JP5344374B2 - Rotation angle detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検出体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って、例えば自動車のスロットルポジションセンサやステアリング角度センサに好適である。 The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a detection object, and is suitable for a throttle position sensor and a steering angle sensor of an automobile, for example.
従来の回転角度検出装置は、特許文献1に開示されるものが知られている。この回転角度検出装置は、回転体の回転を受けて回転するシャフト部材に設けられた磁石と、前記磁石の回転による磁力変化を磁気検出素子と、前記シャフト部材を回転可能に配設する第1の収納部と前記磁気検出素子を回路基板を介して配設する第2の収納部とを互いに連通しないように一体に設けたハウジングとを備えていた。
As a conventional rotation angle detection device, one disclosed in
しかしながら、特許文献1に記載の回転角度検出装置では、前記第1の収納部から前記シャフト部材が抜けないように前記第1の収納部の開口に金属製の座金を圧入し、その後、前記第1の収納部の開口を加締めることで前記座金を固定する構造であったため、熱や振動が掛かると、前記座金が金属製であるため、前記第1の収納部と前記シャフト部材の接触位置にて磨耗が発生し、その磨耗によって発生した磨耗粉が前記シャフト部材と前記第1の収納部の摺動面に入り込み、摺動性が悪化し、検出精度に悪影響を及ぼす虞があった。
However, in the rotation angle detection device described in
そこで、本発明は、前述した問題点に着目し、座金による摩耗粉の発生を防止することが可能な回転角度検出装置を提供するものである。 Accordingly, the present invention focuses on the above-described problems and provides a rotation angle detection device capable of preventing the generation of wear powder due to a washer.
本発明は、回転するシャフト部材に設けられた磁石と、前記磁石の回転による磁力変化を磁気検出素子と、前記シャフト部材を回転可能に配設する第1の収納部を設けたハウジングとを備えた回転角度検出装置において、前記シャフト部材が第1の収納部から抜けないように前記第1の収納部の開口に樹脂製の座金を設け、前記座金が前記ハウジングと同じもしくはほぼ同じ線膨張係数を有するものである。 The present invention includes a magnet provided on a rotating shaft member, a magnetic detection element for a change in magnetic force due to the rotation of the magnet, and a housing provided with a first housing portion that rotatably arranges the shaft member. In the rotation angle detection apparatus, a resin washer is provided in the opening of the first housing portion so that the shaft member does not come out of the first housing portion, and the washer has the same or substantially the same linear expansion coefficient as the housing. It is what has.
また、本発明は、前記開口に前記座金を圧入嵌合する突起を設けたものである。 In the present invention, a protrusion for press-fitting the washer is provided in the opening.
本発明によれば、所期の目的を達成でき、座金による摩耗粉の発生を防止することが可能な回転角度検出装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rotation angle detection apparatus which can achieve the objective and can prevent generation | occurrence | production of the abrasion powder by a washer can be provided.
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図1〜図4は、本発明の実施形態を示すもので、本発明を車両に搭載されるステアリングの回転角度を検出する回転角度検出装置に適用したものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 to 4 show an embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to a rotation angle detection device for detecting the rotation angle of a steering mounted on a vehicle.
本実施形態による回転角度検出装置Aは、ハウジング1と、シャフト部材2と、磁石3と、磁気検出素子4と、回路基板5とから主に構成される。
The rotation angle detection device A according to the present embodiment is mainly composed of a
ハウジング1は、ポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂材料からなり、略円筒形状に形成された基部1aを備えている。この基部1aによって、シャフト部材2を回転可能に配設する第1の収納部である空洞部1iが形成されている。
The
また、空洞部1iを形成する基部1aの上端部1bには、後述する座金を配設する開口1pと、前記座金をかしめ固定するためのかしめ部1cが形成されている。かしめ部1cは、前記座金の全周を押さえるものである。
An
また、開口1pには、前記座金を圧入嵌合する突起1qが設けられている。この突起1qは、開口1pの内側に3つ設けられている。この突起1qは、前記座金の外周に接触するものである。
The opening 1p is provided with a
1kは、後述する座金の外縁部を支持する受部であり、この受部1kは、上端部1bで開口1q内に設けられ、シャフト部材2をハウジング1に収納した際に、シャフト部材2の後述する第1の載置面と略同一面上に位置するようになっている。突起1qを設けた受部1kには、凹部1rが設けられている。この凹部1rは、突起1qの周囲にのみ設けられており、前記座金を突起1qに圧入嵌合する際に、前記座金によって押しつぶしされて変形した突起1qを収めるものである。
1k is a receiving part that supports an outer edge part of a washer, which will be described later. This receiving
また、かしめ部1cの形成される箇所とは反対側となる基部1aの下端部1dには、回路基板5の周囲を取り巻く環状壁部1eが延長形成されている。つまり、環状壁部1eによって、第2の収納部である空間部1m内に磁気検出素子4と回路基板5とが配設される。
An
そして、第1の収納部である空洞部1iと第2の収納部である空間部1mとは、ハウジング1に一体に設けられている。
The hollow portion 1 i that is the first storage portion and the
なお、1fは、回路基板5に実装される磁気検出素子4を収納するための略袋形状(断面略凹部形状)からなる収納部であり、第1の収納部である空洞部1i内に突出形成された突出部1n内に設けられている。かかる突出部1nは、その開口端部1gが略円環板形状に形成された連結部1hを介して基部1aの下端部1dと連結される構成となっている。言い換えると、収納部1fは、基部1aの内部空間となる空洞部1iに配設されるシャフト部材2の後述する第2の凹部に収納されているとも言える。また、突出部1nと連結部1hとが、第1の収納部である空洞部1iと第2の収納部である空間部1mとを互いに連通しないように区切るものである。
また、1jは、リング状の磁性部材6の外周部を配設固定するために切り欠き形成された環状溝部であり、この環状溝部1jは、基部1aの内部空間となる空洞部1iの内壁面を切り欠くことで得られるものである。
そして、本実施形態の場合、ハウジング1と磁性部材6とは、インサート成形によって一体的に形成されている。あるいは、磁性部材6をハウジング1の環状溝部1jに圧入固定することで、ハウジング1と磁性部材6とを一体的に形成してもよい。このようにハウジング1と磁性部材6とを一体形成した場合、磁性部材6の内周側上端面は、シャフト部材2をハウジング1に収納した際に、シャフト部材2の後述する平坦面と当接することから、前記平坦面を支持する支持部としての機能を有している。
In the case of this embodiment, the
シャフト部材2は、ポリアセタール等の合成樹脂材料からなり、図1で示すように、断面略「H」字形状に形成され、略円筒形状からなる円筒部2aと、この円筒部2aの内部空間領域を上下に分割すべく配設される円板部2bとを備えている。つまり、円筒部2aは、その内部空間領域の略中央部に円板部2bを介在させたことによって、ともに略円筒カップ形状からなる円筒部2aの上方に形成される第1の凹部2cと、円筒部2aの下方に形成される第2の凹部2dとを備える。
The
略円筒カップ型の第1の凹部2cの先端部2e(言い換えると、前記座金の図1中上側に突出している第1の凹部2cの先端部2e)は、被検出体(回転体)であるステアリングに直接またはギア等の部材を介して接続される。これにより先端部2eは、前記ステアリングの回転と同期してシャフト部材2を回転させるための回転入力部(回転伝達部)としての機能を有している。
A tip portion 2e of the first
なお、第1の凹部2cの外壁面には、先端部2eの下方に階段形状からなる第1、第2の載置面2f、2gがそれぞれ形成されており、先端部2eに隣接している第1の載置面2fは、前記座金の内縁部を載置するため段差であり、第1の載置面2fよりも一段低い位置に位置する第2の載置面2gは、後述するOリングを載置するためのものである。
In addition, on the outer wall surface of the
一方、略円筒カップの第2の凹部2dには、収納部1fを備えた突出部1n並びに磁気検出素子4が収納されるとともに、第2の凹部2dの略円形状からなる側部側内壁面2hには、磁石3を収納するために磁石3の形状に対応した環状溝形状からなる環状凹部2iが形成されている。
On the other hand, in the second
なお、2jは、第2の凹部2dの外壁面を構成する円筒形状からなる外周面であり、この外周面2jは、第2の載置面2gの外周面を構成する円形外周面よりも若干、径小に設定されている。この円筒形の外周面2jと第2の載置面2gの円筒形の外周面とを繋ぐ環状平坦面2kは、シャフト部材2をハウジング1内に収納したときに、磁性部材6の前記内周側上端面によって支持される構成となる。つまり、環状平坦面2kは、シャフト部材2をハウジング1内に収納したときに磁性部材6の内周側上端面と所定箇所で当接することで、シャフト部材2のスラスト方向(シャフト部材2の回転中心軸方向)に対する移動を規制する規制部としての機能を有している。
Note that 2j is a cylindrical outer peripheral surface constituting the outer wall surface of the
また、10は、シャフト部材2における第1の凹部2cの外壁面に形成される第2の載置面2g上に載置されるOリングであり、かかるOリング10は、載置面2gと、各載置面2f、2gを繋ぐ側面2mと、ハウジング1における上端部1bの内壁面1sとで囲まれる間隙に埋設され、回転角度検出装置A内部に水等の異物が浸入するのを防止する機能を有している。なお、Oリング10は、シャフト部材2における第2の凹部2dの外周面2jと第2の載置面2gの前記円形外周面とを繋ぐ環状平坦面2kが、磁性部材6の内周側上端面と当接するように、シャフト部材2をハウジング1内に収納した後、前記間隙に埋設される。また、断面円形状のOリング10に代えて、断面X字形状のXリングまたは断面Y字形状のYリングを採用することも可能である。
11は、座金であり、この座金11は、ハウジング1と同様にポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂材料からなる。この座金11は、シャフト部材2の抜け止めであり、シャフト部材2を第1の収納部1i内に保持する。座金11は、シャフト部材2における第1の凹部2cの外壁面に形成される第1の載置面2fとハウジング1の上端部1bに設けられた受部1kとに載置される。かかる座金11は、前記間隙にOリング10を埋設してから、Oリング10を覆うように載置面2f及び受部1k上に、かしめ部1cによってかしめ固定される。具体的には、座金11は、その内縁側底面部がシャフト部材2の第1の載置面2fによって支持され、且つその外縁側底面部がハウジング1の受部1kによって支持された後、かしめ部1cをシャフト部材2の後述する中心軸側(言い換えれば、座金11側)に折り曲げることで、シャフト部材2がハウジング1にかしめ固定される構成となる。
この座金11は、線膨張係数が0.9〜1.3(×10−6/℃)である。ハウジング1も同等に線膨張係数が、0.9〜1.3(×10−6/℃)である。このように線膨張係数が、同等あるいは近いため、周囲の環境が低音、高温の状態となった場合においても、ハウジング1と座金11との線熱膨張係数が、同じあるいほぼ同じために、ハウジング1と座金11の接触位置にて磨耗が起きず、摩耗粉の発生を防止し、磨耗粉によるシャフト部材2と第1の収納部1iとの摺動性の悪化を防止し、検出精度への悪影響を防止することができる。
The
また、第1の収納部1iに座金11が圧入嵌合する突起1qを設けたことによって、少ない接触面積で座金11を第1の収納部1i内に保持するため、磨耗を防止することができる。
In addition, by providing the first storage portion 1i with the
磁石3は、略円環形状に形成され、2極着磁されている。また、磁石3は、磁気検出素子4(磁気検出素子4の後述するリード部を除いた部分)を取り巻くようにシャフト部材2における第2の凹部2dの環状凹部2i内に固定され、シャフト部材2の回転とともにシャフト部材2の回転中心軸Lの周りを回転する構成となっている。このことは、磁石3の回転中心軸が、シャフト部材2の回転中心軸Lと略一致していることを意味している。
The
磁気検出素子4は、ホールICやMR素子等の検出素子からなり、リード部4aを介して回路基板5と電気的に接続され、シャフト部材2とともに回転する磁石3の回転に応じて変化する磁力の大きさを検出信号に変換して、かかる検出信号を回路基板5上に実装された端子(図示せず)を通じて外部に出力するものである。また、磁気検出素子4は、その磁気検出面がハウジング1の収納部1fを介して磁石3の内壁面(着磁面)と対向するように配設される。
The magnetic detection element 4 is formed of a detection element such as a Hall IC or an MR element, and is electrically connected to the
そして、本実施形態の場合、磁気検出素子4は、シャフト部材2の回転中心軸L上ではなく、シャフト部材2の回転中心軸Lから外れた位置、すなわちシャフト部材2の回転中心軸Lから所定量だけ離れた位置に配設され、ハウジング1における収納部1fの内壁面と当接するように位置決め固定されている。なお、磁気検出素子4をシャフト部材2の回転中心軸L上に配設してもよいが、磁気検出素子4から出力される検出信号(出力電圧)の出力特性(直線性)を考慮した場合、磁気検出素子4をシャフト部材2の回転中心軸Lから外れた位置に配設することが望ましい。このことは、磁気検出素子4を回転中心軸L上ではなく回転中心軸Lから外れた位置に配設した方が、前記出力電圧の直線性が良好となることを意味している。
In the case of this embodiment, the magnetic detection element 4 is not on the rotation center axis L of the
回路基板5は、例えば、硬質の回路基板からなり、ハウジング1の連結部1hの裏面に沿うように配設され、ハウジング1における環状壁部1eの内部空間である空間部1mに収納固定される。かかる回路基板5には、磁気検出素子4や前記端子、並びにコンデンサ等の各種電子部品が実装されている。また、5aは、磁気検出素子4のリード部4aが貫通する孔である。
The
なお、本実施形態の場合、回路基板5は、ハウジング1の連結部1h底面から下方(回路基板5側)に突出形成された図示しない複数の突出ピンがそれぞれ貫通する図示しない複数の貫通孔部を備えている。従って、磁気検出素子4の実装された回路基板5をハウジング1に固定するにあたっては、連結部1hに一体形成された前記各突出ピンを回路基板5の前記各貫通孔部に貫通させ、さらに回路基板5の背面側に突出する前記各突出ピンの突出端部を熱溶着すればよい。
In the case of this embodiment, the
磁性部材6は、鉄等の磁性材料からなり、略円筒状に形成され、磁石3の周囲を取り巻くようにハウジング1の環状溝部1jに固定(保持)されている。また、略円筒状の磁性部材6は、その円形内周面(円形内壁面)がシャフト部材2における第2の凹部2dの外周面2jと当接していることで、シャフト部材2の回転時において、シャフト部材2を回転可能に軸支する軸支部材(軸受部材)としての機能を有している。
The
そして、本実施形態の場合、磁性部材6が、リング状の磁石3の外周を覆うようにハウジング1の環状溝部1jに配設固定されていることで、磁石3の磁束分布は、2極着磁された磁石3の内部空間において磁気検出素子4の前記磁気検出面を通過するように分布するとともに磁性部材6の内部を通っており、磁性部材6の外側(周囲)に漏れる漏洩磁束は無くなる。これにより、磁気検出素子4を通過する磁力、言い換えると検出に利用される磁力が磁性部材6を設けない場合に比べて大きくなり、検出精度を向上させることができる。
In the case of the present embodiment, the
さらに、磁性部材6が、リング状の磁石3の外周を覆うようにハウジング1の環状溝部1jに配設固定されていることで、所定の外部装置等から生じている磁力が回転角度検出装置Aに作用していたとしても、かかる外部からの磁力は、磁性部材6内を選択的に通るものの磁性部材6の内側(つまり、磁石3内)を通ることは無くなる。これにより磁性部材6を設けたことで、磁石3の磁束は、外部からの磁力の影響を受けることが無くなるため、磁性部材6を設けない場合に必然的に生じていた磁気干渉(つまり、磁性部材6を設けない場合において、磁石3の周囲を通る磁束と外部磁束との干渉により生じる磁気干渉)が防止され、検出精度の良好な回転角度検出装置を提供することができる。
Further, since the
以上の各部により、シャフト部材2(前記被検出体)の回転に応じた検出信号を出力する回転角度検出装置Aが構成されている。なお、図1に示すように磁気検出素子4の実装された回路基板5を収納する環状壁部1eの内部空間である空間部1m、並びに磁気検出素子4を収納するように空間部1mと連通している収納部1fには、エポキシやシリコーン等からなる液体から固体へと硬化する樹脂からなる充填部材7が充填されており、これにより磁気検出素子4及び回路基板5が、ハウジング1内において気密的に収納保持されるようになっている。
The rotation angle detector A that outputs a detection signal corresponding to the rotation of the shaft member 2 (the detected body) is configured by the above-described units. In addition, as shown in FIG. 1, the
以上のように本実施形態では、シャフト部材2に第1の載置部2fを設け、この載置部2fに座金11を配設し、第1の収納部1iの上端部の1b一部分を座金11方向にかしめることで、第1の収納部1iに対してシャフト部材2をスラスト規制するものであり、シャフト部材2に配設される磁石3のスラスト方向の変動が規制されることになるため、検出精度を向上させることができ、しかも第1の収納部1iからのシャフト部材2の脱落を防止することができる。
As described above, in the present embodiment, the
被検出体の回転角度を検出する回転角度検出装置に利用することができる。 The present invention can be used in a rotation angle detection device that detects the rotation angle of a detection object.
A 回転角度検出装置
1 ハウジング
1i 空洞部(第1の収納部)
1m 空間部(第2の収納部)
1p 開口
1q 突起
2 シャフト部材
3 磁石
4 磁気検出素子
11 座金
A rotation
1m space part (second storage part)
Claims (2)
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein a projection for press-fitting the washer is provided in the opening.
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