JP3612205B2 - 結合具、及びこの結合具を使用した回転角度センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の電動パワーステアリング装置等に使用して好適な結合具、及びこの結合具を使用した回転角度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転角度センサは図１２に示すように、回転軸１に円盤状の磁性体から成る回転ドラム２が固着されている。この回転ドラム２は、外周全周に複数の磁極（Ｎ−Ｓ）から成る磁気コードが形成されている。
また、回転ドラム２の外周には、所定のギャップＰを設けて磁気検出センサ４が配設されて、従来の回転角度センサが構成されている。
このような従来の回転角度センサは、回転軸１を回転させて回転ドラム２を回転させると、前記複数の磁極の磁力のアナログ変化を前記磁気検出センサ４が検出して、回転ドラム２の回転角度を検出することができるようになっている。
【０００３】
前述したような回転角度センサは、例えば、自動車の電動パワーステアリング装置に使用され、この装置に使用された従来の回転角度センサについて説明すると、図１３に示すように、回転軸１は、駆動軸１ａと負荷軸１ｂとから成り、そして、駆動軸１ａと負荷軸１ｂには、トーションバーＴで結合され、駆動軸１ａを回転した時、トーションバーＴを介して負荷軸１ｂが回転するようになっている。
また、駆動軸１ａと負荷軸１ｂとが結合されたそれぞれの端部寄りに、距離Ｌを置いて２個の回転ドラム２、３が駆動軸１ａと負荷軸１ｂとにそれぞれ固着されている。
また、回転ドラム２、３の外周には、所定のギャップＰ１、Ｐ２を置いて、一対の磁気検出センサ４、５が配設されて、従来の回転角度センサが構成されている。
【０００４】
このような従来の回転角度センサを取り付けた回転軸１は、負荷軸１ｂ側に加えられている負荷トルクより大きなトルクをハンドルと一体に形成した駆動軸１ａに加えることにより、駆動軸１ａからトーションバーＴを介して負荷軸１ｂとを回転させることができる。
この回転軸１を回転させるときに、前記トーションバーＴにより、駆動軸１ａ側に対して、負荷軸１ｂ側が若干遅れて回転するようになっている。
この負荷軸１ｂ側の回転の遅れにより、駆動軸１ａ側と負荷軸１ｂ側とに回転角度のズレが生じる。この回転角度のズレは、負荷トルクと駆動軸１ａの回転トルクの差、即ち、両者間のトルクに比例し、両者間のトルクが大きいと回転角度のズレが大きくなり、両者間のトルクが小さいと、回転角度のズレも小さくなる。
従来の回転角度センサは、このようにして、前記駆動軸１ａ側と負荷軸１ｂ側との回転角度を、それぞれ検出し、その差を検出することによって、負荷軸１ｂと駆動軸１ａの間のトルクを測定して、負荷軸１ｂに加えるアシスト力を決める等に用いられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の回転角度センサにおいて、回転ドラム２、３は駆動軸１ａ、負荷軸１ｂに直接固着されるため、その固着作業が面倒で、生産性が悪いという問題があった。
その解決のために、駆動軸１ａと回転ドラム２との間、及び、負荷軸１ｂと回転ドラム３との間にバネ部材（図示せず）を介在させて、回転ドラム２、３の駆動軸１ａ、負荷軸１ｂへの組立性を容易にする構成が採られていたが、バネ部材による駆動軸１ａ、負荷軸１ｂからの回転ドラム２、３への回転伝達が悪く、駆動軸１ａ、負荷軸１ｂからの回転が回転ドラム２、３に正確に伝達されないと言う問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段として、中心部に回転軸を挿入した回転体が前記回転軸と共に回転させるために、前記回転軸と前記回転体とを摩擦結合させる金属板からなる結合具において、リング状の基部と、該基部から延出され、屈曲部を有する複数個のバネ部と、前記屈曲部の頂部に設けられた孔とを有し、前記基部が前記回転体に取り付けられ、前記バネ部のバネ性により前記孔の周縁を前記回転軸に摩擦係合させるようにした結合具の構成とした。
また、第２の解決手段として、前記屈曲部の頂部に設けられた孔を矩形状にした結合具の構成とした。
また、第３の解決手段として、前記バネ部は、前記基部から略直角に折り曲げられて形成され、前記バネ部の折り曲げ根本の幅よりも、前記孔を有する屈曲部の幅を大きくした結合具の構成とした。
また、第４の解決手段として、前記孔が前記屈曲部の幅の中央部に形成された結合具の構成とした。
【０００７】
また、第５の解決手段として、磁石等を駆動する回転体と、該回転体の中央部に挿入される回転軸と、前記回転体に取り付けられ、前記回転体と前記回転軸とを摩擦係合させて、前記回転軸の回転と共に前記回転体を回転させる金属板からなる結合部とを備え、該結合部は、リング状の基部と、該基部から延出され、屈曲部を有する複数個のバネ部と、前記屈曲部の頂部に設けられた孔とを有し、前記基部が前記回転体に取り付けられ、前記バネ部のバネ性により前記孔の周縁を前記回転軸に摩擦係合させるようにした回転角度センサの構成とした。
また、第６の解決手段として、前記屈曲部の頂部に設けられた孔を矩形状に形成し、該矩形状の孔の周縁を前記回転軸に摩擦係合させた回転角度センサの構成とした。
また、第７の解決手段として、前記バネ部は、前記基部から略直角に折り曲げられて形成され、前記バネ部の折り曲げ根本の幅よりも、前記孔を有する屈曲部の幅を大きくした回転角度センサの構成とした。
また、第８の解決手段として、前記孔が前記屈曲部の幅の中央部に形成された回転角度センサの構成とした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の結合具、及びこの結合具を用いた回転角度センサを図１〜図１１に基づいて説明する。
先ず、本発明の回転角度センサは図３Ａ、Ｂの外形図に示すように、成形加工等により、内部が空洞で外形が略Ｄ字状の筺体１０が配設されている。
この筺体１０の上部から、板状で外形が筺体１０と同じ形状に形成されたカバー１１がかぶせられ、複数のネジ１２で筺体１０に固定されて、筺体１０の上部が蓋閉されている。
また、図２に示すように、筺体１０の底部の底壁１０ａの略中央部に、円形の開口部１０ｂが形成されている。この開口部１０ｂの周囲には、円形のガイド壁１０ｃが図示上方に所定の高さで突出形成されている。
また、カバー１１の略中央部にも前記筺体１０と同様に、円形の開口部１１ａが形成され、図２に示すように、開口部１１ａの周囲にガイド壁１１ｂが図示下方に所定の高さで突出形成されている。
【０００９】
また、前記カバー１１の開口部１１ａに挿入されている第１回転体１３は、成形材料等で形成され、図５の要部断面側面図に示すように、図示下方に鍔部１３ａを有し、この鍔部１３ａの外周に、図４の上面図に示すような所定の歯数とモジュールの歯車部１３ｂが形成されている。
そして、第１回転体１３は前記鍔部１３ａの上部に、所定の高さの軸受け部１３ｃが設けられて、外形が略鍔状に形成されている。
この第１回転体１３には、図４に示すように回転中心に円形の軸孔１３ｄが貫通形成され、この軸孔１３ｄの内周面１３ｈには、所定の深さと幅の複数の溝部１３ｅが軸線方向に形成されている。また、軸受け部１３ｃの上面には複数の矩形の突起１３ｆが所定の高さで突出形成されている。
また、図５に示す前記鍔部１３ａの下面側の軸孔１３ｄの周囲には、リング状の凸部１３ｇが微小の高さで突出形成されている。
そして、第１回転体１３の軸受け部１３ｃが、前記カバー１１の開口部１１ａに挿入され、周囲のガイド壁１１ｂにガイドされて回転自在になっている。
【００１０】
前記第１回転体１３の軸受け部１３ｃ上面には、図６、７、８に示すように、金属板からなり、外形がリング状のバネ部材である第１結合具１４が取り付けられている。この第１結合具１４はバネ性のあるステンレス板等から成り、プレス等で打ち抜き形成されて、図６に示すように、外周部にリング状の基部１４ａと、この基部１４ａから内部の開口部１４ｅに向けて延びる複数のバネ部１４ｂとが設けられている。
そして、前記基部１４ａには複数の角孔１４ｃが打ち抜き形成され、前記バネ部１４ｂの先端寄りにも、それぞれ矩形の孔１４ｄが打ち抜き形成されている。また、前記バネ部１４ｂは矩形の孔１４ｄ部分を頂上とする略山型状に形成された屈曲部１４ｆを有している。
この第１結合具１４は、バネ部１４ｂの根本部分が図８の断面側面図に示すように、リング状の基部１４ａの内側において、図示下方に略直角に折り曲げられて、図７の上面図に示すように開口部１４ｅが略円形になっている。
そして、バネ部１４ｂの折り曲げ根本の幅よりも、矩形の孔１４ｄを有する屈曲部１４ｆの幅を大きくし、バネ部材１４ｂの断面積がほぼ均一になるように形成し、且つ、孔１４ｄは、屈曲部１４ｆの幅の中央部に位置して形成されている。
【００１１】
前述したような第１結合具１４は、図２に示すように、前記第１回転体１３の軸受け部１３ｃの上面に形成された複数の突起１３ｆに、基部１４ａの複数の角孔１４ｃが挿入され、この角孔１４ｃから上方に出っ張った突起１３ｆの先端部を熱カシメ等によりカシメ付けて、第１回転体１３と第１結合具１４とが一体化されている。
そして、下方に折り曲げられたバネ部１４ｂは、第１回転体１３の溝部１３ｅに位置し、バネ部１４ｂの矩形の孔１４ｄ部分の山型状の頂上部分は、第１回転体１３の軸孔１３ｄの内周面１３ｈから軸孔１３ｄ内部に突出している。
【００１２】
また、前記第１回転体１３が対向する図２に示す図示下方には、第１回転体１３と略同形状の第２回転体１５が、歯車部１５ｂ、軸受け部１５ｃ、内周面１５ｈが形成された軸孔１５ｄ等を有して配設されている。
そして、この第２回転体１５には前記第１結合具１４と略同形状で、バネ部１６ｂ等を有する第２結合具１６が、前記第１結合具１４と同じ方法で取り付けられている。
即ち、第１回転体１３と第２回転体１５の、それぞれの軸孔１３ｄ、１５ｄの内周面１３ｈ、１５ｈに板バネ部材からなる第１と第２の結合具１４、１６が配設されている。
そして、第２回転体１５の軸受け部１５ｃが、前記筺体１０の開口部１０ｂに挿入され、周囲のガイド壁１０ｃにガイドされて回転自在になっている。
前記筺体１０とカバー１１とに取り付けられた、第１回転体１３と第２回転体１５とは、それぞれが同一回転中心を有し、それぞれが個別に回転できるようになっている。
【００１３】
また、図１に示す筺体１０の図示左側下方には、第１回転体１３の歯車部１３ｂに噛み合う第１コード板１７と、第２回転体１５の歯車部１５ｂに噛み合う第２コード板１８とが配設されている。
前記第１コード板１７は図９に示すように、第１回転体１３の歯車部１３ｂに噛み合う樹脂材料等から成る歯車部１７ａと、この歯車部１７ａの他方の側面に取り付けられた、複数の磁極（Ｎ−Ｓ）を有する磁性体から成る情報記録部１７ｂとから構成されている。
この情報記録部１７ｂは歯車部１７ａより外径が大きな円盤状に形成され、歯車部１７ａの他方側にはボス部１７ｃが突出して形成されている。
そして、歯車部１７ａのボス部１７ｃを情報記録部１７ｂのボス孔１７ｄに圧入、あるいは接着止めされて、歯車部１７ａと情報記録部１７ｂとが一体化されている。
また第１コード板１７の回転中心には軸孔１７ｅが貫通形成され、歯車部１７ａの一方側の側面１７ｆには、所定の深さのバネ溝１７ｇと、このバネ溝１７ｇに挿入される、ねじりコイルバネ（図示せず）を回り止めするためのバネ止め溝１７ｈが形成されている。
また、前記一方側の側面１７ｆ、バネ溝１７ｇの内周側は、前記側面１７ｆより若干突出する凸部１７ｊが形成されている。
【００１４】
また、図２に示すように第１コード板１７の歯車部１７ａが対向する図示下方側に、前記第１コード板１７と同形状の第２コード板１８が配設されている。
この第２コード板１８には、前記第２回転体１５の歯車部１５ｂに噛み合う歯車部１８ａと、情報記録部１８ｂと、軸孔（図示せず）、凸部（図示せず）等が形成され、第１コード板１７の軸孔１７ｅと第２コード板１８の軸孔（図示せず）とに、金属製の支軸１９が挿入され、それぞれの歯車部１７ａ、１８ａの一方側の側面を当接して、それぞれのコード板１７、１８が個別に回転可能になっている。
また、前記支軸１９は上端部がカバー１１側に、下端部が筺体１０側に固定されて、第１コード板１７と第２コード板１８とが筺体１０内部に収納されている。
また、前記バネ溝１７ｇには、ねじりコイルバネ（図示せず）が挿入され、このねじりコイルバネにより、２個のコード板１７、１８にバックラッシュが発生しないようになっている。
【００１５】
また、図１に示す前記筺体１０の図示左下方の隅部に、前記コード板１７、１８の情報記録部１７ｂ、１８ｂに書き込まれた情報、即ち磁気情報を検出するホール素子等から成る第１検出素子２０と第２検出素子２１とを取り付けた、ホルダ２２が配設されている。
このホルダ２２は前記検出素子２０、２１を取り付ける取り付け面が略ハ字状に形成され、この略ハ字状の取り付け面の２面に、それぞれ２個の第１検出素子２０、と第２検出素子２１とが上下に分離されて取り付けられている。そして、第１コード板１７の情報記録部１７ｂが対向する位置に第１検出素子２０、２０を取り付け、第２コード板１８の情報記録部１８ｂが対向する位置に第２検出素子２１、２１が取り付けられている。
また、前記第１と第２の検出素子２０、２１を取り付けたホルダ２２は、裏面が平面になって、この裏面が後方の基板２３に接着剤等で取り付けられている。
また、この絶縁基板２３には、前記検出素子２０、２１から送られてくる情報を演算処理するＩＣ２４が取り付けられ、このＩＣ２４で処理された情報を外部に伝達するためのリード線２５が半田付け等により取り付けられている。
【００１６】
前記本発明の回転角度センサＳをトルクセンサとして自動車のステアリングシャフトに用いた例を説明する。
まず図１０に示すように、自動車のステアリングシャフト２６は、例えば第１回転軸２７と第２回転軸２８とのそれぞれの端部２７ａ、２８ａにＴ字状の溝２７ｂ、２８ｂが形成され、前記それぞれの端部２７ａ、２８ａを突き合わせて、前記溝２７ｂ、２８ｂに、黒塗りで図示したトーションバー等から成る弾性部材２９が挿入されて、第１回転軸２７と第２回転軸２８とが接続されている。
そして、第１回転軸２７の端部２７ａに本発明の回転角度センサＳの第１回転体１３を挿入し、また、第２回転軸２８の端部２８ａに回転角度センサＳの第２回転体１５を挿入する。
すると、第１回転体１３と第２回転体１５のそれぞれの軸孔１３ｄ、１５ｄの内周面１３ｈ、１５ｈに配設されている、バネ部材である第１と第２の結合具１４、１６のバネ部１４ｂ、１６ｂが第１回転軸２７と第２回転軸２８を弾圧して、前記第１回転体１３と第２回転体１５とが第１回転軸２７と第２回転軸２８とにに、第１と第２の結合具１４、１６を介して摩擦係合して、ステアリングシャフト２６に回転角度センサＳが取り付けられている。
即ち、第１の結合具１４の屈曲部１４ｆの頂部に設けられた矩形の孔１４ｄの周縁が、バネ部１４ｂによって第１回転軸２７に対して摩擦係合し、また、第２の結合具１６の同様に、第２回転軸２８に対して摩擦係合した状態となっている。
【００１７】
また、図１１に示すようにステアリングシャフト２６は、第１回転軸２７側にハンドル３０を取付、第２回転軸２８側を車輪（図示せず）側に接続し、ハンドル３０を回転させて第２回転軸２８を回転させたとき、この第２回転軸２８の回転トルクが、車輪と接している路面（図示せず）の状況等によって、第２回転軸２８の回転トルクが重くなる。このとき、ハンドル３０を操作して第１回転軸２７を回転させると、第２回転軸２８が弾性部材２９により、第１回転軸２７より遅れて回転して、第１回転軸２７と第２回転軸２８とに回転角度のズレが発生する。
この回転角度のズレにより第１コード板１７と第２コード板１８の回転数が異なり、この第１コード板１７と第２コード板１８の回転数を、前記第１検出素子２０と第２検出素子２１とで検出する。この検出されたコード板１７、１８の回転数の差を前記ＩＣ２４で演算して第１回転軸２７側の回転トルクを検出することができるので、本発明の回転角度センサＳをトルクセンサとして使用することができる。
【００１８】
また、本発明における電動パワーステアリング装置は、前記ハンドル３０の操作を補助するモータ等の電動機（図示せず）を備え、ハンドル３０を回転させたとき、前記トルクセンサが第１回転軸２７の回転トルクを検出し、この第１回転軸２７の回転トルクが所定値以上の場合には、前記ＩＣ２４からドライバーを介して電動機側に作動指令が出て、電動機が作動する。
この電動機の作動力により、ハンドル３０を回転させる操作者の操作力を補助して、ハンドル３０の回転トルクを軽くするようになっている。
また、本発明の回転角度センサＳは、コード板１７、１８の情報記録部１７ｂ、１８ｂを磁気媒体で、検出素子２０、２１を磁気センサで説明したが、情報記録部１７ｂ、１８ｂを、光センサ等で識別可能な識別マークとし、検出素子を発光素子と受光素子とから成る光センサ等で構成した、光学式のコード板と検出素子でもよい。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の結合具は、リング状の基部１４ａと、基部１４ａから延出され、屈曲部１４ｆを有する複数個のバネ部１４ｂと、屈曲部１４ｆの頂部に設けられた孔１４ｄで構成されたものであるため、その構成は簡単で、生産性が良く、安価な結合具を提供できる。
また、屈曲部１４ｆの頂部に孔１４ｄを設けたため、孔１４ｄの周縁を回転軸２７に摩擦係合でき、回転体１３への回転伝達の確実な結合具を提供できる。
また、孔１４ｄを矩形状にすることにより、回転軸２７への孔１４ｄの周縁の係合が長くなり、より摩擦係合の大きな結合具を提供できる。
また、バネ部１４ｂの根本の幅よりも、屈曲部１４ｆの幅を大きくしたため、屈曲部１４ｆの曲げによる強度が増大し、屈曲部１４ｆの回転軸２７への摩擦係合が一層確実になる結合具を提供でき、バネ部材１４ｂの断面積を均一にすれば、応力が集中する部位が無く、均等に応力が加わるので、バネ特性に優れた結合具を提供できる。
また、孔１４ｄを、屈曲部１４ｆの幅の中央部に設けることにより、孔１４ｄの周縁が回転軸２７に安定し、且つ、確実な係合状態の結合具を提供できる。
【００２０】
また、本発明の回転角度センサは、リング状の基部１４ａと、基部１４ａから延出され、屈曲部１４ｆを有する複数個のバネ部１４ｂと、屈曲部１４ｆの頂部に設けられた孔１４ｄとで結合具１４を構成したものであるため、その構成は簡単で、生産性が良く、安価な結合具を提供できる。
また、結合具１４のリング状の基部１４ａを回転体１３に取り付け、屈曲部１４ｆの頂部に孔１４ｄを回転軸２７に弾接させ、孔１４ｄの周縁を回転軸２７に摩擦係合させたため、回転軸２７からの回転を、結合具１４を介して回転体１３へ確実に回転伝達でき、回転体１３への回転伝達の確実な回転角度センサを提供できる。
また、結合具１４の孔１４ｄを矩形状にすることにより、回転軸２７への孔１４ｄの周縁の係合が長くなり、結合具１４の回転軸２７へのより摩擦係合の大きなものが得られ、回転体１３への回転伝達のより確実な回転角度センサを提供できる。
また、結合具１４のバネ部１４ｂの根本の幅よりも、屈曲部１４ｆの幅を大きくしたため、屈曲部１４ｆの曲げによる強度が増大し、屈曲部１４ｆの回転軸２７への摩擦係合が一層確実となり、回転体１３への回転伝達が一層確実な回転角度センサを提供でき、バネ部材１４ｂの断面積を均一にすれば、応力が集中する部位が無く、均等に応力が加わるので、バネ特性に優れた結合具を提供できる。
また、結合具１４の孔１４ｄを、屈曲部１４ｆの幅の中央部に設けることにより、孔１４ｄの周縁による回転軸２７への係合が安定し、且つ、確実な係合状態となる回転角度センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結合具を使用した回転角度センサのカバーを取った状態の平面図である。
【図２】本発明の回転角度センサの要部断面側面図である。
【図３】本発明の回転角度センサの外観図である。
【図４】本発明の回転角度センサに係る第１回転体の平面図である。
【図５】本発明の回転角度センサに係る第１回転体の要部断面側面図である。
【図６】本発明の結合具の展開平面図である。
【図７】本発明の結合具に係り、バネ部を折り曲げた後の平面図である。
【図８】本発明の結合具に係り、バネ部を折り曲げた後の側面図である。
【図９】本発明の角度センサに係るコード板の説明図である。
【図１０】本発明の回転角度センサに係り、回転角度センサを取り付けるステアリングシャフトの要部側面図である。
【図１１】本発明の回転角度センサに係り、回転角度センサをステアリングシャフトに取り付けた概略図である。
【図１２】従来の回転角度センサの概略図である。
【図１３】従来の回転角度センサの説明図である。
【符号の説明】
Ｓ 回転角度センサ
１０ 筺体
１１ カバー
１３ 第１回転体
１３ｂ 歯車部
１３ｈ 内周面
１４ 第１結合具
１４ａ リング状の基部
１４ｂ バネ部
１４ｃ 角穴
１４ｄ 矩形の孔
１４ｅ 開口部
１４ｆ 屈曲部
１５ 第２回転体
１５ｂ 歯車部
１５ｈ 内周面
１６ 第２結合具
１６ｂ バネ部
１７ 第１コード板
１７ａ 歯車部
１７ｂ 情報記録部
１８ 第２コード板
１８ａ 歯車部
１８ｂ 情報記録部
１９ 支軸
２０ 第１検出素子
２１ 第２検出素子
２２ ホルダ
２３ 絶縁基板
２４ ＩＣ
２５ リード線
２６ ステアリングシャフト
２７ 第１回転軸
２７ａ 端部
２８ 第２回転軸
２８ａ 端部
２９ 弾性部材
３０ ハンドル
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の電動パワーステアリング装置等に使用して好適な結合具、及びこの結合具を使用した回転角度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転角度センサは図１２に示すように、回転軸１に円盤状の磁性体から成る回転ドラム２が固着されている。この回転ドラム２は、外周全周に複数の磁極（Ｎ−Ｓ）から成る磁気コードが形成されている。
また、回転ドラム２の外周には、所定のギャップＰを設けて磁気検出センサ４が配設されて、従来の回転角度センサが構成されている。
このような従来の回転角度センサは、回転軸１を回転させて回転ドラム２を回転させると、前記複数の磁極の磁力のアナログ変化を前記磁気検出センサ４が検出して、回転ドラム２の回転角度を検出することができるようになっている。
【０００３】
前述したような回転角度センサは、例えば、自動車の電動パワーステアリング装置に使用され、この装置に使用された従来の回転角度センサについて説明すると、図１３に示すように、回転軸１は、駆動軸１ａと負荷軸１ｂとから成り、そして、駆動軸１ａと負荷軸１ｂには、トーションバーＴで結合され、駆動軸１ａを回転した時、トーションバーＴを介して負荷軸１ｂが回転するようになっている。
また、駆動軸１ａと負荷軸１ｂとが結合されたそれぞれの端部寄りに、距離Ｌを置いて２個の回転ドラム２、３が駆動軸１ａと負荷軸１ｂとにそれぞれ固着されている。
また、回転ドラム２、３の外周には、所定のギャップＰ１、Ｐ２を置いて、一対の磁気検出センサ４、５が配設されて、従来の回転角度センサが構成されている。
【０００４】
このような従来の回転角度センサを取り付けた回転軸１は、負荷軸１ｂ側に加えられている負荷トルクより大きなトルクをハンドルと一体に形成した駆動軸１ａに加えることにより、駆動軸１ａからトーションバーＴを介して負荷軸１ｂとを回転させることができる。
この回転軸１を回転させるときに、前記トーションバーＴにより、駆動軸１ａ側に対して、負荷軸１ｂ側が若干遅れて回転するようになっている。
この負荷軸１ｂ側の回転の遅れにより、駆動軸１ａ側と負荷軸１ｂ側とに回転角度のズレが生じる。この回転角度のズレは、負荷トルクと駆動軸１ａの回転トルクの差、即ち、両者間のトルクに比例し、両者間のトルクが大きいと回転角度のズレが大きくなり、両者間のトルクが小さいと、回転角度のズレも小さくなる。
従来の回転角度センサは、このようにして、前記駆動軸１ａ側と負荷軸１ｂ側との回転角度を、それぞれ検出し、その差を検出することによって、負荷軸１ｂと駆動軸１ａの間のトルクを測定して、負荷軸１ｂに加えるアシスト力を決める等に用いられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の回転角度センサにおいて、回転ドラム２、３は駆動軸１ａ、負荷軸１ｂに直接固着されるため、その固着作業が面倒で、生産性が悪いという問題があった。
その解決のために、駆動軸１ａと回転ドラム２との間、及び、負荷軸１ｂと回転ドラム３との間にバネ部材（図示せず）を介在させて、回転ドラム２、３の駆動軸１ａ、負荷軸１ｂへの組立性を容易にする構成が採られていたが、バネ部材による駆動軸１ａ、負荷軸１ｂからの回転ドラム２、３への回転伝達が悪く、駆動軸１ａ、負荷軸１ｂからの回転が回転ドラム２、３に正確に伝達されないと言う問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段として、中心部に回転軸を挿入した回転体が前記回転軸と共に回転させるために、前記回転軸と前記回転体とを摩擦結合させる金属板からなる結合具において、リング状の基部と、該基部から延出され、屈曲部を有する複数個のバネ部と、前記屈曲部の頂部に設けられた孔とを有し、前記基部が前記回転体に取り付けられ、前記バネ部のバネ性により前記孔の周縁を前記回転軸に摩擦係合させるようにした結合具の構成とした。
また、第２の解決手段として、前記屈曲部の頂部に設けられた孔を矩形状にした結合具の構成とした。
また、第３の解決手段として、前記バネ部は、前記基部から略直角に折り曲げられて形成され、前記バネ部の折り曲げ根本の幅よりも、前記孔を有する屈曲部の幅を大きくした結合具の構成とした。
また、第４の解決手段として、前記孔が前記屈曲部の幅の中央部に形成された結合具の構成とした。
【０００７】
また、第５の解決手段として、磁石等を駆動する回転体と、該回転体の中央部に挿入される回転軸と、前記回転体に取り付けられ、前記回転体と前記回転軸とを摩擦係合させて、前記回転軸の回転と共に前記回転体を回転させる金属板からなる結合部とを備え、該結合部は、リング状の基部と、該基部から延出され、屈曲部を有する複数個のバネ部と、前記屈曲部の頂部に設けられた孔とを有し、前記基部が前記回転体に取り付けられ、前記バネ部のバネ性により前記孔の周縁を前記回転軸に摩擦係合させるようにした回転角度センサの構成とした。
また、第６の解決手段として、前記屈曲部の頂部に設けられた孔を矩形状に形成し、該矩形状の孔の周縁を前記回転軸に摩擦係合させた回転角度センサの構成とした。
また、第７の解決手段として、前記バネ部は、前記基部から略直角に折り曲げられて形成され、前記バネ部の折り曲げ根本の幅よりも、前記孔を有する屈曲部の幅を大きくした回転角度センサの構成とした。
また、第８の解決手段として、前記孔が前記屈曲部の幅の中央部に形成された回転角度センサの構成とした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の結合具、及びこの結合具を用いた回転角度センサを図１〜図１１に基づいて説明する。
先ず、本発明の回転角度センサは図３Ａ、Ｂの外形図に示すように、成形加工等により、内部が空洞で外形が略Ｄ字状の筺体１０が配設されている。
この筺体１０の上部から、板状で外形が筺体１０と同じ形状に形成されたカバー１１がかぶせられ、複数のネジ１２で筺体１０に固定されて、筺体１０の上部が蓋閉されている。
また、図２に示すように、筺体１０の底部の底壁１０ａの略中央部に、円形の開口部１０ｂが形成されている。この開口部１０ｂの周囲には、円形のガイド壁１０ｃが図示上方に所定の高さで突出形成されている。
また、カバー１１の略中央部にも前記筺体１０と同様に、円形の開口部１１ａが形成され、図２に示すように、開口部１１ａの周囲にガイド壁１１ｂが図示下方に所定の高さで突出形成されている。
【０００９】
また、前記カバー１１の開口部１１ａに挿入されている第１回転体１３は、成形材料等で形成され、図５の要部断面側面図に示すように、図示下方に鍔部１３ａを有し、この鍔部１３ａの外周に、図４の上面図に示すような所定の歯数とモジュールの歯車部１３ｂが形成されている。
そして、第１回転体１３は前記鍔部１３ａの上部に、所定の高さの軸受け部１３ｃが設けられて、外形が略鍔状に形成されている。
この第１回転体１３には、図４に示すように回転中心に円形の軸孔１３ｄが貫通形成され、この軸孔１３ｄの内周面１３ｈには、所定の深さと幅の複数の溝部１３ｅが軸線方向に形成されている。また、軸受け部１３ｃの上面には複数の矩形の突起１３ｆが所定の高さで突出形成されている。
また、図５に示す前記鍔部１３ａの下面側の軸孔１３ｄの周囲には、リング状の凸部１３ｇが微小の高さで突出形成されている。
そして、第１回転体１３の軸受け部１３ｃが、前記カバー１１の開口部１１ａに挿入され、周囲のガイド壁１１ｂにガイドされて回転自在になっている。
【００１０】
前記第１回転体１３の軸受け部１３ｃ上面には、図６、７、８に示すように、金属板からなり、外形がリング状のバネ部材である第１結合具１４が取り付けられている。この第１結合具１４はバネ性のあるステンレス板等から成り、プレス等で打ち抜き形成されて、図６に示すように、外周部にリング状の基部１４ａと、この基部１４ａから内部の開口部１４ｅに向けて延びる複数のバネ部１４ｂとが設けられている。
そして、前記基部１４ａには複数の角孔１４ｃが打ち抜き形成され、前記バネ部１４ｂの先端寄りにも、それぞれ矩形の孔１４ｄが打ち抜き形成されている。また、前記バネ部１４ｂは矩形の孔１４ｄ部分を頂上とする略山型状に形成された屈曲部１４ｆを有している。
この第１結合具１４は、バネ部１４ｂの根本部分が図８の断面側面図に示すように、リング状の基部１４ａの内側において、図示下方に略直角に折り曲げられて、図７の上面図に示すように開口部１４ｅが略円形になっている。
そして、バネ部１４ｂの折り曲げ根本の幅よりも、矩形の孔１４ｄを有する屈曲部１４ｆの幅を大きくし、バネ部材１４ｂの断面積がほぼ均一になるように形成し、且つ、孔１４ｄは、屈曲部１４ｆの幅の中央部に位置して形成されている。
【００１１】
前述したような第１結合具１４は、図２に示すように、前記第１回転体１３の軸受け部１３ｃの上面に形成された複数の突起１３ｆに、基部１４ａの複数の角孔１４ｃが挿入され、この角孔１４ｃから上方に出っ張った突起１３ｆの先端部を熱カシメ等によりカシメ付けて、第１回転体１３と第１結合具１４とが一体化されている。
そして、下方に折り曲げられたバネ部１４ｂは、第１回転体１３の溝部１３ｅに位置し、バネ部１４ｂの矩形の孔１４ｄ部分の山型状の頂上部分は、第１回転体１３の軸孔１３ｄの内周面１３ｈから軸孔１３ｄ内部に突出している。
【００１２】
また、前記第１回転体１３が対向する図２に示す図示下方には、第１回転体１３と略同形状の第２回転体１５が、歯車部１５ｂ、軸受け部１５ｃ、内周面１５ｈが形成された軸孔１５ｄ等を有して配設されている。
そして、この第２回転体１５には前記第１結合具１４と略同形状で、バネ部１６ｂ等を有する第２結合具１６が、前記第１結合具１４と同じ方法で取り付けられている。
即ち、第１回転体１３と第２回転体１５の、それぞれの軸孔１３ｄ、１５ｄの内周面１３ｈ、１５ｈに板バネ部材からなる第１と第２の結合具１４、１６が配設されている。
そして、第２回転体１５の軸受け部１５ｃが、前記筺体１０の開口部１０ｂに挿入され、周囲のガイド壁１０ｃにガイドされて回転自在になっている。
前記筺体１０とカバー１１とに取り付けられた、第１回転体１３と第２回転体１５とは、それぞれが同一回転中心を有し、それぞれが個別に回転できるようになっている。
【００１３】
また、図１に示す筺体１０の図示左側下方には、第１回転体１３の歯車部１３ｂに噛み合う第１コード板１７と、第２回転体１５の歯車部１５ｂに噛み合う第２コード板１８とが配設されている。
前記第１コード板１７は図９に示すように、第１回転体１３の歯車部１３ｂに噛み合う樹脂材料等から成る歯車部１７ａと、この歯車部１７ａの他方の側面に取り付けられた、複数の磁極（Ｎ−Ｓ）を有する磁性体から成る情報記録部１７ｂとから構成されている。
この情報記録部１７ｂは歯車部１７ａより外径が大きな円盤状に形成され、歯車部１７ａの他方側にはボス部１７ｃが突出して形成されている。
そして、歯車部１７ａのボス部１７ｃを情報記録部１７ｂのボス孔１７ｄに圧入、あるいは接着止めされて、歯車部１７ａと情報記録部１７ｂとが一体化されている。
また第１コード板１７の回転中心には軸孔１７ｅが貫通形成され、歯車部１７ａの一方側の側面１７ｆには、所定の深さのバネ溝１７ｇと、このバネ溝１７ｇに挿入される、ねじりコイルバネ（図示せず）を回り止めするためのバネ止め溝１７ｈが形成されている。
また、前記一方側の側面１７ｆ、バネ溝１７ｇの内周側は、前記側面１７ｆより若干突出する凸部１７ｊが形成されている。
【００１４】
また、図２に示すように第１コード板１７の歯車部１７ａが対向する図示下方側に、前記第１コード板１７と同形状の第２コード板１８が配設されている。
この第２コード板１８には、前記第２回転体１５の歯車部１５ｂに噛み合う歯車部１８ａと、情報記録部１８ｂと、軸孔（図示せず）、凸部（図示せず）等が形成され、第１コード板１７の軸孔１７ｅと第２コード板１８の軸孔（図示せず）とに、金属製の支軸１９が挿入され、それぞれの歯車部１７ａ、１８ａの一方側の側面を当接して、それぞれのコード板１７、１８が個別に回転可能になっている。
また、前記支軸１９は上端部がカバー１１側に、下端部が筺体１０側に固定されて、第１コード板１７と第２コード板１８とが筺体１０内部に収納されている。
また、前記バネ溝１７ｇには、ねじりコイルバネ（図示せず）が挿入され、このねじりコイルバネにより、２個のコード板１７、１８にバックラッシュが発生しないようになっている。
【００１５】
また、図１に示す前記筺体１０の図示左下方の隅部に、前記コード板１７、１８の情報記録部１７ｂ、１８ｂに書き込まれた情報、即ち磁気情報を検出するホール素子等から成る第１検出素子２０と第２検出素子２１とを取り付けた、ホルダ２２が配設されている。
このホルダ２２は前記検出素子２０、２１を取り付ける取り付け面が略ハ字状に形成され、この略ハ字状の取り付け面の２面に、それぞれ２個の第１検出素子２０、と第２検出素子２１とが上下に分離されて取り付けられている。そして、第１コード板１７の情報記録部１７ｂが対向する位置に第１検出素子２０、２０を取り付け、第２コード板１８の情報記録部１８ｂが対向する位置に第２検出素子２１、２１が取り付けられている。
また、前記第１と第２の検出素子２０、２１を取り付けたホルダ２２は、裏面が平面になって、この裏面が後方の基板２３に接着剤等で取り付けられている。
また、この絶縁基板２３には、前記検出素子２０、２１から送られてくる情報を演算処理するＩＣ２４が取り付けられ、このＩＣ２４で処理された情報を外部に伝達するためのリード線２５が半田付け等により取り付けられている。
【００１６】
前記本発明の回転角度センサＳをトルクセンサとして自動車のステアリングシャフトに用いた例を説明する。
まず図１０に示すように、自動車のステアリングシャフト２６は、例えば第１回転軸２７と第２回転軸２８とのそれぞれの端部２７ａ、２８ａにＴ字状の溝２７ｂ、２８ｂが形成され、前記それぞれの端部２７ａ、２８ａを突き合わせて、前記溝２７ｂ、２８ｂに、黒塗りで図示したトーションバー等から成る弾性部材２９が挿入されて、第１回転軸２７と第２回転軸２８とが接続されている。
そして、第１回転軸２７の端部２７ａに本発明の回転角度センサＳの第１回転体１３を挿入し、また、第２回転軸２８の端部２８ａに回転角度センサＳの第２回転体１５を挿入する。
すると、第１回転体１３と第２回転体１５のそれぞれの軸孔１３ｄ、１５ｄの内周面１３ｈ、１５ｈに配設されている、バネ部材である第１と第２の結合具１４、１６のバネ部１４ｂ、１６ｂが第１回転軸２７と第２回転軸２８を弾圧して、前記第１回転体１３と第２回転体１５とが第１回転軸２７と第２回転軸２８とにに、第１と第２の結合具１４、１６を介して摩擦係合して、ステアリングシャフト２６に回転角度センサＳが取り付けられている。
即ち、第１の結合具１４の屈曲部１４ｆの頂部に設けられた矩形の孔１４ｄの周縁が、バネ部１４ｂによって第１回転軸２７に対して摩擦係合し、また、第２の結合具１６の同様に、第２回転軸２８に対して摩擦係合した状態となっている。
【００１７】
また、図１１に示すようにステアリングシャフト２６は、第１回転軸２７側にハンドル３０を取付、第２回転軸２８側を車輪（図示せず）側に接続し、ハンドル３０を回転させて第２回転軸２８を回転させたとき、この第２回転軸２８の回転トルクが、車輪と接している路面（図示せず）の状況等によって、第２回転軸２８の回転トルクが重くなる。このとき、ハンドル３０を操作して第１回転軸２７を回転させると、第２回転軸２８が弾性部材２９により、第１回転軸２７より遅れて回転して、第１回転軸２７と第２回転軸２８とに回転角度のズレが発生する。
この回転角度のズレにより第１コード板１７と第２コード板１８の回転数が異なり、この第１コード板１７と第２コード板１８の回転数を、前記第１検出素子２０と第２検出素子２１とで検出する。この検出されたコード板１７、１８の回転数の差を前記ＩＣ２４で演算して第１回転軸２７側の回転トルクを検出することができるので、本発明の回転角度センサＳをトルクセンサとして使用することができる。
【００１８】
また、本発明における電動パワーステアリング装置は、前記ハンドル３０の操作を補助するモータ等の電動機（図示せず）を備え、ハンドル３０を回転させたとき、前記トルクセンサが第１回転軸２７の回転トルクを検出し、この第１回転軸２７の回転トルクが所定値以上の場合には、前記ＩＣ２４からドライバーを介して電動機側に作動指令が出て、電動機が作動する。
この電動機の作動力により、ハンドル３０を回転させる操作者の操作力を補助して、ハンドル３０の回転トルクを軽くするようになっている。
また、本発明の回転角度センサＳは、コード板１７、１８の情報記録部１７ｂ、１８ｂを磁気媒体で、検出素子２０、２１を磁気センサで説明したが、情報記録部１７ｂ、１８ｂを、光センサ等で識別可能な識別マークとし、検出素子を発光素子と受光素子とから成る光センサ等で構成した、光学式のコード板と検出素子でもよい。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の結合具は、リング状の基部１４ａと、基部１４ａから延出され、屈曲部１４ｆを有する複数個のバネ部１４ｂと、屈曲部１４ｆの頂部に設けられた孔１４ｄで構成されたものであるため、その構成は簡単で、生産性が良く、安価な結合具を提供できる。
また、屈曲部１４ｆの頂部に孔１４ｄを設けたため、孔１４ｄの周縁を回転軸２７に摩擦係合でき、回転体１３への回転伝達の確実な結合具を提供できる。
また、孔１４ｄを矩形状にすることにより、回転軸２７への孔１４ｄの周縁の係合が長くなり、より摩擦係合の大きな結合具を提供できる。
また、バネ部１４ｂの根本の幅よりも、屈曲部１４ｆの幅を大きくしたため、屈曲部１４ｆの曲げによる強度が増大し、屈曲部１４ｆの回転軸２７への摩擦係合が一層確実になる結合具を提供でき、バネ部材１４ｂの断面積を均一にすれば、応力が集中する部位が無く、均等に応力が加わるので、バネ特性に優れた結合具を提供できる。
また、孔１４ｄを、屈曲部１４ｆの幅の中央部に設けることにより、孔１４ｄの周縁が回転軸２７に安定し、且つ、確実な係合状態の結合具を提供できる。
【００２０】
また、本発明の回転角度センサは、リング状の基部１４ａと、基部１４ａから延出され、屈曲部１４ｆを有する複数個のバネ部１４ｂと、屈曲部１４ｆの頂部に設けられた孔１４ｄとで結合具１４を構成したものであるため、その構成は簡単で、生産性が良く、安価な結合具を提供できる。
また、結合具１４のリング状の基部１４ａを回転体１３に取り付け、屈曲部１４ｆの頂部に孔１４ｄを回転軸２７に弾接させ、孔１４ｄの周縁を回転軸２７に摩擦係合させたため、回転軸２７からの回転を、結合具１４を介して回転体１３へ確実に回転伝達でき、回転体１３への回転伝達の確実な回転角度センサを提供できる。
また、結合具１４の孔１４ｄを矩形状にすることにより、回転軸２７への孔１４ｄの周縁の係合が長くなり、結合具１４の回転軸２７へのより摩擦係合の大きなものが得られ、回転体１３への回転伝達のより確実な回転角度センサを提供できる。
また、結合具１４のバネ部１４ｂの根本の幅よりも、屈曲部１４ｆの幅を大きくしたため、屈曲部１４ｆの曲げによる強度が増大し、屈曲部１４ｆの回転軸２７への摩擦係合が一層確実となり、回転体１３への回転伝達が一層確実な回転角度センサを提供でき、バネ部材１４ｂの断面積を均一にすれば、応力が集中する部位が無く、均等に応力が加わるので、バネ特性に優れた結合具を提供できる。
また、結合具１４の孔１４ｄを、屈曲部１４ｆの幅の中央部に設けることにより、孔１４ｄの周縁による回転軸２７への係合が安定し、且つ、確実な係合状態となる回転角度センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結合具を使用した回転角度センサのカバーを取った状態の平面図である。
【図２】本発明の回転角度センサの要部断面側面図である。
【図３】本発明の回転角度センサの外観図である。
【図４】本発明の回転角度センサに係る第１回転体の平面図である。
【図５】本発明の回転角度センサに係る第１回転体の要部断面側面図である。
【図６】本発明の結合具の展開平面図である。
【図７】本発明の結合具に係り、バネ部を折り曲げた後の平面図である。
【図８】本発明の結合具に係り、バネ部を折り曲げた後の側面図である。
【図９】本発明の角度センサに係るコード板の説明図である。
【図１０】本発明の回転角度センサに係り、回転角度センサを取り付けるステアリングシャフトの要部側面図である。
【図１１】本発明の回転角度センサに係り、回転角度センサをステアリングシャフトに取り付けた概略図である。
【図１２】従来の回転角度センサの概略図である。
【図１３】従来の回転角度センサの説明図である。
【符号の説明】
Ｓ 回転角度センサ
１０ 筺体
１１ カバー
１３ 第１回転体
１３ｂ 歯車部
１３ｈ 内周面
１４ 第１結合具
１４ａ リング状の基部
１４ｂ バネ部
１４ｃ 角穴
１４ｄ 矩形の孔
１４ｅ 開口部
１４ｆ 屈曲部
１５ 第２回転体
１５ｂ 歯車部
１５ｈ 内周面
１６ 第２結合具
１６ｂ バネ部
１７ 第１コード板
１７ａ 歯車部
１７ｂ 情報記録部
１８ 第２コード板
１８ａ 歯車部
１８ｂ 情報記録部
１９ 支軸
２０ 第１検出素子
２１ 第２検出素子
２２ ホルダ
２３ 絶縁基板
２４ ＩＣ
２５ リード線
２６ ステアリングシャフト
２７ 第１回転軸
２７ａ 端部
２８ 第２回転軸
２８ａ 端部
２９ 弾性部材
３０ ハンドル
Claims (8)
- 中心部に回転軸を挿入した回転体が前記回転軸と共に回転させるために、前記回転軸と前記回転体とを摩擦結合させる金属板からなる結合具において、リング状の基部と、該基部から延出され、屈曲部を有する複数個のバネ部と、前記屈曲部の頂部に設けられた孔とを有し、前記基部が前記回転体に取り付けられ、前記バネ部のバネ性により前記孔の周縁を前記回転軸に摩擦係合させるようにしたことを特徴とする結合具。
- 前記屈曲部の頂部に設けられた孔を矩形状にしたことを特徴とする請求項１記載の結合具。
- 前記バネ部は、前記基部から略直角に折り曲げられて形成され、前記バネ部の折り曲げ根本の幅よりも、前記孔を有する屈曲部の幅を大きくしたことを特徴とする請求項１、又は２記載の結合具。
- 前記孔が前記屈曲部の幅の中央部に形成されたことを特徴とする請求項３記載の結合具。
- 磁石等を駆動する回転体と、該回転体の中央部に挿入される回転軸と、前記回転体に取り付けられ、前記回転体と前記回転軸とを摩擦係合させて、前記回転軸の回転と共に前記回転体を回転させる金属板からなる結合部とを備え、該結合部は、リング状の基部と、該基部から延出され、屈曲部を有する複数個のバネ部と、前記屈曲部の頂部に設けられた孔とを有し、前記基部が前記回転体に取り付けられ、前記バネ部のバネ性により前記孔の周縁を前記回転軸に摩擦係合させるようにしたことを特徴とする回転角度センサ。
- 前記屈曲部の頂部に設けられた孔を矩形状に形成し、該矩形状の孔の周縁を前記回転軸に摩擦係合させたことを特徴とする請求項５記載の回転角度センサ。
- 前記バネ部は、前記基部から略直角に折り曲げられて形成され、前記バネ部の折り曲げ根本の幅よりも、前記孔を有する屈曲部の幅を大きくしたことを特徴とする請求項５、又は６記載の回転角度センサ。
- 前記孔が前記屈曲部の幅の中央部に形成されたことを特徴とする請求項７記載の回転角度センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04490398A JP3612205B2 (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 結合具、及びこの結合具を使用した回転角度センサ |
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