JP6436674B2 - 光学式エンコーダおよび光学式エンコーダの製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は、ガルバノスキャナなどの高速位置決めモータシステムに用いられる光学式エンコーダ、およびその製造方法に関する。
近年、レーザ加工機のようなガルバノスキャナの応用製品では、加工効率向上への要求が益々高くなっており、ガルバノスキャナにも高速応答が求められている。ガルバノスキャナのようなサーボシステムでは、モータの回転角度(回転位置)などを検出するために光学式エンコーダが用いられている。
例えば特許文献1に開示された光学式エンコーダでは、回転軸の頂面に凹部が設けられ、この凹部内に設けられた接着剤を介して、光学パターンを有するディスクが回転軸に接着されている。また、凹部の周面には溝が形成されている。
一方、特許文献2には、ガラススケールとその固定治具とを備えた位置測定装置が開示されている。ガラススケールと固定治具との間には、予め高温にした接着剤により形成された弾性層が設けられており、ガラススケールと固定治具との線膨張係数の差に起因して生じる熱応力を、弾性層の撓みにより吸収するようになっている。
特公平08−012086号公報(図2A、図2B参照) 特許第4477440号明細書(図2参照)
特許文献1に開示された光学式エンコーダによれば、凹部の周面に形成された溝から接着剤を逃がすことができるので有効である。しかしこの構造では、ディスク、接着剤層および回転軸の線膨張係数の差に起因して生じる熱応力が考慮されていない。環境温度が大きく変化したとき、例えば輸送時に環境温度が大きく低下したときには、過大な熱応力が作用してディスクと回転軸との間に剥がれが生じてしまい、温度変化に対する信頼性の点で問題が生じる。
一方、特許文献2に開示された接着方法によれば、確かに熱応力は緩和されるものの、接着工程が複雑であり、製造コストが高くなるという問題がある。
また一般に、光学式エンコーダには高い検出精度が求められている。
本発明の目的は、温度変化に対する高い信頼性と高い検出精度を有する、低コストで製造可能な光学式エンコーダおよびその製造方法を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明は、一定の角度範囲内で回転する回転体の回転を検出する光学式エンコーダに関するものである。
この光学式エンコーダは、中空の本体部および本体部から半径方向に延出した座部を有するハブと、この座部に弾性接着剤層を介して接着されたグレーティング板と、このグレーティング板に対して光を照射する投光部と、グレーティング板からの光を受光する受光部とを備える。ハブの座部は、弾性接着剤層が設けられた接着面と、この接着面の外周部の上に設けられてグレーティング板を3点以上の点で支持する1つまたは複数の突起部とを有する。
この光学式エンコーダは、例えば、接着面の上に弾性接着剤を塗布する工程と、突起部に対してグレーティング板を押し付ける工程と、弾性接着剤を硬化させて弾性接着剤層を形成する工程とを含む方法により製造される。
好ましくは、接着剤硬化温度での弾性接着剤層の厚さは、弾性接着剤層とグレーティング板との間に作用する引張応力およびせん断応力が、予め測定された引張り接着強さおよびせん断接着強さよりそれぞれ小さくなる範囲内の値である。
本発明によれば、ハブの座部に対してグレーティング板を接着する際に突起部がグレーティング板を支持し、光学系(投光部および受光部)とグレーティング板との間のギャップを均一にする。これにより、回転時の位置に応じた検出誤差の発生が防止される。
また、本発明の接着構造では、突起部の高さにより弾性接着剤層の厚さが規定される。グレーティング板と弾性接着剤層との間で作用する熱応力(引張応力、せん断応力)は弾性接着剤層の変形により吸収、低減されるところ、突起部の高さを好適な範囲に設定することで、グレーティング板の剥がれを容易かつ確実に防止できる。
また、この光学式エンコーダにおける接着構造と接着工程は、従来のものに比べて非常に単純である。
以上のようにして、温度変化に対する高い信頼性と高い検出精度を有する、低コストで製造可能な光学式エンコーダおよびその製造方法が実現する。
本発明の実施の形態1に係る光学式エンコーダであって、グレーティング板の接着前の状態を示す斜視図である。 光学式エンコーダを示す側面図である。 グレーティング板の構造を示す平面図であり、(a)は回転ディスクを、(b)は回転ディスクから回転角度の一部を切り出したグレーティング板を示す。 本発明の実施の形態1におけるハブの突起部の配置例を示す平面図であり、(a)では4つの突起部が設けられ、(b)では3つの突起部が設けられている。 接着剤層に作用する引張応力を説明するための図であり、(a)は接着剤硬化温度での接着剤層の周辺部を示し、(b)は低温側環境温度での接着剤層の周辺部を示す。 接着剤層に作用する熱応力と突起部の高さ(接着剤層の厚さ)との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態2におけるハブの突起部の配置例を示す平面図であり、(a)では接着面の外周部の一部を覆う壁状の突起部が、(b)では接着面の外周部全体を覆う壁状の突起部が設けられている。
以下、本発明の実施の形態に係る光学式エンコーダについて、図面を参照しながら説明する。各図において、同一または同様の構成部分には同一の符号を付している。また、方向を表す用語「上」、「下」などは、図面中の方向を特定するための便宜的なものであり、装置の設置方向などを限定するものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る光学式エンコーダであって、グレーティング板30の接着前の状態を示す斜視図である。図2は、光学式エンコーダを示す側面図である。
光学式エンコーダ100(以下、単にエンコーダ100と称す)は、シャフト10の回転(回転角度、回転方向)を検出する。エンコーダ100は、グレーティング板30をシャフト10に固定するためのハブ20、表面に光学パターン31が形成されたグレーティング板30、弾性接着剤層40(以下、単に接着剤層40と称す)、投光部50、受光部60を備える。
シャフト10は、一定の角度範囲内で回転する回転体の一例であって、例えばサーボモータのシャフトである。シャフト10は、一方向に回転することもあるし、両方向に回転(揺動)することもある。
ハブ20は、アルミニウム、ステンレスなどからなる。ハブ20は、シャフト10に挿入されて固定される中空の本体部21と、シャフト10の回転軸(図1に一点鎖線で示す)に対して垂直な半径方向(Y軸方向)に本体部21から延出した座部22とを有する。座部22は、底面23と、平坦な接着面24と、接着面24の上に設けられた複数の突起部25と、位置決め基準面26,27とを有する。接着面24は、底面23から段差を介して上方に位置している。
突起部25は3つ以上存在し、グレーティング板30を3点以上の点で支持する。後述するように、複数の突起部25間の距離が大きいほど熱応力(引張応力)が小さくなるので、接着面24の中央部には突起部25を配置せず、接着面24の外周部に突起部25を配置することが好ましい。接着面24のうち、突起部25が設けられていない部分には接着剤層40が存在する。この接着剤層40を介して、グレーティング板30の下面と座部22とが接着されている。また、突起部25は、接着剤層40の厚さに等しい高さを有し、グレーティング板30に接してこれを支持している。座部22の位置決め基準面26,27は、接着面24に対して垂直な方向に立設されている。それゆえ図1では、位置決め基準面26はYZ平面に平行であり、位置決め基準面27はXZ平面に平行である。座部22におけるグレーティング板30のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の位置決めは、それぞれ、位置決め基準面26、位置決め基準面27、突起部25により行われる。
接着剤層40を構成する接着剤(弾性接着剤)の例は、シリコン系接着剤、ウレタン系接着剤、アクリル系接着剤などである。特に、熱応力を緩和する観点では、常温で700[MPa]以下のヤング率を有するウレタン系接着剤が好ましく、このウレタン系接着剤を使用することにより、接着面24の中央部におけるグレーティング板30の剥がれを防止できる。
投光部50は、レーザダイオード、LED(発光ダイオード)などであり、グレーティング板30に対して光を照射する。受光部60は、フォトダイオードなどの受光素子であり、グレーティング板30から反射された光を受光して光電変換する。投光部50と受光部60は、グレーティング板30の表面に対して同じ側に、この表面から所定のギャップを介して配置されている。すなわち、エンコーダ100は、いわゆる反射型の光学式エンコーダである。
次に、図3を用いて、グレーティング板30の構造を説明する。
図3(a)は回転ディスクを示す。回転ディスクは、シャフト10の周囲360度のドーナツ円板であり、中央にシャフト10が通る穴(シャフト穴)32が開いている。図3(b)は、図3(a)に示す回転ディスクから回転角度の一部を切り出したグレーティング板30を示す。グレーティング板30はシャフト穴がない構造であり、その厚さは小さく均一である。図示しているグレーティング板30の形状は長方形であるが、座部22の構成によっては他の形状であってもよく、例えばシャフト穴のない円板であってもよい。
グレーティング板30の表面には、光学パターン31が、一定の角度範囲内に、所定間隔で放射状に設けられている。グレーティング板30はガラス板であってもよい。光学パターン31は、アルミニウムなどの金属薄膜を蒸着して形成される。アルミニウムなどの代わりに誘電体多層膜を蒸着させてもよい。
次に、図4を用いて、ハブ20における突起部25の配置例について説明する。
図4に示すように、ハブ20の接着面24は長方形に近い形状を有するが、長方形の四辺のうち、シャフト10の回転中心から見てY軸方向に遠い位置にある一辺が若干湾曲している。図4(a)では、接着面24の外周部の4箇所に突起部25a〜25dが設けられている。突起部25aと25bは湾曲辺の両隅部に設けられ、突起部25cと25dは湾曲辺に対向する辺の両隅部に設けられている。図4(b)では、接着面24の外周部の3箇所に突起部25a,25b,25eが設けられている。突起部25a,25bについては図4(a)と同様であり、突起部25eについては湾曲辺に対向する辺の中央に設けられている。
本実施形態1での突起部25の配置例によれば、突起部25どうしが接続されておらず、壁を構成していないので、余剰な接着剤が接着面24から底面23へ流れやすく、接着剤層40の厚さをより均一にすることができる。また、接着剤が接着面24の外へ流れやすいので、接着時にグレーティング板30に対する押付け荷重を小さくすることができる。また、複数の突起部25どうしがつながっていないため、グレーティング板30と接着剤層40の接着面積を大きくとって接着強度を向上させることができる。
次に、エンコーダ100の動作について簡単に説明する。
投光部50から出射した光は、グレーティング板30の表面の光学パターン31に照射されて反射される。反射された光は、受光部60により受光され、電気信号として検出される。このとき、シャフト10が回転し、これに伴ってハブ20とグレーティング板30が回転すると、受光部60に達して検出される光量が周期的に変化し、これにより電気信号も周期的に変化することになる。それゆえ、この電気信号の変化を測定することにより、シャフト10の回転角度などを検出できる。
次に、エンコーダ100の製造方法に含まれる工程S1〜S4について簡単に説明する。
(S1)接着面24に接着剤を塗布する。
(S2)グレーティング板30の端面を位置決め基準面26,27に押し当てた状態で、上側からグレーティング板30に押し付け加重をかけ、突起部25に対してグレーティング板30を押し付ける。これにより、ハブ20の座部22とグレーティング板30とを接着する。
(S3)接着剤を硬化させて接着剤層40を形成する。
(S4)シャフト10にハブ20の本体部21を圧入する。
工程S2で、グレーティング板30は、位置決め基準面26,27に押し当てられてX軸方向とY軸方向に位置決めされ、突起部25の上に支持されることによりZ軸方向に位置決めされる。これにより、工程S3の後、接着剤層40の厚さが突起部25の高さに一致することになる。換言すると、接着剤層40の厚さは突起部25の高さにより規定される。工程S2で、余剰な接着剤は、突起部25間の隙間を介して接着面24から底面23に移動する。
ここで、光学系(投光部50および受光部60)とグレーティング板30との間のギャップの精度は、座部22に対するグレーティング板30のZ軸方向の位置決め精度に依存する。座部22に対してグレーティング板30がZ軸方向から傾いて接着されてしまうと、光学パターン31が形成されたグレーティング板30の表面が、シャフト10の軸方向に対して精確に直角にならない。それゆえ、回転時の位置に応じて光学系と光学パターン31との間のギャップが変動し、検出誤差が生じてしまう。
本実施形態1では、突起部25がグレーティング板30を支持した状態で接着が行われ、さらに余剰な接着剤が接着面24の外へ逃げるように構成されているので、接着剤層40の厚さが均一となって、シャフト10の回転軸方向(Z軸方向)とグレーティング板30の表面とが精確に直交することになる。これにより、光学系とグレーティング板30との間のギャップがグレーティング板30の表面全体にわたって均一になり、回転時の位置に応じた検出誤差が防止される。
なお、説明した方法では、工程S1〜S3を工程S4の前段で実施したが、後段で実施してもよい。すなわち、シャフト10に対して本体部21を圧入してからグレーティング板30をハブ20に接着してもよい。
次に、グレーティング板30と接着剤層40との間で作用する熱応力について検討する。
エンコーダ100の環境温度は、輸送時などにマイナス数十度程度まで下がることがある一方、モータからの発熱などにより80度程度まで上がることがある。環境温度が、接着剤硬化温度(典型的には25度)からこうした低温側環境温度または高温側環境温度へ変化すると、ハブ20、接着剤層40およびグレーティング板30の線膨張係数の差に起因して熱応力が発生する。
接着剤層40とハブ20との接着面積は、接着剤層40とグレーティング板30との接着面積よりも大きい。それゆえ、接触する面積がより小さい接着剤層40とグレーティング板30との界面における熱応力に起因して生じる剥がれが問題となる。ここで一般に、熱応力は引張応力(または圧縮応力)とせん断応力とで表される。
接着剤層40の厚さが大きい場合、接着剤層40に作用する引張応力(圧縮応力)が大きくなり、引張剥がれが生じることが考えられる。接着剤層40は、高温時にはZ軸方向に膨張し、低温時にはZ軸方向に収縮する。グレーティング板30はZ軸方向に拘束されていないため、高温時の接着剤層40の膨張に対しては自由に変形できる。一方、低温時の接着剤層40の収縮に対しては、突起部25によりグレーティング板30の端が支持されているため、接着剤層40がグレーティング板30を引っ張る力(引張応力)が生じる。すなわち、本実施形態1によれば、高温側環境温度で作用する圧縮応力に起因する剥がれは問題とならない。それゆえ以下では、低温側環境温度で作用する引張応力に起因する剥がれについてのみ検討する。
一方、接着剤層40の厚さが小さい場合、接着剤層40に作用するせん断応力が大きくなり、せん断剥がれが生じることが考えられる。ハブ20およびグレーティング30と比較して接着剤層40の縦弾性係数(ヤング率)は小さいため、接着剤層40が変形することになる。この接着剤層40の変形により、せん断応力が緩和される。
まとめると、接着剤層40の厚さを好適な範囲内の値とすることで、グレーティング板30と接着剤層40との界面における引張剥がれとせん断剥がれが防止されると考えられる。なお、前述の通り接着剤層40の厚さは突起部25の高さに一致する。
本発明者らは、被着部材の剥がれが、グレーティング板30と接着剤層40との界面で生じる熱応力(引張応力、せん断応力)に起因していることに着眼した。また、説明しているように、引張応力は、低温側環境温度下でグレーティング板30が撓むことにより引張応力が緩和されることを見出した。さらに、撓み量は微少なため、ギャップ精度に影響を与えないことを見出した。
以下、引張応力とせん断応力に分けて、好適な突起部25の高さの範囲について詳細に検討する。
まず、以下のように記号を定義する。
・ΔT[℃]:接着剤硬化温度と低温側環境温度との差
・H[mm]:突起部25の高さ(Z軸方向の長さ)
・α[1/℃]:ハブ20の線膨張係数
・L0A[mm]:接着領域内の最大距離
・L0T[mm]:突起部25間の最小距離
・L0TV[mm]:距離L0Tに垂直な直線の接着領域内での距離
・H[mm]:グレーティング板30の厚さ(Z軸方向の長さ)
・E[MPa]:グレーティング板30の縦弾性係数
・α[1/℃]:グレーティング板30の線膨張係数
・I[mm]:グレーティング板30の断面2次モーメント
・A[mm]:接着剤層40とグレーティング板30の下面との接着面積
・E[MPa]:接着剤層40の縦弾性係数
・G[MPa]:接着剤層40の横弾性係数
・α[1/℃]:接着剤層40の線膨張係数
1.引張応力
低温側環境温度での接着剤層40の収縮に対しては、突起部25によりグレーティング板30の端部が支持されているため、接着剤層40がグレーティング板30を引っ張る力(引張応力)が生じる。接着剤層40の厚さが大きくグレーティング板30の板厚が充分に薄いときには、グレーティング板30が撓むことで引張応力が緩和される。このとき、グレーティング板30の撓み量は微少であるため、ギャップの精度に影響を与えない。すなわち、光学系とグレーティング板30との間には、グレーティング板30の撓みに起因して回転時の位置に応じたギャップの変動が生じるところ、この変動は検出精度にとっては問題にならないレベルである。
図5は、接着剤層に作用する引張応力を説明するための図である。
図5(a)は、接着剤硬化温度での接着剤層40の周辺部を示す。接着剤硬化温度は、上記工程S3で接着剤を硬化させる際の温度である。接着剤硬化温度では、接着剤層40の厚さは突起部25の高さ(Z軸方向の長さ)に等しくH[mm]である。
図5(b)は、低温側環境温度での接着剤層40の周辺部を示す。低温側環境温度では、突起部25の高さはH[mm]に収縮し、接着剤層40の厚さはHa1[mm]に収縮する。実際には、接着剤層40にはグレーティング板30が接着されているので、グレーティング板30は接着剤層40に引っ張られて撓む。最も撓んだ箇所(本実施形態1では中央部)の接着剤層40の厚さをH[mm]で示す。H[mm]、Ha1[mm]は、それぞれ式(1)、式(2)で表される。
Figure 0006436674
以下、グレーティング板30と接着剤層40との界面における引張応力の釣り合いを、等分布荷重が作用した両端支持梁により簡略的にモデル化する。
接着面24の長さ(Y軸方向の長さ)L0T[mm]の両端が支持され、接着剤層40に等分布引張荷重w[N/mm]が作用するとする。収縮後の接着剤層40の伸び(Z軸方向)をΔH[mm]とすると、H、Ha1、ΔHの間の関係は式(3)で表される。
Figure 0006436674
グレーティング板30と接着剤層40の界面における引張応力の釣り合いを式(4)に示す。なお、式(4)において、W[N]は接着剤層40に加わる総荷重であり、W[N]=w[N/mm]×L0T[mm]で表される。L0T[mm]は、低温側環境温度で収縮したときの支持部25間の長さL0m[mm]である。L0m[mm]が数十ミリメートル程度以下の場合、L0m[mm]の収縮量はわずかであるため、L0T[mm]をL0m[mm]で近似して問題ない。グレーティング板30の幅(X軸方向の長さ)をL0TV[mm]とする。L0T[mm]と同様に、低温側環境温度での収縮量はわずかであるため、収縮前の長さで近似して問題ない。A[mm]は接着面の面積であり、A[mm]=L0T[mm]×L0TV[mm]で表される。同様に、A[mm]の低温側環境温度での収縮量はわずかであるため、収縮前の面積で近似して問題ない。
Figure 0006436674
このモデルでは一般に、グレーティング板30の最大撓み量(Z軸方向)をδ[mm]として、等分布引張荷重w[N/mm]は式(5)で表される。ただし、最大撓み量δ[mm]は、式(6)で表され、グレーティング板30の断面2次モーメントI[mm]は式(7)で表される。
Figure 0006436674
式(5)と式(6)を式(4)に代入し、ΔH[mm]について解くと式(8)が得られる。ただし、式(8)中のKは式(9)で表される。
Figure 0006436674
接着剤層40に作用する引張応力σ[MPa]は、フックの法則より式(10)で表される。
Figure 0006436674
式(10)から判るように、接着剤層40に作用する引張応力σ[MPa]は突起部25の高さH[mm]の関数で表され、H[mm]が大きくなる程大きくなる。なお、式(10)からは、突起部25間の距離L0T[mm]が長いほど引張応力σが小さくなることも判る。
グレーティング板30が接着剤層40から剥がれないようにするために、引張応力σ[MPa]には、引張り接着強さσ[MPa]より小さい(σ<σ)という条件が課される。引張り接着強さσは、例えばJISK6849(1994)により測定可能な値である。この条件(σ<σ)に式(10)を代入して、Hについての不等式(11)が得られる。式(11)を変形して、Hについての不等式(12)が得られる。ただし、式(11)、式(12)中のKは式(13)で表される。
Figure 0006436674
グレーティング板30の厚さH[mm]が式(11)を満たし、または、突起部25の高さH[mm]が式(12)を満たす場合には、引張応力に起因してグレーティング板30が接着剤層40から剥がれることがない。
なお、式(12)、式(13)の右辺が最も小さくなるときが、H[mm]、H[mm]についての最も厳しい条件である。それゆえ上記の通り、L0T[mm]を「突起部25間の最小距離」と定義し、L0TV[mm]を「距離L0Tに垂直な直線の接着領域内での距離」と定義している。
2.せん断応力
温度変化ΔT[℃]が生じたときには、ハブ20とグレーティング板30はそれぞれ膨張または収縮する。低温側環境温度では、接着面24の長さL[mm]はL0A[mm]に収縮し、グレーティング板30の裏面の接着剤層40と接する部分の長さ(Y軸方向の長さ)はL[mm]からL[mm]に収縮する。L0A[mm]、L[mm]は、それぞれ式(14)、式(15)で表される。
Figure 0006436674
接着剤層40の縦弾性係数はハブ20、グレーティング30の縦弾性係数と比較して小さいため、接着剤層40が変形する。接着剤層40のY軸方向の変形量λ[mm]は、式(16)で表される。
Figure 0006436674
温度変化に起因する被着部材の伸び(縮み)によるせん断応力τ[MPa]は、フックの法則に式(16)を代入して式(17)で表される。
Figure 0006436674
式(16)から判るように、接着剤層40に作用するせん断応力τ[MPa]は突起部25の高さH[mm]の関数で表され、H[mm]が小さくなる程大きくなる。
引張応力の場合と同様に、グレーティング板30が接着剤層40から剥がれないようにするために、せん断応力τ[MPa]には、せん断接着強さτ[MPa]より小さい(τ<τ)という条件が課される。せん断接着強さτは、例えばJISK6850(1999)により測定可能な値である。この条件(τ<τ)に式(17)を代入して、Hについての不等式(18)が得られる。
Figure 0006436674
突起部25の高さH[mm]が式(18)を満たす場合には、せん断応力に起因してグレーティング板30が接着剤層40から剥がれることがない。
なお、式(18)の右辺が最も小さくなるときが、H[mm]についての最も厳しい条件である。それゆえ上記の通り、L0A[mm]を「接着領域内の最大距離」と定義している。
以上より、突起部25の高さH[mm]が式(12)と式(18)を同時に満たす、すなわちH[mm]が式(19)を満たす場合には、熱応力(引張応力、せん断応力)に起因してグレーティング板30が接着剤層40から剥がれることがない。
Figure 0006436674
(実施例)
一例として、ハブ20の材料にアルミニウムを用い、グレーティング板30の材料にガラスを用い、接着剤層40を構成する接着剤にウレタン系接着剤を用いた場合の、突起部25の高さH[mm]の好適な範囲を計算した。
典型的な条件を以下に挙げる。
・温度変化量ΔT[℃]=55
・ハブ20の線膨張係数α[1/℃]=2.3×10−5
・突起部25間の最小距離L0T[mm]=3.0
・距離L0Tに垂直な直線の接着領域内での距離L0TV[mm]=4.0
・接着領域内の最大距離L0A[mm]=5.0
・グレーティング板30の縦弾性係数E[MPa]=7.1×10
・グレーティング板30の線膨張係数α[1/℃]=8.5×10−6
・接着剤層40とグレーティング板30の下面との接着面積A[mm]=13
・接着剤層40の縦弾性係数E[MPa]=7.0×10
・接着剤層40の横弾性係数G[MPa]=2.3×10
・接着剤層40の線膨張係数α[1/℃]=2.5×10−4
・引張接着強度σ[MPa]=7.0
・せん断接着強度τ[MPa]=16
上記値を式(18)に代入すると、突起部25の高さH[mm]>5.8×10−2が得られる。一例としてH[mm]=6.0×10−2とし、この値を式(11)に代入すると、グレーティング板30の厚さH[mm]<2.0が得られた。一例としてH[mm]=1.5とした。H[mm]≦1.5であれば、引張応力が作用したときにグレーティング板30が撓み、引張応力が緩和されるといえる。
式(10)を基に接着剤層40に作用する引張応力σを算出し、式(17)を基に接着剤層40に作用するせん断応力τを算出し、それぞれ突起部25の高さ(接着剤層40の厚さ)の関数としてプロットしてグラフを作成した。このグラフを図6に示す。
図6から、引張剥がれ、せん断剥がれが生じない突起部25の高さH[mm]の範囲は、約0.06[mm]〜約0.15[mm]であると判った。また、式(6)を基に算出した最大撓み量δは1.0×10−3[mm]未満であってギャップの精度について無視できる程度の微少な値である。
実施の形態2.
図7は、本発明の実施の形態2におけるハブの突起部の配置例を示す平面図である。
本実施形態2は、突起部25の構成が上記実施形態1と異なる。エンコーダ100のその他の構成は実施形態1と同じであり、図面において同一の符号を付して説明を省略する。
図7(a)は、接着面24の外周部の4箇所に突起部25a〜25dが設けられた図4(a)に対応する。シャフト10の回転中心から見てY軸方向に遠い位置にある(湾曲辺側の)2つの突起部25a,25bがつながって、接着面24の外周部の一部を覆う壁状の突起部25fが形成されている。
ここで、グレーティング数が多いほど、エンコーダの分解能を向上させることができる。それゆえ、分解能を向上させる観点では、シャフト10の回転中心から見てY軸方向にできるだけ遠い位置に光学パターン31が形成されることが好ましい。またこのとき、光学系とグレーティング板30との間のギャップの精度を向上させるために、壁状の突起部25fは、光学パターン31にわたって延びてその全域を支持していることが好ましい。
またここで、作業性を考慮すると、座部22からはみ出る接着剤の量はできるだけ少ないことが望ましい。本実施形態2では、壁状の突起部25fにより接着剤が湾曲辺側に流れにくくなり、座部22からはみ出る接着剤の量を少なくして作業性を向上させることができる。
図7(b)では、接着面24の外周部全体を覆う壁状の突起部25gが設けられている。この突起部25gの構造は非常に単純であり、加工が簡単なため低コストで製造可能である。また、図7(b)の構造によれば、図7(a)と同様に、光学系とグレーティング板30との間のギャップの精度を向上させることができる。
以上、上記実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、さらに上記実施形態には、種々の変形、改良が加えられてよい。
例えば、上記実施形態では反射型の光学式エンコーダについて説明したが、本発明はこれに限定されることなく、グレーティング板30に対して投光部50と受光部60とが反対側に位置する透過型の光学式エンコーダであってもよい。この場合、グレーティング板30は、接着面24の外周部から光学パターン31が外側へ飛び出すような形状を有し、またはそのように配置される。これにより、光学パターン31の下面側に座部22が存在しない状態となる。また、投光部50と受光部60は、グレーティング板30の表面に対して反対側に配置される。これにより、投光部50から射出された光は光学パターンを透過して受光部60で検出されることになる。
10 シャフト、 20 ハブ、 21 本体部、 22 座部、 23 底面、 24 接着面、 25(25a〜25g) 突起部、 26,27 位置決め基準面、 30 グレーティング板、 31 光学パターン、 40 弾性接着剤層、 50 投光部、 60 受光部、 100 光学式エンコーダ

Claims (9)

  1. 一定の角度範囲内で回転する回転体の回転を検出する光学式エンコーダであって、
    中空の本体部および該本体部から半径方向に延出した座部を有するハブと、
    前記座部に弾性接着剤層を介して接着されたグレーティング板と、
    前記グレーティング板に対して光を照射する投光部と、
    前記グレーティング板からの光を受光する受光部とを備え、
    前記座部は、前記弾性接着剤層が設けられた接着面と、該接着面の外周部の上に設けられて前記グレーティング板を3点以上の点で支持する1つまたは複数の突起部とを有し、
    前記突起部の高さH[mm]は、下記の式(1)、式(2)
    を満たし、
    Figure 0006436674
    ここで、
    ΔT[℃]は、接着剤硬化温度と低温側環境温度との差、
    α[1/℃]は、ハブの線膨張係数、
    0A[mm]は、接着領域内の最大距離、
    0T[mm]は、突起部間の最小距離、
    0TV[mm]は、距離L0Tに垂直な直線の接着領域内での距離、
    [mm]は、グレーティング板の厚さ、
    [MPa]は、グレーティング板の縦弾性係数、
    α[1/℃]は、グレーティング板の線膨張係数、
    [mm]は、接着剤層とグレーティング板の下面との接着面積、
    [MPa]は、接着剤層の縦弾性係数、
    [MPa]は、接着剤層の横弾性係数、
    α[1/℃]は、接着剤層の線膨張係数、
    σ[MPa]は、接着剤の引張強度であり、
    更に、以下の式(1)’:
    Figure 0006436674
    を満たすことを特徴とする
    光学式エンコーダ。
  2. 前記1つまたは複数の突起部は、前記接着面の外周部の少なくとも一部を覆う壁状の突起部を含むことを特徴とする、
    請求項に記載の光学式エンコーダ。
  3. 前記接着面は、前記座部の底面より上方に位置することを特徴とする、
    請求項1又は2に記載の光学式エンコーダ。
  4. 前記弾性接着剤層は、ウレタン系接着剤からなることを特徴とする、
    請求項1〜のいずれか1項に記載の光学式エンコーダ。
  5. グレーティング板の厚さは、1.5[mm]以下であることを特徴とする、
    請求項1〜のいずれか1項に記載の光学式エンコーダ。
  6. 一定の角度範囲内で回転する回転体の回転を検出する光学式エンコーダであって、
    中空の本体部および該本体部から半径方向に延出した座部を有するハブと、
    前記座部に弾性接着剤層を介して接着されたグレーティング板と、
    前記グレーティング板に対して光を照射する投光部と、
    前記グレーティング板からの光を受光する受光部とを備え、
    前記座部は、前記弾性接着剤層が設けられた接着面と、該接着面の外周部の上に設けられて前記グレーティング板を3点以上の点で支持する1つまたは複数の突起部とを有することを特徴とする
    光学式エンコーダを製造する方法であって、
    前記接着面の上に弾性接着剤を塗布する工程と、
    前記1つまたは複数の突起部に対してグレーティング板を押し付ける工程と、
    前記弾性接着剤を硬化させて弾性接着剤層を形成する工程とを含み、
    前記1つまたは複数の突起部の高さH[mm]は、弾性接着剤の硬化温度と低温側環境温度との差ΔT[℃]に応じて変化する、前記弾性接着剤層に作用する引張応力およびせん断応力が、予め測定された引張り接着強さσ[MPa]およびせん断接着強さτ[MPa]よりそれぞれ小さくなる範囲内の値であることを特徴とする
    光学式エンコーダの製造方法。
  7. 前記1つまたは複数の突起部の高さH[mm]は、下記の式(1)、式(2)
    を満たし、
    Figure 0006436674
    ここで、
    ΔT[℃]は、接着剤硬化温度と低温側環境温度との差、
    α[1/℃]は、ハブの線膨張係数、
    0A[mm]は、接着領域内の最大距離、
    0T[mm]は、突起部間の最小距離、
    0TV[mm]は、距離L0Tに垂直な直線の接着領域内での距離、
    [mm]は、グレーティング板の厚さ、
    [MPa]は、グレーティング板の縦弾性係数、
    α[1/℃]は、グレーティング板の線膨張係数、
    [mm]は、接着剤層とグレーティング板の下面との接着面積、
    [MPa]は、接着剤層の縦弾性係数、
    [MPa]は、接着剤層の横弾性係数、
    α[1/℃]は、接着剤層の線膨張係数、
    σ[MPa]は、接着剤の引張強度であることを特徴とする、
    請求項に記載の光学式エンコーダの製造方法。
  8. 更に、以下の式(1)’:
    Figure 0006436674
    を満たすことを特徴とする請求項に記載の光学式エンコーダの製造方法。
  9. 前記座部は、前記接着面に対して垂直な方向に立設された位置決め基準面を有し、
    前記1つまたは複数の突起部に対してグレーティング板を押し付ける工程では、前記グレーティング板の端面を位置決め基準面に押し当てた状態でグレーティング板を押し付けることを特徴とする、
    請求項6〜8のいずれか1項に記載の光学式エンコーダの製造方法。
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