JP5708969B2 - 光学式エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、モータの回転数や回転角度等を光学的に検出するための光学式エンコーダに関するものである。

例えばロボットや医療機器、ＦＡ機器等には光学式エンコーダが使用されているが、この光学式エンコーダは、モータの軸方向端面に固定された有底筒状のベースの開口部をカバーで覆うことによって形成される空間内に、前記ベースを貫通するモータ軸と、該モータ軸の先端部に結着されたロータと、該ロータに取り付けられた円板状のスリット板及び該スリット板に対向する光学センサを実装した基板を収納することによって構成されている。

斯かる光学式エンコーダに関して、例えば特許文献１には、図５に示すように不図示のモータの端面に取り付けられたベース（基盤）１０２の外周にカバー（ケース）１０３を回動可能に嵌合し、カバー１０３の相対向する２箇所（図５には一方のみ図示）に形成された係合孔（スロット）１１２にベース１０２の外周２箇所に突設された係合突起１０９を係合させる構成が提案されている。この構成によれば、図５（ａ）に示すようにベース１０２とカバー１０３を互いに逆方向に回わせば、係合孔１１２の傾斜面１１２ａと係合突起１０９の傾斜面１０９ａとの係合による楔作用によって図５（ｂ）に示すようにカバー１０３がベース１０２から離間し、ベース１０２とカバー１０３によって形成される空間内に収容された不図示のスリット板（タイミングディスク）を回転自在とするために必要な隙間δがベース１０２とカバー１０３との間に形成される。

特許第３１３７９１３号公報

しかしながら、特許文献１において提案された光学式エンコーダ１０１では、互いに結合されるベース１０２とカバー１０３の軸方向長さＬ’が大きくなる他、スリット板を落下しないようカバー１０３に固定するためのサークリップ等が必要であり、部品点数が増加してコストアップするとともに、組立性が悪いという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、小型・軽量化とコストダウン、部品点数の削減、組立性向上等を図ることができる光学式エンコーダを提供することにある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、小型化、特に軸方向長さを短縮することができるとともに、部品点数の削減も可能となり、軽量化とコストダウン及び組立性向上等を図ることができる光学式エンコーダを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、モータの軸方向端面に固定された有底筒状のベースの開口部をカバーで覆うことによって形成される空間内に、前記ベースを貫通するモータ軸と、該モータ軸の端部に結着されたロータと、該ロータに取り付けられた円板状のスリット板と、該スリット板に対向する光学センサを実装した基板を収納して成る光学式エンコーダにおいて、
前記ベースの外周面の複数箇所に、軸方向に貫通する凹溝を形成するとともに、各凹溝に係合爪を形成し、
前記カバーの外周部の複数箇所に、前記ベースの凹溝に嵌合する係合片を形成するとともに、各係合片に係合孔を形成し、
前記基板の外周の複数箇所に、直線状にカットされたストレート部を形成し、該ストレート部を前記カバーの係合片の内面に嵌合させることによって当該基板を前記カバーに対して位置決めし、
前記基板が位置決め保持された前記カバーの係合孔に、前記ベースに形成された係合爪を係合させることによって前記ベースと前記カバーを結合し、前記基板を前記ベースと前記カバーによって挟持したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記カバーの各係合片の端部内周に工具差込用の切欠き溝を形成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記カバーの前記基板に対向する面に、前記基板の板厚のバラツキを弾性変形又は圧潰によって吸収するための基板受けボスを突設したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ベースをモータの端面に固定した後、該ベースにカバーを嵌め込んでこれを軸方向に押し込むだけで、該カバーに形成された係合孔とベースに形成された係合爪とが係合して両者が結合一体化されるため、この結合一体化されたベースとカバーの軸方向長さが短縮されて当該光学式エンコーダの小型・軽量化、部品点数の削減、コストダウン、組立性の向上等が図られる。尚、ベースにカバーを組み込む際、ベースに形成された凹溝がカバーの係合片の嵌め込みのガイドとして機能するとともに、ベースをモータに取り付ける際に凹溝が作業者の指の滑り止めとなるため、ベースをモータに対して高精度に位置合わせして取り付けることができる。

請求項２記載の発明によれば、カバーに形成された各係合片の端部内周に形成された切欠き溝に工具等を差し込んで係合片を径方向外方に押し拡げれば、該係合片に形成された係合孔とベースに形成された係合爪との係合が解除されるため、カバーをベースから容易に取り外すことができ、ベースの開口部に露出するロータやスリット板、基板の光学センサ等に対するメンテナンスを容易に行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、カバーの基板に対向する面に突設された基板受けボスによって基板が受けられるため、基板の板厚のバラツキが基板受けボスの弾性変形又は圧潰によって吸収され、該基板をガタ無く確実に固定することができる。

（ａ）は本発明に係る光学式エンコーダの上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は本発明に係る光学式エンコーダのベースの上面図（（ｂ）の矢視Ｂ方向の図）、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は同ベースの底面図（（ｂ）の矢視Ｄ方向の図）、（ｄ）は同ベースの側面図（（ａ）の矢視Ｅ方向の図）である。 （ａ）は本発明に係る光学式エンコーダのカバーの上面図（（ｂ）の矢視Ｆ方向の図）、（ｂ）は（ａ）の一部を破断して示す（ａ）の矢視Ｇ方向の図、（ｃ）は同カバーの底面図（（ｂ）の矢視Ｈ方向の図）、（ｄ）は同カバーの側面図（（ａ）の矢視Ｉ方向の図）である。 本発明に係る光学式エンコーダの基板の平面図である。 （ａ）は従来の光学式エンコーダの組立中の状態を示す側面図、（ｂ）は同光学式エンコーダの組立後の状態を示す側面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１（ａ）は本発明の実施の形態１に係る光学式エンコーダの上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２は同光学式エンコーダのベースを示す図であって、（ａ）は（ｂ）の矢視Ｂ方向の図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は（ｂ）の矢視Ｄ方向の図、（ｄ）は（ａ）の矢視Ｅ方向の図、図３は同光学式エンコーダのカバーを示す図であって、（ａ）は（ｂ）の矢視Ｆ方向の図、（ｂ）は一部を破断して示す（ａ）の矢視Ｇ方向の図、（ｃ）は（ｂ）の矢視Ｈ方向の図、（ｄ）は（ａ）の矢視Ｉ方向の図、図４は同光学式エンコーダの基板の平面図である。

本発明に係る光学式エンコーダ１は、モータ２０の回転速度や回転角度を光学的に検出するものであって、モータ２０の軸方向端面に固定されたベース２の開口部をカバー３で覆うことによって形成される空間Ｓ内に、前記ベース２を貫通するモータ軸２１と、該モータ軸２１の先端部に結着されたロータ４と、該ロータ４に取り付けられた円板状のスリット板５及び該スリット板５に対向する光学センサ６を実装した基板７を収納して構成されている。

上記ベース２は、樹脂にて有底円筒状に一体成形されており、図２に示すように、その外周面の相対向する２箇所には軸方向に貫通する凹溝８が形成されており、各凹溝８の幅方向中央には係合爪９がそれぞれ一体に突設されている。又、ベース２の前記基板７への接合面である上端面の周方向４箇所には位置決めピン１０が上方（図２（ｂ）の左方）に向かって一体に突設されるとともに、凹溝８の両側には嵌合リブ１１が一体に突設されている。

更に、ベース２のモータ２０の端面に当接する底部２Ａの中心部には、モータ２０の中心部に回転可能に支持されたモータ軸２１が挿通する円孔２ａが形成されており、この円孔２ａの周囲の相対向する２箇所にはビス孔２ｂが形成されている。又、図２（ｃ）に示すように、ベース２の底面であって、且つ、モータ２０の外周の相対向する２箇所から径方向外方に突出する金属製の電極板２２（図１（ａ）参照）に対応する２箇所には外周に沿う円弧状の逃げ溝２ｃが形成されている。

他方、前記カバー３は、ベース２と同様に樹脂にて一体成形されており、図３に示すように円板状の本体部３Ａと、該本体部３Ａの外周の相対向する２箇所からベース２側に向かって直角に立設された矩形プレート状の係合片３Ｂを備えている。ここで、図３（ｃ）に示すように、各係合片３Ｂの外周面は、円板状の本体部３Ａの外周面に沿って円弧曲面状に成形されており、各係合片３Ｂには、図３（ｄ）に示すように矩形の係合孔１２がそれぞれ形成されている。そして、各係合孔１２は、図３（ａ），（ｄ）に示すように本体部３Ａを貫通しており、その一端は本体部３Ａの上端面に開口している。又、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、各係合片３Ｂの端部内周には切欠き溝１３がそれぞれ形成されている。

又、カバー３の本体部３Ａには、基板７に取り付けられたコネクタ１６（図１参照）が貫通するための矩形孔３ａが形成されており、本体部３Ａの下面（基板７に対向する面）の４箇所（ベース２に突設された４つの前記位置決めピン１０に対応する箇所）には、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、位置決め用の嵌合穴３ｂが形成されており、その嵌合穴３ｂの周囲には微小高さのリング状の基板受けボス１４が一体に突設されている。

更に、前記基板７は、図４に示すように、その外周の相対向する２箇所（カバー３の２つの係合片３Ｂに対応する２箇所）に直線状にカットされたストレート部７Ａが形成された略円板状の樹脂によって構成されており、その内面（図１に示す前記スリット板５に対向する側の面）には、レンズによって覆われた発光部と受光部を備えた前記受光センサ（センサＩＣ）６と電子部品１５が実装されており、他方の表面には図１に示す矩形のコネクタ１６が取り付けられている。尚、図１（ａ）に示すように、コネクタ１６には基板７の４つの端子７ａが設けられており、コネクタ１６に不図示のカプラーが差し込まれることによって各端子７ａに不図示のリード線がそれぞれ電気的に接続される。

又、図４に示すように、基板７の４箇所（ベース２の位置決めピン１０及びカバー３の嵌合穴３ｂに対応する４箇所）には位置決め用の円孔７ｂが形成されている。

ところで、本実施の形態に係る光学式エンコーダ１は、ベース２の開口部をカバー３で覆うことによって形成される空間Ｓ内に、ベース２を貫通するモータ軸２１と、該モータ軸２１の先端部に結着された円板状のロータ４と、該ロータ４の上面（基板７に実装された前記光学センサ６に対向する側の面）に接着シートや接着剤等によって接着された薄いリング状のスリット板５を収納して構成される。ここで、図示しないが、スリット板５には多数のスリットが放射状に形成されている。又、本実施の形態では、モータ軸２１とスリット板５はＳＵＳによって構成され、ロータ４はアルミニウムによって構成されており、ロータ４は、その中心部のボス部４Ａに貫設された円孔４ａにモータ軸２１を圧入することによって該モータ軸２１の先端部に固定されている。

次に、以上の構成を有する光学式エンコーダ１の組立要領について説明する。

先ず、ベース２の中心部に形成された円孔２ａにモータ軸２１を通すことによってベース２の底面を図１（ｂ）に示すようにモータ２０の端面に当接させ、モータ２０の端面のモータ軸２１周りに形成された円形のボス部２０Ａをベース２の円孔２ａに嵌合させることによって、該ベース２をモータ２０に対して位置決めする。そして、このベース２の底部２Ａに形成された２つのビス孔２ｂ（図１（ｂ）には１つのみ図示）に挿通するビス１７をモータ２０の端面にねじ込むことによってベース２をモータ２０の端面に固定する。この場合、ベース２の外周面に形成された凹溝８が作業者の指の滑り止めとなるため、ベース２をモータ２０に対して高精度に位置合わせして取り付けることができる。

上述のようにベース２をモータ２０の端面に固定すると、予めスリット板５が接着されたロータ４の円孔４ａにモータ軸２１の先端部を圧入することによって、ロータ４をスリット板５と共にモータ軸２１の先端に結着する。

上述のようにスリット板５が接着されたロータ４をモータ軸２１の先端部に固定すると、基板７の外周２箇所に形成されたストレート部７Ａをカバー３の２つの係合片３Ｂの内面に嵌合させることによって基板７をカバー３に対して位置決めするとともに、該基板７の表面に取り付けられたコネクタ１６をカバー３に形成された矩形孔３ａに嵌め込む。この場合、ベース２の各凹溝８の両側に形成された係合リブ１１に基板７のストレート部７Ａが嵌合するため、基板７が嵌合リブ１１によってガイドされ、その組込作業性が高められる。すると、コネクタ１６が図１に示すようにカバー３の上端面から突出するとともに、基板７の４つの円孔７ｂがカバー３の内面に形成された４つの嵌合穴３ｂに合わせられ、基板７は、カバー３の内面の嵌合穴３ｂの周囲に突設された４つの基板受けボス１４によって受けられた状態でカバー３に保持される。

次に、基板７を保持するカバー３の２つの係合片３Ｂをベース２の外周２箇所に形成された凹溝８に嵌め込み、カバー３を基板７と共にベース２側に押し込むと、図１（ｂ）に示すように、カバー３の各係合片３Ｂに形成された係合孔１２にベース３の凹溝８に形成された係合爪９が係合し、カバー３がベース２に結合されて両者が一体化され、光学式エンコーダ１が組み立てられる。このとき、ベース２の上端面に突設された４つの位置決めピン１０が基板７の円孔７ｂを貫通してカバー３の嵌合穴３ｂに嵌合することによって基板７が位置決めされるとともに、該基板７がベース２とカバー３によって挟持され、ベース２とカバー３によって形成される空間Ｓは基板７によって密閉され、この密閉された空間Ｓにロータ４やこれに接着されたスリット板５、基板７に実装された光学センサ６や電子部品１５等が収納される。又、ベース２にカバー３を組み込む際、ベース２に形成された凹溝８がカバー３の係合片３Ｂの嵌め込みのガイドとして機能するため、カバー３のベース２への組込作業性が高められる。

而して、以上のようにして組み立てられた光学式エンコーダ１において、不図示の電源コードから電極板２２を介してモータ２０に給電がなされると、該モータ２０が起動されてモータ軸２１とその先端部に取り付けられたロータ４及びスリット板５が回転する。又、不図示のリード線から基板７に給電されると、光学センサ６の発光部から光がスリット板５に照射され、その光はスリット板５によって反射してパルス状の反射光として光学センサ６の受光部に入射する。そして、光学センサ６の受光部がパルス状の反射光を検出することによってモータ２０の回転数や回転角度が光学的に検出される。

以上において、本実施の形態では、ベース２をモータ２０の端面に固定した後、該ベース２にカバー３を嵌め込んでこれを軸方向に押し込むだけで、該カバー３の係合片３Ｂに形成された係合孔１２とベース２に形成された係合爪９とが係合して両者が結合一体化されるため、この結合一体化されたベース２とカバー３（光学式エンコーダ１全体）の軸方向長さＬが図５（ｂ）に示す従来の光学式エンコーダ１０１の軸方向長さＬ’に比して短縮され（Ｌ＜Ｌ’）、当該光学式エンコーダ１の小型・軽量化、部品点数の削減、コストダウン、組立性の向上等が図られる。このように、光学式エンコーダ１の軸方向長さＬが短縮された結果、コネクタ１６からの不図示のケーブルの引き出し方向を軸方向に統一することができ、ケーブルを直角に折り曲げて配索しても該ケーブルを含み光学式エンコーダ１の全長を従来のものよりも短くすることができる。

そして、本実施の形態では、モータ軸２１とロータ４を金属で構成し、両者を圧入によって固定するようにしたため、ロータ４に必要な固定強度を確保するために必要な圧入代が短くて済み、当該光学式エンコーダ１の軸方向長さを更に短縮して一層の小型・軽量化を図ることができる他、ロータ４の空転が防がれるとともに、ロータ４の小型・軽量化によってイナーシャを小さく抑えることができ、当該光学式エンコーダ１ノ回転追従性が高められる。更に、ロータ４を金属で構成したため、樹脂製のものに比して平坦度（平面度）が高められ、光学センサ６からの出力波形の精度が高められる。その他、ロータ４とスリット板５を金属製としたため、樹脂製のものに比して耐湿性及び耐熱性が高められる。

又、本実施の形態では、カバー３の各係合片３Ｂの端部内周に切欠き溝１３を形成したため、該切欠き溝１３に工具等を差し込んで係合片３Ｂを径方向外方に押し拡げれば、該係合片３Ｂに形成された係合孔１２とベース３に形成された係合爪９との係合が解除されるため、カバー３をベース２から容易に取り外すことができ、ベース２の開口部に露出するロータ４やスリット板５、基板７の光学センサ６等に対するメンテナンスを容易に行うことができる。

更に、本実施の形態では、基板７は、カバー３の基板７に対向する面に突設された基板受けボス１４によって受けられるため、基板７の板厚のバラツキが基板受けボス１４の弾性変形又は圧潰によって吸収され、該基板７をガタ無く確実に固定することができる。

そして、本実施の形態では、基板７をベース２とカバー３によって挟持することによって空間Ｓを密閉したため、外部や基板７の外周面からのゴミの空間Ｓへの侵入が確実に防がれる。このため、空間Ｓ内に収納されたスリット板５や光学センサ６等のゴミの付着による誤動作が防がれ、モータ２０の回転速度や回転角度を常に高精度に検出することができる。

その他、本実施の形態では、ベース２のモータ２０端面への当接面のモータ２０の電極板２２に対応する箇所に逃げ溝２ｃを形成したため（図２（ｃ）参照）、電極板２２に接続される不図示の電源コードをベース２の逃げ溝２ｃに組み込むことができ、該電源コードをコンパクトに配索することができるという効果が得られる。

尚、以上の実施の形態においては、ベース２又はカバー３の一方に形成される係合爪９と他方に形成される係合孔１２の個数をそれぞれ２としたが、これらの個数は２以上の複数であれば任意である。

１ 光学式エンコーダ
２ ベース
２Ａ ベースの底部
２ａ ベースの円孔
２ｂ ベースのビス孔
２ｃ ベースの逃げ溝
３ カバー
３Ａ カバーの本体部
３Ｂ カバーの係合片
３ａ カバーの矩形孔
３ｂ カバーの位置決め用嵌合穴
３ｃ カバーのストレート部
４ ロータ
４Ａ ロータのボス部
４ａ ロータの円孔
５ スリット板
６ 光学センサ
７ 基板
７Ａ 基板のトスレート部
７ａ 基板の端子
７ｂ 基板の位置決め用円孔
８ 凹溝
９ 係合爪
１０ 位置決めピン
１１ 嵌合リブ
１２ 係合孔
１３ カバーの切欠き溝
１４ カバーの基板受けボス
１５ 電子部品
１６ コネクタ
１７ ビス
２０ モータ
２０Ａ モータのボス部
２１ モータ軸
２２ モータの電極板
Ｌ 光学式エンコーダの軸方向長さ
Ｓ 空間

Claims (3)

1. モータの軸方向端面に固定された有底筒状のベースの開口部をカバーで覆うことによって形成される空間内に、前記ベースを貫通するモータ軸と、該モータ軸の端部に結着されたロータと、該ロータに取り付けられた円板状のスリット板と、該スリット板に対向する光学センサを実装した基板を収納して成る光学式エンコーダにおいて、
   前記ベースの外周面の複数箇所に、軸方向に貫通する凹溝を形成するとともに、各凹溝に係合爪を形成し、
   前記カバーの外周部の複数箇所に、前記ベースの凹溝に嵌合する係合片を形成するとともに、各係合片に係合孔を形成し、
   前記基板の外周の複数箇所に、直線状にカットされたストレート部を形成し、該ストレート部を前記カバーの係合片の内面に嵌合させることによって当該基板を前記カバーに対して位置決めし、
   前記基板が位置決め保持された前記カバーの係合孔に、前記ベースに形成された係合爪を係合させることによって前記ベースと前記カバーを結合し、前記基板を前記ベースと前記カバーによって挟持したことを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 前記カバーの各係合片の端部内周に工具差込用の切欠き溝を形成したことを特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
3. 前記カバーの前記基板に対向する面に、前記基板の板厚のバラツキを弾性変形又は圧潰によって吸収するための基板受けボスを突設したことを特徴とする請求項１又は２記載の光学式エンコーダ。
   

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