JP5767694B2 - 角度測定器のための構成ユニット - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載の角度測定器のための構成ユニットに関する。

ロータリエンコーダと呼ばれることも多い角度測定器は、回転可能に支承された機械部材、特にシャフトの回転運動を一回または複数回の回転について測定する役割を果たす。この場合、回転運度は増分的または絶対的に検出される。ラックアンドピニオンまたはねじ山付きスピンドルと結合した角度測定器によって線形運動を測定することもできる。このような角度測定器は整流信号を生成するための電気モータと結合して使用されることが多い。

一般に、角度測定器のためのこのような構成ユニットは、角度計を有する測定基準器を備える。機械部材、例えば回動可能なシャフトに構成ユニットを組み付けた後に、構成部分が回転運動を行う場合に測定基準器に関して偏心誤差、および揺れ誤差を突き止めることができる。このような事実は、当該機械部材（特にシャフト）が寸法許容差を有していることに起因する。最終的にはこのような寸法許容差は測定誤差をもたらす。そこで求められる測定精度に対応して、回転運動もしくは回転位置を決定すべき機械部材のために必要な測定許容差が角度測定器の製造者によって規定される。

欧州特許出願公開第１０１４０４４号明細書により、角度測定器のためのセルフセンタリング式構成ユニットが既知である。この角度測定器は、締付けリングによって機械部材に対して押し付けられるハブシャフトを備える。

このような装置は、機械部材の寸法差が大きい場合には無視できない測定誤差が生じるという欠点を有する。

欧州特許出願公開第１０１４０４４号明細書

本発明の根底にある課題は、冒頭で述べた形式の角度測定器のための構成ユニットにおいて、高い測定精度を可能にし、さらに許容差が比較的大きい場合にも信頼性良く使用できる構成ユニットを形成することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する角度測定器のための構成ユニットを形成することにより解決される。

これによれば、角度測定器のための構成ユニットは、第１部分、例えば測定基準器を備え、測定基準器は、軸線Ｚを中心とした構成ユニットの回転運動を別の機械部材に対して相対的に測定するための角度計を有する。さらに構成ユニットは、機械部材に構成ユニットを固定するための第２部分、例えば組付けユニット、および、第１部分と第２部分とを結合する第３部分を備え、これにより、第２部分と第３部分との間の摩擦接続が可能となる。さらに第３部分は第１ジョイントおよび第２ジョイントを備え、第１ジョイントは軸線方向に弾性的に形成されており、第２ジョイントは半径方向に弾性的に形成されている。

構成ユニットは、有利には、さらに第１ジョイントが半径方向に堅固に形成されており、第２ジョイントが軸線方向に堅固に形成されているように構成されている。

回転運動の測定は、例えば、現在の回転位置または回転速度の決定を含む。

有利には、第２部分は機械部材、例えば機械シャフトとの結合、特にクランプ結合を生成するために、周方向に離間された複数の部材を備える。結合を生成するためのこれらの部材は半径方向に弾性的に可動である。本発明の別の構成では、第２部分は、周方向に離間された少なくとも３つの部材を備える。結合を生成するための部材は、例えば、クランプジョーであってもよく、クランプジョーの内側に向いた表面は、機械部材でクランプするための接触面として適している。

有利には、第１ジョイントおよび／または第２ジョイントは中実ジョイントとして形成されている。中実ジョイントとは、以下では曲げ弾性が減衰された箇所によって規定することのできる、構成ユニットの一体的領域として理解することができる。中実ジョイントに隣接したゾーンは、剛性体とみなすことができる。減衰された曲げ弾性は、局部的な横断面減衰によって生成することができる。この場合、第１ジョイントの横断面は、第１ジョイントが軸線方向に関して脆弱箇所を備えるように軸線方向にのみ減衰されていてもよい。代替的または補足的に、第２ジョイントの横断面は半径方向にのみ減衰されていてもよい。この場合、対応して第２ジョイントは半径方向に関して脆弱箇所を備える。このような中実ジョイントは、遊びがなく、摩耗することがなく、潤滑なしに作動し、したがって、剥離粒子または潤滑剤の使用による角度計の汚染を除外することができる。

有利には、構成ユニットの少なくとも第３部分が一体的なプラスチック構成部分として形成されているが、本発明の別の構成では、第２部分および第３部分が一体的なプラスチック構成部分を形成していてもよい。

これに対して第１部分は、角度計を取り付ける、特にコードディスクの形態の測定基準器として形成されていてもよい。また、角度計は、角度測定器によって増分的および／または絶対的な角度位置を出力可能に形成されていてもよい。測定基準器は、ディスクまたはリング状、代替的には円筒状であってもよく、後者の場合、角度計は円筒状の測定基準器の周面に配置されていてもよい。

第３部分は、軸線に対して直行して配向された接合面を備えていてもよい。この接合面には、構成ユニットの第１部分もしくは測定基準器が固定されている。

本発明による構成ユニットは、第２部分および第３部分ならびに角度計を有する測定基準器を備えるハブとして理解することもできる。この場合、測定基準器は、第３部分に回動不能に固定されている。有利には、測定基準器は、有利にはプラスチック部材として形成された構成ユニットの第１部分および第２部分とは別の材料、例えばガラスから形成されている。

本発明の別の有利な構成が従属請求項に記載されている。

本発明の特徴および利点が図面に基づいた以下の２つの実施例の説明で明らかになる。

角度測定器の構成ユニットを示す図である。 Ａ−Ａ線に沿った構成ユニットの縦断面図である。 第２実施例による角度測定器の構成ユニットを示す縦断面図である。

図１および図２には、本発明による角度測定器の構成ユニットの例示的な実施形態が示されており、図２には、Ａ−Ａ線に沿った断面図が示されている。これによれば、構成ユニットは、ガラスからなるリング状の測定基準器１を備え、測定基準器１には角度計１．１が取り付けられている。角度計１．１は、例えば、半径方向に配向された目盛を備える増分区分として、または絶対コードとして形成されていてもよい。構成ユニットを下方から示す図１には、角度計１．１は示されていない。軸線Ｚを中心とした回転運動を測定するために、適宜な検出装置によって検出装置に対して相対的な構成ユニットの回転位置を検出することができる。このような角度測定器はロータリエンコーダと呼ばれることも多い。

構成ユニットの第２部分は組付けユニット２として形成されており、周方向に一様に離間された３つの部材２．１，２．２，２．３を備える。クランプジョーとして形成されたこれらの部材２．１，２．２，２．３は、幾何学的に見て中空シリンダの部分であり、これらの部分は周方向にそれぞれ１２０°だけずらして配置されている。対応して、これらの部分は、半径方向内側に共通の円形もしくは円筒状の外形を備え、構成ユニットと、機械部材４、例えば、回転運動もしくは回転位置が測定されるべきモータシャフトとのクランプ結合を形成する役割を果たす。機械部材４は、図１および図２では破線で示されている。

構成ユニットはさらに第３部分３を備え、第３部分３は、測定基準器１と組付けユニット２との間に配置されており、したがって、第１部分と第２部分とを機械的に結合している。測定基準器１を固定するために、第３部分３はリング状領域３．４を備える。このリング状領域３．４は、軸線Ｚに対して直行方向に配向された接合面を備える。接合面には測定基準器１が第３部分３で接着により、軸線Ｚに対してわずかな許容差のみをもって堅固に結合されている。

さらに、第３部分３は、同様に周方向にずらして配置した３つの部材３．１，３．２，３．３を備える。これらの各部材３．１，３．２，３．３はそれぞれ１つの第１および第２ジョイント３．１１，３．２１，３．３１；３．１２，３．２２，３．３２を備える。図示の実施例では、第１ジョイント３．１１，３．２１，３．３１および第２ジョイント３．１２，３．２２，３．３２はいずれも中実ジョイントとして形成されており、第１ジョイント３．１１，３．２１，３．３１は軸線方向に関して、第２ジョイント３．１２，３．２２，３．３２は半径方向に関して脆弱箇所を備える。したがって、それぞれ第１ジョイント３．１１，３．２１，３．３１は軸線方向に、第２ジョイント３．１２，３．２２，３．３２は半径方向に弾性的に形成されている。中実ジョイントの使用により、組付けユニット２および第３部分３は射出成形法によって作製された一体的なプラスチック構成部材を形成している。

組付けユニット２の３つの部材２．１，２．２，２．３の間隔、もしくはこれらがなす内径は、機械部材４の外径よりもわずかに小さくなるように寸法決めされている。組付けに際し、構成ユニットは機械部材４に押し込まれ、構成ユニットが弾性変形した状態で組付けユニット２の部材２．１，２．２，２．３が半径方向外方に押しのけられ、これにより、構成ユニットは機械部材４でクランプされた状態となる。場合によっては組付けユニット２と機械部材４との間に接着結合が生じるように、組付けユニット２の部材２．１，２．２，２．３および機械部材４に接着剤を塗布することもできる。

機械部材４の外径に関して許容差をできるだけ大きく選択することができるように、第２ジョイント３．１２，３．２２，３．３２が設けられており、これらの第２ジョイントは、半径方向の弾性により、種々異なる機械部材４の直径差を比較的寛容に補正することができる。対応して、構成ユニットはセルフセンタリング特性を有する。

第１ジョイント３．１１，３．２１，３．１１により、組付けユニット２の部材２．１，２．２，２．３の内面、すなわち、クランプジョーが、機械部材４の外面に対して平行に整列され、測定基準器１、ひいては角度計１．１が軸線Ｚに対して直行する平面に位置することが確保される。

したがって、本発明による構成ユニットをセルフセンタリング特性によって正確に組み付けることができ、これにより、比較的おおまかな許容差規定においても偏心誤差および揺れ誤差が広範囲に取り除かれる。その結果、当該角度測定器の測定精度の向上がもたらされる。

図３には、図２に類似した断面図が示されており、第２実施例にしたがった適宜な構成ユニットを示す。第１実施例との本質的な違いは、構成ユニットは、第３部分３′の部材３．１′が、ボールジョイントとして形成された第１ジョイント３．１１′を備える形で構成されていることである。図３には第３部分３′の部材３．１′のみが示されているが、第２実施例にしたがった構成ユニットの第３部分３′は、同様に周方向にずらされた全部で３つの部材、したがって全部で６つのジョイントを備える。

Claims (9)

1. 角度測定器のための構成ユニットであって、
   軸線（Ｚ）を中心とした回転運動を測定するための目盛を備える角度計（１．１）が取り付けられた、リング状の第１部分（１）と、
   前記軸線（Ｚ）周りに回転する機械部材（４）に前記構成ユニットを固定するための第２部分（２）と、
   前記第１部分（１）と前記第２部分（２）とを結合する第３部分（３，３′）と、
   を備え、
   前記第３部分（３，３′）が第１ジョイントおよび第２ジョイント（３．１１，３．２１，３．３１；３．１１′；３．１２，３．２２，３．３２）を備え、前記第１ジョイント（３．１１，３．２１，３．３１；３．１１′）が軸線方向に弾性的に形成されており、前記第２ジョイント（３．１２，３．２２，３．３２）が半径方向に弾性的に形成されていることを特徴とする、構成ユニット。
2. 前記第２部分（２）が、前記機械部材（４）との結合を生成するために、周方向に離間された複数の部材（２．１，２．２，２．３）を備える、請求項１に記載の構成ユニット。
3. 前記第２部分（２）が、周方向に離間された少なくとも３つの前記部材（２．１，２．２，２．３）を備える、請求項２に記載の構成ユニット。
4. 前記第１ジョイント（３．１１，３．２１，３．３１）および／または前記第２ジョイント（３．１２，３．２２，３．３２）が、減衰された厚みを有するジョイントとして形成されている、請求項１から３までのいずれか一項に記載の構成ユニット。
5. 前記第１ジョイント（３．１１，３．２１，３．３１）が、前記軸線方向に関して減衰された厚みを有するジョイントとして形成されており、前記軸線方向に関して脆弱箇所を備える、請求項４に記載の構成ユニット。
6. 前記第２ジョイント（３．１２，３．２２，３．３２）が、前記半径方向に関して減衰された厚みを有するジョイントとして形成されており、前記半径方向に関して脆弱箇所を備える、請求項４または５に記載の構成ユニット。
7. 前記第２部分および前記第３部分（２，３）が一体的なプラスチック構成部材を形成している、請求項１から６までのいずれか一項に記載の構成ユニット。
8. 前記第１部分（１）が、特にコードディスクの形態の測定基準器として形成されている、請求項１から７までのいずれか一項に記載の構成ユニット。
9. 前記第３部分（３，３′）が、軸線（Ｚ）に対して直交して配向された接合面を備え、該接合面に前記第１部分（１）が固定されている、請求項８に記載の構成ユニット。

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