JP2018013423A

JP2018013423A - 磁気式エンコーダ用ドラム及び当該ドラムを備えたアブソリュートエンコーダ

Info

Publication number: JP2018013423A
Application number: JP2016143312A
Authority: JP
Inventors: 齋藤　正弘; Masahiro Saito; 正弘齋藤; 和弘齋藤; Kazuhiro Saito; 大介齋藤; Daisuke Saito
Original assignee: Wako Seiki Co Ltd
Current assignee: Wako Seiki Co Ltd
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2036-07-21
Also published as: WO2018016200A1; JP6064072B1

Abstract

【課題】コンパクト且つ耐久性に優れた磁気式エンコーダ用ドラム及び当該ドラムを備えたアブソリュートエンコーダを提供する。【解決手段】磁気式エンコーダ用ドラム１１０の磁気層Ｍを、外周面側が全て一方の極（Ｎ極又はＳ極）となるように配置する。具体的には、例えば、両面着磁の磁気シートをドラムに貼付する際に、外周面側が全て一方の極となるように貼付する。【選択図】図４

Description

本発明は、磁気式エンコーダの技術分野に関する。

様々な機械要素の動きを回転運動として計測し、それら機械要素の運動量や運動角度等を計測するためのエンコーダは、多くの分野で幅広く利用されている。

出願人は、以前から磁気式エンコーダの開発を行っており、磁気式エンコーダに用いられるドラム表面に配置する磁気層を特定のコード（ＢＣＤコード）に従って配置すると共に、当該コードを直接目でも読み取れるような数値を記載し、エンコーダの計測値と表示値の食い違いのないアブソリュートエンコーダの出願を行っている（特許文献１を参照）。

また、こういった磁気式エンコーダのドラムには、円周方向に順次Ｎ極とＳ極とが繰り返されるように磁気が埋め込まれ、この磁気の変化をセンサにより検知することにより計測を行っている（特許文献２を参照）。

実開平６−２４７４号公報特開２００５−２８３４０４号公報

しかしながら、特許文献２で示されているように、ドラムに埋め込む磁気がＮ極とＳ極が繰り返される配列の場合、検知精度を上げるべく磁力を高めようとすれば、必然的に大きな磁石が必要となり、それに伴いドラムも大きくなり、最終的にはエンコーダ自体が大きくなるという問題があった。更に、磁力を高めれば高めるほど、その磁力の乱れを補正するための補正回路が別途必要となり、コスト増大や大型化だけでなく、耐久性の低下（余計な回路が増えれば増えるほどその分故障するリスクが増大する。）を招くという歯がゆい問題点が存在した。

そこで本発明は、こういった問題点を解決し、コンパクト且つ耐久性に優れた磁気式エンコーダ用ドラム及び当該ドラムを備えたアブソリュートエンコーダを提供する事をその課題としている。

上記課題を解決するべく、本願発明は、磁気式エンコーダ用ドラムであって、ドラムに配置される磁気層は、外周面側が全て一方の極となるように配置されていることを特徴とする。

発明者は、ドラムに配置される磁気層が、恰も技術常識として「Ｎ極とＳ極の繰り返し」となっている点に疑問を抱いた。そこで発想を根底から転換して開発に取り組んだ結果、ドラムの表面に配置する磁気層の極を一方の極（Ｎ極又はＳ極）で統一することにより、従来の問題点が一気に解決できることを見いだしたのである。即ち、ドラムの外側（外周側、半径方向外側）が全てＮ極（又はＳ極）になるように磁気層を配置したのである。その結果、従来と比較すれば非常に弱い磁力の磁気層であっても、磁気センサによって正確に検知できることが可能となった。磁気層の磁力が小さくても足りるので、ドラムの物理的な大きさを小さく構成できる。更に、余計な補正回路を備える必要も無いので、故障リスクが大幅に減り、極めて高い耐久性を獲得することも可能となったのである。

ドラムへ磁気層を備える構成は特に限定されず種々の方法を採用することが可能であるが、例えば、両面着磁の磁気シートをドラムに貼付するといったシンプルな構成を採用することも可能であり、貼付前の磁気シートの段階で磁力等の調整が容易であり、何より構造がシンプルなことから耐久性向上への寄与が大きい。

更に、敢えて「磁力の弱い」等方性磁石を用いて磁気層を構成している。これは単に最適材料を選択したというわけではない。従来は検知精度を高めるために磁力を高くすることが技術常識であるため、磁力の弱い「等方性」の磁石を採用することに対してはそこに阻害要因が存在していた。外側に位置する磁気層を一方の極だけに統一することに加えて等方性磁石を利用することで、より磁力を「弱く」しつつ、検知制度の向上を図っているのである。

本発明を適用することで、コンパクト且つ耐久性に優れた磁気式エンコーダ用ドラム及び当該ドラムを備えたアブソリュートエンコーダを提供することができる。

本発明の実施形態の一例に係るアブソリュートエンコーダの全体概略構成図である。本発明の実施形態の一例に係る磁気式エンコーダ用ドラム単体の斜視図である。本発明の実施形態の一例に係る磁気式エンコーダ用ドラムの磁気層の配置図である。発明の実施形態の一例に係る磁気式エンコーダ用ドラムの磁気層をドラムの軸方向から見た概念図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例であるアブソリュートエンコーダ１００について説明を加える。なお、図面理解容易の為、各部の大きさや寸法を誇張して表現している部分があり、実際の製品と必ずしも一致しない部分があることを付記しておく。また各図面は符号の向きに見るものとし、当該向きを基本に上下左右、手前、奥と表現する。

〈アブソリュートエンコーダの構成〉
図１に示されている通り、本発明の実施形態の一例に係るアブソリュートエンコーダ１００は、金属製のケーシング内に配置された軸上に、磁気層を備えた５つのドラム（第１のドラム１１０、第２のドラム１２０、第３のドラム１３０、第４のドラム１４０、第５のドラム１５０）を備える。なお、図示していないが、各ドラム１１０、１２０、１３０、１４０、１５０には、それぞれに対応する磁気センサが設けられており、各ドラムの表面に配置されている磁気層をこの磁気センサにより読み取り可能となっている。

第１〜第５のドラムはギヤにより連結されている。第１のドラム１１０が１０回転すると第２のドラム１２０が１回転し、第２のドラム１２０が１０回転すると第３のドラム１３０が１回転し、第３のドラム１３０が１０回転すると第４のドラム１４０が１回転し、第４のドラム１４０が１０回転すると第５のドラム１５０が１回転するようにギヤの歯合により連結されている。即ち、第１のギヤ１１０の１回転を「１」とすれば第５のドラム１５０の１回転は「１００００」に相当する。なお、ここではドラム数が５のアブソリュートエンコーダを例に説明しているが、これに限定されるものではない。必要に応じて、５未満若しくは６以上のドラム数のアブソリュートエンコーダとすることも可能である。

また、各ドラムは、当該ドラムの厚み方向に略等間隔に分割されて４つの磁気トラック（第１磁気トラック１１１、第２磁気トラック１１２、第３磁気トラック１１３、第４磁気トラック１１４）を有している。図２を参照しつつ、第１のドラム１１０を例に説明するが、第２〜第５のドラムの構成も同一のため、重複説明は省略する。

図２に示されている通り、４つの磁気トラック（第１磁気トラック１１１、第２磁気トラック１１２、第３磁気トラック１１３、第４磁気トラック１１４）には、ＢＣＤコード（２進化１０進法）を表すために、トラック毎の異なる位置に磁気層Ｍを備える。

図３は、磁気トラック毎の磁気層Ｍの配置図である。ドラム一周を１〜１０の１０のエリアに分割し、そのエリア毎に所定のルールに従って磁気層Ｍが配置されている。その結果、ドラムの１／１０回転単位での計測が可能となっている。

また、これら磁気層Ｍは全て、外周面側（半径方向外側：表面側）がＮ極となるように構成される（図４参照）。例えば、両面着磁（等方性磁石）のマグネットシート素材がトラック幅サイズに切断され、それがＢＣＤコードに従ってドラム表面に全てＮ極が外側となるように貼付されて構成される。

〈アブソリュートエンコーダの作用・機能〉
本発明に係る磁気式エンコーダ用ドラム１１０、１２０、１３０、１４０、１５０及び当該ドラムを備えたアブソリュートエンコーダ１００は、外側が全てＮ極となるように磁気層Ｍが配置されているので、磁気層Ｍの磁力が従来のものと比べて弱い磁力の磁気層であっても、磁気センサによって正確に検知できることが可能となっている。磁気層Ｍの磁力が小さくても足りるので、ドラムの物理的な大きさを小さく構成できるため、アブソリュートエンコーダ全体を小さくコンパクトに構成できる。更に、磁気層Ｍの磁力が小さくても磁気センサによる正確な検知ができるため、余計な補正回路を備える必要も無い。即ち、故障リスクを大幅に減らすことができ、極めて高い耐久性を獲得することも可能となった。

特に、記憶回路により検知量を記憶しておかずとも、ＢＣＤコード読み取りで直接検知量を読み取ることができる（ドラム表面に数字等を記載すれば目視での読み取りも可）アブソリュートエンコーダという性質と、本発明の磁気層単一極ドラムを採用した結果としての耐久性及びコンパクト性を活かすことによって、従来広く利用されてきた機械分野のみならず、風力発電や津波災害対応装置など、今まで以上の幅広い分野での利用に耐えることができる。
〈その他の構成例〉
上記では、磁気層Ｍは、ドラムの外周面側（半径方向外側）が全てＮ極となるように構成されていたが、Ｓ極に統一されていてもよい。

１００・・・アブソリュートエンコーダ
１１０・・・第１のドラム
１１１・・・第１磁気トラック
１１２・・・第２磁気トラック
１１３・・・第３磁気トラック
１１４・・・第４磁気トラック
１２０・・・第２のドラム
１３０・・・第３のドラム
１４０・・・第４のドラム
１５０・・・第５のドラム
Ｍ・・・磁気層

Claims

磁気式エンコーダ用ドラムであって、
ドラムに配置される磁気層は、外周面側が全て一方の極となるように配置されている
ことを特徴とする磁気式エンコーダ用ドラム。
磁気式エンコーダ用ドラムであって、
ドラムに配置される磁気層は、外周面側が全てＮ極となるように配置されている
ことを特徴とする磁気式エンコーダ用ドラム。
磁気式エンコーダ用ドラムであって、
ドラムに配置される磁気層は、外周面側が全てＳ極となるように配置されている
ことを特徴とする磁気式エンコーダ用ドラム。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記磁気層は、両面着磁の磁気シートを前記ドラムに貼付した構成とされている
ことを特徴とする磁気式エンコーダ用ドラム。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記磁気層は、等方性磁石により構成されている
ことを特徴とする磁気式エンコーダ用ドラム。
請求項１〜５のいずれかに記載の磁気式エンコーダ用ドラムを備えた、アブソリュートエンコーダ。