JP2005172444A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵軸への着脱が容易に行える回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】操舵軸としてのステアリングシャフト１に貫通装着される回転角度検出装置８であって、この回転角度検出装置８のケース１１とこのケース１１に内蔵され前記ステアリングシャフト１を取り囲むように設けられた主歯車１０とを略前記ステアリングシャフト１の中心軸を含む平面で２分割した構成とすることにより、ステアリングシャフト１への着脱が自在に行える回転角度検出装置を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は軸もしくはシャフトの回転角度を検出する回転角度検出装置に関するものである。

従来、この種の回転角度検出装置は図７に示すような構成を有していた。

図７において、１０１は主歯車であり、この主歯車１０１には検出用歯車Ａ１０２と検出用歯車Ｂ１０３とが係合している。検出用歯車Ａ１０２の近傍には検出素子Ａ１０４が、検出用歯車Ｂ１０３には検出素子Ｂ１０５がそれぞれ対応して設置されている。検出用歯車Ａ１０２と検出用歯車Ｂ１０３との歯数はわずかに異なる値を有している。

主歯車１０１の中心部には操舵軸（図示せず）が貫通しており操舵軸の回転に伴って主歯車１０１は回転し、これに係合している検出用歯車Ａ１０２と検出用歯車Ｂ１０３も回転する。検出用歯車Ａ１０２の回転角度は検出素子Ａ１０４によって、また検出用歯車Ｂ１０３の回転角度は検出素子Ｂ１０５によってそれぞれ検出されるようになっている。

主歯車１０１と検出用歯車Ａ１０２と検出用歯車Ｂ１０３との歯数を適度に設定することにより主歯車１０１の数回転の範囲内において、検出素子Ａ１０４と検出素子Ｂ１０５とはそれぞれ異なる値をとることになり、これらの値から主歯車１０１の数回転の範囲にわたって、それぞれの絶対回転角度を確定することができる。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
米国特許第５９３０９０５号明細書

しかしながら、上記従来の構成ではリング状の主歯車の中心部に操舵軸を貫通させるためには、回転角度検出装置を自動車の組み立て工程の途中においてあらかじめ操舵軸に貫通させて組み立てておかなければならず、組み立て工程上の順序に制約があることと、組み立て後に回転角度検出装置が故障したときには、回転角度検出装置の交換はステアリングシャフト周辺全体の取り外しとその分解が必要となり、膨大な手間と時間を要するという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、操舵軸への着脱が容易にできる回転角度検出装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。

本発明の請求項１に記載の発明は、操舵軸に貫通装着される回転角度検出装置であって、この回転角度検出装置のケースとこのケースに内蔵され前記操舵軸を取り囲むように設けられた主歯車とを略前記操舵軸の中心軸を含む平面で２分割することで、操舵軸への着脱が自在に行えるという作用効果が得られる。

本発明の請求項２に記載の発明は、回転角度検出装置を、主歯車とこの主歯車に係合する第１の検出歯車とこの第１の検出歯車に係合する第２の検出歯車と、前記第１の検出歯車の回転中心に設けた第１の磁石と前記第２の検出歯車の回転中心に設けた第２の磁石と、前記第１の磁石に対向する位置に設けた第１の磁気検出素子と前記第２の磁石に対向する位置に設けた第２の磁気検出素子とをケース内に収納する構成として、前記主歯車と前記ケースとを略操舵軸の中心軸を含む平面で２分割した構成の回転角度検出装置であり、２分割することで操舵軸への取り付けや取り外しが簡単に行えるという作用効果が得られる。

本発明の請求項３に記載の発明は、主歯車を２分割した一方の主歯車片には凸状の係合部を、また他方の主歯車片には凹状の係合部を有する構成とすることにより、ワンタッチで主歯車が簡単に分解や組み立てができるという作用効果が得られる。

本発明の請求項４に記載の発明は、ケースを略２分割した一方のケース片には凹状の係合部を、他方のケース片には凹状の係合部を有する構成とすることにより、ワンタッチでケースが簡単に分解や組み立てができるという作用効果が得られる。

本発明の請求項５に記載の発明は、主歯車をその最も遠い歯底間で分割するようにしたものであり、主歯車の組み立て時の精度を高めるという作用効果が得られる。

本発明の請求項６に記載の発明は、第１および第２の検出歯車を収納しているケース片には、主歯車片の抜け止めとなる溝を設けた構成とすることにより、分解や組み立てを容易にするという作用効果が得られる。

本発明の回転角度検出装置は、ケースと主歯車とを分割したことで操舵軸への着脱が容易になり、自動車の組み立てラインでの組み込み順序に制約がなくなるため工程の変更が自由にでき生産性の向上が期待できるとともに、誤装着時や市場での故障発生の際にも操舵軸への交換が容易で修理の工数を大幅に低減できるという効果を奏するものである。

図１は車両の操舵系の一部を示す斜視図である。図１に示すようにハンドル２に連結した車の操舵軸としてのステアリングシャフト１に回転角度検出装置８を配置し、ステアリングシャフト１の先端に設けたピニオン３と、連結ロッド５に設けたラック４とを連結している。この連結ロッド５と車軸７の左右にタイヤ６を設けている。

そして操縦者がハンドル２を操舵することによって発生した回転角度は、ステアリングシャフト１に取り付けられた回転角度検出装置８で検出され、さらにピニオン３からラック４を介してタイヤ６の方向を変えるように伝達される。

図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の回転角度検出装置８の詳細を示す断面図、平面図および右側面図である。図２においてステアリングシャフト１は回転角度検出装置８の穴部９を貫通している。ステアリングシャフト１は係合凹部１ａ，１ｂを有しており、この係合凹部１ａ，１ｂは回転角度検出装置８に内蔵する主歯車１０の係合凸部２３ａ，２３ｂに係合している。ケース片１１ａ，１１ｂはこれらを組み合わせてケース１１を構成する。そしてこのケース片１１ａ，１１ｂは車両本体へ取り付けるためのネジ穴部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを有している。

図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の回転角度検出装置８の分解時の平面図、右側面図および左側面図であり、ケース片１１ａをケース片１１ｂから分離し、かつ主歯車片１０ａを主歯車片１０ｂから分離したところを示す。ケース片１１ａは係合凸部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを有する。主歯車片１０ａは係合凸部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを有する。ケース片１１ｂは係合穴部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを有する。主歯車片１０ｂは係合穴部１５ａ，１５ｂを有する。主歯車片１０ａには分離時の引っ張り方向を示す矢印のマーク２１が設けてある。ケース片１１ｂには主歯車片１０ａの係合凸部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを外すための開口部２２ａ，２２ｂが設けてあり、同様に主歯車片１０ｂにも係合凸部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを外すための開口部２６ａ，２６ｂが設けてある。主歯車片１０ａ，１０ｂは結合して主歯車１０を構成する。

図４（ａ）はケース片１１ｂの背面図であり、ケース片１１ｂと主歯車片１０ｂの端面を示している。主歯車片１０ｂには、主歯車片１０ａの係合凸部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを挿入するための係合穴部１５ａ，１５ｂを有している。ケース片１１ｂには、主歯車片１０ｂを回転保持し、かつ抜け止めのための溝部２８が設けてある。

図４（ｂ）はケース片１１ｂの平面図を示す。主歯車片１０ｂには第１の検出歯車１６が係合し、第１の検出歯車１６には第２の検出歯車１７が係合している。

図５は検出歯車部の断面図である。第１の検出歯車１６と第２の検出歯車１７はその回転中心部に第１の磁石２４、第２の磁石２５をそれぞれ有する。回路基板１８はケース片１１ｂの内部に取り付けられている。回路基板１８には磁気検出素子１９，２０がそれぞれ第１の磁石２４、第２の磁石２５に対向して設けられている。第１の検出歯車１６は主歯車片１０ｂと第２の検出歯車１７とに係合しており主歯車片１０ｂの回転をスムースに第２の検出歯車１７に伝える。

図６は検出歯車部の磁石からの磁力線の様子を示す断面図であり、第１の磁石２４から出て第１の検出歯車１６を介して磁気検出素子１９を通る磁力線２９の経路を示す。第２の磁石２５の磁力線についても同様である。

次にこの回転角度検出装置８の動作について説明する。

図１に示したハンドル２を回すと車の操舵軸としてのステアリングシャフト１にその回転が伝わり、図２（ｂ）に示すようにこのステアリングシャフト１に設けた係合凹部１ａ，１ｂと主歯車片１０ａ，１０ｂの係合凸部２３ａ，２３ｂとが係合した主歯車１０が回転する。主歯車１０が回転するとこの主歯車１０に係合する第１の検出歯車１６が回転する。また、第１の検出歯車１６に係合する第２の検出歯車１７も第１の検出歯車１６の回転につれて回転する。第２の検出歯車１７は第１の検出歯車１６よりも若干歯数が多く設定されている。

図６に示すように、この第１の検出歯車１６に設けられた磁石２４が回転することで磁界が変化し、この磁界の変化を磁気検出素子１９が検出する。同様に第２の検出歯車１７が回転し、第２の検出歯車１７に設けられた磁石２５が回転することで磁界が変化し、この磁界の変化を磁気検出素子２０が検出する。そこで、主歯車１０の歯数と第１の検出歯車１６の歯数と第２の検出歯車１７の歯数とを適切に設定することにより、主歯車１０の複数回転分の絶対回転角度を確定することができる。

次に、ステアリングシャフト１への回転角度検出装置８の組み込みと取り外し方について説明する。

回転角度検出装置８をステアリングシャフト１から取り外す際には、図３に示すケース片１１ｂの係合穴部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄから工具（図示せず）を挿入してケース片１１ａ側の係合凸部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを外すことで、ケース１１ａはケース１１ｂから分離される。

ここで、ハンドル２を車両の直進状態にすることで、主歯車片１０ａが露出状態となる。次いで、ケース片１１ｂに設けた開口部２２ａ，２２ｂを通して主歯車片１０ｂの開口部２６ａ，２６ｂに工具（図示せず）を挿入して主歯車片１０ａの係合凸部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの係合を外した後、主歯車片１０ａを矢印のマーク２１が示す向きに引っ張ることで主歯車片１０ａは主歯車片１０ｂから分離される。

ケース片１１ｂは主歯車片１０ｂを内蔵したままステアリングシャフト１から分離して取り外すことができる。図４（ａ）に示すように主歯車片１０ｂはケース片１１ｂに設けた溝部２８に嵌合されているため、ケース片１１ｂから脱落することはない。

ステアリングシャフト１への組み込みは取り外しの場合の逆順で行えばよく、図３に示すごとく主歯車１０ａについては主歯車１０ａの係合凸部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを主歯車片１０ｂの係合穴部１５ａ，１５ｂにパチンと挿入するだけでよく、ケース片１１ａについても係合凸部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄをケース片１１ｂの係合穴部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにパチンと挿入するだけでよい。

このようにして組み込まれた状態で回転角度検出装置８はネジ穴部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄにて自動車のシャーシー等にネジ止めにて固定される。

さらにこの状態でステアリングシャフト１を回転させれば、主歯車１０はケース片１１ｂに設けた溝部２８に沿ってステアリングシャフト１の周りを回転し、従ってこれに係合した第１の検出歯車１６、第２の検出歯車１７も回転してステアリングシャフト１の回転角度が測定される。

主歯車１０の分割は対向する歯底を結ぶ線上で行うのが最も好ましく、歯の形状や歯のピッチに誤差を生じにくい。

本発明にかかる回転角度検出装置は、分割できるケースと分割できる主歯車とを有しており、操舵軸に対して簡単に着脱できるという効果を有し、製造時でも、故障による部品交換時においてもその着脱が容易であり、車載用の回転角度検出装置として有用である。

本発明の回転角度検出装置を取り付けた車両の操舵系の斜視図 （ａ）本発明の回転角度検出装置の断面図、（ｂ）本発明の回転角度検出装置の平面図、（ｃ）本発明の回転角度検出装置の右側面図 （ａ）本発明の回転角度検出装置の分解時の平面図、（ｂ）本発明の回転角度検出装置の分解時の右側面図、（ｃ）本発明の回転角度検出装置の分解時の左側面図 （ａ）本発明の回転角度検出装置のケース片１１ｂの背面図、（ｂ）本発明の回転角度検出装置のケース片１１ｂの平面図 本発明の回転角度検出装置の検出歯車部の断面図 本発明の回転角度検出装置の検出歯車部の磁石からの磁力線の様子を示す断面図 従来例の構造を示す平面図

符号の説明

１ ステアリングシャフト
１ａ，１ｂ 係合凹部
２ ハンドル
３ ピニオン
４ ラック
５ 連結ロッド
６ タイヤ
７ 車軸
８ 回転角度検出装置
１０ 主歯車
１０ａ，１０ｂ 主歯車片
１１ ケース
１１ａ，１１ｂ ケース片
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ ケース片の係合凸部
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ 主歯車片の係合凸部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ ケース片の係合穴部
１５ａ，１５ｂ 主歯車片の係合穴部
１６ 第１の検出歯車
１７ 第２の検出歯車
１８ 回路基板
１９，２０ 磁気検出素子
２１ 矢印のマーク
２２ａ，２２ｂ ケース片１１ｂに設けた開口部
２３ａ，２３ｂ 主歯車の係合凸部
２４，２５ 磁石
２６ａ，２６ｂ 主歯車１０ｂに設けた開口部
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ ネジ穴部
２８ ケース片１１ｂに設けた溝部
２９ 磁力線

Claims (6)

1. 操舵軸に貫通装着される回転角度検出装置であって、この回転角度検出装置のケースとこのケースに内蔵され前記操舵軸を取り囲むように設けられた主歯車とを略前記操舵軸の中心軸を含む平面で２分割し、前記操舵軸に対して着脱自在となるような構成とした回転角度検出装置。
2. 回転角度検出装置を、主歯車とこの主歯車に係合する第１の検出歯車とこの第１の検出歯車に係合する第２の検出歯車と、前記第１の検出歯車の回転中心に設けた第１の磁石と前記第２の検出歯車の回転中心に設けた第２の磁石と、前記第１の磁石に対向する位置に設けた第１の磁気検出素子と前記第２の磁石に対向する位置に設けた第２の磁気検出素子とをケース内に収納する構成とした請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 主歯車を２分割した一方の主歯車片には凸状の係合部を、また他方の主歯車片には凹状の係合部を有する構成とした請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
4. ケースを略２分割した一方のケース片には凸状の係合部を、また他方のケース片には凹状の係合部を有する構成とした請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
5. 主歯車をその最も遠い歯底間で分割するようにした請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
6. 第１および第２の検出歯車を収納しているケース片には、主歯車片の抜け止めとなる溝を設けた請求項２に記載の回転角度検出装置。

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