JP2005523402A - 歯車機構及びこの歯車機構を備えたロータリーエンコーダ - Google Patents

Abstract

本発明は、回転可能な駆動要素（１００）及び回転可能な被動要素（２００）から構成される歯車機構に関する。この場合、１本の螺旋状の線に沿った少なくとも１つの力伝達手段（１０１，１０２）が、駆動要素（１００）の表面に配置されている。１つの円周線に沿った力伝達手段（２０１，２０２）が、被動要素（２００）の表面に配置されている。この力伝達手段（１０１，１０２，２０１，２０２）の相互作用によって、トルクが、駆動要素（１００）から被動要素（２００）に伝達される。この場合、このトルクは、被動要素（２００）を回転運動させる。その結果、この被動要素（２００）の回転数が、駆動要素（１００）の回転数よりも小さい。さらに本発明は、このような歯車機構を備えたロータリーエンコーダに関する。

Description

本発明は、請求項１に記載の歯車機構及び請求項１５に記載のこの画車機構を備えたロータリーエンコーダに関する。

インクリメンタル式の測定ステップで回転可能な軸の角度測定を可能にする測角器に加えて、コード・ロータリーエンコーダとも呼ばれるアブソリュート式測角器も公知である。これらのアブソリュート式測角器は、軸の１回転内だけの絶対角度測定を可能にする。軸の回転数を検出することがさらに必要である場合、一般にいわゆる多回転ロータリーエンコーダが使用される。このような多回転ロータリーエンコーダでは、軸の１回転内の、すなわち０°〜360 °の絶対角度位置が、この軸に連結されているコード板によって測定される。このコード板は、適切な光電式走査ユニットを使用して走査される。軸の回転数に関する必要な情報を得るため、一般に減速歯車機構が設けられている。それ自体回転する軸の１つ又は多数の目盛板又はコード板が、この減速歯車機構によってより小さい回転数の回転運動に移行する。多くの場合、これらのコード板はそれぞれ、少なくとも１つのＮ極及びＳ極を有する磁気プレートとして形成されている。これらの追加のコード板の回転位置が、一般に適切な走査ユニット、特にホールセンサによって公知の方法で検出される。すなわち、これらの追加のコード板の回転運動のプリセットされている減速に基づいて、軸の回転数を算出することができる。したがって駆動軸の絶対位置の測定が、多数の回転によっても可能である。

このような減速歯車機構の場合、第１減速段ができるだけ高い減速比を有することが好ましい。その結果、後続する歯車機構段の歯車が、遥かに小さい回転数で回転する。こうして、これらの後続する歯車機構段の負荷が著しく減少する。

これに応じて構成された多回転ロータリーエンコーダが、例えば本出願人のドイツ連邦共和国特許出願公開第198 20 014号明細書から公知である。この明細書中には、ロータリーエンコーダの電子部品を組み込んだ構成が記されている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第197 45 177号明細書中には、歯車機構配置が示されている。この歯車機構配置の場合、永久磁石の又は強磁性の螺旋状の複数のウェブが駆動歯車及び被動歯車の周囲面に配置されている。特に半径方向の外側の大きさに関して比較的大きい構造空間が必要になるので、この構成はそれ故に不十分である。

より小さい構造のロータリーエンコーダが常に要求される。ロータリーエンコーダの電子構造部品が常にさらに組み込まれ、同時に小型化もされる以上、多くの場合、この歯車機構の機械的な構造部品用の構造空間が、この小型化の試みに対する制限要因になる。

本発明の課題は、構造の大きさが小さくかつ製造経費及びコストが僅かで済む歯車機構を提供することにある。

この課題は、本発明により、請求項１に記載の特徴によって解決される。

さらに請求項１５に記載の歯車機構は、ロータリーエンコーダ内で使用されなければならない。

本発明によって奏される利点は、非常に大きい減速比が歯車機構によって実現され、同時に完全なロータリーエンコーダの外径が小さく保持される点にある。さらに、軸線方向に必要な構造空間も比較的小さい。その結果、本発明の歯車機構は、比較的僅かな質量慣性を呈する。このことは、回転運動が非常にダイナミックに変化する場合に有益である。

本発明の好適な構成は、従属請求項に記載されている。

以下の明細書では、駆動要素又は被動要素に対してほぼ垂直にある面が、この駆動要素又は被動要素の正面として分かる。円形シリンダ状の駆動要素又は被動要素の場合、被覆面ではなくて、円形面又はリング面が正面の下に見て取れる。

好ましくは、歯車機構の力伝達手段が永久磁石として構成されている。この場合、駆動歯車に対する永久磁石は螺旋状の線に沿って配置されていて、被動歯車に対する永久磁石は例えば円い線に沿って配置されている。駆動要素に対する螺旋の線がアルキメデスの螺旋の一部として構成されている場合、歯車機構のより良好な作用が実現される。磁力を向上させるため、駆動歯車及び被動歯車の本体が、好ましくは高い比透磁率を呈する材料から製造されている。永久磁石が、これらの駆動歯車及び被動歯車上に取り付けられている。この比透磁率は、少なくとも10を超え、特に100 より大きい。

本発明の歯車機構及びこの歯車機構を備えたロータリーエンコーダの詳細及び利点は、添付されている図面に基づく以下の実施の形態に記載されている。

図中では、異なる実施の形態の同じに作用する構造部材は、同一符号で示す。

図１ａ中には、本発明の歯車機構の駆動歯車１００が示されている。この歯車機構は、第１歯車機構段としてロータリーエンコーダ４００（図７）内に組み込まれている。この駆動歯車１００は、図７中に示された中空軸４０１を収容するための大きい中心孔を有する。この中空軸４０１の回転位置が、ロータリーエンコーダ４００の動作中に測定される。螺旋状の線に沿って指向され180 °だけずれて配置された縦長の２つの永久磁石１０１，１０２（図１ｂ）がそれぞれ、駆動歯車１００の側面に存在する。この板１０４の縁部が、永久磁石１０１，１０２の形に応じて延在する。この板１０４は、永久磁石１０１，１０２上に貼付されている。この板１０４は、強磁性の合金から成る。これによって、永久磁石１０１，１０２の磁場が強化される。駆動歯車１００の本体１０６は、強磁性のＦｅＮｉ合金から成る。このＦｅＮｉ合金の比透磁率μ_r は、少なくとも10、好ましくは1000である。示された例では、μ_r は約3000である。

この実施の形態では、螺旋状の線がアルキメデスの螺旋の一部として方程式ｒ＝ａ・φにしたがって形成されている。この場合、ｒは螺旋の半径である。ａは正の定数である。φは、螺旋の線の極の周りの放射光線の（ラジアンの）旋回角度である。この示された例では螺旋が駆動歯車に対して中心に配置されているので、ここでは極が回転軸線１０３に存在する。この種類の螺旋の場合、螺旋の極から出発する任意の光線の連続する２つの交点がそれぞれ、同じ間隔、すなわち２・π・ａを有する。

永久磁石１０１，１０２及び板１０４は、半径方向に異なる厚さを有する。この場合、一番薄い領域は、永久磁石１０１，１０２又は板１０４の端部及び張りだし部分にある。

図１ｂでは、永久磁石１０１，１０２が、駆動歯車１００に対して軸線方向に磁化されている。すなわち、永久磁石１０１，１０２のＮ極とＳ極との間の接合線が、駆動歯車１００の回転軸線１０３に対してほぼ平行に延在する。一方の永久磁石１０１の場合はＳ極が本体１０６に向かって指向されていて、他方の永久磁石１０２の場合はＮ極が本体１０６に向かって指向されているように、これらの両螺旋状の永久磁石１０１，１０２は配置されている。図１ｃでは、永久磁石１０１，１０２及び板１０４を有する駆動歯車１００が投影図で示されている。

被動歯車２００が、図２ａ，２ｂ，２ｃにしたがって同様に永久磁石２０１，２０２を有する。これらの永久磁石２０１，２０２は、被動歯車２００の正面の円い線２０５に沿って配置されている。円い線２０５の代わりに、永久磁石２０１，２０２を例えば楕円に沿って配置してもよい。したがって永久磁石２０１，２０２の配置に対しては、これらの永久磁石２０１，２０２が円周線に沿って設置されている。すなわち、実際に半径方向に外側に向かって指向する光線が、回転軸線２０３から出発して０°〜360 °の各角度位置で円周線と交差する。永久磁石２０１，２０２の正面の縁領域は、回転軸線２０３に対して半径方向に外側に向かって角度αだけ面取りされている（図２ｂ）。この例では５°である。永久磁石２０１，２０２は、被動歯車２００の本体２０６上に貼付されている。この被動歯車２００は、強磁性のＦｅＮｉ合金から成る。駆動歯車１００と同様に、比透磁率μ_r は少なくとも10、好ましくは1000である。この示された例では、μ_r は、ここでも約3000である。磁場が、この比較的高い比透磁率によって著しく強化される。

永久磁石２０１，２０２は、（被動歯車２００の回転軸線２０３に対して）軸線方向に磁化されていて、２つの隣接した永久磁石２０１，２０２がそれぞれ逆方向に磁化されるように指向されている。すなわち、永久磁石２０１の場合、Ｎ極が被動歯車２００の本体２０６の方向に指向し、隣接した永久磁石２０２の場合、Ｓ極がこの本体２０６の方向に指向する。永久磁石２０１と永久磁石２０２との間には、アルミニウム製のいわゆる伝導ピン２０４が被動歯車２００に対して取り付けられている。

この代わりに、伝導ピン２０４を永久磁石２０１と２０２との間に配置しないで、図２ｄ，２ｅ中に示すように半分の極間隔だけ回転方向にずらして永久磁石２０１，２０２内部に配置してもよい。このとき、これらの伝導ピン２０４は、磁化可能な材料から成り、永久磁石２０１，２０２のような指向性及び極性を伴ってそれ自体も磁化されている。

独立した構造部材としての伝導ピン２０４の代わりに、永久磁石２０１，２０２を適切に成形することによって、伝導ピン２０４をこれらの永久磁石２０１，２０２内に一体的に組み込んでもよい。

図３ａ中には、被動歯車２００に対して動作位置にある駆動歯車１００が示されている。駆動歯車１００の回転軸線１０３及び被動歯車２００の回転軸線２０３が、動作中に固定されている。被動歯車２００の回転軸線２０３が駆動歯車１００の回転軸線１０３に対して角度α（＝５°）だけ傾いていることによって、駆動歯車１００と被動歯車２００との間の前面の間隔の大きさが場所に応じて異なる。このことは、駆動歯車１００の永久磁石１０１，１０２と被動歯車２００の永久磁石２０１，２０２との間の磁力の大きさが間隔つまり空隙に応じて同様に異なることを伴う。しかも、伝導ピン２０４が、大きい間隔の領域内で拘束されない。すなわち、この領域内のこの大きい間隔の端部が螺旋状の板１０４の中間空間内に突出しない。

図３ｂ中には、駆動歯車１００及び被動歯車２００を有する歯車機構の投影部分図が示されている。

駆動歯車１００が始動すると、十分小さい空隙又は間隔が、駆動歯車１００の永久磁石１０１の極と被動歯車２００の永久磁石２０１の極との間に形成された直後に、永久磁石１０１のＮ極が、被動歯車２００の永久磁石２０１のＳ極をほぼ「受け止める」。これによって、力が、駆動歯車１００から被動歯車２００に伝わる。駆動歯車１００及び被動歯車２００の本体１０６，２０６が約3000の比透磁率μｒを呈するＮｉＦｅ合金から成ることによって、磁場及び伝達可能な力が強化されるつまり増大する。さらにこの作用は、強磁性の、特にフェライト磁石の板１０４によって支援される。この板１０４は、磁束を発生し、そのため力の伝達性がさらに向上する。螺旋状の永久磁石１０１の回転軸線１０３周りの回転運動が、被動歯車２００に対して接線的に指向する方向成分を有することによって、トルクが駆動歯車１００から被動歯車２００に伝達される。この力の伝達は、主に僅かな空隙が支配的である領域内で発生する。角度αだけ傾けることによって、駆動歯車１００の永久磁石１０１と被動歯車２００の永久磁石２０１との間の全ての磁力の和が回転運動を始動させることが保証されている。永久磁石１０１の端部のこの永久磁石１０１及び板１０４の半径方向の不均一な厚さによって、伝導ピン２０４を螺旋状の線と線との間の中空空間内に通すことが改良される。

歯車機構の減速比は、一方では永久磁石１０１が延在する螺旋状の線のギア数に依存し、他方では駆動歯車２００の作用結合可能な永久磁石２０１の数に依存する。この示された例では、永久磁石１０１が、螺旋状の入力線に沿って指向されている。この場合、この永久磁石１０１のＮ極が、被動歯車２００に指向する。これに属するＳ極の数つまり被動歯車２００に対応する永久磁石２０１の数は、８である。螺旋状の線のギア数及びこれに対して相互作用にある被動歯車２００の永久磁石２０１の数から成る減速比に応じて、ここでは８：１の減速比が得られる。すなわち、被動歯車２００は、動作中に駆動歯車１００よりも８倍遅く回転する。

歯車機構の力の伝達性及び同期動作を最適にするため、永久磁石１０１の螺旋状の線の形が、永久磁石２０１の配置と互いに調整されている。永久磁石１０１が螺旋状の線に沿って指向されているこの螺旋状の線が、アルキメデスの螺旋として形成されている場合、上述したように、一定の距離が、螺旋状の線と線との間に２・π・ａとして与えられている。この示された例では、２・π・ａ＝4.4mm つまりａ≒0.7mm である。

被動歯車２００の８個の永久磁石２０１は、１本の螺旋状の線２０５に沿って配置されている。その結果、円い面が、永久磁石２０１の外郭２０７を延長することによって形成され得る。永久磁石２０１間の間隔が、２・π・ａ＝4.4mm に調整されている。その結果、１つのＮ極が、各動作位置で１つのＳ極によって 「受け止められる」。幾何学的に説明すると、このことは、２・π・ａ＝4.4mm の辺の長さを有する正八角形が上述した円い面の外郭２０７内に完全に収まり得ることを意味する。基本的に、以下の幾何学的基準が満たされていることが、歯車機構の作用に対して好ましい：被動歯車２００の同極の永久磁石２０１の数ｎに応じて、２・π・ａの辺の長さを有するｎ角形が形成される。ｎ角形が円い面の外郭２０７の内部に完全に収まるように、このｎ角形は、円い面に収まり得る（各角が１つの永久磁石２０１にある）。

逆極性の作用結合部分を考慮した場合、同様な関係が上述したように成立する。したがって、駆動歯車１００の第２永久磁石１０２も、螺旋状の入力線に沿って配置されている。この第２永久磁石１０２のＳ極が、被動歯車２００の永久磁石２０２の８個のＮ極と相互作用にある。したがって、螺旋状の入力線に沿って配置されている永久磁石１０２と被動歯車２００に対応する８個の永久磁石２０２との間の減速比が同様に８：１である。したがって、上述した永久磁石１０１と永久磁石２０１との間の力の伝達とは違って、この追加の作用結合部分は、減速比が変化しない。この追加の作用結合部分は、力の伝達性を向上させるためだけにつまり伝達可能なトルクを上げるために使用される。何故なら、こうして永久磁石１０１，１０２が、永久磁石２０１，２０２と共にほぼ平行に互いに作動するからである。歯車機構をロータリーエンコーダで使用する場合、Ｎ極及びＳ極の結合のこの平行な動作は有益である。何故なら、非同期動作、すなわち駆動歯車１００と被動歯車２００との間のスリップの危険が精確な測定のためにこれによって阻止されなければならないからである。

必要なトルクが、本発明の歯車機構によってあらゆる接触なしに伝達され得る。しかしながらこの示された例で補足すると、アルミニウム製の非磁性の伝導ピン２０４が、場合によっては起こりうる非同期の、すなわちスリップを伴う動作状態から守るために被動歯車２００で使用される。アルミニウムの代わりに、別の非磁性の材料、例えば真鍮、青銅や合成樹脂、例えばＰＴＦＥ又はＰＡを使用してもよい。さらに上述したように、伝導ピン２０４を磁化させてもよく、したがって磁化材料から成ってもよい。永久磁石１０１，１０２，２０１，２０２による力の結合がトルクの伝達に対してもはや十分でない場合、これらの伝導ピン２０４には、被動歯車２００を駆動歯車１００に対して同期してつまりスリップなしに運動させる働きがある。この危険は、特にトルクのピークが高い回転加速度のときに発生する場合や妨害磁場の存在時又は振動時にも起こる。板１０４は、伝導ピンが駆動歯車１００の永久磁石１０１，１０２に接触しないことを保証する。何故なら、伝導ピン２０４が永久磁石１０１，１０２に届かないように、これらの伝導ピン２０４は寸法決めされているからである。伝導ピン２０４が作用する程度に発生するトルクが大きい場合、力が伝導ピン２０４と板１０４との間で接触して伝達する。永久磁石１０１，１０２の起こりうる磨耗が、こうして阻止される。

上述したように、伝導ピン２０４が、図２ｅの実施の形態にしたがって磁化されている。この場合も、トルクが、接触なしに又は板１０４若しくは永久磁石１０１，１０２に対するより少ない押圧力で伝達され得る。

また、力が通常動作中に接触なしに伝達されるので、説明した例の歯車機構の磨耗が無視できる。

説明した構成の代わりに板１０４を省略できる場合、駆動歯車１００の永久磁石１０１，１０２の側面を硬い材料の層で効果的に被覆してもよいし又は接合材料を使用してもよい。

図３ｃ中では、もう１つの実施の形態が示されている。この実施の形態は、永久磁石１０１，１０２が異なるウェブ高さＨ，ｈを有する点を特徴とする。永久磁石１０１，１０２，２０１，２０２が歯車機構の通常動作中に接触することなしに、永久磁石２０１，２０２が永久磁石１０１と永久磁石１０２との間で係合する。駆動歯車１００の永久磁石１０１，１０２及び被動歯車２００の永久磁石２０１，２０２の引力及び斥力によって、対応する力が伝達される。負荷が歯車機構に過度にかかる場合、力が永久磁石１０１，１０２，２０１，２０２の接触によって機械的に伝達される。この通常動作に対して磨耗を抑えるため、ここでは適切な硬い材料の被覆が施されている。この機能は、駆動歯車２００の円錐形に構成された永久磁石２０１，２０２によっても支援される。

また、例えば緊急運転特性を改良するため、シリンダ形と違う別の幾何学形状を別の実施の形態の伝導ピン２０４に対して選択してもよい。

図３ｄでは、歯車機構の別の実施の形態が示されている。この実施の形態の場合、永久磁石１０１，１０２が半径方向に磁化されていて、永久磁石２０１，２０２が円周方向に磁化されている。それぞれ４つの磁極が、動作中に永久磁石１０１，１０２，２０１，２０２ごとに対向している。駆動歯車１００の永久磁石１０１，１０２と被動歯車２００の永久磁石２０１，２０２とが伝達すべきトルクのために相対的にずれる場合、このずれのこれらの極の磁力が逆に作用し、比較的強い力が歯車機構に伝達する。

本発明の歯車機構の別の実施の形態では、永久磁石１０１，１０２が、図３ｅにしたがって上述した実施の形態のように半径方向に磁化され得るものの、同一の極が対向して存在する。この示された例では、永久磁石１０１のＮ極が永久磁石１０２のＮ極に対向して存在する。これに対して被動歯車２００の永久磁石２０１，２０２は、軸線方向に磁化されている。図２ｅと同様に、さらに伝導ピン２０４が同様に磁化されている、つまり伝導ピン２０４のＮ極が、駆動歯車１００の永久磁石１０１，１０２の両Ｎ極間に突出している。したがって、被動歯車２００の永久磁石２０２のＳ極が、動作中に永久磁石１０１，１０２の両Ｎ極によって引きつけられる。その結果、この系は、一番短い間隔を不均一な極と極との間で得る。この機能は、伝導ピン２０４のＮ極と永久磁石１０１，１０２のＮ極との間の斥力によって支援される。したがってこれらの伝導ピン２０４は、この構造では被動歯車２００を駆動歯車１００の永久磁石１０１，１０２に対して中心合わせするために寄与し、最終的に接触なしに伝達可能なトルクが上昇する。

図４中では、別の実施の形態が示されている。この実施の形態の場合、力が、永久磁石１０１，１０２，２０１，２０２によっても伝達される。確かにここでは、駆動歯車１００の回転軸線１０３及び被動歯車２００の回転軸線２０３が平行に指向されている配置が選択される。このことは、特に以下の歯車機構段に対して有益である。何故なら、全ての歯車の軸線が、これによって回転軸線１０３に対して並列に指向され得るからである。その結果、傘歯車等を使用しないで済む。

回転軸線１０３，２０３のこの平行な指向は、最終的に遮蔽板３００によって可能になる。窓３０１が、この遮蔽板３００に形成されている。この遮蔽板３００は、同様に比較的高い比透磁率を呈するＮｉＦｅ合金から成る。この遮蔽板３００は、磁場を著しく弱める特性を有する。この代わりに、高い比透磁率を呈するＳｉＦｅ合金やアモルファス合金又はナノ結晶合金を使用してもよい。こうして、駆動歯車１００と被動歯車２００との間の磁気的な結合が、窓３０１の領域上に空間的に限定され得る。被動歯車２００のその他の面は、遮蔽板３００によって磁気的に大幅に絶縁される。その結果、伝達可能なトルクが、この領域内でほぼ零である。

包囲するリング状の形の代わりに、遮蔽板３００は、関連する作用範囲だけを覆うリングセグメントだけに選択してもよい。

以下で、図５ａ〜６ｃによる配置を別の実施の形態として説明する。この配置の場合、駆動歯車１００の力伝達要素が、１本の螺旋状の線に沿って指向された１本の中空溝１０１である。複数の球２０８が、この中空溝１０１内に係合する。これらの球２０８は、被動歯車２００の球ケージ２０１内で軸支されている。この場合、一方では全ての軸線の周りの球２０８がこの球ケージ２０１内で回転可能であり、他方では軸線方向への脱落に対しては保護されているように、この球ケージ２０１は図６ｂにしたがって構成されている。球ケージ２０１つまり被動歯車２００の全体は、この示された例では合成樹脂から製造されている。その結果、球２０８は、嵌め込みによって球ケージ２０１内に搭載され得る。

被動歯車２００は、図６ａに応じて16個の球２０８を有する。これらの球２０８は、中空溝１０１（入力螺旋）と相互作用にある。したがって、減速比を16：１に決定することができる。

組み立てられた状態では、この実施の形態でも、駆動歯車１００の回転軸線１０３が被動歯車２００の回転軸線２０３に対して傾斜している。非接触式の力の伝達による実施の形態とは対照的に、接触式の力伝達手段によるこの例では摩擦損失及び磨耗が発生する。この影響は、歯車機構の注油及び適切な材料の対を使用することによって低減され得る。磨耗を抑える硬い材料の層、例えば潤滑性の合成樹脂と結合させた炭化タングステンが、非回転部分、すなわち中空溝１０１，球２０８及び球ケージ２０１の全体又は一部に施されていることによって、特に磨耗は低減され得る。球ケージ２０１は、特に潤滑材を染み込ませた焼結金属から製造してもよい。この代わりに、球２０８及び／又はその他の非回転部材をセラミック材料から製造してもよい。

歯車機構は、図７中に示されているように絶対角度位置を測定する多回転ロータリーエンコーダ内に組み込まれている。歯車機構の駆動歯車１００が、ロータリーエンコーダ４００の中空軸４０１を有するこの駆動歯車１００の大きい中心孔に回転しないように連結されている。中空軸４０１自体が、図示しなかった軸を回転しないように収容する。この軸の回転位置が、ロータリーエンコーダ４００の動作中に測定できる。コード板４０２が、中空軸４０１の段差部分に固定、この例では貼付されている。その結果、コード板４０２は、測定動作中に中空軸４０１と同じ回転数で回転する。中空軸４０１の１回転内に絶対値を検出するため、コード板４０２が、多目盛のコード、一般にグレイコードを支持する。この場合、一番細かいトラックが、高分解能のインクリメンタルトラックである。可能な限り多くの目盛周期を周囲に沿って配置できるようにするため、このトラックは、好ましくは可能な限り遠くにコード板４０２の周囲に沿って配置されている。多数の目盛周期が全体の円周にわたって配置されているほど、ロータリーエンコーダの検出すべき角度の分解能は大きい。

光源４１１，レンズ４１２及び走査板４１３が、ロータリーエンコーダ４００の回転ハウジング４１０内に存在する。さらに、板４１４が、ハウジング４１０に動かないように連結されている。光検出器が、この板４１４の裏面にと取り付けられている。中空軸４０１の１回転内のその都度の角度位置が、この光学角度走査装置によってインクリメンタル式に及び／又はアブソリュート式に測定される。

本発明の歯車機構及びこれと連動する別の歯車機構段が、多回転測定に必要になる。これらは、ギアボックス４２０内に組み込まれている。図７中のこのギアボックスの外壁の一部が、見易さの理由から省略してある。ギアボックス４２０は、ハウジング４１０に回転しないように連結されていて、したがって中空軸４０１又は駆動歯車１００の回転運動に関与しない。これに対して被動歯車２００の回転軸線２０３は、ギアボックス４２０に対しても、したがってハウジング４１０に対して運動不可能である。中空軸４０１の回転運動が、駆動歯車１００から与えられている減速比で被動歯車２００にスリップなしに伝達される。この被動歯車２００は、軸受Ｐ内でギアボックス４２０に対して軸線２０３周りに回転可能に軸支されている。歯車が、被動歯車２００に回転しないように連結されている。この歯車は、別の減速段の歯車に係合する。磁気目盛を有する目盛板４２１が、この別の減速段の軸に固定されている。さらに別の目盛板４２２，４２３を有する別の歯車機構段が適切に配置されている。目盛板４２１，４２２，４２３の回転軸線が、中空軸４０１に対して平行に指向されている。目盛板４２１，４２２，４２３の各々は、磁極（Ｎ−Ｓ）が円周方向に沿って交互に配置された１つの磁石から構成される。一番簡単な場合、これらの目盛板４２１，４２２，４２３はそれぞれ、１つのＮ極及び１つのＳ極を有する短い棒磁石として構成されている。これらの目盛板４２１，４２２，４２３の磁気目盛は、共通の平面内に配置されている。

目盛板４２１は、この例では中空軸４０１よりも係数16だけ遅く回転する。別の歯車機構段は、対応する目盛板４２２，４２３の回転数をさらに低下させる。

目盛板４２１，４２２，４２３の角度位置が、図７中に示されていない板４１４の表面で検出装置、ここではホールセンサによって測定される。したがって目盛板４２１，４２２，４２３は、中空軸４０１の回転数を測定するために使用される。この場合、各目盛板４２１，４２２，４２３は、それぞれ前方連結された歯車機構段の減速歯車によって減速駆動される。スペースを節約する構造にするため、目盛板４２１，４２２，４２３及び被動歯車２００の回転軸線２０３の回転軸受Ｐが、コード板４０２の周囲領域内に配置されている。

検出装置としてのホールセンサの代わりに、ＡＭＲセンサ，ＧＭＲ(Giant Magnet Resistive)センサやＴＭＲ(Tunnel Magneto Resistive)センサのような磁気抵抗センサを使用してもよい。

被動歯車２００は、この説明した例では駆動歯車１００と板４１４との間に組み込まれている。この構成によって、及び目盛板４２１，４２２，４２３の磁気目盛が１つの平面内に配置されていることによって、これらに属する検出装置が、板４１４の表面上に比較的簡単に格納され得る。対応する光検出器が、上述したように板４１４の裏面上に取り付けられている。板４１４の両面が、電子構成要素を備える。このことは、必要なスペース及び製造費の節約に関して特に有益である。

図７のロータリーエンコーダ４００の場合、光学走査要素（特に、光源４１１，レンズ４１２，走査板４１３及びコード板４０２）が、板４１４の下にある。この場合、光電素子が、板４１４の裏面に取り付けられている。特に目盛板４２１，４２２，４２３の回転位置を検出する検出装置が、板４１４の表面に固定されている。図７によれば、新規の歯車機構及び別の歯車機構段が、この板を介して取り付けられている。被動歯車２００は、ハウジング４１０の外径を超えないで突出している。この被動歯車２００は、駆動歯車１００のように新規の歯車機構の構成要素である。この場合、新規の歯車機構がロータリーエンコーダ４００の半径方向の寸法を従来使用した寸法に比べて大きくならないので、ここでは既存の回転センサのハウジング４１０を使用してもよい。歯車機構の駆動歯車１００は、被動歯車２００の上に配置されている。この駆動歯車１００は、この直径がハウジング４１０の直径よりも小さく寸法決めされている。したがって説明した構造によって、半径方向にも軸線方向にも非常に小さい構造寸法を有し、上述した利点を奏する歯車機構を備えるロータリーエンコーダ４００が提供され得る。

説明した構造の特に好適な点は、上述したように被動歯車２００が駆動歯車１００の本体の外径からはみ出ないか又はほとんどはみ出ないように、この被動歯車２００は配置されていることである。換言すれば、軸受Ｐと駆動歯車の回転軸線との間の距離が、駆動歯車１００の本体１０６の半径よりも小さい。この示された例では、軸受Ｐと駆動歯車１０３の回転軸線１０３との間の距離が、コード板４０２の半径よりも小さい。２つ又は多数の軸受Ｐが存在する場合、被動歯車２００の回転軸線２０３が駆動歯車１００の回転軸線１０３に対して適切に傾斜しているときに、各軸受Ｐを回転軸線１０３に対して最短距離で配置する必要がある。ロータリーエンコーダの配置が、この基準を満たすことによって比較的小さい直径を有する。

歯車機構の用途は、インクリメンタル走査が光学原理に基づくロータリーエンコーダ又は回転数が磁気走査原理に基づくロータリーエンコーダに限定されない。同様に、ここでは特に容量性又は誘導性に作用するロータリーエンコーダも一緒に含まれている。

永久磁石を有する駆動歯車の正面図である。 永久磁石を有する駆動歯車の一部の側面図である。 駆動歯車の投影図である。 永久磁石及び伝導ピンを有する被動歯車の正面図である。 永久磁石及び伝導ピンを有する被動歯車の一部の側面図である。 永久磁石及び伝導ピンを有する被動歯車の投影図である。 永久磁石内部に配置された伝導ピンを有する被動歯車の正面図である。 永久磁石内部に配置された伝導ピンを有する被動歯車の一部の側面図である。 動作位置での駆動歯車及び被動歯車の側面図である。 永久磁石及び傾いた被動軸線及び伝導ピンを有する歯車機構の投影図である。 異なる高さの永久磁石を有する駆動歯車の一部及び被動歯車の一部の側面図である。 円周方向に沿って磁化された永久磁石を有する歯車機構の部分図である。 半径方向に磁化された永久磁石と組み合わせた円周方向に沿って磁化された永久磁石を有する歯車機構の部分図である。 永久磁石及び遮蔽板を有する被動歯車の投影展開図である。 中空溝を有する駆動歯車の正面図である。 中空溝を有する駆動歯車の一部の側面図である。 球ケージ内に球を有する被動歯車の正面図である。 球ケージ内に球を有する被動歯車の一部の側面図である。 球ケージ及び球を有する被動歯車の投影展開図である。 本発明のロータリーエンコーダの一部の立体的な展開図である。

符号の説明

１００ 駆動歯車
１０１ 永久磁石，中空溝
１０２ 永久磁石
１０３ 回転軸線
１０４ 螺旋状の板
１０６ 本体
２００ 被動歯車
２０１ 永久磁石，球ケージ
２０２ 永久磁石
２０３ 回転軸線
２０４ 伝導ピン
２０５ 円い線
２０６ 本体
２０７ 外郭
２０８ 球
３００ 遮蔽板
３０１ 窓
４００ ロータリーエンコーダ
４０１ 中空軸
４０２ コード板
４１０ 回転ハウジング
４１１ 光源
４１２ レンズ
４１３ 走査板
４１４ 板
４２０ ギアボックス
４２１ 目盛板
４２２ 目盛板
４２３ 目盛板

Claims (18)

1. 歯車機構が、回転可能な駆動要素（１００）及び回転可能な被動要素（２００）から構成され、この場合、
   −少なくとも１本の螺旋状の線に沿った少なくとも１つの力伝達手段（１０１，１０２）が、駆動要素（１００）の表面に配置されていて、
   −１本の円周線に沿った力伝達手段（２０１，２０２）が、被動要素（２００）の表面に配置されていて、
   トルクが、この力伝達手段（１０１，１０２；２０１，２０２）の相互作用によって駆動要素（１００）から被動要素（２００）に伝達され、この場合、このトルクは、回転運動を被動要素（２００）内に発生させ、その結果、この被動要素（１００）の回転数が、駆動要素（１００）の回転数よりも小さい。
2. 螺旋状の線は、方程式
   ｒ＝ａ・φ
   によって記述されていて、この場合、
   ｒは螺旋の半径であり、ａは正の定数であり、φは螺旋状の線の極から出発する放射光線の旋回角度である請求項１に記載の歯車機構。
3. 被動要素（２００）の力伝達媒体（２０１，２０２）の数は、駆動要素（１００）の螺旋状の線の有効整数よりも大きい請求項１又は２に記載の歯車機構。
4. 被動要素（２００）の回転軸線（２０３）と被動要素（２００）の力伝達手段（２０１，２０２）の外殻（２０７）との間の最大距離が、駆動要素（１００）の回転軸線（１０３）と被動要素（２００）の領域内の被動要素（２００）の回転軸線（２０３）との間の距離よりも小さい請求項１〜３のいずれか１項に記載の歯車機構。
5. 駆動要素（１００）及び／又は被動要素（２００）の力伝達手段（１０１，１０２；２０１，２０２）は、永久磁石である請求項１〜４のいずれか１項に記載の歯車機構。
6. トルクは、特に磁石の斥力によって接触なしに伝達可能である請求項５に記載の歯車機構。
7. 駆動要素（１００）及び／又は被動要素（２００）の永久磁石（１０１，１０２；２０１，２０２）は、支持本体（１０６，２０６）上に配置されていて、この支持本体（１０６，２０６）の材料は、10より大きい、特に 100より大きい比透磁率を呈する請求項５又は６に記載の歯車機構。
8. 層（１０４）が、被動要素（２００）に面している側面上の駆動要素（１００）の少なくとも１つの永久磁石（１０１，１０２）側に取り付けられていて、この層（１０４）は、強磁性特性を呈する請求項５〜７のいずれか１項に記載の歯車機構。
9. 駆動要素（１００）の永久磁石は、多数の螺旋状の線上に配置されていて、これらの永久磁石は、異なるウェブ高さ（Ｈ，ｈ）を有する請求項５〜８のいずれか１項に記載の歯車機構。
10. 追加の力伝達手段（２０４）が、特に被動要素（２００）に配置されていて、トルクが、駆動要素（１００）からこれらの力伝達手段（２０４）を通じてこの被動要素（２００）に非接触的に伝達可能である請求項５〜９のいずれか１項に記載の歯車機構。
11. トルクが、追加の力伝達媒体（２０４）によって駆動要素（１００）から被動要素（２００）に非接触式にも接触式にも伝達可能である請求項１０に記載の歯車機構。
12. 磁気的に遮蔽された部分領域と遮蔽されない部分領域との双方が、駆動要素（１００）と被動要素（２００）との間の領域内に配置されている請求項５〜１１のいずれか１項に記載の歯車機構。
13. 遮蔽は、強磁性、特に軟磁性の板（３００）によって実施され、磁気的に遮蔽されない部分領域は、この板（３００）内の窓（３０１）である請求項１２に記載の歯車機構。
14. 駆動要素（１００）の力伝達媒体（１０１，１０２）は、中空ケージとして構成されていて、被動要素（２００）の力伝達手段（２０１）は、この力伝達媒体（２０１）の球要素（２０８）内の凹部として構成されている請求項１〜１３のいずれか１項に記載の歯車機構。
15. １つ又は多数の歯車機構を有するロータリーエンコーダ、この場合、歯車機構段の少なくとも１つの歯車機構段が、回転可能な駆動要素（１００）及び回転可能な被動要素（２００）から構成され、
    −少なくとも１本の螺旋状の線に沿った少なくとも１つの力伝達手段（１０１，１０２）が、駆動要素（１００）の表面に配置されていて、
    −１本の円周線に沿った力伝達手段（２０１，２０２）が、被動要素（２００）の表面に配置されていて、
    トルクが、この力伝達手段（１０１，１０２；２０１，２０２）の相互作用によって駆動要素（１００）から被動要素（２００）に伝達され、この場合、このトルクは、回転運動を被動要素（２００）内に発生させ、その結果、この被動要素（１００）の回転数が、駆動要素（１００）の回転数よりも小さい。
16. 被動歯車（２００）は、駆動歯車（１００）と板（４１４）との間に配置されている請求項１５に記載のロータリーエンコーダ。
17. 駆動歯車（１００）の回転軸線と被動歯車（２００）が軸支されている点Ｐとの間の最短距離は、駆動歯車１００の本体１０６の半径よりも小さい請求項１５又は１６に記載のロータリーエンコーダ。
18. 駆動歯車１００の回転軸線と被動歯車２００が軸支されている点Ｐとの間の最短距離は、コード板４０２の半径よりも小さい請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のロータリーエンコーダ。

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