以下、本発明に係るエンコーダを実施するための形態が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、以下の実施形態から変更、改良することができる。また、上記添付図面では、理解を容易にするために各部材の寸法が誇張又は縮小して示されていたり、ハッチングが省略されて示されていたりする場合がある。
Below, embodiments for implementing the encoder according to the present invention are illustrated with reference to the accompanying drawings. The embodiments illustrated below are intended to facilitate understanding of the present invention and are not intended to limit the present invention. The present invention can be modified or improved from the following embodiments without departing from the spirit of the present invention. In addition, in the above attached drawings, the dimensions of each component may be exaggerated or reduced, or hatching may be omitted, in order to facilitate understanding.
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係るエンコーダについて説明する。
First Embodiment
First, the encoder according to the first embodiment will be described.
図１は本実施形態におけるエンコーダを示す斜視図、図２はエンコーダの回転軸の軸方向（以下、単に「軸方向」と記載する。）に沿った、ある基準状態における図１に示すエンコーダの断面図、図３は上記基準状態における図１に示すエンコーダの一部を示す径方向に沿った断面図である。なお、径方向とは、上記軸方向に垂直な方向である。
Figure 1 is a perspective view of an encoder in this embodiment, Figure 2 is a cross-sectional view of the encoder shown in Figure 1 in a certain reference state along the axial direction of the rotary shaft of the encoder (hereinafter simply referred to as the "axial direction"), and Figure 3 is a cross-sectional view along the radial direction showing a part of the encoder shown in Figure 1 in the above reference state. The radial direction is the direction perpendicular to the above axial direction.
図１から図３に示すように、本実施形態に係るエンコーダ１は、ケーシング１１０と、基板１２０と、減速機構１００と、回転軸１３０と、第１のセンサ１４１と、第２のセンサ１４２とを主な構成として備えている。なお、図１では、ケーシング１１０及び基板１２０が透視して示されており、透視されたケーシング１１０及び基板１２０が、便宜上、破線で示されている。
As shown in Figures 1 to 3, the encoder 1 according to this embodiment mainly comprises a casing 110, a substrate 120, a reduction mechanism 100, a rotating shaft 130, a first sensor 141, and a second sensor 142. Note that in Figure 1, the casing 110 and the substrate 120 are shown in perspective, and for convenience, the casing 110 and the substrate 120 are shown in dashed lines.
ケーシング１１０は、軸方向における長さが径方向における長さよりも短い略扁平直方体状の形状を有している。ケーシング１１０の径方向における中央には、ケーシング１１０を軸方向に貫通する孔１１０ｈが形成されている。この孔１１０ｈを規定するケーシング１１０の内周面は、回転軸１３０が嵌まり込むことが可能な形状に形成されている。ケーシング１１０は、軸方向における一方側の第１の部分１１１と、他方側の第２の部分１１２とからなる。本実施形態では、軸方向において、第１の部分１１１と第２の部分１１２との長さは概ね等しいが、これに限定されるものではない。第１の部分１１１及び第２の部分１１２は、軸方向に重ねられて互いに固定されている。第１の部分１１１には、コネクタ１２１が取り付けられている。
The casing 110 has a generally flat rectangular parallelepiped shape in which the length in the axial direction is shorter than the length in the radial direction. A hole 110h is formed in the radial center of the casing 110, penetrating the casing 110 in the axial direction. The inner circumferential surface of the casing 110 that defines the hole 110h is formed in a shape that allows the rotating shaft 130 to fit into it. The casing 110 is made up of a first portion 111 on one side in the axial direction and a second portion 112 on the other side. In this embodiment, the first portion 111 and the second portion 112 are approximately equal in length in the axial direction, but are not limited to this. The first portion 111 and the second portion 112 are stacked in the axial direction and fixed to each other. A connector 121 is attached to the first portion 111.
第２の部分１１２は、段差状の内面１１２ｉを有する。すなわち、内面１１２ｉは、軸方向において第１の部分１１１側に位置する第１の内面１１２ｉｕと、軸方向において第１の部分１１１側とは反対側に位置する第２の内面１１２ｉｄとを有する。軸方向から見て、内面１１２ｉｕ，１１２ｉｄは回転軸１３０の中心１３０ｃを中心とする同心円であり、第２の内面１１２ｉｄの直径は第１の内面１１２ｉｕの直径よりも小さい。なお、本明細書では、径方向において回転軸の中心に近い側を「内」と、回転軸の中心から遠い側を「外」と称している。第２の内面１１２ｉｄには、その全周に亘って複数の第１の数Ｎ１の内歯１５１ｉｔが形成されている。すなわち、ケーシング１１０の第２の部分１１２は、径方向における回転軸１３０側に複数の内歯１５１ｉｔを有する第１のギア１５１として形成されている。このように、第１のギア１５１は、ケーシング１１０の一部であり、ケーシング１１０に対して固定されている。なお、第１のギア１５１をケーシング１１０に対して別体にして、ケーシング１１０に固定してもよい。
The second part 112 has a stepped inner surface 112i. That is, the inner surface 112i has a first inner surface 112iu located on the first part 111 side in the axial direction, and a second inner surface 112id located on the opposite side to the first part 111 side in the axial direction. When viewed from the axial direction, the inner surfaces 112iu and 112id are concentric circles centered on the center 130c of the rotating shaft 130, and the diameter of the second inner surface 112id is smaller than the diameter of the first inner surface 112iu. In this specification, the side closer to the center of the rotating shaft in the radial direction is referred to as the "inner" and the side farther from the center of the rotating shaft is referred to as the "outer". The second inner surface 112id has a plurality of internal teeth 151it of a first number N1 formed around its entire circumference. That is, the second part 112 of the casing 110 is formed as a first gear 151 having a plurality of internal teeth 151it on the rotating shaft 130 side in the radial direction. In this way, the first gear 151 is a part of the casing 110 and is fixed to the casing 110. Note that the first gear 151 may be a separate part from the casing 110 and fixed to the casing 110.
基板１２０は、軸方向においてケーシング１１０の第１の部分１１１と第２の部分１１２の少なくともいずれかにおいてケーシング１１０に固定されている。基板１２０の径方向における概ね中央を回転軸１３０が貫通している。基板１２０の第２の部分１１２側の面には、２つのセンサ（第１のセンサ１４１，第２のセンサ１４２）が取り付けられている。本実施形態において、センサ１４１，１４２は回転軸１３０の中心１３０ｃに対して反対側の位置に配置されているが、センサ１４１，１４２の位置関係はこれに限定されるものではない。なお、後述するように、第１のセンサ１４１は第１のマグネット１６１から生じる磁気を検出し、第２のセンサ１４２は第２のマグネット１６２から生じる磁気を検出するため、それぞれのセンサは検出対象とするマグネットの磁気を検出しやすい位置に配置するとよい。基板１２０の第１の部分１１１側の面には、コネクタ１２１が接続されている。このコネクタ１２１に接続された端子を介して、外部からの電力がセンサ１４１，１４２や後述する算出部１７０に供給されるとともに、算出部１７０によって算出されたデータが外部に出力されてもよい。
The substrate 120 is fixed to the casing 110 at least at the first part 111 and the second part 112 of the casing 110 in the axial direction. The rotating shaft 130 passes through approximately the center in the radial direction of the substrate 120. Two sensors (a first sensor 141 and a second sensor 142) are attached to the surface of the substrate 120 on the second part 112 side. In this embodiment, the sensors 141 and 142 are arranged at positions opposite to the center 130c of the rotating shaft 130, but the positional relationship of the sensors 141 and 142 is not limited to this. As described later, the first sensor 141 detects the magnetic field generated from the first magnet 161, and the second sensor 142 detects the magnetic field generated from the second magnet 162, so it is preferable to arrange each sensor at a position where it is easy to detect the magnetic field of the magnet to be detected. The connector 121 is connected to the surface of the substrate 120 on the first part 111 side. Through the terminal connected to this connector 121, power from the outside is supplied to the sensors 141 and 142 and the calculation unit 170 described below, and data calculated by the calculation unit 170 may be output to the outside.
回転軸１３０は、ケーシング１１０の孔１１０ｈに嵌め込まれており、ケーシング１１０に対して回転可能にケーシング１１０に支持されている。本実施形態において、回転軸１３０は、軸本体１３１と、クランク部１３２とを含んでいる。軸本体１３１は、軸方向から見て回転軸１３０の中心１３０ｃを中心とする円形のリング状に形成されている。本実施形態において、軸本体１３１は円筒状、すなわち中空に形成されており、中心１３０ｃを中心とし軸方向に延在する内周面１３１ｉを有する。すなわち、本実施形態において、回転軸１３０は中空の軸である。なお、軸本体１３１の内周面１３１ｉに他の回転する軸（例えば、モータの主軸等）を例えば圧入により取り付けてもよい。このように、回転軸１３０に他の回転する軸を取り付けることで、本発明は他の回転体の回転量を検出するエンコーダとして機能する。
The rotating shaft 130 is fitted into the hole 110h of the casing 110 and is supported by the casing 110 so as to be rotatable relative to the casing 110. In this embodiment, the rotating shaft 130 includes a shaft body 131 and a crank portion 132. The shaft body 131 is formed in a circular ring shape centered on the center 130c of the rotating shaft 130 when viewed from the axial direction. In this embodiment, the shaft body 131 is formed in a cylindrical shape, i.e., hollow, and has an inner circumferential surface 131i extending in the axial direction centered on the center 130c. That is, in this embodiment, the rotating shaft 130 is a hollow shaft. Note that another rotating shaft (e.g., a motor main shaft, etc.) may be attached to the inner circumferential surface 131i of the shaft body 131 by, for example, press-fitting. In this way, by attaching another rotating shaft to the rotating shaft 130, the present invention functions as an encoder that detects the amount of rotation of another rotating body.
クランク部１３２は、軸本体１３１の外周面に形成されている。なお、クランク部１３２を軸本体１３１と一体的に形成してもよいし、別体として形成した上で軸本体１３１に固定してもよい。軸方向において、クランク部１３２の少なくとも一部と、後述する第２のギア１５２の少なくとも一部とは、同じ位置（高さ）にある。図３は、クランク部１３２の少なくとも一部と、第２のギア１５２の少なくとも一部とが位置する軸方向の部分における径方向に沿った断面図である。図３に示すように、回転軸１３０の外周面のうちクランク部１３２が形成されている部分１３２ｏｆ（以下、便宜上、「クランク形成面１３２ｏｆ」と記載する。）に着目すると、クランク部１３２は、回転軸１３０の中心１３０ｃ（すなわち、軸本体１３１の中心）に対して径方向において偏心した状態面で軸本体１３１に固定されてある偏心部１３２ａを含んでいる。偏心部１３２ａは、中心１３０ｃからクランク形成面１３２ｏｆまでの径方向における距離ＲＬがクランク形成面１３２ｏｆの他の部分と比べて長い（すなわち、距離ＲＬが最大となる）部分（面）である。なお、回転軸１３０において、少なくとも第２のギア１５２と接する部分が偏心していればよい。
The crank portion 132 is formed on the outer peripheral surface of the shaft body 131. The crank portion 132 may be formed integrally with the shaft body 131, or may be formed separately and then fixed to the shaft body 131. In the axial direction, at least a part of the crank portion 132 and at least a part of the second gear 152 described later are at the same position (height). FIG. 3 is a cross-sectional view along the radial direction at the axial portion where at least a part of the crank portion 132 and at least a part of the second gear 152 are located. As shown in FIG. 3, when focusing on the part 132of (hereinafter, for convenience, referred to as the "crank forming surface 132of") on the outer peripheral surface of the rotating shaft 130 where the crank portion 132 is formed, the crank portion 132 includes an eccentric portion 132a fixed to the shaft body 131 at a surface that is eccentric in the radial direction with respect to the center 130c of the rotating shaft 130 (i.e., the center of the shaft body 131). The eccentric portion 132a is a portion (surface) where the radial distance RL from the center 130c to the crank forming surface 132of is longer than other portions of the crank forming surface 132of (i.e., the distance RL is maximum). Note that it is sufficient that at least the portion of the rotating shaft 130 that comes into contact with the second gear 152 is eccentric.
軸方向におけるクランク形成面１３２ｏｆの位置には、軸方向における位置が変化しないように第２のギア１５２が支持されている。本実施形態において、第２のギア１５２は平歯車である。第２のギア１５２の径方向における中央を、クランク形成面１３２ｏｆの形状に概ね対応する形状の貫通孔が軸方向に沿って貫通している。第２のギア１５２のこの貫通孔にクランク部１３２が挿通されている。また、クランク部１３２の外周面には、リング状の第１のマグネット１６１が固定されている。すなわち、回転軸１３０には、リング状の第１のマグネット１６１が固定されている。
The second gear 152 is supported at the crank forming surface 132of in the axial direction so that its position in the axial direction does not change. In this embodiment, the second gear 152 is a spur gear. A through hole having a shape that roughly corresponds to the shape of the crank forming surface 132of passes through the center of the second gear 152 in the radial direction along the axial direction. The crank portion 132 is inserted into this through hole of the second gear 152. In addition, a ring-shaped first magnet 161 is fixed to the outer circumferential surface of the crank portion 132. In other words, the ring-shaped first magnet 161 is fixed to the rotating shaft 130.
本実施形態において、図２に示すように、上述の第１のセンサ１４１は、径方向から見る場合に、回転軸１３０に固定された第１のマグネット１６１に重なっている。なお、第１のセンサ１４１は、径方向から見る場合に第１のマグネット１６１に重なっていなくてもよい。本実施形態において、この第１のセンサ１４１は、磁気センサとして構成されている。第１のセンサ１４１は、第１のマグネット１６１から生じる磁気が、第１のマグネット１６１が回転軸１３０の回転に伴って回転することによって変化することを検出し、この第１のマグネット１６１の磁気の変化を電気信号に変換して、例えば基板１２０上に設けられた算出部１７０に出力する。第１のセンサ１４１を磁気センサとして構成する場合、磁気センサとしては特に限定されないが、例えば、コイルを用いたセンサ、リードスイッチを用いたセンサ、ホール素子を用いたセンサ、及び磁気抵抗素子を用いたセンサなどを使用することができる。後述する他のセンサを磁気センサとして構成する場合も同様である。なお、第１のセンサ１４１は磁気センサに限定されるものではなく、第１のセンサ１４１を磁気センサ以外のセンサ、例えば光学センサで構成する場合には、回転体にスリット円板等を用いるため、第１のマグネット１６１は不要である。また、磁気抵抗素子を用いたセンサと磁性材料で形成された歯車を用いる場合、回転軸に設ける第１のマグネット１６１の代わりに、基板等の固定部にマグネットを配置することができる。算出部１７０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）で構成されてもよく、第１のセンサ１４１から出力される上記電気信号を取得し、回転軸１３０の回転角度θsensor1を算出する。すなわち、第１のセンサ１４１は、算出部１７０を介して回転軸１３０の回転角度θsensor1を検知する。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the above-mentioned first sensor 141 overlaps the first magnet 161 fixed to the rotating shaft 130 when viewed from the radial direction. The first sensor 141 does not have to overlap the first magnet 161 when viewed from the radial direction. In this embodiment, the first sensor 141 is configured as a magnetic sensor. The first sensor 141 detects that the magnetism generated from the first magnet 161 changes as the first magnet 161 rotates with the rotation of the rotating shaft 130, converts the change in the magnetism of the first magnet 161 into an electric signal, and outputs it to a calculation unit 170 provided on the substrate 120, for example. When the first sensor 141 is configured as a magnetic sensor, the magnetic sensor is not particularly limited, and for example, a sensor using a coil, a sensor using a reed switch, a sensor using a Hall element, and a sensor using a magnetic resistance element can be used. The same applies when other sensors described later are configured as magnetic sensors. In addition, the first sensor 141 is not limited to a magnetic sensor. When the first sensor 141 is configured with a sensor other than a magnetic sensor, for example, an optical sensor, a slit disk or the like is used as the rotating body, so that the first magnet 161 is not necessary. In addition, when a sensor using a magnetic resistance element and a gear made of a magnetic material are used, a magnet can be arranged on a fixed part such as a substrate instead of the first magnet 161 provided on the rotating shaft. The calculation unit 170 may be configured with, for example, a CPU (Central Processing Unit), and acquires the electric signal output from the first sensor 141 and calculates the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 130. That is, the first sensor 141 detects the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 130 via the calculation unit 170.
クランク部１３２の偏心部１３２ａは、第２のギア１５２の上記貫通孔を規定する内周面１５２ｉｆに対して摺動可能に内周面１５２ｉｆに接触している。なお、偏心部１３２ａと第２のギア１５２の内周面１５２ｉｆとの少なくとも一方にコーティングを施して、偏心部１３２ａと内周面１５２ｉｆとにおける耐摩耗性や摺動性を向上させてもよい。第２のギア１５２の外周面（すなわち、第２のギア１５２の径方向における回転軸１３０側とは反対側の面）には、その全周に亘って、上記第１の数Ｎ１よりも少ない複数の第２の数Ｎ２の外歯１５２ｏｔが形成されている。第２のギア１５２は、第１のギア１５１の内歯１５１ｉｔよりも内側に配置されており、全周に亘って第１のギア１５１の内歯１５１ｉｔに取り囲まれている。複数の外歯１５２ｏｔのそれぞれは、第１のギア１５１の上記複数の内歯１５１ｉｔのそれぞれに噛合可能である。
The eccentric portion 132a of the crank portion 132 is in contact with the inner peripheral surface 152if that defines the through hole of the second gear 152 so as to be slidable against the inner peripheral surface 152if. At least one of the eccentric portion 132a and the inner peripheral surface 152if of the second gear 152 may be coated to improve the wear resistance and slidability of the eccentric portion 132a and the inner peripheral surface 152if. A plurality of second number N2 external teeth 152ot, which is less than the first number N1, are formed on the outer peripheral surface of the second gear 152 (i.e., the surface opposite the rotating shaft 130 side in the radial direction of the second gear 152). The second gear 152 is disposed inside the inner teeth 151it of the first gear 151 and is surrounded by the inner teeth 151it of the first gear 151 over the entire circumference. Each of the multiple external teeth 152ot can mesh with each of the multiple internal teeth 151it of the first gear 151.
回転軸１３０が中心１３０ｃを中心に回転すると、クランク部１３２の偏心部１３２ａも回転軸１３０と一体となって中心１３０ｃを中心にして回転し、この偏心部１３２ａの回転に伴って第２のギア１５２が揺動する。この第２のギア１５２の揺動によって、中心１３０ｃから偏心部１３２ａを通って径方向に延びる直線ＳＬ上にある外歯１５２ｏｔが、直線ＳＬ上にある内歯１５１ｉｔに噛合する。なお、直線ＳＬは、図３において破線で示されている。以下、第２のギア１５２の外歯１５２ｏｔの一部が第１のギア１５１の内歯１５１ｉｔの一部に噛合する位置を噛合位置ＥＰと記載する。噛合位置ＥＰは、直線ＳＬ上にある。
When the rotating shaft 130 rotates around the center 130c, the eccentric portion 132a of the crank portion 132 also rotates around the center 130c together with the rotating shaft 130, and the second gear 152 oscillates with the rotation of the eccentric portion 132a. This oscillation of the second gear 152 causes the external teeth 152ot on the straight line SL extending radially from the center 130c through the eccentric portion 132a to mesh with the internal teeth 151it on the straight line SL. The straight line SL is shown by a dashed line in FIG. 3. Hereinafter, the position where a part of the external teeth 152ot of the second gear 152 meshes with a part of the internal teeth 151it of the first gear 151 is referred to as the meshing position EP. The meshing position EP is on the straight line SL.
図４に示すように、図３の状態から回転軸１３０が所定の角度だけ回転すると、すなわち、クランク部１３２の偏心部１３２ａが図３の状態から所定の角度だけ回転すると、噛合位置ＥＰも同様の角度だけ第１のギア１５１の周方向に沿って移動する。このように、噛合位置ＥＰは、回転軸１３０の回転に伴い第１のギア１５１の周方向に沿って順次移動していく。そして、回転軸１３０が１回転すると、噛合位置ＥＰが第１のギア１５１の周方向に沿って一周する。ここで、上記のように、第１のギア１５１の内歯１５１ｉｔの第１の数Ｎ１は、第２のギア１５２の外歯１５２ｏｔの第２の数Ｎ２よりも多い。したがって、噛合位置ＥＰが第１のギア１５１の周方向に沿って一周する際、すなわち、回転軸１３０が１回転する際、第２のギア１５２は、第１の数Ｎ１と第２の数Ｎ２との歯数差分、第１のギア１５１の周方向に沿って第１のギア１５１に対して回転する。したがって、回転軸１３０に対する第２のギア１５２の減速比Ｇｒは、以下の式（１）で表すことができる。
4, when the rotating shaft 130 rotates a predetermined angle from the state of FIG. 3, that is, when the eccentric portion 132a of the crank portion 132 rotates a predetermined angle from the state of FIG. 3, the meshing position EP also moves along the circumferential direction of the first gear 151 by the same angle. In this way, the meshing position EP moves sequentially along the circumferential direction of the first gear 151 with the rotation of the rotating shaft 130. Then, when the rotating shaft 130 rotates once, the meshing position EP goes around once along the circumferential direction of the first gear 151. Here, as described above, the first number N1 of the internal teeth 151it of the first gear 151 is greater than the second number N2 of the external teeth 152ot of the second gear 152. Therefore, when the meshing position EP rotates once around the circumference of the first gear 151, that is, when the rotating shaft 130 rotates once, the second gear 152 rotates around the circumference of the first gear 151 by the difference in the number of teeth between the first number N1 and the second number N2. Therefore, the reduction ratio Gr of the second gear 152 with respect to the rotating shaft 130 can be expressed by the following equation (1).
例えば、第１のギア１５１の歯数（第１の数Ｎ１）が１０１で、第２のギア１５２の歯数（第２の数Ｎ２）が１００の場合、回転軸１３０に対する第２のギア１５２の減速比Ｇｒは１００である。なお、第２のギア１５２の回転方向は、回転軸１３０の回転方向とは反対である。
For example, if the number of teeth of the first gear 151 (first number N1) is 101 and the number of teeth of the second gear 152 (second number N2) is 100, the reduction ratio Gr of the second gear 152 with respect to the rotating shaft 130 is 100. Note that the rotation direction of the second gear 152 is opposite to the rotation direction of the rotating shaft 130.
このように、第１のギア１５１及び第２のギア１５２は、偏心揺動型減速機として構成されている。さらに言えば、第１のギア１５１及び第２のギア１５２は、ハイポサイクロイド機構、より具体的には、インボリュート歯車型ハイポサイクロイド機構を構成する減速機構１００として機能している。
In this way, the first gear 151 and the second gear 152 are configured as an eccentric oscillating type reducer. More specifically, the first gear 151 and the second gear 152 function as a reduction mechanism 100 that constitutes a hypocycloid mechanism, more specifically, an involute gear type hypocycloid mechanism.
図１に示すように、第２のギア１５２の軸方向における基板１２０側の面には、リング状の第２のマグネット１６２が固定されている。図２に示すように、上述の第２のセンサ１４２は、軸方向から見る場合に第２のギア１５２に重なっており、軸方向において、第２のギア１５２と第２のセンサ１４２との間に第２のマグネット１６２がある。ただし、第２のセンサ１４２と、第２のギア１５２と、第２のマグネット１６２との位置関係はこれに限定されるものではない。本実施形態において、第２のセンサ１４２は、磁気センサとして構成されている。第２のセンサ１４２は、第２のマグネット１６２から生じる磁気が、第２のマグネット１６２が第２のギア１５２の回転に伴って回転することによって変化することを検出し、この第２のマグネット１６２の磁気の変化を電気信号に変換して、例えば算出部１７０に出力する。なお、第２のセンサ１４２は磁気センサに限定されるものではなく、第２のセンサ１４２を磁気センサ以外のセンサ、例えば光学センサで構成する場合には、回転体にスリット円板等を用いるため、第２のマグネット１６２は不要である。また、磁気抵抗素子を用いたセンサと磁性材料で形成された歯車を用いる場合もマグネットは不要である。算出部１７０は、第２のセンサ１４２から出力される上記電気信号を取得し、第２のギア１５２の回転角度θsensor2を算出する。すなわち、本実施形態では、第２のセンサ１４２は、算出部１７０を介して第２のギア１５２の回転角度θsensor2を検知している。
As shown in FIG. 1, a ring-shaped second magnet 162 is fixed to the surface of the second gear 152 on the substrate 120 side in the axial direction. As shown in FIG. 2, the above-mentioned second sensor 142 overlaps with the second gear 152 when viewed from the axial direction, and the second magnet 162 is between the second gear 152 and the second sensor 142 in the axial direction. However, the positional relationship between the second sensor 142, the second gear 152, and the second magnet 162 is not limited to this. In this embodiment, the second sensor 142 is configured as a magnetic sensor. The second sensor 142 detects that the magnetism generated from the second magnet 162 changes as the second magnet 162 rotates with the rotation of the second gear 152, converts the change in the magnetism of the second magnet 162 into an electric signal, and outputs it to, for example, the calculation unit 170. The second sensor 142 is not limited to a magnetic sensor. When the second sensor 142 is configured with a sensor other than a magnetic sensor, for example, an optical sensor, a slit disk or the like is used as the rotor, and therefore the second magnet 162 is not required. Also, when a sensor using a magnetic resistance element and a gear made of a magnetic material are used, a magnet is not required. The calculation unit 170 acquires the electric signal output from the second sensor 142 and calculates the rotation angle θ sensor2 of the second gear 152. That is, in this embodiment, the second sensor 142 detects the rotation angle θ sensor2 of the second gear 152 via the calculation unit 170.
上記のように、第２のギア１５２は、回転軸１３０が１回転すると第１のギア１５１の周方向に沿って第１の数Ｎ１と第２の数Ｎ２との歯数差分回転するため、第２のギア１５２の減速比Ｇｒは上記式（１）で表すことができる。このため、回転軸１３０が１回転した際の第２のギア１５２の回転角度θgear2(1)は、以下の式（２）で表すことができる。
As described above, the second gear 152 rotates in the circumferential direction of the first gear 151 by a number of teeth that is the difference between the first number N1 and the second number N2 when the rotating shaft 130 makes one rotation, so the reduction ratio Gr of the second gear 152 can be expressed by the above formula (1). Therefore, the rotation angle θ gear2(1) of the second gear 152 when the rotating shaft 130 makes one rotation can be expressed by the following formula (2).
例えば、減速比Ｇｒが１００の場合に、回転軸１３０が１回転（３６０°回転）すると、第２のギア１５２は３．６°だけ回転軸１３０とは反対方向に回転する。よって、第２のセンサ１４２が算出部１７０を介して検知した第２のギア１５２の回転角度θsensor2を上記式（２）で得られた値で割ることによって、回転軸１３０の回転回数Ｔｍ（回転軸が何回転したか）を算出することができる。すなわち、回転回数Ｔｍは、以下の式（３）に基づいて算出することができる。
For example, when the reduction ratio Gr is 100, when the rotating shaft 130 rotates once (360°), the second gear 152 rotates by 3.6° in the opposite direction to the rotating shaft 130. Therefore, the number of rotations Tm of the rotating shaft 130 (how many times the rotating shaft has rotated) can be calculated by dividing the rotation angle θ sensor2 of the second gear 152 detected by the second sensor 142 via the calculation unit 170 by the value obtained by the above formula (2). That is, the number of rotations Tm can be calculated based on the following formula (3).
また、回転軸１３０の回転回数を考慮した回転軸１３０の回転角度θは、回転軸１３０の回転角度θsensor1を用いて、以下の式（４）で表すことができる。
Furthermore, the rotation angle θ of the rotating shaft 130 taking into consideration the number of rotations of the rotating shaft 130 can be expressed by the following equation (4) using the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 130.
なお、式（４）において、ＩＮＴは小数点以下を切り捨てることを意味する。
Note that in formula (4), INT means to round down to the nearest integer.
算出部１７０は、回転軸１３０の回転角度θsensor1のデータと、第２のギア１５２の回転角度θsensor2のデータと、上記式（１）～（４）とに基づいて、回転軸１３０の回転回数Ｔｍと回転角度θとを算出する。このように、エンコーダ１によれば、回転軸１３０の回転角度とともに回転軸１３０の回転回数Ｔｍも検出することができる。なお、エンコーダ１の回転回数の検出上限は、減速比Ｇｒに対応する。したがって、例えば減速比が１００の場合、回転回数Ｔｍの検出上限は１００回転である。
The calculation unit 170 calculates the number of rotations Tm and the rotation angle θ of the rotating shaft 130 based on data from the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 130, data from the rotation angle θ sensor2 of the second gear 152, and the above formulas (1) to (4). In this way, the encoder 1 can detect the number of rotations Tm of the rotating shaft 130 as well as the rotation angle of the rotating shaft 130. The upper limit of the detection of the number of rotations of the encoder 1 corresponds to the reduction ratio Gr. Therefore, for example, when the reduction ratio is 100, the upper limit of the detection of the number of rotations Tm is 100 rotations.
以上説明したように、本実施形態に係るエンコーダ１は、回転軸１３０と、回転軸１３０の回転角度θsensor1を検知する第１のセンサ１４１と、径方向における回転軸１３０側に複数の第１の数Ｎ１の内歯１５１ｉｔを有する固定された第１のギア１５１と、径方向における回転軸１３０側とは反対側に第１のギア１５１の内歯１５１ｉｔよりも少ない複数の第２の数Ｎ２の外歯１５２ｏｔを有し、回転軸１３０の回転に伴い回転する第２のギア１５２と、第２のギア１５２の回転角度θsensor2を検知する第２のセンサ１４２と、算出部１７０と、を備えている。そして、このエンコーダ１において、第１のギア１５１と第２のギア１５２とは偏心揺動型減速機であり、算出部１７０は、第２のセンサ１４２が検知した回転角度θsensor2に基づいて、回転軸が回転した回転回数Ｔｍを算出する。
As described above, the encoder 1 according to this embodiment includes the rotating shaft 130, the first sensor 141 that detects the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 130, the fixed first gear 151 having a first number N1 of internal teeth 151it on the rotating shaft 130 side in the radial direction, the second gear 152 having a second number N2 of external teeth 152ot that is smaller than the internal teeth 151it of the first gear 151 on the opposite side to the rotating shaft 130 side in the radial direction and that rotates with the rotation of the rotating shaft 130, the second sensor 142 that detects the rotation angle θ sensor2 of the second gear 152, and the calculation unit 170. In this encoder 1, the first gear 151 and the second gear 152 are eccentric oscillating reducers, and the calculation unit 170 calculates the number of rotations Tm of the rotating shaft based on the rotation angle θ sensor2 detected by the second sensor 142.
検出可能な軸の回転回数を増やすためには大きな減速比が必要であり、概して、要求される減速比が大きくなる程、それに応じてギア数の増加量が大きくなる傾向がある。しかし、上記のような構成を有する本実施形態に係るエンコーダ１では、２つのギア（第１のギア１５１、第２のギア１５２）によって大きな減速比（例えば、減速比１００）が得られる。このため、要求される減速比が大きい場合でも、ギア数の増加量を抑えることができる。また、本実施形態に係るエンコーダ１では、エンコーダ１を構成するための軸が回転軸１３０の１つのみで足りる。このように、本実施形態に係るエンコーダ１では、ギアや軸などの部品の数を削減することが可能であり、部品の数が削減されることにより、エンコーダの製造コストの削減、組み立ての容易化、及び小型化（小径化、薄型化）を実現することが可能になる。また、本実施形態では、第１のギア１５１及び第２のギア１５２をインボリュート歯車型ハイポサイクロイド機構として予めユニット化して組み立て工程に供することが可能であるため、組み立てる際の部品点数をさらに削減することが可能であり、より容易にエンコーダとして組み立てることができる。
In order to increase the number of rotations of the detectable shaft, a large reduction ratio is required, and generally, the larger the required reduction ratio, the larger the increase in the number of gears tends to be. However, in the encoder 1 according to the present embodiment having the above configuration, a large reduction ratio (for example, reduction ratio 100) is obtained by using two gears (first gear 151 and second gear 152). Therefore, even if the required reduction ratio is large, the increase in the number of gears can be suppressed. In addition, in the encoder 1 according to the present embodiment, only one shaft, the rotating shaft 130, is sufficient for constituting the encoder 1. In this way, in the encoder 1 according to the present embodiment, it is possible to reduce the number of parts such as gears and shafts, and by reducing the number of parts, it is possible to reduce the manufacturing cost of the encoder, facilitate assembly, and achieve miniaturization (reduced diameter and thickness). In addition, in the present embodiment, the first gear 151 and the second gear 152 can be previously unitized as an involute gear type hypocycloid mechanism and can be provided for the assembly process, so that the number of parts during assembly can be further reduced, and the encoder can be more easily assembled.
また、本実施形態では、ハイポサイクロイド機構が減速機構として用いられているため、エンコーダを大型化させることなく回転軸を中空化し易い。
In addition, in this embodiment, a hypocycloid mechanism is used as the reduction mechanism, making it easy to hollow out the rotating shaft without increasing the size of the encoder.
また、ハイポサイクロイド機構を用いることによって、上記のように、少ないギア数でより大きな減速比を実現することが可能であるため、回転軸の回転回数の検出上限を効果的に高めることが可能である。
In addition, by using the hypocycloid mechanism, as described above, it is possible to achieve a larger reduction ratio with a smaller number of gears, which effectively increases the upper limit for detecting the number of rotations of the rotating shaft.
なお、本実施形態において、軸１３０の外周面とケーシング１１０の内周面との間及びクランク部１３２の外周面と第２のギア１５２の内周面との間の少なくとも一方にベアリングを配置してもよい。
In this embodiment, a bearing may be disposed between the outer peripheral surface of the shaft 130 and the inner peripheral surface of the casing 110, or between the outer peripheral surface of the crank portion 132 and the inner peripheral surface of the second gear 152.
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るエンコーダについて説明する。
Second Embodiment
Next, an encoder according to a second embodiment will be described.
図５は本実施形態におけるエンコーダを示す斜視図、図６は図５に示すエンコーダのある基準状態における軸方向に沿った断面図、図７は図５に示すエンコーダを示す図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面図、図８は図５に示すエンコーダを示す図６のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。
Figure 5 is a perspective view showing the encoder in this embodiment, Figure 6 is a cross-sectional view along the axial direction of the encoder shown in Figure 5 in a certain reference state, Figure 7 is a cross-sectional view along line VII-VII in Figure 6 showing the encoder shown in Figure 5, and Figure 8 is a cross-sectional view along line VIII-VIII in Figure 6 showing the encoder shown in Figure 5.
図５から図８に示すように、本実施形態に係るエンコーダ２は、ケーシング２１０と、基板２２０と、減速機構２００と、回転軸２３０と、第１のセンサ２４１と、第２のセンサ２４２とを主な構成として備えている。なお、図５では、ケーシング２１０及び基板２２０が透視して示されており、透視されたケーシング２１０及び基板２２０が、便宜上、破線で示されている。
As shown in Figures 5 to 8, the encoder 2 according to this embodiment mainly comprises a casing 210, a substrate 220, a reduction mechanism 200, a rotating shaft 230, a first sensor 241, and a second sensor 242. Note that in Figure 5, the casing 210 and the substrate 220 are shown in perspective, and the casing 210 and the substrate 220 are shown in perspective by dashed lines for the sake of convenience.
ケーシング２１０は、軸方向における長さが径方向における長さよりも短い略扁平直方体状の形状を有している。ケーシング２１０の径方向における中央には、ケーシング２１０を軸方向に貫通する孔２１０ｈが形成されている。この孔２１０ｈを規定するケーシング２１０の内周面は、回転軸２３０が嵌まり込むことが可能な形状に形成されている。ケーシング２１０は、軸方向における一方側にある第１の部分２１１と、軸方向における他方側にある第２の部分２１２とからなる。本実施形態では、第１の部分２１１の軸方向における長さは、第２の部分２１２の軸方向における長さよりも短いが、これに限定されるものではない。第１の部分２１１及び第２の部分２１２は、軸方向に重ねられて互いに固定されている。第２の部分２１２には、コネクタ２２１が取り付けられている。
The casing 210 has a generally flat rectangular parallelepiped shape in which the axial length is shorter than the radial length. A hole 210h is formed in the radial center of the casing 210, penetrating the casing 210 in the axial direction. The inner circumferential surface of the casing 210 that defines the hole 210h is formed in a shape that allows the rotating shaft 230 to fit into it. The casing 210 is made up of a first portion 211 on one side in the axial direction and a second portion 212 on the other side in the axial direction. In this embodiment, the axial length of the first portion 211 is shorter than the axial length of the second portion 212, but is not limited to this. The first portion 211 and the second portion 212 are stacked in the axial direction and fixed to each other. A connector 221 is attached to the second portion 212.
第２の部分２１２は、段差状の内面２１２ｉを有する。内面２１２ｉは、軸方向において第１の部分２１１側に位置する第１の内面２１２ｉｕと、軸方向において第１の部分２１１側とは反対側に位置する第２の内面２１２ｉｄと、第１の内面２１２ｉｕと第２の内面２１２ｉｄとを連結する連結面２１２ｉｓとを有する。連結面２１２ｉｓは径方向に平行な平面である。軸方向から見て、内面２１２ｉｕ，２１２ｉｄは回転軸２３０の中心２３０ｃを中心とする同心円であり、第２の内面２１２ｉｄの直径は第１の内面２１２ｉｕの直径よりも小さい。第２の内面２１２ｉｄには、その全周に亘って複数の第１の数Ｎ１の内歯２５１ｉｔが形成されている。すなわち、ケーシング２１０の第２の部分２１２は、径方向における回転軸２３０側に複数の内歯２５１ｉｔを有する第１のギア２５１として形成されている。このように、第１のギア２５１は、ケーシング２１０の一部であり、ケーシング２１０に対して固定されている。なお、第１のギア２５１をケーシング２１０に対して別体にして、ケーシング２１０に固定してもよい。
The second part 212 has a stepped inner surface 212i. The inner surface 212i has a first inner surface 212iu located on the first part 211 side in the axial direction, a second inner surface 212id located on the opposite side of the first part 211 side in the axial direction, and a connecting surface 212is connecting the first inner surface 212iu and the second inner surface 212id. The connecting surface 212is is a plane parallel to the radial direction. When viewed from the axial direction, the inner surfaces 212iu and 212id are concentric circles centered on the center 230c of the rotation shaft 230, and the diameter of the second inner surface 212id is smaller than the diameter of the first inner surface 212iu. A plurality of internal teeth 251it of the first number N1 are formed on the second inner surface 212id over its entire circumference. That is, the second portion 212 of the casing 210 is formed as a first gear 251 having a plurality of internal teeth 251it on the radial side of the rotating shaft 230. In this manner, the first gear 251 is a part of the casing 210 and is fixed to the casing 210. Note that the first gear 251 may be a separate part from the casing 210 and fixed to the casing 210.
基板２２０は、軸方向においてケーシング２１０の第１の部分２１１と第２の部分２１２との少なくともいずれかにおいてケーシング２１０に固定されている。基板２２０の径方向における概ね中央を回転軸２３０が貫通している。基板２２０の第２の部分２１２側の面には、２つのセンサ（第１のセンサ２４１，第２のセンサ２４２）が取り付けられている。本実施形態において、センサ２４１，２４２は回転軸２３０の中心２３０ｃに対して反対側の位置に配置されているが、センサ２４１，２４２の位置関係はこれに限定されるものではない。なお、後述するように、第１のセンサ２４１は第１のマグネット２６１から生じる磁気を検出し、第２のセンサ２４２は第２のマグネット２６２から生じる磁気を検出するため、それぞれのセンサは検出対象とするマグネットの磁気を検出しやすい位置に配置するとよい。また、基板２２０の第２の部分２１２側の面には、コネクタ２２１が接続されている。このコネクタ２２１に接続された端子を介して、外部からの電力がセンサ２４１，２４２や後述する算出部２７０に供給されるとともに、算出部２７０によって算出されたデータが外部に出力されてもよい。
The substrate 220 is fixed to the casing 210 at least at the first part 211 and the second part 212 of the casing 210 in the axial direction. The rotating shaft 230 passes through approximately the center in the radial direction of the substrate 220. Two sensors (first sensor 241, second sensor 242) are attached to the surface of the substrate 220 on the second part 212 side. In this embodiment, the sensors 241 and 242 are arranged at positions opposite to the center 230c of the rotating shaft 230, but the positional relationship of the sensors 241 and 242 is not limited to this. As described later, the first sensor 241 detects the magnetic field generated from the first magnet 261, and the second sensor 242 detects the magnetic field generated from the second magnet 262, so it is preferable to arrange each sensor at a position where it is easy to detect the magnetic field of the magnet to be detected. In addition, a connector 221 is connected to the surface of the substrate 220 on the second part 212 side. Through the terminal connected to this connector 221, power from the outside is supplied to the sensors 241 and 242 and the calculation unit 270 described below, and data calculated by the calculation unit 270 may be output to the outside.
回転軸２３０は、ケーシング２１０の孔２１０ｈに嵌め込まれており、ケーシング２１０に対して回転可能にケーシング２１０に支持されている。本実施形態において、回転軸２３０は、軸本体２３１と、クランク部２３２とを含んでいる。軸本体２３１は、軸方向から見て回転軸２３０の中心２３０ｃを中心とする円形のリング状に形成されている。本実施形態において、軸本体２３１は円筒状、すなわち中空に形成されており、中心２３０ｃを中心とし軸方向に延在する内周面２３１ｉを有する。すなわち、本実施形態において、回転軸２３０は中空の軸である。なお、軸本体２３１の内周面２３１ｉに他の回転する軸（例えば、モータの主軸等）を例えば圧入により取り付けてもよい。このように、回転軸２３０に他の回転する軸を取り付けることで、本発明は他の回転体の回転量を検出するエンコーダとして機能する。
The rotating shaft 230 is fitted into the hole 210h of the casing 210 and is supported by the casing 210 so as to be rotatable relative to the casing 210. In this embodiment, the rotating shaft 230 includes a shaft body 231 and a crank portion 232. The shaft body 231 is formed in a circular ring shape centered on the center 230c of the rotating shaft 230 when viewed from the axial direction. In this embodiment, the shaft body 231 is formed in a cylindrical shape, i.e., hollow, and has an inner circumferential surface 231i that extends in the axial direction centered on the center 230c. That is, in this embodiment, the rotating shaft 230 is a hollow shaft. Note that another rotating shaft (e.g., a motor main shaft, etc.) may be attached to the inner circumferential surface 231i of the shaft body 231 by, for example, press-fitting. In this way, by attaching another rotating shaft to the rotating shaft 230, the present invention functions as an encoder that detects the amount of rotation of another rotating body.
クランク部２３２は、軸本体２３１の外周面に形成されている。なお、クランク部２３２を軸本体２３１と一体的に形成してもよいし、別体として形成した上で軸本体２３１に固定してもよい。軸方向において、クランク部２３２の少なくとも一部と後述する第２のギア２５２の少なくとも一部とは同じ位置（高さ）にあり、クランク部２３２の少なくとも一部と後述する第３のギア２５３の少なくとも一部とは同じ位置（高さ）にある。図７は、クランク部２３２の少なくとも一部と、第２のギア２５２の少なくとも一部とが位置する軸方向の部分における径方向に沿った断面図である。図８は、クランク部２３２の少なくとも一部と、第３のギア２５３の少なくとも一部とが位置する軸方向の部分における径方向に沿った断面図である。図７及び図８に示すように、回転軸２３０の外周面のうちクランク部２３２が形成されている部分２３２ｏｆ（以下、便宜上、「クランク形成面２３２ｏｆ」と記載する。）に着目すると、クランク部２３２は、回転軸２３０の中心２３０ｃ（すなわち、軸本体２３１の中心）に対して径方向において偏心した面である偏心部２３２ａを含んでいる。偏心部２３２ａは、中心２３０ｃからクランク形成面２３２ｏｆまでの径方向における距離ＲＬがクランク形成面２３２ｏｆの他の部分と比べて長い（すなわち、距離ＲＬが最大となる）部分（面）である。なお、回転軸２３０において、少なくとも第２のギア２５２及び第３のギア２５３と接する部分が偏心していればよい。
The crank portion 232 is formed on the outer peripheral surface of the shaft body 231. The crank portion 232 may be formed integrally with the shaft body 231, or may be formed separately and then fixed to the shaft body 231. In the axial direction, at least a part of the crank portion 232 and at least a part of the second gear 252 described later are at the same position (height), and at least a part of the crank portion 232 and at least a part of the third gear 253 described later are at the same position (height). FIG. 7 is a cross-sectional view along the radial direction at the axial portion where at least a part of the crank portion 232 and at least a part of the second gear 252 are located. FIG. 8 is a cross-sectional view along the radial direction at the axial portion where at least a part of the crank portion 232 and at least a part of the third gear 253 are located. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, when focusing on the portion 232of on the outer circumferential surface of the rotating shaft 230 where the crank portion 232 is formed (hereinafter, for convenience, referred to as the "crank forming surface 232of"), the crank portion 232 includes an eccentric portion 232a which is a surface that is radially eccentric with respect to the center 230c of the rotating shaft 230 (i.e., the center of the shaft body 231). The eccentric portion 232a is a portion (surface) where the radial distance RL from the center 230c to the crank forming surface 232of is longer (i.e., the distance RL is maximum) than other portions of the crank forming surface 232of. Note that it is sufficient that at least the portions of the rotating shaft 230 that come into contact with the second gear 252 and the third gear 253 are eccentric.
軸方向におけるクランク形成面２３２ｏｆの位置には、クランク部２３２の軸方向における位置が変化しないように第２のギア２５２及び第３のギア２５３が支持されている。本実施形態において、第２のギア２５２及び第３のギア２５３は、一体的に形成された平歯車である。なお、便宜上、第２のギア２５２及び第３のギア２５３を総称して「ギア２５２，２５３」と記載する場合がある。第３のギア２５３は、軸方向における第２のギア２５２の一方側で第２のギア２５２と一体に形成されており、第２のギア２５２に対して軸方向における基板２２０側にある。第２のギア２５２の外周面は、径方向において、ケーシング２１０の第２の部分２１２の内面２１２ｉｄに対向している。すなわち、第２のギア２５２の外周面は、径方向において、第１のギア２５１の内歯２５１ｉｔに対向している。第２のギア２５２の外周面には、第２の数Ｎ２の外歯２５２ｏｔが形成されている。一方、第３のギア２５３の外周面は、径方向において、後述する第４のギア２５４を介してケーシング２１０の第２の部分２１２の内面２１２ｉｕに対向している。第３のギア２５３の外周面には、第３の数Ｎ３の外歯２５３ｏｔが形成されている。ギア２５２，２５３の径方向における中央を、クランク部２３２のクランク形成面２３２ｏｆの形状に概ね対応する形状の貫通孔が軸方向に沿って貫通している。この貫通孔にクランク部２３２が挿通されている。また、クランク部２３２の外周面には、リング状の第１のマグネット２６１が固定されている。すなわち、回転軸２３０にはリング状の第１のマグネット２６１が固定されている。
The second gear 252 and the third gear 253 are supported at the position of the crank forming surface 232of in the axial direction so that the position of the crank portion 232 in the axial direction does not change. In this embodiment, the second gear 252 and the third gear 253 are spur gears formed integrally. For convenience, the second gear 252 and the third gear 253 may be collectively referred to as "gears 252, 253". The third gear 253 is formed integrally with the second gear 252 on one side of the second gear 252 in the axial direction, and is on the substrate 220 side in the axial direction relative to the second gear 252. The outer peripheral surface of the second gear 252 faces the inner surface 212id of the second part 212 of the casing 210 in the radial direction. That is, the outer peripheral surface of the second gear 252 faces the internal teeth 251it of the first gear 251 in the radial direction. The second gear 252 has a second number N2 of external teeth 252ot formed on its outer circumferential surface. On the other hand, the third gear 253 has an outer circumferential surface facing the inner surface 212iu of the second part 212 of the casing 210 in the radial direction via a fourth gear 254 described later. The third gear 253 has a third number N3 of external teeth 253ot formed on its outer circumferential surface. A through hole having a shape that roughly corresponds to the shape of the crank forming surface 232of of the crank portion 232 penetrates the center of the gears 252, 253 in the radial direction along the axial direction. The crank portion 232 is inserted through this through hole. In addition, a ring-shaped first magnet 261 is fixed to the outer circumferential surface of the crank portion 232. That is, the ring-shaped first magnet 261 is fixed to the rotating shaft 230.
本実施形態において、上述の第１のセンサ２４１は、磁気センサとして構成されている。第１のセンサ２４１は、第１のマグネット２６１から生じる磁気が、第１のマグネット２６１が回転軸２３０の回転に伴って回転することによって変化することを検出し、この第１のマグネット２６１の磁気の変化を電気信号に変換して、例えば基板２２０上に設けられた算出部２７０に出力する。なお、第１のセンサ２４１は磁気センサに限定されるものではなく、第１のセンサ２４１を磁気センサ以外のセンサ、例えば光学センサで構成する場合には、回転体にスリット円板等を用いるため、第１のマグネット２６１は不要である。また、磁気抵抗素子を用いたセンサと磁性材料で形成された歯車を用いる場合、回転軸２３０に設ける第１のマグネット２６１の代わりに、基板等の固定部にマグネットを配置することができる。算出部２７０は、第１のセンサ２４１から出力される上記電気信号を取得し、回転軸２３０の回転角度θsensor1を算出する。すなわち、第１のセンサ２４１は、算出部２７０を介して回転軸２３０の回転角度θsensor1を検知する。
In this embodiment, the first sensor 241 is configured as a magnetic sensor. The first sensor 241 detects that the magnetism generated from the first magnet 261 changes as the first magnet 261 rotates with the rotation of the rotating shaft 230, converts the change in the magnetism of the first magnet 261 into an electric signal, and outputs it to the calculation unit 270 provided on the substrate 220, for example. Note that the first sensor 241 is not limited to a magnetic sensor, and when the first sensor 241 is configured with a sensor other than a magnetic sensor, for example an optical sensor, a slit disk or the like is used as the rotating body, so the first magnet 261 is not necessary. Also, when a sensor using a magnetoresistance element and a gear made of a magnetic material are used, a magnet can be placed on a fixed part such as a substrate instead of the first magnet 261 provided on the rotating shaft 230. The calculation unit 270 acquires the electric signal output from the first sensor 241 and calculates the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 230. That is, the first sensor 241 detects the rotation angle θ sensor 1 of the rotation shaft 230 via the calculation unit 270 .
クランク部２３２の偏心部２３２ａは、ギア２５２，２５３の上記貫通孔を規定する内周面２５２ｉｆ，２５３ｉｆ（第２のギア２５２の内周面２５２ｉｆ、第３のギア２５３の内周面２５３ｉｆ）に対して摺動可能に内周面２５２ｉｆ，２５３ｉｆに接触している。なお、偏心部２３２ａとギア２５２，２５３の内周面２５２ｉｆ，２５３ｉｆとの少なくとも一方にコーティングを施して、偏心部２３２ａと内周面２５２ｉｆ，２５３ｉｆとにおける耐摩耗性や摺動性を向上させてもよい。
The eccentric portion 232a of the crank portion 232 is in contact with the inner peripheral surfaces 252if, 253if (the inner peripheral surface 252if of the second gear 252 and the inner peripheral surface 253if of the third gear 253) that define the through holes of the gears 252, 253, so as to be slidable relative to the inner peripheral surfaces 252if, 253if. In addition, a coating may be applied to at least one of the eccentric portion 232a and the inner peripheral surfaces 252if, 253if of the gears 252, 253 to improve the wear resistance and sliding properties of the eccentric portion 232a and the inner peripheral surfaces 252if, 253if.
図７に示すように、第２のギア２５２の外周面（すなわち、第２のギア２５２の径方向における回転軸２３０側とは反対側の面）には、その全周に亘って、上記第１の数Ｎ１よりも少ない複数の第２の数Ｎ２の外歯２５２ｏｔが形成されている。第２のギア２５２は、第１のギア２５１の内歯２５１ｉｔよりも内側に配置されており、全周に亘って第１のギア２５１の内歯２５１ｉｔに取り囲まれている。複数の外歯２５２ｏｔのそれぞれは、第１のギア２５１の複数の内歯２５１ｉｔのそれぞれに噛合可能である。
As shown in FIG. 7, a second number N2 of external teeth 252ot, which is less than the first number N1, is formed around the outer circumferential surface of the second gear 252 (i.e., the surface of the second gear 252 on the radially opposite side to the rotating shaft 230). The second gear 252 is disposed inside the internal teeth 251it of the first gear 251, and is surrounded around the entire circumference by the internal teeth 251it of the first gear 251. Each of the external teeth 252ot can mesh with each of the internal teeth 251it of the first gear 251.
回転軸２３０が中心２３０ｃを中心に回転すると、クランク部２３２の偏心部２３２ａも回転軸２３０と一体となって中心２３０ｃを中心にして回転し、この偏心部２３２ａの回転に伴ってギア２５２，２５３が揺動する。このギア２５２，２５３の揺動によって、中心２３０ｃから偏心部２３２ａを通って径方向に延びる直線ＳＬ上にある第２のギア２５２の外歯２５２ｏｔが、直線ＳＬ上にある第１のギア２５１の内歯２５１ｉｔに噛合する。なお、直線ＳＬは、図７及び図８において破線で示されている。以下、第２のギア２５２の外歯２５２ｏｔの一部が第１のギア２５１の内歯２５１ｉｔの一部に噛合する位置を第１の噛合位置ＥＰ１と記載する。第１の噛合位置ＥＰ１は、直線ＳＬ上にある。
When the rotating shaft 230 rotates around the center 230c, the eccentric portion 232a of the crank portion 232 also rotates around the center 230c together with the rotating shaft 230, and the gears 252 and 253 oscillate with the rotation of the eccentric portion 232a. Due to the oscillation of the gears 252 and 253, the external teeth 252ot of the second gear 252 on the straight line SL extending radially from the center 230c through the eccentric portion 232a mesh with the internal teeth 251it of the first gear 251 on the straight line SL. The straight line SL is shown by a dashed line in Figures 7 and 8. Hereinafter, the position where a part of the external teeth 252ot of the second gear 252 meshes with a part of the internal teeth 251it of the first gear 251 is referred to as the first meshing position EP1. The first meshing position EP1 is on the straight line SL.
図７の状態から回転軸２３０が所定の角度だけ回転すると、すなわち、クランク部２３２の偏心部２３２ａが図７の状態から所定の角度だけ回転すると、第１の噛合位置ＥＰ１も同様の角度だけ第１のギア２５１の周方向に沿って移動する。このように、第１の噛合位置ＥＰ１は、回転軸２３０の回転に伴い第１のギア２５１の周方向に沿って順次移動していく。そして、回転軸２３０が１回転すると、第１の噛合位置ＥＰ１が第１のギア２５１の周方向に沿って一周する。ここで、上記のように、第１のギア２５１の内歯２５１ｉｔの第１の数Ｎ１は、第２のギア２５２の外歯２５２ｏｔの第２の数Ｎ２よりも多い。したがって、第１の噛合位置ＥＰ１が第１のギア２５１の周方向に沿って一周する際、すなわち、回転軸２３０が１回転する際、第２のギア２５２（すなわち、ギア２５２，２５３）は、第１の数Ｎ１と第２の数Ｎ２との歯数差分、第１のギア２５１の周方向に沿って第１のギア２５１に対して回転する。したがって、回転軸２３０に対する第２のギア２５２の減速比Ｇｒ２は、以下の式（５）で表すことができる。
7, that is, when the eccentric portion 232a of the crank portion 232 rotates a predetermined angle from the state of FIG. 7, the first meshing position EP1 also moves along the circumferential direction of the first gear 251 by the same angle. In this way, the first meshing position EP1 moves sequentially along the circumferential direction of the first gear 251 with the rotation of the rotating shaft 230. Then, when the rotating shaft 230 rotates once, the first meshing position EP1 goes around once along the circumferential direction of the first gear 251. Here, as described above, the first number N1 of the internal teeth 251it of the first gear 251 is greater than the second number N2 of the external teeth 252ot of the second gear 252. Therefore, when the first meshing position EP1 rotates once around the circumference of the first gear 251, that is, when the rotating shaft 230 rotates once, the second gear 252 (i.e., gears 252, 253) rotates around the circumference of the first gear 251 relative to the first gear 251 by the difference in the number of teeth between the first number N1 and the second number N2. Therefore, the reduction ratio Gr2 of the second gear 252 with respect to the rotating shaft 230 can be expressed by the following equation (5).
例えば、第１のギア２５１の歯数Ｎ１が１０１で、第２のギア２５２の歯数Ｎ２が１００の場合、回転軸２３０に対する第２のギア２５２の減速比Ｇｒは１００である。なお、第２のギア２５２の回転方向は、回転軸２３０の回転方向とは反対である。
For example, if the number of teeth N1 of the first gear 251 is 101 and the number of teeth N2 of the second gear 252 is 100, the reduction ratio Gr of the second gear 252 with respect to the rotating shaft 230 is 100. Note that the rotation direction of the second gear 252 is opposite to the rotation direction of the rotating shaft 230.
図６に示すように、ケーシング２１０の第２の部分２１２の連結面２１２ｉｓには、平歯車として形成された第４のギア２５４が載置されている。第４のギア２５４は、リング状に形成されており、回転軸２３０の中心２３０ｃが中心になるように配置されている。また、第４のギア２５４は、軸方向における位置が変化しないように、不図示の構成によりケーシング２１０に支持されている。第４のギア２５４の径方向における中央には貫通孔２５４ｈが形成されており、この貫通孔２５４ｈを回転軸２３０が貫通するとともに、貫通孔２５４ｈよりも内側に上述の第１のマグネット２６１が配置されている。第４のギア２５４の内周面は、内側から外側に向かって切り欠かれている。この切り欠きによって、第４のギア２５４は、リング状の外周縁部２５４Ａと、外周縁部２５４Ａの軸方向における基板２２０側の部分から内側に延在する円板状の円板部２５４Ｂとを含む。外周縁部２５４Ａの内周面には、第３のギア２５３の外歯２５３ｏｔの第３の数Ｎ３よりも多い第４の数Ｎ４の内歯２５４ｉｔが形成されている。すなわち、第４のギア２５４は、径方向における回転軸２３０側に第３のギア２５３の外歯２５３ｏｔよりも多い複数の第４の数Ｎ４の内歯２５４ｉｔを有する。径方向において、第４のギア２５４の内歯２５４ｉｔは、第３のギア２５３の外歯２５３ｏｔに対向している。第３のギア２５３の外歯２５３ｏｔは、その全周に亘って、第４のギア２５４の内歯２５４ｉｔに取り囲まれている。第４のギア２５４の円板部２５４Ｂの軸方向における基板２２０側の面には、リング状の第２のマグネット２６２が固定されている。
6, a fourth gear 254 formed as a spur gear is placed on the connecting surface 212is of the second part 212 of the casing 210. The fourth gear 254 is formed in a ring shape and is arranged so that the center 230c of the rotating shaft 230 is the center. The fourth gear 254 is supported by the casing 210 by a configuration not shown so that the position in the axial direction does not change. A through hole 254h is formed in the center of the radial direction of the fourth gear 254, and the rotating shaft 230 passes through this through hole 254h, and the above-mentioned first magnet 261 is arranged inside the through hole 254h. The inner peripheral surface of the fourth gear 254 is cut out from the inside to the outside. Due to this cutout, the fourth gear 254 includes a ring-shaped outer peripheral edge portion 254A and a disk-shaped disk portion 254B extending inward from the portion of the outer peripheral edge portion 254A on the substrate 220 side in the axial direction. A fourth number N4 of internal teeth 254it, which is greater than the third number N3 of the external teeth 253ot of the third gear 253, is formed on the inner peripheral surface of the outer peripheral edge portion 254A. That is, the fourth gear 254 has a fourth number N4 of internal teeth 254it, which is greater than the external teeth 253ot of the third gear 253, on the radial rotation shaft 230 side. In the radial direction, the internal teeth 254it of the fourth gear 254 face the external teeth 253ot of the third gear 253. The external teeth 253ot of the third gear 253 are surrounded by the internal teeth 254it of the fourth gear 254 over its entire circumference. A ring-shaped second magnet 262 is fixed to the surface of the disk portion 254B of the fourth gear 254 on the substrate 220 side in the axial direction.
図８に示すように、第４のギア２５４の外周面２５４ｏｆは、ケーシング２１０の第２の部分２１２の内面２１２ｉｕに対して摺動可能に内面２１２ｉｕに接している。なお、第４のギア２５４の外周面２５４ｏｆとケーシング２１０の内面２１２ｉｕとの少なくとも一方にコーティングを施して、第４のギア２５４とケーシング２１０とにおける耐摩耗性や摺動性を向上させてもよい。第３のギア２５３の複数の外歯２５３ｏｔのそれぞれは、第４のギア２５４の複数の内歯２５４ｉｔのそれぞれに噛合可能である。本実施形態では、直線ＳＬ上にある第３のギア２５３の外歯２５３ｏｔが、直線ＳＬ上にある第４のギア２５４の内歯２５４ｉｔに噛合する。以下、第３のギア２５３の外歯２５３ｏｔの一部が第４のギア２５４の内歯２５４ｉｔの一部に噛合する位置を第２の噛合位置ＥＰ２と記載する。第２の噛合位置ＥＰ２は、直線ＳＬ上にある。
8, the outer peripheral surface 254of of the fourth gear 254 is in contact with the inner surface 212iu of the second part 212 of the casing 210 so as to be slidable relative to the inner surface 212iu. At least one of the outer peripheral surface 254of of the fourth gear 254 and the inner surface 212iu of the casing 210 may be coated to improve the wear resistance and sliding properties between the fourth gear 254 and the casing 210. Each of the multiple external teeth 253ot of the third gear 253 can mesh with each of the multiple internal teeth 254it of the fourth gear 254. In this embodiment, the external teeth 253ot of the third gear 253 on the straight line SL mesh with the internal teeth 254it of the fourth gear 254 on the straight line SL. Hereinafter, the position where a portion of the external teeth 253ot of the third gear 253 meshes with a portion of the internal teeth 254it of the fourth gear 254 will be referred to as the second meshing position EP2. The second meshing position EP2 is on the straight line SL.
回転軸２３０が１回転することによって、ギア２５２，２５３が第１の数Ｎ１と第２の数Ｎ２との歯数差分、第１のギア２５１の周方向に沿って第１のギア２５１に対して回転すると、これに伴い、第２の噛合位置ＥＬ２も第１の数Ｎ１と第２の数Ｎ２との歯数差分の角度だけ図８の状態から第４のギア２５４の周方向に沿って移動する。このように、第２の噛合位置ＥＰ２は、ギア２５２，２５３の回転に伴い第４のギア２５４の周方向に沿って順次移動していく。そして、ギア２５２，２５３が第１のギア２５１の周方向に沿って１回転すると、第２の噛合位置ＥＰ２が第４のギア２５４の周方向に沿って一周する。ここで、上記のように、第４のギア２５４の内歯２５４ｉｔの第４の数Ｎ４は、第３のギア２５３の外歯２５３ｏｔの第３の数Ｎ３よりも多い。したがって、第２の噛合位置ＥＰ２が第４のギア２５４の周方向に沿って一周する際、すなわち、ギア２５２，２５３が第１のギア２５１の周方向に沿って１回転する際、第４のギア２５４は、第４の数Ｎ４と第３の数Ｎ３との歯数差分、第４のギア２５４の周方向に沿ってケーシング２１０に対して回転する。したがって、ギア２５２，２５３に対する第４のギア２５４の減速比Ｇｒ４は、以下の式（６）で表すことができる。
When the gears 252 and 253 rotate relative to the first gear 251 along the circumferential direction of the first gear 251 by the difference in the number of teeth between the first number N1 and the second number N2 as the rotating shaft 230 rotates once, the second meshing position EL2 also moves from the state of FIG. 8 along the circumferential direction of the fourth gear 254 by the angle of the difference in the number of teeth between the first number N1 and the second number N2. In this way, the second meshing position EP2 moves sequentially along the circumferential direction of the fourth gear 254 along with the rotation of the gears 252 and 253. Then, when the gears 252 and 253 rotate once along the circumferential direction of the first gear 251, the second meshing position EP2 goes around once along the circumferential direction of the fourth gear 254. Here, as described above, the fourth number N4 of the internal teeth 254it of the fourth gear 254 is greater than the third number N3 of the external teeth 253ot of the third gear 253. Therefore, when the second meshing position EP2 rotates once around the circumferential direction of the fourth gear 254, that is, when the gears 252 and 253 rotate once around the circumferential direction of the first gear 251, the fourth gear 254 rotates relative to the casing 210 along the circumferential direction of the fourth gear 254 by the difference in the number of teeth between the fourth number N4 and the third number N3. Therefore, the reduction ratio Gr4 of the fourth gear 254 with respect to the gears 252 and 253 can be expressed by the following equation (6).
例えば、第４のギア２５４の歯数（第４の数Ｎ４）が１０２で、第３のギア２５３の歯数（第３の数Ｎ３）が１０１の場合、ギア２５２，２５３に対する第４のギア２５４の減速比Ｇｒ４は１０１である。なお、第４のギア２５４の回転方向は、ギア２５２，２５３の回転方向とは反対であり、回転軸２３０の回転方向と同方向である。
For example, if the number of teeth of the fourth gear 254 (fourth number N4) is 102 and the number of teeth of the third gear 253 (third number N3) is 101, the reduction ratio Gr4 of the fourth gear 254 relative to the gears 252 and 253 is 101. The rotation direction of the fourth gear 254 is opposite to the rotation direction of the gears 252 and 253 and is the same as the rotation direction of the rotating shaft 230.
さらに言えば、回転軸２３０に対する第４のギア２５４の減速比Ｇｒは、式（５）によって求められるＧｒ２と式（６）によって求められるＧｒ４とを乗ずることによって求めることができる。したがって、回転軸２３０に対するギア２５２，２５３の減速比Ｇｒ２が例えば１００で、ギア２５２，２５３に対する第４のギア２５４の減速比Ｇｒ４が例えば１０１の場合、減速比Ｇｒは、１０１００であり、第１の実施形態に係るエンコーダ１に比べてさらに大きな減速比が実現される。
Moreover, the reduction ratio Gr of the fourth gear 254 relative to the rotating shaft 230 can be calculated by multiplying Gr2 calculated by equation (5) and Gr4 calculated by equation (6). Therefore, if the reduction ratio Gr2 of the gears 252 and 253 relative to the rotating shaft 230 is, for example, 100, and the reduction ratio Gr4 of the fourth gear 254 relative to the gears 252 and 253 is, for example, 101, the reduction ratio Gr is 10100, which is an even larger reduction ratio than that of the encoder 1 according to the first embodiment.
このように、第１のギア２５１と第２のギア２５２との第１のペア及び第３のギア２５３と第４のギア２５４との第２のペアのそれぞれは、偏心揺動型減速機であり、さらに言えば、第１のギア２５１、ギア２５２，２５３、及び第４のギア２５４は、インボリュート歯車型ハイポサイクロイド機構を構成する減速機構２００として機能している。
In this way, the first pair of the first gear 251 and the second gear 252 and the second pair of the third gear 253 and the fourth gear 254 are each an eccentric oscillating type reducer, and more specifically, the first gear 251, the gears 252 and 253, and the fourth gear 254 function as a reduction mechanism 200 that constitutes an involute gear type hypocycloid mechanism.
図６に示すように、上述の第２のセンサ２４２は、軸方向から見る場合に第４のギア２５４に重なっており、軸方向において、第４のギア２５４と第２のセンサ２４２との間に第２のマグネット２６２がある。ただし、第２のセンサ２４２、第４のギア２５４、及び第２のマグネット２６２との位置関係はこれに限定されるものではない。本実施形態において、第２のセンサ２４２は、磁気センサとして構成されている。第２のセンサ２４２は、第２のマグネット２６２から生じる磁気が、第２のマグネット２６２が第４のギア２５４の回転に伴って回転することによって変化することを検出し、この第２のマグネット２６２の磁気の変化を電気信号に変換して、例えば算出部２７０に出力する。なお、第２のセンサ２４２は磁気センサに限定されるものではなく、第２のセンサ２４２を磁気センサ以外のセンサ、例えば光学センサで構成する場合には、回転体にスリット円板等を用いるため、第２のマグネット２６２は不要である。また、磁気抵抗素子を用いたセンサと磁性材料で形成された歯車を用いる場合もマグネットは不要である。算出部２７０は、第２のセンサ２４２から出力される上記電気信号を取得し、第４のギア２５４の回転角度θsensor2を算出する。すなわち、本実施形態では、第２のセンサ２４２は、算出部２７０を介して第４のギア２５４の回転角度θsensor2を検知する。
As shown in FIG. 6, the second sensor 242 overlaps with the fourth gear 254 when viewed from the axial direction, and the second magnet 262 is located between the fourth gear 254 and the second sensor 242 in the axial direction. However, the positional relationship between the second sensor 242, the fourth gear 254, and the second magnet 262 is not limited to this. In this embodiment, the second sensor 242 is configured as a magnetic sensor. The second sensor 242 detects that the magnetism generated from the second magnet 262 changes as the second magnet 262 rotates with the rotation of the fourth gear 254, converts the change in the magnetism of the second magnet 262 into an electric signal, and outputs it to, for example, the calculation unit 270. Note that the second sensor 242 is not limited to a magnetic sensor, and when the second sensor 242 is configured with a sensor other than a magnetic sensor, for example an optical sensor, a slit disk or the like is used as the rotating body, so the second magnet 262 is not necessary. Also, when a sensor using a magnetoresistance element and a gear made of a magnetic material are used, a magnet is not required. The calculation unit 270 acquires the electric signal output from the second sensor 242 and calculates the rotation angle θ sensor2 of the fourth gear 254. That is, in this embodiment, the second sensor 242 detects the rotation angle θ sensor2 of the fourth gear 254 via the calculation unit 270.
上記のように、回転軸２３０に対する第４のギア２５４の減速比Ｇｒは、ギア２５２，２５３の回転軸２３０に対する減速比Ｇｒ２と第４のギア２５４のギア２５２，２５３に対する減速比Ｇｒ４とを乗ずることによって求めることができる。したがって、回転軸２３０が１回転した際の第４のギア２５４の回転角度θgear4(1)は、以下の式（７）で表すことができる。
As described above, the reduction gear ratio Gr of the fourth gear 254 with respect to the rotating shaft 230 can be obtained by multiplying the reduction gear ratio Gr2 of the gears 252, 253 with respect to the rotating shaft 230 by the reduction gear ratio Gr4 of the fourth gear 254 with respect to the gears 252, 253. Therefore, the rotation angle θ gear4(1) of the fourth gear 254 when the rotating shaft 230 makes one rotation can be expressed by the following equation (7).
よって、第２のセンサ２４２が算出部２７０を介して検知した第４のギア２５４の回転角度θsensor2を上記式（７）から得られた値で割ることによって、回転軸２３０の回転回数Ｔｍを算出することができる。すなわち、回転回数Ｔｍは、以下の式（８）に基づいて算出することができる。
Therefore, the number of rotations Tm of the rotating shaft 230 can be calculated by dividing the rotation angle θ sensor2 of the fourth gear 254 detected by the second sensor 242 via the calculation unit 270 by the value obtained from the above formula (7). That is, the number of rotations Tm can be calculated based on the following formula (8).
また、回転軸２３０の回転回数を考慮した回転軸２３０の回転角度θは、式（８）によって求めたＴｍを上述の式（４）に代入することによって求めることができる。
The rotation angle θ of the rotating shaft 230, taking into account the number of rotations of the rotating shaft 230, can be calculated by substituting Tm calculated using equation (8) into the above equation (4).
算出部２７０は、回転軸２３０の回転角度θsensor1のデータと、第４のギア２５４の回転角度θsensor2のデータと、上記（４），（５）～（８）の式とに基づいて、回転軸２３０の回転回数Ｔｍ及び回転角度θを算出する。このように、エンコーダ２によれば、回転軸２３０の回転角度とともに回転軸２３０の回転回数Ｔｍも検出することができる。なお、エンコーダ２の回転回数の検出上限は、減速比Ｇｒ２と減速比Ｇｒ４とを乗じた値に対応する。したがって、例えばＧｒ２が１００でＧｒ４が１０１の場合、回転回数Ｔｍの検出上限は１０１００回転である。
The calculation unit 270 calculates the number of rotations Tm and the rotation angle θ of the rotating shaft 230 based on the data of the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 230, the data of the rotation angle θ sensor2 of the fourth gear 254, and the above formulas (4), (5) to (8). In this way, the encoder 2 can detect the number of rotations Tm of the rotating shaft 230 as well as the rotation angle of the rotating shaft 230. The upper limit of the detection of the number of rotations of the encoder 2 corresponds to the value obtained by multiplying the reduction ratio Gr2 and the reduction ratio Gr4. Therefore, for example, when Gr2 is 100 and Gr4 is 101, the upper limit of the detection of the number of rotations Tm is 10100 rotations.
以上説明したように、本実施形態に係るエンコーダ２は、回転軸２３０と、回転軸２３０の回転角度θsensor1を検知する第１のセンサ２４１と、径方向における回転軸２３０側に複数の第１の数Ｎ１の内歯２５１ｉｔを有する固定された第１のギア２５１と、径方向における回転軸２３０側とは反対側に第１のギア２５１の内歯２５１ｉｔよりも少ない複数の第２の数Ｎ２の外歯２５２ｏｔを有し、回転軸２３０の回転に伴い回転する第２のギア２５２と、回転軸２３０の軸方向における第２のギア２５２の一方側で第２のギア２５２と一体に形成され、径方向における回転軸２３０側とは反対側に複数の第３の数Ｎ３の外歯２５３ｏｔを有する第３のギア２５３と、径方向における回転軸２３０側に第３のギア２５３の外歯２５３ｏｔよりも多い複数の第４の数Ｎ４の内歯２５４ｉｔを有し、第３のギア２５３の回転に伴い回転する第４のギア２５４と、第４のギア２５４の回転角度θsensor2を検知する第２のセンサ２４２と、算出部２７０とを備える。第１のギア２５１と第２のギア２５２との第１のペア及び第３のギア２５３と第４のギア２５４との第２のペアのそれぞれは、偏心揺動型減速機であり、算出部２７０は、第２のセンサ２４２が検知した回転角度θsensor2に基づいて、回転軸２３０が回転した回数Ｔｍを算出する。
As described above, the encoder 2 according to this embodiment includes the rotating shaft 230, the first sensor 241 that detects the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 230, the fixed first gear 251 having a first number N1 of multiple internal teeth 251it on the rotating shaft 230 side in the radial direction, the second gear 252 having a second number N2 of multiple external teeth 252ot that is less than the internal teeth 251it of the first gear 251 on the opposite side to the rotating shaft 230 side in the radial direction and that rotates with the rotation of the rotating shaft 230, and the second gear 252 having a second number N3 of multiple external teeth 252ot that is less than the internal teeth 251it of the first gear 251 on the opposite side to the rotating shaft 230 side in the radial direction. The gear 251 includes a third gear 253 that is integrally formed with the second gear 252 on one side of the first gear 251 and has a third number N3 of external teeth 253ot on the opposite side to the rotating shaft 230 side in the radial direction, a fourth gear 254 that has a fourth number N4 of internal teeth 254it that is greater than the external teeth 253ot of the third gear 253 on the rotating shaft 230 side in the radial direction and rotates with the rotation of the third gear 253, a second sensor 242 that detects a rotation angle θ sensor2 of the fourth gear 254, and a calculation unit 270. Each of the first pair of the first gear 251 and the second gear 252 and the second pair of the third gear 253 and the fourth gear 254 is an eccentric oscillating type reducer, and the calculation unit 270 calculates the number of rotations Tm of the rotating shaft 230 based on the rotation angle θ sensor2 detected by the second sensor 242.
上記のような構成を有する本実施形態に係るエンコーダ２では、４つのギア（第１のギア２５１、第２のギア２５２、第３のギア２５３、第４のギア２５４）によって大きな減速比（例えば、減速比１００１００）が得られる。このため、要求される減速比が大きい場合でも、ギア数の増加量を抑えることができる。特に、エンコーダ２の減速機構２００によれば、第１のギア２５１と第２のギア２５２との第１のペアによる減速比と、第３のギア２５３と第４のギア２５４との第２のペアによる減速比とを乗じた減速比を得られるため、例えば第１実施形態に係るエンコーダ１に比べてより大きな減速比を実現することができ、その結果、例えば第１実施形態に係るエンコーダ１に比べて、回転軸の回転回数の検出上限を高めることができる（式（８）参照）。また、エンコーダ２では、第２のギア２５２と第３のギア２５３とが一体のギアとして形成されているため、上記のような大きな減速比及び大きな検出上限を実現できるにも関わらず、必要となるギアの数は実質的に３つで足りる。さらに、エンコーダ２では、エンコーダ２を構成するための軸が回転軸２３０の１つのみで足りる。このように、本実施形態に係るエンコーダ２では、ギアや軸などの部品の数を削減することが可能であり、部品の数が削減されることにより、エンコーダの製造コストの削減、組み立ての容易化、および小型化（小径化、薄型化）を実現することが可能になる。また、本実施形態では、第１のギア２５１、第２のギア２５２、第３のギア２５３、及び第４のギア２５４をインボリュート歯車型ハイポサイクロイド機構として予めユニット化して組み立て工程に供することが可能であるため、組み立てる際の部品点数をさらに削減することが可能であり、より容易にエンコーダとして組み立てることができる。
In the encoder 2 according to the present embodiment having the above-mentioned configuration, a large reduction ratio (for example, a reduction ratio of 100100) can be obtained by using four gears (first gear 251, second gear 252, third gear 253, and fourth gear 254). Therefore, even if a large reduction ratio is required, the increase in the number of gears can be suppressed. In particular, according to the reduction mechanism 200 of the encoder 2, a reduction ratio obtained by multiplying the reduction ratio of the first pair of the first gear 251 and the second gear 252 by the reduction ratio of the second pair of the third gear 253 and the fourth gear 254 can be obtained, so that a larger reduction ratio can be realized than, for example, the encoder 1 according to the first embodiment, and as a result, the upper limit of the detection of the number of rotations of the rotating shaft can be increased, for example, compared to the encoder 1 according to the first embodiment (see formula (8)). In addition, in the encoder 2, since the second gear 252 and the third gear 253 are formed as an integral gear, the number of gears required is essentially three, even though the large reduction ratio and large detection upper limit as described above can be realized. Furthermore, in the encoder 2, only one shaft, the rotating shaft 230, is sufficient for constituting the encoder 2. In this way, in the encoder 2 according to this embodiment, it is possible to reduce the number of parts such as gears and shafts, and by reducing the number of parts, it is possible to reduce the manufacturing cost of the encoder, facilitate assembly, and realize miniaturization (reduced diameter and thickness). In addition, in this embodiment, the first gear 251, the second gear 252, the third gear 253, and the fourth gear 254 can be previously unitized as an involute gear type hypocycloid mechanism and provided for the assembly process, so that the number of parts during assembly can be further reduced, and the encoder can be more easily assembled.
また、本実施形態では、ハイポサイクロイド機構が減速機構として用いられているため、エンコーダを大型化させることなく回転軸を中空化し易い。
In addition, in this embodiment, a hypocycloid mechanism is used as the reduction mechanism, making it easy to hollow out the rotating shaft without increasing the size of the encoder.
また、本実施形態では、ハイポサイクロイド機構を用いることによって、上記のように、少ないギア数でより大きな減速比を実現することが可能であるため、回転軸の回転回数の検出上限を効果的に高めることが可能である。
In addition, in this embodiment, by using a hypocycloid mechanism, as described above, it is possible to achieve a larger reduction ratio with a smaller number of gears, so that it is possible to effectively increase the upper limit for detecting the number of rotations of the rotating shaft.
なお、本実施形態において、軸２３０の外周面とケーシング２１０の内周面との間及びクランク部２３２の外周面とギア２５２，２５３の内周面との間の少なくとも一方にベアリングを配置してもよい。
In this embodiment, a bearing may be disposed between the outer peripheral surface of the shaft 230 and the inner peripheral surface of the casing 210, or between the outer peripheral surface of the crank portion 232 and the inner peripheral surfaces of the gears 252 and 253.
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係るエンコーダについて説明する。
Third Embodiment
Next, an encoder according to a third embodiment will be described.
図９は本実施形態におけるエンコーダを示す斜視図、図１０はある基準状態における図９に示す軸方向に沿った断面図、図１１は図９に示すエンコーダを示す図１０のＸＩ－ＸＩに沿った断面図、図１２は図９に示すエンコーダを示す図１０のＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿った断面図である。
Figure 9 is a perspective view showing the encoder in this embodiment, Figure 10 is a cross-sectional view along the axial direction shown in Figure 9 in a certain reference state, Figure 11 is a cross-sectional view along line XI-XI in Figure 10 showing the encoder shown in Figure 9, and Figure 12 is a cross-sectional view along line XII-XII in Figure 10 showing the encoder shown in Figure 9.
図９から図１２に示すように、本実施形態に係るエンコーダ３は、ケーシング３１０と、基板３２０と、減速機構３００と、回転軸３３０と、第１のセンサ３４１と、第２のセンサ３４２と、第３のセンサ３４３とを主な構成として備えている。減速機構３００は、２つのインボリュート歯車型ハイポサイクロイド機構が軸方向において並んだ構成を有している。なお、図９では、ケーシング３１０及び基板３２０が透視して示されており、透視されたケーシング３１０及び基板３２０が、便宜上、破線で示されている。
As shown in Figs. 9 to 12, the encoder 3 according to this embodiment mainly comprises a casing 310, a substrate 320, a reduction mechanism 300, a rotating shaft 330, a first sensor 341, a second sensor 342, and a third sensor 343. The reduction mechanism 300 has a configuration in which two involute gear type hypocycloid mechanisms are arranged in the axial direction. Note that in Fig. 9, the casing 310 and substrate 320 are shown in perspective, and the perspective casing 310 and substrate 320 are shown by dashed lines for convenience.
ケーシング３１０は、軸方向における長さが径方向における長さよりも短い略扁平直方体状の形状を有している。ケーシング３１０の径方向における中央には、ケーシング３１０を軸方向に貫通する孔３１０ｈが形成されている。この孔３１０ｈを規定するケーシング３１０の内周面は、回転軸３３０が嵌まり込むことが可能な形状に形成されている。ケーシング３１０は、軸方向における一方側の第１の部分３１１と、他方側の第２の部分３１２とからなる。本実施形態では、軸方向において、第１の部分３１１と第２の部分３１２との長さは概ね等しいが、これに限定されるものではない。第１の部分３１１及び第２の部分３１２は、軸方向に重ねられて互いに固定されている。第１の部分３１１には、コネクタ３２１が取り付けられている。
The casing 310 has a generally flat rectangular parallelepiped shape in which the length in the axial direction is shorter than the length in the radial direction. A hole 310h is formed in the radial center of the casing 310, penetrating the casing 310 in the axial direction. The inner circumferential surface of the casing 310 that defines the hole 310h is formed in a shape that allows the rotating shaft 330 to fit into it. The casing 310 is composed of a first portion 311 on one side in the axial direction and a second portion 312 on the other side. In this embodiment, the first portion 311 and the second portion 312 are approximately equal in length in the axial direction, but are not limited to this. The first portion 311 and the second portion 312 are overlapped in the axial direction and fixed to each other. A connector 321 is attached to the first portion 311.
ケーシング３１０の第１の部分３１１は、段差状の内面３１１ｉを有する。内面３１１ｉは、軸方向において第２の部分３１２側に位置する第１の内面３１１ｉｄと、軸方向において第２の部分３１２側とは反対側に位置する第２の内面３１１ｉｕとを有する。軸方向から見て、内面３１１ｉｄ，３１１ｉｕは回転軸３３０の中心３３０ｃを中心とする同心円であり、第１の内面３１１ｉｄの直径は第２の内面３１１ｉｕの直径よりも大きい。第２の内面３１１ｉｕには、その全周に亘って複数の第１の数Ｎ１の内歯３５１ｉｔが形成されている。すなわち、ケーシング３１０の第１の部分３１１は、径方向における回転軸３３０側に複数の内歯３５１ｉｔを有する第１のギア３５１として形成されている。このように、第１のギア３５１は、ケーシング３１０の一部であり、ケーシング３１０に対して固定されている。なお、第１のギア３５１をケーシング３１０に対して別体にして、ケーシング３１０に固定してもよい。
The first part 311 of the casing 310 has a stepped inner surface 311i. The inner surface 311i has a first inner surface 311id located on the second part 312 side in the axial direction, and a second inner surface 311iu located on the opposite side of the second part 312 side in the axial direction. When viewed from the axial direction, the inner surfaces 311id and 311iu are concentric circles centered on the center 330c of the rotating shaft 330, and the diameter of the first inner surface 311id is larger than the diameter of the second inner surface 311iu. The second inner surface 311iu has a plurality of internal teeth 351it of a first number N1 formed around its entire circumference. That is, the first part 311 of the casing 310 is formed as a first gear 351 having a plurality of internal teeth 351it on the rotating shaft 330 side in the radial direction. In this way, the first gear 351 is a part of the casing 310 and is fixed to the casing 310. The first gear 351 may be separate from the casing 310 and fixed to the casing 310.
ケーシング３１０の第２の部分３１２は、段差状の内面３１２ｉを有する。内面３１２ｉは、軸方向において第１の部分３１１側に位置する第１の内面３１２ｉｕと、軸方向において第１の部分３１１側とは反対側に位置する第２の内面３１２ｉｄとを有する。軸方向から見て、内面３１２ｉｕ，３１２ｉｄは回転軸３３０の中心３３０ｃを中心とする同心円であり、第１の内面３１２ｉｕの直径は第２の内面３１２ｉｄの直径よりも大きい。また、本実施形態では、第２の部分３１２の第１の内面３１２ｉｕの直径と、第１の部分３１１の第１の内面３１１ｉｄの直径とは概ね等しく、また、内面３１２ｉｕ，３１１ｉｄは軸方向において基板３２０を挟んで隣接している。また、本実施形態では、第２の部分３１２の第２の内面３１２ｉｄの直径は、第１の部分３１１の第２の内面３１１ｉｕの直径よりも小さい。第２の部分３１２の第２の内面３１２ｉｄには、その全周に亘って複数の第３の数Ｎ３の内歯３５３ｉｔが形成されている。すなわち、ケーシング３１０の第２の部分３１２は、径方向における回転軸３３０側に複数の内歯３５３ｉｔを有する第３のギア３５３として形成されている。このように、第３のギア３５３は、ケーシング３１０の一部であり、ケーシング３１０に対して固定されている。なお、第３のギア３５３をケーシング３１０に対して別体にして、ケーシング３１０に固定してもよい。
The second part 312 of the casing 310 has a stepped inner surface 312i. The inner surface 312i has a first inner surface 312iu located on the first part 311 side in the axial direction, and a second inner surface 312id located on the opposite side of the first part 311 side in the axial direction. When viewed from the axial direction, the inner surfaces 312iu and 312id are concentric circles centered on the center 330c of the rotation shaft 330, and the diameter of the first inner surface 312iu is larger than the diameter of the second inner surface 312id. In this embodiment, the diameter of the first inner surface 312iu of the second part 312 and the diameter of the first inner surface 311id of the first part 311 are approximately equal, and the inner surfaces 312iu and 311id are adjacent to each other in the axial direction with the substrate 320 in between. In this embodiment, the diameter of the second inner surface 312id of the second portion 312 is smaller than the diameter of the second inner surface 311iu of the first portion 311. A third number N3 of internal teeth 353it are formed on the second inner surface 312id of the second portion 312 around its entire circumference. That is, the second portion 312 of the casing 310 is formed as a third gear 353 having a plurality of internal teeth 353it on the radial side of the rotating shaft 330. In this way, the third gear 353 is a part of the casing 310 and is fixed to the casing 310. The third gear 353 may be a separate part from the casing 310 and fixed to the casing 310.
基板３２０は、軸方向においてケーシング３１０の第１の部分３１１と第２の部分３１２との少なくともいずれかにおいてケーシング３１０に固定されている。基板３２０の径方向における概ね中央を回転軸３３０が貫通している。基板３２０の第１の部分３１１側の面には、１つのセンサ（第２のセンサ３４２）が取り付けられている。一方、基板３２０の第２の部分３１２側の面には、２つのセンサ（第１のセンサ３４１、第３のセンサ３４３）が取り付けられている。本実施形態において、センサ３４１，３４３は回転軸３３０の中心３３０ｃに対して反対側の位置に配置されているが、センサ３４１，３４３の位置関係はこれに限定されるものではない。なお、後述するように、第１のセンサ３４１は第１のマグネット３６１から生じる磁気を検出し、第３のセンサ３４３は第３のマグネット３６３から生じる磁気を検出するため、それぞれのセンサは検出対象とするマグネットの磁気を検出しやすい位置に配置するとよい。また、基板３２０の第１の部分３１１側の面には、コネクタ３２１が接続されている。このコネクタ３２１に接続された端子を介して、外部からの電力がセンサ３４１，３４２，３４３や後述する算出部３７０に供給されるとともに、算出部３７０によって算出されたデータが外部に出力されてもよい。
The substrate 320 is fixed to the casing 310 at least at the first part 311 and the second part 312 of the casing 310 in the axial direction. The rotation shaft 330 passes through approximately the center of the substrate 320 in the radial direction. One sensor (second sensor 342) is attached to the surface of the substrate 320 on the first part 311 side. On the other hand, two sensors (first sensor 341 and third sensor 343) are attached to the surface of the substrate 320 on the second part 312 side. In this embodiment, the sensors 341 and 343 are arranged on the opposite sides of the center 330c of the rotation shaft 330, but the positional relationship of the sensors 341 and 343 is not limited to this. As described later, the first sensor 341 detects the magnetic field generated from the first magnet 361, and the third sensor 343 detects the magnetic field generated from the third magnet 363, so it is preferable to arrange each sensor in a position where it is easy to detect the magnetic field of the magnet to be detected. A connector 321 is connected to the surface of the substrate 320 on the side of the first portion 311. Through a terminal connected to this connector 321, power from the outside is supplied to the sensors 341, 342, and 343 and the calculation unit 370 described below, and data calculated by the calculation unit 370 may be output to the outside.
回転軸３３０は、ケーシング３１０の孔３１０ｈに嵌め込まれており、ケーシング３１０に対して回転可能にケーシング３１０に支持されている。本実施形態において、回転軸３３０は、軸本体３３１と、クランク部３３２とを含んでいる。軸本体３３１は、軸方向から見て回転軸３３０の中心３３０ｃを中心とする円形のリング状に形成されている。本実施形態において、軸本体３３１は円筒状、すなわち中空に形成されており、中心３３０ｃを中心とし軸方向に延在する内周面３３１ｉを有する。すなわち、本実施形態において、回転軸３３０は中空の軸である。なお、軸本体３３１の内周面３３１ｉに他の回転する軸（例えば、モータの主軸等）を例えば圧入により取り付けてもよい。このように、回転軸３３０に他の回転する軸を取り付けることで、本発明は他の回転体の回転量を検出するエンコーダとして機能する。
The rotating shaft 330 is fitted into the hole 310h of the casing 310 and is supported by the casing 310 so as to be rotatable relative to the casing 310. In this embodiment, the rotating shaft 330 includes a shaft body 331 and a crank portion 332. The shaft body 331 is formed in a circular ring shape centered on the center 330c of the rotating shaft 330 when viewed from the axial direction. In this embodiment, the shaft body 331 is formed in a cylindrical shape, i.e., hollow, and has an inner circumferential surface 331i extending in the axial direction centered on the center 330c. That is, in this embodiment, the rotating shaft 330 is a hollow shaft. Note that another rotating shaft (e.g., a motor main shaft, etc.) may be attached to the inner circumferential surface 331i of the shaft body 331 by, for example, press-fitting. In this way, by attaching another rotating shaft to the rotating shaft 330, the present invention functions as an encoder that detects the amount of rotation of another rotating body.
クランク部３３２は、軸本体３３１の外周面に形成されている。なお、クランク部３３２を軸本体３３１と一体的に形成してもよいし、別体として形成した上で軸本体３３１に固定してもよい。軸方向において、クランク部３３２の少なくとも一部と後述する第２のギア３５２の少なくとも一部とは同じ位置（高さ）にあり、クランク部３３２の少なくとも一部と後述する第４のギア３５４の少なくとも一部とは同じ位置（高さ）にある。図１１は、クランク部３３２の少なくとも一部と、第２のギア３５２の少なくとも一部とが位置する軸方向の部分における径方向に沿った断面図である。図１２は、クランク部３３２の少なくとも一部と、第４のギア３５４の少なくとも一部とが位置する軸方向の部分における径方向に沿った断面図である。図１１及び図１２に示すように、回転軸３３０の外周面のうちクランク部３３２が形成されている部分３３２ｏｆ（以下、便宜上、「クランク形成面３３２ｏｆ」と記載する。）に着目すると、クランク部３３２は、回転軸３３０の中心３３０ｃ（すなわち、軸本体３３１の中心）に対して径方向において偏心した面である偏心部３３２ａを含んでいる。本実施形態では、図１０に示すように、クランク形成面２３２ｏｆは、軸方向において離間した２つの偏心部３３２ａを有している。２つの偏心部３３２ａのそれぞれは、中心３３０ｃからクランク形成面３３２ｏｆまでの径方向における距離ＲＬがクランク形成面３３２ｏｆの他の部分と比べて長い（すなわち、距離ＲＬが最大となる）部分（面）である。なお、回転軸３３０において、少なくとも第２のギア３５２及び第４のギア３５４と接する部分が偏心していればよい。
The crank portion 332 is formed on the outer peripheral surface of the shaft body 331. The crank portion 332 may be formed integrally with the shaft body 331, or may be formed separately and then fixed to the shaft body 331. In the axial direction, at least a part of the crank portion 332 and at least a part of the second gear 352 described later are at the same position (height), and at least a part of the crank portion 332 and at least a part of the fourth gear 354 described later are at the same position (height). FIG. 11 is a cross-sectional view along the radial direction at an axial portion where at least a part of the crank portion 332 and at least a part of the second gear 352 are located. FIG. 12 is a cross-sectional view along the radial direction at an axial portion where at least a part of the crank portion 332 and at least a part of the fourth gear 354 are located. As shown in FIG. 11 and FIG. 12, when focusing on the portion 332of (hereinafter, for convenience, referred to as the "crank forming surface 332of") on the outer circumferential surface of the rotating shaft 330 where the crank portion 332 is formed, the crank portion 332 includes an eccentric portion 332a which is a surface that is radially eccentric with respect to the center 330c of the rotating shaft 330 (i.e., the center of the shaft body 331). In this embodiment, as shown in FIG. 10, the crank forming surface 232of has two eccentric portions 332a spaced apart in the axial direction. Each of the two eccentric portions 332a is a portion (surface) where the distance RL in the radial direction from the center 330c to the crank forming surface 332of is longer (i.e., the distance RL is maximum) than other portions of the crank forming surface 332of. Note that it is sufficient that at least the portions of the rotating shaft 330 that are in contact with the second gear 352 and the fourth gear 354 are eccentric.
軸方向におけるクランク形成面３３２ｏｆの位置には、軸方向における位置が変化しないように第２のギア３５２及び第４のギア３５４が支持されている。本実施形態において、第２のギア３５２及び第４のギア３５４はそれぞれ平歯車である。第２のギア３５２は、基板３２０に対して軸方向における第１のギア３５１側にあり、第４のギア３５４は、基板３２０に対して軸方向における第３のギア３５３側にある。すなわち、第２のギア３５２及び第４のギア３５４は互いに分離しており、別体として形成されている。第２のギア３５２及び第４のギア３５４のそれぞれにおいて、径方向における中央を、クランク部３３２のクランク形成面３３２ｏｆの形状に概ね対応する形状の貫通孔が軸方向に沿って貫通している。第２のギア３５２の貫通孔及び第４のギア３５４の貫通孔のそれぞれにクランク部３３２が挿通されている。また、クランク部３３２の外周面には、リング状の第１のマグネット３６１が固定されている。すなわち、回転軸３３０には、リング状の第１のマグネット３６１が固定されている。この第１のマグネット３６１は、軸方向において、２つの偏心部３３２ａの間にあり、第２のギア３５２と第４のギア３５４との間にある。
The second gear 352 and the fourth gear 354 are supported at the crank forming surface 332of in the axial direction so that their positions in the axial direction do not change. In this embodiment, the second gear 352 and the fourth gear 354 are spur gears. The second gear 352 is on the first gear 351 side in the axial direction relative to the substrate 320, and the fourth gear 354 is on the third gear 353 side in the axial direction relative to the substrate 320. That is, the second gear 352 and the fourth gear 354 are separated from each other and formed as separate bodies. In each of the second gear 352 and the fourth gear 354, a through hole having a shape that roughly corresponds to the shape of the crank forming surface 332of of the crank portion 332 penetrates the center in the radial direction along the axial direction. The crank portion 332 is inserted into each of the through holes of the second gear 352 and the fourth gear 354. In addition, a ring-shaped first magnet 361 is fixed to the outer circumferential surface of the crank portion 332. That is, the ring-shaped first magnet 361 is fixed to the rotating shaft 330. This first magnet 361 is located between the two eccentric portions 332a in the axial direction, and between the second gear 352 and the fourth gear 354.
本実施形態において、上述の第１のセンサ３４１は、磁気センサとして構成されている。第１のセンサ３４１は、第１のマグネット３６１から生じる磁気が、第１のマグネット３６１が回転軸３３０の回転に伴って回転することによって変化することを検出し、この第１のマグネット３６１の磁気の変化を電気信号に変換して、例えば基板３２０上に設けられた算出部３７０に出力する。なお、第１のセンサ３４１は磁気センサに限定されるものではなく、第１のセンサ３４１を磁気センサ以外のセンサ、例えば光学センサで構成する場合には、回転体にスリット円板等を用いるため、第１のマグネット３６１は不要である。また、磁気抵抗素子を用いたセンサと磁性材料で形成された歯車を用いる場合、回転軸３３０に設ける第１のマグネット３６１の代わりに、基板等の固定部にマグネットを配置することができる。算出部３７０は、第１のセンサ３４１から出力される上記電気信号を取得し、回転軸３３０の回転角度θsensor1を算出する。すなわち、第１のセンサ３４１は、算出部３７０を介して回転軸３３０の回転角度θsensor1を検知する。
In this embodiment, the first sensor 341 is configured as a magnetic sensor. The first sensor 341 detects that the magnetism generated from the first magnet 361 changes as the first magnet 361 rotates with the rotation of the rotating shaft 330, converts the change in the magnetism of the first magnet 361 into an electric signal, and outputs it to a calculation unit 370 provided on the substrate 320, for example. Note that the first sensor 341 is not limited to a magnetic sensor, and when the first sensor 341 is configured with a sensor other than a magnetic sensor, for example an optical sensor, a slit disk or the like is used as the rotating body, so the first magnet 361 is not necessary. Also, when a sensor using a magnetoresistance element and a gear made of a magnetic material are used, a magnet can be placed on a fixed part such as a substrate instead of the first magnet 361 provided on the rotating shaft 330. The calculation unit 370 acquires the electric signal output from the first sensor 341 and calculates the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 330. That is, the first sensor 341 detects the rotation angle θ sensor 1 of the rotation shaft 330 via the calculation unit 370 .
クランク部３３２の偏心部３３２ａは、第２のギア３５２の上記貫通孔を規定する内周面３５２ｉｆに対して摺動可能に内周面３５２ｉｆに接触している。なお、偏心部３３２ａと第２のギア３５２の内周面３５２ｉｆとの少なくとも一方にコーティングを施して、偏心部３３２ａと内周面３５２ｉｆとにおける耐摩耗性や摺動性を向上させてもよい。図１１に示すように、第２のギア３５２の外周面（すなわち、第２のギア３５２の径方向における回転軸３３０側とは反対側の面）には、その全周に亘って、上記第１の数Ｎ１よりも少ない複数の第２の数Ｎ２の外歯３５２ｏｔが形成されている。第２のギア３５２は、第１のギア３５１の内歯３５１ｉｔよりも内側に配置されており、全周に亘って第１のギア３５１の内歯３５１ｉｔに取り囲まれている。複数の外歯３５２ｏｔのそれぞれは、第１のギア３５１の複数の内歯３５１ｉｔのそれぞれに噛合可能である。
The eccentric portion 332a of the crank portion 332 is in contact with the inner peripheral surface 352if that defines the through hole of the second gear 352 so as to be slidable relative to the inner peripheral surface 352if. At least one of the eccentric portion 332a and the inner peripheral surface 352if of the second gear 352 may be coated to improve the wear resistance and sliding properties of the eccentric portion 332a and the inner peripheral surface 352if. As shown in FIG. 11, a plurality of second number N2 outer teeth 352ot, which is less than the first number N1, are formed on the outer peripheral surface of the second gear 352 (i.e., the surface opposite the rotating shaft 330 side in the radial direction of the second gear 352). The second gear 352 is disposed inside the inner teeth 351it of the first gear 351 and is surrounded by the inner teeth 351it of the first gear 351 over the entire circumference. Each of the multiple external teeth 352ot can mesh with each of the multiple internal teeth 351it of the first gear 351.
回転軸３３０が中心３３０ｃを中心に回転すると、クランク部３３２の偏心部３３２ａも回転軸３３０と一体となって中心３３０ｃを中心にして回転し、この偏心部３３２ａの回転に伴って第２のギア３５２が揺動する。この第２のギア３５２の揺動によって、中心３３０ｃから偏心部３３２ａを通って径方向に延びる直線ＳＬ上にある外歯３５２ｏｔが、直線ＳＬ上にある内歯３５１ｉｔに噛合する。なお、直線ＳＬは、図１１及び図１２において破線で示されている。以下、第２のギア３５２の外歯３５２ｏｔの一部が第１のギア３５１の内歯３５１ｉｔの一部に噛合する位置を第１の噛合位置ＥＰ１と記載する。第１の噛合位置ＥＰ１は、直線ＳＬ上にある。
When the rotating shaft 330 rotates around the center 330c, the eccentric portion 332a of the crank portion 332 also rotates around the center 330c together with the rotating shaft 330, and the second gear 352 oscillates with the rotation of the eccentric portion 332a. This oscillation of the second gear 352 causes the external teeth 352ot on the straight line SL extending radially from the center 330c through the eccentric portion 332a to mesh with the internal teeth 351it on the straight line SL. The straight line SL is shown by a dashed line in Figures 11 and 12. Hereinafter, the position where a part of the external teeth 352ot of the second gear 352 meshes with a part of the internal teeth 351it of the first gear 351 is referred to as the first meshing position EP1. The first meshing position EP1 is on the straight line SL.
図１１の状態から回転軸３３０が所定の角度だけ回転すると、すなわち、クランク部３３２の偏心部３３２ａが図１１の状態から所定の角度だけ回転すると、第１の噛合位置ＥＰ１も同様の角度だけ第１のギア１５１の周方向に沿って移動する。このように、第１の噛合位置ＥＰ１は、回転軸３３０の回転に伴い第１のギア３５１の周方向に沿って順次移動していく。そして、回転軸３３０が１回転すると、第１の噛合位置ＥＰ１が第１のギア３５１の周方向に沿って一周する。ここで、上記のように、第１のギア３５１の内歯３５１ｉｔの第１の数Ｎ１は、第２のギア３５２の外歯３５２ｏｔの第２の数Ｎ２よりも多い。したがって、第１の噛合位置ＥＰ１が第１のギア３５１の周方向に沿って一周する際、すなわち、回転軸３３０が１回転する際、第２のギア３５２は、第１の数Ｎ１と第２の数Ｎ２との歯数差分、第１のギア３５１の周方向に沿って第１のギア３５１に対して回転する。したがって、回転軸３３０に対する第２のギア３５２の減速比Ｇｒ２は、下記式（９）で表すことができる。
11, that is, when the eccentric portion 332a of the crank portion 332 rotates a predetermined angle from the state of FIG. 11, the first meshing position EP1 also moves along the circumferential direction of the first gear 151 by the same angle. In this way, the first meshing position EP1 moves sequentially along the circumferential direction of the first gear 351 with the rotation of the rotating shaft 330. Then, when the rotating shaft 330 rotates once, the first meshing position EP1 goes around once along the circumferential direction of the first gear 351. Here, as described above, the first number N1 of the internal teeth 351it of the first gear 351 is greater than the second number N2 of the external teeth 352ot of the second gear 352. Therefore, when the first meshing position EP1 rotates once around the circumference of the first gear 351, that is, when the rotating shaft 330 rotates once, the second gear 352 rotates relative to the first gear 351 around the circumference of the first gear 351 by the difference in the number of teeth between the first number N1 and the second number N2. Therefore, the reduction ratio Gr2 of the second gear 352 with respect to the rotating shaft 330 can be expressed by the following equation (9).
なお、第２のギア３５２の回転方向は、回転軸３３０の回転方向とは反対である。
The rotation direction of the second gear 352 is opposite to the rotation direction of the rotating shaft 330.
このように、第１のギア３５１と第２のギア３５２との第１のペアは、偏心揺動型減速機として構成されており、さらに言えば、インボリュート歯車型ハイポサイクロイド機構を構成している。
In this way, the first pair of the first gear 351 and the second gear 352 is configured as an eccentric oscillating type reducer, and more specifically, configures an involute gear type hypocycloid mechanism.
クランク部３３２の偏心部３３２ａは、第４のギア３５４の上記貫通孔を規定する内周面３５４ｉｆに対して摺動可能に内周面３５４ｉｆに接触している。なお、偏心部３３２ａと第４のギア３５４の内周面３５４ｉｆとの少なくとも一方にコーティングを施して、偏心部３３２ａと内周面３５４ｉｆとにおける耐摩耗性や摺動性を向上させてもよい。図１２に示すように、第４のギア３５４の外周面（すなわち、第４のギア３５４の径方向における回転軸３３０側とは反対側の面）には、その全周に亘って、上記第３の数Ｎ３よりも少ない複数の第４の数Ｎ４の外歯３５４ｏｔが形成されている。第４のギア３５４は、第３のギア３５３の内歯３５３ｉｔよりも内側に配置されており、全周に亘って第３のギア３５３の内歯３５３ｉｔに取り囲まれている。複数の外歯３５４ｏｔのそれぞれは、第３のギア３５３の上記複数の内歯３５３ｉｔのそれぞれに噛合可能である。
The eccentric portion 332a of the crank portion 332 is in contact with the inner peripheral surface 354if that defines the through hole of the fourth gear 354 so as to be slidable against the inner peripheral surface 354if. At least one of the eccentric portion 332a and the inner peripheral surface 354if of the fourth gear 354 may be coated to improve the wear resistance and sliding properties of the eccentric portion 332a and the inner peripheral surface 354if. As shown in FIG. 12, a plurality of external teeth 354ot of a fourth number N4, which is less than the third number N3, is formed on the outer peripheral surface of the fourth gear 354 (i.e., the surface opposite the rotating shaft 330 side in the radial direction of the fourth gear 354). The fourth gear 354 is disposed inside the internal teeth 353it of the third gear 353 and is surrounded by the internal teeth 353it of the third gear 353 over the entire circumference. Each of the multiple external teeth 354ot can mesh with each of the multiple internal teeth 353it of the third gear 353.
クランク部３３２の偏心部３３２ａが上記のように回転すると、第４のギア３５４は、この偏心部３３２ａの回転に伴って揺動する。この第４のギア３５４の揺動によって、中心３３０ｃから偏心部３３２ａを通って径方向に延びる直線ＳＬ上にある外歯３５４ｏｔが、直線ＳＬ上にある内歯３５３ｉｔに噛合する。以下、第４のギア３５４の外歯３５４ｏｔの一部が第３のギア３５３の内歯３５３ｉｔの一部に噛合する位置を第２の噛合位置ＥＰ２と記載する。第２の噛合位置ＥＰ２は、直線ＳＬ上にある。
When the eccentric portion 332a of the crank portion 332 rotates as described above, the fourth gear 354 oscillates in conjunction with the rotation of the eccentric portion 332a. This oscillation of the fourth gear 354 causes the external teeth 354ot on a straight line SL extending radially from the center 330c through the eccentric portion 332a to mesh with the internal teeth 353it on the straight line SL. Hereinafter, the position where a portion of the external teeth 354ot of the fourth gear 354 meshes with a portion of the internal teeth 353it of the third gear 353 is referred to as the second meshing position EP2. The second meshing position EP2 is on the straight line SL.
図１２の状態から回転軸３３０が所定の角度だけ回転すると、すなわち、クランク部３３３２の偏心部３３２ａが図１２の状態から所定の角度だけ回転すると、第２の噛合位置ＥＰ２も同様の角度だけ第３のギア１５３の周方向に沿って移動する。このように、第２の噛合位置ＥＰ２は、回転軸３３０の回転に伴い第３のギア３５３の周方向に沿って順次移動していく。そして、回転軸３３０が１回転すると、第２の噛合位置ＥＰ２が第３のギア３５３の周方向に沿って一周する。ここで、上記のように、第３のギア３５３の内歯３５３ｉｔの第３の数Ｎ３は、第４のギア３５４の外歯３５４ｏｔの第４の数Ｎ４よりも多い。したがって、第２の噛合位置ＥＰ２が第３のギア３５３の周方向に沿って一周する際、すなわち、回転軸３３０が１回転する際、第４のギア３５４は、第３の数Ｎ３と第４の数Ｎ４との歯数差分、第３のギア３５３の周方向に沿って第３のギア３５３に対して回転する。したがって、回転軸３３０に対する第４のギア３５４の減速比Ｇｒ４は、下記式（１０）で表すことができる。
12, that is, when the eccentric portion 332a of the crank portion 3332 rotates a predetermined angle from the state of FIG. 12, the second meshing position EP2 also moves along the circumferential direction of the third gear 153 by the same angle. In this way, the second meshing position EP2 moves sequentially along the circumferential direction of the third gear 353 with the rotation of the rotating shaft 330. Then, when the rotating shaft 330 rotates once, the second meshing position EP2 goes around once along the circumferential direction of the third gear 353. Here, as described above, the third number N3 of the internal teeth 353it of the third gear 353 is greater than the fourth number N4 of the external teeth 354ot of the fourth gear 354. Therefore, when the second meshing position EP2 rotates once around the third gear 353, that is, when the rotating shaft 330 rotates once, the fourth gear 354 rotates around the third gear 353 by the difference in the number of teeth between the third number N3 and the fourth number N4. Therefore, the reduction ratio Gr4 of the fourth gear 354 with respect to the rotating shaft 330 can be expressed by the following formula (10).
なお、第４のギア３５４の回転方向は、回転軸３３０の回転方向とは反対である。
The rotation direction of the fourth gear 354 is opposite to the rotation direction of the rotating shaft 330.
このように、第３のギア３５３と第４のギア３５４との第２のペアは、偏心揺動型減速機として構成されており、さらに言えば、インボリュート歯車型ハイポサイクロイド機構を構成している。
In this way, the second pair of the third gear 353 and the fourth gear 354 is configured as an eccentric oscillating type reducer, and more specifically, configures an involute gear type hypocycloid mechanism.
したがって、本実施形態では、第１のギア３５１と第２のギア３５２との第１のペア及び第３のギア３５３と第４のギア３５４との第２のペアが軸方向において並んで減速機構３００を構成しており、減速機構３００は、２つのインボリュート歯車型ハイポサイクロイド機構が軸方向において並んだ構成を有している。
Therefore, in this embodiment, a first pair of a first gear 351 and a second gear 352 and a second pair of a third gear 353 and a fourth gear 354 are arranged in the axial direction to form a reduction mechanism 300, and the reduction mechanism 300 has a configuration in which two involute gear type hypocycloid mechanisms are arranged in the axial direction.
上記式（９）から算出される減速比Ｇｒ２は上記第１のペアの減速比に対応し、上記式（１０）から算出される減速比Ｇｒ４は上記第２のペアの減速比に対応する。エンコーダ３は、減速比Ｇｒ２と減速比Ｇｒ４とが異なるように構成されている。このことは、回転軸３３０が１回転した場合に、第２のギア３５２の回転角度（回転量）と第４のギア３５４の回転角度（回転量）に差が生じることを意味する。なお、本実施形態では、減速比Ｇｒ２が減速比Ｇｒ４よりも大きい。したがって、本実施形態では、第４のギア３５４の回転量が第２のギア３５２の回転量よりも大きい。ただし、減速比Ｇｒ２と減速比Ｇｒ４との大小関係が逆であっても構わない。
The reduction ratio Gr2 calculated from the above formula (9) corresponds to the reduction ratio of the first pair, and the reduction ratio Gr4 calculated from the above formula (10) corresponds to the reduction ratio of the second pair. The encoder 3 is configured so that the reduction ratio Gr2 and the reduction ratio Gr4 are different. This means that when the rotating shaft 330 rotates once, a difference occurs between the rotation angle (amount of rotation) of the second gear 352 and the rotation angle (amount of rotation) of the fourth gear 354. In this embodiment, the reduction ratio Gr2 is greater than the reduction ratio Gr4. Therefore, in this embodiment, the rotation amount of the fourth gear 354 is greater than the rotation amount of the second gear 352. However, the magnitude relationship between the reduction ratio Gr2 and the reduction ratio Gr4 may be reversed.
図１０に示すように、第２のギア３５２の軸方向における基板３２０側の面には、リング状の第２のマグネット３６２が固定されている。上述の第２のセンサ３４２は、軸方向から見る場合に第２のギア３５２に重なっており、軸方向において、第２のギア３５２と第２のセンサ３４２との間に第２のマグネット３６２がある。ただし、第２のセンサ３４２と、第２のギア３５２と、第２のマグネット３６２との位置関係はこれに限定されるものではない。本実施形態において、第２のセンサ３４２は、磁気センサとして構成されている。第２のセンサ３４２は、第２のマグネット３６２から生じる磁気が、第２のマグネット３６２が第２のギア３５２の回転に伴って回転することによって変化することを検出し、この第２のマグネット３６２の磁気の変化を電気信号に変換して、例えば算出部３７０に出力する。なお、第２のセンサ３４２は磁気センサに限定されるものではなく、第２のセンサ３４２を磁気センサ以外のセンサ、例えば光学センサで構成する場合には、回転体にスリット円板等を用いるため、第２のマグネット３６２は不要である。また、磁気抵抗素子を用いたセンサと磁性材料で形成された歯車を用いる場合もマグネットは不要である。算出部３７０は、第２のセンサ３４２から出力される上記電気信号を取得し、第２のギア３５２の回転角度θsensor2を算出する。すなわち、本実施形態では、第２のセンサ３４２は、算出部３７０を介して第２のギア３５２回転角度θsensor2を検知する。
As shown in FIG. 10, a ring-shaped second magnet 362 is fixed to the surface of the second gear 352 on the substrate 320 side in the axial direction. The above-mentioned second sensor 342 overlaps with the second gear 352 when viewed from the axial direction, and the second magnet 362 is between the second gear 352 and the second sensor 342 in the axial direction. However, the positional relationship between the second sensor 342, the second gear 352, and the second magnet 362 is not limited to this. In this embodiment, the second sensor 342 is configured as a magnetic sensor. The second sensor 342 detects that the magnetism generated from the second magnet 362 changes as the second magnet 362 rotates with the rotation of the second gear 352, and converts the change in the magnetism of the second magnet 362 into an electric signal and outputs it to, for example, the calculation unit 370. The second sensor 342 is not limited to a magnetic sensor. When the second sensor 342 is configured with a sensor other than a magnetic sensor, for example, an optical sensor, a slit disk or the like is used as the rotor, and therefore the second magnet 362 is not required. Also, when a sensor using a magnetic resistance element and a gear made of a magnetic material are used, a magnet is not required. The calculation unit 370 acquires the electric signal output from the second sensor 342 and calculates the rotation angle θ sensor2 of the second gear 352. That is, in this embodiment, the second sensor 342 detects the rotation angle θ sensor2 of the second gear 352 via the calculation unit 370.
図１０に示すように、第４のギア３５４の軸方向における基板３２０側の面には、リング状の第３のマグネット３６３が固定されている。上述の第３のセンサ３４３は、軸方向から見る場合に第４のギア３５４に重なっており、軸方向において、第４のギア３５４と第３のセンサ３４３との間に第３のマグネット３６３がある。ただし、第３のセンサ３４３と、第４のギア３５４と、第３のマグネット３６３との位置関係はこれに限定されるものではない。本実施形態において、第３のセンサ３４３は、磁気センサとして構成されている。第３のセンサ３４３は、第３のマグネット３６３から生じる磁気が、第３のマグネット３６３が第４のギア３５４の回転に伴って回転することによって変化することを検出し、この第３のマグネット３６３の磁気の変化を電気信号に変換して、例えば算出部３７０に出力する。なお、第３のセンサ３４３は磁気センサに限定されるものではなく、第３のセンサ３４３を磁気センサ以外のセンサ、例えば光学センサで構成する場合には、回転体にスリット円板等を用いるため、第３のマグネット３６３は不要である。また、磁気抵抗素子を用いたセンサと磁性材料で形成された歯車を用いる場合もマグネットは不要である。算出部３７０は、第３のセンサ３４３から出力される上記電気信号を取得し、第４のギア３５４の回転角度θsensor3を算出する。すなわち、本実施形態では、第３のセンサ３４３は、算出部３７０を介して第４のギア３５４の回転角度θsensor3を検知する。
As shown in FIG. 10, a ring-shaped third magnet 363 is fixed to the surface of the fourth gear 354 on the substrate 320 side in the axial direction. The above-mentioned third sensor 343 overlaps with the fourth gear 354 when viewed from the axial direction, and the third magnet 363 is between the fourth gear 354 and the third sensor 343 in the axial direction. However, the positional relationship between the third sensor 343, the fourth gear 354, and the third magnet 363 is not limited to this. In this embodiment, the third sensor 343 is configured as a magnetic sensor. The third sensor 343 detects that the magnetism generated from the third magnet 363 changes as the third magnet 363 rotates with the rotation of the fourth gear 354, and converts the change in the magnetism of the third magnet 363 into an electric signal and outputs it to, for example, the calculation unit 370. The third sensor 343 is not limited to a magnetic sensor. When the third sensor 343 is configured with a sensor other than a magnetic sensor, for example, an optical sensor, a slit disk or the like is used as the rotor, and therefore the third magnet 363 is not required. Also, when a sensor using a magnetic resistance element and a gear made of a magnetic material are used, a magnet is not required. The calculation unit 370 acquires the electric signal output from the third sensor 343 and calculates the rotation angle θ sensor3 of the fourth gear 354. That is, in this embodiment, the third sensor 343 detects the rotation angle θ sensor3 of the fourth gear 354 via the calculation unit 370.
上記のように、本実施形態では、第４のギア３５４の回転量が第２のギア３５２の回転量よりも大きいため、第４のギア３５４と第２のギア３５２との回転角度の差αは、θsensor3からθsensor2を減じた値となる。また、回転軸３３０が１回転した場合に生じる第４のギア３５４の回転角度θsensor3と第２のギア３５２の回転角度θsensor2との差βは、減速比Ｇｒ２と減速比Ｇｒ４とを用いて下記式（１１）で表すことができる。
As described above, in this embodiment, since the rotation amount of the fourth gear 354 is larger than the rotation amount of the second gear 352, the difference α in the rotation angles between the fourth gear 354 and the second gear 352 is a value obtained by subtracting θ sensor2 from θ sensor3 . Moreover, the difference β between the rotation angle θ sensor3 of the fourth gear 354 and the rotation angle θ sensor2 of the second gear 352 generated when the rotating shaft 330 makes one rotation can be expressed by the following formula (11) using the reduction ratios Gr2 and Gr4.
したがって、本実施形態における回転軸３３０の回転回数Ｔｍは、αをβで割ることによって算出することができ、具体的には、下記式（１２）に基づいて算出することができる。
Therefore, in this embodiment, the number of rotations Tm of the rotating shaft 330 can be calculated by dividing α by β, and specifically, can be calculated based on the following formula (12).
また、回転軸３３０の回転回数を考慮した回転軸３３０の回転角度θは、第１のセンサ３４１が算出部３７０を介して検知した回転軸３３０の回転角度θsensor1を用いて、上述の式（４）で表すことができる。
Furthermore, the rotation angle θ of the rotation shaft 330 taking into account the number of rotations of the rotation shaft 330 can be expressed by the above-mentioned formula (4) using the rotation angle θ sensor1 of the rotation shaft 330 detected by the first sensor 341 via the calculation unit 370.
算出部３７０は、回転軸３３０の回転角度θsensor1のデータと、第２のギア３５２の回転角度θsensor2のデータと、第４のギア３５４の回転角度θsensor3のデータと、上記（４），（９）～（１２）の式とに基づいて、回転軸３３０の回転回数Ｔｍ及び回転角度θを算出する。このように、エンコーダ３によれば、回転軸３３０の回転角度とともに回転軸３３０の回転回数Ｔｍも検出することができる。
The calculation unit 370 calculates the number of rotations Tm and the rotation angle θ of the rotating shaft 330 based on the data of the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 330, the data of the rotation angle θ sensor2 of the second gear 352, the data of the rotation angle θ sensor3 of the fourth gear 354, and the above equations (4), (9) to (12). In this way, the encoder 3 can detect the number of rotations Tm of the rotating shaft 330 as well as the rotation angle of the rotating shaft 330.
以上説明したように、エンコーダ３は、回転軸３３０と、回転軸３３０の回転角度θsensor1を検知する第１のセンサ３４１と、径方向における回転軸３３０側に複数の第１の数Ｎ１の内歯３５１ｉｔを有する固定された第１のギア３５１と、径方向における回転軸３３０側とは反対側に第１のギア３５１の内歯３５１ｉｔよりも少ない複数の第２の数Ｎ２の外歯３５２ｏｔを有し、回転軸３３０の回転に伴い回転する第２のギア３５２と、径方向における回転軸３３０側に複数の第３の数Ｎ３の内歯３５３ｉｔを有する固定された第３のギア３５３と、径方向における回転軸３３０側とは反対側に第３のギア３５３の内歯３５３ｉｔよりも少ない複数の第４の数Ｎ４の外歯３５４ｏｔを有し、回転軸３３０の回転に伴い回転する第４のギア３５４と、第２のギア３５２の回転角度θsensor2を検知する第２のセンサ３４２と、記第４のギア３５４の回転角度θsensor3を検知する第３のセンサ３４３と、算出部３７０とを備える。エンコーダ３において、第１のギア３５１と第２のギア３５２との第１のペア及び第３のギア３５３と第４のギア３５４との第２のペアのそれぞれは、偏心揺動型減速機であり、算出部３７０は、第２のセンサ３４２が検知した回転角度θsensor2と第３のセンサ３４３が検知した回転角度θsensor3をとの差に基づいて、回転軸３３０が回転した回数Ｔｍを算出する。
As described above, the encoder 3 includes the rotating shaft 330, the first sensor 341 for detecting the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 330, the fixed first gear 351 having a first number N1 of internal teeth 351it on the rotating shaft 330 side in the radial direction, the second gear 352 having a second number N2 of external teeth 352ot on the opposite side to the rotating shaft 330 side in the radial direction, the second gear 352 rotating with the rotation of the rotating shaft 330, the fixed third gear 353 having a third number N3 of internal teeth 353it on the rotating shaft 330 side in the radial direction, the fourth gear 354 having a fourth number N4 of external teeth 354ot on the opposite side to the rotating shaft 330 side in the radial direction, the fourth gear 354 rotating with the rotation of the rotating shaft 330, and the rotation angle θ The encoder 3 includes a second sensor 342 detecting a rotation angle θ sensor2 of the fourth gear 354, a third sensor 343 detecting a rotation angle θ sensor3 of the fourth gear 354, and a calculation unit 370. In the encoder 3, the first pair of the first gear 351 and the second gear 352 and the second pair of the third gear 353 and the fourth gear 354 are each an eccentric oscillating type reducer, and the calculation unit 370 calculates the number of rotations Tm of the rotating shaft 330 based on the difference between the rotation angle θ sensor2 detected by the second sensor 342 and the rotation angle θ sensor3 detected by the third sensor 343.
上記のような構成を有する本実施形態に係るエンコーダ３では、４つのギア（第１のギア３５１、第２のギア３５２、第３のギア３５３、第４のギア３５４）によって大きな減速比が得られる。このため、要求される減速比が大きい場合でも、ギア数の増加量を抑えることができる。特に、エンコーダ３の減速機構３００によれば、式（１２）に示すように、第１のギア３５１と第２のギア３５２との第１のペアにおける第２のギア３５２の回転角度と、第３のギア３５３と第４のギア３５４との第２のペアにおける第４のギア３５４の回転角度との差と、上記第１のペアの減速比Ｇｒ２と上記第２のペアの減速比Ｇｒ４とを乗じた値とに基づいて回転軸の回転回数が算出されるため、例えば第１の実施形態１に係るエンコーダ１に比べて、回転軸の回転回数の検出上限を高めることができる。また、エンコーダ４では、上記のような大きな検出上限を実現できるにも関わらず、必要となるギアの数は実質的に４つで足りる。さらに、エンコーダ４では、エンコーダ４を構成するための軸が回転軸３３０の１つのみで足りる。このように、本実施形態に係るエンコーダ４では、ギアや軸などの部品の数を削減することが可能であり、部品の数が削減されることにより、エンコーダの製造コストの削減、組み立ての容易化、及び小型化（小径化、薄型化）を実現することが可能になる。また、本実施形態では、第１のギア３５１、第２のギア３５２、第３のギア３５３、及び第４のギア３５４を、軸方向において２段に重ねられたインボリュート歯車型ハイポサイクロイド機構として予めユニット化して組み立て工程に供することが可能であるため、組み立てる際の部品点数をさらに削減することが可能であり、より容易にエンコーダとして組み立てることができる。
In the encoder 3 according to the present embodiment having the above configuration, a large reduction ratio is obtained by using four gears (first gear 351, second gear 352, third gear 353, and fourth gear 354). Therefore, even if a large reduction ratio is required, the increase in the number of gears can be suppressed. In particular, according to the reduction mechanism 300 of the encoder 3, as shown in formula (12), the number of rotations of the rotating shaft is calculated based on the difference between the rotation angle of the second gear 352 in the first pair of the first gear 351 and the second gear 352 and the rotation angle of the fourth gear 354 in the second pair of the third gear 353 and the fourth gear 354, and the value obtained by multiplying the reduction ratio Gr2 of the first pair by the reduction ratio Gr4 of the second pair. Therefore, compared to the encoder 1 according to the first embodiment 1, for example, the upper limit of detection of the number of rotations of the rotating shaft can be increased. In addition, in the encoder 4, although the large detection upper limit can be realized as described above, the number of gears required is substantially four. Furthermore, in the encoder 4, only one shaft, the rotating shaft 330, is required to configure the encoder 4. In this way, in the encoder 4 according to this embodiment, it is possible to reduce the number of parts such as gears and shafts, and by reducing the number of parts, it is possible to reduce the manufacturing cost of the encoder, facilitate assembly, and achieve miniaturization (small diameter, thinness). In addition, in this embodiment, the first gear 351, the second gear 352, the third gear 353, and the fourth gear 354 can be previously unitized as an involute gear type hypocycloid mechanism stacked in two stages in the axial direction and provided for the assembly process, so that the number of parts during assembly can be further reduced, and the encoder can be more easily assembled.
また、本実施形態では、ハイポサイクロイド機構が減速機構として用いられているため、エンコーダを大型化させることなく回転軸を中空化し易い。
In addition, in this embodiment, a hypocycloid mechanism is used as the reduction mechanism, making it easy to hollow out the rotating shaft without increasing the size of the encoder.
また、本実施形態では、ハイポサイクロイド機構を用いることによって、上記のように、少ないギア数でより大きな減速比を実現することが可能であるため、回転軸の回転回数の検出上限を効果的に高めることが可能である。
In addition, in this embodiment, by using a hypocycloid mechanism, as described above, it is possible to achieve a larger reduction ratio with a smaller number of gears, so that it is possible to effectively increase the upper limit for detecting the number of rotations of the rotating shaft.
なお、本実施形態において、軸３３０の外周面とケーシング３１０の内周面との間、クランク部３３２の外周面と第２のギア３５２の内周面との間、及びクランク部３３２の外周面と第４のギア３５４の内周面との間の少なくとも１つにベアリングを配置してもよい。
In this embodiment, bearings may be disposed at least one between the outer peripheral surface of the shaft 330 and the inner peripheral surface of the casing 310, between the outer peripheral surface of the crank portion 332 and the inner peripheral surface of the second gear 352, and between the outer peripheral surface of the crank portion 332 and the inner peripheral surface of the fourth gear 354.
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係るエンコーダについて説明する。
Fourth Embodiment
Next, an encoder according to a fourth embodiment will be described.
図１３は本実施形態におけるエンコーダを示す斜視図、図１４は図１３に示すエンコーダのある基準状態における軸方向に沿った断面図、図１５は図１３に示すエンコーダを示す図１４のＸＶ－ＸＶに沿った断面図である。
Figure 13 is a perspective view showing the encoder in this embodiment, Figure 14 is a cross-sectional view along the axial direction of the encoder shown in Figure 13 in a certain reference state, and Figure 15 is a cross-sectional view along XV-XV in Figure 14 showing the encoder shown in Figure 13.
図１３から図１５に示すように、本実施形態に係るエンコーダ４は、ケーシング４１０と、基板４２０と、減速機構４００と、回転軸４３０と、第１のセンサ４４１と、第２のセンサ４４２と、第３のセンサ４４３とを主な構成として備えている。減速機構４００は、２つのインボリュート歯車型ハイポサイクロイド機構が径方向において並んだ構成を有している。なお、図１３では、ケーシング４１０及び基板４２０が透視して示されており、透視されたケーシング４１０及び基板４２０が、便宜上、破線で示されている。
As shown in Figs. 13 to 15, the encoder 4 according to this embodiment mainly comprises a casing 410, a substrate 420, a reduction mechanism 400, a rotating shaft 430, a first sensor 441, a second sensor 442, and a third sensor 443. The reduction mechanism 400 has two involute gear type hypocycloid mechanisms arranged in the radial direction. Note that in Fig. 13, the casing 410 and substrate 420 are shown in perspective, and the casing 410 and substrate 420 in perspective are shown by dashed lines for convenience.
ケーシング４１０は、軸方向における長さが径方向における長さよりも短い略扁平直方体状の形状を有している。ケーシング４１０の径方向における中央には、ケーシング４１０を軸方向に貫通する孔４１０ｈが形成されている。この孔４１０ｈを規定するケーシング４１０の内周面は、回転軸４３０が嵌まり込むことが可能な形状に形成されている。ケーシング４１０は、軸方向における一方側にある第１の部分４１１と、軸方向における他方側にある第２の部分４１２とからなる。本実施形態では、第２の部分４１２の軸方向における長さは、第１の部分４１１の軸方向における長さよりも長いが、これに限定されるものではない。第１の部分４１１及び第２の部分４１２は、軸方向に重ねられて互いに固定されている。第２の部分４１２には、コネクタ４２１が取り付けられている。
The casing 410 has a generally flat rectangular parallelepiped shape in which the length in the axial direction is shorter than the length in the radial direction. A hole 410h is formed in the radial center of the casing 410, penetrating the casing 410 in the axial direction. The inner circumferential surface of the casing 410 that defines the hole 410h is formed in a shape that allows the rotating shaft 430 to fit into it. The casing 410 is composed of a first portion 411 on one side in the axial direction and a second portion 412 on the other side in the axial direction. In this embodiment, the length in the axial direction of the second portion 412 is longer than the length in the axial direction of the first portion 411, but is not limited to this. The first portion 411 and the second portion 412 are stacked in the axial direction and fixed to each other. A connector 421 is attached to the second portion 412.
第２の部分４１２は、軸方向における第１の部分４１１側とは反対側の底部４１３と、底部４１３の外周縁から軸方向における第１の部分４１１側に延びる外周壁４１５と、径方向において回転軸４３０と外周壁４１５との間にある壁部４１４とを含んでいる。壁部４１４は、底部４１３から軸方向における第１の部分４１１側に延びている。軸方向から見る場合に、壁部４１４及び外周壁４１５は、回転軸４３０の中心４３０ｃを中心とする同心円をなしている。本実施形態では、径方向において壁部４１４は底部４１３の概ね中央にあるが、これに限定されるものではない。
The second portion 412 includes a bottom portion 413 on the opposite side to the first portion 411 in the axial direction, an outer peripheral wall 415 extending from the outer peripheral edge of the bottom portion 413 toward the first portion 411 in the axial direction, and a wall portion 414 located between the rotating shaft 430 and the outer peripheral wall 415 in the radial direction. The wall portion 414 extends from the bottom portion 413 toward the first portion 411 in the axial direction. When viewed from the axial direction, the wall portion 414 and the outer peripheral wall 415 form concentric circles centered on the center 430c of the rotating shaft 430. In this embodiment, the wall portion 414 is located approximately in the center of the bottom portion 413 in the radial direction, but is not limited to this.
壁部４１４の内周面（回転軸４３０側の面）には、その全周に亘って複数の第１の数Ｎ１の内歯４５１ｉｔが形成されている。すなわち、ケーシング４１０の壁部４１４は、径方向における回転軸４３０側に複数の内歯４５１ｉｔを有する第１のギア４５１として形成されている。このように、第１のギア４５１は、ケーシング４１０の一部であり、ケーシング４１０に対して固定されている。なお、第１のギア４５１をケーシング４１０に対して別体にして、ケーシング４１０に固定してもよい。
A first number N1 of multiple internal teeth 451it are formed on the inner circumferential surface (the surface facing the rotating shaft 430) of the wall portion 414 around the entire circumference. That is, the wall portion 414 of the casing 410 is formed as a first gear 451 having multiple internal teeth 451it on the rotating shaft 430 side in the radial direction. In this way, the first gear 451 is a part of the casing 410 and is fixed to the casing 410. Note that the first gear 451 may be formed separately from the casing 410 and fixed to the casing 410.
外周壁４１５の内周面（回転軸４３０側の面）には、その全周に亘って複数の第３の数Ｎ３の内歯４５３ｉｔが形成されている。すなわち、ケーシング４１０の外周壁４１５は、径方向における回転軸４３０側に複数の内歯４５３ｉｔを有する第３のギア４５３として形成されている。このように、第３のギア４５３は、ケーシング４１０の一部であり、ケーシング４１０に対して固定されている。なお、第３のギア４５３をケーシング４１０に対して別体にして、ケーシング４１０に固定してもよい。
A third number N3 of internal teeth 453it are formed on the inner peripheral surface (the surface facing the rotating shaft 430) of the outer peripheral wall 415 around the entire circumference. That is, the outer peripheral wall 415 of the casing 410 is formed as a third gear 453 having a plurality of internal teeth 453it on the rotating shaft 430 side in the radial direction. In this way, the third gear 453 is a part of the casing 410 and is fixed to the casing 410. Note that the third gear 453 may be formed separately from the casing 410 and fixed to the casing 410.
基板４２０は、軸方向においてケーシング４１０の第１の部分４１１と第２の部分４１２との少なくともいずれかにおいてケーシング４１０に固定されている。基板４２０の径方向における概ね中央を回転軸４３０が貫通している。基板４２０の第２の部分４１２側の面には、３つのセンサ（第１のセンサ４４１、第２のセンサ４４２、及び第３のセンサ４４３）が取り付けられている。３つのセンサは、径方向において内側から外側に向かって、第１のセンサ４４１、第２のセンサ４４２、及び第３のセンサ４４３の順に並んでいる。なお、後述するように、第１のセンサ４４１は第１のマグネット４６１から生じる磁気を検出し、第２のセンサ４４２は第２のマグネット４６２から生じる磁気を検出し、第３のセンサ４４３は第３のマグネット４６３から生じる磁気を検出するため、それぞれのセンサは検出対象とするマグネットの磁気を検出しやすい位置に配置するとよい。また、基板４２０の第２の部分４１２側の面には、コネクタ４２１が接続されている。このコネクタ４２１に接続された端子を介して、外部からの電力がセンサ４４１，４４２，４４３や後述する算出部４７０に供給されるとともに、算出部４７０によって算出されたデータが外部に出力されてもよい。
The substrate 420 is fixed to the casing 410 at least at the first part 411 and the second part 412 of the casing 410 in the axial direction. The rotation shaft 430 passes through approximately the center of the substrate 420 in the radial direction. Three sensors (first sensor 441, second sensor 442, and third sensor 443) are attached to the surface of the substrate 420 on the second part 412 side. The three sensors are arranged in the order of the first sensor 441, the second sensor 442, and the third sensor 443 from the inside to the outside in the radial direction. As described later, the first sensor 441 detects the magnetic field generated from the first magnet 461, the second sensor 442 detects the magnetic field generated from the second magnet 462, and the third sensor 443 detects the magnetic field generated from the third magnet 463, so it is preferable to place each sensor in a position where it is easy to detect the magnetic field of the magnet to be detected. A connector 421 is connected to the surface of the substrate 420 on the side of the second portion 412. Through a terminal connected to this connector 421, power from the outside is supplied to the sensors 441, 442, and 443 and the calculation unit 470 described below, and data calculated by the calculation unit 470 may be output to the outside.
回転軸４３０は、ケーシング４１０の孔４１０ｈに嵌め込まれており、ケーシング４１０に対して回転可能にケーシング４１０に支持されている。本実施形態において、回転軸４３０は、軸本体４３１と、クランク部４３２とを含んでいる。軸本体４３１は、軸方向から見て回転軸４３０の中心４３０ｃを中心とする円形のリング状に形成されている。本実施形態において、軸本体４３１は、円筒状、すなわち中空に形成されており、中心４３０ｃを中心とし軸方向に延在する内周面４３１ｉを有する。すなわち、本実施形態において、回転軸４３０は中空の軸である。なお、軸本体４３１の内周面４３１ｉに他の回転する軸（例えば、モータの主軸等）を例えば圧入により取り付けてもよい。このように、回転軸４３０に他の回転する軸を取り付けることで、本発明は他の回転体の回転量を検出するエンコーダとして機能する。
The rotating shaft 430 is fitted into the hole 410h of the casing 410 and is supported by the casing 410 so as to be rotatable relative to the casing 410. In this embodiment, the rotating shaft 430 includes a shaft body 431 and a crank portion 432. The shaft body 431 is formed in a circular ring shape centered on the center 430c of the rotating shaft 430 when viewed from the axial direction. In this embodiment, the shaft body 431 is formed in a cylindrical shape, i.e., hollow, and has an inner circumferential surface 431i extending in the axial direction centered on the center 430c. That is, in this embodiment, the rotating shaft 430 is a hollow shaft. Note that another rotating shaft (e.g., a motor main shaft, etc.) may be attached to the inner circumferential surface 431i of the shaft body 431 by, for example, press-fitting. In this way, by attaching another rotating shaft to the rotating shaft 430, the present invention functions as an encoder that detects the amount of rotation of another rotating body.
クランク部４３２は、軸本体４３１の外周面に形成されている。なお、クランク部４３２を軸本体４３１と一体的に形成してもよいし、別体として形成した上で軸本体４３１に固定してもよい。軸方向において、クランク部４３２の少なくとも一部と後述する第２のギア４５２の少なくとも一部とは同じ位置（高さ）にあり、クランク部４３２の少なくとも一部と後述する第４のギア４５４の少なくとも一部とは同じ位置（高さ）にある。また、後述するように、軸方向において、第２のギア４５２の少なくとも一部と第４のギア４５４の少なくとも一部とは同じ位置（高さ）にある。図１５は、クランク部４３２の少なくとも一部と、第２のギア４５２の少なくとも一部と、第４のギア４５４の少なくとも一部とが位置する軸方向の部分における径方向に沿った断面図である。図１５に示すように、回転軸４３０の外周面のうちクランク部４３２が形成されている部分４３２ｏｆ（以下、便宜上、「クランク形成面４３２ｏｆ」と記載する。）に着目すると、クランク部４３２は、回転軸４３０の中心４３０ｃ（すなわち、軸本体４３１の中心）に対して径方向において偏心した面である偏心部４３２ａを含んでいる。偏心部４３２ａは、中心４３０ｃからクランク形成面４３２ｏｆまでの径方向における距離ＲＬがクランク形成面４３２ｏｆの他の部分と比べて長い（すなわち、距離ＲＬが最大となる）部分（面）である。なお、回転軸４３０において、第２のギア４５２及び第４のギア４５４と接する部分が偏心していればよい。
The crank portion 432 is formed on the outer circumferential surface of the shaft body 431. The crank portion 432 may be formed integrally with the shaft body 431, or may be formed separately and then fixed to the shaft body 431. In the axial direction, at least a part of the crank portion 432 and at least a part of the second gear 452 described later are at the same position (height), and at least a part of the crank portion 432 and at least a part of the fourth gear 454 described later are at the same position (height). Also, as described later, in the axial direction, at least a part of the second gear 452 and at least a part of the fourth gear 454 are at the same position (height). FIG. 15 is a cross-sectional view along the radial direction at an axial portion where at least a part of the crank portion 432, at least a part of the second gear 452, and at least a part of the fourth gear 454 are located. As shown in FIG. 15, when focusing on the portion 432of on the outer circumferential surface of the rotating shaft 430 where the crank portion 432 is formed (hereinafter, for convenience, referred to as the "crank forming surface 432of"), the crank portion 432 includes an eccentric portion 432a which is a surface that is radially eccentric with respect to the center 430c of the rotating shaft 430 (i.e., the center of the shaft body 431). The eccentric portion 432a is a portion (surface) where the radial distance RL from the center 430c to the crank forming surface 432of is longer (i.e., the distance RL is maximum) than other portions of the crank forming surface 432of. Note that it is sufficient that the portions of the rotating shaft 430 that come into contact with the second gear 452 and the fourth gear 454 are eccentric.
本実施形態において、クランク部４３２は、外周面４３２ｏｆから径方向における外側に向かって張り出すフランジ部４３３を含んでいる。すなわち、フランジ部４３３は、回転軸４３０の一部であり、軸本体４３１と一体となって回転する。フランジ部４３３は、非磁性体から形成されており、軸方向から見て円形のリング状である。フランジ部４３３は、径方向に延在するリング状の円板部４３３Ａと、円板部４３３Ａの外周縁からケーシング４１０の底部４１３側に向かって軸方向に延在する外壁部４３３Ｂとを含んでいる。円板部４３３Ａは、軸方向においてケーシング４１０の壁部４１４に対して間隔を空けて壁部４１４よりも基板４２０側に配置されている。フランジ部４３３の外壁部４３３Ｂは、円筒状に形成されており、径方向において壁部４１４に対して間隔を空けて壁部４１４よりも外側に配置されている。
In this embodiment, the crank portion 432 includes a flange portion 433 that protrudes from the outer circumferential surface 432of toward the outside in the radial direction. That is, the flange portion 433 is a part of the rotating shaft 430 and rotates integrally with the shaft body 431. The flange portion 433 is formed of a non-magnetic material and has a circular ring shape when viewed from the axial direction. The flange portion 433 includes a ring-shaped disk portion 433A extending in the radial direction and an outer wall portion 433B extending in the axial direction from the outer circumferential edge of the disk portion 433A toward the bottom 413 side of the casing 410. The disk portion 433A is disposed on the substrate 420 side of the wall portion 414 with a gap therebetween in the axial direction. The outer wall portion 433B of the flange portion 433 is formed in a cylindrical shape and disposed outside the wall portion 414 with a gap therebetween in the radial direction.
円板部４３３Ａの基板４２０側の面にはリング状の溝が形成されており、この溝にリング状の第１のマグネット４６１が嵌め込まれている。軸方向から見る場合に、第１のセンサ４４１は、第１のマグネット４６１に重なっている。第１のセンサ４４１は、磁気センサとして構成されている。第１のセンサ４４１は、第１のマグネット４６１から生じる磁気が、第１のマグネット４６１が回転軸４３０の回転に伴って回転することによって変化することを検出し、この第１のマグネット４６１の磁気の変化を電気信号に変換して、例えば基板４２０上に設けられた算出部４７０に出力する。算出部４７０は、第１のセンサ４４１から出力される上記電気信号を取得し、回転軸４３０の回転角度θsensor1を算出する。なお、第１のセンサ４４１は磁気センサに限定されるものではなく、第１のセンサ４４１を磁気センサ以外のセンサ、例えば光学センサで構成する場合には、回転体にスリット円板等を用いるため、第１のマグネット４６１は不要である。また、磁気抵抗素子を用いたセンサと磁性材料で形成された歯車を用いる場合、回転軸４３０に設ける第１のマグネット４６１の代わりに、基板等の固定部にマグネットを配置することができる。すなわち、第１のセンサ４４１は、算出部４７０を介して回転軸４３０の回転角度θsensor1を検知する。
A ring-shaped groove is formed on the surface of the disk portion 433A facing the substrate 420, and a ring-shaped first magnet 461 is fitted into this groove. When viewed from the axial direction, the first sensor 441 overlaps the first magnet 461. The first sensor 441 is configured as a magnetic sensor. The first sensor 441 detects that the magnetism generated from the first magnet 461 changes as the first magnet 461 rotates with the rotation of the rotating shaft 430, converts the change in the magnetism of the first magnet 461 into an electric signal, and outputs it to a calculation unit 470 provided on the substrate 420, for example. The calculation unit 470 acquires the electric signal output from the first sensor 441 and calculates the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 430. In addition, the first sensor 441 is not limited to a magnetic sensor, and when the first sensor 441 is configured with a sensor other than a magnetic sensor, for example, an optical sensor, a slit disk or the like is used for the rotating body, so the first magnet 461 is not necessary. In addition, when a sensor using a magnetic resistance element and a gear made of a magnetic material are used, a magnet can be placed on a fixed part such as a substrate instead of the first magnet 461 provided on the rotating shaft 430. In other words, the first sensor 441 detects the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 430 via the calculation unit 470.
軸方向におけるクランク形成面４３２ｏｆの位置には、軸方向における位置が変化しないように第２のギア４５２が支持されてる。本実施形態において、第２のギア４５２は平歯車である。第２のギア４５２は、径方向において壁部４１４（第１のギア４５１）よりも内側にあり、軸方向においてフランジ部４３３の円板部４３３Ａとケーシング４１０の底部４１３との間にある。クランク部４３２の偏心部４３２ａは、第２のギア４５２の内周面４５２ｉｆに対して摺動可能に内周面４５２ｉｆに接触している。なお、偏心部４３２ａと第２のギア４５２の内周面４５２ｉｆとの少なくとも一方にコーティングを施して、偏心部４３２ａと内周面４５２ｉｆとにおける耐摩耗性や摺動性を向上させてもよい。図１５に示すように、第２のギア４５２の外周面（すなわち、第２のギア４５２の径方向における回転軸４３０側とは反対側の面）には、その全周に亘って、上記第１の数Ｎ１よりも少ない複数の第２の数Ｎ２の外歯４５２ｏｔが形成されている。第２のギア４５２は、第１のギア４５１の内歯４５１ｉｔよりも内側に配置されており、全周に亘って第１のギア４５１の内歯４５１ｉｔに取り囲まれている。複数の外歯４５２ｏｔのそれぞれは、第１のギア４５１の上記複数の内歯４５１ｉｔのそれぞれに噛合可能である。
The second gear 452 is supported at the position of the crank forming surface 432of in the axial direction so that its position in the axial direction does not change. In this embodiment, the second gear 452 is a spur gear. The second gear 452 is located radially inside the wall portion 414 (first gear 451) and between the disk portion 433A of the flange portion 433 and the bottom portion 413 of the casing 410 in the axial direction. The eccentric portion 432a of the crank portion 432 is in contact with the inner peripheral surface 452if of the second gear 452 so as to be slidable relative to the inner peripheral surface 452if. In addition, a coating may be applied to at least one of the eccentric portion 432a and the inner peripheral surface 452if of the second gear 452 to improve the wear resistance and slidability between the eccentric portion 432a and the inner peripheral surface 452if. As shown in FIG. 15, a second number N2 of external teeth 452ot, which is less than the first number N1, is formed on the outer circumferential surface of the second gear 452 (i.e., the surface of the second gear 452 on the radially opposite side to the rotating shaft 430 side). The second gear 452 is disposed inside the internal teeth 451it of the first gear 451, and is surrounded by the internal teeth 451it of the first gear 451 around the entire circumference. Each of the external teeth 452ot can mesh with each of the internal teeth 451it of the first gear 451.
回転軸４３０が中心４３０ｃを中心に回転すると、クランク部４３２の偏心部４３２ａも回転軸４３０と一体となって中心４３０ｃを中心にして回転し、この偏心部４３２ａの回転に伴って第２のギア４５２が揺動する。この第２のギア４５２の揺動によって、中心４３０ｃから偏心部４３２ａを通って径方向に延びる直線ＳＬ上にある外歯４５２ｏｔが、直線ＳＬ上にある内歯４５１ｉｔに噛合する。なお、直線ＳＬは、図１５において破線で示されている。以下、第２のギア４５２の外歯４５２ｏｔの一部が第１のギア４５１の内歯４５１ｉｔの一部に噛合する位置を第１の噛合位置ＥＰ１と記載する。第１の噛合位置ＥＰ１は、直線ＳＬ上にある。
When the rotating shaft 430 rotates around the center 430c, the eccentric portion 432a of the crank portion 432 also rotates around the center 430c together with the rotating shaft 430, and the second gear 452 oscillates with the rotation of the eccentric portion 432a. This oscillation of the second gear 452 causes the external teeth 452ot on the straight line SL extending radially from the center 430c through the eccentric portion 432a to mesh with the internal teeth 451it on the straight line SL. The straight line SL is indicated by a dashed line in FIG. 15. Hereinafter, the position where a part of the external teeth 452ot of the second gear 452 meshes with a part of the internal teeth 451it of the first gear 451 is referred to as the first meshing position EP1. The first meshing position EP1 is on the straight line SL.
図１５の状態から回転軸４３０が所定の角度だけ回転すると、すなわち、クランク部４３２の偏心部４３２ａが図１５の状態から所定の角度だけ回転すると、第１の噛合位置ＥＰ１も同様の角度だけ第１のギア４５１の周方向に沿って移動する。このように、第１の噛合位置ＥＰ１は、回転軸４３０の回転に伴い第１のギア４５１の周方向に沿って順次移動していく。そして、回転軸４３０が１回転すると、第１の噛合位置ＥＰ１が第１のギア４５１の周方向に沿って一周する。ここで、上記のように、第１のギア４５１の内歯４５１ｉｔの第１の数Ｎ１は、第２のギア４５２の外歯４５２ｏｔの第２の数Ｎ２よりも多い。したがって、第１の噛合位置ＥＰ１が第１のギア４５１の周方向に沿って一周する際、すなわち、回転軸４３０が１回転する際、第２のギア４５２は、第１の数Ｎ１と第２の数Ｎ２との歯数差分、第１のギア４５１の周方向に沿って第１のギア４５１に対して回転する。したがって、回転軸４３０に対する第２のギア４５２の減速比Ｇｒ２は、第３実施形態と同様に式（９）で表すことができる。なお、第２のギア４５２の回転方向は、回転軸４３０の回転方向とは反対である。
15, that is, when the eccentric portion 432a of the crank portion 432 rotates a predetermined angle from the state of FIG. 15, the first meshing position EP1 also moves along the circumferential direction of the first gear 451 by the same angle. In this way, the first meshing position EP1 moves sequentially along the circumferential direction of the first gear 451 with the rotation of the rotating shaft 430. Then, when the rotating shaft 430 rotates once, the first meshing position EP1 goes around once along the circumferential direction of the first gear 451. Here, as described above, the first number N1 of the internal teeth 451it of the first gear 451 is greater than the second number N2 of the external teeth 452ot of the second gear 452. Therefore, when the first meshing position EP1 rotates once around the circumferential direction of the first gear 451, that is, when the rotating shaft 430 rotates once, the second gear 452 rotates with respect to the first gear 451 along the circumferential direction of the first gear 451 by the difference in the number of teeth between the first number N1 and the second number N2. Therefore, the reduction ratio Gr2 of the second gear 452 with respect to the rotating shaft 430 can be expressed by equation (9) as in the third embodiment. Note that the rotation direction of the second gear 452 is opposite to the rotation direction of the rotating shaft 430.
このように、第１のギア４５１と第２のギア４５２との第１のペアは、偏心揺動型減速機として構成されており、さらに言えば、インボリュート歯車型ハイポサイクロイド機構を構成している。
In this way, the first pair of the first gear 451 and the second gear 452 is configured as an eccentric oscillating type reducer, and more specifically, configures an involute gear type hypocycloid mechanism.
第２のギア４５２の基板４２０側の面には、リング状の第２のマグネット４６２が固定されている。本実施形態では、軸方向から見る場合に、第２のセンサ４４２は、フランジ部４３３の円板部４３３Ａを介して、第２のマグネット４６２と第２のギア４５２とに重なっており、軸方向において、第２のギア４５２と第２のセンサ４４２との間に第２のマグネット４６２がある。ただし、第２のセンサ４４２と、第２のギア４５２と、第２のマグネット４６２との位置関係はこれに限定されるものではない。第２のセンサ４４２は、磁気センサとして構成されている。第２のセンサ４４２は、第２のマグネット４６２から生じる磁気が、第２のマグネット４６２が第２のギア４５２の回転に伴って回転することによって変化することを検出し、この第２のマグネット４６２の磁気の変化を電気信号に変換して、例えば基板４２０上に設けられた算出部４７０に出力する。なお、第２のセンサ４４２は磁気センサに限定されるものではなく、第２のセンサ４４２を磁気センサ以外のセンサ、例えば光学センサで構成する場合には、回転体にスリット円板等を用いるため、第２のマグネット４６２は不要である。また、磁気抵抗素子を用いたセンサと磁性材料で形成された歯車を用いる場合もマグネットは不要である。算出部４７０は、第２のセンサ４４２から出力される上記電気信号を取得し、第２のギア４５２の回転角度θsensor2を算出する。すなわち、本実施形態では、第２のセンサ４４２は、算出部４７０を介して第２のギア４５２の回転角度θsensor2を検知する。
A ring-shaped second magnet 462 is fixed to the surface of the second gear 452 on the substrate 420 side. In this embodiment, when viewed from the axial direction, the second sensor 442 overlaps the second magnet 462 and the second gear 452 via the disk portion 433A of the flange portion 433, and the second magnet 462 is between the second gear 452 and the second sensor 442 in the axial direction. However, the positional relationship between the second sensor 442, the second gear 452, and the second magnet 462 is not limited to this. The second sensor 442 is configured as a magnetic sensor. The second sensor 442 detects that the magnetism generated from the second magnet 462 changes as the second magnet 462 rotates with the rotation of the second gear 452, converts the change in the magnetism of the second magnet 462 into an electric signal, and outputs it to, for example, a calculation unit 470 provided on the substrate 420. The second sensor 442 is not limited to a magnetic sensor. When the second sensor 442 is configured with a sensor other than a magnetic sensor, for example, an optical sensor, a slit disk or the like is used as the rotor, and therefore the second magnet 462 is not required. Also, when a sensor using a magnetic resistance element and a gear made of a magnetic material are used, a magnet is not required. The calculation unit 470 acquires the electric signal output from the second sensor 442 and calculates the rotation angle θ sensor2 of the second gear 452. That is, in this embodiment, the second sensor 442 detects the rotation angle θ sensor2 of the second gear 452 via the calculation unit 470.
軸方向における外壁部４３３Ｂの位置には、軸方向における位置が変化しないように第４のギア４５４が支持されている。本実施形態において、第４のギア４５４は平歯車である。第４のギア４５４は、径方向において壁部４１４と外周壁４１５（第３のギア４５３）との間にあり、軸方向において基板４２０とケーシング４１０の底部４１３との間にある。さらに言えば、軸方向において、第４のギア４５４は、第２のギア４５２と概ね同じ位置（高さ）にある。しかし、軸方向における第４のギア４５４と第２のギア４５２との位置関係はこれに限られるものではない。クランク部４３２の外壁部４３３Ｂの外周面４３３ｏｆのうち上述の直線ＳＬ上に位置する部分は、第４のギア４５４の内周面４５４ｉｆに対して摺動可能に内周面４５４ｉｆに接触している。なお、外壁部４３３Ｂの外周面４３３ｏｆと第４のギア４５４の内周面４５４ｉｆとの少なくとも一方にコーティングを施して、外壁部４３３Ｂと第４のギア４５４の内周面４５４ｉｆとにおける耐摩耗性や摺動性を向上させてもよい。図１５に示すように、第４のギア４５４の外周面（すなわち、第４のギア４５４の径方向における回転軸４３０側とは反対側の面）には、その全周に亘って、上記第３の数Ｎ３よりも少ない複数の第４の数Ｎ４の外歯４５４ｏｔが形成されている。第４のギア４５４は、第３のギア４５３の内歯４５３ｉｔよりも内側に配置されており、全周に亘って第３のギア４５３の内歯４５３ｉｔに取り囲まれている。複数の外歯４５４ｏｔのそれぞれは、第３のギア４５３の複数の内歯４５３ｉｔのそれぞれに噛合可能である。
The fourth gear 454 is supported at the position of the outer wall portion 433B in the axial direction so that its position in the axial direction does not change. In this embodiment, the fourth gear 454 is a spur gear. The fourth gear 454 is between the wall portion 414 and the outer peripheral wall 415 (the third gear 453) in the radial direction, and between the substrate 420 and the bottom portion 413 of the casing 410 in the axial direction. Furthermore, the fourth gear 454 is at approximately the same position (height) as the second gear 452 in the axial direction. However, the positional relationship between the fourth gear 454 and the second gear 452 in the axial direction is not limited to this. The portion of the outer peripheral surface 433of of the outer wall portion 433B of the crank portion 432 that is located on the above-mentioned straight line SL is in contact with the inner peripheral surface 454if of the fourth gear 454 so as to be slidable relative to the inner peripheral surface 454if. In addition, at least one of the outer peripheral surface 433of of the outer wall portion 433B and the inner peripheral surface 454if of the fourth gear 454 may be coated to improve the wear resistance and sliding properties of the outer wall portion 433B and the inner peripheral surface 454if of the fourth gear 454. As shown in FIG. 15, a plurality of external teeth 454ot of a fourth number N4, which is less than the third number N3, is formed on the outer peripheral surface of the fourth gear 454 (i.e., the surface opposite the rotating shaft 430 side in the radial direction of the fourth gear 454). The fourth gear 454 is disposed inside the internal teeth 453it of the third gear 453 and is surrounded by the internal teeth 453it of the third gear 453 over the entire circumference. Each of the multiple external teeth 454ot can be meshed with each of the multiple internal teeth 453it of the third gear 453.
回転軸４３０が中心４３０ｃを中心に回転すると、クランク部４３２の偏心部４３２ａも回転軸４３０と一体となって中心４３０ｃを中心にして回転し、この偏心部４３２ａの回転に伴って第４のギア４５４が揺動する。この第４のギア４５４の揺動によって、上述の直線ＳＬ上にある外歯４５４ｏｔが、直線ＳＬ上にある内歯４５３ｉｔに噛合する。以下、第４のギア４５４の外歯４５４ｏｔの一部が第３のギア４５３の内歯４５３ｉｔの一部に噛合する位置を第２の噛合位置ＥＰ２と記載する。第２の噛合位置ＥＰ２は、直線ＳＬ上にある。
When the rotating shaft 430 rotates around the center 430c, the eccentric portion 432a of the crank portion 432 also rotates around the center 430c together with the rotating shaft 430, and the fourth gear 454 oscillates with the rotation of the eccentric portion 432a. This oscillation of the fourth gear 454 causes the external teeth 454ot on the above-mentioned straight line SL to mesh with the internal teeth 453it on the straight line SL. Hereinafter, the position where a part of the external teeth 454ot of the fourth gear 454 meshes with a part of the internal teeth 453it of the third gear 453 is referred to as the second meshing position EP2. The second meshing position EP2 is on the straight line SL.
図１５の状態から回転軸４３０が所定の角度だけ回転すると、すなわち、クランク部４３２の偏心部４３２ａが図１５の状態から所定の角度だけ回転すると、第２の噛合位置ＥＰ２も同様の角度だけ第３のギア４５３の周方向に沿って移動する。このように、第２の噛合位置ＥＰ２は、回転軸４３０の回転に伴い第３のギア４５３の周方向に沿って順次移動していく。そして、回転軸４３０が１回転すると、第２の噛合位置ＥＰ２が第３のギア４５３の周方向に沿って一周する。ここで、上記のように、第３のギア４５３の内歯４５３ｉｔの第３の数Ｎ３は、第４のギア４５４の外歯４５４ｏｔの第４の数Ｎ４よりも多い。したがって、第２の噛合位置ＥＰ２が第３のギア４５３の周方向に沿って一周する際、すなわち、回転軸４３０が１回転する際、第４のギア４５４は、第３の数Ｎ３と第４の数Ｎ４との歯数差分、第３のギア４５３の周方向に沿って第３のギア４５３に対して回転する。したがって、回転軸４３０に対する第４のギア４５４の減速比Ｇｒ４は、第３実施形態と同様に式（１０）で表すことができる。なお、第２のギア４５２の回転方向は、回転軸４３０の回転方向とは反対である。
15, that is, when the eccentric portion 432a of the crank portion 432 rotates a predetermined angle from the state of FIG. 15, the second meshing position EP2 also moves along the circumferential direction of the third gear 453 by the same angle. In this way, the second meshing position EP2 moves sequentially along the circumferential direction of the third gear 453 with the rotation of the rotating shaft 430. Then, when the rotating shaft 430 rotates once, the second meshing position EP2 goes around once along the circumferential direction of the third gear 453. Here, as described above, the third number N3 of the internal teeth 453it of the third gear 453 is greater than the fourth number N4 of the external teeth 454ot of the fourth gear 454. Therefore, when the second meshing position EP2 rotates once around the third gear 453, that is, when the rotating shaft 430 rotates once, the fourth gear 454 rotates around the third gear 453 by the difference in the number of teeth between the third number N3 and the fourth number N4. Therefore, the reduction ratio Gr4 of the fourth gear 454 with respect to the rotating shaft 430 can be expressed by equation (10) as in the third embodiment. Note that the rotation direction of the second gear 452 is opposite to the rotation direction of the rotating shaft 430.
このように、第３のギア４５３と第４のギア４５４との第２のペアは、偏心揺動型減速機として構成されており、さらに言えば、インボリュート歯車型ハイポサイクロイド機構を構成している。
In this way, the second pair of the third gear 453 and the fourth gear 454 is configured as an eccentric oscillating type reducer, and more specifically, constitutes an involute gear type hypocycloid mechanism.
したがって、本実施形態では、第１のギア４５１と第２のギア４５２との第１のペア及び第３のギア４５３と第４のギア４５４との第２のペアが径方向において並んで減速機構４００を構成しており、減速機構４００は、２つのインボリュート歯車型ハイポサイクロイド機構が径方向において並んだ構成を有している。
Therefore, in this embodiment, the first pair of the first gear 451 and the second gear 452 and the second pair of the third gear 453 and the fourth gear 454 are arranged in the radial direction to form the reduction mechanism 400, and the reduction mechanism 400 has a configuration in which two involute gear type hypocycloid mechanisms are arranged in the radial direction.
上記式（９）から算出される減速比Ｇｒ２は上記第１のペアの減速比に対応し、上記式（１０）から算出される減速比Ｇｒ４は上記第２のペアの減速比に対応する。エンコーダ４は、減速比Ｇｒ２と減速比Ｇｒ４とが異なるように構成されている。このことは、回転軸４３０が１回転した場合に、第２のギア４５２の回転角度（回転量）と第４のギア４５４の回転角度（回転量）に差が生じることを意味する。なお、本実施形態では、減速比Ｇｒ２が減速比Ｇｒ４よりも大きい。したがって、本実施形態では、第４のギア４５４の回転量が第２のギア４５２の回転量よりも大きい。ただし、減速比Ｇｒ２と減速比Ｇｒ４との大小関係が逆であっても構わない。
The reduction ratio Gr2 calculated from the above formula (9) corresponds to the reduction ratio of the first pair, and the reduction ratio Gr4 calculated from the above formula (10) corresponds to the reduction ratio of the second pair. The encoder 4 is configured so that the reduction ratio Gr2 and the reduction ratio Gr4 are different. This means that when the rotating shaft 430 rotates once, a difference occurs between the rotation angle (amount of rotation) of the second gear 452 and the rotation angle (amount of rotation) of the fourth gear 454. In this embodiment, the reduction ratio Gr2 is greater than the reduction ratio Gr4. Therefore, in this embodiment, the rotation amount of the fourth gear 454 is greater than the rotation amount of the second gear 452. However, the magnitude relationship between the reduction ratio Gr2 and the reduction ratio Gr4 may be reversed.
図１４に示すように、第４のギア４５４の軸方向における基板４２０側の面には、リング状の第３のマグネット４６３が固定されている。上述の第３のセンサ４４３は、軸方向から見る場合に第３のマグネット４６３及び第４のギア４５４に重なっており、軸方向において、第４のギア４５４と第３のセンサ４４３との間に第３のマグネット４６３がある。ただし、第３のセンサ４４３と、第４のギア４５４と、第３のマグネット４６３との位置関係はこれに限定されるものではない。本実施形態において、第３のセンサ４４３は、磁気センサとして構成されている。第３のセンサ４４３は、第３のマグネット４６３から生じる磁気が、第３のマグネット４６３が第４のギア４５４の回転に伴って回転することによって変化することを検出し、この第３のマグネット４６３の磁気の変化を電気信号に変換して、例えば算出部４７０に出力する。なお、第３のセンサ４４３は磁気センサに限定されるものではなく、第３のセンサ４４３を磁気センサ以外のセンサ、例えば光学センサで構成する場合には、回転体にスリット円板等を用いるため、第３のマグネット４６３は不要である。また、磁気抵抗素子を用いたセンサと磁性材料で形成された歯車を用いる場合もマグネットは不要である。算出部４７０は、第３のセンサ４４３から出力される上記電気信号を取得し、第４のギア４５４の回転角度θsensor3を算出する。すなわち、本実施形態では、第３のセンサ４４３は、算出部４７０を介して第４のギア４５４の回転角度θsensor3を検知する。
As shown in FIG. 14, a ring-shaped third magnet 463 is fixed to the surface of the fourth gear 454 on the substrate 420 side in the axial direction. The above-mentioned third sensor 443 overlaps the third magnet 463 and the fourth gear 454 when viewed from the axial direction, and the third magnet 463 is between the fourth gear 454 and the third sensor 443 in the axial direction. However, the positional relationship between the third sensor 443, the fourth gear 454, and the third magnet 463 is not limited to this. In this embodiment, the third sensor 443 is configured as a magnetic sensor. The third sensor 443 detects that the magnetism generated from the third magnet 463 changes as the third magnet 463 rotates with the rotation of the fourth gear 454, and converts the change in the magnetism of the third magnet 463 into an electric signal and outputs it to, for example, the calculation unit 470. The third sensor 443 is not limited to a magnetic sensor. When the third sensor 443 is configured with a sensor other than a magnetic sensor, for example, an optical sensor, a slit disk or the like is used as the rotor, and therefore the third magnet 463 is not required. Also, when a sensor using a magnetic resistance element and a gear made of a magnetic material are used, a magnet is not required. The calculation unit 470 acquires the electric signal output from the third sensor 443 and calculates the rotation angle θ sensor3 of the fourth gear 454. That is, in this embodiment, the third sensor 443 detects the rotation angle θ sensor3 of the fourth gear 454 via the calculation unit 470.
上記のように、本実施形態では、第４のギア４５４の回転量が第２のギア４５２の回転量よりも大きいため、第４のギア４５４と第２のギア４５２との回転角度の差αは、θsensor3からθsensor2を減じた値となる。また、回転軸４３０が１回転した場合に生じる第４のギア４５４の回転角度と第２のギア４５２の回転角度との差βは、減速比Ｇｒ２と減速比Ｇｒ４とを用いて、第３実施形態と同様に式（１１）で表すことができる。したがって、本実施形態における回転軸４３０の回転回数Ｔｍは、第３実施形態と同様に式（１２）に基づいて算出することができる。また、回転軸４３０の回転回数を考慮した回転軸４３０の回転角度θは、第１のセンサ４４１が算出部４７０を介して検知した回転軸４３０の回転角度θsensor1を用いて、上述の式（４）で表すことができる。
As described above, in this embodiment, since the rotation amount of the fourth gear 454 is larger than the rotation amount of the second gear 452, the difference α between the rotation angles of the fourth gear 454 and the second gear 452 is a value obtained by subtracting θ sensor2 from θ sensor3 . In addition, the difference β between the rotation angle of the fourth gear 454 and the rotation angle of the second gear 452 generated when the rotating shaft 430 rotates once can be expressed by the formula (11) similarly to the third embodiment using the reduction ratio Gr2 and the reduction ratio Gr4. Therefore, the number of rotations Tm of the rotating shaft 430 in this embodiment can be calculated based on the formula (12) similarly to the third embodiment. In addition, the rotation angle θ of the rotating shaft 430 considering the number of rotations of the rotating shaft 430 can be expressed by the above formula (4) using the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 430 detected by the first sensor 441 via the calculation unit 470.
算出部４７０は、回転軸３３０の回転角度θsensor1のデータと、第２のギア４５２の回転角度θsensor2のデータと、第４のギア４５４の回転角度θsensor3のデータと、上記（４），（９）～（１２）の式とに基づいて、回転軸４３０の回転回数Ｔｍ及び回転角度θを算出する。このように、エンコーダ４によれば、回転軸４３０の回転角度とともに回転軸４３０の回転回数Ｔｍも検出することができる。
The calculation unit 470 calculates the number of rotations Tm and the rotation angle θ of the rotating shaft 430 based on the data of the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 330, the data of the rotation angle θ sensor2 of the second gear 452, the data of the rotation angle θ sensor3 of the fourth gear 454, and the above equations (4), (9) to (12). In this way, the encoder 4 can detect the number of rotations Tm of the rotating shaft 430 as well as the rotation angle of the rotating shaft 430.
以上説明したように、エンコーダ４は、回転軸４３０と、回転軸４３０の回転角度θsensor1を検知する第１のセンサ４４１と、径方向における回転軸４３０側に複数の第１の数Ｎ１の内歯４５１ｉｔを有する固定された第１のギア４５１と、径方向における回転軸４３０側とは反対側に第１のギア４５１の内歯４５１ｉｔよりも少ない複数の第２の数Ｎ２の外歯４５２ｏｔを有し、回転軸４３０の回転に伴い回転する第２のギア４５２と、径方向における回転軸４３０側に複数の第３の数Ｎ３の内歯４５３ｉｔを有する固定された第３のギア４５３と、径方向における回転軸４３０側とは反対側に第３のギア４５３の内歯４５３ｉｔよりも少ない複数の第４の数Ｎ４の外歯４５４ｏｔを有し、回転軸４３０の回転に伴い回転する第４のギア４５４と、第２のギア４５２の回転角度θsensor2を検知する第２のセンサ４４２と、第４のギア４５４の回転角度θsensor3を検知する第３のセンサ４４３と、算出部４７０とを備える。エンコーダ４において、第１のギア４５１と第２のギア４５２との第１のペア及び第３のギア４５３と第４のギア４５４との第２のペアのそれぞれは、偏心揺動型減速機であり、算出部４７０は、第２のセンサ４４２が検知した回転角度θsensor2と第３のセンサ４４３が検知した回転角度θsensor3をとの差に基づいて、回転軸４３０が回転した回数Ｔｍを算出する。
As described above, the encoder 4 includes the rotating shaft 430, the first sensor 441 for detecting the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 430, the fixed first gear 451 having a first number N1 of internal teeth 451it on the rotating shaft 430 side in the radial direction, the second gear 452 having a second number N2 of external teeth 452ot on the opposite side to the rotating shaft 430 side in the radial direction, the second gear 452 rotating with the rotation of the rotating shaft 430, the fixed third gear 453 having a third number N3 of internal teeth 453it on the rotating shaft 430 side in the radial direction, the fourth gear 454 having a fourth number N4 of external teeth 454ot on the opposite side to the rotating shaft 430 side in the radial direction, the fourth gear 454 rotating with the rotation of the rotating shaft 430, and the rotation angle θ The encoder 4 includes a second sensor 442 detecting a rotation angle θ sensor2 of the fourth gear 454, a third sensor 443 detecting a rotation angle θ sensor3 of the fourth gear 454, and a calculation unit 470. In the encoder 4, the first pair of the first gear 451 and the second gear 452 and the second pair of the third gear 453 and the fourth gear 454 are each an eccentric oscillating type reducer, and the calculation unit 470 calculates the number of rotations Tm of the rotating shaft 430 based on the difference between the rotation angle θ sensor2 detected by the second sensor 442 and the rotation angle θ sensor3 detected by the third sensor 443.
このような構成を有するエンコーダ４によれば、第３の実施形態に係るエンコーダ３と同様の効果を得られる。
An encoder 4 having such a configuration can achieve the same effects as the encoder 3 according to the third embodiment.
また、エンコーダ４では、上記第１のペアと上記第２のペアとが径方向に並んでいるため、第１のペアと第２のペアとが軸方向に並ぶ第３実施形態に係るエンコーダ３に比べて、同様の減速比を実現する場合にエンコーダの軸方向の長さを短くすることができ、薄型化することができる。
In addition, in the encoder 4, the first pair and the second pair are aligned radially, so that the axial length of the encoder can be shortened and the encoder can be made thinner when achieving a similar reduction ratio, compared to the encoder 3 according to the third embodiment, in which the first pair and the second pair are aligned axially.
一方、第３実施形態に係るエンコーダ３によれば、上記第１のペアと上記第２のペアとが軸方向に並んでいるため、第１のペアと第２のペアとが径方向に並ぶエンコーダ４に比べて、同様の減速比を実転する場合にエンコーダの軸方向に垂直な断面の面積を小さくすることができる。
On the other hand, according to the encoder 3 of the third embodiment, since the first pair and the second pair are aligned in the axial direction, the cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the encoder can be made smaller when the same reduction ratio is actually rotated, compared to the encoder 4 in which the first pair and the second pair are aligned in the radial direction.
なお、本実施形態において、軸４３０の外周面とケーシング４１０の内周面との間、クランク部４３２の外周面のうち第２のギア４５２と対向する部分と第２のギア４５２の内周面との間、及びのクランク部４３２の外壁部４３３Ｂと第４のギア４５４の内周面との間の少なくとも１つにベアリングを配置してもよい。
In this embodiment, bearings may be disposed at least one between the outer peripheral surface of the shaft 430 and the inner peripheral surface of the casing 410, between a portion of the outer peripheral surface of the crank portion 432 that faces the second gear 452 and the inner peripheral surface of the second gear 452, and between the outer wall portion 433B of the crank portion 432 and the inner peripheral surface of the fourth gear 454.
以上、本発明について上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
Although the present invention has been described above using the above embodiment as an example, the present invention is not limited to this.
例えば、第１実施形態～第４実施形態では、減速機構をインボリュート歯車型ハイポサイクロイド機構で構成する例を説明したが、他の機構により減速機構を構成してもよい。この点について、以下、第１実施形態の第１変形例及び第２変形例を例にして説明する。
For example, in the first to fourth embodiments, an example was described in which the reduction mechanism is configured with an involute gear type hypocycloid mechanism, but the reduction mechanism may be configured with other mechanisms. This point will be explained below using the first and second modified examples of the first embodiment as examples.
（第１変形例）
まず、第１変形例について説明する。図１６は、本変形例に係るエンコーダを概略的に示す軸方向に沿った断面である。図１７は、図１６に示すエンコーダを概略的に示す径方向に沿った断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
(First Modification)
First, a first modified example will be described. Fig. 16 is a cross-sectional view along the axial direction that shows a schematic view of an encoder according to this modified example. Fig. 17 is a cross-sectional view along the radial direction that shows a schematic view of the encoder shown in Fig. 16. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
図１６及び図１７に示すように、本変形例に係るエンコーダ１Ａでは、減速機構１００が減速機構１００Ａに置き換わっている。また、エンコーダ１Ａでは、減速機構１００Ａを採用したことにより、回転軸１３０は軸本体１３１Ａのみから構成されている。エンコーダ１Ａでは、軸本体１３１の外周面１３１ｏｆにリング状の第１のマグネット１６１が固定されている。
As shown in Figures 16 and 17, in the encoder 1A according to this modified example, the reduction mechanism 100 is replaced with a reduction mechanism 100A. In addition, in the encoder 1A, by adopting the reduction mechanism 100A, the rotating shaft 130 is composed only of a shaft body 131A. In the encoder 1A, a ring-shaped first magnet 161 is fixed to the outer circumferential surface 131of of the shaft body 131.
エンコーダ１Ａの減速機構１００Ａは、不図示のケーシングに固定された第１のギア１１５１と、第１のギア１１５１よりも内側にある第２のギア１１５２と、第２のギア１１１５２よりも内側にある回転部材１１５３とを含んでいる。回転部材１１５３は、軸方向から見る場合に楕円のリング状の部材であり、その内周面が軸本体１３１の外周面１３１ｏｆに固定されている。したがって、回転部材１１５３は、回転軸１３０と一体となって回転する。軸方向から見て、回転部材１１５３の中心は、回転軸１３０の中心１３０ｃに一致する。
The reduction mechanism 100A of the encoder 1A includes a first gear 1151 fixed to a casing (not shown), a second gear 1152 located inside the first gear 1151, and a rotating member 1153 located inside the second gear 11152. The rotating member 1153 is an elliptical ring-shaped member when viewed from the axial direction, and its inner peripheral surface is fixed to the outer peripheral surface 131of of the shaft body 131. Therefore, the rotating member 1153 rotates integrally with the rotating shaft 130. When viewed from the axial direction, the center of the rotating member 1153 coincides with the center 130c of the rotating shaft 130.
第２のギア１１５２は、不図示のケーシングに対して回転可能に当該ケーシングに支持されている。第２のギア１１５２は、可撓性を有しており、例えば内側から外側に向かって径方向に作用する押圧を受けた場合、その押圧に対応して撓む（変形する）ことができる。第２のギア１１５２は、変形していない場合において、軸方向から見て円形のリング状の外形を有しており、円筒状の外周壁１１５２Ａと、外周壁１１５２Ａの軸方向における一方側の端部から回転軸１３０側に向かって突出するフランジ部１１５２Ｂとを含んでいる。外周壁１１５２Ａの内周面１１５２ｉｆよりも内側に回転部材１１５３が配置されている。
The second gear 1152 is supported by a casing (not shown) so as to be rotatable relative to the casing. The second gear 1152 is flexible, and when subjected to a pressure acting radially from the inside to the outside, for example, it can bend (deform) in response to the pressure. When not deformed, the second gear 1152 has a circular ring-shaped outer shape when viewed from the axial direction, and includes a cylindrical outer peripheral wall 1152A and a flange portion 1152B that protrudes from one end of the outer peripheral wall 1152A in the axial direction toward the rotating shaft 130. A rotating member 1153 is disposed inside the inner peripheral surface 1152if of the outer peripheral wall 1152A.
第２のギア１１５２が変形していない場合において、外周壁１１５２Ａの内周面１１５２ｉｆの直径は、回転部材１１５３の長軸ＬＡよりも短く、回転部材１１５３の短軸よりも長い。このため、外周壁１１５２Ａの内周面１１５２ｉｆは、外周壁１１５２Ａよりも内側にある回転部材１１５３における長軸ＬＡの部分によって径方向の内側から外側に向かって押圧されている。これによって、第２のギア１１５２は、軸方向から見る場合に楕円形に変形している。図１７において、回転部材１１５３の長軸ＬＡ及び長軸ＬＡの延長線が破線で示されている。回転部材１１５３の外周面１１５３ｏｆのうち長軸ＬＡが通る部分以外の部分は、外周壁１１５２Ａの内周面１１５２ｉｆに接していない。回転部材１１５３の外周面１１５３ｏｆは、外周壁１１５２Ａの内周面１１５２ｉｆに接して摺動することができる。外周壁１１５２Ａの外周面（すなわち、径方向における回転軸１３０側とは反対側の面）には、複数の第２の数Ｎ２の外歯１１５２ｏｔが形成されている。
When the second gear 1152 is not deformed, the diameter of the inner peripheral surface 1152if of the outer peripheral wall 1152A is shorter than the long axis LA of the rotating member 1153 and longer than the short axis of the rotating member 1153. Therefore, the inner peripheral surface 1152if of the outer peripheral wall 1152A is pressed from the inside to the outside in the radial direction by the part of the long axis LA of the rotating member 1153 that is inside the outer peripheral wall 1152A. As a result, the second gear 1152 is deformed into an ellipse when viewed from the axial direction. In FIG. 17, the long axis LA of the rotating member 1153 and the extension line of the long axis LA are shown by dashed lines. The part of the outer peripheral surface 1153of of the rotating member 1153 other than the part through which the long axis LA passes is not in contact with the inner peripheral surface 1152if of the outer peripheral wall 1152A. The outer peripheral surface 1153of of the rotating member 1153 can slide in contact with the inner peripheral surface 1152if of the outer peripheral wall 1152A. A second number N2 of external teeth 1152ot are formed on the outer peripheral surface of the outer peripheral wall 1152A (i.e., the surface on the radially opposite side to the rotating shaft 130).
第２のギア１１５２のフランジ部１１５２Ｂは、リング状の板状部材であり、フランジ部１１５２Ｂの内周面によって規定される貫通孔を回転軸１３０が貫通している。フランジ部１１５２Ｂを挟んで軸方向における一方側に基板１２０があり、他方側に回転部材１１５３がある。また、フランジ部１１５２Ｂは、径方向において、第１のマグネット１６１に対向している。フランジ部１１５２Ｂの軸方向における基板１２０側の面には、リング状の第２のマグネット１６２が固定されている。
The flange portion 1152B of the second gear 1152 is a ring-shaped plate-like member, and the rotating shaft 130 passes through a through hole defined by the inner peripheral surface of the flange portion 1152B. The substrate 120 is on one side of the flange portion 1152B in the axial direction, and the rotating member 1153 is on the other side. The flange portion 1152B faces the first magnet 161 in the radial direction. A ring-shaped second magnet 162 is fixed to the surface of the flange portion 1152B facing the substrate 120 in the axial direction.
第１のギア１１５１は、剛性の高い材料で形成されており、変形しないように形成されている。第１のギア１１５１は、不図示のケーシングに固定されている。第１のギア１１５１は、軸方向から見る場合に円形のリング状であり、第１のギア１１５１の中心は回転軸１３０の中心１３０ｃに一致する。第１のギア１１５１の内周面（すなわち、径方向における回転軸１３０側の面）には、上記第２の数Ｎ２よりも多い第１の数Ｎ１の内歯１１５２ｉｔが形成されている。本実施形態において、第１の数Ｎ１と第２の数Ｎ２との差は２ｎ（ｎは任意の自然数）である。第１のギア１１５１の内歯１１５２ｉｔは、第２のギア１１５２の外歯１１５２ｏｔを全周に亘って取り囲んでいる。
The first gear 1151 is made of a highly rigid material and is formed so as not to deform. The first gear 1151 is fixed to a casing (not shown). The first gear 1151 is in the shape of a circular ring when viewed from the axial direction, and the center of the first gear 1151 coincides with the center 130c of the rotating shaft 130. The inner peripheral surface of the first gear 1151 (i.e., the surface on the rotating shaft 130 side in the radial direction) is formed with a first number N1 of internal teeth 1152it, which is greater than the second number N2. In this embodiment, the difference between the first number N1 and the second number N2 is 2n (n is any natural number). The internal teeth 1152it of the first gear 1151 surround the external teeth 1152ot of the second gear 1152 over the entire circumference.
第２のギア１１５２の複数の外歯１１５２ｏｔのそれぞれは、第１のギア１１５１の複数の内歯１１５１ｉｔのそれぞれに噛合可能である。本実施形態では、図１７に示すように、第２のギア１１５２の複数の外歯１１５２ｏｔのうち長軸ＬＡの延長線が通る外歯１１５２ｏｔが、第１のギア１１５１の内歯１１５１ｉｔに噛合する。したがって、複数の外歯１１５２ｏｔのうち長軸ＬＡの延長線が通る２か所、すなわち、中心１３０ｃに対して対称の位置にある２か所にある外歯１１５２ｏｔが、内歯１１５１ｉｔに噛合している。このように、本変形例に係るエンコーダ１Ａは、２か所の噛合位置ＥＰを有する。
Each of the multiple external teeth 1152ot of the second gear 1152 can mesh with each of the multiple internal teeth 1151it of the first gear 1151. In this embodiment, as shown in FIG. 17, the external teeth 1152ot of the multiple external teeth 1152ot of the second gear 1152, through which the extension line of the long axis LA passes, mesh with the internal teeth 1151it of the first gear 1151. Therefore, the external teeth 1152ot at two locations through which the extension line of the long axis LA passes, that is, at two locations symmetrically positioned with respect to the center 130c, mesh with the internal teeth 1151it. In this way, the encoder 1A according to this modified example has two meshing positions EP.
回転軸１３０が中心１３０ｃを中心に回転すると、回転部材１１５３も回転軸１３０と一体となって中心１３０ｃを中心にして回転する。すなわち、回転部材１１５３の長軸ＬＡが中心１３０ｃを中心にして回転する。長軸ＬＡが所定の角度だけ回転すると、噛合位置ＥＰも同様の角度だけ第１のギア１１５１の周方向に沿って移動する。このように、噛合位置ＥＰは、回転軸１３０の回転に伴い第１のギア１１５１の周方向に沿って順次移動していく。そして、回転軸１３０が１回転すると、噛合位置ＥＰが第１のギア１１５１の周方向に沿って一周する。ここで、上記のように、第１のギア１１５１の内歯１１５１ｉｔの第１の数Ｎ１は、第２のギア１１５２の外歯１１５２ｏｔの第２の数Ｎ２よりも２ｎ多い。したがって、噛合位置ＥＰが第１のギア１１５１の周方向に沿って一周する際、すなわち、回転軸１３０が１回転する際、第２のギア１１５２は、第１の数Ｎ１と第２の数Ｎ２との歯数差分（歯数差２ｎ分）、第１のギア１１５１の周方向に沿って第１のギア１１５１に対して回転する。なお、第２のギア１１５２の回転方向は、回転軸１３０の回転方向とは反対である。
When the rotating shaft 130 rotates around the center 130c, the rotating member 1153 also rotates around the center 130c together with the rotating shaft 130. That is, the long axis LA of the rotating member 1153 rotates around the center 130c. When the long axis LA rotates by a predetermined angle, the meshing position EP also moves along the circumferential direction of the first gear 1151 by the same angle. In this way, the meshing position EP moves sequentially along the circumferential direction of the first gear 1151 with the rotation of the rotating shaft 130. Then, when the rotating shaft 130 rotates once, the meshing position EP goes around the circumferential direction of the first gear 1151. Here, as described above, the first number N1 of the internal teeth 1151it of the first gear 1151 is 2n more than the second number N2 of the external teeth 1152ot of the second gear 1152. Therefore, when the meshing position EP rotates once around the circumference of the first gear 1151, that is, when the rotating shaft 130 rotates once, the second gear 1152 rotates relative to the first gear 1151 around the circumference of the first gear 1151 by the difference in the number of teeth between the first number N1 and the second number N2 (a difference in the number of teeth of 2n). Note that the rotation direction of the second gear 1152 is opposite to the rotation direction of the rotating shaft 130.
本変形例では、回転部材１１５３を第１実施形態におけるクランク部１３２と同様にみなすことができる。このように、第１のギア１１５１及び第２のギア１１５２は、偏心揺動型減速機として構成されており、さらに言えば、波動歯車機構を構成する減速機構１００Ａとして機能している。
In this modified example, the rotating member 1153 can be regarded as the same as the crank portion 132 in the first embodiment. In this way, the first gear 1151 and the second gear 1152 are configured as an eccentric oscillating type reducer, and furthermore function as the reduction mechanism 100A that constitutes the strain wave gear mechanism.
軸方向において、基板１２０のフランジ部１１５２Ｂ側の面には、磁気センサである第１のセンサ１４１及び第２のセンサ１４２が取り付けられている。第１のセンサ１４１は、第１のマグネット１６１から生じる磁気が、第１のマグネット１６１が回転軸１３０の回転に伴って回転することによって変化することを検出し、算出部１７０を介して回転軸１３０の回転角度θsensor1を検知する。第２のセンサ１４２は、第２のマグネット１６２から生じる磁気が、第２のマグネット１６２が第２のギア１１５２の回転に伴って回転することによって変化することを検出し、算出部１７０を介して第２のギア１１５２の回転角度θsensor2を検知する。
A first sensor 141 and a second sensor 142, which are magnetic sensors, are attached to the surface of the substrate 120 on the flange portion 1152B side in the axial direction. The first sensor 141 detects that the magnetism generated from the first magnet 161 changes as the first magnet 161 rotates with the rotation of the rotating shaft 130, and detects a rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 130 via a calculation unit 170. The second sensor 142 detects that the magnetism generated from the second magnet 162 changes as the second magnet 162 rotates with the rotation of the second gear 1152, and detects a rotation angle θ sensor2 of the second gear 1152 via the calculation unit 170.
したがって、本変形例に係るエンコーダ１Ａによれば、第１実施形態と同様に、式（１）～（４）に基づいて、回転軸１３０の回転回数Ｔｍ及び回転角度θを算出することができる。
Therefore, with the encoder 1A according to this modified example, the number of rotations Tm and the rotation angle θ of the rotating shaft 130 can be calculated based on equations (1) to (4), as in the first embodiment.
なお、上述の第２～第４の実施形態においても、減速機構をこの変形例で説明したような波動歯車機構で構成してもよい。
In addition, in the second to fourth embodiments described above, the reduction mechanism may be configured with a strain wave gear mechanism as described in this modified example.
（第２変形例）
次に、第２変形例について説明する。図１８は、本変形例におけるエンコーダを示す斜視図である。図１９は、図１８に示すエンコーダの軸方向に沿った断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Second Modification)
Next, a second modified example will be described. Fig. 18 is a perspective view showing an encoder in this modified example. Fig. 19 is a cross-sectional view taken along the axial direction of the encoder shown in Fig. 18. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
図１８及び図１９に示すように、本変形例に係るエンコーダ１Ｂでは、減速機構１００が減速機構１００Ｂに置き換わっている。エンコーダ１Ｂの減速機構１００Ｂは、第１のギア２１５１と第２のギア２１５２とを備えている。
As shown in Figures 18 and 19, in the encoder 1B according to this modification, the reduction mechanism 100 is replaced with a reduction mechanism 100B. The reduction mechanism 100B of the encoder 1B includes a first gear 2151 and a second gear 2152.
回転軸１３０のクランク部１３２の軸方向における位置には、軸方向における位置が変化しないように第２のギア２１５２が支持されている。クランク部１３２の偏心部１３２ａは、第２のギア２１５２の内周面に対して摺動可能に第２のギア２１５２の内周面に接している。なお、上述の実施形態で述べたように、これらの面の少なくとも一方にコーティングを施してもよい。軸方向から見る場合に、第２のギア２１５２の外周面（径方向における回転軸１３０側とは反対側の面）は、エピトロコイド曲線を描くように形成されている。したがって、第２のギア２１５２の外縁部は、複数の数Ｎ２の外側に突出する弧状の突出部２１５２Ｔによって形成されている。本変形例では、これら複数の突出部２１５２Ｔのそれぞれが第２のギア２１５２の外歯２１５２ｏｔとして機能する。
The second gear 2152 is supported at the axial position of the crank portion 132 of the rotating shaft 130 so that the axial position does not change. The eccentric portion 132a of the crank portion 132 is in contact with the inner peripheral surface of the second gear 2152 so as to be slidable relative to the inner peripheral surface of the second gear 2152. As described in the above embodiment, at least one of these surfaces may be coated. When viewed from the axial direction, the outer peripheral surface of the second gear 2152 (the surface opposite the rotating shaft 130 side in the radial direction) is formed to draw an epitrochoid curve. Therefore, the outer edge of the second gear 2152 is formed by a plurality of arc-shaped protrusions 2152T protruding outward by a number N2. In this modified example, each of these plurality of protrusions 2152T functions as an external tooth 2152ot of the second gear 2152.
第２のギア２１５２の軸方向における第１の部分１１１側の面には、リング状の第２のマグネット１６２が固定されている。クランク部１３２の外周面には、リング状の第１のマグネット１６１が固定されている。基板１２０の軸方向における第２のギア２１５２側の面には、磁気センサとして第１のセンサ１４１及び第２のセンサ１４２が取り付けられている。第１のセンサ１４１は、回転軸１３０が回転することによる第１のマグネット１６１から生じる磁気の変化に基づいて、算出部１７０を介して回転軸１３０の回転角度θsensor1を検知する。
A ring-shaped second magnet 162 is fixed to a surface of the second gear 2152 on the first portion 111 side in the axial direction. A ring-shaped first magnet 161 is fixed to the outer circumferential surface of the crank portion 132. A first sensor 141 and a second sensor 142 are attached as magnetic sensors to a surface of the substrate 120 on the second gear 2152 side in the axial direction. The first sensor 141 detects a rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 130 via the calculation unit 170 based on a change in magnetism generated from the first magnet 161 due to the rotation of the rotating shaft 130.
ケーシング１１０の第２の部分１１２は、軸方向における第１の部分１１１側とは反対側に底部１１２Ｂを有している。底部１１２Ｂは、ケーシング１１０の底をなしている。底部１１２Ｂには、同一の寸法を有する複数の第１の数Ｎ１のピン２１５３が設けられている。第１の数Ｎ１は、第２の数Ｎ２よりも大きい。複数のピン２１５３は、それぞれ円柱状に形成されており、底部１１２Ｂから軸方向に沿って第１の部分１１１側に突出している。複数のピン２１５３は、ケーシング１１０の外壁１１０ｏｆに対して径方向における内側に配置されている。また、複数のピン２１５３は、回転軸１３０の中心１３０ｃを中心とする同一の円Ｃｒ上に円Ｃｒの周方向に沿って等間隔に配置されている。なお、図１８において、円Ｃｒの一部が破線で示されている。第２のギア２１５２の複数の突出部２１５２Ｔ（外歯２１５２ｏｔ）のそれぞれは、円Ｃｒの周方向において隣接する２つのピン２１５３の間に噛合することができる。このように、複数のピン２１５３は、第２のギア２１５２の外歯２１５２ｏｔに噛み合う内歯２１５１ｉｔとして機能する。したがって、ケーシング１１０の第２の部分１１２は、径方向における回転軸１３０側に複数の第１の数Ｎ１の内歯２１５１ｉｔを有する第１のギア２１５１として機能する。
The second part 112 of the casing 110 has a bottom 112B on the opposite side to the first part 111 in the axial direction. The bottom 112B forms the bottom of the casing 110. The bottom 112B is provided with a first number N1 of pins 2153 having the same dimensions. The first number N1 is greater than the second number N2. The pins 2153 are each formed in a cylindrical shape and protrude from the bottom 112B to the first part 111 side along the axial direction. The pins 2153 are arranged radially inward relative to the outer wall 110of of the casing 110. The pins 2153 are also arranged at equal intervals along the circumferential direction of the circle Cr on the same circle Cr centered on the center 130c of the rotating shaft 130. In addition, in FIG. 18, a part of the circle Cr is shown by a dashed line. Each of the multiple protrusions 2152T (external teeth 2152ot) of the second gear 2152 can mesh between two adjacent pins 2153 in the circumferential direction of the circle Cr. In this way, the multiple pins 2153 function as internal teeth 2151it that mesh with the external teeth 2152ot of the second gear 2152. Therefore, the second part 112 of the casing 110 functions as a first gear 2151 having a first number N1 of multiple internal teeth 2151it on the rotating shaft 130 side in the radial direction.
本実施形態では、図１８に示すように、複数の外歯２１５２ｏｔのうち直線ＳＬにある外歯２１５２ｏｔが、直線ＳＬ上にある内歯２１５１ｉｔ（より具体的には、円Ｃｒの周方向において隣接する２つの内歯２１５１ｉｔ間の間隙のうち、直線ＳＬが通る間隙）に噛合する。なお、第１実施形態と同様に、直線ＳＬは、中心１３０ｃからクランク部１３２の偏心部１３２ａを通り径方向に延びる直線である。なお、図１８において、直線ＳＬが破線で示されている。したがって、エンコーダ１Ｂは、外歯２１５２ｏｔの一部と内歯２１５１ｉｔの一部とが噛合する噛合位置ＥＰを有する。本変形例における噛合位置ＥＰは、円Ｃｒの周方向において隣接する２つの内歯２１５１ｉｔ間の間隙のうち、直線ＳＬが通る間隙として定義してもよい。
In this embodiment, as shown in FIG. 18, the outer teeth 2152ot on the straight line SL among the multiple outer teeth 2152ot mesh with the inner teeth 2151it on the straight line SL (more specifically, the gap through which the straight line SL passes among the gaps between two adjacent inner teeth 2151it in the circumferential direction of the circle Cr). As in the first embodiment, the straight line SL is a straight line extending in the radial direction from the center 130c through the eccentric portion 132a of the crank portion 132. In FIG. 18, the straight line SL is shown by a dashed line. Therefore, the encoder 1B has an engagement position EP where a part of the outer teeth 2152ot and a part of the inner teeth 2151it mesh with each other. The engagement position EP in this modified example may be defined as the gap through which the straight line SL passes among the gaps between two adjacent inner teeth 2151it in the circumferential direction of the circle Cr.
回転軸１３０が図１８の状態から所定の角度だけ回転すると、すなわち、クランク部１３２の偏心部１３２ａが図１８の状態から所定の角度だけ回転すると、噛合位置ＥＰも同様の角度だけ第１のギア２１５１の周方向（円Ｃｒの周方向）に沿って移動する。このように、噛合位置ＥＰは、回転軸１３０の回転に伴い第１のギア２１５１の周方向に沿って順次移動していく。そして、回転軸１３０が１回転すると、噛合位置ＥＰが第１のギア２１５１の周方向に沿って一周する。ここで、上記のように、第１のギア２１５１の内歯２１５１ｉｔの第１の数Ｎ１は、第２のギア２１５２の外歯２１５２ｏｔの第２の数Ｎ２よりも多い。したがって、噛合位置ＥＰが第１のギア２１５１の周方向に沿って一周する際、すなわち、回転軸１３０が１回転する際、第２のギア２１５２は、第１の数Ｎ１と第２の数Ｎ２との歯数差分、第１のギア２１５１の周方向に沿って第１のギア２１５１に対して回転する。なお、第２のギア２１５２の回転方向は、回転軸１３０の回転方向とは反対である。
When the rotating shaft 130 rotates by a predetermined angle from the state of FIG. 18, that is, when the eccentric portion 132a of the crank portion 132 rotates by a predetermined angle from the state of FIG. 18, the meshing position EP also moves by the same angle along the circumferential direction of the first gear 2151 (circumferential direction of the circle Cr). In this way, the meshing position EP moves sequentially along the circumferential direction of the first gear 2151 with the rotation of the rotating shaft 130. Then, when the rotating shaft 130 rotates once, the meshing position EP goes around once along the circumferential direction of the first gear 2151. Here, as described above, the first number N1 of the internal teeth 2151it of the first gear 2151 is greater than the second number N2 of the external teeth 2152ot of the second gear 2152. Therefore, when the meshing position EP rotates once around the circumference of the first gear 2151, that is, when the rotating shaft 130 rotates once, the second gear 2152 rotates relative to the first gear 2151 around the circumference of the first gear 2151 by the difference in the number of teeth between the first number N1 and the second number N2. Note that the rotation direction of the second gear 2152 is opposite to the rotation direction of the rotating shaft 130.
このように、第１のギア２１５１及び第２のギア２１５２は、偏心揺動型減速機として構成されており、さらに言えば、ハイポサイクロイド機構、より具体的には、ピン歯車型ハイポサイクロイドを構成する減速機構１００Ｂとして機能している。
In this way, the first gear 2151 and the second gear 2152 are configured as an eccentric oscillating type reducer, and more specifically, function as a hypocycloid mechanism, or more specifically, a reduction mechanism 100B that constitutes a pin gear type hypocycloid.
第２のセンサ１４２は、第２のギア２１５２が回転することによる第２のマグネット１６２から生じる磁気の変化に基づいて、算出部１７０を介して第２のギア２１５２の回転角度θsensor2を検知する。
The second sensor 142 detects a rotation angle θ sensor 2 of the second gear 2152 via the calculation unit 170 based on a change in magnetism generated from the second magnet 162 due to the rotation of the second gear 2152 .
したがって、本変形例に係るエンコーダ１Ｂによれば、第１実施形態と同様に、式（１）～（４）に基づいて、回転軸１３０の回転回数Ｔｍ及び回転角度θを算出することができる。
Therefore, with the encoder 1B according to this modified example, the number of rotations Tm and the rotation angle θ of the rotating shaft 130 can be calculated based on equations (1) to (4), similar to the first embodiment.
なお、上述の第２～第４の実施形態においても、減速機構をこの変形例で説明したような波動歯車機構で構成してもよい。
In addition, in the second to fourth embodiments described above, the reduction mechanism may be configured with a strain wave gear mechanism as described in this modified example.
また、上記各実施形態及び各変形例では、回転軸が中空の軸である例を説明したが、回転軸は中空の軸に限定されるものではない。
In addition, in each of the above embodiments and modified examples, the rotating shaft is a hollow shaft, but the rotating shaft is not limited to a hollow shaft.
（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。
第５実施形態では、第１実施形態～第４実施形態で説明したエンコーダ１～４、及び、第１変形例及び第２変形例で説明したエンコーダ１Ａ，１Ｂのうち、エンコーダ１，１Ａ，１Ｂ，３，４における第２のギア１５２，３５２，４５２，２１５２の回転角度θsensor2)の誤差を補正し、補正後の第２のギア１５２，３５２，４５２，２１５２の回転角度θsubに基づいて回転軸１３０の回転回数Ｔｍ、及び、回転軸１３０の回転回数を考慮した回転軸１３０の回転角度θを算出する処理について、主に第１実施形態で説明したエンコーダ１を参照しつつ説明する。
Fifth Embodiment
Next, a fifth embodiment will be described.
In the fifth embodiment, among the encoders 1 to 4 described in the first to fourth embodiments and the encoders 1A and 1B described in the first and second modified examples, a process of correcting an error in the rotation angle θ sensor2) of the second gear 152, 352, 452, 2152 in the encoders 1, 1A, 1B, 3, 4 and calculating the number of rotations Tm of the rotating shaft 130 and the rotation angle θ of the rotating shaft 130 taking the number of rotations of the rotating shaft 130 into consideration based on the corrected rotation angle θ sub of the second gear 152, 352, 452, 2152 will be described mainly with reference to the encoder 1 described in the first embodiment.
算出部１７０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の各種メモリ、タイマ、カウンタ、Ａ／Ｄ変換回路、入出力Ｉ／Ｆ回路、およびクロック生成回路等のハードウェア要素を有し、各構成要素がバスや専用線を介して互いに接続されたプログラム処理装置（例えば、マイクロコントローラ：ＭＣＵ（Micro Control Unit）などのコンピュータ）である。算出部１７０は、メモリとして、例えば、フラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の書き換え可能な不揮発性の記憶装置を有している。算出部１７０は、角度センサ１４１，１４２のそれぞれから出力される回転角度を表す信号を取得し、上述の式（４）で示したように回転軸１３０の回転回数を考慮した回転軸１３０の回転角度θを算出する回転角度算出方法を実行する。
The calculation unit 170 is a program processing device (e.g., a computer such as a microcontroller (MCU (Micro Control Unit))) that has hardware elements such as a processor such as a CPU (Central Processing Unit), various memories such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory), a timer, a counter, an A/D conversion circuit, an input/output I/F circuit, and a clock generation circuit, and each component is connected to each other via a bus or a dedicated line. The calculation unit 170 has a rewritable non-volatile storage device such as a flash memory or an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) as a memory. The calculation unit 170 acquires signals representing the rotation angles output from each of the angle sensors 141 and 142, and executes a rotation angle calculation method that calculates the rotation angle θ of the rotation shaft 130 taking into account the number of rotations of the rotation shaft 130 as shown in the above formula (4).
図２０に示す算出部１７０の各ブロックは、算出部１７０としてのＣＰＵがプログラムを実行することによって実現されるファンクション（機能）を表したものである。図２０に示すように、算出部１７０は、上述した回転角度算出方法を実行するための機能部として、角度情報生成部１７１ｐと、角度補正部１７１ｑと、記憶部１７１ｂとを有する。つまり、算出部１７０は、回転角度算出プログラムを実行するためのコンピュータの一例である。算出部１７０の各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやＲＡＭ（Random Access Memory）をはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現される。ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。従って、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、本明細書に触れた当業者には理解されるところである。
Each block of the calculation unit 170 shown in FIG. 20 represents a function that is realized by the CPU as the calculation unit 170 executing a program. As shown in FIG. 20, the calculation unit 170 has an angle information generation unit 171p, an angle correction unit 171q, and a storage unit 171b as functional units for executing the above-mentioned rotation angle calculation method. In other words, the calculation unit 170 is an example of a computer for executing a rotation angle calculation program. In terms of hardware, each block of the calculation unit 170 can be realized by elements or mechanical devices such as a computer's CPU or RAM (Random Access Memory), and in terms of software, they are realized by a computer program or the like. Here, functional blocks realized by their cooperation are depicted. Therefore, it will be understood by those skilled in the art who have read this specification that these functional blocks can be realized in various ways by combining hardware and software.
記憶部１７１ｂは、ハードウェア的には、算出部１７０における上述したメモリにより実現される。記憶部１７１ｂには、基準角度テーブル１７１ｂ１、及び、角度誤差テーブル１７１ｂ２、が記憶されている。また、記憶部１７１ｂには、上述した回転角度算出プログラムの他、算出部１７０により実行される各種コンピュータプログラムが記憶されている。
In terms of hardware, the storage unit 171b is realized by the above-mentioned memory in the calculation unit 170. The storage unit 171b stores a reference angle table 171b1 and an angle error table 171b2. The storage unit 171b also stores various computer programs executed by the calculation unit 170, in addition to the above-mentioned rotation angle calculation program.
角度補正部１７１ｑは、偏心運動をする第２歯車部としての第２のギア１５２の角度を補正する。以下、エンコーダ１における角度センサとしての第２のセンサ１４２が取得する回転角度に含まれる角度誤差、及び、角度補正部１７１ｑによる角度の補正処理について説明する。
The angle correction unit 171q corrects the angle of the second gear 152, which is a second gear part that performs eccentric motion. Below, we will explain the angle error included in the rotation angle acquired by the second sensor 142, which is an angle sensor in the encoder 1, and the angle correction process performed by the angle correction unit 171q.
図２１は、エンコーダ１において第２のギア１５２が回転する際における、第２のギア１５２のピッチ円上にある点Ｐが描く軌跡を示す模式図である。図２１に示すように、エンコーダ１において、第２のセンサ１４２が位置情報を取得する対象である、第２のギア１５２は、回転軸１３０の外周側に設けられている内歯歯車の第１歯車部としての第１のギア１５１に内接しながら減速回転する。このとき、遊星歯車である第２のギア１５２は、ピッチ円周上の点Ｐの軌跡が、ハイポサイクロイド（内サイクロイド）曲線ＨＣを描く。点Ｐ（ｘ，ｙ）は、以下の式（１３）及び式（１４）で表される。式（１３）及び式（１４）において、第１のギア１５１のピッチ円の半径がａであり、第２のギア１５２のピッチ円の半径がｂである。
21 is a schematic diagram showing the path of a point P on the pitch circle of the second gear 152 when the second gear 152 rotates in the encoder 1. As shown in FIG. 21, in the encoder 1, the second gear 152, which is the object of acquiring position information by the second sensor 142, rotates at a reduced speed while inscribed in the first gear 151 as the first gear part of the internal gear provided on the outer periphery of the rotating shaft 130. At this time, the path of the point P on the pitch circumference of the second gear 152, which is a planetary gear, draws a hypocycloid (inner cycloid) curve HC. The point P(x, y) is expressed by the following formulas (13) and (14). In formulas (13) and (14), the radius of the pitch circle of the first gear 151 is a, and the radius of the pitch circle of the second gear 152 is b.
図２２は、エンコーダ１において第２のギア１５２が回転する際における、第２のギア１５２の中心から離れた位置にある点Ｐ１が描く軌跡を示す模式図である。エンコーダ１において、第２のセンサ１４２は、第２のギア１５２の軸方向における基板１２０側の面に固定されている第２のマグネット１６２からの磁気の変化を取得して、電気信号に変換する。第２のマグネット１６２は、第２のギア１５２の軸方向における基板１２０側の面において、図２１に示したピッチ円上の点Ｐよりも内周側、つまり、第２のギア１５２の中心から所定の距離ｃ離れた点Ｐ１に取り付けられる。図２２に示すように、第２のマグネット１６２の点Ｐ１の軌跡も、図２１に示した点Ｐの軌跡と同様にハイポサイクロイド曲線ＨＣ１を描く。点Ｐ１（ｘ，ｙ）は、以下の式（１５）及び式（１６）で表される。式（１５）及び式（１６）において、第１のギア１５１のピッチ円の半径がａであり、第２のギア１５２のピッチ円の半径がｂであり、第２のギア１５２の中心からの距離がｃである。なお、使用する磁気センサで規定されているマグネットの検出基準の位置などによって、点Ｐの軌跡もしくは点Ｐ１の軌跡とするか適宜選択すればよい。
22 is a schematic diagram showing the trajectory of a point P1 located away from the center of the second gear 152 when the second gear 152 rotates in the encoder 1. In the encoder 1, the second sensor 142 acquires a change in magnetism from the second magnet 162 fixed to the surface of the second gear 152 on the substrate 120 side in the axial direction and converts it into an electric signal. The second magnet 162 is attached to the surface of the second gear 152 on the substrate 120 side in the axial direction, on the inner side of the point P on the pitch circle shown in FIG. 21, that is, to a point P1 that is a predetermined distance c away from the center of the second gear 152. As shown in FIG. 22, the trajectory of the point P1 of the second magnet 162 also draws a hypocycloid curve HC1, similar to the trajectory of the point P shown in FIG. 21. The point P1(x, y) is expressed by the following equations (15) and (16). In formulas (15) and (16), the radius of the pitch circle of the first gear 151 is a, the radius of the pitch circle of the second gear 152 is b, and the distance from the center of the second gear 152 is c. Depending on the position of the detection reference of the magnet specified by the magnetic sensor used, it is possible to appropriately select whether to use the locus of point P or the locus of point P1.
ここからは、第２のマグネット１６２の点Ｐ１を例に説明する。エンコーダ１は、第２のマグネット１６２からの磁気の変化を取得して第２のセンサ１４２により変換された電気信号を用いて第２のギア１５２の回転角度θsensor2を算出する。上述したように、第２のマグネット１６２の点Ｐ１は、ハイポサイクロイド曲線ＨＣ１を描いて第１のギア１５１の内周側を移動する。つまり、第２のマグネット１６２の点Ｐ１の軌跡は、第２のギア１５２が真円運動で回転する場合とは異なる軌跡を描く。このため、エンコーダ１では、第２のギア１５２の回転角度θsensor2をそのままエンコーダとして回転軸１３０の角度算出に用いることができないため、真円運動の場合の回転角度に補正する必要が生じる。
From here on, the point P1 of the second magnet 162 will be described as an example. The encoder 1 acquires the change in magnetism from the second magnet 162 and calculates the rotation angle θ sensor2 of the second gear 152 using the electric signal converted by the second sensor 142. As described above, the point P1 of the second magnet 162 moves on the inner periphery side of the first gear 151 while drawing a hypocycloid curve HC1. That is, the trajectory of the point P1 of the second magnet 162 draws a trajectory different from that in the case where the second gear 152 rotates in a perfect circular motion. For this reason, in the encoder 1, the rotation angle θ sensor2 of the second gear 152 cannot be used as an encoder as it is to calculate the angle of the rotating shaft 130, and therefore it is necessary to correct it to the rotation angle in the case of a perfect circular motion.
図２３は、エンコーダ１における第２のギア１５２の基準角度と検出角度とを示すグラフである。図２３において、横軸が主軸の回転角度θ（ｄｅｇ）を示し、縦軸が第２のギア１５２の回転角度θsensor2（ｄｅｇ）を示す。また、図２３において、補正前の第２のギア１５２の回転角度θsensor2を実線で示し、第２のギア１５２の点Ｐ１が回転軸１３０の中心に対して真円運動を行う場合の角度（以下「基準角度θref」という。）を破線で示す。
Fig. 23 is a graph showing the reference angle and detection angle of the second gear 152 in the encoder 1. In Fig. 23, the horizontal axis represents the rotation angle θ (deg) of the main shaft, and the vertical axis represents the rotation angle θ sensor2 (deg) of the second gear 152. In Fig. 23, the rotation angle θ sensor2 of the second gear 152 before correction is shown by a solid line, and the angle when point P1 of the second gear 152 performs a perfect circular motion about the center of the rotation shaft 130 (hereinafter referred to as "reference angle θ ref ") is shown by a dashed line.
図２４は、エンコーダ１における補正前の第２のギア１５２の回転角度θsensor2に対する角度誤差を示すグラフである。図２４において、横軸が回転軸１３０の回転角度θ（ｄｅｇ）を示し、縦軸が第２のギア１５２の基準角度θrefと補正前の回転角度θsensor2との差（以下「角度誤差θerror」という。）（ｄｅｇ）を示す。
Fig. 24 is a graph showing the angle error with respect to the rotation angle θ sensor2 of the second gear 152 before correction in the encoder 1. In Fig. 24, the horizontal axis shows the rotation angle θ (deg) of the rotating shaft 130, and the vertical axis shows the difference (deg) between the reference angle θ ref of the second gear 152 and the rotation angle θ sensor2 before correction (hereinafter referred to as the "angle error θ error ").
図２３及び図２４に示した、回転軸１３０が１０回転するのに対して第２のギア１５２が１回転する、減速比１０のハイポサイクロイド歯車機構では、第２のギア１５２の点Ｐ１の位置に応じて変化する角度誤差θerrorが生じる。角度誤差θerrorは、基準角度θrefと式（１５），（１６）により求められる点Ｐ１（ｘ，ｙ）とから、以下の式（１７）のように算出することができる。
23 and 24 , in which the second gear 152 rotates once for every 10 rotations of the rotating shaft 130, an angular error θ error occurs that varies depending on the position of point P1 of the second gear 152. The angular error θ error can be calculated from the reference angle θ ref and point P1(x, y) obtained by equations (15) and (16) as shown in the following equation (17).
角度補正部１７１ｑは、補正前の第２のギア１５２の回転角度θsensor2を、点Ｐ１が半径ｃの円上を真円運動で回転する点である場合の角度として補正する。角度補正部１７１ｑが算出する補正後の第２のギア１５２の回転角度（以下「回転角度θsub」という。）は、補正前の第２のギア１５２の回転角度θsensor2をθsub_detectとすると式（１７）より以下の式（１８）として算出することができる。
The angle correction unit 171q corrects the rotation angle θ sensor2 of the second gear 152 before correction as an angle when the point P1 is a point that rotates in a perfect circular motion on a circle of radius c. The rotation angle of the second gear 152 after correction (hereinafter referred to as "rotation angle θ sub ") calculated by the angle correction unit 171q can be calculated as the following formula (18) from formula (17), where the rotation angle θ sensor2 of the second gear 152 before correction is θ sub_detect .
図２５は、エンコーダ１における補正後の第２のギア１５２の回転角度θsubを示すグラフである。図２５において、横軸が回転軸１３０の回転角度θ（ｄｅｇ）を示し、縦軸が第２のギア１５２の補正後の回転角度θsubを示す。図２５に示すように、角度補正部１７１ｑは、第２のセンサ１４２から取得した補正前の第２のギア１５２の回転角度θsub_detectから角度誤差θerrorを除いた回転角度θsubに補正することができる。
Fig. 25 is a graph showing the corrected rotation angle θ sub of the second gear 152 in the encoder 1. In Fig. 25, the horizontal axis shows the rotation angle θ (deg) of the rotating shaft 130, and the vertical axis shows the corrected rotation angle θ sub of the second gear 152. As shown in Fig. 25, the angle correction unit 171q can correct the rotation angle θ sub to a rotation angle θ sub obtained by removing the angle error θ error from the uncorrected rotation angle θ sub_detect of the second gear 152 acquired from the second sensor 142.
図２６は、エンコーダ１における角度補正部１７１ｑによる処理を示すフローチャートである。図２６に示すフローチャートを参照して、以上説明した角度補正部１７１ｑによる処理を説明する。
Figure 26 is a flowchart showing the processing by the angle correction unit 171q in the encoder 1. The processing by the angle correction unit 171q described above will be explained with reference to the flowchart shown in Figure 26.
角度補正部１７１ｑは、第２のセンサ１４２から取得した電気信号に応じてθsensor2を取得する（ステップＳ１０１）。
The angle correction unit 171q acquires θ sensor2 in response to the electrical signal acquired from the second sensor 142 (step S101).
角度補正部１７１ｑは、基準角度θrefを取得する（ステップＳ１０２）。基準角度θrefは、例えば、主軸１３０に取り付けたマグネット１６１に対する第１のセンサ１４１のインクリメンタル値として検出した回転回数Ｔｍ´と、回転軸１３０の回転角度θsensor1から以下の式（１９）で求められる。
The angle correction unit 171q obtains a reference angle θ ref (step S102). The reference angle θ ref can be calculated, for example, by the following formula (19) using the number of rotations Tm′ detected as an incremental value of the first sensor 141 for the magnet 161 attached to the main shaft 130 and the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 130.
また、角度補正部１７１ｑは、主軸１３０の回転角度を検出する別の回転検出手段から求めた値を基準角度θrefとして求めてもよい。
Moreover, the angle correction unit 171q may obtain a value obtained from another rotation detection means that detects the rotation angle of the main shaft 130 as the reference angle θ ref .
角度補正部１７１ｑは、式（１７）と基準角度θrefを用いて角度誤差θerrorを算出する（ステップＳ１０３）。
The angle correction unit 171q calculates the angle error θ error using equation (17) and the reference angle θ ref (step S103).
角度補正部１７１ｑは、補正前の第２のギア１５２の回転角度θsensor2と角度誤差θerrorとから、式（１８）を用いて補正後の第２のギア１５２の回転角度θsubを算出する（ステップＳ１０４）。なお、角度補正部１７１ｑは、例えば、記憶部１７１ｂの角度誤差テーブル１７１ｂ２に記憶されている角度誤差θerrorを特定してもよい。
The angle correction unit 171q calculates the corrected rotation angle θ sub of the second gear 152 from the rotation angle θ sensor2 of the second gear 152 before correction and the angular error θ error by using the formula (18) (step S104). Note that the angle correction unit 171q may specify the angular error θ error stored in, for example, the angular error table 171b2 of the storage unit 171b.
角度補正部１７１ｑは、算出した補正後の第２のギア１５２の回転角度θsubを角度情報生成部１７１ｐに出力する（ステップＳ１０５）。
The angle corrector 171q outputs the calculated corrected rotation angle θ sub of the second gear 152 to the angle information generator 171p (step S105).
角度情報生成部１７１ｐは、回転軸センサとしての第１のセンサ１４１から回転軸１３０の回転角度θsensor1を取得する。また、角度情報生成部１７１ｐは、角度補正部１７１ｑから第２のギア１５２の補正後の回転角度θsubを取得する。角度情報生成部１７１ｐは、上述した式（３）に基づいて回転回数Ｔｍを算出するとともに、回転軸１３０の回転角度θsensor1及び第２のギア１５２の補正後の回転角度θsubを用いて、上述した式（４）に基づいて、回転軸１３０の回転回数を考慮した回転軸１３０の回転角度θを算出する。回転角度θは、回転軸１３０の複数回の回転にわたって回転した角度の総和である。角度情報生成部１７１ｐは、算出した回転軸１３０の回転回数を考慮した回転軸１３０の回転角度θを、モータなどを制御する外部機器に出力する。
The angle information generating unit 171p acquires the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 130 from the first sensor 141 as a rotating shaft sensor. The angle information generating unit 171p also acquires the corrected rotation angle θ sub of the second gear 152 from the angle correcting unit 171q. The angle information generating unit 171p calculates the number of rotations Tm based on the above-mentioned formula (3), and calculates the rotation angle θ of the rotating shaft 130 taking into account the number of rotations of the rotating shaft 130 based on the above-mentioned formula (4) using the rotation angle θ sensor1 of the rotating shaft 130 and the corrected rotation angle θ sub of the second gear 152. The rotation angle θ is the sum of the angles of the rotating shaft 130 rotated over a plurality of rotations. The angle information generating unit 171p outputs the calculated rotation angle θ of the rotating shaft 130 taking into account the number of rotations of the rotating shaft 130 to an external device that controls a motor or the like.
従って、回転角度算出プログラムが実行される算出部１７０により、角度補正部１７１ｑが実現されているエンコーダ１によれば、第２のギア１５２の回転角度θsubを真円運動に補正することができる。このため、エンコーダ１によれば、回転軸１３０の回転角度θを算出することができる。
Therefore, according to the encoder 1 in which the angle correction unit 171q is realized by the calculation unit 170 in which the rotation angle calculation program is executed, the rotation angle θ sub of the second gear 152 can be corrected to a perfect circular motion. Therefore, according to the encoder 1, the rotation angle θ of the rotating shaft 130 can be calculated.
また、角度補正部１７１ｑによる処理は、エンコーダ１を、モータなどの回転軸１３０の絶対的な位置又は角度を検出するアブソリュートエンコーダとして適用する場合に有効である。
The processing by the angle correction unit 171q is also effective when the encoder 1 is used as an absolute encoder that detects the absolute position or angle of a rotating shaft 130 of a motor or the like.
また、角度補正部１７１ｑによる処理は、ハイポサイクロイド歯車機構を有するエンコーダ１,３，４に限らず、例えば、エンコーダ１Ｂのように外歯歯車のピッチ円周上の点が真円運動しない歯車機構を用いる場合にも、真円運動に補正した回転角度θを算出することができる。
In addition, the processing by the angle correction unit 171q is not limited to the encoders 1, 3, and 4 that have hypocycloid gear mechanisms. For example, even when using a gear mechanism in which a point on the pitch circumference of the external gear does not perform a perfect circular motion, such as encoder 1B, it is possible to calculate a rotation angle θ corrected to a perfect circular motion.
その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のエンコーダを適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
In addition, a person skilled in the art may modify the encoder of the present invention as appropriate in accordance with conventionally known knowledge. As long as the configuration of the present invention is still achieved even after such modifications, it is of course within the scope of the present invention.
例えば、各実施形態において示した歯車機構の減速比、歯車の歯数などは例示であり、本発明のエンコーダにおいて歯車機構の減速比、歯車の歯数などは様々な組み合わせを採用し得る。
For example, the reduction ratios and the number of teeth of the gear mechanisms shown in each embodiment are merely examples, and various combinations of reduction ratios and the number of teeth of the gear mechanisms can be used in the encoder of the present invention.
