JP2001165610A - 非接触型ポテンショメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ホール素子を使用した従来のポテンショメータ
の場合は、ホール電圧と角度との関係が線形的でないこ
とは誤差として許容するか、さもなければ複雑な関数変
換によってホール電圧から角度を求める作業が必要であ
った。 【解決手段】 磁性部材１を粉末磁性材料を樹脂中に分
散させたたものによって成形することによって、測定誤
差を小さくし、固体ごとの測定誤差の微調整を可能に
し、製造工程を簡略化し、あわせて、製造コストの低減
を達成することが可能になる。具体的には、本発明は、
回転可能なヨークと、固定された基板と、ヨークまたは
基板の一方に取り付けられたホール素子と、ヨークまた
は基板の他方に、ホール素子と対抗するように載置され
た磁性部材とを有するポテンショメータにおいて、該磁
性部材は粉末磁性材料を樹脂中に分散させて成形したも
のであることを特徴とする非接触型ポテンショメータに
よって上記課題を解決する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポテンショメータ
あるいは角度検出装置、特に、永久磁石とホール素子と
を使用した非接触型のポテンショメータに関する。

【０００２】

【従来の技術】角度を電圧に変換するポテンショメータ
あるいは角度検出装置の応用範囲は広く、従来は、抵抗
体と接触するブラシが回転することで角度を抵抗変化と
して読み出すものが多く使用されていた。

【０００３】しかし、近年耐久性、高速追従性、測定の
安定性等の観点から永久磁石とホール素子を使用した非
接触型のポテンショメータが注目されている。

【０００４】磁界中に置かれた導体または半導体中を磁
界とは直行する方向に電流が流れると、電流および磁界
の方向と直行する向きに電圧（ホール電圧）を生じる現
象をホール効果と称し、ホール効果を顕著に発揮する素
子をホール素子と称する。ホール電圧の大きさは、磁界
と電流の強さに比例し、媒質中の電子の数に反比例す
る。

【０００５】したがって、ホール素子に一定の電流を流
し、同時にホール電圧を測定すれば、磁界の強さを測定
することができる。この原理を角度の測定に応用したも
のとして非接触型ポテンショメータが有る。

【０００６】図１は、ホール素子を使用した従来の非接
触ポテンショメータを示すものである。図１において、
ホール素子２を搭載したヨーク４は筐体６に回転自在に
収容されている。ヨーク４の回転を円滑に行わせるため
に、ヨーク軸５は筐体６に設けたベアリング７を介して
のみ筐体６と接触する。筐体６にはさらに、磁性部材１
を搭載した基板３が収容されており、磁性部材１とホー
ル素子２とは一定の距離を置いて対向している。

【０００７】外力を受けてヨーク軸５が回転すると、ホ
ール素子２の磁性部材１に対する相対的な位置が変化
し、そのことによってホール阻止が受ける磁界の強さが
変化するなら、その変化をホール電圧の変化として読み
取ることができる。

【０００８】このために、従来は、たとえば、磁性部材
１としてフェライトから成る環状の部材を用い、円周の
一点近傍と対角位置の点とに極性を持たせるか、あるい
は、棒状の磁性部材１を用いるか、あるいは、磁性部材
の一端が他端に比べてヨークに近くなるよう傾斜させて
支持することによって、ヨーク軸の回転によってホール
素子がさらされる磁界の強さが変化するように構成して
いた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この構成では
以下に記載するような問題があった。すなわち、ヨーク
軸５の回転角θとホール電圧Vとの間には、線形あるい
は正弦波の関係があることが望ましいが、ホール素子が
受ける磁束密度が角度の線形関数となるようにするため
には、磁性部材１の形状または帯磁の強さを複雑な関数
で変化させる必要があり、加工性の悪いフェライト使用
した場合には事実上不可能であった。すなわち、ホール
素子を使用した従来のポテンショメータの場合は、ホー
ル電圧と角度との関係が線形的でないことは誤差として
許容するか、さもなければ複雑な関数変換によってホー
ル電圧から角度を求める作業が必要であった。さらに、
関数変換を行う場合にも、磁性部材１それぞれの特性を
考慮して変換関数を決定することは困難であった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は従来技術の上述
のような問題点を解消すべく開発されたもので、磁性部
材１を粉末磁性材料を樹脂中に分散させたたものによっ
て成形することによって、測定誤差を小さくし、固体ご
との測定誤差の微調整を可能にし、製造工程を簡略化
し、あわせて、製造コストの低減を達成することが可能
になる。

【００１１】具体的には、本発明は、回転可能なヨーク
と、固定された基板と、ヨークまたは基板の一方に取り
付けられたホール素子と、ヨークまたは基板の他方に、
ホール素子と対抗するように載置された磁性部材とを有
するポテンショメータにおいて、該磁性部材は粉末磁性
材料を樹脂中に分散させて成形したものであることを特
徴とする非接触型ポテンショメータによって上記課題を
解決する。

【００１２】特に、工程の単純化とコスト低減に関して
は、本発明は、ヨークまたは基板のいずれかに凹所を形
成する工程と、該凹所に粉末磁性材料と樹脂からなるペ
ーストを充填する工程と、充填されたペーストを固化さ
せる工程と、粉末磁性材料と樹脂からなる磁性部材を着
磁させる工程とを含むことを特徴とする非接触型ポテン
ショメータの製造方法によって課題を解決する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に図２以降の図面を参照しな
がら本発明に基づくポテンショメータについて詳細に説
明する。図において、従来型のポテンショメータと同様
な部材については同じ番号を付番して説明を省略する。

【００１４】図２に示す本発明の実施例においては、ヨ
ーク４にはホール素子２が設けられており、ヨーク４を
支持するヨーク軸５は外部からの回転入力を受ける。ヨ
ーク４に対向する基盤３には、凹部が形成され、当該凹
部には粉末磁性体と例えばエポキシ樹脂からなる磁性部
材１０が埋め込まれて、磁性部材１０と基板３の表面が
同一平面になるように保持されている。基板３と磁性部
材１０をヨーク４の方から見た平面図が図４である。図
４に示されているように、磁性部材は円弧を描く楔型の
形状をしており、磁性部材１０の直上における磁束密度
は、円周角と共に変化する。この形状は、ホール素子を
搭載したヨーク４の回転角とホール電圧との関係が所望
の関係になるように決定すればよいが、この関係を線形
とするには、磁性部材１０の平面形状は、概略、半径方
向の幅が円周方向に１時関数的に変化する形状になる。
また、回転角とホール電圧との関係を正弦波にするに
は、磁性部材１０の平面形状は、概略、半径方向の幅が
円周方向に正弦波状に変化する形状である。

【００１５】磁性部材の平面形状は任意の形状にするこ
とができるので、ヨークの回転角とホール電圧との間を
どのような関数とするかに応じて磁性部材の平面形状を
決定すればよい。これによって、ヨークの回転角とホー
ル電圧との間に任意の関係を持たせることができ、角度
の算出のためにホール電圧を複雑な関数によって変換す
ることが不要になる。

【００１６】上記の例では、磁性部材の厚さを一定とし
て周方向に平面形状を変化させることを述べたが、結果
として磁束密度が所望の周方向分布となればよいので、
磁性部材の平面形状を一定として周方向に磁性部材の厚
さを変化させても、平面形状と厚さを共に変化させても
同様の結果を得ることができる。

【００１７】図３に示す本発明の他の実施例では、基板
３の表面は平坦であり、磁性材料１は基板３の表面に盛
り上がった形で形成されている。また、上記の例ではホ
ール素子２は、ヨーク４から突出していたが、ホール素
子２の表面とヨーク４の表面が同一平面になるように埋
め込んでも良い。ホール素子およびヨークの表面が同一
平面で、かつ、磁性部材および基板３の表面が同一平面
であれば、取り扱いが簡便であり、特に両者の平行度等
の設定等の作業を容易に行うことができる。

【００１８】図２および図３では、いずれもヨーク４に
ホール素子２が搭載され、基板３に磁性部材１０が取り
付けられていたが、ホール素子と磁性部材が対向しつつ
回転方向に相対移動する関係であれば、ホール素子２を
基板３に取り付け、磁性部材１０をヨーク４に取り付け
ても良い。

【００１９】図５は、本発明によるポテンショメータに
よって得られるヨークの回転角とホール電圧の関係を模
式的に表したものである。磁性部材の形状および帯磁の
強さ、分布を適宜調整することによって線形１１、正弦
波１２等所望の関係を持たせることができる。これ以外
の関数を実現できることについては既述のとおりであ
る。

【００２０】図６は、角度を測定するための磁性部材１
０に加えて、さらに温度補正用磁性部材１３を設けたポ
テンショメータである。同一の基板３またはヨーク４上
に磁性部材１０と同一材料からなる磁性部材１３を設
け、ホール電圧を測定することで電圧が受ける温度の影
響を補正することができる。

【００２１】次に、本発明に基づく非接触型のポテンシ
ョメータの製造工程について簡単に説明する。回転角と
ホール電圧との間に所望の関係を持たせるには、磁束密
度の分布、具体的には磁性部材１０の形状を精密に調整
する必要があるが、このために、基板３に精密加工によ
って凹部を形成し、この凹部に粘性体状の（固化前の）
粉末磁性体と樹脂の混合物を注入し、この状態で固化さ
せる。磁性部材の表面が基板の表面よりも盛り上がった
状態に成形して、後に両者の表面が同一平面になるよう
に平面加工しても良い。この工程によって、非常に精緻
な磁性部材の形成が可能になる。

【００２２】また、基板の表面は平面として、粉末磁性
体と樹脂の混合物を基板の表面に印刷することも可能で
ある。この工程によると、磁性部材の表面は基板３から
若干盛り上がったものになるが、その厚さは、例えば通
常のフェライト磁石の厚さ等に比較して非常に小さい。
さらに、上記の方法で製造されたポテンショメータの回
転角とホール電圧の関係を測定し、これが所望の関係と
異なっていれば、磁性部材を削るか、粉末磁性体を分散
させた固化前の樹脂を追加で塗布することによって微調
整が可能である。このように、固体ごとの微調整が可能
になる点もまた本発明の大きな特徴のひとつである。

【００２３】製造工程の説明においては、磁性部材を基
板３に設けることを前提に説明したが、磁性部材をヨー
ク４に設けることもできることは前出の説明からも明ら
かである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、従来技術による非接触型ポテンショ
メータの例である。

【図２】 図２は、本発明に基づく非接触型ポテンショ
メータの断面図である。

【図３】 図３は、本発明に基づく非接触型ポテンショ
メータの他の実施例の断面図である。

【図４】 図４は、本発明に基づく非接触型ポテンショ
メータの磁性部材と基板を示す平面図である。

【図５】 図５は、本発明に基づく非接触型ポテンショ
メータによって実現できる回転角とホール電圧との関係
を模式的に示したグラフである。

【図６】 図６は、温度補償用の磁性部材を具備した本
発明に基づく非接触型ポテンショメータの実施例を示す
平面図である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転可能なヨークと、 固定された基板と、 ヨークまたは基板の一方に取り付けられたホール素子
   と、 ヨークまたは基板の他方に、ホール素子と対抗するよう
   に載置された磁性部材とを有するポテンショメータにお
   いて、該磁性部材は粉末磁性材料を樹脂中に分散させて
   成形したものであることを特徴とする非接触型ポテンシ
   ョメータ。
2. 【請求項２】 前記磁性部材は、ヨークまたは基板に形
   成した凹部に収容され、その表面はヨークまたは基板の
   表面と概略同一表面であることを特徴とする請求項１に
   記載の非接触型ポテンショメータ。
3. 【請求項３】 前記磁性部材を設置したヨークまたは基
   板の表面は概略平面状であり、磁性部材は当該ヨークま
   たは基板の表面から盛り上がった形状であることを特徴
   とする請求項１に記載の非接触型ポテンショメータ。
4. 【請求項４】 前記磁性部材は半径方向の幅が次第に増
   加する楔状の形状であることを特徴とする請求項１ない
   し３のいずれかに記載の非接触型ポテンショメータ。
5. 【請求項５】 前記磁性体を構成する樹脂は、高分子樹
   脂である請求項１ないし４のいずれかに記載のポテンシ
   ョメータ。
6. 【請求項６】 前記磁性体を構成する樹脂は、エポキシ
   樹脂であることを特徴とする請求項５に記載の非接触型
   ポテンショメータ。
7. 【請求項７】 ヨークまたは基板のいずれかに凹所を形
   成する工程と、 該凹所に粉末磁性材料と樹脂からなるペーストを充填す
   る工程と、 充填されたペーストを固化させる工程と、 粉末磁性材料と樹脂からなる磁性部材を着磁させる工程
   とを含むことを特徴とする非接触型ポテンショメータの
   製造方法。
8. 【請求項８】 概略平面状のヨークまたは基板の表面に
   粉末磁性材料と樹脂からなるペーストを付着させる工程
   と、 付着させたペーストを固化させる工程と、 粉末磁性材料と樹脂からなる磁性部材を着磁させる工程
   とを含むことを特徴とする非接触型ポテンショメータの
   製造方法。
9. 【請求項９】 さらに、ヨークと基板の相対角と出力電
   圧との関係を測定する工程と、 当該関係が所望の関数になるように磁性部材を部分的に
   除去するおよび／または追加することで磁性部材の形状
   を変更することを特徴とする請求項７または８に記載の
   非接触型ポテンショメータの製造方法。