JPH06140685A - 非接触型ポテンショメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、組み立て公差等に影響されずに安
定した出力が得られ、製造時に歩留まりを高くすること
のできる非接触型ポテンショメータを提供することを目
的とする。 【構成】絶縁基板11の面上に回転軸15部を中心にした円
弧に対応して、強磁性体薄膜による抵抗体パターン12を
形成し、その両端に電極13、14を形成する。ここで、抵
抗体パターン12は電極13から14に向けて順次その幅が広
くなるように形成され、この抵抗体パターン12に沿って
非接触で移動される永久磁石17が設定される。この永久
磁石17は回転軸15と一体の保持体16に接着等で取り付け
られ、抵抗体パターン12と交差する方向に磁界が設定さ
れ、抵抗体パターン12に飽和磁界が印加されるように着
磁設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば回転角に対応
した電気的な出力信号が得られるようにしたポテンショ
メータに係るものであり、特に強磁性体抵抗素子および
磁石を利用した非接触型ポテンショメータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的にポテンショメータは、両端に直
流電源を接続した抵抗体パターンに摺動子を接触させ、
この摺動子の接触位置に対応した電圧信号を出力する摺
動抵抗型で構成される。しかし、この様な摺動抵抗型の
ポテンショメータにあっては、摺動子が抵抗体パターン
に対して常時接触して移動させられる構造であるため、
抵抗体が摺動子との接触磨耗によって損傷されるもので
あり、信頼性上で問題を有する。

【０００３】この様な摺動接触型の問題点を解決するた
め、例えば特公昭６３−５６７１３号公報に示されるよ
うに、磁気抵抗素子を用いた非接触型のポテンショメー
タが考えられている。この非接触型ポテンショメータに
あっては、強磁性体材料によって構成された抵抗体パタ
ーンに小間隔で永久磁石を対向させ、この永久磁石に対
向された位置の抵抗体パターンの抵抗値を変化させて、
その永久磁石の存在位置に対応した電気的な出力が得ら
れるようにしている。

【０００４】磁気抵抗体の抵抗値が印加される磁界強度
に比例して変化する性質を利用しているもので、したが
ってポテンショメータとしての出力を安定化するため
に、永久磁石の磁界強度と共に、この永久磁石の取り付
け位置関係を厳しく管理する必要がある。このため、組
み立て工程管理が繁雑化するようなコストアップの要因
を大きくかかえている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、強磁性体薄膜による抵抗体
パターンと永久磁石を使用して構成するようにした場合
においても、充分に簡単に構成し且つ容易に組み立て可
能な構造としながらも、出力の安定性と共に生産上の歩
留まりも確実に向上させることのできる、信頼性に富ん
だ非接触型ポテンショメータを提供しようとするもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る非接触型
ポテンショメータは、一方端から他方端に向けて順次幅
が異なるような細片状のパターンの磁気抵抗体薄膜によ
り構成された抵抗体パターンを絶縁基板上に形成し、こ
の前記抵抗体パターンの長手方向に沿って被測定体の動
作量に対応して移動される非磁性体によって構成された
保持体保持体に前記抵抗体パターンの幅方向に着磁され
た永久磁石を保持し、この永久磁石が前記抵抗体パター
ンと小間隔で対向されるようにしている。

【０００７】また、幅の変化方向が逆とされるようにし
て前記抵抗体パターンを２つ並べて配置されるように
し、この２つの抵抗体パターンによってブリッジ回路の
１つのアームが構成されるようにすることも含まれる。

【０００８】

【作用】この様に構成される非接触型ポテンショメータ
においては、永久磁石が被測定体の動作に対応して抵抗
体パターンに沿って移動され、この永久磁石で発生され
た磁界が作用して抵抗値が変化する抵抗体パターンの位
置が移動する。ここで、抵抗体パターンはその位置によ
って幅が変化するものであり、したがってこの抵抗体パ
ターンの両端間の抵抗値が永久磁石の位置、すなわち被
測定体の動作位置に対応して可変設定されるもので、こ
の抵抗値に対応した電圧信号によって被測定体の動作位
置が認知されるようになる。また、抵抗体パターンを２
組設定し、この２組の抵抗体パターンによる抵抗素子に
よってブリッジ回路の１つのアームを構成するようにす
れば、このブリッジ回路の出力部に前記永久磁石の位置
に対応した電圧出力が得られる。

【０００９】この様なポテンショメータにおいては、永
久磁石で発生される磁界によって抵抗体パターンの特定
される位置の抵抗値を変化させるものであり、その磁界
の作用位置に応じた抵抗値変化が得られる。この場合、
永久磁石は抵抗体パターンに対して小間隔で対向設定さ
れ、永久磁石により飽和磁界以上の磁界強度が抵抗体パ
ターンに作用させられるようにすればよいものであるた
め、特に永久磁石等の取り付け位置関係を厳しく管理す
る必要がなく、信頼性の高いポテンショメータとするこ
とができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は非接触型ポテンショメータの構成を示
すもので、絶縁基板11の表面に強磁性抵抗材料を蒸着し
て強磁性体薄膜を形成し、この強磁性体薄膜を所定のマ
スク等を用いてエッチングすることにより、抵抗体パタ
ーン12を形成する。この抵抗体パターン12はほぼ円弧に
沿って細片状に形成されるもので、この抵抗体パターン
の幅が一方の端部から他方に端部に向けてしだいに幅が
増加されるようになっている。そして、この抵抗体パタ
ーン12の両端にそれぞれ電極13および14が形成される。

【００１１】ほぼ円弧状の抵抗体パターン12の中心に対
応する部分には、非磁性体で構成された回転軸15が設定
される。この回転軸15は、詳細は図示していないが被測
定体に結合されて、この被測定体の動作に対応して回転
されるもので、この回転軸15に一体的に非磁性体で構成
された保持体16が設けられる。この保持体16は、抵抗体
パターン12の形成される基板11の面に小間隔で対向設定
されるようにするもので、この保持体16に直方体状の永
久磁石17を接着等によって取り付ける。

【００１２】この場合、この永久磁石の磁極は抵抗体パ
ターン12をその幅方向に横切る方向に磁界が設定される
ように設定されるもので、抵抗体パターン12の永久磁石
17に対向する部分の抵抗値が低い値とされるようにす
る。ここで、抵抗体パターン12の幅が部位によって異な
るもので、その幅が一方から他方に向けてしだいに変化
するものであり、したがって永久磁石17により抵抗値が
低くされる部位の幅に対応して、電極13と14との間の抵
抗値が変化し、その抵抗値と永久磁石17の位置、すなわ
ち被測定体の動作位置との間に相関関係が設定されるよ
うになる。

【００１３】図２はこの様なポテンショメータを実際に
組み立てた状態を示すもので、ケース21に対応した部分
にボールベアリングによって構成された軸受け22を形成
するもので、回転軸15がこの軸受け22部分を貫通してケ
ース21内に導入され、保持体16部分がケース21内に回転
自在に保持される。このケース21の底板211 面に配線板
23を設定し、この配線板23上の回路を介して基板11上の
電極13および14がケース21からの導出されるリード線24
に接続されるようにする。

【００１４】この様にして配線板23面上に抵抗体パター
ン12の形成された絶縁基板11が保持設定されるようにす
るもので、この基板11の面と保持体16とは小間隔で対向
設定される。永久磁石17は、保持体16の基板11との対向
面に形成した凹部に嵌め込まれ、接着剤等を用いて固定
保持されている。

【００１５】この様に構成される非接触型ポテンショメ
ータにおいて、回転軸15の回転に伴って永久磁石17が抵
抗体パターン12の沿って移動すると、抵抗体パターン12
の永久磁石17に対向された部分の抵抗値が減少する。こ
の場合、抵抗体パター12の幅は部位によって異なるもの
であるため、回転軸15の回転角度に応じて抵抗体パター
ン12の電極13と14との間の抵抗値が変化し、その抵抗値
に対応した電気的な信号が検出される。

【００１６】図３はこの回転軸15の回転角と電極13と14
との間の抵抗値の関係を示したもので、電極13と14との
間に所定の定電流を流し、この電極13と14との間の電位
差を測定することによって回転軸15の回転角、すなわち
被測定体の動作量を計測することができる。

【００１７】なお、この実施例において抵抗体パターン
12は回転軸15部分を中心にした円弧状に形成したが、こ
の円弧に対応して設定された直線の組み合わせによっ
て、多角形状に形成されるものであってもよい。また、
一方端から他方端に向けて順次幅が変化する直線細片状
のパターンによって抵抗体パターンを形成することもで
きるもので、この場合には保持体によって保持された永
久磁石が、この直線状抵抗体パターンに沿って直線状に
移動されるように構成する。

【００１８】図４は第２の実施例を示すもので、絶縁基
板11上に図１で示したような円弧状にした強磁性体薄膜
による第１および第２の抵抗体パターン121 および122
が形成されるようにする。

【００１９】この第１および第２の抵抗体パターン121
および122 は、回転軸15を中心にして同心状に形成され
るもので、第１の抵抗体パターン121 の一端は電極25に
接続され、この電極25部分からその幅が順次広がるよう
に構成されて電極26に接続される。この電極26は同心状
に設定される第２の抵抗体パターン122 の端部に共通に
接続されるもので、この第２の抵抗体パターン122 はこ
の電極26の接続部からその幅が順次広がるように形成さ
れ、その他端部に電極25と並べて形成した電極27に接続
される。

【００２０】すなわち、第１および第２の抵抗体パター
ン121 および122 は電極26によって直列接続されるもの
で、回転軸15と一体の保持体16に取り付けられた永久磁
石17が、平行の状態に設定される第１および第２の抵抗
体パターン121 および122 に共通に跨がるように設定さ
れ、この永久磁石17で発生される磁界が第１および第２
の抵抗体パターン121 および122 に交差する方向に設定
されるようにする。

【００２１】ここで、第１および第２の抵抗体パターン
121 および122 は、ブリッジ回路の１つのアームを構成
するように設定されるもので、この抵抗体パターン121
および122 の直列回路は、他の２つの固定抵抗の直列回
路と並列に接続され、電極15と27との間に直流電源が接
続され、電極26から出力信号が取り出されるようにす
る。具体的には、電極25を定電圧電源Ｖccに接続すると
共に電極27を接地（ＧＮＤ）し、電極26から出力Ｖout
が取り出されるようにする。

【００２２】この様に構成されるポテンショメータにあ
っては、回転軸15の回転に伴って永久磁石17の位置が抵
抗体パターン121 および122 上で変化し、この抵抗体パ
ターン121 および122 それぞれにおいてその両端子間の
抵抗値が連続的に変化する。この場合、第１および第２
の抵抗体パターン121 および122 ぞれぞれにおいて、永
久磁石17の移動方向に対してパターンの幅の変化方向が
逆であるため、永久磁石17の１つの方向の移動に対し
て、第１および第２の抵抗体パターン121 および122 の
抵抗値は逆の傾斜で変化する。

【００２３】この抵抗体パターン121 および122 はブリ
ッジ回路の１つのアームを構成するものであり、このブ
リッジ回路のＶccおよびＧＮＤそれぞれと出力Ｖout と
の間の抵抗値が互いに逆の方向に変化するようになるも
のであるため、回転軸16の回転角変化に対応して、この
ブリッジ回路からの出力電圧Ｖout が図５で示すように
直線的に変化する。

【００２４】図１および図４で示した実施例において、
抵抗体パターン12、121 、122 それぞれの抵抗値は、永
久磁石17によって印加される磁界強度の増大によって減
少する。しかし、この様な抵抗値変化の減少において、
飽和磁界以上の磁界が抵抗体パターンに対して印加され
ると、この抵抗体パターンの抵抗値は飽和磁界が印加さ
れたとき以上には減少せず、それ以後は一定の値とな
る。

【００２５】したがって、直方体状の永久磁石17と磁気
抵抗パターン12さらに121 、122 との取り付け公差、お
よび永久磁石17の着磁強度のばらつきを考察すると、こ
れらの取り付け公差や着磁強度のばらつきが存在して
も、抵抗体パターン12、121 、122 に飽和磁界強度以上
の磁界が印加されるように永久磁石17の取り付け態様を
設計すれば、常に安定した出力が得られるようになる。

【００２６】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る非接触型ポ
テンショメータによれば、強磁性体による磁気抵抗素子
を構成する抵抗体パターンと、被測定体の動作に対応し
て移動される永久磁石によって、取り付け公差等に関係
することなく安定した信頼性のある出力が得られるもの
であり、充分な安定度と共に歩留まりを良好にした信頼
性の高い非接触型ポテンショメータとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）はこの発明の一実施例に係る非接触型ポ
テンショメータの平面から見た構成を示す図、（Ｂ）は
（Ａ）図のｂ−ｂ線断面図。

【図２】上記ポテンショメータの組み立て構成を示す断
面図。

【図３】上記ポテンショメータの抵抗値変化の状態を示
す図。

【図４】（Ａ）はこの発明の他の実施例に係る非接触型
ポテンショメータの平面から見た構成を示す図、（Ｂ）
は（Ａ）図のｂ−ｂ線断面図。

【図５】上記ポテンショメータの出力特性を示す図。

【符号の説明】

11…絶縁基板、12、121 、122 …抵抗体パターン、13、
14、25〜27…電極、15…回転軸、16…保持体、17…永久
磁石。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板上に形成され、一方端から他方
   端に向けて順次幅が異なるような細片状のパターンで形
   成された磁気抵抗体薄膜により構成された抵抗体パター
   ンと、 被測定体の動作量に対応して前記抵抗体パターンの長手
   方向に沿って移動される非磁性体によって構成された保
   持体と、 この保持体に前記抵抗体パターンと小間隔で対向するよ
   うに取り付けられ、前記抵抗体パターンの幅方向に着磁
   された永久磁石とを具備し、 この永久磁石は前記抵抗体パターンに飽和磁界が印加で
   きるように着磁設定されるようにしたことを特徴とする
   非接触型ポテンショメータ。
2. 【請求項２】 絶縁基板上に形成され、一方端から他方
   端に向けて順次幅が異なるような細片状のパターンで形
   成された磁気抵抗体薄膜により構成された第１の抵抗体
   パターンと、 この第１の抵抗体パターンと平行に形成され、前記第１
   の抵抗体パターンと逆の方向に順次幅が異なるような細
   片状のパターンで形成された磁気抵抗体薄膜により構成
   された第２の抵抗体パターンと、 被測定体の動作量に対応して前記抵抗体パターンの長手
   方向に沿って移動される非磁性体によって構成された保
   持体と、 この保持体に前記第１および第２の抵抗体パターンに共
   通に跨がって前記両抵抗体パターンに共通に小間隔で対
   向するように取り付けられ、前記両抵抗体パターンの幅
   方向に、この抵抗体パターンに飽和磁界が印加されるよ
   うな着磁強度で着磁された永久磁石とを具備し、 前記第１および第２の抵抗体パターンによってブリッジ
   回路の１つのアームが構成されるようにしたことを特徴
   とする非接触型ポテンショメータ。
3. 【請求項３】 前記抵抗体パターンは、１つの中心に対
   応した円弧に対応して形成され、前記１つの中心には前
   記被測定体の動作量に対応して回転される回転軸を設定
   して前記保持体がこの回転軸の回転と共に回動され、前
   記永久磁石が前記抵抗体パターンに沿って被接触で移動
   されるようにした請求項１もしくは請求項２のいずれか
   に記載された非接触型ポテンショメータ。