(57)【要約】【課題】  摺動子式可変抵抗器型ポテンショメータの簡単な構造と良好な温度安定性を維持しつつ、摺動子式のもつ接点摩耗、摺動ノイズの問題を解決する。【解決手段】  電位勾配を形成する抵抗体と出力用導体の間に、光量子または電磁波を受けてもしくは電場または磁場を感知して電気抵抗が低下する可変抵抗体を接続し、この可変抵抗体の所望の部位に光量子などを照射し、該照射部位の抵抗のみを低下させることにより、抵抗体の当該部位の電位を非接触的な手段で出力する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を低電圧基準電位に他端を高電圧側基準電位に接続する手段を備えた抵抗体（１）と、該抵抗体（１）と間隙を保ちつつ相対して配置された電気の導体たる出力用導体（３）と、抵抗体（１）と出力用導体（３）の間の前記間隙を橋絡して配置された光量子または電磁波を受けてもしくは電場または磁場を感知して電気抵抗が低下する可変抵抗体（２）と、可変抵抗体（２）の所望の部位に選択的に光量子または電磁波を照射もしくは電場または磁場を形成する手段を備えた線源（４）とを備えたポテンショメータ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、可変抵抗型ポテンショメータの摺動子を廃し非接触化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  基準低電位と基準高電位の中間の任意の位置から当該位置に相当する電位を取出すポテンショメータは、電圧の分圧や位置または変位の検出などに広く利用されている。とくに電気抵抗体とこれに接触摺動する摺動子を備えた可変抵抗器型が最も多用されている。この接触摺動式可変抵抗型のポテンショメータは、構造が簡単である利点のみならず、連続した単一の抵抗体を出力を低電位側、高電位側に配分して使用するので、温度変化による抵抗値の変化が原理的に出力に影響を及さない利点を有することは当業者において既に周知である。【０００３】  また、ポテンショメータではないが、位置や変位の検出には、例えば磁界の中でホール素子などを移動させて磁場の情報を感知して位置や変位を検出する非接触式のセンサーが実用されている。これら非接触式のセンサーは、機械的な接点がない故、接点の摩耗による問題がない利点を有している。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  接触式可変抵抗器型のポテンショメータは、接触式であるが故に接点の摩耗により寿命が短くなりやすく、摺動時にノイズが発生しやすい問題点がある。
【０００５】  また、位置や変位を検出する磁気感知型などの従来の非接触式センサーでは、使用する素子の特性が温度により変化しやすく、温度による出力変化を避けることが困難である。これを克服するには、素子の温度特性を厳密に平坦化するか、例えばブリッジ構成にして各素子の特性を厳密に揃えるなどの配慮が必要で、構造が複雑になりやすく、しかもかかる工夫をしても一般的には温度特性が接触摺動式の可変抵抗器型ポテンショメータには及ばない問題点がある。
【０００６】  本発明は、接触式の可変抵抗器型ポテンショメータの基本構造を踏襲することにより温度による出力の変化がほぼ皆無である利点を維持し、かつ、従来の接触摺動式可変抵抗型ポテンショメータの接点の摩耗に係る問題を解消することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明になるポテンショメータでは、従来の摺動子を、光量子または電磁波を受けてもしくは電場または磁場を感知して抵抗値が変化する可変抵抗体と、該可変抵抗体の所望の位置に光量子または電磁波を照射もしくは電場または磁場を形成する線源の組合わせにより置換することにより、前記の課題を解決する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  図１、図２、図３および図４は、本発明になるポテンショメータ例を示す図である。図１は、ポテンショメータ例の側面図、図２は、図１のポテンショメータ例の正面図、図３は、図２中のＳ−Ｓにおける断面図、図４は、図２のＴ−Ｔにおける線源（４）の断面図である。【０００９】  図１、図２、図３および図４に示すポテンショメータ例は、直線動作型のポテンショメータである。これらの図において、合成樹脂製のフレーム（５１）には磁器製の基盤（５）が保持されている。線源（４）はガイド部材（２１Ａ）（２１Ｂ）によって基盤（５）に向き合うように保持されている。ガイド部材（２１Ａ）（２１Ｂ）はフレーム（５１）に設けられた孔を貫通していおり、線源（４）とガイド部材（２１Ａ）（２１Ｂ）は一体となって図１中の上下の方向に外力により自在に移動が可能であるよう構成されている。【００１０】  基盤（５）上には、炭素の微粉を主成分とする抵抗体（１）が敷設されており、これと平行して薄膜状の銅からなる出力用導体（３）が敷設されている。抵抗体（１）と出力用導体（３）の表面を覆うように硫化カドミウムを主成分とする薄膜状の可変抵抗体（２）が敷設されている。抵抗体（１）と可変抵抗体（２）は、抵抗体（１）の高電位側と低電位側の間に発生する電位勾配に沿って隙間なく電気的に接続されている。【００１１】  抵抗体（１）の一端は低電位の基準電圧源に接続される薄膜状の銅からなる低電位用端子（１１）に接続されており、他端は高電位の基準電圧源に接続される薄膜状の銅からなる高電位用端子（１２）に接続されている。出力用導体（３）の一端は薄膜状の銅からなる出力用端子（１３）に接続されている。【００１２】  線源（４）の内部には、発光ダイオード（６）が備えられており、線源（４）の可変抵抗体（２）に向き合う位置には、該発光ダイオード（６）の放射方向に一致して開口するスリット（７）が設けられている。発光ダイオード（６）は電流制御手段を介して直流電源にされるべき受電端子（１４）（１５）に接続されている。【００１３】  本例のポテンショメータは、光の侵入がない筐体内での使用を前提に設計されているが、外部からの光が可変抵抗体（２）に照射される場合には、これを遮断するカバーで覆うことが必要である。【００１４】  以下で前記の構成をもつポテンショメータ例の作用につき説明する。【００１５】  抵抗体（１）は、全長が２５ミリメートルでその全長に渉り均一な抵抗値分布をもち、両端間の抵抗値は１キロオームである。可変抵抗体（２）は、その全面に渉り均一な抵抗特性をもち、抵抗体（１）と出力用導体（３）を最短で結ぶ線に沿った幅１ミリメートル当りの単位幅当り抵抗値は、暗時は５００キロオーム／ミリメートル、発光ダイオード（６）から光量子の照射を受けている時のそれは０．５キロオーム／ミリメートルである。【００１６】  抵抗体（１）の低電位用端子（１１）、高電位用端子（１２）をしかるべき直流定電圧電源に接続する。説明の便宜上、以下では抵抗体（１）に印加する電圧は５ボルトとする。この状態での等価回路を図５に示す。同図において、抵抗体素（１０１）は、抵抗体（１）を構成する微小幅の抵抗体部分を示し、可変抵抗体素（１０２）は、可変抵抗体（２）の光量子が照射されていない部位の抵抗体（１）と出力用導体（３）間の可変抵抗体（２）を構成する微小幅の可変抵抗体部分を示す。図５以下の等価回路では、低電位用端子（１１）、高電位用端子（１２）、出力用端子（１３）が示されている。本例では、抵抗体素（１０１）を抵抗体（１）の全長にわたり積分した抵抗値は両端子間抵抗に等しい１キロオーム、可変抵抗体素（１０２）を可変抵抗体（２）の全長にわたり積分した抵抗値は、１ミリメートル幅当り５００キロオームの抵抗が２５ミリメートル分の２５個並列接続された値に等しい２０キロオームである。全体は抵抗体（１）と可変抵抗体（２）からなる分布定数回路である。なお、発光ダイオード（６）は点灯されていないので線源（４）の位置は図５の等価回路には影響を及さない。【００１７】  線源（４）を任意の位置に置き、図５中の発光ダイオード（６）の受電端子（１４）（１５）を適当な電流規制用抵抗を介してしかるべき直流電源に接続して発光ダイオード（６）を発光させる。この場合の等価回路を図６に示す。同図においても、抵抗体素（１０１）は、抵抗体（１）を構成する微小幅の抵抗体部分を示し、可変抵抗体素（１０２）は、可変抵抗体（２）の光量子が照射されていない部位の抵抗体（１）と出力用導体（３）間の可変抵抗体（２）を構成する微小幅の可変抵抗体部分を示す。同図中の被照射可変抵抗体部（２０２）は、可変抵抗体（２）の線源（４）の発光ダイオード（６）から光量子の照射を受けている部分を示す。本例では、この部分の抵抗値は０．２５キロオーム／ミリメートルであり、スリット（７）の開口部から光量子の照射を受ける部分の幅は０．５ミリメートル、当該部分の抵抗値は０．５キロオームである。【００１８】  図６の分布定数回路は、簡略化されて図７に示す７個の素子、抵抗体Ａ部（３０１）、抵抗体Ｂ部（３０２）、可変抵抗体高電位側暗部（３０３）、抵抗体Ｃ部（３０４）、抵抗体Ｄ部（３０５）、可変抵抗体低電位側暗部（３０６）および被照射可変抵抗体部（２０２）により表現されることは明かである。本例では、抵抗体Ａ部（３０１）、抵抗体Ｂ部（３０２）の抵抗値と、抵抗体Ｃ部（３０４）、抵抗体Ｄ部（３０５）の抵抗値は各々相等しい。可変抵抗体高電位側暗部（３０３）、可変抵抗体低電位側暗部（３０６）の抵抗値は、各々可変抵抗体（２）の高電位側、低電位側の照射を受けていない部分の単位幅あたりの抵抗値を各々の長さに沿って積分した値である。【００１９】  可変抵抗体（２）の光量子の照射を受けない部分の全長２４．５ミリメートルにわたる抵抗値は約２０キロオーム強であり、光量子の照射を受ける幅０．５ミリメートルの部分の抵抗値は０．５キロオームである。両者の比は４０以上になっており、図５、図６、図７の等価回路から、出力用端子（１３）に現れる電位は、ほぼ光量子の照射を受ける幅０．５ミリメートルの部分の抵抗体（１）の電位であることは明かである。よって、線源（４）の位置を移動すれば、線源（４）の照射する位置の抵抗体（１）の電位を出力として取出すことができ、ポテンショメータとして機能する。抵抗体（１）と可変抵抗体（２）は、抵抗体（１）の高電位側と低電位側との間に発生する電位勾配に沿って隙間なく実用上稠密に配置されているので、線源（４）が可変抵抗体（２）を照射する部位は有限の幅をもつが、線源（４）の微小な移動に対しても当該微小移動量に見合う連続的に変化する出力が得られ、高い分解能が確保されている。【００２０】  本例に代表されるポテンショメータでは、これを構成している抵抗体（１）および可変抵抗体（２）の温度が変化してその抵抗値が変化しても、可変抵抗体（２）は摺動子を代替する単なる部位特定的なスイッチとしてのみ機能するので、接触式ポテンショメータの場合と同じ原理により出力電位が変化することがないのは前記の等価回路から明らかである。【００２１】  本例では、可変抵抗体（２）の光量子の照射を受けない部分の伝導の影響により、線源（４）を最高電位の位置に置く場合の出力は、５ボルトより低い約４．９６ボルト、最低電位位置に置く場合は０ボルトより高い約０．０４ボルト、中点位置では２．５ボルトとなるが、線源位置−出力電圧特性はほぼ完全な直線性を有している。これは一般に実用上十分な精度であるが、抵抗体（１）のパターンを修正して直線性をさらに改善することも可能である。
【実施例】
【００２２】  本発明になるポテンショメータは、従来の接触式のポテンショメータの摺動子を可変抵抗体と線源で置換することにより、従来の殆ど全ての可変抵抗型ポテンショメータの形態において実施されうる。例えば、円板または扇状の基盤の外周部に抵抗体を配し、その内側に主力用導体を配し、両者を橋絡して可変抵抗体を敷設し、円板または扇状の基盤の中心部に回転軸を配し、この回転軸に線源を装着する回転式の形態で実施される。【００２３】  本発明になるポテンショメータでは、例えば図１から図４に示した例の線源（４）を任意の高さに固定して線源を回転させる構造として、光量子の照射位置を回転により変化させる構成とすれば、線源（４）の単位回転角当りの照射位置の変化量は照射位置が遠方になるほど大きくなり、この領域での線源の回転変位の分解能を大きくとることが可能である。これは摺動子式では実現できない。【００２４】  抵抗体および出力用導体は、ともに従来から使用されている材料が使用可能である。また、可変抵抗体を基盤上に形成し、この上に例えば炭素の微粉をプリントして抵抗体と出力用導体を同時に形成することも可能である。【００２５】  可変抵抗体は、光量子または電磁波を受けてもしくは電場または磁場を感知して電気抵抗が低下する材質であればよい。線源はこれらの可変抵抗体の抵抗を低下させるに必要なエネルギーを与えられるもの、または場の変化を発生できるものであればよい。現在、発明者は、可変抵抗体として微細な結晶構造を有機化合物、線源としてフェライト磁石の組合わせを検討している。線源は、光量子、電磁波、電場または磁場の発生源は固定しておきスリットまたは集光レンズのみが移動する構成のものであるも可である。
【発明の効果】
【００２６】  以上より、本発明になるポテンショメータでは、摺動子式とほぼ同等の簡単な構造を有しながら、摺動子式のもつ接点の摩耗やノイズの問題を免れる効果を得、かつ、温度の影響による出力変化を抑える効果を得ている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるポテンショメータ例の側面図
【図２】本発明になるポテンショメータ例の正面図
【図３】本発明になるポテンショメータ例の断面図
【図４】本発明になるポテンショメータ例の線源の断面図
【図５】本発明になるポテンショメータ例の線源が非発光時の等価回路図
【図６】本発明になるポテンショメータ例の線源が発光時の等価回路図
【図７】図６を簡略化した等価回路図
【符号の説明】
１  抵抗体
２  可変抵抗体
３  出力用導体
４  線源
【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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