JPH07181059A - 休止用の軸引込位置と調節用の軸引出位置とを有する型の電子エンコーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 休止時の軸引込位置と調節時の軸引出位置と
を有する型の電子エンコーダ装置において、軸引出位置
におけるエンコーダ装置のバックラッシュをほぼ解消す
ること。 【構成】 休止時の軸引込位置と調節時の軸引出位置と
を有する型の電子エンコーダ装置（または他のパネル制
御装置）１００において、バックラッシュ防止カップリ
ングはバックラッシュをほぼ解消することができる。バ
ックラッシュカップリングは、軸１０２に固定された第
１くさび部材１０８およびロータに固定された第２くさ
び部材２０８を有する。第１くさび部材１０８は少なく
とも一つの外向きに傾斜する延長部を有し、第２くさび
部材２０８は前記第１くさび部材１０８の外向きに傾斜
する延長部に適合する凹所を有する。第２くさび部材２
０８は軸が引出されたとき、第１くさび部材１０８に結
合するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子器具用回転式位置エ
ンコーダの分野、とくに休止用軸引込位置と調節用軸引
出位置とを有する型の回転式位置エンコーダに関する。
位置エンコーダは種々の電子器具用に使用される。位置
エンコーダは使用者がノブを回転することによって生ず
る回転運動を電気信号の変化に変換し、変化された信号
は電子器具の作動パラメータを調節するため使用するこ
とができる。たとえば位置エンコーダは自動車オーディ
オ装置の音量を調節するため使用される。

【０００２】

【従来の技術】回転式位置エンコーダの一つの型式にお
いて、エンコーダ軸は縦方向または軸線方向に引込位置
と引出位置との間で移動することができる。引込位置に
おいてエンコーダ軸は器具の前方パネルからほんの僅か
だけ延長して休止する。引出位置において、軸は調節を
容易にするためパネルから縦方向に突出する。バネ負荷
トッグル装置は単に軸の端部を押すだけで軸が二つの位
置の間を移動できるようになっている。回転ならびに縦
方向移動ができることは、エンコーダ内の軸および回転
板の形状をキー状にすることによって達成され、ロータ
は軸と一緒に回転するととに、軸をロータを通って軸線
方向または縦方向に自由に移動させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】回転カップリングなら
びに縦方向運動に対応するとともに製造公差を吸収する
ため、最小量の隙間または誤差しかロータのキー状の開
口の大きさとキー状の軸の大きさとの間に存在してはな
らない。この誤差は軸とロータとの間の回転カップリン
グの“バックラッシュ”としてこの工業分野において公
知である。これは大部分の用途において、位置の精度の
必要性または装置の触感の認識をなくするため好ましく
ない。本発明は回転式位置エンコーダにおけるこの種の
バックラッシュを解消することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は停止用軸引込位
置と調節用軸引出位置とを有する型の電子エンコーダに
関する。軸引出位置において、エンコーダ装置はほぼバ
ックラッシュがゼロである。ゼロ−バックラッシュはバ
ックラッシュ防止カップリングによって達成される。エ
ンコーダ装置は縦軸線の周りに回転しうるキー状の軸を
有する。軸が通過するキー状の開口を有するロータは、
ロータが軸と一緒に縦軸線の周りに回転するとともに軸
が縦軸線に沿って自由に並進するように、軸に係合す
る。軸は軸引込位置と軸引出位置との間で縦方向に移動
する。バックラッシュ防止カップリングは軸が引出位置
にあるときバックラッシュをほぼ解消する。

【０００５】バックラッシュ防止カップリングは本発明
の重要な特徴である。バックラッシュ防止カップリング
は雄カップラ〔結合子（雄くさび部材）〕および雌カッ
プラ〔結合子（雌くさび部材）〕を有する。雄カップラ
は少なくとも一つの外向きに傾斜した延長部を有する。
雌カップラは雄カップラの延長部に適合するように形
成、配置された少なくとも一つの内向きに傾斜した凹所
を有する。一方のカップラはロータに取付けられる。他
方のカップラは軸に、軸が引出位置にあるとき、両カッ
プラが圧縮（ばね）負荷によって係合するように取付け
られ、傾斜した適合部は凹所に対して軸はバックラッシ
ュがほぼ解消するように軸とロータの間を積極的に結合
する。

【０００６】好ましい実施例において、雄カップラは１
８０°離れて配置された二つの外向きに傾斜した延長部
を有する環体である。これに対応して雌カップラは１８
０°離れて配置された二つの内向きに傾斜する凹所を有
する環体である。さらにエンコーダはロータの位置を感
知しかつその電気的検出を可能にする二元スイッチ要素
を有する。コイルばねは、軸を、雄および雌カップラが
押されて積極的に係合する引出位置に押すように、形
成、配置されている。アクチュエータ装置およびカム板
は軸を引出位置および引込位置のいずれかに選択的に保
持する。作動は軸を押すことによって実施される。好ま
しい実施例において、エンコーダ装置は軸の縦方向並進
によって作動されるトッグルスイッチを有する。軸の遠
い端部は軸が引込位置にあるとき固定接点に対して可動
接点を閉じる。軸が引出位置にあるとき、可動接点およ
び固定接点は開かれる。本発明の前記のおよび他の目
的、特徴および利点は、添付図面に示された本発明の好
ましい実施例に関する下記の詳細な記載から一層明らか
になるであろう。

【０００７】

【実施例】本発明の好ましい実施例を下記に詳細に説明
する。下記においては特殊な形状および配置について説
明するが、これは単に説明のためのものであることを理
解されたい。この技術に通じた人々は、他の形状および
配置も本発明の精神および範囲から離れることなく使用
しうることを認識するであろう。本発明の好ましい実施
例を、同様の参照符号は同様の要素を示す、図面を参照
して説明する。また図面において、各参照符号の左端の
数字は参照符号が最初に使用された図面に対応する。図
面は電子エンコーダ装置１００を示す。好ましい実施例
において、エンコーダ１００は３６の状態を有する二チ
ャンネル、デジタルエンコーダである。各状態は軸の１
０°の回転に対応する。さらに、エンコーダ１００は、
軸が引込位置にあるときの第１状態と軸が引出位置にあ
るときの第２状態との間でトッグル運動する、軸の位置
に対応するスイッチを有する。エンコーダ１００は、た
とえば自動車オーディオ装置用音量制御およびオン／オ
フスイッチとして使用される。回転式エンコーダの特徴
は、オーディオ装置の音量を制御するため使用される。
軸位置指示スイッチは、オーディオ装置のオン／オフ状
態を制御するため使用される。

【０００８】図１および図２に示すようにエンコーダ１
００は軸１０２、ハウジング１０４、Ｏ−リング２０
２、ロータ２０４、ばね接点装置２０６、雌カップラ
（雌くさび部材）２０８、二元スイッチ要素１０６、雄
カップラ（雄くさび部材）１０８、アクチュエータ装置
１１２、カム板１１６、コイルばね１１８、バックアッ
プばね１２０、スイッチ可動接点（図６にのみ図示）６
０４、スイッチ固定接点（図６にのみ図示）６０２およ
び本体１２２を有する。図示のように、軸１０２は縦方
向にハウジング１０４を通り、Ｏ−リング２０２を通
り、ロータ２０４の中央開口を通り、雌カップラ２０８
を通り、二元スイッチ要素１０６を通りそしてその後端
において雄カップラ１０８に結合されている。アクチュ
エータ装置１１２は軸１０２の後端において軸方向に固
定され、そこで自由に回転することができる。保持クリ
ップ１１３はアクチュエータ装置１１２および雌カップ
ラ２０８を軸１０２上に保持する。

【０００９】軸１０２はほぼ円筒形の軸で、ロータ２０
４に回転方向に固定するようにキー状にされている。
“キー状にする”なる語は、軸の断面形状が、完全な円
から回転力が軸からロータ２０４に伝達されるように変
形されることを意味している。好ましい実施例において
軸１０２の断面形状は二つの平行な側面を備えた円であ
る。この形状に対応して、ロータ２０４も軸１０２が貫
通する同様の形状の中央開口を有する。変形を容易に製
造するため、また中央開口を通る軸１０２に自由に縦方
向運動をさせるため、開口は軸より僅かに大きい。上記
のように、（開口と軸との間の）この隙間は公知の位置
エンコーダにおける好ましくないバックラッシュの原因
となる。軸１０２の前端部分１０３はノブをうけ入れる
ため半円形断面部分に対してキー状にされている。軸１
０２のカラー部分１０５は、軸１０２が予め選択された
位置を超えてハウジング１０４内に引込められるのを阻
止するためストッパを形成している。軸１０２のキー状
部分１０７はロータ２０４に適合するよう形成されてい
る。

【００１０】アクチュエータ装置１１２、カム板１１
６、ばね１１８、およびバックアップばね１２０は本体
１２２と共働して作用し、軸１０２を引出位置または引
込位置のいずれかに選択的に保持する。ばね１１８は軸
１０２と、軸１０２の前端が押されるときアクチュエー
タ装置がばねを本体１２２の後側に押付けるように、軸
方向に整合している。この縦方向のまたは軸線方向の軸
１０２の運動は、前端において、ハウジング１０４の孔
３０４に嵌装する軸部分３０２によって案内される。軸
１０２の軸線方向運動は、後端において、アクチュエー
タ装置１１２、カム板１１６および二つの軸線方向に延
びる本体１２２の溝３０６，３０８（図３および図６参
照）によって案内される。

【００１１】アクチュエータ装置１１２は、カム従動子
（ピン）１１０およびプラスチック製の絶縁スイッチア
クチュエータ（ピン）１１４を有する。スイッチアクチ
ュエータ１１４は、本体１２２の溝３０８に沿って軸線
方向に移動する。カム従動子１１０は本体１２２の溝３
０６に沿って軸線方向に移動する。カム従動子１１０は
さらに溝３０６を超えて延びカム板１１６と結合されて
いる。カム板１１６はその表面に二つの案内通路を形成
されている。第１案内通路は、軸１０２が押されたと
き、ピンを本体１２２に向かって軸線方向に移動させる
ことができる。軸１０２が釈放されるとき、通路はピン
を保持位置に偏倚させる。軸がふたたび押されるとき、
ピンは保持位置から第２の通路に案内される。軸がふた
たび釈放されるとき、ばね１１８の復元力はピンを第２
の通路を通って最初のまたは軸引出位置に戻す。こうし
て、軸の選択的伸縮作用が達成される。

【００１２】バックアップばね１２０は、本体１２２の
上壁とカム板１１６との間に設置されている。バックア
ップばね１２０は軸１０２の縦軸線に垂直な力を発生す
る。この力はカム板１１６の通路を押して、アクチュエ
ータ装置１１２のカム従動子１１０と積極的に結合させ
るのに使用される。引出位置にあるとき（図４参照）、
ばね１１８は軸１０２を押して本体１２２から離す。そ
こで雄カップラ１０８の延長部は雌カップラ２０８の凹
所に結合され、ロータ２０４をハウジング１０４に押付
ける。Ｏ−リング２０２はハウジング１０４内側の浅い
凹所に配置されている。Ｏ−リング２０２は、ばね１１
８の力に対して僅かに反作用してロータ２０４を二元ス
イッチ要素１０６の直ぐ側に保持するとともにロータ２
０４を軸１０２に対して自由に回転させる、弾性ブッシ
ュを形成している。

【００１３】図６に示すように、二元スイッチ要素１０
６は表面に設けられた導電要素の二つのチャンネルを有
する。第１チャンネルは円周方向に１０°ずつ離れたほ
ぼ円形のパターンに配置された３６個の導電性セグメン
ト６０６を有する。第２チャンネルは第１チャンネルの
セグメント６０６に対してセグメントの半分だけ位相が
ずれた３６個の導電性セグメント６０８を有する。共通
の導体６１０も設けられている。この型のエンコーダ技
術はこの技術において公知である。ばね接点装置２０６
は、二元スイッチ要素１０６の隣接面に接触する、個々
のばね接点要素２０６Ａ〜２０６Ｄを有する。ばね接点
要素２０６Ａは、セグメント６０６に接触する。ばね接
点要素２０６Ｂは、セグメント６０８に接触する。ばね
接点要素２０６Ｃおよび２０６Ｄは、共通の導体６１０
に接触する。ロータ２０４が回転するとき、各ばね接点
は各接触リングと共通の導体上のセグメントとの間の接
続を変化する。これらの接続の変化は中間接続点６１２
において感知することができ、中間接続点６１２はチャ
ンネルＡに対して点６１２Ａを、チャンネルＢに対して
点６１２Ｂをまた共通の導体に対して点６１２Ｃを有す
る。この型の数字式位置コード化もまたこの技術におい
て公知である。

【００１４】図３は軸１０２が引込位置にあるエンコー
ダ１００の断面図である。バックラッシュ防止カップリ
ングが外されていることに注意されたい。軸１０２がこ
の引込位置にあるとき、雄カップラ１０８は雌カップラ
２０８から離されている。この位置において、軸１０２
とロータ２０４との間にバックラッシュが存在する。し
かしながら、この位置は通常エンコーダの休止位置と考
えられ、調節は通常実施されない。引込位置において、
アクチュエータ装置１１２のスイッチアクチュエータ１
１４はスイッチ可動接点６０４をスイッチ固定接点６０
２から離すように押している。両方の接点は本体１２２
の区域３１０に設けられている。上記のようにこの簡単
なスイッチの配置は、自動車オーディオ装置の動力オン
／オフ作用を制御することのような、トッグルスイッチ
作用を実施するために使用することができる。図４は軸
１０２が引出位置にあるエンコーダ１００を示してい
る。そこで、バックラッシュ防止カップリングが完全に
係合していることに注意されたい。この引出位置におい
て、ばね１１８の力は雄カップラ１０８のくさび型延長
部を雌カップラ２０８のくさび型凹所に押込んでいる。
このくさび作用は軸１０２とロータ２０４とを積極的に
結合させ、すべてのバックラッシュをほぼ解消してい
る。

【００１５】図５は本発明によるバックラッシュ防止カ
ップリングを示している。上記のように、バックラッシ
ュ防止カップリングは、雄カップラ１０８および雌カッ
プラ２０８を有する。部材１０８のくさび型延長部は、
部材２０８の雌くさび型凹所に適合する。この好ましい
実施例において、部材１０８は軸１０２に固定され、部
材２０８はロータ２０４に固定されている。しかしなが
ら、これが必要というわけでないことに注意されたい。
部材１０８および２０８は交換可能である。また、部材
１０８は部材２０８の二つの凹所に対応するため二つの
延長部を有することに注意されたい。この実施例は好ま
しい実施例であるが、いかなる数の延長部／凹所の対も
使用することができる。しかしながら、バックラッシュ
防止カップリングの耐久性および製造の可能性は、伸長
部／凹所の対の数を多くも少なくもすることができるも
のと考えるべきである。

【００１６】好ましい実施例において、雄カップラ１０
８および雌カップラのくさび角度は３０°をなしてい
る。すなわち、各カップラ１０８の雄延長部（もしくは
各雌凹所２０８）の各面は３０°をなしている。また雄
カップラ１０８の貫通孔はその内面に小さいリブを備え
ている。緊密な摩擦結合によって剪断されるように設計
されたこれらのリブは、カップラ１０８を軸１０２に確
実に緊密に嵌合させる。バックラッシュ防止カップリン
グは本発明の重要な特徴であって、デジタル位置エンコ
ーダに設けられたものとして記載された。しかしなが
ら、本発明者等は本発明のバックラッシュ防止カップリ
ングが他の多くの用途を有することを期待している。

【００１７】好ましい実施例において、二元スイッチ要
素１０６はセラミック板である。導電性セグメント（誘
電性部分を含む）は公知の技術を使用して該板の上に取
付けられる。カップラ１０８，２０８は、機械用プラス
チックを射出成形して作られる。雄カップラ１０８は、
ゼネラル・エレクトリック社製の“ＶＡＬＯＸ”（商標
名）のような高圧縮強度材料から作るのが好ましい。
“ＶＡＬＯＸ”は３０％のガラス繊維充填材を含むポリ
エステル樹脂である。雌カップラ２０８はロータ２０４
の一体の部分として形成され、かつナイロンから作られ
る。アクチュエータ装置１１２は亜鉛から作られる。ス
イッチアクチュエータ１１４は非導電性プラスチックキ
ャップを有する。他のすべての要素はこの技術において
公知の標準的材料を使用して作られる。

【００１８】特殊な用途の場合、引込ならびに引出位置
におけるエンコーダの位置調節を必要とするであろう。
この必要性が生ずるならば、二つのバックラッシュ防止
カップリングを使用することができる。一方のバックラ
ッシュ防止カップリングはエンコーダが引出位置にある
ときバックラッシュを解消するのに適している。他方の
バックラッシュ防止カップリングはエンコーダが引込位
置にあるときバックラッシュを解消するのに適してい
る。そこで両方の位置において正確な調節が可能にな
る。以上、本発明の好ましい実施例を位置エンコーダに
関連して記載した。しかしながら、本発明のバックラッ
シュ防止カップリングは回転ならびに並進運動を必要と
するいかなるパネル制御装置に対しても使用することが
できる。“パネル制御装置”なる語は位置エンコーダ、
電位差計的装置、可変容量等を含むことを意図してい
る。さらに、本発明はある程度の特殊性に関連して記載
されたが、しかしながら、この技術に通じた人々には、
本発明の精神および特許請求の範囲の記載内において、
各種の付加的用途および適当な変形を認識するであろ
う。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、ロータまたは軸の一方に固定
され、縦軸線にほぼ平行に延長する少なくとも一つの外
向きに傾斜する延長部を有する第１カップラを設け、ロ
ータまたは軸の他方に固定され、第１カップラの少なく
とも一つの外向きに延長する延長部に適合するように形
成、配置された少なくとも一つの内向きに傾斜する凹所
を有する第２カップラを設け、軸が前記引出位置にある
とき、第２カップラの前記少なくとも一つの内向きに傾
斜する凹所を前記第１カップラの前記少なくとも一つの
外向きに傾斜する延長部に係合させることにより、ロー
タと軸との遊びを除去し、軸とロータの間のバックラッ
シュをほぼ解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】二元スイッチ要素１０６と本体１２２との間に
設けられた要素を示す本発明によるエンコーダ装置の展
開斜視図。

【図２】ハウジング１０４とアクチュエータ装置１１２
との間に設けられた要素を示す本発明によるエンコーダ
装置の展開斜視図。

【図３】引込位置における本発明によるエンコーダ装置
の断面図。

【図４】引出位置における本発明によるエンコーダ装置
の断面図。

【図５】雄カップラ１０８と雌カップラ２０８との間の
対応関係を示す本発明によるバックラッシュ防止カップ
リングの斜視図。

【図６】二元スイッチ要素１０６および本体１２２を詳
細に示す本発明によるエンコーダ装置の展開、斜視図。

【符号の説明】

１００ エンコーダ １０２ 軸 １０３ 前端 １０４ ハウジング １０５ カラー １０６ 二元スイッチ要素 １０７ キー状部分 １０８ 雄カップラ １１０ カム従動子（ピン） １１２ アクチュエータ装置 １１３ 保持クリップ １１４ スイッチアクチュエータ（ピン） １１６ カム板 １１８ コイルばね １２０ バックアップばね １２２ 本体 ２０２ Ｏ−リング ２０４ ロータ ２０６ ばね接点装置 ２０８ 雌カップラ ３０２ 軸部分 ３０６ 溝 ３０８ 溝 ６０２ スイッチ固定接点 ６０４ スイッチ可動接点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード ジョージ ヴァンニムウェゲ ン アメリカ合衆国ユタ州ノース オグデン, エヌ．チェリー トライブ 2899

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 停止用の軸引込位置と調節用の軸引出位
   置とを有する型の電子エンコーダ装置において、 縦軸線の周りに回転しうるキー状の軸、 前記軸が通過するキー状の開口を有するロータであっ
   て、前記開口は前記ロータが前記軸と一緒に前記縦軸線
   の周りに回転するとともに前記軸が前記開口を通り前記
   縦軸線に沿って軸引込位置と軸引出位置との間で自由に
   並進するように前記軸に係合する、前記ロータ、 前記ロータまたは前記軸の一方に固定された第１カップ
   ラであって、少なくとも一つの外向きに傾斜する延長部
   を有し、前記延長部は前記ロータまたは前記軸の一方か
   ら前記ロータまたは前記軸の他方に向かって前記縦軸線
   にほぼ平行に延長する、前記第１カップラ、 前記ロータまたは前記軸の他方に固定された第２カップ
   ラであって、前記第１カップラの少なくとも一つの外向
   きに延長する延長部に適合するように形成、配置された
   少なくとも一つの内向きに傾斜する凹所を有する、前記
   第２カップラ、および前記ロータの位置を感知してその
   電気的検出を可能にする感知装置を有し、 前記第２カップラの前記少なくとも一つの内向きに傾斜
   する凹所は前記第１カップラの前記少なくとも一つの外
   向きに傾斜する延長部に係合して、前記軸が前記引出位
   置にあるとき、前記軸と前記ロータの間のバックラッシ
   ュを解消する、 前記エンコーダ装置。