JP2020106499A - 回転角度検出センサ、および回転機器 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角度の検出精度を向上させること。【解決手段】実施形態の回転角度検出センサは、固定された基板と、回転体に取り付けられたブラシとを備える。基板は、回転体の回転方向において不連続面を有する第１導電部と、回転方向に形成され、かつ回転体の径方向において第１導電部とは異なる位置に配置される第２導電部とを備える。ブラシは、第１導電部に接触する第１接触部と、第２導電部に接触する第２接触部とを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、回転角度検出センサ、および回転機器に関する。

従来、回転する出力歯車に設けられ、パルスパターンが形成された円形の基板に、複数の接触子を摺接させて出力歯車の回転角度を検出する回転角度検出センサが知られている。

また、回転する出力歯車に接点ブラシを設け、ケースに固定された基板の回路パターンに接点ブラシの一方の接触点を接触させ、基板の抵抗膜に接点ブラシのもう一方の接触点を接触させて出力歯車の回転角度を検出する回転角度検出センサが知られている。

特開２００３−１０６８６７号公報 特開２０１３−１８３５５４号公報

しかしながら、基板を回転させる上記回転角度検出センサでは、複数の接触子がそれぞれ出力端子に接続されており、各接触子間の相対的な位置にずれが生じ易く、回転角度の検出精度を向上させる点で改善の余地がある。

また、接点ブラシを回転させる上記回転角度検出センサでは、接触点と抵抗膜との接触位置に応じて変化する抵抗値（電圧）に基づいて出力歯車の回転角度が検出される。しかしながら、上記回転角度検出センサでは、抵抗値の厚みや印刷による位置のばらつきにより、抵抗膜の抵抗値にバラツキが生じ、正確な回転角度を検出することができない。そのため、上記回転角度検出センサでは、回転角度の検出精度を向上させる点で改善の余地がある。

本発明は、上記を課題の一例とするものであり、回転角度の検出精度を向上させる回転角度検出センサ、および回転機器を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る回転角度検出センサは、固定された基板と、回転体に取り付けられたブラシとを備える。基板は、回転体の回転方向において不連続面を有する第１導電部と、回転方向に形成され、かつ回転体の径方向において第１導電部とは異なる位置に配置される第２導電部とを備える。ブラシは、第１導電部に接触する第１接触部と、第２導電部に接触する第２接触部とを備える。

図１は、第１実施形態に係る回転機器の平面図である。 図２は、第１実施形態に係る回転機器の底面図である。 図３は、第１実施形態に係る回転機器の第１筐体を取り外した斜視図である。 図４は、第１実施形態に係る回転機器の第１筐体を取り外した平面図である。 図５は、第１実施形態に係る出力ギア、およびブラシを第１筐体側から見た斜視図である。 図６は、配線基板の底面図である。 図７は、第１実施形態に係る回転角度検出センサによって検出される電圧の波形のイメージ図である。 図８は、回転角度検出センサを用いない例に係る配線基板の底面図である。 図９は、回転角度検出センサを用いない例に係る回転角度検出センサによって検出される電圧の波形のイメージ図である。 図１０は、第２実施形態に係る配線基板の底面図である。 図１１は、図１０のXI-XI断面における概略図である。 図１２は、第２実施形態に係る出力ギア、およびブラシを第１筐体側から見た斜視図である。 図１３は、第２実施形態に係る回転角度検出センサによって検出される電圧の波形のイメージ図である。 図１４は、第３実施形態に係る配線基板の底面図である。 図１５は、図１４のXV-XV断面における概略図である。 図１６は、第３実施形態に係る回転角度検出センサによって検出される電圧の波形のイメージ図である。 図１７は、第４実施形態に係る配線基板の底面図である。 図１８は、第４実施形態に係る回転角度検出センサによって検出される電圧の波形のイメージ図である。 図１９は、第４実施形態に係る配線基板に接続される検出部を含む変形例の概略構成図である。

以下、実施形態に係る回転角度検出センサ、および回転機器について図面を参照して説明する。実施形態に係る回転角度検出センサは、回転機器に設けられる。

なお、以下に説明する実施形態や変形例により回転角度検出センサ、および回転機器の用途が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

以下に説明する実施形態や変形例において、出力ギア４３の回転方向においてという文言は、出力ギア４３の回転方向に沿っている場合も含むものとする。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る回転機器１について図１〜図４を参照し説明する。図１は、第１実施形態に係る回転機器１の平面図である。図２は、第１実施形態に係る回転機器１の底面図である。図３は、第１実施形態に係る回転機器１の第１筐体２Ａを取り外した斜視図である。図４は、第１実施形態に係る回転機器１の第１筐体２Ａを取り外した平面図である。

回転機器１は、例えば、車両用の空調システムなどに用いられるアクチュエータとして好適に用いることができ、風量等を制御するためのルーバーの回動動作を制御することができる。

回転機器１は、筐体２と、モータ３と、ギア群４と、回転角度検出センサ５とを備える。

筐体２は、第１筐体２Ａと、第２筐体２Ｂとを備える。筐体２は、モータ３と、ギア群４と、回転角度検出センサ５とを収容する。

第１筐体２Ａは、筐体２の天面部となる第１面部２０と、第１面部２０の外周部に設けられた第１側壁部２１とを備える。第１筐体２Ａには、第１側壁部２１によって囲まれた開口部（不図示）が第１面部２０と対向するように形成される。また、第１筐体２Ａの第１側壁部２１には、外部コネクタ（不図示）が差し込まれる第１差し込み部２２が形成される。

第２筐体２Ｂは、筐体２の底面部となる第２面部２３と、第２面部２３の外周部に設けられた第２側壁部２４とを備える。第２筐体２Ｂには、第２側壁部２４によって囲まれた開口部２５が第２面部２３と対向するように形成される。また、第２筐体２Ｂの第２側壁部２４には、外部コネクタ（不図示）が差し込まれる第２差し込み部２６が形成される。

筐体２は、第１筐体２Ａの開口部と、第２筐体２Ｂの開口部２５とを付き合わせた状態で、第１筐体２Ａと第２筐体２Ｂとを連結して構成される。第１差し込み部２２と第２差し込み部２６とが連結して、外部コネクタを収容するコネクタが構成される。なお、筐体２は、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ＡＢＳ等の樹脂材料で形成される。

また、第１筐体２Ａには、第２筐体２Ｂ側に延出する複数の係合部２００が、第１側壁部２１の外周部に一体に形成されている。そして、係合部２００には係合凹部２０１が設けられている。一方、第２筐体２Ｂには、第１筐体２Ａの複数の係合部２００にそれぞれに対応する複数の突起２０２（以下、係合突起２０２と呼称する。）が第２側壁部２４に一体に形成されている。係合突起２０２は係合部２００の係合凹部２０１に係合する。

なお、本実施形態では、第１筐体２Ａに係合部２００を設け、第２筐体２Ｂに係合突起２０２を設けるようにしているが、第２筐体２Ｂに係合部を設け、第１筐体２Ａに係合突起を設けるようにしてもよい。

また、第１筐体２Ａ、および第２筐体２Ｂにおける一側辺の両端部には、それぞれ外方へ突出する片２１０（以下、接合片２１０と称する。）が形成される。接合片２１０には、所定の緊締具（不図示）が挿通される連結孔２１１が設けられており、第１筐体２Ａと第２筐体２Ｂとは、４つの連結孔２１１を介して所定の緊締具により強固に連結される。

また、第１筐体２Ａには、例えば、ボルトやビスなどの締結具（不図示）を挿通可能な第１貫通孔２２０を有する円筒状の突出部２２１が第１面部２０から突出して形成されている。そして、第２筐体２Ｂには、突出部２２１が嵌合する第２貫通孔２２２が設けられる。

モータ３は、ステッピングモータ、ブラシレスモータなど公知のモータで構わないが、図示の例ではＤＣモータであり、モータ３の回転軸３１には、ギア群４に含まれるウォーム４０が装着される。モータ３には、第１筐体２Ａの第１差し込み部２２と第２筐体２Ｂの第２差し込み部２６とによって構成される差し込み口２７に設けられた２つの第１接続端子８、およびフレキシブル基板７を介して外部コネクタから電力が供給される。

ギア群４は、ウォーム４０と、第１伝達ギア４１と、第２伝達ギア４２と、出力ギア４３（回転体）とを備える。ウォーム４０は、モータ３の回転軸３１とともに回転する。ウォーム４０は、モータ３とは反対側の頂部４０ａが第２筐体２Ｂによって回転自在に支持される。

ウォーム４０の回転は、第１伝達ギア４１のヘリカルギア４１ａに伝達されるとともに、ヘリカルギア４１ａと同軸上に設けられた、ヘリカルギア４１ａよりも相対的に小径の小径ギア４１ｂを介して第２伝達ギア４２に伝達される。そして、第２伝達ギア４２の回転は、出力ギア４３に伝達される。また、出力ギア４３には、出力軸４４が連接されている。モータ３の回転は、所定の減速比で減速されて、出力軸４４から外部へ出力される。

回転角度検出センサ５は、ブラシ５０（図５参照）と、配線基板５１とを備える。回転角度検出センサ５は、出力ギア４３の回転角を制御するために、出力ギア４３の回転角を検出する。

ブラシ５０は、図５に示すように、出力ギア４３に取り付けられ、出力ギア４３とともに回転する。図５は、第１実施形態に係る出力ギア４３、およびブラシ５０を第１筐体２Ａ側から見た斜視図である。ブラシ５０は、導電性を有し、第１接触部５０ａと、第２接触部５０ｂと、接続部５０ｃとを備える。

第１接触部５０ａは、後述する配線基板５１の第１導電部５５に接触する。具体的には、第１接触部５０ａは、出力ギア４３の出力軸４４側、すなわち径方向において出力ギア４３の内側に設けられる。

第２接触部５０ｂは、後述する配線基板５１の第２導電部５６に接触する。具体的には、第２接触部５０ｂは、径方向において第１接触部５０ａよりも出力ギア４３の外側に設けられる。

接続部５０ｃは、第１接触部５０ａと第２接触部５０ｂとを接続し、第１接触部５０ａと第２接触部５０ｂとの距離を所定の距離に維持した状態で、出力ギア４３に取り付けられる。すなわち、ブラシ５０は、第１接触部５０ａと第２接触部５０ｂとを接続部５０ｃによって接続した状態で、出力ギア４３に取り付けられる。

基板（以下、配線基板と呼称する。）５１は、出力ギア４３の回転角を検出するための部材である。配線基板５１は、例えば、エポキシ系樹脂で形成される樹脂基板５２に、図６に示すように、貫通孔５３が形成される。貫通孔５３には、出力ギア４３の出力軸４４（図３など参照）が配置される。また、配線基板５１は、貫通孔５３の外周に印刷によって形成された導電部５４を備える。図６は、配線基板５１の底面図である。

導電部５４は、貫通孔５３側、すなわち出力ギア４３の出力軸４４側に形成される第１導電部５５と、第１導電部５５よりも外側、すなわち第１導電部５５よりも出力ギア４３の径方向において外側に形成される第２導電部５６とを備える。すなわち、第１導電部５５と、第２導電部５６とは、出力ギア４３の径方向において異なる位置に配置される。

第１導電部５５は、貫通孔５３の外周に沿って貫通孔５３を囲むように形成される。第１導電部５５は、抵抗値が小さい銀などの導体によって構成される。なお、第１導電部５５は、抵抗値が銀などの導体よりも大きいアルミニウムなどの導体（以下、抵抗体と呼称する）に、抵抗値が小さい銀などの導体を積層して構成されてもよい。導体と抵抗体を便宜上使用しているが、本願の実施例や請求範囲はこれら文言に拘束されない。

第１導電部５５は、環状の部分（以下、基部と呼称する。）５５Ａと、基部５５Ａから第２導電部５６側、すなわち出力ギア４３の外周部４３ａ（径方向における外側）に向けて突出する複数の突出部５５Ｂとを備える。基部５５Ａは、出力ギア４３の回転方向において連続して形成されている。なお、突出部５５Ｂは、基部５５Ａから出力ギア４３の内周部４３ｂ（径方向における内側）に向けて突出してもよい。

突出部５５Ｂは、出力ギア４３の回転方向（周方向）において、所定の間隔を設けて配置される。出力ギア４３の回転方向に沿って突出部５５Ｂが所定の間隔を設けて配置されることで、出力ギア４３の回転方向において隣接する突出部５５Ｂの間には、配線基板５１の樹脂基板５２が存在し、出力ギア４３の回転方向に沿って不連続面が形成される。すなわち、突出部５５Ｂは、不連続面を形成する。

不連続面は、出力ギア４３の回転方向において、又は出力ギア４３の回転方向に沿って抵抗値が不連続となる面である。第１導電部５５では、出力ギア４３の回転方向において突出部５５Ｂと樹脂基板５２との境界で抵抗値が不連続となる。従って、第１導電部５５は、不連続面を有することとなる。なお、複数の突出部５５Ｂは、基部５５Ａによって電気的に接続されている。

突出部５５Ｂには、ブラシ５０の第１接触部５０ａが接触する。具体的には、ブラシ５０が出力ギア４３とともに回転することで、第１接触部５０ａは、樹脂基板５２と突出部５５Ｂとに交互に接触する。図６では、第１接触部５０ａと配線基板５１との接触軌跡を一点鎖線で示す。

また、突出部５５Ｂには、第１導出部５７が接続される。第１導出部５７は、フレキシブル基板７（図３、および図４参照）と電気的に接続されており、フレキシブル基板７を介して第２接続端子９Ａ（図３、および図４参照）に電気的に接続される。

第２導電部５６は、円弧状であり、出力ギア４３の回転方向において連続しており、第１導電部５５よりも抵抗値が大きい。具体的には、第２導電部５６は、銀などの導体よりも抵抗値が大きいアルミニウムなどの抵抗体で構成される。第２導電部５６には、ブラシ５０の第２接触部５０ｂが接触する。図６では、第２接触部５０ｂと配線基板５１との接触軌跡を二点鎖線で示す。

また、第２導電部５６の一端には第２導出部５８が接続され、第２導電部５６の他端には第３導出部５９が接続される。第２導出部５８は、フレキシブル基板７と電気的に接続されており、フレキシブル基板７を介して第２接続端子９Ｂ（図３、および図４参照）に電気的に接続される。また、第３導出部５９は、フレキシブル基板７と電気的に接続されており、フレキシブル基板７を介して第３接続端子９Ｃ（図３、および図４参照）に電気的に接続される。

導電部５４は、ブラシ５０の第１接触部５０ａ、および第２接触部５０ｂが接触する接触位置が出力ギア４３の回転方向において変化すると、第２導出部５８から第１導出部５７に至る経路の抵抗値が変わる可変抵抗部を構成する。

そのため、第２導出部５８と第３導出部５９との間に電圧を印加した状態で、ブラシ５０の接触位置が出力ギア４３の回転方向に変化すると、第２導出部５８と第１導出部５７の間の電圧が変化する。このような電圧の変化を検出することで出力ギア４３の回転角を検出することができる。

また、第１導電部５５では、出力ギア４３の回転に伴い、ブラシ５０の第１接触部５０ａが樹脂基板５２と突出部５５Ｂとに交互に接触する。第１接触部５０ａが突出部５５Ｂに接触している場合には、第１導電部５５と第２導電部５６とが電気的に接続されるため、第２導出部５８から第１導出部５７に至る経路の抵抗値に応じた電圧が検出される。しかし、第１接触部５０ａが樹脂基板５２に接触している場合には、第１導電部５５と第２導電部５６とが電気的に接続されないため、検出される電圧は、ゼロになる。

従って、出力ギア４３の回転に伴い、検出される電圧の波形は、図７に示すようにパルス波形となる。図７は、第１実施形態に係る回転角度検出センサ５によって検出される電圧の波形のイメージ図である。センサ角度は、例えば、第２導出部５８と第２導電部５６との接続箇所を基準に、第２導出部５８から第２導電部５６に接触している第２接触部５０ｂの位置、すなわち出力ギア４３の角度を表している。

図７に示すパルス波形では、電圧がゼロとはならない領域、すなわち、ブラシ５０の第１接触部５０ａが突出部５５Ｂに接触している領域では、出力ギア４３の回転に伴い、第２導出部５８から第１導出部５７に至る経路の抵抗値が変化する。そのため、ブラシ５０の第１接触部５０ａが突出部５５Ｂに接触している領域では、センサ角度が大きくなるにつれて、検出される電圧が大きくなる。

本実施形態の回転角度検出センサ５を用いない例について図８を参照し説明する。図８は、回転角度検出センサ５を用いない例に係る配線基板５９０の底面図である。

回転角度検出センサ５を用いない例に係る配線基板５９０では、環状の第１導電部５９１が、例えば、銀などの導体によって構成され、円弧状の第２導電部５９２が、例えば、アルミニウムなどの抵抗体によって構成されている。

回転角度検出センサ５を用いない例に係る配線基板５９０において、第２導出部５８と第３導出部５９との間に電圧を印加し、出力ギアを回転させる。すると、第２導出部５８と第１導出部５７の間の電圧は、第２導出部５８から第１導出部５７に至る経路の抵抗値に応じて図９に示すように連続して変化する。図９は、回転角度検出センサ５を用いない例に係る回転角度検出センサによって検出される電圧の波形のイメージ図である。

回転角度検出センサ５を用いない例に係る回転角度検出センサにおいても、検出された電圧に基づいて出力ギアの回転角を検出することは可能である。

しかしながら、回転角度検出センサ５を用いない例に係る回転角度検出センサでは、出力ギアの回転角の変化が小さい場合には、回転角の変化に対する電圧差が小さい。

これに対し、本実施形態に係る回転角度検出センサ５は、出力ギア４３の回転方向において、不連続面を有する第１導電部５５を配線基板５１に備える。具体的には、第１導電部５５は、回転方向において形成される基部５５Ａと、基部５５Ａから出力ギア４３の径方向に突出し、不連続面を形成する複数の突出部５５Ｂとを備える。そして、出力ギア４３に取り付けられたブラシ５０の第１接触部５０ａは、突出部５５Ｂに接触するように設けられる。

これにより、回転角度検出センサ５は、出力ギア４３の回転に伴い、パルス波形の電圧を検出することができ、出力ギア４３の回転角の変化が小さくても、パルス数をカウントすることで、出力ギア４３の回転角を精度よく検出することができる。

また、回転角度検出センサ５は、出力ギア４３の回転方向において形成され、ブラシ５０の第２接触部５０ｂが接触する第２導電部５６を備える。また、第２導電部５６は、第１導電部５５よりも抵抗値が大きい。

これにより、ブラシ５０の第１接触部５０ａが同じ突出部５５Ｂに接触している場合であっても、出力ギア４３の回転に伴って第２導出部５８から第１導出部５７に至る経路の抵抗値が変化する。そのため、回転角度検出センサ５は、ブラシ５０の第１接触部５０ａが同じ突出部５５Ｂに接触している場合であっても、検出される電圧に基づいて出力ギア４３の回転角の変化、すなわち出力ギア４３の回転角を検出することができる。

また、回転角度検出センサ５では、隣接する突出部５５Ｂにおける電圧差、具体的には、図７に示すパルスの高さが大きくなる。そのため、回転角度検出センサ５は、電圧差によっても出力ギア４３の回転角を検出することができ、出力ギア４３の回転角を精度よく検出することができる。

また、例えば、本実施形態のブラシ５０（接続部５０ｃ）を用いずに、第１接触部、および第２接触部を出力ギアにそれぞれ取り付けることも可能である。

これに対し、実施形態に係る回転角度検出センサ５では、第１接触部５０ａと第２接触部５０ｂとを接続部５０ｃによって接続したブラシ５０が出力ギア４３に取り付けられる。

これにより、回転角度検出センサ５では、ブラシ５０を取り付ける場合に、第１接触部５０ａ、および第２接触部５０ｂの取り付け位置を個別に調整する必要がなく、作業性を向上させることができる。また、実施形態に係る回転角度検出センサ５は、第１接触部５０ａ、および第２接触部５０ｂの相対的な位置ずれの発生を抑制することができ、出力ギア４３の回転角度の検出精度を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る回転機器１について説明する。ここでは、第１実施形態に係る回転機器１とは異なる箇所を中心に説明し、第１実施形態に係る回転機器１と同じ構成についての説明や呼称についての説明は省略する。

第２実施形態に係る回転機器１は、図１０、および図１１に示すように回転角度検出センサ５の配線基板５１０の構成が異なっている。図１０は、第２実施形態に係る配線基板５１０の底面図である。図１１は、図１０のXI-XI断面における概略図である。

配線基板５００の導電部５０１は、第１導電部５１１と、第１導電部５１１よりも出力ギア４３の径方向において内側に形成される第２導電部５２１とを備える。第２実施形態の導電部５０１では、第１導電部５１１、および第２導電部５２１の配置が、第１実施形態の第１導電部５１１、および第２導電部５２１の配置とは出力ギア４３の径方向において逆になっている。そのため、図１２に示すように、ブラシ５０では、第１接触部５０ａは第２接触部５０ｂよりも出力ギア４３の径方向において外側に配置されている。図１２は、第２実施形態に係る出力ギア、およびブラシを第１筐体側から見た斜視図である。

第１導電部５１１は、円弧状であり、複数の導体部５１１Ａと、抵抗部５１１Ｂとを備える。なお、図１０では、導体部５１１Ａに対応する箇所をハッチングで示す。

導体部５１１Ａは、抵抗値が小さい銀などの導体で構成される。導体部５１１Ａは、出力ギア４３の回転方向において所定の間隔を設けて配置され、不連続に形成されている。すなわち、導体部５１１Ａは出力ギア４３の回転方向において不連続面を形成している。

抵抗部５１１Ｂは、銀などの導体よりも抵抗値が大きいアルミニウムなどの抵抗体によって構成される。すなわち、抵抗部５１１Ｂは、導体部５１１Ａよりも抵抗値が大きい。抵抗部５１１Ｂは、出力ギア４３の回転方向において、各導体部５１１Ａを覆うように配置され、連続して形成されている。すなわち、抵抗部５１１Ｂは、出力ギア４３の回転方向において、連続面を形成している。なお、各導体部５１１Ａは、抵抗部５１１Ｂによって電気的に接続される。

なお、第１導電部５１１では、各導体部５１１Ａの少なくとも一部、具体的には、第１接触部５０ａが接触する箇所を覆うように抵抗部５１１Ｂが設けられればよい。

第１導電部５１１では、所定の間隔を設けて配置された導体部５１１Ａに抵抗体５１１Ｂを積層することで、出力ギア４３の回転方向において又は出力ギア４３の回転方向に沿って不連続面が形成される。第１導電部５１１では、導体部５１１Ａに積層された抵抗部５１１Ｂと、導体部５１１Ａに積層されていない抵抗部５１１Ｂとの境界において抵抗値が不連続となる。

第１導電部５１１には、ブラシ５０の第１接触部５０ａが接触する。具体的には、出力ギア４３が回転すると、第１接触部５０ａは、導体部５１１Ａに積層された抵抗部５１１Ｂと、導体部５１１Ａに積層されていない抵抗部５１１Ｂとに交互に接触する。図１０では、第１接触部５０ａと配線基板５１０との接触軌跡を一点鎖線で示す。なお、第１導電部５１１の一端には、第２導出部５８が接続され、第１導電部５１１の他端には、第３導出部５９が接続される。

第２導電部５２１は、環状であり、出力ギア４３の回転方向において連続しており、導体部５２１Ａに抵抗部５２１Ｂを積層して構成される。導体部５２１Ａは、抵抗値が小さい銀などの導体である。抵抗部５２１Ｂは、銀などの導体よりも抵抗値が大きいアルミニウムなどの抵抗体である。第２導電部５２１、具体的には抵抗部５２１Ｂには、ブラシ５０の第２接触部５０ｂが接触する。図１０では、第２接触部５０ｂと配線基板５１０との接触軌跡を二点鎖線で示す。なお、第２導電部５２１は、導体によって構成されてもよく、抵抗体によって構成されてもよい。第２導電部５２１には、第１導出部５７が接続される。

導電部５０１は、第１実施形態と同様に、ブラシ５０の接触位置が出力ギア４３の回転方向において変化すると、第２導出部５８から第１導出部５７に至る経路の抵抗値が変わる可変抵抗部を構成する。

また、ブラシ５０の第１接触部５０ａが同じ導体部５１１Ａに積層された抵抗部５１１Ｂに接触している場合には、電流が導体部５１１Ａを流れる。そのため、第２導出部５８から第１導出部５７に至る経路の抵抗値は変わらず、検出される電圧は一定となる。

従って、出力ギア４３の回転に伴い、検出される電圧の波形は、図１３に示すように屈曲した波形、すなわち階段状の波形となる。具体的には、同じ導体部５１１Ａに積層された抵抗部５１１Ｂに第１接触部５０ａが接触している場合には、検出される電圧は一定である。また、出力ギア４３が回転し、導体部５１１Ａが積層されていない抵抗部５１１Ｂに第１接触部５０ａが接触している場合には、第２導出部５８から第１導出部５７に至る経路の抵抗値に応じて、検出される電圧は高くなる。図１３は、第２実施形態に係る回転角度検出センサ５によって検出される電圧の波形のイメージ図である。

第１接触部５０ａの接触位置が導体部５１１Ａから抵抗部５１１Ｂに変わると、検出される電圧が変化する。また、第１接触部５０ａの接触位置が抵抗部５１１Ｂである場合には、出力ギア４３の回転量に対し、検出される電圧が変化する。また、第１接触部５０ａの接触位置が抵抗部５１１Ｂから導体部５１１Ａに変わると、検出される電圧が一定となり、同じ導体部５１１Ａに接触している間は、検出される電圧は一定である。なお、第１接触部５０ａが異なる導体部５１１Ａに接触すると、検出される電圧は異なる。そのため、検出される電圧の波形は、図９の回転角度検出センサ５を用いない例における波形と比較して、屈曲した波形となる。

回転角度検出センサ５は、出力ギア４３の回転方向において離間して配置される複数の導体部５１１Ａを第１導電部５１１として備える。また、回転角度検出センサ５は、出力ギア４３の回転方向に沿って配置され、各導体部５１１Ａを覆い、かつ導体部５１１Ａよりも抵抗値が大きい抵抗部５１１Ｂを第１導電部５１１として備える。

これにより、回転角度検出センサ５は、例えば、検出される電圧が一定となるパルス数や、値が一定となる電圧を検出することで、出力ギア４３の回転角を精度よく検出することができる。

なお、第２実施形態に係る回転角度検出センサ５は、第１実施形態と同様に、第２導電部５２１を第１導電部５１１よりも出力ギア４３の径方向において外側に設けてもよい。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る回転機器１について説明する。ここでは、第１実施形態に係る回転機器１とは異なる箇所を中心に説明し、第１実施形態に係る回転機器１と同じ構成についての説明や呼称についての説明は省略する。

第３実施形態に係る回転機器１は、図１４、および図１５に示すように回転角度検出センサ５の配線基板５３０の構成が異なっている。図１４は、第３実施形態に係る配線基板５３０の底面図である。図１５は、図１４のXV-XV断面における概略図である。

配線基板５３０の導電部５３１は、第１導電部５４１と、第１導電部５４１よりも出力ギア４３の径方向において内側に形成される第２導電部５５１とを備える。また、図１２に示すように、ブラシ５０では、第２実施形態と同様に、第１接触部５０ａは第２接触部５０ｂよりも出力ギア４３の径方向において外側に配置されている。

第１導電部５４１は、円弧状であり、複数の導体部５４１Ａと、抵抗部５４１Ｂとを備える。

導体部５４１Ａは、抵抗値が小さい銀などの導体で構成される。導体部５４１Ａは、出力ギア４３の回転方向において所定の間隔を設けて配置され、不連続に形成されている。すなわち、導体部５４１Ａは、出力ギア４３の回転方向において不連続面を形成している。

抵抗部５４１Ｂは、銀などの導体よりも抵抗値が大きいアルミニウムなどの抵抗体によって構成される。すなわち、抵抗部５４１Ｂは、導体部５４１Ａよりも抵抗値が大きい。抵抗部５４１Ｂは、出力ギア４３の回転方向において、各導体部５４１Ａの一部を覆うように配置され、連続に形成されている。すなわち、抵抗部５４１Ｂは、出力ギア４３の回転方向において連続面を形成している。具体的には、抵抗部５４１Ｂは、各導体部５４１Ａの第２導電部５５１側、すなわち出力ギア４３の径方向において内側の各導体部５４１Ａの一部分を覆うように形成される。また、抵抗部５４１Ｂは、ブラシ５０の第１接触部５０ａの経路より第２導体部５５１側に形成され、ブラシ５０の第１接触部５０ａと接触しないように形成される。なお、各導体部５４１Ａは、抵抗部５４１Ｂによって電気的に接続される。

第１導電部５４１では、出力ギア４３の回転方向に隣接する導体部５４１Ａの間には配線基板５３０の樹脂基板５２が存在し、出力ギア４３の回転方向において不連続面が形成される。

第１導電部５４１では、抵抗部５４１Ｂによって覆われていない導体部５４１Ａにブラシ５０の第１接触部５０ａが接触する。具体的には、ブラシ５０が出力ギア４３とともに回転することで、第１接触部５０ａは、樹脂基板５２と導体部５４１Ａとに交互に接触する。図１４では、第１接触部５０ａと配線基板５３０との接触軌跡を一点鎖線で示す。なお、第１導電部５４１の一端には、第２導出部５８が接続され、第１導電部５４１の他端には、第３導出部５９が接続される。

第２導電部５５１は、環状であり、出力ギア４３の回転方向において連続しており、抵抗値が小さい銀などの導体によって構成される。なお、第２導電部５５１は、銀などの導体に、アルミニウムなどの抵抗体を積層して構成されてもよい。第２導電部５５１には、ブラシ５０の第２接触部５０ｂが接触する。図１４では、第２接触部５０ｂと配線基板５３０との接触軌跡を二点鎖線で示す。なお、第２導電部５５１には、第１導出部５７が接続される。

導電部５３１は、第１実施形態と同様に、ブラシ５０の接触位置が出力ギア４３の回転方向において変化すると、第２導出部５８から第１導出部５７に至る経路の抵抗値が変わる可変抵抗部を構成する。

また、ブラシ５０の第１接触部５０ａが同じ導体部５４１Ａに接触している場合には、第２導出部５８から第１導出部５７に至る経路の抵抗値は変わらず、検出される電圧は一定となる。

また、ブラシ５０の第１接触部５０ａが樹脂基板５２に接触している場合には、第１導電部５４１と第２導電部５５１とが電気的に接続されないため、検出される電圧は、ゼロになる。

従って、出力ギア４３の回転に伴い、検出される電圧の波形は、図１６に示すようにパルス波形となる。図１６は、第３実施形態に係る回転角度検出センサ５によって検出される電圧の波形のイメージ図である。なお、第１接触部５０ａが接触する導体部５４１Ａが変わると、第２導出部５８から第１接触部５０ａが接触する導体部５４１Ａまでの抵抗部５４１Ｂの長さが変わるため、異なる電圧が検出される。

回転角度検出センサ５は、出力ギア４３の回転方向に沿って離間して配置される複数の導体部５４１Ａを第１導電部５４１として備える。また、回転角度検出センサ５は、各導体部５４１Ａの一部を覆い、出力ギア４３の回転方向に沿って配置されることで各導体部５４１Ａを電気的に接続し、かつ導体部５４１Ａよりも抵抗値が大きい抵抗部５４１Ｂを第１導電部５４１として備える。

これにより、回転角度検出センサ５は、出力ギア４３の回転角の変化が小さい場合であっても、パルス数や、電圧を検出することで、出力ギア４３の回転角を精度よく検出することができる。

なお、第３実施形態に係る回転角度検出センサ５は、第１実施形態と同様に、第２導電部５５１を、径方向において、第１導電部５４１よりも外側に設けてもよい。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る回転機器１について説明する。ここでは、第１実施形態に係る回転機器１とは異なる箇所を中心に説明し、第１実施形態に係る回転機器１と同じ構成についての説明や呼称についての説明は省略する。

第４実施形態に係る回転機器１は、図１７に示すように回転角度検出センサ５の配線基板５５０の構成が異なっている。図１７は、第４実施形態に係る配線基板５５０の底面図である。

配線基板５６０の導電部５６１は、第１導電部５７１と、第１導電部５７１よりも出力ギア４３の径方向において内側に形成される第２導電部５８１とを備える。また、図１２に示すように、ブラシ５０では、第２実施形態と同様に、第１接触部５０ａは、径方向において、第２接触部５０ｂよりも出力ギア４３の外側に配置されている。

第１導電部５７１は、抵抗値が小さい銀などの導体によって構成される。第１導電部５７１は、円弧状の基部５７１Ａと、基部５７１Ａから第１導電部５７１とは反対側、すなわち、出力ギア４３の径方向において外側に向けて突出する複数の突出部５７１Ｂとを備える。基部５７１Ａは、出力ギア４３の回転方向において連続して形成されている。なお、突出部５７１Ｂは、径方向において、出力ギア４３の内側に向けて突出してもよい。

突出部５７１Ｂは、出力ギア４３の回転方向に沿って所定の間隔を設けて配置され、出力ギア４３の回転方向において不連続に形成されている。そのため、出力ギア４３の回転方向に隣接する突出部５７１Ｂの間には、配線基板５６０の樹脂基板５２が存在し、出力ギア４３の回転方向に沿って不連続面が形成される。すなわち、突出部５７１Ｂは、不連続面を形成する。第１導電部５７１では、突出部５７１Ｂと樹脂基板５２との境界で抵抗値が不連続となる。なお、複数の突出部５７１Ｂは、基部５７１Ａによって電気的に接続されている。

突出部５７１Ｂには、ブラシ５０の第１接触部５０ａが接触する。具体的には、ブラシ５０が出力ギア４３とともに回転することで、第１接触部５０ａは、樹脂基板５２と突出部５７１Ｂとに交互に接触する。図１７では、第１接触部５０ａと配線基板５６０との接触軌跡を一点鎖線で示す。なお、配線基板５６０では、第２導電部５８１の一端には第２導出部５８が接続されているが、第２導電部５８１の他端には導出部は接続されていない。

第２導電部５８１は、環状であり、出力ギア４３の回転方向において連続して形成され、抵抗値が小さい銀などの導体によって構成される。第２導電部５８１には、ブラシ５０の第２接触部５０ｂが接触する。図１７では、第２接触部５０ｂと第２導電部５８１との接触軌跡を二点鎖線で示す。なお、第２導電部５８１には、第１導出部５７が接続される。

配線基板５６０では、第１導出部５７と第２導出部５８との間で電圧が印加される。回転角度検出センサ５では、ブラシ５０の第２接触部５０ｂが突出部５７１Ｂに接触している場合にはブラシ５０によって第１導電部５７１と第２導電部５８１とが通電し、電圧が検出される。一方、回転角度検出センサ５では、ブラシ５０の第１接触部５０ａが樹脂基板５２に接触している場合にはブラシ５０によって第１導電部５７１と第２導電部５８１とが通電せず、電圧が検出されない。

従って、出力ギア４３の回転に伴い、検出される電圧の波形は、図１８に示すようにパルス波形となる。図１８は、第４実施形態に係る回転角度検出センサ５によって検出される電圧の波形のイメージ図である。第４実施形態に係る回転角度検出センサ５では、検出される電圧の波形は、電圧の大きさが等しいパルス波形となる。第４実施形態に係る回転角度検出センサ５を用いた場合には、出力ギア４３の初期位置、および出力ギア４３の回転方向に基づいて初期位置からのパルス数を検出することで、出力ギア４３の回転角度を検出することができる。

回転角度検出センサ５は、回転方向に沿って形成される基部５７１Ａと、基部５７１Ａから出力ギア４３の径方向に突出し、不連続面を形成する突出部５７１Ｂとを備える。また、回転角度検出センサ５は、第１導出部５７、および第２導出部５８を導体で構成する。

これにより、回転角度検出センサ５は、出力ギア４３の回転に伴い、パルス波形の電圧を検出し、パルス数に基づいて回転角度を検出する。そのため、回転角度検出センサ５は、出力ギア４３の回転角の変化が小さい場合であっても出力ギア４３の回転角を精度よく検出することができる。

（変形例）
回転角度検出センサ５は、例えば、図１９に示すように、出力ギア４３の回転角度を検出する検出部１１を含んでもよい。図１９は、第４実施形態に係る配線基板５６０に接続される検出部１１を含む変形例の概略構成図である。

検出部１１は、第１導電部５７１、および第２導電部５８１に電圧を印加する電源１２と、電源１２と並列に接続される抵抗１３と、電圧を計測する電圧計１４とを備える。

このような検出部１１は、第１実施形態〜第３実施形態に係る回転角度検出センサ５に含まれてもよい。変形例に係る回転角度検出センサ５では、出力ギア４３の回転位置が信号として、接続端子などを介して検出部１１から外部に出力される。

なお、第１実施形態〜第４実施形態に係る回転角度検出センサ５では、出力ギア４３の回転位置に対応する電圧の波形（電圧値）に関する信号が第２接続端子９Ａを介して外部に出力される。

また、変形例に係る回転角度検出センサ５は、第１実施形態に係る回転角度検出センサ５において、他の実施形態と同様に、第１導電部５５を、径方向において第２導電部５６よりも出力ギア４３の外側に配置してもよい。

出力ギア４３の回転方向に沿って不連続面を形成する第１導電部５５を、径方向において第２導電部５６よりも出力ギア４３の外側に設けることで、ブラシ５０と不連続面との接触位置を出力ギア４３の径方向において外側にすることができる。これにより、例えば、隣接する突出部５５Ｂ間の距離を長くすることができ、第１導電部５５における突出部５５Ｂの配置が容易となる。

また、第１導電部５５を径方向において出力ギア４３の内側に設ける場合には、隣接する突出部５５Ｂ間の距離が短くなる。そのため、ブラシ５０が出力ギア４３の回転方向に振動した場合に、本来、接触すべき突出部５５Ｂに隣接する突出部５５Ｂにブラシ５０が接触するおそれがある。

これに対し、第１導電部５５を径方向において第２導電部５６よりも出力ギア４３の外側に配置することで、隣接する突出部５５Ｂ間の距離を長くすることができる。従って、ブラシ５０が出力ギア４３の回転方向に振動した場合であっても、ブラシ５０が接触すべき突出部５５Ｂに隣接する突出部５５Ｂに接触することを抑制することができる。すなわち、出力ギア４３の回転角度の検出精度を向上させることができる。なお、このような出力ギア４３の回転角度の検出精度を向上させることは、上記した実施形態においても得ることができる。

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ 回転機器、３ モータ、４ ギア群、５ 回転角度検出センサ、１１ 検出部、４３ 出力ギア（回転体）、５０ ブラシ、５０ａ 第１接触部、５０ｂ 第２接触部、５０ｃ 接続部、５１ 配線基板、５４ 導電部、５５ 第１導電部、５５Ａ 基部、５５Ｂ 突出部、５６ 第２導電部、５００ 配線基板、５０１ 導電部、５１１ 第１導電部、５１１Ａ 導体部、５１１Ｂ 抵抗部、５２１ 第２導電部、５３０ 配線基板、５３１ 導電部、５４１ 第１導電部、５４１Ａ 導体部、５４１Ｂ 抵抗部、５５１ 第２導電部、５６０ 配線基板、５６１ 導電部、５７１ 第１導電部、５７１Ａ 基部、５７１Ｂ 突出部、５８１ 第２導電部

Claims (11)

1. 固定された基板と、
   回転体に取り付けられたブラシと
   を備え、
   前記基板は、
   前記回転体の回転方向において不連続面を有する第１導電部と、
   前記回転方向に形成され、かつ前記回転体の径方向において前記第１導電部とは異なる位置に配置される第２導電部と
   を備え、
   前記ブラシは、
   前記第１導電部に接触する第１接触部と、
   前記第２導電部に接触する第２接触部と
   を備える回転角度検出センサ。
2. 前記第１導電部は、
   前記回転方向に形成される部分と、
   前記回転方向に形成される部分から前記回転体の径方向に突出し、前記不連続面を形成する複数の突出部と
   を備え、
   前記第１接触部は、前記突出部に接触する
   請求項１に記載の回転角度検出センサ。
3. 前記第１導電部、および前記第２導電部は、導体である
   請求項２に記載の回転角度検出センサ。
4. 前記第１導電部は、導体であり、
   前記第２導電部は、前記導体よりも抵抗値が大きい抵抗体である
   請求項２に記載の回転角度検出センサ。
5. 前記第１導電部は、
   前記回転方向において離間して配置される複数の導体部と、
   前記回転方向において配置され、各導体部の少なくとも一部を覆い、前記導体部よりも抵抗値が大きい抵抗部と
   を備え、
   前記第１接触部は、前記抵抗部に接触する
   請求項１に記載の回転角度検出センサ。
6. 前記第１導電部は、
   前記回転方向において離間して配置される複数の導体部と、
   前記複数の導体部を接続し、前記導体部よりも抵抗値が大きい抵抗部と
   を備え、
   前記導体部よりも抵抗値が大きい抵抗部は、前記複数の導体部それぞれの一部を覆うとともに前記回転方向において配置されており、
   前記第１接触部は、前記導体部に接触する
   請求項１に記載の回転角度検出センサ。
7. 前記ブラシは、
   前記第１接触部と前記第２接触部とを接続する接続部
   を備える請求項１〜６のいずれか一つに記載の回転角度検出センサ。
8. 前記第１導電部は、
   前記回転体の径方向において前記第２導電部よりも外側に設けられる
   請求項１〜７のいずれか一つに記載の回転角度検出センサ。
9. 前記不連続面において、前記回転方向に沿って抵抗値が不連続となる
   請求項１〜８のいずれか一つに記載の回転角度検出センサ。
10. 請求項１〜９のいずれか一つに記載の回転角度検出センサと、
    モータと、
    前記モータの回転を前記回転体に伝達するとともに、前記モータの回転を外部に伝達するギアと
    を備える回転機器。
11. 前記回転角度検出センサから出力される信号に基づいて前記回転体の回転位置を検出する検出部
    を備える請求項１０に記載の回転機器。

Images