CN1834589A - 旋转轴、多圈编码器及旋转轴的制造方法 - Google Patents

旋转轴、多圈编码器及旋转轴的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能通过简单的作业高效率地制造而且不易产生安装精度的偏差的、具有旋转磁铁的旋转轴，具有该旋转轴的编码器及旋转轴的制造方法。旋转轴具有旋转轴主体和环状的旋转磁铁，所述旋转轴主体具有用于安装旋转磁铁的旋转磁铁安装部，所述旋转磁铁成型在该旋转轴的旋转磁铁安装部上而成为一体。编码器具有该旋转轴。旋转轴的制造方法是在旋转轴主体的旋转轴安装部上一体成型环状的旋转磁铁的方法。

Description

旋转轴、多圈编码器及旋转轴的制造方法
技术领域
本发明涉及旋转体的旋转轴，特别是涉及主要安装在马达等旋转体即被测定物上、检测被测定物的变位量即旋转圈数以及/或者旋转角度或速度的测定装置或编码器的旋转轴。
背景技术
一般，在多圈编码器中，例如如特公平6-41853号公报等中所公开的那样，除了用于检测一圈内的变位量的机构以外，还具有称为多圈检测用环形磁铁的、用于检测一圈以上的旋转圈数的磁性旋转体。
该文献的多圈编码器，具有检测一圈以内的绝对角度的光学式绝对值编码器、和用于检测多圈旋转的磁编码器。检测一圈以内的绝对角度的光学式绝对值编码器包括：安装在轴1上、用于检测一圈以内的绝对角度的旋转盘2；用于将光投射到该旋转盘2上的LED4；固定狭缝5；作为受光元件的光电二极管阵列6；用于将它们的检测信号整形成矩形波的波形整形电路等。另外，用于检测多圈旋转的磁编码器包括：在旋转部上具有称为环形磁铁的磁铁82的旋转盘81；用于检测其旋转圈数的磁阻元件9；波形整形电路10；用于对多圈的检测信号进行计数并保持数值的控制电路等。
上述环形磁铁82在旋转一圈期间磁极颠倒。磁阻元件9检测出其磁极的变化，由此可以检测一圈。另外，这样的编码器的光学系统、磁系统的零件的结构和安装位置等根据编码器的种类而有所不同，有各种方式。
该环形磁铁的在旋转一圈期间磁极颠倒那样的磁图形，例如，利用特开昭63-182808号公报、特开2002-353029号公报等中所记载的方法磁化而成。
这些文献中记载的磁化方法都是在环形磁铁单体的状态下进行磁化的方法，此后将磁化了的环形磁铁粘接在编码器的旋转轴上。这时，通过使附在环形磁铁上的定位用标记与编码器旋转轴的定位用标记一致等，来进行定位。
但是，边确认定位标记、边进行粘接作业是很困难的，很多情况下粘接后的环形磁铁的位置会产生偏差。另外，作业者的负担也大，因此，在改善作业效率方面也存在问题。
[专利文献1]特公平6-41853号公报
[专利文献2]特开昭63-182808号公报
[专利文献3]特开2002-353029号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有旋转磁铁的旋转轴、具有该旋转轴的编码器及旋转轴的制造方法，所述旋转轴可通过简单的作业高效率地制造，而且不易产生安装精度的偏差。
即，上述目的通过下述本发明的构成来达到。
(1)具有旋转轴主体和环状的旋转磁铁的旋转轴，所述旋转轴主体具有用于安装旋转磁铁的旋转磁铁安装部，所述旋转磁铁成型在该旋转轴的旋转磁铁安装部上而成为一体。
(2)在上述(1)的旋转轴中，在上述旋转磁铁安装部上具有用于固定旋转磁铁的槽结构。
(3)在上述(1)或(2)的旋转轴中，还具有确定磁化的基准位置的结构。
(4)具有上述(1)～(3)中任一项的旋转轴、并且在上述旋转磁铁上具有编码板的多圈编码器。
(5)旋转轴的制造方法，在旋转对称地形成、且具有用于安装旋转磁铁的旋转磁铁安装部的旋转轴主体上，将环状的旋转磁铁成型在上述旋转磁铁安装部上而作成一体，然后进行磁化处理。
(6)在上述(5)的旋转轴的制造方法中，相对于设于旋转轴的基准位置来确定上述磁化的磁极位置。
根据本发明，可以提供一种具有旋转磁铁的旋转轴、具有该旋转轴的编码器、和旋转轴的制造方法，所述旋转轴制造容易，作业效率提高，而且容易或不需要进行定位用的作业，安装精度的偏差极小。
特别是在应用于多圈编码器的情况下，不仅不需要进行多圈检测用的旋转磁铁的对位，而且可以将安装一圈内的位置检测用狭缝板所必需的定位标记与磁化定位用的标记共用，可以简单而高效地构成定位机构和进行定位作业。
附图说明
图1是表示本发明的旋转轴的一个方案的剖视图。
图2是图1的旋转轴的俯视图。
图3是表示槽部的其它形状的局部剖视图。
图4是表示槽部的其它形状的局部剖视图。
图5是表示旋转磁铁的磁化图形和定位孔的关系的示意图。
图6是表示具有本发明的旋转轴的多圈编码器的一例的剖视图。
附图标记说明
1    旋转轴主体
1a   旋转轴安装部
2    旋转磁铁
3    贯通孔
11   基材
13   基板
14   编码板
15   轴承
17   磁检测元件
18   偏磁铁
19   受光元件
20   固定狭缝
21   发光元件
22   支承基板
具体实施方式
本发明的旋转轴是具有旋转轴主体和环状的旋转磁铁的旋转轴，所述旋转轴主体具有用于安装旋转磁铁的旋转磁铁安装部，所述旋转磁铁一体成型在该旋转轴的旋转磁铁安装部上，优选地，在上述旋转磁铁安装部上具有用于固定旋转磁铁的槽结构。该旋转轴优选地用于多圈编码器等编码器。
这样，通过将旋转磁铁成型在旋转轴主体上而作成一体，旋转磁铁不需要边定位、边粘接，制造变得容易，旋转磁铁的安装精度的偏差也减小。即，通过在将旋转磁铁与旋转轴一起成型而作成一体后进行磁化，可以极高精度地限制旋转磁铁的磁极位置。而且，由于将旋转磁铁一体成型在旋转轴上时，旋转磁铁还未磁化，因此，不需要定位，制造也变得极为容易。
另外，如果设成在磁化时可利用旋转轴的定位结构或形状而以机械方式进行定位，则可以极容易地进行高精度的定位。
在将该旋转轴应用于多圈编码器的情况下，不需要进行多圈检测用的旋转磁铁的对位作业，并且可以将安装一圈内的位置检测用狭缝板所必需的定位标记(机构)与磁化定位用的标记共用，定位机构变得简单，可以简单且高效地进行定位作业。
下面，参照附图，对本发明旋转轴的更具体的构成进行说明。图1是表示本发明旋转轴的代表性方案的剖视图，图2是省略其半面的俯视图。在图中，本发明的旋转轴具有旋转轴主体1和以与该旋转轴主体1成为一体的方式成型的旋转磁铁2。
在中空圆筒状的旋转轴主体1上，在其一端部(在图示例中为上端部)附近具有扩径了的凸缘状的旋转磁铁安装部1a，在形成于该旋转磁铁安装部1a的阶梯状的旋转磁铁安装部1b上一体地成型旋转磁铁2。在上述旋转磁铁安装部1b上形成有槽部1c，以使旋转磁铁2不容易剥离、脱落。该槽部1c除了可以作成后述那样的各种形状以外，也可以将它们组合起来，或者省略。
具体地说，例如如图3所示，通过朝着里侧形成为梯形的截面，可以如鸠尾榫接合那样恰好与形成于其中的旋转磁铁2的材料组合，而成为不易脱落的结构。另外，如图4所示，通过设置多个三角形的凹部而锯齿状地形成凹部，所形成的旋转磁铁2的材料成为如将多个楔子打入旋转轴主体内那样的形状，在这种情况下也成为难以脱落的结构。另外，图3、图4是图1所示的旋转轴安装部1a的局部放大剖视图。这些槽部1c的形状、结构不过是表示槽部1c的一种形态，可以进行各种变形、组合。
另外，这样的槽部1c既可以在形成旋转磁铁的整个圆周内形成，也可以只在一部分圆周内形成。另外，也可以改变圆周内的槽部1c的局部形状、结构。这样，通过在圆周内不形成槽部，或者改变其形状、结构，可以使旋转磁铁向旋转方向上的接合或粘接强度提高，对防止旋转来说也是有效的。
上述图示例子表示了将旋转轴安装部1a形成为凸缘状的例子，但旋转轴安装部不一定形成为凸缘状，也可以将平坦的旋转轴的一部分作为旋转轴安装部，相反也可以设置凹部作为旋转轴安装部。旋转轴安装部的形状，可以考虑所形成的旋转磁铁的大小和形状、所要求的强度、空间等，作成最合适的形状。
在旋转轴主体1上具有用于安装到作为旋转体的被测定物的旋转轴上的贯通孔3，进而在其另一端侧(在图示例中为下端侧)，形成有螺纹孔5，该螺纹孔5插入用于固定到测定物的旋转轴上的锁定螺纹件。
在旋转轴主体1的一端部端面4上，形成有用于在磁化时以机械方式进行定位的定位孔4a，以便能够以机械方式固定位置。具体地说，例如如图5所示，相对于定位孔4a，以预先设定好的特定角度θ进行磁化，使得磁极交替出现。这时，若用定位销等相对于定位孔4a固定位置，将磁化装置的磁极的角度相对于该定位销预先保持为θ，则磁化后的旋转磁铁的磁图形如图5所示。
另外，定位的结构，不一定是图示例那样的定位孔，也可以是定位用的槽、缺口、螺纹或D形切口等。又，也可以将旋转轴主体的形状的至少一部分作成非对称(非旋转对称)的，而用该部分进行定位。
这样，可以边以机械方式进行定位、边进行磁化，因此，旋转磁铁的定位容易，而且可以反复高精度地进行定位。另外，由于旋转轴主体1和旋转磁铁2一体成型，所以，在两者之间不会产生错位，结果，能够以极高精度得到偏差极小的带有旋转磁铁的旋转轴。
下面，对本发明的旋转轴的制造方法简单地进行说明。本发明的旋转轴的制造方法，是在旋转对称地形成、且具有用于安装旋转磁铁的旋转磁铁安装部的旋转轴主体上，将环状的旋转磁铁成型在上述旋转磁铁安装部上而作成一体，然后进行磁化处理，优选地，磁化的磁极位置相对于设于旋转轴的基准位置来确定。
在此，就附图对更具体的制造方法的一例进行说明。首先，准备具有例如如图1所示那样的凸缘形状的旋转轴安装部1a的旋转轴主体。然后，准备与该旋转轴主体成对的、用于形成下述空间的模具，所述空间形成旋转磁铁2。该模具，通常准备配置在旋转轴主体侧的模具、和其相反侧即与旋转轴主体对置的一侧的模具这一对模具，但也可以将多个模具组合起来。
接着，将这些模具组合起来，旋转轴主体也起到模具的作用，从而形成成型旋转磁铁的空间，将旋转磁铁的原料注入到所形成的空间内而成型旋转磁铁。或者，也可以仅将原料配置在形成空间部位，通过加压而形成。
作为旋转磁铁的原料，是所谓粘合磁铁(ボンド磁石)，将环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂等热固性树脂或者聚酰胺树脂、聚丙烯树脂、聚苯硫醚树脂等热塑性树脂作为粘合剂，将硬铁氧体或稀土类合金等磁性粉末结合、成型而制造。
具体地说，在注射模塑成型和挤出成型中，将热塑性树脂作为粘合剂使用。通常，将该粘合剂加热成熔融状态，将磁性粉末混合在其中，进行混炼后，将该混合物粉碎或造粒成为可供给成型机的粒(称为颗粒)状，将该颗粒供给到注塑成型机或挤出成型机而进行成型。成型温度根据粘合剂的种类而有所不同，在聚丙烯树脂的情况下，为200～250℃，在聚酰胺树脂的情况下，为250～300℃，比压制成型要高。
成型后的旋转磁铁，根据需要，经过硬化工序等后被磁化。关于磁化，如上所述，利用例如在特开昭63-182808号公报、特开2002-353029号公报等中记载的方法进行磁化。
这时，优选地将设于旋转轴的基准位置、例如定位用的孔4a作为基准进行磁化。即，将定位用的锁定销等插入定位孔4a内而以机械方式进行定位并磁化，这样，可以极容易地、再现性好地进行高精度的定位，不易产生磁化位置的偏差。
这样，可高精度地制造磁化位置偏差小的带有旋转磁铁的旋转轴。另外，上述制造方法不过表示了旋转磁铁的制造方法的一例，并不妨碍用可制造本发明旋转磁铁的公知方法置换、应用。
这样的旋转轴可以用于各种编码器或旋转计测装置。其中，特别是用于多圈检测型的编码器比较理想。
图6是表示使用了本发明的旋转轴的编码器的一例的剖视图。在此，例示出具有光学式旋转内变位量检测部和磁式旋转计数部的构成的多圈编码器而进行说明。
在图中，编码器安装在被测定物的轴等上，具有：与该轴联动的本发明的旋转轴1、旋转自如地支承该旋转轴1的轴承15、及安装该轴承的基材10。在旋转轴1上，为了能够在其下部侧安装上述被测定物即旋转体的轴，而设有与该轴大致同径的贯通孔3。另外，在轴承15的支承部上方形成有凸缘状的旋转轴安装部1a，在其上端面上安装有编码板(狭缝板)14。另外，旋转磁铁2与旋转轴1一体地安装在旋转轴安装部1a与编码板(狭缝板)14的接合面下部。
在编码板14的上方，对置地配置有固定在基材10上的基板13，在与该编码板14的编码(狭缝)形成部位相对应的位置上配置有具有固定狭缝20的受光元件19，其与基板上的电路电连接。另外，在编码板14的受光元件19安装位置下部配置有发光元件21，受光元件能够经由编码板狭缝、固定狭缝而检测出该发光元件21发出的光。发光元件21由固定在编码器的基材10上的支承基板22支承着。这些光学系统也可以置换成例如由磁性体的编码板(磁编码板)和磁检测元件等构成的磁式系统。
在隔着编码板14而位于旋转磁铁2上方的基板的下面侧，以与旋转磁铁的环面对置的方式，配置有用于检测旋转磁铁2的磁极或磁变化的磁检测元件17。另外，在上述基板13的与磁检测元件17安装部位相对应的上面侧，配置有用于对该磁检测元件17作用偏磁场的偏磁铁18。这些磁检测元件17、偏磁铁18通过未图示的结构而与基板13以机械方式和电气方式连接。又，为了易于进行说明，在本说明书的图示例中省略了用于固定各结构部件的必要手段例如螺纹固定、粘接、焊接等的详细说明。另外，覆盖包括基板13和基材10在内的整个主体的盖体的图示也省略了。
在这种结构的多圈绝对值编码器的情况下，通常，为了使输出信号的相位一致，需要使多圈检测用的旋转磁铁与一圈检测用编码板的位置关系一致。另外，还必须与旋转轴的位置关系也一致，例如采用螺纹或D形切口、缺口等作为用于该旋转轴的对位的标记即基准部。
另外，进行使一圈检测用编码板的位置(输出信号原点)与旋转轴的基准位置例如旋转轴的螺纹或D形切口、缺口等一致、进而使多圈检测用的旋转磁铁的位置在机械上或者电气上与一圈检测用编码板的位置一致的作业。
但是，若采用本发明的旋转轴，则只要使一圈检测用编码板的位置与轴的基准标记一致，便可以完成全部的对位作业。即，由于多圈检测用的旋转磁铁直接成型在旋转轴上，与该旋转轴的基准标记一致地进行磁化，因此，不需要进行旋转磁铁的对位作业。
这样，通过采用本发明的旋转轴，不仅不需要进行旋转磁铁的对位作业，而且在一圈检测用的编码板的对位时也可以使用在磁化时所用的对位用标记(定位机构)，可以减少作业工序，大幅度地改善作业效率。
另外，在图示例的结构中，可以将旋转磁铁2与编码板(狭缝板)4下面的旋转轴1设成一体地进行配置，从而在基板13与编码板14之间的间隔空间内不再存在旋转磁铁2，可以使基板13与编码板14的间隔更窄，可以使间隔最佳化。并且，旋转磁铁、偏磁铁和磁检测元件的位置关系成为接近于等间隔的配置，可以使磁性旋转体、偏磁铁和磁检测元件的位置关系最佳化。
工业实用性
本发明可以在用于机器人、自动机等工业用机器和汽车、飞机等移动体等所有可动部的位置检测、旋转检测的测定器等和编码器上应用。特别对于多圈绝对值编码器是有用的技术，除此以外，也可以用于磁式编码器等。

Claims (6)

1.一种旋转轴，具有旋转轴主体和环状的旋转磁铁，所述旋转轴主体具有用于安装旋转磁铁的旋转磁铁安装部，所述旋转磁铁成型在该旋转轴的旋转磁铁安装部上而成为一体。
2.根据权利要求1所述的旋转轴，其特征在于，在上述旋转磁铁安装部上具有用于固定旋转磁铁的槽结构。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的旋转轴，其特征在于，还具有确定磁化的基准位置的结构。
4.一种多圈编码器，具有权利要求1～权利要求3任一项所述的旋转轴，并且，在上述旋转磁铁上具有编码板。
5.一种旋转轴的制造方法，在旋转对称地形成、且具有用于安装旋转磁铁的旋转磁铁安装部的旋转轴主体上，将环状的旋转磁铁成型在上述旋转磁铁安装部上而作成一体，然后进行磁化处理。
6.根据权利要求5所述的旋转轴的制造方法，其特征在于，上述磁化的磁极位置，相对于设于旋转轴的基准位置确定。
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