(57)【要約】  本発明は、ハウジング（２）と、シャフト（３）と、シャフト（３）に取り付けられたコードディスク（４）と、コードディスク（４）の回転を検出するよう設計される読取ヘッド（５）とを備えるロータリーエンコーダ（１）に関する。コードディスク（４）はその軸方向位置において、当接部材（６）を介して一方の軸方向面上に取り付けられ、弾性部材（７、１７、１９）が他方の軸方向面上に配置されて、コードディスク（４）を当接部材（６）に対して押圧するクランプ力を加える。本発明は、さらにロータリーエンコーダを組み立てる方法に関する。
2021536007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリーエンコーダ（１）であって、
ハウジング（２）と、
シャフト（３）と、
前記シャフト（３）に取り付けられたコードディスク（４）と、
前記コードディスク（４）の回転を検出するよう構成される読取ヘッド（５）とを備え、
前記コードディスク（４）は、その軸方向に、前記シャフト（３）上の当接部材（６）によって一方の軸方向側面上の軸位置で固定され、
弾性部材（７、１７、１９）が他方の軸方向側面に配置されて、前記コードディスク（４）を前記当接部材（６）に対して押圧するクランプ力を生じることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータリーエンコーダにおいて、前記弾性部材（７、１７、１９）は前記シャフト（３）を中心として周方向に延びることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のロータリーエンコーダにおいて、前記シャフト（３）の第１軸受（９）は、前記クランプ力が前記弾性部材（７、１７）と前記第１軸受（９）とを介して前記ハウジング（２）に伝えられるよう配置されることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項４】
請求項３に記載のロータリーエンコーダにおいて、スペーサスリーブ（８）が前記弾性部材（７、１７）と前記第１軸受（９）との間に設けられ、前記シャフト（３）を中心として円筒状に延びることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項５】
前記いずれかの請求項に記載のロータリーエンコーダにおいて、前記シャフト（３）は中空シャフトであることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項６】
前記いずれかの請求項に記載のロータリーエンコーダにおいて、前記当接部材（６）は、前記シャフト（３）の肩部によって設けられることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のロータリーエンコーダにおいて、前記当接部材（６）は前記シャフト（３）の肩部に配置されたスペーサリングであることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項８】
前記いずれかの請求項に記載のロータリーエンコーダにおいて、前記シャフト（３）には、前記ハウジング（２）のハウジング上部分（１３）に対するラジアル軸受としての第１軸受（９）が取り付けられ、反対側に配置される面にはハウジング下部分（１２）に対するアキシャル軸受としての第２軸受（１１）が取り付けられることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項９】
請求項８に記載のロータリーエンコーダにおいて、前記第２軸受（１１）は前記ハウジング下部分（１２）中の軸受シート（１４）から突出するスラストワッシャとしての摺動軸受として構成されることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項１０】
請求項８または９に記載のロータリーエンコーダにおいて、前記第１軸受（９）は、前記ハウジング上部分（１３）内の前記シャフト（３）の摺動軸受であり、前記クランプ力がスペーサスリーブ（８）を介して前記摺動軸受に伝えられることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか一項に記載のロータリーエンコーダにおいて、前記読取ヘッド（５）は前記ハウジング上部分（１３）と前記ハウジング下部分（１２）との間に配置されることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項１２】
前記いずれかの請求項に記載のロータリーエンコーダにおいて、前記シャフト（３）の一端にフランジ（１０）が設けられ、前記フランジ（１０）は前記ハウジング（２）に対してアキシャル軸受により取り付けられ、前記フランジ（１０）の裏面により前記当接部材（６）が形成されることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項１３】
前記いずれかの請求項に記載のロータリーエンコーダにおいて、前記弾性部材（７）は、環状または円筒状エラストマー部材であることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項１４】
前記いずれかの請求項に記載のロータリーエンコーダにおいて、前記弾性部材（１７、１９）は、その中央開口部に前記シャフト（３）が配置される皿ばねまたはフィンガースプリングであることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項１５】
ロータリーエンコーダ（１）を組み立てる方法であって、
（ｉ）ハウジング下部分（１２）に下部軸受（１１）を設け、
（ｉｉ）コードディスク（４）と、弾性部材（７）と、上部軸受（９）とをシャフト（３）上に配置し、
（ｉｉｉ）前記シャフト（３）をハウジング上部分（１３）内に導入し、
（ｉｖ）前記シャフト（３）に前記上部軸受（９）と前記下部軸受（１１）とが取り付けられ、クランプ力が前記弾性部材（７、１７）を介して前記上部軸受（９）によって加えられることで前記コードディスク（４）が前記シャフト（３）上の当接部材（６）に対して押圧されるように、前記ハウジング上部分（１３）を前記ハウジング下部分（１２）に配置し取り付けることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジングと、シャフトと、シャフトに取り付けられたコードディスクと、コードディスクの回転を検出するよう設計される読取ヘッドとを備えるロータリーエンコーダに関する。本発明は、さらにロータリーエンコーダを組み立てる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知のロータリーエンコーダは、主要部材として、読取ヘッドと、シャフトとともに回転するコードディスクとを備え、コードディスクの読取ヘッドに対する回転が検出されることになる。コードディスクが読取ヘッドに対して正確な位置で回転することが極めて重要であり、コードディスクの位置とシャフト上での同心性との双方が確保されなくてはならない。
【０００３】
ＵＳ６，１６６，３７４から、組み立て中にコードディスクがロータリーエンコーダのカバーに取り付けられた部材によって下方に押され、当接部材に当接する部材によって定められる所望の位置にレチクルが移動することが公知である。その後、この部材とレチクルとの当接は再び解除される。
【０００４】
具体的に、先行技術から、コードディスクをシャフトの肩部に対してねじ止めまたは接着剤で接合することにより取り付けることが公知である。例えば、ＵＳ特許５，０４５，６９１は、レチクルとしてのコードディスクがフラットワッシャの間で、シャフトの突起にナットによって取り付けられることを開示する。
【０００５】
しかし、ねじ止めによって取り付けることは、ねじ止めが比較的複雑であり、追加の装着スペースを必要とすることから不利である。
【０００６】
他方、接着剤で接合して取り付けるのは、ディスクの位置が塗布される接着剤の量に応じて変化する可能性があることから、コードディスクの位置決めの正確さに悪影響を及ぼす可能性がある。接着剤からの汚染というリスクもある。加えて、硬化工程中に一定の硬化時間は観察し、かつ非常に正確な接触圧を加えなくてはならず、これにより組立工程が著しく煩雑なものとなる。
【０００７】
先行技術では、ハウジングによって収容されるロータリーエンコーダは、軸方向に比較的高さが高く、したがって実装空間が小さい場合には使用困難である。この理由で、ハウジングなしで出荷される開放型ロータリーエンコーダがしばしば用いられるが、コードディスクが容易に損傷を受け、または不正確に装着される可能性があることから、実装は極めて困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、組み立てが容易で、正確かつ操作の信頼性が高いロータリーエンコーダを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、ハウジングと、シャフトと、シャフトに取り付けられたコードディスクと、読取ヘッドとを備え、後者がコードディスクの回転を検出するよう設計されるロータリーエンコーダが提供される。コードディスクはその軸方向位置において、当接部材により一方の軸方向面上に固定され、弾性部材が他方の軸方向面上に配置されて、コードディスクを当接部材に対して押圧するクランプ力を加える。
【００１０】
当接部材によりコードディスクの軸方向位置が規定され、弾性部材により必要な保持力が加えられてコードディスクが当接部材上で軸方向に保持される。
【００１１】
したがって、コードディスクは、シャフトに対して位置決めされ、具体的には固定的に取り付けられた当接部材と、弾性部材との間に取り付けられる。
【００１２】
本発明にかかるロータリーエンコーダは、コードディスクをクランプすることでより少ない作業工程により実装可能であり、同時にコードディスクをシャフトに正確かつ操作の信頼性が高い形で取り付け可能とする。ねじ止めまたは接着剤による接合などの別の取付手段を省略可能である。コードディスクが直接当接部材に当接することから、コードディスクを非常に正確に位置決め可能である。
【００１３】
軸方向保持力により、コードディスクと当接部材との間で周方向および／または径方向に摩擦係合または篏合連結を生じさせることができ、これによりコードディスクの位置もこれらの方向について固定可能である。
【００１４】
これに代えて、またはこれに加えて、例えば、互いに挿入される当接部材とコードディスクとの上の補助部材によりコードディスクと当接部材との間に径方向および／または周方向の篏合連結を設けてもよい。例えば、コードディスクの開口部に係合する突起またはピンを当接部材上に設けてもよい。
【００１５】
コードディスクは光学コード要素または磁気コード要素を備え、読取ヘッドがこれに合わせて調整されてもよい。光学コード要素は、具体的にはコードディスクの上面および／または下面に設けられる。このとき、読取ヘッドは、コードディスクの上および下側からＵ字状に配置されるのが好ましい。あるいは、磁気コード要素が、コードディスクの外周に沿ってのみ設けられてもよい。このとき、読取ヘッドは径方向にコードディスクに隣接して配置される。
【００１６】
コードディスクは、具体的に、径方向に延びる数本の線が周に沿って設けられ、光学式読取ヘッドによって検出可能なレチクルである。あるいは、磁力線が設けられてもよい。いずれの場合でも、読取ヘッドは通過したコード要素を検出し、これによりシャフトの読取ヘッドまたはハウジングに対する回転をコード要素の解像度に応じて測定可能である。この解像度は、コードディスクの周方向に設けられたコード要素の数によって決定される。読取ヘッドは、具体的にハウジングに取り付けられる。あるいは、読取ヘッドは、ハウジングの外部、またはハウジングと独立にハウジングに対する所定位置に配置され取り付けられてもよい。例えば、読取ヘッドとハウジングとは、共通のベースプレートすなわち取付面上に配置され取り付けられてもよい。読取ヘッドは、具体的にセンサ部材と、プリント回路基板と、センサ部材の測定値を評価するマイクロ電子部品とを備える。
【００１７】
弾性部材は、具体的に５ｍｍと２５０ｍｍの間、好ましくは１０ｍｍと１００ｍｍの間、さらに好ましくは２０ｍｍと５０ｍｍの間の内径を有する。しかし、用途に応じ、より大きなまたは小さな内径を有する弾性部材を設けてもよい。上述の寸法に対し、弾性部材の軸方向の厚みは、弾性部材の材料によるが、具体的に０．３ｍｍと２０ｍｍの間、好ましくは０．５ｍｍと３ｍｍの間であるのが好ましい。弾性部材の他の径に対しては、弾性部材の厚みは具体的に比例するよう調整される。
【００１８】
具体的に、装着される弾性部材は、少なくとも５％、好ましくは少なくとも２５％圧縮され、別の実施形態では少なくとも４０％または少なくとも７０％圧縮される。弾性部材のショア硬度は、具体的に３０から９０ＨＳｃ、ＨＳｄの間、好ましくは略６５から７５ＨＳｃ、ＨＳｄ、および一実施形態においては略７０ＨＳｃ、ＨＳｄである。
【００１９】
コードディスクの当接部材は、シャフトの平坦表面によって設けられてもよい。このとき、コードディスクは、アキシャル軸受とシャフトの表面との間にクランプされるのが好ましい。
【００２０】
弾性部材はコードディスク上に直接、またはコードディスクから離隔して配置されてよい。後者の構成では、軸方向に変位可能な他の剛体または圧縮不能な部材を弾性部材とコードディスクとの間に設けてもよい。
【００２１】
好ましい実施形態において、弾性部材はシャフトを中心として周方向に延びる。これにより、クランプ力を均一に分散させることが可能となる。しかし、別の実施形態において、いくつかの独立に、かつ周方向に互いに離隔した弾性部材を設けてもよい。例えば、数個の小さな圧縮ばねを周まわりに分散配置してもよい。均一なクランプ力を得るため、これらは一定間隔で配置されるのが好ましい。
【００２２】
シャフトの第１軸受は、クランプ力が弾性部材と第１軸受とを介してハウジングに伝えられるように配置されるのが好ましい。具体的に、第１軸受の軸方向付勢力が弾性部材によって与えられ、結果としてコードディスクに対するクランプ力としても用いられる。したがって、弾性部材は必要なクランプ力を与えるのみならず、軸受の付勢に関しても誤差補償を可能とする。この場合、コードディスクは第１軸受のインナーレースと当接部材との間にクランプされるが、弾性部材のみならず別の軸方向に変位可能な部品を第１軸受のインナーレースとコードディスクとの間に設けてもよい。
【００２３】
具体的に、少なくとも一つのスペーサスリーブが弾性部材と第１軸受のインナーレースとの間に設けられ、シャフトを中心に円筒状に延びる。これに加えて、またはこれに代えて、一つ以上のスペーサリングを適切な位置に設けてもよい。
【００２４】
このようにして必要な実装スペースを形成することで、これらの間に第１軸受の種類と読取ヘッドとに応じて十分な距離を確保することができる。これに代えて、弾性部材をある程度軸方向に延伸し、それ自体でこの実装スペースを設けることを可能としてもよい。このスペーサスリーブにより、スペーサスリーブからのクランプ力を確実に第１軸受のインナーレースに正確に加えることもできる。
【００２５】
シャフトは中空シャフトである、すなわち径方向内部領域で少なくともいくつかのセクションに分かれた円筒状キャビティを有するのが好ましい。円筒状キャビティにより具体的に取付ブッシュが形成される。径方向に延びる少なくとも一つのねじ付ボアをシャフトの取付ブッシュの領域に設け、ねじを導入して取付ブッシュに部品を取り付け可能としてもよい。これに代えて、止めピンや他の取付部材を用いて取付ブッシュに部品を取り付けてもよい。
【００２６】
中空シャフトとしての構成により、シャフトを外部部品（例えば別のシャフト）に簡単に接続可能となり、この外部部品の回転をロータリーエンコーダにより検出可能となる。この中空シャフトにより、コードディスクの内部開口の径は比較的大きくなることから、コードディスクの取付に際しての正確さおよび操作の信頼性についての要求が厳しくなるが、これらは本発明の構成により満たされる。
【００２７】
本発明にかかる構成により、具体的に大きな径の中空シャフトを実現可能、またはハウジングをこの大きな内径に対して比較的平坦に構成することが可能となる。具体的に、少なくともハウジングの軸方向の高さの半分の中空シャフトの内径を実現可能であり、中空シャフトの内径はハウジングの軸方向の長さよりも大きいのが好ましい。
【００２８】
一つの実施形態において、コードディスク用の当接部材は、シャフトの肩部によって設けられる。この肩部は、具体的にシャフトの径を変化させることによって設けられ、軸方向に垂直な当接面を有するのが好ましい。これにより、シャフトに対するコードディスクの位置を、最大限の正確さで固定可能である。
【００２９】
別の実施形態において、当接部材は具体的にシャフトの肩部に配置されたスペーサリングであってもよい。これにより、コードディスクの軸方向位置決めをより柔軟にすることができるが、これはいくつかの異なるバージョンのロータリーエンコーダを同じ部品で製造する場合に特に好ましい。スペーサスリーブまたはスペーサリングは、それぞれクランプ力がスペーサリングを軸方向に何ら変形させず、またはこの変形が許容値限界よりも低いままになるように構成される。
【００３０】
一つの実施形態において、シャフトには、ハウジングのハウジング上部分のラジアル軸受としての第１軸受が取り付けられ、対向配置される側にハウジング下部分のアキシャル軸受としての第２軸受が取り付けられる。これにより、アキシャル軸受と、結果として軸方向に正確に固定された当接部材とにより、コードディスクを正確に位置決めすることが可能となる。ラジアル軸受は、少なくとも軸方向クランプ力をハウジング上部分に伝達可能なように構成されるのが好ましい。
【００３１】
具体的に、純粋なアキシャル軸受としての第２軸受の構造により、連続的なシャフトを不要とすることが可能となる。ハウジングは、ハウジング下部分により完全に密閉可能である。加えて、一面のみから機械加工されたシャフトを使用可能である。
【００３２】
第２軸受は、ハウジング下部分の凹部から突出するスラストワッシャとしての摺動軸受として構成されるのが好ましい。スラストワッシャとハウジング下部分との間に薄い金属ワッシャ（例えばスチールディスク）をスラストワッシャの摺動パートナーとして設けてもよい。この金属ディスクは、接着剤による接合によってハウジングの下部に取り付けられてよい。対応する軸受構造は第１軸受についても可能である。これにより、非常にコンパクトかつ組み立てやすいロータリーエンコーダの構造を実現できる。
【００３３】
第１軸受は、具体的にハウジング上部分内のシャフト用の摺動軸受であってよく、このときクランプ力はスペーサスリーブを介して摺動軸受に伝えられる。これに代えて、転がり軸受をこの位置に第１軸受として設けてもよい。
【００３４】
一つの実施形態において、読取ヘッドがハウジング上部分とハウジング下部分との間に配置され、具体的にハウジング上部分および下部に直接当接する。読取ヘッドを所定位置に取り付け可能とする位置決めピンが、ハウジング下部分および／またはハウジング上部分に設けられてもよい。
【００３５】
しかし、ハウジング下部分またはハウジング上部分を省略して、対応する構造のロータリーエンコーダをハウジングの密閉部および軸受面または軸受シートとなる取り付け面に取り付けてもよい。これにより、ロータリーエンコーダをよりコンパクトに構成することが可能となる。
【００３６】
一つの実施形態において、フランジがシャフトの一端に設けられ、フランジがアキシャル軸受（具体的には第２軸受）を介してハウジングに対して取り付けられ、フランジの裏面が当接部材を構成する。フランジは、二つの有利な機能（デュアル機能）を果たすことができる。加えて、このような構造により軸方向の実装高さを低く保つことができる。
【００３７】
弾性部材は環状または円筒状のエラストマー（具体的にゴム製、天然ゴム製、またはシリコーンなどの合成ゴム製）部材であるのが好ましい。例えば、発泡ゴム、すなわち独立気泡材料を使用可能である。弾性部材は、具体的にシーリングリングとして設けられてよい。
【００３８】
これに代えて、弾性部材は金属製であってよく、この場合、弾性は弾性部材の形状によって主に決定される。例えば、シャフトの肩部を介して弾性変形可能であり、これにより付勢力を加えることのできる金属製の薄いフラットワッシャまたは肩付ワッシャを使用可能である。さらに、シャフトの円周の周りに延びる大きな圧縮ばねまたはシャフトの円周に沿って配置される数個の小さな圧縮ばねである、金属製の圧縮ばねを弾性部材として使用可能である。具体的に、一つ以上のコイルばねを使用可能である。
【００３９】
弾性部材、コードディスクおよび／または当接部材は、確実にコードディスクの位置が摩擦力によって正確に固定されるように粗面を含む少なくともいくつかのセクションとして構成されてよい。より良い位置決めを確保するため、弾性部材に両面接着面を設けてもよい。にもかかわらず、弾性部材の実際の固定は、クランプ力によるものである。すなわち、クランプ力により弾性部材の位置が確実に固定されることから、比較的薄い接着面しか要さず、さらに硬化のための時間は不要である。例えば、弾性部材は両面接着発泡ゴムリングまたは平面発泡ゴムワッシャであってよい。組み合わせることでクランプ力を生じさせる所望の弾性を得るために数個の弾性部材を軸方向に連続的に設けてもよい。これは、全体の長さが異なり、または異なるクランプ力を要するいくつかの異なる種類のロータリーエンコーダが製造される場合に特に好ましい。
【００４０】
弾性部材はその中央開口部にシャフトが配置される皿ばねまたはフィンガースプリングであるのが好ましい。この皿ばねまたはフィンガースプリングを用いることで非常にコンパクトなスペースで大きなクランプ力を実現可能である。皿ばねまたはフィンガースプリングは、具体的に金属からなるが、これに代えて、またはこれに加えてポリマー材料からなってもよい。
【００４１】
第１軸受および／または第２軸受はアキシャル軸受および／またはラジアル軸受として構成されてよい。具体的に、第１軸受および／または第２軸受は転がり軸受、例えば、深溝ボール軸受、アキシャル転がり軸受、アキシャルニードル軸受、段付きボール軸受、円錐軸受または円筒軸受として構成されてよい。深溝ボール軸受または薄肉軸受が特に好ましい。転がり軸受のレースは、ハウジングとシャフトの各材料に応じて、ハウジングおよび／またはシャフトと一体形成されてよい。これに代えて、通常のレースを軸受の一体部分として用いてもよい。
【００４２】
しかし、第１軸受および／または第２軸受は、プラスチック、セラミック、金属（具体的に焼成青銅）、または類似の摺動材料製の摺動軸受またはスラストワッシャとして構成されてもよい。摺動軸受面は、シャフト上、またはハウジング内の別個の部材によって設けられてよい。これに代えて、これらの部材をそのまま摺動軸受として用いることができるよう、ハウジングおよび／またはシャフトは適切な材料から少なくともいくつかのセクションに分けて製造されてもよい。
【００４３】
本発明は、さらにロータリーエンコーダを組み立てる方法であって、この順、逆または任意の順で行われてよい以下の工程を有するものを提供する。すなわちｉ）ハウジング下部分に下部軸受を設け、ｉｉ）シャフトをハウジング下部分に挿入し、ｉｉｉ）コードディスクと弾性部材とをシャフトに配置しｉｖ）シャフトが上部軸受と下部軸受とによって取り付けられ、クランプ力が弾性部材を介して上部軸受に加えられてコードディスクがシャフト上の当接部材に対して押圧されるようハウジング上部分に上部軸受を配置し、ハウジング上部分をハウジング下部分に取り付ける。
【００４４】
シャフトは、コードディスクと弾性部材とがシャフト上に配置される前または配置された後にハウジング下部分に導入されてよい。ハウジング上部分および／またはハウジング下部分は、外部部品をシャフトに接続可能とする開口部を備えてもよい。
【００４５】
本発明は、ロータリーエンコーダを組み立てる別の方法であって、ハウジング下部分に下部軸受を設け、コードディスク、弾性部材、および上部軸受をシャフトに配置し、シャフトをハウジング上部分に挿入し、シャフトが上部軸受および下部軸受によって取り付けられ、クランプ力が弾性部材を介して上部軸受によって加えられてコードディスクがシャフト上の当接部材に対して押圧されるようハウジング上部分をハウジング下部分に配置し取り付けるものを提供する。
【００４６】
本発明にかかるコードディスクをクランプする弾性部材は、実装する労力および位置決め精度の観点から好ましい。好ましい実施形態において、システム内の二つの関連する力、すなわち軸受に対する軸方向の付勢力およびコードディスクに対するクランプ力が調和するよう、さらに弾性部材により軸受付勢力を決定してもよい。
【００４７】
本発明は、具体的に少なくとも部分的にハウジングに収容され、予め組み立てられた状態で実装可能なロータリーエンコーダに用いられる。この理由により、アセンブリから始まるコードディスクの構造の精度が確保されなくてはならない。
【００４８】
しかしながら、上述の密閉型ロータリーエンコーダでは、コードディスクが予め組み立てられたハウジング内で汚れおよび機械的損傷から保護されることから、ロータリーエンコーダを実際に使用する個所に実装する際にはより数少ない工程しか要しない。
【００４９】
本発明により、ロータリーエンコーダが軸方向に極めて平坦に構成可能であるにも関わらず、確実にコードディスクを良好に保護し正確に固定することから、さらなる有利な利点が得られる。本発明にかかるロータリーエンコーダは、コンパクトな、密閉アセンブリを可能とし、これにより同心性に関して高いレベルの信頼性をもたらす。さらに、汚れを良好に防止可能である。
【００５０】
軸方向にコンパクトな構造にも関わらず、中空シャフトにより本発明にかかるロータリーエンコーダを大径のシャフトに取り付けることが可能である。コードディスクの径を大きくすることができることから、コードディスクを多数のコード要素に細かく分割することが可能であり、これにより高解像度を実現できる。
【００５１】
本発明にかかるロータリーエンコーダは、コードディスクの位置をさらに揃える必要なしに、容易に実装可能である。加えて、測定センサが損傷を受けたり汚れたりすることなく、他のアセンブリに容易に組み込むことが可能である。ロータリーエンコーダはインクリメンタルエンコーダまたはアブソリュートエンコーダとして構成可能である。
【００５２】
このようにコードディスクはクランプされることで、具体的に誤差補償およびクランプ部材として構成される弾性部材に補助されて固定される。これにより、コードディスクの位置が固定される。これは、軸受を付勢するのと同時に行われてよく、このとき具体的に軸受の付勢力がクランプ力に対応する。いずれの場合も、このようにしてコードディスクの正確かつ傾きのない位置決めを実現できる。
【００５３】
ハウジングおよび／またはシャフトは、具体的にアルミニウム製であってよい。しかし、この場合、少なくともスラストワッシャ、好ましくは摺動軸受または転がり軸受を設けるのが好ましい。これに代えて、シャフトおよび／またはハウジングを良好な摺動性を有する材料から直接製造してもよく、これによりシャフトをハウジングに直接摺動取付することが可能となる。例えば、この目的のため、鋼鉄または青銅、ならびにポリマー材料を使用可能である。
【００５４】
本発明によれば、ロータリーエンコーダはさらにコードディスクが直接または間接的に取り付けられる当接部材を備えるシャフトを備え、シャフトは当接部材の一方側の純粋なアキシャル軸受と当接部材の他方の側のラジアル軸受とによって支持される。結果として、ハウジングを完全に貫通して延びるシャフトは不要であり、特にアキシャル軸受の側で、ハウジングをシンプルかつフラットに密閉可能である。加えて、コードディスクに対して軸方向に当接させるのに一方の肩部しか必要でないことから、このようなシャフトは旋盤で一方側から機械加工するのみで足りる。本発明のロータリーエンコーダには小さな傾き方向の力しか作用しないことから、ラジアル軸受の傾きに対する抵抗のみで多くの目的には十分である。
【００５５】
以下、好ましい実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明にかかるロータリーエンコーダの第１実施形態の側面断面図を示す。
【図２】本発明にかかるロータリーエンコーダの第２実施形態の側面断面図を示す。
【図３】本発明にかかるロータリーエンコーダの第３実施形態の側面断面図を示す。
【図４】本発明にかかるロータリーエンコーダの第４実施形態の側面断面図を示す。
【図５】本発明にかかるロータリーエンコーダの第５実施形態の側面断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図１に示される本発明のロータリーエンコーダ１の実施形態は、軸１００を中心に回転可能なシャフト３が配置されるハウジング２を備える。シャフト３は軸方向Ａに延びる。コードディスク４がシャフト３に取り付けられ、シャフト３から径方向Ｒに突出する。コードディスク４の回転は、読取ヘッド５によって検出可能である。
【００５８】
コードディスク４は、軸方向Ａのクランプ力により、シャフト３によって構成される当接部材６に対して押圧される。具体的に、当接部材６は、軸方向Ａに法線を有する平面である。具体的に、当接部材６はシャフト３の全周にわたり均一に延びる。
【００５９】
本実施形態では当接部材６は平面として構成されるが、別の実施形態ではピンまたは他の形状の部材の突起が設けられ、これによりコードディスクを径方向および／または周方向に正確に位置決め可能とされる。
【００６０】
軸方向Ａに作用してコードディスク４を当接部材６にクランプするクランプ力は、本実施形態ではコードディスク４上に直接配置される弾性部材７によって与えられ、または規定される。弾性部材７は、エラストマー材料からなるＯリングとして構成される。スペーサスリーブ８が軸方向Ａに弾性部材７の上に設けられる。スペーサスリーブ８は軸方向に長さが異なってもよく、いくつかの実施形態では完全に省略されてもよい。
【００６１】
第１軸受９が軸方向Ａにスペーサスリーブ８の上に配置され、ハウジング２内のシャフト３の軸受の一部となる。第１軸受９は、軸方向Ａのクランプ力をハウジング２に伝達可能である。具体的に、クランプ力はハウジング内の装着高さ、シャフト３上の当接部材の位置、弾性部材７ならびに第１軸受９（および場合によりスペーサスリーブ８）の軸方向長さ、ならびに弾性部材７の弾性または圧縮性によって決定される。
【００６２】
本実施形態では、当接部材６はシャフト３の端部のフランジ１０によって設けられる。これにより、シャフトは、フランジ１０の端面に旋削工程を行う必要なく一回の旋削工程によって製造可能である。中空シャフトとして構成されるシャフト３の内部ボアも、旋削工程中に設けることができる。
【００６３】
フランジ１０は、アキシャル軸受としての第２軸受１１によりハウジング２に対してシャフト３を支持するのにも用いられる。具体的に、第２軸受１１はスラストワッシャとして構成される。
【００６４】
ハウジング２はハウジング下部分１２とハウジング上部分１３とを備え、ハウジング部分１２、１３にはそれぞれ開口部が設けられてシャフト３の両側から外部部品と接続可能とされる。しかし、ハウジング下部分１２またはハウジング上部分１３に一つだけ開口部が設けられてもよい。第２軸受１１を収容する環状溝１４としての軸受シートがハウジング下部分に設けられるのが好ましい。
【００６５】
あるいは、ハウジング下部分１２はほぼ平坦に構成される。他方、ハウジング上部分１３は、内部に収容されるロータリーエンコーダ１の部品（具体的にシャフト３、コードディスク４、および読取ヘッド５）を外部の影響（具体的に塵または土および機械的損傷）から保護するよう鉢状とされる。
【００６６】
ハウジング上部分１３には、第１軸受９が収容される軸受シート１５が設けられる。軸受シート１４と１５との間の距離がハウジング２によって規定されることから、完全に組み立てられたハウジング２においてコードディスク４に作用するクランプ力は、軸受９、１１、弾性部材７（および場合によりスペーサスリーブ８）を適切に選択することによって予め正確に定めることができる。
【００６７】
本発明にかかるロータリーエンコーダ１の一つの実施形態において、ハウジング下部分１２を省略してもよく、かつロータリーエンコーダ１を、スラストリングまたは第２軸受１１用の軸受シートとして機能する面が設けられる取付面上に直接螺合してもよい。
【００６８】
ハウジング下部分１２とハウジング上部分１３とは、ねじ止め、クランプ、接着剤による接合、またはクリップ止めにより互いに接続され、密閉されたハウジング２を形成する。ハウジング２とシャフト３との間、およびハウジング部分１２、１３の間、およびハウジング内の他の隙間が生じうる個所にシールが設けられ、ハウジング２が液体および塵から保護される。このシールは、設けられる転がり軸受の一部であってもよい。
【００６９】
ロータリーエンコーダ１を組み立てる方法は、図１を用いた例で説明することができる。ハウジング下部分１２がまず設けられ、この中に第２軸受１１が挿入される。シャフト３が第２軸受１１に配置される。コードディスク４、その後に弾性部材７、スペーサスリーブ８、そしてその後に第１軸受９が、当接部材６までシャフト３に押し込まれる。読取ヘッド５がハウジング下部分１２に配置される。その後、ハウジング上部分１３がハウジング下部分１２に取り付けられ、接続される（具体的には螺合される）。結果として、所定の距離が軸受９、１１の間に規定され、弾性部材７が所定の距離だけ圧縮されることにより、所定の軸受付勢力ないしクランプ力がコードディスク４に対して生じる。
【００７０】
あるいは、ロータリーエンコーダ１を組み立てる方法は、以下のように実行されてよい。コードディスク４、弾性部材７、スペーサスリーブ８、および第１軸受９がまず当接部材６までシャフト３に押し込まれる。読取ヘッド５がハウジング上部分１３に挿入される。その後、第１軸受９を有するシャフト３がハウジング上部分１３の軸受シート１５に挿入される。同時に、コードディスク４が読取ヘッド５に押し込まれる。その後、第２軸受１１がハウジング下部分１２の軸受シート１４に挿入される。その後、ハウジング上部分１３がハウジング下部分１２に取り付けられ、接続される（具体的には螺合される）。結果として、所定の距離が軸受９、１１の間に規定され、弾性部材７が所定の距離だけ圧縮されることにより、所定の軸受付勢力ないしクランプ力がコードディスク４に対して生じる。
【００７１】
あるいは、例えば逆の順に、まず軸受９、スペーサスリーブ８、弾性部材７、およびコードディスク４をハウジング上部分１３に配置し、その後シャフト３をこれらの部品に挿入することも可能である。その後、第２軸受１１およびハウジング下部分１２が配置され、ハウジング部分１２、１３が接続される。
【００７２】
さらに別の例として、軸受９がハウジング上部分１３に押し込まれる。コードディスク４、弾性部材７、およびスペーサスリーブ８がシャフト３上に配置される。その後、シャフト３が軸受９およびハウジング上部分１３に読取ヘッド５とともに接続される。その後、第２軸受１１およびハウジング下部分１２が配置され、ハウジング部分１２、１３が接続される。
【００７３】
本発明にかかるロータリーエンコーダ１の別の実施形態が図２から５に示される。第１実施形態との差異を主に以下に説明する。
【００７４】
図２にかかる実施形態では、当接部材６は周方向突起としての位置決め部材１６を備え、コードディスク４の内部開口が中心に配置され、軸受またはシャフト径から取り外し可能なように選択される。
【００７５】
これに加え、またはこれと独立して、軸方向Ａの弾性クランプ力を直接加える皿ばねとしての弾性部材１７が第１軸受９とコードディスク４との間に設けられる。図１にかかる第１実施形態の読取ヘッド５のプラグ接続部１８はハウジング部分１２および１３の間で横方向外側に突出するが、図２にかかる実施形態では、ハウジング下部分１２の開口部を通って下方に向いている。全体として、図２にかかる第２実施形態では軸方向にコンパクトな構成が得られる一方、皿ばねとしての弾性部材１７を用いることにより大きなクランプ力を実現可能である。
【００７６】
図３は本発明にかかるロータリーエンコーダの別の実施形態を示し、その径方向内端部でクランプされる肩付ディスクとしての弾性部材１９が、第１軸受９とシャフト３に一体形成されたフランジ１０との間に設けられる。肩付プレートの径方向外端部は、コードディスク４を固定するためのクランプ力を与えるように弾性変形する。本実施形態では、コードディスク４に対するクランプ力は、軸受９、１１の付勢力と独立である。具体的に、肩付ディスクとしての弾性部材１９は金属材料からなる。肩付ディスクは、その内部領域がその径方向外部領域の少なくとも２倍の厚みを有する。
【００７７】
肩付ディスクの代わりに、フラットワッシャ（すなわち肩なしの平坦部材）のみを、弾性部材として設け、対応するクランプ力を弾性変形によりコードディスク４に加えてもよい。弾性部材に必要とされる変形を少なくし、コードディスク４を中央に位置決めするため、当接部材６の径方向内側でフランジ１０に段差２０を設けることも好ましい。第１軸受９は好ましくは摺動軸受である。このようにすれば、肩付ディスクまたはフラットワッシャとしての弾性部材１９の径が大きい場合でも、転がり軸受のアウターレースが弾性部材１９と意図せず摩擦接触することを防ぐことができる。
【００７８】
図４にかかる本発明のロータリーエンコーダ１の別の実施形態では、軸受９、１１は、それぞれハウジング２の摺動面によって直接構成される。シャフト３のフランジ１０はハウジング下部分１２の摺動面上に直接設けられ、スペーサスリーブ８はハウジング上部分１３の摺動面上に直接設けられる。弾性部材７は同様にスペーサスリーブ８とコードディスク４との間に設けられ、軸方向Ａの軸受力、および結果としてコードディスク４に対するクランプ力を発生させる。
【００７９】
図５にかかる実施形態では、シャフト３はそれぞれが転がり軸受として構成される第１軸受９および第２軸受１１によって支持される。この目的のため、シャフト３には後退して内部に第２軸受１１が配置されるフランジ領域２１が設けられる。コードディスク４を固定するためのクランプ力が、弾性部材７とならんで第１軸受９およびスペーサスリーブ８を介してハウジング２によりコードディスク４に加えられる。
【００８０】
あるいは、第２軸受１１はフランジ領域２１内に配置されるロックリング上に配置されてもよい。このため、第２軸受１１はフランジ１０の外径に対応する内径を有してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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