TWI645163B - 旋轉編碼器及製造旋轉編碼器之編碼機構之方法 - Google Patents

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岸下浩幸
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Abstract

本發明之目的在於提供一種可減少絕緣基板之磨損與滑動子之磨損兩者之旋轉編碼器。 本發明之旋轉編碼器具有:機械軸;編碼器機構,其將上述機械軸以可旋轉的插通狀態保持,且檢測上述機械軸之旋轉方向及旋轉角度;且上述旋轉編碼器機構包含:基板,其將上述機械軸可旋轉地保持上述機械軸;絕緣體部及電阻體部,其等設置於上述基板之一面,並交替設置於機械軸之旋轉方向;轉子,其可與上述機械軸一體旋轉地安裝於上述機械軸;滑動子,其安裝於該轉子,並藉由上述機械軸之旋轉,交替地滑接於該絕緣體部與該電阻體部;該絕緣體部含有包含樹脂之母材、球狀二氧化矽及氟系樹脂填充劑。

Description

旋轉編碼器及製造旋轉編碼器之編碼機構之方法
本發明係關於一種旋轉編碼器。
以往,作為旋轉編碼器,例如有日本專利特開平1-258328號公報(專利文獻1)所揭示者。專利文獻1之旋轉編碼器具有:機械軸;包含樹脂之絕緣基板;沿機械軸之旋轉方向間歇性地形成於絕緣基板之一面之電極圖案;及構成為可與機械軸一同旋轉,且藉由機械軸之旋轉而使絕緣基板與電極圖案交替地滑接之金屬製之滑動子。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開平1-258328號公報
[發明所欲解決之問題] 然而,於以往之旋轉編碼器中,由於絕緣基板包含樹脂,故絕緣基板之硬度低於滑動子之硬度,滑動子於絕緣基板上滑動時,有絕緣基板摩損之問題。 因此,本發明係為解決上述問題而完成者,其目的係提供一種可減少絕緣基板磨損之旋轉編碼器。 [解決問題之技術手段] 為解決上述問題,本發明之某一態樣之旋轉編碼器之特徵在於:其具有:機械軸;編碼器機構,其以插通狀態可旋轉地保持上述機械軸,且檢測上述機械軸之旋轉方向及旋轉角度;且上述編碼器機構具有:基板,其可旋轉地保持上述機械軸;絕緣體部及電阻體部,其等設置於上述基板之一面,並交替設置於機械軸之旋轉方向;轉子,其可與上述機械軸一體旋轉地安裝於上述機械軸;滑動子,其安裝於該轉子,並藉由上述機械軸之旋轉,交替地滑接於該絕緣體部與該電阻體部;該絕緣體部含有包含樹脂之母材、球狀二氧化矽及氟系樹脂填充劑。 根據本發明之某一態樣之旋轉編碼器,滑動子滑動於絕緣體部時,藉由絕緣體部所含之球狀二氧化矽之高硬度,可減少絕緣體部之磨損。又,由於絕緣體部之球狀二氧化矽之無尖部之形狀,絕緣體部之滑動子滑動之一面之滑動子滑動性變好,且因絕緣體部之氟系樹脂填充劑而減低摩擦係數 ,結果,可減少滑動子之磨損。因此,可減少絕緣基板之磨損與滑動子之磨損兩者。 又,於一實施形態之旋轉編碼器中,上述球狀二氧化矽之平均粒徑為0.4 μm以上,0.8 μm以下。 於本說明書中,平均粒徑係指以體積基準求出粒度分佈,於將全部體積設為100%之累積曲線中,累積值成為50%之點之粒徑(D50)。該平均粒徑可使用雷射繞射/散亂式粒徑/粒度分佈測定裝置或電子掃描顯微鏡測定。 根據上述實施形態之旋轉編碼器,由於球狀二氧化矽之平均粒徑較小,故可將絕緣體部之表面凹凸抑制至較小,且可減小絕緣體部之表面與電阻體部之表面之高度差。藉此,可改善滑動子接觸於絕緣體部而不接觸於電阻體部之接觸不良。 又,於一實施形態之旋轉編碼器中,上述絕緣體部所含之上述球狀二氧化矽之含有率為5 vol%以上50 vol%以下,上述絕緣體部所含之上述氟系樹脂填充劑之含有率為1 vol%以上20 vol%以下,上述球狀二氧化矽之含有率與上述氟系樹脂填充劑之含有率之和為50 vol%以下。 根據上述實施形態之旋轉編碼器,可有效地實現減少絕緣體部之磨損與滑動子之磨損之兩者。 又,於一實施形態之旋轉編碼器中,上述氟系樹脂填充劑之平均粒徑為50 nm以上800 nm以下。 根據上述實施形態之旋轉編碼器,由於氟系樹脂填充劑之平均粒徑較小,故可使氟系樹脂填充劑偏向存在於與絕緣體部之滑動子接觸之表面側。藉此可減小絕緣體部之表面摩擦係數,可有效地減低滑動子之磨耗。 又,於一實施形態之旋轉編碼器中,上述氟系樹脂填充劑為聚四氟乙烯。 根據上述實施形態之旋轉編碼器,由於氟系樹脂填充劑係摩擦係數低於其他氟系樹脂而為0.04以下,且耐熱性及化學穩定性優異之聚四氟乙烯,故絕緣體部之滑動性提高且摩擦熱變形變少。 又,於一實施形態之旋轉編碼器中,上述母材為環氧樹脂。 根據上述實施形態之旋轉編碼器,藉由於上述母材使用上述環氧樹脂,可減低滑動子滑接於絕緣體部所產生之磨耗粉。藉此,旋轉編碼器之性能提高,且可延長使用壽命。 又,於一實施形態之旋轉編碼器中,上述絕緣體部之與滑動子對向之一面側,相較於與基板對向之另一面側,球狀二氧化矽較少,且氟系樹脂填充劑較多。 根據上述實施形態之旋轉編碼器,由於絕緣體部之與滑動子對向之一面側,相較於絕緣體部之與基板對向之另一面側,氟系樹脂填充劑較多,故可有效地減低滑動子之磨損。又,由於絕緣體部之與滑動子對向之一面側,相較於與基板對向之另一面側,球狀二氧化矽較少,故可將一面之凹凸抑制至較小。可改善滑動子接觸於絕緣體部而不接觸於電阻體部之接觸不良。 又,於一實施形態中,旋轉編碼器具有藉由插通於上述編碼器機構之上述機械軸之端部按壓之開關機構,且上述滑動子以較上述絕緣體部及上述電阻體部更位於上述開關機構側之方式配置。 根據上述實施形態之旋轉編碼器,滑動子以較絕緣體部及電阻體部更位於開關機構側之方式配置,於按壓機械軸時,滑動子不會按壓於絕緣體部及電阻體部。藉此,滑動子與絕緣體部及電阻體部之間之滑動性不會因按下機械軸而受損,因此可有效地達成絕緣體部之損耗與滑動子之損耗兩者之減少。 又,於一實施形態中,本發明之旋轉編碼器之編碼器機構係藉由具備以下步驟之方法製造:準備含有包含樹脂之母材、球狀二氧化矽、氟系樹脂填充劑之絕緣材料之步驟;以沿機械軸之旋轉方向延伸之方式於基板之一面設置電極部之步驟;將準備之上述絕緣材料以使上述電極部於周方向間歇性地露出之方式塗佈於上述電極部上並形成絕緣體部之步驟;以覆蓋自上述絕緣體部露出之上述電極部之方式塗佈電阻體材料並形成上述電阻體部之步驟。 根據上述實施形態,可製造絕緣基板之磨損與滑動子之磨損兩者均減低之旋轉編碼器。 又,於一實施形態中,於準備上述絕緣體部之步驟中,混練平均粒徑為0.5 μm以上10 μm以下之第2氟系樹脂填充劑、球狀二氧化矽及母材,藉由該第二氟系樹脂填充劑之解碎,製作平均粒徑為50 nm以上800 nm以下之第一氟系樹脂填充劑,藉此準備上述絕緣材料。 根據上述實施形態,藉由混練氟系樹脂填充劑之二次粒子與球狀二氧化矽並解碎,硬度更高之球狀二氧化矽可發揮粉碎介質之功能,可有效地解碎二次粒子。藉此,可獲得平均粒徑較小之氟系樹脂填充劑,氟系樹脂填充劑可偏向存在於與滑動子對向之一面側,可減少滑動子之磨損。 [發明之效果] 根據本發明,可提供絕緣體部之磨損與滑動子之磨損兩者均減少之旋轉編碼器。
本申請案發明人為了防止絕緣基板之磨損研究了由較金屬製之滑動子硬度更大之材料構成絕緣基板。然而,就僅使絕緣基板之硬度提高而言,替代磨損絕緣基板而磨損滑動子且電氣特性產生變化之問題變得明確。經本申請案發明人深入研究該現象後發現,為了使絕緣體部之硬度提高,且實現絕緣體部對於滑動子之滑動,而將球狀二氧化矽與氟系樹脂填充劑添加於母材。藉此可減少絕緣體部之磨損,且可減少滑動子之磨損。 本發明係基於本申請案發明人獨自得出之上述見解而成者。 以下,參照圖式對本發明更詳細地進行説明。 (実施形態) 圖1係本發明之一實施形態之旋轉編碼器之自上方觀察之立體圖。圖2係旋轉編碼器之自下方觀察之立體圖。圖3係旋轉編碼器之自上方觀察之分解立體圖。圖4係旋轉編碼器之自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;開關機構7,其藉由機械軸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係例如由金屬構成。殼體2將機械軸3、限制構件5、編碼器機構6及開關機構7組裝成一體。 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,其係設置於上壁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,於上側具有槽部22b。於孔部22a之內面,設置有向殼體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設置於上壁21之X方向之中央部。 機械軸3例如係由樹脂構成。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例如係由金屬構成。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係一方面對機械軸3之外周部30之凸部31彈性賦能而接觸,另一方面,嵌入於機械軸3之外周部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係彎曲而構成。第1接點部51及第2接點部52位於大致對向之位置。 編碼器機構6係將機械軸3以可旋轉及可上下移動的插通狀態保持,並檢測機械軸3之旋轉方向及旋轉角度者,且具有:基板60,其具有電阻體部61、62、63及電性連接於該電阻體部61、62、63之編碼器端子601、602、603;轉子65,其係以可與軸機械軸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且與電阻體部61、62、63滑接。 基板60係例如由樹脂構成。於基板60之上表面設置有凹部60a,且於凹部60a嵌入限制構件5。於基板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。基板60之Y方向之兩側係由突壁23與突片24夾著。如此,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構成固定基板60之編碼器固定部。於基板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。 電阻體部61、62、63設置於基板60之下表面。電阻體部61、62、63係用以檢測軸機械軸3之旋轉方向及旋轉角度者。第1電阻體部61、第2電阻體部62及第3電阻體部63係形成為環狀,且以同心狀配置。第1電阻體部61、第2電阻體部62及第3電阻體部63係自直徑方向之外側向內側依序配置。第1電阻體部61與第2電阻體部62係分別於圓周方向上設置間隔而形成。第3電阻體部63係連續地形成。 編碼器端子601、602、603係插入成形於基板60。第1編碼器端子601電性連接於第1電阻體部61,第2編碼器端子602電性連接於第2電阻體部62,第3編碼器端子603電性連接於第3電阻體部63。 轉子65只要可與機械軸3一體地旋轉即可,於軸方向可移動或無法移動皆可。於圖中,顯示轉子65相對於機械軸3,於圓周方向定位,且於軸方向可移動(可上限移動)之情形。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之外周面形成為D形狀。D形狀之端部36嵌合於D形狀之孔部65a,而轉子65對於機械軸3於圓周方向固定而於軸方向未固定。 轉子65形成為大致橢圓形狀。轉子65具有以轉子65之外徑為長徑之長徑部651、及以轉子65之外徑短徑之短徑部652。長徑部651之長度大於對向之側壁22之扣止部22c之間之間隙,短徑部652之長度小於對向之側壁22之扣止部22c之間之間隙。換言之,扣止部22c係以短徑部652不扣止而脫離,且長徑部651藉由轉子65之旋轉可扣脫之方式構成。 滑動子66例如由金屬構成。滑動子66固定於轉子65之上表面之2個突部65b。滑動子66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電阻體部61接觸,第2接點部662可與第2電阻體部62接觸,第3接點部663可與第3電阻體部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,使各功能動作。另,亦可僅設置第1、第2開關端子701、702中之一開關端子。 於基板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,基板60與開關基板70係藉由彎折之編碼器端子601、602、603而夾成一體。 階部70c之深度深於編碼器端子601、602、603之厚度。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之下表面作為設置面而非編碼器端子601、602、603。 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係形成為圓頂狀。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電性連接於第1、第2開關端子701、702。導電體71之頂點部分71b係於導電體71之自由狀態,與第3開關端子703分離,另一方面,被貫通編碼器機構6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之頂點部分71b,導電體71之頂點部分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回至自由狀態,藉此機械軸3朝上側移動,導電體71之頂點部分71b與第3開關端子703分離。藉此,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,滑動子66係較電阻體部61、62、63位於開關機構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朝下側被牽引,滑動子66亦於自電阻體部61、62、63遠離之方向受力。因此,滑動子66不會因被電阻體部61、62、63按壓而變形,可維持編碼器機構6之輸出之可靠性。再者,藉由使機械軸3可相對於轉子65於上下方向移動,而使得即使按壓機械軸3,亦可保持轉子65之位置,而維持滑動子66與電阻體部61、62、63之接觸。 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電性連接於第1編碼器端子601之端部601a,第2電極部672電性連接於第2編碼器端子602之端部602a,第3電極部673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,積層有絕緣體部68。絕緣體部68係以使第1電極部671於圓周方向間歇性地露出且使第2電極部672於圓周方向間歇性地露出之方式,覆蓋第1電極部671及第2電極部672。即,絕緣體部68具有於圓周方向間歇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自絕緣體部68之孔部68a露出。第3電極部673未被絕緣體部68所覆蓋。 於第1電極部671自絕緣體部68露出之部分設置第1電阻體部61,於第2電極部672自絕緣體部68露出之部分設置第2電阻體部62,於第3電極部673設置第3電阻體部63。 藉此,第1電阻體部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電阻體部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電阻體部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位於與第1電阻體部61對應之位置,滑動子66之第2接點部662位於與第2電阻體部62對應之位置,滑動子66之第3接點部663位於與第3電阻體部63對應之位置。 且,滑動子66藉由機械軸3之旋轉,交替滑接於絕緣體部68與電阻體部61、62。具體而言,藉由使機械軸3旋轉,滑動子66之第1接點部661與第1電阻體部61及絕緣體部68交替接觸,第2接點部662與第2電阻體部62及絕緣體部68交替接觸。第3接點部663始終與第3電阻體部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間歇性地電性連接,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。 如圖4所示,滑動子66以較絕緣體部68及電阻體部61、62更位於上述開關機構7側之方式配置。藉此,即使按壓機械軸3,滑動子66亦不會按壓絕緣體部68及電阻體部61、62,滑動子66與絕緣體部68及電阻體部61、62之間之滑動性亦不會因機械軸3之按壓而受損,因此可實現絕緣體部68之磨損與滑動子66之磨損兩者之減低。 圖8係顯示絕緣體部68之模式剖視圖。於圖8中,為了容易理解絕緣體部68之內部狀態之特徵而示意性地描繪。如圖8所示,絕緣體部68含有包含有樹脂之母材10、球狀二氧化矽8及氟系樹脂填充劑9。球狀二氧化矽8與氟系樹脂填充劑9分別複數個存在於母材10內。複數個球狀二氧化矽8與氟系樹脂填充劑9存在於絕緣體部68之與滑動子對向之一面681及絕緣體部68之與基板對向之另一面682之間。 球狀二氧化矽8之硬度較母材10大,與金屬同等或其以上。因此,絕緣體部68藉由包含球狀二氧化矽8,而在滑動子66於絕緣體部68滑動時,因絕緣體部68所含之球狀二氧化矽8之高硬度,可減低絕緣體部68之磨損。具體而言,接點部661、662於絕緣體部68之一面681滑動時,可減低接點部661、662引起之絕緣體部68之刮損。 球狀二氧化矽8具有球狀形狀,該球狀形狀具有正圓或橢圓等無角之剖面。如此,藉由使用無尖端之球狀二氧化矽8,可減少絕緣體部68之一面681之凹凸,使滑動子66之滑動性變好,因此可減低滑動子66之磨損。具體而言,接點部661、662於絕緣體部68之一面681滑動時,由於滑動子66之滑動性變好,故可減低接點部661、662引起之滑動子66之磨損。 氟系樹脂填充劑9之摩擦係數小於球狀二氧化矽8或母材10。因此,絕緣體部68藉由含有氟系樹脂填充劑9,使滑動子66與絕緣體部68之間之摩擦阻力變小,因此可減少滑動子66之磨損。具體而言,接點部661、662於絕緣體部68之與滑動子對向之一面681滑動時,由於接點部661、662與絕緣體部68之間之摩擦阻力變小,故可減少接點部661、662引起之滑動子66之磨損。 絕緣體部68所含之球狀二氧化矽8之平均粒徑為0.4 μm以上0.8 μm以下。較佳為0.5 μm以上0.7 μm以下。藉由球狀二氧化矽8之平均粒徑設為0.8 μm以下,可將絕緣體部68之一面681之凹凸減小,更詳細而言,可抑制在10 μm以下(於實施例記載)。藉此,可改善滑動子66接觸於絕緣體部68而不接觸於電阻體部61、62之接觸不良,可提高編碼器機構6之輸出可靠性。又,藉由將球狀二氧化矽8之平均粒徑設為0.4 μm以上,可將包含球狀二氧化矽8之絕緣材料之成型性維持於可成形絕緣體部68之程度。 絕緣體部68之一面681側,與絕緣體部68之另一面682側相比,球狀二氧化矽8較少,氟系樹脂填充劑9較多。藉由絕緣體部68之一面681側包含較多氟系樹脂填充劑9,使滑動子66與絕緣體部68間之摩擦阻力變小,因此可減低滑動子66之磨損。具體而言,由於接點部661、662於絕緣體部68之與滑動子對向之一面681滑動時之接點部661、662與絕緣體部68間之摩擦阻力變小,故可減少接點部661、662引起之滑動子66之磨損。 絕緣體部68所包含之球狀二氧化矽8之含有率為5 vol%以上50 vol%以下,較佳為25 vol%以上,40 vol%以下,氟系樹脂填充劑9之含有率為1 vol%以上20 vol%以下,較佳為3 vol%以上8 vol%以下,球狀二氧化矽8之含有率與氟系樹脂填充劑9之含有率之和為50 vol%以下,較佳為,48 vol%以下。如此,藉由巧妙地調節球狀二氧化矽8及氟系樹脂填充劑9之含有率,可有效地達成絕緣體部68之磨損與滑動子66之磨損兩者之減少。具體而言,於實施例中記載。 絕緣體部68所含之氟系樹脂填充劑9之平均粒徑為50 nm以上800 nm以下,較佳為50 nm以上300 nm以下。如此,藉由將氟系樹脂填充劑9之平均粒徑設為小於球狀二氧化矽8之平均粒徑,如後所述,遵循斯托克之式可有效地達成氟系樹脂填充劑9偏向存在於與滑動子對向之一面681側。因此,可有效地減少滑動子66之磨損。 絕緣體部68所含之氟系樹脂填充劑9係聚四氟乙烯,藉此可使滑動性良好,且構成摩擦熱變形較少之絕緣體部68。又,例如,可替代聚四氟乙烯而使用四氟乙烯·全氟烷基乙烯醚共聚物(PFA),聚氯三氟乙烯(PCTFE),四氟乙烯·六氟丙烯共聚物(FEP),聚偏二氟乙烯(PVDF),四氟乙烯·乙烯共聚物(ETFE)、聚氟乙烯(PVF)等。 絕緣體部68所含之母材10係環氧樹脂。由於環氧樹脂係不易因磨損而產生磨耗粉之材料,故藉由將母材10設為環氧樹脂,可減少因滑動子66於絕緣體部68滑接而產生之磨耗粉,可使旋轉編碼器之性能提高,延長使用壽命。又例如,可替代環氧樹脂而使用聚胺基甲酸酯樹脂、聚醯亞樹脂、聚矽氧樹脂、氟系樹脂、液晶聚合物樹脂、聚苯硫醚樹脂等熱硬化樹脂或,聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸、聚酯等熱可塑性樹脂。 其次,說明製造旋轉編碼器1之編碼器機構6之方法。準備含有包含樹脂之母材10、球狀二氧化矽8、氟系樹脂填充劑9之絕緣材料。其次,如圖9A所示,以沿機械軸3之旋轉方向延伸之方式於基板60之一面設置電極部671、672,將準備之絕緣材料以電極部671、672於周圓周方向間歇性地露出之方式,塗佈於上述電極部上而形成絕緣體部。具體而言,藉由使用遮罩之絲網印刷塗佈絕緣材料,使塗佈之絕緣材料硬化,藉此形成絕緣體部68。 其後,如圖9B所示,藉由於自絕緣體部68露出之電極部671、672上塗佈電阻體材料而形成電阻體部61、62。具體而言,藉由使用遮罩之絲網印刷塗佈電阻體材料,使塗佈之電阻體材料硬化,藉此形成電阻體部61、62。藉由如此製造,可製造絕緣基板之磨損與滑動子之磨損兩者均減少之旋轉編碼器。 於準備上述絕緣材料之步驟中,較佳為藉由混煉第二氟系樹脂填充劑9(以下稱為二次粒子之氟系樹脂填充劑9)、球狀二氧化矽8及母材10,解碎二次粒子之氟系樹脂填充劑9而製作第一氟系樹脂填充劑9(以下稱為一次粒子之氟系樹脂填充劑9)。使用之二次粒子之氟系樹脂填充劑9之平均粒徑為0.5 μm以上10 μm以下,較佳為2 μm以上8 μm以下。解碎之一次粒子之氟系樹脂填充劑9之平均粒徑為50 nm以上800 nm以下,較佳為50 nm以上且300 nm以下。 藉由如此調整絕緣材料,混練之氟系樹脂填充劑9之二次粒子與球狀二氧化矽8中,更高硬度之球狀二氧化矽8發揮粉碎介質之功能,可有效地解碎二次粒子。藉此,獲得包含平均粒徑較小之氟系樹脂填充劑9之絕緣材料。若將獲得之絕緣材料塗佈於電極部671、672上,則遵循斯洛克之式,由於粒徑較大之球狀二氧化矽8與粒徑較小之氟系樹脂填充劑9相比以較快之速度沉降,故實現了於塗佈之絕緣材料之與滑動子對向之一面側(絕緣體部68之一面681),相比於絕緣材料之與基板60對向之另一面側(絕緣體部68之另一面682),氟系樹脂填充劑9較多之構造。進而,藉由使絕緣材料硬化,可獲得於與滑動子對向之一面681側包含較多氟系樹脂填充劑9之絕緣體部68,藉此,可有效地減少滑動子之磨損。 圖10係顯示編碼器機構6之等效電路之電路圖。圖11係顯示編碼器機構6之輸出波形之波形圖。如圖10與圖11所示,若第1編碼器端子601與第3編碼器端子603電性連接,則電流於A點與C點之間流通,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,則電流於B點與C點之間流通,B信號接通。 於滑動子66之順時針旋轉方向之旋轉時,自A信號斷開開始直至下一次斷開開始之滑動子66之旋轉角度成為60°。關於B信號亦相同。又,A信號斷開開始與B信號斷開開始之錯開,於滑動子66之旋轉角度中成為15°。且,於滑動子66之1旋轉(即,滑動子66之旋轉角度為360°)中,A信號及B信號之接通與斷開之組合變化分成24個。即,於滑動子66之1旋轉中,可判斷滑動子66之旋轉角度每15°而變化。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)。 另,如以下所說明般,藉由使第1接點部51之扭矩之波形與第2接點部52之扭矩波形錯開,亦可使整體之點擊數增加。圖12係顯示機械軸3與限制構件5之關係之俯視圖。如圖12所示,限制構件5之第1接點部51與機械軸3之外周面30之凸部31接觸時,限制構件5之第2接點部52嵌入於機械軸3之外周面30之凹部32。另一方面,限制構件5之第1接點部51嵌入於機械軸3之外周面30之凹部32時,限制構件5之第2接點部52與機械軸3之外周部30之凸部31接觸。即,於第1接點部51與凸部31之接觸及第2接點部52與凸部31之接觸之間,設置機械軸3之旋轉角之相位差。且,若機械軸3旋轉,則第1接點部51與第2接點部52交替地嵌入於機械軸3之外周面30之凹部32。 圖13A係顯示機械軸3旋轉時之第1接點部51及第2接點部52之扭矩之變化之圖表。如圖13A所示,成為伴隨著機械軸3之旋轉,第1接點部51及第2接點部52之各者之扭矩重複為最大與最小之波形。例如,藉由機械軸3之旋轉,於機械軸3之外周面30之凸部31對抗於第1接點部51之彈性力而通過時,扭矩最大。扭矩自最大變為最小時,使用者得到點擊感。第1接點部51與第2接點部52之扭矩係交替地成為最大。 圖13B係顯示將第1接點部51之扭矩與第2接點部52之扭矩合成後之扭矩之變化之圖表。如圖13B所示,合成扭矩之波形之波長為第1接點部51及第2接點部52之各扭矩之波形之波長之2倍。即,於機械軸3之1旋轉中,合成扭矩為最大之數量(點擊數)係第1接點部51之扭矩成為最大之數量(點擊數)與第2接點部52之扭矩成為最大之數量(點擊數)相加之數量。 因此,藉由使第1接點部51之扭矩之波形與第2接點部52之扭矩之波形錯開,整體之點擊數成為第1接點部51及第2接點部52之各點擊數之2倍。因此,即使將機械軸3設為小型,亦可增多點擊數。 (實施例1) 進行評價使用上述之實施形態中記載之旋轉編碼器之情形之絕緣體部及滑動子之耐磨損性之試驗。 絕緣體部之耐磨損性之評價方法如下。 如表1所示,變更絕緣體部68之種類,使滑動子66交替地滑接於絕緣體部68之表面及第1電阻體部61之表面,且旋轉30萬次。此時,藉由滑動子66反覆滑動,於絕緣體部68之一面681產生磨損痕跡。自產生之磨損痕跡之區域任意選擇5點,對各點測定距絕緣體部68之一面681之未產生磨損痕跡之區域之深度(μm),將5個深度之平均值設為該旋轉編碼器1之絕緣體部磨損量。 藉由上述試驗,如圖14所示,滑動子66之接點部661、662之2個突出部因第1電阻體部61與絕緣體部68交替地滑接而磨損,形成磨損平面S1、S2。滑動子66之接點部661、662之磨損平面S1、S2於圖14中,以陰影線部分顯示。測定形成之磨損平面S1、S2之面積,並將2個面積之平均值設為該旋轉編碼器1之滑動子磨損面積。 於絕緣體部68使用之球狀二氧化矽8之平均粒徑均為0.6 μm。平均粒徑係於將粒子於六偏磷酸鈉水溶液中經超音波分散後,藉由雷射繞射法(堀場製MICROTRAC)測定出之粒徑而求得者。 [表1] 如表1所示,藉由將於絕緣體部68使用之二氧化矽自水合二氧化矽(比較例1)變更為球狀二氧化矽8(比較例2),可減低絕緣體部磨損量及滑動子磨損面積兩者。該滑動子磨損面積之減低應理解係由於藉由使用無尖端之球狀二氧化矽8,使滑動子66之滑動性變好而達成者。又,由比較例2-7可知,球狀二氧化矽8之含有量越多,絕緣體部磨損量越少。然而,於比較例2-7中,伴隨著球狀二氧化矽8之含有量之增加,絕緣體部磨損量減少之同時,產生了滑動子磨損面積之增加。相對於此,將含有球狀二氧化矽8及氟系樹脂填充劑9即聚四氟乙烯(PTFE)之絕緣體部68(實施例1-7),與不含有球狀二氧化矽8之絕緣體部68(比較例1)比較,有意義地降低了絕緣體部磨損量與滑動子磨損面積之兩者,尤其滑動子磨損面積均被抑制至10,000 μm2 以下。於替代氟系樹脂填充劑9即PTFE而使用二硫化鉬MoS2 之比較例8中,絕緣體部68因含有球狀二氧化矽8,與不含球狀二氧化矽8之絕緣體部68(比較例1)比較,絕緣體部磨損量減少,但滑動子磨損面積大幅超過10,000 μm2 。絕緣材料不含球狀二氧化矽8而僅含碳酸鈣(CaCO3 )之比較例9與使用二氧化矽之其他實施例及比較例比較,絕緣體部磨損量較大,滑動子磨損面積超過20,000 μm2 。 關於實施例中記載之以體積%表示之二氧化矽含有率及填充劑含有率,於實際步驟中,使用二氧化矽、填充劑及母材各自之比重量(每體積之重量),將所需之各材料之體積%換算為重量%,基於換算之各材料之重量%稱量各材料,調製絕緣材料。 (實施例2) 其次,進行調查所使用之球狀二氧化矽8之平均粒徑與絕緣體部68之表面凹凸之關係性之試驗。 試驗方法如下。 以使二次粒子之PTFE解碎之方式混練球狀二氧化矽、二次粒子之PTFE及母材10而調整絕緣材料。於調製之絕緣材料中,PTFE被解碎至一次粒子。使用所調製之絕緣材料製作實施形態中記載之旋轉編碼器1,測定所作成之旋轉編碼器1之絕緣體部68之與滑動子對向之一面681之凹凸。此處,將使用Keyence製雷射顯微鏡測定之硬質後之絕緣體部68之自然表面之最大粗糙度Rz設為與滑動子對向之一面681之凹凸(表2中,與表面凹凸對應)。接著,以與實施例1同樣之方法對旋轉編碼器1進行測定絕緣體部磨損量及滑動子磨損面積之試驗。 [表2] 如表2所示,藉由將球狀二氧化矽8之平均粒徑設為0.4 μm以上0.8 μm以下,可將絕緣體部68之表面凹凸抑制至10 μm以內(實施例1-3)。此處,二次粒子之PTFE於混練球狀二氧化矽8及母材10時被充分地解碎,由於於絕緣材料中係以平均粒徑低於1 μm之一次粒子存在,故認為可將絕緣體部68之表面凹凸抑制至10 μm以內。 又,使球狀二氧化矽8之平均粒徑於0.4 μm以下0.8 μm以下之範圍內增加及減少,不會對絕緣體部磨損量及滑動子磨損面積造成有意義之增加及減少(實施例1-3)。於將球狀二氧化矽8之平均粒徑分別設為3 μm及7 μm之比較例2及3中,由於球狀二氧化矽8之平均粒徑過大,而使表面凹凸超過10 μm,且與實施例1-3比較,滑動子磨損面積增加。
1‧‧‧旋轉編碼器
2‧‧‧殼體
3‧‧‧機械軸
5‧‧‧限制構件
6‧‧‧編碼器機構
7‧‧‧開關機構
8‧‧‧球狀二氧化矽
9‧‧‧氟系樹脂填充劑
10‧‧‧母材
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‧‧‧基板
60a‧‧‧凹部
60b‧‧‧突部
61‧‧‧電阻體部
62‧‧‧電阻體部
63‧‧‧電阻體部
64‧‧‧孔部
65‧‧‧轉子
65a‧‧‧孔部
65b‧‧‧突部
66‧‧‧滑動子
68‧‧‧絕緣體部
68a‧‧‧孔部
70‧‧‧開關基板
70b‧‧‧突部
70c‧‧‧階部
71‧‧‧導電體
71a‧‧‧周緣部分
71b‧‧‧頂點部分
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‧‧‧電極部
672‧‧‧電極部
673‧‧‧電極部
681‧‧‧與滑動子對向之一面
682‧‧‧與基板對向之另一面
701‧‧‧開關端子
702‧‧‧開關端子
703‧‧‧開關端子
A‧‧‧點
B‧‧‧點
C‧‧‧點
S1~S2‧‧‧磨損平面
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
圖1係本發明之一實施形態之旋轉編碼器之自上方觀察之立體圖。 圖2係旋轉編碼器之自下方觀察之立體圖。 圖3係旋轉編碼器之自上方觀察之分解立體圖。 圖4係旋轉編碼器之自下方觀察之分解立體圖。 圖5係旋轉編碼器之剖視圖。 圖6係編碼器機構之自下方觀察之分解立體圖。 圖7係編碼器機構之自下方觀察之立體圖。 圖8係絕緣體部之模式剖面圖。 圖9A係說明編碼器機構之製造方法之說明圖。 圖9B係說明編碼器機構之製造方法之說明圖。 圖10係顯示編碼器機構之等效電路之電路圖。 圖11係顯示編碼器機構之輸出波形之波形圖。 圖12係顯示機械軸與限制構件之關係之俯視圖。 圖13A係顯示機械軸旋轉時之限制構件之第1接點部及第2接點部之扭矩之變化之圖表。 圖13B係顯示將限制構件之第1接點部之扭矩與限制構件之第2接點部之扭矩合成後之扭矩之變化之圖表。 圖14係顯示於旋轉編碼器中使用後之滑動子之接點部之俯視圖。

Claims (8)

  1. 一種旋轉編碼器,其包含:機械軸;編碼器機構,其將上述機械軸以可旋轉的插通狀態保持,並檢測上述機械軸之旋轉方向及旋轉角度;且上述編碼器機構包含:基板,其將上述機械軸可旋轉地保持;絕緣體部及電阻體部,其等設置於上述基板之一面,並交替地設置於機械軸之旋轉方向;轉子,其可與上述機械軸一體旋轉地安裝於上述機械軸;滑動子,其安裝於該轉子,並藉由上述機械軸之旋轉,交替地滑接於該絕緣體部與該電阻體部;該絕緣體部含有包含樹脂之母材、球狀二氧化矽及氟系樹脂填充劑,上述絕緣體部之與上述滑動子對向之一面側,相較於上述絕緣體部之與上述基板對向之另一面側,球狀二氧化矽較少,且氟系樹脂填充劑較多。
  2. 如請求項1之旋轉編碼器,其中上述球狀二氧化矽之平均粒徑為0.4μm以上,0.8μm以下。
  3. 如請求項1或2之旋轉編碼器,其中上述絕緣體部所含之上述球狀二氧化矽之含有率為5vol%以上50vol%以下;上述絕緣體部所含之上述氟系樹脂填充劑之含有率為1vol%以上20vol%以下;上述球狀二氧化矽之含有率與上述氟系樹脂填充劑之含有率之和為50vol%以下。
  4. 如請求項1或2之旋轉編碼器,其中上述氟系樹脂填充劑之平均粒徑為50nm以上,800nm以下。
  5. 如請求項1或2之旋轉編碼器,其中上述氟系樹脂填充劑係聚四氟乙烯。
  6. 如請求項1或2之旋轉編碼器,其中上述母材係環氧樹脂。
  7. 如請求項1或2之旋轉編碼器,其中包含藉由插通於上述編碼器機構之上述機械軸之端部按壓之開關機構,且將上述滑動子以較上述絕緣體部及上述電阻體部位於上述開關機構側之方式配置。
  8. 一種製造旋轉編碼器之編碼器機構之方法,其係製造如請求項1之旋轉編碼器之編碼器機構之方法;且包含如下步驟:準備絕緣材料之步驟,該絕緣材料含有包含樹脂之母材、球狀二氧化矽及氟系樹脂填充劑;以沿機械軸之旋轉方向延伸之方式,於基板之一面設置電極部之步驟;以使上述電極部於圓周方向間歇性地露出之方式,將上述絕緣材料塗佈於上述電極部上形成絕緣體部之步驟;及於自上述絕緣體部露出之上述電極部上塗佈電阻體材料,而形成上述電阻體部之步驟,於準備上述絕緣材料之步驟中,混練平均粒徑為0.5μm以上10μm以下之第2氟系樹脂填充劑、球狀二氧化矽及母材,且藉由該第二氟系樹脂填充劑之解碎,製作平均粒徑為50nm以上800nm以下之第一氟系樹脂填充劑。
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