JP2014167427A - 多回転型ポテンショメータ - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトをスリーブ型の軸受で保持するとともに、ギヤを使った減速機構を有する多回転型ポテンショメータであって、ギヤの長寿命化及びギヤのバックラッシュ低減がなされた小型ローコストの多回転型ポテンショメータを提供する。
【解決手段】スリーブ型の軸受８に保持したシャフト１の回転を、シャフト１に組み付けたピニオンギヤ２及びピニオンギヤ２と連動する駆動ギヤ４を含んだ減速機構によって減速し、駆動ギヤ４の回転角度に出力電圧を割り当てた多回転型ポテンショメータにおいて、駆動ギヤ４にシャフト１用の軸受穴４ａを設け、シャフト１の先端１ａを、ピニオンギヤ２を貫通して駆動ギヤ４のこの軸受穴４ａに嵌合した。
【選択図】図５

Description

本発明は、シャフトをスリーブ型の軸受で保持するとともに、ギヤを使った減速機構を有する多回転型ポテンショメータに関する。

一般的にギヤを使った減速機構を有する多回転型無接触ポテンショメータにおいては、ギヤ機構部の寿命とギヤのバックラッシュが多回転型無接触ポテンショメータの性能を決定する大きな要素となっている。

ギヤ機構部は機械要素部品で構成されるため、無接触ポテンショメータ側（磁気を検知して電気的出力に変換する機構側）に比べて寿命が劣り、結果としてギヤ機構部の寿命がそのまま多回転型無接触ポテンショメータの寿命となっているのが現状である。

また、ギヤを使った減速機構のバックラッシュは、そのまま無接触ポテンショメータ側の電気的なバックラッシュ（ヒステリシス）となって電気的性能に影響するため、できるだけバックラッシュを小さくすることが求められる。

以上の対策として、ピニオンギヤが組み付けられたシャフトのラジアル方向ガタの低減が挙げられる。一般的にシャフトのラジアル方向ガタを無くす方法として、ボールベアリングを使用することが考えられる（例えば特許文献１参照）。

特開２００６−３２９７４８号公報

しかし、ボールベアリングを使うと製品コストが高くなってしまうことや、シャフトの外径が大きくなるとボールベアリング自体も必然的に大きくなり（シャフト外径＝ボールベアリング内輪径となるため）、結果として製品であるポテンショメータ自体の外形も大きくならざるを得ず、小型ローコスト化が難しいという問題点がある。

一方、スリーブ型の軸受（焼結軸受や樹脂軸受など）はローコストでスペースをとらないというメリットはあるが、シャフトがスムーズに回転するためにはシャフトとスリーブ型の軸受の間に必ずクリアランス（隙間）が必要であるため、このクリアランスに起因するシャフトのラジアル方向ガタは避けられない。

その際に、スリーブ型の軸受を２つ使ってシャフトを両持ちにしたり、スリーブ型の軸受を長くすることなどでシャフトのラジアル方向ガタを低減する方法も考えられるが、ギヤを使った減速機構を有しかつシャフト先端の延長上に磁石を配置した構成となる多回転型無接触ポテンショメータにおいては、そうした方法は構造面及びコスト面において小型ローコスト化に適さない。

本発明は、上述の点に鑑み、シャフトをスリーブ型の軸受で保持するとともに、ギヤを使った減速機構を有する多回転型ポテンショメータであって、ギヤの長寿命化及びギヤのバックラッシュ低減がなされた小型ローコストの多回転型ポテンショメータを提供することを目的とする。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の多回転型ポテンショメータは、スリーブ型の軸受に保持したシャフトの回転を、シャフトに組み付けたピニオンギヤ及びピニオンギヤと連動する駆動ギヤを含んだ減速機構によって減速し、駆動ギヤの回転角度に出力電圧を割り当てた多回転型ポテンショメータにおいて、駆動ギヤにシャフト用の軸受穴を設け、シャフトの先端を、ピニオンギヤを貫通して駆動ギヤのこの軸受穴に嵌合したことを特徴とする。

本発明は、ギヤを使った減速機構を有する多回転型ポテンショメータにおいて、ローコストでかつスペースをとらないスリーブ型の軸受を使用した際に軸受とシャフトの間のクリアランスによって発生するシャフトのラジアル方向ガタを、減速機構の最終段ギヤとなる駆動ギヤにシャフト用の軸受穴を設けることで低減させるものである。シャフトの先端には減速機構の初段となるピニオンギヤを組み付けた構造となっているため、シャフトのラジアル方向ガタを低減させることは、ギヤへの偏った荷重を低減して、安定したギヤの噛み合いに寄与することになり、結果としてギヤの長寿命化及びギヤのバックラッシュ低減に寄与することになる。

よって本発明は、シャフトをスリーブ型の軸受で保持するとともに、ギヤを使った減速機構を有する多回転型ポテンショメータであって、ギヤの長寿命化及びギヤのバックラッシュ低減がなされた小型ローコストの多回転型ポテンショメータを可能とするものである。

本発明の第1の実施の形態に係る多回転型無接触ポテンショメータの全体構成図である。 本発明の第1の実施の形態に係る多回転型無接触ポテンショメータの断面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る多回転型無接触ポテンショメータの分解図である。 本発明の第1の実施の形態に係る多回転型無接触ポテンショメータの出力特性図である。 本発明の第1の実施の形態に係る多回転型無接触ポテンショメータのギヤ機構部の詳細構成図である。 本発明の第1の実施の形態に係る多回転型無接触ポテンショメータのギヤ機構部の詳細構成図である。 本発明の第1の実施の形態に係る多回転型無接触ポテンショメータのギヤ機構部の詳細構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る多回転型無接触ポテンショメータの断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る多回転型無接触ポテンショメータのギヤ機構部の分解図である。 本発明の第２の実施の形態に係る多回転型無接触ポテンショメータのギヤ機構部の詳細構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
〔第1の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態に係る多回転型無接触ポテンショメータの全体構成図であり、図１Ａは斜視図、図１Ｂは上面図、図１Ｃは正面図、図１Ｄは下面図である。また、図２はこの多回転型無接触ポテンショメータの断面図（図２Ｂが図２ＡのＡ−Ａ断面図）であり、図３はこの多回転型無接触ポテンショメータの分解図（図３Ａは全体の分解図、図３Ｂはギヤ機構部のみの別角度の分解図）である。

この多回転型無接触ポテンショメータでは、ギヤ機構部側のハウジングケース７が、ギヤ板６を挟んでねじ１５で無接触ポテンショメータ側（磁気を検知して電気的出力に変換する機構側）の基板ケース１３に固定されている。

ギヤ機構部は、シャフト１の先端の凸部１ａに減速機構の初段となるピニオンギヤ２が組み付けられ、シャフト１を回転させるとピニオンギヤ２→中間ギヤ３→減速機構の最終段となる駆動ギヤ４と連動して回転が伝わり、駆動ギヤ４に組み付けられた磁石５がこの減速機構の減速比に応じて回転する構成となっている。ピニオンギヤ２，中間ギヤ３，駆動ギヤ４は全て平歯車である。また、中間ギヤ３は樹脂成型品である。

無接触ポテンショメータ側では、ギヤ機構部側の回転する磁石５の磁気を検知してアナログ電圧に変換する磁気検出部品として、ホール素子を内蔵したホールＩＣ１１が回路基板１２に搭載されている。基板ケース１３は、回路基板１２を挟んでねじ１６で裏蓋１４と固定されている。なお、ねじ１６の上方に形成される空間には、封止剤が充填されている。

図４は、この多回転型無接触ポテンショメータの出力特性を示している。ギヤ機構部の減速機構の減速比は１０．２４とし、電気的回転角度３６００°（シャフト１の１０回転）に対する磁石５の回転角度を約３５１．６°とし、この約３５１．６°にアナログ出力電圧５％〜９５％を割り当てている。

図５〜図７はこの多回転型無接触ポテンショメータのギヤ機構部の詳細構成図であり、図５Ａは上面図、図５Ｂはギヤ板６を取り除いた状態の上面図、図５Ｃは図５ＡのＡ−Ａ断面図、図６は部分的詳細図（図６Ｂが図６Ａの符号Ｃの部分を拡大した詳細図）、図７は斜視図である。

図５Ｃに示しているように、シャフト１は、スリーブ型の軸受８に保持されている。シャフト１をスムーズに回転させるためにシャフト１と軸受８の間にはクリアランスが設けられているが、このクリアランスに起因してシャフト１のラジアル方向ガタが発生する。

また、シャフト１は、軸受８の両端側において、スラスト方向（軸方向）ガタをわずかに残すようにして一対の止め輪９で固定されている。これは、スラスト方向ガタを完全に無くすとシャフト１の回転が悪くなるからである。しかし、ピニオンギヤ２，中間ギヤ３，駆動ギヤ４は全て平歯車であるため、シャフト１のスラスト方向ガタ及び各ギヤ２〜４の軸方向ガタは、ポテンショメータとしての機能にほとんど影響しない。

中間ギヤ３は、ギヤ板６を軸受として回転する。図６に示しているように、ギヤ板６のうち図６Ａの符号Ａの部分を軸受として中間ギヤ３がスムーズに回転するように、中間ギヤ３のうち図６Ａの符号Ｂの段差部分がギヤ板６に接触した際、図６Ｂの符号Ｄの箇所（中間ギヤ３とハウジングケース７の間）には僅かなクリアランスが設けられている。

また、同じくギヤ板６のうち図６Ａの符号Ａの部分を軸受として中間ギヤ３がスムーズに回転するように、図６Ｂの符号Ｅの箇所（中間ギヤ３の凸部分がハウジングケース７の凹部分に嵌合する箇所）にもある程度のクリアランスが設けられている。

図５Ｃに示しているように、駆動ギヤ４は、ギヤ板６を軸受として回転し、ギヤ板６の下側において止め輪１０で固定されている。駆動ギヤ４は、シャフト１の回転軸と同軸上に配置されており、駆動ギヤ４の中心部には、シャフト１用の軸受穴４ａが設けられている。そして、シャフト１の先端の凸部１ａは、ピニオンギヤ２を貫通してこの軸受穴４ａに嵌合している。これにより、シャフト１のラジアル方向ガタを抑えることが可能となる。

このようにして、駆動ギヤ４は、減速機構の最終段のギヤとしての機能と、磁石５を保持する機能と、シャフト１のラジアル方向ガタを低減させるための軸受機能を同時に有している。

また、シャフト１の回転方向と駆動ギヤ４の回転方向が一致すること、及び、駆動ギヤ４の軸受穴４ａにおいてシャフト１の先端の凸部１ａが到達しない部分のスペースをグリース溜まりとして利用することで、シャフト１の先端の凸部１ａと駆動ギヤ４の軸受穴４ａとの間の摩耗は抑えられる。

以上に説明したように、本発明の第１の実施の形態は、ギヤ２〜４を使った減速機構を有する多回転型無接触ポテンショメータにおいて、ローコストでかつスペースをとらないスリーブ型の軸受８を使用した際に軸受８とシャフト１の間のクリアランスによって発生するシャフト１のラジアル方向ガタを、減速機構の最終段ギヤとなる駆動ギヤ４にシャフト１用の軸受穴４ａを設けることで低減させるものである。シャフト１の先端の凸部１ａには減速機構の初段となるピニオンギヤ２を組み付けた構造となっているため、シャフト１のラジアル方向ガタを低減させることは、ギヤ２〜４への偏った荷重を低減して、安定したギヤ２〜４の噛み合いに寄与することになり、結果としてギヤ２〜４の長寿命化及びギヤ２〜４のバックラッシュ低減に寄与することになる。

よって本発明の第１の実施の形態は、シャフト１をスリーブ型の軸受８で保持するとともに、ギヤ２〜４を使った減速機構を有する多回転型無接触ポテンショメータであって、ギヤ２〜４の長寿命化及びギヤ２〜４のバックラッシュ低減がなされた小型ローコストの多回転型無接触ポテンショメータを可能とするものである。

〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と構成が同一の部分については、重複した説明を省略する。第２の実施の形態では、駆動ギヤ４の軸受穴４ａの内部の構成が、第１の実施の形態とは異なっている。その他の構成は、第１の実施の形態と同一である。

図８は本発明の第２の実施の形態に係る多回転型無接触ポテンショメータの断面図（図８Ｂが図８ＡのＡ−Ａ断面図）であり、図９はこの多回転型無接触ポテンショメータのギヤ機構部の分解図である。また、図１０はこの多回転型無接触ポテンショメータのギヤ機構部の詳細構成図であり、図１０Ａは上面図、図１０Ｂは図１０ＡのＡ−Ａ断面図、図１０Ｃは図１０Ｂの一部分を拡大した詳細図である。

駆動ギヤ４の軸受穴４ａには、上端付近の部分の内径がそれ以下の部分の内径よりも小さくなるように段差が付けられている。そして、その段差の箇所にコイル状の圧縮ばね１７が組み込まれており、この圧縮ばね１７を圧縮するようにしてシャフト１の先端の凸部１ａが軸受穴４ａに挿入されている。これにより、圧縮ばね１７の与圧によりシャフト１の先端の凸部１ａが常に外方向に押されることになり、結果としてシャフト１のスラスト方向（軸方向）ガタを抑えることになる。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同一の効果が得られることに加えて、シャフト１のスラスト方向ガタも簡単かつローコストで抑えることを可能とするものである。したがって、本発明の第２の実施の形態は、シャフト１のラジアル方向ガタを抑えるだけでなく、シャフト１のスラスト方向ガタも抑える必要がある場合に有効である。

〔変形例〕
以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、上述の実施の形態では、ギヤ機構部の減速機構の減速比を１０．２４として説明したが、減速比は自在でありこれに限定するものではない。

また、上述の実施の形態では、電気的回転角度３６００°（シャフト１０回転）として説明したが、電気的回転角度をこれに限定するものではない。

また、上述の各実施の形態では、磁石５の回転角度約３５１．６°にアナログ出力電圧５％〜９５％を割り当てているが、アナログ電圧の出力レベルをこれに限定するものではない。電圧の出力形態も、アナログ出力に限らずデジタルＰＷＭ（パルス幅変調）出力などのデジタル出力であってもよい。

また、上述の実施の形態では、回転する磁石の磁気を磁気検出部品で検知する磁気検出式の多回転型無接触ポテンショメータに本発明を適用する例を説明したが、インダクタンス式の多回転型無接触ポテンショメータや接触式の多回転型ポテンショメータに本発明を適用してもよい。

１…シャフト、 １ａ…シャフトの先端の凸部、 ２…ピニオンギヤ、 ３…中間ギヤ、 ４…駆動ギヤ、 ５…磁石、 ８…スリーブ型の軸受、 １１…ホールＩＣ、 １７…圧縮ばね

Claims (3)

1. スリーブ型の軸受に保持したシャフトの回転を、該シャフトに組み付けたピニオンギヤ及び該ピニオンギヤと連動する駆動ギヤを含んだ減速機構によって減速し、前記駆動ギヤの回転角度に出力電圧を割り当てた多回転型ポテンショメータにおいて、
   前記駆動ギヤに前記シャフト用の軸受穴を設け、前記シャフトの先端を、前記ピニオンギヤを貫通して前記駆動ギヤの前記軸受穴に嵌合した
   多回転型ポテンショメータ。
2. 前記駆動ギヤの前記軸受穴に段差を付け、該段差の箇所に、前記シャフトの先端を外方向に押圧する圧縮ばねを組み込んだ
   請求項１記載の多回転型ポテンショメータ。
3. 前記多回転型ポテンショメータは、前記駆動ギヤに保持した磁石の磁気を磁気検出部品で検知して電気的出力に変換する磁気検出式の多回転型無接触ポテンショメータである
   請求項１または２に記載の多回転型ポテンショメータ。

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