JP3779295B2 - ロータリエンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、回転位置や回転速度等を検出するロータリエンコーダに関し、特に、ロータリエンコーダのモータへの取り付け構成に関する。

超精密モータは高精度な位置決めが要求される。そのため、例えば空気軸受で軸受けされる他に、位置検出を行うロータリエンコーダが取り付けられた構成としている。
このような高精度な位置決めを要する超精密モータにロータリエンコーダを組み込むには、従来、位置検出用のスリットが設けられたロータリエンコーダのディスクをモータの回転軸に取り付ける。一方、回転軸を支持する固定部側には、ディスクに設けられたスリットを検出して回転角度を求めるために検出手段を取り付ける。位置決めを高精度で行うには、ロータリエンコーダのディスクと検出手段の位置関係を高精度に調整する必要がある。

一方、ロータリエンコーダを取り付けたモータにおいては、メンテナンス性の面から、ロータリエンコーダの機構部分を予め用意しておき、このロータリエンコーダの機構部分をモータの軸に組み付ける構成が有利である。このロータリエンコーダの機構部分では、回転支持されるディスクと検出手段の位置関係を機構形成時にあらかじめ調整しておくことができるため、モータにロータリエンコーダを組み込む際に位置関係を行う必要がない。

ディスクと検出手段とを個別に取り付けた後にこれらの位置関係を調整する場合には、専用の調整装置などを使う必要があるが、ロータリエンコーダを一つの機構部分として構成する場合には、このような専用の調整装置も不要となる。
ロータリエンコーダを一つの機構部分として回転軸に取り付ける構成の例として、例えば特許文献１がある。

図７はロータリエンコーダを一つの機構部分とする一構成例を説明するための概略断面図である。図７において、コード板（ディスク）１０２は中空回転軸１０１の外周部分のフランジに取り付けられ、この中空回転軸１０１は凸部を対向配置した山形スリーブ１０４，１０５と一対のくさび状スリーブ１０６，１０７とにより回転軸１１１に対して軸心調整可能に取り付けられている。

一方、検出器１０３は玉軸受１０８を介して固定部１１０に固定された支持部材１０９に回転自在に取り付けられる。
軸合わせは、回転軸１１１を回転させながらダイヤルゲージ等により中空回転軸１０１の偏心を測定し、測定で得られた偏心量と偏心方向に基づいて中空回転軸１０１を強制的に変位させて山形スリーブとくさび状スリーブとの位置関係を変化させることにより行う。

特開平２−１６４１２（特許第２６０５３６２号）

上記した例のように、ユニット化されたロータリエンコーダは一般的にユニット内でディスクを検出手段に対して回転自在に支持する為にボールベアリングなどのベアリングが採用されている。
超精密モータにユニット化されたロータリエンコーダを組み込む際、上記例のようにユニット内でディスクの回転支持にボールベアリングなどが使用されていると、エンコーダユニットを軸に取り付けた後にもディスク、およびディスクを支持する部材を回転支持するにボールベアリングがエンコーダユニットに残り、軸の回転に合わせてボールベアリングも回転するので、超精密な回転、位置決めには回転むらなどの原因になり、回転の滑らかさや角度検出の精度に悪影響を与えるおそれがあるという問題がある。

ボールベアリングに代えて流体軸受などの低摩擦の軸受を使用することにより摩耗の影響を低減させることが考えられるが、大型化や構造が複雑になるなどの問題がある。
そこで、本発明は、上記した従来の課題を解決して、ロータリエンコーダの回転軸に対する位置調整が容易であり、回転軸に取り付けた後の回転むら等による精度の低下を低減することを目的とする。
また、検出手段に対するディスクの回転を、回転ディスクと検出手段との間にベアリング等の回転支持部材を設けることなく行うことを目的とする。

本発明のロータリエンコーダは、ユニット内においてディスクと検出手段との位置関係をモータ等に組み込む前に調整及び保持可能な構成とし、ユニット内においてディスクを位置調整した状態で保持したままモータ等に組み込み、組み込んだ後に保持状態を解除してディスクをモータの回転軸に支持させる。これにより、ディスクと検出手段との位置関係の調整をロータリエンコーダのモータ等への組み込み前に行うことで位置調整を容易とすることができる。

また、ディスクと検出手段との間はベアリング等の回転支持部材を用いることなく回転軸自在な構成とすることにより、回転むら等による精度の低下を低減することができ、また、モータ等に組み込んだ後、ベアリング等の回転支持部材を要することなくディスクを検出手段に対して回転自在とすることができる。

本発明のロータリエンコーダは、回転軸に取付けられて、この回転軸の回転に伴う信号を検出する装置であり、通常のロータリエンコーダが備える、回転位置を読取るための被検出部を有した回転ディスクとこの回転ディスクの回転位置を検出するための検出部とを備える他に、回転ディスクを回転軸に取付けるためのディスク支持部材と、検出部を回転ディスクに対向させて固定する固定部材を備える構成とする。

この構成において、ディスク支持部材及び固定部材は、検出部と回転ディスクとの位置調整時、及び、ロータリエンコーダの回転軸への取り付け時において、互いに固定保持された状態である。
また、本発明のロータリエンコーダは、上記のディスク支持部材と固定部材は互いに固定保持する構成として、ディスク支持部材と固定部材に対して着脱自在な支持部材を備える。

前記支持部材は固定部とこの固定部に対して回転可能に支持された回転部を有する構成とし、回転部をディスク支持部材に取付け、固定部を固定部材に取付ける。又は、回転部を固定部材に取付け、固定部をディスク支持部材に取付ける。この構成により、回転部を固定部に対して回転させることにより、回転ディスクと検出部との位置ずれを確認することができる。回転部は、固定部に対してベアリングを介して回転支持される構成とすることができる。

本発明のロータリエンコーダの構造では、エンコーダのユニット中に、回転ディスク及びディスク支持部品を支持する支持部材を含むが、モータに組み込んだ時点で支持部材を外せる構造とすることにより、モータにエンコーダユニットを組み込んだ後は、支持部材を外し、回転ディスク及びディスク支持部品はモータの軸にのみにより支持される。

本発明によれば、ロータリエンコーダを回転軸に取り付ける前の段階で位置を調整することができるため、ロータリエンコーダの回転軸に対する位置調整が容易である。
本発明によれば、回転軸とロータリエンコーダとの間にベアリング等の部材を要さないため、回転軸に取り付けた後に生じるベアリングの摩耗等による回転むらによる精度の低下を低減することができる。また、検出手段に対するディスクの回転を、回転ディスクと検出手段との間にベアリング等の回転支持部材を設けることなく行うことができる。

以下、本発明のロータリエンコーダについて、図を用いて説明する。
図１〜図３発明のロータリエンコーダの第１の形態を説明するための概略構成図である。図１はロータリエンコーダの回転ディスクと検出手段との位置調整を説明する図であり、図２，３は位置調整したロータリエンコーダのモータへの取り付けを説明する図である。図１において、（ａ）は回転ディスクと検出手段との位置調整前の状態を示し、（ｂ）は回転ディスクと検出手段との位置調整の状態を示し、（ｃ）は位置調整後の回転ディスクと検出手段との位置を保持するために支持部材を取り付ける状態をそれぞれ示している。

図１において、ロータリエンコーダ１は角度検出機構５を有する。この角度検出機構５は、回転ディスク２上に形成された被検出部３とこの被検出部３を検出する検出部４とを備える。角度検出機構５による角度検出方法は、光学的検出方法、磁気的検出方法等を適用することができる。以下、光学的検出方法を例として説明する。
光学的検出方法の場合には、回転ディスク２上に形成された被検出部３は、外部から入射した光を透過あるいは反射する部分からなり、透過光あるいは反射光を光センサ等の検出部４で検出することにより、回転ディスク２の回転角度や回転数を検出する。

したがって、被検出部３は、回転ディスク２上において光を透過する部分、光を反射する部分、あるいは光吸収する部分等により形成され、検出部４は被検出部３に向けた光を照射する発光部、被検出部３の透過部を透過した光あるいは反射部から反射した光を受光する受光部により形成される。
回転ディスク２は前記した被検出部３をその周上に有しており、この被検出部３の検出状態から回転ディスク２の回転角度や回転速度を検出することができる。

本発明のロータリエンコーダにおいて、回転ディスク２は、ディスク支持部材６に取り付けられ支持される。ディスク支持部材６は円筒形とし、内周部分をモータの回転軸（図示していない）の外周部分にはめ合わせる。回転軸の回転に伴ってディスク支持部材６が回転すると、回転ディスク２も回転する。
なお、回転ディスク２は、ディスク支持部材６に対する取り付け位置（軸方向及び径方向）を調整自在とすることができる。

一方、検出部４は、固定部材７に取り付けられ支持される。固定部材７は、断面が対向する一対のコの字状に形成され、内部に前記した回転ディスク２を取り付けたディスク支持部材６を収納し、内部において回転ディスク２を回転自在としている。
固定部材７の内周面において回転ディスク２と対向する一部分には、光源や光センサ等の検出部４が設けられ、検出部４の検出信号により回転ディスク２の回転位置を検出する。
なお、検出部４は、固定部材７に対する取り付け位置（軸方向及び径方向）を調整自在とすることができる。

回転ディスク２のディスク支持部材６に対する取り付ける位置や検出部４の固定部材７に対する取り付ける位置を調整することにより、回転ディスク２と検出部４との位置調整を行うことができる。
また、ディスク支持部材６と固定部材７との位置関係を調整することにより、回転ディスク２と検出部４との位置調整を行うこともできる。

回転ディスクと検出手段との位置調整は、次のようにして行うことができる。位置調整においては、図１（ｂ）に示すように、回転ディスク２を取り付けたディスク支持部材６を調整装置２０の回転軸２１に取り付けて回転ディスク２を回転自在とし、一方、検出部４を取り付けた固定部材７を調整装置２０の固定部２２に取り付けて固定部材７を固定する。

この状態で調整装置２０の回転軸２１を回転させ、検出部４により検出信号を求める。回転ディスク２の被検出部３と検出部４とが正しく位置合わせされている場合には、検出部４からは所定の信号波形が得られる。一方、位置合わせが不十分である場合には、検出される信号波形は所定の信号波形からずれることになる。

そこで、検出部４で得られる検出信号を参照して、被検出部３と検出部４との位置ずれの状態を求め、この位置ずれを解消するように位置調整を行う。この位置調整は、前記したように、ディスク支持部材６に対する回転ディスク２の位置調整（軸方向及び／又は径方向）、固定部材７に対する検出部４の位置調整（軸方向及び／又は径方向）、固定部材７に対するディスク支持部材６の位置調整（軸方向及び／又は径方向）等により行うことができる。

図１（ｂ）の位置調整が完了した後、図１（ｃ）によりディスク支持部材６と固定部材７との位置関係を保持させ、被検出部３と検出部４との位置関係を保持する。この保持は、支持部材８により行う。支持部材８は、ディスク支持部材６と固定部材７とを跨ぎ、それぞれと互いに接続する構成を備え、これによりディスク支持部材６と固定部材７との位置関係を保持する。なお、接続手段は任意とすることができるが、図ではボルト締めの例を示している。

図１（ｂ）の位置調整が完了した状態で、ディスク支持部材６と固定部材７とを支持部材８で支持することにより、ディスク支持部材６と固定部材７との位置関係は所定の位置調整された状態で保持される。これにより、被検出部３と検出部４との位置関係も位置調整された状態で保持される。
次に、位置調整が完了したロータリエンコーダのモータへの取り付けについて、図２を用いて説明する。

前記図１に示した様に、支持部材８によりディスク支持部材６と固定部材７の位置関係が保持されているため、ロータリエンコーダ１を調整装置２０から取り外しても、ディスク支持部材６と固定部材７の位置関係にずれが生じることはない。
図２（ａ）は、図１（ｃ）に示す動作により支持部材８により位置関係が保持されたロータリエンコーダ１をモータ３０の取り付けた状態を示し、図２（ｂ）は取り付けた状態を示している。

ロータリエンコーダが備えるディスク支持部材６の穴部分にモータ３０の回転軸３１を挿入し（図２（ａ））、固定部材７の軸方向の端面をモータ３０の固定部３２の面に接触させ固定する（図２（ｂ））。
前記したように、ディスク支持部材６と固定部材７との位置検出は、支持部材８によって調整された位置関係に保持されているため、図２に示すようにロータリエンコーダ１をモータ３０に取り付ける動作中においても、ディスク支持部材６と固定部材７との位置関係は調整位置が保持され、被検出部３と検出部４との位置関係は所定の位置関係に保たれる。

次に、図３に示すように、支持部材８をロータリエンコーダ１から取り外す。図２の状態では、ディスク支持部材６と固定部材７とは支持部材８により互いに固定されているため、モータの回転軸３１を回転させることはできない。
そこで、ディスク支持部材６と固定部材７に固定されている支持部材８を取り外す。このとき、図２に示す動作によって、ディスク支持部材６はモータの回転軸３１に取り付けられ、一方、固定部材７はモータの固定部３２に取り付けられているため、支持部材８を取り外してもディスク支持部材６と固定部材７の位置関係にずれは生じない。

支持部材８を取り外すことにより、ディスク支持部材６及び回転ディスク２は、モータの回転軸３１の回転に伴って回転自在となる。このとき、回転ディスク２の被検出部３と検出部４との位置関係は、位置決めされた状態に保持されているため、正確な角度位置を検出することができる。

次に、本発明のロータリエンコーダの第２の形態について、図４〜図６を用いて説明する。
第２の形態は、前記した第１の形態において、支持部材８を回転部８ａと固定部８ｂの２つの部分に分離し、この回転部８ａと固定部８ｂの間をベアリング等の回転支持部８ｃによって連結して構成される。この構成によって、回転部８ａと固定部８ｂとは回転自在となり、これにより、回転部８ａに取り付けられたディスク支持部材６及び回転ディスク２と、固定部８ｂに取り付けられる固定部材７とは互いに回転自在となる。

ディスク支持部材６と固定部材７とを回転自在とすることにより、前記第１の形態において位置調整の際に行うディスク支持部材６の回転動作に要した調整装置を用いることなく、回転ディスク２を回転させることができる。
第２の形態の構成は、上記した構成の他は第１の形態と同様とすることができるため、ここでは共通する構成については省略する。

図４〜図６は、調整装置を用いることなく、ロータリエンコーダを直接モータに取り付ける動作を示している。
図４は、ロータリエンコーダ１０をモータ３０に取り付ける前の状態を示し、ロータリエンコーダ１０には支持部材８によりディスク支持部材６と固定部材７とが互いに回転自在となっている。このとき、ディスク支持部材６と固定部材７の間の位置合わせ、つまり、被検出部３と検出部４との間に位置合わせは未調整のままである。

次に、支持部材８を設けたままの状態でロータリエンコーダ１０をモータ３０に取り付ける。図５は、ロータリエンコーダ１０をモータ３０に取り付けた状態を示している。ロータリエンコーダ１０をモータ３０へ取り付けるには、前記したように、ロータリエンコーダが備えるディスク支持部材６の穴部分にモータ３０の回転軸３１を挿入し、固定部材７の軸方向の端面をモータ３０の固定部３２の面に接触させ固定する。

この状態において、モータ３０を位置調整装置として使用して位置調整を行う。位置調整は、位置調整においては、前記図１に示したように、ディスク支持部材６をモータ３０の回転軸３１に取り付けて回転ディスク２を回転自在とし、一方、検出部４を取り付けた固定部材７をモータ３０の固定部２２に取り付けて固定部材７を固定する。
この状態でモータ３０の回転軸３１を回転させ、検出部４により検出信号を求める。回転ディスク２の被検出部３と検出部４とが正しく位置合わせされている場合には、検出部４からは所定の信号波形が得られる。一方、位置合わせが不十分である場合には、検出される信号波形は所定の信号波形からずれることになる。

そこで、検出部４で得られる検出信号を参照して、被検出部３と検出部４との位置ずれの状態を求め、この位置ずれを解消するように位置調整を行う。この位置調整は、前記したように、ディスク支持部材６に対する回転ディスク２の位置調整（軸方向及び／又は径方向）、固定部材７に対する検出部４の位置調整（軸方向及び／又は径方向）、固定部材７に対するディスク支持部材６の位置調整（軸方向及び／又は径方向）等により行うことができる。

次に、図６に示すように、支持部材８をロータリエンコーダ１０から取り外す。このとき、ディスク支持部材６はモータの回転軸３１に取り付けられ、一方、固定部材７はモータの固定部２２に取り付けられているため、支持部材８を取り外してもディスク支持部材６と固定部材７の位置関係にずれは生じず、位置決めされた状態に保持されているため、正確な角度位置を検出することができる。

この第２の形態によれば、エンコーダユニット内で回転ディスクを回転させられるので、角度検出機構５の位置の微調整などを行うことができ、第１の形態に比べ別途設けた軸受で回転支持された軸にディスク支持部材６を取り付けるなどといったことをする必要が無く、エンコーダユニットの組立てが容易になる。

本発明のロータリエンコーダは、光学式のエンコーダに限らず磁気式等の他の検出原理の基づくロータリエンコーダのも適用することができる。

本発明のロータリエンコーダの第１の形態を説明するための概略構成図である。 本発明の位置調整したロータリエンコーダのモータへの取り付けを説明する図である。 本発明の位置調整したロータリエンコーダのモータへの取り付けを説明する図である。 本発明のロータリエンコーダの第２の形態を説明するための概略構成図である。 本発明の位置調整したロータリエンコーダのモータへの取り付けを説明する図である。 本発明の位置調整したロータリエンコーダのモータへの取り付けを説明する図である。 従来のロータリエンコーダの構成例を説明するための図である。

符号の説明

１ ロータリエンコーダ
２ 回転ディスク
３ 被検出部
４ 検出部
５ 角度検出機構
６ ディスク支持部材
７ 固定部材
８ 支持部材
８ａ 回転部
８ｂ 固定部
２０ 調整装置
２１ 回転軸
２２ 固定部
３０ モータ
３１ 回転軸
３２ 固定部
１０１ 中空回転軸
１０２ コード板（ディスク）
１０３ 検出器
１０４，１０５ 山形スリーブ
１０６，１０７ くさび状スリーブ
１０８ 玉軸受
１０９ 支持部材
１１０ 固定部

Claims (4)

1. 回転軸に取付けられ、該回転軸の回転に伴う信号を検出するロータリエンコーダであって、
   回転位置を読取るための被検出部を有する回転ディスクと、
   該回転ディスクを固定し、該回転ディスクを前記回転軸に取付けるためのディスク支持部材と、
   前記回転ディスクの回転位置を検出するための検出部と、
   該検出部を前記回転ディスクに対向させて固定する固定部材と、
   前記ディスク支持部材及び前記固定部材に対して着脱自在な支持部材を備え、
   前記支持部材は固定部と該固定部に対して回転可能に支持された回転部を有し、当該回転部を前記ディスク支持部材に取付け、前記固定部を前記固定部材に取付け、又は、回転部を前記固定部材に取付け、前記固定部を前記ディスク支持部材に取付け、前記検出部に対する前記回転ディスクの回転位置を調整可能にしたことを特徴とするロータリエンコーダ。
2. 前記支持部材は前記ディスク支持部材と前記固定部材とを所定の位置関係に保持した状態で前記支持部材は固定部と該固定部に対して回転可能に支持された回転部を有することを特徴とする請求項１に記載のロータリエンコーダ。
3. 前記支持部材は前記ディスク支持部材を前記回転軸に取付けられた後に取り外されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータリエンコーダ。
4. 前記回転部は、前記固定部に対してベアリングを介して回転支持されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の内いずれか１項に記載のロータリエンコーダ。

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