JP2019114621A - 2連形接触式ポテンショメータ - Google Patents

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Abstract

【課題】高精度な2重出力電圧を得ることができる外形寸法を抑えた2連形摺動式ポテンショメータを提供する。【解決手段】2連形摺動式ポテンショメータ1は、第1の基板2と第2の基板3とシャフト12とを収納する円筒状のケース30と、を備え、ケース30の内周面に第1の基板2を載置する上面部32と第2の基板3を載置する下面部33とを備えた突部31を設ける。【選択図】図4

Description

本発明は、抵抗体及び導体に接触した接点を摺動させることで、目的とする出力電圧を得る接触式ポテンショメータに関し、特に2連形の接触式ポテンショメータに関する。
従来、1つのシャフトの回転動作で2つの出力を得ることができる2連形接触式ポテンショメータとして、絶縁性の基板上に形成された2つの抵抗体に電気信号を取り出すための接点を摺動させる構成が知られている。例えば、同心円上に2つの円弧状の抵抗体をパターンとして配置させたものが知られている(特許文献1)。
また、2連形接触式ポテンショメータの公知技術として、図12に示すように、2つの同型のポテンショメータ100を上下方向に重ねて、共有する1つのシャフト112でそれぞれの接点123を摺動させる構成が知られている。
特開2001−99610号公報
しかしながら、同心円上に2つの円弧状抵抗体を配置した2連形接触式ポテンショメータにおいては、内側に配置された抵抗体の円弧径が外側に配置された抵抗体の円弧径と比べて小さくなってしまい、同時に出力電圧を大きくして高精度にすることが難しいという問題があった。また、2つの抵抗体を配置する基板の大きさには制限があるため、電気的回転角度を大きくすることができないという問題もある。
さらに、2つのポテンショメータを上下方向に重ねた構成では、ポテンショメータの外形寸法が大きくなってしまい、ポテンショメータを設置するスペースが制限されるという問題がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、高精度な2重出力電圧を得ることができる外形寸法を抑えた2連形摺動式ポテンショメータを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の2連形摺動式ポテンショメータは、第1抵抗体と、第1導電体と、第1抵抗体および第1導電体に摺動接触する接点を有する第1摺動子と、を備えた第1の基板と、第2抵抗体と、第2導電体と、第2抵抗体および第2導電体に摺動接触する接点を有する第2摺動子と、を備えた第2の基板と、第1摺動子と前記第2摺動子とを連動させるシャフトと、第1の基板と第2の基板とシャフトとを収納する円筒状のケースと、を備える。また、ケースの内周面に第1の基板を載置する上面部と第2の基板を載置する下面部とを備えた突部を設ける。
本発明の2連形摺動式ポテンショメータによれば、外形寸法を小さくして、高精度な2重出力電圧を得ることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施形態に係る2連形の摺動式ポテンショメータの外観斜視図である。 本発明の実施形態に係る2連形の摺動式ポテンショメータの上蓋を外した状態の上面図である。 本発明の実施形態に係る2連形の摺動式ポテンショメータの下蓋を外した状態の上面図である。 分解斜視図である。 図1のA−A線で切断した本例の2連形摺動式ポテンショメータ1の断面図である。 本発明の実施形態に係る2連形摺動式ポテンショメータの出力特性図である。 本発明の実施形態に係る2連形摺動式ポテンショメータを組み立てる手順を説明する図である(その1)。 本発明の実施形態に係る2連形摺動式ポテンショメータを組み立てる手順を説明する図である(その2)。 本発明の実施形態に係る2連形摺動式ポテンショメータを組み立てる手順を説明する図である(その3)。 本発明の実施形態に係る2連形摺動式ポテンショメータを組み立てる手順を説明する図である(その4)。 本発明の実施形態に係る2連形摺動式ポテンショメータを組み立てる手順を説明する図である(その5)。 本発明の他の実施形態に係る2連形摺動式ポテンショメータの外観斜視図である。 従来の2連形接触式ポテンショメータの断面図である。
以下、本発明の2連形摺動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、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、各図において、接続等で使用するリード線の表記は適宜省略する。
図1は、本例の2連形摺動式ポテンショメータ1の外観斜視図である。
図1に示すように、2連形摺動式ポテンショメータ1は、円筒形状のケース30と、ケース30の中央部に挿通されたシャフト12と、を備えている。ケース30の上部には、上連結バンド25と連結ねじ27によって、上蓋8が着脱可能に取り付けられている。また、ケース30の下部には、下連結バンド26と連結ねじ27によって、下蓋が着脱可能に取り付けられている。ケース30の側面上部には複数の上部端子5が設けられ、ケース30の側面下部には複数の下部端子6が設けられている。また、下蓋から下方に突出したシャフト12の端部には、平欠き12bが形成されている。
図2は、上述した2連形摺動式ポテンショメータ1の上蓋8を外した状態の上面図である。
図2に示すように、ケース30の内部には、同心円状に印刷成形された第1抵抗体28と第1導体29が設けられた第1の基板である上部エレメント2が収納されている。本例では、第1抵抗体28の内側に第1導体29が配置されており、第1抵抗体28および第1導体29は、上部端子5に接続されている。
シャフト12には、第1抵抗体28および第1導体29に摺動接触する接点23を有する上アーム21を備えた第1摺動子41が、シャフトの円周方向に回動可能に取り付けられている。図に示すように、本例の第1摺動子41の回転角範囲は約350°に設定されているので、回転角に対する出力電圧の分解能力を高くすることができる。
図3は、上述した2連形摺動式ポテンショメータ1の下蓋9を外した状態の上面図である。
図3に示すように、ケース30の内部には、同心円状に印刷成形された第2抵抗体38と第2導体39が設けられた第2の基板である下部エレメント3が収納されている。本例では、第2抵抗体38の内側に第2導体39が配置されており、第2抵抗体38および第2導体39は、下部端子6に接続されている。
シャフト12には、第2抵抗体38および第2導体39に摺動接触する接点23を有する下アーム22を備えた第2摺動子42が、シャフトの円周方向に回動可能に取り付けられている。本例の第2摺動子42の回転角範囲は約350°に設定されているので、回転角に対する出力電圧の分解能力を高くすることができる。
また、図から明らかなように、上部エレメント2に配置された第1抵抗体28、第1導体29、上アーム21と、下部エレメント3に配置された第2抵抗体38、第2導体39、下アーム22と、はシャフト12の軸を中心にして180°の回転対称を成すように配置されている。
図4は、図1のA−A線で切断した本例の2連形摺動式ポテンショメータ1の断面図である。
図4に示すように、ケース30に取り付けられた上蓋8および下蓋9の中心部にシャフト12が挿通されている。
上蓋8は、ケース30の上部と上蓋8の上部とを係止する上連結バンド25により、ケース30に固定されている。下蓋9は、ケース30の下部と下蓋9の上部とを係止する下連結バンド26により、ケース30に固定されている。また、上蓋8および下蓋9は、ボールベアリング10を介して、シャフト12を回転可能に支持している。
ケース30の内周面の中央部には、ケース30内部に延びる突部31が形成されており、
突部31に形成された上面部32に上部エレメント2が、突部31に形成された下面部33に下部エレメント3が固定されている。
シャフト12の中央部には雄ねじ部12aを有する凸部15が形成され、嵌合部材としての上第1ブッシュ16および下第1ブッシュ17が固定されている。上第1ブッシュ16および下第1ブッシュ17には、上第2ブッシュ18および下第2ブッシュ19が固定されている。
上蓋8と上部エレメント2との間の空間には、第1摺動子41が、上部エレメント2の第1抵抗体28および第1導体29に接点23を接触させた状態で配置されている。また、下蓋9と下部エレメント3との間の空間には、第2摺動子42が、下部エレメント3の第2抵抗体38および第2導体39に接点23を接触させた状態で配置されている。第1摺動子41および第2摺動子42は、それぞれ上第1ブッシュ16および下第1ブッシュ17に連結され、シャフト12に対して回動可能に取り付けられている。
ケース30の上部には、先端が上蓋8と上部エレメント2との間の空間に位置するようにして、上部端子5が取り付けられている。また、ケース30の下部には、先端が下蓋9と下部エレメント3との間の空間に位置するようにして、下部端子6が取り付けられている。上部端子5と下部端子6は、シャフト12を中心にして180°の回転対称を成す位置に取り付けられている。
本例では、ケース30に設けた突部31の上面部32に上部エレメント2を載置し、下面部33に下部エレメント3を載置しているので、2つのエレメントを載置するための部材を共通化して1枚の板材にすることができる。これにより、従来は2つのエレメントを載置するには2枚の板材が必要であったが、板材を1枚分少なくすることでポテンショメータの高さを低くして外形寸法を抑えることができる。
また、本例では、上部エレメント2に配置された第1抵抗体28、第1導体29、上アーム21と、下部エレメント3に配置された第2抵抗体38、第3導体39、下アーム22と、を、ケース30の中心平面(突部31)を挟んで上下対称になるように構成しているので、シャフト12の軸方向における第1摺動子41および第2摺動子42の取り付け位置の距離を近くすることができ、また、シャフト12を支える支点間の距離を近くすることができる。これにより、シャフト12の回転時において、シャフト12自身に発生する振れを少なくすることができる。
図5は、本例の2連形摺動式ポテンショメータ1の出力特性図であって、横軸はシャフト12の回転角度を表し、縦軸は出力電圧を表す。
図5の上の表は、上部エレメント2からの出力特性図であり、下の表は、下部エレメント3からの出力特性図である。
上の表が示すように、上部エレメント2に接続されている上部端子5の取り出し端子からの電圧出力は0%から立ち上がり、第1摺動子41の回転角範囲に応じて100%出力を得ることができる。また、下の表が示すように、下部エレメント3に接続されている下部端子6の取り出し端子からの電圧出力は0%から立ち上がり、第2摺動子42の回転角範囲に応じて100%出力を得ることができる。なお、本例では、摺動子の回転角範囲が350°の場合に電圧出力が100%になるように設定されている。
このように、本例では、それぞれのエレメントにおいて、摺動子の回転角範囲を約350°に設定しているので、回転角に対する出力電圧の分解能力を高く保ち、高精度な2重出力電圧を得ることができる。
なお、表に示した出力電圧比の傾きは一例であって、任意に設定することができる。また、本例では、出力電圧比がリニアに変化する抵抗体を前提に説明をしているが、出力電圧比が所定の関数特性で表すことができる抵抗体を用いてもよい。
つぎに、本例の2連形摺動式ポテンショメータ1を組み立てる手順について、図6〜図10の分解図を用いて説明する。
まず、図6に基づいて、上部エレメント2および下部エレメント3をケース30に組み付ける手順について説明する。
図6に示すように、上部端子5および下部端子6を予め圧入固定してあるケース30の円環状の突部31に、上部エレメント2および下部エレメント3を接着剤により接着固定する。このとき、上部エレメント2の貫通孔2a、下部エレメント3の貫通孔3a、および突部31の中心にある空間部が同心円となるように組み付けられる。
突部31の上面部32および下面部33には、上部エレメント2および下部エレメント3を接着固定する際に使用した接着剤の余りを収容するための接着剤溝34が設けられている。上部エレメント2および下部エレメント3を突部31に接着固定した後、上部エレメント2の第1抵抗体28および第1導体29と、上部端子5とを、下部エレメント3の第2抵抗体38および第2導体39と、下部端子6とを、図示しないリード線を用いて接続する。
次に、図7に基づいて、上第1ブッシュ16と下第1ブッシュ17とをシャフト12に組み付ける作業手順を説明する。
図6における組み付け作業と同時に、図7に示すように、シャフト12に対して、上第1ブッシュ16と下第1ブッシュ17とを組み付ける。
シャフト12の中央部には、表面に雄ねじ部12aが形成された凸部15が設けられている。また、凸部15の上側および下側には、止め輪を係合させるための止め輪溝12cが形成されている。
上第1ブッシュ16および下第1ブッシュ17は、径の異なる円筒状の部材を上下方向に連設させて構成されている。シャフト12の中央部側に位置する円筒の内側には、シャフト12の雄ねじ部12aに螺合するための雄ねじ部16a、17aが形成されている。
シャフト12の端部側に位置する円筒の径は、シャフト12の外径と一致するように形成されている。
シャフト12の両端から上第1ブッシュ16および下第1ブッシュ17をそれぞれ挿入し、仮位置としてシャフト12から外れない程度に、雌ねじ部16a、17aを雄ねじ部12aに螺合させた状態で、止め輪13を止め輪溝12cに取り付ける。
次に、図8に基づき、上部エレメント2および下部エレメント3を固定したケース30に、第1摺動子41を組み付ける手順について説明する。
まず、ボールベアリング10を下蓋9の貫通孔9aの周りに嵌め込んで固定した状態で、下蓋9をケース30の下側に嵌めあわせ、下連結バンド26と連結ねじ27によって固定する。
つぎに、シャフト12の平欠き12bが設けられている側の端部から調整ワッシャ14を挿入した状態で、シャフト12の平欠き12bが設けられている側の端部をボールベアリング10の内輪に挿入する。その際に、シャフト12の下部の止め輪溝12cに取り付けられた止め輪13を、調整ワッシャ14を介してボールベアリング10に押し当てるようにする。これにより、止め輪13と調整ワッシャ14との間、調整ワッシャ14とボールベアリング10との間の隙間をなくすことができる。
第1摺動子41の上第2ブッシュ18に上アーム21を嵌め合わせて固定した後、上第2ブッシュ18に形成された円形の貫通孔18aをシャフト12の軸に回動可能に嵌め合わせ、上第2ブッシュ18をシャフト12に仮螺合されている上第1ブッシュ16に嵌め合わせる。この際に、第1摺動子41の接点23の上部エレメント2の抵抗体28および導体29への当たり具合(接点の与圧)を確認する。
このとき、接点23の与圧を調整する必要がある場合は、シャフト12に仮螺合されている上第1ブッシュ16を回転させて、上第1ブッシュ16の位置をシャフト12の軸方向に移動させる。これにより、上第1ブッシュ16とともに上アーム21(接点23)の位置を上下方向に移動させて、接点の与圧を適正な状態に調整することができる。
このように、本例では、上第1ブッシュ16の雌ねじ部16aをシャフト12の雄ねじ部12aに螺合させているので、上第1ブッシュ16をシャフト12の軸方向に移動させることができる。これにより、第1摺動子41の接点23の位置をシャフト12の軸方向に移動させて、接点23の上部エレメント2の抵抗体28および導体29への当たり具合(接点の与圧)を調整することができる。
また、シャフト12の平欠き12bと接点23の位置関係、すなわちシャフト12の平欠き12bの位置と出力電圧値の位相関係を調整する必要がある場合には、上第1ブッシュ16に嵌め合わせた第1摺動子41をシャフト12の周方向に回動させる。これにより、上部エレメント2の抵抗体28および導体29上の第1摺動子41の接点23の当接位置を変えることができ、位相関係を調整することができる。
接点23の上部エレメント2の抵抗体28および導体29への当たり具合(接点の与圧)を調整、およびシャフト12の平欠き12bと接点23の位置関係の調整が完了した時点で、シャフト12の雄ねじ部12aと上第1ブッシュ16の雌ねじ部16a、および上第1ブッシュ16と上第2ブッシュ18とを、接着剤等により固定する。
次に、図9に基づき、第1摺動子41が取り付けられたケース30に上蓋8を組み付ける手順について説明する。
まず、ケース30に取り付けられたシャフト12に調整ワッシャ14を挿入した後、ボールベアリング10を貫通孔8aの周りに嵌め込んだ上蓋8をケース30の上部に嵌め合わせ、上連結バンド25および連結ねじ27を用いて固定する。このとき、シャフト12の軸方向において、シャフト12にガタつきが発生していないかを確認する。シャフト12のガタつきが発生している場合には、調整ワッシャ14の枚数を増やしたり、調整ワッシャ14の厚さを変更したりして、ガタつきを取り除く。
次に、図10に基づき、ケース30に第2摺動子42を組み付ける手順について説明する。
先ず、図9に示したポテンショメータの上下方向を反転させる。すなわち、シャフト12の平欠き12aが形成された側の端部が上方に位置するように反転させる。この状態で、連結ねじ27を下連結バンド26から取り外し、下蓋9をケース30から一旦取り外す。
そして、第1摺動子41をシャフト12に取り付けた作業と同様に、第2摺動子42の下第2ブッシュ19に下アーム22を嵌め合わせて固定した後、下第2ブッシュ19に形成された円形の貫通孔19aをシャフト12の軸に回動可能に嵌め合わせ、下第2ブッシュ19をシャフト12に仮螺合されている下第1ブッシュ17に嵌め合わせる。この際には、第2摺動子42の接点23の下部エレメント3の抵抗体38および導体39への当たり具合(接点の与圧)を確認する。
このとき、接点23の与圧を調整する必要がある場合は、シャフト12に仮螺合されている下第1ブッシュ17を回転させて、下第1ブッシュ17の位置をシャフト12の軸方向に移動させる。これにより、下第2ブッシュ19とともに下アーム22(接点23)の位置を上下方向に移動させて、接点の与圧を適正な状態に調整することができる。
また、シャフト12の平欠き12bと接点23の位置関係、すなわちシャフト12の平欠き12bの位置と出力電圧値の位相関係を調整する必要がある場合には、下第1ブッシュ17に嵌め合わせた第2摺動子42をシャフト12の周方向に回動させる。これにより、下部エレメント3の抵抗体38および導体39上の第2摺動子42の接点23の当接位置を変えることができ、位相関係を調整することができる。
さらに、下部エレメント3から取り出した電圧出力と上部エレメント2から取り出される電圧出力との位相関係を調整する必要がある場合には、上部端子5および下部端子6に入力電圧を印加して、双方の出力電圧を比較しながら、第2摺動子42を回動させて調整を行う。
接点23の下部エレメント3の抵抗体38および導体39への当たり具合(接点の与圧)を調整、およびシャフト12の平欠き12bと接点23の位置関係の調整が完了した時点で、シャフト12の雄ねじ部12aと下第1ブッシュ17の雌ねじ部17a、および下第1ブッシュ17と下第2ブッシュ19とを、接着剤等により固定する。
最後に、ケース30から取り外した下連結バンド26と連結ねじ27を元の状態に戻して、下蓋9を再びケース30に組み付けて、本例の2連形摺動式ポテンショメータ1の組み立て作業を終了する。
以上述べたように、本例の2連形接触式ポテンショメータによれば、接点の与圧の微調整を簡単に行うことができるので、高精度な2重出力電圧を得ることができるとともに、与圧の適正化によりポテンショメータの寿命を長くすることができる。
また、2つのエレメントを、1つのケースに組み込むことにより、2連形接触式ポテンショメータの外形寸法を小さくすることができる。
また、本例によれば、上第1ブッシュ16および上第2ブッシュ18、下第1ブッシュ17および下第2ブッシュ19、第1摺動子41および第2摺動子42を構成する部品、上蓋8および下蓋9をそれぞれ共通の部品で構成しているので、部品点数を削減できるとともに、組み立て作業を簡単にすることができる。
図11は、本例の2連形接触式ポテンショメータの他の実施形態例の外観斜視図である。
図11に示すように、本例の2連形接触式ポテンショメータ50が上述した実施形態例と異なる点は、ケース30の側面に、上部端子5および下部端子6に加えて、取り出し端子7a、7bが設けられている点である。
取り出し端子7aは、下部端子6の上方に設けられており、先端が上蓋8と上部エレメント2との間の空間に挿入されている。また、取り出し端子7bは、上部端子5の下方に設けられており、先端が下蓋9と上部エレメント3との間の空間に挿入されている。また、取り出し端子7aは上部エレメント2の抵抗体28の任意の位置、例えば中間点に接続されており、取り出し端子7bは下部エレメント3の抵抗体38の任意の位置、例えば中間点に接続されている。
本例の2連形接触式ポテンショメータ50によれば、取り出し端子7a、7bからシャフト12の回転位置に関わらず、例えば、ポテンショメータへの印加電圧の半分の電圧等、一定の出力電圧値を取り出すことができる。
なお、本発明は上述しかつ図面に示した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、ケース30の突部31の形状は、本例に限定されるものではなく、上部エレメント2および下部エレメント3が固定できる形状であればよい。
本例では、上部エレメント2に配置された第1抵抗体28、第1導体29、上アーム21と、下部エレメント3に配置された第2抵抗体38、第3導体39、下アーム22と、を、シャフト12軸を中心にして180°ずれる回転対称に配置しているが、ずれる角度は180°に限定されない。
また、本例では、シャフト12の片側にのみ平欠き12bを設けているが、平欠き12bは設けなくてもよい。
また、上部エレメント2および下部エレメント3の抵抗体や導体は必ずしも同一部品で構成する必要はなく、外形寸法が同じであれば全抵抗値や電気的回転角度が異なっていてもよい。
また、シャフト12に形成された雄ねじ部と、上第1ブッシュ部材16および下第1ブッシュ部材17に形成された雌ねじ部は、逆の関係であってもよい。
1・・・2連形接触式ポテンショメータ
2・・・上部エレメント(第1の基板)
3・・・下部エレメント(第2の基板)
2a、3a・・・貫通孔
5・・・上部端子
6・・・下部端子
7・・・取り出し端子
8・・・上蓋
9・・・下蓋
8a、9a・・・貫通孔
10・・・ボールベアリング
12・・・シャフト
12a・・・雄ねじ
12b・・・平欠き
12c・・・止め輪溝
13・・・止め輪リング
14・・・調整ワッシャ
15・・・凸部
16・・・上第1ブッシュ
17・・・下第1ブッシュ
16a、17a・・・雌ねじ
18・・・上第2ブッシュ
19・・・下第2ブッシュ
21・・・上アーム
22・・・下アーム
23・・・接点
25・・・上連結バンド
26・・・下連結バンド
27・・・連結ねじ
28、38・・・抵抗体
29、39・・・導体
30・・・ケース
31・・・突部
32・・・上面
33・・・下面
34・・・接着剤溝
41・・・第1摺動子
42・・・第2摺動子

Claims (5)

  1. 第1抵抗体と、第1導電体と、前記第1抵抗体および前記第1導電体に摺動接触する接点を有する第1摺動子と、を備えた第1の基板と、
    第2抵抗体と、第2導電体と、前記第2抵抗体および前記第2導電体に摺動接触する接点を有する第2摺動子と、を備えた第2の基板と、
    前記第1摺動子と前記第2摺動子とを連動させるシャフトと、
    前記第1の基板と前記第2の基板と前記シャフトとを収納する円筒状のケースと、を備えた2連形接触式ポテンショメータにおいて、
    前記ケースの内周面に前記第1の基板を載置する上面部と前記第2の基板を載置する下面部とを備えた突部を設けた
    2連形接触式ポテンショメータ。
  2. 前記突部は円環状に形成されている
    請求項1に記載の2連形接触式ポテンショメータ。
  3. 前記第1摺動子または前記第2摺動子を前記シャフトの軸方向に移動させて、前記第1抵抗体および前記第1導電体または前記第2抵抗体および前記第2導電体への前記接点の当接状態を調整する調整機構を備えた
    請求項1に記載の2連形接触式ポテンショメータ。
  4. 前記調整機構は、前記シャフトに形成された雄ねじ部と前記第1摺動子または前記第2摺動子を連結させた状態でシャフトに嵌合する嵌合部材に形成された雌ねじ部と、を備え、
    前記雄ねじ部と前記雌ねじ部を螺合させた位置を変えることにより、前記接点の当接状態を変える
    請求項3に記載の2連形接触式ポテンショメータ。
  5. 前記シャフトに連結した前記第1摺動子または前記第2摺動子を前記シャフトの円周方向に移動させる移動機構を備えた
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の2連形接触式ポテンショメータ。
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