(57)【要約】【課題】  小型の機器に組み込みが可能で、かつ高精度な回転角度出力が可能な回転検出装置を提供する。【解決手段】  回転側部材１にライン光源４を有し、非回転側部材２に光センサアレイ６およびそのセンサ出力から角度を算出する角度算出手段７を有する。光センサアレイ６は、光撮像素子がマトリクス状に配置されたものである。光センサアレイ６および角度算出手段７は、同じ半導体チップ８に集積する。回転側部材１は、例えば転がり軸受の内輪、または回転軸である。【選択図】        図１
2008151803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転側部材および非回転側部材のいずれか一方の部材に、回転中心回りの方向性を有する磁気発生手段を有し、他方の部材に、磁気センサ素子がマトリクス状に配置された磁気センサアレイを有し、この磁気センサアレイの出力から角度を算出する角度算出手段を設けた回転検出装置。
【請求項２】
回転側部材に、回転中心回りの方向性を有する磁気発生手段を有し、非回転側部材に、磁気センサ素子がマトリクス状に配置された磁気センサアレイおよびこの磁気センサアレイの出力から角度を算出する角度算出手段を有する回転検出装置。
【請求項３】
上記磁気発生手段が、永久磁石、または永久磁石と磁性材の複合体からなる請求項１または請求項２に記載の回転検出装置。
【請求項４】
上記磁気発生手段の磁気センサアレイに近接して対面する部分の正面形状が、回転中心の両側に延びる長細形状であって、一端側の幅が他端側の幅よりも狭くなっている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項５】
上記磁気発生手段の磁気センサアレイに近接して対面する部分の回転中心が、回転中心に対して偏心している請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項６】
上記磁気センサアレイと角度算出手段とを、１つの半導体チップ上に集積化した請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の回転検出装置。    
【請求項７】
上記磁気センサアレイは、検出サイズが概ね２０μｍ角以下の磁気センサ素子を、縦横に６４×６４個以上配置したものである請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項８】
上記磁気センサアレイは、各磁気センサ素子の出力を２値化してラッチする手段を有するものとした請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項９】
上記磁気センサアレイは、中央部に貫通孔を有するものである請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項１０】
上記角度算出手段が、最小二乗法を用いた直線回帰により角度を算出するものである請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項１１】
上記角度算出手段は、磁気センサアレイの出力から、絶対角度と回転方向とを算出するものであり、この回転検出装置の出力信号が、上記絶対角度、または絶対角度と回転方向の信号である請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項１２】
上記角度算出手段は、磁気センサアレイの出力から、パルス出力と原点出力信号を生成するものであり、この回転検出装置の出力信号が、上記パルス出力と原点出力の信号である請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項１３】
上記角度算出手段で算出した角度を、ワイヤレス信号として発信する発信手段を磁気センサアレイに隣接して設けた請求項１ない請求項１２のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の回転検出装置において、上記磁気発生手段に代えてライン光源を設け、上記磁気センサアレイに代えて、光撮像素子がマトリクス状に配置された光センサアレイを設けた回転検出装置。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の回転検出装置を転がり軸受に設けた回転検出装置付き軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種の機器における回転検出、例えば小型モータの回転制御のための回転検出や、事務機器の位置検出のための回転検出に用いられる回転検出装置、およびその回転検出装置を備えた軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンパクトで組み立てが容易な利点に着目して、回転センサを転がり軸受に内蔵したものがある。その例を図９に示す。同図において、転がり軸受５１の回転輪５２にゴム製の磁気エンコーダ５４を固定し、静止輪５３に例えばホール素子等の磁気センサ５５を配置している。このような構成を採ることにより、回転パルス信号や回転方向を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の磁気エンコーダ５４を設けた構造では、転がり軸受５１のサイズが小さい小径軸受においては、磁気センサ５５を静止輪５３の外径寸法内に収容することが難しかったり、１回転での回転パルス数を５００以上確保できる程度の高精度な回転角度検出が難しいなどの欠点があった。
【０００４】
この発明の目的は、小型の機器に組み込みが可能で、かつ高精度な回転角度出力が可能な回転検出装置を提供することである。
この発明の他の目的は、小型化しても高精度な回転角度出力を得ることのできる回転検出装置付き軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の回転検出装置は、回転側部材および非回転側部材のいずれか一方の部材に、回転中心回りの方向性を有する磁気発生手段を有し、他方の部材に、磁気センサ素子がマトリクス状に配置された磁気センサアレイを有し、この磁気センサアレイの出力から角度を算出する角度算出手段を設けたものである。
回転側部材が回転すると、磁気発生手段と磁気センサアレイとの相対回転により、磁気センサアレイにおけるマトリクス状に並ぶ各磁気センサ素子から、回転角度に応じた検出信号が出力される。角度算出手段は、これらの検出信号の関係から、回転側部材の回転角度を算出する。すなわち、回転により、磁気センサアレイにおけるマトリクス状の磁気センサ素子の並びで検出される磁気発生手段の磁界パターンが変化し、その変化によって角度が算出される。このようにマトリクス状に並ぶ磁気センサ素子で検出するため、僅かな回転角度の違いでも検出することができる。磁気センサ素子は小さな寸法のものがあり、高密度に配列することが可能である。また、磁気発生手段は、磁気エンコーダのような細分化されたものではなく、小型化を図っても検出に必要な磁界強度の確保が容易である。これらのため、小型化を図っても、高精度な回転角度出力が可能で、したがって小型の機器への組み込みが可能になる。また、磁界パターンの変化で角度情報を取得できるため、軸合わせが不要となり、組み立てが容易である。なお、磁気発生手段につき、回転中心回りの方向性を有するとは、磁気発生手段が上記回転中心回りに回転することで、磁界発生範囲の回転位置が変化する形状を有することを言う。磁気発生手段の全体の外形は問わない。上記方向性は、異方性と言い換えても良い。
【０００６】
上記磁気発生手段および磁気センサアレイは、いずれを回転側部材に配置しても良いが、例えば、回転側部材に磁気発生手段を配置し、非回転側部材に磁気センサアレイおよびこの磁気センサアレイの出力から角度を算出する角度算出手段を配置する。その場合、非回転側部材から出力を取り出すことができて、角度検出の出力の取り出しが容易であり、また回転側部材が磁気発生手段を取付けただけで済むため、機構的にシンプルで堅牢なものとなる。
【０００７】
上記磁気発生手段は、永久磁石の単独部材であっても、また永久磁石と磁性材の複合体であっても良い。例えば、磁気発生手段の磁気センサアレイと近接して対面させる部分を磁性材で形成して方向性を有する形状とし、その磁性材の裏面に、円柱形状等の任意形状の永久磁石を配置しても良い。
【０００８】
上記磁気発生手段は、回転中心回りの方向性を有する形状であれば良いが、絶対角度の認識のためには、磁気発生手段の磁気センサアレイに近接して対面する部分の正面形状が、回転中心回りに回転対称とならない形状であることが好ましい。磁気発生手段の磁気センサアレイに対する近接対面部分の形状は、正多角形や星形などのように、回転対称形状であってよく、その場合でもインクリメンタル式の出力信号は容易に得られるが、原点信号や絶対角度を得るためには別の手段を必要とする。磁気発生手段の上記近接対面部分の形状を回転非対称形状とした場合は、別の手段を要することなく、絶対角度の検出が容易に行える。
例えば、磁気発生手段の磁気センサアレイに近接して対面する部分の正面形状を、回転中心の両側に延びる長細形状であって、一端側の幅が他端側の幅よりも狭くなった形状とする。具体的には、互いに幅の異なる２つの矩形部分を縦方向に連続させた形状や、三角形状の形状とする。この形状の場合、幅の違いのため、回転非対称となり、絶対角度や原点位置の検出が容易に行える。また、長細形状であるため、回転による磁界パターンの変化が大きく、回転角度を精度良く検出することが容易である。
また、上記磁気発生手段は、磁気センサアレイに近接して対面する部分の回転中心が、磁気センサアレイの中心に対し偏心したものとしても良い。このように偏心させた場合は、その近接対面部分の形状にかかわらず、回転中心回りに回転非対称となり、絶対角度や原点位置の検出が容易に行える。例えば、近接対面部分が真円であっても、その偏心のために非対称となる。
【０００９】
上記磁気センサアレイと角度算出手段とは、１つの半導体チップ上に集積化しても良い。角度算出手段は、この半導体チップ上に形成された集積回路とする。  このように、一つの半導体チップ上に磁気センサアレイと角度算出手段とを集積すると、磁気センサアレイと角度算出手段間の配線が不要となり、より一層のコンパクト化が可能で、断線等に対する信頼性も向上し、回転検出装置の組み立て作業も容易になる。
【００１０】
上記磁気センサアレイは、検出サイズが概ね２０μｍ角以下の磁気センサ素子を、縦横に６４×６４個以上配置したものであることが好ましい。
この寸法および素子数とすることにより、代表的な小径軸受に組み込む場合にも、十分に小型の回転検出装置とでき、かつ従来の磁気エンコーダ式の回転検出装置に比べて遜色のない精度の角度検出が行える。
【００１１】
上記磁気センサアレイは、各磁気センサ素子の出力を２値化してラッチする手段を有するものとしても良い。ラッチにより、つまり磁界の有無を一旦記憶させることにより、各磁気センサ素子の出力を順次読み出す場合に比べ、回転に伴う角度の変化による角度検出精度の劣化を防止することができる。
【００１２】
上記磁気センサアレイは、中央部に貫通孔を有するものであっても良い。貫通孔を設けることで、回転軸等を貫通させることが可能となり、この回転検出装置の配置の自由度が高まる。
【００１３】
上記角度算出手段は、最小二乗法を用いた直線回帰により角度を算出するものであっても良い。この演算方法の採用によって、高い角度精度を得ることができる。
上記角度算出手段は、磁気センサアレイの出力から、絶対角度と回転方向とを算出するものとし、この回転検出装置は、その出力信号を、上記絶対角度、または絶対角度と回転方向の信号とするものとしても良い。この場合に、上記角度算出手段は、算出した角度の情報、例えば上記のように最小二乗法を用いた直線回帰により算出した角度を用い、絶対角度と回転方向とを算出するものであっても良い。
上記角度算出手段は、磁気センサアレイの出力から、パルス出力と原点出力信号を生成するものとし、この回転検出装置は、出力信号を、上記パルス出力と原点出力の信号とするものとしても良い。この場合も、上記角度算出手段は、算出した角度の情報、例えば上記のように最小二乗法を用いた直線回帰により算出した角度を用い、絶対角度と回転方向とを算出するものであっても良い。
【００１４】
この発明の回転検出装置は、上記角度算出手段で算出した角度を、ワイヤレス信号として発信する発信手段を磁気センサアレイに隣接して設けたものであっても良い。
このようにワイヤレス信号として発信する発信手段を設けることにより、出力ケーブル無しで信号を取り出すことができる。
【００１５】
この発明における上記各構成の回転検出装置において、上記磁気発生手段に代えてライン光源を設け、上記磁気センサアレイに代えて、光撮像素子がマトリクス状に配置された光センサアレイを設けても良い。
【００１６】
この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明における上記のいずれかの構成の回転検出装置を転がり軸受に設けたものである。この場合、例えば転がり軸受の回転輪に、磁気発生手段を取付け、静止輪に磁気センサアレイを取付ける。
このように、転がり軸受に回転検出装置を一体化することで、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。その場合に、回転検出装置は、上記のように小型で高精度な回転角度出力が可能であるため、小径軸受等の小型の軸受においても、満足できる回転角度出力を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の回転検出装置は、磁気発生手段と磁気センサアレイを組み合わせたものであるため、小型・高精度の回転検出装置が実現でき、小型の機器にも組み込みが可能なもとなる。また、磁気発生手段の発生する磁界パターンで角度の情報を取得するため、軸合わせが不要で、組み立てが容易である。
回転側部材に磁気発生手段を設ける場合は、回転側部材は永久磁石等の磁気発生手段だけ、またはこれに取付用部品を設けただけで済み、機械的構造がシンプルでかつ堅牢である。
磁気発生手段の磁気センサアレイに近接して対面する部分の正面形状が、長細形状であって一端側の幅が狭くなるものや、偏心したものであるなど、回転中心回りに回転対称とならない形状である場合は、インクリメンタルな出力の他に、絶対角度や原点信号の出力も可能である。
磁気センサアレイの各磁気センサ素子の出力を２値化して検出するようにした場合は、角度の情報が、温度変動や電源電圧変動の影響を受け難い。
磁気センサアレイと角度算出手段とを、１つの半導体チップ上に集積化した場合は、より一層小型化され、信頼性、組立性も向上する。
この発明の回転検出装置付き転がり軸受は、この発明の回転検出装置を備えたものであるため、この回転検出装置の特有の効果が有効に発揮され、軸受を小型化しても高精度な回転角度出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１は、この実施形態の回転検出装置の基本概念構成を示す。回転側部材１および非回転側部材２は、相対的に回転する回転側および非回転側の部材のことである。回転側部材１は、回転部材３およびこの回転部材３に設けられた磁気発生手段４を有し、回転部材３の中心となる回転中心Ｏの回りを回転する。回転部材３は、例えば回転軸からなる。非回転側部材２は、静止部材５と、この静止部材５に設けられた磁気センサアレイ６および角度算出手段７を有している。磁気センサアレイ６は磁気発生手段４の磁界を検出するセンサである。角度算出手段７は、磁気センサアレイ６の出力から角度を算出する手段であり、集積回路からなる。これら磁気センサアレイ６および角度算出手段７は、一つの互いに共通の半導体チップ８に集積されている。半導体チップ８は、例えばシリコンチップである。磁気発生手段４と磁気センサアレイ６とは、隙間を介して対面する。なお、回転側部材１は、磁気発生手段４の単独からなり、回転部材３を有しないものであっても良い。また、非回転側部材２は、静止部材５を有しないものであっても良く、例えば半導体チップ８の単独であっても良い。
【００１９】
磁気発生手段４は、磁気を発生する部材であり、永久磁石または永久磁石と磁性体の複合体からなる。磁気発生手段４は、回転中心Ｏ回りの方向性を有するものである。図示の例では、磁気発生手段４は矩形の板状の永久磁石からなり、回転中心Ｏに対して一端側に延びるように偏心させてある。
磁気センサアレイ６は、図２に概念的に示すように、複数の磁気センサ素子６ａが縦横のマトリクス状に配置されたものである。各磁気センサ素子６ａは、例えば半導体磁気抵抗素子またはホール素子等からなる。磁気センサアレイ６における各磁気センサ素子６ａの出力は、例えば適宜の閾値以上を「１」、閾値未満を「０」とする２値化信号とされる。この２値化処理の手段は、磁気センサアレイ６または角度算出手段７の構成部分として設けられる。
【００２０】
この構成の回転検出装置において、磁気発生手段４が例えば４５°の角度にある場合、磁気センサアレイ６の出力は図２に示すような結果となる。すなわち、磁気センサ素子６ａ（図１）に対面した各磁気センサ素子６ａは磁束密度が高くなるため、出力信号が「１」となり、そうでない部分は出力信号が「０」となる。したがって、これらの１と０の出力から角度を算出し、角度信号を出力することができる。
角度算出手段７は、出力信号として、インクリメンタルな出力信号の他に、絶対角度（アブソリュート値の角度）、または絶対角度と回転方向の信号の組み合わせや、パルス出力と回転方向の組み合わせを出力するものとしても良い。
【００２１】
角度算出手段７は、磁気センサアレイ６の出力から、次のように直線回帰を仮定して最小二乗法により傾きｂを求め、その傾きｂから角度を算出するものとしてある。また、角度算出手段７は、求められた角度から、３６０°を４つの象限に分けたどの象限の領域Ｉ〜IVにあるかを判別する計算を行うものとしてある。  その計算例を図３と共に説明する。３６０°の絶対角度を識別するために、この例においては、矩形の磁気発生手段４を、上記のように回転中心Ｏに対して偏心させた構成をとっている。回転中心Ｏは磁気センサアレイ６の中心であり、磁気発生手段４は、磁気センサアレイ６の中心に対して偏心している。
回帰式は、ｙ＝ａ＋ｂｘ とされ、その傾きｂはｘとｙの測定値（ｘi,ｙi）を用いて次式により求められる。
【００２２】
【数１】
2008151803.tif 000003
【００２３】
傾きｂによって、角度が算出できる。さらに、図３に示したように、
Ｎｘ＝Ｎｘ+ −Ｎｘ-         （３）
Ｎｙ＝Ｎｙ+ −Ｎｙ-         （４）
とすると、以下の判別式で領域を設定できる。
｜Ｎｘ｜＞｜Ｎｙ｜  で、Ｎｘ≧０  なら領域Ｉ    （５）
｜Ｎｙ｜≧｜Ｎｘ｜  で、Ｎｙ≧０  なら領域II    （６）
｜Ｎｘ｜＞｜Ｎｙ｜  で、Ｎｘ＜０  なら領域III   （７）
｜Ｎｙ｜≧｜Ｎｘ｜  で、Ｎｙ＜０  なら領域IV    （８）
【００２４】
角度算出手段７は、上記の式（３）〜（８）に従って、どの領域Ｉ〜IVにあるかを判別する計算を行う。
なお、角度の計算の例として、直線回帰を仮定した最小二乗法による方法を説明したが、十分な角度精度が得られるならば、両端の磁気センサ素子データを用いても構わない。
【００２５】
図４は、磁気センサアレイ６と角度算出手段７の具体例を示すブロック図である。磁気センサアレイ６は、縦横とも複数列のマトリクス状に並ぶ磁気センサ素子６ａと、これら磁気センサ素子６ａの出力を２値化するセンサアンプ１０と、センサアンプ１０で得られた２値化信号の磁気センサ素子出力を一旦記憶するラッチ回路１１とを備える。この例では、磁気センサアレイ６は、各磁気センサ素子６ａを横１列毎に縦方向に走査するスキャナ９を有し、縦列に並ぶ複数の磁気センサ素子６ａの出力は、センサアンプ１０の同じ端子に入力され、走査によって縦方向のどの磁気センサ素子６ａの出力であるかが識別されるものとされている。
【００２６】
角度算出手段７は、図３と共に前述した最小二乗法を用いる直線回帰による角度の計算および領域の判別計算を行うものである。角度算出手段７は、例えば、各演算要素毎の計算を行う複数の要素別計算部７ａと、それらの要素別計算部７ａの計算結果を用いて角度の計算および領域の判別を所定の演算式により行う角度・領域計算部７ｂとを有している。角度算出手段７による角度の出力は、ディジタル値として出力するものとし、かつ領域判別結果の出力も２桁のディジタル値として出力するものとされている。
【００２７】
この構成の磁気センサアレイ６は、ラッチ回路１１によって各磁気センサ素子６ａの磁界の有無を一旦記憶させるため、各磁気センサ素子６ａの出力を順次読み出す場合に比べ、回転に伴う角度の変化による角度検出精度の劣化を防止することができる。
【００２８】
図５は、この実施形態の回転検出装置Ａを転がり軸受に組み込んだ例を示す。この転がり軸受２０は、内輪２１と外輪２２の転走面間に、保持器２３に保持された転動体２４を介在させたものである。転動体２４はボールからなり、この転がり軸受２０は深溝玉軸受とされている。また、軸受空間の一端を覆うシール２５が、外輪２２に取付けられている。
回転軸からなる回転部材１Ａは、内輪２１に嵌合し、転動体２４を介して外輪２３に支持されている。外輪２３は、軸受使用機器のハウジング（図示せず）に設置されている。
【００２９】
内輪２１には、磁気発生手段取付部材２６が取付けられ、この磁気発生手段取付部材２６に磁気発生手段４が取付けられている。磁気発生手段取付部材２６は、内輪２１の一端の内径孔を覆うように設けられ、外周縁に設けられた円筒部２６ａを、内輪２１の肩部外周面に嵌合させることにより、内輪２１に取付けられている。また、円筒部２６ａの近傍の側板部が内輪２１の幅面に係合して軸方向の位置決めがなされている。
外輪２２には、センサ取付部材２７が取付けられ、このセンサ取付部材２７に、図１の磁気センサアレイ６および角度算出手段７の集積された半導体チップ８が取付けられている。また、このセンサ取付部材２７に、磁気センサアレイ６の出力を取り出すための出力ケーブル２９も取付けられている。センサ取付部材２７は、外周部の先端円筒部２７ａを外輪２２の内径面に嵌合させ、この先端円筒部２７ａの近傍に形成した鍔部２７ｂを外輪２２の幅面に係合させて軸方向の位置決めがなされている。
【００３０】
磁気発生手段４は、永久磁石４ａと磁性材４ｂの複合体からなる。磁性材４ｂは、磁気センサアレイ６に近接して対面する部分を構成し、その裏面に永久磁石４ａが配置されている。永久磁石４ａは円柱状に形成され、内輪２１と同心に配置されている。磁性材４ｂは、その正面形状が、回転中心Ｏ回りに回転対称とならない形状とされている。磁性材４ｂの正面形状は、例えば図６（Ａ），（Ｂ）に各例を示すように、回転中心Ｏの両側に延びる通る長細形状であって、一端側の幅が他端側の幅よりも狭くなる形状とされている。図６（Ａ）は、磁性材４ｂの全体を三角形状とした例であり、同図（Ｂ）は幅寸法の異なる２つの矩形部分を縦方向に連続させた形状の例である。磁性材４ｂは、絶対角度の検出が不要な場合等は、図６（Ｃ）に示すように全体を同じ幅の矩形状としても良い。
なお、この実施形態では、加工のしやすさを配慮して磁気発生手段４を複合体としたが、磁気発生手段４を永久磁石のみからなるものとし、その場合に磁気発生手段４の全体形状が図５，図６の各例と同様な形状となるようにしても良い。例えば、円柱状の永久磁石の一端に、図５，図６の各例における磁性体４ｂのような回転非対称形状の部分を形成し、他端は円柱形状を残し、回転非対称形状の部分を磁気センサアレイ６に対して対向させる。図６の例では、突起形状について説明したが、逆に切欠を設けたり、打ち抜いた形状であっても構わない。
【００３１】
このような構成において、磁気センサアレイ６の各磁気センサ素子６ａ（図２）の検出サイズを例えば２０μｍ角とし、素子数を縦横６４×６４とすれば、磁気センサアレイ６の寸法は１．３mm角となる。また、素子数を縦横２５６×２５６としても、磁気センサアレイ６の寸法は５．２mm角となる。この大きさは、代表的な小径軸受（型番♯６０８）の外径寸法がφ２２mmであることを考えあわせれば、十分に小さな磁気センサアレイ６と言える。
詳細は省略するが、２５６×２５６の素子数程度の磁気センサアレイ６を用いれば、角度分解能が０．１°の回転検出装置が実現できると考えられ、従来の磁気エンコーダ方式の分解能の３°より、格段に性能の向上が期待できる。
【００３２】
図７は、この発明の他の実施形態にかかる回転検出装置付き転がり軸受を示す。同図において、上記実施形態に対応する部分は、形状等が異なっていても上記実施形態と同じ符号を付してある。この例における転がり軸受２０は、回転検出装置Ａの構成およびその取付手段の構成を除き、図５の例と同じである。ただし、回転軸からなる回転部材１Ａは内輪２１を貫通して突出している。
この実施形態では、軸受２０に取付けられた回転検出装置Ａの磁気センサアレイ６は、中央部に貫通孔１２を有するものとされている。磁気センサアレイ６は、上記実施形態（図１）と同じく、角度算出手段７と共に１つの半導体チップ８上に集積化したものであり、貫通孔１２は半導体チップ８に設けられている。このように貫通孔１２を設けた場合に、磁気センサアレイ６の外周形状は、矩形であっても円形であっても良いが、上記実施形態と同じく、磁気センサアレイ６は磁気センサ素子６ａを縦横各複列のマトリクス状に配置したものとしてある。磁気発生手段４も、回転中心部に貫通孔１３を有している。磁気発生手段４は、貫通孔１３を有する他は、上記実施形態と同じ構成である。
磁気発生手段４を内輪２１に取付ける磁気発生手段取付部材２６、および磁気センサアレイ６を外輪２２に取付けるセンサ取付部材２７は、磁気発生手段４および磁気センサアレイ６の貫通孔１３，１２に応じて貫通孔を有する形状としてあるが、その他の構成は図５の例と同じである。
この実施形態の場合、磁気センサアレイ６および磁気発生手段４に貫通孔１２，１３を設けたため、回転軸からなる回転部材１Ａ等を貫通させることが可能となる。そのため、回転検出装置Ａの配置の自由度が高められる。
【００３３】
図８は、この発明のさらに他の実施形態にかかる回転検出装置Ａを示す。この回転検出装置Ａは、図１に示す実施形態において、角度算出手段７で算出した角度の情報を、ワイヤレス信号として発信する発信手段１５を磁気センサアレイ６に隣接して設けたものである。発信手段１５は、ワイヤレス信号の送信を行えるものであればよく、電波による送信、光による送信、磁気結合による送信など、各種のワイヤレス送信形式のものが使用できる。発信手段１５は、電波または磁気結合によるものの場合、発信回路とアンテナ等で構成される。発信手段１５は、例えば磁気センサアレイ６および角度算出手段７を設けた半導体チップ８と共に、共通の回路基盤（図示せず）に設けたものであっても、また上記半導体チップ８に発信手段１５を集積化したものであっても良い。なお、発信手段１５の代わりに、発信および受信の両方の機能を備えた送受信手段、または受信手段を設けても良い。
このように、ワイヤレス信号として発信する発信手段１５を設けると、出力ケーブル無しで信号を取り出すことができる。そのため、例えば磁気センサアレイ６や角度算出手段７を回転側部材に設ける場合にも、その信号の取り出しが容易に行える。
【００３４】
なお、上記各実施形態は、磁気的に角度検出する例を示したが、上記各実施形態の回転検出装置Ａにおいて、磁気発生手段４に代えてライン光源（図示せず）を設け、磁気センサアレイ６に代えて、光撮像素子がマトリクス状に配置された光センサアレイ（図示せず）を設けたものとしても良い。ライン光源は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイや、光ファイバーアレイを用いることができる。光撮像素子には、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像装置を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の一実施形態にかかる回転検出装置の概念構成を示す斜視図である。
【図２】同回転検出装置における磁気センサアレイの検出状態を示す説明図である。
【図３】同磁気センサアレイの出力による角度計算例の説明図である。
【図４】磁気センサアレイと角度算出手段の具体例を示すブロック図である。
【図５】同回転検出装置を備えた転がり軸受の一例を示す断面図である。
【図６】同回転検出装置における磁気発生手段の各種の変形例を、図５のVI−VI矢視に相当する部分で示す正面図である。
【図７】この発明の他の実施形態にかかる回転検出装置を備えた転がり軸受の断面図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態にかかる回転検出装置の概念構成の斜視図である。
【図９】従来例の斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…回転側部材
２…非回転側部材
３…回転部材
４…磁気発生手段
４ａ…永久磁石
４ｂ…磁性材
５…静止部材
６…磁気センサアレイ
６ａ…磁気センサ素子
７…角度算出手段
８…半導体チップ
１５…発信手段
２０…転がり軸受
２１…内輪
２２…外輪
２６…磁気発生手段取付部材
２７…センサ取付部材
Ａ…回転検出装置
【図１】
2008151803.tif 000004
【図２】
2008151803.tif 000005
【図３】
2008151803.tif 000006
【図４】
2008151803.tif 000007
【図５】
2008151803.tif 000008
【図６】
2008151803.tif 000009
【図７】
2008151803.tif 000010
【図８】
2008151803.tif 000011
【図９】
2008151803.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月7日(2008.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転側部材および非回転側部材のいずれか一方の部材に、ライン光源を有し、他方の部材に、光撮像素子がマトリクス状に配置された光センサアレイを有し、この光センサアレイの出力から角度を算出する角度算出手段を設けた回転検出装置。
【請求項２】
回転側部材に前記ライン光源を有し、非回転側部材に前記光センサアレイおよび前記角度算出手段を有する回転検出装置。
【請求項３】
上記ライン光源の光センサアレイに対面する部分の正面形状が、回転中心の両側に延びる長細形状であって、一端側の幅が他端側の幅よりも狭くなっている請求項１または請求項２に記載の回転検出装置。
【請求項４】
上記ライン光源の光センサアレイに近接して対面する部分の回転中心が、回転中心に対して偏心している請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項５】
上記光センサアレイと角度算出手段とを、１つの半導体チップ上に集積化した請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の回転検出装置。    
【請求項６】
上記光センサアレイは、各光撮像素子の出力を２値化してラッチする手段を有するものとした請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項７】
上記光センサアレイは、中央部に貫通孔を有するものである請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項８】
上記角度算出手段が、最小二乗法を用いた直線回帰により角度を算出するものである請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項９】
上記角度算出手段は、光センサアレイの出力から、絶対角度と回転方向とを算出するものであり、この回転検出装置の出力信号が、上記絶対角度、または絶対角度と回転方向の信号である請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項１０】
上記角度算出手段は、光センサアレイの出力から、パルス出力と原点出力信号を生成するものであり、この回転検出装置の出力信号が、上記パルス出力と原点出力の信号である請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項１１】
上記角度算出手段で算出した角度を、ワイヤレス信号として発信する発信手段を光センサアレイに隣接して設けた請求項１ない請求項１０のいずれかに記載の回転検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種の機器における回転検出、例えば小型モータの回転制御のための回転検出や、事務機器の位置検出のための回転検出に用いられる回転検出装置、およびその回転検出装置を備えた軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンパクトで組み立てが容易な利点に着目して、回転センサを転がり軸受に内蔵したものがある。その例を図９に示す。同図において、転がり軸受５１の回転輪５２にゴム製の磁気エンコーダ５４を固定し、静止輪５３に例えばホール素子等の磁気センサ５５を配置している。このような構成を採ることにより、回転パルス信号や回転方向を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の磁気エンコーダ５４を設けた構造では、転がり軸受５１のサイズが小さい小径軸受においては、磁気センサ５５を静止輪５３の外径寸法内に収容することが難しかったり、１回転での回転パルス数を５００以上確保できる程度の高精度な回転角度検出が難しいなどの欠点があった。
【０００４】
この発明の目的は、小型の機器に組み込みが可能で、かつ高精度な回転角度出力が可能な回転検出装置を提供することである。
この発明の他の目的は、小型化しても高精度な回転角度出力を得ることのできる回転検出装置付き軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の回転検出装置は、回転側部材および非回転側部材のいずれか一方の部材に、ライン光源を有し、他方の部材に、光撮像素子がマトリクス状に配置された光センサアレイを有し、この光センサアレイの出力から角度を算出する角度算出手段を設けたものである。
回転側部材が回転すると、ライン光源と光センサアレイとの相対回転により、光センサアレイにおけるマトリクス状に並ぶ各光撮像素子から、回転角度に応じた検出信号が出力される。角度算出手段は、これらの検出信号の関係から、回転側部材の回転角度を算出する。すなわち、回転により、光センサアレイにおけるマトリクス状の光撮像素子の並びで検出されるライン光源の光パターンが変化し、その変化によって角度が算出される。このようにマトリクス状に並ぶ光撮像素子で検出するため、僅かな回転角度の違いでも検出することができる。光撮像素子は小さな寸法のものがあり、高密度に配列することが可能である。これらのため、小型化を図っても、高精度な回転角度出力が可能で、したがって小型の機器への組み込みが可能になる。また、光パターンの変化で角度情報を取得できるため、軸合わせが不要となり、組み立てが容易である。
【０００６】
上記ライン光源および光センサアレイは、いずれを回転側部材に配置しても良いが、例えば、回転側部材にライン光源を配置し、非回転側部材に光センサアレイおよびこの光センサアレイの出力から角度を算出する角度算出手段を配置する。その場合、非回転側部材から出力を取り出すことができて、角度検出の出力の取り出しが容易であり、また回転側部材がライン光源を取付けただけで済むため、機構的にシンプルで堅牢なものとなる。
【０００７】
上記ライン光源は、絶対角度の認識のためには、ライン光源の光センサアレイに対面する正面形状が、回転中心回りに回転対称とならない形状であることが好ましい。ライン光源の形状を回転非対称形状とした場合は、別の手段を要することなく、絶対角度の検出が容易に行える。
ライン光源は長細形状であるため、回転による光パターンの変化が大きく、回転角度を精度良く検出することが容易である。
また、上記ライン光源は、回転中心が、光センサアレイの中心に対し偏心したものとしても良い。このように偏心させた場合は、その近接対面部分の形状にかかわらず、回転中心回りに回転非対称となり、絶対角度や原点位置の検出が容易に行える。例えば、近接対面部分が真円であっても、その偏心のために非対称となる。
【０００８】
上記光センサアレイと角度算出手段とは、１つの半導体チップ上に集積化しても良い。角度算出手段は、この半導体チップ上に形成された集積回路とする。  このように、一つの半導体チップ上に光センサアレイと角度算出手段とを集積すると、光センサアレイと角度算出手段間の配線が不要となり、より一層のコンパクト化が可能で、断線等に対する信頼性も向上し、回転検出装置の組み立て作業も容易になる。
【０００９】
上記光センサアレイは、各光撮像素子の出力を２値化してラッチする手段を有するものとしても良い。ラッチにより、つまり光の有無を一旦記憶させることにより、各光撮像素子の出力を順次読み出す場合に比べ、回転に伴う角度の変化による角度検出精度の劣化を防止することができる。
【００１０】
上記光センサアレイは、中央部に貫通孔を有するものであっても良い。貫通孔を設けることで、回転軸等を貫通させることが可能となり、この回転検出装置の配置の自由度が高まる。
【００１１】
上記角度算出手段は、最小二乗法を用いた直線回帰により角度を算出するものであっても良い。この演算方法の採用によって、高い角度精度を得ることができる。
上記角度算出手段は、光センサアレイの出力から、絶対角度と回転方向とを算出するものとし、この回転検出装置は、その出力信号を、上記絶対角度、または絶対角度と回転方向の信号とするものとしても良い。この場合に、上記角度算出手段は、算出した角度の情報、例えば上記のように最小二乗法を用いた直線回帰により算出した角度を用い、絶対角度と回転方向とを算出するものであっても良い。
上記角度算出手段は、光センサアレイの出力から、パルス出力と原点出力信号を生成するものとし、この回転検出装置は、出力信号を、上記パルス出力と原点出力の信号とするものとしても良い。この場合も、上記角度算出手段は、算出した角度の情報、例えば上記のように最小二乗法を用いた直線回帰により算出した角度を用い、絶対角度と回転方向とを算出するものであっても良い。
【００１２】
この発明の回転検出装置は、上記角度算出手段で算出した角度を、ワイヤレス信号として発信する発信手段を光センサアレイに隣接して設けたものであっても良い。
このようにワイヤレス信号として発信する発信手段を設けることにより、出力ケーブル無しで信号を取り出すことができる。
【００１３】
この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明における上記のいずれかの構成の回転検出装置を転がり軸受に設けたものである。この場合、例えば転がり軸受の回転輪に、ライン光源を取付け、静止輪に光センサアレイを取付ける。
このように、転がり軸受に回転検出装置を一体化することで、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。その場合に、回転検出装置は、上記のように小型で高精度な回転角度出力が可能であるため、小径軸受等の小型の軸受においても、満足できる回転角度出力を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の回転検出装置は、ライン光源と光センサアレイを組み合わせたものであるため、小型・高精度の回転検出装置が実現でき、小型の機器にも組み込みが可能なもとなる。また、ライン光源の発生する光パターンで角度の情報を取得するため、軸合わせが不要で、組み立てが容易である。
回転側部材にライン光源を設ける場合は、回転側部材はライン光源だけ、またはこれに取付用部品を設けただけで済み、機械的構造がシンプルでかつ堅牢である。
ライン光源の光センサアレイに対面する正面形状が、長細形状であって一端側の幅が狭くなるものや、偏心したものであるなど、回転中心回りに回転対称とならない形状である場合は、インクリメンタルな出力の他に、絶対角度や原点信号の出力も可能である。
光センサアレイの各光撮像素子の出力を２値化して検出するようにした場合は、角度の情報が、温度変動や電源電圧変動の影響を受け難い。
光センサアレイと角度算出手段とを、１つの半導体チップ上に集積化した場合は、より一層小型化され、信頼性、組立性も向上する。
この発明の回転検出装置付き転がり軸受は、この発明の回転検出装置を備えたものであるため、この回転検出装置の特有の効果が有効に発揮され、軸受を小型化しても高精度な回転角度出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明の基礎となる第１の提案例を図面と共に説明する。この提案例は、この発明におけるライン光源に代えて磁気発生手段を設け、光センサアレイに代えて磁気センサアレイを設けた例である。図１は、この提案例の回転検出装置の基本概念構成を示す。回転側部材１および非回転側部材２は、相対的に回転する回転側および非回転側の部材のことである。回転側部材１は、回転部材３およびこの回転部材３に設けられた磁気発生手段４を有し、回転部材３の中心となる回転中心Ｏの回りを回転する。回転部材３は、例えば回転軸からなる。非回転側部材２は、静止部材５と、この静止部材５に設けられた磁気センサアレイ６および角度算出手段７を有している。磁気センサアレイ６は磁気発生手段４の磁界を検出するセンサである。角度算出手段７は、磁気センサアレイ６の出力から角度を算出する手段であり、集積回路からなる。これら磁気センサアレイ６および角度算出手段７は、一つの互いに共通の半導体チップ８に集積されている。半導体チップ８は、例えばシリコンチップである。磁気発生手段４と磁気センサアレイ６とは、隙間を介して対面する。なお、回転側部材１は、磁気発生手段４の単独からなり、回転部材３を有しないものであっても良い。また、非回転側部材２は、静止部材５を有しないものであっても良く、例えば半導体チップ８の単独であっても良い。
【００１６】
磁気発生手段４は、磁気を発生する部材であり、永久磁石または永久磁石と磁性体の複合体からなる。磁気発生手段４は、回転中心Ｏ回りの方向性を有するものである。図示の例では、磁気発生手段４は矩形の板状の永久磁石からなり、回転中心Ｏに対して一端側に延びるように偏心させてある。
磁気センサアレイ６は、図２に概念的に示すように、複数の磁気センサ素子６ａが縦横のマトリクス状に配置されたものである。各磁気センサ素子６ａは、例えば半導体磁気抵抗素子またはホール素子等からなる。磁気センサアレイ６における各磁気センサ素子６ａの出力は、例えば適宜の閾値以上を「１」、閾値未満を「０」とする２値化信号とされる。この２値化処理の手段は、磁気センサアレイ６または角度算出手段７の構成部分として設けられる。
【００１７】
この構成の回転検出装置において、磁気発生手段４が例えば４５°の角度にある場合、磁気センサアレイ６の出力は図２に示すような結果となる。すなわち、磁気センサ素子６ａ（図１）に対面した各磁気センサ素子６ａは磁束密度が高くなるため、出力信号が「１」となり、そうでない部分は出力信号が「０」となる。したがって、これらの１と０の出力から角度を算出し、角度信号を出力することができる。
角度算出手段７は、出力信号として、インクリメンタルな出力信号の他に、絶対角度（アブソリュート値の角度）、または絶対角度と回転方向の信号の組み合わせや、パルス出力と回転方向の組み合わせを出力するものとしても良い。
【００１８】
角度算出手段７は、磁気センサアレイ６の出力から、次のように直線回帰を仮定して最小二乗法により傾きｂを求め、その傾きｂから角度を算出するものとしてある。また、角度算出手段７は、求められた角度から、３６０°を４つの象限に分けたどの象限の領域Ｉ〜IVにあるかを判別する計算を行うものとしてある。  その計算例を図３と共に説明する。３６０°の絶対角度を識別するために、この例においては、矩形の磁気発生手段４を、上記のように回転中心Ｏに対して偏心させた構成をとっている。回転中心Ｏは磁気センサアレイ６の中心であり、磁気発生手段４は、磁気センサアレイ６の中心に対して偏心している。
回帰式は、ｙ＝ａ＋ｂｘとされ、その傾きｂはｘとｙの測定値（ｘi,ｙi ）を用いて次式により求められる。
【００１９】
【数１】
2008151803.tif 000013
【００２０】
傾きｂによって、角度が算出できる。さらに、図３に示したように、
Ｎｘ＝Ｎｘ+ −Ｎｘ-         （３）
Ｎｙ＝Ｎｙ+ −Ｎｙ-         （４）
とすると、以下の判別式で領域を設定できる。
｜Ｎｘ｜＞｜Ｎｙ｜  で、Ｎｘ≧０  なら領域Ｉ    （５）
｜Ｎｙ｜≧｜Ｎｘ｜  で、Ｎｙ≧０  なら領域II    （６）
｜Ｎｘ｜＞｜Ｎｙ｜  で、Ｎｘ＜０  なら領域III   （７）
｜Ｎｙ｜≧｜Ｎｘ｜  で、Ｎｙ＜０  なら領域IV    （８）
【００２１】
角度算出手段７は、上記の式（３）〜（８）に従って、どの領域Ｉ〜IVにあるかを判別する計算を行う。
なお、角度の計算の例として、直線回帰を仮定した最小二乗法による方法を説明したが、十分な角度精度が得られるならば、両端の磁気センサ素子データを用いても構わない。
【００２２】
図４は、磁気センサアレイ６と角度算出手段７の具体例を示すブロック図である。磁気センサアレイ６は、縦横とも複数列のマトリクス状に並ぶ磁気センサ素子６ａと、これら磁気センサ素子６ａの出力を２値化するセンサアンプ１０と、センサアンプ１０で得られた２値化信号の磁気センサ素子出力を一旦記憶するラッチ回路１１とを備える。この例では、磁気センサアレイ６は、各磁気センサ素子６ａを横１列毎に縦方向に走査するスキャナ９を有し、縦列に並ぶ複数の磁気センサ素子６ａの出力は、センサアンプ１０の同じ端子に入力され、走査によって縦方向のどの磁気センサ素子６ａの出力であるかが識別されるものとされている。
【００２３】
角度算出手段７は、図３と共に前述した最小二乗法を用いる直線回帰による角度の計算および領域の判別計算を行うものである。角度算出手段７は、例えば、各演算要素毎の計算を行う複数の要素別計算部７ａと、それらの要素別計算部７ａの計算結果を用いて角度の計算および領域の判別を所定の演算式により行う角度・領域計算部７ｂとを有している。角度算出手段７による角度の出力は、ディジタル値として出力するものとし、かつ領域判別結果の出力も２桁のディジタル値として出力するものとされている。
【００２４】
この構成の磁気センサアレイ６は、ラッチ回路１１によって各磁気センサ素子６ａの磁界の有無を一旦記憶させるため、各磁気センサ素子６ａの出力を順次読み出す場合に比べ、回転に伴う角度の変化による角度検出精度の劣化を防止することができる。
【００２５】
図５は、この提案例の回転検出装置Ａを転がり軸受に組み込んだ例を示す。この転がり軸受２０は、内輪２１と外輪２２の転走面間に、保持器２３に保持された転動体２４を介在させたものである。転動体２４はボールからなり、この転がり軸受２０は深溝玉軸受とされている。また、軸受空間の一端を覆うシール２５が、外輪２２に取付けられている。
回転軸からなる回転部材１Ａは、内輪２１に嵌合し、転動体２４を介して外輪２３に支持されている。外輪２３は、軸受使用機器のハウジング（図示せず）に設置されている。
【００２６】
内輪２１には、磁気発生手段取付部材２６が取付けられ、この磁気発生手段取付部材２６に磁気発生手段４が取付けられている。磁気発生手段取付部材２６は、内輪２１の一端の内径孔を覆うように設けられ、外周縁に設けられた円筒部２６ａを、内輪２１の肩部外周面に嵌合させることにより、内輪２１に取付けられている。また、円筒部２６ａの近傍の側板部が内輪２１の幅面に係合して軸方向の位置決めがなされている。
外輪２２には、センサ取付部材２７が取付けられ、このセンサ取付部材２７に、図１の磁気センサアレイ６および角度算出手段７の集積された半導体チップ８が取付けられている。また、このセンサ取付部材２７に、磁気センサアレイ６の出力を取り出すための出力ケーブル２９も取付けられている。センサ取付部材２７は、外周部の先端円筒部２７ａを外輪２２の内径面に嵌合させ、この先端円筒部２７ａの近傍に形成した鍔部２７ｂを外輪２２の幅面に係合させて軸方向の位置決めがなされている。
【００２７】
磁気発生手段４は、永久磁石４ａと磁性材４ｂの複合体からなる。磁性材４ｂは、磁気センサアレイ６に近接して対面する部分を構成し、その裏面に永久磁石４ａが配置されている。永久磁石４ａは円柱状に形成され、内輪２１と同心に配置されている。磁性材４ｂは、その正面形状が、回転中心Ｏ回りに回転対称とならない形状とされている。磁性材４ｂの正面形状は、例えば図６（Ａ），（Ｂ）に各例を示すように、回転中心Ｏの両側に延びる通る長細形状であって、一端側の幅が他端側の幅よりも狭くなる形状とされている。図６（Ａ）は、磁性材４ｂの全体を三角形状とした例であり、同図（Ｂ）は幅寸法の異なる２つの矩形部分を縦方向に連続させた形状の例である。磁性材４ｂは、絶対角度の検出が不要な場合等は、図６（Ｃ）に示すように全体を同じ幅の矩形状としても良い。
なお、この提案例では、加工のしやすさを配慮して磁気発生手段４を複合体としたが、磁気発生手段４を永久磁石のみからなるものとし、その場合に磁気発生手段４の全体形状が図５，図６の各例と同様な形状となるようにしても良い。例えば、円柱状の永久磁石の一端に、図５，図６の各例における磁性体４ｂのような回転非対称形状の部分を形成し、他端は円柱形状を残し、回転非対称形状の部分を磁気センサアレイ６に対して対向させる。図６の例では、突起形状について説明したが、逆に切欠を設けたり、打ち抜いた形状であっても構わない。
【００２８】
このような構成において、磁気センサアレイ６の各磁気センサ素子６ａ（図２）の検出サイズを例えば２０μｍ角とし、素子数を縦横６４×６４とすれば、磁気センサアレイ６の寸法は１．３mm角となる。また、素子数を縦横２５６×２５６としても、磁気センサアレイ６の寸法は５．２mm角となる。この大きさは、代表的な小径軸受（型番♯６０８）の外径寸法がφ２２mmであることを考えあわせれば、十分に小さな磁気センサアレイ６と言える。
詳細は省略するが、２５６×２５６の素子数程度の磁気センサアレイ６を用いれば、角度分解能が０．１°の回転検出装置が実現できると考えられ、従来の磁気エンコーダ方式の分解能の３°より、格段に性能の向上が期待できる。
【００２９】
図７は、他の提案例にかかる回転検出装置付き転がり軸受を示す。同図において、上記提案例に対応する部分は、形状等が異なっていても上記提案例と同じ符号を付してある。この例における転がり軸受２０は、回転検出装置Ａの構成およびその取付手段の構成を除き、図５の例と同じである。ただし、回転軸からなる回転部材１Ａは内輪２１を貫通して突出している。
この提案例では、軸受２０に取付けられた回転検出装置Ａの磁気センサアレイ６は、中央部に貫通孔１２を有するものとされている。磁気センサアレイ６は、上記提案例（図１）と同じく、角度算出手段７と共に１つの半導体チップ８上に集積化したものであり、貫通孔１２は半導体チップ８に設けられている。このように貫通孔１２を設けた場合に、磁気センサアレイ６の外周形状は、矩形であっても円形であっても良いが、上記実施形
態と同じく、磁気センサアレイ６は磁気センサ素子６ａを縦横各複列のマトリクス状に配置したものとしてある。磁気発生手段４も、回転中心部に貫通孔１３を有している。磁気発生手段４は、貫通孔１３を有する他は、上記提案例と同じ構成である。
磁気発生手段４を内輪２１に取付ける磁気発生手段取付部材２６、および磁気センサアレイ６を外輪２２に取付けるセンサ取付部材２７は、磁気発生手段４および磁気センサアレイ６の貫通孔１３，１２に応じて貫通孔を有する形状としてあるが、その他の構成は図５の例と同じである。
この提案例の場合、磁気センサアレイ６および磁気発生手段４に貫通孔１２，１３を設けたため、回転軸からなる回転部材１Ａ等を貫通させることが可能となる。そのため、回転検出装置Ａの配置の自由度が高められる。
【００３０】
図８は、さらに他の提案例にかかる回転検出装置Ａを示す。この回転検出装置Ａは、図１に示す提案例において、角度算出手段７で算出した角度の情報を、ワイヤレス信号として発信する発信手段１５を磁気センサアレイ６に隣接して設けたものである。発信手段１５は、ワイヤレス信号の送信を行えるものであればよく、電波による送信、光による送信、磁気結合による送信など、各種のワイヤレス送信形式のものが使用できる。発信手段１５は、電波または磁気結合によるものの場合、発信回路とアンテナ等で構成される。発信手段１５は、例えば磁気センサアレイ６および角度算出手段７を設けた半導体チップ８と共に、共通の回路基盤（図示せず）に設けたものであっても、また上記半導体チップ８に発信手段１５を集積化したものであっても良い。なお、発信手段１５の代わりに、発信および受信の両方の機能を備えた送受信手段、または受信手段を設けても良い。
このように、ワイヤレス信号として発信する発信手段１５を設けると、出力ケーブル無しで信号を取り出すことができる。そのため、例えば磁気センサアレイ６や角度算出手段７を回転側部材に設ける場合にも、その信号の取り出しが容易に行える。
【００３１】
なお、上記各提案例は、磁気的に角度検出する例を示したが、上記各提案例の回転検出装置Ａにおいて、磁気発生手段４に代えてライン光源（図示せず）を設け、磁気センサアレイ６に代えて、光撮像素子がマトリクス状に配置された光センサアレイ（図示せず）を設けたものが、この発明の実施形態である。ライン光源は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイや、光ファイバーアレイを用いることができる。光撮像素子には、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像装置を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の基礎となる第１の提案例にかかる回転検出装置の概念構成を示す斜視図である。
【図２】同回転検出装置における磁気センサアレイの検出状態を示す説明図である。
【図３】同磁気センサアレイの出力による角度計算例の説明図である。
【図４】磁気センサアレイと角度算出手段の具体例を示すブロック図である。
【図５】同回転検出装置を備えた転がり軸受の一例を示す断面図である。
【図６】同回転検出装置における磁気発生手段の各種の変形例を、図５のVI−VI矢視に相当する部分で示す正面図である。
【図７】他の提案例にかかる回転検出装置を備えた転がり軸受の断面図である。
【図８】さらに他の提案例にかかる回転検出装置の概念構成の斜視図である。
【図９】従来例の斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…回転側部材
２…非回転側部材
３…回転部材
４…磁気発生手段
４ａ…永久磁石
４ｂ…磁性材
５…静止部材
６…磁気センサアレイ
６ａ…磁気センサ素子
７…角度算出手段
８…半導体チップ
１５…発信手段
２０…転がり軸受
２１…内輪
２２…外輪
２６…磁気発生手段取付部材
２７…センサ取付部材
Ａ…回転検出装置