(57)【要約】【課題】高精度で回転角度を検出する回転角度検出装置を小型化させると共に低コストで実現する。【解決手段】ステアリングシャフト２１に取り付けられた回転板１１と、回転板１１の円周方向に沿い、回転板１１の回転中心からの距離が連続的に変化する形状に形成されたスリットリング４１と、発光素子５１から発光して受光素子５２にて検出した受光位置に基づいて回転板１１の回転角度を検出する。この回転角度検出装置では、回転板１１が回転している場合において、回転板１１の外周端に設けられた壁部４２を、軸ずれ検出機構５３により回転板の回転中心方向に押圧する。また、コア６２の変位をコイル部６７，６８などにより検出して、回転角度を補正する。【選択図】      図２
2004212061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられた回転板と、
上記回転板の円周方向に沿い、上記回転板の回転中心からの距離が連続的に変化する形状に形成されたスリットと、
上記回転板の外周端に設けられた壁部と、
上記壁部を上記回転板の回転中心方向に押圧する押圧機構部と、
上記スリットに向かって発光する発光素子と、
上記回転板を挟んで上記発光素子と対向する位置に設けられ、上記発光素子から発光されてスリットを通過した光を受光して、上記回転板の径方向における受光位置を検出する受光素子と、
上記受光素子にて検出した受光位置に基づいて、上記回転板の回転角度を検出する回転角度検出手段と
を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
上記押圧機構部は、上記回転板の径方向が長手方向とされた支柱と、当該支柱を上記回転板の上記壁部に向かって押圧するバネ機構とを有し、
上記壁部の上記回転板の径方向における変位を検出する変位検出手段と、
上記変位検出手段により検出された上記壁部の変位に基づいて、上記回転角度検出手段により検出された回転角度を補正する補正手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
上記変位検出手段は、上記支柱により上記壁部を押圧する端部とは異なる端部に設けられたコア部と、当該コア部の上記回転板の径方向における変位を検出する差動トランス回路とを更に備えることを特徴とする請求項２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
上記変位検出手段は、上記壁部に設けられた第１金属箔と、上記回転板の径方向における位置が固定された第２金属箔と、上記第１金属箔と上記第２金属箔との間に発生する静電容量に基づいて、上記壁部の上記回転板の径方向における変位を検出する変位検出回路とを更に備えることを特徴とする請求項２に記載の回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両のステアリング等の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、発光素子と半導体位置検出センサとの間に、円盤状の回転板にスリットリングを設け、ユーザにより操作される回転操作部材が操作されたことに応じてスリットリングを回転させて回転角度を検出する光学式の回転角度検出装置が下記特許文献１などにて知られている。
【０００３】
この回転角度検出装置では、回転中心から外周方向に向かうに従って半径が連続的に大きくなる角度検出用スリットが設けられた回転板を使用することで、発光素子からの光の半導体位置検出センサの受光位置が変化することを検出しており、電子ボリュームなどに使用されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３１６０３７２号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の回転角度検出装置では、回転板の回転中心に設けられた回転軸に軸ずれなどが発生した場合の回転角度のずれを補正するために、角度検出用スリットとは別に、所定の半径で環状に形成された軸ずれ補正用スリットを回転板に設けており、回転板にが大型化するという問題があった。
【０００６】
また、角度検出用スリットの外周側に軸ずれ補正用スリットを設ける場合に、既存の回転板と同等の大きさにするためには、角度検出用スリットの半径を小さくする必要があり、角度検出精度が低くなってしまう。
【０００７】
更に、従来の回転角度検出装置においては、回転角度を検出する半導体位置検出センサの他に、軸ずれを検出する半導体位置検出センサを設ける必要がありコストが高くなっていた。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、高精度で回転角度を検出する回転角度検出装置を小型化させると共に低コストで実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る回転角度検出装置は、回転軸に取り付けられた回転板と、上記回転板の円周方向に沿い、上記回転板の回転中心からの距離が連続的に変化する形状に形成されたスリットと、上記スリットに向かって発光する発光素子と、上記回転板を挟んで上記発光素子と対向する位置に設けられ、上記発光素子から発光されてスリットを通過した光を受光して、上記回転板の径方向における受光位置を検出する受光素子と、上記受光素子にて検出した受光位置に基づいて上記回転板の回転角度を検出する回転角度検出手段とを備える。この回転角度検出装置では、回転板が回転している場合において、回転板の外周端に設けられた壁部を、押圧機構部により回転板の回転中心方向に押圧することで、上述の課題を解決する。
【００１０】
また、本発明に係る回転角度検出装置において、押圧機構部を、回転板の径方向が長手方向とされた支柱と、当該支柱を回転板の壁部に向かって押圧するバネ機構とを有するものとする。そして、この回転角度検出装置では、変位検出手段により、壁部の回転板の径方向における変位を検出し、補正手段により、変位検出手段により検出された壁部の変位に基づいて、回転角度検出手段により検出された回転角度を補正する。
【００１１】
更に、本発明に係る回転角度検出装置において、変位検出手段を、支柱により壁部を押圧する端部とは異なる端部に設けられたコア部と、当該コア部の回転板の径方向における変位を検出する差動トランス回路とを備えた構成にしても良い。
【００１２】
更に、本発明に係る回転角度検出装置において、変位検出手段を、壁部に設けられた第１金属箔と、回転板の径方向における位置が固定された第２金属箔と、第１金属箔と上記第２金属箔との間に発生する静電容量に基づいて、壁部の回転板の径方向における変位を検出する変位検出回路とを備えた構成にしても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
［回転角度検出装置の構成］
本発明は、例えば図１に上面図、図１のＡ−Ａ断面図を図２示すように構成された回転角度検出装置に適用される。なお、本実施形態では、回転角度検出装置をステアリングの回転を検出するものに適用した場合について説明する。
【００１５】
この回転角度検出装置は、主として、スリットリング機構部１と、当該スリットリング機構部１の回転角度を検出する回転角度検出部２とからなる。この回転角度検出装置では、図２に示すように、スリットリング機構部１及び回転角度検出部２を筐体３内に収容して構成されている。
【００１６】
スリットリング機構部１は、円盤状の回転板１１と、当該回転板１１の外周端に設けられた第１ギア１２とを備える。このスリットリング機構部１には、図２に示すように、回転板１１の回転中心を回転軸としたステアリングシャフト２１が取り付けられている。
【００１７】
このステアリングシャフト２１は、回転板１１の下方に円盤状の第２ギア２２が取り付けられている。この第２ギア２２は、ステアリングシャフト２１が回転することにより外周端に設けられたギア部２２ａが回転する。
【００１８】
この第２ギア２２には、ステアリングシャフト２１の回転トルクを回転板１１に伝達する第３ギア３１が接続されている。この第３ギア３１は、第２ギア２２のギア部２２ａとかみ合うギア部３１ａ、回転板１１の第１ギア１２とかみ合うギア部３１ｂを備える。
【００１９】
このような第２ギア２２、第３ギア３１及び第１ギア１２では、ステアリングシャフト２１の回転に併せて回転するように構成される。これにより、ステアリングシャフト２１が回転されると、当該ステアリングシャフト２１の回転トルクを第２ギア２２のギア部２２ａ、第３ギア３１のギア部３１ａ、ギア部３１ｂを介して回転板１１のステアリングシャフト２１に伝達して、回転板１１を回転させる。
【００２０】
ここで、第２ギア２２、第３ギア３１及び第１ギア１２は、ステアリングシャフト２１が全回転（例えば右方向２回転、左方向２回転）した場合に、スリットリング４１が一回転未満となるように回転板１１の回転を減速させるようにギア比が設定されている。
【００２１】
回転板１１は、回転中心がステアリングシャフト２１に同期して回転可能となっており、円周方向に沿い、回転中心から外周側になるに従って回転中心からの距離が連続的に大きくなるスリットリング４１が形成されている。また、この回転板１１には、外周端に回転角度検出部２に支持される壁部４２が形成されている。
【００２２】
回転角度検出部２は、回転板１１の上方に設けられた発光素子５１、回転板１１を挟んで発光素子５１と対向する位置に設けられて発光素子５１からの光を受光する受光素子５２、回転板１１の壁部４２を押圧して回転板１１のステアリングシャフト２１に対する軸ずれを検出する軸ずれ検出機構５３とを有する。また、この回転角度検出部２は、後述する図３に示す回転角度検出回路５４を備える。
【００２３】
発光素子５１は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなり、ステアリングの回転角度を検出するに際して、図示しない駆動回路により発光制御される。この発光素子５１により発光された光は、回転板１１のスリットリング４１にて透過し、受光素子５２に導かれる。
【００２４】
受光素子５２は、例えば輝点位置を検出する半導体光検出素子（ＰＳＤ（Position Sensitive Device））からなり、発光素子５１から出射されてスリットリング４１を通過した光の回転板１１の半径方向における位置に応じた電流を発生して、回転角度検出回路５４に出力する。
【００２５】
軸ずれ検出機構５３は、一方端に壁部４２と接触する接触部材６１が取り付けられ、他方端に金属材料からなるコア６２が取り付けられ、回転板１１の半径方向が長手方向とされた支柱６３を備える。この支柱６３には、バネ６４が巻き付けられ、ハウジング６５に係止部材６６が係止されて、壁部４２への押圧力が発生される。
【００２６】
接触部材６１は、バネ６４、ハウジング６５及び係止部材６６により回転板１１の回転中心に向かって壁部４２に押圧されるために、回転板１１が回転している場合であっても接触している状態となる。したがって、この接触部材６１は、壁部４２が回転するときにおいて摩擦力が一定なるような材料にて形成されている。
【００２７】
また、この軸ずれ検出機構５３は、コア６２の可動範囲にコイル部６７，６８が設けられている。このコイル部６７，６８は、中間に位置した１次コイル７１の回転板１１の半径方向に２次コイル７２が設けられて構成されている。この軸ずれ検出機構５３では、図示しないコイル部６７，６８の駆動回路から、１次コイル７１を交流励磁することで、２次コイル７２にコア６２を介した誘導電圧を発生させる。
【００２８】
これに対し、回転角度検出回路５４では、この出力を差動接続して電圧差に基づいてコア６２の変位を検出する。すなわち、回転角度検出回路５４では、接触部材６１が１次コイル７１付近の中央に位置しているときには、回転板１１の半径方向において前後する２次コイル７２の出力差が「０」となり、接触部材６１が回転板１１の半径方向に変位した距離に応じた出力差を得る。
【００２９】
この回転角度検出回路５４は、図３に示すように、コイル部６７に交流電流が供給されている状態において、コア６２の変位に応じて、コイル部６８の各２次コイル７２からダイオードブリッジ回路８１に出力がされる。この回転角度検出回路５４では、ダイオードブリッジ回路８１により２次コイル７２からの出力から出力差を得て、アンプ８２によダイオードブリッジ回路８１からの出力差をコア６２の変位信号として補正減算回路８３に送る。
【００３０】
このようにダイオードブリッジ回路８１により得た出力差は、コア６２の回転板１１の半径方向における位置であって、壁部４２が回転板１１の半径方向において移動した変位を示している。すなわち、ダイオードブリッジ回路８１により得た出力差は、回転板１１のステアリングシャフト２１の中心軸に対する軸ずれ量に相当することになる。
【００３１】
また、この回転角度検出回路５４では、受光素子５２を例えば１次元ＰＳＤにて構成した場合に、１次元ＰＳＤに設けられている２個の端子からアンプ８４，８５にてそれぞれ電流出力を得る。そして、アンプ８４，８５からの出力は、それぞれ減算回路８６、加算回路８７に送られる。これにより、減算回路８６ではＰＳＤからの出力を減算すると共に、加算回路８７ではＰＳＤからの出力を加算して、それぞれ除算回路８８に出力する。そして、除算回路８８では、減算回路８６からの減算結果と、加算回路８７からの加算結果とを用いた除算処理をして、補正減算回路８３に出力する。
【００３２】
これにより、除算回路８８では、ＰＳＤにより検出した発光素子５１からの光を受光した位置を算出する。この算出結果は、スリットリング４１の半径方向の位置に相当する。
【００３３】
補正減算回路８３では、除算回路８８からの演算結果から、アンプ８２からの演算結果を減算することで、ＰＳＤにより検出したスリットリング４１の位置を補正する。すなわち、この補正減算回路８３は、スリットリング４１の半径方向の位置から、回転板１１のステアリングシャフト２１の中心軸に対する軸ずれ量を減算する。
【００３４】
このような回転角度検出装置では、補正減算回路８３からの演算出力、すなわち補正後のスリットリング４１の位置を用いてステアリングシャフト２１の回転角度を検出する。ここで、回転角度検出装置では、ステアリングシャフト２１に取り付けられた第２ギア２２、第３ギア３１及び第１ギア１２がステアリングシャフト２１が全回転した場合に、回転板１１を一回転未満とするように構成されているので、ステアリングシャフト２１の絶対角度の検出が可能となる。
【００３５】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した回転角度検出装置によれば、軸ずれ検出機構５３により回転板１１の外周端に設けられた壁部４２を押圧することで、回転板１１を回転中心に向かって押圧するようにしたので、回転板１１とステアリングシャフト２１との軸ずれを小さくすることができる。
【００３６】
また、この回転角度検出装置によれば、回転板１１とステアリングシャフト２１との軸ずれを軸ずれ検出機構５３により検出して、受光素子５２により検出したスリットリング４１の位置を補正することができるので、高精度で回転角度を検出することができる。また、この回転角度検出装置によれば、スリットリング４１の検出位置を補正するために回転板１１に他の構造を追加することなく、回転板１１を小型化させると共に低コストで高精度の回転角度の検出を実現することができる。
【００３７】
［回転角度検出装置の他の構成］
つぎに、本発明を適用した回転角度検出装置の他の構成について説明する。なお、上述した回転角度検出装置と同一の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００３８】
この回転角度検出装置では、上述の回転角度検出装置が軸ずれ検出機構５３として差動トランスを使用したのに対し、静電容量変化を利用して回転板１１とステアリングシャフト２１との軸ずれを検出することを特徴とする。
【００３９】
この回転角度検出装置では、図４に示すように、壁部４２上に回転板１１に対して垂直に延びる第１金属箔９１を設けると共に、当該第１金属箔９１に対して回転板１１の半径方向の筐体３に固定して設けられた第２金属箔９２を設けている。このような回転角度検出装置では、第２金属箔９２が筐体３に固定され、第１金属箔９１が回転板１１とステアリングシャフト２１との軸ずれにより回転板１１の半径方向に変位する。これにより、第１金属箔９１と第２金属箔９２との間隔Ｄは、回転板１１の半径方向に変位することになる。
【００４０】
このように、第１金属箔９１と第２金属箔９２との間隔Ｄの変化は、図５に示すような軸ずれ検出回路により検出される。この軸ずれ検出回路では、高周波発振回路１０１により交流電流をダイオードブリッジ回路１０２に供給し、第１金属箔９１及び第２金属箔９２間の静電容量がダイオードブリッジ回路１０２により検出されて、ローパスフィルタ１０３，１０４を介してアンプ１０５に送られる。これにより、軸ずれ検出回路では、第１金属箔９１と第２金属箔９２による静電容量変化を、第１金属箔９１と第２金属箔９２との間隔Ｄの変化に比例した出力として得て、回転板１１とステアリングシャフト２１との軸ずれを検出する。
【００４１】
そして、この回転角度検出装置では、図３に示す回転角度検出回路５４の補正減算回路８３に、軸ずれ検出回路の演算結果を送ることで、ＰＳＤにより検出した演算結果を補正することになる。
【００４２】
このような回転角度検出装置によれば、上述したように差動トランスを使用した回転角度検出装置と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００４４】
すなわち、上述の回転角度検出装置では、差動コイルや静電容量を利用して回転板１１とステアリングシャフト２１との軸ずれを検出する場合について説明したが、これに限らず、歪みゲージを利用して補正をしても同様の効果を得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係る回転角度検出装置によれば、回転板が回転している場合において、回転板の外周端に設けられた壁部を、押圧機構部により回転板の回転中心方向に押圧するので、回転板と回転軸との軸ずれを小さくすることができ、高精度で回転角度を検出すると共に、回転角度を検出する装置を小型化させると共に低コストとすることができる。
【００４６】
また、本発明に係る回転角度検出装置によれば、壁部の回転板の径方向における変位を検出し、壁部の変位に基づいて、回転角度検出手段により検出された回転角度を補正するので、高精度で回転角度を検出することができる。また、この回転角度検出装置によれば、スリットの検出位置を補正するために回転板に他の構造を追加することなく、回転板を小型化させると共に低コストで高精度の回転角度の検出を実現することができる。
【００４７】
更に、本発明に係る回転角度検出装置によれば、支柱により壁部を押圧する端部とは異なる端部に設けられたコア部と、当該コア部の回転板の径方向における変位を検出する差動トランス回路とを備えた構成にするので、上述の効果を実現することができる。
【００４８】
更に、本発明に係る回転角度検出装置によれば、壁部に設けられた第１金属箔と、回転板の径方向における位置が固定された第２金属箔と、第１金属箔と上記第２金属箔との間に発生する静電容量に基づいて、壁部の回転板の径方向における変位を検出する変位検出回路とを備えた構成にするので、上述の効果を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した回転角度検出装置の上面図である。
【図２】本発明を適用した回転角度検出装置の断面図である。
【図３】回転角度検出回路の回路図である。
【図４】本発明を適用した他の回転角度検出装置の一部を示す図である。
【図５】本発明を適用した他の回転角度検出装置により回転板とステアリングシャフトとの軸ずれを検出する軸ずれ検出回路の回路図である。
【符号の説明】
１  スリットリング機構部
２  回転角度検出部
３  筐体
１１  回転板
１２  第１ギア
２１  ステアリングシャフト
２２  第２ギア
３１  第３ギア
４１  スリットリング
４２  壁部
５１  発光素子
５２  受光素子
５３  軸ずれ検出機構
５４  回転角度検出回路
６１  接触部材
６２  コア
６３  支柱
６４  バネ
６５  ハウジング
６６  係止部材
６７，６８  コイル部
７１  １次コイル
７２  ２次コイル
８１，１０２  ダイオードブリッジ回路
８２，１０５  アンプ
８３  補正減算回路
８４，８５  アンプ
８６  減算回路
８７  加算回路
８８  除算回路
９１  第１金属箔
９２  第２金属箔
１０１  高周波発振回路
１０３，１０４  ローパスフィルタ
【図１】
2004212061.tif 000003
【図２】
2004212061.tif 000004
【図３】
2004212061.tif 000005
【図４】
2004212061.tif 000006
【図５】
2004212061.tif 000007