JP2008241635A - 回転センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの円筒部に形成された歯車と円筒部に歯車と軸線方向に間隔を有して同心的に固定され歯車よりも小径のリング磁石との間に基板を介挿し、リング磁石近傍に磁気センサを配置可能とする。
【解決手段】回転軸が貫通される貫通孔が設けられたステータ２、貫通孔に挿通されかつ回転軸が挿通されて一体に回転自在にステータに装着される円筒部３ａとこの円筒部に円筒部よりも大径の歯車が形成されたロータ３、円筒部の外側に同心的かつ歯車と軸線方向に間隔を有して固定されロータと一体に回転するリング磁石４、ロータの外側かつ一部が歯車とリング磁石との間に介挿されてこれらと所定のクリアランスを有してステータに固定される基板１１を備え、基板は歯車を挿通させるための長円形状の長穴１２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、相対的に回転する二部材である例えば車両のステアリングコラムのコンビネーションスイッチブラケットとステアリングシャフトとの間に取り付けられてステアリングシャフトの回転方向及び回転角度を検出する回転センサに好適な回転センサに関する。

相対的に回転する二部材である例えば車両のステアリングコラムのコンビネーションスイッチブラケット（車体側）とステアリングシャフト及びステアリングホイール（回転側）との間にステアリングシャフトの回転方向及び回転角度を検出する回転センサが取り付けられている。

このような回転センサとして、例えば図６に示すような構成が知られている。尚、図６に示す回転センサ１は、構造を分かり易くするために天地逆に描いてあるが、図中上側を「上」、下側を「下」として説明する。回転センサ１は、車体側に固定されるケースのアッパカバーの一部を構成し、ステアリングシャフトが貫通される図示しない貫通孔が設けられたステータ２、前記貫通孔に挿通されかつステアリングシャフトが挿通されてこのステアリングシャフトと一体に回転可能に装着される円筒部３ａとこの円筒部３ａの上端部に当該円筒部３ａよりも大径の歯車３ｂが形成されたロータ３、円筒部３ａの外側に同心的にかつ歯車３ｂよりも僅かに小径でこの歯車３ｂと軸線方向に間隔を有して外嵌固定されロータ３と一体に回転するリング磁石４、リング磁石４に外嵌し歯車３ｂと略同径をなしかつ円筒部３ａに固定されてリング磁石４を保護する保護部材５、保護部材５の外側にリング磁石４及び保護部材５とステータ２及び貫通孔との間に装着された摺動リング６、円筒部３ａの外側かつ一側端部の一部が歯車３ｂとリング磁石４との間に介挿されてこれらのロータ３及びリング磁石４と所定のクリアランスを有してロータ３の一側に配置され、ステータ２に固定される基板７、歯車３ｂと噛合して配置されアッパケースとしてのステータ２に装着されるロアカバーに回転自在に軸支される複数例えば２つの歯車、及び歯車３ｂの端面とロアカバーとの間に介在される摺動リング（何れも図示せず）等により構成されている。

リング磁石４は、軸線方向両端面に周方向に沿って所定の箇所に磁極が形成されている。基板７は、一側端部にロータ３の円筒部３ａの外径よりも僅かに大径の半円形状の切欠７ａが形成されており、切欠７ａの周縁部７ｂがロータ３の歯車３ｂとリング磁石４との間に介挿され、かつその内周面が円筒部３ａの外周面と所定のクリアランスを有してロータ３の一側に配置されている。そして、切欠７ａの周縁部７ｂの下面所定位置にリング磁石４と対向してステアリングシャフトと一体に回転するリング磁石４の回転に伴い変化する磁束の変化を検出する図示しないホール素子等の磁気センサが実装されており、上面に図示しない演算装置等の多数の電子部品やコネクタ８が実装されている。

歯車３ｂと噛合して回転する前記図示しない１つの歯車の軸部には軸線方向両端面に磁極が形成された図示しない円柱磁石が設けられており、これら円柱磁石の磁束の変化を検出する図示しないＭＲ素子等の磁気センサが設けられている。前記演算装置は、前記ホール素子やＭＲ素子の検出値に基づいてステアリングシャフトの回転方向及び回転角度を算出して対応する信号を出力する。

また、回転センサとして、基板の表面側に設けられ、ステアリングシャフトに連動して回転する検出用ギヤと、基板の表面に設けられた開口部と、開口部に設けられ検出ギヤの絶対角度を検出する磁気センサと、磁気センサによる検出結果に基づいて、ステアリングシャフトの絶対角度を算出する演算装置とを回転角度センサに備えた構成も知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−９８２３５号公報（３頁―５頁、図１）

上述した回転センサ１は、最終組立工程の簡略化及び組付精度の向上による検出特性の安定化を図るためロータ３、リング磁石４、保護部材５等を一体に形成する必要があり、この一体に形成したもの（部品）を、摺動リング６を介してステータ２の貫通孔に嵌挿し、次いで、ホール素子や電子部品等が実装された基板７を装着して組み付けられている。リング磁石４は、回転センサ１の小型化を図るためにできるだけ小径とされており、ホール素子はリング磁石４の近傍に配置する必要がある。歯車３ｂは、外径がリング磁石４の外径よりも大径であるため組立を考慮すると基板７は図示のようにロータ３の一側半分までしか設けることができなくなり、従って、電子部品の実装面積が少なくなり実装でき無くなる場合があり、十分な実装面積を確保するために基板が大型化してしまい、ひいては回転センサ自体が大型化してしまう。

リング磁石４を歯車３ｂよりも大きくするか又は歯車３ｂをリング磁石４よりも小さくして基板７に歯車３ｂを貫通させる貫通孔を設ければ、基板７を組み付けることが可能であるが、回転センサの外形に制限があるためにリング磁石４を大きくすることは小型化を図る上で困難である。また、歯車３ｂをリング磁石４よりも大きくした場合、基板７に歯車３ｂを貫通させるための円形の貫通孔（丸穴）を歯車３ｂの外径よりも大きくする必要があり、リング磁石４の近傍にホール素子を配置することができなくなる。特許文献１に記載されている基板においても上述と同様の問題がある。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ロータの円筒部一端に当該ロータよりも大径に形成された歯車と円筒部の外側に歯車と軸線方向に間隔を有して同心的に固定され歯車よりも小径のリング磁石との間に基板を介挿し、リング磁石近傍に磁気センサを配置可能とすると共に基板の実装面積を実質的に大きくするようにした回転センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明にかかる回転センサは、
回転軸とは独立して固定され当該回転軸が貫通される貫通孔が設けられたステータと、
前記ステータの貫通孔に挿通され、かつ前記回転軸が挿通されて当該回転軸と一体に回転自在に前記ステータに装着される円筒部と、前記円筒部の端部に当該円筒部の外径よりも大径の歯車が形成されたロータと、
前記ロータの円筒部の外側に同心的にかつ前記歯車と軸線方向に間隔を有して固定され前記ロータと一体に回転するリング磁石と、
前記ロータの外側にかつ一部が前記歯車と前記リング磁石との間に介挿されてこれらのロータ及びリング磁石と所定のクリアランスを有して前記ステータに固定される基板とを備えた回転センサであって、
前記基板は前記歯車を挿通させるための長円形状の長穴が形成されていることを特徴としている。

基板に長軸が歯車部の外径よりも僅かに長くかつ短軸が円筒部の外径よりも僅かに長い長円形状の長穴を形成し、この長穴にロータの端部に形成されている歯車を挿通させて当該歯車とロータの円筒部に軸線方向に間隔を有して同心的に固定されているリング磁石との間に基板を介挿することが可能となる。そして、基板を長軸方向に僅かに移動させることにより、長穴の長軸方向一側の半円部をロータの円筒部に所定のクリアランスを有して近接させることができる。また、回転センサ内のデッドスペースを基板の配置スペースとして有効利用することができ、この結果、回転センサの小型化に対応することが可能となる。また、同じ大きさの回転センサであっても基板の実装面積を大きくすることができる。なお、当該長穴は長軸が前記歯車の外径よりも僅かに長くかつ短軸が前記円筒部の外径よりも僅かに長く設定されている場合には、基板の実装面積をより大きくすることができる。

また、本発明の請求項２に記載の回転センサは、請求項１に記載の回転センサにおいて、
前記基板は前記歯車に対して傾斜させて長穴の長軸に沿うようにして当該長穴の一側から前記歯車の一側を挿通させて前記長穴の一側内周面を前記円筒部の外周面に当接させた後、前記傾斜を戻しながら前記長穴の他側から前記歯車の他側を挿通させて前記歯車とリング磁石との間に挿入し、前記長穴の一側の半円部の内周面を前記円筒部の外周面と所定のクリアランスを有するように介挿することを特徴としている。

基板を歯車とリング磁石との間に介挿する場合、基板を歯車に対して傾斜させて長穴の長軸に沿うようにして当該長穴の一側から歯車の一側を挿通させて長穴の一側内周面を円筒部の外周面に当接させる。次いで、歯車に対する傾斜を戻しながら長穴の他側から歯車の他側を挿通させて歯車とリング磁石との間に挿入し、長穴の一側の半円部の内周面を円筒部の外周面と所定のクリアランスを有するように介挿する。これにより、長穴の一側の半円部を歯車とリング磁石との間及び円筒部との間に所定のクリアランスで近接させて基板を介挿することができる。

また、本発明の請求項３に記載の回転センサは、請求項１又は請求項２に記載の回転センサにおいて、
前記基板の前記リング磁石と対向する面に当該リング磁石の磁束を検出する磁気センサが実装されていることを特徴としている。

長穴の長軸方向一側の半円部の周縁部にかつリング磁石と対向する面の所定位置に磁気センサを配置し、基板を長軸方向に僅かに移動させて前記半円部の内周面を円筒部の外周面に所定のクリアランスまで近接させる。これにより、リング磁石の近傍位置に磁気センサを配置することが可能となる。

また、本発明の請求項４に記載の回転センサは、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の回転センサにおいて、
前記基板には前記長穴の周縁部の領域にも電子部品が実装されていることを特徴としている。

基板に長穴を形成しこの長穴を介してロータの歯車とリング磁石との間に基板を介挿することにより、基板の実装面積が大きくなり、長穴の周縁部の領域にも電子部品を実装することが可能となる。

本発明によると、基板にロータの端部に形成された歯車を挿通するための長穴を形成することで、歯車と円筒部外側に軸線方向に間隔を有して同心的に固定されているリング磁石との間に基板を介挿することが可能となり、基板の実装面積を大きくすることができ、回転センサの小型化に対応することが可能となる。また、基板を長軸方向に僅かに移動させることにより、長穴の長軸方向一側の半円部をロータの円筒部に所定のクリアランスを有して近接させることができ、リング磁石の近傍位置に磁気センサを配置することが可能となる。

また、基板を歯車に対して傾斜させて長穴の一側から歯車の一側を挿通させ、傾斜を戻しながら長穴の他側から歯車の他側を挿通させることで、簡単に歯車とリング磁石との間に基板を介挿することができる。そして、長穴の一側の半円部の内周面とロータの円筒部の外周面との間に所定のクリアランスを設けることができる。

また、長穴の長軸方向一側の半円部の周縁部にかつリング磁石と対向する面の所定位置に磁気センサを配置し、基板を長軸方向に僅かに移動させて前記半円部の内周面を円筒部の外周面に所定のクリアランスまで近接させことにより、リング磁石の近傍位置に磁気センサを配置することが可能となる。

また、基板に長穴を形成しこの長穴を介してロータの歯車とリング磁石との間に基板を介挿することにより、回転センサ内のデッドスペースを基板の配置スペースとして有効利用することができ、長穴の周縁部の領域にも電子部品を実装することが可能となり、この結果、回転センサの小型化に対応することが可能となる。また、同じ大きさの回転センサであっても基板の実装面積を大きくすることができる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、前述した図６に示した回転センサ１に適用する基板の平面図を示し、基板１１は、図６に示すロータ３の歯車３ｂを挿通させ、かつこのロータ３の両側に連続してステータ２に装着可能な所定の形状及び大きさとされている。そして、基板１１は、所定位置にロータ３の歯車３ｂを挿通させるための長円形状の長穴１２が形成されている。この長穴１２は、所定半径ｒの２つの円の中心ＯとＯ’との距離（中心間距離）を所定距離ｄだけ離隔させ、両側を直線で結んだ形状をなしている。

この長穴１２は、短軸１２Ａの長さＬａ（＝２ｒ）が図２に２点鎖線で示すロータ３の円筒部３ａの外径Ｄａよりも所定のクリアランス分だけ僅かに長く（大きく）形成され、長軸１２Ｂの長さＬｂ（＝２ｒ＋ｄ）がロータ３の歯車３ｂの外径Ｄｂよりも僅かに長く（大きく）、形成されている。従って、基板１１は、長穴１２の周縁部が全周に亘り連続した形状とされている。

これにより、長穴１２は、長軸１２Ｂ側両端の半円部１２ａの
内周面１２ａ’又は半円部１２ｂの内周面１２ｂ’、及び側部１２ｃ，１２ｄの各内周面１２ｃ’、１２ｄ’が円筒部３ａの外周面３ｃと所定のクリアランスを有して配置可能とされている。そして、長穴１２の一側の半円部、例えば半円部１２ａのリング磁石４と対向する面（下面）の周縁部の所定位置に点線で示すように磁気センサ、例えばホール素子１５，１６が実装されている。即ち、ホール素子１５，１６は、後述するように基板１１を図６に示すステータ２に装着したときにリング磁石４の近傍所に位置するように配置されている。

また、基板１１の上面にはロータ３の回転方向及び回転角を演算する演算装置等の図示しない電子部品が多数実装されている。そして、これらの電子部品は、長穴１２の周縁部の領域にも実装されている。これにより、基板１１の電子部品の実装面積が大きくなる。即ち、基板１１は、長穴１２の周縁部にも電子部品を実装することが可能となるために有効面積が大きくなる。従って、図６に示したコネクタ８をロータ３側に近づけて実装することが可能となり、これに伴い基板１１の小型化を図ることが可能となる。

以下に上記基板１１を図６に示すロータ３の歯車３ｂとリング磁石４との間に介挿してステータ４に装着する組付手順について図３及び図４により説明する。先ず、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように基板１１を歯車３ｂに対して傾斜させて長穴１２の長軸１２Ｂに沿うように配置し、この長穴１２の一側、例えば側部１２ｃ側から歯車３ｂの一側の側部３ｂ’を挿通させ、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように長穴１２の側部１２ｃの内周面１２ｃ’を円筒部３ａの外周面３ｃに当接させる。

次いで、基板１１を、歯車３ｂに対する傾斜を戻しながら長穴１２の他側の側部１２ｄから歯車３ｂの他側の側部３ｂ”を挿通させて歯車３ｂとリング磁石４との間に挿入する。これにより、図３（ｃ）及び図４（ｃ）に示すようにロータ３の歯車３ｂを基板１１の長穴１２に挿通することができる。そして、基板１１を歯車３ｂとリング磁石４との間に介挿することができる。この状態において、ロータ３の円筒部３ａは、長穴１２の中央に位置しており、長軸１２Ｂ方向の両側に円筒部３ａとの間の所定のクリアランスよりも大きな隙間が存在している。

次に、基板１１を長穴１２の長軸１２Ｂ方向一側、例えば図４（ｃ）の矢印方向に平行移動させて図５に示すように長穴１２の半円部１２ａの内周面１２ａ’がロータ３の円筒部３ａの外周面３ｃと所定のクリアランスを有すように設定する。これにより、基板１１の半円部１２ａの内周面１２ａ’近傍位置に実装したホール素子１５，１６をリング磁石４の近傍位置に配置することができる。

尚、上記実施形態においては長穴１２の形状を、所定半径ｒの２つの円の中心Ｏ，Ｏ’を所定の距離ｄだけ離隔させ、両側を直線（接線）で結んだ形状としたが、これに限るものではなく、長軸がロータ３の歯車３ｂの外径よりも僅かに長く、短軸がロータ３の円筒部３ａの外径よりも僅かに長い通常の楕円形状としても良い。

以上説明したように本発明によれば、基板にロータの端部に形成された歯車を挿通するための長穴を形成することで、歯車と円筒部外側に軸線方向に間隔を有して同心的に固定されているリング磁石との間に基板を介挿することが可能となり、基板の実装面積を大きくすることができ、回転センサの小型化に対応することが可能となる。また、基板を長軸方向に僅かに移動させることにより、長穴の長軸方向一側の半円部をロータの円筒部に所定のクリアランスを有して近接させることができ、リング磁石の近傍位置に磁気センサを配置することが可能となる。

また、基板を歯車に対して傾斜させて長穴の一側から歯車の一側を挿通させ、傾斜を戻しながら長穴の他側から歯車の他側を挿通させることで、簡単に歯車とリング磁石との間に基板を介挿することができる。そして、長穴の一側の半円部の内周面とロータの円筒部の外周面との間に所定のクリアランスを設けることができる。

また、長穴の長軸方向一側の半円部の周縁部にかつリング磁石と対向する面の所定位置に磁気センサを配置し、基板を長軸方向に僅かに移動させて前記半円部の内周面を円筒部の外周面に所定のクリアランスまで近接させことにより、リング磁石の近傍位置に磁気センサを配置することが可能となる。

また、基板に長穴を形成しこの長穴を介してロータの歯車とリング磁石との間に基板を介挿することにより、回転センサ内のデッドスペースを基板の配置スペースとして有効利用することができ、長穴の周縁部の領域にも電子部品を実装することが可能となり、この結果、回転センサの小型化に対応することが可能となる。また、同じ大きさの回転センサであっても基板の実装面積を大きくすることができる。

上記実施形態においては、回転センサ１を車両のステアリングシャフトの回転方向及び回転角度を検出する回転センサに適用する場合について記述したが、これに限るものではなく種々の回転軸の回転方向及び回転角度又は回転数を検出する機器に適用することが可能である。

本発明に係わる回転センサに適用する基板の平面図である。 図１に示した基板の長穴と回転センサを構成するロータの円筒部及び歯車との大きさの関係を示す説明図である。 図１に示した基板を回転センサのロータの歯車とリング磁石との間に介挿する場合の手順を示す説明図である。 図３に示した基板を回転センサのロータの歯車とリング磁石との間に介挿する場合の上方から見た手順を示す説明図である。 図３及び図４に示した基板を長穴の長軸方向に平行移動させて一側の半円部の内周面をロータの円筒部の外周面に所定のクリアランスを有して設定した状態の説明図である。 従来の回転センサのケースの一部を取り外した状態の天地を逆にした斜視図である。

符号の説明

１ 回転センサ
２ ステータ（アッパカバーの一部）
３ ロータ
３ａ 円筒部
３ｂ 歯車
３ｂ’，３ｂ” 歯車の側部
３ｃ 円筒部の外周面
４ リング磁石
５ 保護部材
６ 摺動リング
７ 基板
７ａ 切欠
７ｂ 切欠の周縁部
８ コネクタ
１１ 基板
１２ 長穴
１２Ａ 短軸
１２Ｂ 長軸
１２ａ，１２ｂ 半円部
１２ａ’，１２ｂ’ 半円部の内周面
１２ｃ，１２ｄ 側部
１２ｃ’，１２ｄ’ 側部の内周面
１５，１６ ホール素子
Ｌａ 短軸の長さ
Ｌｂ 長軸の長さ
ｒ 長穴両端の半円部の半径
Ｄａ 円筒部の外径
Ｄｂ 歯車の外径
Ｏ，Ｏ’ 半円部の中心
ｄ ２つの半円部の中心間距離

Claims (4)

1. 回転軸とは独立して固定され当該回転軸が貫通される貫通孔が設けられたステータと、
   前記ステータの貫通孔に挿通され、かつ前記回転軸が挿通されて当該回転軸と一体に回転自在に前記ステータに装着される円筒部と、前記円筒部の端部に当該円筒部の外径よりも大径の歯車が形成されたロータと、
   前記ロータの円筒部の外側に同心的にかつ前記歯車と軸線方向に間隔を有して固定され前記ロータと一体に回転するリング磁石と、
   前記ロータの外側にかつ一部が前記歯車と前記リング磁石との間に介挿されてこれらのロータ及びリング磁石と所定のクリアランスを有して前記ステータに固定される基板とを備えた回転センサであって、
   前記基板は前記歯車を挿通させるための長円形状の長穴が形成されていることを特徴とする回転センサ。
2. 前記基板は前記歯車に対して傾斜させて長穴の長軸に沿うようにして当該長穴の一側から前記歯車の一側を挿通させて前記長穴の一側内周面を前記円筒部の外周面に当接させた後、前記傾斜を戻しながら前記長穴の他側から前記歯車の他側を挿通させて前記歯車とリング磁石との間に挿入し、前記長穴の一側の半円部の内周面を前記円筒部の外周面と所定のクリアランスを有するように介挿することを特徴とする、請求項１に記載の回転センサ。
3. 前記基板の前記リング磁石と対向する面に当該リング磁石の磁束を検出する磁気センサが実装されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の回転センサ。
4. 前記基板には前記長穴の周縁部の領域にも電子部品が実装されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の回転センサ。

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