JP4716079B2 - 回転量検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の回転量を検出する回転量検出装置に関するものである。

回転軸と連動して回転する歯車等の回転体の回転量を検出することで、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置がある（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献２の回転角検出装置の歯車は、回転角センサ等を収容するハウジングに直接支持されるようになっている。具体的には、ハウジングに形成された支持孔に、上記歯車の支軸が回転自在に支持されており、支軸が支持孔に対して摺動するようになっている。
特表２００１−５０５６６７号公報。 特願２００２−２２３４４１号公報。

通例、上記歯車およびハウジングは、樹脂材により形成されている。しかしながら、歯車として最適な材料と、ハウジングとして最適な材料とは相異なるので、これら歯車およびハウジングは、樹脂材の中でもそれぞれ異なる材料により形成されている。すなわち、歯車とハウジングとは、それぞれ異なる線膨張係数を有しており、温度変化に伴う歯車とハウジングの熱膨張量に差が生じることとなる。このため、特許文献２記載の構成では、歯車の支軸がハウジングの支持孔に締め付けられてしまい、歯車のトルクロスが増大する虞がある。

本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、温度変化に伴う回転体のトルクロスの増大を抑制できる回転量検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、回転可能な被測定軸に連動して回転する複数の回転体を含む回転体列と、少なくとも１つの回転体の回転量を検出する回転量センサと、上記回転体列および回転量センサを収容するハウジングと、上記ハウジングに設けられ少なくとも１つの回転体の支軸を回転自在に支持する支持孔とを備え、上記支持孔に支軸を径方向に弾性的に支持可能な弾性支持部を設け、上記弾性支持部は、支軸の周面を受ける断面円弧状の受け部と、この受け部を連結し支持孔の径方向に弾性的に伸縮可能な伸縮部とを含み、上記受け部および伸縮部は、樹脂成形によって上記ハウジングに一体に形成されることを特徴とする回転量検出装置を提供する。

本発明によれば、温度変化に伴う回転体とハウジングの熱膨張量に差が生じても、この差を弾性支持部の弾性変形により吸収できるので、支軸が支持孔によって過度に強く締め付けられることを防止できる。その結果、回転体のトルクロスの増大を確実に抑制することができる。
また、上記弾性支持部は、支軸の周面を受ける断面円弧状の受け部と、この受け部を連結し支持孔の径方向に弾性的に伸縮可能な伸縮部とを含む。これにより、受け部によって支軸をスムーズに回転させることができ、且つ伸縮部が伸縮することで支軸が支持孔によって過度に強く締め付けられることを確実に防止できる。

また、上記受け部および伸縮部は、樹脂成形によって上記ハウジングに一体に形成される。これにより、部品点数の低減を通じて製造コストを格段に低減することができる。
また、本発明では、回転可能な被測定軸に連動して回転する複数の回転体を含む回転体列と、少なくとも１つの回転体の回転量を検出する回転量センサと、上記回転体列および回転量センサを収容するハウジングと、上記ハウジングに設けられ少なくとも１つの回転体の支軸を回転自在に支持する支持孔と、上記支持孔と対応する支軸の間に介在する環状スペーサとを備え、上記環状スペーサの線膨張係数は、対応する支軸の線膨張係数の８０％〜１２０％の範囲にある場合がある。

この場合、温度変化に伴う支軸と環状スペーサの熱膨張量を概ね等しくすることができるので、熱膨張量の差に起因して支軸が環状スペーサによって過度に強く締め付けられることを防止できる。その結果、回転体のトルクロスの増大を確実に抑制することができる。
本発明では、上記環状スペーサは上記支持孔に回転不能に支持される場合がある。この場合、支軸を、線膨張係数が概ね等しい環状スペーサに対して回転させることができる。これにより、支軸が回転時に相対摺動する部分で温度変化によって嵌め合い隙間が詰まることを防止できる。その結果、回転体のトルクロスをより確実に抑制することができる。
また、本発明では、回転可能な被測定軸に連動して回転する複数の回転体を含む回転体列と、少なくとも１つの回転体の回転量を検出する回転量センサと、上記回転体列および回転量センサを収容するハウジングと、上記ハウジングに設けられ少なくとも１つの回転体の支軸を回転自在に支持する支持孔とを備え、上記支持孔に支軸を径方向に弾性的に支持可能な弾性支持部を設け、上記弾性支持部は、上記ハウジングの支持孔の径方向外方部に配置されて上記ハウジングを貫通する逃がし孔を含み、上記逃がし孔は、支持孔の縁部の肉が熱膨張したときにこの肉を逃がす場合がある。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の回転量検出装置１００の模式的な平面図であり、図２は、回転量検出装置１００の模式的な断面図である。図１および図２を参照して、回転量検出装置１００は、回転可能な被測定軸２００に連動して回転する複数の回転体としての第１〜第４ギヤ１，２，３，４を含む回転体列としてのギヤトレイン５と、第２ギヤ２の回転量（回転角）を検出する第１の回転量センサ６と、第４ギヤ４の回転量（回転角）を検出する第２の回転量センサ７と、これら第１および第２の回転量センサ６，７によって検出された回転量に基づいて被測定軸２００の絶対回転角を演算するための演算手段としての絶対角演算部８（電気的構成を示すブロック図である図３を参照）とを備えている。

本実施の形態では、回転量検出装置１００を電動パワーステアリング装置に適用してステアリングホイール等の操舵部材（図示せず）の回転角を検出する場合に則して説明する。この場合、被測定軸２００は上記操舵部材に同伴回転可能に連結されるステアリングシャフト等の軸により構成される。ただし、本発明は、一般的な多回転軸の絶対角検出に適用することが可能である。

第１〜第４ギヤ１，２，３，４は、例えばＰＯＭ（Poly Oxy Methylene）等の合成樹脂製の平歯車からなる。第１ギヤ１は、被測定軸２００の周囲に同軸上に配置されて、この被測定軸２００と一体回転可能となっている。第１の支軸９の回転軸線１０上に、第１ギヤ１と例えば同径に形成されて第１ギヤ１に噛み合う上記第２ギヤ２と、第２ギヤ２よりも小径で第２ギヤ２に一体回転する上記第３ギヤ３が設けられる。すなわち、回転軸線１０は、第２ギヤ２の回転軸線でもある。第１の支軸９、第２ギヤ２および第３ギヤ３は、一体に形成されている。

第３ギヤ３は、第２ギヤ２の一側面２ａから突出するように形成される。第１の支軸９は、第３ギヤ３の一側面３ａから突出している。第４ギヤ４は、第３ギヤ３よりも大径に形成されて第３ギヤ３と噛み合っている。第４ギヤ４は、第２ギヤ２の上記一側面２ａに相対向する一側面４ａと、他側面４ｂとを有している。他側面４ｂから第２の支軸１２が突出し、一側面４ａから第３の支軸１１が突出している。

上記の構成により、被測定軸２００の回転は、第３および第４ギヤ３，４によって減速され、第２の回転量センサ７で検出される回転量は、第１の回転量センサ６で検出される回転量よりも小さいものとなる。
第１の回転量センサ６は、相対向する可動部６ａと固定部６ｂとを有する。可動部６ａは、回転軸線１０上で第２ギヤ２の他側面２ｂの凹部１３に固定され、この第２ギヤ２と一体回転する。固定部６ｂは固定部材としての基板１４に固定されている。

同様に、第２の回転量センサ７は、相対向する可動部７ａと固定部７ｂとを有する。可動部７ａは、第２の支軸１２の回転軸線１４上で第４ギヤ４の第３の支軸１１の端面１１ａの凹部１５に固定され、この第４ギヤ４と一体回転する。なお、回転軸線１４は、第４ギヤ４の回転軸線でもある。固定部７ｂは基板１４に固定される。基板１４には上記の絶対角演算部８が実装されている。

第１および第２の回転量センサ６，７からの検出信号は、絶対角演算部８に入力され、絶対角演算部８では、第１および第２の回転量センサ６，７によって検出された第２および第４ギヤ２，４の回転量に基づいて被測定軸２００の絶対回転角を演算する。
図４は、図１および図２において略図として示した回転量検出装置１００を実際にパッケージする場合の一例を示しており、図５は、図４のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面平面図である。図４および図５を参照して、回転量検出装置１００は、第１および第２の回転量センサ６，７（図４において、第１の回転量センサ６側のみを図示）を収容するハウジング１６を備えている。このハウジング１６は、例えばＰＢＴ（Poly Buthylene Terephthalate)等の合成樹脂により形成されており、互いに組み合わされる第１および第２の分割ハウジング１７，１８を備えている。

また、第１および第２の分割ハウジング１７，１８にはギヤトレイン５の第１〜第４ギヤ１，２，３，４が収容されている。第１の分割ハウジング１７には、第２および第３ギヤ２，３の共通の支軸である上記第１の支軸９を回転自在に支持する支持孔１９と、第４ギヤ４の支軸である上記第２の支軸１２を回転自在に支持する支持孔１９がそれぞれ形成されている。

本実施の形態の特徴とするところは、これら支持孔１９に、対応する第１および第２の支軸９，１２を支持孔１９の径方向Ｒに弾性的に支持可能な弾性支持部２０をそれぞれ設けている点にある。各弾性支持部２０は同様の構成を有するので、以下では、第１の支軸９を支持する弾性支持部２０に則して説明する。
支持孔１９は、第１の支軸９の周面９ａを同心に取り囲んでおり、支持孔１９の周面に、弾性支持部２０が一体に突出形成されている。

弾性支持部２０は、第１の支軸９の周面９ａを受けてこの第１の支軸９を回転自在に支持する断面円弧状の受け部２１と、この受け部２１と支持孔１９の周面とを連結し支持孔１９の径方向に弾性的に伸縮可能な伸縮部２２とを含む。
受け部２１は、支持孔１９の円周等配に複数個（例えば４個）設けられており、第１の支軸９の周面９ａを取り囲んでいる。各受け部２１の一側面２１ａの形状は、第１の支軸９の周面９ａの形状に対応する形状（同一曲率の断面円弧状）に形成され、第１の支軸９の周面９ａが受け部２１の一側面２１ａに対して滑らかに摺動できるようになっている。

伸縮部２２は、各受け部２１に例えば１つ設けられており、支持孔１９の円周等配に配置されている。各伸縮部２２は、支持孔１９の径方向に交差する方向（例えば、周方向）に相対向する、一対の断面Ｖ字状の屈曲片を一体に組み合わせた形状に形成されている。各伸縮部２２は、対応する受け部２１の他側面２１ｂに固定される一端部６０と、支持孔１９の周面に固定される他端部６１と、一端部６０と他端部６１との間で支持孔１９の径方向に交差する方向に屈曲する屈曲部６２とを備えている。

上記受け部２１および伸縮部２２は、樹脂成形によってハウジング１６の第１の分割ハウジング１７に一体に形成されている。すなわち、第１の分割ハウジング１７、受け部２１および伸縮部２２は単一の部材により形成される。
上記の構成により、温度変化に伴う第１の支軸９と第１の分割ハウジング１７の熱膨張量に差が生じると、この差は、弾性支持部２０の伸縮部２２が径方向Ｒに伸縮することで吸収される。

ハウジング１６は、金属製のねじ２４によって取付対象２５に固定されるようになっている。具体的には、ねじ２４の軸部２６に、円柱状のガイド部２７と、ガイド部２７よりも先端側に形成されてガイド部２７よりも小径のねじ部２８とが備えられている。第１および第２の分割ハウジング１７，１８には、相対向するボス２９，３０が形成され、これらボス２９，３０の端面２９ａ，３０ａ間に、基板１４および位置決め部材３１が挟持される。各ボス２９，３０のそれぞれの挿通孔３２，３３、基板１４の挿通孔３４および位置決め部材３１の挿通孔３５に、ねじ２４のガイド部２７がいわゆる狭クリアランス挿入によって挿通されている。ガイド部２７によって、上記各挿通孔３２〜３５が互いに芯合わせされている。ねじ２４のねじ部２８は、取付対象２５のねじ孔３６にねじ込まれている。

上記の構成により、取付対象２５の受け面３８とねじ２４の頭部３９との間に、第１の分割ハウジング１７、位置決め部材３１、基板１４および第２の分割ハウジング１８が一体的に挟持される。これら一体的に挟持される部材１７，３１，１４，１８の累積長さよりも、ガイド部２７の長さを所定量Ｌ（例えば、０．５ｍｍ）だけ短くしてある。
これにより、ねじ２４を締め付けたときに、ガイド部２７の一端部に形成される環状の段部３７が取付対象２５の受け面３８に当接して、頭部３９が上記各部材１７，３１，１４，１８を確実に押圧してガタの無い状態で取り付けることができ、ねじ２４の軸方向に関しての各部材１７，３１，１４，１８間の位置決め精度をより高くすることができる。また、各部材１７，３１，１４，１８の挿通孔３２，３５，３４，３３にガイド部２７を狭クリアランス挿入しているので、ねじ２４の径方向に関しての上記各部材１７，３１，１４，１８の位置決め精度をより高くすることができる。

また、このようにして位置決め精度を高くされる位置決め部材３１は、環状の位置決め突起４０を有している。この位置決め突起４０の端面からなる受け面４１によって、第２ギヤ２の他側面２ｂが受けられ、この第２ギヤ２の軸方向の位置決めがなされている。位置決め突起４０は、第２および第３ギヤ２，３のためのスラスト軸受としても機能している。

また、第２ギヤ２の他側面２ｂには、回転軸線１０を中心とする環状突起４２が形成されている。この環状突起４２が上記の環状の位置決め突起４０内に回動自在に嵌められており、これにより、第２ギヤ２が径方向に位置決めされている。このようにして、位置決め部材３１を介して、第２および第３ギヤ２，３の位置決め精度を高くすることができる。図示していないが、第４ギヤ４についても同様に、位置決め部材３１によって軸方向および径方向に位置決めされている。

上記のねじ２４を用いる締結構造は複数箇所、例えば４箇所に設けられる。ハウジング１６を、ねじ２４を用いて取付対象２５としての相手ハウジングや相手ブラケットに直接固定できるので、組み付け性が向上し、ひいては組み付けコストを低減することができる。
さらに、ねじ２４にガイド部２７を一体に形成しているので、ねじ２４の軸方向および径方向に関して、第１および第２の分割ハウジング１７，１８、基板１４および位置決め部材３１の位置決めを行うための専用部品を別途設ける必要がなく、部品点数を低減して部品コストをより低減することができる。

以上の次第で、本実施の形態によれば、温度変化に伴う第２〜第３ギヤ２，３，４とハウジング１６の第１の分割ハウジング１７の熱膨張量に差が生じても、この差を弾性支持部２０の伸縮部２２の伸縮（弾性変形）により吸収できるので、第１の支軸９および第２の支軸１２が、対応する支持孔１９によって過度に強く締め付けられることを確実に防止できる。その結果、第２〜第４ギヤ２，３，４のトルクロスの増大を確実に抑制することができる。

また、弾性支持部２０の断面円弧状の受け部２１が、対応する第１および第２の支軸９，１２の周面９ａ，１２ａを受けることで、第１および第２の支軸９，１２をスムーズに回転させることができる。さらに、弾性支持部２０の受け部２１および伸縮部２２を、ハウジング１６の第１の分割ハウジング１７と一体に形成することで、部品点数の低減を通じて製造コストを格段に低減することができる。

なお、図６に示すように、第１ギヤ１の一側面１ａから突出する支軸４３を、弾性支持部２０を介してハウジング１６の例えば第１の分割ハウジング１７の支持孔１９に回転自在に支持しても良い。
図７は、本発明の他の実施の形態の回転量検出装置の一部断面側面図であり、図８は、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面平面図である。以下では、図１〜図６に示す実施の形態と異なる点について説明し、同様の構成には、図に同一符号を付してその説明を省略する。図７および図８を参照して、本実施の形態の特徴とするところは、前述の弾性支持部２０に代えて、環状スペーサ４５を設けている点にある。第１の支軸９を支持する環状スペーサ４５と第２の支軸１２を支持する環状スペーサ４５とは同様の構成を有するので、以下では、第１の支軸９を支持する環状スペーサ４５に則して説明する。

環状スペーサ４５は、ハウジング１６の第１の分割ハウジング１７の支持孔１９と、第１の支軸９の間に介在しており、第１の支軸９を回転自在に支持すると共に、支持孔１９に回転不能に支持されている。この環状スペーサ４５の材料の線膨張係数は、第１の支軸９の材料の線膨張係数の８０％〜１２０％の範囲に設定されている。なお、本実施の形態では、環状スペーサ４５は、合成樹脂により形成されるが、磁界に影響を与えない金属材により形成されても良い。

環状スペーサ４５は、環状の主体部４６と、環状の主体部４６の外周面４６ａから突出する凸部４７とを備えている。主体部４６の内周面４６ｂには、第１の支軸９が周方向に摺動自在に嵌め合わされている。主体部４６の外周面４６ａが、ハウジング１６の第１の分割ハウジング１７の支持孔１９に嵌め合わされている。凸部４７は、主体部４６の外周面４６ａに円周等配に例えば２箇所設けられている。支持孔１９の周面には、各凸部４７に対応する位置に凹部４８が形成され、これら凹部４８に対応する凸部４７がそれぞれ嵌め入れられている。

このように、本実施の形態によれば、環状スペーサ４５の線膨張係数を、第１および第２の支軸９，１２の線膨張係数に概ね等しくすることで、温度変化に伴う第１および第２の支軸９，１２と、対応する環状スペーサ４５の熱膨張量を概ね等しくすることができる。これにより、熱膨張量の差に起因して第１および第２の支軸９，１２が対応する環状スペーサ４５によって過度に強く締め付けられることを防止できる。その結果、第２〜第４ギヤ２，３，４のトルクロスの増大を確実に抑制することができる。

また、環状スペーサ４５を支持孔１９に回転不能に支持することで、第１および第２の支軸９，１２を、線膨張係数が概ね等しい環状スペーサ４５に対して回転させることができる。これにより、第１および第２の支軸９，１２が回転時に相対摺動する部分で温度変化によって嵌め合い隙間が詰まることを防止できる。その結果、第２〜第４ギヤ２，３，４のトルクロスをより確実に抑制することができる。

なお、図９に示すように、第１ギヤ１の支軸４３を、環状スペーサ４５を介して第１のハウジング１７の支持孔１９に回転自在に支持させても良い。
図１０は、本発明のさらに他の実施の形態の回転量検出装置の一部断面平面図である。図１０を参照して、本実施の形態の特徴とするところは、支持孔１９の径方向外方部に、支持孔１９の縁部４９の肉を逃がすための逃がし孔５０を形成することで弾性支持部５１を設けている点にある。第１の支軸９を支持する構成と第２の支軸１２を支持する構成は同様であるので、以下では、第１の支軸９を支持する構成に則して説明する。

第１の支軸９は、ハウジング１６の第１の分割ハウジング１７の支持孔１９に直接嵌め合わされ、支持孔１９に摺動（回転）自在に支持されている。逃がし孔５０は、断面円弧状に形成されており、支持孔１９を取り囲むように支持孔１９の円周等配に複数個、例えば４個配置されている。
本実施の形態によれば、温度変化に伴う第２〜第４ギヤ２，３，４とハウジング１６の第１の分割ハウジング１７の熱膨張量に差が生じても、支持孔１９の縁部４９の肉を逃がし孔５０に逃がしてこの差を吸収できるので、第１および第２の支軸９，１２が対応する支持孔１９によって過度に強く締め付けられることを防止できる。その結果、第２〜第４ギヤ２，３，４のトルクロスの増大を確実に抑制することができる。

なお、図１１に示すように、第１ギヤ１の支軸４３を、ハウジング１６の第１のハウジング１７の支持孔１９に直接嵌め合わせると共に、この支持孔１９の径方向外方部に逃がし孔５０を設けても良い。
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、第１および第２の支軸９，１２の何れか一方にのみ、対応する弾性支持部２０、環状スペーサ４５および弾性支持部５１を設けても良い。また、被測定軸２００の回転量を、１つの回転量センサのみで検出する構成であっても良い。さらに、弾性支持部２０の受け部２１および伸縮部２２を、ハウジング１６と別体に形成しても良い。

本発明の一実施の形態の回転量検出装置の模式的な平面図である。 回転量検出装置の模式的な断面図である。 回転量検出装置の電気的構成の要部を示すブロック図である。 図１および図２において略図として示した回転量検出装置を実際にパッケージする場合の一例を示している。 図４のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面平面図である。 第１ギヤを実際にパッケージする場合の一例を示している。 本発明の他の実施の形態の回転量検出装置の一部断面側面図である。 図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面平面図である。 第１ギヤを実際にパッケージする場合の一例を示している。 本発明のさらに他の実施の形態の回転量検出装置の一部断面平面図である。 第１ギヤを実際にパッケージする場合の一例を示している。

符号の説明

１００ 回転量検出装置
２００ 被測定軸
１ 第１ギヤ（回転体）
２ 第２ギヤ（回転体）
３ 第３ギヤ（回転体）
４ 第４ギヤ（回転体）
５ ギヤトレイン（回転体列）
６ 第１の回転量センサ
７ 第２の回転量センサ
９ 第１の支軸
９ａ 周面
１２ 第２の支軸
１２ａ 周面
１６ ハウジング
１９ 支持孔
２０ 弾性支持部
２１ 受け部
２２ 伸縮部
４５ 環状スペーサ
４３ 支軸
５１ 弾性支持部
Ｒ 径方向

Claims (4)

1. 回転可能な被測定軸に連動して回転する複数の回転体を含む回転体列と、
   少なくとも１つの回転体の回転量を検出する回転量センサと、
   上記回転体列および回転量センサを収容するハウジングと、
   上記ハウジングに設けられ少なくとも１つの回転体の支軸を回転自在に支持する支持孔とを備え、
   上記支持孔に支軸を径方向に弾性的に支持可能な弾性支持部を設け、
   上記弾性支持部は、支軸の周面を受ける断面円弧状の受け部と、この受け部を連結し支持孔の径方向に弾性的に伸縮可能な伸縮部とを含み、
   上記受け部および伸縮部は、樹脂成形によって上記ハウジングに一体に形成されることを特徴とする回転量検出装置。
2. 回転可能な被測定軸に連動して回転する複数の回転体を含む回転体列と、
   少なくとも１つの回転体の回転量を検出する回転量センサと、
   上記回転体列および回転量センサを収容するハウジングと、
   上記ハウジングに設けられ少なくとも１つの回転体の支軸を回転自在に支持する支持孔と、
   上記支持孔と対応する支軸の間に介在する環状スペーサとを備え、
   上記環状スペーサの線膨張係数は、対応する支軸の線膨張係数の８０％〜１２０％の範囲にあることを特徴とする回転量検出装置。
3. 請求項２において、上記環状スペーサは上記支持孔に回転不能に支持されることを特徴とする回転量検出装置。
4. 回転可能な被測定軸に連動して回転する複数の回転体を含む回転体列と、
   少なくとも１つの回転体の回転量を検出する回転量センサと、
   上記回転体列および回転量センサを収容するハウジングと、
   上記ハウジングに設けられ少なくとも１つの回転体の支軸を回転自在に支持する支持孔とを備え、
   上記支持孔に支軸を径方向に弾性的に支持可能な弾性支持部を設け、
   上記弾性支持部は、上記ハウジングの支持孔の径方向外方部に配置されて上記ハウジングを貫通する逃がし孔を含み、
   上記逃がし孔は、支持孔の縁部の肉が熱膨張したときにこの肉を逃がすことを特徴とする回転量検出装置。

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