WO1986001289A1 - Optical rotary encoder and a method of assembling the same - Google Patents

Description

明 細 書

光学式口一タ リ ーヱンコーダ及びその組立方法

「 技 術 分 野 」

本発明は光学式口一タ リ ーエンコーダに閩するものであり . 特に受光素子及び固定スリ ッ トの位置合せを容易にする光学 式ロータ リ一エンコーダに関する。

「 背 景 技 術 」

光学式ロータ リ一エンコーダはすでに良く知られている。 このような光学式ロータ リ —ヱンコーダの例を第 1図（A) 〜 (D) に示す。 第 1図 （A) は部分的な断面図を示すもので、 回転軸 1 1 に固定された面転符号板 1 2 の下部に固定符号板 1 3、 さ らにその下に受光素子ア レイ 1 4が固定されている , また回転符号板 1 2 の上部にはプリ ン ト基板 1 6に固定され た発光ダイオー ド 1 5が設けられている。 回転符号板 1 2 の 平面図を第 1図 （ B ) に示す。 面転符号板 1 2 はその外周縁 に沿って所定の間隔で透光部 （ス'リ ッ ト） と遮光部 （斜線で 示したもの） が設けられている。 この透光部と遮光部の上部 から図中丸で示したように発光ダイオー ド 15 a , 15 b (第 1 図 （A) では代表して 1 5 として示している） が射出光を下 部に照射する。 また寧 1図 （ C ) 及び （ D ) に固定符号板 1 3及び受光素子アレイ 1 4の平面図を示す。 固定符号板 1 3 は、 A相信号及びその反転信号 ： 信号とそれぞれがこ れらと 90· 位相差のある B信号及びその反転信号 '. Έ"信号を とり出すために設けられるものであるのが、 固定符号扳のバ ターンと受光素子ァレイパターンとは完全に重なり合ってい る必要がある。 また固定符号板 1 3 のパターンと回転符号板 1 2 の上記透光部及び遮光部のバタ―ンは完全に同心になつ ている必要がある。

このため従来は第 2図 （A)〜（F) に図示の如く組立て及び 位置合せを行なっている。 尚、 第 2図（A) , (C) , (E) ,は第 1図 (A) 〜（D) に図示のエンコーダの部分的な平面図であり、 第 2図（B)，（D) , (F) はこれら平面図に対応する断面図である。 第 2図（A)，（B) を参照して述べると、 溝 17 aが設けられた 固定台 1 7 に固定符号板 1 3を取付ける。 次いで第 2図（C) (D) を参照して逮べると、 上記溝 17 a内に受光素子ア レイ 1 4を挿入し固定台 1 Ίに受光素子ァレイ ί 4を取付ける。 この場合、 顕微鏡で位置合わせをして固定符号板のパターン と受光素子アレイ のパター ンを一致させる。 さらに第 2図

(Ε) , (F) を参照して述べると、 固定台 1 7をフラ ンジ 1 8 に 取付け、 回転符号板 1 2 と固定符号板 1 3 のパター ンが同心 になるように位置合わせをして、 固定台 1 7をフラ ンジ 1 8 にねじ締めする。 ·

上記の位置合わせに際しては、 上記要素のそれぞれを Xお よび Υ方向、 すなわち 2方向に移動させて行うので、 受光素 子ア レイ と固定符号板の顕微鏡を用いた位置合わせ、 固定台 のフラ ンジへの位置合わせがかなり厄介であり、 エ ンコーダ の組立工数が相当か るという問題がある。 「 発 明 の 開 示 」

本発明は、 エンコーダの位置合せを容易にし、 エンコーダ の組立工数を削減し得るェンコーダを提供するこ とにある。 本発明においては、 対向して設けられた発光素子と受光素 子により形成された光路を回転軸の回転に応答して断 ^させ 回転軸の回転位置を検出する光学式ロータ リ ーェンコ ダに おいて、 前記回転軸の軸心に対して同心円状の円筒を有しフ ラ ンジに固定される固定台と、 該固定台の円筒に嵌合され且 つ組立時に該円,筒に対して回転し得る大きさの穴が設けられ 該穴の中心から径方向に正確に位置決め配設された受光素子 を有する受光素子板と該受光素子板の受光素子に所定の光が 入射されるようにする符号部が形成され前記受光素子板と隣 接し且つ所定の間隔を隔てて前記固定台に取付けられる固定 符号板とを備えたことを特徴とする光学式口一タ リ ーェンコ ーダが提供される。

上記の如く形成された受光素子板を固定台の円筒に嵌合さ せることにより受光素子の径方向は軸心に対して正確に位置 決めされる。 さ らに固定符号板を固定台に固定し、 上記受光 素子板を円周方向に回転調節するこ とにより、 固定符号板の 符号部と受光素子板の受光素子とが容易に位置合わせするこ とができ、 この位置合わせ後、 固定台に固定符号板と受光素 子板とを固定する。 このようにして位置合わせされた固定符 号板と受光素子板を有する固定台をフラ ンジに取付ける。

また固定符号板に設けられた透光環を用いて、 回転符号板 の符号部と位置合わせされるように固定符号板が固定台に固 定される。

さらに、 本発明においては、 対向して設けられた究光素子 と受光素子により形成された光路を回転軸の回転に応答して 断続させ回転軸の回転位置を検出するため、 前記回転軸の軸 心に対して同心円状の円筒を有しフラ ンジに固定される固定 台と、 該固定台の円筒に嵌合され且つ組立時に該円筒に対し て回転し得る大きさの穴が設けられ該穴の中心から径方向に 正確に位置決め配設された受光素子を有する受光素子板と、 該受光素子板の受光素子に所定の光が入射されるようにする 符号部が形成され前記受光素子板と隣接し且つ所定の間隔を 隔てて前記固定台に取付けられる固定符号板とを備えた光学 式ロータリ ーエンコーダの組立方法であって、 （a)前記固定台 の円筒段落に前記受光素子板の穴をはめ込む段階、 （ )前記固 定符号板を前記固定台の支持部に位置合せ載置する段階、 （c) 前記固定符号板の芯出しを行う段階、 （d)前記受光素子扳を前 記固定台の円筒段落に挿入した状態で、 前記受光素子を前記 固定符号板に対して回転位置合せする段階、 （e)前記受光素子 板および前記固定符号板を前記画定台に固定する段階、 およ び、 （f)上記段階で位置合せ固定された前記固定符号板、 受光 素子板を装着した固定台を前記フランジのはめ合い部に嵌合 させる段階、 を具備する光学式口—タ リ ーエンコーダの組立 方法が提供される。

「図面の簡単な説明」

第 1図 （A)〜（D ) は従来の光学式ロータ リ ーエンコーダの 部分図であって （A) は断面図、 （ B ) は回転符号板の平面 図、 （ C ) は固定符号板の平面図、 （ D ) は受光素子アレイ の平面図、

第 2図 ）〜（F) は第 1図のエ ンコーダの受光素子ア レイ と回転符号板の組立及び位置合せを示す図、

第 3図 ）〜（D) は本発明によるイ ンク リ メ ン ト形光学式 ロニタ リ —エンコーダの部分図であって、 （A) は断面図、 ( B ) は平面図、 （ C ) は （A) の面 H— H ' における平面 図、 （ D ) は （ C) の断面図、

第 4図 （A)〜（C) は本発明によるアブソ リ ュー ト形光学式 エ ンコ ーダの部分図であって、 （Α)· は回転符号板の平面図 ( B ) は第 3図 （B ) に対応する平面図、 （ C) は第 3図 ( C ) に'対応する平面図、'である。 「発明を実施するための最良の形態」 第 3図は本発明の一実施例としての光学式口一タ リ ーェ ン コーダの組立を示す図である。 第 3図 （ A) は固定台 2 7 に 装着された受光素子板 2 及び固定符号板 2 3 の断面図を示 す。 第 3図 （ A ) は治具 4 0、 非金属のスぺーサ 4 1 、 座金 4 2及びネジ 4 3を用いて固定符号板 2 3を固定している場 合の組立図を示す。 第 3図 （ B ) は第 3図 （A) に対する平 面図を示す。 固定符号板 2 3 には第 1図 （ C ) に図示と同様 の A , , B , 相信号を取り出すためのパター ンが形成さ れており、 ガラス製の固定符号板 2 3 は上記パター ン形成部 及び透光環 23 aを除いて、 斜線で示したように黒のマスクが 施されている。 透光環 23 a は後述するように、 芯出 トラ ック として用いられるものである。 第 3図 （ C ) は第 3図

( A ) の面 H— H ' における平面図である。 第 3図 （ C ) の 断面を第 3図 （ D ) に示す。 受光素子板 2 4には径方向に第 1図 （D ) に図示したものと同様の受光素子アレイが設けら れており、 これらの受光素子アレイ は回転軸の中心から径方 向に精密に位置決めされている。 受光素子板 2 4 は固定台 2 7 の円筒部の段落 27 bに嵌合される穴を有するガラスェポ キシ又はセラ ミ フ ク等の板として形成されている。

本発明のェンコーダを組立てるに際しては以上の各構成要 素を事前に製造しておく のであるが、 特に機械加工上、 下記 の 件を満足するようにしておく 。 面定台 2 7の受光素子板 2 4が装着される円筒段落 27 b は回転軸の中心 0 _ Ο -' に対 して正確な同心円を形成するようにしておく 。 もっともこ 機械加工は旋盤等による円筒加工であるから比較的容易に製 作することができる。 上記固定台 2 7 の円筒段落 27 b の外径 と嵌合するように受光素子板 2 4の穴を機械加工する。 但し、 受光素子板 2 4が固定台の円筒段落 27 bに挿入された場合、 回転できる程度、 例えば数 m程度のク リアラ ンスが設けら れる必要があるが、 中心軸 0 — 0 ' に対し、 受光素子アレイ 部の径方向位置が実質的に影響のない程度にしておく 。 すな わち、 固定台の円筒段落に受光素子板を取り付けるだけで受 光素子ァレィ の径方向位置が正確に位置決めできるようにす るためである。

固定符号板 2 3 はガラス製であるから、 穴の加工精度は高 々 0. 1 «程度に制限される。 しかしながら芯出 ト ラ ックとし て用いる環状透明部 2 3 は、 軸心に対し正確に同心円になる ようにしておく 。 - 第 3図に図示のエ ンコーダの組立方法について述べる。

(a) 固定台 2 7 の円筒段落 27 bに受光素子板 2 4 の穴をは め込む （第 3図（C) , ( D) )。

(b) 固定符号板 2 3を固定台 2 7 の支持部 27 a にのせ、 例 えば支持部 27 a に設けられたケガキ線を利用して目視で位置 合わせをした後、 スぺーサ 4 1、 座金 4 2、 ネジ 4 3等を用 いて、 一旦固定符号板 2 3を固定台 2 7 に固定する （第 3図 (A) , (B) )。

~ (c) 次に芯出し治具を用いて固定符号板の芯出しを行う。 これは固定符号板の透光環 23 aを顕微鏡で観察しながら、 こ の トラ ックが中心に対して偏心している場合には叩く等して、 径方向を合わせるものである。

(d) 受光素子板 2 4を固定台 2 7 の円筒段落 27 b に挿入し たま ゝで円周方向に面転させ、 受光素子の窓が固定符号板

2 3の上記スリ ッ トの真下になるように、 位置合わせをする。

(e) 受光素子板 2 4を回転できないように固定台 2 7に固 定し、 また固定符号板 2 3を固定台 2 7 に固定し、 治具等を 外す。

(ί) このように固定符号板 2 3 のバタ一ンと受光素子板の 受光素子アレイ との位置合わせが完了したら、 固定符号板、 受光素子板を装着固定した固定台 2 7をフラ ンジのはめ合い 部にはめ込む。 (g) その後は従来の組立と同様に、 回転符号板を回転軸に 取付け、 ギャ ップ調整、 芯出しを行う。

以上から明らかなように、 受光素子ァレイ は受光素子板を 固定台に装着することにより径方向について正確、 一義的且 つ迅速に位置決めされる。 よって固定符号板のパターンとの 受光素子アレイ の位置決めは円周 （回転） 方向についてのみ 行えば良い。 また固定符号板は固定台に取付けの段階で回転 符号板のスリ ッ ト部と位置合わせされるようになつている。 従ってこのようにして受光素子板と固定符号板が装着固定さ れた固定台をフラ ンジに取り付けるのみで、 エ ンコーダを組 立てることができる。

上記実施例はィ ンク リ メ ンタル形式の光学式口 一タリ ーェ ンコーダについて述べたが、 アブソ リ ユー ト形式の光学式口 一タリ ーエンコーダについても同様に適用することができる。 第 4図 ）〜（C) はアブソ リ ュー ト形式の光学式ロ ータ リ

—エンコーダの本発明の実施例による部分図を示す。 第 4図 ( Α ) は回転符号板 112の平面図を示し、 第 4図 （ Β ) は第 3図 （Β ) に対応する平面図を示し、 第 4図 （ C ) は第 3図 ( C ) に対応する平面図を示す。 この実施例においては、 回 転符号板 112には 5条の円環状スリ ッ トが設けられており、 5 ビッ ト、 すなわち 1面転当り 2 ⁵ — 1 - 0 〜 32のアブソ リ ユ ー. ト位置検出が可能なものである。 第 4図 （Β ) において、 固定台 127の支持部 127aにのせられた固定符号板 123には、 回転符号板 112の 5条の円環状スリ ッ トに対応してアブソ リ ユー ト相を形成するためのバタ—ン形成部 130 a〜130eと透光 環 123aが形成されており、 他は斜線で図示の如く黒のマスク が施こされている。 第 4図 （ C ) において、 受光素子板 124 には上記固定符号板 123のバタ―ン形成部 130a〜： L30eに対応 した受光素子ア レイ 114が設けられており、 受光素子ア レイ 114 は第 3図 （ C ) に図示の場合と同様、 回転軸の中心から 径方向に精密に位置決めされている。 受光素子板 124は第 3 図 （ D ) に図示のものと同様の固定台 127の円筒部の段落 127bに嵌合される穴を有するガラスヱポキシ等の板により形 成されている。

以上から明らかなように、 第 4'図 （A)〜（C) に図示のェ ン コーダは、 回転符号板 112のス リ ッ ト 、 固定符号板 123のパ タ一ン形成部 130a〜130eおよび受光素子板 124の受光素子ァ レイ 114を除いて、 第 3図 （A)〜（D) に図示のイ ンク リ メ-ン ト形式のヱ ンコーダと同じである。 従ってその製造、 組立等 については前述のィ ンク リ メ ン ト形式のエンコーダと同様に 亍う ことができる。

以上に述べたように本発明によれば位置合わせが容易にな り、 エンコーダの組立工数が削減できる。 「産業上の利用可能性」

本発明による光学式ロータ リ ーヱン 2—ダは作動機械の精 確な位置検出に用いられる。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 対向して設けられた凳光素子（15)と受光素子（14)によ り形成された光路を回転軸の回転に応答して断繞させ回転軸 (11)の回転位置を検出する光学式口一タリ ーエンコーダにお いて、

前記回転軸（11)の軸心に対して同心円状の円筒を有しフラ ンジ（18)に固定される固定台（27)と、

該固定台（27)の円筒に嵌合され且つ組立時に該円筒に対し て回転し得る大きさの穴が設けられ該穴の中心から径方向に 正確に位置決め配設された受光素子を有する受光素子板（24)' と、

該受光素子板（24)の受光素子に所，定の光が入射されるよう にする'符号部が形成され前記受光素子板と隣接し且つ所定の 間隔を隔てて前記固定台に取付けられる固定符号板（23)と を備えたことを特徴とする光学式口一タ リ ーエンコーダ。

2. 前記固定符号板（23)には前記回転軸の軸心と同心 を 成す透光環（23a) が設けられたことを特徴とする、 請求の範 囲第 1項に記載の光学式口一タ リ ーエンコーダ。

3. 対向して設けられた発光素子（15)と受光素子（14)によ り形成された光路を回転軸の回転に応答して断繞させ回転軸

(11)の回転位置を検出するため、 前記回転敏の軸心に対して 同心円状の円筒を有しフラ ンジ に固定される固定台（27) と、 該固定台の円筒に嵌合され且つ組立時に該円筒に対して 回転し得る大きさの穴が設けられ該穴の中心から径方向に正 確に位置決め配設された受光素子を有する受光素子板（24)と、 該受光素子板の受光素子に所定の光が入射されるようにする 符号部が形成され前記受光素子板と隣接し且つ所定の間隔を 隔てて前記固定台に取付けられる固定符号板（23)とを備えた 光学式ロータ リ ーヱンコーダの組立方法であって、

a . 前記固定台（27)の円筒段落（27b) に前記受光素子板

(24)の穴をはめ込む段階、

b . 前記固定符号板（23)を前記固定台（27)支持部（27a) に 位置合せ載置する段階、

c . 前記固定符号板（23)の芯出しを行う段階、

d . 前記受光素子板（24)を前記固定台（27)の円筒段落（27b) に挿入した状態で、 前記受光素子を前記固定符号板（23)に対 して回転位置合せする段階、

e . 前記受光素子板（24)および前記固定符号板（23)を前記 固定台（27)に固定する段階、 および、

f . 上記段階で位置合せ固定された前記固定符号板（23)、 受光素子板（24)を装着した固定台（27)を前記フラ ンジ（18)の はめ合い部に嵌合させる段階、

を具備する光学式口一タ リ ーェンコーダの組立方法。