JP4586616B2 - 角度検出器の継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、産業車両の操舵輪の舵角やパワーショベルのフロント角を検出する角度検出器の継手構造に関するものである。

従来から産業車両の操舵輪の舵角やパワーショベルのフロント角を検出する角度検出器の継手構造が提案されている（特許文献１参照）。

これは、検出しようとする回転軸の軸端に開口させた開口穴の縁に軸心対称に略半円状の溝穴を設け、回転検出器の検出軸と回転軸との連結用のＵ字形板状のスプリング部材の両端を前記溝穴に挿入し、回転角度検出器の検出軸の二面幅部を前記スプリング部材の対向する平行部間に嵌挿させるようにしている。
特開平８−２１８４４５号公報

しかしながら、上記従来例では、連結用のＵ字形板状のスプリング部材と回転軸の溝穴との締め代と、同じくスプリング部材の平行部と回転角度検出器の検出軸の二面幅との締め代とを個別に独立して調整できず、一方の締め代を大きくすると他方の締め代も大きくなり、一方の締め代を小さくすると他方の締め代も小さくなり、互いの締め代が影響し合い、両締め代のばらつきが大きくなり、検出対象物の回転が正確に回転角度検出器の検出軸に伝達されない虞があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、被検出軸の回転を正確に角度検出器の検出軸に伝達するに好適な角度検出器の継手構造を提供することを目的とする。

本発明は、被検出軸の軸端に設けた半径方向溝と角度検出器の検出軸とに係合して被検出軸の回転角度位置および角度変化を角度検出器の検出軸に伝える継手部材を備える角度検出器の継手構造において、前記角度検出器の検出軸を対向する二面幅を備える矩形形状に形成し、前記継手部材の一端に角度検出器の矩形形状となる検出軸の二面幅部分に圧入嵌合する矩形形状の穴からなる軸圧入部を設けると共に、他端に被検出軸の半径方向溝に嵌合するようそれ自身の弾性により円周方向に拡がる弾性片からなる溝嵌合部を設け、前記継手部材の軸圧入部の矩形形状からなる穴の対向する面を角度検出器の検出軸の二面幅部分に接触させて圧入嵌合させる一方、継手部材の溝嵌合部の弾性片を被検出軸に設けた半径方向溝の対向する壁面に夫々接触させて嵌合させるようにした。

したがって、本発明では、角度検出器の検出軸を対向する二面幅を備える矩形形状に形成し、継手部材の一端に角度検出器の矩形形状となる検出軸の二面幅部分に圧入嵌合する矩形形状の穴からなる軸圧入部を設けると共に、他端に被検出軸の半径方向溝に嵌合するようそれ自身の弾性により円周方向に拡がる弾性片からなる溝嵌合部を設け、前記継手部材の軸圧入部の矩形形状からなる穴の対向する面を角度検出器の検出軸の二面幅部分に接触させて圧入嵌合させる一方、継手部材の溝嵌合部の弾性片を被検出軸に設けた半径方向溝の対向する壁面に夫々接触させて嵌合させるため、継手部材の軸圧入部と角度検出器の検出軸との間の嵌合圧力と、継手部材の溝嵌合部と被検出軸の半径方向溝との間の嵌合圧力とを独立して調整することができ、検出対象物の回転を正確に回転角度検出器の検出軸に伝達することができる。

以下、本発明の角度検出器の継手構造を各実施形態に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図４は、本発明を適用した角度検出器の継手構造の第１実施形態を示し、図１は角度検出器の継手構造が適用される操舵輪舵角検出部の要部斜視図、図２は角度検出器および継手部材を分離させた要部斜視図、図３は継手部材の平面図および側面図、図４は継手部材の作用説明図である。

先ず、図１および図２により、角度検出器の継手構造が適用される操舵輪舵角検出部について説明する。図１および図２は、フォークリフトにおける通常は後輪となる図示しない操舵輪の支持部の斜視図であり、上下方向に配列され図示しない軸受により本体１に回転可能に支持された支持軸２の下方に図示しない操舵輪が配置されている。操舵輪は図示しない操舵シリンダにより転舵されるよう構成され、運転席のステアリングハンドルの操作に応答して作動し、支持軸２を矢印に示す方向に回動させて操舵輪をハンドルの操作方向に転舵させるよう構成している。

本実施形態の角度検出器の継手構造は、操舵輪の支持部である本体１にブラケット３を介して取付け固定された回転角度検出器４（角度検出器と称する）と、被検出軸としての支持軸２と、支持軸２の回転を角度検出器４に伝達するための継手部材５と、を備える。前記角度検出器４は、前記ブラケット３への取付穴６を円弧状の長穴とすることで、その取付角度を調整可能としており、検出角度を調整可能としている。

前記支持軸２の上端には、継手部材５を収容するための収容穴７が軸心に開けられており、収容穴７の対向する縁には、継手部材５と係合する一対の半径方向溝８が設けられ、この半径方向溝８は軸方向に延在されている。前記角度検出器４の検出軸９は、前記支持軸２に設けた収容穴７に向かって突設して配置されている。前記継手部材５は、検出軸９に基部（軸圧入部１０）が圧入され、検出軸９と一体に回動するよう構成している。このため、継手部材５の回転角度の変化が検出軸９を回動させ、その回転角変化は角度検出器４で検出される。継手部材５の基部（軸圧入部１０）から半径方向に延びた先端部（溝嵌合部１１）は、被検出軸としての支持軸２の半径方向溝８にスライド可能に係合するよう構成される。したがって、被検出軸としての支持軸２が回動すると、半径方向溝８の回転位置が変化し、継手部材５と検出軸９は一体で回転角度位置を変化され、角度検出器４の出力角度信号を変化させる。

前記継手部材５は、図３に示すように、角度検出器４の検出軸９に圧入により嵌合する軸圧入部１０と、被検出軸である支持軸２の半径方向溝８に嵌合する溝嵌合部１１と、軸圧入部１０と溝嵌合部１１とを連結するアーム部１２とを備える。前記軸圧入部１０には、矩形に形成された検出軸９に圧入嵌合する矩形の穴１０Ａが形成され、また、この矩形の穴１０Ａの縁の一部にスリット１３が形成されて、矩形の穴１０Ａと検出軸９との寸法誤差により生ずる嵌合圧力の変動を小さくしている。検出軸９の矩形形状は、対向する二面幅の長さは同じであるが隣接する面とは長さが異なる長方形に形成されており、継手部材５の矩形の穴１０Ａと圧入嵌合される際に、半径方向に位置する溝嵌合部１１の突出方向が１８０度で対向する二方向のいずれかとなるように限定して、継手部材５の組み間違いを防止している。

前記溝嵌合部１１は、支持軸２の半径方向溝８の対向する壁面に夫々当接する弾性片１１Ａを備える二又形状に形成されており、自由状態の二又形状の弾性片１１Ａで形成する溝嵌合部１１の幅寸法は、支持軸２の半径方向溝８の幅寸法より大きく形成している。このため、半径方向溝８内に溝嵌合部１１を挿入した際には、両者は圧入状態となり、半径方向溝８と溝嵌合部１１とはガタがなく係合してスライド可能となる。この圧入代、即ち、半径方向溝８の溝幅に対してどの程度、溝嵌合部１１の幅寸法を大きくするかは、両者間の摺動抵抗等を実験により測定して設定する。

図４は角度検出器４の検出軸９を回転させる際の継手部材５に作用する反力を示したものである。ここで、角度検出器４の検出軸９を回転させるモーメントをＭとすると、
Ｍ＝Ｆ1Ｌ1＝Ｆ2Ｌ2 ・・・（１）
の関係が成立する。なお、Ｆ1：半径方向溝８と溝嵌合部１１との間の作用反力、Ｌ1：半径方向溝８と溝嵌合部１１との作用点の検出軸９の軸心からの距離、Ｆ2：検出軸９と軸圧入部１０との間の作用反力、Ｌ2：検出軸９と軸圧入部１０との作用点の検出軸９の軸心からの距離、である。

上記式（１）は、下記のように、
Ｆ1／Ｆ2＝Ｌ2／Ｌ1 ・・・（２）
変換できる。この式（２）から、Ｌ1＞Ｌ2である場合には、Ｆ2＞Ｆ1とする必要がある。

しかしながら、上記した継手構造においては、軸圧入部１０と溝嵌合部１１とが検出軸９と半径方向溝８に独立して夫々嵌合する構造としているため、軸圧入部１０と溝嵌合部１１との嵌合代（締め代若しくは締付け力）を夫々最適の値に設定できる。

また、従来例として引用した特許文献１の継手構造においては、検出軸の二面幅誤差と継手部材としての板ばねの形状誤差と被検出軸の半径方向溝の溝幅誤差が加算されて被検出軸の回転角度の検出精度に影響を及ぼすものであったが、本実施形態の継手構造においては、半径方向溝８と溝嵌合部１１との隙間誤差と軸圧入部１０と検出軸９との隙間誤差の２要素のみの誤差とでき、被検出軸２の回転角度の検出精度を向上できる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）被検出軸２の軸端に設けた半径方向溝８と角度検出器４の検出軸９とに係合して被検出軸２の回転角度位置および角度変化を角度検出器４の検出軸９に伝える継手部材５を備える角度検出器４の継手構造において、前記継手部材５の一端に角度検出器４の検出軸９に圧入嵌合する軸圧入部１０を設けると共に他端に被検出軸２の半径方向溝８の両側面に接触して嵌合する溝嵌合部１１を設け、前記継手部材５の軸圧入部１０を角度検出器４の検出軸９に圧入嵌合させる一方、継手部材５の溝嵌合部１１を被検出軸２に設けた半径方向溝８に両側面を接触させて嵌合させるようにした。このため、継手部材５の軸圧入部１０と角度検出器４の検出軸９との間の嵌合圧力と、継手部材５の溝嵌合部１１と被検出軸２の半径方向溝８との間の嵌合圧力とを独立して調整することができ、検出対象物の回転を正確に回転角度検出器４の検出軸９に伝達することができる。

（イ）溝嵌合部１１は、半径方向溝８の対向する側面に夫々接する弾性片１１Ａ、１１Ａによる二又形状に形成され、弾性片１１Ａの先端同士で形成する幅を、半径方向溝８の幅より大きく形成して、半径方向溝８への嵌合時に圧入されることにより、半径方向溝８と溝嵌合部１１との嵌合にガタツキを生じることなく両者間でスライド可能であり、角度検出器４の検出精度を向上できる。

（ウ）継手部材５の軸圧入部１０は、その環状壁面の一部がスリット１３により切欠かれているため、軸圧入部１０と角度検出器４の検出軸９との寸法誤差に対する嵌合圧力の変動を小さくすることができる。

（第２実施形態）
図５〜図８は、本発明を適用した角度検出器の継手構造の第２実施形態を示し、図５は継手構造の第１実施例の継手部材を示す平面図および側面図、図６は継手部材の作用を第１実施形態の継手構造と共に説明する説明図、図７は継手構造の第２実施例の継手部材を示す平面図および側面図、図８は軸圧入部の要部拡大図である。本実施形態においては、第１実施形態の継手構造における溝嵌合部を軸圧入部に対して対向させて２箇所としたものである。なお、図１〜図４と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

図５において、本実施形態における第１実施例の継手構造においては、継手部材５Ａの被検出軸である支持軸２の半径方向溝８に嵌合する溝嵌合部１１を軸圧入部１０の両側に対向させて設け、支持軸２の対向する一対の半径方向溝８に夫々嵌合させるよう構成している。その他の構成は、第１実施形態と同様としている。

このように、溝嵌合部１１を軸圧入部１０の両側から突出するように構成すると、図６に示すように、支持軸２の軸心と角度検出器４の検出軸９の軸心とが偏心している場合であっても、検出角度の誤差を吸収することができる。

図６（Ａ）は比較のために示す第１実施形態の支持軸２の軸心と角度検出器４の検出軸の軸心とが偏心している場合を示す。この継手構造においては、偏心Ｓにより検出角度がずれる。即ち、両軸心を含む面に継手部材５が位置する回転位置では角度検出器４の検出角度に誤差はないものの、この面に対する角度が大きくなるに連れて検出角度の誤差が大きくなり、図６（Ａ）に示すように、この面に直交する回転位置において検出角度の誤差θが最大となる。

これに対して、図６（Ｂ）に示す本実施形態の継手部材５においては、支持軸２の軸心と角度検出器４の検出軸９の軸心とが偏心していても、一対の溝嵌合部１１が軸圧入部１０の両側において支持軸２の対向する半径方向溝８に嵌合しているため、溝嵌合部１１と軸圧入部１０との間のアーム部分１２および溝嵌合部１１自体が支持軸２の回転に応じて弾性変形して、偏心Ｓによる影響を相殺する。したがって、角度検出器４で検出する検出角度に誤差が発生しない。

図７に示す第２実施例の継手構造においては、角度検出器の検出軸との軸圧入部の構成が第１実施例とは相違し、検出軸９側に２面幅９Ａを備えるようにし、軸圧入部１０を長穴１５形状とし、この長穴１５を検出軸９の二面幅９Ａに対して圧入するよう構成している。前記軸圧入部１０は、図８に示すように、長穴１５の片方の側面１５Ａは平らな平滑面に形成し、対向する他方の側面１５Ｂは長穴１５内に張出す薄肉の突起１５Ｃを、背面に空洞１５Ｄを設けることにより形成している。そして、検出軸９の二面幅９Ａ部分がこの長穴１５に挿入されると薄肉の突起１５Ｃが背面の空洞１５Ｄ側へ後退されつつ検出軸９の二面幅９Ａに圧入され、両者間の嵌合部に隙間を発生させることを防止して、ガタツキなく一定の与圧を与えるようにしている。

前記薄肉の突起１５Ｃを形成する際に、背面の空洞１５Ｄに薄肉の突起１５Ｃを検出軸９の二面幅９Ａに押付ける板ばね等を挿入すると、上記両者間に隙間が発生するのをなお一層抑制でき、与圧も安定する。また、継手部材５には、軸圧入部１０と検出軸９との相対移動が可能となり、継手部材５の軸方向（図中の上下方向）の移動を検出軸９により規制することができないため、継手部材５より保持用アーム１６を突出させて、その先端部が支持軸２の上端に当接するようにしている。即ち、継手部材５は、支持軸２により軸方向に位置決めされるようにしている。

この継手構造においては、角度検出器４の検出軸９に対して軸圧入部１０がその二面幅９Ａ方向に摺動移動可能となるため、支持軸２の軸心と角度検出器４の検出軸９の軸心とが偏心Ｓしている場合に、偏心Ｓによる影響を相殺するように溝嵌合部１１と軸圧入部１０との間のアーム部分１２および溝嵌合部１１自体が支持軸２の回転に応じて弾性変形する代わりに、検出角度の変化に応じて軸圧入部１０が偏心Ｓにより検出軸９の二面幅に沿ってスライドされる。このため、継手部材５の溝嵌合部１１、アーム部１２および軸圧入部１０に生ずる偏荷重の発生を防止できる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（イ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。

（エ）継手部材５は、軸圧入部１０を挟んで二個の溝嵌合部１１を軸対象に備え、各々の溝嵌合部１１を被検出軸２に設けた半径方向溝８の両側面に接触させて嵌合させているため、角度検出器４の検出軸９と被検出軸２との偏心による角度検出の誤差の発生を抑えることができる。

（オ）継手部材５の軸圧入部１０は、溝嵌合部１１が配置される方向と直交する方向に延びる長穴１５に形成され、角度検出器４の検出軸９に対して長穴１５の延びる方向に摺動可能に圧入されるため、角度検出器４の検出軸９と被検出軸２との偏心による継手部材５の偏荷重を検出軸９と軸圧入部１０とのスライド移動により吸収して、軸圧入部１０および溝嵌合部１１の嵌合圧力の変化が発生せず、角度検出器４の検出精度を向上できる。

（カ）継手部材５は、半径方向に突出させて複数のアーム１６を備え、このアーム１６を被検出軸２の軸端に当接させることにより軸方向に位置決めされるため、継手部材５の姿勢変化を抑制でき、角度検出器４の検出精度を向上できる。

本発明の一実施形態を示す角度検出器の継手構造が適用される操舵輪舵角検出部の要部斜視図。 同じく角度検出器および継手部材を分離させた要部斜視図。 継手部材の平面図（Ａ）および側面図（Ｂ）。 継手部材の作用説明図。 本発明の第２実施形態を示す角度検出器の継手構造の第１実施例の継手部材の平面図（Ａ）および側面図（Ｂ）。 継手部材の作用（ｂ）を第１実施形態の継手構造（ａ）と共に説明する説明図。 第２実施形態の継手構造の第２実施例における継手部材の平面図（Ａ）および側面図（Ｂ）。 第２実施例の軸圧入部の要部拡大図。

符号の説明

１ 本体
２ 被検出軸である支持軸
３ ブラケット
４ 角度検出器、回転角度検出器
５ 継手部材
８ 半径方向溝
９ 検出軸
１０ 軸圧入部
１１ 溝嵌合部
１２ アーム部
１３ スリット

Claims (6)

1. 被検出軸の軸端に設けた半径方向溝と角度検出器の検出軸とに係合して被検出軸の回転角度位置および角度変化を角度検出器の検出軸に伝える継手部材を備える角度検出器の継手構造において、
   前記角度検出器の検出軸を対向する二面幅を備える矩形形状に形成し、
   前記継手部材の一端に角度検出器の矩形形状となる検出軸の二面幅部分に圧入嵌合する矩形形状の穴からなる軸圧入部を設けると共に、他端に被検出軸の半径方向溝に嵌合するようそれ自身の弾性により円周方向に拡がる弾性片からなる溝嵌合部を設け、
   前記継手部材の軸圧入部の矩形形状からなる穴の対向する面を角度検出器の検出軸の二面幅部分に接触させて圧入嵌合させる一方、継手部材の溝嵌合部の弾性片を被検出軸に設けた半径方向溝の対向する壁面に夫々接触させて嵌合させたことを特徴とする角度検出器の継手構造。
2. 前記継手部材は、軸圧入部を挟んで二個の溝嵌合部を軸対象に備え、各々の溝嵌合部を被検出軸に設けた半径方向溝の両側面に接触させて嵌合させたことを特徴とする請求項１に記載の角度検出器の継手構造。
3. 前記溝嵌合部は、半径方向溝の対向する側面に夫々接する弾性片による二又形状に形成され、弾性片の先端同士で形成する幅を、半径方向溝の幅より大きく形成して、半径方向溝への嵌合時に圧入されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の角度検出器の継手構造。
4. 前記継手部材の軸圧入部は、その環状壁面の一部がスリットにより切欠かれていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の角度検出器の継手構造。
5. 前記継手部材の軸圧入部は、溝嵌合部が配置される方向と直交する方向に延びる長穴に形成され、角度検出器の検出軸に対して長穴の延びる方向に摺動可能に圧入されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の角度検出器の継手構造。
6. 前記継手部材は、半径方向に突出させて複数のアームを備え、このアームを被検出軸の軸端に当接させることにより軸方向に位置決めされることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一つに記載の角度検出器の継手構造。

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