JP2012098138A5 - - Google Patents

Description

上述した課題を解決するために、請求項１に係る発明は、周方向に極性が交互となる磁場を形成する磁石部が設けられた回転部材と、前記回転部材を回転可能に支持する軸受を有するケースと、前記磁場における異なる複数方向の磁場成分を検出し、当該磁場成分に基づいて前記回転部材の回転角度を算出する角度算出手段と、前記回転部材が前記軸受の中心軸線に対する傾斜方向を維持して自転するように、または前記回転部材の自転の回転位相と前記回転部材の傾斜方向における前記軸受の中心軸線回りの回転位相との位相差が前記回転角度の変化に拘わらず維持されるように、前記回転部材を付勢する弾性部材と、を備える。

請求項５に係る発明は、請求項４において、前記弾性部材は、一端が前記回転部材に固定され且つ他端が前記ケースに固定され前記回転部材を前記軸受に対して設定された初期位相に戻すように前記回転部材を回転させる捩りばねである。
請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか一項において、前記磁石部は、周方向に極性が交互となるように配置された複数の磁石により構成される。

請求項１に係る発明によると、回転部材が弾性部材に付勢された状態で回転することにより、回転部材の各角度における軸受に対する位置が一定となる。これにより、回転部材の外径と軸受の内径に寸法差が設けられ回転部材が軸受に対してある程度の隙間をもって組み付けられても、回転部材は、弾性部材の付勢力により軸受の内周に回転部材を当接し、がたつくことなく回転することができる。このような構成では、軸受の中心軸線に対して回転部材の回転軸線が傾斜することになり、回転部材の磁石部が形成する磁場の磁場成分は、両軸線が一致している状態における磁場の磁場成分から変動することになる。しかし、回転部材の傾斜角度および傾斜方向は、回転部材の各回転角度に対して一定の関係となるため磁場成分の変動量も一定となる。よって、角度検出装置は、角度算出手段において一定となる磁場成分の変動量を勘案し、例えば検出値を補正することにより回転部材の回転角度を従来と比較して高精度に検出することができる。

また、弾性部材は、回転部材が軸受の中心軸線に対する傾斜方向を維持して自転するように回転部材を付勢する。つまり、回転部材は、何れの回転角度においても傾斜方向が初期状態から変動しない。そのため、回転部材の磁石部が形成する磁場の磁場成分の変動量を一定にすることができる。または、弾性部材は、回転部材の自転の回転位相と回転部材の傾斜方向における軸受の中心軸線回りの回転位相との位相差が回転角度に拘わらず維持されるように回転部材を付勢する。つまり、回転部材は、自転した回転角度の分だけ軸受の内周面に沿って回動し傾斜方向を変動する。これにより、回転部材は、軸受の中心軸線に対して回転部材の回転軸線が首振り運動するように自転する。この時、各角度において軸受の内周面と回転部材の外周面との当接する位置が一定となるため、回転部材の磁石部が形成する磁場の磁場成分の変動量を一定にすることができる。従って、上述したように、角度検出装置は、回転部材の回転角度を高精度に検出することができる。

請求項５に係る発明によると、弾性部材は、環状を呈する捩りばねであり、一端が回転部材に固定され且つ他端が軸受を有するケースに固定されていることにより、回転部材が首振り運動しながら自転するように付勢することができる。この捩りばねは、周方向の弾性を有する弾性部材であり、回転部材を軸受に対して設定された初期位相に戻すための戻し用のばねである。つまり、回転部材への外力による回転部材の回転に伴い周方向に蓄勢され、外力がなくなると回転部材を初期位相に戻すものである。このような捩りばねは、初期位相に対して時計回りおよび反時計回りの何れの方向にも回転部材が回転することを許容するように、同径に複数に亘って巻回されるため軸方向の弾性を有する。本発明では、この軸方向の弾性を利用し、回転部材を軸方向に付勢している。よって、戻し用の捩りばねを軸方向に付勢する弾性部材として兼用し、部品点数を増やすことなく回転部材の磁石部が形成する磁場の磁場成分の変動量を一定にすることができる。よって、角度検出装置による回転部材の回転角度の検出精度を向上できる。
請求項６に係る発明によると、周方向に極性が交互となるように配置された複数の磁石により磁石部が構成されるものとしている。つまり、回転部材に設けられる磁石部は、予め着磁された個々の磁石を周方向に連結して構成され、または周方向に複数の磁性材料を連結してから着磁することにより構成される。このように構成される磁石部を備える角度検出装置においても同様の効果を奏する。

回転部材２０は、ケース１０に対して相対回転する部材であり、環状本体２１と、軸部２２と、磁石部２３と、操作レバー２４を有する。環状本体２１は、円筒状に形成された軸部材であり、回転軸線Ｌｒを中心に回転する。また、環状本体２１は、両端面のうちケース１０の軸受１２に近い側の端面（図１（ａ）における下側端面）に外周面から径方向外方に突出するように鍔部２１ａが形成されている。環状本体２１は、この鍔部２１ａにおいて回転軸線Ｌｒから径方向に離間した位置に回転軸線Ｌｒ方向に凹むように、第二ばね固定部２１ｂが形成されている。この第二ばね固定部２１ｂは、後述する捩りばね４０の第二取付部４２と係止される。

磁石部２３は、環状本体２１の外周面において、周方向に等間隔で着磁される。磁石部２３は、図２，３に示すように、Ｎ極性とＳ極性が交互になるように着磁され、全体形状としては円筒状をなしている。本実施形態においては、各極性の間隔を３０度に設けている。また、磁石部２３は、表面の磁束密度が概ね正弦波的に分布するように着磁され、周方向に極性が交互となる磁場を形成する。操作レバー２４は、Ｌ字状に形成され、軸部２２の他端側（図１（ａ）における下側）の外周面に嵌合連結されている。この操作レバー２４は、例えば、ブレーキペダルなどの操作部材と連結され、操作に応じた回転力を軸部２２に伝達する。

角度算出装置３０は、回転部材２０の磁石部２３が形成する磁場における異なる複数方向の磁場成分を検出し、これら複数の磁場成分に基づいて回転部材２０の回転角度を算出する角度算出手段である。角度算出装置３０は、基板３１と、磁気センサ３２と、磁気プレート３３と、演算部３４とを有する。基板３１は、ケース１０の基部１１に固定され、これにより上面（ケース１０の軸受１２に近い側の面）が軸受１２の中心軸線Ｌｃに垂直な面に対して直交するように配置される。つまり、基板３１は、磁石部２３により形成される回転部材２０の外周面と基板３１の上面とが対向するように配置される。

ここで、上述したように、回転部材２０の軸部２２の外径は、軸受１２の内径よりも小さく設定されている。そのため、回転部材２０は、この寸法差により許容される最大角度の分だけ傾斜可能となっている。また、回転部材２０は、第二ばね固定部２１ｂにおいて捩りばね４０により軸受１２の中心軸線Ｌｃ方向に付勢されている。そうすると、回転部材２０は、この第二ばね固定部２１ｂが回転軸線Ｌｒから径方向に離間していることから、軸受１２に対して傾斜することになる。このように回転部材２０が傾斜した際の傾斜方向は、第二ばね固定部２１ｂが形成された位置とは反対方向となる。つまり、図１（ａ）において、第二ばね固定部２１ｂが角度算出装置３０から最も離間する位置にある場合には、回転部材２０の磁石部２３が角度算出装置３０に最も近接するように傾斜する。

また、角度検出装置１は、弾性部材として回転部材２０を軸受１２に対して設定された初期位相に戻すための戻し用のばねである捩りばね４０を設けている。この捩りばね４０は、複数回に亘って巻回される線間に所定のピッチが設けて形成されることから、軸方向の弾性を有している。角度検出装置１は、軸方向の弾性を利用し、回転部材２０を軸方向に付勢している。よって、戻し用の捩りばね４０を軸方向に付勢する弾性部材として兼用し、部品点数を増やすことなく回転部材２０の磁石部２３が形成する磁場の磁場成分の変動量を一定にすることができる。よって、角度検出装置１による回転部材２０の回転角度θの検出精度を向上できる。

このような構成では、回転部材２０の傾斜方向は、第二ばね固定部２１ｂが形成された位置の方向となる。つまり、図１（ａ）において、第二ばね固定部２１ｂが角度算出装置３０から最も離間する位置にある場合には、回転部材２０の磁石部２３が角度算出装置３０に最も離間するように傾斜する。このように、回転部材２０の傾斜方向は反対となるが本実施形態と同様の効果を奏する。

（角度検出装置１０１の構成）
角度検出装置１０１は、図８（ａ）に示すように、主として、ケース１０と、回転部材１２０と、角度算出装置３０と、ばね座金１４０とから構成される。この角度検出装置１０１は、回転部材２０の回転に伴い変化する磁場成分を角度算出装置３０により検出し、ケース１０に対する回転部材１２０の回転角度するものである。ケース１０に対して相対回転する回転部材１２０は、環状本体２１と、軸部２２と、磁石部２３と、操作レバー１２４を有する。操作レバー１２４は、Ｌ字状に形成され、軸部２２の他端側（図８（ａ）における下側）の外周面に嵌合連結されている。また、この操作レバー１２４には、ケース１０の側壁部１３との対向面において、軸部２２との連結部の周縁に径方向にばね座金係止溝１２４ａが形成されている。このばね座金係止溝１２４ａは、後述するばね座金１４０の凸部１４１と係止される。

ここで、回転部材１２０の軸部２２の外径は、軸受１２の内径よりも小さく設定されている。そのため、回転部材１２０は、この寸法差により許容される最大角度の分だけ傾斜可能となっている。そして、回転部材１２０は、ばね座金１４０の付勢力により軸受１２に対して傾斜することになる。回転部材１２０が傾斜した際の傾斜方向は、ばね座金係止溝１２４ａが形成された位置とは反対方向となる。つまり、図８（ａ）において、ばね座金係止溝１２４ａが角度算出装置３０から最も離間した位置にある場合には、回転部材１２０の磁石部２３が角度算出装置３０に最も近接するように傾斜する。また、本実施形態の角度検出装置１０１において、回転部材１２０を軸受１２に対して初期位相に戻す必要がある場合には、例えばトーションばねを設ける構成としてもよい。

また、角度検出装置１０１は、弾性部材をばね座金１４０としている。このばね座金１４０は、スリットを構成する両端部を捩られて軸方向の弾性を有している。角度検出装置１０１は、軸方向の弾性を利用し、回転部材１２０を軸方向に付勢している。これにより、回転部材１２０の磁石部２３が形成する磁場の磁場成分の変動量を一定にすることができる。よって、角度検出装置１０１による回転部材１２０の回転角度θの検出精度を向上できる。さらに、弾性部材をばね座金１４０とすることにより、制約のあるスペースにおいて効率的に回転部材１２０を傾斜させることができる。

１，１０１：角度検出装置
１０：ケース、 １１：基部、 １２：軸受、 １３：側壁部
１３ａ：第一ばね固定部
２０，１２０：回転部材、 ２１：環状本体、 ２１ａ：鍔部
２１ｂ：第二ばね固定部、 ２２：軸部、 ２３：磁石部
２４，１２４：操作レバー、 １２４ａ：ばね座金係止溝
３０：角度算出装置（角度算出手段）、 ３１：基板、 ３２：磁気センサ
３３：磁気プレート、 ３４：演算部
４０：捩りばね（弾性部材）、 ４１：第一取付部、 ４２：第二取付部
１４０：ばね座金（弾性部材）、 １４１：凸部、 １４２：凹部
Ｌｃ：中心軸線、 Ｌｒ：回転軸線、 α：磁場角度、 θ：回転角度

Claims (6)

1. 周方向に極性が交互となる磁場を形成する磁石部が設けられた回転部材と、
   前記回転部材を回転可能に支持する軸受を有するケースと、
   前記磁場における異なる複数方向の磁場成分を検出し、当該磁場成分に基づいて前記回転部材の回転角度を算出する角度算出手段と、
   前記回転部材が前記軸受の中心軸線に対する傾斜方向を維持して自転するように、または前記回転部材の自転の回転位相と前記回転部材の傾斜方向における前記軸受の中心軸線回りの回転位相との位相差が前記回転角度の変化に拘わらず維持されるように、前記回転部材を付勢する弾性部材と、
   を備えた角度検出装置。
2. 請求項１において、
   前記弾性部材は、
   一端が前記回転部材に当接するとともに他端が前記ケースに当接し、
   一端および他端のうち少なくとも一方が当接する前記回転部材または前記ケースに対して相対回転を規制された状態で、前記回転部材を前記回転軸線から径方向に離間した位置で前記軸受の中心軸線方向に付勢する角度検出装置。
3. 請求項１において、
   前記弾性部材は、
   一端が前記回転部材に当接するとともに他端が前記ケースに当接し、
   一端および他端のうち少なくとも一方が当接する前記回転部材または前記ケースに対して相対回転を規制された状態で、前記回転部材を前記軸受の中心軸線方向の一側に離間した位置で前記軸受の径方向に付勢する角度検出装置。
4. 請求項２において、
   前記弾性部材が環状を呈し前記回転部材を包囲して前記軸受と同軸状に配置された角度検出装置。
5. 請求項４において、
   前記弾性部材は、一端が前記回転部材に固定され且つ他端が前記ケースに固定され、前記回転部材を前記軸受に対して設定された初期位相に戻すように前記回転部材を回転させる捩りばねである角度検出装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項において、
   前記磁石部は、周方向に極性が交互となるように配置された複数の磁石により構成される角度検出装置。