(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイールバランス調整機のメインシャフト上に設けられ、
光ビームを放出する操作が可能なエミッターと、
回転部材の回転軸に対して回転した際の環状経路上に連続的に配置され、リフレクターを形成する反射面部を有し、エミッターにより放出された光を反射する手段と、
反射光を受け取るように適合され、対応信号を作り出す検出器と、
その検出器と連結され、回転角検出用の信号を評価するように適合された評価装置とからなり、
前記光を反射する手段は、回転部材とともに回転自在であり、前記環状経路が形成される円柱側面を有する回転部分と、その回転部分の円柱側面の周縁に配置されたリフレクターとからなり、
前記リフレクターは、成形部分の外側面上において、隣接する反射面部により形成され、
前記回転部分は、ホイールバランス調整機のメインシャフト上に設けられた回転部材に適合されたスリーブ形状の強硬な薄い部分であることを特徴とする回転部材用回転角センサー。
【請求項２】
反射面部を有する前記手段が、回転部材上の前記環状経路上に配置されることを特徴とした請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】
リフレクターは前記軸に対して平行に延在する表面部上に形成されることを特徴とした請求項１に記載のセンサー。
【請求項４】
リフレクターの表面が長方形であることを特徴とした請求項１に記載のセンサー。
【請求項５】
リフレクターの表面が正方形であることを特徴とした請求項１に記載のセンサー。
【請求項６】
リフレクターの断面は前記環状経路とは完全に一致しないことを特徴とした請求項１に記載のセンサー。
【請求項７】
リフレクターは平面により形成されることを特徴とした請求項６に記載のセンサー。
【請求項８】
前記回転軸に対して垂直な平面におけるリフレクターの断面は多角形であることを特徴とした請求項１に記載のセンサー。
【請求項９】
前記多角形は同一な側面を有することを特徴とした請求項８に記載のセンサー。
【請求項１０】
前記回転軸に対して平行に延在する異なる軸を円柱軸とした円柱の側面部により、リフレクターが形成されることを特徴とした請求項１に記載のセンサー。
【請求項１１】
前記円柱の側面部が前記環状経路であることを特徴とした請求項１０に記載のセンサー。
【請求項１２】
各前記円柱の側面部の半径は、リフレクターが回転するように適合された環状経路の半径以上無限未満であることを特徴とした請求項１１に記載のセンサー。
【請求項１３】
リフレクターを形成する表面部は、エミッターおよび検出器に関してはそれぞれ凸状であることを特徴とした請求項６に記載のセンサー。
【請求項１４】
リフレクターを形成する表面部は、エミッターおよび検出器に関してはそれぞれ凹状であることを特徴とした請求項６に記載のセンサー。
【請求項１５】
前記円柱側面が回転部分の外側周縁を形成することを特徴とした請求項１に記載のセンサー。
【請求項１６】
成形部分がプラスチック材からなることを特徴とした請求項１に記載のセンサー。
【請求項１７】
成形部分が射出成形プラスチックであることを特徴とした請求項１に記載のセンサー。
【請求項１８】
各リフレクターに当てられたビームを集束させる手段を含むことを特徴とした請求項１に記載のセンサー。
【請求項１９】
回転部材の回転移動中に各リフレクターにより反射されたビームを受け取るように適合した複数の光感知センサーをさらに備えることを特徴とした請求項１に記載のセンサー。
【請求項２０】
センサーが実質上回転方向と並列に配置されていることを特徴とした請求項１９に記載のセンサー。
【請求項２１】
各リフレクターにより反射されたビームが回転方向のセンサー上に連続的に当たることを特徴とした請求項１９に記載のセンサー。
【請求項２２】
回転方向と並列に配置された第１〜４光感知センサーと、第１センサーと第３センサーの間および第２センサーと第４センサーの間で反射されたビームの輝度の差を評価するために適合された前記評価装置とからなることを特徴とした請求項１９に記載のセンサー。
【請求項２３】
前記回転軸と前記メインシャフトの軸とが共通軸であることを特徴とした請求項１に記載のセンサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転部材用、例えばバランス調整が要求される自動車ホイール用の回転角センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
バランス調整されるべき自動車ホイールのような回転部材用の回転角センサーの一形態には、光ビームを放出するエミッター、および、それと有効に結合され、回転自在な環状経路上の反射面のそれぞれの形態から等角間隔に配置されたリフレクターが含まれる。リフレクターは、エミッターにより放出された光を反射する。組立品には、反射された光を受け取り、回転部材の回転角を検出する少なくとも１つの検出器に接続された評価装置において評価された対応信号を生産する少なくとも１つの検出器が含まれる。この種の回転角センサーは、Ram S Krishnanら著の“A Miniature Surface Mount Reflective Optical Shaft Encoder”、ヒューレットパッカードジャーナル、１９９６年１２月、１〜６ページの記載に見られる。この回転角センサーにおいては、平坦な反射面を保持するために、リフレクターが回転部材、例えば、ディスクと回転部材の回転軸周囲に延在するシャフトに柔軟に接続されたディスクの片面上で環状に配置されている。この設計された形態は、追加の設備費を必要とし、また、反射面が回転軸に対して垂直平面に延在する際に、エミッターや検出器に適切に作用するリフレクターの配置のための空間が要求される。
【０００３】
例えば、自動車ホイールの不つり合いを確認するためのバランス調整装置上のメインシャフトの角位置、回転速度、および回転方向の測定には、１つ以上の光源の向かい側に光センサーが配置された増分送信装置、より具体的には発光ダイオードの使用も含まれる。光源とセンサーとの間の配置は、装置のメインシャフトとともに回転し、米国特許Ｎｏ．４  ４５７  １７２で関連事項が記述された穴、溝または歯を設けたディスク状である。さらに、回転部材の確実な角位置を確認するためには、連結された検出器と同様、追加の記号化ディスク、または、穴、溝または歯の形状の追加のゼロマークが要求される。この配置には、角増分を明確にし、回転軸に対する垂直平面に延在する構成要素も含まれる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、設備費を低減し、省スペースとした回転部材用の回転角センサーを提供することである。
【０００５】
本発明の他の目的は、簡素化された構造でありつつ、正確な角位置の増加分に関して確かな操作上の結果をもたらす、バランス調整すべき自動車ホイールのような回転部材に用いられる回転角センサーを提供することである。
【０００６】
本発明の原理によれば、前述および他の目的は、光ビームを放出するエミッターと、回転軸に対して回転した際の環状経路上に連続的に反射面が配置され、エミッターにより放出された光を反射するリフレクターとからなる、バランス調整すべき自動車ホイールのような回転部材用の回転角センサーによって達成される。検出器は、反射された光を受け取り、対応する信号を生産する。評価装置は、回転角の検出信号を評価するために検出器に接続されている。リフレクターは、回転部材とともに回転するように適合された回転部分の環状経路が形成される円柱側面の周縁、または回転部材の円柱側面に配置されている。
【０００７】
上記回転部分または回転部材の回転によって、環状経路上に連続的に配置された反射面または反射面部を、エミッターにより好適に連続して放出されたビームが連続的に通過する。リフレクターを構成する反射面または表面部は連続した形態であるので、不連続な反射されたビームを検出器に誘導することができる。これにより、それぞれの反射面部に対応した角位置の増加分が提供される。各表面部は互いに直接隣接し、個々の表面部を識別する特徴を備える連続した反射バンドまたはストリップを有してもよい。そのためには、反射面部は環状経路の形状とは異なった表面形状としてもよい。しかしながら、表面部が配置される環状経路を備えた円の半径が各円柱の側面の半径とは異なる円柱の側面を各表面部に用いることもできる。各表面部の半径は、無限、つまり平面と、リフレクターが配置された環状経路の半径との間がよい。しかしながら、表面部が放物状または楕円状な断面を含むことができる。
【０００８】
反射面部は、エミッターまたは検出器に対応した凹状または凸状としてもよい。
【０００９】
好適な形態において、反射面部は、柔軟なバンド上で互いに直線的に列となって配置されてもよい。この柔軟なバンドは、ローターの円柱の側面または回転部分に包まれる。
【００１０】
本発明の好適な実施の形態において、リフレクターは、環状経路の軸と平行に延在するランド部の表面で形成される。そのためには、ランド部は、２本の材料のストリップ間に配置されてもよく、バンドを形成するように完全に連結することもできる。バンドは、ランド部およびストリップの領域において平坦でも曲面でもよい。バンドが環状経路に適応するように湾曲する場合、ストリップ表面は環状経路形状と一致する。しかしながら、ランド部がその平面に保持されてもよいことが理解されるであろう。ランド部の幅、すなわち環状経路の周縁方向の範囲は数ミリメーター、例えば３ｍｍである。リフレクターを有するランド部とともにバンドが回転部材の周囲または回転部材とともに回転するように適合された回転部分の周囲を取り囲む場合、バンドの幅による回転部材または回転部分の直径のほんの僅かな増加は、この配置が提供するようなスペースを実質的に必要とはしない。
【００１１】
上記のように、リフレクターは互いに等角間隔離れて配置される。
【００１２】
絶対角関係を達成するように、他の等角間隔とは異なる角間隔を２つの隣接リフレクター間に設定してもよい。例えば、これにはゼロマークを設けてもよい。
【００１３】
本発明による構造においてもたらされ、反射面によって形成されたリフレクターが環状経路の周縁に配置された多面鏡形状は、強固な成形部分、例えばプラスチック材のようなものの成形部分から形成されることも可能である。リフレクターの反射面部は、金属蒸着、特に電気金属蒸着によって製造することができる。
【００１４】
特に本発明の好適な形態においては、成形部分はプラスチック材をスリーブ形状に射出成形したものであってもよい。成形部分は回転部材とともに回転するように適合される回転部分を形成することができる。直線的で連続的に配置された反射面部を検出器によって互いに区別することができるため、連続的な反射塗装を用いることが可能である。
【００１５】
好ましくは、焦点が各リフレクターの平面上にあるように、各リフレクターに放出された光ビームが集束される。回転移動中において、各リフレクターにより反射されたビームは、回転角変化に依存して各リフレクター表面の範囲内および列になって配置された複数の検出器によって受け取られ得る場所内で方向転換する。
【００１６】
複数の検出器に代えて、各リフレクターによって偏向された反射ビームが回転移動中に連続的に当たる光感知センサーを１つの検出器に備えることもできる。検出器またはセンサーは、実質上回転方向で互いに並列して配置される。これらは直線的な列に配置されてもよいが、回転軸周囲に環状の弧に配置されることが好ましい。回転部材の回転方向の反転は、回転方向の反転が生じるセンサーや検出器に長時間向けられた光ビームによって検出される。検出器やセンサーによって出力された信号は、対応して評価装置により評価される。
【００１７】
本発明のさらなる目的、形態および利点は、以下の本発明の実施形態の記載から明らかとなるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず、図１を参照すると、回転部材用、例えばバランス調整すべき自動車ホイール用の回転角センサーは、いくつかを図１の図式的に符号２で示したリフレクターに向かって、符号１４で示した光を好適に連続的に放出するエミッター１を備えている。リフレクター２は放出された光を反射し、次いで、符号１５で示した反射光が、図式的に符号３で示した１つ以上の検出器により受け取られる。リフレクター２は、図３の符号１０で示したバンド上における別個の反射面または表面部により形成され、例えば、図２および３の両方に示されるように、２つの連続的なストリップ９の間に配置されるランド部１１上に配置される。
【００１９】
バンド１０は、硬質ニッケルまたは金属被覆されたプラスチックのシートまたはフォイルからなってもよい。
【００２０】
２つのストリップ９およびランド部１１の表面は、一平面形状をなすものである。
【００２１】
図２の符号６で示した回転部材の角度のコード化を提供するために、バンド１０は、例えばホイールバランス調整装置のメインシャフト１２の形状とすることができる回転部分７周囲に置かれる。そのためには、バンド１０は回転部分７またはホイールバランス調整装置のメインシャフト１２の環状経路５上に配置される。メインシャフト１２または回転部分７は、例えば上記のような自動車ホイールである回転部材６と回転不能に連結されている。メインシャフト１２または回転部分７は、適切な固定および／または挟持手段のような好適な手法により回転部材６に連結される。この事項において、もしメインシャフト１２の不つり合いを確認すべきならば、メインシャフト１２自信が回転部材を構成する。
【００２２】
バンド１０が回転部分７の環状経路５上に配置される場合、バンド１０の連続的なストリップ９は環状経路５と一致する。ランド部１１上の表面および特にリフレクター２を形成する外側または内側の反射面は、平坦または平面状に維持され、環状経路５の周縁方向に非反射部が配置された反射面間で、多面鏡の様式に作用する。上記形状により、リフレクター２間に等角間隔が提供される。リフレクター２間の非反射部は、バンド１０から好適に除去される材料によって作成され、バンド１０の側面部を形成する２つのストリップ９間の空間を斜めに横切って延在するランド部１１をもたらす。バンドが環状経路５上に配置される場合、ランド部１１およびその上に形成されるリフレクター２は、軸方向、すなわち図１および２の符号８で示し、回転部材６および回転部分７またはメイン
【００２３】
ランド部１１は、好適な方法、例えば電鋳として知られる工程により作成される。その操作中において、金属バンドは感光レジストおよび次の好適なマスクを通した暴露によりフォトレジスト上に転移される構造体とともに塗布される。金属構造体は、現像工程後にレジストの無い表面上に電気蒸着によって作成され、ランド部１１が形成される。
【００２４】
これにより、バランス調整装置の回転部分７およびメインシャフト１２の環状経路周囲に多面鏡の装置が提供される。この回転部分７またはメインシャフト１２は、図２に示した装置内の符号６で示した回転部材に回転不能に連結されている。回転によれば、エミッター１および少なくとも１つの検出器３に対応するリフレクター７の各鏡面の角位置が変化する。エミッター１は、特に集束された光を回転する環状経路５上に放出する。それが生じると、光はリフレクター２の反射平面上に当たる。
【００２５】
リフレクター２はその上に投射された光を反射し、それに対応して好適な信号を作成するように操作された少なくとも１つの検出器３によって反射された光１５が受け取られる。次いで、その信号は図１の符号４で図式的に示し、回転角検出用の検出器３に連結された評価装置において評価される。検出器３により供給された信号の評価は、回転部材６の回転速度および回転方向の測定をも達成できる。
【００２６】
回転部材６および回転部分７または対応したメインシャフト１２に関する絶対角基準を得るために、２つのリフレクター２間の等角間隔が他のリフレクター間の等角間隔と異ならせる。これにより、例えば回転角センサーの回転角カウンターがゼロに設定されたゼロ位置が提供される。
【００２７】
次に、図４および５を参照すると、そこに示された構成において、リフレクター２は強固な成形部分１３の外側で形成された平面を有する。成形部分１３は、好適にプラスチック材の射出成形からなり、一般にスリーブ形状のをなすものである。成形部分１３は、回転部材、または回転部材に連結された部材や部分に適合できる。図４および５で説明された実施形態において、成形部分１３はバランス調整装置のメインシャフト１２に適合している。
【００２８】
図４は、回転軸８周囲の回転部分７の回転による組立によって発生する出力信号をも説明し、さらに、回転部分７の回転方向の変化を示す出力信号形態の位置を説明している。
【００２９】
基準によれば、一般に互いに同一の構造を示す図６および７が導かれるであろう。しかしながら、図６に示した装置の場合、リフレクター２はエミッター１または検出器３に関して凸状に湾曲した表面部により形成される。一方、図７に示した装置は、エミッター１または検出器３に関して凹状に湾曲した表面部２を有する。図６および７の両方におけるリフレクター２により形成された表面部は、前記のように、バンド１０または成形部分１３上で互いに直線的に列をなして配置されている。リフレクター特性は、連続的な反射塗装により達成される。個々のリフレクターが隣接端で互いに幾何学的に区別されるので、この装置によって、連続的な反射塗装とともにでさえ互いに区別可能であり、それに含まれる個々の回転角を測定するために評価装置内で好適に評価できる別個の表面部が提供される。
【００３０】
図４から７に示されるように、エミッター１および検出器３は構造ユニット２０内に配置される。ユニット２０は、図４から７の符号２１で示した支持板上に評価装置４とともに配置される。上記のように、エミッター１は、例えば図１および図５から７においても符号１４で示した集束された光ビームを、例えば図６でより詳細に見られるように、ユニット２０の反対側に位置する個々のリフレクター２上に放出する。回転軸８周囲の回転部分７の回転によって、個々のリフレクター２により反射されたビーム１５は、回転角の変化に依存して異なる偏向角に偏向され、図５の１６，１７，１８および１９で一例として示され、偏向方向に並列して配置され、検出器３上に設けられた光感知センサー上に当たる。それゆえ、回転部分７が一方向に回転した場合には、個々のリフレクター２により反射されたビーム１５は、センサー１６から１９に連続的に当たる。第１センサー１６および第３センサー１８は、図４のＡで識別された出力信号を供給する差動式の増幅器に連結されている。第２センサー１７および第４センサー１９は、図４のＢで示された出力信号を供給する他の差動式の増幅器に連結されている。このように、各リフレクター２の反射面がユニット２０を通過して移動する間に、個々のセンサーにおける輝度の差が適切に評価される。
【００３１】
回転部材６または回転部分７またはメインシャフト１２が連続回転する場合には、反射光ビームはもはやセンサーに当たらない。しかしながら、そのような状態においては、次のリフレクターにより反射された光ビーム１５が回転部材の角位置の変化によって再びセンサー１６から１９に連続的に当たる。好適な構造においては、回転部分７または成形部分１３の周縁に設けられた２５６個のリフレクター２がある。回転部材６またはメインシャフト１２に関する絶対角基準は、軸８周囲の反射面分布の不規則、例えば上記のように、回転部分７の環状経路の周縁に分布された他のリフレクター間の間隔とは異なる２つの隣接リフレクター間の間隔によって得ることができる。軸８周囲の反射面の分布が不規則である位置は、例えば回転角センサーにおける位置カウンターのゼロ位置である。
【００３２】
回転部分７の回転方向の反転は、出力信号Ａの状態の変化により評価される図４の出力信号Ｂの瞬間的な状態により検出できる。
【００３３】
本発明の回転角センサーまたは増分センサーは、軸移動に関して鈍感である。信号線および干渉抑制フィルターの個数は、それぞれ２個に減らすことができる。すでに上記したように、リフレクターにより形成された多面鏡は、回転部分または回転部材の直径をほんの僅かに増加させた比較的薄いスリーブ部分またはバンドの形状とすることができる。このように、回転角センサーはコンパクトな装置である。
【００３４】
本発明の上記実施形態は、ほんの一例およびその原理を説明したものであり、本発明の趣旨や目的を逸脱しない範囲での様々な修飾や変更がなされてもよいことは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の回転角センサーの一実施形態の軸方向から見た線図である。
【図２】  図１の回転角センサーの軸方向に対して垂直に見た図である。
【図３】  本発明の構造に用いられ得るリフレクターを備えたバンドである。
【図４】  本発明の第２実施形態の部分断面図である。
【図５】  図４の実施形態の一部を示した詳細図である。
【図６】  本発明の第３実施形態を示し、図５に対応した図である。
【図７】  本発明の第４実施形態を示し、図５および６に対応した図である。
【符号の説明】
１…エミッター、２…リフレクター、３…検出器、４…評価装置、５…環状経路、
７…回転部分、８…回転軸、１１…ランド部、  １２…メインシャフト、
１４…集束光、１５…ビーム。
【図１】
0004780825.tif 000002
【図２】
0004780825.tif 000003
【図３】
0004780825.tif 000004
【図４】
0004780825.tif 000005
【図５】
0004780825.tif 000006
【図６】
0004780825.tif 000007
【図７】
0004780825.tif 000008