JP2006118962A - 磁気エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気吸着部材により雰囲気中の鉄粉等の磁性体粉を磁気吸着して磁気スケールに付着するのを防止することにより各磁極の磁束密度をほぼ一定に保ち、移動体の位置検出を長期にわたって安定的に行う。
【解決手段】磁気エンコーダ１を構成する磁気スケール９及び磁気検出部材１１のいずれかには磁気スケール９を覆うカバー１３・１５を取付けると共に磁気検出部材１１とカバー１３・１５との間に形成される開口部１９・２１に磁気吸着部材２３・２５を取付ける。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えばロボットや工作機械等において直線移動する移動体の移動位置や移動量（以下、特に断りがない範囲で移動位置及び移動量を移動位置と称する。）を検出する磁気エンコーダ、詳しくは工場雰囲気中の鉄粉等の磁性体粉が磁気スケールに付着して移動体の移動位置検出精度が悪くなるのを防止する磁気エンコーダに関する。

例えば特許文献１に示すように工作機械の本体フレーム上にて直線移動する移動体の移動位置を検出するため、本体フレームに、所望の検出分解能幅からなる異なる磁極（Ｎ極及びＳ極）が交互に着磁された磁気スケールを移動体の移動方向に沿って取付けると共に移動体に、磁気スケールからの磁界変化を検出して電気信号を出力するホール素子等の磁気検出部材を取付け、移動体の移動に伴って磁気検出部材から出力される電気信号により移動体の移動位置を検出する磁気エンコーダが知られている。

上記した磁気エンコーダは、ＬＥＤやレーザ光を使用した光学式エンコーダに比べて埃等による位置検出エラーが少なく、長期にわたって移動体の移動位置を高精度で、かつ安定的に検出できる特徴を有している。

しかし、鉄粉等の磁性体粉が多く発生する工場内に設置される工作機械等の磁気エンコーダにあっては、工場雰囲気中の鉄粉が磁気スケールに磁気吸着され易く、磁気スケールに磁性体粉が磁気吸着された場合にあっては、磁気スケールにおける各磁極の磁束密度が低くなり、磁気検出部材からは正常時に比べて低い電流値の電気信号が出力されることになる。このため、電気信号の電流値が位置検出信号を出力するために設定された所定の敷居値以下の場合には、位置検出信号を出力せずに位置検出が不能になり、また所定の敷居値以上の場合であっても、その時間幅が短くなって位置検出動作が不安定なるおそれがあった。
特開平２００４−１９１２６１号公報

解決しようとする問題点は、工場雰囲気中の鉄粉等の磁性体が磁気スケールに付着して各磁極の磁束密度が低くなることにより位置検出が不能になったり、位置検出精度が悪くなり、長期にわたって安定して移動体の位置検出ができない点にある。

本発明は、磁気エンコーダを構成する磁気スケール及び磁気検出部材のいずれかには磁気スケールを覆うカバーを取付けると共に磁気検出部材とカバーとの間に形成される開口部に磁気吸着部材を取付けたことを最も主要な特徴とする。

本発明は、磁気吸着部材により雰囲気中の鉄粉等の磁性体粉を磁気吸着して磁気スケールに付着するのを防止することにより各磁極の磁束密度をほぼ一定に保ち、移動体の位置検出を長期にわたって安定的に行うことができる。

本発明は、磁気スケールを覆うカバーと磁気検出部材との間に形成される開口部に磁気吸着部材を取付けた構成を最良の形態とする。

以下に実施形態を示す図に従って本発明を説明する。
図１〜図３において、磁気エンコーダ１が取付けられる移動装置３は、例えば産業ロボットや工作機械等で、本体フレーム５上に移動体７を長手方向へ直線移動するように設けて構成される。そして本体フレーム５には磁気エンコーダ１の一部を構成する磁気スケール９が移動体７の移動方向と平行に取付けられる。

磁気スケール９は移動体７の移動距離に応じた長さで、長手方向に対して移動体７の移動位置検出分解能に応じた幅の異なる磁極（Ｎ極及びＳ極）が、長手方向に対して交互に着磁されている。尚、上記した移動体７は、例えばサーボモータ及びこれに連結した直線移動機構（図示せず）により本体フレーム５上を長手方向へ往復移動制御される。

移動体７には磁気エンコーダ１の一部を構成する磁気検出部材としての磁気センサ１１が、磁気スケール９に対して磁界検出可能な微小間隙をおいて相対するように取付けブラケット１２を介して取付けられている。該磁気センサ１１は、例えば磁気誘電形磁気センサ、ホール素子、磁気ダイオード、磁気抵抗素子等により構成され、移動体７の移動に伴って変化する磁気スケール９における各磁極による磁界により、例えばＮ極から次のＳ極を３６０°とする正弦波の電気信号を出力して移動体７の移動位置を検出する。

尚、上記説明は、磁気スケール９における各磁極幅を移動体７の移動位置検出分解能に応じた幅としたが、各磁極に応じて出力される電気信号を所望の数で分周することにより移動体７の移動位置検出分解能を高精度化することができる。

本体フレーム５にはカバー１３・１５が磁気スケール９の全体を覆い、かつ移動体７の移動を許容するように取付けられている。一方のカバー１３は、一端部が磁気スケール９の上方にて本体フレーム５に固定され、他端部が移動体７に取付けられた磁気センサ１１側へ延出した後に取付けブラケット１２の一面（図示する右面）に沿い、かつ移動体７の移動を許容するための間隙１９を有して垂下するように構成される。

また、他方のカバー１５は一端部が磁気スケール９の下方にて本体フレーム５に固定され、他端部が取付けブラケット１２の他面（図示する左面）に対して移動体７の移動を許容する間隙２１を有するように構成される。そして取付けブラケット１２のそれぞれの面に相対するカバー１３・１５における他端部には磁気吸着部材２３・２５が、カバー１３・１５の長手方向全体にわたる長さで、移動体７に対して非接触の状態で取付けられている。各磁気吸着部材２３・２５としては棒状の永久磁石、永久磁石粉が混入された合成樹脂磁気シート、または磁気ゴムシート等のいずれであってもよいが、磁気スケール９における各磁極の磁束密度に影響しない程度の磁界強度であればよい。尚、カバー１３・１５の長手方向両端の開口は閉鎖板１４により閉鎖されている。

次に、上記した磁気エンコーダ１の作用を説明する。
先ず、移動体７の移動位置（移動量）検出作用の概略を説明すると、本体フレーム５に対する移動体７が直線移動されると、磁気センサ１１は磁気スケール９のおける各磁極からの磁界を検出して図４に示す正弦波の電気信号を出力する。位置検出制御回路（図示せず）は電気信号の電流値が予め設定された敷居値以上の時に位置検出信号を出力し、この位置検出信号に基づいてカウンタ回路（図示せず）を順にインクリメントすることにより移動体７の移動位置を検出する。

今、移動装置３が設置された場所の雰囲気中に鉄粉等の磁性体粉が多く浮遊する環境下においては、雰囲気中の鉄粉が磁気スケール９の各磁極に磁気吸着されることになる。磁気スケール９に鉄粉が磁気吸着されると、磁気スケール９における各磁極の磁束密度が低くなり、磁気スケール９に沿って移動する移動体７の磁気センサ１１から出力される電気信号の電流値が、正常時に比べて低くなる。

この結果、図４に一点鎖線で示すように磁気センサ１１から出力される電気信号の電流値が位置検出信号を出力するための所定の敷居値より低い場合には、位置検出信号を出力することができずに位置検出不能になる。また、図４に二点鎖線で示すように電気信号の電流値が敷居値以上であっても、その時間幅が短くなって位置検出信号の出力状態が不安定になる結果、移動体７の移動位置を確実に検出できなくなったり、位置検出精度が悪くなるおそれがある。

本実施例は、これを防止するため、移動体７の移動を許容して磁気スケール９の全体を覆うカバー１３・１５と取付けブラケット１２との間に形成される間隙１９・２１の箇所に磁気吸着部材２３・２５を取付け、これら磁気吸着部材２３・２５によりカバー１３・１５で覆われた空間内に進入しようとする鉄粉を磁気吸着して内部に進入するのを規制して鉄粉が磁気スケール９に付着するのを防止する。これにより磁気スケール９における各磁極の磁束密度をほぼ一定に保って磁気センサ１１が出力される電気信号を安定化し、磁気センサ１１による移動体７の移動位置検出を長期にわたって安定的に行うことを可能にする。

上記説明は、本体フレーム５に対して磁気スケール９を固定的に取付けると共に移動する移動体７に磁気センサ１１を取付けて磁気スケール９と磁気センサ１１とを相対移動させる構成としたが、本体フレーム５に対して磁気センサ１１を固定的に取付けると共に移動する移動体７に磁気スケール９を取付けて両者を相対移動させる構成であってもよい。この場合にあっては、図５に示すように移動体７に取付けられたブラケット６１に長手方向に延出する取付け板６３を取付け、本体フレーム５に取付けられた磁気センサ１１に相対する取付け板６３の面に長尺状の磁気スケール９を取付ける。また、磁気スケール９上部及び下部に応じた取付け板６３にカバー６５・６７を、磁気スケール９の全体を覆うように取付け、本体フレーム５に相対するカバー６５・６７の面に磁気吸着部材６９・７１を非接触状態で取付けた構成にすればよい。

上記説明は、１個の磁気センサ９により移動体７の移動位置を検出する構成を実施例としたが、本発明は２個の磁気検出部材により移動体の移動位置と共に移動方向を検出する構成であってもよいことは勿論である。

磁気エンコーダが取付けられる移動装置の概略を示す説明図である。 磁気エンコーダ箇所を拡大して示す説明図である。 図２のＡ−Ａ線縦断面図である。 磁気センサから出力される電気信号の波形図である。 本発明の変更実施例を示す説明図である。

符号の説明

１ 磁気エンコーダ
７ 移動体
９ 磁気スケール
１１ 磁気検出部材としての磁気センサ
１３・１５ カバー
１９・２１ 間隙
２３・２５ 磁気吸着部材

Claims (5)

1. 長手方向に対して異なる磁極を交互に配列した磁気スケール及び磁気スケールに対して所望のギャップを設けて相対するように配置し、磁界の変化に基づいて電気信号を出力する磁気検出部材を備え、磁気スケール及び磁気検出部材の相対移動に伴って移動体の移動位置を検出する磁気エンコーダにおいて、磁気スケール及び磁気検出部材のいずれかには磁気スケールを覆うカバーを取付けると共に磁気検出部材とカバーとの間に形成される開口部に磁気吸着部材を取付けた磁気エンコーダ。
2. 請求項１のカバーは、磁気スケール側に対し、磁気検出部材と非干渉状態となるように固定した磁気エンコーダ。
3. 請求項１のカバーは、磁気検出部材側に対し、磁気スケールと非干渉状態となるように固定した磁気エンコーダ。
4. 請求項１の磁気吸着部材は、相対する磁気スケール又は磁気検出部材に対して微小間隙を設けて非接触状態となるように取付けた磁気エンコーダ。
5. 請求項１の磁気吸着部材は、磁気シートとした磁気エンコーダ。

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