JPH058429U - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は光学式エンコーダに関し、その目的
は、べースと取付基板の線膨脹係数が異なる場合にも温
度変化の影響を小さくできる光学式エンコーダを提供す
ることにある。 【構成】 スリットと遮光部が交互に設けられ回転軸に
取り付けられたコード板と、該コード板の回転軸に対し
て１８０°対称な位置に配置されコード板に光を照射す
る２つの光源と、コード板を介して光源と対向するよう
にベースに取り付けられベースと異なる線膨脹係数を有
する取付基板と、該取付基板の前記コード板の回転軸に
対して１８０°対称な位置に配置されそれぞれが前記コ
ード板の裏側に生じる正弦波状照度分布を検出する２つ
の受光アレイとを備えた光学式エンコーダにおいて、前
記取付基板の前記コード板の回転軸に対して１８０°対
称な位置に、前記ベースとの温度変形の差を吸収する変
形部を設けるように構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は光学式エンコーダに関し、更に詳しくは、温度特性の向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図４〜図６を用いて、従来の光学式エンコーダを説明する。図４は光学式エン コーダの位相情報θを検出する要部を示した図、図５はフォトダイオードが４素 子の場合の出力信号を示した図、図６はコード板の構成例図である。

【０００３】 図４において、光源１から光をコード板２へ照射する。該コード板２は光を通 過させるスリット２ｂと光を遮断する遮光部２ａとが交互に配列された板である 。光源１から照射する光が散乱光であるとすれば、例えば光電変換素子のアレイ ３（以下、受光アレイ３と記す…なお光電変換素子として例えばフォトダイオー ドを用いることができる）には、図４中に示すような正弦波状に照度が分布する 光が加えられる。該受光アレイ３に照射された正弦波状照度分布波形の位相θは コード板２の位置（又は角度）に応じて定まり、コード板２が移動するとθの値 も変化する。そこで、図４では、受光アレイ３に照射された正弦波状照度分布の 位相θを検出し、該位相θをもってコード板２の位置（又は角度）の測定に代え ている。

【０００４】 受光アレイ３を構成する各フォトダイオードＨ１〜Ｈ４の出力電流Ｉ１〜Ｉ４ は、正弦波状照度分布光の強度に応じた値となる。該出力電流Ｉ１〜Ｉ４をアン プＵ１〜Ｕ４を用いて電圧に変換し、該変換電圧をスイッチ手段ＳＷ１〜ＳＷ４ を用いて角速度ωでスキャンするとサンプル値の時系列になり、図５の破線で示 す正弦波状の出力Ｖ_ＯがアンプＵ_Ｏの出力として得られる。ただし、図５の破線 で示すように滑らかな正弦波の出力を得るにはフォトダイオードの数をもっと増 やす必要がある。該図５の波形は図４の波形に相当するものであり、コード板２ の移動に伴ってその位相θがシフトするので、アンプＵ_Ｏの出力Ｖ_Ｏからコード 板２の位置または角度が求められる。

【０００５】 ところで、このように構成されるエンコーダのコード板をモータのシャフトに 取り付けるのにあたって、コード板の中心とシャフトの回転中心とを一致させる のが理想であるが、現実には図７に示すように両者の中心は異なることが多い。 図７において、Ｏ１はシャフトの回転中心、Ｏ２はコード板の中心であり、両中 心Ｏ１，Ｏ２の間には距離ｒの偏心が存在する。ＳＡは偏心がないときのスリッ トを示し、ＳＢは偏心があるときのスリットを示している。

【０００６】 このような偏心は固定配置されている受光アレイの出力信号に対してコード板 の回転角度に応じた正弦波状の変動を与えることになり、測定誤差になってしま う。高精度の測定を行うためには、偏心量を測定しなければならない。

【０００７】 このような観点から、図８のような光学式エンコーダが提案されている。図８ において、コード板２には半径の異なる３つの同心円のスリット列Ａ，Ｂ，Ｃが 設けられていて、半径の一番大きなスリット列Ａのスリット数を例えばｎ個とす ると、中間の半径のスリット列Ｂのスリット数は（ｎ−ｍ）個に設定されて半径 の一番小さなスリット列Ｃのスリット数は（ｎ−ｍ−１）個に設定され、各スリ ット列Ａ，Ｂ，Ｃを構成するスリットの配列周期もそれぞれ異なっている。ここ で、ｎとｍはｎ＝ｋｍの関係があり、ｋ，ｎ，ｍは自然数である。

【０００８】 これにより、最大半径のスリット列Ａにより３６０°をｎ等分してこの３６０ ／ｎの中（例えばｎ＝１８０であれば２°）を極めて高い分解能で測定できて他 のスリット列Ｂ，Ｃでその２°が３６０°の中のどの位置に該当するかを特定で き、コード板２のアブソリュートの角度を測定できる。

【０００９】 そして、コード板２の回転軸４０に対して１８０°対称な位置にはコード板２ に光を照射する２つの光源１，１´が配置され、コード板２の各スリット列Ａ， Ｂ，Ｃの裏側にはそれぞれ正弦波状照度分布の１周期を４等分する位置に配列さ れた４個の光電変換素子よりなる２つの受光アレイ３，３´が配置されている。

【００１０】 コード板２の偏心量は、各受光アレイ３，３´で検出される正弦波状照度分布 波形の位相データに基づいて演算されるが、本考案は偏心量の検出自体には関係 がないので偏心量の演算についての説明は省略する。

【００１１】 図９は図８の従来の具体例を示す構成図である。図９において、２０はベース であり、例えば線膨脹係数が１０．４×１０^−６のＳＵＳ４２０を用いる。該ベ ース２０の中央部分にはベアリング２１を介してコード板２の回転軸４０が取り 付けられ、該ベース２０のコード板２の回転軸４０に対して１８０°対称な位置 にはコード板２に光を照射する２つの光源１，１´が配置されている。２２は取 付基板であり、コード板２を介して光源１，１´と対向するようにベース２０の 端面に固定ネジ２３，２３´で取り付けられている。該取付基板２２としては例 えば線膨脹係数が２３×１０^−６のアルミを用いる。取付基板２２には、コード 板２の回転軸４０に対して１８０°対称な位置にそれぞれがコード板２の裏側に 生じる正弦波状照度分布の１周期を４等分するように配列された４個の光電変換 素子よりなる２つの受光アレイ３，３´が配置されている。２４は内部カバー、 ２５，２６はプリント基板であり、これらは取付基板２２の上に積層配置されて いる。

【００１２】 このような構成において、±１／１０万／回転、±１０ＰＰＭの高精度を得る ために、コード板２と受光アレイ３，３´の相対位置関係を数μｍの精度で組み 立てる。また、コード板２の取付誤差による偏心１次誤差を取り除くために、受 光アレイ３，３´も数μｍの精度で取り付ける。

【００１３】 組み立てにあたっては、まず取付基板２２に２個の受光アレイ３，３´を数μ ｍの精度で取り付け、続いて該取付基板２２をコード板２に対して数μｍの精度 になるようにベース２０に取り付ける。

【００１４】

【考案が解決しようとする課題】

このように構成されるエンコーダは、−１０〜７０℃の広い温度範囲で使用さ れることから、べース２０と取付基板２２にはそれぞれ熱による膨脹，収縮が発 生する。ここで、べース２０と取付基板２２の線膨脹係数が等しければ温度変化 に起因する位置のずれは生じないが、ベース２０として用いるＳＵＳと線膨脹係 数が等しいＳＵＳ基板やセラミック基板を取付基板２２として用いるとコストが 高くなってしまう。

【００１５】 そこで、図９に示す従来の装置では取付基板２２として比較的コストが安いア ルミを用いているが、上述のようにベース２０とは線膨脹係数が異なることから 例えば５０℃の温度変化があると受光アレイ３，３´の位置で２０μｍの位置の ずれを生じてしまい、結果としてコード板２と受光アレイ３，３´の位置関係が ずれて角度出力に誤差を生じるという問題がある。

【００１６】 本考案の目的は、べースと取付基板の線膨脹係数が異なる場合にも温度変化の 影響を小さくできる光学式エンコーダを提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記課題を解決するために、 スリットと遮光部が交互に設けられ、回転軸に取り付けられたコード板と、 該コード板の回転軸に対して１８０°対称な位置に配置され、コード板に光を 照射する２つの光源と、 コード板を介して光源と対向するようにベースに取り付けられ、ベースと異な る線膨脹係数を有する取付基板と、 該取付基板の前記コード板の回転軸に対して１８０°対称な位置に配置され、 それぞれが前記コード板の裏側に生じる正弦波状照度分布を検出する２つの受光 アレイと、 を備えた光学式エンコーダにおいて、 前記取付基板の前記コード板の回転軸に対して１８０°対称な位置に、前記ベ ースとの温度変形の差を吸収する変形部が形成されたことを特徴とするものであ る。

【００１８】

【作用】

ベースと取付基板に温度変動が生じた場合の線膨脹係数の違いによるベースと 取付基板の温度変形の差は、取付基板に形成された変形部で吸収される。

【００１９】 これにより、コード板と受光アレイ相互の位置関係は、温度変化の影響を受け ることなく一定に保たれる。

【００２０】

【実施例】

以下、図面を参照して、本考案の実施例を詳細に説明する。 図１は本考案の一実施例を示す構成図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は部分 断面図である。図１と図９の異なるところは、取付基板２２にはコード板２の回 転軸４０に対して１８０°対称な位置に温度歪みを吸収するための曲げ変形部２ ７，２７´が設けられている点である。

【００２１】 このような構成において、上述のように、ベース２０と取付基板２２は線膨脹 係数が異なるので、例えば５０℃の温度変化があると受光アレイ３，３´の位置 で２０μｍの位置のずれを生じることになるが、取付基板２２に設けられている 変形部２７，２７´は図２に示すように温度変化に応じて変形する。

【００２２】 図２において、（１）は常温状態を、（２）は温度が７０℃に上がった状態を 、（３）は温度が−１０℃に下がった状態を示している。すなわち、温度が変化 すると取付基板２２は伸縮するが、該取付基板２２の伸縮は変形部２７，２７´ で吸収されることになり、コード板２と受光アレイ３，３´の位置関係のずれは 防止されて高い角度検出精度が維持できる。

【００２３】 図３は本考案の他の実施例を示す構成図である。図３では、変形部２７，２７ ´としてスリットを形成している。このような構成においても、図２と同様に温 度変化に起因する変形の差が吸収される。

【００２４】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案によれば、次の効果が得られる。 温度変化によってベース２０と取付基板２２に変形の差が発生してもその差は 取付基板２２のコード板２の回転軸４０に対して１８０°対称な位置に形成され た変形部２７，２７´で吸収され、コード板２と受光アレイ３，３´の位置関係 のずれを防止できる。

【００２５】 従って、比較的安価な材料で形成される取付基板２２を用いて、高精度の光学 式エンコーダが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す構成図である。

【図２】図１装置の動作説明図である。

【図３】本考案の他の実施例を示す構成図である。

【図４】光学式エンコーダの位相情報θを検出する要部
を示した図である。

【図５】フォトダイオードが４素子の場合の出力信号を
示した図である。

【図６】コード板の構成例図である。

【図７】コード板偏心の説明図である。

【図８】偏心量の測定を考慮した光学式エンコーダの構
成図である。

【図９】図８の装置の従来の具体例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１，１´ 光源 ２ コード板 ３，３´ 受光アレイ ２０ ベース ２２ 取付基板 ２７，２７´ 変形部

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 スリットと遮光部が交互に設けられ、回
   転軸に取り付けられたコード板と、 該コード板の回転軸に対して１８０°対称な位置に配置
   され、コード板に光を照射する２つの光源と、 コード板を介して光源と対向するようにベースに取り付
   けられ、ベースと異なる線膨脹係数を有する取付基板
   と、 該取付基板の前記コード板の回転軸に対して１８０°対
   称な位置に配置され、それぞれが前記コード板の裏側に
   生じる正弦波状照度分布を検出する２つの受光アレイ
   と、 を備えた光学式エンコーダにおいて、 前記取付基板の前記コード板の回転軸に対して１８０°
   対称な位置に、前記ベースとの温度変形の差を吸収する
   変形部が形成されたことを特徴とする光学式エンコー
   ダ。