JP3485440B2

JP3485440B2 - 多回転体の回転検出装置

Info

Publication number: JP3485440B2
Application number: JP17167897A
Authority: JP
Inventors: 正佐野
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 2004-01-13
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: JPH1114402A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のステアリ
ングホイールのように１回転以上の有限回転数内で回転
する多回転体の回転検出装置に係り、特に、該多回転体
の絶対位置を検出するのに好適な回転検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、実公平５−２６４８７号公報
に記載されているように、ステアリングホイールの１回
転以内の精密な回転角をインクリメント形エンコーダで
検出すると共に、ステアリングホイールの１回転以上の
粗い回転角をアブソリュート形エンコーダで検出し、こ
れら精密な回転角と粗い回転角を組み合わせることによ
り、ステアリングホイールのニュートラル位置からの回
転角度を判定するようにした回転検出装置が提案されて
いる。

【０００３】前記インクリメント形エンコーダは、ステ
アリングシャフトと一体的に回転するコード板と、この
コード板を介して対向設置されたフォトインタラプタと
で構成されており、コード板の１回転以内の回転角しか
検出できないが、コード板がステアリングシャフトと一
体回転するため検出精度は高いものとなっている。一
方、前記アブソリュート形エンコーダは、抵抗パターン
が形成された基板と、抵抗パターンに摺接するブラシを
有する減速回転体と、ステアリングホイールの回転を減
速回転体に伝達するギヤ機構とで構成されており、多回
転するステアリングホイールの回転はギヤ機構を介して
１回転内に減速されるため、ステアリングホイールの絶
対位置を検出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来例では、アブソリュート形エンコーダとして、ロ
ータ部材に設けられた太陽歯車と、ステータ部材に設け
られた環状内歯車と、これら太陽歯車と環状内歯車間に
噛合された遊星歯車とで構成されるギヤ機構を使用して
いるため、回転検出装置全体に占めるギヤ機構の配置ス
ペースが広くなり、小型化が妨げられるという問題があ
った。また、遊星歯車が太陽歯車と環状内歯車の双方に
常時噛合しているため、遊星歯車を支承する減速回転体
はステアリングホイールの僅かな回転によっても回転し
てしまい、特に、ステアリングホイールはニュートラル
位置付近における回転（動作）頻度が極めて高いため、
抵抗パターンが局部的に摩耗するという問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、アブソリュー
ト形エンコーダとして、ロータ部材の周面に設けられた
係合突部と、このロータ部材の回転中心と同心状に配置
された従動ギヤと、これらロータ部材と従動ギヤとの間
に介在された中継歯車とで構成されるギヤ機構を採用
し、この中継歯車を弾性部材を介して軸支することとす
る。このようなギヤ機構を採用すると、中継歯車はロー
タ部材の１回転中に係合突部と係合した時だけ間欠的に
一定角度のみ回転し、中継歯車と常時噛合している従動
ギヤも同様に間欠的に一定角度のみ回転するだけである
ため、連続的動作による機構部品の局部的摩耗量が大幅
に軽減されると共に、従動ギヤの回転運動量が階段的で
あるため、（回転数の）信号の取出しが非常に容易にな
り、また、従動ギヤを全周にわたって形成する必要がな
いため、部品のレイアウトにゆとりが持て、小型化を図
ることが可能となる。さらに、係合突部が中継歯車の歯
部に接触すると、中継歯車は弾性部材に抗してラジアル
方向へ逃げながら移動するため、係合突部が中継歯車に
接触した瞬間に発生するタタキ音が低減され、騒音の低
減化を図ることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明による多回転体の回転検出
装置では、ロータリエンコーダのコード板と一体的に回
転するロータ部材と、前記ロータ部材を回転可能に保持
するステータ部材と、このステータ部材に弾性部材を介
して回転自在に軸支された中継歯車と、前記ロータ部材
の周面に設けられ前記中継歯車と間欠的に噛合する係合
突部と、前記ロータ部材の回転中心と同心状に配置され
た回動部材と、この回動部材に設けられ前記中継歯車と
常時噛合する従動ギヤと、前記回動部材の回転量を検出
する検出素子とを備え、前記中継歯車が前記係合突部に
噛合する際、該中継歯車が前記弾性部材に抗してラジア
ル方向へ移動するように構成した。

【０００７】このように構成すると、ロータ部材の１回
転中に、ステータ部材に軸支された中継歯車は係合突部
と係合する時のみ所定角度だけ回転し、その回転量に相
応した歯数分だけ従動ギヤが送られるため、従動ギヤと
一体の回動部材が所定量のみ回転する。よって、この回
動部材の回転量または回転位置を検出素子を用いて検出
することにより、回転数（回転エリア）の判別が可能と
なる。しかも、係合突部が中継歯車の歯部に接触する
と、中継歯車は弾性部材に抗してラジアル方向へ逃げな
がら移動するため、係合突部が中継歯車に接触した瞬間
に発生するタタキ音を低減することができる。

【０００８】また、本発明による多回転体の回転検出装
置では、ロータリエンコーダのコード板と一体的に回転
するロータ部材と、このロータ部材を回転可能に保持す
るステータ部材と、前記ロータ部材の回転中心と同心状
に配置された回動部材と、この回動部材に弾性部材を介
して回転自在に軸支された中継歯車と、前記ロータ部材
の周面に設けられ前記中継歯車と間欠的に噛合する係合
突部と、前記ステータ部材に設けられ前記中継歯車と常
時噛合する従動ギヤと、前記回動部材の回転量を検出す
る検出素子とを備え、前記中継歯車が前記係合突部に噛
合する際、該中継歯車が前記弾性部材に抗してラジアル
方向へ移動するように構成した。

【０００９】このように構成すると、ステータ部材の従
動ギヤと常時噛合する中継歯車は、ロータ部材の１回転
中に係合突部と係合することで所定角度だけ自・公転
し、その公転量と同量だけ中継歯車を軸支する回動部材
が回転することにより、この回動部材の回転量が検出素
子によって検出される。しかも、係合突部が中継歯車の
歯部に接触すると、中継歯車は弾性部材に抗してラジア
ル方向へ逃げながら移動するため、係合突部が中継歯車
に接触した瞬間に発生するタタキ音を低減することがで
きる。

【００１０】前記検出素子としては、フォトインターラ
プタやフォトリフレクタ等を利用した光学式、マグネッ
トとＭＲ素子やホール素子等を利用した磁気式、あるい
はブラシと抵抗パターン等を利用した接触式のいずれも
使用可能である。

【００１１】また、前記ロータ部材の周面に設けられる
係合突部は１ヵ所に限らず、ロータ部材の周面を等角度
に分割し、それぞれの領域毎に係合突部を設けても良
い。例えば、ロータ部材の周面に１２０度の間隔をおい
て３組の係合突部を設けると、ロータ部材の１回転中
に、中継歯車は１２０度毎に３回間欠的に回転するた
め、対応位置に検出素子を設けることにより、１２０度
毎の回転数（回転エリア）を検出することができる。

【００１２】前記中継歯車に軸孔を設けた場合は、この
軸孔とそれを支承するボスとの間に弾性部材を介設すれ
ば良く、中継歯車に回転軸を設けた場合は、この回転軸
とそれを支承する軸孔との間に弾性部材を介設すれば良
い。

【００１３】また、前記弾性部材としては、円筒状のス
ポンジやゴム等を用いることも可能であるが、大径部と
小径部を有するコイルスプリングを用いると、小さなコ
イルスプリングによって十分な弾性を長期間にわたって
確保できるばかりでなく、回転トルクの増大が抑えられ
て中継歯車を円滑に回転動作させることができる。この
場合、中継歯車はコイルスプリングの大径部と小径部の
巻径差分だけラジアル方向へ移動できるため、係合突部
が中継歯車の歯部に接触した瞬間、中継歯車はコイルス
プリングを撓めて逃げ方向へ移動しながら回転する。

【００１４】

【実施例】実施例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実施例に係る回転検出装置の平面
図、図２は該回転検出装置の側面図、図３は該回転検出
装置の断面図、図４は該回転検出装置からカバーを取り
除いた状態を示す平面図、図５は該回転検出装置からカ
バーとコード板を取り除いた状態を示す平面図、図６は
該回転検出装置に備えられるギヤ機構の要部を示す斜視
図、図７は該ギヤ機構に備えられる中継歯車の支持構造
を示す断面図、図８は図７の支持構造に用いられるコイ
ルスプリングの正面図、図９は該ギヤ機構の動作説明図
である。

【００１５】本実施例に係る回転検出装置は、ガイド孔
１ａを有するハウジング１と、このガイド孔１ａを中心
に回転自在なロータ部材２と、ハウジング１の開口端を
覆うカバー３とを具備しており、これらの内部に後述す
るインクリメント形エンコーダと回転数確認用のアブソ
リュート形エンコーダが収納されている。ハウジング１
はステータ部材であり、回転検出装置を自動車のステア
リング装置に組み込んだ際に、例えばコンビスイッチの
ケーシングや回転コネクタの固定体等にネジ止めされ
る。

【００１６】図３に示すように、ロータ部材２は第１の
ロータ４と第２のロータ５とで構成されており、これら
両ロータ４，５はコード板６を介して複数本のネジ７で
一体化されている。両ロータ４，５とコード板６にはセ
ンタ孔８が開設されており、回転検出装置を自動車のス
テアリング装置に組み込んだ際に、図示せぬステアリン
グシャフトがセンタ孔８に挿通され、このステアリング
シャフトと両ロータ４，５およびコード板６は１対１で
回転するようになっている。図４に示すように、コード
板６にはその周方向に沿って複数の透孔６ａが形成され
ており、これら透孔６ａを跨ぐように配置された４個の
フォトインターラプタ９からＡ，Ｂ相のパターンが検出
される。これらコード板６と各フォトインターラプタ９
とでインクリメント形エンコーダが構成され、このエン
コーダはコード板６の１回転以内の回転角を高精度で検
出する。

【００１７】次に、アブソリュート形エンコーダについ
て説明すると、図５に示すように、ハウジング１の内底
面には回動部材としての回転リング１０が配置されてお
り、この回転リング１０はガイド孔１ａと中心を同じく
する軌跡上を回転可能である。回転リング１０には約９
０度の範囲にわたって従動ギヤ１１が刻設されており、
従動ギヤ１１の対向位置には遮光板１２が立設されてい
る。回転リング１０の回転軌跡上には遮光板１２を跨ぐ
ように５個のフォトインターラプタ１３ａ〜１３ｅが配
置されており、各フォトインターラプタ１３ａ〜１３ｅ
は図示せぬプリント基板に実装されている。

【００１８】図３と図７に示すように、ハウジング１の
内底面には円筒状のボス１ｂが立設されており、このボ
ス１ｂにコイルスプリング１８を介して中継歯車１４の
軸孔１４ｃが回転自在に挿入されている。軸孔１４ｃの
内径はボス１ｂの外径よりも大き目に設定されており、
これらの寸法差によって画成される平面視リング状のク
リアランス１９内に前記コイルスプリング１８が収納さ
れている。図８に示すように、このコイルスプリング１
８は両端の小径部１８ａと中央の大径部１８ｂとを有
し、両小径部１８ａはボス１ｂの外周面に巻回され、大
径部１８ｂは軸孔１４ｃの内周面に弾接している。ボス
１ｂにはワッシャ２０を介してネジ１５が螺入されてお
り、これらワッシャ２０とネジ１５によって中継歯車１
４とコイルスプリング１８がボス１ｂから抜け出さない
ようになっている。

【００１９】図３と図５に示すように、中継歯車１４に
は、９０度毎に４つの歯を有する第１の歯部１４ａと、
同じく９０度毎に４つの歯を有する第２の歯部１４ｂと
が、相互に４５度の位相差をもたせた状態で設けてあ
る。これら第１および第２の歯部１４ａ，１４ｂは軸線
方向に位置ずれしており、回転リング１０の従動ギヤ１
１と常時噛合している。

【００２０】図６に示すように、第１のロータ４の外周
面には段差を介して小径部４ａと大径部４ｂが形成され
ており、この段差を境にして、中継歯車１４の第１の歯
部１４ａは小径部４ａと対向し、第２の歯部１４ｂは大
径部４ｂと対向している。大径部４ｂの１ヵ所に逃げ溝
１６が形成されており、この逃げ溝１６の両側に一対の
係合突部１７ａ，１７ｂが形成されている。したがっ
て、以下に説明するように、ロータ部材２（第１のロー
タ４）の回転に伴って、これら係合突部１７ａ，１７ｂ
は中継歯車１４の第１および第２の歯部１４ａ，１４ｂ
と間欠的に噛合する。

【００２１】すなわち、中継歯車１４が係合突部１７
ａ，１７ｂと噛合していない場合、コイルスプリング１
８の弾性力を受けて中継歯車１４はボス１ｂに対してセ
ンタリングされ、ボス１ｂの全周にわたってほぼ同じ幅
のクリアランス１９が形成される。この非噛合状態か
ら、図９（ａ）に示すように、第１のロータ４が矢印Ａ
方向（反時計方向）に回転し、小径部４ａに対向してい
る第１の歯部１４ａの１つが一方の係合突部１７ｂに当
接すると、図７（ｂ）に示すように、中継歯車１４が矢
印Ｂ方向に約４５度回転し、第２の歯部１４ｂの１つが
逃げ溝１６内に入り込む。その際、第１の歯部１４ａと
係合突部１７ｂが接触した瞬間に、コイルスプリング１
８がラジアル方向へ撓んで中継歯車１４が最大クリアラ
ンス１９分まで逃げ方向（矢印Ａ方向）へ移動できるた
め、タタキ音は相当量低減される。図７（ｂ）の状態か
らさらに第１のロータ４が矢印Ａ方向に回転すると、逃
げ溝１６内に入り込んだ第２の歯部１４ｂの１つが他の
係合突部１７ａによって押圧されるため、中継歯車１４
は矢印Ｂ方向にさらに約４５度回転し、図７（ｃ）に示
すように、第１の歯部１４ａの次の１つが再び小径部４
ａに対向する。すなわち、図７（ａ）の状態から図７
（ｃ）の状態になるまで、中継歯車１４は矢印Ｂ方向に
約９０度回転するため、従動ギヤ１１は２歯分だけ矢印
Ｃ方向に送られ、回転リング１０が矢印Ｃ方向に所定量
回転する。そして、係合突部１７ａが中継歯車１４を通
過すると、第１のロータ４のその後の回転中、第２の歯
部１４ｂの２つが大径部４ｂと対向しているため、中継
歯車１４の空転は防止される。このように第１のロータ
４の１回転中に、係合突部１７ａ，１７ｂによって中継
歯車１４が約９０度回転し、回転リング１０が従動ギヤ
１１の２歯分だけ回転するため、遮光板１２も同じ方向
に２歯分回転し、隣のフォトインターラプタの遮光する
位置に移動する。つまり、オンするフォトインターラプ
タ１３ａ〜１３ｅの出力が変化するため、それにより第
１のロータ４の絶対位置（回転数）を検出することがで
きる。

【００２２】次に、上記の如く構成された回転検出装置
の動作を説明すると、例えば図５に示すように、真中の
フォトインターラプタ１３ｃが遮光板１２によって遮ら
れている場合、このフォトインターラプタ１３ｃのみが
オンで、他のフォトインターラプタ１３ａ，１３ｂ，１
３ｄ，１３ｅがオフとなるため、ステアリングホイール
がセンタ基準に対して−１８０度〜＋１８０度の範囲に
あることが検出される。一方、この−１８０度〜＋１８
０度の範囲内でのステアリングホイールの回転角は、イ
ンクリメント形エンコーダの各フォトインターラプタ９
によって高精度に検出される。図５の状態からロータ部
材２（第１のロータ４）が反時計方向に回転し、遮光板
１２が真中のフォトインターラプタ１３ｃとその隣のフ
ォトインターラプタ１３ｄの両方を遮ると、これらフォ
トインターラプタ１３ｃ，１３ｄのみがオンとなり、ス
テアリングホイールが＋１８０度の範囲にあることが検
出される。さらにロータ部材２が反時計方向に回転し、
フォトインターラプタ１３ｄのみがオンとなると、ステ
アリングホイールが＋１８０度〜＋５４０度の範囲にあ
ることが検出され、この範囲内でのステアリングホイー
ルの回転角はインクリメント形エンコーダによって高精
度に検出される。同様にして、各フォトインターラプタ
１３ａ〜１３ｅのオン／オフの組み合わせによって、ス
テアリングホイールが−９００度〜＋９００度の範囲に
あることが検出される。

【００２３】図１０は本発明の第２実施例に係る回転検
出装置の要部を示す平面図であり、本実施例では、従動
ギヤ１１を固定側のハウジング１に回転しないように設
けると共に、中継歯車１４を図示省略したコイルスプリ
ングを介して回転リング１０に回転自在に支承させてあ
り、それ以外の構成は前述した第１実施例と基本的に同
じである。

【００２４】このように構成された第２実施例において
は、第１のロータ４の１回転中に係合突部１７ａ，１７
ｂによって中継歯車１４が回転する際、前述した第１実
施例と同様に、係合突部１７ａ，１７ｂと中継歯車１４
の接触時のタタキ音がコイルスプリングによって低減さ
れると共に、中継歯車１４は約９０度自転しながら第１
のロータ４の周囲を公転するため、中継歯車１４を支承
する回転リング１０は従動ギヤ１１の２歯分だけ回転す
る。したがって、回転リング１０に設けた遮光板１２も
２歯分回転し、隣のフォトインターラプタの遮光する位
置に移動する。すなわち、オンするフォトインターラプ
タ１３ａ〜１３ｅが変化するため、それにより第１のロ
ータ４の絶対位置（回転数）が検出される。

【００２５】なお、上記第１および第２実施例におい
て、ステアリングホイールのニュートラル位置で中継歯
車１４と係合突部１７ａ，１７ｂとが係合しないように
設定しておくと、ステアリングホイールは走行中ニュー
トラル位置で使用される頻度が高いため、通常走行中に
ロータの係合突部１７ａ，１７ｂと中継歯車１４とが当
接することが少なく、通常走行中全体では発生するノイ
ズを少なくすることができる。

【００２６】また、コイルスプリング１８の形状は上記
実施例に限定されず、例えば図１１（ａ）に示すよう
に、小径部１８ａと大径部１８ｂが連続する段付き形状
のものや、図１１（ｂ）に示すように、小径部１８ａと
大径部１８ｂ間を斜めに繋ぐテーパ形状のもの、あるい
は図示せぬが巻き形状を多角形にしたもの等、種々の変
形例が可能である。

【００２７】さらに、中継歯車１４の材料として柔軟性
の高いもの、例えばエラストマー等を選択することによ
り、タタキ音の低減効果を一層高めることができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２９】ロータ部材の１回転中に、従動ギヤと常時
噛合する中継歯車が係合突部と係合した時だけ間欠的に
回転し、それに応じて回動部材が所定角度だけ回転する
ため、連続的動作による機構部品の局部的摩耗量が大幅
に軽減されると共に、従動ギヤを全周にわたって形成す
る必要がないため、部品のレイアウトにゆとりが持てて
小型化を図ることが可能となり、さらに、係合突部が中
継歯車の歯部に接触した瞬間に、中継歯車が弾性部材に
抗して逃げ方向へ移動するため、係合突部が中継歯車に
接触した瞬間に発生するタタキ音が低減され、騒音の低
減化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る回転検出装置の平面
図である。

【図２】該回転検出装置の側面図である。

【図３】該回転検出装置の断面図である。

【図４】該回転検出装置からカバーを取り除いた状態を
示す平面図である。

【図５】該回転検出装置からカバーとコード板を取り除
いた状態を示す平面図である。

【図６】該回転検出装置に備えられるギヤ機構の要部を
示す斜視図である。

【図７】該ギヤ機構に備えられる中継歯車の支持構造を
示す断面図である。

【図８】図７の支持構造に用いられるコイルスプリング
の正面図である。

【図９】該ギヤ機構の動作説明図である。

【図１０】本発明の第２実施例に係る回転検出装置の要
部を示す平面図である。

【図１１】コイルスプリングの変形例を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１ハウジング１ｂボス２ロータ部材４第１のロータ４ａ小径部４ｂ大径部５第２のロータ６コード板９フォトインターラプタ１０回転リング１１従動ギヤ１２遮光板１３ａ〜１３ｅフォトインターラプタ１４中継歯車１４ａ第１の歯部１４ｂ第２の歯部１４ｃ軸孔１５ネジ１６逃げ溝１７ａ，１７ｂ係合突部１８コイルスプリング１８ａ小径部１８ｂ大径部１９クリアランス２０ワッシャ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ０１Ｄ 5/245 Ｇ０１Ｄ 5/245 Ｘ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34 G01B 21/00 G06M 1/00 - 3/14 B62D 15/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータリエンコーダのコード板と一体的
に回転するロータ部材と、前記ロータ部材を回転可能に
保持するステータ部材と、このステータ部材に弾性部材
を介して回転自在に軸支された中継歯車と、前記ロータ
部材の周面に設けられ前記中継歯車と間欠的に噛合する
係合突部と、前記ロータ部材の回転中心と同心状に配置
された回動部材と、この回動部材に設けられ前記中継歯
車と常時噛合する従動ギヤと、前記回動部材の回転量を
検出する検出素子とを備え、前記中継歯車が前記係合突部に噛合する際、該中継歯車
が前記弾性部材に抗してラジアル方向へ移動することを
特徴とする多回転体の回転検出装置。
【請求項２】ロータリエンコーダのコード板と一体的
に回転するロータ部材と、このロータ部材を回転可能に
保持するステータ部材と、前記ロータ部材の回転中心と
同心状に配置された回動部材と、この回動部材に弾性部
材を介して回転自在に軸支された中継歯車と、前記ロー
タ部材の周面に設けられ前記中継歯車と間欠的に噛合す
る係合突部と、前記ステータ部材に設けられ前記中継歯
車と常時噛合する固定ギヤと、前記回動部材の回転量を
検出する検出素子とを備え、前記中継歯車が前記係合突部に噛合する際、該中継歯車
が前記弾性部材に抗してラジアル方向へ移動することを
特徴とする多回転体の回転検出装置。
【請求項３】請求項１または２の記載において、前記
弾性部材がコイルスプリングであることを特徴とする多
回転体の回転検出装置。
【請求項４】請求項３の記載において、前記コイルス
プリングが大径部と小径部を有していることを特徴とす
る多回転体の回転検出装置。