JP2007271532A - ロータリエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトの軸方向の動きを円滑にすることができるロータリエンコーダを提供する。
【解決手段】ロータ３の中心部に支持孔３２ａを形成し、ロータ３に回転力を伝えるシャフト５を支持孔３２ａに対してロータ３の中心軸Ｓ方向へ沿って挿抜可能に嵌合する。ホルダ７によってロータ３及びシャフト５を回転可能に支持する。ロータ３を任意の回転角度位置に保持するために位置保持手段１０によってロータ３の中心軸Ｓとほぼ直交する方向Ｄから常時ロータ３に付勢力を与える。
【選択図】図１

Description

この発明は光学式や磁気式のロータリエンコーダに関する。

従来、シャフトとこのシャフトの一端部に固定される鏡面回転円板（ロータ）とこれらを支持するケース（ホルダ）とを備えるロータリエンコーダが知られている（下記特許文献１参照）。

ケースは基板に固定されている。ケースは筒状の軸受を有する。

シャフトはケースの軸受に挿入され、軸受に回転可能に支持されている。

鏡面回転円板の表面には、その中心から放射状に広がる折りがつけられている。この折りは鏡面回転円板の周方向へ交互に並ぶ山と谷とで構成される。

基板上に発光素子と受光素子とが近接配置されている。両素子はそれぞれ鏡面回転円板と対向する。

鏡面回転円板が回転して折りの山の部分が発光素子の前を通過するとき、発光素子から放射された光は折りの山の部分で反射され、その反射光は受光素子に受光される。このとき受光素子は受信信号を出力する。

鏡面回転円板が回転して折りの谷の部分が発光素子の前を通過するとき、発光素子から放射された光は折りの谷の部分で反射され、その反射光は受光素子に受光されない。したがって、受光素子は受信信号を出力しない。

従来の技術として、上述のロータリエンコーダの基本構成の他に、押圧式スイッチやクリック機構を備えたロータリエンコーダがある。

押圧式スイッチをシャフトで押圧できるようにするために、シャフトはロータとともに中心軸方向へ移動可能である。シャフトの下端部は押圧式スイッチの押圧面に接触し、そのスイッチ内に収容されたばねの付勢力が常時シャフトを押し上げる力としてシャフトの下面に押圧式スイッチの押圧面を介して作用する。また、シャフトを回転させたときにクリック感を生じさせるクリック機構として、ロータの外周面に周方向へ等間隔に突起を形成し、この突起にロータの径方向からディテント（常時ロータを押圧するピン）を押し付ける構成が採用されている。
特開平１０−２６７６９２号公報（段落００１１〜００１２、図１参照）

上述のロータリエンコーダでは、ロータがディテントによって径方向へ常時押圧されるためシャフトが軸受内で傾き、シャフトが軸受の内周面に強く接触するため、シャフトを指で押し下げて押圧式スイッチを動作させるとき、シャフトが軸方向へスムースに動作しないという問題があった。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題はシャフトの軸方向の動きを円滑にすることができるロータリエンコーダを提供することである。

前述の課題を解決するため請求項１の発明のロータリエンコーダは、ロータと、前記ロータの中心部に形成された支持孔に対して前記ロータの中心軸方向へ挿抜可能に嵌合され、前記ロータに回転力を伝えるシャフトと、前記ロータ及び前記シャフトを回転可能に支持するホルダと、前記ロータの中心軸とほぼ直交する方向から常時前記ロータに付勢力を与えて前記ロータを所定の回転角度位置に保持する位置保持手段とを備えていることを特徴とする。

上述のように請求項１に係る発明のロータリエンコーダでは、ロータとロータの支持孔に挿抜可能に嵌合されるシャフトとを備えているので、ロータに対する位置保持手段の付勢力が直接シャフトに加わることがない。この結果、シャフトが位置保持手段の付勢力によって傾くことが殆どなく、シャフトの軸方向の動きが円滑になる。

請求項２の発明は、請求項１記載のロータリエンコーダにおいて、前記支持孔に嵌合される前記シャフトの下端部の下方に、前記シャフトが前記中心軸方向へ所定量以上押し下げられたときに機能するスイッチが配置されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２記載のロータリエンコーダにおいて、前記スイッチの押圧面と対向する前記シャフトの下端面に前記スイッチの押圧面に接触する突起が形成されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載のロータリエンコーダにおいて、前記支持孔が十字状であり、その支持孔に嵌合される前記シャフトの下端部がほぼ十字状であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載のロータリエンコーダにおいて、前記シャフトを常時押し上げる方向へ付勢して前記シャフトを初期位置に保持する付勢部材を備えていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のロータリエンコーダにおいて、前記位置保持手段が前記ホルダ内に収容されていることを特徴とする。

この発明によれば、シャフトの軸方向の動きを円滑にすることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の第１実施形態に係るロータリエンコーダの分解斜視図、図２は図１に示すロータリエンコーダの断面図、図３は図１に示す下ホルダ分割体の斜視図、図４は図１に示す位置保持手段とロータとの係合状態を示す正面図、図５は同位置保持手段とロータとの係合状態を示す底面図である。

図１〜５に示すように、このロータリエンコーダはロータ３とシャフト５とホルダ７と位置保持手段１０とを有する。

ロータ３はリング状部３１と連結部３２と係合部３３とを有する。ロータ３は合成樹脂で形成されている。

リング状部３１には、２５個のスリット３１ａが周方向へ等間隔に形成されている。

連結部３２はほぼ円筒状であり、支持孔３２ａを有する。支持孔３２ａ十字形である。連結部３２はリング状部３１の上面中央部に形成されている。

係合部３３はほぼ円筒状であり、連結部３２と同軸である。連結部３２の外周面には周方向へ等間隔に２５個の突起３３ａが形成されている。突起３３ａはロータ３の中心軸Ｓと平行に延び、その断面形状はほぼＤ字形である（図４、５参照）。

ロータ３はいわゆる２５クリック用のものであり、シャフト３を１回転させる間に２５回クリック感が得られる。

シャフト５は軸部５１と嵌合部（下端部）５２と装着部５３とを有する。シャフト５は合成樹脂で形成されている。

軸部５１は後述する軸受部８２に挿入される。

嵌合部５２は十字形であり、軸部５１の下端部に設けられている。嵌合部５２はロータ３の支持孔３２ａに対してロータ３の中心軸Ｓ方向へ挿抜可能に嵌合される。図２に示すように、嵌合部５２の下面には突起５４が形成されている。突起５４は後述するスイッチ１４の押圧面１４２ａに接触する。

装着部５３は軸部５１の上端部に設けられている。装着部５３の断面形状はＤ字形である。装着部５３にはノブ１５が装着される。

ホルダ７は上ホルダ分割体８０と下ホルダ分割体９０とで構成されている。ホルダ７は合成樹脂で形成されている。

上ホルダ分割体８０はカバー部８１と軸受部８２とを有する。

カバー部８１はほぼ８角形の筐体状である。カバー部８１は後述する下ホルダ分割体９０の支持部９１及び環状部９２を覆うとともに、ロータ３を収容する。カバー部８１の上面には凹部８１ａ，８１ｂ，８１ｃが形成されている。凹部８１ａは後述するＬＥＤ（レーザ発光ダイオード）４２との干渉を避けるためのものである。凹部８１ｂは後述するＬＥＤ４３との干渉を避けるためのものである。２５クリック用のロータ３の代わりに１６クリック用のロータ（図示せず）を用いた場合、ＬＥＤ４３は取付け基板４１のＰの部分（図１参照）に移動させられるが、凹部８１ｃは基板４１のＰの部分に移動したＬＥＤ４３との干渉を避けるためのものである。また、カバー部８１の上面には位置決め突起８１ｄが形成されている。

軸受部８２はカバー部８１の上面の中心部に設けられている。軸受部８２はシャフト５を回転可能に支持する。

上ホルダ分割体８０の側面には一対の切欠き８１ｅが形成されている。一対の切欠き８１ｅは軸受部８２の径方向で対向する。各切欠き８１ｅの上辺には位置決め突起８１ｆが形成されている。切欠き８１ｅは後述する結合部９６との干渉を避けるためのものである。位置決め突起８１ｆは結合部９６に形成された位置決め孔９６ａに挿入される。

下ホルダ分割体９０は支持部９１と環状部９２とフレーム部９３と支柱部９４とを有する。

支持部９１は円筒状であり、ロータ３の係合部３３内に挿入され、ロータ３を回転可能に支持する。

環状部９２は支持部９１を取り囲んでいる。環状部９２と支持部９１との間には、環状の空間９５が形成される。空間９５内には係合部３３が収容される。

環状部９２の上面には、凹部９２ａと一対の溝９２ｂとが形成されている（図３参照）。凹部９２ａは環状部９２の径方向へ延び、一端は空間９５に通じている。一対の溝９２ｂは凹部９２ａの両側に配置されている。環状部９２の下面には、上ホルダ分割体８０と同様に、後述するフォトトランジスタ２２，２３との干渉を避けるための３つの凹部（図示せず）が形成されている。

フレーム部９３は環状部９２の外周面に設けられている。フレーム部９３の下面には位置決め突起９３ａが形成されている。

支柱部９４はほぼ円筒状であり、フレーム部９３の上面に形成されている。支柱部９４には雌ねじ９４ａが形成されている。支柱部９４と環状部９２とは結合部９６で結合されている。結合部９６の上面には位置決め孔９６ａが形成されている。

位置決め手段１０はスプリング１１とボール１２とで構成されている。位置決め手段１０は下ホルダ分割体９０の収容凹部９２ａに収容されている。ボール１２はロータ３の中心軸Ｓと直交する方向Ｄ（図４，５参照）へスプリング１１のばね力によってロータ３の係合部３３に常時押し付けられる。

スプリング１１とボール１２とが収容凹部９２ａから飛び出さないように、下ホルダ分割体９０にはストッパ１６が装着される。ストッパ１６はほぼＵ字形であり、一対の脚部１６ａを有する。脚部１６ａは溝９２ｂに挿入されて下ホルダ分割体９０に固定される。

下ホルダ分割体９０はボルト２５によってエンコーダ基板２１の上面に固定される。

エンコーダ基板２１には切欠き２１ａが形成されている。切欠き２１ａは下ホルダ分割体９０の位置決め突起９３ａと係合して下ホルダ分割体９０を位置決めする。

エンコーダ基板２１の上面にはスイッチ１４とフォトトランジスタ２２，２３と雄コネクタ２４とが実装されている。スイッチ１４はハウジング１４１とボタン１４２とばね１４３（付勢部材）とを有する。ハウジング１４１はボタン１４２を所定範囲内で上下方向（中心軸Ｓと平行）へ移動可能に保持する。ボタン１４２は押圧面１４２ａを有する。ばねはボタン１４２及びシャフト５を上方へ常時付勢する。

エンコーダ基板２１に電気的に接続される取付け基板４１には、孔４１ａと位置決め孔４１ｂとが形成されている。孔４１ａは上ホルダ分割体８０の軸受部８２を通す。位置決め孔４１ｂは上ホルダ分割体８０の位置決め突起８１ｄを受け容れ、上ホルダ分割体８０を位置決めする。

取付け基板４１にはＬＥＤ４２（ピン端子だけを示す），４３と雌コネクタ４４とが実装されている。ＬＥＤ４２はフォトトランジスタ２２に対向する。ＬＥＤ４３はフォトトランジスタ２３に対向する。雌コネクタ４４は雄コネクタ２４に接続される。

ロータ３とシャフト５とホルダ７とを組み合わせた後、取付け基板４１のボルト通し孔（図示せず）にボルト４５を通し、そのボルト４５を支柱部９４の雌ねじ９４ａにねじ込むことにより、ホルダ７は取付け基板４１に固定される。

次に、ロータリエンコーダの動作について説明する。

ノブ１５を回すと、その力がシャフト５を介してロータ３に伝わり、ロータ３が回転する。このとき、ボール１２はロータ３の係合部３３の外周面上を周方向へ相対的に移動してロータ３の幾つか突起３３ａを乗り越える。ボール１２が突起３３ａを乗り越える度に操作者はクリック感を得られる。また、ボール１２が突起３３ａと突起３３ａとの境界に入ることによってロータ３は所定回転角度ごとに軽く係止され、所定のトルク以上でノブ１５を回転させない限り、ロータ３はその回転角度位置に係止される。

このとき、位置保持手段１０によってロータ３に中心軸Ｓと直交する方向Ｄの力が加わるが、シャフト５とロータ３とは分離し、またロータ３のＤ方向の力はカバー部８１や支持部９１によって受け止められるので、この力はシャフト５に殆ど伝わらない。この結果、シャフト５は軸受部８２内で殆ど傾くことがない。

フォトトランジスタ２２がロータ３のスリット３１ａを通じてＬＥＤ４２からの光を受光すると、フォトトランジスタ２２はパルス信号を出力する。このとき、ロータ３のスリット３１ａとスリット３１ａとの間の部分でＬＥＤ４３からフォトトランジスタ２３へ向けて出射された光が遮られるので、フォトトランジスタ２３はパルス信号を出力しない。これにより、ロータリエンコーダはロータ３の回転方向も検出できる。

フォトトランジスタ２２，２３の出力信号は、例えば、図示しないディスプレイの画面中に並べられた選択項目を選択する信号として用いられる。

ノブ１５を回して希望する項目を選択したら、初期位置のノブ１５を中心軸Ｓ方向へ押圧する。この力は、シャフト５に伝わり、シャフト５は突起５４を介してスイッチ１４を押圧する。この結果、スイッチ１４が閉じ、選択した項目が実行される。選択した項目のプログラムが実行され、それが完了したら、ノブ１５から指を離す。指を離すと、スイッチ１４のばね１４３によってシャフト５が押し戻されてシャフト５及びノブ１５が初期位置に戻る。

このように、ノブ１５を中心軸Ｓ方向へ押圧操作するときやシャフト５が初期位置に戻るとき、シャフト５は殆ど傾いていないので、シャフト５が軸受部８２等に引っ掛かることがなく、その軸方向（中心軸Ｓと平行）へスムースに動く。

以上のように、この実施形態によれば、シャフト５の軸方向の動きを円滑にすることができる。

また、シャフト５の連結部５２及びロータ３の支持孔３２ａがそれぞれ十字状であるので、それらが一字形のものに比べてガタを少なくすることができる。

更に、ロータ３、シャフト５及びホルダ７を合成樹脂で形成することにより、静電対策がなされる。

図６はこの発明の第２実施形態に係るロータリエンコーダの断面図、図７は図６に示すシャフトの分解斜視図である。

第１実施形態と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。以下、主な相違部分についてだけ説明する。

第２実施形態はシャフト２０５だけが第１実施形態と異なる。

シャフト２０５の軸部２５１には中空部２５１ａが形成されている。中空部２５１ａは３つの隔壁２５１ｂで仕切られている。また、軸部２５１には平面部２５１ｃが形成されている。

第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、シャフト２０５の軸受部８２に接する面積を小さくできるので、シャフト２０５の軸方向の動きをより円滑にすることができる。

なお、上述の実施形態では、発光素子として、ＬＥＤ４２，４３を用い、受光素子としてフォトトランジスタ２２，２３を用いたが、発光素子、受光素子はこれらに限られない。

また、シャフト５の嵌合部５２は十字形であるが、嵌合部５２の形状はこれに限られず、例えば、４角形状、６角形状、楕円形状でも構わず、要は、シャフト５の回転力をロータ３に伝達できる形状であればよい。同様に、シャフト５の装着部５３の形状も断面Ｄ字形に限られず、４角形状、６角形状、楕円形状でも構わず、要は、ノブ１５の回転力がシャフト５に伝達される形状であればよい。

なお、シャフト５を初期位置に戻す付勢部材として、スイッチ１４に内蔵されたばね１４３を用いたが、付勢部材をスイッチ１４とは別の独立部品として採用しても構わない。

また、位置保持手段１０はスプリング１１とボール１２とで構成されているが、位置保持手段を例えば板ばねとプレートとで構成してもよい。

なお、上述の実施形態では、位置保持手段１０はホルダ７に収容されているが、必ずしも位置保持手段１０をホルダ７に収容する必要はない。

また、上述の実施形態は光学式のロータリエンコーダであるが、この発明は磁気式等のロータリエンコーダにも適用できる。

図１はこの発明の第１実施形態に係るロータリエンコーダの分解斜視図である。 図２は図１に示すロータリエンコーダの断面図である。 図３は図１に示す下ホルダ分割体の斜視図である。 図４は図１に示す位置保持手段とロータとの係合状態を示す正面図である。 図５は同位置保持手段とロータとの係合状態を示す底面図である。 図６はこの発明の第２実施形態に係るロータリエンコーダの断面図である。 図７は図６に示すシャフトの分解斜視図である。

符号の説明

３ ロータ
３２ａ 支持孔
５ シャフト
５２ 連結部（下端部）
５４ 突起
７ ホルダ
８０ 上ホルダ分割体
９０ 下ホルダ分割体
１０ 位置保持手段
１１ スプリング
１２ ボール
１４ スイッチ
１４２ａ 押圧面

Claims (6)

1. ロータと、
   前記ロータの中心部に形成された支持孔に対して前記ロータの中心軸方向へ挿抜可能に嵌合され、前記ロータに回転力を伝えるシャフトと、
   前記ロータ及び前記シャフトを回転可能に支持するホルダと、
   前記ロータの中心軸とほぼ直交する方向から常時前記ロータに付勢力を与えて前記ロータを所定の回転角度位置に保持する位置保持手段と
   を備えていることを特徴とするロータリエンコーダ。
2. 前記支持孔に嵌合される前記シャフトの下端部の下方に、前記シャフトが前記中心軸方向へ所定量以上押し下げられたときに機能するスイッチが配置されていることを特徴とする請求項１記載のロータリエンコーダ。
3. 前記スイッチの押圧面と対向する前記シャフトの下端面に前記スイッチの押圧面に接触する突起が形成されていることを特徴とする請求項２項記載のロータリエンコーダ。
4. 前記支持孔が十字状であり、その支持孔に嵌合される前記シャフトの下端部がほぼ十字状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のロータリエンコーダ。
5. 前記シャフトを常時押し上げる方向へ付勢して前記シャフトを初期位置に保持する付勢部材を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のロータリエンコーダ。
6. 前記位置保持手段が前記ホルダ内に収容されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のロータリエンコーダ。

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