JP2009236515A

JP2009236515A - 回転角度検出装置

Info

Publication number: JP2009236515A
Application number: JP2008079616A
Authority: JP
Inventors: Mayuko Okada; 真由子岡田; Shozo Shiraga; 昇三白髪; Hiromitsu Noda; 宏充野田; Tetsuya Koma; 徹也小間
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-03-26
Also published as: JP5130987B2

Abstract

【課題】主に自動車のステアリングホイール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、検出誤差が少なく回転角度の確実な検出が可能なものを提供することを目的とする。
【解決手段】直方体の磁石４Ａを押圧付勢して磁石４Ａの一側面を略矩形の保持部１２Ｂの一内側面に当接させるホルダー１４を設け、このホルダー１４で磁石４Ａを第一の検出体１２の保持部１２Ｂに装着することによって、温度や湿度などの周囲環境が変化して保持部１２Ｂが膨張や収縮しても、磁石４Ａは第一の検出体１２の回転方向に回転ずれを生じ難いため、回転角度の検出誤差が少なく確実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ホイール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なか、回転角度検出装置を用いてステアリングホイールの回転角度を検出し、この回転角度を用いて車両の各種制御を行なうものが増えている。

このような、従来の回転角度検出装置について、図５及び図６を用いて説明する。

図５は従来の回転角度検出装置の要部分解斜視図であり、同図において、１は側面外周に平歯車部１Ａが形成された合成樹脂製の回転体で、中央筒部内周には挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する一対の係合部１Ｂが形成されている。

そして、２は側面外周に平歯車部２Ａが形成された合成樹脂製の第一の検出体、３は側面外周に平歯車部２Ａとは歯数の異なる平歯車部３Ａが形成された合成樹脂製の第二の検出体で、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、この第一の検出体２の中央には凹状で略矩形状の保持部２Ｂが、第二の検出体３の中央には同じく凹状で略矩形状の保持部３Ｂが、各々形成されると共に、これらの保持部２Ｂ、３Ｂに直方体の磁石４Ａ、５Ａが各々接着剤等により接着されて装着されている。

そして、６は第一及び第二の検出体２、３の上方にほぼ平行に配置された配線基板で、上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の検出体２中央に装着された磁石４Ａと、第二の検出体３中央に装着された磁石５Ａとの対向面には、磁気検出素子４Ｂと５Ｂが各々装着されている。

また、このように対向した磁石４Ａと磁気検出素子４Ｂによって第一の検出手段が、同じく磁石５Ａと磁気検出素子５Ｂによって第二の検出手段が各々形成されると共に、配線基板６にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子４Ｂや５Ｂ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。

以上の構成において、ステアリングホイールを回転すると、ステアリング軸に係止された回転体１が回転し、これに連動して第一の検出体２が、第一の検出体２に連動して第二の検出体３が各々回転するため、これらの中央に装着された磁石４Ａ、５Ａも回転して、この磁石４Ａ、５Ａの変化する磁力を磁気検出素子４Ｂ、５Ｂが検出信号として検出するが、第一の検出体２と第二の検出体３は歯数が異なり回転速度も異なる為、磁気検出素子４Ｂと５Ｂのデータ波形は、周期が異なり位相のずれた検出信号となる。

そして、この第一の検出体２と第二の検出体３からの二つの異なる検出信号と各々の歯数から、制御手段７が所定の演算を行って、回転体１即ち、ステアリングホイールの回転角度を検出し、これが自動車の電子回路へ出力されて、車両の様々な制御が行われるように構成されている。

なお、第一の検出体２や第二の検出体３の凹状の保持部２Ｂ、３Ｂは、装着される磁石４Ａ、５Ａに対し隙間を設けたやや大きい略矩形状で、このような保持部２Ｂ、３Ｂ内に磁石４Ａ、５Ａが接着剤を介して接着保持されていることにより、周囲の温度や湿度等の状況によっては、磁石４Ａ、５Ａが保持部２Ｂ、３Ｂ内で検出体の回転方向に回転ずれを生じる場合があった。

つまり、例えば図６（ａ）の要部平面図に示すように、例えば、第一の検出体２の保持部２Ｂ内に磁石４Ａが装着された状態で、周囲環境が高温または低温あるいは高湿又は乾燥状況となった場合に、接着剤や合成樹脂製の保持部２Ｂが膨張や収縮することによって、図６（ｂ）に示すように、磁石４Ａが保持部２Ｂ内で第一の検出体２の回転方向にずれて回転ずれθを生じることがある。

そして、この回転ずれθを検出した磁気検出素子４Ｂからの検出信号によって、制御手段７が回転体１の回転角度を検出するが、この時、正常な回転角度に対し磁石４Ａの回転ずれθ分、値がずれた誤差のある回転角度が検出されることがある。

また、磁石４Ａや５Ａを第一及び第二の検出体２、３中央に装着する方法としては、上記のような接着のほか、インサート成形によって固定装着する方法があるが、この場合、インサート成形するための金型が複雑な構成となり製作にもやや時間を要すると共に、成形時の高温状態によって磁石の磁力が劣化するため、インサート成形後、再度、磁石を着磁させる必要があり、製作に手間がかかり複雑で高価なものになり易いものであった。

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２００７−１３９７４１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、温度や湿度などの周囲環境によって、磁石４Ａ、５Ａを保持する接着剤や保持部２Ｂ、３Ｂが膨張や収縮して、磁石４Ａ、５Ａが保持部２Ｂ、３Ｂ内で検出体の回転方向に回転ずれを生じてしまい、制御手段７が磁石の回転ずれ分の誤差のある回転角度を検出してしまう場合がある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、回転角度の検出誤差が少なく確実な回転角度の検出が可能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、直方体の磁石を押圧付勢して磁石の少なくとも一側面を略矩形の保持部の一内側面に当接させるホルダーを設けると共に、このホルダーによって、磁石を検出体の保持部に装着したものであり、ホルダーが磁石を押圧付勢し、磁石の少なくとも一側面が保持部の一内側面に当接して装着されていることにより、温度や湿度などの周囲環境が変化して保持部が膨張や収縮した際にも、保持部の内側面自体は検出体の回転方向への角度変化はほとんどなく、したがって、この保持部の内側面に側面が当接した磁石も回転ずれを生じ難いため、回転角度の検出誤差が少なく確実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、検出体に対する磁石の回転ずれが生じ難く、確実な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を実現できるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図４を用いて説明する。

なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。

（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断面図、図２は同分解斜視図であり、同図において、１は側面外周に平歯車部１Ａを設けた合成樹脂製または金属製の回転体で、中央筒部内周には挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する一対の係合部１Ｂが形成されている。

そして、１２は側面外周に平歯車部１２Ａが形成されたポリオキシメチレン等の合成樹脂製の第一の検出体、１３は側面外周に平歯車部１２Ａとは歯数の異なる平歯車部１３Ａが形成されたポリオキシメチレン等の合成樹脂製の第二の検出体で、第一の検出体１２の平歯車部１２Ａ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１３の平歯車部１３Ａが第一の検出体１２の平歯車部１２Ａに噛合している。

また、この第一の検出体１２の中央には凹状で略矩形状の保持部１２Ｂが、第二の検出体１３の中央には同じく凹状で略矩形状の保持部１３Ｂが、各々形成されると共に、これらの保持部１２Ｂ、１３Ｂ内に直方体の磁石４Ａ、５Ａが収納されている。

さらに、１４及び１５はポリオキシメチレン等の合成樹脂製のホルダーで、天面の一側端から下方に付勢部１４Ａ、１５Ａが延出すると共に、付勢部１４Ａ、１５Ａと直交する両側端から下方に把持部１４Ｂ、１５Ｂが延出して、これらホルダー１４、１５によって磁石４Ａ、５Ａが保持部１２Ｂ、１３Ｂ内に各々装着されている。

なお、ここで、ホルダー１４、１５による磁石４Ａ、５Ａの第一及び第二の検出体１２、１３の保持部１２Ｂ、１３Ｂにおける装着状態について、第一の検出体１２を例として図３及び図４を用いて説明する。

図３は磁石４Ａが保持部１２Ｂに装着された状態を示す要部平面断面図、図４は同要部側面断面図であり、同図において、略矩形の保持部１２Ｂの一内側面には、切欠き１２Ｄを挟んで両側に支持部１２Ｃが設けられると共に左右方向に対称に形成され、その左右方向の間隔は磁石４Ａの縦幅よりやや大きくなっている。

また、支持部１２Ｃと直交する両側面部１２Ｅには係止壁１２Ｆとその外側に係止孔１２Ｇが形成され、両側面部１２Ｅの間隔も磁石４Ａの横幅よりやや大きく形成されている。

そして、図４（ａ）の正面視の断面図に示すように、付勢部１４Ａ下端部がやや撓んだ状態で保持部１２Ｂに収納された磁石４Ａの左側面を押圧付勢し、磁石４Ａの一側面である右側面を保持部１２Ｂの一内側面である右側の支持部１２Ｃに弾接させている。

また、図４（ｂ）の側面視の断面図に示すように、ホルダー１４天面の下面に設けたリブ１４Ｄが磁石４Ａの上面に当接し、２つの把持部１４Ｂが検出体１２の係止孔１２Ｇに前後方向をガイドされて挿通すると共に、やや下方へ撓んだ状態の把持部１４Ｂ下端のフック部１４Ｃが保持部１２Ｂの係止壁１２Ｆ外側の下端に各々弾接係止して、磁石４Ａが保持部１２Ｂ内に装着されている。

なお、磁石４Ａを保持部１２Ｂ内に上述のように装着するには、まず、磁石４Ａを保持部１２Ｂ内に挿入し収納した後、ホルダー１４を磁石４Ａ上方から被せ、付勢部１４Ａを磁石４Ａの左側面に弾接させると共に、両把持部１４Ｂを係止孔１２Ｇに左右方向にガイドして挿入し、リブ１４Ｄを中心に両把持部１４Ｂを下方へ撓ませながら、把持部１４Ｂ下端のフック部１４Ｃを係止壁１２Ｆの外側下端に弾接係止させ、付勢部１４Ａによって押圧付勢された磁石４Ａの右側面が支持部１２Ｃに当接した状態にして、磁石４Ａを保持部１２Ｂ内に装着する。

また、磁石４Ａはホルダー１４の付勢部１４Ａによって左側面を押圧付勢されて、磁石４Ａの右側面が保持部１２Ｂの右内側面の支持部１２Ｃに当接しているが、保持部１２Ｂは左右対称の形状であり、付勢部１４Ａを磁石４Ａの右側に配置して、磁石４Ａの右側面を付勢部１４Ａが押圧付勢し、磁石４Ａの左側面を保持部１２Ｂの左側の内側面である支持部１２Ｃに当接させても良い。

このように、検出体１２の保持部１２Ｂ内に収納した磁石４Ａに対し、上方からホルダー１４を保持部１２Ｂに組付けることによって、付勢部１４Ａにより確実に磁石４Ａの側面が保持部１２Ｂの内側面に当接すると共に、把持部１４Ｂにより弾接しながら磁石４Ａが保持部１２Ｂ内に弾接保持されるため、磁石４Ａを保持部１２Ｂ内に容易に装着できると共に、保持部１２Ｂ内での磁石４Ａの保持が確実で安定したものとなる。

そして、図１や図２に示すように、第一及び第二の検出体１２、１３の上方には、配線基板６がほぼ平行に配置され、この上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の検出体１２中央に装着された磁石４Ａと、第二の検出体１３中央に装着された磁石５Ａとの対向面には、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子等の磁気検出素子４Ｂと５Ｂが各々装着されている。

以上の構成において、ステアリングホイールを回転すると、ステアリング軸に係止された回転体１が回転し、これに連動して第一の検出体１２が、第一の検出体１２に連動して第二の検出体１３が各々回転するため、これらの中央に装着された磁石４Ａ、５Ａも回転して、この磁石４Ａ、５Ａの変化する磁力を磁気検出素子４Ｂ、５Ｂが検出信号として検出するが、第一の検出体１２と第二の検出体１３は歯数が異なり回転速度も異なる為、磁気検出素子４Ｂと５Ｂのデータ波形は、周期が異なり位相のずれた検出信号となる。

そして、この第一の検出体１２と第二の検出体１３からの二つの異なる検出信号と各々の歯数から、制御手段７が所定の演算を行って、回転体１即ち、ステアリングホイールの回転角度を検出し、これが自動車の電子回路へ出力されて、車両の様々な制御が行われるように構成されている。

なお、このように車両内に装着された回転角度検出装置は、周囲が高温または低温、あるいは高湿または乾燥状態の環境下で使用された場合、第一の検出体１２と第二の検出体１３の保持部１２Ｂ、１３Ｂは周囲環境によって膨張や収縮などが生じることがある。

しかし、この時、磁石４Ａ、５Ａはホルダー１４、１５により磁石４Ａ、５Ａの一側面が保持部１２Ｂ、１３Ｂの一内側面の支持部１２Ｃ、１３Ｃに押圧付勢されて当接し、保持部１２Ｂ、１３Ｂに装着されているため、保持部１２Ｂ、１３Ｂの膨張や収縮などによっても第一及び第二の検出体１２、１３に対して磁石４Ａ、５Ａは回転方向には回転ずれを生じ難くなり、磁石４Ａ、５Ａに対向した磁気検出素子４Ｂ、５Ｂからの検出信号に基づいて、制御手段７によって検出される回転体１の回転角度には誤差が少ないものとなる。

つまり、例えば図３に示す第一の検出体１２の場合、略矩形の保持部１２Ｂが膨張や収縮することによって、保持部１２Ｂの支持部１２Ｃに当接している直方体の磁石４Ａは、内側面である支持部１２Ｃに沿う方向へは少々位置ずれを生じる可能性はあるが、略矩形の保持部１２Ｂの内側面は膨張や収縮によっても回転方向への角度の変化はほとんど生じないため、この内側面に当接している磁石４Ａも保持部１２Ｂ、即ち検出体１２に対して回転方向への回転ずれは生じ難くなっている。

なお、磁石４Ａが保持部１２Ｂに装着された状態で、保持部１２Ｂの内側面に沿う方向に移動し、少々位置ずれしたとしても、磁石４Ａによる磁界の向きは同じ状態であり、対向する磁気検出素子４Ｂは磁石４Ａの磁界の向きによる磁力を検出してデータ波形を出力するため、このような位置ずれによってデータ波形に変化は少なく、回転角度の検出精度への影響は小さい。

このように本実施の形態によれば、直方体の磁石４Ａ、５Ａを押圧付勢して磁石４Ａ、５Ａの一側面を略矩形の保持部１２Ｂ、１３Ｂの一内側面である支持部１２Ｃ、１３Ｃに当接させるホルダー１４、１５により、磁石４Ａ、５Ａを第一の検出体１２、１３の保持部１２Ｂ、１３Ｂに装着することによって、温度や湿度などの周囲環境が変化して保持部１２Ｂ、１３Ｂが膨張や収縮しても、磁石４Ａ、５Ａは第一及び第二の検出体１２、１３の回転方向に回転ずれを生じ難いため、回転角度の検出誤差が少なく確実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、磁石４Ａ、５Ａをホルダー１４、１５の付勢部１４Ａ、１５Ａで押圧付勢し、磁石４Ａ、５Ａの一側面を保持部１２Ｂ、１３Ｂの一内側面である支持部１２Ｃ、１３Ｃに当接させたものとして説明したが、磁石４Ａ、５Ａの一方の隣合う側面を付勢部で押圧付勢するホルダーを設けて、磁石４Ａ、５Ａの他方の隣合う二つの側面を、保持部の対応する支持部とこれに隣合う内側面の二つの内側面に当接させるようにしても、検出体に対して磁石４Ａ、５Ａの回転ずれを生じ難く形成することができる。

また、以上の説明では、回転体１に連動する第一の検出体１２と、この第一の検出体１２に連動する第二の検出体１３に磁石４Ａ、５Ａを各々装着し、磁石４Ａ、５Ａに対向した磁気検出素子４Ｂ、５Ｂからの検出信号に基づいて制御手段７が回転体１の回転角度を検出する構成について説明したが、回転体１に連動する第一の検出体１２とこれに装着された磁石４Ａ及び磁気検出素子４Ｂからなる第一の検出手段のみの構成とし、制御手段７に加え記憶手段を設けて回転体１の回転角度を検出するものや、逆に第三の検出体とこれに装着された磁石や磁気検出素子をさらに追加して回転角度を検出するものなど、様々な構成の回転角度検出装置においても本発明の実施は可能である。

さらに、以上の説明では、回転体１や第一及び第二の検出体１２、１３の外周に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、回転を伝達できる凹凸部や高摩擦部などを回転体や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良い。

本発明による回転角度検出装置は、検出体に対する磁石の回転ずれが生じ難く、検出誤差が少なく回転角度の確実な検出が可能なものが得られ、主に自動車のステアリングホイール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断面図同要部分解斜視図同要部平面断面図同要部側面断面図従来の回転角度検出装置の要部分解斜視図同要部平面図

符号の説明

１回転体
１Ａ平歯車部
１Ｂ係合部
４Ａ、５Ａ磁石
４Ｂ、５Ｂ磁気検出素子
６配線基板
７制御手段
１２第一の検出体
１３第二の検出体
１２Ａ、１３Ａ平歯車部
１２Ｂ、１３Ｂ保持部
１２Ｃ、１３Ｃ支持部
１２Ｄ切欠き
１２Ｅ側面部
１２Ｆ係止壁
１４、１５ホルダー
１４Ａ、１５Ａ付勢部
１４Ｂ、１５Ｂ把持部
１４Ｃフック部
１４Ｄリブ

Claims

ステアリングに連動して回転する回転体と、この回転体に連動して回転する検出体と、この検出体の中央に設けた凹状で略矩形状の保持部に装着された直方体の磁石と、この磁石に対向して配置された磁気検出素子と、前記磁気検出素子からの検出信号により前記回転体の回転角度を検出する制御手段からなり、前記磁石を押圧付勢して前記磁石の少なくとも一側面を前記保持部の一内側面に当接させるホルダーを設けると共に、このホルダーによって前記磁石を前記保持部に装着した回転角度検出装置。