(57)【要約】【課題】回転軸部材と軸受部材との組立が容易であるとともに、すべりを抑えて長期間確実に結合できる回転軸部材結合機構、及びこの回転軸部材結合機構を備える回転角検出装置を提供すること。【解決手段】回転角検出装置１はハンドル回転軸部材２と回転軸部材結合機構３によって結合され、本体４と、回転軸部材２に圧入状態に挿入されて回転するロータ部（軸受部材）５とを備えている。回転軸部材結合機構３は、回転軸部材２の外周部に形成されたセレーション軸部９と、これと噛合するロータ部５の内周面に形成された断面鋸歯状の内周突条部と内周溝部とのうち、内周突条部の一つで対向する外周溝部の深さよりも大きく突出された圧入用突条部とを備えている構成とした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に断面鋸歯状に外周突条部と外周溝部とが交互に形成されたセレーション軸部を有する回転軸部材と、
該回転軸部材が圧入状態に挿入される環状の軸受部材とを備え、
該軸受部材の内周部に、前記セレーション軸部と噛合する断面鋸歯状の内周突条部と内周溝部とが交互に形成され、
前記外周突条部又は前記内周突条部の一部が、対向する前記内周溝部又は前記外周溝部の深さよりも大きく突出された圧入用突条部とされ、
前記回転軸部材が、前記圧入用突条部でのみ圧入状態とされていることを特徴とする回転軸部材結合機構。
【請求項２】
前記圧入用突条部が、前記回転軸部材又は前記回転軸受部材の周方向に間隔を空けて複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転軸部材結合機構。
【請求項３】
前記圧入用突条部が、前記回転軸部材又は前記回転軸受部材の周方向に間隔を空けて３つ設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸部材結合機構。
【請求項４】
前記圧入用突条部に隣接する前記外周溝部の近傍の前記ロータ部に、孔部が形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の回転軸固定機構。
【請求項５】
回転軸部材と、該回転軸部材に結合されて回転するロータ部とを備え、該ロータ部の回転角を検出する回転角検出装置であって、
前記ロータ部が、前記回転軸部材が圧入状態に挿入される環状の軸受部材であって、
前記回転軸部材と前記ロータ部とが、請求項１から４の何れか一つに記載の回転軸部材結合機構によって結合されていることを特徴とする回転角検出装置。
【請求項６】
前記ロータ部の外周面に、互いに歯数の異なる第１の伝達ギア部と第２の伝達ギア部とが回転軸方向に沿って設けられ、
前記第１の伝達ギア部と回転可能に噛合し回転に応じた第１の角度信号を出力する第１の出力ギアと、
前記第２の伝達ギア部と回転可能に噛合し回転に応じた第２の角度信号を出力する第２の出力ギアとを備え、
前記第１の角度信号と前記第２の角度信号とから前記ロータ部の絶対角を検出することを特徴とする請求項５に記載の回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗物のハンドル舵角の検出等に好適な回転軸部材結合機構及び回転角検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の乗物のハンドル舵角を検出する際、ハンドル回転軸部材の外周部に取り付けられた回転体をハンドル回転軸部材とともに回転させて、この回転体の回転角度を検出することによってハンドル回転軸部材の回転角度を検出する回転角検出装置が各種提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の技術は、正確な回転角を検出するためにハンドル回転軸部材と回転体との間のすべりを抑えるための回転軸部材結合機構として結合具が設けられ、この結合具におけるバネ部の弾性変形を利用してハンドル回転軸部材と回転体とを摩擦係合させて両者を結合している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２４１９１８号公報  （第１図、第６図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の回転軸部材結合機構においては、長期間過大な回転トルク下で使用する場合、バネ部の疲労によって弾性強度が低下して回転軸部材と回転体との間にずれが生じる可能性があった。
また、一般的な結合部材であるキー溝等を用いる場合、回転軸部材の材質や径の大きさによってはキー溝加工が困難なものもあり、回転角度測定の精度を向上させるのが困難であった。さらに、キー等を組み込む際に位置決めが必要であるとともに、これらの部品が必要になるので、部品点数が増加してしまうという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、回転軸部材に組み込む際の位置決めが容易であるとともに、すべりを抑えて長期間確実に結合できる回転軸部材結合機構、及び回転角検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の回転軸部材結合機構は、外周部に断面鋸歯状に外周突条部と外周溝部とが交互に形成されたセレーション軸部を有する回転軸部材と、該回転軸部材が圧入状態に挿入される環状の軸受部材とを備え、該軸受部材の内周部に、前記セレーション軸部と噛合する断面鋸歯状の内周突条部と内周溝部とが交互に形成され、前記外周突条部又は前記内周突条部の一部が、対向する前記内周溝部又は前記外周溝部の深さよりも大きく突出された圧入用突条部とされ、前記回転軸部材が、前記圧入用突条部でのみ圧入状態とされていることを特徴とする。
【０００６】
この回転軸部材結合機構では、圧入用突条部でのみ圧入状態としてセレーション形状による噛合せで結合するので、容易に位置決めして組み込むことができる。
また、セレーション軸部と軸受部材との熱膨張率に差があるような場合でも、温度変化によって発生する熱応力を圧入用突条部以外の他の部分が吸収するので、良好な結合状態を維持することができる。
さらに、過大な回転トルクの負荷によって圧入用突条部が変形又は破損してセレーション軸部が空回りしようとしても、突条部と溝部とが係合して接触するので、セレーション軸部と軸受部材との空回りを抑えることができる。
【０００７】
本発明は、前記回転軸部材結合機構であって、前記圧入用突条部が、前記回転軸部材又は前記回転軸受部材の周方向に間隔を空けて複数形成されていることが好ましい。
この回転軸部材結合機構では、圧入用突条部が間隔を空けて複数形成されているので、複数箇所にて結合状態を得ることができ、圧入後の安定した結合状態を長期間維持することができる。
【０００８】
本発明は、前記回転軸部材結合機構であって、前記圧入用突条部が、前記回転軸部材又は前記回転軸受部材の周方向に間隔を空けて３つ設けられていることが好ましい。
この回転軸部材結合機構では、セレーション軸部と軸受部材との間にかかる回転トルクを３点支持によって分散することができるので、圧入用突条部の何れか１箇所のみに過大な負荷が集中するのを抑えることができる。
【０００９】
本発明は、前記回転軸部材結合機構であって、前記圧入用突条部に隣接する前記外周溝部の近傍のロータ部に、孔部が形成されていることが好ましい。
この回転軸部材結合機構では、セレーション軸部と軸受部材との材質が異なるために熱膨張率に差があるような場合でも、孔部近傍のロータ部周壁の弾性変形に伴い熱変形差が吸収されるので、より安定した結合状態を維持しやすい。
【００１０】
本発明の回転角検出装置は、回転軸部材と、該回転軸部材に結合されて回転するロータ部とを備え、該ロータ部の回転角を検出する回転角検出装置であって、前記ロータ部が、前記回転軸部材が圧入状態に挿入される環状の軸受部材であって、前記回転軸部材と前記ロータ部とが、上記何れか一つの回転軸部材結合機構によって結合されていることを特徴とする。
この回転角検出装置では、上記回転軸部材結合機構の何れか一つを備えているので、回転軸部材とロータ部との結合が容易であるとともに、回転軸部材に過大な回転トルクが負荷されても、安定した結合状態で回転させることができ、長期間にわたって回転角を精度よく検出することができる。
【００１１】
本発明の回転角検出装置は、前記回転角検出装置であって、前記ロータ部の外周面に、互いに歯数の異なる第１の伝達ギア部と第２の伝達ギア部とが回転軸方向に沿って設けられ、前記第１の伝達ギア部と回転可能に噛合し回転に応じた第１の角度信号を出力する第１の出力ギアと、前記第２の伝達ギア部と回転可能に噛合し回転に応じた第２の角度信号を出力する第２の出力ギアとを備え、前記第１の角度信号と前記第２の角度信号とから前記ロータ部の絶対角を検出することを特徴とする。
【００１２】
この回転角検出装置では、ロータ部の回転に対して、第１の出力ギアと第２の出力ギアとが異なる回転数で回転する。そのため、出力される第１の角度信号と第２の角度信号との間に差が生じ、しかも、ロータ部の絶対角によって異なる差分を有する。そこで、ロータ部、第１の出力ギア、及び第２の出力ギアの何れもが複数回転する場合でも、第１の角度信号及び第２の角度信号の少なくとも一方を角度検出の基準値とするとともに上記の差分と対応付けすることによって、ロータ部の絶対角度を高精度に検出することができる。この結果、ロータ部と安定した結合状態が維持される回転軸部材の絶対角度を高精度に検出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る回転角検出装置の第１の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
本実施形態に係る回転角検出装置１はハンドル舵角の絶対角を検出するための装置であり、自動車等の例えばステンレス製のハンドル回転軸部材（回転軸部材）２と回転軸部材結合機構３によって結合される。この回転角検出装置１は、図１及び図２に示すように、本体４と、ハンドル回転軸部材２に圧入状態に挿入されて回転するロータ部（軸受部材）５と、ロータ部５の回転に伴い回転する第１の出力ギア６と、ロータ部５の回転に伴い回転する第２の出力ギア７と、ロータ部５の回転角を演算する、例えば、マイクロプロセッサ８とを備えている。
【００１４】
回転軸部材結合機構３は、図２（ａ）に示すように、ハンドル回転軸部材２の外周部に断面鋸歯状に外周突条部９ａと外周溝部９ｂとが交互に形成されたセレーション軸部９を備えている。また、回転軸部材結合機構３は、ロータ部５の内周部に交互に形成されたセレーション軸部９と噛合する断面鋸歯状の内周突条部５ａと内周溝部５ｂとのうち、内周突条部５ａの一つで対向する外周溝部９ｂの深さよりも大きく突出された圧入用突条部５ｃを備えている。
【００１５】
ロータ部５は、ハンドル回転軸部材２が圧入状態に挿入される環状の軸受部材であって、例えば、ポリアセタール等の樹脂製であり、外周面には、互いに歯数の異なる第１の伝達ギア部５Ａと第２の伝達ギア部５Ｂとが互いに異なるピッチ円を有して、図２に示すように、回転軸Ｃ方向に沿って設けられている。
ロータ部５は、第１の伝達ギア５Ａ側に形成された周溝部５Ｃが軸受凸部４Ｅと嵌合され、第２の伝達ギア５Ｂ側に形成された周溝部５Ｄが軸受凸部４Ｆと嵌合されて、基板部４Ａとカバー部材４Ｂとの間で回転自在に支持されている。
圧入用突条部５ｃは、ロータ部５の周方向に等間隔に３つ形成され、ハンドル回転軸部材２は、この３箇所の圧入用突条部５ｃでのみ圧入状態とされている。一方、圧入用突条部５ｃに隣接して形成された内周溝部５ｂは、対向する外周突条部１１ａの２つ分と噛合される大きさに形成されている。
【００１６】
本体４は、図２（ｂ）に示すように、基板部４Ａとそれに被さる形状からなる蓋型のカバー部材４Ｂとからなり、基板部４Ａの中央には孔部４Ｃが形成され、カバー部材４Ｂの中央には孔部４Ｄが形成されている。
孔部４Ｃの内周縁には、円環状の軸受凸部４Ｅが形成され、孔部４Ｄの内周縁には、円環状の軸受凸部４Ｆが形成されている。
【００１７】
第１の出力ギア６は、例えば、ポリアセタール等の樹脂製であり、本体４を構成する基板部４Ａの内面の一部に配設された軸受部４Ｇに軸支されたギア軸部材１０に、第１の伝達ギア部５Ａと回転自在に噛合するよう配設されている。この第１の出力ギア６には、円環状の磁石１２と、この磁石１２の中央部に磁界の変化を電圧に変換する磁気センサ１３とが設けられ、図３（ａ）に示すように回転に応じた第１の角度信号１４を出力する。
第２の出力ギア７も第１の出力ギア６と同様の材料で構成されており、本体４を構成する基板部４Ａの内面の一部に配設された軸受部４Ｈに軸支されたギア軸部材１０を介して第２の伝達ギア部５Ｂと回転可能に噛合されている。また、第２の出力ギア７には、磁石１２と磁気センサ１３とが設けられ、図３（ａ）に示すように回転に応じた第２の角度信号１５を出力する。
【００１８】
ハンドル回転軸部材２にロータ部５を圧入する際は、ロータ部５をセレーション軸部９に噛合せながら挿入する。なお、外周突条部９ａと内周溝部５ｂとの噛合部分、及び、外周溝部９ｂと内周突条部５ａとの噛合部分には一定の隙間Ｄを設けている。
このとき、各圧入用突条部５ｃでは圧入用突条部５ｃと対向して噛み合う外周溝部９ｂとの間に圧縮力が生じて互いに圧接される。こうして、ハンドル回転軸部材２とロータ部５とが３点支持によって圧入結合される。
【００１９】
次に、この回転角検出装置１による回転角検出方法について説明する。
運転者が自動車の図示しないハンドルを回転させると、ハンドルとともにハンドル回転軸部材２が回転する。
このとき、３箇所の圧入用突条部５ｃに圧接された外周溝部９ｂとの間で回転トルクが伝達され、ロータ部５がハンドル回転軸部材２とともに回転する。そして、第１の伝達ギア部５Ａを介して第１の出力ギア６がロータ部５とは逆方向に回転し、第２の伝達ギア部５Ｂを介して第２の出力ギア７が第１の出力ギア６と同じ方向に回転する。
【００２０】
回転中、セレーション軸部９とロータ部５との間にかかる回転トルクは、３箇所の各圧入用突条部５ｃに均等に分配されている。
もし、ハンドル回転軸部材２に過大な回転トルクが負荷されて圧入用突条部５ｃが変形又は破損してセレーション軸部９が空回りしようとしても、外周突条部９ａと内周溝部５ｂ、及び、外周溝部９ｂと内周突条部５ａとが係合して接触して回転が伝達される。
また、金属製のセレーション軸部９と樹脂製のロータ部５との熱膨張率に差があるため、温度変化によって熱応力が発生する場合があっても、一定の隙間Ｄが設けられているので、この隙間Ｄ内で熱膨張差を吸収して熱応力を緩和する。
【００２１】
こうして、ロータ部５が安定的に回転し、第１の出力ギア６及び第２の出力ギア７が回転すると、図３（ａ）に示す第１の角度信号１１及び第２の角度信号１５が出力される。このとき、第１の出力ギア６と第２の出力ギア７との回転数が異なるため、図３（ｂ）に示すように、第１の角度信号１４と第２の角度信号１５との差が生じる。この差分１３はロータ部５の絶対角によって異なる値となり回転とともに徐々に広がっていく。そこで、差分１６の負の部分を補正した図３（ｃ）に示す補正値１７で回転角の角度範囲を特定し、第１の角度信号１４及び第２の角度信号１５の少なくとも一方を基準角度としてマイクロプロセッサ８にて演算することによって、ハンドル回転軸部材２の絶対角を算出する。
【００２２】
この回転角検出装置１によれば、セレーション軸部９とロータ部５とが等間隔に３箇所の圧入用突条部５ｃのみで結合しているので、容易に位置決めして組み込むことができる。また、ハンドル回転軸部材２とロータ部５との間に空回りを発生させることなく安定した結合状態を長期間維持することができ、回転角を精度よく検出することができる。さらに、セレーション形状による噛合せで結合するので、ハンドル回転軸部材２にキー等の結合具を新たに設ける必要がなく結合できる。
【００２３】
次に、本発明の回転角検出装置に係る第２の実施形態について、図４及び図５を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第２の実施形態が上記第１の実施形態と異なる点は、第２の実施形態では    、回転軸部材結合機構１８におけるロータ部１９の周壁の圧入用突条部５ｃに隣接する外周溝部９ｂの近傍に孔部２０を備えている点である。
この孔部２０は、圧入用突条部５ｃの幅と同程度の長さとロータ部１９の周壁の数分の１程度の幅とを有して円弧状に延在するスリット形状とされている。
【００２４】
本実施形態に係る回転角検出装置２１は、ハンドル回転軸部材２にロータ部５を圧入する際、第１の実施形態に係る回転角検出装置１と同様の方法にて圧入する。このとき、孔部２０が設けられてロータ部１９の周壁が部分的に薄肉とされているので、セレーション軸部９の圧入時に孔部１９の周辺の周壁が弾性変形しやすくなって圧入が容易になる。
この回転角検出装置２１によれば、第１の実施形態と同様の作用・効果が得られるとともに、回転作動中に温度変化が生じても、ハンドル回転軸部材２とロータ部１９との結合状態をより長期間安定して維持することができる。
【００２５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、圧入突条部５ｃをロータ部５及び１９側の一部に設けているが、セレーション軸部９側の外周突条部９ａの一部に設けても構わない。また、ロータ部５及び１９側の一部と外周突条部９ａの一部とのそれぞれに圧入突条部５ｃを設けても構わない。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明した本発明においては以下の効果を奏する。
本発明の回転軸部材結合機構によれば、セレーション形状による噛合せで結合するので、回転軸部材にキー等の結合具を設ける必要がなく回転軸部材と軸受部材とを容易に結合でき、また、圧入突条部でのみ圧入状態とされているので、結合状態を長期間安定して維持することができる。また、結合具の取り付けにともなうキー溝等の加工が不要となるので低コストで軸部を加工することができる。
【００２７】
また、本発明の回転角検出装置によれば、本発明に係る回転軸部材結合機構を備えているので、温度変化や回転トルクの変動があっても回転軸部材とロータ部との結合状態を良好に維持することができ、回転角をより精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る回転角検出装置を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る回転角検出装置を示す断面図及び圧入用突条部近傍を示す要部拡大図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る回転角検出装置から出力される角度信号と絶対角との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る回転角検出装置を示す平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る圧入用突条部近傍を示す要部拡大図である。
【符号の説明】
１、  ２１  回転角検出装置
２  ハンドル回転軸部材（回転軸部材）
３、１８  回転軸部材結合機構
５、１９  ロータ部（軸受部材）
５Ａ  第１の伝達ギア
５Ｂ  第２の伝達ギア
５ａ  内周突条部
５ｂ  内周溝部
５ｃ  圧入用突条部
６  第１の出力ギア
７  第２の出力ギア
９  セレーション軸部
９ａ  外周突条部
９ｂ  外周溝部
１４  第１の角度信号
１５  第２の角度信号
２０  孔部
【図１】
2004333159.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004333159.tif 000006
【図５】
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