JP5411524B2

JP5411524B2 - 回転角度センサ及びそれを備える車両

Info

Publication number: JP5411524B2
Application number: JP2009034464A
Authority: JP
Inventors: 武史北川; 修鈴木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Toyo Denso Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Toyo Denso Co Ltd
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-02-17
Also published as: JP2010190684A

Description

本発明は、軸受孔を有するケース本体と、前記軸受孔で回転自在に支承されるジャーナルを有する回転軸と、この回転軸に連結されるロータを有し、このロータの回転角度を電気量に変換して出力するポテンショメータと、このポテンショメータを覆うように前記ケース本体に結合されるケースカバーとを備える回転角度センサの改良と、その回転角度センサを備える車両に関する。

かゝる回転角度センサは、特許文献１に開示されているように、既に知られている。
特開２００７−２９４８０２号公報

上記特許文献１に開示される回転角度センサでは、ケース本体に、回転軸を片持ち式に支持する軸受孔を形成している。こうしたものでは、回転軸を傾かせることなく安定的に支持するためには、上記軸受孔の軸方向長さを充分に確保する必要があり、その軸受孔が回転角度センサのコンパクト化、特にその軸方向寸法の短縮化を妨げている。

そこで、ケース本体に結合されるケースカバーにも、回転軸の先端部を支承する軸受孔を設け、ケース本体及びケースカバーの軸受孔により回転軸を両持ち式に支持し、各軸受孔の軸方向寸法を短くして回転角度センサのコンパクト化を図ることが考えられるが、そうしたものでは、回転軸の先端部及びケースカバーの軸受孔の嵌合、並びにケースカバーのケース本体への結合を同時に行わなければならず、そのような作業は容易でないため、組立性が悪く、また回転軸をケース本体及びカバーで支持した状態では、ポテンショメータの有無の確認をすることができない等の不便を招く。

本発明は、かゝる事情に鑑みてなされたもので、組立性が良好且つコンパクトであり、しかも回転軸の両持ち支持状態でのポテンショメータの有無の確認を可能にした回転角度センサ及びそれを備える車両を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、軸受孔を有するケース本体と、前記軸受孔で回転自在に支承されるジャーナルを有する回転軸と、この回転軸に連結されるロータを有し、このロータの回転角度を電気量に変換して出力するポテンショメータと、このポテンショメータを覆うように前記ケース本体に結合されるケースカバーとを備える回転角度センサにおいて、前記軸受孔及び前記ジャーナルを第１軸受孔及び第１ジャーナルとし、前記回転軸には、前記ポテンショメータを貫通して前記第１ジャーナルと反対方向に延びる第２ジャーナルを形成する一方、この第２ジャーナルを支承する第２軸受孔を有する軸受部と、この軸受部から前記ポテンショメータを跨ぐように延出する複数の脚部とで軸受ブラケットを構成して、それら脚部を前記ケース本体に固着し、前記第２軸受孔に前記第２ジャーナルを回転自在且つ相対揺動可能に支承させるべく、その第２ジャーナルの先端に球状凸部を形成し、且つこの球状凸部が首振り可能に係合する球状凹部を前記第２軸受孔の端壁に形成したことを第１の特徴とする。

さらに、本発明は、第１の特徴に加えて、前記センサケース及び前記回転軸間に、該回転軸を前記球状凸部及び前記球状凹部の係合方向に弾発付勢する弾性手段を設けたことを第２の特徴とする。

さらにまた、本発明は、第２の特徴に加えて、前記第１軸受孔の外側に隣接するシールハウジングを前記ケース本体に形成し、このシールハウジングに、前記回転軸の外周に密接するシール部材を装着し、このシール部材を前記弾発手段に兼用すべく、該シール部材を、これが前記第１ジャーナルを前記球状凹部側に弾発付勢するように構成したことを第３の特徴とする。

さらにまた、本発明は、第１〜第３の特徴の何れかの回転角度センサを、車両の操向ハンドルの操舵角度を検出するセンサとして、操向ハンドルに連結したステアリングステムの下端部とフレームとの間に取り付けたことを第４の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、回転軸は、ポテンショメータを挟んで位置する第１及び第２ジャーナルがケース本体の第１軸受孔及び軸受ブラケットの第２軸受孔にそれぞれ支承され、両持ち式の支持となるので、各軸受孔及びジャーナルの軸方向寸法を極力短くして回転角度センサのコンパクト化を図りつゝ、回転軸の支持剛性を高め、その安定した回転と耐久性を確保することができる。

しかも、ケースカバーの取り付け前に、ケース本体へのポテンショメータの組み付けと、回転軸の第２ジャーナルを支持する軸受ブラケットの取り付けを完了するものであり、その軸受ブラケットは、軸受部からポテンショメータを跨ぐように延出する複数の脚部を有しているので、回転軸の両持ち支持状態においても、上記脚部間からポテンショメータの有無等の確認をすることができ、また軸受ブラケット及びケースカバーを順次ケース本体に組み付けることで、回転角度センサの組立性を良好にすることができる。

さらに、軸受ブラケットの第２軸受孔に回転軸の第２ジャーナルを回転自在且つ相対揺動可能に支承させるべく、その第２ジャーナルの先端に球状凸部を形成し、且つこの球状凸部が首振り可能に係合する球状凹部を前記第２軸受孔の端壁に形成したので、製作誤差により、第１軸受孔及び第２軸受孔間に多少の傾きや半径方向のずれが生じても、回転軸のスムーズな回転を確保することができ、しかも、第２ジャーナルの先端部の球状凸部と、第２軸受孔の端壁の球状凹部との首振り可能な係合により、回転軸の調心性が得られ、回転軸の心振れを防ぎ、回転軸のよりスムーズな回転を確保することができる。

本発明の第２の特徴によれば、前記球状凸部及び球状凹部が弾性手段により常に係合状態に保持されるので、回転軸の調心性をより高めると共に、軸方向のガタの発生を防ぎ、耐久性の向上に寄与し得る。

本発明の第３の特徴によれば、ケース本体及び回転軸間のシールを図るシール部材を利用して、前記球状凸部及び球状凹部の弾発係合を図るので、特別な弾性手段が不要となり、構造の簡素化を図ることができる。

本発明の第４の特徴によれば、車両の操向ハンドルの操舵角度を検出するセンサとして、操向ハンドルに連結したステアリングステムの下端部とフレームとの間に取り付けたので、操向ハンドルに邪魔されることなく、その操舵角度を検出することができる。

本発明の実施の形態を、添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

図１は本発明に係る回転角度センサを自動二輪車のステアリング装置への取り付け状態で示す側面図、図２は図１の２矢視図、図３は図１の３−３線断面図、図４は図１の４−４矢視図、図５は上記回転角度センサの単体平面図、図６は図５の６−６線断面図、図７は図５の７−７線断面図、図８は同回転角度センサの、ケースカバーを外した状態で示す平面図、図９は図６の９−９線断面図である。

先ず、図１〜図４において、自動二輪車Ｍのメインフレーム１の前端にヘッドパイプ２が固設され、このヘッドパイプ２により、棒状の操向ハンドル３を上端部に連結する中空のステアリングステム４が回転自在に支持され、その下端部には、前輪（図示せず）を支持するフロントフォーク５のブリッジ部材５ａが連結される。したがって、ライダの操向ハンドル３に対する操舵力は、ステアリングステム４を介してフロントフォーク５及び前輪へと伝達される。

ステアリングステム４の下端には、操向ハンドル３の操舵角度を検出する回転角度センサＳが次にように取り付けられる。

回転角度センサＳは、平面視で半長円形をなすセンサケース１０と、このセンサケース１０に回転自在に支持されて、入力軸部２８をセンサケース１０の下面から突出させる回転軸１１とを備えており、センサケース１０には、その上面に円筒状の位置決め筒部１２が、またその下面に複数の突起１３，１３が形成されている。一方、ステアリングステム４の下端には、センサケース１０の上端部を回り止め不能に嵌合する保持部材１４が溶接又はビスにより固着される。その保持部材１４にセンサケース１０の上端部を嵌合するときには、前記位置決め筒部１２がステアリングステム４の中空部に嵌合される。

一方、メインフレーム１には、前記突起１３，１３の端面に弾発的に当接してセンサケース１０を保持部材１４との嵌合状態に保持する板ばね製のステー１５がビス等により固設される。このステー１５には、溝状の切欠き１６が形成されており、この切欠き１６に前記入力軸部２８が回転不能に係合される。即ち、入力軸部２８の両側に一対の平坦面１７，１７が形成されており、それらが切欠き１６の相対向する両内側面に当接することで回転軸１１のステー１５に対する回転が拘束される。

こうして、センサケース１０は、操向ハンドル３と共に回動するステアリングステム４に、また回転軸１１は、メインフレーム１に固定されるステー１５にそれぞれ連結されるので、操向ハンドル３の左方又は右方への操舵によれば、回転軸１１が回転角度センサＳに対して中立位置から左方又は右方へと相対的に回転することになる。その回転軸１１の左方又は右方への回転角度を電気量に変換して出力するポテンショメータ４０が前記センサケース１０に収容される。

さて、回転角度センサＳの構成について、図５〜図９により説明する。

図４〜図７において、センサケース１０は、横断面が半長円形の有底筒体よりなる、上面を開放する合成樹脂製のケース本体１０ａと、このケース本体１０ａの内周面にＯリング２１を介して嵌合されてその開放面を閉鎖する、同じく合成樹脂製のケースカバー１０ｂとで構成される。前記位置決め筒部１２はケースカバー１０ｂに、前記突起１３，１３はケース本体１０ａにそれぞれ形成される。

上記ケース本体１０ａ及びケースカバー１０ｂの嵌合状態は、ケース本体１０ａの周壁に設けられる複数の係止孔１８に、ケースカバー１０ｂに形成される複数の係止爪１９が弾性的に係合することで保持される。ケース本体１０ａの平坦な一側面にはカプラ２０が一体に突設されている。

ケース本体１０ａの底壁１０ａ１の中心部にボス２２が形成されており、このボス２２には、ケース本体１０ａの内側から順に大径の第１軸受孔２３、中径のシールハウジング２４及び小径の開口部２５が順次形成され、シールハウジング２４には環状で横断面Ｘ字状のシール部材２６又はＯリングが装着される。第１軸受孔２３の軸方向長さは、その半径よりも充分に短く設定される。

前記回転軸１１は、第１軸受孔２３に回転自在に支承される第１ジャーナル２７と、この第１ジャーナル２７の下端面から突出して前記シール部材２６に外周面を密接させつゝ前記開口部２５を貫通する前記入力軸部２８と、第１ジャーナル２７の上端面から突出して前記ポテンショメータ４０を貫通し、そしてケースカバー１０ｂ側に長く延びるロータ軸部２９とからなっている。そのロータ軸部２９は、前記第１ジャーナル２７より充分小径に形成される。

ロータ軸部２９の、ポテンショメータ４０からケースカバー１０ｂ側に突出した部分は第２ジャーナル３０とされる。この第２ジャーナル３０は、その軸方向長さが第１ジャーナル２７より長く設定されると共に、その先端部は球状凸部３１に形成される。この第２ジャーナル３０を支持する軸受ブラケット３２が次のように設けられる。

即ち、軸受ブラケット３２は合成樹脂製であって、第２ジャーナル３０を支承する第２軸受孔３４を有する軸受部３２ａと、この軸受部３２ａからポテンショメータ４０を跨ぐように延出する一対の脚部３２ｂ，３２ｂとで構成される。それら脚部３２ｂ，３２ｂは、各下端部に鍔部３２ｂ１，３２ｂ１を備えており、それらの鍔部３２ｂ１，３２ｂ１の各下面に形成されるリブ３３，３３がケース本体１０ａの底壁１０ａ１に超音波溶着される。

上記第２軸受孔３４は、第１ジャーナル２７が緩く嵌合し得るように形成される。またこの第２軸受孔３４は、一端が軸受部３２ａと一体の端壁３２ａ１で閉塞されており、その端壁３２ａ１の内面は、第２ジャーナル３０の球状凸部３１が首振り可能に係合する球状凹部３５に形成される。前記シール部材２６は、前記入力軸部２８の外周面に密接する半径方向の弾性を有する他、第１ジャーナル２７の下端面を弾発付勢して球状凸部３１を球状凹部３５との係合状態に保持する弾性をも有する。

前記ポテンショメータ４０は、ロータ軸部２９に貫通されてケース本体１０ａに固定される基板４１と、この基板４１上に形成される抵抗体４２と、前記ロータ軸部２９に嵌合して、それと一体回転しながら抵抗体４２に対して摺動するロータ４３と、このロータ４３の上面を覆って基板４１に固定されるロータカバー４４とで構成される。ロータ軸部２９及びロータ４３の嵌合部の一側には、それら相互の回り止めのための平坦面４５が形成されている。

図６及び図８に示すように、基板４１の、前記カプラ２０と反対側の端部には、複数の位置決め孔４６，４６が設けられ、これらに嵌合する複数の位置決めピン４７，４７がケース本体１０ａの底壁１０ａ１に一体に立設される。これら位置決め孔４６，４６と位置決めピン４７，４７との嵌合により基板４１の取り付け位置が決定される。

また、基板４１の、前記カプラ２０側の端部には、鳩目状のコモン端子接続部５０を挟んで鳩目状の左第１及び左第２端子接続部５１，５２と鳩目状の右第１及び右第２端子接続部５３，５４とが一列に配列して設けられ、これら接続部に挿入接続されて前記カプラ２０内に配設されるコモン端子５５、左第１及び左第２端子５６，５７並びに右第１及び右第２端子５８，５９がケース本体１０ａに埋設される。

図９に示すように、第１軸受孔２３の内周面にはストッパ突起６０が形成される一方、第１ジャーナル２７の外周面には、上記ストッパ突起６０を受容する円弧状凹部６１が形成され、この円弧状凹部６１の左右端面にストッパ突起６０が当接することで、回転軸１１の所定の中立位置から左右方向への回転角度が規制される。その回転角度は、操向ハンドル３の最大操舵角度より大きく設定されている。

而して、左第１及び左第２端子５６，５７、並びに右第１及び右第２端子５８，５９各間に電圧を印加しておき、操向ハンドル３を左方に操舵したときは、左第１及び左第２端子５６，５７の一方とコモン端子５５間の電圧の変化から左方の操舵角度を検出し、操向ハンドル３を右方に操舵したときは、右第１及び右第２端子５８，５９の一方とコモン端子５５間の電圧の変化から右方の操舵角度を検出するようになっている。

次に、この実施例の作用について説明する。

上記回転角度センサＳの組み立てに当たっては、先ず、ケース本体１０ａに、シール部材２６、回転軸１１、ポテンショメータ４０及び軸受ブラケット３２を順次組み込み、軸受ブラケット３２の脚部３２ｂ，３２ｂの鍔部３２ｂ１，３２ｂ１をケース本体１０ａの底壁１０ａ１に当接させる。そのとき、図示しない治具によりケース本体１０ａの第１軸受孔２３と軸受ブラケット３２の第２軸受孔３４との同軸精度を確保しつゝ、鍔部３２ｂ１，３２ａ１に超音波を付与して、それら鍔部３２ｂ１，３２ｂ１の下面のリブ３３，３３をケース本体１０ａの底面に溶着する。こうして、ケース本体１０ａ及び軸受ブラケット３２により回転軸１１を両持ち式に支持した後、外周にＯリング２１を装着したケースカバー１０ｂをケース本体１０ａに嵌合し、ケース本体１０ａの係止孔１８にケースカバー１０ｂの係止爪１９を係合して、組み立てを完了する。

而して、回転軸１１は、ポテンショメータ４０を挟んで位置する第１及び第２ジャーナル２７，３０がケース本体１０ａの第１軸受孔２３及び軸受ブラケット３２の第２軸受孔３４にそれぞれ支承され、両持ち式の支持となるので、各軸受孔２３，３４及びジャーナル２７，３０の軸方向寸法を極力短くして回転角度センサＳのコンパクト化を図りつゝ、回転軸１１の支持剛性を高め、その安定した回転と耐久性を確保することができる。

しかも、ケースカバー１０ｂの取り付け前に、ケース本体１０ａへのポテンショメータ４０の組み付けと、回転軸１１の第２ジャーナル３０を支持する軸受ブラケット３２の取り付けを完了するものであり、その軸受ブラケット３２は、軸受部３２ａからポテンショメータ４０を跨ぐように延出する一対の脚部３２ｂ，３２ｂを有しているので、回転軸１１の両持ち支持状態においても、上記脚部３２ｂ，３２ｂ間からポテンショメータ４０の有無等の確認をすることができる。また、軸受ブラケット３２及びケースカバー１０ｂを順次ケース本体１０ａに組み付けることで、回転角度センサＳの組立性を良好にすることができる。

さらに、回転軸１１の第２ジャーナル３０と、軸受ブラケット３２の第２軸受孔３４とは、相互に揺動可能に嵌合するので、製作誤差により、第１軸受孔２３及び第２軸受孔３４間に多少の傾きや半径方向のずれが生じても、回転軸１１のスムーズな回転を確保することができる。

特に、第２ジャーナル３０の先端部の球状凸部３１と、第２軸受孔３４の端壁３２ａ１の球状凹部３５との首振り可能な係合により、回転軸１１の調心性が得られ、回転軸１１の心振れを防ぎ、よりスムーズな回転を確保することができる。

さらに、上記球状凸部３１及び球状凹部３５は、弾性手段、即ちシール部材２６の弾性により係合状態に保持されるので、回転軸１１の調心性をより高めると共に、軸方向のガタの発生を防ぎ、耐久性の向上に寄与し得る。その際、弾性手段として、ケース本体１０ａ及び回転軸１１間のシールを図るシール部材２６を利用することで、特別な弾性部材が不要となり、構造の簡素化を図ることができる。

また、上記回転センサＳは、そのセンサケース１０を、操向ハンドル３に連結したステアリングステム４の下端部に取り付け、回転軸１１を、ステー１５を介してメインフレーム１に連結することで、自動二輪車の操舵角度を検出するセンサとして、リングステム４の下端部とメインフレーム１との間に取り付けたので、その回転センサＳにより、操向ハンドル３に邪魔されることなく、自動二輪車の操舵角度を検出することができると共に、このセンサを、ステアリングステム４周りのフロントフォーク５により他物との接触から保護することができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、回転角度センサＳは、自動二輪車のみならず、三輪自動車、四輪自動車その他の車両の操舵角度の測定にも使用可能であり、更に、各種回転部材の回転角度の測定にも使用可能である。また、軸受ブラケット３２の脚部３２ｂは、一対に限らず、３本以上でもよい。

本発明に係る回転角度センサを自動二輪車のステアリング装置への取り付け状態で示す側面図。図１の２矢視図。図１の３−３線断面図。図１の４−４矢視図。上記回転角度センサの単体平面図。図５の６−６線断面図。図５の７−７線断面図。同回転角度センサの、ケースカバーを外した状態で示す平面図。図６の９−９線断面図。

Ｓ・・・・・・回転角度センサ
１・・・・・・フレーム
４・・・・・・ステアリングステム
１０・・・・・センサケース
１０ａ・・・・ケース本体
１０ｂ・・・・ケースカバー
２３・・・・・第１軸受孔
２４・・・・・シールハウジング
２６・・・・・シール部材
２７・・・・・第１ジャーナル
３０・・・・・第２ジャーナル
３１・・・・・球状凸部
３２・・・・・軸受ブラケット
３２ａ・・・・軸受部
３２ａ１・・・端壁
３２ｂ・・・・脚部
３５・・・・・球状凹部
４０・・・・・ポテンショメータ
４３・・・・・ロータ

Claims

軸受孔（２３）を有するケース本体（１０ａ）と、前記軸受孔（２３）で回転自在に支承されるジャーナル（２７）を有する回転軸（１１）と、この回転軸（１１）に連結されるロータ（４３）を有し、このロータ（４３）の回転角度を電気量に変換して出力するポテンショメータ（４０）と、このポテンショメータ（４０）を覆うように前記ケース本体（１０ａ）に結合されるケースカバー（１０ｂ）とを備える回転角度センサにおいて、
前記軸受孔（２３）及び前記ジャーナル（２７）を第１軸受孔（２３）及び第１ジャーナル（２７）とし、
前記回転軸（１１）には、前記ポテンショメータ（４０）を貫通して前記第１ジャーナル（２７）と反対方向に延びる第２ジャーナルを形成する一方、この第２ジャーナル（３０）を支承する第２軸受孔（３４）を有する軸受部（３２ａ）と、この軸受部（３２ａ）から前記ポテンショメータ（４０）を跨ぐように延出する複数の脚部（３２ｂ）とで軸受ブラケット（３２）を構成して、それら脚部（３２ｂ）を前記ケース本体（１０ａ）に固着し、
前記第２軸受孔（３４）に前記第２ジャーナル（３０）を回転自在且つ相対揺動可能に支承させるべく、その第２ジャーナル（３０）の先端に球状凸部（３１）を形成し、且つこの球状凸部（３１）が首振り可能に係合する球状凹部（３５）を前記第２軸受孔（３４）の端壁（３２ａ１）に形成したことを特徴とする回転角度センサ。
請求項１記載の回転角度センサにおいて、
前記センサケース（１０）及び前記回転軸（１１）間に、該回転軸（１１）を前記球状凸部（３１）及び前記球状凹部（３５）の係合方向に弾発付勢する弾性手段（２６）を設けたことを特徴とする回転角度センサ。
請求項２記載の回転角度センサにおいて、
前記第１軸受孔（２３）の外側に隣接するシールハウジング（２４）を前記ケース本体（１０ａ）に形成し、このシールハウジング（２４）に、前記回転軸（１１）の外周に密接するシール部材（２６）を装着し、このシール部材（２６）を前記弾性手段に兼用すべく、該シール部材（２６）を、これが前記第１ジャーナル（２７）を前記球状凹部（３５）側に弾発付勢するように構成したことを特徴とする回転角度センサ。
請求項１〜３の何れかに記載の回転角度センサを、操向ハンドル（３）の操舵角度を検出するセンサとして、操向ハンドル（３）に連結したステアリングステム（４）の下端部とフレーム（１）との間に取り付けたことを特徴とする車両。