JP2018072192A - 角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂モールドを行うことなく電気回路基板を固定することができて、製造が簡単で、組立工数と製造コストの削減が可能な角度検出装置提供を提供する。
【解決手段】Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ磁気トラックを有する磁気エンコーダ８が、転がり軸受７の回転輪２に固定される。磁気エンコーダ８の磁気トラック部材１０に隙間を介して対向する位置に磁気センサ１３が配置されるように、前記磁気センサ１３が実装された電気回路基板１４が、前記転がり軸受７の固定輪２に固定される。電気回路基板１４は、固定輪２と一体支持されるセンサハウジング１２に、ビスやその他のねじ部材等の固定具または接着剤で固定される。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転角度を検出可能な角度検出装置に関し、例えば高分解能出力、あるいは絶対角検出が可能な角度検出装置に適用される技術に関する。

特許文献１に開示されている回転センサ付き軸受は、転がり軸受の内輪に嵌合した回転素子と、外輪に嵌合した芯金に環状のセンサハウジングが固定され、センサハウジングに装着したプラスチックフィルム（フレキシブル基板）で形成した電気回路基板上の検出素子と、回転素子とが近接して対向するように配置される。
特許文献２に開示されている回転検出装置および回転検出装置付き軸受は、互いに磁極数が異なる２つの磁気エンコーダと、それらの磁界を検出する２つの磁気センサを備え、それらの位相差から絶対角を検出する。

回転検出装置を軸受に適用した回転検出装置付き軸受は、内輪の一端面の外径面に圧入嵌合されるリング状の芯金の外径面に、軸方向に２つの磁気エンコーダが並べて配置される。また、２つの磁気センサは信号処理回路と共にセンサモジュールとして一体化され、リング状の金属製センサハウジングの内側に挿入された状態で樹脂モールドが施され、センサハウジングを介して外輪の一端部の内径面に取り付けられる。

特開２００４−１２５４５５号公報 特許第５０８１５５３号公報

Ｐａｓｃａｌ Ｄｅｓｂｉｏｌｌｅｓ、他１名、「ＮＴＮ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ Ｎｏ．７５」、ＮＴＮ株式会社、平成１９年１０月、ｐ．３６−ｐ．４１

特許文献１に開示されている回転センサ付き軸受は、ポリイミド樹脂で被覆したフィルム状の電気回路基板を、外輪に固定された環状のセンサハウジングに設けた円弧状の溝の内周面に湾曲して装着される。しかしながら、フィルム状の電気回路基板は、その固定が難しく、一般的には樹脂材料を流して固化する樹脂モールドが施される。また、フィルム状の電気回路基板は、エポキシ系の基板と比べて単価が高いという課題がある。
特許文献２に開示されている回転検出装置付き軸受は、２つの磁気センサを含む信号処理回路に樹脂モールドが施され、センサモジュールとして一体化したのち、センサハウジングを介して外輪の一端部の内径面に取り付けられる。

樹脂モールドの工程では、電気回路基板（信号処理回路）とその周りの隙間に、流動性のある樹脂材料（たとえばエポキシ系樹脂）を充填するが、空洞や気泡がないように充填するのが難しく、空洞や気泡が残らないように途中で脱気工程（真空引き）を入れるなどの多くの工数を必要とし、組立コストが高くなる課題がある。

この発明は、上記課題を解消するものであり、樹脂モールドを行うことなく電気回路基板を固定することができて、製造が簡単で、組立工数と製造コストの削減が可能な角度検出装置提供を提供することを目的とする。

この発明の角度検出装置は、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ磁気トラックを有する磁気エンコーダが、軸受の回転輪に固定され、前記磁気エンコーダの前記磁気トラックに隙間を介して対向する位置に磁気センサが配置されるように、前記磁気センサが実装された電気回路基板が、前記軸受の固定輪に固定される角度検出装置であって、
前記電気回路基板は、前記固定輪と一体支持されるセンサハウジングに固定具で固定される。

なお、この明細書において、前記「固定具」は、物を固定するための部品を言い、例えば、ねじ部材、リベット、圧入ピン等の孔に嵌まり込んで固定作用を奏する軸状の部品であっても、挟み付けて固定作用を奏するクリップ等であっても良い。
また、この角度検出装置は、角度の検出によって回転速度を検出するものであっても良い。

この構成によると、電気回路基板は固定具で固定するため、樹脂モールドを行うことなく電気回路基板を固定することができて、角度検出装置の製造が簡単であり、組立工数と製造コストの削減が可能となる。

この発明において、前記固定具がねじ部材であっても良い。前記「ねじ部材」は、ボルト、ビス、ナット等の他、これに類する部材を含む。
ねじ部材による固定であると、回転による締め込み作業で固定することができて、より固定の作業が簡単であり、また着脱自在に固定が行える。そのため、ねじ部材による固定の場合、電気回路基板が故障した場合でも交換が容易である。

この発明において、前記電気回路基板の前記センサハウジングへの固定が、着脱可能になされていても良い。
ねじ部材に限らず、電気回路基板の固定が着脱自在になされていると、電気回路基板が故障した場合でも交換が容易である。

この発明の他の角度検出装置は、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ磁気トラックを有する磁気エンコーダが、軸受の回転輪に固定され、前記磁気エンコーダの前記磁気トラックに隙間を介して対向する位置に磁気センサが配置されるように、前記磁気センサが実装された電気回路基板が、前記軸受の固定輪に固定される角度検出装置であって、
前記電気回路基板は、前記固定輪と一体支持されるセンサハウジングに接着剤で固定されている。
前記電気回路基板を接着剤で接着して固定する場合も、樹脂モールドを行うことなく電気回路基板を固定することができて、角度検出装置の製造が簡単であり、組立工数と製造コストの削減が可能となる。

この発明において、前記センサハウジングの外周面に、半径方向に対して直角な平坦面と、この平坦面に連通する半径方向の孔または溝が形成され、前記回路基板が前記平坦面に固定され前記磁気センサが前記孔または溝を通じて前記磁気エンコーダの前記磁気トラックに対向していても良い。この場合に、前記磁気センサが前記孔または溝内に納まっていても良く、また前記孔または溝の外部にあって前記孔または溝に臨んでいても良い。
センサハウジングの外周面に設けられた前記平坦面に前記電気回路基板が固定されていると、確実な固定が行えて、前記電気回路基板、特にその磁気センサの位置が安定し、正確な検出や耐久性等において好ましい。

この発明において、前記電気回路基板が四角形状であって、前記軸受の軸方向に沿って配置され、前記電気回路基板の軸方向幅が、前記磁気エンコーダの幅寸法以下であっても良い。
電気回路基板が四角形状であって、その軸方向幅が磁気エンコーダの幅寸法以下であれば、角度検出装置の軸方向寸法が小さくでき、省スペース化が可能である。

この発明において、前記磁気エンコーダは、互いに異なる着磁極数の２つの磁気トラックを有し、前記磁気センサは、前記２つの磁気トラックを検出して前記回転輪の絶対角を示す信号を出力する機能を有するようにしても良い。
このような絶対角を検出する角度検出装置においても、この発明により、樹脂モールド工程を省略でき、安価に提供することができる。

この発明の第１の角度検出装置は、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ磁気トラックを有する磁気エンコーダが、軸受の回転輪に固定され、前記磁気エンコーダの前記磁気トラックに隙間を介して対向する位置に磁気センサが配置されるように、前記磁気センサが実装された電気回路基板が、前記軸受の固定輪に固定される角度検出装置であって、前記電気回路基板は、前記固定輪と一体支持されるセンサハウジングに固定具で固定されるため、樹脂モールドを行うことなく電気回路基板を固定することができて、製造が簡単で、組立工数と製造コストの削減が可能となる。

この発明の他の角度検出装置は、前記第１の角度検出装置において、固定具を用いる代わりに前記電気回路基板はセンサハウジングに接着剤で固定されるため、第一の角度検出装置と同様に、樹脂モールドを行うことなく電気回路基板を固定することができて、製造が簡単で、組立工数と製造コストの削減が可能となる。

この発明の第一の実施形態に係る角度検出装置の断面図である。 同角度検出装置を図１の矢印II方向に見た正面図である。 図１のIII-III 線断面図である。 磁気センサの変形例を示す説明図である。 この発明の他の実施形態に係る角度検出装置の断面図である。 同角度検出装置を図５の矢印VI方向に見た正面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る角度検出装置の断面図である。 同角度検出装置における磁気エンコーダの磁極の説明図である。

この発明の第一の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１に角度検出装置の断面図を、図２に図１のII矢視図、図３に図１のIII-III 断面をそれぞれ示す。
この角度検出装置１は、回転輪２、固定輪３、転動体４、保持器５、シール６から構成される転がり軸受７における回転輪２の端部外径面に、Ｎ極とＳ極を交互に着磁した磁気エンコーダ８が嵌合状態に固定されている。図示の例では、回転輪２は内輪、固定輪３は外輪である。転がり軸受７の代わりに滑り軸受を用いても良い。

磁気エンコーダ８は、芯金９と磁気トラック部材１０から構成される。磁気トラック部材１０は、磁性粉を混練したゴムを芯金９とともに金型に入れて加硫接着したもの、あるいはプラスチックと磁性粉をまぜたものと芯金９を一体成形し、次の工程で、Ｎ極とＳ極を交互に着磁される。

固定輪３の端部内径面に嵌合状態に固定された金属環１１には、環状のセンサハウジング１２が同心状に取り付けられている。センサハウジング１２の材料としては、樹脂を用いてもよい。図３に示すように、センサハウジング１２の外周面には、半径方向に対して直角な平坦面１２ａと、平坦面１２ａに連通する半径方向の孔１２ｂが形成される。孔１２ｂに代えて溝を形成しても良い。孔１２ｂの中に磁気センサ１３が納まるようにして、磁気センサ１３を実装した電気回路基板１４が、平坦面１２ａに固定具１５で固定される。固定具１５は、この例では、ねじ部材であるビスからなる。固定具１５による固定は、電気回路基板１４の両側部で行われる。前記平坦面１２ａには、ねじ孔（図示せず）が加工されていて、前記ねじ部材からなる固定具１５は、前記ねじ孔にねじ込まれる。
図１に示すように、電気回路基板１４と金属環１１が干渉する場合には、金属環１１に切欠き部１１ａを設けて干渉を回避する。

電気回路基板１４は、例えばガラスエポキシ系のプリント基板に電気部品を実装したものであり、例えば四角形状とされ、磁気センサ１３の実装面とは反対側の面にコネクタ１６が実装される。電気回路基板１４の軸方向幅を磁気エンコーダ８の幅寸法以下に設定すれば、角度検出装置１の軸方向寸法が小さくでき、省スペース化が可能である。

この構成の角度検出装置１によると、電気回路基板１４をねじ部材からなる固定具１５で固定しているため、従来のような樹脂モールド加工が不要となり、組立工数が削減されまた製造コストが低減する。また、電気回路基板１４はねじ部材からなる固定具１５により固定されているため、電気回路基板１４が故障した場合でも交換が容易である。
なお、転がり軸受７の一端面に磁気エンコーダ８と電気回路基板１４を配置する場合、転がり軸受７のグリースが電気回路基板１４の表面に付着しても問題とならないように、撥油、撥水作用のある撥液剤を電気回路基板１４も表面に塗布してもよい。また、撥液剤の代わりに、エポキシ樹脂系のモールド剤を部分的に刷毛塗りしてもよい。

この記実施形態の角度検出装置１では、磁気センサ１３は、磁気エンコーダ８の回転に伴い、パルス状の矩形信号が出力するが、磁気センサ１３として、例えば次のように、磁気信号を電気的に逓倍して高分解能の矩形信号が得られるものを用いても良い。

図４に逓倍して高分解能の矩形信号を得る磁気センサ３３の例を示す。この磁気センサ３３は、複数の個別磁気センサ３３ａ，３３ｂからなるセンサアレイ、及びこれら磁気センサ３３ａ、３３ｂの出力から前記回転輪２の回転速度及び回転方向を検出可能な出力信号を生成する信号処理回路３３ｃが１パッケージに含まれたセンサモジュールが利用されている。本実施の形態に係る磁気センサ３３は、逓倍されたＡ相およびＢ相の２層出力信号が出力される。磁気センサ３３から出力される、Ａ相出力信号とＢ相出力信号の電気的な位相差は、９０度になっている。

信号処理回路３３ｃは、カウント逓倍や磁気トラック部材１０の磁気トラックの磁極幅に応じた分解能の設定を外部からプログラム可能になっている。磁気センサ３３は、例えば、磁気トラック部材２２のトラック磁極幅が変更されても、プログラミングで調整することができ、仕様変更に柔軟に対応することができる。

この実施形態では、上記の高機能を満足する磁気センサ３３として、非特許文献１に開示されたＮＴＮ-ＳＮＲ ＲＯＵＬＥＭＥＮＴＳ社製のＭＰＳ４０Ｓが採用されており、磁気トラック部材２２もそれに対応させて形成されている。

図５にこの発明の他の実施形態に係る角度検出装置１７の断面図を示し、図６に図５のVI矢視図を示す。
この角度検出装置１７の構成は、特に説明する事項の他は図１に示した角度検出装置１と同様であるが、転がり軸受７を、その外輪である固定輪３の外周を覆うセンサハウジング１８に組み込み、金属環１１を省略している。センサハウジング１８の外周面には、半径方向に対して直角な平坦面１８ａと、平坦面１８ａに連通する半径方向の孔１８ｂが形成され、孔１８ｂの中に磁気センサ１３が納まるようにして、磁気センサ１３を実装した電気回路基板１４が平坦面１８ａにねじ１５で固定される。孔１８ｂの代わりに溝を設けても良い。センサハウジング１８の材料として、例えば金属系材料（鉄系、アルミ系など）を用いる。
この構成の場合も、第一の実施形態で説明した各作用，効果が得られる。また、この実施形態においても、図４と共に説明した逓倍して高分解能の矩形信号が得られる磁気センサ３３を用いても良い。

図７に角度検出装置のさらに他の実施例の断面図を示し、図８にその磁気エンコーダと磁気センサを示す。この実施形態において、特に説明した事項の他は、第一の実施形態と同様である。この実施形態の角度検出装置１９の磁気エンコーダ２０は、芯金２１と２列の磁気トラック２２ａ，２２ｂを有する磁気トラック部材２２（第一磁気トラック２２ａ、第二磁気２２ｂ）から構成され、第一磁気トラック２２ａと第二磁気トラック２２ｂは互いに着磁極数が異なる。例えば、第一磁気トラック２２ａを３２極対、第二磁気トラック２２ｂを３１極対で着磁する。磁気センサ１３は第一磁気トラック２２ａと第二磁気トラック２２ｂの磁束を検出し、それらの１極対の差を利用して磁気センサ１３の内部で絶対角を検出する。

具体的には、磁気センサ１３は、各磁気トラック２２ａ，２２ｂを構成する２つの個別磁気センサ（図示せず）と信号処理回路（いずれも図示せず）とを備え、前記信号処理回路は、例えば次のように絶対角度を演算する。
前記磁気エンコーダ２０を回転させると、これらの磁界を検出する２つの個別磁気センサの信号の間には、１回転に１磁極対分の位相ずれが発生する。前記信号処理回路（図示せず）は、この位相差を位相差検出部で検出し、その位相差に基づいて角度算出部により１回転の区間での絶対角度を算出する。

このような絶対角が検出可能な角度検出装置１９であっても、電気回路基板１４をねじ部材等の固定具１５で固定し、樹脂モールド工程を省略できるので、安価に提供することができる。固定具１５に代えて接着剤による接着としても良い。

なお、前述の各実施形態では、電気回路基板１４はねじ部材等の固定具１５で固定としたが、固定具１５として、ねじ部材に代えてリベットやピンを用いても良く、また固定具１５を用いる代わりに、または固定具１５と併用して、接着剤による接着等の接着他の固定形式で固定してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…角度検出装置
２…回転輪
３…固定輪
７…転がり軸受
８…磁気エンコーダ
９…芯金
１０…磁気トラック部材
１１…金属環
１２…センサハウジング
１２ａ…平坦面
１２ｂ…孔
１３…磁気センサ
１４…電気回路基板
１５…固定具
１７…角度検出装置
１８…センサハウジング
１８ａ…平坦面
１８ｂ…孔
１９…角度検出装置
２０…磁気エンコーダ
２２…磁気トラック部材
２２ａ，２２ｂ…磁気トラック
３３…磁気センサ
３３ａ，３３ｂ…個別磁気センサ
３３ｃ…信号処理回路

Claims (7)

1. Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ磁気トラックを有する磁気エンコーダが、軸受の回転輪に固定され、前記磁気エンコーダの前記磁気トラックに隙間を介して対向する位置に磁気センサが配置されるように、前記磁気センサが実装された電気回路基板が、前記軸受の固定輪に固定される角度検出装置であって、
   前記電気回路基板は、前記固定輪と一体支持されるセンサハウジングに固定具で固定された角度検出装置。
2. 請求項１に記載の角度検出装置において、前記固定具がねじ部材である角度検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の角度検出装置において、前記電気回路基板の前記センサハウジングへの固定が、着脱可能になされている角度検出装置。
4. Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ磁気トラックを有する磁気エンコーダが、軸受の回転輪に固定され、前記磁気エンコーダの前記磁気トラックに隙間を介して対向する位置に磁気センサが配置されるように、前記磁気センサが実装された電気回路基板が、前記軸受の固定輪に固定される角度検出装置であって、
   前記電気回路基板は、前記固定輪と一体支持されるセンサハウジングに接着剤で固定された角度検出装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の角度検出装置において、前記センサハウジングの外周面に、半径方向に対して直角な平坦面と、この平坦面に連通する半径方向の孔または溝が形成され、前記回路基板が前記平坦面に固定され前記磁気センサが前記孔または溝を通じて前記磁気エンコーダの前記磁気トラックに対向する角度検出装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の角度検出装置において、前記電気回路基板が四角形状であって、前記軸受の軸方向に沿って配置され、前記電気回路基板の軸方向幅が、前記磁気エンコーダの幅寸法以下である角度検出装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の角度検出装置において、前記磁気エンコーダは、互いに異なる着磁極数の２つの磁気トラックを有し、前記磁気センサは、前記２つの磁気トラックを検出して前記回転輪の絶対角を示す信号を出力する機能を有する角度検出装置。

Images