JP4139736B2 - エンコーダ用操作ノブ組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、コントロールパネルのための位置エンコーダと関連して用いられる操作ノブ組立体に関し、特に、コントロールパネルに設けられていて、ノブを受け入れるアパーチュアが位置エンコーダのシャフトと位置合わせ状態が不良にある場合、手動操作ノブと回転位置エンコーダのインタフェースをとることに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
回転位置エンコーダ（例えば、クアドラチュア（quadrature）パルスエンコーダ又は電位差計）を用いることは、多くのタイプのコントロールパネル、例えば、自動車用オーディオシステム用のボリュームコントロールノブにおいて普及している。エンコーダは、典型的には、プリント回路基板に取り付けられ、このプリント回路基板は、他の部品、例えば、ビジュアルディスプレイ（例えば、真空蛍光ランプ又はＬＣＤ）、メンブレンスイッチ及びマイクロコントローラを更に支持している。コントロールパネルを覆うベゼルが、操作ノブ及び他のスイッチのための孔を有している。コントロールパネルの内部空間では、操作ノブは、位置エンコーダの回転シャフトに同軸状に取り付けられている。ノブの遠位端部は、ベゼルのそれぞれ対応関係にある孔を貫通してシャフト位置を調節する（例えば、音量を増減する）人がこれを手で掴むことができるようになっている。
【０００３】
ベゼルの孔開口は、ノブと孔の縁面の相互干渉又はぶつかり合いを防止するためには回転位置エンコーダのシャフトの場所と正しく位置合わせされなければならない。プリント回路基板は、あらかじめ指定された寸法形状を有しており、かかるプリント回路基板は、ベゼル又は他の介在部品の対応関係をなす特徴部と位置が合う位置合わせ特徴部を有する場合がある。しかしながら、製造方法には固有の公差があり、したがって、実際の部品相互間には僅かなばらつきがあり、エンコーダシャフトの位置はこれら公差の範囲で制御できるに過ぎない。これと同様に、孔の寸法及び配設場所は、それ自体の公差の影響下にある。公差は、相いれない方向に「累積」する場合があり、それにより、ノブと孔が互いに衝突するほどの深刻な位置合わせ不良状態が生じる。
【０００４】
この問題に対する１つの典型的な従来解決策は、ノブと孔との間に形成され、最も悪いケースの公差の累積に対応する位置合わせ不良に順応するのに十分な隙間をコントロールパネルの呼称設計に取り入れることにある。これは典型的には約１ミリメートルの隙間を必要としているが、これは、幾つかの理由で望ましくない。位置合わせ不良があると、ノブは、隙間中でオフセンタ状態になる（隙間が円周に沿って不均一である）。不均一な隙間は、コントロールパネルの装飾的外観に悪影響を及ぼし、外観を出来映えの良くないものにする場合がある。ノブが間隔的にオフセンタ状態にはなくても、１ミリメートルという大きな隙間は依然として望ましくない出来映えの良くない外見を与える。
【０００５】
別の従来解決策は、ばね押しシャフトを用いてエンコーダとノブのための孔との位置合わせ不良状態を補償することにあった。この解決策は、ノブの周りに嵌め合いの一層厳密な孔を用いることを考慮に入れているが、ばね押しシャフトにより、コントロールパネルに対して出費が嵩む。この設計では、シャフト回転軸線がノブの回転軸線と同軸ではないので、シャフトとノブとの間に複雑でしかも故障しやすい継手を用いなければならない。さらに、ノブの回転に関する感触が損なわれる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ノブの周囲に大きな隙間を設けないでノブと孔のこすり合い又は干渉を回避するという利点を奏する費用効果が良く、しかも製造が容易なノブとエンコーダのインタフェースを提供することにある。
【０００７】
本発明の一特徴では、第１の回転軸線をもつ回転シャフトを備えた回転位置エンコーダを有する操作ノブ組立体が提供される。ノブが、開放した内部空間及びこの内部空間内に突き出た半径方向案内リブを有する。ノブは、第１の回転軸線と実質的に平行な第２の回転軸線の回りに回転する。案内部品が、回転シャフトと共に回転し、この案内部半径方向案内リブと摺動自在に係合する案内溝を有し、半径方向案内リブがノブの手動回転に応動して回転シャフトを回転させるようになっている。半径方向案内リブは、第１の回転軸線と第２の回転軸線の位置合わせ不良に応じて案内溝内で位置がシフトする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、コントロールパネルは、ベゼル組立体１０及び印刷回路基板１１を有している。ベゼル組立体１０は、複数のノブ及び押しボタンを収容保持し、ノブ１２が孔１３内に受け入れられている。ノブ１２は、回転位置エンコーダ１４にその回転シャフト１５を介して機械的に結合される。エンコーダ１４は、コントロールパネルが自動車用オーディオ用システムのヘッドユニットに取り付けられると、シャフト１５の回転に応答して制御信号、例えば、オーディオボリューム（音量）制御信号を出力する。他の用途としては、他のオーディオパラメータ（例えば、トーン、バランス、フェード（音量絞り））、気候制御モジュールに関する気候制御パラメータ（例えば、温度）、ディスプレイのための調光及び他の多くのアプリケーションを調節するエンコーダが挙げられる。互いに結合されたベゼルと回路基板を有するコントロールパネルは代表的には、電子モジュール（図示せず）のための板金製エンクロージャの前面に取り付けられる。
【０００９】
従来型コントロールパネルでは、ノブ１２は典型的には、シャフト１５をしっかりと受け入れる一体受け口を有していた。かくして、孔１３に対するノブ１２の正確な配置場所は、孔１３に対するエンコーダ１４の相対的な位置によって制御されていた。エンコーダ１４と孔１３との間の公差の累積により、孔１３の寸法が拡大され、それにより、位置合わせ不良が生じた場合であっても、ノブ１２は孔１３内で自由に回転することができるようになっていた。
【００１０】
位置合わせ不良があっても孔を拡大させることなく、ノブの自由回転を可能にする本発明のノブとエンコーダのインタフェースの一実施形態が、図２に示されている。案内部品２０が、Ｄクリップ２１によりシャフト１５に取り付けられた状態で保持され、ノブ２２によって開放内部空間２４内に受け入れられている。Ｄクリップ２１は、シャフト１５の外部及び案内部品２０のボア２８内に位置した内部シャフト保持受け口の内部形状に合致したＤ字形のものであり、したがって、案内部品２０はシャフト１５にロックされた状態でこれと一緒に回転するようになっている。
【００１１】
案内部品２０は、複数の半径方向案内溝２３を有し、これら半径方向案内溝は、内部空間２４内へ突き出た少なくとも１つの半径方向案内リブ２５を摺動自在に受け入れる。半径方向案内リブ２５は、ノブ２２の手動回転に応じて対応関係にある溝２３の壁に当接することにより案内部品２０を回転させ、その結果シャフト２５を回転させる。半径方向案内リブ２５は、シャフト１５の回転軸線とノブ２２の回転軸線の位置合わせ不良（即ち、オフセット）に応じて、これら２つが回転しているときに案内溝２３内で位置が半径方向にシフトする。ノブ２２から案内部品２０に回転を伝えるには案内リブ２５を１つしか必要としないが、組立て中における溝２３内へのリブ２５の挿入を助けるために、リブ２５から見て直径方向反対側に半径方向位置合わせリブ２６が更に設けられている。図３に示すように、案内部品２０は、案内傾斜部２７を更に有するのがよく、これら案内傾斜部は、挿入中、位置合わせリブ２６の前縁部に当接することによりノブ２２を回転させるために傾斜している。
【００１２】
図４に示すように、案内リブ２５は、１以上の横方向補助リブ３０，３１を有するのがよい。案内リブ２５は、溝２３内で摺動可能であることが目的で、横方向の幅が溝２３の幅よりも僅かに小さい（例えば、約０．４ミリメートル小さい）。溝は、案内リブが僅かに回動できるほどの遊びをもたらすのに十分幅が広くなければならない（その理由は、リブの半径方向線がシャフトの中心軸線を通過しない場合があるということにある）。かくして、約３ミリメートルの溝の幅を採用するのがよい。リブ２５の幅についての上記とは相反する課題は、リブに近いところのノブ外面のひけ（sink）による変形を回避するためにリブの幅がノブの壁の厚さの約６０％以下でなければならないということにある。したがって、横方向補助リブ３０，３１を用いることにより、ノブ外壁とのインタフェースのところのリブ２５の幅を（案内部品を駆動するのに必要な横方向の厚さを依然として維持した状態で）小さくする。
【００１３】
図５は、組立て状態のコントロールパネルの断面図である。ベゼルは、前プレート３２及び裏プレート３３を有し、前プレートと裏プレートは、これらの間にノブ２２を保持している。孔１３が、カラー３４によって境界付けられている。ノブ２２は、その下端部に環状フランジ３５を有している。裏プレート３３は、カラー３４と協働してこれとの間でフランジ３５をサンドイッチし、ノブ２２をぶれ又はぐらつきなく滑らかに回転させることができるようにする環状カラー３６を有している。好ましい一実施形態では、位置合わせリブ２６は、案内リブ２５よりも、ノブ２２の下端部に向かって長い距離延びている。加うるに、挿入中、ノブ２２及び案内部品２０の自動調心を容易にするために傾斜した縁部３７を設けるのがよい。
【００１４】
本発明のノブとエンコーダのインタフェースにより、エンコーダの位置決めの際の公差ではなく、ノブ及びベゼルプレートのプラスチック成形に関与する公差により定められるノブクリアランス３８が維持される。かくして、クリアランス３８を約０．１〜約０．１５ミリメートルの範囲に保つことができる。
【００１５】
図７は、本発明のインタフェースがどのように働いてノブとエンコーダシャフトの回転軸線相互間のオフセットに対処するかを示している。ノブ２２は、回転の中心軸線４０を有している。エンコーダシャフト及び案内部品２０は、回転の中心軸線４１を有している。実線により示す第１の位置では、案内リブ２５は、軸線４０に向かって溝２３内へ第１の距離延びている。ノブ２２を回すことにより、リブ２５は、溝２３の側壁に当接し、これら両方は点線によって示される第２の位置に駆動される。回転中、リブ２５は、溝２３内で、これらの回転軸線がオフセットしているので半径方向に摺動する。第２の位置では、リブ２５は、溝２３内で外方に摺動している。
【００１６】
ノブとエンコーダのインタフェースを組み立てる好ましい方法では、ノブ２２を図８に示すようにベゼルプレート３２，３３に組み付ける。コントロールパネルのノブ２２及び他のノブ又は押しボタン（図示せず）を前プレート３２に設けられたこれらと対応関係をなす孔内へ挿入する。次に、裏プレート３３を前プレート３２に取り付け（例えば、スナップ嵌め、取付けねじの使用又はヒートステーキングの使用により）、それによりノブ及び押しボタンを定位置に留める。図９に示すように、案内部品２０を既に回路基板１１に取り付けている回転位置エンコーダ１４のシャフトに取り付ける。
【００１７】
案内部品２０とエンコーダシャフトは、互いに自由に回転する。次に、エンコーダ及び案内部品を有する回路基板組立体を、ノブが孔内に捕捉されたベゼル（即ちカバー）に結合する。これら２つを結合すると、ノブの内部リブは、案内部品の対応関係をなす溝内へ挿入される。２以上のリブが設けられていれば、これらの間隔は、案内部品の溝の間隔に一致している。リブが挿入中、溝と既に位置が合っていなければ、リブはまず最初に、案内傾斜部に接触してこれら２つが自動調心するようにする。半径方向案内リブよりも比較的薄肉であり、案内部品に向かって一段と延びる位置合わせリブを設けることにより、結合段階中における自動調心作用が改善される。位置合わせリブは、薄肉であり、しかも案内リブから見て実質的に半径方向反対側に位置していることにより、ノブ及び案内部品の手動回転を邪魔しない。
【００１８】
案内部品を別個の部品として示したが、これはエンコーダシャフトと一体に形成されたものであってもよく、又別の数の溝を有していてもよい。ノブにリブが１つしか設けられない場合、案内部品は、直径方向に一線をなす溝を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】コントロールパネルの種々の部分の分解斜視図である。
【図２】本発明のノブとエンコーダのインタフェースの後ろから見た分解斜視図である。
【図３】図２のインタフェースの前から見た分解斜視図である。
【図４】図２及び図３のノブの内部の詳細を示す斜視図である。
【図５】組立て状態のベゼル、ノブ、案内、エンコーダ及び回路基板の断面側面図である。
【図６】本発明を用いたコントロールパネルの分解斜視図である。
【図７】ノブの回転中における案内溝内での案内リブの摺動関係を示す部分断面図である。
【図８】ノブをベゼルの前プレートと裏プレートとの間でどのように組み立てるかを示す後ろから見た斜視図である。
【図９】回路基板とベゼル組立体を結合する前の組立て状態の案内部品とエンコーダの前から見た斜視図である。
【符号の説明】
１０ ベゼル組立体
１１ プリント回路基板
１３ 孔
１４ 回転位置エンコーダ
１５ シャフト
２０ 案内部品
２２ ノブ
２３ 案内溝
２４ 内部空間
２５ 案内リブ
２６ 位置合わせリブ

Claims (2)

1. 第１の回転軸線をもつ回転シャフトを備えた回転位置エンコーダと、 開放した内部空間を備え、前記第１の回転軸線と実質的に平行な第２の回転軸線を中心に、ベゼルの孔内において、回転可能な、全体的に有底円筒状のノブとを有し、該ノブが、前記内部空間内に半径方向内方に延びる半径方向案内リブを備え、
   前記回転シャフトと共に回転する案内部品を有し、該案内部品は、前記回転シャフトから半径方向外方に延びる、前記半径方向案内リブを受け入れるための案内溝を備え、
   前記回転シャフトは前記ノブの手動回転により回転されるようになっており、
   前記ノブが手動回転されたときに、前記半径方向案内リブが前記案内溝内を摺動されるようになっている、
   操作ノブ組立体。
2. 前記ノブが、前記内部空間内に、前記半径方向案内リブに対向して半径方向内方に延びる半径方向位置合わせリブを備え、
   前記案内部品は、前記回転シャフトから半径方向外方に延びる、前記半径方向位置合わせリブを受け入れるための案内溝を備える、
   請求項１記載の操作ノブ組立体。

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