円筒型スケールの作製方法、円筒型スケール、及びロータリーエンコーダ

【課題】複数本の線状材を円筒部材の内壁に規則的に並べることで、ロータリーエンコーダとして小型化が可能となる。
【解決手段】ロータリーエンコーダ１００で用いられる円筒型スケール１０２の作製方法であって、屈曲可能な基材１０８の上に、Ｙ軸の方向に伸びる線材１０５（線状材）を複数本規則的に設けるパターン形成工程と、基材１０８を、Ｙ軸を中心に円筒部材１０４の内壁の曲率に合わせて屈曲させ、線材１０５を内壁に貼り付ける貼付工程と、を含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒型スケールの作製方法、円筒型スケール、及びロータリーエンコーダに係り、特に、複数本の線状材を円筒部材の内壁に規則的に並べることで、ロータリーエンコーダとして小型化が可能な円筒型スケールの作製方法、円筒型スケール、及びロータリーエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、エンコーダのスケール板に微細なパターンを作製するのに、リソグラフィ技術が用いられている。リソグラフィ技術は、高い精度の微細なパターンを可能としながら、大量生産を可能としている。しかし、リソグラフィ技術では、スケール板が曲面である場合には、その曲面へのレジスト塗布、露光などの工程が困難となってくる。このため、従来、ロータリーエンコーダでは、特許文献１の図１等に示すような円板型の平板にパターンを設けたスケール板が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４５２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１で示すようなロータリーエンコーダでは、スケール板が回転軸方向に接続され、スケール板の信号を検出する検出部がその回転軸方向に更に配置されることとなる。このため、円板型のスケール板を用いたロータリーエンコーダでは回転軸方向に大きくならざるを得なかった。
【０００５】
なお、特許文献１の図２３、図２６には円筒型のスケールも記載されているが、それはスケールパターンを回転軸の外周面に備えている。このため、スケールパターンにより生じる信号を検出する検出部はその外側に配置されることとなり、ロータリーエンコーダとしては、回転軸の半径方向へ大きくならざるを得なかった。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、複数本の線状材を円筒部材の内壁に規則的に並べることで、ロータリーエンコーダとして小型化が可能な円筒型スケールの作製方法、円筒型スケール、及びロータリーエンコーダを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１に係る発明は、ロータリーエンコーダで用いられる円筒型スケールの作製方法であって、少なくとも１つの軸を中心に屈曲可能な基材の上に、該軸の方向に伸びる線状材を複数本規則的に設けるパターン形成工程と、前記基材を、前記軸を中心に円筒部材の内壁の曲率に合わせて屈曲させ、前記線状材を該内壁に貼り付ける貼付工程と、を含むようにしたことにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
本願の請求項２に係る発明は、更に、前記貼付工程の後に、前記基材の少なくとも一部を除去する除去工程を含むようにしたものである。
【０００９】
本願の請求項３に係る発明は、更に、前記除去工程の後に、前記円筒部材の軸中心側に面する前記線状材の少なくとも一部を研削加工する加工工程を含むようにしたものである。
【００１０】
本願の請求項４に係る発明は、更に、前記除去工程の後に、前記円筒部材の軸方向に対して垂直に該円筒部材を切断する切断工程を含むようにしたものである。
【００１１】
本願の請求項５に係る発明は、前記パターン形成工程において、前記複数本の線状材を平板から微細加工により形成したものである。
【００１２】
本願の請求項６に係る発明は、前記パターン形成工程において、前記線状材が物理的特性の異なる複数種類を備え、該線状材を隣接して前記基材上に配置したものである。
【００１３】
本願の請求項７に係る発明は、請求項６に記載の作製方法で作成された円筒型スケールであって、前記円筒部材の内壁に前記物理的特性の異なる前記線状材を周方向に隣接して配置したものである。
【００１４】
本願の請求項８に係る発明は、前記物理的特性を光の反射率としたものである。
【００１５】
本願の請求項９に係る発明は、請求項８に記載の円筒型スケールと、該円筒型スケールの内側で該円筒型スケールに対して相対的に回転するとともに、該円筒型スケールの内側に光を照射する発光部と前記円筒型スケールの内側で反射された光を受光する受光部とを備える軸部材と、を有するロータリーエンコーダとしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数本の線状材を円筒部材の内壁に規則的に並べることで、円筒型スケールの内側にスケールパターンを作製でき、ロータリーエンコーダとして小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロータリーエンコーダの概略斜視図
【図２】同じくロータリーエンコーダの断面模式図
【図３】同じくロータリーエンコーダに用いられる円筒型スケールの作製方法を示すフローチャートを示す図
【図４】同じく円筒型スケールの作製方法のパターン形成工程後を示す模式図
【図５】同じく円筒型スケールの作製方法の押圧工程後を示す模式図
【図６】同じく円筒型スケールの作製方法の貼付工程後を示す模式図
【図７】同じく円筒型スケールの作製方法の除去工程後を示す模式図
【図８】同じく円筒型スケールの作製方法の清浄化工程後の一部分（Ａ）と清浄化工程と同時に行った加工工程後の一部分（Ｂ）を示す模式図
【図９】同じく円筒型スケールの作製方法の清浄化工程後の全体を示す模式図
【図１０】同じく円筒型スケールの作製方法の切断工程後の全体を示す模式図
【図１１】本発明の第２実施形態に係る円筒型スケールの作製方法を示すフローチャートを示す図
【図１２】同じく円筒型スケールの作製方法の平板形成工程後を示す模式図
【図１３】同じく円筒型スケールの作製方法のパターン形成工程後を示す模式図
【図１４】同じく円筒型スケールの作製方法の貼付工程後を示す模式図
【図１５】同じく円筒型スケールの作製方法の除去工程後を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００１９】
最初に、第１実施形態に係るロータリーエンコーダの構成について、主に図１、図２を用いて説明する。
【００２０】
ロータリーエンコーダ１００は、図１、図２に示す如く、光電式であり、円筒型スケール１０２と、円筒型スケール１０２の内側で円筒型スケール１０２に対して相対的に回転する軸部材１１０と、を備える。
【００２１】
前記円筒型スケール１０２は、図２に示す如く、外周に位置する円筒部材１０４と、円筒部材１０４の内壁の周方向に隣接して配置される線材１０５（線状材）と、を備える。円筒部材１０４は、例えば金属製でその外径は２０ｍｍφ程度以上とされている。線材１０５は、図４に示す如く、物理的特性が異なる２種類からなり、一つは光の反射率が高い高反射率線材１０６ともう一つは光の反射率が低い低反射率線材１０７である。高反射率線材１０６と低反射率線材１０７とは交互に隣接してインクリメンタルのスケールパターンを形成している。なお、具体的には、高反射率線材１０６としてＮｉメッキ鋼線等、低反射率線材１０７として、例えば着色により光の反射を抑えたカラーポリエチレンワイヤ等を用いることができる。また、本実施形態では、高反射率線材１０６と低反射率線材１０７とは共に、断面がほぼ丸で太さがほぼ等しい（０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ）が、断面が多角形であってもよいし、その太さが異なってもよい。線材１０５は、接着剤１０９（図６）で円筒部材１０４の内壁に貼り付けられている。
【００２２】
前記軸部材１１０は、図２に示す如く、計測対象となる機械装置の回転軸である。即ち、円筒型スケール１０２が固定されて、軸部材１１０が回転する。軸部材１１０には、中空部１１４が設けられている。中空部１１４には、検出系として、発光部１１６とレンズ１１８と受光部１２０と信号処理回路１２２とを備える（なお、信号処理回路は軸部材の外部に設けられていてもよい）。軸部材１１０の円筒型スケール１０２に対峙する面には光学窓１１２が設けられている。光学窓１１２を介して、発光部１１６は、円筒型スケール１０２の内側の線材１０５に光を照射する。そして、受光部１２０は、光学窓１１２とレンズ１１８を介して、円筒型スケール１０２の内側の線材１０５で反射された光を受光する。信号処理回路１２２は、受光部１２０から出力される信号から円筒型スケール１０２に対する軸部材１１０の回転角を求める。本実施形態では、発光部１１６としてＬＥＤを、受光部１２０として受光素子アレイを用いることができる。
【００２３】
次に、本実施形態に係るロータリーエンコーダ１００の動作について、図１、図２に基づいて説明する。
【００２４】
発光部１１６から出射した光は、光学窓１１２を通過して、円筒型スケール１０２の内面に入射する。すると、円筒部材１０４の内壁に配置された高反射率線材１０６では反射光量が多く、低反射率線材１０７では反射光量が少なく、光が反射される。このため、光学窓１１２を通過した光がレンズ１１８により受光部１２０の表面で結像されることにより、受光部１２０に反射光量に応じた高反射率線材１０６と低反射率線材１０７とによるスケールパターンの像（明暗パターン）が形成される。明暗パターンに基づき受光部１２０から出力される信号を信号処理回路１２２で処理することで、円筒型スケール１０２に対する軸部材１１０の相対回転角を算出する。
【００２５】
次に、円筒型スケール１０２の作製方法について、図３のフローチャートに従い説明する。
【００２６】
最初に、図４に示す如く、基材１０８を用意し、その上に、紙面奥行き方向（Ｙ方向）に伸びる線材１０５を複数本規則的に設ける（ステップＳ２；パターン形成工程）。具体的には、高反射率線材１０６と低反射率線材１０７とを交互に隣接して基材１０８上に配置し仮固定する。基材１０８としては、少なくとも１つの軸（Ｙ方向を軸とする）を中心に屈曲可能であればよく、自在に屈曲が可能な例えば紫外線硬化型の粘着テープを用いることができる。
【００２７】
次に、図５（Ａ）の全体図、図５（Ｂ）の一部拡大図に示す如く、基材１０８を、前述した軸（Ｙ方向）を中心に円筒部材１０４の内壁の曲率に合わせて屈曲させ、線材１０５を円筒部材１０４の内壁に押圧する（ステップＳ４；押圧工程）。そして、図６（Ａ）の全体図、図６（Ｂ）の一部拡大図に示す如く、線材１０５を円筒部材１０４の内壁に押圧した状態で基材１０８と円筒部材１０４との間に接着剤１０９を充填して硬化させる。そして、円筒部材１０４の内壁に線材１０５を貼り付ける（ステップＳ６；貼付工程）。
【００２８】
次に、図７に示す如く、基材１０８を除去する（ステップＳ８；除去工程）。本実施形態では、基材１０８の内側から紫外線を照射することで、基材１０８の線材１０５への粘着力をほぼゼロにできるので、容易に基材１０８を除去することができる。
【００２９】
次に、図８（Ａ）に示す如く、線材１０５の表面（円筒部材１０４の軸中心側に面する表面）に接着剤などの汚れがあればそれを除去する（ステップＳ１０；清浄化工程）。除去には、ブラシや砥石、有機溶剤などを用いることができる。このとき、一方の線材、例えば低反射率線材１０７Ａの表面を、図８（Ｂ）の如く研削加工（加工工程）してもよい。
【００３０】
次に、図９の如くＹ方向に伸びた円筒部材１０４を、図１０に示す如く、円筒部材１０４の軸方向（Ｙ方向）に対して垂直に円筒部材１０４を、必要長さに応じてレーザ等を用いて（輪切り）切断する（ステップＳ１２；切断工程）。そして、必要に応じてその切断面の表面処理を行う。なお、円筒部材１０４の軸中心側に面する線材１０５の表面に、光学特性を損なわないように保護膜などを設けてもよい。
【００３１】
このように、本実施形態においては、円筒部材１０４の内壁に直接的に線材１０５を設けるのではなく、一旦基材１０８上に線材１０５を設けている。線材１０５としては２種類用いて、その２種類の線材（１０６、１０７）を隣接して基材１０８上に配置している。このため、この線材１０５の隣接配置により屈曲することを防止できるとともに線材１０５を高い精度で規則的に設けることができる。そして、線材１０５を円筒部材１０４の内壁に貼り付け後には基材１０８を除去しているので、基材１０８による光への影響（受光部１２０で得られる信号強度への影響）を回避でき、基材１０８として最適な材質を選択することができる。
【００３２】
また、線材１０５の貼り付けられた円筒部材１０４を輪切りするので、円筒型スケール１０２を同時に多数作製でき、円筒型スケール１０２の低コスト化が可能となる。
【００３３】
また、線材１０５については、特性的に光の反射率の違いを最優先してその材質や太さ（厚み）を選ぶことできるので、円筒型スケール１０２で得られる明暗パターンをより高いコントラストとすることが可能である。同時に、線材１０５の貼り付けにより、線材１０５そのものの物理的特性である光の反射率を損なうことなく利用が可能となる。このため、耐ノイズ性の優れたロータリーエンコーダ１００を構成することができる。
【００３４】
また、発光部１１６、レンズ１１８、受光部１２０、そして信号処理回路１２２（検出系）が計測対象となる軸部材１１０に収納されている。即ち、ロータリーエンコーダ１００としては、外観上、機械装置に円筒型スケール１０２を追加するだけであり、円筒型スケール１０２と軸部材１１０との一体化が可能である。
【００３５】
つまり、複数本の線材１０５を円筒部材１０４の内壁に規則的に並べることで、円筒型スケール１０２の内側にスケールパターンを作製でき、ロータリーエンコーダ１００として小型化が可能となる。同時に、軸部材１１０の回転角を高精度に計測することが可能となる。
【００３６】
なお、本実施形態においては、除去工程の後に、円筒部材１０４Ａの軸中心側に面する低反射率線材１０７Ａを（研削）加工する加工工程で得られた形状を図８（Ｂ）で示したが、線材が（研削）加工されていてもよい。その際には、高反射率線材から反射される光量を増大でき、円筒型スケールで得られる明暗パターンをより高いコントラストとすることが可能である。
【００３７】
本発明について第１実施形態を挙げて説明したが、本発明は第１実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことはいうまでもない。
【００３８】
例えば、第１実施形態においては、２種類の線材１０６、１０７が隣接して個別に基材１０８上に並べられていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１１〜図１５に示す第２実施形態の如く、平板から線状材が微細加工により形成されることで線状材が基材上に設けられてもよい。以下、本実施形態における円筒型スケールの作製方法について、図１１のフローチャートに従い説明する。
【００３９】
まず、図１２に示す如く、基材２０８上に平板２０３を設ける（ステップＳ２０；平板形成工程）。平板２０３としては、例えば光の反射率の高い金属材料から構成されている。なお、平板２０３は、箔状とされたものを基材２０８上に貼り付けてもよいし、基材２０８上に直接形成してもよい。
【００４０】
次に、例えば、平板２０３にレジストを塗布し、高反射率線材２０６のパターンに露光・現像し、図１３に示す如く、エッチングにより高反射率線材２０６を規則的に基材２０８上に設ける（ステップＳ２２；パターン形成工程）。
【００４１】
次に、図１４に示す如く、基材２０８を、Ｙ方向を中心に円筒部材２０４の内壁の曲率に合わせて屈曲させ、高反射率線材２０６を円筒部材２０４の内壁に押圧する。このとき、円筒部材２０４の内面全面には、光の反射率が低い接着剤を均一に塗布しておく。このため、高反射率線材２０６を円筒部材２０４の内壁に押圧した段階で、貼付工程（ステップＳ２４）がなされる。
【００４２】
次に、図１５に示す如く、基材２０８を除去する（ステップＳ２６；除去工程）。後のステップは、前述した第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４３】
このように、本実施形態では、高反射率線材２０６を微細加工により形成したので、高反射率線材２０６をより微細に、且つ高精度で規則的に設けることができる。なお、図１３の高反射率線材２０６の間に、低反射率線材を個々に配置する工程を加えてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態においては、基材が平面形状であったが本発明はこれに限定されず、基材が１つの軸を中心に屈曲（表面側が凸）されている円柱表面を備えていてもよい。その際には、基材である円柱表面に線状材を形成し、円筒部材の内壁に貼り付けする段階で、基材を半径方向に均等に膨張させて（基材を、軸を中心に円筒部材の内壁の曲率に合わせて屈曲させて）貼り付けることができる。或いは、基材を円柱形状部材の外周に巻き付けて、円柱形状部材を半径方向に均等に膨張させて貼付工程を行ってもよい。
【００４５】
また、上記実施形態においては、線状材を光の反射率が異なる２種類としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、線状材は３種類以上であってもよい。その場合には、ラッチをかけることや、回転方向の判定も可能となる。更には、多種類の線状材（パターンを含む）をアブソリュート符号に準じて配置することで、アブソリュート検出も可能となる。
【００４６】
また、上記実施形態においては、円筒型スケールに光の反射率の違う線状材を用いることで光電式のロータリーエンコーダに適用していたが、本発明では光電式に限定されず、線状材の物理的特性が異なればよい。線状材の物理的特性が異なれば、その変化が判別できる検出系を軸部材に設けることで、ロータリーエンコーダを構成することができる。例えば、異なる磁性材料の線状材を使うことで磁気エンコーダ、導電性線状材と絶縁性線状材とを用いることで（導電性パターン幅を変更することで）電磁誘導型エンコーダを構成することができる。
【００４７】
なお、線状材の貼付工程としては、接着剤の有無にかかわらず線状材の転写を含むものである。そして線状材は、厚みのほとんどない塗布や印刷といった手法で形成されたものであってもよい。
【００４８】
また、上記実施形態においては、基材の除去を除去工程で完全に行っていたが、本発明はこれに限定されない。受光部に届く光量に大きな影響を与えないように、例えば、円筒型スケールの両端部に基材を残してもよい。或いは、受光部に届く光に大きな影響がなければ、基材をそのまま残してもよい。
【００４９】
また、上記実施形態においては、円筒部材を輪切りにしていたが、本発明はこれに限定されず、円筒部材が最初から必要長さを満たす場合には円筒部材を切断する必要はない。
【００５０】
また、上記実施形態においては、線材の太さとして０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度を想定していたが、ＩＣチップを結線するために使用されるボンディングワイヤ（最小で、直径数十μｍ以下）などを用いてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態においては、円筒型スケールが固定され軸部材が回転していたが、本発明はこれに限定されず、円筒型スケールが回転し軸部材が固定されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、軸部材が回転若しくは円筒型スケールが回転するロータリーエンコーダに好適である。
【符号の説明】
【００５３】
１００…ロータリーエンコーダ
１０２…円筒型スケール
１０４、１０４Ａ、２０４…円筒部材
１０５…線材
１０６、１０６Ａ、２０６…高反射率線材
１０７、１０７Ａ…低反射率線材
１０８、２０８…基材
１０９、１０９Ａ…接着剤
１１０…軸部材
１１２…光学窓
１１４…中空部
１１６…発光部
１１８…レンズ
１２０…受光部
１２２…信号処理回路
２０３…平板

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリーエンコーダで用いられる円筒型スケールの作製方法であって、
少なくとも１つの軸を中心に屈曲可能な基材の上に、該軸の方向に伸びる線状材を複数本規則的に設けるパターン形成工程と、
前記基材を、前記軸を中心に円筒部材の内壁の曲率に合わせて屈曲させ、前記線状材を該内壁に貼り付ける貼付工程と、
を含むことを特徴とする円筒型スケールの作製方法。
【請求項２】
更に、前記貼付工程の後に、前記基材の少なくとも一部を除去する除去工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の円筒型スケールの作製方法。
【請求項３】
更に、前記除去工程の後に、前記円筒部材の軸中心側に面する前記線状材の少なくとも一部を研削加工する加工工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の円筒型スケールの作製方法。
【請求項４】
更に、前記除去工程の後に、前記円筒部材の軸方向に対して垂直に該円筒部材を切断する切断工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の円筒型スケールの作製方法。
【請求項５】
前記パターン形成工程において、前記複数本の線状材は平板から微細加工により形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の円筒型スケールの作製方法。
【請求項６】
前記パターン形成工程において、前記線状材は物理的特性の異なる複数種類を備え、該線状材が隣接して前記基材上に配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の円筒型スケールの作製方法。
【請求項７】
請求項６に記載の作製方法で作成された円筒型スケールであって、
前記円筒部材の内壁に前記物理的特性の異なる前記線状材が周方向に隣接して配置されていることを特徴とする円筒型スケール。
【請求項８】
前記物理的特性は光の反射率とされていることを特徴とする請求項７に記載の円筒型スケール。
【請求項９】
請求項８に記載の円筒型スケールと、該円筒型スケールの内側で該円筒型スケールに対して相対的に回転するとともに、該円筒型スケールの内側に光を照射する発光部と前記円筒型スケールの内側で反射された光を受光する受光部とを備える軸部材と、を有することを特徴とするロータリーエンコーダ。

【図１】