(57)【要約】【課題】簡易な構成で容易に回転軸の回転角度を検出することができる回転角度検出装置を提供する。【解決手段】操舵角検出装置１０は、円筒状に形成されて中心孔１１ａに挿通されたステアリングシャフトＳと一体回転可能とされ、外周部に螺旋状の溝１１ｂが設けられたドラム１１と、一端側に設けられた突起部１２ａが溝１１ｂに係合されて、永久磁石１４が設けられた他端側を中心に回動可能とされたアーム部材１２と、永久磁石１４にて発生する磁界の変化に基づいて、ステアリングシャフトＳの回転角度を検出する磁気センサ１３とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に形成されて中心孔に挿通された回転軸と一体回転可能とされ、外周部に螺旋状の被係合部が設けられた回転部材と、
一端側に設けられた係合部が前記被係合部に係合されて、永久磁石が設けられた他端側を中心に回動可能とされたアーム部材と、
前記永久磁石にて発生する磁界の変化に基づいて、前記回転軸の回転角度を検出する検出部と、
を備えたことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転角度装置において、
前記永久磁石及び前記検出部は、前記アーム部材の回動軸上に配設されていることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転角度検出装置において、
前記検出部は、磁気抵抗素子であることを特徴とする回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両においてステアリングシャフトの操舵角を検出する回転角度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車において、ステアリングシャフトの操舵角を検出するための回転角度検出装置を組み込むことが行われている。
例えば、特許文献１，２には、回転軸（ステアリングシャフト）と一体回転する円板状の回転部材と、回転部材の平面部に設けられた螺旋状の溝に沿って摺動する検出部と、検出部の移動に基づいて回転角度を検出するセンサとを備えた回転角度検出装置が開示されている。この構成により、回転軸の回転に伴い回転部材が回転すると、回転軸の径方向に検出部が移動し、この検出部の位置をセンサが検出することで、回転軸の回転角度が検出される。
【０００３】
また、特許文献３には、回転軸と一体回転する円筒状の回転部材と、回転部材の外周面に設けられた螺旋状の溝に係合して駆動される駆動部と、駆動部の位置を検出するセンサとを備えた回転角度検出装置が開示されている。なお、駆動部は着磁された磁極（Ｎ極・Ｓ極）面を備え、センサはホール素子などの磁気センサとされている。更に、この回転角度検出装置には、光学式エンコーダが設けられている。この構成により、回転軸の回転に応じて回転部材が回転し、それに伴い回転軸に沿った方向に駆動部が移動すると、センサにより回転軸の回転方向と回転回数が検出される。そして、光学式エンコーダにより回転軸の１回転における微細な回転角度が検出されることで、回転軸の回転角度が検出されるものである。
【特許文献１】実開昭６０−５６２１３号公報
【特許文献２】特開平１０−３１１７２０号公報
【特許文献３】特開平１１−２１１４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１，２の構成では、回転軸の径方向に延びる円板部が設けられ、円板部に設けられた溝に沿って回転軸の径方向に移動する検出部が設けられている。このため、ステアリングシャフトの径方向にスペースが必要となり、ステアリングシャフトまわりの狭いスペースの中での搭載性が悪いという問題があった。
【０００５】
上記特許文献３の構成では、回転軸に沿った方向に駆動部が移動するため、回転軸の径方向に装置を小型化することができる。しかし、センサにより回転軸の回転方向と回転回数を検出すると共に、光学式エンコーダにより回転軸の１回転における回転角度を検出して回転軸の回転角度を求めるため、回転角度検出のための計算が複雑となるという問題があった。また、磁気センサや光学式エンコーダを構成する複数の素子が必要となり、部品点数が多く、構成が複雑で生産性が悪いという問題があった。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で容易に回転軸の回転角度を検出することができる回転角度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】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、円筒状に形成されて中心孔に挿通された回転軸と一体回転可能とされ、外周部に螺旋状の被係合部が設けられた回転部材と、一端側に設けられた係合部が前記被係合部に係合されて、永久磁石が設けられた他端側を中心に回動可能とされたアーム部材と、前記永久磁石にて発生する磁界の変化に基づいて、前記回転軸の回転角度を検出する検出部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、回転軸の回転に伴い回転部材が回転すると、アーム部材は、その一端側に設けられた係合部が回転部材の外周部に設けられた螺旋状の被係合部に係合しながら、他端側を中心に回動する。すると、検出部は、アーム部材の他端側に設けられた永久磁石にて発生する磁界の変化を読み取り、アーム部材の回動角度に対応した出力に基づいて回転部材、即ち回転軸の回転位置を絶対位置として検出する。つまり、螺旋状の被係合部とアーム部材により、回転軸が多回転しても、検出部（アーム部材）の回転として１回転以内の回転に変換された角度を検出する。このため、アーム部材の回動位置により直接回転軸の回転角度を検出することができ、回転軸の回転方向や回転数を検出して回転角度を算出する場合と比較して、少ない部品点数で、また複雑な演算等の必要なく、回転軸の回転角度を検出することができる。従って、簡易な構成で容易に回転軸の回転角度を検出することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転角度装置において、前記永久磁石及び前記検出部は、前記アーム部材の回動軸上に配設されていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明によれば、永久磁石及び検出部はアーム部材の回動軸上に配設されているため、アーム部材の回動位置に関わらず永久磁石と検出部との間の間隔が一定となる。このため、検出部により永久磁石の着磁方向が安定して読み取られ、高精度で回転軸の回転角度が検出される。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の回転角度検出装置において、前記検出部は、磁気抵抗素子であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明によれば、検出部は磁気抵抗素子とされているため、検出部により安定した出力が得られ、高精度で回転軸の回転角度が検出される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な構成で容易に回転軸の回転角度を検出することができる回転角度検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の回転角度検出装置を車両におけるステアリングの操舵角を検出する操舵角検出装置として具体化した実施形態を図１〜図３を参照して説明する。
図１，図２（ａ），図２（ｂ）に示すように、回転角度検出装置としての操舵角検出装置１０は、図示しない車両のステアリングコラム内に配設され、回転軸としてのステアリングシャフトＳに装備されている。ステアリングシャフトＳは図示しないステアリングホイールと対応して回転するように連結されており、ステアリングホイールの回動に対応して、中立位置（車輪が直進方向を向いている状態）を中心に左右方向に約２．５回転されるように構成されている。
【００１３】
操舵角検出装置１０は、ステアリングシャフトＳの外周に固定された回転部材としてのドラム１１と、一端側がドラム１１の外周部に係合され他端側を中心に回動可能に支持されたアーム部材１２と、アーム部材１２の前記他端側近傍の固定された検出部としての磁気センサ１３とを備えている。
【００１４】
ドラム１１は、円筒状に形成され、中央孔１１ａに挿通されたステアリングシャフトＳと一体回転可能とされている。また、ドラム１１は外周部に螺旋状の被係合部としての溝１１ｂが設けられており、この溝１１ｂに前記アーム部材１２の一端側が係合されている。この溝１１ｂの長さはステアリングシャフトＳの回転範囲に相当する全長とされており、アーム部材１２が係合された状態でステアリングシャフトＳが約２．５回転できる長さに形成されている。
【００１５】
アーム部材１２は、一端側に設けられた係合部としての突起部１２ａが前記溝１１ｂに係合され、他端側が図示しないハウジング等により車両本体に軸支されることで、一端側が溝１１ｂに沿って摺動しながら他端側を中心に回動可能とされている。つまり、アーム部材１２は、他端側を中心にドラム１１においてステアリングシャフトＳの軸線方向に溝１１ｂが設けられた範囲内に回動動作するように構成されている。なお、本実施の形態では、アーム部材１２は回動中心がステアリングシャフトＳの中立位置となるように設けられており、回動中心を中心として左右方向に略３０°の範囲で回動するように構成されている。また、アーム部材１２の他端側には永久磁石１４が設けられており、永久磁石１４はその中心位置がアーム部材１２の回動中心と一致するようにアーム部材１２に設けられている。なお、永久磁石１４はＮ極とＳ極とがアーム部材１２の長手方向に順に配置されており、この方向が着磁方向とされている。
【００１６】
磁気センサ１３は、例えば磁気抵抗素子（ＭＲ素子）で構成されており、永久磁石１４に対向するように車両本体に固定されている。本実施形態では、磁気センサ１３はアーム部材１２の回動面に対向する位置に設けられている。磁気センサ１３は、永久磁石１４の磁束の変化に応じてアーム部材１２の回動角に応じて連続的に変化する角度検出用のアナログ信号を出力する。そして、磁気センサ１３により検出されたアナログ信号に基づいて、ステアリングシャフトＳの操舵角が検出される。
【００１７】
上記の構成において、ステアリングホイールが操舵されることによりステアリングシャフトＳが回転すると、それに伴いドラム１１が回転し、ドラム１１の外周部に一端側が係合されたアーム部材１２が回動する。すると、アーム部材１２の回動中心に設けられた永久磁石１４の磁束の変化が磁気センサ１３により検出される。このとき、図３に示すように、永久磁石１４による出力値とステアリングシャフトＳの回転角度とは１対１対応とされているため、ステアリングシャフトＳの回転位置が直接検出される。
【００１８】
従って、本実施形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）ステアリングシャフトＳの回転に伴いドラム１１が回転すると、アーム部材１２は、その一端側に設けられた突起部１２ａがドラム１１の外周部に設けられた螺旋状の溝１１ｂに係合しながら、他端側を中心に回動する。すると、磁気センサ１３は、アーム部材１２の他端側に設けられた永久磁石１４にて発生する磁界の変化を読み取り、アーム部材１２の回動角度に対応した出力に基づいてドラム１１、即ちステアリングシャフトＳの回転位置を絶対位置として検出する。つまり、螺旋状の溝１１ｂとアーム部材１２により、ステアリングシャフトＳが多回転しても、永久磁石１４（アーム部材１２）の回動として１回転以内の回転に変換された角度を検出する。このため、アーム部材１２の回動位置により直接ステアリングシャフトＳの回転角度を検出することができ、ステアリングシャフトＳの回転方向や回転数を検出して回転角度を算出する場合と比較して、少ない部品点数で、また複雑な演算等の必要なく、ステアリングシャフトＳの回転角度を検出することができる。従って、簡易な構成で容易にステアリングシャフトＳの回転角度を検出することができる。
【００１９】
（２）永久磁石１４及び磁気センサ１３はアーム部材１２の回動軸上に配設されているため、アーム部材１２の回動位置に関わらず永久磁石１４と磁気センサ１３との間の間隔が一定となる。このため、磁気センサ１３により永久磁石１４の着磁方向が安定して読み取られ、高精度でステアリングシャフトＳの回転角度が検出される。
【００２０】
（３）磁気センサ１３は磁気抵抗素子とされているため、磁気センサ１３により安定した出力が得られ、高精度でステアリングシャフトＳの回転角度が検出される。
（４）永久磁石１４の着磁方向はアーム部材１２の長手方向に沿った方向とされているため、アーム部材１２の回動に即応して磁気センサ１３に対する永久磁石１４の磁界が変化し、磁気センサ１３によりアーム部材１２の回動角度が高精度で検出される。このため、高精度でステアリングシャフトＳの回転角度を検出することができる。
【００２１】
（５）アーム部材１２は、その回動中心位置がステアリングシャフトＳの中立位置となるように設けられているため、ドラム１１の正逆方向の回転に伴うアーム部材１２の回動角度は最小限に抑えられる。このため、アーム部材１２に無理な力が加わるのを低減でき、操舵角検出装置１０の耐久性を向上することができる。
【００２２】
（５）アーム部材１２の回動範囲は略３０°とされているため、磁気センサ１３により出力される出力波形は１周期よりも狭い範囲とされる。このため、磁気センサ１３による出力値とアーム部材１２の回動位置とを１対１対応させることができ、アーム部材１２の回動位置に基づいて、ステアリングシャフトＳの回転角度が絶対位置として直接検出される。従って、ステアリングシャフトＳの回転角度を容易に検出することができる。
【００２３】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・図４（ａ），（ｂ）に示すように、伸縮可能なアーム部材を備えた操舵角検出装置２０としてもよい。操舵角検出装置２０は、上記実施形態の操舵角検出装置１０のアーム部材１２に代えて、伸縮可能なアーム部材２２を備えている。そして、アーム部材２２の一端側に設けられた突起部２２ａが溝１１ｂに係合されており、ドラム１１（ステアリングシャフトＳ）の回転に伴い、この一端側が溝１１ｂに沿って摺動するように構成されている。このように構成すれば、アーム部材を短軸化することができるため、装置全体の小型化を図ることができる。
【００２４】
・ドラム１１の外周部に被係合部として溝１１ｂが設けられたものとしたが、被係合部を突起により構成してもよい。その場合、アーム部材の係合部をその突起に係合するような溝で構成すればよい。
【００２５】
・上記実施形態では、検出部として磁気抵抗素子（ＭＲ素子）で構成された磁気センサ１３を用いているが、これに限らず、検出部は巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）や、磁気インピーダンス素子、ホール素子などの各種磁気センサや、ポテンションメータなどの接触型の素子を用いてもよい。要は、検出部は、ステアリングシャフトＳの回転に伴って連続的に変化するアナログ信号を出力する素子によって構成されていればよい。
【００２６】
・永久磁石１４の着磁方向はアーム部材１２の長手方向に沿った方向としたが、アーム部材１２の回動角度を検出することが可能であれば、永久磁石１４はこれ以外の方向に着磁されていてもよい。例えば、アーム部材１２の回動方向に沿って着磁させてもよい。
【００２７】
・アーム部材１２は、その回動中心位置がステアリングシャフトＳの中立位置となるように設けたが、アーム部材の回動中心が他の位置となるように設けてもよい。
・磁気センサ１３及び永久磁石１４をアーム部材１２の回動軸上に設けたが、磁気センサにより永久磁石（アーム部材）の回動角度の検出ができるのであれば、これらの部材を必ずしもアーム部材の回動軸上に設けなくてもよい。例えば、アーム部材の他端側において永久磁石をアーム部材の回動軸からずれた位置に設け、その永久磁石に対向するように磁気センサを設けてもよい。
【００２８】
・上記実施形態において、アーム部材１２の回動範囲は略３０°としたが、例えば６０°、９０°など、任意の角度に変更してもよい。要は、磁気センサ１３により検出されるアナログ信号の電気角が１周期よりも狭い範囲となるようにすればよい。なお、アーム部材１２の回動角度範囲を大きくすれば、ステアリングシャフトＳの分解能が向上する。
【００２９】
・回転角度検出装置は、ステアリングホイールの回転角度を検出する操舵角検出装置１０以外の用途、例えば回転軸を備えた工作機械における回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置として用いてもよい。
【００３０】
次に、上記実施形態より把握される技術的思想を以下に列挙する。
（イ）請求項１〜４のうち何れか１項に記載の回転角度検出装置において、前記永久磁石の着磁方向は、前記アーム部材の長手方向に沿った方向とされていることを特徴とする回転角度検出装置。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態における操舵角検出装置の斜視図。
【図２】本実施形態における操舵角検出装置の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【図３】本実施形態の検出部の出力例を示すシャフト位置−出力電圧特性図。
【図４】別例の操舵角検出装置の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【符号の説明】
【００３２】
１０，２０…回転角度検出装置としての操舵角検出装置、１１…回転部材としてのドラム、１１ａ…中心孔、１１ｂ…被係合部としての溝、１２，２２…アーム部材、１２ａ，２２ａ…係合部としての突起部、１３…検出部としての磁気センサ、１４…永久磁石、Ｓ…回転軸としてのステアリングシャフト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006300831.tif 000005
【図４】
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