TWI571616B

TWI571616B - Rotary electronic parts and rotary encoders

Info

Publication number: TWI571616B
Application number: TW105110372A
Authority: TW
Inventors: Yoshiaki Nomura; Takeshi Takeda; Osamu Nakao; Hiroyuki Kishishita; Masashi Morikami
Original assignee: Murata Manufacturing Co
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-02-21
Also published as: WO2016158657A1; CN107430953A; JPWO2016158657A1; TW201636579A; JP6406435B2

Description

旋轉式電子零件及旋轉編碼器

本發明係關於一種旋轉式電子零件及旋轉編碼器。

先前，作為旋轉式電子零件之一例之旋轉編碼器，例如有日本專利特開2004-95242號公報(專利文獻1)所記載者。專利文獻1之旋轉編碼器具有：機械軸；限制構件，其限制機械軸之旋轉角度；編碼器機構，其檢測機械軸之旋轉方向及旋轉角度；及開關機構，其被機械軸按壓。

於專利文獻1中，編碼器機構具有：編碼器基板，其形成有電極圖案；轉子，其係安裝於機械軸；及滑動子，其係安裝於該轉子之下表面；且滑動子係與電極圖案滑接。且，限制構件係與轉子之外周面接觸而限制機械軸之旋轉角度。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2004-95242號公報

然而，於先前之旋轉編碼器中，若轉子與限制構件滑動，則產生轉子材料及/或限制構件之磨耗粉。且，有磨耗粉向編碼器基板侵入，阻礙電極圖案與滑動子之接觸，而使電氣特性惡化之情形。

因此，本發明之課題在於提供一種即使於限制機械軸之旋轉角度之限制構件產生磨耗粉，亦可防止電氣特性之惡化之旋轉式電子零件及旋轉編碼器。

為了解決上述課題，本發明之旋轉式電子零件之特徵在於包含：機械軸；機械軸旋轉檢測機構，該機械軸旋轉檢測機構係將上述機械軸可旋轉及可上下移動地以插通狀態保持且檢測上述機械軸之旋轉方向及旋轉角度者，且具有：轉子，其係可與上述機械軸一體旋轉地安裝於上述機械軸；滑動子，其係安裝於該轉子；及固定接點構件，其係供該滑動子滑接；限制構件，其係夾著至少1個隔離壁而設置於與上述電阻體圖案相反之側，限制上述機械軸之旋轉角度；及開關機構，其係由插通於上述機械軸旋轉檢測機構之上述機械軸之端部按壓。

根據本發明之旋轉式電子零件，即使自限制機械軸之旋轉角度之限制構件產生磨耗粉，亦由於限制構件係夾著至少1個隔離壁而設置於與上述電阻體圖案相反之側，故隔離壁可防止磨耗粉之侵入。藉此，由於可防止磨耗粉阻礙電極圖案與滑動子之接觸，故可防止旋轉式電子零件之電氣特性之惡化。

又，本發明之旋轉編碼器之特徵在於包含：機械軸；編碼器機構，該編碼器機構係將上述機械軸可旋轉及可上下移動地以插通狀態保持且檢測上述機械軸之旋轉方向及旋轉角度者，且具有：轉子，其係可與上述機械軸一體旋轉地安裝於上述機械軸；滑動子，其係安裝於該轉子；及固定接點構件，其係供該滑動子滑接；限制構件，其係夾著至少1個隔離壁而設置於與上述電阻體圖案相反之側，限制上述機械軸之旋轉角度；及開關機構，其係由插通於上述編碼器機構之上述機械軸之端部按壓。

根據本發明之旋轉編碼器，即使自限制機械軸之旋轉角度之限制構件產生磨耗粉，亦由於限制構件係夾著至少1個隔離壁而設置於與上述電阻體圖案相反之側，故隔離壁可防止磨耗粉之侵入。藉此，由於可防止磨耗粉阻礙電極圖案與滑動子之接觸，故可防止編碼器之電氣特性之惡化。

又，作為一實施形態，亦可為上述編碼器機構具有基板，上述固定接點構件係設置於上述基板上之電阻體圖案，且上述基板兼作上述至少1個隔離壁之1者。

根據上述一實施形態，藉由基板兼作隔離壁，而無須另行於編碼器機構設置隔離壁，故可使編碼器機構小型化，使旋轉編碼器進而小型化。

根據本發明之旋轉式電子零件及旋轉編碼器，即使於限制構件產生磨耗粉，亦可防止電氣特性之惡化。

1‧‧‧旋轉編碼器(旋轉式電子零件)

2‧‧‧殼體

3‧‧‧機械軸

5‧‧‧限制構件

6‧‧‧編碼器機構(機械軸旋轉檢測機構)

7‧‧‧開關機構

21‧‧‧上壁

21a‧‧‧孔部

22‧‧‧側壁

22a‧‧‧孔部(開關固定部)

22b‧‧‧槽部(編碼器固定部)

22c‧‧‧扣止部

23‧‧‧突壁(編碼器固定部)

24‧‧‧突片(編碼器固定部)

30‧‧‧齒輪狀之外周面

31‧‧‧凸部

32‧‧‧凹部

35‧‧‧操作部

36‧‧‧端部

51‧‧‧第1接點部

52‧‧‧第2接點部

60‧‧‧編碼器基板

60a‧‧‧凹部

60b‧‧‧突部

61‧‧‧電阻體圖案

62‧‧‧電阻體圖案

63‧‧‧電阻體圖案

64‧‧‧孔部

65‧‧‧轉子

65a‧‧‧孔部

65b‧‧‧突部

66‧‧‧滑動子

68‧‧‧絕緣片

68a‧‧‧孔部

70‧‧‧開關基板

70a‧‧‧凹部

70b‧‧‧突部

70c‧‧‧階部

71‧‧‧導電體

71a‧‧‧周緣部分

71b‧‧‧天頂部分

601‧‧‧編碼器端子

601a‧‧‧端部

602‧‧‧編碼器端子

602a‧‧‧端部

603‧‧‧編碼器端子

603a‧‧‧端部

651‧‧‧長徑部

652‧‧‧短徑部

661‧‧‧第1接點部

662‧‧‧第2接點部

663‧‧‧第3接點部

671‧‧‧第1電極部

672‧‧‧第2電極部

673‧‧‧第3電極部

701‧‧‧開關端子

702‧‧‧開關端子

703‧‧‧開關端子

A‧‧‧點

B‧‧‧點

C‧‧‧點

X‧‧‧方向

Y‧‧‧方向

Z‧‧‧方向

圖1係自作為本發明之一實施形態之旋轉式電子零件之旋轉編碼器之上方觀察之立體圖。

圖2係自旋轉編碼器之下方觀察之立體圖。

圖3係自旋轉編碼器之上方觀察之分解立體圖。

圖4係自旋轉編碼器之下方觀察之分解立體圖。

圖5係旋轉編碼器之剖視圖。

圖6係自編碼器機構之下方觀察之分解立體圖。

圖7係自編碼器機構之下方觀察之立體圖。

圖8係顯示編碼器機構之等效電路之電路圖。

圖9係顯示編碼器機構之輸出波形之波形圖。

以下，參照圖式更詳細地說明本發明。

本發明之旋轉式電子零件之特徵在於具有：機械軸；機械軸旋轉檢測機構，該機械軸旋轉檢測機構係將上述機械軸可旋轉及可上下移動地以插通狀態保持且檢測上述機械軸之旋轉方向及旋轉角度者，且具有：轉子，其係可與上述機械軸一體旋轉地安裝於上述機械軸；滑動子，其係安裝於該轉子；及固定接點構件，其係供該滑動子滑接；限制構件，其係夾著至少1個隔離壁而設置於與上述電阻體圖案相反之側，限制上述機械軸之旋轉角度；以及開關機構，其係由插通於上述機械軸旋轉檢測機構之上述機械軸之端部按壓。

此處，本發明之旋轉式電子零件中使用之固定接點構件，係固定之接點構件，且係供與機械軸一起旋轉之滑動子滑接之接點構件。固定接點構件可為設置於基板等支持體上之具有各種形狀之導電性構件之形態，例如電阻體圖案，或亦可為固定接點構件自身兼作支持體之形態。於以下之實施形態中，就於固定接點構件使用電阻體圖案之例進行說明。

圖1係自作為本發明之一實施形態之旋轉式電子零件之一例之旋轉編碼器之上方觀察之立體圖。圖2係自旋轉編碼器之下方觀察之立體圖。圖3係自旋轉編碼器之上方觀察之分解立體圖。圖4係自旋轉編碼器之下方觀察之分解立體圖。圖5係旋轉編碼器之剖視圖。

於各圖中，將旋轉編碼器之寬度方向設為X方向，旋轉編碼器之長度方向設為Y方向。將旋轉編碼器之高度方向設為Z方向。將Z方向之正方向設為上側，Z方向之負方向設為下側。

如圖1至圖5所示，旋轉編碼器1具有：殼體2；機械軸3，其具有旋轉軸且可沿著該旋轉軸移動；限制構件5，其限制機械軸3之旋轉角度；編碼器機構6，其檢測機械軸3之旋轉方向及旋轉角度；及開關機構7，其係藉由機械軸3之沿著旋轉軸之移動而被機械軸3按壓。限制構件5、編碼器機構6及開關機構7係沿著機械軸3之軸，自上側向下側依序配置。

殼體2例如包含金屬。殼體2係將機械軸3、限制構件5、編碼器機構6及開關機構7裝配成一體。

殼體2具有：上壁21；側壁22、22，其等設置於上壁21之X方向之兩側且朝下方延伸；突壁23，其設置於上壁21之Y方向之正方向且朝下方延伸；及突片24，其係設置於上壁21之Y方向之負方向且朝下方延伸。上壁21具有孔部21a。側壁22於下側具有孔部22a，且於上側具有槽部22b。於孔部22a之內面，設置有朝殼體2之內側突出之扣止部22c。突壁23係遍及上壁21之X方向之全長而延伸。突片24係設置於上壁21之X方向之中央部。

機械軸3例如包含樹脂。機械軸3具有操作部35、齒輪狀之外周面30及端部36。操作部35、齒輪狀之外周面30及端部36係沿著旋轉軸，自上側向下側依序配置。操作部35具有成為機械軸3之旋轉之記號之缺口。齒輪狀之外周面30包含複數個凸部31及凹部32。複數個凸部31及凹部32係於圓周方向交替排列。操作部35貫通殼體2之上壁21之孔部21a，使用者可自殼體2之外側操作操作部35。

限制構件5例如包含金屬。限制構件5係例如板簧。限制構件5具有可與機械軸3之外周面30接觸之第1接點部51及第2接點部52。第1接點部51及第2接點部52係對機械軸3之外周面30之凸部31彈性賦能而接觸，另一方面，嵌入於機械軸3之外周面30之凹部32而限制機械軸3之旋轉角度。第1接點部51及第2接點部52係彎折而構成。第1接點部51 及第2接點部52具有大致對向之位置。即，第1接點部51及第2接點部52係位於包含機械軸3之旋轉中心之同一直線上。此處，限制構件係夾著至少1個隔離壁而設置於與電阻體圖案相反之側，限制機械軸之旋轉角度。隔離壁具有隔離電阻體圖案與限制材料，而防止磨耗粉侵入於電阻體圖案側之功能。於本實施形態中，對作為至少1個隔離壁，使用後述之編碼器基板之例進行說明，但亦可使用1片或複數片各種絕緣材料，例如後述之絕緣片。

如圖所示，限制構件5係夾著編碼器基板60而設置於與電阻體圖案61、62、63相反之側。藉此，藉由限制構件5與機械軸3之外周面30之接觸，即使自機械軸3之外周面30產生磨耗粉，磨耗粉亦被編碼器基板60阻止，而不會侵入於電阻體圖案61、62、63側。因此，可防止由磨耗粉所致之編碼器機構6之電氣特性之惡化。另，於本實施形態中，由於第1接點部51及第2接點部52位於大致對向之位置，故由限制構件5與機械軸3之外周面30之接觸所產生之摩擦力係與第1接點部51及第2接點部52不對向之情形相比，更均等地產生。藉此，與第1接點部51及第2接點部52不對向之情形相比更可抑制磨耗粉之產生。

編碼器機構6係將機械軸3可旋轉及可上下移動地以插通狀態保持且檢測機械軸3之旋轉方向及旋轉角度者，且具有：編碼器基板60，其具有電阻體圖案61、62、63與電性連接於該電阻體圖案61、62、63之編碼器端子601、602、603；轉子65，其係以可與機械軸3一起旋轉之方式安裝於機械軸3；及滑動子66，其係安裝於轉子65且與電阻體圖案61、62、63滑接。

編碼器基板60例如包含樹脂。於編碼器基板60之上表面設置有凹部60a，且於凹部60a嵌入有限制構件5。於編碼器基板60之X方向之兩側設置有突部60b。突部60b係嵌入於殼體2之側壁22之槽部22b。編碼器基板60之Y方向之兩側係由突壁23與突片24夾著。如此，編碼器基板60係藉由側壁22之槽部22b、突壁23及突片24而固定於殼體2。換言之，側壁22之槽部22b、突壁23及突片24構成固定編碼器基板60之編碼器固定部。於編碼器基板60之中央，形成有成為將機械軸3以插通狀態保持之插通孔之孔部64。

電阻體圖案61、62、63係設置於編碼器基板60之下表面。電阻體圖案61、62、63係用以檢測機械軸3之旋轉方向及旋轉角度者。第1電阻體圖案61、第2電阻體圖案62及第3電阻體圖案63係形成為環狀，且以同心狀配置。第1電阻體圖案61、第2電阻體圖案62及第3電阻體圖案63係自直徑方向之外側向內側依序配置。第1電阻體圖案61與第2電阻體圖案62係分別於圓周方向設置間隔而形成。第3電阻體圖案63係連續地形成。

編碼器端子601、602、603係插入成形於編碼器基板60。第1編碼器端子601係電性連接於第1電阻體圖案61，第2編碼器端子602係電性連接於第2電阻體圖案62，第3編碼器端子603係電性連接於第3電阻體圖案63。

轉子65係相對於機械軸3於圓周方向定位，且於軸方向可移動。若具體敘述，則轉子65具有D形狀之孔部65a。機械軸3之端部36之外周面係形成為D形狀。D形狀之端部36係嵌合於D形狀之孔部65a，而轉子65係相對於機械軸3於圓周方向固定而於軸方向未固定。

轉子65係形成為大致橢圓形狀。轉子65具有轉子65之外徑成為長徑之長徑部651、與轉子65之外徑成為短徑之短徑部652。長徑部651之長度較對向之側壁22之扣止部22c之間之間隙大，短徑部652之長度較對向之側壁22之扣止部22c之間之間隙小。換言之，扣止部22c係以短徑部652不扣止而脫離，且，長徑部651可藉由轉子65之旋轉而扣脫之方式構成。

滑動子4例如包含金屬。滑動子66係固定於轉子65之上表面之2 個突部65b。滑動子66係形成為環狀。滑動子66具有第1接點部661、第2接點部662及第3接點部663。第1接點部661、第2接點部662及第3接點部663係自直徑方向之外側向內側依序配置。第1接點部661、第2接點部662及第3接點部663係導通。第1接點部661可與第1電阻體圖案61接觸，第2接點部662可與第2電阻體圖案62接觸，第3接點部663可與第3電阻體圖案63接觸。

開關機構7具有：開關基板70；第1至第3開關端子701、702、703，其等係設置於開關基板70；及導電體71，其係設置於開關基板70，且被機械軸3之端部36按壓。導電體71係電性連接於第1、第2開關端子701、702。導電體71係被機械軸3之端部36按壓，而電性連接於第3開關端子703，而將第1、第2開關端子701、702與第3開關端子703導通。若第1、第2開關端子701、702與第3開關端子703導通，則開關信號接通。例如，藉由開關信號之接通，各功能動作。另，亦可僅設置第1、第2開關端子701、702中之一者之開關端子。

於開關基板70之X方向之兩側設置有突部70b。突部70b係嵌入於殼體2之側壁22之孔部22a。如此，開關基板70係藉由側壁22之孔部22a而固定於殼體2。換言之，側壁22之孔部22a構成固定開關基板70之開關固定部。

於開關基板70之下表面之X方向之一邊設置有階部70c。於階部70c，將彎折之編碼器端子601、602、603之端部扣止。即，編碼器基板60與開關基板70係藉由彎折之編碼器端子601、602、603而抱合成一體。

階部70c之深度係較編碼器端子601、602、603之厚度深。藉此，將開關基板70之下表面設置於安裝基板時，可將開關基板70之下表面而非編碼器端子601、602、603作為設置面。

第1至第3開關端子701、702、703係插入成形於開關基板70。第 3開關端子703係位於第1開關端子701與第2開關端子702之間。

導電體71具有彈性。導電體71係形成為穹狀。導電體71係嵌入於開關基板70之上表面之凹部70a。

導電體71之周緣部分71a係電性連接於第1、第2開關端子701、702。導電體71之天頂部分71b係於導電體71之自由狀態自第3開關端子703隔離，另一方面，被貫通編碼器機構7之機械軸3之端部36按壓而電性連接於第3開關端子703。

即，若將機械軸3朝下側按壓，則機械軸3之端部36按壓導電體71之天頂部分71b，導電體71之天頂部分71b電性連接於第3開關端子703。藉此，第1、第2開關端子701、702與第3開關端子703電性連接，開關信號接通。

另一方面，若解除機械軸3之向下側之按壓，則導電體71返回至自由狀態，藉此機械軸3朝上側移動，導電體71之天頂部分71b自第3開關端子703隔離。因此，第1、第2開關端子701、702與第3開關端子703未電性連接，開關信號斷開。

此處，轉子65(滑動子66)係較電阻體圖案61、62、63位於靠開關機構7側(下側)。藉此，將機械軸3朝開關機構7側按壓時，即使轉子65被朝下側牽引，滑動子66亦會於自電阻體圖案61、62、63遠離之方向受力。因此，滑動子66不會被電阻體圖案61、62、63按壓而變形，可維持編碼器機構6之輸出之可靠性。

圖6係自編碼器機構6之下方觀察之分解立體圖。如圖6所示，於編碼器基板60之下表面，設置有第1、第2、第3電極部671、672、673。第1電極部671、第2電極部672及第3電極部673係形成為環狀，且以同心狀配置。第1電極部671、第2電極部672及第3電極部673係自直徑方向之外側向內側依序配置。第1電極部671係電性連接於第1編碼器端子601之端部601a，第2電極部672係電性連接於第2編碼器端子 602之端部602a，第3電極部673係電性連接於第3編碼器端子603之端部603a。

於第1、第2、第3電極部671、672、673上，積層有絕緣片68。絕緣片68係以第1電極部671於圓周方向斷續性地露出，且第2電極部672於圓周方向斷續性地露出之方式，覆蓋第1電極部671及第2電極部672。即，絕緣片68具有於圓周方向斷續性地配置之複數個孔部68a，且第1電極部671及第2電極部672自絕緣片68之孔部68a露出。第3電極部673未被絕緣片68所覆蓋。

於第1電極部671自絕緣片68露出之部分設置第1電阻體圖案61，於第2電極部672自絕緣片68露出之部分設置第2電阻體圖案62，於第3電極部673設置第3電阻體圖案63。

藉此，第1電阻體圖案61係經由第1電極部671而電性連接於第1編碼器端子601，第2電阻體圖案62係經由第2電極部672而電性連接於第2編碼器端子602，第3電阻體圖案63係經由第3電極部673而電性連接於第3編碼器端子603。

圖7係自編碼器機構6之下方觀察之立體圖。如圖7所示，滑動子66之第1接點部661係位於與第1電阻體圖案61對應之位置，滑動子66之第2接點部662係位於與第2電阻體圖案62對應之位置，滑動子66之第3接點部663係位於與第3電阻體圖案63對應之位置。

且，藉由滑動子66之旋轉，第1接點部661係與第1電阻體圖案61及絕緣片68交替接觸，第2接點部662係與第2電阻體圖案62及絕緣片68交替接觸。第3接點部663係始終與第3電阻體圖案63接觸。即，藉由滑動子66之旋轉，第1編碼器端子601與第3編碼器端子603間隙性地電性連接，第2編碼器端子602與第3編碼器端子603間歇性地電性連接。

圖8係顯示編碼器機構6之等效電路之電路圖。圖9係顯示編碼器機構6之輸出波形之波形圖。如圖8與圖9所示，若第1編碼器端子601與第3編碼器端子603電性連接，則於A點與C點之間電流流動，A信號接通。若第2編碼器端子602與第3編碼器端子603電性連接，則於B點與C點之間電流流動，B信號接通。

於滑動子66之順時針方向之旋轉中，自A信號之斷開之開始至下次斷開之開始為止之滑動子66之旋轉角度成為60°。關於B信號亦為相同。又，A信號之斷開之開始與B信號之斷開之開始之偏差，於滑動子66之旋轉角度中成為15°。且，於滑動子66旋轉1次(即，滑動子66之旋轉角度為360°)時，A信號及B信號之接通與斷開之組合之變化係分為24個。即，可判斷於滑動子66旋轉1次時，滑動子66之旋轉角度每隔15°變化。因此，藉由判斷A信號與B信號之變化，可判斷滑動子66之旋轉方向與旋轉角度(旋轉量)。

於上述實施形態中，關於對固定接點構件使用電阻體圖案之例進行說明，但即使為固定接點構件自身兼作支持體之形態，亦可獲得相同之效果。例如，亦可將於樹脂基材含浸導電性材料之構件、若舉出具體例則為於苯酚系樹脂基材含浸碳黑之材料，替代上述實施形態中使用之編碼器基板而使用。

又，於上述實施形態中，作為旋轉式電子零件之一例，採用旋轉編碼器，但亦可採用電位計或微調電容器等之旋轉式電子零件。此時，替代編碼器機構，使用檢測機械軸之旋轉方向及旋轉角度之機械軸旋轉檢測機構。機械軸旋轉檢測機構係例如與編碼器機構相同之構成。

另，本發明並未限定於上述實施形態，於不脫離附加之申請專利範圍所規定之本發明之範圍之範圍內可添加各種變更。例如，殼體並未限定於上述實施形態所記載者，可使用各種周知之殼體。