JP4127574B2 - ポジションセンサ - Google Patents
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はポジションセンサに係わり、特に、両端に電圧が印加された抵抗膜に移動しながら接触する接触子から出力を取り出すポジションセンサの耐久性を向上させる手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の抵抗膜を用いたポジションセンサの例を図９および図１０を参照して説明する。図９（ｂ）に示す２は図示していないアクチュエータと連動するスライダーであり、圧縮コイルばね６によりアクチュエータ方向に付勢されアクチュエータと同一ストロークで移動する。スライダー２にはブラシ７が固着されている。
【０００３】
ブラシ７は図９（ａ）に詳しく示すように抵抗基板５の抵抗膜５ｂと導電膜５ｃとに接触して抵抗膜５ｂの位置に応じた電圧を取り出す。すなわち、抵抗膜５ｂの両端は導電膜５ｃにより電極５ａ、５ａに接続されており、その電極に５Ｖの電圧が印加されている。導電膜５ｃに接続された電極５ａからブラシ７の位置に応じた出力電圧が取り出される。図１０にこの出力電圧が取り出される回路が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のポジションセンサでは、ブラシ７と抵抗膜５ｂおよび導電膜５ｃとの接触抵抗を小さくするためにブラシ７はある程度の接触圧により抵抗膜５ｂおよび導電膜５ｃと接触させる必要がある。そのためにブラシ７の摺動に伴ってブラシ７、抵抗膜５ｂおよび導電膜５ｃが摩耗する。そして、摩耗粉のかみ込みや摩耗粉の固着による出力不良が発生することがある。また、抵抗膜５ｂの摩耗により、出力のリニアリティが損なわれる。
【０００５】
このような事情のために上記従来のポジションセンサはブラシの移動回数が多く要求される用途には適していなかった。現状ではブラシのフルストローク移動に対しては２０００万回程度、０．５ｍｍストロークのディザー作動では３億回程度が限界であった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、接触子の作動よる摩耗が極めて少なく、寿命が長いポジションセンサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のポジションセンサは、抵抗基板の表面に形成された抵抗膜の両端に外部から電圧を印加し、前記抵抗膜と接して移動部材と連動する接触子から取出した電圧を外部に出力するポジションセンサにおいて、前記抵抗基板の裏面側に前記移動部材と連動する磁石または磁性体を配置し、前記接触子を円筒形状の磁性体または磁石として前記磁石または磁性体の移動に従い転動するように構成したものである。
【０００８】
また、前記ポジションセンサにおいて、前記移動部材がアクチュエータと連動するものである。
【０００９】
さらに、本発明のポジションセンサは、抵抗基板の表面に形成された抵抗膜の両端に外部から電圧を印加し、前記抵抗膜と接して移動部材と連動する接触子から取出した電圧を外部に出力するポジションセンサにおいて、前記抵抗基板の裏面側に前記移動部材と連動する磁石または磁性体を配置し、前記接触子を円筒形状の磁性体または磁石の周囲に導電性のコイルばねが配置された複合体として前記磁石または磁性体の移動に従い転動するように構成したものである。
【００１０】
また、前記ポジションセンサにおいて、前記コイルばねを太鼓形としてその両端を円筒形状の磁性体または磁石に隙間なく巻き付けたものである。
【００１１】
さらに、前記各ポジションセンサにおいて、前記移動部材と連動する磁石または磁性体を前記抵抗基板に非接触に配置したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例であるポジションセンサを図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例であるポジションセンサを示す。図に示すポジションセンサ本体１には抵抗基板５が固定され、また、スライダ２が上下方向摺動自在に取付けられる。ポジションセンサ本体１はアクチュエータ８に取り付けられ、スライダ２はアクチュエータ８の弁体と連結部材８ａにより連結される。さらに、スライダ２は圧縮コイルばね６により連結部材８ａの方向に付勢されており弁体と同一のストロークで上下方向に移動する。
【００１３】
スライダ２には図１（ｂ）に示すようにＵ字形の磁石４が固定されており、磁石４の両先端は抵抗基板５の裏面と非接触に対向している。抵抗基板５の表面には磁石４に吸引されて抵抗基板５に圧接される接触子３が配置されている。接触子３は円筒形状の磁性体であり、磁石４に吸引されて抵抗基板５を転動する。
【００１４】
接触子３は図２（ａ）に詳しく示すように抵抗基板５の抵抗膜５ｂと導電膜５ｃと接触して抵抗膜５ｂの位置に応じた電圧を取り出す。すなわち、抵抗膜５ｂの両端は導電膜５ｃ、５ｃにより電極５ａ、５ａに接続されており、その電極に５Ｖの電圧が印加されている。導電膜５ｃに接続された電極５ａから接触子３の位置に応じた出力電圧が取り出される。図３にこの出力電圧が取り出される回路が示されている。
【００１５】
このように、接触子３と抵抗基板５とは転がり接触をするので接触子３、抵抗膜５ｂおよび導電膜５ｃの摩耗が極めて少なく、ポジションセンサの寿命が従来のもに比べて極めて長くなる。また、スライダ２と抵抗基板５とが非接触であるため、スライダ２の移動に伴う摩擦抵抗も小さくなる。
【００１６】
図４に本発明の第２の実施例を示す。この例では第１の実施例における接触子３の代りに、磁石で作られた接触子９が用いられ、磁石４の代りに磁性材１０が用いられている。他の構成は第１の実施例と同様である。接触子９と磁性体１０との吸引力により第１の実施例と同様の作用が行われるが、磁性材１０をインサートモールドした後に着磁する必要がなく、製造工程が簡単である。
【００１７】
図５および図６に本発明の第３の実施例を示す。この例では第１の実施例における接触子３の代りに、図５（ａ）に示す構造の接触子が用いられる。この接触子は円筒形の磁性体１３の周囲に太鼓形のコイルばね１４が嵌着された構造となっている。コイルばね１４は導電性材料で作られておりその両端は磁性体１３に隙間なく巻き付けられている。自然状態ではコイルばね１４中央部は磁性体１３から離れている。
【００１８】
図６に第３の実施例のポジションセンサの構造を示す。この例ではアクチュエータと連動するスライダ２にヨーク１１と磁石１２とが一体となった吸引部材が取り付けられており、この吸引部材は抵抗基板５を挟んで図５で説明した磁性体１３を吸引する。他の構造は第１の実施例と同様である。スライダ２が矢印に示すように移動すると、磁性体１３は矢印に示すように転動してスライダ２に追従する。
【００１９】
磁性体１３は磁石１２に吸引されるので、コイルばね１４は図５（ｂ）に示すように変形する。すなわち、抵抗基板５と磁性体１３で挟まれた部分は抵抗膜５ｂと導電膜５ｃに圧接される。図７に第１の実施例において、接触子３と抵抗膜５ｂの間にごみ１５が入り込んだ状態を示している。このようにごみを噛み込むと接触子３と抵抗膜５ｂが離れるので接触抵抗が大きくなる。
【００２０】
第３の実施例では図５（ｂ）に示すようにごみ１５があってもコイルばね１４の間に入るのでコイルばね１４と抵抗膜５ｂとの密着状態が保たれる。また、抵抗膜５ｂの表面に多少の凹凸があってもコイルばね１４が変形するので、コイルばね１４と抵抗膜５ｂとの密着状態を保つことができる。また、磁性体は比較的抵抗値が大きいがコイルばね１４は抵抗値の小さい材料を用いることができる。
【００２１】
このように第３の実施例では第１の実施例に比較して接触子と抵抗膜との接触抵抗を小さくすることができる。図８（ａ）に第１の実施例において、スライダを１往復させたときの接触子と抵抗膜との接触抵抗の変化を示し、図８（ｂ）に第３の実施例において、スライダを１往復させたときの接触子と抵抗膜との接触抵抗の変化を示す。図から明らかなように第３の実施例の接触抵抗は第１の実施例よりも小さくなっている。
【００２２】
実施例ではスライダ２と抵抗基板５とを非接触としたが、摩擦抵抗の小さい部材を用いて軽く接触させても、接触子、抵抗膜および導電膜の摩耗が小さいという本発明の効果を奏する。また、実施例ではスライダ２はアクチュエータと連動する構成となっているが、スライダ２をアクセルペダルと連動する移動部材など人力で動かされるものやその他の外力によって動かされるものに置き換えても本発明の効果が得られる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のポジションセンサによると、接触子と抵抗基板とが転がり接触をするので接触子、抵抗膜および導電膜の摩耗が極めて少なくポジションセンサを長寿命とすることができる。
【００２４】
さらに、位置を検出する対象物が激しく細かい動きをする場合や、大きい加速度がポジションセンサや被検出物に加えられる場合に、接触子の動きが平準化されて、ディザー作動や高加速度に対する耐久性が一層高くなる。
【００２５】
また、磁石または磁性体を抵抗基板と非接触とすると、磁石または磁性体に対する摩擦抵抗がなくなり、スライダの動きが安定し信頼性が高まる。また、組立て時には接触子は磁石または磁性体に吸引されて自動的に位置決めされるので、組立て作業性がよい。
【００２６】
さらに、接触子を円筒形状の磁性体または磁石の周囲に導電性のコイルばねが配置された複合体としたものは、接触子と抵抗膜との接触抵抗が小さくかつ安定するので、安定した出力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施例であるポジションセンサの構造を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２（ａ）は同ポジションセンサの作動原理を示すための斜視図、図２（ｂ）は同ポジションセンサの作動原理を示すための断面図である。
【図３】同ポジションセンサの回路を示す図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の第２の実施例であるポジションセンサの作動原理を示すための斜視図、図４（ｂ）は同ポジションセンサの作動原理を示すための断面図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の第３の実施例であるポジションセンサの接触子を示す断面図、図５（ｂ）は同接触子の使用状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例であるポジションセンサの構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施例であるポジションセンサの使用状態の例を示す部分平面図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の第１の実施例であるポジションセンサの接触抵抗の変化を示すグラフ、 図８（ｂ）は本発明の第３の実施例であるポジションセンサの接触抵抗の変化を示すグラフである。
【図９】図９（ａ）は従来のポジションセンサの作動原理を示すための斜視図、図９（ｂ）は同ポジションセンサの作動原理を示すための断面図である。
【図１０】同ポジションセンサの回路を示す図である。
【符号の説明】
１ ポジションセンサ本体
２ スライダ
３ 接触子
４ 磁石
５ 抵抗基板、５ａ 電極、５ｂ 抵抗膜、５ｃ 導電膜
６ 圧縮コイルばね
７ ブラシ
８ アクチュエータ、８ａ 連結部材
９ 接触子
１０ 磁性材
１１ ヨーク
１２ 磁石
１３ 磁性体
１４ コイルばね
１５ ごみ
【産業上の利用分野】
本発明はポジションセンサに係わり、特に、両端に電圧が印加された抵抗膜に移動しながら接触する接触子から出力を取り出すポジションセンサの耐久性を向上させる手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の抵抗膜を用いたポジションセンサの例を図９および図１０を参照して説明する。図９（ｂ）に示す２は図示していないアクチュエータと連動するスライダーであり、圧縮コイルばね６によりアクチュエータ方向に付勢されアクチュエータと同一ストロークで移動する。スライダー２にはブラシ７が固着されている。
【０００３】
ブラシ７は図９（ａ）に詳しく示すように抵抗基板５の抵抗膜５ｂと導電膜５ｃとに接触して抵抗膜５ｂの位置に応じた電圧を取り出す。すなわち、抵抗膜５ｂの両端は導電膜５ｃにより電極５ａ、５ａに接続されており、その電極に５Ｖの電圧が印加されている。導電膜５ｃに接続された電極５ａからブラシ７の位置に応じた出力電圧が取り出される。図１０にこの出力電圧が取り出される回路が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のポジションセンサでは、ブラシ７と抵抗膜５ｂおよび導電膜５ｃとの接触抵抗を小さくするためにブラシ７はある程度の接触圧により抵抗膜５ｂおよび導電膜５ｃと接触させる必要がある。そのためにブラシ７の摺動に伴ってブラシ７、抵抗膜５ｂおよび導電膜５ｃが摩耗する。そして、摩耗粉のかみ込みや摩耗粉の固着による出力不良が発生することがある。また、抵抗膜５ｂの摩耗により、出力のリニアリティが損なわれる。
【０００５】
このような事情のために上記従来のポジションセンサはブラシの移動回数が多く要求される用途には適していなかった。現状ではブラシのフルストローク移動に対しては２０００万回程度、０．５ｍｍストロークのディザー作動では３億回程度が限界であった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、接触子の作動よる摩耗が極めて少なく、寿命が長いポジションセンサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のポジションセンサは、抵抗基板の表面に形成された抵抗膜の両端に外部から電圧を印加し、前記抵抗膜と接して移動部材と連動する接触子から取出した電圧を外部に出力するポジションセンサにおいて、前記抵抗基板の裏面側に前記移動部材と連動する磁石または磁性体を配置し、前記接触子を円筒形状の磁性体または磁石として前記磁石または磁性体の移動に従い転動するように構成したものである。
【０００８】
また、前記ポジションセンサにおいて、前記移動部材がアクチュエータと連動するものである。
【０００９】
さらに、本発明のポジションセンサは、抵抗基板の表面に形成された抵抗膜の両端に外部から電圧を印加し、前記抵抗膜と接して移動部材と連動する接触子から取出した電圧を外部に出力するポジションセンサにおいて、前記抵抗基板の裏面側に前記移動部材と連動する磁石または磁性体を配置し、前記接触子を円筒形状の磁性体または磁石の周囲に導電性のコイルばねが配置された複合体として前記磁石または磁性体の移動に従い転動するように構成したものである。
【００１０】
また、前記ポジションセンサにおいて、前記コイルばねを太鼓形としてその両端を円筒形状の磁性体または磁石に隙間なく巻き付けたものである。
【００１１】
さらに、前記各ポジションセンサにおいて、前記移動部材と連動する磁石または磁性体を前記抵抗基板に非接触に配置したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例であるポジションセンサを図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例であるポジションセンサを示す。図に示すポジションセンサ本体１には抵抗基板５が固定され、また、スライダ２が上下方向摺動自在に取付けられる。ポジションセンサ本体１はアクチュエータ８に取り付けられ、スライダ２はアクチュエータ８の弁体と連結部材８ａにより連結される。さらに、スライダ２は圧縮コイルばね６により連結部材８ａの方向に付勢されており弁体と同一のストロークで上下方向に移動する。
【００１３】
スライダ２には図１（ｂ）に示すようにＵ字形の磁石４が固定されており、磁石４の両先端は抵抗基板５の裏面と非接触に対向している。抵抗基板５の表面には磁石４に吸引されて抵抗基板５に圧接される接触子３が配置されている。接触子３は円筒形状の磁性体であり、磁石４に吸引されて抵抗基板５を転動する。
【００１４】
接触子３は図２（ａ）に詳しく示すように抵抗基板５の抵抗膜５ｂと導電膜５ｃと接触して抵抗膜５ｂの位置に応じた電圧を取り出す。すなわち、抵抗膜５ｂの両端は導電膜５ｃ、５ｃにより電極５ａ、５ａに接続されており、その電極に５Ｖの電圧が印加されている。導電膜５ｃに接続された電極５ａから接触子３の位置に応じた出力電圧が取り出される。図３にこの出力電圧が取り出される回路が示されている。
【００１５】
このように、接触子３と抵抗基板５とは転がり接触をするので接触子３、抵抗膜５ｂおよび導電膜５ｃの摩耗が極めて少なく、ポジションセンサの寿命が従来のもに比べて極めて長くなる。また、スライダ２と抵抗基板５とが非接触であるため、スライダ２の移動に伴う摩擦抵抗も小さくなる。
【００１６】
図４に本発明の第２の実施例を示す。この例では第１の実施例における接触子３の代りに、磁石で作られた接触子９が用いられ、磁石４の代りに磁性材１０が用いられている。他の構成は第１の実施例と同様である。接触子９と磁性体１０との吸引力により第１の実施例と同様の作用が行われるが、磁性材１０をインサートモールドした後に着磁する必要がなく、製造工程が簡単である。
【００１７】
図５および図６に本発明の第３の実施例を示す。この例では第１の実施例における接触子３の代りに、図５（ａ）に示す構造の接触子が用いられる。この接触子は円筒形の磁性体１３の周囲に太鼓形のコイルばね１４が嵌着された構造となっている。コイルばね１４は導電性材料で作られておりその両端は磁性体１３に隙間なく巻き付けられている。自然状態ではコイルばね１４中央部は磁性体１３から離れている。
【００１８】
図６に第３の実施例のポジションセンサの構造を示す。この例ではアクチュエータと連動するスライダ２にヨーク１１と磁石１２とが一体となった吸引部材が取り付けられており、この吸引部材は抵抗基板５を挟んで図５で説明した磁性体１３を吸引する。他の構造は第１の実施例と同様である。スライダ２が矢印に示すように移動すると、磁性体１３は矢印に示すように転動してスライダ２に追従する。
【００１９】
磁性体１３は磁石１２に吸引されるので、コイルばね１４は図５（ｂ）に示すように変形する。すなわち、抵抗基板５と磁性体１３で挟まれた部分は抵抗膜５ｂと導電膜５ｃに圧接される。図７に第１の実施例において、接触子３と抵抗膜５ｂの間にごみ１５が入り込んだ状態を示している。このようにごみを噛み込むと接触子３と抵抗膜５ｂが離れるので接触抵抗が大きくなる。
【００２０】
第３の実施例では図５（ｂ）に示すようにごみ１５があってもコイルばね１４の間に入るのでコイルばね１４と抵抗膜５ｂとの密着状態が保たれる。また、抵抗膜５ｂの表面に多少の凹凸があってもコイルばね１４が変形するので、コイルばね１４と抵抗膜５ｂとの密着状態を保つことができる。また、磁性体は比較的抵抗値が大きいがコイルばね１４は抵抗値の小さい材料を用いることができる。
【００２１】
このように第３の実施例では第１の実施例に比較して接触子と抵抗膜との接触抵抗を小さくすることができる。図８（ａ）に第１の実施例において、スライダを１往復させたときの接触子と抵抗膜との接触抵抗の変化を示し、図８（ｂ）に第３の実施例において、スライダを１往復させたときの接触子と抵抗膜との接触抵抗の変化を示す。図から明らかなように第３の実施例の接触抵抗は第１の実施例よりも小さくなっている。
【００２２】
実施例ではスライダ２と抵抗基板５とを非接触としたが、摩擦抵抗の小さい部材を用いて軽く接触させても、接触子、抵抗膜および導電膜の摩耗が小さいという本発明の効果を奏する。また、実施例ではスライダ２はアクチュエータと連動する構成となっているが、スライダ２をアクセルペダルと連動する移動部材など人力で動かされるものやその他の外力によって動かされるものに置き換えても本発明の効果が得られる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のポジションセンサによると、接触子と抵抗基板とが転がり接触をするので接触子、抵抗膜および導電膜の摩耗が極めて少なくポジションセンサを長寿命とすることができる。
【００２４】
さらに、位置を検出する対象物が激しく細かい動きをする場合や、大きい加速度がポジションセンサや被検出物に加えられる場合に、接触子の動きが平準化されて、ディザー作動や高加速度に対する耐久性が一層高くなる。
【００２５】
また、磁石または磁性体を抵抗基板と非接触とすると、磁石または磁性体に対する摩擦抵抗がなくなり、スライダの動きが安定し信頼性が高まる。また、組立て時には接触子は磁石または磁性体に吸引されて自動的に位置決めされるので、組立て作業性がよい。
【００２６】
さらに、接触子を円筒形状の磁性体または磁石の周囲に導電性のコイルばねが配置された複合体としたものは、接触子と抵抗膜との接触抵抗が小さくかつ安定するので、安定した出力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施例であるポジションセンサの構造を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２（ａ）は同ポジションセンサの作動原理を示すための斜視図、図２（ｂ）は同ポジションセンサの作動原理を示すための断面図である。
【図３】同ポジションセンサの回路を示す図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の第２の実施例であるポジションセンサの作動原理を示すための斜視図、図４（ｂ）は同ポジションセンサの作動原理を示すための断面図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の第３の実施例であるポジションセンサの接触子を示す断面図、図５（ｂ）は同接触子の使用状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例であるポジションセンサの構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施例であるポジションセンサの使用状態の例を示す部分平面図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の第１の実施例であるポジションセンサの接触抵抗の変化を示すグラフ、 図８（ｂ）は本発明の第３の実施例であるポジションセンサの接触抵抗の変化を示すグラフである。
【図９】図９（ａ）は従来のポジションセンサの作動原理を示すための斜視図、図９（ｂ）は同ポジションセンサの作動原理を示すための断面図である。
【図１０】同ポジションセンサの回路を示す図である。
【符号の説明】
１ ポジションセンサ本体
２ スライダ
３ 接触子
４ 磁石
５ 抵抗基板、５ａ 電極、５ｂ 抵抗膜、５ｃ 導電膜
６ 圧縮コイルばね
７ ブラシ
８ アクチュエータ、８ａ 連結部材
９ 接触子
１０ 磁性材
１１ ヨーク
１２ 磁石
１３ 磁性体
１４ コイルばね
１５ ごみ
Claims (5)
- 抵抗基板の表面に形成された抵抗膜の両端に外部から電圧を印加し、前記抵抗膜と接して移動部材と連動する接触子から取出した電圧を外部に出力するポジションセンサにおいて、前記抵抗基板の裏面側に前記移動部材と連動する磁石または磁性体を配置し、前記接触子を円筒形状の磁性体または磁石として前記磁石または磁性体の移動に従い転動するように構成したポジションセンサ。
- 前記移動部材がアクチュエータと連動することを特徴とする請求項１のポジションセンサ。
- 抵抗基板の表面に形成された抵抗膜の両端に外部から電圧を印加し、前記抵抗膜と接して移動部材と連動する接触子から取出した電圧を外部に出力するポジションセンサにおいて、前記抵抗基板の裏面側に前記移動部材と連動する磁石または磁性体を配置し、前記接触子を円筒形状の磁性体または磁石の周囲に導電性のコイルばねが配置された複合体として前記磁石または磁性体の移動に従い転動するように構成したポジションセンサ。
- 前記コイルばねを太鼓形としてその両端を円筒形状の磁性体または磁石に隙間なく巻き付けた請求項３のポジションセンサ。
- 前記移動部材と連動する磁石または磁性体を前記抵抗基板に非接触に配置した請求項１から４に記載したポジションセンサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16588798A JP4127574B2 (ja) | 1997-08-12 | 1998-05-29 | ポジションセンサ |
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