JP5343592B2 - エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、エンコーダに関するものである。

モータの回転軸など回転体の回転数を検出する装置として、エンコーダが知られている（特許文献１）。エンコーダは、例えばモータの回転軸に取り付けられて用いられる。エンコーダの具体的構成として、例えば磁気を用いて回転数を検出する構成が知られている。このような構成のエンコーダは、所定の磁気パターンが形成された磁石部を回転軸と一体的に回転させ、磁石部の磁気パターンの変化を磁気センサによって読み取ることで、モータの回転軸の回転数を検出できるようになっている。

特開２００９−８４５８号公報

しかしながら、例えば、磁気によって回転数を検出するエンコーダを用いる場合、エンコーダ内部の構成要素による磁場以外の磁場が磁気センサの周囲に作用すると、当該磁気センサに対する磁気ノイズとなってしまい、検出誤差の原因となる可能性がある。
このような事情に鑑み、本発明の目的は、検出精度の高いエンコーダを提供することにある。

本発明に係るエンコーダ（ＥＣ）は、非磁性体で形成された回転部（Ｒ）と、前記回転部に保持され、所定の磁気パターンを有する磁石部（Ｍ）と、前記磁石部による磁場を検出する検出部（Ｄ）と、前記回転部の近傍に設けられ、磁性体を含んで形成された磁気保護部（Ｐ）とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、検出精度の高いエンコーダを得ることができる。

本発明の実施の形態に係るエンコーダの構成を示す分解斜視図。 本実施形態に係るエンコーダの構成を示す断面図。 本実施形態に係るエンコーダの動作の様子を示す断面図。 本発明に係る他のエンコーダの一部の構成を示す斜視図。 本発明に係る他のエンコーダの動作の様子を示す断面図。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施形態に係るエンコーダＥＣの構成を示す分解斜視図である。図２は、エンコーダＥＣの構成を示す断面図である。

図１及び図２を参照して、エンコーダＥＣの構成を説明する。エンコーダＥＣは、モータなどの回転体の回転数を検出する装置である。エンコーダＥＣは、回転部材Ｒ、磁石部材Ｍ、検出機構Ｄ及び磁気保護部材Ｐを有している。エンコーダＥＣは、回転部材Ｒ、磁石部材Ｍ及び磁気保護部材Ｐが一体的に設けられており、これらが検出機構Ｄを構成する筐体３０内に収容された状態で用いられる。

回転部材Ｒは、回転体である例えばモータＭＲ（図２参照）の回転軸４０に固定され、回転軸４０と一体的に回転する部分である。回転部材Ｒは、例えば非磁性体であるアルミニウムなどによって円盤状に形成されている。回転部材Ｒの構成材料としてアルミニウムを用いることで、加工性及び軽量性に優れた回転部材Ｒが形成される。回転部材Ｒの構成材料として、他の材料を用いても勿論構わない。回転部材Ｒは、ハブ２０、パターン形成部２１、突出部２２及び凹部２３を有している。

ハブ２０の下面側には、平面視中央部に挿入穴２０ａ（図２参照）が形成されている。挿入穴２０ａは、上記モータＭＲの回転軸４０が挿入されるようになっている。ハブ２０は、回転軸４０が挿入穴２０ａに挿入された状態で回転軸４０とハブ２０との間を固定する固定機構（不図示）を有している。

パターン形成部２１は、ハブ２０の周縁部に設けられた円環状の部分である。パターン形成部２１の上面２１ａは平坦に形成されている。上面２１ａには光反射パターン２４が形成されている。

光反射パターン２４は、上面２１ａの他の部分よりも光反射率の低い低反射領域２４ａを有している。低反射領域２４ａは、アルミニウムよりも反射率の低いクロム（Ｃｒ）などの薄膜によって形成されている。低反射領域２４ａは、パターン形成部２１の形状に沿って円周方向に所定の間隔で配置されている。この他、例えば上面２１ａ自体を着色加工したり、粗面加工したりすることで低反射領域２４ａを形成しても構わない。

図１及び図２においては、低反射領域２４ａがパターン形成部２１の一部にのみ形成された状態を示しているが、実際には、低反射領域２４ａはパターン形成部２１の全体に亘って形成されている。パターン形成部２１は、光反射パターン２４が形成された領域を含めて、ほぼ全体がアクリル樹脂などの透明保護膜（不図示）によって被覆されている。

突出部２２は、ハブ２０の平面視中央に設けられており、ハブ２０の上面側に突出して形成されている。凹部２３は、ハブ２０の上面側において、パターン形成部２１と突出部２２との間に環状に形成されている部分である。凹部２３には、磁石部材Ｍ及び磁気保護部材Ｐが収容されるようになっている。

磁石部材Ｍは、回転部材Ｒの回転方向に沿って円環状に形成された永久磁石である。磁石部材Ｍは、例えば回転部材Ｒの周縁部に配置されている。磁石部材Ｍには、所定の磁気パターンが形成されている。磁石部材Ｍの磁気パターンとして、例えば回転軸４０の軸方向に見て円環の半分の領域にＮ極に着磁され、円環の他の半分の領域がＳ極に着磁された磁気パターンなどが挙げられる。磁石部材Ｍは、回転部材Ｒの凹部２３に収容されている。

磁気保護部材Ｐは、回転部材Ｒの回転方向に沿って円環状に形成された磁性体部材である。磁気保護部材Ｐは、回転軸４０の軸方向に見て磁石部材Ｍと同一の形状に形成されている。磁気保護部材Ｐは、例えば回転部材Ｒの周縁部に設けられており、回転軸４０の軸方向に見て磁石部材Ｍに重なる位置に配置されている。磁気保護部材Ｐに含まれる磁性体としては、例えば鉄やニッケルなどを用いることができる。磁気保護部材Ｐは、回転部材Ｒの凹部２３に収容された状態で回転部材Ｒに保持されている。磁気保護部材Ｐは、凹部２３内において、回転部材Ｒと磁石部材Ｍとで挟まれるように配置されている。

磁石部材Ｍと磁気保護部材Ｐとの間は、例えば不図示の接着剤などを介して固着されている。回転部材Ｒと磁気保護部材Ｐとの間についても、例えば不図示の接着剤などを介して固着されている。このように、回転部材Ｒ、磁石部材Ｍ及び磁気保護部材Ｐは、接着剤を介して一体的に形成された状態になっている。磁気保護部材Ｐは、磁石部材Ｍの磁力によって磁石部材Ｍに引き寄せられた状態になっている。したがって、磁石部材Ｍと磁気保護部材Ｐとの間は、接着剤を用いることなく当該磁力によって一体化する構成であっても構わない。本実施形態では、接着剤を用いることで、各部材がより強固に固着された構成となっている。

検出機構Ｄは、上記の光反射パターン２４及び磁石部材Ｍによる磁場を検出する部分である。検出機構Ｄは、筐体３０、光センサ３１及び磁気センサ３２を有している。
筐体３０は、例えば平面視円形のコップ状に形成されている。筐体３０は、モータＭＲに固定されており、回転軸４０とは固定されていない状態となっている。したがって、回転軸４０が回転しても、筐体３０とモータＭＲとの相対位置が変化しないようになっている。筐体３０は、一体的に形成された回転部材Ｒ、磁石部材Ｍ及び磁気保護部材Ｐを収容する。回転部材Ｒ、磁石部材Ｍ及び磁気保護部材Ｐは、回転軸４０の軸方向に見たときに、それぞれの中心が筐体３０の中心に一致するように位置合わせされた状態で収容されている。

光センサ３１は、光反射パターン２４へ向けて光を射出し、反射光を読み取ることで光反射パターン２４を検出するセンサである。光センサ３１は、例えば回転部材Ｒの光反射パターン２４に対して、回転軸４０の軸方向に見て重なる位置に配置されている。光センサ３１は、光を射出する発光部及び反射光を受光する受光部を有する。発光部としては、例えばＬＥＤなどが用いられる。受光部としては、例えば光電素子などが用いられる。受光部によって読み取られた光は、電気信号として不図示の制御装置に送信されるようになっている。光センサ３１を構成する各部は、筐体３０に保持されている。

磁気センサ３２は、例えば磁石部材Ｍに対して回転軸４０の軸方向に見て重なる位置に一対配置されている（磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂ）。各磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂは、バイアス磁石（不図示）及び磁気抵抗素子（不図示）を有している。磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂは、それぞれ筐体３０に保持されている。

バイアス磁石は、磁石部材Ｍの磁場との間で合成磁場を形成する磁石である。バイアス磁石を構成する材料として、例えばサマリューム・コバルトなどの磁力の大きい希土類磁石などが挙げられる。バイアス磁石は、磁気抵抗素子に接触したり、隣接したりしない位置に配置されている。

磁気抵抗素子は、例えば金属配線などによって形成された直交する２つの繰り返しパターンを有している。磁気抵抗素子は、磁場の方向が当該繰り返しパターンに流れる電流の方向の垂直方向に近くなると電気抵抗が低下するようになっている。磁気抵抗素子は、この電気抵抗の低下を利用して磁場の方向を電気信号に変換するようになっている。磁気抵抗素子は、磁石部材Ｍの磁場及びバイアス磁石の磁場による合成磁場を検出するようになっている。検出結果は、電気信号として上記の制御装置（不図示）に送信されるようになっている。

制御装置は、光センサ３１の受光部からの出力に基づいて回転軸４０の回転角度を求めると共に、磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂからの出力に基づいて回転軸４０の回転数を求める処理を行う。

次に、上記のように構成されたエンコーダＥＣの動作を説明する。
モータＭＲの回転軸４０が回転すると、当該回転軸４０に一体的に取り付けられた回転部材Ｒ、磁石部材Ｍ及び磁気保護部材Ｐが回転軸４０と一体的に回転する。モータＭＲに固定された検出機構Ｄについては、回転軸４０には接続されていないため、回転せずに静止した状態となる。

回転部材Ｒが回転すると、当該回転部材Ｒに形成された光反射パターン２４が回転方向に移動する。光センサ３１は、移動する光反射パターン２４へ光を射出し、反射光を読み取ることで光反射パターン２４の移動角度を検出する。

磁石部材Ｍが回転すると、当該磁石部材Ｍの磁気パターンによって形成される磁場とバイアス磁石の磁場との合成磁場が周期的に変化する。磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂは、当該合成磁場の変化の周期を検出することにより、磁石部材Ｍ（回転軸）の回転数を検出する。

このとき、図３に示すように、モータＭＲによって形成される磁場が回転軸４０を介してエンコーダＥＣ側に形成される。本実施形態では、回転部材Ｒが非磁性体によって形成されている。このため、磁石部材ＭとモータＭＲとの間に他に磁性体が存在しない場合、当該モータＭＲによる磁場は、例えば合成磁場を上方へ押し上げるように作用することになる（図３の一点鎖線矢印を参照）。この磁場は、上記合成磁場に影響を及ぼし、磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂによって検出される合成磁場に対する磁気ノイズとなるため、検出結果に悪影響を与えることとなる。

これに対して、本実施形態においては、磁石部材Ｍと回転部材Ｒとの間に磁気保護部材Ｐが設けられている。磁気保護部材Ｐが設けられていることにより、モータＭＲによる磁場は、当該磁気保護部材Ｐの方へ逃がされることになる。具体的には、モータＭＲによる磁場が、回転軸４０の軸方向から磁気保護部材Ｐの内部（径方向）へと逸れるように作用する。磁気保護部材Ｐの内部へ逸れる分、合成磁場を上方に押し上げるように作用する磁場は減少する。このため、磁石部材Ｍの上方では磁気ノイズの影響が緩和され、磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂでは上記合成磁場の検出がより正確に行われる。結果として、回転軸４０の回転数がより正確に検出されることとなる。

以上のように、本実施形態によれば、磁性体を含んで形成された磁気保護部材Ｐによって、モータＭＲによる磁気ノイズを防ぐことができるため、磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂにおいてより正確な検出が行われることとなる。これにより、測定精度の高いエンコーダＥＣを得ることができる。

また、本実施形態では、磁気保護部材Ｐが回転部材Ｒに保持させる構成としたので、コンパクトな配置とすることができる。また、磁気保護部材Ｐが回転部材Ｒの回転方向に沿って環状に形成されていることとしたので、モータＭＲから回転軸４０を介して伝達される磁場を回転方向の全方向に逃がすことができる。

また、本実施形態では、回転部材Ｒが磁石部材Ｍを保持する部分に凹部２３を有し、磁気保護部材Ｐが磁石部材Ｍと回転部材Ｒとで挟まれるように凹部２３内に配置されている構成としたので、磁気保護部材Ｐの位置を安定させることができると共に、磁気ノイズを確実に低減することができる。
また、本実施形態では、回転部材Ｒ、磁石部材Ｍ及び磁気保護部材Ｐを一体化させる構成としたので、回転軸４０に対する取り付け工程及び取り外し工程を容易に行うことができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
上記実施形態においては、磁気保護部材Ｐが回転部材Ｒと磁石部材Ｍとで挟まれる位置に配置された構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば図４に示すように、回転部材Ｒに対して磁石部材Ｍとは反対側（モータＭＲ側）に配置された構成としても構わない。

図４は、エンコーダＥＣの回転部材ＲをモータＭＲ側から見たときの構成を示す斜視図である。同図に示すように、磁気保護部材Ｐは、回転部材Ｒのハブ２０に保持されている。磁気保護部材Ｐは、例えば不図示の接着剤などを介して回転部材Ｒに一体的に固定された状態になっている。上記実施形態と同様、接着剤を用いることなく磁石部材Ｍと磁気保護部材Ｐとの間の磁力を利用することで磁気保護部材Ｐが回転部材Ｒに保持される構成としても構わない。

回転部材Ｒのハブ２０には、回転軸４０の軸方向に見て中央部に突出部２５が設けられている。磁気保護部材Ｐは、当該突出部２５を囲うように配置されている。磁気保護部材Ｐは、突出部２５との間に隙間を空けるように配置されている。突出部２５と磁気保護部材Ｐとの間には、環状の溝部２６が形成された状態になっている。

図５は、図４に示すエンコーダＥＣをモータＭＲの回転軸４０に取り付けたときの動作を示す断面図である。
同図に示すように、モータＭＲの回転軸４０を回転させると、上記実施形態と同様、モータＭＲによる磁場は回転軸４０の軸方向から磁気保護部材Ｐの内部（径方向）へと逸れるように作用する。したがって、モータＭＲによる磁場は、当該磁気保護部材Ｐによって遮られることになる。

一方、回転軸４０の回転動作を続けるうちに、モータＭＲの内部に付着されていた回転軸４０の潤滑油などの液体成分が回転軸４０を伝わってエンコーダＥＣ側へ流れてくる場合がある。当該液体成分が流れている状態を放置すると、液体成分が筐体３０内に飛散したり、光反射パターン２４上に付着したりし、検出精度が低下する場合がある。

これに対して、図５に示す構成では、突出部２５と磁気保護部材Ｐとの間に環状の溝部２６が形成されているため、回転軸４０を伝わって流れてくる液体成分Ｑを当該溝部２６に保持させることができる。これにより、液体成分Ｑが筐体３０内に飛散するのを回避することができ、良好な検出環境を維持することができる。

上記実施形態においては磁気保護部材Ｐを回転部材Ｒの磁石部材Ｍ側に配置した構成を例に挙げ、図４及び図５に示す構成においては磁気保護部材Ｐを回転部材ＲのモータＭＲ側に配置した構成を例に挙げて、それぞれ説明したが、例えば磁気保護部材Ｐを回転部材Ｒの磁石部材Ｍ側及びモータＭＲ側の両側に配置した構成としても構わない。この構成によれば、磁気保護部材Ｐが２重に配置されることになるため、磁石部材Ｍの上方に作用する磁気ノイズを一層低減させることができる。

また、上記実施形態、図４及び図５においては、磁気保護部材Ｐの形状を磁石部材Ｍと同一の形状、すなわち、円環状に形成する構成としたが、これに限られることは無く、他の形状であっても勿論構わない。

また、上記実施形態、図４及び図５においては、磁気保護部材Ｐが回転部材Ｒに保持された構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば磁気保護部材Ｐが検出機構Ｄの筐体３０に保持されている構成としても構わない。また、磁気保護部材Ｐを保持する別の機構を設けるようにしても構わない。

ＥＣ…エンコーダ ４０…回転軸 Ｒ…回転部材 Ｍ…磁石部材 Ｄ…検出機構 Ｐ…磁気保護部材 ＭＲ…モータ ２１…パターン形成部 ２２…突出部 ２３…凹部 ２４…光反射パターン ２５…突出部 ２６…溝部 ３１…光センサ ３２…磁気センサ

Claims (16)

1. 非磁性体で形成された回転部と、
   前記回転部に保持され、所定の磁気パターンを有する磁石部と、
   前記磁石部による磁場を検出する検出部と、
   前記回転部の近傍に設けられ、磁性体を含んで形成された磁気保護部と
   を備え、
   前記磁気保護部は、前記回転部に対して前記磁石部と反対側に設けられている
   ことを特徴とするエンコーダ。
2. 前記磁気保護部は、前記回転部に保持される
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記磁気保護部は、前記回転部の回転方向に沿って環状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンコーダ。
4. 前記磁気保護部は、前記回転部の周辺部に形成されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
5. 前記磁気保護部は、前記回転部の回転軸の軸方向又は該回転軸と平行な軸方向において前記磁石部に重なる位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
6. 前記磁気保護部は、前記磁石部と前記回転部との間に設けられている
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
7. 前記磁気保護部は、前記磁石部と前記回転部とで挟まれるように前記凹部内に配置されている
   ことを特徴とする請求項６に記載のエンコーダ。
8. 前記磁気保護部は、前記回転部の回転軸との間に隙間を空けるように前記回転部に保持されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
9. 前記回転部と前記磁気保護部とで形成される溝部を有する
   ことを特徴とする請求項８に記載のエンコーダ。
10. 前記磁気保護部は、前記磁石部の磁力によって保持されている
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
11. 前記回転部と前記磁石部と前記磁気保護部とは、一体的に形成されている
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
12. 前記回転部は、所定の光学パターンを有し、
    前記光学パターンを検出する第２検出部を備える
    ことを特徴とする請求項１から請求項１１のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
13. 円環状に形成され所定の磁気パターンを有する磁石部を保持する回転部と、
    前記磁石部による磁場を検出する検出部と、
    前記磁石部と同一形状に形成されると共に前記回転部の回転軸方向視で前記磁石部と重なるように設けられ、磁性体を含み、前記回転部のハブとの間に溝部を形成する状態で設けられた磁気保護部と、
    を備え、
    前記回転部は、前記磁石部を保持する部分に円環状に形成された凹部を有するとともに、回転体の回転軸に設けられ、
    前記磁石部の外周面及び前記磁気保護部の外周面は、前記凹部の内周面に接しており、
    前記磁気保護部は、前記回転軸の軸方向に見て、前記回転体が設けられる側の前記回転部に配置される
    ことを特徴とするエンコーダ。
14. 前記溝部は、前記ハブに設けられた突出部と前記磁気保護部との間に形成された隙間である
    ことを特徴とする請求項１３に記載のエンコーダ。
15. 前記磁気保護部は、前記ハブに設けられた突出部との間に隙間を空けて配置されている
    ことを特徴とする請求項１３に記載のエンコーダ。
16. 円環状に形成され所定の磁気パターンを有する磁石部を保持する回転部と、
    前記磁石部による磁場を検出する検出部と、
    前記磁石部と同一形状に形成されると共に前記回転部の回転軸方向視で前記磁石部と重なるように設けられ、磁性体を含み、前記回転部のハブとの間に溝部を形成する状態で設けられた磁気保護部と、
    を備え、
    前記回転部は、前記磁石部を保持する部分に円環状に形成された凹部を有し、
    前記磁石部の外周面及び前記磁気保護部の外周面は、前記凹部の内周面に接しており、
    前記磁気保護部が配置される前記回転部の面とは反対側の面に設けられた第２の磁気保護部を備える
    ことを特徴とするエンコーダ。

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