(57)【要約】【課題】簡単な方法で多角的にかつ高精度で駆動軸に取り付けることができるロータリーエンコーダーを提供すること。【解決手段】ロータリーエンコーダーには２つのコレットチャックが設けられている。一方のコレットチャックはテンションスリーブとして構成されていて、前記テンションスリーブはエンコーダーシャフト（１４）を軸方向に把持し、かつ前記テンションスリーブの自由端部にクランピングジョー（３４）を有する。他方のコレットチャックはテンションリングとして構成されていて、前記テンションリングはクランピングジョー（３８）によってエンコーダーシャフト（１４）に嵌り込む。両方のコレットチャックは押圧エレメント（４０）によって軸方向に互いに反対方向に応力がかけられ、かつエンコーダーシャフト（１４）に対して応力がかけられる。【選択図】図３
2007052008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定すべき駆動軸（１２）に同軸に挿し嵌め可能でかつコレットチャック装置によって前記駆動軸（１２）に挟み付け可能であるエンコーダーシャフト（１４）を備えたロータリーエンコーダーにおいて、前記エンコーダーシャフト（１４）は軸方向に貫通する中空のシャフトとして構成されていて、前記の中空のシャフトを通って駆動軸（１２）を同軸にスライド可能であり、前記コレットチャック装置は２つのコレットチャック（２６、２８）を有し、前記のコレットチャックはエンコーダーシャフト（１４）の反対側の端部にそれぞれクランピングジョー（３４、３８）で前記エンコーダーシャフト（１４）を前記駆動軸（１２）に挟み付け、一方のコレットチャックはテンションスリーブ（２６）としてエンコーダーシャフト（１４）を同軸に通し、かつ押圧エレメント（４０、４８）は前記２つのコレットチャック（２６、２８）に軸方向の力を印加し、それにより前記のコレットチャック（２６、２８）は互いに反対方向にかつエンコーダーシャフト（１４）に対して押圧可能であり、前記コレットチャックのそれぞれのクランピングジョー（３４、３８）のクランプ力が生じることを特徴とする、エンコーダーシャフト（１４）を備えるロータリーエンコーダー。
【請求項２】
２つのコレットチャック（２６、２８）はそれぞれ１つの円周フランジ（３０、３０′、３６）を有し、かつ前記押圧エレメント（４０、４８）はこれらの円周フランジ（３０、３０、３６）の間に配置されていて、かつ前記円周フランジ（３０、３０′、３６）を軸方向で互いに離れる方向に押圧する力を印加することを特徴とする、請求項１記載のロータリーエンコーダー。
【請求項３】
押圧エレメントは軸方向に作用するばね、特にシャフトスプリングプレート（４０）であることを特徴とする、請求項２記載のロータリーエンコーダー。
【請求項４】
ロック解除装置が設けられていて、前記ロック解除装置によって前記コレットチャック（２６、２８）は取り付け及び取り外しのために開放位置に保持することができることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のロータリーエンコーダー。
【請求項５】
前記ロック解除装置は２つのロック解除プレート（１８）を有し、前記ロック解除プレートは、ハウジング（１６）のカバーキャップ（１９）を回すことにより傾斜する平面を介して軸方向で互いに反対方向に押圧可能であり、前記円周フランジ（３０、３６）をばね（４０）の力に対して押圧することを特徴とする、請求項３及び４記載のロータリーエンコーダー。
【請求項６】
押圧エレメントはテーパーリング（４８）であることを特徴とする、請求項２記載のロータリーエンコーダー。
【請求項７】
２つのコレットチャック（２６、２８）はそれぞれ１つの円周フランジを有し、かつ前記押圧エレメントは前記円周フランジの外周面に作用し、前記外周面を軸方向で互いに反対方向に押圧することを特徴とする、請求項１記載のロータリーエンコーダー。
【請求項８】
押圧エレメントがクランプリングであり、前記クランプリングは円周フランジを半径方向で外側から把持することを特徴とする、請求項７記載のロータリーエンコーダー。
【請求項９】
テンションスリーブ（２６）として構成されたコレットチャックは、エンコーダーシャフト（１４）が軸方向に貫通するテンションアーム（３２）を有し、前記テンションアームの自由端部にそれぞれクランピングジョー（３４）が形成されていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のロータリーエンコーダー。
【請求項１０】
テンションアーム（３２）が弾性に内側に向かって湾曲可能であり、かつ前記テンションアームの自由端部でサポーティングリング（４２）によって半径方向に支持可能であることを特徴とする、請求項９記載のロータリーエンコーダー。
【請求項１１】
第２のコレットチャックはテンションリング（２８）として構成されていて、前記テンションリングは同軸に前記テンションスリーブ（２６）上に設けられ、かつ前記テンションリングのクランピングジョー（３８）は半径方向に前記テンションスリーブ（２６）のテンションアーム（３２）の間に嵌り込むことを特徴とする、請求項９記載のロータリーエンコーダー。
【請求項１２】
前記コレットチャック（２６、２８）は電気的に絶縁性の材料、特にプラスチックからなることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載のロータリーエンコーダー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念に記載のロータリーエンコーダーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリーエンコーダーは、回転する部材、特にモーターシャフトの角度の大きさ、例えば角度位置、角速度、角加速度を測定するために用いられる。前記ロータリーエンコーダーはエンコーダーシャフトを有し、前記エンコーダーシャフトは測定すべき駆動軸と回動不能に連結されている。前記ロータリーエンコーダーを用いて、直接的に又はトランスミッションを介して結合する実量器が回転し、実量器は適当な走査、例えば光学的又は磁気的走査によって走査される。
【０００３】
エンコーダーシャフトを簡単でかつ多角的に使用可能なように測定すべき駆動軸と連結するために、公知のロータリーエンコーダーは、駆動軸に同軸に差し込まれ、かつエンコーダーシャフト中に配置されたコレットチャックにより駆動軸に挟み付けられるエンコーダーシャフトを有する（例えば、特許文献１）。この場合に前記駆動軸はエンコーダーシャフトの袋穴中に存在するため、駆動軸に対してロータリーエンコーダーの軸方向の配置が固定される。エンコーダーシャフトと駆動軸との軸方向の正確な整列は、コレットチャックによって保証されているだけである。
【特許文献１】欧州特許出願公開第０６８２２２９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の根底をなす課題は、簡単な方法で多角的にかつ高精度で駆動軸に取り付けることができるロータリー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】
前記課題は、本発明の場合に、請求項１の特徴を有するロータリーエンコーダーにより解決される。
本発明の有利な実施態様は、引用形式請求項に記載されている。
【０００６】
本発明の場合に、エンコーダーシャフトは貫通する中空のシャフトとして構成されていて、前記シャフトは測定すべき駆動軸に挿し嵌めることができる。駆動軸には中空のエンコーダーシャフトが２つのコレットチャックによって挟み付けられていて、前記２つのコレットチャックはエンコーダーシャフトの末端部でそれぞれ作用している。それにより、エンコーダーシャフト及びそれと共に全体のロータリーエンコーダーは任意の軸方向の位置で駆動軸に取り付けることができるため、使用において及び取り付け方法においても高い柔軟性が生じる。コレットチャックを用いたエンコーダーシャフトの挟み付けは、エンコーダーシャフトと駆動軸との間の連結について高い回動不能性が生じる。コレットチャックを用いた挟み付けは、駆動軸の直径に適合されるため、ロータリーエンコーダーは所定の直径領域に対して適用可能であり、かつ駆動軸の直径の公差が吸収される。それぞれ１つのコレットチャックを用いてエンコーダーシャフトはその両端部で挟み付けることによって、駆動軸の軸に対してエンコーダーシャフトの良好な同軸の配置が達成されるため、ロータリーエンコーダーの高い回転精度が達成される。
【０００７】
一方のコレットチャックは、テンションスリーブとして構成されていて、このテンションスリーブを中空のエンコーダーシャフトが同軸に貫通している。それにより、両方のコレットチャックはエンコーダーシャフトの同じ端部に接し、かつ１つの押圧エレメントが軸方向の力を両方のコレットチャックに及ぼすことができる。これらのコレットチャックは互に反対方向に及びエンコーダーシャフトに対して軸方向に圧力がかけかつ応力がかけられている。このことは簡単な取り付けを可能にする、なぜならエンコーダーシャフトの両方の端部にあるコレットチャックを挟み付けるために唯一の押圧エレメントが必要となるだけであるためである。
【０００８】
これらのコレットチャックはそれぞれエンコーダーシャフトと駆動軸との間で円錐面で把持するのが有利である。これらのコレットチャックは、この場合、有利にそれぞれ円周フランジと共に構成されていて、その際、押圧エレメントは前記円周フランジに接して両方のコレットチャックを把持しかつこれらを互いに反対方向に軸方向に動かす。それにより、一方のコレットチャックはエンコーダーシャフトへ軸方向に押し込まれ、テンションスリーブとして構成された他方のコレットチャックはエンコーダーシャフトの反対側の端部でエンコーダーシャフトへ引き付けられる。
取り付け及び取り外しのために、前記コレットチャックはロック解除装置によって無効状態で保持することができる。
【０００９】
前記押圧エレメントは、例えば、ばねとして構成されていてもよく、前記ばねは前記のコレットチャックの円周フランジの間に挿入されていてかつこれらを相互に押し広げている。別のもう一つの実施態様の場合には、前記押圧エレメントはテーパーリングであってもよく、前記テーパーリングは、前記円周フランジの間に嵌り込み、前記円周フランジを軸方向に互に離れるように押圧する。別のもう一つの実施態様の場合には、前記押圧エレメントはテンションリングであることができ、前記テンションリングはコレットチャックの円周フランジを外側から把持して、前記円周フランジの円錐形の外周面に作用し、前記の円周フランジを軸方向に相互に引き離している。
【００１０】
前記エンコーダーシャフト、ひいてはロータリーエンコーダーは全体として前記のコレットチャックによってのみ駆動軸と接触しているため、前記コレットチャックを電気的に絶縁性の材料から、特にプラスチックから製造することによって、前記ロータリーエンコーダーは簡単な方法で確実に駆動軸に対して電気的に絶縁することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明を図面で示した実施例を用いて詳細に説明する。
図１は、駆動軸１２の角度の大きさを測定するために用いるロータリーエンコーダー１０を示す。前記駆動軸１２は、例えば電動機のシャフトであり、前記電動機を例えばアクチュエーターによって制御するために、その角度位置、角速度、及び場合により角加速度が前記ロータリーエンコーダー１０を用いて測定される。
【００１２】
前記ロータリーエンコーダー１０は、エンコーダーシャフト１４を有し、前記エンコーダーシャフトはそれぞれ次に記載する方法で駆動軸１２と回動不能に連結されている。エンコーダーシャフト１４を用いて、例えばインクリメンタルディスク又はコードディスクからなる実量器が回転する。前記実量器は、ロータリーエンコーダー１０のハウジング１６の内側ハウジング部材２０中に固定配置されている走査装置によって走査される。前記エンコーダーシャフト１４は前記ハウジング部材２０中に回動可能に支承されている。前記ハウジング１６は駆動軸１２のモーターハウジングに回動不能に取り付けられているため、モーターハウジングに対する駆動軸１２の角度位置の走査が行われる。測定すべきモーターにロータリーエンコーダー１０を取り付ける際に、センタリング誤差及び心合わせ誤差を吸収するために、前記ロータリーエンコーダー１０は図示されていないステーター連結部を用いてトルク剛性で弾性にモーターハウジングに取り付けられている。
【００１３】
本発明の主題は、エンコーダーシャフト１４と駆動軸１２との連結である。
図１から４中に図示された第１の実施例の場合には、エンコーダーシャフト１４は中空シャフトとして構成されていて、前記中空シャフトの内径は、前記エンコーダーシャフト１４が駆動軸１２に半径方向の遊びをもって挿し嵌めることができるように選択される。エンコーダーシャフト１４の軸方向の端部には、それぞれ１つの、インナーレースを備えたラジアルローリングベアリング２４が圧着されている。前記ラジアルロールベアリング２４のアウターレースは走査装置を備えたハウジング部材２０を有している。前記エンコーダーシャフト１４及びそれによりロータリーエンコーダー１０は、駆動軸１２上で軸方向で任意に位置調整及び位置決めすることができ、その後に前記エンコーダーシャフト１４及びそれによりロータリーエンコーダー１０は次に記載するように駆動軸１２に挟み付けられる。
【００１４】
前記エンコーダーシャフト１４を駆動軸１２に挟み付けるために２つのコレットチャックが用いられ、前記コレットチャックは一方でテンションスリーブ２６として構成されていて、他方でテンションリング２８として構成されている。
【００１５】
前記テンションスリーブ２６は円周フランジ３０を有し、前記円周フランジに接してテンションアーム３２が形成されている。前記円周フランジ３０は主に環状ディスクの形を有していて、前記環状ディスクの空いた内側断面は駆動軸１２の円周断面にほぼ一致する。前記テンションアーム３２は前記円周フランジ３０の内側縁部に接して形成されていて、かつ軸方向の突起部として構成されていて、前記突起部は同じ角度間隔で配置されていて、かつ軸方向のスリットによって相互に隔てられている。図示された実施例の場合には、それぞれ６０°ずつずらした６つのテンションアーム３２が設けられている。前記テンションアーム３２の軸方向の長さは、エンコーダーシャフト１４の軸方向の長さよりも長い。前記テンションアーム３２は円周フランジ３０とは反対側の端部でクランピングジョー３４に移行していて、前記クランピングジョーはテンションスリーブ２６の中心軸方向に対して円錐状の外側面を有し、前記外側面は前記テンションアーム３２の自由端部に対して半径方向に反り上がっている。
【００１６】
前記テンションリング２８は同様に円周フランジ３６を有し、前記円周フランジは環状ディスクの形を有している。前記円周フランジ３６の空いた内径は、テンションアーム３２の外周部の直径に一致する。前記円周フランジ３６の内周部に接してクランピングジョー３８が形成されていて、前記クランピングジョーは相互に一定の角度でずらされてかつ間隔を置いて配置されていて、前記テンションリング２８がテンションスリーブ２６に挿し嵌められる場合に、前記クランピングジョーはテンションアーム３２間の軸方向のスリット中に嵌り込む。前記クランピングジョー３８は円周フランジ３６から、テンションスリーブ２６のテンションアーム３２と同じ方向を向いていて、かつ中心軸に対して円錐状の外側面で構成されていて、前記外側面は円周フランジ３６からクランピングジョー３８の自由端部に向かって半径方向に下がっている。
【００１７】
円周フランジ３０及び３６の互いに向かい合う端面の間に、シャフトスプリングプレート４０が挿入されていて、前記シャフトスプリングプレートはテンションエレメントとして円周フランジ３０と３６とを互いに軸方向に押し広げる。
【００１８】
ロータリーエンコーダー１０の個々の部品の組み立てのために、まず、シャフトスプリングプレート４０をテンションアーム３２の自由端部からテンションスリーブ２６に挿し嵌める。引き続き、同様にテンションアーム３２の自由端部からテンションリング２８をテンションスリーブ２６に挿し嵌め、その際、テンションリング２８の円周フランジ３６は、テンションスリーブ２６の円周フランジ３０及びシャフトスプリングプレート４０の側に向いている。テンションリング２８をテンションスリーブ２６に挿し嵌める際に、前記テンションリング２８のクランピングジョー３８はテンションスリーブ２６のテンションアーム３２の間の空いたスリット内に嵌め込まれる。この場合、クランピングジョー３８はその自由端部の外周面で、テンションアーム３２の外周面中に嵌め込まれ、かつテンションアーム３２の外周面上で円周フランジ３６に対して半径方向に反り上がっている。シャフトスプリングプレート４０とテンションリング２８とをテンションスリーブ２６に挿し嵌めることは、テンションアーム３２と前記テンションアームのクランピングジョー３４とを一緒に半径方向に弾性的に押し込むことによって容易になる。
【００１９】
引き続き、前記ロータリーエンコーダー１０は、その中空のエンコーダーシャフト１４によってテンションスリーブ２６上に取り付けられ、そのために再びテンションアーム３２は前記テンションアームのクランピングジョー３４と一緒に半径方向に押し込まれる。前記テンションアーム３２を、場合によりエンコーダーシャフト１４の内周面中の軸方向の溝に収容することができるため、テンションスリーブ２６は半径方向の寸法が拡大されない。引き続き、サポーティングリング４２をテンションアーム３２の自由端部に噛み合わせる。このため、クランピングジョー３４を形成するために半径方向で外側に向かって曲がったテンションアーム３２の自由端部は切欠部４４を有し、前記切欠部中に前記サポーティングリング４２がスナップ結合される。前記サポーティングリング４２は半径方向で外側に向かう突出部４６を有し、前記突出部はクランピングジョー３４の間の空いたスリット中に嵌り込む。前記の噛み合ったサポーティングリング４２は、外側に曲がったクランピングジョー３４を半径方向に支持するため、もはや前記クランピングジョーを内側に曲げることはできず、かつ前記クランピングジョーの角度間隔は互いに維持される。
【００２０】
ロータリーエンコーダー１０を駆動軸１２に取り付けるために、前記クランピングジョー３４及び３８を解除しかつこのクランプ装置からエンコーダーシャフト１４で軸方向に離れるように動かす必要がある。このために前記円周フランジ３０及び３６は軸方向でロック解除プレート１８の間に配置されている。ハウジング１６のカバーキャップ１９を回すことにより、円周方向に向かって斜めに反り上がった平面はロック解除プレート１８に対して押圧され、それにより前記平面は軸方向に互いに反対方向に動かされ、前記円周フランジ３０及び３６はシャフトスプリングプレート４０の力に対して押し込まれ、かつ押し込まれたまま維持される。テンションリング２８及びテンションスリーブ２６はそれによって互いに反対方向に押圧され、それらのクランピングジョー３８及び３４は解除され、無効となる。前記ロータリーエンコーダー１０は、従って駆動軸１２上でスライドさせることができ、前記駆動軸上で軸方向に位置調整することができる。
【００２１】
ロータリーエンコーダー１０を駆動軸１２に挿し嵌め、かつステーター連結部を固定した後に、カバーキャップ１９をその停止位置に再び回して戻す。傾斜した平面はロック解除プレート１８を解放し、前記ロック解除プレートは互いに離れるようにばね２２によって軸方向に押圧され、円周フランジ３０及び３６から離れるように動かされる。前記シャフトスプリングプレート４０は有効になることができ、テンションスリーブ２６とテンションリング２８とは互いに反対方向に押圧される。
【００２２】
それにより、一方でテンションリング２８は前記テンションリングのクランピングジョー３８によってエンコーダーシャフト１４に対して押圧され、その際、前記のクランピングジョー３８は前記エンコーダーシャフト１４の内周面と駆動軸１２の外周面の間で半径方向にクリップ止めする。さらに、シャフトスプリングプレート４０の軸方向の力によって、テンションスリーブ３６の円周フランジ３０はエンコーダーシャフト１４から軸方向に離れるように押圧される。それにより、テンションアーム３２の反対側の端部に形成されたクランピングジョー３４は軸方向へ前記エンコーダーシャフト１４に引き付けられ、前記エンコーダーシャフト１４の内周面と駆動軸１２の外周面との間で半径方向にクリップ止めする。前記エンコーダーシャフト１４はそれにより、その一方の軸方向の端部でテンションリング２８のクランピングジョー３８により、及びその他方の端部でテンションスリーブ２６のクランピングジョー３４により、駆動軸１２にクリップ止めされている。
【００２３】
コレットチャック装置の第２の実施態様は図５から７に示されている。第１の実施例と一致させるために同じ引用符号を使用し、かつ明細書に引用される。
第１の実施態様と比べて本質的な差異は押圧エレメントの構成にあり、前記押圧エレメントはテンションスリーブ２６とテンションリング２８とに互いに反対方向に応力をかけ及びエンコーダーシャフト１４に対して応力をかけている。シャフトスプリングプレート４０の代わりに、テーパーリング４８が使用される。テンションスリーブ２６の円周フランジ３０とテンションリング２８の円周フランジ３６とは、図６で最も良好に判るように、互いに向かい合った円錐状のテーパー面５０並びに５２を有する。前記のテーパー面５０及び５２の間にテーパーリング４８が嵌り込み、前記テーパーリングは嵌り込みのために半径方向で内側に向かって先細になった楔状の断面形状で構成されている。前記テーパーリング４８は半径方向のスリットで区切られていて、かつ固定ねじ５４で引き締めることができるため、前記テーパーリングはそのテーパー形状によりテーパー面５０及び５２の間に入り込み、かつ円周フランジ３０と３６とを軸方向で互いに離れるように押圧し、一方でテンションリング２８はそのクランピングジョー３８で、他方でテンションスリーブ２６はそのクランピングジョー３４で、エンコーダーシャフト１４と駆動軸１２との間をクリップ止めする。
【００２４】
第１の実施態様と比べて他のわずかな差異は、テンションスリーブ２６が円周方向で閉じた円周フランジ３０を有するように構成されていないことにある。閉じた円周フランジ３０の代わりに、テンションアーム３２に形成されたフランジセグメント３０′だけが設けられていて、前記フランジセグメントはサポーティングリング５６により軸方向で、半径方向で及び角度位置について保持されている。前記サポーティングリング５６はその形状についてサポーティングリング４２に一致し、対応するようにフランジセグメント３０′の内周面の切欠部に嵌め込まれている。
【００２５】
図示されていない他の実施態様の場合に、前記押圧エレメントは弾性区域を有する半径方向に作用するクランプリングであり、前記クランプリングは、両方のコレットチャックの円周フランジの傾斜する外周面に作用し、この外周面を介して前記コレットチャックは軸方向で互いに反対方向に押圧される。それにより、前記クランピングジョーは相応する傾斜部に対してエンコーダーシャフトに引き付けられ、エンコーダーシャフトは駆動軸に固定される。テンションスリーブ２６及びテンションリング２８の形状は図４に記載されたものに似ているが、運動方向は反対である。前記テンションスリーブは、円周フランジの範囲内に切欠部が設けられていて、前記切欠部によってテンションリングのクランピングジョーを把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】部分的に切り取られたハウジングを備えた駆動軸に挟み付けられたロータリーエンコーダーの斜視図を示す。
【図２】駆動軸に挟み付けられたエンコーダーシャフトの斜視図を示す。
【図３】駆動軸に挟み付けられたエンコーダーシャフトの側面図を示す。
【図４】前記ロータリーエンコーダーのコレットチャック装置の展開状態の斜視図を示す。
【図５】第２の実施態様の駆動軸に挟み付けられたエンコーダーシャフトの斜視図を示す。
【図６】前記第２の実施態様のコレットチャック装置の側面図を示す。
【図７】前記第２の実施態様のコレットチャック装置の展開状態の斜視図を示す。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ロータリーエンコーダー
１２  駆動軸
１４  エンコーダーシャフト
１６  ハウジング
１８  ロック解除プレート
１９  カバーキャップ
２０  ハウジング部材
２２  ばね
２４  ラジアルローリングベアリング
２６  テンションスリーブ
２８  テンションリング
３０  円周フランジ
３０′フランジセグメント
３２  テンションアーム
３４  クランピングジョー
３６  円周フランジ
３８  クランピングジョー
４０  シャフトスプリングプレート
４２  サポーティングリング
４４  切欠部
４６  突出部
４８  テーパーリング
５０  テーパー面
５２  テーパー面
５４  固定ねじ
５６  サポーティングリング
【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】
2007052008.tif 000008
【図７】
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