JP5199429B2

JP5199429B2 - 回転検出器および回転検出器における回転子の製造方法

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Publication number: JP5199429B2
Application number: JP2011193658A
Authority: JP
Inventors: 俊一尾高
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2031-09-06
Also published as: DE102012017193A1; JP2013053990A; CN202885843U; US9360494B2; CN102980597A; DE102012017193B4; CN102980597B; US20130057261A1

Description

本発明は、回転検出器および回転検出器における回転子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回転検出器は磁気式エンコーダとして知られている。そのような回転検出器は、周期的な凹凸を有する部品、例えば歯車を含んでいる。

図９は従来技術における回転検出器の回転子の分解斜視図である。図９に示されるように、従来技術の回転検出器は、回転位置及び回転速度を検出するための位置信号検出用の歯車１００と、一回転中の原点位置を検出するための一回転信号検出用のリング２００とを含んでいる。これら歯車１００およびリング２００は互いに同軸に重ね合わされて回転子を構成している。従来技術においては、歯車１００およびリング２００を同軸に精度良く取付けるために、これら歯車１００およびリング２００は高精度に加工する必要があった。

このため、特許文献１においては、単一の歯車を形成した後で、当該歯車に単一の周方向溝を形成して上方部分と下方部分とを画定する。そして、例えば上方部分の歯部を一つのみを残して全て削除することが行われている。

また、特許文献２においては、位置信号検出用の歯車１００と一回転信号検出用のリングに設けられる単一の歯部とを、磁性材料の成形、焼結によって一体成形することが提案されている。

特許第４０８５０７４号特開平４−３３５１１１号公報

しかしながら、特許文献１においては、上方部分についても一旦、全ての歯部を形成した後で、一つの歯部を残して全ての歯部を削除している。このため、作業効率が極めて低いという課題がある。

また、特許文献２においては、焼結可能な材料を用いて回転子を作成する場合にしか適用できない。このため、より高い強度を得るために鋼材を用いて回転子を作成する場合には、特許文献２に開示される手法を適用できないという課題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、機械加工により効率よく製造することのできる回転子を含む回転検出器を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、回転子と、該回転子に対向して固定されていて磁界を発生する磁界発生体と、前記回転子と前記磁界発生体との間に配置されていて前記回転子の回転に基づく前記磁界の変化に応じた信号を検出する検出部とを含む回転検出器において、前記回転子は、１つまたは複数の段を有する第一円筒部分と、１つまたは複数の段を有していて前記第一円筒部分に同軸で軸方向に偏倚して配置された第二円筒部分とを含んでおり、前記第二円筒部分は、前記第一円筒部分よりも周方向の幅が狭い第一部分周面と、該第一部分周面の半径よりも小さい半径を有する第二部分周面とを含んでおり、さらに、前記回転子は、前記第一円筒部分のそれぞれの段に形成された複数の歯部を含む第一被検出部と、前記第一被検出部の歯部と同位相で且つ同一の歯型寸法緒元を有していて、前記第二円筒部分の前記第一部分周面に形成された少なくとも一つの歯部を含む第二被検出部とを具備し、前記第二円筒部分の前記少なくとも一つの歯部と、該少なくとも一つの歯部に対応する前記第一円筒部分の歯部は機械加工により一度に形成されており、前記第二円筒部分の前記第二部分周面は、前記第一被検出部の歯の歯底よりも半径方向内側に位置することを特徴とする回転検出器が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記第二円筒部分の第一部分周面の半径が、前記第一円筒部分の半径と同じである。
３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記第二円筒部分と前記第一円筒部分との間に溝が形成されている。
４番目の発明によれば、回転子と、該回転子に対向して固定されていて磁界を発生する磁界発生体と、前記回転子と前記磁界発生体との間に配置されていて前記回転子の回転に基づく前記磁界の変化に応じた信号を検出する検出部とを含む回転検出器における回転子の製造方法において、１つまたは複数の段を有する第一円筒部分と、１つまたは複数の段を有していて前記第一円筒部分に同軸で軸方向に偏倚して配置された第二円筒部分とを含む回転子ブランクを準備し、前記第二円筒部分は、前記第一円筒部分よりも周方向の幅が狭い第一部分周面と、該第一部分周面の半径よりも小さい半径を有する第二部分周面とを含んでおり、前記第一円筒部分のそれぞれの段において複数の歯部を含む第一被検出部と、前記第二円筒部分の前記第一部分周面において前記第一被検出部の歯部と同位相で且つ同一の歯型寸法緒元を有する少なくとも一つの歯部を含む第二被検出部とを機械加工により一度に形成する、ことを含む回転子の製造方法が提供される。
５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記第二円筒部分の第一部分周面の半径が、前記第一円筒部分の半径と同じである。
６番目の発明によれば、４番目の発明において、前記第二円筒部分と前記第一円筒部分との間に溝が形成されている。
７番目の発明によれば、４番目の発明において、前記第二円筒部分の前記第二部分周面は、前記第一被検出部の歯の歯底よりも半径方向内側に位置する。

１番目および４番目の発明においては、歯部を機械加工で形成する場合であっても、ＡＢ相被検出部およびＺ相被検出部に歯部を一体的に形成する事が可能となる。従って、従来よりも効率的に回転子を製造する事ができる。
２番目および５番目の発明においては、回転子を容易に形成することができる。
３番目および６番目の発明においては、透磁率の低い空気が溝に介在するので、第一円筒部分と第二円筒部分との間の距離を大きくすることなしに、第二被検出部の歯部の影響を軽減できる。
７番目の発明においては、機械加工時であっても第二部分周面に溝が形成されることはなく、従って、Ｚ相信号のレベルを電気的に容易に区別できる。

（ａ）本発明の第一の実施形態に基づく回転子ブランクの斜視図である。（ｂ）図１（ａ）に示される回転子ブランクの側面図である。（ａ）本発明の第一の実施形態に基づく回転子の斜視図である。（ｂ）図２（ａ）に示される回転子の側面図である。（ａ）本発明の第一の実施形態に基づく回転子の部分頂面図である。（ｂ）第一部分周面に形成される歯部の拡大図である。本発明の第二の実施形態に基づく回転子の斜視図である。（ａ）第一部分周面に形成される歯部の他の拡大図である。（ｂ）第一部分周面に形成される歯部のさらに他の拡大図である。（ａ）本発明の第三の実施形態に基づく回転子ブランクの斜視図である。（ｂ）本発明の第三の実施形態に基づく回転子の斜視図である。（ａ）本発明の第三の実施形態に基づく回転子の側面図である。（ｂ）本発明の第三の実施形態に基づく回転子の部分頂面図である。第一部分周面に形成される歯部の別の拡大図である。従来技術における回転検出器の回転子の分解斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１（ａ）は本発明の第一の実施形態に基づく回転子ブランクの斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示される回転子ブランクの側面図である。なお、回転子ブランクとは、歯部が形成される前の状態の部材を意味する。

これら図面においては、回転子ブランク１ａは第一円筒部分１０と、第一円筒部分１０と同軸で軸方向に偏倚した第二円筒部分２０とを含んでいる。図示されるように、第二円筒部分２０の周面は、第一円筒部分１０の周面１１と同一平面である第一部分周面２１と、第一円筒部分１０の半径よりも小さい半径を有する第二部分周面２２とを含んでいる。なお、第一部分周面２１の半径は第一円筒部分１０の半径に等しく、第一部分周面２１は第一円筒部分１０の周面１１と連続している。

また、第一の実施形態においては、第一部分周面２１の幅（周方向長さ）は後工程で形成される歯部の１ピッチ長とほぼ同じである。さらに、第二部分周面２２は、第一円筒部分１０の周面１１に形成される歯部の歯底よりも更に回転子ブランク１ａの中心方向に位置するように設定してある。

図示される回転子ブランク１ａは、旋削・ミリングなどの機械加工により金属材料、例えば鋼材から製造されるのが好ましい。しかしながら、焼結などの成形加工で回転子ブランク１ａを製造することも可能である。

次に回転子ブランク１ａに歯部を形成する工程について説明する。
歯部の形成は創成加工や成形加工などの何れの方法でも可能で、特に加工方法を特定するものではない。この例ではウォーム状砥石を使用したギア研削盤（図示しない）による研削加工を行うものとして説明する。

ギア研削盤のワーク軸に回転子ブランク１ａを固定した後に、ギア研削盤に搭載されている歯合わせ装置によって回転子ブランク１ａの割出し原点を決定する。具体的には、予め決定された第一部分周面２１に接続する面を歯合わせ装置で検出することによって割り出し原点が決定される。なお、歯合わせ装置はギア研削盤に一般的に搭載されている。例えば歯合わせ装置は、ワーク軸を回転させて任意のギア歯面をタッチプローブに接触させ、そのときのワーク軸の回転位相を原点とする。なお、非接触式センサを用いて原点を決定してもよい。

原点が決定した後に、第一部分周面２１に所定形状の歯部が形成されるように所定の研削開始位置から研削を開始する。第一の実施形態においては、第一部分周面２１に単一の歯部が形成されるように研削開始位置が定められている。

図２（ａ）は本発明の第一の実施形態に基づく回転子の斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示される回転子の側面図である。さらに、図３（ａ）は本発明の第一の実施形態に基づく回転子の部分頂面図であり、図３（ｂ）は第一部分周面に形成される歯部の拡大図である。本発明の第一の実施形態においては、研削装置の研削砥石（図示しない）が第一円筒部分１０に対応するＡＢ相被検出部と、第二円筒部分２０に対応するＺ相被検出部との両方に亙って一体的に研削を行う。

図１および図２を参照して分かるように、第一円筒部分１０の周面１１全体に亙って、ＡＢ相被検出部の複数の歯部１５が研削により形成される。ここで、図３（ａ）および図３（ｂ）に示されるように、第二部分周面２２は、歯部１５の歯底よりも半径方向内側に位置するように設定される。従って、研削装置の研削砥石（図示しない）は第二部分周面２２を研削するときに空振り状態となり、第二部分周面２２は研削されない。

これに対し、第二円筒部分２０の第一部分周面２１は第一円筒部分１０の周面１１と同一平面になっている。従って、第一円筒部分１０の周面１１を研削する際に、第二円筒部分２０の第一部分周面２１は一緒に研削され、歯部２５が形成される。図２（ａ）および図２（ｂ）から分かるように、第二円筒部分２０の歯部２５は、第一円筒部分１０の対応する歯部１５ａに連続している。

なお、研削作用を効率的に行うために、第一部分周面２１と研削砥石（図示しない）とが対面しない場合、つまり、第二部分周面２２と研削砥石とが対面する場合には、第一円筒部分１０の周面１１についてのみＡＢ相被検出部の歯部１５が形成されるように研削砥石を第一円筒部分１０に対して駆動する。そして、第一部分周面２１と研削砥石（図示しない）とが対面する場合にのみ、研削砥石を第二円筒部分２０に対しても駆動してＺ相被検出部の歯部２５を形成するようにしてもよい。

さらに、図３（ｂ）から分かるように、第一の実施形態においては、第一部分周面２１の幅（周方向長さ）は、歯部１５の１ピッチ長とほぼ同じである。なお、第一の実施形態においては、第一部分周面２１において単一の歯部２５のみが形成されるように研削開始位置を定めているものとする。

このような研削作用により、図２（ａ）および図２（ｂ）に示される形状の回転子１ｂを形成することができる。すなわち、本発明においては、歯部１５、２５を機械加工で形成する場合であっても、ＡＢ相被検出部およびＺ相被検出部にそれぞれ歯部１５ａ、歯部２５を一体的に形成することが可能となる。従って、従来よりも効率的に回転子１ｂを製造する事ができる。なお、第一円筒部分１０および第二円筒部分２０がそれぞれ複数の段から構成されていてもよい。

図２（ａ）を参照すると、磁石３０が回転子１ｂの周面の一部分に対面して固定されている。この磁石３０は磁界を発生する磁界発生体としての役目を果たす。さらに、二つの磁気抵抗素子３１、３２が磁石３０と回転子１ｂとの間に固定されている。図２（ａ）からわかるように、第一磁気抵抗素子３１は回転子１ｂの第一円筒部分１０に対応した位置に配置されており、第二磁気抵抗素子３２は回転子１ｂの第二円筒部分２０に対応した位置に配置されている。

磁石３０からの磁束は第一磁気抵抗素子３１および第二磁気抵抗素子３２を通過して回転子１ｂの第一円筒部分１０および第二円筒部分２０を通って磁石３０に戻る。図示しない駆動部により回転子１ｂがその中心回りに回転されると、歯部１５、２５によって磁気抵抗素子３１、３２の磁気抵抗が変化する。このような変化に基づいて回転子１ｂの回転位置および回転速度を把握することができる。

第一磁気抵抗素子３１は、それぞれ位相をずらしたＡ相信号およびＢ相信号からなるＡＢ相信号を検出するＡＢ相信号用センサである。第一磁気抵抗素子３１が出力したＡＢ相信号を検出部でカウントすることにより回転子１ｂの回転量が得られ、Ａ相信号とＢ相信号との間の位相から回転子１ｂの回転方向を得ることができる。

また、第二磁気抵抗素子３２は回転子１ｂが一回転する間に一度だけ発生するＺ相信号を検出するＺ相信号用センサである。Ｚ相信号は回転検出のための基準点として使用される。第二磁気抵抗素子３２からの出力電圧を所定のレベルでコンパレートすると、パルス状のＺ相信号が得られる。

図４は本発明の第二の実施形態に基づく回転子の斜視図である。図４においては、第二円筒部分２０の歯部２５と第一円筒部分１０の歯部１５ａとは連続しておらず、これらの間に溝２９が形成されている。この溝２９は回転子ブランク１ａが作成される際に形成されるのが好ましい。ただし、歯部１５ａ、２５を形成した後で、溝２９を形成してもよい。

ここで、図４に示される回転子１ｂに溝２９が形成されていない場合を考える。第一磁気抵抗素子３１が、Ｚ相被検出部の歯部２５に隣接していないＡＢ相被検出部の歯部、例えば歯部１５ｂに対向する場合と、第一磁気抵抗素子３１が、Ｚ相被検出部の歯部２５に隣接するＡＢ相被検出部の歯部１５ａに対向する場合とでは、第一磁気抵抗素子３１で検出される磁束は互いに異なる。

その理由は、ＡＢ相被検出部の歯部１５ａがＺ相被検出部の歯部２５に隣接する場合に、ＡＢ相信号用センサの周囲の磁束分布がＺ相被検出部の歯部２５の影響を受けるためである。そして、このことは、検出誤差の原因になる。

従来においては、Ｚ相被検出部の歯部２５の影響を軽減するために、ＡＢ相被検出部の歯部１５ａとＺ相被検出部の歯部２５との間の距離を大きくしていた。その結果、回転子１ｂが大型化するという問題があった。

これに対し、第二の実施形態においては、溝２９を第一円筒部分１０の歯部１５ａと第二円筒部分２０の歯部２５との間に形成している。このため、ＡＢ相被検出部の歯部１５ａとＺ相被検出部の歯部２５との間の溝２９に透磁率の低い空気が介在するようになる。その結果、二つの歯部１５ａ、２５の間の距離を大きくすることなしに、Ｚ相被検出部の歯部２５の影響を軽減することができる。

ところで、回転子ブランク１ａの第一部分周面２１の周方向の幅と研削開始位置とに応じて、Ｚ相被検出部の歯部２５の数は変化する。言い換えれば、Ｚ相被検出部の歯部２５は単一である必要はない。

図５（ａ）および図５（ｂ）は第一部分周面に形成される歯部の拡大図である。図５（ａ）においては、ＡＢ相被検出部に形成された歯部１５と同一形状の歯部２５ａと、歯部１５と部分的に同一形状の二つの歯部２５ｂ、２５ｃとが第一部分周面２１に形成されている。また、図５（ｂ）においては、ＡＢ相被検出部に形成された歯部１５と部分的に同一形状の二つの歯部２５ｄ、２５ｅが第一部分周面２１に形成されている。図５（ａ）および図５（ｂ）に部分的に示される回転子１ｂであっても、同様に回転検出器に適用される。

図６（ａ）は本発明の第三の実施形態に基づく回転子ブランクの斜視図であり、図６（ｂ）は本発明の第三の実施形態に基づく回転子の斜視図である。さらに、図７（ａ）は本発明の第三の実施形態に基づく回転子の側面図であり、図７（ｂ）は本発明の第三の実施形態に基づく回転子の部分頂面図である。

図６（ａ）に示される回転子ブランク１ａの第二部分周面２２の半径は、図６（ｂ）に示される回転子１ｂの中心から歯部１５の歯底までの距離よりもわずかながら大きい。このような回転子ブランク１ａを前述したように研削して第一円筒部分１０の周面１１に複数の歯部１５を形成する。この場合には、図６（ｂ）および図７（ａ）に示されるように、単一の歯部２５が第二円筒部分２０の第一部分周面２１に形成され、複数の歯部２６が第二部分周面２２に形成されるようになる。

特に図６（ｂ）および図７（ｂ）から分かるように、第二部分周面２２に形成される複数の歯部２６の高さは歯部２５の高さよりも極めて低い。従って、Ｚ相検出用センサ部により小型の歯部２６歯を検出した際のＺ相信号のレベルは、大型の歯部２５を検出した際のＺ相信号のレベルに対して無視できる程度に小さい。つまり、大型の歯部２５を検出した際のＺ相信号のレベルは電気的に区別できる。従って、図６および図７に示される回転子１ｂを本発明の回転検出器に適用できるのは明らかであろう。

図８は第一部分周面に形成される歯部の別の拡大図である。図８においては、歯部２５が形成される第一部分周面２１の半径は、第一円筒部分１０の周面の半径よりわずかながら小さい。このような場合であっても、第二磁気抵抗素子３２により歯部２５を検出した際のＺ相信号のレベルは、第二部分周面２２を検出した際のＺ相信号のレベルから十分に区別できる。従って、図８に部分的に示される回転子を本発明の回転検出器に適用できるのは明らかであろう。

１ａ回転子ブランク
１ｂ回転子
１０第一円筒部分（ＡＢ相被検出部、第一被検出部）
１５、１５ａ、１５ｂ歯部
２０第二円筒部分（Ｚ相被検出部、第二被検出部）
２１第一部分周面
２２第二部分周面
２５、２５ａ〜２５ｅ歯部
２６歯部
２９溝
３０磁石（磁界発生体）
３１第一磁気抵抗素子（ＡＢ相信号用センサ）
３２第二磁気抵抗素子（Ｚ相信号用センサ）

Claims

回転子と、該回転子に対向して固定されていて磁界を発生する磁界発生体と、前記回転子と前記磁界発生体との間に配置されていて前記回転子の回転に基づく前記磁界の変化に応じた信号を検出する検出部とを含む回転検出器において、
前記回転子は、１つまたは複数の段を有する第一円筒部分と、１つまたは複数の段を有していて前記第一円筒部分に同軸で軸方向に偏倚して配置された第二円筒部分とを含んでおり、
前記第二円筒部分は、前記第一円筒部分よりも周方向の幅が狭い第一部分周面と、該第一部分周面の半径よりも小さい半径を有する第二部分周面とを含んでおり、
さらに、
前記回転子は、前記第一円筒部分のそれぞれの段に形成された複数の歯部を含む第一被検出部と、
前記第一被検出部の歯部と同位相で且つ同一の歯型寸法緒元を有していて、前記第二円筒部分の前記第一部分周面に形成された少なくとも一つの歯部を含む第二被検出部とを具備し、
前記第二円筒部分の前記少なくとも一つの歯部と、該少なくとも一つの歯部に対応する前記第一円筒部分の歯部は機械加工により一度に形成されており、
前記第二円筒部分の前記第二部分周面は、前記第一被検出部の歯の歯底よりも半径方向内側に位置することを特徴とする回転検出器。
前記第二円筒部分の第一部分周面の半径が、前記第一円筒部分の半径と同じであることを特徴とする請求項１に記載の回転検出器。
前記第二円筒部分と前記第一円筒部分との間に溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転検出器。
回転子と、該回転子に対向して固定されていて磁界を発生する磁界発生体と、前記回転子と前記磁界発生体との間に配置されていて前記回転子の回転に基づく前記磁界の変化に応じた信号を検出する検出部とを含む回転検出器における回転子の製造方法において、
１つまたは複数の段を有する第一円筒部分と、１つまたは複数の段を有していて前記第一円筒部分に同軸で軸方向に偏倚して配置されたに第二円筒部分とを含む回転子ブランクを準備し、
前記第二円筒部分は、前記第一円筒部分よりも周方向の幅が狭い第一部分周面と、該第一部分周面の半径よりも小さい半径を有する第二部分周面とを含んでおり、
前記第一円筒部分のそれぞれの段において複数の歯部を含む第一被検出部と、前記第二円筒部分の前記第一部分周面において前記第一被検出部の歯部と同位相で且つ同一の歯型寸法緒元を有する少なくとも一つの歯部を含む第二被検出部とを機械加工により一度に形成する、ことを含む回転子の製造方法。
前記第二円筒部分の第一部分周面の半径が、前記第一円筒部分の半径と同じであることを特徴とする請求項４に記載の回転子の製造方法。
前記第二円筒部分と前記第一円筒部分との間に溝が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の回転子の製造方法。
前記第二円筒部分の前記第二部分周面は、前記第一被検出部の歯の歯底よりも半径方向内側に位置することを特徴とする請求項４に記載の回転子の製造方法。