旋转编码器的制作方法

本发明涉及旋转编码器。

背景技术：

以往，作为旋转编码器，例如有在日本特开2004-95242号公报(专利文献1)记载的旋转编码器。专利文献1的旋转编码器具有机械轴、限制机械轴的旋转角度的插锁机构、检测机械轴的旋转方向以及旋转角度的编码器机构、以及被机械轴按压的开关机构。

专利文献1的编码器机构构成为，具有装配在机械轴的转子和装配在转子的底面侧的滑动件，并与形成在配置于转子的下方的编码器基板上的环状电极图案滑动接触。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-95242号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，在专利文献1的旋转编码器中，当按压机械轴时，转子也会被拉伸，因此滑动件被电阻图案压紧。其结果是，在以强的力按压机械轴的情况下，有时滑动件会变形而使编码器的输出的可靠性下降。

因此，本发明的课题在于，提供一种能够抑制由机械轴的按压造成的滑动件的变形的旋转编码器。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本发明的旋转编码器具有：

机械轴；

编码器机构，将所述机械轴能旋转以及能上下移动地以插通状态保持，并且检测所述机械轴的旋转方向以及旋转角度；以及

开关机构，被插通于所述编码器机构的所述机械轴的端部按压，

所述旋转编码器的特征在于，

所述编码器机构具有：转子，能够与所述机械轴一体旋转地装配在所述机械轴；滑动件，装配在该转子；以及固定接点构件，供该滑动件滑动接触，

所述编码器机构和所述开关机构被配置为：所述滑动件位于比所述固定接点构件更靠所述开关机构侧。

根据本发明，滑动件位于比电阻体图案(固定接点构件的一个例子)更靠开关机构侧，因此即使按压机械轴，滑动件也会由于转子的重量而向远离电阻体图案的方向受力，因此能够防止滑动件被电阻体图案压紧。由此，可抑制滑动件的变形，能够抑制编码器的输出的可靠性下降。

此外，作为一个实施方式，电可以是，所述编码器机构具有基板，所述固定接点构件是设置在所述基板上的电阻体图案。

根据所述一个实施方式，通过作为固定接点构件而使用设置在基板上的电阻体图案，从而不仅能够使用圆环状或梳状的连续形状的电阻体图案，而且能够使用由多个不连续部分构成的电阻体图案，因此能够增大电阻体图案的选择的自由度。

此外，作为另一个实施方式，也可以是，机械轴能够相对于转子上下移动。

根据所述另一个实施方式，机械轴能够相对于转子上下移动，因此即使按压机械轴，也能够保持转子的位置，从而维持滑动件与电阻体图案的接触。

发明效果

根据本发明的旋转编码器，能够抑制由机械轴的按压造成的滑动件的变形，因此能够抑制由滑动件的变形造成的编码器的输出的可靠性下降。

附图说明

图1是从本发明的一个实施方式的旋转编码器的上方观察的立体图。

图2是从旋转编码器的下方观察的立体图。

图3是从旋转编码器的上方观察的分解立体图。

图4是从旋转编码器的下方观察的分解立体图。

图5是旋转编码器的剖视图。

图6是从编码器机构的下方观察的分解立体图。

图7是从编码器机构的下方观察的立体图。

图8是示出编码器机构的等效电路的电路图。

图9是示出编码器机构的输出波形的波形图。

图10是示出机械轴与限制构件的关系的俯视图。

图11a是示出机械轴旋转时的第一接点部以及第二接点部的扭矩的变化的曲线图。

图11b是示出对第一接点部的扭矩和第二接点部的扭矩进行了合成的扭矩的变化的曲线图。

图12是示出本发明的旋转编码器的第二实施方式的立体图。

图13是旋转编码器的分解立体图。

图14是旋转编码器的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图更详细地说明本发明。

本发明的旋转编码器具有：机械轴；编码器机构，将所述机械轴能旋转以及能上下移动地以插通状态保持，并且检测所述机械轴的旋转方向以及旋转角度；以及开关机构，被插通于所述编码器机构的所述机械轴的端部按压，所述旋转编码器的特征在于，所述编码器机构具有：转子，能够与所述机械轴一体旋转地装配在所述机械轴；滑动件，装配在该转子；以及固定接点构件，供该滑动件滑动接触，所述编码器机构和所述开关机构被配置为：所述滑动件位于比所述固定接点构件更靠所述开关机构侧。

在此，用于本发明的旋转编码器的固定接点构件是固定的接点构件，并且是供与机械轴一起旋转的滑动件滑动接触的接点构件。固定接点构件可以是设置在基板等支承体上的具有各种形状的作为导电性构件的方式，例如电阻体图案，或者，也可以是固定接点构件自身兼作支承体的方式。在以下的实施方式中，对固定接点构件使用了电阻体图案的例子进行说明。

(第一实施方式)

图1是从本发明的一个实施方式的旋转编码器的上方观察的立体图。图2是从旋转编码器的下方观察的立体图。图3是从旋转编码器的上方观察的分解立体图。图4是从旋转编码器的下方观察的分解立体图。图5是旋转编码器的剖视图。

在各图中，将旋转编码器的宽度方向设为x方向，并将旋转编码器的长度方向设为y方向。将旋转编码器的高度方向设为z方向。将z方向的正方向设为上侧，并将z方向的负方向设为下侧。

如图1至图5所示，旋转编码器1具有壳体2、具有旋转轴且能沿着该旋转轴移动的机械轴3、限制机械轴3的旋转角度的限制构件5、检测机械轴3的旋转方向以及旋转角度的编码器机构6、以及通过机械轴3的沿着旋转轴的移动而被机械轴3按压的开关机构7。限制构件5、编码器机构6以及开关机构7沿着机械轴3的轴从上侧向下侧依次配置。

壳体2例如由金属构成。壳体2将机械轴3、限制构件5、编码器机构6以及开关机构7组装成一体。

壳体2具有：上壁21；设置在上壁21的x方向上的两侧并向下方延伸的侧壁22、22；设置在上壁21的y方向上的正方向并向下方延伸的突壁23；以及设置在上壁21的y方向上的负方向并向下方延伸的突片24。上壁21具有孔部21a。侧壁22在下侧具有孔部22a，并在上侧具有槽部22b。在孔部22a的内表面设置有向壳体2的内侧突出的卡定部22c。突壁23经上壁21的x方向上的全长而延伸。突片24设置在上壁21的x方向上的中央部。

机械轴3例如由树脂构成。机械轴3具有操作部35、齿轮状的外周面30以及端部36。操作部35、齿轮状的外周面30以及端部36沿着旋转轴从上侧向下侧依次配置。操作部35具有成为机械轴3的旋转的记号的缺口。齿轮状的外周面30包含多个凸部31以及凹部32。多个凸部31以及凹部32在周向上交替地排列。操作部35贯通壳体2的上壁21的孔部21a，使用者能够从壳体2的外侧对操作部35进行操作。

限制构件5例如由金属构成。限制构件5例如是板簧。限制构件5具有能够与机械轴3的外周面30接触的第一接点部51以及第二接点部52。第一接点部51以及第二接点部52对机械轴3的外周面30的凸部31弹性施力而接触，另一方面，嵌入到机械轴3的外周面30的凹部32而限制机械轴3的旋转角度。第一接点部51以及第二接点部52折弯而构成。第一接点部51以及第二接点部52处于大致对置的位置。

编码器机构6将机械轴3能旋转以及能上下移动地以插通状态保持，并且检测机械轴3的旋转方向以及旋转角度，具有：编码器基板60，具有电阻体图案61、62、63和与该电阻体图案61、62、63电连接的编码器端子601、602、603；转子65，装配在机械轴3，使得能够与机械轴3一起旋转；以及滑动件66，装配在转子65并与电阻体图案61、62、63滑动接触。

编码器基板60例如由树脂构成。在编码器基板60的上表面设置有凹部60a，在凹部60a嵌入限制构件5。在编码器基板60的x方向上的两侧设置有突部60b。突部60b嵌入到壳体2的侧壁22的槽部22b。编码器基板60的y方向上的两侧被突壁23和突片24夹着。像这样，编码器基板60通过侧壁22的槽部22b、突壁23以及突片24固定在壳体2。换言之，侧壁22的槽部22b、突壁23以及突片24构成对编码器基板60进行固定的编码器固定部。在编码器基板60的中央，形成有成为以插通状态保持机械轴3的插通孔的孔部64。

电阻体图案61、62、63设置在编码器基板60的下表面。电阻体图案61、62、63用于检测机械轴3的旋转方向以及旋转角度。第一电阻体图案61、第二电阻体图案62以及第三电阻体图案63形成为环状，并配置为同心状。第一电阻体图案61、第二电阻体图案62以及第三电阻体图案63从径向的外侧向内侧依次配置。第一电阻体图案61和第二电阻体图案62分别在周向上设置间隔而形成。第三电阻体图案63连续地形成。

编码器端子601、602、603插入成型在编码器基板60。第一编码器端子601与第一电阻体图案61电连接，第二编码器端子602与第二电阻体图案62电连接，第三编码器端子603与第三电阻体图案63电连接。

转子65只要能够与机械轴3一体旋转即可，即可以能够在轴向上移动，也可以不能移动。在图中，示出转子65相对于机械轴3在周向上定位且能够在轴向上移动(能够上限移动)的情况。具体说明为，转子65具有d形状的孔部65a。机械轴3的端部36的外周面形成为d形状。d形状的端部36嵌合在d形状的孔部65a，从而转子65相对于机械轴3在周向上固定，在轴向上则未固定。

转子65形成为大致椭圆形状。转子65具有转子65的外径成为长径的长径部651和转子65的外径成为短径的短径部652。长径部651的长度大于对置的侧壁22的卡定部22c之间的间隙，短径部652的长度小于对置的侧壁22的卡定部22c之间的间隙。换言之，卡定部22c构成为，短径部652不卡定而脱离，并且长径部651能够通过转子65的旋转而卡定或脱离。

滑动件66例如由金属构成。滑动件66固定在转子65的上表面的两个突部65b。滑动件66形成为环状。滑动件66具有第一接点部661、第二接点部662以及第三接点部663。第一接点部661、第二接点部662以及第三接点部663从径向的外侧向内侧依次配置。第一接点部661、第二接点部662以及第三接点部663导通。第一接点部661能够与第一电阻体图案61接触，第二接点部662能够与第二电阻体图案62接触，第三接点部663能够与第三电阻体图案63接触。

开关机构7具有开关基板70、设置在开关基板70的第一至第三开关端子701、702、703、以及设置在开关基板70并被机械轴3的端部36按压的导电体71。导电体71与第一开关端子701、第二开关端子702电连接。导电体71被机械轴3的端部36按压而与第三开关端子703电连接，从而将第一开关端子701、第二开关端子702与第三开关端子703导通。当第一开关端子701、第二开关端子702与第三开关端子703导通时，开关信号接通。例如，通过开关信号的接通，各功能进行动作。另外，也可以仅设置第一开关端子701、第二开关端子702中的一方的开关端子。

在开关基板70的x方向上的两侧设置有突部70b。突部70b嵌入到壳体2的侧壁22的孔部22a。像这样，开关基板70通过侧壁22的孔部22a固定在壳体2。换言之，侧壁22的孔部22a构成对开关基板70进行固定的开关固定部。

在开关基板70的下表面的x方向上的一个边设置有台阶部70c。在台阶部70c卡定折弯的编码器端子601、602、603的端部。即，编码器基板60和开关基板70通过折弯的编码器端子601、602、603而抱合成一体。

台阶部70c的深度比编码器端子601、602、603的厚度深。由此，在将开关基板70的下表面设置在安装基板时，能够将开关基板70的下表面作为设置面，而不是编码器端子601、602、603。

第一至第三开关端子701、702、703插入成型在开关基板70。第三开关端子703位于第一开关端子701与第二开关端子702之间。

导电体71具有弹性。导电体71形成为拱状。导电体71嵌入到开关基板70的上表面的凹部70a。

导电体71的周缘部分71a与第一开关端子701、第二开关端子702电连接。导电体71的拱顶部分71b在导电体71的自由状态下与第三开关端子703分离，另一方面，被贯通编码器机构7的机械轴3的端部36按压而与第三开关端子703电连接。

即，当向下侧按压机械轴3时，机械轴3的端部36按压导电体71的拱顶部分71b，从而导电体71的拱顶部分71b与第三开关端子703电连接。由此，第一开关端子701、第二开关端子702与第三开关端子703电连接，从而开关信号接通。

另一方面，当解除机械轴3的向下侧的按压时，导电体71返回到自由状态，从而机械轴3向上侧移动，导电体71的拱顶部分71b与第三开关端子703分离。由此，第一开关端子701、第二开关端子702与第三开关端子703不进行电连接，开关信号断开。

在此，滑动件66位于比电阻体图案61、62、63更靠开关机构7侧(下侧)。由此，在将机械轴3向开关机构7侧按压时，即使转子65被向下拉伸，滑动件66也会向远离电阻体图案61、62、63的方向受力。因此，滑动件66不会被电阻体图案61、62、63按压而变形，能够维持编码器机构6的输出的可靠性。进而，通过使机械轴3能够相对于转子65在上下方向上移动，从而即使按压机械轴3，也能够保持转子65的位置，从而维持滑动件66与电阻体图案61、62、63的接触。

图6是从编码器机构6的下方观察的分解立体图。如图6所示，在编码器基板60的下表面，设置有第一电极部671、第二电极部672、第三电极部673。第一电极部671、第二电极部672以及第三电极部673形成为环状，并配置为同心状。第一电极部671、第二电极部672以及第三电极部673从径向的外侧向内侧依次配置。第一电极部671与第一编码器端子601的端部601a电连接，第二电极部672与第二编码器端子602的端部602a电连接，第三电极部673与第三编码器端子603的端部603a电连接。

在第一电极部671、第二电极部672、第三电极部673上层叠有绝缘片68。绝缘片68覆盖第一电极部671以及第二电极部672，使得第一电极部671在周向上断续地露出，并且第二电极部672在周向上断续地露出。即，绝缘片68具有在周向上断续地配置的多个孔部68a，第一电极部671以及第二电极部672从绝缘片68的孔部68a露出。第三电极部673未被绝缘片68所覆盖。

在第一电极部671从绝缘片68露出的部分设置有第一电阻体图案61，在第二电极部672从绝缘片68露出的部分设置有第二电阻体图案62，在第三电极部673设置有第三电阻体图案63。

由此，第一电阻体图案61经由第一电极部671与第一编码器端子601电连接，第二电阻体图案62经由第二电极部672与第二编码器端子602电连接，第三电阻体图案63经由第三电极部673与第三编码器端子603电连接。

图7是从编码器机构6的下方观察的立体图。如图7所示，滑动件66的第一接点部661处于与第一电阻体图案61对应的位置，滑动件66的第二接点部662处于与第二电阻体图案62对应的位置，滑动件66的第三接点部663处于与第三电阻体图案63对应的位置。

而且，通过滑动件66的旋转，第一接点部661与第一电阻体图案61和绝缘片68交替地接触，第二接点部662与第二电阻体图案62和绝缘片68交替地接触。第三接点部663始终与第三电阻体图案63接触。即，通过滑动件66的旋转，第一编码器端子601与第三编码器端子603断续地电连接，第二编码器端子602与第三编码器端子603断续地电连接。

图8是示出编码器机构6的等效电路的电路图。图9是示出编码器机构6的输出波形的波形图。如图8和图9所示，当第一编码器端子601与第三编码器端子603电连接时，在a点与c点之间流过电流，a信号接通。当第二编码器端子602与第三编码器端子603电连接时，在b点与c点之间流过电流，b信号接通。

在滑动件66的顺时针方向的旋转中，从a信号的断开的起点到下次断开的起点为止的滑动件66的旋转角度为60°。对于b信号也是同样的。此外，关于a信号的断开的起点与b信号的断开的起点的偏移，在滑动件66的旋转角度中成为15°。而且，在滑动件66旋转一周(即，滑动件66的旋转角度为360°)时，a信号以及b信号的接通与断开的组合的变化分为24个。即，能够判断，在滑动件66旋转一周时，滑动件66的旋转角度每次变化15°。因此，通过判断a信号与b信号的变化，从而能够判断滑动件66的旋转方向和旋转角度(旋转量)。

另外，像以下说明的那样，通过使第一接点部51的扭矩的波形与第二接点部52的扭矩的波形偏移，从而能够增加整体的插锁数。图10是示出机械轴3与限制构件5的关系的俯视图。如图10所示，在限制构件5的第一接点部51与机械轴3的外周面30的凸部31接触时，限制构件5的第二接点部52嵌入到机械轴3的外周面30的凹部32。另一方面，在限制构件5的第一接点部51嵌入到机械轴3的外周面30的凹部32时，限制构件5的第二接点部52与机械轴3的外周面30的凸部31接触。即，在第一接点部51与凸部31的接触和第二接点部52与凸部31的接触之间，设置了机械轴3的旋转角的相位差。而且，当机械轴3旋转时，第一接点部51与第二接点部52交替地嵌入到机械轴3的外周面30的凹部32。

图11a是示出机械轴3旋转时的第一接点部51以及第二接点部52的扭矩的变化的曲线图。如图11a所示，随着机械轴3的旋转，第一接点部51以及第二接点部52各自的扭矩成为重复最大和最小的波形。例如，通过机械轴3的旋转，在机械轴3的外周面30的凸部31对抗第一接点部51的弹力而通过时，扭矩成为最大。在扭矩从最大成为最小时，使用者得到插锁感。第一接点部51的扭矩与第二接点部52的扭矩交替地成为最大。

图11b是示出对第一接点部51的扭矩和第二接点部52的扭矩进行了合成的扭矩的变化的曲线图。如图11b所示，合成扭矩的波形的波长成为第一接点部51以及第二接点部52的各扭矩的波形的波长的两倍。即，在机械轴3旋转一周时，合成扭矩成为最大的数量(插锁数)为将第一接点部51的扭矩成为最大的数量(插锁数)和第二接点部52的扭矩成为最大的数量(插锁数)进行相加的数量。

因此，通过使第一接点部51的扭矩的波形与第二接点部52的扭矩的波形偏移，从而整体的插锁数成为第一接点部51以及第二接点部52的各插锁数的两倍。因此，即使将机械轴3做成为小型，也能够使插锁数增多。

虽然在上述的实施方式中，对固定接点构件使用了电阻体图案的例子进行了说明，但是即使是固定接点构件自身兼作支承体的方式，也能够得到同样的效果。例如，能够代替在上述的实施方式中使用的编码器基板而使用使树脂基材含浸了导电性材料的构件，举出具体例子为，使酚醛类树脂基材含浸了碳黑的材料。

(第二实施方式)

图12是示出本发明的旋转编码器的第二实施方式的立体图。图13是旋转编码器的分解立体图。图14是旋转编码器的俯视图。第二实施方式的机械轴、限制构件以及编码器基板的结构与第一实施方式不同。以下对该不同的结构进行说明。另外，在第二实施方式中，与第一实施方式相同的附图标记是与第一实施方式相同的结构，因此省略其说明。

机械轴3a具有操作部35、凸缘部37以及端部36。操作部35、凸缘部37以及端部36沿着旋转轴从上侧向下侧依次配置。在凸缘部37的外周面38设置有多个(在该实施方式中为两个)凹部38a。从机械轴3a的轴向观察，凸缘部37的外周面38形成为大致椭圆形。凸缘部37的外周面38具有短径侧的彼此对置的长边部分和长径侧的彼此对置的圆弧部分。在短径侧的彼此对置的长边部分中的每一个设置有凹部38a。两个凹部38a相对于机械轴3a的轴彼此对置。像这样，凸缘部37的外周面38是具有缩颈的大致椭圆形。

限制构件5a是形成为环状的板簧。从机械轴3a的轴向观察，限制构件5a形成为大致椭圆形。限制构件5a具有短径侧的彼此对置的长边部分和长径侧的彼此对置的圆弧部分。限制构件5a在长径侧的彼此对置的圆弧部分中的每一个具有第一接点部51以及第二接点部52。第一接点部51以及第二接点部52相对于机械轴3a的轴彼此对置。第一接点部51以及第二接点部52沿着机械轴3a的轴向向编码器基板60a侧突出。限制构件5a的内周面55的形状与机械轴3a的凸缘部37的外周面38的形状大致相同，为具有缩颈的大致椭圆形。在限制构件5a的内周面55，在短径侧的彼此对置的长边部分中的每一个设置有向径向内侧突出的凸部55a。两个凸部55a相对于机械轴3a的轴彼此对置。

在编码器基板60a的上表面设置有多个(在该实施方式中为12个)凸部67a。凸部67a沿着机械轴3a的轴向向限制构件5a侧突出。多个凸部67a以机械轴3a的轴为中心，在周向上彼此空开间隔进行排列。在相邻的凸部67a之间设置有凹部67b。

限制构件5a相对于机械轴3a在周向上定位，并且能够在轴向上移动(能够上限移动)。具体说明为，机械轴3a的凸缘部37嵌合在限制构件5a的内周面55。限制构件5a的内周面55的凸部55a卡定在机械轴3a的凸缘部37的凹部38a。由此，限制构件5a相对于机械轴3a在周向上固定。此外，在限制构件5a的内周面55的圆弧部分与凸缘部37的外周面38的圆弧部分之间设置有间隙。由此，限制构件5a相对于机械轴3a在轴向上不固定。像这样，限制构件5a不与任何部件通过焊接、铆接、粘接等固定为一体。

限制构件5a通过图1所示的壳体2在机械轴3a的轴向上进行定位，使得不与编码器基板60a分离。由此，通过使机械轴3a旋转，从而限制构件5a与机械轴3a一起旋转，第一接点部51以及第二接点部52将交替地位于编码器基板60a的凸部67a和凹部67b。具体说明为，通过限制构件5a旋转，从而位于凹部67b的第一接点部51通过限制构件5a的弹性变形而在与凸部67a滑动接触的同时越过凸部67a，嵌入到与该凸部67a相邻的凹部67b。第二接点部52与第一接点部51同样地动作。第一接点部51和第二接点部52同时嵌入到不同的凹部67b。因此，通过使限制构件5a旋转，从而限制构件5a越过凸部67a而嵌入到凹部67b，由此，产生插锁感。

此外，机械轴3a出于对开关机构7的导电体71进行按压的目的，具有沿轴向向上下行程大约0.15mm的距离的功能。因为限制构件5a仅是相对于机械轴3a在旋转方向上进行卡合，所以限制构件5a在上下方向上没有位移。因此，不会由于机械轴3a的上下的行程而使限制构件5a的荷重-位移特性(弹簧特性)劣化。因此，即使使机械轴3a向上下进行行程，也不会对限制构件5a施加上下方向的负荷。

此外，通过调整组装到机械轴3a的限制构件5a的数量，从而能够选择所希望的强度的插锁感。即，通过增加沿着机械轴3a的轴向重叠的限制构件5a的个数，从而能够增强插锁感。

在此，代替调整限制构件5a的个数，通过调整一个限制构件5a的厚度，也能够调整插锁感的强度。但是，当一个限制构件5a的厚度增厚时，会产生如下缺点，即，对于由反复进行越过编码器基板60a的凸部67a而落入到凹部67b的动作造成的“疲劳破坏”，限度降低。即，限制构件5a的破坏寿命会缩短。

因此，通过重叠多个薄的“限制构件5a”，从而能够得到如下效果，即，在耐疲劳破坏的观点上，能够将疲劳破坏的限度维持的高，并且能够进一步增加弹簧荷重。

另外，本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离在附加的权利要求书中规定的本发明的范围的范围内，能够施加各种变更。例如，壳体、限制构件并不限定于在上述的实施方式中记载的壳体、限制构件，能够使用各种众所周知的壳体、限制构件。

附图标记说明

1：旋转编码器；

2：壳体；

22：侧壁；

22a：孔部(开关固定部)；

22b：槽部(编码器固定部)；

22c：卡定部；

23：突壁(编码器固定部)；

24：突片(编码器固定部)；

3、3a：机械轴；

30：齿轮状的外周面；

31：凸部；

32：凹部；

37：凸缘部

38：外周面

38a：凹部

5、5a：限制构件；

51：第一接点部；

52：第二接点部；

55：内周面；

55a：凸部；

6：编码器机构；

60、60a：编码器基板；

61、62、63：电阻体图案(固定接点构件)；

601、602、603：编码器端子；

65：转子；

651：长径部；

652：短径部；

66：滑动件；

67a：凸部；

67b：凹部；

7：开关机构；

70：开关基板；

71：导电体；

701、702、703：开关端子。