JPH0630719U - 光学式回転位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学式回転位置検出装置においてシャフトと
円盤の偏心を防止する。 【構成】 光学式回転位置検出装置は円盤１からなる移
動部材を備えており回転するシャフトに取り付けられて
いる。円盤１の表面周方向に沿って螺旋状のスリット１
７が形成されている。円盤１を介して光源と受光素子が
対向配置されている。受光素子は、円盤１の半径方向に
沿って配置された長手形状の受光面Ａを有し、回転に伴
なって半径方向に移動するスリット１７からの透過光を
受光し、回転位置検出信号を出力する。円盤１は、中央
開口１１の円周端面１３から半径方向内側に向って放射
状に形成された複数の舌片１４を介してシャフトに装着
される。舌片１４はシャフト外径Ｓに応じて弾性変形可
能であり、その先端１５によってシャフト外径Ｓに適合
した自由シャフト取付穴１６が形成される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は光学式透過型の回転位置検出装置に関する。より詳しくは、螺旋状に スリットが形成された回転円盤のシャフト取付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来から様々な形式の光学式回転位置検出装置が知られている。例えば、特開 昭６０−２２５０２４号公報には螺旋状にスリットが形成された回転円盤を利用 した構造が開示されている。図５に示す様に、この構造の光学式回転位置検出装 置は回転軸となるシャフト１０１を中心にして回転可能に円盤１０２が取り付け られている。円盤１０２は金属薄板等の遮光材料からなり、その表面には回転中 心から周方向に沿って螺旋状のスリット１０３が形成されている。円盤１０２に 対面して入射光を照射する為に光源１０４が固定配置されている。又、円盤１０ ２を介して光源１０４と正対する位置に受光素子１０５が固定配置されている。 受光素子１０５は円盤１０２の半径方向に沿って配置された長手形状の受光面１ ０６を備えており、円盤１０２の回転に伴なって半径方向に移動するスリット幅 部からの透過光を受光し回転位置検出信号を出力する。

【０００３】 図６に回転円盤１０２の回転角と検出信号との関係を示す。円盤の回転に伴な って螺旋状のスリットを透過する光は長手形状の受光面に沿って移動する。受光 素子はスリット透過光の受光位置に応じた検出信号を出力する。回転中心と螺旋 中心が完全に一致している場合には、受光位置が回転角に比例して半径方向に移 動する。従って、回転角と検出信号は原理的に直線関係にある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

一般に、位置検出装置あるいはポテンショメータの検出信号は、リニアリティ ー（絶対直線性）及びスムースネスで主に評価される。スムースネスは検出信号 の滑らかさや理想出力からのずれを表わす尺度である。このスムースネスについ ては、接触式の巻線型ポテンショメータの場合に問題となる事があるが、接触式 の抵抗帯型や非接触式の光学型では殆んど問題とならない。従って、非接触式ポ テンショメータでは絶対直線性が最も重要な評価項目となっている。絶対直線性 が損なわれる要因としては、螺旋状スリットの形状誤差、回転円盤の取り付け誤 差、固定光源と回転円盤の相対的位置ずれ、固定受光素子と回転円盤の相対的位 置ずれ等が挙げられる。これらの要因の中で絶対直線性に重大な影響を及ぼすも のとして、シャフトと回転円盤の偏心がある。この偏心があると、スリット透過 光の受光位置が回転角に対して比例しなくなり直線性が著しく損なわれる。

【０００５】 従来、回転円盤の中央に設けられるシャフト取付穴は円形に加工されていた。 上述した偏心誤差を最小限に抑える為、シャフト取付穴の穴径精度を加工限界ま で精密加工するとともに、この取付穴に挿入するシャフト外径も高精度で仕上げ 加工していた。この様にして、従来は各部品の寸法精度を上げる事により、シャ フトと回転円盤の偏心量を最小限（例えば２０μｍ以下）に抑えていた。しかし ながら、偏心誤差が検出信号に与える影響は非常に大きく、２０μｍの偏心量で 約１％の直線性低下をもたらす。この直線性低下は通常許容限界に近いものであ り、最高水準の仕上げ精度を有する部品を用いたにも関わらず、設計上殆んど余 裕がないという課題がある。

【０００６】 なお、所定の剛性を有するガラス板材料等からなる回転円盤を用いた光学式ポ テンショメータでは、組み付けられたガラス円盤の側端部を軽く叩く事により偏 心調整を行なう事ができる。しかしながら、厚みが０．１mm程度の金属薄板にエ ッチングで螺旋状のスリットを形成した回転円盤を用いた場合には、この様な偏 心調整を行なうと変形の惧れがある為採用できない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上述した従来の技術の課題に鑑み、本考案は例えば金属薄板等からなる回転円 盤をシャフトに取り付ける際偏心を有効に防止する事のできる取り付け構造を提 供する事を目的とする。かかる目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち、 本考案にかかる光学式回転位置検出装置は基本的な構成要件として移動部材とそ の両側に配置された固定光源及び固定受光素子とから構成されている。移動部材 は回転中心となるシャフトに装着された円盤からなり、その表面周方向に沿って 螺旋状のスリットが形成されている。固定光源は移動部材に対して入射光を照射 する。受光素子は円盤の半径方向に沿って配置された長手形状の受光面を有し、 回転に伴なって半径方向に移動するスリットからの透過光を受光し回転位置検出 信号を出力する。かかる構成において、前記円盤は、中央開口の円周端面から半 径方向内側に向って放射状に形成された複数の舌片を介してシャフトに装着され ている事を特徴とする。好ましくは、各舌片の先端は円弧形状を有する。この円 弧形状の曲率は該シャフトの外周半径より小さく設定されている。なお、この曲 率中心は円盤に形成された円形中央開口の中心と一致している。

【０００８】

【作用】

本考案においては、円盤中央開口内で放射状に配列した各舌片は、挿入される シャフト外径に応じて弾性変形可能であり、その円弧形状を有する先端によって シャフト外径に適合した自由シャフト取付穴が形成される。この自由シャフト取 付穴に挿入されたシャフトは、複数の舌片によって周囲からバランスのとれた状 態で支持される。複数の舌片は均等に屈曲しシャフトと回転円盤が互いに同心的 に結合される。

【０００９】

【実施例】

以下図面を参照して本考案の好適な実施例を詳細に説明する。図１は本考案に かかる光学式回転位置検出装置の主要部品である回転円盤を示す模式的な平面図 である。金属薄板等の遮光性材料からなる円盤１はシャフト（図示せず）に取り 付けられ、回転中心Ｏを基準として回転変位する。なお、シャフトの外周形状を 点線Ｓで示す。円盤１の中央部には円形開口１１が設けられており、その中心は 円盤１の中心Ｏと一致する。開口１１の円周端部１３から半径方向内側に向って 複数の舌片１４が放射状に形成されている。本例では６０°間隔で６本の舌片１ ４が配列しているが、本数はこれに限られるものではない。各舌片１４の先端１ ５は好ましくは円弧形状を有する。この円弧形状の曲率はシャフト外径Ｓの外周 半径より若干小さく設定されている。なおこの曲率中心は回転円盤１の中心Ｏと 一致している。各舌片１４はシャフト外径Ｓに応じて弾性変形可能であり、その 先端１５によってシャフト外径Ｓに適合した自由シャフト取付穴１６が形成され る。

【００１０】 円盤１の表面周辺部には中心から周方向に沿って徐々に拡大する螺旋状のスリ ット１７が形成されている。なお、このスリット１７と複数の舌片１４はエッチ ング等により同時に形成できる。この螺旋は円盤１の中心Ｏを基準として幾何学 的に描かれており、ｒ＝ｋθ＋ｒｏで表わされる。この式中、ｒは中心Ｏから螺 旋までの動径距離を示し、θは円盤１の回転角を示し、ｒｏはθが０の場合の螺 旋動径距離を示し、Ｋは比例乗数である。図示では、ｒｏは螺旋の一端における 最小動径距離を表わしている。螺旋状スリット１７の抜き角が回転角検出範囲を 規定する。上記式から明らかな様に、螺旋動径距離ｒは回転角θに比例している 。

【００１１】 円盤１の下面側には受光素子が固定配置されており、半径方向に沿って長手形 状を有する受光面Ａを備えている。図示しないが、円盤１の上面側には受光面Ａ と正対して光源が固定配置されている。スリット１７を通った透過光は受光面Ａ に入射する。その受光位置１８は円盤１の回転に伴なって受光面Ａに沿って半径 方向に移動する。例えば、図示の状態では円盤１が時計方向に回転すると、受光 位置１８が受光面Ａの内端側から外端側に向って移動する。上記した螺旋の式か ら理解される様に、シャフトの回転中心と円盤１の中心Ｏが一致している場合に は、受光位置１８が回転角に比例して移動するので理想的な絶対直線性が得られ る。換言すると、シャフトと円盤の間の偏心を除去する事により理想的なリニア リティーが得られる。

【００１２】 図２はシャフトに対する円盤の取り付け作業を示す模式図である。（Ａ）は位 置合わせ状態を示し、（Ｂ）は圧入過程を示す。図示する様に、円盤１の中心開 口には複数の舌片１４が張り出しており、その先端１５は円弧形状を有している 。円弧形状１５の曲率中心は円盤１の中心と一致している。一方、シャフト２の 先端にはロータブッシュ３が一体的に固着されている。従ってこの場合には、前 述したシャフト外径Ｓはロータブッシュ３の外径を意味する。ロータブッシュ３ の挿入部端面３１はテーパ形状に加工されている。前述した舌片１４の先端１５ は、丁度テーパ部に当接する様にその円弧形状が加工されている。この様にする と、円盤１の中心とシャフト２の回転軸２１が一致し同心的な位置合わせができ る。ロータブッシュ３にテーパがないと、円盤１とシャフト２との位置出しが困 難になり、円盤１が傾いてしまう惧れもある。舌片の先端１５が円弧形状を有し ているので、直線形状の場合よりもシャフト２を支持し易くなり位置決めが安定 化する。

【００１３】 （Ａ）に示す状態から、円盤１に対して均等に回転軸２１方向に沿って圧力を かけ押し込む。（Ｂ）に示す様に、全ての舌片１４が同じ様に弾性変形し、同心 状態を保持したまま、シャフト２が挿入されていく。この様に、部品仕上げ精度 のばらつきによりシャフト外径Ｓに誤差が含まれていても、個々のシャフトに合 った自由取付穴が形成できるので、シャフト２と円盤１の偏心を除去する事がで きる。

【００１４】 図３は円盤とシャフトの取り付け構造の参考例を示す模式図である。この参考 例では、シャフト２にロータブッシュ３を圧入して一体的に固定した後、円盤１ の中央円形開口１９に直接ロータブッシュ３を挿入し、ＳＥリング４で固定して いる。ロータブッシュ３の外径Ｓと円形開口１９の間に寸法誤差がなければ偏心 は生じない。しかしながら、実際には加工精度に限界があるので誤差を完全に除 く事はできない。その為、円盤１の円形開口１９は、ロータブッシュ外径Ｓより 加工精度分大きめに設定しなければならないので、円盤１とシャフト２の間には 設計時点で、既に偏心の可能性が内在している事になる。ロータブッシュと円盤 の加工精度は、夫々０．０１mm，０．０３mmが限界であり、偏心量は最大０．０ ２mmになる。受光面の長さを２．５mmとすると、偏心量が０．０１mmの時絶対直 線性が０．５％低下する。従って、最大で絶対直線性は１％低下してしまう事に なる。

【００１５】 図４は本考案にかかる光学式回転位置検出装置の全体構成を示す模式的な断面 図である。本体５にはベアリング６ａ，６ｂと、光源７が取り付けられている。 光源７は例えばＬＥＤ等から構成されている。一対のベアリング６ａ，６ｂには シャフト２が挿入されている。シャフト２の一端にはロータブッシュ３が圧入さ れており、ベアリング６ｂに突き当てられている。ベアリング６ａ側はＧリング ８によって固定されている。さらに一対のベアリング６ａ，６ｂ間にはコイルば ね９が介在しており、内側より圧力を加えてベアリング６ａ，６ｂを夫々外側へ 押し付けている。これにより、シャフト２のスラスト方向ガタを軽減している。 ロータブッシュ３には回転円盤１が装着され、ＳＥリング４によって固定されて いる。前述した様に、円盤１の中心開口には複数の放射状に配列された舌片１４ が設けられており、ロータブッシュ３の外周に弾性的に当接する。又円盤１の表 面周辺部には螺旋状のスリット１７が形成されている。光源７はスリット１７を 照射する様に本体５に対して位置決め固定されている。一方、受光素子１０は信 号検出回路が実装されている回路基板５１に搭載されている。受光素子１０は円 盤１を介して光源７に対向配置されている。回路基板５１は基板ホルダ５２を介 して本体５に固定されている。

【００１６】 光源７から発せられた光はレンズ部材７１により略平行光にされ、回転円盤１ を照射する。この照射光は螺旋状のスリット１７を通過した後、受光素子１０の 受光面Ａに到達する。円盤１が回転すると、スリット透過光の受光位置は、半径 方向に沿って受光面Ａの上を移動する。この移動量は回転角に対してリニアであ る。

【００１７】

【考案の効果】

以上説明した様に、本考案によれば、回転円盤のシャフト取り付け位置に複数 の放射状舌片を設けている。この舌片を介して回転円盤をシャフトに取り付ける 事により、組み立て工数や部品点数を増やす事なく、容易にシャフトと円盤の同 心性を確保する事ができるという効果がある。従って、回転角に対する検出信号 の絶対直線性を確保する事ができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかる光学式回転位置検出装置の主要
構成部品である回転円盤を示す平面図である。

【図２】シャフトに対する回転円盤の組み込み作業を示
す模式図である。

【図３】回転円盤とシャフトの取り付け構造の参考例を
示す模式図である。

【図４】本考案にかかる光学式回転位置検出装置の全体
構成を示す断面図である。

【図５】従来の光学式回転位置検出装置を示す斜視図で
ある。

【図６】光学式回転位置検出装置の回転角と検出信号と
の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 円盤 ２ シャフト ３ ロータブッシュ ５ 本体 ６ａ ベアリング ６ｂ ベアリング ７ 光源 １０ 受光素子 １１ 円形開口 １４ 舌片 １５ 先端 １７ スリット Ａ 受光面 Ｏ 中心 Ｓ シャフト外径

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転するシャフトと、該シャフトに装着
   された円盤からなりその表面周方向に沿って螺旋状のス
   リットが形成された移動部材と、該移動部材に入射光を
   照射する固定光源と、円盤の半径方向に沿って配置され
   た長手形状の受光面を有し回転に伴なって半径方向に移
   動するスリットからの透過光を受光し回転位置検出信号
   を出力する固定受光素子とからなる光学式回転位置検出
   装置において、 前記円盤は、中央開口の円周端面から半径方向内側に向
   って放射状に形成された複数の舌片を介してシャフトに
   装着されている事を特徴とする光学式回転位置検出装
   置。
2. 【請求項２】 各舌片先端は円弧形状を有する事を特徴
   とする請求項１記載の光学式回転位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記円弧形状の曲率が該シャフトの外周
   半径より小さい事を特徴とする請求項２記載の光学式回
   転位置検出装置。
4. 【請求項４】 前記舌片はシャフト外径に応じて弾性変
   形可能でありその先端によってシャフト外径に適合した
   自由シャフト取付穴が形成される事を特徴とする請求項
   ２記載の光学式回転位置検出装置。