JP2022012806A

JP2022012806A - 歯車装置

Info

Publication number: JP2022012806A
Application number: JP2020114897A
Authority: JP
Inventors: 淳一福井; Junichi Fukui
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2022-01-17

Abstract

【課題】歯車同士の間のがたつきを抑制可能にした歯車装置を提供する。
【解決手段】検出対象の回転を検出する回転検出ユニットに使用される歯車装置３は、互いに噛み合う一対の歯車４の各々に設けられた複数の歯部１１，２１の一つひとつに設けられた複数の磁石４０を備えている。また、歯車装置３は、歯部１１，２１を介して噛み合う歯車４としての主動歯車５及び従動歯車６を複数の磁石４０の磁力によって吸着させる。これにより、主動歯車５の回転に従って、従動歯車６をスムーズに回すことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転検出ユニットに使用される歯車装置に関する。

従来、例えば車両のステアリングホイール等の回転体について、回転の有無や、回転角度を検出する回転検出ユニットが知られている。
特許文献１に記載の回転検出ユニットは、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からなる歯車装置を備える。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。そして、回転検出ユニットは、従動歯車とともに回転する磁石を、当該磁石に対して対向配置された検出部で検出し、その検出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。

特開２００４－２７９２６５号公報

ところで、上記の歯車装置において、互いに噛み合う歯車同士の間にがたつきが生じると、回転検出ユニットの検出精度が低下するという問題があった。
本発明の目的は、歯車同士の間のがたつきを抑制可能にした歯車装置を提供することにある。

上記課題を解決するための歯車装置は、検出対象と一体回転する複数の歯車のうちの少なくとも１つの前記歯車の回転を検出部で検出して前記検出対象の回転を検出する回転検出ユニットに使用される歯車装置であって、互いに噛み合う一対の前記歯車の各々に設けられた複数の歯部の一つひとつに設けられた複数の磁石を備え、前記歯部を介して噛み合う前記歯車同士を前記複数の磁石の磁力によって吸着させる。

本発明の歯車装置は、歯車同士の間のがたつきを抑制可能にする。

回転検出ユニットの分解斜視図。従動歯車の断面図。歯車同士の噛み合い部分の上面図。図３のＩＶ－ＩＶ線断面図。（ａ）～（ｃ）は、歯車装置の作用図。

以下、歯車装置の一実施形態を、図面を参照して説明する。
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検出対象としてのステアリングシャフト１の回転を検出する回転検出ユニット２には、歯車装置３が設けられている。歯車装置３は、ステアリングシャフト１と一体回転する複数の歯車４を備えている。歯車装置３は、図示しないケースに収容されている。回転検出ユニット２は、複数の歯車４のうちの少なくとも１つの歯車４の回転を検出することにより、ステアリングシャフト１の回転を検出する。なお、ステアリングは、例えば中立位置から右回り及び左回りに複数周の回転操作をされる。回転検出ユニット２は、ステアリングシャフト１の右回り及び左回りの回転位置を検出する。

複数の歯車４は、ステアリングシャフト１の周囲に設けられた主動歯車５と、主動歯車５にそれぞれ噛合する２つの従動歯車６と、を備えている。主動歯車５の歯数と、２つの従動歯車６の歯数とは、互いに異なる。また、従動歯車６同士の間でも、歯数は異なる。

主動歯車５は、中央に貫通孔１０ａが設けられた本体部１０と、本体部１０の周囲に設けられた複数の歯部１１と、を有している。本体部１０及び歯部１１は、例えば樹脂からなる。主動歯車５は、本体部１０の貫通孔１０ａがステアリングシャフト１の外周に係合されることにより、ステアリングシャフト１と同一軸心で回転する。

各従動歯車６は、本体部２０と、本体部２０の周囲に設けられた複数の歯部２１とを有している。本体部２０及び歯部２１は、例えば樹脂からなる。主動歯車５及び各従動歯車６は、歯部１１と歯部２１が噛み合うことにより、一体的に回転する。

ステアリングシャフト１が回転すると、主動歯車５が回転し、それに伴って各従動歯車６が互いに異なる回転数で回転する。ステアリングシャフト１が右回り及び左回りの一方側へ回転すると、主動歯車５及び従動歯車６は、それぞれ回転方向の一方側へ回転する。また、ステアリングシャフト１が右回り及び左回りの他方側へ回転すると、主動歯車５及び従動歯車６は、それぞれ回転方向の他方側へ回転する。例えば、主動歯車５が図中の矢印Ｒ１の方向へ回転した場合、各従動歯車６は、矢印Ｒ２の方向へ回転する。以降、主動歯車５において、矢印Ｒ１の方向を回転方向の一方側とし、この反対側を、回転方向の他方側とする。また、従動歯車６において、矢印Ｒ２の方向を回転方向の一方側とし、この反対側を回転方向の他方側とする。

図２に示すように２つの従動歯車６の中心には、それぞれ検出磁石２２が取り付けられている。検出磁石２２は、各従動歯車６と同軸で一体回転する。回転検出ユニット２には、従動歯車６に対向する主面を有する基板３０と、各従動歯車６の回転を検出する２つの検出部３１とが設けられている。検出部３１は、磁気センサである。検出部３１は、各検出部３１は、基板３０の主面に、各検出磁石２２に対向するように実装されている。また、基板３０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。２つ検出部３１は、各従動歯車６の回転方向の一方側及び他方側への回転を、各検出磁石２２の磁界によって検出する。回転検出ユニット２のマイクロコンピュータは、検出部３１の検出信号を基に、中立位置から左右方向に各々複数回転す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、回転検出ユニット２は、演算した回転位置の情報を他の機器に出力する。

図３に示すように、主動歯車５の各歯部１１は、回転方向の一方側（矢印Ｒ１側）の第１噛合面１１ａと、他方側の第２噛合面１１ｂとを有している。また、各従動歯車６の各歯部２１は、回転方向の一方側（矢印Ｒ２側）の第３噛合面２１ａと、他方側の第４噛合面２１ｂとを有する。主動歯車５が一方側に回転する場合、歯部１１の第１噛合面１１ａと歯部２１の第４噛合面２１ｂとが接触する。また、主動歯車５が他方側に回転する場合、歯部１１の第２噛合面１１ｂと歯部２１の第３噛合面２１ａとが接触する。ところで、第１噛合面１１ａと第４噛合面２１ｂとの間、及び第２噛合面１１ｂと第３噛合面２１ａとの間に、例えばバックラッシなどによるがたつきが生じると、回転検出ユニット２の検出精度を悪化させるおそれがあった。歯車装置３には、歯車４同士の間のがたつきを抑制する機構が設けられている。

図３及び図４に示すように、各歯車４の複数の歯部１１，２１の各々には、歯車４の回転方向に対して直交する方向に凹設された嵌合孔４１と、嵌合孔４１の内部に取り付けられた磁石４０とを備えている。磁石４０は、例えばネオジム磁石などの永久磁石である。なお、図示を省略しているが、主動歯車５の嵌合孔４１も従動歯車６の嵌合孔４１と同様な構成を有している。嵌合孔４１及び磁石４０は、各歯部１１，２１において回転方向の中央に配置されていることが好ましい。

本実施形態の場合、嵌合孔４１は、各歯車４の回転軸方向に凹設されている。各磁石４０は、Ｎ極及びＳ極の磁極を有している。また、各磁石４０は、磁極の並ぶ向きに長尺形状をなしている。嵌合孔４１の内周面には、リブ４１ａが設けられている（図４）。磁石４０は、リブ４１ａを押し潰しつつ、嵌合孔４１内に挿入される。磁石４０は、リブ４１ａの反力によって、嵌合孔４１に固定される。磁石４０は、各歯車４の回転方向において、歯部１１，２１から露出しないようになっている。

各磁石４０は、歯車４の回転方向に沿ってＮ極及びＳ極の磁極が並ぶ向きに配置されている。また、各歯車４において、各磁石４０の磁極の並ぶ向きは、その歯車４の回転方向において揃っている。磁石４０は、歯部１１及び歯部２１を介して噛み合う主動歯車５及び従動歯車６を、磁力によって吸着させる。

磁石４０は、主動歯車５側に設けられた磁石４０ａと、従動歯車６側に設けられた磁石４０ｂとを含んでいる。主動歯車５の磁石４０ａは、第１噛合面１１ａ側にＮ極が向き、第２噛合面１１ｂ側にＳ極が向くように配置されている。また、従動歯車６の磁石４０ｂは、第３噛合面２１ａ側にＮ極が向き、第４噛合面２１ｂ側にＳ極が向くように配置されている。これにより、主動歯車５側の磁石４０ａと、従動歯車６側の磁石４０ｂとの間で、Ｎ極及びＳ極が互いに対向する。磁石４０ａ及び磁石４０ｂが互いに引き合うことにより、第１噛合面１１ａと第４噛合面２１ｂとが互いに吸着され、第２噛合面１１ｂと第３噛合面２１ａとが互いに吸着される。

なお、磁石４０ａ及び磁石４０ｂの吸着力は、歯車４の回転力に対して小さく設定されている。吸着力とは、例えば磁石４０ａ及び磁石４０ｂの間に働く磁力によって歯部１１，２１にかかる力である。回転力とは、例えばステアリングシャフト１が回転する際の各歯車４の回転トルクである。

以下、本実施形態の作用について説明する。
図５（ａ）に示すように、歯車装置３において、互いに対向する主動歯車５の歯部１１及び従動歯車６の歯部２１の間において、主動歯車５側の磁石４０ａのＮ極と、従動歯車６側の磁石４０ｂのＳ極とが引き合う。この磁石４０ａ及び磁石４０ｂの間に磁力による吸着力Ｆが働き、歯部１１の第１噛合面１１ａと歯部２１の第４噛合面２１ｂとが吸着される。

図５（ｂ）に示すように、第１噛合面１１ａと第４噛合面２１ｂとが吸着した状態下で、ステアリングシャフト１が回転方向の一方側に回転すると、第１噛合面１１ａ及び第４噛合面２１ｂが吸着されつつ、主動歯車５及び従動歯車６が回転方向の一方側へ回転する。

図５（ｃ）に示すように、さらにステアリングシャフト１が回転方向の一方側に回転すると、対向する歯部１１及び歯部２１は、磁石４０ａ及び磁石４０ｂの間の吸着力Ｆに反して、離隔していく。このとき、磁石４０ａ及び磁石４０ｂの吸着力Ｆは、ステアリングシャフト１の回転に対して動作抵抗となり得る。一方、本実施形態の場合、磁石４０ａ及び磁石４０ｂの吸着力Ｆは、歯車４の回転力に対して小さく設定されている。これにより、磁石４０ａ及び磁石４０ｂの吸着力Ｆによって、ステアリング操作に支障が出ることを抑制できる。

なお、ステアリングシャフト１が回転方向の他方側に回転する場合は、第２噛合面１１ｂと第３噛合面２１ａとが吸着されつつ、主動歯車５及び従動歯車６が回転方向の他方側へ回転する。

上記のように、磁石４０の磁力によって、互いに噛み合う歯車４同士を吸着させることにより、主動歯車５の回転に従って、従動歯車６をスムーズに回すことができる。すなわち、歯車４同士の間のがたつきを抑制できる。これにより、例えば回転検出ユニット２の検出精度を向上させることができる。

以下、本実施形態の効果について説明する。
（１）ステアリングシャフト１の回転を検出する回転検出ユニット２に使用される歯車装置３は、互いに噛み合う一対の歯車４の各々に設けられた複数の歯部１１，２１の一つひとつに設けられた複数の磁石４０を備えている。また、歯車装置３は、歯部１１，２１を介して噛み合う歯車４同士を複数の磁石４０の磁力によって吸着させる。この構成によれば、主動歯車５の回転に従って、従動歯車６をスムーズに回すことができる。すなわち、歯車４が回転するとき、互いに噛み合う歯車４同士の間でがたつきが発生するのを抑制できる。

（２）複数の磁石４０の各々は、歯車４の回転方向に沿ってＮ極及びＳ極の磁極が並ぶ向きに配置されている。この構成によれば、回転方向に磁力が働きやすく、軸方向及び径方向に磁力が働きにくい。そのため、歯車４が軸方向や径方向にずれることを抑制できる。これは、がたつきの抑制に好適である。

（３）各歯車４において、各々の磁石４０の磁極の並ぶ向きが、歯車４の回転方向において揃っている。この構成によれば、各歯車４の歯部１１，２１の各々において、同じ方向に磁力を発生させることができる。

（４）歯部１１，２１は、歯車４の回転方向に対して直交する方向に凹設された嵌合孔４１を備えている。磁石４０は、嵌合孔４１の内部に取り付けられている。磁石４０を、嵌合孔４１に取り付けるという簡易な方法で取り付けることができる。また、各磁石４０を、各歯車４の回転方向において、歯部１１，２１から露出しないように嵌合孔４１に取り付けることができる。これにより、磁石４０同士が互いに接触して、摩耗することを抑制できる。

（５）磁石４０の吸着力は、歯車４の回転力に対して小さく設定されている。この構成によれば、磁石４０ａ及び磁石４０ｂの吸着力によって、ステアリング操作に支障が出ることを抑制できる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本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。
・磁石４０同士の吸着力、すなわち磁力の大きさは、特に限定されず、仕様に応じて適宜設定される。

・嵌合孔４１は、各歯車４の回転軸方向に凹設されてもよいし、径方向に凹設されてもよい。
・磁石４０の歯部１１，２１への取り付け方法は、本実施形態に限定されず、例えばインサート成形により歯部１１，２１へ埋め込まれてもよい。すなわち、嵌合孔４１は、省略可能である。

・各磁石４０は、各歯車４の回転方向において、歯部１１，２１から露出していてもよい。
・一つの歯車４において、各々の磁石４０の磁極の並ぶ向きは、揃っていなくてもよく、例えば回転方向において、交互に逆向きに設けられていてもよい。

・磁石４０の磁極の並ぶ向きは、特に限定されず、例えば軸方向に並んでいてもよいし、径方向に並んでいてもよい。
・磁石４０の磁極の数は、特に限定されず、Ｓ極及びＮ極が１組でもよいし、２以上の複数組でもよい。

・回転検出ユニット２は、検出対象の回転角度を検出するものであってもよいし、回転の有無を検出するものであってもよい。
・回転検出ユニット２は、検出部３１に磁気センサを用いた磁気式に限定されず、光学式や接点式などであってもよい。

・磁石４０としては、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウム・コバルト磁石など、種々の磁石を用いることができる。
・検出部３１は、複数の歯車４の回転を検出してもよいし、一つの歯車４の回転を検出してもよい。また、検出部３１は、主動歯車５の回転を検出してもよい。

・検出対象は、右方向及び左方向の両方に回転するものに限定されず、左右どちらか一方のみに回転するものであってもよい。
・検出対象は、ステアリングシャフト１に限定されず、回転する物体であればよい。

・主動歯車５に各従動歯車６が噛み合う構成に限定されず、主動歯車５に噛合する１つの従動歯車６に他の従動歯車６が噛合する構成としてもよい。
・主動歯車５は、ステアリングシャフト１に外嵌される構造に限定されず、円板状の部材としてもよい。

・複数の歯車４の個数は、少なくとも２つであればよく、３つでもよいし、４つ以上でもよい。
・歯車装置３は、車載用に限らず、他の機器や装置に搭載される回転検出ユニット２に適用できる。

１…ステアリングシャフト、２…回転検出ユニット、３…歯車装置、４…歯車、５…主動歯車、６…従動歯車、１１…歯部、２１…歯部、２２…検出磁石、３１…検出部、４０…磁石、４１…嵌合孔。

Claims

検出対象と一体回転する複数の歯車のうちの少なくとも１つの前記歯車の回転を検出部で検出して前記検出対象の回転を検出する回転検出ユニットに使用される歯車装置であって、
互いに噛み合う一対の前記歯車の各々に設けられた複数の歯部の一つひとつに設けられた複数の磁石を備え、
前記歯部を介して噛み合う前記歯車同士を前記複数の磁石の磁力によって吸着させる
歯車装置。
前記複数の磁石の各々は、前記歯車の回転方向に沿ってＮ極及びＳ極の磁極が並ぶ向きに配置されている
請求項１に記載の歯車装置。
各前記歯車において、各々の前記磁石の前記磁極の並ぶ向きが、前記歯車の回転方向において揃っている
請求項２に記載の歯車装置。
前記歯部は、前記歯車の回転方向に対して直交する方向に凹設された嵌合孔を備え、
前記磁石は、前記嵌合孔の内部に取り付けられている
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の歯車装置。
前記磁石の吸着力は、前記歯車の回転力に対して小さく設定されている
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の歯車装置。