WO2015004873A1 - 回転角度検出装置 - Google Patents

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WO2015004873A1
WO2015004873A1 PCT/JP2014/003461 JP2014003461W WO2015004873A1 WO 2015004873 A1 WO2015004873 A1 WO 2015004873A1 JP 2014003461 W JP2014003461 W JP 2014003461W WO 2015004873 A1 WO2015004873 A1 WO 2015004873A1
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rotation angle
shaft
detection device
angle detection
shaft portion
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山下 康弘
笹之内 清孝
巧 大林
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
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    • B60T17/00Component parts, details, or accessories of power brake systems not covered by groups B60T8/00, B60T13/00 or B60T15/00, or presenting other characteristic features
    • B60T17/18Safety devices; Monitoring
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60TVEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
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    • GPHYSICS
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    • G05G1/30Controlling members actuated by foot
    • G05G1/38Controlling members actuated by foot comprising means to continuously detect pedal position
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T2220/00Monitoring, detecting driver behaviour; Signalling thereof; Counteracting thereof
    • B60T2220/04Pedal travel sensor, stroke sensor; Sensing brake request

Definitions

  • the present invention relates to a rotation angle detection device mainly used for detection of a rotation angle of a brake pedal of an automobile.
  • the rotation angle detection device 11 includes a case 1, a rotating body 2, a lever 3, a spring 5, a magnet 6, a wiring board 7, a magnetic detection element 8, a plurality of substantially L-shaped terminals 9, and a cover. 10 and.
  • Case 1, rotating body 2, lever 3 and cover 10 are made of insulating resin.
  • the spring 5 is made of steel wire and is wound in a coil shape.
  • the case 1 has a cylindrical shape, and a cylindrical portion 1A is further formed at the center thereof.
  • the cylindrical portion 1A is connected to the inner peripheral end of the intermediate portion 1C, and the outer peripheral end of the intermediate portion 1C is connected to the outer wall portion 1D.
  • the rotating body 2 is rotatably inserted into the cylindrical portion 1A, and the flange portion 2A provided on the rotating body 2 is in contact with the intermediate portion 1C.
  • the lever 3 is fixed to the rotating body 2 with screws 4.
  • a spring 5 is housed between the lever 3 and the intermediate portion 1C in a slightly twisted state. Both ends of the spring 5 are engaged with the lever 3 and the intermediate portion 1C, respectively. In this state, the spring 5 pushes the lever 3 so that the lever 3 is at a predetermined angle with respect to the case 1.
  • the substantially cylindrical magnet 6 is fixedly attached to the center of the end of the rotating body 2 by insert molding or the like.
  • a magnetic detection element 8 such as a Hall element is mounted and mounted on the wiring board 7 so as to face the magnet 6 with a predetermined gap.
  • a plurality of wiring patterns (not shown) are formed on both surfaces of the wiring board 7.
  • the terminal 9 is implanted in the case 1 by insert molding or the like, and the magnetic detection element 8 is connected to one end of each terminal 9 through a wiring pattern.
  • the other end of the terminal 9 extends into the connector portion 1B having a substantially rectangular tube shape.
  • the cover 10 is fixed to the case 1 and covers the opening of the case 1, the wiring board 7, and the like.
  • the rotation angle detection device 11 configured as described above is attached in the vicinity of the rotation shaft 55A of the brake pedal 55 of the automobile as shown in FIG.
  • the lever 3 is attached to the operating pin 55B, and the magnetic detection element 8 is connected to an electronic circuit (not shown) of the vehicle via a plurality of terminals 9, lead wires (not shown) and the like.
  • the rotation angle detection device of the present invention includes a lever, a cylindrical portion, a magnet, and a magnetic detection element.
  • the lever includes a base and a shaft that projects in the direction of the rotation axis of the base and is integral with the base.
  • the cylindrical portion includes a first end that is close to or in contact with the base portion and a second end that is located farther from the base than the first end on the opposite side of the first end.
  • a shaft portion is inserted into the cylindrical portion, and the shaft portion is rotatably supported.
  • the magnet is attached to the end of the shaft.
  • the magnetic detection element is disposed to face the magnet with a predetermined gap.
  • the magnet is mounted on the end of the shaft portion that protrudes from the base portion of the lever, so that the magnet and the magnetic detection element can be accurately opposed to each other. For this reason, this rotation angle detection apparatus has few errors and can detect the rotation angle with high accuracy.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is an exploded perspective view of the rotation angle detection device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of a brake pedal equipped with the rotation angle detection device shown in FIG. 4A is a perspective view showing a state in which a magnet is mounted on a shaft portion of a lever of the rotation angle detection device shown in FIG. 4B is a perspective view showing a state in which the shaft portion of the lever is inserted into the cylindrical portion of the case, following the state shown in FIG. 4A.
  • FIG. 4C is a perspective view showing a state in which a locking body is mounted on the shaft portion of the lever, following the state shown in FIG. 4B.
  • FIG. 4A is a perspective view showing a state in which a magnet is mounted on a shaft portion of a lever of the rotation angle detection device shown in FIG. 4B is a perspective view showing a state in which the shaft portion of the lever is inserted into
  • FIG. 4D is a perspective view showing a state where the end of the shaft portion of the lever is caulked by heat and the locking body is fixed to the shaft portion following the state shown in FIG. 4C.
  • FIG. 5A is a schematic perspective view of the case of the rotation angle detection device shown in FIG.
  • FIG. 5B is a plan view showing a positional relationship between a case and a lever of the rotation angle detection device shown in FIG. 6A is a schematic perspective view of another case of the rotation angle detection device shown in FIG. 6B is a perspective view of a lever used with the case shown in FIG. 6A.
  • 6C is a plan view showing the positional relationship between the case shown in FIG. 6A and the lever shown in FIG. 6B.
  • FIG. 7A is a partial perspective view of another rotation angle detecting device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a partial perspective view of still another rotational angle detection device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional rotation angle detection device.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the rotation angle detection device shown in FIG. 10 is a perspective view of a brake pedal equipped with the rotation angle detection device shown in FIG.
  • a rotating body 2 having a magnet 6 attached to an end thereof is rotatably inserted into the cylindrical portion 1 ⁇ / b> A of the case 1.
  • a lever 3 is fixed to the end of the rotating body 2 on the opposite side. When the lever 3 is rotated, the rotating body 2 and the magnet 6 are rotated. However, there are slight gaps between the lever 3, the rotating body 2, and the cylindrical portion 1A. Therefore, an error occurs in the mounting position of the magnet 6, and it is difficult to detect the rotation angle with higher accuracy.
  • FIGS. 1 to 7B a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention capable of detecting a rotation angle with high accuracy and less error than the rotation angle detection device 11 will be described with reference to FIGS. 1 to 7B.
  • FIG. 1 and 2 are a sectional view and an exploded perspective view of a rotation angle detection device 30 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of a brake pedal equipped with the rotation angle detection device 30.
  • the rotation angle detection device 30 includes a lever 22, a case 21 including a cylindrical portion 21A, a magnet 25, and a magnetic detection element 27.
  • the lever 22 includes a base portion 22L and a shaft portion 22A that protrudes in the direction of the rotation axis of the base portion 22L.
  • the cylindrical portion 21A includes a first end 211E that is close to or in contact with the base portion 22L, and a second end 212E that is located farther from the base portion 22L than the first end 211E on the opposite side of the first end 211E.
  • a shaft portion 22A is inserted into the cylindrical portion 21A, and the shaft portion 22A is rotatably supported.
  • the magnet 25 is attached to the end of the shaft portion 22A.
  • the magnetic detection element 27 is disposed to face the magnet 25 with a predetermined gap.
  • the case 21 has a cylindrical portion 21A, an outer wall portion 21D that encloses the cylindrical portion 21A, and an intermediate portion 21C that connects the outer wall portion 21D and the cylindrical portion 21A.
  • the case 21 is made of an insulating resin such as polybutylene terephthalate, and has a cylindrical or substantially box shape.
  • the lever 22 is made of an insulating resin such as polyoxymethylene, and includes the base portion 22L and the shaft portion 22A that protrudes in a substantially cylindrical shape in the rotation axis direction of the base portion 22L as described above.
  • the shaft portion 22A is rotatably inserted into the cylindrical portion 21A of the case 21.
  • the magnet 25 has a substantially cylindrical shape and is made of ferrite, Nd—Fe—B alloy, or the like.
  • the magnet 25 is fixed to the center of the end portion of the shaft portion 22A by insert molding or adhesion.
  • the magnetic detection element 27 is, for example, a Hall element.
  • the rotation angle detection device 30 further includes a locking body 23, a spring 24, a wiring board 26, a plurality of terminals 28, and a cover 29.
  • the locking body 23 has a substantially disk shape and is made of an insulating resin such as polyoxymethylene.
  • the locking body 23 is attached to the outer periphery of the end portion of the shaft portion 22 ⁇ / b> A of the lever 22. As will be described later, the end portion of the shaft portion 22A is caulked outward by heat and pressure, and the end portion of the shaft portion 22A is rotatably locked to the second end 212E of the cylindrical portion 21A.
  • the spring 24 is a torsion spring made of a steel wire or a copper alloy wire wound in a coil shape. Both ends of the spring 24 are engaged with the lever 22 and the case 21, respectively. That is, the spring 24 is disposed between the cylindrical portion 21 ⁇ / b> A and the outer wall portion 21 ⁇ / b> D in a slightly twisted state, and is engaged with the lever 22 and the intermediate portion 21 ⁇ / b> C of the case 21. In this state, the spring 24 holds the lever 22 at a predetermined angular position.
  • the wiring board 26 is made of paper phenol, glass-filled epoxy, or the like.
  • a plurality of wiring patterns (not shown) are formed on both surfaces of the wiring substrate 26 using copper foil or the like.
  • the magnetic detection element 27 is mounted on the wiring pattern by soldering or the like on one surface of the wiring board 26.
  • the substantially L-shaped terminal 28 is made of a copper alloy or the like.
  • the terminal 28 is implanted in the case 21 by insert molding or the like, and the magnetic detection element 27 is connected to one end of the terminal 28 via a wiring pattern, and the other end of the terminal 28 is in a substantially rectangular tube-shaped connector portion 21B. It is extended.
  • the cover 29 is made of an insulating resin such as polybutylene terephthalate.
  • the cover 29 is fixed to the case 21 with a plurality of screws (not shown) and covers the opening surface of the case 21, the wiring board 26, and the like.
  • the rotation angle detection device 30 configured as described above is attached in the vicinity of the rotation shaft 35A of the brake pedal 35 of the automobile as shown in FIG.
  • the operating pin 35B is inserted into the tip of the lever 22 (base 22L), and the magnetic detection element 27 is connected to an electronic circuit (not shown) of the vehicle via a terminal 28, a lead wire (not shown) or the like.
  • the magnetism detecting element 27 detects this magnetism, and the electronic circuit calculates the rotation angle of the lever 22, that is, the depression size of the brake pedal 35 from the strength of magnetism detected by the magnetism detecting element 27.
  • Various controls such as control of the brake device and extinguishing of the stop lamp are performed on the vehicle in accordance with the depression size.
  • a shaft portion 22 ⁇ / b> A that protrudes in the direction of the rotation axis of the base portion of the lever 22 and is integral with the base portion is rotatably inserted into the cylindrical portion 21 ⁇ / b> A of the case 21.
  • a magnet 25 is attached to the end of the shaft portion 22A. For this reason, the magnet 25 is disposed opposite to the magnetic detection element 27 with high accuracy.
  • the magnet 25 is attached to the end portion of the shaft portion 22A integrated with the base portion 22L of the lever 22. Therefore, the magnetic detection element 27 can be accurately arranged with respect to the magnet 25 with only a slight gap error between the outer periphery of the shaft portion 22A and the inner periphery of the cylindrical portion 21A. As a result, it is possible to prevent displacement of the magnetic detection element 27 with respect to the magnet 25. Therefore, the rotation angle detection device 30 can detect the rotation angle with high accuracy.
  • FIG. 4A is a perspective view showing how the magnet 25 is attached to the lever 22.
  • a hole 22H is formed in the shaft portion 22A from the end portion 22T toward the base portion 22L.
  • the hole 22H includes a large diameter portion 221H close to the end portion 22T and a small diameter portion 222H close to the base portion 22L.
  • the shaft portion 22A is provided with a slit 22S extending in a direction parallel to the rotation axis of the lever 22 from the end portion 22T toward the base portion 22L.
  • the slit 22S communicates with the large diameter portion 221H and the small diameter portion 222H.
  • the magnet 25 is fixed to the small diameter portion 222H. At that time, for example, the magnet 25 is insert-molded or bonded to the shaft portion 22A, or is press-fitted into the small-diameter portion 222H.
  • the method is not particularly limited as long as it can be fixed.
  • the magnet 25 can be easily positioned when being fixed.
  • the slit 22S may be communicated only with the large-diameter portion 221H, and the magnet 25 may be magnetized after being fixed to the shaft portion 22A.
  • FIGS. 4B to 5A are a perspective view showing a state in which the shaft portion 22A is inserted into the cylindrical portion 21A of the case 21 following the state shown in FIG. 4A.
  • FIG. 4C is a perspective view showing a state where the locking body 23 is attached to the shaft portion 22A following the state shown in FIG. 4B.
  • FIG. 4D is a perspective view illustrating a state in which the locking member 23 is fixed to the shaft portion 22A by heat caulking the end portion 22T of the shaft portion 22A following the state illustrated in FIG. 4C.
  • FIG. 5A is a schematic perspective view of the case 21.
  • the shaft portion 22A is inserted into the cylindrical portion 21A as shown in FIG. 4B.
  • the end portion 22T of the shaft portion 22A is exposed from the second end 212E of the cylindrical portion 21A.
  • the locking body 23 is attached to the outer periphery of the exposed portion of the end 22T.
  • the end 22T is inserted into the arc-shaped slit 23S provided in the locking body 23.
  • FIG. 4C the state shown in FIG. 4C is obtained.
  • the outer diameter of the locking body 23 is larger than the inner diameter of the cylindrical portion 21A. Then, the portion of the shaft portion 22A, which is thinned by the large diameter portion 221H, is deformed outward so as to widen the slit 22S while heating, and a heat crimping portion 22Q is formed as shown in FIG. 4D. In this way, the locking body 23 is fixed to the end portion 22T of the shaft portion 22A. The locking body 23 prevents the shaft portion 22A from being detached from the cylindrical portion 21A during normal use. That is, the end portion 22T of the shaft portion 22A is rotatably locked to the second end 212E of the cylindrical portion 21A.
  • the joining strength between the shaft portion 22A and the locking body 23 is smaller than the breaking strength between the base portion 22L and the shaft portion 22A.
  • the joint portion between the shaft portion 22 ⁇ / b> A and the locking body 23 is removed. Accordingly, the magnet 25 is also detached from the case 21 together with the lever 22. Therefore, an erroneous detection signal is not output from the magnetic detection element 27 to the electronic circuit.
  • this type of rotation angle detection device is attached to the brake pedal 35 and used to detect the depression size.
  • the electronic circuit of the vehicle controls the operation of the regeneration system based on the detected stepping dimension.
  • the rotation angle detection device 30 is used as described above, even when a large impact is applied to the lever 22 via the brake pedal 35 and the lever 22 is released, the electronic circuit can easily detect the abnormality. For example, by stopping the regeneration system of the electronic circuit of the vehicle, there is no malfunction that keeps operating unnecessarily, and the influence on the operation of the vehicle can be prevented.
  • FIG. 5B is a plan view showing the positional relationship between the case 21 and the lever 22.
  • a protrusion 22P is provided at a position of the shaft portion 22A that is closer to the connecting portion with the base portion 22L than the end portion 22T.
  • a fitting recess 21F is provided at the first end 211E of the cylindrical portion 21A.
  • the fitting recess 21F accommodates the protrusion 22P.
  • the fitting recess 21F extends partially along the inner periphery of the cylindrical portion 21A.
  • FIG. 6A is a schematic perspective view of the case 121.
  • FIG. 6B is a perspective view of the lever 122 used with the case 121.
  • FIG. 6C is a plan view showing the positional relationship between the case 121 and the lever 122.
  • the case 121 has two restriction ribs 121R instead of the fitting recess 21F shown in FIG. 5A.
  • the restriction rib 121R is provided between the cylindrical portion 21A and the outer wall portion 21D.
  • the lever 122 has a restricting protrusion 122P instead of the protrusion 22P shown in FIG. 4A.
  • the restricting protrusion 122P is provided around the shaft portion 22A so as to protrude from the base portion 22L, and is inserted between the cylindrical portion 21A and the outer wall portion 21D.
  • two restricting protrusions 122P are provided, but may be integrated. By providing two restricting protrusions 122P, the spring 24 can be locked between them.
  • FIGS. 7A and 7B are partial perspective views of another rotation angle detection device according to the embodiment of the present invention.
  • the locking body 23A is mounted on the end portion and the outer periphery of the shaft portion 22B of the lever 22, and these are fixed by laser or ultrasonic welding or the like.
  • the locking body 23A and the end portion of the shaft portion 22B are partially welded. Even in this case, the end portion of the shaft portion 22B can be rotatably locked to the second end 212E of the cylindrical portion 21A.
  • a ring-shaped locking body 23C in which a plurality of ribs 23B are formed on the inner periphery is used.
  • a recess 23D is formed in the center of the rib 23B.
  • a wall portion 22E and a convex portion 22D are formed at the end of the shaft portion 22C.
  • the wall portion 22E is connected to the shaft portion 22C by a connecting portion 22R that is thinner than the shaft portion 22C.
  • the wall portion 22E protrudes in the diameter direction of the shaft portion 22C.
  • the convex portion 22D protrudes from the connecting portion 22R in the diameter direction of the connecting portion 22R.
  • the distance between the shaft portion 22C and the wall portion 22E is set to be the same as or slightly larger than the thickness of the rib 23B.
  • the distance between the ribs 23B corresponding to the wall 22E is set so that the wall 22E can pass therethrough.
  • the locking body 23C is rotated to fit the convex portion 22D to the concave portion 23D, and any one of the plurality of ribs 23B.
  • Each wall part 22E is made to contact
  • the number of ribs 23B is not limited, but in the example shown in FIG. 7B, two ribs 23B are provided.
  • the locking wall 22W which protrudes in the whole axial direction of a part of connection part 22R between the wall parts 22E.
  • the locking wall 22W is inserted into a portion between the ribs 23B where the wall portion 22E is not inserted.
  • the locking body 23C cannot be rotated when the locking wall 22W hits the side surface of the rib 23B. Therefore, the wall 22E can be reliably brought into contact with the lower surface of the rib 23B.
  • a plurality of claw portions projecting outward are provided at the lower end of the shaft portion 22A, and these claw portions are brought into contact with the second end 212E of the cylindrical portion 21A of the case 21, so that the end portion of the shaft portion 22A is a cylindrical portion.
  • the second end 212E of 21A may be rotatably locked. In this case, the holding of the shaft portion 22A is somewhat weak, but the same effect as the above-described configuration is achieved.
  • the rotation angle detection device can detect the rotation angle with high accuracy, it is useful mainly for operation of a brake pedal of an automobile.

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Abstract

 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。

Description

回転角度検出装置
 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 (11)

  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、を備えた、
    回転角度検出装置。
  2. 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記載の回転角度検出装置。
  3. 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をさらに備えた、
    請求項1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3記載の回転角度検出装置。
  5. 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、
    請求項3記載の回転角度検出装置。
  6. 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3記載の回転角度検出装置。
  7. 前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、前記複数のリブの、前記軸部の軸方向に垂直な面と前記壁部の、前記軸部の軸方向に垂直な面とが当接している、
    請求項3記載の回転角度検出装置。
  8. 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記載の回転角度検出装置。
  9. 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記載の回転角度検出装置。
  10. 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9記載の回転角度検出装置。
  11. 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9記載の回転角度検出装置。
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