JPH1151606A - 角度ポテンショメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度が高く、取付、防水が簡単確実で、直線
性、精度がよく、より小型な角度ポテンショメータ１を
提供する。 【解決手段】 回転軸１０の先端１０ａ側を支承する第
一の軸受１４と、第一の軸受が挿着され内側面に抵抗体
２３及び電極部２４が配設されたハウジング２と、回転
軸の他端１０ｊを支承する第二の軸受１９が設けられた
後蓋３と、を備え、回転軸には、第一の軸受と、ブラシ
２６を有するブラシホルダ１６ａと、ブラシホルダを回
転軸に固定する固定部１６と、第二の軸受と、を順次設
け、固定部に回転軸の回転範囲を制限するストッパ１
７，１８を設ける。また、回転軸の先端と第一の軸受と
の間に反先端側がハウジングの段部１１に当接可能にさ
れた鍔部１２を設け、さらに、回転軸の先端と第一の軸
受との間にシール部材１３を設け、配線３０をハウジン
グ側横面３２から外部へ防水可能に延出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建設機械や産業
機械に使用されて、回転軸に荷重が負荷された状態で回
転角度を検出可能な角度ポテンショメータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種の回転軸や揺動角を測定する
装置として、角度ポテンショメータが使用されている。
角度ポテンショメータは、基準点からの絶対角度を測定
する手段として有用なものである。従来の一般的な角度
ポテンショメータ９９は、図９に示すように回転軸１０
０とともに回転するブラシ１０１と、それにそれぞれ接
する抵抗体１０２及び電極部１０８とで構成され、ブラ
シ１０１の回転位置によって変化する抵抗体の出力抵抗
値を電圧値として取り出すことにより角度検出が行われ
る。

【０００３】かかる角度ポテンショメータの取付けにあ
たっては、機体側の取付部材５にボルト１１１で固定
し、ハウジング１０３と回転軸１００との間に設けられ
た軸受１０４および１０５により回転軸が回転自在に支
持される。ハウジング底面に設けられた抵抗体１０２の
抵抗変化は、リード線１０６によりリード線の取出口１
０７を通り、機体側取付部材５側に取り出すようにされ
ている。

【０００４】かかる従来の角度ポテンショメータは、抵
抗体及び電極部の端子部をブラシが摺動しないようにす
るため、抵抗体１０２の形状を図８に示すようにして、
摺動部同心円から離れた位置に端子部１０２ａ、１０２
ｂ、１０８ａを設ける。このため、抵抗体１０２及び電
極部１０８の径が物理的に小さくならざるを得ず、同じ
外径寸法では検出角の直線性を向上させることが困難で
あった。そこで、回転角を機械的に制限するメカニカル
ストッパ機構を設けることにより、ブラシが端子部を摺
動しないようにすればよいが、ブラシの回転軸に対する
軸直角度及び固定のためにブラシ固定部材１０９の長さ
がある程度必要であり、メカニカルストッパ機構を設け
るためには軸方向長さがさらに長くなるという問題があ
った。

【０００５】また、回転軸１００のハウジング１０３に
よる支持に小さな転がり軸受１０４および１０５が使用
されており、回転軸１００に大きな荷重を負荷すること
はできない。また、回転軸１００に軸方向やラジアル方
向の大きな荷重が負荷されると、変形等により検出値に
大きな誤差を生じたり抵抗体１０２やブラシ１０１ある
いは電極部１０８を破壊することがある。そのため、回
転体が重い場合や、角度ポテンショメータの回転軸１０
０に荷重がかかる場合は、荷重が直接回転軸に負荷され
ないようにばねや、弾性継手等を使って回転角度を検出
しなければならないという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、実開平６−７
６８０５号公報においては、大径の軸受を用いている
が、このものでは軸受の大きくなった分だけ全体が大き
くなってしまうという問題があった。また、図９におい
てはリード線が構造上、回転軸１００→ブラシ１０１→
抵抗体１０２及び電極部１０８の配置になっているた
め、リード線の取出し部１０７は回転軸先端側から見て
空間的な余裕のない機体側取付部材５側に導出されるこ
とになり配線がしにくい。さらに、防水構造となってい
ないため外部から水が侵入すると抵抗体１０２及び電極
部１０８等が電食（マイグレーション）を発生するとい
う問題があった。実開平６−７６８０５号公報において
も同様な構造であり同種の問題が発生していた。

【０００７】この発明の目的は、回転角度を機械的に制
限するメカストッパ機構を設けて抵抗体及び電極部の径
を極力大きくして直線性を向上させ、精度よく回転角度
を検出可能にさせながら、より小型の角度ポテンショメ
ータを提供することである。さらには、回転軸にある程
度大きな荷重が作用しても損傷の問題が無く、また、角
度ポテンショメータ外部からの水侵入を防ぎ、取付が簡
単で確実な角度ポテンショメータを提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明においては、回転
軸と、該回転軸を回転自在に支承する第一の軸受と、回
転軸の先端が外側に突出するように第一の軸受が挿着さ
れる中心穴が設けられ内側面に前記中心穴と同心に抵抗
体及び電極部が配設されたハウジングと、回転軸の他端
を回転自在に支承する第二の軸受と、該第二の軸受が挿
着されハウジングを密閉する後蓋と、を備える。そし
て、回転軸には、第一の軸受と、抵抗体及び電極部に摺
接し抵抗値を変化せしめるブラシを有するブラシホルダ
と、ブラシホルダを回転軸に固定する固定部と、該固定
部と別体又は一体に配設され前記回転軸の回転範囲を制
限するストッパと、第二の軸受と、を順次設けた角度ポ
テンショメータを提供することによって、前述した課題
を解決した。

【０００９】即ち、回転軸先端側に抵抗体及び電極部を
配置し、ブラシホルダのブラシ面側を抵抗体及び電極部
側に向け、ブラシホルダ固定部を反抵抗体側に配設した
ので、抵抗体及び電極部とブラシ間の隙間を小さくで
き、さらに、ブラシホルダを固定する固定部側の空間が
大きくとれ、ストッパを設けても軸方向長さを短くでき
る。また、抵抗体及び電極部のリード線の取出し方向を
ハウジング側に設けることが容易になる。ストッパを設
けることにより、抵抗体及び電極部の端子部へのブラシ
の乗り上げを防止でき、より外径の大きな抵抗体を配設
できる。

【００１０】また、回転軸の先端と第一の軸受との間に
反先端側がハウジングの段部に当接可能にされた鍔部を
設けることにより、回転軸のスラスト方向の押し力を鍔
部を介してハウジングの段部で受けるので、軸受に直接
スラスト荷重がかからない。

【００１１】さらに、回転軸の先端と第一の軸受との間
にハウジング中心穴内面と摺接可能なシール部材を設
け、抵抗体及び電極部の配線をハウジング側横面から外
部へ防水可能に延出するようにして外部への配線の自由
度を増し、防水性能を高める。

【００１２】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態について図
を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態である
角度ポテンショメータの縦断面図、図２は図１に示す回
転軸の鍔部付近の他の実施形態を示す部分拡大図、図３
は本発明の抵抗体及び電極部の説明図、図４は抵抗体の
検出回路図、図５は抵抗体の出力図、図６は本発明のス
トッパの一実施形態を示す図１のＡ−Ａ断面図、図７は
本発明のストッパの他の実施形態を示す図１のＡ−Ａ断
面相当図である。図１において、本発明の角度ポテンシ
ョメータ１はハウジング２と後蓋３とから外殼を構成さ
れ、取付ボルト４によって組み付けられていてそれ自体
は一つの製品をなしている。

【００１３】取付ボルト４の先端は、機体側取付部材５
に接触しないようになっており、ハウジング２あるいは
後蓋３に設けられた図示しない取付用孔を使用してボル
ト６により角度ポテンショメータ１が機体側取付部材５
の図示しないねじ孔に取り付けられている。５２はハウ
ジング２と後蓋３間をシールするためのＯリングであ
る。後蓋３はその外径に形成されたインロー部７で機体
側取付部材５に位置決めされていて、後蓋の後部７ａは
機体側取付部材の孔８内に収納されている。

【００１４】角度ポテンショメータ１のハウジング２の
内端面には、表面に薄い抵抗体２３及び電極部２４が設
けられた基板２１が裏面２７をハウジングの内端面に当
接して接着剤、ビス等で固定されている。図３に示すよ
うに抵抗体２３は一部が欠けたリング状に、電極部２４
は抵抗体２３と同心のリング状に形成され、抵抗体２３
は、たとえば導電性樹脂等で形成される。抵抗体２３の
両端に電極２３ａを介して抵抗体端子５０ａ，５０ｃが
設けられ、抵抗体端子のほぼ中間位置に電極部２４から
延出した電極部端子５０ｂが設けられている。図１に示
すように、各端子５０ａ，５０ｂ，５０ｃはリベット２
８、はんだ部２９を介してリード線３０へ接続されてい
て、リード線はゴムブッシュ３１を介してハウジング２
の横面から外部へ導出される。はんだ部２９、リード線
３０、基板部３３にはウレタン樹脂５４などが塗布さ
れ、又はハウジング２に設けられた孔３２内にウレタン
樹脂などが充填されている。なお、ゴムブッシュ３１は
リード線が振動などで切れないようにする目的で使用さ
れている。

【００１５】ハウジング２から突出して回転軸１０が設
けられており、回転軸１０は、第一の軸受１４の内輪が
中径部１０ｅに挿着され回転軸の止め部１０ｄとスナッ
プリング等の止め金１５により挟持固定され、第二の軸
受１９の内輪が端部１０ｊに挿着されている。第一の軸
受１４の外輪はハウジング２に設けられた中心穴２ａの
内端に設けられた軸穴２ｂに挿着され、また、第二の軸
受１９は後蓋３の底部に設けられたハウジングの中心穴
と同心の軸穴７ｂに挿着され回転軸１０を回転自在に支
承するようにされている。回転軸１０に引張力が加わっ
た場合は止め金１５の上部１５ａ、第一の軸受、軸穴２
ｂ端部で荷重を受け、回転軸がハウジングから抜けない
ようにされている。また、中心穴２ａ、回転軸１０、抵
抗体２３及び電極部２４とは同心にされている。

【００１６】回転軸１０の止め金１５と第二の軸受１９
との間に固定部１６が形成され、固定部１６は、抵抗体
２３及び電極部２４側に円盤状のブラシホルダ部１６ａ
を備え、軸に沿って形成された板状のストッパ部材１７
が設けられている。ブラシホルダ部１６ａは固定部１６
により、回転軸と直角平面を保たれ、抵抗体２３と電極
部２４とに接触して両者を導通させるブラシ２６が図示
しないリベットなどで固定されている。固定部１６と第
二の軸受１９の間には薄いワッシャー状をしたスペーサ
２０が設けられれブラシホルダ１６ａと基板２１の間の
距離Ｌ（ブラシ接触圧に関係する）を調整できるように
されている。ブラシ２６と抵抗体２３又は電極部２４と
の接触圧は、各構成部品の加工寸法を考慮して隙間Ｌ
（たとえば規定寸法±０．１ｍｍ程度）で管理されてい
る。

【００１７】図６に示すように、後蓋３の内腔の一部に
外方から中心に向かって板状の張出部１８が形成され、
固定部１６に設けられたストッパ部材１７と当接可能に
され張出部とストッパ部材とでストッパを構成して回転
軸の回転角度を制限するようにされている。図６のもの
においては、張出部１８を片翼、ストッパ部材１７を両
翼としたものであり、また、図７は張出部１８を両翼と
して、ストッパ部材１７を片翼としたものでありそれぞ
れ約１８０°の回転範囲θに制限した場合を示してあ
る。なお、固定部１６と回転軸１０ｈとは半月状の切欠
部４５でガタなく互いに嵌合するようにされており、同
期して回転可能にされている。

【００１８】回転軸１０の先端と第一の軸受１４との間
に鍔部１２が設けられ、ハウジング２の中心穴外方端に
設けられた段部１１と当接可能にされ、回転軸に押し方
向の外力が加わった場合にこの当接部で外力を受けるよ
うにされている。また、ハウジング中心穴内面２ｃと摺
接可能なＯリング等のシール部材１３が設けられ、塵や
水の侵入を防止するようにされている。図２に示すもの
は、回転軸１０のシール部材１３をハウジング２の外側
へ近づけたものである。シール部材１３から角度ポテン
ショメータ１外部への距離ｍを短くすることで極力、水
やガスにさらされる部分を少なくしている。

【００１９】なお、この角度ポテンショメータ１により
角度検出する時の電気配線例を示すと、図４において、
抵抗体２３には、両端の端子５０ａ，５０ｃ間に直流電
源４０で一定の電圧を印加し、片方の端子５０ｂと電極
部２４の端子５０ｃとの間に電圧計４１を接続する。こ
のように配線を行うことにより、抵抗体２３の両端５０
ａ，５０ｃ間の印加電圧に対してブラシ２６で分圧され
た電圧が電圧計４１で検出される。従って、この電圧値
からブラシ２６の回転位置、すなわち回転軸１０の基準
点Ｏからの回転角θが検出される。この回転角度と出力
電圧の関係は図５に示すように、回転角度範囲内でほぼ
直線的に比例の関係にある。なお、抵抗体２３の角度θ
およびメカストッパの角度を変えれば１８０度以外も可
能となる。なお、基体側取付部５への取付部を後蓋３と
ハウジング２の接合面としたので、後蓋は基体側取付部
に設けられた取付穴に埋没するようにされるので、飛び
出しが小さくなり、装置全体を小型化することができ
る。

【００２０】次に、実施の形態についてその作用を説明
すると、図１において、回転軸１０を回転させると、固
定部１６、ブラシ２６が一緒に回転し、回転軸の回転角
度の応じた電圧が抵抗体２３及び電極部２４を介してリ
ード線から出力される。固定部にはストッパ部材１７が
設けられているので、所定の回転角に達すると後蓋３の
張出部１８によって回転を阻止され、所定の回転角を越
えてブラシが抵抗体２３及び電極部２４を摺動しない。
従ってブラシ２６が抵抗体２３及び電極部２４のはんだ
や導電性接着剤で盛り上がった端子部５０ａ，５０ｂ，
５０ｃ乗り上げブラシが破損することがない。よって、
抵抗体２３の径を大きくとれるため、直線性を大幅に
（たとえば ±１％以下）向上させることができる。

【００２１】また、回転軸１０の引き方向の外力は止め
金１５で受けるようにされているが、引き力は組み立て
時等にかかるのみでその値も小さいので小型の軸受で支
承できる。一方、比較的大きな押し方向の外力は回転軸
１０の鍔１２とハウジング２の段部１１とを当接させる
ことによりすべり軸受状態で受けるようにしているの
で、大きな荷重に耐えるようにされており軸受にはスラ
スト荷重はかからない。

【００２２】回転軸１０とハウジング２の中心穴２ｃと
の間にシール部材１３が設けられ、ハウジングの孔３２
内のはんだ部２９、リード線３０、基板部３３にはウレ
タン樹脂５４などが塗布され、ハウジングと後蓋間にＯ
リング５２が装着されているので、抵抗体２３や電極部
２４へ水が侵入しない。

【００２３】

【発明の効果】本発明においては、回転軸先端側に抵抗
体及び電極部を配置し、ブラシホルダのブラシ面側を抵
抗体及び電極部側に向け、ブラシホルダ固定部を反抵抗
体側に配設するようにし、ストッパを設け、リード線の
取出し方向をハウジング側に設け、より外径の大きな抵
抗体を配設できるようにしたので、直線性が向上し、精
度よく回転角度を検出可能としながら、小型の角度ポテ
ンショメータを提供することが可能となった。また、配
線が回転軸先端側に設けられるので、基体側取付部材と
干渉する部分が減少し、取付が簡単で確実、かつ自由度
の高いものとなった。

【００２４】また、回転軸の先端と第一の軸受との間に
反先端側がハウジングの段部に当接可能にされた鍔部を
設けたので、回転軸にある程度大きな荷重が作用しても
損傷の問題が無いと同時に、軸受にスラスト荷重がかか
らないようにしたので、軸受を小型にすることができス
トッパの占める空間を確保し易くなり、角度ポテンショ
メータの小型化がより可能となった。

【００２５】さらに、回転軸の先端と第一の軸受との間
にハウジング中心穴内面と摺接可能なシール部材を設
け、抵抗体及び電極部の配線をハウジング側横面から外
部へ防水可能に延出するようにして外部への配線の自由
度を増し、防水性能を高めたので、外部からの塵や水侵
入を防ぐことが容易になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である角度ポテンショメー
タの縦断面図である。

【図２】図１に示す回転軸の鍔部付近の他の実施形態を
示す部分拡大図である。

【図３】本発明の抵抗体及び電極部の説明図である。

【図４】抵抗体の検出回路図である。

【図５】抵抗体の出力図である。

【図６】本発明のストッパの一実施形態を示す図１のＡ
−Ａ断面図である。

【図７】本発明のストッパの他の実施形態を示す図１の
Ａ−Ａ断面相当図である。

【図８】従来の抵抗体及び電極部の説明図である。

【図９】従来の角度ポテンショメータの断面図である。

【符号の説明】

１ 角度ポテンショメータ ２ ハウジング ２ａ 中心穴 ２ｃ ハウジング中心穴内面 ３ 後蓋 １０ 回転軸 １０ａ 回転軸の先端 １０ｊ 回転軸の他端 １１ 段部 １２ 鍔部 １３ シール部材 １４ 第一の軸受 １６ 固定部 １６ａ ブラシホルダ １７ ストッパ １８ ストッパ（張出部） １９ 第二の軸受 ２３ 抵抗体 ２４ 電極部 ２６ ブラシ ３０ 配線 ３２ ハウジング側横面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸と、該回転軸を回転自在に支承す
   る第一の軸受と、前記回転軸の先端が外側に突出するよ
   うに前記第一の軸受が挿着される中心穴が設けられ内側
   面に前記中心穴と同心に抵抗体及び電極部が配設された
   ハウジングと、前記回転軸の他端を回転自在に支承する
   第二の軸受と、該第二の軸受が挿着され前記ハウジング
   を密閉する後蓋と、を備え、前記回転軸には、前記第一
   の軸受と、前記抵抗体及び電極部に摺接し抵抗値を変化
   せしめるブラシを有するブラシホルダと、ブラシホルダ
   を回転軸に固定する固定部と、該固定部と別体又は一体
   に配設され前記回転軸の回転範囲を制限するストッパ
   と、前記第二の軸受と、が順次設けられていることを特
   徴とする角度ポテンショメータ。
2. 【請求項２】 前記回転軸の先端と第一の軸受との間に
   反先端側が前記ハウジングの段部に当接可能にされた鍔
   部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の角
   度ポテンショメータ。
3. 【請求項３】 前記回転軸の先端と第一の軸受との間に
   前記ハウジング中心穴内面と摺接可能なシール部材が設
   けられ、前記抵抗体と電極部の配線が前記ハウジング側
   横面から外部へ防水可能に延出されていることを特徴と
   する請求項１又は２記載の角度ポテンショメータ。