JP7051978B2 - Absolute encoder - Google Patents
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Description
本発明は、入力軸の回転量を特定するためのアブソリュートエンコーダに関する。 The present invention relates to an absolute encoder for specifying the amount of rotation of an input shaft.
従来、各種の制御機械装置において、可動要素の位置や角度を検出するために用いられるロータリーエンコーダが知られている。このようなエンコーダには相対的な位置又は角度を検出するインクリメンタル型のエンコーダと、絶対的な位置又は角度を検出するアブソリュート型のエンコーダがある。例えば特許文献1には、自動制御装置やロボット装置等の運動制御用の回転軸やバルブ開閉に用いる動力伝達用の回転軸等の回転量を絶対量としてデジタル的に計測するためのアブソリュート型のロータリーエンコーダが記載されている。
Conventionally, rotary encoders used for detecting the position and angle of a movable element in various control mechanical devices are known. Such encoders include incremental encoders that detect relative positions or angles, and absolute encoders that detect absolute positions or angles. For example,
特許文献1に記載のアブソリュートエンコーダは、回転ディスク、スリット、投光素子、受光素子などの構成要素をシャフトの軸方向に積み上げて構成される。このため各構成要素の軸方向寸法が軸方向に積み重ねているため、アブソリュートエンコーダの軸方向の寸法が大きくなり、薄型化が難しい問題がある。アブソリュートエンコーダを薄型化するために、各構成要素を薄く形成することも考えられる。しかし、構成要素を薄く形成すると、強度が低下し、振動や衝撃を受けた際に破損しやすくなるおそれがある。
The absolute encoder described in
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、薄型化に好適なアブソリュートエンコーダを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an absolute encoder suitable for thinning.
上記課題を解決するために、本発明のある態様のアブソリュートエンコーダは、主軸の複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダであって、主軸の回転に従って回転する第1駆動歯車と、第1駆動歯車と噛合う第1従動歯車と、第1従動歯車の回転に従って回転する第2駆動歯車と、第2駆動歯車と噛合う第2従動歯車と、第2従動歯車の回転に従って回転する第2回転体の回転角を検知する角度センサと、を備える。 In order to solve the above problems, the absolute encoder according to an aspect of the present invention is an absolute encoder that specifies a rotation amount over a plurality of rotations of the spindle, and is a first drive gear that rotates according to the rotation of the spindle and a first. The first driven gear that meshes with the drive gear, the second driven gear that rotates according to the rotation of the first driven gear, the second driven gear that meshes with the second drive gear, and the second driven gear that rotates according to the rotation of the second driven gear. It is equipped with an angle sensor that detects the rotation angle of the rotating body.
この態様によると、アブソリュートエンコーダにおいて、角度センサにより第2従動歯車の回転角を検知することができる。 According to this aspect, in the absolute encoder, the angle of rotation of the second driven gear can be detected by the angle sensor.
本発明の別の態様もまた、アブソリュートエンコーダである。このアブソリュートエンコーダは、主軸の複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダであって、主軸の回転に伴い第1減速比で回転する中間回転体と、中間回転体の回転に伴い第2減速比で回転する第2回転体と、第2回転体の回転角を検知する角度センサと、を備える。主軸の回転軸線は、中間回転体の回転軸線に対してねじれの位置にあり、第2回転体の回転軸線と平行に設けられる。 Another aspect of the invention is also an absolute encoder. This absolute encoder is an absolute encoder that specifies the amount of rotation over a plurality of rotations of the spindle, and is an intermediate rotating body that rotates at the first reduction ratio with the rotation of the spindle and a second deceleration with the rotation of the intermediate rotating body. A second rotating body that rotates at a ratio and an angle sensor that detects the rotation angle of the second rotating body are provided. The rotation axis of the main shaft is in a twisted position with respect to the rotation axis of the intermediate rotating body, and is provided parallel to the rotation axis of the second rotating body.
本発明のさらに別の態様もまた、アブソリュートエンコーダである。このアブソリュートエンコーダは、主軸の複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダであって、ウォーム変速機構を含み、主軸の回転に伴いマグネットを回転させる減速機構と、マグネットの磁極に応じてマグネットの回転角を検知する角度センサと、を備える。主軸の回転軸線は、マグネットの回転軸線と平行である。 Yet another aspect of the invention is also an absolute encoder. This absolute encoder is an absolute encoder that specifies the amount of rotation over multiple rotations of the spindle, including a worm transmission mechanism, a deceleration mechanism that rotates the magnet with the rotation of the spindle, and a magnet according to the magnetic poles of the magnet. It is equipped with an angle sensor that detects the angle of rotation. The rotation axis of the spindle is parallel to the rotation axis of the magnet.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above components or components or expressions of the present invention that are mutually replaced between methods, devices, systems, etc. are also effective as aspects of the present invention.
本発明によれば、薄型化に好適なアブソリュートエンコーダを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an absolute encoder suitable for thinning.
本発明者は、アブソリュートエンコーダ(以下、単にエンコーダという)について以下のような知見を得た。 The present inventor has obtained the following findings regarding an absolute encoder (hereinafter, simply referred to as an encoder).
本発明者は、主軸の複数回の回転(以下、複数回転という。)にわたる回転量(以下、主軸の回転量という。)を、主軸の回転に伴い減速回転する回転体の回転角を取得することによって、特定し得ることを見出した。すなわち、回転体の回転角を減速比で除することにより、主軸の回転量を特定することができる。ここで、特定可能な主軸の回転量の範囲は、減速比に反比例して増加する。例えば、減速比が1/100であれば、100回転分の回転量を特定することができる。一方、特定可能な主軸の回転量の分解能は、減速比に反比例して低下する。例えば、減速比が1/100であれば、減速比が1の場合に0.1°であった分解能が10°に低下する。 The present inventor obtains the rotation amount (hereinafter referred to as the rotation amount of the spindle) over a plurality of rotations of the spindle (hereinafter referred to as a plurality of rotations) and the rotation angle of the rotating body that decelerates and rotates with the rotation of the spindle. By doing so, we found that it could be identified. That is, the amount of rotation of the spindle can be specified by dividing the rotation angle of the rotating body by the reduction ratio. Here, the range of the amount of rotation of the main shaft that can be specified increases in inverse proportion to the reduction ratio. For example, if the reduction ratio is 1/100, the amount of rotation for 100 rotations can be specified. On the other hand, the resolution of the amount of rotation of the identifiable spindle decreases in inverse proportion to the reduction ratio. For example, if the reduction ratio is 1/100, the resolution that was 0.1 ° when the reduction ratio is 1 is reduced to 10 °.
この知見から、本発明者は、用途に応じて回転量範囲と分解能とを選択可能なエンコーダの構成を案出した。この場合、コストと性能のバランスを改善することができる。以下、いくつかの実施の形態に基づき具体的な構成を説明する。 Based on this knowledge, the present inventor has devised a configuration of an encoder in which the rotation amount range and the resolution can be selected according to the application. In this case, the balance between cost and performance can be improved. Hereinafter, a specific configuration will be described based on some embodiments.
以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。各実施形態、変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第1、第2などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to each drawing based on a preferred embodiment. In each embodiment and modification, the same or equivalent components and members are designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. Further, the dimensions of the members in each drawing are shown in an appropriately enlarged or reduced size for easy understanding. In addition, some of the members that are not important for explaining the embodiment in each drawing are omitted and displayed.
Also, terms including ordinal numbers such as 1st and 2nd are used to describe various components, but this term is used only for the purpose of distinguishing one component from other components, and this term is used. The components are not limited by.
[第1実施形態]
図1を参照して本発明の第1実施形態について説明する。図1は本発明の第1実施形態に係るエンコーダ100を説明するブロック図である。エンコーダ100は、モータ1の主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダである。エンコーダ100は、主軸1aと、第1回転体20と、第1ウォーム歯車10と、第1ウォームホイール12と、中間回転体22と、第2ウォーム歯車14と、第2ウォームホイール16と、第2回転体24と、マグネットMpと、角度センサSpと、制御部40と、を含む。
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating an
主軸1aは、モータ1の出力軸であり、エンコーダ100に回転が入力される入力軸である。第1回転体20は、主軸1aに固定され、主軸1aと一体にモータ1の軸受部材によって回転可能に支持される。第1ウォーム歯車10は主軸1aの回転に従って回転するように、第1回転体20の外周に双方の中心軸が略一致するように設けられる。第1ウォームホイール12は、第1ウォーム歯車10と噛合い、第1ウォーム歯車10の回転に伴い回転するように設けられる。第1ウォームホイール12は、中間回転体22の外周に中心軸が一致するように設けられる。第1ウォームホイール12と第1ウォーム歯車10との軸角は90°に設定される。
The
第1ウォームホイール12の外径に特別な制限はないが、この図の例では、第1ウォームホイール12の外径は第1ウォーム歯車10の外径より小さく設定されている。第1ウォームホイール12の外径が大きい場合に比べて、エンコーダの主軸1aに対する軸方向の寸法を小さく抑えることができる。
The outer diameter of the
第2ウォーム歯車14は、第1ウォームホイール12の回転に従って回転する。第2ウォーム歯車14は、中間回転体22の外周に双方の中心軸が略一致するように設けられる。第2ウォームホイール16は、第2ウォーム歯車14と噛合い、第2ウォーム歯車14の回転に伴い回転するように設けられる。第2ウォームホイール16は、第2回転体24の外周に双方の中心軸が略一致するように設けられる。第2ウォームホイール16と第2ウォーム歯車14との軸角は90°に設定される。第2ウォームホイール16の回転軸線は、第1ウォーム歯車10の回転軸線と平行に設けられる。
The
角度センサSpは、第2ウォームホイール16の回転角を検知する。マグネットMpは、第2回転体24の上面に双方の中心軸が略一致するように固定される。マグネットMpの上面には第2回転体24の回転軸線に対して垂直な方向に2極の磁極Upが設けられる。角度センサSpは、その下面が隙間を介してマグネットMpの上面にスラスト方向に対向するように設けられる。一例として、角度センサSpは、エンコーダ100のハウジング(不図示)などに支持された基板に固定される。角度センサSpは、磁極Upを検知し、磁極Upに応じてマグネットMpの回転角を特定し、制御部40に出力する。制御部40は、角度センサSpから取得した回転角に基づき主軸1aの回転量を特定して出力する。制御部40は、一例として主軸1aの回転量をデジタル信号として出力するようにしてもよい。
The angle sensor Sp detects the angle of rotation of the
第1ウォーム歯車10の条数は1であり、第1ウォームホイール12の歯数は20である。つまり、第1ウォーム歯車10と第1ウォームホイール12は、減速比が1/20の第1ウォーム変速機構11を構成する。第1ウォーム歯車10が20回転するとき第1ウォームホイール12は1回転する。第1ウォームホイール12は中間回転体22を回転させ、中間回転体22は第2ウォーム歯車14を回転させる。したがって、第1ウォームホイール12は1回転するとき中間回転体22および第2ウォーム歯車14は1回転する。
The number of threads of the
第2ウォーム歯車14の条数は5であり、第2ウォームホイール16の歯数は25である。つまり、第2ウォーム歯車14と第2ウォームホイール16は減速比が1/5の第2ウォーム変速機構15を構成する。第2ウォーム歯車14が5回転するとき第2ウォームホイール16は1回転する。第2ウォームホイール16は第2回転体24およびマグネットMpを回転させる。これらの各歯車各回転体の作用により、主軸1aが100回転すると、中間回転体22が5回転し、マグネットMpが1回転する。つまり、角度センサSpは、主軸1aの100回転分の回転量を特定することができる。
The number of threads of the
このように構成されたエンコーダ100は、主軸1aの回転量を特定することができる。一例として、主軸1aが1回転したとき、第2回転体24およびマグネットMpは1/100回転、すなわち3.6°回転する。このため、第2回転体24の回転角度が3.6°以下であれば、主軸1aは1回転以内の回転量であると特定することができる。
The
[第2実施形態]
図2を参照して本発明の第2実施形態に係るエンコーダ120について説明する。図2は本発明の第2実施形態に係るエンコーダ120を説明するブロック図である。エンコーダ120は、モータ1の主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダである。エンコーダ120は、第1実施形態に係るエンコーダ100に対して、角度センサSqと、マグネットMqと、をさらに含み、他の構成は同様である。第1実施形態と重複する説明を省き、相違する構成について説明する。
[Second Embodiment]
The
マグネットMqは、第1回転体20の上面に双方の中心軸が略一致するように固定される。マグネットMqの上面には第1回転体20の回転軸線に対して垂直な方向に2極の磁極Uqが設けられる。角度センサSqは、その下面が隙間を介してマグネットMqの上面にスラスト方向に対向するように設けられる。一例として、角度センサSqは、角度センサSpと同面に角度センサSpが固定された基板に固定される。角度センサSqは、磁極Uqを検知し、磁極Uqに応じて主軸1aの回転角であるマグネットMqの回転角を特定し、制御部40に出力する。制御部40は、角度センサSqから取得した回転角に基づき主軸1aの回転角を特定する。主軸1aの回転角の分解能は角度センサSqの分解能に対応する。
The magnet Mq is fixed to the upper surface of the first
このように構成されたエンコーダ120は、角度センサSpの検知した回転角度に応じて主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定するとともに、角度センサSqの検知した回転角度に応じて主軸1aの回転角を特定することができる。この結果、特定可能な主軸1aの回転量の範囲の拡大と、特定可能な主軸の回転角の分解能の向上とを両立させることが可能になる。
The
[第3実施形態]
図3を参照して本発明の第3実施形態に係るエンコーダ140について説明する。図3は本発明の第3実施形態に係るエンコーダ140を説明するブロック図である。エンコーダ140は、モータ1の主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダである。エンコーダ140は、第1実施形態に係るエンコーダ100に対して、第3ウォーム歯車30と、第3ウォームホイール32と、接続回転体33、駆動歯車34と、従動歯車36と、第3回転体38と、マグネットMrと、角度センサSrと、をさらに含み、他の構成は同様である。第1実施形態と重複する説明を省き、相違する構成について説明する。
[Third Embodiment]
The
第3ウォーム歯車30は、第1ウォームホイール12の回転に従って回転する。第3ウォーム歯車30は、中間回転体22の外周に双方の中心軸が略一致するように設けられる。第3ウォームホイール32は、第3ウォーム歯車30と噛合い、第3ウォーム歯車30の回転に伴い回転するように設けられる。第3ウォームホイール32は、接続回転体33の外周に双方の中心軸が略一致するように設けられる。第3ウォームホイール32と第3ウォーム歯車30との軸角は90°に設定される。第3ウォームホイール32の回転軸線は、第1ウォーム歯車10の回転軸線と平行に設けられる。
The
駆動歯車34は、第3ウォームホイール32と双方の中心軸が略一致するように接続回転体33の外周に固定される。駆動歯車34は、第3ウォームホイール32の回転に従って一体に回転する。従動歯車36は、駆動歯車34と噛合い、駆動歯車34の回転に従って回転する。第3回転体38は、従動歯車36に双方の中心軸が略一致するように固定される。第3回転体38は、従動歯車36の回転に従って一体に回転する。第3回転体38の回転軸線は、第1回転体20の回転軸線と平行に設けられる。
The
第3ウォーム歯車30の条数は1で、第3ウォームホイール32の歯数は30で、これらは減速比が1/30の第3ウォーム変速機構31を構成している。第3ウォーム歯車30が中間回転体22と一体に30回転するとき、第3ウォームホイール32は1回転する。つまり、主軸1aが600回転するとき、第3ウォームホイール32は1回転する。駆動歯車34は歯数が24の平歯車で、従動歯車36は歯数が40の平歯車で、これらは減速比が3/5の減速機構35を構成している。つまり、主軸1aが1000回転するとき、従動歯車36および第3回転体38は一体に1回転する。
The number of threads of the
角度センサSrは、従動歯車36の回転角を検知する。マグネットMrは、第3回転体38の上面に双方の中心軸が略一致するように固定される。マグネットMrの上面には第3回転体38の回転軸線に対して垂直な方向に2極の磁極Urが設けられる。角度センサSrは、その下面が隙間を介してマグネットMrの上面にスラスト方向に対向するように設けられる。一例として、角度センサSrは、角度センサSpと同面に角度センサSpが固定された基板に固定される。角度センサSrは、磁極Urを検知し、磁極Urに応じて第3回転体38および従動歯車36の回転角であるマグネットMrの回転角を特定し、制御部40に出力する。
The angle sensor Sr detects the angle of rotation of the driven
これらの各歯車各回転体の作用により、主軸1aが1000回転するとき、第3回転体38、従動歯車36およびマグネットMrが1回転する。つまり、角度センサSrは、主軸1aの1000回転分の回転量を特定することができる。制御部40は、角度センサSpおよび角度センサSrから取得した各回転角に基づき主軸1aの回転量を特定する。一例として、主軸1aが1回転したとき、従動歯車36およびマグネットMrは1/1000回転、すなわち0.36°回転する。このため、従動歯車36の回転角度が0.36°以下であれば、主軸1aは1回転以内の回転量であると特定することができる。
Due to the action of each rotating body of each of these gears, when the
このように構成された第3実施形態のエンコーダ140は、角度センサSrの検知した回転角度に応じて主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定することにより、特定可能な主軸1aの回転量の範囲を一層大きくすることができる。エンコーダ140は、角度センサSpの検知した回転角度に応じて主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定することにより、角度センサSpを備えない場合に比べて、特定可能な主軸1aの回転量の分解能の低下を抑制することができる。
The
この結果、エンコーダ140は、特定可能な主軸1aの回転量の範囲を一層拡大しつつ、特定可能な主軸の回転量の分解能の低下を補うことができる。
As a result, the
[第4実施形態]
図4を参照して本発明の第4実施形態に係るエンコーダ160について説明する。図4は本発明の第4実施形態に係るエンコーダ160を説明するブロック図である。エンコーダ160は、モータ1の主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダである。エンコーダ160は、第1実施形態に係るエンコーダ100に対して、角度センサSqと、マグネットMqと、第3ウォーム歯車30と、第3ウォームホイール32と、接続回転体33と、駆動歯車34と、従動歯車36と、第3回転体38と、マグネットMrと、角度センサSrと、をさらに含み、他の構成は同様である。つまり、エンコーダ160は、第1実施形態に係るエンコーダ100、第2実施形態に係るエンコーダ120および第3実施形態に係るエンコーダ140の構成を併せて備える。第1~第3実施形態と重複する説明を省き、相違する構成について説明する。
[Fourth Embodiment]
The
制御部40は、角度センサSp、Sq、Srから取得した各回転角に基づき主軸1aの回転量を特定する。
The
このように構成された第4実施形態のエンコーダ160は、角度センサSrの検知した回転角度に応じて主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定することにより、特定可能な主軸1aの回転量の範囲を一層大きくすることができる。エンコーダ160は、角度センサSpの検知した回転角度に応じて主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定することにより、角度センサSpを備えない場合に比べて、特定可能な主軸1aの回転量の分解能の低下を抑制することができる。エンコーダ160は、角度センサSqの検知した回転角度に応じて主軸1aの回転角を特定することにより、特定可能な主軸1aの回転角の分解能を向上することができる。
The
この結果、エンコーダ160は、特定可能な主軸1aの回転量の範囲を一層拡大しつつ、特定可能な主軸の回転角の分解能を向上することができる。
As a result, the
次に、図5~図12を参照して、第4実施形態に係るエンコーダ160の詳細な構成について説明する。なお、以下の説明は、第1~第3実施形態のエンコーダ100、120、140について、エンコーダ160と共通する構成について同様に適用される。
Next, a detailed configuration of the
図5は第4実施形態に係るエンコーダ160の斜視図である。以下、XYZ直交座標系をもとに説明する。X軸方向は水平な左右方向に対応し、Y軸方向は水平な前後方向に対応し、Z軸方向は鉛直な上下方向に対応する。Y軸方向およびZ軸方向はそれぞれX軸方向に直交する。X軸方向は左方向あるいは右方向と、Y軸方向は前方向あるいは後方向と、Z軸方向は上方向あるいは下方向と表記することがある。この図において、Z軸方向で上から視た状態を平面視と、Y軸方向で前から視た状態を正面視と、X軸方向で左右から視た状態を側面視という。このような方向の表記はエンコーダ160の使用姿勢を制限するものではなく、エンコーダ160は任意の姿勢で使用されうる。
FIG. 5 is a perspective view of the
エンコーダ160は、既述したように、モータ1の主軸の複数回転にわたる回転量を特定して出力するアブソリュート型のエンコーダである。本例では、エンコーダ160はモータ1のZ軸方向の端部に設けられている。エンコーダ160の形状に特別な制限はないが、実施の形態では、エンコーダ160は、平面視で略矩形状を有し、正面視及び側面視で主軸の延伸方向(以下、軸方向という。本例で、軸方向はZ軸方向に平行な方向である。)に薄い横長の矩形状を有する。つまり、エンコーダ160はZ軸方向に偏平な直方体形状を有する。
As described above, the
エンコーダ160は内部構造を収容する中空角筒状の筐体3を備える。筐体3は少なくとも主軸と中間回転体とを包囲する複数(例えば4つ)の外壁部3b、3c、3d、3eを含む。筐体3の外壁部3b、3c、3d、3eの端部に蓋部4が固定されている。蓋部4は、平面視で略矩形状を有し、軸方向に薄い板状の部材である。外壁部3b、3c、3d、3eはこの順でそれぞれ連結されている。外壁部3b、3dは、互いに平行に設けられる。外壁部3c、3eは、外壁部3b、3dの側端部に架け渡され、互いに平行に設けられる。この例では、外壁部3b、3dは、平面視においてX軸方向に延伸し、外壁部3c、3eは、平面視においてY軸方向に延伸している。
The
モータ1は、一例として、ステッピングモータやDCブラシレスモータであってもよい。一例として、モータ1は波動歯車装置などの減速機構を介して産業用などのロボットを駆動する駆動源として適用されてもよい。モータ1の主軸1aはモータ1のZ軸方向の両側に突出している。エンコーダ160は主軸1aの回転量をデジタル信号として出力する。
As an example, the
図6は、エンコーダ160の別の斜視図である。図6は筐体3から蓋部4を取り外した状態を示している。この状態では、基板5がエンコーダ内部を覆うように設けられている。基板5は、平面視で略矩形状を有し、軸方向に薄い板状のプリント配線基板である。図7は、エンコーダ160のさらに別の斜視図である。図8は基板5の底面図である。図9は、エンコーダ160の平面図である。図7および図9は、基板5を取り外した状態を示している。角度センサSp、Sq、Srは基板5に取付けられているが、理解を容易にするため、これらの図では角度センサSp、Sq、Srを表示している。図10は、エンコーダ160の正面図である。図10は、エンコーダ160を主軸1aの中心を通るZ軸方向に平行な平面で切断した状態を示している。図11は、第2回転体24の周辺を示す断面図である。図11は、エンコーダ160を略左側方から視た縦断面を示している。図11は、エンコーダ160を第2回転体24の中心を通り、中間回転体22の回転軸線に垂直、かつ、Z軸方向に平行な平面で切断した状態を示している。図12は、第3回転体38および接続回転体33の周辺を示す断面図である。図12は、エンコーダ160を略右側方から視た縦断面を示している。図12は、エンコーダ160を第3回転体38の中心および接続回転体33の中心を通るZ軸方向に平行な平面で切断した状態を示している。図11、図12では筐体3および蓋部4の記載を省略している。
FIG. 6 is another perspective view of the
エンコーダ160は、ベース2と、筐体3と、蓋部4と、基板5と、付勢部62と、複数の固定具64と、を含む。ベース2は、各回転体および各歯車を回転可能に支持する基台である。ベース2に配設される支柱2cは基板5を支持する。基板5は、主に角度センサSp、Sq、Srおよび制御部40を支持する。ベース2は、底部2bと、複数(例えば4個)の支柱2cと、を含む。底部2bは、エンコーダ160のモータ1側に面する板状の部分であり、X軸方向及びY軸方向に延在する。支柱2cは、底部2bから軸方向でモータ1から遠ざかる方向に突出する略円柱状の部分である。ベース2の底部2bには、中空角筒状の筐体3が複数(例えば3個)の固定具64によって固定される。固定具64は例えばスクリュウであってもよい。支柱2cの突出端には、基板5が例えばスクリュウ(不図示)を用いて固定される。付勢部62については後述する。
The
また、エンコーダ160は、第1回転体20と、第1ウォーム歯車10と、第1ウォームホイール12と、中間回転体22と、第2ウォーム歯車14と、第2ウォームホイール16と、第2回転体24と、第3ウォーム歯車30と、第3ウォームホイール32と、接続回転体33と、駆動歯車34と、従動歯車36と、第3回転体38と、マグネットMp、Mq、Mrと、角度センサSp、Sq、Srと、制御部40(図8を参照)と、を含む。
Further, the
(第1回転体)
第1回転体20は、主軸1aの回転に従って回転し、主軸1aの回転を第1ウォーム歯車10に伝える。第1回転体20は、主軸1aの外周に嵌合する連結部20bと、第1ウォーム歯車10が形成されるギア形成部20cと、マグネットMqを保持する保持部20dと、を含む。連結部20bは、主軸1aを環囲する円筒形状を有する。ギア形成部20cは、連結部20bの外周から半径方向に張出す円板形状を有する。保持部20dは、ギア形成部20cの軸方向で底部2bから遠い方の端面に設けられる円筒状の凹部形状を有する。連結部20bと、ギア形成部20cと、保持部20dと、は各中心軸が略一致するように一体に形成される。第1回転体20は、樹脂材料や金属材料など種々の材料から形成することができる。本例では、第1回転体20は、ポリアセタール樹脂から形成されている。
(1st rotating body)
The first
(第1ウォーム歯車)
第1ウォーム歯車10は、第1ウォームホイール12を駆動する伝達要素である。特に、第1ウォーム歯車10は、ギア形成部20cの外周に形成される条数=1のねじ歯車である。第1ウォーム歯車10の回転軸線は主軸1aの軸方向に延伸している。
(1st worm gear)
The
(中間回転体)
中間回転体22は、主軸1aの回転に従って回転し、主軸1aの回転を第2回転体24および接続回転体33に伝える。中間回転体22は、底部2bに略平行に延びる回転軸線Laの周りに回転可能に支持されている。中間回転体22は、その回転軸線Laの方向に延伸する略円筒形状の部材である。中間回転体22は、基部22bと、第1ウォームホイール12が形成される第1筒部22cと、第2ウォーム歯車14が形成される第2筒部22dと、第3ウォーム歯車30が形成される第3筒部22eと、両端に設けられる被支持部22f、22gと、を含む。
(Intermediate rotating body)
The intermediate
外壁部3bは、中間回転体22の主軸1aとは反対側に設けられる。外壁部3dは、外壁部3bと平行に、中間回転体22の主軸1aが配置される側に設けられる。中間回転体22は、その回転軸線Laが任意の方向に向くように配置されてもよい。中間回転体22の回転軸線Laは、平面視において、中間回転体22の主軸1aとは反対側に設けられる外壁部3bの延伸方向に対して5°から30°の範囲で傾斜して設けられてもよい。図9の例では中間回転体22の回転軸線Laは外壁部3bの延伸方向に対して20°傾斜している。換言すると、筐体3は、平面視において、中間回転体22の回転軸線Laに対して5°から30°の範囲で傾斜した方向に延在する外壁部3bを含んでいる。図9の例では、外壁部3bの延在方向と中間回転体22の回転軸線Laとの傾斜Dsは20°に設定されている。
The
本例では、基部22bは円筒形状を有し、第1筒部22c、第2筒部22d、および第3筒部22eは基部22bより大径の円筒形状を有する。基部22bと、第1筒部22cと、第2筒部22dと、第3筒部22eと、被支持部22f、22gと、は各中心軸が略一致するように一体に形成される。第2筒部22d、第1筒部22c、および第3筒部22eはこの順で互いに離れた位置に配置される。中間回転体22は、樹脂材料や金属材料など種々の材料から形成することができる。本例では、中間回転体22は、ポリアセタール樹脂から形成されている。
In this example, the
本例では、被支持部22f、22gは、底部2bの一部が切り起こされた支持部2f、2gに支持される。支持部2f、2gには、中間回転体22の回転軸線方向に貫通して被支持部22f、22gが嵌合する孔が設けられている。このように構成されることによって、中間回転体22は支持部2f、2gに回転可能に支持される。
In this example, the supported
(付勢部)
付勢部62について説明する。中間回転体22は、第2ウォーム歯車14および第3ウォーム歯車30が各ウォームホイールを駆動することにより、中間回転体22の回転軸線方向に反力が作用し、回転軸線方向の位置が変動することがある。そこで、本例では、中間回転体22に付勢力を付与する付勢部62が設けられている。付勢部62は、反力と反対向きの付勢力を中間回転体22に付与することにより、回転軸線方向の位置変動を抑制する。付勢部62は、底部2bに取付けられる取付部62bと、取付部62bから延出し
て半球型突起22hに接触するスプリング部62cと、を含む。取付部62bと、スプリング部62cと、は薄板状のスプリング材から形成され、スプリング部62cの根元が途中で取付部62bに対して略直角に折曲げられている。このように付勢部62が半球型突起22hを付勢することで、中間回転体22の回転動作への影響を低減しつつ、中間回転体22の回転軸方向の位置の変動を抑えることが可能となる。
(Burning department)
The urging
本例では、第2ウォーム歯車14が回転することによって中間回転体22が受ける反力の向きは、第3ウォーム歯車が回転することによって中間回転体22が受ける反力の向きとは逆に設定される。特に、各反力の中間回転体22の回転軸線方向の成分が互いに逆向きになるように、各ウォーム歯車の歯形状が設定されている。具体的には、各ウォーム歯車における歯の傾斜方向が、その反力の中間回転体22の回転軸線方向の成分の向きが互いに逆向きになるように設定されている。この場合、各ウォーム歯車の反力の方向が同じ場合に比べて合成反力が小さくなるので、それに応じて付勢部62の付勢力を小さくすることができる。この場合、中間回転体22の回転抵抗が減少して円滑に回転することができる。
In this example, the direction of the reaction force received by the intermediate
(第1ウォームホイール)
第1ウォームホイール12は、第1ウォーム歯車10に駆動される伝達要素である。特に、第1ウォームホイール12は、第1筒部22cの外周に形成される歯数=20のはす歯車である。第1ウォーム歯車10および第1ウォームホイール12は第1ウォーム変速機構11を構成する。第1ウォームホイール12の回転軸線は主軸1aの軸方向に垂直な方向に延伸している。
(1st worm wheel)
The
(第2ウォーム歯車)
第2ウォーム歯車14は、第2ウォームホイール16を駆動する伝達要素である。特に、第2ウォーム歯車14は、第2筒部22dの外周に形成される条数=5のねじ歯車である。第2ウォーム歯車14の回転軸線は主軸1aの軸方向に垂直な方向に延伸している。
(2nd worm gear)
The
(第2回転体)
第2回転体24は、主軸1aの回転に従って回転し、主軸1aの回転を減速してマグネットMpに伝える。第2回転体24は、底部2bから略垂直に延びる回転軸線周りに回転可能に支持されている。第2回転体24は、平面視で略円形状の部材である。底部2bに回転可能に支持される軸受部24bと、第2ウォームホイール16が形成される張出部24cと、マグネットMpを保持する保持部24dと、を含む。軸受部24bは、底部2bから突出する突出するシャフト24sを隙間を介して環囲する円筒形状を有する。
(2nd rotating body)
The second
張出部24cは、軸受部24bの外周から半径方向に張出す円板形状を有する。本例では、張出部24cは、軸受部24bの底部2bから遠い方の端部に寄った位置に設けられている。保持部24dは、張出部24cの軸方向で底部2bから遠い方の端面に設けられる円筒状の凹部形状を有する。軸受部24bと、張出部24cと、保持部24dと、は各中心軸が略一致するように一体に形成される。第2回転体24は、樹脂材料や金属材料など種々の材料から形成することができる。本例では、第2回転体24は、ポリアセタール樹脂から形成されている。
The overhanging
(第2ウォームホイール)
第2ウォームホイール16は、第2ウォーム歯車14に駆動されるはす歯車である。特に、第2ウォームホイール16は、張出部24cの外周に形成される歯数=25のはす歯車である。第2ウォーム歯車14および第2ウォームホイール16は第2ウォーム変速機構15を構成する。第2ウォームホイール16の回転軸線は主軸1aの軸方向に平行な方向に延伸している。
(2nd worm wheel)
The
第3ウォーム歯車30は、第3ウォームホイール32を駆動する伝達要素である。特に、第3ウォーム歯車30は、第3筒部22eの外周に形成される条数=1のねじ歯車である。第3ウォーム歯車30の回転軸線は主軸1aの軸方向に垂直な方向に延伸している。
The
(接続回転体)
接続回転体33は、主軸1aの回転に従って回転し、主軸1aの回転を減速して第3回転体38に伝える。接続回転体33は、底部2bから略垂直に延びる回転軸線周りに回転可能に支持されている。接続回転体33は、平面視で略円形状の部材である。底部2bに回転可能に支持される軸受部33bと、第3ウォームホイール32が形成される張出部33cと、を含む。軸受部33bは、底部2bから突出する突出するシャフト33sを隙間を介して環囲する円筒形状を有する。
(Connecting rotating body)
The connecting
接続回転体33を備えることにより、その分後述する第3回転体38を第3ウォーム歯車30から遠ざけた位置に配置することができる。このため、マグネットMq、Mrの間の距離を長くして互いの漏れ磁束の影響を減らすことができる。また、接続回転体33を備えることにより、その分減速比を設定できる範囲が拡がり設計の自由度が向上する。
By providing the connecting
張出部33cは、軸受部33bの外周から半径方向に張出す円板形状を有する。本例では、張出部33cは、軸受部33bの底部2bから遠い方の端部に寄った位置に設けられている。駆動歯車34は、軸受部33bの張出部33cより底部2b側の領域の外周に形成される。軸受部33bと、張出部33cと、は各中心軸が略一致するように一体に形成される。接続回転体33は、樹脂材料や金属材料など種々の材料から形成することができる。本例では、接続回転体33は、ポリアセタール樹脂から形成されている。
The overhanging
(第3ウォームホイール)
第3ウォームホイール32は、第3ウォーム歯車30に駆動される伝達要素である。特に、第3ウォームホイール32は、張出部33cの外周に形成される歯数=30のはす歯車である。第3ウォーム歯車30および第3ウォームホイール32は第3ウォーム変速機構31を構成する。第3ウォームホイール32の回転軸線は主軸1aの軸方向に平行な方向に延伸している。
(3rd worm wheel)
The
(駆動歯車)
駆動歯車34は、従動歯車36を駆動する伝達要素である。特に、駆動歯車34は、軸受部33bの外周に形成される歯数=24の平歯車である。
(Drive gear)
The
(第3回転体)
第3回転体38は、主軸1aの回転に従って回転し、主軸1aの回転を減速してマグネットMrに伝える。第3回転体38は、底部2bから略垂直に延びる回転軸線周りに回転可能に支持されている。第3回転体38は、平面視で略円形状の部材である。第3回転体38は、底部2bに回転可能に支持される軸受部38bと、従動歯車36が形成される張出部38cと、マグネットMrを保持する保持部38dと、を含む。軸受部38bは、底部2bから突出するシャフト38sを隙間を介して環囲する円筒形状を有する。
(3rd rotating body)
The third
張出部38cは、軸受部38bの外周から半径方向に張出す円板形状を有する。本例では、張出部38cは、軸受部38bの底部2bに寄った位置に設けられている。保持部38dは、軸受部38bの軸方向で底部2bから遠い方の端面に設けられる円筒状の凹部形状を有する。軸受部38bと、張出部38cと、保持部38dと、は各中心軸が略一致するように一体に形成される。第3回転体38は、樹脂材料や金属材料など種々の材料から形成することができる。本例では、第3回転体38は、ポリアセタール樹脂から形成されている。
The overhanging
(従動歯車)
従動歯車36は、駆動歯車34に駆動される伝達要素である。特に、従動歯車36は、張出部38cの外周に形成される歯数=60の平歯車である。駆動歯車34および従動歯車36は減速機構35を構成している。
(Driven gear)
The driven
(マグネット)
マグネットMp、Mq、Mr(以下、各マグネットと表記する)は軸方向に偏平な略円筒形状を有する。各マグネットは、例えばフェライト系やNdFeB系の磁性材料から形成される。各マグネットは、例えば樹脂バインダを含むゴム磁石やボンド磁石であってもよい。各マグネットには磁極が設けられる。各マグネットの磁化方向に制限はないが、本例では、2極の磁極Up、Uq、Urが各マグネットの角度センサに対向する端面に設けられている。各マグネットの回転方向の磁束密度分布は台形波形状であってもよく、正弦波状や矩形波形状であってもよい。実施の形態では台形波状に着磁される。
(magnet)
The magnets Mp, Mq, and Mr (hereinafter referred to as each magnet) have a substantially cylindrical shape flat in the axial direction. Each magnet is formed of, for example, a ferrite-based or NdFeB-based magnetic material. Each magnet may be, for example, a rubber magnet containing a resin binder or a bond magnet. Each magnet is provided with a magnetic pole. The magnetization direction of each magnet is not limited, but in this example, the two poles Up, Uq, and Ur are provided on the end faces of the magnets facing the angle sensor. The magnetic flux density distribution in the rotation direction of each magnet may be a trapezoidal wave shape, a sinusoidal wave shape, or a rectangular wave shape. In the embodiment, it is magnetized in a trapezoidal wavy shape.
各マグネットは、各回転体の端部に形成された凹部に一部または全部が収容され、例えば接着やカシメにより固定される。マグネットMpは第2回転体24の保持部24dに、マグネットMqは、第1回転体20の保持部20dに、マグネットMrは第3回転体38の保持部38dに接着固定されている。
Each magnet is partially or wholly housed in a recess formed at the end of each rotating body and is fixed, for example, by adhesion or caulking. The magnet Mp is adhesively fixed to the holding
各マグネットの間の距離が短いと、互いに隣り合うマグネットの漏れ磁束の影響により角度センサの検出誤差が大きくなる。そこで図9の例では、平面視において、各マグネットは筐体3の外壁部3bに対して傾斜する直線(以下、配置直線Lmという)上に離隔して配置されている。配置直線Lmが外壁部3bに平行な場合に比べて、各マグネットの間の距離を長くすることができる。この観点から、配置直線Lmの外壁部3bに対する傾斜は、例えば本実施形態の場合は30°~60°の範囲が好ましく、図9の例では38°~42°の範囲に設定されている。
If the distance between the magnets is short, the detection error of the angle sensor becomes large due to the influence of the leakage flux of the magnets adjacent to each other. Therefore, in the example of FIG. 9, in the plan view, the magnets are arranged apart from each other on a straight line (hereinafter referred to as an arrangement straight line Lm) inclined with respect to the
(角度センサ)
角度センサSp、Sq、Sr(以下、各角度センサと表記する)は、各回転体の1回転に対応する0°~360°の範囲の絶対的な回転角を検知するセンサである。各角度センサは検知した回転角に応じた信号(例えばデジタル信号)を制御部40に出力する。各角度センサは、一旦通電を停止して再通電をした場合にも、通電停止前と同じ回転角を出力する。このためバックアップ電源を備えない構成が可能である。
(Angle sensor)
The angle sensors Sp, Sq, and Sr (hereinafter referred to as each angle sensor) are sensors that detect an absolute rotation angle in the range of 0 ° to 360 ° corresponding to one rotation of each rotating body. Each angle sensor outputs a signal (for example, a digital signal) corresponding to the detected angle of rotation to the
各角度センサは、図8に示すように、基板5の底部2b側の面にはんだ付けや接着などの方法により面一に固定されている。角度センサSpは、第2回転体24に設けたマグネットMpの磁極Upと隙間を介して対向する位置にて、基板5に固定される。角度センサSqは、第1回転体20に設けたマグネットMqの磁極Uqと隙間を介して対向する位置にて、基板5に固定される。角度センサSrは、第3回転体38に設けたマグネットMrの磁極Urと隙間を介して対向する位置にて、基板5に固定される。
As shown in FIG. 8, each angle sensor is fixed flush to the surface of the
各角度センサには比較的分解能が高い磁気式角度センサを使用してもよい。磁気式角度センサは、それぞれの回転体の軸方向において、各マグネットの磁極と隙間を介して対向配置され、これら磁極の回転に基づいてロータの回転角を特定してデジタル信号を出力する。磁気式角度センサは、一例として、磁極を検知する検知素子と、この検知素子の出力に基づいてデジタル信号を出力する演算回路と、を含む。検知素子は、例えばホールエレメントやGMR(Giant Magneto Resistive)エレメントなどの磁界検知要素を複数(例えば4つ)含んでもよい。 A magnetic angle sensor having a relatively high resolution may be used for each angle sensor. The magnetic angle sensor is arranged so as to face each other through a gap with the magnetic poles of each magnet in the axial direction of each rotating body, identifies the rotation angle of the rotor based on the rotation of these magnetic poles, and outputs a digital signal. As an example, the magnetic angle sensor includes a detection element that detects a magnetic pole and an arithmetic circuit that outputs a digital signal based on the output of the detection element. The detection element may include a plurality of (for example, four) magnetic field detection elements such as a Hall element and a GMR (Giant Magneto Resistive) element.
演算回路は、例えば複数の検知素子の出力の差や比をキーとしてルックアップテーブルを用いてテーブル処理によって回転角を特定するようにしてもよい。この検知素子と演算回路とは一つのICチップ上に集積されてもよい。このICチップは薄型の直方体形状の外形を有する樹脂中に埋め込まれてもよい。各角度センサは、図示しない配線部材を介して検知した各ロータの回転角に対応するデジタル信号である角度信号を制御部40に出力する。例えば、各角度センサは各回転体の回転角を複数ビット(例えば7ビット)のデジタル信号として出力する。
In the arithmetic circuit, for example, the rotation angle may be specified by table processing using a look-up table using the difference or ratio of the outputs of a plurality of detection elements as a key. The detection element and the arithmetic circuit may be integrated on one IC chip. This IC chip may be embedded in a resin having a thin rectangular parallelepiped outer shape. Each angle sensor outputs an angle signal, which is a digital signal corresponding to the rotation angle of each rotor detected via a wiring member (not shown), to the
(制御部)
制御部40について説明する。図4に示す制御部40の各ブロックは、ハードウエア的には、コンピュータのCPU(central processing unit)をはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウエア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウエア、ソフトウエアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、本明細書に触れた当業者には理解されるところである。
(Control unit)
The
制御部40は、回転角取得部40p、40q、40rと、対応関係テーブル40bと、回転量特定部40cと、出力部40eと、を含む。回転角取得部40pは、角度センサSpが検知した第2回転体24の回転角Apを取得する。回転角取得部40qは、角度センサSqが検知した第1回転体20の回転角Aqを取得する。回転角取得部40rは、角度センサSrが検知した第3回転体38の回転角Arを取得する。対応関係テーブル40bは、テーブル処理により、取得した回転角Ap、Arに対応する主軸1aの回転数を特定する。回転量特定部40cは、対応関係テーブル40bによって特定された主軸1aの回転数と、取得した回転角Aqと、に応じて主軸1aの複数回転にわたる回転量を特定する。出力部40eは、特定された主軸1aの複数回転にわたる回転量を所望の形式の信号に変換して出力する。本例では、制御部40は、図8に示すように、基板5の底部2b側の面にはんだ付けや接着などの方法により固定されている。
The
このように構成された第4実施形態に係るエンコーダ160の作用・効果を説明する。
The operation / effect of the
第4実施形態に係るエンコーダ160は、主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダであって、主軸1aの回転に従って回転する第1ウォーム歯車10と、第1ウォーム歯車10と噛合う第1ウォームホイール12と、第1ウォームホイール12の回転に従って回転する第2ウォーム歯車14と、第2ウォーム歯車14と噛合う第2ウォームホイール16と、第2ウォームホイール16の回転に従って回転する第2回転体24の回転角を検知する角度センサSpと、を備えている。この構成によれば、角度センサSpの検知結果に応じて主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定することができる。第1ウォーム歯車10と第1ウォームホイール12とを含む第1ウォーム変速機構11と、第2ウォーム歯車14と噛合う第2ウォームホイール16とを含む第2ウォーム変速機構15と、備えるため、エンコーダ160は屈曲した伝達経路を構成して薄型化することができる。この作用・効果は、同様の構成を備える第1~第3実施形態に係るエンコーダ100、120、140についても奏しうる。
The
第4実施形態に係るエンコーダ160は、主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダであって、主軸1aの回転に伴い第1減速比で回転する中間回転体22と、中間回転体22の回転に伴い第2減速比で回転する第2回転体24と、第2回転体24の回転角を検知する角度センサSpと、を備え、主軸1aの回転軸線は、中間回転体22の回転軸線に対してねじれの位置にあり、第2回転体24の回転軸線と平行に設定されている。この構成によれば、角度センサSpの検知結果に応じて主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定することができる。中間回転体22の回転軸線が、主軸1aおよび第2回転体24の回転軸線に対してねじれの位置にあり正面視で直交するため、エンコーダ160は屈曲した伝達経路を構成して薄型化することができる。この作用・効果は、同様の構成を備える第1~第3実施形態に係るエンコーダ100、120、140についても奏しうる。
The
第4実施形態に係るエンコーダ160は、主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダであって、第1ウォーム変速機構11を含み、主軸1aの回転に伴いマグネットMpを回転させる減速機構と、マグネットMpの磁極Upに応じてマグネットMpの回転角を検知する角度センサSpと、を備え、主軸1aの回転軸線は、マグネットMpの回転軸線と平行に設定されている。この構成によれば、角度センサSpの検知結果に応じて主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定することができる。第1ウォーム変速機構11を含み、主軸1aの回転軸線とマグネットMpの回転軸線とが平行に設定されるため、エンコーダ160は屈曲した伝達経路を構成して薄型化することができる。この作用・効果は、同様の構成を備える第1~第3実施形態に係るエンコーダ100、120、140についても奏しうる。
The
第4実施形態に係るエンコーダ160は、主軸1aの回転角を検知する角度センサSqを備えている。この構成によれば、角度センサSqの検知結果に応じて主軸1aの回転角を特定することができる。角度センサSqを備えない場合に比べて、エンコーダ160は特定可能な主軸1aの回転角の分解能を向上することができる。この作用・効果は、同様の構成を備える第2実施形態に係るエンコーダ120についても奏しうる。
The
第4実施形態に係るエンコーダ160では、第1ウォームホイール12の回転に従って回転する第3ウォーム歯車30と、第3ウォーム歯車30と噛合う第3ウォームホイール32と、第3ウォームホイール32の回転に従って回転する第3回転体38の回転角を検知する角度センサSrと、を備えている。この構成によれば、角度センサSqの検知結果に応じて主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定することができる。角度センサSrを備えない場合に比べて、エンコーダ160は特定可能な主軸1aの回転量の範囲を大きくすることができる。この作用・効果は、同様の構成を備える第3実施形態に係るエンコーダ140についても奏しうる。
In the
第4実施形態に係るエンコーダ160では、第2ウォーム歯車14および第3ウォーム歯車30が設けられる中間回転体22を備え、第2ウォーム歯車14が回転することによって中間回転体22が受ける反力の向きは、第3ウォーム歯車が回転することによって中間回転体22が受ける反力の向きとは逆に設定されている。この構成によれば、反力の方向が同じ場合に比べて両反力の合成反力を小さくすることができる。この作用・効果は、同様の構成を備える第3実施形態に係るエンコーダ140についても奏しうる。
The
第4実施形態に係るエンコーダ160では、第1ウォームホイール12の外径は第1ウォーム歯車10の外径より小さく設定されている。この構成によれば、第1ウォームホイール12の外径が大きい場合に比べて、薄型化が容易である。この作用・効果は、同様の構成を備える第1~第3実施形態に係るエンコーダ100、120、140についても奏しうる。
In the
第4実施形態に係るエンコーダ160は、中間回転体22の主軸1aとは反対側に配置される外壁部3bを含む筐体3を備え、平面視において、中間回転体22の回転軸線Laは外壁部3bの延在方向に対して20°で傾斜している。この構成によれば、中間回転体22の回転軸線Laが傾斜していない場合に比べて、各マグネットの配置直線の外壁部3bに対する傾斜を大きくすることができる。この結果、各マグネットの間の距離が大きくなり隣り合うマグネットの漏れ磁束の影響を低減することができる。この作用・効果は、同様の構成を備える第1~第3実施形態に係るエンコーダ100、120、140についても奏しうる。
The
[第5実施形態]
図13、図14を参照して本発明の第5実施形態に係るエンコーダ200について説明する。図13は、第5実施形態に係るエンコーダ200の平面図である。図13は図9に対応する。図14は、エンコーダ200の正面図である。図14は図10に対応する。エンコーダ200は、第4実施形態に係るエンコーダ160に対して、角度センサSqおよびマグネットMqを備えておらず、主軸201a、第1回転体220、基板205、および蓋部204の形状が異なり、他の構成は同様である。第4実施形態と重複する説明を省き、相違する構成について説明する。主軸201a、第1回転体220、基板205、および蓋部204はそれぞれ主軸1a、第1回転体20、基板5、および蓋部4に対応し、同様の特徴を有する。主軸201aは、第1回転体220に設けられた開口220h、基板205に設けられた開口205h、および蓋部204に設けられた開口204hを貫通して、軸方向でモータ1から遠ざかる方向に突出している。本明細書において、エンコーダ200のように主軸がモータ1の両側に突出するものを両軸と表記し、エンコーダ160のように主軸がモータ1の片側にのみ突出するものを片軸と表記する。主軸201aは、断面が詰まっている中実のシャフトである。
[Fifth Embodiment]
The
第5実施形態に係るエンコーダ200は、第4実施形態に係るエンコーダ160と同様の構成を有する部分において同様の作用・効果を奏する。第5実施形態に係るエンコーダ200では、モータ1の出力軸である主軸201aがエンコーダ200のモータ1とは反対側から突出する突出部を有しているから、その突出部に被駆動負荷を接続することができる。主軸201aがモータ1のエンコーダ200とは反対側にも突出しているいわゆる両軸の構成を実現することができる。このため、エンコーダ200は多様な用途に使用することができる。
The
[第6実施形態]
図15、図16を参照して本発明の第6実施形態に係るエンコーダ300について説明する。図15は、第6実施形態に係るエンコーダ300の平面図である。図15は図9に対応する。図16は、エンコーダ300の正面図である。図16は図10に対応する。エンコーダ300は、第5実施形態に係るエンコーダ200に対して、主軸301a、第1回転体320、基板305、および蓋部304の形状が異なり、他の構成は同様である。第5実施形態と重複する説明を省き、相違する構成について説明する。主軸301a、第1回転体320、基板305、および蓋部304はそれぞれ主軸201a、第1回転体220、基板205、および蓋部204に対応し、同様の特徴を有する。主軸201aが中実のシャフトであったのに対して、主軸301aは、中空のシャフトであり、主軸201aより大径に設定されている。主軸301aは、第1回転体320に設けられた開口320h、基板305に設けられた開口305h、および蓋部304に設けられた開口304hを貫通している。開口320h、開口305h、および開口304hは、主軸301aの大径化に対応して、開口220h、開口205h、および開口204hよりそれぞれ拡径されている。
[Sixth Embodiment]
The
第6実施形態に係るエンコーダ300は、第5実施形態に係るエンコーダ200と同様の作用・効果を奏する。第6実施形態に係るエンコーダ300はモータ1の出力軸である主軸301aが中空であるから、その中空部に被駆動負荷を接続することができる。
The
[第7実施形態]
図17、図18を参照して本発明の第7実施形態に係るエンコーダ400について説明する。図17は、第7実施形態に係るエンコーダ400の平面図である。図17は図9に対応する。図18は、エンコーダ400の正面図である。図18は図10に対応する。エンコーダ400は、第4実施形態に係るエンコーダ160に対して、主軸401aおよび第1回転体420の形状が異なり、他の構成は同様である。第4実施形態と重複する説明を省き、相違する構成について説明する。
[7th Embodiment]
The
主軸401aおよび第1回転体420は、それぞれ主軸1aおよび第1回転体20に対応し、同様の特徴を有する。主軸1aが中実のシャフトであったのに対して、主軸401aは、中空のシャフトであり、主軸1aより大径に設定されている。第1回転体320は、主軸401aの外径が大径化されたことに対応して主軸401aを環囲する部分の内径が大径化されている。第1回転体320は、中空の主軸401aの端面を覆う部分を有する。
The spindle 401a and the first
第7実施形態に係るエンコーダ400は、第4実施形態に係るエンコーダ160と同様の作用・効果を奏する。第7実施形態に係るエンコーダ400はモータ1の出力軸である主軸401aが中空であるから、その中空部に被駆動負荷を接続することができる。
The
[第8実施形態]
図19を参照して本発明の第8実施形態に係るエンコーダ500について説明する。図19は、第8実施形態に係るエンコーダ500の平面図である。図19では、理解を容易にするため、重要でない部材や部分の図示を省いている。エンコーダ500は、第4実施形態に係るエンコーダ160に対して、中間回転体22の回転軸線Lbが外壁部3bの延在方向(X軸方向)に平行に設けられ、その分各マグネットの配置直線Lnの外壁部3bの延在方向に対する傾斜が小さく設定されている点で異なり、他の構成は同様である。第4実施形態と重複する説明を省き、相違する構成について説明する。図19の例では、各マグネットの配置直線Lnの外壁部3bの延伸方向に対する傾斜は20°に設定されている。
[Eighth Embodiment]
The
第8実施形態に係るエンコーダ500は、第4実施形態に係るエンコーダ160と同様の構成を有する部分において同様の作用・効果を奏する。第8実施形態に係るエンコーダ500は、中間回転体22を短く構成することが可能になり、その分軽量化することができる。
The
図20は、各実施形態によるエンコーダの仕様分類表である。図20に示すように、各実施形態のエンコーダは、多様な仕様に展開することができる。特に、基本構成を共通にして、第1回転体の形状を選択することにより、主軸の中空と中実および片軸と両軸のいずれの組み合わせの仕様にも対応することができる。また、角度センサSqのありとなしを選択することにより、主軸の回転角について高分解能と中分解能のいずれの仕様にも対応することができる。また、角度センサSrの有無を選択することにより、検知可能な主軸の回転量の範囲について広範囲と中範囲のいずれの仕様にも対応することができる。つまり、プラットフォームの共通化および構成要素の共用率向上によって設計の効率化や生産コストの低下を実現し、多様なニーズへの対応が容易になる。 FIG. 20 is a specification classification table of the encoder according to each embodiment. As shown in FIG. 20, the encoder of each embodiment can be developed into various specifications. In particular, by making the basic configuration common and selecting the shape of the first rotating body, it is possible to correspond to the specifications of any combination of the hollow and solid spindles and the single shaft and both shafts. Further, by selecting the presence or absence of the angle sensor Sq, it is possible to correspond to both high resolution and medium resolution specifications for the rotation angle of the spindle. Further, by selecting the presence / absence of the angle sensor Sr, it is possible to correspond to both a wide range and a medium range of the range of the amount of rotation of the main shaft that can be detected. In other words, by standardizing the platform and improving the sharing rate of components, design efficiency can be improved and production costs can be reduced, making it easier to meet diverse needs.
以上、本発明の各実施形態をもとに説明した。これらの実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。 The above description has been made based on each embodiment of the present invention. It will be appreciated by those skilled in the art that these embodiments are exemplary and that various modifications and modifications are possible within the claims of the invention, and that such modifications and modifications are also within the claims of the present invention. It is about to be done. Therefore, the descriptions and drawings herein should be treated as exemplary rather than limiting.
以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、各実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。各実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施の形態と相違する構成について重点的に説明する。 Hereinafter, a modified example will be described. In the drawings and description of the modified examples, the same or equivalent components and members as in each embodiment are designated by the same reference numerals. The description that overlaps with each embodiment will be omitted as appropriate, and the configuration different from the embodiment will be mainly described.
(第1変形例)
各実施形態の説明では、各マグネットがそれぞれ一体の部材である例について説明したがこれに限られない。マグネットMp、Mq、Mrは、それぞれ複数のピースを組み合わせて構成されてもよい。
(First modification)
In the description of each embodiment, an example in which each magnet is an integral member has been described, but the present invention is not limited to this. The magnets Mp, Mq, and Mr may each be configured by combining a plurality of pieces.
(第2変形例)
各実施形態の説明では、各歯車や各回転体が樹脂材料から形成される例について説明したがこれに限られない。これらの各歯車や各回転体の全部または一部は金属材料やその他の材料から形成されてもよい。
(Second modification)
In the description of each embodiment, an example in which each gear and each rotating body is formed of a resin material has been described, but the present invention is not limited to this. All or part of each of these gears and each rotating body may be formed of a metal material or other material.
上述の変形例によれば、各実施形態と同様の構成を有する部分において同様の作用・効果を奏する。 According to the above-mentioned modification, the same action / effect is obtained in the portion having the same configuration as each embodiment.
上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。 Any combination of each of the above-described embodiments and modifications is also useful as an embodiment of the present invention. The new embodiments resulting from the combination have the effects of the combined embodiments and variants.
1・・モータ、 1a・・主軸、 2・・ベース、 3・・筐体、 10・・第1ウォーム歯車、 12・・第1ウォームホイール、 14・・第2ウォーム歯車、 16・・第2ウォームホイール、 20・・第1回転体、 22・・中間回転体、 24・・第2回転体、 30・・第3ウォーム歯車、 32・・第3ウォームホイール、 38・・第3回転体、 40・・制御部、 100、120、140、160・・エンコーダ。 1 ... motor, 1a ... spindle, 2 ... base, 3 ... housing, 10 ... 1st worm gear, 12 ... 1st worm wheel, 14 ... 2nd worm gear, 16 ... 2nd Worm wheel, 20 ... 1st rotating body, 22 ... Intermediate rotating body, 24 ... 2nd rotating body, 30 ... 3rd worm gear, 32 ... 3rd worm wheel, 38 ... 3rd rotating body, 40 ... Control unit, 100, 120, 140, 160 ... Encoder.
Claims (8)
前記主軸の回転に従って回転する第1駆動歯車と、
前記第1駆動歯車と噛合う第1従動歯車と、
前記第1従動歯車の回転に従って回転する第2駆動歯車と、
前記第2駆動歯車と噛合う第2従動歯車と、
前記第2従動歯車の回転に従って回転する第2回転体の回転角を検知する角度センサと、
底部と、当該底部から突出する複数の支柱と、有するベースと、
前記底部と対向配置され、前記複数の支柱に固定される基板と、
を備え、
前記第1駆動歯車、前記第1従動歯車、前記第2駆動歯車および前記第2従動歯車は、前記底部の前記基板側の面に配置され、
前記角度センサは、前記基板の前記底部側の面に配置され、
前記第1駆動歯車はウォーム歯車であり、
前記第1従動歯車はウォームホイールであり、
前記第2駆動歯車はウォーム歯車であり、
前記第2従動歯車はウォームホイールであることを特徴とするアブソリュートエンコーダ。 An absolute encoder that specifies the amount of rotation over multiple rotations of the spindle.
The first drive gear that rotates according to the rotation of the spindle,
The first driven gear that meshes with the first drive gear,
A second drive gear that rotates according to the rotation of the first driven gear,
A second driven gear that meshes with the second drive gear,
An angle sensor that detects the angle of rotation of the second rotating body that rotates according to the rotation of the second driven gear, and
A bottom, a plurality of columns protruding from the bottom, a base having,
A substrate that is arranged to face the bottom and is fixed to the plurality of columns.
Equipped with
The first drive gear, the first driven gear, the second drive gear, and the second driven gear are arranged on the surface of the bottom portion on the substrate side.
The angle sensor is arranged on the bottom surface of the substrate.
The first drive gear is a worm gear and is a worm gear.
The first driven gear is a worm wheel.
The second drive gear is a worm gear and is a worm gear.
The second driven gear is an absolute encoder characterized by being a worm wheel.
前記基板は、前記外壁部に隙間を介して包囲されることを特徴とする請求項1または2に記載のアブソリュートエンコーダ。 The absolute encoder according to claim 1 or 2, wherein the substrate is surrounded by the outer wall portion through a gap.
前記回転伝達経路は、前記底部に沿って屈曲して配置され、
前記第2従動歯車は、前記回転伝達経路の終端であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のアブソリュートエンコーダ。 The first drive gear, the first driven gear, the second drive gear, and the second driven gear constitute a rotation transmission path for transmitting the rotation of the spindle.
The rotation transmission path is arranged so as to be bent along the bottom portion .
The absolute encoder according to any one of claims 1 to 3, wherein the second driven gear is a terminal of the rotation transmission path .
前記別の角度センサは、前記第1駆動歯車、前記第1従動歯車、前記第2駆動歯車および前記第2従動歯車を挟んで前記底部とは反対側に設けられることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のアブソリュートエンコーダ。 Further equipped with another angle sensor for detecting the rotation angle of the spindle,
The other aspect of the present invention is characterized in that the other angle sensor is provided on the side opposite to the bottom portion with the first drive gear, the first driven gear, the second drive gear, and the second driven gear interposed therebetween. The absolute encoder according to any one of 1 to 4 .
平面視において、前記第1従動歯車の回転軸線は、前記特定外壁部の延在方向に対して5°から30°の範囲で傾斜していることを特徴とする請求項3に記載のアブソリュートエンコーダ。 The outer wall portion includes a specific outer wall portion arranged on the side opposite to the main shaft of the first driven gear.
The absolute encoder according to claim 3 , wherein the rotary axis of the first driven gear is inclined in a range of 5 ° to 30 ° with respect to the extending direction of the specific outer wall portion in a plan view. ..
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