JP2011007734A - エンコーダ及びエンコーダの取り付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】取り付け作業を簡略化することができるエンコーダ及びエンコーダの取り付け方法を提供すること。
【解決手段】第１磁気パターンを有する回転部と、前記第１磁気パターンによる磁場を検出する検出部と前記検出部に配置され、磁力によって前記回転部と着脱可能な磁石部と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンコーダ及びエンコーダの取り付け方法に関する。

例えばモータの回転軸など回転体の回転数や回転角度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など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、例えば所定の光反射パターン及び磁気パターンが形成された回転部を回転軸と一体的に回転させ、例えば光反射パターンに光を照射して反射光を読み取ると共に、例えば磁気パターンの変化を検出することで、モータの回転軸の回転数や回転角度を検出できるようになっている。

上記のような構成のエンコーダにおいて、回転軸と一体的に回転させる回転部と、例えば反射光や磁気パターンの変化を検出する検出部とは別々に形成される。このため、エンコーダをモータの回転軸などに取り付ける際には、回転部と検出部とを別々に取り付けるようにしている。

特開２００４−２０５４８号公報

しかしながら、回転部と検出部とを別々に取り付ける場合、例えば取り付け位置にずれなどが生じると、検出精度が低下してしまう可能性がある。このため、例えば各部を取り付けた後に回転部と検出部との間で信号調整などを行う必要などがあり、取り付け作業が煩雑になってしまうという問題点があった。

上記のような事情に鑑み、本発明は、取り付け作業を簡略化することができるエンコーダ及びエンコーダの取り付け方法を提供することを目的とする。

本発明に係るエンコーダは、第１磁気パターンを有する回転部と、前記第１磁気パターンによる磁場を検出する検出部と前記検出部に配置され、磁力によって前記回転部と着脱可能な磁石部と、を備える。

本発明に係るエンコーダの取り付け方法は、磁気パターンを有する回転部と、前記磁気パターンによる磁場を検出する検出部と、磁力によって前記回転部を着脱可能に前記検出部に固定された磁石部とを有するエンコーダを測定対象に取り付ける取付工程と、前記回転部の回転軸方向とは異なる方向において前記回転部と前記検出部との間の相対位置を固定させたまま、前記回転部と前記検出部とを分離させる分離工程と、を含む。

本発明によれば、エンコーダの取り付け作業を簡略化することができる。

本発明の実施の形態に係るエンコーダの全体構成を示す断面図。 本実施形態に係るエンコーダの回転軸方向視での構成を示す図。 本実施形態に係るエンコーダの取り付け前の構成を示す断面図。 本実施形態に係るエンコーダの取り付け手順を示す図。 本実施形態に係るエンコーダの取り付け手順を示す図。 本実施形態に係るエンコーダの取り付け手順を示す図。 本実施形態に係るエンコーダの取り付け手順を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施形態に係るエンコーダＥＣの取り付け後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、例えばモータＭＴＲ（測定対象）の回転軸４０などの回転体の回転数や回転角度などを検出する装置である。本実施形態に係るエンコーダＥＣは、光反射パターンに光を照射して反射光を検出すると共に、磁気パターンによって発生する磁気の変化を検出することで、回転数や回転角度などを検出できるようになっている。エンコーダＥＣは、回転部Ｒ及び検出部Ｄを有している。図２は、回転部Ｒ及び検出部Ｄの平面視での構成を示す図である。以下、図１及び図２を参照して、エンコーダＥＣの構成を説明する。

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。具体的には、モータＭＴＲの回転軸４０の軸方向をＺ軸方向、回転軸４０の軸方向に直交する平面上の所定方向をＸ軸方向、当該平面上においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。例えば、回転軸４０の回転方向はθＺ方向である。

回転部Ｒは、モータＭＴＲの回転軸４０に固定されており、回転軸４０と一体的に回転させる部分である。回転部Ｒは、円盤部材１０及び磁石部材２０を有している。回転部Ｒは、例えば固定部材５０などを介して回転軸４０に一体的に固定されている。固定部材５０としては、例えばネジなどが用いられる。

円盤部材１０は、回転軸４０に直接取り付けられる部分である。円盤部材１０は、Ｚ方向視での中心が回転軸４０のＺ方向視での中心に一致するように回転軸４０に取り付けられている。円盤部材１０は、回転軸４０の回転に伴ってθＺ方向に回転するようになっている。円盤部材１０は、例えばＳＵＳなどの剛性の高い材料で構成されており、耐変形性などに優れている。円盤部材１０の構成材料として、他の材料を用いても構わない。

円盤部材１０は、取付部１１及びパターン形成部１２を有している。取付部１１は、例えば円盤部材１０の下面１０ｂ側に突出して設けられている。取付部１１には、平面視中央部に挿入穴１１ａが形成されている。挿入穴１１ａには、上記モータＭＴＲの回転軸４０が挿入されている。モータＭＴＲの回転軸４０は、挿入穴１１ａに挿入された状態で、上記の固定部材５０によって固定されている。

パターン形成部１２は、取付部１１の周囲に設けられる円板状の部分である。パターン形成部１２には、光反射パターン１２ａが形成されている。光反射パターン１２ａは、円盤部材１０の上面１０ａのうち、円盤部材１０の外周に沿った円環状の領域に形成されている。光反射パターン１２ａは、例えば所定の波長の光を反射する光反射部材を用いて形成されている。

磁石部材２０は、円環状に形成された永久磁石である。磁石部材２０は、円盤部材１０の上面１０ａに例えば不図示の接着剤などを介して固着されている。磁石部材２０のＺ方向視での中心位置は、回転軸４０及び円盤部材１０のＺ方向視での中心位置に一致している。図２に示すように、磁石部材２０には、所定の磁気パターン２０ａが形成されている。

磁石部材２０の磁気パターン２０ａとして、例えば図２に示すように、回転軸４０のＺ方向視で磁石部材２０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。磁石部材２０の他の半分の領域については、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２０ａとして他の形態を採用しても構わない。

検出部Ｄは、上記の磁石部材２０による磁場を検出する部分である。例えば、検出部Ｄは、検出基板３０、光センサ３１、磁気センサ３２及びモールド部材３３を有している。
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、固定部材５１によってモールド部材３３及びモータＭＴＲに固定されている。検出基板３０がモータＭＴＲに固定されているため、回転軸４０が回転しても、検出基板３０とモータＭＴＲとの間の相対位置は変化しないようになっている。固定部材５１としては、例えばネジなどが用いられる。固定部材５１は、検出基板３０及びモールド部材３３を貫通してモータＭＴＲの＋Ｚ側の面にくい込むように取り付けられている。

検出基板３０は、平面視中央部に貫通孔３０ａを有している。貫通孔３０ａは例えば平面視円形に形成されている。貫通孔３０ａは、例えば固定部材５０のヘッド部分５０ａのＺ方向視での径よりも大きい径を有するように形成されており、固定部材５０が貫通孔３０ａを通過できるようになっている。

光センサ３１は、例えばＺ方向視で光反射パターン１２ａ（光学パターン）に重なる位置に配置されている。光センサ３１は、不図示の発光部及び受光部を有している。光センサ３１は、検出基板３０の光反射パターン１２ａへ向けて発光部から光を射出し、受光部において反射光を読み取ることで光反射パターン１２ａを検出する部分である。

磁気センサＭＲは、例えばＺ方向視で検出基板３０の中央部に２つ設けられている。磁気センサＭＲａ及びＭＲｂは、一対のバイアス磁石３２Ａ及び３２Ｂと、不図示の磁気抵抗素子をそれぞれ有している。

バイアス磁石３２Ａ（磁石部）及び３２Ｂ（磁石部）は、検出部Ｄに配置され、磁石部材２０の磁場との間で合成磁場を形成する磁石である。バイアス磁石３２Ａ及び３２Ｂは、例えばＺ方向視で磁石部材２０に重なる位置に配置されている。本実施形態では、例えばＺ方向視で検出基板３０の貫通孔３０ａを挟む位置に配置されている。バイアス磁石３２Ａ及び３２Ｂ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。

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。磁気抵抗素子は、磁石部材２０の磁場及びバイアス磁石３２Ａ及び３２Ｂの磁場による合成磁場を検出するようになっている。検出結果は、電気信号として上記の制御装置（不図示）に送信されるようになっている。

制御装置は、光センサ３１からの出力に基づいて回転軸４０の回転角度を求めると共に、磁気センサ３２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。

モールド部材３３は、検出基板３０を支持する支持部材である。モールド部材３３は例えば円筒形に形成されており、内部に回転部Ｒを収容する構成になっている。モールド部材３３は、少なくとも、エンコーダＥＣをモータＭＴＲに取り付けた状態においては、回転部Ｒには接触しないように形成されている。

モールド部材３３の内面３３ａには、リブ部３４（移動規制部）及びシールド部材３５が設けられている。リブ部３４は、モールド部材３３の内周に沿って例えば円環状に形成されている（例えば図２参照）。リブ部３４の内径は、回転部Ｒの円盤部材１０の径に一致するように形成されている。このため、リブ部３４の内周面３４ａは、円盤部材１０の外周面１０ｄに隙間無く当接されていることになる。シールド部材３５は、エンコーダＥＣをモータＭＴＲに取り付ける前の状態において、平面視中央部に貫通孔３５ａを有している。貫通孔３５ａは、例えば検出基板３０の貫通孔３０ａと同一の径を有するように形成されている。

図３は、エンコーダＥＣをモータＭＴＲに取り付ける前の状態を示す図である。
同図に示すように、取り付け前のエンコーダＥＣは、回転部Ｒと検出部Ｄとが一体となっている。回転部Ｒの磁石部材２０とバイアス磁石３２Ａ及び３２Ｂとの間には磁力が発生しており、この磁力により、回転部Ｒと検出部Ｄとが固定されている。

例えば上記の磁力の大きさよりも大きな力によって回転部Ｒと検出部Ｄとを引き離すことにより、当該回転部Ｒと検出部Ｄとを分離することができるようになっている。このように、回転部Ｒと検出部Ｄとは、磁石部材２０とバイアス磁石３２Ａ及び３２Ｂとの間の磁力によって着脱可能に固定されている。

取り付け前のエンコーダＥＣは、円盤部材１０の外周面１０ｄとリブ部３４の内周面３４ａとがほぼ隙間無く当接しており、リブ部３４によって円盤部材１０が保持されている。このため、円盤部材１０のＸ方向及びＹ方向への移動がリブ部３４によって規制されている。

円盤部材１０がリブ部３４に保持された状態において、円盤部材１０に形成される光反射パターン１２ａと光センサ３１とはＺ方向視で重なっている。同様に、磁石部材２０に形成される磁気パターン２０ａと磁気センサ３２ともＺ方向視で重なっている。このように、円盤部材１０をリブ部３４に保持させることにより、取り付け前の状態においても回転部Ｒと検出部Ｄとの間で位置決めがなされている。

次に、回転部Ｒと検出部Ｄとが一体となった構成の図３に示すエンコーダＥＣをモータＭＴＲに取り付ける手順を説明する。
まず、図４に示すように、エンコーダＥＣ（図３に示す状態のエンコーダＥＣ）をモータＭＴＲの回転軸４０に装着する（装着工程）。この工程では、回転部Ｒと検出部Ｄとを磁力によって固定させたまま、回転部Ｒの下面１０ｂ側を回転軸４０の先端に向け、回転軸４０を取付部１１の挿入穴１１ａに挿入する。モールド部材３３の−Ｚ側の面がモータＭＴＲの＋Ｚ側の面に当接するまで、当該回転軸４０を差し込む。

モールド部材３３とモータＭＴＲとを当接させた後、図５に示すように、固定部材５１によって検出基板３０及びモールド部材３３を纏めてモータＭＴＲに固定させる（固定工程）。この工程により、検出部ＤがモータＭＴＲに固定され、検出部ＤとモータＭＴＲとの間の相対移動が規制される。上記のように装着工程及び固定工程を経て、エンコーダＥＣがモータＭＴＲに仮固定された状態となる（以上、取付工程）。なお、固定部材５１としては、例えば、ネジがある。

検出部ＤをモータＭＴＲに固定させた後、図６に示すように、円盤部材１０の開口部１０ｃに固定部材５０を嵌め込む。固定部材５０のヘッド部分５０ａは検出基板３０の貫通孔３０ａ及びシールド部材３５の貫通孔３５ａよりも径が小さく形成されているため、検出部Ｄの外側から貫通孔３０ａ及び貫通孔３５ａを通過させて当該固定部材５０を開口部１０ｃに挿入させることができる。

固定部材５０を挿入した後、当該固定部材５０をネジで締めていき、当該固定部材５０を回転軸４０にくい込ませる。固定部材５０をネジ締めすると、固定部材５０のヘッド部分５０ａを介して回転部Ｒに−Ｚ方向の力が加えられる。この力の大きさが回転部Ｒの磁石部材２０と検出部Ｄのバイアス磁石３２Ａ及び３２Ｂとの間の磁力の大きさを上回ると、磁石部材２０とバイアス磁石３２Ａ及び３２Ｂとが剥がされる。

磁石部材２０とバイアス磁石３２Ａ及び３２Ｂとが剥がされた後、そのまま固定部材５０を締めていくと、固定部材５０のヘッド部分５０ａによって円盤部材１０がモータＭＴＲ側に押圧され、回転軸４０が挿入穴１１ａ内に徐々に挿入されていく。固定部材５０をネジ締めする過程で、図７に示すように、リブ部３４に保持された円盤部材１０をモータＭＴＲ側に近づいていくと、円盤部材１０がリブ部３４から離れ、回転部Ｒと検出部Ｄとが分離する（分離工程）。回転部Ｒと検出部Ｄとが分離された後、そのまま固定部材５０を締め続け、回転軸４０が挿入穴１１ａ内に完全に挿入されたら、エンコーダＥＣの取り付けが完了する。

回転軸４０が挿入穴１１ａに挿入されるまでは、回転部Ｒはリブ部３４によって保持され、移動が規制される。回転軸４０が挿入穴１１ａ内に挿入された後は、回転部Ｒと検出部Ｄとが分離されるまでの間、回転部Ｒはリブ部３４及び回転軸４０によって保持され、移動が規制される。回転部Ｒと検出部Ｄとが分離された後については、回転部Ｒは回転軸４０によって、移動が規制される。このように、エンコーダＥＣの取り付けの間、回転部Ｒと検出部Ｄとの間のＸ方向及びＹ方向における相対的な移動は、リブ部３４及び回転軸４０のうち少なくとも一方によって規制されることになる。

次に、上記のようにモータＭＴＲに取り付けられたエンコーダ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に固定された回転部Ｒが回転軸４０と一体的に回転する。検出部Ｄ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。

回転部Ｒが回転すると、当該回転部Ｒに形成された光反射パターン１２ａが回転方向に移動する。光センサ３１は、移動する光反射パターン１２ａへ光を射出し、反射光を読み取ることで光反射パターン１２ａの移動角度を検出する。

また、回転部Ｒが回転すると、当該回転部Ｒに接着された磁石部材２０も回転する。磁石部材２０が回転すると、当該磁石部材２０の磁気パターン２０ａによって形成される磁場とバイアス磁石３２Ａ及び３２Ｂによって形成される磁場との合成磁場が周期的に変化する。磁気センサ３２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２０（回転軸）の回転数を検出する。

このように、本実施形態によれば、回転部Ｒと検出部Ｄとを一体的に固定させた状態でモータＭＴＲに取り付けることができる。回転部Ｒと検出部Ｄとの間の取り付け位置の誤差などが生じることも無く、信号調整などの調整が不要となるため、取り付け作業を簡略化することができる。

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、モールド部材３３に設けられるリブ部３４が、モールド部材３３の内周に沿って円環状に形成されている構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。回転部Ｒを保持可能に囲う構成であれば、リブ３４の代わりに、例えば複数のリブ片がモールド部材３３の内周に沿って配置されている構成としても構わない。

また、上記実施形態においては、検出部Ｄが光センサ３１及び磁気センサ３２を用いて回転軸４０の回転速度及び回転角度を検出する構成としたが、これに限られることは無く、例えば磁気センサ３２を用いた検出のみを行う構成としても構わない。この場合においても、バイアス磁石３２Ａ及び３２Ｂと磁石部材２０との間で発生する磁力により、回転部Ｒ及び検出部Ｄを一体的に固定させることができる。

また、上記実施形態においては、磁石部材２０とバイアス磁石３２Ａ及び３２Ｂとを引き付け合わせることで回転部Ｒと検出部Ｄとを固定させる構成としたが、これに限られることは無く、例えばバイアス磁石３２Ａ及び３２Ｂとは別に磁石部材２０に引き付け合わせるための磁石部材（磁石部又は第２磁石部）を別途検出部Ｄに配置する構成としても構わない。また、磁石部材２０ではなく磁性体（磁石部又は第２磁石部）を検出部Ｄに配置し、当該磁性体を介して磁石部材２０を引き付けさせる構成としても構わない。

ＥＣ…エンコーダ Ｒ…回転部 Ｄ…検出部 １０…円盤部材 ２０…磁石部材 ２０ａ…磁気パターン（第１磁気パターン） ３０…検出基板 ＭＲ…磁気センサ ３２Ａ、３２Ｂ…バイアス磁石（第２磁気パターン） ３４…リブ部

Claims (13)

1. 第１磁気パターンを有する回転部と、
   前記第１磁気パターンによる磁場を検出する検出部と
   前記検出部に配置され、磁力によって前記回転部と着脱可能な磁石部と、
   を備えることを特徴とするエンコーダ。
2. 前記磁石部は、前記磁場を変化させる第２磁気パターンを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記磁場を変化させる第２磁気パターンを有し、前記磁石部とは異なる第２磁石部を備える
   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。
4. 前記回転部の回転軸方向とは異なる方向における前記回転部と前記検出部との間の相対移動を規制する移動規制部を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
5. 前記移動規制部は、前記回転部に対して着脱可能であって、密着して前記検出部に固定されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
6. 前記移動規制部は、前記回転部を囲うように設けられている
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のエンコーダ。
7. 前記検出部は、
   前記磁場を検出するセンサと、
   前記センサを支持する支持部材と
   を有し、
   前記移動規制部は、前記支持部材に設けられている
   ことを特徴とする請求項４から請求項６のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
8. 前記移動規制部は、前記回転部側へ突出した突出部である
   ことを特徴とする請求項４から請求項７のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
9. 前記回転部は、光学パターンを有し、
   前記検出部は、前記光学パターンを検出する第２センサを有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
10. 磁気パターンを有する回転部と、前記磁気パターンによる磁場を検出する検出部と、磁力によって前記回転部を着脱可能に前記検出部に固定された磁石部とを有するエンコーダを測定対象に取り付ける取付工程と、
    前記回転部の回転軸方向とは異なる方向において前記回転部と前記検出部との間の相対位置を固定させたまま、前記回転部と前記検出部とを分離させる分離工程と
    を含むことを特徴とするエンコーダの取り付け方法。
11. 前記取付工程は、前記回転部と前記検出部とを前記測定対象に対して一体的に取り付ける
    ことを特徴とする請求項１０に記載のエンコーダの取り付け方法。
12. 前記取付工程は、
    前記回転部を取付部によって前記測定対象の回転部分に装着させる装着工程と、
    前記装着工程の後、前記検出部を前記測定対象の非回転部分に固定させる固定工程と
    を有することを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のエンコーダの取り付け方法。
13. 前記分離工程は、前記測定対象の回転部分に装着した状態で前記回転部を前記検出部から分離させる
    ことを特徴とする請求項１２に記載のエンコーダの取り付け方法。

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