JP2005083973A - 光学式回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化しても回転角の検出精度が劣化することのない光学式回転角検出装置の提供。
【解決手段】 複数のスリット２ａ，３ａを形成したコード板１と、コード板１を介して発光部及び受光部が対向配置するように設けられたフォトインタラプタ４と、フォトインタラプタ４を位置決めする内設部９を有するホルダー７と、ホルダー７を位置決めするとともにホルダー７を介してフォトインタラプタ４を電気的に接続する回路基板８とを備えた。内設部９の内壁は、フォトインタラプタ４の隣接する２つの外側面にそれぞれ当接させ当該フォトインタラプタ４を位置決めする基準面９ａ，９ｂを有すると共に、基準面９ａ，９ｂ以外の内壁には、フォトインタラプタ４が挿入されたとき、内設部９の基準面９ａ，９ｂに、フォトインタラプタ４の隣接する２つの外側壁４ｂ，４ｂを押し当てるように当該フォトインタラプタ４の他の２つの隣接する外側壁４ｂ，４ｂにそれぞれ当接する当接部９ｅが設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車載用ステアリングホイールの操舵角の検出など、車載用機器に備えられる回転体の回転角の検出に利用される光学式回転角検出装置に関する。

従来から、車載用ステアリングホイールの操舵角の検出など、車載用機器に備えられる回転体の回転角を検出する光学式回転角検出装置が設けられている。従来の光学式回転角検出装置として、周方向に沿ってスリット列を配列し、回転体と一体回転する円板状コード板と、所定位置でスリット列に光を発する発光素子と、この発光素子から発光されスリット列を通過した光を受光する受光素子とを備え、コード板の回転によって受光素子で形成される信号によって回転体の回転速度、回転方向及び回転角度などを検出するものがある。

この光学式回転角検出装置は、自動車のトランスミッション制御や四輪操舵車における後輪の操舵制御用などに用いられ、最近では小型のものが求められている。

しかし、従来の回転角検出装置を小型化すると、受発光素子の位置決め寸法誤差が相対的に大きくなり、回転角の検出精度が劣化するという問題がある。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、回転角の検出精度を劣化させることなく小型化できる光学式回転角検出装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明の光学式回転角検出装置は、複数のスリットを形成したコード板と、該コード板を介して発光部及び受光部を対峙させたフォトインタラプタと、該フォトインタラプタを固定すると共に電気的に接続する回路基板と、該回路基板上に設けられ前記フォトインタラプタを内設する内設部を有するホルダと、該ホルダ及び前記回路基板を位置決めする位置決め部とを有する構成にしてある。

かかる構成により、位置決め誤差を生じることなく回路基板にホルダを配設でき、コード板に対するフォトインタラプタの位置を高精度に設定できるので、回転角の検出精度を劣化させずに光学式回転角検出装置を小型化できる。

また、上述の発明の光学式回転角検出装置において、前記位置決め部は、前記ホルダに形成した第１突出部と、該第１突出部を嵌合するために前記回路基板に形成した第1嵌入孔とからなる。

かかる構成により、前記ホルダと回路基板とを容易に組立てすることができる。

また、上述の光学式回転角検出装置において、前記内設部は貫通孔からなり、該内設部に前記フォトインタラプタが挿入されたとき前記フォトインタラプタの外側璧に当接する基準面を備えると共に、該基準面を除く他の内側面には、前記フォトインタラプタの前記外側璧を除く他の外側壁に押し当てられる当接部を備えてある。

かかる構成により、フォトインタラプタを内設部に挿入するだけでフォトインタラプタを内設部の基準面に当接させることができ、ホルダに対するフォトインタラプタの位置精度を高く設定できるので、組立てが容易である。

また、上述の光学式回転角検出装置において、前記フォトインタラプタは横断面が矩形状を有し、前記内設部は前記フォトインタラブタの横断面形状に倣った形状で開口しており、前記基準面は前記内設部の内側面のうちの隣接する二つの内側面からなり、前記当接部は前記基準面以外の二つの内側面に形成されてなる。

かかる構成により、フォトインタラプタの位置精度を確実に安定して高めることができる。

また、上述の光学式回転角検出装置において、前記ホルダは合成樹脂から構成され、前記当接部は前記フォインタラプタの側壁へ向けて先細形状に形成されてなる。

かかる構成により、フォトインタラプタに不要な歪を与えることなく、かつ、フォトインタラプタをホルダの所定の位置に容易にかつ高精度に配設できるので、安定した高精度な検出ができる。

また、上述の光学式回転角検出装置において、前記複数のスリット列は前記コード板から該コード板の回転軸方向へ延設され、前記回路基板は前記回転軸方向に直交する方向に配置されてなる。

かかる構成により、装置の高さを低く抑えることができるので、回転角の検出精度を劣化させることなく光学式回転角検出装置を小型化すると共に薄型化をも図ることができる。

また、上述の光学式回転角検出装置において、前記回路基板または前記ホルダは第２嵌入孔もしくは第２突出部を有し、他の固定部材には前記第２嵌入孔もしくは第２突出部と嵌合する第３突出部もしくは第３嵌入孔を有するとともに、前記コード板は前記他の固定部材に対して回転可能な回転部材に連結されてなる。

かかる構成により、他の固定部材に対して回路基板及びホルダの位置決め誤差を累積させずに設けることができるので、特に、検出精度を高めるために数多くの受発光部を数多く使用するディジタルコード方式（グレーコード、Mコードなど）に基づく光学式回転角検出装置を小型化するのに好適である。

本発明の光学式回転角検出装置は、ホルダーの位置決め孔の基準面にフォトインタラプタを密着させることができると共に、ホルダーを回路基板に位置決めして固定できるので、小型化してもこれら素子の位置決め寸法誤差を大きくするのを防止でき、回転角の検出精度が劣化するのを防止できる。

以下に、本発明の光学式回転角検出装置の一実施例を図に基づいて説明する。

図１は本発明の光学式回転角検出装置の一実施例を示す斜視図、図２は図１に示す本実施例の一部を拡大して示す分解斜視図、図３は図１のフォトインタラプタ部分を示す縦断面図、図４は図１に示す本実施例の要部を示す説明図、図５はホルダ及び回路基板をケースに嵌合固定した状態を示す要部断面図である。

本実施例は、車載用ステアリングホイールの操舵角の検出など、車載用機器に備えられる回転体に付設され、図１乃至図４に示すように、図示しない回転体と一体に回転したときに信号を形成する円筒状のコード板１と、このコード板１を介して発光部及び受光部を対峙しコード板の回転により形成された信号を検出するフォトインタラプタ４と、フォトインタラプタ４を固定すると共に電気的に接続する回路基板８と、回路基板８上に設けられフォトインタラプタ４を内設する内設部９を有するホルダ７と、ホルダ７及び回路基板８を位置決めする位置決め部と、ホルダ７及び回路基板８を位置決めして取り付けるケース１１とを備えている。

図２から明らかなように、コード板１には同心状にスリット２ａ，３ａ、遮光部２ｂ，３ｂからなる２列のスリット列を形成するよう設けられた絶対角検出のためのグレーコード出力用トラックとしての内側突起群２と外側突起群３とを有し、コード板１が回転すると各突起群２，３がフォトインタラプタ４の凹溝４ａを横切り、フォトインタラプタ４の発光部から発せられた光が各スリット（例えばスリット３ａ）を通過し、その光がフォトインタラプタ４受光部で受光されて得られる信号に基づいて回路基板８に搭載した制御部（図示せず）にて回転角度が検出される。なお、上記スリット列は、回転角度検出方式に応じて、１列の突起群で形成されたものでもよいが、２列よりも多くの突起群で形成されたものであってもよい。

フォトインタラプタ４は、横断面が矩形状を有し合成樹脂製のモールドパッケージにて構成され、凹溝４ａを介して発光部と受光部とが対峙するよう設けられ、４つの外側壁４ｂが設けられている。なお、サイドビュアタイプの受発光素子は高さ規制部から素子上面までの高さ寸法は約６ｍｍであるのに対し、フォトインタラプタ４の高さ寸法は約３，３ｍｍ程度であり、小型化可能となり高さ方向の寸法を小さくできる。

ホルダ７は、回路基板８上にコード板１の内側突起群２と外側突起群３に対向して取り付けられている。ホルダ７は、コード板１の内側、外側突起群２，３の配列方向に沿った円弧板形状で、内側突起群２に対応するフォトインタラプタ４を嵌め込んで位置決めする内設部９が設けられ、また、外側突起群３に対応するフォトインタラプタ４を嵌め込んで位置決めする内設部９がそれぞれ設けられている。また、フォトインタラプタ４を設けたホルダ７の裏面（フォトインタラプタ４を設けた面の裏側の面：図２で上面側）にはボス（第１突出部）７ａが形成され、このボス７ａが回路基板８に穿設した位置決め孔（第１嵌入孔）８ａに嵌合されることによって、ホルダ７と回路基板８とが相対的に位置決めされる。また、ボス７ａには、図５に示すように、第２嵌入孔７ｂ（又は図示してないが第２突出部でもよい）が１個以上穿設されており、さらに、ボス７ａの第２嵌入孔７ｂにケース１１の第３突出部１１ａが嵌合される。

また、図２中の拡大図から明らかなように、ホルダ７の内設部９はフォトインタラブタ４の横断面の形状に倣った形状の開口部を有する貫通孔からなり、フォトインタラプタ４が内設部９に挿入されたときフォトインタラプタ４の一部の外側璧４ｂと接する基準面９ａ，９ｂを備えると共に、これら基準面９ａ，９ｂを除く内側面９ｃ，９ｄには、基準面９ａ，９ｂにフォトインタラブタ４の外側璧４ｂを押し当てるようにフォトインタラプタ４の他の外側壁４ｂに当接する当接部９ｅを有する。

回路基板８は開口を有する略円板状に形成され、ホルダ７のボス７ａが嵌合される位置決め孔８ａが２か所穿設され、また、図示しないが制御部が搭載されている。ここでホルダ７のボス７ａ及び回路基板８の位置決め孔８ａは、それぞれ２個以上形成されるのが望ましい。

回路基板８を位置決め固定したホルダ７は、光学式回転角検出装置のケース１１に位置決めされて取付けられている。ケース１１には、ホルダ７の第２嵌入孔７ｂ（又は第２突出部）に嵌合される第３突出部１１ａ（又は第３嵌入孔）が設けられて、図５に示すように第２嵌入孔７ｂと第３突出部１１ａとを嵌合することによりホルダ７とケース１１とが位置決めされる。

なお、ホルダ７をケース１１に取付ける代りに回路基板８に第２嵌入孔（又は第２突出部）を設けて、ケース１１の第３突出部（又は第３嵌入孔）に嵌合して取付けるようにしてもよい。また、第２，３嵌入孔及び第２，３突出部は、それぞれ２個以上形成されるのが望ましい。

また、ケース１１は、ステアリングコラムや回転コネクタの固定側ハウジングなどの固定体（図示略）に連結され、コード板１は、ステアリングシャフトや回転コネクタの可動ハウジングなどの回転体（図示略）に連結される。

次に、フォトインターラプタ４の位置決めについて説明する。

フォトインタラプタ４をホルダ７の内設部９に挿入すると、フォトインタラプタ４の隣接する２つの外側壁４ｂ，４ｂが内設部９の当接部９ｅの先端に突き当たり、その先端を押し潰しながら押し込まれる。これにより、図４に示すようにフォトインタラプタ４は当接部９ｅの設けられていない隣接する２つの基準面９ａ，９ｂに押し付けられて位置決めされることになる。

このように本実施例では、複数のスリットを形成したコード板１と、コード板１を介して発光部及び受光部を対峙させたフォトインタラプタ４と、フォトインタラプタ４を固定すると共に電気的に接続する回路基板８と、回路基板８上に設けられフォトインタラプタ４を内設する内設部９を有するホルダ７と、ホルダ７及び回路基板８を位置決めする位置決め部とを有する構成にしてあるため、位置決め誤差を生じることなく回路基板８にホルダ７を配設でき、コード板１に対するフォトインタラプタ４の位置を高精度に設定できるので、回転角の検出精度を劣化させずに光学式回転角検出装置を小型化できる。

また、本実施例では、位置決め部は、ホルダ７に形成した第１突出部７ａと、第１突出部７ａを嵌合するために回路基板８に形成した第１嵌入孔８ａとからなるため、ホルダ７と回路基板８とを容易に組立てすることができる。

また、本実施例では、内設部９は貫通孔からなり、内設部９にフォトインタラプタ４が挿入されたときフォトインタラプタ４の外側璧４ｂに当接する基準面９ａ，９ｂを備えると共に、該基準面９ａ，９ｂを除く他の内側面９ｃ，９ｄには、フォトインタラプタ４の前記外側璧４ｂを除く他の外側壁４ｂに押し当てられる当接部９ｅを備えてあるため、フォトインタラプタ４を内設部９に挿入するだけでフォトインタラプタ４を内設部９の基準面９ａ，９ｂに当接させることができ、ホルダ７に対するフォトインタラプタ４の位置精度を高く設定できるので、組立てが容易である。

また、本実施例では、フォトインタラプタ４は横断面が矩形状を有し、内設部９はフォトインタラブタ４の横断面形状に倣った形状で開口しており、基準面９ａ，９ｂは内設部の内側面のうちの隣接する二つの内側面からなり、当接部９ｅは基準面以外の二つの内側面９ｃ，９ｄに形成されてなるため、フォトインタラプタ４の位置精度を確実に安定して高めることができる。

また、本実施例では、ホルダ７は合成樹脂から構成され、当接部９ｅはフォインタラプタ４の側壁へ向けて先細形状に形成されてなるため、フォトインタラプタ４に不要な歪を与えることなく、かつ、フォトインタラプタ４をホルダ７の所定の位置に容易にかつ高精度に配設できるので、安定した高精度な検出ができる。

また、本実施例では、複数のスリット列はコード板１から該コード板１の回転軸方向へ延設され、回路基板８は回転軸方向に直交する方向に配置されてなるため、装置の高さを低く抑えることができるので、回転角の検出精度を劣化させることなく光学式回転角検出装置を小型化すると共に薄型化をも図ることができる。

また、本実施例では、ホルダ７（又は回路基板８）は第２嵌入孔７ｂ（もしくは第２突出部）を有し、他の固定部材（ケース１１）には第２嵌入孔７ｂ（もしくは第２突出部）と嵌合する第３突出部１１ａ（もしくは第３嵌入孔）を有するとともに、コード板１は前記他の固定部材（ケース１１）に対して回転可能な回転部材に連結されてなるため、他の固定部材（ケース１１）に対して回路基板８及びホルダ７の位置決め誤差を累積させずに設けることができるので、特に、検出精度を高めるために数多くの受発光部を数多く使用するディジタルコード方式（グレーコード、Ｍコードなど）に基づく光学式回転角検出装置を小型化するのに好適である。

本発明の光学式回転角検出装置の一実施例を示す斜視図である。 図１に示す本実施例の一部を拡大して示す分解斜視図である。 図１のフォトインタラプタを示す縦断面図である。 図１に示す本実施例の要部を示す説明図である。 ホルダ及び回路基板をケースに嵌合固定した状態を示す要部断面図である。

符号の説明

１ コード板
２ 内側突起群
２ａ スリット
２ｂ 遮光板
３ 外側突起群
３ａ スリット
３ｂ 遮光板
４ フォトインタラプタ
７ ホルダ
７ａ ボス（第１突出部）
７ｂ 第２嵌入孔
８ 回路基板
８ａ 位置決め孔（第２嵌入孔）
９ 内設部
９ａ，９ｂ 基準面
９ｅ 当接部
１１ ケース
１１ａ 第３突出部

Claims (7)

1. 複数のスリットを形成したコード板と、該コード板を介して発光部及び受光部を対峙させたフォトインタラプタと、該フォトインタラプタを固定すると共に電気的に接続する回路基板と、該回路基板上に設けられ前記フォトインタラプタを内設する内設部を有するホルダと、該ホルダ及び前記回路基板を位置決めする位置決め部とを有することを特徴とする光学式回転角検出装置。
2. 請求項１において、前記位置決め部は、前記ホルダに形成した第１突出部と、該第１突出部を嵌合するために前記回路基板に形成した第１嵌入孔とからなることを特徴とする光学式回転角検出装置。
3. 請求項１又は請求項２において、前記内設部は貫通孔からなり、該内設部に前記フォトインタラプタが挿入されたとき前記フォトインタラプタの外側璧に当接する基準面を備えると共に、該基準面を除く他の内側面には、前記フォトインタラプタの前記外側璧を除く他の外側壁に押し当てられる当接部を備えることを特徴とする光学式回転角検出装置。
4. 請求項３において、前記フォトインタラプタは横断面が矩形状を有し、前記内設部は前記フォトインタラブタの横断面形状に倣った形状で開口しており、前記基準面は前記内設部の内側面のうちの隣接する二つの内側面からなり、前記当接部は前記基準面以外の二つの内側面に形成されていることを特徴とする光学式回転角検出装置。
5. 請求項３又は請求項４において、前記ホルダは合成樹脂から構成され、前記当接部は前記フォインタラプタの側壁へ向けて先細形状に形成されていることを特徴とする光学式回転角検出装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、前記複数のスリット列は前記コード板から該コード板の回転軸方向へ延設され、前記回路基板は前記回転軸方向に直交する方向に配置されることを特徴とする光学式回転角検出装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、前記回路基板または前記ホルダは第２嵌入孔もしくは第２突出部を有し、他の固定部材には前記第２嵌入孔もしくは第２突出部と嵌合する第３突出部もしくは第３嵌入孔を有するとともに、前記コード板は前記他の固定部材に対して回転可能な回転部材に連結されることを特徴とする光学式回転角検出装置。
   

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