JP2019027884A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スケールの始端部と終端部との不整合領域における検出精度の悪化を防止しつつ、スケール部材の有効回転角度を最大限に確保可能な位置検出装置を提供する。【解決手段】第１スケール２は、第１スケール２に対向する第１検出手段３が回転位置検出用の信号を出力する際に使用される第１パターン２ａと、第１検出手段３が回転位置検出用の信号とは異なる信号を出力する際に使用される第１パターン欠落部２ｂと、を有し、第２スケール４は、第２スケール４に対向する第２検出手段５が直動位置検出用の信号を出力する際に使用される第２パターン４ａと、第２検出手段５が直動位置検出用の信号とは異なる信号を出力する際に使用される第２パターン欠落部４ｂと、を有し、第２検出手段５は、第１検出手段３が回転位置検出用の信号とは異なる信号を出力する間、直動位置検出用の信号とは異なる信号を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、直動位置および回転位置の検出を行う位置検出装置に関する。

従来、測定対象物の直動量や回転量を検出する手段として、位置検出装置が知られている。位置検出装置には、検出方法の違いにより、光学式、磁気式、および静電容量式などがある。また、位置検出装置は、測定対象物の種類により、直動量を検出するリニア型と、回転量を検出するロータリ型とに区別することができる。特許文献１には、リニアエンコーダとロータリエンコーダにより共通の部材の移動を検出する位置検出装置が開示されている。

特開２０１６−９９１７１号公報

光学式の位置検出装置は、反射型と透過型とに区別することができる。光学式反射型の位置検出装置は、発光素子と受光素子とを同一平面上に配設したセンサヘッドと、所定のピッチで反射部および非反射部が繰り返される反射パターンを有する反射スケールとを対向させて使用される。センサヘッドから射出された光線は、スケールに入射し、反射部および非反射部により受光素子上に明暗像として結像される。反射パターンのピッチは、受光素子の受光ピッチと一致させる必要があり、一致しない場合、検出精度の悪化や、検出信号を取得できないおそれがある。

しかしながら、特許文献１の位置検出装置では、反射スケールをスケール部材の周面全面に設ける場合、周面の周長と反射パターンのピッチとの関係が一致せず、反射パターンが始端部と終端部において不整合になるおそれがある。反射パターンが不整合になる領域では、位置検出装置は正確な検出信号を出力できないため、検出精度が悪化してしまう。

また、反射パターンの規則性を確保する場合、スケール部材の径を反射パターンのピッチに合わせるように設定する必要があるため、部材の選定に制約が加わってしまう。

本発明は、スケール部材の径に関係なく、スケールの始端部と終端部との不整合領域における検出精度の悪化を防止しつつ、スケール部材の有効回転角度を最大限に確保可能な位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての位置検出装置は、回転軸周りの回転、および回転軸に沿った直動を行う円筒部材と、円筒部材の周面に設けられた回転位置検出用の第１スケールと、第１スケールに対向するように配置された回転位置検出用の第１検出手段と、円筒部材の周面に設けられた直動位置検出用の第２スケールと、第２スケールに対向するように配置された直動位置検出用の第２検出手段と、を有し、第１スケールは、第１検出手段が回転位置検出用の信号を出力する際に使用される第１パターンと、第１検出手段が回転位置検出用の信号とは異なる信号を出力する際に使用される第１パターン欠落部と、を有し、第２スケールは、第２検出手段が直動位置検出用の信号を出力する際に使用される第２パターンと、第２検出手段が直動位置検出用の信号とは異なる信号を出力する際に使用される第２パターン欠落部と、を有し、前記第２検出手段は、前記第１検出手段が前記回転位置検出用の信号を出力する間、前記直動位置検出用の信号を出力し、前記第１検出手段が前記回転位置検出用の信号とは異なる信号を出力する間、前記直動位置検出用の信号とは異なる信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、スケール部材の径に関係なく、パターンの始端部と終端部との不整合領域における検出精度の悪化を防止しつつ、スケール部材の有効回転角度を最大限に確保可能な位置検出装置を提供することができる。

実施例１の位置検出装置の斜視図である。 実施例２の位置検出装置の斜視図である。 実施例３の位置検出装置の斜視図である。 実施例４の位置検出装置の（ａ）斜視図、および（ｂ）複合スケール展開図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、
同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

以下の実施例では、一例として光学式の位置検出装置について説明するが、本発明は、他の方式の位置検出装置にも適用することが可能である。

図１は、本実施例の位置検出装置１００ａの斜視図である。円筒体（円筒部材）１は、回転軸Ｏ周りの回転、および回転軸Ｏに沿った直動を行う。回転位置検出用のスケール（第１スケール）２、および直動位置検出用のスケール（第２スケール）４は、円筒体１の周面全周に設けられている。本実施例では、スケール２およびスケール４は、樹脂フィルム基材により構成されている。なお、スケール２およびスケール４は、円筒体１に直接描画されていてもよい。円筒体１に直接パターンを描画する方法としては、レーザーマーカーなどを用いる方法がある。回転位置検出用のセンサヘッド（第１の検出手段）３は、スケール２に対向するように、所定の間隔だけ離れた状態で不図示の筐体に固定されている。直動位置検出用のセンサヘッド（第２の検出手段）５は、スケール４に対向するように、所定の間隔だけ離れた状態で不図示の筐体に固定されている。

スケール２は、所定のピッチで反射部および非反射部が繰り返されている領域である第１パターン２ａと、反射部および非反射部から形成されるパターンが形成されていない領域である第１パターン欠落部２ｂと、を有する。第１パターン２ａでは、反射部および非反射部が回転軸Ｏ周りに形成されている。第１パターン欠落部２ｂは、第１パターン２ａの始端と終端に設けられている。第１パターン欠落部２ｂは、反射部または非反射部のいずれかであってもよい。

センサヘッド３は、第１パターン２ａを通過することで第１パターン２ａから取得される信号に基づいて、回転位置検出用の信号を生成し、出力する。すなわち、第１パターン２ａは、センサヘッド３が回転位置検出用の信号を出力する際に使用される。

また、センサヘッド３は、第１パターン欠落部２ｂを通過することで第１パターン欠落部２ｂから信号を取得したとしても、回転位置検出用の信号を生成することはできず、回転位置検出用の信号とは異なる信号を出力する。すなわち、第１パターン欠落部２ｂは、センサヘッド３が回転位置検出用の信号とは異なる信号を出力する際に使用される。なお、回転位置検出用の信号とは異なる信号とは、回転位置を検出することができない信号である。

スケール４は、所定のピッチで反射部および非反射部が繰り返されている領域である第２パターン２ａと、反射部および非反射部から形成されるパターンが形成されていない領域である第２パターン欠落部４ｂと、を有する。第２パターン４ａでは、反射部および非反射部が回転軸Ｏに沿って形成されている。第２パターン欠落部４ｂは、第２パターン４ａの始端と終端に設けられている。第２パターン欠落部４ｂは、反射部または非反射部のいずれかであってもよい。

センサヘッド５は、第２パターン４ａを通過することで第２パターン４ａから取得される信号に基づいて、直動位置検出用の信号を生成し、出力する。すなわち、第２パターン４ａは、センサヘッド５が直動位置検出用の信号を出力する際に使用される。

また、センサヘッド５は、第２パターン欠落部４ｂを通過することで第２パターン４ａから信号を取得したとしても、直動位置検出用の信号を生成することはできず、直動位置検出用の信号とは異なる信号を出力する。すなわち、第２パターン欠落部４ｂは、センサヘッド５が直動位置検出用の信号とは異なる信号を出力する際に使用される。なお、直動位置検出用の信号とは異なる信号とは、直動位置を検出することができない信号である。

本実施例では、第１パターン欠落部２ｂと第２パターン欠落部４ｂは、円筒体１の円周方向（回転軸Ｏ周り）において、同一の位置に設けられている。そのため、センサヘッド３が第１パターン２ａから取得された信号に基づいて回転位置検出用の信号を出力する円筒体１の回転角度では、センサヘッド５が第２パターン４ａから取得された信号に基づいて直動位置検出用の信号を出力する。また、センサヘッド３が第１パターン欠落部２ｂから取得された信号に基づいて回転位置検出用の信号とは異なる信号を出力する円筒体１の回転角度では、センサヘッド５が第２パターン欠落部４ｂから取得された信号に基づいて直動位置検出用の信号とは異なる信号を出力する。

したがって、センサヘッド５は、センサヘッド３が回転位置検出用の信号を出力する間、直動位置検出用の信号を出力し、センサヘッド３が回転位置検出用の信号とは異なる信号を出力する間、直動位置検出用の信号とは異なる信号を出力する。

図２は、本実施例の位置検出装置１００ｂの斜視図である。位置検出装置１００ｂは、実施例１で説明した位置検出装置１００ａと同様に、円筒体１、回転位置検出用のスケール２、回転位置検出用のセンサヘッド３、直動位置検出用のスケール４、および直動位置検出用のセンサヘッド５を有する。スケール２は、センサヘッド３が回転位置検出用の信号を出力する際に使用される第１パターン２ａと、センサヘッド３が回転位置検出用の信号とは異なる信号を出力する際に使用される第１パターン欠落部２ｂと、を有する。スケール４は、センサヘッド５が直動位置検出用の信号を出力する際に使用される第２パターン４ａと、センサヘッド５が回転位置検出用の信号とは異なる信号を出力する際に使用される第２パターン欠落部４ｂと、を有する。

本実施例では、センサヘッド３およびセンサヘッド５を固定する不図示の筐体を小型化するために、センサヘッド３およびセンサヘッド５は円筒体１の円周方向において、異なる位置に設けられている。そのため、本実施例では、第１パターン欠落部２ｂおよび第２パターン欠落部４ｂは、センサヘッド３が第１パターン欠落部２ｂからの信号を取得する際に、センサヘッド５が第２パターン欠落部４ｂからの信号を取得するように設けられている。

したがって、センサヘッド５は、センサヘッド３が回転位置検出用の信号を出力する間、直動位置検出用の信号を出力し、センサヘッド３が回転位置検出用の信号とは異なる信号を出力する間、直動位置検出用の信号とは異なる信号を出力する。

また、本実施例の構成を有することで、位置検出装置１００ｂを小型化可能であるとともに、各センサヘッドの配置自由度も向上させることができる。

図３は、本実施例の位置検出装置１００ｃの斜視図である。位置検出装置１００ｃは、円筒体１の周面全周に設けられた、回転位置および直動位置検出用の複合スケール６を有する。すなわち、複合スケール６は、実施例１および実施例２で説明した回転位置検出用のスケール２、および直動位置検出用のスケール４が複合化されたスケールである。そのため、位置検出装置１００ｃは、１つのスケールを用いて回転位置および直動位置を検出することができる。

回転位置検出用のセンサヘッド３、および直動位置検出用のセンサヘッド５は、複合スケール６に対向するように、所定の間隔だけ離れた状態で不図示の筐体に配置されている。

回転位置および直動位置検出用のスケールを複合化することで、スケール長を直動方向（回転軸Ｏに平行な方向）の有効ストローク長と略同一にすることができるため、位置検出装置１００ｃを小型化することが可能である。

なお、本実施例では、複合スケール６は、樹脂フィルム基材により構成されているが、円筒体１に直接描画されていてもよい。

図４（ａ）は、本実施例の位置検出装置１００ｄの斜視図である。本実施例では、円筒体１は、π［ｒａｄ］より十分小さい有効回転角度を有する。位置検出装置１００ｄは、回転位置および直動位置検出用の複合スケール７を有する。そのため、位置検出装置１００ｄは、１つのスケールを用いて回転位置および直動位置を検出することができる。回転位置検出用のセンサヘッド３、および直動位置検出用のセンサヘッド５は、複合スケール７に対向するように、所定の間隔だけ離れた状態で不図示の筐体に配置されている。

図４（ｂ）は、複合スケール７の展開図である。円筒体１の周面を回転軸Ｏ周りに半分に分けた場合、複合スケール７は分けられた周面のうち一方の周面に回転位置検出用のパターンを有し、他方の周面に直動位置検出用のパターンを有する。具体的には、円筒体１の半径をｒ［ｍｍ］とすると、複合スケール７の始端からπｒ［ｍｍ］までの区間と、πｒ［ｍｍ］から２πｒ［ｍｍ］までの区間とに回転位置検出用と直動位置検出用のパターンを設けている。

このような構成を有することで、位置検出装置１００ｄを小型化することが可能であるとともに、各センサヘッドの配置自由度も向上させることができる。

以上説明したように、本実施例によれば、スケールの始端部と終端部との不整合領域における検出精度の悪化を防止しつつ、スケール部材の有効回転角度を最大限に確保可能な位置検出装置を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ 円筒体（円筒部材）
２ 回転位置検出用のスケール（第１スケール）
２ａ 第１パターン
２ｂ 第１パターン欠落部
３ 回転位置検出用のセンサヘッド（第１検出手段）
４ 直動位置検出用のスケール（第２スケール）
４ａ 第２パターン
４ｂ 第２パターン欠落部
５ 直動位置検出用のセンサヘッド（第２検出手段）
１００ａ−１００ｄ 位置検出装置

Claims (6)

1. 回転軸周りの回転および前記回転軸に沿った直動を行う円筒部材と、
   前記円筒部材の周面に設けられた回転位置検出用の第１スケールと、
   前記第１スケールに対向するように配置された回転位置検出用の第１検出手段と、
   前記円筒部材の周面に設けられた直動位置検出用の第２スケールと、
   前記第２スケールに対向するように配置された直動位置検出用の第２検出手段と、を有し、
   前記第１スケールは、前記第１検出手段が回転位置検出用の信号を出力する際に使用される第１パターンと、前記第１検出手段が前記回転位置検出用の信号とは異なる信号を出力する際に使用される第１パターン欠落部と、を有し、
   前記第２スケールは、前記第２検出手段が直動位置検出用の信号を出力する際に使用される第２パターンと、前記第２検出手段が前記直動位置検出用の信号とは異なる信号を出力する際に使用される第２パターン欠落部と、を有し、
   前記第２検出手段は、前記第１検出手段が前記回転位置検出用の信号を出力する間、前記直動位置検出用の信号を出力し、前記第１検出手段が前記回転位置検出用の信号とは異なる信号を出力する間、前記直動位置検出用の信号とは異なる信号を出力することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記第１パターン欠落部は、前記第１パターンの始端と終端に設けられ、
   前記第２パターン欠落部は、前記第２パターンの始端と終端に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記第１および第２スケールは、樹脂フィルム基材から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
4. 前記第１および第２スケールは、前記円筒部材に描画されていることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
5. 前記第１および第２スケールは、回転軸方向において、同一の領域に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
6. 前記円筒部材の周面を前記回転軸周りに半分に分けた場合、
   前記第１スケールは、前記分けられた周面のうち、一方の周面に設けられ、
   前記第２スケールは、他方の周面に設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の位置検出装置。