JPH0814813A - ポテンショメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 変位検出精度の高いポテンショメータを提供
する。 【構成】 抵抗部材２０に交流電圧が印加されることに
より、この抵抗部材２０と可動電極３０との間に形成さ
れるコンデンサを介して可動電極３０上に一定量の減衰
した電位が生じる。そして、この可動電極３０をスライ
ドさせると、この可動電極３０と抵抗部材２０の電位差
に比例した変化が可動電極３０上に生じ、可動電極３０
の電位変化を測定することにより、可動電極３０の移動
量が検出できる。ここで、絶縁板１０にはほぼ均一な厚
みを有するものが用いられ、可動電極３０はこの絶縁板
１０と接しながら絶縁板１０の他方の面上を移動するた
め、絶縁板１０の一方の面上に形成された抵抗部材２０
と可動電極３０の間隔はほぼ一定となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動制御等に使用され
るポテンショメータに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動制御等におけるフィードバック用途
のセンサとして、回転変位量や直線変位量の絶対値（ア
ナログ量）を検出するポテンショメータが用いられてい
る。

【０００３】従来、例えば実開平５−８２００６号公
報、実開平５−８２００７号公報に記載された技術のよ
うに、基板上に形成された金属抵抗や導電プラスチック
ス等からなる抵抗体表面を刷子が摺動することにより、
抵抗体両端に印加された直流電圧の刷子の位置での分割
比を得ることにより変位量を検出するようにした接触式
のポテンショメータが広く用いられている。

【０００４】また、例えば実公昭６０−１１６０１号公
報に記載された技術のように、非接触式のポテンショメ
ータも提案されている。

【０００５】この文献に記載された従来のポテンショメ
ータは、図１０（ａ）の回路図に示すように、分圧手段
である抵抗体１００と、抵抗体１００の両端に接続され
た交流信号源１１０と、抵抗体１００の近傍に非接触で
移動可能に配置された導体片１２０とを備えている。こ
のような構成において、抵抗体１００と導体片１２０の
間には、抵抗体１００を一方の電極とし、導体片１２０
を他方の電極とする静電容量Ｃｇのコンデンサが形成さ
れることになる。これにより、抵抗体１００の両端に印
加される交流信号源１１０からの電圧信号ｅ_inは、導体
片１２０を介して容量結合により分圧信号ｅ_out として
取り出すことができる。この分圧信号ｅ_out は導体片１
２０と抵抗体１００の位置関係によって変動する信号で
ある。したがって、この分圧信号ｅ_out を検出すること
により、導体片１２０の変位を非接触で測定することが
できる。

【０００６】図１０（ｂ）は、従来のポテンショメータ
の具体例を示す要部拡大図である。この例のポテンショ
メータは、抵抗体１００として巻線抵抗体を用いると共
に、導体片１２０を円筒形に形成し、抵抗体１００と非
接触で移動できる構成となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、接触式のポ
テンショメータは、抵抗部材の抵抗分割比に応じた直流
電圧の分圧比を用いて刷子の位置を検知しているので、
温度変化による影響を受けず、−４０℃〜＋１５０℃の
広い温度範囲の環境下での使用が可能である。しかしな
がら、刷子がこすれて抵抗部材が磨耗し、検出精度が劣
化して寿命が低下したり、摺動時のトルクが大きいとい
う欠点がある。

【０００８】また、前述した非接触式のポテンショメー
タにあっては、図１０（ｂ）の具体例からも判るよう
に、抗体１００と導体片１２０の間隔を一定に保ちなが
ら、導体片１２０を移動させることは困難である。この
ため、抗体１００と導体片１２０の間に形成されるコン
デンサの静電容量Ｃｇも変動し易く、分圧信号ｅ_out に
含まれる誤差は大きい。従って、従来のポテンショメー
タの変位検出精度は低く問題であった。

【０００９】本発明は、このような問題を解決し、変位
検出精度の高いポテンショメータを提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のポテンショメータは、両端間に所定の交流
電圧が印加された抵抗部材間を移動する可動電極の移動
量を、可動電極の電位変化量として検出するポテンショ
メータであって、一方の面に抵抗部材が形成されたほぼ
均一な厚みを有する絶縁板を備えている。そして、可動
電極は絶縁板の他方の面上を抵抗部材と容量結合しなが
ら移動することを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明のポテンショメータによれば、抵抗部材
に交流電圧が印加されることにより、この抵抗部材と可
動電極との間に形成されるコンデンサを介して可動電極
上に一定量の減衰した電位が生じる。可動電極をスライ
ドさせると、この可動電極と抵抗部材の電位差に比例し
た変化が可動電極上に生じ、可動電極の電位変化を測定
することにより、可動電極の変位量が検出できる。

【００１２】本発明のポテンショメータでは、絶縁板に
はほぼ均一な厚みを有するものが用いられており、可動
電極はこの絶縁板と接しながら絶縁板の他方の面上を移
動する。このため、絶縁板の一方の面上に形成された抵
抗部材と可動電極の間隔はほぼ一定となり、抵抗部材と
可動電極の間に形成される抵抗分割用コンデンサの静電
容量もほぼ一定となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について添付図面を
参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施例であ
る直線変位検出方式のポテンショメータの動作原理を示
す斜視図である。同図より、第１の実施例のポテンショ
メータは、ほぼ均一な厚さを有する絶縁板１０の裏面
に、抵抗部材２０と導電部材２１，２２がスクリーン印
刷などにより貼付されている。絶縁板１０には、例えば
樹脂フィルムが用いられ、抵抗部材２０の長手方向の一
端に導電部材２１が、他端に導電部材２２が電気的に接
続されている。

【００１４】絶縁板１０の表面には、絶縁板１０を挟ん
で抵抗部材２０と対向する位置に可動電極３０が配置さ
れている。このような構成において、抵抗部材２０と可
動電極３０の間には、抵抗部材２０を一方の電極とし、
可動電極３０を他方の電極とするコンデンサが形成され
ることとなる。可動電極３０は抵抗部材２０の長手方向
に移動することができ、この移動の際にも可動電極３０
の下面は常に絶縁板１０と接している。このため、抵抗
部材２０と可動電極３０の間隔は絶縁板１０の厚さとな
る。絶縁板１０の厚さはほぼ均一なので、抵抗部材２０
と可動電極３０の間隔は、可動電極３０の移動によって
も変動することなく一定となる。さらに、本実施例で
は、可動電極３０が抵抗部材２０を上部から覆う面積が
可動電極３０の移動によっても一定になるように、可動
電極３０の移動方向と直交する方向の幅を抵抗部材の幅
より小さく設定している。このように、可動電極３０の
移動によっても、可動電極３０と抵抗部材２０の間隔お
よび重なる面積が一定なので、これらの間隙に形成され
るコンデンサの静電容量は一定となる。

【００１５】導電部材２１，２２には外部からの交流電
流が与えられる。この交流電流によって抵抗部材２０に
交流の電位が生じ、これと容量結合する可動電極３０上
にも一定量減衰した交流の電位が生じる。可動電極３０
に生じた交流の電位は例えばワイヤなどの接続手段を介
して外部に取り出すことができる。

【００１６】ここで、可動電極３０を移動させると、抵
抗部材２０との電位差に比例した交流電位の変化が可動
電極３０上に生じる。この変動量を検出することによ
り、可動電極３０の移動量を求めることができる。

【００１７】図２は、第１の実施例のポテンショメータ
の等価回路図である。この回路図の抵抗４０は、抵抗部
材２０に対応する。また、コンデンサ４１は、抵抗部材
２０と可動電極３０の間隙に形成されるコンデンサに対
応する。

【００１８】本実施例のポテンショメータは、抵抗部材
２０と可動電極３０とが直接接していないため、磨耗の
少ない耐久性のあるポテンショメータが実現できる。ま
た、本実施例では、ポテンショメータの出力は抵抗の分
割比に対応する交流電圧の分圧比となるので、抵抗部材
２０の抵抗値の温度変化に起因する検出誤差を無視でき
る。

【００１９】次に、本発明の第２の実施例である直線変
位検出方式のポテンショメータについて、図３（ａ）
（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）（ｂ）は、第２の
実施例のポテンショメータの動作原理を示す斜視図であ
る。図３（ａ）に示す第２の実施例の構成が第１の実施
例と異なるのは、可動電極３０の電位を取り出すための
導電部材２３が絶縁板１０の裏面に、抵抗部材２０とほ
ぼ平行に貼付されている点である。そして、可動電極３
０は、絶縁板１０を挟んで抵抗部材２０及び導電部材２
３と対向する位置に載置されている。

【００２０】このため、抵抗部材２０と可動電極３０の
間隙、及び導電部材２３と可動電極３０の間隙は、それ
ぞれコンデンサの役割を果たす。可動電極３０は抵抗部
材２０及び導電部材２３の長手方向に移動することがで
き、この移動の際にも可動電極３０の下面は常に絶縁板
１０と接している。このため、抵抗部材２０と可動電極
３０の間隔、及び導電部材２３と可動電極３０の間隔は
絶縁板１０の厚さと等しくなる。絶縁板１０の厚さはほ
ぼ均一なので、抵抗部材２０と可動電極３０の間隔、及
び導電部材２３と可動電極３０の間隔は、可動電極３０
の移動によっても変動することなく一定となる。さら
に、本実施例では、可動電極３０が抵抗部材２０及び導
電部材２３を上部から覆う面積が可動電極３０の移動に
よっても一定になるように、可動電極３０の移動方向と
直交する方向の幅を抵抗部材２０の幅よりも小さく設定
している。このように、可動電極３０の移動によって
も、抵抗部材２０と可動電極３０の間隔及び重なる面積
が一定なので、これらの間隙に形成されるコンデンサの
静電容量は一定となる。同様に、導電部材２３と可動電
極３０の間隔および重なる面積が一定なので、これらの
間隙に形成されるコンデンサの静電容量も一定となる。

【００２１】図３（ｂ）に示すように、導電部材２１，
２２の他端にはクリップ端子５０，５１が取り付けられ
ており、外部からの交流電流がクリップ端子５０，５
１、導電部材２１，２２を介して抵抗部材２０に与えら
れる。この交流電流によって抵抗部材２０に交流の電位
が生じ、これと容量結合する可動電極３０上にも一定量
減衰した交流の電位が生じる。さらに、可動電極３０に
生じた交流の電位によって、可動電極３０と容量結合す
る導電部材２３上にも一定量減衰した交流の電位が生じ
る。図３（ｂ）に示すように、導電部材２３の一端にも
クリップ端子５２が取り付けられており、導電部材２３
に生じた交流の電位はクリップ端子５２を介して外部に
取り出すことができる。

【００２２】ここで、可動電極３０を移動させると、抵
抗部材２０との電位差に比例した交流電位の変化が可動
電極３０上に生じる。可動電極３０の交流電位の変化に
よって導電部材２３の交流電位も変動する。この変動量
をクリップ端子５２を介して外部で検出することによ
り、可動電極３０の移動量を求めることができる。

【００２３】次に、第２の実施例に係るポテンショメー
タの全体構成を図４の側部断面図、及び図５の正面図に
示す。図４より、円筒形状の筐体６０の前面中央には貫
通孔が形成され、この貫通孔にはシャフト６１が挿入さ
れている。筐体６０内部には前面および背面に円形溝が
形成されたホルダ６２が備えられ、前面の円形溝にシャ
フト６１の先端が嵌め込まれ固定されている。筐体６０
の内部側壁にはガイド部６３が形成され、ガイド部６３
をガイドとしてホルダ６２はシャフト６１の変位に合わ
せて移動する。さらに、ホルダ６２の背面の円形溝には
コイルバネ６４が嵌め込まれており、筐体６０内からシ
ャフト６１を押し戻すように作用する。

【００２４】ホルダ６２の下部にはセンサ基板６５が配
設され、センサ基板６５の下部には板バネ６６が組み込
まれている。センサ基板６５はこの板バネ６６によって
ホルダ６２の底面と常に接触するように上方に押し上げ
られる。センサ基板６５の表面には、樹脂フィルムから
なる絶縁板１０の裏面に抵抗部材２０と導電部材２１〜
２３が貼付された前述した図３（ａ）（ｂ）と同様の構
造のものが、接着剤等によって固定されている。センサ
基板６５は、可撓性を有する絶縁板１０を表面が波打つ
ことなく保持することとなる。このため、ホルダ６２の
底面に組み込まれた可動電極６７はセンサ基板６５の絶
縁板１０と面接触する。センサ基板６５の一端にはクリ
ップ端子５０〜５２が取り付けられ、シールド６８によ
りシールドされた回路基板６９の端子と接続されてい
る。そして、クリップ端子５２から取り出された出力は
回路基板６９の回路で処理される。さらに、筐体６０の
裏面には回路基板６９を密封するための裏蓋７０が取り
付けられている。

【００２５】図５より、ガイド部６３は筐体６０の内部
側壁に形成された断面が矩形の溝であることが判る。ホ
ルダ６２側面には突起部６２ａが形成されており、この
突起部６２ａがガイド部６３内に入り込んで、図面の垂
直方向のみの移動が可能となる。このため、ホルダ６２
はシャフト６１の変位に合わせて、センサ基板６５上を
リニアに移動する。

【００２６】図６（ａ）〜（ｃ）は、ホルダ６２の構造
を示す斜視図及び断面図である。図６（ａ）の斜視図よ
り、ホルダ６２の底面には溝６２ｂが形成され、溝６２
ｂ内には導電性の板バネ７１が貼付されている。板バネ
７１には２つの可動電極６７が取り付けられ、これらの
可動電極６７は板バネ７１を介して導通している。この
ため、２つの可動電極６７は常に同電位を保持する。図
６（ｂ）（ｃ）より、ホルダ６２の溝６２ｂ内には、可
動電極６７の裏側にさらに溝６２ｃが形成されているこ
とが判る。このため、可動電極６７は板バネ７１のみで
支えられ、可動電極６７は上下方向の弾力を有する。２
つの可動電極６７の内、一方の可動電極６７は抵抗部材
２０の上部に載置され、抵抗部材２０と可動電極６７の
間にコンデンサが形成される。また、他方の可動電極６
７は導電部材２３の上部に載置され、導電部材２３と可
動電極６７の間にコンデンサが形成される。

【００２７】次に、第２の実施例の一変形例について図
７を用いて説明する。同図は、絶縁板１０を裏面から見
た図である。同図より、絶縁板１０の裏面には抵抗部材
２０と導電部材２１〜２４が形成されている。この変形
例が図３に示す第２の実施例と異なるのは、導電部材２
４が形成されている点である。導電部材２４は導電部材
２３を取り囲むように形成されている。そして、導電部
材２４の電位を回路基板６９のＧＮＤ電位と同電位にす
ることにより、抵抗部材２０、導電部材２１，２２から
の容量的なノイズの導電部材２３への影響を除去するこ
とができる。

【００２８】次に、本発明の第３の実施例である回転変
位検出方式のポテンショメータについて、図８，９を用
いて説明する。これらの図より、第３の実施例のポテン
ショメータは、ほぼ円形の樹脂フィルムからなる絶縁板
８０の裏面に、両端が非接触で円環形状の抵抗部材８１
がスクリーン印刷などで貼付され、抵抗部材８１の両端
には交流電源の入力端子８２がそれぞれ接続されてい
る。絶縁板８０の中心部には貫通孔が形成され、この貫
通孔に回転軸８３が挿入されている。絶縁板８０の上面
側の回転軸８３には折曲された電極アーム８４が、先端
部を絶縁板８０の上面と接触させて取り付けられてい
る。この電極アーム８４の先端部には導電体からなる可
動電極８５が一体的に形成されており、可動電極８５と
抵抗部材８１との間隙がコンデンサの役割を果たしてい
る。なお、電極アーム８４は、導電体である回転軸８
３、或いは、ワイヤなどの接続手段を介して、出力端子
８６に接続されている。尚、絶縁板８０は図示していな
い基板上に接着剤等により固定されているものとする。

【００２９】従って、このポテンショメータにおいて、
入力端子８２を介して抵抗部材８１の両端に交流電流を
流すと、抵抗部材８１上に交流電位が生じ、これと容量
結合する可動電極８５上にも一定量減衰した交流の電位
が生じる。このとき、回転軸８３と一体に可動電極８５
を絶縁板８０の上面と接触させつつスライドさせると、
抵抗部材８１との電位差に比例した交流電位の変化が可
動電極８５上に生じる。そして、この可動電極８５の交
流出力を検出することにより、回転軸８３の回転変位を
求めることができる。

【００３０】なお、抵抗部材２０，８１は薄いもの程、
静電容量が大きくなりゲインが上がるため、出力の処理
が容易になる。しかし、極端に薄すぎると抵抗部材２
０，８１にクラックが入ったり、抵抗部材２０，８１を
焼成した後に絶縁物がカールしてしまう恐れがある。し
たがって、抵抗部材２０，８１の膜厚は、５０〜１００
０μｍが適当であり、好ましくは８０〜２００μｍがよ
い。

【００３１】なお、本発明のポテンショメータは、第１
〜第３の実施例の構造に限定されることなく、可動電極
３０，８５、抵抗部材２０，８１、及び導電部材２１〜
２４の配置や形状を必要に応じて適宜変更してもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のポ
テンショメータであれば、可動電極をスライドさせる
と、この可動電極と抵抗部材の電位差に比例した変化が
可動電極上に生じ、この可動電極の電位変化を測定する
ことにより、可動電極の移動量が検出できる。絶縁板に
はほぼ均一な厚みを有するものが用いられ、可動電極は
この絶縁板と接しながら絶縁板の他方の面上を移動する
ため、抵抗部材と可動電極の間隔は絶縁板を挟んでほぼ
一定となる。このため、抵抗部材と可動電極の間に形成
される抵抗分割用コンデンサの静電容量もほぼ一定とな
り、可動電極の電位変化に含まれる誤差は非常に小さく
なる。また、絶縁板の表面が滑らかであるため、可動電
極の摺動性は向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例である直線変位検出方式のポテン
ショメータの動作原理を示す斜視図である。

【図２】第１の実施例のポテンショメータの等価回路図
である。

【図３】第２の実施例である直線変位検出方式のポテン
ショメータの動作原理を示す斜視図である。

【図４】第２の実施例に係るポテンショメータの全体構
成を示す側部断面図である。

【図５】第２の実施例に係るポテンショメータの全体構
成を示す正面図である。

【図６】ホルダの構造を示す斜視図及び断面図である。

【図７】第２の実施例の一変形例を示す平面図である。

【図８】第３の実施例に係るポテンショメータの動作原
理を示す斜視図である。

【図９】第３の実施例に係るポテンショメータの動作原
理を示す断面図である。

【図１０】従来のポテンショメータの回路図及び要部拡
大図である。

【符号の説明】

１０，８０…絶縁板、２０，８１…抵抗部材、２１〜２
４…導電部材、３０，８５…可動電極、４０…抵抗、４
１…コンデンサ、５０〜５２…クリップ端子、６０…筐
体、６１…シャフト、６２…ホルダ、６３…ガイド部、
６４…コイルバネ、６５…センサ基板、６６，７１…板
バネ、６７…可動電極、６８…シールド、６９…回路基
板、７０…裏蓋、８２…入力端子、８３…回転軸、８４
…電極アーム、８６…出力端子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端間に所定の交流電圧が印加された抵
   抗部材間を移動する可動電極の移動量を、前記可動電極
   の電位変化量として検出するポテンショメータにおい
   て、 一方の面に前記抵抗部材が形成されたほぼ均一な厚みを
   有する絶縁板を備え、 前記可動電極は前記絶縁板の他方の面上を前記抵抗部材
   と容量結合しながら移動することを特徴とするポテンシ
   ョメータ。
2. 【請求項２】 前記絶縁板は、樹脂性フィルムからなる
   ことを特徴とする請求項１記載のポテンショメータ。
3. 【請求項３】 前記絶縁板の前記一方の面に前記抵抗部
   材とほぼ平行に形成された導電パターンをさらに備え、 前記可動電極は前記抵抗部材と前記導電パターンの上部
   を移動可能に載置されており、 前記可動電極の電位変化量を前記可動電極と容量結合し
   た前記導電パターンの電位変化量として取り出すことを
   特徴とする請求項１記載のポテンショメータ。