JP3955538B2 - センサユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクセルペダルの踏み込み量を検出するセンサユニットに関し、特に、アクセルペダルに連動されたシャフトを原位置へ付勢する２つのトーションスプリングを有するセンサユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時の自動車では、アクセルペダルの踏み込み量をセンサユニットで検出してＥＣＵ（Electric Control Unit）に供給しているものがある。ＥＣＵでは、アクセルペダルの踏み込み量に基づいてエンジンのスロットルバルブを開閉駆動する制御を行う。このように、アクセルペダルの踏み込み量を一度ＥＣＵを介し、その検出信号を信号処理してスロットルバルブを開閉するようにすると、例えば、ＥＣＵに供給される他の情報（車輪スリップ量等）を反映することが可能となり、より高度なエンジン制御を行うことができる。
【０００３】
アクセルペダルとセンサユニットはケーブルで連結されており、アクセルペダルの踏み込み動作に連動してセンサユニットのシャフトが回動し、このシャフトの回動角度を角度センサで検出する。
【０００４】
このシャフトを弾性体によって原位置に復帰させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では弾性体として２本のトーションスプリングを採用しており、仮に１本が破損した場合でも残りの１本でシャフトを原位置に復帰させるようにしている。
【０００５】
また、図１１に示すように、シャフト１００のうち、角度センサ１０２から遠い一端を支持する第１支持部１０４と、角度センサ１０２と接続される側を支持する第２支持部１０６とを有する２点支持のセンサユニットでは、第２支持部１０６にすべり軸受（平軸受またはプレーン軸受とも呼ばれる）１０８を採用することがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１８２２６９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に示すように、２本のトーションスプリング１１０、１１２は、ドラム１１４と本体１１６との間に回転力が加えられた際に、軸方向に開く性質がある。２本のトーションスプリング１１０、１１２は、ドラム１１４を本体１１６に対して右方向に押圧するスラスト力Ｆをそれぞれ発生することになり、回転角が大きいほどこのスラスト力Ｆも大となる。２つのトーションスプリング１１０、１１２は同性能であることから、それぞれスラスト力Ｆを発生して、合成された押圧力の大きさは２×Ｆとなる。
【０００８】
ドラム１１４はシャフト１００に固定されているので、トーションスプリング１１０、１１２によるスラスト力Ｆは、軸方向に大きなフリクションを発生させる。これにより、シャフト１００は回転し難く、しかも動作のヒステリシスが大きくなり、結果としてセンサユニットの検出精度が低下する。
【０００９】
また、センサユニットにすべり軸受１０８を採用する場合、この種のすべり軸受１０８は十分な強度を有する反面、回転方向のフリクションが比較的大きい。図１１に示すように、２つのトーションスプリング１１０、１１２がすべり軸受１０８からみて一方のみに設けられていると、トーションスプリング１１０、１１２が発生する力の一部がシャフト１００を曲げる方向の力として作用する。特に、シャフト１００が第１支持部１０４においてボールベアリング１２２によって軸支されている場合には、ボールベアリング１２２は回転方向のフリクションが極めて小さく、しかも剛性が比較的弱いことからすべり軸受１０８とバランスしない。結果として、トーションスプリング１１０、１１２がすべり軸受１０８に対して偏加重を加え、シャフト１００はすべり軸受１０８内の微小なクリアランスの範囲で倒れることとなる。このため、すべり軸受１０８内の回転フリクションが増加し円滑な回転が得られず、検出精度が低下する。
【００１０】
さらに、ケーブルはセンサユニットに対して容易に連結することができるように組立作業性が重要視されている。一方、センサユニットは、車両への搭載を考慮するとコンパクトである必要がある。ケーブルを接続する箇所の近傍に十分な作業空間を設ければ組立作業性は向上するが、この作業空間によってセンサユニットは大型化する。つまり、ケーブルを接続する組立作業性の向上とコンパクト化とを両立させることは困難である。
【００１１】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、シャフトを原位置へ付勢する２つの弾性体を有するセンサユニットにおいて、シャフトと本体との間に発生する軸方向のフリクションおよびすべり軸受内の回転フリクションを低減して、シャフトを円滑に回転させることのできるセンサユニットを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、ケーブルを接続する際の組立作業性がよく、しかもコンパクトなセンサユニットを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るセンサユニットは、アクセルの操作量を検出し、スロットルバルブを制御するＥＣＵに該操作量を供給するセンサユニットであって、
前記アクセルに連動し、本体に対して回動するシャフトと、
前記シャフトの回動角度を検出する角度センサと、
前記シャフトにそれぞれ係合し、前記シャフトを原位置へ付勢する第１トーションスプリングおよび第２トーションスプリングと、
を有し、
前記第１トーションスプリングと前記第２トーションスプリングは、前記シャフトに加える各スラスト力が互いに対向するように配置されることを特徴とする。
【００１４】
このように、第１トーションスプリングのスラスト力と第２トーションスプリングのスラスト力が互いに対向するように配置したので、シャフトと本体との軸方向フリクションが低減し、円滑な回転が得られる。
【００１５】
この場合、前記シャフトと同軸の筒体を有し、前記第１トーションスプリングと前記第２トーションスプリングの一方が前記筒体の内側に設けられ、他方が前記筒体の外側に設けられ、前記第１トーションスプリングと前記第２トーションスプリングは、軸方向において少なくとも一部が重複して配置されていてもよい。また、前記筒体の内側に設けられ、該筒体に対して一部が接続され、前記シャフトを支持するすべり軸受を有し、前記第１トーションスプリングと前記第２トーションスプリングの一方が前記すべり軸受の外側に設けられていてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るセンサユニットについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１０を参照しながら説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態に係るセンサユニット１０は、プルケーブル１２を介してアクセルペダル１４と接続されており、アクセルペダル１４の踏み込み量を検出することができる。プルケーブル１２は、アウターケーブル１２ａとインナーケーブル１２ｂとからなり、アクセルペダル１４の踏み込みによりインナーケーブル１２ｂがセンサユニット１０のドラム４６（図３参照）を回動させる。ドラム４６およびシャフト３８はセンサユニット１０に設けられた第１トーションスプリング６０および第２トーションスプリング６８（図３参照）の弾性付勢を受けており、アクセルペダル１４は、足を離した、所謂、解放状態にすることにより、アクセルペダル１４に接続されたリターンスプリング１５によって運転者の方向へ復帰することができる。
【００２３】
センサユニット１０で検出されたアクセルペダル１４の踏み込み量に係る信号はＥＣＵ１６へ供給される。ＥＣＵ１６は、図示しない車輪スリップ量検出センサ等に接続されており、アクセルペダル１４の踏み込み量、車輪のスリップ量等に基づきスロットルバルブ１８の駆動モータ１７へ信号を送給し、開閉制御を行う。
【００２４】
図２に示すように、センサユニット１０は、ベース部材としての本体２０を有する。本体２０は、底部２０ａと、前記底部２０ａから一体的に且つ斜め上方に延在する第１支持部２０ｂと前記底部２０ａの側方から略上方に延在する第２支持部２０ｃとを有する。底部２０ａの底面には取り付け用のねじ穴（図示せず）が設けられている。なお、図２〜図５に示すセンサユニット１０は、アクセルペダル１４を解放状態としているとき、つまり、インナーケーブル１２ｂによる引き込みがない状態であり、シャフト３８が原位置に復帰している状態を示している。
【００２５】
底部２０ａには、斜め上方に延在するステー２２がボルト２４（図４参照）により締結されている。ステー２２の先端部は、やや屈曲して上方に延在しており、この先端部の切欠き２２ａには、プルケーブル１２の外被であるアウターケーブル１２ａが固定される。なお、ステー２２はセンサユニット１０と別体に構成してもよい。
【００２６】
第１支持部２０ｂとステー２２は互いに斜め上方へ向かって離間するように延在し、第１支持部２０ｂにおける下方後方（矢印Ｂ方向）には空間２５が形成される。
【００２７】
図３に示すように、第２支持部２０ｃには、階段状に径の小さくなる膨出部２６が第１支持部２０ｂの方向に突出している。膨出部２６の内側には、凹部２８が設けられている。膨出部２６には、すべり軸受３０と、凹部２８の部分に開口し、すべり軸受３０と同軸の環状溝３２とが設けられている。該すべり軸受３０は、実質的に膨出部２６に削孔された表面粗さ精度の高い孔からなり、内面に潤滑剤が塗布されている。環状溝３２は外周の一部に軸方向に延在する縦溝３２ａ（図５参照）が設けられている。
【００２８】
第２支持部２０ｃの上方部には第１支持部２０ｂの方向に突出する突出部３４が設けられている。
【００２９】
第１支持部２０ｂには、ボールベアリング３６が設けられており、該ボールベアリング３６によりシャフト３８の一端（図３における右方）を軸支している。前記シャフト３８はアクセルペダル１４の踏み込み量を検出するための回転軸であり、他端（図３における左方）に向かって階段状に大径となっている。シャフト３８の他端には、所謂、Ｄカット面が形成されており、このＤカット面が凹部２８内においてレバー４０に係止している。前記レバー４０のアーム係止部４１は角度センサ４２の角度検出アーム４２ａに接続されている。従って、シャフト３８の回動角度はアーム係止部４１、角度検出アーム４２ａを介して角度センサ４２により検出することができる。
【００３０】
レバー４０は、シャフト３８に加わる衝撃力やスラスト力を吸収し、角度センサ４２を保護し、角度センサ４２とシャフト３８との取り付け誤差によるねじれ応力を吸収し、所謂、カップリングの作用を営む。
【００３１】
シャフト３８の他端側の約半分は、すべり軸受３０に挿入されている。すべり軸受３０の図３における右端部には摺動シール４４が設けられており、シャフト３８と膨出部２６との間をシールしている。
【００３２】
角度センサ４２は、第２支持部２０ｃの図３における左方でガスケット４５を介してビスによって固定され、その出力側はコネクタ４２ｂ（図４参照）を介してＥＣＵ１６と接続される。前記角度センサ４２として、例えば、接触摺動式のポテンショメータ等を採用することができる。また、角度センサ４２としてポテンショメータを採用する場合、摺動点を二重化しそれぞれの摺動点から個別に角度情報を出力できるようにするとよい。このように、摺動点を二重化することにより仮に一方の摺動点の性能が劣化した場合でも、他方の摺動点の出力を利用することができる。また、角度センサ４２の検出側の端面は、摺動シール４４およびガスケット４５によって外部と遮断されることにより防水、防塵の保護がなされる。
【００３３】
シャフト３８の第１支持部２０ｂと第２支持部２０ｃとの間には、シャフト３８と一体的に回動可能なドラム４６が設けられている。シャフト３８とドラム４６は、Ｄカット面とＤカット軸との嵌合により一体となっている。ドラム４６とボールベアリング３６との間にはスペーサ４８が挿入されており、該スペーサ４８とナット５０とにより、シャフト３８がボールベアリング３６の内輪に固定されている。
【００３４】
シャフト３８およびドラム４６は、第１トーションスプリング６０および第２トーションスプリング６８の弾性付勢を受けて図２における矢印Ａ１方向に付勢されている。第１トーションスプリング６０および第２トーションスプリング６８については後述する。
【００３５】
ドラム４６は、略円盤形状であり、メインドラム４６ａと、該メインドラム４６ａに取り付けられたケーブルガイド部４６ｂとを有する。メインドラム４６ａとケーブルガイド部４６ｂとの間には、インナーケーブル１２ｂが沿うガイド溝５２が形成されている。ガイド溝５２は、シャフト３８を中心とした略一定半径で、シャフト３８の上部から下部に渡って約半周設けられている。メインドラム４６ａにおけるガイド溝５２の下端部の近傍にはインナーケーブル１２ｂの先端部（ケーブルの他端）１２ｃを係止する係止部５４（図２参照）が設けられている。
【００３６】
シャフト３８が原位置に復帰している状態において、係止部５４はシャフト３８の下方に位置するように設定されている。また、この状態において、先端部１２ｃは第１支持部２０ｂ下部の後方（矢印Ｂ方向）における空間２５（図２参照）に位置することになる。ところで、仮に空間２５がない場合には、先端部１２ｃと第１支持部２０ｂとの干渉を防止するという理由、および、組み立て時の作業性を容易にするという理由から、ドラム４６と第１支持部２０ｂとを十分に離間させる必要がある。従って、センサユニット１０の全幅が厚くなり、車両への搭載上不都合である。
【００３７】
本実施の形態におけるセンサユニット１０の第１支持部２０ｂは、係止部５４の上方に向かって斜めに延在する形状である。この形状により、空間２５が形成され、第１支持部２０ｂと先端部１２ｃが干渉することがない。また、係止部５４は第１支持部２０ｂに覆われることがなく、シャフト３８の軸方向の一方である側方に露出され、先端部１２ｃを係止する組み立て作業を容易に行うことができる。さらに、第１支持部２０ｂとケーブルガイド部４６ｂとの隙間Ｗ（図３参照）を狭く設定することができる。結果としてセンサユニット１０の軸方向の寸法である全幅を薄くし、コンパクトにすることができる。
【００３８】
さらにまた、第１支持部２０ｂは、斜めに上方に延在する形状であることから、無駄のないシンプルな形状になり、しかも強度、剛性が確保できる。
【００３９】
なお、先端部１２ｃおよび係止部５４は、プルケーブル１２によってシャフト３８が回転する回転方向（矢印Ａ２方向）にも露出しているので、シャフト３８の回転時に先端部１２ｃが第１支持部２０ｂに干渉しないことはもちろんである。
【００４０】
メインドラム４６ａの外周部には、第２支持部２０ｃの方向に突出する第１ストッパ５６および第２ストッパ５８（図２参照）が設けられている。インナーケーブル１２ｂによる引張力がない場合、つまり、アクセルペダル１４が踏み込まれていない解放状態時には、第１トーションスプリング６０および第２トーションスプリング６８の弾性付勢によって第１ストッパ５６が突出部３４に当接した状態となっている。また、シャフト３８は原位置に復帰している。一方、インナーケーブル１２ｂによってドラム４６が引かれる場合、つまりアクセルペダル１４が踏み込まれる場合には、ドラム４６は第２ストッパ５８が突出部３４に当接するまで矢印Ａ２方向（図２参照）に回動することができる。また、アクセルペダル１４を解放状態にすると、第１トーションスプリング６０および第２トーションスプリング６８の弾性付勢によってドラム４６は矢印Ａ１方向に回動し、第１ストッパ５６が突出部３４に当接する位置まで復帰することができる。
【００４１】
第１トーションスプリング６０は、やや大径のコイル部を有するねじりコイルばねであり、コイルの両端にフック６２（図２参照）および６４が設けられている。第１トーションスプリング６０はシャフト３８と同軸状に、かつ膨出部２６の周囲を取り囲むように配置されている。一端のフック６２は突出部３４に係合しており、他端のフック６４はメインドラム４６ａに設けられたフック孔（第１係合部）６６に係合している。フック孔６６は、アクセルペダル１４の解放状態では、シャフト３８の下方に位置している。
【００４２】
また、第１トーションスプリング６０は、ねじられる際に軸方向に開く性質があり、ドラム４６およびシャフト３８を図３における右方向へスラスト力Ｆ１（図７参照）で押圧する。
【００４３】
図３および図５に示すように、第２トーションスプリング６８は、やや小径のコイル部を有するねじりコイルばねであり、コイルの両端に径方向に突出するフック７０およびＵ字状のフック７２が設けられている。なお、図５は、センサユニット１０から角度センサ４２を取り外した状態の側面図である。
【００４４】
第２トーションスプリング６８のコイル外径は第１トーションスプリング６０のコイル内径より十分小さく、第２トーションスプリング６８は環状溝３２に挿入されている。第２トーションスプリング６８の一端のフック７２はレバー４０に設けられた切欠き（第２係合部）７６に係合しており、他端のフック７０は縦溝３２ａに係合している。切欠き７６は、アクセルペダル１４の解放状態では、シャフト３８の下方に位置しており、切欠き７６とフック孔６６（図２参照）とは、シャフト３８の軸心を基準にして同じ角度に設けられている。
【００４５】
また、第２トーションスプリング６８は、ねじられる際に軸方向に開く性質があり、レバー４０およびシャフト３８を図３における左方向へスラスト力Ｆ２（図７参照）で押圧する。このスラスト力Ｆ２は、右方向への前記スラスト力Ｆ１と略等しいかまたはやや小さくなるように設定されている。
【００４６】
第１トーションスプリング６０と第２トーションスプリング６８は膨出部２６によって隔てられている。第２トーションスプリング６８が挿入されている環状溝３２は、膨出部２６の内部に設けられている。第１トーションスプリング６０は該膨出部２６の周囲を取り囲むように配置されているので第１トーションスプリング６０と第２トーションスプリング６８とは、軸方向において幅Ｄが重複して配置されている。
【００４７】
第１トーションスプリング６０および第２トーションスプリング６８は、ややねじられた状態で組み立てられており、このねじりの弾性付勢によってドラム４６の第１ストッパ５６を突出部３４に当接させている。
【００４８】
次に、このように構成されるセンサユニット１０を用いて、アクセルペダル１４の踏み込み操作や、スロットルバルブ１８の制御を行う方法について説明する。
【００４９】
運転者がアクセルペダル１４を踏み込むと、踏み込み量に応じてインナーケーブル１２ｂが引かれてドラム４６が回動する。このとき、シャフト３８はドラム４６と一体的に回動する。シャフト３８の回動角度はレバー４０を介して角度センサ４２に伝えられる。角度センサ４２では、シャフト３８の回動角度を電気信号に変換し、コネクタ４２ｂに接続された信号線を介してＥＣＵ１６（図１参照）に供給する。ＥＣＵ１６では、供給された信号に基づいて所定の演算処理を行った後にスロットルバルブ１８の駆動モータ１７に信号を送給し、開閉制御を行う。
【００５０】
ドラム４６が回動するとき、第１および第２トーションスプリング６０、６８は回動角度に応じた弾性力を発生する。このとき、第１トーションスプリング６０の発生する弾性力は、突出部３４により本体２０に伝えられるとともに、フック孔６６によりドラム４６を介してシャフト３８に伝えられる。一方、第２トーションスプリング６８の発生する弾性力は、縦溝３２ａにより本体２０に伝えられるとともに、切欠き７６によりレバー４０を介してシャフト３８に伝えられる。このように、本体２０が受ける弾性力は突出部３４と縦溝３２ａの２箇所に分散される。また、シャフト３８が受ける弾性力は、ドラム４６を介して受ける力と、レバー４０を介して受ける力に分散される。
【００５１】
また、前記のとおり、ドラム４６が回動して第１および第２トーションスプリング６０、６８にねじり力が加えられるとき、第１および第２トーションスプリング６０、６８はそれぞれ軸方向に開く性質がある。これにより、第１トーションスプリング６０は右方向のスラスト力Ｆ１を発生し、第２トーションスプリング６８は左方向のスラスト力Ｆ２を発生する。これらのスラスト力Ｆ１とスラスト力Ｆ２は、向きが逆であり、しかも略等しい大きさとなるように設定されているので相殺される。従って、ドラム４６およびシャフト３８には、軸方向の外力がほとんど作用しないため、軸方向のフリクションが小さく、ヒステリシスの少ない円滑な回動が可能である。シャフト３８が円滑に回動することにより、アクセルペダル１４の踏み込み量を精度よく検出することができる。
【００５２】
なお、本体２０とシャフト３８との間には、軸方向に多少の遊びが設けられるので、このような場合、第１トーションスプリング６０が発生するスラスト力Ｆ１と第２トーションスプリング６８が発生するスラスト力Ｆ２を多少異なる値に設定してもよい。
【００５３】
例えば、第１トーションスプリング６０が発生するスラスト力Ｆ１を第２トーションスプリング６８が発生するスラスト力Ｆ２より多少大きく設定することにより、スラスト力Ｆ１とスラスト力Ｆ２との差分の僅かな力が軸方向に発生し、この僅かな力によりシャフト３８は右方向へ軽く押圧される。このように、シャフト３８が本体２０に対して軽く押圧されることにより、シャフト３８と本体２０との遊びがなくなる。従って、シャフト３８が不必要に左右に変位することがなく、安定した状態でアクセルペダル１４の踏み込み量を検出することができ、検出精度が向上する。またこの場合、シャフト３８と本体２０との軸方向のフリクションは非常に小さいのでシャフト３８は円滑に回動することができる。スラスト力Ｆ１をスラスト力Ｆ２より多少小さく設定し、シャフト３８を左方向へ軽く押圧するようにしても同様の効果が得られる。
【００５４】
図６に示すように、ドラム４６が回動している最中、若しくは、回動して適当な位置で停止しているとき、インナーケーブル１２ｂによる張力Ｔおよび第１トーションスプリング６０による反力Ｒ１がドラム４６を介してシャフト３８に作用する。また、第２トーションスプリング６８による反力Ｒ２がレバー４０を介してシャフト３８に作用する。さらに、すべり軸受３０とシャフト３８との間には比較的大きいフリクションが回転方向に発生する。張力Ｔはドラム４６の上方においてインナーケーブル１２ｂにより直接的に作用するが、実際上は、インナーケーブル１２ｂとガイド溝５２（図３参照）との摩擦力としても作用する。
【００５５】
角度センサ４２の角度検出アーム４２ａ（図３参照）がレバー４０に作用する力は微小で無視可能である。第１支持部２０ｂのボールベアリング３６（図３参照）は回転方向のフリクションが極めて小さくしかも剛性が比較的小さい。従って、ボールベアリング３６がシャフト３８に作用する力は比較的小さく無視可能である。
【００５６】
反力Ｒ１および反力Ｒ２は、シャフト３８を矢印Ａ１方向へ回動させる回転モーメントとして作用し、張力Ｔはシャフト３８を矢印Ａ２方向へ回動させる回転モーメントとして作用する。これらの回転モーメントの大小関係によりシャフト３８は回動し、回転モーメントがつり合うときにシャフト３８は停止する。
【００５７】
ところで、すべり軸受３０の内面では回転方向のフリクションが存在するために、反力Ｒ１および反力Ｒ２は全てが回転モーメントとして作用する訳ではなく、反力Ｒ１の一部は曲げ力Ｓ１となり、反力Ｒ２の一部は曲げ力Ｓ２となる。曲げ力Ｓ１は反力Ｒ１と同方向に作用し、曲げ力Ｓ２は反力Ｒ２と同方向に作用する。反力Ｒ１およびＲ２の作用点であるフック孔６６および切欠き７６は、すべり軸受３０を挟んだ両側に設けられ、かつ、シャフト３８の軸心を基準にして同じ角度に設けられている。従って、曲げ力Ｓ１およびＳ２は、シャフト３８を同方向へ押圧することになり、シャフト３８はすべり軸受３０内において傾きおよび偏荷重が小さい状態に保持される。シャフト３８が回動してもフック孔６６と切欠き７６との相対位置は変わらないので、シャフト３８の傾きおよび偏荷重が小さい状態は保持される。
【００５８】
シャフト３８には、反力Ｒ１、Ｒ２以外に張力Ｔが作用するので、シャフト３８は、その回動角によっては傾きおよび偏荷重は必ずしも「０」にはならないことがある。しかしながら、少なくとも反力Ｒ１による曲げ力Ｓ１と反力Ｒ２による曲げ力Ｓ２とは互いにバランスするので、シャフト３８に対して大きな偏荷重がかかることがない。これにより、シャフト３８は、滑らかに回動することができる。
【００５９】
このように、本実施の形態に係るセンサユニット１０によれば、第１トーションスプリング６０のスラスト力Ｆ１と第２トーションスプリング６８のスラスト力Ｆ２が互いに対向するように配置したので、シャフト３８と本体２０との軸方向フリクションが低減し、円滑な回転が得られる。
【００６０】
また、第１トーションスプリング６０は本体２０における突出部３４に係合し、第２トーションスプリング６８は本体２０の縦溝３２ａに係合している。つまり、本体２０に加わる弾性力が分散される。また、第１トーションスプリング６０は、ドラム４６のフック孔６６を介してシャフト３８に係合し、第２トーションスプリング６８は、レバー４０の切欠き７６を介してシャフト３８に係合している。つまり、シャフト３８に加わる弾性力が分散される。従って、突出部３４および縦溝３２ａを薄くまたは小さく設定することができ、センサユニット１０を小型化することができる。
【００６１】
次に、本実施の形態に係るセンサユニットの第１〜第４の変形例について、図７〜図１０を参照しながら説明する。以下の説明では、前記センサユニット１０と同じ部品または略同じ部品については同符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６２】
図７に示すように、第１の変形例に係るセンサユニット１０ａは、第１トーションスプリング６０が第１支持部２０ｂの外側に設けられている。第１トーションスプリング６０は、フランジ８０を介してシャフト３８の一端に係合しており、シャフト３８を回転方向に弾性付勢する。第２トーションスプリング６８は、前記センサユニット１０と同様に環状溝３２内に設けられており、シャフト３８の他端を回転方向に弾性付勢する。
【００６３】
図８に示すように、第２の変形例に係るセンサユニット１０ｂは、第２トーションスプリング６８が第１支持部２０ｂとドラム４６の間に設けられている。第２トーションスプリング６８は、第１支持部２０ｂの左面とドラム４６の右面とにそれぞれ係合しており、シャフト３８を回転方向に弾性付勢する。第１トーションスプリング６０は、前記センサユニット１０と同様に膨出部２６の周囲を取り囲むように配置されており、シャフト３８の他端を回転方向に弾性付勢する。
【００６４】
図９に示すように、第３の変形例に係るセンサユニット１０ｃは、シャフト３８の一端が膨出部２６の部分により片持ち支持されており、シャフト３８の他端は支持されていない。つまり、前記センサユニット１０の第１支持部２０ｂに相当する部分が省略されている。第１トーションスプリング６０および第２トーションスプリング６８は、センサユニット１０と同様の位置に配置されており、それぞれシャフト３８を回転方向に弾性付勢する。
【００６５】
センサユニット１０ａ〜１０ｃにおいては、第１トーションスプリング６０が発生するスラスト力Ｆ１と第２トーションスプリング６８が発生するスラスト力Ｆ２とがそれぞれ相殺される向きに設定されているので、シャフト３８と本体２０との間に発生する軸方向のフリクションは小さい。特に、スラスト力Ｆ１とスラスト力Ｆ２とを略等しく設定することにより、シャフト３８と本体２０との間に発生する軸方向のフリクションを非常に小さくすることができ、シャフト３８を円滑に回動させることができる。
【００６６】
また、スラスト力Ｆ１とスラスト力Ｆ２を多少異なる値に設定することにより、シャフト３８を左右のどちらか一方へ軽く押圧することができ、シャフト３８と本体２０との遊びを除去することができる。
【００６７】
センサユニット１０ａにおいては、第１支持部２０ｂでシャフト３８を支持する部分をすべり軸受３０ａとするとともに、第１トーションスプリング６０と第２トーションスプリング６８のシャフト３８に対するそれぞれの係合部の角度を一致させることでシャフト３８に対する偏荷重を軽減させ、傾きを抑えることができる。
【００６８】
また、センサユニット１０ａおよび１０ｂにおいては、第１支持部２０ｂおよび第２支持部２０ｃはやや離れており、しかもすべり軸受３０および３０ａは十分な剛性があることから、仮にシャフト３８に偏荷重が加わることがあっても傾きを抑えることができる。
【００６９】
さらに、センサユニット１０ｂおよび１０ｃにおいては、第１トーションスプリング６０と第２トーションスプリング６８は、軸方向において一部が重複して配置されており、軸方向の寸法を短くすることができる。センサユニット１０ｃでは、前記センサユニット１０における第１支持部２０ｂが省略されていることから、軸方向の寸法をより短くすることができる。
【００７０】
図１０に示すように、第４の変形例に係るセンサユニット１０ｄは、前記センサユニット１０における第１支持部２０ｂ（図２参照）を上方に延在する平板形状の第１支持部９０で置き換えたものである。第１支持部９０には、ボールベアリング３６が設けられており、該ボールベアリング３６によりシャフト３８の一端を軸支している。
【００７１】
第１支持部９０の後方（矢印Ｂ方向）下部には切欠き９２が設けられており、該切欠き９２によってケーブル１２の先端部１２ｃおよび係止部５４を露出する空間９４が形成される。該空間９４により、先端部１２ｃを係止する組み立て作業を容易に行うことができるとともに、第１支持部９０とケーブルガイド部４６ｂとの隙間Ｗ（図３参照）を狭く設定することができる。結果としてセンサユニット１０ｄの軸方向の寸法である全幅を薄くし、コンパクトにすることができる。
【００７２】
なお、上記の角度センサ４２として、接触摺動式のセンサを例示したが、非接触式のセンサを用いてもよい。また、シャフト３８と角度センサ４２との接続方法は、レバー４０を介して接続する方法に限らず、シャフト３８と角度センサ４２とを嵌合により接続する直結式でもよい。
【００７３】
本発明に係るセンサユニットは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るセンサユニットによれば、２つのトーションスプリングが発生するスラスト力を互いに相殺させることにより、シャフトと本体との間に発生する軸方向のフリクションを低減してシャフトを円滑に回転させることができる。
【００７５】
また、２つのトーションスプリングはシャフトに対して、すべり軸受を挟んだ両側の部分で係合し、係合部の角度が略一致しているので、シャフトに対する偏荷重および傾きを軽減させることができ、すべり軸受内の回転フリクションが低減する。この結果、シャフトの回転が円滑になり、センサ検出精度が向上するとともにシャフトを原位置に確実に復帰させることができる。
【００７６】
さらに、本発明に係るセンサユニットは、ケーブルを接続する際の組立作業性がよく、しかもコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るセンサユニットが適用されるアクセルシステムのブロック図である。
【図２】本実施の形態に係るセンサユニットにプルケーブルが接続された状態を示す斜視図である。
【図３】図４におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【図４】本実施の形態に係るセンサユニットの側面図である。
【図５】本実施の形態に係るセンサユニットから角度センサを取り外した状態の側面図である。
【図６】シャフトに加わる力を力学的に示すモデル図である。
【図７】第１の変形例に係るセンサユニットの模式断面図である。
【図８】第２の変形例に係るセンサユニットの模式断面図である。
【図９】第３の変形例に係るセンサユニットの模式断面図である。
【図１０】第４の変形例に係るセンサユニットの模式断面図である。
【図１１】従来技術に係るセンサユニットの模式断面図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…センサユニット
１２…プルケーブル １２ｃ…先端部
１４…アクセルペダル ２０…本体
２２…ステー ２５、９４…空間
２６…膨出部 ２８…凹部
３０、３０ａ…すべり軸受 ３２…環状溝
３２ａ…縦溝 ３４…突出部
３８…シャフト ４０…レバー
４２…角度センサ ４６…ドラム
４６ａ…メインドラム ４６ｂ…ケーブルガイド部
５２…ガイド溝 ５４…係止部
５６…第１ストッパ ５８…第２ストッパ
６０…第１トーションスプリング ６２、６４、７０、７２…フック
６６…フック孔 ６８…第２トーションスプリング
７６…切欠き Ｆ、Ｆ１、Ｆ２…スラスト力
Ｒ１、Ｒ２…反力 Ｓ１、Ｓ２…曲げ力
Ｔ…張力
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクセルペダルの踏み込み量を検出するセンサユニットに関し、特に、アクセルペダルに連動されたシャフトを原位置へ付勢する２つのトーションスプリングを有するセンサユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時の自動車では、アクセルペダルの踏み込み量をセンサユニットで検出してＥＣＵ（Electric Control Unit）に供給しているものがある。ＥＣＵでは、アクセルペダルの踏み込み量に基づいてエンジンのスロットルバルブを開閉駆動する制御を行う。このように、アクセルペダルの踏み込み量を一度ＥＣＵを介し、その検出信号を信号処理してスロットルバルブを開閉するようにすると、例えば、ＥＣＵに供給される他の情報（車輪スリップ量等）を反映することが可能となり、より高度なエンジン制御を行うことができる。
【０００３】
アクセルペダルとセンサユニットはケーブルで連結されており、アクセルペダルの踏み込み動作に連動してセンサユニットのシャフトが回動し、このシャフトの回動角度を角度センサで検出する。
【０００４】
このシャフトを弾性体によって原位置に復帰させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では弾性体として２本のトーションスプリングを採用しており、仮に１本が破損した場合でも残りの１本でシャフトを原位置に復帰させるようにしている。
【０００５】
また、図１１に示すように、シャフト１００のうち、角度センサ１０２から遠い一端を支持する第１支持部１０４と、角度センサ１０２と接続される側を支持する第２支持部１０６とを有する２点支持のセンサユニットでは、第２支持部１０６にすべり軸受（平軸受またはプレーン軸受とも呼ばれる）１０８を採用することがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１８２２６９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に示すように、２本のトーションスプリング１１０、１１２は、ドラム１１４と本体１１６との間に回転力が加えられた際に、軸方向に開く性質がある。２本のトーションスプリング１１０、１１２は、ドラム１１４を本体１１６に対して右方向に押圧するスラスト力Ｆをそれぞれ発生することになり、回転角が大きいほどこのスラスト力Ｆも大となる。２つのトーションスプリング１１０、１１２は同性能であることから、それぞれスラスト力Ｆを発生して、合成された押圧力の大きさは２×Ｆとなる。
【０００８】
ドラム１１４はシャフト１００に固定されているので、トーションスプリング１１０、１１２によるスラスト力Ｆは、軸方向に大きなフリクションを発生させる。これにより、シャフト１００は回転し難く、しかも動作のヒステリシスが大きくなり、結果としてセンサユニットの検出精度が低下する。
【０００９】
また、センサユニットにすべり軸受１０８を採用する場合、この種のすべり軸受１０８は十分な強度を有する反面、回転方向のフリクションが比較的大きい。図１１に示すように、２つのトーションスプリング１１０、１１２がすべり軸受１０８からみて一方のみに設けられていると、トーションスプリング１１０、１１２が発生する力の一部がシャフト１００を曲げる方向の力として作用する。特に、シャフト１００が第１支持部１０４においてボールベアリング１２２によって軸支されている場合には、ボールベアリング１２２は回転方向のフリクションが極めて小さく、しかも剛性が比較的弱いことからすべり軸受１０８とバランスしない。結果として、トーションスプリング１１０、１１２がすべり軸受１０８に対して偏加重を加え、シャフト１００はすべり軸受１０８内の微小なクリアランスの範囲で倒れることとなる。このため、すべり軸受１０８内の回転フリクションが増加し円滑な回転が得られず、検出精度が低下する。
【００１０】
さらに、ケーブルはセンサユニットに対して容易に連結することができるように組立作業性が重要視されている。一方、センサユニットは、車両への搭載を考慮するとコンパクトである必要がある。ケーブルを接続する箇所の近傍に十分な作業空間を設ければ組立作業性は向上するが、この作業空間によってセンサユニットは大型化する。つまり、ケーブルを接続する組立作業性の向上とコンパクト化とを両立させることは困難である。
【００１１】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、シャフトを原位置へ付勢する２つの弾性体を有するセンサユニットにおいて、シャフトと本体との間に発生する軸方向のフリクションおよびすべり軸受内の回転フリクションを低減して、シャフトを円滑に回転させることのできるセンサユニットを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、ケーブルを接続する際の組立作業性がよく、しかもコンパクトなセンサユニットを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るセンサユニットは、アクセルの操作量を検出し、スロットルバルブを制御するＥＣＵに該操作量を供給するセンサユニットであって、
前記アクセルに連動し、本体に対して回動するシャフトと、
前記シャフトの回動角度を検出する角度センサと、
前記シャフトにそれぞれ係合し、前記シャフトを原位置へ付勢する第１トーションスプリングおよび第２トーションスプリングと、
を有し、
前記第１トーションスプリングと前記第２トーションスプリングは、前記シャフトに加える各スラスト力が互いに対向するように配置されることを特徴とする。
【００１４】
このように、第１トーションスプリングのスラスト力と第２トーションスプリングのスラスト力が互いに対向するように配置したので、シャフトと本体との軸方向フリクションが低減し、円滑な回転が得られる。
【００１５】
この場合、前記シャフトと同軸の筒体を有し、前記第１トーションスプリングと前記第２トーションスプリングの一方が前記筒体の内側に設けられ、他方が前記筒体の外側に設けられ、前記第１トーションスプリングと前記第２トーションスプリングは、軸方向において少なくとも一部が重複して配置されていてもよい。また、前記筒体の内側に設けられ、該筒体に対して一部が接続され、前記シャフトを支持するすべり軸受を有し、前記第１トーションスプリングと前記第２トーションスプリングの一方が前記すべり軸受の外側に設けられていてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るセンサユニットについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１０を参照しながら説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態に係るセンサユニット１０は、プルケーブル１２を介してアクセルペダル１４と接続されており、アクセルペダル１４の踏み込み量を検出することができる。プルケーブル１２は、アウターケーブル１２ａとインナーケーブル１２ｂとからなり、アクセルペダル１４の踏み込みによりインナーケーブル１２ｂがセンサユニット１０のドラム４６（図３参照）を回動させる。ドラム４６およびシャフト３８はセンサユニット１０に設けられた第１トーションスプリング６０および第２トーションスプリング６８（図３参照）の弾性付勢を受けており、アクセルペダル１４は、足を離した、所謂、解放状態にすることにより、アクセルペダル１４に接続されたリターンスプリング１５によって運転者の方向へ復帰することができる。
【００２３】
センサユニット１０で検出されたアクセルペダル１４の踏み込み量に係る信号はＥＣＵ１６へ供給される。ＥＣＵ１６は、図示しない車輪スリップ量検出センサ等に接続されており、アクセルペダル１４の踏み込み量、車輪のスリップ量等に基づきスロットルバルブ１８の駆動モータ１７へ信号を送給し、開閉制御を行う。
【００２４】
図２に示すように、センサユニット１０は、ベース部材としての本体２０を有する。本体２０は、底部２０ａと、前記底部２０ａから一体的に且つ斜め上方に延在する第１支持部２０ｂと前記底部２０ａの側方から略上方に延在する第２支持部２０ｃとを有する。底部２０ａの底面には取り付け用のねじ穴（図示せず）が設けられている。なお、図２〜図５に示すセンサユニット１０は、アクセルペダル１４を解放状態としているとき、つまり、インナーケーブル１２ｂによる引き込みがない状態であり、シャフト３８が原位置に復帰している状態を示している。
【００２５】
底部２０ａには、斜め上方に延在するステー２２がボルト２４（図４参照）により締結されている。ステー２２の先端部は、やや屈曲して上方に延在しており、この先端部の切欠き２２ａには、プルケーブル１２の外被であるアウターケーブル１２ａが固定される。なお、ステー２２はセンサユニット１０と別体に構成してもよい。
【００２６】
第１支持部２０ｂとステー２２は互いに斜め上方へ向かって離間するように延在し、第１支持部２０ｂにおける下方後方（矢印Ｂ方向）には空間２５が形成される。
【００２７】
図３に示すように、第２支持部２０ｃには、階段状に径の小さくなる膨出部２６が第１支持部２０ｂの方向に突出している。膨出部２６の内側には、凹部２８が設けられている。膨出部２６には、すべり軸受３０と、凹部２８の部分に開口し、すべり軸受３０と同軸の環状溝３２とが設けられている。該すべり軸受３０は、実質的に膨出部２６に削孔された表面粗さ精度の高い孔からなり、内面に潤滑剤が塗布されている。環状溝３２は外周の一部に軸方向に延在する縦溝３２ａ（図５参照）が設けられている。
【００２８】
第２支持部２０ｃの上方部には第１支持部２０ｂの方向に突出する突出部３４が設けられている。
【００２９】
第１支持部２０ｂには、ボールベアリング３６が設けられており、該ボールベアリング３６によりシャフト３８の一端（図３における右方）を軸支している。前記シャフト３８はアクセルペダル１４の踏み込み量を検出するための回転軸であり、他端（図３における左方）に向かって階段状に大径となっている。シャフト３８の他端には、所謂、Ｄカット面が形成されており、このＤカット面が凹部２８内においてレバー４０に係止している。前記レバー４０のアーム係止部４１は角度センサ４２の角度検出アーム４２ａに接続されている。従って、シャフト３８の回動角度はアーム係止部４１、角度検出アーム４２ａを介して角度センサ４２により検出することができる。
【００３０】
レバー４０は、シャフト３８に加わる衝撃力やスラスト力を吸収し、角度センサ４２を保護し、角度センサ４２とシャフト３８との取り付け誤差によるねじれ応力を吸収し、所謂、カップリングの作用を営む。
【００３１】
シャフト３８の他端側の約半分は、すべり軸受３０に挿入されている。すべり軸受３０の図３における右端部には摺動シール４４が設けられており、シャフト３８と膨出部２６との間をシールしている。
【００３２】
角度センサ４２は、第２支持部２０ｃの図３における左方でガスケット４５を介してビスによって固定され、その出力側はコネクタ４２ｂ（図４参照）を介してＥＣＵ１６と接続される。前記角度センサ４２として、例えば、接触摺動式のポテンショメータ等を採用することができる。また、角度センサ４２としてポテンショメータを採用する場合、摺動点を二重化しそれぞれの摺動点から個別に角度情報を出力できるようにするとよい。このように、摺動点を二重化することにより仮に一方の摺動点の性能が劣化した場合でも、他方の摺動点の出力を利用することができる。また、角度センサ４２の検出側の端面は、摺動シール４４およびガスケット４５によって外部と遮断されることにより防水、防塵の保護がなされる。
【００３３】
シャフト３８の第１支持部２０ｂと第２支持部２０ｃとの間には、シャフト３８と一体的に回動可能なドラム４６が設けられている。シャフト３８とドラム４６は、Ｄカット面とＤカット軸との嵌合により一体となっている。ドラム４６とボールベアリング３６との間にはスペーサ４８が挿入されており、該スペーサ４８とナット５０とにより、シャフト３８がボールベアリング３６の内輪に固定されている。
【００３４】
シャフト３８およびドラム４６は、第１トーションスプリング６０および第２トーションスプリング６８の弾性付勢を受けて図２における矢印Ａ１方向に付勢されている。第１トーションスプリング６０および第２トーションスプリング６８については後述する。
【００３５】
ドラム４６は、略円盤形状であり、メインドラム４６ａと、該メインドラム４６ａに取り付けられたケーブルガイド部４６ｂとを有する。メインドラム４６ａとケーブルガイド部４６ｂとの間には、インナーケーブル１２ｂが沿うガイド溝５２が形成されている。ガイド溝５２は、シャフト３８を中心とした略一定半径で、シャフト３８の上部から下部に渡って約半周設けられている。メインドラム４６ａにおけるガイド溝５２の下端部の近傍にはインナーケーブル１２ｂの先端部（ケーブルの他端）１２ｃを係止する係止部５４（図２参照）が設けられている。
【００３６】
シャフト３８が原位置に復帰している状態において、係止部５４はシャフト３８の下方に位置するように設定されている。また、この状態において、先端部１２ｃは第１支持部２０ｂ下部の後方（矢印Ｂ方向）における空間２５（図２参照）に位置することになる。ところで、仮に空間２５がない場合には、先端部１２ｃと第１支持部２０ｂとの干渉を防止するという理由、および、組み立て時の作業性を容易にするという理由から、ドラム４６と第１支持部２０ｂとを十分に離間させる必要がある。従って、センサユニット１０の全幅が厚くなり、車両への搭載上不都合である。
【００３７】
本実施の形態におけるセンサユニット１０の第１支持部２０ｂは、係止部５４の上方に向かって斜めに延在する形状である。この形状により、空間２５が形成され、第１支持部２０ｂと先端部１２ｃが干渉することがない。また、係止部５４は第１支持部２０ｂに覆われることがなく、シャフト３８の軸方向の一方である側方に露出され、先端部１２ｃを係止する組み立て作業を容易に行うことができる。さらに、第１支持部２０ｂとケーブルガイド部４６ｂとの隙間Ｗ（図３参照）を狭く設定することができる。結果としてセンサユニット１０の軸方向の寸法である全幅を薄くし、コンパクトにすることができる。
【００３８】
さらにまた、第１支持部２０ｂは、斜めに上方に延在する形状であることから、無駄のないシンプルな形状になり、しかも強度、剛性が確保できる。
【００３９】
なお、先端部１２ｃおよび係止部５４は、プルケーブル１２によってシャフト３８が回転する回転方向（矢印Ａ２方向）にも露出しているので、シャフト３８の回転時に先端部１２ｃが第１支持部２０ｂに干渉しないことはもちろんである。
【００４０】
メインドラム４６ａの外周部には、第２支持部２０ｃの方向に突出する第１ストッパ５６および第２ストッパ５８（図２参照）が設けられている。インナーケーブル１２ｂによる引張力がない場合、つまり、アクセルペダル１４が踏み込まれていない解放状態時には、第１トーションスプリング６０および第２トーションスプリング６８の弾性付勢によって第１ストッパ５６が突出部３４に当接した状態となっている。また、シャフト３８は原位置に復帰している。一方、インナーケーブル１２ｂによってドラム４６が引かれる場合、つまりアクセルペダル１４が踏み込まれる場合には、ドラム４６は第２ストッパ５８が突出部３４に当接するまで矢印Ａ２方向（図２参照）に回動することができる。また、アクセルペダル１４を解放状態にすると、第１トーションスプリング６０および第２トーションスプリング６８の弾性付勢によってドラム４６は矢印Ａ１方向に回動し、第１ストッパ５６が突出部３４に当接する位置まで復帰することができる。
【００４１】
第１トーションスプリング６０は、やや大径のコイル部を有するねじりコイルばねであり、コイルの両端にフック６２（図２参照）および６４が設けられている。第１トーションスプリング６０はシャフト３８と同軸状に、かつ膨出部２６の周囲を取り囲むように配置されている。一端のフック６２は突出部３４に係合しており、他端のフック６４はメインドラム４６ａに設けられたフック孔（第１係合部）６６に係合している。フック孔６６は、アクセルペダル１４の解放状態では、シャフト３８の下方に位置している。
【００４２】
また、第１トーションスプリング６０は、ねじられる際に軸方向に開く性質があり、ドラム４６およびシャフト３８を図３における右方向へスラスト力Ｆ１（図７参照）で押圧する。
【００４３】
図３および図５に示すように、第２トーションスプリング６８は、やや小径のコイル部を有するねじりコイルばねであり、コイルの両端に径方向に突出するフック７０およびＵ字状のフック７２が設けられている。なお、図５は、センサユニット１０から角度センサ４２を取り外した状態の側面図である。
【００４４】
第２トーションスプリング６８のコイル外径は第１トーションスプリング６０のコイル内径より十分小さく、第２トーションスプリング６８は環状溝３２に挿入されている。第２トーションスプリング６８の一端のフック７２はレバー４０に設けられた切欠き（第２係合部）７６に係合しており、他端のフック７０は縦溝３２ａに係合している。切欠き７６は、アクセルペダル１４の解放状態では、シャフト３８の下方に位置しており、切欠き７６とフック孔６６（図２参照）とは、シャフト３８の軸心を基準にして同じ角度に設けられている。
【００４５】
また、第２トーションスプリング６８は、ねじられる際に軸方向に開く性質があり、レバー４０およびシャフト３８を図３における左方向へスラスト力Ｆ２（図７参照）で押圧する。このスラスト力Ｆ２は、右方向への前記スラスト力Ｆ１と略等しいかまたはやや小さくなるように設定されている。
【００４６】
第１トーションスプリング６０と第２トーションスプリング６８は膨出部２６によって隔てられている。第２トーションスプリング６８が挿入されている環状溝３２は、膨出部２６の内部に設けられている。第１トーションスプリング６０は該膨出部２６の周囲を取り囲むように配置されているので第１トーションスプリング６０と第２トーションスプリング６８とは、軸方向において幅Ｄが重複して配置されている。
【００４７】
第１トーションスプリング６０および第２トーションスプリング６８は、ややねじられた状態で組み立てられており、このねじりの弾性付勢によってドラム４６の第１ストッパ５６を突出部３４に当接させている。
【００４８】
次に、このように構成されるセンサユニット１０を用いて、アクセルペダル１４の踏み込み操作や、スロットルバルブ１８の制御を行う方法について説明する。
【００４９】
運転者がアクセルペダル１４を踏み込むと、踏み込み量に応じてインナーケーブル１２ｂが引かれてドラム４６が回動する。このとき、シャフト３８はドラム４６と一体的に回動する。シャフト３８の回動角度はレバー４０を介して角度センサ４２に伝えられる。角度センサ４２では、シャフト３８の回動角度を電気信号に変換し、コネクタ４２ｂに接続された信号線を介してＥＣＵ１６（図１参照）に供給する。ＥＣＵ１６では、供給された信号に基づいて所定の演算処理を行った後にスロットルバルブ１８の駆動モータ１７に信号を送給し、開閉制御を行う。
【００５０】
ドラム４６が回動するとき、第１および第２トーションスプリング６０、６８は回動角度に応じた弾性力を発生する。このとき、第１トーションスプリング６０の発生する弾性力は、突出部３４により本体２０に伝えられるとともに、フック孔６６によりドラム４６を介してシャフト３８に伝えられる。一方、第２トーションスプリング６８の発生する弾性力は、縦溝３２ａにより本体２０に伝えられるとともに、切欠き７６によりレバー４０を介してシャフト３８に伝えられる。このように、本体２０が受ける弾性力は突出部３４と縦溝３２ａの２箇所に分散される。また、シャフト３８が受ける弾性力は、ドラム４６を介して受ける力と、レバー４０を介して受ける力に分散される。
【００５１】
また、前記のとおり、ドラム４６が回動して第１および第２トーションスプリング６０、６８にねじり力が加えられるとき、第１および第２トーションスプリング６０、６８はそれぞれ軸方向に開く性質がある。これにより、第１トーションスプリング６０は右方向のスラスト力Ｆ１を発生し、第２トーションスプリング６８は左方向のスラスト力Ｆ２を発生する。これらのスラスト力Ｆ１とスラスト力Ｆ２は、向きが逆であり、しかも略等しい大きさとなるように設定されているので相殺される。従って、ドラム４６およびシャフト３８には、軸方向の外力がほとんど作用しないため、軸方向のフリクションが小さく、ヒステリシスの少ない円滑な回動が可能である。シャフト３８が円滑に回動することにより、アクセルペダル１４の踏み込み量を精度よく検出することができる。
【００５２】
なお、本体２０とシャフト３８との間には、軸方向に多少の遊びが設けられるので、このような場合、第１トーションスプリング６０が発生するスラスト力Ｆ１と第２トーションスプリング６８が発生するスラスト力Ｆ２を多少異なる値に設定してもよい。
【００５３】
例えば、第１トーションスプリング６０が発生するスラスト力Ｆ１を第２トーションスプリング６８が発生するスラスト力Ｆ２より多少大きく設定することにより、スラスト力Ｆ１とスラスト力Ｆ２との差分の僅かな力が軸方向に発生し、この僅かな力によりシャフト３８は右方向へ軽く押圧される。このように、シャフト３８が本体２０に対して軽く押圧されることにより、シャフト３８と本体２０との遊びがなくなる。従って、シャフト３８が不必要に左右に変位することがなく、安定した状態でアクセルペダル１４の踏み込み量を検出することができ、検出精度が向上する。またこの場合、シャフト３８と本体２０との軸方向のフリクションは非常に小さいのでシャフト３８は円滑に回動することができる。スラスト力Ｆ１をスラスト力Ｆ２より多少小さく設定し、シャフト３８を左方向へ軽く押圧するようにしても同様の効果が得られる。
【００５４】
図６に示すように、ドラム４６が回動している最中、若しくは、回動して適当な位置で停止しているとき、インナーケーブル１２ｂによる張力Ｔおよび第１トーションスプリング６０による反力Ｒ１がドラム４６を介してシャフト３８に作用する。また、第２トーションスプリング６８による反力Ｒ２がレバー４０を介してシャフト３８に作用する。さらに、すべり軸受３０とシャフト３８との間には比較的大きいフリクションが回転方向に発生する。張力Ｔはドラム４６の上方においてインナーケーブル１２ｂにより直接的に作用するが、実際上は、インナーケーブル１２ｂとガイド溝５２（図３参照）との摩擦力としても作用する。
【００５５】
角度センサ４２の角度検出アーム４２ａ（図３参照）がレバー４０に作用する力は微小で無視可能である。第１支持部２０ｂのボールベアリング３６（図３参照）は回転方向のフリクションが極めて小さくしかも剛性が比較的小さい。従って、ボールベアリング３６がシャフト３８に作用する力は比較的小さく無視可能である。
【００５６】
反力Ｒ１および反力Ｒ２は、シャフト３８を矢印Ａ１方向へ回動させる回転モーメントとして作用し、張力Ｔはシャフト３８を矢印Ａ２方向へ回動させる回転モーメントとして作用する。これらの回転モーメントの大小関係によりシャフト３８は回動し、回転モーメントがつり合うときにシャフト３８は停止する。
【００５７】
ところで、すべり軸受３０の内面では回転方向のフリクションが存在するために、反力Ｒ１および反力Ｒ２は全てが回転モーメントとして作用する訳ではなく、反力Ｒ１の一部は曲げ力Ｓ１となり、反力Ｒ２の一部は曲げ力Ｓ２となる。曲げ力Ｓ１は反力Ｒ１と同方向に作用し、曲げ力Ｓ２は反力Ｒ２と同方向に作用する。反力Ｒ１およびＲ２の作用点であるフック孔６６および切欠き７６は、すべり軸受３０を挟んだ両側に設けられ、かつ、シャフト３８の軸心を基準にして同じ角度に設けられている。従って、曲げ力Ｓ１およびＳ２は、シャフト３８を同方向へ押圧することになり、シャフト３８はすべり軸受３０内において傾きおよび偏荷重が小さい状態に保持される。シャフト３８が回動してもフック孔６６と切欠き７６との相対位置は変わらないので、シャフト３８の傾きおよび偏荷重が小さい状態は保持される。
【００５８】
シャフト３８には、反力Ｒ１、Ｒ２以外に張力Ｔが作用するので、シャフト３８は、その回動角によっては傾きおよび偏荷重は必ずしも「０」にはならないことがある。しかしながら、少なくとも反力Ｒ１による曲げ力Ｓ１と反力Ｒ２による曲げ力Ｓ２とは互いにバランスするので、シャフト３８に対して大きな偏荷重がかかることがない。これにより、シャフト３８は、滑らかに回動することができる。
【００５９】
このように、本実施の形態に係るセンサユニット１０によれば、第１トーションスプリング６０のスラスト力Ｆ１と第２トーションスプリング６８のスラスト力Ｆ２が互いに対向するように配置したので、シャフト３８と本体２０との軸方向フリクションが低減し、円滑な回転が得られる。
【００６０】
また、第１トーションスプリング６０は本体２０における突出部３４に係合し、第２トーションスプリング６８は本体２０の縦溝３２ａに係合している。つまり、本体２０に加わる弾性力が分散される。また、第１トーションスプリング６０は、ドラム４６のフック孔６６を介してシャフト３８に係合し、第２トーションスプリング６８は、レバー４０の切欠き７６を介してシャフト３８に係合している。つまり、シャフト３８に加わる弾性力が分散される。従って、突出部３４および縦溝３２ａを薄くまたは小さく設定することができ、センサユニット１０を小型化することができる。
【００６１】
次に、本実施の形態に係るセンサユニットの第１〜第４の変形例について、図７〜図１０を参照しながら説明する。以下の説明では、前記センサユニット１０と同じ部品または略同じ部品については同符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６２】
図７に示すように、第１の変形例に係るセンサユニット１０ａは、第１トーションスプリング６０が第１支持部２０ｂの外側に設けられている。第１トーションスプリング６０は、フランジ８０を介してシャフト３８の一端に係合しており、シャフト３８を回転方向に弾性付勢する。第２トーションスプリング６８は、前記センサユニット１０と同様に環状溝３２内に設けられており、シャフト３８の他端を回転方向に弾性付勢する。
【００６３】
図８に示すように、第２の変形例に係るセンサユニット１０ｂは、第２トーションスプリング６８が第１支持部２０ｂとドラム４６の間に設けられている。第２トーションスプリング６８は、第１支持部２０ｂの左面とドラム４６の右面とにそれぞれ係合しており、シャフト３８を回転方向に弾性付勢する。第１トーションスプリング６０は、前記センサユニット１０と同様に膨出部２６の周囲を取り囲むように配置されており、シャフト３８の他端を回転方向に弾性付勢する。
【００６４】
図９に示すように、第３の変形例に係るセンサユニット１０ｃは、シャフト３８の一端が膨出部２６の部分により片持ち支持されており、シャフト３８の他端は支持されていない。つまり、前記センサユニット１０の第１支持部２０ｂに相当する部分が省略されている。第１トーションスプリング６０および第２トーションスプリング６８は、センサユニット１０と同様の位置に配置されており、それぞれシャフト３８を回転方向に弾性付勢する。
【００６５】
センサユニット１０ａ〜１０ｃにおいては、第１トーションスプリング６０が発生するスラスト力Ｆ１と第２トーションスプリング６８が発生するスラスト力Ｆ２とがそれぞれ相殺される向きに設定されているので、シャフト３８と本体２０との間に発生する軸方向のフリクションは小さい。特に、スラスト力Ｆ１とスラスト力Ｆ２とを略等しく設定することにより、シャフト３８と本体２０との間に発生する軸方向のフリクションを非常に小さくすることができ、シャフト３８を円滑に回動させることができる。
【００６６】
また、スラスト力Ｆ１とスラスト力Ｆ２を多少異なる値に設定することにより、シャフト３８を左右のどちらか一方へ軽く押圧することができ、シャフト３８と本体２０との遊びを除去することができる。
【００６７】
センサユニット１０ａにおいては、第１支持部２０ｂでシャフト３８を支持する部分をすべり軸受３０ａとするとともに、第１トーションスプリング６０と第２トーションスプリング６８のシャフト３８に対するそれぞれの係合部の角度を一致させることでシャフト３８に対する偏荷重を軽減させ、傾きを抑えることができる。
【００６８】
また、センサユニット１０ａおよび１０ｂにおいては、第１支持部２０ｂおよび第２支持部２０ｃはやや離れており、しかもすべり軸受３０および３０ａは十分な剛性があることから、仮にシャフト３８に偏荷重が加わることがあっても傾きを抑えることができる。
【００６９】
さらに、センサユニット１０ｂおよび１０ｃにおいては、第１トーションスプリング６０と第２トーションスプリング６８は、軸方向において一部が重複して配置されており、軸方向の寸法を短くすることができる。センサユニット１０ｃでは、前記センサユニット１０における第１支持部２０ｂが省略されていることから、軸方向の寸法をより短くすることができる。
【００７０】
図１０に示すように、第４の変形例に係るセンサユニット１０ｄは、前記センサユニット１０における第１支持部２０ｂ（図２参照）を上方に延在する平板形状の第１支持部９０で置き換えたものである。第１支持部９０には、ボールベアリング３６が設けられており、該ボールベアリング３６によりシャフト３８の一端を軸支している。
【００７１】
第１支持部９０の後方（矢印Ｂ方向）下部には切欠き９２が設けられており、該切欠き９２によってケーブル１２の先端部１２ｃおよび係止部５４を露出する空間９４が形成される。該空間９４により、先端部１２ｃを係止する組み立て作業を容易に行うことができるとともに、第１支持部９０とケーブルガイド部４６ｂとの隙間Ｗ（図３参照）を狭く設定することができる。結果としてセンサユニット１０ｄの軸方向の寸法である全幅を薄くし、コンパクトにすることができる。
【００７２】
なお、上記の角度センサ４２として、接触摺動式のセンサを例示したが、非接触式のセンサを用いてもよい。また、シャフト３８と角度センサ４２との接続方法は、レバー４０を介して接続する方法に限らず、シャフト３８と角度センサ４２とを嵌合により接続する直結式でもよい。
【００７３】
本発明に係るセンサユニットは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るセンサユニットによれば、２つのトーションスプリングが発生するスラスト力を互いに相殺させることにより、シャフトと本体との間に発生する軸方向のフリクションを低減してシャフトを円滑に回転させることができる。
【００７５】
また、２つのトーションスプリングはシャフトに対して、すべり軸受を挟んだ両側の部分で係合し、係合部の角度が略一致しているので、シャフトに対する偏荷重および傾きを軽減させることができ、すべり軸受内の回転フリクションが低減する。この結果、シャフトの回転が円滑になり、センサ検出精度が向上するとともにシャフトを原位置に確実に復帰させることができる。
【００７６】
さらに、本発明に係るセンサユニットは、ケーブルを接続する際の組立作業性がよく、しかもコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るセンサユニットが適用されるアクセルシステムのブロック図である。
【図２】本実施の形態に係るセンサユニットにプルケーブルが接続された状態を示す斜視図である。
【図３】図４におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【図４】本実施の形態に係るセンサユニットの側面図である。
【図５】本実施の形態に係るセンサユニットから角度センサを取り外した状態の側面図である。
【図６】シャフトに加わる力を力学的に示すモデル図である。
【図７】第１の変形例に係るセンサユニットの模式断面図である。
【図８】第２の変形例に係るセンサユニットの模式断面図である。
【図９】第３の変形例に係るセンサユニットの模式断面図である。
【図１０】第４の変形例に係るセンサユニットの模式断面図である。
【図１１】従来技術に係るセンサユニットの模式断面図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…センサユニット
１２…プルケーブル １２ｃ…先端部
１４…アクセルペダル ２０…本体
２２…ステー ２５、９４…空間
２６…膨出部 ２８…凹部
３０、３０ａ…すべり軸受 ３２…環状溝
３２ａ…縦溝 ３４…突出部
３８…シャフト ４０…レバー
４２…角度センサ ４６…ドラム
４６ａ…メインドラム ４６ｂ…ケーブルガイド部
５２…ガイド溝 ５４…係止部
５６…第１ストッパ ５８…第２ストッパ
６０…第１トーションスプリング ６２、６４、７０、７２…フック
６６…フック孔 ６８…第２トーションスプリング
７６…切欠き Ｆ、Ｆ１、Ｆ２…スラスト力
Ｒ１、Ｒ２…反力 Ｓ１、Ｓ２…曲げ力
Ｔ…張力
Claims (3)
- アクセルの操作量を検出し、スロットルバルブを制御するＥＣＵに該操作量を供給するセンサユニットであって、
前記アクセルに連動し、本体に対して回動するシャフトと、
前記シャフトの回動角度を検出する角度センサと、
前記シャフトにそれぞれ係合し、前記シャフトを原位置へ付勢する第１トーションスプリングおよび第２トーションスプリングと、
を有し、
前記第１トーションスプリングと前記第２トーションスプリングは、前記シャフトに加える各スラスト力が互いに対向するように配置されることを特徴とするセンサユニット。 - 請求項１記載のセンサユニットにおいて、
前記シャフトと同軸の筒体を有し、
前記第１トーションスプリングと前記第２トーションスプリングの一方が前記筒体の内側に設けられ、他方が前記筒体の外側に設けられ、
前記第１トーションスプリングと前記第２トーションスプリングは、軸方向において少なくとも一部が重複して配置されていることを特徴とするセンサユニット。 - 請求項２記載のセンサユニットにおいて、
前記筒体の内側に設けられ、該筒体に対して一部が接続され、前記シャフトを支持するすべり軸受を有し、
前記第１トーションスプリングと前記第２トーションスプリングの一方が前記すべり軸受の外側に設けられていることを特徴とするセンサユニット。
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