JP4085074B2 - 磁気式角度検出器における回転体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気式エンコーダ等の磁気によって回転軸等の回転部材の回転角度、回転位置を検出する角度検出器における回転体の製造方法に関する。

磁気を利用して回転部材の回転角度を検出する角度検出器は、モータの出力軸やモータで駆動される回転軸等の回転部材の回転位置、回転角度を検出する磁気式エンコーダ等として公知である。

図１は、この磁気を利用して回転角度を検出する検出器の動作原理の説明図である。回転軸等に取り付けられる検出器の回転体（以下検出リングという）１は、純鉄などの磁性体で構成され、周方向に等間隔に凹凸形状が形成されている。図１では、この円状の検出リング１を直線状に現している。検出リング１の該凹凸形状に対向する位置に磁石４が配設され、かつ、この磁石４と検出リング１の凹凸形状が施された周面との間に、磁気検出部が配設されている。磁気検出部は、通過する磁束密度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗素子５ａ，５ｂを２つ直列に接続し、この直列回路に電圧Ｖｃｃを印加しておき、２つの磁気抵抗素子５ａ，５ｂ間の電圧を出力電圧として検出する構成となっている。

図１（ａ）の状態では、磁気抵抗素子５ａが検出リング１の凹部３に対向し、磁気抵抗素子５ｂが凸部２に対向している。その結果、磁気抵抗素子５ｂは凸部２と対向しているから磁石４から出された磁束が多く通り、磁気抵抗素子５ａは凹部３と対向しているから通過する磁束は少ない。その結果、磁気抵抗素子５ａと磁気抵抗素子５ｂとの間の電圧である出力電圧は高くなる。

一方、図１（ｂ）に示すように、検出リング１が移動し、磁気抵抗素子５ａと５ｂの中間位置が検出リング１の凹部３の中心部と一致したような状態では、２つの磁気抵抗素子５ａ、５ｂには均等に磁石４からの磁束が通過することになり、抵抗値が同一となり、出力電圧は印加電圧Ｖｃｃの１／２となる。

図１（ｃ）に示すように、さらに、検出リング１が移動し、磁気抵抗素子５ａが凸部２に対向し、磁気抵抗素子５ｂが凹部３に対向する状態では、磁気抵抗素子５ａの抵抗値が最大となり、磁気抵抗素子５ｂの抵抗値が最小となる。これによって、出力電圧は最小値を出力することになる。このように、出力電圧は、検出リングの移動に伴って正弦波状の電圧を出力することになる。この出力信号を処理することによって、検出リング１の回転位置、すなわち、この検出リング１が取り付けられた回転軸の回転角度を検出する。

又、回転角度の基準となる位置（原点位置）を決めるために、検出リング１が１回転する間に、１度だけ１パルスの原点信号（１回転信号）を発生させるようにしている。
図２は、この角度検出信号と原点信号（１回転信号）の説明図であり、角度検出信号は検出リング１回転（該検出リングを取り付けた回転部材の１回転）で等間隔に多数のパルスを発生させるものであり、このパルス数によって回転角度を検出するものである。一方、原点信号（１回転信号）は１回転で１回パルスが出力されるもので、このパルスは発生位置を基準にして、検出リング（該検出リングを取り付けた回転部材）１の回転基準位置を決めるものである。

従来は、図５に示すように、上述した周方向に凹凸形状（凸部２と凹部３）が等間隔に施された角度信号生成用検出リング２０ａと、１回転信号生成用検出リング２０ｂを、それぞれ形成し、回転角を検出しようとする回転軸の回転部材に取り付けていた。なお、図５に示す１回転信号生成用検出リング２０ｂは、該リングの周面に１箇所だけ凹部３’が設けられ、この凹部３’を磁気抵抗素子で上述したようにして検出し、１回転信号を生成するようにしているものである。

又、１回転信号生成部と角度信号生成部が一体的になったリングを用いた磁気式エンコーダも公知である（特許文献１参照）。この磁気式エンコーダに用いられる検出リングは、周方向に歯車状に凹凸形状を等間隔に形成し、そのうち、１つの凸部については、軸方向に短く半分程度の長さしかないものを形成して、リングの軸方向の上半分（又は下半分）は等間隔に凹凸形状が形成されて、この部分で回転角度を生成し、他方の半分は１箇所だけ凸部がない状態を形成し、この部分で１回転信号を生成する。そのために、２つの磁気抵抗素子を用いて、２つの磁気抵抗素子の出力の差から１回転信号を生成するようにしている。

特開平１１−１５３４５１号公報

図５に示したような、角度信号生成用検出リング２０ａと、１回転信号生成用検出リング２０ｂをそれぞれ製造し、回転角を検出するための回転軸に取り付けて角度検出器を構成する従来の方法では、角度信号生成用検出リング２０ａは、歯車加工のような加工方法によって加工されるが、１回転信号生成用検出リング２０ｂは、この歯車加工とは別の加工方法で製造されることになり、異なった２つの加工、製造方法によって作成される。そのため、製造コストが増加するという欠点がある。更に、モータ等の回転軸にこの２つの検出リング２０ａ，２０ｂをそれぞれ取り付ける必要があり取り付け工程が２工程となり、製造工数の増大するという欠点がある。

又、特許文献１に記載されたような１回転信号生成部と角度信号生成部が一体となった検出リングでは、上述したような欠点はないが、１回転信号を生成するために、２つの磁気抵抗素子を必要とするものであり、その分コスト上昇となる。
そこで、本発明の目的は、製造、組み立てが簡単で、低コストで製造できる磁気式角度検出器における回転体の製造方法を提供することにある。

本願発明は、周面上に周方向に等間隔で交互に複数の凹部および凸部を設けられた第一の被検出部と、周面上に一カ所のみ凸部が設けられた第二の被検出部を有し回転部材に取り付けられる回転体と、該回転体に対向して配置されかつ該回転体の回転に伴う磁界の変化を検出する磁気検出手段とからなる磁気式角度検出器における回転体の製造方法であって、歯車形状の回転体を形成するステップと、前記回転体の周面上の前記第一の被検出部を形成する部分と第二の被検出部を形成する部分との間に溝を形成するステップと、前記第二の被検出部を形成する部分において前記回転体の凸部を一カ所を除いて除去することにより、前記第二の被検出部を形成するステップより、磁気式角度検出器における回転体を製造する。
特に、前記歯車形状の回転体を形成するステップは、ギア加工により歯車形状を形成するか、又は磁性材料の焼結金属粉末を用い、ギア形状の凹凸をもつ金型により焼結して生成するようにした。

角度信号生成部の第一の被検出部と１回転信号生成部の第二の被検出部とを１つの部材に一体的に形成した回転体としているから、回転角度を検出する回転軸等に取り付ける工程が１回ですむので、組み込みが容易となる。又、１回転信号を生成するための磁気抵抗素子が１個でよく低コストで検出器を構成することができる。

以下、本発明の一実施形態について図面と共に説明する。
図３は、本発明の一実施形態における角度検出器の回転体の製造工程の説明図である。 まず、図３（ａ）に示すように、磁性材料を用いて回転体となるリング１０’を作成する。このリング１０’の厚さは、第一の被検出部の角度信号生成部の厚さ（リングの軸方向の長さ）及び第二の被検出部の１回転信号生成部の厚さを有しており、外周面にギヤ形状の凹凸を等間隔に形成されている。このギヤ形状は、リング１０’の外周面にギヤ加工により生成されてもよいし、またリングの材料として磁性を持つ焼結金属粉末を用い、ギヤ形状の凹凸を持つ金型を用いて焼結することにより生成されてもよい。前者の場合には、リングの材料として炭素鋼などの鉄系磁性材料を用いることが可能である。

次に、図３（ｂ）に示すように、角度信号生成部１０ａと１回転信号生成部１０ｂとを形成する境界位置（図３の例ではリングの軸方向の中央部）に溝１１を切り込む。この溝１１の深さは、歯車加工によって形成された凸部の高さと同じ、若しくは凸部の高さより僅か大きいものとする。
その後、１回転信号生成部１０ｂを形成する側の凸部を、１つの凸部２１を除いて全て切り落とす。

これによって、図３（ｃ）に示すように、ギヤ形状の凹凸形状を備えた角度信号生成部１０ａと１つの凸部２１のみを備え、他の周面は滑らかな周面で形成された１回転信号生成部１０ｂが形成された、角度検出器用の回転体１０のリングが形成される。

図４は、こうして形成された角度検出器の回転体（リング）１０の斜視図である。該回転体（リング）１０の角度信号生成部１０ａを形成する周面にはギヤ形状の凸部２１と凹部２２が等間隔で形成され、１回転信号生成部１０ｂを形成する周面には１箇所のみ凸部２１が形成されたものとなる。

こうして製造された回転体（検出リング）１０は、１回転信号生成部１０ｂと角度信号生成部１０ａが同一部材で一体的に形成されているから、角度を検出しようとするモータのシャフトや他の回転軸等に取り付ける場合、１回の取り付け工程でよく、角度検出器の回転軸等の回転部材への取り付け作業が簡単となる。又、１回転信号を生成するには、１回転信号生成部１０ｂの全周で１つしかない凸部２１を検出すればよいものであるから、磁気抵抗素子は１つですむものであり、該磁気抵抗素子の出力（該磁気抵抗素子の両端の電位差）の変化をとらえて１回転信号を出力するようにすればよいものである。

磁気式の角度検出器の原理説明図である。 該磁気式の角度検出器の原点信号（１回転信号）と角度検出信号の説明図である。 本発明の一実施形態の磁気式の角度検出器における角度検出用の回転体の製造工程の説明図である。 同実施形態における角度検出用の回転体の斜視図である。 従来の磁気式の角度検出器における角度検出用の回転体の説明図である。

符号の説明

１，１０ 回転体（検出リング）
２，２１ 凸部
３，２２ 凹部
４ 磁石
５ａ，５ｂ 磁気抵抗素子
１０ａ 角度信号生成部（第一の被検出部）
１０ｂ １回転信号生成部（第二の被検出部）

Claims (3)

1. 周面上に周方向に等間隔で交互に複数の凹部および凸部を設けられた第一の被検出部と、周面上に一カ所のみ凸部が設けられた第二の被検出部を有し回転部材に取り付けられる回転体と、該回転体に対向して配置されかつ該回転体の回転に伴う磁界の変化を検出する磁気検出手段とからなる磁気式角度検出器における回転体の製造方法であって、歯車形状の回転体を形成するステップと、前記回転体の周面上の前記第一の被検出部を形成する部分と第二の被検出部を形成する部分との間に溝を形成するステップと、前記第二の被検出部を形成する部分において前記回転体の凸部を一カ所を除いて除去することにより、前記第二の被検出部を形成するステップよりなる磁気式角度検出器における回転体の製造方法。
2. 前記歯車形状の回転体を形成するステップは、ギア加工により歯車形状を形成するステップである請求項１に記載の磁気式角度検出器における回転体の製造方法。
3. 前記歯車形状の回転体を形成するステップでは、磁性材料の焼結金属粉末を用い、ギア形状の凹凸をもつ金型により焼結して生成するステップである請求項１に記載の磁気式角度検出器における回転体の製造方法。

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