(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に設けられ、軸方向に着磁された磁気ディスクと、
前記磁気ディスクに設けられた第１バックヨークと、
前記磁気ディスクの軸方向にギャップを介して面対向に配置され、且つ、長手方向がフレキシブルプリント基板の帯状配線部と略平行になるように該フレキシブルプリント基板のセンサ取付部に設けられる２個の磁気センサと、
前記磁気センサの背面に前記フレキシブルプリント基板を介して設けられ、前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと共に磁気回路を形成する第２バックヨークと、
前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと前記磁気センサと前記第２バックヨークとを収容するハウジングと、
を備えた磁気式マイクロエンコーダ。
【請求項２】
回転軸に設けられ、軸方向に着磁された磁気ディスクと、
前記磁気ディスクに設けられた第１バックヨークと、
前記磁気ディスクの軸方向にギャップを介して面対向に配置され、且つ、長手方向がフレキシブルプリント基板の帯状配線部と略平行になるように該フレキシブルプリント基板のセンサ取付部に設けられる２個の磁気センサと、
前記磁気センサの背面に前記フレキシブルプリント基板を介して設けられ、前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと共に磁気回路を形成する第２バックヨークと、
前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと前記磁気センサと前記第２バックヨークとを収容するハウジングと、
を備え、
前記磁気ディスクの磁極を、２（１＋４ｎ）（ｎは０以上の整数）極とし、前記２個の磁気センサが、前記回転軸に対して互いに９０度開いた位置に配置されている磁気式マイクロエンコーダ。
【請求項３】
回転軸に設けられ、軸方向に着磁された磁気ディスクと、
前記磁気ディスクに設けられた第１バックヨークと、
前記磁気ディスクの軸方向にギャップを介して面対向に配置され、且つ、長手方向がフレキシブルプリント基板の帯状配線部と略平行になるように該フレキシブルプリント基板のセンサ取付部に設けられる２個の磁気センサと、
前記磁気センサの背面に前記フレキシブルプリント基板を介して設けられ、前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと共に磁気回路を形成する第２バックヨークと、
前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと前記磁気センサと前記第２バックヨークとを収容するハウジングと、
を備え、
前記磁気ディスクの磁極を、２（３＋４ｎ）（ｎは０以上の整数）極とし、前記２個の磁気センサが、前記回転軸に対して互いに９０度開いた位置に配置されている磁気式マイクロエンコーダ。
【請求項４】
回転軸に設けられ、軸方向に着磁された磁気ディスクと、
前記磁気ディスクに設けられた第１バックヨークと、
前記磁気ディスクの軸方向にギャップを介して面対向に配置され、且つ、長手方向がフレキシブルプリント基板の帯状配線部と略平行になるように該フレキシブルプリント基板のセンサ取付部に設けられる２個の磁気センサと、
前記磁気センサの背面に前記フレキシブルプリント基板を介して設けられ、前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと共に磁気回路を形成する第２バックヨークと、
前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと前記磁気センサと前記第２バックヨークとを収容するハウジングと、
を備え、
前記ハウジングに、前記帯状配線部を引き出す切欠部が設けられ、前記センサ取付部が、前記切欠部の形状に沿うように形成され、前記フレキシブルプリント基板を前記ハウジングに嵌合させて固定される構造を備える磁気式マイクロエンコーダ。
【請求項５】
回転軸に設けられ、軸方向に着磁された磁気ディスクと、
前記磁気ディスクに設けられた第１バックヨークと、
前記磁気ディスクの軸方向にギャップを介して面対向に配置され、且つ、長手方向がフレキシブルプリント基板の帯状配線部と略平行になるように該フレキシブルプリント基板のセンサ取付部に設けられる２個の磁気センサと、
前記磁気センサの背面に前記フレキシブルプリント基板を介して設けられ、前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと共に磁気回路を形成する第２バックヨークと、
前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと前記磁気センサと前記第２バックヨークとを収容するハウジングと、
を備え、
前記磁気ディスクの磁極を、２（１＋４ｎ）（ｎは０以上の整数）極とし、前記２個の磁気センサが、前記回転軸に対して互いに９０度開いた位置に配置されており、
前記ハウジングに、前記帯状配線部を引き出す切欠部が設けられ、前記センサ取付部が、前記切欠部の形状に沿うように形成され、前記フレキシブルプリント基板を前記ハウジングに嵌合させて固定される構造を備える磁気式マイクロエンコーダ。
【請求項６】
回転軸に設けられ、軸方向に着磁された磁気ディスクと、
前記磁気ディスクに設けられた第１バックヨークと、
前記磁気ディスクの軸方向にギャップを介して面対向に配置され、且つ、長手方向がフレキシブルプリント基板の帯状配線部と略平行になるように該フレキシブルプリント基板のセンサ取付部に設けられる２個の磁気センサと、
前記磁気センサの背面に前記フレキシブルプリント基板を介して設けられ、前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと共に磁気回路を形成する第２バックヨークと、
前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと前記磁気センサと前記第２バックヨークとを収容するハウジングと、
を備え、
前記磁気ディスクの磁極を、２（３＋４ｎ）（ｎは０以上の整数）極とし、前記２個の磁気センサが、前記回転軸に対して互いに９０度開いた位置に配置されており、
前記ハウジングに、前記帯状配線部を引き出す切欠部が設けられ、前記センサ取付部が、前記切欠部の形状に沿うように形成され、前記フレキシブルプリント基板を前記ハウジングに嵌合させて固定される構造を備える磁気式マイクロエンコーダ。
【請求項７】
回転軸に設けられ、軸方向に着磁された磁気ディスクと、
前記磁気ディスクに設けられた第１バックヨークと、
前記磁気ディスクの軸方向にギャップを介して面対向に配置され、且つ、長手方向がフレキシブルプリント基板の帯状配線部と略平行になるように該フレキシブルプリント基板のセンサ取付部に設けられる２個の磁気センサと、
前記磁気センサの背面に前記フレキシブルプリント基板を介して設けられ、前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと共に磁気回路を形成する第２バックヨークと、
前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと前記磁気センサと前記第２バックヨークとを収容するハウジングと、
を備え、
前記ハウジングに、前記帯状配線部を引き出す切欠部が設けられ、前記センサ取付部が、前記切欠部の形状に沿うように形成され、前記フレキシブルプリント基板を前記ハウジングに嵌合させて固定される構造を備え、
前記ハウジングの内面に段部が設けられ、前記ハウジングに前記フレキシブルプリント基板を介して前記第２バックヨークを嵌合させ、前記フレキシブルプリント基板が前記段部と前記第２バックヨークに挟み込まれて機械的に固定配置される固定構造を備える磁気式マイクロエンコーダ。
【請求項８】
回転軸に設けられ、軸方向に着磁された磁気ディスクと、
前記磁気ディスクに設けられた第１バックヨークと、
前記磁気ディスクの軸方向にギャップを介して面対向に配置され、且つ、長手方向がフレキシブルプリント基板の帯状配線部と略平行になるように該フレキシブルプリント基板のセンサ取付部に設けられる２個の磁気センサと、
前記磁気センサの背面に前記フレキシブルプリント基板を介して設けられ、前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと共に磁気回路を形成する第２バックヨークと、
前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと前記磁気センサと前記第２バックヨークとを収容するハウジングと、
を備え、
前記磁気ディスクの磁極を、２（１＋４ｎ）（ｎは０以上の整数）極とし、前記２個の磁気センサが、前記回転軸に対して互いに９０度開いた位置に配置されており、
前記ハウジングに、前記帯状配線部を引き出す切欠部が設けられ、前記センサ取付部が、前記切欠部の形状に沿うように形成され、前記フレキシブルプリント基板を前記ハウジングに嵌合させて固定される構造を備え、
前記ハウジングの内面に段部が設けられ、前記ハウジングに前記フレキシブルプリント基板を介して前記第２バックヨークを嵌合させ、前記フレキシブルプリント基板が前記段部と前記第２バックヨークに挟み込まれて機械的に固定配置される固定構造を備える磁気式マイクロエンコーダ。
【請求項９】
回転軸に設けられ、軸方向に着磁された磁気ディスクと、
前記磁気ディスクに設けられた第１バックヨークと、
前記磁気ディスクの軸方向にギャップを介して面対向に配置され、且つ、長手方向がフレキシブルプリント基板の帯状配線部と略平行になるように該フレキシブルプリント基板のセンサ取付部に設けられる２個の磁気センサと、
前記磁気センサの背面に前記フレキシブルプリント基板を介して設けられ、前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと共に磁気回路を形成する第２バックヨークと、
前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと前記磁気センサと前記第２バックヨークとを収容するハウジングと、
を備え、
前記磁気ディスクの磁極を、２（３＋４ｎ）（ｎは０以上の整数）極とし、前記２個の磁気センサが、前記回転軸に対して互いに９０度開いた位置に配置されており、
前記ハウジングに、前記帯状配線部を引き出す切欠部が設けられ、前記センサ取付部が、前記切欠部の形状に沿うように形成され、前記フレキシブルプリント基板を前記ハウジングに嵌合させて固定される構造を備え、
前記ハウジングの内面に段部が設けられ、前記ハウジングに前記フレキシブルプリント基板を介して前記第２バックヨークを嵌合させ、前記フレキシブルプリント基板が前記段部と前記第２バックヨークに挟み込まれて機械的に固定配置される固定構造を備える磁気式マイクロエンコーダ。
【請求項１０】
前記第２バックヨークが、前記ハウジング開口部を塞ぐエンドキャップを兼ねているものである請求の範囲第１項乃至請求の範囲第９項のいずれかに記載の磁気式マイクロエンコーダ。
【請求項１１】
前記ハウジングが略円筒状に形成され、該ハウジングの外径がφ５ｍｍ以下に形成されるものである請求の範囲第１項乃至請求の範囲第９項のいずれかに記載の磁気式マイクロエンコーダ。
【請求項１２】
前記第２バックヨークが、前記ハウジング開口部を塞ぐエンドキャップを兼ねているものであり、
前記ハウジングが略円筒状に形成され、該ハウジングの外径がφ５ｍｍ以下に形成されるものである請求の範囲第１項乃至請求の範囲第９項のいずれかに記載の磁気式マイクロエンコーダ。
【請求項１３】
請求の範囲第１項乃至請求の範囲第９項のいずれかに記載の磁気式マイクロエンコーダを備えるマイクロモータ。
【請求項１４】
前記第２バックヨークが、前記ハウジング開口部を塞ぐエンドキャップを兼ねているものである、請求の範囲第１項乃至請求の範囲第９項のいずれかに記載の磁気式マイクロエンコーダを備えるマイクロモータ。
【請求項１５】
前記ハウジングが略円筒状に形成され、該ハウジングの外径がφ５ｍｍ以下に形成されるものである請求の範囲第１項乃至請求の範囲第９項のいずれかに記載の磁気式マイクロエンコーダを備えるマイクロモータ。
【請求項１６】
前記第２バックヨークが、前記ハウジング開口部を塞ぐエンドキャップを兼ねているものであり、かつ、前記ハウジングが略円筒状に形成され、該ハウジングの外径がφ５ｍｍ以下に形成されるものである、請求の範囲第１項乃至請求の範囲第９項のいずれかに記載の磁気式マイクロエンコーダを備えるマイクロモータ。
【請求項１７】
請求の範囲第１項乃至請求の範囲第９項のいずれかに記載の磁気式マイクロエンコーダと、減速機とを備えるマイクロモータ。
【請求項１８】
前記第２バックヨークが、前記ハウジング開口部を塞ぐエンドキャップを兼ねているものである、請求の範囲第１項乃至請求の範囲第９項のいずれかに記載の磁気式マイクロエンコーダと、減速機とを備えるマイクロモータ。
【請求項１９】
前記ハウジングが略円筒状に形成され、該ハウジングの外径がφ５ｍｍ以下に形成されるものである請求の範囲第１項乃至請求の範囲第９項のいずれかに記載の磁気式マイクロエンコーダと、減速機とを備えるマイクロモータ。
【請求項２０】
前記第２バックヨークが、前記ハウジング開口部を塞ぐエンドキャップを兼ねているものであり、かつ、前記ハウジングが略円筒状に形成され、該ハウジングの外径がφ５ｍｍ以下に形成されるものである、請求の範囲第１項乃至請求の範囲第９項のいずれかに記載の磁気式マイクロエンコーダと、減速機とを備えるマイクロモータ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、磁気式エンコーダ及びマイクロモータに関し、モータの回転数、回転方向を検出するための磁気式マイクロエンコーダ及びそれを備えたマイクロモータに関する。
背景技術
従来、モータの回転数、回転方向を検出する場合、Ａ相、Ｂ相の２相分の情報を得るためのセンサ対を備えるエンコーダが用いられている。このエンコーダは、例えば、図７に示すように、回転可能な磁気ディスクと固定側の磁気センサを備え、磁気ディスクの回転に合わせて磁気センサの出力電圧が変化するため、これをコンパレータを介して、矩形波信号を得ている。しかしながら、外径寸法が例えばφ５ｍｍ以下という超小型のエンコーダの場合、Ａ相とＢ相の両方を検出するための磁気センサ等の電子部品の配置は、ハウジング内のスペースとの関係上、以下のような問題がある。即ち、従来のエンコーダのように、磁気ディスクの径方向に磁気センサを配置する配置方法では、磁気ディスクの小径化に限界があること、また、磁気センサの配置スペースが磁気ディスクに対し径方向に必要となることから、極小径のハウジング内に磁気ディスクと磁気センサとを配置するのは困難である。これに対して、２個の長方形の磁気センサを磁気ディスクと面対向に配置する場合、磁気センサの配置スペースが磁気ディスクに対し軸方向に必要となるため、小径化に有利である。２個の磁気センサの配置の方法として、図８に示すように、磁気センサ２６ａ・２６ｂの長手方向がハウジングの内周２３に沿うように配置する配置方法が考えられるが、極小径のハウジングの内周２３に配置しようとすると、２個の磁気センサ２６ａ・２６ｂが互いに干渉してしまうため、この配置方法は採用しがたい。さらに、図９に示すように、２個の長方形の磁気センサ３６ａ・３６ｂを配置する方法では、ハウジングの内周３３の一部を切欠くと、磁気センサ３６ａ・３６ｂを配置することが可能であるが、磁気センサ３６ａ・３６ｂは、対角線上に１対の入力端子と１対の出力端子を備えるため、そのような配置によっては、入力端子と出力端子に接続する配線パターンが複雑になり配線が困難になるため、この配置方法も採用しがたい。
発明の開示
本発明は、外径がφ５ｍｍ以下のハウジング内に磁気ディスクと２個の磁気センサとを配置した超小型の磁気式マイクロエンコーダ及びそれを備えるマイクロモータを提供することを目的とする。
本発明者らは、磁気ディスクの極数、磁気ディスク、磁気センサの位置関係と、磁気センサの配置について鋭意検討した結果、磁気式エンコーダの超小型化に最適な極数、位置関係、配置に到達するに至り、本発明を完成した。
本発明に係る磁気式マイクロエンコーダは、回転軸に設けられ、軸方向に着磁された磁気ディスクと、前記磁気ディスクに設けられた第１バックヨークと、前記磁気ディスクの軸方向にギャップを介して面対向に配置され、且つ、長手方向がフレキシブルプリント基板の帯状配線部と略平行になるように該フレキシブルプリント基板のセンサ取付部に設けられる２個の磁気センサと、前記磁気センサの背面に前記フレキシブルプリント基板を介して設けられ、前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと共に磁気回路を形成する第２バックヨークと、前記第１バックヨークと前記磁気ディスクと前記磁気センサと前記第２バックヨークとを収容するハウジングと、を備えている。
磁気センサは、回転する磁気ディスクから磁束密度及び極性の変化を検出する。この磁気センサは、磁気ディスクの軸方向にギャップを介して面対向に配置され、且つ、磁気センサの長手方向がフレキシブルプリント基板の帯状配線部と略平行になるように該フレキシブルプリント基板のセンサ取付部に設けられる。この構造を採用することにより超小型のハウジング内に磁気センサを配置することができる。また、フレキシブルプリント基板は、一般的によく用いられるガラエポ基板より薄いため、センサ取付基板の薄肉化が可能である。このため、磁気式マイクロエンコーダの長さを短くできる。
本発明に係る磁気式マイクロエンコーダは、前記磁気ディスクの磁極を、２（１＋４ｎ）（ｎは０以上の整数）極とし、前記２個の磁気センサが、前記回転軸に対して互いに９０度開いた位置に配置されているものである。
磁気ディスクの極数を２（１＋４ｎ）（ｎは０以上の整数）極とし、磁気センサを、回転軸に対して９０度開いた位置、換言すると、回転軸を中心とし、回転軸の径方向にそれぞれ互いに９０度隔たった位置に配置する。以上のような構成とすることにより、２個の磁気センサの出力波形、即ち、Ａ相信号とＢ相信号の位相差が９０度となる。出力波形の位相差が９０度になると、信号波形の許容周期変動幅が最大になるため、回転方向の検出精度が向上する。また、容易に４逓倍することができるため、分解能を向上させることができる。
本発明に係る磁気式マイクロエンコーダは、前記磁気ディスクの磁極を、２（３＋４ｎ）（ｎは０以上の整数）極とし、前記２個の磁気センサが、前記回転軸に対して互いに９０度開いた位置に配置されているものである。
磁気ディスクの極数を２（３＋４ｎ）（ｎは０以上の整数）極とし、磁気センサを、回転軸に対して９０度開いた位置、換言すると、回転軸を中心とし、回転軸の径方向にそれぞれ互いに９０度隔たった位置に配置する。以上のような構成とすることにより、２個の磁気センサの出力波形、即ち、Ａ相信号とＢ相信号の位相差が９０度となる。出力波形の位相差が９０度になると、信号波形の許容周期変動幅が最大になるため、回転方向の検出精度が向上する。また、容易に４逓倍することができるため、分解能を向上させることができる。
本発明に係る磁気式マイクロエンコーダは、前記ハウジングに、前記帯状配線部を引き出す切欠部が設けられ、前記センサ取付部が、前記切欠部の形状に沿うように形成され、前記フレキシブルプリント基板を前記ハウジングに嵌合させて固定される構造を備える磁気式マイクロエンコーダである。
フレキシブルプリント基板は、センサ取付部の側面とハウジングの内周面及び切欠部とが当接するように、ハウジングに固定される。このように、本発明の磁気式マイクロエンコーダは、フレキシブルプリント基板とハウジングとが嵌合し、固定される構造を備える。フレキシブルプリント基板のセンサ取付部は、ハウジングの切欠部とハウジングの内周面に沿うように形成されているため、フレキシブルプリント基板が回転軸の回転方向に位置ずれしない。このため、フレキシブルプリント基板の固定強度を向上させることができる。
本発明に係る磁気式マイクロエンコーダは、前記ハウジングの内面に段部が設けられ、前記ハウジングに前記フレキシブルプリント基板を介して前記第２バックヨークを嵌合させ、前記フレキシブルプリント基板が前記段部と前記第２バックヨークに挟み込まれて機械的に固定配置される固定構造を備える磁気式マイクロエンコーダである。
第２バックヨークは、ハウジングの切欠部とハウジングの内周面に沿うように形成されており、第２バックヨークの側面とハウジングの内周面及び切欠部とが当接するように、ハウジングに圧入又は挿入接着される。ハウジングの内面に設けられた段部と第２バックヨークとでフレキシブルプリント基板を挟み込むことで、ハウジングの軸方向におけるフレキシブルプリント基板の固定強度を向上させることができる。
本発明に係る磁気式マイクロエンコーダは、前記第２バックヨークが、前記ハウジング開口部を塞ぐエンドキャップを兼ねているものである。
ハウジングの開口部は、磁気センサに対して磁気ディスクと反対側である。第２バックヨークがエンドキャップを兼ねるため、部品点数を削減できると共に、磁気式マイクロエンコーダの長さを短くできる。即ち、第２バックヨークは、一部品にて磁気回路形成、フレキシブル基板の固定、エンドキャップの役割を兼ね備えている。
本発明磁気式マイクロエンコーダは、前記ハウジングが略円筒状に形成され、該ハウジングの外径がφ５ｍｍ以下に形成されるものである。
磁気式マイクロエンコーダは、ハウジングの外径がφ５ｍｍ以下に形成されるものであり、ハウジングの外径がφ２ｍｍからφ４ｍｍ程度に形成されるものが好適である。また、本発明の磁気式マイクロエンコーダは、磁気センサの小型化に伴ってエンコーダの外径の小径化を図ることできる構造である。
本発明に係るマイクロモータは、前記磁気式マイクロエンコーダを備えるものである。
本発明に係るマイクロモータは、減速機が設けられているものである。
減速機は、マイクロモータの出力軸に設けられ、所定の減速比で減速するものであり、例えば遊星歯車群を備えて構成されるものである。この減速機を設けると、モータ出力軸（減速機の出力軸）の動きに対するエンコーダの出力波形（パルス）数が増加し、分解能を向上させることができるため、マイクロモータをより高精度に制御できる。
発明を実施するための最良の形態
本実施の形態に係る磁気式マイクロエンコーダ１は、図１に示すように、マイクロモータ２の一方端に設けられており、略円筒状のハウジング３内に収容された、磁気ディスク４と、第１バックヨーク５と、２個のホール素子（磁気センサ）６と、フレキシブルプリント基板７と、第２バックヨーク８と、を備えており、磁気ディスク４の回転による磁束密度及び磁極の変化を検出することにより、Ａ相、Ｂ相出力を可能にするものである。
ハウジング３は、図２に示すように、マイクロモータ２と同径で外径が約φ４ｍｍの略円筒状に形成されており、フレキシブルプリント基板７を引き出すための切欠部３ａが設けられている。この切欠部３ａの長さＬは、図１に示すように、フレキシブルプリント基板７とホール素子６と第２バックヨーク８の厚み分の長さに形成される。また、ハウジング３の内面には、フレキシブルプリント基板７を位置決め固定するための略環状の段部３ｂが設けられている。
磁気ディスク４は、円盤状に形成され、マイクロモータ２の回転軸９に第１バックヨーク５を介して固定されており、回転軸９の回転に伴って回転するようになっている。この磁気ディスク４は、図３に示すように、回転軸９の軸方向に２極着磁されている。第１バックヨーク５は、磁気ディスク４と同径に形成されており、磁気ディスク４に面対向に回転軸９に設けられ、回転軸９の回転に伴って磁気ディスク４と一体となって、回転するようになっている。
フレキシブルプリント基板７は、図４に示すように、センサ取付部７ａと帯状配線部７ｂとを有し、図示されない電源及びコンパレータに接続されている。帯状配線部７ｂには、磁気センサ６ａ・６ｂの入出力端子と接続される配線パターン７ｃが施されている。また、センサ取付部７ａは、ハウジング３の内周面に沿うように略円盤状に形成された部分７ｄと切欠部３ａの開口形状に沿うようにくびれた部分７ｅとで構成されている。このセンサ取付部７ａには、２個のホール素子６ａ・６ｂが設けられている。
２個のホール素子６ａ・６ｂは、長方形に形成されており、中心付近で磁束密度及び磁極の変化を検出するようになっている。この２個のホール素子６ａ・６ｂは、その長手方向がフレキシブルプリント基板７の帯状配線部７ｂの長手方向と略平行になると共に、回転軸９に対して互いに９０度開いた位置に配置されている。また、ホール素子６ａ・６ｂは、４隅が入出力端子となっており、配線パターン７ｃと接続されている。２個のホール素子を互いに９０度開いた位置に配置することにより、２（１＋４ｎ）（本実施形態ではｎ＝０）に着磁された磁気ディスクとの関係において、２個のホール素子６ａ・６ｂの出力波形の位相差が９０度となる。
図１０（ａ）に示すように、磁気ディスク４の回転方向が半時計回り（ＣＣＷ）の場合、ホール素子６ａ・６ｂの出力波形の関係は、図１１（ａ）に示すように、Ｂ相の位相がＡ相に対し９０度遅れるようになる。一方、磁気ディスク４の回転方向が時計回り（ＣＷ）の場合、ホール素子６ａ・６ｂの出力波形の関係は、図１１（ｂ）に示すように、Ｂ相の位相がＡ相に対し９０度進むようになる。これにより、出力波形の許容周期変動幅が最大になり、回転方向の検出精度が向上する。また、容易に４逓倍することができるため、分解能を向上させることができる。
第２バックヨーク８は、図５に示すように、ハウジング３の開口部３ｃを塞ぐように、ハウジング３の内周面に沿うように形成された略円盤状の小径部８ａと、ハウジング３の外径と同径の扇状の大径部８ｂとで構成されている。第２バックヨーク８は、第１バックヨーク５と磁気ディスク４と共に磁気回路を構成すると共に、ハウジング３の開口部３ｃを塞ぐエンドキャップを兼ねている。
次に、フレキシブルプリント基板７をハウジング３に固定する構造と、第２バックヨーク８との関係を図４及び図５に基づいてさらに説明する。
フレキシブルプリント基板７を、その取付部７ａの表面７ｆと段部３ｂとが当接するまで、ハウジング３内に挿入する。次に、第２バックヨーク８をフレキシブルプリント基板７の裏面に当接するまでハウジング３内に圧入し、ハウジング３の段部３ｂと第２バックヨーク８とでフレキシブルプリント基板７を挟み込んで固定する。このように、フレキシブルプリント基板７をハウジング３内に挿入し、さらに第２バックヨーク８をハウジング３内に圧入嵌合させることにより、ハウジング３に対するフレキシブルプリント基板７の軸方向の固定強度が向上する。また、フレキシブルプリント基板７のくびれた部７ｅがハウジング３の切欠部３ａとその形状が一致し位置決め部分が当接するため、フレキシブルプリント基板７がハウジング３の周方向に位置ずれせず、フレキシブルプリント基板７の固定強度が向上する。
以上の固定構造によりフレキシブルプリント基板７を固定することによって、２個のホール素子６ａ・６ｂは、図１に示すように、磁気ディスク４の軸方向にギャップを介して面対向に配置され、回転する磁気ディスク４から磁束密度及び磁極の変化を検出する。
この磁気式マイクロエンコーダ１を備えたマイクロモータ２の出力側には、減速機１０が設けられている。図６は、図１に示す減速機１０のＡ−Ａ断面図を示している。減速機１０は、例えば１段構造の場合、３個の遊星歯車１１がモータ出力軸に取り付けられたピニオン１２に歯合して減速する遊星歯車式減速機構であり、減速およびトルクの増大を図るものである。
マイクロモータ２として、三相センサレスブラシレスモータを用い、このモータにギヤ比７９：１の減速機１０を取り付けた場合、モータ出力軸（減速機の出力軸）と磁気センサの１相あたりの出力信号（パルス）との関係は、以下の通りとなる。
減速機が取り付けられていない場合、本実施の形態では磁気ディスクの磁極数が２であるからブラシレスモータが一回転すると１パルスを出力するのに対し、ギヤ比７９：１の減速機を設けた場合、モータ出力軸（減速機の出力軸）の一回転当たり、７９パルスが出力されることとなる。このように、モータ出力軸一回転当たりに出力される磁気センサの１相あたりの出力信号（パルス）数が増加するため、減速比に対応して磁気式マイクロエンコーダ１の分解能が向上する。
なお、本実施の形態では、２（１＋４ｎ）（本実施の形態ではｎ＝０）極に着磁された磁気ディスク４を用いた場合を説明したが、６極に着磁された磁気ディスク４１との関係においても、２個のホール素子を互いに９０度開いた位置に配置すると、２個のホール素子６ａ・６ｂの出力波形の位相差が９０度となる。図１０（ｂ）に示すように、磁気ディスク４１の回転方向が半時計回り（ＣＣＷ）の場合、ホール素子６ａ・６ｂの出力波形の関係は、図１２（ａ）に示すように、Ｂ相の位相がＡ相に対し９０度進むようになる。一方、磁気ディスク４１の回転方向が時計回り（ＣＷ）の場合、ホール素子６ａ・６ｂの出力波形の関係は、図１２（ｂ）に示すように、Ｂ相の位相がＡ相に対し９０度遅れるようになる。これにより、出力波形の許容周期変動幅が最大になり、回転方向の検出精度が向上する。また、容易に４逓倍することができるため、分解能を向上させることができる。
また、本実施の形態では、磁気式マイクロエンコーダ１のハウジング３の外径がφ４ｍｍとして説明したが、ハウジング３の外径寸法はこれに限るものではない。また、ハウジング３の形状やフレキシブルプリント基板７や第２バックヨーク８の形状も、上記形状を一例として示したにすぎず、この形態に限るものではない。
２個のホール素子を互いに９０度開いた位置に配置する場合、磁気ディスク４は、２（１＋４ｎ）（ｎは０以上の整数）極又は２（３＋４ｎ）（ｎは０以上の整数）極であればよいので、２極着磁又は６極着磁に限るものではない。したがって、例えば、ｎ＝１の場合、１０極又は１４極着磁となり、ｎ＝２の場合、１８極又は２２極着磁となり、ｎ＝３の場合、２６極又は３０極着磁となる。
また、磁気センサとしてホール素子６を使用した場合を説明したが、ホール素子６に限られず、ホールＩＣでもよい。さらに、ホール素子６ａ・６ｂは、長方形に限定されるものではなく、略長方形や正方形や略正方形でもよい。また、減速機１０として、遊星歯車式減速機構を用いた場合を説明したが、これに限るものではなく、構造上のスペースが許容される場合には、通常の平歯車による減速機構あるいはウォームとウォームホイール減速機構などを用いてもよい。
産業上の利用可能性
本発明は、外径φ５ｍｍ以下のハウジング内に磁気ディスクと２個の磁気センサとを配置した超小型の磁気式マイクロエンコーダを構成できるという効果を奏する。また、２個の磁気センサの小型化に伴ってハウジングの外径の更なる小径化を図ることできるという効果を奏する。
本発明は、出力波形の位相差が９０度になり、信号波形の許容周期変動幅が最大になるため、回転方向の検出精度を向上させることができるという効果を奏する。また、容易に４逓倍することができるため、分解能を向上させることができるという効果を奏する。
本発明は、フレキシブルプリント基板が回転軸の回転方向に位置ずれしないため、フレキシブルプリント基板の固定強度を向上させることができるという効果を奏する。
本発明は、ハウジングの内面に設けられた段部と第２バックヨークとでフレキシブルプリント基板を挟み込むため、ハウジングの軸方向におけるフレキシブルプリント基板の固定強度を向上させることができるという効果を奏する。
本発明は、第２バックヨークがエンドキャップを兼ねるため、部品点数を削減できると共に、磁気式マイクロエンコーダの長さを短くできるという効果を奏する。
本発明は、外径φ５ｍｍ以下の略円筒状のハジング内に磁気ディスクと２個の磁気センサとを配置した超小型の磁気式マイクロエンコーダを構成できるという効果を奏する。
本発明は、超小型のアクチュエータが得られるという効果を奏する。
本発明は、減速機の減速比に応じて磁気式マイクロエンコーダの分解能を向上させることができるという効果を奏する。また、内視鏡などの医療機器やマイクロマシンなどの利用に適するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
図１は、発明を実施するための形態に係る磁気式マイクロエンコーダの概略を説明する図である。
図２は、発明を実施するための形態に係る磁気式マイクロエンコーダのハウジングを説明する図である。
図３は、発明を実施するための形態に係る磁気式マイクロエンコーダの磁気ディスクを説明する図である。
図４は、発明を実施するための形態に係る磁気式マイクロエンコーダのフレキシブルプリント基板を説明する図である。
図５は、発明を実施するための形態に係る磁気式マイクロエンコーダを説明する図である。
図６は、発明を実施するための形態に係る減速機を説明する図である。
図７は、従来の磁気式エンコーダを説明する図である。
図８は、磁気センサの配置方法を説明する図である。
図９は、磁気センサの配置方法を説明する図である。
図１０は、磁気ディスクとホール素子の位置関係と、磁気ディスクの回転方向を説明する図である。
図１１は、２（１＋４ｎ）（ｎは０以上の整数）極に着磁された磁気ディスクの回転方向と、ホール素子の出力波形の位相差との関係を説明する図である。
図１２は、２（３＋４ｎ）（ｎは０以上の整数）極に着磁された磁気ディスクの回転方向と、ホール素子の出力波形の位相差との関係を説明する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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