JPH0550315U - ロータリエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】回転軸の方向の薄さを損わずに高分解能とクリ
ック感を持った光反射型ロータリエンコーダを得る。 【構成】発光ダイオード１３から受光素子１５への光の
通路である反射板１２Ａのすぐ前に遮光板１４が設けら
れ配線板１７に固定されている。遮光板１４には二組の
窓が光の強弱にしたがって発生する信号が互いに９０度
の位相差をもつような位置に設けられているので回転軸
１１が回されると互いに９０度の位相差を持つ信号が出
力される。ケース１８にはレバーを介してローラ１６が
取り付けらればねでローラ１６が歯車状の刻み１２の上
に押しつけられているので回転軸１１の回転トルクはロ
ーラ１６が刻み１２の上を一つ越えるごとに重くなった
り軽くなったりしてクリック感を発生する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、デジタル信号を取り扱う機器に人間の意思を入力する手段として 、回転軸を手で回したときの回転変位量を光学的な方法で検出しデジタル信号に 変換するインクリメンタル形ロータリエンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】

ロータリエンコーダはマイクロコンピュータの普及によって回転変位の情報を マイクロコンピュータに入力するための入力装置として広い分野で応用されてい る。それぞれの応用分野に応じて、高分解能・長寿命・小形・薄形・低価格など の特徴を備えた製品が使い分けられている。 ロータリエンコーダの用途には、モータなどの回転体の回転変位量を検出する手 段としての応用と、デジタル信号を取り扱う機器に人間の意思を入力する手段と しての応用とが一般に知られている。デジタル信号を取り扱う機器に人間の意思 を入力する手段としては、キーボードに代表されるように押釦スイッチが多く使 われているが、ロータリエンコーダは押釦スイッチよりも人間の意思どうりに入 力しやすい入力手段として、数値の設定・レートの設定・機能の選定・カーソル の設定・マーカの移動・マイクロコンピュータからのステートメントをスクロー ルするときの入力手段など、多様な使い方がされていて、機器のパネル面に取り 付けられた操作つまみを回して操作する。ロータリノブとかパルスジェネレータ とか手動パルス発生器と呼ばれることがある。 ロータリエンコーダの回転変位量の検出方法には、光学式・磁気式・摺動接点 式の三つの方法が一般に知られている。 光学式は回転変位を検出する部分が接触しないので長寿命であり回転変位量を 高い分解度で検出でき、通常の光を使ったものとレーザー光線など特殊な光を使 ったものとがある。 通常の光を使った光学式インクリメンタル形ロータリエンコーダの代表的なも のは、光の通路を回転する円板で断続しこれを検出する方法である。 回転軸に取り付けられた金属製の薄い円板に等間隔にスリットをあけておき、 この円板のスリットを挟んで発光素子と固定スリット板と受光素子が回転軸と平 行に配列されている。円板が回転すると円板のスリットが発光素子からの光を遮 断したり透過したりするので、これを受光素子で検出してデジタル信号を得てい る。この光透過形ロータリエンコーダは光を細いスリットに通して絞り込むこと によって回転角度のわずかな変位を検出できるので、多くの光学式インクリメン タル形ロータリエンコーダにこの構造が採用されている。 通常の光を使う光学式インクリメンタル形ロータリエンコーダの他の検出方法 に、回転する円板の光の反射を検出する方法がある。回転する円板には光の反射 の強弱が得られるパターンが描かれていて、このパターンと向かい合わせに発光 素子と受光素子とが同じ面に並べてある。発光素子の光は円板に反射して受光素 子に伝えられる。円板が回転すると円板に当たった光は円板に描かれたパターン にしたがって強く弱く反射しこれを受光素子が検出する。この光反射形ロータリ エンコーダは発光素子と円板との間隔を狭めたままで発光素子の光を小さく絞り 込むことが難しいので、検出できる回転角度の細かさである分解能は低い。 光の反射を検出する他の方法を使うインクリメンタル形ロータリエンコーダで は、固定された反射面に光の反射の強弱が得られるパターンが描かれていて、こ のパターンと向かい合わせに発光素子と受光素子とが同一面上に並べてある。こ の反射面のすぐ前に置かれている回転する円板には光を通す窓と通さない部分と が並んでいて、発光素子からの光は円板の窓を通して反射面で反射して受光素子 に伝えられる。円板が回転すると、反射面のパターンの光を反射する部分の前に 円板の光を通す窓が重なったときには受光素子に光が伝えられ、円板の光を通さ ない部分が重なったときには受光素子に光が伝えられず、発光素子の光は反射面 のパターンにしたがって強く弱く反射してこれを受光素子が検出する。この光反 射形ロータリエンコーダは円板のパターンで発光素子の光を細く絞り込むことが できるので分解能を高くできる。しかし、発生するパルス数を知るためのクリッ ク感を回転軸に持たせるためには、円板のすぐ後ろに回転しない反射板があるの で、円板を厚いものにするか節度機構を円板とは別に設けなければならず、回転 軸方向の厚みが厚くなってしまう。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

一般に多くの機器は小形化・薄形化が求められている。その中に使われるロ ータリエンコーダも同じように小形化・薄形化が求められている。 摺動接点式に比べ、光学式のロータリエンコーダは検出手段が非接触であるため 長寿命であり、摺動接点式にみられるチャタリングは無くきれいな信号が得られ るほかに、光を細く絞り込むことで高い分解能を得ることができると言う特徴が ある。しかし、小形化・薄形化については摺動接点式に比べて十分とは言えない 。 図３は一般に多く使われている光透過形のインクリメンタル形ロータリエンコ ーダの一例を簡略化した分解斜視図で示している。（３１）は回転軸である。（ ３２）は回転軸によって回転する円板であって放射状のスリットが等間隔に開い ている。（３３Ａ），（３３Ｂ）は発光素子である。 （３４）は固定スリット板であって円板（３２）のスリットに対しておよそ９ ０度の位相差をもって光が断続して透過する位置にスリットが開いている。（３ ５Ａ），（３５Ｂ）は受光素子である。固定スリット板（３４）を透過して位相 差を持った二つの光を二つの受光素子が受けて回転方向を知るために必要な位相 差のある二つの信号を得ている。光透過形のロータリエンコーダは光を細いスリ ットに絞り込むことで高い分解能を得られるが、回転する円板のスリットを検出 するために円板を挟んで発光素子と固定スリット板と受光素子とが回転軸と平行 に配列されているので、円板の回転軸の方向の寸法を小さくしてロータリエンコ ーダの回転軸方向の厚みを薄くすることが難しい。 図４は光反射形のインクリメンタル形ロータリエンコーダの一例を簡略化した 分解斜視図で示している。（４１）は回転軸である。（４２）は回転軸によって 回転する円板であって光を反射する部分（４２Ａ）と光を反射しない部分（４２ Ｂ）が等間隔で円形に並んでいる。（４３）は発光素子である。円板（４２）で 反射した光が位相差を持つ二つの光となる位置に二つの受光素子（４５Ａ），（ ４５Ｂ）が置かれている。光反射形のロータリエンコーダは発光素子と受光素子 が円板と平行な面に並んでいるので光透過形にくらべてロータリエンコーダの回 転軸方向の厚みを薄くできるが、発光素子と円板との間隔を狭めたままで発光素 子の光を小さく絞り込むことが難しいので、検出できる回転角度の細かさである 分解能は低い。 図５は光反射形のインクリメンタル形ロータリエンコーダの他の一例を簡略化 した分解斜視図で示している。（５１）は回転軸である。（５２）は回転する円 板であって光を通す窓と光を通さず反射もしない部分とが縞模様に等間隔で円形 に並んでいる。（５３Ａ），（５３Ｂ）は発光素子である。円板（５２）の後に は反射板（５４）があって、円板（５２）の縞模様に対応して光を反射する部分 と反射しない部分とがある。発光素子からの光は円板（５２）を通して反射板（ ５４）で反射し、受光素子（５５Ａ），（５５Ｂ）で受光される。二つの受光素 子（５５Ａ），（５５Ｂ）には位相差を持って断続した二つの光が行くように反 射板（５４）の縞模様は二つの受光素子のすぐ前で円板の縞模様に対して互いに 位相差を持たせている。図５の光反射形のロータリエンコーダは光を縞模様に細 く絞り込むので図４の光反射形のロータリエンコーダに比べて分解能は高く、一 般に多く使われている図３の光透過形のロータリエンコーダに比べて回転軸方向 の厚みを薄くできる。しかし、回転軸にクリック感を持たせるためには、円板の すぐ後ろに回転しない反射板があるので、節度機構を円板とは別に設けなければ ならず、回転軸方向の厚みが厚くなってしまう。 この考案は、光反射形ロータリエンコーダの回転軸方向の薄さを損なわずに高 い分解能と回転軸にクリック感を持った光反射形ロータリエンコーダを得ること を目的にしている。

【０００４】

【課題を解決するための手段と作用】

光反射形ロータリエンコーダの回転軸方向の薄さを損なうことなく光学式ロー タリエンコーダの特徴である高い分解能を持ち、しかも回転軸にクリック感を持 たせるために、この考案では、光反射形ロータリエンコーダの円板の反射面に、 光を反射する部分と光を反射しない部分を円板の中心から放射上の縞模様に設け ておき、この反射面の直ぐ前に円板上の縞模様に対応して光を通す窓と光を通さ ない部分を持った遮光板を設けている。 回転する円板上に反射面を設けたので、回転軸にクリック感を持たせるための 節度機構を円板のまわりに設けることができ、回転軸方向の厚みを薄くすること ができる。 節度機構は、円板上にある反射する部分と反射しない部分の縞模様と同じ ピッチの刻みを円板上に設けておき、この刻みにボールやローラをばねで押し付 けたり、逆に、ケースと一体に固定された部分に縞模様と同じピッチの歯車を設 けておき、この歯車に円板上に設けられたボールやローラをばねで押し付けるこ とによって、円板が回転するときに回転軸にクリック感を発生させる。 発光ダイオードの光の出力の指向特性の最大の軸が円板の反射面をとうして受 光素子の受光感度の指向特性の最大の軸と一致するように発光ダイオードと受光 素子とを配置すると、発光ダイオードから反射面までの距離を大きくとらなくて も回転軸方向の厚みが厚くならず光の効率も悪くならいので、発光ダイオードの 消費電力を小さくできる。 遮光板は光を通す窓と光を通さない部分で構成されているが、一般に発光ダイ オードからの光はスポットライトのように円形に照射される。ロータリエンコー ダの分解能を高くしたり安定な信号出力を得るためには窓を小さくしたほうが良 いが、窓を小さくすると窓を通る光よりも光を通さない部分に当たる光のほうが 多くなる。光を通さない部分で反射する光が強いと円板で反射する光の強弱に関 係なく常にある一定の強さの光が受光素子にあたることになるので、遮光板で反 射する光が強すぎるときには円板で反射した光の強弱のコントラストが弱くなっ て円板で反射する光の強弱を受光素子が正しく受光できないことがある。このた め遮光板は黒く染めたものを使用するが、黒く染めただけでは反射をまったく無 くしてしまうことはできないので、受光素子の感度のばらつきや発光ダイオード の明るさのばらつきが大きいときは、円板で反射する光の強弱を正しく受光する ことができない事態にもなりかねない。 請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のように、遮光板で反射する発光ダ イオードからの光を受光素子以外の方向に曲げたり、遮光板で反射する光の通路 に障害物を設けて阻止したり、光の反射を防ぐために遮光板の表面に細かい凹凸 を設けたりスエード状の物で覆ってしまう方法で、遮光板で反射する光を出来る かぎり少なくして受光素子への光の強弱のコントラストを大きくすれば、素子の ばらつきの影響は小さくできる。

【０００５】

【実施例】

図１はこの考案のロータリエンコーダの一実施例の分解斜視図である。図２ は同実施例の断面図であって回転軸を含む断面を示している。（１２）は円板で あって、その中心には回転軸（１１）があり外周には節度機構のための歯車状の 刻み（１２Ｂ）がある。また、円板（１２）には光を反射する部分と反射しない 部分の縞模様を持った反射板（１２Ａ）が取り付けてある。回転軸（１１）の一 方の端はケース（１８）の軸受を貫通して伸び、反射板（１２Ａ）のついている 方の端は配線板（１７）に設けられた軸受で支えられている。配線板（１７）に は発光ダイオード（１３）と受光素子（１５）が回転軸の軸受に対して放射状に 二組並べられていて、発光ダイオード（１３）と受光素子（１５）の間には発光 ダイオード（１３）から光が直接受光素子（１５）に届かないように仕切りが設 けられている。 発光ダイオード（１３）から受光素子（１５）への光の通路である反射板（１ ２Ａ）のすぐ前には、遮光板（１４）が配線板（１７）に固定してあり、遮光板 （１４）の表面には光の反射を防ぐための塗装が施されている。 遮光板（１４）には二組の窓が円板の反射面の縞模様の周期に対して互いに９ ０度の位相差を持つような位置であいている。ケース（１８）にはレバーを介し てローラ（１６）が取り付けられていて、図に示されていないばねでローラ（１ ６）は歯車状の刻み（１２Ｂ）の上に押しつけられている。回転軸（１１）の円 板（１２）をケース（１８）に入れ配線板（１７）で蓋をするように構成されて いる。信号は配線板（１７）の端子（１７Ａ）から取り出される。ケース（１８ ）の軸受部分の外側はねじがきってありこのねじの部分を取り付けパネルの穴に 通しナットで取り付ける。ここで回転軸（１１）が回されないと遮光板（１４） の窓を通った発光ダイオード（１３）から光は反射板（１２Ａ）にあたり、反射 板（１２Ａ）の反射の強さに応じた光が受光素子（１５）に反射されている。回 転軸（１１）が回されると遮光板（１４）の窓の前を反射板（１２Ａ）の光を反 射する部分と光を反射しない部分とが交互に通過するので、受光素子（１５）は 受光する光の強弱にしたがった信号を発生する。遮光板（１４）の２組の窓は光 の強弱にしたがって発生した信号が互いに９０度の位相差を持つような位置にあ いているので回転軸（１１）が回されると互いに９０度の位相差を持つ信号が出 力される。レバーを介してケース（１８）に取り付けられているローラ（１６） は図に示されていないばねで円板（１２）の歯車状の刻み（１２Ｂ）の上に押し つけられているので、回転軸（１１）の回転トルクはローラ（１６）が刻み（１ ２Ｂ）の上を一つ越えるごとに重くなったり軽くなったりしてクリック感を発生 する。請求項５の例を示す。 図６は第２の実施例の断面図であって回転軸を含む断面を示している。（６１ ）は回転軸、（６２）は円板であって、円板の軸と直角にあいた穴の中のボール （６２Ｂ）はばね（６２Ｃ）に押されてケース（６８）の内側にある歯車状の刻 み（６８Ｂ）に押し付けられている。回転軸（６１）を回すとボール（６２Ｂ） が歯車状の刻み（６８Ｂ）の上を一つ越えるごとに重くなったり軽くなったりし てクリック感を発生する。また、遮光板（６４）は窓の半分から受光素子（６５ ）の側を折り曲げて遮光板（６４）で反射する光が受光素子（６５）に届かない ようにしている。請求項４の例を示す。 図７は第３の実施例の遮光板を円板の中心に向かって見たときの断面図である 。遮光板（７４）の窓の回りを円板（７２）の円周方向に曲げて、窓の回りで反 射する光を円周方向に曲げて受光素子に届きにくいようにしている。請求項３の 例を示す。 図８は第４の実施例の断面図であって回転軸を含む断面を示している。遮光板 （８４）は発光ダイオード（８３）に対面する方向に傾けて取り付けられている ので、遮光板（８４）で反射する光は発光ダイオード（８３）の方向に曲って受 光素子に届きにくくなっている。請求項２の例を示す。

【０００６】

【考案の効果】

この考案は、以上に示したように構成されるので、回転軸に取り付けられた金 属製の薄い円板に等間隔にスリットをあけておき、この円板のスリットを挟んで 発光素子と固定スリット板と受光素子が回転軸と平行に配列されている従来のロ ータリエンコーダの特徴である長寿妙、きれいな信号、高い分解能を損なうこと 無く、回転軸方向の厚みを薄くすることができ、更に回転軸にクリック感を持た せることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案のロータリエンコーダの一実施例の分
解斜視図である。

【図２】同実施例の断面図であって回転軸を含む断面を
示している。

【図３】従来からあるロータリエンコーダの一例を簡略
化した分解視図で示している。

【図４】光反射形のインクリメンタル形ロータリエンコ
ーダの一例を簡略化した分解斜視図で示している。

【図５】光反射形のインクリメンタル形ロータリエンコ
ーダの他の一例を簡略化した分解斜視図で示している。

【図６】第２の実施例の断面図であって回転軸を含む断
面を示している。

【図７】第３の実施例の遮光板を円板の中心に向かって
見たときの断面図である。

【図８】第４の実施例の断面図であって回転軸を含む断
面を示している。

【符号の説明】

１１…回転軸 １２…円板 １２Ａ…反射板 １２Ｂ…歯車状の刻み １３…発光ダイオード １４…遮光板 １５…受光素子 １６…ローラ

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】反射面を持つ円板の中心にある回転軸をケ
   ースに設けた軸受で受け、回転軸の端を軸受から延ばし
   ておく。発光ダイオードからの光が円板の反射面で反射
   して受光素子で受光できるように、発光ダイオードと受
   光素子とを回転軸に対して放射状に配線板の上に並べし
   ておく。円板の反射面には、光を反射する部分と光を反
   射しない部分とを回転軸に対して放射状の縞模様となる
   ように交互に設けておく。発光ダイオードから受光素子
   への光の通路である円板の反射面のすぐ前には、光を通
   す窓をあけた遮光板を固定して設け、遮光板の窓の近く
   はで光が反射しないようにしておく。発光ダイオードと
   受光素子の組み合わせは二組あり、遮光板にも発光ダイ
   オードと受光素子の組み合わせ対応した二組の窓があ
   る。二組の窓は円板の反射面の縞模様の周期に対して互
   いに位相差を持って開いている。回転軸を回転させたと
   きに円板の反射面の縞模様に対応したクリック感を回転
   軸に持たせるために、円板のまわりに節度機構を設けて
   いる。このように構成されたことを特徴とする光学式の
   インクリメンタル形ロータリエンコーダ。
2. 【請求項２】遮光板を円板の反射面と平行にならないよ
   うに傾けて、遮光板で反射する発光ダイオードからの不
   要な光が受光素子で受光されないように構成されたこと
   を特徴とする請求項１に記載する光学式のインクリメン
   タル形ロータリエンコーダ。
3. 【請求項３】遮光板を折り曲げて、遮光板で反射する発
   光ダイオードからの不要な光が受光素子で受光されない
   ように構成されたことを特徴とする請求項１に記載する
   光学式のインクリメンタル形ロータリエンコーダ。
4. 【請求項４】遮光板のスリットの近くに突起物を設け
   て、遮光板で反射する発光ダイオードからの不要な光が
   受光素子で受光されないように構成されたことを特徴と
   する請求項１に記載する光学式のインクリメンタル形ロ
   ータリエンコーダ。
5. 【請求項５】遮光板の表面をスエード状に加工して、遮
   光板で反射する発光ダイオードからの不要な光が受光素
   子で受光されないように構成されたことを特徴とする請
   求項１に記載する光学式のインクリメンタル形ロータリ
   エンコーダ。