JP2010190846A - 磁気式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気式エンコーダを薄型化する。
【解決手段】ハウジング１に回転可能に支持されたシャフト２と、シャフト２の内端部２ａに固定された磁石３と、磁石３に対向配置された磁気検出素子４とを備えた磁気式エンコーダであって、シャフト２には、その内端部２ａを支持するベアリング（第２ベアリング）７が設けられ、上記ベアリング７の内径側においてシャフト２の内端部２ａに凹部８が形成され、この凹部８内に磁石３が固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、多関節ロボットや、医療機器、自動車のパワーステアリング装置等において、回転角度検出や位置検出に使用される磁気式エンコーダに関する。

従来の磁気式エンコーダは、図２に示すように、回転入力用のシャフト２２と、このシャフト２２の内端部に固定された磁石２３と、磁石２３に所要のギャップをおいて対向配置されたホール素子のような磁気検出素子２４とを備えたものである（例えば、特許文献１参照）。

図２において、上記シャフト２２は、ハウジング２１にベアリング２５，２６を介して回転可能に支持されており、その外端部には、回転角度等を検出すべき図外の機器の回転軸もしくは回転体が連結される。磁気検出素子２４は、信号出力回路等の所要の回路２７とともに、基板２８に搭載されている。符号２９はコネクタ、３０はリードケーブルである。

特開２００７−１３２８６２号公報

ところで、上記のようなエンコーダが装備される機器では、その機器内部のアクチュエータの取り付け位置、取り付け向き等との関係で、エンコーダに与えられるスペースが制限されており、そのため、上記の磁気式エンコーダでも薄型化、より詳しくはシャフトの軸方向に沿った高さの短縮化が要請されている。

この薄型化の要請に対しては、基板に搭載される電子部品の高さを変更したり、あるいは基板コネクタを省略する等、基板部分を薄型化する対策が種々考えられるのであるが、このような基板部分の薄型化には限界があり、また、その対策の内容によっては、回路構成や回路配置の変更が必要となり、場合によりエンコーダの生産性に影響を与えることもある。

本発明は、薄型化には限界のある基板部分には手を加えずに、磁気式エンコーダ全体の薄型化を実現することを課題とする。

本発明による磁気式エンコーダは、ハウジングに回転可能に支持されたシャフトと、上記シャフトの内端部に固定された磁石と、上記磁石に対向配置された磁気検出素子とを備えた磁気式エンコーダにおいて、上記シャフトには、その内端部を支持するベアリングが設けられ、上記ベアリングの内径側において上記シャフトの内端部に凹部が形成され、この凹部内に上記磁石が固定されている。

上記の構成によれば、磁気検出素子に対してベアリングがシャフトの軸方向に近接位置することになり、これに応じて、ベアリングが設けられるハウジングのシャフト軸方向に沿う高さが短縮可能になり、磁気式エンコーダ全体を薄型化しうるようになる。

また、磁石の外周には、通常は鋼製であるベアリングが位置することで、磁石の外周にベアリングが存在しない場合に比べ、外周側への磁束の漏れを抑制することができ、その分、磁気検出素子に捕捉される磁束の量を増大させて、磁気検出の感度を高めることができる。

上記シャフトには、その内端部を支持するベアリングが設けられていればよいが、シャフトの軸方向中途部を支持するベアリングが、別に設けられていることが望ましい。

シャフトの内端部を支持するベアリングと、シャフトの軸方向中途部を支持するベアリングとが設けられていると、シャフトの回転ぶれを確実に防止しうるほか、外部からシャフトに伝わる大きな荷重を受け止めることができる。

磁気検出素子としては、ホール素子もしくはＭＲ素子が使用される。この磁気検出素子は、通常、基板に搭載されるが、その基板はシャフトの径方向一方に張り出す形状に形成されていることが望ましい。

基板がシャフトの径方向一方に張り出す形状に形成されていると、基板上に各種回路を設けるスペースが確保され、回路配置が容易になる。

この場合、磁気式エンコーダの全体が横に広がった形状となるが、エンコーダが装備される機器において、エンコーダに与えられるスペースは、高さ方向には制限されるものの、横方向には比較的に余裕があるのが普通であり、そのため、磁気式エンコーダの横広がりの形状は特に問題にならない。

本発明によれば、ベアリングが磁気検出素子に近接することで、このベアリングが設けられるハウジングのシャフト軸方向に沿う高さを短縮化できて、磁気式エンコーダ全体の薄型化が可能になる。

この場合、磁気検出素子が搭載される基板や、この基板に設ける回路等には、特に手を加える必要がないので、回路構成や回路配置を変更する必要がなく、容易に実施しうる。

本発明の最良の形態に係る磁気式エンコーダの縦断面図 従来の磁気式エンコーダの縦断面図

以下、本発明の最良の実施の形態を、図１を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る磁気式エンコーダの縦断面図である。

本実施形態の磁気式エンコーダは、ハウジング１と、回転入力用のシャフト２と、磁石３と、磁気検出素子４と、基板５とを備えている。

ハウジング１は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金製で、この実施形態では、平面視でほぼ長方形に形成されている。

シャフト２は、ステンレス鋼製で、ハウジング１に第１と第２の２つのベアリング６，７を介して回転可能に支持されている。このシャフト２の外端部（図１では下端部）は、ハウジング１の外方に突出しており、この突出した外端部には、回転角度等を検出すべき図外の機器の回転軸もしくは回転体が連結されるようになっている。

磁石３は、円板形状で、直径方向両端側に異なる磁極を有するものである。この磁石３は、シャフト２の内端部２ａ（図１では上端部）に固定されている。

詳しくは、シャフト２の内端部２ａが他の部分より大径に形成されていて、この大径の内端部２ａの端面側に磁石３に対応する円形の凹部８が形成されており、この凹部８内に磁石３が嵌置する形で固定されている。

磁気検出素子４は、ホール素子もしくはＭＲ素子であって、上記磁石３の端面と所要のギャップをおいて対向するよう基板５の背面（図１では下面）に取り付けられている。

基板５は、シャフト２の径方向と平行に広がる形で、ハウジング１に形成した取り付け部１ａ上に取り付けられており、ハウジング１と同様、平面視で長方形に形成されている。そして、これら平面視で長方形の基板５、ハウジング１に対して、磁気検出素子４やシャフト２は、長手方向一方（図１では右方）に片寄った位置に配置されている。

基板５上には、信号出力回路のような所要の回路９が搭載されており、この回路９は、同じく基板５に設けたコネクタ１０、およびこのコネクタ１０に接続されたケーブル１１を介して、外部の機器（図示省略）に接続される。符号１１ａはケーブル１１のリード線、１１ｂはその絶縁被覆である。

基板５の上部およびハウジング１の外周は、鉄製のカバー１２で被覆されている。ケーブル１１の引き出し部分は、ゴムもしくは樹脂製のブッシング１３によりカバー１２およびハウジング１に固定されている。

本発明の磁気式エンコーダでは、シャフト２をハウジング１に回転可能に支持する構造に特徴があり、ハウジング１に対してシャフト２を回転可能に支持する２つのベアリング６，７のうち、一方のベアリング（第１ベアリング）６は、シャフト２の軸方向中途部の外径と同一の内径を有していて、シャフト２の軸方向中途部に設けられているが、他方のベアリング（第２ベアリング）７は、大径とされたシャフト２の内端部２ａの外径と同一の内径を有していて、シャフト２の内端部２ａの外周に設けられている。

より詳細には、第２ベアリング７の軸方向端面は、シャフト２の内端部２ａの端面と面一とされている。また、磁石３は、その端面がシャフト２の内端部２ａの端面と面一となるように、シャフト２の内端部２ａの凹部８に嵌置されている。

上記構成の磁気式エンコーダでは、シャフト２を支持する２つのベアリング（第１ベアリング６、第２ベアリング７）が、従来の磁気式エンコーダより、シャフト２の軸方向に沿って磁気検出素子４や基板５に近接した位置に設けられることになり、これら第１ベアリング６、第２ベアリング７が設けられるハウジング１の、シャフト２軸方向に沿う寸法が短縮化され、これにより、磁気式エンコーダの全体が薄型化されている。

また、基板５は長方形で、シャフト２の径方向と平行に広がっているから、基板５上には各種回路を設けるスペースが確保され、回路配置が容易で、基板５に設ける回路の一部を省略する等の必要がない。

１ ハウジング
２ シャフト
２ａ シャフト内端部
３ 磁石
４ 磁気検出素子
５ 基板
６ 第１ベアリング
７ 第２ベアリング
８ 凹部

Claims (2)

1. ハウジングに回転可能に支持されたシャフトと、上記シャフトの内端部に固定された磁石と、上記磁石に対向配置された磁気検出素子とを備えた磁気式エンコーダにおいて、
   上記シャフトには、その内端部を支持するベアリングが設けられ、上記ベアリングの内径側において上記シャフトの内端部に凹部が形成され、この凹部内に上記磁石が固定されている、ことを特徴とする磁気式エンコーダ。
2. 上記磁気検出素子が搭載される基板を備え、この基板は上記シャフトの径方向一方に張り出す形状に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気式エンコーダ。

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