(57)【要約】      （修正有）【課題】温度変化に対する磁石部材の剥離を防ぎ、耐性の高いエンコーダを提供する。【解決手段】磁気パターンが形成され所定方向に熱膨張する磁石部材Ｍを、回転部Ｒの突出部２２に形成された前記所定方向に沿った保持面２２ａを用いて保持することで熱応力を小さくするとともに、回転部Ｒの突出部２２に対しポケット部２３を設けることで、磁石部材Ｍの熱膨張に対し弾性変形可能に形成し、磁石部材Ｍから保持面２２ａに加わる応力を軽減する。【選択図】図１
2010210287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気パターンが形成され所定方向に熱膨張する磁石部を、前記所定方向に沿った保持面を用いて保持する回転部と、
前記磁石部による磁場を検出する検出部と
を備えることを特徴とするエンコーダ。
【請求項２】
前記所定方向は、前記回転部の回転軸方向と同一である
ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記回転部は、
回転面に沿って形成された円盤部と、
前記円盤部に設けられ、回転軸方向に突出した突出部と
を有し、
前記保持面は、前記突出部に設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記回転部は、前記磁石部の熱膨張による応力に対して弾性変形可能に形成されている
ことを特徴とする請求項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。
【請求項５】
前記所定方向は、前記磁石部の磁化容易方向と同一である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
【請求項６】
前記磁石部は、環状に形成されている
ことを特徴とする請求項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。
【請求項７】
前記回転部は、前記磁石部の内周を保持する
ことを特徴とする請求項６に記載のエンコーダ。
【請求項８】
前記回転部は、所定の光学パターンを有し、
前記光学パターンを検出する第２検出部を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
【請求項９】
前記所定方向は、前記回転部の線膨張係数と前記磁石部の線膨張係数との差が小さい方向と同一である
ことを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの回転軸など回転体の回転数を検出する装置として、エンコーダが知られている（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。エンコーダの具体的構成として、例えば磁気を用いて回転数を検出する構成が知られている。
【０００３】
このような構成のエンコーダは、磁気パターンが形成された磁石部を回転軸と一体的に回転させ、磁石部の磁気パターンの変化を磁気センサによって読み取ることで、モータの回転軸の回転数を検出できるようになっている。具体的な構成としては、例えば回転軸と一体的に回転する回転部が当該回転軸に固定され、磁石部が回転部に保持された状態で用いられる構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−８４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転部と磁石部との間で熱膨張率が異なる場合、例えばエンコーダの温度が変化すると、回転部と磁石部とが異なる膨張率で変形し、磁石部の保持状態が悪化してエンコーダが破損する虞がある。
【０００６】
本発明の目的は、温度変化に対する耐性の高いエンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るエンコーダは、磁気パターンが形成され所定方向に熱膨張する磁石部（Ｍ）を、前記所定方向に沿った保持面（２２ａ）を用いて保持する回転部（Ｒ）と、前記磁石部による磁場を検出する検出部（Ｄ）とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、温度変化に対する耐性の高いエンコーダを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンコーダの構成を示す断面図。
【図２】本発明に係るエンコーダの他の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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、本実施形態に係るエンコーダＥＣの構成を示す断面図である。
図１を参照して、エンコーダＥＣの構成を説明する。エンコーダＥＣは、モータなどの回転体の回転数を検出する装置である。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、回転部Ｒが検出部Ｄに収容された状態で用いられる。
【００１１】
回転部Ｒは、回転体である例えばモータＭＲの回転軸４０に固定され回転軸４０と一体的に回転する部分である。回転部Ｒは、円盤部Ｓ、ハブ２０、パターン形成部２１、突出部２２及びポケット部２３を有している。  
円盤部Ｓは、例えばＳＵＳなどの磁性体材料によって円板状に形成され、回転部Ｒの本体をなす部分である。円盤部Ｓの構成材料として、他の材料を用いても勿論構わない。
【００１２】
ハブ２０は、円盤部Ｓの図中下側の円盤面Ｓａに設けられ、上記モータＭＲの回転軸４０に接続される部分である。ハブ２０は、例えばアルミニウムなど線膨張係数の大きい材料が用いられている。ハブ２０は、平面視中央部に挿入穴２０ａを有している。挿入穴２０ａには、モータＭＲの回転軸４０が挿入されるようになっている。ハブ２０は、回転軸４０が挿入穴２０ａに挿入された状態で回転軸４０とハブ２０との間を固定する固定機構（不図示）を有している。回転部Ｒが回転軸４０に固定された状態においては、円盤部Ｒの円盤面Ｓａが回転軸４０に垂直となり、回転部Ｒの回転軸方向は回転軸４０の延在方向と同一方向となる。
【００１３】
パターン形成部２１は、円盤部Ｓの図中上側の円盤面Ｓｂに設けられた円環状の部分である。パターン形成部２１は、円盤面Ｓｂの周縁部に設けられている。パターン形成部２１には光反射パターン２４が形成されている。
【００１４】
光反射パターン２４は、パターン形成部２１の他の部分よりも光反射率の低い低反射領域を有している。当該低反射領域は、アルミニウムよりも反射率の低いクロム（Ｃｒ）などの薄膜によって形成されている。低反射領域は、パターン形成部２１の形状に沿って円周方向に所定の間隔で配置されている。この他、例えばパターン形成部２１自体を着色加工したり、粗面加工したりすることで低反射領域を形成しても構わない。
【００１５】
突出部２２は、円盤部Ｓの円盤面Ｓａ側に突出するように形成されている。突出部２２は、磁石部材Ｍを保持する保持面２２ａを有している。保持面２２ａは、回転軸４０の延在方向に沿って形成されている。したがって、保持面２２ａは、回転部Ｒの回転軸方向と同一方向に形成されていることになる。突出部２２は、回転部Ｒの回転面方向の力及び回転軸方向の力に対して弾性変形可能に形成されている。ポケット部２３は、突出部２２に対して円盤部Ｓの径方向内側に設けられた凹部である。
【００１６】
磁石部材Ｍは、回転部Ｒの回転方向に沿って円環状に形成された永久磁石である。磁石部材Ｍとしては、例えばネオジ鉄系の焼結磁石などが用いられている。磁石部材Ｍは、円環の内周部Ｍａが突出部２２の保持面２２ａに保持されている。内周部Ｍａは、例えば接着剤などを介して保持面２２ａに保持されている。磁石部材Ｍは、突出部２２の外側に配置されると共に、回転部Ｒの外側にはみ出すように配置されている。磁石部材Ｍは、円盤部Ｓとの間に隙間を空けるように配置されている。したがって、磁石部材Ｍは、円盤面Ｓａには保持されていない状態となっている。
【００１７】
磁石部材Ｍは、厚さ方向（図中上下方向）の線膨張係数が正の値を示す。したがって、磁石部材Ｍは当該厚さ方向に熱膨張するようになっている。加えて、磁石部材Ｍは、厚さ方向が磁化容易方向となっている。したがって、磁石部材Ｍの熱膨張方向と磁化容易方向とは同一方向となっている。本実施形態では、磁石部材Ｍの熱膨張方向及び磁化容易方向は、回転部Ｒの回転軸方向と同一方向になっていると共に、保持面２２ａの面方向とも同一方向になっている。
【００１８】
回転部Ｒの図中上下方向（回転軸方向）の線膨張係数と磁石部材Ｍの回転軸方向の線膨張係数の差は、回転部Ｒの図中左右方向（円盤部Ｓの径方向）の線膨張係数と磁石部材Ｍの当該径方向の線膨張係数との差よりも小さくなっている。本実施形態では、回転部Ｒが線膨張係数の差が小さい方向と同一方向の保持面２２ａを用いて磁石部材Ｍを保持していることになる。
【００１９】
磁石部材Ｍには、所定の磁気パターンが形成されている。磁石部材Ｍの磁気パターンとして、例えば回転軸４０の軸方向に見て円環の半分の領域にＮ極に着磁され、円環の他の半分の領域がＳ極に着磁された磁気パターンなどが挙げられる。勿論、他の磁気パターンが形成されていても構わない。
【００２０】
検出部Ｄは、上記の光反射パターン２４及び磁石部材Ｍによる磁場を検出する部分である。検出部Ｄは、筐体３０、光センサ３１及び磁気センサ３２を有している。  
筐体３０は、例えば平面視円形のコップ状に形成されている。筐体３０は、モータＭＲに固定され、回転軸４０との間では固定されていない状態で用いられる。したがって、回転軸４０が回転しても、筐体３０とモータＭＲとの相対位置が変化しないようになっている。筐体３０は、一体的に形成された回転部Ｒ及び磁石部材Ｍを収容する。回転部Ｒ及び磁石部材Ｍは、回転軸４０の軸方向に見たときに、それぞれの中心が筐体３０の中心に一致するように位置合わせされた状態で収容されている。
【００２１】
光センサ３１は、光反射パターン２４へ向けて光を射出し、反射光を読み取ることで光反射パターン２４を検出するセンサである。光センサ３１は、例えば回転部Ｒの光反射パターン２４に対して、回転軸４０の軸方向に見て重なる位置に配置されている。光センサ３１は、光を射出する発光部及び反射光を受光する受光部を有する。発光部としては、例えばＬＥＤなどが用いられる。受光部としては、例えば光電素子などが用いられる。受光部によって読み取られた光は、電気信号として不図示の制御装置に送信されるようになっている。光センサ３１を構成する各部は、筐体３０に保持されている。
【００２２】
磁気センサ３２は、回転軸４０の軸方向に見て、例えば磁石部材Ｍのうち円盤部Ｓから外側にはみ出した部分に重なる位置に一対配置されている（磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂ）。各磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂ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３２Ａ及び３２Ｂは、それぞれ筐体３０に保持されている。
【００２３】
バイアス磁石は、磁石部材Ｍ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。
【００２４】
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、磁石部材Ｍ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。検出結果は、電気信号として上記の制御装置（不図示）に送信されるようになっている。
【００２５】
制御装置は、光センサ３１の受光部からの出力に基づいて回転軸４０の回転角度を求めると共に、磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂからの出力に基づいて回転軸４０の回転数を求める処理を行う。
【００２６】
次に、上記のように構成されたエンコーダＥＣの動作を説明する。
モータＭＲの回転軸４０が回転すると、当該回転軸４０に一体的に取り付けられた回転部Ｒ及び磁石部材Ｍが回転軸４０と一体的に回転する。モータＭＲに固定された検出部Ｄについては、回転軸４０には接続されていないため、回転せずに静止した状態となる。
【００２７】
回転部Ｒが回転すると、当該回転部Ｒに形成された光反射パターン２４が回転方向に移動する。光センサ３１は、移動する光反射パターン２４へ光を射出し、反射光を読み取ることで光反射パターン２４の移動角度を検出する。
【００２８】
回転部Ｒの回転と共に磁石部材Ｍが回転すると、当該磁石部材Ｍの磁気パターンによって形成される磁場とバイアス磁石の磁場との合成磁場が周期的に変化する。磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂは、当該合成磁場の変化の周期を検出することにより、磁石部材Ｍ（回転軸）の回転数を検出する。
【００２９】
エンコーダを用いる際、例えばモータＭＲの発熱などによってエンコーダＥＣに熱が加えられると、回転部Ｒ及び磁石部材Ｍが加熱されることになる。例えば回転部Ｒと磁石部材Ｍとの間で熱膨張率が異なる場合、例えばエンコーダＥＣに熱が加えられると、回転部Ｒと磁石部材Ｍとが異なる膨張率で膨張し、磁石部材Ｍが剥離してエンコーダＥＣが破損する虞がある。
【００３０】
これに対して、本実施形態では、回転部Ｒが磁石部材Ｍの熱膨張方向と同一方向の保持面２２ａを用いて当該磁石部材Ｍを保持しているため、回転部Ｒと磁石部材Ｍとの間に働く熱応力が小さくて済むことになる。
【００３１】
例えば、磁石部材Ｍの熱膨張方向と直交する方向の保持面を用いて磁石部材Ｍを保持する構成においては、温度上昇時には、磁石部材Ｍの内部に垂直応力が生じる場合がある。この垂直応力については、本発明者らの実験において得られた＋６９ＭＰａという値を一例として挙げておく。
【００３２】
また、磁石部材Ｍの片面のみが引き伸ばされることにより磁石部材Ｍが円錐状に変形し、環状の磁石部材Ｍの接着面の内周側端部には大きな垂直応力が生じる場合も考えられる。この状態で冷却されると、この内周側端部に生じる応力は引張方向の力となり、磁石部材Ｍの内周側に剥離が生じることがある。一旦内周側に剥離が生じると、保持面は平面状に戻ろうとするため、当該剥離が進展して磁石部材Ｍが完全に剥離することも想定される。
【００３３】
これに対して、本実施形態によれば、磁石部材Ｍの熱膨張方向と同一方向の保持面２２ａを用いて磁石部材Ｍを保持しているので、保持面２２ａと磁石部材Ｍとの間の熱応力を小さくすることができる。これにより、温度変化が生じた場合であっても磁石部材Ｍと保持面２２ａとの接着部分の信頼性が高まることになるため、温度変化に対する耐性の高いエンコーダＥＣを得ることができる。また、回転部Ｒと磁石部材Ｍとの間に線膨張係数の小さい材料を挟むことなく熱応力を小さくすることができるため、部品点数を削減できるという利点もある。
【００３４】
また、本実施形態では、磁石部材Ｍの熱膨張による応力に対して突起部２２を弾性変形可能とし、突起部２２に対してポケット部２３を設けることとしたので、磁石部材Ｍの膨張の応力に対して突起部２２がポケット部２３側に弾性変形することができる。これにより、磁石部材Ｍから保持面２２ａに加わる応力を軽減することができるので、一層確実に磁石部材Ｍの剥離を防ぐことができる。
【００３５】
また、本実施形態では、回転部Ｒが線膨張係数の差が小さい方向に沿った面を用いて磁石部材Ｍを保持しているため、温度変化の際、回転部Ｒと磁石部材Ｍとの間に加わる応力をより低減させることができる。
【００３６】
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。  
上記実施形態では、円盤部Ｓの図中下側の円盤面Ｓａに磁石部材Ｍが保持された構成を例に挙げて説明したが、これに限られることはなく、例えば図２に示すように、円盤部Ｓの図中上側の円盤面Ｓｂに磁石部材Ｍが保持された構成であっても構わない。この場合、磁石部材Ｍを保持する突出部２２についても円盤面Ｓｂ側に形成されることになる。
【符号の説明】
【００３７】
ＥＣ…エンコーダ  ４０…回転軸  Ｒ…回転部  Ｓ…円盤部  Ｍ…磁石部材  Ｄ…検出部  ＭＲ…モータ  ２２…突出部  ２２ａ…保持面  ２３…ポケット部
【図１】
2010210287.tif 000003
【図２】
2010210287.tif 000004