JP5097364B2 - 舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置 - Google Patents

舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置 Download PDF

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Description

本発明は、自動車等のステアリングホイールの回転角度を検出する舵角センサと、ステアリングホイールに使われている回転コネクタとを一体化した舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置に関し、特に、装置の小型化を図るものである。
自動車のステアリングホイールには、クラクションやオーディオのコントロールスイッチ等が配備されており、また、事故の衝撃を緩和するため、エアバックをステアリングホイールに装備した車両も増えている。自動車には、このようにステアリングホイールに配備された部品が、ステアリングホイールを回転した場合でも車体側との電気的接続を保てるように、ステアリングホイールと共に回転する回転側と回転しない固定側との間をフレキシブルフラットケーブル(FFC)で接続した回転コネクタが設けられている。
また、近年、車両のインテリジェント化が進み、走行時の駆動制御をステアリングホイールの操作角度に応じて調整する自動車が作られている。この種の車両には、ステアリングホイールの回転角度を検出するための舵角センサが設けられている。
下記特許文献1には、この舵角センサと回転コネクタとを一体化して薄型化した“舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置”が開示されている。
図5は、この装置を模式的に示している。この装置では、回転コネクタ20が、FFC27と、FFC27の収納空間を形成する回転コネクタ固定カバー23および下方固定カバー21と、ステアリングホイール10と共に回転する回転カバー22および回路基板24とで構成され、また、舵角センサ30が、ステアリングホイール10と共に回転する環状駆動ギア38と、この環状駆動ギア38に噛合して回転する従動ギア39と、従動ギア39の回転検知素子を搭載した回路基板41と、これら部品の収納空間を形成する回転コネクタ20の下方固定カバー21および舵角センサ下部固定カバー37とで構成されている。
FFC27は、回転コネクタ固定カバー23の外壁に沿って反時計回りに一周する大径巻回部271と、回転カバー22の筒状部の周囲を時計周りに一周する小径巻回部272と、大径巻回部271および小径巻回部272の途中で巻回方向を反転する反転部とを有しており、大径巻回部271側の端部が回転コネクタ固定カバー23のコネクタ26に接続し、小径巻回部272側の端部が回転コネクタ固定カバー23の貫通孔から導出されて回路基板24に接続し、回路基板24を介して回転カバー22のコネクタ25に電気接続している。
ステアリングホイール10が回転し、回転カバー22が回転すると、FFC27の小径巻回部272は、回転カバー22と共に回転する。このとき、FFC27の大径巻回部271は、回転コネクタ固定カバー23と共に固定されているが、反転部の位置が移動することによりステアリングホイール10の回転は吸収され、コネクタ26、FFC27、回路基板24およびコネクタ25から成る導電路は維持される。
舵角センサ30の構成は、図6に詳しく示されている。図6は、舵角センサ30を逆さまにして各構成部品を下側から見た分解斜視図である。
この舵角センサ30では、ステアリングホイール10が回転すると、環状駆動ギア38が回転し、従動ギア39、40が回転して、従動ギア39、40に固定されたマグネットが回転する。そして、マグネットの回転による磁界の変化が回路基板41の回路構成素子で検出され、ステアリングホイール10の回転角度情報が、回路基板41を通じて舵角センサ下部固定カバー37のコネクタ部62に導出される。
この舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置は、小型化、薄型化を図るために、回転コネクタ20の下方固定カバー21を舵角センサ30の上部ハウジングに共用し、部品点数を減らしている。
特開2000-159037号公報
ステアリングシャフトに取り付けられる舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置は、運転席周りの設計の自由度を確保するために、できるだけコンパクトに構成することが望まれている。
しかし、従来の舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置は、回転コネクタ20の回転カバー22と回転コネクタ固定カバー23との間の空間が有効に活用されていない、と言う嫌いがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で薄型に構成することができる舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置を提供することにある。
前述した目的を達成するため、本発明に係る舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置は、下記(1)〜(4)を特徴としている。
(1) ステアリングシャフトの軸上に配置される舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置であって、
ステアリングホイールと共に回転する回転カバーと、
前記ステアリングホイールの回転角度を検出する舵角センサと、
回転コネクタ本体と、
を有し、
前記ステアリングホイールに近い方から、前記回転カバー、前記舵角センサ、前記回転コネクタ本体の順に配置され、
前記舵角センサが、前記回転コネクタ本体に固定されたリングの内側に歯を有する内歯環状ギアと、前記内歯環状ギアと噛合する従動ギアと、前記従動ギアを保持する従動ギア保持部材とを備え、前記従動ギア保持部材が、前記回転カバーと共に回転すること。
(2) 上記(1)の構成の舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置において、
前記舵角センサが、前記回転カバーによって囲われる空間内に配置されていること。
(3) 上記(1)または(2)の構成の舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置において、
前記回転カバーの外面に、前記ステアリングホイールの回転角度情報を伝送する端子、および前記ステアリングホイールの機能部に制御情報を伝送する端子が導出されていること。
(4) 上記(1)の構成の舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置において、
前記舵角センサと前記回転コネクタ本体とがオルダムカップリングによって連結されていること。
上記(1)の構成の舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置では、回転カバーと回転コネクタ本体との間の空間を、舵角センサを配置するために活用し、薄型化を図ることができる。また、上記(1)の構成の舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置では、舵角センサを、回転コネクタよりもステアリングホイールに近い側に配置しているため、回転コネクタに付与されている径方向のガタ(遊び)の影響を受けずに、正確な舵角を検出することができる。また、上記(1)の構成の舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置のように従動ギアの駆動に内歯環状ギアを用いる場合は、環内の面積を広く取ることができるため、従動ギアや従動ギア保持部材の環内への配置が容易になる。また、ギア半径が大きく取れるので、従動ギアの駆動に要する力が小さくて済む。そのため、ギアの厚さを薄くすることができ、装置の薄型化が可能になる。
また、上記(2)の構成の舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置によれば、当該装置の薄型化が可能になる。
また、上記(3)の構成の舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置によれば、回転カバーを回転コネクタおよび舵角センサの導出部として利用することができる。
また、上記()の構成の舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置のように舵角センサと回転コネクタとをオルダムカップリングで結合した場合は、ガタを付与した回転コネクタの回転軸と、ガタが無い舵角センサの回転軸とがずれていても、舵角センサの回転が、回転コネクタに正確に伝達される。
本発明によれば、小型で、薄型に構成することができ、また、ステアリングホイールの舵角を高精度に検出することができる舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置を提供できる。
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態における舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置の分解斜視図であり、図2は、この装置の回転カバーを除いた状態を示す斜視図、図3は、更に回路基板を除いた状態を示す斜視図、そして図4は、この装置の断面を示す図である。
この装置は、図1に示すように、回転カバー50と、回路基板60と、従動ギア75、76および従動ギア保持部材70と、内歯環状固定ギア80と、カップリング環状部品85と、回転コネクタ固定カバー90と、FFC110と、回転コネクタ下方カバー120(図4)と、回転部品および固定部品を連結するアタッチメント部材100とを備えている。
ステアリングホイールは、図1の上方に位置し、ステアリングシャフトが各部品の中央の孔を貫通する。これらの部品の内、回転カバー50、回路基板60、従動ギア保持部材70およびアタッチメント部材100がステアリングホイールと共に回転する。
回転コネクタ固定カバー90、FFC110および回転コネクタ下方カバー120は、回転コネクタ本体を構成し、FFC110は、従来の装置と同様に、小径巻回部がステアリングホイールと共に回転し、小径巻回部と大径巻回部との途中の反転部の位置が移動してステアリングホイールの回転を吸収する。
回転カバー50は、有孔円板51の内周に筒状部53を有し、有孔円板51の外周に丈の短い外周壁52を有している。有孔円板51の外面には、回路基板60に植設されたコネクタ端子61、62が突出するコネクタハウジング55、56と、回転カバー50をステアリングホイールに連結するための連結ピン54と、回路基板60に接続するケーブルの導出口を持つコードカバー部58とが設けられており、コードカバー部58付近の有孔円板51および外周壁52には、後述する従動ギア保持部材70の係止部材74と係合する切欠部57が形成されている。また、筒状部53の内周面には、後述するアタッチメント部材100の係止枠部101(図4)に係合する係止突起59が設けられており、筒状部53の外周面には、後述する従動ギア保持部材70の係止部73と係合する係合部材(不図示)が設けられている。また、筒状部53は、FFC110の係止が可能な隙間531(図4)を有しているが、その詳細は後述する。
回路基板60は、回転カバー50の外周壁52内に収まる有孔円板の一部を直線状に切り落とした外形を有しており、この直線状部分63が従動ギア保持部材70の係止部材74に当接して位置決めされる(図2)。回路基板60の一面には、コネクタハウジング55、56に突出するコネクタ端子61、62が植設されている。この回路基板60は、回転コネクタおよび舵角センサの回路板を兼ねており、回路基板60の他面には、後述するFFC110の端部114と電気接続する接続部(不図示)や、従動ギア75、76の回転に伴う磁界変化を検出してステアリングホイールの回転角度情報を生成する回路素子(不図示)、更には、それらとコネクタ端子61、62やケーブル導出部とを繋ぐ導電路(不図示)が設けられている。より詳細に、回転カバー50の外面には、ステアリングホイールの回転角度情報を伝送するコネクタ端子61、およびステアリングホイールの機能部に制御情報を伝送するコネクタ端子62が導出されている。
従動ギア保持部材70は、有孔円板72と、有孔円板72の外周を取り囲む外周壁71と、外周壁71の頂面から径方向に突出する係止部材74と、有孔円板72の内周から外周壁71と逆向きに突出する内壁部77と、内壁部77に固定された、回転カバー50の筒状部53外周面に係合する係止部73とを有している。外周壁71は、後述する内歯環状固定ギア80の環内に収まる径寸法を有しており、従動ギア75、76の配置位置では、従動ギア75、76の歯が内歯環状固定ギア80と噛合できるように、外周壁71が切除されている。従動ギア75、76は、図4に示すように、外周に歯を有し、中央にマグネットが収まる凹部を有し、また、回転軸となる円筒部752を中央に有している。一方、有孔円板72には、従動ギア75、76の円筒部752が嵌る孔が形成されており、従動ギア75の円筒部752が、この孔で回転自在に支持されている。
内壁部77は、有孔円板72から下方に延びる短円筒部分771(図4)と、短円筒部分771の先端で短円筒部分771に直交するフランジ部772(図4)とを有し、また、フランジ部の一部の先端から更に下方に延びる円弧状部分を有している(図4)。係止部73は、軸方向に短円筒部分771および内壁部77の円弧状部分を加えた長さを有し、短円筒部分771、フランジ部772および円弧状部分に固定されている(図3)。また、係止部73の近くには、FFC110の端部の導出をガイドするガイド部731が設けられている。
係止部材74は、外周壁71の頂面から径方向の内側および外側に突出し、また、軸方向の段差を有している。径方向の内側に突出した部分には、回路基板60の直線状部分63に当接する直線状の面が形成されている(図2)。軸方向には、回転カバー50の切欠部57に嵌る段差を有している。また、径方向の外側に突出した部分は、回転カバー50の外周壁52の欠如部分を埋める形状を有している。
そのため、回路基板60を間に挟んで、回転カバー50と従動ギア保持部材70とを組み立てると(このとき、回転カバー50の筒状部53の係合部材(不図示)が従動ギア保持部材70の係止部73に係合する)、回転カバー50の切欠部57は、従動ギア保持部材70の係止部材74によって塞がれる。
内歯環状固定ギア80は、回転カバー50の外周壁52と従動ギア保持部材70の外周壁71との間に収まるリング状の外形を有し、内側に、従動ギア75、76と噛合する歯を備えている。また、リングを4等分割する位置に、カップリング環状部品85と係合する4つの係合部82を有し、この4つの係合部82の対称軸と重なる位置に2つの突起81を有している。
カップリング環状部品85は、外周に内歯環状固定ギア80の各係合部82が余裕を持って嵌る4つの切欠部87を有し、内周に、内歯環状固定ギア80の2つの突起81と、回転コネクタ固定カバー90に設けられた2つの突起94とが嵌る4つのU字状の溝86とを有している。4つの切欠部87および4つの溝86は、カップリング環状部品85のリングを8等分割した位置にある。
この内歯環状固定ギア80の係合部82および突起81、カップリング環状部品85の切欠部87および溝86、並びに、回転コネクタ固定カバー90の突起94による結合は、オルダムカップリングとして知られる継手手法である。オルダムカップリングは、二つの軸の中心が、平行ではあるが、一直線上から多少ずれている場合でも、一方の軸から他方の軸に正確に回転を伝えることができる。
回転コネクタ固定カバー90は、有孔円板91と、外周壁92と、外周壁92に結合したコネクタハウジング93と、コンビネーションスイッチ(不図示)に固定するための固定部95とを有している。有孔円板91には、カップリング環状部品85の溝86に嵌合する突起94が設けられている。また、外周壁92の数箇所には、回転コネクタ下方カバー120の係止突起121(図3)が係合する係止枠部96(図3)が設けられている。
回転コネクタ下方カバー120は、図4に示すように、有孔底板123と、有孔底板123を取り囲む外周壁122とを有し、この外周壁122に、回転コネクタ固定カバー90の係止枠部96に係合する係止突起121が設けられている。また、FFC110が載る有孔底板123は、FFC110の移動部分(後述する反転部112)との接触抵抗を減らすために、円環状底板の中央環状部分が一段下がり、FFC110と接触しないように構成されている。
FFC110は、図4に示すように、回転コネクタ固定カバー90の外周壁92の内側で反時計回りに巻回された大径巻回部111と、回転カバー50の筒状部53や従動ギア保持部材70の内壁部77の円弧状部分に時計周りに巻回された小径巻回部113と、大径巻回部および小径巻回部の途中で巻回方向を反転する反転部112とを有している。大径巻回部111は、回転コネクタ固定カバー90の外周壁92との相対的な位置ずれが生じないように外周壁92に係止されている。また、小径巻回部113は、回転カバー50や従動ギア保持部材70の回転に伴って回転するように、回転カバー50の筒状部53や従動ギア保持部材70の内壁部77に係止されている。この係止のため、回転カバー50の筒状部53の適宜箇所に隙間531を形成して、その隙間531にFFC110を通したり、回転カバー50の筒状部53と従動ギア保持部材70の内壁部77との隙間にFFC110を通したりしている。
また、大径巻回部111に続くFFC110の端部は、回転コネクタ固定カバー90のコネクタハウジング93に設けられた端子に接続される。小径巻回部113に続くFFC110の端部114(図3)は、従動ギア保持部材70の貫通孔から、ガイド部731(図1)にガイドされて上方に導出され、回路基板60の裏面に接続される。
アタッチメント部材100は、図4に示すように、回転カバー50の筒状部53の内側とステアリングシャフトとの間に配置される弾性筒状部103と、弾性筒状部103の下端に形成されたフランジ部104とを有している。弾性筒状部103には、弾性を持たせるための切り溝102と、回転カバー50の筒状部53の係止突起59に係合する係止枠部101とが設けられている。また、フランジ部104は、回転コネクタ下方カバー120の有孔底板123の貫通孔より大きい径を有している。
そのため、図1に示すように、回転カバー50、回路基板60、従動ギア保持部材70の順に組み合わせた回転部品と、内歯環状固定ギア80、カップリング環状部品85、回転コネクタ固定カバー90、回転コネクタ下方カバー120(図4)の順に組み合わせた固定部品とを重ね合わせ、アタッチメント部材100の弾性筒状部103を各部品の貫通孔に下側から通して、フランジ部104を回転コネクタ下方カバー120の有孔底板123の外側に当接させ、弾性筒状部103の係止枠部101を回転カバー50の筒状部53の係止突起59に係合させることで、この装置の回転部品と固定部品とを連結することができる。
この舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置は、ステアリングホイールを回転したとき、回転カバー50、回路基板60、従動ギア保持部材70、FFC110の小径巻回部113およびアタッチメント部材100が回転する。
また、従動ギア保持部材70が回転するため、内歯環状固定ギア80と噛合する従動ギア75、76が回転し、従動ギア75、76に固定されたマグネットが回転する。このマグネットの回転に伴う磁界の変化が回路基板60の回路構成素子で検出され、ステアリングホイールの回転角度情報がコネクタ55、93等を通じて必要な箇所に伝送される。舵角センサの信号は、回転コネクタ本体のコネクタ93を介して、車体側のシステムに出力される。
また、FFC110の小径巻回部113の回転に伴ってFFC110の反転部112の位置が移動し、ステアリングホイールの回転が吸収される。そのため、コネクタ93とコネクタ55、56との間の導電路は、支障なく維持される。
この実施形態の装置は、回転コネクタ本体のステアリングホイール側に舵角センサを配置して、回転カバー50により覆われる空間内に舵角センサを収めているため、従来の装置に比べて、薄型で、小型に構成することができる。
この回転カバー50は、従来の装置では、回転コネクタの蓋として使用され、回転コネクタのステアリングホイール側の導出部として利用されていたが、この実施形態の装置では、回転カバー50の傘下に舵角センサを配置したため、回転カバー50を回転コネクタおよび舵角センサの導出部として利用することができる。
また、この実施形態の装置では、1つの回路基板60を回転コネクタ用および舵角センサ用に共用することがでるため、装置を薄型化することができる。
また、この実施形態の装置では、舵角センサを回転コネクタよりもステアリングホイールに近い側に配置しているため、正確な舵角を検出することができる。これは次のような理由による。
回転コネクタは、径方向のガタ(遊び)無しに構成すると、ステアリングホイールの回転トルクが大きく成り過ぎるため、適当なガタが付与されている。しかし、このガタは、舵角の検出精度を低下させる。従って、回転コネクタに結合された舵角センサが、回転コネクタよりもステアリングホイールから離れて位置している場合は、回転コネクタに付与されたガタの影響で舵角センサの精度が低下する。ところが、この実施形態の装置では、舵角センサの方がステアリングホイールに近いため、舵角センサに対してガタの無い状態を設定し、回転コネクタにはガタを付与することが可能である。また、この装置では、舵角センサと回転コネクタとをオルダムカップリングで結合しているため、ガタを付与した回転コネクタの回転軸と、ガタが無い舵角センサの回転軸とがずれていても、舵角センサの回転は、回転コネクタに正確に伝達される。
また、この実施形態の装置では、従動ギアの駆動に内歯環状ギアを用いているため、環内の面積を広く取ることができ、従動ギアや従動ギア保持部材等の環内への配置が容易である。また、ギア半径が大きく取れるので、従動ギアの駆動に要するトルクが小さい。従って、ギアの厚さを薄くすることができ、装置の薄型化を可能にする。
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
例えば、上述した実施形態では、従動ギアを駆動するために内歯環状ギアを用いたが、従来の装置のように、外歯ギアを用いることも可能である。
尚、回転コネクタで2枚のFFCを用いる場合について示したが、使用するFFCは、1枚でも3枚以上でも良い。
また、各部品の結合は、ここで示した以外の形態により行なうことも勿論可能である。
本発明の実施形態における舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置の分解斜視図である。 本発明の実施形態における舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置の回転カバーを除いた状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態における舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置の回路基板を除いた状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態における舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置の断面を示す図である。 従来の舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置の模式図である。 従来の舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置の舵角センサ部分の分解斜視図である。
符号の説明
10:ステアリングホイール
50:回転カバー
51:有孔円板
52:外周壁
53:筒状部
54:連結ピン
55:コネクタハウジング
56:コネクタハウジング
57:切欠部
58:コードカバー部
59:係止突起
60:回路基板
61:コネクタ端子
62:コネクタ端子
63:直線状部分
70:従動ギア保持部材
71:外周壁
72:有孔円板
73:係止部
74:係止部材
75:従動ギア
76:従動ギア
77:内壁部
80:内歯環状固定ギア
81:突起
82:係合部
85:カップリング環状部品
86:溝
87:切欠部
90:回転コネクタ固定カバー
91:有孔円板
92:外周壁
93:コネクタハウジング
94:突起
95:固定部
96:係止枠部
100:アタッチメント部材
101:係止枠部
102:切り溝
103:弾性筒状部
104:フランジ部
110:FFC
111:大径巻回部
112:反転部
113:小径巻回部
114:端部
120:回転コネクタ下方カバー
121:係止突起
122:外周壁
123:有孔底板
531:隙間
731:ガイド部
752:円筒部
771:短円筒部分
772:フランジ部

Claims (4)

  1. ステアリングシャフトの軸上に配置される舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置であって、
    ステアリングホイールと共に回転する回転カバーと、
    前記ステアリングホイールの回転角度を検出する舵角センサと、
    回転コネクタ本体と、
    を有し、
    前記ステアリングホイールに近い方から、前記回転カバー、前記舵角センサ、前記回転コネクタ本体の順に配置され、
    前記舵角センサが、前記回転コネクタ本体に固定されたリングの内側に歯を有する内歯環状ギアと、前記内歯環状ギアと噛合する従動ギアと、前記従動ギアを保持する従動ギア保持部材とを備え、前記従動ギア保持部材が、前記回転カバーと共に回転することを特徴とする舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置。
  2. 前記舵角センサが、前記回転カバーによって囲われる空間内に配置されていることを特徴とする請求項1に記載した舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置。
  3. 前記回転カバーの外面に、前記ステアリングホイールの回転角度情報を伝送する端子、および前記ステアリングホイールの機能部に制御情報を伝送する端子が導出されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載した舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置。
  4. 前記舵角センサと前記回転コネクタ本体とがオルダムカップリングによって連結されていることを特徴とする請求項1に記載した舵角センサ組み込み式回転コネクタ装置。
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