(57)【要約】【課題】  無制限に多回転に適応でき回転量検出の分解能が高い非接触型のポテンショメータを実現する。【解決手段】  本ポテンショメータは、エンドレスに回転可能な第１のシャフト（１００，１１２ａ）と、第１のシャフトの回転角を非接触で磁気的に検出する第１の検出手段（１１４ａ，１１６ａ）と、エンドレスに回転可能な第２のシャフト（１１２ｂ）と、第２のシャフトの回転角を非接触で磁気的に検出する第２の検出手段（１１４ｂ，１１６ｂ）と、第１のシャフトの回転を減速して第２のシャフトに伝達する伝達手段（４００）と、第１の検出手段および第２の検出手段の検出信号に基づいて第１のシャフトの回転量に比例した電気信号を出力する出力手段（６０２）とを具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンドレスに回転可能な第１のシャフトと、
前記第１のシャフトの回転角を非接触で磁気的に検出する第１の検出手段と、
エンドレスに回転可能な第２のシャフトと、
前記第２のシャフトの回転角を非接触で磁気的に検出する第２の検出手段と、
前記第１のシャフトの回転を減速して前記第２のシャフトに伝達する伝達手段と、
前記第１の検出手段の検出信号および前記第２の検出手段の検出信号に基づいて前記第１のシャフトの回転量に比例した電気信号を出力する出力手段と、
を具備することを特徴とするポテンショメータ。
【請求項２】
前記伝達手段は歯車機構を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のポテンショメータ。
【請求項３】
前記出力手段はアナログ信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポテンショメータ。
【請求項４】
前記出力手段はディジタル信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポテンショメータ。
【請求項５】
前記出力手段はアナログ信号およびディジタル信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポテンショメータ。
【請求項６】
前記第１のシャフトの少なくとも一部分、前記第２のシャフト、前記第１の検出手段、前記第２の検出手段、前記伝達手段および前記出力手段を収容するハウジング、
を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載のポテンショメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポテンショメータ（ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒ）に関し、特にシャフト（ｓｈａｆｔ）の回転量に対応した電気信号を生じるポテンショメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の変位量を表す電気信号が必要なとき、ポテンショメータが用いられる。ポテンショメータは、外力によって回転するシャフト（ｓｈａｆｔ）とその回転量を電気信号に変換する変換器からなる。
【０００３】
回転量を電気信号に変換するのにスライド（ｓｌｉｄｅ）抵抗を用いるものは、スライド部分の摩耗に起因して経年的な性能劣化や動作不安定が発生するので、それを避けるために非接触型のポテンショメータが用いられる。
【０００４】
非接触型のポテンショメータとして、磁気を利用したものがある。この種のポテンショメータは、シャフトの一端に取り付けられたマグネット（ｍａｇｎｅｔ）と、その磁束を電気信号として検出するセンサ（ｓｅｎｓｏｒ）を有する。センサとしてはホール（Ｈａｌｌ）素子やインダクタンス（ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）素子が用いられる（例えば、それぞれ、特許文献１および２参照）。
【０００５】
複数回転にわたるシャフトの回転量を非接触で電気信号に変換するものとしては、シャフトの回転に応じて直線的に移動するねじ棒をシャフトの内部に設け、ねじ棒の先端の位置を磁気的に検出するようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】米国特許第４３９５６９５号明細書（欄２−４、図１−３）
【特許文献２】米国特許第３９８８７１０号明細書（欄１−３、図１−２）
【特許文献２】米国特許第６４１１０８２号明細書（欄２−３、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２に記載のものはシャフトの１回転以下の回転量しか検出できずしかも回転量検出の分解能が低い、特許文献３に記載のものは複数回転にわたるシャフトの回転に対応できるが最大回転量に限度がある。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、無制限に多回転に適応でき回転量検出の分解能が高い非接触型のポテンショメータを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決する本発明は、エンドレスに回転可能な第１のシャフトと、前記第１のシャフトの回転角を非接触で磁気的に検出する第１の検出手段と、エンドレスに回転可能な第２のシャフトと、前記第２のシャフトの回転角を非接触で磁気的に検出する第２の検出手段と、前記第１のシャフトの回転を減速して前記第２のシャフトに伝達する伝達手段と、前記第１の検出手段の検出信号および前記第２の検出手段の検出信号に基づいて前記第１のシャフトの回転量に比例した電気信号を出力する出力手段と、を具備することを特徴とするポテンショメータである。
【０００９】
前記伝達手段は歯車機構を有することが、回転を正確な回転比で伝達する点で好ましい。
前記出力手段はアナログ信号を出力することが、回転量を表すアナログ信号を得る点で好ましい。
【００１０】
前記出力手段はディジタル信号を出力することが、回転量を表すディジタル信号を得る点で好ましい。
前記出力手段はアナログ信号およびディジタル信号を出力することが、回転量を表すアナログ信号およびディジタル信号を得る点で好ましい。
【００１１】
前記第１のシャフトの少なくとも一部分、前記第２のシャフト、前記第１の検出手段、前記第２の検出手段、前記伝達手段および前記出力手段を収容するハウジング、を具備することことが、ポテンショメータのコンポーネント化を容易にする点で好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ポテンショメータが、エンドレスに回転可能な第１のシャフトと、前記第１のシャフトの回転角を非接触で磁気的に検出する第１の検出手段と、エンドレスに回転可能な第２のシャフトと、前記第２のシャフトの回転角を非接触で磁気的に検出する第２の検出手段と、前記第１のシャフトの回転を減速して前記第２のシャフトに伝達する伝達手段と、前記第１の検出手段の検出信号および前記第２の検出手段の検出信号に基づいて前記第１のシャフトの回転量に比例した電気信号を出力する出力手段とを具備するので、無制限に多回転に適応でき回転量検出の分解能が高い非接触型のポテンショメータを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１にポテンショメータの模式的な構成を示す。本器は発明を実施するための最良の形態の一例である。本器の構成によって、ポテンショメータに関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
【００１４】
図１に示すように、本器はシャフト１００を有する。シャフト１００は、ベアリング（ｂｅａｒｉｎｇ）２００によってハウジング（ｈｏｕｓｉｎｇ）３００に回転自在に取り付けられている。シャフト１００はエンドレス（ｅｎｄｌｅｓｓ）に回転可能である。シャフト１００は、ベアリング２００を境にして、一端側がハウジング３００の外にあり、他端側がハウジング３００の内にある。ハウジング３００は、本発明におけるハウジングの一例である。
【００１５】
ハウジング３００の内部には、２つのロータリエンコーダ（ｒｏｔａｒｙ  ｅｎｃｏｄｅｒ）１１０ａ，１１０ｂが収容されている。ロータリエンコーダ１１０ａは、回転軸１１２ａの先端に取り付けられたマグネット１１４ａとそれに非接触で対向するセンサ１１６ａからなる。ロータリエンコーダ１１０ａは、本発明における第１の検出手段の一例である。ロータリエンコーダ１１０ｂは、回転軸１１２ｂの先端に取り付けられたマグネット１１４ｂとそれに非接触で対向するセンサ１１６ｂからなる。ロータリエンコーダ１１０ｂは、本発明における第２の検出手段の一例である。
【００１６】
図２に、ロータリエンコーダの構成を示す。マグネット１１４は直径に沿って一方向に磁化された円柱状の永久磁石である。センサ１１６はホール素子とそれに付帯する電子回路を含むＡＳＩＣパッケージ（ｐａｃｋａｇｅ）である。
【００１７】
センサ１１６は、マグネット１１４の回転位置を表す電気信号を出力する。電気信号は、例えば、マグネット１１４の３６０゜の回転角度を１０２４ステップ（ｓｕｔｅｐ）で表す信号である。このようなロータリエンコーダは部品として市場に流通している。
【００１８】
ロータリエンコーダ１１０ａの回転軸１１２ａは、シャフト１００の端部に同軸的に取り付けられている。ロータリエンコーダ１１０ｂの回転軸１１２ｂは、歯車機構４００を介してシャフト１００の端部に連結されている。
【００１９】
シャフト１００および回転軸１１２ａからなる部分は、本発明における第１のシャフトの一例である。回転軸１１２ｂは本発明における第２のシャフトの一例である。歯車機構４００は本発明における伝達手段の一例であり、また歯車機構の一例である。歯車機構を用いることにより、シャフト１００の回転を正確な回転比で回転を回転軸１１２ｂに伝達することができる。
【００２０】
図３に、歯車機構４００を回転軸方向から見た図を示す。歯車機構４００は例えば６つの歯車４０１−４０６を有する。歯車４０１はシャフト１００の端部に同軸的に取り付けられる。歯車４０２−４０６は図示しない適宜のベアリングで支持されている。
【００２１】
歯車４０１に歯車４０２が噛み合う。歯車４０２には歯車４０３が同軸的に取り付けられている。この歯車４０３に歯車４０４が噛み合う。歯車４０４には歯車４０５が同軸的に取り付けられている。この歯車４０５に歯車４０６が噛み合う。この歯車４０６に、ロータリエンコーダ１１０ｂの回転軸１１２ｂが同軸的に取り付けられている。
【００２２】
ロータリエンコーダ１１０ａの回転軸１１２ａはシャフト１００の回転に対して１：１の比で回転する。ロータリエンコーダ１１０ｂの回転軸１１２ｂはシャフト１００の回転に対してＮ：１（Ｎ≧１）の比で回転する。すなわち歯車機構４００は減速歯車機構となっている。
【００２３】
これによって、ロータリエンコーダ１１０ｂの回転軸１１２ｂは、ロータリエンコーダ１１０ａの回転軸１１２ａがＮ回転する間に１回転する割合でエンドレスに回転する。Ｎの値は例えば１０であるが、これに限らず適宜の値であってよい。このような関係のロータリエンコーダ１１０ａとロータリエンコーダ１１０ｂを用いることにより、シャフト１００の１回転を例えば１０２４ステップで表す検出信号と、シャフト１００の１０倍の回転を例えば１０２４ステップで表す検出信号とを得ることができる。
【００２４】
ハウジング３００内にはプリント（ｐｒｉｎｔ）基板５０２−５０６が設けられる。プリント基板５０２−５０６は図示しない支持手段によって支持され、また、図示しない信号線によって相互に電気的に接続される。ハウジング３００は、外部からこれらプリント基板に電源供給および信号授受を行うための図示しない端子を有する。
【００２５】
ロータリエンコーダ１１０ａ，１１０ｂのセンサ１１６ａ，１１６ｂは、それぞれ、プリント基板５０２，５０４の上に設けられる。プリント基板５０４上には、センサ１１６ａ，１１６ｂの出力信号を処理するためのプロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）６０２およびそのインターフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）６０４，６０６が設けられる。プロセッサ６０２としては例えばＤＳＰが用いられる。プリント基板５０６上には、電源回路６１２および付帯回路６１４，６１６が設けられる。
【００２６】
図４に、本器の電気的構成をブロック（ｂｌｏｃｋ）図によって示す。ロータリエンコーダ１１０ａ，１１０ｂのセンサ１１６ａ，１１６ｂは、プロセッサ６０２から与えられるクロック（ｃｌｏｃｋ）に基づいて、それぞれの検出信号をプロセッサ６０２に入力する。検出信号はディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｄａｔａ）として入力される。
【００２７】
センサ１１６ａからの入力信号は、シャフト１００の１回転当たり例えば１０２４の分解能を持つ。センサ１１６ｂからの入力信号は、シャフト１００の１０倍の回転当たり例えば１０２４の分解能を持つ。
【００２８】
プロセッサ６０２は、それら入力信号を処理してシャフト１００の回転量を１０回転当たり例えば１０４８５７６（２20）の分解能で表すデータを得る。このデータはパルス（ｐｕｌｓｅ）幅変調信号およびディジタルデータとしてそれぞれ出力される。
【００２９】
パルス幅変調信号はフィルタ６０４を通じてアナログ（ａｎａｌｏｇ）信号として出力され、ディジタルデータはトランシーバ（ｔｒａｎｃｅｉｖｅｒ）６０６を通じてシリアルデータ（ｓｅｒｉａｌ  ｄａｔａ）として出力される。なお、出力信号はアナログ信号またはシリアルデータのいずれか一方のみとしてもよい。プロセッサ６０２、フィルタ６０４およびトランシーバ６０６からなる部分は、本発明のおける出力手段の一例である。
【００３０】
センサ１１６ａ，１１６ｂ、プロセッサ６０２、フィルタ６０４およびトランシーバ６０６には、電源回路６１２を通じて外部電源の電力が例えば１２Ｖから３．３Ｖに電圧変換されて供給される。
【００３１】
本器の出力信号は、シャフト１００の回転量を１０回転当たり例えば１０４８５７６（２20）の分解能で表すものとなる。これによって、本器はシャフト１００の回転量を高分解能で表す信号を出力する非接触型のポテンショメータとなる。また、シャフト１００はエンドレスに回転可能なので無制限の多回転に適応することができる。
【００３２】
また、プロセッサ６０２がプログラマブル（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ）なので、シャフト１００の回転の基準位置すなわちゼロポジション（ｚｅｒｏ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）を任意に設定することができる。
【００３３】
また、すべての構成要素をハウジング内に収容しているので、本器は小型化およびコンパクト（ｃｏｍｐａｃｔ）化されたコンポーネント（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）とすることができる。このこととアナログ出力可能なことにより、従来のアナログ型のポテンショメータを本器によって容易に置換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明を実施するための最良の形態の一例の模式的構成を示す図である。
【図２】本発明を実施するための最良の形態の一例におけるロータリエンコーダの構成を示す図である。
【図３】本発明を実施するための最良の形態の一例における歯車機構の構成を示す図である。
【図４】本発明を実施するための最良の形態の一例の電気的構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００ ： シャフト
１１０ａ ，１１０ｂ ： ロータリエンコーダ
１１２ａ ，１１２ｂ ： 回転軸
１１４ａ ，１１４ｂ ： マグネット
１１６ａ，１１６ｂ ： センサ
２００ ： ベアリング
３００ ： ハウジング
４００ ： 歯車機構
４０１−４０６ ： 歯車
５０２−５０６ ： プリント基板
６０２ ： プロセッサ
６０４ ： フィルタ
６０６ ： トランシーバ
６１２ ： 電源回路
６１４，６１６ ： 付帯回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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