JP3668580B2

JP3668580B2 - 多回転体の回転検出装置

Info

Publication number: JP3668580B2
Application number: JP03059297A
Authority: JP
Inventors: 正佐野
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: JPH10227631A

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、実開平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、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がディジタル的であるため、（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。
【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、このロータ部材を回転可能に保持し内底面を有するハウジングと、前記内底面に軸支された中継歯車と、前記ロータ部材の回転中心と同心状に配置され、前記内底面に回動可能に配置されるとともに従動ギヤが設けられた回動部材と、この回動部材の回転量を検出する検出素子とを備え、前記中継歯車は、前記コード板と前記内底面とが重なる位置において前記ハウジングの内底面において前記回動部材と前記ロータ部材との間に軸支し、前記ロータ部材の周面に設けられた係合突部と間欠的に噛合し、かつ前記回動部材に設けられた従動ギヤと常時噛合し、前記従動ギヤは、前記内底面において前記回動部材の径方向で前記中継歯車よりも外側に配置された。
【０００７】
このように構成すると、ロータ部材の係合突部に噛合する中継歯車と、径方向で中継歯車よりも外側に配置される回動部材に設けた従動ギヤとが常時噛合するように並設されると共に、コード板と内底面とが回動部材の回転軸心方向で重なる位置に中継歯車が設けられる構成とすることによって、回動部材の回転軸心方向及び高さ方向の寸法を小さくすることができ、装置を小型化できる。
【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し内底面を有するとともに従動ギヤを設けたハウジングと、前記ロータ部材の回転中心と同心状に配置されるとともに前記内底面に回動可能に配置された回動部材と、この回動部材に軸支された中継歯車と、前記回動部材の回転量を検出する検出素子とを備え、前記中継歯車は、前記コード板と前記内底面とが重なる位置において前記ハウジングの内底面に軸支され、前記ロータ部材の周面に設けられた係合突部と間欠的に噛合し、かつ前記回動部材に設けられた従動ギヤと常時噛合し、前記従動ギヤは、前記回動部材の径方向で前記中継歯車よりも外側に設けられた。
【０００９】
このように構成すると、ロータ部材の係合突部に噛合する中継歯車と、径方向で中継歯車よりも外側に配置される従動ギヤとが常時噛合するように並設されると共に、コード板と内底面とが回動部材の回転軸心方向で重なる位置に中継歯車が設けられる構成とすることによって、回動部材の回転軸心方向及び高さ方向の寸法を小さくすることができ、装置を小型化できる。
【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】
また、前記中継歯車は係合突部と間欠的に噛合し従動ギヤと常時噛合していればどのようなものでも良いが、ロータ部材の周面に段差を介して小径部と大径部を形成すると共に、この大径部に形成した逃げ溝の両側に係合突部をそれぞれ設け、中継歯車に小径部の周面に対向する第１の歯部と大径部の周面に対向する第２の歯部とを交互に形成すると、中継歯車が係合突部と噛合していない時の空転を防止できる。
【００１３】
【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は該ギヤ機構の動作説明図である。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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，１３ｄ，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〜＋１８０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。
【００２０】
図８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を回転リング１０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。
【００２１】
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，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。
【００２２】
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とが当接して発生するノイズを少なくすることができる。
【００２３】
【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。
【００２４】
ロータ部材の係合突部に噛合する中継歯車と、径方向で中継歯車よりも外側に配置される回動部材に設けた従動ギヤとが常時噛合するように並設されると共に、コード板と内底面とが回動部材の回転軸心方向で重なる位置に中継歯車が設けられるので、回動部材の回転軸心方向及び高さ方向の寸法を小さくすることができ、装置を小型化できる。
【００２５】
また、従動ギヤを有し、回動部材に中継歯車を軸支する構成とすることによって、部品配置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。
【００２６】
また、前記ロータ部材の周面に段差を介して小径部と大径部を形成すると共に、この大径部に形成した逃げ溝の両側に係合突部をそれぞれ設け、中継歯車に小径部の周面に対向する第１の歯部と大径部の周面に対向する第２の歯部とを交互に形成すると、中継歯車が係合突部と噛合していない時の空転を防止できる。
また、ステアリングホイールのニュートラル位置で中継歯車と係合突部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と中継歯車とが当接して発生するノイズを少なくすることができる。
【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】該ギヤ機構の動作説明図である。
【図８】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。
【符号の説明】
１ハウジング
１ａガイド孔
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
８センタ孔
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
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、このロータ部材を回転可能に保持し内底面を有するハウジングと、前記内底面に軸支された中継歯車と、前記ロータ部材の回転中心と同心状に配置され、前記内底面に回動可能に配置されるとともに従動ギヤが設けられた回動部材と、この回動部材の回転量を検出する検出素子とを備え、
前記中継歯車は、前記コード板と前記内底面とが重なる位置において前記ハウジングの内底面において前記回動部材と前記ロータ部材との間に軸支し、前記ロータ部材の周面に設けられた係合突部と間欠的に噛合し、かつ前記回動部材に設けられた従動ギヤと常時噛合し、
前記従動ギヤは、前記内底面において前記回動部材の径方向で前記中継歯車よりも外側に配置されたことを特徴とする多回転体の回転検出装置。
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し内底面を有するとともに従動ギヤを設けたハウジングと、前記ロータ部材の回転中心と同心状に配置されるとともに前記内底面に回動可能に配置された回動部材と、この回動部材に軸支された中継歯車と、前記回動部材の回転量を検出する検出素子とを備え、
前記中継歯車は、前記コード板と前記内底面とが重なる位置において前記ハウジングの内底面に軸支され、前記ロータ部材の周面に設けられた係合突部と間欠的に噛合し、かつ前記回動部材に設けられた従動ギヤと常時噛合し、
前記従動ギヤは、前記回動部材の径方向で前記中継歯車よりも外側に設けられたことを特徴とする多回転体の回転検出装置。
請求項１または２の記載において、前記ロータ部材の周面に段差を介して小径部と大径部を形成すると共に、この大径部に形成した逃げ溝の両側に前記係合突部をそれぞれ設け、前記中継歯車に、前記小径部の周面に対向する第１の歯部と、前記大径部の周面に対向する第２の歯部とを交互に形成したことを特徴とする多回転体の回転検出装置。
請求項３の記載において、前記第１の歯部及び前記第２の歯部は、４つの歯が９０度毎に設けてあり、かつ、それぞれの歯が相互に９０度の位相差を有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の記載において、ステアリングホイールのニュートラル位置で、前記中継歯車と前記係合突部とが係合しないように設定されたことを特徴とする多回転体の回転検出装置。
請求項１ないし５のいずれか一つの記載において、前記検出素子は、前記回動部材に立設した遮光板と、該遮光板を跨ぐように配設されたフォトインタラプタとからなることを特徴とする多回転体の回転検出装置。
請求項６の記載において、前記遮光板は、前記ロータ部材を介して前記従動ギヤと対向する位置に設けられていることを特徴とする多回転体の回転検出装置。