JP2007248445A - 有限回転角度検出器およびそれに用いられる回転角度検出板の同心調整装置、並びに回転角度検出板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 有限回転角度検出器の回転角度検出板の慣性モーメントを減少させ、高速回転動作ができ、しかも回転角度検出板の組立て作業あるいは検査にかかる労力と時間を抑えることができ、安価で、高精度の有限回転角度検出器およびそれに用いられる回転検出板の製造方法を提供する。
【解決手段】 被検出体である回転軸１２の有限回転角度の変位を検出し、前記被検出体の有限角度変位に応じた信号を検出する検出部６と、前記検出部６からの信号を処理し変位に応じた信号を出力する信号処理部７を備えた有限角度検出器１において、前記有限角度検出器１の回転角度を検出する回転角度検出板は、直線辺によって構成された方形状回転角度板２としたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、精密工作機械あるいは半導体製造装置などのＦＡ分野で用いられると共に、回転体に取り付けた回転軸の微小な有限回転角度を検出するための有限回転角度検出器およびそれに用いられる回転角度検出板の同心調整装置、並びに回転角度検出板の製造方法に関する。

従来、レーザビームを利用したレーザ加工機などの精密工作機械において、被加工物の位置を移動するか、またはレーザビームの位置を移動するかの２つの方式が採用されている。レーザ加工機では高速加工、高速位置決めを行なう場合、移動機械部分が小形軽量で、高速移動が可能なレーザビーム移動方式、中でもガルバノメータを用いて光ビームの高速移動を行う装置が提案されており（例えば、特許文献１を参照）、また、ガルバノメータにはその微小回転による有限回転角度を検出するための有限回転角度検出器が用いられている（例えば、特許文献２を参照）。以下、従来技術について簡潔に説明する。

図１３は従来のガルバノメータを利用した２次元ビームポジショナの概略構成を示したブロック図である。
図１３において、２１、２２はガルバノメータ、２３、２４は反射ミラー、２５は対物レンズ、２６は入射光ビーム、２７はＸ軸位置制御信号、２８はＹ軸位置制御信号、２９は被加工物である。入射光ビーム２６は、その走査方向が直交するように配置された２組のガルバノメータ２１、２２に取り付けられた各々の反射ミラー２３、２４で、順次反射された後に、ｆ・θ型の対物レンズ２５に入射するようになっている。ｆ・θ型の対物レンズ２５を通った入射光ビームは、そのレンズ作用により焦点面上で光軸から該当方向へｆ・θだけ、すなわち対物レンズ２５の焦点距離ｆと光ビームの入射角度θとの積だけずれた位置に集光される。
このような構成で、集光位置の移動制御は外部の制御部からこのビームポジショナに供給されるＸ軸及びＹ軸の２軸分の位置制御信号２７、２８により、各々対応するガルバノメータ２１、２２に取り付けた反射ミラー２３、２４により、レーザビームを微小回転させて、ビーム集光位置を焦点面上で移動し、所定の位置でレーザビームを被加工物２９に対して照射することで、目的のレーザ加工などを行なっている。

このようなガルバノメータ２１、２２を用いた構成では、可動部がガルバノメータ内部のロータ部分とレーザビーム反射用の反射ミラー２３、２４のみであり、高速回転が必要のため、可動部全体の慣性モーメントを小さくする必要があり、しかも回転検出角度が高精度を要求されるので、ガルバノメータ２１、２２に用いられる有限回転角度検出器は、主に光学式回転角度検出器を用いて微小回転角度を検出し、レーザビームの位置制御を行なっている。従来の光学式回転角度検出器の構成を以下に説明する。

図１４は従来の光学式の有限回転角度検出器を示した構成図、図１５は図１４のフォトダイオードから出力される検出信号波形を示す図、図１６は図１４の信号処理部から出力される回転角度信号波形を示す図である。
図において、３１は有限角度検出器、３２は円板状回転角度検出板、３２Ａは検出スリット、３３はＬＥＤ（発光素子）、３４は固定スリット、３５はフォトダイオード（受光素子）、３６は検出部、３７は信号処理部、３８はオペアンプ、３８ＡはＡ(−)検出信号、３８ＢはＡ(＋)検出信号、３９は回転角度信号である。光学式の有限角度検出器３１は、一般の光学式回転角度検出器と同様であって、回転角度の変位を検出する検出部３６と、検出信号を波形整形し、変位に応じた信号を出力する信号処理部３７で構成されている。検出部３６は、ＬＥＤ３３（発光素子）と、フォトダイオード３５（受光素子）と、ガラス板に印刷技術を駆使して検出スリット３２Ａを円板の円周上に印刷してなる円板状回転角度検出板３２と、固定スリット３４とより構成されている。
ここで、円板状回転角度検出板３２は、例えば、図１３で示される回転駆動する反射ミラーが取り付けられたガルバノメータの回転軸に直接固定されるものとなっている。
このような構成において、円板状回転角度検出板３２の回転により、ＬＥＤ３３から発光した光は、円板状回転角度検出板３２の検出スリット３２Ａ、固定スリット３４を通過し、フォトダイオード３５に到達する。フォトダイオード３５は、回転角度に追従した正弦波信号として、Ａ(−)検出信号３８Ａ、Ａ(＋)検出信号３８Ｂが得られる構成になっている。これらの信号が信号処理部３７にあるオペアンプ３８(演算増幅器)に入力されると、差動信号を検出し、正弦波状の回転角度信号３９を出力として得る構成である。実際には、上記の検出信号と電気的に９０度位相のずれたもう一つの検出信号（図示せず）を得ており、２信号の位相角度差で、回転方向を検出できる構成になっている。
特許第２７８５８５２号（明細書第２頁、第５図） 特開平１１−１８３２０１号（明細書第３頁、第１図）

以上説明したように、従来の光学式回転角度検出器は、１回転以上回転する検出器として開発設計されているため、ガルバノメータに用いられる微小角度検出器として使用するには、下記の問題点があった。

すなわち、レーザビームの高速動作に応じて、円板状回転角度検出板により、ガルバノメータに固定してなる回転軸の微小角度を検出する場合は、回転する該検出板の慣性モーメントが大きいことが、高速回転動作の障害になっていた。そのためには、反射ミラー、反射ミラーを取り付けたガルバノメータ、回転角度検出板を含めた全体の慣性モーメントも小さくすることが課題となっており、その中でも小さい慣性モーメントを有する回転角度検出板が重要となっていた。

また、ガルバノメータに用いられる回転角度検出器としては、微小角度（例えば、±１５度程度）の検出角度範囲であれば十分仕様を満足するのに、３６０度の回転角度範囲で製品化されている回転角度検出器を使用しているため、製作性、作業性、低コストなどの面で問題があった。以下、従来の回転検出部の製造方法を説明しながら、問題点を述べる。

図１７は従来の円板状回転検出板を製造するための素材として用いられるガラス板の平面図、図１８は従来の円板状回転検出板を製造するための工具として用いられる砥石の拡大斜視図である。図１７において、３２Ｂは回転中心マーク、４０はガラス板、４１はダイヤモンド粉、４２は外形カット用砥石、４３は内径カット用砥石である。
従来の回転角度検出板は、図１７に示すように１枚の方形状のガラス板４０に多数個の検出スリット３２Ａを印刷した円板状回転角度検出板３２を配置し、これを図１８に示すように２重コップ形状を有し、かつ、先端にダイヤモンド粉４１を付着させた外径カット用砥石４２と内径カット用砥石４３とで構成される回転砥石を用いて、ガラス板４０に印刷された回転角度検出板３２の外周部と内周部を同時に回転切削しながら、該回転検出板を１個ずつドーナッツ状に抜いて製作していた。
ところが、図１７からも理解できるように、方形状のガラス板４０から円板状の回転角度検出板３２を取り出すため、ガラス板の歩留まりが悪く、どうしても価格が高くなっていた。また、上記のガラス加工方法では、外形精度も悪く、検出スリット３２Ａの印刷部と外形の同心寸法は、±１００ミクロン程度の誤差が発生する。このため、受け入れ検査において、顕微鏡を使用して検出スリット３２Ａの印刷部と外形寸法の同心検査をするため、製品検査に時間がかかっていた。
それから、実際の組み立て作業としては、回転軸に紫外線硬化形接着剤を塗布し、その上に円板状回転角度検出板を搭載し、回転軸を回転させながら顕微鏡にて同心合わせを行ない、同心が合った状態で外部より紫外線を照射し、組立てを完了するというプロセスを取っているが、検出スリット３２Ａの印刷部と外形の同心精度が悪いと、顕微鏡を用いてスリット印刷部を基準にして、回転中心を求める調整作業を実施しなければならず、組立て作業に労力と時間がかかり、製品のコストアップを生じていた。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、従来の製造方法と異なる回転角度検出板の製造方法を採用することにより、有限回転角度検出器の回転角度検出板の慣性モーメントを減少させ、高速回転動作ができ、しかも回転角度検出板の組立て作業あるいは検査にかかる労力と時間を抑えることができ、安価で、高精度の有限回転角度検出器およびそれに用いられる回転角度検出板の同心調整装置、並びに回転角度検出板の製造方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被検出体の有限回転角度の変位を検出し、前記被検出体の有限角度変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力する信号処理部と、を備えた有限角度検出器において、前記有限角度検出器の回転角度を検出する回転角度板は、直線辺によって構成された方形状の回転角度検出板であることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の有限回転角度検出器において、前記回転角度検出板の基材は、該検出板の外形を直線辺で囲まれた方形状に縁取るための輪郭線となる外形切断用基準線と、前記外形切断用基準線の内側に配置すると共に回転検出用のコードパターンを構成する検出スリットを印刷してなるガラス板より構成されており、
前記回転角度検出板の回転中心は、前記ガラス板より前記外形切断用基準線を切断した後に残る前記直線辺の幅寸法および前記直線辺の外側に残る該基準線の幅寸法に基づいて、該検出板の取り付け対象となる前記披検出体の回転中心に対して同心を合わせてなることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載の方形状の回転角度検出板の回転中心および披検出体の回転中心を一致させる有限回転角度検出器用の回転角度検出板の同心調整装置において、前記披検出体の回転軸を水平方向または垂直方向に向かって支持すると共に該回転軸の回転中心を位置決めするためのＶ溝と、前記方形状の検出板を水平方向または垂直方向に向かって位置決めするための位置決め部と、を有する２個１対の位置決め治具を備え、該２個一対の位置決め治具の何れか一方を固定し、他方を移動させて該検出板と該披検出体の回転中心の同心調整を行うことを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の回転角度検出板の同心調整装置において、前記位置決め部は、前記方形状の検出板の位置決め誤差を補正するための微小位置調整部を設けたことを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明は、基材から有限回転角度検出器用の回転角度検出板を形成する回転角度検出板の製造方法において、少なくとも１個配置した板状のガラス板に、回転角度検出板の外形を方形状に縁取るための輪郭線を構成する外形切断用基準線および前記外形切断用基準線の内側に配置すると共に回転検出用のコードパターンを構成する検出スリットとをそれぞれ印刷する工程と、前記ガラス板から前記回転角度検出板を方形状に切り出す工程と、を備えたことを特徴としている。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載に回転角度検出板の製造方法において、前記回転角度検出板用のガラス板に印刷された外形切断用基準線の幅を、前記回転角度検出板の外形を切断するための精密切断工具の切断刃幅より広くしたことを特徴としている。

本発明によれば、次のような効果がある。
請求項１に記載の発明によれば、回転検出板の形状を円板状から方形状にすることにより、検出板の慣性モーメントを小さくすることができる。従って、有限回転角度検出器の動作性能を向上させることができ、その結果、高速回転動作に対応できる。

請求項２に記載の発明によれば、いわゆる同心合わせ工程時間を短時間にて調整・組み立てする内容に関する発明であり、短時間で同心合わせを行なうことができるので、調整・組み立てに要する労力や時間が低減して安価な製品を提供できる。

請求項３に記載の発明によれば、回転角度検出板の同心調査装置は、披検出体の回転軸を水平方向または垂直方向に向かって支持すると共に該回転軸の回転中心を位置決めするためのＶ溝と、方形状の検出板を水平方向または垂直方向に向かって位置決めするための位置決め部と、を有する２個１対の位置決め治具を設けたので、回転軸の直径寸法が変化しても、検出板および披検出体の各中心軸が変化せずに精度良く同心合わせをすることができ、短時間に作業を実施できるという効果がある。

請求項４に記載の発明によれば、位置決め治具が方形状の回転角度検出板の外形寸法誤差を補正するための微小位置調整部を有しているので、方形状回転角度検出板の外形寸法が変化してもそれに合わせて微小位置調整ができ、高精度に同心合わせを実施できるという効果がある。

請求項５に記載の発明によれば、回転検出板の形状を円板状から方形状にすることにより、ガラス板の１枚当たりの回転角度検出板の取れる枚数を増加させることができるので、回転角度検出板のコストダウンを達成することができる。
総じて、以上の発明によれば、高精度の有限回転角度検出器およびそれに用いられる回転検出板の製造方法を提供することができる。

請求項６に記載の発明によれば、方形状の外周に配置された外形基準線の幅を測定するだけで、製品が所定寸法を守って製品化されているかどうか簡単に検査することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施例を示す有限回転角度検出器を示した構成図、図２は図１のフォトダイオードから出力される検出信号波形を示す図、図３は図１の信号処理部から出力される回転角度信号波形を示す図である。
図において、１は有限角度検出器、２は方形状回転角度検出板、２Ａは検出スリット、３はＬＥＤ（発光素子）、４は固定スリット、５はフォトダイオード（受光素子）、６は検出部、７は信号処理部、８はオペアンプ。８ＡはＡ(−)検出信号、８ＢはＡ(＋)検出信号、９は回転角度信号、１２は回転軸である。なお、本発明の構成要素のうち、方形状回転角度検出板２を除いた構成要素については、従来技術の構成要素と機能が同一であるため、その説明を省略し、異なる点のみ説明する。
本発明が従来技術と異なる点は、従来の円板状回転角度検出板３２に替えて、直線辺によって構成された方形状回転角度検出板２を用いた点である。これにより、回転角度検出板を方形状にすることにより、回転検出板の慣性モーメントを小さくしたことが特徴になっている。

以下、具体的に従来の円板状回転角度検出板と比較する。
円板の慣性モーメントは、Ｉｃ＝ｍ×(ｒ×ｒ)/２ で表わされる。
但し、Ｉ：慣性モーメント（Ｋｇ×ｍ×ｍ）、ｍ：質量（Ｋｇ）、ｒ：円板の半径（ｍ）
また、薄い方形の慣性モーメントは、Ｉｄ＝ｍ×(ａ×ａ＋ｂ×ｂ)/１２ で表わされる。
但し、ａ、ｂ：方形の辺の長さ
そこで、回転角度を約±１５度とすると、方形状の検出板の長辺ａと短辺ｂの比は、概略２：１となる。
同一厚さｔで、同一密度ρのガラスを使用して、半径ｒ＝１として各慣性モーメントを計算すると、
Ｉｃ＝(π×１×１×ρ×ｔ)×(１×１)/２＝π×ρ×ｔ/２＝１．５７×ρ×ｔ
同様に、
Ｉｄ＝(２×１×ρ×ｔ)×(４＋１)/１２＝１０×ρ×ｔ/１２＝０．８３×ρ×ｔ
となって、方形状検出板の慣性モーメントが、円形状検出板の慣性モーメントの約５０％になるという結果が得られる。
したがって、有限角度検出器は、方形状回転角度検出板の方が慣性モーメントが小さくなり、高速回転駆動が可能な検出器が得られるという結果になる。

次に、方形状回転角度検出板の製造方法について説明する。
図４は本実施例の方形状回転検出板を製造するための素材として用いられるガラス板の平面図である。
図４において、１０はガラス板、２Ａは検出スリット、２Ｂは回転中心マーク、１０Ｂは外形切断用基準線である。
方形状回転角度検出板２の基材は、ガラス板１０より構成されている。図４ではガラス板１０の上に方形状回転角度検出板２を多数個配置した構成を示しており、具体的には、ガラス板１０に、該検出板の外形を直線辺で囲まれた方形状に縁取るための輪郭線となる外形切断用基準線１０Ｂと、外形切断用基準線１０Ｂの内側に配置すると共に回転検出用のコードパターンを構成する検出スリット２Ａと、披検出体の回転中心と合わせるための回転中心マーク２Ｂが印刷されている。なお、検出スリット２Ａは、従来技術の円板状回転検出板と同じスリット径を有したものとなっている。
図４の本実施例を、図１７で示した従来の円板状回転検出板をガラス板上に多数個配置したものと比較すると、回転検出器板を方形状にして多数個配置することで、円板状回転検出板より歩留まりが２倍以上に向上するため、大幅なコストダウンが可能になることが分かる。

図５は本実施例の方形状回転検出板を製造する際の、ダイシングソー用ブレードを用いてガラス板を切断する状態を示した拡大斜視図である。
１０Ａは外形切断用中心線、１０Ｂは外形切断用基準線、１１はダイシングソー用ブレードである。図５において、シリコン半導体などを精密に切断する際に用いるダイシングソー用ブレード１１によって、ガラス板１０を切断する状態を示しており、ダイシングソー用ブレード１１は表面に細かいダイヤモンド粉を固着させ、正確な寸法で切断できる切断装置である。
具体的には、図４に示すように１個の板状のガラス板１０に、回転角度検出板の外形を方形状に縁取るための輪郭線を構成する外形切断用基準線１０Ｂと該外形切断用基準線１０Ｂの内側に配置すると共に回転検出用のコードパターンを構成する検出スリット２Ａとをそれぞれ同時に印刷し、ガラス板１０から回転角度検出板２を方形状に切り出すようにしている。
このように、検出スリット２Ａをガラス板１０に印刷する時、同時に外形切断用基準線１０Ｂを印刷するため、相互の位置誤差は極めて小さく正確に寸法が出ている。また、外形切断用基準線１０Ｂの幅は、ダイシングソー用ブレード１１の刃切断幅より広くなるようにしてある。
隣り合う外形切断用基準線１０Ｂの間にある外形切断用中心線１０Ａを、ＩＣのシリコンウエハを切断するダイシングソーなどの精密切断装置を使用してガラス板１０を切断すると、外形寸法の切断寸法精度は、±１ミクロン以下という極めて高精度に切断することができる。
そして、残った外形切断用基準線１０Ｂの幅を測定すれば製品が良品として製作できているかどうか、すぐに判断することができるという特徴がある。

次に、ここで、図６は本実施例による方形状回転検出板の検査を行う際、回転軸と回転検出板の回転中心を合わせる作業となる同心合わせ工程を説明するための方形状回転検出板の平面図である。２Ｃは回転軸接着部である。
たとえば、図５で示されるガラス板１０をダイシングソーなどの精密切断装置を使用して、ブレード厚さが０．１ｍｍで、外形切断寸法基準線幅を０．５ｍｍで設計し、その外形切断用基準線の中心を切断すれば、片側約０．２ｍｍ幅の基準線が残る。この基準線は図６で示される方形状回転角度検出板２の直線辺の縁に残った外形切断用基準線１０Ｂ´となる。
この基準線の線幅となるＡ１とＡ２の幅寸法、Ｂ１とＢ２の幅寸法を精密に測定すれば、製品が所定どおりの幅寸法で製作されているかどうか簡単に検査をすることができるので、検査時間を短縮できるという効果がある。
また、被検出体（回転軸１２）の回転軸接着部２Ｃの回転中心と方形状回転角度検出板２の回転中心との同心合わせについては、ガラス板１０より外形切断用基準線１０Ｂを切断した後に残る直線辺の幅寸法および該直線辺の外側に残る該基準線１０Ｂ´の幅寸法に基づいて、下記の方法で、回転角度検出板２の回転中心と該披検出体の回転中心の同心を合わせを実施することができる。なお、回転軸と検出板の接着方法についても同様である。
今、製品（検出板）の対向する直線辺の幅寸法をそれぞれＡ、Ｂとし、回転する軸径寸法Ｄとすれば、
Ｘ軸方向の幅寸法は、Ｘ＝（Ａ−Ｄ）/ ２ ＋ Ａ１ ・・・・・・（１）
Ｙ軸方向の幅寸法は、Ｙ＝（Ｂ−Ｄ）/ ２ ＋ Ｂ２ ・・・・・・（２）
という計算式を用い、回転軸１２と方形状回転角度検出板２の外形寸法をこの寸法に合わせれば、従来のように回転軸１２や円板状回転検出板３２を回転させながら同心合わせをして接着作業をしなくても、Ｘ、Ｙ軸の寸法位置が移動できる位置決め装置（図示せず）を用いて簡単に同心調整をすることができる。また、外部からの紫外線照射作業も簡単に行なうことができるという特徴がある。

したがって、本発明は、有限角度検出器の回転検出板を円板状から方形状に変更することで、検出器の慣性モーメントを小さくすることができる。その結果、駆動装置の回転動作が向上し、より高速の回転動作が可能になる。
また、方形状回転角度検出板を多数個取りに印刷配置し、ダイシングソーなどの精密切断装置を使用して切断すれば、外形寸法が正確な寸法の検出板を得ることができる。
また、外形寸法を切断するための外形切断用基準線を検出板の外周部に設け、その基準線の中心を切断し、基準線幅の寸法を検査すれば、製品が設計寸法どおり、製作されたか可能になり、製品の検査を迅速に行なうことができるという効果がある。
さらに、外形寸法と回転軸の軸径を基準に方形状回転検出板を取り付ければ、従来のような回転しながら同心合わせを行なう工程が不要になり、短時間で同心合わせ作業ができるという効果がある。

次に、本発明の第２実施例では、第１実施例で説明した方形状回転角度検出板の同心合わせの別の形態について説明する。
第1実施例において、方形状回転角度検出板の同心合わせを行う際に、回転軸の直径寸法Ｄの誤差があると、（１）式、（２）式のＤが変化するので、Ｘ、Ｙ寸法が変化し、回転軸の中心と方形状回転角度検出板の中心位置が正確に合わなくなるという問題点があった。そこで、第２実施例は第１実施例の課題を解決するために、回転軸の直径寸法Ｄの誤差があっても、常に同心合わせが短時間に精度良く出来る同心合わせ装置を提供するものとなっている。
図７は本発明の第２実施例を示す有限回転角度検出器用の回転角度検出板の同心調整装置の側面図、図８は図７のＶ溝形状をしたＸ軸位置決め冶具の斜視図である。
図7において、１３は同心合わせ装置のベース、１４は方形状の回転角度検出板のＹ軸方向の位置決めを行うＹ軸位置決め冶具、１４ａはＶ溝、１４ｂは位置決め部、１５は方形状の回転角度検出板のＸ軸方向の位置決めを行うＸ軸位置決め冶具、１５ａはＶ溝、１５ｂは位置決め部、１６は押し出し冶具、１６ａはスライド部である。
すなわち、本実施例の回転角度検出板の同心調整装置の特徴については、円柱状の披検出体の回転軸１２を水平方向または垂直方向に向かって支持すると共に該回転軸１２の回転中心を位置決めするためのＶ溝１４ａ、１５ａと、前記方形状の検出板２を水平方向または垂直方向に向かって位置決めするための位置決め部１４ｂ、１５ｂと、をそれぞれ有する２個１対のＹ軸位置決め治具１４、Ｘ軸位置決め治具１５を備え、一方の位置決め治具１４をベース１３に固定し、他方の位置決め治具１５を移動させながら、検出板と披検出体の回転中心の同心調整を行うようにした点である。

具体的に説明すると、Ｙ軸位置決め冶具１４はベース１３に対して固定されており、押し出し治具１６とＸ軸位置決め治具１５はベース１３に対してＸ軸スライド部１３ａを介してＸ軸方向にスライドできるようになっている。また、Ｘ軸位置決め治具１５は押し出し冶具１６に対し、Ｙ軸スライド部１６ａを介して、Ｙ軸方向にスライドできるようになっている。Ｘ軸およびＹ軸位置決め治具１４，１５のＶ溝の中心と位置決め寸法Ｓは、それぞれ検出回転検出板の中心寸法を割り出す際に用いた計算式（１）式、（２）式に準じて算出される。

次に、図９を用いて、具体的な同心合わせ方法について説明する。
図９は図７の同心合わせ装置の位置合わせ手順を示す図であって、（ａ）は回転軸をＹ軸位置決め治具のＶ溝にセットした状態、（ｂ）はＸ軸位置決め冶具のＶ溝を回転軸にセットした状態、（ｃ）は各治具のＶ溝中心と回転軸の中心が合致後、方形状回転角度検出板を回転軸にセットした状態を示したものである。
図９（ａ）は、回転軸１２をＹ軸位置決め治具１４のＶ溝１４ａにセットし、この状態で回転軸１２を紙面の上部からＦ１の力で押圧し続ける。これにより、回転軸１２のＹ方向の中心とＶ溝形状の中心が合致する。
次に押出し冶具１６で、Ｆ２の力でＸ軸位置決め冶具１５を紙面の左側から中央に向かって押す。Ｘ軸位置決め冶具１５のＶ溝１５ａは、回転軸１２に接触後、回転軸１２のＸ方向の中心とＶ溝１５ａの中心が合致する。
図９（ｂ）では、Ｘ軸位置決め冶具１５はＹ軸位置決め冶具１４の長手方向寸法よりも若干寸法を短く設定して設計してあるので、冶具全体が、上向き矢印方向にせり上がることを示している。
図９（ｃ）は、各治具１４および１５のＶ溝中心と回転軸１２の中心が合致した後で、方形状回転角度検出板２を回転軸１２にセットしている。
Ｘ軸、Ｙ軸の位置決め寸法Ｓは各冶具共に予め設定しているので、回転軸端部に紫外線硬化型接着剤を塗布し方形状回転検出板２を回転軸１２に押圧しながら、外部より紫外線を照射すれば、瞬時に接着が完了する。
本発明の第２実施例は、方形状の回転角度検出板の回転中心と回転軸との回転中心を一致させる同心合わせを、方形状の少なくとも直交する２辺とを基準とし、同心調整装置の回転軸と接触する部分は、少なくとも２箇所以上のＶ溝形状を有する構成にしたので、回転軸の直径寸法が変化しても、回転軸の中心と回転角度検出板の中心が常に合致し、極めて正確に、しかも高精度に短時間に組み立てを行うことができる。

さらに、図１０は微小位置調整部１７を有した位置決め冶具の斜視図を示したものである。
図６で示した方形状回転角度検出板２は、ガラス板１０の外形寸法をダンシングソーなどの精密切断装置で加工しているので、切断する外形寸法誤差は、±１ミクロン程度の精度である。しかし、切断初期の設定でＡ１、Ｂ２の位置合わせ寸法が狂うと、（１）式、（２）式のＸ、Ｙ寸法がずれてしまうので、方形状回転角度検出板２の回転中心部と外形寸法の位置がずれてしまう事になる。このような事態や、さらに位置決め寸法を向上させる場合、Ｖ溝を有した位置決め冶具の位置決め寸法Ｓを微小に調整する必要がある。
この課題を解決する目的で、図１０に示すように方形状の検出板の位置決め誤差を補正するために、位置決め治具１５に微小位置調整部１７を設けたものとなっており、具体的には、位置決め部１５ｂに精密調整ネジ１８を２ヶ所設け、精密調整ネジ１８を微小回転させることにより微小位置決めができる構造になっている。
したがって、方形状回転角度検出板の外形寸法が変化した場合には、寸法誤差分だけ各冶具の微小位置調整部を調整して位置決め寸法を補正し、方形状回転角度検出板の取り付け作業をすれば、さらに高精度の同心位置決めが可能である。

なお、図１１は本実施例による検出スリットを１個配置した方形状回転検出板の平面図、図１２は本実施例による検出スリットを２個配置した方形状回転検出板の平面図である。図１２に示すように、方形状回転検出板上に機械的に１８０度回転させた位置に同一の検出スリット２Ａを配置し、２個の検出スリット２Ａと２個の固定側検出部（図示せず）を使用して、２個の固定側検出部の検出信号を平均化すれば、方形状回転検出板の取り付け誤差が相殺され、さらに高精度の位置決め検出器として使用できることは言うまでもない。
また、実施例において、光学式有限角度検出器について述べたが、磁気式など他の方式の検出器にも採用でき、光学式に限定されないことは言うまでもない。

このように有限角度検出器の回転検出板を円板状から方形状に変更することで、検出器の慣性モーメントを小さくできることから、高速回転動作ができ、しかも回転角度検出板の組立て作業あるいは検査にかかる労力と時間を抑えることができ、安価で、高精度の有限回転角度検出器を提供できるため、精密工作機械あるいは半導体製造装置などの幅広い分野における微小回転による有限回転角度の検出に適用可能である。

本発明の第１実施例を示す有限回転角度検出器の構成図である。 図１のフォトダイオードから出力される検出信号波形を示す図である。 図１の信号処理部から出力される回転角度信号波形を示す図である。 本実施例による方形状回転検出板を製造するための素材として用いられるガラス板の平面図である。 本実施例による方形状回転検出板を製造する際の、ダイシングソー用ブレードを用いてガラス板を切断する状態を示した拡大斜視図である。 本実施例による方形状回転検出板の検査を行う際、回転軸と回転検出板の回転中心を合わせる作業となる同心合わせ工程を説明するための方形状回転検出板の平面図である。 本発明の第２実施例を示す有限回転角度検出器用の回転角度検出板の同心調整装置の側面図である。 図７のＶ溝形状をしたＸ軸位置決め冶具の斜視図である。 図７の同心合わせ装置の具体的な位置合わせ手順を示す図であって、（ａ）は回転軸をＹ軸位置決め治具のＶ溝にセットした状態、（ｂ）はＸ軸位置決め冶具のＶ溝を回転軸にセットした状態、（ｃ）は各治具のＶ溝中心と回転軸の中心が合致後、方形状回転角度検出板を回転軸にセットした状態を示したものである。 微小位置調整部を有する冶具の外観を示す拡大斜視図である。 本実施例による検出スリットを１個配置した方形状回転検出板の平面図である。 本実施例による検出スリットを２個配置した方形状回転検出板の平面図である。 従来のガルバノメータを利用した２次元ビームポジショナの概略構成を示すブロック図である。 従来の光学式の有限回転角度検出器を示す構成図である。 図１０のフォトダイオードから出力される検出信号波形を示す図である。 図１０の信号処理部から出力される回転角度信号波形を示す図である。 従来の円板状回転検出板を製造するための素材として用いられるガラス板の平面図である。 従来の円板状回転検出板を製造するための工具として用いられる砥石の拡大斜視図である。

符号の説明

１ 有限角度検出器、
２ 方形状回転角度検出板、
２Ａ 検出スリット、
２Ｂ 回転中心マーク、
２Ｃ 回転軸接着部、
３ ＬＥＤ（発光素子）、
４ 固定スリット、
５ フォトダイオード（受光素子）、
６ 検出部、
７ 信号処理部、
８ オペアンプ、
８Ａ Ａ(−)検出信号、
８Ｂ Ａ(＋)検出信号、
９ 回転角度信号、
１０ ガラス板、
１０Ａ 外形切断用中心線、
１０Ｂ 外形切断用基準線、
１０Ｂ´ 外形切断用基準線（切断後）、
１１ ダイシングソー用ブレード、
１２ 回転軸、
１３ ベース、
１３ａ Ｘ軸スライド部
１４ Ｙ軸位置決め冶具、
１４ａ Ｖ溝、
１４ｂ 位置決め部、
１５ Ｘ軸位置決め冶具、
１５ａ Ｖ溝、
１５ｂ 位置決め部、
１６ 押し出し冶具、
１６ａ Ｙ軸スライド部
１７ 微小位置調整部
１８ 精密調整ネジ

Claims (6)

1. 被検出体の有限回転角度の変位を検出し、前記被検出体の有限角度変位に応じた信号を検出する検出部と、
   前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力する信号処理部と、
   を備えた有限角度検出器において、
   前記有限角度検出器の回転角度を検出する回転角度板は、直線辺によって構成された方形状の回転角度検出板であることを特徴とする有限回転角度検出器。
2. 前記回転角度検出板の基材は、該検出板の外形を直線辺で囲まれた方形状に縁取るための輪郭線となる外形切断用基準線と、前記外形切断用基準線の内側に配置すると共に回転検出用のコードパターンを構成する検出スリットを印刷してなるガラス板より構成されており、
   前記回転角度検出板の回転中心は、前記ガラス板より前記外形切断用基準線を切断した後に残る前記直線辺の幅寸法および前記直線辺の外側に残る該基準線の幅寸法に基づいて、該検出板の取り付け対象となる前記披検出体の回転中心に対して同心を合わせてなることを特徴とする請求項１に記載の有限回転角度検出器。
3. 請求項１記載の方形状の回転角度検出板の回転中心および披検出体の回転中心を一致させる有限回転角度検出器用の回転角度検出板の同心調整装置において、
   前記披検出体の回転軸を水平方向または垂直方向に向かって支持すると共に該回転軸の回転中心を位置決めするためのＶ溝と、前記方形状の検出板を水平方向または垂直方向に向かって位置決めするための位置決め部と、を有する２個１対の位置決め治具を備え、該２個一対の位置決め治具の何れか一方を固定し、他方を移動させて該検出板と該披検出体の回転中心の同心調整を行うことを特徴とする回転角度検出板の同心調整装置。
4. 前記位置決め部は、前記方形状の検出板の位置決め誤差を補正するための微小位置調整部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の回転角度検出板の同心調整装置。
5. 基材から有限回転角度検出器用の回転角度検出板を形成する回転角度検出板の製造方法において、
   少なくとも１個配置した板状のガラス板に、回転角度検出板の外形を方形状に縁取るための輪郭線を構成する外形切断用基準線および前記外形切断用基準線の内側に配置すると共に回転検出用のコードパターンを構成する検出スリットとをそれぞれ印刷する工程と、
   前記ガラス板から前記回転角度検出板を方形状に切り出す工程と、
   を備えたことを特徴とする回転角度検出板の製造方法。
6. 前記回転角度検出板用のガラス板に印刷された外形切断用基準線の幅を、前記回転角度検出板の外形を切断するための精密切断工具の切断刃幅より広くしたことを特徴とする請求項５に記載に回転角度検出板の製造方法。

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