JP6311130B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、主に自動車のブレーキペダル等の回転角度の検出に用いられる回転角度検出装置に関する。
近年、自動車の高機能化が進むなか、様々な回転角度検出装置を用いて、ブレーキペダル等の踏み込み量や回転角度を検出し、多様な制御を行う車両が増えている。このような、従来の回転角度検出装置について、図8〜図10を参照しながら説明する。
図8、図9は従来の回転角度検出装置11の断面図と分解斜視図である。回転角度検出装置11はケース1と、回転体2と、レバー3と、ばね5と、磁石6と、配線基板7と、磁気検出素子8と、略L字状の複数の端子9と、カバー10とを有する。ケース1と、回転体2と、レバー3とカバー10とは絶縁樹脂製である。ばね5は鋼線製でコイル状に巻回されている。
ケース1は筒状であり、その中央にはさらに円筒部1Aが形成されている。円筒部1Aは中間部1Cの内周端に繋がり、中間部1Cの外周端は外壁部1Dと繋がっている。回転体2は円筒部1A内に回転可能に挿入され、回転体2に設けられた鍔部2Aは中間部1Cに当接している。
レバー3は、ねじ4によって回転体2に固着されている。レバー3と中間部1Cとの間には、ばね5がやや捩られた状態で収納されている。ばね5の両端はそれぞれ、レバー3と中間部1Cに係合している。この状態で、ばね5は、レバー3がケース1に対して所定の角度になるようにレバー3を押している。
略円柱状の磁石6は、回転体2の端部中央に、インサート成形等によって固定装着されている。配線基板7には磁石6と所定の間隙を空けて対向配置された、ホール素子等の磁気検出素子8が実装装着されている。配線基板7の両面には、複数の配線パターン(図示せず)が形成されている。
端子9は、ケース1にインサート成形等によって植設され、各端子9の一端に配線パターンを介して磁気検出素子8が接続されている。端子9の他端は略角筒状のコネクタ部1B内に延出している。カバー10はケース1に固着され、ケース1の開口部や配線基板7等を覆っている。
このように構成された回転角度検出装置11が、図10に示すように、自動車のブレーキペダル55の回動軸55Aの近傍に取り付けられる。レバー3は作動ピン55Bに装着され、磁気検出素子8は複数の端子9やリード線(図示せず)等を介して、車両の電子回路(図示せず)に接続される。
以上の構成において、運転者がブレーキペダル55を踏み込むと、回動軸55Aを支点としてアーム55Cが回動すると共に、作動ピン55Bによってレバー3が回動する。この回動によって、ばね5を捩りながら回転体2が回動し、回転体2に装着された磁石6も回転する。そのため、磁石6から磁気検出素子8へ流れる磁界の方向が変化する。そのため、磁気検出素子8に作用する磁気強度が変化する。磁気検出素子8はこの磁気を検出する。電子回路は、磁気検出素子8が検出した磁気の強弱から、回転体2の回転角度、すなわちブレーキペダル55の踏み込み寸法を算出する。その踏み込み寸法に応じて、車両には様々な制御が行われる(例えば、特許文献1)。
特開2012−73231号公報
本発明の回転角度検出装置は、レバーと、円筒部と、磁石と、磁気検出素子とを有する。レバーは、基部と、基部の回転軸方向に突出し、基部と一体の軸部を含む。円筒部は、基部に近接または接触する第1端と、第1端の反対側で第1端よりも基部から遠くに位置する第2端とを含む。円筒部には軸部が挿入され、軸部を回転可能に支持する。磁石は軸部の端部に装着されている。磁気検出素子は所定の間隙を空けて磁石に対向配置されている。このように、レバーの基部から突出形成された軸部の端部に磁石が装着され、磁石と磁気検出素子を精度よく対向配置できる。そのため、この回転角度検出装置は誤差が少なく、高精度に回転角度を検出することができる。
図1は本発明の実施の形態による回転角度検出装置の断面図である。 図2は図1に示す回転角度検出装置の分解斜視図である。 図3は図1に示す回転角度検出装置を装着したブレーキペダルの斜視図である。 図4Aは図1に示す回転角度検出装置のレバーの軸部に磁石を装着する様子を示す斜視図である。 図4Bは図4Aに示す状態に続き、レバーの軸部をケースの円筒部に挿入した状態を示す斜視図である。 図4Cは図4Bに示す状態に続き、レバーの軸部に係止体を装着した状態を示す斜視図である。 図4Dは図4Cに示す状態に続き、レバーの軸部の端部を熱カシメて係止体を軸部に固定した状態を示す斜視図である。 図5Aは図1に示す回転角度検出装置のケースの模式斜視図である。 図5Bは図1に示す回転角度検出装置のケースとレバーとの位置関係を示す平面図である。 図6Aは図1に示す回転角度検出装置の他のケースの模式斜視図である。 図6Bは図6Aに示すケースとともに用いるレバーの斜視図である。 図6Cは図6Aに示すケースと図6Bに示すレバーとの位置関係を示す平面図である。 図7Aは本発明の実施の形態による他の回転角度検出装置の部分斜視図である。 図7Bは本発明の実施の形態によるさらに他の回転角度検出装置の部分斜視図である。 図8は従来の回転角度検出装置の断面図である。 図9は図8に示す回転角度検出装置の分解斜視図である。 図10は図8に示す回転角度検出装置を装着したブレーキペダルの斜視図である。
本発明の実施の形態の説明に先立ち、図8、図9に示す従来の回転角度検出装置11における課題を説明する。回転角度検出装置11においては、端部に磁石6が装着された回転体2が、ケース1の円筒部1A内に回転可能に挿入されている。また、回転体2の反対側に端部にはレバー3が固着されている。レバー3を回動させると回転体2と磁石6が回転する。しかしながら、レバー3と、回転体2と、円筒部1Aとのそれぞれの間には僅かではあるが隙間がある。そのため、磁石6の装着位置に誤差が生じ、より高精度な回転角度の検出を行うことが困難である。
以下、回転角度検出装置11に比べて少ない誤差で高精度に回転角度を検出可能な本発明の実施の形態による回転角度検出装置について、図1〜図7Bを参照しながら説明する。
図1、図2は本発明の実施の形態による回転角度検出装置30の断面図と分解斜視図である。図3は回転角度検出装置30を装着したブレーキペダルの斜視図である。
回転角度検出装置30は、レバー22と、円筒部21Aを含むケース21と、磁石25と、磁気検出素子27とを有する。レバー22は、基部22Lと、基部22Lの回転軸方向に突出する軸部22Aを含む。円筒部21Aは、基部22Lに近接または接触する第1端211Eと、第1端211Eの反対側で第1端211Eよりも基部22Lから遠くに位置する第2端212Eとを含む。円筒部21Aには軸部22Aが挿入され、軸部22Aを回転可能に支持している。磁石25は軸部22Aの端部に装着されている。磁気検出素子27は所定の間隙を空けて磁石25に対向配置されている。
ケース21は、円筒部21Aと、円筒部21Aを内包する外壁部21Dと、外壁部21Dと円筒部21Aとを繋ぐ中間部21Cとを有する。ケース21はポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製で、円筒状もしくは略箱型の形状を有する。
レバー22はポリオキシメチレン等の絶縁樹脂製で、上述のように基部22Lと、基部22Lの回転軸方向に略円柱状の突出する軸部22Aを含む。軸部22Aはケース21の円筒部21A内に回転可能に挿入されている。
磁石25は略円柱状でフェライトやNd−Fe−B合金等により形成されている。磁石25はインサート成形や接着等によって、軸部22Aの端部の中央に固定されている。磁気検出素子27は例えばホール素子である。
回転角度検出装置30は、さらに、係止体23と、ばね24と、配線基板26と、複数の端子28と、カバー29とを有する。
係止体23は略円盤状で、ポリオキシメチレン等の絶縁樹脂製である。係止体23はレバー22の軸部22Aの端部の外周に装着されている。後述するように、軸部22Aの端部が加熱加圧によって外方にかしめられて、軸部22Aの端部が円筒部21Aの第2端212Eに回転可能に係止されている。
ばね24はコイル状に巻回された鋼線や銅合金線製の捩りばねである。ばね24の両端はそれぞれ、レバー22とケース21に係合している。すなわち、ばね24はやや捩られた状態で、円筒部21Aと外壁部21Dとの間に配置され、レバー22とケース21の中間部21Cとに係合されている。この状態で、ばね24はレバー22を所定の角度位置に保持している。
配線基板26は紙フェノールやガラス入りエポキシ等により形成されている。配線基板26の両面には銅箔等によって複数の配線パターン(図示せず)が形成されている。磁気検出素子27は、配線基板26の一方の面上で、半田付け等によって配線パターンに実装されている。
略L字状の端子28は銅合金等で形成されている。端子28はケース21にインサート成形等によって植設され、端子28の一端に配線パターンを介して磁気検出素子27が接続されると共に、端子28の他端は略角筒状のコネクタ部21B内に延出している。
カバー29はポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製である。カバー29は複数のねじ(図示せず)等によってケース21に固着され、ケース21の開口面や配線基板26等を覆っている。
このように構成された回転角度検出装置30が、図3に示すように、自動車のブレーキペダル35の回動軸35Aの近傍に取り付けられる。そして、レバー22(基部22L)の先端に作動ピン35Bが挿通され、磁気検出素子27が端子28やリード線(図示せず)等を介して、車両の電子回路(図示せず)に接続される。
以上の構成において、ブレーキペダル35が踏み込まれると、回動軸35Aを支点としてアーム35Cが回動すると共に、作動ピン35Bによってレバー22がばね24を捩りながら回動する。これにより、軸部22Aに装着された磁石25も回転するため、磁石25から磁気検出素子27へ流れる磁界の方向が変化する。そのため、磁気検出素子27に作用する磁気強度が変化する。
磁気検出素子27はこの磁気を検出し、電子回路は、磁気検出素子27が検出した磁気の強弱から、レバー22の回転角度、すなわちブレーキペダル35の踏み込み寸法を算出する。その踏み込み寸法に応じて、車両にはブレーキ装置の制御やストップランプの消点灯等様々な制御が行われる。
回転角度検出装置30においては、レバー22の基部の回転軸方向に突出し、基部と一体の軸部22Aが、ケース21の円筒部21A内に回転可能に挿入されている。また軸部22Aの端部に磁石25が装着されている。そのため、磁気検出素子27に対して、磁石25が精度よく対向配置されている。
すなわち、レバー22の基部22Lと一体の軸部22Aの端部に磁石25が装着されている。そのため、軸部22Aの外周と円筒部21Aの内周との間の僅かな隙間分の誤差だけで、磁石25に対し磁気検出素子27が精度よく配置できる。その結果、磁石25に対する磁気検出素子27の位置ずれを防ぐことができる。そのため、回転角度検出装置30は高精度に回転角度を検出することができる。
ここで、図4Aを参照しながら軸部22Aへ磁石25を装着する手順を説明する。図4Aはレバー22に磁石25を装着する様子を示す斜視図である。
軸部22Aには、端部22Tから基部22Lに向かって穴22Hが形成されている。穴22Hは端部22Tに近い大径部221Hと基部22Lに近い小径部222Hとで構成されている。
さらに、軸部22Aには、端部22Tから基部22Lに向かってレバー22の回転軸に平行な方向に伸びるスリット22Sが設けられている。スリット22Sは大径部221H、小径部222Hと連通している。
磁石25は小径部222Hに固定される。その際、磁石25は、例えば、軸部22Aにインサート成形又は接着されるか、あるいは小径部222Hに圧入される。固定できればその方法は特に限定されない。
なお、スリット22Sが小径部222Hに連通しているため、磁石25は、固定する際に容易に位置決めすることができる。なお、スリット22Sを大径部221Hのみに連通させ、磁石25は、軸部22Aに固定した後に着磁してもよい。
次に、図4B〜図5Aを参照しながらレバー22とケース21とを組合せ、さらにレバー22に係止体23を装着する手順を説明する。図4Bは図4Aに示す状態に続き、軸部22Aをケース21の円筒部21Aに挿入した状態を示す斜視図である。図4Cは図4Bに示す状態に続き、軸部22Aに係止体23を装着した状態を示す斜視図である。図4Dは図4Cに示す状態に続き、軸部22Aの端部22Tを熱カシメて係止体23を軸部22Aに固定した状態を示す斜視図である。図5Aはケース21の模式斜視図である。
図4Aに示すように、軸部22Aに磁石25を装着した後、図4Bに示すように、軸部22Aは円筒部21Aに挿入される。この状態で、円筒部21Aの第2端212Eから軸部22Aの端部22Tが露出する。そして、端部22Tの露出した部分の外周に係止体23を装着する。その際、係止体23に設けられた弧状スリット23Sに端部22Tを挿入する。これにより、図4Cに示す状態になる。
係止体23の外径は円筒部21Aの内径よりも大きい。そして、軸部22Aの、大径部221Hにより薄肉になっている部分を加熱しながらスリット22Sを広げるように外側に変形させ、図4Dに示すように熱カシメ部22Qを形成する。このようにして係止体23を軸部22Aの端部22Tに固定する。係止体23によって通常の使用中に軸部22Aが円筒部21Aから外れることが防止される。すなわち、軸部22Aの端部22Tは、円筒部21Aの、第2端212Eに回転可能に係止されている。
なお、軸部22Aと係止体23との接合強度は、基部22Lと軸部22Aとの破断強度よりも小さいことが好ましい。これにより、万が一、レバー22に大きな衝撃が加わり、レバー22がケース21から外れた場合でも、軸部22Aと係止体23の接合箇所が外れる。したがって、磁石25もレバー22と共にケース21から外れる。そのため、磁気検出素子27から誤った検出信号が、電子回路に出力されることがない。
つまり、万が一、レバー22に大きな衝撃が加わった場合には、この力によって軸部22Aが係止体23から分断されて、レバー22がケース21から外れ、軸部22Aに装着された磁石25もケース21から外れる。そのため、磁気検出素子27は磁石25の磁気を検出できなくなる。これによって電子回路は回転角度検出装置30の異常を検知することができる。
前述のように、この種の回転角度検出装置はブレーキペダル35に装着され、踏み込み寸法を検出するのに用いられる。例えば、ハイブリッド車や電気自動車に搭載する場合、検出された踏み込み寸法に基づき、車両の電子回路は回生システムの作動を制御する。上述のように回転角度検出装置30を用いた場合、ブレーキペダル35を介してレバー22に大きな衝撃が加わり、レバー22が外れたとしても、電子回路はその異常を容易に検知することができる。そして、例えば車両の電子回路は回生システムを停止させることによって、不要に作動し続けるような誤作動が生じることがなく、車両の運行への影響を未然に防ぐことができる。
次に、ケース21とレバー22との回動位置関係を規制する構成について図4A、図5A、図5Bを参照しながら説明する。図5Bはケース21とレバー22との位置関係を示す平面図である。
図4Aに示すように、軸部22Aの、端部22Tよりも基部22Lとの連結部に近い位置に、突起22Pが設けられている。一方、図5Aに示すように、円筒部21Aの第1端211Eには、嵌合凹部21Fが設けられている。軸部22Aを円筒部21Aに挿入する際には、嵌合凹部21Fが突起22Pを収容する。図5Bに示すように、嵌合凹部21Fは円筒部21Aの内周に沿って部分的に伸びている。
ケース21に対しレバー22を回動すると、円筒部21Aに対して軸部22Aが回動する。このとき、突起22Pが嵌合凹部21Fに収容されているため、突起22Pは嵌合凹部21Fの両端を超えることができない。そのため、ケース21とレバー22との回動位置関係が一定の範囲に規制される。
なお、ケース21に対するレバー22の回動範囲を規制する構成は上述の構成に限定されない。次に図6A〜図6Cを参照しながらそのような構成の例を説明する。図6Aはケース121の模式斜視図である。図6Bはケース121とともに用いるレバー122の斜視図である。図6Cはケース121とレバー122との位置関係を示す平面図である。
ケース121は、図5Aに示した嵌合凹部21Fに代えて、2つの規制リブ121Rを有する。規制リブ121Rは円筒部21Aと外壁部21Dとの間に設けられている。一方、レバー122は、図4Aに示した突起22Pに代えて、規制突起122Pを有する。規制突起122Pは軸部22Aの周囲に、基部22Lから突出するように設けられ、円筒部21Aと外壁部21Dとの間に挿入されている。なお、図6Bでは2つの規制突起122Pが設けられているが、一体でもよい。規制突起122Pを2つ設けることで、それらの間にばね24を係止することができる。
ケース121に対しレバー122を回動すると、円筒部21Aに対して軸部22Aが回動する。このとき、規制突起122Pが円筒部21Aと外壁部21Dとの間を周方向に移動する。円筒部21Aと外壁部21Dとの間には規制リブ121Rが設けられているため、規制突起122Pは規制リブ121Rの間から逸脱して移動することができない。そのため、ケース121とレバー122との回動位置関係が一定の範囲に規制される。
次に、レバー22の軸部と係止体23との他の構成について図7A、図7Bを参照しながら説明する。図7A、図7Bは本発明の実施の形態による他の回転角度検出装置の部分斜視図である。
図7Aに示す構成では、係止体23Aをレバー22の軸部22Bの端部と外周に装着し、これらをレーザや超音波溶着等によって固着する。この場合、係止体23Aと軸部22Bの端部とは部分的に溶着している。このようにしても、軸部22Bの端部を円筒部21Aの第2端212Eに回転可能に係止することができる。
図7Bに示す構成では、内周に複数のリブ23Bが形成されたリング状の係止体23Cを用いる。リブ23Bの中央には凹部23Dが形成されている。一方、軸部22Cの端部には壁部22Eと凸部22Dとが形成されている。壁部22Eは、軸部22Cよりも細い連結部22Rにより軸部22Cと繋がっている。壁部22Eは軸部22Cの直径方向に突出している。凸部22Dは連結部22Rから連結部22Rの直径方向に突出している。また軸部22Cと壁部22Eとの間の距離はリブ23Bの厚さと同じか、やや大きく設定されている。壁部22Eに対応するリブ23B同士の間の距離は壁部22Eが通過可能に設定されている。
この構成において、係止体23Cのリブ23Bの間に壁部22Eを挿入した後、係止体23Cを回転して、凹部23Dに凸部22Dを嵌合すると共に、複数のリブ23Bのいずれかの下面にそれぞれの壁部22Eを当接させる。すなわち、複数のリブ23Bの、軸部22Cの軸方向に垂直な面と、壁部22Eの、軸部22Cの軸方向に垂直な面とを当接させる。このようにしても、軸部22Cの端部を円筒部21Aの第2端212Eに回転可能に係止することができる。リブ23Bの個数は限定されないが、図7Bに示す例では2つのリブ23Bが設けられている。
なお、連結部22Rの一部の軸方向全体に突出する係止壁22Wを壁部22Eの間に設けることが好ましい。リブ23Bの間に壁部22Eを挿入すると、係止壁22Wは、リブ23Bの間のうち、壁部22Eが挿入されていない箇所に挿入される。この状態で係止体23Cを回転すると、係止壁22Wがリブ23Bの側面に当たったところで係止体23Cが回転できなくなる。したがってリブ23Bの下面に壁部22Eを確実に当接させることができる。
あるいは、軸部22A下端に外方へ突出する複数の爪部を設け、これらの爪部をケース21の円筒部21Aの第2端212Eに当接させて、軸部22Aの端部を円筒部21Aの第2端212Eに回転可能に係止してもよい。この場合、軸部22Aの保持はやや弱くなるが、上述の構成と同様の効果を奏する。
本発明による回転角度検出装置は、高精度に回転角度を検出することができるため、主に自動車のブレーキペダル等の操作用として有用である。
21,121 ケース
21A 円筒部
21B コネクタ部
21C 中間部
21D 外壁部
21F 嵌合凹部
22,122 レバー
22A,22B,22C 軸部
22D 凸部
22E 壁部
22H 穴
22L 基部
22P 突起
22Q 熱カシメ部
22R 連結部
22S スリット
22T 端部
22W 係止壁
23,23A,23C 係止体
23B リブ
23D 凹部
23S 弧状スリット
24 ばね
25 磁石
26 配線基板
27 磁気検出素子
28 端子
29 カバー
30 回転角度検出装置
35 ブレーキペダル
35A 回動軸
35B 作動ピン
35C アーム
121R 規制リブ
122P 規制突起
211E 第1端
212E 第2端
221H 大径部
222H 小径部

Claims (9)

  1. 基部と、前記基部の回転軸方向に突出し前記基部と一体の軸部を有するレバーと、
    前記基部に近接または接触する第1端と、前記第1端の反対側で前記第1端よりも前記基部から遠くに位置する第2端とを有し、前記軸部が挿入され、前記軸部を回転可能に支持する円筒部と、
    前記軸部の端部に装着された磁石と、
    所定の間隙を空けて前記磁石に対向配置された磁気検出素子と、
    前記軸部の前記端部に固定され、前記円筒部の内径よりも大きい外径を有する係止体と、
    を備え、
    前記軸部には前記端部から前記回転軸に平行な方向に伸びるスリットが設けられ、
    前記係止体は、前記軸部の、前記スリットが設けられた部分を熱カシメることで前記軸部の前記端部に固定されている、
    回転角度検出装置。
  2. 基部と、前記基部の回転軸方向に突出し前記基部と一体の軸部を有するレバーと、
    前記基部に近接または接触する第1端と、前記第1端の反対側で前記第1端よりも前記基部から遠くに位置する第2端とを有し、前記軸部が挿入され、前記軸部を回転可能に支持する円筒部と、
    前記軸部の端部に装着された磁石と、
    所定の間隙を空けて前記磁石に対向配置された磁気検出素子と、
    前記軸部の前記端部に固定され、前記円筒部の内径よりも大きい外径を有する係止体と、
    を備え
    記係止体はリング状であり、前記係止体の内周には複数のリブが形成され、前記複数のリブのそれぞれの中央には凹部が形成され、
    前記軸部の端部には、前記軸部よりも細い連結部と、前記連結部を介して前記軸部の直径方向に突出した壁部と、前記連結部から前記連結部の直径方向に突出した凸部とが設けられ、
    前記凹部に前記凸部が嵌合すると共に、
    前記複数のリブは、前記軸部の軸方向に垂直な面を有し、前記壁部は、前記軸部の前記軸方向に垂直な面を有し、
    前記複数のリブの前記面と前記壁部の前記面とが当接している、
    回転角度検出装置。
  3. 前記軸部の前記端部は、前記円筒部の、前記第2端に回転可能に係止された、
    請求項1、または2に記載の回転角度検出装置。
  4. 前記軸部と前記係止体との接合強度は、前記基部と前記軸部との破断強度よりも小さい、
    請求項1、または2に記載の回転角度検出装置。
  5. 前記係止体は、前記軸部の前記端部に部分的に溶着している、
    請求項1、または2に記載の回転角度検出装置。
  6. 前記軸部の、前記端部よりも前記基部との連結部に近い位置に、突起が設けられ、
    前記円筒部の前記第1端に、前記円筒部の内周に沿って部分的に伸び、前記突起を収容する嵌合凹部が設けられた、
    請求項1、または2に記載の回転角度検出装置。
  7. 前記円筒部と、前記円筒部を内包する外壁部と、前記外壁部と前記円筒部とを繋ぐ中間部と、を有するケースをさらに備えた、
    請求項1、または2に記載の回転角度検出装置。
  8. 前記ケースは、前記円筒部と前記外壁部との間に設けられた規制リブをさらに有し、
    前記レバーは、前記軸部の周囲に、前記基部から突出するように設けられ、前記円筒部と前記外壁部との間に挿入された規制突起をさらに有する、
    請求項記載の回転角度検出装置。
  9. 前記円筒部と前記外壁部との間に配置され、前記レバーと前記中間部とに係合された捩り
    ばねをさらに備えた、
    請求項記載の回転角度検出装置。
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