JP2008249342A - 磁気式ロータリエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】環境温度の変動に対して回転角度検出精度の低下を防止可能な磁気式ロータリエンコーダを提供する。
【解決手段】
磁気センサ１２０及びハウジング１３０に固定され、かつ、磁気ドラム１１０、磁気センサ、及びハウジングの線膨張変形による磁気パターン１１１と磁気センサとの間のギャップ１２２の寸法変動を打ち消すように材料及び形状を選定したギャップ補正板１４０を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気ドラムに着磁された磁気パターンを非接触にて検知して回転角度検出を行う磁気式のロータリエンコーダに関する。

磁気式ロータリエンコーダは、磁気ドラム及び磁気センサから構成される。上記磁気ドラムは、回転軸に固定されその円周方向に磁気パターンを着磁したドラムであり、上記磁気センサは、上記磁気ドラムの円周方向の一定角度位置に、上記磁気パターンに近接して配置され、磁界強度に応じた電気信号を出力する磁気抵抗素子を含む電気回路を搭載した磁気センサである。このような磁気式ロータリエンコーダでは、上記磁気パターンから放出される磁界強度の強弱信号を上記磁気センサにて検出して、電気信号に変換、解析することにより回転軸の回転角度位置を知ることができる。

一方、半導体装置などへの組み込み用途のダイレクトドライブ(ＤＤ)モータでは、回転軸方向の薄型化要求が強いことから、上記ＤＤモータに用いられる磁気式ロータリエンコーダは、回転軸方向の実装性を高めるため磁気ドラムの円周側面に磁気パターンを設け、それに対向して磁気センサを配置する例が多い。特許文献１及び特許文献２は、磁気ドラムの側面に磁気パターンを設け、該磁気パターンに対向して磁気センサを配置した例を開示している。

又、磁気パターンと磁気センサとは、磁気パターンの形状、及び磁気センサに配置された磁気抵抗素子の特性から決定される一定の設計ギャップ寸法を保って配置する必要がある。磁気センサと磁気パターンとが上記設計ギャップ寸法よりも接近した場合には、磁気センサの出力は飽和し、磁気センサは近接する磁気パターンからの不要な磁界を検出してしまい出力波形に歪みを生じる。その結果、回転角検出精度は低下してしまう。一方、上記設計ギャップ寸法よりも磁気センサと磁気パターンとが離れた場合には、磁界強度が距離の二乗に比例して低下することから、磁気センサの出力は急激に低下し、近接した場合と同様に回転角検出精度は低下してしまう。このような理由から、磁気センサは、一般的に、上記設計ギャップ寸法を基準として、磁気パターンに対して±数十μｍの位置精度にて配置される必要がある。

磁気パターンに対して磁気センサを上記設計ギャップ寸法にて配置する方法としては、例えば特許文献１に記載するように、まず磁気センサを設計ギャップ寸法の近傍に配置し、磁気センサの出力をモニタしながら出力波形が最大となり、かつ波形歪みが小さくなるように、磁気センサの位置を微調整する方法、あるいは、磁気センサと磁気ドラムとの間に設計ギャップ寸法に相当する厚さの治具を挟み、磁気センサを上記治具基準で位置決めし固定して、その後、上記治具を取り去る方法のいずれかが一般的である。

その他の方法として、例えば特許文献２では、磁気センサを磁気ドラムに対してスペーサを介して密着させることで両者のギャップ間隔を一定に保つ構造を開示している。

又、例えば特許文献３には、光学式の回転角度検出装置が開示されている。光学式の回転角度検出装置は、上述の磁気式に比べて温度変化による検出精度劣化を生じやすい。よって、特許文献３には、検出精度劣化を低減する手法が開示されている。

特開平６−９４４７５号公報 特開２００１−６６１５１号公報 特開２００４−７７２１４号公報

磁気パターンを有する磁気ドラムは、オーステナイト系ステンレス材やアルミニウム材、セラミックス材といった非磁性体が材料として用いられているのに対して、磁気センサ及び磁気ドラムを保持するハウジングには剛性及び価格の面から鉄鋼材料が用いられるのが一般的である。

この場合、磁気ドラムとハウジングとは異種材料となり、それらの線膨張係数は異なる。よって、磁気式ロータリエンコーダを取り巻く環境温度が高温又は低温に変動した場合、磁気ドラムの外径寸法、及びハウジングにおける磁気センサの固定点寸法がそれぞれ変動してしまう。よって、磁気パターンと磁気センサとの間のギャップ寸法が変動してしまい、その結果、エンコーダの回転角度検出精度が低下するという問題点があった。

又、磁気ドラムと磁気センサとを接触させる構造とした場合、接触部が磨耗することでギャップ寸法が変動したり、磨耗粉がベアリング等の摺動部に入り込み、回転機構の動作に支障を与えてしまう可能性があった。

又、上記特許文献３は、回転ディスクに対してセンサを、回転ディスクの厚み方向に配置した構成を開示するもので、回転ディスクの直径方向に沿ってセンサを配置する構成とは異なる。又、特許文献３は、光学式の回転角度検出装置を開示するもので、磁気式ではない。さらに、特許文献３は、温度変化による検出精度劣化を低減する手法を開示するが、特許文献３では、温度変化の影響を低減するために、回転ディスクの情報記録面の位置を規定位置に配置し、回転ディスクに固定部及び筒状部を備え、又、回転軸と回転ディスクとの同軸度を高めることで、回転ディスクとセンサとのギャップを維持するようにしている。しかしながら、回転軸、及びセンサを保持するハウジングの線膨張による影響は解決しておらず、未だ、回転角度検出精度向上に余地を残している。

本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたもので、磁気ドラムと磁気センサとを接触させることなく、環境温度の変動に対して回転角度検出精度の低下を防止可能な磁気式ロータリエンコーダを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様における磁気式ロータリエンコーダは、円板状であり外円周面に磁気パターンが着磁され回転軸にて回転される磁気ドラムと、上記磁気パターンに対向して配置され上記磁気パターンの磁界強度に感応して電気信号を出力する磁気抵抗素子を有する磁気センサと、上記磁気ドラムと平行に延在し上記回転軸を回転可能に支持し、かつ上記磁気ドラム及び上記磁気センサを収納するハウジングと、上記磁気センサと上記ハウジングとの間に介在し上記磁気センサを載置し固定するとともに、上記磁気パターンと該磁気パターンに対向する上記磁気抵抗素子とをギャップを介して配置した状態で、上記固定された磁気センサを上記ハウジングに固定し、温度変化による上記磁気ドラム、上記磁気センサ、及び上記ハウジングの線膨張変形に起因する、上記磁気ドラムの中心から上記磁気パターンまでの距離の変化と、上記磁気ドラムの中心から上記磁気抵抗素子までの距離の変化とを同一にするギャップ補正板と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第１態様における磁気式ロータリエンコーダによれば、ギャップ補正板を備えたことにより、磁気ドラムとハウジングとの線膨張係数差、及び、磁気ドラムの半径と、磁気センサの固定位置の半径方向寸法との違いで生じるギャップの変動を緩和することができる。その結果、ギャップ寸法精度の劣化に起因する回転角度検出精度の劣化を防止することができる。

又、磁気ドラムは、非磁性体である必要があることからオーステナイト系ステンレス鋼、アルミニウム、又はセラミックスなどの材料に限定されるが、ギャップ補正板を備えることにより、強度やコストなどの制約からハウジングの材料及び形状を自由に選定した場合であっても、温度変化による回転角度検出精度の劣化がないエンコーダを提供することができる。

本発明の実施形態である磁気式ロータリエンコーダについて、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。

実施の形態１．
図１に示すように、本実施形態における磁気式ロータリエンコーダ１００は、基本的構成部分として、磁気ドラム１１０と、磁気センサユニット１２０と、ハウジング１３０と、ギャップ補正板１４０とを備える。
磁気ドラム１１０は、例えばオーステナイト系ステンレス鋼、アルミニウム、又はセラミックスなどの非磁性体材料より形成された円板状の部材であり、その外円周面１１０ａには回転角度によって固有の出力特性を持つ磁気パターン１１１を着磁している。このような磁気ドラム１１０は、例えばモータのような回転機構１１２に接続された回転軸１１３に同軸度を保って固定されており、ベアリング１１４及び回転軸１１３を介してハウジング１３０に回転可能に支持されている。よって、回転機構１１２により磁気ドラム１１０は矢印１１５方向に回転される。又、回転軸１１３は、ベアリング１１４を介してハウジング１３０に対するラジアル方向ならびにスラスト方向の位置決めがなされている。

磁気センサユニット１２０は、磁気ドラム１１０の直径方向１１０ｃに沿って磁気パターン１１１に対向して配置される素子であり磁気パターン１１１の磁界強度に感応して電気信号を出力する磁気抵抗素子１２１、及び上記電気信号を処理する付属の電気回路基板（不図示）を内部に有する。このような磁気センサユニット１２０は、磁気抵抗素子１２１を磁気パターン１１１に対向させて磁気ドラム１１０の直径方向１１０ｃに沿って上記ギャップ補正板１４０に載置され、センサ締結ネジ１２３にてギャップ補正板１４０に対して保持、固定される。さらに、ギャップ補正板１４０は、磁気抵抗素子１２１と磁気パターン１１１とのギャップ１２２が磁気抵抗素子１２１の特性によって決定される規定値になるようにして、補正板締結ネジ１４１にてハウジング１３０に保持、固定される。又、磁気センサユニット１２０は、例えば、加工性に優れるアルミ材にて形成することができる。

ハウジング１３０は、図示するように、磁気ドラム１１０と平行に延在して上述のように回転軸１１３を回転可能に支持する径方向部１３１と、該径方向部１３１から磁気ドラム１１０の厚み方向１１０ｂへ屈曲して延在する立上部１３２とを有し、径方向部１３１及び立上部１３２にて、磁気ドラム１１０、磁気センサユニット１２０、及びギャップ補正板１４０、等を収納するハウジング内部１３３を形成するように凹形状にてなる。又、ハウジング１３０は、立上部１３２に支持されてハウジング内部１３３を密封するカバー１３４を有する。このようなハウジング１３０は、例えば、強度的に優れる鉄鋼材にて形成することができる。

ギャップ補正板１４０は、磁気センサユニット１２０とハウジング１３０との間に介在する板状の部材であり、上述したように、磁気センサユニット１２０を載置し固定するとともに、磁気パターン１１１と磁気抵抗素子１２１とをギャップ１２２を介して配置した状態で、当該ギャップ補正板１４０に固定された磁気センサユニット１２０をハウジング１３０に固定する部材である。このようにギャップ補正板１４０は、一方で磁気センサユニット１２０を固定し、他方でハウジング１３０と固定されることから、磁気センサユニット１２０を直接ハウジング１３０に固定しない。よって、ギャップ補正板１４０は、磁気式ロータリエンコーダ１００の環境温度が変動したときにおける磁気ドラム１１０、磁気センサユニット１２０、及びハウジング１３０の線膨張変形によるギャップ１２２の変動を緩和し回転角度検出精度の劣化を低減する部材として機能することができる。より具体的には、ギャップ補正板１４０は、温度変化による磁気ドラム１１０、磁気センサユニット１２０、及びハウジング１３０の線膨張変形に起因する、磁気ドラム１１０の中心から磁気パターン１１１までの距離の変化と、磁気ドラム１１０の中心から磁気抵抗素子１２１までの距離の変化とを同一にする部材として機能することができる。このようなギャップ補正板１４０は、例えば、加工性に優れるアルミニウム材にて形成することができる。

以下には、ギャップ補正板１４０が、環境温度変化に対してギャップ１２２の変動を緩和し回転角度検出精度の劣化を低減するように機能することを詳しく説明し、さらに、ギャップ補正板１４０に好ましくは付加される位置決め機構及び変形防止機構について説明する。

まず、上述したように構成される磁気式ロータリエンコーダ１００の動作について説明する。
図２に示すように、回転機構１１２により回転軸１１３が回転すると、回転軸１１３に固定された磁気ドラム１１０も回転軸１１３と同じ回転角を保って回転する。このとき磁気センサユニット１２０に備わる磁気抵抗素子１２１は、ギャップ１２２を介して位置する磁気パターン１１１に対応する電気信号を出力し、磁気センサユニット１２０により回転軸１１３の回転角を知ることができる。

図３は、磁気抵抗素子１２１と磁気パターン１１１との間のギャップ１２２が変動した場合の磁気抵抗素子１２１の出力特性の変化を示したグラフである。磁界強度は、距離の２乗に反比例することから、ギャップ１２２が磁気パターン１１１の形状効果が薄れる一定値以上に大きくなると、磁気抵抗素子１２１からの出力電圧５１は急激に低下する。一方、ギャップ１２２がある値以下に小さくなると、本来、検出すべき磁気パターン１１１の近傍の磁気パターン１１１の磁界までも磁気抵抗素子１２１が検出してしまい、発生する出力波形ひずみ５２は大きくなる。
このように、本実施形態の磁気式ロータリエンコーダ１００が一定の角度検出精度を得るためには、磁気抵抗素子１２１と磁気パターン１１１との間のギャップ１２２は、一定の許容範囲内、例えば図３に符号５３にて示す範囲内、である必要がある。

図４は、磁気ドラム１１０、磁気センサユニット１２０、ギャップ補正板１４０、及びハウジング１３０における位置関係を詳しく図示したものである。ここで、磁気ドラム１１０の半径寸法をＡ、磁気ドラム１１０の材料の線膨張係数をα、ハウジング１３０において回転軸１１３の回転中心１１３ａからギャップ補正板１４０とハウジング１３０との固定点であるハウジング固定点１４１ａまでの半径方向の寸法をＢ、ハウジング１３０の材料の線膨張係数をβ、ギャップ補正板１４０においてハウジング固定点１４１ａからギャップ補正板１４０と磁気センサユニット１２０との固定点である磁気センサ固定点１２３ａまでの半径方向寸法をＣ、ギャップ補正板１４０の材料の線膨張係数をγ、磁気センサユニット１２０において磁気センサ固定点１２３ａから磁気抵抗素子１２１の磁気パターン１１１との対向面である磁気抵抗素子面１２１ａまでの半径方向距離をＤ、磁気センサユニット１２０の材料の線膨張係数をρとする。このような条件において、磁気式ロータリエンコーダ１００の環境温度が変動したときに、ギャップ補正板１４０がギャップ１２２の変動を緩和し回転角度検出精度の劣化を低減するよう機能するためには、つまり、ギャップ補正板１４０が、温度変化による磁気ドラム１１０、磁気センサユニット１２０、及びハウジング１３０の線膨張変形に起因する、磁気ドラム１１０の中心から磁気パターン１１１までの距離の変化と、磁気ドラム１１０の中心から磁気抵抗素子１２１までの距離の変化とを同一にするよう機能するためには、上記Ａ〜上記Ｄの各値は、次式
αＡ＝βＢ±γＣ±ρＤ の関係を有すればよい。逆に言えば、上記式が成り立つように上記Ａ〜上記Ｄの各値を選定すれば、ギャップ補正板１４０により回転角度検出精度の劣化低減を図ることができる。

これについて、以下に具体的に説明する。尚、上記式中の正負符号は、ギャップ補正板１４０及び磁気センサユニット１２０の取り付け構造によって決定され、寸法Ｃ及び寸法Ｄについて、環境温度が高温側に変動した場合に寸法Ｃ及び寸法Ｄが関係する各部材の線膨張による変形が、磁気抵抗素子１２１が磁気パターン１１１に近づく方向に作用する場合には正、逆に遠ざかる方向に作用する場合には負とする。又、上記式中の正負符号について、換言すると、ギャップ補正板１４０におけるハウジング固定点１４１ａが磁気センサユニット１２０における磁気センサ固定点１２３ａよりも回転中心１１３ａ側に位置する構成にあっては、寸法Ｃに対する符号は正とし、寸法Ｄに対する符号は負とし、一方、磁気センサ固定点１２３ａがハウジング固定点１４１ａよりも回転中心１１３ａ側に位置する構成にあっては、寸法Ｃに対する符号は負とし、寸法Ｄに対する符号は負とする。尚、上記ギャップ１２２は、磁気パターン１１１と、磁気抵抗素子１２１の磁気抵抗素子面１２１ａとの距離Ｅに対応し、置き換えることができる。

一例として、磁気ドラム１１０の材料は、非磁性体であるオーステナイト系ステンレス材であり、ハウジング１３０の材料は強度的に優れる鉄鋼材であり、ギャップ補正板１４０及び磁気センサユニット１２０は加工性に優れるアルミ材とする。このとき、各材料の線膨張係数(( )内は参考値を示す)について、ステンレス材はα（＝２３．０ｅ^−６［／℃］）、鉄鋼材はβ（＝１３．１ｅ^−６［／℃］）、アルミニウム材はγ（＝１５．６ｅ^−６［／℃］）とする。

上述の一例における条件において、磁気式ロータリエンコーダ１００の環境温度変化がΔＴであったときの、回転軸１１３の回転中心１１３ａを基準とした、磁気パターン１１１の位置及び磁気抵抗素子１２１の位置の変動量は、それぞれ次のように計算される。
磁気パターン位置の変化量ΔＸ＝αＡ×ΔＴ
磁気抵抗素子位置の変化量ΔＹ＝(βＢ＋γＣ−γＤ)×ΔＴ
ここで、変化量ΔＸ及び変化量ΔＹが同方向に同一であれば、つまりΔＸ＝ΔＹであれば、環境温度変化にかかわらずギャップ１２２、つまり上記距離Ｅは、一定となる。即ち、
αＡ＝(βＢ＋γＣ−γＤ)
の式が成り立つように、上記Ａ〜上記Ｄの値を選定すれば、ギャップ補正板１４０を設けたこととにより、環境温度変化にかかわらず上記距離Ｅを一定に保持することが可能となる。その結果、磁気抵抗素子１２１からの出力電圧の低下や出力波形歪みを生じることはなく、回転角度検出精度の低下を低減することができることになる。

又、環境温度が変動した場合の磁気抵抗素子１２１と磁気パターン１１１との間の距離Ｅは、次式で表される。
距離Ｅ＝(磁気抵抗素子位置−ΔＸ)−(磁気パターン位置−ΔＹ)

以上説明したように、ハウジングに直接に磁気センサを固定する構成ではなく、ハウジング１３０と磁気センサユニット１２０との間に、材料及び形状を適切に選択したギャップ補正板１４０を介することで、環境温度が変動した場合の、各部材の線膨張量の差異の影響による磁気パターン１１１と磁気抵抗素子１２１との間の距離Ｅの変動を、従来の構成における変動に比して抑制することができる。

次に、ギャップ補正板１４０に対する付加的な構成である、位置決め機構１４８及び変形防止機構１４９について説明する。位置決め機構１４８は、磁気ドラム１１０の直径方向１１０ｃにおいてギャップ補正板１４０をハウジング１３０に位置決めし、かつギャップ補正板１４０の線膨張の基準位置を確定するための機構である。変形防止機構１４９は、ギャップ補正板１４０とハウジング１３０との線膨張変形量の違いにより生じるギャップ補正板１４０のたわみ変形を緩和するための機構である。尚、位置決め機構１４８及び変形防止機構１４９は、付属的構成部分であり、設けなくても良い。

まず、位置決め機構１４８について説明する。
図５は上記位置決め機構１４８の一例として、ギャップ補正板１４０のハウジング１３０への圧入を用いた場合の説明図である。ギャップ補正板１４０をハウジング１３０に固定する補正板締結ネジ１４１に近接して、ギャップ補正板１４０における磁気ドラム１１０の中心側の端部には、ギャップ補正板１４０は、磁気ドラム１１０の直径方向１１０ｃに直交する直交方向１１０ｄに突出する凸部１４２を両側に形成している。一方、ハウジング１３０には、上記凸部１４２が圧入される凹部１３５が形成されている。これらの凸部１４２及び凹部１３５が位置決め機構１４８の一例に相当する。よって、ギャップ補正板１４０の凸部１４２をハウジング１３０の凹部１３５に圧入することで、磁気ドラム１１０の直径方向１１０ｃに対してギャップ補正板１４０を位置決めすることができる。即ち、補正板締結ネジ１４１のみにてギャップ補正板１４０をハウジング１３０にネジ止めした場合、補正板締結ネジ１４１とギャップ補正板１４０との間には、僅かながらガタがあることから、ギャップ補正板１４０はハウジング１３０に対して移動する可能性がある。これに対し、上述のように、凸部１４２及び凹部１３５による圧入、嵌合により、上記ガタはなくなり、ギャップ補正板１４０が移動することはなくなる。よって、凸部１４２及び凹部１３５による圧入、嵌合部分を、ギャップ補正板１４０における、及びギャップ補正板１４０とハウジング１３０とにおける、直径方向１１０ｃへの線膨張の基準位置とすることができる。上述のように凸部１４２及び凹部１３５による圧入、嵌合部分は、補正板締結ネジ１４１に近接して形成していることから、補正板締結ネジ１４１によるハウジング固定点１４１ａを上記基準位置と見なしても問題ない。
尚、図示とは逆に、ギャップ補正板１４０に凹部を、ハウジング１３０に凸部を形成してもよく、上述と同様の効果を得ることができる。

次に変形防止機構１４９について説明する。
ギャップ補正板１４０には、２本の補正板締結ネジ１４１よりも内側部分において、補正板締結ネジ１４１によるハウジング固定点１４１ａの近傍に、ギャップ補正板１４０における磁気ドラム１１０の中心側端１４０ａからギャップ補正板１４０の中央部付近まで直径方向１１０ｃに延在する２本のスリット１４３を互いに平行に形成している。スリット１４３の先端部は、応力集中を避けるため円形状に成形している。このようなスリット１４３が変形防止機構１４９の一例に相当し、以下に示すように作用する。

即ち、環境温度が変動した場合、磁気ドラム１１０の回転軸１１３に対して直径方向１１０ｃだけでなく矢印１１５にて示す円周方向にも、ギャップ補正板１４０及びハウジング１３０は線膨張により変動する。よって、ギャップ補正板１４０を２点以上の固定点で固定した場合、ハウジング１３０とギャップ補正板１４０との線膨張変形量が異なることから、構造的に弱いギャップ補正板１４０に応力が作用し、ギャップ補正板１４０はたわみ変形を生じる可能性があり、その結果、磁気センサユニット１２０の位置や角度が変動する場合が考えられる。一方、スリット１４３を設けることで、ギャップ補正板１４０に上記応力が作用した場合であっても、スリット１４３が局所的に上記円周方向に変形して上記応力を吸収し、ギャップ補正板１４０全体のたわみ変形を抑制することができる。よって、磁気センサユニット１２０の位置や角度が変動するのを防止、抑制することができる。つまり磁気センサユニット１２０の位置精度の劣化を抑制することができる。その結果、磁気式ロータリエンコーダ１００の回転角度検出精度を向上させることができる。

又、図６は、ギャップ補正板１４０における位置決め機構１４８の別の例を示している。ギャップ補正板１４０には、補正板締結ネジ１４１に近接して、ギャップ補正板１４０の両端部に位置決め穴１４４を形成し、一方、ハウジング１３０には、位置決め穴１４４に嵌合する位置決めピン１３６を突設する。これらの位置決めピン１３６及び位置決め穴１４４が位置決め機構１４８に相当する。これらの位置決めピン１３６と位置決め穴１４４とを嵌合させることで、上述の凸部１４２及び凹部１３５による圧入、嵌合の場合と同様に、位置決めピン１３６及び位置決め穴１４４による嵌合部分を上記基準位置とすることができ、同様の効果を得ることができる。

上述では、ギャップ補正板１４０とハウジング１３０との位置決め、固定について説明した。本実施形態のように、ギャップ補正板１４０及び磁気センサユニット１２０を、ともに例えばアルミニウム材による同一材料としたときには、これら２部品の間では線膨張係数の違いによる変形が生じることはない。一方、ギャップ補正板１４０及び磁気センサユニット１２０を異種材料で構成した場合には、ギャップ補正板１４０と磁気センサユニット１２０との位置決め、固定に対して、図５及び図６に示す構造を適用することができる。ギャップ補正板１４０と磁気センサユニット１２０との間に上記構成を適用することで、ギャップ補正板１４０の変形による磁気センサユニット１２０の位置精度の劣化を抑制することができる。

尚、図１等に示すように、図５及び図６に示す構造を採用せず、単純にネジ止めのみで、ギャップ補正板１４０、ハウジング１３０、及び磁気センサユニット１２０を固定したとしても本発明の主旨を逸脱することはない。

実施の形態２．
図７には、本発明の実施の形態２における磁気式ロータリエンコーダ１０１を示している。磁気式ロータリエンコーダ１０１では、上述したギャップ補正板１４０に代えてギャップ補正板１４５が設けられる。ギャップ補正板１４５は、ギャップ補正板１４０と同様の機能を有する部材であるが、本例では、アルミニウム材でなくインバー材等の低線膨張材で構成され、又、図示するように平板を９０°折り曲げた構造にてなる。即ち、ギャップ補正板１４５は、ハウジング１３０の上記径方向部１３１と平行に延在するセンサ固定部１４５−１と、該センサ固定部１４５−１から屈曲しハウジング１３０の上記立上部１３２と平行に延在する固定部１４５−２とが一体的に形成された構造にてなる。センサ固定部１４５−１には、磁気センサユニット１２０が載置され、センサ締結ネジ１２３にてギャップ補正板１４５に対して保持、固定される。固定部１４５−２は、補正板締結ネジ１４１にてハウジング１３０の立上部１３２に保持、固定される。
その他の構成は、実施の形態１にて説明した磁気式ロータリエンコーダ１００における構成と同一であり、ここでの説明は省略する。

上述した構成を有する磁気式ロータリエンコーダ１０１において、図４を参照して説明したように、磁気ドラム１１０、磁気センサユニット１２０、ギャップ補正板１４５、及びハウジング１３０における位置関係について説明する。尚、ギャップ補正板１４０からギャップ補正板１４５への変更に伴う部分以外の、上記半径寸法Ａ、上記半径方向距離Ｄ、及び上記距離Ｅについては、磁気式ロータリエンコーダ１００の場合と同じでありその説明を省略する。

上述のようにギャップ補正板１４５は、ハウジング１３０の立上部１３２に固定されることから、ハウジング固定点１４１ａは、立上部１３２の内壁面となる。よって、ハウジング１３０において回転軸１１３の回転中心１１３ａからハウジング固定点１４１ａまでの半径方向寸法を「ＢＢ」とする。尚、寸法ＢＢは、上記実施の形態１にて説明した寸法Ｂに相当する寸法である。又、ギャップ補正板１４５と磁気センサユニット１２０とのセンサ締結ネジ１２３による固定点である磁気センサ固定点１２３ａと、ハウジング固定点１４１ａとの間の半径方向寸法を「ＣＣ」とする。尚、寸法ＣＣは、上記実施の形態１にて説明した寸法Ｃに相当する寸法である。又、ギャップ補正板１４５のインバー材の線膨張係数をγ（参考値として、１．４ｅ^−６［／℃］）とする。尚、上述のように磁気ドラム１１０の材料の線膨張係数をα、ハウジング１３０の材料の線膨張係数をβ、磁気センサユニット１２０の材料、本例ではアルミニウム材の線膨張係数をρ（参考値として、１５．６ｅ^−６［／℃］）とする。

上述の一例における条件において、磁気式ロータリエンコーダ１０１の環境温度変化がΔＴであったときの、回転軸１１３の回転中心１１３ａを基準とした、磁気パターン１１１の位置及び磁気抵抗素子１２１の位置の変動量は、それぞれ次のように計算される。
磁気パターン位置の変化量ΔＸ＝ αＡ×ΔＴ
磁気抵抗素子位置の変化量ΔＹ＝ (β（ＢＢ）−γ（ＣＣ）−ρＤ)×ΔＴ
ここで、変化量ΔＸ及び変化量ΔＹが同方向に同一であれば、つまりΔＸ＝ΔＹであれば、環境温度変化にかかわらず上記距離Ｅは、一定となる。即ち、
αＡ＝(β（ＢＢ）−γ（ＣＣ）−ρＤ)
の式が成り立つように、上記Ａ、ＢＢ、ＣＣ、Ｄの各値を選定すれば、上述の実施の形態１の場合と同様に、環境温度変化にかかわらず上記距離Ｅを一定に保持することができる。その結果、磁気抵抗素子１２１からの出力電圧の低下や出力波形歪みを生じることはなく、回転角度検出精度の低下を低減することができることになる。

又、上述の磁気式ロータリエンコーダ１０１においても、図５及び図６に示す構造を採ることができる。

本発明の実施形態１における磁気式ロータリエンコーダの全体構成を示す断面図である。 図１に示す磁気式ロータリエンコーダの、カバーを除いた平面図である。 磁気抵抗素子の出力特性を示すグラフである。 図１に示す磁気式ロータリエンコーダにおける各部の位置関係を説明するための図である。 図１に示す磁気式ロータリエンコーダに備わるギャップ補正板、及びその固定方法を示す図である。 図５に示すギャップ補正板、及びその固定方法の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２の磁気式ロータリエンコーダにおける各部の位置関係を説明するための図である。

符号の説明

１００、１０１…磁気式ロータリエンコーダ、１１０…磁気ドラム、
１１１…磁気パターン、１１３…回転軸、１１３ａ…回転中心、
１２０…磁気センサユニット、１２１…磁気抵抗素子、１２１ａ…磁気抵抗素子面、
１２２…ギャップ、１２３ａ…磁気センサ固定点、１３０…ハウジング、
１３１…径方向部、１３２…立上部、１４０…ギャップ補正板、
１４１ａ…ハウジング固定点、１４３…スリット、１４８…位置決め機構。

Claims (6)

1. 円板状であり外円周面に磁気パターンが着磁され回転軸にて回転される磁気ドラムと、
   上記磁気パターンに対向して配置され上記磁気パターンの磁界強度に感応して電気信号を出力する磁気抵抗素子を有する磁気センサと、
   上記磁気ドラムと平行に延在し上記回転軸を回転可能に支持し、かつ上記磁気ドラム及び上記磁気センサを収納するハウジングと、
   上記磁気センサと上記ハウジングとの間に介在し上記磁気センサを載置し固定するとともに、上記磁気パターンと該磁気パターンに対向する上記磁気抵抗素子とをギャップを介して配置した状態で、上記固定された磁気センサを上記ハウジングに固定し、温度変化による上記磁気ドラム、上記磁気センサ、及び上記ハウジングの線膨張変形に起因する、上記磁気ドラムの中心から上記磁気パターンまでの距離の変化と、上記磁気ドラムの中心から上記磁気抵抗素子までの距離の変化とを同一にするギャップ補正板と、
   を備えたことを特徴とする磁気式ロータリエンコーダ。
2. 上記磁気ドラムの半径寸法をＡ、上記磁気ドラムの線膨張係数をα、上記ハウジングにおいて上記回転軸の回転中心から上記ギャップ補正板と上記ハウジングとの固定点であるハウジング固定点までの半径方向寸法をＢ、上記ハウジングの線膨張係数をβ、上記ギャップ補正板において上記ハウジング固定点から上記ギャップ補正板と上記磁気センサとの固定点である磁気センサ固定点までの半径方向寸法をＣ、上記ギャップ補正板の線膨張係数をγ、上記磁気センサにおいて上記磁気センサ固定点から上記磁気抵抗素子面までの半径方向寸法をＤ、上記磁気センサの線膨張係数をρとした場合、上記Ａから上記Ｄは、
   αＡ＝βＢ＋γＣ＋ρＤ
   の関係を有する、請求項１記載の磁気式ロータリエンコーダ。
3. 上記ギャップ補正板は、上記ハウジングと当該ギャップ補正板との固定点であるハウジング固定点の近傍にて、上記磁気ドラムの直径方向に延在し、上記ギャップ補正板と上記ハウジングとの線膨張変形量の違いにより生じる上記ギャップ補正板のたわみ変形を緩和するスリットを有する、請求項１又は２記載の磁気式ロータリエンコーダ。
4. 上記ハウジング及び上記ギャップ補正板は、上記ハウジングと当該ギャップ補正板との固定点であるハウジング固定点の近傍に、上記磁気ドラムの直径方向において当該ギャップ補正板を上記ハウジングに位置決めし、かつ当該ギャップ補正板の線膨張の基準位置を確定する位置決め機構を有する、請求項１から３のいずれかに記載の磁気式ロータリエンコーダ。
5. 上記位置決め機構は、上記ハウジング及び上記ギャップ補正板に形成した凹凸部である、請求項４記載の磁気式ロータリエンコーダ。
6. 上記ハウジングは、上記磁気ドラムの直径方向に延在する径方向部及び該径方向部から上記磁気ドラムの厚み方向へ屈曲して延在する立上部を有し、
   上記ギャップ補正板は、上記立上部にて上記ハウジングに固定される、請求項１から５のいずれかに記載の磁気式ロータリエンコーダ。

Images