JP2650370B2 - ロータリエンコーダ内蔵型モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的 （１） 産業上の利用分野 本発明は、例えば分光光度計などの光学機械における
光学素子を秒角単位で微小回転駆動させる場合に使用さ
れるモータに関し、特に、回転軸の回転量検出手段を備
えたモータに関する。

（２） 従来の技術 一般に分光光度計などの光学機械において回折格子、
プリズム、反射鏡等の光学素子秒角単位（10〜0.5秒）
の精度で40〜60度回転させる必要がある。その光学素子
の微小回転駆動は通常はモータにより行われるが、モー
タと光学素子との連結機構として第11図に示すようにモ
ータ01を用いて回折格子等の光学素子02に微小回転を行
わせるに際し、サインバー機構03を介して行うサインバ
ー方式、第12図に示すようにパルスモータ等のモータ01
と減速機04を組み合わせた方式及び第13図に示すように
マイクロステップ駆動されるパルスモータ01の回転を特
殊なベルト等を用いた減速機構05を介して駆動する方式
等が使用されている。

第11図に示したサインバー方式は、大型で精密な機械
加工部品が多く高価であり、また調整が複雑で高価格の
原因となるとともに、作動速度が遅く分光に時間を要す
るなどの欠点があった。

また、第12図に示したモータ01と減速機構04を組み合
わせた方式は、回転角度を大きくとれる反面、減速機構
04のバックラッシュのため精度が低く、また減速比を大
きくしなければ精度が出ずそのために作動速度が遅くな
り分光に時間を要する欠点があった。

この欠点を解消するために、減速比を幾分小さくし、
マイクロステップ駆動されるパルスモータで駆動する方
式も考えられるが減速機の歯車の歯形に起因する微小な
不等角速度運動のため分光精度の低下を招いていた。

また第13図に示すようなモータ01の回転を、特殊なベ
ルト減速機構05を介して駆動する方式は、安価な反面、
温度膨張に起因するベルトの長さの変動により精度が低
下し易いという問題点があった。また、この第13図に示
すものは、構造上減速比を大きくとれないため一般にマ
イクロステップ駆動されるパルスモータが使用される
が、このマイクロステップ駆動時の励磁電流のＯ点付近
の反転時に正確なマイクロステップ駆動ができず例えば
公称100分割のモータでも実質30〜50分割でしか使用で
きない欠点があった。

ところで、モータにロータリエンコーダを連結し回転
角をコード化された信号として取り出して回転角の検
出、制御を正確に行うことが従来より一般的に行われて
いる。

そして、一般的にモータにロータリエンコーダを連結
する際構造上いくつかのものが考えられている。

第14図はモータ01とロータリエンコーダ06とをカップ
リング07で連結した通常の形のものであり、カップリン
グ07としては金属ベローズ形や精密ダイヤフラム形が用
いられるがベアリングの摩擦とカップリングの剛性に起
因する微小な精度の低下があった。

第15図はモータ32にロータリエンコーダ36を固定した
ものであり、両者の軸芯間のずれを避けることができ
る。

第16図は特開昭62−290334号公報に記載されているも
ので、固定子08に発光部および受光部を有するエンコー
ダセンサ部09が設けられるとともに磁石の回転子010に
パターン板011が設けられたものであり、また第17図は
特開昭58−22570号公報に記載されたもので、巻線の回
転子012の外側表面に反射パターン013が設けられるとと
もにその反射パターン013に対する位置に発光部および
受光部を有するエンコーダセンサ部014が設けられたも
のである。

（３） 発明が解決しようとする課題 前述のモータとロータリエンコーダの連結構造におい
ては、いずれも小型化、構造の簡易化、組み立ての容易
さに問題があった。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、光学
素子等の微小回転駆動装置として使用されるモータに対
するロータリエンコーダの組み込み構造を工夫し、構造
を簡易化して組み立てを容易にするとともに全体的に薄
型化を可能にすることを課題とする。

B.発明の構成 （１） 課題を解決するための手段 前記課題を解決するために、本発明のロータリエンコ
ーダ内蔵型モータは、印刷巻線パターンを有する円板状
の巻線回転子とこの巻線回転子よりも大きな半径を有す
るとともに巻線回転子の半径よりも大きな半径部分に回
転量検出用のパターンを形成されたロータリエンコーダ
円板とを互いに隣接させた状態でモータ回転軸に固定
し、前記円板状の巻線回転子の板面に対向して磁力線発
生用のステータを配設し、前記ロータリエンコーダ円板
の前記パターンに対向する位置にエンコーダセンサ部を
配設したことを特徴とする。

（２） 作用 前述の構成を備えた本発明によるロータリエンコーダ
内蔵型モータは、円板状の回転子とロータリエンコーダ
円板とを隣接させた状態で回転軸に固定したので、組み
立てが容易である。また、モータ全体の軸方向の厚さ
は、ロータリエンコーダ円板を組み込まない場合に比べ
て同円板の厚さ分が増加するが、その厚さの増加分はき
わめてわずかである。

（３） 実施例 以下、図面にもとずいて本発明によるロータリエンコ
ーダ内蔵型モータの第１実施例を説明する。

第１図は同第１実施例であるロータリエンコーダ内蔵
型直流モータＭとその回転軸に分光分析装置の光学素子
を装着したものの正断面図、第２図は第１図の矢視IIか
ら見た図、第３図は同実施例の直流モータの巻線回転子
の表面の平面図、第４図は同巻線回転子の裏面の平面
図、第５図は同実施例のロータリエンコーダ円板の平面
図、第６図は同第１実施例のロータリエンコーダ内蔵型
直流モータを用いた分光分析装置の一例を示す図、であ
る。

第1,2図において、周囲に固定用の複数の螺子孔1aを
形成されたベース１は平面図で円形をしており、その中
央部には下側軸受２が支持されている。前記ベース１の
上面は、中央部に上側軸受３を支持する円板状頂壁4aお
よびその外周部の円筒状側壁4bを備えた磁性体のケーシ
ング４によって被覆されている。

前記下側軸受２および上側軸受３によって回転軸５が
支持されており、この回転軸５の中央部には大径のロー
タ支持部5aが形成されている。このロータ支持部5aには
円板状の巻線回転子６および、それより半径が大きなロ
ータリエンコーダ円板７が隣接して固定されている。

前記円板状の巻線回転子６は、その表面および裏面に
第３図および第４図に示すような導体パターンを有する
プリント板により構成されている。第3,4図に示すよう
に巻線回転子６の左側部分6_Lおよび右側部分6_Rには半径
方向に延びる配線部分が印刷配線されており、この巻線
回転子６において、電流はその表面ではプラス端子6aか
らスルーホール端子6bに流れ、裏面ではスルーホール端
子6bからマイナス端子6cに流れる。したがって、前記巻
線回転子６の半径方向に延びる配線部分のうちの、左側
部分6_Lでは内側から外側へ電流ｉが流れ、右側部分6_Rで
は外側から内側へ電流ｉが流れる。

第1,2図において前記ベース１およびケーシング４に
は、モータＭのステータを構成する第２図で弓型の磁石
9a,9bおよび10a,10bがそれぞれ互いに上下に対向する位
置に支持されている。これらの互いに対向して配置され
た磁石9a,10aおよび9b,10b間に挟まれた状態で前記巻線
回転子６およびロータリエンコーダ円板７が配置されて
いる。そして、磁石9a,10aは、それらの間に前記巻線回
転子６の左側部分6_Lを挟む位置に配置され、その磁力線
H_Aの向きは第１図に示すように下から上向きであり、ま
た、磁石9b,10bは、それらの間に前記巻線回転子６の右
側部分6_Rを挟む位置に配置され、その磁力線H_Bの向きは
第１図に示すように上から下向きである。

また、前記ロータリエンコーダ円板７はガラス板によ
り構成されており、前記巻線回転子６よりも半径の大き
な部分すなわち外周部にパターン7a（第５図参照）が形
成されている。このパターン7aは、たとえば全周（360
゜）を21600程度に分割するパターンであり、そのパタ
ーン7aは約60゜〜90゜の範囲（使用時に実際に回転軸５
を回転させる範囲）だけ設けられている。

前記ベース１には、発光部11aおよび受光部11bを有す
るエンコーダセンサ部11が螺子により固定支持されてい
る。そして、前記発光部11aおよび11bは、前記ロータリ
エンコーダ円板７のパターン7aを形成された外周部分を
挟む位置に配置されている。前記ロータリエンコーダ円
板７およびエンコーダセンサ部11からロータリエンコー
ダＲが構成されている。

そして、前記回転軸５の上端にはホルダ12が固定され
ており、ホルダ12にはたとえばグレーティングミラーの
ような光学素子13が支持されている。

また、第１図に示すように、複数の外部との接続コー
ドl_iの中の２本l₁およびl₂はケーシング４の開口を貫通
して、回転軸５の周囲を余裕を持って巻回されてから回
転軸の接続端子T₁,T₂（T₁のみ図示）にハンダ付けされ
ている。そしてその接続端子T₁,T₂は前記巻線回転子６
のプラス端子6aおよびマイナス端子6bと接続されてい
る。前述のように巻線回転子６への給電をブラシおよび
スリップリングを用いずに行うと、回転軸５の摩擦抵抗
力が減少して直流モータＭの回転制御をより高精度で行
うことが可能となる。

また、他の複数の接続コードl_iはエンコーダセンサ部
11に接続されている。

次に、第６図により、前記ロータリエンコーダ内蔵型
直流モータＭを使用した分光分析装置の一例について説
明する。この分光分析装置では直流モータＭをダイレク
ト制御方式で駆動している。

モータドライバ21は、入力信号e_iに比例した出力電圧
e_mを出力する。この出力電圧e_mにより直流モータＭは駆
動される。そして、その直流モータＭの回転軸５の回転
角速度（すなわち、巻線回転子６およびロータリエンコ
ーダ円板７の回転角速度）は前記入力信号e_iにほぼ比例
する。

このときの、前記光学素子13の角度位置はロータリエ
ンコーダＲおよびパルスカウンタ22で読み取られコンピ
ュータ23に入力される。

このとき、分光分析装置の発光及び受光装置24から出
射して前記光学素子13から反射した光は発光及び受光装
置24で検出され、コンピュータ23に入力されている。

このように、コンピュータ23には光学素子12の角度位
置信号（パルスカウンタ22の出力信号）と、その角度位
置における光学素子13からの反射光量が同時にコンピュ
ータ23に入力されており、前記角度位置信号はそのとき
コンピュータ23に入力されている光学素子13からの反射
光の波長を表している。

したがって、発光及び受光装置24が出力する光の分光
スペクトルをコンピュータ23が出力する。

次に、第７図により、前記ロータリエンコーダ内蔵型
直流モータＭを使用した分光分析装置の他の一例につい
て説明する。この分光分析装置では直流モータＭをデジ
タルフィードバック制御方式で駆動している。なお、こ
の第７図において前記第６図と同一の機能の構成要素に
は同一の符号を付して重複する説明は省略する。

制御回路25には、所望回転角度に対応するデジタルパ
ルス数N_iとパルスカウンタ22で読み取ったパルス数N
_j（すなわち、光学素子12の角度位置）が入力される。
そして、制御回路25はN_i−N_jに比例するアナログ信号e_i
をモータドライバ21に出力する。モータドライバ21は、
入力信号e_iに比例した出力電圧e_mを出力する。この出力
電圧e_mにより直流モータＭは駆動される。そして、その
直流モータＭの回転軸５の角度位置すなわち前記光学素
子13の角度位置はロータリエンコーダＲおよびパルスカ
ウンタ22で読み取られコンピュータ23に入力されるとと
もに前述の制御回路25にフィードバック信号N_jとしてフ
ィードバックされる。したがって、直流モータＭは入力
信号N_iに対応した角度位置で停止する。

この第７図に示した分光分析装置の実施例も、前記第
６図に示した分光分析装置と同様にして、発光及び受光
装置24が出力する光の分光スペクトルをコンピュータ23
が出力する。

次に、第８図および第9,10図により本発明のロータリ
エンコーダ内蔵型直流モータＭの第２実施例を説明す
る。なお、この第８図および第9,10図において、前記第
１図および第3,4図と同一機能を有する構成要素には同
一の符号を付して重複する詳細な説明は省略する。

第８図において、ケーシング４は磁性部材から構成さ
れており、このケーシング４には、回転軸５が貫通する
貫通孔4cが設けられている。また、ケーシング４には、
ベース１に支持された磁石9aおよび9bに対向する位置に
磁力線強化用の突出部4dおよび4eが形成されている。

また、ケーシング４上面には上側軸受支持部材14が支
持されており、この上側軸受支持部材14に支持された上
側ピボット軸受３と前記ベース１に支持された下側ピボ
ット軸受２とによって回転軸５が回転自在に支持されて
いる。

第9,10図に示した円板状の巻線回転子６は、その表面
および裏面に第９図および第10図に示すような導体パタ
ーンを有するプリント板により構成されている。この巻
線回転子６において、電流はその表面ではプラス端子6a
からスルーホール端子6b,6bに流れ、裏面ではスルーホ
ール端子6b,6bからマイナス端子6cに流れる。

したがって、第9,10図において巻線回転子６の左側部
分6_Lおよび右側部分6_Rに半径方向に延びる導体部分が形
成されているうちの、左側部分6_Lでは内側から外側へ電
流ｉが流れ、右側部分6_Rでは外側から内側へ電流ｉが流
れる。

前述の第８〜10図で示したロータリエンコーダ内蔵型
直流モータＭの第２実施例も、前記第１〜５図で示した
第１実施例と同様に、前記第６図または第７図に示した
分光分析装置に使用される。

以上、本発明によるロータリエンコーダ内蔵型モータ
の実施例を詳述したが、本発明は、前述の実施例に限定
されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発
明を逸脱することなく、種々の設計変更を行うことが可
能である。

たとえば、ロータリエンコーダ円板７上のパターン7a
は、インクリメンタル式またはアブソリュート式のいず
れをも採用することができ、また、巻線回転子６の導電
パターンも回転力の発生可能な種々のパターンまたは巻
線方法を採用することができる。さらに、ブラシおよび
スリップリングを用いて適当な巻線パターンを有する巻
線回転子６へ給電することによりモータを連続回転させ
ることも可能となる。

C.発明の効果 前述の本発明のロータリエンコーダ内蔵型直流モータ
Ｍによれば、円板状の回転子とロータリエンコーダ円板
とを隣接させた状態で回転軸に固定したので、組み立て
が容易である。また、モータ全体の軸方向の厚さは、ロ
ータリエンコーダ円板を組み込まない場合に比べて同円
板の厚さ分が増加するが、その厚さの増加分はきわめて
わずかである。

したがって、薄型で組み立ての容易なロータリエンコ
ーダ内蔵型モータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるロータリエンコーダ内蔵型モータ
の第１実施例の回転軸に光学素子を装着したものの正断
面図、第２図はその平面図で第１図の矢視IIから見た
図、第３図は同実施例の巻線回転子６の表面図、第４図
はその裏面図、第５図は同実施例のロータリエンコーダ
円板の平面図、第６図は前記第１実施例のロータリエン
コーダ内蔵型直流モータを用いた分光分析装置の一例を
示す図、第７図は同第１実施例のロータリエンコーダ内
蔵型モータを用いた分光分析装置の他の一例を示す図、
第８図は本発明によるロータリエンコーダ内蔵型モータ
の第２実施例の回転軸に光学素子を装着したものの正断
面図、第９図は同第２実施例の巻線回転子の表面図、第
10図はその裏面図、第11〜13図は従来の光学素子の回転
駆動装置の説明図、第14〜17図は従来のモータとロータ
リエンコーダとの連結構造の説明図、である。 4d,4e,9a,9b,10a,10b……ステータ、５……回転軸、６
……巻線回転子、７……ロータリエンコーダ円板、7a…
…パターン、Ｍ……モータ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】印刷巻線パターンを有する円板状の巻線回
   転子とこの巻線回転子よりも大きな半径を有するととも
   に巻線回転子の半径よりも大きな半径部分に回転量検出
   用のパターンを形成されたロータリエンコーダ円板とを
   互いに隣接させた状態でモータ回転軸に固定し、前記円
   板状の巻線回転子の板面に対向して磁力線発生用のステ
   ータを配設し、前記ロータリエンコーダ円板の前記パタ
   ーンに対向する位置にエンコーダセンサ部を配設したこ
   とを特徴とするロータリエンコーダ内蔵型モータ。