、高精度な検出が可能な光学スケールユニットおよびその製造方法を提供する、また、この光学スケールユニットを備えるエンコーダー、駆動装置、ロボットおよびプリンターを提供する。【解決手段】設置面１１０を有する支持部１１２と、設置面１１０に沿って配置され、中央部に孔１２１または凹部を有し、検出用パターンが設けられているディスク１２と、ディスク１２よりも線膨張係数の大きい材料で構成され、設置面１１０から突出して孔１２１または凹部内に配置されている凸部１１４と、ディスク１２を設置面１１０に接着している接着剤１３と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、光学スケールユニット、光学スケールユニットの製造方法、エンコーダー、駆動装置、ロボットおよびプリンターに関する。

エンコーダーの一種として光学式のロータリーエンコーダーが一般に知られている（例えば特許文献１参照）。ロータリーエンコーダーは、例えば、回動可能な関節部を有するロボットアームを備えるロボットに用いられ、関節部の回転角度、回転位置、回転数、回転速度等の回動状態を検出する。

例えば、特許文献１に記載の回転角検出装置は、回転軸に支持され、表面に回転位置検出用パターンが形成された円盤形状のエンコーダースケールと、このエンコーダースケールのパターンを挟んで、上下に対をなす発光素子と受光素子を有する検出ヘッド部と、を有する。ここで、回転軸およびエンコーダースケールには、互いを組み合わせるために軸合わせ用のマークが設けられている。これら軸合わせ用のマークを調節することで、回転軸とエンコーダースケールとの芯出しを行うことができる。

特開２００１−２２７９９０号公報

しかし、特許文献１に記載の回転角検出装置では、人間が軸合わせ用のマークを視認しながら、エンコーダースケールと回転軸との位置合わせ作業を行う必要があり、当該作業が非効率であるがゆえに、生産性を高めることが難しく、その結果、低コスト化を図ることが難しいという問題がある。

本発明の目的は、低コスト化を図りつつ、高精度な検出が可能な光学スケールユニットおよびその製造方法を提供すること、また、この光学スケールユニットを備えるエンコーダー、駆動装置、ロボットおよびプリンターを提供することにある。

上記目的は、下記の本発明により達成される。

本発明の光学スケールユニットは、設置面を有する支持部と、
前記設置面に沿って配置され、中央部に孔または凹部を有し、検出用パターンが設けられているディスクと、
前記ディスクよりも線膨張係数の大きい材料で構成され、前記設置面から突出して前記孔または前記凹部内に配置されている凸部と、
前記ディスクと前記設置面とを接着している接着剤と、を備えることを特徴とする。

このような光学スケールユニットによれば、支持部の設置面から突出している凸部がディスクよりも線膨張係数の大きい材料で構成されているため、ディスクと支持部の設置面とを接着剤により接着して固定する前に、当該凸部をディスクの孔または凹部内に配置した状態で加熱することで、これらの熱膨張差により、これらを内外で接触させて位置合わせ（センタリング）を行うことができる。そのため、人間の目視により位置合わせを行う従来に比べて、位置合わせを効率的に行うことができ、光学スケールユニットの生産性を高めることができる。したがって、低コスト化を図りつつ、高精度な検出が可能な光学スケールユニットを提供することができる。

本発明の光学スケールユニットでは、前記凸部は、前記支持部と一体で構成されていることが好ましい。

これにより、部品点数を少なくすることができる。また、高い寸法精度の支持部および凸部を切削等により一括して容易に形成することができる。そのため、高精度な検出が可能な光学スケールユニットをより安価に製造することができる。

本発明の光学スケールユニットでは、前記接着剤は、硬化性接着剤であることが好ましい。

これにより、ディスクと支持部との間に硬化前の接着剤を介在させた状態で、凸部を加熱してディスクの位置合わせを行うことができる。そして、その位置合わせ後の所望時に接着剤を硬化させ、その位置合わせ状態を保ったままディスクと支持部の設置面とを接着剤により固定することができる。

本発明の光学スケールユニットでは、前記硬化性接着剤は、熱硬化性接着剤であることが好ましい。

これにより、凸部を加熱してディスクの位置合わせを行う際に、その加熱による熱を利用して接着剤を硬化させることができる。

本発明の光学スケールユニットでは、前記ディスクは、銅を含んで構成され、
前記凸部は、アルミニウムとステンレス鋼との少なくとも一方を含んで構成されていることが好ましい。

銅は、フォトリソグラフィ法を利用したエッチングにより高精度な加工を行うことができる。そのため、ディスクが銅を用いて構成されていると、高い寸法精度を有するディスクを比較的容易に実現することができる。また、アルミニウムおよびステンレス鋼は、線膨張係数が比較的大きく、かつ、切削等の機械加工により高精度な加工を行うことができる。そのため、凸部がアルミニウムまたはステンレス鋼を用いて構成されていると、高い寸法精度を有する凸部を比較的容易に実現することができる。また、常温でのディスクの凹部または孔の幅（直径）と凸部の幅（直径）との差を比較的大きくすることができる。そのため、凸部をディスクの凹部または孔内に配置することが容易となる。

本発明の光学スケールユニットの製造方法は、中央部に孔または凹部を有し、検出用パターンが設けられているディスクと、設置面を有する支持部と、前記ディスクよりも線膨張係数の大きい材料で構成され、前記設置面から突出している凸部と、接着剤と、を準備する準備工程と、
前記凸部を前記孔または前記凹部内に配置し、かつ、前記ディスクと前記設置面との間に前記接着剤を配置する配置工程と、
前記凸部を加熱し、前記接着剤を硬化または固化させる加熱工程と、
前記凸部を常温以下まで冷却する冷却工程と、を含むことを特徴とする。

このような光学スケールユニットの製造方法によれば、支持部の設置面から突出している凸部がディスクよりも線膨張係数の大きい材料で構成されているため、加熱工程において、ディスクと支持部の設置面とを接着剤により接着して固定する前に、当該凸部をディスクの孔または凹部内に配置した状態で加熱することで、これらの熱膨張差により、これらを内外で接触させて位置合わせ（センタリング）を行うことができる。そのため、人間の目視により位置合わせを行う従来に比べて、位置合わせを効率的に行うことができ、光学スケールユニットの生産性を高めることができる。したがって、低コスト化を図りつつ、高精度な検出が可能な光学スケールユニットの製造方法を提供することができる。

本発明の光学スケールユニットの製造方法では、前記接着剤は、熱硬化性接着剤であり、
前記加熱工程の加熱温度は、前記接着剤の硬化温度以上であることが好ましい。
これにより、加熱工程での加熱による熱を利用して接着剤を硬化させることができる。

本発明のエンコーダーは、本発明の光学スケールユニットを備えることを特徴とする。
このようなエンコーダーによれば、光学スケールユニットの低コスト化を図ることで、エンコーダーの低コスト化を図ることができる。また、光学スケールユニットを用いた高精度な検出が可能である。

本発明の駆動装置は、本発明の光学スケールユニットを備えることを特徴とする。
このような駆動装置によれば、光学スケールユニットの低コスト化を図ることで、駆動装置の低コスト化を図ることができる。また、光学スケールユニットを用いた高精度な検出が可能であるため、その検出結果を用いて高精度な駆動制御が可能となる。

本発明のロボットは、本発明の光学スケールユニットを備えることを特徴とする。
このようなロボットによれば、光学スケールユニットの低コスト化を図ることで、ロボットの低コスト化を図ることができる。また、光学スケールユニットを用いた高精度な検出が可能であるため、その検出結果を用いて高精度な駆動制御が可能となる。

本発明のプリンターは、本発明の光学スケールユニットを備えることを特徴とする。
このようなプリンターによれば、光学スケールユニットの低コスト化を図ることで、プリンターの低コスト化を図ることができる。また、光学スケールユニットを用いた高精度な検出が可能であるため、その検出結果を用いて高精度な駆動制御が可能となる。

本発明の実施形態に係る駆動装置を示す縦断面図である。 図１に示す駆動装置が備えるエンコーダーの光学スケールユニットの縦断面図である。 図２に示す光学スケールユニットの平面図である。 図２に示す光学スケールユニットの製造方法を説明するためのフローチャートである。 図４に示す配置工程（塗布工程）を説明するための縦断面図である。 図４に示す配置工程（載置工程）を説明するための縦断面図である。 図４に示す配置工程を説明するための平面図である。 図４に示す加熱工程を説明するための縦断面図である。 図４に示す加熱工程を説明するための平面図である。 図４に示す冷却工程を説明するための縦断面図である。 加熱工程を行った場合（熱硬化）と行わない場合（常温硬化）の検出誤差を示すグラフである。 本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。 本発明のプリンターの実施形態を示す斜視図である。

以下、本発明の光学スケールユニット、光学スケールユニットの製造方法、エンコーダー、駆動装置、ロボットおよびプリンターを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

（駆動装置）
図１は、本発明の実施形態に係る駆動装置を示す縦断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸としてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を適宜用いて説明を行う。ここで、各図においてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を示す各矢印の先端側を「＋」、基端側を「−」とする。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。また、＋Ｚ軸方向側を「上」、−Ｚ軸方向側を「下」ともいう。

図１に示す駆動装置１０は、モーター２０と、モーター２０の回転状態を検出するエンコーダー３０と、を有する。ここで、エンコーダー３０は、光学スケールユニット１を備える。まず、光学スケールユニット１の説明に先立ち、以下、駆動装置１０の各部の構成を簡単に説明する。

モーター２０は、例えば、２相ＡＣブラシレスモーター、３相ＡＣブラシレスモーター、３相同期モーター等の各種モーターである。このモーター２０は、Ｚ軸に平行な軸線ａＺに沿って配置されている回転軸２０１と、回転軸２０１に固定されているローター２０２と、ローター２０２の周囲に配置されているステーター２０３と、これらを収納しているとともにステーター２０３を支持している筒状のハウジング２０４と、回転軸２０１をハウジング２０４に対して軸線ａＺまわりに回転可能に支持している軸受２０５、２０６と、を有する。なお、モーター２０の各部は、公知のモーターと同様に構成することができる。

このようなモーター２０は、ハウジング２０４が例えばボルト等を用いて第１部材（図示せず）に固定されることで、当該第１部材に取り付られる。また、回転軸２０１のエンコーダー３０とは反対側の端部には、第１部材とは異なる第２部材（図示せず）が接続される。これにより、モーター２０の駆動力（回転力）を第１部材から第２部材に伝達することができる。なお、回転軸２０１は、必要に応じて、減速機等の歯車装置を介して、第２部材に接続されていてもよい。

エンコーダー３０は、回転角度検出型の光学式エンコーダー３１と、多回転検出型の磁気式エンコーダー３２と、を有し、これらは、前述したモーター２０のハウジング２０４に対して固定されているハウジング３１０内に収納されている。

光学式エンコーダー３１は、モーター２０の回転軸２０１の先端部に固定されている光学スケールユニット１と、光学スケールユニット１の回転状態を検出する光学センサー３０７と、を有する。ここで、光学センサー３０７は、基板３０８に実装（搭載）されている。この基板３０８は、配線基板であり、ハウジング３１０に対して固定的に設置され、ハウジング３１０の外部からの電気的な接続が可能となっている。

光学スケールユニット１は、回転軸２０１に固定されているハブ１１と、ハブ１１の支持部１１２に接着剤１３により接着されているディスク１２と、を有する。ここで、ハブ１１は、回転軸２０１に対して圧入またはネジ止め等により固定されている。また、図１では図示しないが、ディスク１２の上面には、ディスク１２の回転量（角度）、回転速度等を検出し得る検出用パターン１２２として、軸線ａＺを中心とする周方向に沿って光の反射率の異なる２つの領域（反射部、非反射部）を交互に並べたパターンが形成されている（後述する図３参照）。なお、光学スケールユニット１については、後に詳述する。

光学センサー３０７は、図示しないが、光学スケールユニット１のディスク１２に向けて光を出射するレーザダイオード、発光ダイオード等の発光素子と、ディスク１２からの光（反射光）を受光するフォトダイオード等の受光素子と、を有する。このような光学センサー３０７は、ディスク１２の上面（照射面）に前述した検出用パターン１２２が形成されているため、受光素子からの出力信号（電流値）の波形がディスク１２の軸線ａＺまわりの回転に伴って変化する。このように、光学センサー３０７は、ディスク１２の軸線ａＺまわりの回転の変化に伴って波形の変化する信号を出力する機能を有する。この信号に基づいて、ディスク１２の回転状態（回転角度や回転速度等）を検出することができる。

磁気式エンコーダー３２は、回転軸２０１の途中（前述した光学スケールユニット１とモーター２０の軸受２０６との間）に固定されている主歯車３０１と、主歯車３０１に噛合している２つの副歯車３０２ａ、３０２ｂと、副歯車３０２ａ、３０２ｂに固定されている磁石３０３ａ、３０３ｂと、磁石３０３ａ、３０３ｂの回転状態を検出する磁気センサー３０４ａ、３０４ｂと、光学スケールユニット１に固定されている磁石３０９と、磁石３０９の回転状態を検出する磁気センサー３０６と、を有する。ここで、磁気センサー３０６は、前述した光学センサー３０７とともに基板３０８に実装（搭載）されている。磁気センサー３０４ａ、３０４ｂは、基板３０５に実装（搭載）されている。この基板３０５は、配線基板であり、ハウジング３１０に対して固定的に設置されている。また、基板３０５は、図示しない配線（例えばフレキシブル配線基板）を介して、基板３０８に電気的に接続されている。

主歯車３０１は、回転軸２０１と同軸的に設けられ、回転軸２０１と一括して軸線ａＺまわりに回転する。また、副歯車３０２ａは、軸線ａＺに平行な軸線ａ１１まわりに回転可能に設けられ、主歯車３０１の回転に伴って（主歯車３０１に従動して）、主歯車３０１との歯車比に応じた回転量で回転する。同様に、副歯車３０２ｂは、軸線ａＺに平行な軸線ａ１２まわりに回転可能に設けられ、主歯車３０１の回転に伴って（主歯車３０１に従動して）、主歯車３０１との歯車比に応じた回転量で回転する。ここで、主歯車３０１、副歯車３０２ａおよび副歯車３０２ｂの歯数は、互いに異なっている（例えば、互いに素の関係となっている）。

磁石３０９は、主歯車３０１と一括して（すなわち、回転軸２０１とともに）、軸線ａＺまわりに回転する。また、磁石３０３ａは、副歯車３０２ａと一括して、軸線ａ１１まわりに回転する。同様に、磁石３０３ｂは、副歯車３０２ｂと一括して、軸線ａ１２まわりに回転する。ここで、磁石３０９、３０３ａ、３０３ｂは、それぞれ、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石等の永久磁石であり、回転に伴って磁界の方向が変化するように構成（配置）されている。

磁気センサー３０６は、磁石３０９に対向して配置され、磁石３０９からの磁界の方向（すなわち主歯車３０１および磁石３０９の３６０°範囲内での回転角度）に応じた信号を出力する。磁気センサー３０４ａは、磁石３０３ａに対向して配置され、磁石３０３ａからの磁界の方向（すなわち副歯車３０２ａおよび磁石３０３ａの３６０°範囲内での回転角度）に応じた信号を出力する。同様に、磁気センサー３０４ｂは、磁石３０３ｂに対向して配置され、磁石３０３ｂからの磁界の方向（すなわち副歯車３０２ｂおよび磁石３０３ｂの３６０°範囲内での回転角度）に応じた信号を出力する。このような磁気センサー３０６、３０４ａ、３０４ｂからの信号の値の組み合わせは、回転軸２０１の回転量（回転数および基準状態からの回転角度）に対応している。したがって、磁気センサー３０６、３０４ａ、３０４ｂからの信号に基づいて、回転軸２０１の回転量を検出することができる。

以上のようなエンコーダー３０では、磁気式エンコーダー３２の出力に基づいて、モーター２０の回転軸２０１の基準状態からの回転量（回転数および基準状態からの大まかな回転角度）を検出することができる。また、光学式エンコーダー３１の出力に基づいて、回転軸２０１の基準状態からの回転角度をより高精度に検出することができる。なお、エンコーダー２０の構成、機能、検出項目、検出原理は、特に限定されず、例えば、磁気式エンコーダー３２が省略され、光学式エンコーダー３１のみで構成されていてもよい。

ここで、光学式エンコーダー３１では、ディスク１２が回転軸２０１に対して所望の位置からずれて（偏心して）固定されていると、検出精度の低下を招いてしまう。そこで、このような検出精度の低下を低減するべく、光学スケールユニット１では、そのようなディスク１２の偏心が生じないように、ハブ１１を介して回転軸２０１に固定されている。以下、この点について詳述する。

（光学スケールユニット）
図２は、図１に示す駆動装置が備えるエンコーダーの光学スケールユニットの縦断面図である。図３は、図２に示す光学スケールユニットの平面図である。

図２に示す光学スケールユニット１は、前述したように、回転軸２０１に固定されているハブ１１と、ハブ１１に接着剤１３により接着されているディスク１２と、を有する。

ハブ１１は、円板状をなしている支持部１１２と、支持部１１２の一方（図２中下側）の面（下面）から突出している突出部１１１と、支持部１１２の他方（図２中上側）の面（上面）から突出している凸部１１４と、突出部１１１の先端面（図２中下側の面）に開口している凹部１１３と、を有し、これらが軸線ａＺを中心として同軸的に設けられている。ここで、凹部１１３には、回転軸２０１の先端部が挿入（例えば圧入）された状態で固定される。なお、凹部１１３に代えて、回転軸２０１が挿入される貫通孔をハブ１１に設けてもよい。また、ハブ１１は、回転軸２０１と一体で構成されていてもよい。

支持部１１２の上面は、ディスク１２が設置される設置面１１０である。このような支持部１１２の上面（設置面１１０）には、ディスク１２の面内方向での位置決めを行うための位置決め部として機能する凸部１１４が設けられている。本実施形態では、凸部１１４の外形は、図３に示すように、軸線ａＺに沿った方向から見たとき（以下、「平面視」ともいう）、円形をなしている。この凸部１１４は、その中心軸が回転軸２０１の中心軸（軸線ａＺ）に一致するように形成されている。なお、凸部１１４の平面視での外形は、円形に限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形でもよい。

ディスク１２の中央部には、厚さ方向（図２中上下方向）に貫通している孔１２１が形成されている。この孔１２１には、前述した中心軸ａ２を中心とする凸部１１４が挿通されている。本実施形態では、孔１２１は、図３に示すように、平面視で円形をなしている。ここで、凸部１１４の直径（常温）は、孔１２１の直径（常温）より小さく設定されている。なお、孔１２１の平面視での外形は、円形に限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形でもよく、また、前述した凸部１１４の平面視の外形と異なっていてもよい。また、凸部１１４および孔１２１の平面視での外形をともに多角形とすることで、後述するようなセンタリングだけでなく、周方向での位置合わせを行うことも可能である。

また、光学スケールユニット１の使用温度範囲内の温度（例えば常温）下において、孔１２１の平面視での幅（直径）は、前述した凸部１１４の幅（直径）よりも若干大きくなっている。したがって、凸部１１４の外周面と孔１２１の内周面との間には、隙間ｇが形成されている。

ここで、ハブ１１の構成材料（すなわち凸部１１４の構成材料）の線膨張係数は、ディスク１２の構成材料の線膨張係数よりも大きい。したがって、ハブ１１およびディスク１２を同じ温度で加熱したとき、ハブ１１の方がディスク１２よりも大きい割合で熱膨張することとなる。光学スケールユニット１では、後に詳述するように、ハブ１１上にディスク１２を設置した状態で、接着剤１３による固定が完了する前に、ハブ１１およびディスク１２を光学スケールユニット１の使用温度範囲よりも高い所定温度以上に加熱することで、ハブ１１の凸部１１４の外周面とディスク１２の孔１２１の内周面とを接触（または接近）させ、これらの位置決め（センタリング）を行う。これにより、隙間ｇが周方向で一定となるように、すなわち、ディスク１２の中心軸ａ２が凸部１１４の中心軸（軸線ａＺ）に一致するように、ディスク１２がハブ１１に対して接着剤１３を介して固定されている。なお、隙間ｇは、孔１２１の半径と凸部１１４の半径との差であり、その値は、特に限定されないが、凸部１１４の半径の０．００００５倍以上０．００５倍以下であることが好ましい。

ハブ１１の構成材料としては、ディスク１２の構成材料よりも線膨張係数の大きい材料であれば、特に限定されないが、加工性、機械的特性等の観点から、例えば、各種樹脂材料（線膨張係数３０×１０^−６〜２００×１０^−６／Ｋ程度）、各種金属材料（線膨張係数１０×１０^−６〜３０×１０^−６／Ｋ程度）等を用いることができ、中でも、アルミニウム（線膨張係数２３×１０^−６）、黄銅（線膨張係数１９×１０^−６）、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０３の場合、線膨張係数１７．３×１０^−６）、鉄（線膨張係数１２．１×１０^−６）、銅（線膨張係数１６．８×１０^−６）等の金属材料を用いることが好ましい。

一方、ディスク１２の構成材料としては、ハブ１１の構成材料よりも線膨張係数の小さい材料であれば、特に限定されないが、加工性、機械的特性等の観点から、例えば、各種ガラス材料（線膨張係数０．５×１０^−６〜８．５×１０^−６／Ｋ程度）、鉄（線膨張係数１２．１×１０^−６）、銅（線膨張係数１６．８×１０^−６）等の比較的線膨張係数の小さい各種金属材料（線膨張係数１０×１０^−６〜３０×１０^−６／Ｋ程度）等を用いることができる。例えば、ディスク１２の構成材料としては、ハブ１１の構成材料がアルミニウム、黄銅、ステンレス鋼または樹脂材料のいずれかである場合、銅またはガラス材料を用いることができ、ハブ１１の構成材料が鉄である場合、ガラス材料を用いることができ、ハブ１１の構成材料が銅である場合、鉄、ガラス材料を用いることができる。

また、接着剤１３は、ディスク１２を支持部１１２の上面（設置面）に対して接着、固定することができればよく、特に限定されないが、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤等の硬化性（熱硬化性、光硬化性、嫌気硬化性等）接着剤を用いることが好ましく、特に、熱硬化性接着剤を用いることが好ましい。これにより、後述するように、ハブ１１およびディスク１２の位置決めと同一工程で接着剤１３を硬化させ、その位置決め状態をその後も維持することができ、光学スケールユニット１の製造が簡単となる。なお、図示では、接着剤１３が設置面１１０の全域にわたって設けられているが、接着剤１３の形成範囲は、設置面１１０の一部であってもよい。

以上のように、光学スケールユニット１は、設置面１１０を有する支持部１１２と、設置面１１０に沿って配置され、中央部に孔１２１（または有底の凹部でもよい）を有し、検出用パターン１２２が設けられているディスク１２と、ディスク１２よりも線膨張係数の大きい材料で構成され、設置面１１０から突出して孔１２１（または有底の凹部でもよい）内に配置されている凸部１１４と、ディスク１２と設置面１１０とを接着している接着剤１３と、を備える。

このような光学スケールユニット１によれば、支持部１１２の設置面１１０から突出している凸部１１４がディスク１２よりも線膨張係数の大きい材料で構成されているため、ディスク１２と支持部１１２の設置面１１０とを接着剤１３により接着して固定する前に、当該凸部１１４をディスク１２の孔１２１（または凹部）内に配置した状態で加熱することで、これらの熱膨張差により、これらを内外で接触させて位置合わせ（センタリング）を行うことができる。このように、少なくとも凸部１１４を加熱するという比較的簡単な操作で、凸部１１４の中心軸とディスク１２の中心軸との位置合わせ（調心）を自動的に行うことができる。そのため、人間の目視により位置合わせを行う従来に比べて、位置合わせを効率的に行うことができ、光学スケールユニット１の生産性を高めることができる。したがって、低コスト化を図りつつ、高精度な検出が可能な光学スケールユニット１を提供することができる。

また、光学スケールユニット１の使用温度範囲内の温度下では、凸部１１４とディスク１２との間に隙間ｇが形成されており、環境温度が変化しても、凸部１１４とディスク１２とが接触せず、凸部１１４の熱膨張によりディスク１２が変形することを防止することができる。また、光学スケールユニット１の使用環境において、支持部１１２とディスク１２との熱膨張差が生じても、支持部１１２の熱膨張の影響がディスク１２に伝わるのを接着剤１３で緩和することができる。このように、環境温度が変化しても、ディスク１２の変形を低減することができるため、高精度な検出を行うことができる。

また、エンコーダー３０（または光学式エンコーダー３１）は、光学スケールユニット１を備える。このようなエンコーダー３０（または光学式エンコーダー３１）によれば、光学スケールユニット１の低コスト化を図ることで、エンコーダー３０（または光学式エンコーダー３１）の低コスト化を図ることができる。また、光学スケールユニット１を用いた高精度な検出が可能である。

また、駆動装置１０は、光学スケールユニット１（エンコーダー３０または光学式エンコーダー３１）を備える。このような駆動装置１０によれば、光学スケールユニット１の低コスト化を図ることで、駆動装置１０の低コスト化を図ることができる。また、光学スケールユニット１を用いた高精度な検出が可能であるため、その検出結果を用いて高精度な駆動制御が可能となる。

ここで、凸部１１４は、支持部１１２と一体で構成されている。これにより、部品点数を少なくすることができる。また、高い寸法精度の支持部１１２および凸部１１４を切削等により一括して容易に形成することができる。そのため、高精度な検出が可能な光学スケールユニット１をより安価に製造することができる。なお、凸部１１４は、支持部１１２と別体で構成されていてもよく、この場合、例えば、凸部１１４を含む部材と、支持部１１２を含む部材とを公知の接合法（例えば、圧入、ネジ止め等）により接合すればよい。また、凸部１１４は、回転軸２０１の一部（先端部）で構成することも可能である。この場合でも、軸線ａＺを中心軸とする凸部１１４を容易に形成することが可能である。

また、接着剤１３は、光硬化（例えばＵＶ硬化）性接着剤、熱硬化性接着剤、嫌気硬化性接着剤等の硬化性接着剤であることが好ましい。これにより、ディスク１２と支持部１１２との間に硬化前の接着剤１３を介在させた状態で、凸部１１４を加熱してディスク１２の位置合わせを行うことができる。そして、その位置合わせ後の所望時に接着剤１３を加熱や光照射等により硬化させ、その位置合わせ状態を保ったままディスク１２と支持部１１２の設置面１１０とを接着剤１３により固定することができる。

特に、接着剤１３として用いる硬化性接着剤は、熱硬化性接着剤であることが好ましい。これにより、凸部１１４を加熱してディスク１２の位置合わせを行う際に、その加熱による熱を利用して接着剤１３を硬化させることができる。そのため、製造工程数を少なくすることができる。

また、ディスク１２は、銅を含んで構成され、凸部１１４は、アルミニウムとステンレス鋼との少なくとも一方を含んで構成されていることが好ましい。銅は、フォトリソグラフィ法を利用したエッチングにより高精度な加工を行うことができる。そのため、ディスク１２が銅を用いて構成されていると、高い寸法精度を有するディスク１２を比較的容易に実現することができる。例えば、銅を用いて構成されたディスク１２は、表面に銅の酸化膜を形成し、その酸化膜をエッチングすることで、高精度な検出用パターン１２２を形成することができる。また、アルミニウムおよびステンレス鋼は、線膨張係数が比較的大きく、かつ、切削等の機械加工により高精度な加工を行うことができる。そのため、凸部１１４がアルミニウムまたはステンレス鋼を用いて構成されていると、高い寸法精度を有する凸部１１４を比較的容易に実現することができる。また、常温でのディスク１２の孔１２１（または凹部）の幅（直径）と凸部１１４の幅（直径）との差を比較的大きくすることができる。そのため、凸部１１４をディスク１２の孔１２１（または凹部）内に配置することが容易となる。

（光学スケールユニットの製造方法）
図４は、図２に示す光学スケールユニットの製造方法を説明するためのフローチャートである。

光学スケールユニット１の製造方法は、図４に示すように、準備工程Ｓ１０と、配置工程Ｓ２０と、加熱工程Ｓ３０と、冷却工程Ｓ４０と、を有する。以下、各工程を順次説明する。

［準備工程Ｓ１０］
まず、図示しないが、ハブ１１、ディスク１２および接着剤１３を準備する。

ハブ１１の製造方法としては、ハブ１１の構成材料に応じて適宜選択され、特に限定されず、例えば、切削加工等を用いることができる。また、ディスク１２の製造方法としては、ディスク１２の構成材料、ディスク１２に形成するスケールの種類等に応じて適宜選択され、特に限定されず、例えば、機械加工、エッチング等を用いることができる。得られたハブ１１およびディスク１２は、常温において、（孔１２１の直径）−（凸部１１４の直径）が、前述した隙間ｇの２倍に等しいものとする。

［配置工程Ｓ２０］
図５は、図４に示す配置工程（塗布工程）を説明するための縦断面図である。図６は、図４に示す配置工程（載置工程）を説明するための縦断面図である。図７は、図４に示す配置工程を説明するための平面図である。

図５に示すように、ハブ１１の設置面１１０に硬化前の接着剤１３Ａを塗布する。なお、接着剤１３Ａの塗布は、ハブ１１の設置面１１０に代えてまたは加えて、ディスク１２の下面に行ってもよい。また、接着剤１３Ａの塗布は、ハブ１１とディスク１２との間の形状等によっては、ディスク１２をハブ１１の設置面１１０上に載置した後に毛細管現象等を利用してハブ１１とディスク１２との間に接着剤１３Ａを供給して行うことも可能である。

そして、図６に示すように、ハブ１１の設置面１１０上に接着剤１３Ａを介してディスク１２を載置する。このとき、ハブ１１およびディスク１２は、接着剤１３Ａが硬化または固化する温度よりも低い温度（例えば常温程度）の雰囲気下にある。そのため、ハブ１１の凸部１１４の外周面とディスク１２の孔１２１の内壁面との間には、隙間が形成されている。したがって、図６および図７に示すように、ハブ１１の設置面上１１０にディスク１２を載置したとき、通常、その隙間の大きさの範囲内で、ハブ１１およびディスク１２の位置関係がずれることとなる。図６および図７では、ディスク１２の中心軸ａ２が凸部１１４の中心軸（軸線ａＺ）に対して偏心量ｄずれている。この偏心量ｄの最大値は、前述した隙間ｇに等しい。

［加熱工程Ｓ３０］
図８は、図４に示す加熱工程を説明するための縦断面図である。図９は、図４に示す加熱工程を説明するための平面図である。

図８に示すように、ハブ１１およびディスク１２を加熱する。このとき、ハブ１１およびディスク１２に熱Ｈが供給されることで、ハブ１１およびディスク１２のそれぞれが熱膨張する。ここで、前述したように、ハブ１１の構成材料の線膨張係数がディスク１２の構成材料の線膨張係数よりも大きいため、ハブ１１およびディスク１２を加熱したとき、図８および図９中αで示す方向に、ハブ１１の方がディスク１２よりも大きい割合で熱膨張し、ハブ１１の凸部１１４の外周面とディスク１２の孔１２１の内周面とが接触する。これにより、ディスク１２の中心軸ａ２が凸部１１４の中心軸（軸線ａＺ）に一致するように、ハブ１１およびディスク１２の位置決め（センタリング）が行われる。また、本工程では、ハブ１１およびディスク１２とともに接着剤１３Ａが加熱される。これにより、接着剤１３Ａが硬化して接着剤１３となり、ディスク１２がハブ１１に対し接着、固定される。

例えば、本工程では、ハブ１１およびディスク１２を接着剤１３Ａの硬化温度まで所定速度で昇温させていき、その後、その温度状態を接着剤１３が所望の硬化状態となるまで所定時間保持する。ここで、ハブ１１およびディスク１２の昇温過程では、接着剤１３は完全には硬化していないため、ハブ１１およびディスク１２は相対的に移動可能である。また、この昇温過程では、ハブ１１の凸部１１４およびディスク１２の孔１２１の互いの幅（直径）の差が温度上昇に伴って小さくなる。これに伴って、ハブ１１およびディスク１２は、互いの中心軸が一致するように相対的に移動する。そして、ハブ１１およびディスク１２のセンタリング完了後に接着剤１３Ａが硬化して接着剤１３となる。

ここで、ハブ１１およびディスク１２を接着剤１３Ａの硬化温度まで昇温させていく間、凸部１１４の幅（直径）と孔１２１の幅（直径）とが等しくならなくても、偏心量ｄによっては、ハブ１１およびディスク１２のある程度の位置決めが可能である。ただし、位置合わせの製品ごとのバラつきを低減する等の観点から、この間に、凸部１１４の幅（直径）と孔１２１の幅（直径）とが等しくなることが好ましい。また、この間、凸部１１４の外周面と孔１２１の内周面とが全周にわたって接触していなくてもよいが、これらの位置合わせ（調心）が可能なように少なくとも３か所で接触していることが好ましい。

また、本工程の加熱温度は、凸部１１４および孔１２１の幅（直径）の差（２・ｇ）、線膨張係数差等によって決められるものであり、接着剤１３が接着力を発揮することができ、かつ、前述した位置合わせを行うことができる範囲であればよく、特に限定されないが、例えば、接着剤１３Ａとして熱硬化性接着剤を用いる場合、８０℃以上３００℃以下程度である。ここで、本工程の加熱温度が高すぎると、後述する冷却工程Ｓ４０後にハブ１１とディスク１２との間に生じる残留応力が大きくなる。

［冷却工程Ｓ４０］
図１０は、図４に示す冷却工程を説明するための縦断面図である。図１１は、加熱工程を行った場合（熱硬化）と行わない場合（常温硬化）の検出誤差を示すグラフである。

前述した接着剤１３の硬化後、図１０に示すように、ハブ１１、ディスク１２および接着剤１３の冷却を行う。この冷却の方法は、自然冷却（放冷）、強制冷却（空冷等）等のいずれの方法でもよく、冷却速度も特に限定されない。この冷却により、ハブ１１およびディスク１２のそれぞれが収縮する。

ここで、前述したように、ハブ１１の構成材料の線膨張係数がディスク１２の構成材料の線膨張係数よりも大きいため、ハブ１１およびディスク１２を冷却したとき、図１０中βで示す方向（直径方向）に、ハブ１１の方がディスク１２よりも大きい割合で収縮し、ハブ１１の凸部１１４の外周面とディスク１２の孔１２１の内周面との間に隙間が形成される。このとき、ハブ１１、ディスク１２ともに冷却による直径方向の収縮率は、ハブ１１およびディスク１２の周方向に沿って等しいため、凸部１１４の外周面と孔１２１の内周面との間の隙間は、周方向に沿ってほぼ等しいもの、すなわち、周方向のいずれの箇所でも隙間ｇと同じ値に近いものとなる。これにより、前述の加熱によりなされたセンタリング（中心軸ａ２と軸線ａＺとの一致）は、冷却後も維持され、高精度な検出が可能な光学スケールユニット１が得られる。
以上のようにして、光学スケールユニット１を製造することができる。

以上のように、光学スケールユニット１の製造方法は、準備工程Ｓ１０と、配置工程Ｓ２０と、加熱工程Ｓ３０と、冷却工程Ｓ４０と、を含む。ここで、準備工程Ｓ１０では、中央部に孔１２１（または凹部）を有し、検出用パターン１２２が設けられているディスク１２と、設置面１１０を有する支持部１１２と、ディスク１２よりも線膨張係数の大きい材料で構成され、設置面１１０から突出している凸部１１４と、接着剤１３Ａと、を準備する。配置工程Ｓ２０では、凸部１１４を孔１２１（または凹部）内に配置し、かつ、ディスク１２と設置面１１０との間に接着剤１３Ａを配置する。加熱工程Ｓ３０では、少なくとも凸部１１４を加熱し、接着剤１３Ａを硬化または固化させて接着剤１３を形成する。冷却工程Ｓ４０では、凸部１１４を常温以下まで冷却する。なお、常温とは、日本工業規格 ＪＩＳ Ｚ ８７０３−１９８３により定められた標準状態の温度１５級であり、５〜３５℃の温度範囲をいう。したがって、常温以下とは３５℃以下と言い換えることができる。

このような光学スケールユニット１の製造方法によれば、支持部１１２の設置面１１０から突出している凸部１１４がディスク１２よりも線膨張係数の大きい材料で構成されているため、加熱工程Ｓ３０において、ディスク１２と支持部１１２の設置面１１０とを接着剤１３（１３Ａ）により接着して固定する前に、当該凸部１１４をディスク１２の孔１２１（または凹部）内に配置した状態で加熱することで、これらの熱膨張差により、これらを内外で接触させて位置合わせ（センタリング）を行うことができる。そのため、人間の目視により位置合わせを行う従来に比べて、位置合わせを効率的に行うことができ、光学スケールユニット１の生産性を高めることができる。したがって、低コスト化を図りつつ、高精度な検出が可能な光学スケールユニット１の製造方法を提供することができる。

このように、凸部１１４とディスク１２の位置合わせを行うと、図１１に示すように、位置合わせを行わない場合に比べて、偏心量が大幅に減少し、その結果、検出精度を高める（検出誤差を小さくする）ことができる。なお、図１１中、「熱硬化」は、接着剤１３として熱硬化性接着剤を用い、加熱による位置合わせとともに接着剤１３の硬化を行った結果を示し、「常温硬化」は、接着剤１３として常温硬化型接着剤を用い、前述したような加熱による位置合わせを行わずに接着剤１３の硬化を行った結果を示す。

ここで、接着剤１３（１３Ａ）は、熱硬化性接着剤であることが好ましく、この場合、加熱工程Ｓ３０の加熱温度は、接着剤１３（１３Ａ）の硬化温度以上であることが好ましい。これにより、加熱工程Ｓ３０での加熱による熱を利用して接着剤１３（１３Ａ）を硬化させることができる。

（ロボット）
以下、本発明のロボットについて単腕ロボットを例に説明する。

図１２は、本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。
図１２に示すロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。このロボット１０００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１０１０と、ベース１０１０に回動自在に連結されたアーム１０２０と、アーム１０２０に回動自在に連結されたアーム１０３０と、アーム１０３０に回動自在に連結されたアーム１０４０と、アーム１０４０に回動自在に連結されたアーム１０５０と、アーム１０５０に回動自在に連結されたアーム１０６０と、アーム１０６０に回動自在に連結されたアーム１０７０と、これらアーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０の駆動を制御する制御部１０８０と、を有している。また、アーム１０７０にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット１０００に実行させる作業に応じたエンドエフェクター１０９０が装着されている。

また、ロボット１０００が有する複数の関節部のうちの全部または一部には駆動装置１０が搭載されており、この駆動装置１０の駆動によって各アーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０が回動する。駆動装置１０の駆動は、制御部１０８０によって制御される。なお、図示では、駆動装置１０は、アーム１０４０とアーム１０５０との間の関節部に設けられている。

以上のようなロボット１０００は、光学スケールユニット１を備える。このようなロボット１０００によれば、光学スケールユニット１の低コスト化を図ることで、ロボット１０００の低コスト化を図ることができる。また、光学スケールユニット１を用いた高精度な検出が可能であるため、その検出結果を用いて高精度な駆動制御が可能となる。

なお、ロボット１０００が有するアームの数は、図示では６本であるが、これに限定されず、１〜５本または７本以上であってもよい。

（プリンター）
図１３は、本発明のプリンターの実施形態を示す斜視図である。
図１３に示すプリンター３０００は、インクジェット記録方式のプリンターである。このプリンター３０００は、装置本体３０１０と、装置本体３０１０の内部に設けられている印刷機構３０２０、給紙機構３０３０および制御部３０４０と、を備えている。

装置本体３０１０には、記録用紙Ｐを設置するトレイ３０１１と、記録用紙Ｐを排出する排紙口３０１２と、液晶ディスプレイ等の操作パネル３０１３とが設けられている。

印刷機構３０２０は、ヘッドユニット３０２１と、キャリッジモーター３０２２と、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりヘッドユニット３０２１を往復動させる往復動機構３０２３と、を備えている。ヘッドユニット３０２１は、インクジェット式記録ヘッドであるヘッド３０２１ａと、ヘッド３０２１ａにインクを供給するインクカートリッジ３０２１ｂと、ヘッド３０２１ａおよびインクカートリッジ３０２１ｂを搭載したキャリッジ３０２１ｃと、を有している。往復動機構３０２３は、キャリッジ３０２１ｃを往復移動可能に支持しているキャリッジガイド軸３０２３ａと、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりキャリッジ３０２１ｃをキャリッジガイド軸３０２３ａ上で移動させるタイミングベルト３０２３ｂと、を有している。

給紙機構３０３０は、互いに圧接している従動ローラー３０３１および駆動ローラー３０３２と、駆動ローラー３０３２を駆動する駆動装置１０（給紙モーター）と、を有している。

制御部３０４０は、例えばパーソナルコンピュータ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷機構３０２０や給紙機構３０３０等を制御する。

このようなプリンター３０００では、給紙機構３０３０が記録用紙Ｐを一枚ずつヘッドユニット３０２１の下部近傍へ間欠送りする。このとき、ヘッドユニット３０２１が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれる。

以上のように、プリンター３０００は、光学スケールユニット１を備える。このようなプリンター３０００によれば、光学スケールユニット１の低コスト化を図ることで、プリンター３０００の低コスト化を図ることができる。また、光学スケールユニット１を用いた高精度な検出が可能であるため、その検出結果を用いて高精度な駆動制御が可能となる。

以上、本発明の光学スケールユニット、光学スケールユニットの製造方法、エンコーダー、駆動装置、ロボットおよびプリンターを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明は、前述した実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

また、本発明のロボットは、アームを有していれば、単腕ロボットに限定されず、例えば、双腕ロボット、スカラーロボット等の他のロボットであってもよい。

また、前述した実施形態では光学スケールユニット、エンコーダーおよび駆動装置をロボットおよびプリンターに適用した構成について説明したが、光学スケールユニット、エンコーダーおよび駆動装置は、これら以外の各種電子機器にも適用することができる。また、エンコーダーおよび駆動装置は、プリンターに用いる場合、プリンターの紙送りローラーの駆動源に限定されず、例えば、プリンターのインクジェットヘッドの駆動源等に適用することもできる。

また、本発明のエンコーダーおよび駆動装置は、ロボット以外の機器に組み込んでもよく、例えば、自動車等の移動体に搭載してもよい。

１…光学スケールユニット、１０…駆動装置、１１…ハブ、１２…ディスク、１３…接着剤、１３Ａ…接着剤、２０…モーター、３０…エンコーダー、３１…光学式エンコーダー、３２…磁気式エンコーダー、１１０…設置面、１１１…突出部、１１２…支持部、１１３…凹部、１１４…凸部、１２１…孔、１２２…検出用パターン、２０１…回転軸、２０２…ローター、２０３…ステーター、２０４…ハウジング、２０５…軸受、２０６…軸受、３０１…主歯車、３０２ａ…副歯車、３０２ｂ…副歯車、３０３ａ…磁石、３０３ｂ…磁石、３０４ａ…磁気センサー、３０４ｂ…磁気センサー、３０５…基板、３０６…磁気センサー、３０７…光学センサー、３０８…基板、３０９…磁石、３１０…ハウジング、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０…アーム、１０３０…アーム、１０４０…アーム、１０５０…アーム、１０６０…アーム、１０７０…アーム、１０８０…制御部、１０９０…エンドエフェクター、３０００…プリンター、３０１０…装置本体、３０１１…トレイ、３０１２…排紙口、３０１３…操作パネル、３０２０…印刷機構、３０２１…ヘッドユニット、３０２１ａ…ヘッド、３０２１ｂ…インクカートリッジ、３０２１ｃ…キャリッジ、３０２２…キャリッジモーター、３０２３…往復動機構、３０２３ａ…キャリッジガイド軸、３０２３ｂ…タイミングベルト、３０３０…給紙機構、３０３１…従動ローラー、３０３２…駆動ローラー、３０４０…制御部、Ｈ…熱、Ｐ…記録用紙、Ｓ１０…準備工程、Ｓ２０…配置工程、Ｓ３０…加熱工程、Ｓ４０…冷却工程、ａ１１…軸線、ａ１２…軸線、ａ２…中心軸、ａＺ…軸線、ｄ…偏心量、ｇ…隙間

Claims (11)

1. 設置面を有する支持部と、
   前記設置面に沿って配置され、中央部に孔または凹部を有し、検出用パターンが設けられているディスクと、
   前記ディスクよりも線膨張係数の大きい材料で構成され、前記設置面から突出して前記孔または前記凹部内に配置されている凸部と、
   前記ディスクと前記設置面とを接着している接着剤と、を備えることを特徴とする光学スケールユニット。
2. 前記凸部は、前記支持部と一体で構成されている請求項１に記載の光学スケールユニット。
3. 前記接着剤は、硬化性接着剤である請求項１または２に記載の光学スケールユニット。
4. 前記硬化性接着剤は、熱硬化性接着剤である請求項３に記載の光学スケールユニット。
5. 前記ディスクは、銅を含んで構成され、
   前記凸部は、アルミニウムとステンレス鋼との少なくとも一方を含んで構成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光学スケールユニット。
6. 中央部に孔または凹部を有し、検出用パターンが設けられているディスクと、設置面を有する支持部と、前記ディスクよりも線膨張係数の大きい材料で構成され、前記設置面から突出している凸部と、接着剤と、を準備する準備工程と、
   前記凸部を前記孔または前記凹部内に配置し、かつ、前記ディスクと前記設置面との間に前記接着剤を配置する配置工程と、
   前記凸部を加熱し、前記接着剤を硬化または固化させる加熱工程と、
   前記凸部を常温以下まで冷却する冷却工程と、を含むことを特徴とする光学スケールユニットの製造方法。
7. 前記接着剤は、熱硬化性接着剤であり、
   前記加熱工程の加熱温度は、前記接着剤の硬化温度以上である請求項６に記載の光学スケールユニットの製造方法。
8. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学スケールユニットを備えることを特徴とするエンコーダー。
9. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学スケールユニットを備えることを特徴とする駆動装置。
10. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学スケールユニットを備えることを特徴とするロボット。
11. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学スケールユニットを備えることを特徴とするプリンター。

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