(57)【要約】【課題】優れた計測精度を有すると共に、製造コストが低く且つ消費電力が小さい新規なポジションインジケーターの提供。【解決手段】筐体１０に、ハンドル６０または回転軸２００と共に回転する筒体２０と、この筒体２０の回転角度または回転数を計測する計測部３０と、この計測部３０で計測された筒体２０の回転角度または回転数を表示する表示部４０とを備え、前記計測部３０を筒体２０の動きと連動する磁石３５の動きを検出する磁気センサー３６を用いる。このように構成すれば、優れた計測精度を発揮できると共に、製造コストも安価となる。また、磁気センサーは消費電力が小さいため、電池の寿命が長くなり、交換の頻度を低くすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体に、ハンドルまたは回転軸と共に回転する筒体と、当該筒体の回転角度または回転数を計測する計測部と、当該計測部で計測された前記筒体の回転角度または回転数を表示する表示部とを備え、前記計測部は、前記筒体の動きと連動する磁石の動きを検出する磁気センサーを有することを特徴とするポジションインジケーター。
【請求項２】
請求項１に記載のポジションインジケーターにおいて、
前記計測部は、
前記筒体の外周部に沿って形成された第１の歯車と噛み合って回転する第２の歯車と、
当該第２の歯車の軸部先端に設けられた磁石と、
当該磁石の動きを検出する磁気センサーと、
当該磁気センサーの検出値に基づいて前記筒体の回転角度または回転数を演算して前記表示部に出力する演算手段とを備えたことを特徴とするポジションインジケーター。
【請求項３】
請求項２に記載のポジションインジケーターにおいて、
前記第１の歯車は平ギアからなると共に、前記第２の歯車は前記平ギアと噛み合うクラウンギアからなることを特徴とするポジションインジケーター。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のポジションインジケーターにおいて、
前記筐体内に、前記計測部及び表示部を駆動するための電池を着脱自在に収容する電池収容部を備えると共に、当該電池収容部の開閉蓋を前記筐体の取付面以外に設けたことを特徴とするポジションインジケーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械装置に計装される計測器に係り、特に軸の回転数や回転角度などを検出するためのポジションインジケーターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、包装機、梱包機、スライド調整、テーブル移動、ツール送りなどのネジ送り機構を採用した機械装置には、例えば以下の特許文献１乃至３などに示すように、その現在の設定位置や送り量を正確に計測するための計測器が設けられている。この計測器は、例えばポジションインジケーターなどと呼ばれ、前記のような機械装置に予めまたは後付け部品として販売されている。  
【０００３】
このポジションインジケーターは、筐体のほぼ中央部に回転軸を貫通させて取り付けるための貫通孔を有すると共に、デジタル式の表示部と計測部とを備えた構成となっており、その貫通孔に設けられて回転軸と共に回転するリングの回転数や回転角を計測部で計測し、その計測値をデジタル式の表示部に表示するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３１６２７号公報
【特許文献２】特開２００４−３０９２２２号公報
【特許文献３】特開平８−２０７９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のポジションインジケーターには、その計測部の内部構造として機械式のものと高分解能エンコーダーを用いたものの２種類がある。機械式のものはその構造が比較的簡単であるため安価に製造できるが、バックラッシュ（機械的誤差）が大きく計測精度はあまり高くない。一方、高分解能エンコーダーを用いたものは、いわゆるエレクトロニックデジタルポジションインジケータなどと称され、ポテンショメータ（可変抵抗器）又は光学式ロータリーエンコーダー等を用いた方式であるため、比較的高価なものが多い。また、消費電力も高いことから電池の消耗も激しく、交換の頻度が高いといった課題がある。
【０００６】
そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その目的は優れた計測精度を有すると共に、製造コストが低く且つ消費電力が小さい新規なポジションインジケーターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために第１の発明は、筐体に、ハンドルまたは回転軸と共に回転する筒体と、当該筒体の回転角度または回転数を計測する計測部と、当該計測部で計測された前記筒体の回転角度または回転数を表示する表示部とを備え、前記計測部は、前記筒体の動きと連動する磁石の動きを検出する磁気センサーを有することを特徴とするポジションインジケーターである。
【０００８】
このように筒体の回転角度または回転数を計測する計測部に、筒体の動きと連動する磁石の動きを検出する磁気センサーを用いれば、優れた計測精度を発揮できると共に製造コストも安価となる。磁気センサーは新規開発された消費電力が少ないICセンサーを使用するので電池寿命も長くなる。その為電池交換の頻度をかなり少なくする事が出来る。
【０００９】
第２の目的は、第１の発明において、前記計測部は、前記筒体の外周部に沿って形成された第１の歯車と噛み合って回転する第２の歯車と、当該第２の歯車の軸部先端に設けられた磁石と、当該磁石の動きを検出する磁気センサーと、当該磁気センサーの検出値に基づいて前記筒体の回転角度または回転数を演算して前記表示部に出力する演算ユニットとを備えたことを特徴とするポジションインジケーターである。
【００１０】
このような構成によれば、ハンドルまたは回転軸が設けられた筒体が回転すると、その回転に伴って第１の歯車が回転してこの第１の歯車と噛み合う第２の歯車が回転してその軸部先端に設けられた磁石も回転する。するとこの磁石の回転によってその磁極（Ｎ極、Ｓ極）の位置や磁束密度が変化するため、この変化に伴う電圧の変化を磁気センサーで検出し、その検出値に基づいて演算ユニットがハンドルの回転角度または回転軸の回転数を演算することで精度良く計測することができる。また、演算ユニットがその演算結果をすぐに表示部に表示することでユーザーはその値を容易に把握することができる。
【００１１】
第３の発明は第２の発明において、前記第１の歯車は平ギアからなると共に、前記第２の歯車は前記平ギアと噛み合うクラウンギアからなることを特徴とするポジションインジケーターである。このような構成によれば、他の歯車の組み合わせに比べてバックラッシュ（機械的誤差）をより小さくすることができる。
【００１２】
第４の発明は、第１乃至第３の発明において、前記筐体内に、前記計測部及び表示部を駆動するための電池を着脱自在に収容する電池収容部を備えると共に、当該電池収容部の開閉蓋を前記筐体の取付面以外に設けたことを特徴とするポジションインジケーターである。このような構成によれば、電池が交換の際にわざわざ筐体を機械装置から取り外す必要がなくなり、その機械装置に取り付けたままの状態で電池だけを簡単に交換することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、筒体の回転角度または回転数を計測する計測部に、筒体の動きと連動する磁石の動きを検出する磁気センサーを用いたため、優れた計測精度を発揮できると共に、製造コストも安価となる。また、磁気センサーは消費電力が小さいため、電池の寿命が長くなり、交換の頻度を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るポジションインジケーター１００の実施の一形態を示す正面側から見た斜視図である。
【図２】本発明に係るポジションインジケーター１００の実施の一形態を示す背面側から見た斜視図である。
【図３】（Ａ）は筐体１０の背面図、（Ｂ）は（Ａ）中Ｘ−Ｘ線矢視図である。
【図４】（Ａ）は各部品を収容した筐体１０の背面図、（Ｂ）は（Ａ）中Ｘ−Ｘ線矢視図である。
【図５】計測部３０を示す断面図である。
【図６】計測部３０の分解図である。
【図７】磁気センサー３６による磁気検出原理を示す模式図である。
【図８】電池棚５１に取り付ける電池ホルダー５２および電池との関係を示す説明図である。
【図９】表示部４０を示す正面図である。
【図１０】本発明に係るポジションインジケーター１００の機能ブロック図である。
【図１１】本発明に係るポジションインジケーター１００の取付例を示す説明図である。
【図１２】本発明に係るポジションインジケーター１００の他の実施の形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。図１および図２は本発明に係るポジションインジケーター１００の実施の一形態を示したものであり、図１はこれを正面１０ａ側から見た斜視図、図２は背面（取付面）１０ｂ側から見た斜視図である。図示するようにこのポジションインジケーター１００は、機械装置の回転軸２００に取り付けてその回転角度や回転数を計測してその計測値を筐体１０の正面１０ａに設けられた表示部４０に表示するものである。
【００１６】
この筐体１０は、図３に示すように下端が湾曲した箱状の筐体本体１１と、この筐体本体１１の開口部１３を塞ぐように取り付けられる平板状の蓋体１２とから構成されている。この筐体本体１１の正面１０ａおよびこれと対向する蓋体１２には、貫通孔１１ａおよび１２ａが同軸状に形成されており、図１および図２に示すようにこの筒体１０の厚さよりもやや長い筒体２０をそれぞれ貫通させて取り付けるようになっている。また、この筐体本体１１の貫通孔１１ａの近傍には横長の表示窓１１ｂが形成されている。
【００１７】
そして、図４に示すようにこの筐体１０内にはこの筒体２０と、計測部３０と、表示部４０と、電池収容部７０と、モード切替スイッチ６０とが収容されている。筒体２０は、図４に示すように貫通孔１１ａおよび１２ａを貫通するように設けられており、図１および図２に示すように回転軸２００を貫通させてピンで連結し、これと一体的に回転可能となっている。また、この筒体２０の外周には、リング状の溝２１，２１が形成されており、図示しないＯリングが嵌め込まれることで内部をシールするようになっている。さらにこの筒体２０の外周には、計測部３０の一部を構成する平ギア３１が一体的に形成されている。
【００１８】
また、この平ギア３１の近傍には、これと直角に噛み合うクラウンギア３２が設けられている。このクラウンギア３２も計測部３０の一部を構成するものであり、図５および図６に示すようにその軸３２ａがボールベアリング３３を介して板状のギアホルダー３４の中央貫通孔３４ａ内に位置するようにそのギアホルダー３４に回転自在に軸支されている。
【００１９】
また、このクラウンギア３２の軸３２ａの先端には、円柱状の磁石３５が埋設されていると共に、その対向する位置にはこれよりも所定の距離、例えば１〜数ｍｍの間隔を隔てて磁気センサー３６が非接触状態で取り付けられている。この円柱状の磁石３５は、図７に示すようにこれを縦方向に左右に分割するようにしてその一方がＮ極、他方がＳ極になるように形成されており、その軸方向の延長線上に磁気センサー３６のセンサー部３６ａが位置するようになっている。そして、この磁気センサー３６の矩形状基板部３６ｂがギアホルダー３４の中央貫通孔３４ａの端部に形成された嵌込部３４ｃに嵌め込まれることで磁石３５の端面と磁気センサー３６のセンサー部３６ａとが非接触状態で向き合うようにしてギアホルダー３４に一体的に取り付けられるようになっている。
【００２０】
この磁気センサー３６のセンサー部３６ａには、例えば３つのホール素子３７，３７，３７が１２０°間隔で設けられており、これら各ホール素子３７，３７，３７のホール効果を利用して磁石３５の磁界の変化（Ｓ極からＮ極、Ｎ極からＳ極への磁界の変化）・強さによって発生する電圧の変化を検出し、これを電気信号に変換して後述する計測部３０の演算ユニット３７に出力するようになっている。
【００２１】
すなわち、この磁気センサー３６は、一定の電流を流したホール素子３７，３７，３７に、磁石３５から磁界をかけ、その磁束密度の変化に伴う電圧の変化を検出することでその磁石３５の位置・回転・角度などを検出するようになっている。また、この磁気センサー３６には、アンプやシュミットトリガ回路などのホールＩＣを構成する公知の部品も搭載されている。なお、このように３つのホール素子を用いた磁気センサーとしては、市場で容易に入手可能な従来公知の製品、例えばドイツ国ｉＣＨａｕｓ社のｉＣ−ＴＷ１１などを用いることができる。
【００２２】
さらに、図示するようにこのギアホルダー３４には、中央貫通孔３４ａを挟んで一対の嵌合孔３４ｂ、３４ｂが設けられており、板状の電池棚５１の片面（下面）に設けられた一対の突起５１ａ、５１ａを嵌め込むことで電池棚５１の片面（下面）側に一体的に取り付けられるようになっている。
【００２３】
また、図示するようにこの電池棚５１の他面（上面）にも一対の突起５１ｂ、５１ｂが設けられており、図８に示すように半筒状の電池ホルダー５２に形成された一対の嵌合孔５２ａ、５２ａに嵌め込まれることで電池棚５１の他面（上面）側に電池ホルダー５２が一体的に取り付けられるようになっている。この電池ホルダー５２は、そのホルダー本体５２ｂ内にコイル式の電極５２ｃと固定式の電極５２ｄを備えたものであり、そのホルダー本体５２ｂ内の一対の電極間に乾電池式の電池５０が着脱自在に取り付けられるようになっている。
【００２４】
そして、このようにして電池５０やクラウンギア３２などを一体的に備えた電池棚５１の両端を、図３に示すように筐体本体１１内の両側面にそれぞれ平行に形成された取付溝１１ｃ、１１ｃにその開口部側からスライドするように嵌め込むことで、図４に示すように筐体本体１１内の電池収容部７０に電池ホルダー５２をセットすると同時に計測部３０を収容できるようになっている。また、同図に示すようにこの筐体本体１１内の上面、すなわち電池収容部７０が位置する面には、電池交換口１１ｅが形成されており、電池が消耗した際には、この電池交換口１１ｅから簡単に新しい電池と交換できるようになっている。なお、この電池交換口１１ｅには電池蓋１１ｆが着脱自在に取り付けられており、通常運転時には、この電池蓋１１ｆを取り付けることでその電池交換口１１ｅを塞ぐようになっている。
【００２５】
表示部４０は、例えば図９に示すように基板４１に、複数の８セグメント４１や液晶パネルなどの表示ユニット４２を取り付けてなるものであり、筐体本体１１の表示窓１１ｂに取り付けられることで計測部３０で計測した計測値を数字やアルファベットなどの文字を用いてデジタル方式で表示するようになっている。また、この基板４１には、表示ユニット４２の他に、演算ユニット（ＩＣ）３８も一体的に搭載されている。
【００２６】
モード切替えスイッチ６０は、図１０に示すように矩形状の基板６１に一対の押しボタン式のスイッチ６１ａ、６１ｂを設けたものであり、一方のスイッチ６１ａを押すことで筒体２０の回転数を検出するモードとなり、他方のスイッチ６１ｂの筒体２０の回転角度を検出するモードに切り替わるようになっている。そして、この基板６１を、図３および図４に示すように筐体本体１１の正面側に設けられた取付部１１ｇに基板６１を取り付けることでその押しボタン式のスイッチ６１ａ、６１ｂが取付穴１１ｈ、１１ｈから筐体本体１１の正面１０ａ側に突出して押しボタン操作が可能となっている。なお、このモード切替えスイッチ６０の使用方法としては、前記のように単にモード切替だけでなく、例えば両方を同時に押したり、一方を長押しするなどによってその表示をゼロまたはリセット状態にすることなども可能となっている。
【００２７】
図１０は、本発明に係るポジションインジケーター１００の機能ブロック図であり、計測部３０の演算部３７を中心として処理が行われる。すなわち、磁気センサー３６の検出信号（電気信号）は、図示しない通信ケーブルを介して計測部３０の演算ユニット３８に送られ、この演算ユニット３８の演算結果が表示部４０に表示されることになる。このとき演算ユニット３８はモード切替えスイッチ６０によって設定されたモードに応じて磁気センサー３６からの出力値を演算して表示部４０に出力することになる。そして、これら磁気センサー３６、演算ユニット３８、表示部４０は、それぞれ電池５０から継続して供給される省電力（数ボルト、数ｍＡ）の電源によって駆動することになる。
【００２８】
このような構成をした本発明に係るポジションインジケーター１００にあっては、図４に示すように回転軸２００の回転に伴って筒体２０が回転すると、その回転力が平ギア３１を介してクラウンギア３２に伝わり、図５に示すようにこのクラウンギア３２がその軸３２を中心として回転する。このクラウンギア３２の軸３２には、上述したように円柱状の磁石３５が埋め込まれていることから、その軸３２の回転に伴ってこの磁石３５も回転する。すると、この磁石３５の先端の磁界やその磁力も変化するため、その変化による電圧の強さの変化を磁気センサー３６が検知してこれを電気信号に変換して演算ユニット３８に出力する。
【００２９】
演算ユニット３８は、その磁気センサー３６からの入力値や予め入力された平ギア３１やクラウンギア３２のギア比、計測モードなどから回転軸２００の回転角度または回転数を速やかに演算してその演算結果を数値などとして表示部４０に表示するため、この表示部４０に表示された具体的な数値を目視することで、ユーザーはその状態（回転数、回転角度など）を容易に把握することが可能となる。
【００３０】
図１１は、本発明に係るポジションインジケーター１００の取付例を示したものである。図の例では、ねじ送り機構３００の一方の固定板３１０側に本発明のポジションインジケーター１００を取り付けると共に、そのねじ軸（回転軸）３２０を筒体２０に貫通させ、その端部に回転レバー３４０を取り付けたものである。そして、このような構成のねじ送り機構３００にあっては、ねじ軸３２０を手動またはモーターで正逆いずれかの方向に回転させると、そのねじ軸３２０に螺合したテーブル３３０が図のように前後に移動するようになっており、その移動量はねじ軸３２０の回転数によって正確に決まっている。
【００３１】
そのため、本発明に係るポジションインジケーター１００を図１１のようにねじ送り機構３００に適用すれば、その表示部４０に表示される具体的な数値（回転数）を目視するだけでテーブル３３０の位置を精度良く把握すると共に適宜、調整することが可能となる。また、図１２に示すように、回転軸２００につまみ状のハンドル８０を取り付け、計測モードを回転角検出モードに切り替えれば、例えば機械の制御盤の流量や音量調整用のつまみや弁の開度などを正確に調整することができる。
【００３２】
そして、このような構成をした本発明に係るポジションインジケーター１００にあっては、回転角検出センサーとして磁気センサー３６を用いたことから、検出精度が高く、かつ非接触なので接点の劣化もなく、またダスト、油、煙にも強く、優れた信頼性を発揮できる。さらに、小型・軽量化も容易となる上に、消費電力も少なく長寿命化が可能となる。
【００３３】
また、使用する歯車も平ギアとクラウンギアのみであるため、他の歯車の組み合わせに比べてバックラッシュ（機械的誤差）をより小さくすることができ、優れた計測精度を達成できる。さらに、電池収容部７０の開閉蓋１１ｆを筐体１０の取付面１０ｂ以外に設けたため、電池５０が消耗した際に、その交換のためにわざわざ筐体本体１１を機械装置から取り外すことなく、その機械装置に取り付けたままの状態で電池５０だけを簡単に交換することができる。
【００３４】
なお、本実施の携帯では回転軸２００の回転を伝達する機構として平ギア３１とクラウン木３２の例で説明したが、両方とも平ギアあるいは傘ギアなどのその他の組み合わせてあっても良い。また、適用する機械装置によっては、表示部４０が見やすいように表示窓１１ｂを筐体本体１１の上面やその他の見やすい位置に変更しても良い。
【符号の説明】
【００３５】
１００…ポジションインジケーター
２００…回転軸
３００…ねじ送り機構
１０…筐体
１０ａ…正面
１０ｂ…背面（取付面）
１１…筐体本体
１２…蓋体
１３…開口部
１１ａ、１２ａ…貫通孔
１１ｂ…表示窓
１１ｃ…取付溝
１１ｅ…電池交換口
１１ｆ…電池蓋
１１ｇ…取付部
１１ｈ…取付穴
２０…筒体
２１…リング状溝
３０…計測部
３１…平ギア（第１の歯車）
３２…クラウンギア（第２の歯車）
３２ａ…軸
３３…ボールベアリング
３４…ギアホルダ
３４ａ…中央貫通孔
３４ｂ…嵌合孔
３４ｃ…嵌合溝
３６…磁気センサー
３６ａ…センサー部
３７…ホール素子
３８…演算ユニット
４０…表示部     
４１…基板
４１…８セグメント
４２…表示ユニット
５０…電池
５１…電池棚
５１ａ、５１ｂ…突起
５２…電池ホルダー
５２ａ…嵌合孔
５２ｂ…ホルダー本体
５２ｃ、５２ｄ…電極
６０…モード切替スイッチ
７０…電池収容部
８０…ハンドル
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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