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【発明の名称】 角度検出装置
【発明者】 【氏名】久須美 雅昭

【氏名】佐藤 謙一

【氏名】根門 康夫

【氏名】土谷 秀樹
【要約】 【課題】簡便な構造によりアナログ信号を出力する磁気式の角度検出装置を提供する。

【解決手段】角度検出装置は、高透磁率材料からなり、複数の軸が中心部１ｅから同一平面上に放射状に延設されてなる磁路形成部１と、この磁路形成部１の各軸に取り付けられたコイルとを有する磁界検出手段と、磁界検出手段の各軸と等間隔になるよう近接配置され、磁界検出手段の各軸の位置する平面に対して平行かつ一方向の磁界を発生する磁界発生手段とを備え、磁界検出手段と磁界発生手段とが磁路形成部１の中心部を回転中心として相対回転するように支持される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 高透磁率材料からなり、複数の軸が中心部から同一平面上に放射状に延設されてなる磁路形成部と、この磁路形成部の各軸に取り付けられたコイルとを有する磁界検出手段と、上記磁界検出手段の各軸と等間隔になるよう近接配置され、上記磁界検出手段の各軸の位置する平面に対して平行かつ一方向の磁界を発生する磁界発生手段とを備え、上記磁界検出手段と上記磁界発生手段とが上記磁路形成部の中心部を回転中心として相対回転するように支持されたことを特徴とする角度検出装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械、産業機器、一般ＯＡ機器等で好適に用いられる角度検出装置に関し、詳しくは、シャフト等の回転時における絶対角度を検出するためのアナログ信号を出力する角度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、工作機械、産業機器、一般ＯＡ機器等においてシャフト等の回転部の回転角度を検出するために、種々の角度検出装置が使用されている。このうち、回転部の回転角度の変化に伴い信号を出力するセンサであって、いわゆる絶対角度検出を行う角度検出装置としては、ディジタル信号を出力するアブソリュートロータリーエンコーダや、アナログ信号を出力する精密回転ポテンショメータ、シンクロ、レゾルバ等が挙げられる。
【０００３】ここで、アブソリュートロータリーエンコーダは、回転軸側に組み合わせ符号化された複雑な模様のスリットを有する円盤状の回転スリットが、固定子（ステーター）側に固定スリットがそれぞれ取り付けられ、固定スリットを介して射出される発光素子からの射出光を回転スリットで透過・遮光することにより、複数の受光素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させる光学式の構造のものが広く知られている。
【０００４】また、ディジタル信号を出力するアブソリュートロータリーエンコーダには、インクリメンタルエンコーダを電池等のバックアップ電源で常時通電し、カウント値を絶対値で保持するものや、２つの異なる波長のインクリメンタルスケールの信号からその位相差をもとに、設定された区間の絶対値を求めるもの（特公昭５０−２３６１８号、「測尺装置」）が知られている。
【０００５】さらには、このアブソリュートロータリーエンコーダには、絶対値情報を直接スケールに記録し、その情報を読み出すものとしては、バイナリ・グレイ等の２進コードをパターンとしてスケールに記録しておき、そのパターンを検出することにより上記２進コードを読み出す光学式または磁気式のものや、Ｍ系列コード等の循環コードをパターンとしてスケールに記録しておき、そのパターンを検出することにより上記循環コードを読み出し、位置の絶対値情報に変換する磁気式のもの（特開昭５７−１７５２１１号、「回転体の角度検出装置」）などが知られている。
【０００６】一方、精密回転ポテンショメータは、機械的変位を直接または間接的に駆動軸に伝え、駆動軸の回転動作により、その変位量に相応した電気的変位量を分圧方式で検出する装置のうち、特に高分解能、高精度の性能を有するもの、と定義される。この精密回転ポテンショメータの動作原理は、駆動軸に取り付けられた摺動子が抵抗素子上を摺動し、その機械的角度に相応した抵抗素子上の電圧が摺動子機構から出力される、というものである。
【０００７】シンクロは、外観的にも構造的にも３相巻線型同期発電機と類似しており、櫛歯状のコアと３相の巻線部と摺動接点部の３点を構成要素とする。また、レゾルバは、シンクロに類似した構造であり、上記巻線部が３相ではなく直交（２相）巻線となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、アナログ信号を出力する上記精密回転ポテンショメータ、シンクロ、レゾルバ等の角度検出装置は、従来より以下のような問題点を有していた。例えば、精密回転ポテンショメータは、上述のように摺動子が抵抗素子上を接触して動く構造となっているため、両者の摩耗が必ず発生し、素子や性能の劣化、基本的な商品寿命等の存在が避けられないという問題点があった。また、シンクロやレゾルバは、上述したアブソリュートロータリーエンコーダと比較して構造がかなり複雑であり、また上述のようにその構造上、摺動接点部を有しているため、同様に性能の劣化、基本的な商品寿命等の存在が避けられないという問題点があった。なお、レゾルバは、摺動接点部のないものとしてバリアブル・リラクタンス（ＶＲ）タイプのものがあるが、このタイプでも櫛歯状のコアと巻線部の構造は同様であり、上述のアブソリュートロータリーエンコーダと比較して構造が複雑であった。
【０００９】このように、従来より、絶対角度検出を行う角度検出装置のうちアナログ信号を出力するものは、構造が複雑であったり構造上寿命が短いといった構造上の問題点を有していた。一方、上述したディジタル信号を出力するアブソリュートロータリーエンコーダの原理・構造から、アナログ信号を出力する磁気式の角度検出装置を簡便に構成することは困難であった。
【００１０】本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであって、簡便な構造によりアナログ信号を出力する磁気式の角度検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る角度検出装置は、上記課題を解決するため、高透磁率材料からなり、複数の軸が中心部から同一平面上に放射状に延設されてなる磁路形成部と、この磁路形成部の各軸に取り付けられたコイルとを有する磁界検出手段と、磁界検出手段の各軸と等間隔になるよう近接配置され、磁界検出手段の各軸の位置する平面に対して平行かつ一方向の磁界を発生する磁界発生手段とを備え、磁界検出手段と磁界発生手段とが磁路形成部の中心部を回転中心として相対回転するように支持される。
【００１２】角度検出装置においては、磁界検出手段と磁界発生手段とが磁路形成部の中心部を回転中心として相対回転することにより、磁界発生手段からの一方向の磁界が回転し、磁路形成部の各軸に取り付けられた各コイルのインピーダンスが変化する。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態につき図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で使用する上下左右あるいはＸＹ等の方向については、図面を基準とする。
【００１４】図１は、後述する磁界検出センサ１０の構成部品となる磁路形成部の構造の一例を示した平面図である。この磁路形成部１は、略十字型の平面形状を有し、４つのバー１ａ，１ｂ，１ｃ，及び１ｄが中心部１ｅから同一平面上に放射状に延設された構成となっている。
【００１５】中心部１ｅは、円板形状を成すとともに、その中央に孔部１ｆが形成されている。また、各バー１ａ〜１ｄは、図１に示すように、バー１ａとバー１ｂ、及びバー１ｃとバー１ｄとがそれぞれ一直線状となり、かつ各バー１ａ〜１ｄが相互に９０度の角度をなすように中心部１ｅにより連結されている。以下、説明の便宜のため、バー１ａとバー１ｂとを総称してバー１Ｘと呼び、バー１ｃとバー１ｄとを総称してバー１Ｙと呼ぶ。
【００１６】磁路形成部１は、互いに直交する２軸であるバー１Ｘ，１Ｙを構成要素とする十字型の開磁路をもっている。そして、磁路形成部１の寸法は、バー１Ｘ，１Ｙの端からバー１Ｘ，１Ｙと中心部１ｅとの境界までの距離がそれぞれ７ｍｍ、中心部１ｅの円の半径が１．５ｍｍ（従ってバー１Ｘ，１Ｙの差し渡しがそれぞれ１７ｍｍ）、バー１Ｘ，１Ｙの幅がそれぞれ０．６ｍｍ、孔部１ｆの直径が０．８ｍｍ、バー１Ｘ，１Ｙ、及び中心部１ｅの板厚がそれぞれ０．０５ｍｍになっている。（なお、寸法はあくまで一例であって、これに限定する趣旨ではない。以下の各部についても同じである。）磁路形成部１の材質としては、パーマロイが用いられている。磁路形成部１の加工にあたっては、パーマロイによる板材をエッチングにより、上述した形状及び寸法に成形する。なお、略同形状の非磁性材を磁路形成部１に密着させることで、機械的強度を補強するようにしてもよい。
【００１７】なお、磁路形成部１の材質は、高透磁率磁性材であればどのようなものでもよい。パーマロイ以外にも、磁路形成部１の材質として好ましいものには、アモルファス金属等が挙げられる。アモルファス金属としては、ＦｅＣｏＳｉＢ組成のものが一般的に多く用いられる。
【００１８】磁界検出センサ１０は、図２に示すように、磁路形成部１の各バー１ａ〜１ｄに対してボビン２とコイルとからなるコイル体３が取り付けられる。ここで、コイル体３の取り付けにあたっては、予め別工程で、樹脂等の絶縁体から成るボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）にコイルＸ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２を互いに等しい巻回数で巻装しておく。その際、コイルＸ１〜Ｙ２のインダクタンスを大きくするために、コイルＸ１〜Ｙ２の巻数を多めにする。この実施の形態では、このときの巻回数を１２００ターンとすることにより、インダクタンスが約１０ｍＨと比較的簡単に大きな値が得られたことから、高インピーダンス化につながり、装置全体としての低消費電力化を可能とした。
【００１９】なお、この巻回数は、消費電力を特に低くする必要が無い場合には、１２００ターンより少なくても良い。この巻回数を減少させた場合の実験を行った結果、５０ターン程度まで少なくした場合でも十分に機能することが確認された。
【００２０】磁路形成部１の各バーにコイル体３が取り付けられた磁界検出センサ１０は、さらに図３に示すように、基板４に対して取り付けられる。この基板４は、絶縁材料によって平面略円形状に成形されており、その一方の主面４Ａの中央に平面円環状の立上がり壁部５が形成されている。この立上がり壁部５により囲まれた基板４の主面４Ａには、その中心位置に磁路形成部１の孔部１ｆと略同径の穴部１１が形成されている。また、立上がり壁部５には、磁路形成部１の各バーの幅と略同一幅を有する切欠部６，７，８，９が形成されている。このうち、切欠部６と切欠部８が穴部１１を中心として相互に対峙しており、また、切欠部７と切欠部９も穴部１１を中心として相互に対峙している。
【００２１】このような構成を有する基板４は、その切欠部６，７，８，９に対して磁界検出センサ１０の磁路形成部１における各バーの端部が嵌めこまれるように取り付けられる。このとき、図３に示すように、磁路形成部１の孔部１ｆは、基板４の穴部１１と平面位置が一致するように位置決めされる。そして、この状態で孔部１ｆと穴部１１とを図示しない固定ガイドピンが嵌合することによって、磁界検出センサ１０が基板４に対して固定される。なお、この固定ガイドピンは、磁路形成部１の中心を示す指標としての機能をも有している。
【００２２】さらに、立上がり壁部５により囲まれた基板４の主面４Ａには、磁界検出センサ１０の各コイルＸ１〜Ｙ２からの導線が半田付けで接続される金属のピン部材１２が８本取り付けられている。各ピン部材１２は、基板４のもう一方の主面４Ｂまで貫通している。そして、基板４のもう一方の主面４Ｂには後述する励磁手段４２，平滑回路４３等を構成するＩＣ等のチップ部品（図示せず）が取り付けられており、各ピン部材１２は、このチップ部品の端子を介して後述するケーブル１３と接続されることになる。
【００２３】一方、立上がり壁部５の外側の基板４の両主面には、複数の取り付け孔１４，１４が穿設されている。ここで、図面上はこの取り付け孔１４が２つとなっているが、この取り付け孔１４の数については、３つあるいはそれ以上としても良い。
【００２４】なお、説明の便宜のため、上述した磁界検出センサ１０，固定ガイドピン，ピン部材１２，チップ部品，ケーブル１３等が取り付けられた基板４を、検出センサ部２０と呼ぶ。
【００２５】図４は、本発明の角度検出装置３０の要部断面図である。この角度検出装置３０は、略カップ状の筐体２１の内部にステーター２２が取り付けられており、この筐体２１とステーター２２とで形成される空間部に、ローター２３、支柱２６，２６、上述した検出センサ部２０が配設される。
【００２６】ローター２３は、円盤状の回転子２４とこの回転子２４の主面の中心に一体に取り付けられたシャフト部２５とからなり、このシャフト部２５が、ステーター２２の中央に形成されたローター取付開口部２７に対して、ボールベアリング２８，２８及びスペーサ２９を介して回転可能に取り付けられる。具体的には、シャフト部２５は、その直径がボールベアリング２８，２８の内径と略同一となっている。さらに、シャフト部２５は、その回転子２４に取り付けられる側にボールベアリング２８の内径より大径とされた突当て部２５ａが形成されている。そして、ローター２３は、シャフト部２５の突当て部２５ａがボールベアリング２８に突き当てられることによって、ステーター２２のローター取付開口部２７に対して回転可能に取り付けられる。
【００２７】ここで、図５を参照してローター２３の構造について説明する。ローター２３は、その回転子２４がプラスティックマグネットにより円盤状に成形されている。この回転子２４は、図５の矢印で示すように、円盤形状の盤面平面内方向の一方向に磁化されている。このような構成の回転子２４は、上述した磁界検出センサ１０に対する外部磁界の発生手段としての機能を有している。
【００２８】回転子２４は、その磁界検出センサ１０と対峙する盤面平面内の回転中心点に、小径のガイド穴３１が刻設されている。このガイド穴３１は、検出センサ部２０をステーター２２に対して取り付ける際に、この検出センサ部２０の位置合わせのために利用される。
【００２９】検出センサ部２０は、図４に示すように、ステーター２２と一体形成された支柱２６，２６を介してローター２３が組み込まれたステーター２２に取り付けられることにより、ローター２３の回転子２４からの磁界を検出する手段となす。具体的には、検出センサ部２０は、基板４の立上がり壁部５をローター２３に対峙する方向に向け、かつネジ３２，３２を取り付け孔１４，１４を介して支柱２６，２６の図示しないネジ穴にねじ込むことによって、ステーター２２に対して固定される。
【００３０】このとき、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、検出センサ部２０における磁路形成部１の孔部１ｆの中心と回転子２４のガイド穴３１とが同軸になるように位置合わせを行う。具体的には、磁路形成部１の孔部１ｆと基板４の穴部１１とに嵌合した上述の固定ガイドピンの中心と、回転子２４のガイド穴３１とが同軸になるように位置合わせの微調整を行う。また、このとき、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転子２４の盤面により作られる平面と磁路形成部１により作られる平面とが所定の間隔を有して略平行となるように微調整を行う。これら各微調整により、角度検出装置３０においては、精度の良い出力信号を得ることができる。
【００３１】なお、図４に示すように、検出センサ部２０における基板４の主面４Ｂ側には、ケーブル１３が上述のように接続される。このケーブル１３は、筐体２１の穴部３３に取り付けられたパッキング部材３４を介してこの筐体２１の外部に引き出される。
【００３２】ここで、図７を参照して、角度検出装置３０において磁界を検出する原理について説明する。上述のように、ローター２３の回転子２４が盤面平面内の一方向に着磁されたプラスティックマグネットを用いていることから、このプラスティックマグネットが外部に作る磁界（以下、外部磁界という。）によって、検出センサ部２０における磁界検出センサ１０には、一方向の略一様な磁界が印加される。磁界検出センサ１０に印加されている磁界は、ローター２３の回転に伴って回転する。従って、磁界検出センサ１０の各軸からの出力信号は、外部磁界のその軸方向成分の強さに応じた出力となる。具体的には、後述の如く、出力信号は、回転子２４からの磁界が回転する事で正弦波状に変化することになる。
【００３３】次に、図８を参照して、検出センサ部２０の磁界検出センサ１０がローター２３の回転角度を検出する方法について説明する。図８は、検出センサ部２０の回路構成の一例を示す図である。なお、この図では、磁界検出センサ１０に関しては、動作機能に寄与する磁路形成部１とその各軸（各バー）に位置するコイルＸ１〜Ｙ２のみを抽出して示している。
【００３４】図８に示すこの回路においては、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２、コンデンサＣ１、及びＩＣ１からなる高周波発振器４１とトランスＴとからなる励磁手段４２によって励磁を行うようになっている。なお、この高周波発振器４１は、マルチバイブレータ回路を応用したものとなっている。
【００３５】また、この回路の出力側には、抵抗Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１、コンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５、及びコンデンサＣ６，Ｃ７により構成された平滑回路４３がダイオードＤ２〜Ｄ５を介して磁界検出センサ１０と接続されている。
【００３６】ここで、高周波発振器４１の出力は、励磁手段４２の検出感度が最良となる周期が約４０μＳ、パルス幅が約２μＳに設定した。又、高周波発振器４１のＩＣ１は、ヒステリシスを持ったシュミット・インバータを用いることにより、チャタリングを防止している。この出力は、コイルのインダクタンスが大きいので、後述のように磁路形成部１の磁界がＨdとなるようトランスＴで３倍に昇圧して、この磁路形成部１を励磁している。
【００３７】磁路形成部１に巻装される各コイルは、励磁電圧が印加されたときに磁界の方向が、Ｘ軸のコイルＸ１，Ｘ２では外向きになり、Ｙ軸のコイルＹ１，Ｙ２では内向きになるように巻装され、各コイルの一方がトランスＴの片側に、他方は各々抵抗Ｒ４〜Ｒ７を介してトランスＴの他の片側に結線されている。励磁電圧が印加されたときの磁界の強さは、磁路形成部１に巻装される各コイルのインピーダンス変化が急峻となる磁界Ｈdまで励振される。
【００３８】ここで、外部磁界が加わっていない場合を考えると、磁路形成部１の形状、各コイルの巻数、励磁電圧による磁界Ｈdも等しい。従って、磁路形成部１における各軸のコイルのインピーダンスも等しくなるから抵抗Ｒ４〜Ｒ７の両端に生じる励磁電圧の大きさは皆等しく、ダイオードＤ２〜Ｄ５を経て各抵抗Ｒ８〜Ｒ１１及び、コンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５、及びコンデンサＣ６，Ｃ７による平滑回路４３を経た出力も等しくなるので、Ｘ軸出力Ｖx及びＹ軸出力Ｖyの出力は零となる。なお、この平滑回路４３は、励磁電圧の周期よりも十分大きな時定数をもたせてある。
【００３９】次に、外部磁界が磁路形成部１に加わった場合を考えると、Ｘ軸のコイルＸ２の部分では、外部磁界のＸ成分Ｈxの向きと励磁電圧による磁界Ｈdの向きとが互いに逆であるから、この部分の磁界強度は下がり、コイルのインピーダンスが周知のように大きくなり、抵抗Ｒ６端の励磁電圧も大きくなる。逆にＸ軸のコイルＸ１では、外部磁界のＸ成分Ｈxの向きと励磁電圧による磁界Ｈdの向きとが互いに同じとなり、磁界強度は上がるのでインピーダンスは小さくなり、抵抗Ｒ７端の励磁電圧も小さくなる。
【００４０】この結果、平滑回路４３を経たＸ軸コイルＸ２側の電圧が上がり、Ｘ軸コイルＸ１側の電圧が下がるので、Ｘ軸出力Ｖxは、図中矢印で示した方向に現れる。なお、外部磁界のＸ成分Ｈxの方向が逆となればＸ軸出力Ｖxも逆方向となることは説明を要しない。このように、Ｘ軸出力Ｖxは、外部磁界のＸ軸成分Ｈxの強さに応じた出力が得られることになる。
【００４１】以下、Ｙ軸出力についても、磁路形成部１のＹ軸コイルＹ１，Ｙ２が、Ｘ軸コイルに対して励磁電圧による磁界Ｈdの向きが逆で空間配置が９０°異なること以外は同じであるから、同様に外部磁界のＹ軸成分Ｈyの強さに比例した出力が得られることになる。
【００４２】したがって、上述のように、ローター２３の回転子２４からの外部磁界によって、磁界検出センサ１０には、一方向の略一様な磁界が印加される。そして、磁界検出センサ１０のＸ軸からの出力信号は、ローター２３の回転に伴う磁界の回転により、正弦波状に変化することになる。一方、磁界検出センサ１０のＹ軸からの出力信号は、Ｘ軸からの出力信号より９０度位相のずれた信号となる。
【００４３】図９に、角度検出装置３０におけるローター２３の回転角度と出力電圧との関係を測定した結果について示す。この特性図から明らかなように、出力信号Ｖx，Ｖyとして、互いに位相が９０度ずれた正弦波及び余弦波のアナログ出力が、少ない誤差で高精度に得られている。また、各出力信号Ｖx，Ｖyの周期は、ローター２３が一回転すると一周期となることがわかる。
【００４４】このように、角度検出装置３０によれば、十字型の磁路形成部１の直交する２軸であるバー１Ｘ及びバー１Ｙにそれぞれ一対のコイルを設けた磁界検出センサ１０と、励磁手段４２，平滑回路４３等の回路と、磁界検出センサ１０に一方向の略一様な磁界を印加するプラスティックマグネットの回転子２４を備えたローター２３、という簡便な構成を有しながら、ローター２３の回転に比例した周期を有するアナログの正弦波及び余弦波による信号を出力することができる。
【００４５】なお、角度検出装置３０によれば、上述のようにエッチングの手法を用いて磁路形成部１の加工をしていることから、磁路形成部１の寸法及び形状を正確に出すことができ、この結果、各出力信号Ｖx，Ｖyについて、その位相差を調整することなしに正確な出力を得ることができる。
【００４６】さらに、角度検出装置３０によれば、ローター２３側と検出センサ部２０側とで摺動部分を有しないので、摺動部品の摩耗等による寿命を考慮する必要がない。
【００４７】さらにまた、角度検出装置３０によれば、ボビン２にコイルを巻回したコイル体３を磁路形成部１の各バーに取り付ける構成としたので、コイルの巻回がし易く、多巻回も容易であり、さらには巻回の作業を別工程で行うことができるので、組立効率が大幅にアップする。
【００４８】また、角度検出装置３０によれば、磁路形成部１，基板４，及び回転子２４のそれぞれの中心位置に、孔部１ｆ，穴部１１，及びガイド穴３１を設けたことから、これらを基準としてそれぞれの正確な位置決めを行うことが可能となり、これにより安価でかつ性能の良い製品を提供することが可能となる。
【００４９】図１０及び図１１に、ローター２３の変形例を示す。なお、上述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付している。図１０は、ローターについて回転子の形状を矩形の板状とした場合を示している。図１０に示すこのローター２３Ａでは、この回転子２４Ａを長手方向に磁化した棒状の磁石を用いることとしている。
【００５０】また、図１１に示すローター２３Ｂは、全体略円盤状の回転子２４Ｂに２つの磁石４４，４５を取り付けたものである。具体的には、ローター２３Ｂは、回転子２４Ｂの主面外側の、ガイド穴３１を中心とした対称位置に、一対の切欠部４６，４６が形成されており、この切欠部４６，４６に対して磁石４４，４５が嵌合されることにより、平面略円形の形状を呈している。このローター２３Ｂでは、取り付けられた２つの磁石４４，４５につき、その磁化の方向が互いに同じように、磁石４４の外側がＮ極になり、磁石４５の内側がＮ極になるようにそれぞれ磁化されている。なお、ローター２３Ｂに取り付けられる磁石の数については、この例に限定されるものではないことは勿論である。
【００５１】なお、上記ローター２３Ａの回転子２４Ａ及びローター２３Ｂの磁石４４，４５の材質については、上述のプラスティックマグネットの他に、フェライトマグネット等の焼結磁石、ＣｕＮｉＦｅ，ＦｅＣｒＣｏ等の合金磁石であっても良い。また、回転子の形状は、上述の例だけに限定されるものでないことは勿論であり、検出センサ部２０の磁界検出センサ１０に対して略一様の外部磁界を印加するものであればよい。
【００５２】次に、角度検出装置の他の構成例について図１２及び図１３を参照して説明する。なお、上述した実施の形態と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。図１２に示すこの角度検出装置５０では、回転軸５１の先端側の主面５１Ａに上述したプラスティックマグネットによる回転子２４を組み込んだハウジング５２が取り付けられている。
【００５３】回転軸５１は、例えば回転角度の測定対象となる図示しない所定の工作機械における回転シャフト等を用いることができる。
【００５４】ハウジング５２は、具体的には図１３に示すように、全体略リング状の外形を呈しており、その中央には回転子２４を取り付けるためこの回転子２４の直径と同径に形成された円形の取付部５３を有し、その主面には孔部５４が４箇所に形成されている。そして、角度検出装置５０においては、このハウジング５２の取付部５３に対して回転子２４を嵌入し、この状態でハウジング５２を回転軸５１の主面５１Ａに当接し、さらにこの状態で各孔部５４にねじ５５によりねじ込むことにより、回転軸５１の主面５１Ａに対してハウジング５２及び回転子２４が取り付けられる。なお、この取り付けにあたっては、回転軸５１の回転中心と回転子２４のガイド穴３１とが同軸になるよう位置決めを行う。
【００５５】そして、角度検出装置５０では、この回転子２４に対して、図３に示した磁界検出センサ１０が組み込まれた基板５６の立上がり壁部５が対峙するように配設される。なお、この基板５６は、その外形が平面略正方形状となっているところを除いては上述した基板４と全く同様の構成であり、一方の主面５６Ａの中央部に上記立上がり壁部５が形成され、もう一方の主面５６Ｂに上述した励磁手段４２，平滑回路４３等を構成するＩＣ等のチップ部品、ケーブル１３が取り付けられている。
【００５６】基板５６は、例えば図示しない所定の固定器具等に対して取り付けられ、一方、ハウジング５２及び回転子２４が配設された回転軸５１は、図示しない軸受けによって図の矢印ＡＢ方向に回転可能に支持される。ここで、回転子２４と基板５６の立上がり壁部５とは、上述の実施の形態と同様に、磁路形成部１の孔部１ｆと基板５６の上記穴部（図示せず）とに嵌合した固定ガイドピンの中心と、回転子２４のガイド穴３１とが同軸となり、図６（ａ）及び（ｂ）に示したように、回転子２４の盤面により作られる平面と立上がり壁部５に組み込まれた磁路形成部１により作られる平面とが所定の間隔を有して略平行となるように位置決めがなされる。このように位置決めがなされることにより、角度検出装置５０においては、精度の良い出力信号が得られる。
【００５７】この実施の形態では、プラスティックマグネットによる回転子２４をハウジング５２を介して回転軸５１の先端側の主面５１Ａに取り付ける構成としたが、この回転子２４を回転軸５１の主面５１Ａに直接取り付ける構成としても良いことは勿論である。
【００５８】この角度検出装置５０によれば、回転角度の測定対象となる工作機械等の回転軸５１の先端側の主面５１Ａに回転子２４を取り付けることとしたので、上述した筐体２１，ステーター２２等の機械部品を省略することができ、更に簡便な構成とすることが可能となる。
【００５９】また、角度検出装置５０によれば、磁界検出センサの磁界に対する検出感度が非常に高いので、回転子２４をフェライト磁性粉を用いたプラスティックマグネットとした場合でも、この回転子２４と磁界検出センサとに十分な間隔を持たせてそれぞれを配置することが可能であることが確認された。また、回転子２４の磁性材料，寸法，形状を選択することにより、この間隔を変えることが可能であることが確認された。
【００６０】なお、角度検出装置５０においては、例えば回転軸５１の回転角度の範囲が狭い等の場合には、基板５６側を回転軸５１の主面５１Ａに取り付け、回転子２４側を固定とする構成としてもよいことは勿論である。
【００６１】次に、磁路形成部１の変形例について図１４及び図１５を参照して説明する。図１４に示す磁路形成部１Ａは、６つのバー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｇ，及び１ｈが中心部１ｅから同一平面上に放射状に延設されている。ここで中心部１ｅは、図１に示す磁路形成部１と同様に、円板形状を成すとともに、その中央に孔部１ｆが穿設されている。また、各バー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｇ，及び１ｈは、図１４に示すように、バー１ａとバー１ｂ、バー１ｃとバー１ｄ、及びバー１ｇとバー１ｈとがそれぞれ一直線状となり、かつ各バー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｇ，及び１ｈが相互に６０度の角度をなすように中心部１ｅにより連結されている。
【００６２】角度検出装置３０あるいは角度検出装置５０をこの磁路形成部１Ａを用いて構成する場合には、磁界検出センサを構成するために６個のコイル体３を各バーに取り付けることになるが、動作原理等については上述した実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。この磁路形成部１Ａを用いた磁界検出センサによれば、互いに１２０度位相のずれた３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）のアナログ信号を出力することができる。
【００６３】なお、磁路形成部１，１Ａの各バー間の角度は、上述した実施の形態のような相互に等角度でない設定としてもよく、必要に応じて所定角度に変更しても良い。
【００６４】図１５に示す磁路形成部１Ｂは、上述した磁路形成部１Ａから１本置きにバー１ａ，１ｈ，１ｄを省いた構造、すなわち、３つのバー１ｂ，１ｃ，１ｇが中心部１ｅから同一平面上に放射状に延設されており、中心点から上記各バーが互いに１２０度の角度で同一平面上を同じ長さだけ延びた構造となっている。
【００６５】この場合には、３個の上記コイル体３を各軸に配置し、磁界検出センサを構成するが、その動作についてはこれまでの実施の形態と異なり、一つの方向に対しては一つのコイルだけが対応することから、差動的に動作することはなく、一つの方向に対して片側の動作のみで信号を出力することになる。なお、これ以外の点については上述した各実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。この磁路形成部１Ｂを用いた磁界検出センサによれば、磁路形成部１Ａを用いた磁界検出センサと同様に、互いに１２０度位相のずれた３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）のアナログ信号を出力することができる。
【００６６】なお、磁路形成部１Ｂを用いた磁界検出センサにおいても、この磁路形成部１Ｂのバーの数をさらに増やすことで、信号の数を増やすことができる。また、磁路形成部１Ｂの各バー相互間の角度も、相互に等角度でない設定としてもよく、必要に応じて所定角度に変更しても良いことは勿論である。
【００６７】次に、角度検出装置の他の実施の形態について、図１６乃至図１８を参照して説明する。図１６は、当該他の実施の形態である角度検出装置６０の要部断面図である。この角度検出装置６０は、筐体６１とステーター６２とが、各々の端部で組み合わされて結合されており、この筐体６１とステーター６２とで形成される空間部に、シャフト取付軸６４と回転子６５とからなるローター６３、磁界検出センサ７０とセンサ取付部材７２と回路基板７３等からなる検出センサ部８０が配設される。
【００６８】筐体６１は、略カップ状の外形を有し、その中央に円形の穴部６１ａが形成されている。
【００６９】ステーター６２は、平面略ドーナツ状を呈し、その中央に円筒状の立上がり壁部６２ａが形成され、この立上がり壁部６２ａの内周面がローター６３を取り付けるためのローター取付開口部６６となっている。
【００７０】ローター６３は、図１７に示すように、シャフト取付軸６４と円盤状の回転子６５とからなる。シャフト取付軸６４は、略パイプ状の本体部６４ａの上部に回転子６５を係止するための略リング状の係止部６４ｂが設けられ、両者が一体形成されている。ここで、本体部６４ａの直径は、上述した筐体６１の穴部６１ａの直径よりも若干小さくなっている。また、図１６に示すように、係止部６４ｂの図中下側からは、本体部６４ａの直径より若干大とされた突当て部６４ｃが形成される。
【００７１】シャフト取付軸６４は、本体部６４ａの長手方向を貫通するようにシャフト挿入部６４ｄが形成されており、このシャフト挿入部６４ｄに対して図示しない工作機械等の回転シャフトが挿入できるようになっている。さらに、シャフト取付軸６４は、本体部６４ａの上部に上記回転シャフトを固定するためのねじ穴であるシャフト取付孔６４ｅが形成されている。これにより、シャフト取付軸６４は、工作機械等の回転シャフトとのカップリングを必要としない構造となっている。
【００７２】回転子６５は、図１７の矢印で示すように、一方向に磁化されたプラスティックマグネットにより円盤状に成形されており、その中心に円形の穴部６５ａが設けられている。この穴部６５ａの直径は、シャフト取付軸６４の突当て部６４ｃの直径と略等しくなっている。そして、シャフト取付軸６４の本体部６４ａに対して回転子６５の穴部６５ａを図中下側から挿入することにより、穴部６５ａが突当て部６４ｃに嵌入して回転子６５がシャフト取付軸６４に対して固定され、ローター６３が組み上がる。
【００７３】検出センサ部８０は、図１８に示すように、磁路形成部７１の各バーにコイル体３が取り付けられることにより磁界検出センサ７０が構成され、この磁界検出センサ７０がセンサ取付部材７２の図中上側に組み込まれ、さらに回路基板７３がセンサ取付部材７２の図中下側から取り付けられることによって形成される。
【００７４】この磁界検出センサ７０の磁路形成部７１は、図１に示した磁路形成部１と同様に、略十字型の平面形状を有し、４つのバーが円板状の中心部７４から同一平面上に放射状に延設された構成となっているが、この中心部７４及び中心部７４の内側に形成された孔部７５が大径となっている点が磁路形成部１と異なる。
【００７５】センサ取付部材７２は、磁路形成部７１と同様に、略十字型の平面形状を有し、取付穴部７７が形成された筒状のベース部７６の側面から４つのセンサ取付片７８が直交する四方方向に突出形成した構造となっている。ここで、取付穴部７７の直径は、磁路形成部７１の孔部７５の直径と等しくなっている。また、各センサ取付片７８は、略矩形の平面形状を有し、ベース部７６と接続される基端側に立上がり突起部７９が形成され、この立上がり突起部７９の上端中央に切欠部８１が形成されている。さらに、各センサ取付片７８には、その先端側に突起部８２が形成されている。この突起部８２は、センサ取付片７８の先端側から上下方向に突出形成しており、その上端中央に切欠部８３が形成され、その下端位置がベース部７６の下端位置と等しくなっている。
【００７６】このような構成とされたセンサ取付部材７２と磁界検出センサ７０は、図１８に示すように、磁路形成部７１の各バーの基端側が各立上がり突起部７９の各切欠部８１に嵌入され、各バーの先端側が突起部８２の切欠部８３に嵌入されることによって、磁界検出センサ７０がセンサ取付部材７２に取り付けられる。
【００７７】回路基板７３は、平面略ドーナツ状を呈した板状となっており、その中央に円形の穴部８４が形成されている。回路基板７３においては、この穴部８４の直径が上述したセンサ取付部材７２におけるベース部７６の直径と略等しくなっている。回路基板７３の両主面には、図８に示した励磁手段４２、平滑回路４３等を構成するＩＣ等のチップ部品やケーブル１３等が取り付けられる。
【００７８】この回路基板７３は、穴部８４をセンサ取付部材７２のベース部７６に図１８の下側から嵌入することによって、その一方の主面と各センサ取付片７８の下側の主面とが接合する状態となり、この接合部分を例えば接着剤で接着することにより、センサ取付部材７２に対して取り付けられる。
【００７９】このようにして完成した検出センサ部８０は、センサ取付部材７２におけるベース部７６の取付穴部７７をステーター６２の立上がり壁部６２ａに嵌入することによって、図１６に示すように、ステーター６２上に取り付けられる。
【００８０】一方、ローター６３は、図１６に示すように、シャフト取付軸６４がステーター６２のローター取付開口部６６に対してボールベアリング６７，６７及びスペーサ６８を介して回転可能に取り付けられる。このとき、ローター６３は、シャフト取付軸６４の突当て部６４ｃがボールベアリング６７に突き当てられる位置で固定されることにより、回転子６５により形成される平面と磁路形成部７１により形成される平面とが平行かつ一定距離を保つようになされる。
【００８１】そして、この状態で筐体６１の端部をステーター６２の端部に対して結合させることにより、筐体６１の穴部６１ａからシャフト取付軸６４の本体部６４ａの一部が露出する。なお、ケーブル１３については、筐体６１の側面部に図示しない穴部を設けて、この穴部からパッキング部材３４を介して外部に引き出すようにする。
【００８２】このような構成を有する角度検出装置６０によれば、ローター６３が回転することにより、上述した角度検出装置３０と同様の効果が得られる。また、この角度検出装置６０によれば、工作機械等の回転シャフト等について、カップリングを必要とせず直接シャフト取付軸６４に取り付けることを可能とし、簡便な構造により、回転シャフト等の回転角度に応じたアナログ信号を出力することが可能となる。
【００８３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の角度検出装置においては、磁界検出手段と磁界発生手段とが磁路形成部の中心部を回転中心として相対回転することにより、磁界発生手段からの一方向の磁界が回転し、磁路形成部の各軸に取り付けられた各コイルのインピーダンスが変化するので、各コイルに励磁電圧を印加することにより、当該インピーダンスの変化に対応した多相のアナログ出力信号が得られる。
【００８４】従って、本発明によれば、簡便な構造を有しながら、アナログ信号を出力する磁気式の角度検出装置を提供することが可能となる。また、本発明の角度検出装置によれば、磁界検出手段と磁界発生手段との間に摺動部分を有していないことから、摺動部品の摩耗等による性能の劣化等の虞がない。
【出願人】 【識別番号】０００１０８４２１
【氏名又は名称】ソニー・プレシジョン・テクノロジー株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）１２月１９日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】小池 晃 （外２名）
【公開番号】 特開平１１−１８３１１３
【公開日】 平成１１年（１９９９）７月９日
【出願番号】 特願平９−３５１４９８