JP2020143952A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットアーム等の機械に簡単に取り付けることが可能な回転角検出装置を提供する。【解決手段】転がり軸受１０の内方の軌道輪１１と外方の軌道輪１２の一方をハウジング２０に固定する。一方の軌道輪１１に対する他方の軌道輪１２の絶対回転角度を角度センサ３０で検出する。角度センサ３０の検出回路３１をハウジング２０に固定する。他方の軌道輪１２をハウジング２０に対して自由に回転可能に配置する。他方の軌道輪１２と一体に回転可能な重錘４０を設ける。ハウジング２０を可動体１０１に固定する。重錘４０は、ハウジング２０の回転時、角度センサ３０の絶対回転角度の原点を一定の周方向位置に保てるように配置する。【選択図】図１

Description

この発明は、絶対回転角度を検出するために使用される回転角検出装置、及びこれを備える機械に関する。

一般に、建設機械のアームやブーム、ロボットアームのように軸線回りに回転する可動体では、その駆動制御、状態監視等のため、その回転角度の測定が行われている。その回転角度の検出には、光学式又は磁気式の回転角検出装置が使用されている。

一般に、回転角検出装置からの出力は、回転角度を示す電気信号である。その出力方式としては、インクリメンタル方式と、アブソリュート方式がある。インクリメンタル方式では、検出開始時点からの相対回転角度を検出することができ、アブソリュート方式では、一定の原点からの絶対回転角度を検出することができる。ロボットアーム等の可動体では、起動時に初期化が不要なアブソリュート方式が適する。

従来、回転角検出装置として、ロータが軸受を介してハウジングに回転自在に支持され、ロータの回転軸と同軸に永久磁石が配置され、ハウジング側に磁気センサが配置され、ロータの回転軸の一端部がハウジングから外部に突き出た構造のものがある（特許文献１）。

特許文献１のような回転角検出装置でロボットアーム等の可動体の絶対回転角度を検出する場合、可動体と、その可動体を軸線回りに回転可能に支持する支持体とのうち、一方にハウジングが固定され、他方にレバーの一端側が連結され、レバーの他端側がロータの回転軸の一端部に連結される。これにより、支持体に対する可動体の回転が、レバーを介してロータの回転軸に伝達される（特許文献２）。

特開２０１２−１０３１８５号公報 実開平５−１４２４４号公報

しかしながら、特許文献１のような回転角検出装置では、ロボットアーム等の可動体に使用する場合に連結用のレバーが必要であるため、機械の部品点数が増えて、コスト面で不利になる。また、ロータの回転軸がレバーの動きによる外部荷重を受けるため、ロータを支持する軸受の摩耗や疲労が促進される問題がある。

上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、簡単に取り付け可能な回転角検出装置にすることである。

上記の課題を達成するため、この発明は、内方の軌道輪と、外方の軌道輪と、前記内方の軌道輪と前記外方の軌道輪との間に配置された複数の転動体とを有する転がり軸受と、前記内方の軌道輪及び外方の軌道輪のうちのいずれか一方の軌道輪を固定するハウジングと、前記一方の軌道輪に対する他方の軌道輪の絶対回転角度を検出する角度センサと、前記他方の軌道輪と一体に回転可能に設けられた重錘と、を備え、前記角度センサが、前記ハウジングに固定された検出回路を有し、前記他方の軌道輪が、前記ハウジングに対して自由に回転可能に配置されており、前記重錘が、前記ハウジングの回転時に前記絶対回転角度の原点を一定の周方向位置に保てるように配置されている構成した。

ロボットアーム等の可動体にハウジングを固定すると、可動体の回転中心である軸線回りに可動体、ハウジング及び一方の軌道輪を一体回転させることができる。このとき、他方の軌道輪がハウジングに対して自由に回転可能であって、その絶対回転角度の原点が重錘によって一定の周方向位置に保たれるから、一方の軌道輪に対する他方の軌道輪の絶対回転角度は、可動体の絶対回転角度に対応して変化することになる。ハウジングに固定された検出回路が他方の軌道輪の絶対回転角度を検出するので、角度センサが可動体の絶対回転角度を検出することになる。このように、上記構成によれば、従来例のレバーが不要になるので、簡単に取り付け可能な回転角検出装置にすることができる。

また、前記ハウジングが、軸方向に組み合わされたボディと蓋を有し、前記ボディが、筒部と、前記筒部から内方に延びるフランジ部と、前記筒部と径方向に対向するように前記フランジ部から軸方向に延びるボス部とを有し、前記ボス部に雄ねじが形成されており、前記蓋が、前記筒部と嵌め合うように前記雄ねじに螺合されたナットからなり、前記一方の軌道輪が、前記ボス部に嵌合された状態で前記ボディと前記蓋との間に配置されているとよい。このようにすると、ハウジングの組み立てと共に内方の軌道輪を一方の軌道輪としてハウジングに固定して、外方の軌道輪を他方の軌道輪としてハウジングに対して自由に回転可能に配置することができる。

また、前記ハウジングが、軸方向に組み合わされたボディと蓋を有し、前記ボディが、筒部と、前記筒部から内方に延びる側壁部とを有し、前記蓋が、前記筒部に嵌め合うフランジ部と、前記側壁部に軸方向に合わさるように前記フランジ部から軸方向に延びるボス部とを有し、前記一方の軌道輪が、前記筒部に嵌合された状態で前記側壁部と前記フランジ部との間に配置されており、前記ボス部が、前記転がり軸受の内方に通された状態で前記側壁部と軸方向に締結されているとよい。このようにすると、ハウジングの組み立てと共に外方の軌道輪をハウジングに固定して、転がり軸受及び角度センサをハウジングに収容することができる。

また、前記ハウジングが、前記一方の軌道輪と同心に当該ハウジングを貫通するセンタ孔部を有するとよい。このようにすると、センタ孔部に一本の雄ねじ部材を通してハウジングと可動体を締結するだけで、回転角検出装置を可動体に取り付けることができ、また、ハウジングの外径を抑えることもできる。

また、前記角度センサが、互いに異なる磁極対数をもつようにかつ同心に配置された複列の磁気トラックを含む被検出リングを有し、前記被検出リングが、前記他方の軌道輪に固定されており、前記検出回路が、前記磁気トラックの磁界を検出する複数のセンサを有するとよい。このようにすると、分解能に優れた磁気式の回転角検出が可能でありながら、光学式のものに比べて、油、塵、埃等の使用環境の影響を受けにくくなるので、建設機械、ロボットアーム等に好適である。

また、重力方向に交差する軸線回りに回転可能な可動体と、この発明に係る回転角検出装置とを備え、前記ハウジングが前記可動体に固定されている機械にすると、回転角検出に要する部品点数を抑えることができる。

上述のように、この発明は、上記構成の採用により、ロボットアーム等の機械に簡単に取り付けることが可能な回転角検出装置を提供することができる。

この発明の第一実施形態に係る回転角検出装置を示す縦断正面図 この発明の第一実施形態に係る機械の要部を示す側面図 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図 図１のＩＶ−ＩＶ線の断面図 図３の磁気トラックのピッチを示す概念図 図１の角度センサの検出原理を示す概念図 図２の状態から可動体が回転した状態の一例を示す断面図 この発明の第二実施形態に係る回転角検出装置を示す縦断正面図 図８のＩＸ−ＩＸ線の断面図 図８の磁気トラックを径方向から示す概念図 この発明の第三実施形態に係る回転角検出装置を示す縦断正面図 この発明の第四実施形態に係る回転角検出装置を示す縦断正面図

この発明の一例としての第一実施形態に係る回転角検出装置を備える機械を添付図面の図１〜図７に基づいて説明する。

図１に示す回転角検出装置１は、内方の軌道輪１１と、外方の軌道輪１２と、内方の軌道輪１１と外方の軌道輪１２との間に配置された複数の転動体１３とを有する転がり軸受１０と、内方の軌道輪１１及び外方の軌道輪１２のうちのいずれか一方の軌道輪１１を固定するハウジング２０と、一方の軌道輪１１に対する他方の軌道輪１２の絶対回転角度を検出する角度センサ３０と、他方の軌道輪１２と一体に回転可能に設けられた重錘４０とを備える。

図２に示す機械１００は、軸線Ｌ１回りに回転する可動体１０１と、可動体１０１を支持するフレーム１０２と、可動体１０１を駆動するアクチュエータ１０３と、可動体１０１に取り付けられた回転角検出装置１とを備える。可動体１０１は、重力方向に対して交差する軸線Ｌ１回りに揺動するアームになっている。可動体１０１としては、例えば、ロボットアームや、建設機械のクレーンにおけるアーム又はブームが挙げられる。

図１に示す転がり軸受１０は、標準的な深溝玉軸受であって、両シール付軸受になっている。

ハウジング２０は、転がり軸受１０及び角度センサ３０を収容するケーシングになっている。

以下、一方の軌道輪１１の中心軸線Ｌ２に沿った方向を「軸方向」という。また、その中心軸線回りの円周方向を「周方向」という。また、その中心軸線に直角な方向を「径方向」という。また、「内方」は、径方向にその中心軸線へ接近する方向のこという。また、「外方」は、径方向にその中心軸線から遠ざかる方向のことをいう。図１において左右方向は軸方向に相当する。また、軸方向は、図２に示す軸線Ｌ１の方向と実質的に同一に設定されている。

図１に示す角度センサ３０は、ハウジング２０に固定された検出回路３１と、他方の軌道輪１２に固定された被検出リング３２とで構成されている。被検出リング３２は、絶対回転角度を一意に示す物理的信号を生成する。検出回路３１は、その物理的信号を検出する。ここで、絶対回転角度は、周方向の一箇所に定められた一定の原点からの角度を示す情報のことであり、例えば、角度値又は角度に対応のアドレスである。

内外の軌道輪１１，１２は、それぞれ軌道面を有する環状の軸受部品からなる。複数の転動体１３は、両軌道輪１１，１２の軌道面を転動する軸受部品からなる。これら転動体１３は、保持器１４によって周方向に均等間隔に保持されている。外方の軌道輪１２の内周の両端部には、非接触形のシール１５が取り付けられている。

ハウジング２０は、軸方向に組み合わされたボディ２１と蓋２２を有する。

ボディ２１は、筒部２１ａと、筒部２１ａから内方に延びるフランジ部２１ｂと、筒部２１ａと径方向に対向するようにフランジ部２１ｂから軸方向に延びるボス部２１ｃとを一体に有する。

筒部２１ａは、周方向に連続する円筒状に形成されている。フランジ部２１ｂは、径方向に沿った円盤状に形成されている。ボス部２１ｃは、フランジ部２１ｂから軸方向一方に突き出た段付き軸状に形成されている。

ボス部２１ｃは、フランジ部２１ｂ側に肩部２１ｄを有する。一方の軌道輪１１は、肩部２１ｄに軸方向に突き当るようにボス部２１ｃに嵌合されている。肩部２１ｄは、他方の軌道輪１２、シール１５及び被検出リング３２と、フランジ部２１ｂとの間に空間を確保するために形成されている。

筒部２１ａは、ボス部２１ｃに一方の軌道輪１１が嵌合された状態で、他方の軌道輪１２及び被検出リング３２を外方から取り囲み、これら他方の軌道輪１２及び被検出リング３２との間に空間を形成する。したがって、他方の軌道輪１２及び被検出リング３２等の付属品は、筒部２１ａ及びフランジ部２１ｂに対して非接触に相対回転可能である。

蓋２２の内部側には、一方の軌道輪１１に軸方向に接する締結面から軸方向に凹んだ凹面部２２ａが形成されている。凹面部２２ａは、他方の軌道輪１２及び付属品との間に空間を確保するために形成されている。したがって、他方の軌道輪１２及び付属品は、蓋２２とは非接触に相対回転可能である。

このように、他方の軌道輪１２は、ハウジング２０に対して自由に回転可能（すなわち、ハウジング２０と非接触に回転可能）に配置されている。したがって、他方の軌道輪１２は、ハウジング２０に対して円滑に回転することができる。

また、他方の軌道輪１２と一体に回転する被検出リング３２等の付属品も、ハウジング２０と非接触に配置されている。非接触シール１５に代えて接触シールを採用することも可能だが、シールトルクが他方の軌道輪１２の円滑な回転を阻害しない非接触シール１５を採用することが好ましい。

なお、転がり軸受１０として、軸受回転トルクが小さい深溝玉軸受を例示したが、転がり軸受は、内方の軌道輪と外方の軌道輪を複数の転動体の介在によって分離不可な状態に保てる非分離形のものであればよい。また、転がり軸受１０に封入するグリースは、軸受回転トルクを抑えるため、なるべく、ちょう度の低いものを使用すると良い。

フランジ部２１ｂの内部側に検出回路３１が固定されている。フランジ部２１ｂには配線口２１ｅが形成されている。配線口２１ｅは、検出回路３１と外部を接続するケーブル３３を通すためのものである。配線口２１ｅとケーブル３３との間に生じる隙間には、シリコーン、ウレタン、エポキシ樹脂等の適宜のシール材を充填し、液体等の侵入を防止することが好ましい。

ボス部２１ｃの先端部には、雄ねじ２１ｆが形成されている。蓋２２は、雄ねじ２１ｆに螺合されたナットからなる。蓋２２は、雄ねじ２１ｆと筒部２１ａとの間を閉塞する。蓋２２の外周と筒部２１ａとの間にＯリング２３が配置されている。Ｏリング２３は、蓋２２の外周と筒部２１ａ間からの異物侵入を防止するためのものである。蓋２２の外部側には、蓋２２に締め付けトルクを与えるためのナット回し部２２ｂが形成されている。

ハウジング２０の組み立てに際しては、検出回路３１がフランジ部２１ｂに固定され、かつ被検出リング３２が転がり軸受１０の他方の軌道輪１２に固定された状態とされる。この後、一方の軌道輪１１がボス部２１ｃに嵌合され、肩部２１ｄに軸方向に突き当てられる。この後、蓋２２が、雄ねじ２１ｆに螺合され、一方の軌道輪１１に軸方向に突き当てられる。これにより、一方の軌道輪１１とボディ２１と蓋２２とが軸方向に締結されて、一方の軌道輪１１がハウジング２０に固定される。その結果、転がり軸受１０がハウジング２０に対して所定の位置に配置されると共に、被検出リング３２が検出回路３１と所定の対向位置に配置される。このように、ハウジング２０の組み立てと共に、内方の軌道輪１１がボディ２１と蓋２２とで固定され、転がり軸受１０及び角度センサ３０が適切にハウジング２０に収容される。

ハウジング２０は、ボス部２１ｃに嵌合された一方の軌道輪１１と同心にハウジング２０を貫通するセンタ孔部２１ｇを有する。センタ孔部２１ｇは、ボス部２１ｃを軸方向に貫通する孔の内面からなる。ボディ２１には、センタ孔部２１ｇの両端の孔縁からそれぞれ径方向に沿って外方に延びる両端面が形成されている。センタ孔部２１ｇには、ボルト５０が挿通される。ボルト５０は、可動体１０１の側面の任意の位置に形成されたタップ穴１０１ａにねじ込まれる。このねじ込みにより、ハウジング２０が可動体１０１に固定される。この際、ボディ２１の両端面の一方は、ボルト５０の頭部を受ける座面になり、他方は、可動体１０１の側面との締結面になる。

角度センサ３０は、他方の軌道輪１２の自由回転の支障とならない非接触式のものであればよく、磁気式、光学式等の公知のものを採用することが可能である。図示例では、角度センサ３０として、分解能に優れた磁気式のものが採用されている。

その被検出リング３２は、円環状の芯金３２ａと、芯金３２ａに加硫接着された円筒状の磁性ゴム３２ｂとで形成されている。

芯金３２ａは、圧延鋼板、磁性ステンレス鋼板等の磁性板をプレス加工し、断面形状Ｌ字状の円環状に成形したものである。被検出リング３２は、芯金３２ａの内周を外方の軌道輪１２の外径面に圧入嵌合することによって、外方の軌道輪１２に固定されている。

磁性ゴム３２ｂは、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等の合成ゴムをバインダとし、フェライト、希土類等の磁性粉を適宜配合して混錬し、一旦、ひも状に成形し、そのひも状成形品と、接着剤が塗布された芯金３２ａとを金型に入れて加圧、加熱する加硫成形を実施することによって、円筒状に成形すると同時に芯金３２ａに接着し、その後、所定パターンに着磁したものである。

図３に磁性ゴム３２ｂの着磁パターンを概念的に示す。図３において、磁気トラックＴ１，Ｔ２の各磁極対を１区画で表している。ここで、磁極対は、周方向に隣接する１対のＮ極とＳ極のことである。同図に示すように、磁性ゴム３２ｂは、互いに異なる磁極対数をもつようにかつ同心に配置された複列の磁気トラックＴ１，Ｔ２を構成する。磁気トラックＴ１，Ｔ２は、それぞれＮ極とＳ極が周方向に交互に並んだ構造である。磁気トラックＴ１と磁気トラックＴ２は、同心かつ平行に配置されている。磁気トラックＴ１の磁極対数は、磁気トラックＴ２の磁極対数よりも多い。磁気トラックＴ１の磁極の周方向のピッチ（磁極の周方向長さ）は、磁気トラックＴ２の磁極の周方向のピッチよりも短い。被検出リング３２には、周方向の一箇所だけに原点Ｐ１が設定されている。原点Ｐ１では、磁気トラックＴ１の磁極面の周方向一端辺と、磁気トラックＴ２の磁極面の周方向一端辺とが径方向の同一直線上に位置する。磁気トラックＴ１の径方向幅は、全周で一定である。磁気トラックＴ２の径方向幅も全周で一定である。したがって、磁気トラックＴ１と磁気トラックＴ２間のピッチは一定である。

図１、図４に示すように、検出回路３１は、磁気トラックＴ１，Ｔ２の磁界を検出する複数のセンサ３１ａ，３１ｂを有する。センサ３１ａ，３１ｂは、それぞれ磁界を電気信号に変換する回路部である。外周側の磁気トラックＴ１とセンサ３１ａが軸方向に対向し、内周側の磁気トラックＴ２とセンサ３１ｂが軸方向に対向している。

図示例のセンサ３１ａ，３１ｂは、一つの集積回路であるセンサＩＣ３１ｃに含まれている。センサＩＣ３１ｃは、ガラス入りエポキシ樹脂製の基板３１ｄに、その他の電子部品と共に表面実装されている。基板３１ｄは、ハウジング２０に設けられた凹部２１ｈによって位置決めされている。凹部２１ｈは、センサ３１ａ，３１ｂを適切に配置することを容易にするためのものである。

ケーブル３３は、基板３１ｄに半田付けされ、配線口２１ｅから外部に導出される。ケーブル３３は、センサＩＣ３１ｃの電力供給及びセンサ出力用のものである。半田は、鉛フリーを使用することが望ましい。ケーブル３３は、多芯ケーブルであってもよいし、単芯ケーブルであっても良い。

センサＩＣ３１ｃは、センサ３１ａ，３１ｂで変換された電気信号に基づいて演算処理を行い、絶対回転角度を示す出力信号を生成する。この出力信号は、基板３１ｄに接続されたケーブル３３に送出される。センサＩＣ３１ｃは、例えば、シリアルインターフェイスで外部に出力する。センサＩＣ３１ｃは、その出力直線性向上のために電気的な補正を行う機能を有する。この補正機能では、組立完了後、他方の軌道輪１２（被検出リング３２）を回転させて、センサＩＣ３１ｃに予め補正用データを取得させる。センサＩＣ３１ｃは、出力信号を生成する際に取得済みの補正用データを演算処理に反映させる。

図３に示す原点Ｐ１（回転角０°）を基準に考えて被検出リング３２が周方向に１回転する場合、図５、図６に示すように、センサ３１ａとセンサ３１ｂが検出する磁界は、相対的に位相が３６０°（１周期）ずれることになる。２つの磁気トラックＴ１，Ｔ２に対峙するセンサ３１ａ，３１ｂから得られる位相出力の位相差を取ると、１回転で電気角３６０°の信号が得られる。この値を元に絶対回転角度を求めることができる。すなわち、磁気トラックＴ１の磁界と、磁気トラックＴ２の磁界とにより、絶対回転角度を一意に示す磁気信号が構成される。また、主列である磁気トラックＴ１の１磁極対による磁気波形の１周期（波長λ分）から得られる基本波信号を電気的に逓倍することで、分解能を高くすることができる。

図示例では、外周側の磁気トラックＴ１の磁極対数が６４（Ｎ，Ｓ各極が６４極）であり、内周側の磁気トラックＴ２の磁極対数が６３とされている。このため、分解能は２０ｂｉｔである。すなわち、磁気トラックＴ１の１磁極対の磁気波形１周期を最大１６３８４分割し、１回転で最大１０４８５７６分割（１６３８４×６４）の高分解能が得られる。なお、磁極対数は６４極対と６３極対の組み合わせに限定されず、例えば、３２極対と３１極対にしても良い。この場合、分解能は低下するが、磁気トラックの外径寸法を小さくすることができる。また、被検出リングにおける磁気トラックの列数は、２列の場合を例示したが、３列以上の磁気トラックを含む被検出リングを採用してもよい。

重錘４０は、被検出リング３２の原点Ｐ１を周方向の中央とした所定の周方向範囲に配置されている。重錘４０は、可動体１０１に固定されたハウジング２０の回転時に被検出リング３２の原点Ｐ１を一定の周方向位置（重力方向の最下部）に保つように作用する。重錘４０は、芯金３２ａに固定された例を示したが、他方の軌道輪１２に固定してもよいし、芯金３２ａ及び他方の軌道輪１２の双方に固定してもよい。

今、図２に示す可動体１０１が水平な軸線Ｌ１回りに回転可能なアームである場合を考える。同図では、回転角検出装置１を図３と同様に表している。図２に示す可動体１０１が回転角０°で静止しているとき、可動体１０１の長さ方向は、水平方向に向いている。このとき、重錘４０の重量が被検出リング３２から他方の軌道輪１２に作用するため、被検出リング３２の原点Ｐ１が重力方向の最下部に位置している。すなわち、一方の軌道輪１１の中心軸線Ｌ２と原点Ｐ１を結ぶ方向が、重力方向となる。

図２の状態から可動体１０１が図７に示すように軸線Ｌ１回りにα°回転するとき、可動体１０１に固定されたハウジング２０、及びハウジング２０に固定された一方の軌道輪１１も軸線Ｌ１回りにα°回転する。この回転は、一方の軌道輪１１の中心軸線Ｌ２回りのα°回転となる。このため、一方の軌道輪１１の回転に伴って複数の転動体１３が転がり、その軸受回転トルクが他方の軌道輪１２に作用する。このとき、重錘４０の重量を受ける他方の軌道輪１２が一方の軌道輪１１に対して相対的に回転し、原点Ｐ１が重力方向の最下部に保たれる。したがって、ハウジング２０に固定された検出回路３１は、他方の軌道輪１２側の被検出リング３２に対して中心軸線Ｌ２回りにα°回転する。すなわち、図４のセンサ３１ａ，３１ｂで検出される磁界の位相差の値がα°回転した位置での位相差の値に変化する。このため、図１に示す回転角検出装置１は、可動体１０１の絶対回転角度を示す出力信号をケーブル３３から送出する。図２に示す機械１００は、その出力信号に基づいてアクチュエータ１０３を制御することができる。なお、一方の軌道輪１１の中心軸線Ｌ２とボルト５０の中心軸線を一致することが理想的であるが、組立てに誤差は不可避である。その誤差には、センサＩＣ３１ｃの前述の補正機能で対応することができる。

図１に示す回転角検出装置１は上述のようなものであり、ロボットアーム等の可動体１０１にハウジング２０を固定すると、可動体１０１の回転中心である軸線Ｌ１回りに可動体１０１、ハウジング２０及び一方の軌道輪１１を一体回転させることができる。このとき、他方の軌道輪１２がハウジング２０に対して自由に回転可能であって、その絶対回転角度の原点Ｐ１が重錘４０によって一定の周方向位置に保たれるから、一方の軌道輪１１に対する他方の軌道輪１２の絶対回転角度は、可動体１０１の絶対回転角度に対応して変化する。ハウジング２０に固定された検出回路３１が他方の軌道輪１２の絶対回転角度を検出するので、角度センサ３０が可動体１０１の絶対回転角度を検出することになる。このように、回転角検出装置１は、回転角検出装置１に回転を伝達する従来例のような連結用レバーが不要になるので、簡単に可動体１０１に取り付けることができる。

また、回転角検出装置１は、連結用レバーが不要なため、外力の影響を受けず、信頼性に優れるので、コストの低減にも有利である。

また、回転角検出装置１は、ハウジング２０が軸方向に組み合わされたボディ２１と蓋２２を有し、ボディ２１が筒部２１ａと、筒部２１ａから内方に延びるフランジ部２１ｂと、筒部２１ａと径方向に対向するようにフランジ部２１ｂから軸方向に延びるボス部２１ｃとを有し、ボス部２１ｃに雄ねじ２１ｆが形成されており、蓋２２が筒部２１ａと嵌め合うように雄ねじ２１ｆに螺合されたナットからなり、一方の軌道輪１１がボス部２１ｃに嵌合された状態でボディ２１と蓋２２との間に配置されているので、ハウジング２０の組み立てと共に、内方の軌道輪１１（一方の軌道輪）をハウジング２０に固定し、外方の軌道輪１２（他方の軌道輪）をハウジング２０に対して自由に回転可能に配置することができる。

また、回転角検出装置１は、ハウジング２０が一方の軌道輪１１と同心に当該ハウジング２０を貫通するセンタ孔部２１ｇを有するので、センタ孔部２１ｇに一本の雄ねじ部材（ボルト５０）を通してハウジング２０と可動体１０１を締結するだけで回転角検出装置１を可動体１０１に取り付けることができ、また、ハウジング２０の外周に固定部が不要になるので、ハウジング２０の外径を抑えることもできる。

また、回転角検出装置１は、可動体１０１の任意の位置にタップ穴１０１ａを設けてボルト５０で取り付けることが可能であるため、取り扱いが容易である。

また、回転角検出装置１は、ハウジング２０をＯリング２３、配線口２１ｅへのシール材充填で密封構造にすることが可能なため、屋外で使用しても水等の侵入を防止し、信頼性を高めることもできる。

また、回転角検出装置１は、角度センサ３０が互いに異なる磁極対数をもつようにかつ同心に配置された複列の磁気トラックＴ１，Ｔ２を含む被検出リング３２を有し、被検出リング３２が他方の軌道輪１２に固定されており、検出回路３１が磁気トラックＴ１，Ｔ２の磁界を検出する複数のセンサ３１ａ，３１ｂを有するので、分解能に優れた磁気式の回転角検出が可能でありながら、光学式のものに比べて、油、塵、埃等の使用環境の影響を受けにくくなるので、建設機械、ロボットアーム等の機械１００に好適である。

また、図１、図２に示す機械１００は、重力方向に交差する軸線Ｌ１回りに回転可能な可動体１０１と、回転角検出装置１とを備え、ハウジング２０が可動体１０１に固定されているので、回転角検出装置１に回転を伝達するための従来例のようなレバーが不要になるので、回転角検出に要する部品点数を抑えることができる。

また、機械１００は、絶対回転角度を高分解能に検出可能な回転角検出装置１を備えるため、可動体１０１の回転角度検出精度に優れる。

第一実施形態では、検出回路３１のセンサ３１ａ，３１ｂと磁気トラックＴ１，Ｔ２が軸方向に対向する配置例を示したが、径方向に対向する配置を採用することもできる。その一例としての第二実施形態を図８〜図１０に基づいて説明する。なお、以下では、第一実施形態との相違点を述べるに留める。

図８、図９に示すように、第二実施形態に係る検出回路３１は、ハウジング２０の筒部２１ａに固定されている。配線口２１ｅは、筒部２１ａに形成されている。ケーブル３３は、配線口２１ｅから外方へ取り出されている。図９、図１０に示すように、磁性ゴム３２ｂは、センサＩＣ３１ｃと径方向に対向するように配置され、磁気トラックＴ１，Ｔ２は、同径の外径をもって軸方向に二列に配置されている。

第一及び第二実施形態では、内方の軌道輪１１をハウジング２０に固定する一方の軌道輪としたが、外方の軌道輪を一方の軌道輪としてハウジングに固定することも可能である。その一例としての第三実施形態を図１１に示す。

第三実施形態に係るハウジング６０は、軸方向に組み合わされたボディ６１と蓋６２を有する。ボディ６１は、周方向に連続する筒部６１ａと、筒部６１ａから内方に延びる側壁部６１ｂとを一体に有する。蓋６２は、筒部６１ａに嵌め合うフランジ部６２ａと、側壁部６１ｂに軸方向に合わさるようにフランジ部６２ａから軸方向に延びるボス部６２ｂとを一体に有する。

側壁部６１ｂには、複数の雌ねじ６１ｃが形成されている。ボス部６２ｂには、雌ねじ６１ｃにねじ込むボルト６３を通すための貫通孔が形成されている。ボス部６２ｂは、転がり軸受１０の内方に通された状態で、複数のボルト６３と雌ねじ６１ｃによって側壁部６１ｂと軸方向に締結されている。

内方の軌道輪１１及び外方の軌道輪１２のうちのいずれか一方の軌道輪１２は、筒部６１ａの内周に嵌合され、側壁部６１ｂに軸方向に突き当てられている。側壁部６１ｂの内部側には、他方の軌道輪１１と非接触にするための凹面部が形成されている。フランジ部６２ａの外方端部は、側壁部６１ｂ側に向かって軸方向に突出している。フランジ部６２ａの外方端部と筒部６１ａ間にＯリング６４が配置されている。配線口６２ｃは、フランジ部６２ａに形成されている。

転がり軸受１０は、側壁部６１ｂ側にシール１５を有する片シール軸受になっている。他方の軌道輪１１の外周のうち、フランジ部６２ａ側の端部に被検出リング３２の芯金３２ａが固定されている。検出回路３１は、フランジ部６２ａに固定されている。

重錘４０は、他方の軌道輪１１の内周に固定されている。

ハウジング６０と可動体１０１を締結するボルト６５用のセンタ孔部６６は、ボス部６２ｂ及び側壁部６１ｂを軸方向に貫通する孔の内面からなる。

ハウジング６０の組み立てに際し、筒部６１ａの内周に転がり軸受１０の一方の軌道輪１２が嵌合され、他方の軌道輪１１に被検出リング３２が固定された状態とされる。この後、検出回路３１が固定された蓋６２のボス部６２ｂと側壁部６１ｂが複数のボルト６３と雌ねじ６１ｃで軸方向に締結される。これにより、一方の軌道輪１２と側壁部６１ｂとフランジ部６２ａの外方端部とが締結されて、一方の軌道輪１２がハウジング６０に固定される。その結果、転がり軸受１０がハウジング６０に対して所定の位置に配置されると共に、被検出リング３２と検出回路３１が所定の対向位置に配置される。このように、ハウジング６０の組み立てと共に、外方の軌道輪１２がボディ６１と蓋６２とで固定され、転がり軸受１０及び角度センサがハウジング６０に適切に収容される。

このように、第三実施形態に係る回転角検出装置は、ハウジング６０が軸方向に組み合わされたボディ６１と蓋６２を有し、ボディ６１が筒部６１ａと、筒部６１ａから内方に延びる側壁部６１ｂとを有し、蓋６２が筒部６１ａに嵌め合うフランジ部６２ａと、側壁部６１ｂに軸方向に合わさるようにフランジ部６２ａから軸方向に延びるボス部６２ｂとを有し、一方の軌道輪１２が筒部６１ａに嵌合された状態で側壁部６１ｂとフランジ部６２ａとの間に配置されており、ボス部６２ｂが転がり軸受１０の内方に通された状態で側壁部６１ｂと軸方向に締結されているので、ハウジング６０の組み立てと共に、外方の軌道輪１２（一方の軌道輪）をハウジング６０に固定し、内方の軌道輪１１（他方の軌道輪）をハウジング６０に対して自由に回転可能に配置することができる。

第三実施形態では、検出回路３１と被検出リング３２が軸方向に対向する配置例を示したが、径方向に対向する配置を採用することもできる。その一例としての第四実施形態を図１２に示す。なお、第四実施形態の説明では、第三実施形態との相違点を述べるに留める。

第四実施形態に係る検出回路３１は、蓋６２の外方端部の内側に固定されている。磁性ゴム３２ｂは、センサＩＣ３１ｃと径方向に対向するように配置されている。磁性ゴム３２ｂの着磁パターンは、図１０と同様である。

今回開示された各実施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。例えば、前述の検出回路や被検出リングの構成は、一例であって磁気式である必要はなく、絶対角度が検出可能であれば、光学式等の他の構成を採用してもよい。したがって、本発明の範囲は、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 回転角検出装置
１０ 転がり軸受
１１ 内方の軌道輪
１２ 外方の軌道輪
１３ 転動体
２０，６０ ハウジング
２１，６１ ボディ
２２，６２ 蓋
２１ａ，６１ａ 筒部
２１ｂ，６２ａ フランジ部
２１ｃ，６２ｂ ボス部
２１ｆ 雄ねじ
２１ｇ，６６ センタ孔部
３０ 角度センサ
３１ 検出回路
３２ 被検出リング
４０ 重錘
６１ｂ 側壁部
１００ 機械
１０１ 可動体

Claims (6)

1. 内方の軌道輪と、外方の軌道輪と、前記内方の軌道輪と前記外方の軌道輪との間に配置された複数の転動体とを有する転がり軸受と、
   前記内方の軌道輪及び外方の軌道輪のうちのいずれか一方の軌道輪を固定するハウジングと、
   前記一方の軌道輪に対する他方の軌道輪の絶対回転角度を検出する角度センサと、
   前記他方の軌道輪と一体に回転可能に設けられた重錘と、
   を備え、
   前記角度センサが、前記ハウジングに固定された検出回路を有し、
   前記他方の軌道輪が、前記ハウジングに対して自由に回転可能に配置されており、
   前記重錘が、前記ハウジングの回転時に前記絶対回転角度の原点を一定の周方向位置に保てるように配置されている回転角検出装置。
2. 前記ハウジングが、軸方向に組み合わされたボディと蓋を有し、
   前記ボディが、筒部と、前記筒部から内方に延びるフランジ部と、前記筒部と径方向に対向するように前記フランジ部から軸方向に延びるボス部とを有し、
   前記ボス部に雄ねじが形成されており、前記蓋が、前記筒部に嵌め合うように前記雄ねじに螺合されたナットからなり、
   前記一方の軌道輪が、前記ボス部に嵌合された状態で前記ボディと前記蓋との間に配置されている請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 前記ハウジングが、軸方向に組み合わされたボディと蓋を有し、
   前記ボディが、筒部と、前記筒部から内方に延びる側壁部とを有し、
   前記蓋が、前記筒部に嵌め合うフランジ部と、前記側壁部に軸方向に合わさるように前記フランジ部から軸方向に延びるボス部とを有し、
   前記一方の軌道輪が、前記筒部に嵌合された状態で前記側壁部と前記フランジ部との間に配置されており、
   前記ボス部が、前記転がり軸受の内方に通された状態で前記側壁部と軸方向に締結されている請求項１に記載の回転角検出装置。
4. 前記ハウジングが、前記一方の軌道輪と同心に当該ハウジングを貫通するセンタ孔部を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の回転角検出装置。
5. 前記角度センサが、互いに異なる磁極対数をもつようにかつ同心に配置された複列の磁気トラックを含む被検出リングを有し、前記被検出リングが、前記他方の軌道輪に固定されており、
   前記検出回路が、前記磁気トラックの磁界を検出する複数のセンサを有する請求項１から４のいずれか１項に記載の回転角検出装置。
6. 重力方向に交差する軸線回りに回転可能な可動体と、請求項１から５のいずれか１項に記載の回転角検出装置とを備え、前記ハウジングが前記可動体に固定されている機械。

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