JP4751194B2 - 角度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１による角度測定装置に関する。

角度測定装置−ロータリエンコーダともよく呼ばれる−は、一つあるいはそれより多くの回転部を介して、回転可能に支承された物体、特に軸の回転運動を測定するために使用される。この場合、回転運動は数値的にすなわち絶対的に検出される。ラックと歯車あるいはネジ付きスピンドルと連結して、直線運動は角度測定装置を使用して測定することができる。

接続ケーブルを介して、作動電圧が角度測定装置に供給され、測定信号が取り出され、従属電子機器へ転送される。それには公知の角度測定装置の場合、角度測定装置のキャップに開口部が設けられており、この開口部を通り抜けて、接続ケーブルを角度測定装置に引き込み、そこで適切な電気的接続ユニットと接続することができる。

しかしながら、このような角度測定装置すなわちロータリエンコーダには、他の物体、例えばモーターからの信号すなわち電気的情報が供給され、場合によっては、次の処理の後、前述の従属電子機器へ転送されることが多い。次いで信号は、角度測定装置に接続しなければならない分離した信号ケーブルを介して角度測定装置に転送される。公知のこのような接続は、組立てが比較的面倒であり、角度測定装置の取付位置の自由度を限定する。

本発明の根底をなす課題は、簡単な手段で、信頼性がありかつ迅速な組立てが可能であり、この場合、角度測定装置が様々な角度位置において同じ機能を持つように組立て可能である、冒頭で挙げた様式の角度測定装置を提供することである。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を備えた角度測定装置を提供することにより解決される。
したがって、角度測定装置は、基体と、符号化円盤と、接触領域とを備え、前記符号化円盤が、基体に対して軸線Ａを中心にして回転可能であり、前記接触領域が、電流あるいは電気信号を介して、固定された他の物体から角度測定装置内に導入可能である。この場合、接触領域は基体に対して定置して設けられている。さらに、接触領域は各点において、等しい電位を有している。接触領域は、第一点Ｐ_１が極座標Ｒとα_１により、同様に第二点Ｐ_２が極座標Ｒとα_２により定義可能であり、この場合、点Ｐ_１とＰ_２がどちらも、接触領域上にあるように構成されている。この場合、Ｒは点Ｐ_１とＰ_２の軸線Ａからの距離と同じであり、それに対して角度α_１とα_２はその大きさが異なる。

本発明の他の形態によれば、接触領域は環状体すなわち環状セグメントにより形成されている。

角度測定装置は幾つかの固定配設部を使用して他の物体に固定可能であるように形成されているのが有利である。この場合、フランジ孔あるいはフランジスリットが、固定配設部として使用される。固定配設部は円周線に沿って設けられているのが好ましく、円周線の中心点は軸線Ａ上に配置されることになる。この場合、隣接する固定配設部の角度ずれはα_１とα_２の差に一致している。

本発明の他の代替の形態において、接触領域は、少なくとも一つのパッドおよび／または少なくとも一つのランドパターンにより、プリント基板上に形成される。この構造は、軸の角度位置を確認するための誘導測定の原理を使用する場合には特に有利である。さらに接触領域は、連続した面であるが、幾つかの個別の幾何学的に分かれた面から成る。

すでにふれたように、接触領域は各点において等しい電位を有する。接触領域が幾つかのパッドあるいは幾つかの面により形成される場合に関して、このことはこれらの面が互いに電気的に接続しており、したがって電位の調整はこれらの面で行われることを意味する。接触領域がただ一つの材料から成る物体により形成される場合、物体が導電性である限り、接触領域は各点において等しい電位を有する。通常、接触領域は角度測定装置の入力回路と電気的に接続している。

確実な電気的接触を可能にするために、接触領域と協働する、外部信号ケーブルあるいは電源ケーブルの端部が、弾性の構成部品として形成されているのが有利である。

本発明の他の側面によれば、電気的接続の円滑さと機能を最適化し、ならびに角度測定装置の気密性を改善するために、少なくとも一つの間隔保持部材が設けられており、この間隔保持部材を使用して、キャップはプリント回路基板に対して、開口部が電気的接続部材に対して整向されているように位置決めされている。プリント回路基板に対して、キャップをこのように正確に、相対的にかつ三次元的に所属させることにより、電気的接続部の領域において気密性の高いグレードが再生可能に達せられる。

前述の手段は、例えば角度測定装置の基体とキャップとの間の形状一体的結合体である。さらにこれに対する代替案として、位置決めピンはキャップに直接取り付けられていてもよい（あるいはキャップの構成部材に取り付けられていてもよい）。この位置決めピンは、プリント回路基板内の対応する孔を使用して、角度に忠実に組立てするのが条件である。さらにここでは、キャップは、キャップとプリント回路基板の間の相対的角度位置が、形状一体的接続により固定可能であるようにプリント回路基板と協働する部材を備えている。

このような角度測定装置が、例えばイーサネット^（Ｒ）の構造を備えたデータネットワークの構成部材であることはよくあり、このデータネットワークにおいて、角度測定装置は測定定データを供給するが、同様にこのデータネットワークからデータを受信する。したがって、この関係において、電気的接続部材は、公知のネットワークコネクタあるいはネットワークソケットであり、例えばいわゆるＲＪ４５コネクタあるいは相当するソケットであることが多い。

本発明のこれ以外の有利な形態は、従属請求項から読み取れる。

本発明の特徴と長所を、実施例により以下に図を用いて詳しく説明する。

図１〜５に示した角度測定装置は、測定されるべき物体に連結するための軸７を備えている。軸７と測定されるべき物体との間の連結は、例えば軸７を介して突出している、固定ネジの形の接続手段により行われる。

角度測定装置それ自体は、キャップ１を介して、フランジ孔１．４を使って別の物体に固定される。測定されるべき物体は例えばモーター軸であり、別の物体は定置したモーターケーシングである。さらに、このように使用するために考案された角度測定装置は、ロータリエンコーダと呼ばれることが多い。

基体３は切欠き３．１を備え、この切欠き内には、環状でかつ電気的に導通していない絶縁体４が挿入されている。この絶縁体内には、第一環状接触部４．１と第二環状接触部４．２があり、これらの環状接触部は導電性の材料でできている。環状接触部４．１，４．２は、軸７に対して同心状に設けられている。

公知の方法において、軸７は基体３内において軸受６により回転可能に支承されており、この場合、角度測定装置の内部に設けられた符号化円盤８が軸７に固定されており、軸７は伝動装置５を介して二つ以上の他の符号化円盤を駆動する。したがって、符号化円盤８は軸線Ａを中心にして回転可能であり、かつ提示した例においては、走査装置により光電式に走査される。対応する感光性の検出器は、プリント回路基板２上に配置されており、この回路基板上において、信号の形成のための他の電気構成部材の下で、検出器から引渡される走査信号の例えば増幅部とデジタル化部が配置されている。さらに回路基板上には、この電子測定装置以外に、電気的接続部材が、引き合いに出した実施例においてはソケット２．１が配置されており、このソケットを介してＲＪ４５コネクタを収容することができる。ソケット２．１は、プリント回路基板２上に正確に位置決めされている。

角度測定装置とその電子測定装置を保護するために、深鍋状のキャップ１が設けられており、この深鍋状のキャップは、周囲にわたり、挟んで締め付けるように基体３に固定されている。示した実施例において、この接続は圧着接続である。したがって、角度位置に対して明確なキャップ１と基体３の間の関係が確定されており、基体は切り欠き３．２を備えている。組立ての際、キャップ１は、突起部１．３が切り欠き３．２により収容されるように整向される（図４）。さらに、キャップ１は統合された構成部材としてスペーサ１．１及び開口部１．２を備えている。キャップ１は示した実施例において、鋳造部品として形成されており、この場合スペーサ１．１の長さの精度を高めるために、スペーサの両端面は、切削加工される。このようにして、開口部１．２に対する、スペーサ１．１の両端面の極めて正確な状態が得られる。

開口部１．２を通って、対応するコネクタがソケット２．１内に差し込まれる。開口部１．２の壁部分は、同時にコネクタの案内部として使用される。

このような角度測定装置すなわちロータリーエンコーダは、比較的ラフな工場環境においてもよく使用され、そのために、キャップ１が角度測定装置の内部空域を気密に取囲むことが重要である。差込み接続部、すなわち開口部１．２とソケット２．１の領域は、この関係においては重要である。キャップ１において開口部１．２に対するソケット２．１の姿勢が大きな許容誤差を有しているとこの領域における気密性の高いグレードは達せられない。

すでにふれたように、ソケット２．１はプリント回路基板２上に正確に位置決めされるが、プリント回路基板はそれ自体、その平面度と厚さに対して許容誤差を有している。この許容誤差は比較的大きい。したがって、案内部として使用される開口部１．２による従来の構造にあって、コネクタは一般にソケット２．１に対して斜めにすなわち傾けて置かれた状態で位置決めされる。このような傾斜は、差込み接続部が接続できないかあるいは電気的に信頼性のない接触を作るほどに大きいおそれがある。さらに、差込み接続部がまだ接続できる場合、間隙開口部が差込み接続部領域内に生じ、この間隙開口部は結果として非気密になる。

ソケット２．１と開口部１．２の間の正確でかつ三次元的な関係は、今からは、スペーサ１．１がプリント回路基板２上で支持されることにより達せられる。プリント回路基板２は、その側においてはプリント回路基板サポートの上に置かれており、このプリント回路基板サポートは、示した実施例においては、取囲んでいるカラー３．３として基体３内に形成されている。このようにして、プリント回路基板２の厚さ許容誤差が均一化され、したがって軸７の軸線Ａの方向で、開口部１．２は、ソケット２．１に対して正しい位置に正確に置かれている。さらに、すでにふれたように、切り欠き３．２と突起部１．３により、角度位置に対して明確なキャップ１と基体３の間の関係が確実になる。したがって、接線方向において、コネクタをソケット２．１において正確に取り付けることができる。

このような角度測定装置すなわちロータリエンコーダは、差込み接続により−これ用にブッシュ２．１が設けられている−周囲部と連結しているのが多いだけでなく、すでに前に説明したように、角度測定装置に外側から到来する個々の導線により電気信号あるいは電流が供給されることが多くなる。この信号は、例えばモーター内の温度センサ（例えばＰＴ１００型の抵抗センサ）から来ており、このモーターに、角度測定装置あるいはキャップ１はフランジ止めされている。図４〜６によれば、角度測定装置の下側には、二つの接触領域が設けられており、この二つの接触領域は、示した実施実施例においては二つの取囲んでいる環状接触部４．１，４．２として形成されている。このことは、（図示していない）モーターの温度出力の弾性的接触部材と協働するのに役立つ。この場合、角度測定装置は、弾性的接触部材が様々な角度位置で−必要なケーブル出口毎に−モーターケーシングにおいてフランジ止めできるが、この場合それにもかかわらず、モーターの信号出力の接触状態が可能であるように形成されている。言い換えれば、モーターの温度出力の接触部材は、どの角度位置で角度測定装置がモーターにフランジ止めされたかには左右されず、常に角度測定装置の環状接触部４．１，４．２に当たる。

環状接触部４．１，４．２は、各々ただ一つの材料から成るシート金属部品として形成されており、このシート金属部品は金メッキした部分を備えている。したがって、各点は環状接触部４．１，４．２において、各々等しい電位を有する。

軸７の軸線Ａに平行に、金属板細片４．１１，４．１２が整向されており、この金属板細片は各々環状接触部４．１，４．２の構成部品である．絶縁体４は、領域４．１を備え、この領域が基体３の内側で、軸７に対して軸線平行に整向されていてかつ金属板細片４．１１，４．１２収容するように形成されている。金属板細片４．１１，４．１２はプリント回路基板２のところで終わり、そこで対応するランドパターンに接触している。次いで温度信号が、回路基板２上の対応する回路内で処理され、かつソケット２．１を経由してデジタル値として、場合によってはアナログ信号としても出力される。

図６には、環状接触部４．１，４．２の幾何学的関係が示してあり、この場合、ここでは両環状体４．１，４．２により形成された二つの接触領域が配置されている。図６においては、極座標系が示してあり、この極座標系の原点は、角度測定装置の軸線Ａ上にある。角度測定装置は四つのフランジ孔１．４を備え、この四つのフランジ孔は各々９０°ずれて設けられている。したがって、角度測定装置は四つの異なる角度位置においてモーターケーシングに対して組立てることができる。よって角度測定装置は四つの異なる角度位置全てにおいて組立て可能であるために、接触領域とそれに関連して環状体４．１，４．２は、第一点Ｐ_１が極座標Ｒとα_１により、同様に第二点Ｐ_２が極座標Ｒとα_２により定義可能であるように構成されている。この場合点Ｐ_１とＰ_２はどちらも、環状体４．１上にある。Ｒはこの場合、点Ｐ_１とＰ_２の軸線Ａからの距離と同じである。さらに点Ｐ_１とＰ_２は、軸線Ａ上の中心点の円周上に配置されている。角度α_１とα_２はその大きさが異なる。角度α_１とα_２の間の差は、示した実施例においては９０°である。したがって、フランジ孔１．４のピッチに対応して、α_２−α_１＝βである。

さらに相似的でかつ幾何学的に見れば、第二の環状体４．２でも差し支えない。

角度測定装置の斜視断面図である。 角度測定装置の斜視図である。 切断されたキャップを備えた角度測定装置の斜視図である。 角度測定装置の別の斜視断面図である。 角度測定装置の別の斜視図である。 二つの環状接触領域を備えた角度測定装置の平面図である。

符号の説明

１．４ 固定配設部
３ 基体
・ 接触領域
・ 接触領域
８ 符号化円盤
Ａ 軸線
Ｌ 円周
Ｐ１ 点
Ｐ２ 点
Ｒ 極座標
β 角度ずれ

Claims (3)

1. 基体（３）と、符号化円盤（８）と、接触領域（４．１，４．２）とを備え、
   前記符号化円盤が、基体（３）に対して軸線Ａを中心にして回転可能であり、
   前記接触領域を介して、電流あるいは電気信号が、固定された他の物体から角度測定装置内に導入可能である角度測定装置において、
   前記接触領域（４．１，４．２）が、一つの環状体あるいは一つの環状部分により形成されているか、もしくは複数の個別の幾何学的に切離された面から形成されており、
   基体（３）に対して定置して設けられており、
   各点において、等しい電位を有しており、そしてさらに、
   第一点Ｐ_１が極座標Ｒとα_１により、同様に第二点Ｐ_２が極座標Ｒとα_２により定義可能であり、この場合、点Ｐ_１とＰ_２がどちらも、接触領域（４．１，４．２）上にあり、点Ｐ _１ の軸線Ａからの距離およびＰ _２ の軸線Ａからの距離が互いに等しく、かつＲで示され、そしてα_１とα_２が異なる角度であり、
   角度測定装置が、幾つかの固定配設部（１．４）を使用して他の物体に固定可能であるように形成されており、この場合、前記固定配設部（１．４）が円周線（Ｌ）に沿って設けられており、隣接する固定配設部（１．４）の角度ずれ（β）はα _１ とα _２ の差に一致していることを特徴とする角度測定装置。
2. 接触領域（４．１，４．２）が、少なくとも一つのパッドおよび／または少なくとも一つのランドパターンにより、プリント基板上に形成されることを特徴とする請求項１記載の角度測定装置。
3. 接触領域（４．１，４．２）が、外部信号ケーブルの端部において弾性の構成部品と協働できるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の角度測定装置。

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