(57)【要約】【課題】軸を介して連結された二部材間の軸回りの揺動角度を検出する角度検出装置の構造を単純化する。【解決手段】センサハウジング２００の内側にセンサ部２１０を固定し、これを第一構造要素１０に固定する。軸２０と第二構造要素３０を一体に回転可能に連結する。軸２０に回転部材２２０を同軸に取り付ける。センサ部２１０は、軸２０と同軸で一体回転する回転部材２２０の永久磁石２２４の磁界変化を検出し、回転部材２２０の回転角度に対応の電気信号を出力する。【選択図】図１
2018080993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一構造要素に軸を介して連結された第二構造要素の当該第一構造要素に対する相対的な軸回りの揺動角度を検出する角度検出装置において、
前記第一構造要素に固定されるセンサハウジングと、
前記センサハウジングの内側に固定されたセンサ部と、
前記軸に同軸に取り付けられる回転部材と、
を備え、
前記センサ部が、前記回転部材の回転角度に対応の電気信号を出力するようになっており、
前記軸が、前記第二構造要素と一体に回転可能になっていることを特徴とする角度検出装置。
【請求項２】
前記軸を前記第一構造要素に対して径方向に支持する第一軸受及び第二軸受をさらに備え、
前記第一構造要素が、軸方向に対向する対の側壁部を有し、
前記第一軸受が、軸方向一方側の前記側壁部に取り付けられており、
前記第二軸受が、軸方向一方側と反対の他方側の前記側壁部に取り付けられており、
前記第二構造要素が、前記対の側壁部間に配置された軸孔部を有し、
前記軸が、前記軸孔部に嵌る中間部と、前記第一軸受から軸方向一方側へ突き出た第一端部とを有し、  
前記軸孔部と前記中間部が一体に回転可能に連結されており、
前記回転部材が、前記第一端部に取り付けられている請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項３】
前記軸が、前記第一軸受に嵌合された頭部と、前記第二軸受から軸方向他方側へ突き出た第二端部とを有し、
前記頭部の外径が、前記中間部及び前記第二端部よりも大径になっており、
前記頭部が、第三軸受を介して前記第二構造要素に対して軸方向に支持されており、
前記第二端部に取り付けられた抜け止め部が、第四軸受を介して前記軸方向他方側の側壁部に対して軸方向に支持されている請求項２に記載の角度検出装置。
【請求項４】
前記センサハウジングの内側に嵌合された外輪と、前記外輪の内側に配置された内輪と、前記外輪と前記内輪との間に配置された一列の転動体とを有する単列ラジアル軸受と、
前記内輪を前記センサハウジングに対して軸方向に支持するスラスト軸受と、
前記外輪を前記スラスト軸受と反対側で軸方向に受けるように前記センサハウジングに装着された押さえ部と、
をさらに備え、
前記回転部材が、前記軸に嵌合された内周部と、前記内輪に嵌合された外周部と、前記軸に軸方向に対面する中央部と、前記中央部に保持された永久磁石とを有し、
前記センサ部が、前記永久磁石に対向する磁気センサを有し、  
前記回転部材が、前記単列ラジアル軸受のみで前記センサハウジングに対して径方向に支持されている請求項１から３のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項５】
前記センサハウジングの内側に固定された基板をさらに備え、
前記センサ部が、前記基板に表面実装されており、
前記永久磁石が、前記軸の回転軸線の延長上に配置されており、
前記センサ部と前記永久磁石とが、軸方向に所定の隙間をもって対向している請求項４に記載の角度検出装置。
【請求項６】
前記センサ部が、出力値の補正をプログラミング可能なものとなっている請求項５に記載の角度検出装置。
【請求項７】
前記センサ部が、二系統で出力可能なものとなっている請求項５又は６に記載の角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、建設機械、その他の産業機械等において、軸で連結された二部材間の軸回りの相対的な揺動角度を検出する目的で使用される角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、油圧ショベルの場合、旋回体のセンタフレームとブームとが軸を介して連結されており、ブームがセンタフレームに対して軸回りに揺動するようになっている。その揺動角度を検出する角度検出装置として、ブームに回転角度検出ユニットを取り付け、そのユニットの回転部材と、軸との間にレバー機構を設けたものがある。ブームがセンタフレームに対して軸回りに揺動すると、レバー機構が回転部材を回転させるリンク機能の動きをし、その回転部材の回転角度をユニットのセンサ部が検出する。そのセンサ部出力により、センタフレームに対するブームの揺動角度を検出することが可能となっている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１のような角度検出装置に利用される回転角度検出ユニットとして、センサハウジングと、センサハウジングに対して回転部材を回転自在に支持する二列の転がり軸受と、回転部材の一端に回転部材と同軸に取り付けられた永久磁石と、回転部材の回転に伴う永久磁石の磁界変化を検出して回転部材の回転角度に対応の電気信号を出力する磁気センサとを備えるものがある（特許文献２）。この回転角度検出ユニットは、回転部材にレバー機構から大きなモーメント荷重が負荷される場合を考慮し、回転部材を二列の転がり軸受で径方向に支持している。そのセンサハウジングをブームに固定し、その回転部材のセンサハウジングからの突出部分にレバー機構を接続することにより、特許文献１のような角度検出装置を構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平５−１４２４４号公報
【特許文献２】特許第５１１２９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された角度検出装置は、レバー機構を採用しているので、センタフレームに固定するセンサ部ブラケットの取り付け精度によって、ブームの揺動角度に誤差が発生する点、部品点数が多くなる点、レバー機構の取り付け高さの精度によって回転角度検出ユニットの回転部材に大きなモーメント荷重が加わる点で好ましくない。
【０００６】
上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、軸を介して連結された二部材間の軸回りの揺動角度を検出する角度検出装置の構造を単純化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を達成するため、この発明は、第一構造要素に軸を介して連結された第二構造要素の当該第一構造要素に対する相対的な軸回りの揺動角度を検出する角度検出装置において、前記第一構造要素に固定されるセンサハウジングと、前記センサハウジングの内側に固定されたセンサ部と、前記軸に同軸に取り付けられる回転部材と、を備え、前記センサ部が、前記回転部材の回転角度に対応の電気信号を出力するようになっており、前記軸が、前記第二構造要素と一体に回転可能になっている構成を採用したものである。
【０００８】
上記構成によれば、第一構造要素に対する第二構造要素の相対的な揺動の中心となる軸は、第一構造要素に対して、第二構造要素と一体に回転する。このため、その軸の回転角度は、その揺動角度に対応し、その軸に同軸に取り付けられた回転部材の回転角度も、その揺動角度に対応する。このため、第一構造要素側に固定されたセンサ部により、揺動角度に対応した回転部材の回転角度を検出することができる。このように揺動中心となる軸に同軸に取り付けられた回転部材の回転角度をセンサ部で検出するため、特許文献１のようなレバー機構が不要になり、角度検出装置の構造が単純化される。
【０００９】
例えば、前記軸を前記第一構造要素に対して径方向に支持する第一軸受及び第二軸受をさらに備え、前記第一構造要素が、軸方向に対向する対の側壁部を有し、前記第一軸受が、軸方向一方側の前記側壁部に取り付けられており、前記第二軸受が、軸方向一方側と反対の他方側の前記側壁部に取り付けられており、前記第二構造要素が、前記対の側壁部間に配置された軸孔部を有し、前記軸が、前記軸孔部に嵌る中間部と、前記第一軸受から軸方向一方側へ突き出た第一端部とを有し、前記軸孔部と前記中間部が一体に回転可能に連結されており、前記回転部材が、前記第一端部に取り付けられているとよい。
このようにすると、第一構造要素の対の側壁部間に配置した第二構造要素の軸孔部と軸の中間部間で軸と第二構造要素を一体に回転可能に連結するので、対の側壁部間の距離を活かして第二構造要素のラジアル荷重を受ける部分のスパンを長くし、第二構造要素にかかるモーメント荷重の負荷容量を大きくすることができる。
【００１０】
より具体的には、前記軸が、前記第一軸受に嵌合された頭部と、前記第二軸受から軸方向他方側へ突き出た第二端部とを有し、前記頭部の外径が、前記中間部及び前記第二端部よりも大径になっており、前記頭部が、第三軸受を介して前記第二構造要素に対して軸方向に支持されており、前記第二端部に取り付けられた抜け止め部が、第四軸受を介して前記軸方向他方側の側壁部に対して軸方向に支持されているとよい。
このようにすると、頭部と第三軸受と第二構造要素との軸方向接触によって軸を軸方向他方側に向かって抜け止めする一方、軸の第二端部に付いた抜け止め部と第四軸受と軸方向他方側の側壁部との軸方向接触によって軸を軸方向一方側に向かって抜け止めし、軸の円滑な回転を図りつつ、軸の第一端部に付いた回転部材のセンサハウジングに対する軸方向変位を制限することができる。
【００１１】
回転角度検出を磁気式で行う場合、前記センサハウジングの内側に嵌合された外輪と、前記外輪の内側に配置された内輪と、前記外輪と前記内輪との間に配置された一列の転動体とを有する単列ラジアル軸受と、前記内輪を前記センサハウジングに対して軸方向に支持するスラスト軸受と、前記外輪を前記スラスト軸受と反対側で軸方向に受けるように前記センサハウジングに装着された押さえ部と、をさらに備え、前記回転部材が、前記軸に嵌合された内周部と、前記内輪に嵌合された外周部と、前記軸に軸方向に対面する中央部と、前記中央部に保持された永久磁石とを有し、前記センサ部が、前記永久磁石に対向する磁気センサを有し、前記回転部材が、前記単列ラジアル軸受のみで前記センサハウジングに対して径方向に支持されていることが好ましい。
このようにすると、センサ部と回転部材で磁気式の回転角度検出を行うことができ、スラスト軸受と押さえ部で単列ラジアル軸受をセンサハウジングに対して固定すると共に、回転部材を内輪に取り付け、センサハウジングとセンサ部と回転部材と単列ラジアル軸受とスラスト軸受と押さえ部とをユニット化することができる。そのユニットの回転部材の内周部を軸に嵌合することにより、回転部材と軸を同軸に接続することが可能である。
ここで、特許文献２のように二列の転がり軸受で回転部材を径方向に支持すると、センサハウジングの寸法が軸方向に大きくなる。一方、この発明に係る上記構成では、軸と回転部材が同軸に取り付けられるので、軸から回転部材に大きなモーメント荷重が負荷されない。このため、回転部材を径方向に支持する軸受の寿命が長くなる。また、転がり軸受の負荷容量を小さくして軸受サイズを小型化することも可能である。この利点を活かし、単列ラジアル軸受のみで回転部材を径方向に支持すれば、センサハウジングの寸法を小さくすることができ、ひいてはユニットの適用範囲が広くなる。
【００１２】
より好ましくは、前記センサハウジングの内側に固定された基板をさらに備え、前記センサ部が、前記基板に表面実装されており、前記永久磁石が、前記軸の回転軸線の延長上に配置されており、前記センサ部と前記永久磁石とが、軸方向に所定の隙間をもって対向しているとよい。
このようにすると、軸の延長上に位置するセンサハウジング部分の面積を活用して基板の面積を広くすることが可能なため、基板の安定配置や、高機能な電子部品の実装が容易になる。
【００１３】
例えば、前記センサ部が、出力値の補正をプログラミング可能なものとなっていることが好ましい。
このようにすると、ユニットの回転部材を軸に取り付ける前に、その回転部材を回転させて、回転角度の任意の分割位置に関してセンサ部出力の補正を行うことができる。
【００１４】
また、前記センサ部が、二系統で出力可能なものとなっていることも好ましい。
二系統の出力を行える高機能なセンサ部を採用しておけば、一系統が予想外の不具合で出力できなくても、他の一系統で出力を補うことが可能なため、センサ部の信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
この発明は、上記構成の採用により、軸を介して連結された二部材間の軸回りの揺動角度を検出する角度検出装置からレバー機構を廃止したため、角度検出装置の構造を単純化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施形態に係る角度検出装置を示す断面図
【図２】図１のセンサハウジングの外観の一部を示す拡大側面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明に係る角度検出装置の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１に示す角度検出装置は、第一構造要素１０と、軸２０を介して連結された第二構造要素３０とを備え、第二構造要素３０の第一構造要素１０に対する相対的な軸２０回りの揺動角度を検出するようになっている。図示の角度検出装置では、建設機械の本体（いわゆるベースマシン）の機枠（いわゆるセンターフレーム）に対する作業装置のブームの揺動角度、又は作業装置のブームに対するアームの揺動角度を検出する用途が想定されている。
【００１８】
ここで、「軸方向」は、前述の揺動の中心軸線に沿った方向のことをいい、軸２０の中心軸線の方向に一致している。以下、その中心軸線に対して直角な方向のことを「径方向」といい、その中心軸線回りの円周方向のことを「周方向」という。また、その中心軸線を中心として任意の部材が周方向へ回転することを「回転」という。
【００１９】
第一構造要素１０、第二構造要素３０は、それぞれ機械装置の一部を構成する構造部分からなる。第一構造要素１０と第二構造要素３０の少なくとも一方は、伝達された駆動力によって回転させられる。
【００２０】
第一構造要素１０は、軸方向に対向する対の側壁部１１、１２を有する。
【００２１】
また、図示の角度検出装置は、軸２０を第一構造要素１０に対して径方向に支持する第一軸受４０及び第二軸受５０を備える。
【００２２】
第一軸受４０は、軸方向一方側（図中左側）の側壁部１１に取り付けられている。第二軸受５０は、軸方向他方側（図中右側）の側壁部１２に取り付けられている。第二構造要素３０のラジアル荷重は、第一軸受４０、第二軸受５０を介して第一構造要素１０に受けられる。
【００２３】
第一軸受４０、第二軸受５０は、それぞれすべり軸受からなる。第一軸受４０、第二軸受５０は、それぞれ対応の側壁部１１、１２に形成された軸受座部に嵌合されている。
【００２４】
第二構造要素３０は、対の側壁部１１、１２間に配置された軸孔部３１を有する。
【００２５】
軸２０は、第二構造要素３０の軸孔部３１に嵌る中間部２１と、第一軸受４０から図中左側へ突き出た第一端部２２と、第一軸受４０に嵌合された頭部２３と、第二軸受５０から図中右側へ突き出た第二端部２４とを有する。
【００２６】
第二構造要素３０の軸孔部３１と軸２０の中間部２１が、一体に回転可能に連結されている。この連結手段は、その中間部２１に取り付けられたキー６０と、その軸孔部３１に形成されたキー溝３２とで構成されている。これにより、軸２０と第二構造要素３０の相対回転が防止され、軸２０が、第一構造要素１０に対して第二構造要素３０と一体に回転可能になっている。軸２０と第二構造要素３０の連結手段は、キーに代えて、スプライン又はセレーションによる嵌め合い及び回転防止を採用してもよく、また、圧入による締まり嵌めを採用してもよい。
【００２７】
軸２０の頭部２３の外径は、中間部２１及び第二端部２４よりも大径になっている。その頭部２３は、第三軸受７０を介して第二構造要素３０に対して軸方向に支持されている。
【００２８】
第三軸受７０は、すべり軸受からなる。第三軸受７０は、図中左側の側壁部１１と第二構造要素３０との間にも介在している。
【００２９】
軸２０の第二端部２４には、抜け止め部８０が取り付けられている。その抜け止め部８０は、第四軸受９０を介して図中右側の側壁部１２に対して軸方向に支持されている。
【００３０】
第四軸受９０は、すべり軸受からなる。第四軸受９０は、図中右側の側壁部１２にも接触する軸受外径をもっている。
【００３１】
さらに、第二構造要素３０は、第五軸受１００を介して図中右側の側壁部１２に対して軸方向に支持されている。
【００３２】
第二構造要素３０の図中左向きのアキシアル荷重は、第三軸受７０を介して第一構造要素１０に受けられる。第二構造要素３０の図中右向きのアキシアル荷重は、第五軸受１００を介して第一構造要素１０に受けられる。
【００３３】
第一軸受４０、第二軸受５０、第三軸受７０、第四軸受９０、第五軸受１００に採用するすべり軸受としては、例えば、焼結金属に潤滑油を含浸させた含油軸受や、バックメタルに青銅などの粉末を焼結した多孔質焼結に、フッ素樹脂を混合させたすべり軸受が挙げられる。
【００３４】
軸２０は、第一構造要素１０に対して図中左側から右側に向かって第二端部２４から第一軸受４０、第三軸受７０、軸孔部３１、第五軸受１００、第二軸受５０、第四軸受９０の順に挿入される。挿入された軸２０の第二端部２４に抜け止め部８０が取り付けられる。
【００３５】
軸２０の第二端部２４は、雄ねじ部になっている。抜け止め部８０は、その第二端部２４に螺合するナット８１と、ナット８１と第四軸受９０によって軸方向に挟まれたワッシャ８２とで構成されている。
【００３６】
抜け止め部８０が軸２０に取り付けられた状態では、第三軸受７０の図中右側が、第二構造要素３０、第五軸受１００及び図中右側の側壁部１２によって軸方向に支えられる。また、第四軸受９０の図中左側が、図中右側の側壁部１２によって軸方向に支えられる。軸２０が図中右方向へ変位しようとしても、その頭部２３が第三軸受７０に係止される。また、軸２０が図中左方向へ変位しようとしても、その第二端部２４に取り付けられた抜け止め部８０が第四軸受９０に係止される。このため、軸２０は、第一構造要素１０及び第二構造要素３０に対して軸方向両側に実質的に変位することがない。
【００３７】
また、図示の角度検出装置は、第一構造要素１０に固定されるセンサハウジング２００と、センサハウジング２００の内側に固定されたセンサ部２１０と、軸２０に同軸に取り付けられる回転部材２２０と、回転部材２２０とセンサハウジング２００との間に介在する単列ラジアル軸受２３０と、単列ラジアル軸受２３０とセンサハウジング２００との間に介在するスラスト軸受２４０と、センサハウジング２００に装着された押さえ部２５０と、センサハウジング２００の内側に固定された基板２６０と、基板２６０に接続されたワイヤーハーネス２７０と、を備える。これらセンサハウジング２００〜ワイヤーハーネス２７０は、一体に取り扱えるユニットに組み立てられている。
【００３８】
センサハウジング２００は、第一構造要素１０に固定されるフランジ部２０１と、フランジ部２０１の一端面から軸方向に凹んだ収容空間を形成するカップ部２０２とを有する。
【００３９】
センサハウジング２００のフランジ部２０１の一端面は、センサハウジング２００の図中右端に位置し、径方向に沿った平坦面になっている。フランジ部２０１の一端面は、第一構造要素１０の径方向に沿った表面部に突き当てられる。図示のフランジ部２０１は、図中左側の側壁部１１の左端面に対し、図示省略のねじによって固定されている。
【００４０】
センサハウジング２００のカップ部２０２は、内周面と、径方向に沿った内底面とを有し、図中右側に向かって開放されている。そのカップ部２０２の内周面は、センサ部２１０と、基板２６０と、単列ラジアル軸受２３０と、スラスト軸受２４０と、押さえ部２５０とを周方向全周に亘って取り囲んでいる。そのカップ部２０２の内底面は、軸２０の第一端部２２の延長上に位置する部分となっている。カップ部２０２には、基板２６０に接続されたワイヤーハーネス２７０を外部に取り出すためのハーネス口が形成されている。カップ部２０２のハーネス口は、封止材２０３によって塞がれている。
【００４１】
単列ラジアル軸受２３０は、センサハウジング２００の内側に嵌合された外輪２３１と、外輪２３１の内側に配置された内輪２３２と、外輪２３１と内輪２３２との間に配置された一列の転動体２３３とを有する。転動体２３３は、玉からなる。一列の転動体２３３は、保持器によって周方向に等配されている。
【００４２】
また、単列ラジアル軸受２３０は、接触式のシール２３４をさらに有する密封形軸受になっている。外輪２３１の外径面と、センサハウジング２００のカップ部２０２の内径面との嵌め合いは、隙間嵌めに設定されている。
【００４３】
スラスト軸受２４０は、内輪２３２をセンサハウジング２００のカップ部２０２に対して軸方向に支持する。スラスト軸受２４０は、すべり軸受からなる。スラスト軸受２４０は、内輪２３２の図中左端と、カップ部２０２の径方向に沿った円環状平坦面との間に介在している。
【００４４】
押さえ部２５０は、外輪２３１をスラスト軸受２４０と反対側（図中右側）で軸方向に受ける。単列ラジアル軸受２３０は、押さえ部２５０とスラスト軸受２４０とによって軸方向に拘束されており、センサハウジング２００に対して軸方向に実質的に変位しない。
【００４５】
図示の押さえ部２５０は、センサハウジング２００に固定された止め部材２５１と、止め部材２５１と外輪２３１との間に介在するウェーブワッシャ２５２とを有する。押さえ部２５０は、図示省略のねじによって、センサハウジング２００に固定されている。その止め部材２５１の固定によってウェーブワッシャ２５２が撓まされている。そのウェーブワッシャ２５２の弾性反発力により、外輪２３１の図中右端が図中左方向に押されている。その結果、内輪２３２の図中左端がスラスト軸受２４０に押し付けられ、そのスラスト荷重をスラスト軸受２４０が受ける。
【００４６】
回転部材２２０は、軸２０に嵌合された内周部２２１と、内輪２３２に嵌合された外周部２２２と、軸２０に軸方向に対面する中央部２２３と、中央部２２３に保持された永久磁石２２４とを有する。回転部材２２０は、その内周部２２１において軸２０の第一端部２２に取り付け可能になっている。
【００４７】
回転部材２２０の外周部２２２の内径面と、内輪２３２の内径面との嵌め合いは、締り嵌めに設定されている。これにより、回転部材２２０は、単列ラジアル軸受２３０のみでセンサハウジング２００に対して径方向に支持されている。
【００４８】
回転部材２２０の内周部２２１は、外周部２２２の内径面の内側に位置し、当該内径面及び軸２０の第一端部２２と同軸に設定されている。その内周部２２１は、軸２０の第一端部２２の外径面に嵌合されている。これにより、回転部材２２０が軸２０に同軸に取り付けられる。また、その内周部２２１は、軸２０の第一端部２２と一体に回転可能に連結されている。この連結手段は、その第一端部２２に取り付けられたキー１１０と、その内周部２２１に形成されたキー溝２２５とで構成されている。これにより、回転部材２２０と軸２０の相対回転が防止され、回転部材２２０が、軸２０と一体に回転可能になっている。
【００４９】
軸２０が回転することにより、回転部材２２０が回転し、回転部材２２０に取り付けられた内輪２３２が回転する。その内輪２３２の図中左端は、前述のスラスト軸受２４０との間で滑りながら回転する。このスラスト軸受２４０のＰＶ値（荷重圧力：Ｐ×すべり速度：Ｖ）は、ウェーブワッシャ２５２の弾性反発力と軸２０の回転速度を考慮して適宜に決定すればよい。
【００５０】
回転部材２２０の永久磁石２２４は、円柱状に形成されている。永久磁石２２４としては、例えば、フェライト磁石や、希土類磁石を採用することができる。永久磁石２２４は、径方向に着磁されており、Ｎ極とＳ極の１極対をもっている。永久磁石２２４は、回転部材２２０の中央部２２３の図中左側の端面上に配置されている。その中央部２２３は、その永久磁石２２４の中心軸線と軸２０の中心軸線とが同軸になる位置に永久磁石２２４を保持している。
【００５１】
回転部材２２０は、内輪２３２の内側を閉塞している。回転部材２２０と、センサハウジング２００のカップ部２０２、封止材２０３と、単列ラジアル軸受２３０の図中右側のシール２３４とによって密封された空間が形成されている。その密封空間に、センサ部２１０、基板２６０等の電気部品が配置されている。
【００５２】
センサ部２１０は、回転部材２２０の回転角度に対応の電気信号を出力するようになっている。図示のセンサ部２１０は、永久磁石２２４に対向する磁気センサアレイ、信号処理回路、演算回路、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等（いずれも図示省略）を含む集積回路からなる。
【００５３】
センサ部２１０は、基板２６０に表面実装されている。センサ部２１０の磁気センサと、永久磁石２２４とは、軸方向に所定の隙間をもって対向している。センサ部２１０は、その磁気センサと永久磁石２２４とを回転部材２２０の回転軸線上において軸方向に対向させるように配置されている。なお、基板２６０には、その他の電子部品も実装されている。
【００５４】
センサ部２１０は、前述の磁気センサアレイにより、回転部材２２０の回転による永久磁石２２４の磁界の変化を検出し、回転部材２２０の回転角度に対応の電気信号に変換する。
【００５５】
センサ部２１０の出力は、回転部材２２０の回転角度に比例して電圧が変化するアナログ出力であっても、回転部材２２０の回転角度に比例してパルス幅が変化するＰＷＭ出力であってもよい。また、センサ部２１０の出力は、一系統であっても、二系統であってもよい。
【００５６】
図示のセンサ部２１０は、二系統で出力可能なものとなっている。一系統は、バックアップとして使用される。なお、このような機能をもったセンサ部自体は、一般的なものなので、その詳細説明を省略する。
【００５７】
また、センサ部２１０は、出力値の補正をプログラミング可能なものとなっている。これは、回転部材２２０の回転角度に対応した、センサ部２１０の各出力のリニアリティを良くするためである。センサ部２１０は、予め回転部材２２０を回転させながら、各磁気センサの出力値の補正を行い、センサ部２１０のＥＥＰＲＯＭに書き込み可能なデバイスになっている。このため、回転部材２２０を軸２０に取り付ける前に、回転部材２２０を回転させて、回転角度の任意の分割位置に関してセンサ部２１０の出力の補正を行うことができる。なお、このような機能をもったセンサ部自体は、一般的なものなので、その詳細説明を省略する。
【００５８】
ワイヤーハーネス２７０は、図１、図２に示すように、センサ部２１０に電力を供給するための電線２７１、２７２や、センサ部２１０の二系統の出力を取り出すための電線２７３、２７４をもっている。これら電線２７１〜２７４は、基板２６０の図中左側の板面からセンサハウジング２００の前述のハーネス口より外部へ導出され、適宜、ねじ２７５、押さえ金具２７６により、センサハウジング２００に固定される。
【００５９】
電線２７１〜２７４の導出部や基板２６０の表面は、前述の封止材２０３により封止される。封止材２０３として使用する材料としては、例えば、熱硬化性樹脂、エポキシ、ウレタン等が挙げられる。
【００６０】
図１に示す角度検出装置は、上述のようなものであり、センサハウジング２００〜ワイヤーハーネス２７０が一体にまとめられたユニットの状態で、回転部材２２０を回転させ、センサ部２１０の出力の較正作業を行ってから、回転部材２２０の内周部２２１を軸２０の第一端部２２に嵌合し、回転部材２２０を軸２０に同軸に取り付けることができる。そして、第一構造要素１０と第二構造要素３０の少なくとも一方に駆動力が与えられると、第一構造要素１０に対する第二構造要素３０が軸２０回りに相対的に揺動する。このとき、その揺動の中心となる軸２０は、第二構造要素３０とキー６０で連結されているので、第二構造要素３０と一体で第一構造要素１０に対して相対的に回転する。また、回転部材２２０は、その軸２０とキー１１０で連結されているので、軸２０及び第二構造要素３０と一体で、第一構造要素１０に対して相対回転する。このとき、第一構造要素１０と、第一構造要素１０にセンサハウジング２００を介して固定されたセンサ部２１０とが一体に振る舞う。このため、その軸２０の回転角度は、第一構造要素１０と第二構造要素３０間の相対的な揺動角度に対応し、その軸２０に同軸に取り付けられた回転部材２２０の回転角度も、その揺動角度に対応する。このため、第一構造要素１０側に固定されたセンサ部２１０により、その揺動角度に対応した回転部材２２０の回転角度を検出することができる。このように揺動中心となる軸２０に同軸に取り付けられた回転部材２２０の回転角度をセンサ部２１０で検出するため、レバー機構が不要になる。したがって、この角度検出装置は、構造を単純化することができる。
【００６１】
また、この角度検出装置は、第一構造要素１０の対の側壁部１１、１２間に配置した第二構造要素３０の軸孔部３１と軸２０の中間部２１間で軸２０と第二構造要素３０を一体に回転可能に連結するので、対の側壁部１１、１２間の距離を活かして第二構造要素３０のラジアル荷重を受ける部分のスパンを長くし、第二構造要素３０にかかるモーメント荷重の負荷容量を大きくすることができる。
【００６２】
また、この角度検出装置は、軸２０の頭部２３と第三軸受７０と第二構造要素３０との軸方向接触によって軸２０を図中右側に向かって抜け止めする一方、軸２０の第二端部２４に付いた抜け止め部８０と第四軸受９０と図中右側の側壁部１２との軸方向接触によって軸２０を図中左側に向かって抜け止めし、軸２０の円滑な回転を図りつつ、軸２０の第一端部２２に付いた回転部材２２０のセンサハウジング２００に対する軸方向変位を制限することができる。このため、回転部材２２０の永久磁石２２４とセンサ部２１０間の対向隙間は、回転角度検出に支障のない適切な範囲に維持される。
【００６３】
また、この角度検出装置は、センサ部２１０と回転部材２２０で磁気式の回転角度検出を行うことができ、スラスト軸受２４０と押さえ部２５０で単列ラジアル軸受２３０をセンサハウジング２００に対して固定すると共に、回転部材２２０を内輪２３２に取り付け、センサハウジング２００とセンサ部２１０と回転部材２２０と単列ラジアル軸受２３０とスラスト軸受２４０と押さえ部２５０とをユニット化することができる。そのユニットの回転部材２２０の内周部２２１を軸２０に嵌合することにより、回転部材２２０と軸２０が同軸に取り付けられるので、軸２０から回転部材２２０に大きなモーメント荷重が負荷されない。それ故、単列ラジアル軸受２３０のみで回転部材２２０を径方向に支持することによってセンサハウジング２００の寸法を小さくすることができ、ひいてはユニットの適用範囲が広くなる。
【００６４】
また、この角度検出装置は、軸２０の延長上に位置するセンサハウジング２００のカップ部２０２の面積を活用して基板２６０の面積を広くすることが可能なため、基板２６０の安定配置や、センサＩＣのような高機能な電子部品の実装が容易になる。
【００６５】
また、この角度検出装置は、センサ部２１０のプログラミング機能を活用し、ユニットの回転部材２２０を軸２０に取り付ける前に、その回転部材２２０を回転させて、回転角度の任意の分割位置に関してセンサ部２１０の出力の補正（いわゆる較正作業）を行うことができる。
【００６６】
また、この角度検出装置は、センサ部２１０が二系統で出力可能なため、一系統が予想外の不具合で出力できなくても、他の一系統で出力を補うことが可能なため、センサ部２１０の信頼性が向上する。
【００６７】
この実施形態では、建設機械の中でも特に油圧ショベルの建設機械（油圧ショベル）のブームを第一構造要素又は第二構造要素とする場合に好適な例を示したが、この発明に係る角度検出装置は、クレーン、ロボット関節等、その他の産業機械において揺動（回転）する機構に適用することができる。今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６８】
１０  第一構造要素
１１、１２  側壁部
２０  軸
２１  中間部
２２  第一端部
２３  頭部
２４  第二端部
３０  第二構造要素
３１  軸孔部
４０  第一軸受
５０  第二軸受
７０  第三軸受
８０  抜け止め部
９０  第四軸受
２００  センサハウジング
２１０  センサ部
２２０  回転部材
２２１  内周部
２２２  外周部
２２３  中央部
２２４  永久磁石
２３０  単列ラジアル軸受
２４０  スラスト軸受
２５０  押さえ部
２６０  基板
【図１】
2018080993.tif 000003
【図２】
2018080993.tif 000004