(57)【要約】【課題】絶対角を二つの従動ギヤの相対角に基づいて算出する場合に、従動ギヤの大きさを比較的小さく構成できる方が望ましい。【解決手段】回転軸１４を回転中心として回転するシャフト１２に対し、歯数ｍの第１主ギヤ１６と歯数ｎの第２主ギヤ１８を取り付ける。第１主ギヤには歯数ｐの第１従動ギヤ２０が噛合され第２主ギヤには同じく歯数ｐの第２従動ギヤ２２が噛合されている。算出部２８は、第１従動ギヤの相対角φと、第２従動ギヤの相対角ψの検出結果に基づいて、相対角θ＝（φ−ψ）ｐ／（ｍ−ｎ）を算出する。【選択図】図１
2005188928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する回転体の回転軸をギヤの中心軸とし、この回転体とともに回転する同心の二つのギヤであって、互いに異なり一方が他方の約数ではない歯数をもつ第１主ギヤ及び第２主ギヤと、
第１主ギヤと噛み合わされた第１従動ギヤと、
第１従動ギヤの相対角を検出する第１検出手段と、
第１従動ギヤと同じ歯数をもち第２主ギヤと噛み合わされた第２従動ギヤと、
第２従動ギヤの相対角を検出する第２検出手段と、
第１検出手段及び第２検出手段の検出結果に基づいて、前記回転体の絶対角を算出する算出手段と、
を備える、ことを特徴とする絶対角検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の絶対角検出装置において、
前記算出手段は、第１主ギヤの歯数をｍ、第２主ギヤの歯数をｎ、第１従動ギヤ及び第２従動ギヤの歯数をｐ、第１検出手段により検出された相対角をφ、第２検出手段により検出された相対角をψ、前記回転体の絶対角をθとした場合に、
φ≧ψのとき、θ＝（φ−ψ）ｐ／（ｍ−ｎ）、
φ＜ψのとき、θ＝（φ−ψ＋３６０°）ｐ／（ｍ−ｎ）、
の演算によって前記回転体の絶対角を算出する、ことを特徴とする絶対角検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の絶対角検出装置において、
第１主ギヤの歯数と第２主ギヤの歯数の差は１である、ことを特徴とする絶対角検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の絶対角検出装置において、
第１従動ギヤの歯数は、第１主ギヤの歯数及び第２主ギヤの歯数よりも小さい、ことを特徴とする絶対角検出装置。
【請求項５】
回転する回転体の回転軸をギヤの中心軸とし、この回転体とともに回転する同心の二つのギヤであって、互いに異なり一方が他方の約数ではない歯数をもつ第１主ギヤ及び第２主ギヤと、
第１主ギヤと噛み合わされた第１従動ギヤと、
第１従動ギヤと同じ歯数をもち第２主ギヤと噛み合わされた第２従動ギヤと、
を備えた装置を利用して前記回転体の絶対角を検出する方法であって、
第１従動ギヤの相対角を検出するステップと、
第２従動ギヤの相対角を検出するステップと、
検出した第１従動ギヤの相対角と第２従動ギヤの相対角に基づいて前記回転体の絶対角を算出するステップと、
を含む、ことを特徴とする絶対角検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の絶対角を検出する技術、特に、複数のギヤの相対角に基づいて絶対角を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体の絶対角を求める技術は様々な分野で必要とされており、例えば、自動車の製造分野においてはハンドル等の絶対角を検出する技術が要求されている。
【０００３】
下記特許文献１には、回転体とともに回転する主ギヤに対し、異なる歯数をもつ二つの従動ギヤをそれぞれ噛み合わせ、各従動ギヤの相対角を検出することにより回転体の絶対角を求める技術が開示されている。下記特許文献２には、回転体とともに回転する主ギヤに、回転体よりも低速で回転する従動ギヤと回転体よりも高速で回転する従動ギヤとをそれぞれ噛み合わせ、各従動ギヤの相対角を検出することにより回転体の絶対角を求める技術が開示されている。これらの技術においては、（（一方の従動ギヤの歯数）×（他方の従動ギヤの歯数）／（主ギヤの歯数））×３６０°の絶対角を検出することができる。
【０００４】
なお、下記特許文献３には、回転体とともに回転する主ギヤに従動ギヤを噛み合わせ、この従動ギヤの回転にともなって移動する駆動体の移動距離と従動ギヤの相対角とを検出して回転体の絶対角を求める技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特表平１１−５００８２８号公報
【特許文献２】特開２００２−３４０６１８号公報
【特許文献３】特開２００２−２１３９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１、２の技術では、絶対角の得られる範囲を広くとろうとした場合、二つの従動ギヤの歯数差を最小としたうえで、さらに、従動ギヤの歯数を増やす必要がある。すなわち、従動ギヤの大きさを大きくする必要があるが、これは装置のスペースの都合上困難な場合がある。また、このように従動ギヤの歯数を増やすと回転体に対する従動ギヤの回転率を下げることになり、従動ギヤの相対角の正確な（高分解能な）検出が困難になってしまう。
【０００７】
本発明の目的は、従動ギヤの大きさを比較的小さく構成することができる絶対角検出装置を開発することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、検出分解能の向上が容易な構造をもつ絶対角検出装置を開発することにある。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、二つの従動ギヤの歯数が同じである絶対角検出装置を開発することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の絶対角検出装置は、回転する回転体の回転軸をギヤの中心軸とし、この回転体とともに回転する同心の二つのギヤであって、互いに異なり一方が他方の約数ではない歯数をもつ第１主ギヤ及び第２主ギヤと、第１主ギヤと噛み合わされた第１従動ギヤと、第１従動ギヤの相対角を検出する第１検出手段と、第１従動ギヤと同じ歯数をもち第２主ギヤと噛み合わされた第２従動ギヤと、第２従動ギヤの相対角を検出する第２検出手段と、第１検出手段及び第２検出手段の検出結果に基づいて、前記回転体の絶対角を算出する算出手段と、を備える。
【００１１】
第１主ギヤ及び第２主ギヤは、回転体の回転軸を回転中心軸とする同心のギヤであり、回転体に固定されて回転体とともに回転する。第１主ギヤの歯数と第２主ギヤの歯数は、互いに約数の関係にはない異なる数をもつ。第１主ギヤには第１従動ギヤが噛合され、第２主ギヤには第２従動ギヤが噛合される。この第１従動ギヤと第２従動ギヤの歯数は同じである。したがって、第１従動ギヤと第２従動ギヤは、それぞれ、第１主ギヤの歯数と第２主ギヤの歯数によって規定される速さで回転する。そして、第１検出手段によって検出される第１従動ギヤの相対角と、第２検出手段によって検出される第２従動ギヤの相対角の組み合わせは、第１主ギヤの歯数と第２主ギヤの歯数、及び、従動ギヤの歯数で規定される長い周期で一致する。このため、第１従動ギヤの相対角と第２従動ギヤの相対角の組み合わせを回転体の絶対角と対応づけることで、この長い周期に対応する角度の範囲で、回転体の絶対角を検出することができる。算術手段はこの対応づけに基づいて回転体の絶対角を算出する。対応づけは、演算式に基づいて行われてもよいし、参照用のＬＵＴ（ルックアップテーブル）に基づいて行われてもよい。
【００１２】
なお、相対角とは、何回転目かを区別せずに与えられる角度である。また、絶対角とは、何回転目かの情報も含めて与えられる角度である。例えば３６０°表記した場合、相対角は何回転目であっても０°から３６０°の範囲で与えられるが、絶対角は１週目の０°から３６０°、２週目の０°から３６０°（あるいは３６０°から７２０°）、３週目の０°から３６０°（あるいは７２０°から１０８０°）のように与えられる。
【００１３】
この構成によれば、第１主ギヤと第２主ギヤの歯数を大きくすることで、絶対角の検出範囲を拡げることができる。このため、第１従動ギヤと第２従動ギヤの大きさを比較的小さく保つ構成をとることが可能であり、限られたスペースへの搭載が容易となる。また、歯数が同じである第１従動ギヤと第２従動ギヤは、同じ部品を用いて作成することができる。したがって、むやみに部品の種類を増大させることがない。
【００１４】
望ましくは、本発明の絶対角検出装置において、前記算出手段は、第１主ギヤの歯数をｍ、第２主ギヤの歯数をｎ、第１従動ギヤ及び第２従動ギヤの歯数をｐ、第１検出手段により検出された相対角をφ、第２検出手段により検出された相対角をψ、前記回転体の絶対角をθとした場合に、φ≧ψのとき、θ＝（φ−ψ）ｐ／（ｍ−ｎ）、φ＜ψのとき、θ＝（φ−ψ＋３６０°）ｐ／（ｍ−ｎ）、の演算によって前記回転体の絶対角を算出する。
【００１５】
望ましくは、本発明の絶対角検出装置において、第１主ギヤの歯数と第２主ギヤの歯数の差は１である。歯数の差を１とすることで、絶対角の検出範囲を容易に広くすることができる。また、望ましくは、本発明の絶対角検出装置において、第１従動ギヤの歯数は、第１主ギヤの歯数及び第２主ギヤの歯数よりも小さい。
【００１６】
本発明の絶対角検出方法は、回転する回転体の回転軸をギヤの中心軸とし、この回転体とともに回転する同心の二つのギヤであって、互いに異なり一方が他方の約数ではない歯数をもつ第１主ギヤ及び第２主ギヤと、第１主ギヤと噛み合わされた第１従動ギヤと、第１従動ギヤと同じ歯数をもち第２主ギヤと噛み合わされた第２従動ギヤと、を備えた装置を利用して前記回転体の絶対角を検出する方法であって、第１従動ギヤの相対角を検出するステップと、第２従動ギヤの相対角を検出するステップと、検出した第１従動ギヤの相対角と第２従動ギヤの相対角に基づいて前記回転体の絶対角を算出するステップと、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の代表的な実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る絶対角検出装置１０の概略構成を示す図である。絶対角検出装置１０は、回転体としてのシャフト１２を備えている。このシャフト１２は、回転軸１４を回転中心として回転している。シャフト１２は、例えば自動車のハンドルの回転操作に応じて回転させられる。絶対角検出装置１０はこのシャフト１２の絶対角を算出する装置であり、これによりハンドルの絶対的な回転角が導かれる。
【００１９】
シャフト１２には、歯数ｍの第１主ギヤ１６と歯数ｎの第２主ギヤ１８が一体的に取り付けられている。歯数ｍと歯数ｎは、異なる数で、かつ、一方が他方の約数でないように設定されている。この二つの主ギヤ１６，１８は、回転軸１４を中心軸として、シャフト１２とともに回転する。第１主ギヤ１６には平歯車を構成する歯数ｐの第１従動ギヤ２０が噛み合わされている。また、第２主ギヤ１８には同じく平歯車を構成する歯数ｐの第２従動ギヤ２２が噛み合わされている。歯数ｐは、歯数ｍ，ｎのいずれよりも小さい数である。なお、これらの二つの従動ギヤ２０，２２の軸は、対応する主ギヤ１６，１８の軸（回転軸１４）と必ずしも平行でなくてもよい。
【００２０】
第１従動ギヤ２０の相対角は第１検出部２４によって検出され、第２従動ギヤ２２の相対角は第２検出部２６によって検出される。相対角の検出手法は様々に可能であり、例えば、従動ギヤ２０，２２に設置された磁石にともなう磁気を磁気検出素子で検出することで相対角を求めてもよい。
【００２１】
検出された相対角の信号は、算出部２８に入力される。算出部２８は、演算機能を有するハードウエアと、ハードウエアの動作を規定するソフトウエア（プログラム）によって構成されている。そして、後で説明するように演算式に基づいて絶対角を算出する。算出部２８が算出した絶対角は、出力部３０を通じて出力される。出力部３０は、外部装置への信号出力を行う接続端子であってもよいし、液晶ディスプレイ等の表示機能を備え結果を表示するものであってもよい。
【００２２】
次に算出部２８が絶対角を算出するための演算式について説明する。ハンドル等の回転にともなって、シャフト１２が回転軸１４周りに、基準位置から角度θだけ反時計回りに回転したとする。このとき、第１従動ギヤ２０の時計回りの相対角をφとすると、
φ＝（ｍ／ｐ）θ                                                  （１）
である。同様にして、第２従動ギヤ２２の時計回りの相対角ψは、
ψ＝（ｎ／ｐ）θ                                                  （２）
である。式（１）−式（２）から
φ−ψ＝（ｍ−ｎ）θ／ｐ                                          （３）
が得られる。これをθについて解けば
θ＝（φ−ψ）ｐ／（ｍ−ｎ）                                      （４）
が得られる。式（４）は、φ≧ψの場合に絶対角θを与える。φ＜ψのときには、
θ＝（φ−ψ＋３６０°）ｐ／（ｍ−ｎ）                            （５）
によって絶対角θが与えられる。
【００２３】
式（４），（５）は、ｍ≠ｎである歯数のあらゆる組み合わせに対して適用可能である。しかし、ｍ≒ｎである方が、より広範囲の角度について絶対角を求めることが可能となる。したがって、｜ｍ−ｎ｜＝１の関係を満たすことが特に望ましい。
【００２４】
さらに、ｍとｎは、一方が他方の約数ではないことが望ましい。例えば、ｎがｍの約数である場合、自然数ｋを用いて、ｍ＝ｎｋと表現される。また、式（１）／式（２）から、φ／ψ＝ｍ／ｎ＝ｋ、すなわちφ＝ψｋを得る。これらを式（４）に代入すれば、θ＝ψｐ／ｎとなって二つの相対角の情報が縮退してしまい、単に第２従動ギヤ２２の相対角ψを一定倍しただけの情報を与えるだけであることがわかる。
【００２５】
絶対角の検出範囲は、両従動ギヤ２０，２２の歯数ｐが大きいほど広くなる。したがって、歯数ｐは、歯数ｍと歯数ｎよりも大きくても構わない。一方、ｐ／（ｍ−ｎ）≦１の場合には、絶対角θは範囲は３６０°以下となり絶対角を算出する利点に欠ける。したがって、ｐ／（ｍ−ｎ）＞１とすることが望ましい。
【００２６】
図２は、相対角と絶対角の関係を示したグラフである。横軸は回転体の（算出値ではない）真の絶対角であり、縦軸は検出された相対角及び算出される絶対角である。ここでは、一例として、ｍ＝５，ｎ＝４，ｐ＝２の場合を示している。波線４０は第１従動ギヤ２０の相対角φ、点線４２は第２従動ギヤ２２の相対角ψ、実線４４は算出された絶対角θである。
【００２７】
この例では、シャフト１２が１回転（３６０°）する間に、第１従動ギヤ２０はｍ／ｐ＝５／２回転し、第２従動ギヤ２２はｎ／ｐ＝２回転する。このため、シャフト１２が２回転（７２０°）した時点で、第１従動ギヤ２０は５回転し（波線４０参照）、第２従動ギヤ２２は４周し（点線４２参照）、０°のときと同じ状態になっている。この間の７２０°では、φとψの関係に重複はなく、式（４）、式（５）によって得られた絶対角θは、θ＝０°から７２０°まで増大している（実線４４参照）。絶対角θは、この範囲の外では、θ＝０°から７２０°まで値を繰り返す。これは、φとψの関係が７２０°周期で繰り返されることに対応している。
【００２８】
繰り返し周期、つまり、絶対角θの算出が可能な範囲［θ］は、式（４）において（φ−ψ）＝３６０°とした場合と、（φ−ψ）＝０°とした場合の差、
［θ］＝３６０°ｐ／（ｍ−ｎ）                                        （６）
で与えられる。図２に示したｍ＝５，ｎ＝４，ｐ＝２の場合［θ］＝７２０°である。また、例えば、ｍ＝１０８，ｎ＝１０７，ｐ＝３６の場合には、［θ］＝１２９６０°の範囲で絶対角θの検出が可能となる。
【００２９】
次に、図３を用いて、本実施の形態の変形例について説明する。図３の斜視図は、回転体としてのシャフト５０と、設置された各種ギヤを示している。具体的には、シャフト５０には、第１主ギヤ５２と第２主ギヤ５４が距離を置いて取り付けられている。そして、第１主ギヤ５２には平歯車を構成する第１従動ギヤ５６が噛合され、第２主ギヤ５４には平歯車を構成する第１従動ギヤ５８が噛合されている。このように、第１主ギヤ５２と第２主ギヤ５４の位置関係は特に限定されることはない。つまり、図１において意図したように、両主ギヤ１６と１８が一体的に構成されていてもよいし、この図３のように両主ギヤ５２，５４は十分に距離を置いて設けられていてもよい。設置の位置は、主ギヤや対応する従動ギヤの設置スペース等に応じて柔軟に変化させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施の形態に係る絶対角検出装置の構成を示す概略図である。
【図２】検出した相対角と算出した絶対角の関係を示すグラフである。
【図３】変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  絶対角検出装置、１２  シャフト、１４  回転軸、１６  第１主ギヤ、１８  第２主ギヤ、２０  第１従動ギヤ、２２  第２従動ギヤ、２４  第１検出部、２６  第２検出部、２８  算出部、３０  出力部、４０  波線、４２  点線、４４  実線。
【図１】
2005188928.tif 000003
【図２】
2005188928.tif 000004
【図３】
2005188928.tif 000005