JPH0620963Y2 - 無接触形角度センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、磁気抵抗素子を用いる無接触形可変抵抗器を
利用した角度センサに関する。

〔従来の技術〕

磁気抵抗素子を挾んで永久磁石とヨークとを組み合わせ
て無接点化された構造の無接触形可変抵抗器は知られて
いる。又、磁石またはヨークを回転して磁場を変える回
転形の可変抵抗器を角度センサとして利用することも知
られている。

例えば第５図に示す従来の無接触形の回転形可変抵抗器
はこの類のものである。

この従来例の可変抵抗器においては、機械的入力を回転
の形で受ける入力軸Ａは軸受Ｂ，Ｂ′を介してフランジ
本体Ｃに支持される。このフランジ本体Ｃには略ポット
状のケースＤをその先端縁部分をフランジ本体Ｃの溝Ｅ
に嵌入し、図示しない箇所におけるかしめ加工によって
固定する。前記入力軸ＡのケースＤ側の先端にはマグネ
ットベースＦを介して半円柱体をなすマグネットＧを接
着し、入力軸Ａの回転によりマグネットＧの半円をなす
上面が水平位置を変えるようにしてある。ケースＤには
このマグネットＧに対して一定の間隙を保持して対向的
に磁気抵抗素子ＨがケースＤの中央部に埋設されたヨー
クＩの表面に接着されている。この磁気抵抗素子Ｈの端
子Ｊに接続する入出力用端子ＫはケースＤを貫挿して固
定され、入出力用端子Ｋに接続するリード線Ｌはケース
Ｄに冠装するカバーＭを貫通して引き出されている。即
ち、この可変抵抗器は無接触形の回転形可変抵抗器であ
り、入力軸Ａの回転により、マグネットＧが回転し、磁
気抵抗素子Ｈに対し変化する磁場を与える。つまり、磁
気抵抗素子Ｈの抵抗が磁場により変化し、入出力用端子
Ｋによって取り出される電位差を変化させる。換言すれ
ば、入力軸Ａの回転角度をリード線Ｌを経由する出力電
圧の変化量から読めるようにしてある。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の無接触形の回転形可変
抵抗器は、マグネットＧと磁気抵抗素子Ｈとの間に例え
ば0.08mmというような狭い間隙を維持するためには、入
力軸Ａの先端に支持されたマグネットＧ表面が入力軸Ａ
の回転により垂直方向の振れを生じないようにする必要
があり、入力軸Ａをフランジ本体Ｃに保持する２ヶのベ
アリングＢ，Ｂ′の取り付け部分やマグネットＧ，マグ
ネットベースＦ等それぞれの構成加工部品の加工精度と
組み立て精度の確保が重要な問題になる。同様のこと
は、加工部品の多いケースＤ側についても言え、さらに
フランジ本体ＣとケースＤとの組み立てにおいても問題
となる。つまり、従来の無接触形可変抵抗器において
は、精密度を要する部品が多く、組立工程も多く、製作
日数及び製作費用の点から問題になることがあった。

したがって、本考案は、このような問題点を考慮してな
されたものであって、その課題とするところは、取り付
けが簡単で取り付け後においても、マグネットと磁気抵
抗素子との間の必要な間隙が容易に一定に保持できる比
較的簡単な構造を有し、しかも、安価で量産が可能な無
接触形の回転形可変抵抗器即ち角度センサを得ることに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成するために、本考案における無接触形角
度センサは、直列に接続し、ケース本体に取り付けられ
たヨークの上に重ねた２個の磁気抵抗素子の表面に、ロ
ータ本体に取り付けられて回動するマグネットの表面を
対向させ、前記マグネットの回動に伴う前記磁気抵抗素
子の中間端子における電気量の変化によって前記ロータ
本体の回動量を測定する無接触形角度センサであって、
前記ケース本体と前記ロータ本体の周縁部に同心の環状
嵌合部を形設し、該環状嵌合部において前記ケース本体
と前記ロータ本体を嵌合させると共に端面同士を接触さ
せて前記磁気抵抗素子の表面と前記マグネットの表面と
の対向位置と所定間隙を保持し且つ前記ロータ本体の入
力側端部を外部回転軸に係合可能に形成すると共に、一
端を前記ケース本体に固定し他端を前記ロータ本体に固
定する巻装スプリングによって前記ロータ本体を前記ケ
ース本体の側に付勢し且つ前記ロータ本体の回動に対す
る復動力を作用させてなり、また、前記ケース本体と前
記ロータ本体は、それぞれプラスチックモールドによっ
て成形されてなるものである。

そして、上記のケース本体及びロータ本体はそれぞれプ
ラスチックモールドによって成形されたものであること
が好ましい。

〔作用〕

本考案の無接触形角度センサは、ロータ本体の入力側端
面にスプリングの１端を合わせて係止させ、ロータ本体
のマグネットを装着する側の端面とケース本体の磁気抵
抗素子を装着する側の端面をセンタ位置を合わせて面接
触させ、前記スプリングの他端をケース本体に固着させ
ることによって１体に組み立てられる。また、この無接
触形角度センサは、手あるいはドライバー等で、回動方
向に任意のところまで捻じった状態で外部回転軸に係合
させて離すことにより、スプリングの復動力により当初
の位置まで外部回転軸に密着した係合状態のまま戻すこ
とができる。

以上の無接触形角度センサにおいては、２個の磁気抵抗
素子の両端に接続され、ケース本体の出力側に引き出さ
れた１対の入力用端子に接続したリード線によって磁気
抵抗素子に一定電流を流しておき、ロータ本体を外部回
転軸によって回動させれば、マグネットが回動し、その
回動に応じて磁場が変化し、磁気抵抗素子の抵抗が変
る。結局、前記１対の入力用端子間の中間に設けた中間
端子と入力側の１つの端子との間の電位差を取り出して
その変化を読むことによって、ロータ本体の回動角度を
判定することができる。又、前記スプリングの作用によ
り、ロータ本体に回転を伝える回転軸端とロータ本体と
は常に密着しているため、がたつきや振動を生じること
なく、回転軸端との結合も容易である。

〔実施例〕

以下、図面について本考案の実施例の詳細を説明する。

第１図〜第２図に示すように、本考案の角度センサ１は
基本的に、機械的入力を回転の形で受けるロータ部２
と、該機械的入力を電圧の形で出力するケース部３に、
前記ロータ部２を前記ケース部３に結合するスプリング
部４とからなっている。

ロータ部２のロータ本体５はプラスチックモールドによ
って成形され、内部の中間位置に軸方向に直角な仕切り
５ａを有する略円筒形状をなし、図面で左側の入力側に
は、第３図にも示したように、その内周壁から中心方向
に突き出した１対の突条５ｂを有し、長方形断面をなす
仮想線で示したシャフト６によって回転の形で与えられ
る外力を受け止めることができるようにしてある。又、
ロータ本体５の図示右側の出力側に構成された空室即ち
マグネット室７においては、略中心部にマグネット８が
その底面で前記仕切り５ａの面に接着されている。この
マグネット８は、ロータ本体５の回転心線と同心の円柱
体を略中心を通る面で切断して一方側を切除した形の半
円柱体をなしており、ロータ本体５の回転心線のまわり
を回動できるようにしてある。ロータ本体５の出力側の
端縁部分にはフランジ部５ｃを形成し、そのフランジ部
５ｃの内方部分には、外縁部分とは段差を有し、一定幅
の平滑な環状面をなす端面５ｄを形成してある。前記マ
グネット室７はロータ本体５の回転心線と同心に平滑な
内周壁５ｅを有している。又、前記フランジ部５ｃの外
縁部分にはロータ本体５の回転心線に平行な方向に突き
出している突起体５ｆを形成してある。なお、ロータ本
体５の入力側の端面５ｇには、後記するスプリング部４
の係止孔に対応する３ヶの係止突起５ｈを形成してあ
る。

ケース本体９は概略的には出力側に開口するポット形状
をなしている。しかし、ロータ本体５の出力側と対向す
るケース本体９の入力側はロータ本体５に対応的な面構
成を有しており、その外縁部分には環状溝９ａを形成し
てある。この環状溝９ａは、前記ロータ本体５のフラン
ジ部５ｃを収納する深さと外周を有すると共に、前記ロ
ータ本体５の端面５ｄに面接触可能な平滑な底面９ｂ
と、そして前記ロータ本体５のマグネット室７の内周壁
５ｅと同心でその内周壁５ｅに嵌合可能な寸法の平滑な
内周壁９ｃとを有し、環状嵌合部を構成している。又、
ケース本体９の入力側中央部分には円柱体のヨーク１０
を埋設し、その表面には、化合物半導体でつくられ且つ
端子部１１ａを備える２個の磁気抵抗素子（図示省略）
を直列に接続した状態で接着し、磁気抵抗素子部１１に
構成してある。そして特に、前記ロータ本体５の端面５
ｄとケース本体９の環状溝９ａの底面９ｂとを面接触さ
せたとき、マグネット８と磁気抵抗素子部１１との間に
0.1mm以下のエアーギャップを設けるようにしてある。
又、ロータ本体５のフランジ部５ｃに設けた突起体５ｆ
に対応して、ケース本体９にはその突起体５ｆが嵌入で
きる幅の案内溝９ｄを形設してある。この案内溝９ｄ
は、第２図に示すように、回転心線を中心として略９０
°の円弧状をなしており、後述するように、ロータ本体
５が略９０°以上に回動できないようにするストッパの
作用をする。案内溝９ｄの形設位置は、本角度センサ１
を組み立てた際の前記マグネット８と磁気抵抗素子部１
１との相対位置から決められ、出力電位差がロータ部２
の回動角に対し比例関係を示す範囲にしてある。即ち、
第４図に示したように、後記する中間端子１２Ｃから磁
気抵抗素子部１１の中心に下した垂線から約４５°〜約
１３５°の範囲でマグネット８が回動できるように設定
してある。

第１図及び第４図に示したように、磁気抵抗素子部１１
の端子部１１ａの両端部分と、中間の屈曲部分には、ケ
ース本体９を貫通して出力側に延びる３本の入出力用端
子１２即ち両端入力用端子１２Ａ，１２Ｂと中間端子１
２Ｃを配設してある。又、これらの入出力用端子１２
Ａ，１２Ｂ，１２Ｃはさらにケース本体９の出力側に配
設したプリント基板１３を介して、それぞれリード線１
４に接続されている。プリント基板１３は、磁気抵抗素
子部１１の抵抗温度特性に対処しその補償を行なうのに
極めて有用なものであり、本実施例においては、第１図
及び第２図にみられるように、プリント配線の裏面側に
４ヶの固定抵抗１５付設した直並列抵抗方式によって磁
気抵抗素子部１１の温度補償を行なうようにしている。

スプリング部４は、コイル状のスプリング１６と、その
両端を固定する２ヶのスプリング座１７，１８からな
る。スプリング１６の一端を固着するスプリング座１７
は断面Ｌ字形のリング状でその前面の３ヶ所には係止孔
１９を穿設してあり、組立時にロータ本体５の係止突起
５ｈを係止できるようにしてある。スプリング座１８は
段付きリング体をなし、小径部１８ａにスプリング１６
の他端を固着し、大径部１８ｂはその内径をケース本体
９の外径に合わせて嵌合できるようにしてある。

本考案の実施例の無接触形角度センサ１は以上のように
構成されており、まず予め固定抵抗１５を付設したプリ
ント基板１３の周縁部に接着剤を塗布し、そのプリント
基板１３の入出力用端子用に穿設された３ヶの孔に入出
力用端子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを貫通しながらプリン
ト基板１３をケース本体９の出力側に形設した段部に接
着する。そして入出力用端子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを
それぞれプリント配線にハンダ着けで接続することによ
ってプリント基板１３をケース本体９に固定する。次
に、ケース本体９の環状溝９ａの内周壁９ｃとロータ本
体５のマグネット室７の内周壁５ｅとを合わせ、ロータ
本体５のマグネット８を装着する出力側のフランジ部５
ｃをケース本体９の入力側の環状溝９ａに嵌入して、フ
ランジ部５ｃの端面５ｄと環状溝９ａの底面９ｂとを面
接触させることにより、ロータ本体５とケース本体９と
は嵌合される。又、ロータ本体５にスプリング１６を入
力側から被せてスプリング座１７の３ヶの係止孔１９を
ロータ本体５前面の係止突起５ｈに嵌め込んで係止さ
せ、スプリング座１８の大径部１８ｂをその端面に接着
剤を塗布した上でケース本体９の外径に嵌合させて接着
固定することにより、ケース部３とロータ部２とスプリ
ング部４を一体化できる。

以上のように組み立てた本考案の無接触形の角度センサ
１は、使用時、角度センサ１に対する相手方のシャフト
６（第３図参照）にロータ部２の入力側を嵌め込むよう
にしてカップリングすることができる。このカップリン
グ作業時においては、ロータ部２を捩るように回し、相
手方シャフト６に被せて手を離せば、スプリング１６の
バックテンションが利いて元に戻る形に付勢された状態
でシャフト６とロータ部２の突条５ｂとを噛み合わせ
る。従って、取り付けが容易で使用時にもがたつくこと
がない。

角度センサ１を角度センサ１に対する相手方に取り付け
た状態で両端入力用端子１２Ａ，１２Ｂを介して磁気抵
抗素子部１１に一定電流を流しておけば、加工度等に応
じて回動する相手方シャフト６に応じてロータ部２のマ
グネット８が回動し、従ってケース部３の磁気抵抗素子
部１１を通る磁束が変ると、磁気抵抗素子部１１におけ
る抵抗が変るので、端部入力用の端子１２Ａと中間端子
１２Ｃ間で取り出される電位差も迅速に変化する。従っ
て、本考案の角度センサは、この読み取られた電圧によ
る角度に対応した加工リミットの設定などに好適に利用
できる。

又、ロータ部２とケース部３との間ではマグネット８と
ヨーク１０による磁力の引張力が働らくが、本考案では
さらにスプリング部４でもってロータ部２をケース部３
に付勢して安全が期されている。

本考案においては、マグネット８と磁気抵抗素子部１１
間に0.1mm以下の狭いエアーギャップを維持しながらマ
グネット８を廻すことができるところに大きな特徴があ
り、このことは前記のマグネット８とヨーク１０間の磁
力及びスプリング１６の押圧力によって、ロータ本体５
のフランジ部５ｃの端面５ｄとマグネット室７の内周壁
５ｅを前記ケース本体９の環状溝９ａの底面９ｂと内周
壁９ｃとで密に面接触させるようにしたことで可能とな
っているものである。この場合ロータ部２の回動速度は
小さく、ロータ部２の押圧力も回動を妨げるほど強いも
のではないから、接触面での摩耗が問題となることはな
い。

本考案のロータ本体及びケース本体はそれぞれプラスチ
ックモールドで簡単に成形が可能であり、前記ロータ本
体及びケース本体のそれぞれの接触面や嵌合面も容易に
平滑な面として得られる。

以上のように構成する本考案の角度センサは基本的要素
を備えたものであって、これを基にして、いろいろな組
み合せ、あるいは細部の変更が可能であり、例えば相手
方とのカップリング方法の変更，磁気抵抗素子のパター
ン変更による出力や角度範囲の変更等は容易に可能であ
る。又、前記実施例に記載したように、温度補償のため
の固定抵抗の内蔵も必要に応じて自由に行ない得また変
更し得る。

〔考案の効果〕

本考案は以下に記載する効果を奏する。

(1)磁気抵抗素子とヨークと端子とを備えるケース本体
と、マグネットを備えるロータ本体の形状を単純化し、
両者を同心に形成した環状嵌合部で嵌合させると共に端
面同士で接触させて一体化させるようにし、また、ロー
タ本体入力端部を外部回転軸に係合する形態とし、さら
にロータ本体を巻装スプリングでケース本体側に付勢さ
せると共に回動するロータ本体を復動側に付勢させるよ
うにさせてあるので、ロータ本体部の回動に伴う振動や
がたつきがなく、マグネットと磁気抵抗素子との間の狭
いエアーギャップを一定に維持でき、また、外部回転軸
への取り付け取り外しが容易に行える。

(2)ケース本体とロータ本体とを同心に形成し、周縁部
の環状嵌合部で嵌合させて端面同士を接触させ、また、
ロータ本体の入力端部を回転軸態とせず、外部回転軸と
係合させる形態として、形状を単純化しても製品の品質
・性能が保たれるようにしたから、従来のように部品数
を要せず、高価なベアリングやメタル等を必要とせず、
又加工や取り付け上の寸法精度の制約が少なくなり、従
来品より安価にかつ能率的に製作できることになった。

(3)更に、ケース本体とロータ本体とをプラスチックモ
ールドにより形成するので、特に安価に製作できるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例の角度センサの正面断面図、第２
図は第１図の角度センサの組立斜視図、第３図は第１図
の矢印Ｘ方向からみた側面図、第４図は第１図の実施例
におけるマグネットと磁気抵抗素子との関係の説明図、
そして第５図は従来の角度センサの正面断面図である。 １……角度センサ、２……ロータ部 ３……ケース部、４……スプリング部 ５……ロータ本体、５ｂ……突条 ５ｃ……フランジ部、５ｄ……端面 ５ｅ……内周壁、５ｆ……突起体 ８……マグネット、９……ケース本体 ９ａ……環状溝、９ｂ……底面 ９ｃ……内周壁、９ｄ……案内溝 １０……ヨーク、１１……磁気抵抗素子部 １２……入出力用端子、１３……プリント基板 １６……スプリング

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】直列に接続し、ケース本体に取り付けられ
   たヨークの上に重ねた２個の磁気抵抗素子の表面に、ロ
   ータ本体に取り付けられて回動するマグネットの表面を
   対向させ、前記マグネットの回動に伴う前記磁気抵抗素
   子の中間端子における電気量の変化によって前記ロータ
   本体の回動量を測定する無接触形角度センサであって、
   前記ケース本体と前記ロータ本体の周縁部に同心の環状
   嵌合部を形設し、該環状嵌合部において前記ケース本体
   と前記ロータ本体を嵌合させると共に端面同士を接触さ
   せて前記磁気抵抗素子の表面と前記マグネットの表面と
   の対向位置と所定間隙を保持し且つ前記ロータ本体の入
   力側端部を外部回転軸に係合可能に形成すると共に、一
   端を前記ケース本体に固定し他端を前記ロータ本体に固
   定する巻装スプリングによって前記ロータ本体を前記ケ
   ース本体の側に付勢し且つ前記ロータ本体の回動に対す
   る復動力を作用させることを特徴とする無接触形角度セ
   ンサ。
2. 【請求項２】前記ケース本体と前記ロータ本体は、それ
   ぞれプラスチックモールドによって成形される請求項１
   記載の無接触形角度センサ。