JP2007278925A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車のステアリングの回転角度検出等に用いられる回転角度検出装置に関し、高分解能な回転角度の検出が行えると共に、簡易な構成で、安価なものを提供することを目的とする。
【解決手段】回転体１１に連動して回転する第一及び第二の検出体１２、１３を上下に重ねて配置すると共に、この上方に発光素子１４を、下方に環状受光素子１６を各々配置し、第一の検出体１２の対角位置に設けた二つの遮蔽部１２Ｃ、１２Ｄと、第二の検出体１３の第一の検出体１２とは異なる位置に設けた遮蔽部１３Ｃによる、環状受光素子１６の受光範囲から、制御手段１７が回転体１１の回転角度を検出することによって、発光素子１４と環状受光素子１６が一つずつですむため、構成部品数が少なく、安価に装置を形成できると共に、簡易な構成で、高分解能な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に自動車のステアリングの回転角度検出等に用いられる回転角度検出装置に関するものである。

近年、自動車の高機能化が進む中、ブレーキや横滑り防止等の各種制御を行うため、様々な回転角度検出装置を用いてステアリングの回転角度を検出するものが増えている。

このような、従来の回転角度検出装置について、図８を用いて説明する。

図８は従来の回転角度検出装置の要部斜視図であり、同図において、１は外周に平歯車部１Ａが形成された回転体で、中央部には挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部１Ｂが設けられている。

そして、２は外周に回転体１の歯数に対し、１／３の歯数の平歯車部２Ａが形成された第一の検出体、３は外周に第一の検出体２とは歯数の異なる平歯車部３Ａが形成された第二の検出体で、第一の検出体２の平歯車部２Ａが、回転体１の平歯車部１Ａに噛合すると共に、第二の検出体３の平歯車部３Ａが、第一の検出体２の平歯車部２Ａに噛合している。

また、第一及び第二の検出体２、３には半円状の通孔２Ｂと３Ｂが各々設けられると共に、これらの上方には複数の発光素子４Ａと４Ｂが、下方にはこれらとほぼ平行に配線基板５が各々配置され、配線基板５の両面には複数の配線パターン（図示せず）が形成されている。

さらに、６Ａと６Ｂは複数のフォトセンサ等が１度間隔で３６０個、リング状に配列された環状発光素子で、この環状発光素子６Ａと６Ｂが第一及び第二の検出体２、３下方の配線基板５上面に対向して実装されると共に、配線基板５にはマイコン等の電子部品によって、発光素子４Ａと４Ｂや環状受光素子６Ａと６Ｂに接続された制御手段７が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。

そして、このような回転角度検出装置は、制御手段７がコネクタ（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１中央部の係合部１Ｂにはステアリング軸が挿通されて、自動車に装着される。

以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体１が回転し、この外周の平歯車部１Ａに平歯車部２Ａが噛合した第一の検出体２、及び第一の検出体２に平歯車部３Ａが噛合した第二の検出体３が各々連動して回転する。

また、上方の発光素子４Ａと４Ｂが発光し、この光が、第一及び第二の検出体２、３の半円状の通孔２Ｂと３Ｂを通過して、この光を下方の環状受光素子６Ａと６Ｂが受光する。

なお、この時、複数のフォトセンサが１度間隔でリング状に配列された環状受光素子６Ａと６Ｂは、半円状の通孔２Ｂと３Ｂの回転位置に応じた範囲で、例えば、０度から１８０度、或いは９０度から２７０度といった範囲で、発光素子４Ａと４Ｂの光を受光し、この信号を制御手段７へ出力する。

そして、この信号から制御手段７が、例えば、環状受光素子６Ａからの信号が０度から１８０度の範囲である場合には、第一の検出体２の回転角度がその中間の９０度、９０度から２７０度の範囲である場合には回転角度が１８０度であることを検出する。

また、環状受光素子６Ｂからも同様に角度範囲の信号が制御手段７へ出力されるが、第一の検出体２と第二の検出体３とは歯数が異なっているため、その角度範囲の信号も異なったものとなる。

そして、制御手段７がこの環状受光素子６Ａと６Ｂからの異なる回転角度と、回転体１や第一の検出体２、第二の検出体３の歯数の演算を行うことによって、回転体１の回転角度、つまりステアリングの回転角度を検出するように構成されているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００５−３６２５号公報

しかしながら、上記従来の回転角度検出装置においては、回転体１に噛合した第一の検出体２、第一の検出体２に噛合した第二の検出体３の上下に、各々複数の発光素子４Ａと４Ｂ、環状発光素子６Ａと６Ｂを配置して、回転角度の検出を行っているため、構成部品数が多く、構成も複雑で高価なものになってしまうという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、高分解能な回転角度の検出が行えると共に、簡易な構成で、安価な回転角度検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、回転体に連動して回転する第一及び第二の検出体を上下に重ねて配置すると共に、この上方に発光素子を、下方に環状受光素子を各々配置し、第一の検出体の対角位置に設けた二つの遮蔽部と、第二の検出体の第一の検出体とは異なる位置に設けた遮蔽部による、環状受光素子の受光範囲から、制御手段が回転体の回転角度を検出するようにして回転角度検出装置を構成したものであり、第一及び第二の検出体の上下に配置する発光素子と環状受光素子が一つずつですむため、構成部品数が少なく、安価に装置を形成できると共に、簡易な構成で、高分解能な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるという作用を有するものである。

以上のように本発明によれば、高分解能な回転角度の検出が行えると共に、簡易な構成で、安価な回転角度検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の要部斜視図であり、同図において、１１は外周に平歯車部１１Ａが形成された、絶縁樹脂または金属製の回転体で、中央部には、挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部１１Ｂが設けられている。

そして、１２は外周に回転体１１の歯数に対し１／３の歯数の平歯車部１２Ａが形成された第一の検出体、１３は外周に第一の検出体１２とは歯数の異なる平歯車部１３Ａが形成された第二の検出体で、第一の検出体１２と第二の検出体１３が上下に重ねて配置されると共に、これらの平歯車部１２Ａと１３Ａが回転体１１の平歯車部１１Ａに噛合している。

さらに、第一の検出体１２の中空孔１２Ｂには、９０度から１３０度の範囲で内方へ突出する遮蔽部１２Ｃと、２３０度から２７０度の範囲で内方へ突出する遮蔽部１２Ｄの、二つの遮蔽部が対角位置に設けられると共に、第二の検出体１３の中空孔１３Ｂには、遮蔽部１２Ｃや１２Ｄとは異なり、これらと直交する０度の位置に、内方へ突出する遮蔽部１３Ｃが設けられている。

また、１４は第一及び第二の検出体１２、１３の中空孔上方に配置された発光ダイオード等の発光素子、１５は回転体１１や第一及び第二の検出体１２、１３下面にほぼ平行に配置された配線基板で、配線基板１５の両面には複数の配線パターン（図示せず）が形成されている。

さらに、１６は複数のフォトセンサ等が１度間隔で３６０個、リング状に配列された環状発光素子で、この環状発光素子１６が第一及び第二の検出体１２、１３下方の配線基板１５上面に対向して実装されると共に、配線基板１５にはマイコン等の電子部品によって、発光素子１４や環状受光素子１６に接続された制御手段１７が形成されている。

そして、第一の検出体１２と第二の検出体１３下面には、下方へ突出する中空円筒状の回転筒１２Ｅと１３Ｄが形成されると共に、回転筒１２Ｅが環状受光素子１６上面の回転溝１６Ａに、回転筒１３Ｄが第一の検出体１２上面の回転溝１２Ｆに各々回転可能に挿入されて、回転角度検出装置が構成されている。

また、このような回転角度検出装置は、制御手段１７がコネクタやリード線（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１１中央部の係合部１１Ｂにはステアリング軸が挿通されて、自動車に装着される。

以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体１１が回転し、この外周の平歯車部１１Ａに平歯車部１２Ａと１３Ａが噛合した第一の検出体１２と第二の検出体１３も回転する。

そして、上方の発光素子１４が発光し、この光が第一及び第二の検出体１２、１３の中空孔１２Ｂと１３Ｂを通過して、これを下方の環状受光素子１６が受光するが、第一及び第二の検出体１２、１３が回転する前の０度の状態では、図２（ａ）の平面図に示すように、第一の検出体１２の中空孔１２Ｂには、遮蔽部１２Ｃと１２Ｄが設けられているため、９０度から１３０度、及び２３０度から２７０度の範囲の光は遮断され、環状受光素子１６は図３（ａ）の波形図に示すように、これ以外の範囲の光を受光する。

また、第二の検出体１３の中空孔１３Ｂには、図２（ｂ）に示すように、０度の位置に遮蔽部１３Ｃが設けられているため、この位置の光も遮断され、環状受光素子１６は図３（ｂ）に示すような範囲を受光し、この結果、環状受光素子１６からは、図３（ｃ）に示すような、遮蔽部１２Ｃと１２Ｄ、１３Ｃの範囲の光が遮断された信号が、制御手段１７へ出力される。

そして、この信号から制御手段１７が、遮断部１３Ｃの位置が遮蔽部１２Ｄと１２Ｃの２７０度と９０度の間の、受光した範囲１８０度間の中心にあることを検出すると共に、２３０度と１３０度の中心、０度を回転角度として検出する。

また、回転体１１が３０度回転し、これに伴って歯数が回転体１１の１／３の第一の検出体１２が９０度回転した場合には、図４（ａ）の平面図に示すように、第一の検出体１２の遮蔽部１２Ｃと１２Ｄによって、発光素子１４からの光は、３２０度から０度、及び１８０度から２２０度の範囲が遮断され、環状受光素子１６が、図５（ａ）の波形図に示すような範囲を受光する。

なお、同様に、第二の検出体１３の遮蔽部１３Ｃによっても、発光素子１４からの光が遮断されるが、第二の検出体１３は第一の検出体１２とは歯数が異なるため、第一の検出体１２が９０度回転した状態では、図４（ｂ）に示すように、第二の検出体１３は例えば、これより９度少ない８１度しか回転せず、環状受光素子１６は、図５（ｂ）に示すような、８１度前後の光が遮断された範囲を受光し、この結果、環状受光素子１６からは図５（ｃ）に示すような信号が、制御手段１７へ出力される。

そして、この信号から制御手段１７が、遮蔽部１３Ｃの位置が遮蔽部１２Ｃと１２Ｄの０度と１８０度の間の、受光した範囲１８０度間の中心からずれた位置にあることを検出すると共に、３２０度と２２０度の中心の、９０度を回転角度として検出する。

さらに、回転体１１が１２０度回転し、第一の検出体１２が３６０度回転した場合には、図６（ａ）の平面図に示すように、遮蔽部１２Ｃと１２Ｄが、図２（ａ）に示した状態と同じ位置となるため、９０度から１３０度、及び２３０度から２７０度の範囲の光は遮断され、環状受光素子１６は図７（ａ）の波形図に示すように、図３（ａ）の場合と同じ範囲を受光する。

ただし、第二の検出体１３は上述したように、第一の検出体１２とは歯数が異なるため、第二の検出体１３は例えば、これより３６度少ない３２４度しか回転せず、環状受光素子１６は、図７（ｂ）に示すような、３２４度前後の光が遮断された範囲を受光し、この結果、図７（ｃ）に示すような信号が、制御手段１７へ出力される。

そして、この信号から制御手段１７が、遮蔽部１３Ｃの位置が遮蔽１２Ｄと１２Ｃの２７０度と９０度の間の、受光した範囲１８０度間の中心から３６度ずれた位置にあることを検出することによって、第一の検出体１２が０度ではなく３６０度、すなわち１回転したことを判別し、２３０度と１３０度の中心の０度を３６０度と判定して、回転角度を３６０度と検出する。

つまり、第二の検出体１３の遮蔽部１３Ｃの位置が、第一の検出体１２の対角位置に設けられた遮蔽部１２Ｃと１２Ｄの、受光可能な範囲である１８０度の間のどこにあるかによって、第一の検出体１２の回転回数を検出すると共に、これより広い範囲の２３０度と１３０度間の中心を、回転角度として検出するように構成されている。

すなわち、第一の検出体１２の１８０度離れた対角位置に設けられた遮蔽部１２Ｃや１２Ｄと、第二の検出体１３のこれらと直交する０度の位置に設けられた遮蔽部１３Ｃの位置関係から、制御手段１７が第一の検出体１２の回転回数を検出することによって、第一及び第二の検出体１２、１３の上下に配置した一つの発光素子１４と環状受光素子１６だけで、回転体１１の絶対角度の検出が行えるようになっている。

そして、この時、上述したように、環状受光素子１６は複数のフォトセンサが１度間隔で３６０個、リング状に配列されて形成されているため、検出体１２の回転に対し、１度間隔での回転角度の検出が可能なようになっている。

さらに、上述したように、検出体１２の歯数は回転体１１の歯数に対し１／３となっており、回転体１１の１回転に対し、検出体１２は３回転するため、回転体１１の回転角度に対しては、検出体１２の回転角度の分解能１度を３で除した、約０．３３度の高分解能な回転角度の検出が行えるように構成されている。

このように本実施の形態によれば、回転体１１に連動して回転する第一及び第二の検出体１２、１３を上下に重ねて配置すると共に、この上方に発光素子１４を、下方に環状受光素子１６を各々配置し、第一の検出体１２の対角位置に設けた二つの遮蔽部１２Ｃ、１２Ｄと、第二の検出体１３の第一の検出体１２とは異なる位置に設けた遮蔽部１３Ｃによる、環状受光素子１６の受光範囲から、制御手段１７が回転体１１の回転角度を検出することによって、受光素子１４と環状受光素子１６が一つずつですむため、構成部品数が少なく、安価に装置を形成できると共に、簡易な構成で、高分解能な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるものである。

なお、以上の説明では、回転体１１や第一の検出体１２、第二の検出体１３の外周に各々平歯車部を形成して、これらが噛合して互いに連動して回転する構成として説明したが、平歯車部以外にも傘歯車等、他の形状の歯車を用いた構成や、歯車に代えて、回転を伝達できる凹凸部や高摩擦部などを回転体や各検出体の外周に形成し、これによって互いに連動して回転する構成としても、本発明の実施は可能である。

本発明による回転角度検出装置は、高分解能な回転角度の検出が行えると共に、簡易な構成で、安価なものを実現することができ、主に自動車のステアリングの回転角度検出等に有用である。

本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の要部斜視図 同平面図 同波形図 同平面図 同波形図 同平面図 同波形図 従来の回転角度検出装置の要部斜視図

符号の説明

１１ 回転体
１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ 平歯車部
１１Ｂ 係合部
１２ 第一の検出体
１２Ｂ、１３Ｂ 中空孔
１２Ｃ、１２Ｄ、１３Ｃ 遮蔽部
１２Ｅ、１３Ｄ 回転筒
１２Ｆ、１６Ａ 回転溝
１３ 第二の検出体
１４ 発光素子
１５ 配線基板
１６ 環状受光素子
１７ 制御手段

Claims (1)

1. ステアリングに連動して回転する回転体と、上下に重ねて配置され、上記回転体に連動して回転する第一及び第二の検出体と、この第一及び第二の検出体の上方に配置された発光素子と、上記第一及び第二の検出体の下方に配置された環状受光素子と、上記発光素子と環状受光素子に接続された制御手段からなり、上記第一の検出体の中空孔に内方へ突出する二つの遮蔽部を対角位置に設けると共に、上記第二の検出体の中空孔に上記二つの遮蔽部とは異なる位置で内方へ突出する遮蔽部を設け、上記制御手段が上記環状受光素子の受光範囲から、上記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置。

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