JP5671532B2

JP5671532B2 - センサ

Info

Publication number: JP5671532B2
Application number: JP2012520443A
Authority: JP
Inventors: 幹夫新田
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2031-06-13
Also published as: EP2581709A4; US20120293194A1; EP2581709B1; WO2011158802A1; JPWO2011158802A1; EP2581709A1; US8884636B2

Description

本発明は、ストロークセンサまたはポテンショメータと呼ばれる機械的な変位を電気信号に変換するセンサに関する。

ストロークセンサのような機械的な変位を検出するセンサでは、測定対象の変位を伝える軸部材と、摺動子が取り付けられた摺動子受けが、ケースの内部で接触している。軸部材と摺動子受けの接触部分の形状としては、例えば軸部材の端面および摺動子の端面が平面であるものや、軸部材の端面を半球状とし、摺動子受けの端面を平面としたものが提案されている。

特開平５−２１５５０７号公報特開昭６１−１３３６０６号公報

しかしながら、従来技術に係るセンサでは、軸部材が摺動子受けを押すときに軸部材がガタつきにより傾いたような場合、軸部材と摺動子受けの接触部分がずれるという問題が発生している。例えば、軸部材の端面および摺動子の端面が平面である従来技術では、軸部材が傾いた場合、一方の端面の角と、他方の平面が接触しながら擦れることによって、端面が摩耗するという問題が発生している。

また、軸部材の端面を半球状とし、摺動子受けの端面を平面とした従来技術では、軸部材がガタつきにより傾くことによって、摺動子受けの端面上を、軸部材の端面が容易に移動し、端面が摩耗するという問題が発生している。これにより、従来技術に係るセンサでは、接触部分のずれや摩耗による検出精度の低下が発生し、問題となっている。また、従来技術に係るセンサは、上述のような摩耗の進行に伴い、軸部材が摺動子受けを押す際と摺動子受けによって軸部材が押し戻される際との間でみられる検出出力のヒステリシスが大きくなるという問題を有している。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、軸部材と摺動子受けの接触部分がずれる現象を防止し、変位を精度良く検出できるセンサを提供することである。

上述の課題を解決するために、本発明に係るセンサは、
貫通孔を有するケースと、
前記ケースの内部に固定された抵抗基板と、
一方の端部である第１端部が前記ケースの内部に配置され、他方の端部である第２端部が前記貫通孔から前記ケースの外部に露出しており、前記貫通孔に軸方向移動自在に配置される軸部材と、
前記軸部材の前記第２端部に接触する軸受け端部を有し、前記抵抗基板と摺動するブラシが取り付けられており、前記軸部材とともに前記抵抗基板に対して相対移動する摺動子受けと、を有し、
前記第１端部には半球状端面が形成されており、
前記軸受け端部には、前記半球状端面が内接する半球状穴が形成されている。

本発明に係るセンサは、軸部材の端部に半球状端面が形成されており、軸受け端部には、前記半球状端面が内接する半球状穴が形成されている。したがって、軸部材を傾かせるような力を受けた場合でも、軸部材側の第１端部は、半球状穴によって径方向の動きを規制されるため、本発明に係るセンサは、軸部材と摺動子受けの接触部分がずれる現象を防止できる。これにより、本発明に係るセンサは、軸部材と摺動子受けの接触部分におけるずれや摩耗による検出精度の悪化を、効果的に防止できる。

また、本発明に係るセンサは、軸部材を傾かせる力が作用した場合にでも、半球状端面の先端と半球状穴の底部の位置を一致させようとする力が軸部材に作用するため、軸部材の傾きを抑制することができる。また、本発明に係るセンサは、軸部材を傾かせる力が作用した場合にでも、軸部材を傾かせる力が作用しない場合に比べて半球状端面と半球状穴の接触位置の変化が小さく、検出出力のヒステリシスを小さくすることができる。

また、例えば、前記半球状穴の開口径は、前記第１端部の径より大きくてもよい。これにより、第１端部の側面が軸受け端部に接触することを防止できるため、このような軸部材は、貫通孔の中をより円滑に移動することができる。

また、例えば、前記半球状穴の曲率Ｒは、前記軸部材が前記ケースの外部に最も露出している状態における前記半球状穴の底部と前記貫通孔との中心位置の距離をＤ_Ａとした場合、Ｒ＞１／Ｄ_Ａであってもよい。このようなセンサは、軸部材の傾きを抑制する力を、軸部材に対してより効果的に作用させることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るセンサの断面図である。図２は、図１に示すセンサにおける軸部材と摺動子受けの接触部分を拡大した拡大図である。図３は、図１に示すセンサにおける半球状孔の曲率と、軸部材が傾いた場合に軸部材に作用する力の関係を説明した概念図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ７の断面図である。センサ７は、軸部材７０から伝えられた機械的な変位を、電圧値の変化等の電気信号に変換するものであり、ストロークセンサやポテンショメータと呼ばれている。

センサ７の使用時においては、軸部材７０の第２端部７２に、センサ７によって変位が測定される測定対象が、当接される。測定対象の変位は、軸部材７０の第１端部７１が接触している摺動子受け６０に伝えられ、摺動子受け６０に取り付けられたブラシ８０と抵抗基板５４によって、電圧値の変化に変換される。また、コネクタ部１２には、センサ７の出力を利用する他の機器の外部端子が接続される。したがって、軸部材７０の変位は、ブラシ８０と抵抗基板５４によって電圧値の変化に変換され、コネクタターミナル２８を介して、センサ７の出力を利用する他の機器に伝えられる。

図１に示すように、センサ７は、センサ７を構成する各部材を収納するケース９と、抵抗基板５４と、軸部材７０と、摺動子受け６０とを有する。また、センサ７は、戻しバネ５２、ブラシ８０およびクリップ３８等をさらに有する。

ケース９は、摺動子受け６０等を収納しているケース本体８２と、コネクタターミナル２８およびコネクタターミナル２８を被覆する樹脂によって構成されるコネクタ部材１０とを、組み合わせて構成される。ケース本体８２およびコネクタ部材１０は、樹脂成形等によって作製されるが、特に限定されない。また、ケース本体８２とコネクタ部材１０は、接着等によって接合されるが、接合方法は特に限定されない。

コネクタ部材１０は、コネクタターミナル２８と、ケース本体８２のケース本体開口８４を塞ぐ蓋の役割を有する蓋部１４と、外部端子が接続されるコネクタの役割を有するコネクタ部１２とを有している。

ケース本体８２は、略円筒状の外形状を有しており、一方の端部にケース本体底部８６が形成されており、他方の端部にケース本体開口８４が形成されている。なお、ケース本体８２の形状は円筒状に限定されず、多角柱状またはその他の形状であってもよい。

ケース９の内部には、抵抗基板５４が固定されている。抵抗基板５４は、矩形平板状の形状を有している。抵抗基板５４の一方の端部は、ケース本体底部８６に形成された段差部８７に係合されており、抵抗基板５４の他方の端部である基板端部５６は、ケース本体開口８４から突出している。

基板端部５６にはクリップ３８が係合されており、基板端部５６およびクリップ３８は、蓋部１４に形成された収納溝１８に収納され、固定されている。抵抗基板５４は、クリップ３８を介して、コネクタターミナル２８に対して電気的に接続される。クリップ３８は、コネクタターミナル２８および抵抗基板５４に弾発に接触し、コネクタターミナル２８と抵抗基板５４とを電気的に接続する。本実施形態において、クリップ３８は、略Ｖ字状の断面形状を有している。

抵抗基板５４におけるブラシ８０側の表面には、導体パターンおよび抵抗体が形成されており、導体パターンおよび抵抗体に対して摺動するブラシ８０とともに、可変抵抗器を構成している。

ブラシ８０は、摺動子受け６０に取り付けられている。摺動子受け６０は、軸部材７０の第１端部７１に接触する軸受け端部６５を有している。軸受け端部６５は、ケース本体底部８６に対向するように配置されており、摺動子受け６０は、軸受け端部６５において接触している軸部材７０とともに、抵抗基板５４に対して相対移動する。

また、摺動子受け６０におけるケース本体開口８４に対向する面には、バネ受け突起６８が形成されている。バネ受け突起６８には、戻しバネ５２の一方の端部が係合されており、摺動子受け６０は、戻しバネ５２によって、ケース本体底部８６に向かって付勢されている。なお、戻しバネ５２の他方の端部は、蓋部１４に形成されている蓋側突起１６に係合されている。

軸部材７０は、ケース本体底部８６に形成された貫通孔であるガイド孔８８に、軸方向に移動自在に配置されている。軸部材７０の一方の端部である第１端部７１は、ケース９の内部に配置されており、摺動子受け６０の軸受け端部６５に接触している。軸部材７０の他方の端部である第２端部７２は、ガイド孔８８からケース９の外部に露出している。第２端部７２は、センサ７の使用時において、測定対象に当接される。

図２は、図１に示すセンサにおける軸部材７０と摺動子受け６０の接触部分を拡大した拡大図である。図２に示すように、軸部材７０の第１端部７１には、半球状端面７３が形成されている。また、摺動子受け６０の軸受け端部６５には、半球状端面７３が内接する半球状穴６６が形成されている。半球状穴６６の曲率は、半球状端面７３の曲率より小さい。

ここで、半球状端面７３および半球状穴６６における「半球状」とは、典型的には球の表面の一部を切り取ったような、丸みを帯びた表面形状を意味する。すなわち、本明細書および特許請求の範囲における「半球状」の意味は、厳密な「球」の「半分」であるという意味に限定されるものではなく、本明細書および特許請求の範囲における「半球状」は、球や楕円体等の表面の一部を切りとった表面形状や、これに類似する丸みを帯びた表面形状を含む。

図２に示すように、半球状穴６６の開口径Ｄ２は、第１端部７１の径Ｄ１より大きいことが好ましい。半球状穴６６の開口径Ｄ２を第１端部７１の径Ｄ１より大きくすることによって、軸部材７０が傾いた場合にでも、第１端部７１の側面が軸受け端部６５の内周面に接触して引っ掛かることがなく、軸部材７０は、ガイド孔８８の中をより円滑に移動することができる。

第２端部７２から軸部材７０に対して力が加えられていない状態では、半球状端面７３の先端７３ａと半球状穴６６の底部６６ａが接触した状態で、第１端部７１と軸受け端部６５が接触する。したがって、軸部材７０はガイド孔８８に対して傾きにくい。それに対して、センサ７の使用時において、特に軸部材７０がケース９の内部に押し込まれる方向に移動する時、軸部材７０はガイド孔８８（あるいは設計上の配置位置）に対して傾きやすい。ガイド孔８８と、ガイド孔８８に対向する軸部材７０の周壁の間には、軸部材７０が軸方向に移動できるようにわずかな隙間（ガタ）が形成されており、さらに、軸部材７０がケース９の内部に押し込まれる方向に移動する時、軸部材７０は、戻しバネ５２のバネ力に抗して押し込まれるからである。

しかし、本実施形態に係るセンサ７においては、軸部材７０の第１端部７１に半球状端面７３が形成されており、軸受け端部６５には、半球状端面７３が内接する半球状穴６６が形成されている。したがって、軸受け端部６５の半球状穴６６は、第１端部７１の半球状端面７３から、軸方向の力だけでなく、軸方向と直交する径方向の力も受けることができる。

これにより、センサ７は、軸部材７０を傾かせるような力を受けた場合でも、先端７３ａが底部６６ａに対してずれることを防止することができ、軸部材７０と摺動子受け６０の接触部分における摩耗を低減することができる。したがって、センサ７は、軸部材７０と摺動子受け６０の接触部分におけるずれや摩耗による検出精度の悪化を、効果的に防止できる。また、センサ７は、軸方向と直交する径方向の力を、第１端部７１の側面に対向する壁で受けるのではなく、半球状端面７３が内接する半球状穴６６で受けるので、軸部材７０の軸方向に沿う移動を妨げることもない。

センサ７は、軸部材７０を傾かせる力が作用した場合にでも、半球状端面７３の先端７３ａと半球状穴６６の底部６６ａの位置を一致させようとする力（接触点における半球状穴６６の法線方向と、軸方向の不一致を解消しようとする力や、軸部材７０の径方向への平行移動を解消しようとする力）が軸部材７０に作用するため、軸部材７０の傾きを抑制することができる。したがって、センサ７は、軸部材７０と摺動子受け６０の接触点が変化することを抑制でき、このような接触点の変化に伴う検出精度の悪化を防ぐことができる。

また、センサ７は、軸部材７０が傾く場合にでも、軸部材７０と摺動子受け６０の接触点がわずかに変化するだけで対応できる。したがってセンサ７は、軸部材７０を傾かせる力が作用した場合にでも、軸部材７０を傾かせる力が作用しない場合に比べて半球状端面７３と半球状穴６６の接触位置の変化が小さく、検出出力のばらつきやヒステリシスを小さくすることができる。

なお、半球状穴６６の曲率Ｒは、軸部材７０がケース９の外部に最も露出している状態（図１に示す状態）における半球状穴６６の底部６６ａとガイド孔８８の中心位置Ｃ１の距離をＤ_Ａとした場合、Ｒ＞１／Ｄ_Ａとすることが好ましい。図３に示すように、軸部材７０がガイド孔８８に対して最も大きく傾く場合、軸部材７０の中心線Ｌ１はガイド孔８８の軸方向の中心位置Ｃ１付近を通過すると考えられる。半球状穴６６の曲率ＲをＲ＞１／Ｄ_Ａとすれば、軸部材７０の中心線Ｌ１と半球状穴６６の交点Ｐ１における半球状穴６６の接線Ｌ２は、ガイド孔８８に垂直な基準線Ｌ４に対して、交点Ｐ１における中心線Ｌ１の垂線Ｌ３より大きな角度を有する。この場合、軸部材７０には、接線Ｌ２と垂線Ｌ３を一致させようとする方向の力が作用するので、このようなセンサ７は、軸部材７０の傾きを抑制する力を、軸部材７０に対してより効果的に作用させることができる。

Claims

貫通孔を有するケースと、
前記ケースの内部に固定された抵抗基板と、
一方の端部である第１端部が前記ケースの内部に配置され、他方の端部である第２端部が前記貫通孔から前記ケースの外部に露出しており、前記貫通孔に軸方向移動自在に配置される軸部材と、
前記軸部材の前記第１端部に接触する軸受け端部を有し、前記抵抗基板と摺動するブラシが取り付けられており、前記軸部材とともに前記抵抗基板に対して相対移動する摺動子受けと、を有し、
前記第１端部には半球状端面が形成されており、
前記軸受け端部には、前記半球状端面が内接する半球状穴が形成されており、
前記半球状穴の曲率Ｒは、前記軸部材が前記ケースの外部に最も露出している状態における前記半球状穴の底部と前記貫通孔の中心位置の距離をＤ _Ａとした場合、Ｒ＞１／Ｄ _Ａであることを特徴とするセンサ。
前記半球状穴の開口径は、前記第１端部の径より大きいことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。