(57)【要約】【課題】回りに磁石を使用した装置があったとしても、磁界の影響を受けない回転角度検出装置を提供する。【解決手段】回転角度検出装置は、加速度センサ１１を設けた第一基板７と、ステアリングシャフト３０の回転運動を第一基板７の揺動運動に変換する変換機構と、変換機構を通じて揺動運動する第一基板７の傾斜に伴う加速度センサ１１の出力信号を処理し、ステアリングシャフト３０の回転角度を求める制御装置１３を備える。【選択図】図１
2008232903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転部材の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
加速度センサを設けた第一基板と、前記回転部材の回転運動を同第一基板の揺動運動に変換する変換機構と、同変換機構を通じて揺動運動する同第一基板の傾斜に伴う同加速度センサの出力信号を処理し、同回転部材の回転角度を求める制御手段とを備える
ことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転角度検出装置において、
加速度センサを設けた第二基板を前記回転部材の回転によって移動しないように設け、
前記制御手段は、前記第一基板の加速度センサの出力値から同第二基板の加速度センサの出力値を引いた値に基づき、前記回転部材の回転角度を求める
ことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転角度検出装置において、
前記第一基板が揺動可能に前記第二基板に連結され、両第一基板及び第二基板の加速度センサからの出力信号を処理する制御手段をいずれか一方の基板に設ける
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】
この発明は、回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のステアリングコラム内には、ステアリングの操舵角を検出する回転角度検出装置が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に記載の回転角度検出装置では、ステアリングシャフトと一体に回転する主動歯車と、同主動歯車に歯合する二つの第一従動歯車及び第二従動歯車とを備えている。ステアリングシャフトが回転すると、主動歯車も一体に回転し、それに伴って第一従動歯車及び第二従動歯車がそれぞれ回転する。
【０００３】
第一従動歯車及び第二従動歯車の軸部の両端部にはそれぞれ磁石が収容されており、両磁石に対向する位置には第一磁気検出素子及び第二磁気検出素子が設けられている。第一磁気検出素子及び第二磁気検出素子は、第一従動歯車及び第二従動歯車に伴うそれぞれ磁石からの磁束の方向の変化を検出し、それら検出信号を制御装置に出力する。そして、制御装置はこれらの磁束の変化に応じた検出信号に基づきステアリングシャフトの回転角度を検出する。
【特許文献１】特開２００６−２３４５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年磁石を用いて位置検出を行うシフトレバー等の装置が開発されるようになっている。そして、これら磁気検出を用いる装置がステアリングコラムに設けられることが想定される。そのため、磁石を用いてステアリングシャフトの回転角度を検出している上記特許文献１に記載の回転角度検出装置では、磁気検出を用いる他の装置から磁界の影響を受けるおそれがある。そこで、磁界の影響を受けない回転角度検出装置が求められている。
【０００５】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回りに磁石を使用した装置があったとしても、磁界の影響を受けない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】
【０００６】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、回転部材の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、加速度センサを設けた第一基板と、前記回転部材の回転運動を同第一基板の揺動運動に変換する変換機構と、同変換機構を通じて揺動運動する同第一基板の傾斜に伴う同加速度センサの出力信号を処理し、同回転部材の回転角度を求める制御手段とを備えることをその要旨としている。
【０００７】
同構成によれば、回転部材の回転運動を第一基板の揺動運動に変換し、第一基板の揺動運動に伴う加速度センサの傾斜によって回転部材の回転角度を求めるため、回りに磁石を使用した装置があったとしても、磁界の影響を受けることなく、回転部材の回転角度を求めることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転角度検出装置において、加速度センサを設けた第二基板を前記回転部材の回転によって移動しないように設け、前記制御手段は、前記第一基板の加速度センサの出力値から同第二基板の加速度センサの出力値を引いた値に基づき、前記回転部材の回転角度を求めることをその要旨としている。
【０００９】
同構成によれば、加速度センサを設けた第二基板を備え、同第二基板は回転部材の影響を受けない。このため、回転角度検出装置を例えば車両等に備え、車両自体が傾いた場合でも、第一基板の出力値から第二基板の出力値を引くことによって、車両自体の傾き分を除去することができる。この結果、検出時に傾く物体に回転角度検出装置を備えたとしても、回転部材の回転角度を求めることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の回転角度検出装置において、前記第一基板が揺動可能に前記第二基板に連結され、両第一基板及び第二基板の加速度センサからの出力信号を処理する制御手段をいずれか一方の基板に設けることをその要旨としている。
【００１１】
同構成によれば、両第一基板及び第二基板が連結されるため配線が可能である。また、両加速度センサからの出力信号を処理する制御手段がいずれかの基板に設けられるため、小型化することができる。また、別途制御手段を設ける必要がないため、コストを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回転角度検出装置において、回りに磁石を使用した装置があったとしても、磁界の影響を受けない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明にかかる回転角度検出装置を車両のステアリングの操舵角検出装置に具体化した一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１に示されるように、回転角度検出装置は、図示しない車両のステアリングコラム内に配設されていると共に図示しないステアリングに一体回転可能に連結されたステアリングシャフト３０に装着されている。回転角度検出装置は、ステアリングシャフト３０の周囲の図示しない構造体に固定された箱体状のハウジング２０を備えている。このハウジング２０内にはステアリングシャフト３０に一体回転可能に外嵌された主動歯車１、並びに主動歯車１に噛合する従動歯車２が回転可能に支持されている。従動歯車２の下面には、回転軸を同一とするとともに、下方に延びるウォーム歯車３が一体回転可能に連結されている。従って、ステアリングシャフト３０が回転すると主動歯車１も一体に回転し、それに伴って従動歯車２とウォーム歯車３とが同一の回転軸を中心として回転する。また、ハウジング２０内には、同ハウジング２０の内壁に固定される第二基板９と、第二基板９に回動軸８を介して回動可能に連結される第一基板７と、第一基板７の先端に固定される支持部材５に伸縮可能に設けられ、ウォーム歯車３に螺合する螺合部材４とからなる検出部１０が収容されている。第一基板７と支持部材５と螺合部材４とは、ウォーム歯車３の回転に従い回動軸８を中心として上下に揺動する。ここで、ウォーム歯車３と螺合部材４とは、ステアリングシャフト３０の回転運動を第一基板７の揺動運動に変換する変換機構として機能している。
【００１４】
図２に示されるように、ハウジング２０は下面が開口した有蓋箱体状の上部ハウジング２１及び上面が開口した有底箱体状の下部ハウジング２２を備えている。そして、上部ハウジング２１と下部ハウジング２２とを組み合わせることにより、円筒状の挿通部２３とその挿通部２３の側方へ延出された四角筒状の収容部２４とがそれぞれ形成される。挿通部２３にはステアリングシャフト３０が挿通され、収容部２４には従動歯車２とウォーム歯車３と検出部１０とが収容される。
【００１５】
上部ハウジング２１の収容部２４に対応する内頂面には従動歯車２用の円筒状の上部軸受２５が形成されている。また、下部ハウジング２２の収容部２４に対応する内底面にはウォーム歯車３用の円筒状の下部軸受２６が形成されている。
【００１６】
従動歯車２とウォーム歯車３とは一体に形成され、従動歯車２の上端部には上部ハウジング２１の上部軸受２５に支承される軸部２ａが一体に形成されている。ウォーム歯車３には１０の螺子山が形成され、ウォーム歯車３の下端部には下部ハウジング２２の下部軸受２６に支承される軸部３ａが一体に形成されている。従動歯車２及びウォーム歯車３は、軸部２ａと軸部３ａとが上部軸受２５と下部軸受２６とにそれぞれ支承されることにより回転可能になっている。
【００１７】
第二基板９は、第一基板７が回動せず同一平面上に位置した状態において、ウォーム歯車３の軸方向長さの中央に第一基板７が位置するように下部ハウジング２２に固定されている。この状態は、ステアリングシャフト３０が回動していない状態、すなわちステアリングの中立位置に対応する。第一基板７は、ウォーム歯車３の正逆回転に従って第二基板９に対して回動軸８を中心としてウォーム歯車３の軸方向における上下にそれぞれ同じ角度θ揺動する。すなわち、ステアリングシャフト３０の回動によって、第一基板７が上下に揺動する。
【００１８】
ここで、図示しないステアリングは車両が直進する状態（中立位置）から左側に二回転、右側に二回転、すなわち計四回転できるようになっている。そして、従動歯車２は主動歯車１の一回転に対して二回転するように歯数が設定されている。そのため、ステアリング（ステアリングシャフト３０）が四回転すると、従動歯車２は八回転する。
【００１９】
次に、検出部１０について図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第一基板７には、加速度センサ１１が固定されている。第二基板９には、加速度センサ１２と、両加速度センサ１１，１２からの出力信号を処理する制御装置１３とが固定されている。第一基板７は、第二基板９に設けられる回動軸８を介して回動可能に連結されている。第一基板７に固定される支持部材５は上面から見た形状が「Ｕ」字形になっている。すなわち、支持部材５には、二つの腕部５ａ，５ｂが形成されている。これら腕部５ａ，５ｂの側面には、長孔５ｃ，５ｄがそれぞれ形成されている。そして、二つの腕部５ａ，５ｂの間には、板状の螺合部材４が設けられている。螺合部材４の腕部５ａ，５ｂと対向する側面には、突出部４ａ，４ｂがそれぞれ形成されている。突出部４ａ，４ｂは、長孔５ｃ，５ｄに内側から挿通され、長孔５ｃ，５ｄに沿って移動可能である。螺合部材４の先端には、ウォーム歯車３に螺合する円弧状の螺合部４ｃが形成されている。支持部材５と螺合部材４との間には、螺合部材４を支持部材５から突出する方向へ付勢するばね６が備えられている。なお、第一基板７の加速度センサ１１から制御装置１３へは、図示しない配線が設けられている。
【００２０】
図３（ａ）に示される螺合部材４の位置は、図２に示す第一基板７が第二基板９と同一平面上に位置する状態、すなわちウォーム歯車３と螺合部材４との接触位置と回動軸８とが最も近接した状態での位置である。一方、図３（ｂ）に示される螺合部材４の位置は、図２に示す第一基板７が上下のどちらかに揺動し、最も大きい角度であるθになった状態、すなわちウォーム歯車３と螺合部材４との接触位置と回動軸８とが最も離間した状態での位置である。螺合部材４はばね６によって付勢されているため、ウォーム歯車３の回動によって第一基板７が上下どちらかに回動しても、螺合部材４の先端が常にウォーム歯車３の螺子山に螺合する。
【００２１】
第一基板７の加速度センサ１１は、第一基板７がウォーム歯車３の回動によって回動軸８を中心として回動し、傾斜すると図４に示されるように、第一基板７（加速度センサ１１）の傾きに応じて連続的に変化する電圧（出力信号）を制御装置１３に出力する。なお、図４は、加速度センサの傾きを横軸に、加速センサからの出力電圧を縦軸にプロットする。第二基板９の加速度センサ１２は、ハウジング２０に固定されているため、車両の傾きによって変化する電圧（出力信号）を制御装置１３に出力する。
【００２２】
制御装置１３は、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等から構成されている。ＲＯＭには、回転角度検出装置を制御するための各種の制御プログラム及びデータが予め格納されている。制御プログラムとしては、例えば回転角度算出プログラムがある。このプログラムは加速度センサ１１から出力された電圧値に基づいてステアリングシャフト３０の操舵角を算出するためのプログラムである。ＲＡＭはＲＯＭの制御プログラムを展開してＣＰＵが各種処理を実行するためのデータ記憶領域、すなわち作業領域である。そして、制御装置１３は、前記ＲＯＭに格納された回転角度算出プログラムに従って、第二基板９に対する第一基板７の傾斜角度からステアリングシャフト３０の回転角度を求める。
【００２３】
次に、前述のように構成された回転角度検出装置によってステアリングの操舵角を求める場合について説明する。
運転者によりステアリング操作に伴ってステアリングシャフト３０が回転すると、ステアリングシャフト３０に固定された主動歯車１も一体に回転する。主動歯車１が回転すると、従動歯車２も回転する。そして、この従動歯車２の回転に伴ってウォーム歯車３も回転し、ウォーム歯車３の回転に応じて第一基板７が回動軸８を中心として回動し、加速度センサ１１により検出される。加速度センサ１１は、第一基板７の傾斜に応じて連続的に変化する電圧（出力信号）を制御装置１３に出力する。加速度センサ１２は、第二基板９の傾斜に応じて連続的に変化する電圧を制御装置１３に出力する。
【００２４】
制御装置１３は、走行状態によっては第一基板７の加速度センサ１１の出力値に車両の傾きが含まれることになる。しかし、第二基板９の加速度センサ１２の出力値を引くことによって、第二基板９に対する第一基板７の出力電圧を求め、図４に示した出力電圧と傾きとの関係から傾斜角度を算出する。そして、制御装置１３は、算出された第二基板９に対する第一基板７の傾斜角度からステアリングシャフト３０の回転角度、すなわちステアリングの操舵角を求める。第一基板７の加速度センサ１１の出力値から第二基板９の加速度センサ１２の出力値を引くことにより、ステアリングシャフト３０の回転による第一基板７の傾きに応じた傾斜角度を正確に求められる。
【００２５】
以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）ステアリングシャフト３０の回転運動を第一基板７の揺動運動に変換し、第一基板７の揺動運動に伴う加速度センサ１１の傾斜によってステアリングシャフト３０の回転角度を求めるため、回りに磁石を使用した装置があったとしても、磁界の影響を受けることなく、ステアリングシャフト３０の回転角度を求めることができる。
【００２６】
（２）加速度センサ１２を設けた第二基板９を備え、第二基板９はステアリングシャフト３０の影響を受けないため、車両自体が傾く場合でも、第一基板７の出力値から第二基板９の出力値を引くことによって、車両自体の傾き分を除去することができる。この結果、検出時に傾く車両であっても、ステアリングシャフト３０の回転角度を求めることができる。
【００２７】
（３）両第一基板７及び第二基板９が連結されるため配線が可能である。また、両加速度センサ１１，１２からの出力信号を処理する制御装置１３が第二基板９に設けられるため、小型化することができる。また、別途制御手段を設ける必要がないため、コストを抑制することができる。
【００２８】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態では、螺合部材４がウォーム歯車３に常に接するように付勢部材として螺合部材４と支持部材５との間にばね６を設けたが、ばねに関わらず油圧シリンダ等の他の付勢部材を用いてもよい。
【００２９】
・上記実施形態では、加速度センサ１１，１２からの出力信号を処理する制御装置１３を第二基板９に設けたが、第一基板７に設けるようにしてもよい。
・また、加速度センサ１１，１２からの出力信号をそれぞれ処理する制御装置を各々の基板に設けるようにしてもよい。
【００３０】
・上記実施形態では、第一基板７と第二基板９とは回動軸８を介して連結したが、第一基板７がウォーム歯車３の正逆回転に応じて回動可能に設けられ、第二基板９がハウジング２０に固定されるならば、連結せずそれぞれ設けるようにしてもよい。
【００３１】
・上記実施形態では、第一基板７に固定された支持部材５に螺合部材４を設けるようにしたが、第一基板７と支持部材５を同一部材として、第一基板７に螺合部材４を設けるようにしてもよい。
【００３２】
・上記実施形態では、車両のステアリングの操舵角検出装置として具体化したが、車両に関わらず、その他の回転部材の回転角度検出装置として採用してもよい。
・その他の回転部材の回転角度検出装置として採用した場合に、その回転部材を備えた構造体が傾斜しないものであれば、検出部１０は回転部材を備えた構造体の傾斜を検出する加速度センサ１２を設けず、回動軸８を中心として回動する第一基板７と加速度センサ１１と制御装置とを設けた構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】回転角度検出装置の平段面図。
【図２】回転角度検出装置のＡ矢視断面図。
【図３】（ａ）（ｂ）検出部の螺合部の変位を示す図。
【図４】傾斜角度と出力電圧値との関係を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１…主動歯車、２…従動歯車、３…ウォーム歯車、４…螺合部材、４ａ，４ｂ…突出部、４ｃ…螺合部、５…支持部材、５ａ，５ｂ…腕部、５ｃ，５ｄ…長孔、６…ばね、７…第一基板、８…回動軸、９…第二基板、１０…検出部、１１，１２…加速度センサ、１３…制御装置、２０…ハウジング、２１…上部ハウジング、２２…下部ハウジング、２３…挿通部、２４…収容部、２５…上部軸受、２６…下部軸受、３０…ステアリングシャフト。
【図１】
2008232903.tif 000003
【図２】
2008232903.tif 000004
【図３】
2008232903.tif 000005
【図４】
2008232903.tif 000006