JP5253044B2 - エンコーダ付モータおよび位置決め装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ軸の回転数や回転角度を検出するためのエンコーダを有するエンコーダ付モータおよび該エンコーダ付モータを具備する位置決め装置に関するものである。

モータ軸の回転数や回転角度を検出するため、モータ（回転機器）に取り付けられるエンコーダは、モータ軸に取り付けられたホイール（被検出体）の所定パターンをセンサモジィール（回転検出器）で光学的あるいは磁気的に検出する。そして、電気信号（以下、エンコーダ信号）を出力するものである。

図４は、従来のエンコーダ付モータの一例を示す一部断面構成図であり、これは特許文献１等に開示されているものである。

図４において、モータ３１のモータ軸３２には被検出体である光学ホイールユニット３３が固定されている。光学ホイールユニット３３は、ホイール取付具３４と光学パターン（不図示）を有するパルスコードホイール３５から成る。モータ３１には基板３６が固定されている。この基板３６には、回転検出器であるエンコーダセンサモジュール３７や抵抗、コンデンサといった電気素子３８が実装されており、かつ、モータ軸３２の回転に応じたエンコーダ信号を出力するケーブル３９が半田付けされている。

図４に示すエンコーダ付モータは、同図から明らかなように、防塵構造でない。そのため、パルスコードホイール３５やエンコーダセンサモジュール３７に摩耗粉などの汚損を受け、エンコーダ機能に支障が出る場合があった。

なお、防塵構造を具備するものとしては、特許文献２や特許文献３等が挙げられる。

ところで、従来のエンコーダ付モータには、手動で、エンコーダが具備される側からモータ軸を回す手段を取り付けたものは無かった。そのため、例えば、モータ故障時や調整作業時、モータ軸を回すことができず、また停電時など無通電状態で該モータにより駆動していた被移動体を手動で移動させたり、退避させたりすることが困難であった。

図５は、従来のエンコーダ付モータの他の例を示す一部断面構成図であり、これは特許文献４等に開示されているものである。

図５において、モータ４１のモータ軸４２には被検出体である光学ホイールユニット４３が固定されている。光学ホイールユニット４３は、ホイール取付具４４と光学パターン（不図示）を有するパルスコードホイール４５から成る。モータ４１には基板４６が固定されている。この基板４６には、回転検出器であるエンコーダセンサモジュール４７や抵抗、コンデンサといった電気素子４８が実装されており、かつ、モータ軸４２の回転に応じたエンコーダ信号を出力するケーブル４９が半田付けされている。また、モータ４１には、エンコーダの防塵構造として、エンコーダカバー５０が固定されている。

このモータ４１は、使用される装置の取付板５１に固定される。そして、モータ軸４２にはノブ５２が固定されている。このノブ５２を手で回すことにより、モータ軸４２を回転させることを可能にした構造となっている。

図５に示すように手でモータ軸４２を回せる構造にした上記モータ４１においては、モータ軸４２に回転を検出するためのパルスコードホイール４５の他、モータ軸４２を手で回すためのノブ５２も取り付けなければならず、外形寸法が大きくなる問題がある。また、モータ４１の出力側に手動回し機構を付けると、モータ軸４２に歯車、プーリーといった被移動体を取り付けるのが困難になるといった問題もある。
特開２００６−１２９６９２号公報 特開平７−２９８５５５号公報 特開２００１−２２４１４７号公報 特開２００３−１００１７５号公報

通常、従来のエンコーダ付モータにおいては、モータ軸の出力側には、歯車、プーリーといった被移動体が連結される。そして、出力側とは反対の側のモータ軸には、光学的あるいは磁気的に該モータ軸の回転を検出するための光学ホイールや磁気ホイールといった被検出体を具備するエンコーダが取り付けられる。このエンコーダの防塵上、例えば図５に示すように、出力側とは反対側のモータ軸に配置されるエンコーダはカバーで覆われる構造を取る。そのため、その外側に手回し機構を付けられない。

したがって、従来のエンコーダ付モータにおいては、手動でモータ軸を回すための機構をモータ軸の出力側とは反対の側に付けると小型化できないとか、部品点数や取り付け作業が増え、コストがかかるなどの問題を有していた。

（発明の目的）
本発明の目的は、小型、安価であり、かつ、モータの手回し作業を行うことのできるエンコーダ付モータおよび位置決め装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、被移動体に連結されるモータ軸の出力側とは反対の側に、前記モータ軸の回転状態を検出するエンコーダを有し、前記エンコーダが、前記モータ軸と共に回転する、パターンを有するホイールと、該ホイールの回転を検出するセンサモジュールとからなるエンコーダ付モータにおいて、前記モータ軸の出力側とは反対の側に、手動回転操作部材を固定し、前記手動回転操作部材の形状を、前記ホイールおよび前記センサモジュールを覆う形状とし、前記手動回転操作部材が、手動で前記モータ軸を回転させるための機能と前記エンコーダを覆うカバー機能とをもつエンコーダ付モータとするものである。

本発明によれば、小型、安価であり、かつ、モータの手回し作業を行うことのできるエンコーダ付モータまたは位置決め装置を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１ないし３に示す通りである。

図１は本発明の実施例１に係るエンコーダ付モータを示す一部断面構成図である。

モータ１のモータ軸２の出力側（図１の左側）には、歯車、プーリーといった不図示の被移動体が連結される。また、モータ軸２の出力側とは反対の側には、図示のように手動回転操作部材である回転つまみ（ノブ）３が固定されている。この回転つまみ３にはローレット４が一体に形成されており、手で回すのに好適な円筒状に形成されている。また、回転つまみ３の内面側には、被検出体である、光学パターン（不図示）が形成されたパルスコードホイール５が固定されている。

モータ軸２の出力側とは反対の側には基板６が固定され、該基板６上に、回転検出器であるエンコーダセンサモジュール７や抵抗、コンデンサといった電気素子８が実装されている。また、基板６には、モータ軸２の回転に応じたエンコーダ信号（後述する）を出力するケーブル９の一端が半田付けされている。ケーブル９の他端はモータケース１０に設けられたケーブル引出部１１から外部に引き出される。

上記エンコーダセンサモジュール７には発光部と受光部が具備されており、これらがパルスコードホイール５に対向する位置に実装され、パルスコードホイール５と共に光学式のエンコーダを構成している。詳しくは、エンコーダセンサモジュール７の発光部から出射された光が、モータ軸２の回転に伴って回転するパルスコードホイール５の光学パターンに入射する。そして、この光学パターンにて反射され、受光部で受光される。この受光信号がモータ軸２の回転に応じたエンコーダ信号として、ケーブル９より不図示の制御回路に取り出され、モータ１の回転数や回転角が検出されることになる。

モータ軸２の手回し作業を可能にする回転つまみ３の形状は、ローレット４が形成されている張出部分が、基板６をはじめとするエンコーダを覆うカバー、つまり防塵構造となっている。

エンコーダ信号の最小分解能を上げるために、より大きな径のパルスコードホイール５を採用すると、回転つまみ３としても回し易くなるが、実際には、寸法的な面からモータ１の直径よりも大きい径にすることは大型化を招く。よって、モータ１のモータ径をφＡとした場合、回転つまみ３の直径はφＡより小さいφＢとするのが通例である。

上記実施例１のエンコーダ付モータ１は、歯車やプーリー等の被移動体に連結されるモータ軸２の出力側とは反対の側に、モータ軸２の回転状態を検出するエンコーダを有する。このエンコーダは、モータ軸２と共に回転する、パターンを有するホイール（パルスコードホイール５）と、該ホイールの回転を検出するセンサモジュール７とからなる。そして、モータ軸２の出力側とは反対の側に、手動回転操作部材（回転つまみ３）を固定し、この手動回転操作部材の形状を、ホイールおよびセンサモジュールを覆う形状とする。そして、手動回転操作部材が、手動でモータ軸２を回転させるための機能とエンコーダを覆うカバー機能とをもつようにしている。

換言すれば、エンコーダの構成要素の一つであるパルスコードホイール５が取り付けられる回転つまみ３が、手回し機構と防塵機能を兼ねる構造になっている。よって、手回し機構を付加しつつ小型化でき、しかも簡便な構造で部品点数も少なく、簡単な治具にて組立てができる構造であることから、エンコーダ付モータ１を安価なものにすることができる。つまり、小型、安価であり、かつ、手回し作業を行うことができるエンコーダ付モータ１を提供可能となる。

図２は、本発明の実施例２に係るエンコーダ付モータであるエンコーダ付振動波モータのステージシステムを示す側面図である。

まず、精度の高い位置決め装置としてのステージシステムに、エンコーダ付振動波モータを用いる理由について説明する。

第１に、振動波モータは、電磁モータに比べて高速応答性に優れていることである。高速応答性に優れていないと、テーブル２０を移動、停止させる命令に追従できず、ナノメートルレベルでの位置制御を行うことは出来ないが、振動波モータを用いることにより、ナノメートルレベルでの位置制御が可能になる。

第２に、振動波モータは、無通電状態で被移動体の停止位置の保持力を有することである。他の電磁モータ等においては、無通電（電源がオフ）されると保持力が無くなるもしくは小さい。したがって、テーブルが不用意に動いてしまう為に常時制御し続ける（サーボロックをかける）必要がある。このようにサーボロックをかけて位置保持をしている状態では、被移動体が微細な振動をしている状態となる。また、所定位置に停止させている間、サーボロックをかけ続けることにより、モータが発熱してしまう虞もある。これに対し、振動波モータは無通電位置保持力を有するため、上記のサーボロックをかける必要が無く、発熱せずかつ振動を生じず、更に被移動体の停止位置を保持するにあたり、電力が要らず、省エネルギーな機構となる。

第３に、振動波モータは、非磁性材料により構成されていることである。振動波モータは電磁モータのようにマグネットを構成要素としていないため、周辺機器等に磁気の影響を与えたり、本位置決め機構が磁気の影響を受けたりすることが無い。したがって、磁気の影響を受け易い、電子線描画装置や電子顕微鏡などにも、図２のステージシステムが適用可能となる。

図２に示すように、エンコーダ付振動波モータ１３には、手動で回すのに好適なローレットが形成された回転つまみ１２がモータ軸１５の出力側とは反対の側に固定されている。なお、モータ軸１５の出力側とは反対の側に固定される回転つまみ１２やエンコーダ（不図示）の取り付け構造は、上記実施例１と同様であるので、その構造および説明は省略する。

ステージシステムのベース１４には、該エンコーダ付振動波モータ１３が固定され、またボールねじ１７を支える軸受１８が設置されている。モータ軸１５とボールねじ１７はカップリング１６で接続されている。これにより、モータ軸１５の回転が前記ボールねじ１７に伝達され、このボールねじ１７の回転運動がナット１９により直進運動に変換され、ステージシステムのテーブル２０を矢印に示す方向の所定の位置に移動させることができる。

尚、図２に示すステージシステム構造では、テーブル２０とベース１４との間に直動案内部材があるが、その図示を省略している。

無通電保持力を有するため、高精度位置決め装置に振動波モータが用いられる訳であるが、反面、無通電時にはこの保持力のため、モータ軸１５を容易に回すことができない。

従来のエンコーダ付振動波モータでは、手動でモータ軸を回す手段が無かった。そのため、モータ故障時や停電時など、モータがロックした状態になり、被移動体を退避させる際は、該振動波モータのモータ軸との接続を切り離したり、モータを取り外したりするなど、大掛かりで困難な方法を強いられた。

これに対し、上記実施例２の構造とすることにより、装置に組み込まれた後のエンコーダ付振動波モータ１３の利便性が飛躍的に向上する。

上記実施例２においても、エンコーダの構成要素の一つであるパルスコーダホイールが取り付けられる回転つまみ１２が、手回し機構と防塵機能を兼ねる構造になっている。よって、手回し機構を付加しつつ小型化でき、しかも簡便な構造で部品点数も少なく、簡単な治具にて組立てができる構造であることから、エンコーダ付超音波モータ１３を安価なものにすることができる。つまり、小型、安価であり、かつ、手回し作業を行うことができるエンコーダ付モータ１３を提供可能となる。

図３は、本発明の実施例３に係るエンコーダ付モータを示す一部断面構成図である。

モータ２１のモータ軸２２の出力側（図３の左側）には、歯車、プーリーといった不図示の被移動体が連結される。また、モータ軸２２の出力側とは反対の側には、図示のように手動回転操作部材である回転つまみ（ノブ）２３が固定されている。この回転つまみ２３にはローレット２４が一体に形成されており、手で回すのに好適な円筒状に形成されている。また、回転つまみ２３の内面側には、被検出体である、磁気パターン（不図示）が形成された磁気ホイール２５が固定されている。

モータ軸２２の出力側とは反対の側には基板２６が固定され、該基板２６上に、回転検出器である磁気センサモジュール２７や抵抗、コンデンサといった電気素子２８が実装されている。また、基板２６には、モータ軸２２の回転に応じたエンコーダ信号（後述する）を出力するケーブル２９の一端が半田付けされている。

上記磁気センサモジュール２７は対向して配置される磁気ホイール２５と共に磁気式のエンコーダを構成している。詳しくは、磁気センサモジュール２７と磁気ホイール２５とにより磁気の変化を検出し、モータ軸２２の回転に応じたエンコーダ信号として、ケーブル２９より不図示の制御回路に取り出され、モータ２１の回転数や回転角が検出されることになる。

モータ軸２２の手回し作業を可能にする回転つまみ２３の形状は、ローレット２４が形成されている張出部分が、基板２６をはじめとするエンコーダを覆うカバー、つまり防塵構造となっている。

上記磁気エンコーダには、エンコーダカバー３０がモータ２１に固定されている。このエンコーダカバー３０は、エンコーダ内に磁気力に引っ張られて異物が入いらないための封止構造になっている。

上記エンコーダカバー３０は脱着可能になっていて、モータ軸２２を手回しで回す場合、エンコーダカバー３０を外して回転つまみ２３を回す。つまり、本実施例３において、平時には、通常のエンコーダ付モータと同じであるが、停電や故障等の緊急時、エンコーダカバー３０を外して回転つまみ２３を手で回すことで、モータ軸２２を回転させることができる構造となっている。

上記実施例３のエンコーダ付モータ２１は、歯車やプーリー等の被移動体に連結されるモータ軸２２の出力側とは反対の側に、モータ軸２２の回転状態を検出するエンコーダを有する。このエンコーダは、モータ軸２２と共に回転する、パターンを有するホイール（磁気ホイール２５）と、該ホイールの回転を検出する磁気センサモジュール２７とからなる。そして、モータ軸２２の出力側とは反対の側に、手動回転操作部材（回転つまみ２３）を固定し、この手動回転操作部材の形状を、ホイールおよびセンサモジュールを覆う形状とする。そして、手動回転操作部材が、手動でモータ軸２２を回転させるための機能とエンコーダを覆うカバー機能とをもつようにしている。

換言すれば、エンコーダの構成要素の一つである磁気ホイール２５が取り付けられる回転つまみ２３が、手回し機構を兼ねる構造になっている。よって、手回し機構を付加しつつ小型化でき、しかも簡便な構造で部品点数も少なく、簡単な治具にて組立てができる構造であることから、エンコーダ付モータ２１を安価なものにすることができる。つまり、小型、安価であり、かつ、手回し作業を行うことができるエンコーダ付モータ２１を提供可能となる。

上記の各実施例によれば、手動で、エンコーダ付モータのモータ軸を回す機能を簡便な構造で実現することができ、停電などの緊急時や組立調整時などの利便性を向上させる効果がある。このようなエンコーダ付モータとすることにより、位置決め装置等への適用が可能となる。

本発明の実施例１に係るエンコーダ付モータを示す一部断面構成図である。 本発明の実施例２に係るエンコーダ付振動波モータのステージシステムを示す側面図である。 本発明の実施例３に係るエンコーダ付モータを示す一部断面構成図である。 従来のエンコーダ付モータの一例を示す構成図である。 従来のエンコーダ付モータの他の例を示す一部断面構成図である。

符号の説明

１，２１ モータ
２，１５，２２ モータ軸
３，１２，２３ 回転つまみ
４，２４ ローレット
５ パルスコードホイール
６，２６ 基板
７ エンコーダセンサモジュール
８，２８，３４，３８ 電気素子
９，２９ ケーブル
１０ モータケース
１１ ケーブル引出部
１３ エンコーダ付振動波モータ
１４ ベース
２０ テーブル
２５ 磁気ホイール
２７ 磁気センサモジュール
３０ エンコーダカバー

Claims (3)

1. 被移動体に連結されるモータ軸の出力側とは反対の側に、前記モータ軸の回転状態を検出するエンコーダを有し、
   前記エンコーダが、前記モータ軸と共に回転する、パターンを有するホイールと、該ホイールの回転を検出するセンサモジュールとからなるエンコーダ付モータにおいて、
   前記モータ軸の出力側とは反対の側に、手動回転操作部材を固定し、
   前記手動回転操作部材の形状を、前記ホイールおよび前記センサモジュールを覆う形状とし、
   前記手動回転操作部材は、手動で前記モータ軸を回転させるための機能と前記エンコーダを覆うカバー機能とをもつことを特徴とするエンコーダ付モータ。
2. 前記ホイールは、光学ホイールもしくは磁気ホイールであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ付モータ。
3. 請求項１または２に記載のエンコーダ付モータを具備したことを特徴とする位置決め装置。

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