JP4706100B2

JP4706100B2 - 変位センサ

Info

Publication number: JP4706100B2
Application number: JP2000351658A
Authority: JP
Inventors: 祐治平岩; 敬司保田; 耕司明石
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: US20020070735A1; JP2002156246A; US6586951B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、抵抗体上をブラシが摺動し、ブラシの位置に基づいて信号出力が成される変位センサに関するものであり、特に、接触式変位センサの電源ライン、接地ラインおよび出力ラインの回路パターンの配置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のセンサは回転側（例えば、回転軸）あるいは非回転側（例えば、ハウジング）の一方に抵抗体となる抵抗膜が設けられ、他方に抵抗膜に接触し摺動を行うブラシが設けられている。回転軸にはブラシホルダを介してブラシが固定され、被検出物の動きと一体でブラシが回転を行う構成となっている。このような構成において、抵抗体端部間に所定電圧を印加した状態で抵抗体上をブラシが摺動する。ブラシが摺動するとセンサからの出力電圧が変化し、被検出物の位置検出が行える。例えば、このような構成のセンサは、特開平９−３１１０１２号公報に開示されている。
【０００３】
この公報に示されるものは、基板上に電源端子（所定電圧Ｖ１を印加する端子）と接地端子（接地する端子）間に所定の電圧を印加し、２つの出力端子（出力電圧ＶTAを出力する端子と、出力電圧ＶTBを出力する端子）より信号出力を行うものであり、合計４本の端子、２本の円弧状の導体と摺動抵抗体及びブラシを備えている。
【０００４】
電源端子にはオフセット抵抗および摺動抵抗体を介して接地端子に電気的に接続され、一方の出力端子には導体が電気的に接続されている。また、接地端子には摺動抵抗体を介して電源端子に電気的に接続され、他方の出力端子には導体が電気的に接続されている。この構成において、被検出物と一体回転を成す回転軸側に２つの摺動子（ブラシ）が回転可能に固定され、ブラシは円弧状の摺動抵抗体と導体上を同時に摺動し、摺動抵抗体と導体との間で電気接続がなされる。これによって、被検出物の位置（ブラシの回転位置）に応じた信号出力が２つの出力端子から成される。
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に示される構成においては、回転軸を挟んで２つの円弧状を呈する出力パターンが形成されており、その両側にそれぞれ電源ラインと接地ラインが設けられている。このため、何らかの原因により導体で形成される出力ラインが短絡（ショート）してフェール状態になった場合には、出力端子からは電源を印加する端子に加えた電圧（印加電圧）の１／２の電圧が現れる。この印加電圧の１／２の電圧はブラシの位置が変化したとしても、常に印加電圧の１／２の電圧を出力するものとなる。このため、このようにフェールした場合、印加電圧の１／２の電圧を出力する構成にあっては、異常であるのに出力端子の電圧は正常であるとみなし得ることができるため、異常を正確に検知できない場合が起こり得る。
【０００６】
よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、出力端子の短絡が発生した場合に確実に異常を検出できる構成とすることを技術的課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために講じた技術的手段は、基板の片側の面上に設けられた電源ライン、接地ライン及び複数の出力ラインと、前記電源ラインと前記接地ライン間に設けられた抵抗体と、該抵抗体と前記出力ライン上を摺動し電気接続が成されるブラシとを備え、前記電源ラインと前記接地ライン間に所定電圧を印加し、前記ブラシの位置に基づいて前記出力ラインから信号出力がなされる変位センサにおいて、前記電源ライン及び接地ラインはそれぞれ一つの端子を有し、隣り合う前記出力ライン間に前記電源ラインまたは前記接地ラインを設け、前記抵抗体は前記ブラシが摺動する前記複数の出力ラインより前記基板の外周側に設けたことである。
【０００８】
上記の構成により、複数ある出力ラインは隣り合っていても、隣り合う出力ラインの間には電源ラインまたは接地ラインが設けられるので、何らかの原因により出力ライン同士の短絡が発生した場合には、出力ラインの電圧はセンサに印加する所定電圧（印加電圧）または接地電圧（０Ｖ）となるので、異常を正確に検出することが可能となる。よって、出力端子の短絡が発生した場合に確実に異常を検出できる構成とすることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は変位センサ１０に用いられる基板１の回路パターン１１を示す図である。基板１の上には４つの端子Ｔ１〜Ｔ４が横一直線上に並んで設けられ、夫々の端子Ｔ１〜Ｔ４から図１に示す如く、連続的に円弧状の回路パターン１１が形成されている。
【００１１】
図２を参照して、基板上の回路パターン１１について詳細に説明する。ガラスエポキシ樹脂等から成る基板１（ａ図参照）には、円形状の端子Ｔ１〜Ｔ４が並んで形成され、端子Ｔ１からは点Ｏを中心とした円弧部６ｃを有する接地ライン６が連続的に形成されている。接地ライン６の円弧部６ｃの端部６ａ，６ｂは夫々略Ｕ字状を呈する。また、端子Ｔ２からは点Ｏを中心とした接地ライン６の円弧部６ｃと同心円弧の出力ライン４が連続して設けられていると共に、端子Ｔ４からは点Ｏを中心とした接地ライン６の円弧と同心円弧状の出力ライン４が連続して設けられ、出力ライン４の２つの円弧部は点Ｏを通る直線（後述する直線部２ａ）に対して対称である。更に、端子Ｔ３からは点Ｏを通る直線部２ａと点Ｏを中心とする同心円弧状の円弧部２ｂとを有した電源ライン２が形成されている。これらの端子Ｔ１〜Ｔ４、電源ライン２、接地ライン６および出力ライン４を含む回路パターン１１は基板上に銀等の導電性の良い材料を用いて、スクリーン印刷等により形成される（ｂ図参照）。
【００１２】
一方、接地ライン６の略Ｕ字状の端部６ａと電源ライン２の端部２ｂａの間と、接地ライン６の略Ｕ字状の端部６ｂと電源ライン２の端部２ｂｂの間には低抵抗の抵抗膜が点Ｏを中心として同心円弧状に形成されると共に、それと同時に、端子Ｔ１〜Ｔ４、電源ライン２および接地ライン６の表面を覆うよう低抵抗の抵抗膜がスクリーン印刷等により形成される（ｃ図参照）。更に、円形の端子Ｔ１〜Ｔ４を除いた電源ライン２、接地ライン６、出力ライン４上にはカーボンを含む高抵抗の抵抗膜がスクリーン印刷によって設けられる（ｄ図参照）。この構成において、接地ライン６の端部６ａと電源ライン２の端部２ｂａおよび接地ライン６の端部６ｂと電源ライン２の端部２ｂｂの間に形成される円弧部は点Ｏを中心とした円弧となっており、２層の抵抗膜（高抵抗膜＋低抵抗膜）が形成された抵抗体３となる。
【００１３】
また、基板上には所定位置で回路パターン１１に接し、その上を摺動する２つのブラシ５（５ａ，５ｂ）が配設される。ブラシ５は互いにベース部材１６に固定され、略Ｕ字型を呈し、回路パターンに当接する端部を有しており、略Ｕ字型を呈している。ブラシ５ａ，５ｂは共に中心Ｏに対して互いに対称位置に配設され、ブラシ端部は周方向を向いている。ブラシ５ａ，５ｂはレバー１７の回転状態により、ブラシ５ａ，５ｂが固定されたベース部材１６が回転し、点Ｏを中心とした回転動作を行う。ブラシ５ａ，５ｂは抵抗体３（端部６ａ−２ｂａ間、端部６ｂ−２ｂｂ間）と出力ライン４上を摺動することにより電気接続がなされ、信号出力をターミナルＴＭ２，ＴＭ４から信号出力として取り出せるようになっている。
【００１４】
変位センサ１０の全体の構成について図３を参照して説明する。ハウジング１２には４本のターミナル１３および軸受１４がインサート成形されている。ハウジング１２の軸受１４が設けられる部位はボス部１２ａとなっており、ボス部１２ａの周囲にスプリング１８が配設され、軸受１４の図３に示す上部には円形状のブラシホルダと成るベース部材１６がインサート成形により設けられた回転軸１５が挿通される。ベース部材１６の上面には２つのブラシ５が点Ｏに対して対称位置となるように置かれ、ブラシ５ａ，５ｂとベース部材１６とはベース部材上部に設けられた突起がブラシ５ａ，５ｂの取り付け孔に通され、突起の先端が熱かしめ等の固定方法により、ブラシ５ａ，５ｂはベース部材１６に固定される。
【００１５】
スプリング１８は一端がボス部１２ａが形成されるハウジング下側の内壁に当接し、他端がベース部材１６の裏面に当接している。ベース部材１６がボス部上に取り付けられる場合には、スプリング１８の付勢力に抗して、ベース部材１６を軸受側に押圧した状態で、略Ｌ字型のレバー１７を回転軸１５の端部１５ａに取り付けた後、ベース部材１６がレバー１７と一体回転となるようにシャフト１５の端部１５ａがかしめられる。これにより、被検出物に直接的あるいは間接的に接続されるレバー１７が回転動作を起こせば、その回転動作によりベース部材に固定された２つのブラシ５ａ，５ｂはハウジング１２の内部に形成された凹部内で回転動作を行う。
【００１６】
一方、ハウジング１２にインサート成形された４本のターミナル１３の一端は図示しない外部コネクタに接続されるが、外部コネクタによりコネクタ部ＣＮからセンサ１０に電圧が供給されると共に信号出力がセンサ外部に取り出せるようになっている。４本のターミナル１３の他端には電気的接続がなされるように、スプリング２０がそれぞれ配設され、スプリング上面には内側に回路パターン１１が形成された基板１が被せられる。基板１をハウジング１２に被せる際、ハウジング１２の開口１２ｃ外周に設けられた環状の溝１２ｂにリング状のシール部材２１が配設され、基板１はハウジング１２に位置決めされた状態で、ハウジング１２の開口１２ｃを含む上部表面を基板１で閉塞し、基板１はかしめ等の固定方法あるいはビス等の固定部材１９により固定される。センサ１０は内面に回路パターン１１が形成されている基板１は外部からの水滴の浸入を防ぐようシール部材２１が周囲に設けられているため、シール性が十分確保される。
【００１７】
このように基板１がハウジング１２にシール性を保ち固定された状態では、スプリング２０によりターミナル１３と基板上の端子Ｔ１〜Ｔ４の電気的接続がなされると共に、ブラシ５ａ，５ｂの略Ｕ字型の先端の当接部が回路パターン１１の抵抗体３と出力ライン４上にそれぞれ当接し、電気的接続がなされる。これにより、コネクタＣＮのターミナル１３の端子ＴＭ１は基板上の端子Ｔ１に電気的に接続され、端子ＴＭ２は基板上の端子Ｔ２に電気的に接続される。また、端子ＴＭ３は基板上の端子Ｔ３に電気的に接続され、端子ＴＭ４は基板上の端子Ｔ４に電気的に接続される。
【００１８】
このような構成において、例えば、端子ＴＭ１を接地し、端子ＴＭ３に所定電圧（例えば、５Ｖ）を印加すると、抵抗体３の両端には印加された電圧（５Ｖ）がかかる。そこで、被検出物が動作し、レバーに回転動作を与えると、レバー１７の回転動作によりブラシ５が回路パターン上を摺動するが、ブラシ５が回路パターン上を摺動と、ブラシ位置に応じた電圧が端子ＴＭ２とＴＭ４から信号出力される。
【００１９】
この場合、端子ＴＭ２とＴＭ４からの２つの信号出力は、ブラシ位置により変化し、ブラシ位置を変化させて出力電圧をモニタすると、出力電圧は互いにクロスする。具体的には、ブラシ５ａ，５ｂが図１に示す時計方向に次第に回動すれば、一方の出力端子（例えば、ＴＭ２）の電圧は次第に増加してゆくが、もう一方の出力端子（例えば、ＴＭ４）の電圧は次第に減少する。これと同様にブラシ５ａ，５ｂが反時計方向に次第に回動すれば、一方の出力端子（例えば、ＴＭ２）の電圧は次第に減少してゆくが、もう一方の出力端子（例えば、ＴＭ４）の電圧は次第に増加する。
【００２０】
次に、回路パターン１１でのフェールについて説明する。本実施形態では基板上に、点Ｏに関して対称位置に円弧状の出力ライン４が形成されているが、この隣り合う２つの出力ライン間には電源ライン２の直線部２ａが形成されている。このため、ブラシ５の異常（例えば、ブラシ５がベース部材１６から外れ端子間ショートを起こした場合等）、或いは、何らかの原因（例えば、導電性異物の回路パターン上での噛み込み等）により、２つの出力ラインが短絡した場合には電源ラインがその間に入っているため、出力端子ＴＭ２，ＴＭ４の電圧はセンサ１０に印加した電圧（端子Ｔ３に印加した所定電圧）が現れることによって、出力端子ＴＭ２，ＴＭ４の電圧はブラシ５の回動によらず、常に所定電圧（例えば、５Ｖ）を出力することから、センサの異常を確実に検出することができる。
【００２１】
また、別の実施形態として、センサの所定電圧を印加する端子をＴＭ１とし、接地する端子をＴＭ３とすれば、ＴＭ１に接続するラインは電源ラインとなりＴＭ３に接続するラインは接地ラインとなり、この隣り合う２つの出力ライン４間には接地ラインが形成されるものとなる。このため、ブラシ５の異常（例えば、ブラシ５がベース部材１６から外れ端子間ショートを起こした場合等）、或いは、何らかの原因（例えば、導電性異物の回路パターン上での噛み込み等）により、２つの出力ラインが短絡した場合には接地ラインがその間に入っているため、出力端子ＴＭ２，ＴＭ４の電圧は接地電圧（０Ｖ）が現れることによって、出力端子ＴＭ２，ＴＭ４の電圧はブラシ５の回動によらず、常に接地電圧（０Ｖ）を出力することから、センサの異常を確実に検出することができる。
【００２２】
尚、本実施形態においては、端子ＴＭ１を接地し、端子ＴＭ３に所定電圧（例えば、５Ｖ）を印加しているが、これに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、基板上に円弧状の出力ライン４が２つ形成されたものについて説明を行ったがこれに限定されず、３つ以上の出力ライン４が形成され、隣り合う出力ラインの間に電源ライン２または接地ライン６が形成されることにより、何らかの原因でブラシ５が回路パターン１１に短絡もしくは導電性異物の噛み込み等により出力ライン同士が短絡した場合でも、信号出力を行う端子ＴＭ２，ＴＭ４には印加電圧（例えば、５Ｖ）または接地電圧（０Ｖ）となるため、異常を確実に検出することができる。
【００２３】
【効果】
本発明によれば、複数ある出力ラインは隣り合っていても、隣り合う出力ラインの間には電源ラインまたは接地ラインが設けられるので、何らかの原因により出力ラインどうし短絡が発生した場合には、出力ラインの電圧はセンサに印加する所定電圧（印加電圧）または接地電圧（０Ｖ）となるので、異常を正確に検出することができる。よって、出力端子の短絡が発生した場合に確実に異常を検出できる構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における変位センサの基板上に設けられた電源ライン、接地ライン、出力ラインのラインパターン形状を示す平面図である。
【図２】図１に示す基板上に設けられる回路パターンを示した図である。
【図３】本発明の一実施形態における変位センサの断面図である。
【図４】図３に示す矢視図である。
【符号の説明】
１基板
２電源ライン
３抵抗体
４出力ライン
５ブラシ
６接地ライン
１０変位センサ
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４端子

Claims

基板の片側の面上に設けられた電源ライン、接地ライン及び複数の出力ラインと、前記電源ラインと前記接地ライン間に設けられた抵抗体と、該抵抗体と前記出力ライン上を摺動し電気接続が成されるブラシとを備え、前記電源ラインと前記接地ライン間に所定電圧を印加し、前記ブラシの位置に基づいて前記出力ラインから信号出力がなされる変位センサにおいて、
前記電源ライン及び接地ラインはそれぞれ一つの端子を有し、
隣り合う前記出力ライン間に前記電源ラインまたは前記接地ラインを設け、
前記抵抗体は前記ブラシが摺動する前記複数の出力ラインより前記基板の外周側に設けたことを特徴とする変位センサ。