(57)【要約】【課題】弾性連結部材の形状が単純で簡単に製造することができ、センサ自体の小型化が可能な回転センサを提供すること。【解決手段】回転部材に取り付けられるロータ２と、固定部材に取り付けられるステータ４とを有し、ロータとステータとのうち一方に電気接触部が、他方に電気接触部が接触する電気導体が、それぞれ設けられた回転センサ１。ロータ２は、回転部材の廻りに回転する第１のリング部材２１と、第１のリング部材の外側に配置された第２のリング部材２２と、第１のリング部材との間を半径方向に連結する第１の連結部及び第２のリング部材との間を半径方向に連結する第２の連結部を有する弾性連結部材２３とを備え、第１の連結部と第２の連結部は、第１のリング部材の中心軸に対して互いに中心角がほぼ９０°異なる位置に配置されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転部材に取り付けられるロータと、
固定部材に取り付けられるステータとを有し、
前記ロータとステータとのうち一方に電気接触部が、他方に前記電気接触部が接触する電気導体が、それぞれ設けられた回転センサにおいて、
前記ロータは、前記回転部材の廻りに回転する第１のリング部材と、該第１のリング部材の外側に配置された第２のリング部材と、前記第１のリング部材との間を半径方向に連結する第１の連結部及び前記第２のリング部材との間を半径方向に連結する第２の連結部を有する弾性連結部材とを備え、
前記第１の連結部と前記第２の連結部は、前記第１のリング部材の中心軸に対して互いに中心角がほぼ９０°異なる位置に配置されていることを特徴とする回転センサ。
【請求項２】
第１の回転軸に取り付けられ、一方の面に電気接触部が設けられた第１のロータと、
トーションバーを介して前記第１の回転軸と連結される第２の回転軸に取り付けられ、一方の面に電気接触部が接触する電気導体が形成された第２のロータとを備え、
前記第１の回転軸と前記第２の回転軸の連結部分に配置して前記第１の回転軸と前記第２の回転軸の相対回転角度を検出する回転センサにおいて、
前記第１のロータは、前記第１の回転軸の廻りに回転する第１のリング部材と、該第１のリング部材の外側に配置された第２のリング部材と、前記第１のリング部材との間を半径方向に連結する第１の連結部及び前記第２のリング部材との間を半径方向に連結する第２の連結部を有する弾性連結部材とを備え、
前記第１の連結部と前記第２の連結部は、前記第１の回転軸に対して互いに中心角がほぼ９０°異なる位置に配置されていることを特徴とする回転センサ。
【請求項３】
前記第１及び第２の連結部は、前記第１のリング部材の接線に対して略平行な２枚の平行板と、前記第１のリング部材の回転面に対して略平行に配置されると共に、前記２枚の平行板と直交し、当該２枚の平行板間を連結する連結板とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題への関心の高まりに伴い、自動車の排出ガスを低減する対策の一つとして、車体の軽量化が検討されている。このような車体軽量化の方策の一つとして、パワーステアリング装置を機械的な構成要素が多いことから重くなる傾向がある油圧式から電動式とすることが進められている。
【０００３】
しかしながら、パワーステアリング装置を電動式にすると、ステアリングシャフトに対するアシスト力をコンピュータで計算するため、ステアリングシャフトの回転角度（蛇角）を検出する回転角度センサ（蛇角センサ）と、ステアリングシャフトの回転に係るトルクを検出するトルクセンサの二つのセンサが必要となる。このため、パワーステアリング装置を電動式にしても、構成部品の点数が増加し、車体の軽量化という目的が思うように図れないという問題があった。そこで、このような問題を解決した回転センサとして、出願人らは電気導体とブラシとを用いた回転センサを提案している（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１４９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された回転センサにおいては、ステアリングシャフトとコラムシャフトの間の軸ずれを吸収するためにロータにカップリング部材と呼ばれる弾性連結部材を必要とする。この弾性連結部材は、薄板を折り曲げたり折り返したりして製造され、複雑な形状であることから、製造し難く、製造に手間が掛かるという問題があった。しかも、回転センサは、ステアリングシャフトとコラムシャフトとの連結部分に配置することから、弾性連結部材の形状が複雑であると、ロータ、従ってセンサ自体が大型化して配置上好ましくないという問題が生じてしまう。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、弾性連結部材の形状が単純で簡単に製造することができ、センサ自体の小型化が可能な回転センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１の発明に係る回転センサは、回転部材に取り付けられるロータと、固定部材に取り付けられるステータとを有し、前記ロータとステータとのうち一方に電気接触部が、他方に前記電気接触部が接触する電気導体が、それぞれ設けられた回転センサにおいて、前記ロータは、前記回転部材の廻りに回転する第１のリング部材と、該第１のリング部材の外側に配置された第２のリング部材と、前記第１のリング部材との間を半径方向に連結する第１の連結部及び前記第２のリング部材との間を半径方向に連結する第２の連結部を有する弾性連結部材とを備え、前記第１の連結部と前記第２の連結部は、前記第１のリング部材の中心軸に対して互いに中心角がほぼ９０°異なる位置に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項２の発明に係る回転センサは、第１の回転軸に取り付けられ、一方の面に電気接触部が設けられた第１のロータと、トーションバーを介して前記第１の回転軸と連結される第２の回転軸に取り付けられ、一方の面に電気接触部が接触する電気導体が形成された第２のロータとを備え、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸の連結部分に配置して前記第１の回転軸と前記第２の回転軸の相対回転角度を検出する回転センサにおいて、前記第１のロータは、前記第１の回転軸の廻りに回転する第１のリング部材と、該第１のリング部材の外側に配置された第２のリング部材と、前記第１のリング部材との間を半径方向に連結する第１の連結部及び前記第２のリング部材との間を半径方向に連結する第２の連結部を有する弾性連結部材とを備え、前記第１の連結部と前記第２の連結部は、前記第１の回転軸に対して互いに中心角がほぼ９０°異なる位置に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１，２の発明によれば、弾性連結部材の形状が単純となって製造が簡単となり、センサ自体も小型になる。
【００１０】
また、請求項３の発明に係る回転センサは、上記の発明において、前記第１及び第２の連結部は、前記第１のリング部材の接線に対して略平行な２枚の平行板と、前記第１のリング部材の回転面に対して略平行に配置されると共に、前記２枚の平行板と直交し、当該２枚の平行板間を連結する連結板とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明によれば、それぞれ２枚の平行板と連結板とによって並行リンク構造が形成され、取付け対象における軸ずれを弾性連結部材の変形によって適切に吸収している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる回転センサは、弾性連結部材の形状が単純で簡単に製造することができ、センサ自体の小型化が可能な回転センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る回転センサの実施例として、例えば、トーションバーを介して連結される自動車のステアリングシャフトとコラムシャフトとの連結部分に配置され、ハンドル操作に伴う蛇角あるいはトルクを検出する回転センサを図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る回転センサの分解斜視図である。図２は、図１に示す回転センサを組み立てた状態の断面図である。図３は、本発明の回転センサで用いるロータの概略構成図である。回転センサ１は、図１及び図２に示すように、第１ロータ２、第２ロータ３及びステータ４を備え、これらがケース５内に収容され、図示しないステアリングシャフトに取り付けられている。尚、このステアリングシャフトは、トーションバーを介してコラムシャフトと連結されて設けられている。
【００１５】
第１ロータ２は、ステアリングシャフト或いはコラムシャフトの一方のシャフトに取り付けられ、第２ロータ３は、他方のシャフトに取り付けられる。第１ロータ２は、図１〜図３に示すように、第１リング部材２１と、第２リング部材２２と、弾性連結部材２３とを有し、第１リング部材２１及び第２リング部材２２は、合成樹脂から成形されている。
【００１６】
第１リング部材２１は、前記ステアリングシャフトに取り付けられて前記ステアリングシャフトの回転軸Ａrt（図２参照）の廻りに回転する。第２リング部材２２は、図３に示すように、第１リング部材２１の外側に配置される。第２リング部材２２は、適宜個所にピン孔２２ａ（図１，図２参照）が形成され、第２ロータ３側の面には電気接触部となるブラシ２２ｂが複数設けられている。
【００１７】
弾性連結部材２３は、第１リング部材２１と第２リング部材２２との間を直径方向に弾性的に連結するステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４）等のばね鋼材等から成形されたリング状の薄板からなる部材で、図３に示すように、第１連結部２４によって第１リング部材２１と、第２連結部２５によって第２リング部材２２と、それぞれ直径上で連結されている。弾性連結部材２３は、第１連結部２４及び第２連結部２５において、第１リング部材２１及び第２リング部材２２を部分的に融着して連結したり、第１リング部材２１及び第２リング部材２２と接着剤等によって接着して連結したり、或いはインサートモールドによって第１リング部材２１と第２リング部材２２との間に組み付けて第１ロータ２とされる。第１連結部２４及び第２連結部２５は、それぞれ同様に構成され、第１リング部材２１の中心軸Ａcに対して互いに中心角が９０°異なる位置に配置されている。従って、２個所の第１連結部２４は、第１リング部材２１の中心軸Ａcに対して点対称の位置に設けられ、２個所の第２連結部２５も同様である。
【００１８】
これら４箇所の第１連結部２４及び第２連結部２５は、それぞれ同様に構成されているので、例えば、第２リング部材２２と弾性連結部材２３との間を連結する図３のＡ部における第２連結部２５を一例として以下に説明する。他方の第１連結部２４については、添付図面において対応する部分に対応する符号を用いて説明を省略する。
【００１９】
第２連結部２５は、図３及び図４に示すように、２枚の平行板２５ａと、２枚の平行板２５ａの両側を連結する２枚の連結板２５ｂとを有し、中央に矩形の開口２５ｃが形成されている。そして、第２連結部２５は、２枚の平行板２５ａが、第１リング部材２１の接線に対して平行に配置され、また、２枚の連結板２５ｂが、第１リング部材２１の回転面に対して平行に配置されて平行リンク構造を構成している。このとき、第２連結部２５は、ばね鋼材からなる薄板を、図５に示すように、予め平行板２５ａ，連結板２５ｂ，開口２５ｃを有する第２連結部２５の展開図状に加工しておき、開口２５ｃの両側を通る折り曲げ線Ｌに沿って矢印で示すように折り曲げれば、２枚の連結板２５ｂの両側に２枚の平行板２５ａが起立した形状に簡単に加工することができる。このため、弾性連結部材２３は、形状が単純で、従来よりも小型となり、簡単に製造することができる。また、弾性連結部材２３を用いた回転センサ１は、第１ロータ２が小型となり、従って、センサ自体が小型化される。
【００２０】
第２ロータ３は、図１及び図２に示すように、筒部３ａの端部にフランジ部３ｂが形成され、フランジ部３ｂの両面には電気導体３ｃが周方向沿ってリング状に複数形成されている。これら複数の電気導体３ｃのうち、フランジ３ｂ下面側の電気導体３ｃは、トルク検出用であり、第１ロータ２のブラシ２２ｂと接触し、第１ロータ２と第２ロータ３との相対回転角度に応じて変化した分圧に対応した電圧信号を図示しない演算処理回路で演算処理してトルクを検出する。一方、フランジ３ｂ上面側の電気導体３ｃは、後述するステータ４のブラシ（図示せず）と接触して電力を供給すると共に、蛇角を検出する電力供給用と蛇角検出用の電気導体である。これらフランジ３ｂ上面側の電気導体は、第２ロータ３の回転角度に応じて変化した分圧に対応した電圧信号を図示しない演算処理回路で演算処理してステアリングシャフト或いはコラムシャフトの蛇角を検出する。
【００２１】
ステータ４は、第２ロータ３の筒部３ａが挿通される開口４ａが中央に形成されるリング状の板で、第２ロータ３側面には電機接触部となるブラシ（図示せず）が複数の設けられている。これらのブラシは、第２ロータ３の電気導体３ｃと接触し、導線４ｂを介してコネクタ４ｃと接続されている。このとき、前記電圧信号は、コネクタ４ｃを介して図示しない外部の演算処理装置へ出力される。この演算処理装置は、マイコンチップ（ＣＰＵ）等が用いられ、出力された電圧信号に基づき、ハンドル操作に伴う蛇角あるいはトルクを演算する。
【００２２】
ケース５は、図１に示すように、第１ロータ２、第２ロータ３及びステータ４を収容する本体としての下ケース５ａと、蓋体としての上ケース５ｂとを有している。ケース５は、車体側に取り付けられ、固定される。
【００２３】
本発明の回転センサ１は、以上のように構成され、ハンドル操作に伴うステアリングシャフトの回転によって第１ロータ２が第２ロータ３と共に回転し、第１ロータ２の回転角度に応じて出力される電圧信号に基づき、前記演算処理装置がハンドル操作に伴う蛇角あるいはトルクを演算する。
【００２４】
このとき、回転センサ１は、図３に示したように、第１ロータ２の弾性連結部材２３が、第１リング部材２１との間を第１連結部２４によって、第２リング部材２２との間を第２連結部２５によって、それぞれ直径上で弾性的に連結している。そして、第１連結部２４及び第２連結部２５は同様に構成され、例えば、第２連結部２５は、図３及び図４に示したように、第１リング部材２１の接線に対して平行に配置される２枚の平行板２５ａと、第１リング部材２１の回転面に対して平行に配置され、２枚の平行板２５ａの両側を連結する２枚の連結板２５ｂとを有し、平行リンク構造を構成している。
【００２５】
このため、回転センサ１においては、第１ロータ２の弾性連結部材２３は、第１リング部材２１の回転による回転方向の応力に対する剛性が大きく、図３に示す中心軸Ａc廻りに殆ど回転することがない。従って、回転センサ１は、第１ロータ２をステアリングシャフト或いはコラムシャフトに対してバックラッシュなく組み付けることができる。
【００２６】
また、第１ロータ２は、弾性連結部材２３の第１連結部２４及び第２連結部２５のそれぞれを、第１リング部材２１の中心軸Ａcに対して互いに中心角が９０°異なり中心軸Ａcに対して点対称の位置に設け、２枚の平行板２４ａ，２５ａと、第１リング部材２１の回転面に対して平行に配置され、２枚の平行板２４ａ，２５ａの両側を連結する２枚の連結板２４ｂ，２５ｂとを有する平行リンク構造とした。このため、回転センサ１は、例えば、図６に示すように、弾性連結部材２３が、Ｘ軸方向に配置される２つの第１連結部２４の一方において矢印で示すように上方へ撓み、直径方向に対向する他方において矢印で示すように下方へ撓むことがある。この場合、弾性連結部材２３は、第１連結部２４が第１リング部材２１や弾性連結部材２３と連結された部分や、第２連結部２５が第２リング部材２２や弾性連結部材２３と連結された部分が、図４及び図５に示すように、板状であることから、この部分で捩れることにより、撓みに対して容易に追従して変形することができる。このとき、第１連結部２４は、２枚の連結板２４ｂによって２枚の平行板２４ａの平行リンク構造が保持された状態で第１リング部材２１に対して捩れる。一方、第２連結部２５も、２枚の連結板２５ｂによって２枚の平行板２５ａの平行リンク構造が保持された状態で第２リング部材２２に対して捩れる。
【００２７】
また、ステアリング装置において、ステアリングシャフトとコラムシャフトの間の軸ずれによってステアリングシャフトがコラムシャフトに対して傾いていたとする。この場合、回転センサ１は、ステアリング装置に取り付けると、ステアリングシャフトが傾いていることによって、第１ロータ２は、第１リング部材２１の中心軸Ａcが第２リング部材２２や弾性連結部材２３の表面に対して僅かに傾くことがある。このような場合、第１ロータ２においては、第１連結部２４が同様に捩れることによって第１リング部材２１の傾きに対して容易に追従することができる。この場合にも、第１連結部２４は、２枚の連結板２４ｂによって２枚の平行板２４ａの平行リンク構造が保持された状態で第１リング部材２１に対して捩れる。
【００２８】
回転センサ１においては、第１ロータ２の弾性連結部材２３を以上のように構成したことで、第１リング部材２１の回転による弾性連結部材２３の回転方向の応力に対する剛性を大きくすることができると共に、平行リンク構造を保持した状態での第１連結部２４及び第２連結部２５の捩れを実現している。このとき、第１連結部２４及び第２連結部２５の捩れは、弾性連結部材２３の素材としてばね鋼材等を使用した場合、捩れ量は板厚によって左右され、例えば、組み付けられるシャフトの直径が２０〜５０ｍｍ、回転センサ１の外直径が５０〜１５０ｍｍの場合には、弾性連結部材２３の板厚としては０．１〜０．５ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２９】
ここで、第１連結部２４及び第２連結部２５は、例えば、図７に示す第２連結部２５のように、２枚の平行板２５ａ間に、平行関係を保持する２枚の保持板２５ｄを配置してもよい。第１連結部２４及び第２連結部２５は、このような保持板２４ｄ，２５ｄを配置することにより第１リング部材２１や第２リング部材２２に対して捩れる際の２枚の平行板２４ａ，２５ａの平行リンク構造を保持する剛性が高まる。このとき、第２連結部２５は、ばね鋼材からなる薄板を、図８に示すように、予め平行板２５ａ，連結板２５ｂ，保持板２５ｄ，開口２５ｅを有する第２連結部２５の展開図状に加工しておき、連結板２５ｂと保持板２５ｄとの境界を通る折り曲げ線Ｌ1に沿って保持板２５ｄを折り曲げると共に、開口２５ｅの両側を通る折り曲げ線Ｌ2に沿って折り曲げれば、２枚の連結板２５ｂの両側に２枚の平行板２５ａと保持板２５ｄとが起立した形状に簡単に加工することができる。
【００３０】
更に、ステアリングシャフトとコラムシャフトとが半径方向に軸ずれしている場合、回転センサ１は、ステアリング装置に取り付けると、第１ロータ２においては第１リング部材２１が第２リング部材２２に対して半径方向に僅かにずれる。しかし、回転センサ１においては、このずれに関しても、第１連結部２４や第２連結部２５が平行リンク構造を保持しつつ変形することで、弾性連結部材２３がこのずれを容易に吸収することができる。
【００３１】
尚、本発明の回転センサは、第２ロータ３を省略してケース５内に第１ロータ２とステータ４とを収容して第１ロータ２を回転軸に取り付け、第１ロータ２とステータ４の一方に電機接触部となるブラシを設け、他方にこのブラシと接触するリング状の電気導体を設けて、前記回転軸の回転角度を検出してもよい。また、上記実施例の回転センサ１においては、第１ロータ２とステータ４側に電機接触部となるブラシを設け、第２ロータ３側に前記ブラシが接触する電気導体を設けた。しかし、この逆に、第１ロータ２とステータ４側に電気導体を設け、第２ロータ３側に前記電気導体に接触する電機接触部となるブラシを設けてもよい。
【００３２】
更に、上記実施例においては、自動車のステアリング装置におけるシャフトの回転角度やトルクを検出する回転センサについて説明した。しかし、本発明の回転センサは、例えば、ロボットアームのように、互いに回転する２つの回転軸間における回転角度やトルクを検出するものであれば、どのような物にも使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明にかかる回転センサは、互いに回転する２つの回転軸間における回転角度やトルクを検出するセンサに有用であり、特に、自動車のステアリング装置で使用する回転センサに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る回転センサの分解斜視図である。
【図２】図１に示す回転センサを組み立てた状態の断面図である。
【図３】本発明の回転センサで用いるロータの概略構成図である。
【図４】図３のＡ部を拡大した図である。
【図５】弾性連結部材の連結部の加工手順を示す斜視図である。
【図６】弾性連結部材の変形を説明するロータの概略構成図である。
【図７】弾性連結部材の連結部の変形例を示す斜視図である。
【図８】図７に示す連結部の加工手順を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１          回転センサ
２          第１ロータ
３          第２ロータ
３ａ        筒部
３ｂ        フランジ部
３ｃ        電気導体
４          ステータ
４ａ        開口
４ｂ        導線
４ｃ        コネクタ
５          ケース
５ａ        下ケース
５ｂ        上ケース
２１        第１リング部材
２２        第２リング部材
２２ａ      ピン孔
２３        弾性連結部材
２４        第１連結部
２４ａ      平行板
２４ｂ      連結板
２４ｃ      開口
２５        第２連結部
２５ａ      平行板
２５ｂ      連結板
２５ｃ      開口
２５ｄ      保持板
２５ｅ      開口
Ａc         中心軸（第１リング部材の）
Ａrt        回転軸（ステアリングシャフトの）
【図１】
2005114689.tif 000003
【図２】
2005114689.tif 000004
【図３】
2005114689.tif 000005
【図４】
2005114689.tif 000006
【図５】
2005114689.tif 000007
【図６】
2005114689.tif 000008
【図７】
2005114689.tif 000009
【図８】
2005114689.tif 000010