JP2006214830A

JP2006214830A - 光学式回転角検出装置

Info

Publication number: JP2006214830A
Application number: JP2005026876A
Authority: JP
Inventors: Masasuke Urakawa; 雅丞浦川
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2006-08-17
Also published as: CN1815149A; FR2881518A1; DE102006004393A1; US20060169879A1

Abstract

【課題】フォトセンサの位置精度が高く、小型化しても所望の検出精度が確保しやすい光学式回転角検出装置を提供すること。
【解決手段】フォトセンサ（フォトＩＣ５やフォトインタラプタ６）が実装される回路基板４には、各フォトセンサの端子５ｃ，６ｃが挿通される複数の端子挿入孔４ｂが穿設されており、所定の端子挿入孔４ｂが対応する端子（例えば５ｃ２）をコード板１の周方向に位置規制することによって、各フォトセンサが周方向に位置決めされるようにしてある。また、回路基板４に位置決め固定されたホルダ３には、各センサ保持孔３ａ内でコード板１の径方向に沿って対向する基準面３ｂと突起部３ｃが設けられており、各センサ保持孔３ａに本体部５ａや本体部６ａを嵌め入れることによって各フォトセンサが径方向に位置決めされるようにしてある。
【選択図】図５

Description

本発明は、車載用ステアリングホイールの操舵角の検出等に利用して好適な光学式回転角検出装置に関する。

従来より、車載用ステアリングホイールの操舵角等を検出するために、フォトセンサの一種であるフォトインタラプタによってコード板の回転動作を把握するようにした光学式回転角検出装置が知られている。かかる従来の光学式回転角検出装置は、ステアリングホイールに連動して回転するコード板の周方向に沿って遮光壁とスリットからなるスリット列が設けられており、コード板が回転すると、スリット列が回路基板に実装されたフォトインタラプタの発光部と受光部との間を通過するように構成されているため、該発光部から該受光部へ到達する光の信号に基づいて、コード板の回転角度や回転方向等を検出できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。なお、この種の光学式回転角検出装置は、自動車のトランスミッション制御や四輪操舵車における後輪の操舵制御等に用いられ、最近は小型化や高性能化に対する要望が高まっている。
特開２００３−２８７４１８号公報（第３−４頁、図１）。

ところで、この種の光学式回転角検出装置において小型化や高性能化を実現するためには、フォトインタラプタ等のフォトセンサを高い位置精度で回路基板に実装する必要がある。特に、コード板の周方向に沿うフォトセンサの位置ずれは検出位置の誤差に直結するため、装置が小型化されるほど回転角の検出精度を劣化させやすい。しかしながら前述した従来の光学式回転角検出装置は、フォトセンサの各端子を回路基板の端子挿入孔に遊挿してランドに半田付けするという通常の実装構造を採用しているので、フォトセンサが実装面内で若干位置ずれを起こすことは避け難く、それゆえ装置の小型化が促進されると所望の検出精度を得ることが次第に困難になってくるという問題があった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、フォトセンサの位置精度が高く、小型化しても所望の検出精度が確保しやすい光学式回転角検出装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の光学式回転角検出装置では、発光部および受光部を対向させてなる本体部から複数本の端子を突出させたフォトセンサと、前記各端子が挿通される複数の端子挿入孔を有して前記フォトセンサが実装される回路基板と、前記フォトセンサの前記本体部を嵌め入れるセンサ保持孔を有して前記回路基板に位置決め固定されたホルダと、前記発光部と前記受光部との間を通過するスリット列を周方向に沿って設けた回転可能なコード板とを備え、前記ホルダに前記センサ保持孔内で前記コード板の径方向に沿って対向する基準面と突起部を設け、これら基準面と突起部との間に前記本体部を圧入することにより、前記フォトセンサが前記コード板の径方向に位置決めされると共に、前記複数の端子挿入孔の一部が対応する前記端子を前記コード板の周方向に位置規制することにより、前記フォトセンサが該周方向に位置決めされるように構成した。

このように構成された光学式回転角検出装置では、組立時に回路基板の所定の端子挿入孔に対応する端子を挿入していくと、該端子が端子挿入孔に位置規制されてフォトセンサがコード板の周方向に沿って位置決めされるようになっているため、検出精度を確保するうえで特に重要な周方向に沿うフォトセンサの位置ずれが回避しやすくなっている。また、回路基板に位置決め固定されたホルダのセンサ保持孔にフォトセンサの本体部を圧入していくと、該フォトセンサがコード板の径方向に沿って位置決めされると共に、ホルダによって該フォトセンサが保持された状態となるため、組立性も良好である。

上記の構成において、コード板の周方向に沿って並設された２個の前記端子挿入孔のうち、一方の端子挿入孔を対応する前記端子の周方向片側への移動を規制する位置に形成し、かつ、他方の端子挿入孔を対応する前記端子の周方向他側への移動を規制する位置に形成しておくと、これら２個の端子挿入孔にそれぞれ対応する端子を挿入していくことによって、周方向に沿うフォトセンサの取付位置を高精度に規定することが可能となる。この場合、２個の前記端子挿入孔どうしの間隔をこれら両端子挿入孔に挿通される２本の前記端子どうしの間隔と略同等に設定しておけば、両端子挿入孔の間隔を最大限確保したうえでフォトセンサの位置決めが行えるため、端子間のピッチが狭いフォトセンサであっても回路基板側のランドどうしの間に相応の距離を確保することができて好ましい。例えば、フォトセンサが前記受光部側から３本の端子を列状に突出させたフォトＩＣである場合、これら端子群のうち両端の２本の端子が挿通される２個の端子挿入孔の間隔を該２本の端子の間隔と略同等に設定しておけばよい。

また、上記の構成において、所定の前記端子挿入孔の周方向に沿う内径を対応する前記端子の周方向に沿う幅寸法と略同等に設定することにより、該端子挿入孔が該端子の周方向への移動を規制するようにしておくと、該端子挿入孔に対応する端子を挿入していくことによって、周方向に沿うフォトセンサの取付位置を高精度に規定することが可能となる。例えば、フォトセンサが前記受光部側から３本の端子を列状に突出させたフォトＩＣである場合、これら端子群のうち中央の端子が挿通される端子挿入孔の周方向に沿う内径を該中央の端子の周方向に沿う幅寸法と略同等に設定しておけばよい。

本発明の光学式回転角検出装置は、組立時に回路基板の端子挿入孔でフォトセンサの端子を位置規制することによって該フォトセンサがコード板の周方向に沿って位置決めされるようになっているため、検出精度を確保するうえで特に重要な周方向に沿うフォトセンサの位置ずれが回避しやすい。また、回路基板に位置決め固定されたホルダのセンサ保持孔にフォトセンサの本体部を圧入することによって該フォトセンサがコード板の径方向に沿って位置決めされると共に、ホルダによって該フォトセンサが保持された状態となるため、組立性も良好である。したがって、装置が小型化されても所望の検出精度が確保しやすく組立性も良好な光学式回転角検出装置が得られる。

発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係る光学式回転角検出装置の分解斜視図、図２は該光学式回転角検出装置の部分断面図、図３は該光学式回転角検出装置に備えられるフォトＩＣの拡大図、図４は該フォトＩＣの取付構造を示す説明図、図５は該フォトＩＣの端子が位置決めされた状態を示す説明図、図６は該光学式回転角検出装置に備えられる回路基板の一部を示す説明図、図７は図６の一部を拡大した説明図である。

図１に示す光学式回転角検出装置は、車載用のステアリング装置に組み込まれてステアリングホイールの操舵角等の検出に使用されるものであり、該ステアリングホイールに連結された図示せぬ回転体にコード板１が一体的に設けられ、このコード板１の中心孔を図示せぬステアリングシャフトが貫通するようになっている。また、ステアリング装置の図示せぬステータ部材に外装ケース２が固定されており、この外装ケース２にホルダ３および回路基板４が位置決めして固定されている。そして、回路基板４に複数個のフォトセンサ（フォトＩＣ５およびフォトインタラプタ６）が実装されており、凹溝（５ｂ，６ｂ）を介して発光部と受光部を対向させている各フォトセンサの本体部（５ａ，６ａ）がそれぞれホルダ３のセンサ保持孔３ａ内に嵌入されている。

コード板１には、スリット７ａおよび遮光壁７ｂからなる内側スリット列７と、スリット８ａおよび遮光壁８ｂからなる外側スリット列８とが、それぞれ周方向に沿って同心円状に設けられている。これら２列のスリット列７，８は、絶対角検出のためのグレーコード出力用トラックとして機能する。

複数個のフォトセンサのうち、フォトＩＣ５群は内側スリット列７と対向する位置に配設され、フォトインタラプタ６群は外側スリット列８と対向する位置に配設されている。つまり、コード板１が回転すると、内側スリット列７がフォトＩＣ５の本体部５ａの凹溝５ｂを通過し、外側スリット列８がフォトインタラプタ６の本体部６ａの凹溝６ｂを通過するようになっている。なお、各フォトセンサの本体部５ａ，６ａは平面視矩形状のモールドパッケージにて構成され、フォトＩＣ５は本体部５ａから５本の端子５ｃ（発光部側から２本と受光部側から３本）を突出させており、フォトインタラプタ６は本体部６ａから４本の端子６ｃ（発光部側から２本と受光部側から２本）を突出させている。

ホルダ３はフォトＩＣ５群やフォトインタラプタ６群の配列方向に沿った円弧板形状のモールド品であり、このホルダ３には各フォトセンサの本体部５ａ，６ａを嵌め入れるための複数のセンサ保持孔３ａが穿設されている。図１中の拡大図に示すように、各センサ保持孔３ａにはコード板１の径方向に沿って対向する基準面３ｂと突起部３ｃが設けられており、これら基準面３ｂと突起部３ｃとの間に本体部５ａや本体部６ａを圧入することによって、各フォトセンサ（フォトＩＣ５やフォトインタラプタ６）がコード板１の径方向に位置決めされるようになっている。つまり、図３と図４に示すように、センサ保持孔３ａにフォトＩＣ５の本体部５ａ（またはフォトインタラプタ６の本体部６ａ）を圧入していくと、突起部３ｃの先端が押し潰されて本体部５ａ（または６ａ）が基準面３ｂに押し付けられるため、フォトＩＣ５（またはフォトインタラプタ６）は径方向に位置決めされた状態でホルダ３に保持される。また、このホルダ３の両端部には嵌合孔３ｄを有するボス３ｅが突設されており、これらのボス３ｅを回路基板４の対応する位置決め孔４ａに嵌め入れることによってホルダ３が回路基板４に対して位置決めされると共に、各ボス３ｅの嵌合孔３ｄに外装ケース２の対応する位置決め突起２ａを嵌め入れることによってホルダ３と回路基板４が外装ケース２に対して位置決めされるようになっている。

回路基板４には、各フォトセンサの端子５ｃ，６ｃを挿通するための複数の端子挿入孔４ｂが穿設されていると共に、これら端子挿入孔４ｂを臨出させた複数のランド４ｃが配設されており、端子挿入孔４ｂに挿通した端子５ｃや端子６ｃをディップ半田でランド４ｃに半田付けすることによってフォトＩＣ５やフォトインタラプタ６が回路基板４に実装される。図５に示すように、フォトＩＣ５の発光部側から突出する２本の端子５ｃと受光部側から列状に突出する３本の端子のうちの中央の端子５ｃ_１は対応する端子挿入孔４ｂに遊挿されるが、フォトＩＣ５の残り２本の端子５ｃ_２は対応する端子挿入孔４ｂに挿入すると中央の端子５ｃ_１側への移動が規制されるようになっている。これは、２本の端子５ｃ_２に対応する２箇所の端子挿入孔４ｂどうしの間隔が両端子５ｃ_２どうしの間隔と略同等に設定されているためであり、こうすることによって組立時にフォトＩＣ５がコード板１の周方向に位置決めされると共に、端子５ｃ_１用の端子挿入孔４ｂと端子５ｃ_２用の端子挿入孔４ｂとの間に相応の距離が確保できるようになっている。同様に、フォトインタラプタ６の発光部側または受光部側から突出する２本の端子６ｃは対応する端子挿入孔４ｂに遊挿されるが、残り２本の端子６ｃは対応する端子挿入孔４ｂに挿入すると互いに近接する側または離反する側への移動が規制されて、フォトインタラプタ６がコード板１の周方向に位置決めされるようになっている。

また、図６と図７に示すように、回路基板４の複数箇所に形成されているランド４ｃ群のうち、フォトＩＣ５の受光部側から列状に突出する３本の端子５ｃ_１，５ｃ_２を半田付けするための３箇所のランド４ｃ_１，４ｃ_２は細長形状に形成されている。すなわち、これら３本の端子のうち中央の端子５ｃ_１が半田付けされるランド４ｃ_１は、コード板１の径方向に沿って延在する細長形状に形成されている。また、両端の端子５ｃ_２が半田付けされる２箇所のランド４ｃ_２は、対応する端子挿入孔４ｂを一端部に臨出させて互いに離反する向きに延在する細長形状に形成されており、この延在方向はディップ半田工程で回路基板４が移動する方向と合致させてある。

上記の如く構成された光学式回転角検出装置は、ステアリングホイールに一体化されているコード板１が回転すると、内側スリット列７がフォトＩＣ５の凹溝５ｂを通過すると共に、外側スリット列８がフォトインタラプタ６の凹溝６ｂを通過するので、フォトＩＣ５の発光部から発せられた光がスリット７ａを通過して受光部で受光され、フォトインタラプタ６の発光部から発せられた光がスリット８ａを通過して受光部で受光される。そのため、これらフォトセンサの発光部から受光部へ到達する光の信号に基づいて、回路基板４に搭載されている図示せぬ制御部によってコード板１の回転角度や回転方向等が検出される。

このように本実施形態例に係る光学式回転角検出装置は、組立時にフォトＩＣ５の２本の端子５ｃ_２を対応する２箇所の端子挿入孔４ｂに挿入していくと、これら両端子挿入孔４ｂによってフォトＩＣ５がコード板１の周方向に沿って位置決めされるようになっているため、検出精度を確保するうえで特に重要な周方向に沿うフォトＩＣ５の位置ずれが回避しやすくなっている。同様に、フォトインタラプタ６も２本の端子６ｃが対応する２箇所の端子挿入孔４ｂに位置規制されるため、コード板１の周方向に沿うフォトインタラプタ６の位置ずれが回避しやすくなっている。したがって、この光学式回転角検出装置は、小型化されても所望の検出精度が確保しやすくなっている。また、回路基板４に位置決め固定されたホルダ３のセンサ保持孔３ａに本体部５ａや本体部６ａを圧入していくと、コード板１の径方向に沿ってフォトＩＣ５やフォトインタラプタ６が位置決めされると共に、ホルダ３によってフォトＩＣ５やフォトインタラプタ６が保持された状態となるため、この光学式回転角検出装置は組立性も良好である。

また、この光学式回転角検出装置は、フォトＩＣ５の受光部側に突設された狭ピッチな３本の端子のうち、両端の端子５ｃ_２を半田付けするための２箇所のランド４ｃ_２が、端子挿入孔４ｂの臨出する一端部から互いに離反する向きに延在する細長形状に形成されているため、これら両ランド４ｃ_２に所要の面積を確保しても中央のランド４ｃ_１に接近することはない。そして、これら両ランド４ｃ_２の延在方向をディップ半田工程における回路基板４の移動方向と合致させてあるため、両ランド４ｃ_２上に付着する半田は中央のランド４ｃ_１から十分に離れた延在方向中央部（長手方向中央部）で最も厚くなり、よって近接した配置を余儀なくされる両ランド４ｃ_２と中央のランド４ｃ_１との間に半田ブリッジが生じにくくなっている。しかも、本実施形態例の場合、中央のランド４ｃ_１をコード板１の径方向に沿って延在する細長形状に形成することによって、両ランド４ｃ_２に臨出する端子挿入孔４ｂどうしを結ぶ直線に対して中央のランド４ｃ_１が直交させてあり、かつ、両端の端子５ｃ_２を位置規制するために両ランド４ｃ_２に臨出する端子挿入孔４ｂどうしの間隔が広く設定されているので、両ランド４ｃ_２と中央のランド４ｃ_１との間には相応の距離が確保されており、こうした点からもランド４ｃ_１，４ｃ_２間に半田ブリッジが生じる危険性は低い。それゆえ、この光学式回転角検出装置の製造歩留まりは良好である。

図８は本発明の第２実施形態例においてフォトＩＣの端子が位置決めされた状態を示す説明図であり、図５と対応する部分には同一符号が付してあるため、重複する説明は省略する。

この第２実施形態例は、コード板１の周方向に沿ってフォトＩＣ５を位置決めするために、フォトＩＣ５の受光部側に突設された３本の端子のうち中央の端子５ｃ_１を小径な端子挿入孔４ｂ_１によって周方向に位置規制するようにしてあり、この点が前述した第１実施形態例と異なっている。すなわち、図８に示すように、中央の端子５ｃ_１が挿通される端子挿入孔４ｂ_１は他の端子挿入孔４ｂよりも若干小さく形成されており、この端子挿入孔４ｂ_１の内径はコード板１の周方向に沿う端子５ｃ_１の幅寸法と略同等に設定されているため、組立時に端子５ｃ_１を端子挿入孔４ｂ_１に挿入していくと、フォトＩＣ５は周方向に沿って位置決めされることになる。その際、フォトＩＣ５の本体部は、回路基板に位置決め固定されたホルダのセンサ保持孔３ａ内に圧入されてコード板１の径方向に位置決めされるため、コード板１の周方向に沿って１本の端子５ｃ_１を位置規制するだけでフォトＩＣ５の取付位置は高精度に規定できる。また、このように狭ピッチな３本の端子のうち中央の端子５ｃ_１が挿通される端子挿入孔４ｂ_１を小径にしておくと、この端子挿入孔４ｂ_１が臨出するランドを幅狭に形成できるため、該ランドと両端の端子５ｃ_２が半田付けされる２箇所のランドとの間の距離が増大し、これらランド間に半田ブリッジが生じにくくなる。

本発明の第１実施形態例に係る光学式回転角検出装置の分解斜視図である。該光学式回転角検出装置の部分断面図である。該光学式回転角検出装置に備えられるフォトＩＣの拡大図である。該フォトＩＣの取付構造を示す説明図である。該フォトＩＣの端子が位置決めされた状態を示す説明図である。該光学式回転角検出装置に備えられる回路基板の一部を示す説明図である。図６の一部を拡大した説明図である。本発明の第２実施形態例においてフォトＩＣの端子が位置決めされた状態を示す説明図である。

符号の説明

１コード板
２外装ケース
３ホルダ
３ａセンサ保持孔
３ｂ基準面
３ｃ突起部
４回路基板
４ｂ，４ｂ_１端子挿入孔
４ｃ，４ｃ_１，４ｃ_２ランド
５フォトＩＣ
５ａ本体部
５ｃ，５ｃ_１，５ｃ_２端子
６フォトインタラプタ
６ａ本体部
６ｃ端子
７内側スリット列
８外側スリット列

Claims

発光部および受光部を対向させてなる本体部から複数本の端子を突出させたフォトセンサと、前記各端子が挿通される複数の端子挿入孔を有して前記フォトセンサが実装される回路基板と、前記フォトセンサの前記本体部を嵌め入れるセンサ保持孔を有して前記回路基板に位置決め固定されたホルダと、前記発光部と前記受光部との間を通過するスリット列を周方向に沿って設けた回転可能なコード板とを備え、
前記ホルダに前記センサ保持孔内で前記コード板の径方向に沿って対向する基準面と突起部を設け、これら基準面と突起部との間に前記本体部を圧入することにより、前記フォトセンサが前記コード板の径方向に位置決めされると共に、前記複数の端子挿入孔の一部が対応する前記端子を前記コード板の周方向に位置規制することにより、前記フォトセンサが該周方向に位置決めされるようにしたことを特徴とする光学式回転角検出装置。
請求項１の記載において、周方向に沿って並設された２個の前記端子挿入孔のうち、一方の端子挿入孔を対応する前記端子の周方向片側への移動を規制する位置に形成し、かつ、他方の端子挿入孔を対応する前記端子の周方向他側への移動を規制する位置に形成したことを特徴とする光学式回転角検出装置。
請求項２の記載において、２個の前記端子挿入孔どうしの間隔をこれら両端子挿入孔に挿通される２本の前記端子どうしの間隔と略同等に設定したことを特徴とする光学式回転角検出装置。
請求項３の記載において、前記フォトセンサが前記受光部側から３本の端子を列状に突出させたフォトＩＣであって、これら端子群のうち両端の２本の端子が挿通される２個の前記端子挿入孔の間隔を該２本の端子の間隔と略同等に設定したことを特徴とする光学式回転角検出装置。
請求項１の記載において、所定の前記端子挿入孔の周方向に沿う内径を対応する前記端子の周方向に沿う幅寸法と略同等に設定することにより、該端子挿入孔が該端子の周方向への移動を規制するようにしたことを特徴とする光学式回転角検出装置。
請求項５の記載において、前記フォトセンサが前記受光部側から３本の端子を列状に突出させたフォトＩＣであって、これら端子群のうち中央の端子が挿通される前記端子挿入孔の周方向に沿う内径を該中央の端子の周方向に沿う幅寸法と略同等に設定したことを特徴とする光学式回転角検出装置。