JP2011112441A - エンコーダ、エンコーダの取り付け方法、及びモータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた取付性、交換作業性を備えたエンコーダ、エンコーダの取り付け方法、及びモータ装置を提供する。
【解決手段】所定のパターンが形成された回転符号板９を有し、測定対象１の回転軸２に固定されて回転する円板部１５と、所定のパターンを検出する検出部８と、円板部を収容するベース部と、を備えたエンコーダである。ベース部は、測定対象に設けられている第１のねじ部と螺合可能な第２のねじ部を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンコーダ、エンコーダの取り付け方法、及びモータ装置に関するものである。

例えばモータの回転軸など回転体の回転数や回転角度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、例えばモーター（測定対象）の回転軸などに取り付けられて用いられる。エンコーダの一例として、所定の光反射パターン及び磁気パターンが形成された回転部を回転軸と一体的に回転させ、光反射パターンに光を照射して反射光を読み取ると共に、例えば磁気パターンの変化を検出することで、モーターの回転軸の回転数や回転角度を検出できるようになっている。
従来、このようなエンコーダをモータ等に固定する手段として、エンコーダ本体とは別にネジ部材を用いて締結する、或いは接着といった方法が用いられていた。

特開２００４−２０５４８号公報

しかしながら、エンコーダの取り付け作業時に、例えばエンコーダの取付面が上面を向いていない場合に、エンコーダ本体をモータに対して仮固定した上で本固定作業を行う必要があり、手間が掛かるといった問題があった。その理由としては、仮固定、本固定を行う際にボルト等のネジ部材を使用すると、重力によってネジ部材が落下するため、作業性が大幅に低下する、などが挙げられる。

本発明の態様は、優れた取付性又は交換作業性を備えたエンコーダ、エンコーダの取り付け方法、及び該エンコーダを備えるモータ装置を提供することを目的としている。

本発明に係るエンコーダは、所定のパターンが形成された回転符号板を有し、測定対象の回転軸に固定されて回転する円板部と、前記所定のパターンを検出する検出部と、前記円板部を収容するベース部と、を備え、前記ベース部は、前記測定対象に設けられている第１のねじ部と螺合可能な第２のねじ部を有する。

本発明に係るエンコーダの取り付け方法は、所定のパターンが形成された回転符号板を有する円板部を測定対象の回転軸に取付ける工程と、前記測定対象に設けられた第１のねじ部と、前記円板部を収容可能なベース部に設けられた第２のねじ部とを螺合させることで、前記ベース部を前記測定対象に一体的に取付ける工程とを有する。

本発明に係るモータ装置は、本発明に係るエンコーダを備える。

本発明の態様によれば、エンコーダの取り付け、或いは交換作業を簡略化できる。

本発明の実施の形態に係るエンコーダの全体構成を示す断面図である。 本実施形態に係るエンコーダの取り付け工程を説明するための図である。 本実施形態に係るエンコーダの取り付け工程を説明するための図である。 本実施形態に係る変形例に係るエンコーダの全体構成を示す断面図である。

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の全体構成を示す断面図である。
図１を参照して、エンコーダ１００の構成を説明する。エンコーダ１００は、モータ１などの回転体（モータ装置）の回転数や回転速度を検出する装置である。エンコーダ１００は、筐体（ベース部）４、検出部（基板部）３０、磁石部材（磁石部）７、及び回転部１５を有している。エンコーダ１００は、回転部（円板部）１５及び磁石部材７が一体的に設けられており、これらが検出部３０に対向配置された状態で用いられる。

モータ１は、回転軸２側の上端部に上記筐体４に係合する係合部１Ａが設けられている。この係合部１Ａは、他の部分に比べて外形が小さくなっている。係合部１Ａの外側面には雄ねじ部（第１のねじ部）１ａが形成されている。
筐体４は、平面視円形に形成された円筒状からなるものであり、一端側がモータ１の係合部１Ａに対応する大きさの凹部を構成している。この凹部の内側面には、上記雄ねじ部１ａに螺合可能な雌ねじ部（第２のねじ部）４ａが形成されている。

このように、エンコーダ１００は、モータ１の雄ねじ部１ａと筐体４の雌ねじ部４ａとが螺合することでモータ１に一体的に接合されたものとなっている。また、エンコーダ１００は、モータ１に取り付けられた際、筐体４の外周面がモータ１の外周面と面一となっている。

筐体４は、回転部１５及び磁石部材７を囲う内部空間を有している。筐体４は、内部空間において回転部１５及び磁石部材７を収容した状態になっている。回転部１５及び磁石部材７は、筐体４に接触しないように収容されている。

また、係合部１Ａの上面には、モータインロー（凸部）１２が設けられている。モータインロー１２は、後述するように筐体４をモータ１に取り付ける際の位置決め手段として機能するものである。筐体４は、内側面に沿ってリング状に設けられた位置決め用凸部１３を備えている。筐体４は、モータ１に取り付けられた状態で位置決め用凸部１３とモータインロー１２とが当接した状態となっている。

回転部１５は、例えばボルト３等によって回転体であるモータ１の回転軸２に固定され、回転軸２と一体的に回転する部分である。回転部１５は、磁石部材７を所定の距離で検出部３０の磁気センサ（検出部）６に対向させて保持している。また、回転部１５の周縁部には、回転部１５の外周に沿って光反射パターン１０が形成されている。

本実施形態では、磁気センサ６と磁石部材７との距離は、常温（約２５℃）において例えば約１．５ｍｍ程度に設定されている。回転部１５が回転軸２に固定された状態においては円盤面９ａ、９ｂｃが回転軸２に垂直となり、回転部１５の回転軸Ｒ方向は回転軸２の延在方向と同一方向となる。回転部１５は、円盤部（回転符号板）９、ハブ１１、保持部３１、及び嵌入部３２を有している。

円盤部９は円板状に形成され、回転部１５の本体をなす部分である。円盤部９は、中央に貫通孔３３が設けられ、貫通孔３３に挿通されたボルト３によって回転軸２に固定される。
保持部３１は、円盤部９の図中上側の円盤面３１ｂに凹状に設けられ、回転部１５の回転方向に沿って貫通孔３３の周囲に円環溝状に設けられている。

ハブ１１は、円盤部９の図中下側の円盤面９ｂから略垂直に突出するように設けられ、上記モータ１の回転軸２に接続される部分である。ハブ１１は、平面視中央部に凹状の嵌入部３２を有している。
嵌入部３２は有底円筒状に形成され、モータ１の回転軸２の端部が嵌入されて固定されるようになっている。

磁石部材７は、回転部１５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７としては、例えばネオジ鉄系の焼結磁石などが用いられている。磁石部材７には、所定の磁気パターンが形成されている。磁石部材７の磁気パターンとして、例えば回転軸２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。勿論、他の磁気パターンが形成されていても構わない。

検出部３０は、上記の磁石部材７による磁場を検出する部分である。検出部３０は、検出基板５及び磁気センサ６を有している。また、検出部３０は、回転部１５に形成された光反射パターン１０に光を照射し、反射光を検出する光センサ（検出部）８を有している。

検出基板５は、例えば平面視円形に形成された板状部材である。検出基板５は、筐体４に固定されている。したがって、回転軸２が回転しても、検出基板５とモータ１との相対位置が変化しないようになっている。例えば、回転部材Ｒ及び磁石部材７は、検出基板５に対して位置合わせされた状態でそれぞれ収容されている。

磁気センサ６は、回転軸２の軸方向に見て、磁石部材７に重なる位置に一対配置されている。各磁気センサ６、６は、検出基板５が備える不図示の配線などを介して電源部及び制御部（処理部）２０に接続されている。制御部２０は、磁気センサ６、６からの出力に基づいて回転軸２の回転数及び回転速度を求める処理を行う。各磁気センサ６、６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。

バイアス磁石は、磁石部材７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、例えばサマリウム・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７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部２０に送信されるようになっている。

ここで、上記構成のエンコーダ１００の動作について説明する。モータ１の回転軸２が回転すると、当該回転軸２に一体的に取り付けられた回転部１５及び磁石部材７が回転軸２と一体的に回転する。検出部３０については、回転軸２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１５が回転すると、当該回転部１５に形成された光反射パターン１０が回転方向に移動する。上述の光センサ８は、移動する光反射パターン１０へ光を射出し、反射光を読み取ることで光反射パターン１０の移動角度を検出する。

また、回転部１５が回転すると、当該回転部１５に一体的に固定された磁石部材７が回転する。磁石部材７が回転すると、当該磁石部材７の磁気パターンによって形成される磁場が周期的に変化する。磁気センサ６は、磁場の変化の周期を検出することにより、磁石部材７（回転軸２）の回転数を検出することができる。

次に、図１に示す構成のエンコーダ１００をモータ１に取り付ける手順を説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、回転部１５をモータ１の回転軸２にボルト３によって固定する。

続いて、図２（ｂ）に示すように、筐体４とモータ１とを位置合わせし、筐体４及びモータ１を相対的に回転させる。
具体的に説明すると、筐体４をモータ１に取付ける際、図３（ａ）に示されるように、モータ１のモータインロー１２と、筐体４の位置決め用凸部１３とを当接させる。そして、モータインロー１２と位置決め用凸部１３とを当接させた状態で筐体４を回転軸２の延在方向に向かって押し込むことで、雌ねじ部４ａの端部と雄ねじ部１ａとの端部とを当接させる。

このような状態でモータ１（係合部１Ａ）の雄ねじ部１ａと、筐体４の雌ねじ部４ａとの噛み合わせを強める方向（本説明では平面視した状態で時計回り）に筐体４及びモータ１を相対的に回転させる。これにより、雄ねじ部１ａと雌ねじ部４ａとが螺合することで、筐体４をモータ１に一体的に取付けることができる。

筐体４をモータ１に取り付けた後、図３（ｂ）に示すように、検出部３０を構成する検出基板５を筐体４に固定する。なお、検出基板５には磁気センサ６、光センサ８、及び制御部２０が予め形成されている。

以上述べたように本実施形態によれば、筐体４とモータ１とにそれぞれねじ部を形成することで、これらを螺合させることでお互いを固定するため、従来のようにエンコーダの筐体をモータに取り付ける際にボルト等を用いる必要が無い。よって、エンコーダ１００の取り付け作業或いは交換作業時にボルトが落下するといったことがなく、優れた取付性及び交換作業性を得ることができる。また、本発明は上述のように筐体４とモータ１とを相対的に回転させることで簡便且つ確実に取り付けできるため、例えばモータ１の取り付け面が鉛直下方を向いている場合等、特にボルトを用いた固定作業がし難い場合において特に効果的である。また、本実施形態によれば、従来のようにエンコーダの筐体をモータに取り付ける際にボルト等を用いる必要が無いので、部品点数を削減できる。

本発明は上述した実施形態に係る構成に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能である。以下、本発明のエンコーダの変形例について説明する。

図４は、本変形例に係るエンコーダ２００の全体構成を示す断面図である。また、本変形例においては、上記実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。

筐体２０３の一端側の先端には、他の部分よりも外形が小さく、平面視リング状の突部２０４が設けられている。この突部２０４の外側面には、雄ねじ部（第２のねじ部）２０４ａが形成されている。

一方、モータ２１０の上面には、上記突部２０４に対応する内径を有する凹部２０９が形成されている。凹部２０９の内側面には、上記突部２０４の雄ねじ部２０４ａに螺合可能な雌ねじ部（第１のねじ部）２１０ａが形成されている。

このように、エンコーダ２００は、モータ２１０の雌ねじ部２１０ａと筐体２０３（突部２０４）の雄ねじ部２０４ａとが螺合することでモータ２１０に一体的に接合されたものとなっている。また、エンコーダ１００は、モータ１に取り付けられた際、筐体２０３の外周面がモータ２１０の外周面と面一となっている。

本変形例に係るエンコーダ２００をモータ２１０に取付ける場合には、上記実施形態と同様、回転部１５をモータ２１０の回転軸２にボルト３によって固定した後、モータ２１０（凹部２０９）の雌ねじ部２１０ａと、筐体２０３（突部２０４）の雄ねじ部２０４ａとの噛み合わせを強める方向に筐体２０３及びモータ２１０を相対的に回転させる。これにより、雄ねじ部２０４ａと雌ねじ部２１０ａとが螺合することで、筐体２０３をモータ２１０に一体的に取付けることができる。最後に、検出部３０を構成する検出基板５を筐体２０３に固定する。

本変形例においても、筐体２０３とモータ２１０とにそれぞれねじ部を形成することで、これらを螺合させることでお互いを固定できるため、上述の実施形態同様、優れた取付性及び交換作業性を得ることができる。

１…モータ（測定対象）、１ａ…雄ねじ部（第１のねじ部）、２…回転軸、４ａ…雌ねじ部（第２のねじ部）、５…検出基板（基板部）、６…磁気センサ（検出部）、８…光センサ（検出部）、９…円盤部（回転符号板）、１２…モータインロー（凸部）、１５…回転部（円板部）、２０…制御部（処理部）、３０…検出部（基板部）、２０３…筐体、２０４…雄ねじ部（第２のねじ部）、２０９…凹部、２１０ａ…雌ねじ部（第１のねじ部）

Claims (7)

1. 所定のパターンが形成された回転符号板を有し、測定対象の回転軸に固定されて回転する円板部と、
   前記所定のパターンを検出する検出部と、
   前記円板部を収容するベース部と、を備え、
   前記ベース部は、前記測定対象に設けられている第１のねじ部と螺合可能な第２のねじ部を有する、
   ことを特徴とするエンコーダ。
2. 前記ベース部は、前記測定対象の外側面に対応する凹部を有し、
   前記第１のねじ部は前記外側面に形成され、前記第２のねじ部は前記凹部の内側面に形成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. 前記第２のねじ部は、前記測定対象に設けられた凹部の内側面に形成された前記第１のねじ部と対応するように、前記ベース部の外側面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
4. 前記検出部からの検出信号を処理する処理部を実装した基板部を備え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. 所定のパターンが形成された回転符号板を有する円板部を測定対象の回転軸に取付ける工程と、
   前記測定対象に設けられた第１のねじ部と、前記円板部を収容可能なベース部に設けられた第２のねじ部とを螺合させることで、前記ベース部を前記測定対象に一体的に取付ける工程とを有する、
   ことを特徴とするエンコーダの取り付け方法。
6. 前記測定対象に設けられた凸部と、該凸部と前記ベース部の内側面とを当接させつつ、前記第１のねじ部と前記第２のねじ部とを螺合させることを特徴とする請求項５に記載のエンコーダの取り付け方法。
7. 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を備える、
   ことを特徴とするモータ装置。

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