特開 2024-130898 角度検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024130898

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】角度検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/12 20060101AFI20240920BHJP

   G01D 5/245 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

G01D5/12 Q

G01D5/245 110X

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023040849

(22)【出願日】2023-03-15

(71)【出願人】

【識別番号】000222934

【氏名又は名称】東洋電装株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100125254

【弁理士】

【氏名又は名称】別役 重尚

(74)【代理人】

【識別番号】100118278

【弁理士】

【氏名又は名称】村松 聡

(72)【発明者】

【氏名】岸 昇示

(72)【発明者】

【氏名】吉田 聖哉

(72)【発明者】

【氏名】錦織 弘明

【テーマコード（参考）】

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F077AA47

2F077JJ01

2F077JJ07

2F077JJ23

2F077UU15

2F077VV02

2F077VV31

(57)【要約】

【課題】簡単な構成で、ベースに対するシャフトの位置合わせを容易に行うことができる角度検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】角度検出装置１は、ベース８と、柱状をなし、その中心軸Ｏ６周りに回転可能にベース８に支持されたシャフト６と、シャフト６の回転角度を検出する検出部９と、シャフト６を初期位置へ戻すように中心軸Ｏ６周りに付勢するねじりコイルバネ４とを備える。ねじりコイルバネ４は、中心軸Ｏ６方向に伸長された伸長状態で配置されており、伸長状態からの復元力により、ベース８とシャフト６の下端面６２とを当接させ、その当接部１０では、線接触または点接触で接触した状態となっている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベースと、
柱状をなし、その中心軸周りに回転可能に前記ベースに支持されたシャフトと、
前記シャフトの回転角度を検出する検出部と、
前記シャフトを初期位置へ戻すように前記中心軸周りに付勢する弾性部材と、を備え、
前記弾性部材は、前記中心軸方向に伸長された伸長状態で配置されており、該伸長状態からの復元力により、前記ベースと前記シャフトの端部とを当接させ、その当接部では、線接触または点接触で接触した状態となっている、角度検出装置。

【請求項2】

前記当接部は、前記ベースと前記シャフトの端部とうちの一方に形成された凹部と、他方に形成された凸部と、を有する、請求項１に記載の角度検出装置。

【請求項3】

前記凹部は、前記シャフトの端部に形成され、前記凸部は、前記ベースに形成される、請求項２に記載の角度検出装置。

【請求項4】

前記検出部は、前記シャフト側に設けられた磁石と、前記ベース側に設けられた磁気センサと、を有し、前記磁石は、前記シャフトの凹部側に設けられる請求項３に記載の角度検出装置。

【請求項5】

前記磁気センサは、前記ベースの前記凸部が形成され、前記シャフトと当接する部位に設けられる請求項４に記載の角度検出装置。

【請求項6】

前記凹部は、凹状球面を有し、
前記凸部は、前記凹状球面よりも曲率半径が大きい凸状球面を有する、請求項２に記載の角度検出装置。

【請求項7】

前記当接部では、前記線接触である場合、前記中心軸を中心とした円形状に線接触した状態となっている、請求項１に記載の角度検出装置。

【請求項8】

前記当接部では、前記点接触である場合、少なくとも３箇所で点接触した状態となっている、請求項１に記載の角度検出装置。

【請求項9】

前記弾性部材は、前記シャフトの外周部に沿って巻回したコイルバネで構成され、
前記コイルバネの一端部は、前記ベース側に係合し、他端部は、前記シャフト側に係合する、請求項１に記載の角度検出装置。

【請求項10】

前記ベースを収納するケースと、
前記シャフトに延設され、前記弾性部材の付勢力に抗して前記シャフトを前記中心軸周りに回転させる回転力を付与するレバーと、を備え、
前記コイルバネの一端部は、前記ケースに係合し、他端部は、前記レバーに係合する、請求項７に記載の角度検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、角度検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ブレーキペダル等の操作ペダルユニットとしては、例えば特許文献１に、車両ボディに回動可能に支持されたペダルアームと、運転者によって操作されたペダルアームの揺動角を検出する回転角検出装置とを有するものが開示されている。この回転角検出装置は、ハウジングと、ハウジングに回転可能に支持された軸部材と、軸部材とともに回転する回動部材（磁石）と、ハウジングに回動部材と対向して設けられた磁気センサと、ハウジングと回動部材との間に圧縮状態で配置され、回動部材を介して軸部材をその中心軸周りに付勢するコイルバネとを有する。軸部材は、その中心軸方向の途中がハウジングに回転可能に支持されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４７１６１０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、このような構成では、例えば軸部材に連結されたセンサレバーにペダルアームからの力が付与された場合、軸部材は、回転するが、ハウジングを支点とした傾きが生じて、磁気センサに対する回動部材の位置がズレる。その結果、正確な揺動角を検出するのが困難となる。

【0005】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものである。本発明は、簡単な構成で、ベースに対するシャフトの位置合わせを容易に行うことができる角度検出装置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】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明の角度検出装置は、ベースと、柱状をなし、その中心軸周りに回転可能に前記ベースに支持されたシャフトと、前記シャフトの回転角度を検出する検出部と、前記シャフトを初期位置へ戻すように前記中心軸周りに付勢する弾性部材と、を備え、前記弾性部材は、前記中心軸方向に伸長された伸長状態で配置されており、該伸長状態からの復元力により、前記ベースと前記シャフトの端部とを当接させ、その当接部では、線接触または点接触で接触した状態となっている。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、簡単な構成で、ベースに対するシャフトの位置合わせを容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】角度検出装置の斜視図である。

【図2】図１に示す角度検出装置の分解斜視図である。

【図3】図１に示す角度検出装置が備える基部構造体の分解斜視図である。

【図4】図３に示す基部構造体が備えるシャフトの斜視図である。

【図5】図１中のＡ－Ａ線断面図である。

【図6】図５中の二点鎖線で囲まれた領域［Ｂ］の拡大図である。

【図7】図６中の矢印Ｃ方向から見た図（平面図）である。

【図8】当接部の変形例を示す平面図である。

【図9】図８中のＤ－Ｄ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、以下の実施形態に記載されている構成はあくまで例示に過ぎず、本発明の範囲は実施形態に記載されている構成によって限定されることはない。例えば、本発明を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

【0010】

図１は、角度検出装置の斜視図である。図２は、図１に示す角度検出装置の分解斜視図である。図３は、図１に示す角度検出装置が備える基部構造体の分解斜視図である。図４は、図３に示す基部構造体が備えるシャフトの斜視図である。図５は、図１中のＡ－Ａ線断面図である。図６は、図５中の二点鎖線で囲まれた領域［Ｂ］の拡大図である。図７は、図６中の矢印Ｃ方向から見た図（平面図）である。なお、以下では、説明の都合上、図１～図６中の上側を「上（または上方）」、下側を「下（または下方）」と言う。

【0011】

図１に示す角度検出装置１は、例えば、船体に対する船外機の角度検出に用いることができる。図１、図２に示すように、角度検出装置１は、基部構造体２と、レバー構造体３と、ねじりコイルバネ（トーションバネ）４とを備える。図３に示すように、基部構造体２は、基部５と、シャフト６と、ケース７とを備える。図３、図５に示すように、基部５は、円盤状のベース８と、ベース８に嵌合するＯリング５１と、ベース８の下側に設けられた磁気センサ９２と、ハーネス５５の保持、保護するグロメット５２と、磁気センサ９２、ターミナル５４、ハーネス５５を封止、固定する封止部材５３とを有する。

【0012】

ベース８の中心部には、上方に向かって開口する凹部８１が形成されている。ベース８の外周部には、Ｏリング５１が嵌合している。Ｏリング５１は、弾性を有し、ベース８の外周部と、後述するケース７の外側ケース７１（筒状部７１１）の内周部との間で圧縮された状態となっている。これにより、磁気センサ９２への水等の浸入を防止することができる。磁気センサ９２は、例えばホール素子を有し、当該ホール素子を通過する磁力線の向きや強さを検出することができる。これにより、磁気センサ９２は、シャフト６側に設けられた磁石９１とともに、シャフト６の回転角度を検出する検出部９を構成することができる。シャフト６の回転角度は、前述した船体に対する船外機の角度となる。なお、磁気センサ９２は、ホール素子に代えて、磁気抵抗素子、磁気インピーダンス素子又は超電導量子干渉素子を有してもよい。角度検出装置１は、前記船体に搭載された制御装置に電気的に接続される。これにより、検出部９での検出結果、すなわち、シャフト６の回転角度に関する信号を制御装置に送信することができる。

【0013】

図３、図４に示すように、シャフト６は、全体として円柱状をなす部材で構成されている。図５に示すように、シャフト６は、ベース８およびケース７よって、中心軸Ｏ６周りに回転可能に支持されている。なお、シャフト６は、レバー構造体３とともに回転する。シャフト６の上端面には、中心軸Ｏ６方向に沿った雌ねじ６１が形成されている。雌ねじ６１には、後述するレバー構造体３のビス（ボルト）３３が螺合する。シャフト６の下端外周部には、リング状の磁石９１が固定されて（設けられて）いる。磁石９１は、ベース８の凹部８１内で、磁気センサ９２に対向して配置される。また、磁石９１は、その周方向に沿って、すなわち、中心軸Ｏ６周りに配置された複数の磁極を有する。隣り合う磁極同士は、互いに極性が異なる。

【0014】

図３、図５に示すように、ケース７は、基部５（ベース８）およびシャフト６を収納する中空の部材である。ケース７は、外側ケース７１と、内側ケース７２と、オイルシール７３とを有する。外側ケース７１は、筒状部７１１と、筒状部７１１の外周部から、その径方向外側に向かって突出した突出部７１２と、カラー７１６とを有する。筒状部７１１の内側には、内側ケース７２が配置される。カラー７１６は、リング状の部材で構成され、突出部７１２に形成された貫通孔７１３に嵌合している。角度検出装置１は、カラー７１６にビス（不図示）を挿通させて、船体に取り付けることができる。なお、カラー７１６が嵌合する突出部７１２の配置数としては、少なくとも１つあればよいが、複数あるのが好ましい。突出部７１２の配置数が複数の場合、各突出部７１２は、筒状部７１１の周方向に沿って間隔を置いて配置される。また、各突出部７１２の中心軸Ｏ６方向の位置は、船体での角度検出装置１の取り付け箇所にもよるが、例えば、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、外側ケース７１は、筒状部７１１の外周部から、その径方向外側に向かって突出し、グロメット５２を覆うカバー部７１４を有する。これにより、グロメット５２が保護される。図１に示すように、外側ケース７１は、筒状部７１１の上端部から上方に向かって突出し、レバー構造体３（レバー３１）の回転限界を規制する規制部７１５を有する。レバー構造体３は、図１中時計回り（矢印α方向）に規制部７１５に当接することにより、矢印α方向への回転が規制される。このときシャフト６は、レバー構造体３とともに初期位置に位置した状態となる。なお、ねじりコイルバネ４は、シャフト６を初期位置へ戻すように中心軸Ｏ６回りに付勢する、すなわち、シャフト６を矢印α方向に付勢するリターンスプリングとして機能する弾性部材である。また、レバー構造体３は、図１中反時計回り（矢印β方向）に規制部７１５に当接することにより、矢印β方向への回転が規制される。

【0015】

図５に示すように、内側ケース７２は、筒状をなし、その外径が縮径した縮径部７２１と、外径が拡径した拡径部７２２とを有する。縮径部７２１の内側には、シャフト６が配置され、中心軸Ｏ６周りに回転することができる。この回転に伴って、シャフト６の外周部が縮径部７２１の内周部を摺動する。これにより、シャフト６は安定して回転することができる。拡径部７２２の内側には、オイルシール７３が配置される。

【0016】

オイルシール７３は、シール本体７３０と、シール本体７３０に内蔵された第１付勢部材７３１および第２付勢部材７３２とを有する。シール本体７３０は、リング状の弾性部材である。第１付勢部材７３１は、シール本体７３０と同心的に配置されたリング状の弾性部材であり、シール本体７３０の外周部を拡径部７２２の内周部に向かって付勢することができる。第２付勢部材７３２は、シール本体７３０と同心的に、第１付勢部材７３１よりも内側に配置されたリング状の弾性部材であり、シール本体７３０の内周部をシャフト６の外周部に向かって付勢することができる。このような構成のオイルシール７３により、拡径部７２２の内周部とシャフト６の外周部との間が封止され、よって、磁気センサ９２へのオイル等の浸入を防止することができる。

【0017】

図２、図５に示すように、レバー構造体３は、レバー３１と、カラー３２と、ビス３３とを有する。レバー３１は、シャフト６に延設されている。本実施形態では、レバー３１は、板状をなし、その一端部がシャフト６に連結されている。なお、レバー３１は、シャフト６と別体であるのに限定されず、例えば、シャフト６と一体的に形成されていてもよい。また、レバー３１の他端部には、上方に向かって円柱状に突出した突出部３１１が形成されている。突出部３１１には、例えば、船外機の所定の箇所に係合させることができる。これにより、船外機を操作して、船体に対する船外機の角度が変化した際、その操作力がレバー３１に伝達される。そして、レバー３１は、ねじりコイルバネ４の付勢力（矢印α方向の力）に抗して、シャフト６を矢印β方向（中心軸Ｏ６周り）に回転させる回転力を、シャフト６に対して付与することができる。これにより、シャフト６が回転して、当該シャフト６の回転角度が、船体に対する船外機の角度として検出部９で検出される。また、船外機に対する前記操作力を反転させた場合には、レバー３１は、ねじりコイルバネ４の付勢力によって初期位置に戻る。これにより、シャフト６が反対方向に回転して、当該シャフト６の回転角度が、船体に対する船外機の角度として検出部９で検出される。カラー３２は、リング状の部材で構成され、レバー３１の一端部に形成された貫通孔３１２に嵌合している。カラー３２には、シャフト６の上端部が挿入される。また、シャフト６に対するレバー３１の延設方向が一方向に規制される。そして、シャフト６の雌ねじ６１にビス３３が螺合する。これにより、レバー３１とシャフト６との連結状態が維持される。

【0018】

図１、図２に示すように、ねじりコイルバネ４は、シャフト６の外周部に沿って巻回して配置されている。ねじりコイルバネ４の下端部（一端部）には、屈曲部４１が形成され、上端部（他端部）には、屈曲部４２が形成されている。屈曲部４１および屈曲部４２は、それぞれ、ねじりコイルバネ４を構成する線材４０を、その長手方向の複数箇所で屈曲させて、塑性変形させた部分である。屈曲部４１は、外側ケース７１の突出部７１２の縁部に形成された溝７１７（ベース８側）に係合する。屈曲部４２は、レバー３１の縁部に形成された溝３１３（シャフト６側）に係合する。これにより、ねじりコイルバネ４は、シャフト６を矢印α方向に、すなわち、シャフト６を初期位置へ戻す方向に付勢することができる。また、ねじりコイルバネ４は、中心軸Ｏ６方向に伸長された伸長状態で配置されている。そして、ねじりコイルバネ４は、伸長状態からの復元力により、ベース８の凹部８１の底面８１１と、シャフト６の下端面（端部）６２とを当接させて、当接部１０を構成することができる。なお、シャフト６を付勢する弾性部材としては、本実施形態ではねじりコイルバネ４が用いられているが、これに限定されない。

【0019】

図３、図４に示すように、当接部１０は、シャフト６の下端面６２の中心軸Ｏ６と交差する位置に形成された凹部６３と、凹部８１の底面８１１の中心軸Ｏ６と交差する位置に形成された凸部８２とで構成される。図６に示すように、凹部６３は、凹状球面６３１を有し、凸部８２は、凸状球面８２１を有する。凹状球面６３１の中心と、凸状球面８２１の中心とは、それぞれ、中心軸Ｏ６上に位置する。また、凸状球面８２１の曲率半径は、凹状球面６３１の曲率半径よりも大きい。このような凹部６３および凸部８２により、図７に示すように、当接部１０では、凹状球面６３１と凸状球面８２１とが、中心軸Ｏ６を中心とした円形状の線接触で接触した状態となる。そして、この線接触状態と、前述したねじりコイルバネ４の復元力付与状態との相乗効果により、シャフト６の回転の有無や回転角度の大小に関わらず、ベース８に対するシャフト６の位置が安定する。以上のように角度検出装置１では、簡単な構成で線接触状態と復元力付与状態とが得られ、よって、ベース８に対するシャフト６の位置合わせを容易に行うことができる。また、磁石９１は、シャフト６の凹部６３側に設けられ、一方、磁気センサ９２は、ベース８の凸部８２が形成され、シャフト６と当接する部位側に設けられている。この配置態様と、前記線接触状態との相乗効果により、磁石９１と磁気センサ９２との位置関係が維持され、よって、検出部９でのシャフト６の回転角度の検出を正確に行うことができる。また、線接触により、例えば面接触に比べて、摺動抵抗を減じることができ、スムーズな動作が可能となる。なお、当接部１０を構成する凹部と凸部とは、本実施形態では凹部がシャフト６に形成され、凸部がベース８に形成されているが、これに限定されず、例えば、凹部がベース８に形成され、凸部がシャフト６に形成されていてもよい。

【0020】

以上のような構成の角度検出装置１を組み立てるには、まず、基部構造体２と、シャフト６と、ねじりコイルバネ４とを用意する（図２参照）。そして、基部構造体２にシャフト６を挿通する。このとき、ねじりコイルバネ４の屈曲部４１を外側ケース７１の溝７１７に係合させる。次いで、ねじりコイルバネ４が重ねられた基部構造体２に組み付けられたシャフト６にレバー構造体３を重ねる。このとき、ねじりコイルバネ４の屈曲部４２側を一旦、図２中反時計周りに引張り、この状態でビス３３で螺合し、屈曲部４２をレバー３１の溝３１３に係合させる。これにより、角度検出装置１が得られる。

【0021】

＜変形例＞
以下、図８、図９を参照して、当接部の変形例について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。図８は、当接部の変形例を示す平面図である。図９は、図８中のＤ－Ｄ線断面図である。図８、図９に示すように、凹部６３の凹状球面６３１には、中心軸Ｏ６周りに等間隔に配置された３つの凸部６４が形成されている。各凸部６４は、凸部８２の凸状球面８２１よりも曲率半径が小さい凸状球面６４１を有する。このような凸部６４により、当接部１０では、３つの凸状球面６４１が凸状球面８２１と点接触で接触した状態となる。点接触は、線接触よりも接触面積を抑えることができ、よって、例えば、前記実施形態よりもシャフト６のより円滑な回転が可能となる。なお、凸部６４の形成数は、本変形例では３つであるが、これに限定されず、例えば、４つ以上であってもよい。また、本変形例では、凹状球面６３１の曲率半径と、凸状球面８２１の曲率半径との大小関係については、特に限定されず、例えば、凹状球面６３１の曲率半径が凸状球面８２１の曲率半径よりも大きくてもよいし、凹状球面６３１の曲率半径が凸状球面８２１の曲率半径よりも小さくてもよいし、凹状球面６３１の曲率半径と凸状球面８２１の曲率半径とが同じであってもよい。

【0022】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

【符号の説明】

【0023】

１ 角度検出装置
４ ねじりコイルバネ（トーションバネ）
６ シャフト
８ ベース
９ 検出部
１０ 当接部
６２ 下端面（端部）
６３ 凹部
８２ 凸部
Ｏ６ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】