JP5112997B2 - 回転角度検出ユニット - Google Patents

Description

この発明は、部材間の相対回転角度を検出する回転角度検出ユニットに関し、特に、建設機械、産業機械等の機器に備わる回転軸に荷重が負荷された状態で回転角度を検出可能な非接触式のものに関する。

従来から、ハウジングに対して軸を転がり軸受で回転自在に支持し、ハウジング内に磁気式の回転角度センサを組み込んだ回転角度検出ユニットが利用されている。磁気式の回転角度センサは、軸の一方側の端面に固定する磁気ドラムと、この磁気ドラムの回転に伴う磁束変化を検出して相対的な回転角度を算出する磁気センサとからなる。この種の回転角度検出ユニットは、回転軸等の一方の相手側部材に軸を連結し、他方の相手側部材にセンサケースを取り付けた状態で使用される。

回転角度センサ、回路基板、軸、及びハウジングの各間において組立て誤差が生じることは避けられない。それ故、近年では、磁気センサとして、組立て誤差に由来する測定誤差を補正するための初期較正パラメータを記憶し、そのパラメータ用いた演算処理で測定を補正する機能を有するものが採用されている。初期較正パラメータは、実際に測定系を完成させて測定しない限り、特定することができない。このため、磁気センサの出力信号を外部較正装置に送信し、その外部較正装置で求めた初期較正パラメータを磁気センサの不揮発性半導体メモリに書き込む初期較正作業が行われる（例えば、特許文献１）。中でも、磁気センサを実装された回路基板のセンサ用電源接続端、グランド端、及び信号出力端と外部較正装置とを接続し、通常の使用電圧よりも高い較正用電圧をセンサ用電源接続端を利用して供給する状態で初期較正パラメータの書き込みを行うものがある。この磁気センサは、較正用電圧と使用電圧とを同じセンサ用電源接続端を利用して供給することができるため、較正用の電源接続端が回路基板に不要であり、回路基板の小型化、単純化に有利である。

特開２００４−１９１１０１号公報

上述のように、同じセンサ用電源接続端を利用して使用電圧及び較正用電圧を磁気センサに供給する場合、磁気センサの入力端とセンサ用電源接続端との間に電圧安定化回路を組み込むことができない。磁気センサの入力端に較正用電圧を供給することができなくなるためである。ところが、電圧安定化回路を組み込まない場合、例えば、建設機械や産業機械等の駆動源に備わる発電補機を外部電源とする場合のように、供給する電源電圧が使用環境により不安定である場合や、供給する電源電圧を予め一つに特定できない場合に回転角度検出ユニットを利用することが困難になる。

そこで、本願出願人は、両側に組み込み口を空けたハウジング本体、及び一方側の組み込み口を覆う蓋を有するハウジングと、一方側の軸端部がハウジング内に収まり、かつ他方側の軸端部が他方側の組み込み口から露出する軸と、ハウジング本体に対して軸を回転自在に支持する転がり軸受と、軸の一方側の端面に固定する磁気ドラムと、上述の補正機能をもった磁気センサ付きの回路基板とを備え、蓋の他方側の側面に回路基板を取付け可能な基板内付け部を設け、蓋の固定により転がり軸受の外輪を押して予圧を与え、かつ磁気センサを磁気ドラムに対して位置決め可能とし、磁気センサの入力端と回路基板のセンサ用電源接続端との間に、使用電圧を安定出力する電圧安定化回路と、較正用電圧を磁気センサに供給する配線とを並列に組み込み、配線を遮断可能な切替部を設け、ハウジングに切替部で遮断するための作業口を設けた回転角度検出ユニットを先に提案している（特願２００７−２３１７８号）。

この回転角度検出ユニットは、回路基板のセンサ用電源接続端、並列に接続された配線を経て、センサの入力端に較正用電圧を供給することができる。初期較正パラメータの書き込み作業後、配線を遮断すれば、電圧安定化回路から使用電圧を前記センサの入力端に供給することができる。また、この回転角度検出ユニットは、蓋で外輪を押して転がり軸受に予圧を与え、その剛性向上により、荷重に対する軸の変位防止、ひいては磁気ドラムと磁気センサ間の位置ずれ防止を強化することができるので、軸を上述の回転軸に連結し、その回転軸に荷重が負荷された状態で回転角度を検出するのに好適である。また、蓋を利用するため、回路基板の取付け専用カバーが不要であり、蓋の固定により初期較正パラメータを決定することができる。

しかしながら、電圧安定化回路の入力電圧値と出力電圧値（使用電圧の値）との間の電圧差が大きい場合、発生する熱量のために電源安定化素子及び抵抗の体格が大きくなる。磁気センサと磁気ドラムとの間の磁気ギャップは電源安定化素子等の体格に比して非常に小さく、磁気センサと同じ板面側に電源安定化素子等を付けると、軸の一方側の端面と板面間に収まらない。電源安定化素子等を軸の一方側の端面との対向域から外せば設置空間を得ることは可能であるが、回路基板の周囲が大きくなる。その結果、蓋が大径化し、ひいてはユニットの大型化を強いられることも起こり得る。上記の電圧差が小さい場合でも、電源安定化素子等を回路基板の他方側の板面に付けると、電子部品の点数が多くなる分、基板面積を要するため、蓋大径化の不利性は残る。

他方側の板面に磁気センサを付け、一方側の板面に電圧安定化回路を付けた両面実装の回路基板とすればユニット大型化を避けることはできる。しかしながら、回路基板と蓋の他方側の側面との接触面積が小さくなり、基板取付けが不安定になる不具合が懸念される。

上記の事情に鑑み、この発明の課題は、磁気センサに初期較正パラメータの書き込み作業を行った後は使用電圧を安定供給可能としつつ、回路基板の取付け不安定化及び回転角度検出ユニットの大型化を避けることにある。

上記の課題を達成するため、この発明は、両側に組み込み口を空けたハウジング本体、及び一方側の前記組み込み口を覆う蓋を有するハウジングと、一方側の軸端部が前記ハウジングの内部に収まり、かつ他方側の軸端部が他方側の前記組み込み口から露出する軸と、前記ハウジング本体に対して前記軸を回転自在に支持する転がり軸受と、前記軸の一方側の端面に固定する磁気ドラムと、この磁気ドラムの回転に伴う磁束変化を検出して相対的な回転角度を算出する磁気センサと、この磁気センサを実装された回路基板とを備え、前記蓋の他方側の側面に、前記回路基板を取り付ける基板内付け部を設けられており、前記蓋の固定により前記転がり軸受の外輪を押して予圧を与え、かつ前記磁気センサを前記磁気ドラムに対して位置決め可能であり、前記磁気センサは、使用電圧よりも高い較正用電圧を前記回路基板のセンサ用電源接続端及びグランド端を利用して供給する状態で初期較正パラメータの書き込み作業を行うものであり、前記ハウジングの外側に、前記使用電圧を安定出力する電圧安定化回路付きの電源入出力基板を取付け可能な基板外付け部を設けられており、前記蓋を固定した状態で前記センサ用電源接続端から外部まで通じる較正用電圧供給路を設けられており、この較正用電圧供給路の外部接続端は、前記書き込み作業後に前記電源入出力基板の安定化出力端に付け替え可能である回転角度検出ユニット、という構成を採用した。

ここで、前記使用電圧は、前記磁気センサの測定を実施可能な範囲の電圧のことをいう。前記電圧安定化回路は、入力する外部電源の電圧を前記の範囲内に安定させて出力するものであればよい。前記較正用電圧は、前記使用電圧よりも高く、磁気センサの不揮発メモリに外部較正装置から初期較正パラメータを書き込む際に使用する電圧のことをいう。前記初期較正パラメータは、軸、転がり軸受、ハウジング、磁気ドラム、磁気センサ、及び回路基板の組立て誤差に由来する測定誤差を磁気センサが演算処理で補正するための伝達関数のパラメータのことをいう。

この発明の構成によれば、蓋を固定した状態で、較正用電圧供給路を利用し、外部から較正用電圧を回路基板のセンサ用電源接続端に供給して初期較正パラメータを書き込む作業を行うことができる。その後、較正用電圧供給路の外部接続端と電源入出力基板の安定化出力端とを外部で接続することができる。このため、書き込み作業後、較正用電圧供給路を利用し、較正用電圧よりも低い使用電圧をセンサ用電源接続端に安定供給することができる。電源入出力基板をハウジングの外側に設けた基板外付け部に取り付けるため、回路基板の両面実装が不要となり、回路基板の板面積及び周囲が小さくなる。したがって、回路基板の取付け不安定化、及び蓋の大径化による回転角度検出ユニットの大型化を避けることができる。

前記較正用電圧供給路は前記蓋に形成された貫通孔から外部に導出するケーブルからなり、前記基板外付け部は前記蓋の一方側の側面に設けられていることが好ましい。

ケーブルからなる較正用電圧供給路を回路基板に接続し、回路基板の取付け時に貫通孔に通すだけの簡単な工程で較正用電圧供給路を設けることができる。

なお、較正用電圧供給路は、蓋の他方側の側面に露出する内部接続端、及び蓋の一方側の側面に露出する外部接続端をもったコネクタを蓋に貫通させることで設けることもできる。絶縁樹脂で蓋を形成する場合はインサート成形で較正用電圧供給路を設けることもできる。

前記ハウジングの一方側の側面に、相手側部材に締結する取付け面を設けられており、前記基板外付け部は、前記取付け面よりも軸心側かつ他方側に凹んでおり、前記貫通孔は前記基板外付け部の凹み内に形成されており、前記取付け面を前記相手側部材に締結すると、前記基板外付け部から外部まで通じるケーブル口を除いて該基板外付け部が閉塞されることがより好ましい。

ハウジングの一方側の側面に相手側部材に締結する取付け面を設けると、蓋の一方側の側面に基板外付け部を取付け面よりも軸心側かつ他方側に凹む態様を採用することができる。取付け面を相手側部材に締結すると、基板外付け部を取付け面と相手側部材とで閉塞することができる。そのような基板外付け部に電源入出力基板及び磁気センサを収め、貫通孔を形成すれば、別途に専用カバーを追加することなく電源入出力基板等を外部から保護することができる。ケーブル口を除いた閉塞としたのは、初期較正パラメータの書き込みを終えて相手側部材に取り付ける際、電源入出力基板の入力端に外部電源を供給するための入力線や、回路基板や電源入出力基板に接続する信号線を外部に取り出すためである。

なお、ケーブル口は樹脂やシールで別途に密封することができる。また、基板外付け部や貫通孔を樹脂で被覆する場合はケーブル口の密封を省略することもできる。

さらに、前記基板外付け部は前記貫通孔から外れた位置に前記電源入出力基板を取付け可能であることが好ましい。

電源入出力基板を基板外付け部に先付けした状態で、貫通孔を通したケーブルの外部接続端と安定化出力端とを接続することができる。この方が電源入出力基板を空中に保持した状態でケーブルの接続作業を行ったり、後付け時のようにケーブルが邪魔になったりすることがなく、作業性が良い。また、電源入出力基板の取付け後に貫通孔を樹脂やシールで密封することができる。

特に、前記電源入出力基板の充電部及び前記貫通孔は同じ樹脂被覆層で保護されていることが好ましい。先に貫通孔を樹脂被覆する手間がなく、電源入出力基板の充電部及び貫通孔を一度の樹脂被覆作業で保護することができる。

回路基板の充電部を樹脂被覆することも可能である。

前記回路基板の充電部及び前記電源入出力基板の充電部のそれぞれは、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、及びエポキシ樹脂の中の少なくとも１種を用いて被覆されていることが好ましい。

なお、通常は前記ハウジングの内部が外部に対して密封されている。このため、前記回路基板用の樹脂は、防水性及び耐候性よりも耐振動性に優れたものが好ましく、例えば、シリコン樹脂、ウレタン樹脂（特に発泡ウレタン樹脂）がよい。ハウジング内部の樹脂被覆がひび割れ難く長持ちするため、分解メンテナンスを避け、ひいては初期較正作業の再実施を避けることができる。また、ハウジングの外側に取り付ける電源入出力基板用の樹脂は、防水性及び耐候性に優れたものが好ましく、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂がよく、特に耐水性、機械的強度に優れたエポキシ樹脂がよい。

初期較正パラメータの書き込み作業の前後にかかわらず、電源入出力基板を基板外付け部に取り付けた状態で回転角検出ユニットを保管する必要はない。回転角検出ユニットの組立ては、電源入出力基板の仕様によらず、初期較正作業までを共通して行うことができる。

前記電源入出力基板を前記基板外付け部に非装着の状態で保管されていることが好ましい。この状態で保管された在庫品は、外部電源の仕様に合わせて電圧安定化回路の仕様を決定した後、最適な電源入出力基板を取り付けることができる。このため、多品種や少量の回転角検出ユニットの製造に柔軟に対応することができる。

前記初期較正パラメータの書き込み作業を行えた状態で保管されていることがより好ましい。この状態で保管された在庫品は、電源入出力基板を取り付けるだけで回転角検出ユニットを製造することができ、多品種の回転角検出ユニットをより迅速に製造することができる。

前記磁気センサは、磁気検出素子と演算処理部と記憶部とを１パッケージにまとめた集積回路からなり、前記回路基板は、前記磁気センサのみを片面実装され、かつ円形又は角部を円弧状に落とした板面形状とされており、前記基板内付け部は、前記回路基板をラジアル方向に位置決めする内周をもった円筒凹状に形成されていることが好ましい。なお、この発明におけるラジアル方向及びアキシアル方向は、前記軸の軸心に関する。

軸心を中心に磁気ドラム及び磁気センサの配置は決まる。このため、１パッケージ化された集積回路からなる磁気センサのみを片面実装すると、その周囲にセンサ用電源接続端、グランド端、信号線用接続端といった必須の機能部を周方向に並べて配し、板面形状を軸心と同心の円形としたり、回路基板の冗長な角部を円弧状に切り落としたりすることができる。この板面形状の丸形状化により、センサ用回路基板の最大板面幅を抑えることができる。その上で、基板内付け部を、回路基板をラジアル方向に位置決めする内周をもった円筒凹状に形成すれば、その内径を最も効率よく小さくし、ひいては、蓋の大型化による回転角度検出ユニットの大型化を避けることができる。

この発明の構成に従属する個々の具体的構成は、それぞれの目的とする作用効果を奏する限り、適宜に単独で、又は組み合わせて採用することができる。

上述のように、この発明は、使用電圧を安定出力する電圧安定化回路付きの電源入出力基板をハウジングの外側に取付け可能とし、回路基板のセンサ用電源接続端から外部まで通じる導電経路を設けることにより、磁気センサに初期較正パラメータの書き込み作業を行った後は使用電圧を安定供給可能としつつ、回路基板の取付け不安定化及び回転角度検出ユニットの大型化を避けることができる。

以下、この発明の第１実施形態に係る回転角度検出ユニット（以下、単に「第１実施形態」と略称し、他の実施形態も同じく略称する）を添付図面に基いて説明する。

図１に示すように、第１実施形態は、両側に組み込み口を空けたハウジング本体１、及び一方側の組み込み口を覆う蓋２を有するハウジング１０と、一方側の端面３ａがハウジング１０内に収まり、かつ他方側の端面３ｂが他方側の組み込み口から露出する軸３と、ハウジング本体１に対して軸３を回転自在に支持する転がり軸受４、４と、軸３の一方側の端面３ａに固定する磁気ドラム５と、この磁気ドラム５の回転に伴う磁束変化を検出して回転角を算出する磁気センサ６と、この磁気センサ６を実装された回路基板７とを備えている。

ハウジング１０の一方側の側面のうち、取付けフランジ部分に、相手側部材８に締結する取付け面１０ａを設けられている。軸３の露出部分は、相手側部材８との間における相対角度を測定したい別の相手側部材（図示省略）を連結するのに利用される。

転がり軸受４、４は、内輪回転方式で軸３とハウジング本体１との間に一対に組み込まれている。一対の転がり軸受４、４は、ハウジング本体１及び軸３によりラジアル方向及びアキシアル方向他方への移動を位置決めされる。この状態で、蓋２をハウジング本体１に一方側から締結すると、蓋２の固定により一方側の転がり軸受４の外輪４ａの側面に蓋２の締結力が伝わり、一対の転がり軸受４、４に予圧を与えることができる。なお、蓋２の他方側の側面外周部を全周に亘って外輪４ａの側面に当接する部分としたが、外輪４ａの側面と蓋２間に組み込んだスペーサを介して外輪４ａを押す構成にすることもできる。

ハウジング本体１と蓋２との間は、シール１１で密封されている。ハウジング本体１の他端側の組み込み口と軸３との間はシール１２で密封されている。

上記のようにユニット化された状態で、軸３の端面３ａと、転がり軸受４と、蓋２との間に内部空間が生じる。この内部空間は、磁気ドラム５、磁気センサ６、及び回路基板７等の設置空間となっている。

磁気ドラム５は、軸心回りの周方向にＳ極とＮ極が交互に並び、軸３と同心に固定され、軸３の回転を磁束の変化に符号化するようになっている。

第１実施形態は、磁気ドラム５を保持する非磁性材製のホルダ９を備えている。転がり軸受４の内輪４ｂは、軸３の端面３ａから一方側に突き出るように嵌合可能である。内輪４ｂのはめあい面の突出部分に対してホルダ９を圧入嵌合することにより、ホルダ９及びホルダ９の中央部に保持された磁気ドラム５を軸３の端面３ａに対して固定可能である。ホルダ９を軸３にねじ止めせずとも固定可能なため、ホルダ９及び軸３の端面３ａにねじ止め用の孔や座面が存在しない分、これらの外径小径化を図ることができる。ひいては、転がり軸受４の内径小型化によりハウジング本体１の内径及び蓋２の外径小型化を図ることができる。

磁気センサ６は、磁気ドラム５の回転に伴い、９０°の位相差をもって生じる２相の磁束変化から回転角度を算出する周知のものである。

図２に示すように、磁気センサ６は、軸心回りに９０度の位相差をもったＡ相検出用の磁気検出素子６ａ、Ｂ相検出用の磁気検出素子６ｂと、演算処理部６ｃと、記憶部６ｄとを１パッケージにまとめた集積回路からなる。記憶部６ｄは、不揮発性半導体メモリからなり、初期較正パラメータを記憶する。演算処理部６ｃは、磁気検出素子６ａ、６ｂの検出信号から回転角度を求める演算処理と、記憶部６ｄに記憶する初期較正パラメータを用いて測定結果を補正する演算処理とを行う機能を有する。なお、演算処理部６ｃは、初期較正パラメータを記憶部６ｄから取得できない場合、補正を行わずに回転角度を求める。

回路基板７のセンサ用電源接続端７ａは、磁気センサ６の入力端になっている。センサ用電源接続端７ａには、較正用電圧供給路１３を接続されている。図１、図２に示すように、較正用電圧供給路１３は、蓋２に形成された貫通孔２ａを通すケーブルからなる。蓋２の貫通孔２ａに通された較正用電圧供給路１３は、蓋２をハウジング本体１に固定した状態でセンサ用電源接続端７ａから外部まで通じる。

回路基板７のグランド端７ｂは、磁気センサ６のグランド端になっている。グランド端７ｂには、外部まで通じるアース線１４を接続されている。回路基板７の信号出力端７ｃは、磁気センサ６の信号出力端になっている。信号出力端７ｃには、外部まで通じる信号伝送経路１５を接続されている。

アース線１４及び信号伝送経路１５は、取扱いを簡単にするため、較正用電圧供給路１３と同じ１本のケーブルに内包されている。較正用電圧供給路１３、アース線１４等は、それぞれ別ケーブル化することもできる。

回路基板７は、磁気センサ６のみを他方側の板面に片面実装されている。図３（ａ）に示すように、磁気センサ６の周囲のうち、軸心回りの半周域にセンサ用電源接続端７ａグランド端７ｂ、及び信号出力端７ｃを配置され、残り半周域にねじ止め用の孔７ｄを形成されている。このように、回路基板７は、磁気センサ６の軸心基準配置と片面実装を利用し、必須の機能部を軸心周りの周方向に並ぶように分散配置することより、その板面形状を円形、又は図３（ｂ）に示すように、冗長な角部を円弧状に落とした板面形状とすることを可能にしている。図３（ｂ）の変更例は、図中に一点鎖線で示すごとく既製の角形基板を使用する場合に有効である。

図１に示すように、蓋２の他方側の側面に、回路基板７を取り付ける基板内付け部２ｂを設けられている。基板内付け部２ｂは、回路基板７をラジアル方向に位置決めする内周をもった円筒凹状に形成されている。基板内付け部２ｂは、蓋２の他方側の側面中央部に位置し、かつ外輪４ａの側面を押す側面外周部から一方側に凹み、その底面で回路基板７の一方側の板面を支持する。回路基板７は、基板内付け部２ｂの底面にねじ止めすることができる。基板内付け部２ｂは、蓋２と別体化することもできる。

磁気ドラム５を軸３の端面３ａに固定し、基板内付け部２ｂに回路基板７を固定した状態で、蓋２をハウジング本体１に対して固定することにより、転がり軸受４、４の外輪４ａ、４ａを押して予圧を与えられるので、ハウジング本体１と軸３間の位置関係が決まり、磁気センサ６を磁気ドラム５に対して位置決めされる。蓋２を固定すれば、回転角度の測定に影響し得る回転角度検出ユニット自体の組立て誤差が決まる。

図１、図２中に一点鎖線で示すように、蓋２を固定した状態では、外部まで通じる較正用電圧供給路１３、アース線１４、及び信号伝送経路１５を設けられる。このため、較正用電圧供給路１３等の外部接続端を外部較正装置に接続し、較正用電圧供給路１３を利用して磁気センサ６に較正用電圧を供給した状態で外部較正装置から記憶部６ｄに初期較正パラメータの書き込み作業を行うことができる。

なお、初期較正パラメータは、センサ感度のバラツキに由来する測定誤差を補正するためのパラメータを含めることもできる。センサ感度のバラツキは、ハウジングに固定する前に予め試験機で測定して規格外品を排除することもできるが、初期較正パラメータで一括に補正する方が便利だからである。

また、ハウジング本体１の外側に、使用電圧を安定出力する電圧安定化回路１６付きの電源入出力基板１７を取付け可能な基板外付け部２ｃを設けられている。

電源入出力基板１７の電源入力端１７ａは、電圧安定化回路１６の入力端になっている。電源入出力基板１７の安定化出力端１７ｂは、電圧安定化回路１６の出力端になっている。電源入力端１７ａは、外部入力線１８を介して建設機械、産業機械の発電補機等の不安定な外部電源（図示省略）と適宜の時期に接続することができる。

電圧安定化回路１６は、電源安定化素子１６ａ、抵抗１６ｂ等からなり、外部電源（図示省略）から電源入力端１７ａに供給された電圧を使用電圧に安定させて出力可能な周知の構成のものとされている。

較正用電圧供給路１３の外部接続端は、図１、図２中に実線で示すように、前記書き込み作業後に安定化出力端１７ｂに付け替え可能である。

電源入出力基板１７の外部グランド端１７ｃは、外部アース線１９を介してグランドと接続されている。グランドは、電源入力端１７ａに接続する外部電源と共通のグランドとされている。

また、アース線１４は、図１、図２中に実線で示すように、測定した回転角度を利用する建設機械等の他の機器側回路（図示省略）と電源入出力基板１７、外部アース線１９を介して接続される。信号伝送経路１５は、図１、図２中に実線で示すように、電源入出力基板１７、外部信号線２０を介して前記他の機器の制御回路、モニタリング回路等と接続される。アース線１４及び信号伝送経路１５を電源入出力基板１７に接続すれば、貫通孔２ａに通す長さが短くなって作業性がよいこと、また外部入力線１８、外部アース線１９、及び外部信号線２０を１本のケーブルに内包させて取扱いを容易にすることができる。なお、アース線１４を直接に外部のグランドと接続することができ、信号伝送経路１５を直接に他の機器と接続することができる。

初期較正パラメータの書き込み作業後、外部入力線１８を介して電源入出力基板１７の電源入力端１７ａと外部電源の出力端とを接続し、外部アース線１９を介して外部グランド端１７ｃと外部のグランドとを接続し、安定化出力端１７ｂと較正用電圧供給路１３の外部接続端とを接続すれば、較正用電圧供給路１３を利用して回路基板７のセンサ用電源接続端７ａに使用電圧を安定して供給することができる。

基板外付け部２ｃは、蓋２の一方側の側面に設けられている。基板外付け部２ｃは、ハウジング本体１の取付け面１０ａよりも軸心側かつ他方側に凹み、その底面で電源入出力基板１７の他方側の側面を支持する。電源入出力基板１７は、電圧安定化回路１６を一方側の側面に片面実装されている。電源入出力基板１７は、基板外付け部２ｃの底面にねじ止めすることができる。基板外付け部２ｃは、蓋２と別体化することもできる。

貫通孔２ａは基板外付け部２ｃの凹み内に形成されている。基板外付け部２ｃは貫通孔２ａから外れた位置に電源入出力基板１７を取付け可能である。このため、初期較正パラメータの書き込み作業後に電源入出力基板１７を取り付けるのは、較正用電圧供給路１３、アース線１４等の接続前後いずれの時期でもよい。

基板外付け部２ｃは、電源入出力基板１７及び実装された磁気センサ６の収まる深さをもっている。磁気センサ６付きの電源入出力基板１７を基板外付け部２ｃに取り付けた状態で取付け面１０ａを相手側部材８に締結すると、基板外付け部２ｃから外部まで通じるケーブル口２１を除いて基板外付け部２ｃが閉塞される。外部入力線１８、外部アース線１９、及び外部信号線２０は、ケーブル口２１から外部に取り出される。ケーブル口２１は、ハウジング本体１の一方側の側面に取付け面１０ａから他方側に凹むラジアル方向の配線溝を相手側部材８の取付け面で覆うことにより形成されている。なお、ケーブル口２１は、ハウジング本体１の内外径間を貫通する孔にすることもできる。取付け面１０ａ及び相手側部材８の取付け面はラジアル平面になっているが、上述の閉塞が可能な限り、単純な平面同士の締結に限定されない。

基板外付け部２ｃを凹状としたため、電源入出力基板１７の充電部を容易に樹脂で被覆することができる。図１に示すように、電源入出力基板１７の充電部及び基板外付け部２ｃ内に空いた貫通孔２ａは、同じ樹脂被覆層２２で保護されている。

また、回路基板７の充電部は樹脂被覆層２３で保護されている。

回路基板７の充電部及び電源入出力基板１７の充電部のそれぞれは、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、及びエポキシ樹脂の中の少なくとも１種を用いて被覆されていることが好ましい。前記充電部は、半田付け部、端子部等の露出する導通部である。

回路基板７を収めるハウジング１０の内部はシール１１、１２で密封されるため、樹脂被覆層２３の耐水性を考慮する必要がない。通常、鋼、樹脂、アルミニウム等で製造されるハウジング１０は遮光性を有するため、樹脂被覆層２３の耐候性も考慮する必要がない。このため、樹脂被覆層２３の樹脂として、硬化するエポキシ樹脂の被覆層よりも耐振動性に優れたシリコン樹脂及び発泡ウレタン樹脂の中の少なくとも１つを用いればよい。

ハウジング１０の外側にある樹脂被覆層２２は、日光や雨水に触れる恐れがあり、他の物と誤接触させられて外力を受ける恐れもある。このため、樹脂被覆層２２の樹脂として、シリコン樹脂やウレタン樹脂よりも機械的強度、耐水性及び耐候性に優れたエポキシ樹脂を用いればよい。

上述のように、第１実施形態は、蓋２を固定した状態で較正用電圧供給路１３を利用して較正用電圧を回路基板７のセンサ用電源接続端７ａに供給し、初期較正パラメータを書き込む作業を行うことができる。その後、較正用電圧供給路１３の外部接続端と電源入出力基板１７の安定化出力端１７ｂとを外部で接続すれば、較正用電圧供給路１３を利用し、使用電圧をセンサ用電源接続端７ａに安定供給し、ハウジング１０と軸３間の相対的な回転角度を測定することができる。

また、第１実施形態は、電源入出力基板１７と回路基板７を別体としたため、軸３、転がり軸受４、及び蓋２で囲まれた内部空間を大きくする必要がなく、回転角度検出ユニットの大型化を避けることができる。また、第１実施形態は、回路基板７の一方側の板面に電圧安定化回路１６を設けず、基板内付け部２ｂの底面による支持面積を減らないようにしたため、回路基板７の取付け不安定化を避けることができる。

なお、第１実施形態は、回路基板７を片面実装としたため、特に取付け不安定化を避けて、基板内付け部２ｂの底面に対するねじ止めを行うことができる。

第１実施形態は、基板内付け部２ｂを設ける蓋２に貫通孔２ａを形成し、較正用電圧供給路１３を貫通孔２ａに通すケーブルとしたため、回路基板７に接続した較正用電圧供給路１３を、回路基板７の基板内付け部２ｂへの取付け時に蓋２の貫通孔２ａに通すだけの簡単な工程で較正用電圧供給路を設けることができる。

第１実施形態は、ハウジング１０の一方側の側面に相手側部材８に締結する取付け面１０ａを設け、蓋２の一方側の側面に基板外付け部２ｃを取付け面１０ａよりも軸心側かつ他方側に凹み、電源入出力基板１７を納めた状態で取付け面１０ａを相手側部材８に締結し、基板外付け部２ｃを取付け面１０ａと相手側部材８とで閉塞することができる。このため、第１実施形態は、別途に専用カバーを追加することなく電源入出力基板１７等を外部から保護することができる。

第１実施形態は、電源入出力基板１７を貫通孔２ａから外れた位置に取付け可能なため、電源入出力基板１７を基板外付け部２ｃの底面に先付けした状態で、貫通孔２ａを通した較正用電圧供給路１３等のケーブル類の外部接続端と電源入出力基板１７の安定化出力端１７ｂ等とを接続することができる。このため、第１実施形態は、電源入出力基板１７の取付け作業や較正用電圧供給路１３等と電源入出力基板１７との接続作業性がよい。

第１実施形態は、電源入出力基板１７を貫通孔２ａから外れた位置に取付け可能とし、電源入出力基板１７の充電部及び貫通孔２ａを同じ樹脂被覆層で保護したため、これらの樹脂被覆を二度に分けて行う必要がない。貫通孔２ａはハウジング１０の外側に空くため、耐水性及び耐候性に優れた樹脂で塞ぐことが好ましく、同じ要求の電源入出力基板１７用の樹脂で貫通孔２ａを塞ぐことができる。

また、第１実施形態は、貫通孔２ａを回路基板７で塞いだ状態で貫通孔２ａに樹脂を充填することも容易である。

第１実施形態は、ハウジング１０の外側に電源入出力基板１７を取付け可能としたため、図４に示すように、電源入出力基板１７を基板外付け部２ｃに非装着の状態で保管することができる。この状態で保管された第１実施形態は、電源入出力基板１７の電源入力端１７ａに接続する外部電源の仕様判明後、これに合わせて最適化された電圧安定化回路付きの電源入出力基板を選択的に取り付けることができる。したがって、この状態で保管された第１実施形態は、電圧安定化回路や電源入出力基板の仕様が異なる多品種化や各種仕様の少量製造に柔軟に対応することができる。

第１実施形態は、蓋２を固定し、初期較正パラメータの書き込み作業後に較正用電圧供給路１３等を電源入出力基板１７に接続可能としたため、初期較正パラメータの書き込み作業を行えた状態で保管することができる。この状態で保管された第１実施形態は、電源入出力基板１７を取り付けるだけで回転角検出ユニットを製造することができ、初期較正パラメータの書き込み作業時間の分、出荷までの時間を短縮できるので、多品種の回転角検出ユニットをより迅速に製造することができる。

なお、長期間の保管を行う場合にハウジング１０内を保護するため、貫通孔２ａだけを先に樹脂等で密封した状態で保管することもできる。

第１実施形態は、図１、図３に示すように、磁気センサ６を集積回路とし、回路基板７の中央部に磁気センサ６のみを片面実装し、かつ回路基板７の周囲を丸めた板面形状とし、回路基板７をラジアル方向に位置決めする円筒凹状の基板内付け部２ｂとしたため、センサ用回路基板７の最大板面幅ｄを抑え、基板内付け部２ｂの内径を最も効率よく小くし、蓋２の他方側の側面の大径化によるハウジング本体１の大径化を避けることができる。

次に、第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態との相違点を述べるに留める。図５に示すように、第２実施形態は、軸３０を一方側の端面３１を大径端とした段付軸から構成し、これに伴って転がり軸受３２の内外径及びハウジング本体３３を大径化した点で第１実施形態と相違する。第２実施形態は、軸３０及び転がり軸受３２の大径化により剛性を高め、軸３０の負荷に対する磁気ドラム３４と磁気センサ３５の相対位置ずれを生じ難くすることができる。また、第２実施形態は、軸３０の端面３１の大径化を利用し、回路基板３６の周囲及びホルダ３７の鍔部の周囲を広げることにより、端面３１に対するホルダ３７のねじ止めを複数個所で可能としている。

この発明は、第１実施形態及び第２実施形態のようなものに限定されず、この発明の構成の目的とする作用効果を奏する範囲内で適宜に変更することができる。

第１実施形態の全体構成を示す断面図 第１実施形態の回路基板と電源入出力基板の回路ブロック図 ａは第１実施形態の回路基板を示す平面図、ｂはａの変更例を示す平面図 第１実施形態の在庫保管時の全体構成を示す断面図 第２実施形態の全体構成を示す断面図

符号の説明

１、３３ ハウジング本体
２ 蓋
２ａ 貫通孔
２ｂ 基板内付け部
２ｃ 基板外付け部
３、３０ 軸
３ａ、３ｂ、３１ 端面
４、３２ 転がり軸受
４ａ 外輪
４ｂ 内輪
５、３４ 磁気ドラム
６、３５ 磁気センサ
６ａ、６ｂ 磁気検出素子
６ｃ 演算処理部
６ｄ 記憶部
７、３６ 回路基板
７ａ センサ用電源接続端
７ｂ グランド端
７ｃ 信号出力端
７ｄ 孔
８ 相手側部材
９、３７ ホルダ
１０ ハウジング
１０ａ 取付け面
１１、１２ シール
１３ 較正用電圧供給路
１４ アース線
１５ 信号伝送経路
１６ 電圧安定化回路
１６ａ 電源安定化素子
１６ｂ 抵抗
１７ 電源入出力基板
１７ａ 電源入力端
１７ｂ 安定化出力端
１７ｃ 外部グランド端
１８ 外部入力線
１９ 外部アース線
２０ 外部信号線
２１ ケーブル口
２２、２３ 樹脂被覆層

Claims (10)

1. 両側に組み込み口を空けたハウジング本体、及び一方側の前記組み込み口を覆う蓋を有するハウジングと、一方側の軸端部が前記ハウジングの内部に収まり、かつ他方側の軸端部が他方側の前記組み込み口から露出する軸と、前記ハウジング本体に対して前記軸を回転自在に支持する転がり軸受と、前記軸の一方側の端面に固定する磁気ドラムと、この磁気ドラムの回転に伴う磁束変化を検出して相対的な回転角度を算出する磁気センサと、この磁気センサを実装された回路基板とを備え、前記蓋の他方側の側面に、前記回路基板を取り付ける基板内付け部を設けられており、前記蓋の固定により前記転がり軸受の外輪を押して予圧を与え、かつ前記磁気センサを前記磁気ドラムに対して位置決め可能であり、前記磁気センサは、使用電圧よりも高い較正用電圧を前記回路基板のセンサ用電源接続端を利用して供給する状態で初期較正パラメータの書き込み作業を行うものであり、前記ハウジングの外側に、前記使用電圧を安定出力する電圧安定化回路付きの電源入出力基板を取付け可能な基板外付け部を設けられており、前記蓋を固定した状態で前記センサ用電源接続端から外部まで通じる較正用電圧供給路を設けられており、この較正用電圧供給路の外部接続端は、前記書き込み作業後に前記電源入出力基板の安定化出力端に付け替え可能である回転角度検出ユニット。
2. 前記較正用電圧供給路は前記蓋に形成された貫通孔を通すケーブルからなり、前記基板外付け部は前記蓋の一方側の側面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出ユニット。
3. 前記ハウジングの一方側の側面に、相手側部材に締結する取付け面を設けられており、前記基板外付け部は、前記取付け面よりも軸心側かつ他方側に凹んでおり、前記貫通孔は前記基板外付け部の凹み内に形成されており、前記取付け面を前記相手側部材に締結すると、前記基板外付け部から外部まで通じるケーブル口を除いて該基板外付け部が閉塞されることを特徴とする請求項２に記載の回転角度検出ユニット。
4. 前記基板外付け部は前記貫通孔から外れた位置に前記電源入出力基板を取付け可能であることを特徴とする請求項２又は３に記載の回転角度検出ユニット。
5. 前記電源入出力基板の充電部及び前記貫通孔は同じ樹脂被覆層で保護されていることを特徴とする請求項４に記載の回転角度検出ユニット。
6. 前記回路基板の充電部及び前記電源入出力基板の充電部のそれぞれは、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、及びエポキシ樹脂の中の少なくとも１種を用いて被覆されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の回転角度検出ユニット。
7. 前記回路基板の充電部はシリコン樹脂及びウレタン樹脂の中の少なくとも１種を用いて被覆され、前記電源入出力基板の充電部はウレタン樹脂及びウレタン樹脂の少なくとも１種を用いて被覆されていることを特徴とする請求項６に記載の回転角度検出ユニット。
8. 前記電源入出力基板を前記基板外付け部に非装着の状態で保管されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の回転角度検出ユニット。
9. 前記初期較正パラメータの書き込み作業を終えた状態で保管されていることを特徴とする請求項８に記載の回転角度検出ユニット。
10. 前記磁気センサは、磁気検出素子と演算処理部と記憶部とを１パッケージにまとめた集積回路からなり、前記回路基板は、前記磁気センサのみを片面実装され、かつ円形又は角部を円弧状に落とした板面形状とされており、前記基板内付け部は、前記回路基板をラジアル方向に位置決めする内周をもった円筒凹状に形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の回転角度検出ユニット。

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