JP2007287409A - 回転操作型エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】回転操作によって矩形波を出力する回転操作型エンコーダに関し、摺動耐久性が向上されたものを提供することを目的とする。
【解決手段】摺動子５の接触部５Ａ，５Ｂが回転移動する３６０度の角度範囲におけるケース１１の凹部１１Ａ底面において、コモン電極パターン２および信号用電極パターン３，４が同一平面上に配設されている摺動平面部１１Ｃに対し、上記各電極が設けられていない円周凹部１１Ｅを低い高さ位置に構成したものとし、その円周凹部１１Ｅの位置で上記摺動子５の弾接状態が軽減されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器の入力操作部などに用いられ、回転操作により矩形波を出力する回転操作型エンコーダに関するものである。

近年、各種電子機器はデジタル信号で制御処理されることが多くなり、それに伴って上記電子機器への入出力信号もデジタル信号で行われるものが増加している。そして、それらの電子機器に使用される電子部品もオン・オフ信号の繰り返しである矩形波を出力する回転操作型エンコーダが上記電子機器の制御用に多く採用されると共に、その耐久性の向上も要望されるようになってきた。

このような従来の回転操作型エンコーダについて、図６〜図９を用いて説明する。

図６は従来の回転操作型エンコーダの断面図、図７は同分解斜視図、図８は同要部であるケースの平面図、図９は同要部である摺動子の平面図である。

同図において、１は、上方開口で箱形の絶縁樹脂からなるケースであり、開口した凹部１Ａの底面に、良導電性の薄板金属板からなるコモン電極パターン２および信号用電極パターン３，４を備えている。

５は、良導電性の弾性薄板金属からなる摺動子であり、操作軸６下方のフランジ部６Ａ下面に設けられたかしめ用突起６Ｃが潰し固定されてフランジ部６Ａ下面に固着されている。この摺動子５は、上記コモン電極パターン２上を弾接摺動する接触部５Ａと上記信号用電極パターン３，４上を弾接摺動する接触部５Ｂとを備えている。

そして、上記操作軸６は、フランジ部６Ａ下面中央に設けられた円柱状の突部６Ｂが上記ケース１の凹部１Ａ中央に設けられた中央穴１Ｂに回転可能に保持され、上方は、ケース１の開口部分を覆うようにしてケース１の上面に取り付けられた絶縁樹脂からなる軸受７の嵌合孔７Ａに挿通されて３６０度回転可能に支持されている。

なお、上記軸受７には、かしめ用突起を潰されることによって取り付けられた弾性薄板金属製のバネ８が配されており、そのバネ８が操作軸６のフランジ部６Ａ上に弾接して適度な回転トルクを生じさせている。

そして、上記ケース１にインサート成形されて固定されたコモン電極パターン２および信号用電極パターン３，４は、図８に示すように、ケース１の中央穴１Ｂと各々同心の同一円周上で、その配設角度は、円周全域よりも狭いほぼ１／２の角度範囲内に配置されている。

ここで、まず信号用電極パターン３，４の形状や配置状態から説明すると、図８に示すように、上記信号用電極パターン３は導通した二つの信号用電極３Ａ，３Ｂを備え、また、信号用電極パターン４も同じく導通した二つの信号用電極４Ａ，４Ｂを備えており、それらの信号用電極３Ａ，３Ｂと信号用電極４Ａ，４Ｂとが同一円周上に位置するように、信号用電極パターン３，４は左右に並べて併設されている。なお、信号用電極パターン３と信号用電極パターン４は同じ部材を用いているが、その配設位置としてはＡ相用に相当する信号用電極パターン３に対しＢ相用に相当する信号用電極パターン４は円周方向で相対的に一つの信号用電極を形成する角度の１／２の角度をずらして配置されている。

一方、コモン電極パターン２は、信号用電極パターン３，４の内周位置に並べて略半円リング状に構成されており、その配設角度範囲は、Ａ相用の信号用電極パターン３の外方側（左側）に位置する信号用電極３Ａの円周方向側の左側端部からＢ相用の信号用電極パターン４の外方側（右側）に位置する信号用電極４Ｂの円周方向側の右側端部間の角度範囲より僅かに広い角度範囲で設けられている。

そして、これらコモン電極パターン２およびＡ相用の信号用電極パターン３、Ｂ相用の信号用電極パターン４のそれぞれは、互いに電気的に絶縁状態で配され、ケース１の外側へ延設された端子９（９Ｃおよび９Ａ，９Ｂ）とそれぞれ繋がっている。

そして、操作軸６に固着されている摺動子５は、図９に示すように、回動中心に対して同一円周上で９０度毎の四分割された角度位置毎に、コモン電極パターン２上を摺接する内周側の接触部５Ａと信号用電極パターン３，４上を摺接する外周側の二つの接触部５Ｂとを一組として各々備え、上記一組毎の接触部５Ａ，５Ｂは、回動中心に対し、径方向に同一線上に並べて配されている。

従来の回転操作型エンコーダは、以上のように構成されており、次にその動作を説明する。

まず、操作軸６を回転操作すると、その下面に固着された摺動子５は、ケース１に対して相対的に回転し、内周側の接触部５Ａがコモン電極パターン２上を摺動し、外周側の二つの接触部５ＢがＡ相用の信号用電極パターン３の信号用電極３Ａ，３ＢおよびＢ相用の信号用電極パターン４の信号用電極４Ａ，４Ｂ上を規則的に接離しながら回転摺動する。

そして、上記摺動子５の四組の接触部５Ａ，５Ｂの回転摺動によって、端子９Ａと端子９Ｃとの間でＡ相の矩形波が規則的に出力され、また端子９Ｂと端子９Ｃとの間でＡ相に比べてオンおよびオフ位置が１／２ずれたＢ相の矩形波が規則的に出力される。

このとき、コモン電極パターン２および信号用電極パターン３，４上を弾接摺動する摺動子５の接触部５Ａ，５Ｂは、円周を均等に四分割する角度位置に各々設けられているので、操作軸６を３６０度回転させると、上記摺動子５の四箇所の接触部５Ａ，５ＢがＡ相用の二箇所の信号用電極３Ａ，３Ｂと順次接離することによりＡ相出力として八回の矩形波が出力され、同様にＢ相用の二箇所の信号用電極４Ａ，４Ｂにも順次接離することによりＢ相出力としてＡ相とは１／２の位相差をもつ八回の矩形波が出力されるものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００４−２１９２９７号公報

しかしながら、上記従来の回転操作型エンコーダにおいては、使用される電子機器の多機能化による回転操作型エンコーダの使用頻度の増加などに伴い、回転操作回数が増して、摺動子５の接触部５Ａ，５Ｂがコモン電極パターン２および信号用電極パターン３，４上を摺動する距離が長くなる傾向にあった。ここで、接触部５Ａ，５Ｂが大きく摺動磨耗をしてしまうとコモン電極パターン２および信号用電極パターン３，４との接触不安定などの発生も懸念されるようになるので、回転操作による摺動耐久性の向上が課題となってきた。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、摺動耐久性を向上して長期に亘って接触性が安定した回転操作型エンコーダを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、コモン電極と信号用電極とが底面に配設された絶縁樹脂製のケースと、上記各電極と相対的に回転摺動可能に回転体に固定された弾性を有する摺動子とを備えた回転操作型エンコーダであって、上記各電極が同一平面上の所定の第一角度範囲のみに配設され、上記各電極が設けられていない第二角度範囲の底面の高さ位置が、上記第一角度範囲の底面の高さ位置よりも低い位置で設けられ、上記第二角度範囲で上記摺動子の弾接状態が軽減される構成とされていることを特徴とする回転操作型エンコーダとしたものであり、各電極が設けられていない第二角度範囲において摺動子に加わる圧力が軽減されるものとしたため、接触部分の摺動磨耗が抑えられて摺動耐久性が向上され、長期に亘って接触安定性に優れた回転操作型エンコーダを実現できるという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第二角度範囲の第一角度範囲との境に傾斜面が設けられていることを特徴とするものであり、回転体が回転操作されてそれに固着された摺動子が第一角度範囲と第二角度範囲との間を摺動していく際に、上記位置で傾斜面を設けておくと滑らかに摺動移動していくものにでき、摺動子に加わる接触圧力の急激な変化の発生が低減され、より摺動耐久性の優れたものにできるという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、第二角度範囲に設けられた傾斜面の第一角度範囲側の境が、曲面で繋がれた形状とされていることを特徴とするものであり、その境の部分を含めて摺動子に加わる接触圧力の変化が滑らかに変化するものにできて摺動磨耗がさらに抑えられたものにできるという作用を有する。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第二角度範囲の底面位置が、上記摺動子が弾接摺動しない間隔まで離して設けられていることを特徴とするものであり、第二角度範囲では摺動子がケース底面に接触しない構成であるため、実質的に摺動距離の少ないものとして実現できるという作用を有する。

以上のように本発明によれば、摺動耐久性が向上された回転操作型エンコーダを提供することができるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による回転操作型エンコーダの断面図、図２は同分解斜視図、図３は同要部であるケースの平面図である。

同図において、１１は、上方開口の凹部１１Ａを備えた箱形の絶縁樹脂からなるケースで、その凹部１１Ａ底面には、一つの良導電性の薄板金属板から打ち抜き加工して形成されたコモン電極パターン２および信号用電極パターン３，４が配されている。

５は良導電性の弾性薄板金属からなる摺動子、６は回転体としてなる操作軸であり、上記摺動子５は、操作軸６下方のフランジ部６Ａ下面のかしめ用突起６Ｃが潰されることによってフランジ部６Ａ下面に固着されている。この摺動子５は、斜め下方に曲げ加工されてばね性を有した脚状の接触部５Ａ，５Ｂを備え、この接触部５Ａおよび５Ｂが上記コモン電極パターン２および信号用電極パターン３，４上を各々弾接摺動する。

そして、上記操作軸６は、フランジ部６Ａ下面中央に設けられた円柱状の突部６Ｂがケース１１の凹部１１Ａの底面中央に設けられた中央穴１１Ｂに回転可能に保持され、上方の軸部はケース１１の開口部分を覆うようにしてケース１１上面に取り付けられた軸受７の嵌合孔７Ａに挿通されて回転可能に嵌合支持されている。また、上記軸受７には、かしめ用突起を潰されることによって取り付けられた弾性薄板金属からなるバネ８が配されており、そのバネ８が操作軸６のフランジ部６Ａに弾接して適度な回転トルクを生じさせている。

そして、上記ケース１１にインサート成形されて固定されたコモン電極パターン２および信号用電極パターン３，４は、図３に示すように、ケース１１の中央穴１１Ｂから間隔をあけて、各々同心の同一円周上で、その配設角度は、円周全域よりも狭いほぼ１／２の角度範囲内に配置されている。

上記信号用電極パターン３および４は、それぞれ導通した二つの信号用電極３Ａ，３Ｂおよび４Ａ，４Ｂを有し、それらがケース１１の凹部１１Ａ底面に露出して同一円周上に並ぶように併設されて固定されている。その配置位置としては、図３にも示したように、Ａ相用の信号用電極パターン３が左側の位置に配され、Ｂ相用の信号用電極パターン４が右側の位置に配されている。このＡ相用の信号用電極パターン３とＢ相用の信号用電極パターン４の配設位置としては、Ａ相用の信号用電極パターン３に対しＢ相用の信号用電極パターン４は円周方向で相対的に一つの信号用電極を形成する角度の１／２の角度をずらして配置されている。

そして、コモン電極パターン２は、同一円周上に並べて配設された信号用電極パターン３，４の両方で構成される配設角度範囲より僅かに広い角度範囲で、信号用電極パターン３，４の内周位置に並べて半円リング状に構成されている。

これらのコモン電極パターン２およびＡ相用の信号用電極パターン３、Ｂ相用の信号用電極パターン４のそれぞれは、互いに電気的に絶縁状態で配され、ケース１１の外側へ延設された端子９（９Ｃおよび９Ａ，９Ｂ）とそれぞれ繋がっている。なお、コモン電極パターン２は、Ａ相用の信号用電極パターン３とＢ相用の信号用電極パターン４との間の絶縁部分に延設部が配されて端子９Ｃと繋がっている。

そして、上記操作軸６に固着された摺動子５は、上記コモン電極パターン２上を摺接する内周側の接触部５Ａと信号用電極パターン３，４の信号用電極３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ上を摺接する外周側の二つの接触部５Ｂとが一組とされ、それが回転円周上の等分四分割される位置毎にそれぞれ設けられている。その一組毎の接触部５Ａ，５Ｂは、回動中心に対して半径方向の同一直線上に並べて配されている。

以上の部分は、従来の回転操作型エンコーダと同様の構成部分であるが、本発明の実施の形態によるものは、ケース１１の凹部１１Ａ底面の摺動子５の接触部５Ａ，５Ｂが回転摺動する３６０度の角度範囲の内、上記コモン電極パターン２および信号用電極パターン３，４の信号用電極３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂが同一平面上で配設されている第一角度範囲としてなる摺動平面部１１Ｃに対して、上記各電極が設けられていない第二角度範囲としてなる円周凹部１１Ｅが摺動平面部１１Ｃよりも低い底面高さ位置で構成されていると共に、この円周凹部１１Ｅの上記摺動平面部１１Ｃに繋がる部分を傾斜面からなる摺動傾斜部１１Ｄとして形成して繋いでいることを特徴とするものである。

つまり、図１からも判るように、第一角度範囲としての摺動平面部１１Ｃの高さ位置としては、摺動子５の接触部５Ａ，５Ｂが所定の撓み量で撓んで摺動平面部１１Ｃ上に弾接する高さで設定され、第二角度範囲としての円周凹部１１Ｅは、摺動子５が上記弾接状態の撓みからバネ性により自己復元して円周凹部１１Ｅから離れて浮いた状態となる高さ位置で設けられている。なお、上記摺動傾斜部１１Ｄの上記摺動平面部１１Ｃと繋がる部分は曲面で繋げている。

本発明による回転操作型エンコーダは、以上のように構成され、操作軸６を回転操作すると、そのフランジ部６Ａ下面に固着された摺動子５が、ケース１１に対して相対的に回転し、内周側の接触部５Ａがコモン電極パターン２上を摺動し、外周側の二つの接触部５Ｂが信号用電極パターン３，４の信号用電極３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ上を規則的に接離しながら摺動する。

そして、上記摺動子５の四組の接触部５Ａ，５Ｂの摺動によって、端子９Ａと端子９Ｃとの間からＡ相の矩形波が連続して出力され、また端子９Ｂと端子９Ｃ間からＡ相に比べてオン・オフ位置が１／２ずれたＢ相の矩形波が連続して出力される。

また、摺動子５の接触部５Ａ，５Ｂは、円周を均等に四分割する角度位置に各々設けられているので、操作軸６を３６０度回転させると、従来同様に、Ａ相出力として八回の矩形波が出力され、同様にＢ相出力としてＡ相とは１／２の位相差をもつ八回の矩形波が出力される。

ここで、さらに詳細に本発明の実施の形態による回転操作型エンコーダの動作時における特徴について、図４のケースと摺動子を組み合わせた状態の平面図、およびその図４のＳ−Ｓ線における断面図である図５を用いて説明する。

操作軸６を回転操作して、そのフランジ部６Ａ下面に固着された摺動子５の接触部５Ａ，５Ｂが、ケース１１のコモン電極パターン２および信号用電極パターン３，４が配設された摺動平面部１１Ｃ上を回転する際は、従来と同じ状態である。

しかし、摺動子５が上記摺動平面部１１Ｃ上から摺動傾斜部１１Ｄに回転移動すると、その傾斜に伴ってフランジ部６Ａ下面と底面間の距離つまり摺動子５と底面間の対向間隔が広がって底面の高さ位置が摺動子５から遠ざかるため、摺動子５の接触部５Ａ，５Ｂの撓みが自己復元して、その弾接状態が緩和され、摺動傾斜部１１Ｄを過ぎた円周凹部１１Ｅの部分では、摺動子５がその表面に弾接することなく、接触部５Ａ，５Ｂが浮いた状態となる。

これにより、３６０度の一回転当りでＡ相、Ｂ相からの各八回の矩形波出力が得られることは変わらないが、摺動子５の接触部５Ａ，５Ｂにおけるケース１１の凹部１１Ａ上を弾接摺動する距離が実質的に少なくでき、回転操作による接触部５Ａ，５Ｂの摺動磨耗を抑えて、長期に亘って接触安定性に優れた回転操作型エンコーダとして実現することができる。

そして、上記円周凹部１１Ｅの摺動平面部１１Ｃとの境に摺動傾斜部１１Ｄを設けた当該構成のものであれば、摺動子５の接触部５Ａ，５Ｂが摺動平面部１１Ｃから円周凹部１１Ｅまたは円周凹部１１Ｅから摺動平面部１１Ｃに移動する際に、その接触部５Ａ，５Ｂへの急激な撓み動作などが加わることもなく、摺動子５の接触部５Ａ，５Ｂは摺動傾斜部１１Ｄの傾斜面に沿って滑らかな動作で撓むようになって接触部５Ａ，５Ｂへの金属疲労が緩和されると共に、安定したバネ性が維持されて摺動耐久性がさらに向上されたものにできる。

また、上記摺動傾斜部１１Ｄと上記摺動平面部１１Ｃとの境を曲面で繋いだ形状とすれば、さらに滑らかに摺動子５の接触部５Ａ，５Ｂの撓み動作がなされるため、より摺動耐久性に好適なものにできる。

なお、ケース１１底部の厚み等の制約により、円周凹部１１Ｅ部分の高さ位置が、摺動子５の接触部５Ａ，５Ｂがその表面から離れるほど低くできない場合であっても、第一角度範囲である摺動平面部１１Ｃより第二角度範囲である円周凹部１１Ｅを低く構成したものとすれば、第二角度範囲内では上記接触部５Ａ，５Ｂの撓みが軽減されて弾接の圧力が小さい状態で接触部５Ａ，５Ｂが円周凹部１１Ｅ上を摺動するため、摺動磨耗が抑えられたものとなる。さらに、その場合であれば、摺動傾斜部１１Ｄの摺動平面部１１Ｃとの境に設けた曲面形状を、摺動傾斜部１１Ｄの円周凹部１１Ｅ側の境にも設けると良い。

なお、上記には摺動子５を操作軸６に固着した事例を説明したが、摺動子５を回転可能に保持する回転体としては上記操作軸６のみに限定されることはない。

本発明による回転操作型エンコーダは、回転操作時の摺動耐久性が向上されたものにできるという特徴を有し、各種電子機器の入力操作部を構成する際などに有用である。

本発明の一実施の形態による回転操作型エンコーダの断面図 同分解斜視図 同要部であるケースの平面図 同ケースと摺動子を組み合わせた状態の平面図 図４のＳ−Ｓ線における断面図 従来の回転操作型エンコーダの断面図 同分解斜視図 同要部であるケースの平面図 同要部である摺動子の平面図

符号の説明

２ コモン電極パターン
３，４ 信号用電極パターン
３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ 信号用電極
５ 摺動子
５Ａ，５Ｂ 接触部
６ 操作軸
６Ａ フランジ部
６Ｂ 突部
６Ｃ かしめ用突起
７ 軸受
７Ａ 嵌合孔
８ バネ
９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 端子
１１ ケース
１１Ａ 凹部
１１Ｂ 中央穴
１１Ｃ 摺動平面部
１１Ｄ 摺動傾斜部
１１Ｅ 円周凹部

Claims (4)

1. コモン電極と信号用電極とが底面に配設された絶縁樹脂製のケースと、上記各電極と相対的に回転摺動可能に回転体に固定された弾性を有する摺動子とを備えた回転操作型エンコーダであって、上記各電極が同一平面上の所定の第一角度範囲のみに配設され、上記各電極が設けられていない第二角度範囲の底面の高さ位置が、上記第一角度範囲の底面の高さ位置よりも低い位置で設けられ、上記第二角度範囲で上記摺動子の弾接状態が軽減される構成とされていることを特徴とする回転操作型エンコーダ。
2. 第二角度範囲の第一角度範囲との境に傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項１記載の回転操作型エンコーダ。
3. 第二角度範囲に設けられた傾斜面の第一角度範囲側の境が、曲面で繋がれた形状とされていることを特徴とする請求項２記載の回転操作型エンコーダ。
4. 第二角度範囲の底面位置が、摺動子が弾接摺動しない間隔まで離して設けられていることを特徴とする請求項１記載の回転操作型エンコーダ。

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