JP4119680B2

JP4119680B2 - スイッチ付きロータリエンコーダ

Info

Publication number: JP4119680B2
Application number: JP2002137526A
Authority: JP
Inventors: ▲ひろ▼康野口
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2022-05-13
Also published as: JP2003331693A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シャフトの回転方向及び軸線方向の変位にクリック感をもたせたるようにしたスイッチ付きロータリエンコーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術として、特開２０００−２９９０３４号公報がある。この公報に記載されたスイッチ付きロータリエンコーダは、シャフトを回転させることで、その変位量を検出し、その一方で、シャフトを軸線方向に押すことで、スイッチのオンオフを行わせることができる。そして、このようなロータリエンコーダは、回転方向及び軸線方向の両変位においてクリック感（スイッチ感）が得られるよう構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来のスイッチ付きロータリエンコーダにおいて、スイッチング時にシャフトを軸線方向に押圧した際、ボールが段差部を乗り越える時のクリック感によって、確実なスイッチングの手応えを得ようとしている。しかしながら、コイルバネでボールを径方向に押圧するのみであるから、バネの弾性力以上のクリック感を得ることができず、クリック感が不足する場合もあった。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、特に、良好なクリック感が得られるようにしたスイッチ付きロータリエンコーダを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るスイッチ付きロータリエンコーダは、ハウジングと、このハウジングに対し回転方向及び軸線方向に変位するシャフトと、ハウジング内に収容されると共に、シャフトに固定した回転部と、回転部の回転方向の変位を検出する検出部と、シャフトの軸線方向の移動によってスイッチングするスイッチ部と、ハウジング内に収容されると共に、シャフト側で回転方向に並設した歯部と、ハウジング内に収容されると共に、歯部に係合する第１の転動体を径方向に付勢する第１の弾性部材と、シャフトの周方向に形成した溝部と、溝部内に一部を落ち込ませた第２の転動体と、第２の転動体に当接させる斜面をもった中間部材と、中間部材を第２の転動体に向けて軸線方向に付勢する第２の弾性部材と、第２の転動体を係止し、ハウジング側に設けられたストッパ面とを備え、第２の転動体は、一部が溝部内に落ち込ませられた状態で、中間部材の斜面と溝部の底面とにより保持されており、シャフトを軸線方向に押し込むと、第２の転動体は、溝部を乗り越えて外方に転がり出ることを特徴とする。
【０００６】
ロータリエンコーダの耐久性を高める上で、特に問題となっているのがクリック感の劣化であり、クリック感の劣化がロータリエンコーダの信頼性の低下に直結する。そこで、スイッチング時におけるクリック感の質的向上を図り、クリック感を劣化させ難くするために、シャフトの溝部内に第２の転動体の一部を落ち込ませ、第２の弾性部材によって付勢した中間部材の斜面を第２の転動体に押し付けるようにする。その結果、スイッチング時にシャフトを押すと、シャフトの溝部が軸線方向に移動するに伴って、付勢された状態の第２の転動体が第２の弾性部材の弾性力に抗して溝部から外れようとする。このとき、第２の転動体が、斜面を介して中間部材を軸線方向に押し戻すので、軸線方向において、シャフトの移動量以上に第２の弾性部材が圧縮されることになる。そして、溝部から転動体が外れた瞬間に、第２の弾性部材が急激に解放される。第２の弾性部材のこのような急激な負荷変動は、中間部材の採用により生み出され、瞬発的な強いクリック感が達成される。斜面をもったこのような中間部材の採用は、低コストで且つ簡単な構造をもって良好なクリック感を生み出すことになる。
【０００７】
また、中間部材には、第２の転動体を収容する転動体収容凹部が周方向に複数個設けられ、各転動体収容凹部の壁面を斜面として形成すると好適である。このような転動体収容凹部内に第２の転動体を収容することで、第２の転動体の安定した転がりを達成させることができる。
【０００８】
また、ハウジングの内壁面とシャフトの外周との間に形成した収容空間内には、シャフトの外周を包囲するように軸線方向に延在する圧縮コイルバネからなる第２の弾性部材と、シャフトの溝部内に落ち込ませるボールからなる第２の転動体と、第２の弾性部材と第２の転動体とで挟持するリング体からなる中間部材とが収容されると好適である。このように、第２の弾性部材に圧縮コイルバネを利用し、第２の転動体にボールを利用し、中間部材にリング体を利用することで、安価なロータリエンコーダを製作することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るスイッチ付きロータリエンコーダの好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１に示すように、ロータリエンコーダ１は、上蓋をなす回路基板２とボディ３とからなるハウジング４を有している。このハウジング４には進退及び回転自在なシャフト５が取り付けられ、シャフト５は、ハウジング４に設けられた軸受部３ａによって、軸線Ａ方向の変位と、この軸線Ａを中心に回転する変位との両変位の操作が可能である。さらに、このシャフト５の一端は、ハウジング４の内部空間Ｓ内に差込まれ、シャフト５の他端は外部に露出させてツマミの軸部を形成する。
【００１１】
内部空間Ｓにおいて、透明な樹脂板で形成させた回転部６がシャフト５に対して圧入固定されている。この回転部６において、回路基板２側に位置する表側には、放射状に延びる複数のレンズ面６ａが設けられ、裏側には、傾斜した反射面をもつプリズム部６ｂが形成されている。また、回路基板２には、プリズム部６ｂに向けて光を照射する発光素子７と、この発光部７を挟むようにして配置させた受光素子８，９とからなる検出部１２が設けられている。
【００１２】
よって、シャフト５によって回転部６を所定方向に回転させると、発光素子７からの光は、プリズム部６ｂで反射した後に各受光素子８，９で受光される。このときの光は、レンズ面６ａによって強弱のあるパルス光として受光され、この受光に基づいて、回転部６の回転量が得られ、受光素子８と受光素子９とで起こる受光の位相差によって回転部６の回転方向が検出される。
【００１３】
また、ロータリエンコーダ１において、回転方向のクリック感をもたせる方策として、内部空間Ｓ内で回転部６に並設させるように、シャフト５には円筒状のギア部材１０が圧入固定されている。このギア部材１０の外周には、複数の歯部１０ａが等ピッチで形成され、それぞれの歯部１０ａは軸線Ａ方向に延在する。そして、歯部１０ａ，１０ａの間には谷部１０ｂが形成され、谷部１０ｂの数によってパルス数すなわちクリック数が決定される。この場合、２５パルスであり、比較的高いパルス数である。
【００１４】
これに対して、ハウジング４のボディ３には、ギア部材１０の外方に位置してギア部材１０の径方向に延在する複数の押圧素子収容部１１が設けられ、押圧素子収容部１１の開放端側をギア部材１０に対向させる。そして、この押圧素子収容部１１内には、ボール（第１の転動体）１３及び螺旋状の圧縮コイルバネ（第１の弾性部材）１４が収容され、圧縮コイルバネ１４によってボール１３をギア部材１０に向け付勢させる。また、圧縮コイルバネ１４によりボール１３は歯部１０ａに押し付けられているので、シャフト５を１回転させる間に２５度のクリック感が得られる。
【００１５】
なお、押圧素子収容部１１は、圧縮コイルバネ１４及びボール１３の装填を考慮して、圧縮コイルバネ１４及びボール１３を収容した状態で、押え板１５によって蓋がなされ、この押え板１５はボディ３にネジ止めされる。このような押え板１５の採用により、圧縮コイルバネ１４及びボール１３の飛び出しが適切に防止されると共に、バネ１４及びボール１３の組み込みを容易にする。
【００１６】
更に、シャフト５の先端には突起部１９が一体に設けられ、回路基板２には、シャフト５の突起部（プッシャ）１９によってオン／オフするコンタクトスイッチ（スイッチ部）２０が設けられている。軸線Ａ方向において、このコンタクトスイッチ２０は、シャフト５の突起部１９に対向して配置されている。このコンタクトスイッチ２０は、シャフト５の突起部１９により押し込まれたときにオンし、シャフト５の突起部１９が離間したときにオフする。
【００１７】
このような構成は、例えば、シャフト５を回転させた時に検出されるパルス量と関連付けられた所望の数値に達したと作業者が判断したとき、シャフト５から指を離すことなく、その時点でシャフト５の押し込み操作を行うことによって、その数値を所定の機器に入力することができ、操作の確実性及び迅速性を達成するものである。なお、回路基板２にはリードピン２２が接続される。このリードピン２２は、回路基板２上の電子部品に電気的に接続すると共に、受光素子８，９及びコンタクトスイッチ２０により検出された検出結果を電気信号として外部に送信するのに用いられている。
【００１８】
さらに、図１及び図２に示すように、ボディ３に形成したネジ部２３側には、シャフト５によるスイッチング時のクリック感を達成するためのクリック手段２４が設けられている。このクリック手段２４の主たる構成は、シャフト５の周方向に形成した溝部２５と、定常時において溝部２５内に一部を落ち込ませたボール（第２の転動体）２６と、ボール２６に周面に当接させる斜面２７ａを有する中間部材２７と、中間部材２７をボール２６に向けて軸線Ａ方向に付勢する圧縮コイルバネ（第２の弾性部材）２８と、ボディ３側に設けられてボール２６を係止させるストッパ面３２とである。
【００１９】
そして、ネジ部２３側において、ハウジング４の内壁面とシャフト５の外周との間に形成した収容空間Ｐ内には、ボール２６、中間部材２７及び圧縮コイルバネ２８が収容されている。この中間部材２７は、シャフト５を包囲すると共に、ボール２６と圧縮コイルバネ２８とで挟持したリング体として形成されている。中間部材２７には、ボール２６を収容する転動体収容凹部３０が周方向に３個設けられている（図５参照）。そして、各転動体収容凹部３０の壁面を斜面２７ａとして形成し、この斜面２７ａは、軸線Ａに対して所定角度（例えば４５°）をもった傾斜面をなす。
【００２０】
また、このような中間部材２７は、シャフト５の外周を包囲するように軸線Ａ方向に延在する圧縮コイルバネ２８によって、軸線Ａ方向に付勢される。一方、収容空間Ｐの端に設けたストッパ面３２に係止させられたボール２６は、シャフト５の溝部２５内に落ち込ませた状態で、中間部材２７の斜面２７ａによって溝部２５の底面に押し付けられている。このような状態で、シャフト５を軸線Ａ方向に押し込むと、図３及び図４に示すように、ストッパ面３２で係止された状態のボール２６は、溝部２５を乗り越えて外方に転がり出るが、このとき、ボール２６は、中間部材２７の斜面２７ａを介して常に付勢され続ける。そして、溝部２５からボール２６が外れる瞬間に強いクリック感が得られる。なお、溝部２５において、ボール２６が転がり出る面をテーパー面２５ａとして形成することで、適切なクリック感を長期に亘って維持することができる。
【００２１】
前述したように、スイッチング時にクリック感を得るにあたっては、圧縮コイルバネ２８によって付勢した中間部材２７の斜面２７ａがボール２６を常に押し続けているので、軸線Ａ方向において、シャフト５の押込み移動量以上に圧縮コイルバネ２８が圧縮されることになる。従って、溝部２５からボール２６が外れた瞬間に圧縮コイルバネ２８が急激に解放され、圧縮コイルバネ２８の急激な負荷変動によって瞬発的な強いクリック感が生み出される。また、このような構成のクリック手段２４は、低コストで且つ簡単な構造をもって良好なクリック感を達成する場合に最適である。
【００２２】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、ロータリエンコーダ１は、前述したように回転部が光学式に対応するものに限らず、機械式や磁気式のものであってもよい。また、弾性部材１４，２８として、前述した螺旋圧縮コイルバネに限定されず、板バネ、竹の子バネ又はゴム等であってもよい。また、転動体１３，２６はボールに限定されず円柱体などの転がり面をもったものであってもよい。そして、中間部材２７において、転動体収容凹部３０は、３個に限定されず、適切なクリック感達成のために等間隔をもって形成されることは言うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によるスイッチ付きロータリエンコーダは、以上のように構成されているため、次のような効果を得る。すなわち、ハウジングと、このハウジングに対し回転方向及び軸線方向に変位するシャフトと、ハウジング内に収容されると共に、シャフトに固定した回転部と、回転部の回転方向の変位を検出する検出部と、シャフトの軸線方向の移動によってスイッチングするスイッチ部と、ハウジング内に収容されると共に、シャフト側で回転方向に並設した歯部と、ハウジング内に収容されると共に、歯部に係合する第１の転動体を径方向に付勢する第１の弾性部材と、シャフトの周方向に形成した溝部と、溝部内に一部を落ち込ませた第２の転動体と、第２の転動体に当接させる斜面をもった中間部材と、中間部材を第２の転動体に向けて軸線方向に付勢する第２の弾性部材と、第２の転動体を係止し、ハウジング側に設けられたストッパ面とを備え、第２の転動体は、一部が溝部内に落ち込ませられた状態で、中間部材の斜面と溝部の底面とにより保持されており、シャフトを軸線方向に押し込むと、第２の転動体は、溝部を乗り越えて外方に転がり出ることにより、良好なクリック感が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスイッチ付きロータリエンコーダの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】スイッチング状態のロータリエンコーダを示す断面図である。
【図４】図３の要部拡大断面図である。
【図５】図１に示したロータリエンコーダに適用する中間部材、ボール及び圧縮コイルバネを示す斜視図である。
【符号の説明】
Ａ…軸線、Ｐ…収容空間、１…スイッチ付きロータリエンコーダ、４…ハウジング、５…シャフト、６…回転部、１０ａ…歯部、１２…検出部、１３…ボール（第１の転動体）、１４…圧縮コイルバネ（第１の弾性部材）、２０…コンタクトスイッチ（スイッチ部）、２５…溝部、２６…ボール（第２の転動体）、２７…中間部材（リング体）、２７ａ…斜面、２８…圧縮コイルバネ（第２の弾性部材）、
３０…転動体収容凹部。

Claims

ハウジングと、
ハウジングに対し回転方向及び軸線方向に変位するシャフトと、
前記ハウジング内に収容されると共に、前記シャフトに固定した回転部と、
前記回転部の前記回転方向の変位を検出する検出部と、
前記シャフトの前記軸線方向の移動によってスイッチングするスイッチ部と、
前記ハウジング内に収容されると共に、前記シャフト側で前記回転方向に並設した歯部と、
前記ハウジング内に収容されると共に、前記歯部に係合する第１の転動体を径方向に付勢する第１の弾性部材と、
前記シャフトの周方向に形成した溝部と、
前記溝部内に一部を落ち込ませた第２の転動体と、
前記第２の転動体に当接させる斜面をもった中間部材と、
前記中間部材を前記第２の転動体に向けて前記軸線方向に付勢する第２の弾性部材と、
前記第２の転動体を係止し、前記ハウジング側に設けられたストッパ面とを備え、
前記第２の転動体は、一部が前記溝部内に落ち込ませられた状態で、前記中間部材の前記斜面と前記溝部の底面とにより保持されており、
前記シャフトを前記軸線方向に押し込むと、前記第２の転動体は、前記溝部を乗り越えて外方に転がり出ることを特徴とするスイッチ付きロータリエンコーダ。
前記中間部材には、前記第２の転動体を収容する転動体収容凹部が周方向に複数個設けられ、各転動体収容凹部の壁面を前記斜面として形成したことを特徴とする請求項１記載のスイッチ付きロータリエンコーダ。
前記ハウジングの内壁面と前記シャフトの外周との間に形成した収容空間内には、前記シャフトの外周を包囲するように前記軸線方向に延在する圧縮コイルバネからなる前記第２の弾性部材と、前記シャフトの前記溝部内に落ち込ませるボールからなる前記第２の転動体と、前記第２の弾性部材と前記第２の転動体とで挟持するリング体からなる中間部材とが収容されたことを特徴とする請求項１又は２記載のスイッチ付きロータリエンコーダ。