(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、前記ケース内に螺旋状に配置された抵抗体と、前記抵抗体の表面に摺動接触する摺動接点部及び円板部を有する回転体とを備える多回転式ポテンショメータにおいて、
前記ケースには、内面に沿って螺旋状の抵抗体保持溝が形成され、前記抵抗体保持溝は、底部の幅が前記抵抗体の幅とほぼ同一とされると共に、前記抵抗体保持溝の開口部の幅が前記底部の幅に比して広い凹状とされ、
前記抵抗体は、加熱焼成に耐えられる耐熱性を有するフィルムからなるテープ状絶縁ベース材の表面上にコンダクティブプラスチック層が積層されて形成され、
前記抵抗体自体の弾性復元力により前記抵抗体が前記抵抗体保持溝の前記底部に密着されており、
前記抵抗体の一端に接続されて前記ケースの外部に露出された第一端子と、前記摺動接点部に接続されて前記ケースの外部に露出された第二端子と、前記抵抗体の他端に接続されて前記ケースの外部に露出された第三端子とを備えており、
導電性コイルバネの一端は、前記摺動接点部を有するアーム部が結合された前記円板部に固定され、前記導電性コイルバネの他端は前記第二端子に固定されたことを特徴とする多回転式ポテンショメータ。
【請求項２】
前記導電性コイルバネは、自然長の状態で密になることを特徴とする請求項１に記載の多回転式ポテンショメータ。
【請求項３】
前記抵抗体保持溝の深さは、前記抵抗体が前記抵抗体保持溝に収納された状態において、前記抵抗体と前記抵抗体保持溝の前記底部が接する面に対して垂直の方向で前記抵抗体よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の多回転式ポテンショメータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多回転式のポテンショメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多回転式ポテンショメータの一般的構造を図７に示す。この多回転式ポテンショメータは、図７(a)に示すように、ケース１０１内に螺旋状に配置された抵抗体１０２と、この抵抗体１０２に摺動接触する摺動接点部１０３ａを有するリング状の回転体１０３とを備えている。回転体１０３は、ロータ軸１０９ａに挿通されており、シャフト１０９ｂを回転させることにより、図中横方向にスライドしながら回転して、その摺動接点部１０３ａを抵抗体１０２に沿って摺動移動させる。抵抗体１０２の両端は、それぞれ第一端子１０５及び第三端子１０７に接続され、摺動接点部１０３ａは、コレクタ１０３ｂ及び摺動片１０３ｃを介して、第二端子１０６に接続されている。抵抗体１０２に対する摺動接点部１０３ａの接触位置を変えることで、第二端子１０６と第一端子１０５（又は第三端子１０７）との間の抵抗値を可変とすることができる。ここで、抵抗体１０２は、図７(b)に示すように、銅(Cu)線の表面に絶縁処理を施した絶縁線材１０２ａにNi-CrやCu-Ni等の抵抗線材１０２ｂを螺旋状に巻き付けたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような多回転式ポテンショメータにおいては、抵抗体１０２に巻き付けられた抵抗線材１０２ｂと摺動接点部１０３ａとの接触位置により抵抗値が変わるので、構造上その抵抗値は階段状に変化する。この階段状に変化する抵抗値の一段分の抵抗値がポテンショメータの分解能となるが、微細な変動を検出するために分解能を更に小さくしたいという要望があった。また、このような多回転式ポテンショメータは、上述した抵抗体１０２の製造に非常に手間がかかり、ポテンショメータ全体の生産性を向上させる上での障害となっていた。また、硬度が同等レベルの抵抗線材１０２ｂと摺動接点部１０３ａとが摺動されるため、抵抗線材１０２ｂが摩耗しやすく、隣接する抵抗線材１０２ｂ同士でショートが発生してしまうなど、耐久性からも更なる向上が望まれていた。また、構造上摺動する接点〔抵抗体１０２と摺動接点部１０３ａとの間、摺動接点部１０３ａとコレクタ１０３ｂとの間、摺動片１０３ｃと第二端子１０６との間〕が多く、この部分で発生する接触抵抗が摺動を繰り返すに従って増加し、ポテンショメータとしての経時的信頼性を低下させる要因となっていた。
【０００４】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、分解能を向上させると共に、その生産性・耐久性・信頼性を向上させることのできる多回転式ポテンショメータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ケースと、ケース内に螺旋状に配置された抵抗体と、抵抗体の表面に摺動接触する摺動接点部及び円板部を有する回転体とを備える多回転式ポテンショメータにおいて、
ケースには、内面に沿って螺旋状の抵抗体保持溝が形成され、抵抗体保持溝は、底部の幅が抵抗体の幅とほぼ同一とされると共に、抵抗体保持溝の開口部の幅が底部の幅に比して広い凹状とされ、抵抗体は、加熱焼成に耐えられる耐熱性を有するフィルムからなるテープ状絶縁ベース材の表面上にコンダクティブプラスチック層が積層されて形成され、抵抗体自体の弾性復元力により抵抗体が抵抗体保持溝の底部に密着されており、抵抗体の一端に接続されてケースの外部に露出された第一端子と、摺動接点部に接続されてケースの外部に露出された第二端子と、抵抗体の他端に接続されてケースの外部に露出された第三端子とを備えており、導電性コイルバネの一端は、摺動接点部を有するアーム部が結合された円板部に固定され、導電性コイルバネの他端は第二端子に固定されたことを特徴としている。
【０００６】
請求項１に記載の発明における抵抗体は、絶縁ベース材上にコンダクティブプラスチック層（以下、「ＣＰ層」とも言う）を積層させたテープ状の形態をしており、この抵抗体表面上を摺動接点部が連続的に摺動する。このため、この発明によれば、取り出される抵抗値が階段状に変化することはなく、理論的には分解能が無限に小さくなり、微細な変動を検出することができる。また、このテープ状の抵抗体の製造にあたっては、フィルム状の絶縁ベース材上にＣＰ層を積層させ、これをテープ状に切断するだけで良く、その製造が容易でポテンショメータの生産性向上に寄与することができる。
【０００７】
また、ＣＰ層表面は摺動性に優れており、摺動接点部及び抵抗体の摩耗を抑えて耐久性を向上させ、経時的信頼性を向上させることができる。更に、抵抗体２がテープ状であるため、抵抗体の表面と摺動接点部との接触状態が安定しており、この点からも信頼性を向上させることができる。
【０００８】
さらに、抵抗体が、その弾性復元力によりケースの内面に密着されている。この構成によれば、抵抗体自体の弾性復元力により抵抗体がケースの内面に密着し、抵抗体が安定した状態で保持される。また、抵抗体の表面上を摺動接点部が摺動している間は、抵抗体がケース内面に密着しているため、摺動接点部が抵抗体表面上を円滑に摺動することができる。
【０００９】
さらに、ケースの内面に沿って螺旋状の抵抗体保持溝を形成し、抵抗体保持溝は、その底部の幅が抵抗体の幅とほぼ同一とされると共に、その開口部の幅が底部の幅に対して広い凹状とされている。この構成によれば、抵抗体を抵抗体保持溝に収納させる時に、抵抗体を抵抗体保持溝の斜面にガイドさせて、容易に収納させることができ、生産性の向上に繋がる。また、抵抗体保持溝の底部の幅が抵抗体の幅にほぼ等しくされているので、抵抗体を確実に保持させることができる。
更に、螺旋状の抵抗体保持溝を形成させることにより、この抵抗体保持溝をガイドとして摺動接点部を螺旋状に摺動させ易くなり、安定して抵抗体と摺動接点部とを摺動させることができる。
【００１０】
更に、抵抗体の一端に接続されてケースの外部に露出された第一端子と、摺動接点部に接続されてケースの外部に露出された第二端子と、抵抗体の他端に接続されてケースの外部に露出された第三端子とを備えており、摺動接点部と第二端子との間が導電性コイルバネにより接続されている。この構成によれば、摺動する接点を抵抗体と摺動接点部との間の一箇所のみにすることができ、摺動抵抗の経時的増加による信頼性の低下を防止でき、耐久信頼性を向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る多回転式ポテンショメータの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１に示す多回転式ポテンショメータにおいては、ケース１内にテープ状の抵抗体２が螺旋状に配置されており、この抵抗体２に摺動接触する摺動接点部３ａを有する回転体３が回転しながら図中横方向にスライドするようにロータ軸９ａに取り付けられている。ケース１は、合成樹脂製の内筒体１０と金属製の外筒体１１とからなっている。外筒体１１の内径は、内筒体１０の外径にほぼ等しく、内筒体１０の両端に、内筒体１０の外径に等しい直径を有する円形のプレート４とマウント９ｃが当接されており、外筒体１１により内筒体１１、プレート４及びマウント９ｃが一体的に保持されている。
【００１３】
抵抗体２は、図２に示すように、絶縁ベース材２ａ上にＣＰ層２ｂが形成されており、その両端には、ＣＰ層２ｂ上に更にコンタクト層２ｃが積層されている。ＣＰ層２ｂは、導電性を与えるために炭素混入させた熱硬化性樹脂を絶縁ベース材２ａ上に塗布し、これを加熱焼成させて硬化させたものである。絶縁ベース材２ａとしては、加熱焼成に耐え得る耐熱性を有すると共に、適度な柔軟変形性を有するフィルムが用いられる。
【００１４】
また、コンタクト層２ｃは、抵抗体２の両端に電圧を付加させるための電極となる銀(Ag)のパターンである。コンタクト層２ｃの形成にあたっては、銀ペーストを用いて加熱焼成させて硬化させる。コンタクト層２ｃを形成させるのは、ＣＰ層２ｂの長さＬを規制し、検出可能な角度（有効電気角）を得る事と、後述する端子バネ５ｂ，７ｂとの接続を容易且つ確実にするためである。ＣＰ層２ｂやコンタクト層２ｃは、スクリーン印刷法やドローイング法による塗布方法によるのが、均一な層厚さを実現するために好ましい。ＣＰ層２ｂの層厚さが均一でないと、単位長さ当たりの抵抗値が異なってしまうからである。
【００１５】
抵抗体２の製造時には、シート状の絶縁ベース材２ａ上にＣＰ層２ｂを形成させ、対向する両端縁にコンタクト層２ｃを形成させ、これをテープ状に切断することにより、多くの抵抗体２を一度に容易に製造することができる。これに対して、図７(b)に示すような従来用いられていた抵抗体１０２の場合は、抵抗体１０２とするまでの部品点数が多く、工程が複雑となるだけでなく、一本ずつ製造しなくてはならないため、非常に手間もコストもかかるものであった。このことは、ポテンショメータが多回転式であると抵抗体１０２の長さが長くなるので、特に顕著である。これに対して、図１に示す多回転式ポテンショメータは、飛躍的にその生産性を向上させることができる。
【００１６】
抵抗体２が取り付けられる内筒体１０は、図３に示すように、その内面に螺旋状の抵抗体保持溝１０ａが形成されている。なお、図３には、内筒体１０の抵抗体保持溝１０ａに抵抗体２を保持させた状態が示されている。この抵抗体保持溝１０ａは、その底部の幅が抵抗体２の幅とほぼ等しくされていると共に、その開口部の幅が底部の幅よりも広くされている。このため、抵抗体保持溝１０ａの断面形状は、底部に向けて徐々に狭くなる凹状となり、抵抗体保持溝１０ａに抵抗体２を収納させるときに、抵抗体２をガイドするので収納作業を行い易い。
【００１７】
抵抗体２を抵抗体保持溝１０ａに収納するときには、抵抗体２を螺旋状に保持したまま内筒体１０内に挿入し、抵抗体保持溝１０ａの螺旋に合わせる。その後、抵抗体２を螺旋状に保持している力を除去すると、抵抗体２は、自らの弾性復元力により拡がり、上述したように、抵抗体保持溝１０ａの斜面によりガイドされながら底部に密着するまで拡がる。このように、抵抗体２がテープ状であり且つ自らの弾性復元力によりケース１内面に密着するので、摺動接点部３ａは、テープ状の抵抗体２の表面を円滑に摺動することができる。また、抵抗体２は、自らの弾性復元力により螺旋状の形態を保持することができる。
【００１８】
また、ＣＰ層２ｂは、抵抗体２の表面全体に形成されているため、この抵抗体２のＣＰ層２ｂに対する摺動接点部３ａの接触位置を変更して抵抗値を変化させるときに、その分解能は理論的には無限に小さくなる。このため、微細な変動を検出することができる。また、抵抗体２がテープ状であるため、摺動性に優れ、摩耗しにくく、耐久性及び経時的信頼性が向上する。また、抵抗体２がテープ状であるため、摺動接点部３ａとの接触状態が安定しており、この点からも信頼性が向上する。また、抵抗体保持溝１０ａに保持された抵抗体２は、その幅が抵抗体保持溝１０ａの底部の幅と等しくされているため、自らの弾性復元力による形態保持効果に加えて、抵抗体保持溝１０ａに収納されると確実にその位置が保持される。
【００１９】
抵抗体２の抵抗体保持溝１０ａ内での収納状態は、ＣＰ層２ｂの表面側が螺旋内側となるようにされているが、このときの螺旋径に留意する必要がある。螺旋径が小さすぎると、ＣＰ層２ｂに加わる応力が大きくなり、ＣＰ層２ｂにクラックが発生しやすくなる。一方、螺旋径があまりにも大きい場合は、抵抗体２の弾性復元力が有効に作用せず、抵抗体保持溝１０ａの底部にしっかりと密着させにくくなる。
【００２０】
抵抗体２の両端は、図２に示されるように、それぞれコンタクト層２ｃにおいて、端子バネ５ｂ，７ｂにより内筒体１０に把持固定されている。これらの端子バネ５ｂ，７ｂには、それぞれリード線５ａ，７ａの一端が接続され、これらのリード線５ａ，７ａの他端がそれぞれ第一端子５及び第三端子７に接続されている。このポテンショメータでは、第一端子５及び第三端子７の双方を、プレート４から露出させるような構成としており、リード線５ａは、内筒体１０の外表面に形成された溝を通してプレート４側に配線されて、第一端子５に接続されている。第一端子５及び第三端子７は、プレート４に形成された挿入孔４ａ，４ｂ（図４(b)参照）にそれぞれ挿入される。
【００２１】
プレート４は、図４及び図５に示されるように、合成樹脂により形成されたほぼ円盤状の部材である。その内面側には、内筒体１０との位置を合わせ用の複数の弧状壁４ｃが立設されている。また、プレート４には、上述した挿入孔４ａ，４ｂの他にも挿入孔４ｄが形成されており、この挿入孔４ｄにはＬ字型に屈曲された第二端子６が挿入されている。第二端子６のプレート４への挿入部はプレート４の表面側に突出されると共に、第二端子６のプレート４の裏面側は、プレート４に面接される。なお、挿入孔４ａ，４ｂ，４ｄは、プレート４の中心に対して均等に配置されている。
【００２２】
抵抗体２に摺動接触する摺動接点部３ａを有する回転体３は、図４及び図５に示されるように、摺動接点部３ａが先端に形成されているアーム部３ｂと、このアーム部３ｂが片持ち状に取り付けられる円板部３ｃと、この円板部３ｃが取り付けられるホルダ部３ｄとからなっている。摺動接点３ａは、アーム部３ｂの先端が３つに分岐されてブラシ状に形成されている。アーム部３ｂは、弾性復元力を有する金属板で形成されている。また、円板部３ｃは、導電性を有する金属により形成されており、中央に正方形の孔を有している。円板部３ｃは、その周縁の一部に形成された舌片に上述したアーム部３ｂの基端が溶接により導電性を確保した状態で結合されている。
【００２３】
円板部３ｃには、中央の正方形の孔部に隣接して円形の孔部が二つ穿孔されており、これらの孔部にホルダ部３ｄの凸部３ｇ，３ｇが嵌入され、凸部３ｇ，３ｇが熱によりカシメられて、円板部３ｃとホルダ部３ｄとが結合されている。ホルダ部３ｄ側にも正方形の孔が形成されており、円板部３ｃ側の正方形の孔と共に、挿通孔３ｆを形成している。ホルダ部３ｄは、その内部が空洞とされており、この空洞部に後述するコイルバネ８を収納している。ホルダ部３ｄの外周には、１８０°離れた位置に一対のガイド凸部３ｅ，３ｅが側方に突出されて形成されている。
【００２４】
一対のガイド凸部３ｅ，３ｅは、上述した抵抗体保持溝１０ａの凹溝に対応した凸部として形成されている。このため、回転体３を内筒体１０に取り付けたときには、ガイド凸部３ｅ，３ｅは、それぞれ抵抗体保持溝１０ａ内をスライドするようになり、回転体３の回転及びスライドをガイドする。回転体３中央の挿通孔３ｆには、ロータ軸９ａが挿通される。また、回転体３の円板部３ｃには、ホルダ部３ｄを貫通したコイルバネ８の一端８ｂが半田付けされている。
【００２５】
コイルバネ８は、図６に示されるように、自然長の状態で中央のコイル部８ａが密となるようなコイルバネである。コイルバネ８の一端８ｂは、コイルバネ８の中心軸に平行となるように直線状に延出され、その他端８ｃは、コイルバネ８の中心軸から外方向に放射状に延出されている。ただし、コイルバネ８がポテンショメータに組み込まれている状態では、回転体３が最もプレート４側に位置した場合であっても、コイル部８ａがある程度伸張されて各巻周間には、常に隙間が形成された状態とされる。回転体３が回転されると、コイルバネ８は、図６(a)中のＲ方向、即ち、コイルバネ８の回転を捻り込む方向に一端８ｂを回転させながら更に伸張される。
【００２６】
コイルバネ８の一端８ｂは、上述したように円板部３ｃに半田付けされているが、その他端８ｃは、プレート４に取り付けられた第二端子６に半田付けされている。このため、摺動接点部３ａと第二端子６とは、アーム部３ｂ・円板部３ｃ・コイルバネ８を介して直接的に接続される。この結果、このポテンショメータにおいては、摺動する接点が抵抗体２と摺動接点部３ａとの間だけとなり、接触抵抗の増加を防止することができ、経時的信頼性を向上させることができる。
【００２７】
コイルバネ８の設計時には、バネとしての特性及び形状に留意する必要がある。摺動接点部３ａが抵抗体２の一端側から他端側に螺旋状に摺動する間における、コイルバネ８の一端８ｂの回転数及び図１中Ｘ方向の変位量を考慮して、回転及び変位が最も大きくなっても、コイルバネ８の変形が弾性範囲内におさまるようにする。また、コイルバネ８を、図６(a)中のＲ方向、即ち、コイルバネ８の螺旋に対して捻り込む方向に回転させるのは、コイルバネ８に作用する残留応力を、Ｒ方向と反対方向に回転させたときよりも小さく抑えることができるからである。このとき、後述のローター軸９ａは、コイルバネ８をＲ方向に回転させたときのコイルバネ８の余分な動きを規制して座屈を防止するための案内手段となる。
【００２８】
上述した回転体３の挿通孔３ｆに挿通されるロータ軸９ａは、図１に示されるように、シャフト９ｂと連結されており、ケース１の外部からシャフト９ｂを回転させることにより、シャフト９ｂと共に回転する。ロータ軸９ａは、回転体３中央の挿通孔３ｆと同じ四角形の断面形状を有しており、ロータ軸９ａの回転に伴って回転体３を回転させる。また、ロータ軸９ａは、回転体３が図１中の横方向にスライドする際には、回転体３のスライドをガイドする。
【００２９】
シャフト９ｂは、マウント９ｃに保持され、その一端がケース１の外部に延出されている。マウント９ｃは、その中央に円筒部９ｄを有しており、シャフト９ｂの軸受けとして摺動性能を確保している。円筒部９ｄの内部には金属製の軸受け９ｅが圧入又は接着され、シャフト９ｂのガタを抑制している。また、必要に応じて、円筒部９ｄの外表面にはポテンショメータを種々の部位に固定するときに使用されるネジ部９ｆが形成されている。
【００３０】
上述した構成部品よりなるポテンショメータの組立時には、予め回転体３、プレート４及びコイルバネ８をアッセンブリしてコイルアッセンブリとして製造しておく。次いで、外筒体１１に、マウント９ｃ-内筒体１０-ロータ軸９ａ及びシャフト９ｂ-コイルアッセンブリを順次取り付け、最後に外筒体１１の爪部１１ａをプレート４の表面側に折り曲げて組み立てを完了する。
【００３１】
上述したポテンショメータを使用する際には、第一端子５と第三端子７との間に電圧を負荷し、第一端子５（又は第三端子７）と第２端子との間で分圧された電圧を取り出す。このとき、シャフト９ｂを回転させることで抵抗体２に対する摺動接点部３ａの接触位置を変えることにより、第一端子５（又は第三端子７）と第２端子との間の抵抗値を変えることができるので、取り出される分圧を変えることができる。
【００３２】
本発明の多回転式ポテンショメータは、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態におけるポテンショメータは、抵抗体２のＣＰ層２ｂが、抵抗体２の螺旋内側となるようなものであったが、ＣＰ層が螺旋外側に来るように抵抗体を配置し、この抵抗体外側表面に沿って摺動接点部を摺動させることも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係る多回転式ポテンショメータは、ケースと、ケース内に螺旋状に配置された抵抗体と、抵抗体の表面に摺動接触する摺動接点部及び円板部を有する回転体とを備える多回転式ポテンショメータにおいて、ケースには、内面に沿って螺旋状の抵抗体保持溝が形成され、抵抗体保持溝は、底部の幅が抵抗体の幅とほぼ同一とされると共に、抵抗体保持溝の開口部の幅が底部の幅に比して広い凹状とされ、抵抗体は、加熱焼成に耐えられる耐熱性を有するフィルムからなるテープ状絶縁ベース材の表面上にコンダクティブプラスチック層が積層されて形成され、抵抗体自体の弾性復元力により抵抗体が抵抗体保持溝の底部に密着されており、抵抗体の一端に接続されてケースの外部に露出された第一端子と、摺動接点部に接続されてケースの外部に露出された第二端子と、抵抗体の他端に接続されてケースの外部に露出された第三端子とを備えており、導電性コイルバネの一端は、摺動接点部を有するアーム部が結合された円板部に固定され、導電性コイルバネの他端は第二端子に固定されているので、分解能を向上させると共に、その生産性・耐久性・信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (a)は本発明に係る多回転式ポテンショメータの一実施形態を示す断面図であり、(b)は図１(a)におけるＸ方向矢視側面図である。
【図２】  (a)は抵抗体を展開した状態の平面図、(b)は図２(a)におけるII-II線断面斜視図である。
【図３】  (a)は図１における内筒体の断面図であり、(b)は図３(a)におけるＹ方向矢視側面図であり、(c)は図３(a)におけるＸ方向矢視側面図である。
【図４】  (a)は図１におけるコイルアッセンブリの正面であり、(b)は図４(a)におけるＹ方向矢視側面図である。
【図５】図４(a)における各部材を分離して示す正面図である。
【図６】図４及び図５おけるコイルバネの自然状態を示しており、(a)は左側面図、(b)は正面図、(c)は右側面図である。
【図７】従来の多回転式ポテンショメータを示しており、(a)は断面図、(b)は抵抗体の一部断面拡大側面図である。
【符号の説明】
１…ケース、１０…内筒体、１０ａ…抵抗体保持溝、１１…外筒体、２…抵抗体、２ａ…絶縁ベース材、２ｂ…コンダクティブプラスチック層（ＣＰ層）、３…回転体、３ａ…摺動接点部、５…第一端子、６…第二端子、７…第三端子、８…コイルバネ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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