JP2019113386A - 回転検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置サイズの小型化を可能にした回転検出装置を提供する。【解決手段】回転検出装置２は、ステアリングシャフトと一体回転する主動歯車４０と、主動歯車４０に噛合する第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２とを備える。第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２にそれぞれ第１磁石４３及び第２磁石４４を組み込んだ第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体は、第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２に接触可能となっており、回転軸方向への移動が制限される。【選択図】図２

Description

本発明は、回転体の回転を検出する回転検出装置に関するものである。

従来、車両のステアリングホイール等の回転体の回転有無や、回転角度情報を生成する回転検出装置が知られている。
例えば、特許文献１の回転検出装置は、回転体と一体回転する主動歯車と、この主動歯車に噛合する従動歯車とを備える。前記従動歯車には、従動歯車と同一軸心上で一体回転する磁石が組み付けられている。このように、前記従動歯車は、歯車と磁石とが一体となった従動歯車組立体として形成されている。そして、前記回転検出装置は、従動歯車とともに回転する磁石を、磁石に対して対向配置されたセンサ部で検出し、そのセンサ部の出力から回転体の回転有無や回転角度情報を求める。

前記センサ部は、回転検出装置のケース内に収納された基板に実装されている。この基板には、前述のセンサ部の他に、マイクロコンピュータ等複数の電子部品が実装されている。

従動歯車組立体において、従動歯車の底面には、筒状の凹部が形成されている。磁石は、従動歯車の凹部に組み込まれている。従動歯車組立体は、この筒状の端面を基板に押し当てることによって、回転軸方向への移動が制限されている。

特開２００４−２７９２６５号公報

ところで、前記回転検出装置においては、基板の実装面に従動歯車組立体と接触する箇所があるので、その部分には、マイクロコンピュータ等を実装することができない。このため、前記基板の電子部品の配置に制限がかかるという問題があった。よって、基板が大きくなり易いという課題があり、それは回転検出装置全体の小型化や、製造コストに支障をきたす。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであって、その目的は、装置サイズの小型化を可能にした回転検出装置を提供することにある。

前記問題点を解決する回転検出装置は、回転体と一体回転する主動歯車に、少なくとも１つの従動歯車を噛合させ、当該従動歯車の回転を検出するセンサ部の出力を基に、前記回転体の回転を検出する構成において、少なくとも前記従動歯車を備える従動歯車組立体を前記センサ部に接触可能にして、当該従動歯車組立体の回転軸方向への移動を制限する。

本構成によれば、従動歯車の抜けを防止するにあたって、従動歯車を基板に接触させる必要がなくなる。このため、基板において電子部品の配置に制限が生じにくくなるので、基板の小型化が可能となる。よって、回転検出装置において装置サイズの小型化に寄与する。

前記回転検出装置において、前記従動歯車組立体は、前記センサ部によって検知される被検知部を一体に備え、前記回転体の回転は、前記被検知部の回転に応じて変化する前記センサ部の出力を基に検出される構成であって、前記被検知部は磁石であり、前記センサ部は磁気センサであることが好ましい。

この構成によれば、広く一般的に使用される磁石および磁気センサを用いて従動歯車組立体の回転角度を求めることが可能となる。
前記回転検出装置において、前記磁石は、前記従動歯車の歯部より回転軸方向に突出した突出部を備え、前記従動歯車組立体は、前記磁石の前記突出部を前記磁気センサに接触可能とすることにより、前記回転軸方向への移動が制限されていることが好ましい。

この構成によれば、基板は、突出部によって従動歯車から十分に離間される。よって、基板において部品配置スペースの確保に寄与する。
前記回転検出装置において、前記従動歯車組立体は、前記磁石が内蔵されることにより、前記従動歯車の歯部よりも回転軸方向に突出した突出部を備え、前記従動歯車組立体は、前記従動歯車の一部をなす前記突出部を前記磁気センサに接触可能とすることにより、前記回転軸方向の移動が制限されていることが好ましい。

この構成によれば、基板は、突出部によって従動歯車から十分に離間される。よって、基板において部品配置スペースの確保に寄与する。また、前記センサ部に接触するのが、被検知部ではなく従動歯車であるので、被検知部やセンサ部を回転摺動による磨耗等から保護することが可能となる。

本発明の回転検出装置では、装置サイズの小型化を可能にする。

第１実施形態である回転検出装置の分解斜視図。 第１実施形態である回転検出装置の収容部軸断面図。 第１実施形態において従動歯車組立体と磁気センサが接触している様子を示す断面図。 第２実施形態である回転検出装置の収容部軸断面図。 第３実施形態である回転検出装置の収容部軸断面図。

以下、本発明の第１実施形態として車両におけるステアリングの回転を検出する回転検出装置を図１、２に従って説明する。
＜全体構造＞
図１に示すように、図示しない車両のステアリングに連結されたステアリングシャフト１には、回転検出装置２が取り付けられている。回転検出装置２は、ステアリングシャフト１を回動可能に支持する側に固定された箱形状のケース３を備える。ケース３内部には、ステアリングシャフト１に一体回転可能に外嵌された主動歯車４０と、また主動歯車４０に噛合する第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２がそれぞれ回動可能に支持されている。従って、ステアリングシャフト１が回転すると、主動歯車４０も一体的に回転し、それに伴って第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２も回転する。

＜ケースと歯車＞
ケース３は、上面が開口した有底箱形状のロアケース３１と、ロアケース３１の開口を閉じるアッパーケース３２とを備えている。ステアリングシャフト１は、ロアケース３１及びアッパーケース３２に各々貫設された挿通孔３３，３４に挿通されている。ケース３の収容部には、主動歯車４０、第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２が配置されている。

＜ロアケース＞
ロアケース３１の底面において、挿通孔３３の周縁には、主動歯車４０の回動を案内する円環状の軸受け部３５が周方向一帯に形成されている。また、ロアケース３１の底面においては、第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２の回動を案内する円環状の軸受け部３７，３９がそれぞれ形成されている。

＜アッパーケース＞
アッパーケース３２の挿通孔３４の周縁には、主動歯車４０の回動を案内する円環状の軸受け部３６が形成されている。

＜主動歯車＞
主動歯車４０は、ロアケース３１の軸受け部３５とアッパーケース３２の軸受け部３６とによって、回動可能に支持されている。また、主動歯車４０は、ステアリングシャフト１に係合されることにより、これと同一軸心で回転する。すなわち、主動歯車４０は、ステアリングシャフト１と一体回転する。

＜第１従動歯車＞
第１従動歯車４１は、主動歯車４０と噛合するようにロアケース３１の軸受け部３７に回動可能に支持されている。第１従動歯車４１は、第２従動歯車４２とは歯数が異なるように形成されている。第１従動歯車４１の中心に形成された凹部４７には、第１磁石４３が嵌め込むように取り付け固定されている。第１磁石４３は、例えば接着や溶着等の２次成形や圧入等によって第１従動歯車４１に形成される。第１磁石４３は第１従動歯車４１と同軸で一体回転する。

図２に示すように、第１磁石４３は、第１磁気センサ５１と対向するように配置されている。第１磁石４３は、第１従動歯車４１の歯部よりも上方に突出した突出部４３ａを有する。なお、本例の場合、第１従動歯車４１と第１磁石４３とで第１従動歯車組立体４５を構成する。

＜第２従動歯車＞
図１に戻り、第２従動歯車４２は、主動歯車４０と噛合するようにロアケース３１の軸受け部３９に回動可能に支持されている。第２従動歯車４２の凹部４８には、第２磁石４４が同軸で一体回転するように組み込まれている。第２磁石４４は、第２磁気センサ５２と対向するように配置されている。なお、第２磁石４４は、第１磁石４３と同様に突出部４４ａを備える。なお、本例の場合、第２従動歯車４２と第２磁石４４とで第２従動歯車組立体４６を構成する。

＜基板＞
基板５０は、第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６と対向するように配置されている。基板５０は、アッパーケース３２の内頂面の突起３８によって位置決めされている。基板５０には、第１磁石４３の磁界（磁束）を検出する第１磁気センサ５１と、第２磁石４４の磁界（磁束）を検出する第２磁気センサ５２とが実装されている。また、基板５０には、マイクロコンピュータ等の電子部品（図示略）が形成されている。

＜回転検出機能＞
ステアリング操作時、ステアリングシャフト１が回転すると、それと一体に主動歯車４０が回転し、第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２も回転する。本例の場合、第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２は歯数が異なるので、これらは異なる回転数で回転する。このとき、第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２は、第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２の回転を、第１磁石４３及び第２磁石４４の磁界（磁束）によって検出し、これら回転に応じた検出信号を出力する。回転検出装置２のコントローラ（図示略）は、第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２から入力した検出信号を基に、中立位置から左右方向に各々複数回転操作されるステアリングシャフト１の回転位置（回転角度）を演算する。そして、コントローラ（図示略）は、演算した回転位置の情報を他の機器に出力する。

＜従動歯車の上下動の規制について＞
回転検出装置２は、第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２を用いて第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２の抜けを抑制する抜け防止構造を備える。本例の場合、第１従動歯車組立体４５は、裏面側がロアケース３１によって支持されることにより、第１従動歯車組立体４５の回転軸方向において裏面側への移動がロアケース３１によって制限されている。また、第１従動歯車組立体４５は、表面側が第１磁気センサ５１と接触可能とすることにより、表面側への移動が第１磁気センサ５１によって制限されている。また、第２従動歯車組立体４６も、第１従動歯車組立体４５と同様の抜け防止構造が適用されている。

＜第１実施形態の作用＞
次に、図３を用いて、本実施例の回転検出装置２の作用及び効果を説明する。
図３に示すように、第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６は、第１磁石４３及び第２磁石４４が第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２と接触可能となっていることにより、例えば上方（図３の矢印Ｋ方向）に移動する動きをとっても表面側への移動が制限される。このように、本例の場合、第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６の表面側への移動制限が、第１磁石４３及び第２磁石４４と第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２とによって実現されている。

従って、基板５０は、第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６と接触する箇所が存在しない。このため、基板５０は、電子部品の配置に制限がかからない。すなわち、基板５０が、第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６と接触する場合と比較して、基板５０には、自由に電子部品（いずれも図示略）を形成するスペースを設けることができたり、効率的な配置にすることができたりする。その結果、基板５０ひいては回転検出装置２を小型化することができる。

また、本例の場合、第１磁石４３及び第２磁石４４の突出部４３ａ，４４ａを設けたことにより、基板５０を第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６から十分に離間することが可能となる。すなわち、第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２を基板５０から十分離した位置に配置することが可能となり、基板５０において、高さ方向の部品配置スペースが確保される。よって、例えば基板５０に第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２よりも大きい電子部品を配置することも可能となり、これは小型化に一層有利となる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２への第１磁石４３及び第２磁石４４の装着方法の点で、前記第１実施形態と主に異なる。従って、第１実施形態と同一の部材構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４に示すように、第１磁石４３及び第２磁石４４は、第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２に内蔵されることにより、これらが第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６として形成されている。第１磁石４３及び第２磁石４４は、例えばインサート成形によって第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２に形成される。また、第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２は、磁石を内蔵した部分の上側に、歯部より上方に突出した、突出部４１ａ，４２ａを備える。

さて、本例の場合、第１磁石４３及び第２磁石４４が各々組み込まれた第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６を、第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２と接触可能とすることにより、第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６の上側への移動を制限する。よって、基板５０には、第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６と接触する箇所が存在しないので、基板５０ひいては回転検出装置２を小型化することができる。

また、第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２に接触するのが第１磁石４３及び第２磁石４４ではなく第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２となるので、第１磁石４３及び第２磁石４４や第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２を回転摺動による磨耗等から保護することができる。特に、例えば第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２に摩擦係数の低い材質を使用したり、突出部４１ａ，４２ａの接触面を平滑にしたりすれば、第１磁石４３及び第２磁石４４や第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２の保護に一層有利となる。

＜第３実施形態＞
次に、第２実施形態と同様の効果をもつものとして、以下の第３実施形態について説明する。

第３実施形態は、第１及び第２実施形態において、第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６と第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２との間に、中間部材６１，６２を介装させる点で、第１及び第２実施形態と主に異なる。従って、上記実施形態と同一の部材構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図５に示すように、第１従動歯車組立体４５の表面には、上側が開口した筒状部６３が形成されている。この筒状部６３には、第１磁気センサ５１に接触可能な中間部材６１が取り付け固定されている。中間部材６１は、第１従動歯車組立体４５の歯部よりも上方に突出した突出部６１ａを備える。なお、第２従動歯車組立体４６も、第１従動歯車組立体４５と同様の筒状部６４が形成され、ここに、中間部材６２が取り付け固定されている。中間部材６２は、第１従動歯車組立体４５の歯部よりも上方に突出した突出部６２ａを備える。

さて、本例の場合、第１磁石４３及び第２磁石４４が各々組み込まれた第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６を、中間部材６１，６２を介して第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２と接触可能とすることより、第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６の上側への移動を制限する。よって、基板５０には、第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６と接触する箇所が存在しないので、基板５０ひいては回転検出装置２を小型化することができる。

また、第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２に接触するのが第１磁石４３及び第２磁石４４ではなく中間部材６１，６２となるので、第１磁石４３及び第２磁石４４や第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２を回転摺動による磨耗等から保護することができる。特に、例えば中間部材６１，６２に摩擦係数の低い材質を使用したり、突出部６１ａ，６２ａの接触面を平滑にしたりすれば、第１磁石４３及び第２磁石４４や第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２の保護に一層有利となる。

なお、本実施形態において、中間部材６１，６２は、下面が第１磁石４３及び第２磁石４４に接触しているが、この配置に限定されない。例えば第１磁石４３及び第２磁石４４が第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２に内蔵されている構成の場合には、中間部材６１，６２の下面が第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２に接触していてもよい。

なお、上述した実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・各実施形態において、回転検出は磁気を用いることに限定されない。例えば、光学式などの他の原理に基づく検出手段としてもよい。
・各実施形態において、回転検出用の被検知部及びセンサ部は、従動歯車に設けたが主動歯車に設けてもよい。

・各実施形態において、従動歯車の個数は２つに限定されず、少なくとも１つあれば、いくつでもよい。
・各実施形態において、第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２は、それぞれ主動歯車４０に噛合しているが、この配置に限定されない。例えば、第１従動歯車４１が主動歯車４０に噛合し、第２従動歯車４２が第１従動歯車４１に噛合する配置としてもよい。

・各実施形態において、第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６には突出部４３ａ，４４ａ（または４１ａ，４２ａ、６１ａ，６２ａ）を設けたが、この構造に限定されない。例えば、第１従動歯車組立体４５及び第２従動歯車組立体４６の表面が突出部のない平面になっていても、第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２と接触可能になっていればよい。

・各実施形態において、ロアケース３１側に第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２が支持されていたが、この配置に限定されない。例えば、基板５０がロアケース３１の内底面に配置され、その上に第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２、さらに上方に第１磁石４３及び第２磁石４４と第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２という順に配置されてもよい。

・各実施形態において、電子部品（図示略）はどのような配置としてもよい。例えば、基板５０のアッパーケース３２側に電子部品が配置されていてもよい。
・第３実施形態において、中間部材の個数や形状については限定されない。例えば、第１従動歯車４１及び第２従動歯車４２について共通のひとつの中間部材を配置してもよい。

・また、中間部材の固定方法については限定されない。例えば、第１磁気センサ５１及び第２磁気センサ５２側に取り付け固定されるのでもよい。
・各実施形態において、回転検出装置２の搭載場所は、特に限定されない。

次に、上述した実施形態やその変形例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に記載する。
（イ）回転体と一体回転する主動歯車に、少なくとも１つの従動歯車を噛合させ、当該従動歯車の回転を検出するセンサ部の出力を基に、前記回転体の回転を検出する回転検出装置において、少なくとも前記従動歯車を備える従動歯車組立体が、前記センサ部に接触可能で、当該従動歯車組立体の回転軸方向への移動を制限し、且つ、前記従動歯車組立体は、前記センサ部によって検知される被検知体を一体に備え、前記回転体の回転は、前期被検知部の回転に応じて変化する前記センサ部の出力を基に検出される回転検出装置。

（ロ）回転検出装置において、従動歯車組立体と、センサ部との間に中間部材が介装され、前記従動歯車組立体は、当該中間部材を介して、回転軸方向の移動が制限されている回転検出装置。この構成によれば、基板は、中間部材によって従動歯車から十分に離間して配置される。よって基板において部品スペースの確保に寄与する。また、センサ部に接触するのが被検知部ではなく中間部材となるので、被検知部やセンサ部を回転摺動による磨耗等から保護することが可能になる。

１…ステアリングシャフト（被検出物）、２…回転検出装置、３…ケース、３１…ロアケース、３２…アッパーケース、４０…主動歯車、４１…第１従動歯車、４２…第２従動歯車、４３…第１磁石、４４…第２磁石、５０…基板、５１…第１磁気センサ、５２…第２磁気センサ。

Claims (4)

1. 回転体と一体回転する主動歯車に、少なくとも１つの従動歯車を噛合させ、当該従動歯車の回転を検出するセンサ部の出力を基に、前記回転体の回転を検出する回転検出装置において、
   少なくとも前記従動歯車を備える従動歯車組立体を前記センサ部に接触可能にして、当該従動歯車組立体の回転軸方向への移動を制限する回転検出装置。
2. 前記従動歯車組立体は、前記センサ部によって検知される被検知部を一体に備え、
   前記回転体の回転は、前記被検知部の回転に応じて変化する前記センサ部の出力を基に検出され、
   前記被検知部は磁石であり、前記センサ部は磁気センサである請求項１に記載の回転検出装置。
3. 前記磁石は、前記従動歯車の歯部より回転軸方向に突出した突出部を備え、前記従動歯車組立体は、前記磁石の前記突出部を前記磁気センサに接触可能とすることにより、前記回転軸方向の移動が制限されている請求項２に記載の回転検出装置。
4. 前記従動歯車組立体は、前記磁石が内蔵されることにより、前記従動歯車の歯部よりも回転軸方向に突出した突出部を備え、
   前記従動歯車組立体は、前記従動歯車の一部をなす前記突出部を前記磁気センサに接触可能とすることにより、前記回転軸方向の移動が制限されている請求項２に記載の回転検出装置。