WO2018016186A1

WO2018016186A1 - 回転コネクタ

Info

Publication number: WO2018016186A1
Application number: PCT/JP2017/019910
Authority: WO
Inventors: 貴夫今井
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2017-05-29
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2019-01-20
Also published as: JP2018014596A

Abstract

回転コネクタ１は、固定体８と、回動体９と、固定体８及び回動体９の一方に設けられた複数の発光素子２１と、固定体８及び回動体９の他方に設けられた複数の受光素子２２と、を備える。回転コネクタ１は、複数の発光素子２１と複数の受光素子２２との間の光通信を用いて、回動体９が回動した状態において固定体８と回動体９との間の通信を実行可能である。複数の受光素子２２は、複数の発光素子２１に対して不均一に配置されているか、または異なる値を有する波長の光を照射するように構成される。

Description

回転コネクタ

　本発明は、固定体と回動体との間の通信を確保する回転コネクタに関する。

　従来、相対的に回転する２部品間の通電を確保する回転コネクタとして、ステアリングロールコネクタが広く知られている。特許文献１のステアリングロールコネクタは、光通信を通じて非接触で通信データを回動体から固定体に送信している。

特開昭５８－６９１４３号公報

　光通信型の回転コネクタでは、発光素子からの光が暗くなってしまうと、発光素子からの光が受光素子まで到達せずに光通信が成立しない可能性がある。よって、発光素子からの光を受光素子に確実に到達させて、光通信を安定して成立させる必要があった。

　本発明の目的は、光通信を安定して成立させることができる回転コネクタを提供することにある。
　本発明の一側面は、回転コネクタであって、固定体と、回動体と、前記固定体及び回動体の一方に設けられた複数の発光素子と、前記固定体及び回動体の他方に設けられた複数の受光素子と、を備え、前記複数の発光素子と前記複数の受光素子との間の光通信を用いて、前記回動体が回動した状態において前記固定体と前記回動体との間の通信を実行可能な回転コネクタにおいて、前記複数の受光素子は、前記複数の発光素子に対して不均一に配置されていることを特徴とする。

　本構成によれば、複数の受光素子を配置するにあたり、複数の発光素子に対する位置が均一とならないように、複数の受光素子の位置を設定する。ところで、複数の光源では光の干渉による輝度の明暗があり、仮に受光素子の群が規則性をもって均一に配置されていると、全ての受光素子に光の暗い部分が当たってしまう状況に陥る可能性がある。こうなると、発光素子の光が十分な光量で受光素子に届かず、通信が安定しない。そこで、本構成の場合、受光素子を発光素子に対して均一にならないように配置したので、各受光素子に当たる光の明暗が一律でなくなり、全ての受光素子に光の暗い部分が当たる状況が生じ難くなる。よって、光通信の安定した通信成立性を確保することが可能となる。

　上記回転コネクタにおいて、前記複数の受光素子の間隔が不均一となっていることが好ましい。この構成によれば、複数の受光素子の配置を、隣同士の２つの受光素子の間隔を不均一とする簡素な構成で済ませることが可能となる。

　上記回転コネクタにおいて、前記複数の受光素子は、前記回動体の回動軸を中心とし且つ異なる径を有する複数の円に沿って配置されていることが好ましい。この構成によれば、受光素子の配置を、径が異なる複数の移動経路に配置するという簡素な構成で済ませることが可能となる。

　上記回転コネクタにおいて、前記複数の発光素子の光を拡散して出力するライトガイドをさらに備えることが好ましい。この構成によれば、発光素子の光をライトガイドによって受光素子に均一に照射することが可能となるので、光通信の安定した通信成立性を確保するのに有利となる。

　本発明の他の側面は、回転コネクタであって、固定体と、回動体と、前記固定体及び回動体の一方に設けられた複数の発光素子と、前記固定体及び回動体の他方に設けられた複数の受光素子と、を備え、前記複数の発光素子と前記複数の受光素子との間の光通信を用いて、前記回動体が回動した状態において前記固定体と前記回動体との間の通信を実行可能な回転コネクタにおいて、前記複数の発光素子は、異なる値を有する波長の光を照射するように構成されることを特徴とする。

　本発明によれば、光通信を安定して成立させることができる。

第１実施形態の回転コネクタの構成を示す側面図。発光素子及び受光素子の配置パターンを示す固定体の平面図。干渉による光の明暗と受光素子の配置位置との関係を示すモデル図。回転コネクタの電気構成図。発光素子の駆動パターンを示す通信シーケンス図。従来位置付けの回転コネクタにおいて、干渉による光の明暗と受光素子の位置との関係を示すモデル図。第２実施形態の発光素子及び受光素子の配置パターンを示す固定体の平面図。第３実施形態の発光素子及び受光素子の配置パターンを示すモデル図。

　（第１実施形態）
　以下、本発明を具体化した第１実施形態の回転コネクタ１を図１～図６を参照して説明する。

　図１に示すように、回転コネクタ１は、車両において、固定側となる車体２と、回動側となるステアリングシャフト３とに取り付けられている。回転コネクタ１は、車体２とステアリングシャフト３との間の通信を非接触で行って、これら２者間の通信をステアリングシャフト３が回動されても確保する。車両は、ステアリングシャフト３に取り付けられたステアリングホイール３ａと、ステアリングホイール３ａに設けられ且つステアリングホイール３ａに対する種々の操作を検出可能な検知部４と、車体２に設けられたコントローラ５と、を含む。検知部４は、ステアリングホイール３ａに対する操作を検出し、その操作に応じた出力信号Ｓoutを生成する。回転コネクタ１は、検知部４からの出力信号Ｓoutを受け取り、その出力信号Ｓoutをコントローラ５に送信する。コントローラ５は、回転コネクタ１の作動を管理するＥＣＵ（Electronic Control Unit）からなり、出力信号Ｓoutを基に検知部４の検知状態を判断する。

　検知部４は、例えばスイッチまたはセンサを含み、出力信号Ｓoutとしてスイッチまたはセンサにより検出されたオンオフ信号を供給してもよい。センサは、画像センサを含んでもよく、検知部４は、出力信号Ｓoutとしてセンサにより検出されたデータ信号を供給してもよい。

　回転コネクタ１は、車体２に取り付け固定される固定体８と、固定体８に対して回動する回動体９とを備える。例えば、固定体８及び回動体９は、ともに略円板形状を有し、同一軸心（軸Ｌ１）上に配置されている。軸Ｌ１は、ステアリングシャフト３の回動軸心である。

　固定体８は、固定体８側の電装品が実装される基板１２を備える。ステアリングシャフト３は、固定体８及び基板１２の各々の中心に形成された挿通孔（図示略）に回動可能に挿通されている。回動体９は、回動体９側の電装品が実装される基板１３を備える。回動体９及び基板１３は、ステアリングシャフト３に対し、同一軸心上に固定されている。ステアリングシャフト３が回動されたとき、回動体９は、固定体８に支持されるとともに、ステアリングシャフト３と軸Ｌ１回り（図１の矢印Ｒ方向）に一体回動する。

　回転コネクタ１は、光通信型の通信方式を備え、固定体８及び回動体９の間で通信する信号を、光の有無に応じて相手側に通知する。第１実施形態では、回動体９は、ステアリングホイール３ａの検知部４の出力信号Ｓoutを、通信データＳｄとして固定体８に光通信する。通信データＳｄは、光の「有り」及び「無し」の組み合わせにより、「０」及び「１」のデータ群からなる２値化情報を構築する。またステアリングホイール３ａには、複数の検知部４が設けられてもよい。この場合、回動体９は、通信データＳｄとして、複数の検知部４から出力される信号を時分割によりまとめた多重信号を光通信することが好ましい。光通信は、通信データＳｄを高速で通信すること（高速通信）が可能である。

　図１及び図２に示すように、回転コネクタ１は、光通信において光を投光する２つの発光素子２１と、各発光素子２１からの光を受光する複数の受光素子２２と、を備える。２つの発光素子２１は、例えばＬＥＤからなる。２つの発光素子２１は、基板１３の裏面に取り付けられ、回動体９の軸Ｌ１を挟んで互いに対向して配置されている。複数の受光素子２２は、基板１３の裏面と対向する基板１２の表面に取り付けられ、回動体９の軸Ｌ１を中心とする円に沿って配置されている。複数の受光素子２２を設けることによって、回動体９がどの回転角にあっても、各発光素子２１の光を少なくとも１つの受光素子２２に到達させることができる。複数の受光素子２２は、回動体９の回動時に２つの発光素子２１が移動する周状の移動経路Ｋ（図２参照）と対向する固定体８の位置に配置されている。

　図２及び図３に示すように、複数の受光素子２２は、２つの発光素子２１に対して不均一に配置されている。これは、発光素子２１と受光素子２２との位置関係が同一となることを防ぐためである。第１実施形態では、複数の受光素子２２は、隣接する２つ受光素子２２の間隔Ｗが不均一となるように配置されている。つまり、複数の受光素子２２の間隔が不均一となっている。

　図３に示すように、回転コネクタ１は、２つの発光素子２１の光を拡散して出力するライトガイド（導光板）２３を備える。ライトガイド２３は、各発光素子２１の光を均一の高輝度の光にして複数の受光素子２２に照射する。ライトガイド２３は、例えば板状をなし、２つの発光素子２１とそれぞれ対向して形成された拡散用の２つのスリット部２４を含む。

　図４に示すように、回転コネクタ１は、２つの発光素子２１の作動を制御する出力処理部２５を備える。出力処理部２５は、回動体９に設けられ、例えば基板１３に実装されたＩＣであることが好ましい。出力処理部２５は、発光素子２１を駆動させるか、又は駆動させないという処理（光の点灯／消灯）を切り替えることにより、各発光素子２１に通信データＳｄの２値化情報に準じた発光パターンを生成させる。この発光パターンの光が、複数の受光素子２２のうちの少なくとも１つに受光される。

　回転コネクタ１は、受光素子２２の受光信号Ｓｒを基に送信側からの通信データＳｄ（本例は検知部４の出力信号Ｓout）を取得する信号処理部２６を備える。信号処理部２６は、コントローラ５に設けられている。信号処理部２６は、受光素子２２から受光信号Ｓｒを受け取り、この受光信号Ｓｒを基に通信データＳｄのデータ内容を判断し、この通信データＳｄに応じた作動を実行する。

　次に、図３、図５及び図６を用いて、回転コネクタ１の作用及び効果を説明する。
　図５に示すように、例えば検知部４が、ステアリングホイール３ａに対する操作を検出し、検出した操作に応じた出力信号Ｓoutを生成する。出力処理部２５は、検知部４から出力信号Ｓoutを受け取り、出力信号Ｓoutに応じた２値符号の通信データＳｄを、光通信を通じて固定体８に送信する。例えば、出力処理部２５は、「１」の２値化情報を出力するとき、２つの発光素子２１を点灯させ、「０」の２値化情報を出力するとき、２つの発光素子２１を消灯させる。このように、出力処理部２５は、２つの発光素子２１を点灯または消灯させることによって、２値化情報の通信データＳｄを固定体８に送信する。

　第１実施形態では、出力処理部２５は、最初にプリアンブル信号等を送信し、その後に例えば１バイト（８bit）の信号群を複数回送信することによって、通信データＳｄを光通信を通じて固定体８に送信する。すなわち、データ送信開始のタイミングが到来したとき、出力処理部２５は、１バイトの信号群を所定回数繰り返して送信することにより、通信データＳｄを光通信を通じて固定体８に送信する。

　ここで、本発明と比較するために、複数の受光素子２２が均一（等間隔）に配置された例を図６を参照して説明する。図６からも分かるように、各発光素子２１の光をライトガイド２３により効率よく導光させた場合、光の干渉により、基板１２の表面において光の明暗が発生し、つまり各受光素子２２において光の明暗が発生する。このため、複数の受光素子２２を均一（等間隔）に配置した場合、全ての受光素子２２が光の明暗部分（光の疎密）に該当することがあり、光通信の受信精度が低下する懸念がある。

　一方、図３に示すように、複数の受光素子２２は、回動体９の回動方向（図３の矢印Ｒ方向）において不均一（等間隔でない）となるように配置されている。例えば、図３において、左から２番目の受光素子２２とその両隣の受光素子２２との間隔Ｗが不均一となっている。このため、回動体９の回動時、複数の受光素子２２が同時に光の明暗部分に対向することがない。よって、光通信の受信精度を確保するのに有利となることが分かる。

　さて、第１実施形態では、複数の受光素子２２は、２つの発光素子２１に対して不均一に配置されている。具体的には、複数の受光素子２２の間隔Ｗが不均一となっている。ところで、光には輝度があり、仮に複数の受光素子２２が規則性を持って均一に配置されていると、全ての受光素子２２に光の暗い部分が当たってしまう可能性がある。こうなると、各受光素子２２は、十分な光量の光を受光することができずに、光通信が安定しない。そこで、第１実施形態では、複数の受光素子２２が発光素子２１に対して不均一に配置されるように、発光素子２１から見た複数の受光素子２２の配置パターンが不均一とされたので、複数の受光素子２２における光の明暗が一律でなくなり、全ての受光素子２２に光の暗い部分が当たり難くなる。よって、光通信の安定した成立性を確保することができる。

　複数の受光素子２２の間隔Ｗが不均一となっている。これにより、複数の受光素子２２の配置を、簡素な構成で済ませることができる。
　回転コネクタ１は、各発光素子２１の光を拡散して出力するライトガイド２３を備える。よって、各発光素子２１の光をライトガイド２３によって受光素子２２に一様に照射することが可能となるので、光通信の安定した成立性を確保するのに有利となる。

　第１実施形態では、２つの発光素子２１が設けられている。このため、各受光素子２２が受光する光の光量を増加させることが可能となる。よって、光通信の安定した成立性を確保するのに一層有利となる。

　（第２実施形態）
　次に、本発明を具体化した第２実施形態の回転コネクタ１を図７を参照して説明する。なお、第２実施形態は、第１実施形態とは複数の受光素子２２の配置方法の点で相違する。よって、第２実施形態では、第１実施形態と同一部分には同じ符号が付されて詳しい説明が省略され、異なる部分についてのみ詳述される。

　図７に示すように、複数の受光素子２２ａ，２２ｂは、発光素子２１の径が異なる複数の移動経路Ｋ１，Ｋ２に沿って配置されている。つまり、複数の受光素子２２ａと複数の受光素子２２ｂとは、発光素子２１の径が異なる複数の移動経路Ｋ１，Ｋ２にそれぞれ対応し、対応する移動経路と対向するように配置されている。具体的には、回動体９の半径方向内側寄りの移動経路Ｋ１上に複数の受光素子２２ａが配置され、回動体９の半径方向外側寄りの移動経路Ｋ２上に複数の受光素子２２ｂが配置されている。このように、複数の受光素子２２を異なる移動経路Ｋ１，Ｋ２上に配置することにより、光の干渉が同時に発生しないようにすることが可能となる。つまり、複数の受光素子２２ａ，２２ｂは、回動体９の回動軸を中心とし且つ異なる径を有する２つの円に沿って配置されている。よって、光通信の受信精度を確保することが可能となる。また、受光素子２２ａ，２２ｂの配置を、径が異なる複数の移動経路Ｋ１，Ｋ２に配置するという簡素な構成で済ませることができる。

　（第３実施形態）
　次に、本発明を具体化した第３実施形態の回転コネクタ１を図８を参照して説明する。なお、第３実施形態は、第１実施形態とは発光素子２１から照射される光の波長の点で相違する。第３実施形態では、第１実施形態と同一部分には同じ符号が付されて詳しい説明が省略され、異なる部分についてのみ詳述される。

　図８に示すように、複数（本例は２つ）の発光素子２１は、異なる値の波長λを有する光を照射するように構成されている。具体的には、第１の発光素子２１ａは、波長「λａ」の光を照射し、第２の発光素子２１ｂは、波長「λｂ」の光を照射する。これにより、第１の発光素子２１ａからの光の干渉が発生する位置は、第２の発光素子２１ｂからの光の干渉が発生する位置と相違する。各受光素子において第１および第２の発光素子２１ａ，２１ａからの光の干渉が同時に発生せずに、光通信の受信精度を確保することが可能となる。

　なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
　・第１実施形態において、全ての間隔Ｗが異なる値をとることに限定されず、少なくとも１つの間隔Ｗが他の間隔Ｗと異なる値に設定されていればよい。

　・各実施形態において、２値化情報は、例えば光が点灯されているときを「０」とし、光が消灯されているときを「１」としてもよい。
　・各実施形態において、２つの発光素子２１が設けられていたが、発光素子２１の数は、３つ以上でもよく、または１つとしてもよい。

　・各実施形態において、各発光素子２１は、ＬＥＤ以外の他の部材を適用可能である。
　・各実施形態において、２つの発光素子２１及び複数の受光素子２２は、基板１２，１３上に設けられることに限らず、固定体８や回動体９に配置されていればよい。

　・各実施形態において、光通信による経路は、データ線を実現することに限らず、例えば制御線やパワー線であってもよい。
　・各実施形態において、通信データＳｄは、多重信号に限定されず、１つの検知部４の出力のみから構築されるデータでもよい。

　・各実施形態において、ライトガイド２３は、省略することも可能である。
　・各実施形態において、２つの発光素子２１を固定体８に設け、複数の受光素子２２を回動体９に設けてもよい。

　・各実施形態において、回転コネクタ１は、車両に適用されることに限定されず、他の機器や装置に使用してもよい。
　本開示は、以下の実装例を包含する。限定ではなく理解を容易にする目的で参照符号を付した。

　［実装例１］
　固定体（８）と、前記固定体（８）と対向し且つ軸（Ｌ１）を中心に回動可能な回動体（９）と、を備え、前記固定体（８）と回動体（９）との間で光通信を実行可能な回転コネクタ（１）は、
　前記固定体（８）及び回動体（９）の一方に設けられ、前記光通信において光を照射する複数の発光素子（２１）と、
　前記固定体（８）及び回動体（９）の他方に設けられ、前記光通信において前記複数の発光素子（２１）からの光を受光する複数の受光素子（２２）と、を備え、
　前記複数の受光素子（２２）は、前記複数の発光素子（２１）に対して不均一に配置されているか、または
　前記複数の発光素子（２１）は、異なる値を有する波長の光を照射するように構成される。

　本発明の主題は、上記した特定の実施例および変更例の全ての特徴よりも少ない特徴に存在する可能性がある。本発明の範囲は、請求の範囲および等価物の全範囲と共に確定されるべきである。

Claims

　固定体と、回動体と、前記固定体及び回動体の一方に設けられた複数の発光素子と、前記固定体及び回動体の他方に設けられた複数の受光素子と、を備え、前記複数の発光素子と前記複数の受光素子との間の光通信を用いて、前記回動体が回動した状態において前記固定体と前記回動体との間の通信を実行可能な回転コネクタにおいて、
　前記複数の受光素子は、前記複数の発光素子に対して不均一に配置されていることを特徴とする回転コネクタ。
　前記複数の受光素子の間隔が不均一となっている、請求項１に記載の回転コネクタ。
　前記複数の受光素子は、前記回動体の回動軸を中心とし且つ異なる径を有する複数の円に沿って配置されている、請求項１に記載の回転コネクタ。
　前記複数の発光素子の光を拡散して出力するライトガイドをさらに備える請求項１～３のうちいずれか一項に記載の回転コネクタ。
　固定体と、回動体と、前記固定体及び回動体の一方に設けられた複数の発光素子と、前記固定体及び回動体の他方に設けられた受光素子と、を備え、前記複数の発光素子と前記受光素子との間の光通信を用いて、前記回動体が回動した状態において前記固定体と前記回動体との間の通信を実行可能な回転コネクタにおいて、
　前記複数の発光素子は、異なる値を有する波長の光を照射するように構成されることを特徴とする回転コネクタ。