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【発明の名称】 回転および回動運動用減速ギヤ
【発明者】 【氏名】ユルゲン キーゼルバッハ
【要約】 【課題】被測定対象装置または駆動軸に連結でき、特に測定装置および駆動装置のための小型化を図った回転および回動運動用減速ギヤを提供する。

【解決手段】減速ギヤは、差動遊星ギヤの形で、被測定対象物の回転角度および／または回転数を光学的に指示可能にする角度ダイヤフラムと共にフレームプレート１０に取り付けられており、差動遊星ギヤは、被測定対象物の軸に係合する入力ギヤ１により構成され、入力ギヤに隣接して内側に歯を有する環状の基準ギヤ２がフレームに固定して取り付けられており、さらに入力ギヤのハブに設けられたピニオンと基準ギヤの内歯１２ａの間に、基準ギヤの内歯および歯の数が基準ギヤの歯数と異なる出力ギヤの内歯９ａの両方に係合する遊星ギヤ６が配置され、出力ギヤ９はピボットレバー３により角度ダイヤフラムの爪に係合し、基準ギヤ、出力ギヤおよびピニオンは共通の回転軸に対して同心に配置される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 被測定対象装置または駆動軸に連結されることができ、且つ測定範囲を拡大する減速された測定運動または大きく減速された駆動運動を発生する回転および回動用、特に測定装置および駆動装置のための減速ギヤであって、差動遊星ギヤ型のギヤが、被測定対象物の回転角度および／または回転数を光学的に示すことを可能にする回転可能に支持された角度ダイヤフラム（１８）と共にフレームプレート（１０）に取り付けられ、前記差動遊星ギヤは、換え歯車の形で設けられて被測定対象装置の駆動環状ギヤ（１７）と係合する入力ギヤ（１）からなり、該入力ギヤ（１）に隣接して内側に歯を有する環状の基準ギヤ（２）が入力ギアの軸に支持されフレームに固定して取り付けられ、前記入力ギヤ（１）のハブ上に配置されたピニオン（１２）と前記基準ギヤ（２）の前記内歯（１２ａ）との間に、前記内歯（１２ａ）と、歯数が前記基準ギヤ（２）と異なる出力ギヤ（９）とに係合する遊星ギヤ（６）が配置され、該出力ギア（９）にはピボットレバー（３）が取り付けられ、出力ギヤ（９）が、該ピボットレバー（３）を介して、前記角度ダイヤフラム（１８）の爪（４）に係合し、前記基準ギヤ（２）、前記出力ギヤ（９）および前記ピニオン（１２）が共通の軸（７）に対して同心に配置されてなり、入力ギアの回転がピニオンおよび遊星ギアを介して出力ギアに伝達され、基準ギアの内歯による遊星ギアの回転が基準ギアの内歯と歯数が異なる歯をそなえた出力ギアを回動させることによって、角度ダイヤフラムを回動させるよう構成したことを特徴とする回転および回動運動用減速ギヤ。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定対象装置または駆動軸に連結することができ、測定範囲を拡大する減速された測定運動または大きく減速された駆動運動を発生する回転および回動（枢動）用減速ギア、特に測定装置および駆動装置のための回転および回動運動用減速ギヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】回転運動および回動（枢動）運動用の減速ギヤは、例えば自動車の運転シミュレータにおいて知られており、通常、ハンドルの回転角度を電子的に測定し、運転状態を表示する画面に３次元シミュレーションとして表示する。
【０００３】近年、回転角度を測定するための装置や回転数を計測するための装置が、自動車のハンドル操作角度センサーのために必要とされている。しかしながら、この場合、測定装置の設置寸法、機能的安全性および精度に関する特別な要求が存在する。
【０００４】米国特許第４、９５２、８７４号は、切替え可能な複数の測定装置を有する位置検出システムを開示しており、このシステムは、３６０°回転可能な工具ホルダを含む工作機械に使用される。米国特許第４、１４５、６０８号は、回転機械部品における基準位置を検出するための装置を提案しており、この装置は、例えば、内燃機関の点火装置の設定のために使用される。また、米国特許第５、５６７、８７４号も、例えばスロットルバルブ（絞り弁）における回転角度を検出するための装置を開示しており、この装置は、例えば、回転角度を対応する抵抗値に変換するために使用できる。
【０００５】これらの従来技術の構成要素を初めに述べたタイプのハンドル操作角度センサーを作るために使用する場合、前記センサーは回転子がハンドルの回転運動に連結された第１のセンサー装置と、回転数を計測する機能を持つ第２のセンサー装置から構成される。そのため、第２のセンサー装置の回転子は、遊星ギヤ方式により４：１のギヤ減速比で第１のセンサー装置の回転子に連結されている。２つの回転子の回転軸は、互いに同心に配置されており、内側の回転子は、高速に回転するようにハンドルのスピンドルに接続される。そして、ハンドルが回転すると、内側の回転子が第２のセンサー装置の外側の回転子を駆動する。この外側の回転子は遊星ギヤを介して駆動される。
【０００６】しかしながら、ステアリングスピンドル、第１のセンサー装置の回転子、第２のセンサー装置の回転子の間の同心的な配置は、従来技術のハンドル回転角度センサーが、縦軸に対して放射方向に、比較的大きな搭載スペースを必要とすることを意味する。さらに、従来技術のハンドル回転角度センサーのセンサー装置の符号は、交番２進コード（Ｇｒａｙ Ｃｏｄｅ）方式の磁気マークの形で設けられる。その検出装置は所謂ホール（Ｈａｌｌ）センサーであり、磁気符号を走査するために、符号ディスクの周囲に配置さている。その結果、非常に大きなスペースを取る比較的高価なハードウェアの構成要素が必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、回転角度を測定するための装置や回転数を計測するための装置における上記従来の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、−４０℃から＋８０℃の温度範囲内で０．５弧度以下の測定精度を持ち、最大直径がステアリング筒（チューブ）の直径の２倍より小さく、最大のハウジングの奥行がステアリング筒の直径の１／２である、シャフト軸の回転角度と回転数およびハンドルの位置を測定するための駆動装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の目的は請求項１に挙げた特徴によって達成されることができる。本発明に係る減速ギヤは、被測定対象装置または駆動軸に連結することができ、測定範囲を拡大する減速された測定運動または大きく減速された駆動運動を発生する回転（運動）および回動（運動）用、特に測定装置および駆動装置のための減速ギヤであって、差動遊星ギヤの形で、被測定対象物の回転角度および／または回転数を光学的に示すことを可能にする回転可能に支持された角度ダイヤフラムと共にフレームプレートに取り付けられる。差動遊星ギヤは換え歯車の形で設けられ、被測定対象装置の駆動環状ギヤと係合する入力ギヤから構成されており、この入力ギヤの隣に内側に歯が設けられた環状の基準ギヤが入力ギアの軸に支持されフレームに固定して取り付けられており、さらに入力ギヤのハブ上に位置するピニオンと基準ギヤの内歯の間に、その内歯と、歯数が基準ギヤと異なる出力ギヤとに係合する遊星ギヤが配置されている。
【０００９】出力ギヤにはピボットレバーが取り付けられ、このピボットレバーによって出力ギアは角度ダイヤフラムの爪に係合しており、基準ギヤ、出力ギヤおよびピニオンは共通の軸に対して同心に配置されている。ここで、角度ダイヤフラムはバネにより予め張力を加えて支持され、カバープレートがフレームプレートに平行に配置され、そのカバープレートに前記軸および角度ダイヤフラムが支持されることがより好ましい。また、入力ギヤは駆動装置のための継ぎ手の形状に設けられ、出力ギヤは出力装置としての中心軸出力部を含むことが好ましい。さらに、入力装置と出力装置がフレームプレートとカバープレートに支持され、減速ギヤが駆動部にフランジで取り付けられ、共に１つの装置を形成することが好ましい。
【００１０】測定および駆動のための本発明の減速ギヤは、例えば、自動車のハンドルの絶対角位置を決定するためのステアリング角度センサーに組み込むことができる。この目的のためには、第１のセンサー装置を第２のセンサー装置に結合する。第１のセンサー装置は、第１の符号が設けられ、ハンドルの回転運動に連結された第１の回転子と、固定子に配置されハンドルの全回転範囲のうちの１つの角度区分内で回転子の符号を走査するように設けられた検出装置、例えばラインセンサー２０から構成される。第２のセンサー装置は、第１のセンサー装置の回転子に１つのギヤを介して連結された回転子と、この回転子によって動かされ得る符号と、固定子に配置されハンドルの全回転範囲内で前記符号を走査するように設けられた検出装置とから構成される。
【００１１】多数の隣接する変換素子により、第１のセンサー装置の検出装置は、センサーの配列に変換できる。このセンサーの配列は、第１のセンサー装置の回転子の符号を走査し、第２の符号を走査するために適している。第１のセンサー装置の回転子３０は符号ディスクの形で設けられている。また符号ディスクの回転軸に対して放射方向に延び、変換素子を構成するセンサー配列、例えばラインセンサー２０は、符号が設けられた符号ディスクの平面に向かって配置されている。
【００１２】第２のセンサー装置の回転子を第１のセンサー装置の回転子に連結するギヤは、換え歯車の形で設けられ、第１のセンサー装置の駆動環状ギヤ１７に係合する入力ギヤ１と、入力ギヤの隣に位置し入力ギアの軸に支持されフレームに固定されて配置され、内側に歯を有する環状の基準ギヤ２を含む。入力ギヤのハブに設けられたピニオンと基準ギヤの内歯の間には、その内歯９ａと、出力ギヤ９として設計され歯数が基準ギヤ２と異なる第２のセンサー装置の回転子との両方に係合する遊星ギヤが配置されている。この回転子は、ピボットレバーにより、第２のセンサー装置の符号が設けられ、この回転子とセンサーの配列の間に旋回心軸回転ができるように支持されたアームの爪に連係している。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１〜３に基づいて説明する。これらの形態は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１４】本発明において、この光電気的に動作するハンドル操作角度センサーは、２つのセンサー装置を含む。第１のセンサー装置は、複数の光−電気変換素子を持つラインセンサー２０を含む。ラインセンサーは、ステアリングコラム１６の回転軸に対して放射状に配置されている。このラインセンサーの長さおよび変換素子によってカバーされる距離は測定対象範囲の全体にわたっており、例えば、放射方向の符号トラックによって占められている。
【００１５】第２のセンサー装置は、ダイヤフラム１８内に配置された光源８を含む。ダイヤフラム１８の先端は、１条の光線をダイヤフラムから出すためのダイヤフラム開口部２１を含む。ダイヤフラム１８は、双方向矢印により示されるように、軸５の周りを回動または枢動することができる。そのために、ダイヤフラム開口部２１から出る光線を、ダイヤフラム１８の位置の関数としてラインセンサー２０の異なる変換素子に当てることができる。ダイヤフラム開口部２１を出た光線を、ラインセンサー２０に当てる平面へと屈折させるために、光学部材（図示されていない）がラインセンサーの上部に配置される。
【００１６】これらのセンサー装置は、想定されている全範囲である４回転（１４４０°）の１つの３６０°の区分内でのハンドルおよびステアリングコラム１６の角位置を検出する働きをする。１４４０°のハンドルの全回転範囲中のステアリングコラム１６の位置を検出するため、ダイヤフラム１８はハンドルを１４４０°の範囲で回したときにダイヤフラム開口部２１から出た光線がラインセンサー２０の全光電面を端から端まで動くように設けられている。ダイヤフラム１８の動きは、本発明のギヤとピボットレバーとにより、ステアリングコラム１６の回転運動に連結されている。
【００１７】使用されているギヤは、差動遊星ギヤであり、その構成要素がフレームプレート１０上に配置されている。遊星ギヤは、高速に回転するようにステアリングコラム１６に接続されている環状ギヤ１７に係合する入力ギヤ１から構成されている。入力ギヤ１の軸７には、第２のセンサー装置の回転子を形成する基準ギヤ２が支持されている。基準ギヤ２は中空ギヤの形状に設けられた内歯１２ａをそなえ、内歯１２ａと、同じく軸７上に支持され入力ギヤ１と出力ギヤ９の間に位置するピニオン１２との間に、遊星ギヤ６が配置されている。さらに、遊星ギヤ６は、入力ギヤ１の隣に位置しフレームに固定されるように配置された内側に歯が設けられた環状の基準ギヤ１と係合している。遊星ギヤ６は、基準ギヤ２の内歯および出力ギヤ９の内歯９ａの両方と係合しているが、基準ギヤ２の歯の数は出力ギヤ９の歯の数と異なる。
【００１８】入力ギヤ１が回転すると、その回転運動がピニオン１２および遊星ギヤ６を介して、外周部にピボットレバー３が取り付けられた出力ギヤ９に伝達される。出力ギヤ９と基準ギヤ２の歯の数は異なるので、基準ギヤ２の内歯に対する遊星ギヤ６の同時回転接触運動は出力ギヤ９を回動させ、その回動運動ががピボットレバー３を回動させる。その自由端において、ピボットレバー３は角度ダイヤフラムレバー１３の１部を構成する爪４に挿入されている。レバー１３のレバー軸はピボット軸５になっており、ダイヤフラム１８がレバー１３のもう１つのアームになっている。第２のセンサー装置の回転子としての働きをする出力ギヤ９の回転運動は、ダイヤフラム１８の上記回動を引き起こす。ギヤ間の遊びを減じるために、ピボットレバー３は、バネ要素Ｓに抗して動作するように設計することもできる。
【００１９】本発明の減速ギヤの１例として、図２は、回転角度の測定および回転数の計測を行うための装置を示す。ステアリングギヤ１５、ステアリングコラム１６、および入力ギヤ１に係合する駆動環状ギヤ１７が示されている。出力端にはセンサー（ラインセンサー）２０の角度範囲１９をカバーする角度ダイヤフラム１８が設けられている。スペースの関係から、入力ギヤと出力ギヤは互いに挿着されており、内側に歯が設けられた基準ギヤ２が入力ギヤ１に対して同心にその内部に配置され、固定されている。基準ギヤ２の内歯１２ａは、同じく内側に基準ギヤ２と異なる数の歯が設けられた出力ギヤ９を包接している。
【００２０】入力ギヤ１のピニオン１２は遊星ギヤ６を駆動する。そのため遊星ギヤ６は、基準ギヤ２および同時に出力ギヤ９に回転接触しながら運動する。基準ギヤ２と出力ギヤ９の異なる歯数および基準ギヤ２と出力ギヤ９に対する遊星ギヤ６の同時回転接触運動によって、出力ギヤ９の回動または枢動を生ぜしめることができる。ほぼ１８０°の旋回心軸回転角度を実現することができる。この例ではほぼ３０°である。
【００２１】入力ギヤ１、基準ギヤ２および出力ギヤ９は、その平らな面が入力ギヤ１および出力ギヤ９の各々の側面から構成され、その円筒形の外面が基準ギヤ２の環状面によって形成される円筒形の装置を形成することができる。このようにすれば、本発明の減速ギヤは、種々の測定および駆動装置に組み込むことができる小型の装置の形で実現できる。
【００２２】図１および図２に示されている実施形態は、入力ギヤを継ぎ手とし、出力ギヤが他の軸、ギヤまたは回転部品に出力が伝達されることを可能にする中心軸出力端を含むように変形することができる。切替えの状態により、連結することができる入力ギヤは、駆動装置と接続することができる。
【００２３】図３によれば、入力ギヤ３１は、フレームプレート１０とカバープレート１１に支持されている軸３７上に配置されている。内歯３９ａを含む出力ギヤ３９も、中空ギヤの形状に設けられ、軸３７上に支持されている。出力ギヤ３９の内歯３９ａと入力ギヤ３１のピニオン１２の間には、遊星ギヤ３６が配置されている。入力ギヤ３１が回転すると、入力ギヤ３１の回転運動が遊星ギヤ３６を介して出力ギヤ３９に伝達される。入力ギヤ３１が被測定対象によって動かされるとすぐに、入力ギヤのハブであるピニオン１２も回転する。
【００２４】遊星ギヤ３６は、ピニオン１２と共に動かされ、出力ギヤ３９の内歯３９ａに対して回転接触運動を行う。出力ギヤ３９の内歯３９ａと基準ギヤ３２の内歯３２ａの歯数が異なるために、出力ギヤ３９、それに固定接続されている軸３７が、遊星ギヤ３６の回転中、差速度で回転し、１：３００までの減速比を得ることが可能である。
【００２５】本発明による減速ギヤのさらに他の実施形態においては、入力側および出力側のフレームプレートおよびカバープレートを、入力側の装置または出力側の装置に直接に接続されて１つの装置を形成できるようにする。好ましくは、ボルトまたはクランプロックによって互いに取外し可能に接続される適宜に設計されたフランジを用いることによって実現することができる。
【００２６】本発明の好ましい実施形態を列挙すれば、以下の通りである。
１．請求項１に記載の回転角度および回転数を測定するための装置の減速ギヤにおいて、前記角度ダイヤフラム（１８）がバネにより予め張力を加えて支持されている減速ギヤ。
【００２７】２．請求項１または上記（１）に記載の減速ギヤであって、前記フレームプレート（１０）に平行に配置され、前記軸（７）および前記角度ダイヤフラム（１８）が支持されるカバープレート（１１）が設けられている減速ギヤ。
【００２８】３．請求項１、上記（１）〜（２）のいずれかに記載の減速ギヤであって、前記入力ギヤ（１）が駆動装置のための継ぎ手の形状に設けられ、前記出力ギヤ（９）が出力装置としての中心軸出力部を含む減速ギヤ。
【００２９】４．上記（３）に記載の減速ギヤであって、入力装置および出力装置が前記フレームプレートおよび前記カバープレートに支持され、駆動部にフランジで取り付けられて共に１つの装置を形成する減速ギヤ。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、種々の測定および駆動装置に組み込むことができ、特に自動車のハンドル操作における回転角度を測定するための装置や回転数を計測するための装置に組み込んで、小型装置の実現を可能とする減速ギヤが提供される。
【００３１】本発明の減速ギヤを適用する装置はまた、例えば、工作機械または織機のための直線運動可能なスライドから構成されてもよい。この場合には、その直線運動は、適当な運動変換装置によって減速装置の回転入力運動に変換される。最初に説明したステアリング角度センサーへの応用と類似した方法で、機械の増分距離測定が、本発明の減速ギヤによりその信号が直線運動に対するリミットスイッチ機能に変換される時計ディスクのような適宜な検出装置によって実現することができる。
【出願人】 【識別番号】５９５０４３８３７
【氏名又は名称】ペー・ヴェー・ベー − ルーラテック インダストリープロダクテ ゲー・エム・ベー・ハー
【氏名又は名称原語表記】ＰＷＢ−Ｒｕｈｌａｔｅｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｐｒｏｄｕｋｔｅ ＧｍｂＨ
【出願日】 平成１２年９月５日（２０００．９．５）
【代理人】 【識別番号】１０００７１６６３
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 保夫 （外１名）
【公開番号】 特開２００１−１３２８０２（Ｐ２００１−１３２８０２Ａ）
【公開日】 平成１３年５月１８日（２００１．５．１８）
【出願番号】 特願２０００−２６８４５２（Ｐ２０００−２６８４５２）