(57)【要約】【課題】分解能が１．５度以下で、しかも３６０度の区切りの良い公約数となる多回転体に適用可能な絶対角検出装置を提供する。【解決手段】絶対角検出装置を、回転ディスク１と、回転ディスク１の表側の面に設けられたコードパターン列２，３と、コードパターン列２，３に対向して配置された複数個の検出素子４〜８，１１〜１３と、回転ディスク１の裏側の面に形成された渦巻状案内溝１７と、渦巻状案内溝１７に操作子１８ａが係合された位置検出器１８とを含んで構成する。複数個の検出素子４〜８，１１〜１３から供給される複数個のコード符号の組合せにより得られるグレイコードを循環型グレイコードとする。また、位置検出器１８から供給される操作子１８ａの移動位置に応じた信号に基づいて回転ディスクの１回転以上の回転量を検出する。【選択図】図３
2006194773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に回転可能に保持された回転ディスクと、回転ディスクの回転中心を中心とする円周上に設けられたコードパターン列と、該コードパターン列に対向して配置され、複数個のコード符号を検出する複数個の検出素子と、該複数個の検出素子から供給される前記複数個のコード符号をそれぞれ前記回転ディスクの回転角度に変換する変換手段と、前記回転ディスクに形成された渦巻状案内部と、該渦巻状案内部に係合する操作子を備える位置検出器とを有し、
前記複数個の検出素子から供給される複数個のコード符号の組合せにより得られるコード列を組み合わせて、１セクタ内で隣接するコード列が１ビットずつ変化しており、かつ前記１セクタの最初のコード列と最後のコード列とが１ビット変化するように設定されたグレイコードを生成し、前記回転ディスクの１回転内の絶対角を検出すると共に、
前記位置検出器から供給される前記操作子の移動位置に応じた信号に基づいて前記回転ディスクの１回転以上の回転量を検出することを特徴とする絶対角検出装置。
【請求項２】
前記位置検出器として前記操作子が直線的に往復動する位置検出器を用い、該位置検出器を前記回転ディスクの前記渦巻状案内部形成面と対向に配置したことを特徴とする請求項１に記載の絶対角検出装置。
【請求項３】
前記位置検出器として前記操作子が旋回して往復動する位置検出器を用い、該位置検出器の回転軸に取り付けられたアームの他端に前記渦巻状案内部と係合する前記操作子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の絶対角検出装置。
【請求項４】
前記コードパターン列が前記回転ディスクに形成された突起群からなり、前記回転ディスクの回転中心を中心として同心円状に２列以上形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の絶対角検出装置。
【請求項５】
前記コードパターン列は、第１コードパターン列と第２コードパターン列とからなり、前記複数個の検出素子は、前記第１コードパターン列に対向して等間隔に配置された複数個の検出素子よりなる第１検出素子群と前記第２コードパターン列に対向して等間隔に配置された複数個の検出素子よりなる第２検出素子群とからなり、
前記第１検出素子群を構成する複数個の検出素子は、前記１セクタとして設定された角度を前記第１検出素子群を構成する検出素子の数で除算した角度のピッチで配置され、前記第２検出素子群を構成する複数個の検出素子は、前記１セクタとして設定された角度を前記第２検出素子群を構成する検出素子の数で除算した角度のピッチで配置され、
前記第１コードパターン列は、前記第１検出素子群から供給される前記第１検出素子群を構成する検出素子の数に応じた数のコード符号の組合せによるコード列が前記回転ディスクが前記１セクタとして設定された角度を前記第１検出素子群を構成する検出素子の数と予め定められた所望の分解能の角度とで除算した商として求められるステップ数に相当する角度だけ回転するごとにコード列の桁が１桁ずつ移動するように構成され、前記第２コードパターン列は、前記第２検出素子群から供給される前記第２検出素子群を構成する検出素子の数に応じた数のコード符号の組合せにより得られるコード列が前記回転ディスクが前記１セクタとして設定された角度を前記第２検出素子群を構成する検出素子の数と予め定められた所望の分解能の角度とで除算した商として求められるステップ数に相当する角度だけ回転するごとにコード列の桁が１桁ずつ移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の絶対角検出装置。
【請求項６】
前記第１検出素子群を５個の検出素子で構成すると共に前記第２検出素子群を３個の検出素子で構成し、前記第１検出素子群から供給される５個のコード符号の組合せにより得られるコード列が、６個の５ビットコード列の組合せからなる６ステップの循環型コードになっていることを特徴とする請求項５に記載の絶対角検出装置。
【請求項７】
前記第２検出素子群から供給される３個のコード符号の組合せにより得られる３ビットのコード列は、前記第１検出素子群から供給される５個のコード符号の組合せにより得られる５ビットコード列として同一のコード列が繰り返される際には１桁ずつ変化するように設定され、前記５ビットコード列が１桁変化する際には同一の３ビットコード列を繰り返すように設定され、かつ前記３ビットコード列が４０ステップ移動するごとに１桁ずつ移動するように設定されることを特徴とする請求項６に記載の絶対角検出装置。
【請求項８】
前記５ビットコード列及び前記３ビットコード列により作成されるビットコード列を、１８０度、１２０度、９０度、７２度、６０度などの３６０度の公約数に設定された１セクタの絶対角検出用に割り当てたことを特徴とする請求項７に記載の絶対角検出装置。
【請求項９】
前記５ビットコード列の組合せが、（１００００）、（１０１００）、（１１１００）、（１１１１０）、（１１０１０）、（１１０００）であることを特徴とする請求項８に記載の絶対角検出装置。
【請求項１０】
前記第１検出素子群を６個の検出素子で構成すると共に前記第２検出素子群を３個の検出素子で構成し、前記再１検出素子群から供給される６個のコード符号の組合せにより得られるコード列が、８個の６ビットコード列の組合せよりなる８ステップの循環型コードになっていることを特徴とする請求項５に記載の絶対角検出装置。
【請求項１１】
前記第２検出素子群から供給される３個のコード符号の組合せにより得られる３ビットのコード列は、前記第１検出素子群から供給される６個のコード符号の組合せにより得られる６ビットコード列として同一のコード列が繰り返される際には１桁ずつ変化するように設定され、前記６ビットコード列が１桁変化する際には同一の３ビットコード列を繰り返すように設定され、かつ前記３ビットコード列が４０ステップ移動するごとに１桁ずつ移動するように設定されることを特徴とする請求項１０に記載の絶対角検出装置。
【請求項１２】
前記６ビットコード列及び前記３ビットコード列により作成されるビットコード列を、１８０度、１２０度、９０度、７２度、６０度などの３６０度の公約数に設定された１セクタの絶対角検出用に割り当てたことを特徴とする請求項１１に記載の絶対角検出装置。
【請求項１３】
前記６ビットコード列の組合せが、（１０００００）、（１１００００）、（１０１０００）、（１１１０００）、（１１０１００）、（１０１１００）、（１１１１００）、（１１１０１０）、（１１１１１０）から選択される８個の６ビットコード列の組合せからなることを特徴とする請求項１２に記載の絶対角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶対角検出装置に係り、特に、グレイコードを用いて多回転体の絶対角を検出する絶対角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車のステアリングシャフトと車体との間に絶対角検出装置を備え、絶対角検出装置にて検出されたステアリングホイールの操舵角度、操舵速度及び操舵方向等に基づいてサスペンションの減衰力制御やオートマチックトランスミッションのシフトポジション制御それに四輪操舵車における後輪の操舵制御などを行う技術が知られている。ステアリングシャフトは、ニュートラル位置から右方向及び左方向にそれぞれ２乃至３回転するように構成された多回転体であるので、その操舵角度等の検出には、１回転以上の絶対角を検出可能な絶対角検出装置を必要とする。
【０００３】
絶対角を一定の分解能で検出する装置としては、ＢＣＤコードを用いる装置、Ｍ系列コードを用いる装置及びグレイコードを用いる装置などが従来より知られているが、中でもグレイコードを用いる装置は、連鎖するグレイコードの各ステップの前後におけるビットの変化が常に１カ所であるように変化するものであり、読み出し用のタイミングパルスが不要であるため高分解能化に有利であり、最も一般的に用いられている。
【０００４】
自動車用の絶対角検出装置では、ステアリングシャフトの可動角度（±７２０度〜±１０８０度）をセクタと呼ばれる一定の角度範囲に分割し、各セクタ内において一定の分解能でグレイコードを割り当てるのが一般的である。１セクタを何度にするかは、セクタ検出方式の精度や出力ビット数によって決定されるが、３６０度または１８０度に設定されることが多い。
【０００５】
また、自動車用の絶対角検出装置は、サスペンションや車輪などの保安装置の制御に適用されるものであるので、高精度の制御を実現するため、０．５度乃至２度程度の高い分解能を有していると共に、ステアリングシャフトがニュートラル位置から左右両方向にそれぞれ２〜３回転する際の絶対角を検出できることが要求される。
【０００６】
従来より、この種の絶対角検出装置としては、回転ディスクに３列のコードパターン列を形成し、各コードパターン列に合計９個の検出素子を対向に配置して、１セクタが３６０度で分解能１．１２５度を実現するか、回転ディスクに２列のコードパターン列を形成し、各コードパターン列に合計１０個の検出素子を対向に配置して、１セクタが３６０度で分解能０．９度を実現したもの（例えば、特許文献１参照）が提案されている。そして、この種の絶対角検出装置は、１回転以上の絶対角を検出するために、公知の種々の減速機構を適宜組み合わせて構成される。
【特許文献１】特開２０００−２８３９６号公報（図１〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、自動車用絶対角検出装置においては、単に高分解能であるだけでは足りず、各種制御装置における検出信号の取り扱いを容易なものにするため、分解能を２．０度、１．５度、１．０度、０．５度などの３６０度の公約数に当たる区切りの良い値にすることが強く求められている。
【０００８】
しかるに、公知例に係る絶対角検出装置では、分解能を２．０度、１．５度、１．０度、０．５度などの３６０度の公約数に当たる区切りの良い値にすることが不可能であり、前述の要求を満たすことができない。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、分解能が１．５度以下で、しかも３６０度の区切りの良い公約数となる多回転体の絶対角検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記の課題を解決するため、絶対角検出装置を、回転体に回転可能に保持された回転ディスクと、回転ディスクの回転中心を中心とする円周上に設けられたコードパターン列と、該コードパターン列に対向して配置され、複数個のコード符号を検出する複数個の検出素子と、該複数個の検出素子から供給される前記複数個のコード符号をそれぞれ前記回転ディスクの回転角度に変換する変換手段と、前記回転ディスクに形成された渦巻状案内部と、該渦巻状案内部に係合する操作子を備える位置検出器とを有し、前記複数個の検出素子から供給される複数個のコード符号の組合せにより得られるコード列を組み合わせて、１セクタ内で隣接するコード列が１ビットずつ変化しており、かつ前記１セクタの最初のコード列と最後のコード列とが１ビット変化するように設定されたグレイコードを生成し、前記回転ディスクの１回転内の絶対角を検出すると共に、前記位置検出器から供給される前記操作子の移動位置に応じた信号に基づいて前記回転ディスクの１回転以上の回転量を検出するという構成にした。
【００１１】
このように、複数個の検出素子からそれぞれ供給される複数個のコード符号の組合せにより得られる各コード列を組み合わせて循環型グレイコードとすることで、分解能が１．５度以下であり、かつ３６０度の公約数である絶対角検出装置を実現できる。また、渦巻状案内部及び渦巻状案内部に係合する操作子を備える位置検出器を有することから、回転ディスクの１回転以上の回転量を検出することができるので、例えばステアリングシャフトなどの多回転体の絶対角検出を行うことができる。なお、検出素子数は、循環型グレイコードの数がインクリメンタル型の信号として得ることのできるコード数よりも多く設定し、高分解能の絶対角検出を実現するためには７個以上とすることが好ましい。換言するなら、その合計数が６個以下であると、インクリメンタル型信号として得られるコード数の数と同程度となり、循環型グレイコードを用いた高分解能の絶対角検出を行う上での有効性がなくなる。
【００１２】
また、本発明は、位置検出器として直線的に往復動する位置検出器を用い、位置検出器を回転ディスクの渦巻状案内部形成面と対向に配置するという構成にした。
【００１３】
このように、コードパターン列が形成される回転ディスクに渦巻状案内部を併せて形成し、これと対向に直線的に往復動する位置検出器を配置すると、コードパターン列が形成される回転ディスクと別に渦巻状案内部が形成される回転ディスクを備える必要がないので、絶対角検出装置の構成を簡略化することができる。
【００１４】
また、本発明は、前記位置検出器として旋回して往復動する位置検出器を用い、位置検出器の回転軸に取り付けられたアームの他端に前記渦巻状案内部と係合する操作子を設けるという構成にした。
【００１５】
このように、コードパターン列が形成される回転ディスクに渦巻状案内部を併せて形成し、これと対向に旋回して往復動する位置検出器を配置すると、コードパターン列が形成される回転ディスクと別に渦巻状案内部が形成される回転ディスクを備える必要がないので、絶対角検出装置の構成を簡略化することができる。
【００１６】
また、本発明は、コードパターン列が回転ディスクに形成された突起群からなり、回転ディスクの回転中心を中心として同心円状に２列以上形成されているという構成にした。
【００１７】
このように、コードパターン列を同心円状に２列以上形成すると、必要なコードパターン列を１列に形成した場合に比べて検出素子間の距離を大きくとることができるため、検出素子の配置の自由度が大きくなり、絶対角検出装置の径方向のサイズを小型化することができる。
【００１８】
また、本発明は、前記コードパターン列は、第１コードパターン列と第２コードパターン列とからなり、前記複数個の検出素子は、前記第１コードパターン列に対向して等間隔に配置された複数個の検出素子よりなる第１検出素子群と前記第２コードパターン列に対向して等間隔に配置された複数個の検出素子よりなる第２検出素子群とからなり、前記第１検出素子群を構成する複数個の検出素子は、前記１セクタとして設定された角度を前記第１検出素子群を構成する検出素子の数で除算した角度のピッチで配置され、前記第２検出素子群を構成する複数個の検出素子は、前記１セクタとして設定された角度を前記第２検出素子群を構成する検出素子の数で除算した角度のピッチで配置され、前記第１コードパターン列は、前記第１検出素子群から供給される前記第１検出素子群を構成する検出素子の数に応じた数のコード符号の組合せによるコード列が前記回転ディスクが前記１セクタとして設定された角度を前記第１検出素子群を構成する検出素子の数と予め定められた所望の分解能の角度とで除算した商として求められるステップ数に相当する角度だけ回転するごとにコード列の桁が１桁ずつ移動するように構成され、前記第２コードパターン列は、前記第２検出素子群から供給される前記第２検出素子群を構成する検出素子の数に応じた数のコード符号の組合せにより得られるコード列が前記回転ディスクが前記１セクタとして設定された角度を前記第２検出素子群を構成する検出素子の数と予め定められた所望の分解能の角度とで除算した商として求められるステップ数に相当する角度だけ回転するごとにコード列の桁が１桁ずつ移動するように構成されているという構成にした。
【００１９】
かかる構成により、第１検出素子群から供給されるコード列及び第２検出素子群から供給されるコード列に循環性を与えることができ、しかも分解能を１．５度以下で３６０度の区切りの良い公約数にすることができる。
【００２０】
また、本発明は、前記第１検出素子群を５個の検出素子で構成すると共に前記第２検出素子群を３個の検出素子で構成し、前記第１検出素子群から供給される５個のコード符号の組合せにより得られるコード列が、６個の５ビットコード列の組合せからなる６ステップの循環型コードになっているという構成にした。
【００２１】
かかる構成により、コードパターン列の数が２列、検出素子の数が８個で、分解能を１．５度以下で３６０度の区切りの良い公約数にすることができる。
【００２２】
また、本発明は、前記第２検出素子群から供給される３個のコード符号の組合せにより得られる３ビットのコード列は、前記第１検出素子群から供給される５個のコード符号の組合せにより得られる５ビットコード列として同一のコード列が繰り返される際には１桁ずつ変化するように設定され、前記５ビットコード列が１桁変化する際には同一の３ビットコード列を繰り返すように設定され、かつ前記３ビットコード列が４０ステップ移動するごとに１桁ずつ移動するように設定されるという構成にした。
【００２３】
かかる構成により、同一の５ビットコード列が繰り返された場合にも、２列のコード列の循環性を確保することができ、検出素子の数を８個として、分解能を１．５度以下で３６０度の区切りの良い公約数にすることができる。
【００２４】
また、本発明は、前記５ビットコード列及び前記３ビットコード列により作成されるビットコード列を、１８０度、１２０度、９０度、７２度、６０度などの３６０度の公約数に設定された１セクタの絶対角検出用に割り当てるという構成にした。
【００２５】
かかる構成により、１セクタとして設定された角度に応じて、分解能を１．５度、１．０度、０．７５度、０．６度又は０．５度とすることができる。
【００２６】
また、本発明は、前記５ビットコード列の組合せが、（１００００）、（１０１００）、（１１１００）、（１１１１０）、（１１０１０）、（１１０００）であるという構成にした。
【００２７】
これら６個の５ビットコード列は、いずれもどの桁から読み始めても同じコードが表れないので、これら６個の５ビットコード列を組み合わせることにより、循環型グレイコードを作ることができる。
【００２８】
また、本発明は、前記第１検出素子群を６個の検出素子で構成すると共に前記第２検出素子群を３個の検出素子で構成し、前記再１検出素子群から供給される６個のコード符号の組合せにより得られるコード列が、８個の６ビットコード列の組合せよりなる８ステップの循環型コードになっているという構成にした。
【００２９】
かかる構成により、コードパターン列の数が２列、検出素子の数が９個で、分解能を１．５度以下で３６０度の区切りの良い公約数にすることができる。
【００３０】
また、本発明は、前記第２検出素子群から供給される３個のコード符号の組合せにより得られる３ビットのコード列は、前記第１検出素子群から供給される６個のコード符号の組合せにより得られる６ビットコード列として同一のコード列が繰り返される際には１桁ずつ変化するように設定され、前記６ビットコード列が１桁変化する際には同一の３ビットコード列を繰り返すように設定され、かつ前記３ビットコード列が４０ステップ移動するごとに１桁ずつ移動するように設定されるという構成にした。
【００３１】
かかる構成により、同一の６ビットコード列が繰り返された場合にも、２列のコード列の循環性を確保することができ、検出素子の数を９個として、分解能を１．５度以下で３６０度の区切りの良い公約数にすることができる。
【００３２】
また、本発明は、前記６ビットコード列及び前記３ビットコード列により作成されるビットコード列を、１８０度、１２０度、９０度、７２度、６０度などの３６０度の公約数に設定された１セクタの絶対角検出用に割り当てるという構成にした。
【００３３】
かかる構成により、１セクタとして設定された角度に応じて、分解能を１．５度、１．０度、０．７５度、０．６度又は０．５度とすることができる。
【００３４】
また、本発明は、前記６ビットコード列の組合せが、（１０００００）、（１１００００）、（１０１０００）、（１１１０００）、（１１０１００）、（１０１１００）、（１１１１００）、（１１１０１０）、（１１１１１０）から選択される８個の６ビットコード列の組合せからなるという構成にした。
【００３５】
前掲の１１個の６ビットコード列は、いずれもどの桁から読み始めても同じコードが表れないので、これら１１個の６ビットコード列から選択される８個の６ビットコード列を組合せて８個の６ビットコード列を利用することにより、循環型グレイコードを作ることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の絶対角検出装置は、複数個の検出素子からそれぞれ供給される複数個のコード符号の組合せにより得られる各コード列を組み合わせて循環型グレイコードを生成し、これに基づいて回転体の絶対角を検出するので、分解能が１．５度以下であり、かつ３６０度の公約数である絶対角検出装置を容易に実現できる。また、回転ディスクに形成された渦巻状案内部及び渦巻状案内部に係合された操作子を備える位置検出器を有するので、回転ディスクの１回転以上の回転量を検出することができ、例えばステアリングシャフトなどの多回転体の絶対角検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明に係る絶対角検出装置の実施形態を、各実施形態ごとに項を分けて説明する。
【００３８】
〈第１実施形態〉
まず、本発明に係る絶対角検出装置の第１例を図１乃至図７に基づいて説明する。図１は第１実施形態に係る絶対角検出装置の平面図、図２は第１実施形態に係る絶対角検出装置を裏側から見た図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、図４は第１実施形態に係る絶対角検出装置のグレイコードパターンの一例を示す表図、図５は第１実施形態に係る絶対角検出装置のフェールセーフ性能を示すグラフ図、図６は第１実施形態に係る絶対角検出装置の変形例を示す平面図、図７は第１実施形態に係る絶対角検出装置の他の変形例を示す平面図である。
【００３９】
図１乃至図３に示すように、本例の絶対角検出装置は、ニュートラル位置から左方向及び右方向に１回転以上回転する回転体としてのステアリングシャフトＡに取り付けられる回転ディスク１と、回転ディスク１の表側の面に突設された突起群よりなるコードパターンとしての第１コードパターン列２及び第２コードパターン列３と、検出素子として第１コードパターン列２に対向して等間隔に配置された５個の検出素子４，５，６，７，８よりなる第１検出素子群１０と、第２コードパターン列３に対向して等間隔に配置された３個の検出素子１１，１２，１３よりなる第２検出素子群１４と、第１検出素子群１０から供給される５個のコード符号及び第２検出素子群１４から供給される３個のコード符号を回転ディスク１の回転角度に変換する変換手段１５と、前記各検出素子４〜８，１１〜１３及び変換手段１５を実装する回路基板１６とを備えている。また、本例の絶対角検出装置は、回転ディスク１の裏側に形成された渦巻状案内部としての渦巻状案内溝１７と、当該渦巻状案内溝１７内に先端部が挿入され、回転ディスク１の回転に伴って往復直線運動をする操作子１８ａを有する位置検出器としてのリニア型ポテンショメータ１８と、リニア型ポテンショメータ１８を実装する回路基板１９とを備えている。
【００４０】
第１コードパターン列２及び第２コードパターン列３は、回転ディスク１の回転中心Ｏを中心とする円周上に１セクタが１８０度となるように配置される。検出素子４〜８，１１〜１３としては、発光素子と受光素子とが一体に組み合わされたフォトインタラプタが用いられる。
【００４１】
変換手段１５は、各検出素子４〜８，１１〜１３によって検出されたコード符号を回転ディスク１の回転角度に変換するものであって、半導体集積回路等をもって構成される。
【００４２】
第１検出素子群１０を構成する５個の検出素子４〜８は、３６度ピッチで第１コードパターン列２に対向して配置され、第２検出素子群１４を構成する３個の検出素子１１〜１３は、６０度ピッチで第２コードパターン列３に対向して配置される。
【００４３】
第１コードパターン列２は、どの桁から読み始めても同じコードが現れない６個の５ビットコード列、即ち、（１００００）、（１０１００）、（１１１００）、（１１１１０）、（１１０１０）、（１１０００）を組合せた６ステップの循環型コードになっている。
【００４４】
なお、分解能が１．５度である場合、６個の５ビットコード列を組み合わせただけでは９度分のコード列しか作れず、２７度分（１８ステップ分）の５ビットコード列が不足する。そこで、６ステップの５ビットコード列をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとし、これら６ステップの５ビットコード列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの繰り返し回数をｎＡ，ｎＢ，ｎＣ，ｎＤ，ｎＥ，ｎＦとしたとき、ｎＡ＋ｎＢ＋ｎＣ＋ｎＤ＋ｎＥ＋ｎＦ＝２４となる所定の繰り返し回数で６個の５ビットコード列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを繰り返し、３６度分（２４ステップ分）のコード列を作る。これによって、第１検出素子群１０から供給される５個の符号の組合せにより得られるコードは、回転ディスク１が３６度回転するごとにコード列の桁が１ビットずつ移動する。
【００４５】
６個の５ビットコード列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの繰り返し回数ｎＡ，ｎＢ，ｎＣ，ｎＤ，ｎＥ，ｎＦは、ｎＡ＋ｎＢ＋ｎＣ＋ｎＤ＋ｎＥ＋ｎＦ＝２４という制約からは、ｎＡ＝ｎＢ＝ｎＣ＝ｎＤ＝ｎＥ＝ｎＦ＝４とすることもできるし、ｎＡ＝ｎＤ＝５、ｎＢ＝ｎＥ＝４、ｎＣ＝ｎＦ＝３とすることもできるし、ｎＡ＝ｎＤ＝７、ｎＢ＝ｎＥ＝４、ｎＣ＝ｎＦ＝１とすることもできるし、ｎＡ＝ｎＢ＝５、ｎＣ＝ｎＤ＝４、ｎＥ＝ｎＦ＝３とすることもできる。但し、５ビット側の検出素子の１つが破損した場合のフェールセーフを考えると、各ビットコード列の繰り返し回数は、できるだけ同じ数か近い数であることが好ましい。また、最後の組合せ、即ち、ｎＡ＝ｎＢ＝５、ｎＣ＝ｎＤ＝４、ｎＥ＝ｎＦ＝３は、５ビット側のコード列を３６度ごとに桁が移動する循環型コードとし、３ビットコードが４０ステップごとに１桁ずつ移動させることにより８ビットのコード列を全体としてグレイコードにしなくてはならないという制約をクリアできず、採用することができない。かかる観点より、ｎＡ＝ｎＢ＝ｎＣ＝ｎＤ＝ｎＥ＝ｎＦ＝４とすることが特に好ましい。この場合には、図５に示すように、１セクタ内において最大１．５度×４＝６度で誤りを認識できるので、故障時の絶対角検出装置の安全性、信頼性を高いものにすることができる。
【００４６】
第２コードパターン列３は、第２検出素子群１４から供給される３個の符号の組合せにより得られる３ビットコード列の桁が、第１検出素子群１０から供給される５個の符号の組合せにより得られる５ビットコード列の繰り返し位置ごとに１ビットずつ移動するように、また、回転ディスク１が４０ステップ分に相当する６０度回転するごとに１ビットずつ移動するように構成される。これにより、５ビットコード列を繰り返しても全体として８ビットのグレイコーを成立させることができるので、１セクタにわたって１．５度の分解能を維持することができる。
【００４７】
図４に、第１実施形態例に係る絶対角検出装置の１セクタ分のグレイコードパターンの一例を示す。この図において、ｓｉｇｎａｌＣ（ｎ）〜ｓｉｇｎａｌＣ（ｎ＋４）は第１検出素子群１０を構成する５個の検出素子４〜８がそれぞれ検出する符号、ｓｉｇｎａｌＤ（ｎ）〜ｓｉｇｎａｌＤ（ｎ＋２）は第２検出素子群１４を構成する３個の検出素子１１〜１３がそれぞれ検出する符号を示している。この表図から明らかなように、第１実施形態例に係る絶対角検出装置は、第１検出素子群１０から供給される５個の符号の組合せにより得られるグレイコード及び第２検出素子群１４から供給される３個の符号の組合せにより得られるコードが、分解能１．５度の循環型コードになっている。
【００４８】
渦巻状案内溝１７は、図２に示すように、回転ディスク１の回転中心Ｏと同心に一定ピッチで形成される。この渦巻状案内溝１７は、操作子１８ａの先端部を挿入可能な幅及び深さに形成され、そのターン数は、少なくともステアリングシャフトＡの総回転数以上に調整される。図２の例では、渦巻状案内溝１７のターン数が「５．５」になっている。ここで、渦巻き状案内溝１７は、操作子１８ａを係合するものであれば良く、例えば回転ディスク１上に形成した１対の渦巻き状の凸部間に形成される凹部によるものであっても良い。
【００４９】
リニア型ポテンショメータ１８は、図２及び図３に示すように、回路基板１９に取り付けられ、操作子１８ａの駆動方向が回転ディスク１の半径方向になるように配置される。回転ディスク１に対するリニア型ポテンショメータ１８の設定は、ステアリングシャフトＡのニュートラル位置において、リニア型ポテンショメータ１８の駆動範囲の中央部に操作子１８ａが位置付けられ、かつ渦巻状案内溝１７の中央部に位置付けられて、右転時の回転検出と左転時の回転検出とを等分に行えるように調整される。リニア型ポテンショメータ１８の内部には、操作子１８ａを一方向に付勢する弾性体が設けられており（図示省略）、操作子１８ａを常時渦巻状案内溝１７の一方の壁面に圧接している。これにより、回転ディスク１の回転方向が切り換えられた場合にも、バックラッシュの発生が防止され、正確な位置信号を検出することができる。また、回転ディスク１が回転されると、リニア型ポテンショメータ１８の操作子１８ａは、渦巻状案内溝１７に沿って摺動され、回転ディスク１の回転量に比例した距離だけ回転ディスク１の半径方向に移動する。したがって、リニア型ポテンショメータ１８の出力変化より、ニュートラル位置からの粗い絶対回転角を検出することができる。
【００５０】
なお、第１実施形態においては、リニア型ポテンショメータ１８の内部に備えられた弾性体により操作子１８ａを一方向に付勢し、操作子１８ａを常時渦巻状案内溝１７の一方の壁面に圧接するようにしたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、図６に示すように、絶対角検出装置のケーシング２１の一部に突設されたばね保持突起２２にねじりコイルばね２３を取り付け、その一端を同じくケーシング２１の一部に突設されたばね掛け突起２４に係合すると共に、他端をリニア型ポテンショメータ１８の操作子１８ａに係合することによって操作子１８ａを常時渦巻状案内溝１７の一方の壁面に圧接させるようにすることもできる。
【００５１】
また、第１実施形態においては、操作子１８ａが回転ディスク１の半径方向に駆動されるようにリニア型ポテンショメータ１８を配置したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、図７に示すように、回転ディスク１の回転中心Ｏを通りかつ回転ディスク１の渦巻状案内溝形成面と平行な直線に対して傾斜する直線に沿って操作子１８ａが駆動されるようにリニア型ポテンショメータ１８を配置することもできる。このようにすると、回転ディスク１の回転角度に対する操作子１８ａの移動量を増加することができるので、リニア型ポテンショメータ１８による回転角検出精度を改善することができる。
【００５２】
この場合、回転角と出力電圧のカーブは直線にならないが、リニア型ポテンショメータ１８の抵抗値変化率を適宜選定して出力電圧のカーブを直線にする方法や出力のアナログ信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号にし、ソフトウェアにて出力電圧のカーブを直線にしてもよい。
【００５３】
前記のように構成された絶対角検出装置は、回転ディスク１の中央開口にステアリングシャフトＡを貫通することによって、ステアリングシャフトＡの外周にこれと同心に取り付けられる。なお、本例の絶対角検出装置が単独でステアリングシャフトＡに備えられる場合には、回転ディスク１とステアリングシャフトＡとの間に所要の連結手段（図示省略）が設けられ、当該連結手段を介してステアリングシャフトＡの回転が回転ディスク１に伝達される。また、本例の絶対角検出装置が回転コネクタやスリップリング等の他の装置と組み合わされて使用される場合には、ステアリングシャフトＡに連結された回転コネクタ又はスリップリングのロータ（図示省略）と回転ディスク１とを連結することによって、ステアリングシャフトＡの回転を回転ディスク１に伝達するように構成することもできる。
【００５４】
本例の絶対角検出装置は、第１検出素子群１０から供給される５個のコード符号の組合せにより得られるコード列と第２検出素子群１４から供給される３個のコード符号の組合せにより得られるコード列とを組み合わせて、１セクタ内で隣接するコード列が１ビットずつ変化しており、かつ１セクタの先端のコード列と最後のコード列とが１ビット変化するように設定された循環型グレイコードを出力するので、分解能が１．５度以下で、かつ３６０度の公約数である絶対角検出装置を実現することができる。また、回転ディスク１に形成された渦巻状案内溝１７及び当該渦巻状案内溝１７に操作子１８ａが係合されたリニア型ポテンショメータ１８を備えるので、回転ディスクの１回転以上の回転量を検出することができ、ステアリングシャフトＡなどの多回転体の絶対角検出を行うことができると共に、回転ディスク１に渦巻状案内部１７を併せて形成し、これと対向にリニア型ポテンショメータ１８を備えたので、このコードパターン列２，３が形成される回転ディスク１と別に渦巻状案内部が形成される回転ディスクを備える必要がなく、絶対角検出装置の構成を簡略化することができる。さらに、２列のコードパターン列２，３を同心円状に形成したので、必要なコードパターン列を１列に形成した場合に比べて検出素子間の距離を大きくとることができ、検出素子の配置の自由度を大きくすることができて、絶対角検出装置の径方向のサイズを小型化することができる。
【００５５】
〈第２実施形態〉
次に、本発明に係る絶対角検出装置の第２例を図８乃至図１０に基づいて説明する。図８は第２実施形態に係る絶対角検出装置の平面図、図９は第２実施形態に係る絶対角検出装置のグレイコードパターンの一例を示す表図、図１０は第２実施形態に係る絶対角検出装置のフェールセーフ性能を示すグラフ図である。これらの図から明らかなように、本例の絶対角検出装置は、循環型グレイコードを得るためのコードパターン列と検出素子群の配列を変更したことを特徴とする。
【００５６】
本例の絶対角検出装置は、図８に示すように、多回転する回転体としてのステアリングシャフトＡに取り付けられる回転ディスク３１と、回転ディスク３１の表面側に突設された突起群よりなるコードパターン列としての第１コードパターン列３２及び第２コードパターン列３３と、検出素子として第１コードパターン列３２に対向して等間隔に配置された６個の検出素子３４，３５，３６，３７，３８，３９よりなる第１検出素子群４０と、第２コードパターン列３３に対向して等間隔に配置された３個の検出素子４１，４２，４３よりなる第２検出素子群４４と、第１検出素子群４０から供給される６個のコード符号及び第２検出素子群４４から供給される３個のコード符号を回転ディスク３１の回転角度に変換する変換手段４５と、各検出素子３４〜３９，４１〜４３及び変換手段４５を実装する回路基板４６とを備えている。
【００５７】
第１コードパターン列３２及び第２コードパターン列３３は、回転ディスク３１の回転中心Ｏを中心とする円周上に１セクタが１８０度となるように配置される。検出素子３４〜３９，４１〜４３としては、発光素子と受光素子とが一体に組み合わされたフォトインタラプタが用いられる。
【００５８】
変換手段４５は、各検出素子３４〜３９，４１〜４３によって検出されたコード符号を回転ディスク３１の回転角度に変換するものであって、半導体集積回路等をもって構成される。
【００５９】
第１検出素子群４０を構成する６個の検出素子３４〜３９は、３０度ピッチで第１コードパターン列３２に対向して配置され、第２検出素子群４４を構成する３個の検出素子４１〜４３は、６０度ピッチで第２コードパターン列３３に対向して配置される。
【００６０】
第１コードパターン列３２は、どの桁から読み始めても同じコードが現れない９個の６ビットコード列、即ち、（１０００００）、（１１００００）、（１０１０００）、（１１１０００）、（１１０１００）、（１０１１００）、（１１１１００）、（１１１０１０）、（１１１１１０）より選択される８個の６ビットコード列を組合せた８ステップの循環型コードになっている。
【００６１】
なお、分解能が１．５度である場合、８個の６ビットコード列を組み合わせただけでは１２度分のコード列しか作れず、１８度分（１２ステップ分）の６ビットコード列が不足する。そこで、選択された８個の６ビットコード列をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈとし、これら８個の６ビットコード列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの繰り返し回数をｎＡ，ｎＢ，ｎＣ，ｎＤ，ｎＥ，ｎＦ，ｎＧ，ｎＨとしたとき、ｎＡ＋ｎＢ＋ｎＣ＋ｎＤ＋ｎＥ＋ｎＦ＋ｎＧ＋ｎＨ＝２０となる所定の繰り返し回数で８個の６ビットコード列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈを繰り返し、３０度分（２０ステップ分）のコード列を作る。これによって、第１検出素子群４０から供給される６個の符号の組合せにより得られるコードは、回転ディスク３１が３０度回転するごとにコード列の桁が１桁ずつ移動する。
【００６２】
８個の６ビットコード列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの繰り返し回数ｎＡ，ｎＢ，ｎＣ，ｎＤ，ｎＥ，ｎＦ，ｎＧ，ｎＨは、ｎＡ＝ｎＣ＝ｎＥ＝ｎＧ＝４、ｎＢ＝ｎＤ＝ｎＦ＝ｎＨ＝１とすることもできるし、ｎＡ＝ｎＣ＝ｎＥ＝ｎＧ＝３、ｎＢ＝ｎＤ＝ｎＦ＝ｎＨ＝２とすることもできる。また、ｎＡ＝ｎＥ＝５、ｎＢ＝ｎＣ＝ｎＦ＝ｎＧ＝２、ｎＤ＝ｎＨ＝１とすることもできる。但し、第１検出素子群４０を構成する６個の検出素子３４〜３９の１つが破損した場合のフェールセーフを考えると、各ビットコード列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの繰り返し回数は、できるだけ同じ数か近い数にし、最大繰り返し数を小さくすることが好ましく、かかる観点より、ｎＡ＋ｎＢ＋ｎＣ＋ｎＤ＋ｎＥ＋ｎＦ＋ｎＧ＋ｎＨ＝２０で、ｎＡ〜ｎＨを２又は３とすることが特に好ましい。この場合には、図１０に示すように、１セクタ内において最大１．５度×３＝４．５度で誤りを認識できるので、故障時の絶対角検出装置の安全性、信頼性を高いものにすることができる。
【００６３】
第２コードパターン列３３は、第２検出素子群４４から供給される３個のコード符号の組合せにより得られる３ビットコード列の桁が、第１検出素子群４０から供給される６個のコード符号の組合せにより得られる６ビットコード列の繰り返し位置ごとに１桁ずつ移動するように、また、回転ディスク３１が４０ステップ分に相当する６０度回転するごとに１桁ずつ移動するように構成される。これにより、６ビットコード列を繰り返しても全体として９ビットのグレイコードを成立させることができるので、１セクタにわたって１．５度の分解能を維持することができる。
【００６４】
図９に、第２実施形態例に係る絶対角検出装置の１セクタ分のグレイコードパターンの一例を示す。この図において、ｓｉｇｎａｌＣ（ｎ）〜ｓｉｇｎａｌＣ（ｎ＋５）は第１検出素子群４０を構成する６個の検出素子３４〜３９がそれぞれ検出する符号、ｓｉｇｎａｌＤ（ｎ）〜ｓｉｇｎａｌＤ（ｎ＋２）は第２検出素子群４４を構成する３個の検出素子４１〜４３がそれぞれ検出する符号を示している。この表図から明らかなように、第２実施形態例に係る絶対角検出装置は、第１検出素子群４０から供給される６個の符号の組合せにより得られるコード及び第２検出素子群４４から供給される３個の符号の組合せにより得られるグレイコードが、分解能１．５度の循環型コードになっている。
【００６５】
その他の部分については、第１実施形態に係る絶対角検出装置と同じであるので、重複を避けるために説明を省略する。本例の絶対角検出装置も、第１実施形態に係る絶対角検出装置と同様の効果を有する。
【００６６】
なお、前記第１及び第２実施形態例においては、１セクタを１８０度としたが、１セクタを１２０度、９０度、７２度、６０度とすれば、それぞれ分解能を１．０度、０．７５度、０．６度、０，５度とすることができ、取り扱いやすく区切りの良い数値にすることができる。
【００６７】
また、前記第１及び第２実施形態例においては、第１検出素子群を構成する複数個の検出素子と第２検出素子群を構成する複数個の検出素子との合計数が８個の場合と９個の場合について述べたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、実現すべき分解能、絶対角検出装置の大きさ及びコストなどに応じて、その合計数を７個、１０個、１２個などに適宜設定することができる。但し、それらの検出素子の合計数を８個又は９個に設定すると、検出素子数をいたずらに増やすことなく高分解能の絶対角検出装置を実現できるので、安いコストでかつ小型の絶対角検出装置を実現できて好ましい。
【００６８】
〈第３実施形態〉
次に、本発明に係る絶対角検出装置の第３例を図１１に基づいて説明する。図１１は第３実施形態に係る絶対角検出装置を裏側から見た図である。この図から明らかなように、本例の絶対角検出装置は、基準位置からの粗い回転角を検出するための位置検出器として、操作子が回転軸を中心として旋回して往復動をするロータリ型ポテンショメータを備えたことを特徴とする。
【００６９】
図１１に示すように、ロータリ型ポテンショメータ５１は、本体が絶対角検出装置のケーシング２１に取り付けられ、回転軸５１ａがケーシング２１より延出された軸保持部材２１ａにより回転自在に保持される。このロータリ型ポテンショメータ５１の回転軸５１ａにはアーム５２が固着されており、その先端部に設けられたピン状の操作子５１ｂが回転ディスク１（又は３１）の背面に形成された渦巻状案内溝１７に係合される。アーム５２は、当該アーム５２とケーシング２１に設けられたばね掛け部５３との間に張設されたコイルばね等の弾性体５４によって一方向に付勢されており、これによって操作子５１ｂが常時渦巻状案内溝１７の一方の壁面に圧接させる。
【００７０】
その他の部分については、第１実施形態に係る回転検出装置と同じであるので、重複を避けるために説明を省略する。本例の絶対角検出装置も、第１実施形態に係る絶対角検出装置と同様の効果を有する。
【００７１】
なお、前記の各実施形態においては、コードパターン列を回転ディスク１，３１に設けられた突起にて形成したが、これに代えて透孔や切り欠き、それに光学パターン又は磁気パターン若しくは抵抗体パターンなどをもって構成することもできる。検出素子は、コードパターン列の構成に応じて選択され、コードパターン列が突起、透孔又は切り欠きなどの光学パターンからなる場合にはフォトインタラプタ、コードパターン列が磁気パターンからなる場合には磁気検出素子、コードパターン列が抵抗体パターンからなる場合には集電ブラシが備えられる。
【００７２】
また、前記の各実施形態においては、ステアリングシャフトＡの回転数を検出する位置検出器としてポテンショメータを用いたが、これに代えて光学式或いは磁気式の位置検出器を用いることもできる。
【００７３】
また、前記の各実施形態においては、渦巻状案内部として渦巻状案内溝１７を形成したが、操作子の形状によっては、渦巻状案内部として渦巻状案内突起を形成することもできる。
【００７４】
さらに、前記の各実施形態においては、コードパターン列２，３，３２，３３と渦巻状案内部である渦巻状案内溝１７とを回転ディスク１の異なる面に形成したが、これらのコードパターン列２，３，３２，３３と渦巻状案内溝１７とを回転ディスク１の同一の面に形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第１実施形態に係る絶対角検出装置の平面図である。
【図２】第１実施形態に係る絶対角検出装置を裏側から見た図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】第１実施形態に係る絶対角検出装置のグレイコードパターンの一例を示す表図である。
【図５】第１実施形態に係る絶対角検出装置のフェールセーフ性能を示すグラフ図である。
【図６】第１実施形態に係る絶対角検出装置の変形例を示す平面図である。
【図７】第１実施形態に係る絶対角検出装置の他の変形例を示す平面図である。
【図８】第２実施形態に係る絶対角検出装置の平面図である。
【図９】第２実施形態に係る絶対角検出装置のグレイコードパターンの一例を示す表図である。
【図１０】第２実施形態に係る絶対角検出装置のフェールセーフ性能を示すグラフ図である。
【図１１】第３実施形態に係る絶対角検出装置を裏側から見た図である。
【符号の説明】
【００７６】
１，３１    回転ディスク
２，３２    第１コードパターン列
３，３３    第２コードパターン列
４〜８，３４〜３９    検出素子
１０，４０    第１検出素子群
１１〜１３，４１〜４３    検出素子
１４，４４    第２検出素子群
１５，４５    変換手段
１６，４６    回路基板
１７    渦巻状案内部（渦巻状案内溝）
１８    リニア型ポテンショメータ（位置検出器）
１８ａ，５１ｂ    操作子
５１    ロータリ型ポテンショメータ（位置検出器）
Ａ    ステアリングシャフト（回転体）
【図１】
2006194773.tif 000003
【図２】
2006194773.tif 000004
【図３】
2006194773.tif 000005
【図４】
2006194773.tif 000006
【図５】
2006194773.tif 000007
【図６】
2006194773.tif 000008
【図７】
2006194773.tif 000009
【図８】
2006194773.tif 000010
【図９】
2006194773.tif 000011
【図１０】
2006194773.tif 000012
【図１１】
2006194773.tif 000013