JP6248284B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に自動車のステアリングの回転角度検出用等に用いられる回転角度検出装置に関するものである。

自動車は、ステアリングの回転角度を回転角度検出装置で検出し、その回転角度を用いて車両の各種制御を行うものが多い。

このような従来の回転角度検出装置について、図３の従来の回転角度検出装置の分解斜視図を用いて説明する。

同図に示すように、回転体１は、中央貫通孔２付きの円形リング状に合成樹脂から形成されている。その外周側面には平歯車部３が形成されている。また、円形リングの内周位置には一対の係止部４が形成されており、中央貫通孔２内に挿通されるステアリング（図示せず）の軸に係止部４を介して係止可能に形成されている。

５は外周側面に平歯車部６が形成された合成樹脂製の第１検出体であり、第１検出体５の平歯車部６は回転体１の平歯車部３に噛合している。第１検出体５の中央位置には磁石８が装着されている。

１０は外周側面に平歯車部１１が形成された合成樹脂製の第２検出体である。第２検出体１０の平歯車部１１は第１検出体５の平歯車部６に噛合している。第２検出体１０の中央位置には磁石１３が装着されている。

１５は略円形の開口部１６を有する合成樹脂製の上ケースである。上ケース１５の裏面には略筒状の支持部１７や複数の中心軸部１８が設けられている。支持部１７は回転体１の配置箇所に対応して配されている。複数の中心軸部１８は第１検出体５や第２検出体１０の配置箇所に対応して配されており、第１検出体５、第２検出体１０は各々対応する中心軸部１８に回転可能に保持されている。

そして、配線基板２０が、第１検出体５、第２検出体１０の下方位置にほぼ平行に配置されている。配線基板２０には磁気検出素子２３、２５が装着されている。磁気検出素子２３は第１検出体５の磁石８に対向し、磁気検出素子２５は第２検出体１０の磁石１３に対向している。さらに、配線基板２０には、マイコン等からなる制御部２７が装着されている。磁気検出素子２３、２５は制御部２７に接続されている。

３０は略円形の開口部３１が設けられた合成樹脂製の下ケースである。下ケース３０には雄型のコネクタ部３２が一体に設けられている。コネクタ部３２は、外方に開口した略箱状のハウジングの中に、複数の棒状のピンを有した構成になっており、各々のピンがコネクタ部３２の開口側とは逆の側壁部３３を貫通して下ケース３０の内側に端子３４として突出している。それぞれの端子３４は、先端が上方に向くように略Ｕ字状に曲げられている。

配線基板２０は、第１孔部２１が、下ケース３０に設けられたボス３５に挿通させられて水平方向や下方への位置規制をされている。そして、コネクタ部３２の端子３４の各先端は、配線基板２０に設けられた第２孔部２２に挿入されて半田付け等されて固定されている。つまり、制御部２７からの出力信号が、各端子３４を通じて機器側に伝達可能な構成になっている。

そして、上ケース１５と下ケース３０は、上ケース１５および下ケース３０の開口部１６および３１が回転体１の中央貫通孔２に上下それぞれで重なるようにして一体化される。その際、上ケース１５裏面の位置決め凹部１９に下ケース３０のボス３５が嵌合して配線基板２０が挟持される。そして、回転体１、第１検出体５、第２検出体１０は、上ケース１５と下ケース３０とで構成される筐体内にそれぞれ回転可能に収容状態で配される。

従来の回転角度検出装置は、以上のように構成される。その搭載状態としては、自動車本体から配線されたリード線の雌コネクタ（図示せず）がコネクタ部３２に接続されると共に、回転体１の係止部４にステアリングの軸を係止させて自動車に搭載される。

以上の構成において、ステアリングホイールを回転させると、ステアリングの軸に係止された回転体１が回転し、これに連動して第１検出体５が回転し、さらに第１検出体５に連動して第２検出体１０が回転する。これによって、第１検出体５の中央に装着された磁石８および、第２検出体１０の中央に装着された磁石１３もそれぞれ水平に回転する。

この磁石８、１３の回転に応じたそれぞれの磁束の変化を、対応する磁気検出素子２３、２５が各々検出して正弦波や余弦波の電圧波形からなる検出信号として出力する。ここに、第１検出体５と第２検出体１０は歯数が異なり回転速度も異なるものとなっており、磁気検出素子２３と２５の出力波形は周期が異なり位相のずれた検出信号になる。

この第１検出体５と第２検出体１０からの二つの異なる検出信号と各々の歯数から制御部２７が所定の演算を行って、回転体１の回転角度、即ちステアリングホイールの回転角度を検出し、その角度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２０１２−１８９５３０号公報

従来の回転角度検出装置は、非接触で回転体１の回転角度を検出するものであっため、寿命が長く、かつ信頼性にも高いものであった。しかしながら、車両メーカからは、さらに信頼性に優れるものを要望されることもあり、回転体１の配置箇所から筐体内に侵入する塵埃などへの対策を講じた構成提案を要望されることがあった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、信頼性がより向上する構成の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、筐体と、 筐体に回転可能に配された回転体と、 回転体の回転に連動して、装着された磁石と共に回転する検出体と、 磁石からの磁束の変化を検出する磁気検出素子を備えた配線基板と、を有し、筐体には、封止部材で開口が閉じられた空間部が設けられ、空間部の中に配線基板が設置されて、空間部の中に配された磁気検出素子が空間部の外に配置された磁石に対向する回転角度検出装置であって、磁石と磁気検出素子とは、筐体の空間部を構成している壁を介して対向し、壁に窪み部を設け、検出体が窪み部の内周面で規制されて、窪み部に回転可能に配置された構成とした回転角度検出装置とするものである。

これであれば、回転体の配置箇所から筐体内に塵埃や水などが侵入したとしても、配線基板を空間部内に設置することによって、配線基板およびそれに装着した磁気検出素子等への影響が抑えられ、信頼性がより向上した構成の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。

以上のように本発明によれば、信頼性がより向上した構成になされた回転角度検出装置を提供できるという有利な効果が得られる。

本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の断面図 同分解斜視図 従来の回転角度検出装置の分解斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図１および図２を用いて説明する。

（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断面図、図２は同分解斜視図である。

同図に示すように、当該実施の形態による回転角度検出装置は、下ケース４０に上ケース８０が結合されて構成された筐体を有している。

下ケース４０は合成樹脂からなり、その一端側の位置には、上下に貫通する略円形の開口部４１（図２参照）を有している。開口部４１の周囲位置には、上方に向って突出する環状突部４２が形成されている。

下ケース４０は、図１から判るように、その他端側が、中空の箱状部４５を有した構成になっている。箱状部４５は、天板部４６と底板部４７との間が、一端側にあたる位置の第１側壁部４８と、左右で対向する第２側壁部４９および第３側壁部５０によって囲まれており、他端側のみが開口した形状になっている。

天板部４６上には、二つの円形窪み部５１、５２（図２参照）が構成されている。円形窪み部５１は後述する第１検出体６１の配置箇所として、また円形窪み部５２は後述する第２検出体７２の配置箇所として設けられている。

円形窪み部５１、５２は、底付きの穴形状で形成されている。すなわち、図１にも示しているように、円形窪み部５１の内底面は、天板部４６の上面の一部によって構成されている。円形窪み部５２も同じ構成になっている。言い換えると、この天板部４６が請求項の壁に相当するものである。以上のように、円形窪み部５１、５２は、天板部４６を境にして箱状部４５内に繋がっていない形状で設けられている。そして、円形窪み部５１、５２の内底面は平坦な水平面で構成されている。

下ケース４０の環状突部４２上には、水平回転が可能なように回転体５５が載せられている。回転体５５は合成樹脂からなり、その形状は従来同様に中央貫通孔５６付きの円形リング状で、外周側面に平歯車部５７が構成された形状になっている。なお、図示は省略しているが、円形リングの内周位置にはステアリングの軸（図示せず）に係止するための係止部が形成されている。

回転体５５の平歯車部５７には、第１検出体６１の外周側面に設けられた平歯車部６２が噛合している。第１検出体６１は合成樹脂製である。さらに、第１検出体６１は、下方に突出する第１突出部６３を有している。第１突出部６３は、水平断面が円形窪み部５１よりも少し小さい円形で、第１突出部６３の中心軸線と平歯車部６２の中心軸線とは一致した構成になっている。

第１検出体６１は、円形窪み部５１内に第１突出部６３を挿入させて、水平回転が可能なように下ケース４０に配置されている。つまり、第１突出部６３の外周面が円形窪み部５１の内周面で規制されると共に、第１突出部６３の下端が円形窪み部５１の内底面に当接状態で配されている。そして、第１突出部６３の下面中央位置には磁石６４が装着されている。

第１検出体６１の平歯車部６２には、第２検出体７２の外周側面に設けられた平歯車部７３が噛合している。第２検出体７２は合成樹脂製である。さらに、第２検出体７２は、下方に突出する第２突出部７４を有している。第２突出部７４は、水平断面が円形窪み部５２よりも少し小さい円形で、第２突出部７４の中心軸線と平歯車部７３の中心軸線とは一致した構成になっている。

第２検出体７２は、円形窪み部５２内に第２突出部７４を挿入させて、水平回転が可能なように下ケース４０に配置されている。つまり、第２突出部７４の外周面が円形窪み部５２の内周面で規制されると共に、第２突出部７４の下端が円形窪み部５２の内底面に当接状態で配されている。そして、第２突出部７４の下面中央位置には磁石７５が装着されている。

上ケース８０は合成樹脂からなり、その一端側の位置には、上下に貫通する略円形の開口部８１（図２参照）を有している。開口部８１の周囲位置には、下方に向って突出する環状突部８２（図１参照）が形成されている。環状突部８２は、上ケース８０と下ケース４０とを組み合わせたとき、下ケース４０の環状突部４２と上下で対向する位置に設けられている。

また、上ケース８０の裏面には、第１検出体６１の上方への検出体規制部８３（図１参照）が設けられている。また、同様に、図中には表れていないが第２検出体７２の上方への検出体規制部も上ケース８０の裏面に設けられている。

そして、上ケース８０は、回転体５５、第１検出体６１、第２検出体７２が配された下ケース４０上を覆うように配されて下ケース４０に結合されている。

上ケース８０と下ケース４０の結合状態で、回転体５５は、図１に示したように、薄板状に形成されている円環部分が環状突部８２と４２との間に挟まれて水平に回転可能に保持されている。上ケース８０の開口部８１と下ケース４０の開口部４１は、回転体５５の中央貫通孔５６に上下で重なり合っている。

そして、第１検出体６１は、上方への位置規制が検出体規制部８３でなされた水平回転が可能な状態で組み込まれ、第２検出体７２も同様に、上方への位置規制が図示しない検出体規制部でなされた水平回転が可能な状態で組み込まれる。

下ケース４０の箱状部４５は、上述した回転体５５や第１検出体６１、第２検出体７２の配置箇所とは、天板部４６によって隔絶されている。言い換えると、箱状部４５は、回転体５５や第１検出体６１、第２検出体７２の配置箇所に対して隔離させて設けられている。箱状部４５の開口部には樹脂製の封止部材９１が結合されて、箱状部４５内は密閉状態の空間部に構成されている。そして、この空間部が、配線基板８５の配設箇所に設定されており、配線基板８５には、第１検出体６１に装着された磁石６４用の磁気検出素子８６と、第２検出体７２に装着された磁石７５用の磁気検出素子８７と、マイコンなどからなる制御部８８が半田付けなどで装着されている。なお、配線基板８５としては、ガラスエポキシ製や紙フェノール製の硬質の材質のものを用いるとよい。

箱状部４５を形成している第２側壁部４９、第３側壁部５０の内面には、基板装着部５３が設けられている。それぞれの基板装着部５３は、内側が開口した断面視コの字状で、コの字の開口部分同士が同じ高さ位置で対向する位置関係のものに形成されている。基板装着部５３の長さとしては、図１からも判るように、第２側壁部４９、第３側壁部５０の内面の一端側から他端側までに亘って設けられており、配線基板８５は、基板装着部５３同士で対向したコの字の開口部分内に挿入されて水平状態に配置されている。なお、基板装着部５３は、配線基板８５の上下方向への位置規制をする役割も担う。

そして、上述したように、箱状部４５の開口部には樹脂製の封止部材９１が結合されており、これによって、箱状部４５内は密閉状態の空間部に構成されている。封止部材９１を結合させる手法は、接着などで行ってもよいが、レーザー溶着や超音波溶着でも可能である。

封止部材９１が結合された状態では、図１から判るように、配線基板８５は、一端側が第１側壁部４８の内面で位置規制され、他端側は封止部材９１の内面で位置規制された状態になっている。つまり、配線基板８５は、箱状部４５と封止部材９１によって構成された空間部内に、上下方向および水平方向への位置規制をされた状態で設置されている。

この配線基板８５の設置状態で、磁気検出素子８６は、天板部４６を介して磁石６４に上下で対向し、磁気検出素子８７は、天板部４６を介して磁石７５に上下で対向している。

また、配線基板８５には、Ｌ型のピンヘッダ８９が装着されている。そして、封止部材９１には、ピンヘッダ８９の基板面に水平で他端側に向って延びる複数のピン９０と共同してコネクタ部をなす矩形状のハウジング９２が設けられている。つまり、図１に示したように、ハウジング９２内の奥側の側壁部９３に複数のピン９０が挿通されて、この複数のピン９０の先端側とハウジング９２とでコネクタ部が構成されている。

以上のように、当該実施の形態による回転角度検出装置は構成されている。

自動車に搭載する際には、ステアリングの軸を回転体５５の中央貫通孔５６内に挿通させて係止させ、自動車本体から配線されたリード線の雌コネクタを、ピン９０の先端側とハウジング９２とで構成されたコネクタ部に接続させて搭載される。

以上の構成において、ステアリングホイールを回転させると、従来同様にステアリングの軸に係止された回転体５５が回転する。それに連動して第１検出体６１が回転し、さらに第１検出体６１に連動して第２検出体７２が回転する。これによって、第１検出体６１の中央に装着された磁石６４および第２検出体７２の中央に装着された磁石７５もそれぞれ回転し、各々の磁束変化を対応する磁気検出素子８６、８７が検出する。

このとき、当該構成では、配線基板８５を箱状部４５の内面と封止部材９１の内面で水平方向への位置決めがなされるようにしている。そして、その配線基板８５の設置位置での磁気検出素子８６、８７上の天板部４６位置に円形窪み部５１、５２を一体に設けたものとしている。これであれば、第１検出体６１、第２検出体７２を円形窪み部５１、５２に配するのみで、磁気検出素子８６、８７の各々の上方位置に磁石６４、７５を精度よく上下で対向させて配置させたものに構成できる。

なお、磁気検出素子８６、８７と磁石６４、７５との配置精度が高くなると、磁気検出素子８６、８７での検出精度も高くなる。

そして、磁石６４、７５の回転に応じた磁束の変化を、対応する磁気検出素子８６、８７が各々検出し、正弦波や余弦波の電圧波形からなる検出信号として出力する。

なお、第１検出体６１と第２検出体７２は歯数が異なり回転速度も異なるものとなっていることは従来と同じであり、磁気検出素子８６と８７からの周期が異なり位相のずれた検出信号と、第１検出体６１と第２検出体７２の各々の歯数から、制御部８８が所定の演算を行って、回転体５５の回転角度、即ちステアリングホイールの回転角度を検出し、その角度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ことも同様である。

以上に説明したように、当該構成では、下ケース４０に、第１検出体６１や第２検出体７２、および回転体５５の配置箇所に対して隔離される箱状部４５を設けると共に、その箱状部４５の開口部を封止部材９１で覆って空間部を備えさせたものとして、この空間部内に磁気検出素子８６、８７などを装着した配線基板８５を設置するようにしている。これであれば、下ケース４０に上ケース８０が組み合わせて構成された筐体において、例えば回転体５５の配置箇所から塵埃や水などが筐体内に侵入したとしても、その塵埃や水などが空間部に侵入することを防ぐことができる。このため、上記塵埃等を要因とする配線基板８５やそれに装着した磁気検出素子８６、８７等への影響が少なく、信頼性がより向上したものとして提案することができる。なお、搭載時については、封止部材９１のコネクタ部に接続させる相手方の雌型コネクタを防塵性や防水性に優れたコネクタを用いて搭載状態にすればよい。

なお、以上には、箱状部４５を下ケース４０に一体で設けたものを例として説明した。ここに、第１検出体６１や第２検出体７２、および回転体５５の配置箇所に対して隔離された空間部が構成されるならば、例えば箱状部４５の天板部４６を別部品で組み合わせて構成するなどとしてもよい。なお、箱状部４５や天板部４６の詳細形状は、適宜設定などを行えばよい。

また、封止部材９１を用いると空間部を容易に密閉状態に構成できるため好ましい。なお、封止部材９１のコネクタ部の有無などは適宜決定すればよい。

さらに、空間部内での配線基板８５の位置決め方式も上述した構成に限定されることはない。また、第１検出体６１と第２検出体７２の装着方式も上述した構成に限定されることはない。そして、筐体としても、下ケース４０に上ケース８０が組み合わせられる以外の構成であってもよい。

また、上記には、二つの第１検出体６１と第２検出体７２を有するものを例として説明したが、その数量や回転体５５との係合状態も限定されることはなく、また回転体５５を含めて回転時の回転伝達手段なども他の手段を用いた構成であってもよい。

なお、本発明による構成に基づく思想は、回転角度検出装置以外であっても適用可能である。

本発明における回転角度検出装置は、信頼性がより向上したものとして提供することができ、自動車のステアリングの回転角度検出用等に有用である。

４０ 下ケース
４１ 開口部
４２ 環状突部
４５ 箱状部
４６ 天板部
４７ 底板部
４８ 第１側壁部
４９ 第２側壁部
５０ 第３側壁部
５１、５２ 円形窪み部
５３ 基板装着部
５５ 回転体
５６ 中央貫通孔
５７ 平歯車部
６１ 第１検出体
６２ 平歯車部
６３ 第１突出部
６４ 磁石
７２ 第２検出体
７３ 平歯車部
７４ 第２突出部
７５ 磁石
８０ 上ケース
８１ 開口部
８２ 環状突部
８３ 検出体規制部
８５ 配線基板
８６、８７ 磁気検出素子
８８ 制御部
８９ ピンヘッダ
９０ ピン
９１ 封止部材
９２ ハウジング
９３ 側壁部

Claims (1)

1. 筐体と、
   前記筐体に回転可能に配された回転体と、
   前記回転体の回転に連動して、装着された磁石と共に回転する検出体と、
   前記磁石からの磁束の変化を検出する磁気検出素子を備えた配線基板と、を有し、
   前記筐体には、封止部材で開口が閉じられた空間部が設けられ、前記空間部の中に前記配線基板が設置されて、前記空間部の中に配された前記磁気検出素子が前記空間部の外に配置された前記磁石に対向する回転角度検出装置であって、
   前記磁石と前記磁気検出素子とは、前記筐体の前記空間部を構成している壁を介して対向し、前記壁に窪み部を設け、前記検出体が前記窪み部の内周面で規制されて、前記窪み部に回転可能に配置された回転角度検出装置。

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