(57)【要約】【課題】位置検出の対象となる回転軸の多回転絶対位置を検出する装置について、部品点数の削減、小型化、低コスト化を図る。【解決手段】一回転内の絶対位置を検出するために、位置検出の対象となる回転軸に歯車を設け、この歯車を検出用としてだけでなく、減速機構へ回転を伝える駆動用の役割も持たせたものにする。そして、前記一回転内の絶対位置と、減速機構を有する多回転検出ユニットが算出する回転回数とから、多回転絶対位置を算出する。【選択図】図１
2005031011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材からなり、位置検出の対象となる第一回転軸と一体に回転する第一歯車と、
前記第一歯車の歯の凹凸を検出できる位置に配設され、前記第一歯車の歯先位置を磁気的に検出する磁気センサの出力に基づき、一回転内の絶対位置を検出する絶対位置検出部と、
前記第一歯車と噛み合う第二歯車を介して前記第一歯車により駆動され、前記第一回転軸の回転回数を計数する回転回数計数部と、
を備え、
前記絶対位置検出部と前記回転回数計数部の出力から、前記第一回転軸の多回転絶対位置を検出する位置検出装置。
【請求項２】
磁性材からなり、位置検出の対象となる第一回転軸と一体に回転する第一歯車と、
前記第一歯車の歯の凹凸を検出できる位置に配設され、前記第一歯車の歯先位置を磁気的に検出する磁気センサの出力に基づき、前記第一歯車の歯の１ピッチ内の絶対位置を算出する１ピッチ内絶対位置検出部と、
前記第一歯車と噛み合う第二歯車を介して前記第一歯車により駆動され、前記第一回転軸の一回転内の絶対位置と回転回数を算出する多回転絶対位置検出部と、
を備えた位置検出装置。
【請求項３】
磁性材からなる位置検出の対象となるラックと、
前記ラックの歯の凹凸を検出できる位置に配設され、前記ラックの歯先位置を磁気的に検出する磁気センサの出力に基づき、前記ラックの歯の１ピッチ内の絶対位置を算出する１ピッチ内絶対位置検出部と、
前記ラックと噛み合う歯車を介して前記ラックにより駆動され、前記ラック上で前記歯車とともに移動する可動部の絶対位置を算出するラック絶対位置検出部と、
を備えた位置検出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の位置検出装置において、
前記第一歯車と噛み合う第二歯車または前記ラックと噛み合う歯車が樹脂材からなることを特徴とする位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業機械や工作機械等に使用される位置検出装置に関し、特に、絶対位置検出が可能な位置検出装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業機械や工作機械業界では、送り軸等のモータの検出器には、絶対位置検出器が使用される。
【０００３】
絶対位置検出には、工作機械の主軸のように一回転内の絶対位置がわかれば十分なものと、送り軸のように一回転内の絶対位置に加えて複数回の回転回数も必要なもの、すなわち多回転絶対位置検出が必要なもの、とに分けられる。
【０００４】
一回転内の絶対位置を検出するものとして、図４に示すようなものがある。位置検出の対象となる回転軸１０１は、複数の軸受（不図示）にて支持され回転自在となっている。回転軸１０１には、その回転位置を検出するための検出用歯車が回転軸の中心と同軸に固定されている。検出用歯車は、歯数が異なる２個の歯車１０２、４０３からなる。２個の歯車１０２、４０３のそれぞれの周囲を取り囲むように、歯車の歯を検出するためのステータ１０４、１０５が配置されている。ステータは、歯車の歯と対向するように配置されている極歯を有し、極歯にはコイルが巻装されている。磁性材からなる歯車の歯先がコイルに接近すると、励磁回路（不図示）によって励磁されているコイルは、そのリラクタンス変化に応じた電圧変化を発生する。この電圧の出力から、位置検出の対象となる回転軸の回転を検出する。
【０００５】
検出用の歯車１０２、４０３及びステータ１０４、１０５が二組配設してあるのは、検出用の歯車１０２、４０３の歯数の違いによる互いの検出情報を組み合わせて、処理回路基板（不図示）にて一回転内の絶対位置を算出するためである。組み合わせるというのは、検出対象である回転軸の機械角一回転内において、上記二組の検出用歯車の歯数が一つ異なっていれば、歯数分の周期を有する電気角データの組み合わせは、機械角の値に対して一通りだけであることから、これにより、回転軸の機械角一回転内の絶対位置を一義的に定められることをいう。
【０００６】
この位置検出装置の構造によれば、電源を入れ直した場合に、その時の位置検出の対象となる回転軸の一回転内の回転角度、すなわち一回転内の絶対位置が読み出せる。
【０００７】
しかし、工作機械等のテーブルを動かすための送り軸においては、一回転内の絶対位置だけ検出するだけでは、その多回転にわたる位置がわからないため、送り軸の回転回数についても検出する必要がある。これは多回転絶対位置検出と呼ばれる。
【０００８】
このような多回転絶対位置検出において回転回数を計数するものとして、主電源を切った時でも、回転回数を計数するための電源を常時入れておく必要があるものと、それが不要なタイプとがある。近年は、バッテリの定期的な交換に要するランニングコストや、バッテリ供給線が必要なことによるコスト高及び信頼性低下等を考えて、回転回数を計数するための電源が不要なタイプが注目されるようになってきた。
【０００９】
電源が不要なタイプとしては、位置検出の対象となる回転軸に連結された減速機構の軸に、複数回の回転回数が検出できる多回転検出ユニットを設けたものがある。回転回数の算出は、検出対象となる回転軸が複数回回転した時に一回転する軸を多回転検出ユニットに内蔵し、上述のようなステータでその軸の回転角度を検出すればよい。
【００１０】
図５は、多回転絶対位置検出が可能な検出器の、従来の構造の一例を示す斜視図である。
【００１１】
位置検出の対象となる回転軸１０１は、図４と同様な構造によって、一回転内の絶対位置を検出することができ、さらに、回転軸１０１の上部には、多回転検出ユニット１１３を駆動させるための駆動歯車５０７が圧入されており、被動歯車１０８と噛み合うようになっている。被動歯車１０８を圧入した回転軸５０９は、複数の軸受（不図示）にて支持され回転自在となっていて、その軸受はハウジング（不図示）に収納されている。
【００１２】
また、被動歯車１０８の回転軸５０９の片端には、ピニオン１１０が圧入固定されている。このピニオン１１０は、複数の減速機構と複数の検出機構を内包した多回転検出ユニット１１３の初段の歯車１１１と結合されている。多回転検出ユニット１１３からの検出信号は、処理回路基板（不図示）へ送出される。
【００１３】
各極歯にコイルを巻装したステータ１０４、１０５から得られる一回転絶対位置情報と、多回転検出ユニット１１３から得られる回転回数とは、処理回路基板へ送られ、多回転絶対位置情報が算出される。なお、回転回数の算出については、上述した通りである。
【００１４】
しかしながら、この多回転絶対位置検出装置の場合、減速機構につなぐことによる位置検出装置のサイズアップや、部品点数の増加といった問題がある。例えば、位置検出の対象となる回転軸が比較的大径である場合、その回転軸に取り付けられた大径の駆動歯車からの減速に対して、同等或いはそれより大径の被動歯車を使用せねばならず、それらの回転軸や各種歯車を内包する位置検出装置のサイズが大きくなってしまっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来の多回転絶対位置を検出する装置は、位置検出の対象となる回転軸から減速機構をつないだ先に、主軸の回転回数を計数する検出装置を配設するものであるが、そのためには図５に示すように、多回転検出ユニット１１３へ回転軸１０１の回転を伝える駆動歯車５０７及び被動歯車１０８等が必要であり、部品点数が増加し、位置検出装置のサイズが大きくなり、それに伴ってコストがかかっていた。
【００１６】
本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、部品点数の削減、小型化、低コスト化を達成する、多回転絶対位置が検出可能な位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る位置検出装置は、位置検出の対象となる第一回転軸と一体に回転する、磁性材からなる第一歯車と、前記第一歯車の歯の凹凸を検出できる位置に配設され、前記第一歯車の歯先位置を磁気的に検出する磁気センサの出力に基づき、一回転内の絶対位置を検出する絶対位置検出部と、前記第一歯車と噛み合う第二歯車を介して前記第一歯車により駆動され、前記第一回転軸の回転回数を計数する回転回数計数部と、を備え、前記絶対位置検出部と前記回転回数計数部の出力から、前記第一回転軸の多回転絶対位置を検出するものである。
【００１８】
また、本発明に係る他の位置検出装置は、磁性材からなり、位置検出の対象となる第一回転軸と一体に回転する第一歯車と、前記第一歯車の歯の凹凸を検出できる位置に配設され、前記第一歯車の歯先位置を磁気的に検出する磁気センサの出力に基づき、前記第一歯車の歯の１ピッチ内の絶対位置を算出する１ピッチ内絶対位置検出部と、前記第一歯車と噛み合う第二歯車を介して前記第一歯車により駆動され、前記第一回転軸の一回転内の絶対位置と回転回数を算出する多回転絶対位置検出部と、を備えたものである。
【００１９】
また、本発明に係る他の位置検出装置は、磁性材からなるラックと、前記ラックの歯の凹凸を検出できる位置に配設され、前記ラックの歯先位置を磁気的に検出する磁気センサの出力に基づき、前記ラックの歯の１ピッチ内の絶対位置を算出する１ピッチ内絶対位置検出部と、前記ラックと噛み合う歯車を介して前記ラックにより駆動され、前記ラック上での絶対位置を算出するラック絶対位置検出部と、を備えたものである。
【００２０】
また、第一歯車と噛み合う前記第二歯車または前記ラックと噛み合う歯車を樹脂材からなるものとすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の位置検出装置によれば、回転軸の位置検出用に使用している歯車が、駆動歯車としての役割を兼ねているので、従来必要であった専用の駆動歯車が不要となる。このことによって、部品点数の削減、コストダウンの効果を奏する。また、専用の駆動歯車が不要になったことにより、特に回転軸の軸方向長を短くすることができ、小型化の効果も奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態の位置検出装置の一例を示す斜視図である。なお、図４及び図５と同一構成要素には同一符号を付してある。
【００２４】
位置検出の対象となる回転軸１０１は、複数の軸受（不図示）にて支持され回転自在となっている。回転軸１０１には、その回転位置を検出するための検出用歯車が回転軸の中心と同軸に固定されている。検出用歯車は、歯数が異なる２個の歯車１０２、１０３からなる。２個の歯車１０２、１０３のそれぞれの周囲を取り囲むように、歯車の歯を検出するためのステータ１０４、１０５が配置されている。ステータは、歯車の歯と対向するように配置されている極歯を有し、極歯にはコイルが巻装されている。磁性材からなる歯先がコイルに接近すると、そのコイルは励磁されて電圧が発生する。この電圧の出力から、位置検出の対象となる回転軸の回転を検出する。
【００２５】
検出用の歯車１０２、１０３及びステータ１０４、１０５が二組配設してあるのは、検出用の歯車１０２、１０３の歯数の違いによる互いの検出情報を組み合わせて、処理回路基板（不図示）にて一回転内の絶対位置を算出するためである。
【００２６】
組み合わせるというのは、検出対象である回転軸の機械角一回転内において、上記二組の検出用歯車の歯数が一つ異なっていれば、歯数分の周期を有する電気角データの組み合わせは、機械角の値に対して一通りだけであることから、これにより、回転軸の機械角一回転内の絶対位置を一義的に定められることをいう。
【００２７】
ここで、図１に示すように、検出用の歯車１０３は、図４及び図５の検出用の歯車４０３に比べて厚みが大きくなっており、その歯車の歯面の下部で上記ステータによる磁気検出を行い、さらに、歯面の上部を駆動用歯車として用いる。すなわちこの歯車は、ステータにより磁気検出する役割に加えて、回転軸１０１の回転を、被動歯車１０８を介して多回転検出ユニット１１３へ伝達する役割も兼ねている。
【００２８】
なお、被動歯車１０８を圧入した回転軸１０９は、複数の軸受（不図示）にて支持され回転自在となっていて、その軸受けはハウジング（不図示）に収納されている。
【００２９】
このように、この例では、検出用の歯車１０３が多回転検出ユニット１１３への回転を伝える駆動歯車の役割も兼ねていることにより、部品点数が削減され、位置検出装置の小型化を可能にしている。
【００３０】
次に、図２は、本発明の実施形態の位置検出装置を表す図１とは別の一例を示す斜視図であり、図１と同一構成要素には同一符号を付す。
【００３１】
回転軸１０１は、複数の軸受（不図示）にて軸支され回転自在となっている。磁気抵抗素子等を内包した位置検出ユニット２１４は、駆動歯車を兼ねた検出用の歯車２０２の一回転内の絶対位置を検出することはできないが、歯車1ピッチごとの情報を精度良く検出することができるセンサであり、非回転な筐体（不図示）に固定されており、検出用の歯車２０２は多回転検出ユニット２１３へ回転を伝える被動歯車１０８と噛み合っている。
【００３２】
この例の場合、多回転検出ユニット２１３は、回転軸１０１の一回転内の絶対位置および多回転にわたる回転回数、すなわち多回転絶対位置検出部を算出することができる。一回転内の絶対位置は、多回転検出ユニット１１３内に、例えば位置検出の対象となる回転軸が一回転する時に、同じように一回転する軸を設け、その軸を上述したようなステータにより位置検出すればよい。
【００３３】
従って、回転軸１０１側の歯車の枚数を減じることができ、更なる省スペース化が図れる。また、駆動歯車を兼ねた検出歯車２０２の歯面に対向する位置に位置検出ユニットを設ければ、さらに歯車１ピッチ内の絶対位置を検出することができ、その検出結果に基づいて、例えばバックラッシを補正することができるといったメリットがある。
【００３４】
図３は、図１および図２における駆動歯車がラックの場合を表す斜視図である。
【００３５】
表面に歯車状の凹凸を有したラック３１６は、機械の非可動部（例えばベッド）に固定されている。ラック３１６の凹凸部を磁気的に検出するラック位置検出ユニット３１５は、ラック３１６と適当なエアギャップを介して機械の可動部（例えばテーブル）に固定され、所定の可動に対してラック３１６の進行方向へ移動する。多回転検出ユニット３１９には、上述した多回転絶対位置検出器が内包されていて、ラック位置検出ユニット３１５と同様に機械の可動部に固定されている。多回転検出ユニット３１９へ機械の可動（移動）情報を伝えるのは、ラック３１６と同一モジュールで噛み合っているピニオン歯車３１８と、これと機械的に接続された回転軸３１７である。
【００３６】
ラック位置検出ユニット３１５はラック１ピッチ内の絶対位置を検出することができ、その検出結果に基づいて、例えばバックラッシを補正することができるといったメリットがある。
【００３７】
図１から３における被動歯車１０８は、磁性材を用いた駆動歯車よりも硬度が小さい樹脂を材料として成形しており、被動歯車１０８によって検出用の歯車２０２の検出部位が摩耗されにくいようにしてある。樹脂を用いることにより、位置検出装置の軽量化、騒音の低減、コスト低減を図ることができる。具体的には、ＰＯＭ（ポリアセタール）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ナイロン、ポリアミドといったものが用いられる。
【００３８】
以上の説明においては、特定の実施例について述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、磁気センサに関しては、鉄心にコイルを巻装したもの、磁気抵抗素子を使用したもの、ホール素子を使用したもの等、如何なる磁気的センサも本発明の位置検出装置とすることができる。また、検出用の歯車或いはラック等が、多回転検出ユニットに代表される別の検出装置に移動情報を伝達するための駆動歯車等の役割を果たすものであれば、当然に本発明の位置検出装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態の位置検出装置の一例を示す斜視図である。
【図２】本実施形態の位置検出装置の他の一例を示す斜視図である。
【図３】本実施形態の図１及び図２の例とは異なる位置検出装置の一例を示す斜視図である。
【図４】従来の中空型検出器の構造の一例を示す斜視図である。
【図５】従来の多回転絶対位置検出が可能な中空型検出器の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０１  回転軸
１０２  検出用の歯車
１０３  検出用の歯車
１０４  ステータ
１０５  ステータ
１０６  スペーサ
１０８  被動歯車
１０９  回転軸
１１０  ピニオン
１１１  歯車
１１２  入力軸
１１３  多回転検出ユニット
２０２  検出用の歯車
２１３  多回転検出ユニット
２１４  位置検出ユニット
３１５  ラック位置検出ユニット
３１６  ラック
３１７  回転軸
３１８  歯車
３１９  多回転検出ユニット
４０３  検出用の歯車
５０７  駆動歯車
５０９  回転軸
【図１】
2005031011.tif 000003
【図２】
2005031011.tif 000004
【図３】
2005031011.tif 000005
【図４】
2005031011.tif 000006
【図５】
2005031011.tif 000007