JP4028932B2 - 無接触型ポテンショメータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種工作機械、計測機器、制御機器等に使用される無接触型ポテンショメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポテンショメータは、通常機械的入力を電気的出力に変換する装置として、抵抗体と摺動子を持った接触型のものが一般的である。
しかし、最近では長寿命用として、摺動子を持たない例えば電磁誘導方式のインダクタンスの変化を利用した無接触型のポテンショメータが実用化されている。
【０００３】
この無接触型のポテンショメータの従来例について図１〜図４を参照しながら説明する。
【０００４】
図１は無接触型ポテンショメータの縦断面図、図２は分解斜視図である。
図１において１は無接触型ポテンショメータを全体として示し、２はその筺体で、この筺体２はパネル２ａとケース２ｂ及び裏蓋２ｃによりなり、パネル２ａとケース２ｂとは螺子込みあるいは螺子止めにより固定され、またケース２ｂと裏蓋２ｃとは接着剤あるいは螺子止めによって固定される。
【０００５】
この筺体２のパネル２ａの中央部には軸受３が設けられ、この軸受３にシャフト４が回転自在に軸支されており、このシャフト４は上下二箇所に嵌着される止め輪５，５によって抜け止め保持されている。
【０００６】
そして筺体２の内部においてこのシャフト４の下端部には、導電性金属によりなる上下一対の扇形のロータ（移動板）６，６が、パネル２ａに螺子止めによって固定されたコイル基板７を僅かな間隙をもって挟む状態で同相に固定されている。
【０００７】
コイル基板７の上下両面側には一対のコイル８ａ，８ｂが対称的に設けられている。
このコイル８ａ，８ｂは数層（通常３〜２０層位）に積層して巻線されたものがコイル基板７に埋設され、ロータ６と僅かな間隙をもって対向される。
【０００８】
このコイル８ａ，８ｂの形状としては、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すような円形状、円弧形（弓形）の湾曲形状、及び幅が定量的に異なるような変形湾曲形状などがあり、これらは要求仕様によって異なるものである。
【０００９】
さらに筺体２の内部においてはケース２ｂに回路基板９が固定されている。この回路基板９上には、コイル８ａ，８ｂに高周波を印加する高周波発振回路と、コイル８ａ，８ｂのインダクタンスの変化を信号として取り出す検波回路の夫々の電子部品１０が実装されている。
また裏蓋２ｃには外部から入るリード線１１が固定され、その先端部が回路基板９上の回路と接続されている。
【００１０】
コイル８ａ，８ｂは図３に示すように、高周波発振回路１２と検波回路１３に接続されている。この構成において、コイル８ａ，８ｂに高周波発振回路１２により高周波を印加すると、ロータ６に渦電流が発生し、その状態でシャフト４によってロータ６が回転されると、コイル８ａ，８ｂに対するロータ６の対向面積が変わり、これにより渦電流値が変化してコイル８ａ，８ｂのインダクタンスが変化する。そしてその変化分が検波回路１３で検出されて出力信号として取り出され、即ちシャフト４の回転角度に応じた出力が得られるものである。
【００１１】
このインダクタンス式の無接触型のポテンショメータの場合、出力は入力の約２０％と小さく、また出力特性は近似サインカーブのため、その直線部分を利用していた。
【００１２】
この無接触型のポテンショメータを例えばジョイスティックコントローラに組み込んで使用する場合、ジョイスティック操作軸の旋回範囲は操作軸の中立静止位置から前後左右方向に０〜３０°位が一般的であるため、このジョイスティックコントローラに組み込まれるポテンショメータの回転角度も、それに合わせて中点位置から各方向に狭い範囲の回転を利用するものとなっていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このインダクタンス式の無接触型ポテンショメータの出力は、通常連続した直線出力のため、ジョイスティックコントローラの操作軸を中立静止位置においた場合、周囲の振動や衝撃等の影響を受けて操作軸が僅かに振れると、これに伴なってポテンショメータのシャフトが僅かに回転して出力に不要な変動が発生し、駆動機構の誤動作を引き起こすという問題があった。
本発明はこのような問題点を解消することを目的としてなされたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の無接触ポテンショメータは、筐体に回転自在に軸支されたシャフトと、このシャフトに連結されたロータと、このロータと僅かな間隔をもって対向するコイルと、を備え、シャフトによってロータを回転させることでコイルのインダクタンスを変化させ、その変化を出力信号として取り出すようにした無接触型ポテンショメータであって、コイルの一部を電磁遮蔽板で覆い、シャフトに連結されたロータが所定の回転角になったときに、ロータの全面が電磁遮蔽板によってコイルと遮蔽される構成とすることにより、シャフトの回転の中心部に出力の変化しない範囲を設けたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
これより、図５以下の図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
本発明による無接触型ポテンショメータの基本的な構造は、前述した図１〜図４の従来例と同様であるため、その説明は省略する。
【００１６】
本発明による無接触型ポテンショメータは、コイル基板７上のコイル８ａ，８ｂの一部を電磁遮蔽板１５で覆ったものである。
【００１７】
図５はその第１の実施形態例を示す。
即ち本例では、コイル基板７の上下両面側に夫々設けられた一対のコイル８ａ，８ｂの約半分ずつを、電磁遮蔽板１５を貼り付けることによって覆ってある。またここではロータ６の大きさをこの電磁遮蔽板１５より若干小さく形成してある。
【００１８】
この構成においてシャフト４が回転の中心部（以下中点位置という）にあるときには、図６（Ａ）に示す如くロータ６が電磁遮蔽板１５上に位置し、この状態では電磁遮蔽板１５でコイルの磁界が遮られ、ロータ６に渦電流が発生しない。
【００１９】
ロータ６は電磁遮蔽板１５よりも小さく形成されているので、ロータ６が中点位置から多少回転してもこのロータ６が電磁遮蔽板１５上にあるうちはロータ６に渦電流が発生しないので、出力が変化することはない。従って図７に示す如く中点位置（０°）付近において出力の変化しない不感帯が作られることになる。
【００２０】
そして図６（Ｂ）のようにロータ６がさらに回転して電磁遮蔽板１５から抜けてコイルと対向する状態となると、ロータ６に渦電流が発生して出力が徐々に変化する。
この出力の変化は、図７に示すように最初は緩やかでその後は急激に出力が大きくなる二次曲線的な特性となる。
【００２１】
図８は第２の実施形態例を示す。
本例では電磁遮蔽板１５の形状を、一対のコイル８ａと８ｂの突き合わせ部分の一箇所と、一対のコイル８ａ，８ｂのほぼ中央部分の二箇所の計三箇所を覆う形状に形成すると共に、これに合わせてロータ６の形状も三枚羽根形状としてある。
【００２２】
この構成においてシャフト４が中点位置にあるときには、同図（Ａ）に示す如くロータ６は三枚の羽根が何れも電磁遮蔽板１５上に位置した状態にある。この状態においては、出力の変化しない不感帯を作るためにロータ６は例えば４°程度の余裕をもって電磁遮蔽板１５上に位置するようになっている。
【００２３】
そして同図（Ｂ）のようにロータ６が最大回転角度（例えば２０°）まで回転した状態では、ロータ６の三枚の羽根のうち二枚が電磁遮蔽板１５から抜けてコイルと対向し、出力が変化する。
このように本例の構造では、ロータ６が二箇所で電磁遮蔽板１５から抜けてコイルと対向するため、より大きな出力が得られるものである。
【００２４】
図９は図３の実施形態例を示す。
本例ではコイルを４分割形状としてあり、即ち一対のコイル８ａ，８ｂをもう一組対称的に設けて二組のコイル８ａ，８ｂ及び８ａ′，８ｂ′とし、この二組のコイルでブリッジ回路を形成すると共に、電磁遮蔽板１５の形状を、コイル８ａ，８ｂの突き合わせ部分とコイル８ａ′，８ｂ′の突き合わせ部分の二箇所を対称的に覆う形状に形成し、さらにこれに合わせてロータ６も対称的な二枚羽根の形状としてある。
この構成においては、二組のコイルを設けたことにより、ロータ６の回転角度が極めて小さい場合でも大きな出力を得ることができる。
【００２５】
図１０は第４の実施形態例を示す。
本例ではコイル８ａ，８ｂ及び電磁遮蔽板１５の形状は前述した第１の実施形態例と同様であるが、ロータ６の形状を三日月形の変形形状としてある。
このような変形ロータ６を用いることにより、ロータ６の回転角度を大きく操作できた場合、図１１の実線に示すように出力変化が緩やかな特性を得ることができるものである。
【００２６】
さらに以上の他に、図１及び図２に示した無接触型ポテンショメータにおいて回路基板９上に増幅回路を組み込むことにより、さらに大きな出力を得ることができる。
【００２７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は以上の構成に限定されることなく他にも種々の実施形態を採り得るものである。例えば、以上の例では回転操作型のポテンショメータに本発明を適用した例を示したが、本発明は直線操作型のポテンショメータにも適用可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上に説明した如く本発明による無接触型ポテンショメータでは、シャフトの回転の中心部（中点位置）に出力の変化しない不感帯を設けたことにより、外部からの振動や衝撃を受けてシャフトが中点位置から僅かに回転しても出力が変化することはないので、誤動作のおそれを除去することができる。さらには、用途に応じて電磁遮蔽板やロータ、コイルの形状を変えることにより、種々の特殊曲線的な出力と比較的大きな出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の無接触型ポテンショメータを示す縦断面図である。
【図２】同、分解斜視図である。
【図３】無接触型ポテンショメータの回路図である。
【図４】コイルの形状と出力特性の説明図である。
【図５】本発明による無接触型ポテンショメータの第１の実施形態例を示す要部の分解斜視図である。
【図６】同、要部の平面図である。
【図７】同、出力特性図である。
【図８】本発明による無接触型ポテンショメータの第２の実施形態例を示す要部の平面図である。
【図９】同、第３の実施形態例を示す要部の分解斜視図である。
【図１０】同、第４の実施形態例を示す要部の分解斜視図である。
【図１１】第４の実施形態例の出力特性図である。
【符号の説明】
１‥‥無接触型ポテンショメータ、２‥‥筺体、３‥‥シャフト、６‥‥ロータ、８ａ，８ｂ‥‥コイル、１５‥‥電磁遮蔽板

Claims (1)

1. 筐体に回転自在に軸支されたシャフトと、
   このシャフトに連結されたロータと、
   このロータと僅かな間隔をもって対向するコイルと、
   を備え、
   上記シャフトによって上記ロータを回転させることで上記コイルのインダクタンスを変化させ、その変化を出力信号として取り出すようにした無接触型ポテンショメータであって、
   上記コイルの一部を電磁遮蔽板で覆い、上記シャフトに連結されたロータが所定の回転角になったときに、上記ロータの全面が上記電磁遮蔽板によって上記コイルと遮蔽される構成とすることにより、上記シャフトの回転の中心部に出力の変化しない範囲を設けたことを特徴とする無接触型ポテンショメータ。

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