JP3518980B2 - 多回転体の回転検出装置 - Google Patents

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密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、減速回転体の回転量を抵抗値変化として
検出する抵抗式のアブソリュート形エンコーダを使用し
ており、この減速回転体は太陽歯車や遊星歯車等で構成
されるギヤ機構を介してステアリングホイール側のロー
タ部材と常に動力伝達されるようになっているため、ス
テアリングホイールの僅かな回転操作によっても回転し
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】なお、このような抵抗式の検出手段に代え
て、減速回転体の回転量を複数のフォトインターラプタ
を用いて検出する光学式の検出手段も考えられるが、こ
の場合、１つのフォトインターラプタが隣接するフォト
インターラプタの影響を受けて誤動作する虞があり、特
に、回転検出装置が小型化されて各フォトインターラプ
タ間の配列ピッチが小さくなると、隣接するフォトイン
ターラプタの悪影響が顕著になるという新たな問題が発
生する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、アブソリュー
ト形エンコーダの回転検出手段として、ロータ部材の回
転に連動して間欠的に回転する回動部材と、この回動部
材の遮光板が通過する回転軌跡上に配列された複数のフ
ォトインターラプタとで構成される光学式の検出手段を
用いると共に、各フォトインターラプタを構成する発光
素子と受光素子のうち指向性が広い方の素子を内周側に
配置することとする。このような光学式の検出手段を採
用すると、間欠的に回転する回動部材の回転量が各フォ
トインターラプタから出力される信号によって非接触状
態で検出されるため、検出部分の寿命を大幅に延ばすこ
とができるのみならず、隣接するフォトインターラプタ
の発光素子の（もれ）光の検知によるスイッチング（Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ）位置の変動が低減され、検出精度を高める
ことができる。

【０００７】

【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、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、前記ロータ部材の回転を前
記回動部材に間欠的に伝達する中継部材と、前記ロータ
部材の回転中心と同心状に配置された複数のフォトイン
ターラプタとを備え、前記フォトインターラプタを構成
する発光素子と受光素子のうち指向性が広い方の素子を
内周側に配置し、前記回動部材に設けられた遮光板が前
記フォトインターラプタの発光素子と受光素子の間を通
過することにより、該回動部材の回転量を検出するよう
にした。

【０００８】また、前記フォトインターラプタの指向性
が広い方の素子を遮光性材料からなる位置決め部材の凹
部内に配置すると、各フォトインターラプタの位置精度
を高めることができると共に、内周側に向けて配置した
素子の指向性が位置決め部材によって狭められるため、
隣接するフォトインターラプタの発光素子の（もれ）光
の検知によるスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）位置の変動
をより低減することができる。

【０００９】

【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は該回転検出装置に備えられるアブソリュート
形エンコーダで使用されるフォトインターラプタの平面
図、図８は該フォトインターラプタを構成するＬＥＤと
フォトトランジスタの指向特性を示す説明図、図９はフ
ォトトランジスタを内周側に配置した場合の要部平面
図、図１０はフォトトランジスタを外周側に配置した場
合の要部平面図、図１１は図６のギヤ機構の動作説明図
である。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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の対向位置には円弧状の遮光板１２が立設
されている。遮光板１２の回転軌跡上には複数個、例え
ば５個のフォトインターラプタ１３（１３ａ〜１３ｅ）
が配置されており、各フォトインターラプタ１３は図示
せぬプリント基板に実装されている。従動ギヤ１１には
中継部材としての中継歯車１４が噛合されており、この
中継歯車１４はハウジング１の内底面に立設されたボス
１ｂに回転自在に支承され、ネジ１５によって抜け止め
されている。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
り、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いる。

【００１３】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。

【００１４】図７に示すように、前記フォトインターラ
プタ１３はＬＥＤ１８のチップとフォトトランジスタ１
９のチップとを一体化したものであり、発光素子である
ＬＥＤ１８から出射される光を受光素子であるフォトト
ランジスタ１９が受光することによってオン信号を出力
する。ここで、ＬＥＤ１８とフォトトランジスタ１９の
指向特性は、チップを囲う（モールド）ケース上に設け
られたスリットの幅やレンズの有無あるいはケースの透
過性等により大きく影響されるため、どちらの指向特性
が良いかは一概に言えないが、本実施例の場合はフォト
トランジスタ１９の指向特性がＬＥＤ１８に比べて大幅
に悪くなっている。そのＬＥＤ１８とフォトトランジス
タ１９の指向特性を図８に示すと、同図（ａ）から明ら
かなように、ＬＥＤ１８は比較的狭い指向性を有し、相
対出力が５０％に低下する半値幅は±３５°程度である
のに対し、同図（ｂ）から明らかなように、フォトトラ
ンジスタ１９は±４０°付近でも相対出力が１００％の
広い指向性を有し、その半値幅は±８０°程度である。

【００１５】一般的に外乱光等がフォトインターラプタ
に入ると、図１３に示すように、本来の検出位置から誤
差が発生する。また、図１４に示すように、フォトイン
ターラプタ間の距離が小さくなると、互いに隣接するフ
ォトインターラプタの発光素子の（もれ）光の入光量が
大きくなり、出力電圧が変動する。よって、図９に示す
ように、各フォトインターラプタ１３（１３ａ〜１３
ｅ）を配置する際に、指向特性の悪い（指向性が広い）
方のフォトトランジスタ１９を内周側に配置し、指向特
性の良い（指向性が狭い）方のＬＥＤ１８を外周側に配
置することにより、自身のＬＥＤ１８から出射される光
以外の該フォトインターラプタ１３ｃに隣接するフォト
インターラプタ１３ｂ，１３ｄのＬＥＤ１８から出射さ
れる光の受光量を少なくすることができ、所定のフォト
インターラプタ１３が隣接するフォトインターラプタ１
３からの光によってスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）位置
が移動することを最小限にとどめることができるからで
ある。これとは逆に、図１０に示すように、指向特性の
悪い方のフォトトランジスタ１９を外周側に配置した場
合、フォトインターラプタ１３ｃのフォトトランジスタ
１９は内側に広がる指向性を有するため、該フォトトラ
ンジスタ１９の半値幅である±８０°の範囲内に隣接す
るフォトインターラプタ１３ｂ，１３ｄのＬＥＤ１８の
光の検出量が大きくなるため、スイッチング（ＯＮ／Ｏ
ＦＦ）位置が大きく変化することになると共に、グラン
ドレベル（Ｄレベル）が高くなるという問題も発生す
る。

【００１６】図１１（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）に回転すると、小径部４
ａ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に当接するため、図１１（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。図１１
（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１４
ｂ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１１（ｃ）に示すように、第１の歯部１４ａの次
の１つが再び小径部４ａに対向する。すなわち、図１１
（ａ）の状態から図１１（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１
０が矢印Ｃ方向に所定量回転する。そして、係合突部１
７ａ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１７
ａ，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１３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。

【００１７】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。

【００１８】図１２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、遮光
性材料からなる位置決め部材２０の外周面に複数の凹部
２０ａを形成し、各フォトインターラプタ１３ａ〜１３
ｅのフォトトランジスタ１９を凹部２０ａ内に配置させ
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。

【００１９】このように構成された第２実施例において
は、各フォトインターラプタ１３ａ〜１３ｅを図示せぬ
プリント基板に実装する際、位置決め部材２０によって
各フォトインターラプタ１３ａ〜１３ｅの位置精度を高
めることができると共に、フォトトランジスタ１９の指
向角度が凹部２０ａの側面によって狭められるため、前
述した第１実施例に比べると隣接するフォトインターラ
プタ１３の発光素子からの光の検知によるスイッチング
（ＯＮ／ＯＦＦ）位置の変動をより低減することができ
る。

【００２０】なお、上記第１および第２実施例では、従
動ギヤ１１を回動側の回転リング１０に形成し、中継歯
車１４を固定側のハウジング１に支承した場合について
説明したが、これとは逆に、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を回動側の回転リング１０に支承させても良い。こ
の場合、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が回転する際、中継歯車１
４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。

【００２１】

【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。

【００２２】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、前記ロータ部材の回転を
前記回動部材に間欠的に伝達する中継部材と、前記ロー
タ部材の回転中心と同心状に配置された複数のフォトイ
ンターラプタとを備え、前記フォトインターラプタを構
成する発光素子と受光素子のうち指向性が広い方の素子
を内周側に配置し、前記回動部材に設けられた遮光板が
前記フォトインターラプタの発光素子と受光素子の間を
通過することにより、該回動部材の回転量を検出するよ
うに構成すると、間欠的に回転する回動部材の回転量が
各フォトインターラプタから出力される信号によって非
接触状態で検出されるため、検出部分の寿命を大幅に延
ばすことができるのみならず、隣接するフォトインター
ラプタの発光素子の光の検出量を低減でき、スイッチン
グ（ＯＮ／ＯＦＦ）位置の変動量が小さくなるため、検
出精度を高めることができる。

【００２３】また、前記フォトインターラプタの指向性
が広い方の素子を遮光性材料からなる位置決め部材の凹
部内に配置すると、各フォトインターラプタの位置精度
を高めることができると共に、内周側に配置した素子の
指向性が位置決め部材によって狭められるため、隣接す
るフォトインターラプタの発光素子の光の検出量をより
低減できるため、スイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）位置の
変動量をさらに小さくすることが可能となる。

【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】図７は該回転検出装置に備えられるアブソリュ
ート形エンコーダで使用されるフォトインターラプタの
平面図である。

【図８】該フォトインターラプタを構成するＬＥＤとフ
ォトトランジスタの指向特性を示す説明図である。

【図９】フォトトランジスタを内周側に向けて配置した
場合の要部平面図である。

【図１０】フォトトランジスタを外周側に向けて配置し
た場合の要部平面図である。

【図１１】図６のギヤ機構の動作説明図である。

【図１２】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１３】フォトインターラプタの遮光特性を示す説明
図である。

【図１４】フォトインターラプタの隣接特性を示す説明
図である。

【符号の説明】

１ ハウジング（ステータ部材） ２ ロータ部材 ４ 第１のロータ（ロータ部材） ５ 第２のロータ ６ コード板 １０ 回転リング（回動部材） 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（中継部材） １４ａ 第１の歯部 １４ｂ 第２の歯部 １６ 逃げ溝 １７ａ，１７ｂ 係合突部 １８ ＬＥＤ（発光素子） １９ フォトトランジスタ（受光素子）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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、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、前記ロータ部材の回転
   を前記回動部材に間欠的に伝達する中継部材と、前記ロ
   ータ部材の回転中心と同心状に配置された複数のフォト
   インターラプタとを備え、 前記フォトインターラプタを構成する発光素子と受光素
   子のうち指向性が広い方の素子を内周側に配置し、前記
   回動部材に設けられた遮光板が前記フォトインターラプ
   タの発光素子と受光素子の間を通過することにより、該
   回動部材の回転量を検出するようにしたことを特徴とす
   る多回転体の回転検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、前記フォトイ
   ンターラプタの指向性が広い方の素子を遮光性材料から
   なる位置決め部材の凹部内に配置したことを特徴とする
   多回転体の回転検出装置。