JP3057089B2 - ロータリーエンコーダ - Google Patents

ロータリーエンコーダ

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JP3057089B2 JP2219777A JP21977790A JP3057089B2 JP 3057089 B2 JP3057089 B2 JP 3057089B2 JP 2219777 A JP2219777 A JP 2219777A JP 21977790 A JP21977790 A JP 21977790A JP 3057089 B2 JP3057089 B2 JP 3057089B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ロータリーエンコーダに関する。
[従来の技術] ロータリーエンコーダは回転量や回転速度の検出・測
定を行うための装置として知られている。ロータリーエ
ンコーダのスケールとしてはディスク状のものが一般に
用いられている。
一方、影絵パターンを利用した移動量測定方法が特開
昭63−47616号公報や特開昭64−297513号公報により知
られているが、この移動量測定方法はロータリーエンコ
ーダに利用できる。影絵パターンは微小ピッチの格子パ
ターンに所定の条件を満たす光源からの光を照射するこ
とにより発生し、格子パターンを幾何光学的な影絵のよ
うな拡大したパターンになる。このため格子パターンの
ピッチを極めて細かくしてもスケールの回転に伴う格子
の移動を光学的に容易且つ確実に検出できる。
[発明が解決しようとする課題] 従って影絵パターンを利用するロータリーエンコーダ
の特徴を生かすには、スケールに於ける格子パターンの
ピッチは小さい方が良い。しかしスケールをディスク状
にした場合、スケールと回転軸との直角度の精度を出す
のが難しい。影絵パターンを利用する場合はピッチを細
かくして精度を高めるため上記直角度に極めて高精度が
要求され、このためエンコーダ製造工程に時間を要し、
製造コストが高くなり、またエンコーダ使用中に上記直
角度に狂いが生じて回転量検出精度が落ち易い等の問題
があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであっ
て低コストで実現でき信頼性の高い新規なロータリーエ
ンコーダの提供を目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明のロータリーエンコーダはスケールと光源装置
と受光手段とを有する。
「スケール」は、円錐形に形成され、周面を取り巻く
ように微小ピッチの格子パターンを表面レリーフ格子と
して有し、回転量を測定するべき回転軸に固装される。
なお円錐形は截頭円錐形を含む。
「光源装置」は、格子パターンに対応する影絵パター
ンを発生させるための光をスケールに照射する。
「受光手段」は、光源装置からの光に照射されたスケ
ール部分からの反射光により発生する影絵パターンを検
出する。
上記スケールは「プラスチック成形により形成され回
転軸に一体化もしくは嵌込固定」される。
[作用] ここで影絵パターンに就いて簡単に説明する。影絵パ
ターン発生には点状光源による方法と線状光源による方
法とがある。点状光源による影絵パターンの発生の仕組
みは特開昭63−47616号公報に詳しく開示されているの
で、ここでは線状光源による影絵パターンの発生に就き
簡単に説明する。なお線状光源による影絵パターンに就
いては特開昭64−297513号公報に詳しい開示がある。
第7図に於いて符号1は線状光源を示す。符号2は図
の上下方向を格子繰り返し方向とするピッチξの格子パ
ターンを示す。
線状光源1は発光部が図の上下方向(格子パターンに
おける格子繰り返し方向)に長さdを有する。この長さ
dが条件 1/10≦(d/ξ)≦2 (1) を満足すると、線状光源1からのコヒーレントな光で格
子パターン2を照射するとき格子パターン2による反射
光もしくは透過光により第7図の右方に描いたような光
強度の分布が発生する。この光強度分布の極大の配置
は、線状光源1の位置に点光源を置いた場合の格子パタ
ーン2の幾何光学的な影絵と全く同様に振る舞うので、
この光強度パターンを影絵パターンと呼ぶのである。
影絵パターンを発生させる光はコヒーレント光に限ら
ない。LED等からのインコヒーレントな光であっても、
第8図に示すようなスリット(同図(I))、楕円形状
もしくは円形状のアパーチュア(同図(II),(II
I))を介して光を取出し、第8図の長さdAの方向を格
子繰り返し方向に対応させて格子パターンに照射した場
合、長さdAが格子ピッチξに対して条件 10≦(dA/ξ)≦2 (2) を満足すれば影絵パターンが発生する。
線状光源1に於ける第7図の図面に直交する方向に於
ける発光部長さには特に制限がなく、第8図のスリット
やアパーチュアにおいてもdAに直交する方向のスリット
幅・アパーチュア幅には特に制限がない。
本発明に於いて光源装置としては点状光源や線状光源
あるいはLEDと第8図のスリット等の組み合わせ等を用
いることができる。
スケールは「プラスチック成形により形成」されるが
成形の母型には予め格子パターンの型を形成して置く。
成形された円筒状もしくは円錐状のスケールは回転軸に
嵌込固定されるか、成形の段階で回転軸と一体化され
る。
上記格子パターンを有する母型は、例えば以下のよう
にして作製できる。
即ち円錐状の基体の周面に磁気記録層を薄層状に形成
してスケールと同形状の磁気記録媒体を形成する。この
磁気記録媒体の磁気記録層に格子パターンを磁気ヘッド
を用いて書き込んで格子パターンに従う磁化パターンを
形成する。続いて磁気記録層上に「コロイド粒子の粒径
が磁化パターンに比して十分に小さい磁性コロイド流
体」を塗布して磁化パターンを顕像化する。顕像化され
た格子パターン上に金属層を積層し、しかるのちに金属
層を剥離すると上記母型が得られる。
上記「基体」は金属、ガラス、プラスチック等で構成
できる。基体上に薄層状に形成される磁気記録層はFe2O
3等の面内磁化膜でも良く、CoCr等の垂直磁化膜でも良
い。垂直磁化膜を用いると0.1μmピッチの格子パター
ンの作製も可能である。
「磁性コロイド流体」は酸化鉄等の強磁性体の微粉末
を界面活性剤中に分散させたものである。微粉末におけ
る粒径は顕像化する磁化パターンに比して十分に小さく
例えば50〜200Åである。
[実施例] 以下、具体的な実施例を説明する。
第1図に示す実施例に於いて、符号7は回転量を測定
するべき回転軸を示す。回転軸7は軸受け6に支持さ
れ、図示されないモーター等の駆動手段により回転駆動
される。
回転軸7には円錐形(正確には截頭円錐形)のスケー
ル3が嵌込固定されている。スケール3は第5図(I)
に示すように、回転軸への嵌合穴を有し周面には格子パ
ターンが周面を取り巻くように形成されており、嵌合穴
に回転軸7を貫通させて接着等の固定手段で回転軸7に
固定される。
符号1aは線状光源であり、具体的には半導体レーザー
を、その発光部の長手方向が格子パターンの格子繰り返
し方向に対応するように配置したものである。この線状
光源1aを光源装置としてスケール3上の格子パターンを
照射すると影絵パターンが発生するので、これを受光手
段としての光センサー5により検出する。影絵パターン
は格子パターンを影絵的に拡大したものとなっており回
転軸7の回転に伴い回転軸7と同じ方向へ同じ角速度で
回転するように変位する。従って回転軸7の回転に伴い
光センサー5の受光する光量も周期的に変化し、光セン
サー5の出力は回転軸7の回転に伴うエンコーダ信号と
なる。このエンコーダ信号により回転軸7の回転量を、
その時間微分により回転速度を知ることができる。
第2図〜第4図には、この発明のロータリーエンコー
ダに類した例を示す。繁雑を避けるため混同の恐れがな
いと思われるものに就いては第1図に於けると同一の符
号を伏した。
第2図の例ではスケール4が第5図(II)に示すよう
に、回転軸7への嵌合穴を持つ円筒形のものであり、周
面にはこれを取り巻くように格子パターンが形成されて
いる。線状光源1aにより格子パターンを照射し、発生す
る影絵パターンを光センサー5により検出する。
第3図の例は、第2図の例の変形例である。この例で
は光源装置がLED1bとスリット板1cに依り構成されてい
る。スリット板1cは第8図(I)に示すようなスリット
を有しており、LED1bからのインコヒーレントな光はス
リット板1cのスリットを介して取り出され、格子パター
ンに照射される。
第4図に示す例も第2図の例の変形例である。半導体
レーザー1a′からの光はレンズ2により平行光束2Aに変
換されてスケール4に照射される。半導体レーザー1a′
はその発光部の長手方向を図の上下方向にしており、ス
ケール4の表面の曲率により虚像として線状光源が形成
される。スケールによる反射光束は恰も虚像としての線
状光源による格子パターン透過光の如くに振る舞い影絵
パターンを発生させる。この影絵パターンを光センサー
5により検出する。
第6図はスケールの作製方法を示している。
第6図(I)に於いて符号12は円柱状の基体を示して
いる。この基体12はAl,Fe,Ni等の金属により構成されて
いる。基体12の周面にはFe2O3等の磁性材の蒸着・スパ
ッタリング・電着等により薄層状の磁気記録層14が数千
Åの厚さに形成されている。円柱状基板12と磁気記録層
14とは磁気記録媒体を構成している。
図示されない回転手段により磁気記録媒体を矢印方向
へ高精度に等速回転させつつ、磁気ヘッド16に一定周波
数の信号10を印加すると第6図(I)に示すように面内
磁化方向が交互に反転した磁区の配列により磁気パター
ンが形成される。
磁気記録層14の全周にわたって上記の如き磁気パター
ンが形成されたら、磁気記録層14上に粒径50〜200Åの
磁性コロイド流体を塗布する。
すると第6図(II)に示すように、磁性コロイド流体
のコロイド粒子は磁気記録層に形成された磁化パターン
をなす磁区の境界部に集まるため、磁化パターンと同ピ
ッチ、例えば1μmピッチのパターン11がコロイド粒子
により形成される。
このように磁化パターンがコロイド粒子によりパター
ン11として顕像化されたら、パターン11の上に、第6図
(III)に示すように金属薄層11Aを形成する。金属薄層
11Aは、例えばAg,Auその他の金属をパターン11の上から
スパッタリング、真空蒸着等で成膜することにより作製
できる。
続いて、周面に金属薄層11Aを形成された磁気記録媒
体全体を金属の電解液(例えば、スルファミン酸Ni)に
浸し、金属薄層11Aを負電極として電解液中に正電極を
配し、両電極間に直流電圧を印加する。すると電解液中
の金属イオン(上記スルファミン酸Niの場合はNiイオ
ン)が負電極としての金属薄層11A上に堆積して第6図
(IV)に示すように金属層13を形成する。電解液がスル
ファミン酸Niの場合であれば電鋳により形成される金属
層13はNiの層である。このように積層された金属薄層11
Aと金属層13とに切り込み15,15′(15′は第6図(IV)
に図示されず)を入れて金属薄層11Aと金属層13とを一
体として磁気記録媒体から剥離する。するとコロイド粒
子によるパターン11は磁気記録媒体上に残り、剥離した
金属薄層11Aの表面には磁化パターンと同一のパターン
が凹凸により形成されている。
剥離した金属薄層11Aと金属層13とを第6図(V)に
示すように補強部材17により補強し(第6図(V)にお
いて、金属層13は金属薄層11Aを含んだものとして描か
れている)、分離した各部を接ぎ合わせて母型とし、内
部の空間部分には回転軸に相当する円柱金型7Aを配備す
る。そしてプラスチックの射出成形法等により中空部18
にプラスチックを射出してプラスチックの円柱を得る。
このプラスチックの円柱を第6図(VI)に符号19で示
す。プラスチックの円柱19の外周面にはパターン11と同
ピッチの凹凸20が表面レリーフ格子として形成されてい
る。
プラスチックの円柱19はそのままでもスケール4とし
て使用できるが、外周面に金属反射膜をAl,Au,Cu,Cr等
の蒸着やスパッタリングで形成して反射率を高めても良
い。
第6図(V),(VI)に即して説明した工程を繰り返
せば好きなだけ円筒形のスケールを得ることができる。
上記説明では、金属薄層11Aと金属層13とに切り込み1
5,15′を入れて磁気記録媒体から剥離したが、円柱状の
基体12の周面に予め抜きテーパーをつけており、金属薄
層11Aと金属層13を基体12の軸方向へ抜くことにより剥
離するようにしてもよい。
上記例では磁気ヘッドにより書き込まれる磁化パター
ンは磁気記録層の面内方向の磁化により形成されるの
で、上記方法は1μm以上のピッチを持つ格子パターン
の作製に適している。磁気記録層としてCoCr等の垂直磁
化膜用いて、上記と同様の方法でスケールを形成すると
格子パターンのピッチを0.1μmのオーダーまで細かく
できる。
また上の例で円柱金型7Aにより回転軸への嵌合穴を形
成したが、円柱金型7Aの代わりに回転軸7自体を用いれ
ばスケールの射出成形と同時にスケールの回転軸への一
体化を行うことができる。「プラスチックにより成形さ
れたスケールが回転軸と一体化される」とはこの場合で
ある。
上のスケール作製方法では円筒形のスケールの場合を
説明したが、上記の方法がそのまま円錐形のスケールの
作製に利用できることは言うまでもない。円錐形のスケ
ールの場合には円錐面が型抜きの際に抜きテーパーとし
て作用するので型抜きが容易である。
[発明の効果] 以上、本発明によれば新規なロータリーエンコーダを
提供できる。このエンコーダは上記の如くスケールが極
めて細かいピッチの格子パターンを持つにも拘わらず作
製が容易であり、回転軸への一体化ないし嵌込み固定が
容易に精度よく行えるため安価に精度良く構成でき、ま
た使用による精度の低下の恐れも無い。
【図面の簡単な説明】
第1図は1実施例を説明するための図、第2図〜第4図
は、本発明のロータリーエンコーダに類した例を説明す
るための図、第5図はスケールの形態として、円筒状の
スケールと共に本発明における円錐状のスケールを示す
図、第6図はスケールの作成方法の1例を説明するため
の図、第7図は影絵パターンを説明するための図、第8
図はインコヒーレント光を影絵パターン発生可能な光に
するためのスリット等を説明するための図である。 1a……光源装置としての線状光源、3,4……スケール、
5……受光手段としての光センサー、6……軸受け、7
……回転軸
フロントページの続き (72)発明者 明渡 純 東京都新宿区早稲田3丁目18番1号 丸 茂ハイツ203号 (72)発明者 山口 友行 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平2−57913(JP,A) 特開 昭62−3617(JP,A) 特開 昭62−3615(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 5/38

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円錐形に形成され、周面を取り巻くように
    微小ピッチの格子パターンを表面レリーフ格子として有
    し、回転量を測定するべき回転軸に固装されるスケール
    と、 上記格子パターンに対応する影絵パターンを発生させる
    ための光を上記スケールに照射する光源装置と、 この光源装置からの光に照射されたスケール部分からの
    反射光により発生する影絵パターンを検出する受光手段
    とを有し、 上記スケールがプラスチック成形により形成され上記回
    転軸に一体化もしくは嵌込固定されたことを特徴とする
    ロータリーエンコーダ。
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