JP2018072145A - エンコーダー、ロボットおよびプリンター - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命化を図ることができるエンコーダーを提供すること、また、かかるエンコーダーを備えるロボットおよびプリンターを提供すること。
【解決手段】光を出射する光源部と、前記光源部からの光を受光し、その受光量に応じた信号を出力する受光部と、前記光源部の発光を間欠作動させる駆動部と、を備えることを特徴とするエンコーダー。前記光源部は、発光素子を有し、前記受光部は、受光素子を有し、前記駆動部は、前記発光素子と前記受光素子との間に接続され、かつ、前記受光素子側を入力側とし、前記発光素子側を出力側とするＮＯＴ回路を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンコーダー、ロボットおよびプリンターに関するものである。

エンコーダーの一種として光学式のロータリーエンコーダーが一般に知られている（例えば特許文献１参照）。ロータリーエンコーダーは、例えば、回動可能な関節部を有するロボットアームを備えるロボットに用いられ、関節部の回転角度、回転位置、回転数、回転速度等の回転状態を検出する。

例えば、特許文献１に係るエンコーダーユニットは、光学スケールと、光学センサーパッケージと、を有する。ここで、光学スケールは、中心を基準として回転する偏光子と、この偏光子の外周を取り囲むように、偏光子の中心を基準点として面内の１８０°毎に分けて配置された遮光パターンおよび透光パターンと、を有する。また、光学センサーパッケージは、光源と、偏光子の中心を介して１８０°対称の位置で偏光子に対向する２つの光学センサーと、この２つの光学センサーよりも外側で遮光パターンからの光を検出する光学センサーと、を有する。そして、特許文献１に係るエンコーダーユニットでは、光学センサーの検出信号から光学スケールと光学センサーパッケージとの相対位置を演算する。

国際公開第２０１３／０６５７３７号

特許文献１に係るエンコーダーユニットでは、光源が常時連続して点灯しているため、光源の寿命が比較的早期に生じてしまうという問題がある。かかる問題は、例えば、光源として面発光レーザーを用いた場合に顕著となる。

本発明の目的は、長寿命化を図ることができるエンコーダーを提供すること、また、かかるエンコーダーを備えるロボットおよびプリンターを提供することにある。

上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のエンコーダーは、光を出射する光源部と、
前記光源部からの光を受光し、その受光量に応じた信号を出力する受光部と、
前記光源部の発光を間欠作動させる駆動部と、を備えることを特徴とする。

このような特徴を有するエンコーダーによれば、駆動部が光源部の発光を間欠作動させるため、光源部を連続作動させる場合に比べて、光源部の寿命を長くすることができ、それに伴って、エンコーダーの長寿命化を図ることができる。

本発明のエンコーダーでは、前記光源部は、発光素子を有し、
前記受光部は、受光素子を有し、
前記駆動部は、ＮＯＴ回路を有し、
前記ＮＯＴ回路は、前記発光素子と前記受光素子との間に接続され、かつ、前記受光素子側を入力側とし、前記発光素子側を出力側とすることが好ましい。

これにより、発光素子、受光素子およびＮＯＴ回路で発振回路を構成し、比較的簡単な構成で、発光素子を間欠作動（間欠点灯、すなわち間欠発光）させることができる。また、このように発振回路を構成すると、ＮＯＴ回路からの出力（パルス信号）をデジタル処理することができる。そのため、ＡＤ変換回路を用いなくても回転状態を判断することができ、この点でも、装置構成が簡単となる。

本発明のエンコーダーでは、前記受光部からの信号を受けてパルス信号を出力するパルス出力部を備えることが好ましい。

これにより、パルス出力部からのパルス信号に基づいて、回転状態を容易に判断することができる。

本発明のエンコーダーでは、前記パルス出力部は、前記受光部での受光量に応じて前記パルス信号のパルス幅を変更することが好ましい。

これにより、パルス出力部からのパルス信号をデジタル処理して、高精度に回転状態を判断することができる。

本発明のエンコーダーでは、前記光源部は、半導体レーザーを含むことが好ましい。
これにより、小型で高精度なエンコーダーを実現することができる。また、半導体レーザー（特に面発光レーザー）は、一般に、発光ダイオードに比べて、大幅に寿命が短い。そのため、光源部に半導体レーザーを用いた場合、その半導体レーザーの発光を間欠作動させて光源部の寿命を長くすることは特に有効である。

本発明のエンコーダーでは、前記駆動部は、前記光源部を作動させている時間の長さが作動を停止させている時間の長さよりも短いことが好ましい。
これにより、光源部の寿命を効果的に長くすることができる。

本発明のエンコーダーでは、偏光特性を有する偏光部が設けられている光学スケールを備え、
前記光源部は、前記光学スケールに向けて直線偏光の光を出射し、
前記受光部は、前記光学スケールからの光を受光し、
前記受光部からの信号に基づいて、前記光学スケールの回動状態を判断することが好ましい。
これにより、高精度な光学式エンコーダーを比較的簡単に実現することができる。

本発明のロボットは、本発明のエンコーダーを備えることを特徴とする。
このような特徴を有するロボットによれば、エンコーダーの長寿命化を図ることができるため、例えば、ロボットの高精度な動作制御を長期にわたり行ったり、ロボットのメンテナンスサイクルを長くしたりすることができる。

本発明のプリンターは、本発明のエンコーダーを備えることを特徴とする。
このような特徴を有するプリンターによれば、エンコーダーの長寿命化を図ることができるため、例えば、プリンターの高精度な動作制御を長期にわたり行ったり、プリンターのメンテナンスサイクルを長くしたりすることができる。

本発明の実施形態に係るエンコーダーを示す模式図である。 図１に示すエンコーダーが備える光学スケールの平面図である。 図１に示すエンコーダーが備える光源部および受光部の平面図である。 図３に示す光源部および受光部を説明するための模式的断面図である。 図１に示すエンコーダーの回路図である。 図４に示すＮＯＴ回路の出力信号（パルス信号）を説明するための図である。 図１に示すエンコーダーの光学スケールの回転角度とＮＯＴ回路の出力信号のパルス幅またはＰＤ電流との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るロボットを示す側面図である。 図８に示すロボットが備えるエンコーダーを説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係るプリンターを示す模式図である。

以下、本発明のエンコーダー、ロボットおよびプリンターを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

１．エンコーダー
図１は、本発明の実施形態に係るエンコーダーを示す模式図である。

図１に示すエンコーダー１は、反射型の光学式のロータリーエンコーダーである。このエンコーダー１は、回動軸Ｊ１まわりに回動する光学スケール２と、光学スケール２に対向して固定設置されるセンサーユニット３と、センサーユニット３に電気的に接続されている回路部４と、を備えている。

光学スケール２は、基板２１と、基板２１の一方の面上に設けられている偏光部２２および１８０°判別用トラック２３と、を有する。また、センサーユニット３は、基板３１と、基板３１の光学スケール２側に設けられている発光素子３２、３３および受光素子３４、３５と、を有する。ここで、発光素子３２、３３は、光源部１１を構成し、受光素子３４、３５は、受光部１２を構成している。

このエンコーダー１では、発光素子３２が光学スケール２の偏光部２２に光を照射し、発光素子３３が１８０°判別用トラック２３に光を照射する。そして、受光素子３４が偏光部２２からの反射光を受光し、受光素子３５が１８０°判別用トラック２３からの反射光を受光する。回路部４は、受光素子３４、３５からの信号（電流値）に基づいて、光学スケール２の回動状態を判断する。特に、エンコーダー１では、発光素子３２の発光を間欠作動（点滅動作）させる。これにより、発光素子３２の長寿命化を図ることができる。

ここで、受光素子３４からの信号は、Ａ相信号である。受光素子３５からの信号は、受光素子３４からの信号を１８０°回動した状態と判別（区別）するための１８０°回動判別用信号である。なお、図示しないが、センサーユニット３は、Ａ相信号とは４５°位相のずれたＢ相信号を出力する受光素子を有する。そして、回路部４は、Ａ相信号およびＢ相信号を用いて、回動角度１８０°範囲内での光学スケール２の回動位置を判断する。

以下、エンコーダー１の各部について詳述する。
（光学スケール）
図２は、図１に示すエンコーダーが備える光学スケールの平面図である。

図２に示すように、光学スケール２は、円板状をなし、その中央部には、厚さ方向に貫通している孔２１１が設けられている。この光学スケール２は、回動軸Ｊ１まわりに回動する部材（図示せず）に取り付けられる。前述したように、光学スケール２は、基板２１と、基板２１の一方の面（図１中下面）上に設けられている偏光部２２および１８０°判別用トラック２３と、を有する。

基板２１は、発光素子３２、３３からの光に対する透過性を有する。基板２１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、樹脂材料等が挙げられる。このような基板２１の一方の面上には、基板２１の中心側から外周側に向けて、偏光部２２および１８０°判別用トラック２３がこの順に並んで配置されている。なお、偏光部２２および１８０°判別用トラック２３を一体で構成する場合、基板２１は、省略することが可能である。

偏光部２２は、選択的にＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する偏光特性を有する。この偏光部２２は、例えば、発光素子３２からの光に対する反射性を有する複数のワイヤーを互いに間隔を隔てて平行に並べて構成されている偏光パターンを有する。この偏光パターンの構成材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）またはこれらの合金等の金属材料が挙げられる。すなわち、偏光部２２が直線状に延びている複数の金属線を有する。このような偏光部２２は、例えば、公知の成膜方法を用いて形成してもよいし、シート状または板状の部材をエッチング等により加工して形成してもよい。

１８０°判別用トラック２３は、回動軸Ｊ１を中心とする円に沿って設けられ、回動軸Ｊ１に沿った方向から見たとき（以下、「平面視」とも言う）、回動軸Ｊ１を通る線分Ｌ１により二分（図２中左右に二分）される２つの領域２３１、２３２で構成されている。すなわち、１８０°判別用トラック２３の周方向における３６０°の全範囲のうち、１８０°の範囲に領域２３１が設けられ、残りの１８０°の範囲に領域２３２が設けられている。

この２つの領域２３１、２３２は、互いに反射率が異なる。具体的には、２つの領域２３１、２３２のうち、一方の領域２３１は、発光素子３３からの光に対する反射性を有し、他方の領域２３２は、発光素子３３からの光に対する透過性を有する。したがって、発光素子３３からの光に対する領域２３１の反射率は、発光素子３３からの光に対する領域２３２の反射率よりも高い。

ここで、領域２３１には、発光素子３３からの光に対する反射性を有する薄膜が設けられ、一方、領域２３２には、当該薄膜が設けられていない。領域２３１に設けられる薄膜の構成材料としては、例えば、前述した偏光部２２の偏光パターンと同様の金属材料が挙げられる。このような領域２３１の薄膜は、例えば、公知の成膜方法を用いて形成することができ、また、前述した偏光部２２の偏光パターンと一括して形成することもできる。なお、領域２３２には、領域２３１に設けられている薄膜よりも発光素子３３からの光に対する反射率が低い薄膜を設けてもよい。

（センサーユニット）
図３は、図１に示すエンコーダーが備える光源部および受光部の平面図である。図４は、図３に示す光源部および受光部を説明するための模式的断面図である。

センサーユニット３は、回動軸Ｊ１まわりに回動しない部材（図示せず）に取り付けられる。前述したように、センサーユニット３は、基板３１と、基板３１の光学スケール２側に設けられている発光素子３２、３３および受光素子３４、３５と、を有する。ここで、受光素子３４、３５は基板３１上に設けられ、そして、発光素子３２は受光素子３４上に、発光素子３３は受光素子３５上に設けられている。

基板３１は、回動軸Ｊ１まわりに回動しない部材（図示せず）に取り付けられる。基板３１は、例えば、配線基板であり、発光素子３２、３３および受光素子３４、３５を支持するとともに、これらと電気的に接続されている。そして、基板３１は、回路部４に配線４５を介して電気的に接続されている。

発光素子３２は、例えば、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。この発光素子３２は、所望方向に直線偏光した光を安定して出力する構成を有するものが好ましい。このような発光素子３２は、図３中の矢印Ｅ１で示す方向に直線偏光された光を出射する機能を有する。そして、発光素子３２は、図４に示すように、光学スケール２の偏光部２２に光を照射する。この光は、発光素子３２の光軸ａ１を中心として放射角度θをもって拡がりながら発光素子３２から出射される。

一方、発光素子３３は、例えば、面発光レーザーまたは発光ダイオードであり、出射する光は偏光されていてもいなくてもよい。また、発光素子３３は、光軸ａ２を中心として拡がりながら１８０°判別用トラック２３に向けて光を出射する。

図３に示すように、受光素子３４は、平面視において、環状の受光面を有し、その内側に発光素子３２が配置されている。同様に、受光素子３５は、平面視において、環状の受光面を有し、その内側に発光素子３３が配置されている。受光素子３４は、受光素子３５に対して回動軸Ｊ１側に配置されている。

受光素子３４、３５は、それぞれ、例えば、フォトダイオードである。そして、受光素子３４は、偏光部２２で反射した光を受光し、その受光した光の強度に応じた電流を検出信号として出力する機能を有する。受光素子３５は、１８０°判別用トラック２３で反射した光を受光し、その受光した光の強度に応じた電流を検出信号として出力する機能を有する。

図１に示す回路部４は、前述した発光素子３２、３３を駆動する機能と、受光素子３４、３５からの信号を用いて光学スケール２の回動状態を判断する機能と、を有する。この回路部４は、図５に示すように、ＮＯＴ回路４１と、パルス幅時間測定部４２と、判断部４３と、を有し、発光素子３２、受光素子３４およびＮＯＴ回路４１は、光源部１１（発光素子３２）の発光を間欠作動させる「駆動部」である発振回路５を構成している。また、図示しないが、回路部４は、発光素子３３を駆動する駆動回路と、受光素子３５からの電流に応じた信号を出力するＡ／Ｄ変換回路と、を有する。なお、回路部４は、発光素子３３も間欠作動させてもよく、この場合、発光素子３３および受光素子３５について、前述した駆動回路およびＡ／Ｄ変換回路に代えて、発光素子３２および受光素子３４と同様の回路構成（ＮＯＴ回路およびパルス幅時間測定部）を有していてもよい。

ここで、発光素子３２は、アノードおよびカソードを有するレーザーダイオードであり、カソードがグランド電位に接続され、アノードがＮＯＴ回路４１の出力側に接続されている。また、受光素子３４は、アノードおよびカソードを有するフォトダイオードであり、カソードが端子３６を介して電源（図示せず）に接続され、アノードがＮＯＴ回路４１の入力側に接続されている。

ＮＯＴ回路４１は、入力側の電位が閾値を超えると、出力側の電位が「ｌｏｗ」となり、一方、入力側の電位が閾値以下であると、出力側の電位が「ｈｉｇｈ」となる論理回路である。したがって、受光素子３４で発生した電流に基づく電位と電源の電位との合計がＮＯＴ回路４１の閾値以下である場合、ＮＯＴ回路４１の出力側の電位が「ｈｉｇｈ」となり、一方、受光素子３４で発生した電流に基づく電位と電源の電位との合計がＮＯＴ回路４１の閾値を超えた場合、ＮＯＴ回路４１の出力側の電位が「ｌｏｗ」となる。

このような発振回路５では、発光素子３２が発光すると、受光素子３４に電流が発生し、ＮＯＴ回路４１の入力側の電位が上昇する。そして、ＮＯＴ回路４１の入力側の電位が閾値を超えると、ＮＯＴ回路４１の出力側の電位が「ｌｏｗ」となり、発光素子３２が消灯する。すると、受光素子３４に電流が発生しなくなるため、ＮＯＴ回路４１の入力側の電位が下がって閾値以下となり、それに伴って、ＮＯＴ回路４１の出力側の電位が「ｈｉｇｈ」となり、発光素子３２に電流が流れ、発光素子３２が発光する。以降、前述したような発光素子３２の発光（点灯）および消灯が繰り返される。すなわち、発光素子３２が点滅（間欠点灯、すなわち間欠発光）する。

このような発振回路５の作動時において、ＮＯＴ回路４１は、図６に示すように、電圧値が「ｌｏｗ」と「ｈｉｇｈ」を繰り返すことで、電圧値が「ｈｉｇｈ」となるパルス信号を出力する。このパルス信号は、発光素子３２およびパルス幅時間測定部４２に入力される。そして、このパルス信号が出力されている期間の長さｔ１にわたって、発光素子３２が発光し、一方、このパルス信号が出力されていない期間の長さｔ２にわたって、発光素子３２が消灯する。

受光素子３４での受光量が多くなるほど、ＮＯＴ回路４１の入力側の電位が閾値を超えるまでの時間の長さが短くなるため、パルス信号の幅（時間の長さｔ１）も短くなる。したがって、パルス信号の幅に基づいて、受光素子３４での受光量を判断することができる。また、ＮＯＴ回路４１の閾値が電源の電圧値に近いほど、時間の長さｔ１（パルス信号の幅）が短くなるとともに時間の長さｔ２が長くなり、パルス信号の時間間隔Ｔ（先行するパルス信号とそれに後続するパルス信号との時間間隔）が短くなる。したがって、電源の電圧値に対するＮＯＴ回路４１の閾値の大きさに応じて、発振回路５の発振周波数を設定することができる。

また、「駆動部」である発振回路５は、光源部１１を作動させている時間の長さｔ１が作動を停止させている時間の長さｔ２よりも短いことが好ましい。これにより、光源部１１の寿命を効果的に長くすることができる。特に、パルス信号が出力されている期間の長さｔ１と、パルス信号が出力されていない期間の長さｔ２との比ｔ２／ｔ１は、５以上２００以下であることが好ましく、１０以上１００以下であることがより好ましい。これにより、発光素子３２の長寿命化をより効果的に図ることができる。

また、エンコーダー１の検出精度を優れたものとする観点から、時間の長さｔ１は、１μ秒以上１０μ秒以下程度であることが好ましく、また、時間の長さｔ２が、９０μ秒以上１００μ秒以下程度であることが好ましい。同様の観点から、パルス信号の時間間隔Ｔは、９０μ秒以上１１０μ秒以下程度であることが好ましい。

パルス幅時間測定部４２は、前述したパルス信号の幅を測定する機能を有する。このパルス幅時間測定部４２は、例えば、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）で構成されている。

判断部４３は、パルス幅時間測定部４２での測定時間と、受光素子３５からの電流をＡ／Ｄ変換した信号とに基づいて、光学スケール２の回動状態を判断する機能を有する。この回動状態としては、例えば、回動位置、回動角度、回動速度、回動方向等が挙げられる。この判断部４３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）を含んで構成されている。なお、前述したＮＯＴ回路４１からのパルス信号の信号強度や波形等によっては、判断部４３が前述したパルス幅時間測定部４２を兼ねていてもよい。
以上、エンコーダー１の構成を説明した。以下、エンコーダー１の作用を説明する。

図７は、図１に示すエンコーダーの光学スケールの回転角度とＮＯＴ回路の出力信号のパルス幅またはＰＤ電流との関係を示すグラフである。

前述したように、発光素子３２が出射する光は、一方向に直線偏光されている。そして、発光素子３２からの光が照射される偏光部２２は、選択的にＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する偏光特性を有する。

このような偏光部２２により、偏光部２２に照射された光は、光学スケール２の回動角度に応じて、偏光部２２での反射率が変化する。そして、受光素子３４からの信号（Ａ相アブソリュート信号）の電流値（ＰＤ電流値）は、光学スケール２の回動角度（回転角度）に応じて、図７に示すように、正弦波に沿って変化する。受光素子３４の電流値は、受光素子３４の受光量が多くなるほど大きくなり、前述したように、パルス信号の幅に基づいて、受光素子３４での受光量を判断することができる。したがって、パルス信号の幅に基づいて、光学スケール２の回動角度を判断することができる。

ここで、光学スケール２の回動角度の範囲が０〜２πであり、受光素子３４からの信号の電流値は、０〜πの範囲とπ〜２πの範囲とが互いに同じ波形となる。そのため、受光素子３４からの信号のみでは、光学スケール２の回動角度が０〜πであるときとπ〜２πであるときの区別ができない。

そこで、受光素子３５からの信号を用いて、光学スケール２の回動角度が０〜πであるときとπ〜２πであるときとの判断を行う。前述したように、１８０°判別用トラック２３の周方向における３６０°の範囲のうち、１８０°の範囲に領域２３１が設けられ、残りの１８０°の範囲に領域２３２が設けられており、発光素子３３からの光に対する領域２３１の反射率が領域２３２よりも高い。

このような領域２３１、２３２により、１８０°判別用トラック２３に照射された光は、光学スケール２の回動角度に応じて、１８０°判別用トラック２３の反射率が二値的に変化する。そして、受光素子３５からの信号（１８０°回転判別信号）の電流値（ＰＤ電流値）は、光学スケール２の回動角度（回転角度）に応じて、図７に示すように、二値的に変化する。ここで、受光素子３５からの信号の電流値は、０〜πの範囲とπ〜２πの範囲とで互いに異なる値となる。したがって、受光素子３５からの信号を用いることで、光学スケール２の回動角度が０〜πであるときとπ〜２πであるときとの判別を行うことができる。

以上のように、エンコーダー１は、偏光特性を有する偏光部２２が設けられている光学スケール２を備え、光源部１１は、光学スケール２に向けて直線偏光の光を出射し、受光部１２は、光学スケール２からの光を受光し、受光部１２からの信号に基づいて、光学スケール２の回動状態を判断する。これにより、高精度な光学式エンコーダーを比較的簡単に実現することができる。

特に、エンコーダー１は、前述したように、光を出射する光源部１１と、光源部１１からの光を受光し、その受光量に応じた信号を出力する受光部１２と、光源部１１の発光を間欠作動させる「駆動部」である発振回路５と、を備える。これにより、光源部１１の発光を間欠作動させるため、光源部１１の発光を連続作動させる場合に比べて、光源部１１の寿命を長くすることができ、それに伴って、エンコーダー１の長寿命化を図ることができる。

ここで、光源部１１は、発光素子３２を有し、受光部１２は、受光素子３４を有し、「駆動部」である発振回路５は、発光素子３２と受光素子３４との間に接続され、かつ、受光素子３４側を入力側とし、発光素子３２側を出力側とするＮＯＴ回路４１を有する。これにより、発光素子３２、受光素子３４およびＮＯＴ回路４１で発振回路５を構成し、比較的簡単な構成で、発光素子３２を間欠作動（間欠点灯、すなわち間欠発光）させることができる。また、このように発振回路５を構成すると、ＮＯＴ回路４１からの出力（パルス信号）をデジタル処理することができる。そのため、ＡＤ変換回路を用いなくても回転状態を判断することができ、この点でも、装置構成が簡単となる。

また、ＮＯＴ回路４１は、前述したように、受光部１２からの信号を受けてパルス信号を出力する。すなわち、エンコーダー１は、受光部１２からの信号を受けてパルス信号を出力する「パルス出力部」であるＮＯＴ回路４１を備える。これにより、ＮＯＴ回路４１からのパルス信号に基づいて、回転状態を容易に判断することができる。

また、「パルス出力部」であるＮＯＴ回路４１は、受光部１２での受光量に応じてパルス信号のパルス幅を変更する。これにより、ＮＯＴ回路４１からのパルス信号をデジタル処理して、高精度に回転状態を判断することができる。

また、発光素子３２は、前述したように、半導体レーザーである。すなわち、光源部１１は、半導体レーザーを含む。これにより、小型で高精度なエンコーダー１を実現することができる。また、半導体レーザー（特に面発光レーザー）は、一般に、発光ダイオードに比べて、大幅に寿命が短い。そのため、光源部１１に半導体レーザーを用いた場合、その半導体レーザーを間欠作動させて光源部１１の寿命を長くすることは特に有効である。

２．ロボット
図８は、本発明の実施形態に係るロボットを示す側面図である。図９は、図８に示すロボットが備えるエンコーダーを説明するための断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図８中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図８中の基台側を「基端」、その反対側（エンドエフェクター側）を「先端」と言う。また、図８の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。

図８に示すロボット１００は、いわゆる水平多関節ロボット（スカラロボット）であり、例えば、精密機器等を製造する製造工程等で用いられ、精密機器や部品等の把持や搬送等を行うことができる。

図８に示すように、ロボット１００は、基台１１０と、第１アーム１２０と、第２アーム１３０と、作業ヘッド１４０と、エンドエフェクター１５０と、配線引き回し部１６０と、を有している。以下、ロボット１００の各部を順次簡単に説明する。

基台１１０は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台１１０の上端部には、第１アーム１２０が連結している。第１アーム１２０は、基台１１０に対して鉛直方向に沿う第１軸である回動軸Ｊ１まわりに回動可能となっている。

基台１１０内には、第１アーム１２０を回動させる駆動力を発生させる第１モーターであるモーター１１１と、モーター１１１の駆動力を減速する第１減速機である減速機１１２とが設置されている。減速機１１２の入力軸は、モーター１１１の回転軸に連結され、減速機１１２の出力軸は、第１アーム１２０に連結されている。そのため、モーター１１１が駆動し、その駆動力が減速機１１２を介して第１アーム１２０に伝達されると、第１アーム１２０が基台１１０に対して回動軸Ｊ１まわりに水平面内で回動する。また、基台１１０および第１アーム１２０には、基台１１０に対する第１アーム１２０の回転状態（回動状態）を検出する第１エンコーダーであるエンコーダー１が設けられている。

より具体的には、図９に示すように、光学スケール２が第１アーム１２０の軸部１２２に取り付けられ、センサーユニット３および回路部４が基台１１０に取り付けられている。ここで、軸部１２２は、第１アーム１２０の本体１２１を支持し、かつ、軸受１１５を介して基台１１０に対して回動軸Ｊ１まわりに回動可能に支持され、減速機１１２の出力軸に接続されている。したがって、エンコーダー１は、第１アーム１２０の回動状態、すなわち、減速機１１２の出力軸の回転状態に応じた信号を出力する。そして、制御部２００が、エンコーダー１からの信号に基づいて、第１アーム１２０の回転状態を判断し、モーター１１１の駆動を制御する。このとき、制御部２００は、モーター１１１が有するエンコーダー（図示せず）からの信号も用いて、第１アーム１２０の回転状態を判断してもよい。なお、エンコーダー１は、減速機１１２の入力軸側、例えば、モーター１１１の回転軸に取り付けられていてもよい。この場合、エンコーダー１の検出結果および減速機１１２の減速比に基づいて、第１アーム１２０の回動状態を判断すればよい。また、エンコーダー１の回路部４の少なくとも一部が制御部２００に組み込まれていてもよい。

図８に示すように、第１アーム１２０の先端部には、第２アーム１３０が連結している。第２アーム１３０は、第１アーム１２０に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｊ２まわりに回動可能となっている。図示しないが、第２アーム１３０内には、第２アーム１３０を回動させる駆動力を発生させる第２モーターと、第２モーターの駆動力を減速する第２減速機とが設置されている。そして、第２モーターの駆動力が第２減速機を介して第２アーム１３０に伝達されることにより、第２アーム１３０が第１アーム１２０に対して第２軸Ｊ２まわりに水平面内で回動する。また、図示しないが、第２モーターには、第１アーム１２０に対する第２アーム１３０の回転状態を検出する第２エンコーダーが設けられている。

第２アーム１３０の先端部には、作業ヘッド１４０が配置されている。作業ヘッド１４０は、第２アーム１３０の先端部に同軸的に配置されたスプラインナットおよびボールネジナット（ともに図示せず）に挿通されたスプラインシャフト１４１を有している。スプラインシャフト１４１は、第２アーム１３０に対して、その軸Ｊ３まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。

図示しないが、第２アーム１３０内には、回転モーターおよび昇降モーターが配置されている。回転モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナットに伝達され、スプラインナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が鉛直方向に沿う軸Ｊ３まわりに正逆回転する。また、図示しないが、回転モーターには、第２アーム１３０に対するスプラインシャフト１４１の回転状態を検出する第３エンコーダーが設けられている。

一方、昇降モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナットに伝達され、ボールネジナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が上下に移動する。昇降モーターには、第２アーム１３０に対するスプラインシャフト１４１の移動量を検出する第４エンコーダーが設けられている。

スプラインシャフト１４１の先端部（下端部）には、エンドエフェクター１５０が連結されている。エンドエフェクター１５０としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの等が挙げられる。

第２アーム１３０内に配置された各電子部品（例えば、第２モーター、回転モーター、昇降モーター、第２〜第４エンコーダー等）に接続される複数の配線は、第２アーム１３０と基台１１０とを連結する管状の配線引き回し部１６０内を通って基台１１０内まで引き回されている。さらに、かかる複数の配線は、基台１１０内でまとめられることによって、モーター１１１およびエンコーダー１に接続される配線とともに、基台１１０の外部に設置され、ロボット１００を統括制御する図示しない制御装置まで引き回される。

以上のようなロボット１００は、前述したように、エンコーダー１を備える。これにより、エンコーダー１の長寿命化を図ることができるため、例えば、ロボット１００の高精度な動作制御を長期にわたり行ったり、ロボット１００のメンテナンスサイクルを長くしたりすることができる。なお、前述した第２〜第４エンコーダーのうち、少なくとも１つについても、前述したエンコーダー１とすることができる。

３．プリンター
図１０は、本発明の実施形態に係るプリンターを示す模式図である。

図１０に示すプリンター１０００は、ドラム状のプラテンを備えたラベル印刷装置である。このプリンター１０００では、その両端が繰出軸１１２０および巻取軸１１４０に記録媒体としてのロール状に巻き付けられた紙系やフィルム系等の１枚のシートＳ（ウェブ）が、繰出軸１１２０と巻取軸１１４０の間に張架されており、シートＳはこうして張架された搬送経路Ｓｃに沿って、繰出軸１１２０から巻取軸１１４０へと搬送される。そして、プリンター１０００は、この搬送経路Ｓｃに沿って搬送されるシートＳに対して機能液を吐出してシートＳ上に画像を記録（形成）するように構成されている。

プリンター１０００は、概略的な構成として、繰出軸１１２０からシートＳを繰り出す繰出部１１０２と、繰出部１１０２から繰り出されたシートＳに画像を記録するプロセス部１１０３と、プロセス部１１０３で画像の記録されたシートＳを切り抜くレーザースキャナー装置１００７と、シートＳを巻取軸１１４０に巻き取る巻取部１１０４とを含み構成されている。

繰出部１１０２は、シートＳの端を巻き付けた繰出軸１１２０と、繰出軸１１２０から引き出されたシートＳを巻き掛ける従動ローラー１１２１と、を有する。

プロセス部１１０３は、繰出部１１０２から繰り出されたシートＳを支持部としてのプラテンドラム１１３０で支持しつつ、プラテンドラム１１３０の外周面に沿って配置されたヘッドユニット１１１５に配置された記録ヘッド１１５１等により適宜処理を行わせ、シートＳに画像を記録するものである。

プラテンドラム１１３０は、図示しない支持機構によりドラム軸１１３０ｓを中心にして回転自在に支持された円筒形状のドラムであり、繰出部１１０２から巻取部１１０４へと搬送されるシートＳを裏面（記録面とは反対側の面）側から巻き掛けられる。このプラテンドラム１１３０は、シートＳとの間の摩擦力を受けてシートＳの搬送方向Ｄｓに従動回転しつつ、周方向での範囲Ｒａにわたって、シートＳを裏面側から支持するものである。ここで、プロセス部１１０３では、プラテンドラム１１３０への巻き掛け部の両側でシートＳを折り返す従動ローラー１１３３、１１３４が設けられている。また、繰出軸１１２０と従動ローラー１１３３との間には、従動ローラー１１２１、１１３１およびセンサーＳｅが設けられ、巻取軸１１４０と従動ローラー１１３４との間には、従動ローラー１１３２、１１４１が設けられている。

プロセス部１１０３は、ヘッドユニット１１１５を備え、ヘッドユニット１１１５には、イエロー、シアン、マゼンタおよびブラックに対応する４個の記録ヘッド１１５１が設けられている。各記録ヘッド１１５１は、プラテンドラム１１３０に巻き掛けられたシートＳの表面に対して若干のクリアランス（プラテンギャップ）を空けて対向しており、対応する色の機能液をノズルからインクジェット方式で吐出する。そして、搬送方向Ｄｓへ搬送されるシートＳに対して各記録ヘッド１１５１が機能液を吐出することにより、シートＳの表面にカラー画像が形成される。

ここで、機能液として、紫外線（光）を照射することで硬化するＵＶ（ultraviolet）インク（光硬化性インク）を用いる。そのため、プロセス部１１０３のヘッドユニット１１１５には、ＵＶインクを仮硬化させてシートＳに定着させるために、複数の記録ヘッド１１５１の各間に第１ＵＶ光源１１６１（光照射部）が設けられている。また、複数の記録ヘッド１１５１（ヘッドユニット１１１５）に対して搬送方向Ｄｓの下流側には、本硬化用の硬化部としての第２ＵＶ光源１１６２が設けられている。

レーザースキャナー装置１００７は、画像の記録されたシートＳを部分的に切り抜く、もしくは分断するように設けられている。レーザースキャナー装置１００７のレーザー発振器１４０１によって発振されたレーザー光は、エンコーダー１を含む駆動装置１４０２、１４０６、１４０８によって位置または回転位置（角度）を制御された第１レンズ１４０３および第１ミラー１４０７や第２ミラー１４０９などを経由し、被加工物であるシートＳに照射される。このように、シートＳに照射されるレーザー光ＬＡは、各駆動装置１４０２、１４０６、１４０８によって照射位置が制御され、シートＳ上の所望の位置に照射することができる。シートＳは、レーザー光ＬＡの照射された部分が溶断され、部分的に切り抜かれるか、もしくは分断される。

以上のようなプリンター１０００は、前述したように、エンコーダー１を備える。これにより、エンコーダー１の長寿命化を図ることができるため、例えば、プリンター１０００の高精度な動作制御を長期にわたり行ったり、プリンター１０００のメンテナンスサイクルを長くしたりすることができる。

以上、本発明のエンコーダー、ロボットおよびプリンターを図示の好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、前述した実施形態では、光源部（発光素子）を間欠作動させる駆動部が発光素子、受光素子およびＮＯＴ回路を含む発振回路である場合を例に説明したが、駆動部は、光源部（発光素子）を間欠作動させることができれば、これに限定されず、例えば、ＮＯＴ回路または発振回路を用いずに発光素子を間欠作動させる駆動回路であってもよい。この場合、受光素子の出力をＡＤ変換して回路部に入力すればよい。

また、エンコーダーの設置箇所は、基台と第１アームとの関節部に限定されず、相対的に回動する任意の２つのアームの関節部であってもよい。また、エンコーダーの設置箇所は、ロボットが有する関節部に限定されない。

また、前述した実施形態では、ロボットアームの数は、１つであったが、ロボットアームの数は、これに限定されず、例えば、２つ以上でもよい。すなわち、本発明のロボットは、例えば、双腕ロボット等の複数腕ロボットであってもよい。

また、前述した実施形態では、ロボットが有するアームの数は、２つであったが、アームの数は、これに限定されず、例えば、１つまたは３つ以上でもよい。

また、前述した実施形態では、本発明のロボットの設置箇所は、床面に限定されず、例えば、天井面や側壁面等でもよい。また、本発明のロボットは、建物等の構造物に固定設置されるものに限定されず、例えば、脚部を有する脚式歩行（走行）ロボットであってもよい。

また、前述した実施形態では、本発明のロボットの一例として、水平多関節ロボットを例に説明したが、本発明のロボットは、相対的に回動する２つの部材を有すれば、垂直多関節ロボット等の他の形式のロボットであってもよい。

また、本発明のエンコーダーは、前述したプリンターに限定されず、回転部を有する産業用プリンター、民生用プリンター等の各種プリンターに用いることができる。また、本発明のエンコーダーをプリンターに用いる場合、エンコーダーの設置箇所は、前述したものに限定されず、例えば、紙送り機構等に用いてもよい。

また、前述した実施形態では、ロータリーエンコーダーに本発明を適用した場合を例に説明したが、これに限定されず、本発明は、リニアエンコーダーにも適用可能である。また、前述した実施形態では、反射型の光学式エンコーダーに本発明を適用した場合を例に説明したが、これに限定されず、本発明は、透過型の光学式エンコーダーにも適用可能である。また、前述した実施形態では、偏向方式の光学式エンコーダーに本発明を適用した場合を例に説明したが、これに限定されず、本発明は、他の光学式エンコーダー（例えば光学スケールとしてスリット板を用いたもの）にも適用可能である。さらに、本発明は、インクリメンタル形およびアブソリュート形のいずれのエンコーダーにも適用可能である。

１…エンコーダー、２…光学スケール、３…センサーユニット、４…回路部、５…発振回路（駆動部）、１１…光源部、１２…受光部、２１…基板、２２…偏光部、２３…１８０°判別用トラック、３１…基板、３２…発光素子、３３…発光素子、３４…受光素子、３５…受光素子、３６…端子、４１…ＮＯＴ回路、４２…パルス幅時間測定部、４３…判断部、４５…配線、１００…ロボット、１１０…基台、１１１…モーター、１１２…減速機、１１５…軸受、１２０…第１アーム、１２１…本体、１２２…軸部、１３０…第２アーム、１４０…作業ヘッド、１４１…スプラインシャフト、１５０…エンドエフェクター、１６０…部、２００…制御部、２１１…孔、２３１…領域、２３２…領域、１０００…プリンター、１００７…レーザースキャナー装置、１１０２…繰出部、１１０３…プロセス部、１１０４…巻取部、１１１５…ヘッドユニット、１１２０…繰出軸、１１２１…従動ローラー、１１３０…プラテンドラム、１１３０ｓ…ドラム軸、１１３１…従動ローラー、１１３２…従動ローラー、１１３３…従動ローラー、１１３４…従動ローラー、１１４０…巻取軸、１１４１…従動ローラー、１１５１…記録ヘッド、１１６１…第１ＵＶ光源、１１６２…第２ＵＶ光源、１４０１…レーザー発振器、１４０２…駆動装置、１４０３…第１レンズ、１４０６…駆動装置、１４０７…第１ミラー、１４０８…駆動装置、１４０９…第２ミラー、Ｄｓ…搬送方向、Ｅ１…矢印、Ｊ１…回動軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…軸、Ｌ１…線分、ＬＡ…レーザー光、Ｓ…シート、Ｓｃ…搬送経路、Ｔ…時間間隔、ｔ１…時間の長さ、ｔ２…時間の長さ、ａ１…光軸、ａ２…光軸、θ…放射角度、Ｒａ…範囲、Ｓｅ…センサー

Claims (9)

1. 光を出射する光源部と、
   前記光源部からの光を受光し、その受光量に応じた信号を出力する受光部と、
   前記光源部の発光を間欠作動させる駆動部と、を備えることを特徴とするエンコーダー。
2. 前記光源部は、発光素子を有し、
   前記受光部は、受光素子を有し、
   前記駆動部は、ＮＯＴ回路を有し、
   前記ＮＯＴ回路は、前記発光素子と前記受光素子との間に接続され、かつ、前記受光素子側を入力側とし、前記発光素子側を出力側とする請求項１に記載のエンコーダー。
3. 前記受光部からの信号を受けてパルス信号を出力するパルス出力部を備える請求項１または２に記載のエンコーダー。
4. 前記パルス出力部は、前記受光部での受光量に応じて前記パルス信号のパルス幅を変更する請求項３に記載のエンコーダー。
5. 前記光源部は、半導体レーザーを含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエンコーダー。
6. 前記駆動部は、前記光源部を作動させている時間の長さが作動を停止させている時間の長さよりも短い請求項１ないし５のいずれか１項に記載のエンコーダー。
7. 偏光特性を有する偏光部が設けられている光学スケールを備え、
   前記光源部は、前記光学スケールに向けて直線偏光の光を出射し、
   前記受光部は、前記光学スケールからの光を受光し、
   前記受光部からの信号に基づいて、前記光学スケールの回動状態を判断する請求項１ないし６のいずれか１項に記載のエンコーダー。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエンコーダーを備えることを特徴とするロボット。
9. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエンコーダーを備えることを特徴とするプリンター。

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