JP5750325B2 - エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、歯車機構を備えた位置検出装置と光学式エンコーダ装置とを備えたエンコーダに関するものである。

特開平９−２１８０５５号公報（特許文献１）には、レゾルバと歯車機構を備えた磁気式エンコーダ装置とを組み合わせてなるアブソリュートエンコーダが開示されている。歯車機構を備えた磁気式エンコーダ装置は信号処理用回路が実装された回路基板と歯車機構とがハウジングの同じ収納部内に配置されている。

また特開平８−５００３３号公報（特許文献２）には１枚の回転ディスクを利用して構成された光学式エンコーダ装置と磁気式エンコーダ装置とを備えたアブソリュートエンコーダが開示されている。

これらのアブソリュートエンコーダでは、多回転を磁気式エンコーダ装置からなる位置検出装置により検知している。

特開平９−２１８０５５号公報 特開平８−５００３３号公報

特許文献２に記載のアブソリュートエンコーダのように、光学式エンコーダ装置と磁気式エンコーダ装置とを備えたアブソリュートエンコーダで多回転データの保持にバッテリを利用しないようにすると、特許文献１に記載のアブソリュートエンコーダのように、磁気式エンコーダ装置等の位置検出装置において歯車機構を採用することになる。しかしながら特許文献１に記載の構造のように歯車機構とその他の構成部品をハウジングの同じ収納室内に収納すると、歯車同士が擦れることによって生じる磨耗粉や、歯車磨耗を軽減するために塗布するグリスが飛散して、光学式エンコーダ装置で使用する回転ディスク等を汚染し、誤検出を誘発する可能性がある。

本発明の目的は、歯車機構を備えた位置検出装置と光学式エンコーダ装置とを備えて、歯車機構の存在により光学式エンコーダ装置の構成部品が汚染されることを防止できるエンコーダを提供することにある。

本発明は、歯車機構を備えた位置検出装置と光学式エンコーダ装置とがハウジング内に収納されているエンコーダを対象とする。本発明においては、ハウジングを歯車機構と光学式エンコーダ装置とを隔離するように構成する。このように歯車機構を光学式エンコーダ装置と隔離すると、歯車機構から発生する磨耗粉やグリスが飛散して、光学式エンコーダ装置の構成部品に付着することを確実に防止することができる。そのため本発明によれば、歯車機構を備えた位置検出装置と光学式エンコーダ装置とを備えたエンコーダにおいて、光学式エンコーダ装置の構成部品の汚染を防止して誤検出の発生を防止できる。

なお歯車機構を備えた位置検出装置は、磁気式エンコーダ装置、レゾルバ、光学式エンコーダ等いずれでもよい。

位置検出装置は、例えば、メインシャフトと、メインシャフトに歯車機構を介して連結されてメインシャフトと同期して回転するｎ本（ｎは１以上の整数）のサブシャフトと、メインシャフト及びｎ本のサブシャフトの角度位置をそれぞれ検知する１＋ｎ個の位置検出部を備えている。光学式エンコーダ装置は、メインシャフトの角度位置を光を利用して検知する。

なおエンコーダは、位置検出装置の出力信号と光学式エンコーダ装置の出力信号とに基づいて、メインシャフトの絶対位置を検出する検出回路を有する回路基板を備えていてもよい。この場合、ハウジングは、歯車機構と、光学式エンコーダ装置及び回路基板とを隔離するように構成するのが好ましい。

具体的には、ハウジングを、メインシャフト及びｎ本のサブシャフトをそれぞれ回転自在に支持する複数の軸受が取り付けられた隔壁部と、１＋ｎ個の位置検出部及び光学式エンコーダ装置を収納する第１の収納部と、歯車機構を収納する第２の収納部とを備えた構造とすることができる。そして隔壁部により、歯車機構と、１＋ｎ個の位置検出部、光学式エンコーダ装置及び回路基板とを隔離する。隔壁部により隔離を実現すると、簡単な構造で歯車機構を確実に隔離することができる。

位置検出装置として磁気式エンコーダ装置を用いた具体的なエンコーダには、メインシャフト及びｎ本のサブシャフトの一端に歯車機構を構成する１＋ｎ個の歯車がそれぞれ固定されている。そして隔壁部から突出するメインシャフト及びｎ本のサブシャフトの他端には、磁気発生素子がそれぞれ固定されている。ハウジング内には、メインシャフトの他端に設けられた磁気発生素子の磁気を検知する第１の磁気検知素子と、ｎ本のサブシャフトの他端にそれぞれ設けられた磁気発生素子の磁気を検知する第２乃至第ｎの磁気検知素子とが配置されている。磁気発生素子と磁気検知素子とにより磁気式エンコーダ部が構成されている。

またハウジングの第１の収納部は、隔壁部と接触する底壁部と、該底壁部と一体に設けられて隔壁部から離れる方向に延びる周壁部とを備えた構造とすることができる。この場合、回路基板は、周壁部に固定することができる。このようにすると回路基板を第１の収納部の蓋部材として利用して、しかも第１の収納部に対してしっかりと固定することができる。またこの場合には、回路基板に、第１の磁気検知素子を固定し、第１の収納部内には第２乃至第ｎの磁気検知素子が固定されたサブ回路基板を配置することができる。サブ回路基板に第２乃至第ｎの磁気検知素子を配置すれば、回路基板とサブ回路基板との間に、回転ディスクを配置するスペースを形成することができる。そこで光学式エンコーダ装置をメインシャフトに固定された回転ディスクと、回路基板に固定された発光素子及び受光素子とから構成すると、回転ディスクは回路基板とサブ回路基板との間に配置することができる。この場合、発光素子及び受光素子の一方を回路基板に固定し、他方を第１の収納部内に固定することができる。なお回路基板とサブ回路基板とは、電気的接続部材を介して電気的に接続すれば、支障なく位置検知動作を実行することができる。

また第２の収納部は、隔壁部に固定される環状のフランジ部と、該環状のフランジ部と一体に設けられて前記歯車機構の周囲を囲み且つ中央にメインシャフトの一端を露出させる開口部を有する筒状部とを備えたベース部材と隔壁部とにより構成されている。このようにベース部材と隔壁部により第２の収納部を構成すると、歯車機構を組み立てる際には、ベース部材を外しおけばよく、組立作業が容易になる利点が得られる。

メインシャフトの一端に、予め継ぎ手を固定しておき、継ぎ手の一部を開口部から露出させておいてもよい。このような配置構成を採用すると、ベース部材が、継ぎ手の保護部材として機能する。

本発明の実施の形態のエンコーダの一例の分解斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態のエンコーダの平面図及び底面図である。 図２（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図２（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

以下図面を参照して、本発明をアブソリュートエンコーダに適用した実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本実施の形態のアブソリュートエンコーダ１の分解斜視図である。なお図１には、主要部品のみを示してあり、一部の部品は図示を省略してある。また図２（Ａ）及び（Ｂ）は本実施の形態のアブソリュートエンコーダの平面図及び底面図であり、図３は図２（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、図４は図２（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。本実施の形態のアブソリュートエンコーダ１は、ハウジング３内に位置検出装置としての磁気式エンコーダ装置５と光学式エンコーダ装置７とが収納された構造を有している。ハウジング３は、ハウジング３において隔壁部を構成する軸受けホルダ９と、軸受けホルダ９に固定された第１の収納部１１と、軸受けホルダ９に固定されて軸受けホルダ９と共に第２の収納部１３を構成するベース部材１５とから構成される。軸受けホルダ９とベース部材１５とは、ネジ部材１７によって結合されている。また第１の収納部１１は、絶縁樹脂により一体成形された成形体からなり、図示しないネジ部材によって軸受けホルダ９に固定されている。

位置検出装置として用いられる磁気式エンコーダ装置５は、メインシャフト１９と、メインシャフト１９に歯車機構２１を介して連結されてメインシャフト１９と同期して回転する２本のサブシャフト２３及び２５を有している。歯車機構２１は、メインシャフト１９の一端に固定された第１の歯車２７と、第１及び第２のサブシャフト２３及び２５の一端に固定された第２及び第３の歯車２９及び３１とから構成され、第１の歯車２７に第２及び第３の歯車２９及び３１が噛み合っている。磁気式エンコーダ装置５は、メインシャフト１９及び２本のサブシャフト２３及び２５の角度位置を磁気を利用してそれぞれ検知する第１乃至第３の磁気式エンコーダ部３３，３５及び３７を備えている。本実施の形態では、第１乃至第３の磁気式エンコーダ部３３，３５及び３７が、第１乃至第３の位置検出部を構成している。

軸受けホルダ９には、メインシャフト１９と同期して回転する２本のサブシャフト２３及び２５を回転自在に支持するための軸受け３８，４０及び４２が固定されている。そして軸受けホルダ９から突出するメインシャフト１９及び２本のサブシャフト２３及び２５の他端には、磁気発生素子３９，４１及び４３がそれぞれ固定されている。ハウジング３内には、メインシャフト１９の他端に設けられた磁気発生素子３９の磁気を検知する第１の磁気検知素子４５と、２本のサブシャフト２３及び２５の他端にそれぞれ設けられた磁気発生素子４１及び４３の磁気を検知する第２及び第３の磁気検知素子４７及び４９とが配置されている。磁気発生素子３９，４１及び４３と磁気検知素子４５，４７及び４９とにより磁気式エンコーダ部３３，３５及び３７が構成されている。磁気発生素子３９，４１及び４３は、１以上のＮ極と１以上のＳ極を備えた永久磁石によって構成されている。磁気検知素子４５，４７及び４９は永久磁石から出る磁束を検出して検出信号を出力するホール素子によって構成されている。そして第１の収納部１１に固定された回路基板５１には、第１の磁気検知素子４５が固定され、第１の収納部１１内に配置したサブ回路基板５３に第２及び第３の磁気検知素子４７及び４９が固定されている。なおサブ回路基板５３は２枚の分割された基板によって構成されていてもよい。

またハウジング３の第１の収納部１１は、軸受けホルダ９と接触する底壁部５５と、底壁部５５と一体に設けられて軸受けホルダ９から離れる方向に延びる周壁部５７とを備えている。本実施の形態では、回路基板５１が周壁部５７にネジ５９により固定することができる。このようにすると回路基板５１を第１の収納部１１の蓋部材として利用して、しかも第１の収納部１１に対してしっかりと固定することができる。

光学式エンコーダ装置７は、メインシャフト１９の角度位置を光を利用して検知するために、メインシャフト１９に固定された回転ディスク６１と、回路基板５１に固定された図示しない受光素子と、第１の収納部１１に固定された発光素子６３とから構成されている。回転ディスク６１には、周方向に並ぶ複数のスリットからなる複数のスリット列が形成されている。なお光学式エンコーダ装置７の構成は公知であるため説明は省略するが、回転ディスク６１のスリットを光が透過するタイプでも、また回転ディスク６１で反射した光を受光するタイプでも利用が可能である。本実施の形態では、回転ディスク６１は回路基板５１とサブ回路基板５３との間に配置されている。図４に示すように、回路基板５１とサブ回路基板５３との電気的接続は、２つの電気的接続部材６４及び６５により実施される。電気的接続部材６４は金属導体によって構成され、電気的接続部材６５は複数本のピン端子がインサートとしてインサート成形されたインサート成形品から構成されている。電気的接続部材６４及び６５は、検知回路を形成するために、回路基板５１及びサブ回路基板５３上にそれぞれ形成された回路パターンを相互に接続している。

また第２の収納部１３の一部を構成するベース部材１５は、軸受けホルダ９に固定される環状のフランジ部６７と、該環状のフランジ部６７と一体に設けられて歯車機構２１の周囲を囲み且つ中央にメインシャフト１９の一端を露出させる開口部６９を有する筒状部７１とを備えている。ベース部材１５と軸受けホルダ９とにより第２の収納部１３を構成すると、歯車機構２１を組み立てる際には、ベース部材１５を外しおけばよく、歯車機構２１の組立作業が容易になる。本実施の形態では、メインシャフト１９の一端に、オルダム継ぎ手７３が固定されている。オルダム継ぎ手７３の一部は開口部６９から露出している。そのためベース部材１５が、オルダム継ぎ手７３の保護部材として機能している。

本実施の形態では、ハウジング３が、歯車機構２１と磁気式エンコーダ装置５のその他の構成部品（磁気発生素子３９，４１及び４３と磁気検知素子４５，４７及び４９等）、光学式エンコーダ装置７、回路基板５１及びサブ回路基板５３とを隔離する隔壁部を軸受けホルダ９により構成している。このように歯車機構２１を他の構成部品とを隔離すると、歯車機構２１から発生する磨耗粉やグリスが飛散して、光学式エンコーダ装置７の構成部品に付着することを確実に防止することができる。また本実施の形態では、多回転データを保持する手段として、メインシャフトから歯車機構２１を介して回転比率を変えた複数のサブシャフトの位置関係から多回転データを算出する磁気式エンコーダ装置５を用いているので、多回転データの保持のために、バッテリを利用する必要がない。そして１回転の回転角度データを光学式エンコーダ装置７を用いて検出し、磁気式エンコーダ装置５の出力と合わせて絶対位置を検出するため、位置分解能を高いものとすることができる。

上記実施の形態によれば、２本のサブシャフト及び３つの磁気式エンコーダ部を備えた磁気式エンコーダ装置５を用いて多回転データを取得したが、サブシャフトの本数をさらに多くして、磁気式エンコーダ部の数をさらに増やすことにより、分解能をさらに高めてもよいのは勿論である。

また上記実施の形態では、軸受けホルダ９と第１の収納部１１とを別部品とし、軸受けホルダ９を隔壁部として用いたが、軸受けホルダ９と第１の収納部１１とを一体に成形しても良いのは勿論である。

上記実施の形態では、歯車機構を備えた位置検出装置として、磁気式エンコーダ装置を用いたが、歯車機構を備えた位置検出装置として、レゾルバや光学式エンコーダを用いてもよいのは勿論である。

本発明によれば、光学式エンコーダ装置への飛散物付着を確実に防止して、誤検出の発生を阻止することができる。

１ アブソリュートエンコーダ
３ ハウジング
５ 磁気式エンコーダ装置（位置検出装置）
７ 光学式エンコーダ装置
９ 軸受けホルダ
１１ 第１の収納部
１３ 第２の収納部
１５ ベース部材
１７ ネジ部材
１９ メインシャフト
２１ 歯車機構
２３，２５ サブシャフト
２７，２９，３１ 歯車
３３，３５，３７ 磁気式エンコーダ部（位置検出部）
３８，４０，４２ 軸受け
３９，４１，４３ 磁気発生素子
４５，４７，４９ 磁気検知素子
５１ 回路基板
５３ サブ回路基板
５５ 底壁部
５７ 周壁部
５９ ネジ
６１ 回転ディスク
６３ 発光素子
６４，６５ 電気的接続部材
６７ フランジ部
６９ 開口部
７１ 筒状部
７３ オルダム継ぎ手

Claims (7)

1. 歯車機構を備えた位置検出装置と光学式エンコーダ装置とがハウジング内に収納されているエンコーダであって、
   前記位置検出装置は、メインシャフトと、前記メインシャフトに歯車機構を介して連結されて前記メインシャフトと同期して回転するｎ本（ｎは１以上の整数）のサブシャフトと、前記メインシャフト及び前記ｎ本のサブシャフトの角度位置をそれぞれ検知する１＋ｎ個の位置検出部を備えており、
   前記光学式エンコーダ装置は、前記メインシャフトの角度位置を光を利用して検知するように構成されており、
   前記位置検出装置の出力信号と前記光学式エンコーダ装置の出力信号とに基づいて、前記メインシャフトの絶対位置を検出する検出回路を有する回路基板をさらに備え、
   前記光学式エンコーダ装置は前記メインシャフトに固定された回転ディスクと、前記回路基板に固定された発光素子及び受光素子とからなり、
   前記ハウジングは、前記メインシャフト及び前記ｎ本のサブシャフトをそれぞれ回転自在に支持する複数の軸受が取り付けられた隔壁部と、前記１＋ｎ個の位置検出部及び前記光学式エンコーダ装置を収納する第１の収納部と、前記歯車機構を収納する第２の収納部とを備えており、
   前記隔壁部により、前記歯車機構と、前記１＋ｎ個の位置検出部、前記光学式エンコーダ装置及び前記回路基板とを隔離していることを特徴とするエンコーダ。
2. 前記メインシャフト及び前記ｎ本のサブシャフトの一端には前記歯車機構を構成する１＋ｎ個の歯車がそれぞれ固定されており、
   前記隔壁部から突出する前記メインシャフト及び前記ｎ本のサブシャフトの他端には、磁気発生素子がそれぞれ固定されており、
   前記ハウジング内には、前記メインシャフトの前記他端に設けられた前記磁気発生素子の磁気を検知する第１の磁気検知素子と、前記ｎ本のサブシャフトの前記他端にそれぞれ設けられた前記磁気発生素子の磁気を検知する第２乃至第ｎの磁気検知素子とが配置されており、
   前記磁気発生素子と前記磁気検知素子とにより前記位置検出部が構成されている請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記ハウジングの前記第１の収納部は、前記隔壁部と接触する底壁部と、該底壁部と一体に設けられて前記隔壁部から離れる方向に延びる周壁部とを備えており、
   前記回路基板は、前記周壁部に固定されており、
   前記回路基板には、前記第１の磁気検知素子が固定されており、
   前記第１の収納部内には前記第２乃至第ｎの磁気検知素子が固定されたサブ回路基板が配置されている請求項２に記載のエンコーダ。
4. 前記回転ディスクが、前記回路基板と前記サブ回路基板との間に配置されており、
   前記発光素子及び受光素子の一方が前記回路基板に固定され、他方が前記第１の収納部内に固定されている請求項３に記載のエンコーダ。
5. 前記回路基板と前記サブ回路基板とは、電気的接続部材を介して電気的に接続されている請求項３に記載のエンコーダ。
6. 前記第２の収納部は、前記隔壁部に固定される環状のフランジ部と、該環状のフランジ部と一体に設けられて前記歯車機構の周囲を囲み且つ中央に前記メインシャフトの一端を露出させる開口部を有する筒状部とを備えたベース部材と前記隔壁部とにより構成されている請求項１に記載のエンコーダ。
7. 前記メインシャフトの前記他端には、継ぎ手が固定されており、前記継ぎ手の一部が前記開口部から露出している請求項６に記載のエンコーダ。

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