JPS61235723A

JPS61235723A - ロ−タリ−エンコ−ダ

Info

Publication number: JPS61235723A
Application number: JP7652885A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Kikuchi; 良巳菊池; Katsuhiko Hayashi; 勝彦林
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1986-10-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】発明の技術分野本発明は、軸などの回転量を電気的なパルス信号に変換
するためのロータリーエンコーダに関する。

従来技術この種のロータリーエンコーダは、軸などの回転体の回
転に応じて、電気的なパルスを発生させる。この電気的
なパルスは、回転体の速度、あるいは回転角度、回転に
よる位置決めなどの信号として用いられる。

一般的なロータリーエンコーダとして、光電式、あるい
は磁電式のものがある。

これらの分解能は、前者の光電式では、回転体のスリッ
トの間隔に依存しており、また後者では、着磁方向の記
録密度に直接関係している。したがって、高い分解能は
、回転体の直径を大きくするか、スリットを高い精度で
加工するか、または着磁密度を高めることによって得ら
れる。しかし、加工精度や着磁密度に物理的な限界があ
り、またロータリーエンコーダ自体に小型化の要求があ
ると、高い分解能のロータリーエンコーダは、加工上の
制約や、価格的な条件などから、事実上不可能となる。

発明の目的およびその解決手段したがって、本発明の目的は、小型で、しかも構造的に
簡単で、しかも高い分解能のロータリーエンコーダを安
価に提供できるようにすることである。

そこで、本発明は、小型化、および構造の簡略化のもと
に、高い分解能を得るために、増速輪列を用い、検出対
象の軸などの回転量をその歯車列によって増速し、１回
転数当たりの電気的なパルスの発生数を高めるようにし
ている。

ここで、上記増速歯車列は、最終段の部分でウオームを
備えており、このウオームの部分で例えば磁気的な被検
出部材を一体的に構成している。

したがって、上記検出対象の回転は、歯車および上記ウ
オームによって高い回転数に高められ、被検出部材の回
転運動として与えられる。

一方、磁電変換素子などの回転検出部材は、増速後の被
検出部材の回転を電気的なパルス信号に変換し、これを
ロータリーエンコーダの出力としている。ここで、検出
対象の入力軸とウオームとの回転比は、１：１００ない
し１　：　２００程度に設定される。したがって、入力
軸側のの１回転当たりのパルス数は、６００ないし１０
０００程度の高い範囲に設定できることになる。

このような構成にすることによって、−１）１Ｑの樹脂
、あるいは金属の歯車、ウオームおよびケースなどが用
いられ、それらの寸法、重量、生産性、および価格など
が従来のロータリーエンコーダに比較して大幅に改善さ
れる。

なお通常、ウオーム歯車機構では、ウオームが入力側で
あり、またウオームホイールが出力側となっているが、
本発明は、ウオームのねじの傾き角を摩擦角よりも大き
くすることによって、入出力の関係を通常の場合と逆に
設定し、高い増速比を得るようにしている。

また本発明の他の目的は、このような増速歯車列、特に
歯車とウオームとの間のバックラッシを吸収し、分解能
の低下を防止することである。

上記のバックラッシは、増速歯車列の最終段のウオーム
に制動力を与えることによって解決できる。このような
制動力は、好ましい実施例で、磁気的な吸引力となって
いる。この磁気的な吸引力は、ウオームと一体的な被検
出部材を永久磁石とするか、あるいは磁性体の被検出部
材を永久磁石に接近させることによって、簡単に得られ
る。

実施例の構成まず、第１図ないし第６図は、本発明の基本的なロータ
リーエンコーダ１を示している。

このロータリーエンコーダｌは、第１図および第２図に
示すように、例えばプラスチック製で、２つの割型のケ
ース２．３の内部に組み込まれる。

一方のケース２は、板状であり、上面開口型のケース３
の開口面にあてがわれ、一方で、ケース２の係合爪４と
ケース３の係合孔５との弾力的なはまり合い、また他方
の側での結合ピン６によるはまり合いによって一体的に
組み合わせられる。

一方、ケース２．３は、それぞれの軸受孔７．８により
検出対象の入力軸９、およびこの入力軸９に固定された
歯車１０を回転自在に支持している。この歯車１０は、
ケース２．３の内部で中間軸１）によって回転自在に支
持された、複合歯車１２の小さな歯に噛み合っている。

なお上記中間軸１）は、ケース３の一部で一体的に形成
されており、その先端部分をケース２の支持孔１３の部
分に臨ませている。

さらに、上記複合歯車１２の大きな歯は、ケース２．３
の内部で、複合歯車１２の接線方向に設けられたウオー
ム１４と噛み合っている。このウオーム１４は、ウオー
ム軸１５の部分で、ケース３に形成されたほぞ状の軸受
１６の内部で、軸線方向に移動可能な状態で支持されて
おり、ケース２の押さえ突起１７によって抜は止め状態
となっている。ここで、上記歯車１０、複合歯車１２お
よびウオーム１４は、増速歯車列を構成している。

もちろん、この複合歯車１２とウオーム１４との噛み合
い部分では、ウオーム１４のねじの傾き角が摩擦角より
も大きく設定されている。このため、複合歯車１２の回
転は、大きな増速比で、ウオーム軸１５に高速回転とし
て伝達できる状態にある。

そして上記ウオーム軸１５は、被検出部材１８として永
久磁石１８ａを一体的に保持している。

この永久磁石１８ａは、円板状であり、その円周方向に
沿って、Ｎ極およびＳ極に交互に着磁されており、ケー
ス２．３内の回転検出部材１９および磁性体３３と対向
している。この磁性体３３は、永久磁石１８ａと対向す
る部分で、外周に接するように屈曲しており、基端部分
でケース３の一部のリベットにより固定されている。

この実施例の回転検出部材１９は、ケース３の支持溝２
０の内部で、固定されており、永久磁石１８ａと対応す
る面で、磁気抵抗効果などの磁電変換素子２１．２２．
２３．２４を形成している。

一方の一対の磁電変換素子２１．２２および他方の一対
の磁電変換素子２３．２４は、磁性体の薄膜によって形
成され、第４図に示すように互いに半ピツチつまり信号
波長λの１／２だけずれており、しかもそれらの一対の
もの同士の間隔は、４分の１ピツチ（λ／４）だけずれ
た状態で配置されている。

一対の磁電変換素子２１．２２、および他の一対の磁電
変換素子２３．２４は、第５図に示すように、それぞれ
抵抗器２５．２６とともに、ブリフジ回路を形成してお
り、電源端子２７とアース２８との間に接続されている
。そして、これらのブリッジ回路の接続中点は、適当な
抵抗器２９．３０を経て、差動増幅器３１．３２にそれ
ぞれ接続されている。

なお、これらの磁電変換素子２１．２２．２３．２４は
、必要に応じて、内部にバイアス用の磁石を薄い永久磁
石膜によって内蔵している。

実施例の作用検出対象の入力軸９の回転は、増速歯車列っまり歯車１
０．複合歯車１２、およびウオーム１４　　　　　　゛
によって増速され、最終的に１００ないし２００倍の被
検出部材１８の回転となる。この被検出部材１８、すな
わち永久磁石１８ａの回転は、回転検出部材１９の磁電
変換素子２１．２２．２３．２４によって電気的な信号
に変換される。一方の信号に対し他方の信号は、第６図
に示すように、λ／４の位相だけずれた状態で発生して
いる。この２相信号の位相差によって、入力軸９の回転
方向が判別され、またこれらのパルス数によって回転量
、回転速度などが検出される。もちろん、これらの信号
は、しきい値処理などによって、方形波の信号に変換さ
れる。

なお、この２相信号は、互いに合成することによって、
２倍のパルス幅の信号として利用することもできる。も
っとも、この入力軸９の回転方向が常に一定であり、回
転方向の判別が必要とされないならば、一対の磁電変換
素子２１．２２、および磁電変換素子２３．２４のうち
一方のものは、省略することもできる。

一方、この回転中に、永久磁７石１８ａは、常に板状の
磁性体３３に磁気的な吸引力を及ぼしているため、ウオ
ーム１４およびそのウオーム軸１５は、はぞ状の軸受１
６の内部に片寄せ状態で接している。したがって、その
軸受１６の部分に組み立て初期のはめ合い隙間や、回転
中の摩耗による隙間が形成されたとしても、ウオーム軸
１５は、軸受１６の内部で安定な状態で、常に支持され
ている。

またこの永久磁石１８ａおよび磁性体３３は、互いに引
き合うことによって、ウオーム１４に回転方向の制動力
を作用させている。このため、入力軸９の回転が一時的
に変動したとしても、ウオーム１５は慣性よって先行回
転をせず、常に複合歯車１２と同じ歯面で噛み合いなが
ら追従していくことになる。したがって、複合歯車１２
とウオーム１４との噛み合い部分のバックラソシは、上
記制動力によって誤差の原因として、電気的なパルス信
号に現れないことになる。

さらに、例えば入力軸９の回転角上の原位置に原位置セ
ンサーを設け、このセンサー出力とウオーム軸１５から
の出力信号との間でアンド条件を取ることによって、入
力軸９の角度検出（原位置検出）が可能となる。この場
合、増速輪列にパフクラッシの除去手段をあらかじめ設
けると、回転角度の検出が誤差なく検出できるので有利
となる。

また、上記実施例は、増速輪列を入力軸９の歯車１０に
対し、一方の側にだけ設けているが、÷拓基鉢蘂碑赫他
方の側にも増速輪列を対称的に設け、さらにウオーム軸
１５に軸線方向の付勢を例えば軸受１６内のスプリング
などにより与えることによって、一方の回転方向のとき
に、一方の増速輪列のウオーム軸１５の回転によって出
力パルスを発生させ、また逆方向の回転のときに、他方
の増速輸列のウオーム１５の回転によって電気的なパル
ス信号を発生させれば、入力軸９の回転の初期に、その
回転方向が定まらなくても、複合歯車１２とウオーム１
４との間の軸方向のバックラソシが回転初期に存在しな
い状態で、パルス信号が得られる。

他の実施例の構成および作用次に、本発明の他の実施例を説明する。

まず第７図および第８図は、回転検出部材１９をケース
３の内側底面に固定し、永久磁石１８ａの磁束を複数、
例えば２つの高透磁率材料３４によって、回転検出部材
１９の磁電変換素子２１．２２に磁路として導く例を示
している。この実施例では、永久磁石１８ａと回転検出
部材１９とが比較的大きな距離を隔てて取り付けられて
いる場合でも、充分な電気的なパルス信号が得られる。

なお、２つの高磁率材料３４は、磁性体３３を兼用して
おり、それらの間に適当な非磁性体のスペーサ３５が介
在している。

次に、第９図および第１０図の実施例は、被検出部材１
８を磁性体の歯車１８ｂとして構成し、これに回転検出
部材１９を対向させるとともに、これらの側方に永久磁
石３６を配置した例を示している。この永久磁石３６か
らの磁束は、磁性体の歯車１８ｂ１および回転検出部材
１９を通る。

ウオーム１４が回転すると、歯車１８ｂの歯の凹凸によ
って、回転検出部材１９に対する磁束が変化するため、
磁電変換素子２１．２２は、永久磁石１８ａの例と同様
に、電気的なパルス信号を発生する。ここでの磁電変換
素子２１．２２は、磁性体３３に代わって、その機能を
兼用している。

次に、第１）図および第１２図は、回転検出部材１９を
歯車１８ｂと直接対応させないで、前記実施例と同様に
、高透磁率材料３４を用いて磁路を形成し、歯車１８ｂ
と回転検出部材１９とを磁気的に結合させた例を示して
いる。このような構成でも、上記実施例と同様な効果が
得られる。なお、これらの歯車１８ｂは、プラスチック
とし、その歯面に磁性体膜を形成することによっても、
磁性体となる。

発明の変形例上記いずれの実施例でも回転検出部材１９の検出部分は
、磁電変換素子２１，２２．２３．２４として示しであ
るが、これらは、磁気抵抗素子に限らず、ホール素子、
あるいは光学的な変換手段、すなわち被検出部材１８の
円周上で形成された等間隔、または不等間隔のスリット
、およびこれらのスリットをはさんで対向する発光体お
よび受光体などで構成することもできる。

さらに、上記実施例は、好ましい例として、磁力によっ
てウオーム１４に対する制動力を得るようにしているが
、このような制動手段は、固定的な永久磁石と回転側の
導電円板との間の渦電流による制動力、軸受１６の部分
に充填した粘性オイルなどによる粘性抵抗、さらに軸受
部分などの摩擦抵抗などを利用して、ウオーム１４に作
用させるようにしてもよい。

発明の効果本発明では、下記の特有の効果が得られる。

検出対象の回転力が増速輪列によって増速されるため、
高密度の回転パルス信号が得られる。

これらの増速歯車列が小さなケース内に収められるため
、小型で、しかも軽量のロータリーエンコーダが得られ
る。

さらに、これらの増速輪列がケースの内部に簡単に組み
込まれ、しかも被検出部材が回転検出部材に対しケース
内で簡単に対応するため、このロータリーエンコーダの
製作、および組み立てが簡単に行える。

さらに、実施例のように、ウオームに制動力が作用する
と、入力回転に対するウオームの追従性が良くなり、回
転中にウオームと歯車とギャップが形成されず、したが
って検出誤差が無くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のロータリーエンコーダの一部破断乎面
図、第２図はそのロータリーエンコーダの歯車列の中心
に沿ワた垂直断面図、第３図は被検出部材と回転検出部
材との位置関係を示す一部の拡大断面図、第４図は回転
検出部材の正面図、第５図は磁電変換素子の接続関係を
示す回路図、第６図は出力信号の波形図、第７図は他の
実施例の一部の水平断面図、第８図はその垂直断面図、
第９図は他の実施例の水平断面図、第１０図はその垂直
断面図、第１）図はさらに他の実施例の一部の水平断面
図、第１２図はその一部の垂直断面図である。 ■・・ロータリーエンコーダ、２．３・・ケース、９・
・入力軸、１０・・歯車、１）・・中間軸、１２・・複
合歯車、１４・・ウオーム、１８・・被検出部材、１８
ａ・・永久磁石、１８ｂ・・歯車、１９・・・回転検出
部材、２１．２２．２３．２４・・磁電変換素子。９ｓ４図溶５図　　　　　第６図／ｅ）第９図　　　　　第７０図第７１図／ｌ＞第７２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ケース内に収容され最終段にウォームを有する増
速輪列と、上記ウォームに固定され１回転を複数に区分
する被検出部材と、上記ケースに固定され上記被検出部
材の回転を検出する回転検出部材とからなることを特徴
とするロータリーエンコーダ。
（２）上記ウォームに磁気的な被検出部材を固定し、上
記ケース内に回転検出部材として磁電変換素子を取り付
けてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
ロータリーエンコーダ。
（３）上記ウォームの回転に対して制動手段を設けたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のロータリー
エンコーダ。
（４）上記制動手段の制動力を磁力としたことを特徴と
する特許請求の範囲第３項記載のロータリーエンコーダ
。
（５）上記磁気的な被検出部材と上記磁電変換素子との
間の磁力を制動力としたことを特徴とする特許請求の範
囲第４項記載のロータリーエンコーダ。