JP5579092B2 - 光学式エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、コード板と金属の回転軸を持つ光学式エンコーダに係り、特にコード板と金属の回転軸を部品点数少なく固定する方法に関する。

従来、光学式ロータリエンコーダにおいて、コード板は本体部と取付部を有し、前記コード板は前記取付部を介して回転軸を構成する軸部材に同軸保持されており、前記本体部並びに前記取付部は、一体をなすプラスチック成形物で構成されており、前記同軸保持を行なうために、前記取付部と前記軸部材の一方を他方に嵌合して保持する嵌合保持機構が設けられており、前記取付部と前記軸部材の一方が他方に嵌合された状態で両者が接着固定されている光学式ロータリエンコーダが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、中央に貫通孔を有する円筒状の取付け部と、前記取付け部から半径方向外側に延在し、外部から受けた光が透過する所定パターンを外周部に有する円板部とを備えたコード板と、前記貫通孔に挿入する回転軸を有するモータであって、前記貫通孔の内径と実質的に等しい第１の外径を有する一方の軸端の第１軸部と、前記第１の外径より小さい第２の外径を有し、前記第１軸部に隣接する第２軸部とを備え、前記貫通孔の一方の開口部において、前記第２軸部が前記取付け部と接着剤で固定された回転軸を有するモータと、を備えた光学式エンコーダ付モータシステムが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

また、円筒状のボス部と前記ボス部の軸方向に対して垂直な面を備えたフランジ部とを回転軸に設け、中空円板状の回転ディスクを前記ボス部に嵌合すると共に前記フランジ部に密着させて前記回転軸と前記回転ディスクを固定する光学式回転検出器の回転ディスク固定方法において、前記フランジ部に前記回転ディスクを密着させた後、前記ディスクに前記フランジ部とほぼ同じ径の弾性体からなる中空円板状のシートを密着させ、前記シートに中空円板状の押さえ板を当て、前記回転軸の端面をカシメることにより、前記押さえ板とともに前記シートを前記回転ディスクに押し付け、前記回転軸と前記回転ディスクを固定する光学式回転検出器の回転ディスク固定方法が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平１１−０１４４０４号公報 特開２００４−１０８９８４号公報 特開平０８−０１４９４４号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載された従来の技術によれば、コード板と回転軸とを接着剤で固定している。そのため、接着の信頼性を確保するためのコード板及び回転軸の洗浄や接着剤の調合管理に熟練を必要とする、という問題がある。また、上記特許文献３に記載された従来の技術によれば、回転軸と回転ディスクの固定に押さえ板等の部品を用いているので、余分な部品が増えている、という問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接着剤や別部品を用いずにコード板と回転軸を固定した光学式エンコーダを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、上部中央に凹部が設けられた軸ボス部を有する回転軸と、軸方向の貫通孔が設けられ、前記軸ボス部の凹部に下部が嵌合された熱可塑性樹脂製のコード板ボス部を有するコード板と、を備える光学式エンコーダであって、前記コード板ボス部の貫通孔の内周下部が局部加熱と冷却により前記回転軸の上端部に溶融固着していることを特徴とする。

本発明によれば、接着剤や別部品を用いずにコード板と回転軸を固定した光学式エンコーダが得られる、という効果を奏する。

図１は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態１を示すコード板と回転軸の接合部の断面図である。 図２は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態２を示すコード板と回転軸の接合部の断面図である。 図３は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態３を示すコード板と回転軸の接合部の断面図である。 図４−１は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態４を示すコード板と回転軸の接合部の断面図である。 図４−２は、図４−１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図５−１は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態５を示すコード板と回転軸の接合部の断面図である。 図５−２は、実施の形態５の光学式エンコーダの組立て前を示す断面図である。 図６−１は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態６を示すコード板と回転軸の接合部の断面図である。 図６−２は、実施の形態６の光学式エンコーダの組立て前を示す断面図である。 図７−１は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態７を示すコード板と回転軸の接合部の断面図である。 図７−２は、実施の形態７の光学式エンコーダの組立て前を示す断面図である。 図８−１は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態８を示すコード板と回転軸の接合部の断面図である。 図８−２は、実施の形態７の光学式エンコーダの組立て前を示す断面図である。

以下に、本発明にかかる光学式エンコーダの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態１を示すコード板と回転軸の接合部の断面図である。図１に示すように、実施の形態１の光学式エンコーダ９１は、熱可塑性樹脂製の円筒状のコード板ボス部１６を有するコード板１５と、軸方向中間部に軸ボス部１１を有する回転軸１０と、を備えている。回転軸１０の外径は、コード板ボス部１６の軸孔の内径と等しい。コード板ボス部１６に、回転軸１０の上部を嵌合し、コード板ボス部１６の下端と軸ボス部１１の上端とを当接させ、光学式エンコーダ９１を組立てる。

次に、実施の形態１の光学式エンコーダ９１の特徴的な製造方法を説明する。上記のように光学式エンコーダ９１を組立てた後、コード板ボス部１６の軸孔内周部に、矢印Ｐで示すように、レーザ、マイクロヒータ等により局部的に熱を加える。コード板ボス部１６の内周部が部分的に溶融し、回転軸１０に溶着する。その後、冷却して回転軸１０にコード板ボス部１６を固着させ、実施の形態１の光学式エンコーダ９１を得る。

実施の形態１の光学式エンコーダ９１は、コード板ボス部１６の熱可塑性樹脂を回転軸１０に直接固着させるので、ネジや接着剤を用いる必要がなく、部品点数を削減することができる。

実施の形態１のコード板ボス部１６用の熱可塑性樹脂としては、例えば、ＰＰＳ、ＰＥＩ、ＰＣ等を用いる。コード板１５の材料は、コード板ボス部１６と同一の熱可塑性樹脂を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。異なる材料としては、金属、ガラス、熱硬化樹脂等がある。なお、コード板１５の材料は、上記ＰＰＳ、ＰＥＩ、ＰＣを夫々単独で、または、混合して用いることができる。接合部の繰り返し温度疲労耐性を向上させるため、コード板ボス部１６の材料としては、回転軸１０及び軸ボス部１１の材料の線膨張係数とコード板１５の材料の線膨張係数の中間の線膨張係数を持つ材料を用いるのがよい。

また、回転軸１０の材料としては、鉄、アルミ等、どのような金属を用いてもよい。軸ボス部１１の材料としては、回転軸１０と同一の金属を用いてもよいし、異なる金属を用いてもよい。接合部の繰り返し温度疲労耐性を向上させるため、軸ボス部１１の材料としては、回転軸１０の材料の線膨張係数とコード板ボス部１６の材料の線膨張係数の中間の線膨張係数を持つ材料を用いるのがよい。

実施の形態２．
図２は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態２を示すコード板と回転軸の接合部の断面図である。図２に示すように、実施の形態２の光学式エンコーダ９２は、熱可塑性樹脂製の円盤状のコード板ボス部２６を有するコード板２５と、軸上端部に軸ボス部２１を有する回転軸２０と、を備えている。

軸ボス部２１の上部中央には、コード板ボス部２６の下部を嵌合する凹部２１ａが設けられている。コード板ボス部２６の中央部には、軸方向の貫通孔２６ａが設けられている。凹部２１ａにコード板ボス部２６の下部を嵌合させ、コード板ボス部２６の下端を回転軸２０の上端及び凹部２１ａに当接させ、コード板２５の下面を軸ボス部２１の上端に当接させ、実施の形態２の光学式エンコーダ９２を組立てる。

上記のように光学式エンコーダ９２を組立てた後、コード板ボス部２６の貫通孔２６ａの内周下部に、矢印Ｐで示すように、レーザ、マイクロヒータ等により局部的に熱を加える。コード板ボス部２６の貫通孔２６ａの内周下部が部分的に溶融し、回転軸２０の上端に溶着する。その後、冷却して回転軸２０の上端にコード板ボス部２６を固着させ、実施の形態２の光学式エンコーダ９２を得る。

実施の形態２によれば、加熱方法として、レーザ等の光や、マイクロヒータ等、直接熱伝達する手法までを選択することができる。また、加熱方法が光の場合、材料と光の波長により、接合箇所以外に熱を付与してしまうことがあるが、実施の形態２によれば、光が材料を透過することなく、任意の場所に熱を付与することができるため、熱の影響を最小限に抑えることができる。

実施の形態３．
図３は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態３を示すコード板と回転軸の接合部の断面図である。図３に示すように、実施の形態３の光学式エンコーダ９３は、熱可塑性樹脂製の円盤状のコード板ボス部３６を有するコード板３５と、軸上端部に軸ボス部３１を有する回転軸３０と、を備えている。

軸ボス部３１の上部には、コード板ボス部３６の下部を嵌合する凹部３１ａが設けられている。コード板ボス部３６の中央部には、複数の貫通孔３６ａが設けられている。凹部３１ａにコード板ボス部３６の下部を嵌合させ、コード板ボス部３６の下端を回転軸３０の上端及び凹部３１ａに当接させ、コード板３５の下面を軸ボス部３１の上端に当接させ、実施の形態３の光学式エンコーダ９３を組立てる。

上記のように光学式エンコーダ９３を組立てた後、コード板ボス部３６の複数の貫通孔３６ａの内周下部に、矢印Ｐで示すように、レーザ、マイクロヒータ等により局部的に熱を加える。コード板ボス部３６の複数の貫通孔３６ａの内周下部が部分的に溶融し、回転軸３０の上端に溶着する。その後、冷却して回転軸３０の上端にコード板ボス部３６を固着させ、実施の形態３の光学式エンコーダ９３を得る。

実施の形態３によれば、加熱方法として、レーザ等の光や、マイクロヒータ等、直接熱伝達する手法までを選択することができる。また、加熱方法が光の場合、材料と光の波長により、接合箇所以外に熱を付与してしまうことがあるが、実施の形態３によれば、光が材料を透過することなく、任意の場所に熱を付与することができるため、熱の影響を最小限に抑えることができる。

実施の形態３によれば、加熱する箇所を、コード板ボス部３６の複数の貫通孔３６ａの内周下部とし、接合面積を大きくして接合強度を高くするので、接合信頼性が高まる。

実施の形態４．
図４−１は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態４を示すコード板と回転軸の接合部の断面図であり、図４−２は、図４−１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図４−１及び図４−２に示すように、実施の形態４の光学式エンコーダ９４は、熱可塑性樹脂製の円柱状のコード板ボス部４６を有するコード板４５と、コード板ボス部４６の軸孔に嵌合する回転軸４０と、回転軸４０に取付けられコード板ボス部４６の下端及び外周部を把持して支持する４本指（３本指以上であればよい）の把持部４１と、を備えている。

コード板ボス部４６に、回転軸４０の上部を嵌合し、把持部４１でコード板ボス部４６を把持するようにして、光学式エンコーダ９４を組立てる。次に、矢印Ｐで示すように、レーザ、マイクロヒータ等により、下方から回転軸４０若しくは把持部４１に、局部的に熱を加える。コード板ボス部４６の下端の回転軸４０若しくは把持部４１の近傍が部分的に溶融し、回転軸４０若しくは把持部４１に溶着する。その後、冷却して回転軸４０若しくは把持部４１にコード板ボス部４６を固着させ、実施の形態４の光学式エンコーダ９４を得る。

実施の形態４によれば、把持部４１がコード板ボス部４６を把持するので、回転軸４０とコード板４５との直角精度及び位置精度を向上させることができる。把持部４１の指は、軸対称となる配置にすることが望ましい。

実施の形態５．
図５−１は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態５を示すコード板と回転軸の接合部の断面図であり、図５−２は、実施の形態５の光学式エンコーダの組立て前を示す断面図である。

図５−１及び図５−２に示すように、実施の形態５の光学式エンコーダ９５は、熱可塑性樹脂製の円筒状のコード板ボス部５６を有するコード板５５と、軸方向中間部に軸ボス部５１を有する回転軸５０と、を備えている。コード板ボス部５６の上端には、コード板ボス部５６に用いている熱可塑性樹脂よりも溶融温度の低い熱可塑性樹脂製のリング状のプリモールド５８を固着している。

回転軸５０の外径は、コード板ボス部５６及びプリモールド５８の軸孔内径と等しい。コード板ボス部５６及びプリモールド５８の軸孔に、回転軸５０の上部を嵌合し、コード板ボス部５６の下端と軸ボス部５１の上端とを当接させ、光学式エンコーダ９５を組立てる。

上記のように光学式エンコーダ９５を組立てた後、プリモールド５８の軸孔内周部に、矢印Ｐで示すように、レーザ、マイクロヒータ等により局部的に熱を加える。プリモールド５８の内周部が部分的に溶融し、回転軸５０に溶着する。その後、冷却して回転軸５０にプリモールド５８を固着させ、実施の形態５の光学式エンコーダ９５を得る。

実施の形態５の光学式エンコーダ９５によれば、プリモールド５８の溶融温度が低いため、より低温で回転軸５０とコード板５５とを接合でき、接合時のコード部への熱影響を低減することができる。

実施の形態６．
図６−１は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態６を示すコード板と回転軸の接合部の断面図であり、図６−２は、実施の形態６の光学式エンコーダの組立て前を示す断面図である。

図６−１及び図６−２に示すように、実施の形態６の光学式エンコーダ９６は、熱可塑性樹脂製の円筒状のコード板ボス部６６を有するコード板６５と、軸方向中間部に軸ボス部６１を有する回転軸６０と、を備えている。コード板ボス部６６の下端には、コード板ボス部６６に用いている熱可塑性樹脂よりも溶融温度の低い熱可塑性樹脂製のリング状のプリモールド６８を固着している。

回転軸６０の外径は、コード板ボス部６６及びプリモールド６８の軸孔内径と等しい。コード板ボス部６６及びプリモールド６８の軸孔に、回転軸６０の上部を嵌合し、プリモールド６８の下端と軸ボス部６１の上端とを当接させ、光学式エンコーダ９６を組立てる。

上記のように光学式エンコーダ９６を組立てた後、プリモールド６８の外周部下端に、矢印Ｐで示すように、レーザ、マイクロヒータ等により局部的に熱を加える。プリモールド６８の外周部下端が部分的に溶融し、軸ボス部６１の上端に溶着する。その後、冷却して軸ボス部６１の上端にプリモールド６８を固着させ、実施の形態６の光学式エンコーダ９６を得る。

実施の形態６の光学式エンコーダ９６によれば、プリモールド６８の溶融温度が低いため、より低温で回転軸６０とコード板６５とを接合でき、接合時のコード部への熱影響を低減することができる。

実施の形態７．
図７−１は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態７を示すコード板と回転軸の接合部の断面図であり、図７−２は、実施の形態７の光学式エンコーダの組立て前を示す断面図である。

図７−１及び図７−２に示すように、実施の形態７の光学式エンコーダ９７は、熱可塑性樹脂製の円筒状のコード板ボス部７６を有するコード板７５と、軸方向中間部に軸ボス部７１を有する回転軸７０と、を備えている。コード板ボス部７６の下端には、コード板ボス部７６に用いている熱可塑性樹脂よりも溶融温度の低い熱可塑性樹脂製のリング状のプリモールド７８を固着している。軸ボス部７１の上端には、複数の凸部７１ａ及び凹部７１ｂが設けられている。プリモールド７８の下端には、１つ又は複数の凸部７８ａ及び凹部７８ｂが設けられている。

回転軸７０の外径は、コード板ボス部７６及びプリモールド７８の軸孔内径と等しい。コード板ボス部７６及びプリモールド７８の軸孔に、回転軸７０の上部を嵌合し、プリモールド７８の下端と軸ボス部７１の上端とを当接させ、凸部７８ａと凹部７１ｂとを嵌合させ、凹部７８ｂと凸部７１ａとを嵌合させて、光学式エンコーダ９７を組立てる。

上記のように光学式エンコーダ９７を組立てた後、プリモールド７８の外周部下端に、矢印Ｐで示すように、レーザ、マイクロヒータ等により局部的に熱を加える。プリモールド７８の外周部下端が部分的に溶融し、軸ボス部７１の上端に溶着する。その後、冷却して軸ボス部７１の上端にプリモールド７８を固着させ、実施の形態７の光学式エンコーダ９７を得る。

実施の形態７の光学式エンコーダ９７によれば、プリモールド７８の凸、凹部７８ａ、７８ｂと、軸ボス部７１の凹、凸部７１ｂ、７１ａとを夫々嵌合させているので、回転軸７０の回転方向の耐クリープ性が向上する。

実施の形態８．
図８−１は、本発明に係る光学式エンコーダの実施の形態８を示すコード板と回転軸の接合部の断面図であり、図８−２は、実施の形態８の光学式エンコーダの組立て前を示す断面図である。

図８−１及び図８−２に示すように、実施の形態８の光学式エンコーダ９８は、熱可塑性樹脂製の円筒状のコード板ボス部８６を有するコード板８５と、軸方向中間部に軸ボス部８１を有する回転軸８０と、を備えている。コード板ボス部８６の下端には、コード板ボス部８６に用いている熱可塑性樹脂よりも溶融温度の低い熱可塑性樹脂製のリング状のプリモールド８８が固着されている。

軸ボス部８６の上端には、１つ又は複数の傾斜凸部８１ａ及び傾斜凹部８１ｂが設けられている。プリモールド８８の下端には、１つ又は複数の傾斜凸部８８ａ及び傾斜凹部８８ｂが設けられている。また、回転軸８０の軸ボス部８１の上側には、１つ又は複数の凸部８０ｃ及び凹部８０ｄが設けられている。プリモールド８８の軸孔の内周部には、１つ又は複数の凸部８８ｃ及び凹部８８ｄが設けられている。

回転軸８０の外径は、コード板ボス部８６及びプリモールド８８の軸孔内径と等しい。コード板ボス部８６及びプリモールド８８の軸孔に、回転軸８０の上部を嵌合し、プリモールド８８の下端と軸ボス部８１の上端とを当接させ、傾斜凸部８８ａと傾斜凹部８１ｂとを嵌合させ、傾斜凹部８８ｂと傾斜凸部８１ａとを嵌合させ、凸部８８ｃと凹部８０ｄとを嵌合させ、凹部８８ｄと凸部８０ｃとを嵌合させて、光学式エンコーダ９８を組立てる。

上記のように光学式エンコーダ９８を組立てた後、プリモールド８８の外周部下端に、矢印Ｐで示すように、レーザ、マイクロヒータ等により局部的に熱を加える。プリモールド８８の外周部下端が部分的に溶融し、軸ボス部８１の上端に溶着する。その後、冷却して軸ボス部８１の上端にプリモールド８８を固着させ、実施の形態８の光学式エンコーダ９８を得る。

実施の形態８の光学式エンコーダ９８によれば、プリモールド８８の傾斜凸、凹部８８ａ、８８ｂと、軸ボス部７１の傾斜凹、凸部８１ｂ、８１ａとを夫々嵌合させ、プリモールド８８の軸孔内の凸、凹部８８ｃ、８８ｄと回転軸８０の凹、凸部８０ｄ、８０ｃとを夫々嵌合させているので、回転軸８０の回転方向の耐クリープ性が向上する。

以上のように、本発明の光学式エンコーダは、接着剤や別部品を用いずにコード板と回転軸を固定した環境性に優れた光学式エンコーダとして有用である。

１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０ 回転軸
１１、２１、３１、５１、６１、７１、８１ 軸ボス部
４１ 把持部
１５、２５、３５、４５、５５、６５、７５、８５ コード板
１６、２６、３６、４６、５６、６６、７６、８６ コード板ボス部
２６ａ、３６ａ 貫通孔
４１ 把持部
５８、６８、７８、８８ プリモールド
７１ａ、７８ａ、８０ｃ、８８ｃ 凸部
７１ｂ、７８ｂ、８０ｄ、８８ｄ 凹部
８１ａ、８８ａ 傾斜凸部
８１ｂ、８８ｂ 傾斜凹部

Claims (7)

1. 上部中央に凹部が設けられた軸ボス部を有する回転軸と、
   軸方向の貫通孔が設けられ、前記軸ボス部の凹部に下部が嵌合された熱可塑性樹脂製のコード板ボス部を有するコード板と、
   を備える光学式エンコーダであって、
   前記コード板ボス部の貫通孔の内周下部が局部加熱と冷却により前記回転軸の上端部に溶融固着していることを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 前記コード板ボス部の軸方向の貫通孔が、複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
3. 軸方向中間部に複数本の指を有する把持部が取付けられた回転軸と、
   前記回転軸の上部が軸孔に嵌合され、下面及び外周面が前記把持部に把持された熱可塑性樹脂製のコード板ボス部を有するコード板と、
   を備える光学式エンコーダであって、
   前記コード板ボス部の前記把持部の近傍が局部加熱と冷却により前記把持部に溶融固着していることを特徴とする光学式エンコーダ。
4. 軸方向中間部に軸ボス部を有する回転軸と、
   前記回転軸の上部が軸孔に嵌合された熱可塑性樹脂製のコード板ボス部を有するコード板と、
   前記コード板ボス部の上端部に固着されて前記回転軸に嵌合され、前記熱可塑性樹脂よりも溶融温度が低い熱可塑性樹脂製のリング状のプリモールドと、
   を備える光学式エンコーダであって、
   前記プリモールドの軸孔内周部が、局部加熱と冷却により前記回転軸に溶融固着していることを特徴とする光学式エンコーダ。
5. 軸方向中間部に軸ボス部を有する回転軸と、
   前記回転軸の上部が軸孔に嵌合された熱可塑性樹脂製のコード板ボス部を有するコード板と、
   前記コード板ボス部の下端部に固着されて前記回転軸に嵌合され、前記熱可塑性樹脂よりも溶融温度が低い熱可塑性樹脂製のリング状のプリモールドと、
   を備える光学式エンコーダであって、
   前記プリモールドの下端部が、局部加熱と冷却により前記軸ボス部の上端部に溶融固着していることを特徴とする光学式エンコーダ。
6. 前記プリモールドの下端部には、凸部及び凹部が設けられ、前記軸ボス部の上端部には、前記凸部及び凹部に嵌合する凹部及び凸部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。
7. 前記プリモールドの下端部には、傾斜凸部及び傾斜凹部が設けられ、前記軸ボス部の上端部には、前記傾斜凸部及び傾斜凹部に嵌合する傾斜凹部及び傾斜凸部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。

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