JPH02502849A - マルチターン型絶対的エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 マルチターン型絶対的エンコーダ 本発明は回転可能な軸の給体的な角度位置、即ち、軸の当初の所定の基準位置か らの３６００以下の角度に総回転数を加えた値を測定するマルチターン型式の角 度変換器に関する。

安全性の理由のため、上述の覆式の角度変換器は産業用ロボットに益々幅広く採 用されつつある。その理由は、電流が遮断したとき、ロボット内のそれぞれの回 転軸の給体的な角度位置を追跡し、電気が復旧したとき、ロボットは電流が遮断 されたときの停止した位置から動作を続けることが必要である！こめである。換 言すれば、電流が遮断したことは、それぞれの角度変換器の値が零となってはな らないことを意味する。それは、かかる値は電流が復旧したとき、内部のそれぞ れの軸がそれぞれの零角度位置から始動することを意味し、これは、ロボットｌ 二完全に不正確な動作を行わせ、ロボット付近にいる人間の人命に危険を及ぼす からである。このように、望ましくない角度位置が零位置となるのは、それぞれ の角度変換器が軸の角度を給体的に測定せずに、軸が停止された角度に対する相 対的な角度のみを測定するからである。

上述の型式の角度変換器は公知であり、例えば、横に並べて配設されかつ平歯車 により相互に接続された２つの変換器、例えば、レゾルバ又は電子光学式変換器 を備えている。一方の変換器はロボットの回転軸に接続されている。歯車は２つ の歯車ホイールを備え、その一方は例えば６４個の歯数を有し、その他方は６５ 個の歯数を有する。レゾルバが差動回転することにより、回転軸が通過する全角 度の給体的な測定が可能となる。２つのレゾルバの任意の角度位置は回転軸の明 確に設定された全回転角度に対応する。差動的な回転角度は相感知塁又は振幅感 知聾とすることの出来る従来の電気回路により測定される。

上述の角度変換器は複数の欠点を有している。この変換器は横に並べて配設され ており、歯車に相互に接続されているため、全体の変換器が通常、組み込まれる 円筒状ハウジングは大きい径を有するに至る。ある適用例において、回転軸が位 置決めされている機械細部における変換器ハウジングが占めるスペースは不具合 な程大きい。

かみ合う２つの外歯を有する平歯車のみから成る歯車はバックラッシを免れるこ とが出来ない。このバックラッシを防止するため、一方の歯車ホイールにはばね 偏倚された歯車が設けられており、この歯車は軸の全ての回転段階にて歯車内の 歯車ホイールを互いにかみ合わせる。

歯車の歯は被動歯車ホイールの大きい慣性モーメントにより及び急速な位置変化 に起因する瞬間的な大きい加速度により、又は回転軸がその回転方向を変化させ るときの大きい荷重を受ける。かかる大きい加速度により歯は急速に磨耗する。

一方の歯車ホイールの１つの歯だけが歯車の他方の歯車ホイールの１つの歯とか み合うため、これらの２つの歯だけが加速度応力を受ける。このため、歯車の歯 が磨耗する。従来の平歯車のかみ合い係数は通常、約１．ｆ＋乃至２である。従 来の平歯車において、両方の歯車は高速の給体速度にて回転し、相互の相対的な 歯速度は極めて高速となる。歯の相対的な速度が高速であることにより歯は磨耗 する。これらは全て、公知の角度変換器の寿命を短くする。歯の高速度及びこれ による高遠心力により、潤滑剤は歯から離れるように強制される。

良好な耐久性ある潤滑を行うためには、歯車ホイールは油浴中に配設することが 必要である。

本発明は上述の欠点がないと共に、寿命が長い構造であって、その目的のため、 慣性モーメントが小さく、歯の相対速度が低くかつかみ合い係数が大きいと共に 、ばね偏倚された歯車ホイールを使用せずにバックラッシを最小ｊこし得る歯車 を備える型式の角度変換器を提供することを目的とする。

本発明の特徴は添付した請求の範囲に開示されている。

請求の範囲を検討すると、外歯を有する歯車ホイールは内歯を有する歯車より僅 かに少ない、望ましくはｌ歯数だけ少ない歯数を有するため、次の効果が得られ ることが分かる。

ａ）内歯を有する歯車ホイールが駆動変換器の軸上に取り付けられ、外歯を有す る歯車ホイールが被動変換器の軸上に取り付けられる場合、駆動軸が１回転する と、被動軸は１回転プラス歯数の差による角度だけ回転し、よって僅かな上方へ の歯車動作が得られる。

ｂ）外歯を有する歯車ホイールが駆動軸上に取り付けられ、内歯を有する歯車ホ イールが被動軸上に取り付けられる場合、回転軸が１回転すると、被動軸は１回 転マイナス歯数の差による角度だけ回転する。

駆動回転速度が高速である場合、両方の歯車ホイールは高速の回転速度にて回転 するが、歯車ホイールの相対的な歯速度は極めて遅いため、より具体的には駆動 軸の回転速度を駆動軸上に取り付けた歯車ホイールの歯数で割った値となる。か かる比較的遅い相対的な歯速度のため、歯の磨耗は従来から使用される歯車と比 べ著しく軽減される。

外歯を有する歯車が内歯を有する歯車に対して転動するとき、複数の歯車が同時 にかみ合う、即ち、歯車は約８というより大きいかみ合い係数を有するに至る。

よって、本発明の歯車において、多数の歯がかみ合う歯における加速度応力を支 承する。加速度に起因する荷重がかかる多数の歯に分散される結果、歯の寿命、 従って、歯車の寿命は延長される。

ハウジングを互いに回転させることにより、パフクラッシは最小の値にまで軽減 することが出来、このことは、歯は特別に厳密な許容誤差にて機械加工する必要 がないため、製造上有利な点である。現状はこの反対であり、かなり大きい許容 誤差が認められており、これらの誤差はハウジングを互いに回転させ、外歯を有 する歯車ホイールが内歯を有する歯車ホイールと望ましい程度にかみ合うように して補正されている。かくて、別個のばね偏倚されｔ；歯車ホイールを使用する 必要がなくなる。

角度変換器を端部同士を合わせた状態に取り付けることにより、出力軸が位置決 めされた箇所において機械細部に取り付けられｔ；変換器ユニットの占めるスペ ースは軽減される。換言すれば、本発明の装置は幅寸法ではなく長さ寸法を増大 させることを必要とする。

以下、添付図面を参照しながら本発明について以下により詳細に説明する。

第１図は本発明による装置を示す分解図、第２図はそのハウジング内に取り付け られた一方の角度変換器の断面図、 第３図はそのハウジング内に取り付けられｔ；他方の変換器の断面図、 第４図はユニットとして取り付けられた第２図及び第３図による変換器を示す断 面図、 第５図は偏心度を著しく誇張した第４図の線■−■に沿っｔ；断面図である。

第１図から、本発明による装置は外歯を有する歯車ホイールｌと、内歯を有する 歯車ホイール２と、駆動軸３と、被動軸４と、第１ハウジング５と、第２ハウジ ング６と、及び２つのカバー板７．８とを備えているのが分かる。

外歯を有する歯車ホイール１は６３個の歯を有している一方、内歯を有する歯車 ホイールは外歯を有する歯車ホイール１がかみ合う６４個の歯９を有している。

歯車ホイールは当山願人が有するスウェーデン国特許出願第８７００２９１１号 に記載された方法にて製造される。

ユニット１〜６は歯車を形成し、そのを式のため、歯車駆動軸３が６４回回転し たとき、その被動軸４は６３回回転している。歯車の駆動軸３は従来を式の角度 変換器、例えば円筒状のハウジングを有するレゾルバの一部分である。軸３は真 っ直ぐでありかつ第１図の／Ｓウジングから左方向に伸長する一部分が、給体的 な角度位置を測定しようとする図示しない回転軸に回転不能に接続されるように することが望ましい。同様に、歯車の被動軸４は角度変換器、例えばレゾルバ内 の軸である。この変換器１１は又円筒状のハウジングを有し、他方のハウジング ６内に嵌めることを目的とする。

両ハウジング５．６は円筒状スリーブの形態をしている。第１の円筒状ハウジン グ５には、円筒状のショルダ部１２があり、第１の変換器内を第１の変換器１０ を第１ハウジング５内に押し込む深さを画定する。第２の７１ウジング６には、 対応する円筒状のショルダ部１３があり円筒状の変換器１１を押し込むことの出 来る深さを画定する。両方の変換器は例えば接着剤又はセメントによりそれぞれ のハウジング５．６に非回転可能に固定される。第２図には、組立て段階が図示 されており、ここで変換器ｌＯはハウジング５内に取り付けられ、カバー板７は 歯車の駆動軸に取り付けられ、その結果、外歯を有する歯車ホイールは例えば接 着剤により軸３上に非回転可能に取り付けられる。第３図には、変換器１１を他 方のハウジング６内に取り付ける方法が図示されており、この取り付は後、カバ ー板ｌＯが歯車の被動軸４上に位置決めされ、最終的に内歯を有する歯車ホイー ル２が例えば接着剤により軸４上に取り付けられる。カバー板７．８は接着剤が それぞれの軸３．４に沿って内部に浸み込むのを阻止するバリヤーとして作用す る。歯車は潤滑される。

歯車３．４は互いの間隔ｅを置き、その中心軸１５ａ、ｔａｂに対して平行であ る（第５図参照）。この間隔ｅは外歯を有する歯車ホイールｌが内歯を有する歯 車ホイール２に沿って転動するのを可能にし、よって被動軸３を偏心状態に取り 付けるための手段とみなすことが出来、ここでｅは歯車ホイールのピッチ半径間 の差である。第２図から明らかであるように、ハウジング５には円筒状の穴１４ ａが形成されている。第５図から明らかであるように、この穴１４ａはハウジン グの縦方向の対称軸１５ａに対して偏心状態にされている。この偏心度は符号ｆ にて示しである。第３図から明らかであるように、ハウジング６の１端部分には 円筒状の機械加工した表面１４ｂがある。第５図から明らかであるように、この 表面１４ｂは同様にこのハウジング６の縦方向の対称軸１５ｂに対して偏心状態 に配設されている。この偏心度は縦方向の対称軸１５ｂに対するｅ及びｆの合計 ベクトル（大きさ及び方向）である。

表面１４ｂは第４図から明らかであるように穴１４ｃ内に軽く押し込め嵌めする ことを目的とし、第４図は第３図の２つの変換器部分１０（第２図及び第１１図 ）が組み立てられ、歯車ホイールがかみ合い、一部カバー板７により及び一部歯 車ホイール２により軸方向に画成された開放スペース１６が形成されていること を示す。かくて、カバー板７は潤滑剤がスペース１６から分離するのを防止し、 よって、接着剤の内部への浸み込みを防止すると共に、遠心力の結果、潤滑剤が スペース１６から分離するのを防止するという二重の働きをする。他方、このこ とは変換器を潤滑しなければならない時間的間隔を著しく引き延ばす。カバー板 ７は半径方向の伸長部分を有し、円歯車を有する歯車２の端部壁１７を被うよう にする。２つの歯車ホイール１．２の相対的な回転速度が遅いため、カバー板７ は最小の磨耗を受けるだけである。

ハウジング５．６を互いに回転させることにより、嵌め面１４ａ、１４ｂは偏心 状態に配設されているため、歯車ホイールは互いに変位され、このようにして、 ２つの歯車ホイール間のバックラッシは最小に軽減される。

この相対的な角度関係を調整した後、ノ１ウジング５．６は例えば接着剤を使用 して互いに固定される。

上述した本発明の実施例は本発明の思想の範囲内にて多くの方法にて変形を加え かつ異なったものとすることが出来る。特に、歯車ホイール１．２を互いに半径 方向に偏心させる働きをする偏心嵌め表面１４ａ、１４ｂに代えて、その他の手 段を利用して歯車ホイールが線形に変位するように配設することが出来る。

歯車ホイールを軸に固定し、変換器をそれぞれのハウジング内に固定し、及びハ ウジングを互いに固定するための手段として上述のように接着又はセメント固着 が提案されているが、例えばねじ手段のような別の手段を使用することも可能で ある。歯数はそれぞれ６３．６４として説明したが、それぞれの歯数の差が１以 外の例えば２．３又はそれ以上の値となるような別の歯数とすることも出来る。

ハウジング部分５．６は別個の装置として上述しＩ；が、ハウジング５は変換器 １０のハウジングと一体にし、ノーウジング６は変換器１１のハウジングと一体 にすることが出来る。

さらに、本発明による各種の装置は１列に接続し、測定範囲が拡大されるように することが出来る。

Ｆｉｇ、　５ 国際調査報告 ｍ−−−ａｌ　４＠＠１ｉｌ−Ｔ＠、　ＰＣＴ　／　Ｓ　Ｅ８　ｇ　／　００１ ５３

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．回転可能な軸上に非回転可能に取り付けられた駆動軸（３）を有する絶体的 角度測定型式の第１角度変換器（１０）と、被動軸（４）を有する絶対角度測定 型式の第２角度変換器（１１）と、及び駆動軸及び被動軸にそれぞれ取り付けら れた歯車ホイール（１、２）にして、互いにかみ合うことにより駆動軸の回転速 度を増減させる歯車を形成する前記歯車ホイール（１、２）とを備え、前記２つ の角度変換器、例えばレゾルバ、が軸（３、４）の角度位置の差を測定する装置 に従来の方法にて接続されることを目的とする、回転可能な軸の角度位置を絶体 的に測定するマルチターン型式の角度変換器装置であって、 前記歯車ホイールがそれぞれ内歯を有する歯車ホイール（２）及び外歯を有する 歯車ホイール（１）であり、後者が ａ）内歯を有する歯車ホイール（２）に対して転動し、ｂ）僅か数個の歯数、望 ましくは１歯だけ内歯を有する歯車ホイールの歯数よりも少ない歯数を有し、及 びｃ）前記軸の一方（３又は４）に取り付けられ、内歯を有する歯車ホイール（ ２）が他方の軸上に取り付けられ、それぞれの円筒状のハウジング部分（５及び ６）に属する穴（１４ａ）及び円筒状表面（１４ｂ）の形態の偏心手段が軸（３ 、４）を互いに偏心状態（ｅ）に組み立てるのを許容し得るように配置されるこ とを特徴とする角度変換器装置。
2. ２．内歯を有する歯車ホイール（２）が駆動軸（３）上に取り付けられ、外歯を 有する歯車ホイールが被動軸（４）上に取り付けられ、前記被動軸が駆動軸より も幾分高速の速度にて回転することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の角度 変換器装置。
3. ３．外歯を有する歯車ホイール（１）が駆動軸（３）上に取り付けられ、内歯を 有する歯車ホイール（２）が被動軸（４）上に取り付けられ、被動軸（４）が駆 動軸よりも幾分遅い速度にて回転することを特徴とする請求の範囲第１項に記載 の角度変換器。
4. ４．ハウジング部分が２つの円筒状スリーブ（５、６）を備え、一方のスリーブ
5. （５）の一端は前記スリーブ（５）の縦方向対称軸（１５ａ）に対して偏心状態 に方向決めされた穴（１４ａ）を有し、他方のスリーブ（６）の一端は円筒状の 外面（１４ｂ）を備え、該円筒状の外面がスリーブ（６）の縦軸に対して偏心状 態に方向決めされて前記穴（１４ｂ）内に軽く押し込み嵌めすることを目的とす る伸長ネック部を形成し、穴（１４ａ）及び外面（１４ｂ）の中心が互いに一致 しかつ一方のスリーブ（５）の縦方向対称軸（１５ａ）に対して（ｆ）だけ偏心 状態にあり、かつ他方のスリーブ（６）の綾方向対称軸（１５ｂ）に対してｅと ｆのベクトル和だけ偏心状態にあり、ここで、ｅは歯車ホイールのピッチ半径間 の差、及びｆはスリーブ（５、６）を互いに回転させることにより歯車ホイール 間のバックラッジを軽減するのに適した値であることを特徴とする請求の範囲第 １項乃至第３項の何れかに記載した角度変換器装置。 ５．ハウジング部分（５、６）が別個の円筒状スリーブであることを特徴とする 請求の範囲第４項に記載の角度変換器装置。
6. ６．ハウジング部分の各々がそれぞれの角度変換器（１０、１１）のハウジング と一体に形成されることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに記 載の角度変換器装置。
7. ７．ハウジング部分（５、６）が互いに接着されることを特徴とする請求の範囲 第１項乃至第６項の何れかに記載の角度変換器装置。
8. ８．被動軸（４）上には、角度測定範囲を増大させるための追加的な歯車（１、 ２）、追加的な角度変換器（１０、１１）及び追加的な偏心手段が設けられるこ とを特徴とする請求の範囲第１項乃至第７項の何れかに記載の角度変換器装置。
9. ９．密封カバー板（７）が駆動軸上に固定状態に配設されかつ内歯を有する歯車 ホイールをシールするためにその側面上を伸長することを特徴とする請求の範囲 第８項に記載の角度変換器装置。