JP2009121907A - 磁気回転体およびその製造方法ならびに磁気回転体を用いたエンコーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンコーダ装置等の部品点数を削減するとともに、装置のコンパクト化と性能向上を図る。
【解決手段】本発明に係る磁気回転体（メモリー円板１７）は、回転軸２と一体に回転するように設けられる回転部材１８を備え、この回転部材１８の少なくとも一部にはパターン検出手段（発光素子２６，受光素子２７）により読み込まれる被検出パターン（反射パターン２１）が設けられ、回転部材１８の材質は、それ自体の回転状態を磁気回転検出手段（磁気センサ２４）に検出可能にさせる磁性体であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンコーダ装置のメモリー円板等に用いられる磁気回転体およびその製造方法に関するものである。

例えば特許文献１に開示されているエンコーダ装置では、メモリー円板が回転軸と一体に回転するように設けられ、このメモリー円板の周部等には微小回転角検出用の被検出パターンが形成されるとともに、メモリー円板の少なくとも一面に磁性体からなる回転検出部材が付設された構成である。メモリー円板の厚みが薄い場合には、メモリー円板の歪みを防止するべく、ターンテーブル状に形成されたハブと呼ばれる部材が回転軸と一体に回転するように設けられ、このハブにメモリー円板と回転検出部材とが貼着等により固定される。

また、メモリー円板の近傍には、上記回転検出部材の回転的動作、即ちメモリー円板の回転速度や回転方向等を検出する磁気回転検出手段と、メモリー円板のより繊細な回転的動作を被検出パターンの動きから読み取るパターン検出手段とが設けられている。
特開２００７−１１４０３２号公報

しかしながら、上記のように従来のメモリー円板は、その一面に磁性体からなる回転検出部材が別途付設された構成であったため、部品点数が多くなるとともに、回転検出部材の存在によりメモリー円板の回転軸方向に沿う寸法が大きくなり、ひいてはこれがエンコーダ装置全体のコンパクト化を妨げる要因になっていた。

また、回転検出部材を設置する場所がメモリー円板の中心部付近に限定されるため、自ずと回転検出部材の直径サイズに制約が加わり、その結果、回転検出部材の直径を大きくして磁力を増大させ、前述した磁気回転検出手段による検出性能の向上を図ることができなかった。これは、取りも直さずエンコーダ装置の性能向上に歯止めを掛けていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、エンコーダ装置等の部品点数を削減するとともに、装置のコンパクト化と性能向上を図ることのできる磁気回転体およびその製造方法ならびに磁気回転体を用いたエンコーダ装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明に係る磁気回転体は、回転軸と一体に回転するように設けられる回転部材を備え、前記回転部材の少なくとも一部にはパターン検出手段により読み込まれる被検出パターンが設けられ、前記回転部材の材質は、それ自体の回転状態を磁気回転検出手段に検出可能にさせる磁性体であることを特徴とする。

また、本発明に係る磁気回転体の製造方法は、前記回転部材を希土類磁石で形成し、前記回転部材のパターンニング面にＮｉメッキ層を施し、前記Ｎｉメッキ層の表面を鏡面研磨し、前記鏡面研磨したＮｉメッキ層の表面に反射率８５％以上のＡｌメッキ層を施し、前記Ａｌメッキ層の表面にＣｒ蒸着により非反射膜を形成し、前記Ｃｒ蒸着により形成した非反射膜をエッチングにより部分的に削除して露出反射部を形成することにより、反射検出式の被検出パターンとしての反射パターンを形成することを特徴とする。

さらに、本発明に係るエンコーダ装置は、本発明に係る磁気回転体をメモリー円板として用いたことを特徴とする。

本発明に係る磁気回転体によれば、回転部材そのものが磁気を持ち、従来では別体に設けられていた磁性体からなる回転検出部材としての機能を有するようになるため、従来の回転検出部材を省略することができ、これによりエンコーダ装置等の部品点数を削減するとともに、装置をコンパクト化することができる。

しかも、回転部材全体が磁気を帯びた回転検出部材となって大径化されるため、従来の付加的な回転検出部材よりも磁力を向上させることができ、結果としてエンコーダ装置等の性能向上を図ることができる。

また、本発明に係る磁気回転体の製造方法によれば、磁性体で形成された回転部材に反射検出式の被検出パターンを確実かつ容易に形成することができる。

さらに、本発明に係るエンコーダ装置によれば、部品点数を削減するとともに、装置のコンパクト化と性能向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］

図１は、本発明の実施の形態１に係る磁気回転体をメモリー円板として使用したエンコーダ装置を示す縦断面図である。このエンコーダ装置１は、図示しない電動モータの出力軸により駆動される回転軸２をハウジング３に取付けられた上下のベアリング４，５により回転自在に支持している。回転軸２はハウジング３内においてその先端部を上方に向けており、ハウジング３には回転軸２の先端部を覆うように下方に開口した円筒状のカバー部材６が取付けられている。ここで、エンコーダ装置１が電動モータと一体に構成されるモジュラー型であれば、回転軸２を電動モータの出力軸そのものとしてもよい。

ハウジング３の上面開口部には回路基板８が固定され、その上方には回路基板９がカラー１０により回路基板８に対して所定の間隔を持って平行に設置され、これら２枚の回路基板８，９がビス１１でハウジング３に共締めされている。

回転軸２の上端は回路基板８を貫通して回路基板９の直下まで延びており、回転軸２の回路基板８よりも突出した部分に形成された水平段部２ａにハブ１４が載置されている。このハブ１４は、薄肉な円板状のプレート部１４ａと、回転軸２上端に同軸的に固定するための管状のボス部１４ｂとが一体に形成されており、ボス部１４ｂがビス１５で回転軸２に締結されることにより、ハブ１４全体が回転軸２と一体に回転するように設けられる。

さらに、図２にも示すように、ハブ１４のプレート部１４ａの上面に、本願発明に係る磁気回転体としてのメモリー円板１７が設けられている。このメモリー円板１７は、強い磁力を持つ希土類磁石等の磁性体材料により形成された円板状の回転部材１８を主体にしている。回転部材１８はハブ１４のプレート部１４ａ上面に貼着等により固着され、ハブ１４を介して回転軸２に対し一体に回転するように設けられる。メモリー円板１７の中央部にはハブ１４のボス部１４ｂに密に嵌合する嵌合穴１７ａが穿設されている。また、メモリー円板１７の外径はプレート部１４ａの外径よりも一回り大きくされている。

メモリー円板１７の例えば上面の外周部付近には、被検出パターンが形成されている。この被検出パターンは、メモリー円板１７の上面を鏡面研磨し、この鏡面研磨した面に反射膜と非反射膜とを順次形成してから上記非反射膜を部分的に削除して反射パターン２１を形成した反射検出式である。被検出パターン（反射パターン２１）の詳細な形成方法については後述する。

一方、回路基板９の下面側において、メモリー円板１７の上面外周部付近に対向する位置に磁気センサ２４（磁気回転検出手段）が設けられている。先述のように、メモリー円板１７は希土類磁石等の磁性体材料により形成されているために磁気を発しており、このメモリー円板１７の磁気（極性）が磁気センサ２４に検知されることにより、メモリー円板１７自体の回転状態が検出される。磁気センサ２４はメモリー円板１７の磁気に応じた電圧信号を出力し、磁気センサ２４から出力された電圧信号は図示しない増幅器によって増幅された後、処理回路においてディジタル信号に変換されてメモリー円板１７（回転軸２）の回転的動作（回転方向および回転速度等）が検出される。

また、同じく回路基板９の下面側において、メモリー円板１７の上面外周部付近に対向する位置に、発光素子２６及び受光素子２７（パターン検出手段）が近接して設けられている。発光素子２６が発光した光はメモリー円板１７の反射パターン２１において反射された後に受光素子２７に受光され、受光素子２７は反射パターン２１の表示に応じた電圧信号を出力する。受光素子２７から出力された電圧信号は図示しない増幅器により増幅された後、処理回路においてディジタル信号に変換されてメモリー円板１７の位置が求められ、このメモリー円板１７の位置の変化に基づいて、回転軸２の回転量（回転方向を含む回転角度や回転速度）がより精密に検出される。

次に、図３を参照しながらメモリー円板１７の被検出パターン（反射パターン２１）の形成方法について説明する。

まず、希土類磁石で形成された回転部材１８のパターンニング面（ここでは上面）にＮｉメッキ層３１を施す（図３(a)参照）。

次に、Ｎｉメッキ層３１の表面を鏡面研磨する（図３(b)参照）。

さらに、鏡面研磨したＮｉメッキ層３１の表面に反射率８５％以上のＡｌメッキ層３２を施す（図３(c)参照）。

そして、Ａｌメッキ層３２の表面にＣｒ蒸着により非反射膜３３を形成する（図３(d)参照）。

最後に、Ｃｒ蒸着により形成した非反射膜３３をエッチングにより部分的に削除して露出反射部３４を形成することにより、反射検出式の被検出パターンとしての反射パターン２１を形成し、メモリー円板１７が完成する。

上記のような方法手順によれば、磁性体で形成された回転部材１８に反射検出式の被検出パターン（反射パターン２１）を確実かつ容易に形成することができる。

エンコーダ装置１は、そのメモリー円板１７を構成する回転部材１８の材質が希土類磁石等の磁性体であるため、メモリー円板１７の回転状態をそのまま磁気センサ２４に検出させることができる。このため、従来のようにメモリー円板１７の一面に磁性体からなる回転検出部材を別部品として付設し、この回転検出部材の磁力によりメモリー円板１７の回転状態を磁気センサに検出させる必要がない。

従って、エンコーダ装置１の部品点数を削減するとともに、エンコーダ装置１をコンパクト化することができる。ここでは特にエンコーダ装置１の高さ方向の寸法がコンパクト化される。

しかも、回転部材１８全体がそのまま磁気を帯びた大径な回転検出部材となるため、従来の付加的かつ小径な回転検出部材よりも磁力、即ち検出出力を大幅に向上させることができ、結果として磁気センサ２４の検出エラー等を確実に防止してエンコーダ装置１の性能向上を図ることができる。
［発明の実施の形態２］

図４は、本発明の実施の形態２に係る磁気回転体をメモリー円板として使用したエンコーダ装置を示す縦断面図である。このエンコーダ装置４１において、実施の形態１のエンコーダ装置１と構成が同様な部分には同じ符号を付して説明は省略する。

このエンコーダ装置４１でも、メモリー円板４２を形作る回転部材４３が磁性体材料により形成されており、この回転部材４３がハブ４４（プレート部４４ａ，ボス部４４ｂ）を介して回転軸２と一体回転するように設けられている。回転部材４３の直径はハブ４４（プレート部４４ａ）の直径よりも大きく、メモリー円板４２（回転部材４３）の、プレート部４４ａ外周からはみ出した部分の下面に、実施の形態１の反射パターン２１と同様な反射パターン４５が形成されている。

そして、メモリー円板４２の下方に位置する回路基板４７の上面において、メモリー円板４２の反射パターン４５に対向する位置に磁気センサ４８（磁気回転検出手段）と発光素子４９及び受光素子５０（パターン検出手段）とが設けられている。磁気センサ４８、発光素子４９、受光素子５０の作用は実施の形態１のエンコーダ装置１と同様である。

メモリー円板４２の上方には回路基板等が設けられておらず、メモリー円板４２の上方がカバー部材６に覆われている。

このように、メモリー円板４２の下面外周部に反射パターン４５を形成し、メモリー円板４２の下方に設けた回路基板４７の上に磁気センサ４８と発光素子４９及び受光素子５０を設けるレイアウトとすることにより、エンコーダ装置４１の高さ方向の寸法をよりコンパクト化することができる。
［発明の実施の形態３］

図５は、本発明の実施の形態３に係る磁気回転体をメモリー円板として使用したエンコーダ装置を示す縦断面図である。このエンコーダ装置５１において、実施の形態２のエンコーダ装置４１と構成が同様な部分には同じ符号を付して説明は省略する。

このエンコーダ装置５１では、回転軸５２に鍔状のプレート部５２ａが一体に形成されており、このプレート部５２ａの上面にメモリー円板４２を構成する回転部材４３が直接載置され、貼着等により固着されて回転軸５２に対し一体に回転するように設けられる。よって、実施の形態１および実施の形態２に示すハブ１４，４４は省略されている。その他の構成は実施の形態２のエンコーダ装置４１と同様である。

このように、回転軸５２に一体に形成したプレート部５２ａにメモリー円板４２を直接固定してハブを省略したことにより、部品点数をさらに削減するとともに、図１および図４に示すようにハブ１４，４４を回転軸２に固定するためのボス部１４ｂ，４４ｂによる段差が無くなるため、実施の形態２のエンコーダ装置４１よりもカバー部材６をメモリー円板４２に近付けてカバー部材６の高さを下げ、エンコーダ装置５１の高さ方向の寸法をエンコーダ装置４１の場合よりもさらにコンパクト化することができる。

なお、前記実施の形態１乃至３では、何れもメモリー円板１７，４２が円板状に形成されているが、円板状に限らず、例えば環状や円柱状、椀状、筒状等の軸対称な形状であれば、他の形状であっても構わない。

本発明の実施の形態１に係る磁気回転体をメモリー円板として使用したエンコーダ装置を示す縦断面図である。 同実施の形態に係るハブとメモリー円板の分解斜視図である。 被検出パターン（反射パターン）の形成手順を示すもので、(a)は回転部材のパターンニング面にＮｉメッキ層が施された状態を示す縦断面図であり、(b)はＮｉメッキ層の表面が鏡面研磨された状態を示す縦断面図であり、(c)は鏡面研磨されたＮｉメッキ層の表面にＡｌメッキ層が施された状態を示す縦断面図であり、(d)はＡｌメッキ層の表面にＣｒ蒸着により非反射膜が形成された状態を示す縦断面図であり、(e)は非反射膜を部分的に削除して反射検出式の被検出パターンが形成された状態を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係る磁気回転体をメモリー円板として使用したエンコーダ装置を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る磁気回転体をメモリー円板として使用したエンコーダ装置を示す縦断面図である。

符号の説明

１ エンコーダ装置
２ 回転軸
３ ハウジング
６ カバー部材
１４ ハブ
１７ メモリー円板（磁気回転体）
１８ 回転部材
２１ 反射パターン（被検出パターン）
２４ 磁気センサ（磁気回転検出手段）
２６ 発光素子（パターン検出手段）
２７ 受光素子（パターン検出手段）
３１ Ｎｉメッキ層
３２ Ａｌメッキ層
３３ 非反射膜
３４ 露出反射部

Claims (4)

1. 回転軸と一体に回転するように設けられる回転部材を備え、前記回転部材の少なくとも一部にはパターン検出手段により読み込まれる被検出パターンが設けられ、前記回転部材の材質は、それ自体の回転状態を磁気回転検出手段に検出可能にさせる磁性体であることを特徴とする磁気回転体。
2. 前記被検出パターンは、前記回転部材の少なくとも一部を鏡面研磨し、この鏡面研磨した面に反射膜と非反射膜とを順次形成してから前記非反射膜を部分的に削除して反射パターンを形成した反射検出式であることを特徴とする請求項１に記載の磁気回転体。
3. 請求項１又は２に記載の磁気回転体の製造方法であって、
   前記回転部材を希土類磁石で形成し、
   前記回転部材のパターンニング面にＮｉメッキ層を施し、
   前記Ｎｉメッキ層の表面を鏡面研磨し、
   前記鏡面研磨したＮｉメッキ層の表面に反射率８５％以上のＡｌメッキ層を施し、
   前記Ａｌメッキ層の表面にＣｒ蒸着により非反射膜を形成し、
   前記Ｃｒ蒸着により形成した非反射膜をエッチングにより部分的に削除して露出反射部を形成することにより、反射検出式の被検出パターンとしての反射パターンを形成することを特徴とする磁気回転体の製造方法。
4. 請求項１又は２に記載の磁気回転体をメモリー円板として用いたことを特徴とするエンコーダ装置。

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