JP5069210B2 - 回転角度センサ - Google Patents

Description

この発明は自動車や産業機器などに使用される回転軸の回転角度を検出する回転角度センサに関する。

従来の技術として、回転軸に連結されて回転するロータの先端に磁石を設け、磁石と間隔をおいて対向する例えば磁気抵抗素子のような磁気センサによりロータの回転角度を検出する回転角度センサがある。そのような従来技術として例えば特許文献１に示されている回転角度センサの断面を図８に示す。

図８の従来例では箱型のハウジング１の前方壁に形成された穴に軸受け２が挿通固定され、その軸受け２の軸穴にロータ３が挿通されている。ロータ３の、ハウジング１内の下端に円板状のホルダ４が固定され、そのホルダ４に、回転軸に対し偏心した位置に磁石５が取り付けられている。ハウジング１の床には磁石６とその上の磁気ヨーク７が設けられ、磁気ヨーク７の上面に磁気センサ８が、ロータ３の回転軸を中心としかつ磁石５と間隔を空けて部分的に対向するように配置されている。この例では、磁気センサ８は直列接続された２つの磁気抵抗素子により磁束量を電圧として検出するようにされており、ロータ３の回転により磁石５からの磁束が磁気センサ８の２つの磁気抵抗素子を垂直に透過する領域が変化することにより検出される電圧変化を利用している。
特開平８−２３６３１４号公報

この従来例においては、ロータ３に一体形成されたフランジ３Ａとホルダ４との間に軸受け２を挟むことによりロータ３の軸方向の移動及びハウジングに対する軸の傾きを制限しているが、ロータ３は軸受け２に対し回動可能とするため、どちらも多少ガタが生じている。その結果、磁石５が磁気センサ８に接触して傷を付けることにより故障が生じたり、磁気センサ８と磁石５の間隔の変化による低い検出精度の原因となっている。この従来技術においては、磁石５と磁気センサ８との間隔は、ホルダ４、軸受け２、ハウジング１、磁石６及びヨーク７の全ての寸法精度に影響され、回転角度センサの製品間の測定ばらつきの原因となっている。

この発明の目的は、ロータに取り付けられた磁石と磁気センサが接触せず、かつ、互いの間隔を一定に保った状態で回転角度測定可能であり、従って、測定精度が高く、製品間の測定ばらつきの少ない回転角度センサを提供することである。

この発明による回転角度センサは、円形開口が形成された前方壁を有するケースと、上記ケース内に回動自在に収容され、回転軸方向中間部にフランジを有し、先端部が上記ケースの上記円形開口から突出したロータと、上記ロータの後端に固定された磁石と、上記ケース内に設けられ、上記フランジの後端面を互いに回転摺動可能に受ける前端面を有する環状軸受けと、上記ケース内に装着され、上記ロータの中心軸と直角な板面を有し、上記環状軸受けの後端を固定支持し、電気接続のための配線を有する配線基板と、上記ロータのフランジと上記ケースの前方壁との間に装着され、上記フランジを弾性的に上記環状軸受けの前端面に押圧する弾性押圧手段と、上記磁石と間隔をあけて対向し、上記配線基板上に実装され、上記配線に接続された磁気センサＩＣと、
を含むように構成される。

この発明の構成によれば、弾性押圧手段によりロータのフランジを常に環状軸受けの前端面に弾性的に押圧しているので、磁石と磁気センサＩＣの間隔は環状軸受けの軸方向長さのみにより規定され一定に保たれる。また、回転軸の傾きが変動することもないので、測定精度が高くなる。

［実施形態］
図１はこの発明による回転角度センサの第１実施形態の斜視図を示し、図２はその平面図を示し、図３及び４はそれぞれ図２におけるIII-III断面、及びIV-IV断面を示す。回転角度センサは、両側に取付け用突部１０Ａ，１０Ｂを有するほぼ円筒状の絶縁体で成型されたケース１０と、ケース１０内に装着され、一端がケースの前方壁に形成された開口から外に突出したロータ２０と、ロータ２０の軸方向中間部に形成されたフランジ２０Ａとケース１０の前方壁との間に装着された波座金３０と、ロータ２０の、ケース１０内における他端に固定された磁石２１と、ケース１０内に設けられロータ２０の内端を一端で受ける環状軸受け１３と、環状軸受け１３の他端を支持する配線基板１４と、環状軸受け１３の内側において磁石２１とロータ２０の軸方向に間隔をおいて対向するように配線基板１４上に取付けられた磁気センサＩＣ１５と、配線基板１４を背後から支持しケース１１の他端開口を塞ぐカバー１６とを有している。

なお、図８では磁気センサ８は垂直方向の磁束を検出する例を示したが、この発明の実施形態では、磁束が磁気センサＩＣ１５とその近傍において配線基板と平行な方向（水平方向）に流れるように磁石２１を配置し、磁気センサＩＣ１５は水平面内における磁束の方向に対応する電圧を検出するようにされている。

樹脂を射出成型して形成した円柱状のロータ２０はその先端面から軸方向に伸びる断面が非円形（ここでは略半円形）の連結用凹部２０ｃが形成されており、測定対象の回転軸（図示せず）の、断面が連結用凹部２０ｃの断面と同じ形状の先端部が挿入連結され、ロータ２０が外部回転軸により回動される。以下の説明では、図２に示す回転角度センサにおいて、連結対象側を前方とし、その反対側を後方とすることにする。ロータ２０は軸方向中間部にフランジ２０Ａを有し、ロータ２０の後方端に磁石２１が接着固定されている。強磁性体の磁石２１は切削加工あるいは射出成型により形成される。

樹脂を射出成型して形成したケース１０の前方端は開口を狭めるよう、中心軸方向に延長した前方壁１０Ｃが一体形成されており、その前方壁１０Ｃの内周端から軸方向前方にスリーブ１０Ｄが延長して一体形成されている。ケース１０には更にその後部の周縁部から箱状の端子収容部１０Ｅが延長して一体形成され、端子収容室１０ｄを形成している。ロータ２０はケース１０の後方開口から挿入され、ロータ２０のフランジ２０Ａより前方部がケース１０のスリーブ１０Ｄを通して外に突出している。

環状軸受け１３は、例えばナイロンやテフロン（登録商標）のような潤滑性、耐摩耗性の優れた樹脂で成型されている。フランジ２０Ａはケース１０の前方壁１０Ｃと環状軸受け１３の前端との間に配置され、フランジ２０Ａと前方壁１０Ｃとの間に挟まれてばね性の環状波座金３０が設けられている。環状波座金３０はロータ２０のフランジ２０Ａを弾性的に環状軸受け１３に押圧させ、磁石２１と磁気センサＩＣ１５との間隔を一定に保つようにしている。

配線基板１４は例えばセラミック基板に配線パターンを形成したものや、ガラスエポキシ銅張り積層板をエッチングして配線パターンを形成したものであり、ほぼ円形とされ、その外周の一円弧部から矩形の端子部１４Ａが延長され一体形成されている。配線基板１４のほぼ中央には磁気センサＩＣ１５が半田付けで実装され、その磁気センサＩＣ１５の給電用端子、検出信号取り出し用端子等に接続された配線は配線基板１４上を端子部１４Ａまで延長されている。配線基板１４には環状軸受け固定用の結合穴１４ｂが同一円周上に３つ形成されている（図５も参照）。環状軸受け１３の後端に形成された３つの固定用突起１３Ａ（図４に１つが示されている）は結合穴１４ｂに嵌め込まれて環状軸受け１３を固定する。固定する方法としては、固定用突起１３Ａの径を結合穴１４ｂの径よりわずかに大として形成し、それを結合穴１４ｂに圧入固定又は熱かしめしてもよいし、あるいは、固定用突起１３Ａを結合穴１４ｂで位置決めし、接着剤で環状軸受け１３の後端と配線基板１４とを接着固定してもよい。

次に、図６を参照してこの発明の回転角度センサの組み立てについて説明する。配線基板１４の端子部１４Ａの配線端子には予めリード線１７を接続し、環状軸受け１３を配線基板１４に取り付けておく。また、ロータ２０の後端には磁石２１を接着固定し、ロータ２０の前端を波座金３０に挿入し、それらを一体にケース１０内に装着し、ロータ２０の先端をケース１０の前方開口から突出させる。環状軸受け１３が取り付けられた配線基板１４をロータ２０の背後からケース２０に挿入する。このとき、端子部１４Ａがケース１０の収容室１０ｄ内に収容され（図４参照）、端子部１４Ａからのリード線１７が収容部１０Ｅの側壁の下端に形成された切り欠き１０ｅを通して外に導出される。その配線基板１４の背後からカバー１６によりケース１０の後方開口を塞ぎ固定する。
このように、この発明による回転角度センサの組み立ては簡単である。

上述したこの発明の回転角度センサにおいて、波座金３０の代わりに例えばシリコンゴムのような弾力を有する弾性樹脂のＯリングを使用し、フランジ２０Ａを環状軸受け１３に押圧するようにしてもよい。即ち、この発明は、このような弾性押圧手段をケース１０の前方壁１０Ｃとフランジ２０Ａとの間に装着し、フランジ２０Ａを環状軸受け１３の前方端に弾性的に押圧することに特徴がある。

図７はこの発明による回転角度センサの第２の実施形態を示す断面図であり、図３の断面図に対応する。第２の実施形態は図３において環状軸受け１３の前方端とフランジ２０Ａとの間に例えば非磁性のステンレスのような金属ワッシャ１８を装着したものであり、それ以外は第１実施形態と同じである。ロータ２０と環状軸受け１３を樹脂で成型している場合、金属のワッシャ１８をフランジ２０Ａと環状軸受け１３の間に介在させることにより摺動摩擦を低減させる効果が得られる。

この発明による回転角度センサの第１実施形態の斜視図 図１の回転角度センサの平面図。 図２におけるIII-III断面図。 図２におけるIV-IV断面図。 図４の破線円領域の部分拡大断面図。 回転角度センサの組み立てを説明するための分解斜視図。 この発明による回転角度センサの第３実施形態を示す断面図。 特許文献１の従来の回転角度センサを示す断面図。

Claims (6)

1. 円形開口が形成された前方壁を有するケースと、
   上記ケース内に回動自在に収容され、回転軸方向中間部にフランジを有し、先端部が上記ケースの上記円形開口から突出したロータと、
   上記ロータの後端に固定された磁石と、
   上記ケース内に設けられ、上記フランジの後端面を互いに回転摺動可能に受ける前端面を有する環状軸受けと、
   上記ケース内に装着され、上記ロータの中心軸と直角な板面を有し、上記環状軸受けの後端を固定支持し、電気接続のための配線を有する配線基板と、
   上記ロータのフランジと上記ケースの前方壁との間に装着され、上記フランジを弾性的に上記環状軸受けの前端面に押圧する弾性押圧手段と、
   上記磁石と間隔をあけて対向し、上記配線基板上に実装され、上記配線に接続された磁気センサＩＣと、
   を含むことを特徴とする回転角度センサ。
2. 請求項１記載の回転角度センサにおいて、上記弾性押圧手段は波座金であることを特徴とする回転角度センサ。
3. 請求項１記載の回転角度センサにおいて、上記弾性押圧手段は弾性樹脂のＯリングであることを特徴とする回転角度センサ。
4. 請求項１乃至３の何れか記載の回転角度センサにおいて、上記フランジと上記環状軸受けとの間に金属ワッシャが挟まれていることを特徴とする回転角度センサ。
5. 請求項１乃至４の何れか記載の回転角度センサにおいて、上記環状軸受けの後端に固定用突起が形成されており、上記配線基板に形成された結合穴に結合され上記環状軸受けが固定されていることを特徴とする回転角度センサ。
6. 請求項１乃至５の何れか記載の回転角度センサにおいて、上記配線基板はその側縁部に上記配線が導出された端子部を一体に有し、上記ケースには上記端子部を収容する収容部が一体形成されていることを特徴とする回転角度センサ。

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