JP4477416B2

JP4477416B2 - 回転位置検出装置

Info

Publication number: JP4477416B2
Application number: JP2004155299A
Authority: JP
Inventors: 憲之福井; 康一林
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2024-05-25
Also published as: JP2005337821A

Description

本発明は、産業機械や工作機械等に使用される回転軸の回転位置を検出する回転位置検出装置に関する。

近年の産業機械や工作機械分野では、汚染物質の影響が受けづらく、機械的に頑強であるなどの理由から、磁気抵抗変化量に基づいて対象物の位置を検出する位置検出装置がしばしば使用されている。そのような位置検出装置の中には、回転軸の回転位置を検出する回転位置検出装置がある。図６は、従来の回転位置検出装置の検出部分の構造を示す斜視図である。回転軸１０１は、図示しない複数の軸受によって軸支され回転自在となっている。磁性材よりなる検出用歯車６０２は、回転軸１０１の回転に対して、回転振れが極力小さくなるように調整され、回転軸１０１にボルト１０４ａ〜ｆにて固定されている。磁気抵抗素子を内包したセンサ１０５は、検出用歯車６０２と空隙を介して図示しない固定側に固定されている。磁気抵抗素子は、検出用歯車６０２の外周面に形成された凹凸と自らとの間の磁気抵抗量を検出し、そのときの磁気抵抗量の変化から検出用歯車６０２、ひいては、回転軸１０１の回転位置を検出する。

また、別の構成の回転位置検出装置について図７を用いて簡単に説明する。図７は、図６とは異なる従来の回転位置検出装置の検出部分の構造を示す斜視図であり、図６と同一の構成要素には同一符号を付す。回転軸７０１は、図６の例と同様に回転自在となっている。磁性材よりなる検出用歯車７０２は、回転軸７０１に対して焼きバメされている。そのため、焼きバメが可能なように、予め回転軸７０１の検出用歯車７０２を嵌める部位の外径寸法と、検出用歯車７０２の内径寸法は、規定のサイズに寸法管理されている。磁気抵抗素子を内包したセンサ１０５は、検出用歯車７０２と空隙を介して図示しない固定側に固定されている。この構成にあっては、回転振れ調整の手間は大幅に改善される。

しかしながら、従来の回転位置検出装置には、次のような問題があった。図６に示す回転位置検出装置では、検出用歯車６０２に対して、ボルト１０４ａ〜ｆ締結により圧縮応力が加わった状態となっており、この応力により透磁率が変化し磁気的に歪んだ状態となってしまっていた。そのため、検出用歯車６０２のボルト１０４ａ〜ｆ締結された部位が、センサ１０５を通過する際には、特有の誤差が検出され、高精度な回転位置検出ができなかった。

図７に示す回転位置検出装置では、上記問題が低減される。しかしながら、回転軸７０１や検出用歯車７０２の部品寸法を高精度で管理せねばならないことや、検出用歯車７０２を高温にする装置が必要なこと、及び高温に温められた検出用歯車７０２を取り扱う際の注意が必要である、といった問題があった。更に、回転軸７０１の検出用歯車７０２を嵌める部位の外径部と、検出用歯車７０２内径部の真円度が悪い場合には、検出用歯車７０２に局所的に内圧が加わることとなり、図６で示す回転位置検出装置と同様の問題が発生していた。また、検出用歯車７０２の内径部位と歯車部との同軸度（同心度）も管理しないと、回転軸７０１の回転に対して、検出用歯車７０２の歯車部の回転振れを抑えることはできなかった。そのため、ひいては、製造コストの増大や煩雑化などの問題を生じていた。

そこで、本発明では、高精度で回転軸の回転位置を検出でき、より簡易に製造できる回転位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明の回転位置検出装置は、回転自在に支持された回転軸の回転位置を検出する回転位置検出装置であって、前記回転軸にボルト締結され、前記回転軸とともに回転する仲介部材と、磁性材からなり、外周に検出用凹凸を備えた被検出体であって、前記仲介部材に接着固定され、前記回転軸とともに回転する前記被検出体と、前記被検出体の検出用凹凸と離間した位置に固定され、前記被検出体との間の磁気抵抗の変化量を検出するセンサと、を有し、前記被検出体の検出用凹凸の位置変化に基づく磁気抵抗の変化から前記回転軸の回転位置を検出し、前記仲介部材は、磁性材からなり、前記回転軸の一回転内における基準位置を示す基準部を備え、前記センサは、前記仲介部材との間の磁気抵抗の変化量も検出可能であって、前記仲介部材との磁気抵抗の変化から一回転内における基準位置も検出する、ことを特徴とする。

好適な態様では、基準部は、仲介部材の外周に設けられた単一の凹または凸である。別の好適な態様では、前記仲介部材は、磁性材からなり、前記回転軸の一回転内における絶対位置を示す絶対位置コードを備え、前記センサは、前記仲介部材との間の磁気抵抗の変化量も検出可能であって、前記仲介部材との磁気抵抗の変化から一回転内における絶対位置も検出する。

本発明の回転位置検出装置によれば、被検出体に局所的な応力を加えることがないので、高精度な回転位置検出が可能である。更に、被検出体を回転軸に対して焼きバメ固定する場合に注意しなければならない各部品の寸法・公差管理も必要ないので、被検出体を安価に、簡易に製造することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明実施の形態である回転位置検出装置１００を示す斜視図であり、図２は図１の縦断面図である。回転軸１０１は、図示しない軸受にて軸支され、回転自在となっている。この回転軸１０１の回転位置を検出する回転位置検出装置１００は、この回転軸１０１に取り付けられた仲介部材１０３と、この仲介部材１０３に取り付けられた検出用歯車１０２と、磁気抵抗を検出するセンサ１０５とを有する。

仲介部材１０３は、鋼などの剛性材料からなり、回転軸１０１とのボルト締結用のボルト孔が複数形成された円盤状部材である。検出用歯車１０２は、被検出体として機能するもので、磁性材からなり、その外周面に検出用凹凸として機能する歯が形成された環状歯車である。この検出用歯車１０２の内周は、仲介部材１０３より僅かに大径となっており、嫌気性接着剤などの接着剤により仲介部材１０３と接着固定される。

この接着固定された仲介部材１０３および検出用歯車１０２は、ボルト１０４ａ〜ｆにて仲介部材１０３を回転軸１０１に締結することにより、回転軸１０１に取り付けられる。この際、回転軸１０１の回転に対して、検出用歯車１０２の凹凸部（歯部）の回転振れが少なくなるよう調整される。そして、このボルト締結により、回転軸１０１とともに検出用歯車１０２も回転するようになる。

センサ１０５は、検出用歯車１０２と間隙を介して、図示しない固定側に固定されている。つまり、センサ１０５は、回転軸１０１が回転しても所定位置で停止している。このセンサ１０５は、磁気抵抗素子を内包しており、この磁気抵抗素子が、検出用歯車１０２の外周と自らとの間の磁気抵抗を検出する。上述したように、検出用歯車１０２の側面には、検出用凹凸として機能する歯が形成されている。したがって、回転軸１０１とともに検出用歯車１０２が回転すれば、磁気抵抗素子と検出用歯車１０２との間の磁気抵抗量が変化する。この磁気抵抗量の変化を検出することにより、検出用歯車１０２、ひいては、回転軸１０１の回転位置が検出できる。

ここで、本実施の形態によれば、ボルト１０４ａ〜ｆによって生じる圧縮応力は、仲介部材１０３にのみ発生し、検出用歯車１０２には局所的な磁気的歪みは発生しない。したがって、本実施の形態によれば、高精度な回転位置検出を可能としている。また、焼バメ等の処理を必要としないため、製造工程を簡易化することができる。また、各部材の高精度での寸法管理も不要となる。

次に他の実施の形態について図３、図４を用いて説明する。図３は、他の実施の形態である回転位置検出装置３００の一例を示す斜視図であり、図４は図３の縦断面図である。回転軸３０１は、図示しない軸受にて軸支され回転自在となっている。磁性材よりなる検出用歯車３０２は、仲介部材として機能するマーカー用円板３０３と嫌気性接着剤にて接着固定されている。ここで、マーカー用円板３０３は、鋼などの磁性を備えた剛性材料からなり、段差を有した円盤状部材である。マーカー用円板３０３の段差より上方の外周には、検出用歯車３０２が接着される。一方、段差より下方の外周には外側に突出する突出部３０３ｂが形成されている。この突出部３０３ｂは、磁性材よりなり、回転位置の基準位置（原点）を示す切り欠き部３０３ａが一つ形成されている。したがって、検出用歯車３０２とマーカー用円板３０３とを接着したこのユニットの外周は、上方に検出用歯車３０２による複数の凹凸が、下方にはマーカー用円板３０３の切り欠き部３０３ａによる一つの凹部があることになる。

そして、この検出用歯車３０２とマーカー用円板３０３とを接着したこのユニットは、ボルト３０４ａ〜ｆにてマーカー用円板３０３と回転軸３０１とをボルト締結することにより、回転軸３０１に取り付けられる。なお、このボルト締結時には、回転軸３０１の回転に対して、検出用歯車３０２の凹凸部（歯車部）の回転振れが少なくなるよう調整される。

センサ３０５は、図示しない固定側に固定されており、回転軸３０１が回転しても停止している。センサ３０５は、二種類の磁気抵抗素子を内包している。一つは、検出用歯車３０２の凹凸部から互いに直交する正弦波状の二相信号を出力する第一の磁気抵抗素子である。また、別の一つは、マーカー用円板３０３の切り欠き部３０３ａの有無を検出する第二の磁気抵抗素子である。そして、第一の磁気抵抗素子は、検出用歯車３０２と対向する位置に、第二の磁気抵抗素子は、突起部３０３ｂと対向する位置に設けられている。なお、第一の磁気抵抗素子、第二の磁気抵抗素子は、それぞれ、単一の磁気抵抗素子ではなく、複数の磁気抵抗素子から構成されてもよい。

そして、このセンサ３０５では、第二の磁気抵抗素子で切り欠き部３０３ａが検出された位置を回転の基準位置とする。つまり、回転軸３０１の絶対位置は、この切り欠き部３０３ａの位置を基準（原点）として検出される。

本実施の形態によれば、ボルト３０４ａ〜ｆの締め付けにより生じる圧縮応力は、マーカー用円板３０３にのみ発生し、検出用歯車３０２には局所的な磁気的歪みが発生せず、高精度な回転位置検出を可能としている。また、マーカー用円板３０３の切り欠き部３０３ａの検出に際しては、その有無を検出するだけの簡易なものであるので、高い検出精度を必要としておらず、マーカー用円板３０３にボルト３０４ａ〜ｆの締め付けによる圧縮応力が加わっていても、検出性能に影響はない。

次に、他の実施の形態について図５を用いて説明する。図５は、他の実施の形態である回転位置検出装置５００の斜視図である。これは、上述の実施の形態におけるマーカー用円板に替えて絶対位置コード円板５０３を仲介部材として用いている。絶対位置コード円板５０３は、円板外周面にＭ系列コードが刻まれた円板である。また、センサ５０５は、絶対位置コード円板５０３に刻まれたＭ系列コードを読むための複数の磁気抵抗素子を備えている。

回転軸３０１は、図示しない軸受にて軸支され、回転自在となっている。磁性材よりなる検出用歯車３０２は、鋼材よりなる絶対位置コード円板５０３と嫌気性接着剤にて接着固定される。そして、ボルト３０４ａ〜ｆにて絶対位置コード円板５０３を回転軸３０１に締め付けることにより、検出用歯車３０２および絶対位置コード円板５０３が回転軸３０１に取り付けられる。この際、回転軸３０１の回転に対して、検出用歯車３０２の凹凸部（歯車部）の回転振れが少なくなるように調整される。

複数の磁気抵抗素子を内包したセンサ５０５は、図示しない固定側に固定されている。センサ５０５には、検出用歯車３０２の凹凸部から互いに直交する正弦波状の二相信号を出力する複数の磁気抵抗素子と、絶対位置コード円板５０３の外周面の不規則な凹凸を検出する複数の磁気抵抗素子とが内包されている。そして、絶対位置コード円板５０３の外周面の不規則な凹凸を検出することにより、常時一回転内の絶対位置を出力することができる。

本実施の形態によれば、ボルト３０４ａ〜ｆ締め付けで生じる圧縮応力は、絶対位置コード円板５０３にのみ発生し、検出用歯車３０２には局所的な磁気的歪みが発生せず、高精度な回転位置検出を可能としている。また、絶対位置コード円板５０３の検出に際しては、不規則に配置された凹凸の有無を検出するだけの簡易なものなので、高い検出精度を必要としていない。したがって、絶対位置コード円板５０３にボルト３０４ａ〜ｆの締め付けによる圧縮応力が加わっていても、検出性能に影響はない。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の形態に限定されるものではない。例えば、比較的効果は低くなるものの、センサとして、珪素鋼板等からなるステータ極歯にコイルを巻装したリラクタンス型レゾルバのようなものを用いてもよい。また、センサを複数用いるようにしてもよい。また、検出用歯車（被検出体）と仲介部材（マーカー用円板、絶対位置コード円板）との接着において、嫌気性接着剤の使用についてのみ述べたが、極力接着硬化後の接着剤硬度が低い接着剤の方が、局所的な応力が伝わりにくいという点で有利である。そういう意味で、特に限定はしないが、エポキシ系接着剤やシリコン系接着剤等各種接着剤の使用も当然可能である。固定方法に関しても、仲介部材（マーカー用円板、絶対位置コード円板）にタップ穴加工を施し、回転軸側からボルトにて仲介部材（マーカー用円板、絶対位置コード円板）を引っ張り込むようにして固定してもよい。すなわち、ボルトによる圧縮または引っ張り応力を、検出用歯車（被検出体）ではなく、これを接着した仲介部材等に与えるものであればよい。さらに、検出用歯車（被検出体）と、仲介部材等とのどちらが上側となってもよい。また、絶対位置コード円板の外周面の凹凸としては、Ｍ系列コードに従った凹凸に限らず、例えば、Ｇｏｌｄ系列等、他の絶対位置コードに従った凹凸でもよい。

本発明の実施の形態である回転位置検出装置を示す斜視図である。本発明の実施の形態である回転位置検出装置の縦断面図である。他の本発明の実施の形態である回転位置検出装置を示す斜視図である。他の本発明の実施の形態である回転位置検出装置の縦断面図である。他の本発明の実施の形態である回転位置検出装置を示す斜視図である。従来の回転位置検出装置の一例を示す斜視図である。従来の回転位置検出装置の他の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１００，３００，５００回転位置検出装置、１０１，３０１，７０１回転軸、１０２，３０２，６０２，７０２検出用歯車、１０３仲介部材、１０４，３０４ボルト、１０５，３０５，５０５センサ、３０３マーカー用円板、５０３絶対位置コード円板。

Claims

回転自在に支持された回転軸の回転位置を検出する回転位置検出装置であって、
前記回転軸にボルト締結され、前記回転軸とともに回転する仲介部材と、
磁性材からなり、外周に検出用凹凸を備えた被検出体であって、前記仲介部材に接着固定され、前記回転軸とともに回転する前記被検出体と、
前記被検出体の検出用凹凸と離間した位置に固定され、前記被検出体との間の磁気抵抗の変化量を検出するセンサと、
を有し、前記被検出体の検出用凹凸の位置変化に基づく磁気抵抗の変化から前記回転軸の回転位置を検出し、
前記仲介部材は、磁性材からなり、前記回転軸の一回転内における基準位置を示す基準部を備え、
前記センサは、前記仲介部材との間の磁気抵抗の変化量も検出可能であって、
前記仲介部材との磁気抵抗の変化から一回転内における基準位置も検出する、
ことを特徴とする回転位置検出装置。
請求項１に記載の回転位置検出装置であって、
前記仲介部材は、磁性材からなり、前記回転軸の一回転内における絶対位置を示す絶対位置コードを備え、
前記センサは、前記仲介部材との間の磁気抵抗の変化量も検出可能であって、
前記仲介部材との磁気抵抗の変化から一回転内における絶対位置も検出することを特徴とする回転位置検出装置。