JPH05203464A - ロータリエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】光透過形のインクリメンタル形ロータリエンコ
ーダの高い分解能を損なわずに回転軸の方向の厚みを薄
くすることを目的とする。 【構成】従来のロータリエンコーダでは円板上にあった
スリットを、円筒１２の外周に設けたスリット１２Ａに
置き換え、また、従来のロータリエンコーダでは円板上
のスリットを検出するための発光素子と固定スリット板
と受光素子とを、円板のスリットを挟んで回転軸と平行
に配列していたが、本発明では、円筒の回転軸１１に対
して放射状に配列して円筒の外周に設けたスリット１２
Ａを検出するように置き換え発光素子１３Ａ，１３Ｂと
固定スリット板１４Ａ，１４Ｂと受光素子１５Ａ，１５
Ｂの三つの素子を回転軸に対して放射状に配列したの
で、三つの素子が回転軸と平行に配列されていた従来の
ロータリエンコーダにくらべて回転軸方向の厚みを薄く
できる。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野）この発明は、回転軸の回転変位量
を光学的な方法で検出しデジタル信号に変換するインク
リメンタル形ロータリエンコーダに関する。 （従来の技術）ロータリエンコーダはマイクロコンピュ
ータの普及によって回転変位の情報をマイクロコンピュ
ータに入力するための入力装置として広い分野で応用さ
れている。それぞれの応用分野に応じて、高分解能・長
寿命・小形・低価格などの特徴を備えた製品が使い分け
られている。ロータリエンコーダの回転変位量の検出方
法には、光学式・磁気式・摺動接点式の三つの方法が一
般に知られている。光学式は長寿命であり回転変位量を
高い分解度で検出できるが、発光素子と受光素子とを組
み合わせるためのスペースが大きい。磁気式は増幅器を
必要とするため、形状が大きくまた高価である。摺動接
点式は小形で低価格であるが検出できる回転角度の細か
さである分解能は低く、わずかな変位を検出する用途に
は向かない。光学式にはレーザー光線など特殊な光を使
ったものと通常の光を使ったものとがある。通常の光を
使った光学式インクリメンタル形ロータリエンコーダの
代表的なものは、回転する円板で光の通路を断続しこれ
を検出する方法である。回転軸に取り付けられた金属製
の薄い円板に等間隔にスリットをあけておき、この円板
のスリットを挟んで発光素子と固定スリット板と受光素
子が回転軸と平行に配列されている。円板が回転すると
円板のスリットが発光素子からの光を遮断したり透過し
たりするので、これを受光素子で検出してデジタル信号
を得ている。この光透過形ロータリエンコーダは光を細
いスリットに通すことによって回転角度のわずかな変位
を検出できるので、多くの光学式インクリメンタル形ロ
ータリエンコーダにこの構造が採用されている。通常の
光を使う光学式インクリメンタル形ロータリエンコーダ
の他の検出方法に、回転する円板の光の反射を検出する
方法がある。回転する円板には光の反射の強弱が得られ
るパターンが描かれていて、このパターンと向かい合わ
せに発光素子と受光素子とが同一面に並べてある。発光
素子の光は円板に反射して受光素子に伝えられる。円板
が回転すると円板に当たった光は円板に描かれたパター
ンにしたがって強く弱く反射しこれを受光素子が検出す
る。この光反射形ロータリエンコーダは発光素子と円板
との間隔を狭めたままで発光素子の光を小さく絞り込む
ことが難しいので、検出できる回転角度の細かさである
分解能は低い。 （発明が解決しようとする課題）一般に多くの機器は小
形化・薄形化が求められている。その中に使われるロー
タリエンコーダも同じように小形化・薄形化が求められ
ている。摺動接点式に比べ、光学式のロータリエンコー
ダは検出手段が非接触であるため長寿命であり、摺動接
点式にみられるチャタリングは無くきれいな信号が得ら
れるほかに、光を小さく絞り込むことで高い分解能を得
ることができると言う特徴がある。しかし、小形化・薄
形化については摺動接点式に比べて十分とは言えない。
図３は従来からある光透過形のインクリメンタル形ロー
タリエンコーダの一例を簡略化した分解斜視図で示して
いる。３１は回転軸である。３２は回転する円板であっ
て放射状のスリットが等間隔に開いている。３３Ａ．３
３Ｂは発光素子である。３４は固定スリット板であって
円板３２のスリットに対しておよそ９０度の位相差をも
って光が断続して透過する位置にスリットが開いてい
る。３５Ａ．３５Ｂは受光素子である。固定スリット板
３４を透過して位相差を持った二つの光を二つの受光素
子が受けて回転方向を知るために必要な位相差のある二
つの信号を得ている。光透過形のロータリエンコーダは
光を細いスリットに絞り込むことで高い分解能を得られ
るが、回転する円板のスリットを検出するために円板を
挟んで発光素子と固定スリット板と受光素子とが回転軸
と平行に配列されているので、円板の回転軸の方向の寸
法を小さくしてロータリエンコーダの回転軸方向の厚み
を薄くすることが難しい。図４は光反射形のインクリメ
ンタル形ロータリエンコーダの一例を簡略化した分解斜
視図で示している。４１は回転軸である。４２は回転す
る円板であって光を反射する部分４２Ａと光を反射しな
い部分４２Ｂが等間隔で円形に並んでいる。４３は発光
素子である。４４Ａ．４４Ｂは円板４２で反射した光を
受光素子に集光するためのレンズであって位相差を持つ
二つの光が二つの受光素子４５Ａ．４５Ｂのそれぞれに
行く位置に置かれている。光反射形のロータリエンコー
ダは発光素子と受光素子が円板と平行な面に並んでいる
ので光透過形にくらべてロータリエンコーダの回転軸方
向の厚みを薄くできるが、発光素子と円板との間隔を狭
めたままで発光素子の光を小さく絞り込むことが難しい
ので、検出できる回転角度の細かさである分解能は低
い。本発明は、光透過式ロータリエンコーダの高い分解
能を損なわずに回転軸の方向の寸法を小さくしてロータ
リエンコーダの回転軸方向の厚みを薄くすることを目的
にしている。 （課題を解決するための手段と作用）光学式のロータリ
エンコーダの特徴である高い分解能を損なうこと無くロ
ータリエンコーダの回転軸方向の厚みを薄くするため
に、従来のロータリエンコーダでは円板上にあったスリ
ットを、本発明では、円筒の外周に設けたスリットに置
き換えた。また、スリットを検出するために円板のスリ
ットを挟んで回転軸と平行に配列されていた発光素子と
固定スリット板と受光素子とを、円筒の回転軸に対して
放射状に配列して円筒の外周のスリットを検出するよう
に置き換えた。この円筒は、発光素子から受光素子に至
る光の通路を円筒のスリットで断続して透過させること
が重要であるから、円筒が真の円形ではなく多角形であ
っても良い。従来のロータリエンコーダではスリットを
挟んで並んだ発光素子と固定スリットと受光素子とを含
めた全体の寸法が回転軸方向の寸法を厚いものにしてい
たが、本発明の配列では回転軸方向の寸法は発光素子・
受光素子いずれか高さの最も高い寸法によって決まる。
発光素子と受光素子のそれぞれの高さは、スリットを挟
んで並んだ発光素子と固定スリットと受光素子とを含め
た全体の寸法に比べて十分低いからロータリエンコーダ
の回転軸方向の厚みを薄くすることができる。円筒の外
周にスリットを設けるには、エッチング加工による方
法、プラスチックを射出成形する方法、機械加工による
方法などがある。円板にスリットを開けるにはエッチン
グ加工による方法が良く使われているが、円筒形の薄板
の全周に貫通した穴をエッチング加工で開けることは難
しい。機械加工による方法も切削加工で円筒に数多くの
細長い穴を開けるのは経済的な加工方法とは言えない。
プラスチックを射出成形する方法はこの中で最も経済的
に加工する方法である。しかし、ロータリエンコーダの
回転軸が回転してどの方向を向いたときでも回転の変位
量を均等に検出するためには、数多くの細長い穴の貫通
方向を円筒の中心を通る向きにそろえて開けなければな
らない。数多くの細長い穴の貫通方向を円筒の中心を通
る向きにそろえて円筒の外周に均等に開けるための金型
の製作は難しい。請求項（２）の、スリットの一端が櫛
のように切れて開いた状態であっても発光素子から受光
素子までの光の通路を断続できればロータリエンコーダ
の機能に支障はないから、スリットの一端を櫛のように
切れて開いた状態にすれば、スリットのピッチが１ｍｍ
以下であってもプラスチック射出成形の金型の製作は容
易であり経済的に加工することができる。スリットの一
端が櫛のように切れて開いた状態であれば金属板をプレ
ス加工して作ることも容易である。発光素子と固定スリ
ットと受光素子は、それぞれの位置関係を定められた通
りに保つため円筒の回転軸に対して放射状に一列となる
ように配線板の上に取り付ける。回転軸の回転方向を検
出するには、円筒が回転したとき円筒のスリットから位
相のずれた２系統のデジタル信号が得られるような二つ
の位置に固定スリットと受光素子をそれぞれ置く。配線
板は発光素子と受光素子の間を円筒のスリットが通るよ
うに置く。円筒と固定スリットおよび受光素子との位置
関係を保持し、また、円筒の回転軸が回転できるよう
に、底板で円筒の回転軸と配線板を保持する。このよう
に構成されたロータリエンコーダの回転軸が回転すると
き、発光素子からの光は円筒のスリットで通路を断続さ
れるので円板を使ったロータリエンコーダと同様の信号
を得ることができる。 （実施例）図１はこの発明のロータリエンコーダの一実
施例の分解斜視図である。図２は同実施例の断面図であ
って回転軸の中心を含む面を示している。１２は回転ス
リット円筒であって、その中心には回転軸１１があり外
周の円筒部分には数多くのスリット１２Ａが穴の貫通方
向を円筒の中心を通る向きにそろえて刻まれている。配
線板１６には受光素子１５Ａ．１５Ｂに向けて光を送り
出す発光素子１３Ａ．１３Ｂと、固定スリット板１４
Ａ．１４Ｂと、発光素子１３Ａ．１３Ｂの光を受光する
受光素子１５Ａ．１５Ｂが回転軸１１に対して放射状に
二列に配列されている。発光素子１３Ａ．１３Ｂへの入
力と受光素子１５Ａ．１５Ｂからの出力は端子１６Ａか
ら入出力する。底板１７には回転軸１１を支える軸受け
と回転スリット円筒１２を収容する窪みがあり、この窪
みに回転スリット円筒１２を収容した後で配線板１６を
被せて蓋をする。この状態で回転スリット円筒１２のス
リット１２Ａは発光素子１３Ａ．１３Ｂから受光素子１
５Ａ．１５Ｂへの光の通路を断続できる位置になってい
る。固定スリット板１４Ａ．１４Ｂは回転スリット円筒
１２のスリットに対しておよそ９０度の位相差をもって
光が断続して透過する位置にスリットが開いている。二
つの固定スリット板１４Ａ．１４Ｂを透過して位相差を
持って断続する二つの光は二つの受光素子１５Ａ．１５
Ｂで受光され、回転方向を知るために必要な位相差のあ
る二つの信号になる。 （発明の効果）本発明は、以上に示したように構成され
るので、円板を使用する従来のロータリエンコーダの特
徴である長寿命、きれいな信号、高い分解能を損なうこ
と無く、回転軸方向の厚みを薄くすることができる。

【図面の簡単な説明】 図１は本発明の一実施例の分解斜視図、図２は同実施例
の断面図、図３は従来からある光透過形ロータリエンコ
ーダの一例を簡略化した分解斜視図、図４は光反射形ロ
ータリ エンコーダの一例を簡略化した分解斜視図であ
る。 １２…回転スリット円筒、１２Ａ…円筒上のスリット、
１３…発光素子、１５…受光素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）中心に回転軸１１を持ち、直径よりも高さの低い
   円筒状の外周部分に回転軸とほぼ平行のスリット（細長
   い穴）を等間隔に設けた回転スリット円筒１２と、この
   スリットを挟む位置に発光素子１３と固定スリット板１
   ４と受光素子１５とを回転軸１１に対してほぼ放射状に
   配列した配線板１６と、回転スリット円筒１２の回転軸
   １１を回転できるように保持しながら、発光素子１３か
   ら出た光が回転スリット円筒１２と固定スリット板１４
   のスリットを通って受光素子１５に届くような位置関係
   に配線板１６を保持する底板１７とで構成されたことを
   特徴とする光学式のインクリメンタル形ロータリエンコ
   ーダ。 （２）円筒状の外周部分に櫛状に一端が開いたスリット
   を等間隔に設けた回転スリット円筒を備えた請求項
   （１）記載の光学式のインクリメンタル形ロータリエン
   コーダ。