JP3527468B2 - 回転および回動角度測定用減速ギア - Google Patents

回転および回動角度測定用減速ギア

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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、被測定対象装置ま
たは駆動軸に連結することができ、測定範囲を拡大する
減速された測定運動または大きく減速された駆動運動を
発生する回および回動(枢動)角度測定用減速ギア、
特に測定装置および駆動装置のための回転および回動
度測定用減速ギアに関する。 【0002】 【従来の技術】回転運動および回動(枢動)運動用の減
速ギヤは、例えば自動車の運転シミュレータにおいて知
られており、通常、ハンドルの回転角度を電子的に測定
し、運転状態を表示する画面に3次元シミュレーション
として表示する。 【0003】近年、回転角度を測定するための装置や回
転数を計測するための装置が、自動車のハンドル操作角
度センサーのために必要とされている。しかしながら、
この場合、測定装置の設置寸法、機能的安全性および精
度に関する特別な要求が存在する。 【0004】米国特許第4、952、874号は、切替
え可能な複数の測定装置を有する位置検出システムを開
示しており、このシステムは、360°回転可能な工具
ホルダを含む工作機械に使用される。米国特許第4、1
45、608号は、回転機械部品における基準位置を検
出するための装置を提案しており、この装置は、例え
ば、内燃機関の点火装置の設定のために使用される。ま
た、米国特許第5、567、874号も、例えばスロッ
トルバルブ(絞り弁)における回転角度を検出するため
の装置を開示しており、この装置は、例えば、回転角度
を対応する抵抗値に変換するために使用できる。 【0005】これらの従来技術の構成要素を初めに述べ
たタイプのハンドル操作角度センサーを作るために使用
する場合、前記センサーは回転子がハンドルの回転運動
に連結された第1のセンサー装置と、回転数を計測する
機能を持つ第2のセンサー装置から構成される。そのた
め、第2のセンサー装置の回転子は、遊星ギヤ方式によ
り4:1のギヤ減速比で第1のセンサー装置の回転子に
連結されている。2つの回転子の回転軸は、互いに同心
に配置されており、内側の回転子は、高速に回転するよ
うにハンドルのスピンドルに接続される。そして、ハン
ドルが回転すると、内側の回転子が第2のセンサー装置
の外側の回転子を駆動する。この外側の回転子は遊星ギ
ヤを介して駆動される。 【0006】しかしながら、ステアリングスピンドル、
第1のセンサー装置の回転子、第2のセンサー装置の回
転子の間の同心的な配置は、従来技術のハンドル回転角
度センサーが、縦軸に対して放射方向に、比較的大きな
搭載スペースを必要とすることを意味する。さらに、従
来技術のハンドル回転角度センサーのセンサー装置の符
号は、交番2進コード(Gray Code)方式の磁
気マークの形で設けられる。その検出装置は所謂ホール
(Hall)センサーであり、磁気符号を走査するため
に、符号ディスクの周囲に配置さている。その結果、非
常に大きなスペースを取る比較的高価なハードウェアの
構成要素が必要となる。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、回転角度を
測定するための装置や回転数を計測するための装置にお
ける上記従来の問題点を解消するためになされたもので
あり、その目的は、−40℃から+80℃の温度範囲内
で0.5弧度以下の測定精度を持ち、最大直径がステア
リング筒(チューブ)の直径の2倍より小さく、最大の
ハウジングの奥行がステアリング筒の直径の1/2であ
る、シャフト軸の回転角度と回転数およびハンドルの位
置を測定するための駆動装置を提供することにある。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
目的は請求項1に挙げた特徴によって達成されることが
できる。本発明に係る減速ギヤは、被測定対象装置また
は駆動軸に連結することができ、測定範囲を拡大する減
速された測定運動または大きく減速された駆動運動を発
生する回転(運動)および回動(運動)用、特に測定装
置および駆動装置のための減速ギヤであって、差動遊星
ギヤの形で、被測定対象物の回転角度および/または回
転数を光学的に示すことを可能にする回転可能に支持さ
れた角度ダイヤフラムと共にフレームプレートに取り付
けられる。差動遊星ギヤは換え歯車の形で設けられ、被
測定対象装置の駆動環状ギヤと係合する入力ギヤから構
成されており、この入力ギヤの隣に内側に歯が設けられ
た環状の基準ギヤが入力ギアの軸に支持されフレームに
固定して取り付けられており、さらに入力ギヤのハブ上
に位置するピニオンと基準ギヤの内歯の間に、その内歯
と、歯数が基準ギヤと異なる出力ギヤとに係合する遊星
ギヤが配置されている。 【0009】出力ギヤにはピボットレバーが取り付けら
れ、このピボットレバーによって出力ギアは角度ダイヤ
フラムの爪に係合しており、基準ギヤ、出力ギヤおよび
ピニオンは共通の軸に対して同心に配置されている。こ
こで、角度ダイヤフラムはバネにより予め張力を加えて
支持され、カバープレートがフレームプレートに平行に
配置され、そのカバープレートに前記軸および角度ダイ
ヤフラムが支持されることがより好ましい。また、入力
ギヤは駆動装置のための継ぎ手の形状に設けられ、出力
ギヤは出力装置としての中心軸出力部を含むことが好ま
しい。さらに、入力装置と出力装置がフレームプレート
とカバープレートに支持され、減速ギヤが駆動部にフラ
ンジで取り付けられ、共に1つの装置を形成することが
好ましい。 【0010】測定および駆動のための本発明の減速ギヤ
は、例えば、自動車のハンドルの絶対角位置を決定する
ためのステアリング角度センサーに組み込むことができ
る。この目的のためには、第1のセンサー装置を第2の
センサー装置に結合する。第1のセンサー装置は、第1
の符号が設けられ、ハンドルの回転運動に連結された第
1の回転子と、固定子に配置されハンドルの全回転範囲
のうちの1つの角度区分内で回転子の符号を走査するよ
うに設けられた検出装置、例えばラインセンサー20か
ら構成される。第2のセンサー装置は、第1のセンサー
装置の回転子に1つのギヤを介して連結された回転子
と、この回転子によって動かされ得る符号と、固定子に
配置されハンドルの全回転範囲内で前記符号を走査する
ように設けられた検出装置とから構成される。 【0011】多数の隣接する変換素子により、第1のセ
ンサー装置の検出装置は、センサーの配列に変換でき
る。このセンサーの配列は、第1のセンサー装置の回転
子の符号を走査し、第2の符号を走査するために適して
いる。第1のセンサー装置の回転子30は符号ディスク
の形で設けられている。また符号ディスクの回転軸に対
して放射方向に延び、変換素子を構成するセンサー配
列、例えばラインセンサー20は、符号が設けられた符
号ディスクの平面に向かって配置されている。 【0012】第2のセンサー装置の回転子を第1のセン
サー装置の回転子に連結するギヤは、換え歯車の形で設
けられ、第1のセンサー装置の駆動環状ギヤ17に係合
する入力ギヤ1と、入力ギヤの隣に位置し入力ギアの軸
に支持されフレームに固定されて配置され、内側に歯を
有する環状の基準ギヤ2を含む。入力ギヤのハブに設け
られたピニオンと基準ギヤの内歯の間には、その内歯9
aと、出力ギヤ9として設計され歯数が基準ギヤ2と異
なる第2のセンサー装置の回転子との両方に係合する遊
星ギヤが配置されている。この回転子は、ピボットレバ
ーにより、第2のセンサー装置の符号が設けられ、この
回転子とセンサーの配列の間に旋回心軸回転ができるよ
うに支持されたアームの爪に連係している。 【0013】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
〜3に基づいて説明する。これらの形態は本発明の一実
施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されるも
のではない。 【0014】本発明において、この光電気的に動作する
ハンドル操作角度センサーは、2つのセンサー装置を含
む。第1のセンサー装置は、複数の光−電気変換素子を
持つラインセンサー20を含む。ラインセンサーは、ス
テアリングコラム16の回転軸に対して放射状に配置さ
れている。このラインセンサーの長さおよび変換素子に
よってカバーされる距離は測定対象範囲の全体にわたっ
ており、例えば、放射方向の符号トラックによって占め
られている。 【0015】第2のセンサー装置は、ダイヤフラム18
内に配置された光源8を含む。ダイヤフラム18の先端
は、1条の光線をダイヤフラムから出すためのダイヤフ
ラム開口部21を含む。ダイヤフラム18は、双方向矢
印により示されるように、軸5の周りを回動または枢動
することができる。そのために、ダイヤフラム開口部2
1から出る光線を、ダイヤフラム18の位置の関数とし
てラインセンサー20の異なる変換素子に当てることが
できる。ダイヤフラム開口部21を出た光線を、ライン
センサー20に当てる平面へと屈折させるために、光学
部材(図示されていない)がラインセンサーの上部に配
置される。 【0016】これらのセンサー装置は、想定されている
全範囲である4回転(1440°)の1つの360°の
区分内でのハンドルおよびステアリングコラム16の角
位置を検出する働きをする。1440°のハンドルの全
回転範囲中のステアリングコラム16の位置を検出する
ため、ダイヤフラム18はハンドルを1440°の範囲
で回したときにダイヤフラム開口部21から出た光線が
ラインセンサー20の全光電面を端から端まで動くよう
に設けられている。ダイヤフラム18の動きは、本発明
のギヤとピボットレバーとにより、ステアリングコラム
16の回転運動に連結されている。 【0017】使用されているギアは、差動遊星ギアであ
り、その構成要素がフレームプレート10上に配置され
ている。遊星ギアは、高速に回転するようにステアリン
グコラム16に接続されている環状ギア17に係合する
入力ギア1から構成されている。入力ギア1の軸7に
は、第2のセンサー装置の回転子を形成する基準ギア2
が支持されている。基準ギア2は中空ギアの形状に設け
られた内歯12aをそなえ、内歯12aと、同じく軸7
上に支持され入力ギア1と出力ギア9の間に位置するピ
ニオン12との間に、遊星ギア6が配置されている。さ
らに、遊星ギア6は、入力ギア1の隣に位置しフレーム
に固定されるよう配置された内側に歯が設けられた環状
の基準ギアと係合している。遊星ギア6は、基準ギア
2の内歯(12a)および出力ギア9の内歯(9a)の
両方と係合しているが、基準ギア2の(12a)
数は出力ギア9の(9a)の数と異なる。 【0018】入力ギヤ1が回転すると、その回転運動が
ピニオン12および遊星ギヤ6を介して、外周部にピボ
ットレバー3が取り付けられた出力ギヤ9に伝達され
る。出力ギヤ9と基準ギヤ2の歯の数は異なるので、基
準ギヤ2の内歯に対する遊星ギヤ6の同時回転接触運動
は出力ギヤ9を回動させ、その回動運動ががピボットレ
バー3を回動させる。その自由端において、ピボットレ
バー3は角度ダイヤフラムレバー13の1部を構成する
爪4に挿入されている。レバー13のレバー軸はピボッ
ト軸5になっており、ダイヤフラム18がレバー13の
もう1つのアームになっている。第2のセンサー装置の
回転子としての働きをする出力ギヤ9の回転運動は、ダ
イヤフラム18の上記回動を引き起こす。ギヤ間の遊び
を減じるために、ピボットレバー3は、バネ要素Sに抗
して動作するように設計することもできる。 【0019】本発明の減速ギヤの1例として、図2は、
回転角度の測定および回転数の計測を行うための装置を
示す。ステアリングギヤ15、ステアリングコラム1
6、および入力ギヤ1に係合する駆動環状ギヤ17が示
されている。出力端にはセンサー(ラインセンサー)2
0の角度範囲19をカバーする角度ダイヤフラム18が
設けられている。スペースの関係から、入力ギヤと出力
ギヤは互いに挿着されており、内側に歯が設けられた基
準ギヤ2が入力ギヤ1に対して同心にその内部に配置さ
れ、固定されている。基準ギヤ2の内歯12aは、同じ
く内側に基準ギヤ2と異なる数の歯が設けられた出力ギ
ヤ9を包接している。 【0020】入力ギヤ1のピニオン12は遊星ギヤ6を
駆動する。そのため遊星ギヤ6は、基準ギヤ2および同
時に出力ギヤ9に回転接触しながら運動する。基準ギヤ
2と出力ギヤ9の異なる歯数および基準ギヤ2と出力ギ
ヤ9に対する遊星ギヤ6の同時回転接触運動によって、
出力ギヤ9の回動または枢動を生ぜしめることができ
る。ほぼ180°の旋回心軸回転角度を実現することが
できる。この例ではほぼ30°である。 【0021】入力ギヤ1、基準ギヤ2および出力ギヤ9
は、その平らな面が入力ギヤ1および出力ギヤ9の各々
の側面から構成され、その円筒形の外面が基準ギヤ2の
環状面によって形成される円筒形の装置を形成すること
ができる。このようにすれば、本発明の減速ギヤは、種
々の測定および駆動装置に組み込むことができる小型の
装置の形で実現できる。 【0022】図1および図2に示されている実施形態
は、入力ギヤを継ぎ手とし、出力ギヤが他の軸、ギヤま
たは回転部品に出力が伝達されることを可能にする中心
軸出力端を含むように変形することができる。切替えの
状態により、連結することができる入力ギヤは、駆動装
置と接続することができる。 【0023】図3によれば、入力ギヤ31は、フレーム
プレート10とカバープレート11に支持されている軸
37上に配置されている。内歯39aを含む出力ギヤ3
9も、中空ギヤの形状に設けられ、軸37上に支持され
ている。出力ギヤ39の内歯39aと入力ギヤ31のピ
ニオン12の間には、遊星ギヤ36が配置されている。
入力ギヤ31が回転すると、入力ギヤ31の回転運動が
遊星ギヤ36を介して出力ギヤ39に伝達される。入力
ギヤ31が被測定対象によって動かされるとすぐに、入
力ギヤのハブであるピニオン12も回転する。 【0024】遊星ギヤ36は、ピニオン12と共に動か
され、出力ギヤ39の内歯39aに対して回転接触運動
を行う。出力ギヤ39の内歯39aと基準ギヤ32の内
歯32aの歯数が異なるために、出力ギヤ39、それに
固定接続されている軸37が、遊星ギヤ36の回転中、
差速度で回転し、1:300までの減速比を得ることが
可能である。 【0025】本発明による減速ギヤのさらに他の実施形
態においては、入力側および出力側のフレームプレート
およびカバープレートを、入力側の装置または出力側の
装置に直接に接続されて1つの装置を形成できるように
する。好ましくは、ボルトまたはクランプロックによっ
て互いに取外し可能に接続される適宜に設計されたフラ
ンジを用いることによって実現することができる。 【0026】本発明の好ましい実施形態を列挙すれば、
以下の通りである。 1.請求項1に記載の回転角度および回転数を測定する
ための装置の減速ギヤにおいて、前記角度ダイヤフラム
(18)がバネにより予め張力を加えて支持されている
減速ギヤ。 【0027】2.請求項1または上記(1)に記載の減
速ギヤであって、前記フレームプレート(10)に平行
に配置され、前記軸(7)および前記角度ダイヤフラム
(18)が支持されるカバープレート(11)が設けら
れている減速ギヤ。 【0028】3.請求項1、上記(1)〜(2)のいず
れかに記載の減速ギヤであって、前記入力ギヤ(1)が
駆動装置のための継ぎ手の形状に設けられ、前記出力ギ
ヤ(9)が出力装置としての中心軸出力部を含む減速ギ
ヤ。 【0029】4.上記(3)に記載の減速ギヤであっ
て、入力装置および出力装置が前記フレームプレートお
よび前記カバープレートに支持され、駆動部にフランジ
で取り付けられて共に1つの装置を形成する減速ギヤ。 【0030】 【発明の効果】本発明によれば、種々の測定および駆動
装置に組み込むことができ、特に自動車のハンドル操作
における回転角度を測定するための装置や回転数を計測
するための装置に組み込んで、小型装置の実現を可能と
する減速ギヤが提供される。 【0031】本発明の減速ギヤを適用する装置はまた、
例えば、工作機械または織機のための直線運動可能なス
ライドから構成されてもよい。この場合には、その直線
運動は、適当な運動変換装置によって減速装置の回転入
力運動に変換される。最初に説明したステアリング角度
センサーへの応用と類似した方法で、機械の増分距離測
定が、本発明の減速ギヤによりその信号が直線運動に対
するリミットスイッチ機能に変換される時計ディスクの
ような適宜な検出装置によって実現することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の減速ギヤが取り付けられたステアリン
グギヤの全体図である。 【図2】図1における線A−Bに沿った断面図である。 【図3】本発明による減速ギヤの他の実施例を示す断面
図である。 【符号の説明】 1 入力ギヤ 2 基準ギヤ 3 ピボットレバー 4 爪 5 ピボット軸 6 遊星ギヤ 7 軸 8 光源 9 出力ギヤ 9a 出力ギヤの内歯 10 フレームプレート(台板) 11 カバープレート(蓋板) 12 ピニオン 12a基準ギヤの内歯 13 角度ダイヤフラムレバー 15 ステアリングギヤ 16 ステアリングコラム 17 駆動環状ギヤ(環状ギヤ) 18 角度ダイヤフラム 19 角度範囲 20 ラインセンサー 21 ダイヤフラム開口部 30 回転子 31 入力ギヤ 32 基準ギヤ 32a基準ギヤの内歯 36 遊星ギヤ 37 軸 39 出力ギヤ 39a出力ギヤの内歯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−247512(JP,A) 特開 平11−132709(JP,A) 特開 平2−41854(JP,A) 特開 平8−285516(JP,A) 特開 昭53−49639(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16H 1/28 G01B 11/26 G01D 5/26

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 被測定対象装置または駆動軸に連結され
    ることができ、且つ測定範囲を拡大する減速された測定
    運動または大きく減速された駆動運動を発生する回転お
    よび回動角度測定用、特に測定装置および駆動装置のた
    めの回転角度測定用減速ギアであって、該減速ギアは
    動遊星ギア型のギアであり該差動遊星ギア型のギア
    は、フレームプレート(10)と、該フレームプレート
    (10)上に軸(7)に対して回動可能に取り付けら
    れ、被測定対象装置の駆動環状ギア(17)と係合して
    駆動環状ギア(17)の回動により回動し、そのハブ上
    にピニオン(12)を有する入力ギア(1)と、軸
    (7)に対して入力ギア(1)と同心に配置され、内歯
    (9a)を有する出力ギア(9)と、フレームプレート
    (10)に固定して取り付けられ、入力ギア(1)に隣
    接して配置され、内歯(12a)を有する基準ギア
    (2)と、入力ギア(1)のハブ上に配置されたピニオ
    ン(12)と基準ギア(2)の内歯(12a)との間に
    配置され、基準ギア(2)の内歯(12a)および出力
    ギア(9)の内歯(9a)と係合する遊星ギア(6)と
    をそなえ、基準ギア(2)、出力ギア(9)およびピニ
    オン(12)は共通の軸(7)に対して同心に配置さ
    れ、基準ギア(2)と出力ギア(9)とは異なる歯数を
    有する内歯をそなえてなり、出力ギア(9)に取り付け
    られたピボットレバー(3)、ピボットレバー(3)に
    爪(4)を介して係合して回動可能に支持され、被測定
    対象物の回転角度を光学的に示すことを可能にする角度
    ダイヤフラム(18)を配置し、駆動環状ギア(17)
    の回動により入力ギア(1)が回動すると、その回動が
    ピニオンおよび遊星ギアを介して出力ギアに伝達されて
    出力ギアを回動させ、入力ギアの回動速度に対し、基準
    ギアの内歯と異なる歯数の内歯をそなえた出力ギアの回
    動速度が減速されて、該出力ギアの回動によりピボット
    レバーを介して角度ダイヤフラムを回動するよう構成し
    ことを特徴とする回転および回動角度測定用減速ギ
    ア。
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