(57)【要約】【課題】  特に、省電力化が可能で、さらにクリック感触を得ることが出来る回転型エンコーダを提供することを目的としている。【解決手段】  回転方向に向けて凹部２０と凸部２１とが交互に設けられた凹凸部２２を有する回転体３と、ピエゾフィルム４と、を有している。前記ピエゾフィルム４の係合部３９は、前記回転体３の回転に伴って前記凹凸部２２と係脱可能で、しかも前記凸部２１により弾かれるように構成されている。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転方向に向けて凹部と凸部とが交互に設けられた凹凸部を有する回転体と、ピエゾフィルムと、を有し、
前記ピエゾフィルムの係合部は、前記回転体の回転に伴って、前記凹凸部と係脱可能で前記凸部により弾かれるように構成されていることを特徴とする回転型エンコーダ。
【請求項２】
前記凹凸部は前記回転体の外周面に設けられており、前記ピエゾフィルムは、前記回転体の側方位置に設けられる請求項１記載の回転型エンコーダ。
【請求項３】
前記ピエゾフィルムは屈曲部を介して前記回転体の回転中心方向に延びる端部側が自由端であり、前記自由端の先端に前記係合部が設けられており、他端部側が固定支持側である請求項１又は２に記載の回転型エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、省電力化が可能であり、さらにクリック感触を得ることができる回転型エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、絶縁基板上に導電パターンが形成されたコード板と、導電パターン上を摺動する摺動子とを有して構成される回転型エンコーダが開示されている。
【０００３】
導電パターンにはコモンパターン、Ａ相パターン及びＢ相パターンがある。摺動子はコモンパターン上を摺動するコモン摺動子、Ａ相パターン上を摺動するＡ相摺動子、及び、Ｂ相パターン上を摺動するＢ相摺動子がある。
【０００４】
Ａ相摺動子が、Ａ相パターン上を摺動すると、Ａ相摺動子とコモン摺動子とが電気的に接続されてオン信号が出力され、一方、Ａ相摺動子が絶縁基板上を摺動するとＡ相摺動子とコモン摺動子が電気的に切断されてオフ信号が出力される。そして、このオン信号とオフ信号が交互に繰り返され、Ａ相パルス信号が出力される。
【０００５】
また、Ｂ相摺動子が、Ｂ相パターン上を摺動すると、Ｂ相摺動子とコモン摺動子とが電気的に接続されてオン信号が出力され、一方、Ｂ相摺動子が絶縁基板上を摺動するとＢ相摺動子とコモン摺動子が電気的に切断されてオフ信号が出力される。そして、このオン信号とオフ信号が交互に繰り返され、Ｂ相パルス信号が出力される。
【０００６】
Ａ相パルス信号とＢ相パルス信号は、位相がずれて出力される。そして、各パルスの出力を測定することで回転角度や回転方向等を検知することができる。
【特許文献１】特開平１０−１３２６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した特許文献に記載された回転型エンコーダでは、プルアップ抵抗器を介して常時電圧を印加する必要があり省電力化が困難であった。
【０００８】
また、例えばコード板を回転させたときにクリック感触を得るには、構造上の工夫が別に必要であった。
【０００９】
さらに、上記した特許文献に記載された回転型エンコーダでは、Ａ相及びＢ相のうち片方だけでは回転方向を知ることができないため、Ａ相及びＢ相の双方の構成を設けることが必要であり、部品点数が多くなるといった問題があった。
【００１０】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、省電力化が可能で、さらにクリック感触を得ることが出来る回転型エンコーダを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明における回転型エンコーダは、回転方向に向けて凹部と凸部とが交互に設けられた凹凸部を有する回転体と、ピエゾフィルムと、を有し、
前記ピエゾフィルムの係合部は、前記回転体の回転に伴って、前記凹凸部と係脱可能で前記凸部により弾かれるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
上記のように本発明では、ピエゾフィルムの係合部が凸部により弾かれることにより起電力（電圧）が発生し、この電圧により回転検出が可能であり、従来のように常時電圧を印加する必要がなく省電力化が可能となる。また、上記したピエゾフィルムの係合部が凹凸部と係脱することにより、クリック感触を得ることが出来る。さらに回転体の回転方向を逆転させると、ピエゾフィルムの変形方向が逆になる。よって変形方向に対応した出力を検知することで回転方向を知ることができる。
【００１３】
本発明では、前記凹凸部は前記回転体の外周面に設けられており、前記ピエゾフィルムは、前記回転体の側方位置に設けられることが好ましい。凹凸部を回転体の表面上に設ける場合に比べて、低背化（薄型化）が可能である。
【００１４】
また本発明では、前記ピエゾフィルムは屈曲部を介して前記回転体の回転中心方向に延びる端部側が自由端であり、前記自由端の先端に前記係合部が設けられており、他端部側が固定支持側であることが好ましい。ピエゾフィルムが屈曲部を有するために、ピエゾフィルムを効率良く収めることができ、回転型エンコーダの小型化を実現できる。また、ピエゾフィルムの係合部が凸部により弾かれたときに変形を大きくでき、得られる電圧を大きくでき、高精度な回転検出を行うことが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の回転型エンコーダ基板によれば、ピエゾフィルムの係合部が凸部により弾かれることにより起電力（電圧）が発生し、この電圧により回転検出が可能であり、従来のように常時電圧を印加する必要がなく省電力化が可能となる。また、上記したピエゾフィルムの係合部が凹凸部と係脱することにより、クリック感触を得ることが出来る。さらに回転体の回転方向を逆転させると、ピエゾフィルムの変形方向が逆になる。よって変形方向に対応した出力を検知することで回転方向を知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本実施形態の回転型エンコーダの斜視図、図２は、ピエゾフィルムの斜視図、図３は図１に示す回転型エンコーダの平面図、図４は図３に示す状態から回転体が所定角度だけ回転した状態を示す回転型エンコーダの平面図、図５はピエゾフィルムを説明するために厚さ寸法を誇張して示す断面図、図６は本実施形態の回転型エンコーダの検出回路図、図７はピエゾ素子から得られる出力及び図６に示す回路により波形整形した状態を示す出力のグラフ、である。
【００１７】
各図に示すＸ１−Ｘ２方向、及びＹ１−Ｙ２方向は平面内にて直交する２方向を示す。
図１等に示す回転型エンコーダ１は、ケース２内に回転体３、ピエゾフィルム４及びガイド部材５等を備えて構成される。
【００１８】
ケース２は、底面６と、底面６上を囲みＹ１側に位置する前壁面７、Ｙ２側に位置する後壁面８、Ｘ１側に位置する左壁面９及びＸ２側に位置する右壁面１０を備える。
【００１９】
底面６及び各壁面７〜１０に囲まれて形成された空間１１内に回転体３、ピエゾフィルム４及びガイド部材５が収納されている。なお、ケース２には螺子穴２３〜２５が設けられ、図示しない蓋体がケース２上にて螺子止めされる。またガイド部材５にも螺子穴２６，２７が設けられ、ガイド部材５がケース２の底面６に螺子止めされる。
【００２０】
回転体３は、その中央に貫通孔３ａが設けられ、例えばケース２の底面６と一体で形成された回転軸１２が回転体３の貫通孔３ａに挿入されており、回転体３は回転軸１２を中心として回転可能に支持されている。
【００２１】
図１や図３に示すように回転体３の外周面３ｂには、凹部２０と凸部２１とが回転方向（周方向）に向けて交互に設けられた凹凸部２２が形成されている。よって回転体３は歯車形状である。
【００２２】
ピエゾフィルム４は、フィルム状の圧電素子のことであり、形状を特に限定するものではないが、例えば図５のような断面形状で構成される。
【００２３】
図５に示すように、ピエゾフィルム４は、圧電体３０の厚さ方向の上下に電極３１，３２が設けられ、さらに電極３１，３２の表面に絶縁性のフィルム３３，３４が設けられた構成である。例えば電極３１，３２は夫々フィルム３３，３４に印刷形成されたものであり、厚さ方向に分極されたフィルム状の圧電体３０の表裏に電極３１，３２を貼り合わせたものである。なおフィルム３３，３４は必ずしも必要ではないが、上記したようにフィルム３３，３４を電極３１，３２を形成するための基板として使用でき、またフィルム３３，３４は、回転体３の凸部２１が直接、電極３１、３２に接触しないようにする保護フィルムの役割を担うので設けることが好適である。
【００２４】
フィルム３３，３４は樹脂製であり例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。図５の例では、フィルム３３，３４の長さが電極３１,３２や圧電体３０よりも長く形成されているが、特に限定されない。ただしフィルム３３，３４は、上記した保護フィルムの役割を担うので、フィルム３３，３４は少なくとも、ピエゾフィルム４の凹部２０との係合部３９の部分に設けられていなくてはならない。また回転体３の回転方向が一方向であれば、凸部２１が接触する側にのみフィルムを設けてもよいが、回転体３の回転方向が両方向であれば図５のように両側にフィルム３３，３４を設けることが好適である。
【００２５】
またフィルム３３，３４は一枚のフィルムを折り曲げたものでもよい。これにより部品点数を少なく出来る。なお図１，図３では、ピエゾフィルムの係合部３９の部分に、さらにもう一枚のフィルム４１を折り曲げて重ねている。
【００２６】
また圧電体３０は、ピエゾフィルム４全体に設けられていなくてもよいが、ピエゾフィルム４が変形したときに同様に圧電体３０も変形する場所に設けられていなくてはならない。圧電体３０は、ピエゾフィルム４の係合部３９に、あるいはピエゾフィルム４の自由端３８内の少なくとも一部に設けられていることが必要である。
【００２７】
圧電体３０は例えば、ポリフッ化ビニリデンの一軸延伸分極フィルムである。ピエゾフィルム４は例えば、株式会社クレハのＫＦピエゾフィルムや株式会社東京センサのピエゾフィルムであるＬＤＴシリーズ等を使用できる。
【００２８】
ピエゾフィルム４は一方向に長く延びている平板状であり、このピエゾフィルム４を図２のように、長手方向の途中で屈曲させて屈曲部４ａを介して２方向（Ｘ１方向とＹ１方向）に延出する形態に変形させる。
【００２９】
ピエゾフィルム４は屈曲部４ａを介してＸ１方向に延びる第１フィルム部４ｂとＹ１方向に延びる第２フィルム部４ｃを備える。この実施形態では、第１フィルム部４ｂの延出方向と第２フィルム部４ｃの延出方向とが略直交した関係である。また図２のように屈曲部４ａは略円弧状であるが限定されるものではない。
【００３０】
図２に示すように第２フィルム部４ｃの端部には第１端子部３５と第２端子部３６が設けられている。図５，図６に示すように第１端子部３５は電極３１と接続されており、第２端子部３６は電極３２と接続されている。また図１に示すように、第１端子部３５及び第２端子部３６は、ケース２の外側に露出しており、図示しない電子機器のＣＰＵの入力端子に波形整形回路等を介して接続される（図６参照）。
【００３１】
図１，図３に示すように、ピエゾフィルム４はガイド部材５と右壁面１０との間に挟まれ、屈曲部４ａからＹ１方向に延びる第２フィルム部４ｃはケース２内にて固定支持されている。一方、屈曲部４ａからＸ１方向に延びる第１フィルム部４ｂは、回転体３の回転中心方向に延びる自由端３８を備えており、この自由端３８の先端が、回転体３の凹部２０との係合部３９となっている。
【００３２】
次に、図３のように係合部３９が凹部２０ａ内に位置している状態から回転体３が時計回り（図３のＣＷ方向）に回転し、隣の凹部２０ｂにまで移る動作について説明する。
【００３３】
図３の状態から図４に示すように、回転体３がＣＷ方向に回転すると、係合部３９は凹部２０ａ，２０ｂ間に位置する凸部２１ａに押圧されて変形する（図５のＢ方向に変形）。
【００３４】
係合部３９は、さらにＣＷ方向に押圧されて凹部２０ａ内での係合状態が外れて隣の凹部２０ｂに移るとき、凸部２１ａにより弾かれて、図４の点線で示すように元の直線形状に短時間で戻る。
【００３５】
図７（ａ）のグラフは、回転体３をＣＷ方向に回転させたときのピエゾフィルム４から得られる電圧変化を示している。図７（ａ）に示す急峻な電圧変化は、係合部３９が凸部２１により弾かれるときに得られることがわかっている。この電圧変化は、ピエゾフィルム４の電極３１、３２に夫々導通接続された第１端子部３５と第２端子部３６との間より得られる。
【００３６】
図７（ｂ）のグラフは、回転体３をＣＣＷ方向（図３に示す反時計方向）に回転させたときのピエゾフィルム４から得られる電圧変化を示している。このときピエゾフィルム４は図５に示すＡ方向に変形する。この電圧変化も同様に第１端子部３５，第２端子部３６間より得られる。
【００３７】
図７（ａ）に示すピエゾフィルム４から得られたプラス電圧、及び図７（ｂ）に示すピエゾフィルム４から得られたマイナス電圧は、図６に示す整流回路及び波形整形回路４０にて処理されて図７（ｃ）に示すプラス電圧のパルス出力を得ることが出来る。なお、この波形整形後のパルス出力は回転体３の回転方向によって図６に示す第１出力端子４５と第２出力端子４６のいずれかから得られるような回路構成となっている。
【００３８】
本実施形態では、特に図３，図４を用いて説明したように、ピエゾフィルム４の係合部３９は、回転体３の回転に伴って凹凸部２２と係脱可能で、しかも凸部２１により弾かれるように構成されている。このようにフィルム４の係合部３９が凸部２１により弾かれて急激な形状変化が起こることで、ピエゾフィルム４に急峻に変化する起電力（電圧）が発生し（図７参照）、この電圧により回転検出が可能であり、従来のように常時電圧を印加する必要がなく省電力化が可能となる。また、係合部３９が凹凸部２２に係脱することによりクリック感触を得ることが出来る。すなわち、回転体３を回転させると凸部２１がピエゾフィルム４の係合部３９を押圧するため回転させるのに必要な操作力が大きくなり、係合部３９が凸部２１を抜けて隣の凹部２０に入り込むと、凸部２１による押圧力が生じないため回転させるのに必要な操作力が小さくなる。回転させるに必要な操作力の差がクリック感触として得られる。
【００３９】
さらに回転体３の回転方向を逆転させると、ピエゾフィルム４の変形方向が逆になる。図３に示すように、回転体３をＣＷ方向に回転させるか、ＣＣＷ方向に回転させるかで、図５に示すようにピエゾフィルム４はＡ方向かＢ方向かのどちらかに変形する。このときピエゾフィルム４の変形方向に対応した電圧変化（パルス出力）が極性を異ならせて得られるため、その極性により回転方向を知ることができる。よって従来に比べて回転方向を簡単な構成で且つ少ない部品点数で検知することが出来る。
【００４０】
本実施形態では、回転体３の外周面に凹凸部２２が設けられている。そしてピエゾフィルム４は、回転体３の側方位置に設けられる。これにより、例えば、凹凸部２２を回転体３の表面上に設ける場合に比べて、低背化（薄型化）が可能である。
【００４１】
また図１〜図３に示すように、ピエゾフィルム４は屈曲部４ａを介して回転体３の回転中心方向に延びる第１フィルム部４ｂが自由端３８側であり、その先端が係合部３９となっている。さらに他端部側の第２フィルム部４ｃが固定支持部である。これにより、ピエゾフィルム４は効率良くケース２に収納されることになるので、回転型エンコーダ１の小型化を実現できる。また、ピエゾフィルム４の係合部３９が凸部２１により弾かれたときに変形を大きくでき、得られる電圧を大きくでき、高精度な回転検出を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態の回転型エンコーダの斜視図、
【図２】ピエゾフィルムの斜視図、
【図３】図１に示す回転型エンコーダの平面図、
【図４】図３に示す状態から回転体が所定角度だけ回転した状態を示す回転型エンコーダの平面図、
【図５】ピエゾフィルムの厚さ寸法を誇張して示す断面図、
【図６】本実施形態の回転型エンコーダの検出回路図、
【図７】ピエゾ素子から得られる出力及び図６に示す回路により波形整形した状態を示す出力のグラフ、
【符号の説明】
【００４３】
１  回転型エンコーダ
２  ケース
３  回転体
４  ピエゾフィルム
５  ガイド部材
１２  回転軸
２０  凹部
２１  凸部
２２  凹凸部
３０  圧電体
３１、３２  電極
３３、３４  フィルム
３５、３６  端子部
３８  自由端
３９  係合部
４０  波形整形回路
４５、４６  出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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