JP2010271229A - Encoder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンコーダに関する。 The present invention relates to an encoder.
モータの回転軸など回転体の回転数を検出する装置として、エンコーダが知られている(特許文献1)。エンコーダは、例えばモータの回転軸に取り付けられて用いられる。エンコーダの具体的構成として、例えば磁気を用いて回転数を検出する構成が知られている。 An encoder is known as a device that detects the number of rotations of a rotating body such as a rotating shaft of a motor (Patent Document 1). For example, the encoder is used by being attached to a rotating shaft of a motor. As a specific configuration of the encoder, for example, a configuration for detecting the rotational speed using magnetism is known.
例えば、このような構成のエンコーダは、所定の磁気パターンが形成された磁石部を回転軸と一体的に回転させ、磁石部の磁気パターンの変化を磁気センサによって読み取ることで、モータの回転軸の回転数を検出できるようになっている。磁気センサには、磁石部による磁場を変化させるバイアス磁石が貼り付けられている場合がある。 For example, an encoder having such a configuration rotates a magnet portion on which a predetermined magnetic pattern is formed integrally with a rotating shaft, and reads a change in the magnetic pattern of the magnet portion with a magnetic sensor, thereby The number of rotations can be detected. In some cases, a bias magnet that changes the magnetic field generated by the magnet unit is attached to the magnetic sensor.
しかしながら、磁気センサにバイアス磁石が貼り付けられている構成においては、当該バイアス磁石の貼り付けの際に磁気センサにダメージを与えてしまったり、バイアス磁石の貼り付け位置に誤差が生じてしまったりする場合がある。このため、検出動作の信頼性が低下してしまう虞がある。 However, in a configuration in which a bias magnet is attached to the magnetic sensor, the magnetic sensor may be damaged when the bias magnet is attached, or an error may occur in the position where the bias magnet is attached. There is a case. For this reason, there exists a possibility that the reliability of a detection operation may fall.
以上のような事情に鑑み、本発明は、検出動作の信頼性向上を図ることができるエンコーダを提供することを目的とする。 In view of the circumstances as described above, it is an object of the present invention to provide an encoder capable of improving the reliability of detection operation.
本発明に係るエンコーダは、第1磁場を発生させる磁気パターンを有する回転部と、前記第1磁場を変化させる第2磁場を発生させるバイアス磁石部と、前記バイアス磁石部に対して非接触に設けられ、前記第1磁場と前記第2磁場との合成磁場を検出する検出部と、を備えることを特徴とする。 An encoder according to the present invention is provided in a non-contact manner with respect to a rotating unit having a magnetic pattern for generating a first magnetic field, a bias magnet unit for generating a second magnetic field for changing the first magnetic field, and the bias magnet unit. And a detection unit that detects a combined magnetic field of the first magnetic field and the second magnetic field.
本発明によれば、検出動作の信頼性向上を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the reliability of the detection operation.
[第1実施形態]
以下、図面を参照して本発明の第1実施形態を説明する。
図1は、エンコーダECの構成を示す断面図である。
図1に示すように、エンコーダECは、モータなどの回転体の回転数を検出する装置である。エンコーダECは、回転部材R、磁石部材M、検出機構D及び位置決め部材Pを有している。エンコーダECは、回転部材R及び磁石部材Mが一体的に設けられており、これらが検出機構Dに対向配置された状態で用いられる。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the encoder EC.
As shown in FIG. 1, the encoder EC is a device that detects the number of rotations of a rotating body such as a motor. The encoder EC has a rotating member R, a magnet member M, a detection mechanism D, and a positioning member P. The encoder EC is integrally provided with a rotating member R and a magnet member M, and is used in a state in which they are arranged to face the detection mechanism D.
回転部材Rは、回転体である例えばモータMTRの回転軸40に固定され、回転軸40と一体的に回転する部分である。回転部材Rは、例えばSUSなどで構成され、円盤状に形成されている。回転部材Rの構成材料としてSUSなどの剛性の高い材料を用いることで、耐変形性などに優れた回転部材Rが形成される。回転部材Rの構成材料として、他の材料を用いても勿論構わない。回転部材Rは、取付部20及び凹部23を有している。
The rotating member R is a part that is fixed to the rotating
取付部20は、回転部材Rの下面Rbに設けられている。取付部20の下面側には、平面視中央部に挿入穴20aが形成されている。挿入穴20aは、上記モータMTRの回転軸40が挿入されるようになっている。取付部20は、回転軸40が挿入穴20aに挿入された状態で回転軸40と取付部20との間を固定する固定機構(不図示)を有している。
The
凹部23は、取付部20の上面Ra側に形成されている。凹部23には、磁石部材Mが収容されるようになっている。
また、回転部材Rの周縁部には、回転部材Rの外周に沿って光反射パターン21が形成されている。
The
In addition, a
磁石部材Mは、回転部材Rの回転方向に沿って円環状に形成された永久磁石である。磁石部材Mは、例えば回転部材Rの周縁部に配置されている。磁石部材Mには、所定の磁気パターンMa(図2参照)が形成されている。 The magnet member M is a permanent magnet formed in an annular shape along the rotating direction of the rotating member R. The magnet member M is arrange | positioned at the peripheral part of the rotation member R, for example. A predetermined magnetic pattern Ma (see FIG. 2) is formed on the magnet member M.
例えば図2に示すように、磁石部材Mの磁気パターンMaとして、例えば回転軸40の軸方向に見て円環の半分の領域について、外周側の領域はN極に着磁され、内周側の領域はS極に着磁されている。また、円環の他の半分の領域について、外周側の領域はS極に着磁され、内周側の領域はN極に着磁されている。勿論、磁気パターンMaとして他の形態を採用しても構わない。
For example, as shown in FIG. 2, as the magnetic pattern Ma of the magnet member M, for example, in the half region of the ring as viewed in the axial direction of the
磁石部材Mは、回転部材Rの凹部23に収容されている。磁石部材Mは、回転部材Rとの間で例えば不図示の接着剤などを介して固着されている。したがって、磁石部材Mは、回転部材Rとの間で一体的に形成された状態になっている。
The magnet member M is accommodated in the
検出機構Dは、上記の磁石部材Mによる磁場を検出する部分である。検出機構Dは、検出基板30及び磁気センサ32を有している。また、検出機構Dは、回転部材Rに形成された光反射パターン21に光を照射し、反射光を検出する光センサ31を有している。
The detection mechanism D is a part that detects the magnetic field generated by the magnet member M. The detection mechanism D has a
検出基板30は、例えば平面視円形に形成された板状部材である。検出基板30は、位置決め部材Pに固定されている。したがって、回転軸40が回転しても、検出基板30とモータMTRとの相対位置が変化しないようになっている。例えば、回転部材R及び磁石部材Mは、検出基板30に対して位置合わせされた状態でそれぞれ収容されている。
The
磁気センサ32は、例えば磁石部材Mに対して回転軸40の軸方向に見て重なる位置に一対配置されている(磁気センサ32A及び32B)。各磁気センサ32A及び32Bは、磁気抵抗素子(不図示)を有している。磁気センサ32A及び32Bは、それぞれ検出基板30に保持されている。
For example, a pair of
磁気抵抗素子は、例えば金属配線などによって形成された直交する2つの繰り返しパターンを有している。磁気抵抗素子は、磁場の方向が当該繰り返しパターンに流れる電流の方向の垂直方向に近くなると電気抵抗が低下するようになっている。磁気抵抗素子は、この電気抵抗の低下を利用して磁場の方向を電気信号に変換するようになっている。 The magnetoresistive element has two orthogonal repeating patterns formed by, for example, metal wiring. In the magnetoresistive element, the electric resistance decreases when the direction of the magnetic field is close to the direction perpendicular to the direction of the current flowing in the repetitive pattern. The magnetoresistive element converts the direction of the magnetic field into an electric signal by utilizing the decrease in electric resistance.
磁気センサ32の検出結果は、電気信号として不図示の制御装置に送信されるようになっている。
The detection result of the
位置決め部材(モールド部材)Pは、モータMTR、回転部材R、磁石部材M及び検出機構Dのそれぞれの位置決めを行う部分である。位置決め部材Pは、本体部41、バイアス磁石42及びシールド部材43を有している。図2は、検出機構D側から回転軸方向に位置決め部材Pを見たときの図(シールド部材43は省略)である。図3は、図2と同方向に検出機構Dを見たときの図である。
The positioning member (mold member) P is a part for positioning the motor MTR, the rotating member R, the magnet member M, and the detection mechanism D. The positioning member P has a
図1〜図3に示すように、本体部41は、モータMTR上に配置されている。本体部41は、回転部材R及び磁石部材Mを囲う内部空間Kを有している。本体部41は、当該内部空間Kにおいて回転部材R及び磁石部材Mを収容した状態になっている。回転部材R及び磁石部材Mは、本体部41に接触しないように収容されている。本体部41は、回転軸方向視において上面41aの中央部に凹部41bを有している。本体部41のうち回転軸方向視で凹部41bを囲む周縁部分41dは、上記の検出機構Dを支持する部分となる。凹部41bの底部には、バイアス磁石42を保持する保持部41cが形成されている。本体部41は、凹部41bの底部によって回転部材R及び磁石部材Mと検出機構Dとの間が区切られるように構成されている。このため、本体部41のうち凹部41bの底部は、光センサ31からの光を透過可能な材料で構成されている。
As shown in FIGS. 1-3, the main-
バイアス磁石42は、磁石部材Mによって発生する第1磁場を変化させる第2磁場を発生させる磁石である。バイアス磁石42を構成する材料として、例えばサマリウム・コバルトなどの磁力の大きい希土類磁石などが挙げられる。バイアス磁石42は、本体部41の保持部41cに保持されている。このように、バイアス磁石42は、磁気センサ32から離れた位置に保持された構成となっており、磁気センサ32に対して非接触に設けられた状態となっている。
The
バイアス磁石42は、磁気センサ32A、32Bに対応するように例えば2つ設けられている(バイアス磁石42A及びバイアス磁石42B)。バイアス磁石42Aは、磁気センサ32Aに回転軸方向視で重なる位置に配置されている。バイアス磁石42Bは、磁気センサ32Bに回転軸方向視で重なる位置に配置されている。このため、バイアス磁石42A及びバイアス磁石42Bは、磁石部材Mに形成される磁気パターンMaに対しても回転軸方向視で重なる位置に配置されていることになる。
For example, two
各バイアス磁石42の上面42fは、凹部41bの底部に対して面一状態になっている。したがって、バイアス磁石42の上面42fは、本体部41の凹部41bに露出した状態になっている。本実施形態では、磁石部材Mによって発生する第1磁場と、バイアス磁石42によって発生する第2磁場との合成磁場が磁気抵抗素子によって検出されるようになっている。
The
シールド部材43は、凹部41bを含めた本体部41の上面41aのほぼ全面を覆うように形成されている。シールド部材43は、本体部41の凹部41bに露出したバイアス磁石42を覆った状態になっている。このため、シールド部材43は、バイアス磁石42と検出機構Dとの間に配置されていることになる。シールド部材43は、光センサ31からの光を透過可能な材料で構成されている。
The
制御装置は、磁気センサ32A及び32Bからの出力に基づいて回転軸40の回転数を求める処理を行う。
The control device performs processing for obtaining the rotational speed of the
次に、上記のように構成されたエンコーダECの動作を説明する。
モータMTRの回転軸40が回転すると、当該回転軸40に一体的に取り付けられた回転部材R及び磁石部材Mが回転軸40と一体的に回転する。検出機構D及び位置決め部材Pについては、回転軸40には接続ないしは接触されていないため、回転せずに静止した状態となる。
Next, the operation of the encoder EC configured as described above will be described.
When the
回転部材Rが回転すると、当該回転部材Rに形成された光反射パターン21が回転方向に移動する。上述の光センサ31は、移動する光反射パターン21へ光を射出し、反射光を読み取ることで光反射パターン21の移動角度を検出する。
When the rotating member R rotates, the
また、回転部材Rが回転すると、当該回転部材Rに一体的に固定された磁石部材Mが回転する。位置決め部材Pが静止した状態となっているため、位置決め部材Pの本体部41に設けられたバイアス磁石42と磁気センサ32との位置関係が変動することなく磁石部材Mが回転する。磁石部材Mが回転すると、当該磁石部材Mの磁気パターンMaによって形成される第1磁場とバイアス磁石42によって形成される第2磁場との合成磁場が周期的に変化する。磁気センサ32A及び32Bは、当該合成磁場の変化の周期を検出することにより、磁石部材M(回転軸)の回転数を検出する。
Further, when the rotating member R rotates, the magnet member M integrally fixed to the rotating member R rotates. Since the positioning member P is in a stationary state, the magnet member M rotates without the positional relationship between the
例えば磁気センサ32にバイアス磁石42が貼り付けられている構成においては、当該バイアス磁石42の貼り付けの際に磁気センサ32にダメージを与えてしまったり、バイアス磁石42の貼り付け位置に誤差が生じてしまったりする場合がある。この状態で上記の検出動作を行った場合、検出動作の信頼性が低下してしまう虞がある。
For example, in a configuration in which the
これに対して、本実施形態によれば、検出機構Dがバイアス磁石42に対して非接触に設けられているため、バイアス磁石42を配置させる際に磁気センサ32に貼り付ける必要が無くなる。このため、磁気センサ32にダメージを与えてしまうことが無く、バイアス磁石42の位置ずれについても回避することができる。これにより、検出動作の信頼性を向上させることができる。
On the other hand, according to the present embodiment, since the detection mechanism D is provided in a non-contact manner with respect to the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を説明する。本実施形態では、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略あるいは簡略化する。本実施形態では、位置決め部材Pの構成及びバイアス磁石42の配置が第1実施形態とは異なっており、他の構成については第1実施形態と同様になっている。したがって、本実施形態では、当該相違点を中心に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified. In the present embodiment, the configuration of the positioning member P and the arrangement of the
図4は、本実施形態に係るエンコーダEC2の位置決め部材Pの構成を示す断面図である。図5は、位置決め部材Pを検出機構D側から回転軸方向に見たときの構成を示す図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the positioning member P of the encoder EC2 according to this embodiment. FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration when the positioning member P is viewed from the detection mechanism D side in the rotation axis direction.
図4に示すように、本実施形態に係るエンコーダEC2は、バイアス磁石42を保持する保持部42cが本体部41の内部に形成されており、バイアス磁石42が本体部41の内部に保持された構成になっている。この場合、バイアス磁石42は、本体部41の上面41aには露出していない状態になっている。図5に示すように、バイアス磁石42の回転軸方向視における位置は、上記第1実施形態と同様になっている。
As shown in FIG. 4, in the encoder EC <b> 2 according to the present embodiment, a holding
本実施形態のように、バイアス磁石42が検出機構Dに対して非接触に設けられた構成として、当該バイアス磁石42が本体部41の内部で保持された構成としても構わない。この場合であっても、バイアス磁石42を配置させる際に磁気センサ32に貼り付ける必要が無く、磁気センサ32にダメージを与えてしまうことが無い。また、バイアス磁石42の位置ずれについても回避することができるため、検出動作の信頼性を向上させることができる。
As in the present embodiment, the configuration in which the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態を説明する。本実施形態では、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略あるいは簡略化する。本実施形態では、位置決め部材Pの構成及びバイアス磁石42の配置が第1実施形態とは異なっており、他の構成については第1実施形態と同様になっている。したがって、本実施形態では、当該相違点を中心に説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified. In the present embodiment, the configuration of the positioning member P and the arrangement of the
図6は、本実施形態に係るエンコーダEC3の位置決め部材Pの構成を示す断面図である。上記第1実施形態及び第2実施形態においては、回転部材R及び磁石部材Mと検出機構Dとの間が位置決め部材Pの本体部41の一部によって区切られるように構成されていたが、本実施形態では、回転部材R及び磁石部材Mと検出機構Dとの間が区切られていない構成となっている。このため、回転部材R、磁石部材M、検出機構Dの磁気センサ32及び光センサ31は、本体部41の凹部41b及び検出基板30によって形成される内部空間Kに共に収容された状態になっている。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the positioning member P of the encoder EC3 according to this embodiment. In the first embodiment and the second embodiment, the rotation member R and the magnet member M and the detection mechanism D are configured to be separated by a part of the
また、図6に示すように、エンコーダEC3は、バイアス磁石42を保持する保持部43cが回転部材Rよりも下側(Z方向下側)に形成されており、バイアス磁石42が磁石部材Mよりも下側に配置された構成(磁石部材Mが磁気センサ32とバイアス磁石42との間に配置された構成)になっている。具体的には、保持部43cは、本体部41のうちモータMTRに接触する部分の+Z側(凹部41bの底部)に凹状に形成されている。
As shown in FIG. 6, in the encoder EC3, a holding
本実施形態のように、バイアス磁石42が検出機構Dに対して非接触に設けられた構成として、当該バイアス磁石42が磁石部材Mよりも下側に配置された構成としても構わない。この場合であっても、バイアス磁石42を配置させる際に磁気センサ32に貼り付ける必要が無く、磁気センサ32にダメージを与えてしまうことが無い。また、バイアス磁石42の位置ずれについても回避することができるため、検出動作の信頼性を向上させることができる。
As in the present embodiment, the configuration in which the
なお、本実施形態では、本体部41の凹部41bの底部と面一状態となるようにバイアス磁石42を配置させた構成としているが、これに限られることは無い。例えば、第2実施形態に示すように、バイアス磁石42を本体部41の内部に配置する構成としても構わない。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、本体部41によって回転部材R及び磁石部材Mと検出機構Dとの間を区切らない構成としたが、これに限られることは無く、例えば上記第1実施形態及び第2実施形態と同様、本体部41の一部によって両者の間を区切る構成としても構わない。
In the present embodiment, the
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態においては、バイアス磁石42の上面42fが凹部41bの底部と面一状態になっている構成(例えば第1実施形態等)や、バイアス磁石42が本体部41の内部に保持されている構成(例えば第2実施形態等)を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えばバイアス磁石42が凹部41b上に保持された構成としても構わない。この場合、バイアス磁石42と検出機構Dの磁気センサ32とが接触しないように配置されている必要がある。
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and appropriate modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the configuration in which the
また、例えば第1実施形態及び第2実施形態等に記載したように、本体部41によって回転部材R及び磁石部材Mと検出機構Dとの間が区切られた構成の場合、回転部材R及び磁石部材Mが収容される内部空間Kの天井部分にバイアス磁石42を取り付けた構成としても構わない。
Further, as described in the first embodiment, the second embodiment, and the like, for example, in the configuration in which the rotation member R and the magnet member M and the detection mechanism D are separated by the
EC、EC2…エンコーダ R…回転部材(回転部) M…磁石部材 Ma…磁気パターン(パターン) D…検出機構(検出部) P…位置決め部材 32(32A、32B)…磁気センサ 41c…保持部 42(42A、42B)…バイアス磁石
EC, EC2 ... Encoder R ... Rotating member (rotating part) M ... Magnet member Ma ... Magnetic pattern (pattern) D ... Detection mechanism (detecting part) P ... Positioning member 32 (32A, 32B) ...
Claims (11)
前記第1磁場を変化させる第2磁場を発生させるバイアス磁石部と、
前記バイアス磁石部に対して非接触に設けられ、前記第1磁場と前記第2磁場との合成磁場を検出する検出部と、
を備えることを特徴とするエンコーダ。 A rotating part having a magnetic pattern for generating a first magnetic field;
A bias magnet section for generating a second magnetic field for changing the first magnetic field;
A detection unit that is provided in a non-contact manner with respect to the bias magnet unit and detects a combined magnetic field of the first magnetic field and the second magnetic field;
An encoder comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載のエンコーダ。 The encoder according to claim 1, wherein the bias magnet unit is held at a position away from the detection unit.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエンコーダ。 The encoder according to claim 1, wherein the bias magnet unit is provided on a positioning member that positions the rotating unit and the detection unit.
ことを特徴とする請求項3に記載のエンコーダ。 The encoder according to claim 3, wherein the bias magnet unit is provided inside the positioning member.
ことを特徴とする請求項3に記載のエンコーダ。 The encoder according to claim 3, wherein the bias magnet portion is provided on a surface of the positioning member.
ことを特徴とする請求項3から請求項5のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 The encoder according to any one of claims 3 to 5, wherein the positioning member includes a holding portion that holds the bias magnet portion.
ことを特徴とする請求項3から請求項6のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 The encoder according to any one of claims 3 to 6, wherein the positioning member has a shield part between the bias magnet part and the detection part.
ことを特徴とする請求項1から請求項7のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 The encoder according to any one of claims 1 to 7, wherein the bias magnet unit is provided between the rotating unit and the detecting unit.
ことを特徴とする請求項1から請求項7のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 The encoder according to any one of claims 1 to 7, wherein the rotation unit is disposed between the detection unit and the bias magnet unit.
ことを特徴とする請求項1から請求項9にうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 The encoder according to any one of claims 1 to 9, wherein the bias magnet unit is provided at a position overlapping the magnetic pattern when viewed in the rotation axis direction of the rotating unit.
ことを特徴とする請求項1から請求項10のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 The encoder according to any one of claims 1 to 10, wherein the bias magnet unit is provided at a position overlapping the detection unit as viewed in the rotation axis direction of the rotation unit.
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