(57)【要約】【課題】回転軸の１回転以上の回転角を検出することができる回転角検出装置及び操舵装置を提供する。【解決手段】回転軸１０の回転角度位置を検出する角度位置検出手段３０と、回転軸１０の回転運動を軸長方向の直線運動に変換する変換手段１２，２２と、回転軸１０の直線移動位置を検出する移動位置検出手段４０と、検出された回転角度位置及び直線移動位置に基づいて、回転軸の回転角を算出する算出手段と、角度位置検出手段３０を回転軸１０と一体的に軸長方向へ直線移動するように支持する支持手段３６，３８と、角度位置検出手段３０の回転軸の軸回りの回転を規制する規制手段４２，２４とを備えた回転角検出装置で、回転軸１０の回転角を検出する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の回転角を検出する回転角検出装置において、
前記回転軸の回転角度位置を検出する角度位置検出手段と、
前記回転軸の回転運動を軸長方向の直線運動に変換する変換手段と、
前記回転軸の軸長方向の直線移動位置を検出する移動位置検出手段と、
検出された回転角度位置及び直線移動位置に基づいて、前記回転軸の回転角を算出する算出手段と
を備えることを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
前記角度位置検出手段を、前記回転軸と一体的に軸長方向へ直線移動するように支持する支持手段を備え、
前記移動位置検出手段は、前記角度位置検出手段の直線移動位置を検出すべくなしてあることを特徴とする請求項１記載の回転角検出装置。
【請求項３】
前記角度位置検出手段の回転軸の軸回りの回転を規制する規制手段を備えることを特徴とする請求項２記載の回転角検出装置。
【請求項４】
前記回転軸は、ハウジング内に支持されており、
前記変換手段は、回転軸表面に形成された雄ネジ部と、ハウジング内壁に形成され、前記雄ネジ部が螺合される雌ネジ部とを含み、
前記支持手段は、回転軸に内輪が固定され、前記角度位置検出手段を外輪で支持する軸受を含み、
前記規制手段は、前記外輪から回転軸の軸長方向に沿って突出したロッドと、ハウジング内壁に形成され、前記ロッドを軸長方向に移動自在に保持する保持部とを含み、
前記移動位置検出手段は、前記ロッドの直線移動位置を検出すべくなしてあることを特徴とする請求項３記載の回転角検出装置。
【請求項５】
操舵部材に連結された入力軸と、
前記入力軸に、回転軸が軸長方向に移動自在かつ、相対回転が規制された状態で連結された請求項１〜４の何れかに記載の回転角検出装置と
を備え、入力軸の回転角を検出すべくなしてあることを特徴とする操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置、および操舵部材に連結された入力軸の回転角を検出する操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車においては、操舵部材の回転角を回転角検出装置で検出し、例えば電動パワーステアリング装置の操舵補助用モータの駆動制御等に使用している。回転角検出装置は、例えば操舵部材に連結された入力軸の回転角を検出する。回転角は、例えば操舵部材が中立状態のときの回転角度位置を基準にした回転角である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
操舵部材は１回転以上回転されるため、回転角検出装置は１回転以上の回転角を検出する必要がある。しかし、回転角検出装置が備える角度位置センサは、回転数を含まない０°〜３６０°の回転角度位置しか検出できない場合が多い。そのため、例えば歯車等を用いて入力軸に対する回転比が１／４の回転軸を設け、前記回転軸の回転角度位置（０°〜３６０°）を４倍して、入力軸の回転角（０°〜１４４０°）を検出すること等が行われている。
【０００４】
しかし、歯車を用いた場合は、回転角検出装置のサイズが、入力軸に垂直な方向に大型化してしまう。また、歯車の回転比が１／４の場合は、前記回転軸の１回転を１４４０度（＝３６０度×４）として回転角度位置を検出するため、検出精度が低下する。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、回転軸の１回転又は１周期回転以上の回転角を検出することができる回転角検出装置及び操舵装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、回転軸の直線移動位置を、角度位置検出手段の直線移動位置から検出することができる回転角検出装置を提供することを他の目的とする。
【０００７】
また、本発明は、回転軸の回転角度位置を正確に検出することができる回転角検出装置を提供することを他の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る回転角検出装置は、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置において、前記回転軸の回転角度位置を検出する角度位置検出手段と、前記回転軸の回転運動を軸長方向の直線運動に変換する変換手段と、前記回転軸の軸長方向の直線移動位置を検出する移動位置検出手段と、検出された回転角度位置及び直線移動位置に基づいて、前記回転軸の回転角を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る回転角検出装置は、第１発明において、前記角度位置検出手段を、前記回転軸と一体的に軸長方向へ直線移動するように支持する支持手段を備え、前記移動位置検出手段は、前記角度位置検出手段の直線移動位置を検出すべくなしてあることを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係る回転角検出装置は、第２発明において、前記角度位置検出手段の回転軸の軸回りの回転を規制する規制手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
第４発明に係る回転角検出装置は、第３発明において、前記回転軸は、ハウジング内に支持されており、前記変換手段は、回転軸表面に形成された雄ネジ部と、ハウジング内壁に形成され、前記雄ネジ部が螺合される雌ネジ部とを含み、前記支持手段は、回転軸に内輪が固定され、前記角度位置検出手段を外輪で支持する軸受を含み、前記規制手段は、前記外輪から回転軸の軸長方向に沿って突出したロッドと、ハウジング内壁に形成され、前記ロッドを軸長方向に移動自在に保持する保持部とを含み、前記移動位置検出手段は、前記ロッドの直線移動位置を検出すべくなしてあることを特徴とする。
【００１２】
第５発明に係る操舵装置は、操舵部材に連結された入力軸と、前記入力軸に、回転軸が軸長方向に移動自在かつ、相対回転が規制された状態で連結された第１〜第４発明の何れかの回転角検出装置とを備え、入力軸の回転角を検出すべくなしてあることを特徴とする。
【００１３】
第１発明においては、回転軸が回転した場合、変換手段により、回転軸の回転運動が軸長方向の直線運動に変換される。回転軸は、回転に応じて、回転角に対応する距離だけ軸長方向に直線移動する。角度位置検出手段によって回転軸の回転角度位置が検出され、移動位置検出手段によって回転軸の直線移動位置が検出される。検出される回転角度位置は、基準回転角度位置を基準にした、回転軸の軸回りの回転数を含まない回転角であり、検出される直線移動位置は、基準直線移動位置を基準にした、回転軸に沿った方向の直線移動位置である。検出された回転角度位置及び直線移動位置に基づいて、回転軸の回転角を算出手段で算出する。例えば回転角度位置が３０°に対応する位置で、直線移動位置が＋２回転に対応する位置の場合、３０°＋（３６０°×２）より、回転角７５０°が算出される。ここで、＋２回転は、回転軸を基準回転角度位置から右回りに２回転させたことを表す。
【００１４】
第２発明においては、支持手段により、角度位置検出手段は、回転軸と一体的に軸長方向へ直線移動するように支持される。角度位置検出手段の多くは、例えば回転軸側に固定され、回転軸と共に回転する回転部と、回転軸の外周付近に軸方向に移動可能な非回転部とを備え、非回転部に対する回転部の距離変化に基づいて回転角度位置を検出する。回転軸が回転した場合、変換手段により、回転軸は軸長方向に直線運動を行うが、角度位置検出手段は、回転軸と共に軸長方向に直線運動する。そのため、前記回転部及び前記非回転部の回転軸に沿った方向の位置関係は、変動せずに一定に保たれる。また、移動位置検出手段は、角度位置検出手段の直線移動位置を検出することにより、回転軸の直線移動位置を検出することが可能である。
【００１５】
第３発明においては、規制手段により、角度位置検出手段の回転軸の軸回りの回転を規制する。例えば、前記角度位置検出手段の非回転部が回転軸の軸回りに回転することを規制する。ただし、前記角度位置検出手段の回転部は、回転軸と共に回転する。
【００１６】
第４発明においては、回転軸表面に雄ネジ部を形成し、雄ネジ部をハウジング内壁に形成された雌ネジ部に螺合させ、回転軸の回転運動を軸長方向の直線運動に変換する。また、内輪が回転軸に固定された軸受の外輪に角度位置検出手段を支持させることにより、角度位置検出手段は、回転軸と一体的に軸長方向に移動すると共に、回転軸の軸回りに自在に回転可能である。さらに、軸受の外輪に回転軸に沿ったロッドを設け、このロッドを保持部で摺動自在に保持する。例えば保持部に形成された貫通孔に前記ロッドを挿入する。貫通孔に挿入されたロッドは長手方向に摺動自在であるが、回転軸の回転方向へは移動できず、外輪及び角度位置検出手段は回転軸の軸回りに回転できない。移動位置検出手段は、前記ロッドの直線移動位置から回転軸の直線移動位置を検出する。
【００１７】
第５発明においては、操舵部材の回転に応じて入力軸及び回転軸が回転し、回転角検出装置によって操舵部材の回転角が検出される。例えば操舵部材の中立状態を基準にして、回転軸の回転角度位置が３０°に対応する位置で、直線移動位置が−２回転に対応する位置の場合、（３０°−３６０°）＋（−３６０°×２）より、回転角−１０５０°が算出される。ここで、−２回転は、操舵部材を左回りに２回転させたことを表す。検出した回転角は、例えば電動パワーステアリング装置の操舵補助用モータの駆動制御等に使用する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。本説明においては、自動車の操舵部材に連結された入力軸の回転角を検出する回転角検出装置を例にして説明する。
【００１９】
本発明に係る回転角検出装置の例を図１に示す。また、図１中のＸ−Ｘ線切断断面図を図２（ａ）に、Ｙ−Ｙ線切断断面図を図２（ｂ）に示す。図１に示すように、回転軸１０表面には雄ネジ部１２が形成されており、雄ネジ部１２は、ハウジング内部に形成された雌ネジ部２２に螺合されている。雄ネジ部１２及び雌ネジ部２２は、回転軸１０の回転運動を軸長方向の直線運動に変換する手段（変換手段）として動作する。
【００２０】
回転軸１０の頭部は、例えば図２（ａ）に示すように６角柱状に形成され、頭部から雄ネジ部１２の間は、図２（ｂ）に示すように円柱状に形成されている。入力軸１４の先端部内側には、図２（ａ）に示すように、回転軸１０の頭部が軸長方向に摺動自在に嵌入される６角柱状の中空部が形成されており、回転軸１０の頭部は、操舵部材に連結された入力軸１４に嵌入されている。回転軸１０は入力軸１４に、軸長方向に移動自在かつ、相対回転が規制された状態で連結された状態となっている。また、入力軸１４の先端部外側は、ボールベアリング２６により、ハウジング２０に回転自在に支持されている。
【００２１】
操舵部材が回転され、入力軸１４が回転した場合、回転軸１０は入力軸１４と共に回転する。回転した回転軸１０は、雄ネジ部１２及び雌ネジ部２２の螺合により、ハウジング２０に対して軸長方向に移動するが、回転軸１０の頭部は入力軸１４内を摺動自在なため、入力軸１４が軸長方向に移動することは無い。
【００２２】
また、図示していないが、回転軸１０は、例えば舵取機構のピニオン軸等の出力軸とも連結される。出力軸と回転軸１０との連結は、入力軸１４と回転軸１０との連結と同様に行う。例えば、回転軸１０の両端部を６角柱状に形成し、一端を入力軸１４に嵌入し、他端を入力軸１４と同様の６角柱状の中空部を有する出力軸に嵌入する。
【００２３】
回転軸１０の頭部と雄ネジ部１２との間には、ボールベアリング３８が取付けられ、ボールベアリング３８の外輪３７には、支持部材３６が形成されている。ボールベアリング３８の内輪３９には回転軸１０が圧入されており、内輪３９は回転軸１０と一体的に軸回りに回転する。また、ボールベアリング３８の内輪３９及び外輪３７は、回転軸１０と一体的に軸長方向に移動する。支持部材３６は、ボールベアリング３８の外輪３７から入力軸１４方向に突出した形状をしており、回転軸１０の回転角度位置を検出する角度位置センサ（角度位置検出手段）３０を支持する。ボールベアリング３８及び支持部材３６は、角度位置センサ３０を、回転軸１０と一体的に軸長方向へ直線移動するように支持する手段（支持手段）として動作する。支持部材３６及びボールベアリング３８の外輪３７は、回転軸１０に対して軸回りには回転自在であるが、回転軸１０に対して軸長方向へは移動できない。
【００２４】
角度位置センサ３０として、例えばレゾレバを用いることができる。また、例えば光学式のロータリエンコーダを使用したり、例えば、ホール素子又は強磁性薄膜を用いた磁気式のロータリエンコーダ等を使用することも可能である。角度位置センサ３０は、例えば回転軸１０に固定され、回転軸１０と共に回転する回転部３２と、支持部材３６に回転部３２と対向するように固定され、回転軸１０の軸回りには回転しない非回転部３４とを備え、非回転部３４に対する回転部３２の距離変化に基づいて回転角度位置を検出する。本説明において、角度位置センサ３０は、回転数を含まない０°〜３６０°の回転角度位置を検出する。
【００２５】
また、ボールベアリング３８の外輪３７には、回転軸１０に沿った円柱状のロッド４２が、雄ネジ部１２方向に形成されている。ロッド４２は、図２（ｂ）に示すように、ハウジング２０内側に設けられた保持部２４に形成された貫通孔に摺動自在に挿入されている。ロッド４２は、軸長方向へは移動自在であるが、貫通孔に挿入されているために、回転軸１０の回転方向には移動できず、ボールベアリング３８の外輪３７は回転軸１０の軸回りに回転できない。ロッド４２及び保持部２４は、角度位置センサ３０（非回転部３４）の回転軸１０の軸回りの回転を規制する手段（規制手段）として動作する。ボールベアリング３８の外輪３７、支持部材３６及び非回転部３４は回転軸１０の軸回りに回転せず、ボールベアリング３８の内輪３９、回転部３２及び回転軸１０は、回転軸の軸回りに回転自在である。
【００２６】
回転軸１０の直線移動位置は、回転軸１０と共に軸長方向に移動する角度位置センサ３０、支持部材３６又はロッド４２の直線移動位置から検出することが可能である。図１の例では、ロッド４２の先端部と、ハウジング２０内側のロッド４２先端の対面部分とに、回転軸１０の直線移動位置を検出する移動位置センサ４０が設けられている。移動位置センサ４０は、ロッド４２先端部に取付けられた移動部４４と、ハウジング２０のロッド４２先端の対面部に取付けられた固定部４６とを含む。固定部４６は、例えば磁界発生用コイル等を用いた磁界発生部であり、移動部４４は、例えば磁力検出用コイル等を用いた磁力検出部であり、移動部４４及び固定部４６間の距離に応じて、移動部４４が検出する磁力が変化する。回転軸１０が回転して軸長方向に移動することにより、ロッド４２が軸長方向に移動した場合、移動部４４及び固定部４６間の移動前後の距離が移動部４４によって検出される。
【００２７】
角度位置センサ３０及び移動位置センサ４０は、例えば図３に示すように、検出された回転角度位置及び直線移動位置に基づいて、回転軸１０の回転角を算出する演算処理部（算出手段）２に接続される。演算処理部２は、検出された直線移動位置に基づいて回転軸１０の回転数を取得し、取得した回転数と検出された回転角度位置とを用いて、回転軸１０の回転角を求める。例えば、回転数が＋３回転で、回転角度位置が６０°の場合、６０°＋（３６０×３）より、回転角１１４０°を求める。ただし、＋３回転は右方向へ３回転であり、−３回転は左方向に３回転である。
【００２８】
次に、本発明に係る回転角検出装置を用いた回転角の検出について説明する。操舵部材が回転され、入力軸１４が回転した場合、回転軸１０は入力軸１４と共に回転しつつ、雄ネジ部１２及び雌ネジ部２２の螺合により、軸長方向に直線移動する。回転によって回転軸１０が軸長方向に移動した場合、非回転部３４、支持部材３６及びロッド４２は、回転軸１０の軸回りに回転せずに、回転軸１０と共に軸長方向に移動する。このときの回転軸１０の回転角度位置は角度位置センサ３０で検出され、直線移動位置は移動位置センサ４０で検出され、夫々演算処理部２に送られる。
【００２９】
検出された回転角度位置及び直線移動位置に基づいて、演算処理部２で回転角を求め、例えば電動パワーステアリング装置の操舵補助用モータの駆動制御等に使用する。
【００３０】
上述した実施の形態においては、ロッド４２先端に取付けられた移動部４４で磁力を検出したが、例えば移動部４４に磁性体を設け、固定部４６に磁力検出用コイルを設けることも可能である。また、例えば図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ロッド４２が軸長方向に移動した場合に、ロッド４２先端部の側面からハウジング２０内面に設けられた移動位置センサ５０，６０までの距離が変化するように、ロッド４２先端部分の側面をテーパ状に変形することも可能である。
【００３１】
図４（ａ）の例では、ハウジング２０内側のロッド４２先端付近に移動位置センサ５０が取付けられ、移動位置センサ５０からロッド４２のテーパに向けて、押出部材５２が押出されている。押出部材５２は、先端部がロッド４２のテーパに接触するように、例えばバネ等の弾性力によって移動位置センサ５０から押出されている。押出部材５２が押出されている長さに基づいて、ロッド４２の移動位置を検出することが可能である。また、図４（ｂ）の例では、図４（ａ）と同様のロッド４２のテーパに磁性体６４を取付け、移動位置センサ６０の磁力検出部６２で磁力を検出する。磁力検出部６２で検出した磁力に基づいて、ロッド４２の移動位置を検出することが可能である。
【００３２】
また、回転軸１０の回転部３２に、磁性体のターゲットを形成することも可能である。例えば図５（ａ）、（ｂ）に示すように、磁性体のターゲット７０を、回転軸１０が回転するに従って軸長方向に位置が変化するように、回転軸１０の表面に形成する。ターゲット７０と対向する非回転部３４に磁力検出部７２ａ及び／又は７２ｂを取付け、磁力検出部７２ａ及び／又は７２ｂが検出した磁力に基づいて、回転軸１０の回転角を検出する。ここで、図５（ｂ）は、回転軸１０のターゲット７０が形成された部分１０ａを回転方向に展開した図である。図５（ａ）、（ｂ）の例では、０°〜３６０°までの回転角度位置が検出できる。
【００３３】
図６に示すように、回転軸１０の回転部３２に、４つのターゲット７４を形成することも可能である。図６の例では、各ターゲット７４で９０°（＝３６０÷４）までの回転角度位置が検出できる。この場合は、回転軸１０の軸長方向への移動量に応じて、回転軸１０のｎ／４回転（ｎは整数）を移動位置センサ４０で検出し、回転軸１０の回転角を求める。例えば、回転軸１０が７／４回転して４５°の回転角度位置にある場合は、４５°＋（３６０×７／４）より、回転角６７５°が求まる。このように、回転軸１０の軸長方向の直線移動位置に基づいて、３６０°（１回転）周期の回転数以外に、９０°（１／４回転）又は１８０°（１／２回転）周期の回転数など、任意角度周期の回転数を検出することが可能である。
【００３４】
また、図７に示すように、ハウジング２０内側のロッド４２と同軸位置にガイド穴２８を形成し、ロッド４２をガイド穴２８に摺動自在に挿入することも可能である。また、ボールベアリング３８の外輪３７の雄ネジ部１２側に移動位置センサ４０の移動部４４を取付け、ハウジング２０内側の移動部４４と対向する部分に固定部４６を取付けることも可能である。
【００３５】
上述した実施の形態においては、入力軸１４が操舵部材に連結されているため、回転軸１０を入力軸１４に摺動自在に嵌入したが、入力軸１４と回転軸１０とを一体的に連結することも勿論可能である。また、例えば操舵機構と舵取機構とが機械的に非連結の場合は、回転軸１０側に雌ネジ部を形成し、ハウジング２０側に雄ネジ部を形成することも可能である。
【００３６】
回転軸１０の頭部及び入力軸１４先端の中空部は６角柱状に限定はされず、回転運動を伝達できる多角柱又はスプライン等の任意形状にすることが可能である。同様に、ロッド４２及び保持部２４の貫通孔の断面は、円形に限定はされず、多角形状等の任意形状に形成することが可能である。また、保持部２４は、貫通孔に限定はされず、ロッド４２を長手方向に移動自在かつ回転軸１０の軸回りに回転不能に保持できれば、例えばリング状部材を用いるなど、任意の保持手段を用いることが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
第１発明によれば、回転軸の回転角度位置及び回転軸の軸長方向への直線移動位置に基づいて、１回転又は１周期回転以上の回転角を検出することができる。
【００３８】
第２又は第４発明によれば、回転軸と一体的に軸長方向へ沿って直線移動する角度位置検出手段又はロッドの移動位置に基づいて、回転軸の直線移動位置を検出することができる。
【００３９】
第３発明によれば、角度位置検出手段の回転軸の軸回りの回転を規制することにより、回転軸の回転角度位置を正確に検出することができる。
【００４０】
第４発明によれば、回転軸をネジと同様に回転及び直線移動させることにより、変換手段をコンパクトに構成することができる。歯車を使用しないため、回転軸に垂直な方向に大型化することを防止できる。
【００４１】
第５発明によれば、操舵部材の１回転又は１周期回転以上の回転角を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転角検出装置の例を示す図である。
【図２】（ａ）は図１に示すＸ−Ｘ線切断断面図であり、（ｂ）は図１に示すＹ−Ｙ線切断断面図である。
【図３】回転角の算出部分の例を示すブロック図である。
【図４】移動位置センサの他の例を示す図である。
【図５】角度位置センサの他の例を示す図である。
【図６】角度位置センサの更に他の例を示す図である。
【図７】移動位置センサの更に他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０　回転軸
１２　雄ネジ部（変換手段）
１４　入力軸
２０　ハウジング
２２　雌ネジ部（変換手段）
２４　保持部（規制手段）
３０　角度位置センサ（角度位置検出手段）
３６　支持部材（支持手段）
３７　外輪
３８　ボールベアリング（支持手段）
３９　内輪
４０　移動位置センサ（移動位置検出手段）
４２　ロッド（規制手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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