(57)【要約】  本発明は、エンジン(１２)の駆動軸のような軸周りに回転する回転部材(１１)の角度信号を得るために回転部材(１１)に取り付けられるとともに、センサユニット(１４)によって読み取り可能なマーク(１５,１５’)を有するマーク担体(１３)を備えた装置(１０)に関する。マーク担体(１３)は、回転部材(１１)に固定、好ましくは直接に接着固定もしくは締付け固定される伸長不能で屈曲可能な、回転部材(１１)の周長とは無関係な任意のマーク区画を有したマーク担持帯(１６)からなる。マーク担持帯(１６)の両端領域は、マーク担持帯が回転部材(１１)に取り付け固定された後、突合せ領域と隙間領域とオーバラップ領域のうちの少なくとも１つの領域(２１)を作り出し、領域においてマーク区画は角度信号測定用のトリガマークとして利用される不規則性を示す。
2013505434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン(１２)の駆動軸のような軸周りに回転する回転部材(１１)の角度信号を得るために前記回転部材(１１)に取り付けられるとともに、センサユニット(１４)によって読み取り可能なマーク(１５,１５’)を有するマーク担体(１３)を備えた装置(１０)において、
前記マーク担体は、前記回転部材(１１)に固定、好ましくは直接に接着固定もしくは締付け固定される伸長不能で屈曲可能なマーク担持帯(１６)からなり、前記マーク担持帯(１６)は、前記回転部材(１１)の周長とは無関係な任意のマーク区画を有し、かつ前記マーク担持帯(１６)の両端領域は、前記マーク担持帯が前記回転部材(１１)に取り付け固定された後、突合せ領域と隙間領域とオーバラップ領域のうちの少なくとも１つの領域(２１)を作り出し、前記領域(２１)において前記マーク区画は角度信号測定用のトリガマークとして利用される不規則性を示すことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記マーク区画は、前記センサユニット(１４)の光検出器(１７)によって読み取り可能な、前記マーク担持帯(１６)の異なった彩色部分(１５,１５’)、好ましくは、交互に黒色および白色に彩色された領域によって実現されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記マーク区画は、前記センサユニット(１４)の電磁式読取りヘッド(２４)によって読み取り可能な、前記マーク担持帯(１６)の交互に磁化形態が相違する部分(１５,１５’)によって実現されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記マーク担持帯(１６)は磁気伝導材料からなり、かつ前記マーク担持帯(１６)は、前記センサユニット(１４)の誘導センサ(３０)によって読み取り可能な、前記マーク担持帯(１６)に沿って交互に磁気抵抗の相違する部分(１５,１５’)を作り出すように規則的に配置された、孔、型押し(３８)、切り欠き(２８)、成形体、隆起(３９)のいずれかを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記マーク担持帯(１６)の前記マーク区画は、誘電特性が交互に相違する部分(１５,１５’)または前記センサユニット(１４)の容量型読み取りヘッド(２５)に対する高さが交互に相違する部分(１５,１５’)あるいはその両方からなる部分(１５,１５’)によって実現されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記マーク担持帯(１６)は、前記回転部材(１１)に取り付け固定するための接着面(２２)を片面に形成した、好ましくは巻き付け式のエンドレステープとして設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記マーク担持帯(１６)は使用目的に合わせて断裁可能な金属帯たとえばパターン形成された金属帯であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記マーク担持帯(１６)は、前記マーク区画の少なくとも片側、好ましくは両側に、好ましくは締付け機構(２７)と連携して締付け力による連結または摩擦力による連結を可能にする固定用手段(３１)を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記締付け機構(２７)は、前記マーク担持帯(１６)の互いに突合わされる両端部に係合して調節要素(３４)によってネジ締めされる締付け要素(３３)を有することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
エンジンの駆動軸のような、軸周りに回転する回転部材の角度信号を得るための方法であって、
前記回転部材の周長とは無関係な任意のマーク区画を有する伸長しないマーク担持帯を、前記回転部材の周長に合わせた長さに断裁するステップと、
前記マーク担持帯を前記回転部材の外周に取り付けるステップと、
前記マーク担持帯の両端領域によって突合せ領域と隙間領域とオーバラップ領域のうちの少なくとも１つの領域を形成し、その際、前記マーク区画によってトリガマークとして利用される不規則性を作り出すか、またはトリガマークとして利用される不規則性を生じさせるステップと、
マーク信号およびトリガ信号を読み取るステップと
を含む方法。
【請求項１１】
２個のトリガ信号の間のマークの数と前記トリガマーク領域における前記不規則性の幾何的長さとが検出されて、それから前記角度信号が導出されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記回転部材に前記マーク担持帯を取り付け固定した後、前記マーク担持帯の前記突合せ領域と前記隙間領域と前記オーバラップ領域のうちの少なくとも１つの領域において、前記トリガマークを前記回転部材の周方向に拡張させる少なくとも１個の付加マーキングが付されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸周りに回転する回転部材たとえばエンジン駆動軸の角度信号を得るために前記回転部材に取り付けられるとともに、センサユニットによって読み取り可能なマークを有するマーク担体を備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの研究および開発においても、将来的には大型エンジンの運転に際しても、燃焼改善ならびに燃焼制御のために、回転角度に依存したエンジンパラメータの測定データたとえばシリンダ内圧の測定データが利用される。また、応用分野として、たとえば、角度信号検出器によって求められたカムポジションに依存するクランク力を測定するような産業分野も挙げられる。
シリンダ内圧の測定に際しては、制御品質の向上のためには、正確な圧力信号とともに、その時々のシリンダ圧力とピストンポジション(その時々のシリンダ容積) との正確な対応付けが不可欠である。こうした対応付けには、ピストンポジションとクランクシャフトポジションとの間の幾何的関係を知るだけでなく、クランクシャフトポジションの正確な検知も要求される。
【０００３】
以下のようないくつかの角度信号測定方式が文献から知られている：
＊透過光方式で作動するガラス製マークディスクによるクローズドシステム。
＊透過光方式で作動する径方向スリット付き金属製マークディスクによるオープンシステム。このシステムは基本的に大型エンジンへの使用にも適しているが、非常に手間とコストがかかり、したがってコスト高を導く。
＊均等に分布した正確な数のマークを、シャフト外周へのレーザ照射によって、反射方式により検出する方法。この方法は手間とコストがかかり、たとえば、本来、そのシャフトが寸法および重量からして輸送不可能である大型エンジンには不適である。
＊トリガマークが駆動軸の外周に設けられる方法。ただしこれは、回転の不均等性とエンジンの回転数変動とのせいで、測定されたパラメータの正確な角度対応付けが不可能であることから、検出自体は非常に容易ではあるが、トータル的には正確な結果が得られない方法となる。
【０００４】
欧州特許公開公報第１２５８７１１号から、回転軸に対して放射方向に配置された多数の角度マークを有する、回転シャフトの回転角度検出器用の従来のマークディスクが知られている。このマークディスクはさらに、変調特性の点で他と相違する角度マークによって形成された基準マークを有している。この基準マークはたとえば、角度マークよりも大きな面積を有することで形成できる。さらに、他の角度マークに比較してこの基準マークを放射方向および／または周方向に長くするやり方も可能である。短所は、それぞれの使用ケースに合わせて別々のマークディスクが製造され、測定さるべきシャフトに取り付けられなければならない点である。
【０００５】
これに関連して、ドイツ公開特許公報第３６ ２３ ４４９号明細書から、送信ディスクが内燃機関のクランクシャフトと結合され、周縁に等間隔で配置された均一なマーク区画歯と少なくとも１個のトリガ歯とを担持している形態の、角度信号取得装置が知られている。マーク歯とトリガ歯とは渦電流損ならびに透過率に関して互いに相違しているため、これらの相違から、歯に対向するパルス発生器が異なった信号を出力する。
【０００６】
日本特開第２００７-００３５０５号明細書は光学式リニア・エンコーダを開示している。この装置において、測定さるべき区間が長い場合には、測定システムの複数のスケールを細分しなければならない。突合せ箇所での測定エラーを回避するため、この測定システムは、突合せ箇所で特別に交差した測定ストリップの２つの測定レーンに照準を合わせた２個の光検出器を有している。
【０００７】
オーストリア特許公報第４１０.３７２号明細書から、複数の要素からなる角度測定システムが公知である。このシステムは、角度測定システムが取り付けられるシャフトから径方向に、シャフトに直接付設される締付けリングと、比較的厚い弾性中間層と、測定区画を有する測定ベルトとを有している。締付けリングと測定ベルトとは互いに独立した締付け／調節装置を有しており、これらはシャフトを中心にして対向配置され、シャフトに測定ベルトを固定する機能と調節機能とは切り離されている。測定ベルトの両端は調節装置を経て結合されて、測定区画が突合せ箇所で中断されることがないように互いに調整される。そのため、ベルトを取り付ける前にベルトの両端を適切に処理しておくことが必要になることがある。絶対角度情報を得るために、測定ベルトの側方に基準マークが配置されている。この測定システムは、きわめて柔軟性を欠き、その直径ないし周長が締付けリングの調節可能範囲内にあるシャフトにしか適用することができない。
さらに、既存のスタータ・リムを送信ディスクとして使用することも可能であるが、その場合、パルス発生器へのアクセスを可能とするために、かなりのコストをかけてハウジングに適切な対策が講じられなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許公開公報第１２５８７１１号
【特許文献２】ドイツ特許公開公報第３６ ２３ ４４９号明細書
【特許文献３】日本特開第２００７-００３５０５号明細書
【特許文献４】オーストリア特許公報第４１０.３７２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、角度信号を得るための装置を改良して、種々さまざまな直径を有する回転部材の測定に容易に使用することができ、特には、角度に基づいた大型エンジン駆動軸の測定を可能にする構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は、本発明により、前記マーク担体は回転する前記回転部材に直接に固定、好ましくは直接に接着固定もしくは締付け固定される伸長不能で屈曲可能な、回転する前記回転部材の周長とは無関係な任意のマーク区画を有したマーク担持帯からなり、それゆえ、前記マーク担持帯の両端領域は、前記マーク担持帯が前記回転部材に取り付け固定された後、突合せ領域と隙間領域とオーバラップ領域のうちの少なくとも１つの領域を形成し、前記領域において前記マーク区画は角度信号測定用のトリガマークとして利用される不規則性を示すことによって解決される。
たとえばエンジンの駆動軸の角度信号の取得は以下によって大幅に簡易化され、汎用可能となる。本発明による方法は以下のステップすなわち
−  回転する前記回転部材の周長とは無関係な任意のマーク区画を有する伸長しない前記マーク担持帯を、回転する前記回転部材の周長に大略一致する長さに断裁するステップと、
−  前記マーク担持帯を前記回転部材の外周に取り付けるステップと、
−  前記マーク担持帯の両端領域によって突合せ領域と隙間領域とオーバラップ領域のうちの少なくとも１つの領域を形成させて、前記マーク区画によってトリガマークとして利用される不規則性を生じさせるかまたはトリガマークとして利用される不規則性が生成されるようにするステップと、
−  マーク信号およびトリガ信号を読み取るステップとを有する。
【００１１】
前記シャフトの周長は、ほぼあらゆる事例において、所定のマーク区画の整数倍であることはないために、突合せ部に不規則な区画が現れる(光学式評価装置の場合にあっては、黒色／黒色から白色／白色までに及ぶあらゆる不規則なパターンが生じ得る)。ただし、そのことは決して短所ではなく、それどころか、必要なトリガマークをつくり出すためにそれを使用することができる。その際、突合せ箇所の前後の一定の領域−たとえば合計３個のマーク−を黒色に彩色することができる。その結果、なお未知の数のマークと読み取り可能な１個の黒色領域とを有するマーク担持帯が対応の駆動軸に付設されていることになる。
これにより、エンジン稼動中の信号検出によって、１回転時のマークの数を求めることができる。前記マークの数と、黒色に彩色された距離の幾何的長さと、所定の明／暗ピッチとによって、周長と共に、ピッチ当たりの正確な角度を求めることが可能となる。
【００１２】
前記の長い黒色距離は正確な角度値に換算することができるため、ピッチの総数＋前記黒色距離によって３６０°となる。
前記センサユニットに後置された信号処理装置によって、まさに非整数角度値で検出された角度パルスの、整数によるかないし有意に細分された角度値( ０.５°; ０.２５°)への換算、補間、増倍が実時間で行われ、それがTTL信号として評価／ディスプレイ装置へ出力される。
【００１３】
光学式測定方式の他に、電磁式、容量式または誘導式の測定方法も利用可能である。たとえば、前記マーク担持帯は磁気伝導材料からなると共に前記センサユニットの誘導センサによって読み取り可能な、前記マーク担持帯に沿って交互に磁気抵抗の相違する部分を作り出すように規則的に配置された、孔、型押し、切り欠き、成形体または隆起を有するようにしてよい。
【００１４】
従って、新たな事例ごとに前記マーク区画を前記シャフトの周長に合わせた、それぞれのケースに固有のマーク担持帯を製造する必要はなく、むしろ、ユーザは、測定さるべきシャフトのおおよその周長に合わせて裁断ないし断裁されてシャフトに取り付け固定されさえすればよい既定のマーク区画を有したマーク担持帯を使用することができる。
【００１５】
光学式または電磁式のセンサユニットに適用するため、前記マーク担持帯は、たとえば、回転する前記回転部材に取り付け固定するための接着面を片側に備えた、好ましくは巻き付け式のエンドレステープとして形成されると好都合である。
誘導型または容量型のセンサユニット向けに、前記マーク担持帯１６はそれぞれの使用目的に合わせて断裁可能な金属帯または金属テープ、たとえばパターン形成された金属帯として設けられていてよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】角度信号を得るための本発明による装置を示す図である。
【図２】本発明による屈曲し易いマーク担持帯の一部を示す平面図である。
【図２ａ】図２に示したマーク担持帯の縦断面図である。
【図３】回転部材にマーク担持帯を接着する際に生ずる種々異なった突合せ／オーバラップ領域のパターンを示す図である。
【図４】回転部材にマーク担持帯を接着する際に生ずる種々異なった突合せ／オーバラップ領域のパターンを示す図である。
【図５】回転部材にマーク担持帯を接着する際に生ずる種々異なった突合せ／オーバラップ領域のパターンを示す図である。
【図６】回転部材にマーク担持帯を接着する際に生ずる種々異なった突合せ／オーバラップ領域のパターンを示す図である。
【図７】電磁型センサユニットまたは容量型センサユニットを備えた、図１に示した装置の変形を示す図である。
【図８】誘導型センサユニットを備えた、図１に示した装置の変形を示す図である。
【図９】図８に示した装置の詳細を拡大して示す図である。
【図１０】図８に示した装置の変形実施形態のマーク担持帯を締付け機構と共に示す図である。
【図１１】図１０に示した締付け機構の締付け具を示す図である。
【図１２】図１０に示した締付け機構の変形を示す図である。
【図１３】誘導型マーク担持帯の変形実施形態を示す図である。
【図１４】誘導型マーク担持帯の変形実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、一部概略的に示した図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
軸周りに回転する回転部材１１−たとえばエンジン１２の駆動軸−の角度信号を得るための図１に概略的に示した装置１０は、裁断後に駆動軸１１の自由な円筒状外周領域に接着固定されるかまたは締付け固定される伸長不能で屈曲可能なマーク担持帯１６からなるマーク担体１３を備えている。マーク担持帯１６は、均一であるが、回転部材１１の周長とは無関係で、光学式測定方式が使用される際にたとえば彩色の異なる部分１５,１５’ (黒色／白色)によって実現されるマーク区画を有している。部分１５,１５’は、図示された実施形態において、後置された信号処理装置１９に信号を送る光検出器１７からなる光学式センサユニット１４によって走査される。その結果は、周知のように、評価装置２０のディスプレイに表示される。信号品質を向上させるべく、センサユニット１４はさらに、マーク担持帯１６の走査領域を均一に照射する光源１８を備えるとよい。
【００１８】
図２ないし図２aに示したように、マーク担持帯１６は、片側に接着面２２を備えた巻き付け式エンドレステープとして形成されるとよい(図２aでは、マーク担持帯１６の厚さは誇張して表されている)。したがって、マーク担持帯１６は回転方向に交互に黒色および白色に彩色された領域を有する接着テープによって実現可能である。
マーク担持帯１６の両端の突合せ／オーバラップ領域の状態は、駆動軸１１の直径ないし周長に応じて以下のように形成される：
【００１９】
図３では、突合せ／オーバラップ領域２１において２つの黒色部分１５’が出会って、２倍の幅を有する黒色部分( 図３の右側、参照)を形成しており、こうしたマーク区画の不規則性が角度信号測定用のトリガマークとして直接に使用可能である。
【００２０】
図４に示した特殊なケースにあっては、回転部材１１の周長がマーク区画の整数倍であるために、白色部分１５と黒色部分１５’とが出会っている。マーク担持帯１６の突合せ／オーバラップ領域には、回転部材にマーク担持帯を取り付け固定した後、今や、たとえば、白色部分を黒色化することによって少なくとも１つの付加マーキング２３を付することができるため、トリガマークは回転部材の周方向に拡張可能である。図４の右側に示したように、黒色領域は通常の部分の３倍の幅を有している。
【００２１】
図５および図６には、突合せ／オーバラップ領域２１にふつうより狭い白色部分１５が残っているか( 図５)またはふつうより狭い黒色部分１５’が残っている ( 図６)一般的な形態が表されている。たとえば、突合せ領域の白色部分を黒色化することによって付加マーキング２３を付することによりトリガマークを相応して拡張することが可能であり、この場合、カウントプロセスはたとえばトリガマークに後続する白色部分からスタートすることになる。
【００２２】
図７に示した変形実施形態におけるように、マーク区画は、センサユニット１４の電磁式読取りヘッド２４によって読み取り可能な、マーク担持帯１６( たとえば磁気テープ)の磁化形態が相違する部分１５,１５’によって実現されていてよい。また、マーク担持帯１６のマーク区画を、誘電特性が交互に相違するおよび／またはセンサユニット１４の容量型読取りヘッド２５に対する高さが交互に相違する部分１５,１５’によって実現することも可能である。この場合、電磁式読取りヘッド２４ないし容量型読取りヘッド２５は駆動軸１１に対して径方向に配向されている。  
【００２３】
図８は、図９に示した詳細図と共に、マーク担持帯１６が磁気伝導材料からなると共に、規則的に配された切り欠き２８を有してなる本発明の変形実施形態を示しており、この場合、前記切り欠きは残存しているリブ２９によって、センサユニット１４の( 能動または受動)誘導センサ３０によって読み取り可能な、マーク担持帯１６に沿って交互に磁気抵抗の相違する部分１５,１５’を生成する。切り欠き２８の間に残存しているリブ２９は半径方向外側に向いているために、この変形実施形態においては、駆動軸１１の軸と平行に配置されたセンサ３０を使用することが可能である。マーク担持帯１６はシャフト１１に密接する固定用手段３１を有しており、前記固定用手段には、隙間領域２１を形成させてマーク担持帯を駆動軸１１に取り付け固定するための締付けリング３２( たとえば金属製ケーブルストラップ)が配置されていてよい。
【００２４】
図１０に示した変形例に示したように、たとえば誘導センサ３０用のマーク担持帯１６は、マーク区画の少なくとも片側、好ましくは両側に、好ましくは締付け機構２７と連携して締付け力による連結または摩擦力による連結を可能にする固定用手段３１を有していてよい。屈曲し易いマーク担持帯１６の長手方向への締付け機構２７の可変的な取り付けは、掛止、リベット止め、クリンチ止め、フランジ形成等によって行うことが可能である。図示した変形実施形態において、締付け機構２７は、隙間２１を介して互いに突合わされるマーク担持帯１６の両端部に掛止可能な、調節要素３４によってネジ締めされる締付け要素３３( 詳細については図１１、参照)を有している。そのため、締付け要素３３と、マーク担持帯１６の両側の固定用手段３１とは、掛止後に力学的な方法による連結を作り出す規則的に配置された前記係合要素３５,３６を有している。双方の固定用手段３１の中央に位置するマーク区画は、孔あけ加工または穴あけ加工、あるいは、切り欠き２８と弓形リブ２９とによって形成可能である。切り欠き２８の形状によってマーク担持帯１６の柔軟性が保たれる。
【００２５】
図１２は締付け機構の変形を示しており、この場合、マーク担持帯１６ないしその固定用手段３１は、締付け要素３３’の切り欠き３７に係合する上方に折り曲げられたリブ３２を有している。
【００２６】
図１３および図１４はマーク担持帯１６のマーク区画形成の別形態を示したものであり、この場合、切り欠き２８と弓形リブ２９との配列( 図１０)に代えて、材料損失の生じない型押し３８( 図１３)または深絞り成形された隆起３９( 図１４)の規則的な配列が行われる。
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
2013505434.tif 000018
2013505434.tif 000019
2013505434.tif 000020
2013505434.tif 000021
2013505434.tif 000022
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