(57)【要約】【課題】信頼性に優れたエンコーダ、駆動装置及びロボット装置を提供すること。【解決手段】所定の回転軸と一体的に回転する回転部と、当該回転部に対して独立部品として形成され、所定のパターンを有するパターン形成部と、回転部に設けられ、パターン形成部に対して応力が発生するように当該パターン形成部を保持し、当該応力によってパターン形成部を固定する固定部とを備える。【選択図】図１
2014074639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転軸と一体的に回転する回転部と、
前記回転部に対して独立部品として形成され、所定のパターンを有するパターン形成部と、
前記回転部に設けられ、前記パターン形成部に対して応力が発生するように前記パターン形成部を保持し、当該応力によって前記パターン形成部を固定する固定部と
を備えるエンコーダ。
【請求項２】
前記パターン形成部は、環状に形成されており、
前記固定部は、前記パターン形成部の内周面及び外周面の少なくとも一部に当接されている
請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記固定部は、前記パターン形成部の内周側に配置されている
請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記固定部は、円筒状に形成されている
請求項３に記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記固定部は、前記パターン形成部に係合される係合部を有する
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】
前記係合部は、前記固定部の一部が変形して形成されている
請求項５に記載のエンコーダ。
【請求項７】
前記固定部は、周方向に分割されている
請求項６に記載のエンコーダ。
【請求項８】
前記固定部は、前記パターン形成部を嵌合させる嵌合部を有する
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】
前記固定部は、周方向の一部に切り欠き部を有し、
前記パターン形成部は、前記切り欠き部に挿入される挿入部を有する
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。
【請求項１０】
前記パターンは、磁気パターンである
請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１１】
前記回転部は、光学パターンを有する
請求項１０に記載のエンコーダ。
【請求項１２】
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を備える
駆動装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の駆動装置を備える
ロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダ、駆動装置及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの回転軸などを含む回転体の回転数、回転角度、回転位置といった回転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１参照）。このようなエンコーダは、例えば回転軸に接続される回転部と、例えば表面にパターンが形成されたパターン形成部とを有し、回転軸の回転に伴ってパターン形成部が回転する場合のパターンの変化を検出することで該回転情報を検出する。パターン形成部と回転部とは、例えば接着剤によって貼り合わされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８５５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のようなパターン形成部を回転部に固定する際に接着剤で接着する構成においては、例えば高温環境での接着部の劣化、アウトガスの発生等が生じる場合があり、エンコーダとしての信頼性が低下する場合があった。
【０００５】
上記のような事情に鑑み、本発明は、信頼性に優れたエンコーダ、駆動装置及びロボット装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一の態様に従えば、所定の回転軸と一体的に回転する回転部と、当該回転部に対して独立部品として形成され、所定のパターンを有するパターン形成部と、回転部に設けられ、パターン形成部に対して応力が発生するように当該パターン形成部を保持し、当該応力によってパターン形成部を固定する固定部とを備えるエンコーダが提供される。
【０００７】
本発明の第二の態様に従えば、本発明の第一の態様に従うエンコーダを備える駆動装置が提供される。
【０００８】
本発明の第三の態様に従えば、本発明の第二の態様に従うエンコーダを備えるロボット装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の態様によれば、信頼性に優れたエンコーダ、駆動装置及びロボット装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第一実施形態に係るエンコーダの全体構成を示す断面図。
【図２】本実施形態に係るエンコーダの一部の構成を示す断面図。
【図３】本実施形態に係るエンコーダの一部の構成を示す平面図。
【図４】本発明の第二実施形態に係るロボット装置の構成を示す図。
【図５】変形例に係るエンコーダの一部の構成を示す平面図。
【図６】変形例に係るエンコーダの一部の構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
［第一実施形態］  
図１は、本実施形態に係る駆動装置（測定対象）の一例としてモータ装置ＭＴＲの構成を示す断面図である。
【００１２】
図１に示すように、モータ装置ＭＴＲは、移動体（回転子）である移動軸（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の移動情報（例、回転情報）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、移動体の移動情報を検出するために、回転部Ｒ及び該回転部Ｒと相対的に移動する検出部Ｄを有している。エンコーダＥＣは、検出部Ｄを構成する筐体３０内に回転部Ｒが収容された状態で用いられる。なお、本実施形態のエンコーダＥＣは、回転部Ｒが移動方向（例、回転方向）に移動する構成である。
【００１３】
回転部Ｒは、スケール部Ｓ及び磁石部（パターン形成部）Ｍを有している。  
スケール部Ｓは、回転軸ＳＦに固定されている。スケール部Ｓは、回転軸ＳＦを中心軸として当該回転軸ＳＦと一体的に回転する。スケール部Ｓは、例えばアルミニウムやアルミニウム化合物などの金属材料によって形成されている。スケール部Ｓの構成材料として、他の金属材料（例、ステンレス、チタン、ニッケル、真鍮、又はそれらの化合物、等）を用いても勿論構わない。
【００１４】
スケール部Ｓは、接続部２０及び平坦部２１を有している。接続部２０の下面側には、平面視中央部に凹部２０ａが形成されている。凹部２０ａは、上記モータ装置ＭＴＲの回転軸ＳＦが挿入されるようになっている。
【００１５】
平坦部２１は、接続部２０の周縁部に設けられた円環状の部分である。平坦部２１の上面側には、スケール部Ｓの第一面Ｓａ（パターン面）が形成されている。例えば、当該第一面Ｓａは平坦に形成されており、鏡面加工された状態となっている。第一面Ｓａには、光反射パターン２４が形成されている。例えば、光反射パターン２４は、スケール部Ｓの円周方向に沿って環状に形成された一回転情報である。
【００１６】
接続部２０の上面側には、固定部２６が設けられている。固定部２６は、接続部２０の平面視中央に設けられており、接続部２０の上面側に突出して形成されている。固定部２６は、磁石部Ｍに対して応力が発生するように当該磁石部Ｍを保持し、この応力によって磁石部Ｍを固定する。
【００１７】
磁石部Ｍは、スケール部Ｓとは異なる部品として設けられており、回転部Ｒに対して独立部品として設けられている。磁石部Ｍは、固定部２６によってスケール部Ｓの磁石収容部２２に固定されている。磁石部Ｍは、スケール部Ｓ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Ｍには、所定の磁気パターン２５（図３参照）が形成されている。磁気パターンは、例えば、磁石部Ｍの周方向に沿って環状に形成された多回転情報である。なお、図１（図２）に示すように、磁石部Ｍは、磁石収容部２２の底部側にバックヨークＢＹを有していても良い。
【００１８】
図２は、回転部Ｒの一部（固定部２６）を拡大して示す図である。  
図１及び図２に示すように、固定部２６は、円筒部２６ａ及び変形部（係合部）２６ｂを有する。円筒部２６ａは、スケール部Ｓの中心軸の軸線方向に突出している。変形部２６ｂは、円筒部２６ａの先端部（図中、上端部）に形成されている。変形部２６ｂは、スケール部Ｓの中央部から外周部へ向けて曲げられている。
【００１９】
固定部２６は、磁石部Ｍの内周側に配置されている。例えば変形部２６ｂは、磁石部Ｍのうち図中上側の縁部Ｍｂに当接されている。当該変形部２６ｂは、縁部Ｍｂに対してほぼ一周に亘って当接されている。変形部２６ｂには、当該変形された状態を維持するように応力が作用している。このため、磁石部Ｍは、変形部２６ｂの当該応力によって図中上側への移動が規制されるように磁石収容部２２に固定されている。
【００２０】
磁石部Ｍを固定する力は、勿論この応力に限られない。例えば、固定部２６は、磁石部Ｍの内周に形成される中空部に挿入されており、磁石部Ｍの内周面Ｍａに対してほぼ一周に亘って当接されている。また、磁石部Ｍの外周面Ｍｄ（図１及び図３参照）は、磁石収容部２２の内周面２２ａに対してほぼ一周に亘って当接されている。このため、磁石部Ｍの内周面Ｍａと円筒部２６ａとの間、磁石部Ｍの外周面Ｍｄと磁石収容部２２の内周面２２ａとの間には、それぞれ摩擦力が働く。この摩擦力は、磁石部Ｍを磁石収容部２２に固定する力の一部として寄与している。
【００２１】
円筒部２６ａによって囲まれた中空部２６ｄには、固定部材２０ｃが設けられている。固定部材２０ｃは、スケール部Ｓの底部２０ｄに設けられた不図示の貫通孔を凹部２０ａ側に貫通する。固定部材２０ｃの先端部（図中下側端部）は、回転軸ＳＦの先端部（図中上端部）に挿入されている。固定部材２０ｃは、底部２０ｄを貫通して回転軸ＳＦの先端部に挿入されることにより、回転軸ＳＦと接続部２０との間を固定する。
【００２２】
図３は、回転部Ｒを軸線方向に見たときの構成を示す図である。  
図３に示すように、磁石部Ｍは、回転軸ＳＦの軸線方向に見て、内周側と外周側とで２つの領域が形成されていると共に図中左右方向に２つの領域が形成されており、計４つの領域が形成されている。磁石部Ｍの外周側の２つの領域については、図中左側がＮ極、図中右側がＳ極にそれぞれ着磁されている。また、磁石部Ｍの内周側の２つの領域については、図中左側がＳ極、図中右側がＮ極にそれぞれ着磁されている。勿論、磁気パターンとして他の形態を採用しても構わない。
【００２３】
図３に示すように、スケール部Ｓの固定部２６には、切り欠き部２６ｃが設けられている。一方、磁石部Ｍは、内周側へ向けて突出する挿入部Ｍｃを有する。挿入部Ｍｃは、切り欠き部２６ｃに挿入されている。挿入部Ｍｃ及び切り欠き部２６ｃは、ほぼ隙間無く係合されている。挿入部Ｍｃ及び切り欠き部２６ｃにより、磁石部Ｍとスケール部Ｓとの間において、回転軸ＳＦの軸線周りにおける相対移動が規制される。
【００２４】
図１に示すように、検出部Ｄは、上記の光反射パターン２４及び磁気パターン２５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。
【００２５】
筐体３０は、例えば円筒状に形成されている。筐体３０は、モータ装置ＭＴＲのうち回転軸ＳＦを回転させるモータ本体ＢＤに固定されており、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、筐体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。筐体３０は、一体的に形成されたスケール部Ｓ及び磁石部Ｍを収容する。スケール部Ｓ及び磁石部Ｍは、回転軸ＳＦ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。
【００２６】
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、例えばスケール部Ｓの光反射パターン２４に対して、回転軸ＳＦ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。
【００２７】
磁気センサ３２は、例えば磁石部Ｍ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。
【００２８】
バイアス磁石は、磁石部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。
【００２９】
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。
【００３０】
検出部Ｄは、移動情報（例、回転情報）として、光センサ３１において一回転情報を検出し、磁気センサ３２において多回転情報を検出する。制御装置は、光センサ３１から出力される一回転情報に基づいて回転軸ＳＦの回転角度を求めると共に、磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂから出力される多回転情報に基づいて回転軸ＳＦの回転数を求める処理を行う。
【００３１】
次に、モータ装置ＭＴＲに取り付けられたエンコーダＥＣの動作を説明する。  
モータ装置ＭＴＲの回転軸ＳＦが回転すると、当該回転軸ＳＦに固定された回転部Ｒが回転軸ＳＦと一体的に回転する。検出部Ｄについては、回転軸ＳＦには接続ないしは接触されていないため、回転せずに静止した状態を維持する。
【００３２】
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に基づく回転情報（例、回転角度）を検出する。
【００３３】
また、回転部Ｒが回転すると、当該回転部Ｒに固定された磁石部Ｍも回転する。磁石部Ｍが回転すると、当該磁石部Ｍの磁気パターン２５によって形成される磁場とバイアス磁石によって形成される磁場との合成磁場が周期的に変化する。磁気センサ３２は、当該合成磁場の変化を検出することにより、磁石部Ｍに基づく回転情報（例、多回転情報）を検出する。
【００３４】
上記のような構成を有するエンコーダにおいては、例えば接着剤を用いて磁石部を回転部に接着する構成が想定されうるが、この場合、例えば高温環境での接着部の劣化、アウトガスの発生等が生じる場合があり、エンコーダとしての信頼性が低下する場合があった。
【００３５】
これに対して、本実施形態によれば、回転軸ＳＦと一体的に回転する回転部Ｒと、当該回転部Ｒに対して独立部品として形成され、所定のパターンを有する磁石部Ｍと、回転部Ｒに設けられ磁石部Ｍに対して応力が発生するように磁石部Ｍを保持し、当該応力によって磁石部Ｍを固定する固定部２６とを備えるので、接着剤を用いることなく、磁石部Ｍを回転部Ｒに固定させることができる。これにより、信頼性に優れたエンコーダＥＣを提供することができる。また、本実施形態によれば、信頼性の高いエンコーダＥＣを備えるので、安定性に優れたモータ装置ＭＴＲを得ることができる。
【００３６】
［第二実施形態］  
次に、本発明の第二実施形態を説明する。  
図４は、上記実施形態のいずれかに記載の駆動装置ＡＣＴ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。なお、上記実施形態に記載の駆動装置ＡＣＴは、ロボット装置ＲＢＴのアーム部を駆動する駆動部として用いてもよい。
【００３７】
図４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。
【００３８】
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。
【００３９】
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駆動装置ＡＣＴ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。
【００４０】
上記のように構成されたロボット装置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１０５ｂに伝達され、歯車１０５ｂが回転する。当該歯車１０５ｂが回転することで接続部１０５ａも回転し、これにより末節部１０５が軸部１０３ｂを中心に回転する。
【００４１】
このように、本実施形態によれば、駆動装置ＡＣＴとして、安定性に優れたモータ装置ＭＴＲが搭載されているので、動作に不具合の生じにくいロボット装置ＲＢＴを得ることができる。
【００４２】
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。  
例えば、上記実施形態においては、磁石部Ｍを固定する固定部２６が変形部２６ｂを有す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、変形部２６ｂが設けられない構成であっても良い。
【００４３】
図５は、固定部２６及び磁石部Ｍの構成を示す断面図である。  
図５に示すように、例えば磁石部Ｍの内径ｒ１が円筒部２６ａの外径ｒ２よりも小さく、磁石部Ｍの内周に形成される中空部に円筒部２６ａが嵌め込まれた構成であっても良い。この場合、円筒部２６ａは、磁石部Ｍの内周面Ｍａのほぼ全面に亘って当接されると共に、磁石部Ｍによって当該円筒部２６ａの中心軸側に力を受けて変形する。この変形により、円筒部２６ａには応力が生じる。また、当該応力は、磁石部Ｍとの間の摩擦力として作用する。したがって、上記構成においても、円筒部２６ａに生じた応力によって磁石部Ｍを固定することができる。
【００４４】
また、上記実施形態では、固定部２６が円環状に形成された構成を例に挙げて説明したが、例えば図６に示すように、当該固定部２６が周方向に分割された構成であっても良い。この場合、固定部２６を構成する単位部分２６ｅ毎に固定部２６を変形させることができるため、固定部２６が変形しやすい構成となる。
【００４５】
また、上記実施形態では、磁石部Ｍが環状に形成され、固定部２６が磁石部Ｍの内周側に配置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無く、固定部２６が磁石部Ｍの外周側に配置された構成であっても良い。このような構成として、例えば、固定部２６が環状に形成され、固定部２６の内周側に磁石部Ｍが配置される構成などが挙げられる。
【００４６】
なお、この構成においては、例えば固定部２６の一部（例、変形部２６ｂ）がスケール部Ｓの外周側から内周側へ曲げられるように変形された構成とすることができる。この場合、当該固定部２６の一部（例、変形部２６ｂ）は、磁石部Ｍの外周側の縁部に当接される。
【００４７】
また、固定部２６が磁石部Ｍの外周側及び内周側の両方に配置された構成としても良い。この場合、磁石部Ｍの外周側の縁部及び内周側の縁部の両方が固定されることになるため、効率的に磁石部Ｍを固定することができる。
【符号の説明】
【００４８】
ＭＴＲ…モータ装置  ＳＦ…回転軸  ＢＤ…モータ本体  ＥＣ…エンコーダ  Ｒ…回転部  Ｄ…検出部  Ｓ…スケール部  Ｍ…磁石部  ＡＣＴ…駆動装置  ＲＢＴ…ロボット装置  ２０…接続部  ２４…光反射パターン  ２５…磁気パターン  ２６…固定部  ２６ａ…円筒部  ２６ｂ…変形部  ２６ｄ…中空部  ２６ｃ…欠き部  ２６ｅ…単位部分
【図１】
2014074639.tif 000003
【図２】
2014074639.tif 000004
【図３】
2014074639.tif 000005
【図４】
2014074639.tif 000006
【図５】
2014074639.tif 000007
【図６】
2014074639.tif 000008