JP2014025713A - エンコーダ、移動情報検出方法、駆動装置、ロボット装置及びパワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力の消費を低減することができるエンコーダ、移動情報検出方法、駆動装置、ロボット装置及びパワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】少なくとも１つのパターンが形成され、第一方向に移動可能な移動部と、当該移動部の第一方向への移動量に応じて移動部との間で第二方向に相対的に移動するように設けられ、パターンを検出する検出部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンコーダ、移動情報検出方法、駆動装置、ロボット装置及びパワーステアリング装置に関する。

モータの回転軸など回転体の回転数や位置情報を検出する装置として、エンコーダが知られている（例えば、特許文献１）。エンコーダは、例えばモータの回転軸に取り付けられて用いられる。エンコーダの構成として、例えば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、例えば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、モータの回転軸の一回転情報及び多回転情報を検出できる。

多回転情報を検出する場合には、磁気パターンを検出する検出系（例、ＭＲセンサなど）や回転数をカウントしたりカウント数を記憶したりする処理回路などが用いられる。多回転情報の検出結果は処理回路の電源が切れると失われるため、例えば主電源をオフにする間にもバックアップ電源などを用いて多回転情報の検出動作又は保持動作が行われる。

特開２００４−２０５４８号公報

しかしながら、上記構成においては、多回転情報を行うために電力を常時必要とするため、消費電力が大きくなってしまう場合がある。

以上のような事情に鑑み、本発明は、電力の消費を低減することができるエンコーダ、移動情報検出方法、駆動装置、ロボット装置及びパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様に従えば、少なくとも１つのパターンが形成され、第一方向に移動可能な移動部と、当該移動部の第一方向への移動量に応じて移動部との間で第二方向に相対的に移動するように設けられ、パターンを検出する検出部とを備えるエンコーダが提供される。

本発明の第二の態様に従えば、第一方向に移動可能な移動部に形成された少なくとも１つのパターンを、当該移動部の第一方向の移動量に応じて移動部との間で第一方向とは異なる第二方向に相対的に移動する検出部によって、電気信号として検出する検出ステップと、検出部によって検出された電気信号を用いて移動部の第一移動情報を求める第一処理ステップと、電気信号の信号値及び当該信号値に基づく第二信号値の少なくとも一方のうち移動部及び検出部の第二方向における相対位置に応じて変化する成分を用いて移動部の第二移動情報を求める第二処理ステップとを含む移動情報検出方法が提供される。

本発明の第三の態様に従えば、駆動源と、当該駆動源によって所定の方向に移動する移動子と、当該移動子の移動情報を検出するエンコーダとを備え、当該エンコーダとして、本発明の第一の態様に従うエンコーダが用いられている駆動装置が提供される。

本発明の第四の態様に従えば、移動対象物と、当該移動対象物を移動させる駆動装置とを備え、当該駆動装置として、本発明の第三の態様に従う駆動装置が用いられているロボット装置が提供される。

本発明の第五の態様に従えば、回転力が入力される入力軸と、当該入力軸に連結され、回転力の一部が出力される出力軸と、入力軸及び出力軸のうち少なくとも一方の回転情報を検出するエンコーダとを備え、当該エンコーダとして、本発明の第一の態様に従うエンコーダが用いられており、当該エンコーダの第一方向は、所定の軸線を中心として回転する方向であり、当該エンコーダの第二方向は、移動部の軸線方向であるパワーステアリング装置が提供される。

本発明の態様によれば、電力の消費を低減することができる。

第一実施形態に係るモータ装置の構成を示す図。 本実施形態に係るエンコーダの一部の構成を示す図。 本実施形態に係るエンコーダの処理系の構成を示すブロック図。 本実施形態に係るエンコーダの検出特性に関するグラフ。 本実施形態に係るエンコーダの検出特性に関する表。 第二実施形態に係るモータ装置の構成を示す図。 本実施形態に係るエンコーダの処理系の構成を示すブロック図。 第三実施形態に係るロボット装置の構成を示す図。 第四実施形態に係るパワーステアリング装置の構成を示す図。 変形例に係るエンコーダの処理系の構成を示すブロック図。

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、モータ装置ＭＴＲの構成を示す断面図である。
図１に示すように、モータ装置ＭＴＲは、所定の軸線Ｃの周りに回転する回転子である回転軸ＳＦと、当該回転軸ＳＦを回転させる駆動部であるモータ本体ＢＤと、回転軸ＳＦの位置情報を検出するエンコーダＥＣとを備えている。エンコーダＥＣは、回転部Ｒ及び検出部Ｄを有している。エンコーダＥＣは、検出部Ｄを構成する検出基板３０内に回転部Ｒが収容された状態で用いられる。

回転部Ｒは、スケール部材Ｓを有している。
スケール部材Ｓは、円板状に形成されている。スケール部材Ｓは、相対移動機構５０及びカップリング機構６０を介して回転軸ＳＦに固定されている。スケール部材Ｓは、回転軸ＳＦの軸線Ｃを中心軸として、当該回転軸ＳＦと一体的に軸線Ｃの周りに回転する。スケール部材Ｓは、例えば金属材料やガラスなどによって円盤状に形成されている。スケール部材Ｓの構成材料として剛性の高い材料を用いることで、耐変形性などに優れた回転部Ｒが得られる。スケール部材Ｓの構成材料として、上記材料とは異なる材料が用いられても良い。

スケール部材Ｓは、第一面Ｓａ及び第二面Ｓｂを有する。第一面Ｓａは、モータ装置ＭＴＲに対向する。第二面Ｓｂは、当該第一面Ｓａの裏側に配置されている。スケール部材Ｓの第一面Ｓａには、円筒部２０が設けられている。

円筒部２０は、軸線Ｃに平行な方向（以下、軸線方向と表記する）視において、第一面Ｓａの中央に配置されている。円筒部２０の中心軸は、軸線Ｃに一致している。円筒部２０は、中空部２０ａを有する。中空部２０ａには、相対移動機構５０の一部が挿入されている。中空部２０ａに挿入された相対移動機構５０の一部は、例えばボルトなどの固定部材５１によってスケール部材Ｓに固定されている。

スケール部材Ｓの第二面Ｓｂには、パターン２１及び凹部２２が設けられている。パターン２１は、スケール部材Ｓの第二面Ｓｂの端部（例、周縁部）に円環状に設けられている。パターン２１は、ほぼ全体がアクリル樹脂などの透明保護膜（不図示）によって被覆されている。

図２（ａ）は、スケール部材Ｓの第二面Ｓｂの構成例を示す図である。
図２（ａ）に示すように、パターン２１は、円環状に形成された第一トラック２１ａ及び第二トラック２１ｂを有する。第一トラック２１ａは、第二トラック２１ｂに対して外周側に配置されている。

第一トラック２１ａ及び第二トラック２１ｂには、それぞれ光反射パターン２４が形成されている。第一トラック２１ａには、光反射パターン２４として、インクリメンタルパターン２４ａが形成されている。第二トラック２１ｂには、光反射パターン２４として、アブソリュートパターン２４ｂが形成されている。なお、インクリメンタルパターン２４ａ及びアブソリュートパターン２４ｂは、光反射領域ではなく、例えば光を透過するスリットなどで形成されていても良い。

光反射パターン２４の周囲には、低反射領域２５が形成されている。低反射領域２５は、光反射パターン２４よりも光反射率が低い領域である。低反射領域２５には、例えばニッケル、クロム、鉄及び亜鉛など、光吸収率の高い金属からなる薄膜が設けられている。なお、例えば第二面Ｓｂ自体を着色加工したり、粗面加工したりすることで光反射パターン２４及び低反射領域２５が形成されていても構わない。

図２（ｂ）は、インクリメンタルパターン２４ａ及びアブソリュートパターン２４ｂの構成を示す図である。
図２（ｂ）に示すように、インクリメンタルパターン２４ａは、例えば、論理状態を示す最小識別幅Ｐ１の光反射領域を有する。インクリメンタルパターン２４ａは、スケール部材Ｓの回転方向に沿って等ピッチに形成されている。アブソリュートパターン２４ｂは、インクリメンタルパターン２４ａの最小識別幅Ｐ１より広い最小識別幅Ｐ２で、例えば、６ビットのＭ系列パターンの光反射領域を有する。

図１に示すように、凹部２２は、軸線方向視においてスケール部材Ｓの中央に設けられている。凹部２２は、固定部材５１の一部が挿入されている。凹部２２が設けられることにより、固定部材５１が軸線方向においてスケール部材Ｓから突出するのを防ぐことができ、エンコーダＥＣの小型化を図ることができる。

検出部Ｄは、スケール部材Ｓに形成されたパターン２１を検出する。検出部Ｄは、検出基板３０、受発光素子３１、モールド３２及び固定部材３３を有している。
検出基板３０は、例えば円板状に形成されている。検出基板３０は、モールド３２及び固定部材３３によってエンコーダ受部５４に固定されている。エンコーダ受部５４は、付勢部５５によってモータ本体ＢＤに支持されている。付勢部５５は、締結部材５６によってモータ本体ＢＤに締結されている。付勢部５５は、エンコーダ受部５４とモータ本体ＢＤとの間に挟まれている。付勢部５５は、軸線方向に弾性変形可能である。付勢部５５は、エンコーダ受部５４に対して軸線方向に付勢力を作用させつつ、当該エンコーダ受部５４を支持する。

検出基板３０は、回転軸ＳＦとは固定されていない状態となっている。したがって、回転軸ＳＦが回転しても、検出基板３０とモータ装置ＭＴＲとの相対位置が変化しないようになっている。検出基板３０は、スケール部材Ｓに対向して配置されている。スケール部材Ｓ及び検出基板３０は、軸線方向視において、互い中心が一致するように位置合わせされている。

受発光素子３１は、パターン２１へ向けて光を射出し、反射光を読み取ることでパターン２１を検出する。受発光素子３１は、検出基板３０のうちスケール部材Ｓに対向する面に設けられている。受発光素子３１は、軸線方向視において、例えばパターン２１の一部に重なる位置に配置されている。

受発光素子３１は、光を射出する発光部３１ｃと、パターン２１による反射光を受光する受光部３１ａ及び受光部３１ｂとを有する。発光部３１ｃとしては、例えばＬＥＤなどが用いられる。発光部３１ｃは、インクリメンタルパターン２４ａ及びアブソリュートパターン２４ｂのそれぞれに向けて光を射出可能である。

受光部３１ａ及び受光部３１ｂとしては、例えばフォトダイオードなどが用いられる。受光部３１ａは、インクリメンタルパターン２４ａを介した反射光の光路に配置されている。受光部３１ｂは、アブソリュートパターン２４ｂを介した反射光の光路に配置されている。

なお、例えばインクリメンタルパターン２４ａ及びアブソリュートパターン２４ｂが光を透過するスリットなどで形成されている場合のように、スケール部材Ｓを透過した光を受光する場合には、受光部３１ａ及び受光部３１ｂは、軸線方向において受発光素子３１の発光部３１ｃとの間でスケール部材Ｓを挟む位置に配置される。

相対移動機構５０は、カップリング機構６０を介して回転軸ＳＦに固定されている。相対移動機構５０は、基部５２と、突出部５３とを有する。基部５２は、カップリング機構６０に連結されている。

突出部５３は、基部５２からスケール部材Ｓ側へ突出している。突出部５３の先端部５３ａは、円筒部２０の中空部２０ａに挿入されており、固定部材５１によってスケール部材Ｓに固定されている。突出部５３のうち先端部５３ａと基部５２との間には、ネジ山５３ｂが形成されている。ネジ山５３ｂは、エンコーダ受部５４の貫通部５４ａに形成されたネジ山５４ｂに噛み合わされている。

この構成において、回転軸ＳＦが回転する場合、相対移動機構５０が回転軸ＳＦと一体的に回転し、ネジ山５３ｂが軸線周りに回転する。ネジ山５３ｂはネジ山５４ｂに沿って回転し、一体的に固定された回転軸ＳＦ、相対移動機構５０の基部５２及びスケール部材Ｓが軸線方向に移動する。なお、基部５２は、軸線方向のうちカップリング機構６０から離れる方向に移動する場合であってもカップリング機構６０との間の連結状態が解除されないように当該カップリング機構６０に連結されている。

なお、付勢部５５が付勢力によってエンコーダ受部５４を支持するため、エンコーダ受部５４ひいては検出基板３０の軸線方向への位置ずれが抑制される。また、相対移動機構５０とエンコーダ受部５４とが螺合されているため、エンコーダ受部５４に対して軸線方向に力が働いた場合でも、回転方向への移動は抑制される。したがって、付勢部５５の付勢力による相対移動機構５０とエンコーダ受部５４との位置関係の変化が抑制される。以上の点から、例えば回転軸ＳＦが回転していない状態において、回転軸ＳＦと検出基板３０との間の位置関係は安定的に保持されることになる。

このように、相対移動機構５０は、回転軸ＳＦの回転量及び回転方向に応じて、検出部Ｄを軸線方向に移動させることにより、スケール部材Ｓ（回転部Ｒ）と検出部Ｄとの間を相対的に軸線方向に移動させる。

例えば、相対移動機構５０は、回転軸ＳＦが軸線Ｃを中心として＋θ方向（図１参照）に回転した場合に、検出部Ｄから離れる方向にスケール部材Ｓを移動させる。また、相対移動機構５０は、回転軸ＳＦが軸線Ｃを中心として−θ方向（＋θ方向とは反対向き：図１参照）に回転した場合に、検出部Ｄに近づく方向にスケール部材Ｓを移動させる。この結果、スケール部材Ｓと検出部Ｄとが軸線方向に相対的に移動し、スケール部材Ｓと検出部ＤとのギャップＧ（図１参照）が変化する。

相対移動機構５０は、回転軸ＳＦの回転量に対して一定の割合でギャップＧを変化させる。例えば、ネジ山５３ｂ及びネジ山５４ｂのピッチを０．０１ｍｍとすることにより、回転軸ＳＦが１回転する毎にギャップＧが０．０１ｍｍ変化する割合でスケール部材Ｓを軸線方向に移動させることができる。

図３は、エンコーダＥＣの信号処理系の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、検出基板３０には、第一処理部３０ａ、電流供給部３０ｂ、光量補償部３０ｃ及び第二処理部３０ｄを有する。

受光部３１ａ及び受光部３１ｂによって読み取られた光は、電気信号に変換され、不図示のアンプやコンパレータなどを介して、インクリメンタル信号ＩＮＣ及びアブソリュート信号ＡＢＳとして第一処理部３０ａに供給される。第一処理部３０ａは、インクリメンタル信号ＩＮＣとアブソリュート信号ＡＢＳとに基づき一回転情報ＳＴを生成する。なお、第一処理部３０ａは、一回転情報のうち原点位置データを通過する回数をカウントすることにより、多回転情報を生成する構成であっても良い。

電流供給部３０ｂは、発光部３１ｃを発光させるための電流を当該発光部３１ｃに対して供給する。

光量補償部３０ｃは、受光部３１ａによって変換された電気信号の大きさが所定の値を維持するように、発光部３１ｃから射出される光の強度を調整する。光量補償部３０ｃは、例えば電流供給部３０ｂから発光部３１ｃに供給される電流の値を調整することにより、当該光強度を調整可能である。

第二処理部３０ｄは、受光部３１ａに供給される電流の大きさに応じて、スケール部材Ｓの回転方向及び多回転情報（第二移動情報）を求める。以下、スケール部材Ｓの回転方向及び多回転情報を求める原理を説明する。

相対移動機構５０によってスケール部材Ｓと検出部ＤとのギャップＧが変換される場合、発光部３１ｃから射出された射出光がスケール部材Ｓに到達する位置と、反射光が受光部３１ａ及び受光部３１ｂに到達する位置とが変化する。この結果、受光部３１ａ及び受光部３１ｂで受光される反射光の強度は、ギャップＧに応じて変化し、受光部３１ａ及び受光部３１ｂによって変換される電気信号の大きさが所定の値に対して変化する。

ここで、光量補償部３０ｃは、受光部３１ａによって変換された電気信号の大きさを検出すると共に、検出結果が所定の値を維持するように、電流供給部３０ｂから発光部３１ｃに供給される電流の値を調整する。受光部３１ａによって変換された電気信号は、インクリメンタルパターン２４ａの反射光に基づくため、規則的なパターンを含む信号となる。このため、光量補償部３０ｃの検出対象を受光部３１ａによる電気信号とすることで、安定した検出が可能となる。

図４は、ギャップＧの変化量と電流供給部３０ｂから発光部３１ｃに供給される電流の値との関係を示すグラフである。グラフの横軸はギャップＧの変化量（単位：ｍｍ）を示し、グラフの縦軸は電流の大きさ（単位：ｍＡ）を示す。なお、横軸の変化量については、相対移動機構５０が所定の基準位置にある場合を０としている。

図４に示すように、ギャップＧの変化量が０の場合（ギャップＧが基準値である場合）、電流供給部３０ｂから発光部３１ｃに供給される電流の値は２０ｍＡ程度となる。この状態からギャップＧが増加する場合、パターン２１と受光部３１ａとの距離が長くなるため、受光部３１ａに入射する光の強度が低下する。そこで、光量補償部３０ｃは、受光部３１ａで受光される光の強度を上昇させるため、電流供給部３０ｂから発光部３１ｃに供給される電流の値を増加させ、発光部３１ｃから射出される光の強度を高める。例えばギャップＧの増加量が０．５ｍｍの場合には、発光部３１ｃに供給される電流は２４ｍＡ程度に増加する。

一方、ギャップＧが基準値に対して小さくなる場合、パターン２１と受光部３１ａとの距離が短くなるため、受光部３１ａに入射する光の強度が上昇する。そこで、光量補償部３０ｃは、受光部３１ａで受光される光の強度を低下させるため、電流供給部３０ｂから発光部３１ｃに供給される電流の値を減少させ、発光部３１ｃから射出される光の強度を低くする。例えばギャップＧの減少量が０．５ｍｍの場合には、受光部３１ａ及び受光部３１ｂで生じる電流は１６ｍＡ程度に減少する。

上記のように、スケール部材Ｓと検出部ＤとのギャップＧと、発光部３１ｃに供給される電流の大きさとの間は、相関関係が見られる。一方、ギャップＧは、相対移動機構５０により回転軸ＳＦの回転方向及び回転量に応じて変化するため、ギャップＧと回転軸ＳＦの回転方向及び回転量との間にも相関関係が見られる。よって、発光部３１ｃに供給される電流の大きさと、回転軸ＳＦの回転方向及び回転量との間には、相関関係が存在することになる。

図５は、回転軸ＳＦの回転方向及び回転量（回転回数）と、ギャップＧの変化量と、発光部３１ｃに供給される電流の大きさとの関係を示す表である。
図５に示すように、回転軸ＳＦが基準位置にある場合、ギャップＧの変化量が０ｍｍであり、発光部３１ｃに供給される電流の大きさは２０ｍＡである。

この状態から、回転軸ＳＦが＋θ方向に１回転する場合、ギャップＧの変化量が０．０１ｍｍとなり、発光部３１ｃに供給される電流の大きさは２０．０８ｍＡとなる。また、回転軸ＳＦが＋θ方向に４９回転する場合、ギャップＧの変化量が０．４９ｍｍとなり、発光部３１ｃに供給される電流の大きさは２３．９２ｍＡとなる。回転軸ＳＦが＋θ方向に５０回転する場合、ギャップＧの変化量が０．５０ｍｍとなり、発光部３１ｃに供給される電流の大きさは２４．００ｍＡとなる。

一方、回転軸ＳＦが−θ方向に１回転する場合、ギャップＧの変化量が−０．０１ｍｍとなり、発光部３１ｃに供給される電流の大きさは１９．９２ｍＡとなる。また、回転軸ＳＦが−θ方向に４９回転する場合、ギャップＧの変化量が−０．４９ｍｍとなり、発光部３１ｃに供給される電流の大きさは１６．０８ｍＡとなる。回転軸ＳＦが−θ方向に５０回転する場合、ギャップＧの変化量が−０．５０ｍｍとなり、発光部３１ｃに供給される電流の大きさは１６．００ｍＡとなる。

以上のことから、回転軸ＳＦが＋θ方向に１回転する毎に、発光部３１ｃに供給される電流の大きさは０．０８ｍＡ増加することが読み取れる。また、回転軸ＳＦが−θ方向に１回転する毎に、発光部３１ｃに供給される電流の大きさは０．０８ｍＡ減少することが読み取れる。

上記の相関関係に関するデータは、実験やシミュレーションなどによって予め求めておくことができる。当該データは、例えば制御部ＣＯＮＴに記憶させておくことができる。この構成により、第二処理部３０ｄは、発光部３１ｃに供給される電流の大きさに基づいて回転軸ＳＦの回転方向及び多回転情報（第二移動情報）ＭＴを求めることができる。

第一処理部３０ａ及び第二処理部３０ｄは、制御部ＣＯＮＴからの要求などによって、多回転情報ＭＴと一回転情報ＳＴとを含む位置情報を制御部ＣＯＮＴへシリアル方式で出力する。

なお、エンコーダＥＣは、回転部Ｒの回転量に応じて回転部Ｒと検出部Ｄとが相対的に移動するため、移動量に制限がある。このため、本実施形態に係るエンコーダＥＣは、例えば回転軸ＳＦの回転量が所定の回転数以内に収まるようなモータ装置ＭＴＲ（例、ロボットハンドやロボットアームの回転部分、パワーステアリング装置など）に対して用いられることを想定している。

以上のように、本実施形態によれば、パターン２１が形成され、軸線回りに回転可能な回転部Ｒと、当該回転部Ｒの軸線回りの回転量に応じて軸線方向に移動するように設けられ、パターン２１を検出する検出部Ｄとを備えるので、電力を要することなく回転部Ｒの回転量に関する情報（多回転情報）を保持することができる。これにより、多回転情報を保持し続けるための電力が不要となるため、電力の消費を低減することができる。

また、本実施形態によれば、検出部Ｄが回転部Ｒと検出部Ｄとの間の軸線方向の距離に関する情報が含まれるようにパターン２１を検出可能であるため、一の検出系（例、光学式の検出部Ｄ）によって一回転情報及び多回転情報を検出することができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
図６は、本実施形態に係るエンコーダＥＣ２（モータ装置ＭＴＲ２）の構成を示す図である。図６に示すように、本実施形態では、パターン２１として光反射パターン２４が形成されたスケール部材Ｓに変えて、パターン２１として磁気パターン２６が形成された磁極部材Ｍが用いられている。また、検出部Ｄの検出基板４０には、磁気パターン２６を検出するため、磁気センサ４２が設けられている。他の構成は、第一実施形態と同様である。

磁気センサ４２は、例えば磁気パターン２６に対して回転軸ＳＦの軸方向に見て重なる位置に一対配置されている（磁気センサ４２Ａ及び磁気センサ４２Ｂ）。各磁気センサ４２Ａ及び磁気センサ４２Ｂ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。磁気センサ４２Ａ及び磁気センサ４２Ｂは、それぞれ検出基板４０に保持されている。

バイアス磁石は、磁気パターン２６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、例えばサマリューム・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、磁気パターン２６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。

図７は、エンコーダＥＣ２の信号処理系の構成を示すブロック図である。
図７に示すように、検出基板４０には、第一処理部４０ａ及び第二処理部４０ｂを有する。

磁気センサ４２（磁気センサ４２Ａ及び磁気センサ４２Ｂ）によって読み取られた磁場は、電気信号に変換され、不図示のアンプやコンパレータなどを介して、多回転信号ＭＡ及び多回転信号ＭＢとして第一処理部４０ａに供給される。第一処理部４０ａは、多回転信号ＭＡ及び多回転信号ＭＢに基づき多回転情報ＭＴ１を生成する。

第二処理部４０ｂは、多回転信号ＭＡ及び多回転信号ＭＢの信号値の大きさに応じて、磁極部材Ｍの回転方向及び多回転情報（第二移動情報）を求める。この場合においても、上記第一実施形態と同様の原理である。

例えば、相対移動機構５０によって磁極部材Ｍと検出部ＤとのギャップＧが変換される場合、磁場の発生源である磁気パターン２６の軸線方向上の位置と、当該磁場を検出する磁気センサ４２Ａ及び磁気センサ４２Ｂの位置とが変化する。磁場の強さは磁気パターン２６からの距離の２乗に反比例するため、磁気センサ４２Ａ及び磁気センサ４２Ｂで検出される多回転信号ＭＡ及び多回転信号ＭＢの大きさは、ギャップＧに応じて変化する。このように、磁極部材Ｍと検出部ＤとのギャップＧと、多回転信号ＭＡ及び多回転信号ＭＢの大きさとの間には、相関関係が見られる。

また、上記第一実施形態と同様に、ギャップＧは、相対移動機構５０により回転軸ＳＦの回転方向及び回転量に応じて変化するため、ギャップＧと回転軸ＳＦの回転方向及び回転量との間にも相関関係が見られる。よって、多回転信号ＭＡ及び多回転信号ＭＢの大きさと、回転軸ＳＦの回転方向及び回転量との間には、相関関係が存在することになる。

上記の相関関係に関するデータは、実験やシミュレーションなどによって予め求めておくことができる。当該データは、例えば制御部ＣＯＮＴに記憶させておくことができる。この構成により、第二処理部４０ｂは、多回転信号ＭＡ及び多回転信号ＭＢの大きさに基づいて回転軸ＳＦの回転方向及び多回転情報（第二移動情報）ＭＴ２を求めることができる。

第一処理部４０ａ及び第二処理部４０ｂは、制御部ＣＯＮＴからの要求などによって、多回転情報ＭＴ１と多回転情報ＭＴ２とを含む位置情報を制御部ＣＯＮＴへシリアル方式で出力する。

以上のように、本実施形態によれば、軸線回りに回転可能な回転部Ｒと、当該回転部Ｒの軸線回りの回転量に応じて軸線方向に移動するように設けられ、パターン２１を検出する検出部Ｄとを備えるので、パターン２１として磁気パターン２６が形成される場合であっても、電力を要することなく回転部Ｒの回転量（多回転情報）に関する情報を保持することができる。これにより、多回転情報を保持し続けるための電力が不要となるため、電力の消費を低減することができる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態を説明する。
図８は、第一実施形態に記載のモータ装置ＭＴＲ又は第二実施形態に記載のモータ装置ＭＴＲ２を備えるロボット装置ＲＢＴの一部（指部分の先端）の構成を示す図である。

図８に示すように、ロボット装置ＲＢＴは、末節部１０１、中節部１０２及び関節部１０３を有しており、末節部１０１と中節部１０２とが関節部１０３を介して接続された構成になっている。関節部１０３には軸支持部１０３ａ及び軸部１０３ｂが設けられている。軸支持部１０３ａは中節部１０２に固定されている。軸部１０３ｂは、軸支持部１０３ａによって固定された状態で支持されている。

末節部１０１は、接続部１０１ａ及び歯車１０１ｂを有している。接続部１０１ａには、関節部１０３の軸部１０３ｂが貫通した状態になっており、当該軸部１０３ｂを回転軸として末節部１０１が回転可能になっている。この歯車１０１ｂは、接続部１０１ａに固定されたベベルギアである。接続部１０１ａは、歯車１０１ｂと一体的に回転するようになっている。

中節部１０２は、筐体１０２ａ及び駆動装置ＡＣＴを有している。駆動装置ＡＣＴは、上記実施形態に記載のモータ装置ＭＴＲ又はモータ装置ＭＴＲ２を用いることができる。駆動装置ＡＣＴは、筐体１０２ａ内に設けられている。駆動装置ＡＣＴには、回転軸部材１０４ａが取り付けられている。回転軸部材１０４ａの先端には、歯車１０４ｂが設けられている。この歯車１０４ｂは、回転軸部材１０４ａに固定されたベベルギアである。歯車１０４ｂは、上記の歯車１０１ｂとの間で噛み合った状態になっている。

ロボット装置ＲＢＴは、駆動装置ＡＣＴの駆動によって回転軸部材１０４ａが回転し、当該回転軸部材１０４ａと一体的に歯車１０４ｂが回転する。歯車１０４ｂの回転は、当該歯車１０４ｂと噛み合った歯車１０１ｂに伝達され、歯車１０１ｂが回転する。当該歯車１０１ｂが回転することで接続部１０１ａも回転し、これにより末節部１０１が軸部１０３ｂを中心に回転する。

例えばこのようなロボット装置ＲＢＴにおいて、電源を一度オフにして再度起動する際に、再起動時に回転軸部材１０４ａの一回転情報と多回転情報とを検出する必要がある。このため、電源がオフになっている間、多回転情報を保持しておく必要がある。本実施形態では、電力を消費することなく、電源オフの間も多回転情報を保持することが可能であるため、当該情報を用いて再起動の際に一回転情報及び多回転情報を検出することができる。これにより、ロボット装置ＲＢＴの省電力化を図ることができる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態を説明する。
本実施形態では、第一実施形態に係るエンコーダＥＣ又は第二実施形態に係るエンコーダＥＣ２を備えるパワーステアリング装置について説明する。

図９は、本実施形態に係るパワーステアリング装置５０１の一部の構成を示す図である。
図９に示すように、パワーステアリング装置５０１は、自動車５００に搭載される。上記実施形態において説明したモータ装置ＭＴＲ又はモータ装置ＭＴＲ２は、当該パワーステアリング装置５０１に適用することができる。
パワーステアリング装置５０１は、ステアリングホイール５０２と、当該ステアリングホイール５０２に入力された入力軸５０３と、入力軸５０３に連結された出力軸５０４と、入力軸５０３から出力軸５０４へ伝達されるトルクを検出するトルク検出装置５０５と、パワーステアリング装置５０１の各部を制御するコントロールユニット５０６と、ステアリングホイール５０２を支持するステアリングコラム５０７と、出力軸５０４に対して補助動力を付与するモータ装置５０８とを有している。

このようなパワーステアリング装置５０１においては、モータ装置５０８として、上記説明したモータ装置ＭＴＲ又はモータ装置ＭＴＲ２を用いることができる。

例えばパワーステアリング装置５０１において、自動車５００のエンジンを停止させた後に再度エンジンを掛ける場合、モータ装置５０８についての一回転情報及び多回転情報を検出する必要がある。このため、エンジン停止時には多回転情報を保持しておく必要がある。本実施形態では、電力を消費することなく、電源オフの間も多回転情報を保持することが可能であるため、当該情報を用いて再起動の際に一回転情報及び多回転情報を検出することができる。これにより、パワーステアリング装置５０１の省電力化を図ることができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
上記第一実施形態では、検出基板３０に光量補償部３０ｃが設けられ、光量補償部３０ｃが発光部３１ｃから射出される光の強度を調整する構成とし、受光部３１ａに供給される電流の大きさに応じて第二処理部３０ｄがスケール部材Ｓの回転方向及び多回転情報（第二移動情報）を求める構成としたが、これに限られることは無く、光量補償部３０ｃが設けられない構成であっても良い。

図１０は、エンコーダＥＣの信号処理系の他の構成を示すブロック図である。
図１０に示すように、光量補償部３０ｃを設けない構成の場合、第二処理部３０ｄは、受光部３１ａによる信号値の大きさに基づいて回転軸ＳＦの回転方向及び多回転情報（第二移動情報）ＭＴを求めることができる。

また、上記実施形態においては、相対移動機構５０が回転軸ＳＦの回転量及び回転方向に応じて軸線方向に移動する構成としたが、これに限られることは無い。
例えば、相対移動機構５０（スケール部材Ｓ）の軸線方向の位置を固定させ、検出基板３０が一体的に軸線方向に移動する構成であっても良い。また、スケール部材Ｓ及び検出基板３０の両方が軸線方向に移動する構成であっても良い。このような構成であっても、スケール部材Ｓと検出基板３０との間を軸線方向に相対的に移動させることができる。

また、上記実施形態においては、検出部Ｄが軸線方向への移動方向及び移動量に関する情報を含むようにパターン２１を検出可能である構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば検出部Ｄの軸線方向の移動量を検出する第二検出部が別途設けられる構成であっても良い。

また、上記各実施形態では光学式の検出部又は磁気式の検出部のいずれか一方を有するエンコーダを例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、光学式の検出部及び磁気式の検出部を両方有するエンコーダであっても、本発明の適用が可能である。この場合、光学式の検出部の検出結果及び磁気式の検出部の検出結果の一方又は両方を用いて多回転情報及び回転方向を求めることができる。

また、上記実施形態では、移動部として、軸線Ｃを中心として回転する回転部Ｒを例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、直線方向に移動する移動部についても本発明の適用が可能である。

ＭＴＲ、ＭＴＲ２…モータ装置 ＳＦ…回転軸 ＥＣ、ＥＣ２…エンコーダ Ｒ…回転部 Ｄ…検出部 Ｓ…スケール部材 ＣＯＮＴ…制御部 Ｍ…磁極部材 ＲＢＴ…ロボット装置 ＡＣＴ…駆動装置 ２１…パターン ２４…光反射パターン ２４ａ…インクリメンタルパターン ２６…磁気パターン ３０、４０…検出基板 ３０ａ、４０ａ…第一処理部 ３０ｂ…電流供給部 ３０ｃ…光量補償部 ３０ｄ、４０ｂ…第二処理部 ３１ｃ…発光部 ３１ａ、３１ｂ…受光部 ４２…磁気センサ ５０…相対移動機構 ５３ｂ…ネジ山 ５４…エンコーダ受部 ５４ｂ…ネジ山 ５５…付勢部 ５０１…パワーステアリング装置 ５０８…モータ装置

Claims (23)

1. 少なくとも１つのパターンが形成され、第一方向に移動可能な移動部と、
   前記移動部の前記第一方向への移動量に応じて前記移動部との間で第二方向に相対的に移動するように設けられ、前記パターンを検出する検出部と
   を備えるエンコーダ。
2. 前記検出部は、前記パターンを電気信号として検出可能であり、
   前記検出部によって検出された前記電気信号を用いて前記移動部の第一移動情報を求めると共に、前記電気信号の信号値及び当該信号値に基づく第二信号値の少なくとも一方のうち前記移動部及び前記検出部の前記第二方向における相対位置に応じて変化する成分を用いて前記移動部の第二移動情報を求める制御部を備える
   請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記制御部は、前記成分を用いて前記移動部及び前記検出部の前記第二方向における相対位置を算出し、算出結果を用いて前記第二移動情報を求める
   請求項２に記載のエンコーダ。
4. 前記第一方向は、所定の軸線を中心として回転する方向であり、
   前記第二方向は、前記移動部の軸線方向である
   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. 前記第一移動情報は、前記移動部の一回転情報及び前記移動部の多回転情報のうち少なくとも一方を含み、
   前記第二移動情報は、前記多回転情報及び前記移動部の移動方向に関する情報を含む
   請求項４に記載のエンコーダ。
6. 前記パターンは、光学パターンを有し、
   前記検出部は、前記光学パターンを介した光を当該光の光量に応じて前記電気信号に変換する変換部と、を有する
   請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
7. 前記光学パターンへ向けて前記光を射出する光射出部を備える
   請求項６に記載のエンコーダ。
8. 前記制御部は、前記光射出部から射出される前記光の光量を調整可能である
   請求項７に記載のエンコーダ。
9. 前記第二信号値は、前記変換部によって変換される前記電気信号の前記信号値が一定となるように前記光の光量を調整する信号の信号値である
   請求項８に記載のエンコーダ。
10. 前記光学パターンは、前記移動部の移動方向に沿って等ピッチに形成されている
    請求項６から請求項９のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
11. 前記移動量に応じて前記移動部と前記検出部とを前記第二方向に相対的に移動させる相対移動機構を備える
    請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
12. 前記パターンは、磁気パターンを有し、
    前記検出部は、前記磁気パターンによって形成される磁場を当該磁場の強さに応じて前記電気信号に変換する変換部を有する
    請求項１から請求項１１のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
13. 前記移動部は、所定の移動方向に所定の移動量だけ移動するように形成された移動軸に固定される
    請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
14. 前記移動軸は、ロボット装置に設けられるアームの移動軸、パワーステアリング装置に設けられる入力軸及び出力軸のうちのいずれかである
    請求項１３に記載のエンコーダ。
15. 前記第一方向は、所定の直線に沿った方向である
    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。
16. 前記検出部は、前記移動部との間の前記第二方向への相対的な移動量に関する情報が含まれるように前記パターンを検出可能である
    請求項１から請求項１５のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
17. 前記検出部の前記第二方向への相対的な移動量を検出する第二検出部を更に備える
    請求項１から請求項１６のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
18. 第一方向に移動可能な移動部に形成された少なくとも１つのパターンを、当該移動部の前記第一方向の移動量に応じて前記移動部との間で第二方向に相対的に移動する検出部によって、電気信号として検出する検出ステップと、
    前記検出部によって検出された前記電気信号を用いて前記移動部の第一移動情報を求める第一処理ステップと、
    前記電気信号の信号値及び当該信号値に基づく第二信号値の少なくとも一方のうち前記移動部及び前記検出部の前記第二方向における相対位置に応じて変化する成分を用いて前記移動部の第二移動情報を求める第二処理ステップと
    を含む移動情報検出方法。
19. 前記第二処理ステップは、
    前記成分を用いて前記移動部及び前記検出部の前記第二方向における相対位置を算出することと、
    算出結果を用いて前記第二移動情報を求めることと、を含む
    請求項１８に記載の移動情報検出方法。
20. 前記第一方向は、所定の軸線を中心として回転する方向であり、
    前記第二方向は、前記移動部の軸線方向であり、
    前記第一移動情報は、前記移動部の一回転情報及び前記移動部の多回転情報のうち少なくとも一方を含み、
    前記第二移動情報は、前記多回転情報及び前記移動部の移動方向に関する情報を含む
    請求項１８又は請求項１９に記載の移動情報検出方法。
21. 駆動源と、
    前記駆動源によって所定の方向に移動する移動子と、
    前記移動子の移動情報を検出するエンコーダと
    を備え、
    前記エンコーダとして、請求項１から請求項１７のうちいずれか一項に記載のエンコーダが用いられている
    駆動装置。
22. 移動対象物と、
    前記移動対象物を移動させる駆動装置と
    を備え、
    前記駆動装置として、請求項２１に記載の駆動装置が用いられている
    ロボット装置。
23. 請求項２１に記載の駆動装置が用いられており、
    前記駆動装置が備えるエンコーダの前記第一方向は、所定の軸線を中心として回転する方向であり、
    前記エンコーダの前記第二方向は、前記移動部の軸線方向である
    パワーステアリング装置。

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