JPH0747693Y2 - ロータリエンコーダ - Google Patents

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（３
２）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（１
５）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（１
５）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（１８）にはレバーを介してローラ（１
６）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（１
３）から光は反射板（１２Ａ）にあたり、反射板（１２
Ａ）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（１
４）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９
０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（１
１）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（６
１）を回すとボール（６２Ｂ）が歯車状の刻み（６８
Ｂ）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。