JP2006047159A

JP2006047159A - 無接触可変電圧器

Info

Publication number: JP2006047159A
Application number: JP2004230024A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Kobayashi; 敏幸小林
Original assignee: Sensatec Co Ltd
Current assignee: Sensatec Co Ltd
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】１操作軸による所望の回転範囲の回転に応じて得られる出力が、複数個の異なる出力特性を持ち、これらを個別に出力し得る無接触可変電圧器を提供する。
【解決手段】円形で操作軸に取り付けられて操作軸と一体的に回転する磁石４０のＮ極とＳ極の境界部分の一方の外周部に切欠き４０ａを形成し、磁石４０が基準位置にあるときに、切欠き４０ａに対向して第１の磁気センサ６０_Aを配置し、Ｎ極とＳ極の境界部分のもう一方の外周部に対向して、第２の磁気センサ６０_Bを配置し、第１と第２の磁気センサ６０_A、６０_Bの各出力をコネクタ５５を介して個別に出力可能に構成しておき、磁石４０の回転に応じ、第１と第２の磁気センサ６０_A、６０_Bより、それぞれ操作軸の回転に応じた出力電圧を導出する。
【選択図】図５

Description

この発明は、磁石と磁気センサによって構成される無接触可変電圧器に関し、特にパソコンやゲーム機器等の入力装置として使用されるスティックコントローラ等に組み込まれる可変抵抗器、あるいは通常の可変抵抗器の代わりに用いられる無接触可変電圧器に関する。

磁石と磁気センサを用いた無接触可変電圧器としては、ハウジング上部中央に軸受が固定され、この軸受により操作軸が回転可能に支持され、ハウジング内の操作軸部分に磁石が操作軸と一体に回転するように取り付けられ、磁石に対向して磁気センサが配置され、磁石の回転による磁束の変化で磁気センサの出力を変化させるものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の無接触可変電圧器において、磁石と磁気センサは、例えば図１０に示す位置関係に配備されている。図１０において、Ｎ極とＳ極を持つ円形状の磁石４０が、取付穴４１に取り付けられる操作軸によって磁気センサ６０の近傍で回転する。磁気センサ６０は、磁石４０の回転に応じて変化する電圧を出力する。
特開平１１−３２５９５６号公報

上記した従来の無接触可変電圧器は、回転可能な円形状の磁石の近傍に１個の磁気センサを設け、磁石の回転に応じ、回転角に対応した電圧を磁気センサから出力するものであり、所望の回転範囲で各回転角に対応した１出力値しか得ることしかできない。

ところで、この種の無接触可変電圧器は、パソコンやゲーム機器の入力装置、その他の電子機器に広く使用されるものであり、組み込まれる各機器、各形式に応じて、求められる所望の回転範囲に応じて得られる出力電圧特性は区々としている。従って、１個体の無接触可変電圧器において、１操作軸の所望の回転範囲において、異なる出力が複数得られれば、異なる回路、各種機器、各型式に共用できて便利である。

この発明は上記問題点に着目してなされたものであって、１操作軸による所望の回転範囲の回転に応じて得られる出力が、複数の異なる出力特性であり、かつそれらを個別に出力し得る無接触可変電圧器を提供することを目的としている。

この発明の無接触可変電圧器は、ハウジングと、このハウジングに回転可能に支持された操作軸と、ハウジング内の操作軸部分に取り付けられて操作軸と一体に回転する磁石と、この磁石に対向して配置される磁気センサとを備え、磁石の回転による磁束の変化で磁気センサの出力を変化させる無接触可変電圧器において、操作軸１個に対し、前記磁気センサを複数個備え、これら磁気センサを前記磁石の外周の異なる位置に配置し、かつこれら磁気センサの出力を個別に導出する出力部を備え、前記操作軸の回転に応じ、各磁気センサ毎に異なる出力を導出するようにしたことを特徴とする。

この発明の無接触可変電圧器において、前記各磁気センサは、同一感度特性のものを使用し、かつ各磁気センサが操作軸の同一回転位置で対向する磁石の形状をそれぞれ異なるものとすると良い。

また、各磁気センサからの出力を異なるものとする他の例として、前記各磁気センサは、感度特性のそれぞれ異なるものを使用し、かつ各磁気センサが操作軸の同一回転位置で対向する磁石の形状を同一に形成しても良い。

また、この発明において、各磁気センサからの出力を異なるものとする、更に他の例として、前記各磁気センサは、同一感度特性のものを使用し、かつ各磁気センサが操作軸の同一回転位置で磁気センサと磁石との距離をそれぞれ異なるものとしても良い。

この発明によれば、１操作軸による所定の回転範囲に応じて、それぞれ出力特性の異なる複数個の出力が得られるので、出力値の異なる磁気センサ出力のそれぞれを個別に使用し、あるいはいずれかを選択使用することができ、汎用性の高い無接触可変電圧器を得ることができる。

以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。この発明の一実施形態である無接触可変電圧器の外観斜視図を図１に示す。また、この実施形態無接触可変電圧器の要部断面図を図２に示し、シールドカバーを取り除いた状態でのハウジング底面側から見た側面図を図３の（ａ）に示し、操作軸から見た側面図を図３の（ｂ）に示す。

この実施形態無接触可変電圧器１は、底部が開口する円形状のケース１０と、このケース１０の底面開口を塞ぐように底部に嵌着されたシールドカバー１１とでハウジングが構成される。ケース１０は、この電圧器１を使用する機器に組み込むときの位置決めに用いる位置決めボス１２を上部に有する。

ケース１０の上部中央には、軸受部２０が突設され、この軸受部２０により操作軸３０は、中央部付近に設けられてケース１０の軸受部２０の内壁に係合する係合部としてのフック３１と、内端部（左端部）に突設されて磁石４０を取り付けるためのフック３２とを有する。フック３１、３２は、いずれも変位可能なように適度の弾性を有する。

この操作軸３０のフック３１に対応して、ケース１０の軸受部２０の内壁にはフック３１に係合して操作軸３０を支持する支持部（段部）２１が設けられている。また、ケース１０内における軸受部２０の端部には、凸部２２が設けられ、凸部２２が操作軸３０の段部３３に当接する。従って、軸受部２０に操作軸３０を挿入すると、操作軸３０のフック３１が軸受部２０の支持部２１に係合すると共に、ケース１０の凸部２２が操作軸３０の段部３３に当接することにより、操作軸３０が軸受部２０から外れないように確実に支持される。なお、軸受部２０の外周には、この無接触可変電圧器１をスティックコントローラ等の入力装置にナットで固定するためのネジ部２３が形成されている。

ケース１０内部において、操作軸３０の内端部に、図５に示す如き平面形状が一部の切欠き４０_Aを除いて円形の磁石４０が取り付けられ、磁石４０は操作軸３０と一体に回転する。磁石４０は、その中央部に取付孔４１を有し、この取付孔４１に操作軸３０のフック３２が挿入されて、フック３２が取付孔４１の周縁部に係合することで、磁石４０が操作軸３０に一体に取り付けられる。操作軸３０をケース１０に組み付ける際には、先ず磁石４０を操作軸３０に取り付けてから、操作軸３０をケース１０の底部側から軸受部２０に挿入するだけで良く、非常に作業性が良い。

ケース１０の内部には、プリント基板５０がネジ５１でケース１０に固定されている。このプリント基板５０の一方面側には、センサホルダ６１_Aによって保持された磁気センサ６０_Aと、図２、図５に示すように、磁気センサ６０_Aと１８０°の角度の異なる位置に配置される磁気センサ６０_B及びそのセンサホルダ６１_Bとが実装されている。また、図５には示していないが、プリント基板５０には、外部回路接続用のコネクタ５５が実装されている。プリント基板５０の他方面側には磁気センサ６０_A、６０_Bの出力変化を電圧変化に変換する回路部等を構成する各種電子部品５６が実装されている。磁気センサ６０_A（６０_B）は、固定用フック６２_A（６２_B）でセンサホルダ６１_A（６１_B）に確実に固定され、フック６２_A（６２_B）はプリント基板５０に形成した穴に嵌合している。

磁石４０は、図５に示すように、外周に一部切欠き４０_Aを有する円形状をしている。磁気センサ６０_A、６０_Bは、磁石４０の切欠き４０_Aを除く外周に僅かな間隙を置いて配置している。磁石４０が回転すると、磁石４０の切欠き４０_Aを除く外周と磁気センサ６０_A、６０_Bとの距離は回転中も一定に保たれている。切欠き４０_Aと磁気センサ６０_A、６０_Bの対向時の距離は円形状の外周との間隔よりも大となる。

磁気センサ６０_Aは、操作軸３０、即ち磁石４０が基準位置（図５に示す切欠き４０_Aの磁極境界が磁気センサ６０_Aの感磁部に対向する位置）にあるときに、感磁部が磁石４０のＮ極とＳ極の境界に対面し、かつ磁石４０の切欠き４０_Aに対面する（図５参照）ように、位置決めされている。この位置のとき、磁気センサ６０_Aは磁気変化を検知せず、出力しない（出力０Ｖ）。磁気センサ６０_Bは、操作軸３０を中心として磁気センサ６０_Aに対し、１８０°の角度を置いて配置され（図５に示す位置）、操作軸３０、つまり磁石４０が基準位置にあるときに、感磁部が切欠き４０_Aでない方の磁石４０のＮ極とＳ極の境界に対面する（図５参照）ように位置決めされている。この位置のとき、磁気センサ６０_Bは磁気変化を検知せず、出力しない。

このように、円形状の磁石４０のＮ極とＳ極の境界の一方の外周面に切欠き４０_Aを設け、操作軸３０の基準位置で磁気センサ６０_Aが磁石４０の切欠き４０_Aに対面するように、他の磁気センサ６０_Bが磁石４０のＮ極とＳ極の境界の他方に対面するように配置し、操作軸３０の回転に応じ、磁気センサ６０_A、６０_Bの各出力を個別に導出し得るようにしたことが、この実施形態無接触可変電圧器の特徴である。

コネクタ５５は、ケース１０の外部に向かって実装され、例えばシールドケーブル等が接続される。なお、磁気センサ６０_A、６０_Bとプリント基板５０を別個に配置し、両者をリード線で接続しても良い。また、シールドカバー１１は磁性体からなり、このシールドカバー１１で磁石４０及び磁気センサ６０_A、６０_Bを包囲することで、外部磁気の影響を受け難くすると共に、内部磁石４０の磁気が外部に漏れるのを少なくしている。

次に、この実施形態無接触可変電圧器１の磁気センサを含む各種電子部品５６の回路接続である回路例を説明する。図４は、磁気センサとしてホール素子を用いた場合の回路の一例を示している。磁気センサ回路７０_Aは磁気センサ６０_Aの信号出力回路であり、磁気センサ回路７０_Bは磁気センサ６０_Bの信号出力回路であり、磁気センサ回路７０_Aの出力は、コネクタ５５の端子５５_Aに接続され、磁気センサ回路７０_Bの出力は、コネクタ５５の端子５５_Bに接続され、両出力はコネクタ５５より外部に個別に導出される。動作の詳細は後述する。

磁気センサ回路７０_Aは、ホール素子である磁気センサ６０_Aと、この磁気センサ６０_Aよりの電圧を増幅するアナログ増幅器ＩＣ₁とを備えている。

磁気センサ回路７０_Aにおいて、Ｖ_CC−Ｖ_EE間に印加された電圧は、抵抗Ｒ₁、Ｒ₂を経て、ホール素子である磁気センサ６０_Aに通電する。磁気センサ６０_Aに磁気がない場合、磁気センサ６０_Aは電圧を発生させず、抵抗Ｒ₃、Ｒ₄に接続される出力部を通じて、アナログ増幅部ＩＣ₁に入力が与えられない。これは磁気センサ６０_Aの感磁部に磁石４０のＮ極とＳ極との境界が対面する無磁力の場合も同様である。ここで、操作軸３０が回転し、磁気センサ６０_AにＮ極が近づくと、抵抗Ｒ₄に接続された磁気センサ６０_Aの出力端子にプラス電圧が、抵抗Ｒ₃に接続された出力端子側にマイナス電圧が発生する。この磁気センサ６０_Aの出力電圧は、増幅器ＩＣ₁に入力され、抵抗Ｒ₅により定められた増幅率によって増幅され、コネクタ５５の端子５５_Aより出力される。磁気センサ６０_Aの感磁部に磁石４０の切欠き４０の磁極境界が対面する位置から、磁石４０のＮ極を接近させる方向に操作軸３０を回転させてゆくと、切欠き４０_Aが感磁部に対面する間は、磁気センサ回路７０_Aの出力は直線よりもゆるい傾斜で回転とともに、ゆっくりと上昇し、Ｎ極が感磁部に対面する位置まで回転すると、直線に急接近するように上昇する（図６の０°〜＋９０°のＳ１参照）。

反対に、操作軸３０が逆回転し、磁気センサ６０_AにＳ極が近づくと、抵抗Ｒ₃に接続された磁気センサ６０_Aの出力端子側にプラス電圧が、抵抗Ｒ₄に接続された磁気センサ６０_Aの出力端子側にマイナス電圧が発生する。この磁気センサ６０_Aの出力電圧は、増幅器ＩＣ₁に入力され、抵抗Ｒ₅により定められた増幅率によって増幅され、マイナス電圧が出力され、同様に、コネクタ５５の端子５５_Aより出力される。この場合、磁気センサ６０_Aの感磁部に磁石４０の切欠き４０の境界が対面する位置から磁石４０のＳ極を接近させる方向に操作軸３０を回転させてゆくと、切欠き４０_Aが感磁部に対面する間は、磁気センサ７０_Aの出力は直線よりもゆるい傾斜で、回転とともにゆっくり下降し、Ｓ極が感磁部に対面する位置まで回転すると、直線に急接近するように下降する（図６の０°〜−９０°のＳ１参照）。

上記の動作により、磁気センサ回路７０_Aの出力電圧は、操作軸３０の回転に応じ、図６のＳ₁で示すように変化する。

磁気センサ回路７０_Bは、磁気センサ回路７０_Aと基本的には同様の回路を有するが、更に出力を極性反転して出力する回路を備えている。また、磁気センサ６０_Bは、磁気センサ６０_Aより１８０°ずらした位置に配置されている。そのため、磁気センサ回路７０_Bでは、操作軸３０を回転させて、磁気センサ６０_Aの感磁部に磁石４０のＮ極とＳ極との境界が対面する位置を０°として、その出力波形を示すと、図６のＳ₂のようになる。

この磁気センサ回路７０_Bでは、磁気センサ６０_Aの感磁部に切欠き４０ａの磁石の境界が対面している位置に操作軸３０があるとき、磁気センサ６０_Bの感磁部は、磁石４０の切欠き４０_Aのない方の磁極境界に対面しており、出力は０である。この位置より、操作軸３０が磁気センサ６０_Aに磁石のＮ極が接近する方向に回転すると、磁気センサ６０_Bには、磁石４０のＳ極が接近することになり、磁気センサ６０_Bには、磁気センサ６０_Aとは逆極性の電圧が発生するが、出力の反転回路で反転されて、磁気センサ回路７０_Bからは磁気センサ回路７０_Aと同極性の電圧が出力される。また、磁気センサ６０_Bの感磁部が磁石４０の切欠き４０_Aでない磁極境界近傍の外周と−９０°〜＋９０°で対面するので、操作軸３０が０°から＋９０°の方向に回転してゆくと、応じて磁気センサ回路７０_Bの出力も直線的に上昇してゆく（図６の０°〜＋９０°のＳ２参照）。一方、操作軸３０が０°から−９０°の方向に逆回転してゆくと、応じて磁気センサ回路７０_Bの出力も直線的に下降してゆく（図６の０°〜−９０°のＳ２参照）。

上記した磁気センサ回路７０_Aの出力Ｓ₁と、磁気センサ回路７０_Bの出力Ｓ₂は、図６で示すように、異なる特性となる。この出力電圧Ｓ₁、Ｓ₂を、それぞれコネクタ５５の端子５５_A、５５_Bより、個別に導出することにより、１つの操作軸３０の回転に応じ、異なる特性の出力電圧を得ることができる。

この発明の他の実施形態として、図７に示すように、磁石４０は平面形状を切欠きのない円形とし、操作軸３０に対し、１８０°の角度をもって配置する磁気センサ６０_A、６０_Bの磁気検出感度を相違させることによって、操作軸３０の回転に応じて磁気センサ回路７０_Aからは図８に示す特性Ｓ₁の出力を、また磁気センサ回路７０_Bからは、図８に示す特性Ｓ₂の出力を得るようにしても良い。

また、他の実施形態として、磁石４０の平面形状を円形とし、２つの磁気センサ６０_A、６０_Bも同一磁気検出感度とするが、磁石４０の外周面からの距離を磁気センサ６０_Aと磁気センサ６０_Bで異なるようにしても良い。

更にまた、上記実施形態では、２つの磁気センサを１８０°ずらして配置し、それぞれの磁気センサより個別に出力を導出する場合を例に上げたが、図９に示すように、磁石４０の周囲に互いに９０°ずつ角度をおいて、４つの磁気センサ６０_A、６０_B、６０_C、６０_Dを配置し、個別に出力を導出するようにしても良い。この磁気センサの数、及び各磁気センサ間の角度は、任意に設定して使用することも可能である。

また、図５、図７等に示す無接触可変電圧器のコネクタ５５の端子５５_A、５５_Bからの出力電圧を機器回路側で切替回路、一方のみの端子接続等を用いて、特性の異なる出力の一方のみを選択的に使用することも可能である。

この発明の一実施形態である無接触可変電圧器の外観斜視図である。同実施形態無接触可変電圧器の要部断面図図である。図１の無接触可変電圧器のシールドカバーを取り除いた状態でのハウジング底面側から見た側面部（ａ）、及び操作軸側から見た側面図（ｂ）である。同実施形態無接触可変電圧器の磁気センサを含む磁気センサ回路の回路例を示す図である。同実施形態無接触可変電圧器の磁石と磁気センサの配置を説明する図である。同実施形態無接触可変電圧器の出力特性を説明する図である。他の実施形態無接触可変電圧器の磁石と磁気センサの配置を説明する図である。上記実施形態無接触可変電圧器の出力特性を説明する図である。この発明の他の実施形態無接触可変電圧器の磁石と磁気センサの配置を説明する図である。従来の無接触可変電圧器の磁石と磁気センサの設置を示す図である。

符号の説明

１無接触可変電圧器
１０ケース（ハウジング）
１１シールドカバー（ハウジング）
３０操作軸
４０磁石
４０_A 切欠き
５５コネクタ
５５_A、５５_B コネクタの端子
６０_A、６０_B 磁気センサ
７０_A、７０_B 磁気センサ回路
ＩＣ₁ アナログ増幅器

Claims

ハウジングと、このハウジングに回転可能に支持された操作軸と、ハウジング内の操作軸部分に取り付けられて操作軸と一体に回転する磁石と、この磁石に対向して配置される磁気センサとを備え、磁石の回転による磁束の変化で磁気センサの出力を変化させる無接触可変電圧器において、
前記操作軸１個に対し、磁気センサを複数個備え、これら磁気センサを前記磁石の外周の異なる位置に配置し、これら磁気センサの出力を個別に導出する出力部を備え、前記操作軸の回転に応じ、各磁気センサ毎に異なる出力を導出するようにしたことを特徴とする無接触可変電圧器。
前記各磁気センサは、同一感度特性のものを使用し、かつ各磁気センサが操作軸の同一回転位置で対向する磁石の形状をそれぞれ異なるものとしたことを特徴とする請求項１記載の無接触可変電圧器。
前記各磁気センサは、感度特性のそれぞれ異なるものを使用し、かつ各磁気センサが操作軸の同一回転位置で対向する磁石の形状を同一に形成したものであることを特徴とする請求項１記載の無接触可変電圧器。
前記各磁気センサは、同一感度特性のものを使用し、かつ各磁気センサが操作軸の同一回転位置で磁気センサと磁石との距離をそれぞれ異なるものとしたことを特徴とする請求項１記載の無接触可変電圧器。