JP2009281788A - 回転角検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】主動ギヤおよび従動ギヤが低トルクでスムーズに回転可能で、それらの各ギヤの歯に破損を生じにくくすることができる回転角検出装置を実現する。
【解決手段】回転角検出装置10は、ホルダ30の両側からカバー20及びケース40を取り付けて、ホルダ30とケース40との間に空間S1を形成し、ホルダ30とカバー20との間に空間S2を形成する。主動ギヤ12及び従動ギヤ13,14は、ホルダ30とケース40との間に挟持され、空間S2において回路基板70がホルダ30に固定されることによって、空間S1とS2とが隔絶される。
【選択図】図6

Description

本発明は、例えば車両のステアリング軸等の検出対象物の回転角を検出するのに好適な回転角検出装置に関する。
この種の回転角検出装置は、例えば車両の姿勢制御技術に関して、運転者によるステアリング操作で回転するステアリング軸の回転角を絶対角として検出する用途に適している。回転角の検出には、一般的にステアリング軸の回転に連動して主動ギヤを一体に回転させつつ、この主動ギヤと噛み合う複数の従動ギヤ同士に生じる回転の位相差から、演算によって絶対角を算出する手法が採用されている。回転角の検出に際して、特に従動ギヤには低トルクで負荷なく回転することが求められるため、従動ギヤとその軸受部分との間には一定のクリアランスが必要である。ただし、このようなクリアランスを設けると、車両の走行時に従動ギヤが軸方向にがたついて検出精度が低下したり、振動による異音が発生したりする問題がある。
このため従来、従動ギヤを軸方向に弾性的に押圧して、走行時のがたつきや振動音の発生を抑える先行技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この先行技術は、中央部に磁石が設けられた従動ギヤをケース部材内に収容するとともに、ケース部材の内面に軸受凹部を形成して、従動ギヤをその一端側で回転可能に支持したものである。またケース部材内には、従動ギヤの他端側で磁石と対向する位置に回路基板が配置されており、この回路基板には磁界の変化を検出する磁気変化検出素子が実装されている。特に先行技術では、従動ギヤの一端側でケース部材と従動ギヤとの間にばね部材を設置し、その弾性力で従動ギヤを回路基板に押し付けている。
上記の先行技術によれば、軸受凹部や回路基板と従動ギヤとの間にそれぞれクリアランスが設けられていても、従動ギヤのがたつきや振動を抑えつつ、低トルクで従動ギヤを回転させることができると考えられる。
特開2004−279265号公報(第4−5頁、図1、図4)
しかしながら先行技術は、ケース部材内の同一空間に主動ギヤ、従動ギヤなどの機構部品と回路基板とを配置するので、走行時の振動や長期間の使用によって回路基板から半田ボールや残留フラックスが分離したり、回路基板の破断面から破断片・細粉などの異物が生じたりして、それらの異物が主動ギヤと従動ギヤとの噛み合わせ部分や各ギヤと回路基板などとの摺動部分に付着し、それらのギヤの回転トルクが高くなりスムーズに回転しにくくなったり、それらのギヤの歯に破損が生じて正確な回転角検出ができなくなる虞があるという問題が生じる。
本発明は従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、主動ギヤおよび従動ギヤが低トルクでスムーズに回転可能で、それらの各ギヤの歯に破損を生じにくくすることができる回転角検出装置を提供することにある。
上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。
すなわち本発明の回転角検出装置は、所定の軸線を中心に回転する検出対象物と直接又は間接的に連結されて回転する主動ギヤと、主動ギヤに噛み合って回転する従動ギヤと、従動ギヤの中央部に設けられた磁石と、検出対象物が挿通可能に形成された第1挿通孔を有し、この第1挿通孔によって主動ギヤを回転自在に支持し、従動ギヤを回転自在に支持する支持部を有して、この支持部に磁石と対向する開口が形成されたホルダ部材と、検出対象物が挿通可能に形成された第2挿通孔を有し、ホルダ部材の一側に組み付けられることでホルダ部材との間に主動ギヤ及び従動ギヤを回転可能に挟持し、従動ギヤを収容する第1空間を形成し、第1空間に主動ギヤの一部を臨ませる第1のカバー部材と、開口を介して前記磁石と対向して磁石の回転に伴う磁界の変化を検出する磁気検出素子と、磁気検出素子が実装された回路基板と、検出対象物が挿通可能に形成された第3挿通孔を有し、ホルダ部材の他側に取り付けられることでホルダ部材との間に回路基板を収容する第2空間を形成する第2のカバー部材とを備え、開口が、回路基板によって塞がれている。
本発明の回転角検出装置によれば、磁気検出素子を実装した回路基板が収容される第2空間と主動ギヤ及び従動ギヤが収容される第1空間とが相互に隔絶されているため、長期間の使用によって回路基板から半田ボールや残留フラックスが分離したり、回路基板の破断面から破断片・細粉等が生じたりしても、それらの異物が主動ギヤと従動ギヤの噛み合わせ部分や各ギヤとホルダとの摺動部分などに付着することがないので、主動ギヤ及び従動ギヤを低トルクでスムーズに回転させることができ、また各ギヤの歯に破損が生じるのを防止できるので、信頼性の高い回転角検出装置を提供することができる。
また、本発明の回転角検出装置は、ホルダ部材、第1のカバー部材、主動ギヤ及び従動ギヤが合成樹脂材料から成形され、第1のカバー部材と主動ギヤ及び従動ギヤとの間に金属板から加工されたシート状部材が介装されている態様であることが好ましい。
上記の態様であれば、主動ギヤ及び従動ギヤの上下の一側では合成樹脂製のホルダ部材に接触し、他側では金属製のシート状部材に接触しながら回転するため、各ギヤの上下両側が合成樹脂製のホルダ部材及び第1のカバー部材に接する場合と比べて小さな摩擦抵抗で回転できるようになる。したがって、従動ギヤのがたつきや振動を防止することができ、また従動ギヤをスムーズに回転させることができる。
また本発明の回転角検出装置は、ホルダ部材、主動ギヤ及び従動ギヤが合成樹脂材料から成形され、少なくとも第1のカバー部材が金属板から加工されている態様であってもよい。この場合、主動ギヤ及び従動ギヤがさらに小さな摩擦抵抗で回転できるようになる。したがって、それらのギヤをさらにスムーズに回転させることができる。また、第1のカバー部材の厚さを小さくできるので、回転角検出装置をコンパクト化することができる。
本発明の回転角検出装置は、磁気検出素子を実装した回路基板が収容される空間内に主動ギヤと従動ギヤを配置しない構成であるため、回路基板から半田ボールや残留フラックスが分離したり、回路基板の破断面から破断片・細粉等が脱落・発生したりしても、それらの異物が主動ギヤと従動ギヤの噛み合わせ部分や各ギヤとホルダとの摺動部分などに付着することがないので、主動ギヤ及び従動ギヤを低トルクでスムーズに回転させることができ、また各ギヤの歯に破損が生じるのを防止できる。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、一実施形態の回転角検出装置10の斜視図、図2は、図1の回転角検出装置の全体分解斜視図、図3は、図2におけるホルダ部材と主動ギヤおよび従動ギヤとの関係を示す分解斜視図、図4は、図3における主動ギヤと従動ギヤの噛合状態を示す斜視図、図5は、図1の回転角検出装置の正面図、図6は、図5のVI−VI線に沿った断面図である。この回転角検出装置10は、例えば、検出対象物である車両のステアリング軸の回転角を絶対角として検出するのに用いられる。
図1に示す回転角検出装置10は、ホルダ部材(ホルダ)30、第1のカバー部材(ケース)40及び第2のカバー部材(カバー)20がスナップ結合によって一体化されており、カバー40の外面側には図示しない回転コネクタが積層される。回転コネクタは、ハンドル側と車体側との間を電気的に接続するためのものであり、ハンドルに連結される可動ハウジングとステアリング装置などのステータ部材に固定される固定側ハウジングとの間に形成される収納空間内にフラットケーブルが収納・巻回されている。回転角検出装置10の主動ギヤ12は、主動ギヤ12に形成された突起15が可動ハウジングに形成された凹部に係合されているので、ハンドル操作に伴って、軸線CLを中心に回転するステアリング軸と一体的に回転する。また、回転角検出装置10の周縁部分のねじ挿通孔10aに挿通された図示しないネジで回転角検出装置10と回転コネクタの固定ハウジングとが螺着される。また、後述するカムロータ50は、係合溝50aに主動ギヤ12の爪部12gがスナップ結合されて回転角検出装置10に取り付けられている。
合成樹脂製の成形品である主動ギヤ12は、ステアリング軸を挿通する挿通孔12aを有し、歯数の異なる2段のギヤ12b,12cが形成された大径部12dに小径部12eが連続して形成されている(図4など)。主動ギヤ12は、ホルダ30の第1挿通孔30aに小径部12eが挿入されると、図6に示すように、大径部12dの下面がホルダ30の第2挿通孔30aの周囲の面に当接され、ホルダ30に対して回転自在に支持される。また、大径部12dには、環状をなす第1リング部12fがケース40の内面に向けて突出するように形成されており、第1リング部12fの端面がケース40の内面に設けたシート状部材80に当接する。
図1に示すように、主動ギヤ12とカムロータ50は、主動ギヤ12の挿通孔12aをなす内壁の爪部12gとカムロータ50の係合溝50aとがスナップ結合されて一体化される。なお、主動ギヤ12には、突起15が大径部12dから軸線CLに沿って外方へ突設されており、突起15がケース40の外面側に積層される回転コネクタの可動ハウジングの凹部に係合される。したがって、主動ギヤ12が可動ハウジングと連結され、可動ハウジングがハンドルを介してステアリング軸に連結されるので、主動ギヤ12は、ステアリング軸と間接的に連結されてハンドルの操作に伴い回転することになる。
合成樹脂製の成形品である従動ギヤ13,14は、同じ歯数のギヤ13a,14aが形成された保持部13b,14bを有し、主動ギヤ12のギヤ12b,12cと噛み合って異なる回転速度でそれぞれ回転する。保持部13b,14bの中央部に形成された収納部13c,14cには磁石16が収納される。従動ギヤ13,14の保持部13b,14bがホルダ30の第1支持部30e,30f(凹部)に挿入されると、図6に示すように、従動ギヤ13,14がホルダ30にそれぞれ回転自在に支持されて、磁石16が第1支持部30e,30fに形成された各開口30gと対向する。また、図6に示すように、保持部13b,14bには、第2リング部13d,14dがケース40内面に向けて突出するように環状に形成されており、第2リング部13d,14dの端面がケース30の内面に設けたシート状部材80に当接している。
従動ギヤ13,14の保持部13b,14b及び第2リング部13d,14dの軸線CLに沿う方向の各寸法は、各ギヤ13a,14aと主動ギヤ12のギヤ部12a,12bとが噛み合うように適宜設定されている。なお、収納部13c、14cのホルダ20側の端部には、図3に示すように、突設部13e,14eがそれぞれ形成されている。突設部13e,14eは、収納部13c、14c内の磁石16を確実に固定するためもので、収納部13c、14c内に磁石16を収納した状態で加熱体によって押圧・変形される。
磁石16は四角形状のリング体で、対向する一組の辺の一方がN極、他方がS極に着磁されており、二つの従動ギヤ13,14の各収納部13c、14c内に取り付けられる。この磁石16が収納部13cと14cに収納・固定されると、磁力線が磁石16の表面に沿って平行に生じるので、磁石16の回転に伴う磁界の変化を磁気検出素子72によって精度よく検知することができる。
図3に示すように、合成樹脂製成形品であるホルダ30は、ステアリング軸を挿通する第1挿通孔30aが形成された底板部30bと、底板部30bの外縁部から軸線CLに沿って逆方向にそれぞれ起立する起立部30c,30dと、従動ギヤ13,14を回転自在に支持する第1支持部30e,30fとを有する。第1支持部30e,30fは、従動ギヤ13,14の保持部13b、14bを回転支持可能に挿入する凹部をなしており、各凹部の内底面には各磁石16と対向する開口30g,30gが形成されている。図6に示すように、従動ギヤ13,14の保持部13b,14bが第1支持部30e,30fに挿入されると、従動ギヤ13,14は、ホルダ30に回転自在に支持されて各磁石16が各開口30gと対向する。第1支持部30e,30fの深さ寸法は、従動ギヤ13,14の各保持部13b,14bの寸法に応じて適宜設定されている。図1・図3に示すように、ホルダ30の外側面には、周方向に延びる複数の掛止部30hと爪部30iとが形成されており、ホルダ30にケース40とカバー20を取り付けると、ケース40及びカバー20の開口端部が掛止部30hに掛止され、ケース40の側面に形成した係合孔40d、およびカバー20の側面に形成した係合孔20dと爪部30iとがスナップ結合される。また、ホルダ30には突設部30jが側方に延設されている。
ケース40も合成樹脂製の成形品であり、ステアリング軸を挿通する第2挿通孔40aが形成された底板部40bと、底板部40bの外縁部からホルダ30に向けて起立する起立部40cが形成されており、ホルダ30に向けて開口する中空凹部をなしている。したがって、ケース40をホルダ30に取り付けると、ケース40とホルダ30間に、第1空間としての空間S1が形成され、空間S1内に従動ギヤ13,14が収容される。主動ギヤ12及び従動ギヤ13,14はケース40とホルダ30との間に回転可能に挟持される。なお、図6に示すように空間S1は、ホルダ30、回路基板70、ケース40、及び主動ギヤ12で囲まれて形成される。なお、主動ギヤ12の一部、すなわち大径部12dに形成されたギヤ12b,12cが空間S1に臨んでいる。起立部40cの外側面には、ホルダ30の爪部30iとスナップ結合される係合孔40dが形成されている。また底板部40bには、後述するシート状部材80を位置決めして配置するための位置決め凹部40eが形成されている。また、ケース40には、ホルダ30の突設部30jに対応する形状の突設部40fが側方に延びて形成されている。
磁気検出素子72は、GMR(Giant Magneto−Resistive)センサが用いられており、ホルダ30の開口30gを介して磁石16と対向するように回路基板70に実装される。
回路基板70は、図2に示すように、ホルダ20の突設部30jに対応する形状の突設部70aを有し、この突設部70aには外部コネクタと接続するための複数の接続端子を有するコネクタ75が設けられる。また、回路基板70は各開口30gを塞ぐ状態で、ネジ90によってホルダ30に固定されている。
カバー20も合成樹脂製の成形品であり、ステアリング軸を挿通する第3挿通孔20aが形成された底板部20bと、底板部20bの外縁部からホルダ30に向けて起立する起立部20cとが形成されており、ホルダ20に向けて開口する中空凹部をなしている。したがって、カバー20をホルダ20に取り付けると、カバー20ホルダ30間に回路基板70が収納される空間S2が形成される。起立部20cの外側面には、ホルダ30の爪部30cとスナップ結合される係合孔20dが形成されている。また、カバー20は側方に突出した突設部20eを有しており、突設部20eにはコネクタ90を設けるコネクタ導出部20fを有する。
図1に示すように、カバー20の底板20bには複数のピン挿入孔20gが形成されている。これらのピン挿入孔20gには、回転角検出装置10の組立後において、電気的特性の検査を行ったり、内蔵されたデバイスにソフトウェアを書き込んだりする際にコンタクトプローブが挿通されるものとなっている。なお検査等の終了後は、例えば図示のようにラベル25を貼付することによりピン挿入孔20gが塞がれる。
シート状部材80は、ステンレス鋼板などからなる金属板を所定形状に加工されたものであり、ステアリング軸を挿通可能な開口80aを有するとともに、第2リング部13d,14dの端部を位置決め可能な凸状リングなど(図示省略)を有する。
図1に示すように、カムロータ50は、主動ギヤ12の挿通孔12a内に挿入可能な円筒体50bと、円筒体50bの端部から径方向で外方に延設された鍔部50cとを有する。円筒体50bには複数の係合溝50aが形成されている。カムロータ50は、円筒体50bが主動ギヤ12の第1挿通孔12aに挿入されると、係合溝50aと爪部12gとがスナップ結合されるので、主動ギヤ12と一体的に回転できるようになる。また、カムロータ50の鍔部50cにはキャンセル突起50dが軸線CLに沿って外方に突設されている。キャンセル突起50dは、図示しないターンシグナルスイッチの操作レバーを左右いずれかの操作(ON)時に、操作レバーを中立(OFF)位置に復帰させるためのものである。
このように構成された回転角検出装置10は、磁気検出素子72を実装した回路基板70がホルダ30の各開口30gを塞ぐように取り付けられるため、回路基板72が収容される空間S2と、主動ギヤ12及び従動ギヤ13,14が収容される空間S1とが互いに隔絶されるので、長期間の使用によって回路基板70から半田ボールや残留フラックスが分離したり、回路基板70の破断面から破断片・細粉等が脱落・発生しても、それらの異物が主動ギヤ12と従動ギヤ13,14の噛み合わせ部分やそれらの各ギヤとホルダ30との摺動部分などに付着・介在することがない。したがって、主動ギヤ12及び従動ギヤ13,14を低トルクでスムーズに回転させることができ、また各ギヤの歯に破損が生じるのを防止でき、信頼性の高いものとすることができる。
また、ケース40、ホルダ30、主動ギヤ12及び従動ギヤ13,14が合成樹脂製の成形品であり、ケース40と主動ギヤ12及び従動ギヤ13,14との間に、金属板から加工されたシート状部材80が介装されているので、それらの各ギヤは、各ギヤの両端面が合成樹脂製の部材に接する構成と比較して小さな摩擦抵抗で回転できる。したがって、従動ギヤ13,14のがたつきや振動を防止することができ、また従動ギヤ13,14をスムーズに回転させることができる。さらに本発明の回転角検出装置は、少なくともケース40が金属板から加工されている態様であってもよい。この場合、主動ギヤ12及び従動ギヤ13,14がさらに小さな摩擦抵抗で回転できるようになるので、それらのギヤをさらにスムーズに回転させることができる。また、ケース40の厚さを小さくできるので、回転角検出装置をコンパクト化することができる。もしカバー20も金属板から加工された構成であればその効果はさらに大きい。
さらに、ホルダ30の凹部からなる支持部30e,30fに従動ギヤ13,14の保持部13b,14bを挿入し、また、ホルダ30の第1挿通孔30aに主動ギヤ12の小径部12eを挿入するだけで、従動ギヤ13,14及び主動ギヤ12がホルダ30に回転自在に支持された状態となるので、簡単な取付け作業で主動ギヤ・従動ギヤを高精度に位置決めすることができる。
また、本実施形態例では、歯数の異なる2段のギヤ12b,12cをもつ主動ギヤ12に同一の歯数の2つの従動ギヤ13,14を噛み合わせた構成を示したが、1段の主動ギヤに歯数の異なる従動ギヤが複数配置されていてもよいし、1段の主動ギヤに従動ギヤが1つだけ配置されたものでもよく、目的に応じて様々なギヤの構成にも適用できることは言うまでもない。
さらに、本実施形態例では、主動ギヤ12が、ステアリング軸と間接的に連結された構成例を説明したが、回転角検出装置10の主動ギヤ12がステアリングシャフトと直接連結されたものであってもよく、また、回転角検出装置10にカムロータ50が取り付けられていないものであってもよいのは勿論である。
一実施形態の回転角検出装置の斜視図である。 回転角検出装置を主な構成要素に分解して示した斜視図である。 ホルダに対する機構部品要素の組み付け関係を示す分解斜視図である。 主動ギヤと従動ギヤとの噛み合い状態を拡大して示す斜視図である。 回転角検出装置の完成状態を示す正面図である。 回転角検出装置10の完成状態でその内部構造を示す断面図(図5中のVI−VI断面)である。
符号の説明
10 回転角検出装置
12 主動ギヤ
14 従動ギヤ
16 磁石
20 カバー
30 ホルダ
30g 開口
30e,30f 支持部
40 ケース
70 回路基板
72 磁気センサ
80 シート状部材

Claims (3)

  1. 所定の軸線を中心に回転する検出対象物と直接又は間接的に連結されて回転する主動ギヤと、
    この主動ギヤに噛み合って回転する従動ギヤと、
    この従動ギヤの中央部に設けられた磁石と、
    前記検出対象物が挿通可能に形成された第1挿通孔を有し、この第1挿通孔によって前記主動ギヤを回転自在に支持し、前記従動ギヤを回転自在に支持する支持部を有して、この支持部に前記磁石と対向する開口が形成されたホルダ部材と、
    前記検出対象物が挿通可能に形成された第2挿通孔を有し、前記ホルダ部材の一側に組み付けられることで前記ホルダ部材との間に前記主動ギヤ及び前記従動ギヤを回転可能に挟持し、この従動ギヤを収容する第1空間を形成して、この第1空間に前記主動ギヤの一部を臨ませる第1のカバー部材と、
    前記開口を介して前記磁石と対向して前記磁石の回転に伴う磁界の変化を検出する磁気検出素子と、
    この磁気検出素子が実装された回路基板と、
    前記検出対象物が挿通可能に形成された第3挿通孔を有し、前記ホルダ部材の他側に取り付けられることで前記ホルダ部材との間に前記回路基板を収容する第2空間を形成する第2のカバー部材とを備え、
    前記開口が、前記回路基板によって塞がれることを特徴とする回転角検出装置。
  2. 請求項1に記載の回転角検出装置において、
    前記ホルダ部材、前記第1のカバー部材、前記主動ギヤ及び前記従動ギヤが合成樹脂材料から成形され、前記主動ギヤ及び前記従動ギヤと前記第1のカバー部材との間に金属板から加工されたシート状部材が介装されていることを特徴とする回転角検出装置。
  3. 請求項1に記載の回転角検出装置において、
    前記ホルダ部材、前記主動ギヤ及び前記従動ギヤが合成樹脂材料から成形され、少なくとも前記第1のカバー部材が金属板から加工されていることを特徴とする回転角検出装置。
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