JP6008163B2 - サーボモータ - Google Patents

Description

開示の実施形態は、光学式のエンコーダを備えたサーボモータに関する。

モータシャフトの回転角度等を光学的に検出するエンコーダを備えたサーボモータが知られている。例えば、特許文献１に記載されたサーボモータは、モータシャフトに取り付けられたホローシャフトと、その端面に取り付けられた回転ディスクと、回転ディスクと所定の空隙を介して取り付けられる受光素子と、受光素子を搭載した基板と、受光素子に対向して取り付けられる発光素子と、発光素子を固定し、且つ、ホローシャフトにベアリングにて接続されるハウジングとを備えた、ロータリエンコーダを有している。

特許第４２９６４５８号公報

上記従来技術のロータリエンコーダは、ホローシャフトがハブを介してモータシャフトに固定されると共に、ハウジングが板バネを介してモータに固定されることで、モータに取り付けられる。このようにして製造されたサーボモータでは、光学系の高精度な位置合せが行われ、かつ、出荷前にエンコーダが正常に機能するか否かを検査される。この機能検査は、エンコーダの機能確保の上で重要な役割を担うが、検査時に様々な要因が作用しえるためこの検査を高精度に行うのは必ずしも容易ではない。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、エンコーダの検査を高精度且つ容易に行うことが可能なサーボモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、シャフトを回転させるモータと、
上記シャフトの位置を検出するエンコーダと、を備え、
上記エンコーダは、
上記シャフトに連結され、複数の反射スリットが円周方向に沿って形成された円板状のディスクと、
上記反射スリットに光を照射する点光源、及び、上記点光源から照射され上記反射スリットで反射された光を受光する受光素子を備えた光学モジュールと、
上記光学モジュールが設けられる基板と、
上記モータのハウジングに固定され、上記ディスクを内部に収容しつつ、上記光学モジュールが上記反射スリットと対向するように上記基板を支持する、円筒状の支持部材と、を有する、サーボモータが提供される。

また、上記エンコーダは、
上記基板と上記支持部材の両方に挿入され、上記基板と上記支持部材の相対位置を位置決めする少なくとも２つの位置決めピンをさらに有し、
上記支持部材は、
上記位置決めピンが挿入される少なくとも２つのピン孔を、上記基板が載置される面に有してもよい。

また、上記エンコーダは、
上記基板及び上記支持部材を上記シャフトの軸方向に貫通して上記ハウジングのネジ孔に螺合する少なくとも２つの固定ネジをさらに有し、
上記支持部材は、
上記固定ネジが貫通する少なくとも２つの貫通孔を有し、
上記貫通孔の内径は、上記固定ネジの外径よりも寸法が大きくなるように設定されてもよい。

また、上記支持部材は、
上記基板が載置される面に、該支持部材の円筒形状内側において上記基板との間に隙間を形成させる段差を有してもよい。

また、上記支持部材は、
円周方向に略均等な間隔で配置された少なくとも３つの平坦部を外周面に有してもよい。

また、上記ハウジングは、
上記支持部材の外周面又は内周面と間隙を介して係合可能な円環状又は円弧状の突起部又は段差部を有してもよい。

また、上記モータは、
中心部を上記シャフトが貫通し、外周部が上記ハウジングに固定されたオイルシールを有し、
上記オイルシールは、
少なくとも上記ディスクを間に挟んで上記点光源に対応する位置にまで形成され、該点光源からの照射された光の少なくとも一部を吸収してもよい。

以上説明したように本発明によれば、エンコーダの検査を高精度且つ容易に行うことができる。

本実施形態に係るサーボモータの概略構成について説明するための説明図である。 本実施形態に係るエンコーダの概略構成について説明するための断面図である。 本実施形態に係るエンコーダの概略構成について説明するための分解斜視図である。 光学モジュールとディスクとの位置合わせ手法の一例を説明するためのディスクの一部の平面図である。 光学モジュールとディスクとの位置合わせ手法の一例を説明するための光学モジュールの平面図である。

以下、本実施形態について図面を参照して説明する。

＜１．サーボモータ＞
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係るサーボモータの構成の概略について説明する。図１に示すように、サーボモータＳＭは、エンコーダ１００と、モータＭとを有する。モータＭは、エンコーダ１００を含まない動力発生源の一例である。このモータＭ単体をサーボモータという場合もあるが、本実施形態では、エンコーダ１００を含む構成をサーボモータＳＭということにする。モータＭは、シャフトＳＨを回転軸ＡＸ周りに回転させることにより、回転力を出力する。

なお、モータＭは、位置データに基づいて制御されるモータであれば特に限定されるものではない。すなわち、モータＭは、動力源として電気を使用する電動式モータである場合に限られるものではなく、例えば、油圧式モータ、エア式モータ、蒸気式モータ等の他の動力源を使用したモータであってもよい。ただし、説明の便宜上、以下ではモータＭが電動式モータである場合について説明する。

エンコーダ１００は、モータＭのシャフトＳＨの回転力出力端とは反対側の端部に連結される。そして、このエンコーダ１００は、シャフトＳＨの位置を検出することにより、モータＭの回転対象（シャフトＳＨ自体でもよい。）の位置を検出し、その位置を表す位置データを出力する。

なお、エンコーダ１００の配置位置は、本実施形態に示す例に特に限定されるものではない。例えば、エンコーダ１００は、シャフトＳＨの出力端側に直接連結されるように配置されてもよく、また、減速機や回転方向変換機、ブレーキなどの他の機構を介してシャフトＳＨ等に連結されてもよい。

なお、本実施形態は、エンコーダ１００が、図１及び図２に例示するような、モータＭのシャフトＳＨにエンコーダ１００のディスク１１０を直接的に連結させる、いわゆる「ビルトイン型」であり、且つ、光源に点光源が使用され、その点光源からの照射光が反射スリットで反射されて受光素子で受光される、いわゆる「反射型」である場合に特に有効である。これは次の理由による。すなわち、エンコーダ１００が、例えばディスク１１０がエンコーダ専用のシャフトに連結され、そのシャフトがモータＭのシャフトＳＨなどに連結可能に構成されるいわゆる「コンプリート型」である場合、ディスク１１０や光学モジュール１２０がエンコーダ専用のシャフトや軸受と共に予め位置決めされて一体的に組み上げられているため、サーボモータＳＭの製造時にディスク１１０と光学モジュール１２０との位置調整が特段に必要とならない。一方、本実施形態のように「ビルトイン型」のエンコーダ１００である場合、ディスク１１０と光学モジュール１２０とが独立した支持構造となっているため、サーボモータＳＭの製造時にディスク１１０と光学モジュール１２０との位置調整が必要となる上、点光源からの照射光は拡散光となり、かつ、点光源からの光の直進性を利用することで、高精度な位置検出を可能とするため、平行光を使用するエンコーダや透過型のエンコーダに比べて、光学モジュールとディスクとの位置合わせを高精度に行う必要があるからである。本実施形態の構成とすることにより、光学モジュールとディスクとの位置合わせを高精度に行うことができる内容の詳細については後述する。

＜２．エンコーダ＞
次に、図２及び図３を用いてエンコーダ１００の概略構成について説明する。なお、図２は、図３に示したエンコーダ１００をＡ−Ａ線で切断した断面図である。

図２に示すように、本実施形態に係るエンコーダ１００は、モータＭのハウジング１０（例えば反負荷側ブラケット）に設けられ、エンコーダカバー１０１により覆われている。図２及び図３に示すように、エンコーダ１００は、シャフトＳＨに連結された円板状のディスク１１０と、ディスク１１０と対向して配置された光学モジュール１２０と、光学モジュール１２０がディスク１１０側に実装された基板１３０と、基板１３０を支持する円筒状の支持部材１４０とを有している。

（２−１．ディスク）
ディスク１１０は、シャフトＳＨの端部に連結される。なお、ディスク１１０を例えばハブ等を介してシャフトＳＨに連結してもよい。図３に示すように、ディスク１１０の光学モジュール１２０に対向する側の面には、円周方向に沿ってディスク１１０の全周に亘り並べられた複数の反射スリット１１１（後述の図４参照）を有するリング状のスリットアレイＳＡが形成されている。１つ１つの反射スリット１１１は、点光源１２１から照射された光を反射する。反射スリット１１１は、インクリメンタルパターンを有するように配置される。インクリメンタルパターンは、後述の図４に示すように、所定のピッチで規則的に繰り返されるパターンである。このインクリメンタルパターンは、少なくとも１以上の受光素子による検出信号の和により、１ピッチ毎又は１ピッチ内のモータＭの回転対象の位置を表す。

ディスク１１０は、本実施形態では例えばガラスにより形成される。そして、スリットアレイＳＡが有する反射スリット１１１は、ガラスのディスク１１０の面に、光を反射する部材が塗布されることにより、形成可能である。なお、ディスク１１０の材質は、ガラスに限られるものではなく、金属や樹脂等を使用することも可能である。また、反射スリットは、例えば、反射率の高い金属をディスク１１０として使用し、光を反射させない部分を、スパッタリング等により粗面としたり反射率の低い材質を塗布したりすることで、反射率を低下させて、形成されてもよい。ただし、ディスク１１０の材質や製造方法等については特に限定されるものではない。

（２−２．光学モジュール）
光学モジュール１２０は、図２及び図３に示すように、ディスク１１０と平行な基板状に形成され、ディスク１１０のスリットアレイＳＡの一部に対向しつつ固定される。この光学モジュール１２０は、ディスク１１０に対向する側の面に、ディスク１１０の反射スリット１１１に光を照射する点光源１２１と、点光源１２１から照射され反射スリット１１１で反射された光を受光する受光アレイ１２２とを備えている。なお、本実施形態では、光学モジュール１２０がエンコーダ１００を薄型化したり製造を容易にすることが可能な基板状に形成される場合について説明するが、光学モジュール１２０は必ずしも基板状に構成される必要はない。

点光源１２１は、光学モジュール１２０の略中央位置に配置され、対向する位置を通過するスリットアレイＳＡに光を照射する。この点光源１２１としては、照射領域に光を照射可能な光源であれば特に限定されるものではないが、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が使用可能である。そして、この点光源１２１は、特に光学レンズ等が配置されない点光源として形成され、発光部から拡散光を照射する。なお、点光源という場合、厳密な点である必要はなく、設計上や動作原理上、略点状の位置から拡散光が発せられるものとみなせる光源であれば、有限な面から光が発せられてもよいことは言うまでもない。このように点光源を使用することにより、光学素子による集光・拡散を行わないため、光学素子による誤差等が生じにくく、スリットアレイＳＡへの照射光の直進性を高める事が可能である。

受光アレイ１２２は、点光源１２１の周囲に配置され、対向するスリットアレイＳＡからの反射光を受光する。そのために、受光アレイ１２２は、複数の受光素子１２３（後述の図５参照）を有する。受光素子１２３には、例えば薄膜状に形成されたフォトダイオード等が用いられる。

（２−３．基板）
基板１３０は、円板状のプリント配線基板であり、ディスク１１０と対向する側の面及びその反対側の面には、光学モジュール１２０を含む複数の回路素子等が搭載され、それらの間に複数の配線が形成されている。なお、図２及び図３において、光学モジュール１２０以外の素子や配線については図示を省略している。図２に示すように、基板１３０は、支持部材１４０とほぼ同じ直径となるように形成されており、その縁部が支持部材１４０の基板が載置される面１４１（以下適宜「基板載置面１４１」と記載する）に載置されている。基板１３０の縁部には、固定ネジ１５０が貫通する複数（本実施形態では３）の貫通孔１３１が設けられている。貫通孔１３１は、円周方向に略均等な間隔（本実施形態では１２０°間隔）で配置されている。また、基板１３０の縁部には、位置決めピン１６０が挿入される少なくとも２つ（本実施形態では２）のピン孔１３２が設けられている。ピン孔１３２は、基板１３０を貫通して設けられ、上記３つの貫通孔１３１のうちの２つに隣接して配置されている。また図２に示すように、光学モジュール１２０は、基板１３０の縁部近傍に搭載されている。

（２−４．支持部材）
支持部材１４０は、図２及び図３に示すように円筒状に形成されており、ディスク１１０を内部に収容しつつ、光学モジュール１２０がディスク１１０の反射スリット１１１と対向するように基板１３０を支持する。支持部材１４０は、例えば金型を用いた樹脂モールド等により一体成型される。樹脂は、支持部材１４０の内部における光の散乱・反射を抑制できるように、黒色あるいは光を吸収し易い色彩の材質が好ましい。なお、それ以外の樹脂でも、成型後に内部を黒色あるいは光を吸収し易い色彩やパターンに塗装することで、使用することが可能である。

支持部材１４０は、固定ネジ１５０が貫通する少なくとも２つ（本実施形態では３）の貫通孔１４２を有している。貫通孔１４２は、基板１３０の貫通孔１３１と対応するように、円周方向に略均等な間隔（本実施形態では１２０°間隔）で配置されている。少なくとも２つ（本実施形態では３）の固定ネジ１５０は、基板１３０の貫通孔１３１及び支持部材１４０の貫通孔１４２をシャフトＳＨの軸方向に貫通してハウジング１０のネジ孔１１に螺合する。これにより、基板１３０及び支持部材１４０がモータのハウジング１０に固定される。なお、固定ネジ１５０の数は２以上であれば限定されるものではないが、２とすると固定安定性の点で十分でなく、４以上とすると部品点数の増加や基板１３０の有効面積（回路素子や配線を形成可能な面積）の減少等を招くため、本実施形態のように３とするのが好適である。

なお、図２に示すように、基板１３０の貫通孔１３１及び支持部材１４０の貫通孔１４２の内径は、固定ネジ１５０の軸部１５１の外径よりも寸法が大きくなるように設定されている。すなわち、貫通孔１３１，１４２はバカ孔となっている。これにより、固定ネジ１５０を基板１３０及び支持部材１４０に貫通させてハウジング１０のネジ孔１１に螺合させた状態で、固定ネジ１５０の締め付け前に、貫通孔１３１，１４２の内径と固定ネジ１５０の外径との寸法差の範囲内において、基板１３０と支持部材１４０とを移動させて光学モジュール１２０をディスク１１０に対し相対移動させ、光学モジュール１２０とディスク１１０との位置合わせを行うことが可能となっている。そして、位置合わせ終了後に固定ネジ１５０を締め付けることで、基板１３０及び支持部材１４０を容易にハウジング１０に固定することができる。このようにすることで、例えば光学モジュール１２０とディスク１１０との位置合わせが完了した後に固定ネジ１５０を挿通させる構成とした場合には、固定ネジ１５０を挿通させる際に接触等により位置ずれが生じるおそれがあるが、本実施形態によれば位置合わせ完了後に固定ネジ１５０の締め付けのみを行えばよいので、そのような位置ずれを防止できる。

図３に示すように、支持部材１４０の基板載置面１４１には、位置決めピン１６０が挿入される少なくとも２つ（本実施形態では２）のピン孔１４３が設けられている。ピン孔１４３は、基板１３０のピン孔１３２と対応するように、３つの貫通孔１４２のうちの２つに隣接して配置されている。位置決めピン１６０は、まず支持部材１４０のピン孔１４３に差し込まれ、立設された状態で、基板１３０のピン孔１３２に挿入される。このようにして基板１３０と支持部材１４０の両方に位置決めピン１６０が挿入されることで、基板１３０と支持部材１４０との回転軸ＡＸに垂直な面方向の相対位置が位置決めされる。なお、ピン孔１３２，１４３の内径は位置決めピン１６０の外径と略同等（あるいは若干小さめ）に設定されている。このため、位置決めピン１６０がピン孔１３２，１４３に挿入された際に、位置決めピン１６０の締まりばめ作用によって基板１３０と支持部材１４０とを仮固定することが可能となる。したがって、光学モジュール１２０とディスク１１０との位置合わせを行う際に、基板１３０と支持部材１４０とを一体的に扱う（移動させる）ことができる。その結果、基板１３０のみを移動させる場合に比べて光学モジュール１２０の移動操作が容易となり、位置調整を容易化できる。

なお、支持部材１４０を樹脂モールド等により一体成型する場合、位置決めピンを基板載置面１４１から突出させて一体成型する構成も考えられるが、この場合には基板載置面１４１の後加工（平面出し加工等）を行うことができなくなる。これに対し、本実施形態では位置決めピン１６０を挿入可能なピン孔１４３を設ける構成とするため、基板載置面１４１の後加工を行うことが可能となり、支持部材１４０の加工精度を向上できる。

なお、位置決めピン１６０の数は、２以上であれば基板１３０と支持部材１４０の位置決めが可能となるため限定されるものではないが、３以上とすると部品点数の増加や基板１３０の有効面積の減少等を招くため、本実施形態のように最小限である２とするのが好適である。また、ピン孔１３２，１４３を貫通孔１３１，１４２から離間させて設けてもよいが、本実施形態のようにピン孔１３２，１４３を貫通孔１３１，１４２に隣接して設けることで、離間して配置する場合よりも基板１３０の有効面積の減少を抑制できる。

支持部材１４０の基板載置面１４１には、貫通孔１４２及びピン孔１４３の形成箇所以外の全周に亘って段差１４４が設けられている。段差１４４の深さや半径方向の幅は、基板１３０に搭載される素子等の配置や光学モジュール１２０の光路等を考慮して設定される。図２に示すように、段差１４４は、支持部材１４０の円筒形状内側において基板１３０との間に隙間Ｓを形成させる。これにより、当該隙間空間を利用して、基板１３０の外周端近傍まで光学モジュール１２０その他の素子等を配置することが可能となるので、基板１３０の有効面積を増大できる。また、隙間Ｓ内に素子等を位置させることができる結果、支持部材１４０の半径方向寸法を小型化することが可能となり、エンコーダ１００ひいてはサーボモータＳＭを小型化できる。

さらに、点光源１２１からの照射光は拡散光となるため、本実施形態のように光学モジュール１２０を支持部材１４０の内壁に近接して配置した場合、支持部材１４０の内壁が光路Ｌに干渉したり、内壁からの反射光や迷光等による受光アレイ１２３への影響が生じるおそれがあるが、本実施形態では段差１４４を設けることにより支持部材１４０の内壁と光学モジュール１２０とを離間させることができるので、上記干渉や影響を抑制し、検査精度や位置合わせ精度を向上することができる。

支持部材１４０の外周面１４５は円筒状の曲面となっているが、この外周面１４５には少なくとも３つ（本実施形態では３）の平坦部１４６が設けられている。平坦部１４６は、その円周方向の両端が外周面１４５上に位置する長方形状の平面として構成されており、円周方向に略均等な間隔（本実施形態では１２０°間隔）で配置されている。この平坦部１４６は、支持部材１４０と図示しない固定治具との固定に用いられる。すなわち、本実施形態では、光学モジュール１２０とディスク１１０との位置合わせを行う際に、位置決めピン１６０により基板１３０と一体化された支持部材１４０を固定治具に固定し、当該固定治具を移動させつつ、光学モジュール１２０をディスク１１０に対し相対移動させる。位置合わせ終了後に固定ネジ１５０を締め付けて基板１３０及び支持部材１４０をハウジング１０に固定し、その後、固定治具が取り外される。このように固定治具を用いることで、基板１３０及び支持部材１４０を押圧等により直接移動させる場合に比べて光学モジュール１２０の移動操作が容易となり、位置調整を容易化できる。このとき、支持部材１４０の外周面１４５に設けた３つの平坦部１４６に固定治具の固定部材（図示せず）を３方向から押し付けて固定することができる。これにより、支持部材１４０を固定治具に対し位置ずれしないように固定できる。また、支持部材１４０と固定部材との接触部分を曲面状でなく平面状とすることで、位置合わせ完了後の固定ネジ１５０の締め付けにより生じる、基板１３０及び支持部材１４０を回転させる方向に作用する力に抗することが可能となり、回転方向の位置ずれを防止できる。

なお、平坦部１４６の数は、３以上であれば支持部材１４０の固定治具に対する位置ずれを防止できるため限定されるものではないが、４以上とすると平坦部１４６ひとつひとつの面積が減少すると共に支持部材１４０の肉厚が全体的に薄くなり、強度が十分でなくなるという問題がある。このため、本実施形態のように３とするのが好適であり、これにより各平坦部１４６の面積及び支持部材１４０の強度を確保できる。

（２−５．オイルシール）
ディスク１１０とハウジング１０との間には、ハウジング１０を覆うようにオイルシール１７０が設けられている。図３に示すように、オイルシール１７０は、その中心部をシャフトＳＨが貫通しており、その外周部に半径方向外側に向けて突出した複数（本実施形態では３つ）の固定部１７１を有している。固定部１７１は、円周方向に略均等な間隔（本実施形態では１２０°間隔）で配置されており、各固定部１７１がビス１６１によりハウジング１０に固定されている。オイルシール１７０とシャフトＳＨとは密着しており、ハウジング１０に設けた軸受１２のグリースがミスト化して飛散し、その一部がハウジング１０とシャフトＳＨとの隙間からエンコーダ側に漏出しても、オイルシール１７０によりグリースの漏出を抑制し、エンコーダ１００の信頼性を向上できる。

また、オイルシール１７０は、図２に示すように、少なくともディスク１１０を間に挟んで点光源１２２に対応する位置にまで形成されている。そして、オイルシール１７０は、例えば黒色のゴムや樹脂等の光を吸収する材質で構成されている。なお、光を吸収する材質以外でも、例えば黒色あるいは光を吸収し易い彩色・パターンで塗装すれば、使用することが可能である。これにより、オイルシール１７０は、点光源１２２からの照射光（ディスク１１０を透過した透過光や散乱・反射光を含む）の少なくとも一部を吸収し、支持部材１４０の内部におけるハウジング１０での光の散乱・反射を抑制することができる。その結果、散乱・反射光の受光アレイ１２２への影響を抑制できるので、エンコーダ１００の検出精度を向上できる。

＜３．その他の構成＞
図３に示すように、モータＭのハウジング１０のエンコーダ１００が設けられる端面１２には、支持部材１４０の外周面１４５と間隙Ｇを介して係合可能な複数（本実施形態では３つ。但し図３では２つのみ図示。）の円弧状の突起部１３が設けられている。これにより、支持部材１４０をハウジング１０に固定する際に支持部材１４０を突起部１３に係合させることで、支持部材１４０を大まかに位置決めすることが可能となり、その後の位置調整を容易化できる。また、突起部１３は支持部材１４０の外周面と間隙Ｇを介して係合するので、当該間隙Ｇの範囲内において、基板１３０と支持部材１４０とを例えば押圧により移動させて光学モジュール１２０をディスク１１０に対し相対移動させ、光学モジュール１２０とディスク１１０との位置合わせを行うことが可能である。このとき、突起部１３は、支持部材１４０が移動し過ぎないようにストッパとしても機能する。

なお、突起部１３の数は３以外でもよく、また突起部１３を円弧状でなく円環状に形成してもよい。また、突起部１３を支持部材１４０の内周面と間隙を介して係合させるようにしてもよい。さらに、突起部１３は、支持部材１４０の外周面又は内周面と係合可能であれば、本実施形態のように突起状でなくともよく、例えば段差部としてもよい。

＜４．光学モジュールとディスクとの位置合わせ手法の一例＞
以上のような構成であるエンコーダ１００をモータＭに組み付けてサーボモータＳＭを製造する際には、前述したようにディスク１１０と光学モジュール１２０との高精度な位置調整が必要となる。ここでは、図４及び図５を用いて、この位置合わせを受光素子の受光信号を用いて行う手法の一例について説明する。

なお、ここで説明するディスク１１０と光学モジュール１２０との位置合わせは、各固定ネジ１５０を基板１３０及び支持部材１４０に貫通させてハウジング１０のネジ孔１１に螺合させ、締め付けを行う前の状態で行われる。この状態では、前述したように、貫通孔１３１，１４２の内径と固定ネジ１５０の外径との寸法差の範囲内、且つ、突起部１３と支持部材１４０の外周面との間隙Ｇの範囲内において、位置決めピン１６０により仮固定された基板１３０と支持部材１４０とを固定治具と共に一体的に移動させ、光学モジュール１２０をディスク１１０に対し相対移動させて光学モジュール１２０とディスク１１０との位置合わせを行うことが可能である。

図４に示すように、ディスク１１０には、円周方向に沿って並べられた複数の反射スリット１１１を有するリング状のスリットアレイＳＡが形成されている。このスリットアレイＳＡの外周側及び内周側には、２本の同心円スリットＣＳ１，ＣＳ２がディスク中心Ｏ周りに形成されている。この同心円スリットＣＳ１，ＣＳ２は、後述する位置調整用受光素子１２４による出力を介して、ディスク１１０に対する光学モジュール１２０の位置調整に用いられる。同心円スリットＣＳ１，ＣＳ２は、互いに同じ幅Ｗで、スリットアレイＳＡからの半径方向距離がほぼ等しくなるように形成されている。なお、同心円スリットＣＳ１，ＣＳ２は、スリットアレイＳＡと同様に、光を透過又は吸収する材質のディスク１１０上に、例えば反射率の高い材質を蒸着するなどの方法により反射スリットが同心円状に形成されることにより、パターンニングされる。

図５に示すように、光学モジュール１２０のディスク１１０に対向する側の面には、点光源１２１と、スリットアレイＳＡからの反射光を受光する複数の受光素子１２３を含む受光アレイ１２２Ｌ，１２２Ｒと、同心円スリットＣＳ１からの反射光を受光する位置調整用受光素子１２４ＵＬ，１２４ＵＲと、同心円スリットＣＳ２からの反射光を受光する位置調整用受光素子１２４Ｄとが設けられている。

位置調整用受光素子１２４ＵＬ，１２４ＵＲは、ディスク１１０の半径方向において点光源１２１よりも外周側に配置され、位置調整用受光素子１２４Ｄは、点光源１２１よりも内周側に配置されている。位置調整用受光素子１２４ＵＬ，１２４ＵＲは、光学モジュール１２０の中心線Ｌｃに対し軸対象となるように、配置されている。また、位置調整用受光素子１２４Ｄも同様に、中心線Ｌｃを中心位置として軸対称となるように配置されている。なお、点光源１２１は中心線Ｌｃ上に配置されている。

位置調整用受光素子１２４ＵＬ，１２４ＵＲは、ディスク１１０と光学モジュール１２０とが適正に位置決めされている場合において、点光源１２１より照射され同心円スリットＣＳ１より反射された反射光の受光領域ＡＲ１（図５中ハッチングで示す）に半径方向の一部（この例では半径方向内側の一部）が重複し、残りの部分は重複しないように配置されている。また、位置調整用受光素子１２４Ｄも同様に、点光源１２１より照射され同心円スリットＣＳ２より反射された反射光の受光領域ＡＲ２（図５中ハッチングで示す）に半径方向の一部（この例では半径方向外側の一部）が重複し、残りの部分は重複しないように配置されている。

光学モジュール１２０がディスク１１０に対し適正に位置決めされた場合、図４に示すように、基板１２１の中心線Ｌｃが、ディスク１１０の半径方向Ｌｒに一致し（図５に示すθ方向の位置決め）、点光源１２１がスリットアレイＳＡの半径方向中央位置に対峙する（図５に示すＲ方向の位置決め）ように配置される。このときの位置調整用受光素子１２４ＵＬ，１２４ＵＲ，１２４Ｄは、各々の受光信号の出力が略等しくなるように設定されている。したがって、位置調整用受光素子１２４ＵＬ，１２４ＵＲ，１２４Ｄの出力が略等しくなるように固定治具を移動させることで、ディスク１１０と光学モジュール１２０とを高精度に位置合わせすることが可能である。

＜５．実施形態の効果の例＞
以上説明した本実施形態のサーボモータＳＭによる効果を説明するために、比較例として、例えば基板１３０が複数の支柱により支持された構成を考える。この場合、出荷前のエンコーダ機能検査の際に外光が受光アレイ１２２で受光されてしまい、検査精度が低下するおそれがある。一方、外光を遮断するために、エンコーダを覆うエンコーダカバー１０１を取り付けた後に検査を行うことが考えられる。しかしながら、この場合にはカバーの取り付け作業が必要となる上に、異常が発見された場合には再度カバーを取り外して調整を行う等、カバーの着脱作業が生じてしまい、検査に手間を要することとなる。また、検査を暗室で行うことも考えられるが、この場合には暗室の用意やサーボモータの暗室への搬送等が必要となり、検査が大掛かりとなってしまう。

これに対し、以上説明した本実施形態のサーボモータＳＭにおいては、光学モジュール１２０を設けた基板１３０が円筒状の支持部材１４０によって支持される。これにより、円筒状の支持部材１４０の両側の開口がモータＭのハウジング１０及び基板１３０によって閉塞された状態で、その内部において光学モジュール１２０をディスク１１０のスリットアレイＳＡと対向させることができる。その結果、エンコーダカバー１０１を取り付けたり、暗室を用いなくとも、受光アレイ１２２への外光の影響を抑制できるので、サーボモータＳＭの出荷前等に行われるエンコーダ１００の機能検査を高精度且つ容易に行うことが可能となる。

また、本実施形態では点光源１２１が使用され、その点光源１２１からの照射光がスリットアレイＳＡで反射されて受光アレイ１２２で受光される。そして、点光源１２１からの照射光は拡散光となり、かつ、点光源１２１からの光の直進性を利用することで、高精度な位置検出を可能とする。従って、平行光を使用するエンコーダや透過型のエンコーダに比べて、点光源１２１とスリットアレイＳＡと受光アレイ１２２との位置合わせ、すなわち、光学モジュール１２０とディスク１１０との位置合わせに高い精度が要求される。このような高精度な位置合わせは、図４及び図５を用いて説明したように、ディスク１１０に同心円スリットＣＳ１，ＣＳ２を設けると共に光学モジュール１２０に位置調整用の受光素子１２４を設けておき、点光源１２１から照射され同心円スリットＣＳ１，ＣＳ２で反射された光を位置調整用受光素子１２４で受光させて行う等、受光素子の受光信号を用いて行われる場合がある。このような反射型のエンコーダにおける点光源自らの発光を利用した位置合せは、透過型のエンコーダでは問題とならないような外光であったとしても影響を受け、その精度に影響を生じ得る。これに対して、本実施形態では、このような位置合わせを行う際に、位置調整用受光素子１２４への外光の影響を抑制できるので、光学モジュール１２０とディスク１１０との位置合わせを高精度に行うことが可能となる。

また、本実施形態では点光源１２１と受光素子１２３をディスク１１０の一方側に配置した反射型のエンコーダとするので、光源と受光素子をディスクの両側に配置した透過型とする場合に比べてエンコーダ１００を薄型化でき、サーボモータＳＭを小型化できる。さらに、本実施形態ではディスク１１０がシャフトＳＨに直接的に連結され、支持部材１４０がモータＭのハウジング１０に設けられた、いわゆるビルトイン型のエンコーダとするので、ディスク１１０がエンコーダ用シャフトに連結され、そのシャフトがカップリングを介してモータＭのシャフトＳＨに連結される（この場合、支持部材はエンコーダのハウジングに設けられる）、いわゆるコンプリート型のエンコーダとする場合に比べ、部品点数の低減や小型化を図れ、且つ、カップリングによる共振等を防止できる効果もある。

以上、添付図面を参照しながら本実施形態について詳細に説明した。しかしながら、これらの実施形態の例に限定されないことは言うまでもない。本実施形態の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、様々な変更や修正を行うことに想到できることは明らかである。従って、これらの変更後や修正後の技術も、当然に本実施形態の技術的範囲に属するものである。

１０ ハウジング
１１ ネジ孔
１３ 突起部
１００ エンコーダ
１１０ ディスク
１１１ 反射スリット
１２０ 光学モジュール
１２１ 点光源
１２３ 受光素子
１３０ 基板
１４０ 支持部材
１４１ 基板載置面
１４２ 貫通孔
１４３ ピン孔
１４４ 段差
１４５ 外周面
１４６ 平坦部
１５０ 固定ネジ
１６０ 位置決めピン
１７０ オイルシール
Ｍ モータ
Ｓ 隙間
ＳＨ シャフト
ＳＭ サーボモータ

Claims (7)

1. シャフトを回転させるモータと、
   前記シャフトの位置を検出するエンコーダと、を備え、
   前記エンコーダは、
   前記シャフトに連結され、複数の反射スリットが円周方向に沿って形成された円板状のディスクと、
   前記反射スリットに光を照射する点光源、及び、前記点光源から照射され前記反射スリットで反射された光を受光する受光素子を備えた光学モジュールと、
   前記光学モジュールが設けられる基板と、
   前記モータのハウジングに固定され、前記ディスクを内部に収容しつつ、前記光学モジュールが前記反射スリットと対向するように前記基板を支持する、円筒状の支持部材と、を有し、
   前記支持部材は、
   円周方向に略均等な間隔で配置された少なくとも３つの平坦部を外周面に有する、サーボモータ。
2. 前記ハウジングは、
   前記支持部材の外周面又は内周面と間隙を介して係合可能な円環状又は円弧状の突起部又は段差部を有する、請求項１に記載のサーボモータ。
3. シャフトを回転させるモータと、
   前記シャフトの位置を検出するエンコーダと、を備え、
   前記エンコーダは、
   前記シャフトに連結され、複数の反射スリットが円周方向に沿って形成された円板状のディスクと、
   前記反射スリットに光を照射する点光源、及び、前記点光源から照射され前記反射スリットで反射された光を受光する受光素子を備えた光学モジュールと、
   前記光学モジュールが設けられる基板と、
   前記モータのハウジングに固定され、前記ディスクを内部に収容しつつ、前記光学モジュールが前記反射スリットと対向するように前記基板を支持する、円筒状の支持部材と、を有し、
   前記ハウジングは、
   前記支持部材の外周面又は内周面と間隙を介して係合可能な円環状又は円弧状の突起部又は段差部を有する、サーボモータ。
4. 前記エンコーダは、
   前記基板と前記支持部材の両方に挿入され、前記基板と前記支持部材の相対位置を位置決めする少なくとも２つの位置決めピンをさらに有し、
   前記支持部材は、
   前記位置決めピンが挿入される少なくとも２つのピン孔を、前記基板が載置される面に有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のサーボモータ。
5. 前記エンコーダは、
   前記基板及び前記支持部材を前記シャフトの軸方向に貫通して前記ハウジングのネジ孔に螺合する少なくとも２つの固定ネジをさらに有し、
   前記支持部材は、
   前記固定ネジが貫通する少なくとも２つの貫通孔を有し、
   前記貫通孔の内径は、前記固定ネジの外径よりも寸法が大きくなるように設定されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のサーボモータ。
6. 前記支持部材は、
   前記基板が載置される面に、該支持部材の円筒形状内側において前記基板との間に隙間を形成させる段差を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のサーボモータ。
7. 前記モータは、
   中心部を前記シャフトが貫通し、外周部が前記ハウジングに固定されたオイルシールを有し、
   前記オイルシールは、
   少なくとも前記ディスクを間に挟んで前記点光源に対応する位置にまで形成され、該点光源からの照射された光の少なくとも一部を吸収する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のサーボモータ。

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