JP4716106B2 - 回転角検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサを備えたハウジングと、前記磁気センサと対向する磁石を備え、且つ、前記ハウジングに対して回動可能な回動部材と、被操作部材と共に回動操作される軸部材とを有し、前記被操作部材の揺動角を、前記磁石に対して相対回転する前記磁気センサからの出力信号の変化によって検出可能に構成された回転角検出装置に関する。

この種の回転角検出装置としては、本発明に関連する先行技術文献情報として下記に示す特許文献１がある。この特許文献１に記された回転角検出装置は、ホールＩＣ（磁気センサ）が設置されたハウジングと、被操作部材と一体的に回動操作される回転軸（軸部材）と、磁石を備えたロータコア（回動部材）とを有する。そして、スロットルバルブ等の被操作部の回転に伴って、ロータコアが回転すると、その回転角に応じてホールＩＣに鎖交する磁束密度が変化し、この磁束密度に応じてホールＩＣの出力が変化する。制御回路は、このホールＩＣの出力を読み取ってロータコア及び被操作部の回転角を検出する。

特開２００１−３１７９０９号公報（段落番号００２１、図２）

しかし、特許文献１に記された回転角検出装置では、ロータコア（回動部材）と回転軸（軸部材）とが「かしめ」等により一体的に固定（両部材が相対回転不能で且つ互いの軸芯どうしの傾動も不能な連結状態）されているために、もしも被操作部材を介して回転軸（軸部材）に傾動成分を伴う応力（回転軸の軸芯をハウジングの固定軸芯に対して傾斜させる作用を持つ応力）が加えられると、ロータコア（回動部材）に設けられた磁石のハウジング上のホールＩＣ（磁気センサ）に対する位置が変化し、回転角の検出精度が低下する虞があった。

そこで、本発明の目的は、上に例示した従来技術による回転角検出装置の持つ前述した欠点に鑑み、被操作部材を介して軸部材に傾動成分を伴う応力が加えられた場合でも、回転角の検出精度が低下し難い回転角検出装置を提供することにある。

本発明の第１の特徴構成は、磁気センサを備えたハウジングと、前記磁気センサと対向する磁石を備え、且つ、前記ハウジングに対して回動可能な回動部材と、被操作部材と共に回動操作される軸部材とを有し、前記被操作部材の揺動角を、前記磁石に対して相対回転する前記磁気センサからの出力信号の変化によって検出可能に構成された回転角検出装置であって、
前記回動部材と前記軸部材とは互いの回転軸芯どうしが傾動可能に連係されており、且つ、前記軸部材の傾動に関わらず、前記回動部材の回転軸芯を前記ハウジングの固定軸芯と同軸芯状に保持する調芯機構が設けられており、前記回動部材と前記軸部材の一方には回動規制部が設けてあり、前記回動部材と前記軸部材の他方には、前記回動部材の前記軸部材に対する所定方向の回転に基づいて前記回動規制部と接当する被規制部が設けてあり、前記調芯機構は、前記回動部材を前記ハウジングの傾斜面に押付け付勢すると同時に、前記回動部材を前記軸部材に対して前記所定方向に回転付勢するコイルバネを有する点にある。

したがって、本発明の第１の特徴構成による回転角検出装置では、もしも被操作部材の揺動操作などに基づいて軸部材がハウジングに対して傾動されても、回動部材の回転軸芯は、調芯機構の作用によって常にハウジングの固定軸芯に対して一定姿勢に保持されるので、所期の回転角検出精度が維持されるという効果が得られる。
また、本発明の第１の特徴構成による回転角検出装置では、回動部材と軸部材の一方には回動規制部があり、回動部材と軸部材の他方には、回動部材の軸部材に対する所定方向の回転に基づいて回動規制部と接当する被規制部があり、回動部材をハウジングの傾斜面に押付け付勢すると同時に、回動部材を前記所定方向に回転付勢するコイルバネを有する。したがって、回動部材を軸部材に対して傾動可能に支持させる結果、回動部材と軸部材との間に回転方向の「がたつき」が生じていても、コイルバネの回転方向の付勢力によって規制面と被規制面とが接当状態に保持されることで、被操作部材の操作による角度位置に関わらず、回動部材と軸部材との間の相対角度は常に一定に保持され、被操作部材の回転角を正確に検出できる。また、回動部材をハウジングの傾斜面に押し付けるための付勢手段と、回動部材の軸部材に対する回転方向の「がたつき」を取るための付勢手段とを、単一のコイルバネで済ませることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記傾斜面は、前記ハウジングのうち前記固定軸芯を中心とした円周方向に延びた傾斜面として形成されており、前記コイルバネは、前記回動部材の周面の一端に形成された縁部を前記ハウジングの前記傾斜面に押付ける点にある。

本構成であれば、回動部材の環状縁部がコイルバネによってハウジングの環状傾斜面に押し付けられると、真直ぐに立てた円錐の母線上にリングを被せた時にリングの自重の作用でリングの軸芯が自動的に円錐の中心軸と一致した姿勢で最も安定するのと同様の原理で、回動部材はその軸芯がハウジングの固定軸芯と一致した姿勢に自動的に制御される。

本発明の第３の特徴構成は、磁気センサを備えたハウジングと、前記磁気センサと対向する磁石を備え、且つ、前記ハウジングに対して回動可能な回動部材と、被操作部材と共に回動操作される軸部材とを有し、前記被操作部材の揺動角を、前記磁石に対して相対回転する前記磁気センサからの出力信号の変化によって検出可能に構成された回転角検出装置であって、
前記回動部材と前記軸部材とは互いの回転軸芯どうしが傾動可能に連係されており、且つ、前記軸部材の傾動に関わらず、前記回動部材の回転軸芯を前記ハウジングの固定軸芯と同軸芯状に保持する調芯機構が設けられており、
前記回動部材と前記軸部材の一方には回動規制部が設けてあり、前記回動部材と前記軸部材の他方には、前記回動部材の前記軸部材に対する所定方向の回転に基づいて前記回動規制部と接当する被規制部が設けてあり、
前記調芯機構は、前記回動部材の傾斜面を前記ハウジングに押付け付勢すると同時に、前記回動部材を前記軸部材に対して前記所定方向に回転付勢するコイルバネを有する点にある。

本発明の他の特徴構成は、上述の第３の特徴構成において、前記傾斜面は、前記回動部材の内周面の一端に環状に延びた傾斜面として形成されており、前記コイルバネは、前記回動部材の前記傾斜面を前記ハウジングのボス部の基端部外周に前記固定軸芯を中心として環状に延びた突出部に押付ける点にある。

以下に本発明による最良の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は車両に設けられたブレーキペダル等の操作ペダルユニット２を示す略図である。図１（ａ）は操作ペダルユニット２に含まれる回転角検出装置４の側面図であり、図１（ｂ）は操作ペダルユニット２の正面図である。図１（ｂ）に示すように、操作ペダルユニット２は、車両ボディに突設されたブラケット１に対して軸芯Ｘ１周りで回動可能に支持されたペダルアーム３と、運転者によって操作されたペダルアーム３の揺動角を検出する回転角検出装置４とを有する。

図２に示すように、回転角検出装置４は、感磁ユニット７ａを備えたプラスチック製のハウジング５と、ハウジング５の内部に収納された回動部材１０と、ハウジング５の一部に枢支された軸部材１５とを有する。軸部材１５はセンサレバー１６（被操作部材の一例）の基端側に「かしめ」等によって相対回転不能で且つ傾動不能に固着されている。また、センサレバー１６の折れ曲がった先端付近１６ａは、ペダルアーム３から一体的に延びたペダルレバー３ａに常に押し付けられている。
回動部材１０は二対の永久磁石１３を有し、他方、ハウジング５の感磁ユニット７ａは、永久磁石１３と対向配置された一対のホールＩＣ７（磁気センサの一例）と、ノイズ除去用のコンデンサ（不図示）などを含む。また、ハウジング５にはホールＩＣ７からの出力信号を取り出すためのコネクタ部８が設けられている。

尚、センサレバー１６は軸部材１５に片持ち状に固着されており、しかも、ペダルレバー３ａは軸部材１５に対して軸芯Ｘ１方向に沿って変位した位置でセンサレバー１６を揺動操作するので、ペダルレバー３ａからセンサレバー１６に加えられる応力は、軸部材１５をハウジング５に対して傾動させる作用を引き起こす傾向がある。
運転者のペダル踏み込みによってペダルアーム３が揺動操作されると、その揺動量に応じてペダルレバー３ａと軸部材１５とが、図１（ａ）の下方に示す円弧状の矢印の範囲内で、一体的に回動して回動部材１０を回動操作する。ハウジング５のホールＩＣ７は、回動部材１０に設けられた永久磁石１３からの磁束が作用する位置に配置されているので、センサレバー１６の回転角を、永久磁石１３に対して相対回転するホールＩＣ７からの出力信号の変化として、コネクタ部８から取り出すことができる。

より具体的には、ハウジング５は、感磁ユニット７ａ、コネクタ部８、及び、概して円筒状の収容部５ｔを有するハウジング本体５ａと、収容部５ｔを密閉状に閉じるカバー部材５ｂとからなる。ハウジング本体５ａとカバー部材５ｂとはプラスチックからなり、レーザ溶接などで互いに固着されている。ハウジング本体５ａの上面の中央付近には、概して円柱状のボス部６が突出形成されており、一対のホールＩＣ７はこのボス部６内にインサート成形によって収納されている。また、軸部材１５はカバー部材５ｂの中央付近に形成された円筒状の軸受け５ｃに枢支されている。尚、図１（ａ）に示すように、ハウジング５はハウジング本体５ａから互いに対向する方向に一体的に延設された一対の取付けブラケット５０を介して車両ボディにネジ止めで固定されている。
他方、回動部材１０は、鉄やニッケル合金等の磁性体からなるカップ状のヨーク本体１１と、ヨーク本体１１の内周面に固着されたプラスチックなどの非磁性体材料からなる磁石ホルダ１２とを有し、永久磁石１３はこの磁石ホルダ１２の内部に収納支持されている。この永久磁石１３を備えたヨーク本体１１は一種の磁気回路を形成している。

本発明による回転角検出装置４の一つの特徴は、回動部材１０と軸部材１５とは互いの回転軸芯どうしが傾動可能に連係されている点である。すなわち、図４及び図５に示すように、軸部材１５は回転駆動力の伝達に好都合な、周面が回転対称形でない異形の断面形状を備え、他方、ヨーク本体１１の底面部の中央付近には、軸部材１５の断面形状と対応する、異形の貫通孔１１Ｈが形成されている。そして、ヨーク本体１１の貫通孔１１Ｈは軸部材１５の断面よりも僅かに大きめに形成されているので、回動部材１０を軸部材１５に対して任意の方向に傾動させることができる。このために、もしもペダルレバー３ａによってセンサレバー１６が揺動操作する際に、軸部材１５がハウジング５に対して傾動しても、ハウジング５内の回動部材１０が傾動を余儀なくされることはない。尚、軸部材１５に外嵌装着された回動部材１０は、軸部材１５の断面形状よりも径方向に突出した頭部を備えた異形ボルト１５Ｂによって、軸部材１５からの抜け出しが規制されている。

また、回動部材１０と軸部材１５との間には、軸部材１５の回転を回動部材１０に伝達する回転伝達機構が設けられている。より具体的には、回動部材１０の貫通孔１１Ｈは、軸芯Ｘ１に関して互いに対向配置され、且つ、軸芯Ｘ１に関して径方向に延びた一対の回動規制面２０ａ（回動規制部の一例）を含む。他方、軸部材１５の端部付近の側面には、回動部材の軸部材に対する矢印Ａ方向の回転に基づいて、回動部材１０の回動規制面２０ａと接当する被規制面１５ａ（被規制部の一例）が形成されている。さらに、回転伝達機構は、図５及び図６に示すように、回動部材１０を軸部材１５に対して、回動規制面２０ａと被規制面１５ａとが互いに押付け合う方向に回転付勢するコイルバネ１８を含む。このコイルバネ１８（回転伝達機構）の作用によって、回動部材１０と軸部材１５とは、互いに傾動可能に設けられているのにも関わらず、軸部材１５の回転はその回転位相と無関係に回動部材１０に遅れなく伝達される。

本発明による回転角検出装置４のもう一つの特徴は、ペダルレバー３ａによるセンサレバー１６の揺動操作に際して、軸部材１５のハウジング５に対する傾動に関わらず、回動部材１０の回転軸芯Ｘ２をハウジング５の固定軸芯Ｘ１と同軸芯状に保持する調芯機構が設けられている点である。前記調芯機構は、図２と図３に示すように、ハウジング５のボス部６の基端部に沿って環状に延設された傾斜面６ａを含み、前述したコイルバネ１８は、磁石ホルダ１２の内周面の一端に形成された環状の縁部１２ａを常に傾斜面６ａの中腹付近に押付け付勢している。傾斜面６ａは、固定軸芯Ｘ１を中心とした円周方向に回転対称状に延びており、ハウジング５の固定軸芯Ｘ１を通る切断面において、傾斜面６ａは固定軸芯Ｘ１に対して約４５°の傾きを持つ。

磁石ホルダ１２の縁部１２ａは、ハウジング５の固定軸芯Ｘ１を通る切断面において約１００°の外角を有し、ハウジング５の傾斜面６ａ上をスムースに摺動移動できる。また、磁石ホルダ１２の内周面は、ハウジング５のボス部６と被接触状態で相対回転可能なように、ハウジング５のボス部６の外径よりも十分に大きく形成されている。このように、図７（ａ）に示すように、回動部材１０の縁部１２ａがコイルバネ１８によって傾斜面６ａに押付け付勢されると、縁部１２ａは傾斜面６ａ上の固定軸芯Ｘ１を中心とした同心円上に留まる傾向を得る。これは、真直ぐに立てた円錐の母線上に被せられたリングが自重の作用で自動的に円錐の中心軸と軸芯を一致させた姿勢で最も安定するのと同様の原理である。その結果、回動部材１０はその軸芯Ｘ２がハウジングの固定軸芯Ｘ１と一致した姿勢に自動的に制御される。

このように、コイルバネ１８は、回動部材１０を軸部材１５に対して矢印Ａ方向に回転付勢すると同時に、回動部材１０の一部をハウジング５の傾斜面６ａに押付け付勢する役目をも果たす。コイルバネ１８の少なくとも半分長は、カバー部材５ｂの内面から軸受け５ｃと平行に立設形成された円筒状の保護壁５ｄ内に収納されている。そして、図５に示すように、コイルバネ１８の一端１８ａは、ヨーク本体１１の底部の一部を図３の下方に折り曲げて形成したフック１１ｇに係止されており、コイルバネ１８の他端１８ｂは、軸部材１５ではなく、ハウジング５のカバー部材５ｂの保護壁５ｄの基端側の一箇所に係止されている。その結果、コイルバネ１８は、回動部材１０と軸部材１５とを介して、センサレバー１６をそのホームポジションに向けて付勢し、センサレバー１６をペダルレバー３ａの揺動姿勢と無関係に常にペダルレバー３ａと係合状態に保持するリターンバネの役目をも果たしている。

尚、より具体的な材質として、ハウジング５にはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などを用い、傾斜面６ａに押付け付勢される磁石ホルダ１２には、特に摺動耐久性を持たせるために、二硫化モリブデン等を含有したＰＡ６（６ナイロン）などを用いることができる。

〔別実施形態〕
〈１〉傾斜面６ａと磁石ホルダ１２の縁部１２ａとの間の摩擦係数によっては、図７（ｂ）に例示した環状の傾斜面２６ａのように、ハウジング５の固定軸芯Ｘ１を通る切断面において固定軸芯Ｘ１に対して４５°を下回る傾きを持つ傾斜面と構成した方が、コイルバネによる固定軸芯Ｘ１に沿った付勢力をより小さく設定しても十分な調芯機能が得られる場合がある。コイルバネによる付勢力をより小さく設定可能になれば、傾斜面６ａあるいは磁石ホルダ１２の縁部１２ａが互いの摩擦によって磨耗し難くなる。但し、傾斜が小さ過ぎると磁石ホルダ１２の縁部１２ａが傾斜面６ａ上で摺動困難になるので、４０°から１５°の範囲内が望ましい。

〈２〉傾斜面６ａをハウジング５の固定軸芯Ｘ１を通る切断面において直線状の傾斜面ではなく、図７（ｃ）に例示した傾斜面３６ａのように、回動部材１０の環状縁部１２ａ内に中心を持つ円弧状を呈している構成としても良い。但し、この場合、調芯された状態において環状縁部１２ａが傾斜面３６ａと接当する接点に引かれた接線が固定軸芯Ｘ１に対して４０°から１５°の範囲内となるように構成した方が良い。

〈３〉或いは、図７（ｄ）に例示する調芯機構のように、回動部材４０の内周面の一端に環状に延びた傾斜面４６ａが形成されており、ハウジング５０のボス部の基端部外周に固定軸芯Ｘ１を中心にして環状に延びた突出部５０ａが形成されている構成としても良い。

〈４〉また、図７（ｅ）に例示する調芯機構のように、ハウジング５１の外縁部から立設された円筒状の収容部５１ｔの内周面に傾斜面５６ａが形成してあり、磁石ホルダ４１の外周面の先端付近に設けた環状縁部４１ａが、傾斜面５６ａに対して摺動可能な構成としても良い。

〈５〉更に、図７（ｆ）に例示する調芯機構のように、ハウジング５のボス部６の基端部外周に沿って延設された傾斜面６ａと、ハウジング５１の外縁部から立設された円筒状の収容部５１ｔの内周面に延設された傾斜面５６ａとがあり、磁石ホルダ１２の内周面の一端に設けた環状の縁部１２ａと磁石ホルダ１２の外周面の先端付近に設けた環状縁部４１ａとが、それぞれ傾斜面６ａと傾斜面５６ａとに対して摺動可能な構成としても良い。

〈６〉尚、以上に記載した傾斜面６ａ，２６ａ，３６ａ，４６ａ及び、磁石ホルダの縁部１２ａ，４１ａ，５０ａは必ずしも完全な円周を呈する連続した環状である必要はなく、ペダルアーム３の揺動操作に基づく回動部材１０の揺動範囲内において、磁石ホルダ１２の縁部１２ａが傾斜面上で滑らかに摺動可能であれば、円周上の数箇所で断続された複数の傾斜面、或いは、複数の縁部であっても良い。傾斜面および磁石ホルダの縁部の少なくとも一方を、複数の接当面からなるように分断することによって、傾斜面と磁石ホルダの縁部との間の摩擦、および、摩擦に基づく磨耗が少なくなる。

〈７〉また、回動部材１０を軸部材１５に対して矢印Ａ方向に回転付勢すると同時に、調芯機構の一部として、回動部材１０の一部をハウジング５の傾斜面６ａに押付け付勢する役目を果たす付勢手段として、コイルバネではなく、他の形態のバネを用いても良い。例えば、ハウジングに固定されたリング状の基端部と、基端部の複数箇所から回動部材の底部に向かって斜めに延びた数本の板状乃至はピン状バネとで構成することが可能である。

〈８〉さらに、回動部材１０を軸部材１５に対して矢印Ａ方向に回転付勢する第１付勢手段と、調芯機構の一部として、回動部材の一部をハウジングに押付け付勢する第２付勢手段とを別々のバネなどで構成することも可能である。この場合、例えば第２付勢手段をコイルバネではなく、板状バネなどで構成することも可能である。

本発明は、自動車の操縦用ペダルなどによって回動操作される被操作部材の揺動角を検出するための回転角検出装置として用いることができる。

本発明による回転角検出装置を備えた操作ペダルユニットの略図 本発明による回転角検出装置の破断正面図 組付け前の状態における回転角検出装置の破断正面図 回転角検出装置の要部の破断正面図 回転角検出装置の要部の別の破断正面図 回転角検出装置の分解斜視図 調芯機構の種々の形態を示す略図

符号の説明

１ ブラケット
２ 操作ペダルユニット
３ ペダルアーム
３ａ ペダルレバー
４ 回転角検出装置
５ ハウジング
５ｃ 軸受け
６ ボス部
６ａ 傾斜面（調芯機構）
７ ホールＩＣ（磁気センサの一例）
７ａ 感磁ユニット
８ コネクタ部
１０ 回動部材
１１ ヨーク本体
１１Ｈ 通孔貫
１２ 磁石ホルダ
１２ａ 縁部（調芯機構）
１３ 永久磁石
１５ 軸部材
１５ａ 被規制面（被規制部、回転伝達機構）
１６ センサレバー（被操作部材の一例）
１８ コイルバネ（回転伝達機構）
２０ａ 回動規制面（回動規制部、回転伝達機構）

Claims (4)

1. 磁気センサを備えたハウジングと、前記磁気センサと対向する磁石を備え、且つ、前記ハウジングに対して回動可能な回動部材と、被操作部材と共に回動操作される軸部材とを有し、前記被操作部材の揺動角を、前記磁石に対して相対回転する前記磁気センサからの出力信号の変化によって検出可能に構成された回転角検出装置であって、
   前記回動部材と前記軸部材とは互いの回転軸芯どうしが傾動可能に連係されており、且つ、前記軸部材の傾動に関わらず、前記回動部材の回転軸芯を前記ハウジングの固定軸芯と同軸芯状に保持する調芯機構が設けられており、
   前記回動部材と前記軸部材の一方には回動規制部が設けてあり、前記回動部材と前記軸部材の他方には、前記回動部材の前記軸部材に対する所定方向の回転に基づいて前記回動規制部と接当する被規制部が設けてあり、
   前記調芯機構は、前記回動部材を前記ハウジングの傾斜面に押付け付勢すると同時に、前記回動部材を前記軸部材に対して前記所定方向に回転付勢するコイルバネを有する回転角検出装置。
2. 前記傾斜面は、前記ハウジングのうち前記固定軸芯を中心とした円周方向に延びた傾斜面として形成されており、前記コイルバネは、前記回動部材の周面の一端に形成された縁部を前記ハウジングの前記傾斜面に押付ける請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 磁気センサを備えたハウジングと、前記磁気センサと対向する磁石を備え、且つ、前記ハウジングに対して回動可能な回動部材と、被操作部材と共に回動操作される軸部材とを有し、前記被操作部材の揺動角を、前記磁石に対して相対回転する前記磁気センサからの出力信号の変化によって検出可能に構成された回転角検出装置であって、
   前記回動部材と前記軸部材とは互いの回転軸芯どうしが傾動可能に連係されており、且つ、前記軸部材の傾動に関わらず、前記回動部材の回転軸芯を前記ハウジングの固定軸芯と同軸芯状に保持する調芯機構が設けられており、
   前記回動部材と前記軸部材の一方には回動規制部が設けてあり、前記回動部材と前記軸部材の他方には、前記回動部材の前記軸部材に対する所定方向の回転に基づいて前記回動規制部と接当する被規制部が設けてあり、
   前記調芯機構は、前記回動部材の傾斜面を前記ハウジングに押付け付勢すると同時に、前記回動部材を前記軸部材に対して前記所定方向に回転付勢するコイルバネを有する回転角検出装置。
4. 前記傾斜面は、前記回動部材の内周面の一端に環状に延びた傾斜面として形成されており、前記コイルバネは、前記回動部材の前記傾斜面を前記ハウジングのボス部の基端部外周に前記固定軸芯を中心として環状に延びた突出部に押付ける請求項３に記載の回転角検出装置。

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