JP6191161B2

JP6191161B2 - エンコーダ

Info

Publication number: JP6191161B2
Application number: JP2013037624A
Authority: JP
Inventors: 健太剱持
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: JP2014163903A

Description

本発明は、エンコーダに関し、特に、工作機械用スピンドル、ボールねじサポート軸受、自動車や鉄道などの車両、航空機、一般産業機械等に好適に使用されるエンコーダに関する。

従来、被検出面の磁気特性の変化に対応して出力信号を変化させる磁気バイアス式のセンサを使用したタイプに用いられ、外周面にセンサの被検出面となるハの字状の溝部を有する磁性材製のエンコーダが考案されている（例えば、特許文献１参照）。

具体的に、図７に示すように、間座１００は、ハの字状の溝部１０１、即ち、円周方向における互いの間隔が軸方向に連続的に変化するように、間座１００の軸方向に対して互いに逆方向に略同じ角度で傾斜した一対の溝部１０２が、円周方向に等間隔で複数形成されている。

また、特許文献２では、このようなハの字状の溝部１０１がエンドミルなどの工具を用いたヘリカル加工により、所定の深さまで移動させた後に回転軸方向に移動させることで形成されることが記載されている。

特開２００６−３１７４２０号公報特開２０１２−４７６６３号公報

しかしながら、特許文献２に記載のように、ハの字状の溝部１０１は、間座１００の軸方向両端まで貫通させない限り、エンドミルを溝部１０１の深さ方向に送りを与えて加工する必要がある。一般的に、エンドミルは、側面加工用の工具であり、深さ方向の加工にはあまり適さない。このため、ハの字状の溝部１０１を精度よく加工することが困難となる場合がある。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハの字状の溝部を精度よく、且つ簡易に加工することができるエンコーダを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）回転部材と一体に回転可能であるとともに、外周面が被検出面を構成する環状のエンコーダであって、
前記外周面には、円周方向における互いの間隔が軸方向に連続的に変化するように、前記エンコーダの軸方向に対して互いに逆方向に略同じ角度で傾斜した一対の溝部をそれぞれ有する複数組の被検出部が円周方向に等間隔で形成され、且つ、
前記外周面には、前記複数組の被検出部の各溝部の軸方向両端とそれぞれ連続する一対の円周溝が形成され、且つ、
前記各円周溝は、前記エンコーダの軸方向両縁部から離れた位置にそれぞれ形成されることを特徴とするエンコーダ。
（２）前記円周溝の深さは、前記一対の溝部の深さ以上であることを特徴とする（１）に記載のエンコーダ。
（３）前記各溝部を構成する周方向両縁部は、径方向から見て、前記円周溝と連続する前記軸方向両端まで直線形状に形成されていることを特徴とする（１）または（２）に記載のエンコーダ。
（４）工作機械用スピンドルに組み込まれることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のエンコーダ。

本発明のエンコーダによれば、外周面に、各溝部の軸方向両端とそれぞれ連続する一対の円周溝が形成され、且つ、各円周溝は、エンコーダの軸方向両縁部から離れた位置にそれぞれ形成される。即ち、ハの字状の溝部の軸方向両端に、予め円周溝を設けることで、工具に深さ方向の送りを与えることなく、ハの字状の溝部を加工することが可能となり、ハの字状の溝部を精度よく、且つ簡易に加工することができる。

また、ハの字状の溝部は、ヘリカル加工によって形成されるので、ハの字状の溝部を精度よく、且つ簡易に加工することができる。

また、円周溝と連続する各溝部の軸方向両端は、直線形状に形成されているので、センシング精度を向上することができる。

さらに、円周溝の深さは、一対の溝部の深さ以上であるので、エンドミルに深さ方向の送りを与えることなく、ハの字状の溝部を精度よく、且つ簡易に加工することができる。

本発明のエンコーダが適用される工作機械用スピンドルの前側軸受付近の要部断面図である。図１のエンコーダの斜視図である。（ａ）は、図１のエンコーダの正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。（ａ）は、本発明のエンコーダの部分拡大正面図であり、（ｂ）は、従来のエンコーダの部分拡大正面図である。軸方向荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図である。（ａ）は、エンコーダの第１変形例であり、（ｂ）は、エンコーダの第２変形例であり、（ｃ）は、エンコーダの第３変形例である。（ａ）は、従来のエンコーダの正面図であり、（ｂ）は、（ａ）の斜視図である。

以下、本発明のエンコーダについて、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、エンコーダが適用される工作機械用スピンドルの前側軸受付近の要部断面図である。スピンドル１０の中心部には、回転部材である回転軸１１が設けられており、軸方向端部には工具（図示せず）が取り付けられる。回転軸１１は、一対の前側軸受２０、２１と、後側軸受（図示せず）とによって、ハウジング１２に回転自在に支持されている。

前側軸受２０、２１は、ハウジング１２に内嵌された外輪２２と、回転軸１１に外嵌された内輪２３と、これらの間に接触角を持って配置された複数の転動体２４と、をそれぞれ備えるアンギュラ玉軸受である。これら一対の前側軸受２０、２１は、これらの間に配置された外輪間座１３及びエンコーダを構成する内輪間座１を介して背面組み合わせとなるように配置される。

ハウジング１２及び外輪間座１３には、センサ取付穴１２ａ及び貫通穴１３ａが径方向に連続して形成されている。センサ取付穴１２ａ及び貫通穴１３ａには、センシングシステム３０のセンサ３１が挿入されている。センサ３１は、先端部に検出部３２を有するとともに、内部に磁石３３が内蔵された磁気バイアス式センサである。また、このセンサ３１は、所定の位置に位置決めされて、内輪間座１の外周面２に形成された被検出面に対向して配置されている。

図２及び図３に示すように、環状の内輪間座１の外周面２には、円周方向における互いの間隔が軸方向に連続的に変化するように、内輪間座１の軸方向に対して互いに逆方向に略同じ角度で傾斜したハの字状の溝部３を構成する一対の溝部４をそれぞれ有する複数組の被検出部５が円周方向に等間隔で形成されている。

また、内輪間座１の外周面２には、その軸方向両縁部２ａから離れた位置で、複数組の被検出部５の各溝部４の軸方向両端とそれぞれ連続する一対の円周溝６が形成される。これにより、図４（ａ）に示すように、各溝部４を構成する周方向両縁部４ａは、径方向から見て、円周溝６と連続する軸方向両端まで直線形状に形成されている。また、円周溝６の深さは、一対の溝部４の深さ以上であることが好ましく、また、円周溝６の軸方向幅は、一方は、使用するエンドミルの半径以上、他方は、エンドミルの直径以上であることが好ましい。なお、本実施形態では、両側の円周溝６の軸方向幅は、同一寸法に設定されている。

このように構成される内輪間座（エンコーダ）１は、まず、外周面２の軸方向両縁部２ａから離れた位置に、深さが一対の溝部４の深さ以上となるように一対の円周溝６を予め加工する。そして、一対の溝部４は、エンドミルに深さ方向の送りを与えることなく、ヘリカル加工によって形成される。
また、一対の円周溝６は、外周面２の軸方向両縁部２ａから離れた位置に形成されるので、内輪２３と当接する軸方向端面に影響を及ぼすことがない。

このように構成されるセンシングシステム３０は、図５に示すように、センサ３１に内蔵された磁石３３の磁界が、エンコーダ１の一対の溝部４により、オンオフされる変化をセンシングしている。このとき、エンコーダ１に、外部荷重により軸方向変位が与えられると、溝部４の角度により、磁界のオンオフ周期（周期１：一対の溝部４間、周期２：各被検出部５間）が変化するが、この周期比（周期１／周期２）を演算し、変位、荷重へと変換している。この周期比を正確にセンシングするため、一対の溝部４は、角度精度、直線精度がともに高精度に形成される必要がある。

ここで、図４（ｂ）及び図７に示す従来のエンコーダ１００では、一対の溝部１０２には、その開口縁部１０２ａに径方向から見て直線部１０２ａ１と曲線部１０２ａ２が存在するため、図５で説明したエンコーダ１の軸方向変位によるオンオフ周期の変化が、直線部１０２ａ１では一定であり、高精度な測定が可能であるが、曲線部１０２ａ２では変化が一定でなくなり、測定誤差が生じることになる。このように、従来のエンコーダ１００では、直線部１０２ａ１による高精度測定が可能な範囲から溝部１０２の軸方向外側の測定不可範囲に移行する間に、曲線部１０２ａ２による測定誤差が発生する範囲があり、また、このような溝部１０２では、高精度測定範囲から測定誤差発生範囲への移行の判断も困難であるため、測定精度が低くなってしまう。一方、本実施形態のエンコーダ１では、図４（ａ）にも示すように、一対の溝部４には曲線部がなく、直線形状の周方向縁部４ａによる高精度測定範囲から円環部６による測定不可範囲に直接移行することから、移行判断も容易であるため、センサとしての測定精度が向上することになる。

以上説明したように、本実施形態のエンコーダ１によれば、外周面２に、その軸方向両縁部２ａから離れた位置で、各溝部４の軸方向両端とそれぞれ連続する一対の円周溝６が形成される。即ち、ハの字状の溝部３の軸方向両端に、予め円周溝６を設けることで、エンドミルに深さ方向の送りを与えることなく、ハの字状の溝部３にヘリカル加工を施すことが可能となり、ハの字状の溝部３を精度よく、且つ簡易に加工することができる。

なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態のエンコーダ１では、円周溝６の断面形状は、長方形形状としたが、これに限らず、図６（ａ）に示す曲線形状、図６（ｂ）に示す直線と曲線の複合形状、図６（ｃ）に示す円周溝単体が非対称な形状など、いずれの形状であってもその効果は期待できる。さらに、上記実施形態や、図６（ｂ）及び（ｃ）のような形状では、一対の溝部４の連結部の周方向壁面に直線部６ａが存在すると、その直線部６ａを加工や精度低下などの基準に利用することができ、一対の溝部４のさらなる精度向上が期待できる。また、一対の円周溝６の断面形状は、図６（ａ）〜図６（ｃ）等を組み合わせて、互いに異なる形状としてもよい。

１エンコーダ
２外周面
３ハの字状の溝部
４溝部
５被検出部
６円周溝

Claims

回転部材と一体に回転可能であるとともに、外周面が被検出面を構成する環状のエンコーダであって、
前記外周面には、円周方向における互いの間隔が軸方向に連続的に変化するように、前記エンコーダの軸方向に対して互いに逆方向に略同じ角度で傾斜した一対の溝部をそれぞれ有する複数組の被検出部が円周方向に等間隔で形成され、且つ、
前記外周面には、前記複数組の被検出部の各溝部の軸方向両端とそれぞれ連続する一対の円周溝が形成され、且つ、
前記各円周溝は、前記エンコーダの軸方向両縁部から離れた位置にそれぞれ形成されることを特徴とするエンコーダ。
前記円周溝の深さは、前記一対の溝部の深さ以上であることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
前記各溝部を構成する周方向両縁部は、径方向から見て、前記円周溝と連続する前記軸方向両端まで直線形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエンコーダ。
工作機械用スピンドルに組み込まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンコーダ。