JP2000088510A - 回転型センサ - Google Patents

回転型センサ

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JP2000088510A JP10253609A JP25360998A JP2000088510A JP 2000088510 A JP2000088510 A JP 2000088510A JP 10253609 A JP10253609 A JP 10253609A JP 25360998 A JP25360998 A JP 25360998A JP 2000088510 A JP2000088510 A JP 2000088510A
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shaft
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部のスロットルバルブ等が連結されて回転
する駆動軸に、スラスト方向、あるいはラジアル方向に
ガタがあっても、前記駆動軸の回転角度を高精度に検出
することができる回転型センサを提供する。 【解決手段】 本発明の回転型センサは、回転体１５の
回転中心の一方側と他方側とに係合部１５ａ軸部１５ｂ
とを突出形成し、この軸部１５ｂを底板１４の支持部１
４ａで支持すると共に、この支持部１４ａを支点として
係合部１５ａが駆動軸２３の軸方向と直交する方向の任
意の方向に移動可能に支持するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回転型センサに係わ
り、外部から伝達される回転角度を高精度に検出するこ
とができる回転型センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の回転型センサは、図６に示すよう
に、外形が略円筒状の筺体１から構成され、内部に空洞
部２ａを有するケース２と、このケース２を固着して空
洞部２ａを蓋閉する蓋体３とが配設されている。そして
蓋体３には軸孔３ａが形成され、空洞部２ａには回転中
心に操作軸４ａが形成された回転体４が収納されてい
る。前記操作軸４ａが蓋体３の軸孔３ａに回転自在に挿
入されて、蓋体３の外方に突出した状態になっている。
前記軸孔３ａの直径寸法は、操作軸４ａの直径寸法より
大きめに形成され、操作軸４ａは軸孔３ａにガタ嵌合で
挿入されている。また、操作軸４ａの先端部の回転中心
には、例えば小判状の係合孔４ｂが形成され、この係合
穴４ｂに後述する駆動軸８が挿入されるようになってい
る。
【０００３】また、蓋体２の空洞部２ａ側の内面には、
抵抗基板５が取り付けられ、この抵抗基板５の表面には
図示しない略馬蹄形状の抵抗体パターンが印刷形成され
ている。この抵抗体パターンには回転体４に取り付けら
れた摺動子片６が圧接され、回転体４が回転すると摺動
子片６が抵抗体パターン上を摺動して、抵抗値が所定の
カーブで変化するようになっている。前記抵抗基板５の
図示下方側には、前記抵抗体パターンに接続される複数
の端子７がカシメ等で取り付けられている。
【０００４】このような従来の回転型センサを用いて、
例えば自動車のスロットルバルブ等の回転角度を検出す
るには、所定の取付部材（図示せず）に筺体１の蓋体３
を取り付ける。このとき、操作軸４ａの係合穴４ｂに
は、自動車側のスロットルバルブの回転軸等に連結され
た、２点鎖線で示すような駆動軸８が挿入されて、係合
するようになっている。この駆動軸８は、先端部が小判
状にスリ落としされ、この小判状の先端部が、操作軸４
ａの小判状の係合孔４ｂに圧入されて、駆動軸８の回転
が回転体４に伝達されるようになっている。
【０００５】前記駆動軸８は、前記スロットルバルブ側
の部品の組み合わせ上の関係から、軸方向であるスラス
ト方向と、軸方向と直交する方向のラジアル方向とのガ
タ、あるいは偏心が発生しており、これら駆動軸８のガ
タ、あるいは偏心を回転型センサ側で吸収しなければな
らなかった。この駆動軸８の型の吸収は、底板３の軸孔
３ａの直径寸法を回転体４の操作軸４ａの直径寸法より
大きく形成し、駆動軸８にラジアル方向のガタ、あるい
は偏心があっても、操作軸４ａが軸孔３ａに接触するこ
となく、回転体４をスムーズに回転させるようにしてい
る。前述のような従来の回転型センサは、スロットルバ
ルブの回転軸等に連結された駆動軸８が所定角度回転す
ると、回転体４もスムーズに回転して、摺動子片６が抵
抗体パターン上を摺動して抵抗値を変化させ、この抵抗
値の変化量を図示しない制御部が検出して、駆動軸８の
回転角度を検出することができるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
な従来の回転型センサは、スラスト方向、あるいはラジ
アル方向にガタ、あるいは偏心がある駆動軸８に、回転
体４の操作軸４ａが直接取り付けられているため、駆動
軸８が回転すると、回転体４も駆動軸８のガタ、あるい
は偏心に追従してガタ、あるいは偏心が発生し、抵抗体
パターンに対する摺動子片６の軌跡がずれるため、高精
度な回転角度の検出ができなくなるという問題があっ
た。、
【０００７】また、駆動軸８のガタの影響をなくすため
に、駆動軸８と操作軸４ａとを、回転方向の一面のみで
当接させて、駆動軸８の一方向の回転だけを回転体４に
伝達するようにし、駆動軸８が他方向に回転すると、リ
ターンバネ等のバネ圧で、回転体４を駆動軸８の回転に
追従するようにして、駆動軸８と操作軸４ａとを一体的
に動作させるようにする方法がある。しかし、この方法
だとリターンバネ等の部品が必要になり、部品点数が増
えてコストアップになるという問題があった。本発明
は、前述のような課題を解決して、駆動軸８にガタ、あ
るいは偏心があったとしても、このガタあるいは偏心を
吸収して、高精度の回転角度検出ができる回転型センサ
を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の解決手段として本発明の回転型センサは、駆動
軸が係合する係合部を有する回転体と、この回転体を上
板と底板の間で回転可能に支持する筺体と、前記回転体
の回転角度を検出する角度検出部材とを備え、前記回転
体の回転中心において、前記回転体の一方側と他方側と
に突出形成した係合部と軸部とを有し、この軸部を前記
底板に形成した支持部で軸支すると共に、この支持部を
支点として前記係合部が前記駆動軸の軸方向と直交する
方向の任意の方向に傾動可能に支持するような構成とし
た。
【０００９】また、前記課題を解決するための第２の解
決手段として、前記上板と前記回転体との間に隙間部を
形成し、この隙間部に弾性部材を配設して、前記回転体
の前記軸部を前記支持部に弾接して支持するような構成
とした。
【００１０】また、前記課題を解決するための第３の解
決手段として、前記弾性部材は、リング状の板材から成
り、このリング状の一部をウエーブ状に湾曲させて複数
の弾接部を形成し、この弾接部で前記回転体を弾接する
するような構成とした。
【００１１】また、前記課題を解決するための第４の解
決手段として、前記角度検出部材は摺動子片と抵抗体を
備え、前記係合部は、前記駆動軸の軸方向と直交する方
向に延びる溝部を備え、前記駆動軸先端部に回転中心を
通る平板状の突部を形成し、この突部を前記溝部に係合
させると共に、前記摺動子片を前記回転体の前記溝部の
溝方向と略直交した位置に取り付けて配設するような構
成とした。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の回転型センサの
１実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明
の回転型センサの要部断面図であり、図２は本発明に係
わる主要部品の関係を説明する概略平面図であり、図３
は本発明に係わる弾性部材の図であり、図４は本発明に
係わる駆動軸概略図であり、図５は本発明に係わるその
他の実施の形態を説明する要部断面図である。
【００１３】本発明の回転型センサは、図１に示すよう
に、例えば、外形が箱状（図示せず）で樹脂材料等から
成る筺体１０が形成され、この筺体１０は底壁１１によ
り底部が遮蔽されている。前記底壁１１の一部を図示右
側に突出させて、略円筒状の収納部１２が形成され、こ
の収納部１２は、周囲の側壁１３と、底部の底板１４と
から形成されている。
【００１４】前記底板１４の略中央部には収納部１２側
の図示左方向に突出する支持部１４ａ形成され、この支
持部１４ａの中心部に、凹部から成る半球状の軸受け部
１４ｂが形成されている。前記底板１４の収納部１２内
で側壁１３寄りには、後述する抵抗体基板１７を取り付
けるための基板保持部１４ｃが突出形成されている。前
記収納部１２内には、略円盤状の樹脂材料から成る回転
体１５が回転自在に収納されている。この回転体１５
は、中心線Ａを回転中心として、この回転中心におい
て、回転体１５の図示左側の一方側と、図示右側の他方
側とに突出形成した係合部１５ａと軸部１５ｂとを有
し、この軸部１５ｂを底板１４に形成した支持部１４ａ
で軸支するようになっている。前記係合部１５ａは、中
心線Ａを挟んで形成した２つの係合壁１５ｃ、１５ｃが
突出形成され、この２つの係合壁１５ｃ、１５ｃの間
に、中心線Ａと直交する方向に延びる所定幅寸法の溝部
１５ｄが形成されている。
【００１５】前記係合壁１５ｃ、１５ｃのそれぞれの先
端部は、略半円状の凸部１５ｅ、１５ｅが、溝部１５ｄ
側に突出形成されている。また、前記回転体１５の軸部
１５ｂは、先端部が略半球状に突出形成され、この軸部
１５ｂが、底板１４の軸受け部１４ｂに、回転自在に軸
支され、中心線Ａと直交する方向に動けないようになっ
ている。
【００１６】前記軸部１５ｂが形成された側の回転体１
５の側面には、角度検出部材１６を構成する部品の一部
であるバネ性のある摺動子片１６ａが取り付けられてい
る。この摺動子片１６ａは、図２に示すように、後述す
る抵抗体パターン、集電パターン１７ａと接触して摺動
する接点部１６ｂが、回転体１５の溝部１５ｄの溝方向
と略直交した位置に取り付けられている。前記摺動子片
１６ａが取り付けられた面と対向する側に、所定の隙間
を有して抵抗基板１７が配設され、この抵抗基板１７
は、底板１４の基板保持部１４ｃに位置決めされてカシ
メ等で固着されている。前記抵抗基板１７の表面には、
図２に示すような抵抗体パターン、集電パターン１７ａ
が印刷等で形成され、この抵抗体パターン、集電パター
ン１７ａに摺動子片１６ａの接点部１６ｂが弾接するよ
うになっている。前記角度検出部材１６は、摺動子片１
６ａと抵抗体パターン１７ａ、集電パターンを有する抵
抗基板１７とで構成されている。
【００１７】前記抵抗基板１７の図１に示す下方側に
は、略Ｌ字状の複数の端子１８が前記抵抗体パターン、
集電パターン１７ａに対応して接続され、この端子１８
は、抵抗基板１７の端面から引き出されて、側壁１３の
内面に当接した状態で、図示左側に引き出された先端部
１８ａに、ＦＰＣ１９上の図示しないリードパターンが
半田付け等で接続されている。前記回転体１５の図示左
側には、収納部１２を蓋閉する上板２０が配設され、こ
の上板２０は底壁１１の複数箇所に形成された取付突起
１１ａに取り付けられて、熱カシメ等で底壁１１に固着
されている。前記上板２０の中心部には、回転体１５の
係合部１５ａが位置する開口部２０ａが形成され、この
開口部２０ａの周囲に支持壁２０ｂが形成されて、内部
の回転体１５側に円筒状に突出形成されている。そし
て、支持壁２０ｂによって、回転体１５が所定以上斜め
にならないようになっている。
【００１８】前記上板２０と回転体１５との間には隙間
部２１が形成され、この隙間部２１に弾性部材２２が配
設されている。この弾性部材２２はリン青銅板等のバネ
性のある外形がリング状の板材から成り、図３に示すよ
うに、リング状の複数箇所に平坦な取付部２２ａが形成
され、この取付部２２ａには取付孔２２ｂが形成されて
いる。また、弾性部材２２はリング状の一部をウエーブ
状に湾曲させて、複数の弾接部２２ｃが形成されてい
る。そして、取付孔２２ｂが回転体１５側に形成された
突起（図示せず）にカシメ付けられて、弾性部材２２が
上板２０の内面に取り付けられている。前記弾性部２２
ｃのバネ圧は、摺動子片１６ａのバネ圧より大きく設定
されている。
【００１９】そして、弾性部材２２の複数の弾接部２２
ｃが、常に回転体１５に弾接することによって、回転体
１５が底板１４側に押され、軸部１５ｂが支持部１４ａ
の軸受け部１４ｂに軸支されると共に、後述する駆動軸
２３の回転が伝達されて、回転体１５が回転可能に収納
部１２内に支持されている。即ち、回転体１５は、支持
部１４ａを支点として、弾性部材２２の作用で、係合部
１５ｄが回転中心である中心線Ａと直交する方向の任意
の方向に傾動可能に支持されている。
【００２０】前述のような構成の本発明の回転型センサ
を用いて、例えば自動車等のスロットルバルブの回転角
度を検出するには、まず、筺体１０をスロットルボディ
ー（図示せず）の本体に取り付ける。すると、図１に示
すように、回転体１５の係合部１５ａの溝部１５ｄに、
スロットルバルブの回転軸（図示せず）等に連結されて
いる駆動軸２３が挿入されて位置する。この駆動軸２３
は棒状の円形に形成され、先端部に回転中心である中心
線Ａを通る平板状の突部２３ａが形成されている。前記
駆動軸は、所定の回転角度範囲内で往復回転するように
なっている。
【００２１】そして、前記突部２３ａが回転体１５の溝
部１５ｄに挿入されて、駆動軸２３が係合部１５ａに係
合し、駆動軸２３の回転に追従して回転体１５が回転す
るようになっている。前記角度検出部材１６の回転角度
検出範囲は、例えば本発明の角度検出センサがスロット
ルセンサとして用いられる場合は、略１００゜までの回
転角度を検出できるようになっているが、この回転角度
検出範囲は種類によって一定ではなく、例えばエンドレ
スのものもある。
【００２２】前記駆動軸２３は、前記スロットルバルブ
側の部品精度等の都合上から、軸方向であるスラスト方
向のガタ、あるいは軸方向と直交する方向の任意の方向
であるラジアル方向のガタ、あるいは偏心が発生してい
る。本発明の回転型センサは、前記駆動軸２３のスラス
ト方向の変化、あるいはラジアル方向のガタ、あるいは
偏心を吸収して、駆動軸２３の回転角度を、誤差のな
い、あるいは、あったとしても小さい誤差で検出するこ
とができるようになっている。
【００２３】即ち、駆動軸２３がスラスト方向のガタで
スラスト方向に変位する場合には、図１に示す駆動軸２
３の突部２３ａが、係合部１５ａの凸部１５ｅ、１５ｅ
間の溝部１５ｄを中心線Ａ方向に自由に移動することが
できように、溝部１５ｄの深さを深くしているので、ス
ラスト方向の変位を吸収することができる。前記駆動軸
８のスラスト方向の変位を吸収することにより、摺動子
片１６ａの抵抗体パターン、集電パターン１７ａに対す
る位置が変化せず、誤差のない高精度な駆動軸２３の回
転角度を検出することができる。
【００２４】また、駆動軸２３の回転中心が偏心して、
ラジアル方向の任意方向に偏心する場合は、回転体１５
の係合部１５ａが、駆動軸２３のラジアル方向の偏心に
追従して変位するが、軸部１５ｂが底板１４の支持部１
４ａに軸支されているので、抵抗体パターン、集電パタ
ーン１７ａに対する摺動子片１６ａの動きはほとんどな
く、圧接圧が若干変化するだけなので、駆動軸２３にラ
ジアル方向にガタ、あるいは偏心があったとしても、小
さい誤差で、高精度な駆動軸２３の回転角度を検出する
ことができる。
【００２５】前記駆動軸２３の任意のラジアル方向のガ
タ、あるいは偏心による相対的な位置のズレは２方向の
合成であると考えることができ、図２に示す矢印Ｂ方向
のラジアル方向の位置ズレがある場合は、図１に示す回
転体１５が支持部１４ａを支点として、若干斜めにな
り、摺動子片１６ａの抵抗体パターン、集電パターン１
７ａに対する接触圧が若干変化するが、出力に対しては
ほとんど影響を与えない。 また、抵抗体パターン、集
電体パターン１７ａの位置も、半径方向に若干移動する
が、高さ方向の支点から接点部１６ｂまでの距離は、支
点から凸部１５ｅまでの距離に比べて短いので、駆動軸
２３の偏心量に対して、接点部１６ｂの移動量を小さく
でき、本実施の形態においては駆動軸２３の偏心量の１
／３程度に抑えることができる。
【００２６】更に、本実施の形態においては、溝部１５
ｄの溝方向と略直交した位置に接点部１６ｂを位置させ
ているので、矢印Ｂ方向に駆動軸２３が変位しても、抵
抗体パターン、集電パターン１７ａの幅方向に移動する
のみであるから、電極１７ｂと接点部１６ｂ間の距離は
変わらないので、抵抗値はほとんど変化しない。
【００２７】また、駆動軸２３のラジアル方向のガタ、
あるいは偏心が、図２に示す矢印Ｃ方向の場合は、駆動
軸２３の突部２３ａが係合部１５ａの凸部１５ｅ、１５
ｅ間を溝方向の矢印Ｃ方向に移動するだけで、矢印Ｃ方
向のラジアル方向の影響をなくすことができる。そのた
め、駆動軸２３に矢印Ｃ方向のラジアル方向の移動変位
があったとしても、誤差のない高精度の駆動軸２３の回
転角度を検出することができる。
【００２８】本発明の実施の形態では、角度検出部材１
６を摺動子片１６ａと抵抗体パターン１７ａを有する抵
抗基板１７とで構成したもので説明したが、図５に示す
ような、角度検出部材２６を回転体２５の外周部の円周
方向に放射状に取り付けた磁石部材２５ａと、この磁石
部材２５ａの外側に、所定の隙間を有して対向させて基
板２７に取り付けたホールＩＣ２７ａとで、角度検出部
材２６を構成したものでもよい。この場合、駆動軸２３
のラジアル方向のガタがあると、磁石部材２５ａとホー
ルＩＣ２７ａとの隙間寸法が変化して、出力値が若干変
化して誤差となるが、軸部２５ｂが支持部１４ａに軸支
されているので、その誤差を小さくすることができる。
【００２９】
【発明の効果】本発明の回転型センサは、回転体の回転
中心において、前記回転体の一方側と他方側とに突出形
成した係合部と軸部とを有し、この軸部を前記底板に形
成した支持部で軸支すると共に、この支持部を支点とし
て前記係合部が前記駆動軸の軸方向と直交する方向の任
意の方向に傾動可能に支持したので、駆動軸のラジアル
方向のガタを吸収することができ、高精度の回転角度検
出ができる回転型センサを提供することができる。
【００３０】また、前記上板と前記回転体との間に隙間
部を形成し、この隙間部に弾性部材を配設して、前記回
転体の前記軸部を前記支持部に弾接して支持するように
したので、回転体の軸部を底板の支持部に確実に回転自
在に支持することができる。
【００３１】また、前記弾性部材は、リング状の板材か
ら成り、このリング状の一部をウエーブ状に湾曲させて
複数の弾接部を形成し、この弾接部で前記回転体を弾接
するするようにしたので、円盤状の回転体に均等に弾性
部材のバネ圧を加えることができ、高精度の回転角度検
出ができる。
【００３２】また、前記角度検出部材は摺動子片と抵抗
体を備え、前記係合部は、前記駆動軸の軸方向と直交す
る方向に延びる溝部を備え、前記駆動軸先端部に回転中
心を通る平板状の突部を形成し、この突部を前記溝部に
係合させると共に、前記摺動子片を前記回転体の前記溝
部の溝方向と略直交した位置に取り付けて配設した構成
としたので、駆動軸のスラスト方向のガタを確実に吸収
することができる。また、駆動軸のラジアル方向で溝部
の溝方向のガタは、駆動軸が溝部内を溝方向に移動して
確実にガタを吸収することができる。また、駆動軸のラ
ジアル方向で溝部の溝方向と直交する方向のガタでは、
摺動子片が抵抗体パターンの円周方向と直交する方向に
動くので、抵抗値の変化が小さく、回転角度検出の誤差
を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転型センサの要部断面側面図であ
る。
【図２】本発明に係わる主要部品の関係を説明する概略
平面図である。
【図３】本発明に係わる弾性部材の側面図と正面図であ
る。
【図４】本発明に係わる駆動軸の要部側面図と正面図で
ある。
【図５】本発明に係わるその他の実施の形態を説明する
要部断面側面図である。
【図６】従来の回転型センサの要部駄面側面図である。
【符号の説明】
１０ 筺体 １１ 底壁 １２ 収納壁 １３ 側壁 １４ 底板 １４ａ 支持部 １４ｂ 軸受部 １４ｃ 基板保持部 １５ 回転体 １５ａ 係合部 １５ｂ 軸部 １５ｃ 係合壁 １５ｄ 溝部 １５ｅ 凸部 １６ 角度検出部材 １６ａ 摺動子片 １６ｂ 接点部 １７ 抵抗基板 １７ａ 抵抗体パターン １８ 端子 １９ ＦＰＣ ２０ 上板 ２１ 隙間部 ２２ 弾性部材 ２２ａ 取付部 ２２ｂ 取付孔 ２２ｃ 弾接部 ２３ 駆動軸 ２３ａ 突部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 駆動軸が係合する係合部を有する回転体
    と、この回転体を上板と底板の間で回転可能に支持する
    筺体と、前記回転体の回転角度を検出する角度検出部材
    とを備え、前記回転体の回転中心において、前記回転体
    の一方側と他方側とに突出形成した係合部と軸部とを有
    し、この軸部を前記底板に形成した支持部で軸支すると
    共に、この支持部を支点として前記係合部が前記駆動軸
    の軸方向と直交する方向の任意の方向に傾動可能に支持
    したことを特徴とする回転型センサ。
  2. 【請求項２】 前記上板と前記回転体との間に隙間部を
    形成し、この隙間部に弾性部材を配設して、前記回転体
    の前記軸部を前記支持部に弾接して支持するようにした
    ことを特徴とする請求項１記載の回転型センサ。
  3. 【請求項３】 前記弾性部材は、リング状の板材から成
    り、このリング状の一部をウエーブ状に湾曲させて複数
    の弾接部を形成し、この弾接部で前記回転体を弾接する
    するようにしたことを特徴とする請求項２記載の回転型
    センサ。
  4. 【請求項４】 前記角度検出部材は摺動子片と抵抗体を
    備え、前記係合部は、前記駆動軸の軸方向と直交する方
    向に延びる溝部を備え、前記駆動軸先端部に回転中心を
    通る平板状の突部を形成し、この突部を前記溝部に係合
    させると共に、前記摺動子片を前記回転体の前記溝部の
    溝方向と略直交した位置に取り付けて配設したことを特
    徴とする請求項１記載の回転型センサ。
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