JP2787693B2

JP2787693B2 - ロータリエンコーダ内蔵型モータ

Info

Publication number: JP2787693B2
Application number: JP1003436A
Authority: JP
Inventors: 薫西村
Original assignee: Shimazu Seisakusho KK
Current assignee: Shimazu Seisakusho KK
Priority date: 1989-01-10
Filing date: 1989-01-10
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: JPH02183124A

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は秒角単位（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10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11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12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10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化
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11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12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、
温度膨脹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12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13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
いられるがべ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14図はモータ01にロータリエンコーダ06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15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16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に対向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、半径方向中央部に印刷巻線パター
ンを形成されるとともに外周部に回転量検出用のエンコ
ーダパターンを形成された円板状のロータをモータ回転
軸に固定し、前記巻線パターンに対向して磁力線発生用
のステータを配設し、前記エンコーダパターンに対向す
る位置にエンコーダセンサ部を配設し、前記回転軸に外
部と接続コードにより接続する接続端子を設け、前記回
転軸の周囲を余裕を持って巻回した前記接続コードを前
記回転軸に設けた接続端子に固着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、円板状の一枚のロータ上に回転力発生
用の巻線パターンと回転量検出用のエンコーダパターン
とを形成したので、部品点数が少なくなり、組み立て作
業が容易になる。また、モータ全体の軸方向の寸法は、
ロータリエンコーダ円板を組み込まない場合と比べてほ
とんど増加しない。

また、前記回転軸に外部と接続コードにより接続する
接続端子を設け、前記回転軸の周囲を余裕を持って巻回
した前記接続コードを前記回転軸に設けた接続端子に固
着したので、前記印刷巻線パターン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ことができる。この
ため、回転軸の摩擦抵抗力が減少するので、前記回転軸
の回転制御をより高精度で行うことができる。

（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ロータの表
面の平面図、第４図は同ロータの裏面の平面図、第５図
および第６図はそれぞれ同第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
円板状のロータＲが固定されている。

前記円板状のロータＲ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ガラ
ス、シリコン、石英板等の透明な円板により構成されて
いる。このように、ロータＲは透明なので、その表面図
（第３図）および裏面図（第４図）においてそれぞれ他
面の巻線パターンも見えるはずであるが、図を見易くす
るため、第3,4図において他面の巻線パターンの図示は
省略してある。第3,4図に示すように前記円板状のロー
タＲには、その半径方向中央部に回転力発生用の巻線パ
ターン６が形成されるとともに、外周部の一部に回転量
検出用のエンコーダパターン７が形成されている。それ
らのパターン6,7は、たとえば銅、クロム等の適当な金
属膜をエッチングして形成される。第3,4図において、
前記巻線パターン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形成されており、この巻線
パターン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
巻線パターン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ロー
タＲが配置されている。そして、磁石9a,10aは、それら
の間に前記巻線パターン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
記巻線パターン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Ｒの外周部に形成された前記エンコ
ーダパターン７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７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および受光部11bは、前記ロ
ータＲのエンコーダパターン７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Ｒのエンコーダ
パターン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Ｅ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は前記巻線パターン
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。前述のように巻線パターン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５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、巻線パターン６およびエンコーダパ
ターン７を形成されたロータＲ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Ｅおよびパルスカウンタ22で読み取られ、さら
に４〜10分割されてコンピュータ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６図において前記第５図と同一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Ｅ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６図に示した分光分析装置の実施例も、前記第
５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７図および第8,9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７図および第8,9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７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8,9図に示した円板状のロータＲは、その表面およ
び裏面に第８図および第９図に示すような巻線パターン
６を形成されている。この巻線パターン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6
b,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8,9図において巻
線パターン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７〜９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１〜４図で示した
第１実施例と同様に、前記第５図または第６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、エンコーダパターン７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
が可能である。また、巻線パターン６は回転力の発生可
能な種々のパターンを採用することが可能であり、ま
た、ロータＲの表裏両面ではなく、片面のみに形成する
ことも可能である。

そして、ロータＲをセラミック等の不透明な絶縁材料
製の円板から構成するとともに、そのロータＲの表裏い
ずれか一方の面にエンコーダパターンを形成し、このエ
ンコーダパターンが形成された側にエンコーダセンサ部
の発光部および受光部を配設することも可能である。

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、円板状の一枚のロータに回転力発生用の巻
線パターンと回転量検出用のエンコーダパターンとを形
成したので、部品点数が少なくなる。したがって、モー
タの組み立て作業が容易になる。また、モータ全体の軸
方向の寸法は、ロータリエンコーダを組み込まない場合
と比べてほとんど増加しない。

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図は同実施例のロータの表面図、第４図はその
裏面図、第５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６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７
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８図は同第２実施例のロータの表面図、第９図は
その裏面図、第10〜12図は従来の光学素子の回転駆動装
置の説明図、第13〜16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
……巻線パターン、７……回転量検出用エンコーダパタ
ーン、Ｍ……モータ、Ｒ……ロータ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半径方向中央部に印刷巻線パターンを形成
されるとともに外周部に回転量検出用のエンコーダパタ
ーンを形成された円板状のロータをモータ回転軸に固定
し、前記巻線パターンに対向して磁力線発生用のステー
タを配設し、前記エンコーダ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、前記回転軸に外部と接続
コードにより接続する接続端子を設け、前記回転軸の周
囲を余裕を持って巻回した前記接続コードを前記回転軸
に設けた接続端子に固着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。