JPH04236184A - 回転量の制御可能なモーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、回転量の制御可能な
モーターに関する。この明細書において「回転量」とは
モーター軸の回転位置や回転角、あるいは回転速度、回
転加速度等を意味する。

【０００２】

【従来の技術】近来、モーターは動力源としてのみなら
ず位置や速度を高精度に制御するのにも用いられるよう
になってきている。このような用途のためにはモーター
軸の回転量を高精度に制御する必要がある。

【０００３】モーター軸の回転量を制御する方法として
は、モーター回転軸にスケールをカップリング部材を用
いて装着し、モーター軸の回転に伴うスケールの回転量
を光学的もしくは磁気的に検出して回転量制御用の信号
を得る方法が従来から行われている。

【０００４】上記の方法の場合、カップリング部材とモ
ーター軸との間に、僅かな「ガタ」が当初から存在した
り、あるいは温度変化や振動・衝撃の影響で経時的にガ
タが発生しやすく、このようなガタが存在するとモータ
ー軸の回転とスケールの回転が厳密には一致しなくなり
正確な回転量を検出することができない。

【０００５】また従来の光学的もしくは磁気的な回転量
検出の場合、センサーとスケールとの相対的な位置関係
を極めて高精度に設定する必要があり、振動や衝撃によ
り上記位置関係にくるいが生ずると回転量検出の精度が
落ちるという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、モーター軸の回転量
を正確に制御でき、振動や衝撃の影響も受け難い新規な
モーターの提供を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の「回転量を制
御できるモーター」はモータ軸の回転位置や回転角、回
転速度や回転加速度といった回転量を制御できるモータ
ーである。

【０００８】このモーターはモーター本体と、検出装置
と、メモリと、制御手段とを有し、これらをユニット化
してなる。

【０００９】「モーター本体」は、モーター軸を囲繞す
るように格子パターンが一体化されたモーター軸を有す
る。「検出装置」は点状光源もしくは線状光源と光セン
サーとを有し、モーター軸の回転量を検出する。「点状
光源もしくは線状光源」は、格子パターンに光を照射し
、反射光束により上記格子パターンに対応する影絵パタ
ーンを発生させるため光源である。「光センサー」は、
モーター軸の回転に伴う上記影絵パターンの変位を検出
する。「メモリ」は、モーター軸の回転量に関する外部
からの指令信号を記憶する。「制御手段」は、検出装置
の出力とメモリの記憶内容との比較に基づいて、モータ
ー軸の回転量を上記指令信号通りに制御する。

【００１０】「格子パターン」は、これをモーター軸に
直接形成しても良いし（請求項２）あるいは「射出成形
によりモーター軸と一体化された円錐状のプラスチック
製格子形成部材」の周面に形成しても良く（請求項３）
、あるいは「射出成形によりモーター軸と一体化された
円筒状のプラスチック製格子形成部材」の周面に形成し
ても良い（請求項４）。

【００１１】

【作用】この発明のモーターの特徴の一端はモーター軸
の回転量を検出するのに「影絵パターン」を利用する点
にある。そこで、以下に簡単に影絵パターンに就いて説
明する。なお、影絵パターンに関する詳細な開示は特開
昭６３−４７６１６号公報、特開平１−２９７５１３号
公報にある。

【００１２】図４に於いて符号１０は線状光源、符号１
２は格子パターン、符号１４はスクリーンを示している
。格子パターンは透過率変化もしくは反射率変化が１方
向に単周期的に繰り返されたものであるが、図４に示す
格子パターン１２は図の上下方向に透過率変化が単周期
的に繰り返されたものである。格子パターンに関して、
透過率変化もしくは反射率変化が「単周期的に繰り返さ
れる方向」を「格子配列方向」と呼ぶ。図４では図の上
下方向が格子パターン１２の格子配列方向である。

【００１３】格子パターン１２は格子ピッチ、即ち格子
配列方向における透過率変化の周期としてξを持つ。線
状光源１０は、格子パターン１２の格子配列方向に長さ
ｄを有する。線状光源としては例えば、ＡｌＧａＡｓや
ＧａＡｓ等の半導体レーザーの発光部を格子配列方向と
平行にしたものが好適であるが、この例では発光部が直
径ｄを持つ円形状のものである。

【００１４】線状光源１０からの光束を格子パターン１
２に照射すると、格子パターン１２の各被照射部から回
折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５等が発生する。そし
て、これら回折光同志が干渉する領域には符号２０で示
すような干渉縞が現れる。

【００１５】線状光源１０の長さｄと格子パターン１２
の格子ピッチξが、 （１／１０）≦（ｄ／ξ）≦４　　　　（１）なる条件
を満足するとき上記干渉縞２０を「影絵パターン」と呼
ぶ。この影絵パターンは、恰も線状光源１０の位置に理
想的な点光源を置き、格子パターン１２を幾何光学的な
影絵として拡大したかのように発生する。

【００１６】即ち線状光源１０と格子パターン１２の距
離及び格子パターン１２とスクリーン１４の距離を、そ
れぞれ図のようにｂ１，ｂ２とすると、影絵パターン２
０は格子パターン１２を格子配列方向に｛（ｂ１＋ｂ２
）／ｂ１｝倍に拡大したものとなる。しかも線状光源１
０を固定して格子パターン１２をその格子配列方向に移
動させると影絵パターン２０も格子パターン１２と影絵
関係を保ったまま格子パターン１２と同方向に変位する
。

【００１７】従って、格子パターンの移動量Ｄを影絵パ
ターン２０により｛（ｂ１＋ｂ２）／ｂ１｝Ｄに拡大す
ることができ、影絵パターンを利用すると格子パターン
自体の極めて微小な変位を高精度に測定できる。

【００１８】線状光源１０の、図４の図面に直交する方
向の寸法は特に制限がない。また線状光源から格子パタ
ーンに照射する光はコヒーレント光が理想的であるが、
ＬＥＤのような光源からのインコヒーレントな光束でも
、図５に示すような長さｄを持つスリット（同図（ａ）
）や、長径もしくは短径がｄであるような楕円状開口を
持つアパーチュア（ｂ）、あるいは直径がｄであるよう
な円形の開口を持つアパーチュア（ｃ）を介して取り出
して格子パターンに照射すると、上記ｄと格子ピッチξ
との関係が上記（１）を満足すれば影絵パターンを発生
させることができる。

【００１９】上には、線状光源からの光によって影絵パ
ターンを発生させる場合を説明したが、前述の特開昭６
３−４７６１６号公報に詳細に開示されているように、
点状光源（半導体レーザーの発光部の短手方向を格子パ
ターンの格子配列方向と対応させることにより実現でき
る）からの発散性のコヒーレント光を格子パターンに照
射しても影絵パターンを発生させることができる。

【００２０】この発明では、このような影絵パターンを
利用してモーター軸の回転量を検出するのである。影絵
パターンを発生させるための格子パターンはモーター軸
自体と一体化されるから、格子パターンの回転量は厳密
にモーター軸自体の回転量に等しい。そして格子パター
ンの回転は影絵パターンにより拡大される。

【００２１】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。図１は、
本発明の１実施例を要部のみ示している。

【００２２】モーター本体１は、駆動コイル１Ａと、磁
石を固定的に設けられたモーター軸１Ｂとにより構成さ
れ、モーター軸１Ｂはハウジング４に設けられた軸受４
Ａ，４Ｂ間に支持されている。駆動コイル１Ａは制御回
路７により制御されるようになっている。

【００２３】この実施例においては、モーター軸１Ｂ上
に直接格子パターン２が形成されている。即ち、格子パ
ターン２はモーター軸１Ｂの一部に、モーター軸周面の
最大曲率方向を格子配列方向としてモーター軸１Ｂを囲
繞するように形成され上記周面の反射率を格子配列ピッ
チで周期的に変化させている。

【００２４】この格子パターン２に線状光源からコヒー
レントな光束を照射すると、上に説明した如き影絵パタ
ーンが発生し、モーター軸１Ｂの回転とともに回転的に
変位する。

【００２５】符号３Ａは、半導体レーザーにより実現さ
れた線状光源（半導体レーザーを、その発光部の長手方
向が格子配列方向に対応するように配設したもの）と光
センサーとを一体化した光カップリング装置であり、符
号３Ｂは光カップリング装置の光センサーからの出力を
デジタル信号化して回転量を演算する演算回路を示して
いる。光カップリング装置３Ａと演算回路３Ｂとは検出
装置３を構成する。

【００２６】符号６で示すメモリには外部から回転量に
関する指令信号が入力され、この指令信号の内容がメモ
リされる。

【００２７】メモリ６の出力と演算回路３Ｂの出力とは
ともに比較器５に入力するようになっており、比較器５
の出力は制御回路７に入力されるようになっている。比
較器５と制御回路７とは制御手段を構成する。

【００２８】モーター本体１を駆動してモーター軸１Ｂ
を回転させつつ、光カップリング装置３Ａの線状光源か
らの光を格子パターン２に照射すると、反射光束により
影絵パターンが発生し、モーター軸１Ｂの回転角速度と
同じ角速度で回転するように変位するので、この変位を
光センサーで検出し、光センサーの出力（周期的に強弱
が変化する信号となる）をカウントすればモーター軸１
Ｂがどれほど回転したかを検出できるし、この回転の量
を時間で微分する演算操作を行えば、回転速度や回転加
速度を検出することもできる。

【００２９】例えば、モーター軸の回転速度を回転量と
して制御する場合であれば、制御目標となる回転速度を
指令信号として外部からメモリ６に入力して記憶させる
。この状態でモーター本体１を駆動し、光カップリング
装置３Ａからの出力に応じて、演算回路３Ｂによりモー
ター軸１Ｂの回転速度を演算により検出し、その結果を
比較器５に入力する。

【００３０】同時にメモリ６の記憶内容を比較器５に入
力し、比較器５によりモーター軸１Ｂの検出回転速度と
比較させる。比較器５は、比較する２入力の差に応じた
信号を制御回路７に向けて出力する。

【００３１】制御回路は比較器５からの信号に応じてモ
ーター軸１Ｂの回転を加速もしくは減速し、検出装置に
より検出される回転速度がメモリ６の記憶内容に近づく
ようにする。そして両者が等しくなると比較器５は、そ
の旨の信号を発し、制御回路７はモーターの本体１の駆
動信号を保持する。

【００３２】上に説明した実施例では格子パターンをモ
ーター軸に一体化するのに、格子パターンを直接モータ
ー軸の周面に形成したが、プラスチック製格子形成部材
を用いることもできる。

【００３３】図２（ａ）は、円錐状のプラスチック製格
子形成部材を利用した例を示している。符号２Ａがプラ
スチック製格子形成部材を示す。他の部分は図１の実施
例と同様である。プラスチック製格子形成部材は図２（
ｂ）に示すように円錐状であって、モーター軸１Ｂに射
出成形により一体化され、格子パターンはプラスチック
製格子形成部材２Ａの周面に、モーター軸を囲繞するよ
うに形成されている。

【００３４】図３（ａ）は、円筒状のプラスチック製格
子形成部材を利用した例を示している。符号２Ｂがプラ
スチック製格子形成部材を示す。他の部分は図１の実施
例と同様である。プラスチック製格子形成部材は図３（
ｂ）に示すように円筒状であって、モーター軸１Ｂに射
出成形により一体化され、格子パターンはプラスチック
製格子形成部材２Ｂの周面に、モーター軸を囲繞するよ
うに形成されている。

【００３５】格子パターンの形成方法としてはフォトリ
ソグラフィやマグネティックリソグラフィを利用するこ
とができる。

【００３６】上記プラスチック製格子形成部材に格子パ
ターンを形成するのにマグネティックリソグラフィを利
用する方法を簡単に説明する。格子形成部材の型に応じ
た基体の周面に、Ｆｅ２Ｏ３やＣｏＣｒの磁化膜を数千
Åの厚さに形成し、この磁化膜に磁気ヘッドを用いて格
子のパターンを書き込んで格子パターンに対応する磁化
パターンを形成する。続いて、粒径が５０乃至２００Å
程度の酸化鉄の微粉末を界面活性剤とともに光もしくは
熱硬化性樹脂に分散させた流体を上記磁化パターンに塗
布する。酸化鉄の微粉末は磁化パターンにおける磁区の
境界部に集まって磁化パターンを顕像化するので、あと
は樹脂に光照射もしくは加熱を行って樹脂を固化させれ
ば所望の格子パターンを得ることができる。

【００３７】このようにして得られた格子パターンに金
属を蒸着し、さらにこの金属膜上に電鋳法により金属層
を積層し、しかるのちに金属層と金属膜とを一体として
基体から剥離し、母型を作る。この母型をモーター軸の
回りに金型で固定し、プラスチック材料を射出成形すれ
ば、周面に格子パターンを有しモーター軸と一体化され
たプラスチック製格子形成部材を実現できる。

【００３８】モーター軸に直接、格子パターンを形成す
る場合にも、マグネティックリソグラフィ法は有効に利
用できる。この場合には酸化膜を直接モーター軸周面に
形成してパターンの形成を行うのである。

【００３９】

【発明の効果】以上、この発明によれば新規なモーター
を提供できる。

【００４０】このモーターは、格子パターンを影絵的に
拡大した影絵パターンを利用して回転量を検出するので
モーター軸に一体化される格子パターンのピッチを極め
て細かくでき、従って高精度の回転量制御が可能である
。

【００４１】また、格子パターンはモーター軸と一体化
されているので格子パターンの回転とモーター軸の回転
にずれが生じる余地がない。さらに、モーター内部に回
路が組み込まれるので、従来問題となっていたモーター
本体と制御部とを結ぶリード配線からのノイズの侵入が
無く、安定した制御が可能であり信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の１実施例を説明するための図である。

【図２】変形例を説明するための図である。

【図３】別の変形例を説明するための図である。

【図４】影絵パターンを説明するための図である。

【図５】インコヒーレント光源からの光により影絵パタ
ーンを発生させるためのスリット，アパーチュアを説明
するための図である。

【符号の説明】

１　　　　　　モーター本体 １Ａ　　　　駆動コイル １Ｂ　　　　モーター軸 ２　　　　　　格子パターン ３　　　　　　検出装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モーター軸を囲繞するように格子パターン
   が一体化されたモーター軸を有するモーター本体と、上
   記格子パターンに光を照射し、反射光束により上記格子
   パターンに対応する影絵パターンを発生させるための点
   状光源もしくは線状光源と、モーター軸の回転に伴う上
   記影絵パターンの変位を検出するための光センサーとを
   有し、モーター軸の回転量を検出する検出装置と、モー
   ター軸の回転量に関する外部からの指令信号を記憶する
   メモリと、上記検出装置の出力と上記メモリの記憶内容
   との比較に基づいて、モーター軸の回転量を上記指令信
   号通りに制御する制御手段とを有し、上記モーター本体
   と検出装置とメモリと制御手段とをユニット化したこと
   を特徴とする、回転量の制御可能なモーター。
2. 【請求項２】請求項１において、格子パターンがモータ
   ー軸に直接形成されていることを特徴とする回転量の制
   御可能なモーター。
3. 【請求項３】請求項１において、格子パターンが、射出
   成形によりモーター軸と一体化された円錐状のプラスチ
   ック製格子形成部材の周面に形成されていることを特徴
   とする、回転量の制御可能なモーター。
4. 【請求項４】請求項１において、格子パターンが、射出
   成形によりモーター軸と一体化された円筒状のプラスチ
   ック製格子形成部材の周面に形成されていることを特徴
   とする、回転量の制御可能なモーター。