JP3958115B2 - 回転検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のステアリングホイールの回転角度を検出するためなどに供される回転検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転検出装置としては、例えば特開２０００−２８３７０４号公報に記載された図１７に示すようなものがある。この図１７に示す回転検出装置は、車体側とステアリングホイール側とを電気的に接続する回転コネクタ装置１０１に組み込まれたものを示している。すなわち、回転コネクタ装置１０１の下部ハウジング部材１０３と下部カバー部材１０５との間に回転検出装置１０７を設けている。この回転検出装置１０７は、駆動歯車１０９、従動歯車１１１、回路基板１１３によって概ね構成されている。
【０００３】
前記駆動歯車１０９は、ステアリングホイールの回転に伴って回転連動する構成となっている。前記従動歯車１１１は、前記駆動歯車１０９に噛み合っている。この従動歯車１１１には、回転中心部にマグネット１１５が設けられている。マグネット１１５は平面部１１７を有している。平面部１１７にはＮ極及びＳ極が従動歯車１１１の回転中心を境に隣接して形成されている。この従動歯車１１１は、一側面が下部カバー部材１０５に回転可能に支持され、他側面が回路基板１１３に摺接する構成となっている。前記回路基板１１３には、前記マグネット１１５の平面部１１７に対向する磁気抵抗素子１１９が設けられている。
【０００４】
そして、ステアリングホイールの操舵に伴って駆動歯車１０９が回転すると、従動歯車１１１が連動して回転する。従動歯車１１１の回転によって、マグネット１１５が回転すると、Ｎ極及びＳ極が形成された平面部１１７に対向する磁気抵抗素子１１９の磁場が変化し、この変化に伴って磁気抵抗素子１１９の抵抗値が変化する。この変化を電子回路部で角度信号に変換し、外部システムへ角度信号を出力することができる。
【０００５】
従って、角度検出範囲に制約を伴うことなくステアリングホイールの操舵角等を精度良く検出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構造では、従動歯車１１１の一側面が回路基板１１３に直接摺接しているため、従動歯車１１１が回転したときに回路基板１１３に振動等が発生する。このため、回路基板１１３に実装されている回路素子のはんだ付け部や磁気抵抗素子１１９そのものに振動による悪影響を及ぼす虞れがあり、装置の耐久性や検出精度を低下させる虞れがあった。
【０００７】
本発明は、従動歯車が回転したときに回路基板側に振動等が発生するのを抑制し、装置の耐久性向上と検出精度向上とを可能にする回転検出装置の提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、カバーを備えたケースに回転可能に支持されて検出対象物に対し回転連動可能な駆動歯車と、前記駆動歯車に噛み合い回転連動可能な従動歯車と、前記従動歯車の回転中心部に設けられＮ極及びＳ極が隣接して形成された端面部を有するマグネットと、前記ケースに配置された回路基板と、前記回路基板に取り付けられ前記マグネットの端面部に対向する磁気抵抗素子及び該磁気抵抗素子の出力信号を回転角信号に変換する電子回路部品とを備えた回転検出装置において、前記回路基板に、貫通孔を設け、前記カバーに、前記マグネットの端面部と前記磁気抵抗素子との対向方向に突出する突起部を設け、前記従動歯車を、前記貫通孔を貫通した前記突起部と前記ケースとにより回転可能に挟持し、前記端面部と磁気抵抗素子との間に一定の距離を保持させたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の回転検出装置であって、前記ケース、カバー、駆動歯車、及び従動歯車は、線膨張係数がほぼ同一の材料で形成されていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１の発明では、カバーを備えたケースに回転可能に支持された駆動歯車が検出対象物に対し回転連動すると、この駆動歯車に噛み合っている従動歯車が回転連動することができる。この従動歯車には、その回転中心部にＮ極及びＳ極が隣接して形成された端面部を有するマグネットが設けられており、このマグネットが従動歯車と共に回転することができる。前記ケースには回路基板が配置され、この回路基板に前記マグネットの端面部に対向する磁気抵抗素子が備えられ、前記マグネットの回転によって磁気抵抗素子の磁場が変化し、この変化に伴って磁気抵抗素子の抵抗値が変化し、信号を出力することができる。この磁気抵抗素子の出力信号は、前記回路基板に備えられた電子回路部品によって回転角信号に変換され、外部システムへ角度信号として出力することができる。
【００１１】
そして、前記従動歯車を前記ケース及びカバーで回転可能に挟持し、前記マグネットの端面部と磁気抵抗素子との間に一定の距離を保持させたため、従動歯車が回転したときに該従動歯車はケース及びカバーで回転支持されることになり、前記回路基板に振動等を発生するのを抑制することができる。従って、回路基板に実装されている回路素子のはんだ付け部や、磁気抵抗素子に振動による悪影響を及ぼすことが抑制され、装置の耐久性を向上し、また正確な回転検出を行わせることができる。
【００１２】
請求項２の発明では、請求項１の発明の効果に加え、前記ケース、カバー、駆動歯車、及び従動歯車は、線膨張係数がほぼ同一の材料で形成されているため、高温時、低温時など温度変化があっても、ケース、カバー、駆動歯車、及び従動歯車の相対関係に影響を及ぼすことが抑制され、常温時と同等の検出精度を確保することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る回転検出装置の分解斜視図、図２は回転検出装置の断面図を示している。図１、図２のように、回転検出装置１は、カバー３を備えたケース５に駆動歯車７が回転可能に支持されている。前記カバー３及びケース５間には、一対の従動歯車９，１１が回転可能に支持されている。各従動歯車９，１１は、前記駆動歯車７に噛み合っている。前記従動歯車９，１１の回転中心部には、マグネット１３，１５が設けられている。
【００１４】
前記カバー３、ケース５、駆動歯車７、及び従動歯車９，１１は、線膨張係数がほぼ同一の樹脂材料で形成されている。
【００１５】
前記駆動歯車７の歯数ｍと従動歯車９，１１の歯数ｎとは、ｎ／ｍの値が有限小数となるように割り切れる値に設定されている。従って、数値の丸めによる誤差が発生せず、電子回路部品１９での演算を簡単にし、精度を向上させることができる。
【００１６】
前記ケース５には、外部接続可能な回路基板１７が配置されている。回路基板１７には、磁気抵抗素子６３及び該磁気抵抗素子６３の出力信号を回転角信号に変換する電子回路部品１９が取り付けられている。
【００１７】
ここで、図３〜図６をも参照しつつ各部の詳細をさらに説明する。図３は回転検出装置１の要部拡大断面図、図４は従動歯車の一部を断面にした正面図、図５は従動歯車の平面図、図６は従動歯車の底面図である。
【００１８】
まず図１，図２，図３のように、前記カバー３には、その中央部に前記駆動歯車７側を回転自在に嵌合支持する支持孔２１が設けられている。前記カバー３には、前記各従動歯車９，１１に対応してそれぞれ突起部２３が設けられている。突起部２３は各従動歯車９，１１毎に例えば４本備えられ、各従動歯車９，１１の回転中心を中心として周方向へ均等に配置されている。このカバー３は、例えば４本のタッピンネジ２５により前記回路基板１７と共に前記ケース５に締結固定されている。
【００１９】
前記ケース５には、中央部に前記駆動歯車７を回転自在に支持する支持孔２７が設けられている。支持孔２７の周囲には、前記駆動歯車７の外周囲を隙間を持って包囲する周壁部２９が設けられている。周壁部２９には、前記従動歯車９，１１側へ延びる壁部３１，３３が連続している。この壁部３１，３３が相互に対向する中間部に壁部３５，３７が設けられている。壁部３１，３５によって前記従動歯車９の外周囲を包囲し、壁部３３，３７によって前記従動歯車１１の外周囲を隙間を持って包囲する構成となっている。ケース５には、壁部３１，３５間の中央部と壁部３３，３７間の中央部とに従動歯車支持部３９，４１が円筒状に突設されている。ケース５には、カバー３側の内周面に嵌合凹部４０が設けられている。
【００２０】
前記駆動歯車７には、両側面に嵌合ボス部４３，４５が突設されている。一方の嵌合ボス部４３には、一対の係合爪４７が突設されている。係合爪４７は、検出対象物であるステアリングホイール側に係合し、ステアリングホイール側の回転に対して駆動歯車７を回転連動させる構成となっている。
【００２１】
前記従動歯車９，１１は、図４〜図６をも参照して説明する。従動歯車９，１１は同一構造であり、従動歯車９について説明する。従動歯車９は、嵌合ボス部４９を有している。従動歯車９の回転中心部には、前記マグネット１３が同心に設けられている。このマグネット１３は円柱状に形成され、従動歯車９にインサート成形されている。
【００２２】
前記マグネット１３は、端面部として平面部５１，５３を有している。平面部５１，５３は、前記従動歯車１３の面５５，５７に対して突出形成されている。但し、平面部５１，５３は、面５５，５７に対して面一に形成することもできる。
【００２３】
前記平面部５１には、回転中心を境にＮ極及びＳ極が隣接して形成されている。前記平面部５１へのＮ−Ｓの着磁は、前記射出成形によって形成された円柱状の着磁前の磁性体が従動歯車７にインサート成形されたあと、従動歯車７の回転中心を基準にして行われる。
【００２４】
前記回路基板１７には、前記従動歯車支持部３９，４１にそれぞれ対応した位置で複数の貫通孔５９，６１が設けられている。これら貫通孔５９，６１は、前記カバー３の各突起部２３を遊嵌させるものである。回路基板１７には、前記従動歯車支持部３９，４１上で前記マグネト１３，１５の平面部５１に対向する磁気抵抗素子６３がそれぞれ設けられている。回路基板１７には、コネクタ６５が設けられている。コネクタ６５は外部接続可能とするもので、回路基板１７に対して、例えばタッピンネジ６７によって固定されている。但し、コネクタ６５はケース５側にタッピンネジによって固定することも可能である。
【００２５】
前記電子回路部品１９、磁気抵抗素子６３、コネクタ６５は、回路基板１７上において回路構成されている。
【００２６】
そして、前記駆動歯車７の嵌合ボス部４５は前記ケース５の駆動歯車支持孔２７に嵌合支持されている。前記従動歯車９，１１は、それぞれ前記従動歯車支持部３９，４１に支持されている。この支持は、従動歯車９，１１の嵌合ボス部４９を従動歯車支持部３９，４１に嵌合させることによって行われている。
【００２７】
前記回路基板１７はケース５に嵌め込まれ、その外周部１７ａがケース５の嵌合凹部４１に嵌合支持されている。前記カバー３は、ケース５に嵌め込まれ、カバー３の外周部３ａが嵌合凹部４０に嵌合支持されている。カバー３の各突起部２３は、前記貫通孔５９，６１をそれぞれ貫通し、その先端が従動歯車９，１１にそれぞれ対向する。
【００２８】
前記ケース５とカバー３とは、タッピンネジ２５によって締結固定されている。これによって、従動歯車９，１１は従動歯車支持部３９，４１と突起部２３とにより回転可能に挟持され、従動歯車９，１１はケース５及びカバー３で回転可能に挟持された構成となっている。すなわち、この挟持状態で、従動歯車９，１１はその回転中心周りに回転自在である。
【００２９】
前記従動歯車９，１１が前記のように支持された状態で、前記マグネット１３，１５の平面部５１と磁気抵抗素子６３との間にはケース５を基準として一定の距離が保持されている。
【００３０】
図７（ａ）は着磁装置により前記従動歯車９のマグネット１３に着磁する工程を示し、図７（ｂ）は着磁後のマグネット１３を示している。なお、着磁工程は、従動歯車１１のマグネット１５も同様であり、従動歯車９のマグネット１３を主体に説明し、従動歯車１１のマグネット１５は、かっこを付けて対応を示す。
【００３１】
図７（ａ）の着磁装置は、着磁用の磁極６９と治具７１とを備えている。治具７１には、凹部７３が形成されている。
【００３２】
前記マグネット１３を備えた従動歯車９を製造するには、マグネット１３の基材となる着磁前の円柱状の磁性体（着磁前のマグネット１３）をプラスチックベースの射出成形によって形成する。プラスチックベースの射出成形とは、ナイロン、ＰＰＳ等の樹脂に磁性粉末を混合して射出成形により着磁前の磁性体が円柱状に形成されることである。前記樹脂と磁性粉末との配合比は種々選択することができる。前記磁性粉末としては、例えばネオジウム合金やサマリウム−コバルト合金等が用いられる。
【００３３】
この円柱状の磁性体は、樹脂のインサート成形によって従動歯車９の回転中心部に備えられる。
【００３４】
その後、図７（ａ）の磁極６９，治具７１間において磁性体の平面部５１に着磁させる。この場合、治具７１の凹部７３に従動歯車９の嵌合ボス部４９を嵌合支持させる。この支持によって、磁極６９，治具７１の中心と従動歯車９の回転中心とが軸合わせされる。この状態で、磁性体の平面部５１に従動歯車９の回転中心を基準にしてＮ−Ｓ極の着磁が行われ、図７（ｂ）のようにマグネット１３の平面部５１にＮ極とＳ極とが回転中心を境に隣接して正確に形成される。
【００３５】
前記着磁に際して、磁性体の上下面である平面部５１，５３は、従動歯車９の面５５，５７に対して突出しているため、平面部５１，５３を磁極６９及び治具７１の面に確実に密着させることができ、磁極６９による前記着磁を効率よく行わせることができる。なお、平面部５１，５３が従動歯車９の面５５，５７に対して面一であっても同様の効果を得ることができる。
【００３６】
上記のような回転検出装置は、ケース５がコンビネーションスイッチのベースなどに取り付けられ、係合爪４７がステアリングホイール側に係合し、駆動歯車７が検出対象物であるステアリングホイール側に対し回転連動可能となる。
【００３７】
前記ステアリングホイールの操舵に応じて、駆動歯車７が回転すると、駆動歯車７に噛み合う従動歯車９，１１が連動して回転する。従動歯車９，１１の回転によってマグネット１３，１５が回転し、対向する磁気抵抗素子６３の磁場が変化し、この変化に伴って磁気抵抗素子６３の抵抗値が変化する。
【００３８】
前記抵抗値の変化は、電子回路部品１９で角度信号に変換され、コネクタ６５を通して外部システムへ角度信号として出力される。従って、ステアリングホイールなど検出対象物の回転角度を正確に検出することができる。
【００３９】
本実施形態では、特に従動歯車９，１１がケース５の従動歯車支持部３９，４１とカバー３の突起部２３とによって回転可能に挟持され、各マグネット１３，１５の平面部５１と回路基板１７の磁気抵抗素子６３との間に一定の距離が保持されていると共に、回路基板１７と従動歯車９，１１との直接接触がないため、従動歯車９，１１の回転に伴う回路基板１７における振動などの発生が抑制される。この効果は、回路基板１７の貫通孔５９，６１に各突起部２３が遊嵌状態となっていると一層助長される。
【００４０】
従って、磁気抵抗素子６３に振動による悪影響を及ぼすことが抑制され、回転角度を正確に検出することができる。また回路基板１７に実装されている回路素子のはんだ付け部などへの悪影響も抑制され、耐久性を大幅に向上することができる。
【００４１】
本実施形態では、駆動歯車７に同じ歯数を持つ２個の従動歯車９，１１とこれに対応する２つの磁気抵抗素子６３が設けられているため、各従動歯車９，１１の各マグネット１３，１５と各磁気抵抗素子６３との検出により、それぞれの検出角度の差異が規定以上になったとき装置の故障と判定し、故障信号を出力することができる。
【００４２】
前記カバー３、ケース５、駆動歯車７、及び従動歯車９，１１は、線膨張係数がほぼ同一の樹脂材料で形成されているため、高温時、低温時など温度変化があっても、ケース５、カバー３、駆動歯車７、及び従動歯車９，１１の相対関係に影響を及ぼすことが抑制され、常温時と同等の検出精度を確保することができる。
（第２実施形態）
図８〜図１４は本発明の第２実施形態を示している。図８は第２実施形態に係る回転検出装置の断面図、図９は同要部の拡大断面図、図１０は同カバー側から見た透視平面図、図１１は同反カバー側から見た透視底面図、図１２は側面図、図１３は平面図、図１４は底面図である。なお、本実施形態も基本的には第１実施形態と同様であり、対応する構成部分には同符号を付して説明する。
【００４３】
本実施形態の回転検出装置１Ａでは、図８〜図１４のように駆動歯車及び従動歯車にそれぞれリング部７３，７５が設けられている。リング部７３，７５は、その外径が駆動歯車６９、従動歯車７１のそれぞれのピッチ円に相当する径に形成されている。
【００４４】
本実施形態において、駆動歯車６９、従動歯車７１はそれぞれリング部７３，７５と共に、弾性体、例えばエラストマなどによって形成されている。但し、駆動歯車６９、従動歯車７１のいずれか一方のみエラストマなどの弾性体で形成し、リング部７３，７５の一方のみ弾性体とすることもできる。
【００４５】
前記ケース５には、図１０，図１１のように前記従動歯車７１の両側において係合ピン７７が設けられている。各係合ピン７７には、板ばね７９の各端部が係合支持されている。板ばね７９は、従動歯車７１のリング部７５に弾接している。
【００４６】
従って、従動歯車７１は駆動歯車７３側へ付勢された状態となっている。これによって駆動歯車６９のリング部７３と従動歯車７１のリング部７５とが適度の摩擦力を発生するように押圧力をもって弾接している。
【００４７】
但し、板ばね７９を省略してリング部７３，７５を適度な摩擦力を発生するように押圧力をもって弾設配置することも可能である。すなわち、駆動歯車６９、従動歯車７１の回転軸をケース５に固定位置で回転支持させ、リング部７３，７５相互を弾接するように設定すれば、板ばね７９を省略することができる。
【００４８】
前記駆動歯車６９が回転すると、これに噛み合う従動歯車７１は、ケース５及びカバー３に対する摺動抵抗と、駆動歯車６９、従動歯車７１間の噛み合い抵抗程度の軽負荷で駆動される。
【００４９】
そして、検出対象物である例えばステアリングホイールに連動して駆動歯車６９が回転すると、駆動歯車６９のリング部７３と従動歯車７１のリング部７５との摩擦力により従動歯車７１が回転する。このとき板ばね７９の押圧力はリング部７３，７５間に適度な摩擦力を発生させる。
【００５０】
従って、駆動歯車６９の歯部６９ａと、従動歯車７１の歯部７１ａとの間にバックラッシュがあっても、リング部７３，７５がピッチ円上で当接回転するため、基本的にはバックラッシュのない状態で回転角度をより正確に検出することができる。
【００５１】
前記従動歯車７１の負荷が万が一大きくなってリング部７３，７５間にスリップが発生するような場合でも、歯部６９ａ，７１ａの噛み合いによってバックラッシュ以上のずれを生じることがない。従って、少なくとも第１実施形態の検出精度以下となることが無いようにすることが可能となっている。
【００５２】
なお、リング部７３，７５の少なくとも何れかは、駆動歯車６９あるいは従動歯車７１に対して別体に形成することもできる。
【００５３】
図１５，図１６は、このような変形例の実施形態を示したもので、図１５は従動歯車８１の一部を断面にした正面図、図１６は同平面図である。この図１５，図１６のように、リング部８３が別体に形成され、従動歯車８１のボス部８５に嵌合して取り付けられている。この取り付けは圧入あるいは接着等によって固定することができる。前記リング部８３は上記同様、例えば、エラストマ等の弾性体で形成されている。
【００５４】
従って、リング部８３によっても前記リング部７５と同様な機能を奏することができる。
【００５５】
また図１５，図１６の場合には、リング部８３が摩耗したようなとき、リング部８３のみを適宜に交換することが可能となり、メンテナンス費用を低減することができる。
【００５６】
なお、上記実施形態では検出対象物としてステアリングホイールの回転角を検出するようにしたが、他の回転体の回転角を検出する構成にすることもできる。
【００５７】
前記突起部２３は、従動歯車９，１１，７１，８１を回転可能に挟持することができれば良く、周方向にある程度の長さを持たせ、より安定した支持を行わせることもできる。
【００５８】
前記マグネット１３，１５を形成するための着磁前の円柱状の磁性体は、従動歯車９，１１，７１，８１にインサート成形によって設けたが、成形された従動歯車９，１１，７１，８１に対して着磁前の磁性体を接着等で固定し、その後従動歯車９，１１，７１，８１の回転中心を基準に着磁させる構成にすることも可能である。
【００５９】
前記着磁後のマグネット１３，１５を従動歯車９，１１，７１，８１にインサート成形によって固定し、あるいは別々に成形した従動歯車９，１１，７１，８１にマグネット１３，１５を接着により固定することも可能である。
【００６０】
前記マグネット１３，１５は、従動歯車９，１１，７１，８１への磁性体のインサート成形後に着磁してマグネット１３，１５とする実施形態、着磁後のマグネット１３，１５を従動歯車９，１１，７１，８１へ取り付ける実施形態の何れも、マグネット１３，１５を従動歯車９，１１，７１，８１に対して貫通形成することなく、従動歯車１３，１５の磁気抵抗素子６３側の面にのみ露出して設ける構成にすることも可能である。
【００６１】
前記マグネット１３，１５は、回転により磁気抵抗素子６３に一定方向の均一磁界を発生させるものであり、同様な機能を奏する限り、円柱状に限らず直方体などに形成することも可能である。
【００６２】
前記マグネット１３，１５はプラスチックベースの射出成形以外に磁性材料を焼結したものを従動歯車９，１１，７１，８１にインサート成形すること等も可能である。
【００６３】
前記ケース５、カバー３、駆動歯車７，６９、従動歯車９は、線膨張係数が異なる樹脂材料、さらには樹脂以外の材料で形成することも可能である。
【００６４】
前記駆動歯車７の歯数ｍと従動歯車９，１１の歯数ｎとは、上記以外に任意に選択することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る回転検出装置の分解斜視図である。
【図２】第１実施形態に係り、回転検出装置の断面図である。
【図３】第１実施形態に係り、要部の拡大断面図である。
【図４】第１実施形態に係り、従動歯車の一部を断面にした正面図である。
【図５】第１実施形態に係り、従動歯車の平面図である。
【図６】第１実施形態に係り、従動歯車の底面図である。
【図７】第１実施形態に係り、（ａ）は着磁工程を示す説明図、（ｂ）は着磁後のマグネットの斜視図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る回転検出装置の断面図である。
【図９】第２実施形態に係り、要部の拡大断面図である。
【図１０】第２実施形態に係り、カバー側から見た透視平面図である。
【図１１】第２実施形態に係り、反カバー側から見た透視底面図である。
【図１２】第２実施形態に係り、回転検出装置の側面図である。
【図１３】第２実施形態に係り、回転検出装置の平面図である。
【図１４】第２実施形態に係り、回転検出装置の底面図である。
【図１５】第２実施形態の従動歯車の変形例に係る実施形態を示し、一部を断面にした正面図である。
【図１６】第２実施形態の従動歯車の変形例に係る実施形態に係り、平面図である。
【図１７】従来例に係る回転検出装置の断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ 回転検出装置
３ カバー
５ ケース
７，６９ 駆動歯車
９，１１，７１，８１ 従動歯車
１３，１５ マグネット
１７ 回路基板
１９ 電子回路部品
２３ 突起部
３９，４１ 従動歯車支持部
５１，５３ 平面部（端面部）
６３ 磁気抵抗素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のステアリングホイールの回転角度を検出するためなどに供される回転検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転検出装置としては、例えば特開２０００−２８３７０４号公報に記載された図１７に示すようなものがある。この図１７に示す回転検出装置は、車体側とステアリングホイール側とを電気的に接続する回転コネクタ装置１０１に組み込まれたものを示している。すなわち、回転コネクタ装置１０１の下部ハウジング部材１０３と下部カバー部材１０５との間に回転検出装置１０７を設けている。この回転検出装置１０７は、駆動歯車１０９、従動歯車１１１、回路基板１１３によって概ね構成されている。
【０００３】
前記駆動歯車１０９は、ステアリングホイールの回転に伴って回転連動する構成となっている。前記従動歯車１１１は、前記駆動歯車１０９に噛み合っている。この従動歯車１１１には、回転中心部にマグネット１１５が設けられている。マグネット１１５は平面部１１７を有している。平面部１１７にはＮ極及びＳ極が従動歯車１１１の回転中心を境に隣接して形成されている。この従動歯車１１１は、一側面が下部カバー部材１０５に回転可能に支持され、他側面が回路基板１１３に摺接する構成となっている。前記回路基板１１３には、前記マグネット１１５の平面部１１７に対向する磁気抵抗素子１１９が設けられている。
【０００４】
そして、ステアリングホイールの操舵に伴って駆動歯車１０９が回転すると、従動歯車１１１が連動して回転する。従動歯車１１１の回転によって、マグネット１１５が回転すると、Ｎ極及びＳ極が形成された平面部１１７に対向する磁気抵抗素子１１９の磁場が変化し、この変化に伴って磁気抵抗素子１１９の抵抗値が変化する。この変化を電子回路部で角度信号に変換し、外部システムへ角度信号を出力することができる。
【０００５】
従って、角度検出範囲に制約を伴うことなくステアリングホイールの操舵角等を精度良く検出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構造では、従動歯車１１１の一側面が回路基板１１３に直接摺接しているため、従動歯車１１１が回転したときに回路基板１１３に振動等が発生する。このため、回路基板１１３に実装されている回路素子のはんだ付け部や磁気抵抗素子１１９そのものに振動による悪影響を及ぼす虞れがあり、装置の耐久性や検出精度を低下させる虞れがあった。
【０００７】
本発明は、従動歯車が回転したときに回路基板側に振動等が発生するのを抑制し、装置の耐久性向上と検出精度向上とを可能にする回転検出装置の提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、カバーを備えたケースに回転可能に支持されて検出対象物に対し回転連動可能な駆動歯車と、前記駆動歯車に噛み合い回転連動可能な従動歯車と、前記従動歯車の回転中心部に設けられＮ極及びＳ極が隣接して形成された端面部を有するマグネットと、前記ケースに配置された回路基板と、前記回路基板に取り付けられ前記マグネットの端面部に対向する磁気抵抗素子及び該磁気抵抗素子の出力信号を回転角信号に変換する電子回路部品とを備えた回転検出装置において、前記回路基板に、貫通孔を設け、前記カバーに、前記マグネットの端面部と前記磁気抵抗素子との対向方向に突出する突起部を設け、前記従動歯車を、前記貫通孔を貫通した前記突起部と前記ケースとにより回転可能に挟持し、前記端面部と磁気抵抗素子との間に一定の距離を保持させたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の回転検出装置であって、前記ケース、カバー、駆動歯車、及び従動歯車は、線膨張係数がほぼ同一の材料で形成されていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１の発明では、カバーを備えたケースに回転可能に支持された駆動歯車が検出対象物に対し回転連動すると、この駆動歯車に噛み合っている従動歯車が回転連動することができる。この従動歯車には、その回転中心部にＮ極及びＳ極が隣接して形成された端面部を有するマグネットが設けられており、このマグネットが従動歯車と共に回転することができる。前記ケースには回路基板が配置され、この回路基板に前記マグネットの端面部に対向する磁気抵抗素子が備えられ、前記マグネットの回転によって磁気抵抗素子の磁場が変化し、この変化に伴って磁気抵抗素子の抵抗値が変化し、信号を出力することができる。この磁気抵抗素子の出力信号は、前記回路基板に備えられた電子回路部品によって回転角信号に変換され、外部システムへ角度信号として出力することができる。
【００１１】
そして、前記従動歯車を前記ケース及びカバーで回転可能に挟持し、前記マグネットの端面部と磁気抵抗素子との間に一定の距離を保持させたため、従動歯車が回転したときに該従動歯車はケース及びカバーで回転支持されることになり、前記回路基板に振動等を発生するのを抑制することができる。従って、回路基板に実装されている回路素子のはんだ付け部や、磁気抵抗素子に振動による悪影響を及ぼすことが抑制され、装置の耐久性を向上し、また正確な回転検出を行わせることができる。
【００１２】
請求項２の発明では、請求項１の発明の効果に加え、前記ケース、カバー、駆動歯車、及び従動歯車は、線膨張係数がほぼ同一の材料で形成されているため、高温時、低温時など温度変化があっても、ケース、カバー、駆動歯車、及び従動歯車の相対関係に影響を及ぼすことが抑制され、常温時と同等の検出精度を確保することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る回転検出装置の分解斜視図、図２は回転検出装置の断面図を示している。図１、図２のように、回転検出装置１は、カバー３を備えたケース５に駆動歯車７が回転可能に支持されている。前記カバー３及びケース５間には、一対の従動歯車９，１１が回転可能に支持されている。各従動歯車９，１１は、前記駆動歯車７に噛み合っている。前記従動歯車９，１１の回転中心部には、マグネット１３，１５が設けられている。
【００１４】
前記カバー３、ケース５、駆動歯車７、及び従動歯車９，１１は、線膨張係数がほぼ同一の樹脂材料で形成されている。
【００１５】
前記駆動歯車７の歯数ｍと従動歯車９，１１の歯数ｎとは、ｎ／ｍの値が有限小数となるように割り切れる値に設定されている。従って、数値の丸めによる誤差が発生せず、電子回路部品１９での演算を簡単にし、精度を向上させることができる。
【００１６】
前記ケース５には、外部接続可能な回路基板１７が配置されている。回路基板１７には、磁気抵抗素子６３及び該磁気抵抗素子６３の出力信号を回転角信号に変換する電子回路部品１９が取り付けられている。
【００１７】
ここで、図３〜図６をも参照しつつ各部の詳細をさらに説明する。図３は回転検出装置１の要部拡大断面図、図４は従動歯車の一部を断面にした正面図、図５は従動歯車の平面図、図６は従動歯車の底面図である。
【００１８】
まず図１，図２，図３のように、前記カバー３には、その中央部に前記駆動歯車７側を回転自在に嵌合支持する支持孔２１が設けられている。前記カバー３には、前記各従動歯車９，１１に対応してそれぞれ突起部２３が設けられている。突起部２３は各従動歯車９，１１毎に例えば４本備えられ、各従動歯車９，１１の回転中心を中心として周方向へ均等に配置されている。このカバー３は、例えば４本のタッピンネジ２５により前記回路基板１７と共に前記ケース５に締結固定されている。
【００１９】
前記ケース５には、中央部に前記駆動歯車７を回転自在に支持する支持孔２７が設けられている。支持孔２７の周囲には、前記駆動歯車７の外周囲を隙間を持って包囲する周壁部２９が設けられている。周壁部２９には、前記従動歯車９，１１側へ延びる壁部３１，３３が連続している。この壁部３１，３３が相互に対向する中間部に壁部３５，３７が設けられている。壁部３１，３５によって前記従動歯車９の外周囲を包囲し、壁部３３，３７によって前記従動歯車１１の外周囲を隙間を持って包囲する構成となっている。ケース５には、壁部３１，３５間の中央部と壁部３３，３７間の中央部とに従動歯車支持部３９，４１が円筒状に突設されている。ケース５には、カバー３側の内周面に嵌合凹部４０が設けられている。
【００２０】
前記駆動歯車７には、両側面に嵌合ボス部４３，４５が突設されている。一方の嵌合ボス部４３には、一対の係合爪４７が突設されている。係合爪４７は、検出対象物であるステアリングホイール側に係合し、ステアリングホイール側の回転に対して駆動歯車７を回転連動させる構成となっている。
【００２１】
前記従動歯車９，１１は、図４〜図６をも参照して説明する。従動歯車９，１１は同一構造であり、従動歯車９について説明する。従動歯車９は、嵌合ボス部４９を有している。従動歯車９の回転中心部には、前記マグネット１３が同心に設けられている。このマグネット１３は円柱状に形成され、従動歯車９にインサート成形されている。
【００２２】
前記マグネット１３は、端面部として平面部５１，５３を有している。平面部５１，５３は、前記従動歯車１３の面５５，５７に対して突出形成されている。但し、平面部５１，５３は、面５５，５７に対して面一に形成することもできる。
【００２３】
前記平面部５１には、回転中心を境にＮ極及びＳ極が隣接して形成されている。前記平面部５１へのＮ−Ｓの着磁は、前記射出成形によって形成された円柱状の着磁前の磁性体が従動歯車７にインサート成形されたあと、従動歯車７の回転中心を基準にして行われる。
【００２４】
前記回路基板１７には、前記従動歯車支持部３９，４１にそれぞれ対応した位置で複数の貫通孔５９，６１が設けられている。これら貫通孔５９，６１は、前記カバー３の各突起部２３を遊嵌させるものである。回路基板１７には、前記従動歯車支持部３９，４１上で前記マグネト１３，１５の平面部５１に対向する磁気抵抗素子６３がそれぞれ設けられている。回路基板１７には、コネクタ６５が設けられている。コネクタ６５は外部接続可能とするもので、回路基板１７に対して、例えばタッピンネジ６７によって固定されている。但し、コネクタ６５はケース５側にタッピンネジによって固定することも可能である。
【００２５】
前記電子回路部品１９、磁気抵抗素子６３、コネクタ６５は、回路基板１７上において回路構成されている。
【００２６】
そして、前記駆動歯車７の嵌合ボス部４５は前記ケース５の駆動歯車支持孔２７に嵌合支持されている。前記従動歯車９，１１は、それぞれ前記従動歯車支持部３９，４１に支持されている。この支持は、従動歯車９，１１の嵌合ボス部４９を従動歯車支持部３９，４１に嵌合させることによって行われている。
【００２７】
前記回路基板１７はケース５に嵌め込まれ、その外周部１７ａがケース５の嵌合凹部４１に嵌合支持されている。前記カバー３は、ケース５に嵌め込まれ、カバー３の外周部３ａが嵌合凹部４０に嵌合支持されている。カバー３の各突起部２３は、前記貫通孔５９，６１をそれぞれ貫通し、その先端が従動歯車９，１１にそれぞれ対向する。
【００２８】
前記ケース５とカバー３とは、タッピンネジ２５によって締結固定されている。これによって、従動歯車９，１１は従動歯車支持部３９，４１と突起部２３とにより回転可能に挟持され、従動歯車９，１１はケース５及びカバー３で回転可能に挟持された構成となっている。すなわち、この挟持状態で、従動歯車９，１１はその回転中心周りに回転自在である。
【００２９】
前記従動歯車９，１１が前記のように支持された状態で、前記マグネット１３，１５の平面部５１と磁気抵抗素子６３との間にはケース５を基準として一定の距離が保持されている。
【００３０】
図７（ａ）は着磁装置により前記従動歯車９のマグネット１３に着磁する工程を示し、図７（ｂ）は着磁後のマグネット１３を示している。なお、着磁工程は、従動歯車１１のマグネット１５も同様であり、従動歯車９のマグネット１３を主体に説明し、従動歯車１１のマグネット１５は、かっこを付けて対応を示す。
【００３１】
図７（ａ）の着磁装置は、着磁用の磁極６９と治具７１とを備えている。治具７１には、凹部７３が形成されている。
【００３２】
前記マグネット１３を備えた従動歯車９を製造するには、マグネット１３の基材となる着磁前の円柱状の磁性体（着磁前のマグネット１３）をプラスチックベースの射出成形によって形成する。プラスチックベースの射出成形とは、ナイロン、ＰＰＳ等の樹脂に磁性粉末を混合して射出成形により着磁前の磁性体が円柱状に形成されることである。前記樹脂と磁性粉末との配合比は種々選択することができる。前記磁性粉末としては、例えばネオジウム合金やサマリウム−コバルト合金等が用いられる。
【００３３】
この円柱状の磁性体は、樹脂のインサート成形によって従動歯車９の回転中心部に備えられる。
【００３４】
その後、図７（ａ）の磁極６９，治具７１間において磁性体の平面部５１に着磁させる。この場合、治具７１の凹部７３に従動歯車９の嵌合ボス部４９を嵌合支持させる。この支持によって、磁極６９，治具７１の中心と従動歯車９の回転中心とが軸合わせされる。この状態で、磁性体の平面部５１に従動歯車９の回転中心を基準にしてＮ−Ｓ極の着磁が行われ、図７（ｂ）のようにマグネット１３の平面部５１にＮ極とＳ極とが回転中心を境に隣接して正確に形成される。
【００３５】
前記着磁に際して、磁性体の上下面である平面部５１，５３は、従動歯車９の面５５，５７に対して突出しているため、平面部５１，５３を磁極６９及び治具７１の面に確実に密着させることができ、磁極６９による前記着磁を効率よく行わせることができる。なお、平面部５１，５３が従動歯車９の面５５，５７に対して面一であっても同様の効果を得ることができる。
【００３６】
上記のような回転検出装置は、ケース５がコンビネーションスイッチのベースなどに取り付けられ、係合爪４７がステアリングホイール側に係合し、駆動歯車７が検出対象物であるステアリングホイール側に対し回転連動可能となる。
【００３７】
前記ステアリングホイールの操舵に応じて、駆動歯車７が回転すると、駆動歯車７に噛み合う従動歯車９，１１が連動して回転する。従動歯車９，１１の回転によってマグネット１３，１５が回転し、対向する磁気抵抗素子６３の磁場が変化し、この変化に伴って磁気抵抗素子６３の抵抗値が変化する。
【００３８】
前記抵抗値の変化は、電子回路部品１９で角度信号に変換され、コネクタ６５を通して外部システムへ角度信号として出力される。従って、ステアリングホイールなど検出対象物の回転角度を正確に検出することができる。
【００３９】
本実施形態では、特に従動歯車９，１１がケース５の従動歯車支持部３９，４１とカバー３の突起部２３とによって回転可能に挟持され、各マグネット１３，１５の平面部５１と回路基板１７の磁気抵抗素子６３との間に一定の距離が保持されていると共に、回路基板１７と従動歯車９，１１との直接接触がないため、従動歯車９，１１の回転に伴う回路基板１７における振動などの発生が抑制される。この効果は、回路基板１７の貫通孔５９，６１に各突起部２３が遊嵌状態となっていると一層助長される。
【００４０】
従って、磁気抵抗素子６３に振動による悪影響を及ぼすことが抑制され、回転角度を正確に検出することができる。また回路基板１７に実装されている回路素子のはんだ付け部などへの悪影響も抑制され、耐久性を大幅に向上することができる。
【００４１】
本実施形態では、駆動歯車７に同じ歯数を持つ２個の従動歯車９，１１とこれに対応する２つの磁気抵抗素子６３が設けられているため、各従動歯車９，１１の各マグネット１３，１５と各磁気抵抗素子６３との検出により、それぞれの検出角度の差異が規定以上になったとき装置の故障と判定し、故障信号を出力することができる。
【００４２】
前記カバー３、ケース５、駆動歯車７、及び従動歯車９，１１は、線膨張係数がほぼ同一の樹脂材料で形成されているため、高温時、低温時など温度変化があっても、ケース５、カバー３、駆動歯車７、及び従動歯車９，１１の相対関係に影響を及ぼすことが抑制され、常温時と同等の検出精度を確保することができる。
（第２実施形態）
図８〜図１４は本発明の第２実施形態を示している。図８は第２実施形態に係る回転検出装置の断面図、図９は同要部の拡大断面図、図１０は同カバー側から見た透視平面図、図１１は同反カバー側から見た透視底面図、図１２は側面図、図１３は平面図、図１４は底面図である。なお、本実施形態も基本的には第１実施形態と同様であり、対応する構成部分には同符号を付して説明する。
【００４３】
本実施形態の回転検出装置１Ａでは、図８〜図１４のように駆動歯車及び従動歯車にそれぞれリング部７３，７５が設けられている。リング部７３，７５は、その外径が駆動歯車６９、従動歯車７１のそれぞれのピッチ円に相当する径に形成されている。
【００４４】
本実施形態において、駆動歯車６９、従動歯車７１はそれぞれリング部７３，７５と共に、弾性体、例えばエラストマなどによって形成されている。但し、駆動歯車６９、従動歯車７１のいずれか一方のみエラストマなどの弾性体で形成し、リング部７３，７５の一方のみ弾性体とすることもできる。
【００４５】
前記ケース５には、図１０，図１１のように前記従動歯車７１の両側において係合ピン７７が設けられている。各係合ピン７７には、板ばね７９の各端部が係合支持されている。板ばね７９は、従動歯車７１のリング部７５に弾接している。
【００４６】
従って、従動歯車７１は駆動歯車７３側へ付勢された状態となっている。これによって駆動歯車６９のリング部７３と従動歯車７１のリング部７５とが適度の摩擦力を発生するように押圧力をもって弾接している。
【００４７】
但し、板ばね７９を省略してリング部７３，７５を適度な摩擦力を発生するように押圧力をもって弾設配置することも可能である。すなわち、駆動歯車６９、従動歯車７１の回転軸をケース５に固定位置で回転支持させ、リング部７３，７５相互を弾接するように設定すれば、板ばね７９を省略することができる。
【００４８】
前記駆動歯車６９が回転すると、これに噛み合う従動歯車７１は、ケース５及びカバー３に対する摺動抵抗と、駆動歯車６９、従動歯車７１間の噛み合い抵抗程度の軽負荷で駆動される。
【００４９】
そして、検出対象物である例えばステアリングホイールに連動して駆動歯車６９が回転すると、駆動歯車６９のリング部７３と従動歯車７１のリング部７５との摩擦力により従動歯車７１が回転する。このとき板ばね７９の押圧力はリング部７３，７５間に適度な摩擦力を発生させる。
【００５０】
従って、駆動歯車６９の歯部６９ａと、従動歯車７１の歯部７１ａとの間にバックラッシュがあっても、リング部７３，７５がピッチ円上で当接回転するため、基本的にはバックラッシュのない状態で回転角度をより正確に検出することができる。
【００５１】
前記従動歯車７１の負荷が万が一大きくなってリング部７３，７５間にスリップが発生するような場合でも、歯部６９ａ，７１ａの噛み合いによってバックラッシュ以上のずれを生じることがない。従って、少なくとも第１実施形態の検出精度以下となることが無いようにすることが可能となっている。
【００５２】
なお、リング部７３，７５の少なくとも何れかは、駆動歯車６９あるいは従動歯車７１に対して別体に形成することもできる。
【００５３】
図１５，図１６は、このような変形例の実施形態を示したもので、図１５は従動歯車８１の一部を断面にした正面図、図１６は同平面図である。この図１５，図１６のように、リング部８３が別体に形成され、従動歯車８１のボス部８５に嵌合して取り付けられている。この取り付けは圧入あるいは接着等によって固定することができる。前記リング部８３は上記同様、例えば、エラストマ等の弾性体で形成されている。
【００５４】
従って、リング部８３によっても前記リング部７５と同様な機能を奏することができる。
【００５５】
また図１５，図１６の場合には、リング部８３が摩耗したようなとき、リング部８３のみを適宜に交換することが可能となり、メンテナンス費用を低減することができる。
【００５６】
なお、上記実施形態では検出対象物としてステアリングホイールの回転角を検出するようにしたが、他の回転体の回転角を検出する構成にすることもできる。
【００５７】
前記突起部２３は、従動歯車９，１１，７１，８１を回転可能に挟持することができれば良く、周方向にある程度の長さを持たせ、より安定した支持を行わせることもできる。
【００５８】
前記マグネット１３，１５を形成するための着磁前の円柱状の磁性体は、従動歯車９，１１，７１，８１にインサート成形によって設けたが、成形された従動歯車９，１１，７１，８１に対して着磁前の磁性体を接着等で固定し、その後従動歯車９，１１，７１，８１の回転中心を基準に着磁させる構成にすることも可能である。
【００５９】
前記着磁後のマグネット１３，１５を従動歯車９，１１，７１，８１にインサート成形によって固定し、あるいは別々に成形した従動歯車９，１１，７１，８１にマグネット１３，１５を接着により固定することも可能である。
【００６０】
前記マグネット１３，１５は、従動歯車９，１１，７１，８１への磁性体のインサート成形後に着磁してマグネット１３，１５とする実施形態、着磁後のマグネット１３，１５を従動歯車９，１１，７１，８１へ取り付ける実施形態の何れも、マグネット１３，１５を従動歯車９，１１，７１，８１に対して貫通形成することなく、従動歯車１３，１５の磁気抵抗素子６３側の面にのみ露出して設ける構成にすることも可能である。
【００６１】
前記マグネット１３，１５は、回転により磁気抵抗素子６３に一定方向の均一磁界を発生させるものであり、同様な機能を奏する限り、円柱状に限らず直方体などに形成することも可能である。
【００６２】
前記マグネット１３，１５はプラスチックベースの射出成形以外に磁性材料を焼結したものを従動歯車９，１１，７１，８１にインサート成形すること等も可能である。
【００６３】
前記ケース５、カバー３、駆動歯車７，６９、従動歯車９は、線膨張係数が異なる樹脂材料、さらには樹脂以外の材料で形成することも可能である。
【００６４】
前記駆動歯車７の歯数ｍと従動歯車９，１１の歯数ｎとは、上記以外に任意に選択することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る回転検出装置の分解斜視図である。
【図２】第１実施形態に係り、回転検出装置の断面図である。
【図３】第１実施形態に係り、要部の拡大断面図である。
【図４】第１実施形態に係り、従動歯車の一部を断面にした正面図である。
【図５】第１実施形態に係り、従動歯車の平面図である。
【図６】第１実施形態に係り、従動歯車の底面図である。
【図７】第１実施形態に係り、（ａ）は着磁工程を示す説明図、（ｂ）は着磁後のマグネットの斜視図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る回転検出装置の断面図である。
【図９】第２実施形態に係り、要部の拡大断面図である。
【図１０】第２実施形態に係り、カバー側から見た透視平面図である。
【図１１】第２実施形態に係り、反カバー側から見た透視底面図である。
【図１２】第２実施形態に係り、回転検出装置の側面図である。
【図１３】第２実施形態に係り、回転検出装置の平面図である。
【図１４】第２実施形態に係り、回転検出装置の底面図である。
【図１５】第２実施形態の従動歯車の変形例に係る実施形態を示し、一部を断面にした正面図である。
【図１６】第２実施形態の従動歯車の変形例に係る実施形態に係り、平面図である。
【図１７】従来例に係る回転検出装置の断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ 回転検出装置
３ カバー
５ ケース
７，６９ 駆動歯車
９，１１，７１，８１ 従動歯車
１３，１５ マグネット
１７ 回路基板
１９ 電子回路部品
２３ 突起部
３９，４１ 従動歯車支持部
５１，５３ 平面部（端面部）
６３ 磁気抵抗素子
Claims (2)
- カバーを備えたケースに回転可能に支持されて検出対象物に対し回転連動可能な駆動歯車と、
前記駆動歯車に噛み合い回転連動可能な従動歯車と、
前記従動歯車の回転中心部に設けられＮ極及びＳ極が隣接して形成された端面部を有するマグネットと、
前記ケースに配置された回路基板と、
前記回路基板に取り付けられ前記マグネットの端面部に対向する磁気抵抗素子及び該磁気抵抗素子の出力信号を回転角信号に変換する電子回路部品とを備えた回転検出装置において、
前記回路基板に、貫通孔を設け、
前記カバーに、前記マグネットの端面部と前記磁気抵抗素子との対向方向に突出する突起部を設け、
前記従動歯車を、前記貫通孔を貫通した前記突起部と前記ケースとにより回転可能に挟持し、前記端面部と磁気抵抗素子との間に一定の距離を保持させたことを特徴とする回転検出装置。 - 請求項１記載の回転検出装置であって、
前記ケース、カバー、駆動歯車、及び従動歯車は、線膨張係数がほぼ同一の材料で形成されていることを特徴とする回転検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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