JP3621583B2

JP3621583B2 - 多回転体の回転検出装置

Info

Publication number: JP3621583B2
Application number: JP18425798A
Authority: JP
Inventors: 正佐野
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: DE69902568D1; EP0968903A1; EP0968903B1; US6362469B1; JP2000018909A; DE69902568T2

Description

【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等で構成されており、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等で構成されており、多回転するステアリングホイールの回転がギヤ機構を介して減速回転体の１回転以内の回転に減速されるため、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】
ところで、このような回転検出装置を自動車のステアリング装置に取り付ける場合、アブソリュート形エンコーダの減速回転体は回転方向に中立状態で取り付けなければならず、万が一、減速回転体の中立点がズレた状態で誤組付けされると、ステアリングホイールの絶対位置を正確に検出することができなくなる。このため、前述した従来例では、アブソリュート形エンコーダをステアリング装置に取り付けた後、抵抗パターンとブラシの摺接位置に応じて変化する抵抗値を電気的に測定し、この抵抗値変化から減速回転体の回転状態をチェックする必要があり、このことが回転検出装置の取り付け作業性を低下させる要因の１つとなっていた。
【０００５】
また、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もあった。さらに、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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロータ部材の回転を中継歯車を介して回動部材に間欠的に伝達し、この回動部材の回転量をフォトインターラプタ等の検出素子で検出すると共に、これら回動部材や検出素子を内包するステータ部材に回動部材のインジケータを目視可能な検出窓を設けることとする。このように構成すると、外部からインジケータを目視することにより、回動部材の回転中立位置を視覚的にチェックすることができ、回転検出装置の取り付け作業性が向上する。また、中継歯車はロータ部材の回転を回動部材に間欠的に伝達するものであるため、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、各機構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。
【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、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歯車と、前記回動部材の回転量を検出する検出素子と、これら回動部材と中継歯車および検出素子を内包するステータ部材とを備え、前記ステータ部材に前記回動部材の回転中立位置を示すインジケータを目視可能な検出窓を設けた。
【０００８】
前記中継歯車はステータ部材と回動部材のいずれにも軸支することが可能であるが、中継歯車をステータ部材に軸支した場合は、インジケータを回動部材に設ける必要があり、中継歯車を回動部材に軸支した場合は、インジケータを中継歯車と回動部材の少なくとも一方に設ければ良い。
【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は実施例に係る回転検出装置の底面図、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底面図、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底面図、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は該ギヤ機構の動作説明図である。
【００１０】
本実施例に係る回転検出装置は、天面にガイド孔１ａを有するハウジング１と、ガイド孔３ａを有しハウジング１の下部開口を覆うカバー３と、これらガイド孔１ａ，３ａを中心に回転自在なロータ部材２とを具備しており、ハウジング１とカバー３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の外周壁に検出窓１ｂが形成されており、カバー３はスナップ結合等の手段を用いてハウジング１に一体化されている。これらハウジング１とカバー３はステータ部材を構成するものであり、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は一対一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３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の内部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９０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の外周面に回動リング１０の回転中立位置を示すインジケータ１２が設けられている。このインジケータ１２は回動リング１０の１回転中にハウジング１の検出窓１ｂから目視できればどのようなものでも良く、例えば、従動ギヤ１１の外周面にマーキング印刷したり、回転リング１０に一体成形することが可能である。また、回転リング１０にはセンタ孔８を介して従動ギヤ１１に対向する遮光板１０ａが設けられており、図示せぬプリント基板に実装された４個のフォトインターラプタ１３ａ〜１３ｄが遮光板１０ａを跨ぐように配置されている。従動ギヤ１１には中継歯車１４が噛合されており、この中継歯車１４はハウジング１の天面に垂設されたボス１ｃ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は上下を逆にして示してあるが、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（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に当接するため、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。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４ａ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１０ａ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、オン動作するフォトインターラプタ１３ａ〜１３ｄ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。
【００１５】
上記の如く構成された回転検出装置を自動車のステアリング装置に取り付ける場合、アブソリュート形エンコーダの構成部品である回転リング１０は回転方向の中立位置になければならないが、図２に示すように、検出窓１ｂを透してハウジング１の外部からインジケータ１２が目視された時に、回転リング１０が回転中立位置にあると判断することができる。これとは逆に、検出窓１ｂからインジケータ１２を目視できない時は、回転リング１０が中立位置からズレている場合であり、その際はロータ部材２を回転させて回転リング１０を中立位置に位置合わせする必要がある。このように、回転リング１０の中立位置をハウジング１の外部から視覚的にチェックできるため、回転検出装置をステアリング装置に取り付ける際の作業性を高めることができる。特に、本実施例においては、ハウジング１の外周壁に検出窓１ｂが形成されているため、回転検出装置を図示せぬコンビスイッチと回転コネクタやステアリングホイール間に取り付けた後でも、外部側方からインジケータ１２の有無をチェックすることができる。
【００１６】
このように回転検出装置をステアリング装置に取り付けた状態において、回転検出装置のロータ部材２は図示せぬステアリングシャフトと一対一で回転する。以下、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、フォトインターラプタ１３ｃが遮光板１０ａ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，１３ｄ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０〜３６０度の範囲にあることが検出される。一方、この０〜３６０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１０ａが先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がオンとなり、ステアリングホイールが３６０度の位置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３６０〜７２０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〜１３ｄ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−７２０度〜＋７２０度の範囲にあることが検出される。
【００１７】
上記実施例では、ハウジング１の外周壁に検出窓１ｂを形成した場合について説明したが、検出窓１ｂの配置場所はハウジング１の外周壁に限定されず、図８に示す実施例のように、カバー３に検出窓３ｂを形成し、この検出窓３ｂを透して内部のインジケータ１２を目視することも可能であり、要は、ステータ部材を構成する部材であれば適宜位置に検出窓を配置することができる。なお、防塵性を高めるために、検出窓１ｂ，３ｂに無色または有色透明なカバーを被着するようにしても良い。
【００１８】
また、上記実施例では、従動ギヤ１１を回転リング１０に設け、従動ギヤ１１に噛合する中継歯車１４をハウジング１に支承した場合について説明したが、図９に示す実施例のように、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を回転リング１０に支承させても良い。この場合、インジケータ１２は回動リング１０に支承された中継歯車１４に設けてあり、図示省略したカバーにインジケータ１２を目視可能な検出窓が形成されている。ただし、インジケータ１２の位置は中継歯車１４に限らず、回動リング１０に設けても良い。
【００１９】
図９に示す実施例においては、第１のロータ４の１回転中に係合突部１７ａ，１７ｂによって中継歯車１４が回転する際、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１０ａ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、オン動作するフォトインターラプタ１３ａ〜１３ｄ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。
【００２０】
【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。
【００２１】
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、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、ロータ部材の回転を回動部材に間欠的に伝達する中継歯車と、回動部材の回転量を検出する検出素子と、これら回動部材と中継歯車および検出素子を内包するステータ部材とを備え、ステータ部材に回動部材の回転中立位置を示すインジケータを目視可能な検出窓を設けたため、ステータ部材の外部から検出窓を透してインジケータを目視することにより、回動部材の回転中立位置を視覚的にチェックすることができ、回転検出装置の取り付け作業性を高めることができる。また、中継歯車はロータ部材の回転を回動部材に間欠的に伝達するものであるため、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、各機構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。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る回転検出装置の底面図である。
【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底面図である。
【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底面図である。
【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】該ギヤ機構の動作説明図である。
【図８】他の実施例に係る回転検出装置の底面図である。
【図９】他の実施例に係る回転検出装置の要部を示す底面図である。
【符号の説明】
１ハウジング
１ｂ検出窓
２ロータ部材
３カバー
３ｂ検出窓
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
１０ａ遮光板
１１従動ギヤ
１２インジケータ
１３ａ〜１３ｄ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
１６逃げ溝
１７ａ，１７ｂ係合突部

Claims

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歯車と、前記回動部材の回転量を検出する検出素子と、これら回動部材と中継歯車および検出素子を内包するステータ部材とを備え、
前記ステータ部材に前記回動部材の回転中立位置を示すインジケータを目視可能な検出窓を設けたことを特徴とする多回転体の回転検出装置。
請求項１の記載において、前記中継歯車を前記ステータ部材に軸支すると共に、前記インジケータを前記回動部材に設けたことを特徴とする多回転体の回転検出装置。
請求項１の記載において、前記中継歯車を前記回動部材に軸支すると共に、前記インジケータを前記中継歯車と前記回動部材の少なくとも一方に設けたことを特徴とする多回転体の回転検出装置。