(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線（１４）を中心として相対回転可能な２個の構成要素から成り、この両構成要素にて一方の構成要素から他方の構成要素へのデータ伝送を可能とする組立品であって、
両構成要素がデータ通信装置を構成し、両構成要素の外被（１８、３４、６０）の内側面（２０、３６）を全体として環状に形成して回転軸線（１４）に同心的に配置し、かつ仮想円形の断面を有し、一方の構成要素において外被の外側に存在する光源からの光（２８）をこの外被の内側面（２０、３６）により画成された空間に入射し、他方の構成要素において外被の内側面（２０、３６）により画成された空間から光（３２）を外被の外側に存在する光受信器に射出するように、両構成要素それぞれにおいて前記外被（１８、３４、６０）が少なくとも１個の開口（２４、２６）を有し、光源から入射された光が外被の内側面（２０、３６）で、光が光受信器に射出されるまで幾度も反射されるように形成した相対回転可能な２個の構成要素から成り、
前記両内側面（２０、３６）の仮想円形の両断面を合わせると全体で円形となるように、前記両構成要素が形成されており、かつ、前記両外被（１８、３４、６０）がそれぞれ環状の光導体コア（１６）を包囲しており、当該光導体コア（１６）を形成する材料が、前記外被（１８、３４、６０）を形成する材料よりも大きな屈折率を有している
ことを特徴とする組立品。
【請求項２】
前記両外被（３４、６０）内に、前記光導体コアとして、流体（４０）が封入されている
請求項１記載の組立品。
【請求項３】
前記流体（４０）が空気であり、前記外被（６０）の内側面が鏡面である
請求項２記載の組立品。
【請求項４】
前記流体が液体（４０）であり、この液体（４０）が両構成要素（４４、４４′；４６、４６′）を互いに連結する２個の密封回転軸受（４８、４８′；５０、５０′）の間におけるチャンバ（５２、５２′）に封入され、その液体（４０）が透明であり、外被を形成する材料より大きな屈折率を有している
請求項２記載の組立品。
【請求項５】
前記外被がガラスから成り、前記液体がグリセリンである
請求項４記載の組立品。
【請求項６】
前記外被が、前記構成要素の回転が行われる中空軸を取り囲んでいる
請求項１から５のいずれか１つに記載の組立品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸線を中心として相対回転可能な２個の構成要素から成り、その両構成要素に一方の構成要素から他方の構成要素への通信を可能とする装置が配置されている組立品に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる組立品は、最近の機械構想において、例えばロータリ加工機および生産機械において必要である。通常、データ通信は結線で行われる。エンドレス回転を可能にしようとするとき、回転インターフェースを利用したワイヤレス伝送が必要である。光信号を介してデータ通信を行うことは知られている。これは最も単純な場合、一方の構成要素に光送信器が、他方の構成要素に光受信器がそれぞれ回転軸線に精確に配置されていることによって解決できる。しかしこの単純な組立品は、補助媒体例えば冷却液を他の回転伝送体に案内できるようにするために中空軸が利用されねばならないため、しばしば実現できない。いまや、点状送信器および点状受信器が利用できず、それにもかかわらず、任意の回転位置で通信信号が伝送されねばならないという問題がある。送信器側において光信号を完全なリングを介して発信し、回転可能な構成要素のあらゆる回転位置で光をそのリングで受信する点状受信器を利用することに大きな努力が払われている。かかるリングに光信号を与えることには非常に手間がかかる。データ通信のために中空軸の周りに光リングが作られる組立品の例は特許文献１に記載されている。
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００６０５４０２５．２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、データ通信装置ができるだけ簡素に形成されている、冒頭に述べた形式の単純な構造の組立品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は特許請求の範囲の請求項１に記載の組立品によって解決される。
【０００５】
これに従って、本発明によれば、データ通信装置について両構成要素にそれぞれ外被が設けられるように計画されている。その外被の精確な外観は重要ではない。外被で取り囲まれた空間が規定された形状を有することが重要である。この空間は外被の内側面により画成されている。即ち、その空間は環状であり、回転軸線に対して同心的に配置され、仮想円形の断面を有している。両装置間の通信は次のように行われる。即ち、両構成要素の外被がそれぞれ１つの開口を有している。一方の構成要素に光源が設けられ、この光源が光を外被の内側面により画成された空間に入射する。他方の構成要素の外被における開口に光受信器が付設され、これによって、外被の内側面により画成された空間から、光が光受信器に前記開口を介して射出される。即ち、組立品のそのような形成によって、光源から入射された光が実際にいつかある時に光受信器に到達することが保証される。これは外被の内側面における光の多重反射によって行われる。光はそのようにして、開口が光受信器に通じている外被の箇所にその光がいつかある時に到達するまで、幾度も反射される。そして、一方の構成要素の他方の構成要素に対する相対回転角に無関係に、光源からの光がいつかある時に光受信器に到達することが保証される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、唯一の光源例えば送信ダイオードを利用し、唯一の光受信器、即ち、唯一の受信ダイオードを利用すればよいという利点を有する。これによって、例えば複数の光源が利用される従来における形態とは異なって、組立品の製造が安価となり、運転中におけるエネルギが節約される。
【０００７】
理想的には、両外被の内側面の仮想円形断面を合わせると全体で円形となり、好適には、各外被の仮想円形の断面が半円状の断面となる。これは、１つの内側面により画成された空間が精確にトーラス（輪環）の半分部であり、他方の構成要素の内側面により画成された空間がトーラスの他方の半分部であることを意味する。かかる組立品は、断面環状の１つの環状の光導体が単に２分割され、２分割された光導体が異なった構成要素に互いに対向して配置されることによって、容易に製造できる。この場合、外被は通常の光導体の場合のようにそれぞれ環状の光導体コアを取り囲み、光導体コアを形成する材料は、外被を形成する材料より大きな屈折率を有している。その場合公知のように、外被の内側面で光が反射される。
【０００８】
容易に製造できるという利点は、両トーラス半分部間の隙間の公差が極端に小さいという欠点で相殺される。また、一方のトーラス半分部で反射された後の光線は、光導体コアの透過後にまず光導体コアから両構成要素間の空隙内の空気中に入り、その空気から再び他方のトーラス半分部の光導体コアに入射する。これらすべての過程において、散乱損失が生ずる。この欠点は本発明の他の実施態様において防止されている。つまり、それらの実施態様は、外被内に流体が封入されている点で共通している。即ち、外被の内側面は、中空トーラスが形成されるように、装置の固体境界面を形成している。
【０００９】
特に簡単な実施態様においては、流体として空気が利用されている。外被の内側面は全く簡単に鏡面となっている。
【００１０】
他の実施態様においては、液体が使用され、この液体が両中空トーラスを充填し、勿論、互いに相対回転可能な２個の構成要素間の空間も充填している。これは最良には、その液体が両構成要素を互いに連結する２個の密封回転軸受の間におけるチャンバ内に存在することによって実現される。その液体は透明でなければならない。勿論ここでも、外被の内側面は鏡面であるが、外被を液体より小さな屈折率を有する材料で形成することも簡単にできる。例えば、外被をガラスとし、液体としてグリセリンを利用することができる。この実施態様は、光導体コアの代わりに光伝導性の液体が利用されるので、光導体半分部を備えた形態に類似している。
【００１１】
流体が利用される実施態様は、異なった媒体間の移行が生ぜず、光線が光受信器に到達するまで、光線出力における損失も生じない、という利点を有する。光導体半分部を備えた実施態様よりも弱い光源で運転できるか、より影響を受けにくい光受信器を使用できる。
【００１２】
既に述べたように、本発明思想は特に、一方の構成要素の回転が中空軸を介して行われる場合に適している。その場合、外被が中空軸を勿論取り囲んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下図を参照して本発明の有利な実施例を詳細に説明する。
【００１４】
ここでは、一方の構成要素が一般に空間内で固定された他方の構成要素に対して相対回転できる機械が対象となっている。いまや近年の用途において、固定構成要素から回転構成要素に、あるいはその逆方向に情報が伝達されることがしばしば必要とされる。本発明における種々の実施例は、回転が中空軸を介して行われ、回転軸を通してデータ交換を行なうことができない場合に適している点で共通している。すべての実施例は、データ通信が光信号を介して行われる点で共通している。本発明の全ての実施例では、唯一の光源と唯一の光受信器のみ利用すればよい。図１、図３、図７にそれぞれ異なった実施例が概略的に示されているが、個々の構成要素も光源および光受信器も示されず、光を光源から光受信器に伝達する媒体しか示されていない。
【実施例１】
【００１５】
図１の実施例においては、トーラス状光導体の（水平２分割）半分部が利用されている。換言すれば、その各半分部１０、１２は環状であり、その環の中心が回転可能な構成要素の回転軸線１４と一致するようにそれぞれの構成要素に配置されている。このトーラス半分部１０、１２の断面が半円形をしている。それ自体公知のように、各光導体半分部１０、１２はそれぞれ外被１８で取り囲まれた光導体コア１６を有している。光導体コア１６を形成する材料は、外被１８を形成する材料より大きな屈折率を有している。本発明の機能にとって、外被１８の内側面２０が精確に仮想円形をしていることが重要である。光導体コアについて一般に知られているように、光導体を通して送信される光は、外被材料の小さな屈折率のためにその内側面で反射される。図２に示された場合、外被１８に設けられた被覆２２もそれぞれ半トーラス状をしている。しかし外側輪郭形状は、本発明の機能にとって重要ではない。第１光導体半分部１０に１個の開口２４が形成され、第２光導体半分部１２に同様に１個の開口２６が形成されている。図１に示されていない光源（例えば送信ダイオード）が、矢印２８で示されているように光を送信し、この光は開口２４を通して光導体コア１６に入射する。その光は第１光導体半分部１０のコア１６を透過し、両光導体半分部１０、１２間の空隙３０に入り、それから第２光導体半分部１２のコアに到達し、最終的にこの第２光導体半分部１２の外被の内側面２０に達して、そこで反射される。その反射光は第１光導体半分部１０の内側面２０に戻り、そこで反射される。そのようにして、光線が第２光導体半分部１２の開口２６に到達し、そこで矢印３２で示されているように射出し、図１に示されていない光受信器（例えば受信ダイオード）に到達するまで、その光の往復反射が生ずる。本発明思想の特徴は、両構成要素従って両光導体半分部１０、１２の相対回転角に無関係に、１つの光源の光がいつかあるとき１つの光受信器に到達することにある。
【実施例２】
【００１６】
同じ基本原理は、水平２分割構造のトーラス状光導体の採用と異なった様式でも利用できる。図３と図４に本発明の第２実施例が概略的に示されている。この場合、２個の中空トーラス半分部が利用されている。即ち、外被３４が半トーラス状内側面３６を形成し、この内側面３６は、図１と図２の実施例の場合と異なって、光導体１６のような固体に移行しておらず、液体が封入される空間を形成している。外被３４の外側輪郭は重要ではない。図４の実施例において、中空半トーラス状支持体３８が示されている。この実施例は、外被３４が符号４０を付され図３では理解を容易にするために円板として示された液体より小さな屈折率の材料から成っているとき、第１実施例と全く同じように機能する。例えば外被材料として屈折率１．４６のガラスが利用され、液体として屈折率１．４７４のグリセリンが利用される。
【００１７】
この形態において、相対回転可能な部分間に液体を封入するために特別な要件が生ずる。図５と図６はその実施例を示している。上述したように、本発明は、回転可能な構成要素の回転を行う中空軸４２が用意されているとき、特に有利に利用される。ここでは、中空軸４２は回転可能な構成要素４４に一体化されている。図５において固定構成要素に符号４６が付されている。チャンバ５２を密封する軸受４８と軸受５０によって回転が可能とされている。そのチャンバ５２の核心は正にトーラス５４にある。図５は、そのトーラス５４の１８０°ずれた両側箇所での断面図である。図５は外被を詳細には示していない。その外被は構成要素４６ないし構成要素４４の余白部における被覆として設けることができる。図５の実施例において、通信は軸方向に行われる。
【００１８】
半径方向における通信も可能である。これは図６に示された実施例に相当する。そこでは、回転可能な構成要素に符号４４′が付され、固定構成要素に符号４６′が付されている。液体チャンバ５２′は回転軸受４８′と回転軸受５０′との間に、中空トーラスの両半分部が軸線によって互いに分離されているように配置され、これによって、光線が一方の中空トーラス半分部から他方の中空トーラス半分部に送信されるとき、光線は常に半径方向成分を有する。
【実施例３】
【００１９】
図７に本発明の異なった実施例が示されている。この場合、図３の実施例の場合のように、２個の中空トーラス半分部５６、５８が利用されている。ここでは、外被６０が半トーラスの形状を有する内部空間を形成していることが重要である。これに対して、外被６０あるいは場合によってその中に外被６０が存在する物体（図８の符号６２参照）の精確な外側輪郭は重要ではない。図７と図８の実施例において、外被６０の内側面は鏡面でなければならない。両中空トーラス半分部を封入する液体として、ここでは単純に空気が利用されている。これによって、チャンバ５２ないし５２′の形式のチャンバは不要である。開口２４を通して矢印２８に応じて中空トーラスに入射する光は、両中空トーラス半分部５６、５８の外被６０の内側面で、光線が開口２６に到達し矢印３２に応じて射出するまで、幾度も往復反射される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施例の原理の概略構成図。
【図２】図１に示された組立品の断面図。
【図３】本発明の第２実施例の原理の概略構成図。
【図４】図３に示された組立品の断面図。
【図５】本発明の第２実施例の具体的形状の概略図。
【図６】本発明の第２実施例の図５と異なった具体的形状の概略図。
【図７】本発明の第３実施例の原理の概略構成図。
【図８】図７に示された組立品の断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１４    回転軸線
１６    光導体コア
１８    外被
２０    内側面
２４    開口
２６    開口
３４    外被
４０    流体
４２    中空軸
４４    構成要素
４４′  構成要素
４６    構成要素
４６′  構成要素
４８    回転軸受
４８′  回転軸受
５０    回転軸受
５０′  回転軸受
６０    外被
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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