JP2017138216A

JP2017138216A - 機械式ロータリーエンコーダ

Info

Publication number: JP2017138216A
Application number: JP2016019660A
Authority: JP
Inventors: 重彦坂本; Shigehiko Sakamoto
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2017-08-10

Abstract

【課題】寿命が長く、接点接触回転位置に同期した高い分解能をもったクリック感を得ることができる機械式ロータリーエンコーダを提供すること。
【解決手段】回転軸２ａの端部に取り付けられ回転軸２ａの軸中心Ｃに対して環状かつ等間隔に設けた複数の突起２ｃを有する回転カム２ｂと、突起２ｃの環状配置に対応して設けられ回転カム２ｂの回転に伴う突起２ｃによる押圧量を回転軸方向の作動量に変換する可動ピン３ａ，３ｂと、バネ弾性を有するドーム状の導電性薄板で可動ピン３ａ，３ｂが中央部に接触し可動ピン３ａ，３ｂに所定値以上の作動量が与えられることによって反転し、作動量が所定値未満の場合になると反転前の状態に戻り、共通固定電極７ｆに接続された導電性皿バネ５ａ，５ｂと、導電性皿バネ５ａ，５ｂの反転時に導電性皿バネ５ａ，５ｂに導通するＡ相固定電極７ｄ及びＢ相固定電極７ｅと、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、寿命が長く、接点接触回転位置に同期した高い分解能をもったクリック感を得ることができる機械式ロータリーエンコーダに関する。

調整ダイヤル等の回転軸の回転角度及び回転角度の検出にはロータリーエンコーダが用いられている。機械式ロータリーエンコーダは、回転軸をもつ回転体側に設けられた接点を、回転軸を軸支する固定体側に設けられた接点に対して摺動させ、例えばＡ相とＢ相との接続をもとに回転軸の回転角度及び回転角度を検出していた。

一方、機械式ロータリーエンコーダでは、回転軸を操作する操作者に対する操作感のフィードバックとしてのクリック感を持たせるために、摺動接点とは別の部分に回転軸の回転に伴ってクリック感を実現させる構造物を設けていた。

なお、特許文献１には、２段の磁気検知方式のロータリーエンコーダに、スプリングを用いたプッシュスイッチを設けたものが記載されている。

特開２００９−３８１５号公報

しかしながら、従来の接点を摺動させる機械式ロータリーエンコーダは、摺動動作によって接点部の摩耗が生じ、寿命が短いという問題点があった。

また、回転軸の操作に対するクリック感を持たせるための構造物を摺動接点とは別に設けていたため、摺動接点の接点接触回転位置とクリック感発生回転位置との同期が難しく、接点接触回転位置に同期した高い分解能をもったクリック感を得ることが困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、寿命が長く、接点接触回転位置に同期した高い分解能をもったクリック感を得ることができる機械式ロータリーエンコーダを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる機械式ロータリーエンコーダは、回転軸の端部に取り付けられ前記回転軸の軸中心に対して環状かつ等間隔に設けた複数の突起を有する回転カムと、前記突起の環状配置に対応して設けられ前記回転カムの回転に伴う前記突起による押圧量を回転軸方向の作動量に変換する可動ピンと、バネ弾性を有するドーム状の導電性薄板で前記可動ピンが中央部に接触し前記可動ピンに所定値以上の作動量が与えられることによって反転し、作動量が所定値未満の場合になると反転前の状態に戻り、共通電極に接続された導電性皿バネと、前記導電性皿バネの反転時に前記導電性皿バネに導通する固定電極と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる機械式ロータリーエンコーダは、上記の発明において、前記可動ピン、前記導電性皿バネ、及び前記固定電極をそれぞれ前記突起の環状配置に対応して複数設け、その個数をｎ、前記突起の数をｍとすると、前記可動ピン、前記導電性皿バネ、及び前記固定電極はそれぞれ前記回転軸の軸中心に対して（３６０°／ｍ）／ｎ分だけオフセットして配置されることを特徴とする。

また、本発明にかかる機械式ロータリーエンコーダは、上記の発明において、前記回転カムは、前記環状を形成する円とは異なる同心円上に１つの原点突起を設け、前記原点突起に対応する原点用の前記可動ピン、前記導電性皿バネ、及び前記固定電極を前記同心円上に配置したことを特徴とする。

本発明によれば、可動接点としての導電性皿バネと固定接点としての固定電極とが回転体の回転に伴って摺動しないため、寿命が長く、可動接点として導電性皿バネを用いているので、接点接触回転位置に同期した高い分解能をもったクリック感を得ることができる。

図１は、本発明の実施の形態である機械式ロータリーエンコーダの外観構成を示す図である。図２は、図１に示した機械式ロータリーエンコーダの断面図である。図３は、図２に示した機械式ロータリーエンコーダの可動ピン及び導電性皿バネの近傍を拡大した拡大図である。図４は、図１に示した機械式ロータリーエンコーダの分解斜視図である。図５は、回転体の斜視図である。図６は、ケース上に配置された導電性皿バネの配置状態を示す図である。図７は、機械式ロータリーエンコーダ内の電気的接続と外部の測定回路とを示す図である。図８は、Ａ相出力及びＢ相出力の一例を示す図である。図９は、３つの相出力の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態である機械式ロータリーエンコーダ１の外観構成を示す図である。図２は、図１に示した機械式ロータリーエンコーダ１の断面図である。図３は、図２に示した機械式ロータリーエンコーダ１の可動ピン３及び導電性皿バネ５の近傍を拡大した拡大図である。図４は、図１に示した機械式ロータリーエンコーダ１の分解斜視図である。図５は、回転体２の斜視図である。図６は、ケース１１上に配置された導電性皿バネ５の配置状態を示す図である。なお、図１に示した機械式ロータリーエンコーダ１は、インクリメント型である。

図１〜図６に示すように、機械式ロータリーエンコーダ１は、ケース１１にカバー１０が覆われることによって筐体を形成し、内部に矩形空間を形成する。カバー１０の中央部から外部に向けて回転体２の回転軸２ａが突出し、軸中心Ｃに回転する回転ダイヤルとして機能する。

矩形空間の上部には、回転体２の下端部に設けられた回転カム２ｂが配置され、回転カム２ｂの下面には、軸中心Ｃに対して環状かつ等間隔に設けた複数の突起２ｃが形成されている。この突起数は例えば２４個である。

回転カム２ｂの下部には、可動ピン３（３ａ，３ｂ）が配置される。可動ピン３ａ，３ｂは、フレーム４によって上下に摺動可能に支持され、突起２ｃの環状配置に対応して設けられ回転カム２ｂの回転に伴う突起２ｃによる押圧量を回転軸の軸中心Ｃ方向（Ｚ方向（図３参照））の作動量に変換する。

可動ピン３（３ａ，３ｂ）の下部には、ケース１１上にそれぞれ導電性皿バネ５（５ａ，５ｂ）が配置される。導電性皿バネ５ａ，５ｂの中央部Ｐａ，Ｐｂ（図６参照）と、可動ピン３ａ，３ｂとは接触状態が保持される。導電性皿バネ５ａ，５ｂの中央部Ｐａ，Ｐｂは、突起２ｃが配置される円ＣＬ上となるように配置され、可動ピン３ａ，３ｂの下方先端部が接触する位置に配置される。導電性皿バネ５ａ，５ｂは、バネ弾性を有するドーム状の導電性薄板で可動ピン３ａ，３ｂが中央部Ｐａ，Ｐｂに所定値以上の作動量が与えられることによって下方（Ｚ方向）に反転し、作動量が所定値未満の場合になると反転前の状態に戻る。図２及び図５では、導電性皿バネ５ａが非反転状態であり、導電性皿バネ５ｂが反転状態となっている。

導電性皿バネ５ａ，５ｂは、共通固定電極７ｆに接続されている。また、導電性皿バネ５ａ，５ｂの中央部Ｐａ，Ｐｂの下方には、それぞれＡ相固定電極７ｄ，Ｂ相固定電極７ｅが配置される。導電性皿バネ５ａ，５ｂが反転状態の場合、導電性皿バネ５ａ，５ｂはそれぞれＡ相固定電極７ｄ，Ｂ相固定電極７ｅに接触状態となる。また、導電性皿バネ５ａ，５ｂが非反転状態の場合、導電性皿バネ５ａ，５ｂはそれぞれＡ相固定電極７ｄ，Ｂ相固定電極７ｅに対して非接触状態となる。したがって、導電性皿バネ５ａ，５ｂは、可動接点として機能し、Ａ相固定電極７ｄ，Ｂ相固定電極７ｅは固定接点として機能する。また、可動ピン３ａ，３ｂは、導電性皿バネ５ａ，５ｂによって回転カム２ｂ側に押圧された状態となる。なお、反転状態で導電性皿バネ５ａ，５ｂと可動ピン３ａ，３ｂとは接触状態でなくてもよく、反転状態で導電性皿バネ５ａ，５ｂとＡ相固定電極７ｄ，Ｂ相固定電極７ｅとが接触していればよい。

導電性皿バネ５ａ，５ｂは、円盤形の反転ドーム形状となっているため、可動ピン３ａ，３ｂが押し下げられると、導電性皿バネ５ａ，５ｂの飛び移り座屈現象により、作動力が移動量に対し、中間で凹状の特性、いわゆるタクティルフィードバック機構によるクリック感触を得ることができる。

図６に示すように、導電性皿バネ５ａ，５ｂの中央部Ｐａ，Ｐｂは、軸中心Ｃを円中心とした円ＣＬ上に配置される。また、導電性皿バネ５ａ，５ｂの中央部Ｐａ，Ｐｂは、突起２ｃの数をｍとすると、（３６０°／ｍ）／２分の角度θだけオフセットして配置される。これによって、導電性皿バネ５ａ，５ｂとＡ相固定電極７ｄ，Ｂ相固定電極７ｅとが接触、非接触は、それぞれＡ相出力及びＢ相出力となる。

図７は、機械式ロータリーエンコーダ１内の電気的接続と外部の測定回路２０とを示す図である。図７に示すように、機械式ロータリーエンコーダ１は、Ａ相固定電極７ｄと導電性皿バネ５ａとはＡ相のスイッチを構成し、Ｂ相固定電極７ｅと導電性皿バネ５ｂとはＢ相のスイッチを構成する。また、Ａ相固定電極７ｄ及びＢ相固定電極７ｅは、それぞれＡ相電極端子７ａ及びＢ相電極端子７ｂに接続される。また、導電性皿バネ５ａ，５ｂに接続される共通固定電極７ｆは共通電極端子７ｃに接続される。一方、外部の測定回路２０は、Ａ相電極端子７ａに接続されてＡ相のパルスを検出するパルス検出部２０ａ、Ｂ相電極端子７ｂに接続されてＢ相のパルスを検出するパルス検出部２０ｂ、パルス検出部２０ａから出力されたＡ相出力ＤＡとパルス検出部２０ｂから出力されたＢ相出力ＤＢとをもとに回転方向及び回転量を判定出力Ｄとして出力する判定部２１を有する。

図８は、Ａ相出力ＤＡ及びＢ相出力ＤＢの一例を示す図である。図８に示すように、Ａ相出力ＤＡの立ち上がりまたは立ち下りとＢ相出力ＤＢの立ち上がりまたは立ち下がりとは、オフセットの角度θ分、位相がずれている。Ａ相出力ＤＡが「１」の場合は、導電性皿バネ５ａとＡ相固定電極７ｄとが接触によって導通した状態であり、「０」の場合は、非接触で非導通の状態である。また、Ｂ相出力ＤＢが「１」の場合は、導電性皿バネ５ｂとＢ相固定電極７ｅとが接触によって導通した状態であり、「０」の場合は、非接触で非導通の状態である。このＡ相出力ＤＡの立ち上がり、立ち下がり、Ｂ相出力ＤＢの立ち上がり、立ち下がりによって突起２ｃの個数の４倍の分解能をもって回転量を判定することができる。判定部２１は、Ａ相出力ＤＡの立ち上がり、立ち下がり、Ｂ相出力ＤＢの立ち上がり、立ち下がりの数によって回転量を判定する。

また、判定部２１は、Ａ相出力ＤＡ及びＢ相出力ＤＢの値によって回転方向が時計回り方向ＣＷか反時計回り方向ＣＣＷかを判定する。例えば、図８において、検出状態が「０１」から「１１」に遷移した場合、回転方向は時計回り方向ＣＷであると判定する。また、検出状態が「１１」から「０１」に遷移した場合、回転方向は反時計回り方向ＣＣＷであると判定する。

ここで、図８の破線で示したように、Ａ相出力ＤＡの立ち上がり、立ち下がり、Ｂ相出力ＤＢの立ち上がり、立ち下がり時に導電性皿バネ５ａ，５ｂの反転及び反転の戻りによるクリック感を得ることができる。このクリック感は、Ａ相出力ＤＡの立ち上がり、立ち下がり、Ｂ相出力ＤＢの立ち上がり、立ち下がりに同期しているため、高い分解能をもつことになる。

また、本実施の形態における可動接点と固定接点とは、回転体２の回転に伴って摺動することがないため、長寿命化が可能となる。

なお、上述した実施の形態では、Ａ相とＢ相との２相によって４倍の分解能を得ていたが、これに限らず、３相以上の立ち上がり及び立ち下がりによってさらに高い分解能を得るようにしてもよい。例えば、図９に示すように、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の３相によって突起２ｃに対する６倍の分解能を得るようにしてもよい。この場合、相数をｎ、突起２ｃの数をｍとすると、各相の可動ピン３、各相の導電性皿バネ５、及び各相の固定電極はそれぞれ軸中心Ｃに対して（３６０°／ｍ）／ｎ分の角度だけオフセットして配置される。

また、さらに回転カム２ｂに、円ＣＬとは異なる半径をもつ同心円上に１つの原点突起を設けるとともに、この原点突起に対応する原点用の可動ピン、導電性皿バネ、及び固定電極をこの同心円上に配置し、いわゆるＺ相を検出出力するようにしてもよい。

１機械式ロータリーエンコーダ
２ｂ回転カム
２ａ回転軸
２回転体
２ｃ突起
２ｂ回転カム
３，３ａ，３ｂ可動ピン
４フレーム
５，５ａ，５ｂ可動ピン
５，５ａ，５ｂ導電性皿バネ
７ａＡ相電極端子
７ｂＢ相電極端子
７ｃ共通電極端子
７ｆ共通固定電極
７ｅＢ相固定電極
７ｄＡ相固定電極
１０カバー
１１ケース
２０測定回路
２０ａ，２０ｂパルス検出部
２１判定部
Ｃ軸中心
ＣＣＷ反時計回り方向
ＣＬ円
ＣＷ時計回り方向
Ｄ判定出力
ＤＡＡ相出力
ＤＢＢ相出力
Ｐａ，Ｐｂ中央部
θ 角度

Claims

回転軸の端部に取り付けられ前記回転軸の軸中心に対して環状かつ等間隔に設けた複数の突起を有する回転カムと、
前記突起の環状配置に対応して設けられ前記回転カムの回転に伴う前記突起による押圧量を回転軸方向の作動量に変換する可動ピンと、
バネ弾性を有するドーム状の導電性薄板で前記可動ピンが中央部に接触し前記可動ピンに所定値以上の作動量が与えられることによって反転し、作動量が所定値未満の場合になると反転前の状態に戻り、共通電極に接続された導電性皿バネと、
前記導電性皿バネの反転時に前記導電性皿バネに導通する固定電極と、
を備えたことを特徴とする機械式ロータリーエンコーダ。
前記可動ピン、前記導電性皿バネ、及び前記固定電極をそれぞれ前記突起の環状配置に対応して複数設け、その個数をｎ、前記突起の数をｍとすると、前記可動ピン、前記導電性皿バネ、及び前記固定電極はそれぞれ前記回転軸の軸中心に対して（３６０°／ｍ）／ｎ分だけオフセットして配置されることを特徴とする請求項１に記載の機械式ロータリーエンコーダ。
前記回転カムは、前記環状を形成する円とは異なる同心円上に１つの原点突起を設け、
前記原点突起に対応する原点用の前記可動ピン、前記導電性皿バネ、及び前記固定電極を前記同心円上に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の機械式ロータリーエンコーダ。