(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多回転可能で第１の歯車を有する第１の回転体と、前記第１の回転体の前記第１の歯車に係合する第２の歯車を有し前記第１の回転体よりも高速で回転する第２の回転体と、前記第２の回転体の回転角を検出する第１の回転角度検出手段と、前記第２の回転体に設けられた第３の歯車に係合する第４の歯車を有し前記第１の回転体よりも低速で回転する第３の回転体と、前記第３の回転体の回転角を検出する第２の回転角度検出手段と、前記第１の回転体の前記第１の歯車と前記第２の回転体の前記第２の歯車との間の噛み合いがたつきと、前記第２の回転体の前記第３の歯車と前記第３の回転体の前記第４の歯車との間の噛み合いがたつきの片方もしくは両方を吸収する噛み合いがたつき吸収手段を備え、前記第１の回転角度検出手段と前記第２の回転角度検出手段とにより前記第１の回転体の回転角度を検出するように構成したことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記第１の回転角度検出手段と前記第２の回転角度検出手段のどちらか一方もしくは両方にＡＭＲ素子を用いたことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項３】
前記噛み合いがたつき吸収手段は噛み合う歯車のそれぞれの回転軸の間隔を小さくする方向に押圧力を付与する押圧力発生手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記噛み合いがたつき吸収手段は噛み合う歯車の少なくとも一方に常時回転力を付与する回転力付与手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記第１の回転体の前記第１の歯車と前記第２の回転体に設けられた前記第２の歯車とが平歯車もしくははすば歯車の組み合わせであり、前記第２の回転体に設けられた前記第３の歯車と前記第３の回転体に設けられた前記第４の歯車とがウオームとウオームホイルまたはウオームとはすば歯車の組み合わせであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
前記押圧力発生手段が板バネであることを特徴とする請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記回転力付与手段がつる巻きねじりバネであることを特徴とする請求項４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】
本発明は自動車の車体制御システムに用いられる多回転のハンドルの回転角度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用ハンドルなどのように１回転以上に有限で回転する回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置として、特表平１１−５００８２８号公報に開示されているものが知られている。この装置においては位相差を有する２つの回転体の角度から回転角度を検出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の装置においては歯車のがたつきなどにより２つの歯車の角度がそれぞれずれた場合、特に装置の動作開始時に大きな測定誤差が発生する可能性があり、この分野で高まる要求精度を満たすことができなくなってきた。
【０００４】
本発明は簡単な機構により歯車のがたつきを抑えて精度のよい回転角度検出装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、多回転可能で第１の歯車を有する第１の回転体と、前記第１の回転体の第１の歯車に係合する第２の歯車を有し前記第１の回転体よりも高速で回転する第２の回転体と、前記第２の回転体の回転角を検出する第１の回転角度検出手段と、前記第２の回転体に設けられた第３の歯車に係合する第４の歯車を有し前記第１の歯車よりも低速で回転する第３の回転体と、前記第３の回転体の回転角を検出する第２の回転角度検出手段と、前記第１の回転体の第１の歯車と前記第２の回転体の第２の歯車との間の噛み合いがたつきと、前記第２の回転体の前記第３の歯車と前記第３の回転体の前記第４の歯車との間の噛み合いがたつきの片方もしくは両方を吸収する噛み合いがたつき吸収手段を備え、前記第１の回転角度検出手段と前記第２の回転角度検出手段とにより前記第１の回転体の回転角度を検出するように構成したものであり、歯車伝達系の噛み合いがたつきを無くし第１の回転体の回転を忠実に第２及び第３の回転体に伝えることができ、精度の高い回転角度検出のメカニズムを提供するものである。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、回転角度検出手段にＡＭＲ素子を用いており、精度の高い回転角度検出のシステムを提供するものである。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記噛み合いがたつき吸収手段として、噛み合う歯車のそれぞれの回転軸の間隔を小さくする方向に押圧力を付与する押圧力発生手段を有しており、歯車の噛み合いがたつきを有効にとることができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記噛み合いがたつき吸収手段として、噛み合う歯車の少なくとも一方に常時回転力を付与する回転力付与手段を有有しており、歯車の噛み合いがたつきを有効にとることができる。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の発明において、前記第１の回転体の第１の歯車と前記第２の回転体に設けられた前記第２の歯車とが平歯車もしくははすば歯車の組み合わせであり、前記第２の回転体に設けられた第３の歯車と前記第３の回転体に設けられた前記第４の歯車とがウオームとウオームホイルまたはウオームとはすば歯車の組み合わせであり、増速部と減速部とをコンパクトに構成することができるという利点を有する。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記押圧力発生手段が板バネであり、低いコストで前記押圧力発生手段を実現することができる。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記回転力付与手段をつる巻きねじりバネにて実現しており、低いコストで前記押圧力発生手段を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の回転角度検出装置の実施の形態１の平面図を示し、図２はその正面図、図３はその側面図を示している。図４は本発明の回転角度検出装置の実施の形態１を説明するもので、図１の蓋を取った状態の平面図を示し、図５は図２の一部をカットし要部の構造が見えるようにした正面図、図６は図３の一部をカットし要部の構造が見えるようにした側面図を示している。
【００１３】
図７は図４の中の歯車連結機構、磁石とＡＭＲ素子の配列のみを取り出して示した平面図、図８は図７の正面図、図９は図７の側面図を示している。
【００１４】
図１から図３において、１は車両等の操舵部に取り付けられる固定体としてのケース、２は全周に歯車を有する第１の回転体であり、その円筒状ハブ２ａが見えている。また、第１の回転体２の中心部には貫通した孔部２ｂがあいているが、その側面には突起状の係合部３ａ，３ｂを有している。孔部２ｂには例えば操舵部の軸（図示せず）が貫通し係合部３ａ，３ｂによって回転方向に対して係合しており、操舵部の回転を第１の回転体２に伝える。４ａ，４ｂは本発明の回転角度検出装置を操舵部（図示せず）に取り付ける際の位置決めのための孔部である。５は信号を授受するためのコネクタを示す。
【００１５】
図４から図６においては蓋を透かして内部の構造を見やすくしている。１は車両等の操舵部に取り付けられる固定体としてのケース、２は全周に第１の歯車２ｃを有する第１の回転体であり、ケース１のガイド孔部１ａに回動自在に嵌合されている。６は第２の回転体であり、第１の回転体２の第１の歯車２ｃに係合する第２の歯車６ａと第３の歯車であるウオーム６ｂを有しており、ケース１に設けられた軸受部７，８にガイドされて回動自在であり、歯車押圧手段である板バネ９によって軽く押圧されている。１０は第３の回転体であり、第３の歯車であるウオーム６ｂに噛み合う第４の歯車１０ａを有しており、ケース１の一部に設けられた軸受部（図示せず）に嵌合されて回動自在である。第３の回転体１０はねじりコイルバネ１１が右回転方向もしくは左回転方向に回転力を発生するように設定されている。
【００１６】
図７から図９においては回転系のみを取り出して回転角度測定の関係をわかりやすく説明している。第２の回転体６の第２の歯車６ａの回動軸部には磁石１２が磁極方向を半径方向に合わせて取り付けている（図１０参照）。また磁石１２から１ｍｍ程度離してＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗素子）１３がプリント基板１４に取り付けて設けられている。また、第３の回転体１０の回動軸部には磁石１５が磁極方向を半径方向に合わせて取り付けている（図１１参照）。また磁石１５から１ｍｍ程度離してＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗素子）１６がプリント基板１７に取り付けて設けられている。ＡＭＲ素子は対応する磁石が１８０度回動する毎に例えば１Ｖから４Ｖの信号を周期的に出力するものである。例えば、第２の回転体６は第１の回転体２の４倍に増速され、第３の回転体１０は第２の回転体６に対して１／４８に減速されるように設定すると、第３の回転体１０は第１の回転体２に対して都合１／１２に減速されることになる。これは第１の回転体２が６回転した時に第２の回転体６は２４回転し、第３の回転体１０は１／２回転（すなわち１８０度回転）することになる。
【００１７】
ＡＭＲ素子は磁石が１８０度回転する毎に１周期の信号を出力するもので、第１の回転体２が中立位置から右へ一定の回転速度で回ると、ＡＭＲ素子１３からは図１２（ａ）に示すように第１の回転体２が４５度回転する毎に例えば１Ｖから４Ｖの鋸歯状の信号Ｓ1，Ｓ2・・・と合計１２回繰り返し発生し、またＡＭＲ素子１６からは図１２（ｂ）のＳ0カーブのように例えば２．５Ｖから徐々に電圧が上がり始め第１の回転体２が３回転（１０８０度回転）したところで４Ｖに達する。左回転も図１２（ａ），（ｂ）に示すようにそれぞれ電圧が変化していく。
【００１８】
ＡＭＲ素子１６の信号は第１の回転体２の回転に対して徐々にしか変化せず、従って細かい値を出すことはできないが、第１の回転体２の絶対角が凡そ何回転何度くらいであるかを全体的視点で知ることができる。ＡＭＲ素子１３からの信号は、図１２（ａ）のように第１の回転体２の狭い角度範囲を拡大して表しているため、精度のよい角度測定ができる。
【００１９】
ＡＭＲ素子１３とＡＭＲ素子１６の両方の信号を用いることで第１の回転体２の６回転の全範囲で解像度０．１度といった高い精度の測定ができる。具体的にはＡＭＲ素子１６の信号が例えばＰ0というポイントを示すとＡＭＲ素子１６は信号Ｓ1の中のＰ1ポイントを精度よく指示し、第１の回転体２の６回転にわたる精度よい測定をすることができる。ＡＭＲ素子は磁石の磁力線の向きを検出するものであり、測定系の電源の投入時においてもいきなり磁石の向きすなわち回転体の角度位置が絶対値として測定することができ、電源投入以前の履歴や電源ＯＦＦ時に回転体を動かしたことには全く左右されない。
【００２０】
また、本実施の形態１の回転角度検出装置においては、板バネ９により第２の回転体６の第２の歯車６ａは第１の回転体２の第１の歯車２ｃにより軽く押圧されているため、互いの歯同士がバックラッシュなしで噛み合っており、回転方向が切り替わる場合においてもがたつきや遅れなしに回転が伝わり測定精度が高い。また、第３の回転体１０の第４の歯車１０ａには例えばねじりコイルバネ１１が第４の歯車１０ａとケース１との間で回転方向に付勢されており、その回転トルクにより第４の歯車１０ａの歯は第２の回転体６のウオーム６ｂの歯をその回転軸方向に軽く押圧し、ここでも歯車間のバックラッシュが吸収されて第２の回転体６の回転はがたつきなく正確に第３の回転体１０に伝わる。
【００２１】
第３の歯車６ｂと第４の歯車１０ａとの間のがたつきが大きいと、Ｓ0の信号精度が悪くなり、例えばＰ1のポイントが甘くなり、ＡＭＲ素子１３の信号のＳ1とＳ2とをとり間違え、間違った角度を表示してしまう可能性がある。歯車伝動の不正確さは第２の回転体６や第３の回転体１０が軸方向に動くことによっても生じるものであるが、本実施の形態１においては第３の回転体１０がそのトルクにより第２の回転体６を軸方向に付勢して軸方向のがたつきをとっており、第３の回転体１０自身もねじりコイルバネ１１に圧縮バネの機能を持たせるか又は軸芯に板バネ（図示せず）を入れることにより軸方向のがたつきをとることができるものである。
【００２２】
図１３に板バネ９の詳しい圧接の様子を示す。第２の回転体６の軸部は板バネ９の押圧力によって軸受部７の壁面７ａの直角方向Ｎと第１の回転体２の中心方向Ｑとのほぼ中間の方向Ｒに向かって付勢されており、それによって第２の回転体６は左右いずれの回転方向に対しても回動中心が一点に決まり、精度よい回転を行うことができる。壁面７ａは略Ｑの方向である。板バネ９は板状でなくても圧縮バネや引っ張りバネでもよく、第２の回転体６をＲの方向に付勢できればよいものである。また、ねじりコイルバネ１１も第３の回転体１０にトルクを与えることができれば何でもよいものである。また、これら歯車のがたつきをとるための手段はどちらか一方の方法のみを使っても、混合して使っても同じ効果が得られるものである。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、被測定軸に対して増速検出部と減速検出部とでそれぞれＡＭＲ素子と磁石を用いた回転角測定をし、かつ増速、減速に伴う歯車のがたつきを吸収するようにしたことで、多回転という広範囲にわたって絶対的な角度位置を高い精度で検出することができるという回転角度検出装置を提供することができ、自動車の姿勢制御等に資する高度な情報を与えることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転角度検出装置の実施の形態１を示す平面図
【図２】同正面図
【図３】同側面図
【図４】本発明の回転角度検出装置の実施の形態１における中身が見えるようにした平面図
【図５】同一部切欠正面図
【図６】同一部切欠側面図
【図７】同装置における歯車連結機構、磁石とＡＭＲ素子の配列のみを取り出して示した平面図
【図８】同正面図
【図９】同側面図
【図１０】同装置における第２の回転体と磁石の磁極の方向関係を示す平面図
【図１１】同装置における第３の回転体と磁石の磁極の方向関係を示す平面図
【図１２】（ａ）同装置におけるＡＭＲ素子１３から得られる角度信号を示す波形図
（ｂ）同装置におけるＡＭＲ素子１６から得られる角度信号を示す波形図
【図１３】同装置における第２の回転体を板バネで押圧する状態を示す拡大図
【符号の説明】
１  ケース
２  第１の回転体
３ａ，３ｂ  突起状の係合部
４ａ，４ｂ  孔部
５  コネクタ
６  第２の回転体
７  軸受部
８  軸受部
９  板バネ
１０  第３の回転体
１１  ねじりコイルバネ
１２  磁石
１３  ＡＭＲ素子
１４  プリント基板
１５  磁石
１６  ＡＭＲ素子
１７  プリント基板
【図１】
0004569044.tif 000002
【図２】
0004569044.tif 000003
【図３】
0004569044.tif 000004
【図４】
0004569044.tif 000005
【図５】
0004569044.tif 000006
【図６】
0004569044.tif 000007
【図７】
0004569044.tif 000008
【図８】
0004569044.tif 000009
【図９】
0004569044.tif 000010
【図１０】
0004569044.tif 000011
【図１１】
0004569044.tif 000012
【図１２】
0004569044.tif 000013
【図１３】
0004569044.tif 000014