JP6395348B2 - 回転位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、デジタルカメラ等の電子機器に設けられる回転位置検出装置、及び回転位置検出装置を備える電子機器に関する。

デジタルカメラ等の電子機器では、回転操作部材を回転操作して所定の回転位相に合わせることで、撮影モードやその他の設定項目を設定することが行われている。このような電子機器では、回転操作部材の回転位置を検出する回転位置検出装置を備えている。回転位置検出装置の多くは、位相基板と位相接片等を有し、この位相基板の信号パターンと位相接片のブラシとの接触状態を回転位相毎に異ならせることで、回転操作部材の回転位置を検出することができる。

図６は、従来の一般的な位相接片の曲げ加工前の形状を示す図である。近年の電子機器の機能の多様化に伴い、回転位置検出装置が検出すべき位相数が増加する傾向にあり、図６に示すように、位相接片のブラシの本数も増加傾向にある。そのため、ブラシ形状は、機器の大型化を避けるため、加工上の限界まで各ブラシ間隔ａ及びブラシの板幅を狭めている事が多い。

また、特許文献１によれば、位相基板に設けた２列のパターンと２列のブラシを用いた回転位置検出装置が開示されている。

特開平８−４３８７３号公報

しかし、図６に示す位相接片では、複数のブラシの板幅を狭めているので、ブラシの押圧力の低下によりブラシの接触信頼性が低下する可能性がある。また、ブラシ部分が突出しているので、位相接片の輸送や組立等の取扱い時に、位相接片のブラシの先端への意図しない接触によりブラシに変形が生じ、信号検知の不具合が起こりやすい。

一方、上記特許文献１では、ブラシの形状とパターニングの工夫によって回転位置検出装置の小型化が図られている。しかし、上記特許文献１では、両側から延びた位相接片のブラシが離れた位相に接触する構造であるため、図６に示すブラシ形状と同様に、位相接片のブラシの先端への意図しない接触によりブラシに変形が生じる可能性があり、信号検知の不具合が懸念される。

そこで、本発明は、回転位置検出装置の小型化を図るとともに、回転位置検出の信頼性を高める仕組み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、本発明の回転位置検出装置は、回転操作部材と、ブラシを有し、前記回転操作部材の回転操作によって回転する位相接片と、前記回転操作部材の回転操作によって、前記ブラシが摺動する複数の信号パターンを有する位相基板と、前記位相接片が加締められた状態で固定される押さえ板と、を備え、前記ブラシは、前記位相接片のベース部から前記位相接片の回転方向の一方向に延出形成される第１のブラシと、前記回転操作部材の半径方向でその先端部が前記第１のブラシの先端部と前記半径方向に対向するように前記半径方向に交互に配置されて、前記位相接片のベース部から前記回転方向の前記第１のブラシと反対方向に延出形成される第２のブラシとを有し、前記第１のブラシおよび前記第２のブラシの根元部分の板幅を略同一にするとともに、前記第１のブラシおよび前記第２のブラシの各接点から前記位相接片の前記押さえ板との固定位置までの距離を略同一とし、かつ前記各接点が前記半径方向に一直線上に並んで配置され、前記第１のブラシおよび前記第２のブラシの各接点を前記複数の信号パターンに接触させる前の状態において、互いに前記回転方向の逆方向に延出形成されて前記半径方向に対向する前記第１のブラシおよび前記第２のブラシは、前記各接点より先端側の最先端部がそれぞれ前記押さえ板側に曲げられることで、前記第１のブラシの最先端部が前記位相接片の回転軸の軸方向において前記第２のブラシより前記位相基板側に突出しないようにして前記第１のブラシの最先端部を前記第２ブラシにより保護し、前記第２のブラシの最先端部が前記位相接片の回転軸の軸方向において前記第１のブラシより前記位相基板側に突出しないようにして前記第２のブラシの最先端部を前記第１のブラシにより保護するように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、回転位置検出装置の小型化を図ることができるとともに、回転位置検出の信頼性を高めることができる。

（ａ）は本発明の回転位置検出装置の実施形態の一例であるモードダイアルの分解斜視図、（ｂ）は（ａ）の下方から見た分解斜視図である。 （ａ）は位相基板の信号パターンと位相接片の複数列のブラシとの関係を示す透視図、（ｂ）は位相基板の信号パターンのパターン構成例を示す図である。 各モードとパターン信号との関係を示す図である。 位相接片のブラシの曲げ加工前の状態を示す図である。 （ａ）は位相接片を押さえ板に載置した状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）を矢印Ｂ方向から見た図である。 従来の位相接片の曲げ加工前の形状を示す図である。

以下、本発明の実施形態の一例を図面を参照して説明する。

図１（ａ）は本発明の回転位置検出装置の実施形態の一例であるデジタルカメラ等の電子機器に設けられるモードダイアルの分解斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の下方から見た分解斜視図である。

本実施形態のモードダイアルは、図１に示すように、回転操作部材１、位相基板２、位相接片３、及び押さえ板４を備える。

回転操作部材１は、不図示の機器本体に固定される固定部１ｂと、固定部１ｂに対して回転操作が可能に支持される回転操作部１ａとを有する。回転操作部１ａの外周部には、回転操作部１ａとは独立して回動操作が可能なレバー操作部１ｃが設けられている。レバー操作部１ｃの回動操作によって不図示のスイッチがＯＮ／ＯＦＦする。回転操作部１ａの裏面中央部には、回転軸部１１が固定部１ｂから突出して配置され、回転軸部１１の先端には、一対の突起部１ｄが径方向に対向して設けられている。

位相基板２は、本実施形態では、フレキシブルプリント基板で構成されており、位相接片３の複数列のブラシ３ｂ，３ｃが摺動する信号パターン２ａ、及びコネクタ挿入部２ｂを有する。信号パターン２ａ、及びコネクタ挿入部２ｂは、金属部分が露出して金メッキ処理が施されており、コネクタ挿入部２ｂは、不図示の制御基板のコネクタに挿入されて電気的に接続される。

また、位相基板２の中央部には、嵌合穴２１が形成され、位相基板２の外周部には、位置決め穴２２が形成されている。嵌合穴２１は、回転操作部１ａの回転軸部１１に嵌合され、位置決め穴２２は、固定部１ｂの裏面に突設された位置決め軸１２に嵌合される。これにより、位相基板２が固定部１ｂに位置決め固定される。

位相接片３は、位相基板２の信号パターン２ａを摺動するブラシ３ｂ，３ｃを有する。位相接片３には、回転操作部１ａの突起部１ｄが挿通される挿通穴３１が形成される。押さえ板４には、回転操作部１ａの突起部１ｄが挿通される挿通穴４１が形成されている。また、位相接片３には、押さえ板４に形成されるボス４ａが挿通される嵌合穴３ａが形成されている。嵌合穴３ａにボス４ａを挿通させ、ボス４ａを加締めることで、位相接片３に押さえ板４が固定される。

そして、挿通穴３１，４１に突起部１ｄを挿通させた状態で、ビス５を螺合させることにより位相接片３及び押さえ板４を回転軸部１１に固定される。これによって、固定部１ｂ及び位相基板２に対して回転操作部１ａ、位相接片３及び押さえ板４が一体となって回転可能に支持される。かかる支持状態では、位相接片３のブラシ３ｂ，３ｃは、押さえ板４と位相基板２との間に挟まれて位相基板２の信号パターン２ａの形成面に対してチャージされた状態で接触する。

図２（ａ）は、位相基板２の信号パターン２ａと位相接片３のブラシ３ｂ，３ｃとの関係を示す透視図である。

図２（ａ）に示すように、位相接片３には、ブラシ３ｂが２つブラシ３ｃが２つ形成されている。２つのブラシ３ｂは、位相接片３のベース部３ｅから位相接片３の回転方向の一方向（左方向）に延出形成されている。２つのブラシ３ｃは、位相接片３のベース部３ｅから位相接片３の回転方向の他方向（右方向）に延出形成されている。すなわち、ブラシ３ｂが延出形成される方向と、ブラシ３ｃが延出形成される方向とは、位相接片３の回転方向にて互いに異なる方向となる。ここで、ブラシ３ｂは、本発明の第１のブラシの一例に相当し、ブラシ３ｃは、本発明の第２のブラシの一例に相当する。

ブラシ３ｂおよびブラシ３ｃは、曲げ加工等により位相基板２の信号パターン２ａの側に傾斜している（図５参照）。ブラシ３ｂの先端部とブラシ３ｃの先端部とが位相接片３の回転方向と直交する方向にて、交互に並ぶように配置されている。すなわち、２つのブラシ３ｂの先端部の間に１つのブラシ３ｃの先端部が配置され、２つのブラシ３ｃの先端部の間に１つのブラシ３ｂの先端部が配置されている。また、ブラシ３ｂおよびブラシ３ｃの先端部にそれぞれ形成される接点３ｄは、位相接片３の回転方向と直交する方向に略一直線上に並んでいる。したがって、各接点３ｄは、位相基板２の信号パターン２ａに対して同一位相に接している。

図２（ｂ）は、位相基板２の信号パターン２ａを説明する図である。図３は、各モードと信号出力との関係を示す図である。

本実施形態のモードダイアルでは、図３に示すように、Ａ〜Ｎの１４種類のモードに対応する信号を出力することができる。図２（ａ）に図示するＡは、図３のＡモードに対応するブラシ３ｂおよびブラシ３ｃの位置を示している。図２（ｂ）に示すように、位相基板２の信号パターン２ａは、所定の基準電位になっている信号１パターン２ａ１から信号４パターン２ａ４と、接地電位となるグランド（ＧＮＤ）パターン２ａ５を有する。回転操作部１ａの回転操作によって、位相接片３がどの回転位置になっても、位相接片３の最も内径側のブラシ３ｃはグランド（ＧＮＤ）パターン２ａ５に接触する。回転操作部１ａの回転操作によって、ブラシ３ｂまたはブラシ３ｃのいずれかが信号１パターン２ａ１から信号４パターン２ａ４に接触すると、接触した信号パターンは所定の基準電位を保てなくなる。図３に示すＡ〜Ｎのそれぞれのモードに対応する信号を出力するブラシ３ｂおよびブラシ３ｃの位置範囲を図２（ｂ）に示す。

図３において、「Ｈ」は、位相基板２のいずれかの信号パターンに位相接片３のブラシ３ｂおよびブラシ３ｃのいずれも接触していないので、所定の基準電位を維持できている状態を示す。一方、図３において、「Ｌ」は、位相基板２のいずれかの信号パターンに位相接片３のブラシ３ｂおよびブラシ３ｃのいずれかが接触し、所定の基準電位を維持できず接地電位になった状態を示している。したがって位相接片３のブラシ３ｂおよびブラシ３ｃの位置が変化すると、信号１パターン２ａ１ないし信号４パターン２ａ４の状態がそれぞれ変化する。これによって、回転操作部１ａの回転位置によって異なる信号する出力を得ることができ、デジタルカメラの制御部は回転操作部１ａの回転位置に対応したモードを選択する。

本実施形態におけるこれらの信号出力は、いわゆるグレーコードとなっており、同時に１ビットの信号変化しか起こらないため、回転操作部１ａの回転位置の検出誤差を少なくすることができる。また、図３に示すように、本実施形態では、ＡモードとＮモードも１ビットの変化でつながっているため、回転操作部１ａをストッパーレスで回転させる事も可能である。

また、図２（ａ）に示すように、本実施形態では、ブラシ３ｂおよびブラシ３ｃの各接点３ｄが半径方向に一直線上に並んでいるため、信号１パターン２ａ１ないし信号４パターン２ａ４の形状を変更することで、簡単にモードの数を変更することができる。

図４は、位相接片３のブラシ３ｂおよびブラシ３ｃの曲げ加工を行う前の状態を示す図である。モードダイアル等の回転位置検出装置の径を決定する主な要因として、位相接片３の径と位相基板２の信号パターン２ａの径が考えられる。このうち、位相基板２の信号パターン２ａの径は、位相接片３のブラシ３ｂおよびブラシ３ｃの位置によりほぼ決定されるため、回転位置検出装置の径を決定する主要因は、位相接片３の径となる。

一方、位相接片３は打ち抜き加工によって製造される。打ち抜き加工の加工限界から、位相接片３のブラシ３ｂとブラシ３ｃとは、位相接片３の板厚寸法の約２倍程度の距離だけ離さなければならない。本実施形態の位相接片３は、ブラシ３ｂとブラシ３ｃとの間隔ａを加工限界に近い寸法にしている。

回転位置検出装置の信頼性を高めるためには、各ブラシが位相基板をバランス良く適度な押圧することが必要である。位相基板を押圧する力は各ブラシの弾性変形によってもたらされるので、ブラシを小型化した場合には、ブラシの弾性変形によって得られる押圧力も小さくなる。

ここで、位相接片のブラシを片持ち梁と考えた場合、次式（１）乃至（３）の関係が成り立つ。

Ｆ＝３ＥＩδ／Ｌ³ …（１）
Ｉ＝ｂｔ³／１２ …（２）
σ＝３Ｅδｈ／Ｌ² …（３）
上式（１）乃至（３）において、Ｆは押圧力、Ｅはヤング率、Ｉは断面二次モーメント、δはブラシのチャージ量、Ｌは支点から荷重点の長さ、ｂはブラシ板幅、ｔはブラシ板厚、σは曲げ応力、ｈは中立軸からの距離（ｔ／２）である。

上式（１）、（２）から、押圧力Ｆは、ヤング率Ｅ、チャージ量δ、板幅ｂに比例し、板厚ｔの３乗に比例し、長さＬの３乗に反比例することが分かる。したがって、同一材料、同一チャージ量、同一板厚において、押圧力Ｆを大きくする場合、長さＬを短くするか、板幅ｂを広げる必要がある。

しかし、上式（３）に示すように、曲げ応力σは、長さＬの２乗に反比例して増加する。即ち、長さＬの短縮によって押圧力Ｆを大きくしようとした場合、同時に曲げ応力σも増加してしまうことになり、許容曲げ応力の強い高価な材料が必要となる。

一方、板幅ｂの拡大によって押圧力Ｆを大きくしようとした場合、図６に示す従来の位相接片の形状では、接点近傍からブラシの根元部分にわたってブラシ間隔をこれ以上狭くできないため、ブラシ幅を広げた分だけ位相接片の最外径を大きくする必要がある。

これに対し、本実施形態の位相接片３では、ブラシ３ｂが延出形成される方向と、ブラシ３ｃが延出形成される方向とは、位相接片３の回転方向にて互いに異なる方向となっている。したがって、ブラシ３ｂおよびブラシ３ｃの根元部分の板幅は、ブラシ３ｂおよびブラシ３ｃの先端部分の板幅よりも大きくすることができる。

これによって、本実施形態の位相接片３は、図６に示す従来の位相接片に比べて、ブラシ３ｂ，３ｃにかかる曲げ応力σを増加させることなく、ブラシ３ｂ，３ｃに対して大きな押圧力を発生させることが可能である。また、図４に示すように、位相接片３のブラシ３ｂおよびブラシ３ｃの根元部分の板を略同一にするとともに、ブラシ３ｂおよびブラシ３ｃの各接点３ｄから押さえ板４との固定位置である嵌合穴３ａまでの距離を略同一とすることで、ブラシ３ｂおよびブラシ３ｃは位相基板２をバランス良く押圧することが可能である。

図５（ａ）は位相接片３を押さえ板４に載置した状態を示す斜視図である。すなわち、図５（ａ）に示す状態では、位相接片３は位相基板２の配線パターン２ａと接触していないので、ブラシ３ｂおよびブラシは弾性変形していない。図５（ｂ）は図５（ａ）を矢印Ｂ方向から見た図である。この状態は、位相接片３が押さえ板４に加締められた状態である。

位相接片３の輸送時や組立時に、ブラシ３ｂおよびブラシ３ｃの先端を引っ掛けて接点３ｄを変形させると、回転位置検出の不具合の原因となる。

そこで、位相接片３のブラシ３ｂ，３ｃを回転軸部１１に固定する前の状態において、図５（ｂ）に示すように、ブラシ３ｂ，３ｃの先端が位相接片３の半径方向に対向する他のブラシ３ｂ，３ｃから回転軸方向の外側（上側）に突出しない形状とされている。これにより、ブラシ３ｂ，３ｃの先端が他のブラシ３ｂ，３ｃにより保護され、位相接片３の輸送時や組立時に、ブラシ３ｂ，３ｃの先端を引っ掛ける等して接点３ｄが変形するのを防止することができる。

以上説明したように、本実施形態では、位相接片３を小径化してモードダイアルの小型化を図ることができるとともに、回転操作部１ａの回転位置検出の信頼性を高めることができる。

なお、本発明の構成は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１ モードダイアル
２ 位相基板
２ａ 信号パターン
３ 位相接片
３ｂ，３ｃ ブラシ
３ｄ 接点
３ｅ ベース部
４ 押さえ板

Claims (3)

1. 回転操作部材と、
   ブラシを有し、前記回転操作部材の回転操作によって回転する位相接片と、
   前記回転操作部材の回転操作によって、前記ブラシが摺動する複数の信号パターンを有する位相基板と、
   前記位相接片が加締められた状態で固定される押さえ板と、を備え、
   前記ブラシは、前記位相接片のベース部から前記位相接片の回転方向の一方向に延出形成される第１のブラシと、前記回転操作部材の半径方向でその先端部が前記第１のブラシの先端部と前記半径方向に対向するように前記半径方向に交互に配置されて、前記位相接片のベース部から前記回転方向の前記第１のブラシと反対方向に延出形成される第２のブラシとを有し、
   前記第１のブラシおよび前記第２のブラシの根元部分の板幅を略同一にするとともに、前記第１のブラシおよび前記第２のブラシの各接点から前記位相接片の前記押さえ板との固定位置までの距離を略同一とし、かつ前記各接点が前記半径方向に一直線上に並んで配置され、
   前記第１のブラシおよび前記第２のブラシの各接点を前記複数の信号パターンに接触させる前の状態において、互いに前記回転方向の逆方向に延出形成されて前記半径方向に対向する前記第１のブラシおよび前記第２のブラシは、前記各接点より先端側の最先端部がそれぞれ前記押さえ板側に曲げられることで、前記第１のブラシの最先端部が前記位相接片の回転軸の軸方向において前記第２のブラシより前記位相基板側に突出しないようにして前記第１のブラシの最先端部を前記第２ブラシにより保護し、前記第２のブラシの最先端部が前記位相接片の回転軸の軸方向において前記第１のブラシより前記位相基板側に突出しないようにして前記第２のブラシの最先端部を前記第１のブラシにより保護するように配置されていることを特徴とする回転位置検出装置。
2. 前記位相接片は、複数の前記第１のブラシと複数の前記第２のブラシを有し、
   前記複数の第１のブラシと前記複数の第２のブラシは、前記第１のブラシと前記第２のブラシが前記半径方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出装置。
3. 回転位置検出装置を備える電子機器であって、
   前記回転位置検出装置として、請求項１または２に記載の回転位置検出装置を備えることを特徴とする電子機器。

Images