特開 2024-122759 エンコーダ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024122759

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】エンコーダ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/04 20060101AFI20240902BHJP

   G01D 5/14 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

G01D5/04 C

G01D5/14 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023030479

(22)【出願日】2023-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】小原 崇弘

(72)【発明者】

【氏名】藤村 研介

(72)【発明者】

【氏名】楊 偉紅

(72)【発明者】

【氏名】福永 二三佳

【テーマコード（参考）】

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F077AA28

2F077AA43

2F077CC02

2F077DD05

2F077JJ01

2F077JJ07

2F077JJ23

2F077QQ17

(57)【要約】

【課題】部品点数を削減することが可能なエンコーダを提供する。
【解決手段】エンコーダ１は、回転軸１３０と、回転軸１３０の回転角度を検知する第１のセンサ１４１と、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、内歯１５１ｉｔよりも少ない第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の回転角度を検知する第２のセンサ１４２と、算出部１７０とを備える。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に基づいて、回転軸１３０が回転した回数Ｔｍを算出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸と、
前記回転軸の回転角度を検知する第１のセンサと、
径方向における前記回転軸側に複数の第１の数の内歯を有する固定された第１のギアと、
前記径方向における前記回転軸側とは反対側に前記第１のギアの前記内歯よりも少ない複数の第２の数の外歯を有し、前記回転軸の回転に伴い回転する第２のギアと、
前記第２のギアの回転角度を検知する第２のセンサと、
算出部と
を備え、
前記第１のギアと前記第２のギアとは偏心揺動型減速機であり、
前記算出部は、前記第２のセンサが検知した前記回転角度に基づいて、前記回転軸が回転した回数を算出する、エンコーダ。

【請求項2】

前記回転軸は、前記第２のギアを揺動させるクランク部を含む、請求項１に記載のエンコーダ。

【請求項3】

前記第１のギア及び前記第２のギアはサイクロイド減速機構または波動歯車機構を構成している、請求項２に記載のエンコーダ。

【請求項4】

前記外歯の一部が前記内歯の一部に噛み合う噛合位置は、前記回転軸の回転に伴い前記第１のギアの周方向に沿って順次移動し、
前記噛合位置が前記周方向に沿って一周する際、前記第２のギアは、前記第１の数と前記第２の数との歯数差分、前記周方向に沿って回転する、請求項１から３のいずれか１項に記載のエンコーダ。

【請求項5】

前記回転軸は中空の軸である、請求項１から３のいずれか１項に記載のエンコーダ。

【請求項6】

前記回転軸に固定されるリング状の第１のマグネットを備え、
前記第１のセンサは、前記第１のマグネットから生じる磁気の変化を検出する磁気センサである、請求項１から３のいずれか１項に記載のエンコーダ。

【請求項7】

前記回転軸の軸方向から見る場合に、前記第２のセンサは前記第２のギアに重なっている、請求項１から３のいずれか１項に記載のエンコーダ。

【請求項8】

前記第２のギアの前記軸方向における前記第２のセンサ側の面に固定されるリング状の第２のマグネットを備え、
前記第２のセンサは、前記第２のマグネットから生じる磁気の変化を検出する磁気センサである、請求項７に記載のエンコーダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンコーダに関し、特に、回転軸の回転位置を検出するエンコーダに関する。

【背景技術】

【0002】

上記のようなエンコーダとして、例えば下記特許文献１に記載されたエンコーダが知られている。この特許文献１に記載されたエンコーダは、主軸と、２つの副軸とを含んでいる。特許文献１に記載されたエンコーダでは、主軸及び２つの副軸のそれぞれにセンサが取り付けられている。主軸に取り付けられたセンサは、主軸の回転角度を検出する。２つの副軸に取り付けられた２つのセンサのそれぞれは、対応する副軸の回転角度を検出する。主軸の回転は、複数の平歯車や複数のウォームギアを介して減速されて２つの副軸のそれぞれに伝わる。したがって、２つの副軸のそれぞれに取り付けられたセンサは、主軸の回転に対して減速された副軸の回転角度を検出する。

【0003】

このような特許文献１に記載されたエンコーダによれば、主軸に取り付けられたセンサによって主軸の回転角度を検出できるとともに、主軸の回転に対して減速された副軸の回転角度を検出することにより、主軸（回転軸）が何回転したか（以下、「回転軸の回転回数」と記載する場合がある。）を検出することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１５７６８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に記載されたようなエンコーダにおいては、例えばギアや軸などの部品の点数をより削減したいとの要請がある。

【0006】

そこで、本発明は、部品点数を削減することが可能なエンコーダを提供することを課題の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るエンコーダは、回転軸と、前記回転軸の回転角度を検知する第１のセンサと、径方向における前記回転軸側に複数の第１の数の内歯を有する固定された第１のギアと、前記径方向における前記回転軸側とは反対側に前記第１のギアの前記内歯よりも少ない複数の第２の数の外歯を有し、前記回転軸の回転に伴い回転する第２のギアと、前記第２のギアの回転角度を検知する第２のセンサと、算出部とを備える。このエンコーダにおいて、前記第１のギアと前記第２のギアとは偏心揺動型減速機であり、前記算出部は、前記第２のセンサが検知した前記回転角度に基づいて、前記回転軸が回転した回数を算出する。

【0008】

このようなエンコーダにおいて、以下の構成の少なくとも１つをさらに備えてもよい。

【0009】

前記回転軸は、前記第２のギアを揺動させるクランク部を含んでもよい。この場合において、前記第１のギア及び前記第２のギアはサイクロイド機構または波動歯車機構を構成してもよい。

【0010】

前記外歯の一部が前記内歯の一部に噛み合う噛合位置は、前記回転軸の回転に伴い前記第１のギアの周方向に沿って順次移動し、前記噛合位置が前記周方向に沿って一周する際、前記第２のギアは、前記第１の数と前記第２の数との歯数差分、前記周方向に沿って回転してもよい。

【0011】

前記回転軸は中空の軸であってもよい。

【0012】

前記回転軸に固定されるリング状の第１のマグネットを備えてもよい。この場合において、前記第１のセンサは、前記第１のマグネットから生じる磁気の変化を検出する磁気センサであってもよい。

【0013】

前記回転軸の軸方向から見る場合に、前記第２のセンサは前記第２のギアに重なっていてもよい。この場合において、エンコーダは、前記第２のギアの前記軸方向における前記第２のセンサ側の面に固定されるリング状の第２のマグネットを備えてもよく、前記第２のセンサは、前記第２のマグネットから生じる磁気の変化を検出する磁気センサであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態におけるエンコーダをケース及び基板を透視して示す斜視図である。

【図2】図１に示すエンコーダの軸方向における断面図である。

【図3】図１に示すエンコーダの径方向における断面図であり、主軸がある回転位置にある場合の様子を示す図である。

【図4】図１に示すエンコーダの径方向における断面図であり、主軸が図３とは異なる回転位置にある場合の様子を示す図である。

【図5】本発明の第２実施形態におけるエンコーダをケース及び基板を透視して示す斜視図である。

【図6】図５に示すエンコーダの軸方向における断面図である。

【図7】図５に示すエンコーダを示す、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面図である。

【図8】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。

【図9】本発明の第３実施形態におけるエンコーダをケース及び基板を透視して示す斜視図である。

【図10】図９に示すエンコーダの軸方向における断面図である。

【図11】図９に示すエンコーダを示す、図１０のＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図である。

【図12】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。

【図13】本発明の第４実施形態におけるエンコーダをケース及び基板を透視して示す斜視図である。

【図14】図１３に示すエンコーダの軸方向における断面図である。

【図15】図１３に示すエンコーダを示す、図１４のＸＶ－ＸＶ線に沿った断面図である。

【図16】図１に示すエンコーダの第１の変形例を概略的に示す軸方向における断面図である。

【図17】図１６に示すエンコーダを概略的に示す径方向における断面図である。

【図18】図１に示すエンコーダの第２の変形例をケース及び基板を透視して示す斜視図である。

【図19】図１８に示すエンコーダの軸方向における断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。

【0016】

（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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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面である偏心部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。

【0024】

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。

【0025】

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θ_sensor1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θ_sensor1を検知する。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

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。

【0029】

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。

【0030】

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θ_sensor2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θ_sensor2を検知している。

【0031】

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θ_gear2(1)は、以下の式（２）で表すことができる。

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θ_sensor2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。

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θ_sensor1を用いて、以下の式（４）で表すことができる。

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。

【0032】

算出部１７０は、回転軸１３０の回転角度θ_sensor1のデータと、第２のギア１５２の回転角度θ_sensor2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。

【0033】

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θ_sensor1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θ_sensor2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θ_sensor2に基づいて、回転軸が回転した回転回数Ｔｍを算出する。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

なお、本実施形態において、回転軸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。

【0038】

（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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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θ_sensor1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θ_sensor1を検知する。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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θ_sensor2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θ_sensor2を検知する。

【0058】

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θ_gear4(1)は、以下の式（７）で表すことができる。

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θ_sensor2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。

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。

【0059】

算出部２７０は、回転軸２３０の回転角度θ_sensor1のデータと、第４のギア２５４の回転角度θ_sensor2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。

【0060】

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θ_sensor1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θ_sensor2を検知する第２のセンサ２４２と、算出部２７０とを備える。このエンコーダ２において、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θ_sensor2に基づいて、回転軸２３０が回転した回数Ｔｍを算出する。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

なお、本実施形態において、回転軸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。

【0065】

（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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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θ_sensor1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θ_sensor1を検知する。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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θ_sensor2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θ_sensor2を検知する。

【0087】

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θ_sensor3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θ_sensor3を検知する。

【0088】

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、θ_sensor3からθ_sensor2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θ_sensor3と第２のギア３５２の回転角度θ_sensor2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。

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。

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θ_sensor1を用いて、上述の式（４）で表すことができる。

【0089】

算出部３７０は、回転軸３３０の回転角度θ_sensor1のデータと、第２のギア３５２の回転角度θ_sensor2のデータと、第４のギア３５４の回転角度θ_sensor3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。

【0090】

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θ_sensor1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θ_sensor2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θ_sensor3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θ_sensor2と第３のセンサ３４３が検知した回転角度θ_sensor3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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

なお、本実施形態において、回転軸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。

【0095】

（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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

本実施形態において、クランク部４３２は、外周面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。

【0106】

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θ_sensor1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θ_sensor1を検知する。

【0107】

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。

【0108】

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。

【0109】

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。

【0110】

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。

【0111】

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θ_sensor2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θ_sensor2を検知する。

【0112】

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。

【0113】

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。

【0114】

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。

【0115】

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。

【0116】

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。

【0117】

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。

【0118】

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θ_sensor3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θ_sensor3を検知する。

【0119】

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、θ_sensor3からθ_sensor2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θ_sensor1を用いて、上述の式（４）で表すことができる。

【0120】

算出部４７０は、回転軸３３０の回転角度θ_sensor1のデータと、第２のギア４５２の回転角度θ_sensor2のデータと、第４のギア４５４の回転角度θ_sensor3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。

【0121】

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θ_sensor1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θ_sensor2を検知する第２のセンサ４４２と、第４のギア４５４の回転角度θ_sensor3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θ_sensor2と第３のセンサ４４３が検知した回転角度θ_sensor3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。

【0122】

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。

【0123】

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。

【0124】

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。

【0125】

なお、本実施形態において、回転軸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。

【0126】

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。

【0127】

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。

【0128】

（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。

【0129】

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。

【0130】

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。

【0131】

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。

【0132】

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。

【0133】

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。

【0134】

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。

【0135】

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。

【0136】

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。

【0137】

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。

【0138】

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θ_sensor1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θ_sensor2を検知する。

【0139】

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。

【0140】

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。

【0141】

（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。

【0142】

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。

【0143】

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。

【0144】

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θ_sensor1を検知する。

【0145】

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。

【0146】

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。

【0147】

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。

【0148】

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。

【0149】

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θ_sensor2を検知する。

【0150】

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。

【0151】

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。

【0152】

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。

【0153】

また、上記に説明したエンコーダ１，２，３，４，１Ａ，１Ｂは、アブソリュート型のロータリーエンコーダとして使用してもよいし、インクリメンタル型のロータリーエンコーダとして使用してもよい。また、エンコーダ１，２，３，４，１Ａ，１Ｂは、電源からの電力供給が一時的にＯＦＦとなり、再度供給された場合でも原点復帰が不要なバッテリレスアブソリュートエンコーダとしても使用可能である。

【0154】

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。

【符号の説明】

【0155】

１…エンコーダ、１３０…回転軸、１３２…クランク部、１４１…第１のセンサ、１４２…第２のセンサ、１５１…第１のギア、１５１ｉｔ…内歯、１５２…第２のギア、１５２ｏｔ…外歯、１６１…第１のマグネット、１６２…第２のマグネット、１７０…算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】