(57)【要約】【課題】標準精度と高精度等の異なる分解能のロータリエンコーダを構成する際に、回転体の機械への取り付けにおいて、機械側の設計変更を不要とし、回転体の機械への取り付けを容易とし、また、分解能の切り換えが可能で小型のロータリエンコーダを提供すること。【解決手段】回転軸に取り付け自在とすると共に一種類の信号を生成する信号生成手段３を有する回転体２と、回転体２に接近して取り付けられ、回転体２で生成された信号を検出する信号検出手段４とを備える。回転体２は、複数の回転体２ａ，２ｂの中から選択したいずれか一つの回転体をロータリエンコーダの回転軸に取り付け自在とする。選択する複数の回転体は、略同一の外径Ｄ１及び内径Ｄ２を有し、信号生成手段３により一回転当たりで生成される総信号数及び信号ピッチを異にすると共に、この総信号数と信号ピッチの積を同一とする。【選択図】        図１
2004257850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付け自在とすると共に一種類の信号を生成する信号生成手段を有する回転体と、
前記回転体に接近して取り付けられ、前記回転体で生成された信号を検出する信号検出手段とを備えたロータリエンコーダであって、
前記回転体は、複数の回転体の中から選択したいずれか一つの回転体を前記回転軸に取り付け可能とし、
前記複数の回転体は、略同一の外径を有すると共に、信号生成手段により一回転当たりで生成される総信号数及び信号ピッチを異にすると共に、総信号数と信号ピッチの積を同一とすることを特徴とするロータリエンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータリエンコーダにおいて、前記信号生成手段はギヤであることを特徴とするロータリエンコーダ。
【請求項３】
請求項１に記載のロータリエンコーダにおいて、前記信号生成手段は回転体上に具備される磁性体であることを特徴とするロータリエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリエンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機器、ＦＡ機器、ＯＡ機器等の制御において、速度や位置を検出する手段としてロータリエンコーダが用いられる。ロータリエンコーダとして、例えば、回転体により発生する磁束密度変化を磁気検出手段で検出する。
図４は従来の磁気式のエンコーダの構成を模式的に示した図である。このエンコーダは、回転体１２と信号検出手段１４とから構成され、回転体１２は、信号検出手段１４と正対する面（図では回転体１２の外周面）に何らかの磁気的パターンを生成する手段を備え、信号検出手段１４は、その磁気パターンを検出する検出素子を備える。例えば、回転体として、強磁性体を用いたギヤ、あるいは非磁性体に磁性膜を塗布し磁気的パターンを形成したドラム等が一般に使用されている。
【０００３】
図５は、回転体としてギヤを用いた場合の検出原理を説明するための概略図である。ここで、信号検出手段１４は検出素子１４ａとバイアス磁石１４ｂとにより構成される。
図５（ａ）は、ギヤ１３Ａの歯の谷の部分と信号検出手段１４の検出素子１４ａが向かい合っているときの回転位置状態を示している。この回転位置状態では、バイアス磁石１４ｂから発生する磁束が検出素子１４ａを通過する磁束密度は低くなるため、検出素子１４ａで検出される信号強度は低くなる。一方、図５（ｂ）は、ギヤ１３Ａの歯の山の部分と信号検出手段１４の検出素子１４ａが向かい合っているときの回転位置状態を示している。この回転位置状態では、バイアス磁石１４ｂから発生する磁束が検出素子１４ａを通過する磁束密度は高くなるため、検出素子１４ａで検出される信号強度は高くなる。
【０００４】
このため、回転体１２が回転すると、検出素子１４ａを通過する磁束密度はギヤ１３Ａの回転に伴ってギヤの歯のピッチで増減する。検出素子１４ａは、この磁束密度の変化を図７に示すような電圧変化として検出する。この電圧変化は、ギヤ歯のピッチに対応している。
また、図６は、信号生成手段として回転体１２上に塗布した磁性膜１３Ｂの場合を示している。磁性膜には、所定ピッチの磁気パターンが形成されている。検出素子１４ａは、この磁気パターンを検出し、図７と同様に磁気パターンと等しいピッチの電圧信号を検出する。
【０００５】
このようなロータリエンコーダにおいて、複数種の出力信号を得るものが提案されている。例えば、同一の回転軸に、同一ピッチで着磁された異なる直径の磁気媒体の磁気トラックを複数備え、この磁気トラックの直径に比例した数の出力パルスを得る磁気エンコーダが特許文献１に示されている。
また、ＭＲ素子パターンを工夫することにより、回転体上の信号ピッチによらず同一の素子を使用する磁気エンコーダが、例えば特許文献２に示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１７８６９２号
【特許文献２】
特開２００２−２２８４８５号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
検出信号の精度は、一般に回転体１回転当たりの総信号数と正の相関関係を持つため、高い精度を得るためには１回転当たり多くの信号を生成する必要がある。しかしながら、従来のロータリエンコーダでは、回転体上の信号ピッチは一定であるため出力信号のピッチも一定である。そのため、１回転当たりの信号数を増加させるためには、回転体の直径を大きくする必要があり、その結果ロータリエンコーダの直径を変える必要がある。
【０００８】
そのため、標準的な精度のロータリエンコーダと高精度のロータリエンコーダのラインアップを備える場合には、回転体の直径が変わるため、回転体の機械への取り付け寸法が変化し、ひいてはロータリエンコーダに取り付けられる機械の設計を標準精度用と高精度用に作り分ける必要があるという問題がある。
【０００９】
前記特許文献１に示されるロータリエンコーダでは、１つの回転体上に異なるピッチの信号を生成するトラックを２つ設け、これにより２種類の信号に対応する構成が示されているが、実際には必ずしも２種類の信号が必要となるわけではなく、何れか一方にピッチの信号のみは必要となる場合が多い。このような場合には、使用されない側の信号は冗長となる他、回転体のコストが高くなり、また、増えたトラック数分だけ回転体の厚さが増加するという問題がある。
【００１０】
また、前記特許文献２に示されるロータリエンコーダでは、回転体上の信号ピッチによらず同一の素子を使用することができるが、回転体の径が異なる場合には、前記したように回転体の機械への取り付け寸法が変化し、ロータリエンコーダに取り付けられる機械の設計を標準精度用と高精度用に作り分ける必要があるという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、標準精度と高精度等の異なる分解能のロータリエンコーダを構成する際に、回転体の機械への取り付けにおいて、機械側の設計変更を不要とすることを目的とし、回転体の機械への取り付けを容易とすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のロータリエンコーダは、分解能に応じた回転体を選択して取り付け自在とするロータリエンコーダであって、この回転体の分解能に応じたラインアップにおいて、機械への取り付け寸法を各回転体で略同じとすることにより、回転体の機械への取り付けにおいて機械側の設計変更を不要とし、回転体の機械への取り付けを容易とする。
また、このロータリエンコーダが備える回転体には一種類の信号を生成する信号生成手段を有することにより、軸方向の厚さを薄くし小型とすることができる。
【００１３】
本発明のロータリエンコーダは、回転軸に取り付け自在とすると共に一種類の信号を生成する信号生成手段を有する回転体と、回転体に接近して取り付けられ、回転体で生成された信号を検出する信号検出手段とを備える。回転体は、複数の回転体の中から選択したいずれか一つの回転体をロータリエンコーダの回転軸に取り付け自在とする。選択する複数の回転体は、略同一の外径を有し、信号生成手段により一回転当たりで生成される総信号数及び信号ピッチを異にすると共に、この総信号数と信号ピッチの積を同一とする。複数の回転体の検出精度は、信号生成手段が一回転当たりで生成する総信号数あるいは信号ピッチにより定まる。
【００１４】
ロータリエンコーダは、複数の回転体の中から所望とする検出精度に応じた総信号数あるいは信号ピッチを備える回転体を選択し、回転軸に取り付ける。回転体の外径は何れの回転体についても略同一であるため、回転体を変更しても、信号検出手段の位置を変更する必要がない。また、回転体の内径を何れの回転体についても略同一とするよう構成する。この構成により、回転体を変更しても、回転軸への取り付けにおいて取り付け部分の寸法等を変更する必要がない。したがって、複数の回転体は外径及び内径が略同一に設計されていて、機械側への取り付け寸法が共通であるため、機械側の設計を変更することなく、複数の回転体から選択した一つの回転体を取り付けることができる。
【００１５】
本発明のロータリエンコーダは、回転体の外径を略同一とするために、信号生成手段により一回転当たりで生成される総信号数と信号ピッチの積を同一とする。一回転当たりで生成される総信号数と信号ピッチの積を同一とすることにより、回転体において信号が生成される領域の全長は、何れの回転体においても同一の長さとなり、回転体の外径を略同一とすることができる。
なお、複数の回転体の外径のずれは、信号検出手段に対する取り付け寸法及び／又は検出した信号強度が許容範囲内であれば許容することができる。回転体の外径が略同一とは、外径の違いがこの許容範囲であることを含むものである。
【００１６】
信号生成手段はギヤ、あるいは回転体上に具備される磁性体とすることができる。信号生成手段がギヤの場合には、一回転当たりで生成される総信号数は一周内に設けられる歯数に対応し、信号ピッチは隣接する歯の間隔に対応する。また、信号生成手段が磁性体の場合には、一回転当たりで生成される総信号数は一周内に形成される磁性膜の磁場パターン数に対応し、信号ピッチは磁場周期の間隔に対応する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
以下、本発明のロータリエンコーダの構成について図１〜図３を用いて説明する。
図１において、ロータリエンコーダ１は、回転軸（図示していない）に取り付け自在とすると共に一種類の信号を生成する信号生成手段３を有する回転体２と、この回転体２に接近して取り付けられ、回転体２で生成された信号を検出する信号検出手段４とを備える。信号生成手段３は、回転体２の一回転当たりの所定の総信号数の信号を、所定の信号ピッチで生成し、信号検出手段４は、この生成された信号を検出し、回転体の回転位置及び／又は回転数を検出する。検出した回転位置及び／又は回転数により、ロータリエンコーダが取り付けられた機械側の位置や移動速度等を求めることができる。
【００１８】
本発明のロータリエンコーダ１は、回転体２として複数の回転体２ａ，２ｂより選択した一つを含む。この複数の回転体２ａ，２ｂは、それぞれの外径Ｄ１及び内径Ｄ２を略同一とし、信号生成手段３が生成する信号の一回転当たりの総信号数、及び信号ピッチを異にすると共に、この一回転当たりの総信号数と信号ピッチとの積を同一とする。
【００１９】
以下、図２及び図３を用いて、一回転当たりの総信号数と信号ピッチとの関係について説明する。なお、図２は回転体に設けた信号生成手段がギヤの場合を示し、図３は回転体に設けた信号生成手段が磁性体の場合を示している。
図２（ａ）は、回転体に設けたギヤにおいて、一回転当たりの総歯数をｎとし、隣接する歯の間隔をｐとしている。このギヤ構成により、信号ピッチがｐで回転体の一回転当たりの総信号数がｎの信号が生成される。このとき、一回転当たりの総歯数ｎと隣接する歯の間隔ｐとの積はｎ×ｐとなる。
【００２０】
一方、図２（ｂ）は、回転体に設けたギヤにおいて、一回転当たりの総歯数を２ｎとし、隣接する歯の間隔をｐ／２としている。このギヤ構成により、信号ピッチがｐ／２で回転体の一回転当たりの総信号数が２ｎの信号が生成される。このとき、一回転当たりの総歯数２ｎと隣接する歯の間隔ｐ／２との積は２ｎ×ｐ／２＝ｎ×ｐとなる。
【００２１】
したがって、図２（ａ），図２（ｂ）の何れの回転体においても、一回転当たりの総歯数（総信号数に相当する）と隣接する歯の間隔（信号ピッチに相当する）との積はｎ×ｐとなり、同一となる。
この一回転当たりの総歯数と隣接する歯の間隔との積は、回転体において信号生成手段が形成される部分の一周分の長さに相当し、信号生成手段が回転体の外周面に形成される場合には回転体の外周面の長さに相当する。したがって、この積が同一である回転体は、信号生成手段が形成される部分が円周上に形成される場合にはその円の直径Ｌを同一とすることができ、信号生成手段が回転体の外周面に形成される場合には回転体の直径Ｌ（外径Ｄ１）を同一とすることができる。
【００２２】
また、図３（ａ）は、回転体に設けた磁性体において、一回転当たりの総磁場パターン数をｎとし、磁場周期の間隔をｐとしている。この磁性体構成により、信号ピッチがｐで回転体の一回転当たりの総信号数がｎの信号が生成される。このとき、一回転当たりの総磁場パターン数ｎと磁場周期の間隔ｐとの積はｎ×ｐとなる。
【００２３】
一方、図３（ｂ）は、回転体に設けた磁性体において、一回転当たりの総磁場パターン数を２ｎとし、磁場周期の間隔をｐ／２としている。この磁性体構成により、信号ピッチがｐ／２で回転体の一回転当たりの総信号数が２ｎの信号が生成される。このとき、一回転当たりの総磁場パターン数２ｎと磁場周期の間隔ｐ／２との積は２ｎ×ｐ／２＝ｎ×ｐとなる。
したがって、図３（ａ），図３（ｂ）の何れの回転体においても、一回転当たりの総磁場パターン数（総信号数に相当する）と磁場周期の間隔（信号ピッチに相当する）との積はｎ×ｐとなり、同一となる。
【００２４】
この一回転当たりの総磁場パターン数と間隔と磁場周期の積は、回転体において信号生成手段が形成される部分の一周分の長さに相当し、信号生成手段が回転体の外周面に形成される場合には回転体の外周面の長さに相当する。したがって、この積が同一である回転体は、信号生成手段が形成される部分が円周上に形成される場合にはその円の直径Ｌを同一とすることができ、信号生成手段が回転体の外周面に形成される場合には回転体の直径Ｌ（外径Ｄ１）を同一とすることができる。
また、各回転体２ａ，２ｂの回転軸（図示していない）に取り付けるための内径Ｄ２についても略同一とする。
【００２５】
回転体２の外径Ｄ１を何れの回転体においても略同一とすることにより、ロータリエンコーダ１において何れの回転体２を取り付けた場合であっても、回転体２の取り付け寸法が略同一であるため、信号検出手段４に対する取り付け位置を同一とすることができ、また、回転体２の内径Ｄ２を何れの回転体においても略同一とすることにより、回転軸（図示していない）等の機械側において回転体を取り付けるために構成や寸法を変更することなく取り付けることができる。
【００２６】
なお、複数の回転体２ａ，２ｂの外径Ｄ１のずれは、信号検出手段４に対する取り付け寸法及び／又は検出した信号強度が許容範囲内とすることができ、回転体の外径が略同一とは、外径の違いがこの許容範囲であることを意味する。
なお、図１では、複数の回転体２として回転体２ａ，２ｂの２つを示しているが、用意する回転体２の個数は２つに限らず任意の複数個とすることができる。
【００２７】
したがって、本発明のロータリエンコーダによれば、予め、標準精度や高精度等の検出精度に応じて、総信号数及び信号ピッチを異にする複数の回転体を、一つのロータリエンコーダに対応する互換性のある回転体のラインアップとして用意しておき、所望とする検出精度に応じてこのラインアップから所定の回転体を選択して回転軸に取り付けることにより、求める検出精度の信号を得ることができる。このとき、回転体の外径、内径は複数の回転体間で共通であり互換性があるため、回転軸等の機械側の構成を変更することなく取り付けることができる。
また、回転軸には、検出精度に応じて回転体を一つのみ取り付ける構成であるため、回転軸方向の厚さが厚くなることはなく、小型とすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、標準精度と高精度等の異なる分解能のロータリエンコーダを構成する際に、回転体の機械への取り付けにおいて、機械側の設計変更を不要とすることができる。また、回転体の機械への取り付けを容易とすることができる。また、分解能の切り換えが可能で小型のロータリエンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロータリエンコーダの構成を説明するための図である。
【図２】一回転当たりの総信号数と信号ピッチとの関係について、信号生成手段がギヤの場合で説明する図である。
【図３】一回転当たりの総信号数と信号ピッチとの関係について、信号生成手段が磁性体の場合で説明する図である。
【図４】従来の磁気式のロータリエンコーダの構成を模式的に示した図である。
【図５】回転体としてギヤを用いた場合の検出原理を説明するための概略図である。
【図６】信号生成手段として回転体に塗布した磁性膜の例を説明するための概略図である。
【図７】磁束密度の変化による信号検出手段の電圧変化を示す図である。
【符号の説明】
１  ロータリエンコーダ
２  回転体
３  信号生成手段
４  信号検出手段
１１  ロータリエンコーダ
１２  回転体
１３  信号生成手段
１４  信号検出手段
１４ａ  検出素子
１４ｂ  バイアス磁石
１３Ａ  ギヤ
１３Ｂ  磁性膜
Ｄ１  外径
Ｄ２  内径
Ｌ  直径
ｎ  総信号数
ｐ  信号ピッチ
【図１】
2004257850.tif 000003
【図２】
2004257850.tif 000004
【図３】
2004257850.tif 000005
【図４】
2004257850.tif 000006
【図５】
2004257850.tif 000007
【図６】
2004257850.tif 000008
【図７】
2004257850.tif 000009