JP2019045194A - センサギアを具備する磁気式センサ、該磁気式センサを備えた電動機、及び該磁気式センサを備えた機械の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高精度の磁気式センサ、該磁気式センサを備えた電動機、及び該磁気式センサを備えた機械の製造方法を提供する。【解決手段】センサギア１６の歯部１８の径方向外側に、隙間調整部材３０が取付けられる。磁気式センサ１０を有する機械の製造工程では、検出部２０とセンサギア１６の歯部１８との間に隙間調整部材３０が介在し、かつ検出部２０及び歯部１８の双方が隙間調整部材３０に接触した状態を、センサギア１６と検出部２０との間に作用する磁力によって簡単に実現することができるので、従来のような手間と熟練を要するギャップ調整作業を行わずとも、隙間調整部材３０の厚さに相当する所望の大きさのギャップを容易に得ることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、センサギアを具備する磁気式センサ、該磁気式センサを備えた電動機、及び該磁気式センサを備えた機械の製造方法に関する。
工作機械や産業用ロボット等に用いられる電動機の回転速度又は回転角度を検出するための手段として、該電動機の回転子に取り付けられたセンサギアを有する磁気式センサが使用される場合がある（例えば特許文献１参照）。
またセンサの精度向上のため、被検出体（回転体）と検出部（素子）との間の距離を調整する手段を設けることも周知技術である（例えば特許文献２、３参照）。
特開２０１７−０２６３８３号公報 特開２００８−２１６０４４号公報 特開２０１２−１０８０６３号公報
磁気式センサでは、センサギアと、該センサギアの回転角度（角度位置）を検出する検出部との間の距離（ギャップ）を所望の値に調整・維持することが求められる。しかし該ギャップの調整は、熟練や経験を要する作業であり、故に該ギャップを簡易な構成で容易に調整できることが望まれる。
本開示の一態様は、回転体に取付け可能なセンサギアと、前記センサギアの外周部に所定の間隔で設けられた複数の歯部を磁気式に検出するとともに、前記外周部と所定の間隔を隔てて対向配置され、前記複数の歯部の有無を信号として出力する検出部と、前記検出部を保持する保持部材と、前記保持部材が取付けられた取付台と、前記保持部材を前記取付台に固定する固定部材と、前記センサギアの前記歯部と前記検出部との間に配置され、かつ前記歯部及び前記検出部の双方に接触して前記所定の間隔を調整する隙間調整部材と、を具備する、磁気式センサである。
本開示の他の態様は、回転子と、前記回転子に取付けられたセンサギアと、前記センサギアの外周部に所定の間隔で設けられた複数の歯部を磁気式に検出するとともに、前記外周部と所定の間隔を隔てて対向配置され、前記複数の歯部の有無を信号として出力する検出部と、前記検出部を保持する保持部材と、前記保持部材が取付けられた取付台と、前記保持部材を前記取付台に固定する固定部材と、前記センサギアの前記歯部と前記検出部との間に配置され、かつ前記歯部及び前記検出部の双方に接触して前記所定の間隔を調整する隙間調整部材と、を具備する、電動機である。
本開示のさらなる他の態様は、前記回転体と、本開示に係る磁気式センサとを備えた機械の製造方法であって、前記回転体に前記センサギアを取付けるステップと、前記センサギアの前記歯部と前記検出部との間に、前記隙間調整部材を配置するステップと、前記検出部を保持した前記保持部材を前記取付台に位置決めするステップと、前記固定部材を用いて、前記保持部材を前記取付台に固定するステップと、を有する、製造方法である。
本開示によれば、センサギアと検出部との間に所望の大きさのギャップを自動的に形成することができるので、作業者によるギャップ調整作業等を必要とせずとも、磁気式センサによる測定を高精度に行うことができる。
第１の実施形態に係る磁気式センサの概略構成を示す斜視図である。 図１の磁気式センサを内蔵した電動機の軸方向断面図である。 第１の実施形態において、保持部材を取付台に位置決めした状態を説明する図である。 第１の実施形態において、保持部材が磁力によってギアセンサに向けて変位した状態を説明する図である。 第１の実施形態において、保持部材を取付台に固定した状態を説明する図である。 第２の実施形態に係る磁気式センサの概略構成を示す斜視図である。 第２の実施形態において、保持部材を取付台に位置決めした状態を説明する図である。
図１は、第１の実施形態に係る磁気式センサ１０の概略構成を示す斜視図であり、図２は磁気式センサ１０が内蔵された電動機１２の概略構造を示す軸方向断面図である。なお図面では明瞭化のため、縮尺は適宜変更している。磁気式センサ１０は、サーボモータ等の電動機１２において、固定子に対して回転する回転子（回転体）１４に取付けられたセンサギア１６と、センサギア１６の外周部に所定の間隔で形成された複数の歯部１８の有無を信号として検出する検出部２０と、検出部２０を保持する保持部材２２と、保持部材２２が取付けられた取付台２４と、保持部材２２を取付台２４に取付けるネジ等の固定部材２６とを備える。保持部材２２が取付台２４に取付けられたときは、保持部材２２上の検出部２０が、歯部１８が設けられたセンサギア１６の外周部と互いに対向配置されるようになっている。
検出部２０は、磁場の変化に応じて出力電圧が変化するホール素子２８を有する。センサギア１６は磁性材料からなるので、ホール素子２８に対向する位置にセンサギア１６の歯部１８が存在しているときとしていないときとでは、ホール素子２８に対する磁場が変化する。このため、センサギア１６の複数の歯部１８のうちの１つが検出部２０のホール素子２８に対向して配置されたとき、検出部２０のホール素子２８は、歯部１８が存在している旨のパルス信号、すなわち検出信号を出力する。
また、センサギア１６の回転により、センサギア１６の複数の歯部１８が検出部２０の前方を周方向に横切るように移動するので、検出部２０からの検出信号は周期的に出力される。これにより磁気式センサ１０は、検出部２０からの検出信号の周波数に基づいて回転子１４の回転速度を検出することができる。つまり、磁気式センサ１０は回転エンコーダとして使用可能である。なお、ホール素子２８の代わりに、磁気抵抗効果素子が使用されてもよい。
第１の実施形態では、センサギア１６の外周部、より具体的には歯部１８の径方向外側に、隙間調整部材３０（図２では図示せず）が取付けられる。なおここでの「径方向」や「軸方向」は、回転子１４に関するものを意味する。隙間調整部材３０は、センサギア１６を構成する材料及び検出部２０を構成する材料（通常は金属）のいずれよりも硬度が低い材料からなり、より具体的には糸、布帛若しくは不織布等の繊維、紙、又は軟性樹脂等の、柔軟性を有する材料を用いて、例えば型を用いた成形によって製造される。或いは、隙間調整部材３０は、比較的接着力の小さい（より具体的には、隙間調整部材３０がその自重ではセンサギア１６から落下しない程度の接着力の）接着剤等でセンサギア１６（歯部１８）に接着させてもよい。
隙間調整部材３０の厚さ（径方向長さ）は、磁気式センサ１０の本来の機能を発揮するために歯部１８と検出部２０との間に形成すべき空隙（ギャップ）Ｇ（後述する図５参照）の大きさ（例えば０．１ｍｍ）と等しいことが好ましい。
図３−図５は、保持部材２２を取付台２４に固定する作業の流れ、すなわち磁気式センサ１０を備えた電動機１２等の機械の製造（組立）方法の一部を説明する図である。先ず、隙間調整部材３０を備えたセンサギア１６を回転子１４のような機械の回転体に取付ける。或いはセンサギア１６を回転子に取付けた後に、隙間調整部材３０をセンサギア１６に取付けてもよい。次に、図３に示すように、検出部２０を保持している保持部材２２を取付台２４の所定位置に位置決めし、さらにネジ２６を、保持部材２２に形成された貫通孔３２に挿通した後、取付台２４に形成されたネジ穴３４に部分的に螺合（仮固定）させる。
ここで、ネジ２６と貫通孔３２との間には、組み立て易さのために一定のクリアランス（遊び）があり、故にネジ２６を完全には締め込んでいない図３の状態では、保持部材２２は、センサギア１６に接離する方向（図３では左右方向）に、該遊びの範囲内で変位可能である。但しセンサギア１６と検出部２０との間には磁力が作用しているので、結果として図４に示すように、検出部２０と実質一体の保持部材２２はセンサギア１６側（図４では左方向）に変位し、検出部２０が隙間調整部材３０に当接する。
つまり図４の状態では、センサギア１６（歯部１８）と検出部２０とが隙間調整部材３０の厚さに相当する距離Ｇだけ互いに離隔した状態で、保持部材２２が位置決めされていることになる。そこで、図４の状態からネジ２６をネジ穴３４内に締め込むことにより、図５に示すように、所望の間隔（ギャップ）Ｇが検出部２０と歯部１８との間に形成された状態で、保持部材２２を取付台２４に確実に固定することができる。なお図５では明瞭化のため、隙間調整部材３０は図示を省略している。
従来の磁気式センサでは、センサギアの歯部と検出部との間のギャップを所望の値にするために、保持部材を取付台に固定した後、実際に回転子を回転させて検出部（ホール素子）からの波形を見ながら、作業者が保持部材をプラスチックハンマ等で叩く等して、ギャップの調整を行っていた。しかし第１の実施形態では、磁気式センサ１０の組立（製造）工程において、検出部２０とセンサギア１６の歯部１８との間に隙間調整部材３０が介在し、かつ検出部２０及び歯部１８の双方が隙間調整部材３０に接触した状態を、センサギア１６と検出部２０との間に作用する磁力によって簡単に実現することができるので、従来のような手間と熟練を要するギャップ調整作業を行わずとも、隙間調整部材３０の厚さに相当する所望の大きさのギャップを容易に得ることができる。
図３−図５に示した一連の作業は、自動化することも可能である。すなわち、ロボット等の産業機械（図示せず）を用いて、保持部材２２を把持して取付台２４上の所定位置に配置し、次にネジ２６を用いて保持部材２２を取付台２４に固定する。このとき、ネジ２６を完全に締め込む前に保持部材２２が磁力によって自動的にセンサギア１６側に変位し、センサギア１６の歯部１８と検出部２０との間に、隙間調整部材３０の厚さに相当するギャップＧが自動的に形成される。従ってロボット等を有する自動化機械としては、保持部材２２を配置してネジ２６を締め込むという単純な作業を行うだけで、所望のギャップＧを有する構成度の磁気式センサが得られる。
なお図１の例では、隙間調整部材３０はセンサギア１６にその全周に亘って（全ての歯部１８を覆うように）取付けられているが、一部の歯部１８のみを覆うようにセンサギア１６に取付けられてもよい。但しその場合は、隙間調整部材３０が歯部１８と検出部２０との間に介在するような角度位置にセンサギア１６を配置（回転）させた状態で、保持部材２２を取付台２４に固定することが求められる。
図６は、第２の実施形態に係る磁気式センサ１０ａの概略構成を示す斜視図であり、図７は図３に類似して、保持部材２２を取付台２４に位置決めした状態を示す図である。第２の実施形態では、隙間調整部材３０ａの位置及び形状のみが第１の実施形態と異なっているので、以降の説明は隙間調整部材３０ａに関するものについてのみ行い、他の構成要素については第１の実施形態（図１）と同じ参照符号を付与して詳細な説明は省略する。
隙間調整部材３０ａは、第１の実施形態のようにセンサギア１６（の歯部１８）ではなく、センサギア１６に対向する検出部２０に取付けられる。より具体的には、歯部１８に対向する検出部２０の一部に、第１の実施形態における隙間調整部材３０と同様の材料からなるシート状の隙間調整部材３０ａが接着等により取付けられ、隙間調整部材３０ａの厚さは、第１の実施形態と同様に、歯部１８と検出部２０との間に形成すべきギャップＧの大きさと等しくすることが好ましい。このようにすれば、図３−図５を参照して説明したものと同じ作業を行うことにより、第１の実施形態と同様、最終的には歯部１８と検出部２０との間に所望の大きさのギャップが形成される。
なお磁気式センサ１０又は１０ａが組立てられた（製造された）後は、隙間調整部材３０又は３０ａは基本的に不要な部材となる。そこで隙間調整部材３０又は３０ａは、保持部材２２の固定作業完了後に、歯部１８と検出部２０との間から除去（脱落）可能であることが好ましい。例えば、第１の実施形態における隙間調整部材３０を上述のように柔軟性を有する材料で成形によって作製した場合、センサギア１６を回転させることによって、センサギア１６の回転に伴う隙間調整部材３０と検出部２０との摺動抵抗によって、検出部２０より硬度が低い隙間調整部材３０を破壊させ、歯部１８と検出部２０との間から容易に脱落させることができる。
或いは、第２の実施形態における隙間調整部材３０ａを、比較的接着力の小さい（より具体的には、隙間調整部材３０ａがその自重では検出部２０から落下しない程度の接着力の）接着剤等で検出部２０に接着させておけば、やはりセンサギア１６を回転させることによって、歯部１８との摺動抵抗によって、隙間調整部材３０ａを、歯部１８と検出部２０との間から容易に脱落させることができる。このような作業も、自動化することが可能である。
なお、センサギア１６の通常回転時（測定時）に検出部２０に接触しないのであれば、隙間調整部材３０の少なくとも一部は、センサギア１６に付着したままであってもよく、またセンサギア１６の通常回転時にセンサギア１６（歯部１８）に接触しないのであれば、隙間調整部材３０ａの少なくとも一部は、検出部２０に付着したままであってもよい。但しこれらの場合は、隙間調整部材は、磁気式センサによる測定の妨げとならないように、磁性を帯びない材料から作製される。
１０、１０ａ 磁気式センサ
１２ 電動機
１４ 回転子
１６ センサギア
１８ 歯部
２０ 検出部
２２ 保持部材
２４ 取付台
２６ 固定部材
２８ ホール素子
３０、３０ａ 隙間調整部材
３２ 貫通孔
３４ ネジ穴

Claims (5)

  1. 回転体に取付け可能なセンサギアと、
    前記センサギアの外周部に所定の間隔で設けられた複数の歯部を磁気式に検出するとともに、前記外周部と所定の間隔を隔てて対向配置され、前記複数の歯部の有無を信号として出力する検出部と、
    前記検出部を保持する保持部材と、
    前記保持部材が取付けられた取付台と、
    前記保持部材を前記取付台に固定する固定部材と、
    前記センサギアの前記歯部と前記検出部との間に配置され、かつ前記歯部及び前記検出部の双方に接触して前記所定の間隔を調整する隙間調整部材と、
    を具備する、磁気式センサ。
  2. 前記隙間調整部材は、前記センサギアの回転に伴って、前記センサギアの歯部と前記検出部との間から脱落するように構成されている、請求項１に記載の磁気式センサ。
  3. 前記隙間調整部材は、前記センサギアを構成する材料及び前記検出部を構成する材料のいずれよりも硬度が低い材料から作製され、前記歯部又は前記検出部に取付けられる、請求項１又は２に記載の磁気式センサ。
  4. 回転子と、
    前記回転子に取付けられたセンサギアと、
    前記センサギアの外周部に所定の間隔で設けられた複数の歯部を磁気式に検出するとともに、前記外周部と所定の間隔を隔てて対向配置され、前記複数の歯部の有無を信号として出力する検出部と、
    前記検出部を保持する保持部材と、
    前記保持部材が取付けられた取付台と、
    前記保持部材を前記取付台に固定する固定部材と、
    前記センサギアの前記歯部と前記検出部との間に配置され、かつ前記歯部及び前記検出部の双方に接触して前記所定の間隔を調整する隙間調整部材と、
    を具備する、電動機。
  5. 前記回転体と、請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気式センサとを備えた機械の製造方法であって、
    前記回転体に前記センサギアを取付けるステップと、
    前記センサギアの前記歯部と前記検出部との間に、前記隙間調整部材を配置するステップと、
    前記検出部を保持した前記保持部材を前記取付台に位置決めするステップと、
    前記固定部材を用いて、前記保持部材を前記取付台に固定するステップと、
    を有する、製造方法。
JP2017165824A 2017-08-30 2017-08-30 センサギアを具備する磁気式センサ、該磁気式センサを備えた電動機、及び該磁気式センサを備えた機械の製造方法 Active JP6588510B2 (ja)

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