JP6451252B2 - 回転角検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転角検出装置に関し、特に、磁電変換素子に対する磁石部材の相対回転に応じて軸部材の回転角を検出する回転角検出装置に係る。

従来から、例えば自動車のブレーキペダルの操作量を検出するため、軸部材の回転角を検出する無接触型の回転角検出装置が知られており、例えば、磁電変換素子に対向して軸部材に配置される磁石部材を有し、この磁石部材の磁電変換素子に対する相対回転に応じて軸部材の回転角を検出するように構成されている。例えば、下記の特許文献１に「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」が開示されている（特許文献１の段落〔０００１〕に記載）。

また、下記の特許文献２には、「動径方向に着磁された円板磁石を回転させ、該円板磁石により発生する水平磁場を互いに９０度に配置されたＸ，Ｙ磁電変換素子で感磁し、該Ｘ，Ｙ磁電変換素子による出力値から回転角度を求める回転角度センサ」が開示されており（特許文献２の段落〔００１６〕に記載）、磁電変換素子としてホール素子が用いられている（同段落〔００２０〕に記載）。

特開２００７−１３９４５８号公報 特開２００７−９３２８０号公報

上記の特許文献１においては「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」を目的とし（特許文献１の段落〔０００５〕に記載）、「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いる」回転角検出装置が提案され（同段落〔０００６〕に記載）、「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」旨記載されている（同段落〔００３０〕に記載）。一方、特許文献２においては「少ない磁電変換素子で低コスト化、構造の単純化が図れ、また、円板磁石の中心から外れた位置にも磁電変換素子が配置可能であり、磁電変換素子と円板磁石との相対位置ずれによる角度誤差を抑えることのできる回転角度センサを提供すること」が目的とされ（特許文献２の段落〔００１５〕に記載）、磁電変換素子の配置が特定されている（同段落〔００１６〕に記載）。

そして、上記特許文献１に記載の回転角検出装置においては、軸部材に係止されるリターンスプリングとして、一端がヨーク本体のフックに係止され、他端がカバー部材の保護壁に係止されたコイルバネが用いられている。この係止状態であれば、コイルバネによる軸部材の負荷は抑えることができるものの、ペダルレバーの揺動に応じてセンサレバーに付与される力がそのまま軸部材の負荷となり、軸部材に対する負荷は依然大きく、軸部材の小型化は困難である。尚、特許文献２においては、回転軸のずれについて言及されているが、回転軸に付与され得る力について特段の記載はない。

そこで、本発明は、磁電変換素子に対向して軸部材に配置される磁石部材を有し、この磁石部材の磁電変換素子に対する相対回転に応じて軸部材の回転角を検出する回転角検出装置において、軸部材に対する負荷を極力抑え、小型化を可能とする回転角検出装置を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、磁電変換素子に対向して軸部材に配置される磁石部材を有し、該磁石部材の前記磁電変換素子に対する相対回転に応じて前記軸部材の回転角を検出する回転角検出装置であって、前記磁電変換素子を収容するハウジングと、該ハウジングに接合され前記軸部材を回転可能に支持する支持部材と、前記軸部材に形成された係止突起と、該係止突起に一端が係止され前記支持部材に他端が係止されるリターンスプリングと、前記軸部材に一端が固定され他端が前記軸部材の径方向に延出し、前記リターンスプリングの付勢力に抗して前記軸部材を回転駆動する駆動レバーを備え、該駆動レバーの他端と前記軸部材の軸心とを結ぶ線上で、前記リターンスプリングの一端が前記係止突起に係止されている構成としたものである。

上記の回転角検出装置において、前記軸部材は、前記係止突起が形成された円板部と、該円板部から一体的に延出するように形成された軸部を有する構成とするとよい。また、前記支持部材は、前記軸部材の前記軸部を回転可能に支持する軸受部と、該軸受部の回りに形成される環状凹部を有し、該環状凹部に前記リターンスプリングが収容される構成とするとよい。更に、前記支持部材は、前記環状凹部内に形成され、前記リターンスプリングの他端を係止する係止突起を有する構成とするとよい。

また、上記の回転角検出装置において、前記駆動レバーは、前記軸部材の軸に平行に延出し外部機構と係合する係合部を備えたものとするとよい。

上記の回転角検出装置において、前記磁電変換素子に電気的に接続されるコネクタ部材を備え、前記ハウジングが、少なくとも前記磁電変換素子を収容する素子室が形成された本体部と、該本体部と一体的に形成され前記コネクタ部材に接合される接合部を有し、該接合部に対し前記コネクタ部材が液密的に嵌合されて接合される構成とするとよい。

本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明の回転角検出装置においては、磁電変換素子を収容するハウジングと、このハウジングに接合され軸部材を回転可能に支持する支持部材と、軸部材に形成された係止突起と、この係止突起に一端が係止され支持部材に他端が係止されるリターンスプリングと、軸部材に一端が固定され他端が軸部材の径方向に延出し、リターンスプリングの付勢力に抗して軸部材を回転駆動する駆動レバーを備えており、この駆動レバーの他端と軸部材の軸心とを結ぶ線上で、リターンスプリングの一端が係止突起に係止されるように構成されているので、軸部材に対する負荷を極力抑え、軸部材を小型に形成することができ、従って、全体として小型の回転角検出装置を提供することができる。

上記の回転角検出装置において、軸部材は、係止突起が形成された円板部と、この円板部から一体的に延出するように形成された軸部を有する構成とすれば、軸部材へのリターンスプリングの組み付けが容易となる。また、支持部材は、軸部材を回転可能に支持する軸受部と、この軸受部の回りに形成される環状凹部を有し、この環状凹部にリターンスプリングが収容される構成とすれば、装置全体を小型に形成することができ、支持部材に対するリターンスプリングの組み付けも容易となる。

また、上記の回転角検出装置において、駆動レバーは、軸部材の軸に平行に延出し外部機構と係合する係合部を備えたものとすれば、容易に初期位置を設定することができる。

上記の回転角検出装置において、ハウジングは、素子室とは分離して本体部に形成される磁石室を有し、この磁石室内に磁石部材を収容した状態で、支持部材に接合される構成とすれば、回動する磁石部材に対し磁電変換素子を完全に分離することができるので、確実に防水性を確保することができる。

本発明の一実施形態に係る回転角検出装置の断面図である。 本発明の一実施形態に供されるハウジングと支持部材を分離して示す断面図である。 本発明の一実施形態に供される支持部材を示す平面図である。 本発明の一実施形態に供される支持部材に軸部材を装着した状態を示す平面図である。 本発明の一実施形態に供される軸部材を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る回転角検出装置を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る回転角検出装置を分解して示す斜視図である。 本発明の一実施形態における軸部材、リターンスプリング及び駆動レバーの関係を示す模式図である。 従来の一態様における軸部材、リターンスプリング及び駆動レバーの関係を示す模式図である。 従来の他の態様における軸部材、リターンスプリング及び駆動レバーの関係を示す模式図である。

以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して説明する。図１乃至図７は本発明の一実施形態に係り、磁電変換素子１０に対する磁石部材２０の相対回転に応じて軸部材２の回転角を検出する無接触型の回転角検出装置で、外部機構、例えばブレーキペダルの操作量の検出に供される。磁電変換素子１０は例えば一対のホールＩＣで構成され、これを収容するハウジング１に対し、軸部材２を回転可能に支持する支持部材３が接合され、リターンスプリング４を構成するコイルばねの一端が軸部材２に係止され他端が支持部材３に係止されている。例えば防水コネクタのコネクタ部材５がハウジング１に接合されると、磁電変換素子１０がコネクタ部材５に電気的に接続されると共に、磁電変換素子１０が外部に対し密封される。そして、駆動レバー６が軸部材２に固定されると共に、ペダルレバーＰＬに係合するように配置されると、ブレーキペダルセンサが構成される。以下、各構成部材について具体的に説明する。

先ず、ハウジング１は合成樹脂製で、図１及び図２に示すように本体部１ａと接合部１ｂを有し、本体部１ａには素子室ＳＣが形成されており、少なくとも磁電変換素子１０が収容されている。また、本体部１ａには、素子室ＳＣとは分離して磁石室ＭＣが形成されており、この磁石室ＭＣ内に磁石部材２０が磁電変換素子１０に対向する位置で収容されるように、本体部１ａが合成樹脂製の支持部材３に接合される。接合部１ｂは本体部１ａと一体的に形成され、この接合部１ｂのみを介して素子室ＳＣが外部空間に連通するように構成されている。従って、接合部１ｂにコネクタ部材５が液密的に嵌合されると素子室ＳＣは密閉空間となる。本実施形態のハウジング１は、本体部１ａから一体的に延出する円筒部１ｃを有しており、例えば円筒部１ｃの全周に亘ってレーザ溶接されると、円筒部１ｃが支持部材３に密着して接合され、磁石室ＭＣが外部空間から遮蔽される。

一方、支持部材３は、図３及び図４に示すように、軸部材２を回転可能に支持する軸受部３ａが形成され、その回りに環状凹部３ｂが形成されている。この環状凹部３ｂの回りには環状の立壁３ｃが形成されており、ハウジング１の円筒部１ｃの内周面に立壁３ｃが嵌合されるように構成されている。尚、円筒部１ｃと立壁３ｃの嵌合時の位置決め用に、立壁３ｃから複数（本実施形態では４個）の突起３ｄが延出形成されており、円筒部１ｃの内周面にはこれらに嵌合する凹部１ｄが形成されている。更に、環状凹部３ｂ内には、リターンスプリング４の端部４ａを係止するため、平面視円弧状の係止突起３ｅが延出形成されている。また、立壁３ｃから外側に、相互に離隔する方向に延出する一対のフランジ部３ｆ、３ｆが形成され、夫々に取付孔３ｇ、３ｇが形成されている。

軸部材２は、図５に示すように、合成樹脂によって円板部２ａと軸部２ｂが一体に形成され、磁石部材２０が円板部２ａに埋設されている。軸部２ｂの先端には所謂二面幅の係合部２ｃが形成されており、駆動レバー６に形成される二面幅の係合孔６ｃ（図７に示す）と係合可能に構成されている。更に、軸部材２の円板部２ａ下面には、リターンスプリング４の端部４ｂを係止するため、円弧状の係止突起２ｅが延出形成されており、支持部材３の係止突起３ｅに対し、平面視で図３に示す位置関係にある。

即ち、駆動レバー６は軸部材２の径方向に延出する延出部６ａと、軸部材２の軸に平行に延出し外部機構（ペダルレバーＰＬ）と係合する係合部６ｂを有し、（係合孔６ｃと係合部２ｃの係合により）延出部６ａの一端が軸部材２に固定され、延出部６ａの他端が軸部材２の径方向に延出し、リターンスプリング４の付勢力に抗して軸部材２を回転駆動するように構成されている。そして、駆動レバー６の他端（係合部６ｂ）と軸部材２の軸心（Ｃ）とを結ぶ線上で、リターンスプリング４の一端（端部４ｂ）が軸部材２に係止されている。

磁石部材２０は、軸部２ｂの軸に対して直交する面上に配置される直方体の永久磁石２１を有し、この直方体の永久磁石２１には、軸部２ｂの軸に対して直交する方向に溝２１ａが形成されている。この溝２１ａは、磁電変換素子１０に対向する面に対し反対側の面に形成されており、直方体の一方の面の中心を含み、短尺側の側面に平行に延在するように形成され、直方体の長尺側の長さに対し３分の１の幅に設定されている。そして、永久磁石２１に対し、その溝２１ａの長手方向に添って着磁されている。

ハウジング１内の磁電変換素子１０は、一対のホールＩＣ（図示せず）を有し、軸部材２の回転、ひいては磁石部材２０の回転角度変化に応じて変化する永久磁石２１による磁場の角度変化が一対のホールＩＣによって検出され、磁場角度に応じた電圧出力がコネクタ部材５を介して外部機器（図示せず）に供給されるように構成されている。

上記の回転角検出装置の組付工程について、図７を参照して説明する。先ず、支持部材３の環状凹部３ｂ内にリターンスプリング４が収容され、その端部４ａが係止突起３ｅに係止される。続いて、軸部材２の軸部２ｂが支持部材３の軸受部３ａ内に収容されると共に、軸部材２の係止突起２ｅにリターンスプリング４の端部４ｂが係止され、環状の立壁３ｃ内に軸部材２の円板部２ａが収容されると、図２の下部に示す状態となり、更に、図２の上部に示すハウジング１が支持部材３に接合される。即ち、ハウジング１の円筒部１ｃに形成された各凹部１ｄが、支持部材３の立壁３ｃに形成された各突起３ｄに嵌合されて、円筒部１ｃが立壁３ｃに対し所定の位置に嵌合された後、円筒部１ｃの全周に亘ってレーザ溶接される。これにより、ハウジング１が支持部材３に密着接合され、図１に示す磁石室ＭＣが形成される。

次に、ハウジング１の本体部１ａ内に磁電変換素子１０が収容され、磁電変換素子１０に対向する位置で保持される。そして、本体部１ａ内で、磁電変換素子１０を構成する一対のホールＩＣ（図示せず）にコネクタ部材５が電気的に接続されると共に、接合部１ｂに対しコネクタ部材５が液密的に嵌合され、図１に示すように密閉空間の素子室ＳＣが形成される。更に、軸部材２の係合部２ｃに駆動レバー６の係合孔６ｃが係合されて接合され、軸部材２が駆動レバー６の揺動に応じて回転駆動されるように構成される。

上記の構成になる回転角検出装置は、図１に示すように、駆動レバー６の係合部６ｂがペダルレバーＰＬに係合するように配置される。このとき、駆動レバー６はリターンスプリング４の付勢力によってペダルレバーＰＬに押圧される状態となるので、ペダルレバーＰＬは、予め設定された初期位置に保持される。この状態からペダルレバーＰＬが操作されると、駆動レバー６が軸部材２（軸部２ｂ）の軸を中心に揺動し、リターンスプリング４の付勢力に抗して軸部材２が回転駆動されるので、軸部材２の円板部２ａに埋設された磁石部材２０が軸部２ｂの軸を中心に回転する。即ち、ハウジング１内に収容支持された磁電変換素子１０に対し、（ハウジング１と一体の）支持部材３に支持された磁石部材２０が相対的に回転し、その回転角度変化に応じて変化する永久磁石２１による磁場の角度変化が、磁電変換素子１０内の一対のホールＩＣによって検出される。而して、磁場角度に応じた電圧出力がコネクタ部材５を介して外部機器（図示せず）に供給される。

上記の回転角検出装置において、軸部材２とリターンスプリング４及び駆動レバー６は、図３に示すように、駆動レバー６の他端（６ｂ）と軸部材２の軸心（Ｃ）とを結ぶ線上で、リターンスプリング４の一端（端部４ｂ）が軸部材２に係止されている関係にある。この関係で、駆動レバー６の他端に付与される力（操作力）をＦとし、駆動レバー６の他端と軸心（Ｃ）との間の距離をＬとし、リターンスプリング４の一端（端部４ｂ）と軸心（Ｃ）と間の距離をｒとし、端部４ｂに付与される付勢力をｆとし、軸部材２に付与される負荷をモーメントＭｓで表すと、Ｍｓ＝（Ｆ・Ｌ−ｆ・ｒ）となり、これが軸部材２に対する負荷となる。

上記の図３に示す関係を模式図で表すと、図８に示す関係（リターンスプリング４の端部４ｂの係止部をＳで表す）となり、従来装置を模式図で表した図９及び図１０に示す関係と容易に対比される。尚、駆動レバー６ｘ、６ｙは本実施形態の駆動レバー６と同様に構成される。即ち、図９に示す従来の一態様においては、軸部材２ｘに付与されるモーメントＭｘｓは（Ｆ・Ｌ＋ｆ・ｒ）となり、図１０に示す従来の他の態様（特許文献１に記載の装置に対応）においては、軸部材２ｙに付与されるモーメントＭｙｓは（Ｆ・Ｌ）となるのに対し、図８（及び図３）に示す本実施形態のモーメントＭｓは（Ｆ・Ｌ−ｆ・ｒ）となる。従って、本実施形態の軸部材２に対する負荷（モーメントＭｓ）は、図９及び図１０に記載の何れの態様と比べても小さい値となる。

１ ハウジング
１ａ 本体部
１ｂ 接合部
２ 軸部材
３ 支持部材
４ リターンスプリング
５ コネクタ部材
６ 駆動レバー
１０ 磁電変換素子
２０ 磁石部材
２１ 永久磁石
ＳＣ 素子室
ＭＣ 磁石室
ＰＬ ペダルレバー

Claims (6)

1. 磁電変換素子に対向して軸部材に配置される磁石部材を有し、該磁石部材の前記磁電変換素子に対する相対回転に応じて前記軸部材の回転角を検出する回転角検出装置であって、
   前記磁電変換素子を収容するハウジングと、
   該ハウジングに接合され前記軸部材を回転可能に支持する支持部材と、
   前記軸部材に形成された係止突起と、
   該係止突起に一端が係止され前記支持部材に他端が係止されるリターンスプリングと、
   前記軸部材に一端が固定され他端が前記軸部材の径方向に延出し、前記リターンスプリングの付勢力に抗して前記軸部材を回転駆動する駆動レバーを備え、
   該駆動レバーの他端と前記軸部材の軸心とを結ぶ線上で、前記リターンスプリングの一端が前記係止突起に係止されていることを特徴とする回転角検出装置。
2. 前記軸部材は、前記係止突起が形成された円板部と、該円板部から一体的に延出するように形成された軸部を有することを特徴とする請求項１記載の回転角検出装置。
3. 前記支持部材は、前記軸部材の前記軸部を回転可能に支持する軸受部と、該軸受部の回りに形成される環状凹部を有し、該環状凹部に前記リターンスプリングが収容されることを特徴とする請求項２記載の回転角検出装置。
4. 前記支持部材は、前記環状凹部内に形成され、前記リターンスプリングの他端を係止する係止突起を有することを特徴とする請求項３記載の回転角検出装置。
5. 前記駆動レバーは、前記軸部材の軸に平行に延出し外部機構と係合する係合部を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の回転角検出装置。
6. 前記磁電変換素子に電気的に接続されるコネクタ部材を備え、前記ハウジングが、少なくとも前記磁電変換素子を収容する素子室が形成された本体部と、該本体部と一体的に形成され前記コネクタ部材に接合される接合部を有し、該接合部に対し前記コネクタ部材が液密的に嵌合されて接合されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の回転角検出装置。

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