JPH0552719U - ロータリエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】回転軸方向の薄さを損なわずに高い分解能とク
リック感を持ち防塵性にすぐれた光反射形ロータリエン
コーダを得る。 【構成】回転軸１１が廻されると遮光板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は円板１２の歯車状の刻み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、防塵防水機能をそなえた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。 光学式のロータリエンコーダは発光素子や受光素子の表面、遮光板の窓、 円板などの光の通り道が塵などで汚れると正しく動作できない。

【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 る手操作用の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。それはただ単に手操作用のロータリエンコーダを小形化・薄形化 しただけでなく、取り付け方も小形化・薄形化に対応した方法、たとえば プリント配線板に取り付けて半田ずけのあとにフラックスを落とすための 丸洗いにも耐えられる気密性が求められている。 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。また、光学式のロータリエンコーダは光を細 く絞り込むことで高い分解能を得ているので、ほこりや汚れが付着すると 故障の原因になりやすい。 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９０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。（３５Ａ），（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（４２Ｂ）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柚にクリック感を持ち、防塵性にすぐれた光反射形ロ 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 リック感を持たせ防塵性にすぐれた光反射形ロータリエンコーダを得るた 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のまわりに設けておき、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。 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。 ロータリエンコーダの内部にほこりや汚れの原因になるものが侵入しない ように、回転軸を貫通させたケースの軸受部分はＯリングで密封し、ケー スと配線板との間にはＯリングなどのシール材を使ってほこりや汚れの原 因の侵入を防いでおく。軸受部分にＯリングを入れると回転軸が傾き易く なるので回転軸の他の端を配線板に設けた軸受で支えておく。遮光板の窓 と円板の反射面の縞模様との位置関係を正確に保つためにも円板の回転軸 を配線板の軸受で支えておくことは重要である。

【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の反射面を持った反射板（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 貫通して伸びていて軸受と摺動する部分にＯリング（１１Ａ）がはめ込ん であり、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（１２Ａ）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９０度の位相差を持つような位置であいている。ケース（１ ８）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（１６）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、 ケース（１８）と配線板（１７）の間にＯリング（１９）をはさみながら 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）が回されないときは遮光板（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（１２Ｂ）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、従来のロータリエン コーダの特徴である長寿命、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、厚みを薄くしたまま回転軸にク リック感を持たせ、丸洗いに耐えられる気密性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と、円板と平行におかれた配線板に
   設けた軸受とで受け、回転軸の端はケースの軸受を貫通
   して延ばしておく。回転軸には回転軸がケースの軸受を
   貫通する位置にＯリングを取り付けておく。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
   を配線板に固定して設け、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。配線板
   はケースに蓋をするように取り付け、配線板とケースの
   間は気密となるようにシール材を取り付けておく。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向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。