JPH1047996A - ロータリーエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 バックアップ電源が不要で、検出精度を確保
したまま多回転に対応させられると共に、コンパクトな
形状で取付性に優れ、且つ機構が単純で部品点数が少な
く安価にでき、また、リミットスイッチだけでなくトル
クスイッチに使用することにより制御系全体のコストダ
ウンが図れるロータリーエンコーダを提供する。 【解決手段】 アブソリュートタイプの符号円盤１１，
１２，１３を複数段に用いることにより、部品点数が少
なく、構造が簡単で低コストで製造できる上、バックア
ップ電源が不要で、検出精度を確保したまま多回転に対
応させられると共に、制御対象のバリエーションにも制
御側でソフトウェアにより容易に対応でき、汎用性が高
い。また、各符号円盤での符号パターンのタイミングの
ずれも制御側でソフトウェアにより調整・補正可能であ
ることにより、各符号円盤及び減速歯車の位置合せなど
の機械的な調整は全く不要となり、製作時の手間を少な
くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バルブやゲート等
の制御対象機器を制御するアクチュエータにおいて、絶
対位置の検出と過負荷検出動作を行って停止制御を行う
リミット・トルクスイッチに用いられるアブソリュート
タイプのロータリーエンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用のバルブやゲート等の開度を調整
するアクチュエータにおいては、アクチュエータの出力
軸が回動し、これに連動してバルブやゲート等が全閉ま
たは全開の状態に達した場合に、自動的に接点を開閉し
てアクチュエータを停止させるリミットスイッチや、バ
ルブに異物が挟まれて閉止できない場合など過大なトル
クが発生した場合に自動的に接点を開閉してアクチュエ
ータを停止させるトルクスイッチが従来から使用されて
いる。

【０００３】これらアクチュエータの停止制御を行うス
イッチのうち、リミットスイッチは、従来、機械的に接
点をオンオフして、全開や全閉または任意の位置での停
止を行うものであったが、近年、こうした機械的に接点
を開閉するものの他に、電子制御方式のものが用いられ
るようになっている。電子制御方式には、各種設定の変
更が容易で、多種多様なデータを取出して制御に有効に
活用できるというメリットがある。電子制御方式のリミ
ットスイッチには回転変位センサとしてロータリーエン
コーダが一般的に使用されており、全閉または全開に対
応する位置を検出して信号を制御部に送り、アクチュエ
ータの停止制御を行っている。

【０００４】ロータリーエンコーダは、中心角を量子化
した符号円盤を回転子とし、固定子に符号読取りセンサ
及び信号処理回路を設けたもので、インクレメンタルタ
イプとアブソリュートタイプがある。インクレメンタル
タイプは、単位角度ごとに高低を繰返すパルスを発生す
るもので、パルスを出力するのみのため、位置データの
特定には演算処理実行とデータ保持が必要となり、パル
スカウンタと組合わせて角度信号に変換し、角度位置及
び回転総数を検出する。構造及び信号処理は簡単であ
り、測定範囲はパルスカウンタの容量で決まる仕組みで
ある。アブソリュートタイプは、一回転を１／２ⁿ（ｎ
は任意の自然数）に分割した２進符号（隣接符号で変化
するのが１ビットだけで、境界位置における混同がなく
符号変化速度が速い交番２進符号が多く用いられる）を
用い符号化し、少なくともｎ個の符号読取りセンサで並
列に読取るものである。絶対的な位置情報が得られ、ノ
イズによる誤差の累積がないという特長を有する。いず
れのタイプにおいても、符号円盤はガラス板の表面に金
属薄膜を蒸着し、フォトエッチングによって微細パター
ンを作ったものがよく使われている。符号読取りセンサ
はＬＥＤとフォトダイオードアレイの組合せが多い。

【０００５】こうした従来のロータリーエンコーダのう
ち、アブソリュートタイプの例を図７に示す。この図７
は従来のロータリーエンコーダの概略構成説明図を示
す。前記図７において従来のロータリーエンコーダ１０
０は、制御対象のバルブ（図示を省略）と同期して回動
する入力軸１０５と、この入力軸１０５に固定的に軸支
され、一回転を１／２⁹に分割した２進符号を用い符号
化した金属薄膜製の符号パターン１５０を円盤体の表面
に配設した符号円盤１１０と、この符号円盤１１０の上
方に、符号円盤１１０の半径方向にｎ＝９個並列に配置
されるＬＥＤとフォトダイオードアレイを組合わせた符
号読取りセンサ１０８及び信号処理回路を配設した基板
（図示を省略）とを備えた構成である。このロータリー
エンコーダ１００は、２⁹＝５１２カウント／回転の分
解能を有している。前記符号パターン１５０は、符号円
盤１１０の最外周領域に、カウント数に対応したパルス
を発生させて符号の読取りタイミングを整合するビジー
符号１５０ａを等間隔に配設し、その内周に、符号各桁
に対応する９つの領域を設定して各々パターンを配設し
ている。このため、符号読取りセンサ１０８は外周部分
にさらに１個追加されて合計は桁数＋１の１０個となっ
ている。

【０００６】この従来のロータリーエンコーダ１００で
は、バルブと同期する入力軸１０５が回転すると、符号
円盤１１０が回転し、符号読取りセンサ１０８により円
盤上の符号パターン１５０が読取られ、角度及び位置情
報が得られる。バルブにおいて全開または全閉となった
状態に対応する回転変位に達すると、信号処理回路と接
続される制御部によりアクチュエータの停止制御が行わ
れる。

【０００７】一方、リミットスイッチ同様にバルブ等の
アクチュエータに使用されるトルクスイッチは、従来、
機械的に接点をオンオフして、過トルクによる電動機や
ギヤの破損からの保護を行うものであった。従来のトル
クスイッチとして、図８、図９に示すものがあった。図
８は従来のトルクスイッチの概略構成図、図９は従来の
トルクスイッチの動作説明図である。

【０００８】前記各図において従来のトルクスイッチ１
６０は、出力軸１６１外周に一端を係合され、出力軸１
６１の直線移動変位を回動変位に変換するクランク型の
変換レバー１６５と、この変換レバー１６５と回動中心
を同じくする動作軸１６４と、動作軸１６４から外周の
２方向に突出させて取付けられる動作レバー１６６と、
それぞれの動作レバー１６６で押圧される２個のマイク
ロスイッチ１６７とを備える構成である。動作軸１６４
がいずれかの回転方向に所定角度回転すると、いずれか
の動作レバー１６６がマイクロスイッチ１６７に接触し
て接点を開閉する仕組みである。

【０００９】この従来のトルクスイッチ１６０の動作
は、バルブ（図示を省略）に異物が挟まれて閉止できな
くなったり、逆に開かなくなったりした際に、バルブに
直結するウォームホイール１７０が動かなくなり、電動
機から回転トルクを与えられるウォーム１６２が螺子同
様にウォームホイール１７０に対していずれかの軸方向
に動こうとしてスラスト力が発生し、このウォーム１６
２すなわち出力軸１６１に加わるトルクに伴うスラスト
力と、出力軸１６１端に設けられた所定荷重のトルクス
プリング１６３の反発力との関係から、出力軸１６１が
トルクに応じた所定量だけいずれかの軸方向に移動する
ことを利用している。この移動によりトルクスイッチ１
６０の変換レバー１６５が回転し、回転が一定角度範囲
すなわちトルクが所定の値を超えると動作軸１６４の動
作レバー１６６がマイクロスイッチ１６７に接触し、接
点が開閉して電動機を停止制御する。

【００１０】上記したリミットスイッチやトルクスイッ
チによる機械的あるいは電子制御を用いて自動的にアク
チュエータを制御する場合においても、停電、故障など
の緊急時には、作業者が現場での切換レバー操作で手動
と自動を切換え、現場で手動ハンドルをまわして手動開
閉制御を行っていた。インクレメンタルタイプのロータ
リーエンコーダを使用するリミットスイッチの場合、位
置データの特定には演算処理実行とデータ保持を行う関
係上、停電時等に手動操作を行う場合でも、電源復帰後
に停電前状態（基準位置及び指定停止位置の設定や変位
値）と相違が生じないよう、常時バッテリー等のバック
アップ電源を使用して停電中の動作及び各種データの保
持を行う方式が一般的である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来のリミットスイッ
チ用のロータリーエンコーダは以上のように構成されて
いたことから、インクレメンタルタイプの場合、ノイズ
によるミスパルスが累積して誤差が生じやすいと共に、
バッテリー等のバックアップ電源を使用するので、電源
の保守が必要となり、コストがかかる上、停電が長期に
わたった場合やバッテリーの異常などでバッテリーが放
電状態となると、各種設定値が消失してしまい、再度初
めから設定を行わなければならないという課題を有し
た。また、バッテリーの使用においては、交換・調整等
のメンテナンスの必要があり、電源事情が悪い地域では
手間がかかるため、使用範囲が限定されてしまうという
課題を有した。

【００１２】また、アブソリュートタイプの場合は、符
号円盤の一回転を均等に分割して絶対位置を出力するの
で、一回転内では位置データを読取るだけで停電時等の
バックアップの必要はないものの、バルブにおいてリミ
ットスイッチを同期させるウォームホイール等の回転部
分は、全閉状態から全開状態まで数回転〜数百回転する
ものが多いため、こうした一回転を超える場合には、別
にデータをカウントし、保持する手段が必要となり、そ
うした多回転のデータについてはインクレメンタルタイ
プと同様の問題が生じるという課題を有した。符号円盤
を一回転のままで使用するために、大型化してカウント
数を増やす場合や、バルブとの間に減速機構を設ける場
合もあるが、前者の場合は使用できる箇所に制限があり
実用性に乏しく、後者の場合はバルブの種類に応じた多
種多様な回転総数に対応した機構の組合せが必要とな
り、汎用性に欠け、また、機構が複雑で部品点数が多
く、高コストとなると共に、減速比が大きくなればなる
ほど、一回転当りの分解能が悪くなるという課題を有し
た。

【００１３】一方、トルクスイッチにおいては、出力軸
の移動に合せて変換レバー・動作軸を介して動作アーム
が動き、動作アームが所定の位置でマイクロスイッチを
オンオフするという機械的な機構のため、部品点数が多
く、組立や作動トルク値の設定に手間がかかるという課
題を有した。また、リミットスイッチにはロータリーエ
ンコーダを使用し、トルクスイッチには機械式スイッチ
を用いた場合、電子制御の部分と機械的な制御の部分と
が互いに独立して存在するため、中央集中の統合的な制
御ができず、制御系が重複してしまうという課題を有し
た。

【００１４】本発明は前記課題を解消するためになされ
たもので、バックアップ電源が不要で、検出精度を確保
したまま多回転に対応させられると共に、コンパクトな
形状で取付性に優れ、且つ機構が単純で部品点数が少な
く安価にでき、また、リミットスイッチだけでなくトル
クスイッチに使用することにより制御系全体のコストダ
ウンが図れるロータリーエンコーダを提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るロータリー
エンコーダは、装置枠に回動自在に配設され、制御対象
と連動して回動する入力軸と、前記入力軸に固定的に軸
支される円盤体からなり、当該円盤体の盤面の一回転を
１／２ⁿ（ｎは任意の自然数）に分割して２進符号を用
い符号化した符号パターンが配設されると共に外周に歯
車状の歯形が形成される円盤部及び、当該円盤部と同軸
に一体的な小径の歯車部で形成される第１符号円盤と、
前記入力軸の軸方向に前記第１符号円盤と略平行に連設
して遊嵌状態で軸支される円盤体からなり、当該円盤体
の盤面の一回転を１／２ⁿに分割して２進符号を用い符
号化した符号パターンが配設されると共に外周に歯車状
の歯形が形成される円盤部及び、当該円盤部と同軸に一
体的な小径の歯車部で形成される１または複数の他の符
号円盤と、前記装置枠に前記入力軸と略平行に配設され
る保持軸上に回動自在に軸方向に連設されて軸支され、
前記第１符号円盤または他の符号円盤の歯車部に噛合う
大歯車部及び、当該大歯車部と同軸且つ一体化して軸支
され、前記連設された第１符号円盤または他の符号円盤
に隣合う各符号円盤の外周の歯形に噛合う小歯車部が一
体に形成されてなる１または複数の減速歯車と、前記第
１符号円盤及び他の符号円盤近傍に各々配置され、前記
符号パターンを検知する少なくともｎ個の符号読取りセ
ンサが配設され、第１符号円盤及び他の符号円盤の絶対
位置を特定する信号をセンサ出力に基づいて発生する複
数の信号処理回路とを備え、前記第１符号円盤あるいは
他の符号円盤と前記各減速歯車を介して連動する隣合う
符号円盤との間に、当該隣合う符号円盤の符号化された
分割数２ⁿに基づく１／２ⁿの減速比が各々設定されるも
のである。このように本発明においては、アブソリュー
トタイプの符号円盤を複数段に用いることにより、部品
点数が少なく、構造が簡単で低コストで製造できる上、
バックアップ電源が不要で、検出精度を確保したまま多
回転に対応させられると共に、制御対象のバリエーショ
ンにも制御側でソフトウェアにより容易に対応でき、汎
用性が高い。また、各符号円盤での符号パターンのタイ
ミングのずれも制御側でソフトウェアにより調整・補正
可能であることにより、各符号円盤及び減速歯車の位置
合せなどの機械的な調整は全く不要となり、製作時の手
間を少なくしてコストダウンが図れる。

【００１６】また、本発明に係るロータリーエンコーダ
は必要に応じて、装置枠に回動自在に配設され、制御対
象と連動して回動する入力軸と、前記入力軸に固定的に
軸支される円盤体からなり、当該円盤体の盤面の一回転
を１／２ⁿ（ｎは任意の自然数）に分割して２進符号を
用い符号化した符号パターンが配設されると共に外周に
歯車状の歯形が形成される円盤部及び、当該円盤部と同
軸に一体的な小径の歯車部で形成される第１符号円盤
と、前記入力軸の軸方向に前記第１符号円盤と略平行に
連設して遊嵌状態で軸支される円盤体からなり、当該円
盤体の盤面の一回転を１／２ⁿに分割して２進符号を用
い符号化した符号パターンが配設されると共に外周に歯
車状の歯形が形成される円盤部及び、当該円盤部と同軸
に一体的な小径の歯車部で形成される１または複数の他
の符号円盤と、前記装置枠に前記入力軸と略平行に配設
される保持軸上に回動自在に軸方向に連設されて軸支さ
れ、前記第１符号円盤または他の符号円盤の歯車部に噛
合う大歯車部及び、当該大歯車部と同軸且つ一体化して
軸支され、前記連設された第１符号円盤または他の符号
円盤に隣合う各符号円盤の外周の歯形に噛合う小歯車部
が一体に形成されてなる１または複数の減速歯車と、前
記第１符号円盤及び他の符号円盤近傍に各々配置され、
前記符号パターンを検知する少なくともｎ個の符号読取
りセンサが配設され、第１符号円盤及び他の符号円盤の
絶対位置を特定する信号をセンサ出力に基づいて発生す
る複数の信号処理回路と、前記装置枠に回動自在に配設
され、制御対象に加わる軸トルクに比例して回動するト
ルク入力軸と、前記トルク入力軸に固定的に軸支される
円盤体からなり、当該円盤体の盤面の一回転を１／２ⁿ
に分割して２進符号を用い符号化した符号パターンが表
面に配設されるトルク用符号円盤と、前記トルク用符号
円盤近傍に配置され、前記符号パターンを検知する少な
くともｎ個の符号読取りセンサが配設され、トルク用符
号円盤の絶対位置を特定する信号をセンサ出力に基づい
て発生するトルク用信号処理回路とを備え、前記第１符
号円盤あるいは他の符号円盤と前記各減速歯車を介して
連動する隣合う符号円盤との間に、当該隣合う符号円盤
の符号化された分割数２ⁿに基づく１／２ⁿの減速比が各
々設定されるものである。このように本発明において
は、リミットスイッチ、トルクスイッチに使用する場合
に、リミット制御、トルク制御において要求される全て
のデータが初めから符号化したデジタル信号として得ら
れ、外部からのノイズに強い上、センサからコンピュー
タまで制御系全体を一元的に統合してデジタル化でき、
コンピュータによるソフトウェア的な補正や制御が容易
に行えてデータ処理しやすく、中央のコンピュータで集
中的に制御が行え、制御系全体のコストダウンが図れ
る。

【００１７】また、本発明に係るロータリーエンコーダ
は必要に応じて、前記符号読取りセンサとして、符号パ
ターンに光を投射し、当該投射した光の透過あるいは反
射を検知する受発光素子が配設されるものである。この
ように本発明においては、受発光素子が光の透過あるい
は反射を検知して位置情報を得ることにより、外部から
の電界、磁界の影響を受けず、位置検出の精度が厳密に
確保される。

【００１８】

【発明の実施の形態】

（本発明の一実施の形態）以下、本発明の一実施の形態
に係るロータリーエンコーダを図１〜図５に基づいて説
明する。本実施の形態では、出力軸がウォームを形成さ
れたウォーム軸であり、制御対象であるバルブ側のウォ
ームホイールに回転を伝えてバルブを駆動する形式のア
クチュエータに適用した例を示す。この図１は本実施の
形態に係るロータリーエンコーダの概略配置図、図２は
本実施の形態に係るロータリーエンコーダの一部省略平
面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ
断面図、図５は図２のＣ−Ｃ断面図を示す。

【００１９】前記各図に示すように本実施の形態に係る
ロータリーエンコーダ１は、リミットスイッチ用ロータ
リーエンコーダ部２と、トルクスイッチ用ロータリーエ
ンコーダ部３とを備える構成である。

【００２０】前記リミット用ロータリーエンコーダ部２
は、装置枠４に回動自在に配設され、制御対象のバルブ
（図示を省略）と同期して回動する入力軸５と、当該入
力軸５に固定的に軸支される円盤体としてなり、一回転
を１／２⁶に分割して２進符号を用い符号化した２⁶＝６
４通りの符号パターン５０が反射膜として表面に配設さ
れると共に外周に歯車状の歯形１１ｂが形成される円盤
部１１ａを形成され、当該円盤部１１ａと同軸に直列を
なして一体に小径の歯車部１１ｃを形成される第１符号
円盤１１と、前記入力軸５に第１符号円盤１１と平行に
軸方向に連設して遊嵌状態で軸支される円盤体としてな
り、第１符号円盤１１と同様に一回転を１／２⁶に分割
して２進符号を用い符号化した２⁶＝６４通りの符号パ
ターン５０が反射膜として表面に配設されると共に外周
に歯車状の歯形１２ｂ、１３ｂが形成される円盤部１２
ａ、１３ａを形成され、当該円盤部１２ａ、１３ａと同
軸に直列をなして一体に小径の歯車部１２ｃ、１３ｃを
形成される第２符号円盤１２及び第３符号円盤１３と、
前記装置枠４に前記入力軸５と平行に配設される保持軸
６上に回動自在に軸支され、前記第１符号円盤１１の歯
車部１１ｃに噛合う大歯車部２１ａ及び、前記第１符号
円盤１１に入力軸５の軸方向で隣合う第２符号円盤１２
の円盤部１２ａ外周の歯形１２ｂに噛合う小歯車部２１
ｂが一体に形成されてなる第１減速歯車２１と、前記保
持軸６に回動自在に第１減速歯車２１と隣合って軸支さ
れ、第２符号円盤１２の歯車部１２ｃに噛合う大歯車部
２２ａ及び、前記第２符号円盤１２に入力軸５の軸方向
で隣合う第３符号円盤１３の円盤部１３ａ外周の歯形１
３ｂに噛合う小歯車部２２ｂが一体に形成されてなる第
２減速歯車２２と、前記第１符号円盤１１、第２符号円
盤１２及び第３符号円盤１３の近傍に各々配置され、符
号読取りセンサとして円盤部１１ａ、１２ａ、１３ａに
光を投射し、当該投射した光の符号パターン５０による
反射の有無を検知する７個の受発光素子８が配設され、
これら受発光素子８の出力に基づいて第１符号円盤１
１、第２符号円盤１２及び第３符号円盤１３のそれぞれ
の絶対位置を特定する信号を発生する三つの信号処理回
路基板３１、３２、３３とを備えた構成である。

【００２１】前記符号パターン５０は、各符号円盤の円
盤部１１ａ、１２ａ、１３ａの最外周領域に、カウント
数に対応したパルスを発生させて符号の読取りタイミン
グを整合する６４個のビジー符号を等間隔に配設し、そ
の内周に、符号各桁に対応する６つの領域を設定して各
々パターンを配設している。このため、読取り用の受発
光素子８は桁数＋１の７個となっている。なお、符号パ
ターン５０の符号形式によっては、ビジー符号を省いた
構成とすることもでき、符号パターン５０の領域を小さ
くして符号円盤を小型化できると共に受発光素子の数を
減らすことができ、コンパクト化とコストダウンが図れ
ることとなる。

【００２２】前記第１符号円盤１１、第２符号円盤１２
及び第３符号円盤１３並びに、第１減速歯車２１及び第
２減速歯車２２で構成される減速歯車列は、第１符号円
盤１１が一回転すると第１減速歯車２１を介して隣合う
第２符号円盤１２が１／２⁶回転し、さらに第２符号円
盤１２が一回転すると第２減速歯車２２を介して隣合う
第３符号円盤１３が１／２⁶回転する減速比に設定され
ている。このため、このリミット用ロータリーエンコー
ダ部２は、２⁶＝６４カウント／回転の分解能はそのま
まに、２⁶×２⁶×２⁶＝２６２１４４カウント分の絶対
位置を検出でき、入力軸における回転総数が２⁶×２⁶＝
４０９６回転まで対応できる。

【００２３】前記トルク用ロータリーエンコーダ部３
は、装置枠４に回動自在に配設され、アクチュエータ６
０の出力軸６１の外周に係合して出力軸６１の直線移動
変位を回動変位に変換する従来と同様のクランク型変換
レバー６５と同期して回動するトルク入力軸７と、当該
トルク入力軸７に固定的に軸支される円盤体としてな
り、一回転を１／２⁶に分割して２進符号を用い符号化
した２⁶＝６４通りの符号パターン５０が反射膜として
表面に配設される円盤部１４ａを形成されてなる前記リ
ミット用ロータリーエンコーダ部２の第１符号円盤１１
と略同様のトルク用符号円盤１４と、前記トルク用符号
円盤１４近傍に配置され、符号読取りセンサとして円盤
部１４ａに光を投射し、当該投射した光の反射の有無を
検知する７個の受発光素子８が配設され、これら受発光
素子８の出力に基づいてトルク用符号円盤１４の絶対位
置を特定する信号を発生するリミット用と同様の信号処
理回路基板３４とを備える構成である。

【００２４】次に、前記構成に基づくロータリーエンコ
ーダの動作について説明する。リミット用ロータリーエ
ンコーダ部２においては、出力軸６１と連動して入力軸
５が回転すると、入力軸５に固着された第１符号円盤１
１が回転する。同時に、第１減速歯車２１を介して第２
符号円盤１２が第１減速歯車１１の回転変位の１／６４
だけ回転し、さらに第２減速歯車２２を介して第３符号
円盤１３が第２減速歯車１２の回転変位の１／６４、す
なわち第１減速歯車１１の回転変位の１／４０９６だけ
回転する。この時、各符号円盤近傍の信号処理回路基板
３１、３２、３３に配設された各７個の受発光素子８か
ら各円盤部の符号パターン５０の各領域に対応する位置
に光を投射させ、この投射された光は符号パターン５０
があれば反射し、符号パターン５０がなければ反射しな
いことから、同時に反射の有無を検知することで符号を
識別し、各符号円盤の回転位置を検出する。第１符号円
盤１１が一回転を越えて多回転となっても、第２符号円
盤１２及び第３符号円盤１３が回転して異なる符号がカ
ウントされることにより、確実に位置情報が得られる。
また、多回転となっても第１符号円盤１１におけるカウ
ントは変らないため、分解能は常に一定である。前記し
た三つの信号処理回路基板３１、３２、３３から送出さ
れる回転位置を示す信号は、次段に設けられるリミット
制御部で常に監視されており、出力軸６１と連動する入
力軸５の回転位置があらかじめ設定したバルブの全開ま
たは全閉に対応する回転位置に達すると、スイッチ操作
制御が行われ、アクチュエータ６０によるバルブの駆動
を停止させる。

【００２５】一方、トルク用ロータリーエンコーダ部３
では、バルブが閉止できなくなったり、逆に開かなくな
ったりして、バルブに連結するウォームホイール７０も
動かなくなった過負荷状態において、アクチュエータ６
０から回転トルクを与えられる出力軸６１のウォーム６
２が、ウォームホイール７０に対して回転方向に基づい
ていずれかの軸方向に螺子同様に進もうとしてスラスト
力が発生する。このウォーム６２すなわち出力軸６１に
加わる回転トルクに伴うスラスト力により、出力軸６１
端に設けられていずれの軸方向にも押圧に対し所定の反
発力を返すトルクスプリング６３が縮み、出力軸６１が
回転トルクに応じた所定量だけいずれかの軸方向に移動
する。この移動により出力軸６１の直線移動変位を回動
変位に変換するクランク型変換レバー６５が回転する。
この変換レバー６５と連動してトルク入力軸７が回転
し、トルク入力軸７上のトルク用符号円盤１４を回転さ
せる。この時、トルク用符号円盤１４近傍の信号処理回
路基板３４に配設された７個の受発光素子８から円盤部
１４ａの符号パターン５０の各領域に対応する位置に光
を投射させ、この投射された光は符号パターン５０があ
れば反射し、符号パターン５０がなければ反射しないこ
とから、同時に反射の有無を検知することで符号を識別
し、トルク用符号円盤１４の回転位置を検出する。信号
処理回路基板３４から送出される回転位置を示す信号
は、次段に設けられるトルク制御部で常に監視され、前
記トルク入力軸７の回転変位があらかじめ設定した所定
の角度範囲より大きくなると、すなわち制御対象のバル
ブが過負荷になると、スイッチ操作制御が行われ、アク
チュエータ６０によるバルブの駆動を停止させ、バルブ
及びアクチュエータ６０を保護する。

【００２６】このように、本実施の形態に係るロータリ
ーエンコーダは、部品点数が少なく、構造が簡単で低コ
ストで製造でき、各ロータリーエンコーダ部により、リ
ミット制御、トルク制御において要求される全てのデー
タが初めから符号化したデジタル信号として得られ、外
部からのノイズに強い上、センサからコンピュータまで
制御系全体を一元的に統合してデジタル化でき、コンピ
ュータによるソフトウェア的な補正や制御が容易に行え
てデータ処理しやすく、中央のコンピュータで集中的に
制御が行える。特に、リミット用ロータリーエンコーダ
部２において得られる回転位置のデータは、制御対象の
バルブの開度と一対一に対応するため、開度データとし
て利用することもでき、従来の開度検出用のアナログ機
器が不要となり、且つ開度信号のアナログ−デジタル変
換も不要となり、直接中央のコンピュータによる制御処
理が行えて遠隔開度指示、調整が確実に行えるなど、別
の情報を取出して他の制御に利用することも容易にでき
る。

【００２７】また、リミット用ロータリーエンコーダ部
２は、減速機構と符号円盤、受発光素子を組合わせて、
対応回転数が一般的なアクチュエータの回転総数より十
分多いものを１種類製作すれば、制御対象のバルブがど
のような回転のものに対しても、例えば、１００回転で
全閉から全開となるもの、１０００回転で全閉から全開
となるもの等に対しても、制御系の設定をソフトウェア
的に変更することで、バルブの回転総数のバリエーショ
ンに対応させることが可能であり、汎用性が高い。さら
に、リミット用ロータリーエンコーダ部２において減速
歯車で連動する各符号円盤では、図６に示すように、受
発光素子が符号パターンを検出して得られる信号パルス
のタイミングが全て同期しているとは限らず、製作誤差
や逆回転時のバックラッシによるずれがある場合が多い
が、歯車による連動のためずれ量が常に一定となってお
り、こうしたずれをリミット制御部においてソフトウェ
ア的に補正可能である。このため、各符号円盤及び減速
歯車を正確な位置合せなど機械的な調整は全く不要とな
り、全てソフトウェアによる調整で済ませられることと
なり、製作時の手間が大いに緩和されてコストダウンに
つながる。さらに、このロータリーエンコーダにおい
て、中央における集中制御と合せて、ローカルな制御部
としてロータリーエンコーダに制御基板を併設する場合
でも、リミット用とトルク用のロータリーエンコーダ部
を一体化して同様にデジタル化しているため、制御部を
まとめた１枚の基板で対応でき、よりコストダウンが図
れる。

【００２８】なお、本実施の形態に係るロータリーエン
コーダにおいては、符号パターン５０に対する符号読取
りセンサとして光の反射を検知する受発光素子８を用い
た構成としているが、符号円盤の上下に配設して光の透
過を検知する透過用の受発光素子や、符号パターンの有
無を検出可能な静電容量、磁気等の別の種類のセンサを
配設する構成とすることもでき、これに合せて符号パタ
ーン５０も金属や磁性体の薄膜、光を遮る塗膜等を使用
する構成とすることができる。

【００２９】また、本実施の形態に係るロータリーエン
コーダにおいて、トルク用ロータリーエンコーダ部３
は、アクチュエータ６０の変換レバー６５の振れが±６
０°程度と１回転未満となり、リミット用ロータリーエ
ンコーダ部２と同じ種類の符号パターン５０を用いて２
⁶＝６４カウント／回転の制御に十分な分解能を有する
ので、トルク用符号円盤１４を１枚のみ用いた構成とし
ているが、別の種類の制御対象に用いて回転トルクに伴
う回動変位が大きくカウント数が多く必要になる場合に
は、前記したリミット用ロータリーエンコーダ部２と同
様に符号円盤を減速歯車を介し複数段に配設する構成と
することもできる。また、本実施の形態においては、ト
ルク用符号円盤１４にリミット用ロータリーエンコーダ
部２と同じ符号パターン５０を採用することにより、部
品を共通化して部品種類を減らし、よりコストダウンが
図れる。

【００３０】また、本実施の形態に係るロータリーエン
コーダにおいて、リミット用ロータリーエンコーダ部２
は、各符号円盤の外周に歯形を設け、さらにビジー符号
を配設する構成としているが、歯数がカウント数と同一
で、且つ歯形が受発光素子で識別可能な十分な大きさに
形成される場合には、歯形をビジー符号と対応させて受
発光素子に対する反射部分とし、パルスカウントに利用
する構成とすることもでき、符号パターンのビジー符号
領域が省け、各符号円盤を小径としてよりコンパクト化
が図れることとなる。

【００３１】また、本実施の形態に係るロータリーエン
コーダにおいて、リミット用ロータリーエンコーダ部２
は、符号円盤を３段とした構成としているが、３段以外
に、制御対象に必要なカウント数あるいは回転総数に対
応して、２段あるいはより多くの段数に符号円盤を配設
する構成とすることもできる。また、各符号円盤に同一
の符号円盤を用いてそれぞれの分解能（カウント数）を
同一とした構成としているが、各符号円盤をそれぞれ異
なる分解能とし、且つ符号円盤間の減速比が前段の１回
転で次段がその分解能に基づいた１カウント分の角度だ
け回転する設定となるよう各歯車部を形成する構成とす
ることもでき、各段での分解能と減速比の組合せで、自
由に目的のロータリーエンコーダを製作できることとな
る。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明においては、アブソ
リュートタイプの符号円盤を複数段に用いることによ
り、部品点数が少なく、構造が簡単で低コストで製造で
きる上、バックアップ電源が不要で、検出精度を確保し
たまま多回転に対応させられると共に、制御対象のバリ
エーションにも制御側でソフトウェアにより容易に対応
でき、汎用性が高いという効果を奏する。また、各符号
円盤での符号パターンのタイミングのずれも制御側でソ
フトウェアにより調整・補正可能であることにより、各
符号円盤及び減速歯車の位置合せなどの機械的な調整は
全く不要となり、製作時の手間を少なくしてコストダウ
ンが図れるという効果を有する。また、本発明において
は、リミットスイッチ、トルクスイッチに使用する場合
に、リミット制御、トルク制御において要求される全て
のデータが初めから符号化したデジタル信号として得ら
れ、外部からのノイズに強い上、センサからコンピュー
タまで制御系全体を一元的に統合してデジタル化でき、
コンピュータによるソフトウェア的な補正や制御が容易
に行えてデータ処理しやすく、中央のコンピュータで集
中的に制御が行え、制御系全体のコストダウンが図れる
という効果を有する。さらに、本発明においては、受発
光素子が光の透過あるいは反射を検知して位置情報を得
ることにより、外部からの電界、磁界の影響を受けず、
位置検出の精度が厳密に確保されるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るロータリーエンコ
ーダの概略配置図である。

【図２】本発明の一実施の形態に係るロータリーエンコ
ーダの一部省略平面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】図２のＣ−Ｃ断面図である。

【図６】（Ａ）は本発明の一実施の形態に係るロータリ
ーエンコーダの第１符号円盤における信号発生状態説明
図である。（Ｂ）は本発明の一実施の形態に係るロータ
リーエンコーダの第２符号円盤における信号発生状態説
明図である。（Ｃ）は本発明の一実施の形態に係るロー
タリーエンコーダの発生信号の処理状態説明図である。

【図７】（Ａ）は従来のロータリーエンコーダの概略構
成説明図である。（Ｂ）は従来のロータリーエンコーダ
の符号円盤の平面図である。

【図８】（Ａ）は従来のトルクスイッチの側面図であ
る。（Ｂ）は従来のトルクスイッチの平面図である。
（Ｃ）は図８（Ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

【図９】（Ａ）は従来のトルクスイッチの一方向動作説
明図である。（Ｂ）は従来のトルクスイッチの他方向動
作説明図である。

【符号の説明】

１、１００ ロータリーエンコーダ ２ リミット用ロータリーエンコーダ部 ３ トルク用ロータリーエンコーダ部 ４ 装置枠 ５、１０５ 入力軸 ６ 保持軸 ７ トルク入力軸 ８ 受発光素子 １１ 第１符号円盤 １１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ 円盤部 １１ｂ、１２ｂ、１３ｂ 歯形 １１ｃ、１２ｃ、１３ｃ 歯車部 １２ 第２符号円盤 １３ 第３符号円盤 １４ トルク用符号円盤 ２１ 第１減速歯車 ２１ａ、２２ａ 大歯車部 ２１ｂ、２２ｂ 小歯車部 ２２ 第２減速歯車 ３１、３２、３３、３４ 信号処理回路基板 ５０ 符号パターン ６０ アクチュエータ ６１ 出力軸 ６２ ウォーム ６３ トルクスプリング ６５ 変換レバー ７０、１７０ ウォームホイール １０８ 符号読取りセンサ １１０ 符号円盤 １５０ 符号パターン １５０ａ ビジー符号 １６０ トルクスイッチ １６１ 出力軸 １６２ ウォーム １６３ トルクスプリング １６４ 動作軸 １６５ 変換レバー １６６ 動作レバー １６７ マイクロスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉村 博喜 福岡県粕屋郡古賀町駅東三丁目３番１号 西部電機株式会社内 (72)発明者 福島 博美 福岡県粕屋郡古賀町駅東三丁目３番１号 西部電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置枠に回動自在に配設され、制御対象
   と連動して回動する入力軸と、 前記入力軸に固定的に軸支される円盤体からなり、当該
   円盤体の盤面の一回転を１／２ⁿ（ｎは任意の自然数）
   に分割して２進符号を用い符号化した符号パターンが配
   設されると共に外周に歯車状の歯形が形成される円盤部
   及び、当該円盤部と同軸に一体的な小径の歯車部で形成
   される第１符号円盤と、 前記入力軸の軸方向に前記第１符号円盤と略平行に連設
   して遊嵌状態で軸支される円盤体からなり、当該円盤体
   の盤面の一回転を１／２ⁿに分割して２進符号を用い符
   号化した符号パターンが配設されると共に外周に歯車状
   の歯形が形成される円盤部及び、当該円盤部と同軸に一
   体的な小径の歯車部で形成される１または複数の他の符
   号円盤と、 前記装置枠に前記入力軸と略平行に配設される保持軸上
   に回動自在に軸方向に連設されて軸支され、前記第１符
   号円盤または他の符号円盤の歯車部に噛合う大歯車部及
   び、当該大歯車部と同軸且つ一体化して軸支され、前記
   連設された第１符号円盤または他の符号円盤に隣合う各
   符号円盤の外周の歯形に噛合う小歯車部が一体に形成さ
   れてなる１または複数の減速歯車と、 前記第１符号円盤及び他の符号円盤近傍に各々配置さ
   れ、前記符号パターンを検知する少なくともｎ個の符号
   読取りセンサが配設され、第１符号円盤及び他の符号円
   盤の絶対位置を特定する信号をセンサ出力に基づいて発
   生する複数の信号処理回路とを備え、 前記第１符号円盤あるいは他の符号円盤と前記各減速歯
   車を介して連動する隣合う符号円盤との間に、当該隣合
   う符号円盤の符号化された分割数２ⁿに基づく１／２ⁿの
   減速比が各々設定されることを特徴とするロータリーエ
   ンコーダ。
2. 【請求項２】 装置枠に回動自在に配設され、制御対象
   と連動して回動する入力軸と、 前記入力軸に固定的に軸支される円盤体からなり、当該
   円盤体の盤面の一回転を１／２ⁿ（ｎは任意の自然数）
   に分割して２進符号を用い符号化した符号パターンが配
   設されると共に外周に歯車状の歯形が形成される円盤部
   及び、当該円盤部と同軸に一体的な小径の歯車部で形成
   される第１符号円盤と、 前記入力軸の軸方向に前記第１符号円盤と略平行に連設
   して遊嵌状態で軸支される円盤体からなり、当該円盤体
   の盤面の一回転を１／２ⁿに分割して２進符号を用い符
   号化した符号パターンが配設されると共に外周に歯車状
   の歯形が形成される円盤部及び、当該円盤部と同軸に一
   体的な小径の歯車部で形成される１または複数の他の符
   号円盤と、 前記装置枠に前記入力軸と略平行に配設される保持軸上
   に回動自在に軸方向に連設されて軸支され、前記第１符
   号円盤または他の符号円盤の歯車部に噛合う大歯車部及
   び、当該大歯車部と同軸且つ一体化して軸支され、前記
   連設された第１符号円盤または他の符号円盤に隣合う各
   符号円盤の外周の歯形に噛合う小歯車部が一体に形成さ
   れてなる１または複数の減速歯車と、 前記第１符号円盤及び他の符号円盤近傍に各々配置さ
   れ、前記符号パターンを検知する少なくともｎ個の符号
   読取りセンサが配設され、第１符号円盤及び他の符号円
   盤の絶対位置を特定する信号をセンサ出力に基づいて発
   生する複数の信号処理回路と、 前記装置枠に回動自在に配設され、制御対象に加わる軸
   トルクに比例して回動するトルク入力軸と、 前記トルク入力軸に固定的に軸支される円盤体からな
   り、当該円盤体の盤面の一回転を１／２ⁿに分割して２
   進符号を用い符号化した符号パターンが表面に配設され
   るトルク用符号円盤と、 前記トルク用符号円盤近傍に配置され、前記符号パター
   ンを検知する少なくともｎ個の符号読取りセンサが配設
   され、トルク用符号円盤の絶対位置を特定する信号をセ
   ンサ出力に基づいて発生するトルク用信号処理回路とを
   備え、 前記第１符号円盤あるいは他の符号円盤と前記各減速歯
   車を介して連動する隣合う符号円盤との間に、当該隣合
   う符号円盤の符号化された分割数２ⁿに基づく１／２ⁿの
   減速比が各々設定されることを特徴とするロータリーエ
   ンコーダ。
3. 【請求項３】 前記請求項１または２に記載のロータリ
   ーエンコーダにおいて、 前記符号読取りセンサとして、符号パターンに光を投射
   し、当該投射した光の透過あるいは反射を検知する受発
   光素子が配設されることを特徴とするロータリーエンコ
   ーダ。