特許 6246471 ロータリエンコーダ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6246471

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】ロータリエンコーダ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20171204BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/245 110X

【請求項の数】9

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-29706(P2013-29706)

(22)【出願日】2013年2月19日

(65)【公開番号】特開2013-171045(P2013-171045A)

(43)【公開日】2013年9月2日

【審査請求日】2015年10月2日

(31)【優先権主張番号】10 2012 202 683.5

(32)【優先日】2012年2月22日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】390014281

【氏名又は名称】ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＤＲ． ＪＯＨＡＮＮＥＳ ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ ＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡＮＫＴＥＲ ＨＡＦＴＵＮＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100153419

【弁理士】

【氏名又は名称】清田 栄章

(72)【発明者】

【氏名】ゼバスティアン・リーパーティンガー

【審査官】 吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１８５５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−４１９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２１１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８９０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３３２８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−１６０１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−１３９９５８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／００−５／３８

Ｇ０１Ｂ ７／００−７／３４

Ｇ０１Ｐ ３／００−３／８０

Ｈ０２Ｋ １１／００−１１／４０

Ｇ１２Ｂ ９／００−９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーシング（１）及び軸線（Ａ）を有するシャフト（２）を含んで構成されたロータリエンコーダであって、
− 前記シャフト（２）に分離ディスク（２．１）が相対回転不能に固定されているとともに、前記シャフト（２）が正確な位置決めによる第１の機械部分（３．１）へ取り付けられるよう形成されており、
− 前記ケーシング（１）には前記分離ディスク（２．１）の走査のための走査装置（１．１１）が固定されており、外表面部（１．１３）が第２の機械部分（３．２）に対する、径方向に正確に位置決めされた強固なストッパを形成するよう、前記ケーシング（１）が形成されている前記ロータリエンコーダにおいて、
前記ケーシング（１）がケーシング本体部（１．１）及びカバー（１．２）を含んでおり、これらケーシング本体部（１．１）及びカバー（１．２）が突合せ接合によって互いに結合されているとともに、２つの環状の溝が前記ケーシング本体部（１．１）の内面部に互いに間隔をおいて形成されており、前記ケーシング本体部（１．１）が機械的にたわむことが可能な要素（１．１２）を有し、この要素（１．１２）が該間隔分に相当する厚さと前記溝から所定量（Δ）だけ突出した突出部を有しており、該突出部によって、前記要素（１．１２）が前記突合せ接合によって変形することを特徴とするロータリエンコーダ。

【請求項2】

前記突合せ接合が、前記軸（Ａ）に対して平行な方向への、前記ケーシング本体部（１．１）に対する前記カバー（１．２）の相対的な移動のもとで行えるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載のロータリエンコーダ。

【請求項3】

前記要素（１．１２）が、周方向に延在するウェブとして形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のロータリエンコーダ。

【請求項4】

周方向に互いにずらして配置された複数の前記要素（１．１２）が前記ケーシング（１）に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータリエンコーダ。

【請求項5】

軸方向への突合せ接合により前記要素（１．１２）が変形するよう構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータリエンコーダ。

【請求項6】

突合せ接合により前記要素（１．１２）が弾性的に変形するよう構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータリエンコーダ。

【請求項7】

当該ロータリエンコーダが軸受なしに形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のロータリエンコーダ。

【請求項8】

前記シャフト（２）が前記第１の機械部分（３．１）に強固に固定可能であるよう、当該ロータリエンコーダが形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のロータリエンコーダ。

【請求項9】

前記シャフト（２）が、前記第１の機械部分（３．１）への正確に位置決めされた取付のために円すい状の面（２．２）を有するよう形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のロータリエンコーダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１に基づくケーシングを備えたロータリエンコーダに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ロータリエンコーダは、回転可能に支持された物体、特にシャフトの１回又は複数回にわたる回転運動の計測に用いられるものである。ここで、この回転運動は、インクリメント式又はアブソリュート式に検出される。また、ラック及び歯車又はねじスピンドルに関連して、ロータリエンコーダによりリニア運動も測定される。

【0003】

ロータリエンコーダは、多くがいわゆるモータフィードバック装置として使用されるとともに、このような使用において、電子駆動部のコミュテーションのために用いられる位置情報あるいは角度情報の形成に利用される。例えば、同期モータにおいては、供給電圧の起動後すぐに絶対的なロータ位置によって上方が必要となるが、追加的なコミュテーション信号を有するロータリエンコーダ（これらロータリエンコーダは、比較的粗い位置信号を供給する。）と、わずかな角度の秒（Winkelsekunde）の制度で角度位置を迅速に発出するシングルターン又はマルチターンにおけるアブソリュート式のロータリエンコーダは、これには適していない。

【0004】

このようなロータリエンコーダは、しばしば大量に生産されるとともに、消費されている。このような装置が経済的に生産可能であり、例えば電気モータに容易に取り付けることがますます重要になっている。

【0005】

なお、本出願人の特許文献１には、電気モータの中空円筒状の凹部に挟着されたロータリエンコーダが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】欧州特許第１１０２９６４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的とするところは、簡易な手段によって生産可能かつ取付可能であるとともに比較的高い計測精度を達成することが可能な、冒頭に記載したようなロータリエンコーダを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的は、請求項１記載の特徴を備えたロータリエンコーダによって達成される。

【0009】

これによれば、本発明によるロータリエンコーダは、ケーシング及び（長手）軸を備えたシャフトを含んで構成されている。このシャフトには、分離ディスクが相対回転不能に固定されている。また、このシャフトは、特に精密に加工された当接面によって、第１の機械部分への正確に位置決めされた取付のために形成されている。また、ケーシングには、分離ディスクの走査のための走査装置が固定されている。このケーシングは、外表面部あるいはストッパ面が径方向に正確に位置決めされた、第２の機械部分における強固なストッパを形成するよう形成されている。さらに、このケーシングはケーシング本体部とカバーを含んで構成されており、このケーシング本体部及びカバーは、突合せ接合によって互いに結合されている。また、ケーシングは機械的にたわむ要素を備えており、この要素は、突合せ接合により変形するようになっている。

【0010】

分離ディスクはインクリメント式又はアブソリュート式のコード化を担うことができ、このとき、走査は、特に誘導式の測定原理に基づくものとすることができる。

【0011】

本発明の他の形態によれば、突合せ接合を、前記軸に対して平行な方向への、前記ケーシング本体部に対する前記カバーの相対的な移動のもとで行えるよう構成されている。この結果、この場合、突合せ接合が長手側プレス結合に基づき形成されており、そのため、カバーが軸方向力を受けつつケーシング本体部に対して押圧される。また、本発明の他の形態においては、軸方向の変位を制限するためのカバーが接合工程の最後においてケーシング本体部における段差部に対して押圧される。

【0012】

また、前記要素を前記ケーシング本体部に形成するのが好ましい。したがって、前記要素が一体的なケーシング本体部の統合された構成部材であることが可能である。特に、前記要素は、ケーシング本体部の壁部の機械加工により形成することが可能である。そして、前記要素を、ケーシング本体部と同様な材料により形成することが可能である。このような関係において、材料としてアルミニウム合金を選択するのが好ましい。

【0013】

また、周方向に互いにずらして配置された複数の前記要素を前記ケーシングに設けるのが好ましい。

【0014】

また、前記要素を周方向に延在するウェブとして形成するのが好ましい。場合によってはこのウェブを断絶することも可能であり、そのため、複数の断絶部を備えたウェブありは複数のウェブが存在している。

【0015】

ロータリエンコーダを、軸方向及び／又は径方向への突合せ接合の結果前記要素が変形するように構成することができる。特に、前記要素は、突合せ接合の結果、可塑的に変形可能である。

【0016】

本発明による構造は、特に、当該ロータリエンコーダを軸受なしに形成されているのが好ましい。すなわち、シャフトのケーシングに対する相対回転のための機械的な軸受の機能を満足するいかなるころがり軸受又はすべり軸受もロータリエンコーダ自身に配置されていない。むしろ、ケーシングとシャフトの間の径方向及び軸方向の相対位置の固定は、シャフトの第１の機械部分における正確な位置決めによる取付と、ケーシングの第２の機械部分における正確な位置決めによる取付によって達成されている。なお、第１及び第２の機械部分は、当然互いに回転可能に配置されている。

【0017】

これにより、シャフトが第１の機械部分に強固に固定されることができ、ロータリエンコーダのケーシングが第２の機械部分に強固に固定されることができるよう、ロータリエンコーダを形成するのが好ましい。換言すれば、ここでは、通常はシャフト又はケーシングを軸方向及び径方向に弾性的に、かつ、第１あるいは第２の機械部分には相対回転不能に結合するために用いられる自己調整カップリング（Ａｕｓｇｌｅｉｃｈｓｋｕｐｐｌｕｎｇ）が省略されている。すなわち、このようなロータリエンコーダは、カップリングなしに構成されている。

【0018】

本発明の他の形態においては、前記シャフトが、前記第１の機械部分への正確に位置決めされた取付のために円すい状の面を有するよう形成されている。

【0019】

また、本発明のその他の好ましい実施形態は、各従属請求項に記載されている。

【0020】

さらに、本発明の他の特徴及び利点は、図面に基づく実施例の以下の説明において明確である。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、簡易な手段によって生産可能かつ取付可能であるとともに比較的高い計測精度を達成することが可能な、冒頭に記載したようなロータリエンコーダを提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】ロータリエンコーダの断面図である。

【図2a】突合せ接合前のロータリエンコーダのケーシングの詳細図である。

【図2b】突合せ接合後のロータリエンコーダのケーシングの詳細図である。

【図3】機械に取り付けられたロータリエンコーダの断面図である。

【図4】機械に取り付けられたロータリエンコーダの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

【0024】

図１によれば、ロータリエンコーダは、ケーシング１と、長手軸あるいは軸Ａを有するシャフト２とを含んで構成されている。このケーシング１は比較的大きく強度の大きなケーシング本体部１．１を有しており、このケーシング本体部１．１は、第１の近接部において軸Ａに関係した円筒状の外形輪郭部を有しているとともに、本実施例においては、アルミニウムから成っている。また、ケーシング本体部１．１には、離心して回転可能な締付ボルト１．１４が配置されている。さらに、このケーシング本体部１．１は、比較的肉厚の断面を有する領域において精密に加工された外表面部１．１３を備えている（図３、図４参照）。例えば、図示の実施例においては、各外表面部１．１３は、外形寸法（ここでは６４．９７ｍｍ）から下限が０．０３ｍｍ、上限が０．０２ｍｍのみしか差がないようにする必要がある。さらに、ケーシング本体部１．１においては、内側において走査装置１．１１が固定あるいは固着されている。本実施例において、ロータリエンコーダは、誘導式の測定原理に基づいている。そのため、ここでは、走査装置１．１１が送信回路及び受信回路を有する回路基板として形成されており、この回路基板上には、送信回路の駆動及び信号処理のためのチップが更に取り付けられている。さらに、この回路基板上にはケーブルとの接続部を形成するためのコネクタ１．１５が設けられており、このケーブルは、ロータリエンコーダの給電及び後続の電子回路への信号伝達を行うものとなっている。

【0025】

特にケーシング本体部１．１は、ロータリエンコーダの開口部へ向けて内側に本質的に中空円筒状の輪郭を有している。この内面部には２つの環状の溝が機械加工されているため、環状の薄いウェブ１．１２が形成されている。このウェブ１．１２は、後述するように、たわみ要素としての役割を果たすものとなっている。そして、上記溝の両側における内面部は、この領域において内径がφＤとなるまで加工される。ウェブ１．１２の内面部は、ケーシング本体部における本質的に中空円筒状の空間へ突出量Δだけ突出している（図２ａ参照）。

【0026】

さらに、ロータリエンコーダはシャフト２を含んで構成されており、このシャフト２がケーシング本体部１．１の中心へはめ込まれているとともに、このシャフト２において分離ディスク２．１が相対回転不能に固定されている。この分離ディスクは図示の実施例ではエポキシ樹脂で形成された基礎部で構成されており、この基礎部上には２つの分割溝部が配置されている。分離ディスク２．１は、ロータリエンコーダの規定の動作において、軸Ａ周りに回転可能であるとともに、図示の実施例においては、走査装置１．１１によって誘導式に走査される。また、上記分割溝部は、環状に形成されているとともに、軸Ａに関して同心状に異なる径をもって基礎部上に配置されている。これら両分割溝部は、それぞれ、導電性の領域と非導電性の領域が交互に配置された周期的な順序から成っている。導電性の領域に対する材料として本実施例においては銅が基礎部に貼着されている一方、非導電性の領域においては、基礎部には層が形成されていない。

【0027】

シャフト２は精密に加工された外表面部２．２を備えており、この外表面部２．２は、本実施例においては、円すい状に形成されている。また、シャフト２は、ケーシング１において支持されていないため、ここでは軸受のないロータリエンコーダが実現されている。

【0028】

他の部材として、ケーシング１はカバー１．２を備えており、このカバー１．２は、図示の実施例においてはキャップ状に形成されているとともに、ケーシング１．１の内部空間へ挿入されることができるようになっている。

【0029】

上記カバー１．２は本質的に円筒状の外面部を有しているため、このカバーを環状の外面部を円筒のジャケット面とみなすことができる。外面部の最大の外径は、対応する挿入領域におけるケーシング本体部１．１の上述の内径φＤ以下となっている。その結果、カバー１．２とケーシング本体部１．１との接合時に、カバー１．２が軸方向へ摺動しつつウェブ１．１２へ至る。ここで、このウェブは、径方向の突出量Δだけケーシング本体部１．１へ突出している。そして、カバー１．２のケーシング本体部１．１に対する更なる軸方向への運動時には、たわむように環状に形成されたウェブ１．１２は、カバー１．２がケーシング本体部１．１の段部に当接するまで、及び当該ウェブ１．１２が図２ｂに示すように可塑的に変形するまで変形する。したがって、カバー１．２は、ここでは長手側プレス結合である突合せ接合によってケーシング本体部１．１に結合されている。

【0030】

ケーシング１の中心合わせのために、外表面部１．１３は、径方向に正確に位置決めされた強固なストッパを第２の機械部分３．２に形成している。上記ストッパが形成された各断面（すなわち軸Ａに直交する平面）においては、ケーシング本体部１．１の壁厚が弾性要素１．１２が配置された断面におけるものよりも大きいものとなっている。ウェブ１．１２の可塑性（可撓性）により、ケーシング本体部１．１の外表面部１．１３の範囲において、ここでは１／１００ｍｍの精度が要求されるにもかかわらず、外形寸法の変化は見られない。

【0031】

突合せ接合により閉じられたケーシング１により、特に走査装置１．１１及び分離ディスク２．１である、ロータリエンコーダの内部に位置する部材は、外部からの影響から保護されている。

【0032】

ところで、本実施例においては、ロータリエンコーダは電気モータに対するコミュテーション信号を生成する役割を果たすものであり、この電気モータには、ロータリエンコーダを挟着できるようになっている。また、この電気モータは、図３に示すように第１の機械部分３．１としてモータシャフトを備えているとともに、第２の機械部分３．２としてステータケーシングを備えている。したがって、第１の機械部分３．１は、第２の機械部分３．２に対して回転可能に配置されている。また、モータシャフトとして形成された第１の機械部分３．１は雌ねじ及び円すい状の孔を備えており、第２の機械部分３．２は中空円筒状の凹部を備えている。なお、これら円すい状の孔及び凹部は、非常に精緻に加工される必要がある。

【0033】

軸受のないロータリエンコーダの機械部分すなわち例えば電気モータへの取付に関して、まず、中心ボルト２．３を用いてシャフト２が第１の機械部分３．１（モータシャフト）に相対回転不能かつ正確に位置決めして固定される。その後、同心状の締付ボルト１．１４が固定され、ケーシング１の外表面部１．１３が第２の機械部分（ステータケーシング）における凹部の壁部に押し付けられる。非常にわずかな誤差により、ここでは、ずれがほとんど認められない。したがって、ケーシング１及び走査装置１．１１は、正確に位置決めされた第２の機械部分３．２に取り付けられている。ここで注目すべきは、シャフト２と第１の機械部分３．１の間のずれを弾性的に補償するためによく使用される自己調整カップリングがロータリエンコーダに設けられていないことである。ここでは、このような自己調整カップリングを省略することが可能である。

【0034】

また、ロータリエンコーダと後続の電子回路の間に電気的な接続を形成するために、ケーブルが対応するよう形成されたカバー１．２のくぼみ（図４参照）にひずみを除去するようはめ込まれるとともに、ケーブル端部がコネクタ１．１５へ接続される。

【符号の説明】

【0035】

１ ケーシング
１．１ ケーシング本体部
１．２ カバー
１．１１ スキャナ、走査装置
１．１２ ウェブ（弾性要素）
１．１３ 外表面部
１．１４ 締付ボルト
１．１５ コネクタ
２ シャフト
２．１ 分離ディスク
２．２ 外表面部
２．３ 中心ボルト
３．１ 第１の機械部分
３．２ 第２の機械部分
Ａ 軸（長手軸）

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】