JP2004093287A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角度の検出精度を向上する回転角検出装置を提供する。
【解決手段】可動軸１０と、可動軸１０を回動自在に軸受けする軸受部８と、可動軸１０の回転角度を検出する検出部６と、検出部６を支持する支持部９とを備える回転角検出装置において、軸受部８と支持部９とを同一材料で一体に形成する。これにより、軸受部８と支持部９とが互いに高精度に位置合わせされるため、検出部６に対する可動軸１０の位置ずれが防止される。したがって、可動軸１０の回転角度の検出精度を向上することができる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転角検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用アクセルペダル等のように回動可能な可動部材についてその回転角度を検出する回転角検出装置が知られている。この回転角検出装置では、可動部材と一体に回動可能に設けた可動軸の回転角度を、可動軸に接触又は非接触のセンサにより検出する。尚、可動軸は固定の軸受部材により軸受され、センサは固定の支持部材により支持される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記回転角検出装置において、軸受部材と支持部材とは互いに別々に形成されている。そのため、軸受部材と支持部材とが高精度に位置合わせされていないと、センサに対する可動軸の位置ずれが生じ、センサによる検出精度が悪化してしまう。
本発明の目的は、回転角度の検出精度を向上する回転角検出装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の回転角検出装置によると、可動軸を回動自在に軸受けする軸受部と、可動軸の回転角度を検出する検出部を支持する支持部とは、同一材料で一体に形成される。そのため、軸受部と支持部とが互いに高精度に位置合わせされるため、検出部に対する可動軸の位置ずれが防止される。したがって、請求項１に記載の回転角検出装置によれば、回転角度の検出精度を向上することができる。
本発明の請求項２に記載の回転角検出装置によると、軸受部と支持部とは一体樹脂成形により形成されるので、装置の軽量化を図ることができる。
【０００５】
本発明の請求項３に記載の回転角検出装置によると、検出部は、可動軸の回転角度を可動軸に非接触で検出するので、検出部及び可動軸の摩耗を防いで装置の耐久性を高めることができる。
本発明の請求項４に記載の回転角検出装置は、可動軸に一体回動可能に設けられて磁界を形成する磁石部をさらに備えている。そして検出部は、その磁石部の形成する磁界であって可動軸の回転角度に応じて変化する磁界を検出する。この構成では、検出部に対する可動軸の位置ずれは磁界の変化、すなわち検出角度の変化を招く。しかし、上述したように検出部に対する可動軸の位置ずれが防止されるので、高い検出精度を確保することができる。
【０００６】
本発明の請求項５に記載の回転角検出装置によると、検出部は、軸受部の近傍において支持部に支持される。これにより、可動軸において軸ずれが少ない被軸受け部分近傍の回転角度を検出部により検出可能となるので、検出精度の更なる向上を期待できる。
【０００７】
本発明の請求項６に記載の回転角検出装置によると、可動軸は、車両用アクセルペダルと一体回動可能に設けられる。車両用アクセルペダルは運転者の足により踏込操作されるため、それへの入力荷重が比較的大きくなる。そのようなアクセルペダルと一体回動可能な可動軸を軸受けする軸受部はアクセルペダルへの入力荷重により変位力を受けるが、支持部と同一部材で一体に形成されているので、検出部に対する軸受け位置の相対変位を抑制することができる。したがって、車両用アクセルペダルの回転角度を高精度に検出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す一実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例による回転角検出装置を備えたアクセル装置を図２及び図３に示し、そのアクセル装置の分解図を図４に示す。アクセル装置１は車両に搭載され、運転者によるアクセルペダル２の踏込量に応じて車両の運転状態を制御する。本実施例のアクセル装置１はアクセルバイワイヤ方式を採用しており、アクセルペダル２は車両のスロットル装置に機械的に連結されていない。その代わり、アクセル装置１はアクセルペダル２の回転角度を車両のエンジン制御装置（ＥＣＵ）に伝達し、その回転角度に基づいてＥＣＵがスロットル装置を制御する。
【０００９】
アクセル装置１においてアクセルペダル２は、ハウジング３により回動軸線Ｏ周りに回動自在に支持され、二つのリターンスプリング４，５により運転者の踏込方向とは逆方向に付勢されている。運転者の踏力及びリターンスプリング４，５の付勢力に基づき回動するアクセルペダル２の回転角度は回転角センサ６により検出され、ＥＣＵに伝達される。
以下、アクセル装置１の構成についてさらに詳細に説明する。
【００１０】
図１〜図３に示すように、支持部材としてのハウジング３は樹脂で箱形に形成され、底板１１、底板１１に向き合う天板１２、底板１１及び天板１２に垂直で互いに向き合う二つの側板１３，１４を備えている。
底板１１はボルト等により車体に固定される。底板１１の内壁側には、後述するペダルストッパ部７が設けられている。天板１２の内壁側には、係合部１５及び係止孔１６が形成されている。図５に示すように係止孔１６は、入口部１６ａ側よりも深部１６ｂ側で断面積が小さくなるように形成されている。
【００１１】
一方の側板１３は、図４（Ｂ）に示すようにハウジング３の他の部位に着脱可能である。この側板１３には、軸受部８及び支持部９が一体樹脂成形により形成されている。軸受部８は側板１３の内壁面から円筒状に突出している。支持部９は、側板１３において軸受部８の基端部側を閉塞する部分で形成されている。支持部９は、検出部としての回転角センサ６を軸受部８の内周側において支持している。側板１３の外壁には、回転角センサ６に電気接続されるターミナル１８を埋設したコネクタ１９が形成されている。
他方の側板１４の内壁側には、一方の側板１３に向かって突出する軸部２０が形成されている。軸部２０はアクセルペダル２の回動軸線Ｏ上を延伸し、大径の基端部２０ａと小径の先端部２０ｂとを有している。
【００１２】
図１〜図３に示すようにアクセルペダル２は、ペダルアーム２１とスプリングロータ２２とから構成されている。
ペダルアーム２１は樹脂で形成され、Ｖ字状に延伸している。ペダルアーム２１の一端部側は、運転者が足で踏込操作する操作部２３を形成している。ペダルアーム２１の他端部側は、ハウジング３内に収容される二つの側壁部２４，２５を形成している。側壁部２４，２５は回動軸線Ｏ方向において互いに平行に向き合っている。側板１４に正対する側壁部２４はその貫通孔２４ａに嵌通された軸部２０の基端部２０ａに支持され、それによりペダルアーム２１が回動軸線Ｏ周りに回動可能となっている。尚、運転者が操作部２３を踏み込むときペダルアーム２１は、操作部２３の踏込方向に一致する図３のＸ方向に回転する。
【００１３】
ペダルアーム２１において側板１３に正対する側壁部２５に可動軸１０が一体樹脂成形により形成されている。図１に示すように可動軸１０は、回動軸線Ｏを中心とする概ね円筒状に側壁部２５の側板１３側の壁面から突出している。可動軸１０は、側板１３の軸受部８の内周側に嵌入されて軸受けされている。可動軸１０において回動軸線Ｏを挟む周方向の二箇所には、互いに極性の異なる磁石部２６，２７が一体回動可能に埋設されている。二つの磁石部２６，２７が形成する磁界の向きは、可動軸１０の回転角度に応じて変化する。側板１３の支持部９が支持する回転角センサ６はホール素子又は磁気抵抗素子等を備え、その外周側に隙間をあけて配設された磁石部２６，２７の形成磁界を可動軸１０に非接触で検出する。回転角センサ６は、ターミナル１８に電気接続されたＥＣＵに検出信号を出力する。その回転角センサ６の出力する検出信号は、可動軸１０の回転角度すなわちペダルアーム２１の回転角度を表している。
このように本実施例では、回転角センサ６、軸受部８、支持部９、可動軸１０、ターミナル１８、磁石部２６，２７等で回転角検出装置が構成されている。
【００１４】
図１〜図３に示すように、スプリングロータ２２は樹脂で形成され、円盤状の回動部２８を形成している。スプリングロータ２２は、回動部２８の両側面をペダルアーム２１の両側壁部２４，２５に挟まれるようにして配設されている。回動部２８の内孔２８ａに軸部２０が隙間をあけて挿通され、それによりスプリングロータ２２が回動軸線Ｏの周りに回動可能となっている。
【００１５】
回動部２８において側壁部２５側の側面には、図４（Ａ）に示すような複数のはす歯３０が設けられている。複数のはす歯３０は回動軸線Ｏの周りに等間隔に配列されている。ペダルアーム２１の側壁部２５において回動部２８側の壁面には、複数のはす歯２９が設けられている。複数のはす歯２９は回動軸線Ｏの周りに等間隔に配列され、回動軸線Ｏ方向で向かい合うはす歯３０のいずれかに噛み合っている。この噛み合いにより、ペダルアーム２１とスプリングロータ２２とは一緒に回転することができる。例えば、運転者がペダルアーム２１の操作部２３を踏み込むときスプリングロータ２２は図３のＸ方向に回転する。回動部２８の側壁部２４側の側面と側壁部２４の回動部２８側の壁面との間にはフリクションワッシャ３２が介装されている。フリクションワッシャ３２は、図３に二点鎖線で示すように天板１２の係合部１５に回動不能に係合され、回動する回動部２８及び側壁部２４の双方と摺接して摩擦力を生む。
【００１６】
スプリングロータ２２はさらに係止部３１を回動部２８と一体に樹脂で形成している。図２及び図５に示すように、係止部３１は回動部２８の外周縁部からその接線方向に板状に突出し、両面を底板１１と天板１２とに対向させている。係止部３１の天板１２側の面から概ね段付き円柱状の突部３３が突出している。突部３３は、基端部側の大径部３３ａと先端部側の小径部３３ｂとを互いに偏心させて形成している。係止部３１の天板１２側の面と天板１２の内壁面との間に、付勢部材としての第一リターンスプリング４及び第二リターンスプリング５が介装されている。
【００１７】
第一及び第二リターンスプリング４，５は共に圧縮コイルスプリングで構成されている。図１及び図５に示すように第二リターンスプリング５は、そのコイル径を第一リターンスプリング４のコイル径よりも小さくされ、第一リターンスプリング４の内周側に配設されている。各リターンスプリング４，５の一端部４ａ，５ａは、天板１２に設けられた係止孔１６の入口部１６ａ側と深部１６ｂ側とにそれぞれ嵌入されて係止されている。一方、各リターンスプリング４，５の他端部４ｂ，５ｂは、係止部３１に設けられた突部３３の大径部３３ａと小径部３３ｂとにそれぞれ嵌合されて係止されている。以上により各リターンスプリング４，５は、踏込方向Ｘに回転したペダルアーム２１及びスプリングロータ２２を図３のＹ方向に戻す向きに係止部３１を付勢している。
【００１８】
係止部３１よりも各リターンスプリング４，５の付勢方向前側に、すなわち本実施例では係止部３１の反リターンスプリング側に補助係止部３４が配設されている。補助係止部３４はペダルアーム２１の反操作部側端部と一体に樹脂で形成され、浅底の皿状を呈している。ペダルアーム２１及びスプリングロータ２２の任意の回転位置において、補助係止部３４は係止部３１の反リターンスプリング側の面３１ａ及び外周縁部３１ｂの一部を覆う。それにより補助係止部３４は、図６に示す如く係止部３１が破損して回動部２８から離脱した場合に、係止部３１を係止する。このとき係止部３１は各リターンスプリング４，５の端部４ｂ，５ｂを突部３３に嵌合させたまま確実に保持できるので、補助係止部３４は各リターンスプリング４，５の端部４ｂ，５ｂを間接的に係止することができる。尚、図１及び図５に示すように係止部３１の正常時には、係止部３１の上記面３１ａと補助係止部３４の底壁３４ａの内壁面とが互いに離間し、係止部３１の外周縁部３１ｂと補助係止部３４の側壁３４ｂの内壁面とが互いに離間する。これにより補助係止部３４は、係止部３１の正常時においてリターンスプリング４，５を係止しない。
【００１９】
図３に示すように、補助係止部３４よりも各リターンスプリング４，５の付勢方向前側にペダルストッパ部７が配設されている。ペダルストッパ部７は、図７〜図９に示すように、剛性部材３６と弾性部材３７とから構成されている。
剛性部材３６は底板１１と一体に樹脂で形成され、弾性部材３７よりも剛性が高くされている。剛性部材３６は、Ｕ字板状の当接部３８を底板１１の内壁面に平行に形成している。当接部３８のＵ字の切れ目は、着脱可能な側板１３側に設けられている。当接部３８の反底板側の面には補助係止部３４の底壁３４ａが当接可能である。当接部３８に補助係止部３４が当接するとき、剛性部材３６は補助係止部３４と底板１１との間に挟圧される。
【００２０】
弾性部材３７はエラストマ等の弾性材で形成されている。弾性部材３７は、底板１１と当接部３８との間隙３９に嵌合されるベース部４０を矩形枠状に形成している。図４（Ａ）に示すように側板１３を取り外した側からベース部４０を間隙３９にスライド嵌入することで、弾性部材３７が底板１１に固定されている。弾性部材３７はさらに、ベース部４０の反底板側開口を覆う変形部４１を形成している。変形部４１はベース部４０よりも小さな矩形板状を呈し、当接部３８のＵ字の内周側に嵌合されている。変形部４１のベース部側の面と、ベース部４０の内周縁部と、底板１１の内壁面とが、変形部４１の撓み変形を促進する空間４３を形成している。
【００２１】
弾性部材３７はさらに、変形部４１の反ベース部側の面の中心部から突出する突起４４を形成している。図７に示す変形部４１の非変形時において突起４４は、当接部３８の反底板側の面がのる仮想平面Ｓよりも補助係止部３４側に張り出す。突起４４の先端部には補助係止部３４の底壁３４ａが当接可能である。突起４４に補助係止部３４が当接するとき、弾性部材３７は補助係止部３４と底板１１との間に挟圧される。
【００２２】
次にアクセル装置１の作動について説明する。
運転者がアクセルペダル２のペダルアーム２１の踏込量を調整すると、はす歯２９，３０同士が噛み合うペダルアーム２１とスプリングロータ２２とがフリクションワッシャ３２に摺接しつつ一緒に回動する。このとき回転角センサ６は、ペダルアーム２１と一体に回動する可動軸１０の回転角度を磁石部２６，２７の形成磁界に基づいて検出する。
【００２３】
運転者が踏力を増大させるとき、ペダルアーム２１及びスプリングロータ２２は図３の踏込方向Ｘに回転する。その回転に伴ってペダルアーム２１及びスプリングロータ２２には、リターンスプリング４，５の合成付勢力Ｆ_ｓ及びフリクションワッシャ３２との間の摩擦力Ｆ_ｆが踏込方向Ｘとは逆の方向Ｙに働く。このとき、ペダルアーム２１の踏み込みに従って圧縮されるリターンスプリング４，５は合成付勢力Ｆ_ｓを増大させる。またこのとき、はす歯２９，３０の噛み合い作用によってペダルアーム２１の側壁部２５とスプリングロータ２２の回動部２８とを互いに離す回動軸線Ｏ方向の力がペダルアーム２１の踏み込みに従って増大し、それと共に摩擦力Ｆ_ｆが増大する。
【００２４】
一方、運転者が踏力を減少させるとき、ペダルアーム２１及びスプリングロータ２２はリターンスプリング４，５の合成付勢力Ｆ_ｓによって図３の戻し方向Ｙに回転する。その回転に伴ってペダルアーム２１及びスプリングロータ２２には、フリクションワッシャ３２との間の摩擦力Ｆ_ｆがリターンスプリング４，５の合成付勢力Ｆ_ｓとは逆の方向Ｘに働く。このときペダルアーム２１の戻りに従って伸長するリターンスプリング４，５は合成付勢力Ｆ_ｓを減少させる。またこのとき、はす歯２９，３０の噛み合い作用によってペダルアーム２１の側壁部２５とスプリングロータ２２の回動部２８とを互いに離す回動軸線Ｏ方向の力がペダルアーム２１の戻りに従って減少し、それと共に摩擦力Ｆ_ｆが減少する。
以上説明したことからアクセル装置１では、アクセルペダル２の踏み込み時と戻し時とでペダルアーム２１及びスプリングロータ２２に作用する力の特性にヒステリシスが生じる。そのため、アクセルペダル２を一定位置に保持し易い。
【００２５】
ところでアクセルペダル２の戻し時には、ペダルアーム２１の補助係止部３４がペダルストッパ部７に当接することで、ペダルアーム２１及びスプリングロータ２２の戻し方向Ｙへの回転が制限される。具体的には、まず図７に示すように、補助係止部３４が弾性部材３７の突起４４に当接する。さらに、補助係止部３４の戻し方向Ｙへの回転が進むにつれ、補助係止部３４と底板１１とで挟圧される弾性部材３７は突起４４に作用する荷重を変形部４１に拡散する。すると変形部４１は図８に示すように、突起４４とは反対側の空間４３内に撓み変形する。その変形部４１の変形により突起４４の先端面が図８に示すように上記仮想平面Ｓにまで後退すると、補助係止部３４は当接部３８に当接する。それにより補助係止部３４と底板１１とで挟圧される剛性部材３６は、高剛性の材料で形成されていることによって実質的に弾性変形することなく補助係止部３４の回転限度、ひいてはペダルアーム２１及びスプリングロータ２２の回転限度を確定する。
【００２６】
上述した実施例のアクセル装置１によると、軸受部８と支持部９とが同一の材料で一体に形成されて相互に高精度に位置決めされているので、回転角センサ６に対する可動軸１０の位置ずれを防止することができる。しかもアクセル装置１によると、支持部９は軸受部８の内周側という軸受部８の近傍位置に回転角センサ６を支持しているので、可動軸１０において軸ずれの少ない被軸受け部分の回転角度を回転角センサ６により検出することができる。このようなアクセル装置１によれば、可動軸１０の回転角度、ひいてはペダルアーム２１の回転角度を精密に検出することができる。
加えてアクセル装置１では、回転角センサ６が可動軸１０に非接触で回転角度の検出を行うので、回転角センサ６及び可動軸１０の摩耗劣化を抑制して装置の耐久性を向上することができる。
【００２７】
尚、上述の実施例では、アクセル装置１のアクセルペダル２（ペダルアーム２１）の回転角度を検出するために本発明に係る回転角検出装置をアクセル装置１に適用したが、本発明は、回動可能な可動部材を備えた各種の装置に適用することができる。
【００２８】
また上述の実施例では、軸受部８及び支持部９を軽量な樹脂で形成したが、軸受部及び支持部の形成材料については互いに同一であれば適宜選択することができる。
さらに上述の実施例では、検出部として非接触型の回転角センサ６を用いたが、可動軸１０に接触して当該可動軸１０の回転角度を検出する接触型のセンサを検出部として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるアクセル装置の要部を拡大して示す一部切り欠き平面図である。
【図２】本発明の一実施例によるアクセル装置を示す一部切り欠き平面図である。
【図３】本発明の一実施例によるアクセル装置を示す一部切り欠き側面図である。
【図４】本発明の一実施例によるアクセル装置の分解斜視図である。
【図５】本発明の一実施例によるアクセル装置の係止部が正常であるときの様子を示す図であって、図３の要部の拡大図である。
【図６】本発明の一実施例によるアクセル装置の係止部が破損したときの様子を示す図であって、図５に対応する拡大図である。
【図７】本発明の一実施例によるアクセル装置の一作動状態を説明するための図であって、図３の要部の拡大図である。
【図８】本発明の一実施例によるアクセル装置の別の作動状態を説明するための図であって、図７に対応する拡大図である。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【符号の説明】
１　アクセル装置
２　アクセルペダル
６　回転角センサ（検出部）
８　軸受部
９　支持部
１０　可動軸
１８　ターミナル
１９　コネクタ
２１　ペダルアーム
２２　スプリングロータ
２６，２７　磁石部
Ｏ　回動軸線

Claims (6)

1. 可動軸と、
   前記可動軸を回動自在に軸受けする軸受部と、
   前記可動軸の回転角度を検出する検出部と、
   前記検出部を支持する支持部と、
   を備え、
   前記軸受部と前記支持部とは同一材料で一体に形成されていることを特徴とする回転角検出装置。
2. 前記軸受部と前記支持部とは一体樹脂成形により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 前記検出部は、前記可動軸の回転角度を前記可動軸に非接触で検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角検出装置。
4. 前記可動軸に一体回動可能に設けられて磁界を形成する磁石部をさらに備え、
   前記検出部は、前記磁石部の形成する磁界であって前記可動軸の回転角度に応じて変化する磁界を検出することを特徴とする請求項３に記載の回転角検出装置。
5. 前記検出部は、前記軸受部の近傍において前記支持部に支持されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
6. 前記可動軸は、車両用アクセルペダルと一体回動可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜５にいずれか一項に記載の回転角検出装置。

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