CN103376122A - 旋转式编码器 - Google Patents

Abstract

提供一种同时具有中空型和有轴型的长处、在编码器主体内内置有能紧凑地收存的能变位的构造体的旋转式编码器。具有固定在测量对象上而连动且使产生测量信号的码板（5）旋转的轴集合体（3、4）、转动自如地支承该轴集合体（3、4）的轴承（6a、6b）、和固定着该轴承的编码器主体；上述轴集合体（3、4）具有固定在上述轴承上的中空圆筒状的外筒（4）和收存配置在上述外筒内且一部分固定在外筒上的轴主体（3）；该轴主体（3）在收存在上述外筒（4）中的部分的一部分上形成有能变位的构造体，在从固定在测量对象上的部分经过上述构造体的前部与外筒（4）固定，至少在上述能变位的构造体与上述外筒（4）之间设有上述构造体能变位的间隙。

Description

旋转式编码器

技术领域

本发明涉及能够计测测量对象的变位或移动量、或它们的方向的旋转式编码器。

背景技术

一般而言，在旋转式编码器的轴构造中，大致划分而有有轴型和中空型。有轴型的编码器例如如图7所示，具有加工为凸形状的轴13。这里，图8是表示以往的有轴型的旋转式编码器的概略结构的侧剖视图。在图中，旋转式编码器具有轴13、和固定在该轴13上的码板5。从配置在基体内的发光元件21照射的光经由固定缝隙22照射在该码板5上，所形成的与缝隙图案对应的透射光入射到配置在电路基板7的对置的位置上的受光元件71中，产生规定的信号。通过轴13转动，码板5的图案变化，信号变化，产生对应于轴的变位量的信号。将产生的信号经由电缆11向外部装置输出。

轴13经由轴承16a、16b转动自如地固定在基体2上。在基体2上固定着罩9，保护上述电路基板7及发光元件21、受光元件71等电子零件。在基体2上固定着支承部件12a，固定在马达等测量对象的壳体85上。测量对象的旋转轴82经由轴承83支承在壳体上，并且从一体形成的输出轴81经由轴接头14连接固定在上述轴上。由此，测量对象的旋转轴82的旋转动作被传递给轴13，能够计测测量对象的旋转动作。

在该有轴型的编码器的情况下，经由轴接头14连接在测量对象的旋转轴81上。因此，能够使轴接头将测量对象的振动及变位吸收，能够减轻向编码器的负担。另一方面，需要与轴接头14的长度相应的轴向的空间，有轴向的长度L1变长的缺点。

另一方面，图8是表示中空型的旋转式编码器的概略结构的侧剖视图。在该例中，编码器的轴13a是中空的，在其内部收存固定着作为测量对象的旋转轴的输出轴81。固定例如通过将定位螺纹件等拧合到螺孔16中来固定，所述螺孔16形成在配置于轴端上的环部件15上。由此，测量对象的旋转轴82的旋转动作被传递给轴13a，能够计测测量对象的旋转动作。

在该中空型的编码器的情况下，不经由轴接头14而连接在测量对象的旋转轴81上。因此，轴向的长度L2能够变短相应于接头的长度的量，有能够变得紧凑的长处。另一方面，由于不能使轴接头吸收测量对象的振动及变位，所以有向编码器的负担增大的缺点。

在美国专利第4472713号公报（专利文献1）中，公开了具备挠性联轴器48的光学式编码器。该光学式编码器中，挠性联轴器48作为实质的轴发挥功能，使搭载在盘台26上的作为码板的盘24旋转，所述盘台26固定于该挠性联轴器48上。并且，在挠性联轴器26上形成有多个缝隙以便能够变位。

但是，该文献的挠性联轴器48比球轴承组件30、32的安装位置向测量对象侧较大地突出。并且，相对于以覆盖挠性联轴器48的方式形成配置、与其连动的盘台26，也向测量对象侧较大地突出。即，比配置有作为编码器需要的功能的相当于所谓编码器主体的部分更大地超出。因此，在该文献的构造中，难以将编码器紧凑地构成。

在美国专利第4752683号公报（专利文献2）中，公开了具备挠性联轴机构的旋转式编码器。但是，该文献的编码器的联轴部件34配置在所谓编码器主体的外部，不是内置的。此外，也没有任何关于将联轴部件的长度方向的大小吸收而变得紧凑的构造的讨论。

在欧洲专利申请第0178694号公报（专利文献3）中，公开了具备形成有螺旋槽13的轮毂9的旋转式变换器。但是，在该文献的轮毂9上，通过上盘7和弹性环8直接固定着编码器盘5。并且，没有轴承等轴承部件，只不过是在躯体1内仅配置有轴16。在这样的结构中，即使由轮毂9吸收一些振动，也难以吸收轴心的偏差，进行正确的计测本身就很困难。并且，由于没有轴承，所以也没有任何关于轴承与接头的关系的讨论。

专利文献1：美国专利4472713号公报

专利文献2：美国专利4752683号公报

专利文献3：欧洲专利申请0178694号公报。

要解决的问题是，如果为了吸收与测量对象的轴心的偏差或吸收振动以减轻向编码器的负担、而使用能够变位的接头，则需要配置接头的空间区域，编码器大型化或占用多余的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种同时具有中空型和有轴型的长处、在编码器主体内内置有能够紧凑地收存的能够变位的构造体的旋转式编码器。

本发明为了达到上述目的，做成以下的结构。

（1）一种旋转式编码器，具有固定在测量对象上而连动且使产生测量信号的码板5旋转的轴集合体3、4、转动自如地支承该轴集合体3、4的轴承6a、6b、和固定着该轴承的编码器主体；上述轴集合体3、4具有固定在上述轴承上的中空圆筒状的外筒4和收存配置在上述外筒内且一部分固定在外筒上的轴主体3；该轴主体3在收存在上述外筒4中的部分的一部分上形成有能够变位的构造体，在从固定在测量对象上的部分经过上述构造体的前部与外筒4固定，至少在上述能够变位的构造体与上述外筒4之间设有上述构造体能够变位的间隙。

（2）如上述（1）所述的旋转式编码器，上述轴主体3具有固定在测量对象上的中空状的固定部和形成有能够变位的构造体的中空状的变位部，上述固定部与变位部的内径不同。

根据本发明，具有下述优点：能够提供同时具有中空型和有轴型的长处、能够吸收来自测量对象的振动及磁芯的偏差、在编码器主体内内置有能够紧凑地收存的构造体、整体上能够紧凑地构成的旋转式编码器。

附图说明

图1是表示作为本发明的第1形态的编码器的结构的剖视图（实施例1）。

图2是表示作为本发明的第1形态的编码器的轴主体和外筒的结构的剖视图（实施例1）。

图3是表示作为本发明的第2形态的编码器的轴主体和外筒的结构的剖视图（实施例2）。

图4是表示作为本发明的第3形态的编码器的轴主体和外筒的结构的剖视图（实施例3）。

图5是表示轴主体的固定部与变位部的尺寸关系的侧视图。

图6是表示轴主体的固定部与变位部的尺寸关系的侧视图。

图7是表示以往的有轴型的编码器的结构例的剖视图。

图8是表示以往的中空型的编码器的结构例的剖视图。

具体实施方式

本发明的旋转式编码器1例如如图1所示，具有固定在测量对象上而连动且使产生测量信号的码板5旋转的轴集合体3、4、转动自如地支承该轴集合体3、4的轴承6a、6b、和固定着该轴承6a、6b的基体2；上述轴集合体3、4具有固定在上述轴承6a、6b上的中空圆筒状的外筒4、和收存配置在上述外筒4内、一部分固定在外筒4上的轴主体3；该轴主体3在收存在上述外筒4中的部分的一部分上形成有能够变位的构造体32，在从固定在测量对象上的部分31经过上述构造体32的前部33与外筒部固定，至少在上述能够变位的构造体32与上述外筒4之间，设有上述构造体能够变位的规定的间隙。

这样，作为相当于以往的旋转轴的构造物，做成具有中空圆筒状的外筒4和轴主体3的轴集合体，在该外筒4内收存配置轴主体3，并且使轴主体具有柔性而能够吸收轴中心的偏差及摇晃、振动等，不会占用特别的空间，能够提供在以往同样的大小中能够吸收测量对象方的振动及轴心的偏差的编码器。

轴主体3固定或结合在测量对象上，将测量对象的旋转动作向编码器内部传递。轴主体优选的是两端扩径的I字型或T字型的圆筒或圆柱状部件，在上述T或I的扩径部上具有固定在测量对象的旋转轴上的中空圆筒状的固定部。将固定部匹配于被固定或结合的测量对象的旋转轴的形状及大小而调整为任意的形状、大小。

进而，在轴主体的作为与上述固定部另一端侧的前部上，形成有向外筒4嵌合固定的嵌合部。该嵌合部嵌合固定在外筒前部的内侧。此外，由于外筒内侧面从后述的变位部外周隔开规定的间隙而配置，所以通常外筒部的内径设定为比变位部的外径大一些。因此，嵌合部的外径也设定为与上述外筒部的内径相适应的大小，两者正好能够嵌合固定。另外，在上述嵌合部中，既可以配置粘接剂、粘性的树脂剂、密封剂等而更牢固地固定，根据情况也可以采用熔敷、焊接等的某种或同时采用它们来固定。

在轴主体的上述固定部与嵌合部之间，形成有变位部。变位部具有传递旋转、并且将在固定部与嵌合部之间发生的磁芯的偏差、及来自测量对象的振动等的机械应力吸收的功能。变位部只要具有上述功能，可以采用在公知的挠性接头等中采用的各种能够变位的构造。变位部的构造并没有特别限定，既可以是如图示例那样从多个方向交替地形成有刻痕那样的构造，也可以采用形成有螺旋状刻痕或各种形态的刻痕、或做成其他能够变位的形状而能够发挥柔性的构造。此外，也可以是配置有弹簧等其自身具有柔性的部件那样的构造。轴主体主要从制造成本的方面看，优选的是整体由1个部件构成，期望的是上述变位部也与轴主体一体地形成的构造。

变位部为了发挥后述的构造上的优点，优选的是中空状。此外，其长度需要是收存到编码器主体内的长度，是至少能够收存到外筒部内部的长度。此外，在外筒被两个轴承支承的情况下，可以是收存在这些轴承间的长度。

作为变位部的变位量，没有特别限制，只要根据轴或装置的大小、被要求的轴偏差及振动的吸收能力而设定为最适合的变动幅度就可以。具体而言，在轴径4～10mm的一般的小型的编码器的情况下，虽然也取决于被容许的空间，但优选的是能够在测量对象的轴直角方向上0.01～0.5mm、轴向上±0.8mm的范围中变形，更优选的是能够在轴直角方向上0.05～0.3mm、轴向上±0.5mm的范围中变形。此外，在上述以外的大小的编码器中，与轴径成比例，优选的变位量也变动。

本发明的旋转式编码器例如如图4、图5所示，上述固定部的内径D2与变位部的内径D1不同。固定部的内径D2和变位部的内径D1只要两者不同，既可以如图5所示那样固定部的内径D2较大，也可以如图6所示那样变位部的内径D1较大。通过使两者的内径不同，能够防止形成在轴主体上的变位部的变位动作在构造上被限制。

具体而言，在固定部的内径D2较大的情况下，***在固定部中的测量对象的旋转轴不能进入到变位部，所以能够停止在固定部。通过防止测量对象的旋转轴进入到变位部内部，能够防止变位部的变位动作被进入的旋转轴阻碍。通常，向测量对象的安装在顾客侧进行，所以通过实施这样的安全对策，能够防止发生因顾客侧的安装错误带来的不良状况。

另一方面，在变位部侧的内径D1较大的情况下，即便测量对象的旋转轴侵入到变位部内，在变位部内侧面与旋转轴外侧面之间也有规定的间隙。因此，通过上述间隙确保变位部的变位动作。另外，作为此时的固定部与变位部的内径的差，只要设定为能够确保下述空隙的大小就可以，所述空隙可确保需要的变位量。具体而言，通常设定为相对于固定部的内径大其10%以上，在尺寸中有富余的情况下，期望的是在可能的范围中设定得更大。

外筒是中空圆筒状的部件，经由轴承转动自如地固定在编码器基部上。此外，其前部内周面与上述轴主体嵌合部被紧贴固定。由此，轴主体受经由外筒固定在基体上的轴承轴支承，能够稳定地旋转或转动。

在外筒上，在前部附近外周上具有扩径的凸缘部，固定着中空圆盘状的码板。该码板通常在玻璃等透明部件上形成有增量或绝对量型等对应于编码器的功能的代码图案。并且，如果码板旋转，则通过配置在编码器基部的LED等发光元件、和夹着码板对置配置的配线基板上的受光元件检测上述图案的变化，变换为规定的信号。由此，固定在测量对象上的轴主体的旋转动作被变换为电信号，作为所谓旋转式编码器动作。

外筒内周面通常是平坦的圆筒状，但也可以在上述前部设置阶差而形成在中心方向上伸出的厚壁部。通过将该厚壁部与轴主体的嵌合部固定，不再需要将嵌合部扩径。是采用这样在外筒上设置厚壁部的构造、或者是采用如上述那样将轴主体的嵌合部扩径的构造，既可以择一地选择，也可以做成将它们复合那样的构造。

外筒内面和轴主体变位部隔开规定的间隙对置而形成，能够进行变位部的变位动作。作为上述间隙，只要设定为能够进行变位动作的最适合的宽度就可以。具体而言，在轴径4～10mm的一般的小型的编码器的情况下，通常是1～2mm，在尺寸有富余的情况下期望的是在可能的范围内设定得更大。此外，在轴径为上述以外的情况下，与该轴径成比例，上述间隙的范围也变动。

此外，轴主体期望的是除了上述固定部以外的其他部分的几乎全部或全部收存在外筒内。具体而言，可以是除了固定部的扩径部分以外的区域的优选的是70%以上、更优选的是80%以上、特别优选的是90%以上收存在外筒内部。通过将轴主体收存到外筒内部，能够使轴主体所占的空间区域成为最小，能够使编码器小型化。

作为构成轴主体和外筒的材料，可以使用以往以来作为旋转式编码器的轴材料使用的材料。具体而言，也可以使用碳素钢（普通钢）、合金钢（特殊钢）、镍铬钢、镍铬钼钢、铬钢、铬钼钢、锰钢等以铁为主原料的合金或金属化合物，或者根据用途也可以使用铝、硬铝等铝化合物、钛或其化合物、黄铜、炮铜等金属化合物。

此外，在没有强度及耐久性等的问题的情况下，可以将轴主体或外筒的某个用树脂材料构成、防止由从测量对象的旋转轴流入的电流带来的电蚀。

在本发明中，上述外筒及轴主体以外的构成要素与通常的旋转式编码器是同样的，在上述说明中例示了光学式，但可以任意地选择光学式、磁式的任一种形态。

［实施例1］

接着，表示实施例来更具体地说明本发明。图1是表示本发明的第1形态的旋转式编码器的剖视图，图2是轴主体和外筒的剖视图。在图1、图2中，旋转式编码器1具有固定在基体2上的轴承6a、6b、旋转自如地固定在该轴承6a、6b上的外筒4、和固定在该外筒4的前部上的轴主体3。

外筒4是两端开放的中空的圆筒状部件，受固定在基体2上的轴承6a、6b轴支承，被转动自如地固定。外筒4夹设在轴承6a、6b与轴主体3之间，以轴主体3能够自由转动的状态固定，并且将后述的码板5固定，与轴主体3的动作连动。上述轴承6a、6b配置在外筒4的后端44与阶差部42之间。轴承也可以是单独的，但在轴动作的稳定性这一点上，优选的是设置多个。

在上述外筒4的前部外周扩径的凸缘41上，固定着由玻璃等形成的中空圆盘状的码板5。在基体2上配置LED等发光元件21，如果经由固定缝隙22照射的光线透过上述码板，则根据形成在码板5上的规定的图案而透射光变化，到达夹着码板对置配置的受光元件71，产生对应于上述透射光的电信号。

从受光元件71输出的电信号被配置在被支承的电路基板7上的各种电路元件进行需要的处理，被进行模拟数字变换，产生例如由A相、B相构成的90°相位差的增量信号等计测信号。将产生的计测信号再经由搭载在电路基板7上的接口元件、驱动元件等变换为规定的形态的输出信号，通过输出线11向外部的装置传送。

轴主体3是中空圆筒状的部件，在其一端侧形成有固定在测量对象的旋转轴上的扩径的固定部31。固定部的内径匹配于安装的测量对象的旋转轴的外径而形成，为正好能够嵌合的大小。固定部在该例中具有螺孔36，能够通过扁圆头螺纹件等将***的旋转轴牢固地固定。固定部并不限定于圆筒状，可以匹配于测量对象的形状而采用各种形状。

在轴主体3的中央躯体部上，具有形成有能够变形或变位的构造体的变位部。变位部如已经叙述那样，既可以是图示的设有多个缝隙的构造，也可以是公知的可变形的接头构造。该变位部为收存到后述的外筒内那样的大小。

轴主体3的作为另一端侧的前部形成有扩径的嵌合部。该嵌合部在该例中形成为使直径比上述变位部大的圆筒状。该嵌合部的外周部分与外筒的内周部分紧贴而被固定。因此，设定为，使嵌合部的外径与对应的外筒的内径大致相同。嵌合部与外筒的前部之间的固定有仅通过嵌合的机械结合就足够的情况，但也可以使用粘接剂等的公知的固定手段更牢固地固定。

由于嵌合部的外径与变位部的外径的差、即外筒的内径与变位部的外径的差为变位部与外筒之间的间隙的两倍，所以设定嵌合部的外径及外筒的内径，以便能够得到需要的间隙宽度。嵌合部的长度只要为能够得到需要的强度的大小就可以，但通过与变位部的长度的关系，调整为收存到编码器主体、特别是外筒内的大小。另外，在图示例中配置为，使嵌合部的前端位于比外筒前端稍靠中侧。

在本实施例中，外筒和轴主体既可以由相同的材料构成，也可以使用不同的材料。在采用不同的材料的情况下，例如通过使某个的材料为树脂材料，能够防止因从固定部流入的电流带来的电蚀。

固定着上述轴承6a、6b的基体2构成编码器主体，具有将主要的构成部件支承固定的功能。在基体2的作为测量对象侧的后部安装有支承部件12，能够固定到未图示的测量对象的壳体上。此外，在基体2前部上固定配置有罩9，将电路基板7及光学类零件等从外部环境保护。其他结构与一般的旋转式编码器是同样的，关于其详细情况省略说明。

如上述那样构成为，通过轴主体和外筒的两个部件作为旋转轴发挥功能、并且在外筒内配置变位部，所以在与以往的编码器大致相同的空间内还能够收存能够变位的轴接头的功能，能够提供小型且能够对应于轴变位的旋转式编码器。

［实施例2］

图3是表示本发明的第2实施例的图，是表示轴主体3a和外筒4的第2形态的剖视图。在该例中，外筒4a的前部46形成为封闭的形状。即，外筒4a的前部46不开口而封闭，为正好被圆形的盖覆盖那样的形状。在该外筒3a的前部46中央部形成有止动孔47，通过螺纹件51固定到轴主体3a的嵌合部33a上。在该轴主体3a的嵌合部33a中没有内部空洞，形成为圆柱块状，在其中央部的与上述止动孔47对应的位置上同样形成有螺孔39，能够进行通过上述螺纹件51的固定。

这样，通过螺纹件止动将轴主体3a与外筒4a固定，所以两者的固定变得容易且牢固，并且拆卸也变得容易。

［实施例3］

图4是表示本发明的第3实施例的图，是表示轴主体和外筒的第3形态的剖视图。在该例中，将外筒的前部形成为厚壁，能够从轴垂直方向进行止动螺纹件的固定而形成。即，在外筒的前部形成有厚壁部48，外筒内周面在轴垂直方向上伸出。另一方面，在轴主体的嵌合部33b中没有内部空洞，从变位部继续的块状的圆柱37通过阶差部38形成为比变位部直径小径的圆柱块，正好对应于上述厚壁部48的伸出幅度，形成为能够与其嵌合的大小。

并且，在上述厚壁部48上，从侧面朝向轴中心，在轴垂直方向上形成有螺孔49，通过配置定位螺纹件等止动螺纹件并拧入，上述螺纹件前端抵接在内部的轴主体37的嵌合部33b上，推压而固定。另外，其他结构与上述实施例1、2同样，在本实施例中省略说明。

这样，由于通过螺纹件止动将轴主体与外筒固定，所以两者的固定变得容易且牢固，并且拆卸也变得容易。

产业上的可利用性

本发明的旋转式编码器对于检测方式没有特别限定，只要是与旋转、转动的测量对象物的旋转轴结合的类型的编码器，可以广泛应用在各种类型的编码器中。

附图标记说明

1 编码器

2 基体

3 轴主体

4 外筒

5 码板

6a、6b 轴承

7 电路基板

9 罩。

Claims (2)

1.一种旋转式编码器，其特征在于，

具有固定在测量对象上而连动且使产生测量信号的码板旋转的轴集合体、转动自如地支承该轴集合体的轴承、和固定着该轴承的编码器主体；

上述轴集合体具有固定在上述轴承上的中空圆筒状的外筒和收存配置在上述外筒内且一部分固定在外筒上的轴主体；

该轴主体在收存在上述外筒中的部分的一部分上形成有能够变位的构造体，在从固定在测量对象上的部分经过上述构造体的前部与外筒固定，至少在上述能够变位的构造体与上述外筒之间设有上述构造体能够变位的间隙。

2.如权利要求1所述的旋转式编码器，其特征在于，

上述轴主体具有固定在测量对象上的中空状的固定部和形成有能够变位的构造体的中空状的变位部，上述固定部与变位部的内径不同。

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