JP2005345170A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車を回転保持する軸受け部のがた、あるいは噛み合う両歯車の回転中心間の距離のばらつきによって生ずる歯車の噛み合い状態での歯と歯の間の隙間をなくして、高精度な回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】入力軸１４と弾性連結した第一の歯車１と、この第一の歯車１と噛み合って回転しその中心部に半径方向に着磁された第一の磁石１１ａを固着した第二の歯車４と、この第二の歯車４と噛み合って回転しその中心部に半径方向に着磁された第二の磁石１１ｂを固着した第三の歯車７と、前記第二の歯車４と前記第三の歯車７を回転自在に保持し前記第二の歯車４を前記第一の歯車１に対して常時付勢するために、ケース８に設けられた支点軸８ｂにより回転自在に支持されたアーム５，６と弾性体９を備えた構成としたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は自動車のステアリング等に用いられる回転角度検出装置に関わるものであり、特にステアリングの回転角度を高精度に検出できる回転角度検出装置に関するものである。

従来、回転角度を検知する方式として、図７に示されるような方式が知られている。図７において、歯車Ａ２２は回転角度を検知したい軸２３に固定して取り付けられる。歯車Ａ２２とそれぞれ噛み合って回転する歯車Ｂ２４と歯車Ｃ２５が本体２６によって保持され、これらの歯車Ｂ２４、歯車Ｃ２５に設けられた磁石の回転によって軸２３の回転角度を検知する磁気検知方式が知られている。ここで、歯車Ａ２２と歯車Ｂ２４、歯車Ｃ２５の相対位置は、歯車Ｂ２４、歯車Ｃ２５の軸部２７と本体２６に設けられた二つの回転軸受け２８の配置によって決定される。

なお、この出願の発明に関連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。
特開平１１−５００８２８号公報

しかしながら、このように構成された回転角度検出装置においては、歯車Ｂ２４、歯車Ｃ２５を回転保持する回転軸受け２８のがた、あるいは噛み合う歯車Ｂ２４、歯車Ｃ２５の回転中心間のばらつきによって、歯車の噛み合い状態で歯と歯の間の隙間いわゆるバックラッシュが発生し、このバックラッシュによって軸２３の回転角度を正確に検知部に伝達することが困難であるといった技術課題があり、この寸法ばらつきを抑えて高精度な回転角度検出装置を実現するためには高精度な歯車構成部品が必要となり、価格が高価なものになってしまうという課題があった。

さらにこの構成の回転角度検出装置においては、入力軸２３と歯車Ａ２２間の取り付け時のがたにより、回転方向が逆転するときにがた相当分の角度のヒステリシス誤差が発生して高精度な角度の検出が困難になるおそれもあった。

本発明は上記のような課題を解決するもので、一対の着磁を施した磁石を用いた簡単な構成で高精度・高分解能な回転角度検出装置を提供することを目的としたものである。

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、入力軸と弾性連結した第一の歯車と、この第一の歯車と噛み合って回転しその中心部に半径方向に着磁された第一の磁石を固着した第二の歯車と、この第二の歯車と噛み合って回転しその中心部に半径方向に着磁された第二の磁石を固着した第三の歯車と、第二の歯車と第三の歯車を回転自在に保持し第二の歯車を第一の歯車に対して常時付勢するための弾性体を備え、ケースに設けられた支点軸により回転自在に支持されたアームと、第一の磁石および第二の磁石と対向して第一の磁気検出素子および第二の磁気検出素子を配置した回路基板と、ケースと嵌合するカバーとを備える構成とした回転角度検出装置であり、回転角度を測定するための第一の磁石を備えた第二の歯車を、弾性力により入力軸にがたなく嵌合させ一体で回転する第一の歯車にアームを介して常時付勢しているので、第一の歯車と第二の歯車の軸間距離のばらつきや、これら両歯車の軸受け部のがたつきに起因する歯車の噛み合わせの隙間の発生がなくなり、入力軸の回転を誤差なく第一の磁石の回転に伝達するので、歯の隙間に相当する分の角度誤差が発生することがない。これにより高精度な角度検出が可能となり、回転角度検出装置の性能向上を図ることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、入力軸に設けられた凹部に弾性嵌合する少なくとも１つの係止片を備え、第一の歯車に固着して設けられた弾性体からなるアタッチメントを備える構成としたものであり、入力軸と第一の歯車のボス部はがたなく一体に嵌合し、また円周方向の回転力は係止片と入力軸に設けられた凹部との嵌合によってスリップすることなく確実に伝達されることにより、ボス部のがたによる角度誤差の発生や回転方向による角度ヒステリシスの発生を防止することができ、高精度な角度検知が可能にな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、入力軸に設けられた凹部に弾性嵌合する少なくとも１つの係止片を第一の歯車と一体に形成することにより、装置の簡素化と組み立てによる誤差の発生を防止すること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、第二の歯車または第三の歯車を支持する軸受け部の周囲を樹脂成形で薄肉に形成したアームを持つ回転角度検出装置であり、第二の歯車あるいは第三の歯車を両側支持構造のアーム軸受け部で支持するとき、これらの両歯車を挟み込むための上アームと下アームを一体で形成でき、また歯車の組み込みの際はアームを形成する樹脂材料の弾性を利用して歯車の軸部を弾性嵌合させることができるので、装置の組み立てが容易になり、また部品点数も少なくてすみ、回転角度検出装置全体を簡潔で安価な構成とすること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、中央部に磁石を固着し円周部に金属リングを収納した磁気ユニットを、第二の歯車または第三の歯車の中央部に固定保持する構成としたものであり、磁石の外周部に金属リングを配置して磁気ユニットを構成することで外部からの外乱磁界の影響を防止することができるとともに、磁気ユニットを歯車とは別体に構成することができるので、歯車の構成を簡素化し金属リングの組み込みを簡便化することができ、角度の検出精度の向上と作業の利便化が図れ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、外周側面に金属メッキを施した凹部を持つ磁気ユニットを備えたものであり、例えば磁気ユニットをメッキ可能な材料で形成しその外周面に金属メッキを施すことにより、外部の外乱磁界の影響を防止できる最適な薄肉厚の金属リングを簡単に構成することができ、組み立ての簡素化と検知精度の向上が図れるという作用効果が得られる。

本発明の請求項７に記載の発明は、外周側面に金属箔を貼付した凹部をもつ磁気ユニットを設けたものであり、磁気ユニットの外周側面に凹部を設け汎用の金属箔をその凹部に沿って貼付することで、外部の外乱磁界の影響を防止できる最適な肉厚の金属リングを簡単に構成することができ、組み立ての簡素化と検知精度の向上が図れるという作用効果が得られる。

本発明に関わる回転角度検出装置は上記の構成を有し、入力軸の回転角度を検出する装置がコンパクトに構成されるとともに、高精度で信頼性の高い装置を廉価に供給することができるという効果を奏するものである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における回転角度検出装置の構成を表す平面図、図２（ａ）はそのＸ−Ｘ断面図、図２（ｂ）はそのＹ−Ｙ拡大断面図、図２（ｃ）はそのＺ−Ｚ拡大断面図を示す。

図１、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）において、第一の歯車１は中央部が貫通しその端面部には弾性を有する金属板で形成されたアタッチメント２がビス３ａによって固着されている。アタッチメント２の内周面には内側に向かって複数の突出する折り曲げ部２ａが設けられており、この折り曲げ部２ａには係止片２ｂが形成されている。また、第一の歯車１と噛み合い回転する第二の歯車４は、図２（ｂ）に示すようにその回転軸部４ａを上アーム５と下アーム６の回転ボス部５ａ，６ｂで回転自在に保持されている。さらに第二の歯車４と噛み合い回転をする第三の歯車７は第二の歯車４と同様にその回転軸部７ａを上アーム５と下アーム６の回転ボス部５ａ，６ｂで回転自在に保持されている。さらに、上アーム５と下アーム６は第二の歯車４と第三の歯車７を挟み込んだ形でビス３ｂにより一体に固定されていて、その一端にはケース８に設けられた支点軸８ｂに嵌合する回転孔６ａ，７ｂが設けられている。

上アーム５と下アーム６の他端部には、図２（ｃ）に示すように引っ張りバネよりなる弾性体９を係止する突起６ｃが設けられており、弾性体９の他端はケース８に設けられたバネ軸１０に係止されている。さらに、第二の歯車４と第三の歯車７の中心には、それぞれ半径方向に磁界を形成するように着磁された第一の磁石１１ａと第二の磁石１１ｂが接着またはインサート成形等の手段で固定保持されており、これら第一の磁石１１ａ、第二の磁石１１ｂと対向する位置のプリント基板１２上には、これらの磁石１１ａ，１１ｂの磁界の方向を検知する磁気検出素子１２ａ，１２ｂが配置されている。このプリント基板１２は図２（ａ）に示すようにビス３ｃによって一体に固定されるケース８とカバー１３によって固定保持されている。

以上のように構成された回転角度検出装置のその動作を同じ図を用いて以下に説明する。

図１において、第二の歯車４を回転保持する上下のアーム５，６は、引っ張りバネからなる弾性体９の引っ張り力によって、支点軸８ｂの周りに時計方向に常時付勢されているので、第二の歯車４は常時この付勢力によって第一の歯車１に押し付けられながら噛み合い回転することになる。従って第一の歯車１と第二の歯車４の軸間距離がばらついたり、あるいは上下のアーム５，６の回転ボス部５ａ，６ｂと第二の歯車４の回転軸部４ａの寸法ばらつきによるがたがあっても、第一の歯車１と第二の歯車４の歯の噛み合い部分に隙間が発生することはなく、第一の歯車１の回転は正確に第二の歯車４に伝達されることになる。

また、図１、図２（ａ）に示すように、第一の歯車１の端面には第一の歯車１の内周方向に向かって弾性力を有する複数の折り曲げ部２ａを備えたアタッチメント２が固定されている。このアタッチメント２の折り曲げ部２ａには、入力軸１４に開けられた孔の凹部１４ａに嵌合する位置に係止片２ｂが設けられている。本発明の回転角度検出装置を車両側に取り付ける場合、図３に示すように、このアタッチメント２の折り曲げ部２ａの弾性力に抗しながら入力軸１４を挿入していき、アタッチメント２の折り曲げ部の係止片２ｂが入力軸１４に開けられた孔の凹部１４ａに弾性嵌合することによって取り付けられる。このような取り付け方により、第一の歯車１は半径方向にはアタッチメント２の弾性力によって入力軸１４にがたなく保持され、回転方向（円周方向）には前記係止片２ｂによって滑りが防止されるので、入力軸１４の回転は正確に第一の歯車１に伝達されることになる。

このアタッチメント２の他の実施例を図４（ａ）、図４（ｂ）を用いて説明する。

図４（ａ）は本発明の実施の形態１におけるアタッチメント２の他の実施例を示す平面図、図４（ｂ）は同断面図を示す。

この第一の歯車１はたとえばポリアセタール樹脂のような弾性と耐磨耗性を有する樹脂材料で形成されている。この第一の歯車１の中心部の孔には、内側に向かって成形時に一体に形成された凸部１５ａを設けた複数の弾性片部１５を備えている。この弾性片部１５の作用は前述のアタッチメント２の場合と同様なので省略する。このように樹脂で第一の歯車１と一体にアタッチメント２を形成することにより、第一の歯車１にアタッチメント２をビス３ａ等の締結材や樹脂溶着等の手段で固定する必要がなくなり、工数と部品点数の削減を図ることができる。また入力軸１４の凹部１４ａと嵌合する係止片２ｂの形状も自由に設計できるので嵌合状態の最適化が可能である。

以上に述べたように、本発明の構成による回転角度検出装置によれば入力軸１４と第一の歯車１との間、第一の歯車１と第二の歯車４との間の回転の伝達が極めて高精度になるので装置の高精度化が可能となり、また取り付けの作業自体も前述のように挿入作業だけで済むので組み込みの簡素化を図ることができる。

（実施の形態２）
以下の説明において、上記の説明と同じ構成要素には、図１、図２（ｂ）と同じ番号を用いて説明を省略する。

図５は本発明の実施の形態２における回転角度検出装置のアームの構成を示した斜視図である。

図５において、リンク１６は樹脂成形等の手段で一体に成形されている。その中央部には、第二の歯車４と第三の歯車７を回転自在に支持する回転ボス部５ａが形成されていて、第二の歯車４と第三の歯車７を収納する空間１７の近傍は薄肉部１８に形成されている。したがって、第二の歯車４と第三の歯車７をリンク１６に挿入する際には、この薄肉部１８を樹脂の弾性力に抗して変形させて第二の歯車４と第三の歯車７を嵌合させることができるので、別体にアームを構成した場合に比べ、部品点数が削減でき組み立ての工数も減らすことができる。

（実施の形態３）
図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）は本発明の実施の形態３における回転角度検出装置の磁気ユニットを示すものである。図６（ａ）において、磁気ユニット１９は前述の第二の歯車４または第三の歯車７の中央部に設けられた凹部に接着、樹脂溶着等の手段で固定保持されるものであり、その中央部にはインサート成形で固着される磁石１１ａが装着されている。磁気ユニット１９は樹脂成形等の手段で作成され、外周部には円周に沿った溝部１９ａが形成されている。この溝部１９ａにたとえば強磁性体材料からなる図６（ｂ）に示すようなリング２０を嵌合させることにより、第一の磁石１１ａまたは第二の磁石１１ｂが外乱の磁界の影響を受けたり、また外部に不要な磁界を放射することを防止できるので、第一の磁石１１ａと第二の磁石１１ｂ間の距離を短くすることが可能となり、装置の小型化を実現することができるという効果を有する。

また、図６（ｃ）に示すように、この磁気ユニット１９をＡＢＳ、ＰＰ等の樹脂メッキが可能な材料で成形し、その外周側面の溝部１９ａに部分的に最適な形状で強磁性体をメッキすることにより、前述の場合と同様の効果を実現することができる。この場合、別部品でリング２０を作成する場合のような部品点数の増加がなく、さらにリング２０の形状の自由度が高いといった効果を有する。

さらに別の方法として、金属箔を磁気ユニット１９の外周側面の溝部１９ａに貼付して磁気シールド効果を実現することもできる。この場合には、一般的な材料を用いて比較的薄い肉厚の金属製のリング２０を必要とする場合に、安価で確実なシールド効果が得られ、装置の量産性に優れるという利点を有するものである。

本発明にかかる回転角度検出装置は、装置の簡素化と組み立てによる誤差の発生を防止して高精度で信頼性の高い装置を廉価に供給できるという作用効果を有しており、車両のパワーステアリング等で使用されるのに適している。

本発明の実施の形態１における回転角度検出装置の構成を表す平面図 （ａ）図１のＸ−Ｘ断面図、（ｂ）図１のＹ−Ｙ拡大断面図、（ｃ）図１のＺ−Ｚ拡大断面図 本発明の実施の形態１におけるアタッチメントの入力軸への装着説明図 （ａ）本発明の実施の形態１におけるアタッチメントの他の実施例を示す平面図、（ｂ）同断面図 本発明の実施の形態２における回転角度検出装置のアームの斜視図 （ａ）本発明の実施の形態３における回転角度検出装置の磁気ユニットの断面図、（ｂ）同磁気ユニットに用いるリングの斜視図、（ｃ）同磁気ユニットの断面図 従来例の回転角度検出装置の説明図

符号の説明

１ 第一の歯車
２ アタッチメント
２ａ 折り曲げ部
２ｂ 係止片
３ａ，３ｂ，３ｃ ビス
４ 第二の歯車
４ａ 回転軸部
５ 上アーム
５ａ，６ｂ 回転ボス部
６ 下アーム
６ａ，７ｂ 回転孔
６ｃ 突起
７ 第三の歯車
７ａ 回転軸部
８ ケース
８ｂ 支点軸
９ 弾性体
１０ バネ軸
１１ａ 第一の磁石
１１ｂ 第二の磁石
１２ プリント基板
１２ａ，１２ｂ 磁気検出素子
１３ カバー
１４ 入力軸
１４ａ 凹部
１５ 弾性片部
１５ａ 凸部
１６ リンク
１７ 空間
１８ 薄肉部
１９ 磁気ユニット
１９ａ 溝部
２０ リング

Claims (7)

1. 入力軸と弾性連結した第一の歯車と、この第一の歯車と噛み合って回転しその中心部に半径方向に着磁された第一の磁石を固着した第二の歯車と、この第二の歯車と噛み合って回転しその中心部に半径方向に着磁された第二の磁石を固着した第三の歯車と、前記第二の歯車と前記第三の歯車を回転自在に保持し前記第二の歯車を前記第一の歯車に対して常時付勢するための弾性体を備え、ケースに設けられた支点軸により回転自在に支持されたアームと、前記第一の磁石および前記第二の磁石と対向した位置に第一の磁気検出素子および第二の磁気検出素子を配置した回路基板と、前記ケースと嵌合するカバーとを備える構成とした回転角度検出装置。
2. 入力軸に設けられた凹部に弾性嵌合する少なくとも１つの係止片を備え、第一の歯車に固着して設けられた弾性体からなるアタッチメントを備える構成とした請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 入力軸に設けられた凹部に弾性嵌合する少なくとも１つの係止片を備え、この係止片を第一の歯車と一体に形成する構成とした請求項１に記載の回転角度検出装置。
4. アームは第二の歯車または第三の歯車を支持する軸受け部の周囲を樹脂成形で薄肉に形成した請求項１に記載の回転角度検出装置。
5. 中央部に磁石を固着し円周部に金属リングを収納した磁気ユニットを、第二の歯車または第三の歯車の中央部に固定保持する構成とした請求項１に記載の回転角度検出装置。
6. 磁気ユニットは、その外周側面に金属メッキを施した構成とした請求項５に記載の回転角度検出装置。
7. 磁気ユニットは、その外周側面に金属箔を貼付した構成とした請求項５に記載の回転角度検出装置。

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