JP2009063443A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角検出装置に組み込む回路基板の樹脂封止作業の手間を減らしながら、カバー部材を設けることなく樹脂封止部を保護する。
【解決手段】ハウジング１に対して軸２を組み合せ軸受４、５で回転自在に支持し、ハウジング１の一側端にハウジング蓋６をボルト止めすることで予圧を与え、回転角センサ３を磁気式エンコーダのみで構成し、ハウジング蓋６をボルト止めする前に、センサ集積回路３１を実装した回路基板３２をハウジング６の凹部６２にねじ止めし、そのまま凹部６２に樹脂３４を入れて封止を行い、その凹部６２を、ハウジング１の一側端に当てる外周部６１より中央側に位置するように形成し、凹部６２に形成された樹脂封止部をハウジング１とハウジング蓋６とで形成される内部空間に位置させた。
【選択図】図１

Description

この発明は、ハウジングに対して回転自在に支持された軸と、この軸の回転角を検出する回転角センサとを備えた回転角検出装置に関する。

この種の回転角検出装置は、ハウジングの内周と軸との間に転がり軸受が組み込まれている。ハウジングの一側面に開放する軸受組み込み口を覆うハウジング蓋は、ハウジングの一側端に装着可能となっている。ハウジング蓋を装着すると、ハウジングとハウジング蓋とで内部空間が形成される。その内部空間は回転角センサの配置に利用されており、ハウジング及びハウジング蓋を利用して回転角センサを外力から保護することができる。
この種の回転角検出装置は、予めハウジング蓋に回路基板の取り付けや配線を行なうことができる、また、ハウジング蓋の側面積を利用して回路基板を設置することができる、また、軸を転がり軸受で支持した状態でハウジング蓋を装着すれば、回転角センサと軸との位置関係を決めることができる、という利点がある。

従来、上記のような組み込みが可能な回転角センサとしては、接触式の角度ポテンショメータが広く利用されている（特許文献１）。
角度ポテンショメータのブラシは、軸の一側端面に取り付けられる。ブラシに接触させる環状の抵抗体及び電気切片は、基盤上に固定されている。その基盤は、ハウジング蓋の他側面のうち、軸の一側端面と対向する部分に接着で取り付けられている。軸を軸受で支持させた状態でハウジング蓋を装着すると、ブラシ、抵抗体及び電気切片が接触し、これにより、回転角を電気信号に変換する検出回路が構成される。
一方、蓋の一側面に、回路基板を収める凹部が形成されている。回路基板を凹部に収めることにより、その回路基板の樹脂封止が可能になっている。回路基板は、予め、角度ポテンショメータのアナログ検出信号をディジタル化するＡＤコンバータとして構成されている。なお、回路基板には、電源回路が適宜に設けられる。
軸の他端は、ハウジングの他側面に形成された軸通孔から外部に露出している。この軸の露出部分において他の機器の軸に連結することが可能である。
回路基板でディジタル化された検出信号は、外部コンピュータに送信され、その外部コンピュータで演算処理が行われる。

前掲の特許文献１の回転角検出装置は、接触式の検出回路と回路基板とをハウジング蓋の両側面に分けて配置することにより、水や油が回路基板の充電部に達することを樹脂封止で防止しながら、回路基板の樹脂封止の際に、樹脂が抵抗体や電気切片に付着して検出不良が生じる恐れを確実に無くすことができる。

特開平１１−３４４３０２号公報（要約書）

前掲の特許文献１の回転角検出装置は、樹脂封止部が外部に露出しており、例えば、建設機械の軸の角度検出に回転角検出装置を利用する場合、樹脂が振動や衝撃といった外力を受けて損傷する懸念がある。特に、ウレタン樹脂のような半固形化する樹脂を採用すると、その柔軟性により回路基板に実装された素子の振動を軽減させることができるが、樹脂自体が外力に弱いため、固形化する樹脂より樹脂封止が破れ易い。
樹脂封止に代えて回路基板をカバー部材で覆ったり、樹脂封止部をカバー部材で覆ったりすると、別途にカバー部材を要し、部品数が増えてしまう。また、カバー部材の設置空間が得られない場合もある。

また、前掲の特許文献１の回転角検出装置は、抵抗体及び電気切片を固定した基盤をハウジング蓋の他側面に取り付けた後でなければ、抵抗体及び電気切片の接点と回路基板とを接続することができない。すなわち、基盤を取り付けたハウジング蓋をひっくり返して回路基板の樹脂封止を別途に行なう手間が生じ、面倒である。仮に、回路基板と基盤とをハウジング蓋の同側面に配置すると、樹脂封止により検出不良が発生する恐れがある。

上記の事情に鑑み、この発明の課題は、回転角検出装置に組み込む回路基板の樹脂封止作業の手間を減らしながら、カバー部材を設けることなく樹脂封止部を保護することにある。

上記の課題を解決するこの発明は、ハウジングに対して回転自在に支持された軸と、この軸の回転角を検出する回転角センサとを備え、前記ハウジングの一側端に、軸受組み込み口を覆うハウジング蓋を装着可能とし、そのハウジング蓋の側面に凹部を形成し、その凹部に、前記回転角センサの検出信号を処理する回路基板を収め、その回路基板を樹脂で封止した回転角検出装置において、前記回転角センサを磁気式エンコーダのみから構成し、前記ハウジング蓋の他側面に、前記ハウジングの一側端に当てる外周部を形成すると共に、前記凹部を該外周部より中央側に位置するように形成したことを特徴とするものである。
ここで、磁気式エンコーダから構成される前記回転角センサは、軸と一体回転するエンコーダの回転による磁束変化に応じてアナログ検出信号を出力する複数の磁気検出素子を有しており、これら磁気検出素子は、対となる磁気検出素子間で位相差をもったアナログ検出信号が得られるように配置されており、その位相差をもったアナログ検出信号に基づく演算処理回路により回転角を求めるようになった一般的なものである。演算処理回路は、前記回路基板に実装される。

具体的には、前記ハウジング蓋の他側面に、前記ハウジングの一側端に当てる外周部を形成すると共に、前記凹部を該外周部より中央側に位置するように形成すれば、ハウジング蓋をハウジングの一側端に装着した状態で、樹脂封止部は、ハウジング及びハウジング蓋で形成された内部空間に位置し、ハウジングとハウジング蓋とで外部から保護される。
前記回転角センサの複数の磁気検出素子は、軸と一体回転するエンコーダの着磁面と対向させるため、上記凹部と同じく、ハウジング蓋の他側面のうち前記外周部より中央側に配置することになる。すなわち、複数の磁気検出素子と回路基板とがハウジング蓋の同側面に配置されるので、前記凹部に収めた回路基板を樹脂封止する際、ハウジング蓋をひっくり返す手間がなくなり、回路基板の樹脂封止作業の手間が減る。
磁気検出素子の感磁面に樹脂が付着した状態でも、磁力線は樹脂を通過するため、検出に支障はない。したがって、前記回転角センサを磁気式エンコーダのみで構成しておけば、樹脂封止により検出不良が発生する恐れはない。

前記回転角センサとしては、複数の磁気検出素子及びアナログ演算処理回路がパッケージされたセンサ集積回路を有するものを採用することが好ましい。前記回路基板に前記センサ集積回路を実装することにより、磁気検出素子と回路基板とを一度に実装・樹脂封止することができる。
また、この種のセンサ集積回路は、アナログ演算処理回路で演算処理を行うため、ＡＤコンバータのような比較的大規模な回路ではなく、複数の磁気検出素子と共にコンパクトに集積化されているため、回路基板の設置面積が小さくて済み、凹部の小型化が容易になる。なお、この種のセンサ集積回路は、市販品として様々に用意されており、調達が容易な利点もある。
上記のセンサ集積回路ではなく、複数の磁気検出素子とアナログ演算処理回路とを別々に実装する回転角センサを採用することも可能である。

前記ハウジングと前記軸との間に転がり軸受を組み込み、前記蓋の前記外周部を前記転がり軸受の外輪の一側面に押し当てて予圧を与えた構成を採用することができる。予圧により転がり軸受の剛性が高まり、軸振れが防止されるので、磁気検出素子とエンコーダとの相対的な位置ずれが防止される。
この構成を採用する場合、ハウジング蓋の他側面をラジアル平面に形成すると、軸の一側端面とハウジング蓋との間が狭くなり、回転角センサを配置する空間が不足する場合、外輪とハウジング蓋との間にスペーサリングを介在させることになる。
ここで、上述のように、前記凹部は、外輪の一側面を押す外周部より中央側に位置している。
したがって、前記凹部を、その底面が前記軸の一側端面に軸方向に臨むように前記外周部より軸方向一方側に凹ませた構成を採用すれば、凹部の形成を利用して回転角センサを配置する空間を増すことができ、スペーサリングの省略やスペーサリングの小幅化を図ることができる。

また、前記凹部に、前記回転角センサの磁気検出素子の感磁面より低く樹脂を盛ることにより、エンコーダの着磁面との間に樹脂がない分、両面間の磁気ギャップをより小さくすることができ、ひいては、より小型の磁気検出素子やエンコーダを採用することができる。

上記のように、樹脂封止された回路基板は、ハウジングとハウジング蓋とで形成される内部空間に位置することになる。このため、回路基板は外部の水や油から二重に防護される。前記樹脂として、半固形化するものを用いても、樹脂封止部は、ハウジングとハウジング蓋とで防護されるため、容易には破壊され難くなる。

前記の半固形化する樹脂としては、ウレタン樹脂の他に、発泡ウレタン樹脂、シリコン樹脂等を用いることができる。

上述のように、この発明は、回転角センサを磁気式エンコーダのみから構成し、前記回路基板に前記回転角センサの演算処理回路を設け、前記ハウジング蓋の他側面に、前記ハウジングの一側端に当てる外周部を形成すると共に、前記凹部を該外周部より中央側に位置するように形成した構成の採用により、回転角検出装置に組み込む回路基板の樹脂封止作業の手間を減らしながら、カバー部材を設けることなく樹脂封止部を保護することができる。

以下、この発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施形態に係る回転角検出装置の全体構成をアキシャル平面の切断面で示している。
図１に示すように、この実施形態に係る回転角検出装置は、ハウジング１に対して回転自在に支持された軸２と、この軸２の回転角を検出する回転角センサ３とを備え、ハウジング１と軸２との間に、転がり軸受４、５が組み合せ軸受を構成するように組み込まれ、ハウジング１の一側端に、ハウジング１の一側面に開放する軸受組み込み口を覆うハウジング蓋６を装着可能なものとなっている。

ハウジング１は、外周に取付フランジ１１を有しており、回転角検出装置を組み立てた状態で他の機器のハウジングにねじ止めすることが可能になっている。軸２の他側端面は、ハウジング１の他側面に形成された軸通口から露出するようになっており、外部機器の軸に接続することが可能である。

回転角センサ３は、磁気式エンコーダのみから構成されている。

転がり軸受４、５は、シール付き軸受となっており、潤滑剤が回転角センサハウジング１の内部に飛散することが防止されている。また、転がり軸受４、５は、回転慣性抵抗を考慮し、それぞれ玉軸受とされている。

ハウジング蓋６の他側面に、ハウジング１の一側端に当てる外周部６１と、該外周部６１より中央側に位置し、かつ該外周部６１より軸方向一方側に凹ませた凹部６２とが形成されている。

軸２を転がり軸受４、５でハウジング１に対して回転自在に支持させた状態で、ハウジング蓋６の外周部６１は、ハウジング１の一側端に当り、また、ハウジング蓋６側の転がり軸受５の外輪の一側面にも当る。ハウジング蓋６は、その外周部６１をハウジング１に対してボルト７で締結することで固定される。ここで、ハウジング蓋６の凹部６２は、この固定状態で、その底面が軸２の一側端面に軸方向に臨むように凹ませられている。これにより、ハウジング蓋６と軸２の一側面との対向間隔は、凹部６２により拡がっており、スペーサリングを用いることなく、回転角センサ３を配置するための内部空間が確保されている。

また、ハウジング蓋６の外周部６１をハウジング１の一側端にボルト７で押し付けると、ハウジング蓋６の外周部６１は、転がり軸受５の外輪の一側面全周に押し当てられ、その結果、ハウジング１の肩１２、軸２の間座部２１、ハウジング蓋６で転がり軸受４、５に定位置予圧が与えられる。これにより、転がり軸受４、５の剛性が高まり、軸２の軸振れが防止されている。

なお、蓋６の外周部６１とハウジング１との間はパッキン８で密封されている。ハウジング１の軸通口と軸２との間は、オイルシール９ａ、スリンガ９ｂで密封されている。

この回転角センサ３は、複数の磁気検出素子３１ａ、３１ｂ及びアナログ演算処理回路からなる演算処理回路がパッケージされたセンサ集積回路３１を有するものが利用されている。センサ集積回路３１としては、これら磁気検出素子の正弦波出力と余弦波出力とから回転角を求めるアナログ演算処理回路を有するもの、例えば、特開２００４−１９１１０１号公報に開示のものを利用することができる。

センサ集積回路３１は、回路基板３２に実装されている。回路基板３２に入出力ライン３３の一端が接続される。入出力ライン３３の他端は外部機器に接続される。

センサ集積回路３１、入出力ライン３３の一端が固定された回路基板３２は、ハウジング蓋６の他側面に形成された凹部６２に収められる。回路基板３２は、凹部６２の底面にねじ止めすることによりその板面がラジアル平面に沿うように支持される。磁気検出素子３１ａ、３１ｂの感磁面を軸方向に向けるためである。なお、この磁気検出素子３１ａ、３１ｂの感磁面は、このセンサ集積回路３１の軸方向他端部に形成されたモールド平面と同一面を形成している。ハウジング蓋６が導電性を有する場合は、回路基板３２の板面と凹部６２の底面との間を絶縁すればよい。

回路基板３２のねじ止めは、ハウジング蓋６の他側面を上にした状態で、行なうことができる。ハウジング蓋６をねじ止め作業時の姿勢にしたまま、凹部６２に樹脂３４を入れて回路基板３２を封止することができる。樹脂３４には、ウレタン樹脂が用いられている。センサ集積回路３１は、樹脂３４に完全に埋没しており、樹脂３４の柔軟性によるセンサ集積回路３１の振動軽減により、回路基板３２への半田付け部分の破壊が防止されている。

ハウジング蓋６に、凹部６２にねじ止めされた回路基板３２の板面に臨む貫通孔６３が形成されており、入出力ライン３３は、回路基板３２のねじ止めに際し、この貫通孔６３から外部に取り出される。

回転角センサ３のエンコーダ３５は、Ｎ極とＳ極が周方向に交互に着磁された磁気ドラムからなり、軸２の一側端面上にその回転中心が軸２と一致するように取付具で固定することにより、軸２に支持されている。なお、軸２の一側端面は、形状単純化のため、ラジアル平面に形成され、エンコーダ３５は軸２の一側端面に取付具で支持させられている。

エンコーダ３５を軸２に固定し、回路基板３２が固定されたハウジング蓋６をハウジング１の一側端にボルト７で軸方向に押し付けると、磁気検出素子３１ａ、３１ｂの感磁面が９０°の位相差をもってエンコーダ３５の着磁面と軸方向に対向した位置関係に固定される。

この実施形態に係る回転角検出装置は、上記の構成を有するものであり、ハウジング蓋６の凹部６２に、予めセンサ集積回路３１を実装した回路基板３２をねじ止めした後、そのまま樹脂封止することができる。このため、この実施形態に係る回転角検出装置は、ハウジング蓋６をひっくり返す手間がなく、回路基板３２の樹脂封止作業の手間を減らすことができる。
なお、貫通孔６３は、ハウジング蓋６をハウジング１に装着し、回転角センサ３の初期較正作業が終わった後、充填材で塞がれる。回転角センサ３の初期不良があった場合、貫通孔６３への充填が無駄になるからである。したがって、貫通孔６３を形成したところで、ハウジング蓋６をひっくり返す手間が増えることはない。

また、この実施形態に係る回転角検出装置は、ハウジング蓋６をハウジング１の一側端に装着した状態で、凹部６２に形成された樹脂封止部がハウジング１及びハウジング蓋６で形成された内部空間に位置するため、ハウジング１とハウジング蓋６とで外部から保護することができる。

なお、この実施形態では、センサ集積回路３１の保護を優先するため、センサ集積回路３１を樹脂３４に埋没させたが、図２に別の樹脂封止態様を示すように、ハウジング蓋６の凹部６２に、磁気検出素子３１ａ、３１ｂの感磁面より低く樹脂３４を盛ることにより、エンコーダ３５の着磁面との間に樹脂がない分、両面間の磁気ギャップをより小さくすることができ、ひいては、より小型の磁気検出素子やエンコーダを採用することができる。なお、樹脂３４は、回路基板３２の全ての充電部を埋没させるように盛ることは、樹脂封止の目的上、勿論のことである。

実施形態の全体構成を示す断面図 実施形態の別の樹脂封止態様を示す断面図

符号の説明

１ ハウジング
２ 軸
３ 磁気式エンコーダ
４、５ 転がり軸受
６ 蓋
７ ボルト
８ パッキン
９ａ オイルシール
９ｂ スリンガ
１１ 取付フランジ
１２ 肩
３１ センサ集積回路
３１ａ、３１ｂ 磁気検出素子
３２ 回路基板
３３ 入出力ライン
３４ 樹脂
３５ エンコーダ
６１ 外周部
６２ 凹部
６３ 貫通孔

Claims (5)

1. ハウジングに対して回転自在に支持された軸と、この軸の回転角を検出する回転角センサとを備え、前記ハウジングの一側端に、軸受組み込み口を覆うハウジング蓋を装着可能とし、そのハウジング蓋の側面に凹部を形成し、その凹部に、前記回転角センサの検出信号を処理する回路基板を収め、その回路基板を樹脂で封止した回転角検出装置において、前記回転角センサを磁気式エンコーダのみから構成し、前記ハウジング蓋の他側面に、前記ハウジングの一側端に当てる外周部を形成すると共に、前記凹部を該外周部より中央側に位置するように形成したことを特徴とする回転角検出装置。
2. 前記回転角センサを、複数の磁気検出素子及びアナログ演算処理回路がパッケージされたセンサ集積回路を有するものとし、前記回路基板に前記センサ集積回路を実装した請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 前記ハウジングと前記軸との間に転がり軸受を組み込み、前記蓋の前記外周部を前記転がり軸受の外輪の一側面に押し当てて予圧を与え、前記凹部を、その底面が前記軸の一側端面に軸方向に臨むように前記外周部より軸方向一方側に凹ませた請求項１又は２に記載の回転角検出装置。
4. 前記凹部に、前記回転角センサの磁気検出素子の感磁面より低く樹脂を盛った請求項１から３のいずれか１つに記載の回転角検出装置。
5. 前記樹脂として、半固形化するものを用いた請求項１から４のいずれか１つに記載の回転角検出装置。

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