JPH10141991A - エンコーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直線的に移動する移動体の位置や速度等を検
出できるエンコーダ装置であり、従来より設置が容易
で、組み立て調整に手間がかからず、安価でしかも精度
良く位置、速度等を検出できるエンコーダ装置を提供す
る。 【解決手段】 Ｘ方向に直線的に移動する移動体４に、
回転自在にローラ１を支持させ、ローラ１と一体的に回
転できるようにエンコーダ板３を設け、エンコーダ板３
にエンコーダチャート３１を形成し、Ｘ方向に延びるガ
イドレール２を移動体４の移動とともにローラ１が該レ
ール２上を転動できるように配置して、チャート３１を
移動体４に支持させたセンサ５により検出する。レール
２を磁石により形成し、レール２上を転動するローラ１
を強磁性体により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直線的に移動する
移動体の位置検出、速度検出等に利用できるエンコーダ
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】直線的に移動する移動体の位置検出、速
度検出等ができるものとして、例えばハンディスキャナ
のようなものを挙げることができる。ハンディスキャナ
においては、原稿等に接触して転動するローラを備えて
おり、該ローラに連動して回転するようにロータリーエ
ンコーダを該ローラに連結することによって、該ローラ
の回転量を検出し、該回転量に基づき移動量、したがっ
て位置を検出している。

【０００３】また、直線的に移動する移動体の移動方向
に平行にエンコーダスケールを配置して、該エンコーダ
スケールのもつ信号を、移動体上に配置され移動体とと
もに移動するセンサにて検出するリニアエンコーダも知
られている。このようなリニアエンコーダにおいては、
移動体とセンサとは一体的に移動し、該センサからはパ
ルス状の信号が出力され、該パルス信号に基づき位置や
速度等が検出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ハンデ
ィスキャナ等においては、ロータリーエンコーダに連結
されたローラは、原稿等との摩擦抵抗により原稿等上を
転動するため、原稿等と該ローラとの間の摩擦抵抗が小
さい場合には、該ローラは原稿等上を転動せずに滑って
しまうことがあり、正確で、精度の高い検出ができない
ことがある。

【０００５】また、上記リニアエンコーダにおいては、
精度の高い検出ができるものの、精度良く検出しようと
すると、エンコーダスケールと移動体上のセンサとの位
置関係を該スケールの長手方向全域にわたりズレがない
ように維持して両者を配置しなけらばならないところ、
このように配置することは調整に手間がかかり、困難で
ある他、リニアエンコーダがハンディスキャナ等に比べ
て高価になってしまうという問題がある。

【０００６】そこで本発明は、直線的に移動する移動体
の位置や速度等を検出できるエンコーダ装置であり、従
来より設置が容易で、組み立て調整に手間がかからず、
安価でしかも精度良く位置、速度等を検出できるエンコ
ーダ装置を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、直線的に移動する移動体の位置、速度を検
出するためのエンコーダ装置であり、前記移動体の移動
方向に延びるガイド部材と、前記移動体の移動に伴い、
前記ガイド部材に当接しながら転動できるように該移動
体に回転自在に支持されたローラと、前記ローラに連動
して回転できるロータリー式のエンコーダチャートと、
前記エンコーダチャートに臨むように前記移動体に支持
されたセンサとを備え、前記ローラと前記ガイド部材と
は、磁気的に吸着しあう材料を用いて形成されているこ
とを特徴とするエンコーダ装置を提供する。

【０００８】前記ローラ及びガイド部材は、例えば一方
を強磁性体材料を用いて形成し、他方を磁石を用いて形
成したり、或いは双方いずれも磁石を用いて形成するこ
とにより、該ローラ及びガイド部材の間には磁気的吸着
力が働く。前記ロータリー式のエンコーダチャートは光
学式、磁気式いずれのものも採用できる。

【０００９】該チャートを光学式のものとするときに
は、反射式、透過式いずれでもよい。反射式とするとき
には、該チャートは低光反射率部分と高光反射率部分と
を所定の中心角度間隔で交互に並べたものとすればよ
い。透過式とするときには、透過スリットを所定の中心
角度間隔で形成したものとすればよい。いずれの場合
も、前記センサは発光素子と受光素子からなるものを例
示できる。

【００１０】また、該チャートを磁気式のものとすると
きには、該チャートはＮ極とＳ極の磁極を所定の中心角
度間隔で交互に並べたものとすればよい。この場合は、
前記センサは磁気を検出できる磁気センサ、例えばＭＲ
素子、ホール素子利用のセンサとすればよい。いずれに
しても前記エンコーダチャートは、該チャートと前記ロ
ーラの回転軸が同じになるように、該ローラに直接形成
してもいいし、前記ローラと一体的に回転するような、
或いは適当な伝動機構を介してローラに連動して回転す
るようなエンコーダ板を設けて、該エンコーダ板に形成
してもよい。適当な伝動機構を採用すれば、減速比によ
って検出ピッチを加減できるメリットを得ることができ
る。

【００１１】本発明のエンコーダ装置によると、前記移
動体が移動すると、該移動に伴い前記ローラは前記ガイ
ド部材に当接して転動する。このとき、該ローラとガイ
ド部材との間には磁気的な吸着力が働き、該ローラは該
ガイド部材に向けて吸着されるため、移動体の移動に伴
い両者の間には滑りが発生せず、該ローラの回転量は移
動体の移動量に応じたものとなる。前記エンコーダチャ
ートは該転動するローラに連動して回転し、該チャート
の変化が前記センサにより検出され、該検出信号に基づ
き、前記移動体の移動量、速度を検出できる。

【００１２】前記移動体を、直線的に駆動される可動子
及び固定子から構成されるリニアモータの可動子を含む
もの（移動体がリニアモータ可動子それ自身の場合も含
まれる）とするようなときには、前記ガイド部材やロー
ラは例えば次のように構成すればよい。すなわち、前記
ガイド部材は前記移動体の移動方向にＮ極とＳ極の磁極
が交互に並ぶ界磁マグネットを有するリニアモータ固定
子により提供し、該移動体は前記界磁マグネットに臨む
電機子コイルを有する可動子を含むものとする。この場
合、前記ローラは前記可動子に回転自在に支持させるこ
とができる。

【００１３】以上説明した本発明のいずれのエンコーダ
装置においても、前記ローラやガイド部材の摩耗の抑制
や、それら相互の滑りの一層の抑制や、該ローラがガイ
ド部材上を転動する際に発生する騒音を抑制する等のた
めに、前記ローラの前記ガイド部材と当接する部分に、
非磁性体材料層を設けてもよい。同様に、前記ガイド部
材の前記ローラと当接する部分に、非磁性体材料層を設
けてもよい。該非磁性体材料層は、例えばゴム層や合成
樹脂層とすることが考えられる。いずれにしても、それ
を設ける目的に適するような材料の層とすればよい。該
非磁性体材料層は、ローラ及びガイド部材のいずれか一
方のみに設けてもよく、両方に設けてもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態である
エンコーダ装置を直線的に移動する移動体とともに示す
図であり、図（Ａ）はこれらの概略斜視図、図（Ｂ）は
これらの一部を断面で示す概略平面図である。

【００１５】本発明に係るエンコーダ装置は、図中Ｘ方
向に直線的に移動する移動体４の位置検出、速度検出等
のために設置される。エンコーダ装置は、円盤状のエン
コーダ板３、円筒状のローラ１、Ｘ方向に延びるガイド
レール２等を備えている。エンコーダ板３は中心部に凸
部３３を有し、凸部３３に内蔵された軸受け３２によっ
て、移動体４から突出する軸４１に回転自在に支持され
ている。また、エンコーダ板３の表面部分には、所定の
パターンからなるエンコーダチャート３１が形成されて
いる。

【００１６】エンコーダチャート３１は、本例では図１
（Ｃ）に示すように、低光反射率部３１１と高光反射率
部３１２とが交互に等中心角度間隔で円状に並ぶもので
あり、後述するセンサ５とともに光学式で反射式のロー
タリーエンコーダを構成する。センサ５は、チャート３
１に対向するように支持部材４２により移動体４に支持
されている。センサ５は図示しないがチャート３１に対
向するように発光素子と受光素子とを有し、発光素子か
ら照射され、チャート３１の低光反射率部３１１又は高
光反射率部３１２によって反射された光が受光素子によ
り検出される。

【００１７】なお、本例ではエンコーダを光学式で反射
式のものとしたが、この他、光学式で透過式のものとし
てもよい。この場合、チャート３１は所定の中心角度間
隔でスリットを設けたものとし、センサ５の発光素子と
受光素子はエンコーダ板３を挟んで両側に配置すればよ
い。また、磁気式のエンコーダとすることもできる。こ
の場合は、チャート３１はＮ極とＳ極の磁極を所定の中
心角度間隔で交互に並べたものとし、センサ５を磁気セ
ンサ、例えばＭＲ素子やホール素子利用のセンサとすれ
ばよい。ただし、後述するようにセンサ５の近くには磁
石が配置されるため、エンコーダは該磁石の影響の少な
い光学式のものとする方が好ましい。

【００１８】ローラ１は強磁性体材料からなり、中心部
に凹部１１を有する。凹部１１はエンコーダ板３の凸部
３３に嵌合されており、ローラ１及びエンコーダ板３は
接着されて両者は一体的に回転することができる。な
お、接着に代えてネジ止め等により両者を固着してもよ
い。そして、移動体４の移動方向Ｘに延び、平板状の磁
石からなるガイドレール２がローラ１の周面に当接する
ように配置され、ローラ１はガイドレール２上を移動体
４の移動とともに転動できる。

【００１９】以下、本発明のエンコーダ装置の動作につ
いて説明する。移動体４は図示しない駆動手段により駆
動されて、Ｘ方向に移動し、該移動に伴いローラ１はガ
イドレール２上を転動する。エンコーダ板３はローラ１
と一体的に回転し、これによりセンサ５はエンコーダ板
３に設けられたエンコーダチャート３１の低光反射率部
３１１と高光反射率部３１２とに交互に対向することと
なり、センサ５の検出信号は輝度の大小（光強度の大小
等）が交互に変化するパルス信号となる。該パルス信号
に基づきローラ１の回転量、したがって移動体４の移動
量を検出できる。また、該パルス信号は移動体４の速度
検出にも利用できる。

【００２０】そして、上記説明したように本発明のエン
コーダ装置におけるガイドレール２は磁石からなり、ま
た、ローラ１は強磁性体材料からなるため、両者の間に
は磁気的な吸着力が働く。したがって、ローラ１は安定
してガイドレール２に向けて押圧されるため、移動体４
の移動にともない両者の間には滑りが発生せず、移動体
４の移動量に応じてローラ１を確実にレール２上を転動
させることができる。

【００２１】したがって、ローラ１と一体的に回転する
エンコーダ板３の回転量も、移動体４の移動量に応じた
ものとなり、センサ５の検出信号を移動体４の移動量に
応じた精度の高いものとすることができ、位置検出、速
度検出を精度良く行うことができる。また、ロータリー
形のエンコーダを用いるため、リニアエンコーダを用い
るよりも安価にすることができ、しかもリニアエンコー
ダを設置する際の精密な位置調整等をする必要もなく、
それだけ設置、組み立てが容易である。また、リニアエ
ンコーダを使用するときには、所定の距離分だけの位置
検出しかできないが、ロータリーエンコーダを用いてい
るため移動体４の移動範囲が長くなったような場合にも
対応することができる。

【００２２】また、移動体４を回転モータ及び該回転モ
ータの回転駆動力を直線駆動力に変える機械的な機構に
より駆動するような場合、該回転モータにロータリーエ
ンコーダを連結して移動体４の位置検出、速度検出をす
ることも考えられるが、このような場合、該回転モータ
の駆動力は機械的機構を介して移動体４に伝達され、ロ
スが発生するため、該回転モータに連結されたエンコー
ダにより検出される位置、速度等は正確に移動体４の位
置、速度を検出できないところ、本発明のエンコーダ板
３は移動体４とともに移動するためこのようなことはな
い。

【００２３】なお、以上の説明においては、ローラ１を
強磁性体に、ガイドレール２を磁石としたが、逆にロー
ラ１を磁石に、ガイドレール２を強磁性体にしてもよ
い。また、ローラ１とガイドレール２の各表面部分を逆
極性の磁石、すなわち、一方をＮ極の磁石、他方をＳ極
の磁石としてもよい。また、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示
すように、ローラ１の外周部分に非磁性体材料、例えば
合成樹脂からなるスリーブ１２を設けたり、ガイドレー
ル２のローラ１が当接する部分に非磁性体層２１を設け
てもよい。このようにして、ローラ１とガイドレール２
との接触面に非磁性体材料等からなる中間介在物があっ
ても、両者の間に磁気的な吸着力が作用する程度の厚さ
であれば問題なく動作し、ローラ１やガイドレール２の
摩耗を抑制したり、それら両者間の滑りを一層抑制した
り、ローラ１がレール２上を転動する際の騒音を低減し
たりできる。また、ローラ１とガイドレール２間の磁気
的吸着力の調整にも利用できる。なお、ローラ１に設け
られるスリーブ１２や、ガイドレール２に設けられる非
磁性体層２１は、いずれか一方のみ設けてもよく、両者
とも設けてもよい。

【００２４】次に本発明の他の実施形態を図３を参照し
て説明する。図３に示す本発明のエンコーダ装置は、シ
ャフト型リニアモータによりＸ方向に駆動される移動体
の位置検出、速度検出等に利用される。図３（Ａ）はこ
れらの概略斜視図、図３（Ｂ）はこれらの一部を断面で
示す概略平面図である。この例では、強磁性体材料から
なるローラ１はＸ方向に延びるシャフト状の固定子６に
当接しながら転動する。

【００２５】固定子６は磁性体材料からなり、その周面
にはＸ方向にＮ極とＳ極の磁極が交互に着磁された界磁
マグネット６１を有する。固定子６には、移動体となる
円筒状の可動子７が外嵌しており、その両端部に設けら
れた軸受け７１、７１により可動子７は固定子６に沿っ
て移動できる。また、可動子７はその内部に電機子コイ
ル７２を有しており、電機子コイル７２を有する可動子
７及び界磁マグネット６１を有する固定子６によりシャ
フト型のリニアモータが構成されている。

【００２６】この例においても、ローラ１に設けられた
軸１２が、可動子７から突出する支持部材７３に設けら
れた軸受け７３１に支持されることによって、ローラ１
は回転自在に支持されている。また、図１に示すものと
同様にエンコーダチャート３１を有するエンコーダ板３
がローラ１と一体的に回転できるようにローラ１に接合
されている。

【００２７】エンコーダチャートを検出するセンサ５
は、エンコーダチャート３１に対向するように可動子７
上に配置されている。この例では、移動体となる可動子
７の電機子コイル７２に通電すると、固定子６の界磁マ
グネット６１との相互作用により駆動力が発生し、可動
子７を固定子６に沿って、Ｘ方向に移動させることがで
きる。可動子７の移動に伴いローラ１は固定子６上を転
動するが、この例でもローラ１は強磁性体材料からな
り、固定子６は周面が界磁マグネット６１となっている
ため、ローラ１は滑りなく固定子６上を転動することが
でき、したがって、ローラ１と一体的に回転するエンコ
ーダ板３及びセンサ５により検出される可動子７の移動
量、及び速度は精度の高いものとすることができる。セ
ンサ５の検出信号は、可動子７の位置制御、速度制御等
にも利用できる。

【００２８】なお、以上においては、本発明のエンコー
ダ装置をシャフト型のリニアモータに適用した例を説明
したが、可動子と固定子との間に磁力の働く滑らかな面
があれば、他の型式のリニアモータにも本発明のエンコ
ーダ装置を適用することができる。また、以上の説明に
おいては、ローラにエンコーダチャートを有するエンコ
ーダ板を両者が一体的に回転するように接続したものを
用いたが、ローラ自身にエンコーダチャートを設けても
よい。この場合、部品点数を少なくでき、それだけ安価
にコンパクトにできる。

【００２９】また、エンコーダ板はローラに連動して回
転すればよいので、エンコーダ板とローラとの間に伝動
機構（例えば、ギア伝動機構等）を介在させてもよく、
この場合、伝達系によるロスで精度が若干落ちることが
あってもそれを無視できるのであれば、減速比によって
検出ピッチを調整できる利点がある。アイドラを使用し
てローラを球状にするような場合、すなわち、コンピュ
ータ等において使用されるマウスの様な構成とすると、
２次元への展開も可能である。

【００３０】なお、以上の説明における移動体４は、例
えば複写機、プリンタ、イメージスキャナ等に搭載され
る画像読み取り装置における、光学部品を搭載して直線
的に往復駆動されるスライダとすることができ、本発明
のエンコーダ装置は該スライダの位置検出、速度検出、
位置制御、速度制御等に利用できる。図３の例において
は、該スライダは可動子７に接続して、或いは該スライ
ダを可動子７と一体的に形成すればよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明によると、直線的に移動する移動
体の位置や速度等を検出できるエンコーダ装置であり、
従来より設置が容易で、組み立て調整に手間がかから
ず、安価でしかも精度良く位置、速度等を検出できるエ
ンコーダ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるエンコーダ装置を移
動体とともに示す図であり、図（Ａ）はこれらの概略斜
視図、図（Ｂ）はこれらの一部を断面で示す概略平面
図、図（Ｃ）は図（Ａ）及び（Ｂ）に示すエンコーダ板
の概略正面図である。

【図２】図（Ａ）は図１に示すローラの他の例を示す斜
視図であり、図（Ｂ）は図１に示すガイドレールの他の
例を示す斜視図である。

【図３】本発明の他の実施形態であるエンコーダ装置を
移動体とともに示す図であり、図（Ａ）はこれらの概略
斜視図、図（Ｂ）はこれらの一部を断面で示す概略平面
図である。

【符号の説明】

１ ローラ １１ 凹部 １２ スリーブ（非磁性体材料層） ２ ガイドレール（ガイド部材） ２１ 非磁性体層 ３ エンコーダ板 ３１ エンコーダチャート ３１１ 低光反射率部 ３１２ 高光反射率部 ３２ 軸受け ３３ 凸部 ４ 移動体 ４１ 軸 ４２ 支持部材 ５ センサ ６ 固定子（ガイド部材） ６１ 界磁マグネット ７ 可動子（移動体） ７１ 軸受け ７２ 電機子コイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直線的に移動する移動体の位置、速度を検
   出するためのエンコーダ装置であり、 前記移動体の移動方向に延びるガイド部材と、 前記移動体の移動に伴い、前記ガイド部材に当接しなが
   ら転動できるように該移動体に回転自在に支持されたロ
   ーラと、 前記ローラに連動して回転できるロータリー式のエンコ
   ーダチャートと、 前記エンコーダチャートに臨むように前記移動体に支持
   されたセンサとを備え、 前記ローラと前記ガイド部材とは、磁気的に吸着しあう
   材料を用いて形成されていることを特徴とするエンコー
   ダ装置。
2. 【請求項２】前記ガイド部材は、前記移動体の移動方向
   にＮ極とＳ極の磁極が交互に並ぶ界磁マグネットを有す
   る固定子及び前記界磁マグネットに臨む電機子コイルを
   有する可動子から構成されるリニアモータの前記固定子
   により提供され、前記移動体は該可動子を含んでいるも
   のであり、前記ローラは前記可動子に回転自在に支持さ
   れている請求項１記載のエンコーダ装置。
3. 【請求項３】前記ローラの前記ガイド部材と当接する部
   分には、非磁性体材料層が設けられている請求項１又は
   ２記載のエンコーダ装置。
4. 【請求項４】前記ガイド部材の前記ローラと当接する部
   分には、非磁性体材料層が設けられている請求項１又は
   ２記載のエンコーダ装置。