JP5706891B2 - センサ - Google Patents

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    • H01C10/30Adjustable resistors the contact sliding along resistive element

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に関しては、センサの検出精度を確保しつつ、構造を単純化してセンサの組み立てを容易にするための提案がなされている。例えば、コネクタターミナルを、ケースを構成する樹脂によってモールドすることや、抵抗基板とコネクタターミナルの間を、クリップで接続することなどが提案されている(特許文献1等参照)。
実開平5−82007号公報
しかしながら、従来技術に係るセンサでは、クリップが外界(温度、湿度、放電など)の影響を受けることによって、センサ出力に含まれるノイズの量を低減することが困難となる場合があった。また、クリップを配置するためのスペースが必要であるため小型化が難しいという問題や、コネクタの形状変更等が生じた場合にケースを含む金型を作り直す必要があるためコネクタの形状変更等に対して柔軟に対応することができない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、ノイズ低減や小型化に対して有利であり、かつ容易に製造が可能な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、
抵抗基板および前記抵抗基板に対して摺動する移動素子を収納しており、前記抵抗基板に通じる開口が形成されているケース部材と、
コネクタターミナルと、当該コネクタターミナルを被覆する樹脂の一部であり前記ケース部材の前記開口を塞ぐ蓋部と、当該コネクタターミナルを被覆する樹脂の他の一部であり外部端子が接続されるコネクタ部と、を有するコネクタ部材と、
前記コネクタターミナルおよび前記抵抗基板に弾発に接触し、前記コネクタターミナルと前記抵抗基板とを電気的に接続するクリップと、を有し、
前記クリップは、支点と、前記支点から2つの方向に伸びる第1脚部および第2脚部からなる2つの脚部とを有し、前記クリップは、略V字状または略U字状の断面形状を有しており、
前記クリップは、前記第1脚部と前記第2脚部の間に前記抵抗基板を挟んだ状態で、前記抵抗基板の端部に係合しており、
前記コネクタ部材には、前記第1脚部の外側面である第1外側面に接触する第1側壁と、前記第2脚部の外側面である第2外側面に接触する第2側壁とを有しており、前記第1側壁と第2側壁との間に前記クリップを挟んだ状態で、前記クリップを収納する収納溝が、前記抵抗基板に対向する位置に形成されており、
前記第1側壁および前記第2側壁の少なくとも一方は、前記コネクタターミナルの一部が当該コネクタターミナルを被覆する樹脂から露出した露出部分であることを特徴とする。
本発明のセンサに含まれるクリップは、前記第1脚部と前記第2脚部の間に前記抵抗基板を挟んだ状態で係合することによって抵抗基板と導通する。さらに、本発明のセンサに含まれるクリップは、コネクタターミナルの一部が露出している収納溝に収納されることによって、コネクタターミナルと導通する。すなわち、本発明のセンサに含まれるクリップは、脚部の内側面において抵抗基板と接触し、脚部の外側面においてコネクタターミナルと接触するため、従来技術に係るクリップに比べて小型化することが可能である。したがって、本発明に係るセンサは、モールドされていないクリップから受けるノイズの量を低減することができ、センサの出力に含まれるノイズを低減することができる。
また、本発明に係るセンサは、クリップおよびクリップを収納する収納溝を小型化することができるため、センサ全体を小型化することができる。また、本発明に係るセンサは、コネクタ部を含むコネクタ部材が、ケース部材とは別体となっているため、ケース部材の金型を変更することなく、コネクタの形状変更に対応することができる。したがって、本発明に係るセンサは、ケース部材の金型変更による移動素子の挙動変化等の影響を抑制し、コネクタの形状変更に対して、容易に対応することができる。また、本発明に係るセンサは、ケース部材の開口を塞ぐ蓋部がコネクタ部材に含まれているため、コネクタ部とケース部材を別体としたにもかかわらず、部品数が増加することを防いでいる。
また、本発明に係るセンサは、コネクタターミナルおよび抵抗基板に弾発に接触するクリップを用いて、コネクタターミナルと抵抗基板の導通を確保しているため、組み立てが容易である。さらに、本発明に係るセンサは、コネクタ部材とケース部材を組み合わせることによって、抵抗基板の端部に係合したクリップが収納溝に収納され、その結果として抵抗基板が、センサの内部に固定される。したがって、この点でも、本発明に係るセンサは組み立てが容易である。さらに、本発明に係るセンサは、このような構造とすることにより、各部材の寸法の公差範囲を広げることが可能であり、製造が容易である。
また、前記クリップにおいて、前記第1脚部と前記第2脚部の間隔は、前記第1脚部および前記第2脚部の先端に向かって波状に変化しており、前記クリップは、前記第1脚部と前記第2脚部の間隔が極小となる窪み部を有していてもよく、
前記クリップが自由状態にある際に、前記窪み部における前記第1脚部と前記第2脚部の間隔は、前記抵抗基板の厚さより小さくてもよい。
また、例えば、クリップは、前記支点に対して前記窪み部より離れた位置に、前記第1脚部と前記第2脚部の間隔が極大となる山部を有していてもよく、
前記第1脚部の前記第1外側面は、前記山部において前記第1側壁と接触しており、前記第2脚部の前記第2外側面は、前記山部において前記第2側壁と接触していてもよい。
クリップが上述のような窪み部を有することによって、このようなクリップは、抵抗基板との導通を確実に確保することが可能であるとともに、センサを製造する場合に、抵抗基板に容易に仮組みすることが可能である。また、クリップが、山部を有することによって、このようなクリップは、組み立ての後に、より確実に抵抗基板および収納溝に接触し、抵抗基板を確実に固定することが可能である。
また、例えば、前記クリップの先端は、前記第1脚部と前記第2脚部の間隔が先端方向に向かって開く形状を有していてもよく、前記第1脚部と前記第2脚部は、互いに略対称な形状を有していてもよい。
このような形状を有しているクリップは、抵抗基板の端部に容易に係合させることが可能であるため、上記のようなクリップを有するセンサは、組み立てが容易である。また、第1脚部と第2脚部が互いに略対称な形状を有しているクリップは、組み立ての際に、クリップの脚のうち、どちらが第1脚部で、どちらが第2脚部であるかを気にする必要がない。したがって、このようなクリップを有するセンサは、組み立てが容易である。
また、例えば、前記第1側壁または前記第2側壁は、前記コネクタターミナルを被覆する樹脂の一部によって構成されていてもよく、前記第2側壁は、前記収納溝の底部に向かって、前記第1側壁との間隔が狭くなるように、前記第1側壁に対して斜めに形成されていてもよい。
第1側壁および第2側壁のいずれか一方を、コネクタターミナルの露出部分とし、他の一方を樹脂とすることにより、コネクタターミナルの形状を単純化することが可能である。また、収納溝の形状を、底部に向かって狭くなるように構成することによって、収納溝の開口を広くすることができる。このような収納溝が形成されているコネクタ部材を用いることによって、組み立ての際に、クリップを収納溝に対して容易に収めることができるため、このようなセンサは、組み立てが容易である。
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抵抗基板とコネクタターミナルの導通部分を拡大した拡大断面図である。 図3は、図1に示すセンサに含まれるクリップの側面図および断面図である。 図4は、図1に示すセンサに含まれる抵抗基板の側面図である。 図5は、図1に示すセンサに含まれるコネクタ部材の底面図である。 図6は、図1に示すセンサに含まれるケース部材の上面図である。
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72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72の先端に、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72を含む移動素子70および移動素子70と摺動する抵抗基板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、移動素子70が抵抗基板54に対して相対移動することによって発生する電圧値の変化は、コネクタターミナル28−2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、ケース部材82と、コネクタ部材10とを有する。ケース部材82は、抵抗基板54および抵抗基板54に対して摺動する移動素子70を収納している。ケース部材82には、抵抗基板54に通じるケース開口84が形成されている。ケース部材82は、たとえば樹脂等によって作製されるが、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28−2と、ケース部材82のケース開口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とによって形成される。蓋部14とコネクタ部12とは、互いに連続する樹脂材料によって構成されており、コネクタターミナル28−2の表面は、その両端部を除き、蓋部14とコネクタ部12を構成する樹脂材料によって被覆されている。また、コネクタターミナル28−2の一方の端部は、蓋部14において露出しており、コネクタターミナル28−2の他方の端部は、コネクタ部12において露出している。本実施形態に係るコネクタ部材10は、コネクタターミナル28−2をインサートしたモールド成型によって作製されており、コネクタターミナル28−2を、別途成型されたケース等に対して組み付ける必要が無く、組み立てが容易である。ただし、コネクタ部材10の製造方法は、モールド成型に限定されず、その他の製造方法であっても良い。
センサ7は、クリップ38を有する。クリップ38は、ケース部材82と、コネクタ部材10の間に配置されている。クリップ38は、コネクタターミナル28−2および抵抗基板54に弾発に接触し、コネクタターミナル28−2と抵抗基板54とを電気的に接続する。クリップ38は、弾性を有する導電材料によって作製され、例えば金属材料によって作製される。
図1および図6に示すように、ケース部材82は、略円筒状の形状を有しており、ケース部材82の一方の端部には、ケース底部86が形成されている。なお、ケース部材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。
図1に示すように、ケース部材82の内部に収納されている移動素子70は、ケース部材82およびケース部材82に対して固定されている抵抗基板54に対して、相対移動自在に配置される。移動素子70は、軸72、摺動子受け74およびブラシ80を有する。ケース底部86には、軸72を挿通させるための貫通孔であるガイド孔88が形成されており、軸72は、ケース底部86に形成されているガイド孔88に、軸方向に移動自在に配置される。
摺動子受け74のケース底部86に対向する面には、軸受け穴部76が形成されている。軸72の一方の端部は、軸受け穴部76に当接する。また、摺動子受け74のケース開口84に対向する面には、バネ受け突起78が形成されている。バネ受け突起78には、戻しバネ52の端部が係合されており、摺動子受け74は、戻しバネ52によって、ケース底部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。
摺動子受け74には、ブラシ80が取り付けられている。図6に示すように、ブラシ80は、抵抗基板54に接触する2つの先端部を有している。ブラシ80の先端部は、図1に示す軸72の変位に伴い、抵抗基板54の表面に形成されている第2導体パターン64および抵抗体68(図4参照)に対して摺動する。ブラシ80は、金属等の導電性および弾性を有する板状材料を用いて作製されているが、ブラシ80の形状等は、特に限定されない。
図1および図4に示すように、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、ケース部材82の開口から突出している。図4に示すように、抵抗基板54におけるブラシ80側の表面には、第1導体パターン62と、第2導体パターン64と、第3導体パターン66と、抵抗体68が形成されている。
第1〜第3導体パターン62〜66は、例えば電気抵抗率の低い金属をプリント等して作製されており、抵抗体68は、第1〜第3導体パターン62〜66より電気抵抗率の高い材料を用いて作製されている。図6に示すように、ブラシ80の一方の先端部は、抵抗体68と接触および摺動し、ブラシ80の他方の先端部は、第2導体パターン64と接触および摺動する。第1〜第3導体パターン62〜66および抵抗体68は、これと接触するブラシ80とともに、可変抵抗器を構成している。
図4に示すように、基板端部56には、凸部60−1〜60−4と、スリット58−1〜58−3が形成されている。スリット58−1は、凸部60−1と凸部60−2の間に、スリット58−2は、凸部60−2と凸部60−3の間に、スリット58−3は凸部60−3と凸部60−4の間に、それぞれ形成されている。スリット58−1〜58−3は、第1〜第3導体パターン62〜66に対応する部分に形成されている。
図5は、コネクタ部材10をケース部材82側から観察した図であり、コネクタ部材10の底面図である。コネクタ部材10は、3つのコネクタターミナル28−1〜28−3を有している。図1および図5に示すように、各コネクタターミナル28−1〜28−3の両端部は、蓋部14およびコネクタ部12から露出しており、樹脂材料から露出した露出部を構成している。
すなわち、図1に示すように、コネクタターミナル28−2におけるケース部材82側の端部には、樹脂材製の蓋部14から露出している第1露出部28−2aが形成されている。第1露出部28−2aは、収納溝18−2の側壁の一部を構成している。また、コネクタターミナル28−2におけるコネクタ部12側の端部には、樹脂材製のコネクタ部12から露出している第2露出部28−2bが形成されている。センサ7の使用時において、第2露出部28−2bは、コネクタ部12に接続される外部端子のターミナルと接触する。
図5における部分拡大図に示すように、収納溝18−2は、コネクタターミナル28−2の第1露出部28−2aによって構成される第1側壁18−2aと、第1側壁18−2aに対向する樹脂材製の第2側壁18−2bとを有する。また、図2に示すように、第2側壁18−2bは、収納溝18−2の底部である溝底部18−2cに向かって、第1側壁18−2aとの間隔が狭くなるように、第1側壁18−2aに対して斜めに形成されている。
なお、図5に示すように、コネクタターミナル28−1,28−3についても、コネクタターミナル28−2と同様に、第1露出部28−1a,28−3aと、第2露出部28−1b,28−3bとが形成されている。第1露出部28−1a,28−3aは、第1露出部28−2aと同様に、収納溝18−1,18−3の第1側壁を構成しており、収納溝18−1,18−3は、先に説明した収納溝18−2と同様の形状および構造を有している。
蓋部14においてケース部材82に対向する面には、先述した収納溝18−1〜収納溝18−3に加えて、凹部36−1〜36−4が形成されている。各収納溝18−1〜18−3と各凹部36−1〜36−4は、直線方向に沿って交互に形成されている。収納溝18−1は、凹部36−1と凹部36−2の間に形成されており、収納溝18−2は、凹部36−2と凹部36−3の間に形成されており、収納溝18−3は、凹部36−3と凹部36−4の間に形成されている。凹部36−1〜36−4には、基板端部56に形成された凸部60−1〜60−4(図4参照)が収納される。
図1に示すように、センサ7は、コネクタターミナル28−2の第1露出部28−2aと、抵抗基板54の第2導体パターン64(図4参照)とに弾発に接触し、第1露出部28−2aと第2導体パターン64とを電気的に接続するクリップ38を有する。クリップ38の断面図である図3(b)に示すように、クリップ38は、略V字状の断面形状を有している。
クリップ38は、支点46と、支点46から2つの方向に伸びる第1脚部49および第2脚部51からなる2つの脚部とを有する。第1脚部49と第2脚部51との間に形成される角度は特に限定されず、例えば第1脚部49と第2脚部51とは略平行であって、クリップ38は略U字状の断面形状を有していても良い。
図3(a)は、クリップ38を第1脚部49の側から観察した側面図である。図3(a)に示すように、クリップ38を第1脚部49側から観察すると、クリップ38は、支点46から先端44に向かう方向を長手方向とする矩形形状を有している。
図3(b)に示すように、クリップ38において、第1脚部49と第2脚部51の間隔は、クリップ38の支点46からクリップ38の先端44に向かって波状に変化している。ここで、クリップ38は、第1脚部49と第2脚部51の間隔が極小となる窪み部40を有している。窪み部40における第1脚部49の内側面(第1内側面49b)と第2脚部51の内側面(第2内側面51b)の間隔D2は、特に限定されないが、クリップ38が図3(b)に示すような自由状態にある際に、図2に示す抵抗基板54の厚さD1より小さいことが好ましい。このようなクリップ38は、抵抗基板54との導通を確実に確保することが可能であるとともに、センサ7を製造する場合に、抵抗基板54に係合された状態で容易に保持されるため、センサ7の組み立て易さに貢献する。
また、クリップ38は、支点46に対して窪み部40より離れた位置に、第1脚部49と第2脚部51の間隔が極大となる山部42を有している。さらに、クリップ38の先端44は、第1脚部49と第2脚部51の間隔が先端44方向に向かって開く形状を有している。クリップ38の先端44が開く形状を有していると、クリップ38を抵抗基板54に係合させ易く、このようなクリップ38を有するセンサ7は、組み立てが容易である。
本実施形態に係るクリップ38において、第1脚部49と第2脚部51は、互いに略対称な形状を有している。したがって、クリップ38は、支点46を基準として対称な形状を有しており、組み立ての際に、クリップ38の脚のうち、どちらが第1脚部49で、どちらが第2脚部51であるかを気にする必要がない。したがって、このようなクリップ38を有するセンサ7は、組み立てが容易である。
図2は、図1に示すセンサ7における抵抗基板54とコネクタターミナル28−2の導通部分を拡大した拡大断面図である。クリップ38は、第1脚部49と、第2脚部51との間に抵抗基板54を挟んだ状態で、抵抗基板54の基板端部56に係合している。図2に示すクリップ38は、凸部60−2と凸部60−3の間に形成されているスリット58−2(図4参照)に対応する位置に配置されている。図2に示す組み立て状態において、図3に示すクリップ38における第1内側面49bは、窪み部40において、図4に示す抵抗基板54の第2導体パターン64に接触しており、クリップ38は、第2導体パターン64と導通している。
図2に示すように、クリップ38における第1脚部49の外側面である第1外側面49aは、クリップ38の山部42において、収納溝18−2の第1側壁18−2aに接触している。先述のように、第1側壁18−2aは、コネクタターミナル28−2の第1露出部28−2aによって構成されている。したがって、図2に示す組み立て状態において、クリップ38の第1外側面49aは、コネクタターミナル28−2と接触し、クリップ38は、コネクタターミナル28−2と導通している。
また、クリップ38における第2脚部51の外側面である第2外側面51aは、クリップ38の山部42において、収納溝18−2の第2側壁18−2bに接触している。クリップ38の第2外側面51aが第2側壁18−2bに接触することによって、クリップ38の第1脚部49が第1側壁18−2aに向かって付勢されるため、第1脚部49が第1側壁18−2aに対して確実に接触することができる。また、第1外側面49aが第1側壁18−2aに、第2外側面51aが第2側壁18−2bに対してそれぞれ接触することによって、クリップ38およびクリップ38が係合している基板端部56が、コネクタ部材10に対して固定される。
なお、収納溝18−2の第2側壁18−2bは、第1側壁18−2aに対して斜めに形成されているため、クリップ38は、抵抗基板54に対して傾いた状態で、収納溝18−2に収納される。この場合、第1脚部49の先端44付近が抵抗基板54に接触することによって、クリップ38と抵抗基板54との導通や、抵抗基板54の固定をより確実なものにすることができる。
図2に示すように、上述の実施形態において、クリップ38の抵抗基板54に対する電気的な接点は、第1脚部49の内側面49bであるが、例えば導体パターンを抵抗基板54の背面に延長し、クリップ38の抵抗基板54に対する電気的な接点を、第2脚部51の第2内側面51bに設けても良い。また、クリップ38のコネクタターミナル28−1〜28−2に対する電気的な接点も、第1脚部の第1外側面49aに限られず、例えば第1露出部28−2aの形状を変更し、クリップ38のコネクタターミナル28−1〜28−2に対する電気的な接点を、第2脚部51の第2外側面51aに設けても良い。
図2に示すクリップ38と同様のクリップ38は、図4に示すスリット58−1および58−3に対応する位置にも配置されており、これらのクリップ38は、図5に示す収納溝18−1および収納溝18−3に収納される。収納溝18−1に収納されるクリップ38は、抵抗基板54のスリット58−1(図4)に対応する位置に配置され、第1導体パターン62およびコネクタターミナル28−1と接触し、導通する。また、収納溝18−3に収納されるクリップ38は、抵抗基板54のスリット58−3(図4)に対応する位置に配置され、第3導体パターン66およびコネクタターミナル28−3と接触し、導通する。収納溝18−1および収納溝18−3に収納されるクリップ38は、図2に示す収納溝18−2に収納されるクリップ38と同様の状態で収納、固定されるため、これらについては説明を省略する。

Claims (4)

  1. 抵抗基板および前記抵抗基板に対して摺動する移動素子を収納しており、前記抵抗基板に通じる開口が形成されているケース部材と、
    コネクタターミナルと、当該コネクタターミナルを被覆する樹脂の一部であり前記ケース部材の前記開口を塞ぐ蓋部と、当該コネクタターミナルを被覆する樹脂の他の一部であり外部端子が接続されるコネクタ部と、を有するコネクタ部材と、
    前記ケース部材と前記コネクタ部材の間に配置され、前記コネクタターミナルと前記抵抗基板に弾発に接触して前記コネクタターミナルと前記抵抗基板とを電気的に接続するクリップと、を有し、
    前記クリップは、略V字状または略U字状の断面形状を有し、支点と前記支点から2つの方向に伸びる第1脚部および第2脚部からなる2つの脚部とを有し、前記第1脚部と前記第2脚部の間に前記抵抗基板を挟んだ状態で前記抵抗基板の基板端部に係合しており、
    前記コネクタ部材の蓋部において前記ケース部材に対向する面には、前記クリップを収納する収納溝が形成されており、当該収納溝は、前記クリップの前記第1脚部の外側面である第1外側面に接触する第1側壁と、前記クリップの前記第2脚部の外側面である第2外側面に接触する第2側壁とを有しており、前記第1側壁または前記第2側壁の一方は、前記コネクタターミナルの一部が当該コネクタターミナルを被覆する樹脂から露出した部分であり、他の一方は前記コネクタターミナルを被覆する樹脂の一部で構成されることを特徴とするセンサ。
  2. 前記クリップにおいて、前記第1脚部と前記第2脚部の間隔は、前記支点から前記クリップの先端に向かって波状に変化しており、
    前記クリップは、前記第1脚部と前記第2脚部の間隔が極小となる窪み部と、前記支点に対して前記窪み部より離れた位置にあり前記第1脚部と前記第2脚部の間隔が極大となる山部を有しており、
    前記クリップが自由状態にある際に、前記窪み部における前記第1脚部と前記第2脚部の間隔は、前記抵抗基板の厚さより小さく、
    前記山部において、前記第1脚部の前記第1外側面は、前記第1側壁と接触しており、
    前記山部において、前記第2脚部の前記第2外側面は、前記第2側壁と接触していることを特徴とする請求項1に記載のセンサ。
  3. 前記クリップの先端は、前記第1脚部と前記第2脚部の間隔が先端方向に向かって開く形状を有しており、
    前記第1脚部と前記第2脚部は、互いに略対称な形状を有していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセンサ。
  4. 前記第2側壁は、前記収納溝の底部に向かって、前記第1側壁との間隔が狭くなるように、前記第1側壁に対して斜めに形成されてい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センサ。
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