JP2010090769A - 軸支持構造および回転型センサ - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸の支持機能の信頼性を向上させることができる軸支持構造および回転型センサを提供すること。
【解決手段】回転軸２が挿入される軸穴７ｄが形成された回転体７と、軸穴７ｄの内壁に取り付けられ、回転軸２を支持する板バネ部材１５とを備え、板バネ部材１５は、回転体７の軸穴７ｄの内壁に支持される支持板部２２と、支持板部２２に連なり、支持板部２２側に折り返した折り返し部２３と、一端部２４ａが折り返し部２３に連なると共に、一端部２４ａと他端部２４ｂとの間が軸穴７ｄの軸心方向に向かって凸状に形成され、回転軸２の外周面に当接したときに他端部２４ｂが支持板部２２に支持される凸状板部２４とを有する構成とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、スロットルバルブ等の回転軸を支持する軸支持構造および軸支持構造を備えた回転型センサに関する。

従来、スロットルバルブ等と連動する回転軸を支持する軸支持構造として、板バネ部材を介して回転軸を軸受部材に支持するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この軸支持構造は、軸受部材の軸穴に板バネ部材を取り付けて構成され、板バネ部材の付勢力により回転軸を軸穴内に嵌合支持している。この板バネ部材は、長方形状の金属板を側面視Ｕ字状に折り曲げ、さらに側面視Ｕ字状の金属板の対向する一対の板部を内向きに折り返すことにより一対のバネ部を形成し、この一対のバネ部は折り返し点を基点として先端が揺動可能な自由端となっている。そして、板バネ部材は、回転軸の挿入時に、一対のバネ部が相互の間隔を広げるように僅かに撓んで回転軸の外周面に弾接することにより、回転軸を支持している。
特開２００３−９７９７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の軸支持構造において、板バネ部材のバネ部は、揺動の基点となる折り返し点を固定端、先端を自由端とした片持ち構造となっているため、折り返し点に負荷が集中し、板バネ部材の耐久性が悪化して、回転軸の支持機能の信頼性を十分に得ることができない場合があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、回転軸の支持機能の信頼性を向上させることができる軸支持構造および回転型センサを提供することを目的とする。

本発明の軸支持構造は、回転軸が挿入される軸穴が形成された軸受部材と、前記軸穴の内壁に取り付けられ、前記回転軸を支持する板バネ部材とを備え、前記板バネ部材は、前記軸受部材の軸穴の内壁に支持される支持板部と、前記支持板部に連なり、前記支持板部側に折り返した折り返し部と、一端部が前記折り返し部に連なると共に、一端部と他端部との間が前記軸穴の軸心方向に向かって凸状に形成され、前記回転軸の外周面に当接したときに他端部が前記支持板部に支持される凸状板部とを有することを特徴とする。

この構成によれば、回転軸が軸受部材の軸穴に挿入されて、凸状板部が回転軸の外周面に当接したときに、凸状板部の他端部が支持板部に支持される。よって、凸状板部は、折り返し部および他端部の２箇所において支持されるため、折り返し部にかかる負荷を軽減して板バネ部材の耐久性を向上させ、回転軸の支持機能の信頼性を向上させることができる。

また本発明は、上記軸支持構造において、前記折り返し部は、前記凸状板部の一端部が前記支持板部に支持されるように折り返されていることを特徴とする。

この構成によれば、凸状板部は一端部および他端部の２箇所において支持板部に支持されるため、折り返し部にかかる負荷をさらに軽減することができる。

また本発明は、上記軸支持構造において、前記板バネ部材は、前記凸状板部の一端部と前記支持板部とを係合する係合部を有することを特徴とする。

この構成によれば、万が一、板バネ部材が折り返し部において破損した場合であっても、係合部により凸状板部の一端部と支持板部とが係合しているため、凸状板部は一端部および他端部の２箇所において支持板部に支持され、回転軸の支持機能を維持することができる。

また本発明は、上記軸支持構造において、前記係合部は、前記凸状板部の一端部および前記支持板部のいずれか一方に形成された突起部と、前記凸状板部の一端部および前記支持板部のいずれか他方に形成され、前記突起部に係合する係合孔とから構成されたことを特徴とする。

この構成によれば、簡易な構成により係合部を形成することができる。

また本発明は、上記軸支持構造において、前記突起部は、前記凸状板部の一端部および前記支持板部のいずれか一方を部分的に切り起して形成されたことを特徴とする。

この構成によれば、簡易な構成により突起部を形成することができる。

また本発明は、上記軸支持構造において、前記軸受部材には、前記軸穴の内壁から突出する凸部が形成され、前記凸部は、前記凸状板部の他端部の端面に近接または当接することを特徴とする。

この構成によれば、万が一、板バネ部材が折り返し部において破損した場合であっても、凸状板部の他端部の端面が凸部に接触するため、破片の他端部側のスライド量を減少させて、軸穴内に破片が入り込むのを防止することができる。

また本発明の回転型センサは、上記の軸支持構造を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、回転軸の支持機能の信頼性が高く、長期に亘って回転角度の検出機能を確保することができる回転型センサを提供することができる。

本発明によれば、回転軸の支持機能の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る軸支持構造を用いた回転型センサの断面図である。なお、本実施の形態に係る回転型センサは、自動車等に搭載されるスロットルバルブセンサやアクセル開度センサ等の回転軸に取り付けられて、バルブ開度やアクセル開度を検出するために用いられるものである。

図１に示すように、回転型センサ１は、筐体３を有しており、筐体３内には、板バネ部材１５を介して回転軸２を支持する軸受部材としての回転体７と、回転体７と共に回転軸２の回転角度を検出する絶縁基板８とが収容されている。筐体３は、回転体７および絶縁基板８が配設されるケース５と、ケース５の回転軸２側とは反対側の開口部５ａを塞ぐ蓋体６とから構成されている。また、回転型センサ１の検出対象となる回転軸２は、例えば、スロットルバルブに連動して駆動するようになっており、回転体７に挿入される挿入部２ａは断面長方形状に形成されている。

ケース５は、円筒状の周壁部５ｂと、周壁部５ｂの一部から径方向外側に延在するように形成された筒状部５ｃとを有している。周壁部５ｂには、筒内に突出した２段円筒状の受け部５ｄが形成されており、この受け部５ｄにより回転体７の収容部５ｅが形成されている。また、周壁部５ｂの開口部５ａ側には、段状に窪んだ段部５ｆが形成されており、この段部５ｆに絶縁基板８が載置されている。また、ケース５には複数の出力端子１２が埋設されており、この出力端子１２は、一端が周壁部５ｂ内に突出すると共に、他端が筒状部５ｃ内に突出している。

蓋体６は、皿状に形成され、板状部６ａと、板状部６ａの周縁に形成された鍔部６ｂと、板状部６ａから絶縁基板８側に突出した保持部６ｃとを有している。保持部６ｃは、回転軸２の軸線上に位置して有底円筒状に形成されており、筒内に支持部材９を保持している。支持部材９は、円柱部９ａと、円柱部９ａから絶縁基板８側に円錐状に突出した円錐部９ｂとから構成されており、円柱部９ａにより保持部６ｃに保持され、円錐部９ｂにより回転体７を回転自在に支持している。そして、蓋体６は、支持部材９を保持した状態で、ケース５の開口部５ａ側の端部が熱カシメされて、開口部５ａを塞ぐようにケース５に固定されている。

絶縁基板８は、筒状部５ｃ側の外周縁部に複数の端子部１１が取り付けられており、回転体７側の表面には、端子部１１に導通する図示しない抵抗体パターンおよび良導電体からなる集電体パターンが形成されている。また、端子部１１は、ケース５に埋設された出力端子１２に半田接続されており、出力端子１２と導通している。

回転体７は、合成樹脂により形成されており、円盤部７ａと、円盤部７ａの中央から回転軸２側に突出した円筒部７ｂと、円盤部７ａの中央から蓋体６側に突出した係合凸部７ｃとを有している。円筒部７ｂには、軸穴７ｄが形成されており、軸穴７ｄの内壁に板バネ部材１５が取り付けられている。係合凸部７ｃには、円錐状の孔が形成されており、支持部材９の円錐部９ｂに回転支持可能に係合される。そして、回転体７は、円筒部７ｂが受け部５ｄの内側に挿通されると共に、係合凸部７ｃが絶縁基板８の孔８ａを挿通して支持部材９に係合することで、ケース５内に回転自在に収容される。

また、円盤部７ａには、絶縁基板８に対向する側の表面に摺動子１３が設けられており、この摺動子１３は絶縁基板８に形成された抵抗体パターンおよび集電体パターンに摺接可能となっている。そして、回転型センサ１は、回転軸２と共に回転する回転体７の摺動子１３および絶縁基板８の抵抗体パターンおよび集電体パターンにより回転軸２の回転角度を検出している。

図２を参照して、板バネ部材について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る板バネ部材の斜視図である。

図２に示すように、板バネ部材１５は、バネ性を有する帯状の金属板を折り曲げて形成しており、軸穴７ｄの穴底に当接する底板部２１と、底板部２１の一端部に連なり軸穴７ｄの内壁に沿って延在する支持板部２２と、支持板部２２に連なり軸穴７ｄの穴底方向に折り返した折り返し部２３と、折り返し部２３に連なり凸状に折り曲げられた凸状板部２４とを有している。また、板バネ部材１５は、底板部２１の他端部に連なり軸穴７ｄの内壁に沿って延在すると共に、途中部分が凸状に折り曲げられた凸状支持板部２５と、凸状支持板部２５に連なりＬ字状に折り曲げられたＬ字板部２６とを有している。

支持板部２２は、平板状に形成されており、延在方向に沿って軸穴７ｄの内壁に支持されている。また、支持板部２２には、折り返し部２３との境界部分に一対の突起部２２ａが幅方向に所定の間隔を有して形成されており、一対の突起部２２ａは支持板部２２から垂直方向に突出するように切り起されている。また、支持板部２２には、両側面から一対のガイド部２２ｂが突出して形成されており、板バネ部材１５は、この一対のガイド部２２ｂにより支持板部２２の幅方向に位置する軸穴７ｄの内壁にガイドされて装着時の横ブレが防止される。

凸状板部２４は、折り返し部２３との境界部分となる一端部２４ａにおいて支持板部２２に支持され、他端部２４ｂにおいて支持板部２２に近接するように折り曲げられており、他端部２４ｂは頂部２４ｃが回転軸２の挿入部２ａに当接したときに支持板部２２に接触するようになっている。また、凸状板部２４には、折り返し部２３との境界部分に一対の係合孔２４ｄが一対の突起部２２ａと同一の間隔を有して形成されており、一対の係合孔２４ｄは一対の突起部２２ａが挿通可能な大きさを有している。そして、凸状板部２４は、一対の係合孔２４ｄに一対の突起部２２ａがそれぞれ貫通されることにより、支持板部２２に係合される。なお、本実施の形態に記載された突起部２２ａおよび係合孔２４ｄは、請求項に記載の係合部を構成している。

凸状支持板部２５は、延在方向に沿って軸穴７ｄの内壁に支持されており、頂部２５ａを凸状板部２４の頂部２４ｃに対向させるように形成されている。また、凸状支持板部２５には、抜け止め用の係止部２５ｂが形成されており、係止部２５ｂはＬ字板部２６に向かって外側に切り起されている。また、凸状支持板部２５には、両側面から一対のガイド部２５ｃが突出して形成されており、板バネ部材１５は、この一対のガイド部２５ｃにより凸状支持板部２５の幅方向に位置する軸穴７ｄの内壁にガイドされて、装着時の横ブレが防止される。

底板部２１は、平板状に形成され、支持板部２２と凸状支持板部２５とを対向させるように連結させている。また、底板部２１と支持板部２２とが連なる角部および底板部２１と凸状支持板部２５とが連なる角部には、位置決孔２１ａ、２１ｂがそれぞれ形成されている。

図３を参照して、バネ部材の取り付け構造について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る板バネ部材の取り付け構造の説明図である。

図３に示すように、回転体７には、軸穴７ｄの対向する内壁から突出して位置決凸部７ｅ、７ｆが形成され、この位置決凸部７ｅ、７ｆに板バネ部材１５の位置決孔２１ａ、２１ｂが係合することにより、板バネ部材１５は軸穴７ｄ内において前後左右に位置決めされる。位置決凸部７ｅは、凸状板部２４の他端部２４ｂの端面に近接する位置まで延在している。

また、回転体７には、円筒部７ｂを貫通して係止孔７ｇが形成され、この係止孔７ｇに凸状支持板部２５の係止部２５ｂが係止されることにより、板バネ部材１５が回転体７から抜け止めされる。このとき、係止部２５ｂはＬ字板部に向かって外側に切り起されているため、板バネ部材１５の取り付けの妨げになることがない。また、円筒部７ｂの先端部には、折り返し部２３およびＬ字板部２６をそれぞれ収容する段部７ｈ、７ｉが形成されており、板バネ部材１５が回転体７から突出しないように構成されている。

そして、回転体７に板バネ部材１５が取り付けられた状態で、回転軸２が軸穴７ｄに挿入されると、回転軸２の挿入部２ａの外周面が凸状板部２４の頂部２４ｃおよび凸状支持板部２５の頂部２５ａに両側から支持される。このとき、凸状板部２４の他端部は、挿入部２ａからの反力により支持板部２２に当接し、凸状板部２４は一端部２４ａおよび他端部２４ｂの２箇所において支持板部２２により支持される。このように、凸状板部２４は、回転軸２の支持状態においては、２点支持構造となり、折り返し部２３の負荷を軽減し、板バネ部材１５の耐久性を向上させている。

次に、図４を参照して、本実施の形態に係る軸支持構造の対比のための比較例の回転軸の支持機能について説明する。図４は、比較例に係る回転軸の支持機能を説明する図であり、（ａ）は軸支持構造の正常時の支持状態、（ｂ）、（ｃ）は軸支持構造の板バネ部材の破断時の軸支持状態をそれぞれ示している。なお、比較例に係る軸支持構造は、板バネ部材の形状が異なる点を除いては本実施の形態に係る軸支持構造と一致するため、同一の構成については説明を省略する。

図４（ａ）に示すように、比較例に係る板バネ部材３１は、凸状板部２４の代わりに折り返し部３６から凸状支持板部３８側に向かって斜めに延在する傾斜板部３７を有している。傾斜板部３７は、一端部３７ａが折り返し部３６に連なり、他端部３７ｂが折り返し部３６を基点として揺動可能な自由端となっている。そして、回転軸３２が軸穴４１ａに挿入されると、回転軸３２の挿入部３２ａの外周面が傾斜板部３７の他端部３７ｂおよび凸状支持板部３８の頂部３８ａに両側から支持される。このとき、傾斜板部３７は、折り返し部３６を固定端、他端部３７ｂを自由端とした片持ち構造となっているため、折り返し部３６に負荷が集中している。

そして、図４（ｂ）に示すように、折り返し部３６において板バネ部材３１が破断した場合には、板バネ部材３１は回転軸の支持機能を失う。この結果、比較例に係る回転型センサは、回転軸３２の回転が回転体４１にスムーズに伝達されず、角度検出精度が低下する。また、図４（ｃ）に示すように、回転軸３２の挿入部３２ａが長い場合には、破片が軸穴４１ａから外部に抜け出て回転軸３２の回転中心軸と回転体４１の回転中心軸とが交差し、さらに角度検出精度が低下する。このように、比較例に係る回転型センサにおいては、回転軸３２の支持機能の十分な信頼性が得られない。

次に、図５を参照して、本実施の形態に係る軸支持構造の回転軸の支持機能について説明する。図５は、本実施の形態に係る回転軸の支持機能を説明する図であり、（ａ）は軸支持構造の正常時の支持状態、（ｂ）は軸支持構造の板バネ部材の破断時の軸支持状態をそれぞれ示している。

図５（ａ）に示すように、回転軸２が軸穴７ｄに挿入されると、上記したように凸状板部２４が一端部２４ａおよび他端部２４ｂにおいて支持板部２２に支持されるため、折り返し部２３に負荷が集中することがなく、板バネ部材１５の耐久性が向上する。

そして、図５（ｂ）に示すように、万が一、折り返し部２３において板バネ部材１５が破断した場合には、突起部２２ａと係合孔２４ｄとの係合により凸状板部２４の一端部２４ａが支持板部２２に固定され、回転軸２の挿入部２ａが凸状板部２４の頂部２４ｃおよび凸状支持板部２５の頂部２５ａにより支持され続けるため、板バネ部材１５が回転軸２の支持機能を失うことがない。このとき、係合孔２４ｄと突起部２２ａとのクリアランスが大きく、凸状板部２４が軸方向にガタつく場合であっても、凸状板部２４の他端部２４ｂに近接した位置決凸部７ｅにより、凸状板部２４の軸方向のガタを最小限に抑えることが可能となる。

以上のように、本実施の形態に係る軸支持構造によれば、回転軸２が回転体７の軸穴７ｄに挿入されて、凸状板部２４の頂部２４ｃが回転軸２の外周面に当接したときに、凸状板部２４の他端部２４ｂが支持板部２２に支持される。よって、凸状板部２４は、一端部２４ａおよび他端部２４ｂの２箇所において支持されるため、折り返し部２３にかかる負荷を軽減して板バネ部材１５の耐久性を向上させ、回転軸２の支持機能の信頼性を向上させることができる。

また、万が一、板バネ部材１５が折り返し部２３において破損した場合であっても、突起部２２ａおよび係合孔２４ｄにより凸状板部２４の一端部と支持板部２２とが係合しているため、凸状板部２４を一端部２４ａおよび他端部２４ｂの２箇所において支持し、回転軸２の支持機能を維持することができる。

なお、本実施の形態においては、一対の突起部２２ａと一対の係合孔２４ｄにより支持板部２２と凸状板部２４とを係合する構成としたが、単一の突起部２２ａおよび係合孔２４ｄにより係合する構成としてもよいし、３つ以上の突起部２２ａおよび係合孔２４ｄにより係合する構成としてもよい。また、支持板部２２に突起部２２ａを形成し、凸状板部２４に係合孔２４ｄを形成する構成としたが、支持板部２２に係合孔２４ｄを形成し、凸状板部２４に突起部２２ａを形成する構成としてもよい。さらに、支持板部２２と凸状板部２４とを係合する構成であれば、突起部２２ａと係合孔２４ｄにより支持板部２２と凸状板部２４とを係合する構成に限定されるものではない。

また、本実施の形態においては、板バネ部材１５の片側に支持板部２２、折り返し部２３、凸状板部２４を有する構成としたが、板バネ部材１５の対向する両側に支持板部２２、折り返し部２３、凸状板部２４を有する構成としてもよい。また、板バネ部材１５を金属板により形成したが、バネ性を有するものであれば、板バネ部材１５を樹脂により形成するようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、回転型センサ１を例示して説明したが、回転型センサ１に限定されるものではなく、軸を支持する構造を備えるものであればどのような構成に適用してもよく、軸の断面形状も長方形状に限定されるものではない。

また、図６に示すように、突起部２２ａおよび係合孔２４ｄを有さない構成としてもよい。突起部２２ａおよび係合孔２４ｄを有さない場合であっても、凸状板部４５は、他端部４５ａおよび折り返し部４４において支持されるため、板バネ部材４３の耐久性を向上させることが可能となる。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上説明したように、本発明は、回転軸の支持機能の信頼性を向上させることができるという効果を有し、特にスロットルバルブ等の回転軸を支持する軸支持構造および軸支持構造を備えた回転型センサに有用である。

本発明に係る軸支持構造の実施の形態を示す図であり、軸支持構造を用いた回転型センサの断面図である。 本発明に係る軸支持構造の実施の形態を示す図であり、板バネ部材の斜視図である。 本発明に係る軸支持構造の実施の形態を示す図であり、板バネ部材の取り付け構造の説明図である。 （ａ）は軸支持構造の正常時の回転軸の支持状態、（ｂ）、（ｃ）は軸支持構造の板バネ部材の破断時の軸支持状態を示す図である。 本発明に係る軸支持構造の実施の形態を示す図であり、（ａ）は軸支持構造の正常時の支持状態、（ｂ）は軸支持構造の板バネ部材の破断時の軸支持状態を示す図である。 本発明に係る軸支持構造の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 回転型センサ
２ 回転軸
２ａ 挿入部
３ 筐体
５ ケース
６ 蓋体
７ 回転体（軸受部材）
７ｄ 軸穴
７ｅ 位置決凸部（凸部）
８ 絶縁基板
９ 支持部材
１５ 板バネ部材
２１ 底板部
２１ａ、２１ｂ 位置決孔
２２ 支持板部
２２ａ 突起部（係合部）
２３ 折り返し部
２４ 凸状板部
２４ａ 一端部
２４ｂ 他端部
２４ｃ 頂部
２４ｄ 係合孔（係合部）
２５ 凸状支持板部
２６ Ｌ字板部

Claims (7)

1. 回転軸が挿入される軸穴が形成された軸受部材と、前記軸穴の内壁に取り付けられ、前記回転軸を支持する板バネ部材とを備え、
   前記板バネ部材は、
   前記軸受部材の軸穴の内壁に支持される支持板部と、
   前記支持板部に連なり、前記支持板部側に折り返した折り返し部と、
   一端部が前記折り返し部に連なると共に、一端部と他端部との間が前記軸穴の軸心方向に向かって凸状に形成され、前記回転軸の外周面に当接したときに他端部が前記支持板部に支持される凸状板部とを有することを特徴とする軸支持構造。
2. 前記折り返し部は、前記凸状板部の一端部が前記支持板部に支持されるように折り返されていることを特徴とする請求項１に記載の軸支持構造。
3. 前記板バネ部材は、前記凸状板部の一端部と前記支持板部とを係合する係合部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軸支持構造。
4. 前記係合部は、前記凸状板部の一端部および前記支持板部のいずれか一方に形成された突起部と、前記凸状板部の一端部および前記支持板部のいずれか他方に形成され、前記突起部に係合する係合孔とから構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の軸支持構造。
5. 前記突起部は、前記凸状板部の一端部および前記支持板部のいずれか一方を部分的に切り起して形成されたことを特徴とする請求項４に記載の軸支持構造。
6. 前記軸受部材には、前記軸穴の内壁から突出する凸部が形成され、
   前記凸部は、前記凸状板部の他端部の端面に近接または当接することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の軸支持構造。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の軸支持構造を備えたことを特徴とする回転型センサ。

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