(57)【要約】【課題】相対的に移動する部材間で効率よく電力供給を行うことが可能なエンコーダを提供する。【解決手段】パターン部（５）を有し、所定方向に移動する移動体（１）と、パターン部に光（Ｌ）を照射する発光部（３）と、パターン部を介した光を検出する光検出部（１１）と、移動体に設けられ、発光部に電気的に接続されたコイル部（６）と、エンコーダ本体（１０）又は測定対象（Ｍ）に設けられ、コイル部を貫く磁束を発生させる磁石部（７）と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン部を有し、所定方向に移動する移動体と、
前記パターン部に光を照射する発光部と、
前記パターン部を介した前記光を検出する光検出部と、
前記移動体に設けられ、前記発光部に電気的に接続されたコイル部と、
エンコーダ本体又は測定対象に設けられ、前記コイル部を貫く磁束を発生させる磁石部と、を備えること
を特徴とするエンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載のエンコーダにおいて、
前記コイル部と前記磁石部とに基づく電磁誘導により前記発光部に給電すること
を特徴とするエンコーダ。
【請求項３】
請求項２に記載のエンコーダにおいて、
前記コイル部に電気的に接続され、前記電磁誘導により発生する電流を充電する充電部を備えること
を特徴とするエンコーダ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエンコーダにおいて、
前記発光部は、前記パターン部と隣接して前記移動体に設けられ、
前記パターン部は、前記位置情報を有する開口パターンが形成された光遮蔽部を有し、
前記発光部は、前記開口パターンを介して前記光検出部へ前記光を照射する光源を有すること
を特徴とするエンコーダ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエンコーダにおいて、
前記発光部は、発光ダイオード又は有機発光ダイオードを有すること
を特徴とするエンコーダ。
【請求項６】
パターンを有し、所定方向に移動する移動体と、
前記パターンを検出する検出部と、
前記移動体に設けられたコイル部と該コイル部を貫く磁束を発生させる磁石部とによって生じる電磁誘導によって給電可能な給電手段と、を備えること
を特徴とするエンコーダ。
【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ものである。
【背景技術】
【０００２】
モータの回転軸など回転体の回転数や回転速度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）。例えば、ロータリーエンコーダは、モータ等の回転軸に取り付けられて用いられる。また、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など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、位置情報を有するパターンが形成された符号板を回転軸と一体的に回転させ、光源からパターンに光を照射し、パターンを透過した光又はパターンに反射された光を検出部によって検出する。これにより、モータの一回転内の絶対位置などを検出できるようになっている。具体的には、例えば回転軸に固定され、回転軸と一体的に回転する回転部に符号板が保持された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】特開平３−２８７０１４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、一般的なエンコーダでは、回転部とエンコーダ本体部とが相対的に移動するため、各部材への電力供給を外部から個別に行う必要があり、各部材に対して効率よく電力供給を行うことが困難であった。
そこで、本発明は、相対的に移動する部材間で効率よく電力供給を行うことが可能なエンコーダ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】
上記の課題を解決するために、本発明の態様は実施形態に示す図１〜図３に対応付けした以下の構成を採用している。なお、本発明を分かり易く説明するために、一実施形態を示す図面の符号に対応付けて説明するが、本発明は実施形態に限定されるものではない。
【０００７】
本発明の態様のエンコーダ（ＥＣ）は、パターン部（５）を有し、所定方向に移動する移動体（１）と、前記パターン部に光（Ｌ）を照射する発光部（３）と、前記パターン部を介した前記光を検出する光検出部（１１）と、前記移動体に設けられ、前記発光部に電気的に接続されたコイル部（６）と、エンコーダ本体（１０）又は測定対象（Ｍ）に設けられ、前記コイル部を貫く磁束を発生させる磁石部（７）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の別態様のエンコーダ（ＥＣ）は、パターンを有し、所定方向に移動する移動体（１）と、前記パターンを検出する検出部（１１、又は１２）と、前記移動体に設けられたコイル部（６）と該コイル部を貫く磁束を発生させる磁石部（７）とによって生じる電磁誘導によって給電可能な給電手段（６、７）と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、相対的に移動する部材間で効率よく電力供給を行うことが可能なエンコーダ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１実施形態に係るエンコーダの概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るエンコーダの概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係るエンコーダの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、第１実施形態に係るエンコーダＥＣの概略構成を示す断面図である。
図１に示すエンコーダＥＣは、モータＭなどの回転体の回転数や回転速度等を検出する装置である。エンコーダＥＣは、回転部（移動体）１及びベース部（エンコーダ本体）１０を備え、回転部１がベース部１０に収容された状態で用いられる。
【００１２】
回転部１は、例えば不図示のボルト等によって測定対象であるモータＭの駆動軸ＭＳに固定され、駆動軸ＭＳと一体的に回転する部分である。回転部１が駆動軸ＭＳに固定された状態においては、回転部１の回転面１ａが駆動軸ＭＳと略垂直となり、回転部１の回転軸方向は、駆動軸ＭＳの延在方向と同一方向になる。回転部１の回転面１ａには、回転面１ａ側から、発光部３と、光学部材４と、パターン部５と、がこの順で回転部１の回転軸方向に隣接して設けられている。すなわち、発光部３と、光学部材４と、パターン部５と、は、回転部１の回転軸方向の平面視で重なるように配置されている。
【００１３】
発光部３は、例えば有機発光ダイオード（以下、「有機ＥＬ」という）や発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）により構成された光源３ａを備えている。
光学部材４は、例えば光を散乱、偏向、又は集光させるプリズムシート等により構成されている。
【００１４】
パターン部５は、例えば光を遮蔽可能なクロム等の薄膜により形成された遮光膜（光遮蔽部）５ａを有している。遮光膜５ａには、例えばインクリメンタルパターンやアブソリュートパターン等の光学パターンに応じて開口された開口パターン５ｂが形成されている。パターン部５は、発光部３により射出されて光学部材４を透過した光Ｌを、遮光膜５ａによって遮蔽し、開口パターン５ｂに入射した光Ｌのみを通過させるようになっている。
【００１５】
回転部１の回転軸方向において回転面１ａと反対側の面から、回転軸方向に突出するように設けられたハブ１ｂの外周面には、コイル部６が設けられている。コイル部６は、回転部１の回転軸と平行な面に沿って巻回され、回転部１の回転軸を中心とする円環状に設けられたコイルＣを備えている。すなわち、コイルＣは、巻回されたリング状の導電部材の中心Ｏを通る中心円が形成する面が回転部１の回転軸と垂直になり、回転部１の回転軸が中心円の中心点ＯＣを通るように配置されている。
【００１６】
コイル部６のモータＭ側には、コイルＣと対向する位置に、回転部１の回転軸を中心とする円環状に設けられた発電用磁石（磁石部）７が配置されている。発電用磁石７は、例えばモータ本体ＭＢに固定され、コイル部６のコイルＣとの間に所定の間隙を有し、コイル部６と離間して配置されている。発電用磁石７は、コイル部６のコイルＣの中心円の周方向に沿う回転部１の回転方向の磁場を発生させる磁気パターンが着磁されている。
【００１７】
すなわち、発電用磁石７は、コイル部６のコイルＣを貫く磁束を発生させるように着磁されている。また、発電用磁石７は、磁場の方向が、発電用磁石７の周方向の一周に亘って、回転部１の回転方向の正方向と逆方向とに交互に変化するように着磁されている。発電用磁石７の磁気パターンとしては、例えば、発電用磁石７の周方向に、Ｎ極、Ｓ極、Ｓ極、Ｎ極がこの順に繰り返されるパターンを用いることができる。
【００１８】
回転部１には、バッテリー（充電部）８が設けられている。バッテリー８は、例えば回転部１の内部や回転部１の表面等に配置される。バッテリー８は、配線８ａを介してコイル部６のコイルＣと電気的に接続され、配線８ｂを介して発光部３と電気的に接続されている。バッテリー８は、配線８ａを介して供給された電流を充電し、配線８ｂを介して発光部３に電流を供給するようになっている。すなわち、コイル部６は、配線８ａ、バッテリー８及び配線８ｂを介して発光部３に電気的に接続されている。
【００１９】
回転部１の径方向（回転軸方向と直交する方向）の外側には、検出用磁石９が固定されている。検出用磁石９は、例えば内周側の磁極と外周側の磁極とが異なり、周方向の１８０°毎に内周側の磁極と外周側の磁極とが入れ替わるような磁気パターンが着磁されている。
【００２０】
ベース部１０は、例えば不図示のボルト等によりモータ本体ＭＢに固定されている。ベース部１０は、回転部１を回転可能に収容する収容部１０ａに、主に光検出部１１及び磁気検出部１２を備えている。
【００２１】
光検出部１１は、光を検出して電気信号に変換する光センサを有している。光検出部１１は、遮光膜５ａの開口パターン５ｂにより構成される光学パターンと対向する位置に配置され、ベース部１０に対して固定されている。光検出部１１は、発光部３から射出され、遮光膜５ａの開口パターン５ｂを通過した光Ｌを、光センサによって検出するようになっている。光検出部１１は、遮光膜５ａの開口パターン５ｂを介して検出された光Ｌに応じた電気信号を不図示の演算制御部等に伝送するようになっている。
【００２２】
磁気検出部１２は、検出用磁石９と対向する位置に配置された少なくとも１つの磁気センサと、検出用磁石９との間で合成磁場を生成するバイアス磁石とを有している。磁気センサとしては、例えば磁気抵抗素子等が用いられる。本実施形態では、磁気センサとバイアス磁石の組を備えた磁気検出部１２が、検出用磁石９の回転方向の一周に亘って２つ配置され、それぞれがベース部１０に対して固定されている。磁気検出部１２は、検出用磁石９とバイアス磁石との合成磁場の方向及び磁束密度を磁気センサにより検出し、検出結果を電気信号として不図示の演算制御部に伝送するようになっている。
【００２３】
次に、本実施形態のエンコーダＥＣの作用について説明する。
エンコーダＥＣによってモータＭの駆動軸ＭＳの回転数、回転角度位置、回転速度等を検出する際には、まず、モータＭの駆動軸ＭＳを回転させる。モータＭの駆動軸ＭＳが回転すると、駆動軸ＭＳに取り付けられた回転部１が駆動軸ＭＳと一体的に回転する。すると、発電用磁石７が発生させるコイル部６のコイルＣを貫く磁場の向きが、回転部１の回転方向の正方向と逆方向とに交互に変化する。これにより、コイルＣを貫く磁束が変化し、コイルＣに電磁誘導による電流が発生する。
【００２４】
コイル部６は、このコイルＣと発電用磁石７とに基づく電磁誘導により発生した電流を、配線８ａを介してバッテリー８に供給する。バッテリー８は、コイル部６から配線８ａを介して電流が供給されることにより、充電される。バッテリー８は、充電されると、配線８ｂを介して発光部３に電流を供給する。発光部３は、バッテリー８から電流が供給されることで光源３ａが発光し、光Ｌを射出する。発光部３から射出された光Ｌは、光学部材４に入射して散乱、偏向、又は集光され、遮光膜５ａの開口パターン５ｂを通過（又は透過）する。遮光膜５ａの開口パターン５ｂを通過した光Ｌは、光検出部１１によって検出される。
【００２５】
光検出部１１によって検出される光Ｌが有する光学パターンの情報は、回転部１と共に回転するパターン部５の回転に応じて変化する。光検出部１１は、検出する光Ｌの変化に応じた電気信号をエンコーダＥＣの演算制御部に伝送する。エンコーダＥＣの演算制御部は、光検出部１１により伝送された光Ｌの変化に基づく電気信号の変化を用いて駆動軸ＭＳの回転速度、回転角度位置、回転速度等を算出する。
【００２６】
また、回転部１が回転すると、検出用磁石９が回転部１と一体的に回転し、検出用磁石９とバイアス磁石との合成磁場の方向が周期的に変化する。磁気検出部１２は、磁気センサによってこの合成磁場の変化を検出し、この合成磁場の変化に基づく電気信号がエンコーダＥＣの演算制御部に伝送される。エンコーダＥＣの演算制御部は、この合成磁場の変化に基づく電気信号の変化を用いて、駆動軸ＭＳの回転方向、回転数、回転速度等を算出する。
【００２７】
本実施形態のエンコーダＥＣは、上記のように、回転部１に設けられ発光部３に電気的に接続されたコイル部６と、ベース部１０に設けられコイル部６のコイルＣを貫く磁束を発生させる発電用磁石７と、を備えている。したがって、本実施形態のエンコーダＥＣによれば、回転部１とベース部１０と相対的に移動させることで、コイル部６と発電用磁石７とに基づく電磁誘導により発電し（給電手段）、例えば回転部１に設けられた部材に対してコイル部６から効率よく電力供給を行うことができる。
【００２８】
また、本実施形態のエンコーダＥＣでは、回転部１に設けられたコイル部６と発電用磁石７とに基づく電磁誘導により発電した電流を、発光部３に給電している。そのため、発光部３を回転部１に設けた場合であっても、発光部３に対して外部から電力供給用の配線を接続する必要が無い。これにより、断線等の危険を回避し、発光部３をベース部１０に対して相対的に移動する回転部１に設けることが可能になる。また、比較的電力消費量が多い発光部３に供給する電流を発電することができるので、外部からエンコーダＥＣに供給する電力を削減することができる。
【００２９】
また、従来のエンコーダでは、回転部に光学パターンが設けられ、ベース部に発光部が設けられていた。この場合、ベース部に設けられた発光部による発光、回転部に設けられた光学パターンによる反射又は透過、ベース部に設けられた光検出部による受光、という経路により光を検出していた。そのため、発光部、光学パターン及び受光部の相対的な位置関係に対して非常に高い精度が求められ、これらの位置合わせが煩雑となる場合があった。
【００３０】
これに対して、本実施形態のエンコーダＥＣでは、回転部１の回転面１ａに、発光部３と、パターン部５と、を隣接させて一体的に設けている。これにより、光Ｌの検出経路が、回転部１に設けられた発光部３による発光、ベース部１０に設けられた光検出部１１による受光、という経路に単純化される。そのため、回転部１に設けられた光学パターンと、ベース部１０に設けられた光検出部１１との相対的な位置関係に求められる精度を従来よりも緩和することができる。したがって、本実施形態のエンコーダＥＣは、従来よりも回転部１に設けられた光学パターンと光検出部１１との相対的な位置関係の誤差に対して強くなり、これらの位置合わせを容易にすることができる。よって、モータＭへのエンコーダＥＣの取り付けを容易にすることができる。
【００３１】
また、本実施形態のエンコーダＥＣは、コイル部６のコイルＣに発生した電流を充電するバッテリー８を備えている。そのため、バッテリー８を充電しておくことで、モータＭの駆動軸ＭＳの回転が停止し、コイルＣからの電流の供給が中止された場合であっても、バッテリー８から発光部３に給電し、光Ｌを照射させることができる。したがって、モータＭの駆動軸ＭＳの回転が停止した場合であっても、遮光膜５ａの開口パターン５ｂを通過した光学パターンの情報を有する光Ｌを、光検出部１１によって検出することが可能になる。
【００３２】
また、本実施形態のエンコーダＥＣは、光源３ａとして低消費電力のＬＥＤ、有機ＥＬを用いることで、コイル部６から発光部３に給電される電力が比較的小さい場合であっても、十分な光量を確保してエンコーダＥＣの測定精度を向上させることができる。
【００３３】
次に、本発明のエンコーダの第２実施形態について、図２を用いて説明する。
本実施形態のエンコーダＥＣは２、主に、ベース部２０に発光部１４及び発電用磁石７が設けられ、回転部１の回転面１ａにコイル部６が設けられ、回転部１の外縁部に符号板（パターン部）１５が設けられ、モータＭ２に中空軸が用いられている点で、上記の第１実施形態で説明したエンコーダＥＣと異なっている。その他の点は第１実施形態のエンコーダＥＣと同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００３４】
図２は、第２実施形態に係るエンコーダＥＣ２の概略構成を示す断面図である。
図２に示すように、本実施形態のエンコーダＥＣ２は、第１実施形態と同様に、回転部１と、ベース部（エンコーダ本体部）２０と、コイル部６と、発電用磁石７と、検出用磁石９と、光検出部１１と、磁気検出部１２と、を備えている。また、エンコーダＥＣは、ベース部２０に設けられた発光部１４と、回転部１に設けられた符号板１５と、を備えている。
【００３５】
ベース部２０は、第１実施形態のベース部１０と同様に、例えば不図示のボルト等によりモータ本体ＭＢ２に固定され、回転部１を回転可能に収容する収容部２０ａに光検出部１１及び磁気検出部１２を備えている。また、ベース部２０には、発光部１４を保持する保持部２０ｂが設けられている。
【００３６】
発光部１４は、光Ｌ２を射出する光源１４ａと、光源１４ａから射出された光Ｌ２を、集光／平行化する光学レンズ１４ｂと、を有している。光源１４ａとしては、例えばＬＥＤや有機ＥＬを用いることができる。
符号板１５は、回転部１の外周面に固定された円環状の部材であり、例えばインクリメンタルパターンやアブソリュートパターン等の光学パターンに応じて開口された開口パターンを有している。
【００３７】
また、光検出部１１、発光部１４及び符号板１５は、回転部１の回転軸方向に重なるように配置されている。すなわちこれらは、光源１４ａから射出され、光学レンズ１４ｂを透過し、符号板１５の開口パターンを通過した光Ｌ２が、光検出部１１によって検出されるように、光Ｌ２の光軸上に配置されている。
【００３８】
コイル部６は、第１実施形態と同様に設けられ、回転部１の回転面１ａに固定されている。発電用磁石７は、第１実施形態と同様に設けられ、ベース部２０のコイル部６と対向する位置に固定されている。検出用磁石９は、第１実施形態と同様に設けられ、回転部１の回転面１ａに固定されている。磁気検出部１２は、第１実施形態と同様に設けられ、ベース部２０の検出用磁石９と対向する位置に配置されている。
【００３９】
本実施形態では、駆動軸ＭＳ２として中空円筒状の中空軸が採用されており、駆動軸ＭＳ２の内部には配線１６が挿通されている。配線１６は、一端がコイル部６のコイルＣに電気的に接続され、他端が発光部１４の光源１４ａに電気的に接続されている。これにより、発光部１４とコイル部６とは、配線１６を介して電気的に接続された状態になっている。
【００４０】
次に、本実施形態のエンコーダＥＣ２の作用について説明する。
エンコーダＥＣ２によってモータＭ２の駆動軸ＭＳ２の回転数、回転角度位置、回転速度等を検出する際には、まず、第１実施形態と同様に、駆動軸ＭＳ２を回転させる。すると、第１実施形態と同様に、コイル部６と発電用磁石７とに基づく電磁誘導によりコイルＣに電流が発生し、配線１６を介して発光部１４の光源１４ａに電流が供給される。これにより、発光部１４の光源１４ａが発光して光Ｌ２が射出される。
【００４１】
発光部１４の光源１４ａから射出された光Ｌ２は、光学レンズ１４ｂを透過して集光／平行化され、符号板１５の所定の領域に照射される。そのうち、符号板１５の開口パターンに入射した光Ｌ２は、開口パターンを通過して、光検出部１１の光センサによって検出される。回転部１と共に符号板１５が回転すると、光源１４ａの光が照射される所定領域の符号板１５の開口パターンが変化する。
【００４２】
これにより、光検出部１１の光センサが検出する光Ｌ２が変化し、光検出部１１から符号板１５の開口パターンの変化に応じた電気信号がエンコーダＥＣ２の演算制御部に伝送される。エンコーダＥＣ２の演算制御部は、この開口パターンの変化に基づく電気信号の変化を用いて駆動軸ＭＳ２の回転速度、回転角度位置、回転速度等を算出する。
【００４３】
また、回転部１が回転すると、第１実施形態と同様に、検出用磁石９が回転部１と一体的に回転し、磁気検出部１２が合成磁場の変化に基づく電気信号をエンコーダＥＣ２の演算制御部に伝送する。エンコーダＥＣ２の演算制御部は、この合成磁場の変化に基づく電気信号の変化を用いて、駆動軸ＭＳの回転方向、回転数、回転速度等を算出する。
したがって、本実施形態によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、駆動軸ＭＳ２として中空軸を用いているので、配線１６を外部に露出させる必要が無く、配線１６を簡潔にすることができるだけでなく、配線１６の耐久性、信頼性を向上させ、エンコーダＥＣの信頼性を向上させることができる。
【００４５】
なお、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、本発明は、上記実施形態において説明したロータリーエンコーダのみならず、図３に示すようなリニアエンコーダＥＣ３に適用することも可能である。この場合、例えば、メイン基板（エンコーダ本体部）ＳＵＢに対して発電用磁石（磁石部）７０を設け、メイン基板ＳＵＢに対して相対的に移動可能に設けられた移動体ＭＯにコイル部６０を設けることができる。これにより、コイル部６０と発電用磁石７０との電磁誘導に基づき、移動体ＭＯに設けられた光源や検出部等に電力を供給することができる。すなわち、移動体の所定方向への移動には、移動体が所定の回転方向に回転すること、及び、移動体が所定の位置から別の位置へ移動することを含む。
また、上記の第１実施形態及び第２実施形態において説明したエンコーダにおいて、磁気検出部をコイル部と共に移動体に設け、ベース部又はモータ本体に設けた発電用磁石を検出用磁石と兼用させてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１…回転部  （移動体）、３…発光部、３ａ…光源、５…パターン部、５ａ…遮光膜（光遮蔽部）、５ｂ…開口パターン、６…コイル部、７…発電用磁石（磁石部）、８…バッテリー（充電部）、１０…ベース部（エンコーダ本体）、１１…光検出部、１４…発光部、１４ａ…光源、１５…符号板（パターン部）、２０…ベース部（エンコーダ本体）、６０…コイル部、７０…発電用磁石（磁石部）、Ｃ…コイル、ＥＣ，ＥＣ２，ＥＣ３…エンコーダ、Ｌ，Ｌ２…光、Ｍ，Ｍ２…モータ（測定対象）、ＭＯ…移動体、ＳＵＢ…メイン基板（エンコーダ本体）
【図１】
2011112380.tif 000003
【図２】
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【図３】
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