JP6969355B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転角度検出装置に関する。

従来から、回転部材の回転角度を検出する回転角度検出装置が知られている。この回転角度検出装置は、例えば、特許文献１に記載されるように、回転部材と、回転部材に固定され回転する磁石と、この磁石の回転による磁界の変化を検出する磁電変換素子を内蔵した磁気検出パッケージ（磁気検出部）と、回転部材を回転自在に収納しつつ磁気検出パッケージを収納するハウジングと、ハウジングに収容された回転部材の抜け出しを押えるワッシャ（押え部材）と、を備える。

特開２０１１−７５４１３号公報

上記特許文献１の構成では、押え部材は、回転部材の回転に伴って共回りしないようにし、押え部材の周囲をハウジングの外壁面を内側に折り曲げるようにしたカシメ構造とされている。このため、押え部材をハウジングに予め仮固定することが行われており、ハウジングの内壁に突起部を形成し、押え部材を圧入しているが、圧入による突起部の変形が根元部分に及ぶことがあり、変形した部分が押え部材の下側に入り、押え部材を浮き上がらせる虞がある。押え部材が浮き上がると、回転部材が回転軸に対して傾くことがあり、回転角度の検出精度に影響する虞がある。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、組立精度を向上でき、検出精度への影響を低減することができる回転角度検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る回転角度検出装置は、
ケースと、
磁石を含み、前記磁石とともに回転軸を中心に回転可能に前記ケースに収容される回転部材と、
前記ケースに固定され、前記回転部材の回転に伴う前記磁石による磁気変化を検出する磁気検出部と、
前記ケースに設けられ、取付対象に取り付けられて固定される取付固定部と、
前記ケースに収容された前記回転部材の前記ケースからの抜け出しを押える押え部材と、を有し、
前記ケースは、
前記押え部材の周囲に形成され、前記押え部材を固定する突起部と、
前記突起部における前記磁気検出部側の端部を囲むように形成される凹部と、を備え、
前記突起部は、
前記押え部材の外周面に密着する密着部と、
前記密着部と一体の前記凹部において前記押え部材と対向する対向部と、を備える、
ことを特徴とする。

本発明によれば、回転角度検出装置において、組立精度を向上でき、検出精度への影響を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る回転角度検出装置の正面図である。 本発明の一実施形態に係る図１のＸ−Ｘ線断面図である。 本発明の一実施形態に係り、（ａ）は押え部材の（ｂ）図中のＹ−Ｙ断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の一実施形態に係る突起部による押え部材の仮固定の説明図である。 本発明の一実施形態に係る一部分を断面とした側面図である。

本発明に係る回転角度検出装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

回転角度検出装置１は、図１〜図２に示すように、回転部材２０と、磁気検出部４０と、ケース５０と、押え部材５６と、突起部５７と、凹部５８と、回路基板６０と、を備える。

回転部材２０は、図２に示すように、磁気検出部４０に対して回転軸Ｌを中心に回転する。回転部材２０は、本体部２１と、磁石２２と、を備える。
本体部２１は、ポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性樹脂により略円筒状をなす。本体部２１は、磁気検出部４０に近い端部（図２の紙面右側）に形成される磁石収容凹部２１ａと、磁気検出部４０から遠い端部（図２の紙面左側）に形成されるシャフト収容凹部２１ｂと、を備える。
磁石収容凹部２１ａは磁気検出部４０に向かって開口し、シャフト収容凹部２１ｂは磁気検出部４０と反対側に開口する。シャフト収容凹部２１ｂ内には、シャフト１２０の端部が挿入される。
シャフト１２０は回転角度検出装置１とは別に設けられる被検出体であり、シャフト１２０の回転を回転角度検出装置１により検出する。
シャフト収容凹部２１ｂの周壁には、板バネ２１ｃが設けられる。板バネ２１ｃは、シャフト収容凹部２１ｂ内に挿入されたシャフト１２０の端部の周面を押す。これにより、シャフト１２０の端部がシャフト収容凹部２１ｂ内に固定され、シャフト１２０と一体で回転部材２０が回転軸Ｌを中心に回転する。

また、磁石収容凹部２１ａ内には磁石２２が収容されている。磁石２２は、フェライト、サマリウムコバルト及びネオジム等からなり、円柱状をなす。磁石２２は、その径方向に並ぶように二極着磁されている。磁石２２は、例えばインサート成形等によって本体部２１に固定される。これにより、磁石２２は、本体部２１の回転に伴って回転軸Ｌを中心に回転する。

ケース５０は、図１〜２に示すように、回転部材２０を回転可能に支持しつつ、回路基板６０を保持する。
ケース５０は、ポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性樹脂材料からなる。ケース５０は、例えば射出成形によって一体で形成される。
ケース５０は、回転部材２０を収容する回転部材収容部５１と、回路基板６０を収容する検出部収容部５２と、回転部材収容部５１及び検出部収容部５２の間を隔離する隔離壁５５と、図示しない外部ケーブルが接続されるコネクタ部５３と、ケース５０を取付対象１１０に固定するための取付固定部５４と、を備える。

検出部収容部５２は、図２に示すように、回転軸Ｌに沿う方向の一方側（図２の紙面右側）に向かって開口する略円柱状の収容凹部５２ａを備える。検出部収容部５２の収容凹部５２ａには、磁気検出部４０が実装された回路基板６０が収容される。検出部収容部５２の収容凹部５２ａ内には、回路基板６０が収容された状態で、充填部材８０が充填される。
なお、充填部材８０に代えて、検出部収容部５２の収容凹部５２ａを塞ぐ図示しないカバー蓋が設けられていても良く、カバー蓋は、接着剤、レーザー溶着又は超音波溶着などでケース５０と接合しても良い。

隔離壁５５は、回転軸Ｌに直交する方向に延びる板状をなす。隔離壁５５は、ケース５０の回転部材収容部５１及び検出部収容部５２と一体の合成樹脂により形成される。このため、隔離壁５５は、回転部材収容部５１の収容凹部５１ａ内と検出部収容部５２の収容凹部５２ａ内との間を仕切り気密的に隔離する。

回転部材収容部５１は、回転軸Ｌに沿う方向の他方側（図２の紙面左側）に向かって開口する略円柱状の収容凹部５１ａを備える。回転部材収容部５１の収容凹部５１ａには、回転部材２０が回転軸Ｌを中心に回転可能に収容される。回転部材２０は、回転部材収容部５１の収容凹部５１ａに収容され、回転部材２０の抜け出しを押える押え部材５６を介してカシメ部５１ｂ等で保持される。

押え部材５６は、ケース５０の回転部材収容部５１に仮止めされたのち、ケース５０の回転部材収容部５１の外周縁部を内側に折り曲げるようにしたカシメ部５１ｂで固定される。
押え部材５６は、図３に示すように、例えば合成樹脂の板材で、リング状に形成されおり、中心部の貫通孔にシャフト１２０が挿通される。押え部材５６は、外周縁部の対角位置に切欠き部として位置決めおよび仮固定用の溝状の切欠き部５６ａと、円周の一部を直線的に切り落とした切欠き部５６ｂとが形成されている。
ケース５０は、図４に示すように、押え部材５６の溝状の切欠き部５６ａ及び切欠き部５６ｂに対応する位置の側壁部に押え部材５６を固定する突起部５７と、突起部５７における磁気検出部４０側の根元部（端部）を囲むように形成される凹部５８と、を備えている（図４に片側部分を示す）。

押え部材５６による回転部材２０のケース５０への組み立ては、まず、回転部材２０をケース５０の回転部材収容部５１に収容する。この後、押え部材５６の溝状の切欠き部５６ａ及び切欠き部５６ｂを突起部５７に合わせて圧入し、加熱した突起部５７を変形させ押しつぶすようにしながら押し込んでいく。
すると、押え部材５６の溝状の切欠き部５６ａ及び切欠き部５６ｂに突起部５７が密着することで、突起部５７に押え部材５６との密着部５７ａが形成され、押え部材５６の回転軸Ｌを中心とする回転が押えられるとともに、ケース５０に仮固定される。

また、押え部材５６の圧入により押しつぶされた突起部５７が根元部分まで変形すると、押え部材５６と回転部材収容部５１との間に、押しつぶされた突起部５７の一部が入り込んで押え部材５６を浮き上がらせる虞がある。
しかし、ケース５０の回転部材収容部５１には、図４に示すように、突起部５７の根元部分に凹部５８が形成してあるので、突起部５７と一体のつぶされた部分が押え部材５６と対向した状態で凹部５８に溜まることになる。これによって、突起部５７には、押え部材５６の底面と対向する対向部５７ｂが形成され、押え部材５６は、回転部材収容部５１に密着した状態で回転軸Ｌに対して直角に組み立てられて仮固定される。
すなわち、突起部５７は、押え部材５６がケース５０の回転部材収容部５１に組み立てられた状態では、押え部材５６の外周面に密着する密着部５７ａと、密着部５７ａと一体の凹部５８において押え部材５６と対向する対向部５７ｂと、を備えた状態となる。
この突起部５７の対向部５７ｂは、押え部材５６の押し込み側の表面（底面）とは、必ずしも密着せずに凹部５８に溜まった状態となるが、対向部５７ｂは、押え部材５６と接触した状態であっても接触しない状態のいずれであっても良く、押え部材５６を浮き上がらせることがない状態であれば良い。これにより、凹部５８は、突起部５７のつぶされる樹脂量に対して余裕のある大きさに形成される。
こうして仮固定された押え部材５６は、ケース５０の回転部材収容部５１の外周縁部を内側に折り曲げるようにしたカシメ部５１ｂで固定される。

回転部材２０と回転部材収容部５１の間には、図２に示すように、シール材９０が設けられ、回転部材２０と回転部材収容部５１の間の摺動部への異物混入を防止する。シール材９０は、ゴムなどの弾性部材により形成され、例えば断面Ｙ形状のいわゆるＹリングが用いられる。シール材９０は、回転部材２０の本体部２１の周面と回転部材収容部５１の収容凹部５１ａの内周面との間に位置する。
なお、シール材９０は、Ｙリングに限らず、摺動性に応じてＸリング又はＯリングなど別の断面形状のシール材を用いてもよい。

ケース５０は、図１，５に示すように、取付対象１１０の取付孔１１２に挿入可能な取付部５９を備え、取付部５９は、大形状部５９ａと、大形状部５９ａより先端側に位置する大形状部５９ａより小さい小形状部５９ｃと、を備える。ケース５０の取付孔１１２は、例えば、円筒状に形成され、ケース５０の取付部５９も対応する円柱状に形成され、挿入方向基端側の大径部（大形状部）５９ａと、Ｏリング溝５９ｂより先端側の小径部（小形状部）５９ｃとを備えて構成される。
大径部５９ａは、ケース５０の挿入方向基端側の検出部収容部５２の略外周に配置され、取付孔１１２に挿入可能な取付孔１１２の寸法に合わせた直径Ｄとされる。大径部５９ａの先端側に連続してＯリング溝５９ｂが形成されてＯリング９１が装着され、取付孔１１２とケース５０の間をシールする。ケース５０のＯリング溝５９ｂより先端側は、小径部５９ｃとされ、回転部材収容部５１の略外周に配置され、取付孔１１２に比べて小径の直径Ｃに形成されている。これにより、ケース５０の取付部５９は、先端側の小径部５９ｃによって取付孔１１２への挿入を円滑に行うことができ、基端側の大径部５９ａが嵌合状態となるとともに、ケース５０と取付孔１１２の間は、Ｏリング９１でシールされる。
小径部５９ｃは、先端部が円弧状に形成され、先端側からのＯリング９１のＯリング溝５９ｂへの装着を容易とする。

取付固定部５４は、図１，５に示すように、回転角度検出装置１を取付対象１１０に固定するための部分であり、検出部収容部５２の外周面に設けられ、ボルト１０５で固定される。取付固定部５４は、回転部材２０の径方向外側に位置し、底面が検出部収容部５２の外周面に連結される略半円板状をなす。取付固定部５４は、回転角度検出装置１が取付対象１１０に取り付けられた際に、取付対象１１０の取付面１１１に面接触して取り付けられる。

取付固定部５４には、その中央に回転軸Ｌに沿って延びる円形の貫通孔５４ａが形成されている。取付固定部５４の貫通孔５４ａ内には、金属製の円筒状のカラー（固定座部）１００が設けられている。カラー１００は、その中央に貫通孔１０１を有し、外周に回り止めのためのローレット加工が施されている。カラー１００は、図５に示すように、取付固定部５４の樹脂部分の厚さＡに対して厚さＢを高く形成してあり、取付対象１１０の取付面１１１側を取付固定部５４と一平面をなす面一状態にカラー１００が固定されている。これにより、カラー１００は、取付固定部５４の取付対象１１０側と反対の面に突き出した状態となっている。カラー１００は、例えばケース５０の成形と同時にインサート成形等により、取付固定部５４の貫通孔５４ａ内に保持される。
カラー１００には、図５に示すように、貫通孔１０１にボルト１０５が挿通され、取付対象１１０の取付面１１１に形成されるねじ穴１１３に螺合される。
これにより、ケース５０、ひいては回転角度検出装置１が取付対象１１０に固定される。
この固定状態では、ボルト１０５は、カラー１００を介して締め付けられ、ボルト１０５が取付固定部５４の樹脂表面と接触せず、ボルト１０５の締め過ぎなどによる取付固定部５４の割れやクラックの発生を防止し、確実に締め込んで固定することができる。

コネクタ部５３は、図２に示すように、検出部収容部５２に隣接して位置し、検出部収容部５２と同一方向に開口する中空の長方形柱状とされている。コネクタ部５３は、内底面に複数、本例では３つのコネクタ端子５３ａを備えており、回路基板６０と電気的に接続されている。コネクタ部５３を介して外部に検出信号を取り出すことができる。

回路基板６０は、例えば一辺が円弧状とされ残りの三辺が直線状とされた略長方形板状の硬質回路基板からなり、検出部収容部５２の収容凹部５２ａに収容される。回路基板６０における収容凹部５２ａの底面に対向する面には磁気検出部４０が実装されている。その他、回路基板６０には、何れも図示しない回路パターン及びコンデンサ等の各種電子部品が実装されている。

磁気検出部４０は、ホールＩＣ(Integrated Circuit)又はＭＲ(Magneto Resistance)素子等の磁気検出素子が合成樹脂のパッケージにより覆われることで形成される。磁気検出部４０は、回転部材２０とともに回転する磁石２２の回転に応じて変化する磁界の強さを検出し、この検出した結果を検出信号に変換したうえで回路基板６０及びコネクタ部５３を介して検出信号として外部に出力する。

次に、回転角度検出装置１を取付対象１１０に固定方法について説明する。
この取り付け作業は、人又は機械により行われる。
回転角度検出装置１を取付対象１１０に取り付けるにあたって、図２及び図５に示すように、まず、ケース５０の取付部５９を取付対象１１０の取付孔１１２に挿入する。
このとき、取付部５９の先端側が小径部５９ｃとしてあるので、取付孔１１２に円滑に挿入することができる。
さらに押し込むことで、取付固定部５４を取付対象１１０の取付面１１１に面接触させる。すると、Ｏリング溝５９ｂに装着したＯリング９１で取付孔１１２とケース５０との間がシールされる。
この後、取付固定部５４のカラー１００にボルト１０５を挿通し、取付対象１１０のねじ穴１１３に締め付ける。この締め付け状態では、ボルト１０５は、カラー１００を介して締め付けられ、ボルト１０５が取付固定部５４の樹脂表面と接触せず、ボルト１０５の締め過ぎなどによる取付固定部５４の割れやクラックの発生を防止し、確実に締め込んで固定することができる。

こうして回転角度検出装置１を取付対象１１０に取り付けた後、図示しない外部ケーブルがコネクタ部５３に接続される。この外部ケーブルは、コネクタ端子５３ａとＥＣＵ（Electronic Control Unit）又はメータ等の図示しない外部機器と電気的に接続する。この状態で、回転角度検出装置１は、磁気検出部４０により検出された検出信号を外部機器に出力する。

以上、一実施形態とともに具体的に説明したように回転角度検出装置１によれば、ケース５０と、磁石２２を含み、磁石２２とともに回転軸Ｌを中心に回転可能にケース５０に収容される回転部材２０と、ケース５０に固定され、回転部材２０の回転に伴う磁石２２による磁気変化を検出する磁気検出部４０と、ケース５０に設けられ、取付対象１１０に取り付けられて固定される取付固定部５４と、ケース５０に収容された回転部材２０のケース５０からの抜け出しを押える押え部材５６と、を有し、ケース５０は、押え部材５６の周囲に形成され、押え部材５６を固定する突起部５７と、突起部５７における磁気検出部４０側の端部を囲むように形成される凹部５８と、を備え、突起部５７は、押え部材５６の外周面に密着する密着部５７ａと、密着部５７ａと一体の凹部５８において押え部材５６と対向する対向部５７ｂと、を備える。
かかる構成によれば、押え部材５６を突起部５７によってケース５０に仮固定することができ、押え部材５６の組み立ての際に押しつぶされる突起部５７の樹脂が凹部５８に溜まり、押え部材５６とケース５０との間に介在することによる浮き上がりが防止され、回転部材２０を回転軸Ｌに直角な所定位置に抜け出しを押えて固定することができる。これにより、回転角度検出装置１の組立精度を向上することができるとともに、回転角度の検出精度の低下などの影響を低減することができる。

また、回転角度検出装置１によれば、押え部材５６は、外周面に切欠き部５６ａ，５６ｂを備え、切欠き部５６ａ，５６ｂに突起部５７の密着部５７ａが密着する。
かかる構成によれば、押え部材５６に形成された切欠き部５６ａ，５６ｂに突起部５７が密着することで、押え部材５６をケース５０に対して回転軸Ｌを中心とする回転を防止することができ、回転部材２０と押え部材５６とが共回りすることなく、確実に押え部材５６で回転部材２０の抜け出しを防止してケース５０に仮固定することができる。

また、回転角度検出装置１によれば、取付固定部５４は、ケース５０が取付対象１１０に取り付けられたときに取付対象１１０側の取付面（面）１１１と反対側の面から突き出すカラー（固定座部）１００を備える。
かかる構成によれば、取付固定部５４をカラー１００を介して取付対象１１０に固定することで、ボルト１０５が突き出しているカラー１００と接触することになり、直接取付固定部５４と接触しないので、締め付けに伴い取付固定部５４の割れやクラックの発生を防止することができる。これにより、取付対象１１０の所定の位置に回転角度検出装置１を取り付けることができ、回転角度の検出精度の低下などの影響を低減することができる。

また、回転角度検出装置１によれば、ケース５０は、取付対象１１０の取付孔１１２に挿入される取付部５９を備え、取付部５９は、取付孔１１２に挿入可能な大径部５９ａと、大径部５９ａより先端側に位置する大径部５９ａより小さい小径部５９ｃと、を備える。
かかる構成によれば、ケース５０を取付孔１１２に挿入する場合に先端側の小径部５９ｃによって挿入の際の作業性が向上し、簡単に回転角度検出装置１を取り付けることができる。

（変形例）
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。

上記実施形態においては、押え部材５６を例えば樹脂製としたが、金属製など他の素材であっても良く、回転部材２０の抜け出しの防止に適用する場合に限らず、他の押え部材に広く適用することができるものである。

上記実施形態においては、樹脂製の取付固定部５４に金属製のカラー１００を設けて取付固定部５４に締め付け力が加わらないように構成したが、樹脂製の取付固定部と金属製のカラーとの組み合わせに限らず、強度の小さい取付固定部と、強度の大きいカラーとの組み合わせであれば良く、他の素材で構成することができる。

上記実施形態においては、突起部５７の断面形状が略四角柱形状の場合を例示したが、三角柱形状や半円柱形状、ピン形状などであっても良く、押え部材５６の切欠き部５６ａ，５６ｂよりわずかに大きい形状とされて、互いが密着する形状であれば良い。

上記実施形態においては、ケース５０の先端部の取付部５９が円柱形であり、取付対象１１０の取付孔１１２が円筒形である場合を例に説明したが、円柱形と円筒形とする場合に限らず、大形状部５９ａおよび小形状部５９ｃが他の形状であっても良い。

本発明は、上記実施形態に限定するものでなく、それぞれの発明を単独または組み合わせて構成しても良い。

１ 回転角度検出装置
２０ 回転部材
２１ 本体部
２１ａ 磁石収容凹部
２１ｂ シャフト収容凹部
２１ｃ 板バネ
２２ 磁石
４０ 磁気検出部
５０ ケース
５１ 回転部材収容部
５１ａ 収容凹部
５１ｂ カシメ部
５２ 検出部収容部
５２ａ 収容凹部
５３ コネクタ部
５３ａ コネクタ端子
５４ 取付固定部
５４ａ 貫通孔
５５ 隔離壁
５６ 押え部材
５６ａ 切欠き部
５６ｂ 切欠き部
５７ 突起部
５７ａ 密着部
５７ｂ 対向部
５８ 凹部
５９ 取付部
５９ａ 大径部（大形状部）
５９ｂ Ｏリング溝
５９ｃ 小径部（小形状部）
６０ 回路基板
８０ 充填部材
９０ シール材
９１ Ｏリング
１００ カラー（固定座部）
１０１ 貫通孔
１０５ ボルト
１１０ 取付対象
１１１ 取付面
１１２ 取付孔
１１３ ねじ穴
１２０ シャフト
Ｌ 回転軸

Claims (3)

1. ケースと、
   磁石を含み、前記磁石とともに回転軸を中心に回転可能に前記ケースに収容される回転部材と、
   前記ケースに固定され、前記回転部材の回転に伴う前記磁石による磁気変化を検出する磁気検出部と、
   前記ケースに設けられ、取付対象に取り付けられて固定される取付固定部と、
   前記ケースに収容された前記回転部材の前記ケースからの抜け出しを押える押え部材と、を有し、
   前記ケースは、
   前記押え部材の周囲に形成され、前記押え部材を固定する突起部と、
   前記突起部における前記磁気検出部側の端部を囲むように形成される凹部と、を備え、
   前記突起部は、
   前記押え部材の外周面に密着する密着部と、
   前記密着部と一体の前記凹部において前記押え部材と対向する対向部と、を備え、
   前記押え部材は、前記外周面に切欠き部を備え、
   前記切欠き部に前記突起部の前記密着部が密着する、
   ことを特徴とする回転角度検出装置。
2. 前記取付固定部は、前記ケースが前記取付対象に取り付けられたときに前記取付対象側の面と反対側の面から突き出す固定座部を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 前記ケースは、
   前記取付対象の取付孔に挿入される取付部を備え、
   前記取付部は、前記取付孔に挿入可能な大形状部と、前記大形状部より先端側に位置する前記大形状部より小さい小形状部と、を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の回転角度検出装置。

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