JP6896162B2 - エンコーダ及びモータ - Google Patents

Description

本発明は、シャフトの回転角を検出するエンコーダ及びこれを備えたモータに関する。

一般的なモータ用のエンコーダは、検出部への外部異物侵入を防止するための保護カバーが設けられている。保護カバーは通常、エンコーダブラケットに対してねじで固定されるが、特に防水防塵性能が求められる場合には、エンコーダブラケット及び保護カバーのそれぞれの平坦部でゴム製Ｏリングといったシール部材を圧縮し、カバー内を密閉することで防水防塵性能の強化を達成している。

また回転角の検出に磁石を用いるモータ用のエンコーダでは別途、外部磁界による誤作動を防止するため、軟磁性体からなる磁界遮蔽カバーが設けられている。

特許文献１には、保護カバーと磁界遮蔽カバーとを兼ねる軟磁性体のカバーを備えたエンコーダが開示されている。

特開平７−０３５５７２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるエンコーダは、Ｏリングを圧縮するといった手法による密閉がなされておらず、防水防塵性を備えていない。特許文献１に開示される発明は、軟磁性体のカバーの内筒面と、ブラケットの外周面とが接触する構造であるため、軟磁性体カバーとブラケットとは湾曲面同士で接触する。したがって、特許文献１に開示されるエンコーダで軟磁性体のカバーを用いてＯリングを圧縮する場合、Ｏリングを湾曲面同士の間で圧縮する必要がある。Ｏリングを湾曲面同士の間で圧縮する場合、カバーのＯリングを圧縮する部分の加工精度を高める必要があるが、製造コストが低いプレス加工では加工精度が不足し、国際電気標準会議が規定する異物の侵入に対する保護の等級においてＩＰ６５以上の防水防塵性能を得ることは難しい。カバーを切削加工によって製造すれば、カバーのＯリングを圧縮する部分の加工精度を高めることができるが、製造コストが高騰してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、磁界遮蔽性及び防水防塵性を備え、製造コストの高騰を抑制したエンコーダを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転可能に支持された磁石と、磁石が発生させる磁界を検出して信号を出力する磁界検出部及び磁界検出部の出力に基づいて磁石の回転を検出する演算部を備えた制御基板と、軟磁性体からなる磁界遮蔽カバーと、磁界遮蔽カバーが固定されるベース部と、磁界遮蔽カバーとベース部との間に挟まれて固定され、磁石及び制御基板を覆って異物侵入を防止する保護カバーと、保護カバーとベース部との間に挟まれたシール部材とを有する。磁界遮蔽カバーは、磁石、制御基板及び保護カバーを覆っている。シール部材は、ベース部と保護カバーとの間で圧縮されている。

本発明によれば、磁界遮蔽性及び防水防塵性を備え、製造コストの高騰を抑制したエンコーダを得られるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るエンコーダの断面図 実施の形態１に係るエンコーダの分解斜視図 実施の形態１に係るエンコーダの変形例を示す図 本発明の実施の形態２に係るエンコーダの断面図 実施の形態２に係るエンコーダの第１の変形例を示す図 実施の形態２に係るエンコーダの第２の変形例を示す図 本発明の実施の形態３に係るエンコーダの断面図 本発明の実施の形態４に係るエンコーダの断面図 本発明の実施の形態５に係るモータの断面図

以下に、本発明の実施の形態に係るエンコーダ及びモータを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るエンコーダの断面図である。図２は、実施の形態１に係るエンコーダの分解斜視図である。実施の形態１に係るエンコーダは、エンコーダシャフト１３に固定され、回転可能に支持された磁石１と、磁界を検出して信号を出力する磁界検出部２ａと磁界検出部２ａの出力に基づいて磁石１の回転を検出する演算部２ｂとを備えた制御基板８と、磁石１が設置された部分への外部異物侵入を防止する樹脂製の保護カバー３と、軟磁性体から成る磁界遮蔽カバー４と、磁界遮蔽カバー４が固定されるベース部であるエンコーダブラケット５と、シール部材６とを有する。

実施の形態１に係るエンコーダ２１は、磁気式である。エンコーダブラケット５に回転可能に支持されたエンコーダシャフト１３に磁石１が接着固定されており、磁石１が形成する磁界の向き、強度に応じて磁界検出部２ａの出力が変化する。磁界検出部２ａの出力に基づいて演算処理を行うことにより演算部２ｂは磁石１の回転角度を検出できる。エンコーダシャフト１３には、モータシャフトが軸継ぎ手１６を介して連結され、モータの駆動によってモータシャフトが回転するとエンコーダシャフト１３とともに磁石１が回転する。

エンコーダブラケット５に設けられた溝の平坦な底面にシール部材６が設置されており、保護カバー３の周縁部の平坦な部分がシール部材６に接している。保護カバー３は、軟磁性体からなる磁界遮蔽カバー４とエンコーダブラケット５との間に設置されている。磁界遮蔽カバー４は保護カバー３とともに、エンコーダブラケット５にねじ１４で固定される。ねじ１４の固定後は保護カバー３の平坦な部分とエンコーダブラケット５の溝の平坦な底面との間でシール部材６が圧縮されており、高い防塵防水効果を得ることができる。なお、ここでの平坦とは、巨視的に平面であることを意味し、微視的な凹凸が存在している場合も平坦に含まれる。シール部材６は、平坦な面同士の間で圧縮されているため、保護カバー３及びエンコーダブラケット５を高精度に加工する必要はなく、製造コストの高騰する要因とはならない。シール部材６には、ニトリルゴム又はシリコーンゴムからなるＯリングが用いられている。

保護カバー３は、炭素繊維又はガラス繊維といった強度補強用充填剤を含む合成樹脂を射出成形することで低コストに作ることができる。射出成形の樹脂の流れ口を保護カバー３の表面に設けた場合、保護カバー３の表面から流れ口の痕跡であるゲート部３１が突出する。図２に示すように、磁界遮蔽カバー４と保護カバー３のゲート部３１との干渉を避けるため、磁界遮蔽カバー４には穴４１が形成されている。なお、保護カバー３のゲート部３１との干渉を避けるために磁界遮蔽カバー４に切欠きを形成してもよい。

磁界遮蔽カバー４は、磁界遮蔽効果が高いパーマロイと呼称されるニッケル−鉄合金を用いることもできるし、磁界遮蔽効果はニッケル−鉄合金よりも劣るが、ニッケル−鉄合金よりも安価な一般構造用圧延鋼材又は冷間圧延鋼板を用いることもできる。

また保護カバー３には、制御基板８への電力供給及び制御基板８とサーボアンプとの通信用リード線を保護カバー３の内部から外部に導き出すための気密機能を有したコネクタ３２が取り付けられる。保護カバー３の一部が突出したコネクタ３２が配置されている部分と干渉しないよう、磁界遮蔽カバー４に切り欠き４２を設けている。なお、保護カバー３のコネクタ３２が配置されている部分といった突出部との干渉を避けるために、磁界遮蔽カバー４に穴を形成してもよい。

実施の形態１に係るエンコーダ２１は、磁界遮蔽カバー４をねじ１４でエンコーダブラケット５に固定しているため、過酷な振動、衝撃及び温度変化環境においても磁界遮蔽機能が損なわれることが無い。磁界遮蔽カバー４の固定に、呼び径の大きいねじ１４を使用することができるため、磁界遮蔽カバー４を固定する力が不足することに起因する防塵防水性能の低下を抑制できる。実施の形態１に係るエンコーダ２１は、平坦な面同士の間でシール部材６を圧縮しているため、保護カバー３及びエンコーダブラケット５を高精度に加工する必要はなく、磁界遮蔽性及び防水防塵性を備え、製造コストを低く抑えることができる。

図３は、実施の形態１に係るエンコーダの変形例を示す図である。エンコーダブラケット５に鉤部４３が設けられており、磁界遮蔽カバー４及び保護カバー３は、鉤部４３に係合している。鉤部４３が設けられた側と逆側は、磁界遮蔽カバー４が保護カバー３とともにねじ１４でエンコーダブラケット５に固定されている。エンコーダブラケット５に鉤部４３を設け、磁界遮蔽カバー４及び保護カバー３を係合させることにより、ねじ止めの工数を削減し、組立作業を簡素化できる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係るエンコーダの断面図である。実施の形態２に係るエンコーダ２２は、エンコーダブラケット５の端面にシール部材６が設置されており、保護カバー３の平坦な部分がシール部材６に接するように配置されている。保護カバー３は軟磁性体からなる磁界遮蔽カバー４とエンコーダブラケット５との間に設置されている。磁界遮蔽カバー４とエンコーダブラケット５とは、軸方向に摺動可能なすきまを有しており、軸方向に対し垂直な方向にねじ１５で固定される。ねじ１５は、エンコーダブラケット５の側面において、磁界遮蔽カバー４をねじ止めする。ねじ１５の固定後には保護カバー３の平坦な部分とエンコーダブラケット５の平坦な端面との間でシール部材６が圧縮されており、国際電気標準会議が規定する異物の侵入に対する保護の等級においてＩＰ６５以上の防塵防水効果を得ることができる。シール部材６は、平坦な面同士の間で圧縮されるため、保護カバー３及びエンコーダブラケット５を高精度に加工する必要はなく、製造コストの高騰する要因とはならない。

シール部材６は、ニトリルゴム又はシリコーンゴムを平坦に加工した部品を採用する。保護カバー３の材料には、炭素繊維又はガラス繊維といった強度補強用充填剤を含む合成樹脂を用いる。エンコーダブラケット５の材質はアルミニウム合金といった金属が一般的であるが、炭素繊維又はガラス繊維といった強度補強用充填剤を含む合成樹脂を適用することもできる。また、エンコーダブラケット５は、インサート成形により金属と合成樹脂とを一体化して製作することもできる。

実施の形態２に係るエンコーダ２２は、エンコーダブラケット５の平坦な端面と樹脂製の保護カバー３の平坦な面との間でシール部材６を圧縮するため、国際電気標準会議が規定する異物の侵入に対する保護の等級においてＩＰ６５以上の防水防塵性能を安価に得ることができる。また、実施の形態２に係るエンコーダ２２は、磁界遮蔽カバー４とエンコーダブラケット５との間に保護カバー３を挟みこんで固定するため、保護カバー３を取り付けるための雌ねじをエンコーダブラケット５の端面に形成する必要が無く、小型化を図ることができる。

図５は、実施の形態２に係るエンコーダの第１の変形例を示す図である。磁界遮蔽カバー４に設けた凸部４４と、エンコーダブラケット５に設けた凹部５１とを係合させ、凸部４４と凹部５１との係合部分の逆側の縁をねじ１５で固定してもよい。磁界遮蔽カバー４及びエンコーダブラケット５に係合部を設けることにより、ねじ止めの工数を削減し、組立作業を簡素化できる。

図６は、実施の形態２に係るエンコーダの第２の変形例を示す図である。磁界遮蔽カバー４にスナップフィット凸部４５を設け、エンコーダブラケット５にスナップフィット凹部５２を設け、磁界遮蔽カバー４とエンコーダブラケット５とをスナップフィットで固定してもよい。磁界遮蔽カバー４及びエンコーダブラケット５をスナップフィットで固定することにより、ねじ止め作業が不要となり、組立作業を簡素化できる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係るエンコーダの断面図である。実施の形態３に係るエンコーダ２３は、磁界遮蔽カバー４がエンコーダブラケット５の側面まで延びている。磁界遮蔽カバー４の内側面の下部には雌ねじ４６が形成されている。また、エンコーダブラケット５の側面の上部には雄ねじ５３が形成されている。実施の形態３に係るエンコーダ２３の磁界遮蔽カバー４は、ねじ蓋式であり、磁界遮蔽カバー４をエンコーダブラケット５に被せて回すことによって、雄ねじ５３と雌ねじ４６とが締結される。この他は、実施の形態１に係るエンコーダ２１と同様である。

実施の形態３に係るエンコーダ２３は、磁界遮蔽カバー４をエンコーダブラケット５に被せて回すことによって雄ねじ５３と雌ねじ４６とを締結することにより、シール部材６が圧縮されるため、防塵防水効果を得ることができる。シール部材６は、湾曲面同士の間で圧縮されることはないため、保護カバー３及びエンコーダブラケット５を高精度に加工する必要はなく、製造コストの高騰する要因とはならない。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係るエンコーダの断面図である。実施の形態４に係るエンコーダ２４は、光学式である。実施の形態４に係るエンコーダ２４において、磁界検出部２ａは、バルクハウゼン効果が得られる複合磁気ワイヤである。磁石１の回転角度に応じて磁界の向きが変化すると、バルクハウゼン効果により複合磁気ワイヤから発電パルスが出力される。磁界検出部２ａが出力する発電パルスを演算することで、演算部２ｂは、磁石１とともに回転するエンコーダシャフト１３の回転方向及び回転回数を検出できる。制御基板８には発光素子９及び受光素子１０が設けられている。磁石１には、光学パターンが設けられた金属薄板７が接着により固定されている。発光素子９から出た光が金属薄板７で反射され、受光素子１０に入射する。演算部２ｂは、受光素子１０の出力に基づいて演算処理を行うことにより磁石１の回転角度を検出する。

実施の形態４においては、磁界遮蔽カバー４は、保護カバー３の周縁部も覆っており、保護カバー３の周縁部から磁界が侵入することを防いでいる。

実施の形態４に係るエンコーダ２４は、光学式である点では実施の形態１に係るエンコーダ２１とは相違するが、実施の形態１に係るエンコーダ２１と同様に、防水防塵性を備え、製造コストの高騰を抑制することができる。

実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５に係るモータの断面図である。実施の形態５に係るモータ９０は、モータシャフト９４を回転駆動する駆動部９１とエンコーダ部９２とを備えるエンコーダ一体型である。エンコーダ部９２の構造は、実施の形態１に係るエンコーダ２１と同様である。ただし、エンコーダ部９２は、エンコーダブラケット５を備えておらず、磁界遮蔽カバー４は、モータブラケット９３に固定される。すなわち、実施の形態５において、磁界遮蔽カバー４が固定されるベース部はモータブラケット９３である。また、磁石１は、モータシャフト９４に接着固定されている。

実施の形態５に係るモータ９０は、製造コストを高騰させることなく、エンコーダ部９２の防水防塵性を実現できる。

なお、上記の説明において、モータ９０は、実施の形態１に係るエンコーダ２１と同様の構造のエンコーダ部９２を備えているが、実施の形態２、実施の形態３又は実施の形態４に係るエンコーダ２２，２３，２４と同様のエンコーダ部９２を備えてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 磁石、２ａ 磁界検出部、２ｂ 演算部、３ 保護カバー、４ 磁界遮蔽カバー、５ エンコーダブラケット、６ シール部材、７ 金属薄板、８ 制御基板、９ 発光素子、１０ 受光素子、１３ エンコーダシャフト、１４，１５ ねじ、１６ 軸継ぎ手、２１，２２，２３，２４ エンコーダ、３１ ゲート部、３２ コネクタ、４１ 穴、４２ 切り欠き、４３ 鉤部、４４ 凸部、４５ スナップフィット凸部、４６ 雌ねじ、５１ 凹部、５２ スナップフィット凹部、５３ 雄ねじ、９０ モータ、９１ 駆動部、９２ エンコーダ部、９３ モータブラケット、９４ モータシャフト。

Claims (10)

1. 回転可能に支持された磁石と、
   前記磁石が発生させる磁界を検出して信号を出力する磁界検出部及び前記磁界検出部の出力に基づいて前記磁石の回転を検出する演算部を備えた制御基板と、
   軟磁性体からなる磁界遮蔽カバーと、
   前記磁界遮蔽カバーが固定されるベース部と、
   前記磁界遮蔽カバーと前記ベース部との間に挟まれて固定され、前記磁石及び前記制御基板を覆って異物侵入を防止する保護カバーと、
   前記保護カバーと前記ベース部との間に挟まれたシール部材とを有し、
   前記磁界遮蔽カバーは、前記磁石、前記制御基板及び前記保護カバーを覆っており、
   前記シール部材は、前記ベース部と前記保護カバーとの間で圧縮されていることを特徴とするエンコーダ。
2. 前記磁界遮蔽カバーと前記保護カバーとは、ねじで前記ベース部に共締めされていることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記ベース部は、鉤状の鉤部を有し、
   前記磁界遮蔽カバーの周縁部の一部分が、前記保護カバーの周縁部の一部分とともに前記鉤部に係合して、前記ベース部に固定されていることを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ。
4. 前記磁界遮蔽カバーは、前記磁石の回転軸に直交する方向から前記ベース部にねじ止めされていることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
5. 前記ベース部は、外周面に凹部が形成されており、
   前記磁界遮蔽カバーは、周縁部の一部に前記凹部に係合する凸部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
6. 前記磁界遮蔽カバーの周縁部にスナップフィット凸部が形成されており、
   前記ベース部は、外周面にスナップフィット凹部が形成されており、
   前記スナップフィット凸部と前記スナップフィット凹部との嵌合によって、前記磁界遮蔽カバーが前記ベース部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
7. 前記磁界遮蔽カバーは、縁部内面に雌ねじが形成されており、
   前記ベース部は、外周面に雄ねじが形成されており、
   前記雌ねじと前記雄ねじとの締結によって、前記磁界遮蔽カバーが前記ベース部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
8. 前記磁界検出部は、前記磁石によって生じる磁界の向き及び強度を検出し、
   前記演算部は、前記磁石によって生じる磁界の向き及び強度の変化に基づいて前記磁石の回転角度を検出することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のエンコーダ。
9. 前記磁石と共に回転する光学パターン付き金属薄板と、
   前記制御基板に実装され、前記光学パターンに光を照射する発光素子と、
   前記制御基板に実装され、前記発光素子から出て前記光学パターンを経由した光を受光する受光素子とを有し、
   前記磁界検出部は、複合磁気ワイヤであり、
   前記演算部は、前記複合磁気ワイヤの出力に基づいて前記磁石の回転方向及び回転回数を検出し、前記受光素子の出力に基づいて前記磁石の回転角度を検出することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のエンコーダ。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載のエンコーダを用いたエンコーダ部と、モータシャフトを回転駆動する駆動部とを有するモータであって、
    前記モータシャフトに前記磁石が固定されていることを特徴とするモータ。

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