JPH05341904A - ホール素子と磁化ボールを備えたエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型でありながら高感度の長さ計測用エンコ
ーダを提供する。 【構成】 ８区画に区分され各区画が隣接区画とは異な
る極性に磁化されている磁化ボール１と、磁化ボール１
を回転可能に支持する支持体２と、ギャップ部を隔てた
一対の先端部を２か所に有し、この一方側先端部が磁化
ボール１に近接して設置される継鉄部３ａ，３ｂと、継
鉄部３の他方側先端部に設置されるホール素子４と、ホ
ール素子４の出力電圧を受け磁化ボール１の移動距離な
どを算出する演算部とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複数区画に区分され
る鋼球表面の各隣接部が異なる極性に磁化されている磁
化ボールを備えるエンコーダに関し、特に、前記磁化ボ
ールの回転量をホール素子を用いて検出するエンコーダ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図面上の長さを計測するエンコーダ方式
の道具として、例えばプラニメータやマウスがあるが、
プラニメータはその構造上一定方向しか測定できず、一
方マウスでは形状が大き過ぎて微小寸法を計測し難いと
いう問題点があり、かかる問題点を解消するものとし
て、本願出願人は、先に「８極磁化ボールを備えたエン
コーダ」を出願している（特願平４−１０７６５７
号）。

【０００３】図４は、この発明の一実施例を図示したも
のであり、ペンシル形ケースの先端部で回転可能に支持
される８極磁化ボール２１と、８極磁化ボール２１の上
部に配置される継鉄部２２と、継鉄部２２の一部に巻着
される検出コイル２３などで構成されている。８極磁化
ボール２１は、例えば鋼球であり、球面が立体角９０度
の略円錐形の８区画（点線で区分された部分）に等分さ
れ、各区画が隣接区画とは異なる磁極性になるようＮ極
又はＳ極に磁化されたものである。

【０００４】かかる装置において、計測しようとする線
に沿って磁化ボール２１を回転させると（図４の矢印参
照）、継鉄部２２の磁極が変化するので、これに応じて
検出コイル２３からは誘導パルス電圧が発生する。そこ
で、この誘導パルス数を数えることによって磁化ボール
２１の回転数を知ることができ、その結果に基づいて磁
化ボール２１の移動距離なども計測することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した「８
極磁化ボールを備えたエンコーダ」では、検出感度を上
げるには検出コイル２３の捲線数を多くしなければなら
ず、その為に検出コイル２３や継鉄部２２の構造寸法が
大きくなってしまうという不具合点があった。また、検
出コイル２３からの出力電圧は磁界の変化速度に比例す
るので、例えば、小型の磁化ボールをゆっくり回転させ
た場合には磁気誘導電圧が小さくなってしまうという欠
点があり、結局、この２つの理由から装置全体をあまり
小型化することができないという問題点があった。

【０００６】この発明は、この問題点に着目してなされ
たものであって、小型でありながら検出感度の高い長さ
計測用エンコーダを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する
為、この発明に係るホール素子と磁化ボールを備えたエ
ンコーダは、複数区画に区分され各区画が隣接区画と
は異なる極性に磁化されている磁化ボールと、この磁
化ボールを回転可能に支持する支持体と、ギャップ部
を隔てた一対の先端部を２か所に有し、この一方側先端
部が前記磁化ボールに近接して設置される継鉄部と、
この継鉄部の他方側先端部に設置されるホール素子と、
このホール素子の出力電圧を受け前記磁化ボールの移
動距離などを算出する演算部とを特徴的に備えている。

【０００８】

【作用】 磁化ボールは、複数区画に区分されており、各区画が
隣接区画とは異なる極性に磁化されている。ここで、区
分法は、特に限定されないが、例えば立体角９０度ごと
に８等分したり、立体角１８０度ごとに２等分すればよ
い。 支持体はこの磁化ボールを回転可能に支持している。
従って、例えば検出面上の任意の線に沿って、前記磁化
ボールを自由に回転させることができる。

【０００９】継鉄部は、ギャップ部を隔てた一対の先
端部を２か所に有しており、その一方側先端部が前記磁
化ボールに近接して設置される。その為、磁化ボールが
回転することによって一方側先端部の磁界が変化する
と、それに応じて他方側先端部のギャップ部の磁界も変
化することになる。 ホール素子は、継鉄部の他方側先端部に設置されてお
り、磁界に直交する向きの電流が流れている。その為、
磁化ボールの回転によって継鉄部の他方側先端部の磁界
が変化すると、その変化に応じた検出電圧を出力するこ
とになる。

【００１０】演算部は、このホール素子の出力電圧を
受けて動作し、磁化ボールの回転数を検出することによ
って磁化ボールの移動距離などを算出する。 以上の通り、この発明では、磁界の変化をホール素子に
よって直接的に検出しているので高感度であり、従っ
て、磁化ボールの回転がゆっくりであっても、その回転
量を確実に検出することができる。また、ホール素子の
感度が高いので、磁化ボールや継鉄部を小型化すること
も可能である。

【００１１】

【実施例】以下、実施例に基づいて、この発明を更に詳
細に説明する。図１は、この発明の一実施例であるホー
ル素子と磁化ボールを備えるエンコーダ（以下、エンコ
ーダと略すことがある）のブロック図を示したものであ
る。このエンコーダは、磁化ボール１やホール素子４な
どで構成される検出部５と、検出部５からの検出電圧を
増幅する増幅器６と、増幅器６の出力をパルス化する波
形整形器７と、波形整形器７の出力パルス数をカウント
するパルスカウンタ８と、基準時間パルス発生部９と、
基準時間パルス発生部９の出力パルスに同期して動作
し、磁化ボール１の移動距離などを算出する演算部１０
と、演算部１０の算出結果を表示する表示部１１とで構
成されている。

【００１２】検出部５はペンシル形ケースに収納されて
おり、断面図を示すと図２の通りである。すなわち、図
２に示す検出部５は、８区画に区分され各隣接区画が異
なる磁極に磁化された磁化ボール１と、磁化ボール１を
回転可能に支持するペンシル形支持体２と、ペンシル形
支持体２の中心部に設置される継鉄部３と、継鉄部３の
上端部に設置されるホール素子４とで構成されている。

【００１３】ここで、磁化ボール１は、鋼球を立体角９
０度毎に８区画に等分して構成されており、各区画は隣
接区画とは極性が異なるようＮ極またはＳ極に磁化され
ている。また、継鉄部３は、細長い棒状の２つの部分３
ａ，３ｂに分かれており、両継鉄部３ａ，３ｂの下端部
は磁化ボール１に近接し、上端部はホール素子４に近接
して設置されている。そして、ホール素子４には、磁界
の向きと直交する方向に電流が流されている。

【００１４】図３は、検出部５の別の実施例を示す断面
図であり、ホール素子４に中継用の継鉄部４ａ，４ｂが
設けられている点と、継鉄部３ａ，３ｂがシート状に形
成されている点に特徴がある。尚、継鉄部３ａ，３ｂ
は、ペンシル形支持体２の内壁面に磁性塗料を塗布して
構成してもよい。かかる構成からなる図１のエンコーダ
について回路動作を次に説明する。

【００１５】いま、ペンシル形支持体２が検出面をなぞ
ってゆき、その為に磁化ボール１が検出面上で回転した
とする。すると、継鉄３ａ，３ｂの磁化ボール１に近接
した部分（下端部）は、磁化ボール１と同一の大きさで
反対極性に磁化され、一方、継鉄３ａ，３ｂの上端部は
下端部とは逆向きに磁化される。その為、ホール素子４
からは、ホール素子面に直交する磁束量に応じたほぼリ
ニアな電圧が発生することになる。つまり、ホール素子
４からは、磁化ボール１の回転速度や回転量に応じた交
流信号電圧が発生することになる。

【００１６】そこで、この検出電圧を増幅器６によって
増幅し、その増幅出力を波形整形部７によってパルス化
した後、パルスカウンタ８に供給する。パルスカウンタ
８は、供給されたパルス波のパルス数をカウントし、そ
のカウント数を演算部１０に出力する。ここで、パルス
波のカウント数は、磁化ボール１の回転角度に比例する
ので、演算部１０は前記カウント数に基づいて磁化ボー
ル１の移動距離を算出し、その算出結果を表示部１１に
表示する。

【００１７】このように、この発明ではホール素子４に
よって磁界変化量を検出しているので、検出コイルの誘
導電圧を利用する従来装置よりも感度に優れ、その為、
継鉄部３を細長く構成したり、磁性塗料を塗布して構成
することが可能となり、結果として、装置をより小型化
することが可能となる。尚、上記の説明では８極構成の
磁化ボールを例に挙げたが、本願発明ではホール素子４
によって磁界変化を直接的に検出しているので、これに
限定される必要はなく、例えば、単なる２極構成（Ｎ極
とＳ極）の磁化ボールを用いてもよい。また、実施例に
係る検出部５を利用すれば、例えば、ボールペン類似の
形状、寸法のプラニメータや「記憶ペン」（特願平４−
７０５５９号参照）を実現することも可能となる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係るエ
ンコーダは、ホール素子によって磁化ボールの回転量を
検出しているので感度が高く、磁化ボールがゆっくり回
転した場合でもこれを確実に検出することができる。ま
た、ホール素子は検出コイルなどに比べて高感度である
ので、継鉄部をケース上部まで細長く延ばしたりシート
状に形成することができ、また磁化ボールを小形化する
こともできるので、装置全体の小形化が実現される。更
に、継鉄部を磁性塗料によって構成したり、２極構成の
磁化ボールを使用することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例であるホール素子と磁化ボ
ールを備えたエンコーダの回路ブロック図である。

【図２】図１の一部を詳細に示す断面図である。

【図３】図１の一部の別の実施例を示す断面図である。

【図４】この発明の先行技術を示す装置断面図である。

【符号の説明】

１ 磁化ボール ２ 支持体 ３ａ，３ｂ 継鉄部 ４ ホール素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数区画に区分され各区画が隣接区画とは
   異なる極性に磁化されている磁化ボールと、この磁化ボ
   ールを回転可能に支持する支持体と、ギャップ部を隔て
   た一対の先端部を２か所に有し、この一方側先端部が前
   記磁化ボールに近接して設置される継鉄部と、この継鉄
   部の他方側先端部に設置されるホール素子と、このホー
   ル素子の出力電圧を受け前記磁化ボールの移動距離など
   を算出する演算部とを備えることを特徴とするホール素
   子と磁化ボールを備えたエンコーダ。