WO2016080184A1 - 位置検出装置、駆動装置、および位置検出用スケール部材 - Google Patents
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Definitions
- the first scale 21 for detecting the rotational position is formed in the region 15c (the region 1c of the scale member 1) where the driven member 2 is located on the peripheral surface 15a of the cylindrical member 15.
- the second scale 31 for detecting the linear position is formed in the region 15d (region 1d of the scale member 1) opposite to the side where the driven member 2 is located with respect to the region 15c.
- the second scale 31 for detecting the linear position is formed in the region 15c on the side where the driven member 2 is located (the region 1c of the scale member 1), and the driven member is formed with respect to the region 15c.
- a first scale 21 for detecting the rotational position may be formed in a region 15d (region 1d of the scale member 1) opposite to the side where 2 is located.
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Abstract
リニアエンコーダおよびロータリエンコーダが共通の部材の移動を検出することによって、被駆動部材の回転位置および直線位置を検出することのできる位置検出装置、駆動装置、および位置検出用スケール部材を提供すること。具体的には、位置検出装置１０において、軸線Ｌ周りの回転と軸線Ｌ方向の直線移動とを行う被駆動部材と一体に移動するスケール部材１の周面１ａでは、ロータリエンコーダ２０用の第１スケール２１、およびリニアエンコーダ３０用の第２スケール３１が積層されており、回転位置検出用の第１センサ２２および直線位置検出用の第２センサ３２は、スケール部材１の周面１ａに対向するように固定体に保持されている。第１スケール２１では、軸線Ｌ方向に延在する反射パターン１ｒが周方向に複数配列され、第２スケール３１では、軸線Ｌ周りに延在するＳ極およびＮ極が軸線Ｌ方向に交互に配列されている。
Description
本発明は、被駆動部材の回転位置および直線位置を検出する位置検出装置、該位置検出装置を備えた駆動装置、および当該位置装置に用いられる位置検出用スケール部材に関するものである。
被駆動部材に軸線周りの回転移動と軸線方向の直線移動とを行わせる駆動装置として、リニアモータによって軸線方向に直線移動する直動軸にカップリングを介して回転モータの回転軸を連結させて直動軸を軸線周りに回転させる複合駆動装置が提案されている（特許文献１参照）。
かかる複合駆動装置では、回転モータがキャリッジに搭載されているので、直動軸を直線移動させた際、回転モータも軸線方向に直線移動する。また、複合駆動装置では、Ｎ極とＳ極とが交互に配列されたリニアスケールベース（直線位置検出用のスケール）と、キャリッジと一体に直動するリニアスケールヘッド（直線位置検出用のセンサ）とによってリニアエンコーダが構成されており、直動軸の直線位置を検出している。
特許文献１に記載の駆動装置において、直動軸の回転位置を検出するには、リニアエンコーダとは別に、回転モータの回転軸あるいは直動軸に対してロータリエンコーダを設ける必要がある。例えば、回転モータの回転軸に回転位置検出用のスケールを設ける一方、キャリッジ等に回転位置検出用のセンサを設けることになる。すなわち、直動軸の回転位置および直線位置を検出するには、リニアエンコーダとロータリエンコーダとを独立して構成し、互いに別の部材の移動を検出する必要がある。このため、リニアエンコーダおよびロータリエンコーダを設けるために大きなスペースを必要とする等の問題点がある。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、リニアエンコーダおよびロータリエンコーダが共通の部材の移動を検出することによって、被駆動部材の回転位置および直線位置を検出することのできる位置検出装置、駆動装置、および位置検出用スケール部材を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る位置検出装置は、回転位置検出用の第１スケール、および該第１スケールに対向する回転位置検出用の第１センサを備えたロータリエンコーダと、直線位置検出用の第２スケール、および該第２スケールに対向する直線位置検出用の第２センサを備えたリニアエンコーダと、を有し、前記第１スケールおよび前記第２スケールは、軸線周りの回転移動および軸線方向の直線移動が行われるスケール部材の周面に設けられていることを特徴とする。
また、本発明に係る駆動装置は、被駆動部材を軸線周りに回転移動させる回転駆動装置と、前記被駆動部材を前記軸線方向に直線移動させる直線駆動装置と、前記被駆動部材の回転移動および直線移動を検出する位置検出装置と、を有し、前記位置検出装置は、回転位置検出用の第１スケール、および該第１スケールに対向する回転位置検出用の第１センサを備えたロータリエンコーダと、直線位置検出用の第２スケール、および該第１スケールに対向する直線位置検出用の第２センサを備えたリニアエンコーダと、を備え、前記第２スケールおよび前記第２スケールは、前記被駆動部材と一体に移動するスケール部材の周面に設けられていることを特徴とする。
本発明では、共通のスケール部材の周面に回転位置検出用の第１スケール、および直線位置検出用の第２スケールを設けたため、スケール部材の移動を検出すれば、被駆動部材の回転位置および直線位置を検出することができる。従って、位置検出装置の構成を簡素化することができるので、位置検出装置を設けるためのスペースを縮小することができる等の利点がある。
本発明において、前記第１スケールでは、前記軸線方向に延在するパターンが前記軸線周りに複数配列され、前記第２スケールでは、前記軸線周りに延在するパターンが前記軸線方向に複数配列されていることが好ましい。かかる構成によれば、スケール部材が軸線方向に直線移動したときでも、第１スケールと第１センサとが対向し、スケール部材が軸線周りに回転移動したときでも、第２スケールと第２センサとが対向する。従って、広い範囲にわたって、スケール部材の軸線周りの回転位置よび軸線方向の直線位置を検出することができる。
本発明において、前記第１スケールと前記第２スケールとは、前記周面で積層されている構成を採用することができる。かかる構成によれば、スケール部材の軸線方向の寸法を短縮することができる。
本発明において、前記第１スケールと前記第２スケールとは、前記周面において前記軸線方向で異なる領域に設けられている構成を採用してもよい。かかる構成によれば、ロータリエンコーダおよびリニアエンコーダにおいて、同一の検出方式を採用した場合でも、相互の干渉が発生しにくい。
本発明において、前記ロータリエンコーダと前記リニアエンコーダとでは、異なる種類の物理量を検出する構成を採用することができる。
本発明において、前記ロータリエンコーダと前記リニアエンコーダとでは、同一種類の物理量を検出する構成を採用することができる。
本発明において、前記ロータリエンコーダおよび前記リニアエンコーダのうち、少なくとも一方は、磁気式エンコーダであることが好ましい。
この場合、前記磁気式エンコーダでは、前記周面にコーティングされた磁性層に対する着磁によりスケール用の磁気パターンが形成されている構成を採用することができる。この場合、前記磁気パターンは、前記第２スケールに設けられていることが好ましい。
本発明において、前記ロータリエンコーダおよび前記リニアエンコーダのうち、少なくとも一方は、反射型の光学式エンコーダであることが好ましい。
この場合、前記光学式エンコーダでは、前記周面に形成された反射層によりスケール用の反射パターンが形成されている構成を採用することができる。この場合、前記反射パターンは、前記第１スケールに設けられていることが好ましい。
本発明において、前記スケール部材は筒状部材を備え、前記筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールが形成されている構成を採用することができる。この場合、前記筒状部材は、第１筒状部材と、該第１筒状部材が内側に嵌められた第２筒状部材と、を備え、前記第１筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの一方が形成され、前記第２筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの他方が形成されていることが好ましい。
本発明において、前記スケール部材は、前記軸線方向に延在する軸部と、前記軸部に嵌められた筒状部材と、を備え、前記軸部の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの一方が形成され、前記筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの他方が形成されている構成を採用することができる。
本発明において、前記スケール部材は、前記軸線方向に延在する軸部を備え、当該軸部の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールが形成されている構成を採用してもよい。
本発明において、前記第１スケールは、前記周面に反射層からなるスケール用の反射パターンを備え、前記第２スケールは、前記周面に磁性層に対する着磁からなるスケール用の磁気パターンを備えていることが好ましい。
本発明において、前記第１スケールは、前記周面に磁性層に対する着磁からなるスケール用の磁気パターンを備え、前記第２スケールは、前記周面に反射層からなるスケール用の反射パターンを備えていることが好ましい。
本発明に係る位置検出用スケール部材は、周面に回転位置検出用の第１スケール、および直線位置検出用の第２スケールが設けられていることを特徴とする。
本発明に係る位置検出用スケール部材は、筒状部材を有し、前記筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールが形成されている構成を採用することができる。この場合、前記筒状部材は、第１筒状部材と、該第１筒状部材が内側に嵌められた第２筒状部材と、を備え、前記第１筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの一方が形成され、前記第２筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの他方が形成されていることが好ましい。
本発明に係る位置検出用スケール部材は、軸部と、該軸部に嵌められた筒状部材と、を備え、前記軸部の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの一方が形成され、前記筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの他方が形成されている構成を採用してもよい。
本発明に係る位置検出用スケール部材は、軸部を備え、当該軸部の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールが形成されている構成を採用してもよい。
本発明では、共通のスケール部材の周面に回転位置検出用の第１スケール、および直線位置検出用の第２スケールを設けたため、スケール部材の移動を検出すれば、被駆動部材の回転位置および直線位置を検出することができる。従って、位置検出装置の構成を簡素化することができるので、位置検出装置を設けるためのスペースを縮小することができる等の利点がある。回転位置検出直線位置検出
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
［実施の形態１］
（駆動装置１００の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置検出装置１０を備えた駆動装置１００の説明図である。図１に示す駆動装置１００は、被駆動部材２を軸線Ｌ周りに回転移動させる回転駆動装置１１０と、被駆動部材２を軸線Ｌ方向に直線移動させる直線駆動装置１２０と、被駆動部材２の回転移動および直線移動を検出する位置検出装置１０とを有している。
（駆動装置１００の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置検出装置１０を備えた駆動装置１００の説明図である。図１に示す駆動装置１００は、被駆動部材２を軸線Ｌ周りに回転移動させる回転駆動装置１１０と、被駆動部材２を軸線Ｌ方向に直線移動させる直線駆動装置１２０と、被駆動部材２の回転移動および直線移動を検出する位置検出装置１０とを有している。
回転駆動装置１１０は、軸線Ｌ方向に延在する第１回転軸１１２を備えた回転駆動用の第１モータ１１１を有しており、第１回転軸１１２の先端部に被駆動部材２が連結されている。被駆動部材２は、各種部材を保持するヘッドや、各種部材が載置されるテーブル等である。
直線駆動装置１２０は固定体１３０に支持されており、直線駆動装置１２０のキャリッジ１２１に回転駆動装置１１０が搭載されている。より具体的には、直線駆動装置１２０は、軸線Ｌと平行に延在する第２回転軸１２３を備えた直線駆動用の第２モータ１２２と、第２回転軸１２３に形成された螺旋溝に係合するナット部１２４を備えたキャリッジ１２１とを有しており、キャリッジ１２１には第１モータ１１１が保持されている。
従って、直線駆動装置１２０において、第２モータ１２２の第２回転軸１２３が回転すると、キャリッジ１２１が第２回転軸１２３に沿って直線移動するため、回転駆動装置１１０全体が軸線Ｌ方向に移動する。このため、被駆動部材２が軸線Ｌ方向に直線移動する。その際、キャリッジ１２１の軸線Ｌ方向の可動範囲は、矢印Ｌ１で示す範囲であり、被駆動部材２の軸線Ｌ方向の可動範囲は、矢印Ｌ２で示す範囲である。なお、固定体１３０には、リニアガイド１３１が設けられており、リニアガイド１３１は、第２回転軸１２３に対するキャリッジ１２１の供回りを防止するとともに、キャリッジ１２１を軸線Ｌに沿う方向に案内する。
また、回転駆動装置１１０において、第１モータ１１１の第１回転軸１１２が軸線Ｌ周りに回転すると、被駆動部材２が軸線Ｌ周りに回転移動する。
かかる駆動の際、位置検出装置１０は、被駆動部材２の軸線Ｌ周りの回転移動および被駆動部材２の軸線Ｌ方向の直線移動を検出し、その結果に基づいて、被駆動部材２の軸線Ｌ周りの回転位置および被駆動部材２の軸線Ｌ方向の直線位置を検出する。位置検出装置１０は、被駆動部材２の回転位置を検出するロータリエンコーダ２０と、被駆動部材２の直線位置を検出するリニアエンコーダ３０とを有している。回転駆動装置１１０は、ロータリエンコーダ２０での検出に基づいて被駆動部材２の軸線Ｌ周りの角度位置を調整し、直線駆動装置１２０は、リニアエンコーダ３０での検出結果に基づいて被駆動部材２の軸線Ｌ方向の直線位置を調整する。
かかる位置検出装置１０（ロータリエンコーダ２０およびリニアエンコーダ３０）を構
成するにあたって、本形態では、回転駆動装置１１０に用いた第１モータ１１１の第１回
転軸１１２において後端側（被駆動部材２とは反対側）に延在している部分がスケール部
材１（位置検出用スケール部材）として構成されている。
成するにあたって、本形態では、回転駆動装置１１０に用いた第１モータ１１１の第１回
転軸１１２において後端側（被駆動部材２とは反対側）に延在している部分がスケール部
材１（位置検出用スケール部材）として構成されている。
（位置検出装置１０の詳細構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る位置検出装置１０の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、スケール部材１とセンサとの位置関係を示す説明図、スケール部材１の分解斜視図、およびスケール部材１をさらに細かく分解したときの分解斜視図である。
図２は、本発明の実施の形態１に係る位置検出装置１０の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、スケール部材１とセンサとの位置関係を示す説明図、スケール部材１の分解斜視図、およびスケール部材１をさらに細かく分解したときの分解斜視図である。
図２（ａ）に示すように、スケール部材１は、全体として軸線Ｌ方向に延在する丸棒状であり、かかる丸棒状のスケール部材１の周面１ａ（外周面）には、回転位置検出用の第１スケール２１と、直線位置検出用の第２スケール３１とが形成されている。第１スケール２１には、図１に示す固定体１３０に保持された回転位置検出用の第１センサ２２が対向しており、第１スケール２１と第１センサ２２とによってロータリエンコーダ２０が構成されている。また、第２スケール３１には、図１に示す固定体１３０に保持された直線位置検出用の第２センサ３２が対向しており、第２スケール３１と第２センサ３２とによってリニアエンコーダ３０が構成されている。
ここで、ロータリエンコーダ２０とリニアエンコーダ３０とでは、異なる種類の物理量を検出する構成、または同一種類の物理量を検出する構成を採用することができる。本形態では、ロータリエンコーダ２０とリニアエンコーダ３０とでは、異なる種類の物理量を検出する構成が採用されている。例えば、ロータリエンコーダ２０は、反射型の光学式エンコーダであり、リニアエンコーダ３０は、磁気式エンコーダである。従って、ロータリエンコーダ２０において、第１スケール２１は、スケール用の反射パターン１ｒからなり、第１センサ２２は光センサからなる。かかる第１センサ２２（光センサ）は、スケール部材１の周面１ａに向けて光を出射する発光部と、第１スケール２１（反射パターン１ｒ）で反射した光を受光部とを備えている。一方、リニアエンコーダ３０において、第２スケール３１は、スケール用の磁気パターン１ｍからなり、第２センサ３２は、磁気抵抗素子やホール素子等の磁気センサからなる。
本形態では、第１スケール２１と第２スケール３１とは、スケール部材１の周面１ａのうち、同一領域において径方向に積層されている。このため、第１センサ２２と第２センサ３２とは近接しており、図１に示す固定体１３０に保持された共通の基板４０に設けられている。
より具体的には、図２（ｂ）に示すように、スケール部材１は、第１モータ１１１の第１回転軸１１２において後端側（被駆動部材２とは反対側）に延在している丸棒状の軸部１１と、軸部１１が嵌った円筒状の筒状部材１２とを備えており、筒状部材１２の周面１２ａに第１スケール２１および第２スケール３１が積層されている。本形態において、筒状部材１２は、内側の円筒状の第１筒状部材１３と、第１筒状部材１３が内側に嵌められた外側の円筒状の第２筒状部材１４とを備えている。
第１筒状部材１３の周面１３ａ（外周面）には、軸線Ｌ周りに環状に延在するパターンが軸線Ｌ方向に複数配列された第２スケール３１が形成されており、第２スケール３１が形成されている軸線Ｌ方向の範囲（図１の矢印Ｌ３で示す範囲）は、図１に示すキャリッジ１２１の可動範囲Ｌ１や被駆動部材２の可動範囲Ｌ２より長く設定されている。ここで、第２スケール３１は、磁気パターン１ｍであり、軸線Ｌ周りに延在するＳ極と軸線Ｌ周りに延在するＮ極とが軸線Ｌ方向において交互に配列されている。かかる第２スケール３１は、例えば、第１筒状部材１３として用いた磁性材料からなる筒状部材に対する着磁によって構成することができる。この場合、軸部１１を磁性材料とすれば、軸部１１を第２スケール３１に対するヨークとして利用することができる。また、第２スケール３１は、第１筒状部材１３の周面１３ａに磁性層をコーティングした後、磁性層に対する着磁により構成してもよい。この場合、第１筒状部材１３を磁性材料とすれば、第１筒状部材１３を第２スケール３１に対するヨークとして利用することができる。
第２筒状部材１４の周面１４ａには、軸線Ｌ方向に延在するパターンが軸線Ｌ周りに複数配列された第１スケール２１が形成されており、第１スケール２１が形成されている軸線Ｌ方向の範囲（図１矢印Ｌ３で示す範囲）は、図１に示すキャリッジ１２１の可動範囲Ｌ１や被駆動部材２の可動範囲Ｌ２より長く設定されている。ここで、第１スケール２１は、反射パターン１ｒであり、軸線Ｌ方向に延在する反射パターン１ｒが軸線Ｌ方向に複数配列されている。かかる第１スケール２１は、例えば、第２筒状部材１４の周面１４ａにアルミニウム、銀、それらの合金等の反射性金属層を配置することにより実現することができる。例えば、第１スケール２１が形成されたフィルムを第２筒状部材１４の周面１４ａに貼付することができる。
従って、第１筒状部材１３を第２筒状部材１４の内側に嵌めて固定すれば、周面（同一領域において径方向）で第１スケール２１と第２スケール３１とが積層された筒状部材１２が構成され、かかる筒状部材１２を軸部１１に嵌めれば、スケール部材１を構成することができる。ここで、第２筒状部材１４の径方向内側（下層側）には磁気パターン１ｍからなる第２スケール３１が設けられているため、第２筒状部材１４は、非磁性材料からなり、第１スケール２１は非磁性の金属材料からなる。
このように構成した位置検出装置１０では、回転駆動装置１１０において、第１モータ１１１の第１回転軸１１２が軸線Ｌ周りに回転すると、被駆動部材２とともにスケール部材１が軸線Ｌ周りに回転移動するので、ロータリエンコーダ２０において、第１センサ２２は、第１スケール２１の移動に伴う反射量の変化を検出することができる。従って、ロータリエンコーダ２０は、被駆動部材２およびスケール部材１の回転移動量および回転位置を検出することができる。また、直線駆動装置１２０において、キャリッジ１２１を直線移動させると、回転駆動装置１１０、被駆動部材２およびスケール部材１が軸線Ｌ方向に直線移動するので、リニアエンコーダ３０において、第２センサ３２は、第２スケール３１の移動に伴う磁界の変化を検出することができる。従って、リニアエンコーダ３０は、被駆動部材２およびスケール部材１の軸線Ｌ方向の直線移動量および直線位置を検出することができる。なお、スケール部材１に第１スケール２１および第２スケール３１の他に原点位置を示すスケールを設けておけば、被駆動部材２およびスケール部材１の絶対角度位置を検出することができるとともに、被駆動部材２およびスケール部材１の軸線Ｌ方向の絶対位置を検出することができる。
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、共通のスケール部材１の周面１ａに回転位置検出用の第１スケール２１、および直線位置検出用の第２スケール３１を設けたため、スケール部材１の移動を検出すれば、被駆動部材２の軸線Ｌ周りの回転位置、および軸線Ｌ方向の直線位置を検出することができる。従って、位置検出装置１０の構成を簡素化することができるので、位置検出装置１０を設けるためのスペースを縮小することができる等の利点がある。また、共通の移動部材（スケール部材１）の移動を検出するので、回転位置検出用の第１センサ２２、および直線位置検出用の第２センサ３２を固定体１３０側に設けることができる。従って、第１センサ２２および第２センサ３２からの信号の出力等が容易である。
以上説明したように、本形態では、共通のスケール部材１の周面１ａに回転位置検出用の第１スケール２１、および直線位置検出用の第２スケール３１を設けたため、スケール部材１の移動を検出すれば、被駆動部材２の軸線Ｌ周りの回転位置、および軸線Ｌ方向の直線位置を検出することができる。従って、位置検出装置１０の構成を簡素化することができるので、位置検出装置１０を設けるためのスペースを縮小することができる等の利点がある。また、共通の移動部材（スケール部材１）の移動を検出するので、回転位置検出用の第１センサ２２、および直線位置検出用の第２センサ３２を固定体１３０側に設けることができる。従って、第１センサ２２および第２センサ３２からの信号の出力等が容易である。
また、回転位置検出用の第１スケール２１は、軸線Ｌ周りの周方向で離間する複数個所で軸線Ｌ方向にストライプ状に延在し、直線位置検出用の第２スケール３１は、軸線Ｌ方向で離間する個所で軸線Ｌ周りの周方向に環状に延在している。このため、スケール部材１が軸線Ｌ方向に直線移動したときでも、第１スケール２１と第１センサ２２とが対向し、スケール部材１が軸線Ｌ周りに回転移動したときでも、第２スケール３１と第２センサ３２とが対向する。従って、広い範囲にわたって、スケール部材１の軸線Ｌ周りの回転位置、および軸線Ｌ方向の直線位置を検出することができる。
また、第１スケール２１と第２スケール３１とは、スケール部材１の周面１ａで同一領域において径方向に積層されているため、スケール部材１の軸線Ｌ方向の寸法を短縮することができる。
［実施の形態１の変形例１］
上記実施の形態では、筒状部材１２が第１筒状部材１３および第２筒状部材１４の二重になっていたが、筒状部材１２が一重であってもよい。この場合、軸部１１の周面１１に第１スケール２１および第２スケール３１の一方を形成し、筒状部材１２の周面１２ａに第１スケール２１および第２スケール３１の他方を形成する。例えば、軸部１１の周面１１ａに磁気パターン１ｍからなる第２スケール３１を形成し、筒状部材１２の周面１２ａに反射パターン１ｒからなる第１スケール２１を形成する。
上記実施の形態では、筒状部材１２が第１筒状部材１３および第２筒状部材１４の二重になっていたが、筒状部材１２が一重であってもよい。この場合、軸部１１の周面１１に第１スケール２１および第２スケール３１の一方を形成し、筒状部材１２の周面１２ａに第１スケール２１および第２スケール３１の他方を形成する。例えば、軸部１１の周面１１ａに磁気パターン１ｍからなる第２スケール３１を形成し、筒状部材１２の周面１２ａに反射パターン１ｒからなる第１スケール２１を形成する。
［実施の形態１の変形例２］
上記実施の形態では、筒状部材１２が第１筒状部材１３および第２筒状部材１４の二重になっていたが、一重の筒状部材１２の周面１２ａに第１スケール２１および第２スケール３１を形成してもよい。この場合、筒状部材１２の周面１２ａに第１スケール２１および第２スケール３１の一方を形成した後、その上層（径方向外側）に第１スケール２１および第２スケール３１の他方を積層する。例えば、筒状部材１２の周面１２ａに磁気パターン１ｍからなる第２スケール３１を形成した後、その上層に反射パターン１ｒからなる第１スケール２１を積層する。
上記実施の形態では、筒状部材１２が第１筒状部材１３および第２筒状部材１４の二重になっていたが、一重の筒状部材１２の周面１２ａに第１スケール２１および第２スケール３１を形成してもよい。この場合、筒状部材１２の周面１２ａに第１スケール２１および第２スケール３１の一方を形成した後、その上層（径方向外側）に第１スケール２１および第２スケール３１の他方を積層する。例えば、筒状部材１２の周面１２ａに磁気パターン１ｍからなる第２スケール３１を形成した後、その上層に反射パターン１ｒからなる第１スケール２１を積層する。
［実施の形態１の変形例３］
上記実施の形態では、軸部１１に筒状部材１２が嵌っていたが、筒状部材１２を用いずに、軸部１１の周面１１ａに第１スケール２１および第２スケール３１を形成してもよい。この場合、軸部１１の周面１１ａに第１スケール２１および第２スケール３１の一方を形成した後、その上層（径方向外側）に第１スケール２１および第２スケール３１の他方を積層する。例えば、軸部１１の周面１１ａに磁気パターン１ｍからなる第２スケール３１を形成した後、その上層に反射パターン１ｒからなる第１スケール２１を積層する。
上記実施の形態では、軸部１１に筒状部材１２が嵌っていたが、筒状部材１２を用いずに、軸部１１の周面１１ａに第１スケール２１および第２スケール３１を形成してもよい。この場合、軸部１１の周面１１ａに第１スケール２１および第２スケール３１の一方を形成した後、その上層（径方向外側）に第１スケール２１および第２スケール３１の他方を積層する。例えば、軸部１１の周面１１ａに磁気パターン１ｍからなる第２スケール３１を形成した後、その上層に反射パターン１ｒからなる第１スケール２１を積層する。
［実施の形態１の変形例４］
上記実施の形態では、下層側に磁気パターン１ｍからなる第２スケール３１が形成され、上層側に反射パターン１ｒからなる第１スケール２１が形成されていたが、下層側に磁気パターン１ｍからなる第１スケール２１が形成され、上層側に反射パターン１ｒからなる第２スケール３１が形成されている構成を採用してもよい。すなわち、第１スケール２１を磁気パターン１ｍにより形成し、第２スケール３１を反射パターン１ｒにより形成してもよい。
上記実施の形態では、下層側に磁気パターン１ｍからなる第２スケール３１が形成され、上層側に反射パターン１ｒからなる第１スケール２１が形成されていたが、下層側に磁気パターン１ｍからなる第１スケール２１が形成され、上層側に反射パターン１ｒからなる第２スケール３１が形成されている構成を採用してもよい。すなわち、第１スケール２１を磁気パターン１ｍにより形成し、第２スケール３１を反射パターン１ｒにより形成してもよい。
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る位置検出装置１０を備えた駆動装置１００の説明図である。図４は、本発明の実施の形態２に係る位置検出装置１０の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、スケール部材１とセンサとの位置関係を示す説明図、およびスケール部材１の分解斜視図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの詳細な説明を省略する。
図３は、本発明の実施の形態２に係る位置検出装置１０を備えた駆動装置１００の説明図である。図４は、本発明の実施の形態２に係る位置検出装置１０の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、スケール部材１とセンサとの位置関係を示す説明図、およびスケール部材１の分解斜視図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの詳細な説明を省略する。
図３に示す駆動装置１００も、実施の形態１と同様、被駆動部材２を軸線Ｌ周りに回転移動させる回転駆動装置１１０と、被駆動部材２を軸線Ｌ方向に直線移動させる直線駆動装置１２０と、被駆動部材２の回転移動および直線移動を検出する位置検出装置１０とを有しており、回転駆動用の第１モータ１１１の第１回転軸１１２の先端部には被駆動部材２が連結されている。
実施の形態１と同様、位置検出装置１０は、被駆動部材２の回転位置を検出するロータリエンコーダ２０と、被駆動部材２の直線位置を検出するリニアエンコーダ３０とを有している。かかる位置検出装置１０を構成するにあたって、本形態では、回転駆動装置１１０に用いた第１モータ１１１の第１回転軸１１２において後端側（被駆動部材２とは反対側）に延在している部分がスケール部材１として構成されている。
図４（ａ）に示すように、スケール部材１は、全体として軸線Ｌ方向に延在する丸棒状であり、かかる丸棒状のスケール部材１の周面１ａには、回転位置検出用の第１スケール２１と、直線位置検出用の第２スケール３１とが形成されている。第１スケール２１には、図３に示す固定体１３０に保持された回転位置検出用の第１センサ２２が対向しており、第１スケール２１と第１センサ２２とによってロータリエンコーダ２０が構成されている。また、第２スケール３１には、図３に示す固定体１３０に保持された直線位置検出用の第２センサ３２が対向しており、第２スケール３１と第２センサ３２とによってリニアエンコーダ３０が構成されている。
ここで、ロータリエンコーダ２０とリニアエンコーダ３０とでは、異なる種類の物理量を検出する構成、または同一種類の物理量を検出する構成を採用することができる。本形態では、ロータリエンコーダ２０とリニアエンコーダ３０とでは、同一種類の物理量を検出する構成が採用されている。例えば、ロータリエンコーダ２０およびリニアエンコーダ３０はいずれも、磁気式エンコーダである。従って、ロータリエンコーダ２０において、第１スケール２１は、スケール用の磁気パターン１ｍからなり、第１センサ２２は磁気抵抗素子やホール素子等の磁気センサからなる。また、リニアエンコーダ３０において、第２スケール３１は、スケール用の磁気パターン１ｍからなり、第２センサ３２は、磁気抵抗素子やホール素子等の磁気センサからなる。
本形態では、第１スケール２１と第２スケール３１とは、スケール部材１の周面１ａのうち、軸線Ｌ方向で異なる領域１ｃ、１ｄに形成されている。このため、第１センサ２２と第２センサ３２とは軸線Ｌ方向で離間する位置に配置された基板４１、４２に各々設けられている。なお、基板４１、４２は、軸線Ｌ方向で繋がった１枚の基板であってもよい。
図４（ｂ）に示すように、スケール部材１は、第１モータ１１１の第１回転軸１１２において後端側（被駆動部材２とは反対側）に延在している丸棒状の軸部１１と、軸部１１が嵌った円筒状の筒状部材１５とを備えており、筒状部材１５の周面１５ａによって、スケール部材１の周面１ａが構成されている。
筒状部材１５の周面１５ａのうち、被駆動部材２が位置する側の領域１５ｃ（スケール部材１の領域１ｃ）には、軸線Ｌ方向に延在するパターンが軸線Ｌ周りに複数配列された第１スケール２１が形成されており、第１スケール２１が形成されている軸線Ｌ方向の範囲（図３の矢印Ｌ３１で示す範囲）は、図１に示すキャリッジ１２１の可動範囲Ｌ１や被駆動部材２の可動範囲Ｌ２より長く設定されている。ここで、第１スケール２１は、磁気パターン１ｍであり、軸線Ｌ方向に延在するＳ極と軸線Ｌ方向に延在するＮ極とが軸線Ｌ周りに交互に配列されている。
筒状部材１５の周面１５ａのうち、領域１５ｃに対して被駆動部材２が位置する側と反対側の領域１５ｄ（スケール部材１の領域１ｄ）には、軸線Ｌ周りに環状に延在するパターンが軸線Ｌ方向で複数配列された第２スケール３１が形成されており、第２スケール３１が形成されている軸線Ｌ方向の範囲（図３の矢印Ｌ３２で示す範囲）は、図１に示すキャリッジ１２１の可動範囲Ｌ１や被駆動部材２の可動範囲Ｌ２より長く設定されている。ここで、第２スケール３１は、磁気パターン１ｍであり、軸線Ｌ周りに延在するＳ極と軸線Ｌ周りに延在するＮ極とが軸線Ｌ方向で交互に配列されている。
かかる構成の第１スケール２１および第２スケール３１は、例えば、筒状部材１５として用いた磁性材料からなる筒状部材に対する着磁によって実現することができる。この場合、軸部１１を磁性材料とすれば、軸部１１を第２スケール３１に対するヨークとして利用することができる。また、筒状部材１５の周面に磁性層をコーティングした後、磁性層に対する着磁により第１スケール２１および第２スケール３１を構成してもよい。この場合、筒状部材１５を磁性材料とすれば、筒状部材１５を第２スケール３１に対するヨークとして利用することができる。
このように構成した位置検出装置１０では、実施の形態１と同様、回転駆動装置１１０において、第１モータ１１１の第１回転軸１１２が軸線Ｌ周りに回転すると、被駆動部材２とともにスケール部材１が軸線Ｌ周りに回転移動するので、ロータリエンコーダ２０において、第１センサ２２は、第１スケール２１の移動に伴う磁界の変化を検出することができる。また、直線駆動装置１２０において、キャリッジ１２１を直線移動させると、回転駆動装置１１０、被駆動部材２およびスケール部材１が軸線Ｌ方向に直線移動するので、リニアエンコーダ３０において、第２センサ３２は、第２スケール３１の移動に伴う磁界の変化を検出することができる。
このように、本形態でも、実施の形態１と同様、共通のスケール部材１の周面１ａに回転位置検出用の第１スケール２１、および直線位置検出用の第２スケール３１を設けたため、スケール部材１の移動を検出すれば、被駆動部材２の軸線Ｌ周りの回転位置、および軸線Ｌ方向の直線位置を検出することができる。従って、位置検出装置１０の構成を簡素化することができるので、位置検出装置１０を設けるためのスペースを縮小することができる等の利点がある。また、共通の移動部材（スケール部材１）の移動を検出するので、回転位置検出用の第１センサ２２、および直線位置検出用の第２センサ３２を固定体１３０側に設けることができる。従って、第１センサ２２および第２センサ３２からの信号の出力等が容易である。
また、回転位置検出用の第１スケール２１は、軸線Ｌ周りの周方向で離間する複数個所で軸線Ｌ方向にストライプ状に延在し、直線位置検出用の第２スケール３１は、軸線Ｌ方向で離間する個所で軸線Ｌ周りの周方向に環状に延在している。このため、スケール部材１が軸線Ｌ方向に直線移動したときでも、第１スケール２１と第１センサ２２とが対向し、スケール部材１が軸線Ｌ周りに回転移動したときでも、第２スケール３１と第２センサ３２とが対向する。従って、広い範囲にわたって、スケール部材１の軸線Ｌ周りの回転位置、および軸線Ｌ方向の直線位置を検出することができる。
また、第１スケール２１と第２スケール３１とが軸線Ｌ方向で異なる領域に設けられているため、ロータリエンコーダ２０とリニアエンコーダ３０とでは相互の干渉が発生しにくい。従って、上記実施の形態で説明したように、ロータリエンコーダ２０とリニアエンコーダ３０とが同一種類の物理量を検出する構成にすることが容易である。すなわち、第１スケール２１および第２スケール３１の構成を簡素化したままで、ロータリエンコーダ２０およびリニアエンコーダ３０の双方を磁気式エンコーダとすることができる。
［実施の形態２の変形例１］
図５は、本発明の実施の形態２に係る別の位置検出装置１０の説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、スケール部材１とセンサとの位置関係を示す説明図、およびスケール部材１の分解斜視図である。
図５は、本発明の実施の形態２に係る別の位置検出装置１０の説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、スケール部材１とセンサとの位置関係を示す説明図、およびスケール部材１の分解斜視図である。
上記実施の形態２では、筒状部材１５の周面１５ａのうち、被駆動部材２が位置する側の領域１５ｃ（スケール部材１の領域１ｃ）に回転位置検出用の第１スケール２１を形成し、領域１５ｃに対して被駆動部材２が位置する側と反対側の領域１５ｄ（スケール部材１の領域１ｄ）には、直線位置検出用の第２スケール３１を形成した。但し、図５に示すように、被駆動部材２が位置する側の領域１５ｃ（スケール部材１の領域１ｃ）に直線位置検出用の第２スケール３１を形成し、領域１５ｃに対して被駆動部材２が位置する側と反対側の領域１５ｄ（スケール部材１の領域１ｄ）には、回転位置検出用の第１スケール２１を形成してもよい。
［実施の形態２の変形例２］
上記実施の形態２では、筒状部材１５に第１スケール２１および第２スケール３１を形成したが、筒状部材１５を短くして軸部１１の一部を筒状部材１５から露出させ、軸部１１において筒状部材１５から露出した周面１１ａに第１スケール２１および第２スケール３１の一方を形成し、筒状部材１５の周面１５ａに第１スケール２１および第２スケール３１の他方を形成してもよい。
上記実施の形態２では、筒状部材１５に第１スケール２１および第２スケール３１を形成したが、筒状部材１５を短くして軸部１１の一部を筒状部材１５から露出させ、軸部１１において筒状部材１５から露出した周面１１ａに第１スケール２１および第２スケール３１の一方を形成し、筒状部材１５の周面１５ａに第１スケール２１および第２スケール３１の他方を形成してもよい。
［実施の形態２の変形例３］
上記実施の形態２では、軸部１１に筒状部材１５が嵌っていたが、筒状部材１５を用いずに、軸部１１の周面１１ａにおいて軸線Ｌ方向で離間する領域に第１スケール２１および第２スケール３１を形成してもよい。
上記実施の形態２では、軸部１１に筒状部材１５が嵌っていたが、筒状部材１５を用いずに、軸部１１の周面１１ａにおいて軸線Ｌ方向で離間する領域に第１スケール２１および第２スケール３１を形成してもよい。
［実施の形態２の変形例４］
上記実施の形態２では、ロータリエンコーダ２０とリニアエンコーダ３０とが同一種類の物理量を検出する構成として、ロータリエンコーダ２０およびリニアエンコーダ３０の双方を磁気式エンコーダとした構成を例示したが、ロータリエンコーダ２０およびリニアエンコーダ３０の双方を光学式エンコーダとした構成を採用してもよい。この場合、第１スケール２１および第２スケール３１を反射パターン１ｒにより形成する。
上記実施の形態２では、ロータリエンコーダ２０とリニアエンコーダ３０とが同一種類の物理量を検出する構成として、ロータリエンコーダ２０およびリニアエンコーダ３０の双方を磁気式エンコーダとした構成を例示したが、ロータリエンコーダ２０およびリニアエンコーダ３０の双方を光学式エンコーダとした構成を採用してもよい。この場合、第１スケール２１および第２スケール３１を反射パターン１ｒにより形成する。
また、上記実施の形態２では、ロータリエンコーダ２０とリニアエンコーダ３０とが同一種類の物理量を検出する構成を採用したが、ロータリエンコーダ２０およびリニアエンコーダ３０の一方が磁気式エンコーダであって、他方が光学式エンコーダである構成を採用してもよい。
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、直線駆動装置１２０として送りねじ機構を用いたが、リニアモータを用いてもよい。また、上記実施の形態では、回転駆動装置１１０の第１モータ１１１の第１回転軸１１２に被駆動部材２を連結したが、第１回転軸１１２と被駆動部材２とが歯車やプーリ等の伝達機構を介して接続された駆動装置１００の位置検出装置１０に本発明を適用してもよい。また、上記実施の形態では、被駆動部材２と一体に移動可能なスケール部材１として第１回転軸１１２に連結されているスケール部材を例示したが、被駆動部材２と一体に移動可能であれば、第１回転軸１１２と被駆動部材２との間に構成された歯車やプーリ等にスケール部材１が連結されている構成を採用してもよい。
上記実施の形態では、直線駆動装置１２０として送りねじ機構を用いたが、リニアモータを用いてもよい。また、上記実施の形態では、回転駆動装置１１０の第１モータ１１１の第１回転軸１１２に被駆動部材２を連結したが、第１回転軸１１２と被駆動部材２とが歯車やプーリ等の伝達機構を介して接続された駆動装置１００の位置検出装置１０に本発明を適用してもよい。また、上記実施の形態では、被駆動部材２と一体に移動可能なスケール部材１として第１回転軸１１２に連結されているスケール部材を例示したが、被駆動部材２と一体に移動可能であれば、第１回転軸１１２と被駆動部材２との間に構成された歯車やプーリ等にスケール部材１が連結されている構成を採用してもよい。
１・・スケール部材（位置検出用スケール部材）、１ａ・・スケール部材の周面、１ｍ・・磁気パターン、１ｒ・・反射パターン、２・・被駆動部材、１０・・位置検出装置、１１・・軸部、１１ａ・・軸部の周面、１２、１５・・筒状部材、１２ａ、１５ａ・・筒状部材の周面、１３・・第１筒状部材、１３ａ・・第１筒状部材の周面、１４・・第２筒状部材、１４ａ・・第２筒状部材の周面、２０・・ロータリエンコーダ、２１・・第１スケール、２２・・第１センサ、３０・・リニアエンコーダ、３１・・第２スケール、３２・・第２センサ、４０、４１、４２・・基板、１００・・駆動装置、１１０・・回転駆動装置、１１１・・第１モータ、１１２・・第１回転軸、１２０・・直線駆動装置、１２１・・キャリッジ、１２２・・第２モータ、１２３・・第２回転軸、１２４・・ナット部、１３０・・固定体、１３１・・リニアガイド、Ｌ・・軸線
Claims (24)
- 回転位置検出用の第１スケール、および該第１スケールに対向する回転位置検出用の第１センサを備えたロータリエンコーダと、
直線位置検出用の第２スケール、および該第２スケールに対向する直線位置検出用の第２センサを備えたリニアエンコーダと、
を有し、
前記第１スケールおよび前記第２スケールは、軸線周りの回転移動および軸線方向の直線移動が行われるスケール部材の周面に設けられていることを特徴とする位置検出装置。 - 前記第１スケールでは、前記軸線方向に延在するパターンが前記軸線周りに複数配列され、
前記第２スケールでは、前記軸線周りに延在するパターンが前記軸線方向に複数配列されていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。 - 前記第１スケールと前記第２スケールとは、前記周面で積層されていることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
- 前記第１スケールと前記第２スケールとは、前記周面において前記軸線方向で異なる領域に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
- 前記ロータリエンコーダと前記リニアエンコーダとでは、異なる種類の物理量を検出することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の位置検出装置。
- 前記ロータリエンコーダと前記リニアエンコーダとでは、同一種類の物理量を検出することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の位置検出装置。
- 前記ロータリエンコーダおよび前記リニアエンコーダのうち、少なくとも一方は、磁気式エンコーダであることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の位置検出装置。
- 前記磁気式エンコーダでは、前記周面にコーティングされた磁性層に対する着磁によりスケール用の磁気パターンが形成されていることを特徴とする請求項７に記載の位置検出装置。
- 前記磁気パターンは、前記第２スケールに設けられていることを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。
- 前記ロータリエンコーダおよび前記リニアエンコーダのうち、少なくとも一方は、反射型の光学式エンコーダであることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の位置検出装置。
- 前記光学式エンコーダでは、前記周面に形成された反射層によりスケール用の反射パターンが形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の位置検出装置。
- 前記反射パターンは、前記第１スケールに設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の位置検出装置。
- 前記スケール部材は、前記軸線方向に延在する軸部と、前記軸部に嵌められた筒状部材と、を備え、
前記筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールが形成されていることを特徴とする請求項１から１２の何れか一項に記載の位置検出装置。 - 前記筒状部材は、第１筒状部材と、該第１筒状部材が内側に嵌められた第２筒状部材と、を備え、
前記第１筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの一方が形成され、
前記第２筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの他方が形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の位置検出装置。 - 前記スケール部材は、前記軸線方向に延在する軸部と、前記軸部に嵌められた筒状部材と、を備え、
前記軸部の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの一方が形成され、
前記筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの他方が形成されていることを特徴とする請求項１から１２の何れか一項に記載の位置検出装置。 - 前記スケール部材は、前記軸線方向に延在する軸部を備え、
当該軸部の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールが形成されていることを特徴とする請求項１から１２の何れか一項に記載の位置検出装置。 - 前記第１スケールは、前記周面に反射層からなるスケール用の反射パターンを備え、
前記第２スケールは、前記周面に磁性層に対する着磁からなるスケール用の磁気パターンを備えていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。 - 前記第１スケールは、前記周面に磁性層に対する着磁からなるスケール用の磁気パターンを備え、
前記第２スケールは、前記周面に反射層からなるスケール用の反射パターンを備えていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。 - 被駆動部材を軸線周りに回転移動させる回転駆動装置と、
前記被駆動部材を前記軸線方向に直線移動させる直線駆動装置と、
前記被駆動部材の回転移動および直線移動を検出する位置検出装置と、
を有し、
前記位置検出装置は、回転位置検出用の第１スケール、および該第１スケールに対向する回転位置検出用の第１センサを備えたロータリエンコーダと、直線位置検出用の第２スケール、および該第２スケールに対向する直線位置検出用の第２センサを備えたリニアエンコーダと、を備え、
前記第１スケールおよび前記第２スケールは、前記被駆動部材と一体に移動するスケール部材の周面に設けられていることを特徴とする駆動装置。 - 周面に回転位置検出用の第１スケール、および直線位置検出用の第２スケールが設けられていることを特徴とする位置検出用スケール部材。
- 筒状部材を有し、
前記筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールが形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の位置検出用スケール部材。 - 前記筒状部材は、第１筒状部材と、該第１筒状部材が内側に嵌められた第２筒状部材と、を備え、
前記第１筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの一方が形成され、
前記第２筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの他方が形成されていることを特徴とする請求項２１に記載の位置検出用スケール部材。 - 軸部と、該軸部に嵌められた筒状部材と、を備え、
前記軸部の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの一方が形成され、
前記筒状部材の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールの他方が形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の位置検出用スケール部材。 - 軸部を備え、
当該軸部の周面に前記第１スケールおよび前記第２スケールが形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の位置検出用スケール部材。
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