(57)【要約】【課題】多回転型の回転角検出装置において、検出精度が高いこと。【解決手段】被測定軸２と同軸の平歯車からなる第１の歯車３に、平歯車からなる第２の歯車４がギヤ比１：１で噛み合う。第２の歯車４の第１の端面４ａに回転軸線４ｃを中心とする渦巻き状の案内軌道５を形成する。支点となる所定の軸線７の回りに回動可能な揺動アーム６を設ける。被測定軸２が回転すると、揺動アーム６の第２の端部６ｂが案内軌道５をトレースし、揺動アーム６が所定の軸線７の回りに回動する。被測定軸２の多回転時に第２の回転角検出センサ１２で検出される第２の歯車４の回転角出力は、第２の歯車４の回転角に対して一定周期の反復波形となる。第１の回転角検出センサ１１で検出される揺動アームの回転角出力を用いて、第２の回転角検出センサ１１の出力値がどの周期での値であるかを判別する【選択図】　図１
2004061373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な被測定軸の同軸上に配置される第１の歯車と、
この第１の歯車に噛み合う第２の歯車と、
上記第２の歯車の端面に設けられる渦巻き状の案内軌道と、
第１および第２の端部を有し、第１の端部が所定の支点の回りに揺動自在に支持されると共に、第２の端部が上記渦巻き状の案内軌道により案内される揺動アームと、
この揺動アームの回転角を検出するための第１の回転角検出手段と、
第２の歯車の回転角を検出するための第２の回転角検出手段と、
第１および第２の回転角検出手段によって検出された回転角に基づいて上記被測定軸の絶対回転角を演算する演算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】
請求項１において、上記所定の支点が上記第２の歯車の端面に対向する位置に配置されることを特徴とする回転角検出装置。
【請求項３】
請求項１において、上記所定の支点は所定の中心軸線の回りに回動可能な可動支点からなることを特徴とする回転角検出装置。
【請求項４】
請求項３において、上記第２の歯車の端面に対向する案内部材を備え、この案内部材は、上記揺動アームの第２の端部を案内するための曲線状の案内軌道を有することを特徴とする回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多回転軸の絶対回転角を検出する回転角検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
通例、回転角検出センサの測定範囲は１回転（３６０°）以内である。このような回転角検出センサを用いて、多回転型の回転軸の絶対回転角を検出する回転角検出装置が提供されている（例えば、特開平１０−３０９０９号公報、および特許第２９７４７１７号公報参照）。
前者の特開平１０−３０９０９号公報の回転角検出装置では、単一の回転角検出センサを用いて、多回転型の回転軸の絶対回転角を検出する。そのために、回転軸の多回転（例えば４回転）を、回転角検出センサの測定範囲内（１回転以内）に減速し、減速により縮小された回転を回転角検出センサで検出することになる。このため、分解能が低下し検出精度が悪くなる。
【０００３】
後者の特許第２９７４７１７号公報の回転角検出装置では、第１の回転角検出センサによって回転軸の１回転毎に反復される微細信号を出力し、第２の回転角検出センサによって回転軸の回転の全範囲にわたって検出される粗信号を出力し、これら微細信号および粗信号に基づいて回転軸の絶対回転角を検出する。
この回転角検出装置では、回転軸の同軸上に環状の検出部材が設けられ、この環状の検出部材に渦巻き状の案内軌道が設けられる。第２の回転角検出センサは、直線摺動ポテンショメータからなり、上記の渦巻き状の案内軌道をリニアトラッキングして粗信号を出力する。
【０００４】
しかしながら、この回転角検出装置では、回転軸（すなわち検出部材）の回転角に対して、第２の回転角検出センサの出力が比例せず、リニアな検出特性が得られないという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、検出精度の高い多回転型の回転角検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、回転可能な被測定軸の同軸上に配置される第１の歯車と、この第１の歯車に噛み合う第２の歯車と、上記第２の歯車の端面に設けられる渦巻き状の案内軌道と、第１および第２の端部を有し、第１の端部が所定の支点の回りに揺動自在に支持されると共に、第２の端部が上記渦巻き状の案内軌道により案内される揺動アームと、この揺動アームの回転角を検出するための第１の回転角検出手段と、第２の歯車の回転角を検出するための第２の回転角検出手段と、第１および第２の回転角検出手段によって検出された回転角に基づいて上記被測定軸の絶対回転角を演算する演算手段とを備えることを特徴とする回転角検出装置を提供する。
【０００６】
本発明では、被測定軸が多回転すると、第２の回転角検出手段が、高精度ではあるが被測定軸の回転角に応じて周期的に反復する検出信号を出力する。この第２の回転角検出手段の検出信号がどの周期内での検出信号であるかを、第１の回転角検出手段により揺動アームの回転角に基づいて検出し、被測定軸の絶対回転角を精度良く検出することができる。
仮に、被測定軸の周囲に被測定軸と同軸上に配置される環状の部材に螺旋状の案内軌道を設けるとすると、揺動アームの回転角範囲が狭くなるので、揺動アームの回転角の検出精度が悪くなるが、本発明では、被測定軸と同軸上の第１の歯車に、第２の歯車を噛み合わせ、この第２の歯車の端面に螺旋状の案内軌道を設けるので、揺動アームの回転角範囲を広くでき、揺動アームの回転角の検出精度を高くすることができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１において、上記所定の支点が上記第２の歯車の端面に対向する位置に配置されることを特徴とするものである。本発明では、揺動アームのスパンを短くできるので、被測定軸の回転角に対する揺動アームの回転角を大きくできる結果、第１の回転角検出手段の検出精度を高くすることができる。
請求項３記載の発明は、請求項１において、上記所定の支点は所定の中心軸線の回りに回動可能な可動支点からなることを特徴とするものである。本発明では、被測定軸の回転角に対して揺動アームの回転角が概ね線形に変化するので、演算手段による演算処理が簡単となる。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項３において、上記第２の歯車の端面に対向する案内部材を備え、この案内部材は、上記揺動アームの第２の端部を案内するための曲線状の案内軌道を有することを特徴とするものである。本発明では、リニアな検出特性を得ることで、検出精度をより向上することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１および図２は本発明の一実施の形態の回転角検出装置の模式的平面図および概略断面図である。図１を参照して、本回転角検出装置１は、回転可能な被測定軸２の周囲に同軸上に配置され被測定軸２と一体回転する第１の歯車３と、この第１の歯車３に噛み合う第２の歯車４とを備える。第１および第２の歯車３，４は平歯車からなる。第１および第２の歯車３，４は、例えば、同径でギヤ比が１：１に設定される。
【００１０】
本実施の形態では、回転角検出装置１を電動パワーステアリング装置に適用してステアリングホイール等の操舵部材（図示せず）の回転角を検出する場合に則して説明する。この場合、被測定軸２は操舵部材に一体回転する軸により構成される。ただし、本発明は一般的な多回転軸の絶対角検出に適用することが可能である。
図１および図２を参照して、第２の歯車４は第１の端面４ａおよび第２の端面４ｂを有し、第１の端面４ａには、第２の歯車４の回転軸線４ｃを中心とする渦巻き状の案内軌道５が形成されている。渦巻き状の案内軌道５は溝からなっていても良いし、突条からなっていても良い。
【００１１】
案内軌道５は揺動アーム６の揺動を案内する。この揺動アーム６は、第１および第２の端部６ａ，６ｂを有しており、第１の端部６ａは、所定の支点としての所定の軸線７の回りに揺動自在に支持される。第２の端部６ｂに設けられたトレーサ６ｃは、上記渦巻き状の案内軌道５に係合しており、揺動アーム６の揺動時に案内軌道５によって案内される。
図２に示すように、渦巻き状の案内軌道５が、例えば断面半円状である場合には、第２の端部６ｂのトレーサ６ｃは球状体であっても良い。この球状体が案内軌道５としての例えば溝を転動できるように、第２の端部６ｂに支持するようにしても良い。
【００１２】
上記の所定の軸線７は支点形成手段としての支軸８の中心軸線からなる。この支軸８は、例えばステアリングコラムに固定されるセンサハウジング等の固定部材９によって、上記所定の軸線７の回りに回動自在に支持されている。また、支軸８の同軸上には、例えば円板からなり支軸８と一体回転する回転体１０が設けられ、揺動アーム６，支軸８および回転体１０が一体に回転する。
この回転体１０の同軸上には、揺動アーム６の回転角（揺動角）を検出するための第１の回転角検出センサ１１が設けられる。第１の回転角検出センサ１１は可動部１１ａと固定部１１ｂとを有する。可動部１１ａは、回転体１０の支軸８が設けられる第１の端面１０ａの反対側の面である第２の端面１０ｂ面に固定され、回転体１０と一体回転する。固定部１１ｂは例えば基板等の固定部材（図示せず）に固定される。
【００１３】
一方、第２の歯車４の回転軸線４ｃの同軸上には、第２の歯車４の回転角を検出するための第２の回転角検出センサ１２が設けられる。第２の回転角検出センサ１２は可動部１２ａと固定部１２ｂとを有する。可動部１２ａは、第２の歯車４の案内軌道５が設けられる第１の端面４ａの反対側の面である第２の端面４ｂに固定され、第２の歯車４と一体回転する。固定部１２ｂは例えば基板等の固定部材（図示せず）に固定される。
【００１４】
第１の回転角検出センサ１１および第２の回転角検出センサ１２からの検出信号は演算手段としての絶対角演算部１３に入力され、絶対角演算部１３では、第１および第２の回転角検センサ１１，１２によって検出された揺動アーム６および第２の歯車４の回転角に基づいて上記被測定軸２の絶対回転角を演算する。
次いで、図３は被測定軸２の回転角と各回転角検出センサ１１，１２の出力波形との関係を示すグラフ図である。被測定軸２としての、例えばステアリングシャフトを４回転させると、図３に示すように、第２の歯車４の回転角を検出する第２の回転角検出センサ１２の出力Ｓ２（図３において、実線で示す）は、例えば１８０ｄｅｇ周期の鋸歯状の波形となる。第２の回転角検出センサ１２の出力Ｓ２は検出精度は高いものの１８０ｄｅｇ周期で８回反復されるため、どの周期のものかが判らない。
【００１５】
一方、揺動アーム６の回転角を検出する第１の回転角検出センサ１１の出力Ｓ１は、例えば１４４０ｄｅｇまで概ねリニアに上昇する波形となる。第１の回転角検出センサ１１の出力Ｓ１のレベルに基づいて、第２の回転角検出センサ１１の出力値がどの周期での値であるかを判別することができる。したがって、被測定軸２の絶対回転角を精度良く検出することができる。
また、被測定軸２と同軸上の第１の歯車３に、第２の歯車４を噛み合わせ、この第２の歯車４の端面４ａに螺旋状の案内軌道５を設けるようにしているので、揺動アーム６の回転角範囲を広くでき、揺動アーム６の回転角の検出精度を高くすることができるという利点もある。
【００１６】
次いで、図４および図５は本発明の別の実施の形態を示している。図４および図５を参照して、本実施の形態の回転角検出装置１Ａが図１および図２の実施の形態の回転角検出装置１と主に異なるのは、揺動アーム６の揺動に関する所定の支点としての所定の軸線７を、第２の歯車４の端面４ａに対向する位置にレイアウトした点にある。
具体的には、ステアリングコラムに固定されるセンサハウジング等の固定部材９に固定されて第２の歯車４の端面４ａに平行に延びる延設アーム１４を設け、この延設アーム１４の先端に支軸８を介して揺動アーム６を支持する。
【００１７】
本実施の形態では、揺動アーム６の回転角を検出するための第１の回転角検出センサ１５は、第２の回転角検出センサ１２とは反対側に配置される。第１の回転角検出センサ１５は、支軸８と一体回転する可動部１５ａと、基板等の固定部材に固定される固定部１５ｂとを備える。本実施の形態において、図２の実施の形態と同様の構成には、図に同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態によれば、図４に示すように揺動アーム６のスパンを短くできるので、被測定軸２の回転角に対する揺動アーム６の回転角を大きくできる結果、第１の回転角検出センサ１５の検出精度を高くすることができる。
【００１８】
次いで、図６および図７は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図６および図７を参照して、本実施の形態が図１および図２の実施の形態と主に異なるのは、図１および図２の実施の形態では揺動アーム６の揺動の支点となる所定の軸線７を回転体１０の回転軸線と一致させたが、本実施の形態では、揺動アーム６の揺動の支点となる所定の軸線７ａが、回転体１０の回転軸線１６から所定のオフセット量Ｄにてオフセットされている。このため、支点としての所定の軸線７ａは、回転軸線１６を中心とする円弧状の軌跡１７に沿って移動する可動支点となる。
【００１９】
回転体１０の第１の端面１０ａに固定された受け部１８によって、揺動アーム６の第１の端部６ａの支軸８が回動自在に支持される。また、揺動アーム６の第２の端部６ｂには、所定の軸線７ａと平行に延びる延設軸６ｄが延設されており、この延設軸６ｄの先端にトレーサ６ｃが設けられている。
上記の延設軸６ｄは、第２の歯車４の第１の端面４ａに平行な案内部材１９に形成される案内軌道としての案内溝２０を挿通している。案内部材１９は、ステアリングコラムに固定されるセンサハウジング等の固定部材に固定されている。図８を参照して、案内溝２０は曲線状をなし、延設軸６ｄを介して揺動アーム６の第２の端部６ｂの変位を案内する。
【００２０】
本実施の形態によれば、案内溝２０の形状設定により、被測定軸２の回転に対して第１の回転角検出センサ１１のリニアな検出特性を得ることが可能となり、その結果、検出精度をより向上することができる。また、リニアな検出特性が得られるので、検出信号の処理も簡単となる。
次いで、図９は略図として示した図６〜図８の実施の形態の回転角検出装置１Ｂを実際にパッケージする場合の一例を示す概略断面図であり、図１０は図９の実施の形態において用いられる位置決め部材の平面図である。
【００２１】
図９を参照して、第２の歯車４の第１の端面４ａには、第２の歯車４の回転軸線４ｃに沿って突出する支軸２１が一体回転可能に設けられている。一方、第２の歯車４の第２の端面４ｂには、回転軸線４ｃを中心とする環状突起２２が形成されている。
また、回転体１０の第１の端面１０ａには、回転体１０の回転軸線１６に沿って突出する支軸２３が一体回転可能に設けられている。一方、回転体１０の第２の端面１０ｂには、回転軸線１６を中心とする環状突起２４が形成されている。
【００２２】
第１のケース２５と第２のケース２６との間に基板２７および位置決め部材２８を挟持する状態で、第１および第２のケース２５，２６が、例えば４箇所にてねじ４０を用いて互いに締結される。ねじ４０は第１のケース２５、位置決め部材２８および基板２７を順次に貫通して、第２のケース２６のねじ孔４１にねじ込まれる。上記の基板２７は、各回転角検出手段１１，１２の固定部１１ｂ，１２ｂを実装している。４２は基板２７に実装される回路素子群である。
【００２３】
第２の歯車４の支軸２１および回転体１０の支軸２３は第１のケース２５に形成される支持孔２９，３０にそれぞれ嵌め合わされて回動自在に支持されている。一方、第２の歯車４および回転体１０の環状突起２２，２４は、位置決め部材２８に形成される例えば円筒からなる位置決め部３１，３２にそれぞれ回動自在に嵌め合わされている。この嵌め合いはルーズであっても良い。
また、位置決め部３１の端面によって第２の歯車４の第２の端面４ｂを受けることで、第２の歯車４が軸方向に受けられており、また、位置決め部３２の端面によって回転体１０の第２の端面１０ｂを受けることで、回転体１０が軸方向に受けられている。位置決め部３１，３２はそれぞれ第２の歯車４および回転体１０のスラスト軸受として機能している。
【００２４】
図９および図１０を参照して、位置決め部材２８は例えば合成樹脂の一体成形品からなる。位置決め部材２８は上記の位置決め部３１，３２を互いに連結する連結部３３と、位置決め部３１から放射状に延びる一対の支持アーム３４，３５と、位置決め部３２から放射状に延びる一対の支持アーム３６，３７とを備える。各支持アーム３４〜３７の先端部には、第１および第２のケース２５，２６の固定用のねじ４０を挿通させるねじ挿通孔３８を有するボス３９がそれぞれ形成されている。すなわち、位置決め部材２８は、基板２７と共に第１および第２のケース２５，２６に共締めにて固定される。
【００２５】
本実施の形態によれば、揺動アーム６を介して関連付けられる第２の歯車４および回転体１０がそれぞれ両持ちで支持されることにより、第２の歯車４および回転体１０の傾きを抑えることができ、その結果、検出精度のばらつきの発生を防止することができる。
特に、第２の歯車４および回転体１０の支軸２１，２３が単一の部材である第１のケース２５のみを介して互いに位置決めされるので、支軸２１と支軸２３との位置決め精度が高い。
【００２６】
同様に、第２の歯車４および回転体１０の環状突起２２，２４が単一の部材である位置決め部材２８のみを介して互いに位置決めされるので、環状突起２２と環状突起２４との位置決め精度が高い。
また、位置決め部材２８を合成樹脂の一体成形品とすることで、安価に製造することができる。
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の回転角検出装置の概略構成を示す模式的平面図である。
【図２】図１の回転角検出装置の一部破断概略側面図である。
【図３】図１の実施の形態において、被測定軸の回転角と各回転角検出センサの出力との関係を示すグラフ図である。
【図４】本発明の別の実施の形態の回転角検出装置の概略構成を示す模式的平面図である。
【図５】図４の回転角検出装置の一部破断概略側面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施の形態の回転角検出装置の概略構成を示す模式的平面図である。
【図７】図６の回転角検出装置の一部破断概略側面図である。
【図８】図６の実施の形態において、延設軸が挿通された案内部材の平面図である。
【図９】図６〜図８の実施の形態の回転角検出装置を実際にパッケージする場合の一例を示す、回転角検出装置の概略断面図である。
【図１０】図９の実施の形態において用いられる位置決め部材の平面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ　回転角検出装置
２　　被測定軸
３　　第１の歯車
４　　第２の歯車
４ａ　第１の端面
４ｂ　第２の端面
４ｃ　回転軸線
５　　渦巻き状の案内軌道
６　　揺動アーム
６ａ　第１の端部
６ｂ　第２の端部
６ｃ　トレーサ
７　　所定の軸線（所定の支点）
７ａ　所定の軸線（可動支点）
８　　支軸
９　　固定部材
１０　回転体
１１　第１の回転角検出センサ
１２　第２の回転角検出センサ
１３　絶対角演算部（演算手段）
１４　延設アーム
１５　第１の回転角検出センサ
１６　回転軸線
１７　軌跡
１８　受け部
１９　案内部材
２０　案内溝（曲線状の案内軌道）
２８　位置決め部材
３１，３２　位置決め部
【図１】
2004061373.tif 000003
【図２】
2004061373.tif 000004
【図３】
2004061373.tif 000005
【図４】
2004061373.tif 000006
【図５】
2004061373.tif 000007
【図６】
2004061373.tif 000008
【図７】
2004061373.tif 000009
【図８】
2004061373.tif 000010
【図９】
2004061373.tif 000011
【図１０】
2004061373.tif 000012