JP2017070120A - リブ構造及び位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強度が確保できるとともに成形による加工費用も抑えられるリブ構造、及び、ケースの破損が発生しにくい位置検出装置を提供する。
【解決手段】３本の直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを正三角形状に配列した複数の単位リブ１１が、単位リブ１１の正三角形の一辺を共有するようにして相互に並ぶとともに、直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃが交わる交差部ＣＰが６つの正三角形の頂点からなるように配設され、交差部ＣＰには、周囲に配置された６つの単位リブ１１の内側に延在するように柱状リブ１２が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ケース等の破損を防止できるリブ構造及びそれが設けられた位置検出装置に関する。

近年、自動車における電子化が進展し、油圧やワイヤーによる制御機構の代わりに、電動のモーターを駆動して車両の各種制御機構をコントロールするものが増えている。このような制御機構では、駆動量が適正になるように制御部にフィードバックするため、駆動量を被検出部の位置によって検出する位置検出装置が取り付けられる場合がある。

このような位置検出装置は、被検出部の移動方向に延設された取付面に対して、内部に位置検出装置を保持するケースが突出するように取り付けられるとともに、ケースの突出部分に重量の重い部品（モーター）が内蔵されている。このような車両に搭載された制御機構では、長時間にわたって振動が加わると、重量の重い部品が内蔵されているため大きな負荷がかかり、ケースにクラックが入るなどの破損が発生する。

対策としてケースの表面にリブを設けて補強することが考えられる。井桁状のリブ構造は古くから用いられてきたが、強度を高めようとすると、重量が大きくなることが知られている。特許文献１では、軽量かつ高強度のリブ構造とするため、３本のリブを正三角形状に配列した単位リブを連接して形成されたリブ形状が開示されている。

図９は、特許文献１に記載の量水器筺に使用される蓋本体９２０の裏面を示す斜視図である。蓋本体９２０は、熱可塑性樹脂を射出成形して形成されたもので、図９に示すように、裏面にはリブ構造が設けられている。このリブ構造は、３本のリブ９２１ａ〜９２１ｃを正三角形状に配列して形成した複数の単位リブ９２１を、その正三角形の一辺を共有するようにして相互に並べ、各リブが交差する点が６つの正三角形の頂点からなるように、連接して形成されている。なお、蓋本体９２０には、ネジ装着孔９２６が設けられているが、このような箇所は単位リブ９２１が置き換えられた態様になっている。

正三角形状に配列して形成した単位リブ９２１が図９に示すように並べられているリブ構造は、軽量で、かつ、強度に優れている。

特許第５２０９９８６号公報

しかしながら、従来技術のようなリブ形状は効果的ではあるが、強度をより高めようとしてリブを付ける金型の分割を複雑にしすぎると加工費用が高くなる。また、リブを付けすぎると重量がより重くなるため、上記のような取り付けをした場合に振動に対して不利になる面もある。強度が確保できるとともに加工費用も抑えられる効率的な（バランスのとれた）リブの形成が求められる。

本発明は、上述した課題を解決するもので、強度が確保できるとともに成形による加工費用も抑えられるリブ構造、及び、ケースの破損が発生しにくい位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明のリブ構造は、３本の直方体状リブを正三角形状に配列した複数の単位リブが、前記単位リブの正三角形の一辺を共有するようにして相互に並ぶとともに、前記直方体状リブが交わる交差部が６つの前記正三角形の頂点からなるように配設され、前記交差部には、周囲に配置された６つの前記単位リブの内側に延在するように柱状リブが設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、単位リブだけで構成するより、成形部材の使用量が同じであっても強度が確保できるとともに、成形による加工費用も抑えられる。

また、本発明のリブ構造において、前記柱状リブは平面視で前記交差部を中心とする円形、もしくは円に外接する曲線形状または多角形状に設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、成形が容易な形状で構成できる。

また、本発明のリブ構造において、前記直方体状リブと前記柱状リブとを構成する部材の体積が一定であって、前記直方体状リブの前記頂点間の長さをＡ、前記柱状リブの外接円の直径をＢ、としたときに、Ｂ＝０．４Ａ〜０．７Ａであることを特徴とする。

この構成によれば、成形部材の使用量が同じ場合の強度を高めることができる。

また、本発明のリブ構造において、前記直方体状リブの高さと前記柱状リブの高さとは同一であることを特徴とする。

この構成によれば、高さを合わせることでより強度と加工費のバランスを良くすることができる。

また、本発明の位置検出装置は、重量の重い部品を内蔵する収容部が設けられたケースと、前記ケースを取り付ける被取り付け部に移動可能に配置された被検出部の位置を検出するセンサと、を備える位置検出装置において、前記ケースの壁面に上記のリブ構造が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、重量の重い部品によって長時間にわたって大きな負荷がかかっても、ケースの破損が発生しにくいものにすることができる。また、振動に対して、より強いものにすることができる。

また、本発明の位置検出装置において、前記部品がモーターであって、前記被検出部が前記モーターに駆動される可動機構に取り付けられた磁石であり、前記センサが前記ケースに配設され、前記磁石の位置を検出する磁気センサであり、前記ケースの前記収容部の壁面に前記リブ構造が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、位置検出装置のケースの収容部に重量のあるモーターを内蔵しても、振動による応力の異方性が小さくなるように補強できるので、ケースの破損が発生しにくいものにすることができる。また、位置検出装置の検出精度を高めることができる。さらに、収容部に設けるリブの外観形状が小型化され、位置検出装置を小型化することができる。

本発明によれば、正三角形状に配列した複数の単位リブの直方体状リブが交わる交差部に柱状リブが設けられているので、ケース等の強度が確保できるとともに成形による加工費用も抑えられるリブ構造を提供することができる。

また、本発明によれば、正三角形状に配列した複数の単位リブの直方体状リブが交わる交差部に柱状リブが設けられているリブ構造がケースの壁面に設けられているので、ケースの破損が発生しにくい位置検出装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態のリブ構造を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態のリブ構造を示す部分平面図である。 強度のシミュレーションを行ったリブ形状の部分平面図であり、図３（ａ）は正三角形状のみのリブ形状、図３（ｂ）〜図３（ｈ）は円形の柱状リブを設けたリブ形状を示す部分平面図である。 リブ形状を変えた強度のシミュレーション結果を示すグラフである。 第１実施形態の第１変形例のリブ構造を示す部分平面図である。 第１実施形態の第２変形例のリブ構造を示す部分平面図である。 本発明の第２実施形態の位置検出装置を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態の位置検出装置を示す分解斜視図である。 従来のリブ形状を備えた蓋本体の裏面を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、分かりやすいように、図面は寸法を適宜変更している。

［第１実施形態］
本発明のリブ構造について、第１実施形態のリブ構造１を事例として以下に詳述する。第１実施形態のリブ構造１は、ケースの平板部を軽量かつ高強度にするために適用される。

図１は、本発明の第１実施形態のリブ構造１を示す斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態のリブ構造１を示す部分平面図である。図３は、強度のシミュレーションを行ったリブ形状の部分平面図であり、図３（ａ）は正三角形状のみのリブ形状、図３（ｂ）〜図３（ｈ）は円形の柱状リブ１２を設けたリブ形状を示す部分平面図である。図４は、リブ形状を変えた強度のシミュレーション結果を示すグラフである。

本発明の第１実施形態のリブ構造１は、図１に示すように、ベース板１０の一方の面に、複数の単位リブ１１と柱状リブ１２とが設けられてなる。単位リブ１１は、３本の直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを正三角形状に配列したものである。この単位リブ１１は、３本の直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃのいずれか一辺を共有するようにして相互に並ぶとともに、直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃが交わる交差部ＣＰが６つの正三角形の頂点からなるように配設される。柱状リブ１２は、交差部ＣＰの周囲に配置された６つの単位リブ１１の内側に延在するように柱状リブ１２が設けられている。なお、図１では便宜上、ベース板１０を正方形の平板とし、直方体状リブ１１ａがベース板１０の対向する２辺と平行であるとして図示しているが、これに限定されるものではない。

柱状リブ１２は、図２に示すように、平面視で交差部ＣＰを中心とする円形で、直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの頂点間の長さをＡ、柱状リブ１２の外接円の直径をＢ、としたときに、Ｂ＝０．５Ａとなる大きさに設けられている。本実施形態では、図１に示すように、直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの高さＨ１と柱状リブ１２の高さＨ２とベース板１０の板厚Ｄとは同一である。

本実施形態のリブ構造１は、金型を用いてＰＢＴ等の樹脂材料を成形することにより形成することが好適である。図１及び図２に示すリブ構造１を形成するための金型は単純なものでよいため、リブ構造１を安価に成形することが可能である。

本実施形態のリブ構造１が少ない体積で強度が確保できることについて、以下のシミュレーションにより確認した。

図３に示すように、３本の直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃと同じ寸法の正三角形状のみのリブ形状（図３（ａ））、平面視で円形の柱状リブ１２の直径Ｂを０．３５Ａ（図３（ｂ）、０．４Ａ（図３（ｃ））、０．５Ａ（図３（ｄ））、０．６Ａ（図３（ｅ））、０．７Ａ（図３（ｆ））、０．８Ａ（図３（ｇ））、０．９Ａ（図３（ｈ））に変化させたリブ形状の強度を比較した。

このシミュレーションには、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂の３０％ガラス繊維強化材の物性を用い、具体的には以下の数値とした。

弾性係数＝９．６×１０⁹（Ｎ／ｍ²）
ポアソン比＝０．３５
質量密度＝１５４０（ｋｇ／ｍ³）
引張強さ＝１．４５×１０⁸（Ｎ／ｍ²）
圧縮強さ＝２．２×１０⁸（Ｎ／ｍ²）
降伏強さ＝１．４５×１０⁸（Ｎ／ｍ²）
熱膨張係数＝４．１×１０^-5（／Ｋ）
ベース板厚＝１．５（ｍｍ）
リブ高さＨ＝１．５（ｍｍ）
直方体状リブ太さ＝１．５（ｍｍ）
直方体状リブ単位長さ＝１０（ｍｍ）
ベース板に垂直な方向への印加荷重＝２００（Ｎ）

なお、これらの物性に関する数値を多少変えたとしても、結果として得られる具体的な数値の絶対値が変化するだけである。

シミュレーション上は柱状リブ１２の直径Ｂを大きくするほど全体の体積が増加してしまうので、荷重の印加によって発生する応力を、同一体積に規格化して、形状による強度の差異を確認した。このシミュレーション結果を図４に示す。図４では、直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの単位長さ（直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの頂点間の長さＡ）に対する円形の柱状リブ１２の直径Ｂを比率として横軸に、同一体積に規格化した応力を縦軸に表している。柱状リブ１２の直径Ｂが直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１で構成される単位リブ１１の内側に延在する大きさでなければ、柱状リブ１２を付加しているとは言えないので、上記のシミュレーション数値ではＢ＝０〜０．３Ａ程度まで一定になる。

図４から分かるように、Ｂ＝０．４Ａ〜０．７Ａであるときに、成形部材の使用量が同じ場合の強度を高めることができる。

なお、ベース板１０の板厚Ｄは、直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの高さＨ１と柱状リブ１２の高さＨ２と同じでなくてもよい。また、直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの高さＨ１と柱状リブ１２の高さＨ２とを別々の高さにしてもよい。

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

本実施形態のリブ構造１は、３本の直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを正三角形状に配列した複数の単位リブ１１が、単位リブ１１の正三角形の一辺を共有するようにして相互に並ぶとともに、直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃが交わる交差部ＣＰが６つの正三角形の頂点からなるように配設され、交差部ＣＰには、周囲に配置された６つの単位リブ１１の内側に延在するように柱状リブ１２が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、単位リブ１１だけで構成するより、成形部材の使用量が同じであっても強度が確保できるとともに、成形による加工費用も抑えられる。

また、本実施形態のリブ構造１において、柱状リブ１２は平面視で交差部ＣＰを中心とする円形に設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、成形が容易な形状で構成できる。

また、本実施形態のリブ構造１において、直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃと柱状リブ１２とを構成する部材の体積が一定であって、直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの頂点間の長さをＡ、柱状リブ１２の外接円の直径をＢ、としたときに、Ｂ＝０．４Ａ〜０．７Ａであることを特徴とする。

この構成によれば、成形部材の使用量が同じ場合の強度を高めることができる。

また、本実施形態のリブ構造１において、直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの高さＨ１と柱状リブ１２の高さＨ２とは同一であることを特徴とする。

この構成によれば、高さを合わせることでより強度と加工費のバランスを良くすることができる。

上記のシミュレーションを行った第１実施形態のリブ構造１では、柱状リブ１２を平面視で交差部ＣＰを中心とする円形としたが、多角形状または円に外接する曲線形状に設けられていても同様の効果を奏する。図５は、第１実施形態の第１変形例のリブ構造２を示す部分平面図である。図６は、第１実施形態の第２変形例のリブ構造３を示す部分平面図である。

第１変形例のリブ構造２は、図５に示すように、単位リブ１１の内側に延在する形状が六角形の各辺の一部である柱状リブ１３になっている。このとき、柱状リブ１３の外接円（直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃと柱状リブ１３との交点を通る円）の直径をＢとする。円形の柱状リブ１２を付加する場合に比べて、直線状の多角形の辺でよいため、柱状リブ１３は形成することが容易である。

第２変形例のリブ構造３は、図６に示すように、単位リブ１１の内側に延在する形状が仮想の円に外接する曲線形状の柱状リブ１４になっている。丸みを有する連続的な曲線形状の柱状リブ１４は、円形の柱状リブ１２や多角形状の柱状リブ１３の角部分がなくなるため、成形によって形成することが容易である。なお、このときの柱状リブ１４の外接円とは図６に示す仮想円ではないが、近似的にはこの仮想円の直径を外接円の直径Ｂとする。

［第２実施形態］
本発明の位置検出装置について、第２実施形態の位置検出装置１００を事例として以下に詳述する。

図７は、本発明の第２実施形態の位置検出装置１００を示す斜視図である。図８は、位置検出装置１００を示す分解斜視図である。

位置検出装置１００は、図７及び図８に示すように、部品６０を内蔵する収容部３１が設けられたケース３０と、ケース３０を取り付ける被取り付け部に移動可能に配置された被検出部の位置を検出するセンサ４０と、を備える。

ケース３０は合成樹脂を成形したものである。ケース３０は、円筒状の収容部３１と、収容部３１を支持するフランジ部３２とを備えている。ケース３０の収容部３１の外壁面に上記のリブ構造１が設けられている。

フランジ部３２は、シール部材５２を介して図示しない被取り付け部に固定される。このフランジ部３２には、センサ４０とセンサ４０を電気接続するための接続部材（図示しない）が配設されている。

センサ４０は磁気センサであり、磁石７１の位置を検出するものである。磁石７１は、図示しない可動機構に取り付けられ、図８のＺ１−Ｚ２方向に移動する。

ケース３０の収容部３１は、フランジ部３２から突出するように設けられており、図８に示すように、部品６０を収容している。また、収容部３１のフランジ部３２と反対側の面にはキャップ部材５１が収容部３１内を封止するように取り付けられている。

部品６０は重量の重いモーターであって、その回転動作に伴う振動を発生する。また、その重量によって収容部３１が撓むように応力が印加されている。さらに、図示しない被取り付け部自体が外部からの振動等によって動くことによって、収容部３１に作用している応力が変動する。

センサ４０の被検出部である磁石７１は、モーターに駆動される可動機構に取り付けられている。可動機構を介してモーターで駆動された磁石の位置（移動量）をセンサ４０で検知し、図示しない制御部にフィードバックすることによって、可動機構の駆動精度を高めている。上述した振動によって磁石７１に対するセンサ４０の相対位置が変動しないように、ケース３０は剛体であることが好ましい。

本実施形態の位置検出装置１００では、ケース３０の収容部３１の外壁面にリブ構造４が設けられている。リブ構造４は、単純構成の金型で可能とするように円筒状の外壁面のＹ１側及びＹ２側に設けられている。このリブ構造４は、第１実施形態のリブ構造１を円筒状の外壁面にＹ１−Ｙ２方向から投影した形状を有している。このため、リブ構造４の成形に必要な金型は単純なものでよい。また、第１実施形態のリブ構造１を投影した形状のリブ構造４は、Ｙ１−Ｙ２方向の撓みに強いだけでなく、Ｚ１−Ｚ２方向の撓みに対しても強いものとすることができる。したがって、振動による応力の異方性が小さく、破壊に至る応力の発生を抑制できる。

さらに、リブ構造４を適用することによって、収容部３１に設けるリブの外観形状が小型化され、位置検出装置１００を小型化することができる。

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

また、本実施形態の位置検出装置１００は、重量の重い部品６０を内蔵する収容部３１が設けられたケース３０と、ケース３０を取り付ける被取り付け部に移動可能に配置された被検出部の位置を検出するセンサ４０と、を備える。このケース３０の壁面に上記のリブ構造１が設けられている。

この構成によれば、重量の重い部品６０によって長時間にわたって大きな負荷がかかっても、ケース３０の破損が発生しにくいものにすることができる。また、振動に対して、より強いものにすることができる。

また、本実施形態の位置検出装置１００において、部品６０がモーターであって、被検出部がモーターに駆動される可動機構に取り付けられた磁石７１である。そして、センサ４０がケース３０に配設され、磁石７１の位置を検出する磁気センサである。

この構成によれば、ケース３０の収容部３１に重量のあるモーターを内蔵しても、振動による応力の異方性が小さくなるように補強できるので、ケース３０の破損が発生しにくいものにすることができる。また、位置検出装置１００の検出精度を高めることができる。さらに、収容部３１に設けるリブの外観形状が小型化され、位置検出装置１００を小型化することができる。

以上のように、本発明の第１実施形態のリブ構造１及び第２実施形態の位置検出装置１００を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらも本発明の技術的範囲に属する。

（１）本実施形態において、リブ構造の柱状リブは交差部ＣＰを中心とする円に外接する形状であったが、楕円等の長円形状または長円形状に外接する形状であってもよい。この場合、短径及び長径の両方を０．４Ａ〜０．７Ａの範囲内で、長軸方向を負荷の大きい方向にすることが好適である。

（２）本実施形態において、直方体状リブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの高さＨ１と柱状リブ１２の高さＨ２とは同一であるとしたが、高さが均一でなくても所望の強度を得ることができる構造となっていればよい。例えば、平板状のベース板１０の外縁で連続する側板を備えていれば、外縁付近のリブ高さを小さくすることが考えられる。

１ リブ構造
２ リブ構造
３ リブ構造
４ リブ構造
１０ ベース板
１１ 単位リブ
１１ａ 直方体状リブ
１１ｂ 直方体状リブ
１１ｃ 直方体状リブ
１２ 柱状リブ
１３ 柱状リブ
１４ 柱状リブ
３０ ケース
３１ 収容部
３２ フランジ部
４０ センサ
５１ キャップ部材
５２ シール部材
６０ 部品
７１ 磁石
１００ 位置検出装置
ＣＰ 交差部
Ａ 長さ
Ｂ 直径
Ｄ 板厚
Ｈ１ 高さ
Ｈ２ 高さ

Claims (6)

1. ３本の直方体状リブを正三角形状に配列した複数の単位リブが、前記単位リブの正三角形の一辺を共有するようにして相互に並ぶとともに、前記直方体状リブが交わる交差部が６つの前記正三角形の頂点からなるように配設され、
   前記交差部には、周囲に配置された６つの前記単位リブの内側に延在するように柱状リブが設けられていることを特徴とするリブ構造。
2. 前記柱状リブは平面視で前記交差部を中心とする円形、もしくは円に外接する曲線形状または多角形状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のリブ構造。
3. 前記直方体状リブと前記柱状リブとを構成する部材の体積が一定であって、前記直方体状リブの前記頂点間の長さをＡ、前記柱状リブの外接円の直径をＢ、としたときに、Ｂ＝０．４Ａ〜０．７Ａであることを特徴とする請求項２に記載のリブ構造。
4. 前記直方体状リブの高さと前記柱状リブの高さとは同一である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リブ構造。
5. 重量の重い部品を内蔵する収容部が設けられたケースと、
   前記ケースを取り付ける被取り付け部に移動可能に配置された被検出部の位置を検出するセンサと、を備える位置検出装置において、
   前記ケースの壁面に請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のリブ構造が設けられていることを特徴とする位置検出装置。
6. 前記部品がモーターであって、前記被検出部が前記モーターに駆動される可動機構に取り付けられた磁石であり、前記センサが前記ケースに配設され、前記磁石の位置を検出する磁気センサであり、
   前記ケースの前記収容部の壁面に前記リブ構造が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。