特許 7514064 センサユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-02

(45)【発行日】2024-07-10

(54)【発明の名称】センサユニット

(51)【国際特許分類】

   B62D 5/04 20060101AFI20240703BHJP

   B62D 1/16 20060101ALI20240703BHJP

   H01R 12/73 20110101ALI20240703BHJP

   H01R 12/91 20110101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

B62D5/04

B62D1/16

H01R12/73

H01R12/91

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019115403

(22)【出願日】2019-06-21

(65)【公開番号】P2021000914

(43)【公開日】2021-01-07

【審査請求日】2021-11-26

【審判番号】

【審判請求日】2023-03-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000003551

【氏名又は名称】株式会社東海理化電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】福田 憲二

(72)【発明者】

【氏名】山西 雄太

【合議体】

【審判長】筑波 茂樹

【審判官】中村 則夫

【審判官】高橋 学

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１６２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６３６８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

B62D5/00-5/32

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両のステアリングシャフトと結合されるセンサユニットであって、
前記ステアリングシャフトの回転をロックする機構の動作状態に対応する信号を出力する第一センサの信号出力部が搭載されている第一回路基板と、
前記ステアリングシャフトの回転角度を検出する機構の動作状態に対応する信号を出力する第二センサの信号出力部が搭載されている第二回路基板と、
前記第一回路基板と前記第二回路基板との相対変位を許容しつつ前記第一回路基板と前記第二回路基板を電気的に接続しているコネクタと、
を備えており、
前記コネクタは、
前記第一回路基板に搭載された第一コネクタ部と、
前記第二回路基板に搭載されて前記第一コネクタ部と直接的に嵌合する第二コネクタ部と、
を含んでおり、
前記第一コネクタ部と前記第二コネクタ部の一方は、他方との嵌合方向と交差する向きに変位可能な可動部を有している、
センサユニット。

【請求項2】

前記第二センサから出力された信号を処理する回路は、前記第一回路基板に搭載されている、
請求項１に記載のセンサユニット。

【請求項3】

前記第一センサと前記第二センサとの少なくとも一方は、磁気センサである、
請求項１または２に記載のセンサユニット。

【請求項4】

前記第一回路基板と前記第二回路基板を収容する共通のハウジングを備えている、
請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両のステアリングシャフトと結合されるセンサユニットに関連する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、ステアリングロック機構と操舵角センサがステアリングシャフトと結合される構成を開示している。特許文献２は、ステアリングロック機構の動作状態を検出するセンサを開示している。部品点数削減や構造の小型化の観点から、検出対象が異なる二つのセンサをできるだけ近くに配置したいという要請がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－２１１４４０号公報

【文献】特開２０１１－２１８９４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、検出対象が異なる二つのセンサをできるだけ近くに配置したいという要請に応えつつも、各センサの検出精度の低下を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するための一態様は、車両のステアリングシャフトと結合されるセンサユニットであって、
前記ステアリングシャフトの回転をロックする機構の動作状態に対応する信号を出力する第一センサの信号出力部が搭載されている第一回路基板と、
前記ステアリングシャフトの回転角度を検出する機構の動作状態に対応する信号を出力する第二センサの信号出力部が搭載されている第二回路基板と、
前記第一回路基板と前記第二回路基板との相対変位を許容しつつ前記第一回路基板と前記第二回路基板を電気的に接続しているコネクタと、
を備えている。

【0006】

前述のように、ステアリングシャフトの回転をロックする機構の動作状態を検出するための第一センサと、ステアリングシャフトの回転角度を検出する機構の動作状態を検出するための第二センサとを、できるだけ近くに配置したいという要請がある。このような要請に応えるための方策の一つとして、第二センサの出力部も第一回路基板上に搭載することが考えられる。しかしながら、第一回路基板の位置は、ステアリングシャフトの回転をロックする機構と第一センサとの位置関係に基づいて定められているので、ステアリングシャフトの回転を検出する機構と第二センサとの位置関係を最適化できない場合がある。換言すると、第二センサの検出精度が低下する場合がある。

【0007】

上記のような構成によれば、第一回路基板の配置は、ステアリングシャフトの回転をロックする機構と第一センサとの位置関係を最適化するように定められる。他方、第二回路基板の配置は、ステアリングシャフトの回転を検出する機構と第二センサとの位置関係を最適化するように、第一回路基板とは独立して定められうる。個別に配置が定められることにより、第一回路基板と第二回路基板の位置関係はセンサユニットごとに異なりうるが、当該差異は、第一回路基板と第二回路基板との相対変位を許容しつつ両者を電気的に接続するコネクタによって吸収される。したがって、第一センサの検出精度の低下と第二センサの検出精度の低下を抑制しつつも、センサユニットの電気的構成の一部を第一回路基板と第二回路基板がコネクタを通じて共有可能な程度の近距離に配置できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態に係るセンサユニットの外観を例示している。

【図2】図１のセンサユニットにおけるロックセンサユニットの内部構成を例示している。

【図3】図１のセンサユニットにおけるアングルセンサユニットの外観を例示している。

【図4】図３のアングルセンサユニットの内部構成を例示している。

【図5】図１のセンサユニットにおける第二回路基板の外観を例示している。

【図6】図１のセンサユニットにおける第一回路基板と第二回路基板の接続状態を例示している。

【図7】フローティングコネクタ構造の動作原理を説明する図である。

【図8】図２のロックセンサユニットにおけるハウジングの外観を例示している。

【発明を実施するための形態】

【0009】

添付の図面を参照しつつ、実施形態の例について以下詳細に説明する。

【0010】

図１は、一実施形態に係るセンサユニット１の外観を例示している。センサユニット１は、車両のステアリングシャフトＳと結合されるように構成されている。センサユニット１は、ロックセンサユニット２とアングルセンサユニット３を備えている。ロックセンサユニット２は、ステアリングシャフトＳの回転をロックする機構の動作状態を検出する。アングルセンサユニット３は、ステアリングシャフトＳの回転角度を検出する。

【0011】

ロックセンサユニット２は、ハウジング２１を備えている。ハウジング２１は、ステアリングシャフトＳの外周面と対向する湾曲面２１１を有している。

【0012】

アングルセンサユニット３は、第一ハウジング３１と第二ハウジング３２を備えている。第一ハウジング３１と第二ハウジング３２は、ステアリングシャフトＳが挿通される穴３３を区画している。

【0013】

ロックセンサユニット２は、ロックバー２２を備えている。図１においては、ロックバー２２が湾曲面２１１から突出した状態が例示されている。この状態において、ロックバー２２は、ステアリングシャフトＳの外周面に形成された凹部と係合するように構成されている。ロックバー２２が凹部と係合することにより、ステアリングシャフトＳの回転が不能とされる。ロックバー２２は、ステアリングシャフトＳの径方向に沿って変位可能とされている。ロックバー２２の先端が湾曲面２１１から突出しない位置まで退避すると、ステアリングシャフトＳの回転が許容される。

【0014】

図２は、ハウジング２１内に収容されているロックセンサユニット２の構成要素の位置関係を例示している。ロックセンサユニット２は、モータ２３、伝達機構２４、スライダ２５、第一回路基板２６、および第一センサ２７をさらに備えている。

【0015】

ロックバー２２は、スライダ２５と連結されている。スライダ２５は、伝達機構２４を介してモータ２３のシャフト２３１と連結されている。スライダ２５は、ステアリングシャフトＳの径方向に沿って変位可能とされている。ステアリングシャフトＳのロックまたはロック解除を行なうための制御信号が外部より入力されると、モータ２３のシャフト２３１が回転駆動される。伝達機構２４は、シャフト２３１の回転運動をスライダ２５の変位に変換する。ロックバー２２、モータ２３、伝達機構２４、およびスライダ２５は、ステアリングシャフトＳの回転をロックする機構の一例である。

【0016】

ステアリングシャフトＳのロックを行なうための制御信号が入力されると、スライダ２５がステアリングシャフトＳに接近する変位を行なうようにモータ２３が駆動される。これにより、ロックバー２２の先端がハウジング２１の湾曲面２１１から突出する。このときのスライダ２５の位置をロック位置と称する。ステアリングシャフトＳのロック解除を行なうための制御信号が入力されると、スライダ２５がステアリングシャフトＳから離れる変位を行なうようにモータ２３が駆動される。これにより、ロックバー２２の先端が湾曲面２１１から突出しない位置まで退避する。このときのスライダ２５の位置をロック解除位置と称する。

【0017】

第一センサ２７は、スライダ２５の位置を検出する。第一センサ２７は、第一ホール素子２７１、第二ホール素子２７２、および磁石２７３を含んでいる。第一ホール素子２７１と第二ホール素子２７２は、第一回路基板２６の第一主面２６１に搭載されている。第一回路基板２６は、第一主面２６１がスライダ２５の変位方向に沿うように配置されている。磁石２７３は、スライダ２５に装着されている。

【0018】

第一ホール素子２７１と第二ホール素子２７２の各々は、磁石２７３の磁力を検出すると検出信号を出力するように構成されている。第一ホール素子２７１は、スライダ２５がロック位置にあるときに磁石２７３と対向する位置に配置されている。第二ホール素子２７２は、スライダ２５がロック解除位置にあるときに磁石２７３と対向するように配置されている。

【0019】

したがって、第一センサ２７は、スライダ２５がロック位置とロック解除位置のいずれに位置しているのかに応じて、第一ホール素子２７１と第二ホール素子２７２のいずれから検出信号を出力する。換言すると、第一センサ２７は、ステアリングシャフトＳの回転をロックする機構の動作状態に対応する信号を出力する。第一ホール素子２７１と第二ホール素子２７２は、第一センサ２７の信号出力部の一例である。

【0020】

図３は、アングルセンサユニット３の外観を例示している。図４は、第一ハウジング３１と第二ハウジング３２内に収容されているアングルセンサユニット３の構成要素の位置関係を例示している。

【0021】

アングルセンサユニット３は、第一ギア３４１、第二ギア３４２、第三ギア３４３、第二回路基板３５、および第二センサ３６をさらに備えている。図５は、第二回路基板３５の外観を例示している。

【0022】

図４に例示されるように、第一ギア３４１は、穴３３の縁に沿って延びる環形状を有している。第一ギア３４１の内周面３４１ａには係合部材３４１ｂが設けられている。係合部材３４１ｂは、ステアリングシャフトＳの外周面と係合するように構成されている。したがって、ステアリングシャフトＳが回転すると、第一ギア３４１もまた回転する。

【0023】

第一ギア３４１は、第二ギア３４２と噛合している。第二ギア３４２は、第三ギア３４３と噛合している。したがって、第一ギア３４１が回転すると、第二ギア３４２と第三ギア３４３もまた回転する。第一ギア３４１、第二ギア３４２、および第三ギア３４３は、ステアリングシャフトの回転角度を検出する機構の一例である。

【0024】

第二センサ３６は、ステアリングシャフトＳの回転角度を検出する。第二センサ３６は、第一ホール素子３６１、第二ホール素子３６２、第一磁石３６３、および第二磁石３６４を含んでいる。

【0025】

図４に例示されるように、第一磁石３６３は、第二ギア３４２に装着されている。第二磁石３６４は、第三ギア３４３に装着されている。図５に例示されるように、第一ホール素子３６１と第二ホール素子３６２は、第二回路基板３５の第一主面３５１に搭載されている。図３に例示された状態において、第二回路基板３５は、第一ホール素子３６１が第一磁石３６３と対向し、第二ホール素子３６２が第二磁石３６４と対向するように配置されている。

【0026】

第一ホール素子３６１は、第二ギア３４２の回転に伴って変化する第一磁石３６３の磁極の向きに応じて強度が周期的に変化する検出信号を出力する。第二ホール素子３６２は、第三ギア３４３の回転に伴って変化する第二磁石３６４の磁極の向きに応じて強度が周期的に変化する検出信号を出力する。第一磁石３６３の磁極の向きと第二磁石３６４の磁極の向きは、第一ホール素子３６１から出力される検出信号と第二ホール素子３６２から出力される検出信号の位相が異なるように定められている。

【0027】

したがって、ステアリングシャフトＳに係合された第一ギア３４１の回転角度に応じて、第一ホール素子３６１から出力される検出信号の強度と第二ホール素子３６２から出力される検出信号の強度が変化する。換言すると、第二センサ３６は、ステアリングシャフトＳの回転を検出する機構の動作状態に対応する信号を出力する。第一ホール素子３６１と第二ホール素子３６２は、第二センサ３６の信号出力部の一例である。

【0028】

図２に例示されるように、センサユニット１は、コネクタ４を備えている。図６は、コネクタ４の構成の一例を示している。コネクタ４は、第一回路基板２６と第二回路基板３５との相対変位を許容しつつ、第一回路基板２６と第二回路基板３５を電気的に接続している。すなわち、第一回路基板２６と第二回路基板３５は、センサユニット１における電気的構成の一部を共有している。

【0029】

より具体的には、コネクタ４は、第一コネクタ部４１と第二コネクタ部４２を備えている。第一コネクタ部４１は、第一回路基板２６の第二主面２６２に搭載されている。第二コネクタ部４２は、第二回路基板３５の第二主面３５２に搭載されている。第一コネクタ部４１と第二コネクタ部４２は直接的に嵌合するように構成されている。本実施形態においては、第一コネクタ部４１がいわゆるフローティングコネクタ構造を有することにより、第一回路基板２６と第二回路基板３５との相対変位が許容されている。

【0030】

図７の（Ａ）に例示されるように、第一コネクタ部４１は第一嵌合軸Ａ１を有しており、第二コネクタ部４２は、第二嵌合軸Ａ２を有している。第一コネクタ部４１と第二コネクタ部４２の嵌合方向は、第一嵌合軸Ａ１と第二嵌合軸Ａ２の延びる向きに沿っている。しかしながら、同図に示されるように、第一コネクタ部４１の第一嵌合軸Ａ１と第二コネクタ部４２の第二嵌合軸Ａ２が、嵌合方向と交差する向きにずれている場合がある。

【0031】

本実施形態に係る第一コネクタ部４１は、第二コネクタ部４２との嵌合方向と交差する向きに変位可能な可動部４１１を有している。可動部４１１が変位することにより、図７の（Ｂ）に例示されるように、第一嵌合軸Ａ１と第二嵌合軸Ａ２が嵌合方向と交差する向きにずれたままでも第一コネクタ部４１と第二コネクタ部４２の直接的嵌合を成立させることができる。

【0032】

前述のように、ステアリングシャフトＳの回転をロックする機構の動作状態を検出するための第一センサ２７と、ステアリングシャフトＳの回転角度を検出する機構の動作状態を検出するための第二センサ３６とを、できるだけ近くに配置したいという要請がある。このような要請に応えるための方策の一つとして、第一ホール素子３６１と第二ホール素子３６２も第一回路基板２６上に搭載することが考えられる。しかしながら、第一回路基板２６の位置は、ステアリングシャフトＳの回転をロックする機構と第一センサ２７との位置関係に基づいて定められているので、ステアリングシャフトＳの回転を検出する機構と第二センサ３６との位置関係を最適化できない場合がある。換言すると、第二センサ３６の検出精度が低下する場合がある。

【0033】

上記のような構成によれば、第一回路基板２６の配置は、ステアリングシャフトＳの回転をロックする機構と第一センサ２７との位置関係を最適化するように定められる。他方、第二回路基板３５の配置は、ステアリングシャフトＳの回転を検出する機構と第二センサ３６との位置関係を最適化するように、第一回路基板２６とは独立して定められうる。個別に配置が定められることにより、第一回路基板２６と第二回路基板３５の位置関係はセンサユニット１ごとに異なりうるが、当該差異は、第一回路基板２６と第二回路基板３５との相対変位を許容しつつ両者を電気的に接続するコネクタ４によって吸収される。したがって、第一センサ２７の検出精度の低下と第二センサ３６の検出精度の低下を抑制しつつも、センサユニット１の電気的構成の一部を第一回路基板２６と第二回路基板３５がコネクタ４を通じて共有可能な程度の近距離に配置できる。

【0034】

第一回路基板２６と第二回路基板３５との相対変位を許容しつつ第一回路基板２６と第二回路基板３５を電気的に接続できるのであれば、第一コネクタ部４１と第二コネクタ部４２の間は、フラットフレキシブルケーブルによって接続されてもよい。

【0035】

しかしながら、本実施形態のように第一コネクタ部４１がフローティングコネクタ構造を有することによって、第二コネクタ部４２との直接的な嵌合が可能とされ、第一回路基板２６と第二回路基板３５をより近づけることができる。

【0036】

フローティングコネクタ構造は、第一コネクタ部４１に代えて第二コネクタ部４２が有していてもよい。

【0037】

図２に例示されるように、本実施形態においては、第二センサ３６から出力された信号を処理する回路３７は、第一回路基板２６に搭載されている。すなわち、第一ホール素子３６１と第二ホール素子３６２から出力された信号は、コネクタ４を通じて第一回路基板２６上の処理回路へ送られ、処理に供される。

【0038】

このような構成によれば、第二回路基板３５に搭載される回路要素を必要最小限にできるので、アングルセンサユニット３の大型化を抑制できる。しかしながら、第一回路基板２６と第二回路基板３５により共有される電気的要素の範囲は、適宜に定められうる。

【0039】

本実施形態においては、第一センサ２７は、磁気センサである。この場合、センサ素子を第一回路基板２６上に集約しやすく、ロックセンサユニット２の大型化を抑制できる。しかしながら、ステアリングシャフトＳの回転をロックする機構の動作状態を検出できるのであれば、光学センサや機械式スイッチなどの適宜の構成が採用されうる。

【0040】

本実施形態においては、第二センサ３６は、磁気センサである。この場合、センサ素子を第二回路基板３５上に集約しやすく、アングルセンサユニット３の大型化を抑制できる。しかしながら、ステアリングシャフトＳの回転を検出する機構の動作状態を検出できるのであれば、光学センサや機械式スイッチなどの適宜の構成が採用されうる。

【0041】

本実施形態においては、図８に例示されるように、ロックセンサユニット２のハウジング２１が、アングルセンサユニット３の第二回路基板３５を収容する収容部２１２を有している。換言すると、ハウジング２１は、第一回路基板２６と第二回路基板３５を収容する。

【0042】

このような構成によれば、コネクタ４によって接続された後の第一回路基板２６と第二回路基板３５との相対変位を抑制できる。したがって、第一センサ２７の検出精度の低下と第二センサ３６の検出精度の低下をさらに抑制できる。

【0043】

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。

【符号の説明】

【0044】

１：センサユニット、２１：ハウジング、２２：ロックバー、２３：モータ、２４：伝達機構、２５：スライダ、２６：第一回路基板、２７：第一センサ、２７１：第一ホール素子、２７２：第二ホール素子、２７３：磁石、３４１：第一ギア、３４２：第二ギア、３４３：第三ギア、３５：第二回路基板、３６１：第一ホール素子、３６２：第二ホール素子、３６３：第一磁石、３６４：第二磁石、３７：回路、４：コネクタ、４１：第一コネクタ部、４１１：可動部、４２：第二コネクタ部、Ｓ：ステアリングシャフト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】