(57)【要約】【課題】回転角検出装置の組み付け状態において、その取り外しやメンテナンス作業を容易化する。【解決手段】回転角検出装置１０は、例えば回転コネクタ２０と一体化されており、ロータスナップ２４の外周に主動ギヤ３０，３２が形成されている。主動ギヤ３０，３２と噛み合う従動ギヤ４４はカートリッジ４０に回転可能に支持されており、この他にもカートリッジ４０内には磁気センサやマイクロコンピュータ等を実装した回路基板が収容されている。また回転角検出装置１０は着脱機構３４を有している。この着脱機構３４によりカートリッジ４０を容易に着脱することができるので、回転角検出装置１０の組み付け後においても、各種部品の交換や改良、修理等の作業が容易である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸線を中心に回転する検出対象物に取り付けられ、この検出対象物と一体に回転する主動ギヤと、
この主動ギヤに噛合して回転する従動ギヤを支持するカートリッジと、
このカートリッジを着脱可能とし、前記第1の軸線と直交する第1平面に沿って前記支持体を往復動可能に案内すると共に、前記従動ギヤが前記主動ギヤに噛合する位置で前記カートリッジを保持する装着機構と
を備えたことを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転角検出装置において、
前記装着機構は、前記カートリッジを着脱する着脱部と、この着脱部に装着された前記カートリッジを往復動可能に案内するガイド部と、前記従動ギヤと前記主動ギヤとが噛合する位置で前記カートリッジを保持する保持部とを有することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転角検出装置において、
前記カートリッジは、前記従動ギヤを前記主動ギヤに弾性的に押し付ける弾性付勢部を有することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の回転角検出装置において、
前記検出対象物はステアリングシャフトであり、
前記主動ギヤは、前記ステアリングシャフトに取り付けられた回転コネクタの固定側ハウジングの下面から前記第1軸線に沿って突出された可動側ハウジングの一部に形成され、前記着脱機構は前記固定側ハウジングに一体的に取り付けられることを特徴とする回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両のステアリング軸等の回転角を検出する回転角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の回転角検出装置は、運転者のステアリングホイールの操作により回転されるステアリング軸の回転角を検出する用途などに適している。回転角の検出には、一般的にステアリング軸の回転に連動して主動ギヤを一体に回転させつつ、この主動ギヤと噛み合う複数の従動ギヤ同士に生じる回転の位相差を利用して絶対角を算出する手法が採用されている。
【０００３】
このため従来、回転角検出装置は主動ギヤ、従動ギヤをはじめ各種の部品をハウジング内に収容して車両のステアリングコラム（シュラウド）内に取り付けられる形態が一般的である（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、回転角検出装置はそのハウジング内にステアリング軸を挿通させた状態でステアリングコラム内に取り付けられる。ハウジング内では、歯数の異なる２段の主動ギヤがステアリング軸と一体回転可能に支持されており、各段の主動ギヤと噛み合う２つの従動ギヤは、ハウジング内で軸受部材により回転自在に支持されている。このため運転者がステアリングホイールを操作すると、その回転に連動してステアリング軸と一体に各段の主動ギヤが回転するが、このとき２つの従動ギヤは、２段ある主動ギヤ間の歯数差によって回転角が異なる。したがって、このときの各従動ギヤの回転角を磁気センサで検出し、マイクロコンピュータで演算処理を行うことにより、２つの従動ギヤ間の位相差からステアリング軸の絶対角度をリアルタイムに検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３４５７３号公報（段落００２３〜００３０、図１、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、車両のステアリング軸をハウジング内に挿通させた状態で回転角検出装置を設置する形態は、車両の組み立て後において修理などが必要な場合、回転角検出装置だけを取り外すことはできず、そのメンテナンス作業には周辺部品（ステアリングホイール、エアバッグ装置、ステアリングスイッチモジュール等）の分解・取り外しを伴うため、作業そのものが極めて困難である。
【０００６】
そこで本発明は、組み付け状態にある回転角検出装置に修理の必要が生じた場合などにおいて、その取り外しやメンテナンス作業を容易化することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の回転角検出装置は、第１の軸線を中心に回転する検出対象物に取り付けられ、この検出対象物と一体に回転する主動ギヤと、この主動ギヤに噛合して回転する従動ギヤを支持するカートリッジと、このカートリッジを着脱可能とし、第1の軸線と直交する第1平面に沿ってカートリッジを往復動可能に案内すると共に、従動ギヤが主動ギヤに噛合する位置でカートリッジを保持する装着機構とを備える。
【０００８】
上記の回転角検出装置は、カートリッジを着脱できるため、検出対象物に組み付けた状態にあるカートリッジの従動ギヤに修理の必要などが生じた場合、その取り外しやメンテナンス作業を容易に行うことができる。また、もし分解能の異なる回転角検出装置が求められた場合、所望の分解能に対応する従動ギヤを備えたカートリッジを適宜選択して装着機構に取り付けることができ、所望の分解能の回転角検出装置を容易に構成することもできる。
【０００９】
また、本発明による装着機構は、カートリッジを着脱する着脱部と、この着脱部に装着されたカートリッジを往復動可能に案内するガイド部と、従動ギヤと前記主動ギヤとが噛合する位置でカートリッジを保持する保持部とを有するのが好ましい。
かかる構成によって、着脱部に装着したカートリッジをガイド部に沿って移動させて主動ギヤに従動ギヤを容易にかつ確実に噛合させることができる。
【００１０】
また本発明による装着機構は、カートリッジが、主動ギヤに従動ギヤを弾性的に押し付ける弾性付勢部を有する構成であることが望ましい。かかる構成により、主動ギヤと従動ギヤとをガタなく噛み合わせて角度検出できるので、角度の検出精度を向上できる。
【００１１】
さらに、本発明による装着機構は、検出対象物がステアリングシャフトであり、
主動ギヤがステアリングシャフトに取り付けられた回転コネクタの固定側ハウジングの下面から前記第1軸線に沿って突出された可動側ハウジングの一部に形成され、ガイド部がステータに取り付けられる構成であるのが好ましい。かかる構成により、回転コネクタの一部を角度検出装置の構成と共用することができ、部品点数を削減したコンパクトな回転角検出装置を構成できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明の回転角検出装置は、その組み付け後に修理の必要が生じた場合などにおいてもメンテナンス作業を容易に行うことができる。また、もし分解能の異なる回転角検出装置が求められた場合、所望の分解能に対応する従動ギヤを備えたカートリッジを適宜選択して装着機構に取り付けることができ、所望の分解能の回転角検出装置を容易に構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の回転角検出装置の斜視図である。
【図２】装着機構からカートリッジを分離した状態を示す斜視図である。
【図３】カートリッジを装着機構から取り外した状態で構成部品に分解して示した斜視図である。
【図４】カートリッジの組み立て状態を示す斜視図である。
【図５】カートリッジを装着する際の一連の動作を連続的に示した拡大図（１／３）である。
【図６】カートリッジを装着する際の一連の動作を連続的に示した拡大図（２／３）である。
【図７】カートリッジを装着する際の一連の動作を連続的に示した拡大図（３／３）である。
【図８】カートリッジが装着された状態で主動ギヤと各従動ギヤとの噛み合い関係を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、一実施形態の回転角検出装置１０の斜視図である。この回転角検出装置１０は、例えば回転コネクタ２０と一体化された構造であり、検出対象部物としての、車両のステアリング軸の回転角を絶対角として検出するステアリング角センサとしての用途に適している。
【００１６】
このため回転角検出装置１０は、その中央に挿通孔１０ａが厚み方向に貫通して形成されており、回転角検出装置１０は、この貫通孔１０ａ内に図示しない車両のステアリング軸を挿通させた状態で、図示しないステアリングモジュールに取り付けられるものとなっている。回転角検出装置１０を取り付けた状態では、図示しないステアリング軸の回転軸が挿通穴１０ａの中心軸線ＣＬ（第１の軸線）に略合致する。
【００１７】
回転角検出装置１０に一体化された回転コネクタ２０は、ハンドル側に設けられたエアバック・インフレータなどの電気的接続手段として用いられるものであり、合成樹脂製の可動側ハウジングとしての内筒体を備えたロータ２２と、合成樹脂製の固定側ハウジングとしてのケース２６との間に形成される環状空間内に図示しない可撓性ケーブルが収容・巻回されている。ロータ２２は、ケース２６の下面である底板２６ａ側からロータ２２の内筒体と連結されるロータスナップ２４を有しており、これらロータ２２及びロータスナップ２４がケース２６により回転自在に支持されている。なお、これらロータ２２及びロータスナップ２４は、ステアリング軸と一体的に連結されており、中心軸線ＣＬを中心として回転する。
【００１８】
ケース２６は、底板２６ａ及び外筒体２６ｂを有しており、これらは中心軸線ＣＬの方向に連結して組み合わされている。
【００１９】
上記の可撓性ケーブルは、その一端がロータ２２のコネクタ導出部２２ａ内に装着されたコネクタ（図示省略）に接続されており、他端がケース２６のコネクタ導出部２６ｃ内に装着されたコネクタ（図示省略）に接続されている。なお、これらコネクタ導出部２２ａ，２６ｃのコネクタには図示しない外部コネクタが接続されるものとなっている。
【００２０】
図１に示すように、底板２６ａから外方に突出したロータスナップ２４の外周には、中心軸線ＣＬに沿って２段の主動ギヤ３０，３２が一体に形成されている。このため図示しないステアリング軸が回転すると、中心軸線ＣＬの周りに主動ギヤ３０，３２が回転する。なお、これら主動ギヤ３０，３２は互いに歯数が異なっている。
【００２１】
回転コネクタ２０のケース２６には、底板２６ａの外面に装着機構３４が設けられており、この装着機構３４にカートリッジ４０が装着されている。このカートリッジ４０は、図８に示すように、２つの従動ギヤ４４の一部を露出させた状態で回転自在に支持・内蔵しており、これら従動ギヤ４４，４４が上記の主動ギヤ３０，３２にそれぞれ噛み合わされている。
【００２２】
図２は、装着機構３４からカートリッジ４０を分離した状態を示す斜視図である。
【００２３】
装着機構３４は、帯状金属板を所定形状に加工した一対の金属板を底板２６ａに一体成形したものからなり、この一対の加工金属板が、ロータスナップ２４の両側から回転コネクタの径方向外方（図中下方）へ向けて平行に延びるよう設けられている。装着機構３４は、カートリッジ４０を着脱する着脱部３４ａと、中心軸線ＣＬと直交する第1平面と平行な面、すなわち底板２６ａの下面に沿ってカートリッジ４０を往復動可能に案内するガイド部としての、平行な一対のフレーム部３４ｂと、従動ギヤ４４，４４が主動ギヤ３０，３２に噛合する位置でカートリッジ４０を保持する保持部３４ｃとを有する。
【００２４】
各着脱部３４ａは、帯状金属板の先端部分が曲げ加工されたＵ字形状部Ａと、このＵ字形状部Ａと連設され撓み変形可能な撓み部Ｂとから構成される。装着機構３４において着脱部３４ａ，３４ａは、各Ｕ字形状部Ａの自由端同士が対向するように配置されている。各フレーム部３４ｂは、カートリッジ４０に形成された突条部４３の側壁及び下面をガイド可能なように、横断面がＬ字形状をなしており、装着機構３４ではＬ字形状の自由端同士が対向するように配置されている。このため、カートリッジ４０が着脱部３４ａから挿入されると、両側のフレーム部３４ｂによりカートリッジ４０が両側から抱え込まれるようにして保持されてガイドされる。
また、各保持部３４ｃは、着脱部３４ａのＵ字形状部Ａの自由端で構成される。このため、着脱部３４ａから挿入されたカートリッジ４０がフレーム部３４ｂに沿って案内されて、主動ギヤ３０，３２に従動ギヤ４４，４４が噛合する位置に至ると、図７に示すように、各保持部３４ｃがカートリッジ４０を保持する。具体的には、図７に示すように、カートリッジ４０側面の後端側（図中下側）、すなわち、装着機構３４へのカートリッジ４０の挿入側と反対側に形成された段差面４３ｅに各保持部３４ｃが係止されてカートリッジ４０が保持される。
【００２５】
図３は、カートリッジ４０を装着機構３４から取り外した状態で分解して示した斜視図である。以下、カートリッジ４０の構成について説明する。
【００２６】
カートリッジ４０は、例えば合成樹脂製のホルダ４２を有している。ホルダ４２は、平面視の外形が全体的に略矩形状をなすプレート部４２ａを有し、プレート部４２ａにはロータスナップ２４と対向する部分がロータスナップ２４の外周形状に倣って凹状に湾曲している。プレート部４２ａには、その周縁から逆方向にそれぞれ起立された周壁部４２ｂが形成されている。このためホルダ４２は、ロータスナップ２４の外周形状に倣って凹状に湾曲する湾曲面４２ｃを有し、プレート部４２ａの表裏両面には、外方に開口する空間を有している。なお、湾曲面４２ｂには、図４に示すように、従動ギヤ４４，４４の一部を露出するスリット４２ｄ、４２ｄが形成される。
【００２７】
またホルダ４２の周壁部４２ｂの両側面、すなわち、各フレーム部３４ｃと対向する面には、図３に示すように、それぞれ周壁部４２ｂから外方へ突出する突条部４３が形成されている。これら突条部４３は、カートリッジ４０の先端側（図中上側）、すなわち装着機構３４へのカートリッジ４０の挿入側には傾斜面４３ａを有し、後端側（図中下側）には周壁部４２ｂとの間に段部をなす段差面４３ｅを有する。各傾斜面４３ａは、カートリッジ４０が着脱部３４ａに挿入されるとき、傾斜部４３ａと当接するＵ字形状部Ａを外方へ変位させるよう形成されている。一方段差面４３ｅは、カートリッジ４０の従動ギヤ４４，４４と主動ギヤ３０，３２とが噛合する位置にあるとき、図７に示すように、保持部３４ｃ、３４ｃが係止されるように形成される。
【００２８】
図３中のプレート部４２ａの背面（図示されていない面）側に形成される空間内には、２つの従動ギヤ４４が収容される。各従動ギヤ４４には、ホルダ４２に向けて突出する軸部４４ａが形成され、それら軸部４４ａの一端にリング状の磁石４６が取り付けられる。
【００２９】
プレート部４２ａには、各従動ギヤ４４の軸部４４ａを回転自在に支持し、かつ、カートリッジ４０をそのガイド方向（図中上下方向）に移動可能に支持する凹溝状の軸受部４９が形成されており（図８）、また、磁石４６に対応して２つの貫通孔４５が形成されている（図３）。
【００３０】
図８に示すように、プレート部４２ａの背面には、各軸受部４４の近傍に、弾性付勢部としてのリーフスプリング４８が取り付けられる。これらリーフスプリング４８は、カートリッジ４０が保持部３４ｃに保持された状態（図７の状態）において、主動ギヤ３０，３２の中心部へ向けて各従動ギヤ４４を弾性的に付勢するように各軸部４４ａに当接されるもので、それらリーフスプリング４８の両端部が各軸受部４９の両側に立設された２本ずつの支持ピン４７間に挟み込まれて支持されている。このため本実施形態では、リーフスプリング４８の反発力を用いて主動ギヤ３０，３２と各従動ギヤ４４との噛み合い状態を良好に維持でき、回転角の検出精度を良くすることができる。
【００３１】
上カバー５０は、従動ギヤ４４やリーフスプリング４８が収容されたホルダ４２に取り付けられ、ねじ孔５０ａを通したねじによって固定される。
【００３２】
一方、図３でみてプレート部４２ａの前面（図示されている手前側の面）に形成される空間Ｓ内には、回路基板５２が収容される。この回路基板５２には、図示しないマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）をはじめ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリデバイス、Ｉ／Ｏ等の周辺ＩＣの他、２つの磁気センサ５４が実装されており、これらが所定の配線パターンを通じて接続されている。なお磁気センサ５４には、例えばＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）センサが用いられている。また回路基板５２にはコネクタピン５６が実装されており、このコネクタピン５６はホルダ４２のコネクタ導出部４２ｄ内に配置されるように挿通される。
【００３３】
回路基板５２は図示しないねじにより固定される。この状態で２つの磁気センサ５４は、それぞれ対応する貫通孔４５を介して上記の磁石４６に対向する。磁気センサ５４は、磁石４６の回転に伴う磁界の方向の変化を検出し、これを回転角信号として出力する。図示しないマイクロコンピュータは、各磁気センサ５４からの回転角信号から２つの従動ギヤ４４の位相差を演算し、補正処理を行って主動ギヤ３０（ステアリング軸）の絶対角度を算出する。
【００３４】
下カバー５８は、上記の回路基板５２が収容されたホルダ４２にねじなどで取り付けられる。
【００３５】
図４は、カートリッジ４０の斜視図である。２つの従動ギヤ４４は、それぞれの歯の一部がスリット４２ｃからカートリッジ４０の外側に露出している。これらの従動ギヤ４４は、カートリッジ４０を装着機構３４に装着すると主動ギヤ３０，３２にそれぞれ噛み合わされる。
【００３６】
次に、装着機構３４によるカートリッジ４０の着脱方法について説明する。図５〜図７は、カートリッジ４０を装着する際の一連の動作を連続的に示した拡大図である。なお、これらの図において、装着機構３４及びカートリッジ４０は直線Ｘ-Ｘに対し線対称に構成されているので、これらの図では片側（左側）を示して説明する。
【００３７】
図５において、装着機構３４の差込口（受入口）となる着脱部３４ａにカートリッジ４０の先端側の部分を挿入すると、突条部４３の傾斜面４３ａが着脱部３４ａのＵ字部Ａに当接し、さらにカートリッジ４０を挿入していくと、図中に二点鎖線で示されるように、カートリッジ４０の傾斜面４３ａによってＵ字形状部Ａが外方へ変位するように撓み部Ｂが押し広げられる。
【００３８】
次に図６に示されているように、さらにカートリッジ４０を着脱機構３４内に押し込むように挿入させていくと、Ｕ字形状部Ａの自由端が突条部４３の側面上に乗り上げて摺動するようになり、やがて、図中二点鎖線のように、突条部４３の側面と下面の一部がフレーム部３４ｂに沿って往復動可能に案内されるようになる。
【００３９】
そして、カートリッジ４０をさらに押し込むと、図７に示すように、各従動ギヤ４４が主動ギヤ３０，３２に噛み合う状態となり、スナップ部材３４ｂの弾性変形が復元して、保持部３４ｃ（Ｕ字形状部Ａの自由端）が段差面４３ｃに係止される。この状態で、カートリッジ４０が保持部３４ｃで安定的に保持され、カートリッジ４０のフレーム部３４ｃの沿った位置が規制される。
【００４０】
図８は、装着機構３４にカートリッジ４０が装着・保持された状態における主動ギヤ３０，３２と各従動ギヤ４４との噛み合い関係を示す部分断面図である。
【００４１】
なお、着脱機構３４からのカートリッジ４０の取り外しは以下の手順で行うことができる。先ず図８の状態において、カートリッジ４０を下方にスライド可能となる状態になるまで撓み部Ｂを変形させＵ字形状部Ａを外方へ移動させて、この状態でカートリッジ４０をある程度下方にスライドさせ突条部４３の側面に各保持部３４ｃを接触させると、カートリッジ４０をスライドさせるだけで着脱機構３４からの取り外しを行うことができる。
【００４２】
したがって、以上の着脱作業を容易に行うことができる。このように、本発明の回転角検出装置は、中心軸線ＣＬを中心に回転するステアリング軸と一体に回転する主動ギヤ３０，３２と、この主動ギヤ３０，３２に噛合して回転する従動ギヤ４４，４４を支持するカートリッジ４０と、このカートリッジ４０を着脱可能とし、中心軸線ＣＬと直交する第1平面としての底板２６ａに沿ってカートリッジ４０を往復動可能に案内すると共に、従動ギヤ４４，４４が主動ギヤ３０，３２に噛合する位置でカートリッジ４０を保持する装着機構３４とを備えるので、従動ギヤ４４，４４に修理の必要などが生じた場合、その取り外しやメンテナンス作業を容易に行うことができる。また、もし分解能の異なる回転角検出装置が求められた場合、所望の分解能に対応する従動ギヤ４４，４４を備えたカートリッジ４０を適宜選択して装着機構３４に取り付けることができ、所望の分解能の回転角検出装置を容易に構成することもできる。また、装着機構３４が、カートリッジ４０を着脱する着脱部３４ａと、カートリッジ４０を往復動可能に案内するフレーム部３４ｂ（ガイド部）と、従動ギヤ４４，４４が主動ギヤ３０，３２に噛合する位置でカートリッジ４０を保持する保持部３４ｃとを有するので、着脱部３４ａに装着したカートリッジ４０をフレーム部３４ａに沿って移動させて、主動ギヤ３０，３２に従動ギヤ４４，４４を容易にかつ確実に噛合させることができる。さらに、カートリッジ４０が、主動ギヤ３０，３２に従動ギヤ４４を弾性的に押し付けるリーフスプリング４８（弾性付勢部）を有するので、主動ギヤ３０，３２と従動ギヤ４４，４４とをガタなく噛み合わせて角度検出でき、角度の検出精度を向上できる。また、検出対象物をステアリング軸とし、主動ギヤ３０，２３をステアリング軸に取り付けた回転コネクタ２０のロータスナップ２２に形成し、装着機構３４を回転コネクタ２０のケース２６（底板２６ａ）に取り付けた構成としたので、回転コネクタ２０の一部を角度検出装置の構成と共用でき、部品点数を削減したコンパクトな回転角検出装置を構成できる。
【００４３】
本発明は上述した一実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施可能である。一実施形態では、回転角検出装置１０を車両のステアリング角センサとして例示しているが、回転角検出装置１０を車両以外のステアリング角センサとして使用してもよい。
【００４４】
また一実施形態では、２段の主動ギヤ３０，３２を用いているが、１段のギヤだけで主動ギヤが構成されていてもよい。
【００４５】
一実施形態では弾性部材にリーフスプリング４８を用いているが、コイルスプリング等の別の形態を用いてもよい。また弾性部材をゴムや合成樹脂により成型することも可能である。
【００４６】
また回転角検出装置１０は、特に回転コネクタ２０と一体化されている必要はなく、単独のユニットとして構成される形態であってもよい。
【００４７】
その他、装着機構３４として、金属加工板を主構成とした例を示したが、カートリッジ４０を着脱可能で、中心軸ＣＬと直交する平面に沿ってカートリッジ４０を往復動可能に案内すると共に、従動ギヤ４４，４４が主動ギヤ３０，３２に噛合する位置でカートリッジ４０を保持する構成を有するものであれば他の構成であってもよく、一実施形態で挙げた各部の具体的な形態はあくまで好ましい例示であり、本発明の実施に際してこれらを適宜に変更してもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０    回転角検出装置
２０    回転コネクタ
２２    ロータ
２４    ロータスナップ
２６    ケース
３０，３２  主動ギヤ
３４    装着機構
３４ａ  着脱部
３４ｂ  フレーム部（ガイド部）
３４ｃ  保持部
４０    カートリッジ
４２    ホルダ
４４    従動ギヤ
４６    磁石
４８    リーフスプリング
４９    軸受部
５４    磁気センサ
５２    回路基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010256088.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010256088.tif 000008
【図７】
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【図８】
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