JPH11211505A

JPH11211505A - ロータリエンコーダ

Info

Publication number: JPH11211505A
Application number: JP1011098A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Watanabe; 勇一渡辺; Keiichi Abe; 恵一阿部; Yoshihiro Endo; 義広遠藤
Original assignee: Koyo Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: Koyo Electronics Industries Co Ltd
Priority date: 1998-01-22
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、多信号検出型で安価、且つ正確な
出力信号が得られて、特に多数のビットコードを出力す
るアブソリュート型に適するロータリエンコーダを実現
することを目的とする。【解決手段】本発明は、投光素子から投射した光を固
定スリットと回転スリットとの透過光を受光素子で受光
する光学系を備え、光学系における固定スリットと回転
スリットとの透過光によりスリットの列に対応した複数
のパルス信号を出力するロータリエンコーダにおいて、
固定スリットと回転スリットのスリットの列を半径方向
に分割して分割されたスリット毎に光学系を配置すると
共に、分割された固定スリットを同一の固定スリット板
に設けたロータリエンコーダを構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロータリエンコーダ
に係り、さらに詳しくは固定板上の固定スリットと回転
円板上の回転スリットとの透過光で複数のパルス信号を
出力させるロータリエンコーダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は本発明を説明するための従来のロ
ータリエンコーダの原理的説明図、図９はスリット円板
の平面図である。図８と図９において、Ｅはロータリエ
ンコーダ、Ｒは回転シャフト、Ｓは回転スリット円板、
Ｆは固定スリット板である。ｓ１，ｓ２…は回転スリッ
ト円板Ｓに形成された回転スリット、ｆ１，ｆ２…は固
定スリット板Ｆに回転スリットｓ１，ｓ２…に対応して
設けられた固定スリット、ＯーＯは回転シャフトＲの軸
心である。Ｄは投光素子、Ｐは受光素子、Ｌは投光素子
Ｄから受光素子Ｐに通じる光路で構成された光学系、ａ
は回転スリットｓ１，ｓ２…のスリット列の領域幅であ
る。

【０００３】このような構成のロータリエンコーダＥに
おいて、回転シャフトＲが回転すると回転シャフトＲと
一体にスリット円板Ｓが回転する。一方、投光素子Ｄか
ら投射された平行光線は固定スリットｆ１，ｆ２…と回
転スリットｓ１，ｓ２…を通り抜けて、透過した断続光
が受光素子Ｐに受光される。受光素子Ｐに受光された光
学系Ｌの断続光は、光電変換手段により電気信号に変換
される。そして、図示されていないパルス成形回路によ
りパルス成形されて、回転スリットｓ１，ｓ２…の各列
のスリット幅に対応した複数のパルス信号が出力される
ようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のロータリエンコ
ーダＥは、上記のように１対の投光素子Ｄと受光素子Ｐ
からなる単一の光学系Ｌが利用されていた。そして、各
スリットｓ１，ｓ２…に対応する複数のパルス信号が、
出力回路に出力させるようになっていた。ところが、出
力信号数の増加に応じて回転スリットｓ１，ｓ２…の列
が増えて領域幅ａがＡに拡大されると、単一の光学系Ｌ
では拡大した領域幅Ａをまかなうことが不可能になる。
例えば、投光素子Ｄに直径が４．５ｍｍ程度のＬＥＤを
用いた場合は出力信号数が５〜８程度に制限され、それ
以上になると透過光の強度や平行度が出力に影響するよ
うな問題が生じることになる。

【０００５】そこで、図１０（ａ），（ｂ）に示された
ような上，下の光学系Ｌ１，Ｌ２を構成して、２つの光
学系Ｌ１，Ｌ２の光軸を半径方向にズラせて上記のよう
な拡大したスリット列の領域幅Ａをカバーさせるような
ことも考えられる。しかしながら、現在の進歩したエッ
チングの加工技術でスリット円板Ｓ上に（μｍ）オーダ
ーで形成される回転スリットｓ１，ｓ２…と同程度に、
上下の光学系Ｌ１，Ｌ２の２枚の固定スリット板Ｆ１，
Ｆ２を高い精度で相対的に位置決めしながら別々の位置
に固定して組み立てることは現状の組立技術では不可能
に近いような状態になっている。しかも、上下２枚の固
定スリット板Ｆ１，Ｆ２の位置決め誤差が同方向にズレ
て加算されるようなことになると、所定のパルス出力が
得られず実質的に適用不能になる恐れもあった。

【０００６】一方、この種のエンコーダＥに用いられる
従来の固定スリット板Ｆには、板厚公差が±１０〜１５
（μｍ）程度の精度の良い研磨ガラスが用いられてい
る。このような高精度に加工された材質の固定スリット
板Ｆにより、回転スリット板Ｓとの狭いギャップ長ｇが
許容誤差４０〜６０（μｍ）の範囲内に保持されて所定
のパルス出力が得られるようになっている。しかしなが
ら、従来の固定スリット板Ｆに用いられた研磨ガラス
は、相互的な板厚が全て均一になるように高精度に研磨
加工されている。このため、部品類の材料費が高くな
り、それだけ製品がコスト高になるという致命的な問題
点があった。

【０００７】本発明は、上述のような従来のロータリエ
ンコーダの２つの問題点を解消するためになされたもの
で、拡張されたスリットの列の領域幅に対応でき、しか
もスリット板に非研磨ガラスを用いて製作コストが安価
なロータリエンコーダを実現することを目的とするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、投光素子から
投射した光を固定スリットと回転スリットとの透過光を
受光素子で受光する光学系を備え、光学系における固定
スリットと回転スリットとの透過光によりスリットの列
に対応した複数のパルス信号を出力するロータリエンコ
ーダにおいて、固定スリットと回転スリットのスリット
の列を半径方向に分割して分割されたスリット毎に光学
系を配置すると共に、分割された固定スリットを同一の
固定スリット板に設けたロータリエンコーダを構成した
ものである。また、固定スリット板に複数対の固定スリ
ットを直径上に対向して設けたロータリエンコーダを構
成したものである。

【０００９】また、本発明は、固定部材に取り付けられ
た固定スリット板と、固定スリット板と平行してギャッ
プ長ｇを隔てて回転シャフトに取り付けられた回転スリ
ット板とを備えて、投光素子から投射した光を固定スリ
ット板の固定スリットのパターンと回転スリット板の回
転スリットのパターンを透過させて受光素子で受光して
パルス信号を出力するロータリエンコーダにおいて、固
定スリットのパターン面を基準面として回転シャフトの
取付面を加工し、取付面に回転スリット板をパターン面
を対向させて取り付けたロータリエンコーダを構成した
ものである。さらに、固定スリット板と回転スリット板
に非研磨のガラス板を用いたロータリエンコーダを構成
したものである。

【００１０】ハウジングのボスの表面に、固定スリット
板がパターンを表側にして仮付けされる。固定スリット
板を仮固定したハウジングが、固定スリット板のパター
ン面を基準面として旋盤の主軸側にチャックされる。そ
して、軸心を中心に回転する回転シャフトの取付面の表
面が、バイトにより切削加工される。取付面の面加工
後、仮付けされた固定スリット板が取り外されてから、
取り外された固定スリット板が組立用の治具装置により
ハウジングの内面に改めて正式に固定される。組立用の
治具装置には拡大鏡等の光学機構が付設されており、内
器のハウジングの部分がこの組立用の治具装置にセット
される。

【００１１】セット後、パターンに形成された位置決め
ラインを利用して、固定スリット板と回転スリット板と
の相対的な軸合わせが行われる。そして、部分的に接触
するボスとの間に接着剤が塗布されてから、固定スリッ
ト板に一定の弱い荷重が均一に加えられる。この結果、
固定スリット板が仮付け時と同一の回転面を保った状態
で、ハウジングの内面に接着される。ほぼ同様にして回
転スリット板が、切削加工された回転シャフトの取付面
に固着される。このようにして、固定スリット板と回転
スリット板が同一軸心上で且つ平行度を保持して、規定
のギャップ長を隔ててパターン面を向い合わせて組み立
てられる。

【００１２】ここで、被検回転体の回転軸が回転する
と、回転シャフトを介して回転スリット板が軸心を中心
に一体に回転する。そして、投光素子からの投射光は、
固定スリットと回転スリットを透過する。これら２つの
スリットの透過光は光学系の光路を通して、それぞれ反
対側で受光素子に受光される。受光素子は一部をオーバ
ラップして分割されたトラック内の光信号を電気信号に
変換して、それぞれ電子回路に出力されて信号処理され
る。そして、回転シャフトに連結された被検回転体の回
転角度や回転速度或いは絶対回転位置等が２つの光学系
を介して分割されて検出されるようになっている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
を用いて説明する。実施形態１．図１は本発明の実施形態１の内器部分の構
成を示す断面図、図２は図１の左側面図、図３は図１の
別角度の左側面図、図４は図３の１部を断面で示した底
面図である。本発明の実施形態では数字符号を用いる
が、スリットの列等の一部の構成部材には従来装置で用
いた英文字符号を共用する。

【００１４】図１〜４において、１はロータリエンコー
ダ、２はその内器である。３は内器２のハウジング、４
は回転シャフトである。２１，２２は２つの取付バネ
で、内器２の組付け時の相対的な位置誤差を吸収するた
めのものである。３１はハウジング３の軸受け孔、３２
は４個のネジ孔、３３は軸受け孔３１の両側で直径上で
対向して設けられた凹欠部、３４は固定用のボスであ
る。ボス３４は左右の凹欠部３３を挟んで４個設けら
れ、割溝を有する楕円形の突出面が同一の回転面上にな
るように形成されている。４０は回転シャフト４の２個
の軸受け、４１は回転シャフト４の内側の端部付近に設
けられたフランジ、４２は他端の軸方向に穿設された４
筋のスリ割、４３はクランプリングである。また、４４
はフランジ４１に形成された取付面、４５は浅い逃げ溝
である（図６参照）。回転シャフト４は中空円筒状に構
成されて、一端にフランジ４１が他端にスリ割４２が形
成されている。回転シャフト４は軸受け４０を介して、
ハウジング３の軸受け孔３１に回転可能に嵌装されてい
る。

【００１５】５は回転スリット板、５０はパターンであ
る。回転スリット板５の材料には非研磨の青板ガラスが
用いられ、中空円板状に作られている。詳しくは図示さ
れていないが、この回転スリット板５の表面には、従来
装置のときに説明したようなスリット幅が順次異なる回
転スリットｓ１，ｓ２…等のパターン５０が形成されて
いる。パターン５０の形成には現在のエッチング技術が
利用され、フィルム上のパターン原図が光学的な写真技
術を応用して青板ガラスの表面に精密に転写される。そ
して、クローム蒸着の薄膜からなる同心円環状で明暗模
様の回転スリットｓ１，ｓ２…のパターンや位置決め用
のラインとポイント或いは記号等の表示が、回転スリッ
ト板５の一方の表面に成層される。

【００１６】６は固定スリット板、６１はそのパターン
である。固定スリット板６は回転スリット板５よりやや
小さい外径で内径がやや大きい環状円板で、同じ材質の
ガラス材が使用され同様な工程を経て一対のパターン６
１が形成される。固定スリットｆ１，ｆ２…等を含む一
対のパターン６１を設けた固定スリット板６の平面図
が、図５に示されている。描かれたパターン６１，６１
内の角枠の内部には、正確には明暗で同心円弧状の固定
スリットｆ１，ｆ２…等が形成されている。図示されて
いるように、固定スリット板６には、２個の同一のパタ
ーン６１，６１が１８０°隔てて直径上に対向して設け
られている。そして、固定スリット板６はハウジング３
の内面のボス３４に固着されて、図面上では隙間が見ら
れないが、実際は回転スリット板５と微小なギャップ長
ｇを隔てて対向している。

【００１７】７１，７２はＬＥＤのような投光素子、７
３，７４は投光素子７１，７２を取り付けた２個のプリ
ント基板からなる円弧状のＡ基板である。８１，８２は
フォトトランジスタの如き受光素子、８３はＢ基板であ
る。２枚のＡ基板７３，７４はハウジング３の背面にネ
ジ孔３２で固定され、実装された２個の投光素子７１，
７２をハウジング３の２つの凹欠部３３に臨ませてい
る。また、Ｂ基板８３はハウジング３の前面側に取り付
けられ、２個の受光素子８１，８２を固定スリット板６
と回転スリット板５上のパターン５０と６１，６１を介
してそれぞれ投光素子７１，７２に対向させている。

【００１８】実施形態１では投光素子７１，７２と受光
素子８１，８２が２対設けられ、光路の途中に固定スリ
ット板６と回転スリット板５を配置した２つの光学系Ｌ
１とＬ２を構成した場合が例示されている。９はＣ基板
でＢ基板８３の外側に平行して設けられ、ハウジング３
の前端部に固定されている。９１はＣ基板とＢ基板８３
の間のコネクタ、９２は電池電源、９３はコンデンサ、
９４は導出用のコネクタである。Ｃ基板９には信号処理
回路等の電子回路が実装され、コネクタ９４により外部
機器に接続される。１０は被検回転体の回転軸、１１は
その機枠、１２は内器２の内部配線、１３はカバーであ
る。また、Ｏは回転シャフト４の回転軸心、Ｓ１，Ｓ２
は回転スリットｓ１，ｓ２…および固定スリットｆ１，
ｆ２…を２分割した２つのスリットの列、Ａは前述の従
来のときと同じスリットの列の領域幅である。

【００１９】このような構成の本発明の実施形態１の動
作を、図６（ａ），（ｂ）を併用して次に説明する。図
６（ａ）に示されたように、予め、回転シャフト４が軸
受け４０を介してハウジング３の軸受け孔３１に枢着さ
れると共に、それぞれパターン５０と６１，６１が形成
された回転スリット板５と固定スリット板６が準備され
ているものとする。そこで、先ず、ハウジング３のボス
３４の表面に、パターン６１，６１を形成した固定スリ
ット板６がパターン６１，６１を表側にして仮付けされ
る。固定スリット板６を仮付けしたハウジング３が、固
定スリット板６のパターン面の周辺部付近の数カ所を基
準面として工作機械、例えば旋盤にセットされる。そし
て、軸心ＯーＯを中心に回転する回転シャフト４の取付
面４４の表面が僅かな切り込み深さで、固定スリット板
６の表面との差が前記のギャップ長ｇになるように工具
ｂにより切削加工される。

【００２０】取付面４４の加工後、仮付けされた固定ス
リット板６が取り外される。次に、取り外された固定ス
リット板６が、ハウジング３の内面に改めて正式に固定
される。この場合、内器２の部分が拡大鏡等の光学機構
を付設した組立用の治具装置にセットされて、パターン
５０と６１，６１内の位置決めラインや位置決めポイン
トを利用して固定スリット板６と回転スリット板５との
相対的な回転軸の軸合わせが行われる。そして、部分的
に接触するボス３４との間に接着剤が塗布されてから、
固定スリット板６に弱い一定の荷重が均一に加えられ
る。この結果、固定スリット板６が仮付け時と同一の回
転面を保った状態で、ハウジング３の内面に固着され
る。ほぼ同様にして回転スリット板５が、回転シャフト
４の切削加工された取付面４４に固着される。このよう
にして、固定スリット板６と回転スリット板５が同一軸
心ＯーＯ上で且つ平行度を保持して、規定のギャップ長
ｇを隔ててパターン５０と６１，６１の面を向い合わせ
てロータリエンコーダ１が組み立てられることになる。

【００２１】組み立てられたロータリエンコーダ１の回
転シャフト４には、回転軸１０が挿入されてクランプリ
ング４３で４筋のスリ割４２が締め付けられて内器２が
被検回転体に連結される。ここで、被検回転体体の回転
軸１０が回転すると、回転シャフト４を介して回転スリ
ット板５が軸心ＯーＯを中心に一体に回転する。そし
て、投光素子７１，７２からの投射光は、固定スリット
ｆ１，ｆ２…と回転スリットｓ１，ｓ２…を透過する。
これら２つのスリットｆ１，ｆ２…とｓ１，ｓ２…の透
過光は光学系Ｌ１とＬ２の光路を通して、それぞれ反対
側でＢ基板８３上に配置された受光素子８１，８２に受
光される。受光素子８１と８２は一部をオーバラップし
て分割されたトラックＴ１，Ｔ２内の光信号を電気信号
に変換して、それぞれＣ基板９上の電子回路に出力す
る。

【００２２】そして、Ｃ基板９上の電子回路により入力
信号が処理されて、回転シャフト４に連結された被検回
転体の回転角度や回転速度或いは絶対回転位置等が２つ
の光学系Ｌ１，Ｌ２を介して分割されて検出される。こ
のように本発明によれば、回転スリット板５と相対的に
正確に位置決めされた単一の固定スリット板６の２箇所
に設けられたパターン６１，６１内の固定スリットｆ
１，ｆ２…を利用して、複数のパルス信号が２系統の光
学系Ｌ１とＬ２で分割されて検出されるようになってい
る。従って、たとえアブソリュート型のエンコーダのよ
うな多数の出力信号を発生させるような場合でも、１枚
の回転スリット板５で検出精度を低下させることなくパ
ルス信号を出力することができる。

【００２３】図７は実施形態１の変形例の構成を示す平
面図で、図６と異なる構成の固定スリット板が示されて
いる。図７において、６２，６３，６４は、それぞれ前
記のパターン６１と異なる一対のパターンである。即
ち、図７の変形例では、１枚の固定スリット板に４対の
パターン６１〜６４が設けられている。したがって、こ
の変形例のように構成することにより、１枚の固定スリ
ット板６で４種類の異なる出力パルスを２分割して検出
することができる。よって、図７のような１枚の固定ス
リット板６で４種類の回転スリット板５に適用でき、多
信号出力の２分割検出型で安価且つ高精度のロータリエ
ンコーダを実現することができる。

【００２４】因みに、実施形態１の回転スリット板５の
具体的な実施仕様を示せば、次の通りである。外径約３２（ｍｍ）内径約２１（ｍｍ）厚さ約１（ｍｍ）スリットの列１２列分割スリット列（１部オーバーラップ）Ｓ１の信号数８Ｓ２の信号数９回転スリットの最小のスリット幅（μｍ）回転スリットの最小のスリットの数本

【００２５】なお、上述の本発明の実施形態ではスリッ
トの列を一部オーバーラップして２分割して２系統の光
学系に分けた場合を例示して説明したが、均等分割して
独立させてもよく、分割数も適宜増加することができ
る。また、投光素子側に固定スリット板を配置した場合
で説明したが、回転スリット板と固定スリット板は逆に
配置してもよい。さらに、スリ割を形成した回転シャフ
トや取付バネ等の材質や構造も、必ずしも実施形態に限
るものではない。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、投光素子から投射した光を固
定スリットと回転スリットとの透過光を受光素子で受光
する光学系を備え、光学系における固定スリットと回転
スリットとの透過光によりスリットの列に対応した複数
のパルス信号を出力するロータリエンコーダにおいて、
回転スリットと固定スリットのスリットの列を半径方向
に分割して分割されたスリット毎に光学系を配置すると
共に、分割された固定スリットを同一の固定スリット板
に設けたロータリエンコーダを構成した。また、固定ス
リット板に複数対の固定スリットを直径上に対向して設
けたロータリエンコーダを構成した。

【００２７】また、本発明は、固定部材に取り付けられ
た固定スリット板と、固定スリット板と平行してギャッ
プ長ｇを隔てて回転シャフトに取り付けられた回転スリ
ット板とを備えて、投光素子から投射した光を固定スリ
ット板の固定スリットのパターンと回転スリット板の回
転スリットのパターンを透過させて受光素子で受光して
パルス信号を出力するロータリエンコーダにおいて、固
定スリットのパターン面を基準面として回転シャフトの
取付面を加工し、取付面に回転スリット板をパターン面
を対向させて取り付けたロータリエンコーダを構成し
た。さらに、固定スリット板と回転スリット板に非研磨
のガラス板を用いたロータリエンコーダを構成した。

【００２８】この結果、信号数の増加に無関係に、しか
も固定スリットの相対的な位置が正確で高精度なパルス
信号を出力することができる。また、固定スリット板と
回転スリット板の回転軌跡と平行度が一致するので、被
検回転体の回転角や回転数等の検出精度を向上すること
もできる。就中、相互的な板厚誤差を伴い易い非研磨ガ
ラスを回転スリット板と固定スリット板に用いてもギャ
ップ長ｇを均一に保持することもできるので、製作費を
安価に構成することもできる。

【００２９】よって、本発明によれば、多信号検出型で
安価、且つ正確な出力信号が得られて、特に多数のビッ
トコードを出力するアブソリュート型に適するロータリ
エンコーダを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の内器の構成を示す断面図
である。

【図２】図１の左側面図である。

【図３】図１の別角度の左側面図である。

【図４】図３の１部を断面で示した底面図である。

【図５】実施形態１の固定スリット板の拡大平面図であ
る。

【図６】本発明の実施形態１の動作を示す斜視図であ
る。

【図７】実施形態１の固定スリット板の変形例の拡大平
面図である。

【図８】本発明を説明するための従来装置の構成説明図
である。

【図９】従来装置の回転スリット板の構成を示す平面図
である。

【図１０】本発明を説明するための参考図である。

【符号の説明】

１ロータリエンコーダ３ハウジング４回転シャフト５回転スリット板６固定スリット板３１軸受け孔３３凹欠部３４ボス４１フランジ４４取付面４５逃げ溝５０パターン６１〜６４パターン７１，７２投光素子８１，８２受光素子ａ領域幅Ａ領域幅ｆ１，ｆ２… 固定スリットｇギャップ長Ｌ１，Ｌ２光学系ｓ１，ｓ２… 回転スリットＳ１，Ｓ２分割スリット（列）ＯーＯ回転軸心

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投光素子から投射した光を固定スリット
と回転スリットとの透過光を受光素子で受光する光学系
を備え、該光学系における前記固定スリットと回転スリ
ットとの透過光により前記スリットの列に対応した複数
のパルス信号を出力するロータリエンコーダにおいて、前記固定スリットと回転スリットのスリットの列を半径
方向に分割して該分割されたスリット毎に前記光学系を
配置すると共に、前記分割された固定スリットを同一の
固定スリット板に設けたことを特徴とするロータリエン
コーダ。
【請求項２】前記固定スリット板に複数対の固定スリ
ットを直径方向に対向して設けたことを特徴とする請求
項１記載のロータリエンコーダ。
【請求項３】固定部材に取り付けられた固定スリット
板と、該固定スリット板と平行してギャップ長ｇを隔て
て回転シャフトに取り付けられた回転スリット板とを備
えて、投光素子から投射した光を前記固定スリット板の
固定スリットのパターンと回転スリット板の回転スリッ
トのパターンとを透過させて受光素子で受光してパルス
信号を出力するロータリエンコーダにおいて、前記固定スリットのパターン面を基準面として前記回転
シャフトの取付面を加工し、該取付面に前記回転スリッ
ト板をパターン面を対向させて取り付けたことを特徴と
するロータリエンコーダ。
【請求項４】前記固定スリット板と回転スリット板に
非研磨のガラス板を用いたことを特徴とする請求項３記
載のロータリエンコーダ。