JP7319130B2 - 回転動作検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばロータリエンコーダのように、シャフトに連結される回転板の回転動作に応じた信号を出力する回転動作検出装置に関する。

特許文献１には、シャフトに連結される回転板の回転動作に応じた信号を出力する回転動作検出装置（ロータリエンコーダ）が示される。この回転動作検出装置においては、スリットを有する回転板にボスが固定され、ボスにモータの出力軸または出力軸に連結される回転軸等のシャフトが嵌められる。

国際公開第２０１０／１１９５１３号

回転板に対してボスが接着剤で固定される場合、接着剤の厚みが不均一であると、ボスの軸線に対して回転板の軸線が傾斜する。その結果、シャフトの軸線に対して回転板の軸線が傾斜することになる。すると、回転板の外周部の高さが不均一となるため、回転板の回転時に面ぶれが発生する。特に、小型のロータリエンコーダは、回転板の面ぶれが発生しやすい。面ぶれはロータリエンコーダの精度に悪影響を及ぼす。

そこで、本発明は、面ぶれを抑制することができる回転動作検出装置を提供することを目的とする。

本発明の態様は、シャフトに連結される回転板の回転動作に応じた信号を出力する回転動作検出装置であって、前記シャフトにボスが固定され、前記ボスが前記回転板の片面に固定され、前記ボスと前記シャフトのうち、一方は孔を有する孔部材であり、他方は前記孔に挿入される挿入部材であり、前記シャフトが前記ボスに規制されることなく前記回転板に対して垂直になるように、前記孔部材の内周が前記挿入部材の外周よりも大きく形成される。

本発明によれば、シャフトがボスに規制されることなく回転板に対して垂直になるため、回転板の面ぶれを抑制することができる。

第１実施形態の回転動作検出装置の構成を示す図である。 第１実施形態の具体例１の構成を軸線と平行する断面で示す図である。 第１実施形態の具体例１の別形態を軸線と平行する断面で示す図である。 第１実施形態の具体例２の構成を軸線と直交する断面で示す図である。 第１実施形態の具体例３の構成を軸線と平行する断面で示す図である。 第１実施形態の具体例４の構成を軸線と平行する断面で示す図である。 第１実施形態の具体例５の構成を軸線と平行する断面で示す図である。 第２実施形態の具体例６の構成を軸線と平行する断面で示す図である。 第２実施形態の具体例７の構成を軸線と直交する断面で示す図である。 第２実施形態の具体例８の構成を軸線と平行する断面で示す図である。 第２実施形態の具体例９の構成を軸線と平行する断面で示す図である。 第２実施形態の具体例１０の構成を軸線と平行する断面で示す図である。

本発明に係る回転動作検出装置について、好適な実施形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

［１．第１実施形態］
［１．１．回転動作検出装置１０］

図１、図２を用いて回転動作検出装置１０の基本的な構成を説明する。回転動作検出装置１０は、回転板１２と、ボス１４と、シャフト１６と、発光器１８と、受光器２０と、を有する。第１実施形態において、ボス１４は、孔４２を有する孔部材４０であり、シャフト１６は、孔４２に挿入される挿入部材５２である。

回転板１２は、ガラス、樹脂または金属で形成される。回転板１２は、円板形状であり、周方向に沿って等間隔で並ぶ複数のスリット２２を有する。図１は１つのスリット２２のみを示す。ボス１４は、樹脂または金属で形成される。ボス１４は、軸線方向の一方に孔４２の開口を有し、軸線方向の他方に接着面２８を有する。孔４２は、有底であってもよいし、ボス１４の軸線方向の一方から他方に貫通していてもよい。ボス１４の接着面２８は、回転板１２の片面２４に接着剤３０で固定される。シャフト１６は、金属で形成される。シャフト１６の一端部は、ボス１４の孔４２に挿入される。シャフト１６は、回転動作の検出対象自体（例えばモータ等の出力軸）であってもよいし、カップリング等を介して検出対象に連結される回転軸であってもよい。シャフト１６は、回転板１２に対して垂直であり、かつ、回転板１２の軸線Ａ１とシャフト１６の軸線Ａ３は互いに一致する。ボス１４とシャフト１６は、互いに固定部材（下記［１．２］参照）によって固定される。

発光器１８は、ＬＥＤ等の発光素子を有する。受光器２０は、フォトダイオード等の受光素子を有する。発光器１８と受光器２０は、回転板１２を挟んで互いに対向する。

シャフト１６がモータ等の出力軸である場合、シャフト１６を除く各部材により中空軸タイプのロータリエンコーダが構成される。一方、シャフト１６がカップリング等を介してモータ等の出力軸に連結される場合、回転動作検出装置１０は軸タイプのロータリエンコーダである。

回転動作検出装置１０の動作を説明する。モータ等の回転軸（シャフト１６）の回転動作に伴い、回転板１２は軸線Ａ１、Ａ３を中心にして回転する。すると、発光器１８と受光器２０との間を複数のスリット２２が順次通過する。発光器１８から放出される光は、発光器１８と受光器２０とスリット２２が同一直線上に並んだときにスリット２２を通過して受光器２０で受光される。一方、発光器１８から放出される光は、発光器１８と受光器２０とスリット２２が同一直線上に並んでいないときに回転板１２で遮られる。受光器２０は、光を受光するときにオン信号を出力し、光を受光しないときにオフ信号を出力する。

［１．２．ボス１４（孔部材４０）とシャフト１６（挿入部材５２）の固定構造］
図２～図７に示される具体例１～５を用いて、ボス１４とシャフト１６の固定構造を説明する。具体例１～５において、ボス１４の孔４２の内周形状とシャフト１６の外周形状は、共に略円形状である。シャフト１６がボス１４に規制されることなく回転板１２に対して垂直になるように、ボス１４の孔４２の内径Ｒ２はシャフト１６の外径Ｒ１よりも大きく形成される。外径Ｒ２が内径Ｒ１よりも大きいため、シャフト１６が孔４２に挿入されてボス１４に固定される前に、回転板１２に対するシャフト１６の角度を調整することができる。

［１．２．１．具体例１］
図２、図３を用いて、固定部材として熱硬化性樹脂３２を使用する具体例１を説明する。ボス１４の孔４２の内径Ｒ２がシャフト１６の外径Ｒ１よりも大きいため、孔４２にシャフト１６が挿入されると、ボス１４の内周面４４とシャフト１６の外周面５４の間には空間が形成される。具体例１において、ボス１４の孔４２にシャフト１６が挿入された状態で、ボス１４とシャフト１６の間の空間には熱硬化性樹脂３２、例えばエポキシ樹脂等が充填される。熱硬化性樹脂３２は、ボス１４の外周側から内周側に貫通する樹脂注入口４８から孔４２の内部に注入される。

熱硬化性樹脂３２は、ボス１４の内周面４４とシャフト１６の外周面５４を孔４２の深さ方向に沿って接触させることなく、ボス１４とシャフト１６を互いに固定する。より具体的には、熱硬化性樹脂３２は、ボス１４の内周面４４とシャフト１６の外周面５４を接触させることなく、ボス１４とシャフト１６を互いに固定する。但し、熱硬化性樹脂３２は、ボス１４の内周面４４とシャフト１６の外周面５４を点接触、または、ボス１４の内周面４４の周方向に沿って線接触させて、ボス１４とシャフト１６を互いに固定してもよい。

図２、図３に示されるように、回転板１２とボス１４とシャフト１６が固定された状態で、シャフト１６は、回転板１２に対して垂直である。この状態で、回転板１２の軸線Ａ１とシャフト１６の軸線Ａ３は互いに一致する。図２に示されるように、接着剤３０の厚みが一定である場合、ボス１４の軸線Ａ２は、回転板１２の軸線Ａ１およびシャフト１６の軸線Ａ３と一致する。一方、図３に示されるように、接着剤３０の厚みが一定でない場合、ボス１４の軸線Ａ２は、回転板１２の軸線Ａ１およびシャフト１６の軸線Ａ３に対して傾く。

仮に、ボス１４の内周面４４とシャフト１６の外周面５４が孔４２の深さ方向に沿って接触する場合、シャフト１６の軸線Ａ３は、ボス１４の軸線Ａ２と一致または平行する。接着剤３０の厚みが一定でなく、ボス１４の軸線Ａ２が回転板１２の軸線Ａ１に対して傾く場合、シャフト１６の軸線Ａ３も回転板１２の軸線Ａ１に対して傾く。この場合、シャフト１６の回転に伴い回転板１２が回転する際に、面ぶれが大きくなる。対して、図２、図３に示される具体例１の場合、回転板１２の軸線Ａ１とシャフト１６の軸線Ａ３が互いに一致する。このため、シャフト１６の回転に伴い回転板１２が回転する際に、面ぶれは抑制される。以下で示される各具体例も同様の効果を奏する。

［１．２．２．具体例２］
図４を用いて、固定部材として３以上のねじ３４を使用する具体例２を説明する。ねじ３４はピンであってもよい。具体例２において、ボス１４の孔４２にシャフト１６が挿入された状態で、ボス１４の外周側から内周側に向かって３方から３本のねじ３４が刺し通される。３本のねじ３４は、同一の高さ位置に配置される。個々のねじ３４の先端はシャフト１６の外周面５４に形成される平面部５８に当接する。このように、シャフト１６は３点で支持される。なお、シャフト１６の外周面５４に平面部５８が形成されていなくてもよい。

具体例１と同様に、ねじ３４は、ボス１４の内周面４４とシャフト１６の外周面５４を孔４２の深さ方向に沿って接触させることなく、ボス１４とシャフト１６を互いに固定する。より具体的には、ねじ３４は、ボス１４の内周面４４とシャフト１６の外周面５４を、互いに接触させることなく、ボス１４とシャフト１６を互いに固定する。但し、ねじ３４は、ボス１４の内周面４４とシャフト１６の外周面５４を、互いに点接触、または、ボス１４の内周面４４の周方向に沿って線接触させて、ボス１４とシャフト１６を互いに固定してもよい。

［１．２．３．具体例３］
図５を用いて、具体例３を説明する。具体例３は、具体例１の変形例である。具体例３の基本的な構造は、具体例１の構造と同じである。以下では、具体例３のうち、具体例１と異なる箇所を説明する。具体例３の回転動作検出装置１０は、ボス１４の孔４２の底に位置する底面５０と、底面５０と対向する挿入部材５２（シャフト１６）の端面５６と、の間に介在する球体６０を有する。球体６０は、位置決め部材である。

ボス１４の底面５０の中心には、深さ方向の長さが球体６０の半径よりも短く、開口の直径が球体６０の直径よりも短い窪みが形成される。この窪みを第１凹部６２と称する。第１凹部６２は、円形状または球形状である。同様に、シャフト１６の端面５６の中心には、深さ方向の長さが球体６０の半径よりも短く、開口の直径が球体６０の直径よりも短い窪みが形成される。この窪みを第２凹部６４と称する。第２凹部６４は、円形状または球形状である。

回転板１２に対してボス１４が固定される際に、第１凹部６２は回転板１２の軸線Ａ１上に配置される。シャフト１６がボス１４に固定される前に、球体６０の一部は第１凹部６２に嵌められ、球体６０の他部は第２凹部６４に嵌められる。球体６０が第１凹部６２と第２凹部６４に嵌められた状態で、ボス１４の底面５０とシャフト１６の端面５６の間には隙間ができる。このため、シャフト１６は、ボス１４に対して球体６０を中心に揺動自在である。この状態で、回転板１２に対するシャフト１６の傾斜角度を適宜調整することにより、回転板１２の軸線Ａ１とシャフト１６の軸線Ａ３の心出しが行われる。更に、回転板１２の軸線Ａ１とシャフト１６の軸線Ａ３とが垂直にされる。その後、シャフト１６とボス１４の間に熱硬化性樹脂３２が充填され、シャフト１６とボス１４が互いに固定される。

［１．２．４．具体例４］
図６を用いて、具体例４を説明する。具体例４は、具体例１、３の変形例である。具体例３では、ボス１４の底面５０に第１凹部６２が形成され、第１凹部６２に球体６０が嵌められる。これに代わり、具体例４では、ボス１４の底面５０の中心に突起が形成される。この突起を凸部６６と称する。凸部６６の高さは、シャフト１６に形成される第２凹部６４の深さよりも長い。また、具体例４で第２凹部６４はすり鉢形状である。なお、図６では凸部６６と第２凹部６４とが離れて示されるが、実際には両者は互いに当接する。

凸部６６が第２凹部６４に当接した状態で、ボス１４の底面５０とシャフト１６の端面５６の間には隙間ができる。このため、シャフト１６は、ボス１４に対して凸部６６と第２凹部６４の当接箇所を中心にして揺動自在である。この状態で、回転板１２に対するシャフト１６の傾斜角度を適宜調整することにより、回転板１２の軸線Ａ１とシャフト１６の軸線Ａ３の心出しが行われる。更に、回転板１２の軸線Ａ１とシャフト１６の軸線Ａ３とが垂直にされる。その後、シャフト１６とボス１４の間に熱硬化性樹脂３２が充填され、シャフト１６とボス１４が互いに固定される。

［１．２．５．具体例５］
図７を用いて、具体例５を説明する。具体例５は、具体例１、３、４の変形例である。上述した具体例４では、ボス１４の底面５０の中心に突起（凸部６６）が形成され、シャフト１６の端面５６の中心に窪み（第２凹部６４）が形成される。これに代わり、具体例５のように、ボス１４の底面５０の中心に窪み（第１凹部６２）が形成され、シャフト１６の端面５６の中心に突起（凸部６６）が形成されてもよい。なお、図７では凸部６６と第１凹部６２とが離れて示されるが、実際には両者は互いに当接する。

［１．２．６．他の例］
具体例３～５は、具体例１の変形例に相当する。しかし、具体例３～５は、固定部材をねじ３４とする具体例２に対しても適用することができる。

［２．第２実施形態］
第１実施形態の回転動作検出装置１０では、ボス１４が孔部材４０であり、シャフト１６が挿入部材５２である。一方、図８～図１２に示される回転動作検出装置１０のように、シャフト１６が孔４２を有する孔部材４０であり、ボス１４が孔４２に挿入される挿入部材５２であってもよい。

第１実施形態の各具体例１～５は、第２実施形態にも適用することができる。その一例が図８～図１２に示される。図８に示される具体例６は、図２に示される第１実施形態の具体例１に対応する。図９に示される具体例７は、図４に示される第１実施形態の具体例２に対応する。図１０に示される具体例８は、図５に示される第１実施形態の具体例３に対応する。図１１に示される具体例９は、図６に示される第１実施形態の具体例４に対応する。図１２に示される具体例１０は、図７に示される第１実施形態の具体例５に対応する。

具体例６～１０は、孔部材４０がシャフト１６であり、挿入部材５２がボス１４である点を除き、具体例１～５と同じである。そのため、各構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

［３．実施形態から得られる発明］
上記実施形態および変形例から把握しうる発明について、以下に記載する。

本発明の態様は、シャフト１６に連結される回転板１２の回転動作に応じた信号を出力する回転動作検出装置１０であって、シャフト１６にボス１４が固定され、ボス１４が回転板１２の片面２４に固定され、ボス１４とシャフト１６のうち、一方は孔４２を有する孔部材４０であり、他方は孔４２に挿入される挿入部材５２であり、シャフト１６がボス１４に規制されることなく回転板１２に対して垂直になるように、孔部材４０の内周（内径Ｒ２）が挿入部材５２の外周（外径Ｒ１）よりも大きく形成される。

上記構成によれば、孔部材４０の内周、例えばボス１４の内径Ｒ２が、挿入部材５２の外周、例えばシャフト１６の外径Ｒ１よりも大きく形成される。このため、挿入部材５２（例えばシャフト１６）が孔４２に挿入されて孔部材４０（例えばボス１４）に固定される前に、回転板１２に対するシャフト１６の角度を調整することができる。このような構造により、仮に、回転板１２に対してボス１４が傾いて固定されたとしても、シャフト１６は、ボス１４の傾きの影響を受けることなく回転板１２に対して垂直になる。このように、上記構成によれば、シャフト１６がボス１４に規制されることなく回転板１２に対して垂直になるため、回転板１２の面ぶれを抑制することができる。

本発明の態様において、孔部材４０（例えばボス１４）の内周面４４と挿入部材５２（例えばシャフト１６）の外周面５４を孔４２の深さ方向に沿って接触させることなく、孔部材４０と挿入部材５２を互いに固定する固定部材（熱硬化性樹脂３２、ねじ３４）を有してもよい。

上記構成によれば、孔部材４０（例えばボス１４）の内周面４４と挿入部材５２（例えばシャフト１６）の外周面５４が孔４２の深さ方向に沿って接触しないため、回転板１２に対するボス１４の傾きとシャフト１６の傾きをそれぞれ独立して調整することができる。このような構造により、仮に、回転板１２に対してボス１４が傾いて固定されたとしても、シャフト１６は、ボス１４の傾きの影響を受けることなく回転板１２に対して垂直になる。従って、回転板１２の面ぶれは抑制される。

本発明の態様において、固定部材（熱硬化性樹脂３２、ねじ３４）は、孔部材４０（例えばボス１４）の内周面４４と挿入部材５２（例えばシャフト１６）の外周面５４を接触させることなく、孔部材４０と挿入部材５２を互いに固定してもよい。

上記構成によれば、孔部材４０（例えばボス１４）の内周面４４と挿入部材５２（例えばシャフト１６）の外周面５４が接触しないため、回転板１２に対するボス１４の傾きとシャフト１６の傾きをそれぞれ独立して調整することができる。このような構造により、仮に、回転板１２に対してボス１４が傾いて固定されたとしても、シャフト１６は、ボス１４の傾きの影響を受けることなく回転板１２に対して垂直になる。従って、回転板１２の面ぶれは抑制される。

本発明の態様において、固定部材は、孔部材４０（例えばボス１４）と挿入部材５２（例えばシャフト１６）の間の空間に充填される熱硬化性樹脂３２であってもよい。

本発明の態様において、固定部材は、孔部材４０（例えばボス１４）の外周側から内周側に向かって刺し通されて挿入部材５２（例えばシャフト１６）の外周面５４（平面部５８）に当接するねじ３４またはピンであってもよい。

本発明の態様において、孔４２の底に位置する底面５０と底面５０と対向する挿入部材５２（例えばシャフト１６）の端面５６との間に介在する位置決め部材（球体６０）を有し、位置決め部材（球体６０）が底面５０の第１部位（例えば第１凹部６２）および端面５６の第２部位（例えば第２凹部６４）に当接し、回転板１２とシャフト１６の互いの軸線（軸線Ａ１、Ａ３）が一致してもよい。

本発明の態様において、位置決め部材は球体６０であり、底面５０の第１部位に球体６０が嵌る第１凹部６２が形成され、端面５６の第２部位に球体６０が嵌る第２凹部６４が形成されてもよい。

上記構成によれば、孔部材４０（例えばボス１４）と挿入部材５２（例えばシャフト１６）が互いに揺動自在である。球体６０が回転板１２の軸線Ａ１およびシャフト１６の軸線Ａ３に位置するように第１凹部６２および第２凹部６４が配置されていれば、球体６０を中心にしてシャフト１６を揺動させることによって回転板１２とシャフト１６の心出しをすることができる。

本発明の態様において、孔４２の底に位置する底面５０と底面５０と対向する挿入部材５２（例えばシャフト１６）の端面５６のうち、一方は凹部（第１凹部６２、第２凹部６４）を有し、他方は凸部６６を有し、凹部（第１凹部６２、第２凹部６４）と凸部６６とが互いに当接し、回転板１２とシャフト１６の互いの軸線（軸線Ａ１、Ａ３）が一致してもよい。

上記構成によれば、孔部材４０（例えばボス１４）と挿入部材５２（例えばシャフト１６）が互いに揺動自在である。凹部（第１凹部６２、第２凹部６４）と凸部６６が回転板１２の軸線Ａ１およびシャフト１６の軸線Ａ３に配置されていれば、凸部６６を中心にしてシャフト１６を揺動させることによって回転板１２とシャフト１６の心出しをすることができる。

なお、本発明に係る回転動作検出装置は、上述の実施形態および変形例に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…回転動作検出装置 １２…回転板
１４…ボス １６…シャフト
３２…熱硬化性樹脂（固定部材） ３４…ねじ（固定部材）
４０…孔部材 ４２…孔
４４…内周面 ５０…底面
５２…挿入部材 ５４…外周面
５６…端面 ６０…球体
６２…第１凹部（第１部位、凹部） ６４…第２凹部（第２部位、凹部）
６６…凸部

Claims (9)

1. シャフトに連結される回転板の回転動作に応じた信号を出力する回転動作検出装置であって、
   前記シャフトにボスが固定され、
   前記ボスが前記回転板の片面に接着剤で固定され、
   前記ボスと前記シャフトのうち、一方は孔を有する孔部材であり、他方は前記孔に挿入される挿入部材であり、
   前記接着剤の厚みが一定であるか否かにかかわらず、前記回転板の軸線と前記シャフトの軸線が互いに一致するように、且つ、前記シャフトが前記ボスに規制されることなく前記回転板に対して垂直になるように、前記孔部材の内周が前記挿入部材の外周よりも大きく形成される、回転動作検出装置。
2. 請求項１に記載の回転動作検出装置であって、
   前記孔部材の内周面と前記挿入部材の外周面を前記孔の深さ方向に沿って接触させることなく、前記孔部材と前記挿入部材を互いに固定する固定部材を有する、回転動作検出装置。
3. 請求項２に記載の回転動作検出装置であって、
   前記固定部材は、前記孔部材の前記内周面と前記挿入部材の前記外周面を接触させることなく、前記孔部材と前記挿入部材を互いに固定する、回転動作検出装置。
4. 請求項２または３に記載の回転動作検出装置であって、
   前記固定部材は、前記孔部材と前記挿入部材の間の空間に充填される熱硬化性樹脂である、回転動作検出装置。
5. 請求項２または３に記載の回転動作検出装置であって、
   前記固定部材は、前記孔部材の外周側から内周側に向かって刺し通されて前記挿入部材の前記外周面に当接するねじまたはピンである、回転動作検出装置。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の回転動作検出装置であって、
   前記孔の底に位置する底面と前記底面と対向する前記挿入部材の端面との間に介在する位置決め部材を有し、
   前記位置決め部材が前記底面の第１部位および前記端面の第２部位に当接し、前記回転板と前記シャフトの互いの軸線が一致する、回転動作検出装置。
7. 請求項６に記載の回転動作検出装置であって、
   前記位置決め部材は球体であり、
   前記底面の前記第１部位に前記球体が嵌る第１凹部が形成され、前記端面の前記第２部位に前記球体が嵌る第２凹部が形成される、回転動作検出装置。
8. 請求項１～５のいずれか１項に記載の回転動作検出装置であって、
   前記孔の底に位置する底面と前記底面と対向する前記挿入部材の端面のうち、一方は凹部を有し、他方は凸部を有し、
   前記凹部と前記凸部とが互いに当接し、前記回転板と前記シャフトの互いの軸線が一致する、回転動作検出装置。
9. 請求項１に記載の回転動作検出装置であって、
   前記シャフトの端部と前記回転板の前記片面との間に前記ボスの接着面が配され、
   前記ボスの前記接着面と前記回転板の前記片面との間に前記接着剤が介在する、回転動作検出装置。

Images