JP5012181B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

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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、様々な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〜図７を用いて説明する。
図５は従来の回転角度検出装置の分解斜視図であり、同図において、１は側面外周に平歯車部１Ａが形成された回転体で、中央筒部内周には一対の係合部１Ｂと１Ｃが突出形成されている。
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、４は第一及び第二の検出体２、３の側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の中央に装着された磁石５Ａと、第二の検出体３の中央に装着された磁石６Ａとの対向面には、磁気検出素子５Ｂと６Ｂが各々装着されている。
そして、このように対向した磁石５Ａと磁気検出素子５Ｂによって第一の検出手段が、同じく磁石６Ａと磁気検出素子６Ｂ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４にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子５Ｂや６Ｂに接続された制御手段７が形成されている。
さらに、８は略箱型で絶縁樹脂製のケース、９は絶縁樹脂製のカバーで、このケース８とカバー９内に回転体１や第一の検出体２、第二の検出体３が回転可能に、配線基板４が固着されて各々保持されると共に、中央部にはステアリング軸（図示せず）が挿通する貫通孔８Ａと９Ａが形成されている。
また、ケース８とカバー９には、貫通孔８Ａと９Ａの中心、つまり回転体１の回転中心に向けて対称に、丸孔８Ｂ、９Ｂと長孔８Ｃ、９Ｃが形成されて、回転角度検出装置１０が構成されている。
そして、このように構成された回転角度検出装置１０が、図６の分解斜視図に示すように、ステアリングホイール１１の背後に配置されて自動車に装着されると共に、制御手段７がコネクタやリード線（図示せず）等を介して、車両の電子回路（図示せず）に接続される。
なお、１２は回転コネクタで、車両に固着された固定筐体１３内には可撓性のケーブル（図示せず）が巻回されると共に、固定筐体１３中央に回転可能に装着された回転筐体１４の、貫通孔１４Ａ内周にはステアリング軸１５が係止されている。
また、図６や図７（ａ）の要部平面図に示すように、回転筐体１４に形成された一対の切欠部１４Ｂと１４Ｃには、回転体１の係合部１Ｂと１Ｃが係合すると共に、固定筐体１３に形成された円柱状のピン１３Ｂと１３Ｃが、ケース８の丸孔８Ｂと長孔８Ｃに挿入されて、車両に固着された回転コネクタ１２に回転角度検出装置１０が保持されている。
以上の構成において、ステアリングホイール１１を回転すると、ステアリング軸１５に係止された回転筐体１４が回転し、これに伴って、切欠部１４Ｂと１４Ｃに係合部１Ｂと１Ｃが係合した回転体１が回転する。
また、この回転体１の回転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５Ａ、６Ａも回転して、この磁石５Ａ、６Ａの変化する磁力を磁気検出素子５Ｂ、６Ｂ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ため、磁気検出素子５Ｂと６Ｂ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１１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、以上のように構成された回転角度検出装置１０や回転コネクタ１２の、ケース８や回転体１、固定筐体１３や回転筐体１４等は、一般に絶縁樹脂から形成されており、高温下で使用された場合、熱収縮や熱膨張が生じるが、各々の構成部品は形状や材質が異なっているため、その寸法変化も異なったものとなり、位置ずれが生じる場合がある。
このため、特に形状の大きなケース８と固定筐体１３については、円柱状のピン１３Ｂは位置決めのために丸孔８Ｂに挿入するが、ピン１３Ｃは丸孔ではなく長孔８Ｃに挿入することによって、図７（ｂ）に示すように、例えばケース８が右方向へ熱膨張した場合には、ピン１３Ｃが長孔８Ｃ内を移動することで、この熱による寸法変化を吸収し、反りや変形等による動作の支障を防ぐようになっている。
しかし、このような対策が行いづらい、回転体１と回転筐体１４においては、係合部１Ｃと切欠部１４Ｃの間に０．５ｍｍ以下の僅かなものではあるが、寸法変化による隙間Ｌが生じてしまい、この隙間Ｌによってステアリング軸１５に係止された回転筐体１４と、回転体１の回転角度に誤差が生じてしまう場合があるものであった。
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２００６−２５８６２５号公報
このように、上記従来の回転角度検出装置においては、高温下で使用された場合、熱による寸法変化によって回転体１と回転筐体１４に位置ずれが生じ、回転体１の回転角度に誤差が生じ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、簡易な構成で、回転角度の確実な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、回転体や検出体等を収納したケースに、回転体の回転中心に向いた三つの長孔を９０度間隔で形成して回転角度検出装置を構成したものであり、高温下で使用され、熱による構成部品の寸法変化が生じた場合でも、三つの長孔によって、保持された回転コネクタ等との位置ずれを防ぐことができるため、簡易な構成で誤差がなく、回転角度の確実な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、簡易な構成で、回転角度の確実な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分解斜視図であり、同図において、１は絶縁樹脂製の回転体で、側面外周には平歯車部１Ａが形成されると共に、中央筒部内周には一対の係合部１Ｂと１Ｃが突出形成されている。
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。
なお、これらの歯車の直径や歯数は、回転体１が最も大きく、第一の検出体２は第二の検出体３よりも小さなもの、例えば、回転体１の歯数が８７、第一の検出体２の歯数が２９、第二の検出体３の歯数が３０となっている。
また、４は第一及び第二の検出体２、３の側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の中央にインサート成形等により装着された磁石５Ａと、第二の検出体３の中央に装着された磁石６Ａ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５Ｂと６Ｂが各々装着されている。
そして、このように対向した磁石５Ａと磁気検出素子５Ｂによって第一の検出手段が、同じく磁石６Ａと磁気検出素子６Ｂ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４にはマイコン等の電子部品によって制御手段７が形成され、この制御手段７が配線パターンを介して、磁気検出素子５Ｂや６Ｂに接続されている。
さらに、１８は略箱型で絶縁樹脂製のケース、１９は絶縁樹脂製のカバーで、このケース１８とカバー１９内に回転体１や第一の検出体２、第二の検出体３が回転可能に、配線基板４が固着されて各々保持されると共に、中央部にはステアリング軸（図示せず）が挿通する貫通孔１８Ａと１９Ａが形成されている。
また、ケース１８とカバー１９には、貫通孔１８Ａと１９Ａの中心、つまり回転体１の回転中心に向けて９０度間隔で、三つの長孔１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄと長孔１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄが形成されて、回転角度検出装置２０が構成されている。
そして、このように構成された回転角度検出装置２０が、図２の分解斜視図に示すように、ステアリングホイール１１の背後に配置されて自動車に装着されると共に、制御手段７がコネクタやリード線（図示せず）等を介して、車両の電子回路（図示せず）に接続される。
なお、１２は回転コネクタで、車両に固着された固定筐体１３内には可撓性のケーブル（図示せず）が巻回されると共に、固定筐体１３中央に回転可能に装着された回転筐体１４の、貫通孔１４Ａ内周にはステアリング軸１５が係止されている。
また、図２や図３（ａ）の要部平面図に示すように、回転筐体１４に形成された一対の切欠部１４Ｂと１４Ｃには、回転体１の係合部１Ｂと１Ｃが係合すると共に、固定筐体１３に形成された円柱状の三つのピン１３Ｂと１３Ｃ、１３Ｄが、ケース１８の長孔１８Ｂと１８Ｃ、１８Ｄに挿入されて、車両に固着された回転コネクタ１２に回転角度検出装置２０が保持されている。
以上の構成において、ステアリングホイール１１を回転すると、ステアリング軸１５に係止された回転筐体１４が回転し、これに伴って、切欠部１４Ｂと１４Ｃに係合部１Ｂと１Ｃが係合した回転体１が回転する。
また、この回転体１の回転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５Ａ、６Ａも回転して、この磁石５Ａ、６Ａの変化する磁力を磁気検出素子５Ｂ、６Ｂ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ため、磁気検出素子５Ｂと６Ｂ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１１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、以上のように構成された回転角度検出装置２０や回転コネクタ１２の、ケース１８や回転体１、固定筐体１３や回転筐体１４等は絶縁樹脂から形成されており、高温下で使用された場合には、熱収縮や熱膨張が生じるが、各々の構成部品は形状や材質が異なっているため、その寸法変化も異なったものとなり、特に形状の大きなケース１８と固定筐体１３の間の寸法変化は大きなものとなる。
しかし、本実施の形態においては、例えば図３（ｂ）に示すように、ケース１８が外方向へ熱膨張した場合、回転体１の回転中心に向けて９０度間隔で、三つの長孔１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄが形成され、これらにピン１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄが挿入されて、回転コネクタ１２に回転角度検出装置２０が保持されているため、ピン１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄの長孔１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ内での位置は熱膨張によって変化するが、回転体１と回転筐体１４の位置関係は殆ど変化しない。
つまり、ケース１８と固定筐体１３の間の熱膨張による寸法変化は、長孔１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄとピン１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄによって吸収され、回転体１と回転筐体１４の位置関係は、中心が合ったままで変化しないため、係合部１Ｃと切欠部１４Ｃの間の位置ずれは生じず、この間に生じる隙間による回転筐体１４と、回転体１の回転角度の誤差等が発生しないように構成されている。
すなわち、ケース１８に回転体１の回転中心に向いた三つの長孔１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄを設け、これらにピン１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄを挿入して、回転角度検出装置２０を回転コネクタ１２に保持することによって、高温下で使用され、熱による構成部品の寸法変化が生じた場合でも、回転体１と回転筐体１４の位置ずれを防ぎ、誤差がなく、確実な回転角度の検出が行えるようになっている。
また、長孔１８Ｂや１８Ｃ、１８Ｄに挿入する固定筐体１３のピンを、図４（ａ）の斜視図に示すように、先端に爪部１３Ｆやスリット１３Ｇが形成されたものとし、これを長孔１８Ｂ等に圧入してケース１８を保持するようにすれば、回転角度検出装置２０の回転コネクタ１２への保持をワンタッチで行うことが可能となる。
さらに、図４（ｂ）に示すように、ピン１３Ｈを回転角度検出装置２０の厚さより僅かに長く形成し、長孔１８Ｂ等をこのピン１３Ｈに挿入した後、中空孔１３Ｊにねじ２２を締め付けて回転角度検出装置２０を保持すれば、より確実に回転コネクタ１２への保持を行うことができる。
このように本実施の形態によれば、回転体１や第一の検出体２、第二の検出体３等を収納したケース１８に、回転体１の回転中心に向いた三つの長孔１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄを形成することによって、高温下で使用され、熱による構成部品の寸法変化が生じた場合でも、三つの長孔によって、保持された回転コネクタ１２等との位置ずれを防ぐことができるため、簡易な構成で誤差がなく、回転角度の確実な検出が可能な回転角度検出装置２０を得ることができるものである。
また、以上の説明では、回転体１や各検出体の歯車部を噛合させ、互いに連動して回転する構成として説明したが、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、本発明の実施は可能である。
本発明による回転角度検出装置は、簡易な構成で誤差がなく、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分解斜視図 同分解斜視図 同要部平面図 同斜視図 従来の回転角度検出装置の分解斜視図 同分解斜視図 同要部平面図
符号の説明
１ 回転体
１Ａ、２Ａ、３Ａ 平歯車部
１Ｂ、１Ｃ 係合部
２ 第一の検出体
３ 第二の検出体
４ 配線基板
５Ａ、６Ａ 磁石
５Ｂ、６Ｂ 磁気検出素子
７ 制御手段
１１ ステアリングホイール
１２ 回転コネクタ
１３ 固定筐体
１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｈ ピン
１３Ｆ 爪部
１３Ｇ スリット
１３Ｊ 中空孔
１４ 回転筐体
１４Ａ 貫通孔
１４Ｂ、１４Ｃ 切欠部
１５ ステアリング軸
１８ ケース
１８Ａ、１９Ａ 貫通孔
１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ 長孔
１９ カバー
２０ 回転角度検出装置
２２ ねじ

Claims (1)

  1. ステアリングホイール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、この検出体の回転を検出する検出手段と、この検出手段からの検出信号により上記回転体の回転角度を検出する制御手段と、これらを収納したケースからなり、上記ケースに、上記回転体の回転中心に向いた三つの長孔を９０度間隔で形成した回転角度検出装置。
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