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エンコーダの故障・交換が負担に? 非接触式QR24の仕組みと耐環境性

ホワイトペーパー

回転部と検出部を分離する電磁結合方式を解説。IP68/IP69K、最大4mmの検出ギャップ、取付ずれへの対応を紹介

「粉塵や水が多い環境で、ロータリーエンコーダの故障が発生する」
「センサ交換やメンテナンスの負担を減らしたい」
「回転軸との位置合わせが難しく、取り付け精度が気になる」

こうした機械設計・設備保全の課題はありませんか?

ロータリーエンコーダは、回転量や回転方向、軸の角度を検出する重要なセンサです。

しかし、従来の軸貫通型エンコーダでは、軸部分からの粉塵・液体の侵入や、内部部品の汚れ・劣化などが故障の原因になることがあります。

特に、建設機械や農業機械などの厳しい環境では、センサの交換作業や予備部品の管理が負担になる場合があります。

本資料では、こうした課題に対応するTURCKの非接触式ロータリーエンコーダ「QR24シリーズ」を紹介します。

回転部とセンサ本体を機械的に分離する電磁結合方式の仕組みから、耐環境性、取り付け時の許容範囲、採用分野までを解説した技術資料です。

**【本資料でわかること】**

**1. 従来型ロータリーエンコーダの課題**

- 軸貫通構造による粉塵・液体の侵入リスク
- 回転部や内部部品の汚れ・劣化による故障
- センサ交換・保守部品の在庫管理による負担
- 過酷な使用環境で求められる耐環境性

従来型エンコーダの構造上の課題と、機械的メンテナンスを見直すための考え方を紹介します。

**2. 非接触式QR24シリーズの測定原理**

QR24シリーズは、回転エレメントとセンサ本体に内蔵されたコイルを利用し、電磁結合によって回転角度を検出します。

- 回転部とセンシング部を機械的に分離
- 軸を通じた物理的な回転伝達が不要
- センサ内部に機械的な可動部分を持たない構造
- インバータや大型モータなどの電磁ノイズへの対策

従来の光学式エンコーダとは異なる測定原理と、機械的メンテナンスフリーを実現する仕組みを解説します。

**3. 粉塵・水・振動に対応する耐環境性**

QR24シリーズでは、コイルなどの電子基板を樹脂で封止し、外部環境から保護しています。

- 保護等級IP68/IP69Kに対応
- 粉塵・液体の侵入への対策
- 衝撃や振動に対する耐環境性
- 高温・高圧水による洗浄が行われる環境への対応

厳しい環境で使用する機械・設備において、非接触式エンコーダがどのように役立つかを紹介します。

**4. 取り付け時の位置ずれ・離隔距離への対応**

QR24シリーズは、センサ本体と回転エレメントが機械的に接触しない構造のため、取り付け時の位置ずれにも対応できます。

- センサ本体と回転エレメントの離隔距離は最大4mm
- 推奨離隔距離1.5mmでは左右方向±1mmのずれを許容
- 回転部とセンシング部の間に水・油・粉塵が介在する場合の検出特性
- 機械設計・組み付け時に考慮したいポイント

**5. QR24シリーズの採用分野**

資料では、建設機械、農業機械、特装車、産業機械、船舶、遊具など、さまざまな分野での活用を紹介しています。

日本国内における建設機械、プレス機、食品関連機器での採用例にも触れています。

**【このような方におすすめ】**

- ロータリーエンコーダの故障や交換頻度に課題を感じている設備保全担当者
- 粉塵・水・振動の多い環境で使用する機械を設計している方
- 回転角度検出センサの耐環境性を重視する機械設計者
- エンコーダの取り付け精度や組み付け方法を検討している装置メーカー
- 非接触式エンコーダへの切り替えを検討している生産技術担当者

従来のロータリーエンコーダとは異なる「非接触式」の仕組みを理解し、耐環境性とメンテナンス性を考慮したセンサ選定に役立つ技術資料です。

このカタログについて

ドキュメント名 エンコーダの故障・交換が負担に? 非接触式QR24の仕組みと耐環境性
ドキュメント種別 ホワイトペーパー
ファイルサイズ 663.7Kb
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ターク・ジャパン株式会社 ロータリーエンコーダなのにメンテナンスフリー これまでなかった“非接触式”の強みとは? 原理そのものを一新し、耐環境性に優れたセンサを実現 ロータリーエンコーダは、さまざまな分野で使われている重要性が高いセンサだ。しかし、激しい環境下で使用される ことが多いため、故障しやすいことが難点だった。それに対し、これまでとは全く異なるアプローチを用いて、機械的 メンテナンスフリーを実現したロータリーエンコーダも登場している。 重要 トを容易に交換できるように設計したり、保守部品として予 なセンサだが構造的に故障しやすく 環境条件によってはメンテナンスが必要 備のセンサユニットを常に在庫しておくといった対応が必 要だ。交換しやすくするためのカップリングや位置決め構造  回転の量や方向、軸の角度などを検出するロータリーエ などには追加の部品も必要となることが多く、設計や製造 ンコーダは、幅広い分野で使われる重要なセンサの一つ。 のコストに悪影響を及ぼす。頻繁なメンテナンスには保守 その仕組みとして最も一般的なものは、センサハウジング 要員の人的コストが発生し、保守部品の在庫管理やデリバ 外に突き出た軸が内部の円盤を回転させ、その円盤に空い リなどにも費用がかかる。結果として、保守交換のコスト た多数の穴を光で読み取って回転を検知するというもの は、ロータリーエンコーダそのもののコストより高くなって だ。 いるのが現状だ。労働人口の減少が顕著になり、業務効率  このような、軸がハウジングを通っている構造では、ど 化や働き方改革にも注目が集まっている昨今では、保守要 うしてもダストや液体が内部に侵入するのを防ぐことが難 員の負担を減らすことも求められている。機械的メンテナ しい。環境条件によっては軸の回転が阻害されたり、内部 ンスフリーで、原理的に故障しにくいロータリーエンコーダ の円盤の汚れや電子部品の劣化などにより、故障が発生し があれば、そうしたニーズに合致するはずだ。 やすいという点もネックなっている。 これまでなかった非接触式が登場  的確な制御に欠かせないセンサでありながら、故障しや 新たな原理で機械的メンテナンスフリーを実現 すいという弱点を抱えたロータリーエンコーダ。建設機械 や特殊作業車両をはじめとする粉塵の多い環境下で使わ  2013年、これまでのロータリーエンコーダの構造上の れる機械にロータリーエンコーダを組み込む場合は、故障 課題を払拭するものとして、非接触式のロータリーエン を前提とした対応を余儀なくされる。例えば、センサユニッ コーダが新たに登場した。それが、ドイツの大手オートメー ション機器メーカーである TURCKグ ループが提供する「QR24シリーズ」だ。  本製品の最大の特徴は、回転の検知 に電磁結合式を用いること。センサは、 測定対象の軸に連結する回転部(回転エ レメントおよびシャフトアダプタ)と、そ の回転を検出するセンシング部(ロータ リーエンコーダ)の大きく2つに分かれ、 ロータリーエンコーダ本体と回転エレメント、検出対象の軸と接続するためのシャフトアダプタ、回転 この両方にそれぞれコイルが内蔵され 体と周囲の接触を避けるための保護リングからなる。 1 ロータリーエンコーダなのにメンテナンスフリー これまでなかった “ 非接触式 ”の強みとは?
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ている。まず、本体側の励磁用コイルが交流磁界を発生 作が一切ない。そこで QR24シリーズでは、コイルなどの させ回転エレメントの共振コイルを励磁、この共振コイル 電子基板を完全に樹脂封止で保護、ダストや液体のみな と本体内の位置検出用コイルが電磁結合し、回転部の角 らず衝撃や振動にも強い、耐環境性に優れたセンサを実 度変化を電磁結合計数の変位として検出する、という仕 現。保護等級としては IP68および IP69Kに対応しており、 組みだ。 高温・高圧水や蒸気での洗浄にも耐える、最高クラスの保  この電磁結合方式により、軸を通じて物理的に回転をセ 護を示すものだ。これほどの耐環境性があれば、土埃な ンサに伝える必要がなくなり、回転部とセンシング部との ど各種粉塵の中でも機械的メンテナンスフリーで運用す 完全分離が実現する。なお、電磁的な結合と聞くと、外部 ることが可能といえよう。 の電磁ノイズに弱いのではないかと懸念されるかもしれ  設計という観点では、機械的接触が一切ない点もポイ ないが、その対策も万全で、インバータや大型モータ、磁 ントだ。電磁結合による検出は、ある程度離れていたり、 石などの影響を受けることがない。 軸がずれていたり、その隙間に水や油、埃などが介在した  もちろん、本体や回転エレメントの内部にも機械的な動 りしても、問題なく行うことができる。本製品は、本体と 回転エレメントが最大 4mmまで離れても検出可能で、推 QR24シリーズの測定原理イメージ 奨離隔距離である1.5mmの場合には左右方向±1mmの ブレまで許容するとしており、組み付けにも高い精度を要 求されない。  既存のロータリーエンコーダとは一線を画した数々の 特徴から、QR24シリーズは本社を構えるドイツを中心に 世界中から高い評価を得ている。2013年には、ドイツ最 大規模の制御機器の展示会である SPS/IPC/Drives展 の AutoMation Award 2013において 1位を獲得し、その 後、数多くの機械や設備に採用されてきた。例えば、建 設機械や農業機械、各種特装車、厳しい環境条件で使わ れる産業機械・設備、さらには船舶や遊具など、幅広い 分野で利用されている。日本でも、建機やプレス機、食 品関連の機器などの採用例がいくつもある。  ターク・ジャパンでは、製品に関する詳細な情報をサイ トに掲載している。QR24シリーズのほか、同じく電磁結 回転部とセンシング部は機械的に分離され、電磁結合によって角度変化を検 合方式を用いた非接触アングルセンサ「Ri360P1」もある 知する。位置検出用コイルにはピッチの異なる 2つのコイルを組み合わせ、 高い角度検出精度を実現。 ので、まずはカタログやデータシートを確認して欲しい。 ターク・ジャパン株式会社 〒101-0041 東京都千代田区神田須田町2-13-12 秋芳ビル6F お問い合わせ TEL. 03-5298-2128 Email. japan@turck.com http://www.turck.co.jp/product/p02.html すべての製品名、サービス名、会社名、ロゴは、各社の商標、または登録商標です。 製品の仕様・性能は予告なく変更する場合がありますので、ご了承ください。 2 ロータリーエンコーダなのにメンテナンスフリー これまでなかった “ 非接触式 ”の強みとは?