JP6430800B2

JP6430800B2 - 機械式エンコーダとアクチュエータ

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Publication number: JP6430800B2
Application number: JP2014243636A
Authority: JP
Inventors: 学海赤川
Original assignee: IAI Corp
Current assignee: IAI Corp
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: JP2016109431A

Description

本発明は、例えば、産業用ロボットに用いられる機械式エンコーダとアクチュエータに係り、特に、主動歯車及び従動歯車をコンパクト化することで、上記主動歯車及び上記従動歯車を回転させるために必要な力を小さくすることができ、且つ、設計の自由度を高めることができるように工夫したものに関する。

従来の機械式エンコーダの構成を開示するものとして、例えば、特許文献１がある。この特許文献１に記載された回転角度検出装置には、外周部にギヤを有する主回転体と、外周部にギヤを有すると共に内部に磁石を埋設された第１の検出用回転体と、同じく外周部にギヤを有すると共に内部に磁石を埋設された第２の検出用回転体とがある。上記主回転体のギヤは上記第１の検出用回転体のギヤと噛合されており、上記第１の検出用回転体のギヤは上記第２の検出用回転体のギヤと噛合されている。

また、上記回転角度検出装置には回路基板が設置されている。この回路基板上には、上記第１の検出用回転体の回転角度を検出する第１のＡＭＲ（ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＭａｇｎｅｔＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子と、上記第２の検出用回転体の回転角度を検出する第２のＡＭＲ（ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＭａｇｎｅｔＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子や、その他の電子部品が実装されている。

上記第１のＡＭＲ素子及び上記第２のＡＭＲ素子は、上記第１の検出用回転体及び上記第２の検出用回転体が回転された際の、上記第１の検出用回転体及び上記第２の検出用回転体内の上記磁石による磁場の変化により、上記第１の検出用回転体及び上記第２の検出用回転体の回転角度を検出するものである。

そして、上記第１の検出用回転体の回転角度と上記第２の検出用回転体の回転角度から、上記主回転体の多回転角度を求めるようになっている。

また、上記第１の検出用回転体の上記磁石の外周側には、リング状の強磁性体が設置されており、同様に、上記第２の検出用回転体の上記磁石の外周側にも、リング状の強磁性体が設置されている。これらリング状の強磁性体により、上記第１の検出用回転体の上記磁石による磁場と上記第１の検出用回転体の上記磁石による磁場との干渉を防止し、上記第１のＡＭＲ素子による上記第１の検出用回転体の回転角度の検出や上記第２のＡＭＲ素子による上記第２の検出用回転体の回転角度の検出の精度を向上させている。

また、特許文献１には、リング状の強磁性体が回路基板の第１のＡＭＲ素子及び第２のＡＭＲ素子の外周側にそれぞれ固定されているタイプも記載されている。

特開２００４−２７１４２７号公報

上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、特許文献１に記載された回転角度検出装置では、リング状の強磁性体が第１の検出用回転体や第２の検出用回転体に設置されているため、上記第１の検出用回転体や第２の検出用回転体に上記リング状の強磁性体を設置するための部位を設けなければならず、その分だけ上記第１の検出用回転体や第２の検出用回転体が大きくなってしまい、上記第１の検出用回転体や上記第２の検出用回転体を回転させるのに必要な力が増大してしまうという問題があった。
また、リング状の強磁性体を回路基板側に設置するものは、上記回路基板上の電子部品のレイアウトが制限され、設計の自由度が低下してしまうという問題があった。

本発明は、このような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、主動歯車及び従動歯車をコンパクト化することで、上記主動歯車及び上記従動歯車を回転させるために必要な力を小さくすることができ、且つ、設計の自由度を高めることができる機械式エンコーダとアクチュエータを提供することにある。

上記課題を解決するべく本願発明の請求項１による機械式エンコーダは、ケースと、上記ケース内に回転可能に内装された主動歯車と、上記ケース内に回転可能に内装され上記主動歯車に噛合される複数の従動歯車と、上記主動歯車と上記従動歯車のそれぞれの同じ側に固着された永久磁石と、上記永久磁石と対向するように配置され上記ケースに固定された基板と、上記基板上に上記永久磁石と対向するように設けられ上記主動歯車及び上記従動歯車のそれぞれの回転に対応して磁場の変化を検出するセンサと、上記ケースに上記基板と対向するように設置され上記主動歯車及び上記従動歯車の上記永久磁石のそれぞれを遮蔽する磁気干渉防止用磁性体と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項２による機械式エンコーダは、請求項１記載の機械式エンコーダにおいて、上記磁気干渉防止用磁性体は上記主動歯車及び上記従動歯車の上記永久磁石のそれぞれに対応するように設置されたリング状の部材であることを特徴とするものである。
又、請求項３による機械式エンコーダは、請求項１又は請求項２記載の機械式エンコーダにおいて、上記従動歯車の両端が回転可能に支持されることを特徴とするものである。
又、請求項４による機械式エンコーダによると、請求項１〜請求項３の何れかに記載の機械式エンコーダにおいて、上記ケースは２つの部材から構成されることを特徴とするものである。
又、請求項５によるアクチュエータは、請求項１〜請求項４の何れかに記載の機械式エンコーダが設置されていることを特徴とするものである。

以上述べたように本願発明の請求項１の機械式エンコーダによると、ケースと、上記ケース内に回転可能に内装された主動歯車と、上記ケース内に回転可能に内装され上記主動歯車に噛合される複数の従動歯車と、上記主動歯車と上記従動歯車のそれぞれに固着された永久磁石と、上記ケースに固定された基板と、上記基板上に設けられ上記主動歯車及び上記従動歯車のそれぞれの回転に対応して磁場の変化を検出するセンサと、上記ケースに設置され上記主動歯車及び上記従動歯車の上記永久磁石のそれぞれを遮蔽する磁気干渉防止用磁性体と、を具備していて、上記主動歯車及び上記従動歯車に上記磁気干渉防止用磁性体を設置していないので上記主動歯車及び上記従動歯車をコンパクト化することができ、これにより、上記主動歯車及び上記従動歯車を回転させるために必要な力を小さくすることができる。
また、上記基板上にも上記磁気干渉防止用磁性体を設置していないので、上記基板上の、例えば、電子部品のレイアウトが制限されることがなく、設計の自由度を高くすることができる。
又、請求項２による機械式エンコーダによると、請求項１記載の機械式エンコーダにおいて、上記磁気干渉防止用磁性体は上記主動歯車及び上記従動歯車の上記永久磁石のそれぞれに対応するように設置されたリング状の部材であるため、個々の上記センサにおける磁気の干渉を効果的に防止できる。
又、請求項３による機械式エンコーダによると、請求項１又は請求項２記載の機械式エンコーダにおいて、上記従動歯車の両端が回転可能に支持されるため、上記従動歯車を安定して回転させることができる。
又、請求項４による機械式エンコーダによると、請求項１〜請求項３の何れかに記載の機械式エンコーダにおいて、上記ケースは２つの部材から構成されるため、組立が容易である。
又、請求項５によるアクチュエータによると、請求項１〜請求項４の何れかに記載の機械式エンコーダが設置されているため、上記主動歯車及び上記従動歯車のコンパクト化により、上記主動歯車及び上記従動歯車を回転させるために必要な力を小さくすることができる。

本発明の一実施の形態を示す図で、アクチュエータを表側であって後端側から視た斜視図である。本発明の一実施の形態を示す図で、アクチュエータを裏側であって後端側から視た斜視図である。本発明の一実施の形態を示す図で、モータカバを外した状態でアクチュエータの後端部を後端側から視た分解斜視図である。本発明の一実施の形態を示す図で、アクチュエータに用いられる機械式エンコーダを先端側から視た斜視図である。本発明の一実施の形態を示す図で、アクチュエータに用いられる機械式エンコーダを後端側から視た分解斜視図である。本発明の一実施の形態を示す図で、図３のＶＩ−ＶＩ断面図である。本発明の一実施の形態を示す図で、図３のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。本発明の一実施の形態を示す図で、機械式エンコーダの機能ブロック図である。本発明の一実施の形態を示す図で、図９（ａ）は機械式エンコーダの主動歯車、第１従動歯車、及び、第２従動歯車の回転角度の組み合わせの最初の部分を示すグラフ、図９（ｂ）は機械式エンコーダの主動歯車、第１従動歯車、及び、第２従動歯車の回転角度の組み合わせの最後の部分を示すグラフである。

以下、図１乃至図９を参照して本発明の一実施の形態を説明する。
この一実施の形態によるアクチュエータ１は、概略、次のような構成になっている。
まず、図１及び図２に示すように、ハウジング３がある。このハウジング３は、底面側（図２中上側）のベース５と、このベース５の幅方向（図１中左上から右下に向かう方向）両端に設けられたサイドカバ７、７とから構成されている。また、上記ハウジング３の先端（図１中右上端）は端部カバ９によって閉塞されており、上記ハウジング３の後端（図１中左下端）にはモータベース１１が設置されている。
また、上記サイドカバ７、７の図１中上端は相互に離間されており、それにより開口部１３が形成されている。この開口部は、その長さ方向両端（図１中右上端と左下端）を固定されたステンレスシート１５によって閉塞されている。

また、上記ハウジング３には、スライダ２１が、長さ方向（図１中左下から右上に向かう方向）に移動可能に設置されている。このスライダ２１は、上記開口部１３を介して上記ハウジング３外部にその一部を突出させた状態で設置されており、この突出された部分に、図示しない対象物が載置・固定される。また、上記ステンレスシート１５は、上記スライダ２１の内部を貫通している。
また、上記スライダ２１の上記ハウジング３内部側には、図示しないボールねじナットが固着されている。この図示しないボールねじナットの内周面側には螺旋溝が形成されていると共に、上記図示しないボールねじナット内には上記螺旋溝の両端を連通させる転動路が設けられている。
また、上記ハウジング３内には、図示しないボールねじ軸が回転可能に設置されている。このボールねじ軸の外周面には図示しない螺旋溝が形成されており、この図示しない螺旋溝と上記図示しないボールねじナットの螺旋溝との間の空間、及び、上記図示しないボールねじナットの転動路には、複数のボールが転動・循環している。

図１に示すように、上記モータベース１１の後端側（図１中左下側）にはモータカバ２５（図１、図２中仮想線で示す。）が設置されている。また、このモータカバ２５の内部には、上記モータベース１１に固定されたモータ２７が設置されている。このモータ２７は、外側のモータケース２９と、このモータケース２９の内側に固着された図示しないステータと、この図示しないステータの内側に回転可能に設置されたロータ（図示せず）と、このロータの中心に固着された出力軸３１（図３に示す）とから構成されている。
上記モータ２７の出力軸３１の先端側（図１中右上端側）は、前記図示しないボールねじ軸と図示しないカップリングによって連結されている。

上記モータ２７によって上記図示しないボールねじ軸を回転・駆動することにより、上記ボールねじナットを介して上記スライダ２１が長さ方向（図１中左下から右上に向かう方向）両側に移動される。

上記モータ２７の後端側には、機械式エンコーダ４１が設置されている。この機械式エンコーダ４１には、まず、ケース４３がある。このケース４３は、図３乃至図５に示すように、先端側ケース４５と後端側ケース４７とから構成されている。

例えば、図５に示すように、上記先端側ケース４５の中央には、主動歯車収納用貫通孔４９が、ボールねじ軸の軸方向（図５中左下から右上に向かう方向）に沿って延長・形成されている。また、この主動歯車収納用貫通孔４９の両側には、上記後端ケース４７側（図５中左下側）に開口された第１従動歯車支持用凹部５１と第２従動歯車支持用凹部５３が形成されている。
また、上記先端側ケース４５の外周側には、貫通孔５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄが、ボールねじ軸の軸方向（図５中左下から右上に向かう方向）に沿って延長・形成されている。また、上記主動歯車収納用貫通孔４９の近傍には、位置決め用凹部５７、５７が、ボールねじ軸の軸方向（図５中左下から右上に向かう方向）に延長・形成されている。

上記後端側ケース４７には、図６に示すように、歯車収納用凹部６１が形成されている。この歯車収納用凹部６１の後端側（図６中上側）には、主動歯車用貫通孔６３が形成されている。また、上記主動歯車用貫通孔６３の反先端側ケース４５側（図６中上側）は拡径されており、図５に示すように、磁性体取付部６７が形成されている。
また、上記主動歯車用貫通孔６３の図６中右側には、第１従動歯車用貫通孔６９が形成されている。また、上記第１従動歯車用貫通孔６９の反先端側ケース４５側（図６中上側）は拡径されており、図５に示すように、磁性体取付部７３が形成されている。
また、上記主動歯車用貫通孔６３の図６中左側には、第２従動歯車用貫通孔７５が形成されている。また、上記第２従動歯車用貫通孔７５の反先端側ケース４５側（図６中上側）は拡径されており、図５に示すように、磁性体取付部７９が形成されている。

また、図５に示すように、上記後端側ケース４７の後端面（図５中左下側の面）には基板支持部８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄが突出・形成されていて、これら基板支持部８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄには、貫通孔８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８３ｄが形成されている。
また、上記後端側ケース４７には、位置決め用貫通孔８５、８５が形成されている。

図６に示すように、上記後端側ケース４７内の主動歯車用貫通孔６３、歯車収納用凹部６１、及び、上記先端側ケース４５の主動歯車収納用貫通孔４９内には、主動歯車９１が回転可能に収容・配置されている。
図７に示すように、この主動歯車９１には主動歯車本体９２があり、その外周側には歯車部９３が形成されている。また、図６に示すように、上記主動歯車本体９２には、長さ方向（図６中上下方向）に延長された貫通孔９５が形成されている。この貫通孔９５の先端側（図６中下側）は拡径されており、連結用凹部９７が形成されている。また、上記主動歯車本体９２には、上記連結用凹部９７と直交する方向に延長され、上記連結用凹部９７と上記主動歯車本体９２の外周側に開口された出力軸固定用雌ネジ部９９が形成されている。
前記したモータ２７の出力軸３１は上記連結用凹部９７に挿入されており、上記出力軸３１は、上記出力軸固定用雌ネジ部９９に螺合される固定用ネジ１０１によって上記主動歯車９１に連結・固定される。
また、図６に示すように、上記主動歯車本体９２には、Ｏリング１００が設置されており、上記歯車部９３側（図６中上側）からモータ２７側（図６中下側）への潤滑油の漏れを防止している。

また、上記貫通孔９５の後端側（図６中上側）は縮径された支持軸取付部１０２となっており、この支持軸取付部１０２内に主動歯車支持軸１０３が圧入されている。上記後端側ケース４７の主動歯車用貫通孔６３の図６中下端側には軸受１０５が設置されており、この軸受１０５によって上記主動歯車支持軸１０３を介して上記主動歯車９１が回転可能に支持されている。
なお、上記軸受１０５は、上記主動歯車用貫通孔６３内に圧入された外輪１０７と、この外輪１０７の内側に設置され上記主動歯車支持軸１０３が圧入される内輪１０９と、上記外輪１０７と上記内輪１０９との間に転動可能に設置された複数のボール１１１と、これらボール１１１を保持するリテイナ１１３とから構成されている。

また、上記主動歯車支持軸１０３の先端には主動歯車用永久磁石１１５が固着されている。また、既に述べた上記後端側ケース４７の磁性体取付部６７には、リング状の主動歯車用磁気干渉防止用磁性体１１７が設置されている。

上記ケース４３内の、歯車収納用凹部６１の図６中右側には、第１従動歯車１２１が回転可能に収容・配置されている。
図７に示すように、この第１従動歯車１２１には第１従動歯車本体１２２があり、その外周側には歯車部１２３が形成されている。この歯車部１２３は上記主動歯車９１の歯車部９３と噛合されている。

上記第１従動歯車本体１２２には図６中上下方向に延長された支持軸取付用貫通孔１２５が形成されており、この支持軸取付用貫通孔１２５には、第１従動歯車支持軸１２７が圧入されている。
既に述べた先端側ケース４５の第１従動歯車支持用凹部５１には、軸受１２９が設置されており、上記後端側ケース４７の第１従動歯車用貫通孔６９の図６中下端側にも軸受１３１が設置されている。これら軸受１２９、１３１によって、上記第１従動歯車１２１が上記第１従動歯車支持軸１２７を介して回転可能に支持されている。
なお、上記軸受１２９も、既に述べた軸受１０５と同様に上記第１従動歯車支持用凹部５１内に圧入される外輪１３３、上記第１従動歯車１２１の第１従動歯車支持軸１２７が圧入される内輪１３５、複数のボール１３７、リテイナ１３９とから構成されている。また、上記軸受１３１も、同様に上記第１従動歯車用貫通孔６９内に圧入される外輪１４１、上記第１従動歯車１２１の第１従動歯車支持軸１２７が圧入される内輪１４３、複数のボール１４５、リテイナ１４７とから構成されている。

また、上記第１従動歯車１２１の第１従動歯車支持部軸１２７の先端には第１従動歯車用永久磁石１４９が固着されている。また、上記後端側ケース４７の磁性体取付部７３には、リング状の第１従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１５１が設置されている。

上記ケース４３内の、歯車収納用凹部６１の図６中左側には、第２従動歯車１６１が回転可能に収容・配置されている。
図７に示すように、この第２従動歯車１６１には第２従動歯車本体１６２があり、その外周側には歯車部１６３が形成されている。この歯車部１６３は上記主動歯車９１の歯車部９３と噛合されている。

上記第２従動歯車本体１６２には図６中上下方向に延長された支持軸取付用貫通孔１６５が形成されており、この支持軸取付用貫通孔１６５には、第２従動歯車支持軸１６７が圧入されている。
既に述べた先端側ケース４５の第２従動歯車支持用凹部５３には、軸受１６９が設置されており、上記後端側ケース４７の第２従動歯車用貫通孔７５の図６中下端側にも軸受１７１が設置されている。これら軸受１６９、１７１によって、上記第２従動歯車１６１が上記第２従動歯車支持軸１６７を介して回転可能に支持されている。
なお、上記軸受１６９も、既に述べた軸受１０５と同様に上記第２従動歯車支持用凹部５３内に圧入される外輪１７３、上記第２従動歯車１６１の第２従動歯車支持軸１６７が圧入される内輪１７５、複数のボール１７７、リテイナ１７９とから構成されている。また、上記軸受１７１も、同様に上記第２従動歯車用貫通孔７５内に圧入される外輪１８１、上記第２従動歯車１６１の第２従動歯車支持軸１６７が圧入される内輪１８３、複数のボール１８５、リテイナ１８７とから構成されている。

また、上記第２従動歯車１６１の第２従動歯車支持軸１６７の先端には第２従動歯車用永久磁石１８９が固着されている。また、上記後端側ケース４７の磁性体取付部７９には、リング状の第２従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１９１が設置されている。

また、上記後端側ケース４７の基板支持部８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄの後端側の面（図６中上側）には基板２０１が設置されている。図６に示すように、上記基板２０１の後端側ケース４７側（図６中下側）の面には、上記主動歯車９１の永久磁石１１５に対応した磁気センサ２０３と、上記第１従動歯車１２１の永久磁石１４９に対応した磁気センサ２０５と、上記第２従動歯車１６１の永久磁石１８９に対応した磁気センサ２０７が実装されている。
そして、上記磁気センサ２０３によって上記主動歯車９１とともに上記永久磁石１１５が回転されることによる磁場の変化から上記主動歯車９１の回転角度を検出する。また、上記磁気センサ２０５によって上記第１従動歯車１２１とともに上記永久磁石１４９が回転されることによる磁場の変化から上記第１従動歯車１２１の回転角度を検出する。また、上記磁気センサ２０７によって上記第２従動歯車１６１とともに上記永久磁石１８９が回転されることによる磁場の変化から上記第２従動歯車１６１の回転角度を検出する。

また、上記基板２０１には、図８に示すように、ＣＰＵ２０４と、通信素子２０６も実装されている。上記ＣＰＵ２０４は、後述するように、上記磁気センサ２０５によって検出された上記第１従動歯車１２１の回転角度と上記磁気センサ２０７によって検出された上記第２従動歯車１６１の回転角度から、上記主動歯車９１の回転数を求める処理を行う。上記通信素子２０６は、外部に設置されたアクチュエータ１のコントローラ２０８と上記ＣＰＵ２０４との間の通信を行うものである。この通信素子２０６を介して、上記ＣＰＵ２０４から上記コントローラ２０８には、主動歯車９１の回転数を示す信号と、磁気センサ２０３により検出された上記主動歯車９１の回転角度を示す信号が出力される。コントローラ２０８では、入力した信号、すなわち、主動歯車９１の回転数を示す信号と回転角度を示す信号と、図示しないボールねじ軸の螺旋溝のピッチから、上記スライダ２１の絶対位置を算出する。また、上記コントローラ２０８からは、上記主動歯車９１の回転数や回転角度の出力を指示するコマンド信号が出力され、このコマンド信号は上記通信素子２０６を介して上記ＣＰＵ２０４に入力される。

また、上記基板２０１には、コネクタ２０９が実装されている。このコネクタ２０９には、図示しないケーブルが接続され、この図示しないケーブルを介して、前記したような上記ＣＰＵ２０４と上記コントローラ２０８との間の信号の入出力が行われる。また、上記基板２０１には、その他にも、図示しない電子部品が実装されている。

ここで、上記主動歯車９１の回転角度、上記第１従動歯車１２１の回転角度、及び、上記第２従動歯車１６１の回転角度による、スライダ２１の絶対位置の算出について説明する。
上記スライダ２１は、既に述べたように、モータ２７による図示しないボールねじ軸の回転によって移動される。よって、上記主動歯車９１の回転数と回転角度と、上記図示しないボールねじ軸の螺旋溝のピッチから、上記スライダ２１の絶対位置が算出される。

まず、上記主動歯車９１の回転数の算出は、上記第１従動歯車１２１の回転角度と上記第２従動歯車１６１の回転角度を用いて行う。
上記主動歯車９１の歯車部９３の歯数（Ｎ_０）と上記第１従動歯車１２１の歯車部１２３の歯数（Ｎ_１）と上記第２従動歯車１６１の歯車部１６３の歯数（Ｎ_２）はそれぞれ異なっており、互に素となるように設定されている。すなわち、上記主動歯車９１の歯車部９３の歯数（Ｎ_０）と上記第１従動歯車１２１の歯車部１２３の歯数（Ｎ_１）と上記第２従動歯車１６１の歯車部１６３の歯数（Ｎ_２）は、上記主動歯車９１の歯車部９３の回転角度に対する上記第１従動歯車１２１の回転角度と上記第２従動歯車１６１の回転角度の組み合わせの数が最大となり、且つ、アクチュエータ１上におけるスライダ２１の絶対位置を算出するのに必要な歯数となるように設定されている。
ちなみに、この一実施の形態の場合は、上記主動歯車９１の歯車部９３の歯数（Ｎ_０）は２５、上記第１従動歯車１２１の歯車部１２３の歯数（Ｎ_１）は２４、上記第２従動歯車１６１の歯車部１６３の歯数（Ｎ_２）は２３に設定されている。

なお、上記主動歯車９１の歯車部９３の回転角度に対する上記第１従動歯車１２１の回転角度と上記第２従動歯車１６１の回転角度の組み合わせの数によって算出できるスライダ２１の絶対位置の最大値が決定され、上記組み合わせの数が大きいほど算出できる上記スライダ２１の絶対位置は大きくなる。すなわち、アクチュエータ１の長さ（図１中右上から左下に向かう方向の大きさ）によって算出すべき上記スライダ２１の絶対位置の最大値が決定されるため、上記主動歯車９１の歯車部９３の歯数（Ｎ_０）と上記第１従動歯車１２１の歯車部１２３の歯数（Ｎ_１）と上記第２従動歯車１６１の歯車部１６３の歯数（Ｎ_２）は上記アクチュエータ１の長さに応じて設定される。

そして、上記主動歯車９１、第１従動歯車１２１、第２従動歯車１６１の回転角度には次のような関係がある。
前述したように、上記主動歯車９１の歯車部９３の歯数（Ｎ_０）と上記第１従動歯車１２１の歯車部１２３の歯数（Ｎ_１）と上記第２従動歯車１６１の歯車部１６３の歯数（Ｎ_２）はそれぞれ異なっており、互に素となるように設定されているため、上記主動歯車９１を回転させていくと、第１従動歯車１２１、及び、第２従動歯車１６１の回転角度は、図９のグラフに示すように変化していく。
なお、図９（ａ）、（ｂ）は、横軸に主導歯車９１、第１従動歯車１２１、第２従動歯車１６１の回転数をとり、縦軸に主動歯車９１、第１従動歯車１２１、第２従動歯車１６１の回転角度を取り、その変化を示した図である。図９（ａ）は最初の部分を示しており、図９（ｂ）は最後の部分を示している。

図９（ａ）に示すように、初期状態においては、上記主動歯車９１、上記第１従動歯車１２１、及び、上記第２従動歯車１６１の回転角度は一致している。この初期状態とは、スライダ２１が最も後方側（図１中左下側）に移動した状態である。また、上記初期状態の上記スライダ２１の位置を原点、すなわち、上記スライダ２１の絶対位置ひいては上記図示しないボールねじ軸の回転数が「０」である位置とする。
まず、この初期状態から上記主動歯車９１を正転させて上記スライダ２１を前進（図１中右上側）させる場合を想定する。上記主動歯車９１が回転されると上記第１従動歯車１２１及び第２従動歯車１６１も回転されるが、上記主動歯車９１の回転角度に対して、上記第１従動歯車１２１の回転角度がずれる。また、このとき、上記第２従動歯車１６１の回転角度は、上記主動歯車９１の回転角度と上記第１従動歯車１２１の回転角度の両方に対してずれている。

そして、上記主動歯車９１を回転させていくと、上記主動歯車９１の回転角度と上記第１従動歯車１２１や上記第２従動歯車１６１の回転角度とのずれは、図９（ａ）に示すように、大きくなっていく。
そして、ある時点で上記主動歯車９１の回転角度と上記第１従動歯車１２１や上記第２従動歯車１６１の回転角度とのずれが最大となり、それ以降は、図９（ｂ）に示すように、上記主動歯車９１の回転角度と上記第１従動歯車１２１や上記第２従動歯車１６１の回転角度とのずれが小さくなっていき、上記主動歯車９１、上記第１従動歯車１２１、及び、上記第２従動歯車１６１の回転角度が再び一致して、初期状態に戻る。

また、このように上記主動歯車９１、第１従動歯車１２１、第２従動歯車１６１の回転角度が変化する間においては、上記主動歯車９１、第１従動歯車１２１、第２従動歯車１６１の回転角度の組み合わせが一致することはない。
よって、上記第１従動歯車１２１の回転角度と上記第２従動歯車１６１の回転角度の組み合わせから、上記主動歯車９１の回転数ひいては図示しないボールねじ軸の回転数を求めることができる。
また、求めることができる上記主動歯車９１の回転数、すなわち、上記主動歯車９１の回転数に対応する第１従動歯車１２１、第２従動歯車１６１の回転角度の組み合わせの数（ｎ）は、次の式（Ｉ）により算出される。
ｎ＝Ｎ_１×Ｎ_２＝２４×２３＝５５２ ―――（Ｉ）
但し、
ｎ：主動歯車９１の回転数に対応する第１従動歯車１２１、第２従動歯車１
６１の回転角度の組み合わせの数
Ｎ_１：第１従動歯車１２１の歯車部１２３の歯数
Ｎ_２：第２従動歯車１６１の歯車部１６３の歯数

また、上記第１従動歯車１２１の回転角度と上記第２従動歯車１６１の回転角度の組み合わせから主動歯車９１の回転数を求め、且つ、既に説明した磁気センサ２０３から得られた上記主動歯車９１の回転角度を求める。それによって、図示しないボールねじ軸の回転数と回転角度を求め、それにボールねじ軸の螺旋溝のピッチを乗算することにより、スライダ２１の絶対位置が算出される。
この一実施の形態の場合は、上記スライダ２１が原点にある状態から、上記図示しないボールねじ軸が５５２回転して上記スライダ２１が前進した位置までの範囲で、上記スライダ２１の絶対位置を求めることが可能である。

また、既に述べた、主動歯車用磁気干渉防止用磁性体１１７、第１従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１５１、及び、第２従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１９１は、図６に示すように、上記基板２０１側に突出されている。この主動歯車用磁気干渉防止用磁性体１１７、第１従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１５１、及び、第２従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１９１が突出される高さは、上記磁気センサ２０３、２０５、２０７に、対応する磁石１１５、１４９、１８９以外からの磁気の干渉がなく、且つ、上記基板２０１上に実装された上記磁気センサ２０３、２０５、２０７、ＣＰＵ２０４、通信素子２０６や図示しない電子部品と上記主動歯車用磁気干渉防止用磁性体１１７、第１従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１５１、及び、第２従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１９１とが接触しないように設定されている。
また、図３に示すように、上記基板２０１の後端側の面（図３中左下側の面）には、板状のカバ２０２が、例えば、両面テープによって接着されている。

また、図５に示すように、上記基板２０１には、取付用貫通孔２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄが形成されている。
上記先端側ケース４５、上記後端側ケース４７、及び、上記基板２０１は、上記先端側ケース４５の貫通孔５５ａ及び上記後端側ケース４７の貫通孔８３ａにボルト２１３ａを貫通させ、このボルト２１３ａを上記取付用貫通孔２１１ａに内装されたナット２１５ａに螺合させるとともに、上記先端側ケース４５の貫通孔５５ｄ及び上記後端側ケース４７の貫通孔８３ｄにボルト２１３ｂを貫通させ、このボルト２１３ｂを上記取付用貫通孔２１１ｄに内装されたナット２１５ｂに螺合させることによって、締結・固定されている。

また、上記基板２０１には、位置決め用貫通孔２１２、２１２が形成されている。上記先端側ケース４５、上記後端側ケース４７、及び、上記基板２０１は、上記先端側ケース４５の位置決め用凹部５７、５７と、上記後端側ケース４７に形成された位置決め用貫通孔８５、８５、及び、上記基板２０１の位置決め用貫通孔２１２、２１２に挿入される位置決めピン２１８、２１８によって位置決めされている。

また、上記機械式エンコーダ４１は、上記基板２０１の貫通孔２１１ｃ、上記後端側ケース４７の貫通孔８３ｃ、及び、上記先端側ケース４５の貫通孔５５ｃに取付用ボルト２１９ａを貫通させ、既に説明したモータケース２９に形成された雌ネジ部２１７ａに螺合させるとともに、上記基板２０１の貫通孔２１１ｂ、上記後端側ケース４７の貫通孔８３ｂ、及び、上記先端側ケース４５の貫通孔５５ｂに取付用ボルト２１９ｂを貫通させ、上記モータケース２９に形成された雌ネジ部２１７ｂに螺合させることにより、モータ２７に取り付けられる。

次に、この一実施の形態による作用について説明する。
まず、モータ２７の出力軸３１が正転又は逆転されると、図示しないボールねじ軸が正転又は逆転され、上記図示しないボールねじ軸に螺合された図示しないボールねじナットを介してスライダ２１が前進（図１中右上側に移動）又は後退（図１中左下側に移動）される。

また、上記モータ２７の出力軸３１により、機械式エンコーダ４１の主動歯車９１が回転される。上記主動歯車９１には第１従動歯車１２１と第２従動歯車１６１が噛合されている。上記主動歯車９１の歯車部９３の歯数（Ｎ_０）と上記第１従動歯車１２１の歯車部１２３の歯数（Ｎ_１）と上記第２従動歯車１６１の歯車部１６３の歯数（Ｎ_２）はそれぞれ異なっており、互に素となるように設定されているため、上記主動歯車９１を回転させていくと、第１従動歯車１２１、第２従動歯車１６１の回転角度は、図９のグラフに示すように変化していく。

上記主動歯車９１の回転角度は磁気センサ２０３によって検出され、上記第１従動歯車１２１の回転角度は磁気センサ２０５によって検出され、上記第２従動歯車１６１の回転角度は磁気センサ２０７によって検出される。図９のグラフに示されるように、上記第１従動歯車１２１の回転角度と上記第２従動歯車１６１の回転角度の組み合わせから上記主動歯車９１の回転数が求められる。
そして、上記主動歯車９１の回転数と上記主動歯車９１の回転角度、及び、図示しないボールねじ軸の螺旋溝のピッチから、上記スライダ２１の絶対位置を求めることができる。

また、上記機械式エンコーダ４１の後端側ケース４７の磁性体取付部６７には、主動歯車用磁気干渉防止用磁性体１１７が設置されていて、上記主動歯車９１の永久磁石１１５による、磁気センサ２０５、２０７への磁気干渉を防止し、上記第１従動歯車１２１及び上記第２従動歯車１６１の回転角度の検出精度を高めている。
また、上記後端側ケース４７の磁性体取付部７３には、第１従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１５１が設置されていて、上記第１従動歯車１２１の永久磁石１４９による、磁気センサ２０３、２０７への磁気干渉を防止し、上記主動歯車９１及び上記第２従動歯車１６１の回転角度の検出精度を高めている。
また、上記後端側ケース４７の磁性体取付部７９には、第２従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１９１が設置されていて、上記第２従動歯車１６１の永久磁石１８９による、磁気センサ２０３、２０５への磁気干渉を防止し、上記主動歯車９１及び上記第１従動歯車１２１の回転角度の検出精度を高めている。

次に、この一実施の形態による効果について説明する。
まず、主動歯車用磁気干渉防止用磁性体１１７、第１従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１５１、第２従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１９１は、主動歯車９１、第１従動歯車１２１、及び、第２従動歯車１６１ではなく、後端側ケース４７に設置されているので、上記主動歯車９１、上記第１従動歯車１２１、上記第２従動歯車１６１をコンパクト化することができる。これにより、上記主動歯車９１、上記第１従動歯車１２１、上記第２従動歯車１６１を回転させるために必要な力を小さくすることができ、省電力化を図ることができる。
また、基板２０１上に上記主動歯車用磁気干渉防止用磁性体１１７、上記第１従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１５１、上記第２従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１９１を設置していないので、上記基板２０１上の、例えば、電子部品のレイアウトが制限されることはなく、設計の自由度を高くすることができる。

また、上記主動歯車用磁気干渉防止用磁性体１１７、上記第１従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１５１、上記第２従動歯車用磁気干渉防止用磁性体１９１は、それぞれ、個々の磁石１１５、１４９、１８９に対応したリング状であるため、磁気センサ２０３、磁気センサ２０５、及び、磁気センサ２０７への磁気干渉を効果的に防止できる。

また、軸受１２９、１３１によって、上記第１従動歯車１２１の両端側が回転可能に支持されており、軸受１６９、１７１によって、上記第２従動歯車１６１の両端側が回転可能に支持されているため、上記第１従動歯車１２１及び上記第２従動歯車１６１を安定して回転させることができる。

また、機械式エンコーダ４１のケース４３は、先端側ケース４５と後端側ケース４７とから構成されているため、上記ケース４３内部に上記主動歯車９１、上記第１従動歯車１２１、上記第２従動歯車１６１、等が内装された上記機械式エンコーダ４１の組み立てを容易なものとすることができる。

なお、本発明は前記一実施の形態に限定されない。
例えば、主動歯車、第１従動歯車、第２従動歯車の歯数は、互いに素となる組み合わせであれば良く、様々な歯数の組み合わせが考えられる。
また、従動歯車を３つ以上設置する場合も考えられる。この場合も、個々の主動歯車、従動歯車の歯数は、互いに素となるように設定される。
なお、前記一実施の形態の場合には、磁気干渉防止用磁性体を主動歯車、各従動歯車毎に独立して設けたが、例えば、主動歯車、各従動歯車毎に個別に遮蔽はするが、磁気干渉防止用磁性体としては一体に設ける構成も考えられる。
その他、図示した構成はあくまで一例でありそれに限定されるものではない。

本発明は、例えば、産業用ロボットに用いられる機械式エンコーダとアクチュエータに係り、特に、主動歯車及び従動歯車をコンパクト化することで、上記主動歯車及び上記従動歯車を回転させるために必要な力を小さくすることができ、且つ、設計の自由度を高めることができるように工夫したものに関し、例えば、スライダ上に対象物を載置して搬送するアクチュエータに好適である。

１アクチュエータ
４１機械式エンコーダ
４３ケース
４５先端側ケース（ケースを構成する一方の部材）
４７後端側ケース（ケースを構成する他方の部材）
９１主動歯車
１１５主動歯車用永久磁石
１１７主動歯車用磁気干渉防止用磁性体
１２１第１従動歯車
１４９第１従動歯車用永久磁石
１５１第１従動歯車用磁気干渉防止用磁性体
１６１第２従動歯車
１８９第２従動歯車用永久磁石
１９１第２従動歯車用磁気干渉防止用磁性体
２０１基板
２０３磁気センサ
２０５磁気センサ
２０７磁気センサ

Claims

ケースと、
上記ケース内に回転可能に内装された主動歯車と、
上記ケース内に回転可能に内装され上記主動歯車に噛合される複数の従動歯車と、
上記主動歯車と上記従動歯車のそれぞれの同じ側に固着された永久磁石と、
上記永久磁石と対向するように配置され上記ケースに固定された基板と、
上記基板上に上記永久磁石と対向するように設けられ上記主動歯車及び上記従動歯車のそれぞれの回転に対応して磁場の変化を検出するセンサと、
上記ケースに上記基板と対向するように設置され上記主動歯車及び上記従動歯車の上記永久磁石のそれぞれを遮蔽する磁気干渉防止用磁性体と、
を具備したことを特徴とする機械式エンコーダ。
請求項１記載の機械式エンコーダにおいて、
上記磁気干渉防止用磁性体は上記主動歯車及び上記従動歯車の上記永久磁石のそれぞれに対応するように設置されたリング状の部材であることを特徴とする機械式エンコーダ。
請求項１又は請求項２記載の機械式エンコーダにおいて、
上記従動歯車の両端が回転可能に支持されることを特徴とする機械式エンコーダ。
請求項１〜請求項３の何れかに記載の機械式エンコーダにおいて、
上記ケースは２つの部材から構成されることを特徴とする機械式エンコーダ。
請求項１〜請求項４の何れかに記載の機械式エンコーダが設置されていることを特徴とするアクチュエータ。