JP2013142603A - 無接触式ポテンショメータ - Google Patents

Abstract

【課題】過剰な負荷が発生した場合であっても、減速機構のギヤ等が破損されない無接触式ポテンショメータを提供する。
【解決手段】無接触式ポテンショメータ１は、回転可能なシャフト６と、シャフトの回転により回転する磁石１０と、シャフト６の回転を減速させて磁石１０を回転させる、ギヤ２１、２３を有する減速機構と、シャフト６の回転を停止するストッパ機構３０と、を備える。そして、ストッパ機構３０に過剰な負荷がかけられた場合には、この負荷を解除する解除機構４０、４８を設けたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は無接触式ポテンショメータに関し、特に減速機構を用いた多回転型の無接触式ポテンショメータに係るものである。

従来、磁石と磁気検出素子を用いた無接触式ポテンショメータであって、シャフトと磁石の間にギヤを用いた減速機構を介在させる多回転型の無接触式ポテンショメータが知られている（特許文献１参照）。この多回転型の無接触式ポテンショメータは、例えば減速比１０のギヤを使えば、シャフト１０回転で磁石が１回転することになるため、３６０°×１０回転＝３６００°の電気的回転角度の検出が可能となる。
特開２００６−３２９７４８号公報

しかしながら、従来の多回転型の無接触式ポテンショメータでは、シャフトがギヤの減速比に応じた分の回転を行うとシャフトの位置が元に戻るため、通電がされていない場合には、シャフトの現在位置を正確に判別することができないという問題がある。このため、ストッパ部材等を接触させてシャフトの回転を止めることも考えられるが、ストッパ部材を接触させた後にさらにシャフトが回転すると、過剰な負荷が発生し、減速機構に使用されているギヤ等が破損されてしまうおそれがある。

本発明は、このような状況を考慮してなされたものであり、過剰な負荷が発生した場合であっても、減速機構のギヤ等が破損されない無接触式ポテンショメータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の無接触式ポテンショメータは、回転可能なシャフトと、シャフトの回転により回転する磁石と、シャフトの回転を減速させて磁石を回転させる、ギヤを有する減速機構と、シャフトの回転を停止するストッパ機構と、を備える。そして、ストッパ機構に過剰な負荷がかけられた場合には、この負荷を解除する解除機構を設けたものである。

本発明のポテンショメータでは、過剰な負荷が発生した場合であっても、減速機構のギヤ等が破損されることを防止できる。

本発明による無接触式ポテンショメータの外観を示す側面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明による無接触式ポテンショメータの分解図である。 本発明による無接触式ポテンショメータのギヤユニット部の分解図である。 本発明による無接触式ポテンショメータのストッパ機構の要部斜視図である。 図５のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明による無接触式ポテンショメータの出力特性図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は本発明による無接触式ポテンショメータの外観を示す側面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３はポテンショメータの分解図、図４はギヤユニットの分解図、図５はストッパ機構の要部斜視図、図６は図５のＢ−Ｂ線断面図である。

本実施形態のポテンショメータ１は、筐体２に対しシャフト６を回転自在に軸支して構成される。筐体２は、ハウジングケース３と、このハウジングケース３に嵌合する基板ケース４と、この基板ケース４裏側開放面に嵌め込み固定される裏蓋５とによりなり、ハウジングケース３に軸受部７を介してシャフト６が回転自在に軸支されている。

図２〜図６に示すように、筐体２の内部においてシャフト６には、磁気回路部８が構成されている。この磁気回路部８は、シャフト６と減速機構であるギヤユニット２０を介して連結した、磁石１０を有する磁石ホルダ９とを備えており、磁場を発生させている。

一方、この磁気回路部８と対応する位置には、磁気検出部１１が設けられている。この磁気検出部１１は、磁石１０に対向する位置にホールＩＣ１２を備えた回路基板１３により構成されている。

ここで磁気検出部１１は、磁石１０の磁束をホールＩＣ１２で検出し、図示しないコードを通じて、シャフト６の回転に応じた電圧を出力するものである。

ギヤユニット２０は、シャフト６に取り付けられたピニオンギヤ２１を介して、シャフト６の回転駆動が伝達される円盤状の中間ギヤ２２と、中間ギヤ２２のピニオンギヤ２２ａを介して中間ギヤ２２の回転駆動が伝達される円盤状の駆動ギヤ２３を備えている。駆動ギヤ２３には、磁石１０を保持する磁石ホルダ９が連結されており、シャフト６の回転駆動を、磁石１０の回転力として伝達する。ここで、例えばシャフトに対してギヤの減速比を１０に設定することにより、シャフトが１０回転するのに対して、磁石が１回転するように設定することができる。これにより、シャフトにおける３６０°×１０回転＝３６００°の電気的回転角度の検出が可能となる。なお、ギヤの減速比及び電気的回転角度は、ポテンショメータの仕様に応じて適宜設定することができる。

ギヤユニット２０の中間ギヤ２２及び駆動ギヤ２３は、３本の支柱２４を介して、円板状の上板２５及び底板２６によって回転可能に軸支されている。上板２５の中心部には貫通孔２５ａが形成されており、貫通孔２５ａには調整ワッシャ２７を介して磁石ホルダ９が挿通されている。底板２６の中心部にも貫通孔２６ａが形成され、ピニオンギヤ２１が取り付けられたシャフト６が挿通される。また、上板２５及び底板２６には、ギヤユニット２０を組み立てる際に使用されるねじ２８が貫通するための孔が複数形成されている。

駆動ギヤ２３の下面には、シャフト軸の下方に延びるように、ストッパ機構の一部を構成するストッパピン３０が取り付けられている。ストッパピン３０は、駆動ギヤ２３の回転に伴って、駆動ギヤ２３の周方向に移動する。

また、上板２５の下面には、シャフト軸方向に延びる軸部４１と、軸部４１の中央に取り付けられたシャフト軸と垂直の方向に延びる複数の突起４２ａを有するコマ部４２とからなる係止部材４０が取り付けられている。コマ部４２は、後述する固定ピン４８と係合するための複数の凹部４２ｂが形成されている。凹部４２ｂは、コマ部４２の周方向に等間隔で形成されており、隣り合う凹部４２ｂの間に突起４２ａが形成されている。凹部４２ｂの形状は、後述する固定ピン４８の先端形状と合致するように形成されており、凹部４２ｂの周囲には、固定ピン４８の係合を容易にするためのテーパ４２ｃが形成されている。このテーパ４２ｃを設けることにより、隣り合う凹部４２ｃを移動する際の固定ピン４８の動きを円滑にすることができる。

係止部材４０の軸部４１の下方には、係止部材４０を上板２５側へ付勢するための付勢部材としてスプリング４３が設けられている。スプリング４３の中心部には、係止部材４０の下側の軸部４１が挿通されており、図６に示すように、スプリング４３の上側はコマ部４２に当接し、スプリング４３の下側は、底板２６に当接している。これにより、係止部材４０は、上板２５とスプリング４３との間で、シャフト６の軸方向に移動可能であって、かつ回転可能に保持されている。

さらに、上板２５の下面には、シャフト軸方向に延びた先端部がＲ形状の固定ピン（ディテントピン）４８が取り付けられている。固定ピン４８は、先端のＲ形状部分が、コマ部４２のいずれかの凹部４２ｂと係合する状態で、上板２５に取り付けられている。これにより、固定ピン４８によってコマ部４２が下側に付勢されて、コマ部４２と接触しているスプリング４３が圧縮される。結果として、圧縮されたスプリング４３の弾性によって、係止部材４０は常に上側に付勢されている状態となり、係止部材４０は、常に安定した状態を保つことができる。なお、スプリングの弾性力等は、ポテンショメータの仕様に応じて適宜設定することができる。

本実施形態によれば、図５及び図６に示すように、ストッパピン３０をコマ部４２の突起４２ａに当接させた状態で、シャフト６の回転を停止させる。このようにシャフト６の回転を停止させた状態で、さらにシャフト６を回転させるような力（過負荷）が加わったような場合には、ストッパピン３０の回動により突起４２ａが押され、コマ部４２は回転する。このとき、コマ部４２は、固定ピン４８によってスプリング４３の付勢力に打ち勝って、下方に押し下げられる。すなわち、コマ部４２は常に固定ピン４８側へ付勢されながら移動するため、固定ピン４８は、隣の凹部４２と確実に係合することができる。また、係止部材４０が回転することによって、ストッパピン３０と突起４２ａとの係止が解除されるため、駆動ギヤ等が破損されることを防止することができる。

なお、ストッパピン３０と係止部材４０との係止が解除された場合でも、固定ピン４８は、隣接する凹部４２ｂと再び係合し、係止部材４０は、スプリング４３によって常に上側に付勢されている状態となるので、係止部材４０を常に安定した状態に保つことができる。

また、本実施形態では、ストッパピン３０と係止部材４０を、ギヤユニット２０の上板２５と底板２６の間に一体になるように設けているので、ポテンショメータの組み立て作業が簡単になるともに、ポテンショメータを小型にすることができる。

本実施形態では、シャフト６の回転に対して、ギヤの減速比を１１．５６に設定されている。これにより、シャフト６の１０回転分に相当する電気的回転角度３６００°に対する磁石１０の回転角度を３１１．４°に設定する。この磁石１０の回転角度に、出力電圧の１０％〜９０％を割り当てることにより、約４８．６°のオーバーラン角度を設定している。ここで、オーバーラン角度とは、電気的回転角度の範囲外となる角度をいう。本実施形態では、ストッパ機構がこのオーバーラン角度の範囲内で作用するように設定している。

図７は、本実施形態のポテンショメータの出力特性図であって、横軸はシャフト６の回転角度を表し、縦軸は出力電圧を表す。
図７に示すように、本実施形態では、シャフト６の回転角度の中で、オーバーラン角度に該当する領域にストッパ機構が作用する領域Ｓを設定している。なお、本実施形態では、アナログ電圧の出力を採用しているが、ＰＭＷなどのデジタル出力を採用してもよい。また、出力レベルを１０〜９０％の範囲に設定しているが、ポテンショメータの仕様に応じて適宜設定してもよい。

なお、本発明の無接触ポテンショメータは、上述の各形態に限定されるものではなく、例えば、インダクタンス式のポテンショメータや接触式のポテンショメータであってもよく、本発明の構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。

１・・・ポテンショメータ、２・・・筐体、３・・・ハウジングケース、４・・・基板ケース、５・・・裏蓋、６・・・シャフト、７・・・軸受部、８・・・磁気回路部、９・・・磁石ホルダ、１０・・・磁石、１１・・・磁気検出部、１２・・・ホールＩＣ、１３・・・回路基板、２０・・・ギヤユニット、２１・・・ピニオンギヤ（シャフト）、２２・・・中間ギヤ、２２ａ・・・ピニオンギヤ（中間ギヤ）、２３・・・駆動ギヤ、２４・・・支柱、２５・・・上板、２５ａ・・・貫通孔、２６・・・底板、２６ａ・・・貫通孔、２７・・・調整ワッシャ、２８・・・ねじ、３０・・・ストッパピン、４０・・・係止部材、４１・・・軸部材、４２・・・コマ部、４２ａ・・・突起、４２ｂ・・・凹部、４２ｃ・・・テーパ部、４３・・・スプリング、４８・・・固定ピン

Claims (6)

1. 回転可能なシャフトと、
   前記シャフトの回転により回転する磁石と、
   前記シャフトの回転を減速させて前記磁石を回転させる、ギヤを有する減速機構と、を備えた無接触式ポテンショメータにおいて、
   前記シャフトの回転を停止するストッパ機構と、
   前記ストッパ機構に過剰な負荷がかけられた場合に、この負荷を解除する解除機構と、を設けたことを特徴とする無接触式ポテンショメータ。
2. 前記ストッパ機構が、前記減速機構と一体に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の無接触式ポテンショメータ。
3. 前記ストッパ機構は、
   前記減速機構のギヤに、前記シャフトの軸方向に延設されたストッパピンと、
   前記ストッパピンを係止するための係止部材と、を備えていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の無接触式ポテンショメータ。
4. 前記係止部材は、回転可能に支持されるとともに前記ストッパピンと係止するための前記シャフトの軸方向と垂直方向に延設された複数の突起を有していること
   を特徴とする請求項３に記載の無接触式ポテンショメータ。
5. 前記解除機構は、
   前記シャフトの軸方向に移動可能に保持された前記係止部材と、
   前記シャフトの軸方向に延設された凸部を有する固定ピンと、
   前記係止部材に設けられた前記固定ピンの凸部と係合するための複数の凹部と、
   前記係止部材を前記固定ピン側に付勢する付勢部材と、を備えていること
   を特徴とする請求項１〜４に記載の無接触式ポテンショメータ。
6. 前記係止部材の凹部には、テーパが形成されていること
   を特徴とする請求項５に記載の無接触式ポテンショメータ。

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