JP5344374B2

JP5344374B2 - 回転角度検出装置

Info

Publication number: JP5344374B2
Application number: JP2009219262A
Authority: JP
Inventors: 友博南雲; 桂司鶴巻; 智幸田中
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-09-24
Also published as: JP2011069658A

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。

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。

特開２００８−１８５４９０号公報

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態による回転角度検出装置の断面図。同実施形態による回転角度検出装置の各構成部品を分解した断面図。同実施形態による回転角度検出装置の上面図。図３中Ｘ−Ｘ線の断面図。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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ことを特徴とする回転角度検出装置。
前記開口に前記座金を圧入嵌合する突起を設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。