【手続補正書】
【提出日】平成28年12月12日(2016.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ドラムと磁気センサーとを有する磁気式エンコーダーであって、
前記磁気ドラムは、
前記磁気ドラムの回転軸と平行に磁化された永久磁石と、
前記永久磁石を挟むように設けられた第１のドラム部分及び第２のドラム部分であって、前記永久磁石によってＮ極に磁化される第１のドラム部分及びＳ極に磁化される第２のドラム部分と、前記永久磁石によってＳ極に磁化される第１のドラム部分及びＮ極に磁化される第２のドラム部分と、のいずれかと、
を備え、
前記磁気ドラムの回転方向の前記第１のドラム部分と前記第２のドラム部分との間には、磁気ギャップが形成され、
前記第１のドラム部分と前記第２のドラム部分のうちの少なくとも一方が前記磁気ドラムの回転方向に周期性の極歯形状を有することにより、前記磁気ギャップの形状が周期を有して形成され、
複数の前記磁気センサーは、前記極歯形状が通過する位置に設けられている、磁気式エンコーダー。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気式エンコーダーであって、
前記磁気ドラムの円筒状の外周面において、前記第１のドラム部分にＮ極の極歯及び前記第２のドラム部分にＳ極の極歯を有する、或いは前記第１のドラム部分にＳ極の極歯及び前記第２のドラム部分にＮ極の極歯を有する、磁気式エンコーダー。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気式エンコーダーであって、
前記第１のドラム部分は、前記回転軸に垂直な円盤状の形状を有しており、
前記第２のドラム部分は、前記第１のドラム部分の外周に配置されるリング状の形状を有しており、
前記第１のドラム部分および前記第２のドラム部分の面内において、前記磁気ドラムの回転方向に周期性の極歯形状を有している、磁気式エンコーダー。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の磁気式エンコーダーであって、
前記周期性の極歯形状は、前記磁気センサーで検出される磁気変化の波形が、前記回転方向における電気角に応じて周期的に変化する波形であって、平坦部を有さずに、最大値と最小値の間の中心値を基準として対称的に変化する波形となる外形形状を有していることを特徴とする磁気式エンコーダー。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の磁気式エンコーダーであって、
前記磁気センサーは回路基板上に実装されており、
前記回路基板には、さらに、前記磁気センサーから出力される信号を処理する信号処理回路が実装されていることを特徴とする磁気式エンコーダー。
【請求項６】
回転軸を有する電気機械装置であって、
前記回転軸の回転状態を検出する請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の磁気式エンコーダーを備えることを特徴とする電気機械装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電気機械装置を備えるロボット。
【請求項８】
請求項６に記載の電気機械装置を備える移動体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
図２は、磁気ドラムの構造例を示す分解斜視図である。磁気ドラム２１は、２つのドラム部分２１０，２２０と、永久磁石部２３０と、から構成される。永久磁石部２３０は、中心軸線Ｊｒを中心とする円柱状の永久磁石２３１と、中心軸線Ｊｒを中心として永久磁石に固定されたシャフト２３２と、から構成される。永久磁石２３１は中心軸線Ｊｒ方向に沿って磁化されており、Ｎ極部２３１ＮとＳ極部２３１Ｓとに区分される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
第１のドラム部分２１０の複数の歯２１３は、Ｎ極部２３１ＮによってＮ極の磁極を有するＮ極歯２５Ｎ（図１参照）となる。また、第２のドラム部分２２０の複数の歯２２３は、Ｓ極部２３１ＳによってＳ極の磁極を有するＳ極歯２５Ｓ（図１参照）となる。これにより、複数のＮ極歯２５Ｎと複数のＳ極歯２５Ｓとが、外周中心線Ｊｃに沿ってギャップを介して交互に配列された外周面部２４が構成される。なお、本例は、２４極のＮ極歯２５Ｎおよび２４極のＳ極歯２５Ｓにより２４極対の磁極が外周面部２４に構成されている場合を示している。また、永久磁石部２３０のシャフト２３２が磁気ドラム２１のシャフト２６（図１参照）となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
図１の２つの磁極センサー２８Ａ，２８Ｂは、外周中心線Ｊｃに沿って交互に並ぶＮ極歯２５Ｎ及びＳ極歯２５Ｓの外側近傍で、外周中心線Ｊｃと同心円状の円周上の互いに異なる位置に配置されている。なお、図１の例では、一方の磁気センサー２８Ａは、外周中心線Ｊｃの中心点（磁気ドラム２１の中心点）Ｃから鉛直下方向に向かう鉛直線Ｊｖ上に配置されており、他方の磁気センサー２８Ｂは、後述するように、外周中心線Ｊｃに沿って一方の磁気センサー２８Ａからずれて配置されている。磁気センサー２８Ａ，２８Ｂは、磁気ドラム２１の回転に応じて発生する磁気変化を検出して磁気センサー信号として出力する。磁気センサー２８Ａ，２８Ｂとしては、例えば、ホール素子および自動可変利得（ＡＧＣ）増幅回路を含み、温度補償機能を有する磁気センサーＩＣが用いられる。磁気センサーＩＣから出力される出力波形は、ホール素子で検出される磁気変化が飽和しないように、ＡＧＣ増幅回路によってあらかじめ定めた一定の出力振幅となるように調整される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図８（Ｂ）の例では、以下のように磁気式エンコーダー１０のシャフト２６に回転体としてのモーター７０のシャフト７２が接続固定される。シャフト７２の中心には、軸線方向に沿ってシャフト２６が挿入されるスペーサおよびネジ穴７２ｈが切られている。また、磁気式エンコーダー１０のシャフト２６の中心には軸線方向に沿ってネジ穴２６ｈが切られている。シャフト７２のスペーサにシャフト２６が収まるように、シャフト７２を軸線方向に沿って差し込む。そして、固定ネジ７８を挿入するための筐体の穴４２から固定ネジ７８をネジ穴２６ｈおよびネジ穴７２ｈに回し入れることにより、シャフト２６とシャフト７２とが接続固定される。これにより、磁気式エンコーダー１０のシャフト２６に回転体のシャフト７２が接続固定される。なお、モーター７０と磁気式エンコーダー１０との間には、断熱材７６が挿入されており、さらに、モーター７０のシャフト７２と磁気式エンコーダー１０のケーシング４０との間には空気層７９が形成されている。モーター７０で発生した熱が磁気式エンコーダー１０へ伝わることを抑制することが可能であり、回路基板６０への熱の伝達を抑制することが可能である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
なお、図８（Ａ）および図８（Ｂ）のいずれの場合においても、上記実施形態で示したカップリング８０（図５）を用いた場合と同様に、回転体のシャフト７２と磁気式エンコーダー１０のシャフト２６とを接続固定することができ、回転体の回転に応じた回転角（回転位置）を磁気式エンコーダー１０によって検出することが可能である。なお、磁気式エンコーダー１０のシャフト２６と回転体のシャフト７２との接続は、図５のカップリング８０による接続と、図８（Ａ）のホルダー構造７４による接続と、図８（Ｂ）の固定ネジ７８による接続と、に限定されるものではなく、種々の一般的な接続固定構造を適用することが可能である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
第１実施形態の磁気式エンコーダー１０の磁気ドラム２１は外周面部２４に複数の極対のＮ極歯２５ＮおよびＳ極歯２５Ｓが形成された構造（図１参照）であったのに対して、本実施形態の磁気式エンコーダー１０Ｃの磁気ドラム２１Ｃは側面部２２Ｃに、中心軸線Ｊｒを中心とする仮想的な円周中心線Ｊｃｃに沿って複数の極対のＮ極歯２５ＮおよびＳ極歯２５Ｓが形成された構造となっている。磁気センサー２８Ａ，２８Ｂは、側面部２２Ｃに対向して固定配置される回路基板６０Ｃ上に、円周中心線Ｊｃｃと同心円状の円周上に実装される。また、信号処理回路３１およびコネクター３２も回路基板６０Ｃ上に実装される。なお、回路基板６０Ｃの中心には、磁気ドラム２１Ｃのシャフト２６が回路基板６０に関係なく回転可能とする貫通孔が設けられている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
Ｄ．第４実施形態：
図１４は、第４実施形態としての磁気式エンコーダーの概略構成を示す説明図である。図１４（Ａ）は磁気式エンコーダー１０Ｄの磁気ドラム２１Ｄを正面から見た概略正面図を示しており、図１４（Ｂ）は磁気式エンコーダー１０Ｄを側面から見た概略側面図を示しており、図１４（Ｃ）は円周中心線Ｊｃｃに沿って磁気ギャップｇｍを介して周期的に形成されているＮ極歯２５ＮＤとＳ極歯２５ＳＤの一部を拡大し、円周中心線Ｊｃｃを直線状に展開した状態で示している。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
図１５は、図１４の磁気式エンコーダー１０ＣにおいてＡ相センサー２８Ａから出力されるＡ相センサー信号Ｖｓａを示す説明図である。上述した第３実施形態において説明したように、Ａ相センサー２８Ａから出力されるＡ相センサー信号Ｖｓａは、円周中心線Ｊｃｃに沿った位置毎に検出される磁界の強さを示しており、電気角θが２π［ｒａｄ］進むごとに周期的に変化する周期波形となる。特に、本実施形態においては、上述したように、Ｎ極歯２５ＮＤおよびＳ極歯２５ＳＣの形状は、ギャップを介して配置されるそれぞれの先端形状が円周中心線Ｊｃｃを中心として正弦波状となっており、これに伴って正弦波状の磁気ギャップｇｍが形成されている。このため、Ａ相センサー信号Ｖｓａは、歪みの少ない正弦波（ｓｉｎθ）状の信号（正弦波信号）となる。なお、図示は省略するがＢ相センサー２８Ｂから出力されるＢ相センサー信号Ｖｓｂも同様である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
Ｅ．第５実施形態：
図１６は、第５実施形態としての磁気式エンコーダーの概略構成を示す説明図である。図１６（Ａ）は磁気式エンコーダー１０Ｅの磁気ドラム２１Ｅを正面から見た概略正面図を示しており、図１６（Ｂ）は磁気式エンコーダー１０Ｅを側面から見た概略側面図を示しており、図１６（Ｃ）は円周中心線Ｊｃｃに沿って磁気ギャップｇｎを介して周期的に形成されているＮ極歯２５ＮＥの一部を拡大し、円周中心線Ｊｃｃを直線状に展開した状態で示している。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
図２０は、双腕７軸ロボットの一例を示す説明図である。双腕７軸ロボット３４５０は、関節モーター３４６０と、把持部モーター３４７０と、アーム３４８０と、把持部３４９０と、を備える。各部３４６０，３４７０，３４８０，３４９０には、上記実施形態の磁気式エンコーダーが設けられている。関節モーター３４６０は、肩関節、肘関節、手首関節に相当する位置に配置されている。関節モーター３４６０は、アーム３４８０と把持部３４９０とを、３次元的に動作させるため、各関節につき２つのモーターを備えている。また、把持部モーター３４７０は、把持部３４９０を開閉し、把持部３４９０に物を掴ませる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
１０…磁気式エンコーダー
１０Ｂ…磁気式エンコーダー
１０Ｃ…磁気式エンコーダー
２０…検出部
２１…磁気ドラム
２１Ｂ…磁気ドラム
２１Ｃ…磁気ドラム
２２…側面部
２２Ｃ…側面部
２２ｈ…基準穴
２３…側面部
２３ｈ…基準穴
２４…外周面部
２４Ｂ…外周面部
２５Ｎ…Ｎ極歯
２５Ｓ…Ｓ極歯
２５ＮＢ…Ｎ極歯
２５ＳＢ…Ｓ極歯
２５Ｎｍ…Ｎ極歯
２５Ｓｍ…Ｓ極歯
２５ＮＤ…Ｎ極歯
２５ＳＤ…Ｓ極歯
２５ＮＥ…Ｎ極歯
２５ＳＥ…Ｓ極歯
２６…シャフト
２６ｈ…ネジ穴
２７…基準位置センサー
２７Ｃ…投光部
２７Ｒ…受光部
２８Ａ…磁極センサー（Ａ相センサー）
２８Ｂ…磁気センサー（Ｂ相センサー）
３０…信号処理部
３１…信号処理回路
３２…コネクター
４０…筐体
４２…筐体の穴
６０…回路基板
６０Ｃ…回路基板
６１…回路基板
６２…回路基板
６３…導体パターン
６４…ハンダ
６５…実装端子
７０…モーター
７２…シャフト
７２ｈ…ネジ穴
７２Ｓ…スペーサ
７４…ホルダー構造
７４ａ…ホルダー部
７４ｂ…締結部材
７６…断熱材
７８…固定ネジ
７９…空気層
８０…カップリング
２１０…ドラム部分
２１０Ｃ…ドラム部分
２１０Ｄ…ドラム部分
２１０Ｅ…ドラム部分
２１１…円盤部
２１２…シャフト穴
２１２Ｃ…シャフト穴
２１３…歯
２１３Ｎ…歯
２１３Ｓ…歯
２１３ＮＤ…歯
２１３ＳＤ…歯
２１３ＮＥ…歯
２１３ＳＥ…歯
２１４…基準穴
２２０…ドラム部分
２２０Ｃａ…ドラム部分
２２０Ｃｂ…ドラム部分
２２０Ｄ…ドラム部分
２２０Ｅ…ドラム部分
２２１…円盤部
２２１Ｃ…円盤部
２２２…シャフト穴
２２２Ｃ…シャフト穴
２２３…歯
２２３Ｃ…円筒部
２２３Ｓ…歯
２２４…基準穴
２２４Ｃ…側面
２３０…永久磁石部
２３１…永久磁石
２３２…シャフト
２３３…側面
２３４…側面
３３００…自転車
３３１０…動力発生装置
３３２０…制御回路
３３３０…充電池
３４００…ロボット
３４１０…第１のアーム
３４２０…第２のアーム
３４３０…動力発生装置
３４５０…双腕７軸ロボット
３４６０…関節モーター
３４７０…把持部モーター
３４８０…アーム
３４９０…把持部
３５００…鉄道車両
３５１０…動力発生装置
３５２０…車輪
３６４０…垂直多関節ロボット
３６４１…本体部
３６４２…アーム部
３６４２ａ…第１フレーム
３６４２ｂ…第２フレーム
３６４２ｃ…第３フレーム
３６４２ｄ…第４フレーム
３６４２ｅ…第５フレーム
３６４３…ハンド接続部
３６４５…ロボットハンド
３６４５ａ…基部
３６４５ｂ…指部
３７６２…双腕キャスター付ロボット
３７６３…車体部
３７６３ａ…車体本体
３７６３ｂ…車輪
３７６４…制御部
３７６５…本体回転部
３７６６…本体部
３７６７…撮像装置
３７６８…左腕部
３７６９…右腕部
３７７０…上腕部
３７７１…下腕部
３７７２…ハンド部
３７７２ａ…ハンド本体
３７７２ｂ…把持部
３７７３…回転機構
３７７４…直動機構