(57)【要約】【課題】エンコーダの取り付けを、容易に行えるようにすること。【解決手段】軸とその軸を収めるハウジングとの間の回転角度に依存する測定値を検出するためのエンコーダが、ハウジングに固定可能な固定子（２０）と、軸に固定可能な回転子（３０）と、固定子（２０）に対する回転子（３０）の回転を検出するセンサとを備える。固定子（２０）の外周には、支持点（４４）を有するスプリングワッシャ（４２）が取り付けられている。取り付けのためには、スプリングワッシャ（４２）の支持点（４４）によって、固定子（２０）がハウジングに軸方向から支持されるようになるまで、エンコーダを軸にはめ込む。この補助位置で、回転子（３０）は軸に固定される。つづいて固定子（２０）を、スプリングワッシャ（４２）の力に抗して、ハウジングに向かって押し付け、ハウジングに固定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸（１２）と該軸（１２）を収めるハウジング（１０）との間の回転角度に依存する測定データを検出するためのエンコーダであって、該ハウジング（１０）に固定可能な固定子（２０）と、該軸（１２）に固定可能な回転子（３０）と、該固定子（２０）に対する該回転子（３０）の回転を検出するセンサと、取り付け手段とを備え、該取り付け手段は、該ハウジング（１０）から決められた間隔（ａ）を取る第１の補助位置に該回転子（２０）を保持し、該間隔は、取り付け状態にある該回転子（３０）と該固定子（２０）の軸方向における、非接触の回転に必要な間隔に相当し、そして該取り付け手段はまた、第２の取り付け位置で、該ハウジング（１０）に対する該固定子（２０）の固定を可能とする、エンコーダであって、該取り付け手段はスペーサを備え、該スペーサは該固定子（２０）を該補助位置に保持することと、該固定子（２０）は、該スペーサの変形のもとで、該ハウジング（１０）を固定するため、取り付け位置に動かすことができることを特徴とする、エンコーダ。
【請求項２】
前記スペーサがばね装置であることと、前記固定子（２０）を、該ばね装置の弾力に抗して、前記取り付け位置に動かすことができることとを特徴とする、請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記ばね装置が前記固定子（２０）を、前記ハウジング（１０）で弾性支持することを特徴とする、請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記ばね装置が、前記固定子（２０）に配置されたばね（４２）を少なくとも１つ備え、該ばねは前記ハウジング（１０）に支持されることを特徴とする、請求項３に記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記ばねは、前記固定子（２０）に同心円位置に取り付けられたスプリングワッシャ（４２）であり、該スプリングワッシャの円周上に配分された支持点（４４）が、前記ハウジング（１０）に支持されることを特徴とする、請求項４に記載のエンコーダ。
【請求項６】
互いに角度１２０°ずつオフセットされている３つの支持点（４４）が設けられていることを特徴とする、請求項５に記載のエンコーダ。
【請求項７】
前記スプリングワッシャ（４２）は、前記固定子（２０）の外周に取り付けられ、そして前記補助位置にあっては、テンション解除された状態で、前記支持点（４４）が軸方向に前記ハウジング（１０）に向かって、前記固定子（２０）の末端面を越えて突出し、そして取り付け位置では、弾力に対抗して、軸方向に該固定子（２０）末端面の背後へと押し付けられることを特徴とする、請求項５または６に記載のエンコーダ。
【請求項８】
前記スプリングワッシャ（４２）は、円周方向においては波形に形成され、円周方向では交代に前記固定子（２０）に支持され、そして支持点（４４）を形成されることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一項に記載のエンコーダ。
【請求項９】
前記のスプリングワッシャがプラスチック製であることを特徴とする、請求項５〜８のいずれか一項に記載のエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸とその軸を収めるハウジングとの間の回転角度に依存する測定値を検出するためのエンコーダ、かつ請求項１の上位概念に記載する同エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のエンコーダは、その回転角度、角速度、角加速度、または互いに回転可能な物体のこれら角度や速度を、インクリメンタルまたはアブソリュートに測定するのに用いられる。最も頻度の高い用途は、軸を収めるハウジングにおけるその軸の回転運動の測定、例えば電動機の電動機軸の測定である。このエンコーダは回転子と固定子とを有する。固定子はハウジングに相互回転しない状態で軸受けされているが、回転子は軸に相互回転しない状態で連結されている。１つのセンサが固定子に対する回転子の回転を検出するが、そのためには、通常はセンサが取り付けられている固定子に対して、回転子が、軸方向にも半径方向にも十分な正確さをともなって回転する必要がある。
【０００３】
これについては、回転子が転がり軸受けを介して固定子に軸受けされているエンコーダが公知である。これにより、固定子に対する回転子の精密な回転が得られる。しかし通常は、固定子がハウジングに、または回転子が軸に、弾性軸受けされる必要がある。これは軸の軸受け部の、ハウジングに対するトレランスを、軸方向においても半径方向においても補償するためである。固定子における回転子の軸受けと、測定対象物に対する回転子または固定子の弾性取り付けには、構造的な複雑さがともなう。
【０００４】
そのほか、冒頭に挙げた種類のエンコーダとして、回転子が固定子に、機械的な転がり軸受けによっては軸受けされていないことによりコストが抑えられたエンコーダが公知である。固定子はハウジングに直接固定されるが、回転子は軸に直接的に取り付けられている。ハウジングに対して軸に不慮の回転誤差が生じると、対応する誤差が固定子内の回転子に生じる。その結果回転子は、特に、固定子に対して、軸方向にある程度のトレランスをもって回転しなければならない。１つの典型的な例では、回転子は回転するディスクとして形成され、このディスクは、固定子の固定されたディスクに対し、軸方向に１０分の数ミリメートルの間隔を取りながら回転する。この場合、回転子のディスクは、インクリメンタルまたはアブソリュートに符号化されたゲージを備え、このゲージは、固定子のディスクに配置されたセンサによって読み取られる。ゲージとセンサは、光学的、磁気的、または電気誘導的なものとして、形成することができる。
【０００５】
この回転子は固定子に機械的には軸受けされていないので、固定子における回転子の位置決めは、エンコーダの取り付け時に行わなければならない。このためにはまず、ある取り付け手段を用いて、固定子を第１の補助位置に、すなわち固定子が、ハウジングの取り付け面から、軸方向に１つの決められた間隔を取ることになる位置に、来るという方法が公知である。この軸方向の間隔は、最終的な取り付け状態における固定子と回転子の、事前に決められる軸方向間隔に相当する。この取り付け手段は１つのツールを有し、このツールは、扁平なフォークとして、ハウジングの取り付け面と固定子の間に挿入されて、これら部品相互間の間隔を決定する。次に回転子は軸上で、軸方向において位置決めされるが、この位置決めは、回転子がその割り当てられた固定子面に軸方向から密着するように行われる。この位置で、回転子は軸上に固定される。つづいてフォーク状のツールは、固定子とハウジングの間から、横方向に引き抜かれる。固定子はここで、事前指定された軸方向の間隔を完全に、ハウジングに向かって動かされ、ハウジングに固定される。これにより、回転子と固定子間に必要な軸方向間隔が得られ、この間隔は、回転子が非接触で回転するのに必要な軸方向のトレランスを設けるものである。
【０００６】
この公知のエンコーダの取り付けには、補助的なツールが取り付け手段として必要である。このツールは、半径方向外側から、ハウジングの取り付け面とエンコーダの固定子との間に差し込まれる。これは、エンコーダの取り付け条件によっては、空間的に困難な場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって本発明の課題は、冒頭に挙げた種類のエンコーダの取り付けを、容易に行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はこの課題を、請求項１の内容を有するエンコーダによって解決する。
本発明の有利な実施形態を従属請求項に記載した。
本発明は取り付け手段として、１つのスペーサを用いる。このスペーサは、まずエンコーダの固定子を第１の補助位置に、すなわちハウジングから、事前に指定された軸方向の間隔を取る位置に保持する。この第１の補助位置で、回転子は軸上で固定子に密着させられ、軸上に固定される。つづいて固定子は、スペーサが変形するもとで、ハウジングに押し付けられ、ハウジングに固定される。スペーサは、好ましくはエンコーダに取り付けられて、取り付け状態においてもエンコーダに残るものとする。したがって取り付けのための追加的なツールを必要としない。そして取り付けられるべきエンコーダの横に、そのようなツールを差し込むための空間も不要である。
【０００９】
好ましくはこのスペーサを、弾性変形するばね装置として形成する。
１つの単純な実施形態では、ばね装置をスプリングワッシャとして形成する。このスプリングワッシャは、固定子の外周に取り付けられて、その支持点は軸方向に固定子におけるハウジング側末端面を越えて突出し、またこの支持点よって、ハウジングの取り付け面に支持される。これにより固定子は、ハウジングから軸方向に事前に指定された間隔を取る補助位置に保持される。回転子を位置決めし、固定した後は、固定子をハウジングに向かって押し付けて、ハウジングに固定するだけでよい。スプリングワッシャの支持点は、この場合、軸方向かつ後方に押し付けられる。その結果この支持点は、固定子の背後で固定子の外周に接することになる。このスプリングワッシャは、安価なプラスチック部品として形成するのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
下記では、図面に示す実施例を用いて、本発明をさらに詳しく説明する。
この実施例では、電動機軸の回転運動を検出するため、どのようにエンコーダを電動機に取り付けるかを示す。電動機のうち、ハウジング１０の一部分と、ハウジング１０から突出する軸１２とを示す。ハウジング１０の取り付け面においては、軸１２を中心とする同心位置に、円盤状にくぼむ取り付け部１４、すなわちエンコーダが挿入される取り付け部が形成されている。取り付け部１４の外側には、３つのクランプ１６が、互いに角度１２０°ずつ位置をずらして取り付けられている。これらクランプはそれぞれ、内側方向、取り付け部１４の上に旋回可能な突起１８を１つずつ有する。
【００１１】
エンコーダは固定子２０を備え、この固定子は、軸１２にこれと同軸にはめ込まれ、この場合軸１２は、自由に回転できる状態で、固定子２０を貫通している。固定子２０は円筒形のハウジングを備え、このハウジングは下部２２とカバー２４とを有する。下部２２には下側のプリント配線基板２６が取り付けられ、このプリント配線基板は、下部２２の底部をほぼ覆う。この下側プリント配線基板２６の上に軸方向に間隔を取って、上側のプリント配線基板２８が取り付けられている。プリント配線基板２６および２８は、固定子２０の下部２２の中に固定して取り付けられている。
【００１２】
エンコーダはさらに回転子３０を備え、この回転子は、ディスクとして形成され、ブッシュ３２にその同心位置に取り付けられている。回転子３０のディスクは、軸方向に見て、下側のプリント配線基板２６と上側のプリント配線基板２８との間にあり、これらプリント配線基板と面平行に形成されている。回転子３０を有するブッシュ３２は、固定子の中を自由に回転することができる。ブッシュ３２は、軸方向に固定子２０のカバー２４を越えて外側に突出する。そしてカバー２４を越えて突出するブッシュの末端は、軸方向にスリットを設けられ、テンションロッド３４として形成されている。このテンションロッドとして形成されて、カバー２４を越えて突出する末端に、テンションリング３６が取り付けられている。ブッシュ３２の内径は軸１２の直径に相当するので、回転子３０をブッシュ３２とともに、軸方向から軸１２にはめ込むことができ、テンションロッド３４を用いて、テンションリング３６を締め付けることにより、軸１２に固定することができる。
【００１３】
固定子２０の下部２２は、円筒形カップの形状である。下部２２の下側底部の外径は、取り付け部１４の内径に相当するので、下部２２を取り付け部１４に、軸１２に心合わせして挿入することができる。下部２２の下側底部から軸方向に間隔を取った箇所で、下部の外周は、拡幅されてカラー３８の形状となり、このカラーの外径は、取り付け部１４の内径よりも大きい。カラー３８より上では、下部２２の外径はふたたび小さくなる。上から下部２２にかぶせられ、固定されたカバー２４は、下部２２の上縁を外側から覆う。これにより、カバー２４の下側エッジとカラー３８の上縁との間には、下部２２の外周を一周する円周溝４０が形成される。
【００１４】
この円周溝４０には、プラスチック製のスプリングワッシャ４２が挿入される。スプリングワッシャ４２は、一周して閉じられた形のリングとして、円周溝４０に位置する。このためスプリングワッシャ４２は、カバー２４をかぶせる前に、上から下部２２にはめ込まれる。図３に最もはっきり示すように、スプリングワッシャ４２は、その軸方向の幅が、円周溝４０の軸方向幅よりも小さい。スプリングワッシャ４２は、円周方向に見ると１本の波線を描いて延び、その際このスプリングライン４２は、互いに１２０°ずつ位置をずらした３つの箇所で、スプリングワッシャの上縁が、カバー２４の下側エッジに密着する。円周方向に見て、カバー２４に密着するこれらの点の間のそれぞれ中央で、スプリングワッシャ４２の下縁が、カラー３８の上側エッジに密着する。下側のこのカラー３８に密着する点で、スプリングワッシャ４２に支持点４４を１つずつ形成する。この支持点は、軸方向に延びる舌状物として、カラー３８の外周を覆い、軸方向にカラー３８の下側エッジを越えて突出する。
【００１５】
回転子３０は、それ自体知られた方法で、インクリメンタルに、またはアブソリュートに符号化されたゲージを備える。下側のプリント配線基板２６と、上側のプリント配線基板２８とは、このゲージに対するセンサと、それに付随する電子系統とを備える。電子系統からの接続は、カバー２４の上面のコネクタ４６を経由して、外部に導かれる。ゲージとセンサは、それ自体知られた方法で、光学的、磁気的、または誘導的なものとして形成することができる。
【００１６】
エンコーダを組み立てる際には、まず下側のプリント配線基板２６を、固定子２０の下部２２に挿入する。次に回転子３０をそのブッシュ３２とともに挿入し、つづいて上側のプリント配線基板２８を下部に挿入する。その際回転子３０は、下側のプリント配線基板２６と、上側のプリント配線基板２８との間を、軸方向に自由に動けるものとする。つづいてスプリングワッシャ４２を下部２２の外側にはめ込み、最後にカバー２４を下部２２の上に固定する。
【００１７】
電動機にエンコーダを取り付けるには、エンコーダを軸１２にはめ込む。このとき、固定子２０が回転子３０に対して軸方向に自由に動ける間に、回転子３０のブッシュ３２を軸１２の上をスライドさせる。軸１２の上で、エンコーダをハウジング１０に向かってスライドさせると、下部２２の底部が取り付け部１４に噛み込み、スプリングワッシャ４２の支持点４４が、取り付け部１４の外でハウジング１０に密着する。この状態を図１および１ａに示す。スプリングワッシャ４２は、一方ではその支持点４４がハウジング１０に、他方ではその上縁の各箇所がカバー２４に支持される。そのためスプリングワッシャ４２は固定子２０を、ハウジング１０に対して軸方向に決められた１つの補助位置に保持する。支持点４４はカラー３８を越えて軸方向に突出するので、ハウジング１０とカラー３８の下側エッジとの間のこの補助位置で、決められた軸方向の間隔ａが確定される。
【００１８】
この状態ではテンションがかかっていないスプリングワッシャ４２によって、固定子２０がこの補助位置に保持されているとき、回転子３０をそのブッシュ３２とともに、軸１２の上を下方にスライドする。すると回転子３０は、下側のプリント配線基板２６の表面に、軸方向から接触する。その様子を図１および１ａに示す。この位置でテンションリング３６を締め付けると、回転子３０は、この軸方向における位置で、軸方向にかつ相互回転しない状態で、軸１２に固定される。
【００１９】
つづいて固定子２０を、弾性あるスプリングワッシャ４２の弾力に抗して、下方にハウジング１０に向かって押し付けると、カラー３８の下側エッジがハウジング１０に密着する。その様子を図２および２ａに示す。このときスプリングワッシャ４２は弾性変形し、支持点４４は上方に圧迫されて、ついにこれら支持点はカラー３８の下側エッジの背後に達する。この取り付け位置、すなわち固定子２０のカラー３８がハウジング１０に接触する位置で、固定子２０はハウジング１０に固定される。そのときクランプ１６の突起１８は内側に旋回され、その結果これら突起はカラー３８を軸方向に覆う。次にクランプ１６を締め付けると、突起１８は、固定子２０のカラー３８をハウジング１０に向かって押し付ける。
【００２０】
これをもって取り付け過程は終了する。軸方向間隔ａ相当分、固定子２０を下方に押し付けることにより、下側のプリント配線基板２６は、軸１２に固定された回転子３０から、この間隔ａ相当分、軸方向に離れる方向に動かされる。回転子３０はここで、下側のプリント配線基板２６および上側のプリント配線基板２８から、１つの決められた軸方向の間隔を有する。その結果として回転子は、固定子２０の中を、非接触で回転することができる。この場合、下側のプリント配線基板２６および上側のプリント配線基板２８までの軸方向間隔としては、ハウジング１０に対する軸１２の運動トレランスを、吸収できるようなものを選択する。軸方向間隔ａは、一般に１０分の数ミリメートルくらいであって、例えば０．４ｍｍである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】エンコーダが取り付け中で、補助位置にあるとき、その軸方向断面図である。
【図１ａ】図１の一部分の拡大図である。
【図２】図１と同様な軸方向断面図であるが、取り付け位置にあるものを示す。
【図２ａ】図２の一部分の拡大図である。
【図３】エンコーダの透視図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  ハウジング
１２  軸
１４  取り付け部
１６  クランプ
１８  突起
２０  固定子
２２  下部
２４  カバー
２６  下側のプリント配線基板
２８  上側のプリント配線基板
３０  回転子
３２  ブッシュ
３４  テンションロッド
３６  テンションリング
３８  カラー
４０  円周溝
４２  スプリングワッシャ
４４  支持点
４６  コネクタ
ａ  軸方向の間隔
【図１】
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【図１ａ】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図３】
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