JP6490331B2 - 磁気式歯車機構、及びエンコーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石を備える磁気式歯車を用いて磁力により非接触で駆動力を伝達する磁気式歯車機構、及びその磁気式歯車機構を備えるエンコーダ装置に関する。

従来、この種の磁気式歯車機構において、円柱状の第１磁気歯車（ウォームホイール）を円周方向に４分割してＮ極とＳ極とに交互に着磁したものがある（例えば、特許文献１参照）。この磁気式歯車機構では、第１磁気歯車に直交させて近接配置した円柱状の第２磁気歯車（ウォーム）を、Ｎ極とＳ極とが隣り合うように螺旋状に着磁している。そして、第１磁気歯車のＮ極，Ｓ極の円周方向のピッチを、第２磁気歯車のＮ極，Ｓ極の軸方向のピッチに一致させている。

特許第２６８３３１６号公報

ところで、上記特許文献１に記載のものでは、第１磁気歯車のＮ極から出る磁力線の一部は第２磁気歯車のＳ極へ向かうものの、磁力線の残りの部分は第１磁気歯車において円周方向で隣接するＳ極へ向かうこととなる。同様にして、第２磁気歯車のＮ極から出る磁力線も、比較的多くの部分が第２磁気歯車において隣接するＳ極へ向かうこととなる。したがって、特許文献１に記載のものでは、磁石から発生する磁束を有効に利用することができず、伝達可能な駆動力を向上させることができない。

なお、ウォームとウォームホイールとを備えるウォームギアに限らず、例えば２つの上記第１磁気歯車を平行に近接配置した磁気式歯車機構等においても、こうした実情は概ね共通している。

本発明の主たる目的は、磁石から発生する磁束を有効に利用することができ、ひいては伝達可能な駆動力を向上させることのできる磁気式歯車機構、及びエンコーダ装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

第１の手段は、磁気式歯車であって、Ｎ極とＳ極とが所定軸方向に沿って配置された永久磁石と、強磁性体により前記永久磁石以上の外径を有する柱状又は筒状に形成され、外周部に複数の歯が形成された一対の歯車部と、を備え、前記一対の歯車部は、互いの軸線を一致させた状態で、前記永久磁石を前記所定軸方向の両側から挟み込んでいることを特徴とする。

上記構成によれば、永久磁石は、Ｎ極とＳ極とが所定軸方向に沿って配置されている。そして、一対の歯車部は、強磁性体により永久磁石以上の外径を有する柱状又は筒状に形成されており、互いの軸線を一致させた状態で、永久磁石を所定軸方向の両側から挟み込んでいる。このため、大部分の磁力線は、Ｎ極から一方の歯車部へ入り、他方の歯車部からＳ極へ入る。ここで、各歯車部の外周部には複数の歯が形成されているため、一方の歯車部の歯がＮ極に磁化され、他方の歯車部の歯がＳ極に磁化される。したがって、永久磁石から発生する磁束を有効に利用して、歯車部を磁化することができる。

そして、上記構成を備える磁気式歯車に対して、強磁性体により形成されたピッチの等しい所定歯車を非接触状態で近接配置すると、歯の山部同士が接近した時と、歯の山部同士が離れた時とで磁気抵抗に差が生じ、歯の山部同士が接近した時に磁気エネルギーが最小の状態となる。この時、歯の山部同士が離れようとすると、磁気エネルギーが最小の状態となるように働く力、すなわちリラクタンストルクが働く。したがって、それらの歯車の間で駆動力を伝達することができる。このため、磁気式歯車に対して一般的な歯車を用意するだけで、磁力により非接触で駆動力を伝達する磁気式歯車機構を、容易に構成することができる。さらに、この磁気式歯車機構では、これらの歯車により磁力線の閉回路を形成することができる。すなわち、Ｎ極に磁化された歯車部（Ｎ極歯車部）の歯から出る磁力線は、強磁性体により形成された所定歯車を通って、Ｓ極に磁化された歯車部（Ｓ極歯車部）の歯へ戻ることとなる。したがって、永久磁石から発生する磁束を歯に集中させることができ、伝達可能な駆動力を向上させることができる。

第２の手段では、前記永久磁石は円柱状又は円筒状に形成されている。

上記構成によれば、永久磁石は円柱状又は円筒状に形成されているため、一般的形状の永久磁石を利用することができ、磁気式歯車の製造を容易化することができる。なお、「円柱状（円筒状）」とは、軸線方向に延びるものであればその長さは問わず、実質的に円板状であってもよい。同様に、「柱状（筒状）」とは、軸線方向に延びるものであればその長さは問わず、実質的に板状であってもよい。

具体的には、第３の手段のように、前記一対の歯車部は円柱状又は円筒状に形成されており、前記一対の歯車部の軸線と前記永久磁石の軸線とが一致しているといった構成を採用することができる。

第４の手段では、前記一対の歯車部において前記歯を除いた部分の外径は、前記永久磁石の外径と等しい。

上記構成によれば、一対の歯車部の外径が拡大することを抑制しつつ、Ｎ極から出る大部分の磁力線を一方の歯車部へ入れ、大部分の磁力線を他方の歯車部からＳ極へ入れることができる。したがって、磁気式歯車の拡大を抑制しつつ、伝達可能な駆動力を向上させることができる。

第５の手段は、磁気式歯車機構であって、第１〜第４の手段のいずれか１つの磁気式歯車と、強磁性体により柱状又は筒状に形成され、外周部に螺旋状の歯が形成されたウォームと、を備え、前記歯車部の前記歯のピッチに対応して、前記ウォームの前記螺旋状の歯のピッチが設定されており、前記磁気式歯車と前記ウォームとが、互いの軸線方向を交差させて非接触状態で近接して配置されていることを特徴とする。

上記構成によれば、ウォームは、強磁性体により柱状又は筒状に形成され、その外周部に螺旋状の歯が形成されている。ウォームの螺旋状の歯のピッチは、歯車部の歯のピッチに対応して設定されている。そして、磁気式歯車とウォームとが、互いの軸線方向を交差させて非接触状態で近接して配置されている。このため、上述した磁気式歯車と上記ウォームとで、磁気式ウォームギアを構成することができる。

さらに、この磁気式ウォームギアでも、磁気式歯車とウォームとにより磁力線の閉回路を形成することができる。すなわち、Ｎ極歯車部の歯から出る磁力線は、強磁性体により形成されたウォームを通って、Ｓ極歯車部の歯へ戻ることとなる。したがって、永久磁石から発生する磁束を歯に集中させることができ、伝達可能な駆動力を向上させることができる。

第６の手段は、磁気式歯車機構であって、第１〜第４の手段のいずれか１つの磁気式歯車と、強磁性体により柱状又は筒状に形成され、外周部に複数の歯が形成された強磁性体歯車と、を備え、前記歯車部の前記歯のピッチに対応して、前記強磁性体歯車の歯のピッチが設定されており、前記磁気式歯車と前記強磁性体歯車とが、互いの軸線方向を平行にして非接触状態で近接して配置されていることを特徴とする。

上記構成によれば、強磁性体歯車は、強磁性体により柱状又は筒状に形成され、その外周部に複数の歯が形成されている。強磁性体歯車の歯のピッチは、歯車部の歯のピッチに対応して設定されている。そして、磁気式歯車と強磁性体歯車とが、互いの軸線方向を平行にして非接触状態で近接して配置されている。このため、上述した磁気式歯車と上記強磁性体歯車とで、磁気式歯車機構を構成することができる。

さらに、この磁気式歯車機構でも、磁気式歯車と強磁性体歯車とにより磁力線の閉回路を形成することができる。すなわち、Ｎ極歯車部の歯から出る磁力線は、強磁性体により形成された強磁性体歯車を通って、Ｓ極歯車部の歯へ戻ることとなる。したがって、永久磁石から発生する磁束を歯に集中させることができ、伝達可能な駆動力を向上させることができる。

第７の手段は、エンコーダ装置であって、第５の手段の磁気式歯車機構と、前記ウォームの１回転以内の回転角度を検出する第１検出部と、前記磁気式歯車の１回転以内の回転角度を検出する第２検出部、前記第１検出部による検出値及び前記第２検出部による検出値に基づいて、前記ウォームの１回転を超える回転角度を算出する算出部と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、第１検出部により、ウォームの１回転以内の回転角度が検出され、第２検出部により、磁気式歯車の１回転以内の回転角度が検出される。そして、算出部によって、第１検出部による検出値及び第２検出部による検出値に基づいて、ウォームの１回転を超える回転角度が算出される。このため、磁気式歯車機構を利用して、バックアップバッテリ不要の多回転エンコーダ装置を構成することができる。ここで、第５の手段の磁気式歯車機構は伝達可能な駆動力を向上させることができるため、小型で非接触式のエンコーダ装置を実現することができる。

エンコーダ装置の概要を示す斜視図。 第１実施形態においてウォームの軸線方向から見たウォームギアの図。 図２のウォームギアの歯周辺を拡大して示す拡大斜視図。 図２のウォームギアを通る磁力線を示す図。 ウォームホイールの変更例を示す図。 ウォームホイールの他の変更例を示す図。 ウォームホイールの他の変更例を示す図。 ウォームホイールの他の変更例を示す図。 第２実施形態に係る磁気式歯車機構の歯車を示す図。 磁気式歯車機構の歯車の変更例を示す図。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、多回転するシャフトの回転角度を、非接触式の歯車機構の回転状態として保持するエンコーダ装置に具体化している。

図１は、エンコーダ装置１０の概要を示す斜視図である。エンコーダ装置１０は、磁気式歯車機構２０、第１回転角度センサ２９、第２回転角度センサ４９、及び制御部１１を備えている。

磁気式歯車機構２０は、第１シャフト２１、第１回転体２２、ウォーム２３、第２シャフト３１、第２回転体３２、及びウォームホイール３３を備えている。ウォーム２３及びウォームホイール３３により、ウォームギアが構成されている。第１シャフト２１と第２シャフト３１とは、互いに所定間隔をおいて直交（交差）している。すなわち、第１シャフト２１の軸線を含む面への第２シャフト３１の軸線の投影線は、第１シャフト２１と直交している。

第１シャフト２１には、第１回転体２２及びウォーム２３が取り付けられている。第１回転体２２及びウォーム２３は、第１シャフト２１と一体回転する。第１シャフト２１は、例えばロボットの関節において、モータの駆動軸に連結される。第１回転角度センサ２９は、光学式や磁気式等の回転角度センサである。第１回転角度センサ２９（第１検出部）は、第１回転体２２（ウォーム２３）の１回転以内の回転角度、すなわち第１シャフト２１の１回転以内の回転角度を検出する。

第２シャフト３１には、第２回転体３２及びウォームホイール３３が取り付けられている。第２回転体３２及びウォームホイール３３は、第２シャフト３１と一体回転する。ウォーム２３の回転により、ウォームホイール３３、ひいては第２シャフト３１（第２回転体３２）が回転させられる。第２回転角度センサ４９は、光学式や磁気式等の回転角度センサである。第２回転角度センサ４９（第２検出部）は、第２回転体３２（ウォームホイール３３）の１回転以内の回転角度を検出する。

ここで、ウォームギアにおいて、ウォーム２３の歯数とウォームホイール３３の歯数との比に応じて、ウォーム２３からウォームホイール３３に伝達される回転が減速される。例えば、ウォーム２３が３０回転した場合にウォームホイール３３が１回転する。このため、ウォーム２３の３０回転以内の回転角度（１回転を超える回転角度）が、ウォームホイール３３の１回転以内の回転角度に変換される。

制御部１１は、電源回路１２、算出部１３、及び出力部１４を備えている。電源回路１２は、外部から電力の供給を受けて、算出部１３及び出力部１４へ電力を供給する。算出部１３は、ＩＣ等により構成され、各種演算を実行する。上記回転角度センサ２９，４９の検出値は、算出部１３へ入力される。算出部１３は、これらの検出値に基づいて、ウォーム２３（第１シャフト２１）の１回転を超える回転角度を算出する。出力部１４は、ＩＣ等により構成され、各種演算を実行する。算出部１３により算出された回転角度は、出力部１４へ入力される。出力部１４は、入力した回転角度を外部（例えば、ロボットの制御装置）へ出力する。

次に、ウォームギアについて詳細に説明する。図２は、ウォーム２３の軸線方向から見たウォームギアの図である。図３は、図２のウォームギアの歯周辺を拡大して示す拡大斜視図である。

ウォーム２３は、鉄等の強磁性体により、円筒状（筒状）に形成されている。ウォーム２３の中央には、上記第１シャフト２１の外径と略等しい径の孔２３ｂが形成されている。そして、孔２３ｂに第１シャフト２１が挿入され、ウォーム２３と第１シャフト２１とが固定される。ウォーム２３の外周部には、螺旋状の歯２３ａが形成されている。歯２３ａは、ウォーム２３の軸線方向に所定のピッチで形成されている。

ウォームホイール３３（磁気式歯車）は、磁石３４、及び一対の歯車部３５を備えている。磁石３４（永久磁石）は、フェライト磁石や希土類金属磁石等の永久磁石により、円筒状（筒状）に形成されている。なお、「円筒状」とは、軸線方向に延びるものであればその長さは問わず、実質的に円板状であってもよい。磁石３４では、Ｎ極とＳ極とが磁石３４の軸線方向（所定軸方向）に沿って配置されている。

歯車部３５は、鉄等の強磁性体により、磁石３４の外径よりも大きい外径を有する円筒状（筒状）に形成されている。一対の歯車部３５は、互いの軸線を一致させた状態で、磁石３４を磁石３４の軸線方向の両側から挟み込んでいる。一対の歯車部３５の軸線と、磁石３４の軸線とは一致している。一対の歯車部３５及び磁石３４の中央には、上記第２シャフト３１の外径と略等しい径の孔が形成されている。そして、これらの孔に第２シャフト３１が挿入され、ウォームホイール３３と第２シャフト３１とが固定される。

一対の歯車部３５の外周部には、周方向に並ぶ複数の歯３５ａが形成されている。一対の歯車部３５において歯３５ａを除いた部分の外径（歯３５ａの根元を通る円の径）は、磁石３４の外径と略等しく設定されている。歯車部３５の歯３５ａの周方向のピッチは、上記ウォーム２３の歯２３ａの軸線方向のピッチと一致している。すなわち、歯車部３５の歯３５ａのピッチに対応して、ウォーム２３の螺旋状の歯２３ａのピッチが設定されている。

ウォームホイール３３とウォーム２３とが、互いの軸線方向を直交（交差）させて非接触状態で近接して配置されている。すなわち、ウォーム２３の軸線を含む面へのウォームホイール３３の軸線の投影線は、ウォーム２３の軸線と直交している。一対の歯車部３５のそれぞれの１つの歯３５ａとウォーム２３の歯２３ａの一条とが、最も近接しており、所定のクリアランスを形成している。

そして、ウォーム２３の回転に伴って、これらの一対の歯３５ａと歯２３ａの一条とが、磁力により引き合う状態で連動する。例えば、ウォーム２３の回転に伴って歯２３ａの一条が上方向（ウォーム２３の軸線方向）へ移動すると、それに引き寄せられて一対の歯３５ａが右回り方向（歯車部３５の周方向）へ回転する。ウォーム２３が更に回転すると、左回り方向で隣の一対の歯３５ａと、歯２３ａの下方向で隣の一条とが最も近接した状態になる。そして、これらの一対の歯３５ａと歯２３ａの一条とが、磁力により引き合う状態で連動するようになる。

次に、図４を参照して、ウォームギアを通る磁力線について説明する。同図に矢印で示すように、磁石３４のＮ極から出る磁力線は、強磁性体により形成されてＮ極に取り付けられた歯車部３５へ入る。ここで、歯車部３５において歯３５ａを除いた部分の外径は、磁石３４の外径と等しくなっている。このため、歯車部３５において歯３５ａを除いた部分へ磁力線が入る。

歯車部３５へ入った磁力線は、歯車部３５の内部を通って、強磁性体により形成されてウォームホイール３３に近接して配置されたウォーム２３へ入る。詳しくは、磁力線は、ウォーム２３の歯２３ａの一条に最も近接した歯３５ａへ導かれ、この歯３５ａからウォーム２３の歯２３ａの一条へ入る。そして、磁力線は、ウォーム２３の内部を通って、磁石３４のＳ極に取り付けられた歯車部３５へ入る。詳しくは、磁力線は、上記歯２３ａの一条へ導かれ、この歯２３ａの一条から最も近接した歯３５ａへ入る。

歯車部３５へ入った磁力線は、歯車部３５の内部を通って磁石３４のＳ極へ入る。ここで、歯車部３５において歯３５ａを除いた部分の外径は、磁石３４の外径と等しくなっている。このため、歯車部３５において歯３５ａを除いた部分から磁力線がＳ極へ入る。したがって、このウォームギアでは、ウォームホイール３３とウォーム２３とにより磁力線の閉回路が形成される。

このように、Ｎ極に取り付けられた歯車部３５、ひいては歯車部３５に形成された複数の歯３５ａがＮ極に磁化される。また、Ｓ極に取り付けられた歯車部３５、ひいては歯車部３５に形成された複数の歯３５ａがＳ極に磁化される。そして、ウォーム２３の歯２３ａの一条に最も近接した歯３５ａと、ウォーム２３の歯２３ａの一条とが、磁力により引き合う状態となる。したがって、ウォーム２３の回転に伴って、ウォームホイール３３が回転することとなる。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・磁石３４は、Ｎ極とＳ極とが所定軸方向（円筒状の磁石３４の軸線方向）に沿って配置されている。そして、一対の歯車部３５は、強磁性体により磁石３４よりも大きい外径を有する円筒状に形成されており、互いの軸線を一致させた状態で、磁石３４を所定軸方向の両側から挟み込んでいる。このため、大部分の磁力線は、Ｎ極から一方の歯車部３５へ入り、他方の歯車部３５からＳ極へ入る。ここで、各歯車部３５の外周部には複数の歯３５ａが形成されているため、一方の歯車部３５の歯３５ａがＮ極に磁化され、他方の歯車部３５の歯３５ａがＳ極に磁化される。したがって、磁石３４から発生する磁束を有効に利用して、歯車部３５を磁化することができる。

・ウォームホイール３３に対して、強磁性体により形成されたピッチの等しいウォーム２３を非接触状態で近接配置しているため、それらの間で駆動力を伝達することができる。このため、ウォームホイール３３に対して一般的なウォーム２３を用意するだけで、磁力により非接触で駆動力を伝達するウォームギアを、容易に構成することができる。さらに、このウォームギアでは、ウォームホイール３３とウォーム２３とにより磁力線の閉回路を形成することができる。すなわち、Ｎ極に磁化された歯車部３５の歯３５ａから出る磁力線は、強磁性体により形成されたウォーム２３を通って、Ｓ極に磁化された歯車部３５の歯３５ａへ戻ることとなる。したがって、磁石３４から発生する磁束を歯３５ａに集中させることができ、伝達可能な駆動力を向上させることができる。

・磁石３４は円筒状に形成されているため、一般的形状の磁石３４を利用することができる。また、歯車部３５の複数の歯３５ａを個々に着磁する必要がない。したがって、ウォームホイール３３の製造を容易化することができる。

・一対の歯車部３５において歯３５ａを除いた部分の外径は、磁石３４の外径と等しくなっている。このため、一対の歯車部３５の外径が拡大することを抑制しつつ、Ｎ極から出る大部分の磁力線を一方の歯車部３５へ入れ、大部分の磁力線を他方の歯車部３５からＳ極へ入れることができる。したがって、ウォームホイール３３の拡大を抑制しつつ、伝達可能な駆動力を向上させることができる。

・ウォーム２３は、強磁性体により円筒状に形成され、その外周部に螺旋状の歯２３ａが形成されている。ウォーム２３の螺旋状の歯２３ａのピッチは、歯車部３５の歯３５ａのピッチに対応して設定されている。そして、ウォームホイール３３とウォーム２３とが、互いの軸線方向を直交させて非接触状態で近接して配置されている。このため、ウォームホイール３３と上記ウォーム２３とで、磁気式ウォームギアを構成することができる。

・第１回転角度センサ２９により、ウォーム２３の１回転以内の回転角度が検出され、第２回転角度センサ４９により、ウォームホイール３３の１回転以内の回転角度が検出される。そして、算出部１３によって、第１回転角度センサ２９による検出値及び第２回転角度センサ４９による検出値に基づいて、ウォーム２３の１回転を超える回転角度が算出される。このため、ウォームギアを利用して、バックアップバッテリ不要の多回転エンコーダ装置を構成することができる。ここで、上記ウォームギアは伝達可能な駆動力を向上させることができるため、小型で非接触式のエンコーダ装置１０を実現することができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・図５に示すように、歯車部３５と比較して、軸線方向の長さがより長く形成された磁石１３４を備えるウォームホイール１３３を採用することもできる。すなわち、歯車部３５及び磁石３４，１３４の軸線方向の長さは、用途に応じて適宜設定することができる。

・図６に示すように、歯車部３５において歯３５ａを除いた部分の外径よりも、磁石２３４の外径を小さく設定することもできる。こうしたウォームホイール２３３であっても、一対の歯車部３５の外径が拡大することを抑制しつつ、Ｎ極から出る大部分の磁力線を一方の歯車部３５へ入れ、大部分の磁力線を他方の歯車部３５からＳ極へ入れることができる。また、一対の歯車部３５の軸線と磁石２３４の軸線とをずらすこともできる。

・一対の歯車部３５の外径と磁石３４の外径とを略等しくすることもできる。

・図７に示すように、６角筒状の磁石３３４を備えるウォームホイール３３３を採用することもできる。こうしたウォームホイール３３３であっても、上記ウォームホイール３３と同様の作用効果を奏することかできる。また、その他の多角筒状の磁石を備えるウォームホイールを採用することもできる。さらに、一対の歯車部３５についても、歯３５ａの形成される外周部を除いて多角筒状に形成することができる。

・上記実施形態では、円筒状の磁石３４及び円筒状の歯車部３５を採用したが、ウォームホイール３３を第２シャフト３１の先端に取り付けることにより、磁石３４及び歯車部３５を円柱状（柱状）に形成することもできる。同様にして、ウォーム２３を第１シャフト２１の先端に取り付けることにより、ウォーム２３を円柱状（柱状）に形成することもできる。

・図８に示すように、２つ（複数）の磁石３４を備えるウォームホイール４３３を採用することもできる。また、２つの磁石３４の間に、強磁性体により円筒状に形成された連結部３６を設けてもよい。こうした構成によれば、一般的な薄型の磁石３４を用いつつ、ウォームホイール４３３の軸線方向の長さを延長することができる。

・一対の歯車部３５の歯３５ａは、歯車部３５の周方向おいて互いの位置が一致していてもよいし、若干ずれていてもよい。すなわち、ウォームホイール３３が、平歯車を構成していてもよいし、はす歯歯車を構成していてもよい。ただし、ウォーム２３の歯２３ａの螺旋形状に対応して、一対の歯車部３５における歯３５ａの互いの位置が設定されていることが望ましい。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図９に示すように、２つの平歯車により磁気式歯車機構１２０が構成されている。

磁気式歯車機構１２０は、磁気式歯車４３及び強磁性体歯車５３を備えている。磁気式歯車４３は、上述したウォームホイール３３と同一の構成を備えている。

強磁性体歯車５３は、鉄等の強磁性体により、磁気式歯車４３と略同寸法に形成されている。強磁性体歯車５３は、強磁性体により円筒状に形成され、外周部に複数の歯５３ａが形成されている。強磁性体歯車５３の外径は磁気式歯車４３の外径と同一であり、強磁性体歯車５３の歯５３ａのピッチは磁気式歯車４３の歯３５ａのピッチと同一である。

そして、磁気式歯車４３と強磁性体歯車５３とが、互いの軸線方向を平行にして非接触状態で近接して配置されている。一対の歯車部３５のそれぞれの１つの歯３５ａと強磁性体歯車５３の１つの歯５３ａとが、最も近接しており、所定のクリアランスを形成している。

同図に矢印で示すように、歯車部３５へ入った磁力線は、歯車部３５の内部を通って、強磁性体により形成されて磁気式歯車４３に近接して配置された強磁性体歯車５３へ入る。詳しくは、磁力線は、強磁性体歯車５３の１つの歯５３ａに最も近接した歯３５ａへ導かれ、この歯３５ａから強磁性体歯車５３の１つの歯５３ａへ入る。そして、磁力線は、強磁性体歯車５３の内部を通って、磁石３４のＳ極に取り付けられた歯車部３５へ入る。詳しくは、磁力線は、上記１つの歯５３ａへ導かれ、この歯５３ａから最も近接した歯３５ａへ入る。したがって、磁気式歯車機構１２０では、磁気式歯車４３と強磁性体歯車５３とにより磁力線の閉回路が形成される。

強磁性体歯車５３の回転に伴って、一対の歯車部３５の歯３５ａと強磁性体歯車５３の１つの歯５３ａとが、磁力により引き合う状態で連動する。例えば、強磁性体歯車５３の回転に伴って１つの歯５３ａが左回り方向へ移動すると、それに引き寄せられて一対の歯３５ａが右回り方向へ回転する。強磁性体歯車５３が更に回転すると、右回り方向で隣の歯５３ａと、左回り方向で隣の一対の歯３５ａとが最も近接した状態になる。そして、これらの一対の歯３５ａと歯５３ａとが、磁力により引き合う状態で連動するようになる。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。なお、ここでは、第１実施形態と異なる利点のみを述べる。

・強磁性体歯車５３は、強磁性体により円筒状に形成され、その外周部に複数の歯５３ａが形成されている。強磁性体歯車５３の歯５３ａのピッチは、歯車部３５の歯３５ａのピッチに対応して設定されている。そして、磁気式歯車４３と強磁性体歯車５３とが、互いの軸線方向を平行にして非接触状態で近接して配置されている。このため、磁気式歯車４３と強磁性体歯車５３とで、磁気式歯車機構１２０を構成することができる。

・磁気式歯車機構１２０では、磁気式歯車４３と強磁性体歯車５３とにより磁力線の閉回路を形成することができる。すなわち、Ｎ極に取り付けられた歯車部３５の歯３５ａから出る磁力線は、強磁性体により形成された強磁性体歯車５３を通って、Ｓ極に取り付けられた歯車部３５の歯３５ａへ戻ることとなる。したがって、磁石３４から発生する磁束を歯３５ａに集中させることができ、伝達可能な駆動力を向上させることができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・磁気式歯車４３を駆動側の歯車とし、強磁性体歯車５３を被駆動側の歯車とすることもできる。

・一対の歯車部３５の歯３５ａは、歯車部３５の周方向おいて互いの位置が若干ずれていてもよい。すなわち、磁気式歯車４３が、はす歯歯車を構成していてもよい。この場合は、磁気式歯車４３に対応して、強磁性体歯車５３もはす歯歯車にするとよい。

・図１０に示すように、２つの磁気式歯車４３により、磁気式歯車機構２２０を構成することもできる。この場合には、２つの磁気式歯車４３の磁石３４を、互いの磁極が反対向きとなるように配置する。こうした構成によっても、磁気式歯車機構２２０において、磁力線の閉回路を形成することができる。さらに、２つの磁気式歯車４３がそれぞれ磁石３４を備えることによって、磁束を増やすことができ、伝達可能な駆動力を向上させることができる。

１０…エンコーダ装置、１３…算出部、２０…磁気式歯車機構、２３…ウォーム、２３ａ…歯、２９…第１回転角度センサ（第１検出部）、３３…ウォームホイール（磁気式歯車）、３４…磁石（永久磁石）、３５…歯車部、３５ａ…歯、４３…磁気式歯車、４９…第２回転角度センサ（第２検出部）、５３…強磁性体歯車、５３ａ…歯、１２０…磁気式歯車機構、１３３…ウォームホイール（磁気式歯車）、１３４…磁石（永久磁石）、２２０…磁気式歯車機構、２３３…ウォームホイール（磁気式歯車）、２３４…磁石（永久磁石）、３３３…ウォームホイール（磁気式歯車）、３３４…磁石（永久磁石）、４３３…ウォームホイール（磁気式歯車）。

Claims (5)

1. Ｎ極とＳ極とが所定軸方向に沿って配置された永久磁石と、
   強磁性体により前記永久磁石以上の外径を有する柱状又は筒状に形成され、外周部に複数の歯が形成された一対の歯車部と、を備えた磁気式歯車と、
   強磁性体により柱状又は筒状に形成され、外周部に螺旋状の歯が形成されたウォームと、
   を備えた磁気式歯車機構であって、
   前記一対の歯車部の軸線と前記永久磁石の軸線とが一致しており、
   前記一対の歯車部は、互いの軸線を一致させた状態で、前記永久磁石を前記所定軸方向の両側から挟み込んでおり、
   前記歯車部の前記歯のピッチに対応して、前記ウォームの前記螺旋状の歯のピッチが設定されており、
   前記一対の歯車部の歯は、前記歯車部の周方向おいて互いの位置が一致している、又は若干ずれており、
   前記ウォームの軸線を含む面への前記磁気式歯車の軸線の投影線は、前記ウォームの軸線と交差しており、
   前記磁気式歯車と前記ウォームとが非接触状態で近接して配置され、前記一対の歯車部の歯と前記ウォームの歯との最短距離が、前記一対の歯車部間の距離よりも短くされていることを特徴とする磁気式歯車機構。
2. 前記永久磁石は円柱状又は円筒状に形成されている請求項１に記載の磁気式歯車機構。
3. 前記一対の歯車部は円柱状又は円筒状に形成されている請求項２に記載の磁気式歯車機構。
4. 前記一対の歯車部において前記歯を除いた部分の外径は、前記永久磁石の外径と等しい請求項３に記載の磁気式歯車機構。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁気式歯車機構と、
   前記ウォームの１回転以内の回転角度を検出する第１検出部と、
   前記磁気式歯車の１回転以内の回転角度を検出する第２検出部と、
   前記第１検出部による検出値及び前記第２検出部による検出値に基づいて、前記ウォームの１回転を超える回転角度を算出することができる算出部と、
   を備えることを特徴とするエンコーダ装置。

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