JP5230517B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、位置検出装置に関し、特に、角度センサや直線変位センサ等に用いられる位置検出装置に関する。

従来、角度センサ等に用いられる位置検出装置として、回転体の回転に応じて可変する出力電圧により回転角度を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この位置検出装置は、略Ｃ字状の抵抗体パターンが形成された抵抗体基板と、回転体の端面に固定され、抵抗体パターン上を摺動する摺動子とを有して構成されている。摺動子は、回転体から抵抗体基板側に立ち上がる起立位置を支点として、摺動端（自由端）が円弧状の移動軌跡を描くように揺動可能に回転体に片持ち保持されている。

この場合、摺動子の摺動端側に形成された接点部は、延在方向の途中部分から抵抗体基板に直交する方向に対して起立位置の反対側に倒れるように形成され、抵抗体パターンに斜めに接触される。そして、抵抗体パターンと摺動子の摺動端との摺動位置に応じて、抵抗体パターンの抵抗値が可変されて、この抵抗値の可変に応じた出力電圧を得ることで回転体の回転角度が検出される。

特開２００２−３９７８９号公報

しかしながら、上記したような従来の位置検出装置においては、接点部が抵抗体基板に直交する方向に対して起立位置の反対側に倒れるように形成されているため、接点部の摩耗により摺動位置にズレが生じて、検出精度が低下するという問題があった。具体的には、図８（ａ）に示すように、接点部９２が摩耗すると、距離Ｌ分だけ摺動位置が位置ズレしてしまっていた。

また、従来の位置検出装置においては、抵抗体パターン表面の細かな凹凸との摺動により摺動子に撓みが発生し、接点部と抵抗体パターンとの接触性が悪化して検出精度が低下するという問題があった。特に、図８（ｂ）に示すように、摺動子９１が接点部９２の傾倒側に摺動される場合には、接点部が抵抗体パターン表面の細かな凹凸に強く当たって摺動子９１に撓みが生じてしまっていた。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、接点部の摩耗による摺動位置の位置ズレおよび接触性の悪化を抑制して、位置検出精度を向上させることができる位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明の位置検出装置は、抵抗体パターンが形成された抵抗体基板と、前記抵抗体パターン上を摺動し、前記抵抗体パターンの抵抗値を可変させる摺動子と、前記摺動子を保持し、前記抵抗体基板に対して相対移動可能な保持部材とを備え、前記摺動子は、前記抵抗体基板側に立ち上がる起立位置を支点として揺動可能に前記保持部材に保持され、摺動端側において、延在方向の途中部分から前記抵抗体基板に直交する方向に対して前記起立位置側に倒されて、前記抵抗体パターンに接触される接点部を有し、前記接点部は、揺動によって前記摺動端の描く円弧状の移動軌跡に沿うように形成されることを特徴とする。

この構成によれば、摺動子の接点部が、摺動端側において、延在方向の途中部分から抵抗体基板に直交する方向に対して起立位置側に倒されて形成されるため、接点部が摩耗した場合に摺動位置の位置ズレを小さくすることができる。例えば、接点部を揺動によって摺動端の描く円弧状の略移動軌跡に沿うように形成することで、摺動位置の位置ズレを小さくすることができる。また、摺動子が接点部の傾倒側に摺動される場合にも、抵抗体パターン表面の細かな凹凸との当たりに対する剛性が強化されるため、摺動子の撓みが小さくされ、接触性を向上させることができる。したがって、摺動位置の位置ズレおよび接触性の悪化を抑制して、位置検出精度を向上させることができる。また、接点部の摩耗に応じて摺動端が摺動軌跡を移動するため、摺動位置の位置ズレを最小にすることができる。

また本発明は、上記位置検出装置において、前記接点部は、揺動によって前記摺動端の描く円弧状の移動軌跡に沿って円弧状に形成されることを特徴とする。

この構成によれば、接点部の摩耗に応じて摺動端が摺動軌跡を移動するため、摺動位置の位置ズレを最小にすることができる。

また本発明は、上記位置検出装置において、前記接点部は、揺動によって前記摺動端の描く円弧状の移動軌跡上の２点を結ぶ直線状に形成されることを特徴とする。

この構成によれば、接点部の摩耗に応じて摺動端が略摺動軌跡を移動するため、摺動位置の位置ズレを小さくすることができる。また、接点部が直線状であるため、加工が容易となる。

また本発明は、上記位置検出装置において、前記摺動子は、前記起立位置から前記接点部において、少なくとも一部が前記抵抗体基板に対して平行となるように形成されることを特徴とする。

この構成によれば、摺動子が摺動端の傾倒側に摺動される場合にも、摺動子の揺動方向に対する剛性が強化されるため、撓みがより小さくされ、接触性を向上させることができる。

本発明によれば、接点部の摩耗による摺動位置の位置ズレおよび接触性の悪化を抑制して、位置検出精度を向上させることができる。

本発明に係る位置検出装置の実施の形態を示す図であり、回転型センサの斜視図である。 本発明に係る位置検出装置の実施の形態を示す図であり、回転型センサからカバーを外した斜視図である。 本発明に係る位置検出装置の実施の形態を示す図であり、回転型センサの断面図である。 本発明に係る位置検出装置の実施の形態を示す図であり、回転体に摺動部材が取り付けられた状態を示す斜視図である。 本発明に係る位置検出装置の実施の形態を示す図であり、絶縁基板および摺動部材の平面模式図である。 本発明に係る位置検出装置の実施の形態を示す図であり、絶縁基板と摺動子との摺動状態の説明図である。 本発明に係る位置検出装置の実施の形態を示す図であり、摺動子の部分拡大図である。 本発明に係る位置検出装置の従来例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る回転型センサの斜視図である。図２は、本実施の形態に係る回転型センサからカバーを外した斜視図である。図３は、本実施の形態に係る回転型センサの断面図である。なお、以下においては、本発明を、例えば、自動車等に搭載されるスロットルバルブセンサの回転軸に取り付けられて、バルブ開度を検出する回転型センサに適用する場合について説明する。しかしながら、本実施の形態に係る位置検出装置の適用対象については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。

図１から図３に示すように、回転型センサ１は、筐体２を有しており、筐体２内には、回転軸３と共に回転する回転体６と、回転体６と共に回転軸３の回転角度を検出する絶縁基板７とが収容されている。筐体２は、回転体６および絶縁基板７が配設されるケース４と、ケース４の回転軸３側とは反対側の開口部１１を塞ぐカバー５とから構成されている。また、回転型センサ１の検出対象となる回転軸３は、例えば、スロットルバルブに連動して駆動するようになっており、回転体６に挿入される挿入部分は断面長方形状に形成されている。

ケース４は、略円筒状の周壁部１２と、周壁部１２の一部から径方向外側に延在するように形成された筒状部１３と、周壁部１２の一部から筒状部１３に対して直交方向に延在するように形成された一対の固定部１４とを有している。周壁部１２には、回転軸が挿入される回転軸挿入部１６と、回転軸挿入部１６に連なり絶縁基板７が収容される基板収容部１７と、基板収容部１７の筒状部１３側において接続端子２１が収容される端子収容部１８とが形成されている。

基板収容部１７には、周方向に所定の間隔を空けて内周面から複数のガイド凸部１９が突出して形成されており、この複数のガイド凸部１９により絶縁基板７が取付位置までガイドされる。また、端子収容部１８には、３つの接続端子２１を取り付ける３つの取付溝２２が形成され、３つの取付溝２２は筒状部１３の幅方向に対して略平行に位置されている。一対の固定部１４には、それぞれ固定孔２３が形成されており、この固定孔２３に締結部材が挿通されて回転型センサ１がエンジンの所定箇所に固定される。

周壁部１２と筒状部１３とを仕切る隔壁２４には、３つの外部端子２５が埋設され、各外部端子２５はそれぞれ３つの接続端子２１に対応している。また、各外部端子２５は、一端側がピン状に形成され、他端側が板状に形成されており、一端側が筒状部１３内に突出されると共に、他端側が取付溝２２内に露出されて接続端子２１に接続される。

カバー５は、外周側に鍔部を有する皿状に形成されており、鍔部に沿って充填された結合剤８によりケース４の開口部１１に固定される。また、カバー５の回転軸３の軸線上の位置には、絶縁基板７側に突出した保持部２７が形成されている。保持部２７は、略円錐形状に形成されており、回転体６を回転可能に支持している。

絶縁基板７は、絶縁樹脂により略円盤状に形成されており、ケース４の開口部１１側とは反対側の下面に抵抗体パターン７１および良導電体からなる集電体パターン７２が形成されている（図５参照）。また、抵抗体パターン７１および集電体パターン７２は、回転体６に設けられた摺動子５７が摺動可能となっており、摺動子５７の摺動位置に応じて抵抗値が可変される。なお、絶縁基板７および摺動子５７の詳細構成については後述する。

各接続端子２１は、バネ性を有する帯状の金属板を折り曲げて形成されており、取付溝２２に挿入される側面視Ｕ字状の挿入部３１と、挿入部３１の一端部に連なり外部端子２５の板状の他端側に弾性接触する弾性接触部３２と、挿入部３１の他端部に連なり絶縁基板７を弾性挟持するクリップ部３３とを有している。クリップ部３３は、絶縁基板７を挟持した状態で、絶縁基板７に形成された抵抗体パターン７１および集電体パターン７２に接触され、抵抗体パターン７１および集電体パターン７２を各外部端子２５に導通可能に接続している。

回転体６は、絶縁樹脂により形成されており、円盤部３５と、円盤部３５の中央から回転軸３側に突出した円筒部３６と、円盤部３５の中央からカバー５側に突出した円形凸部３７とを有している。円筒部３６には、軸穴３８が形成されており、軸穴３８の内壁に板バネ部材４１が取り付けられている。板バネ部材４１は、帯状の金属板を側面視Ｕ字状に折り曲げ、さらに側面視Ｕ字状の金属板の対向する一対の板部を内向きに折り返すことにより形成されており、回転軸３を回転体６に一体回転可能に保持している。

円形凸部３７には、円錐状の係合穴４２が形成されており、この係合穴４２がカバー５から円錐状に突出した保持部２７に係合されることで、回転体６がカバー５に回転可能に支持される。円盤部３５の回転軸３側の下面は、回転軸挿入部１６の段部に設けられたウェーブワッシャー４４によりカバー５側に付勢されており、このウェーブワッシャー４４の付勢により円形凸部３７の係合穴４２と保持部２７との係合が強化される。また、円盤部３５の絶縁基板７側の上面には、絶縁基板７の下面に対向するように摺動部材４５が設けられている。

ここで、図４を参照して、摺動部材の詳細構成について説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る回転体に摺動部材が取り付けられた状態を示す斜視図である。

図４に示すように、円形凸部３７の図示手前側には、外周側に位置する熱カシメ用の線状突起５１と、線状突起５１よりも円形凸部３７側に位置する熱カシメ用の一対の円形突起５２とが円盤部３５の上面から絶縁基板７側に突出して形成されている。また、円形凸部３７の外周面には、回り止め凸部５３が図示一側方に突出して形成され、この回り止め凸部５３に対して円形凸部３７の中心を挟んで対向する位置に位置決め突起５４が円盤部３５の上面から絶縁基板７側に突出して形成されている。

摺動部材４５は、円盤部３５の上面に載置されるベース板部５６と、ベース板部５６に固定される一対の摺動子５７ａ、５７ｂとを有して構成されている。ベース板部５６は、線状突起５１および一対の円形突起５２により固定される固定板部６１と、固定板部６１から位置決め突起５４に向かって延びる位置決め板部６２と、固定板部６１から回り止め凸部５３に向かって延びる回り止め板部６３とを有して構成されている。

固定板部６１には、線状突起５１に係合される切欠部６６と、一対の円形突起５２が挿通される一対の挿通孔６７とが形成されている。位置決め板部６２には、位置決め突起５４が挿通される位置決め孔６８が形成され、回り止め板部６３には、回り止め凸部５３に係合する切欠部６９が形成されている。ベース板部５６は、位置決め孔６８に位置決め突起５４が挿通され、切欠部６９に回り止め凸部５３が係合されることで円盤部３５の上面に前後左右に位置決めされ、線状突起５１および一対の円形突起５２が熱カシメされることで円盤部３５の上面に固定される。

また、固定板部６１には、両側から側方に向かって延びる一対の摺動子保持板部６４が設けられ、一方の摺動子保持板部６４には抵抗体パターン７１に接触される摺動子５７ａが、他方の摺動子保持板部６４には集電体パターン７２に接触される摺動子５７ｂが揺動可能に片持ち保持されている。摺動子５７ａ、５７ｂは、導電性の金属板により形成されており、絶縁基板７側に起立され、さらに摺動端８１側において起立位置８２側に僅かに折り返されている。また、摺動子５７ａ、５７ｂは、延在方向の途中部分から摺動端８１側に向かって三股となるよう切り欠かれており、抵抗体パターン７１および集電体パターン７２との接触性が向上される。

図５を参照して、回転軸の回転角度に応じた出力電圧の取り出し構成について説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る絶縁基板および摺動部材の平面模式図である。

絶縁基板７の回転体６側の下面には、円弧状の抵抗体パターン７１と、抵抗体パターン７１に対して中央の開口部７７を挟んで対向する円弧状の集電体パターン７２とが形成されている。抵抗体パターン７１の一端部および他端部には、それぞれ引出パターン７３、７４が延設されており、この引出パターン７３、７４間に定電圧が印加される。また、集電体パターン７２には、引出パターン７５が延設されており、引出パターン７５を介して抵抗体パターン７１間で摺動部材４５により分圧された出力電圧が取り出される。

すなわち、絶縁基板７および摺動部材４５は、いわゆる可変抵抗器として機能しており、抵抗体パターン７１上における摺動子５７ａの摺動位置により、分圧比（抵抗値）が可変されて出力電圧が変化される。このように構成された可変抵抗器においては、回転軸３の回転により回転体６を介して摺動子５７ａが抵抗体パターン７１上を摺動することにより、抵抗値が可変されて回転軸３の回転角度に応じた出力電圧が取り出される。

図６を参照して、本発明の特徴部分である絶縁基板と摺動子との摺動状態を説明する。図６は、本発明の実施の形態に係る絶縁基板と摺動子との摺動状態の説明図である。図７は、本発明の実施の形態に係る摺動子の部分拡大図である。なお、一対の摺動子は同一構成であるため、一方の摺動子についてのみ説明する。

図６（ａ）に示すように、摺動子５７はベース板部５６により片持ち保持されているため、摺動子５７を揺動させた場合には、摺動端８１が起立位置８２を支点とした円弧状の移動軌跡Ｔを描くように構成されている。また、摺動子５７の摺動端８１側には、延在方向の途中部分から絶縁基板７に直交する方向に対して起立位置８２側に倒されて接点部８３が形成されている。より詳細には、図７（ａ）に示すように、接点部８３は、板厚方向を２等分する中心線Ｃが摺動端８１の移動軌跡Ｔ上の２点を結ぶように直線状に形成されている。また、摺動子５７の接点部８３に連なる中間部分には、絶縁基板７に対して平行な平行部８４が形成されている。

そして、図６（ａ）に示す摺動子５７の初期状態から、接点部８３が抵抗体パターン７１との摺動により摩耗すると、図６（ｂ）に示すように摺動子５７が摩耗に合わせて絶縁基板７側に揺動する。このとき、接点部８３が移動軌跡Ｔの２点を結ぶ直線状に形成されているため、摺動端８１が接点部８３の摩耗分だけ略移動軌跡Ｔ上を移動する。したがって、接点部８３が摩耗しても、摺動子５７の起立位置８２から摺動端８１までの距離が略一定となるため、抵抗体パターン７１における摺動位置の位置ズレが小さくされる。

この場合、接点部が延在方向の途中部分から絶縁基板に直交する方向に対して、起立位置の反対側に倒れるように形成された比較例に係る摺動子を用いた回転型センサ（図８（ａ）参照）と比較したところ、比較例に対して本実施の形態に係る回転型センサ１の位置ズレ量が約２０％以下に低下した。

また、摺動子５７が接点部８３の傾倒側に摺動される際に、抵抗体パターン７１表面の細かな凹凸との当たりに対する剛性が強化され、摺動子５７の姿勢が安定する。この場合、摺動子５７に絶縁基板７に対して平行な平行部８４が形成されているため、起立位置８２から平行部８４までの腕部長さが短くなり揺動時の撓みを小さくすることができ、起立位置８２と平行部８４までの腕部姿勢が安定することで抵抗体パターン７１と接点部８３の接触姿勢が安定する。

以上のように、本実施の形態に係る回転型センサ１によれば、摺動子５７の接点部８３が、揺動によって摺動端８１の描く円弧状の移動軌跡上の２点を結ぶ直線状に形成されるため、接点部８３が摩耗した場合に摺動位置の位置ズレを小さくすることが可能となる。また、摺動子５７が接点部８３の傾倒側に摺動される場合にも、抵抗体パターン７１表面の細かな凹凸との当たりに対する剛性が強化されるため、摺動子５７の姿勢が安定し、接触性を向上させることが可能となる。したがって、摺動位置の位置ズレおよび接触性の悪化を抑制して、位置検出精度を向上させることが可能となる。

なお、本実施の形態においては、接点部を、板厚方向を２等分する中心線が摺動端の移動軌跡上の２点を結ぶように直線状に形成される構成としたが、この構成に限定されるものではない。接点部を、摺動軌跡上の２点を結ぶ直線を含むように形成すればよく、接点部の板厚方向を２等分する中心線と摺動端の移動軌跡上の２点を結ぶ直線とが完全一致する構成に限定されない。

また、本実施の形態においては、接点部を直線状に形成する構成としたが、この構成に限定されるものではない。接点部の摩耗に関わらず、摺動子の起立位置から摺動端までの距離を略一定にできる構成であればよく、例えば、図７（ｂ）に示すように、接点部８５を移動軌跡Ｔに沿った形状とすることで、接点部８５の摩耗に関わらず起立位置から摺動端までの距離の変位を最小とし、摺動位置の位置ズレ量を最小にすることが可能となる。なお、この場合、接点部８５を板厚方向に２等分する中心線と摺動端の移動軌跡Ｔが完全一致する構成に限定されない。

また、本実施の形態においては、接点部を摺動端の移動軌跡に合わせて形成する構成としたが、この構成に限定されるものではない。接点部を摺動子の延在方向の途中部分から絶縁基板に直交する方向に対して起立位置側に倒して形成する構成であればよい。このような構成であっても、接点部を摺動端の移動軌跡に合わせて形成した程ではないが、摺動位置の位置ズレを小さくすることが可能となる。

また、本実施の形態においては、本発明を回転型センサに適用する構成について説明したが、この構成に限定されるものではない。物体の変位量を、電気的に検出する構成であればよく、例えば、本発明を直線方向における変位を検出するリニアストロークセンサ等に適用するようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、接点部に連なる中間部分に、絶縁基板に対して平行な平行部を有する構成としたが、この構成に限定されるものではない。摺動子が平行部を有さない構成としてもよいし、摺動子が平行部を有する場合には、平行部の位置および数が限定されるものではない。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上説明したように、本発明は、接点部の摩耗による摺動位置の位置ズレおよび接触性の悪化を抑制して、位置検出精度を向上させることができるという効果を有し、特に、角度センサや直線変位センサ等に用いられる位置検出装置に有用である。

１ 回転型センサ（位置検出装置）
４ ケース
５ カバー
６ 回転体（保持部材）
７ 絶縁基板（抵抗体基板）
３５ 円盤部
３７ 円形凸部
４５ 摺動部材
５１ 線状突起
５２ 円形突起
５３ 回り止め凸部
５４ 位置決め突起
５６ ベース板部
５７ａ、５７ｂ 摺動子
７１ 抵抗体パターン
７２ 集電体パターン
８１ 摺動端
８２ 起立位置
８３ 接点部
８４ 平行部
８５ 接点部
Ｔ 移動軌跡

Claims (4)

1. 抵抗体パターンが形成された抵抗体基板と、
   前記抵抗体パターン上を摺動し、前記抵抗体パターンの抵抗値を可変させる摺動子と、
   前記摺動子を保持し、前記抵抗体基板に対して相対移動可能な保持部材とを備え、
   前記摺動子は、前記抵抗体基板側に立ち上がる起立位置を支点として揺動可能に前記保持部材に保持され、摺動端側において、延在方向の途中部分から前記抵抗体基板に直交する方向に対して前記起立位置側に倒されて、前記抵抗体パターンに接触される接点部を有し、
   前記接点部は、揺動によって前記摺動端の描く円弧状の移動軌跡に沿うように形成されることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記接点部は、揺動によって前記摺動端の描く円弧状の移動軌跡に沿って円弧状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記接点部は、揺動によって前記摺動端の描く円弧状の移動軌跡上の２点を結ぶ直線状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
4. 前記摺動子は、前記起立位置から前記接点部において、少なくとも一部が前記抵抗体基板に対して平行となるように形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の位置検出装置。

Images