(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸が係合する係合部を有する回転体と、この回転体を上板と底板の間で回転可能に支持する筺体と、前記回転体の回転角度を検出する角度検出部材とを備え、前記回転体の回転中心において、前記回転体は、一方側に突出形成した係合部と他方側に突出形成した軸部とを有し、前記係合部は、前記駆動軸の軸方向と直交する方向に延びる溝部を形成し、前記角度検出部材は、検出素子が前記回転体の前記溝部の溝方向と略直交した位置に取り付けされ、前記駆動軸は、先端部に回転中心を通る平板状の突部を形成し、この突部を前記溝部に係合させて前記軸部を前記底板に形成した支持部で軸支すると共に、この支持部を支点として前記回転体が前記駆動軸の軸方向と直交する方向の任意の方向に傾動可能に支持したことを特徴とする回転型センサ。
【請求項２】
前記上板と前記回転体との間に隙間部を形成し、この隙間部に弾性部材を配設して、前記回転体の前記軸部を前記支持部に弾接して支持するようにしたことを特徴とする請求項１記載の回転型センサ。
【請求項３】
前記弾性部材は、リング状の板材から成り、このリング状の一部をウエーブ状に湾曲させて複数の弾接部を形成し、この弾接部で前記回転体を弾接するするようにしたことを特徴とする請求項２記載の回転型センサ。
【請求項４】
前記角度検出部材は、摺動子片と抵抗体とを有し、前記摺動子片を前記回転体の前記溝部の溝方向と略直交した位置に取り付けて配設したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転型センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転型センサに係わり、外部から伝達される回転角度を高精度に検出することができる回転型センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転型センサは、図６に示すように、外形が略円筒状の筺体１から構成され、内部に空洞部２ａを有するケース２と、このケース２を固着して空洞部２ａを蓋閉する蓋体３とが配設されている。
そして蓋体３には軸孔３ａが形成され、空洞部２ａには回転中心に操作軸４ａが形成された回転体４が収納されている。前記操作軸４ａが蓋体３の軸孔３ａに回転自在に挿入されて、蓋体３の外方に突出した状態になっている。
前記軸孔３ａの直径寸法は、操作軸４ａの直径寸法より大きめに形成され、操作軸４ａは軸孔３ａにガタ嵌合で挿入されている。
また、操作軸４ａの先端部の回転中心には、例えば小判状の係合孔４ｂが形成され、この係合穴４ｂに後述する駆動軸８が挿入されるようになっている。
【０００３】
また、蓋体２の空洞部２ａ側の内面には、抵抗基板５が取り付けられ、この抵抗基板５の表面には図示しない略馬蹄形状の抵抗体パターンが印刷形成されている。この抵抗体パターンには回転体４に取り付けられた摺動子片６が圧接され、回転体４が回転すると摺動子片６が抵抗体パターン上を摺動して、抵抗値が所定のカーブで変化するようになっている。
前記抵抗基板５の図示下方側には、前記抵抗体パターンに接続される複数の端子７がカシメ等で取り付けられている。
【０００４】
このような従来の回転型センサを用いて、例えば自動車のスロットルバルブ等の回転角度を検出するには、所定の取付部材（図示せず）に筺体１の蓋体３を取り付ける。このとき、操作軸４ａの係合穴４ｂには、自動車側のスロットルバルブの回転軸等に連結された、２点鎖線で示すような駆動軸８が挿入されて、係合するようになっている。
この駆動軸８は、先端部が小判状にスリ落としされ、この小判状の先端部が、操作軸４ａの小判状の係合孔４ｂに圧入されて、駆動軸８の回転が回転体４に伝達されるようになっている。
【０００５】
前記駆動軸８は、前記スロットルバルブ側の部品の組み合わせ上の関係から、軸方向であるスラスト方向と、軸方向と直交する方向のラジアル方向とのガタ、あるいは偏心が発生しており、これら駆動軸８のガタ、あるいは偏心を回転型センサ側で吸収しなければならなかった。
この駆動軸８の型の吸収は、底板３の軸孔３ａの直径寸法を回転体４の操作軸４ａの直径寸法より大きく形成し、駆動軸８にラジアル方向のガタ、あるいは偏心があっても、操作軸４ａが軸孔３ａに接触することなく、回転体４をスムーズに回転させるようにしている。
前述のような従来の回転型センサは、スロットルバルブの回転軸等に連結された駆動軸８が所定角度回転すると、回転体４もスムーズに回転して、摺動子片６が抵抗体パターン上を摺動して抵抗値を変化させ、この抵抗値の変化量を図示しない制御部が検出して、駆動軸８の回転角度を検出することができるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したような従来の回転型センサは、スラスト方向、あるいはラジアル方向にガタ、あるいは偏心がある駆動軸８に、回転体４の操作軸４ａが直接取り付けられているため、駆動軸８が回転すると、回転体４も駆動軸８のガタ、あるいは偏心に追従してガタ、あるいは偏心が発生し、抵抗体パターンに対する摺動子片６の軌跡がずれるため、高精度な回転角度の検出ができなくなるという問題があった。、
【０００７】
また、駆動軸８のガタの影響をなくすために、駆動軸８と操作軸４ａとを、回転方向の一面のみで当接させて、駆動軸８の一方向の回転だけを回転体４に伝達するようにし、駆動軸８が他方向に回転すると、リターンバネ等のバネ圧で、回転体４を駆動軸８の回転に追従するようにして、駆動軸８と操作軸４ａとを一体的に動作させるようにする方法がある。しかし、この方法だとリターンバネ等の部品が必要になり、部品点数が増えてコストアップになるという問題があった。本発明は、前述のような課題を解決して、駆動軸８にガタ、あるいは偏心があったとしても、このガタあるいは偏心を吸収して、高精度の回転角度検出ができる回転型センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の解決手段として本発明の回転型センサは、駆動軸が係合する係合部を有する回転体と、この回転体を上板と底板の間で回転可能に支持する筺体と、前記回転体の回転角度を検出する角度検出部材とを備え、前記回転体の回転中心において、前記回転体は、一方側に突出形成した係合部と他方側に突出形成した軸部とを有し、前記係合部は、前記駆動軸の軸方向と直交する方向に延びる溝部を形成し、前記角度検出部材は、検出素子が前記回転体の前記溝部の溝方向と略直交した位置に取り付けされ、前記駆動軸は、先端部に回転中心を通る平板状の突部を形成し、この突部を前記溝部に係合させて前記軸部を前記底板に形成した支持部で軸支すると共に、この支持部を支点として前記回転体が前記駆動軸の軸方向と直交する方向の任意の方向に傾動可能に支持するような構成とした。
【０００９】
また、前記課題を解決するための第２の解決手段として、前記上板と前記回転体との間に隙間部を形成し、この隙間部に弾性部材を配設して、前記回転体の前記軸部を前記支持部に弾接して支持するような構成とした。
【００１０】
また、前記課題を解決するための第３の解決手段として、前記弾性部材は、リング状の板材から成り、このリング状の一部をウエーブ状に湾曲させて複数の弾接部を形成し、この弾接部で前記回転体を弾接するするような構成とした。
【００１１】
また、前記課題を解決するための第４の手段として、前記角度検出部材は、摺動子片と抵抗体とを有し、前記摺動子片を前記回転体の前記溝部の溝方向と略直交した位置に取り付けて配設するような構成とした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の回転型センサの１実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の回転型センサの要部断面図であり、図２は本発明に係わる主要部品の関係を説明する概略平面図であり、図３は本発明に係わる弾性部材の図であり、図４は本発明に係わる駆動軸概略図であり、図５は本発明に係わるその他の実施の形態を説明する要部断面図である。
【００１３】
本発明の回転型センサは、図１に示すように、例えば、外形が箱状（図示せず）で樹脂材料等から成る筺体１０が形成され、この筺体１０は底壁１１により底部が遮蔽されている。前記底壁１１の一部を図示右側に突出させて、略円筒状の収納部１２が形成され、この収納部１２は、周囲の側壁１３と、底部の底板１４とから形成されている。
【００１４】
前記底板１４の略中央部には収納部１２側の図示左方向に突出する支持部１４ａ形成され、この支持部１４ａの中心部に、凹部から成る半球状の軸受け部１４ｂが形成されている。
前記底板１４の収納部１２内で側壁１３寄りには、後述する抵抗体基板１７を取り付けるための基板保持部１４ｃが突出形成されている。
前記収納部１２内には、略円盤状の樹脂材料から成る回転体１５が回転自在に収納されている。この回転体１５は、中心線Ａを回転中心として、この回転中心において、回転体１５の図示左側の一方側と、図示右側の他方側とに突出形成した係合部１５ａと軸部１５ｂとを有し、この軸部１５ｂを底板１４に形成した支持部１４ａで軸支するようになっている。
前記係合部１５ａは、中心線Ａを挟んで形成した２つの係合壁１５ｃ、１５ｃが突出形成され、この２つの係合壁１５ｃ、１５ｃの間に、中心線Ａと直交する方向に延びる所定幅寸法の溝部１５ｄが形成されている。
【００１５】
前記係合壁１５ｃ、１５ｃのそれぞれの先端部は、略半円状の凸部１５ｅ、１５ｅが、溝部１５ｄ側に突出形成されている。
また、前記回転体１５の軸部１５ｂは、先端部が略半球状に突出形成され、この軸部１５ｂが、底板１４の軸受け部１４ｂに、回転自在に軸支され、中心線Ａと直交する方向に動けないようになっている。
【００１６】
前記軸部１５ｂが形成された側の回転体１５の側面には、角度検出部材１６を構成する部品の一部であり、検出素子である摺動子片１６ａがバネ性を有して取り付けられている。
この摺動子片１６ａは、図２に示すように、後述する抵抗体パターン、集電パターン１７ａと接触して摺動する接点部１６ｂが、回転体１５の溝部１５ｄの溝方向と略直交した位置に取り付けられている。
前記摺動子片１６ａが取り付けられた面と対向する側に、所定の隙間を有して抵抗基板１７が配設され、この抵抗基板１７は、底板１４の基板保持部１４ｃに位置決めされてカシメ等で固着されている。
前記抵抗基板１７の表面には、図２に示すような抵抗体パターン、集電パターン１７ａが印刷等で形成され、この抵抗体パターン、集電パターン１７ａに摺動子片１６ａの接点部１６ｂが弾接するようになっている。前記角度検出部材１６は、摺動子片１６ａと抵抗体パターン１７ａ、集電パターンを有する抵抗基板１７とで構成されている。
【００１７】
前記抵抗基板１７の図１に示す下方側には、略Ｌ字状の複数の端子１８が前記抵抗体パターン、集電パターン１７ａに対応して接続され、この端子１８は、抵抗基板１７の端面から引き出されて、側壁１３の内面に当接した状態で、図示左側に引き出された先端部１８ａに、ＦＰＣ１９上の図示しないリードパターンが半田付け等で接続されている。
前記回転体１５の図示左側には、収納部１２を蓋閉する上板２０が配設され、この上板２０は底壁１１の複数箇所に形成された取付突起１１ａに取り付けられて、熱カシメ等で底壁１１に固着されている。
前記上板２０の中心部には、回転体１５の係合部１５ａが位置する開口部２０ａが形成され、この開口部２０ａの周囲に支持壁２０ｂが形成されて、内部の回転体１５側に円筒状に突出形成されている。そして、支持壁２０ｂによって、回転体１５が所定以上斜めにならないようになっている。
【００１８】
前記上板２０と回転体１５との間には隙間部２１が形成され、この隙間部２１に弾性部材２２が配設されている。この弾性部材２２はリン青銅板等のバネ性のある外形がリング状の板材から成り、図３に示すように、リング状の複数箇所に平坦な取付部２２ａが形成され、この取付部２２ａには取付孔２２ｂが形成されている。
また、弾性部材２２はリング状の一部をウエーブ状に湾曲させて、複数の弾接部２２ｃが形成されている。そして、取付孔２２ｂが回転体１５側に形成された突起（図示せず）にカシメ付けられて、弾性部材２２が上板２０の内面に取り付けられている。前記弾性部２２ｃのバネ圧は、摺動子片１６ａのバネ圧より大きく設定されている。
【００１９】
そして、弾性部材２２の複数の弾接部２２ｃが、常に回転体１５に弾接することによって、回転体１５が底板１４側に押され、軸部１５ｂが支持部１４ａの軸受け部１４ｂに軸支されると共に、後述する駆動軸２３の回転が伝達されて、回転体１５が回転可能に収納部１２内に支持されている。
即ち、回転体１５は、支持部１４ａを支点として、弾性部材２２の作用で、係合部１５ｄが回転中心である中心線Ａと直交する方向の任意の方向に傾動可能に支持されている。
【００２０】
前述のような構成の本発明の回転型センサを用いて、例えば自動車等のスロットルバルブの回転角度を検出するには、まず、筺体１０をスロットルボディー（図示せず）の本体に取り付ける。すると、図１に示すように、回転体１５の係合部１５ａの溝部１５ｄに、スロットルバルブの回転軸（図示せず）等に連結されている駆動軸２３が挿入されて位置する。
この駆動軸２３は棒状の円形に形成され、先端部に回転中心である中心線Ａを通る平板状の突部２３ａが形成されている。前記駆動軸は、所定の回転角度範囲内で往復回転するようになっている。
【００２１】
そして、前記突部２３ａが回転体１５の溝部１５ｄに挿入されて、駆動軸２３が係合部１５ａに係合し、駆動軸２３の回転に追従して回転体１５が回転するようになっている。
前記角度検出部材１６の回転角度検出範囲は、例えば本発明の角度検出センサがスロットルセンサとして用いられる場合は、略１００゜までの回転角度を検出できるようになっているが、この回転角度検出範囲は種類によって一定ではなく、例えばエンドレスのものもある。
【００２２】
前記駆動軸２３は、前記スロットルバルブ側の部品精度等の都合上から、軸方向であるスラスト方向のガタ、あるいは軸方向と直交する方向の任意の方向であるラジアル方向のガタ、あるいは偏心が発生している。
本発明の回転型センサは、前記駆動軸２３のスラスト方向の変化、あるいはラジアル方向のガタ、あるいは偏心を吸収して、駆動軸２３の回転角度を、誤差のない、あるいは、あったとしても小さい誤差で検出することができるようになっている。
【００２３】
即ち、駆動軸２３がスラスト方向のガタでスラスト方向に変位する場合には、図１に示す駆動軸２３の突部２３ａが、係合部１５ａの凸部１５ｅ、１５ｅ間の溝部１５ｄを中心線Ａ方向に自由に移動することができように、溝部１５ｄの深さを深くしているので、スラスト方向の変位を吸収することができる。
前記駆動軸８のスラスト方向の変位を吸収することにより、摺動子片１６ａの抵抗体パターン、集電パターン１７ａに対する位置が変化せず、誤差のない高精度な駆動軸２３の回転角度を検出することができる。
【００２４】
また、駆動軸２３の回転中心が偏心して、ラジアル方向の任意方向に偏心する場合は、回転体１５の係合部１５ａが、駆動軸２３のラジアル方向の偏心に追従して変位するが、軸部１５ｂが底板１４の支持部１４ａに軸支されているので、抵抗体パターン、集電パターン１７ａに対する摺動子片１６ａの動きはほとんどなく、圧接圧が若干変化するだけなので、駆動軸２３にラジアル方向にガタ、あるいは偏心があったとしても、小さい誤差で、高精度な駆動軸２３の回転角度を検出することができる。
【００２５】
前記駆動軸２３の任意のラジアル方向のガタ、あるいは偏心による相対的な位置のズレは２方向の合成であると考えることができ、図２に示す矢印Ｂ方向のラジアル方向の位置ズレがある場合は、図１に示す回転体１５が支持部１４ａを支点として、若干斜めになり、摺動子片１６ａの抵抗体パターン、集電パターン１７ａに対する接触圧が若干変化するが、出力に対してはほとんど影響を与えない。  また、抵抗体パターン、集電体パターン１７ａの位置も、半径方向に若干移動するが、高さ方向の支点から接点部１６ｂまでの距離は、支点から凸部１５ｅまでの距離に比べて短いので、駆動軸２３の偏心量に対して、接点部１６ｂの移動量を小さくでき、本実施の形態においては駆動軸２３の偏心量の１／３程度に抑えることができる。
【００２６】
更に、本実施の形態においては、溝部１５ｄの溝方向と略直交した位置に接点部１６ｂを位置させているので、矢印Ｂ方向に駆動軸２３が変位しても、抵抗体パターン、集電パターン１７ａの幅方向に移動するのみであるから、電極１７ｂと接点部１６ｂ間の距離は変わらないので、抵抗値はほとんど変化しない。
【００２７】
また、駆動軸２３のラジアル方向のガタ、あるいは偏心が、図２に示す矢印Ｃ方向の場合は、駆動軸２３の突部２３ａが係合部１５ａの凸部１５ｅ、１５ｅ間を溝方向の矢印Ｃ方向に移動するだけで、矢印Ｃ方向のラジアル方向の影響をなくすことができる。そのため、駆動軸２３に矢印Ｃ方向のラジアル方向の移動変位があったとしても、誤差のない高精度の駆動軸２３の回転角度を検出することができる。
【００２８】
本発明の実施の形態では、角度検出部材１６を摺動子片１６ａと抵抗体パターン１７ａを有する抵抗基板１７とで構成したもので説明したが、図５に示すような、角度検出部材２６を回転体２５の外周部の円周方向に放射状に取り付けた磁石部材２５ａと、この磁石部材２５ａの外側で、回転体１５の溝部１５ｄの溝方向と略直交した位置に所定の隙間を有して対向させて基板２７に取り付けた検出素子であるホールＩＣ２７ａとで、角度検出部材２６を構成したものでもよい。
この場合、駆動軸２３のラジアル方向のガタがあると、磁石部材２５ａとホールＩＣ２７ａとの隙間寸法が変化して、出力値が若干変化して誤差となるが、軸部２５ｂが支持部１４ａに軸支されているので、その誤差を小さくすることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の回転型センサは、回転体の回転中心において、回転体は、一方側に突出形成した係合部と他方側に突出形成した軸部とを有し、係合部は、駆動軸の軸方向と直交する方向に延びる溝部を形成し、角度検出部材は、検出素子が回転体の溝部の溝方向と略直交した位置に取り付けされ、駆動軸は、先端部に回転中心を通る平板状の突部を形成し、この突部を溝部に係合させて軸部を前記底板に形成した支持部で軸支すると共に、この支持部を支点として回転体が駆動軸の軸方向と直交する方向の任意の方向に傾動可能に支持したので、駆動軸の溝方向であるラジアル方向のガタは、駆動軸が溝部内を溝方向に移動して確実に吸収することができ、高精度の回転角度検出ができる回転型センサを提供できる。
【００３０】
また、前記上板と前記回転体との間に隙間部を形成し、この隙間部に弾性部材を配設して、前記回転体の前記軸部を前記支持部に弾接して支持するようにしたので、回転体の軸部を底板の支持部に確実に回転自在に支持することができる。
【００３１】
また、前記弾性部材は、リング状の板材から成り、このリング状の一部をウエーブ状に湾曲させて複数の弾接部を形成し、この弾接部で前記回転体を弾接するするようにしたので、円盤状の回転体に均等に弾性部材のバネ圧を加えることができ、高精度の回転角度検出ができる。
【００３２】
また、前記角度検出部材は摺動子片と抵抗体を備え、前記係合部は、前記駆動軸の軸方向と直交する方向に延びる溝部を備え、前記駆動軸先端部に回転中心を通る平板状の突部を形成し、この突部を前記溝部に係合させると共に、前記摺動子片を前記回転体の前記溝部の溝方向と略直交した位置に取り付けて配設した構成としたので、駆動軸のスラスト方向のガタを確実に吸収することができる。また、駆動軸のラジアル方向で溝部の溝方向のガタは、駆動軸が溝部内を溝方向に移動して確実にガタを吸収することができる。
また、駆動軸のラジアル方向で溝部の溝方向と直交する方向のガタでは、摺動子片が抵抗体パターンの円周方向と直交する方向に動くので、抵抗値の変化が小さく、回転角度検出の誤差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転型センサの要部断面側面図である。
【図２】本発明に係わる主要部品の関係を説明する概略平面図である。
【図３】本発明に係わる弾性部材の側面図と正面図である。
【図４】本発明に係わる駆動軸の要部側面図と正面図である。
【図５】本発明に係わるその他の実施の形態を説明する要部断面側面図である。
【図６】従来の回転型センサの要部駄面側面図である。
【符号の説明】
１０  筺体
１１  底壁
１２    収納壁
１３  側壁
１４  底板
１４ａ  支持部
１４ｂ  軸受部
１４ｃ  基板保持部
１５  回転体
１５ａ  係合部
１５ｂ  軸部
１５ｃ  係合壁
１５ｄ  溝部
１５ｅ  凸部
１６  角度検出部材
１６ａ  摺動子片
１６ｂ  接点部
１７  抵抗基板
１７ａ  抵抗体パターン
１８  端子
１９  ＦＰＣ
２０  上板
２１  隙間部
２２  弾性部材
２２ａ  取付部
２２ｂ  取付孔
２２ｃ  弾接部
２３  駆動軸
２３ａ  突部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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