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技術 回転角検出装置

出願人 アイシン精機株式会社
発明者 三輪貴大松尾敏之
出願日 2014年11月20日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2014-235376
公開日 2016年5月30日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2016-099185
状態 特許登録済
技術分野 感知要素の出力の伝達及び変換
主要キーワード 駆動レバ 円板磁石 短尺側 回転角度変化 被操作部材 素子室 磁場角度 外部機
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

磁電変換素子に対する磁石部材相対回転に応じて軸部材回転角を検出する回転角検出装置において、軸部材に対する負荷を極力抑え、小型化を可能とする。

解決手段

磁電変換素子を収容するハウジングと、このハウジングに接合され軸部材を回転可能に支持する支持部材3と、軸部材に一端が係止され支持部材に他端が係止されるリターンスプリング4と、軸部材に一端が固定され他端が軸部材の径方向延出し、リターンスプリングの付勢力に抗して軸部材を回転駆動する駆動レバー6を備える。駆動レバーの他端(6b)と軸部材の軸心(C)とを結ぶ線上で、リターンスプリングの一端(4b)が軸部材に係止される。

概要

背景

従来から、例えば自動車ブレーキペダル操作量を検出するため、軸部材回転角を検出する無接触型回転角検出装置が知られており、例えば、磁電変換素子に対向して軸部材に配置される磁石部材を有し、この磁石部材の磁電変換素子に対する相対回転に応じて軸部材の回転角を検出するように構成されている。例えば、下記の特許文献1に「磁気センサを備えたハウジングと、前記磁気センサと対向する磁石を備え、且つ、前記ハウジングに対して回動可能な回動部材と、被操作部材と共に回動操作される軸部材とを有し、前記被操作部材の揺動角を、前記磁石に対して相対回転する前記磁気センサからの出力信号の変化によって検出可能に構成された回転角検出装置」が開示されている(特許文献1の段落〔0001〕に記載)。

また、下記の特許文献2には、「動径方向着磁された円板磁石を回転させ、該円板磁石により発生する水平磁場を互いに90度に配置されたX,Y磁電変換素子で感磁し、該X,Y磁電変換素子による出力値から回転角度を求める回転角度センサ」が開示されており(特許文献2の段落〔0016〕に記載)、磁電変換素子としてホール素子が用いられている(同段落〔0020〕に記載)。

概要

磁電変換素子に対する磁石部材の相対回転に応じて軸部材の回転角を検出する回転角検出装置において、軸部材に対する負荷を極力抑え、小型化を可能とする。磁電変換素子を収容するハウジングと、このハウジングに接合され軸部材を回転可能に支持する支持部材3と、軸部材に一端が係止され支持部材に他端が係止されるリターンスプリング4と、軸部材に一端が固定され他端が軸部材の径方向延出し、リターンスプリングの付勢力に抗して軸部材を回転駆動する駆動レバー6を備える。駆動レバーの他端(6b)と軸部材の軸心(C)とを結ぶ線上で、リターンスプリングの一端(4b)が軸部材に係止される。

目的

特開2007−139458号公報
特開2007−93280号公報






上記の特許文献1においては「被操作部材を介して軸部材に傾動成分を伴う応力が加えられた場合でも、回転角の検出精度が低下し難い回転角検出装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

磁電変換素子に対向して軸部材に配置される磁石部材を有し、該磁石部材の前記磁電変換素子に対する相対回転に応じて前記軸部材の回転角を検出する回転角検出装置において、前記磁電変換素子を収容するハウジングと、該ハウジングに接合され前記軸部材を回転可能に支持する支持部材と、前記軸部材に一端が係止され前記支持部材に他端が係止されるリターンスプリングと、前記軸部材に一端が固定され他端が前記軸部材の径方向延出し、前記リターンスプリングの付勢力に抗して前記軸部材を回転駆動する駆動レバーを備え、該駆動レバーの他端と前記軸部材の軸心とを結ぶ線上で、前記リターンスプリングの一端が前記軸部材に係止されていることを特徴とする回転角検出装置。

請求項2

前記軸部材は、円板部と、該円板部から一体的に延出するように形成された軸部を有すると共に、前記円板部に形成され、前記リターンスプリングの一端を係止する係止突起を有することを特徴とする請求項1記載の回転角検出装置。

請求項3

前記支持部材は、前記軸部材の前記軸部を回転可能に支持する軸受部と、該軸受部の回りに形成される環状凹部を有し、該環状凹部に前記リターンスプリングが収容されることを特徴とする請求項2記載の回転角検出装置。

請求項4

前記支持部材は、前記環状凹部内に形成され、前記リターンスプリングの他端を係止する係止突起を有することを特徴とする請求項3記載の回転角検出装置。

請求項5

前記駆動レバーは、前記軸部材の軸に平行に延出し外部機構と係合する係合部を備えたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の回転角検出装置。

請求項6

前記磁電変換素子に電気的に接続されるコネクタ部材を備え、前記ハウジングが、少なくとも前記磁電変換素子を収容する素子室が形成された本体部と、該本体部と一体的に形成され前記コネクタ部材に接合される接合部を有し、該接合部に対し前記コネクタ部材が液密的に嵌合されて接合されることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の回転角検出装置。

技術分野

0001

本発明は、回転角検出装置に関し、特に、磁電変換素子に対する磁石部材相対回転に応じて軸部材回転角を検出する回転角検出装置に係る。

背景技術

0002

従来から、例えば自動車ブレーキペダル操作量を検出するため、軸部材の回転角を検出する無接触型の回転角検出装置が知られており、例えば、磁電変換素子に対向して軸部材に配置される磁石部材を有し、この磁石部材の磁電変換素子に対する相対回転に応じて軸部材の回転角を検出するように構成されている。例えば、下記の特許文献1に「磁気センサを備えたハウジングと、前記磁気センサと対向する磁石を備え、且つ、前記ハウジングに対して回動可能な回動部材と、被操作部材と共に回動操作される軸部材とを有し、前記被操作部材の揺動角を、前記磁石に対して相対回転する前記磁気センサからの出力信号の変化によって検出可能に構成された回転角検出装置」が開示されている(特許文献1の段落〔0001〕に記載)。

0003

また、下記の特許文献2には、「動径方向着磁された円板磁石を回転させ、該円板磁石により発生する水平磁場を互いに90度に配置されたX,Y磁電変換素子で感磁し、該X,Y磁電変換素子による出力値から回転角度を求める回転角度センサ」が開示されており(特許文献2の段落〔0016〕に記載)、磁電変換素子としてホール素子が用いられている(同段落〔0020〕に記載)。

先行技術

0004

特開2007−139458号公報
特開2007−93280号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記の特許文献1においては「被操作部材を介して軸部材に傾動成分を伴う応力が加えられた場合でも、回転角の検出精度が低下し難い回転角検出装置を提供すること」を目的とし(特許文献1の段落〔0005〕に記載)、「前記回動部材と前記軸部材とは互いの回転軸芯どうしが傾動可能に連係されており、且つ、前記軸部材の傾動に関わらず、前記回動部材の回転軸芯を前記ハウジングの固定軸芯同軸芯状に保持する調芯機構が設けられている」回転角検出装置が提案され(同段落〔0006〕に記載)、「自動車の操縦用ペダルなどによって回動操作される被操作部材の揺動角を検出するための回転角検出装置として用いることができる」旨記載されている(同段落〔0030〕に記載)。一方、特許文献2においては「少ない磁電変換素子で低コスト化、構造の単純化が図れ、また、円板磁石の中心から外れた位置にも磁電変換素子が配置可能であり、磁電変換素子と円板磁石との相対位置ずれによる角度誤差を抑えることのできる回転角度センサを提供すること」が目的とされ(特許文献2の段落〔0015〕に記載)、磁電変換素子の配置が特定されている(同段落〔0016〕に記載)。

0006

そして、上記特許文献1に記載の回転角検出装置においては、軸部材に係止されるリターンスプリングとして、一端がヨーク本体のフックに係止され、他端がカバー部材保護壁に係止されたコイルバネが用いられている。この係止状態であれば、コイルバネによる軸部材の負荷は抑えることができるものの、ペダルレバー揺動に応じてセンサレバーに付与される力がそのまま軸部材の負荷となり、軸部材に対する負荷は依然大きく、軸部材の小型化は困難である。尚、特許文献2においては、回転軸のずれについて言及されているが、回転軸に付与され得る力について特段の記載はない。

0007

そこで、本発明は、磁電変換素子に対向して軸部材に配置される磁石部材を有し、この磁石部材の磁電変換素子に対する相対回転に応じて軸部材の回転角を検出する回転角検出装置において、軸部材に対する負荷を極力抑え、小型化を可能とする回転角検出装置を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0008

上記の課題を達成するため、本発明は、磁電変換素子に対向して軸部材に配置される磁石部材を有し、該磁石部材の前記磁電変換素子に対する相対回転に応じて前記軸部材の回転角を検出する回転角検出装置において、前記磁電変換素子を収容するハウジングと、該ハウジングに接合され前記軸部材を回転可能に支持する支持部材と、前記軸部材に一端が係止され前記支持部材に他端が係止されるリターンスプリングと、前記軸部材に一端が固定され他端が前記軸部材の径方向延出し、前記リターンスプリングの付勢力に抗して前記軸部材を回転駆動する駆動レバーを備え、該駆動レバーの他端と前記軸部材の軸心とを結ぶ線上で、前記リターンスプリングの一端が前記軸部材に係止されている構成としたものである。

0009

上記の回転角検出装置において、前記軸部材は、円板部と、該円板部から一体的に延出するように形成された軸部を有すると共に、前記円板部に形成され、前記リターンスプリングの一端を係止する係止突起を有する構成とするとよい。また、前記支持部材は、前記軸部材の前記軸部を回転可能に支持する軸受部と、該軸受部の回りに形成される環状凹部を有し、該環状凹部に前記リターンスプリングが収容される構成とするとよい。更に、前記支持部材は、前記環状凹部内に形成され、前記リターンスプリングの他端を係止する係止突起を有する構成とするとよい。

0010

また、上記の回転角検出装置において、前記駆動レバーは、前記軸部材の軸に平行に延出し外部機構と係合する係合部を備えたものとするとよい。

0011

上記の回転角検出装置において、前記磁電変換素子に電気的に接続されるコネクタ部材を備え、前記ハウジングが、少なくとも前記磁電変換素子を収容する素子室が形成された本体部と、該本体部と一体的に形成され前記コネクタ部材に接合される接合部を有し、該接合部に対し前記コネクタ部材が液密的に嵌合されて接合される構成とするとよい。

発明の効果

0012

本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明の回転角検出装置においては、磁電変換素子を収容するハウジングと、このハウジングに接合され軸部材を回転可能に支持する支持部材と、軸部材に一端が係止され支持部材に他端が係止されるリターンスプリングと、軸部材に一端が固定され他端が軸部材の径方向に延出し、リターンスプリングの付勢力に抗して軸部材を回転駆動する駆動レバーを備えており、この駆動レバーの他端と軸部材の軸心とを結ぶ線上で、リターンスプリングの一端が軸部材に係止されるように構成されているので、軸部材に対する負荷を極力抑え、軸部材を小型に形成することができ、従って、全体として小型の回転角検出装置を提供することができる。

0013

上記の回転角検出装置において、軸部材は、円板部と、この円板部から一体的に延出するように形成された軸部を有すると共に、円板部に形成され、リターンスプリングの一端を係止する係止突起を有する構成とすれば、軸部材へのリターンスプリングの組み付けが容易となる。また、支持部材は、軸部材を回転可能に支持する軸受部と、この軸受部の回りに形成される環状凹部を有し、この環状凹部にリターンスプリングが収容される構成とすれば、装置全体を小型に形成することができ、支持部材に対するリターンスプリングの組み付けも容易となる。

0014

また、上記の回転角検出装置において、駆動レバーは、軸部材の軸に平行に延出し外部機構と係合する係合部を備えたものとすれば、容易に初期位置を設定することができる。

0015

上記の回転角検出装置において、ハウジングは、素子室とは分離して本体部に形成される磁石室を有し、この磁石室内に磁石部材を収容した状態で、支持部材に接合される構成とすれば、回動する磁石部材に対し磁電変換素子を完全に分離することができるので、確実に防水性を確保することができる。

図面の簡単な説明

0016

本発明の一実施形態に係る回転角検出装置の断面図である。
本発明の一実施形態に供されるハウジングと支持部材を分離して示す断面図である。
本発明の一実施形態に供される支持部材を示す平面図である。
本発明の一実施形態に供される支持部材に軸部材を装着した状態を示す平面図である。
本発明の一実施形態に供される軸部材を示す斜視図である。
本発明の一実施形態に係る回転角検出装置を示す斜視図である。
本発明の一実施形態に係る回転角検出装置を分解して示す斜視図である。
本発明の一実施形態における軸部材、リターンスプリング及び駆動レバーの関係を示す模式図である。
従来の一態様における軸部材、リターンスプリング及び駆動レバーの関係を示す模式図である。
従来の他の態様における軸部材、リターンスプリング及び駆動レバーの関係を示す模式図である。

実施例

0017

以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して説明する。図1乃至図7は本発明の一実施形態に係り、磁電変換素子10に対する磁石部材20の相対回転に応じて軸部材2の回転角を検出する無接触型の回転角検出装置で、外部機構、例えばブレーキペダルの操作量の検出に供される。磁電変換素子10は例えば一対のホールICで構成され、これを収容するハウジング1に対し、軸部材2を回転可能に支持する支持部材3が接合され、リターンスプリング4を構成するコイルばねの一端が軸部材2に係止され他端が支持部材3に係止されている。例えば防水コネクタのコネクタ部材5がハウジング1に接合されると、磁電変換素子10がコネクタ部材5に電気的に接続されると共に、磁電変換素子10が外部に対し密封される。そして、駆動レバー6が軸部材2に固定されると共に、ペダルレバーPLに係合するように配置されると、ブレーキペダルセンサが構成される。以下、各構成部材について具体的に説明する。

0018

先ず、ハウジング1は合成樹脂製で、図1及び図2に示すように本体部1aと接合部1bを有し、本体部1aには素子室SCが形成されており、少なくとも磁電変換素子10が収容されている。また、本体部1aには、素子室SCとは分離して磁石室MCが形成されており、この磁石室MC内に磁石部材20が磁電変換素子10に対向する位置で収容されるように、本体部1aが合成樹脂製の支持部材3に接合される。接合部1bは本体部1aと一体的に形成され、この接合部1bのみを介して素子室SCが外部空間に連通するように構成されている。従って、接合部1bにコネクタ部材5が液密的に嵌合されると素子室SCは密閉空間となる。本実施形態のハウジング1は、本体部1aから一体的に延出する円筒部1cを有しており、例えば円筒部1cの全周に亘ってレーザ溶接されると、円筒部1cが支持部材3に密着して接合され、磁石室MCが外部空間から遮蔽される。

0019

一方、支持部材3は、図3及び図4に示すように、軸部材2を回転可能に支持する軸受部3aが形成され、その回りに環状凹部3bが形成されている。この環状凹部3bの回りには環状の立壁3cが形成されており、ハウジング1の円筒部1cの内周面に立壁3cが嵌合されるように構成されている。尚、円筒部1cと立壁3cの嵌合時の位置決め用に、立壁3cから複数(本実施形態では4個)の突起3dが延出形成されており、円筒部1cの内周面にはこれらに嵌合する凹部1dが形成されている。更に、環状凹部3b内には、リターンスプリング4の端部4aを係止するため、平面視円弧状の係止突起3eが延出形成されている。また、立壁3cから外側に、相互に離隔する方向に延出する一対のフランジ部3f、3fが形成され、夫々に取付孔3g、3gが形成されている。

0020

軸部材2は、図5に示すように、合成樹脂によって円板部2aと軸部2bが一体に形成され、磁石部材20が円板部2aに埋設されている。軸部2bの先端には所謂二面幅の係合部2cが形成されており、駆動レバー6に形成される二面幅の係合孔6c(図7に示す)と係合可能に構成されている。更に、軸部材2の円板部2a下面には、リターンスプリング4の端部4bを係止するため、円弧状の係止突起2eが延出形成されており、支持部材3の係止突起3eに対し、平面視で図3に示す位置関係にある。

0021

即ち、駆動レバー6は軸部材2の径方向に延出する延出部6aと、軸部材2の軸に平行に延出し外部機構(ペダルレバーPL)と係合する係合部6bを有し、(係合孔6cと係合部2cの係合により)延出部6aの一端が軸部材2に固定され、延出部6aの他端が軸部材2の径方向に延出し、リターンスプリング4の付勢力に抗して軸部材2を回転駆動するように構成されている。そして、駆動レバー6の他端(係合部6b)と軸部材2の軸心(C)とを結ぶ線上で、リターンスプリング4の一端(端部4b)が軸部材2に係止されている。

0022

磁石部材20は、軸部2bの軸に対して直交する面上に配置される直方体永久磁石21を有し、この直方体の永久磁石21には、軸部2bの軸に対して直交する方向に溝21aが形成されている。この溝21aは、磁電変換素子10に対向する面に対し反対側の面に形成されており、直方体の一方の面の中心を含み、短尺側の側面に平行に延在するように形成され、直方体の長尺側の長さに対し3分の1の幅に設定されている。そして、永久磁石21に対し、その溝21aの長手方向に添って着磁されている。

0023

ハウジング1内の磁電変換素子10は、一対のホールIC(図示せず)を有し、軸部材2の回転、ひいては磁石部材20の回転角度変化に応じて変化する永久磁石21による磁場の角度変化が一対のホールICによって検出され、磁場角度に応じた電圧出力がコネクタ部材5を介して外部機器(図示せず)に供給されるように構成されている。

0024

上記の回転角検出装置の組付工程について、図7を参照して説明する。先ず、支持部材3の環状凹部3b内にリターンスプリング4が収容され、その端部4aが係止突起3eに係止される。続いて、軸部材2の軸部2bが支持部材3の軸受部3a内に収容されると共に、軸部材2の係止突起2eにリターンスプリング4の端部4bが係止され、環状の立壁3c内に軸部材2の円板部2aが収容されると、図2の下部に示す状態となり、更に、図2の上部に示すハウジング1が支持部材3に接合される。即ち、ハウジング1の円筒部1cに形成された各凹部1dが、支持部材3の立壁3cに形成された各突起3dに嵌合されて、円筒部1cが立壁3cに対し所定の位置に嵌合された後、円筒部1cの全周に亘ってレーザ溶接される。これにより、ハウジング1が支持部材3に密着接合され、図1に示す磁石室MCが形成される。

0025

次に、ハウジング1の本体部1a内に磁電変換素子10が収容され、磁電変換素子10に対向する位置で保持される。そして、本体部1a内で、磁電変換素子10を構成する一対のホールIC(図示せず)にコネクタ部材5が電気的に接続されると共に、接合部1bに対しコネクタ部材5が液密的に嵌合され、図1に示すように密閉空間の素子室SCが形成される。更に、軸部材2の係合部2cに駆動レバー6の係合孔6cが係合されて接合され、軸部材2が駆動レバー6の揺動に応じて回転駆動されるように構成される。

0026

上記の構成になる回転角検出装置は、図1に示すように、駆動レバー6の係合部6bがペダルレバーPLに係合するように配置される。このとき、駆動レバー6はリターンスプリング4の付勢力によってペダルレバーPLに押圧される状態となるので、ペダルレバーPLは、予め設定された初期位置に保持される。この状態からペダルレバーPLが操作されると、駆動レバー6が軸部材2(軸部2b)の軸を中心に揺動し、リターンスプリング4の付勢力に抗して軸部材2が回転駆動されるので、軸部材2の円板部2aに埋設された磁石部材20が軸部2bの軸を中心に回転する。即ち、ハウジング1内に収容支持された磁電変換素子10に対し、(ハウジング1と一体の)支持部材3に支持された磁石部材20が相対的に回転し、その回転角度変化に応じて変化する永久磁石21による磁場の角度変化が、磁電変換素子10内の一対のホールICによって検出される。而して、磁場角度に応じた電圧出力がコネクタ部材5を介して外部機器(図示せず)に供給される。

0027

上記の回転角検出装置において、軸部材2とリターンスプリング4及び駆動レバー6は、図3に示すように、駆動レバー6の他端(6b)と軸部材2の軸心(C)とを結ぶ線上で、リターンスプリング4の一端(端部4b)が軸部材2に係止されている関係にある。この関係で、駆動レバー6の他端に付与される力(操作力)をFとし、駆動レバー6の他端と軸心(C)との間の距離をLとし、リターンスプリング4の一端(端部4b)と軸心(C)と間の距離をrとし、端部4bに付与される付勢力をfとし、軸部材2に付与される負荷をモーメントMsで表すと、Ms=(F・L−f・r)となり、これが軸部材2に対する負荷となる。

0028

上記の図3に示す関係を模式図で表すと、図8に示す関係(リターンスプリング4の端部4bの係止部をSで表す)となり、従来装置を模式図で表した図9及び図10に示す関係と容易に対比される。尚、駆動レバー6x、6yは本実施形態の駆動レバー6と同様に構成される。即ち、図9に示す従来の一態様においては、軸部材2xに付与されるモーメントMxsは(F・L+f・r)となり、図10に示す従来の他の態様(特許文献1に記載の装置に対応)においては、軸部材2yに付与されるモーメントMysは(F・L)となるのに対し、図8(及び図3)に示す本実施形態のモーメントMsは(F・L−f・r)となる。従って、本実施形態の軸部材2に対する負荷(モーメントMs)は、図9及び図10に記載の何れの態様と比べても小さい値となる。

0029

1ハウジング
1a 本体部
1b接合部
2軸部材
3支持部材
4リターンスプリング
5コネクタ部材
6駆動レバー
10磁電変換素子
20磁石部材
21永久磁石
SC素子室
MC磁石室
PLペダルレバー

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