JP6714033B2 - ギヤ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ケースにギヤ部材が回転可能に取り付けられたギヤ装置に関する。

従来、ギヤ装置の一種として、回転体の回転をギヤ部材の回転を通じて検出する回転検出装置が周知である（特許文献１等参照）。この種の回転検出装置は、例えば車両においてステアリングシャフト（ステアリングホイール）の回転角を検出するステアリングアングルセンサ等がある。

特開２００７−３０４０００号公報

ところで、この種のギヤ装置では、噛合するギヤ同士のピッチ幅を好適な幅に設定しておく必要がある。しかし、例えばギヤや、ギヤを収納するケースは熱等により膨張することが想定され、この膨張により、元々設定されていたピッチ幅では足りなくなる場合がある。これに対処するために、例えば予めピッチ設定を広げて設定する対応が想定される。しかし、この場合、バックラッシ等の影響が避けられなくなるので、何らかの対策が必要とされていた。

本発明の目的は、ギヤ間のピッチ設定の縮小を可能にしたギヤ装置を提供することにある。

前記問題点を解決するギヤ装置は、少なくとも第１ギヤ部及び第２ギヤ部を備えたギヤ部材と、前記ギヤ部材を回動可能に収納し、当該ギヤ部材とは膨張係数が異なるように形成されたケースと、前記ギヤ部材及び前記ケースの間のギヤ径方向における位置を規制するにあたり、当該ギヤ径方向の外側を前記ギヤ部材で支持するのか或いは前記ケースで支持するのかを、前記第１ギヤ部及び前記第２ギヤ部で逆にした規制構造とを備えた。

本構成によれば、例えば使用環境温度が低温から高温に変化した場合、ケース、第１ギヤ部及び第２ギヤ部及びケースが膨張係数に応じた量で変化する。このとき、例えばケース及び第１ギヤ部の隙間が大で変化すると、ケース及び第２ギヤ部の隙間が小で変化する。これにより、ケース、第１ギヤ部及び第２ギヤ部の各部材の膨張係数に起因する部材間の寸法変化が相殺されるため、第１ギヤ部及び第２ギヤ部のピッチ設定を予め広くとっておく必要はない。よって、第１ギヤ部及び第２ギヤ部のピッチ設定を小さく抑えることが可能となる。

前記ギヤ装置において、前記ケースは、前記ギヤ部材よりも膨張係数が小さい材質により形成されていることが好ましい。この構成によれば、ケースを膨張し難い部材とすることが可能となる。

前記ギヤ装置において、前記規制構造は、前記ギヤ部材の軸部寄りの位置に配置されていることが好ましい。この構成によれば、ケースとギヤ部材とが接触する規制面を軸部寄りに配置することが可能となるので、膨張による寸法変化による影響を低く抑えることが可能となる。よって、第１ギヤ部及び第２ギヤ部のピッチ設定を小さく抑えることに一層有利となる。

前記ギヤ装置において、前記規制構造は、前記ケースに形成された第１ケース側突部を、前記第１ギヤ部に形成された第１ギヤ側突部によってギヤ径方向外側から支持することにより、前記第１ギヤ部及び前記ケースを位置規制する第１規制部と、前記第２ギヤ部に形成された第２ギヤ側突部を、前記ケースに形成された第２ケース側突部によってギヤ径方向外側から支持することにより、前記第２ギヤ部及びケースを位置規制する第２規制部とを備えることが好ましい。この構成によれば、第１ギヤ部を突状の第１規制部によってケースに位置決めすることが可能となり、第２ギヤ部を突状の第２規制部によってケースに位置決めすることが可能となる。

前記ギヤ装置において、前記ギヤ部材の回転を検出するセンサ部を備えることが好ましい。この構成によれば、ギヤ部材の回転角をセンサ部で検出するギヤ装置とすることが可能となる。

本発明によれば、ギヤ間のピッチ設定を小さく抑えることができる。

一実施形態のギヤ装置の斜視図。 ギヤ装置の内部構成を示す平面図。 （ａ），（ｂ）は図１のII−II線断面における作用図。 （ａ），（ｂ）は図１のIII−III線断面における作用図。 対策前の使用環境温度と隙間との関係性を示す表。 対策後の使用環境温度と隙間との関係性を示す表。

以下、ギヤ装置の一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１に示すように、ギヤ装置１は、回転体２の回転角（回転量）を検出する回転角検出装置３である。本例の回転角検出装置３は、ハウジング４の中央に貫通孔５が形成され、この貫通孔５に回転体２が回動可能に挿通されている。本例の回転角検出装置３は、回転体２として車両のステアリングシャフト（ステアリングホイール）の回転角（回転数）を検出するものであることが好ましい。

図２に示すように、ハウジング４は、ギヤ部材８を回動可能に収納するケース９と、ケース９の開口を閉じる蓋部１０（図１参照）とを備える。ギヤ部材８は、回転体２と同期して回る第１ギヤ部１１と、第１ギヤ部１１と噛合された第２ギヤ部１２とを備える。円環状をなした第１ギヤ部１１は、軸部１３の内径に形成された孔１４に回転体２が回動可能に挿通されている。第１ギヤ部１１の孔１４の縁部には、一対の突起１５が形成され、これら突起１５が回転体２に係止される。これにより、第１ギヤ部１１及び回転体２が回転体２の軸Ｌ１回りに一体回転する。

第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２は、平歯車からなる。また、第１ギヤ部１１が大径に形成され、第２ギヤ部１２が小径に形成されている。第２ギヤ部１２は、筒状の軸部１８がケース９の凹部２０に回動可能に挿通されている。第２ギヤ部１２は、第１ギヤ部１１の回転時、第１ギヤ部１１とともに軸部１８の軸Ｌ２回りに回転する。

第２ギヤ部１２には、第２ギヤ部１２と連れ回りする第３ギヤ部２１が噛合されている。第３ギヤ部２１は、筒状の軸部２２がケース９の凹部（図示略）に回動可能に挿通されている。第２ギヤ部１２及び第３ギヤ部２１は、歯数が異なるように形成されている。第３ギヤ部２１は、第１ギヤ部１１の回転時、第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２とともに軸部２２の軸Ｌ３回りに回転する。

ギヤ装置１は、ギヤ部材８の回転を検出するセンサ部２５を備える。本例のセンサ部２５は、第２ギヤ部１２の回転を検出する第１センサ部２５ａと、第３ギヤ部２１の回転を検出する第２センサ部２５ｂとを備える。第１センサ部２５ａ及び第２センサ部２５ｂは、例えば磁気センサ（ホールＩＣやＭＲＥ等）であることが好ましい。この場合、第１センサ部２５ａ及び第２センサ部２５ｂは、第２ギヤ部１２（第３ギヤ部２１）側に設けられた磁石と、ケース９側に設けられたセンシング部とを備える。第１センサ部２５ａのセンシング部は、第２ギヤ部１２の回転（磁石の回転）を検出し、その検出信号Ｓａを出力する。同様に、第２センサ部２５ｂのセンシング部も、第３ギヤ部２１の回転（磁石の回転）に応じた検出信号Ｓｂを出力する。

ギヤ装置１は、センサ部２５の出力を基に回転体２の回転角を演算する回転演算部２６を備える。本例の回転演算部２６は、第１センサ部２５ａの検出信号Ｓａと、第２センサ部２５ｂの検出信号Ｓｂとの組み合わせから、回転体２の回転角を検出する。回転演算部２６は、例えば中立位置から左右に複数周回転操作される回転体２の回転角を検出する。

図３及び図４に示すように、ギヤ装置１は、ギヤ部材８（本例は第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２）をケース９に位置規制する規制構造２９を備える。本例の規制構造２９は、ギヤ部材８及びケース９の間のギヤ径方向Ｒ（図中に示す矢印方向）における位置を規制するにあたり、ギヤ径方向Ｒの外側をギヤ部材８で支持するのか或いはケース９で支持するのかを、第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２で逆にした構造をとっている。

第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２は、膨張係数（線膨張係数）が「大」の材質から形成されている。また、ケース９は、膨張係数（線膨張係数）が「小」の材質から形成されている。このように、第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２とケース９との間には、ケース９よりも第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２の方が、膨張係数（線膨張係数）が大きい関係性がある。なお、第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２は、材質が同じでも或いは異なっていてもどちらでもよい。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、規制構造２９は、第１ギヤ部１１のギヤ径方向Ｒ（図３（ａ），（ｂ）の矢印方向）における位置を規制する第１規制部３２を備える。第１規制部３２は、第１ギヤ部１１の裏面に形成された第１ギヤ側突部３３と、ケース９の内面に形成された第１ケース側突部３４とを備える。第１規制部３２において、第１ギヤ側突部３３と第１ケース側突部３４との接触面が、第１ギヤ部１１の位置を規制する規制面となる。第１ギヤ側突部３３及び第１ケース側突部３４は、第１ギヤ部１１の軸Ｌ１回りに沿って円環状に形成されている。第１ギヤ側突部３３は、ケース９の内周面に円環状に形成された凹部３５に配置されている。

本例の場合、第１ギヤ側突部３３がギヤ径方向外側に配置され、第１ケース側突部３４がギヤ径方向内側に配置されている。第１ギヤ側突部３３及び第１ケース側突部３４の間の隙間Ｗ１は、使用環境温度が低温のときに「小」に設定されている。このため、隙間Ｗ１は、使用環境温度が高温になったとき、「大」に変化する。また、第１ギヤ側突部３３及び第１ケース側突部３４の組（規制面）は、第１ギヤ部１１の平面方向（図３（ａ），（ｂ）の紙面左右方向）において、軸部１３寄りの位置に配置されている。

軸部１３と第１ケース側突部３４との間の隙間は、使用環境男温度が変化した際に軸部１３が第１ケース側突部３４に過度に接触してしまわないように、予め大きめの幅に設定されている。また、蓋部１０と第１ギヤ部１１とは、第１ギヤ部１１の表面に形成された突起３８と、蓋部１０の裏面に形成された突起３９とにより、位置決めがなされている。なお、第１ギヤ部１１の突起３８が蓋部１０の内面の凹部４０に遊嵌され、蓋部１０の突起３９が第１ギヤ部１１の表面の凹部４１に遊嵌されている。突起３８，３９及び凹部４０，４１は、第１ギヤ部１１の軸Ｌ１回りに沿って円環状に形成されている。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、規制構造２９は、第２ギヤ部１２のギヤ径方向Ｒ（図４（ａ），（ｂ）の矢印方向）における位置を規制する第２規制部４４を備える。第２規制部４４は、第２ギヤ部１２の裏面に形成された第２ギヤ側突部４５と、ケース９の内面に形成された第２ケース側突部４６とを備える。本例の場合、軸部１８が第２ギヤ側突部４５を兼ねている。第２規制部４４において、第２ギヤ側突部４５と第２ケース側突部４６との接触面が、第２ギヤ部１２の位置を規制する規制面となる。第２ギヤ側突部４５及び第２ケース側突部４６は、第２ギヤ部１２の軸Ｌ２回りに沿って円環状に形成されている。第２ケース側突部４６は、第２ギヤ部１２の裏面に円環状に形成された凹部４７に配置されている。

本例の場合、第２ギヤ側突部４５がギヤ方向内側に配置され、第２ケース側突部４６がギヤ径方向外側に配置されている。これにより、第２ギヤ側突部４５及び第２ケース側突部４６の間の隙間Ｗ２は、使用環境温度が低温のときに「大」に設定されている。このため、隙間Ｗ２は、使用環境温度が高温になったとき、「小」に変化する。

蓋部１０と第２ギヤ部１２とは、第２ギヤ部１２の表面に形成された突起５０と、蓋部１０の裏面に形成された凹部とを遊嵌合することにより位置決めされている。突起５０及び凹部５１は、第１ギヤ部１１の軸Ｌ１回りに沿って円環状に形成されている。

次に、図５及び図６を用いて、本実施形態のギヤ装置１（規制構造２９）の作用及び効果について説明する。
図５に、第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２ともギヤ径方向外側からケース９によって支持される構造の場合に、隙間Ｗ１，Ｗ２がとる変化をまとめた表を図示する。この場合、使用環境温度が低温のとき、隙間Ｗ１，Ｗ２は、ともに「大」となる。ここで、使用環境温度が高温に変化した場合、隙間Ｗ１，Ｗ２は、ともに「小」に変化する。このため、これら隙間Ｗ１，Ｗ２が高温時に小さくなってもギヤ歯に噛み込みが発生しないようにするため、第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２のギヤ歯は、予めピッチを広く設定しておく必要がある。こうすると、バックラッシが大きくなってしまい、結果、回転角の検出精度の悪化に繋がる。

図６に、本例の規制構造２９を採用した場合の隙間Ｗ１，Ｗ２がとる変化をまとめた表を図示する。本例の場合、使用環境温度が低温のとき、ケース９及び第１ギヤ部１１の間の隙間Ｗ１は「小」となり、ケース９及び第２ギヤ部１２の隙間Ｗ２は「大」となっている。このため、使用環境温度が高温に変化した場合、隙間Ｗ１は「大」に変化し、隙間Ｗ２は「小」に変化する。このように、第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２の温度特性の設定を逆に設定すれば、温度変化によってギヤ部材８やケース９が線膨張しても、膨張による部材間の寸法変化が相殺される。よって、回転角の検出精度を確保することが可能となる。

さて、本例の場合、例えば使用環境温度が低温から高温に変化した場合、ケース９、第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２が各膨張係数に応じた量で変化する。このとき、例えばケース９及び第１ギヤ部１１の隙間Ｗ１が「大」で変化すると、ケース９及び第２ギヤ部１２の隙間Ｗ２が「小」で変化する。これにより、ケース９、第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２の各部材の膨張係数に起因する部材間の寸法変化が相殺されるため、第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２のピッチ設定を予め広くとっておく必要はない。よって、第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２のピッチ設定を小さく抑えることができる。

また、第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２のピッチ設定を小さく抑えることが可能となれば、第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２のバックラッシを少なく抑えることができる。よって、センサ部２５の出力のヒステリシスを少なく抑えることが可能となり、角度検出の精度を確保することもできる。

ケース９は、ギヤ部材８（第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２）よりも膨張係数が小さい材質により形成されている。よって、ケース９を膨張し難い部材とすることができる。
第１規制部３２（規制構造２９）は、第１ギヤ部１１の軸部１３寄りの位置に配置されている。また、第２規制部４４（規制構造２９）は、第２ギヤ部１２の軸部１８を用いて構成されている。以上により、ケース９と第１ギヤ部１１とが接触する規制面を軸部１３，１８寄りの位置に配置することができ、ケース９と第２ギヤ部１２とが接触する規制面を軸部１３，１８寄りの位置に配置することができる。これにより、第１規制部３２及び第２規制部４４の各規制面において、膨張による寸法変化を要因とする影響を低く抑えることが可能となる。よって、第１ギヤ部１１及び第２ギヤ部１２のピッチ設定を小さく抑えることに一層有利となる。

規制構造２９は、ケース９及び第１ギヤ部１１に形成された一対の突状の部位からなる第１規制部３２と、ケース９及び第２ギヤ部１２に形成された一対の突状の部位からなる第２規制部４４とを備える。よって、第１ギヤ部１１を突状の第１規制部３２によってケース９に位置決めすることができ、第２ギヤ部１２を突状の第２規制部４４によってケース９に位置決めすることができる。

ギヤ装置１は、ギヤ部材８（第１ギヤ部１１、第２ギヤ部１２）の回転を検出するセンサ部２５を備える。よって、ギヤ部材８（第１ギヤ部１１、第２ギヤ部１２）の回転角をセンサ部２５で検出するギヤ装置１とすることができる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・第２規制部４４において、軸部１８とは別の箇所に第２ギヤ側突部４５を設け、これと第２ケース側突部４６とで位置決めするようにしてもよい。

・ギヤ径方向外側にギヤ部材８を配置し、ギヤ径方向内側にケース９を配置する構造を、第２規制部４４側で採用し、ギヤ径方向外側にケース９を配置し、ギヤ径方向内側にギヤ部材８を配置する構造を、第１規制部３２側で採用してもよい。

・第１ギヤ側突部３３や第１ケース側突部３４は、回転の周方向一帯に形成されることに限らず、一部分にのみ設けられてもよい。なお、これは第２ギヤ側突部４５及び第２ケース側突部４６でも同じである。

・第２ギヤ部１２及び第３ギヤ部２１がともに第１ギヤ部１１に噛合する構造としてもよい。
・ギヤ種類は、平歯車に限らず、他の種類のギヤとしてもよい。

・ギヤ部材８において位置関係を規定するギヤ数は、２つに限らず、３つ以上としてもよい。
・センサ部２５は、磁気式に限らず、例えば光学式等の他の検出方式のセンサに変更してもよい。

・膨張係数は、線膨張係数の他に、熱膨張係数、体積膨張係数等も含む。
・規制構造２９は、ギヤ部材８及び蓋部１０の間に設けられてもよい。
・ギヤ装置１は、センサ部２５が省略された構造でもよい。

・ギヤ装置１は、回転検出装置であることに限定されず、ギヤ部材８を有する装置であればよい。
次に、上記実施形態及び変更例ら把握できる技術的思想について記載する。

（イ）前記ギヤ装置において、前記第１ギヤ部は、同軸上に回転体が取り付けられることにより、当該回転体と同期回転するものであり、前記規制構造は、前記第１ギヤ部が当該第１ギヤ部のギヤ径方向外側から前記ケースを支持し、前記ケースが第２ギヤ部のギヤ径方向外側から前記第２ギヤ部を支持する構造をとることが好ましい。この構成によれば、回転体とともに第１ギヤ部が回り、その第１ギヤ部に第２ギヤ部が連れ回りするギヤ装置とすることが可能となる。

１…ギヤ装置、８…ギヤ部材、９…ケース、１１…第１ギヤ部、１２…第２ギヤ部、１３，１８…軸部、２５…センサ部、２９…規制構造、３２…第１規制部、３３…第１ギヤ側突部、３４…第１ケース側突部、４４…第２規制部、４５…第２ギヤ側突部、４６…第２ケース側突部、Ｒ…ギヤ径方向。

Claims (5)

1. 少なくとも第１ギヤ部及び第２ギヤ部を備えたギヤ部材と、
   前記ギヤ部材を回動可能に収納し、当該ギヤ部材とは膨張係数が異なるように形成されたケースと、
   前記ギヤ部材及び前記ケースの間のギヤ径方向における位置を規制するにあたり、当該ギヤ径方向の外側を前記ギヤ部材で支持するのか或いは前記ケースで支持するのかを、前記第１ギヤ部及び前記第２ギヤ部で逆にした規制構造とを備え、
   前記規制構造は、
   前記第１ギヤ部に形成された第１ギヤ側突部を、前記ケースに形成された第１ケース側突部によって支持することにより、前記第１ギヤ部及び前記ケースを位置規制する第１規制部と、
   前記第２ギヤ部に形成された第２ギヤ側突部を、前記ケースに形成された第２ケース側突部によって支持することにより、前記第２ギヤ部及び前記ケースを位置規制する第２規制部とを有し、
   ギヤ側突部をケース側突部によってギヤ径方向内側から支持するのか或いはギヤ側突部をケース側突部によってギヤ径方向外側から支持するのかを、前記第１規制部と前記第２規制部とで異ならせており、
   前記第１規制部及び前記第２規制部のうちギヤ径方向外側に位置する突部が膨張係数が小さい材質によって形成されている規制部において、前記ギヤ側突部と前記ケース側突部との間のギヤ径方向に形成される隙間を第１隙間とし、
   前記第１規制部及び前記第２規制部のうちギヤ径方向外側に位置する突部が膨張係数が大きい材質によって形成されている規制部において、前記ギヤ側突部と前記ケース側突部との間のギヤ径方向に形成される隙間を第２隙間とし、
   前記第１隙間と前記第２隙間とを対比する場合、
   第１温度であるときにおいて、前記第１隙間は前記第２隙間よりも大きく、
   前記第１温度よりも高温の第２温度であるときにおいて、前記第１隙間は前記第２隙間よりも小さいギヤ装置。
2. 前記ケースは、前記ギヤ部材よりも膨張係数が小さい材質により形成されている
   請求項１に記載のギヤ装置。
3. 前記規制構造は、前記ギヤ部材の軸部寄りの位置に配置されている
   請求項１又は２に記載のギヤ装置。
4. 少なくとも第１ギヤ部及び第２ギヤ部を備えたギヤ部材と、
   前記ギヤ部材を回動可能に収納し、当該ギヤ部材とは膨張係数が異なるように形成されたケースと、
   前記ギヤ部材及び前記ケースの間のギヤ径方向における位置を規制するにあたり、当該ギヤ径方向の外側を前記ギヤ部材で支持するのか或いは前記ケースで支持するのかを、前記第１ギヤ部及び前記第２ギヤ部で逆にした規制構造とを備え、
   前記規制構造は、
   前記ケースに形成された第１ケース側突部を、前記第１ギヤ部に形成された第１ギヤ側突部によってギヤ径方向外側から支持することにより、前記第１ギヤ部及び前記ケースを位置規制する第１規制部と、
   前記第２ギヤ部に形成された第２ギヤ側突部を、前記ケースに形成された第２ケース側突部によってギヤ径方向外側から支持することにより、前記第２ギヤ部及びケースを位置規制する第２規制部とを有し、
   前記第１規制部及び前記第２規制部のうちギヤ径方向外側に位置する突部が膨張係数が小さい材質によって形成されている規制部において、ギヤ側突部とケース側突部との間のギヤ径方向に形成される隙間を第１隙間とし、
   前記第１規制部及び前記第２規制部のうちギヤ径方向外側に位置する突部が膨張係数が大きい材質によって形成されている規制部において、前記ギヤ側突部と前記ケース側突部との間のギヤ径方向に形成される隙間を第２隙間とし、
   前記第１隙間と前記第２隙間とを対比する場合、
   第１温度であるときにおいて、前記第１隙間は前記第２隙間よりも大きく、
   前記第１温度よりも高温の第２温度であるときにおいて、前記第１隙間は前記第２隙間よりも小さいギヤ装置。
5. 前記ギヤ部材の回転を検出するセンサ部を備える
   請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のギヤ装置。