(57)【要約】【課題】  正確性が改善された低コストの絶対エンコーダーを提供すること。【解決手段】  本発明の絶対エンコーダーは複数の回転自在に取付けられたエンコーダーホイールを含む。各エンコーダーホイールはエンコーダーホイールの周りに同心に延びる少なくとも１つのコード順列を含む。本発明の絶対エンコーダーはまた、エンコーダーホイールの各々の対の間に設けられた、対の第２のエンコーダーホイールを対の第１のエンコーダーホイールの所定量の回転に従って所定量回転させるよう作用する手段を含む。光を発する手段と検知器手段とを具備する感知手段がまた含まれる。光発射手段はコード順列の規定された領域を照射する。検知器手段はコード順列の規定された領域に対し光発射手段により照射された光を確認する。【選択図】      図１
2004226423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶対エンコーダーであって、
複数の回転自在に取付けられたエンコーダーホイールであって、各エンコーダーホイールがエンコーダーホイールの周りに間隔を置いて同心状に延びる前記エンコーダーホイールを貫通する一連の溝穴を区画形成する少なくとも１つのコード順列を含み、前記複数のエンコーダーホイールが複数のコード順列を組合わせ構成するようにし、前記複数のコード順列が所定数の絶対コード順列と少なくとも１つの増分コード順列とを具備している、複数の回転自在に取付けられたエンコーダーホイールと、
前記エンコーダーホイールを回転自在に連結する付属手段と、
前記エンコーダーホイールの前記複数のコード順列の所定数の規定された領域を照射する光発射手段と、１つの溝穴が前記コード順列の規定された領域を構成した時前記各エンコーダーホイールを通過する、前記光発射手段によって照射された光を確認する検知器手段とを含む感知手段と、
前記絶対エンコーダーの位置を確認する制御手段であって、前記絶対エンコーダーが少なくとも第１のモードと第２のモードで作動し、前記絶対コード順列の各々の前記規定された領域を監視するために前記制御手段が前記感知手段と連絡して、前記絶対エンコーダーが前記第１のモードで作動している時前記絶対エンコーダーの位置を確認し、また少なくとも規定された第１の時間間隔の間前記少なくとも１つの増分コード順列の前記規定された領域のみを監視するために前記制御手段が前記感知手段と連絡して、前記絶対エンコーダーが前記第２のモードで作動している時前記絶対エンコーダーの位置を確認する制御手段と、を具備している絶対エンコーダー。
【請求項２】
付属手段が少なくとも１つのピニオンを具備し、ピニオンがその外面の周縁周りに延びる予め規定された間隔の複数の歯を含む外面を有する実質的に細長い部材を区画形成して、各エンコーダーホイールが前記ピニオンの前記歯と噛み合うための予め規定された間隔の複数の歯を含んでいる請求項１に記載の絶対エンコーダー。
【請求項３】
前記感知手段がさらに前記光発射手段と前記検知器手段とを収容するための複数の実質的に整列された塔を含み、各塔が実質的に整列された上面と底面とを間隔を置いて形成し、上面と底面が基部から終端部まで延びてキャビティを形成し、各塔の上面と底面の少なくとも一方が前記基部から終端部に向って一定距離に設けられた少なくとも１つの貫通開口を含み、前記光発射手段又は前記検知器手段が前記基部の近くで前記塔のキャビティ内に設けられて、各エンコーダーホイールが一対の塔の間に位置し塔の開口が前記コード順列の規定された領域に近接して位置し、前記終端部が外側終端面と内側終端面とを更に含み、前記内側終端面が前記外側終端面に対するテーパーを有しており、前記内側終端面が光を約９０度で反射させる手段を更に有していて、前記塔の開口を通して前記塔のキャビティに入射する光が、前記検知器手段によって検知されるために前記反射手段によって反射され、また前記光発射手段からの光が、前記塔のキャビティから外へ前記塔の開口を通り抜けるために前記反射手段によって反射される、請求項２に記載の絶対エンコーダー。
【請求項４】
前記エンコーダーホイールがエンコーダーホイールの周りに間隔をおいて同心状に延びる４つのコード順列と前記４つのコード順列に対応する４つの規定された領域とを含み、光発射手段と検知器手段が前記コード順列の規定された領域の各々と組合わされていて、各塔がその上面と底面の少なくとも一方に４つの開口を含んでいる請求項３に記載の絶対エンコーダー。
【請求項５】
前記光発射手段が前記塔の開口を通る光を発射する複数の発光ダイオードを具備し、前記検知器手段が前記塔の開口を通って入る光を検出するための複数のフォトトランジスタを具備している請求項４に記載の絶対エンコーダー。
【請求項６】
前記塔が材料の選択と特別の処理とにより形成され、赤外線反射被膜が前記塔に施され、前記複数の発光ダイオードから前記塔の開口を通り複数の前記フォトトランジスタへと照射する光を不明確さを排除するように伝達しかつ閉じ込める手段を具備している請求項５に記載の絶対エンコーダー。
【請求項７】
前記感知手段が、発光ダイオードを規定された時間間隔で作動させてフォトトランジスタによって確認されたデータを蓄積する処理手段を含んでいる請求項５に記載の絶対エンコーダー。
【請求項８】
前記処理手段が前記発光ダイオードと前記フォトトランジスタとに接続されたシフトレジスターを含んでいる請求項７に記載の絶対エンコーダー。
【請求項９】
前記塔が、前記処理手段、発光ダイオード、及びフォトトランジスタを含む回路板に取付けられている請求項７に記載の絶対エンコーダー。
【請求項１０】
４つのエンコーダーホイールと３つのピニオンとをさらに具備し、第１と第３のエンコーダーホイールが第１のシャフトに間隔をおいて取付けられ、第２と第４のエンコーダーホイールが第２のシャフトに間隔をおいて取付けられ、３つのピニオンが第３のシャフトに取付けられ第１のピニオンが第１と第２のエンコーダーホイールの間に位置し第２のピニオンが第２と第３のエンコーダーホイールの間に位置し第３のピニオンが第３と第４のエンコーダーホイールの間に位置しており、また感知手段が３つの塔の２つの柱に配列された６つの塔をさらに含み、第１のエンコーダーホイールが第１の柱の第１と第２の塔の間に位置し第２のエンコーダーホイールが第２の柱の第１と第２の塔の間に位置し、第３のエンコーダーホイールが第１の柱の第２と第３の塔の間に位置し第４のエンコーダーホイールが第２の柱の第２と第３の塔の間に位置している、請求項４に記載の絶対エンコーダー。
【請求項１１】
前記第１及び第４のエンコーダーホイールが所定間隔の１列の歯を有し、第２と第３のエンコーダーホイールが上側及び下側の列を区画形成する２列の歯を有し、２列の各々における歯が所定の間隔で設けられ、前記ピニオンの歯が１つおきの長い歯と短い歯を区画形成し、長い歯が実質的にピニオンの細長い全表面に延びて、短い歯が長い歯よりも小さい細長い表面の距離で延び、またピニオンの短い歯が第１のエンコーダーホイールの１列の歯と第２及び第３のエンコーダーホイールの上側の列の歯とに噛み合い、またピニオンの長い歯が第４のエンコーダーホイールの１列の歯と第２及び第３のエンコーダーホイールの下側の列の歯とに噛み合う請求項１０に記載の絶対エンコーダー。
【請求項１２】
第１のエンコーダーホイールが第１のシャフトと共に回転するよう取付けられ、また第３、第２及び第４のエンコーダーホイールが第１と第２のシャフトに対しそれぞれ回転できるように取付けられている請求項１１に記載の絶対エンコーダー。
【請求項１３】
各コード順列の規定された領域が１ビットからなり、前記16のコード順列の規定された領域が16ビットからなり、また前記４つのエンコーダーホイールの前記16のコード順列を区画形成する前記一連の溝穴が、前記16ビットにより区画形成されたグレイコードの表示を提供するよう構成されている請求項11に記載の絶対エンコーダー。
【請求項１４】
前記エンコーダーホイールがハウジングの中に設けられ、ハウジングが第２のエンコーダーホイールが着座するボスを有する内面を含み、前記第２及び第４のエンコーダーホイールが前記第１及び第３のエンコーダーホイールの水平軸線に対し偏倚している請求項12に記載の絶対エンコーダー。
【請求項１５】
前記絶対エンコーダが前記第２のモードで作動しているとき、前記制御手段が、少なくとも規定された第二の時間間隔の間で前記絶対コード順列の各々の前記規定された領域を監視するためにも前記感知手段と連絡して、前記絶対エンコーダーの位置を確認する請求項１に記載の絶対エンコーダー。
【請求項１６】
前記制御手段が、前記絶対コード順列の各々の前記規定された領域を順次一度に一つずつ監視するために前記感知手段と連絡する請求項１５に記載の絶対エンコーダー。
【請求項１７】
前記第１のモードが休止モードでありまた前記第２のモードが運転モードであって、前記絶対エンコーダーが前記運転モードで作動しているとき、前記制御手段が、前記絶対コード順列の各々の前記規定された領域より多い回数で前記少なくとも一つの増分コード順列の前記規定された領域だけを監視するために前記感知手段と連絡する請求項１６に記載の絶対エンコーダー。
【請求項１８】
前記制御手段が、前記絶対エンコーダーが前記第１のモードで作動しているときに前記絶対コード順列の各々の前記規定された領域を照射するために前記感知手段と連絡する光発射制御手段を含んでおり、前記光発射制御手段は、前記絶対コード順列の各々の前記規定された領域を照射するため、又は前記少なくとも一つの増分コード順列の前記規定された領域だけを照射するために前記感知手段と連絡しており、また前記絶対エンコーダーが前記第２のモードで作動しているとき、前記光発射制御手段が、前記絶対コード順列の各々の前記規定された領域より多い回数で前記少なくとも一つの増分コード順列の前記規定された領域だけを照射するために前記感知手段と連絡する請求項１７に記載の絶対エンコーダー。
【請求項１９】
前記絶対エンコーダーの作動を制御するためのモーター手段を更に含む請求項１８に記載の絶対エンコーダーであって、前記モーター手段が少なくともオン状態とオフ状態とを含んでいて、前記モーター手段がオフ状態にあるときに前記絶対エンコーダーが前記休止モードにあり、また前記モーター手段がオン状態にあるときに前記絶対エンコーダーが前記運転モードにある請求項１８に記載の絶対エンコーダー。
【請求項２０】
前記絶対エンコーダーが前記運転モードにある場合に、前記制御手段が、前記少なくとも一つの増分コード順列の前記規定された領域を監視するとき前記絶対エンコーダーの位置を確認するために、パルス数を検知する請求項１９に記載の絶対エンコーダー。
【請求項２１】
四つの回転自在に取り付けられたエンコーダーホイールと、三つのピニオンと、感知手段と、制御手段とを具備する回転シャフト位置表示装置であって、
前記四つの回転自在に取り付けられたエンコーダーホイールが、エンコーダーホイールの周囲に同心状に延在する少なくとも一つのコード順列を含んでいて、前記四つのエンコーダーホイールが組み合わさって複数のコード順列を形成し、また前記複数のコード順列が所定の数の絶対コード順列と、少なくとも一つの増分コード順列とを具備しており、また、
前記三つのピニオンの各々が、第２のエンコーダーホイールを第１のエンコーダーホイールの所定量の回転に従って所定量回転させるために、二つのエンコーダーホイールの間に設けられ、そのために第１のピニオンが第１のエンコーダーホイールと第２のエンコーダーホイールとの間にあって、第２のピニオンが前記第２のエンコーダーホイールと第３のエンコーダーホイールとの間にあって、第３のピニオンが前記第３のエンコーダーホイールと第４のエンコーダーホイールとの間にあり、また、
前記感知手段が、所定の数の前記複数のコード順列の規定された領域を照射するための光発射手段と、前記光発射手段によって照射された光を確認するための検知器手段とを含んでおり、前記感知手段が前記光発射手段と前記検知器手段とを収容するための複数の実質的に整列された塔を更に含み、各塔が実質的に整列された上面と底面とを間隔をあけて形成して、上面と底面が基部から終端部まで延びてキャビティを形成し、前記キャビティの中に少なくとも一つの前記光発射手段と前記検知器手段とが受容され、各塔の上面と底面の少なくとも一方が、前記光発射手段と前記検知器手段とのための通路を提供するため前記基部から終端部に向って一定距離で設けられた少なくとも１つの貫通開口を含み、各エンコーダーホイールが一対の塔の間に位置し塔の開口が前記コード順列の規定された領域に近接して位置しており、また、
前記制御手段が、前記回転シャフト位置表示装置の位置を確認するための制御手段であり、前記回転シャフト位置表示装置が、少なくとも第１のモードと第２のモードとで作動し、前記絶対コード順列の各々の前記規定された領域を監視するために前記制御手段が、前記感知手段と連絡して、前記回転シャフト位置表示装置が前記第１のモードで作動しているとき前記回転シャフト位置表示装置の位置を確認し、また前記制御手段が、少なくとも規定された第一の時間間隔の間に前記少なくとも一つの増分コード順列の前記規定された領域だけを監視するために、前記感知手段と連絡して、前記回転シャフト位置表示装置が前記第２のモードで作動しているときに前記回転シャフト位置表示装置の位置を確認する制御手段である、回転シャフト位置表示装置。
【請求項２２】
前記各ピニオンが、その外面の周縁周りに延びる予め規定された間隔の複数の歯を含む外面を有する実質的に細長い部材を区画形成し、各エンコーダーホイールが前記ピニオンの前記歯と噛み合う予め規定された間隔の複数の歯を含んでいる請求項２１に記載の回転シャフト位置表示装置。
【請求項２３】
前記第１と第４のエンコーダーホイールが所定間隔で配された１列の歯を有し、第２と第３のエンコーダーホイールが、上側の列と下側の列とを区画形成する２列の歯を有し、２列の各々における歯は所定の間隔で設けられ、前記ピニオンの歯は交互に長い歯と短い歯とを区画形成し長い歯がピニオンの細長い表面のほぼ全体に延び短い歯が長い歯よりも短い細長い表面の距離で延びるようにし、ピニオンの短い歯が第１のエンコーダーホイールの１列の歯と第２及び第３のエンコーダーホイールの上側の列の歯とに噛み合い、ピニオンの長い歯が第４のエンコーダーホイールの１列の歯と第２及び第３のエンコーダーホイールの下側の列の歯とに噛み合う、請求項２２に記載の回転シャフト位置表示装置。
【請求項２４】
第１及び第３のエンコーダーホイールが第１のシャフトに間隔をおいて取付けられ、第２及び第４のエンコーダーホイールが第２のシャフトに間隔をおいて取付けられ、３つのピニオンが第３のシャフトに取付けられ第１のピニオンが第１及び第２のエンコーダーホイールの間に位置し第２のピニオンが第２及び第３のエンコーダーホイールの間に位置し第３のピニオンが第３及び第４のエンコーダーホイールの間に位置するようにし、感知手段が３つの塔の２つの柱に配列された６つの塔を区画形成し、第１のエンコーダーホイールが第１の柱の第１及び第２の塔の間に位置し第２のエンコーダーホイールが第２の柱の第１及び第２の塔の間に位置し第３のエンコーダーホイールが第１の柱の第２及び第３の塔の間に位置し第４のエンコーダーホイールが第２の柱の第２及び第３の塔の間に位置するようにし、各エンコーダーホイールがエンコーダーホイールの周りに間隔をおいて同心に延びる４つのコード順列と前記４つのコード順列に対応する４つの規定された領域とを含み前記コード順列の各々がエンコーダーホイールを貫通する一連の溝穴を区画形成するようにし、光発射手段と検知器手段が前記コード順列の規定された領域の各々と組合わされ、また各塔が上面と底面の少なくとも一方に４つの開口を含んでいる、請求項２１に記載の回転シャフト位置表示装置。
【請求項２５】
各コード順列の規定された領域が１ビットからなり16の前記コード順列の規定された領域が16ビットからなるようにし、前記４つのエンコーダーホイールの前記16のコード順列が、前記16ビットにより区画形成された前記回転シャフト位置のグレイコード表示が得られるように構成されている請求項２４に記載の回転シャフト位置表示装置。
【請求項２６】
第１のエンコーダーホイールが第１のシャフトと共に回転するよう取付けられ第３、第２及び第４のエンコーダーホイールが第１及び第２のシャフトに対しそれぞれ回転できるよう取付けられ、前記エンコーダーホイールがハウジング内に設けられハウジングが第２のエンコーダーホイールが着座するボスを有する内面を含むようにし、前記第２及び第４のエンコーダーホイールが前記第１及び第３のエンコーダーホイールの水平軸線に対して偏倚している請求項２４に記載の回転シャフト位置表示装置。
【請求項２７】
前記光発射手段が発光ダイオードからなり前記検知器手段がフォトトランジスタからなり、前記感知手段が、発光ダイオードを規定された時間間隔で作動させてフォトトランジスタによって確認されたデータを蓄積する処理手段をさらに具備し、前記処理手段が前記発光ダイオードと前記フォトトランジスタとに接続されたシフトレジスターを含み、前記塔が前記処理手段、発光ダイオード及びフォトトランジスタを含む回路板に取付けられている請求項２１に記載の回転シャフト位置表示装置。
【請求項２８】
前記回転シャフト位置表示装置が前記第２のモードで作動しているときに、前記制御手段が、前記絶対コード順列の各々の前記規定された領域を少なくとも規定された第２の時間間隔の間で監視するためにも、前記感知手段と連絡して、前記回転シャフト位置表示装置の位置を確認する請求項２１に記載の回転シャフト位置表示装置。
【請求項２９】
前記制御手段が、前記絶対コード順列の各々の前記規定された領域を順次一度に一つずつ監視するために、前記感知手段と連絡する請求項２８に記載の回転シャフト位置表示装置。
【請求項３０】
前記第１のモードが休止モードであり、また前記第２のモードが運転モードであって、前記回転シャフト位置表示装置が前記運転モードで作動しているときに、前記制御手段が、前記絶対コード順列の各々の前記規定された領域より多い回数で前記少なくとも一つの増分コード順列の前記規定された領域だけを監視するために、前記感知手段と連絡する請求項２９に記載の回転シャフト位置表示装置。
【請求項３１】
前記回転シャフト位置表示装置が前記第１のモードで作動しているときに前記絶対コード順列の各々の前記規定された領域を照射するために、前記制御手段が、前記感知手段と連絡する光発射制御手段を含んでおり、前記光発射制御手段が、前記絶対コード順列の各々の前記規定された領域を照射するため又は前記少なくとも一つの増分コード順列の前記規定された領域だけを照射するために前記感知手段と連絡し、また前記回転シャフト位置表示装置が前記第２のモードで作動しているときに、前記光発射制御手段が、前記絶対コード順列の各々の前記規定された領域より多い回数で前記少なくとも一つの増分コード順列の前記規定された領域だけを照射するために、前記感知手段と連絡する請求項３０に記載の回転シャフト位置表示装置。
【請求項３２】
前記回転シャフト位置表示装置の動作を制御するためにモーター手段を更に含む請求項３１に記載の回転シャフト位置表示装置であって、前記モーター手段が少なくともオン状態とオフ状態とを含んでいて、前記モーター手段がオフ状態のときに前記回転シャフト位置表示装置が休止モードにあり、また前記モーター手段がオン状態のときに前記回転シャフト位置表示装置が前記運転モードにある請求項３１に記載の回転シャフト位置表示装置。
【請求項３３】
前記回転シャフト位置表示装置が前記運転モードにある場合に、前記制御手段が、前記少なくとも一つの増分コード順列の前記規定された領域を監視するとき、前記回転シャフト位置表示装置の位置を確認するためにパルス数を検知する請求項３２に記載の回転シャフト位置表示装置。
【請求項３４】
前記複数のコード順列が、四つの絶対コード順列を三つのエンコーダーホイール上に具備し、また一つの増分コード順列を有する三つの絶対コード順列を一つのエンコーダーホイール上に具備する請求項３３に記載の回転シャフト位置表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に回転位置センサーに関し、さらに詳細には角度位置のデジタル表示を提供するエンコーダーに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途において、回転部材の位置を確認することが必要であり、例えば１つのこのような型の用途は、作動時に出力シャフトの位置を正確に検知することができなければならない弁アクチュエータのような回転アクチュエータである。伝統的には回転部材の位置の検出はカム作動のスイッチ及び／又は電位差計の使用を介して行われてきた。回転位置に対応するデジタル表示を提供する絶対エンコーダーがまた知られている。絶対エンコーダーは測定スケールに対する回転変位の数値を求める検知機構を利用する。回転変位を検知するため、スケール（目盛）は多数−ビットのデジタルコード（符号）の各ビットを提供する多数の同心トラックを回転する１つ又は複数のディスクの形式となっている。これらのコードトラックは典型的には回転ディスク上に食刻され、着色され、穴あけされ、又はその他の改変がなされた光学的に反応する分割部分で形成されている。有利には、絶対エンコーダーは、データがエンコーダー自身によって担持されているため作用電力を回転位置に対応するデータの損失なしに取除くことができるという特性を有している。しかしこれらの作用をもたらすのに、絶対エンコーダーは非常に多くの平行なスケールを必要とし、その正確な数は範囲と正確さの必要条件に依存している。絶対エンコーダーに要求されるこの大きな数のスケールは絶対エンコーダーを適用するのにより精緻なものとするとともにまた信頼性を低下させるものとなる。しかし、多くの用途においては、信頼性と厳格性は極めて重要な特徴である。さらにまた、典型的な絶対エンコーダーの費用はこれらの同じ理由のため高くなる。したがって、本発明は上記の点に鑑みまた従来の技術の欠陥を克服するために開発された。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は回転シャフトの位置を正確に決定することのできるセンサーを提供することである。本発明の他の目的は正確さと信頼性が改善されまた低コストで得ることのできる新規なエンコーダーを提供することである。
【０００４】
本発明のさらに他の目的は、回転シャフトの変位を正確に検知することができまた安価に製造し組立てることのできる改良された絶対エンコーダーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は正確性が改善され従来技術では見られない低コストの絶対エンコーダーを提供する。本発明の絶対エンコーダーは複数の回転自在に取付けられたエンコーダーホイールを含んでいる。各エンコーダーホイールはエンコーダーホイールの周りに同心に延びる少なくとも１つのコード順列を含んでいる。本発明の絶対エンコーダーはまた、各対のエンコーダーホイールの間に設けられ対の第２のエンコーダーホイールを対の第１のエンコーダーホイールの所定量の回転に従って所定量回転するよう作用する手段を含んでいる。光を発する手段と検知器手段とを具備する感知手段がまた含まれている。光発射手段はコード順列の規定された領域を照射する。検知器手段はコード順列の規定された領域に対し光発射手段により照射された光を確認するようになっている。
【０００６】
本発明のこれらのまた他の目的は以下の記載と添付図面を考察した時さらに容易に明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
数個の図面を通して同一参照番号が同一要素を示している図面を詳細にわたって参照すると、図１には本発明の一実施態様による絶対エンコーダー10の分解斜視図が示されている。絶対エンコーダー10の主な構成要素は番号12で示される感知手段とエンコーダーホイール組立体13とであり、これら構成要素の各々はハウジング16の中に設けられている。
【０００８】
本発明のエンコーダーホイール組立体は複数のエンコーダーホイールからなり、この実施態様においては全部で４個のエンコーダーホイールが設けられ、これらは番号14ａ〜14ｄによって示されている。第１と第３のエンコーダーホイール14ａと14ｃはそれぞれ第１のシャフト18に取付けられまた第２と第４のエンコーダーホイール14ｂと14ｄはそれぞれ第２のシャフト20に取付けられている。第１のシャフト18はさらに入力歯車24が連結されたハウジング16を通る開口22を通って外に延びている。
【０００９】
好ましくは、この実施態様においては第１のシャフト18と第２のシャフトとはステンレス鋼で構成される。図３〜６に最も良く見られる入力歯車24はHoechst Celanese (ヘキスト  セラニーズ）樹脂、セルロンＭ270 のような好ましくはプラスチックで成形された実質的に円形のディスク部材であり、その周面に複数の離間した歯を含んでいる。入力歯車24はまた連結のための第１のシャフト18の対応するＤ字形の部分を受け入れるほぼ“Ｄ”字形をしている開口25を含んでいる。図示しないが、入力歯車24は、上端の近くにこの入力歯車24の歯と係合するための周面上の複数の歯を含む駆動シャフトが連結するように設けられる。この駆動シャフトはまた絶対エンコーダー10によって監視される回転部材（図示しない）の一部と連結され又は一部を形成するようになっている。すでに述べたように、本発明は、回転部材がその角度位置、例えば弁アクチュエータのような回転アクチュエータの出力シャフトに関して監視されることが求められるような型の用途に用いられるようになっている。エンコーダーホイール14ａ〜14ｄの構造に関し、各ホイールはヘキストセラニーズ樹脂セルコンＭ270 のような熱可塑性又は熱硬化性の材料で好ましくは射出成形される実質的に円形のディスク部材であるが、しかし他の製造技術又は他の材料もまた同じ目的に利用することができる。本発明によれば、エンコーダーホイール14ａ〜14ｄの各々にはエンコーダーホイールの周りに同心に延びる少なくとも１つのコード順列が設けられる。この実施態様では、図面に示されるように、各エンコーダーホイール14ａ〜14ｄはエンコーダーホイールの周りに一連の４個のコード順列を含んでいる。図示の目的で、４つのエンコーダーホイール14ａ〜14ｄに対する４つのコード順列は図10，15，20及び25の文字ａ〜ｄによって確認される。コード順列の機能と作用は以下にさらに詳細に記載されている。
【００１０】
図７〜11に最も良く示されるように、第１のエンコーダーホイール14ａはその周面上に上側フランジ28と下側フランジ30とを含み、下側フランジ30はほぼ半径方向外側に延びまた上側フランジ28の表面は下側フランジ30の近くでほぼ直角に上方に延びている。さらに、上側フランジ表面28はそのほぼ半径方向外側に延びる４対の離間した歯32を含んでいる。本実施態様においては、４対の歯32の各々はホイール14ａの周縁周りに90°の間隔で配されている。さらに、４対の歯32を構成する２つの歯は図９に最も良く示されているように、他方の歯に近接して位置する。さらに、第１のエンコーダーホイール14ａはその上側表面内部の空洞を含み、またエンコーダーホイール14ａの中心の近くで上側表面から外側に延びる実質的に環状のリング部材36が設けられている。同様に、第２の実質的に環状のリング部材38が底側表面から延びているが、その長さは環状リング部材36の長さよりも小さい。さらに、タイミングマーク33を区画形成する実質的に円筒形の空洞もまた４対の歯32のうちの一対の近くでその間に上側フランジ28の内部に含まれている。さきに示したように、第１のエンコーダーホイール14ａは第１のシャフト18に取付けられまたこの目的で開口40が形成され環状リング部材36と38の各々を通り第１のエンコーダーホイール14ａを通って延びている。本発明によれば、第１のエンコーダーホイール14ａは第１のシャフト18と共に回転可能となるようにされ、またこのためこの実施態様では第１のエンコーダーホイール14ａを通って延びる開口40が第１のシャフト18の同様のＤ字形部分を受け入れるほぼ「Ｄ」の形状となっている。このようにして、第１のエンコーダーホイール14ａは第１のシャフト18と共に回転するよう固定される。
【００１１】
第１のエンコーダーホイール14ａと同様の図12から16に示される第２のエンコーダーホイール14ｂもまた番号44と46で示されるホイールの周縁周りに延びる２つのフランジを含んでいる。頂部フランジ44はまた45で示されるその外側表面から半径方向に延びる一対の歯を含んでいる。この実施態様では 180°の間隔で離間された２対の歯45が示されている。しかし、第１のエンコーダーホイール14ａとは対照的に、下側フランジ46はエンコーダーホイール14ｂの周縁周りに延びるその外側表面の複数の歯47を含んでいる。一般に、下側フランジ46の個々の歯47の各々の間の間隔は対45を構成するこの２つの歯の間の間隔と同じである。さらに、タイミングマークを区画形成する実質的に円筒形の開口49が２対の歯45のうちの一対の近くでその間の第２のエンコーダーホイール14ｂの頂部フランジ44の内部に設けられる。さらに、空洞が第２のエンコーダーホイール14ｂの上側表面内に設けられまた２つの実質的に環状のリング部材48と50がまた設けられ第１のエンコーダーホイール14ａについて示されたのと同様に、上面と底面とから外方に、それぞれ延びている。しかし第１のエンコーダーホイール14ａに関するのとは反対に、第２のエンコーダーホイール14ｂにはこれを貫通して延びる開口52が設けられこの開口52は実質的に形状が円筒形であり第２のシャフト20の実質的に円筒形の部分を受け入れる。この実質的に円筒形の開口52と第２のシャフト20との間の関係は第２のエンコーダーホイール14ｂの回転が第２のシャフト20とは独立しているような関係である。
【００１２】
第１の２つのエンコーダーホイールと同様な図17〜21に示される第３のエンコーダーホイール14ｃもまた56と58で示される周縁の周りの上側フランジと下側フランジとを含んでいる。第２のエンコーダーホイール14ｂと同様に、上側フランジ56は 180°の間隔で離間された２対の歯60を含む。さらに、タイミングマーク61を区画形成する実質的に円筒形の開口61が第３のエンコーダーホイール14ｃの上側フランジ56の内部に２対の歯60のうちの一対の近くでその間に設けられる。さらに、下側フランジ58はその周縁を取巻く複数の離間した歯63が設けられる。また、２つの実質的に環状のリング部材62と64が示され第３のエンコーダーホイール14ｃの上面と下面から中心の近くにそれぞれ延びている。しかし、環状リング64は第３のエンコーダーホイール14ｃの下面から外側に向って環状リング部材62の長さより大きい長さで延びていることが認められる。さらに第２のエンコーダーホイール14ｂと同様に、実質的に円筒形の開口66が各環状リング部材62と64を通り第３のエンコーダーホイール14ｃを貫通するよう設けられる。また、実質的に円筒形の開口66が第１のシャフト18の実質的に円筒形の部分に受け入れられ、そしてこの構造は第３のエンコーダーホイール14ｃの回転が第１のシャフト18とは独立しており、第２のエンコーダーホイール14ｂの第２のシャフト20に対する関係と同様である。しかし、第１及び第２のエンコーダーホイールについて示されたのに対して、エンコーダーホイール14ｃの下面には空洞が設けられまた上面は実質的に平面である。
【００１３】
図22〜26に示される第４のエンコーダーホイールは番号14ｄで示され第１の３つのエンコーダーホイールに関して示したものとは２つの別個のフランジが設けられていないため異なっている。むしろ、図22と23に最も良く示されるように、第４のエンコーダーホイール14ｄの半径はその周縁の周りで実質的に一定となっている。また、第３のエンコーダーホイール14ｃと同様に、上面は実質的に平面でありそして空洞が底面内に設けられている。さらに、第３のエンコーダーホイール14ｃと同様に、第４のエンコーダーホイール14ｄが上側及び下側の実質的に環状のリング部材68と70をそれぞれ含み、下側リング部材70は上側環状リング部材68の長さよりも大きい長さで外側に延びている。また、実質的に円筒形の開口72が環状リング部材68と70の各々を通りホイールを貫通して延び、またこれが第２と第３のエンコーダーホイールと同様な方法で第２のシャフト20に係合される。第４のエンコーダーホイール14ｄのもう１つの相違点は周縁の全周に延びる離間した複数の歯74が周縁から外側に延びていることである。一般に、各歯74の間の間隔は、第４のエンコーダーホイール14ｄの歯74の幅が他の２つのホイール部材より大きいが、第３と第２のエンコーダーホイールに対する下側フランジ64と46の歯の関係と同様である。第３のエンコーダーホイール14ｃと同様に、タイミングマークを区画形成する実質的に円筒形の空洞71が周縁の周りに延びる複数の歯74のうちの２つの歯の近くのその間に上側表面内に設けられている。
【００１４】
さきに示されたように、第４のエンコーダーホイールはハウジング16に収容されている。ハウジング16は図１に示されるように、射出成形のような普通の技術でまたゼネラルエレクトリック樹脂キセノイ6620のような普通の材料で製造することができる。図１に示されるように、２つの実質的に環状の台座部材76と78が形成されハウジング16の底の内面から延びており、第２のエンコーダーホイール14ｂと第１のエンコーダーホイール14ａとをそれぞれ受けるようになっている。一般に、第１の環状台座部材76はハウジング16の内面から外方に環状台座部材78の長さよりも大きい長さで延びている。このようにして、第２のエンコーダーホイールがハウジング内に着座した時、第２のエンコーダーホイール14ｂの位置は環状台座部材78に着座している第１のエンコーダーホイール14ａの位置に対して偏倚される。環状台座部材76もまたハウジング16の中で第２のエンコーダーホイール14ｂと第４のエンコーダーホイール14ｄとの位置を支える第２のシャフト20を受け入れるため上面内に実質的に円筒形の空洞80が設けられる。さきに示されたように、第１のシャフト18はハウジング16の開口22を通って延出しまたこれがハウジング16の中で第１のエンコーダーホイール14ａと第３のエンコーダーホイール14ｃの位置を支える入力歯車24に係合する。第２のエンコーダーホイール14ｂと第１のエンコーダーホイール14ａの偏倚した位置と同様に、第４のエンコーダーホイール14ｄもまた第３のエンコーダーホイール14ｃに対し偏倚している。特に、図２ａに示される組立てにおいて、第３のエンコーダーホイール14ｃの環状リング部材64は第１のエンコーダーホイール14ａの環状リング部材36に当接して着座する。同様に、第４のエンコーダーホイール14ｄの環状リング部材70が第２のエンコーダーホイール14ｂの環状リング部材48に当接して着座する。
【００１５】
この実施態様によれば、エンコーダーホイール14ｂ，14ｃ及び14ｄは第１のエンコーダーホイール14ａの対応回転運動をさせる駆動シャフトの回転運動に対して回転可能である。このため、エンコーダーホイールの各々の回転をするためエンコーダーホイールの間に手段が設けられる。図１と２に示されるこの典型的な実施態様では、各隣接する対のエンコーダーホイールと相互に連続する３つのピニオン82, 84及び86が設けられている。詳細には、ピニオン82は第１のエンコーダーホイール14ａと第２のエンコーダーホイール14ｂとの間に配置され、第２のピニオン84は第２のエンコーダーホイール14ｂと第３のエンコーダーホイール14ｃとの間に配置され、そして第３のピニオン86は第３のエンコーダーホイール14ｃと第４のエンコーダーホイール14ｄとの間に配置される。３つのピニオン82,84及び86のこの特定位置はハウジング16の内部に配置されたピニオンシャフト88によって支えられる。この３つのピニオンの構成に関し、各々は好ましくは、例えばヘキストセラニーズ樹脂、セルコンＭ270 のような熱可塑性又は熱硬化性材料で射出成形されるが、しかし他の技術又は材料を用いることもできる。また、ピストンシャフト88は好ましくはステンレス鋼で構成される。環状台座部材76と同様に、環状台座部材90がまたハウジング16の底の内面に設けられ第１のピニオン82を偏倚位置に着座させる作用をする。さらに、環状台座部材90はまたシャフト88を受け入れるためその上面内に実質的に円筒形の空洞92が設けられる。ピニオン82, 84及び86の構造に関し、各々は同じであり、また図示のため、これらの部分は図27〜30に示されるピニオン82について記載されている。ピニオン82は図示のように外面の周りに延びる一連の長い歯94と短い歯96とを含む全体が細長い部材である。この実施態様では、長い歯94と短い歯96の位置は交互になっており、４つの長い歯94は90°の間隔であり４つの短い歯96もまた90°の間隔となっており、そのため各長い歯94と短い歯96との間は45°の間隔となっている。さらに、実質的に円筒形の開口98が設けられ回転運動するためピニオンシャフト88と連結するピニオン82を通って延びている。さらに、第１、第２及び第３のエンコーダーホイール14ａ，14ｂ及び14ｃと同様に、ピニオン82, 84及び86の各々の回転はシャフト上で相互に独立している。特に、組立てにおいて、図１と２に最も良く示されるように、第１のピニオン82は、短い歯96が第１のエンコーダーホイール14ａの上側フランジ28に近接し第１のエンコーダーホイール14ａの回転時に対の歯32と噛み合うように位置している。第１のピニオン82の長い歯94は第２のエンコーダーホイール14ｂの下側フランジ46の歯47と噛み合うように位置している。同様に、第２のピニオン84は、短い歯が第２のエンコーダーホイール14ｂの上側フランジ44に近接し回転時に対の歯45と噛み合いまた長い歯が第３のエンコーダーホイール14ｃの下側フランジ58の歯63と噛み合うように、位置している。最後に、第３のピニオン86はその短い歯が第３のエンコーダーホイール14ｃの上側フランジ56と係合し回転時に対の歯60と噛み合い、長い歯が第４のエンコーダーホイール14ｄの歯74と噛み合うように位置している。第４のエンコーダーホイールと３つのピニオンとによって区画形成されたエンコーダーホイール組立体13の作用は以下にさらに詳細に記載される。
【００１６】
さきに示されたように、この実施態様の第４のエンコーダーホイールの各々は各ホイールの周りに同心に延びる一連の４つのコード順列を含んでいる。一般に、これらコード順列はシャフトの位置を決定するため数値が求められる情報を提供する。詳しくは、各コード順列の規定された領域は数値が求められシャフトの相対位置に関する必要な情報を提供する。本発明によれば感知手段12が設けられ以下に記載されるように各コード順列の規定された領域を監視する。本実施態様においては、コード順列は様々な長さの溝穴で形成されエンコーダーホイール全体にわたって延びる様々な間隔をおいて設けられる。感知手段12は、16個の異なった規定領域の全部である。エンコーダーホイールの各々における４つのコード順列の各々の規定領域を、監視することにより作動する。このようにして、本発明は規定領域の各々で検出された情報の変化を監視することにより回転位置を数値で求める。本発明では、各規定領域に対応する感知手段12によって監視されたデータは１ビットで表わされ、４つのエンコーダーホイールからのビットの全数は16ビットの整数値からなっている。本発明では、コード順列は、回転位置のデジタル表示がグレイコードに対応し16ビットの整数値のうちの１つのビットだけが回転位置の各増分変化に対応して変化するように配列されている。任意の与えられた時間における単一ビットの変化だけを提供するこのグレイコード表示の利点は、回転位置の決定におけるいかなる誤差も容易に検出できることである。さらに、感知手段に関連した遅れのようなタイミングエラーによる計数上の問題は全て実質的に減少され又はなくなる。例えば、１ビットの整数値だけが変化するので、感知手段12は一度に１ビットの情報の変化よりも多い情報の変化を監視しまたそのためこの情報を処理する必要がなくなる。さらに、回転位置の検出は回転部材の回転の方向とは独立しており、単一ビットの変化はエンコーダー10の時計方向の回転が反時計方向の回転かに対応するようになる。
【００１７】
上記のこの目的で、本発明の感知手段12は回転位置と関連した対応の16ビットの整数値を決定する全てのコード順列を監視するのに特に適している。その後に、回転位置の各増分変化が16ビットの整数値のうちの１ビットの変化に相当しそしてこれが続いて感知手段12により監視されることになる。図10，15，20及び25は回転位置のグレイコード表示を提供する４つのエンコーダーホイールにおける各溝穴の各々の間の関係を最も良く表わしている。一般に、第１のエンコーダーホイール14ａは溝穴の同一パターンがホイールに２回もたらされる構造を含み、第２及び第３のエンコーダーホイール14ｂと14ｃはこれらの各々に関連したパターンが他のものと同一である構造を含んでいる。添付図面はコード順列を構成する溝穴の構造を極めて詳細に表わしている。第１のエンコーダーホイール14ａは図10に示されている。第１のコード順列はａによって識別されまた中心に最も近くなっている。このコード順列ａはそれぞれが約90°の長さで約90°の間隔で配された２つの溝穴を含んでいる。第２のコード順列ｂはそれぞれが約45°の長さで約45°の間隔で配された４つの溝穴を含んでいる。第３のコード順列ｃはそれぞれが約22.5°の長さで約22.5°の間隔で配された８つの溝穴を含んでいる。第４のコード順列ｄはそれぞれが約 1.875°の長さで約3.75°の間隔で配された64個の溝穴を含んでいる。第２のエンコーダーホイール14ｂは図15に示されている。図示の第１のコード順列ａは約 180°の長さの１つの溝穴を含んでいる。第２のコード順列ｂはそれぞれが約90°の長さで約90°の間隔で配された２つの溝穴を含んでいる。第３のコード順列ｃはそれぞれが約45°の長さで約45°の間隔で配された４つの溝穴を含んでいる。第４のコード順列ｄはそれぞれが約22.5°の長さで約22.5°の間隔で配された８個の溝穴を含んでいる。第３のエンコーダーホイール14ｃは図20に示されている。上記のように、第３のエンコーダーホイール14ｃのコード順列に関連したパターンは第２のエンコーダーホイール14ｂの関連パターンと同じである。第４のエンコーダーホイール14ｄは図25に示されている。第１のコード順列ａはそれぞれが約90°の長さで約90°の間隔で配された２つの溝穴を含んでいる。第２のコード順列ｂもまたそれぞれが約90°の長さで約90°の間隔で配された２つの溝穴を含んでいる。第３のコード順列ｃはそれぞれが約45°の長さで約45°の間隔で配された４つの溝穴を含んでいる。第４のコード順列ｄはそれぞれが約22.5°の長さで約22.5°の間隔で配された８つの溝穴を含んでいる。
【００１８】
感知手段12によりコード順列を監視する方法に関し、これが以下に記載される。一般に、感知手段12は、ホイールの反対側の近くに設けられた検知器手段によって検出される規定領域の近くのホイールの一側の光発射手段によって照射される光線を提供する。このようにして、光発射手段から照射された光線は、１つの溝穴がこの規定領域内にあるようにエンコーダーホイールが位置した時検知器手段によって識別される。さもなければこの照射された光は検知器手段に到達することはできない。この実施態様では、好ましくは光の検出は「１」で表示されまた光が検出されなかった時はこれは「０」で表示される。また、本実施態様では、好ましくは光発射手段と検知器手段とは図１に最も良く示されるように塔組立体102 の中に収容されている。この実施態様による塔組立体102 は回路板104 に取付けられた６つの同じ形状の塔部材からなっている。好ましくは塔部材は材料の選択と以下に記載される特別の処理とにより形成されるが、しかし、これは本質的には必要でないことが理解されるべきである。図示のように、各塔部材は好ましくはゼネラルエレクトリック樹脂サイコロイ MC 1300のような熱可塑性又は熱硬化性材料で射出成形されたほぼ矩形の部材であり、また好ましくは輝くニッケルメッキのような反射被膜で被覆され、そして実質的に平面の上面及び底面とこの上面及び底面を連結する側面部分とを含んでいる。各塔部材はまた基部から延びる変化する長さの分割部分を区画形成する前側部分を含んでいる。さらに、好ましくは円筒形の少なくとも１つの開口が前側部分の近くで上面及び／又は底面を貫通して設けられる。本発明においては、基部に対する塔部材の各開口の位置は異なっている。例えば、この実施態様では、これは、この開口が各分割部分の前側部分の近くに設けられ基部からの各分割部分の前側部分の距離が変化しているので、達成される。本実施態様では、光発射手段は特定の塔の開口を通って光を照射する発光ダイオード（LEDs）からなりまた検知器手段は特定の塔の開口を通って入る光を検出する光検知器からなっている。図１に示されるように、塔部材は３つの塔からなる。２つの柱に構成され回路板104 に連結されている。好ましくはこの実施態様では、各柱の底部塔は図31〜34の120 で示されるように、その上面内にのみ４つの開口を含み、各柱の中央塔は図35〜38の122 で示されるように上面と底面とに４つの開口を含み、また頂部塔は図39〜42の124 に示されるように底面内にのみ４つの開口を含んでいる。開口のこの特別の構造はLEDsから照射された光が塔からコード順列の規定領域へと通過できるようにし、また１つの溝穴が１つの規定領域に位置した時、光はこの溝穴を通りまた隣接する塔の開口を通ってフォトトランジスタに達する。この典型的な実施態様では、好ましくは底部塔120 は上面の開口の近くにLEDs又はフォトトランジスタを含み、中央塔122 は下面と上面の開口の近くにフォトトランジスタ又はLEDsを含み、そして頂部塔124 は下面の開口の近くにフォトトランジスタ又はLEDsを含んでいる。
【００１９】
図31，35及び39は各塔部材の基底部分の図を示す。図示のように、基部の内部に４つの実質的に円筒形の空洞が設けられ、そしてこれらはLEDsとフォトトランジスタとを収容するよう構成されている。また回路板104 との連結部を提供する４つの実質的に円筒形の環状ボスが示されている。図33, 34；37，38及び41，42は底部、中央部及び頂部の塔120, 122及び124 をそれぞれ示し、またこれら構造体の内側部分を示している。図示のように、基部の中へと延びる実質的に円筒形の空洞は各開口の方向のテーパーで終わっている。特に頂部及び底部の塔124 と120 においてはこれが単一のテーパーＸとして設けられ、また中央部の塔122 においては実質的にＶ字形の中央部分から延びる２つのテーパーＸとＹが設けられる。好ましくは各テーパー部分はその表面に反射型の材料が含まれLEDsとフォトトランジスタに対し開口に入ったり出たり通過する光を反射するようにしている。好ましくは本実施態様のテーパー部分は反射材料、例えば非電気式ニッケルメッキで被覆される。さらに、すでに示されたように、基部から延びる環状ボスは回路板104 に連結される。この実施態様では、２つの対向ボス126 は一般に長くまた回路板104 に対し熱でかしめるようになっている。回路板104 に関し、これは電子回路を包含し、感知手段12のフォトトランジスタとLEDsとを含んでいる。フォトトランジスタとLEDsの配置構造は図１では回路板104 から延びるように図示されており、図２ｃに示されるように各塔部材の基底部分内部の円筒形空洞に収容されている。
【００２０】
本発明によれば、各エンコーダーホイールは２つの塔部材の間に位置しまた各塔部材を貫通する開口は別のコード順列に近接して位置している。本実施態様の図２ｂに示されるように、第２のエンコーダーホイール14ｂが第２の柱の底部塔120 と中央塔122 との間にそれぞれ位置し、第４のエンコーダーホイール14ｄが第２の柱の中央塔122 と頂部塔124 との間にそれぞれ位置している。同様に、図示しないが、第１のエンコーダーホイール14ａが第１の柱の底部塔120 と中央塔122 との間に位置し、また第３のエンコーダーホイール14ｃが第１の柱の中央塔122 と頂部塔124 との間に位置している。このようにして、コード順列の規定領域の各々は２つの隣接塔の間に設けられ、また監視するため各塔の開口の近くにある。
【００２１】
図32，35，36及び39において各塔の４つの開口の位置は文字ａ〜ｄによって確認される。図示のように、各塔において開口ｄは基部に最も接近し、開口ｂは開口ｄより基部から離れ、開口ｃは開口ｂより基部から離れ、また開口ａは基部から最も離れている。各塔の開口とエンコーダーホイールのコード順列との間の関係に関しては図２ｃに示されるように、塔開口ａはコード順列ａの近くに設けられ、塔開口ｃはコード順列ｃの近くに設けられ、塔開口ｂはコード順列ｂの近くに設けられ、そして塔開口ｄはコード順列ｄの近くに設けられている。
【００２２】
本発明のエンコーダーの組立て時、図１と２に示されるように、塔組立体102 は各エンコーダーホイールの間に挿入され、回路板104 がハウジング16の前側に、好ましくはハウジング16の対応開口の内部に固定された回路板104 の開口の内部に置かれたねじを用いて、固定される。この配置構造では回路板104 とハウジング16との連結部はエンコーダーホイール組立体13を収容する大きさの空洞を形成する。ハウジング16はまたこの機構を収容するためハウジング16の頂部部分と回路板104 とに連結されるようになっている頂部パネル19を含んでいる。本実施態様では、頂部パネル19はハウジング16の頂部に設けられた可撓タブ部分によって「スナップ嵌め」するようになっている開口を含んでいるが、連結のための他の方法も用いることのできることがわかる。頂部パネル19は図示のようにその内面の内部にほぼ円筒形の空洞107 を含み第４のエンコーダーホイール14ｄの環状リング部材68を受け入れるようにする。頂部パネル19の内面はまた第３のエンコーダーホイール14ｃから延びるリング部材62と係合するその表面から延びる実質的に環状のリング部材128を含んでいる。
【００２３】
エンコーダーホイール組立体13の作用が記載される。一般に、４つのエンコーダーホイールの配置構造は間欠型の歯車装置を提供する。本実施態様では、入力歯車24と駆動シャフトとの間の連結部は４つのエンコーダーホイール14ａ〜14ｄの回転をもたらす。この配置構造では、回転部材の回転位置の各増分の変化は１つの歯だけの入力歯車24の回転に相当し、好ましくは駆動シャフトとの連結を介する１ビットに相当する。すでに認められたように、回転位置の各増分変化は16ビットの整数値における単一ビットの変化に相当する。このようにして、入力歯車24の回転は第１のシャフト18による第１のエンコーダーホイール14ａの回転の対応量を提供する。本実施態様では、第１エンコーダーホイール14ａの各90°の回転が、第１のエンコーダーホイールの歯32と第２のエンコーダーホイールの歯47とが第１のピニオン82の歯と噛み合うことによる第２のエンコーダーホイール14ｂの１ビットだけの回転に相当する。同様に、第２のエンコーダーホイール14ｂの各 180°の回転は第２のエンコーダーホイールの歯45と第３のエンコーダーホイールの歯63の第２のピニオン84との噛み合いを介する第２のエンコーダーホイール14ｂの１ビットの回転に相当する。最後に、第３のエンコーダーホイール14ｃの各 180°の回転は第３のエンコーダーホイールの歯60と第４のエンコーダーホイールの歯74の第３のピニオン86との噛み合いを介しての第４のエンコーダーホイール14ｄの１ビットの回転に相当する。この前記した順列はエンコーダー10の時計方向又は反時計方向の回転にとって同一となる。
【００２４】
前に示されたように、感知手段12はLEDsとフォトトランジスタを介してエンコーダーホイールの位置を監視することにより作動する。好ましくは、本発明においては、感知手段12はこの装置の作動中LEDsとフォトトランジスタの監視のやり方をも制御するcmos（相補型金属酸化膜半導体）論理インターフェイスを含んでいる。特に、特定の順列のビットを調整することにより検出作用はLEDsと光検知器とさらにこれが生じる時間とによって達成される。検出の順序に関し、前に示されたように４つのエンコーダーホイールはこの情報を16ビットの整数としてまた好ましくはグレイコードにおいて提供する。したがって、ここで重要なことは感知手段12により４つのエンコーダーホイール上で検出される各ビットが16ビットの整数値に対して一定位置を保持しなければならないことである。例えば第２のエンコーダーホイール14ｂの最も外側に位置するコード順列ｄは16ビット整数値の第15番目のビットに相当する。この実施態様では、16ビット整数値の順序は好ましくは第１のエンコーダーホイール14ａで始まり、最も外側のコード順列ｄが第１のビットに相当し、そして16ビットからなる第４のエンコーダーホイール14ｄの最も内側のコード順列で終わる。しかし、ビット検出の任意の所望の順序がこの同じ目的に利用できることが理解されるべきである。
【００２５】
図43ａ，bは本発明による感知手段12の処理電子装置の典型的な実施態様を示す部分概略ブロック図である。一般に、この実施態様では、普通のLEDsとフォトトランジスタ、好ましくは赤外線発射器と検知器が回路板104 を構成する普通の印刷された配線板に取付けられる。好ましくはシフトレジスター106 、例えば４ビットユニバーサルシフトレジスター（75HC 195) が包含され配線130 と132 によりLE Dsとフォトトランジスタとにそれぞれ接続して設けられる。図示の実施態様では、好ましくは８個のLEDs 140ａ〜ｈが図示のようにシフトレジスター106 に接続して設けられ構成部品の数を減少するよう作用する。しかし、LEDsの数は本発明の精神の範囲内で他の用途では変えることのできることが理解されるべきである。また好ましくは16個のフォトトランジスタ 142ａ〜ｐが図示されるようにシフトレジスター106 に接続して設けられる。この配置構造では、本実施態様の図１に示されるように、好ましくは４つのLEDsが塔組立体102 の２つの中央塔の各々の内部に設けられまた４つのフォトトランジスタが塔組立体102 の２つの底部塔と頂部塔の各々の内部に設けられる。したがって、この配置構造に基づき、エンコーダー10の作動において、光は中央塔の上面と底面の開口からLEDsによって照射され、底部塔と頂部塔の上面と底面の開口をそれぞれ通してフォトトランジスタによって検出される。
【００２６】
さらに、本実施態様では、種々のLEDsが駆動された時に制御しシステムの動力消費を制限しインターフェイスの必要条件を容易にしまた装置の最終寿命を延長する能力を有することが望ましい。この制御は対のLEDsを作動させるよう切換えるトランジスタ208 を用いることにより行われる。好ましくは特定の対におけるLEDsの各々が一対のホイールに提供される。４対のLEDsがこのようにして制御される。この構造は各ホイールが完全に決定され制御されたLEDsパターンを有することを保証する。図43ａ，bに示されるように、好ましくはLEDs 140ａ，140ｂ，140ｃ及び140ａが第１の中央塔の内部に設けられ、LEDs 140ｅ，140ｆ，140ｇ，及び140ｈが第２の中央塔の内部に設けられ、フォトトランジスタ 142ｂ，142ｅ，142ｇ及び142ｄが第１の底部塔の内部に設けられフォトトランジスタ 142ａ，142ｃ，142ｆ及び142ｈが第２の底部塔の内部に設けられフォトトランジスタ 142ｎ，142ｐ，142 及び142ｉが第１の頂部塔の内部に設けられフォトトランジスタ 142ｏ，142ｍ，142ｌ及び142ｊが第２の頂部塔の内部に設けられる。さらに、好ましくはLEDs 140ａ， 140ｅとフォトトランジスタ 142ｏ，142ｍ，142ｌ及び142ｊが塔開口ａの近くに設けられ、LEDs 140ｂと140ｆとフォトトランジスタ 142ｅ，142ｃ，142ｐ及び142nが塔開口ｂの近くに設けられ、LEDs 140ｃと140ｇとフォトトランジスタ 142ｇ，142ｆ，142ｋ及び142ｌが塔開口ｃの近くに設けられ、LEDs 140ｄと140ｈとフォトトランジスタ 142ｄ，142ｈ，142ｉ及び142ｊが塔開口ｄの近くに設けられる。
【００２７】
作動時、感知手段12は好ましくはどのLED の対が駆動されたかを決定しまたフォトデテクタの状態をマイクロプロセッサー210 に利用可能な形で伝達する手段を提供する。マイクロプロセッサー210 はエンコーダーの外側に位置しエンコーダーへのケーブルを介して相互に作用される。
【００２８】
作動のため、好ましくは２つの可能なモードが存在する。最も一般的である休止モードは、回転部材を作動するモーターが動いていない時に相当するエンコーダーホイールが動いていない時又は非常に遅く動いている時に作用する。好ましくは、回転部材に関する絶対位置情報はこの時に得られる。運転モードの間に、第１のシャフト18の速度に関する付加的な情報が好ましくはまた蓄積される。マイクロプロセッサー210 はどちらのモードが与えられた時点で最も適当であるかを決定しまたそれにより感知手段12の制御を行う。
【００２９】
好ましくは、休止モードの間は周期的に論理１（high) がシフトレジスター106 に順次装荷される。論理１はマイクロプロセッサー210 の制御でｊとｋ(inv) ライン213 上で利用可能とされる。マイクロプロセッサー210 はこの時PE high として確認された一連のシフトライン219 を維持する。マイクロプロセッサー210 がクロックライン215 をシフトレジスター106 に固定した時、論理１はクロックエッジが次の最高ビットへと動かされる前に低ビットＱ0 と各ビットＱ0 からＱ2 の値とに伝達される。この作用に続いて、ｊとｋ(inv) への入力は論理０(low) に戻され次にクロックエッジが論理１の出力を各々のより高いビットに動かし（シフト）し、すなわち論理１はＱ0 ，Ｑ1 ，Ｑ2 からＱ3 の順序で動く。最後に、最高のビットＱ3 が論理１を包含した時、新しい論理１がマイクロプロセッサー210 から再び装荷されそして処理を繰返すことができる。各ビットＱ0 ，Ｑ1 ，Ｑ2 及びＱ3 からの論理１の出力は各エミッターの対を発動する各トランジスター208 をオンにする。この結果各エミッターの対がシフトレジスター106 により順次作動されることになる。
【００３０】
上記の作用は検知器の状態を読取るのを必要とすることによりさらに複雑となる。この目的のため、好ましくは各エミッターの対が作動された後、４つの対応の検知器の状態がライン220 を介してマイクロプロセッサー210 に知らされ各ホイールの位置が決定できるようになる。これは論理１がシフトレジスター106 の正しい出力Ｑ0 ，Ｑ1 ，又はＱ3 にとって利用可能となった後に一連のシフトライン219 を低くすることによって行われる。一連のシフトライン219 が低くなると、上昇クロックエッジがシフトレジスター106 の入力ビットＰ0 ，Ｐ1 ，Ｐ2 及びＰ3 上で検出された全ての状態の並列装荷を可能にする。すなわち、シフトレジスター106 の入力側の状態がシフトレジスター106 の出力ビットＰ0 ，Ｐ1 ，Ｐ2 及びＰ3 の場所を占める出力ビットＱ0 ，Ｑ1 ，Ｑ2 及びＱ3 上に現われるようになる。これは、エミッターと検知器の状態がもはやこの点では監視されないので問題とはならない。マイクロプロセッサー210は何時もＱ3 の値の逆を出力するライン220 を介して高出力ビットの状態を監視し直ちにこのクロックエッジ上の１つの状態を見る。一連のシフトライン219 は高い方に戻されまた残りの３つの検知器の状態は上昇クロックパルスを伴う高ビットＱ3 に向ってシフトされる。論理０は依然としてｊとｋ(inv) ライン上のマイクロプロセッサー210 からの入力でありそのため一組の低ビットが所望のデータに従うようになる。さらに３つの以上クロックサイクルの後、検知作用の直前に回転されたLED の対に対応する第４の検知器の状態の全てが読取られまたｊとｋ(inv) ラインが論理１を受け取り次のエミッター（すなわちLED ）の対を励起する。この複合的な処理はエミッターの減少された部分計数を可能にする。
【００３１】
ラッチゲート221 は入力ビットＰ0 ，Ｐ1 ，及びＰ3 を介して検出することができるフォトトランジスタの状態を作り出す電流及び電圧源を提供する。
【００３２】
この処理はモーターが運転されている時に変化する。このモードの間、好ましくは速度がモーターの作動中注意深く監視され、またエンコーダーホイール14ａのコード順列ｄに対応する最も小さいビットが上記の組織によって可能とされるよりもより多く読取られる。この実施態様では、ホイールのコード順列ｄは最小のビットであるが、しかし理解されるように、これは変えることができる。運転モードの間、最小ビット（すなわちホトデラクタ142ａの出力）に関するエミッターの対（LEDs 140ｄと140ｈ）は連続して発動されこのビットの出力はインバーターとして構成されている一対のナンドゲート211 により何時も監視される。これらゲートの出力は連続して監視するためライン217 にわたってマイクロプロセッサー210 に持って来られる。
【００３３】
ホイール14aのコード順列ｄのスロット64を通過する光の間欠的な通過により、記憶された絶対位置を更新するためマイクロプロセッサー210 に用いられる計数を生み出すライン217 上のパルス出力が生じる。周期的に、位置が休止モードにおけるように全ての装置の読取りにより最新のものとされる。これはモーター運転モードの間のより精密な観察の必要性を満足させる。
【００３４】
この２つのモードは一緒に作動しマイクロプロセッサー210 に必要とされる全ての情報を提供する。また、ホイールの位置が特別に位置を記述するので、好ましくは、電力の損失が休止モードにおけるように全ての装置の完全な読取りの結果として起こる。読取りが完了すると、部材の位置が知られる。図43ａ，bに示される残りの構成要素は当業者にとってはよく知られたものでありしたがって簡略にするため詳細には記載しない。
【００３５】
図示の実施態様において、マイクロプロセッサー210 はエンコーダホイールの位置を確認する制御手段を構成する。図示の実施態様では、シフトレジスター106 は光発射ダイオードを規定された間隔で作動させホトトランジスターによって確認されたデータを記憶する処理手段を構成する。
【００３６】
上記の点に鑑み、本発明のいくつかの利点があることが理解されるであろう。１つの特定の利点は、４つのエンコーダーホイールと３つのピニオンとからなる配置構造が改良された精度をもたらす増分歯車装置型の作用を提供し、特にこの構造における運動が、１ビットより多いエッジで停止することがないということである。したがって伝達による誤差が最小ビットの大きさの 1／2 に制限される。さらに、本発明は16ビットの整数値をつくり出し、しかもエンコーダーホイールの数を４つに限定するので精度がさらに向上する。この精度はまた組立て時に４つのエンコーダーホイール上の各コード順列に近接するよう取付けられる塔組立体の使用を介して増進される。他の利点は４つのエンコーダーホイールによってもたらされるコード順列がグレイ−コード構造を形成し、これが１ビットの情報だけが１度に変化するため向上された精度をもたらし、大きさの変化が最小のビットに等しくなるということである。さらにまた、この特別の作用はシャフトの回転が時計方向であるか反時計方向であるかどうかと同じである。
【００３７】
本発明のさらに他の利点は製造と組立てが容易かつ安価に達成できることである。特に、本発明は、他の普通の電子構成部品と共に板に取付けられたLEDsとフォトトランジスタのような多くのありふれた安価な構成部品を用いる。さらにまた、エンコーダーホイール、ピニオン及び塔の組立体とハウジングがまたプラスチックの射出成形のような公知の技術と材料によって製造することができる。さらに、本発明はホイールを貫通して形成された一連の溝からなるコード順列を提供する。さらに、他の利点は、電力が除去された時位置データを維持できるようにする絶対エンコーダーを提供すること、例えば位置情報を保持するのにバッテリーを必要としないことである。さらに、位置データはエンコーダーホイールのコード順列の位置を検出することにより任意の時間に監視することができる。
【００３８】
上記のことから、当業者にとって、種々の変更が本発明の上記の実施態様により本発明の広い概念から逸脱することなく行われることが認識される。例えば、上記の各コード順列は好ましくは４つのエンコーダーホイールを貫通する一連の溝によって確認されるが、しかしこのコード順列はエンコーダーホイールそれ自身の上に又はその内部に設けられた反射性又は非反射性の材料の分割部分のような他の手段によっても表示することができる。さらに、上記のように本発明は好ましくはグレイコード構造を提供する特定配列のコード順列を含んでいるが、しかし他の構造、例えば２進コード等もまた同じ目的に用いることができる。さらに、本発明が４つのエンコーダーホイールからなり各ホイール上に４つのコード順列を含むものとして示されているが、任意の数のエンコーダーホイールと各個々のホイール上の任意の数のコード順序もまた本発明の精神から逸脱することなく設けられることが理解されるべきである。同様に、上記の塔組立体もまたエンコーダーホイールを監視するため任意の数の塔部材から構成することができる。さらに、各塔の配置構造に関し、他の型の形状又は構造がまた可能でありまたダイオードと光検知器の配置構造を例えばダイオードに関して変えることができ、ダイオードの光を各塔の上面又は底面の外に案内することができ、これが光検知器に加えられることが理解されるべきである。したがって、本発明は上記した特定の実施態様に限定されず、付記された請求の範囲によって規定される本発明の範囲と精神の範囲である全ての変形に及ぶのが意図されることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は本発明の絶対エンコーダーの一実施態様を示す分解斜面図である。
【図２ａ】図２ａは図１に示された絶対エンコーダーのＡ−Ａ線に沿ったエンコーダーホイール組立体を示す切断前面図である。
【図２ｂ】図２ｂは図１に示された絶対エンコーダーのＢ−Ｂ線に沿い、塔組立体とエンコーダーホイール組立体の一部を示す切断側面図である。
【図２ｃ】図２ｃは図２ｂに示された絶対エンコーダーのＣ−Ｃ線に沿い塔組立体の頂部塔とエンコーダーホイール組立体の第４のエンコーダーホイールとを示す切断切欠き頂面図である。
【図３】図３図１の入力歯車の頂面斜視図である。
【図４】図４は図１の入力歯車の底面斜視図である。
【図５】図５は図３の入力歯車の頂面図である。
【図６】図６は図５の入力歯車のＡ−Ａ線に沿った切断正面図である。
【図７】図７は図１の第１のエンコーダーホイールの頂面斜視図である。
【図８】図８は図１の第１のエンコーダーホイールの底面斜視図である。
【図９】図９は図７の第１のエンコーダーホイールの頂面図である。
【図１０】図10は図８の第１のエンコーダーホイールの底面図である。
【図１１】図11は図10の第１のエンコーダーホイールのＡ−Ａ線に沿った切断正面図である。
【図１２】図12は図１の第２のエンコーダーホイールの頂面斜視図である。
【図１３】図13は図１の第２のエンコーダーホイールの底面斜視図である。
【図１４】図14は図12の第２のエンコーダーホイールの頂面図である。
【図１５】図15は図13の第２のエンコーダーホイールの底面図である。
【図１６】図16は図15の第２のエンコーダーホイールのＡ−Ａ線に沿った切断正面図である。
【図１７】図17は図１の第３のエンコーダーホイールの頂面斜視図である。
【図１８】図18は図１の第３のエンコーダーホイールの底面斜視図である。
【図１９】図19は図17の第３のエンコーダーホイールの頂面図である。
【図２０】図20は図18の第３のエンコーダーホイールの底面図である。
【図２１】図21は図20の第３のエンコーダーホイールのＡ−Ａ線に沿った切断正面図である。
【図２２】図22は図１の第４のエンコーダーホイールの頂面斜視図である。
【図２３】図23は図１の第４のエンコーダーホイールの底面斜視図である。
【図２４】図24は図22の第４のエンコーダーホイールの頂面図である。
【図２５】図25は図23の第４のエンコーダーホイールの底面図である。
【図２６】図26は図25の第４のエンコーダーホイールのＡ−Ａ線に沿った切断正面図である。
【図２７】図27は図１のピニオンの頂面斜視図である。
【図２８】図28は図１のピニオンの底面斜視図である。
【図２９】図29は図27のピニオンの頂面図である。
【図３０】図30は図29のピニオンの正面図である。
【図３１】図31は図１の塔組立体の底面塔の頂面斜視図である。
【図３２】図32は図１の塔組立体の底面塔の底面斜視図である。
【図３３】図33は図31の底部塔のＡ−Ａ線に沿った切断頂面図である。
【図３４】図34は図32の底部塔のＢ−Ｂ線に沿った切断側面図である。
【図３５】図35は図の塔組立体の中央塔の頂面斜視図である。
【図３６】図36は図の塔組立体の中央塔の底面斜視図である。
【図３７】図37は図35の中央塔のＡ−Ａ線に沿った切断頂面図である。
【図３８】図38は図36の中央塔のＢ−Ｂ線に沿った切断側面図である。
【図３９】図39は図１の塔組立体の頂部塔の頂面斜視図である。
【図４０】図40は図１の塔組立体の頂部塔の底面斜視図である。
【図４１】図41は図39の頂部塔のＡ−Ａ線に沿った切断頂面図である。
【図４２】図42は図40の頂部塔のＢ−Ｂ線に沿った切断側面図である。
【図４３ａ】図43ａは図１のセンサーの処理電子装置を示す概略部分ブロック図である。
【図４３ｂ】図43ｂは図１のセンサーの処理電子装置を示す概略部分ブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…絶対エンコーダー
１２…感知手段
１３…エンコーダーホイール組立体
１４ａ…第１のエンコーダーホイール
１４ｂ…第２のエンコーダーホイール
１６…ハウジング
８２…第１のピニオン
１０２…塔組立体
１０４…回路板
【図１】
2004226423.tif 000003
【図２ａ】
2004226423.tif 000004
【図２ｂ】
2004226423.tif 000005
【図２ｃ】
2004226423.tif 000006
【図３】
2004226423.tif 000007
【図４】
2004226423.tif 000008
【図５】
2004226423.tif 000009
【図６】
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【図７】
2004226423.tif 000011
【図８】
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【図９】
2004226423.tif 000013
【図１０】
2004226423.tif 000014
【図１１】
2004226423.tif 000015
【図１２】
2004226423.tif 000016
【図１３】
2004226423.tif 000017
【図１４】
2004226423.tif 000018
【図１５】
2004226423.tif 000019
【図１６】
2004226423.tif 000020
【図１７】
2004226423.tif 000021
【図１８】
2004226423.tif 000022
【図１９】
2004226423.tif 000023
【図２０】
2004226423.tif 000024
【図２１】
2004226423.tif 000025
【図２２】
2004226423.tif 000026
【図２３】
2004226423.tif 000027
【図２４】
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【図２５】
2004226423.tif 000029
【図２６】
2004226423.tif 000030
【図２７】
2004226423.tif 000031
【図２８】
2004226423.tif 000032
【図２９】
2004226423.tif 000033
【図３０】
2004226423.tif 000034
【図３１】
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【図３２】
2004226423.tif 000036
【図３３】
2004226423.tif 000037
【図３４】
2004226423.tif 000038
【図３５】
2004226423.tif 000039
【図３６】
2004226423.tif 000040
【図３７】
2004226423.tif 000041
【図３８】
2004226423.tif 000042
【図３９】
2004226423.tif 000043
【図４０】
2004226423.tif 000044
【図４１】
2004226423.tif 000045
【図４２】
2004226423.tif 000046
【図４３ａ】
2004226423.tif 000047
【図４３ｂ】
2004226423.tif 000048