JP2018100919A - 無接触式ポテンショメータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化でき、また、全体の出力数を適宜調整することのできる無接触式ポテンショメータを提供する。【解決手段】少なくとも１組の磁石１０及びホールＩＣ１２を備えた筒状のセンサユニット３０を設け、磁石１０及びホールＩＣ１２をセンサユニット３０の周側面のシャフト６の回転軸に対して直交する位置に配置した無接触式ポテンショメータ１である。【選択図】図２

Description

本発明は、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に関する。

従来、磁石と磁気検出素子（ホールＩＣ）を用いた無接触式ポテンショメータでは、磁石とホールＩＣを無接触式ポテンショメータのシャフト軸の延長線上に配置するのが一般的である（特許文献１参照）。

特許第５３２９６８３号公報

しかしながら、従来の無接触式ポテンショメータでは、ポテンショメータのシャフト軸の延長線上に磁石とホールＩＣを配置するため、磁石とホールＩＣを１つしか配置できないという制限があった。また、無接触式ポテンショメータのサイズが、シャフト軸の延長線方向で大きくなってしまうという問題もあった。

さらには、無接触式ポテンショメータの全体の出力数は、シャフト軸の延長線上に配置された磁石とホールＩＣの出力数で決まってしまうという問題もあった。

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、シャフト軸方向で小型化し、また、仕様に合わせて、適宜全体の出力数を変更することができる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、シャフトの回転力により回転する磁石と、磁石に対向し、回転する磁石の磁束の変化を検出するホールＩＣと、を備える。さらに、少なくとも１組の磁石及びホールＩＣを備えた筒状のセンサユニットを設け、磁石及びホールＩＣをセンサユニットの周側面のシャフトの回転軸に対して直交する位置に配置したものである。

本発明の無接触式ポテンショメータでは、ポテンショメータをシャフト軸方向で小型化し、また、仕様に合わせてポテンショメータ全体の出力数を変更することができる。

本発明の実施形態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。 本発明の実施形態による無接触式ポテンショメータの分解図である。 本発明の実施形態による無接触式ポテンショメータのセンサユニットの分解図である。 本発明の実施形態による２段タイプに構成にしたセンサユニットの要部斜視図である。 本発明の実施形態による無接触式ポテンショメータの出力特性図である。 本発明の他の実施形態による無接触式ポテンショメータの縦断面図である。

以下、本発明の無接触式ポテンショメータの実施の形態例（以下、「本例」という。）について、図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一要素又は同一機能を有する部材には、同一符号を用いることとし、重複する発明は省略する。

図１は本例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は無接触式ポテンショメータの分解図、図４はセンサユニットの分解図、図５はセンサユニットを２段タイプに構成にした場合の要部斜視図、図６は無接触式ポテンショメータの出力特性図である。

図１に示すように、本例の無接触式ポテンショメータ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の下端に嵌合するギヤパネル４と、ハウジングケース３の上端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の内部には、磁場を発生させる磁気回路部と磁場を検出する磁気検出部を備えたセンサユニット３０が設けられている。本例では、２つのセンサユニット３０をシャフト６の回転軸上に重ねて配置した２段タイプである。センサユニット３０は、磁石１０、ホールＩＣ１２、従動かさ歯車３３を備えたセンサ部を有している。本例のセンサ部は、ユニットケース４０の周側部の右側に設けられた右センサ部３５と、右センサ部３５と対向するように周側部の左側に設けられた左センサ部３６とで構成されている。また、右センサ部３５の磁石１０及びホールＩＣ１２と、左センサ部３６の磁石１０及びホールＩＣ１２とは、ユニットケース４０の中心を挟んで対向する位置に設けられている。

磁気回路部は、磁石１０を有し、磁場を発生させている。磁石１０は、減速機構であるギヤユニット２０等を介してシャフト６と連結している。磁気検出部は、磁石１０に対向する位置に設けられたホールＩＣ１２を備えた回路基板１３を有し、磁石１０から生じる磁束をホール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。なお、本例では、一例としてシングル出力タイプのホールＩＣを用いるが、ホールＩＣは二重出力タイプであってもよく、ホールＩＣの出力形態を限定するものではない。

ギヤユニット２０は、シャフト６の先端部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と、を備えている。駆動ギヤ２３は、棒状のサブシャフト３１の下端に一体に取り付けられている。サブシャフト３１は、その回転軸がシャフト６の回転軸と一致するように配置される。

サブシャフト３１には、シャフト６と同一の回転軸を有する第１のかさ歯車としての駆動かさ歯車３２が連結固定されている。また、駆動かさ歯車３２には、駆動かさ歯車３２の回転軸と直交する回転軸を有する第２のかさ歯車としての従動かさ歯車３３が連結されている。従動かさ歯車３３には、磁石１０を収納保持するための収納部を備えた円筒状の磁石ホルダ９が形成されている。

本例では、駆動かさ歯車３２と従動かさ歯車３３により、シャフト６の回転力を直交する方向に変換して磁石１０に伝達する変換機構を構成する。すなわち、シャフト６の回転力が、サブシャフト３１、駆動かさ歯車３２、従動かさ歯車３３を介して、磁石１０の回転力として伝達される。

なお、ギヤユニット２０のギヤ列の減速比をシャフト６に対して１０に設定することにより、シャフト６が１０回転するのに対して、磁石１０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６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。

ギヤユニット２０の中間ギヤ２２及び駆動ギヤ２３は、ギヤパネル４に形成された収納部４ａに収納されている。中間ギヤ２２は、ギヤピン２４により、収納部４ａの上方に固定される円板状のギヤ板２５と収納部４ａの底部との間で回転可能に軸支されている。ギヤピン２４は、ギヤ板２５及びギヤパネル４の軸穴を軸受けにして組み付けられている。

ギヤパネル４の中心部には貫通孔４ｂが形成されており、ピニオンギヤ２１が取り付けられたシャフト６が挿通されている。

ギヤ板２５の上面には、センサユニット３０の下端面が嵌合するための溝部２５ｂが、外周端に沿って形成されている。また、ギヤ板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、駆動ギヤ２３が取り付けられたサブシャフト３１が挿通される。なお、貫通孔２５ａの中心位置は、シャフト６の回転軸線上に一致するように形成されている。

ギヤ板２５は、ギヤ板２５及びギヤパネル４に設けられた複数のねじ孔２７にねじ２８を挿通することで、ギヤパネル４に固定される。ギヤパネル４に固定されたギヤ板２５の貫通孔２５ａに挿通されたサブシャフト３１は、駆動ギヤ２３によって係止され、係止されたサブシャフト３１の所定位置に、センサユニット３０の駆動かさ歯車３２が固定される。サブシャフト３１は、裏蓋５の中央部軸穴５ａを軸受けにして組み付けられる。

例えば、図４に示すように、センサユニット３０の右側には右センサ部３５が設けられており、角筒状に形成されたユニットケース４０の周側部には、従動かさ歯車３３の磁石ホルダ９を挿通するためのホルダ挿通部４１が形成されている。ホルダ挿通部４１は、磁石ホルダ９の径とほぼ同一の内孔４１ａと、内孔４１ａの外側に形成された内孔４１ａよりも径の大きい外孔４１ｂとで構成されている。

ユニットケース４０の外孔４１ｂの周囲には、回路基板１３を取り付けるための平面部４５が形成されている。また、ユニットケース４０の中央部には、サブシャフト３１を挿通させるためのシャフト挿通孔４８が形成されている。

従動かさ歯車３３を内孔４１ａに挿通した状態で、円板状の磁石１０が磁石ホルダ９に嵌めこまれる。また、磁石ホルダ９と外孔４１ｂとの間にリング状の調整ワッシャ４３を載置した状態で、円筒状の押さえリング４４が磁石ホルダ９に取り付けられる。これにより、従動かさ歯車３３は、回転可能な状態で、ユニットケース４０に取り付けられる。

つぎに、ホールＩＣ１２が装着された回路基板１３が、磁石１０に対して適正な距離及び位置関係を保った状態で、ユニットケース４０に取り付けられる。回路基板１３は、基板固定ねじ４６を用いて、ユニットケース４０の平面部４５にねじ止め固定される。

本例では、ユニットケース４０の左側にも、従動かさ歯車３３，磁石１０、ホールＩＣ１２を備えた左センサ部３６が設けられている。このとき、左センサ部３６の従動かさ歯車３３の回転軸は、右センサ部３５の従動かさ歯車３３の回転軸と一致するように配置される。なお、本例では、ユニットケース４０の左右に２つのセンサ部３５、３６を設けているが、いずれか一方側にのみセンサ部を設けるようにしてもよい。

図５に示すように、本例は、シャフト挿通孔４８にサブシャフト３１を挿通させた状態で、２つのセンサユニット３０ａ、３０ｂが、シャフト６の回転軸の延長線上に沿って重ねて配置された２段構成タイプである。下段に配置された下段センサユニット３０ａは、ユニットケース４０の下端面がギヤ板２５に設けられた溝部２５ｂに嵌合された状態で、固定ねじ３７により、ギヤ板２５に固定されている。上段に配置された上段センサユニット３０ｂは、下段センサユニット３０ａのシャフト挿通孔４８から突出しているサブシャフト３１の軸に合わせて、下段センサユニット３０ａの上面に載置され、連結ねじ３８を用いて連結固定される。上段センサユニット３０ｂの上面部には、ねじ３９により裏蓋５が固定される。

また、本例では、上段センサユニット３０ｂを下段センサユニット３０ａと連結する際に、下段センサユニット３０ａの磁石１０の位置に対して、上段センサユニット３０ｂの磁石１０の位置が円周方向に９０度ずれるようにして連結する。すなわち、連結したセンサユニット３０を上方から見た際には、磁石１０及びホールＩＣ１２がユニットケース４０の円周方向に沿って９０度の間隔で配置されている。これにより、下段センサユニット３０ａの磁石１０と上段センサユニット３０ｂの磁石１０との間で生じる磁束干渉を避けることができ、正確な測定を行うことができる。

さらに新しいセンサユニットを上段センサユニット３０ｂに連結して３段タイプの構成にする場合には、上段センサユニット３０ｂの磁石１０の位置に対して、追加するセンサユニットの磁石の位置を円周方向に９０度ずらして連結する。このように、本例の無接触式ポテンショメータ１によれば、シャフト６の回転軸方向に隣り合うセンサユニット３０の磁石の位置を９０度ずらすことにより、磁束干渉を避けることができ、正確な測定を行うことができる。

なお、本例では、センサユニットを複数段に重ねる構成としたが、１段タイプであってもよい。

本例の無接触式ポテンショメータ１では、シャフト６の回転力は、シャフト６の先端に嵌合固定されたピニオンギヤ２１を介して中間ギヤ２２に伝達される。さらに、中間ギヤ２２に伝達されたシャフト６の回転力は、駆動ギヤ２３を介してサブシャフト３１に伝達されて、サブシャフト３１上の適切な位置に固定された１個以上の駆動かさ歯車３２を回転させる。駆動かさ歯車３２が回転すると、駆動かさ歯車３２に噛合している従動かさ歯車３３が回転し、従動かさ歯車３３の磁石ホルダ９に取り付けられている磁石１０が回転する。これにより、磁気回路部のホールＩＣ１２は、磁石１０の回転に伴う磁束変化を感知して、シャフト６の回転角度に応じた電圧などの電気的信号を出力する。

図６は、本例の無接触式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。

ここで、シャフト６の回転角度と磁石１０の回転角度の関係、すなわち、シャフト６の回転角度とホールＩＣ１２の出力変化の関係は、ピニオンギヤ２１、中間ギヤ２２、駆動ギヤ２３からなるギヤ減速機構のギヤ比、及び駆動かさ歯車３２、従動かさ歯車３３からなるかさ歯車のギヤ比に依存する。

本例では、シャフト６の回転に対して、ギヤ減速機構のギヤ比を１０倍以上に設定する。また、駆動かさ歯車３２の歯数と従動かさ歯車３３の歯数を同じとし、駆動かさ歯車３２と従動かさ歯車３３のギヤ比を１に設定している。なお、ギヤ減速機構のギヤ比及びかさ歯車のギヤ比は、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。

本例では、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の回転角度に、出力電圧の１０％〜９０％を割り当てている。なお、本例では電気的変化を伴うシャフト６の回転量を１０回転（電気的回転角度３６００）としているが、シャフト６の回転量や出力電圧の出力レベルは、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。

また、本例では、センサユニット３０のセンサ部にシングル出力タイプのホールＩＣを使用しているが、２重出力タイプのホールＩＣを用いれば、左右のセンサ部の各出力を２重出力化することも可能である。

また、本例では、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、リニアのアナログ電圧出力に限定するものではなく、三角波出力、スイッチ出力（方形波出力）、その他ＳＩＮ・ＣＯＳ出力などの関数出力であってもよい。

図７は、本発明による他の実施形態の無接触式ポテンショメータの縦断面図である。
図７に示すように、本例の無接触式ポテンショメータ５０は、シャフト６とサブシャフト３１を一体に形成するとともに、ギヤパネル４に収納した中間ギヤ２２、駆動ギヤ２３からなるギヤ減速機構を無くし、サブシャフト３１に直接駆動かさ歯車３２を取り付けたものである。これにより、複数のセンサユニット３０ａ、３０ｂを備えた１回転型の無接触式ポテンショメータを構成することができる。

以上説明したように、本発明の無接触式ポテンショメータによれば、シャフト６の回転軸の延長線上に磁石１０及びホールＩＣ１２を備えたセンサ部を配置しないので、シャフト軸方向におけるポテンショメータの大きさを小さくすることができる。また、複数のセンサ部をセンサユニット３０の周側面に設けることができる。

また、ユニット化して複数連結することにより、センサ部の数を増やすことができる。これにより、ポテンショメータの仕様に応じて、ポテンショメータ全体の出力数を適宜調整することができる。

なお、本発明の無接触式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、その他材料、構成等において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。

１、５０・・・無接触式ポテンショメータ、２・・・筐体、３・・・ハウジングケース、４・・・ギヤパネル、５・・・裏蓋、６・・・シャフト、７・・・軸受部、９・・・磁石ホルダ、１０・・・磁石、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・・・ギヤピン、２５・・・ギヤ板、２５ａ・・・貫通孔、２５ｂ・・・溝部、２７・・・ねじ孔、２８・・・ねじ、３０・・・センサユニット、３１・・・サブシャフト、３２・・・駆動かさ歯車、３３・・・従動かさ歯車、３５・・・右センサ部、３６・・・左センサ部、４０・・・ユニットケース、４１・・・ホルダ挿通部、４１ａ・・・内孔、４１ｂ・・・外孔、４３・・・調整ワッシャ、４４・・・押さえリング、４５・・・平面部、４６・・・基板固定ねじ、４８・・・シャフト挿通孔

Claims (5)

1. 回転可能なシャフトと、
   前記シャフトの回転力により回転する磁石と、
   前記磁石に対向し、前記回転する磁石の磁束の変化を検出するホールＩＣと、を備えた無接触式ポテンショメータであって、
   少なくとも１組の前記磁石及びホールＩＣを備えた筒状のセンサユニットを設け、
   前記磁石及びホールＩＣを前記センサユニットの周側面の前記シャフトの回転軸に対して直交する位置に配置した
   無接触式ポテンショメータ。
2. 前記シャフトの回転力を前記磁石に伝達するために、
   前記シャフトの回転軸と共通する回転軸を有する第１のかさ歯車と、
   前記第１のかさ歯車と連結し、前記第１のかさ歯車の回転軸と直交する回転軸を有する第２のかさ歯車と、を備えた
   請求項１に記載の無接触式ポテンショメータ。
3. 前記センサユニットに配置された前記１組の磁石及びホールＩＣと対向する位置に、他の１組の磁石及びホールＩＣを備えた
   請求項１または２に記載の無接触式ポテンショメータ。
4. 前記センサユニットを複数設け、前記複数のセンサユニットは、前記シャフトの回転軸線上に重ねて配置されている
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の無接触式ポテンショメータ。
5. 前記重ねて配置された複数のセンサユニットは、隣り合うセンサユニットに配置された前記磁石の位置が、センサユニットの周方向において９０度ずれるように配置されている
   請求項４に記載の無接触式ポテンショメータ。
   

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