JPH0483114A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置
に関する。

（従来の技術） 従来、例えば自動車のステアリングシャフトのような回
転軸の回転角度を検出する装置としては、例えば可変抵
抗器のように、抵抗体及びこれに接触する刷子を設け、
回転軸の回転にともなって刷子が抵抗体の接触面を摺動
するようにし、回転にともなって変化する抵抗値を測定
して回転角度を検出する構成のものがある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のような従来のものでは、刷子が抵
抗体に接触する構成であるので、使用するに従って刷子
及び抵抗体に摩耗が生じることになって、耐久性に劣る
不具合があり、又、冷熱サイクルを受ける等の過酷な使
用環境下においては、刷子及び抵抗体が劣化し易くなっ
て、耐環境性にも劣る不具合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、耐久性及び耐環境性に優れた回転角度検出装置を提供
するにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の回転角度検出装置は、一方の面に第１の固定側
電極を有する第１の固定基板を設け、この固定基板に対
向しその対向する面に前記固定側電極と同一パターンで
これと対向する第２の固定側電極を有する第２の固定基
板を配設し、これらの第１及び第２の固定基板間にこれ
らと対向するようにして回転可能に位置し一方及び他方
の面に前記固定側電極と同一パターンで回転にともなっ
て夫々前記第１及び第２の固定側電極に同期して対向す
る第１及び第２の回転側電極を有しこれらの第１及び第
２の回転側電極が電気的に接続された回転基板を設ける
構成に特徴を有する。

（作用） 本発明の回転角度検出装置によれば、回転基板の第１の
回転側電極が第１の固定基板の第１の固定側電極に対向
した時には両者の間にコンデンサが形成されるとともに
、これと同期して、回転基板の第２の回転側電極が第２
の固定基板の第２の固定側電極に対向して両者の間にコ
ンデンサが形成されるようになり、これらのコンデンサ
は直列に接続された状態となる。従って、第１及び第２
の固定基板の第１及び第２の固定側電極間の静電容量を
電気的に検出することによって、回転基板換言すればこ
の回転基板を回転する回転軸の回転角度を無接触で検出
することができる。又、第１及び第２の固定基板間に配
置される回転基板が組立て精度のばらつきにより該第１
及び第２の固定基板間の中央位置からずれていずれか側
に接近して組立てられた場合には、−刃側に形成された
コンデンサの静電容量が例えば増大すれば他方側に形成
されたコンデンサの静電容量は反対に減少するようにな
り、従って、合成された静電容量は一定となり、組立て
精度のばらつきを吸収できる。

（実施例） 以下、本発明の第１の実施例につき第１図乃至第６図を
参照しながら説明する。

先ず、第１図において、１及び２は第１及び第２の固定
基板たる第１及び第２の固定円板で、夫々の中央部には
円形の挿通孔１ａ及び２ａが形成されている。そして、
第１の固定円板１はその一方の面たる下面に第１の固定
側電極１ｂを有し、第２の固定円板２はその一方の面た
る上面に第２の固定側電極２ｂを有する。この場合、各
固定円板ｌ及び２の固定側電極１ｂ及び２ｂは、プリン
ト配線基板の銅箔をエツチング処理することにより、軸
心Ｏを中心とする半円形で且つ定幅の帯状をなすように
互いに同一パターンに形成されている。３は回転基板た
る回転円板であり、その中央部には上下に突出する円形
の軸筒部３ａが形成されている。そして、この回転円板
３は、その上面に第１の回転側電極３ｂを有し、下面に
第２の回転側電極３ｃを該第１の回転側電極３ｂと上下
に重なり合うようにして有する。この場合、回転円板３
の第１及び第２の回転側電極３ｂ及び３ｃは、プリント
配線基板の銅箔をエツチング処理することにより、軸心
Ｏを中心とする半円形で且っ定幅の帯状をなすように互
いに同一パターンに形成されており、従って、第１及び
第２の固定側電極１ｂ及び２ｂとも同一パターンになる
。尚、回転円板３における第１及び第２の回転側電極３
ｂ及び３Ｃは接続導体３ｄによって電気的に接続されて
いる。

而して、第２図に示すように、回転円板３の軸筒部３ａ
は自動車のステアリングシャフト等の回転軸４に嵌合固
定され、第１の固定円板１の挿通孔１ａは軸筒部３ａの
上端部外周に嵌合され、第２の固定円板２の挿通孔２ａ
は軸筒部３ａの上端部外周に嵌合されている。このよう
な状態において、第３図に示すように、第１の固定円板
１は、その下面が回転円板３の上面と所定の間隔を存す
るようにしてステアリングコラム等の適宜の静止部位に
固定され、第２の固定円板２は、その上面が回転円板３
の下面と所定の間隔を存するようにしてステアリングコ
ラム等の適宜の静止部位に固定され、以て、固定円板１
，２及び回転円板３は互いに対向するように配設されて
いる。この場合、第１の固定円板１の固定側電極１ｂと
第２の固定円板２の固定側電極２ｂとは回転円板３を挾
んで全体にわたって対向するように設定されている。

そして、第１及び第２の固定側電極１ｂ及び２ｂは検出
端子５及び６に夫々電気的に接続されている。

次に、本実施例の作用につき第４図乃至第６図をも参照
しながら説明する。

第３図に示すように、回転円板３の第１及び第２の回転
側電極３ｂ及び３Ｃが固定円板１及び２の第１及び第２
の固定側電極１ｂ及び２ｂに夫々一部でも対向して重な
り合う場合には、第４図に示すように、これらは夫々第
１及び第２のコンデンサ７及び８を形成するようになり
、これらのコンデンサ７及び８は検出端子５．６間に直
列に接続された状態になる。従って、回転円板３の回転
側電極３ｂ及び３Ｃが固定円板１及び２の固定側電極１
ｂ及び２ｂに完全に対向して重なり合った場合には、コ
ンデンサ７及び８の静電容量はともに最大となり、検出
端子５，６間の静電容量Ｃは、第６図の検出特性１ａに
示すように、最大値Ｃａを呈するようになる。そして、
この静電容量Ｃが最大値Ｃａを呈する回転円板３の回転
角度位置即ち回転軸４の回転角度位置を基準位置たる０
°とする。このような状態で、第５図に示すように、回
転軸４とともに回転円板３が矢印Ａ方向（時計方向）に
角度θたけ回転され゛たとすると、回転円板３の第１及
び第２の回転側電極３ｂ及び３Ｃにおける固定円板１及
び２の第１及び第２の固定側電極１ｂ及び２ｂに対する
重なり合い量が、第５図に斜線Ｂで示すように、減少す
るようになり、従って、コンデンサ７及び８の静電容量
がともに減少して、検出端子５．６間の静電容量Ｃも、
第６図に示すように、減少する。その後、回転軸４とと
もに回転円板３が基準位置（θ−０°）から１８０°　
（θ−１８０°）回転されると、回転円板３の第１及び
第２の回転側電極３ｂ及び３Ｃは固定円板１及び２の第
１及び第２の固定側電極１ｂ及び２ｂには全く対向しな
くなり、従って、コンデンサ７及び８の静電容量は最少
の０となり、検出端子５，６間の静電容量Ｃも、第６図
に示すように、０となる。この１８０°の回転角度位置
から、回転軸４とともに回転円板３が更に矢印Ａ方向に
回転されると、回転円板３の第１及び第２の回転側電極
３ｂ及び３Ｃが固定円板１及び２の固定側電極１ｂ及び
２ｂに次第に対向して重なり合うようになり、コンデン
サ７及び８の静電容量が次第に増大し、検出端子５，６
間の静電容量Ｃも、第６図に示すように、増大する。そ
して、回転軸４とともに回転円板３が３６０°　（θ−
３６０°）まで回転されると、回転円板３の第１及び第
２の回転側電極３ｂ及び３Ｃが固定円板１及び２の第１
及び第２の固定側電極１ｂ及び２ｂに完全に対向して重
なり合うようになり、検出端子５゜６間の静電容量Ｃは
最大値Ｃａを呈するようになる。

以上は、回転軸４とともに回転円板３が矢印Ａ方向に回
転される場合について述べたものであるが、反矢印へ方
向（反時計方向）に回転された場合も同様である。

尚、本実施例では、回転円板３の回転角度θが０°≦θ
≦１８０°の範囲と１８０°≦θ≦３６０°の範囲とは
静電容量Ｃが同一の変化をなすので、０°≦θ≦１８０
°の範囲の回転角度検出に有効である。

このような本実施例によれば、次のような効果を得るこ
とができる。即ち、第１及び第２の固定側電極１ｂ及び
２ｂを有する第１及び第２の固定円板１及び２間に、第
１及び第２の回転側電極３ｂ及び３Ｃを有する回転円板
３を回転可能に配設して、これらの間に第１及び第２の
コンデンサ７及び８を形成し、これらを検出端子５，６
間に直列に接続するようにしたので、回転円板３即ち回
転軸４の回転角度を検出端子５，６間の静電容量Ｃの変
化として検出することができる。従って、抵抗体及び刷
子を用いる従来とは異なり、無接触で回転角度検出を行
なうことができるので、第１及び第２の固定円板１及び
２の第１及び第２の固定側電極１ｂ及び２ｂ並びに回転
円板３の第１及び第２の回転側電極３ｂ及び３Ｃの摩耗
がなくて、耐久性に優れたものとなり、又、冷熱サイク
ルを受ける使用環境下においても該電極１ｂ、２ｂ。

３ｂ及び３Ｃは劣化することはなくて、耐環境性にも優
れたものになる。しかも、回転円板３が第１及び第２の
固定円板１．２間に位置するように組立てる時に、組立
て精度のばらつきにより回転円板３が第１及び第２の固
定円板１及び２間の中央位置からずれていずれか側に接
近して組立てられたとしても、コンデンサ７及び８の一
方の静電容量は増大し且つ他方の静電容量は反対に減少
することになって、合成の静電容量は一定となるもので
あり、従って、組立て精度のばらつきをも吸収すること
ができて、高精度の回転角度検出を行なうことができる
。

第７図乃至第９図は本発明の第２の実施例であり、第１
の実施例と同一部分には同一符号を付して示し、以下、
異なる部分についてのみ説明する。

第７図に示す如く、第１の固定円板１は、その下面の外
周側に前述同様の第１の固定側電極１ｂを有するととも
に、下面の内周側にも固定側電極１ｂと同一パターンで
且つこれとは９０°ずれた位置に第３の固定側電極ＩＣ
を有する。第２の固定円板２は、その下面の外周側に前
述同様の第２の固定側電極２ｂを有するとともに、下面
の内周側にも固定側電極１ｂと同一パターンで且つこれ
とは９０°ずれた位置に第４の固定側電極２Ｃを有する
もので、第４の固定側電極２Ｃは第１の固定円板１の第
３の固定側電極１Ｃに回転円板３を挾んで全体にわたっ
て対向するように設定されている。そして、回転円板３
は、その上面及び下面の外周側に前述同様の第１及び第
２の回転側電極３ｂ及び３Ｃを有するとともに、上面及
び下面の内周側にも回転側電極３ｂ及び３Ｃと同一パタ
ーンの第３及び第４の回転側電極３ｅ及び３ｆを上下に
重なり合うようにして有する。この場合、回転側電極３
ｅ及び３ｆは、回転円板３のスルーホールを介する接続
導体３ｇにより電気的に接続されている。

而して、回転円板３の第３の回転側電極３ｅと固定円板
１の第３の固定側電極ＩＣとは第３のコンデンサ（符号
なし）を形成し、回転円板３の第４の回転側電極３ｆと
固定円板２の第４の固定側電極２ｃとは第４のコンデン
サ（符号なし）を形成し、これらの第３及び第４のコン
デンサは図示しない検出端子間に直列に接続された状態
になっている。従って、回転円板３が矢印Ａ方向若しく
はこれとは反対方向に回転されると、第９図に示すよう
に、検出端子５．６（第４図参照）間の検出特性がｇａ
の如くになるのは前記第１の実施例と同様であるが、第
３及び第４の固定側電極ＩＣ及び２ｃは第１及び第２の
固定側電極１ｂ及び２ｂに対して９０°ずれた位置にあ
ることから、図示しない検出端子間に生ずる検出特性ｇ
ｂは検出特性１１ａよりも９０°移相されたものとなる
。

この結果、この第２の実施例においては、例えば回転角
度θが９０°の場合には、検出特性ｐｍは値ｃｂとなる
が、検出特性Ｉｌｂは値０となり、回転角度θが２７０
°の場合には、検出特性ｇａは値ｃｂとなるが、検出特
性、９ｂは値Ｃａとなり、以て、回転角度θの９０°及
び２７０°の区別ができるようになり、換言すれば、回
転角度θを０≦θ≦３６０°の範囲で検出することがで
きるようになる。

第１０図乃至第１３図は本発明の第３の実施例であり、
第１の実施例と同一部分には同一符号を付して示し、以
下、異なる部分についてのみ説明する。

第１０図に示すように、第１の固定円板１は、下面に連
続した矩形波状をなし且つ全体として円環状をなすパタ
ーンの第１の固定側電極１ｄを有し、又、第２の固定円
板２は、上面に第１の固定側電極１ｄと同一パターンの
第２の固定側電極２ｄを有する。そして、これらの固定
側電極１ｄ及び２ｄは回転円板３を挾んで上下に対向す
るように設定されている。回転円板３は、上面及び下面
に固定側電極１ｄ及び２ｄと同一パターンの第１及び第
２の回転側電極３ｈ及び３１を有するもので、これらの
回転側電極３ｈ及び３１は上下に重なり合うように設定
されている。そして、これらの第１及び第２の回転側電
極３ｈ及び３１は接続導体３ｄにより電気的に接続され
ており、又、第１及び第２の固定側電極１ｄ及び２ｄは
検出端子９及び１０に接続されている。

而して、回転円板３が矢印Ａ方向若しくはこれとは反対
方向に回転された場合、検出端子９，１０間に生ずる静
電容量Ｃは、第１１図に示すように、第１及び第２の回
転側電極３ｈ及び３１が第１及び第２の固定側電極１ｄ
及び２ｄに完全に対向して重なり合った時に最大値Ｃｃ
を呈し、第１２図に示すように、第１及び第２の回転側
電極３ｈ及び３Ｃが第１及び第２の固定側電極１ｄ及び
２ｄに全く対向しなくなった時に最少値０を呈するよう
になり、これらの状態は、第１３図（ａ）に示すように
、各電極１ｄ、２ｄ、：３ｈ及び３１のパターンの波形
の１ピツチＰ毎に繰返して生ずる。従って、検出端子９
，１０間の静電容量Ｃを電気信号に変換して比較器（図
示せず）により比較レベルｐｃと比較すれば、第１３図
（ｂ）に示すように、１ピツチＰ毎にハイレベルとなる
デジタル信号Ｓを得ることができ、これをカウンタ（図
示せず）でカウントすれば、回転角度を検出することが
できる。

ところで、この第３の実施例では、デジタル信号Ｓを単
にカウンタでカウントしたのでは、成る回転角度から次
の回転角度までの相対的回転角度しか検出することがで
きない。しかしながら、回転円板３（即ち回転軸４）の
基準位置において基準デジタル信号を発生させるべく固
定円板１，２及び回転円板３にパターンを形成する構成
とすれば、回転角度θをＯ°≦θ≦３６０°の範囲で検
出することが可能になる。

尚、上記実施例では本発明を自動車のステアリングシャ
フトの回転角度検出に適用した場合であるが、これに限
らず回転軸全般の回転角度検出に適用することができる
。

［発明の効果］ 本発明の回転角度検出装置は以上説明したように、回転
基板を回転する回転軸の回転角度を、第１及び第２の固
定基板並びにこれらの間の回転基板相互の電極間の静電
容量の変化として検出するようにしたので、無接触で回
転角度を検出することができ、従って、電極の摩耗がな
くて、耐久性に優れ、過酷な使用環境下でも電極の劣化
がなくて、耐環境性にも優れ、しかも、組立て精度のば
らつきをも吸収し得て、高精度の検出が可能であるとい
う優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明の第１の実施例を示し、第１
図は分解斜視図、第２図は斜視図、第３図は要部の拡大
縦断面図、第４図は等価回路図、第５図は作用説明用の
平面図、第６図は検出特性図である。 又、第７図、第８図及び第９図は本発明の第２の実施例
を示す第１図、第５図及び第６図相当図である。 そして、第１０図乃至第１３図は本発明の第３の実施例
を示し、第１０図及び第１１図は第１図及び第３図相当
図、第１２図は異なる作用状態での第１１図相当図、第
１３図（ａ）は第６図相当図、第１３図（ｂ）はデジタ
ル信号の波形図である。 図面中、１は第１の固定円板（固定基板）、１ｂは第１
の固定側電極、１ｃは第３の固定側電極、１ｄは第１の
固定側電極、２は第２の固定円板（固定基板）、２ｂは
第２の固定側電極、２ｃは第４の固定側電極、２ｄは第
２の固定側電極、３は回転円板（回転基板）、３ｂ及び
３ｃは第１及び第２の回転側電極、３ｅ及び３ｆは第３
及び第４の回転側電極、３ｈ及び３１は第１及び第２の
回転側電極を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、一方の面に第１の固定側電極を有する第１の固定基
   板と、この固定基板に対向するように配設されその対向
   する面に前記固定側電極と同一パターンでこれと対向す
   る第２の固定側電極を有する第２の固定基板と、これら
   の第１及び第２の固定基板間にこれらと対向するように
   して回転可能に配設され一方及び他方の面に前記固定側
   電極と同一パターンで回転にともなって夫々前記第１及
   び第２の固定側電極に同期して対向する第１及び第２の
   回転側電極を有しこれらの第１及び第２の回転側電極が
   電気的に接続された回転基板とを具備してなる回転角度
   検出装置。