JP2007263843A

JP2007263843A - 絶対角度検出装置

Info

Publication number: JP2007263843A
Application number: JP2006091154A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Sano; 正佐野
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】生産性が高く、かつ高分解能にして静粛性にも優れた絶対角度検出装置を提供する。
【解決手段】内面に内歯車１７が形成されたケース１と、ケース１と組み合わされてハウジングを構成するカバー２と、ハウジング内に回転可能に収納される第１コードホイール３及び第２コードホイール４と、内歯車１７と噛み合わされ第１コードホイール３の回転を所定の減速比で減速して第２コードホイール４に伝達する遊星歯車９とを備えた絶対角度検出装置において、ハウジング内に設けられ第２コードホイール４に側圧を付与する弾性部材５とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、自動車の舵角センサなどに適用される絶対角度検出装置に係り、特に、内歯車と遊星歯車の噛み合わせからなる減速機構を有する絶対角度検出装置における角度検出誤差及び回転時のノイズの改善手段に関する。

自動車のステアリング軸は、回転中立位置（操舵角度が０°の位置）から右方向及び左方向にそれぞれ１回転以上回転するように構成されているので、自動車の舵角センサとしては、１回転以上の絶対角度を検出可能な絶対角度検出装置が用いられる。

本願出願人は先に、この種の絶対角度検出装置として、ステアリング軸などの多回転体の１回転以内の回転検出を行う第１回転検出手段と、１回転以上の回転検出を行う第２回転検出手段とを備え、第１回転検出手段に備えられた第１のコードホイールを多回転体と一体的に回転すると共に、第２回転検出手段に備えられた第２のコードホイールを、ハウジングの内面に形成された内歯車に噛み合わされ、多回転体の回転に伴って自転及び公転する遊星歯車の自転により減速回転するものを提案した（例えば、特許文献１参照。）。

この絶対角度検出装置は、多段ギアを用いる場合に比べて、１段の歯車の噛み合いで大きな減速比を得ることができるので、部品点数を少なくでき、小型かつ低コストに製造できると共に、減速機構を構成する内歯車と遊星歯車とを常時噛み合い状態に保てるので、駆動時の静粛性が高い。
特開２００６−００３２７５号公報

しかしながら、内歯車と遊星歯車との噛み合わせからなる減速機構を円滑に動作させるためにはそれらの各部材間にある程度のクリアランスを設ける必要があるが、減速機構などを構成する各部材の材料選定、公差の設定、及び実装品の寸法の設定・管理を厳密に行ってそれら各部材間のクリアランスを適正に保つことが困難なため、正転から逆転又は逆転から正転への切り換え時における第２のコードホイールの動作にヒステリシスを生じるなどして、角度検出の精度が悪くなったり、回転時にノイズを発生しやすいという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、高精度にして静粛性にも優れた絶対角度検出装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、絶対角度検出装置を、内面に内歯車が形成されたケースと、当該ケースと組み合わされてハウジングを構成するカバーと、前記ハウジング内に回転可能に収納される第１コードホイール及び第２コードホイールと、前記内歯車と噛み合わされ前記第１コードホイールの回転を所定の減速比で減速して前記第２コードホイールに伝達する遊星歯車と、前記ハウジング内に設けられ前記第２コードホイールに側圧を付与する弾性部材とを備えるという構成にした。

このように、ハウジング内に設けられた弾性部材により第２コードホイールに側圧を付与すると、第１コードホイール、遊星歯車、内歯車及び第２コードホイール間において回転力を伝達する駆動部分や噛み合わせ部分に弾性部材の弾性力を付与できるので、各部材同士が常に安定に接触するようにクリアランスをゼロにすることができ、正転から逆転又は逆転から正転への切り換え時における第２コードホイールの動作にヒステリシスを生じるのを防止できる。よって、高精度にして静粛性に優れた絶対角度検出装置を提供することができる。

また、前記構成の絶対角度検出装置において、前記弾性部材として両端部が前記ハウジングの内面に固定された金属帯状片を用い、当該金属帯状片を前記第２コードホイールの外周面に巻き付けるという構成にした。

かかる構成によると、各部材間にほぼ均一な力を付与できるので、第１コードホイール及び第２コードホイールの円滑な回転を維持することができる。また、金属帯状片を１本のみ用いれば良いので、部品点数を最小化でき、安価に実施することができる。

本発明の絶対角度検出装置は、ハウジング内に設けられた弾性部材により第２コードホイールに側圧を付与するので、高精度にして静粛性にも優れる絶対角度検出装置を提供することができる。

以下、本発明に係る絶対角度検出装置の一例を、図１乃至図５に基づいて説明する。図１は実施形態例に係る絶対角度検出装置の分解斜視図、図２は実施形態例に係る絶対角度検出装置に備えられるカバーの内面図、図３は実施形態例に係る絶対角度検出装置に備えられる第１コードホイールの背面図、図４は実施形態例に係る絶対角度検出装置における遊星歯車と内歯車の連結状態及び第２コードホイールに対する弾性部材の巻回状態を模式的に示すケースの内面図、図５は実施形態例に係る絶対角度検出装置に備えられる弾性部材を固定するケース内面の一部拡大図である。

図１に示すように、本例の絶対角度検出装置は、ケース１と、カバー２と、これらを組み合わせることによって構成されるハウジング内に回転可能に収納される第１コードホイール３及び第２コードホイール４と、前記第２コードホイール４の外周面に３６０度以内の範囲で第２コードホイールに側圧を付与するように巻回され、両端部が前記ケース１に固定される弾性部材としての金属帯状片５と、前記ケース１の内面に設定される回路基板６と、当該回路基板６に取り付けられる信号検出素子受け７と、当該信号検出素子受け７内に所定の配列で収納され、端子部が前記回路基板６に形成された端子部と電気的に接続された所要数の信号検出素子８と、前記第１コードホイール３によって回転駆動され、前記第２コードホイール４を所定の減速比で減速駆動する遊星歯車９と、一端が前記回路基板６に取り付けられ、他端が前記カバー２に開口されたコネクタ挿入孔に臨まされたコネクタピン１０ａとから主に構成されている。

ケース１は、中央開口１１を有する底板１２と、底板１２の外周縁より起立された一定高さの周壁１３と、円形のコードホイール収納部１４と方形の回路基板収納部１５との間に起立された円弧状の隔壁１６とからなり、コードホイール収納部１４の内面には、遊星歯車９が噛み合わされる内歯車１７が中央開口１１と同心に形成されている。また、回路基板収納部１５の内面には、回路基板６をねじ止めするための回路基板取付ボス１２ａとケース１に対するカバー２の位置決めを行うための位置決め突起１２ｂとが形成されており、周壁１３の外面には、ケース１を所要のステータ部、例えば自動車のステアリングコラムにねじ止めするためのケース取付ボス１３ａとカバー２をケース１にスナップ結合するための係止爪１３ｂとが形成されている。

カバー２は、中央開口２１を有する天板２２と、天板２２の内周縁より外向きに起立された円筒形のガイド部２３と、天板２２の外周縁より内向きに起立された周壁２４とをもって、平面形状がケース１とほぼ同形同大に形成されている。天板２２には、その一隅部に図示しない外部コネクタを挿入するためのコネクタ挿入孔２２ａが開口されると共に、前記ケース１に形成された位置決め突起１２ｂを嵌合するための位置決め孔２２ｂが開口されている。また、周壁２４の外面には、前記ケース１に形成された係止爪１３ｂを係合するための係合孔２４ａを有する係合突起２４ｂが形成されている。

前記ケース１と前記カバー２とは、ケース１に形成された係止爪１３ｂをカバー２に形成された係合孔２４ａに係合することによって一体化され、他の部材３〜１０を収納するためのハウジングを構成する。

第１コードホイール３は、中央開口３１を有する第１コード板３２と、中央開口３１より起立された円筒状の回転体連結部３３とからなり、第１コード板３２の片面には、多数の信号検出用の遮光板３４ａを所要の配列で突設してなる第１信号検出トラック３４と、多数の信号検出用の遮光板３５ａを所要の配列で突設してなる第２信号検出トラック３５とが同心に形成されている。また、この第１コード板３２の背面には、図３に示すように、遊星歯車９を回転体連結部３３の回りに公転させるための遊星歯車取付部３６が、回転体連結部３３に対して偏心状態で突出するように形成され、遊星歯車９の中央開口９１に係合するように挿入される。この第１コードホイール３は、中央開口３１に貫通されたステアリングシャフトなどの図示しない回転体に固着され、当該回転体と共に回転する。

第２コードホイール４は、中央開口４１を有する第２コード板４２をもって構成されており、第２コード板４２の片面には、多数の信号検出用の遮光板４３ａを所要の配列で突設してなる第３信号検出トラック４３と、多数の信号検出用の遮光板４４ａを所要の配列で突設してなる第４信号検出トラック４４とが同心に形成されている。また、この第２コード板４２の背面には、図４に示すように、遊星歯車９を連結するための複数個の係合突起部４５が等間隔に突設されている。

金属帯状片５は、ステンレスやリン青銅などの弾性に優れた金属の帯状片であって、図１及び図４に示すように、第２コードホイール４の外周面のほぼ全周にわたって巻回可能な長さに形成されており、その両端部には、ケース１への固定部５ａが形成されている。ケース１の隔壁１６の内面には、図５に示すように、金属帯状片５の固定部５ａを固定するための係止部１６ａが形成されている。

回路基板６は、ケース１及びカバー２の回路基板収納部１５内に収納可能な形状に形成されており、所要の位置には、ケース１に形成された位置決め突起１２ｂを貫通するための透孔６１が開設されている。そして、その表面には信号検出素子８の端子部及びコネクタピン１０を電気的に接続するための端子部を含む所要の回路パターンが形成されている。

信号検出素子受け７は、複数個の信号検出素子８を所定の配列で配置するものであって、各信号検出素子８を個別に取り付けるための区画化された検出素子取付部７１を有しており、回路基板６にねじ止めされる。

信号検出素子８としては、発光素子と受光素子とが一体に組み立てられ、かつこれら発光素子と受光素子とが第１及び第２のコードホイール３，４に形成された遮光板３４ａ，３５ａ，４３ａ，４４ａを挿通可能な間隔を隔てて対向に配置されたフォトインタラプタが用いられる。各信号検出素子８は、所要の遮光板３４ａ，３５ａ，４３ａ，４４ａを介してその表裏両側に発光素子と受光素子とが配置されるようにして、信号検出素子受け７に取り付けられる。

遊星歯車９は、中央開口９１及び前記第２コードホイール４の背面に突設された係合突起部４５を係合するための係合孔９２を有するリング状に形成されており、その歯数は、内歯車１７の歯数及び第１コードホイール３に対する第２コードホイール４の減速比を考慮して設定される。例えば、内歯車１７の歯数を３０とし、遊星歯車９の歯数を２８とすれば、第１コードホイール３に対する第２コードホイール４の減速比を１／１５とすることができる。

コネクタ１０は、所要数のコネクタピン１０ａとこれらの各コネクタピン１０ａを所要の配列で保持する絶縁樹脂製の保持部１０ｂとからなる。コネクタピン１０ａの一端は回路基板６に接続され、他端は前記カバー２に開口されたコネクタ挿入孔２２ａに臨んで配置される。

以下、前述した各構成部品を用いた絶対角度検出装置の組立方法について説明する。

まず、ケース１内に遊星歯車９を収納し、当該遊星歯車９をケース１の内面に形成された内歯車１７に噛み合わせる。次に、ケース１内に第２コードホイール４を収納し、遊星歯車９に開設された係合孔９２内に第２コードホイール４の背面に突設された係合突起部４５を係合する。次に、ケース１内に第１コードホイール３を収納し、遊星歯車９に開設された中央開口９１内に第１コードホイール３の背面に突設された遊星歯車押圧部３６を挿入する。しかる後に、第２コードホイール４の外周面に金属帯状片５を３６０度以下の巻回角度で巻回し、その両端部に設けられた固定部５ａをケース１の円弧状の隔壁１６に形成した係止部１６ａに固定する。金属帯状片５の巻回角度は、３６０度に近いほど、第１コードホイール３、遊星歯車９、内歯車１７及び第２コードホイール４のそれぞれに対して常時力を付与でき、それら各部材間を常に安定的に接触させることができる。第２コードホイール４に付与する側圧は、第１コードホイール３の円滑な回転を阻害しない程度の適度の値に調整される。このように第２コードホイール４の外周面に金属帯状片５を第２コードホイール４の側面に側圧を付与するように巻回することにより、遊星歯車９はケース１の内面に形成された内歯車１７と適度な接触圧で噛み合わされる。また、遊星歯車取付部３６の外周面と中央開口９１の内周面及び係合突起部４５の外周面と係合孔９２の内周面とが常時密着状態に保たれるので、第１コードホイール３の回転が遊星歯車９を介して緩みなく第２コードホイール４に伝達される。

さらに、信号検出素子受け７に形成された各検出素子取付部７１に所要数の信号検出素子８を所定の配列で取り付け、信号検出素子８が取り付けられた信号検出素子受け７を回路基板６の所定位置にねじ止めする。また、回路基板６の所定位置にコネクタ１０を接続する。そして、信号検出素子受け７、信号検出素子８及びコネクタ１０を有する回路基板６をケース１の所定位置にねじ止めし、第１乃至第４の信号検出トラック３４，３５，４３，４４のそれぞれに所要の信号検出素子８を所要の配列で設定する。

最後に、ケース１に形成された係止爪１３ｂをカバー２に形成された係合孔２４ａに係合し、ケース１とカバー２とを一体化する。

このようにして組み立てられた絶対角度検出装置は、自動車用の舵角センサとして利用される場合、回転体連結部３３内にステアリング軸が挿通されて、回転体連結部３３とステアリング軸とが一体に連結されると共に、ケース１に形成されたケース取付ボス１３ａを利用して、ハウジングが自動車のステアリングコラムなどのステータ部に固定される。

本例の絶対角度検出装置は、ケース１及びカバー２とから構成されるハウジング内に設けられた金属帯状片５により第２コードホイール４に側圧を付与するので、減速機構を構成する遊星歯車９と内歯車１７との間に常時適度な接触圧を付与することができ、クリアランスをゼロにすることができるため、正転から逆転又は逆転から正転への切り換え時における第２コードホイール４の動作にヒステリシスを生じるのを防止できると共に回転時のノイズを抑えることが可能となり、高精度にして静粛性に優れた絶対角度検出装置を提供することができる。

なお、前記実施形態例においては、第２コードホイール４に側圧を付与するための弾性部材として金属帯状片５を用いたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、他の任意の弾性体を用いることもできる。また、弾性部材の数量も１つに限定されるものではなく、複数個の弾性部材を備える構成とすることもできる。

また、前記実施形態例においては、信号の検出系を遮光板とフォトインタラプタの組合せをもって形成したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、透孔や切り欠きなどの光学パターンとフォトインタラプタとの組合せ、磁気パターンと磁気検出素子との組合せ、又は抵抗体パターンと集電ブラシとの組合せなどをもって構成することもできる。

実施形態例に係る絶対角度検出装置の分解斜視図である。実施形態例に係る絶対角度検出装置に備えられるカバーの内面図である。実施形態例に係る絶対角度検出装置に備えられる第１コードホイールの背面図である。実施形態例に係る絶対角度検出装置における遊星歯車と内歯車の連結状態及び第２コードホイールに対する弾性部材の巻回状態を模式的に示すケースの内面図である。実施形態例に係る絶対角度検出装置に備えられる弾性部材を固定するケース内面の一部拡大図である。

符号の説明

１ケース
２カバー
３第１コードホイール
４第２コードホイール
５金属帯状片
９遊星歯車
１０コネクタピン
１７内歯車

Claims

内面に内歯車が形成されたケースと、当該ケースと組み合わされてハウジングを構成するカバーと、前記ハウジング内に回転可能に収納される第１コードホイール及び第２コードホイールと、前記内歯車と噛み合わされ前記第１コードホイールの回転を所定の減速比で減速して前記第２コードホイールに伝達する遊星歯車と、前記ハウジング内に設けられ前記第２コードホイールに側圧を付与する弾性部材とを備えたことを特徴とする絶対角度検出装置。
前記弾性部材として両端部が前記ハウジングの内面に固定された金属帯状片を用い、当該金属帯状片を前記第２コードホイールの外周面に巻き付けたことを特徴とする請求項１に記載の絶対角度検出装置。