JP2009276239A - 回転角検出装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主動ギヤと噛み合う従動ギヤの位相差を用いて絶対角度を検出する回転角検出装置において、実用に適した範囲内でより自由度の高い歯数の組み合わせを実現する。
【解決手段】回転角検出装置は、互いに歯数Ｚ_１，Ｚ_２の異なる第１及び第２主動ギヤ１２ｂ，１２ｃと、これら主動ギヤ１２ｂ，１２ｃとそれぞれ噛み合う第１及び第２従動ギヤ１４，１５を備えており、第１及び第２従動ギヤ１４，１５の歯数Ｓ_１，Ｓ_２が互いに異なっている。この構造では、それぞれの歯数Ｚ_１，Ｚ_２，Ｓ_１，Ｓ_２を一定の条件下で柔軟に設定することができる。このため、例えば第１及び第２主動ギヤ１２ｂ，１２ｃの歯数差を新たに調整する必要が生じたとしても、それまでのサイズを極端に大型化することなく、各歯数を最適に設定することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば車両のステアリング軸等の回転角を絶対角として検出する回転角検出装置及びその製造方法に関する。

この種の回転角検出装置は、例えば車両の姿勢制御技術に関して、運転者によるステアリング操作（ステアリング軸の回転角）を絶対角として検出する用途に適している。回転角の検出には、一般的にステアリング軸の回転に連動して主動ギヤを一体に回転させつつ、この主動ギヤと噛み合う２つの従動ギヤ同士に生じる回転の位相差から、演算によって絶対角を算出する手法が採用されている。

このため従来、２つの従動ギヤに回転の位相差を生じさせる歯車機構として、互いに異なる歯数を持つ２つの主動ギヤに対し、それぞれ同じ歯数の従動ギヤを噛み合わせる先行技術（例えば、特許文献１参照。）が知られている。この先行技術は、ロータ部に歯数の異なる第１主動ギヤと第２主動ギヤを軸方向に２段に並べて同心に配置するとともに、それぞれに同じ歯数の従動ギヤを噛み合わせた構造である。このような先行技術では、各従動ギヤの回転角に応じた角度信号をそれぞれ取り出して、これら角度信号の間の差分と、少なくとも一方の角度信号とからロータ部の絶対角を検出することができる。特に先行技術では、ロータ部の最大回転数をＮ（Ｎは整数）、一方の主動ギヤと従動ギヤとのギア比をｎ（ｎは整数）とするとき、第１主動ギヤの歯数はＮ×ｎのｍ倍（ｍは整数）で構成されており、第２主動ギヤの歯数はＮ×ｎ−１のｍ倍（ｍは整数）の歯数で構成されている。
特開２００４−３４０６７７号公報（段落００１４〜００１６、表１、図１）

上記の先行技術によれば、各主動ギヤの歯数と、従動ギヤの歯数との組み合わせを複数のパターンから選定することができることから、それだけ選択の幅が広く、設計の自由度が高いという利点が得られる。

しかしながら、この種の回転角検出装置を車両のステアリング角センサ等に適用した場合、これを実際に設置するスペース（ステアリングコラム内のスペース）にある程度の制約があるため、部品サイズが極端に多くなる歯数の組み合わせを採用することは難しい。具体的には、先行技術において２つの主動ギヤ同士の歯数差を２，３，４，・・・，９と増やしていくと、それに伴って各主動ギヤの歯数が２倍、３倍、４倍、・・・、９倍に増え、合わせて従動ギヤの歯数も２倍、３倍、４倍、・・・、９倍と劇的に増加する。このような状況にあっては、サイズの拡大によって機構部品（各種のギヤ）が筐体内に収まり切らなくなるため、設計上は実現可能であっても、実用上、無理のない範囲内に歯数を抑えるしかない。

そこで本発明は、実用に適した範囲内でより自由度の高い歯数の組み合わせを実現することができる技術の提供を課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。
本発明は、３６０度を超える所定角度の範囲内で回転運動する検出対象物の回転角を、絶対角度として検出する回転角検出装置である。特に本発明の回転角検出装置は、検出対象物と同心にして一体的に回転する第１主動ギヤと、第１主動ギヤが有する歯数と異なる歯数を有し、かつ第１主動ギヤとともに検出対象物と同心にして一体的に回転する第２主動ギヤと、第１主動ギヤに噛み合わされて回転する第１従動ギヤと、第１従動ギヤの回転角に応じた第１回転角信号を出力する第１信号出力部と、第１従動ギヤが有する歯数と異なる歯数を有し、かつ第２主動ギヤに噛み合わされて回転する第２従動ギヤと、第２従動ギヤの回転角に応じた第２回転角信号を出力する第２信号出力部と、第１及び第２回転角信号に基づいて検出対象物の絶対角度を検出する角度検出部とを備えたものである。

本発明の回転角検出装置によれば、第１主動ギヤの歯数と第２主動ギヤの歯数が互いに異なっており、これらに噛み合う第１従動ギヤの歯数と第２従動ギヤの歯数も互いに異なっている。このとき、第１主動ギヤと第１従動ギヤ、また第２主動ギヤと第２従動ギヤの各ギヤ比が異なることで、２つの従動ギヤの回転に位相差を生じ、それによって検出対象物の絶対角度が検出可能となる。

特に本発明の回転角検出装置では、第１主動ギヤと第２主動ギヤとの歯数差を１以外の数に設定しても、それぞれに噛み合う第１従動ギヤ、第２従動ギヤの各歯数を個別に調整することで、単純に歯数を２倍、３倍、・・・と増加することなく、適切な歯数の組み合わせを設定することができる。このため、主動ギヤ同士の歯数差を変更しても、それに伴って全体のサイズが極端に増加することがないことから、それだけ設計の自由度を高くすることができる。

本発明の回転角検出装置において、第１主動ギヤの歯数（Ｚ_１）、第２主動ギヤの歯数（Ｚ_２）、第１従動ギヤの歯数（Ｓ_１）及び第２従動ギヤの歯数（Ｓ_２）は、以下の条件を満たす範囲内で自由に設定することができる。

すなわち、角度検出部により検出可能な絶対角度の範囲を、３６０度を超えて第１従動ギヤの歯数（Ｓ_１）に比例する最大絶対角度（θｍａｘ）として設定したとき、各歯数（Ｚ_１，Ｚ_２，Ｓ_１，Ｓ_２）相互の関係は、第１主動ギヤの歯数（Ｚ_１）に対して任意の自然数（ｍ）を加減することで、この加減後における数（Ｚ_１±ｍ）と第１従動ギヤの歯数（Ｓ_１）との比（（Ｚ_１±ｍ）／Ｓ_１）を、第２主動ギヤと第２従動ギヤとのギヤ比（Ｚ_２／Ｓ_２）に一致させる条件を満たしている。

この場合、任意の自然数（ｍ）を最小の１に選定すれば、各歯数（Ｚ_１，Ｚ_２，Ｓ_１，Ｓ_２）を最小に設定することができる。また本発明の条件の下では、任意の自然数（ｍ）を１以外の数に選定しても、それに伴って各歯数（Ｚ_１，Ｚ_２，Ｓ_１，Ｓ_２）が単純に２倍、３倍、・・・と増加していくことがないことから、実用的に無理のない範囲内で、ある程度の大きさを有する歯数（Ｚ_１，Ｚ_２，Ｓ_１，Ｓ_２）を最適に設定することができる。

また本発明の回転角検出装置において、角度検出部により検出可能な最大絶対角度（θｍａｘ）を、３６０度の任意の数（Ｎ）倍に設定したとき、第１従動ギヤの歯数（Ｓ_１）は、任意の自然数（ｍ）と任意の数（Ｎ）とを掛け合わせた数（ｍ・Ｎ）に設定されている。

この場合、任意の自然数（ｍ）と任意の数（Ｎ）を選定するだけで、容易に第１従動ギヤの歯数（Ｓ_１）を設定することができ、さらにその他の歯数（Ｚ_１，Ｚ_２，Ｓ_２）をも容易に設定することができる。

また本発明は、回転角検出装置の製造方法を提供する。本発明の製造方法は、以下のステップを有する。

〔ステップ１〕
検出可能な範囲として、最大絶対角度（θｍａｘ）を３６０度の任意の数（Ｎ）倍に決定する。この場合、検出対象物の実用上の回転角から任意の数（Ｎ）を決定すればよい。

〔ステップ２〕
次に第１従動ギヤの歯数（Ｓ_１）を、任意に選択した自然数（ｍ）と任意の数（Ｎ）との積（ｍ・Ｎ）から決定する。なお自然数（ｍ）は、上記のように最小の１を選択すると、そのときの条件が歯数を最小にするものとなる。

〔ステップ３〕
任意に設定したギヤ比（Ｋ）に対し、任意の数（Ｎ）を乗じた値に１を加減した後、この加減後の値に任意に選択した自然数（ｍ）を乗じて得た数を第１従動ギヤの歯数（Ｚ_１）として決定する。

〔ステップ４〕
第２主動ギヤの歯数（Ｚ_２）と第２従動ギヤの歯数（Ｓ_２）との組み合わせを、ギヤ比（Ｋ）の関係が満たされる条件の下で選択する。ここでは、特にギヤ比（Ｋ）の関係が成り立つ限り、歯数の組み合わせを自由に選ぶことができるので、極めて自由度が高い。

また本発明の製造方法において、上記のギヤ比（Ｋ）は、第２主動ギヤの歯数（Ｚ_２）と第２従動ギヤの歯数（Ｓ_２）との組み合わせが成り立つ範囲内で整数又は小数から設定可能である。この場合、より多様な歯数の組み合わせを実現することができるので、さらに自由度を向上することができる。

本発明の回転角検出装置及びその製造方法によれば、各ギヤの歯数を高い自由度で設定することができる。このため、既存の歯数の組み合わせを大きく変更することなく、各種の検出対象物に合わせて回転角検出装置を最適に構成することができる。

以下、回転角検出装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、一実施形態の回転角検出装置１０の斜視図である。この回転角検出装置１０は、例えば車両のステアリング軸の回転角を絶対角として検出するステアリング角センサとしての用途に好適している。この場合、検出対象物となるのはステアリング軸であり、絶対角度の検出範囲は例えば３６０度の５倍程度である。ただし、本発明はこのような条件に限られるものではない。

回転角検出装置１０は、その中央に挿通穴１０ａが厚み方向に貫通して形成されており、回転角検出装置１０は、この貫通穴１０ａ内に図示しない車両のステアリング軸を挿通させた状態で、図示しないステアリングコラム内に取り付けられるものとなっている。回転角検出装置１０を取り付けた状態では、図示しないステアリング軸の回転中心が挿通穴１０ａの中心軸線ＣＬに略合致する。なお回転角検出装置１０の周縁部分には、ステアリングコラム内に装着された図示しない回転コネクタへの固定用に複数のねじ挿通穴１０ｂが形成されている。

回転角検出装置１０の筐体（ハウジング）は、大きく分けてカバー２０及びケース４０の２つのパーツから構成されている。またカバー２０とケース４０との間には、ホルダ３０が設置されている。これらカバー２０及びケース４０は、ホルダ３０をちょうど中間に配置した状態で、その両側から厚み方向（中心軸線ＣＬの方向）に向かい合わせにするようにして組み付けられている。

挿通穴１０ａは、カムロータ５０と主動ギヤユニット支持体６０とを連結することによって形成されている。主動ギヤユニット支持体６０は、後述する主動ギヤユニット１２を支持する支持体として、合成樹脂材料によって主動ギヤユニット１２と一体成形されている。これらカムロータ５０及び主動ギヤユニット支持体６０はいずれも環状をなし、上記のカバー２０、ケース４０及びホルダ３０に対して中心軸線ＣＬの周りに回転する。このうちカムロータ５０には、その周方向の一箇所にキャンセルカム５０ａが形成されており、このキャンセルカム５０ａは中心軸線ＣＬに沿って突出している。キャンセルカム５０ａは、例えば図示しないターンシグナルスイッチの左右いずれかの操作（ＯＮ）時に、これを中立（ＯＦＦ）位置に復帰させるための機構部品として利用することができる。

また主動ギヤユニット支持体６０には、その周方向の一箇所（複数箇所でもよい）にキャンセルカム５０ａと反対向きに突出した連結部６０ａが形成されている。この連結部６０ａは、例えば図示しない回転コネクタの可動側ハウジングの凹部に嵌め合わされることで、回転コネクタの可動側ハウジングの回転を主動ギヤユニット支持体６０に伝達する機構部品として利用することができる。ここで、回転コネクタの可動側ハウジングはステアリング軸と直接連結されて、固定側ハウジングはステアリングコラムに固定されている。

また、カバー２０の上面（図中表側の面）からはコネクタ２０ａが突出して設けられており、回転角検出装置１０は、このコネクタ２０ａを介して図示しない電子制御ユニット（車載ＥＣＵ）に接続されるものとなっている。図１でみて、カバー２０の上面には複数個のピン挿入穴２０ｂ（一部にのみ符号を付す）が配列して形成されている。これらピン挿入穴２０ｂには、回転角検出装置１０の組立後において、その電気的特性の検査を行ったり、内蔵のデバイスにソフトウェアを書き込んだりする際にコンタクトプローブが挿通されるものとなっている。なお検査等の終了後は、例えば図示しないラベル貼付によりピン挿入穴２０ｂは塞がれる。

次に図２は、回転角検出装置１０を主な構成要素に分解して示した斜視図である。以下、回転角検出装置１０の主な構成要素について説明する。

回転角検出装置１０は、主動ギヤユニット１２、第１従動ギヤ１４及び第２従動ギヤ１５を備えている。このうち主動ギヤユニット１２には、その中央に挿通穴１２ａが貫通して設けられている。この挿通穴１２ａは、回転角検出装置１０の完成状態で、上記の挿通穴１０ａの一部を構成する。また回転角検出装置１０が図示しないステアリングコラムに取り付けられた状態では、主動ギヤユニット１２の貫通穴１２ａ内に図示しないステアリング軸（検出対象物）が挿通され、この状態でステアリング軸と一体的に主動ギヤユニット１２が回転する。

主動ギヤユニット１２の外周部分には、第１主動ギヤ１２ｂ及び第２主動ギヤ１２ｃが形成されている。これら第１及び第２主動ギヤ１２ｂ，１２ｃは、互いに同心にして、軸方向に２段をなして配置されている。なお第１主動ギヤ１２ｂと第２主動ギヤ１２ｃとは、互いに歯数が異なっている。

第１及び第２従動ギヤ１４，１５は、それぞれ第１及び第２主動ギヤ１２ｂ，１２ｃに噛み合わされている。この状態で第１及び第２従動ギヤ１４，１５は、それぞれ第１及び第２主動ギヤ１２ｂ，１２ｃの回転に従って回転する。これら第１従動ギヤ１４と第２従動ギヤ１５もまた、互いの歯数が異なっている。

第１及び第２従動ギヤ１４，１５には、それぞれ回転中心を基準として磁石１６が取り付けられている。磁石１６は各従動ギヤ１４，１５の一端面側に露出した状態で設置されており、それぞれ第１及び第２従動ギヤ１４，１５の回転に伴って一体に回転する。

回転角検出装置１０の完成状態で、主動ギヤユニット１２及び２つの従動ギヤ１４，１５は、上記のホルダ３０とケース４０との間に収容される。すなわち、ホルダ３０の中央には挿通穴３０ａが形成されており、ホルダ３０は、この挿通穴３０ａ内に主動ギヤユニット１２を嵌め合わせた状態で、これを回転自在に支持することができる。なお本実施形態では、主動ギヤユニット１２、第１及び第２従動ギヤ１４，１５、そしてホルダ３０はいずれも合成樹脂材料から形成されている。

ホルダ３０には、２つの従動ギヤ１４，１５に対応して２箇所の支持部が形成されている。図２では隠れているため示されていないが、ケース４０が取り付けられるホルダ３０の一側の面では、２箇所の支持部がそれぞれ略円形の窪み状に成形されており、各支持部は、その窪み内に各従動ギヤ１４，１５を嵌め合わせた状態で、これを回転自在に支持することができる。なお図２には、２箇所の支持部にそれぞれ対応して、ホルダ３０の他側の面から僅かに突出した突出部３２が示されている。

またホルダ３０には、２箇所の支持部にそれぞれ対応して円形状の開口３０ｂが形成されている。これら開口３０ｂはホルダ３０を厚み方向に貫通しており、各従動ギヤ１４，１５が支持部に支持された状態で、それぞれの磁石１６の回転領域に開口３０ｂが対向して位置付けられるものとなっている。

本実施形態では、上記のケース４０が例えば薄肉（厚さ１ｍｍ未満）のステンレス鋼板をプレス加工して成形されている。ケース４０の中央にも円形状の挿通穴４０ａが形成されており、この挿通穴４０ａは回転角検出装置１０の完成状態において上記の挿通穴１０ａの一部を構成する。

ケース４０の内面、つまり完成状態においてホルダ３０に向き合う面には、２つの従動ギヤ１４，１５にそれぞれ対応して円形状の支持部４２が形成されている。これら支持部４２は、ケース４０の内面からホルダ３０に向けて僅かに突出しており、この突出部分に第１及び第２従動ギヤ１４，１５をそれぞれ嵌め合わせた状態で、これらを回転自在に支持することができる。回転角検出装置１０の完成状態では、ケース４０がホルダ３０と組み合わせられることで、これらケース４０とホルダ３０との間に第１及び第２従動ギヤ１４，１５が収容される。この状態で第１及び第２従動ギヤ１４，１５は、それぞれの一端面と他端面とがそれぞれホルダ３０の支持部とケース４０の支持部４２とに挟み込まれるようにして支持される。

またケース４０の内面には、挿通穴４０ａの周囲に環状の摺動面４６が形成されている。この摺動面４６は、主動ギヤユニット１２の他端面に接触した状態で、そのスムーズな回転を案内することができる。

ホルダ３０には、主動ギヤユニット１２や第１及び第２従動ギヤ１４，１５が取り付けられる一側の面と反対に位置する他側の面に回路基板７０が取り付けられるものとなっている。この回路基板７０にもまた、中央に挿通穴７０ａが形成されている。なお上記のコネクタ２０ａは、回路基板７０の片側面（ホルダ３０と向き合わない面）に実装されるものとなっている。

ホルダ３０と対向する回路基板７０の実装面には、第１及び第２従動ギヤ１４，１５にそれぞれ対応して２つの磁気センサ７２が実装されている。回路基板７０がホルダ３０に取り付けられた状態で、これら磁気センサ７２は、上記の開口３０ｂを通じて各従動ギヤ１４，１５の磁石１６に対向して位置付けられる。これにより、回転角検出装置１０の完成状態において、各従動ギヤ１４，１５と一体に磁石１６が回転すると、それぞれの磁界の変化が対応する磁気センサ７２によって検出される。なお本実施形態では、磁気センサ７２に例えばＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）センサが用いられている。その他に回路基板７０には、図示しないマイクロプロセッサをはじめ、メモリデバイスやＩ／Ｏ等の周辺機器が実装されており、これらが所定の配線パターンを通じて接続されている。

上記のカバー２０は、ホルダ３０に対して回路基板７０を覆うようにして取り付けられる。カバー２０もまた、例えば薄肉（厚さ１ｍｍ未満）のステンレス鋼板をプレス加工して成形されている。カバー２０の中央には、テーパー穴形状の挿通穴２０ｃが形成されており、この挿通穴２０ｃは回転角検出装置１０の完成状態において上記の挿通穴１０ａの一部を構成するとともに、カムロータ５０（図１参照）を取り付けるための嵌合部となる。またカバー２０には、上記のコネクタ２０ａを露出させるために矩形状の挿通穴２４が成形されている。

ホルダ３０と主動ギヤユニット１２、第１及び第２従動ギヤ１４，１５との取り付けは、上記のように嵌め合わせによってなされているが、カバー２０とホルダ３０及びケース４０同士の取り付けは、ねじ留めによってなされている。またホルダ３０に対する回路基板７０の取り付けは、ケース４０へのねじ留めによってなされている。

このためカバー２０には、その周縁部の複数箇所（この例では３箇所）にねじ挿通穴２２が形成されており、ホルダ３０にもまた、それぞれ対応する位置にねじ挿通穴３４が形成されている。そしてケース４０には、それぞれ対応する位置に雌ねじ部４４が形成されている。回転角検出装置１０の完成状態では、カバー２０及びホルダ３０のねじ挿通穴２２，３４にそれぞれ雄ねじ（図中参照符号なし）が挿通された状態で、各雄ねじがケース４０の雌ねじ部４４に対して締め付けられる。

また回路基板７０には、例えば周縁部の複数箇所（この例では２箇所）にねじ挿通穴７４が形成されており、ホルダ３０にもまた、それぞれ対応する位置にねじ挿通穴３６が形成されている。そしてケース４０には、それぞれ対応する位置に雌ねじ部４４が形成されている。回転角検出装置１０の完成状態では、回路基板７０及びホルダ３０のねじ挿通穴７４，３６にそれぞれ雄ねじ（図中参照符号なし）が挿通された状態で、各雄ねじがケース４０の雌ねじ部４４に対して締め付けられる。

〔構成パターン〕
図３は、回転角検出装置１０の構成を概略的に示した図である。図３には、上記の第１主動ギヤ１２ｂ、第２主動ギヤ１２ｃ、第１及び第２従動ギヤ１５がそれぞれ円形に簡略化した状態で示されている。また図３中、各ギヤ１２ｂ，１２ｃ，１４，１５の中央に示される点（●）は、それぞれの回転中心（回転軸線）位置に相当する。

〔第１及び第２主動ギヤ〕
上記のように第１及び第２主動ギヤ１２ｂ，１２ｃは、図示しないステアリング軸と同心に配置されており、これら主動ギヤ１２ｂ，１２ｃはステアリング軸と一体的に回転する。このためステアリング軸の絶対角度は、第１及び第２主動ギヤ１２ｂ，１２ｃの絶対角度θに合致する。

〔第１及び第２従動ギヤ〕
一方、第１従動ギヤ１４は第１主動ギヤ１２ｂに噛み合わされており、第１主動ギヤ１２ｂの回転に従って回転する。また第２従動ギヤ１５は第２主動ギヤ１２ｂに噛み合わされており、第２主動ギヤ１２ｃの回転に従って回転する。また上記のように、第１主動ギヤ１２ｂと第２主動ギヤ１２ｂとでは互いに歯数が異なり、また第１従動ギヤ１４と第２従動ギヤ１５とでも互いに歯数が異なっている。この状態で、第１及び第２主動ギヤ１２ｂ，１２ｃがステアリング軸と一体的に回転すると、第１及び第２従動ギヤ１４，１５は、それぞれ別の回転角α，βで回転する。

〔第１及び第２信号出力部〕
上記の磁気センサ７２は、それぞれ第１及び第２従動ギヤ１４，１５の回転角に応じた回転角信号を出力する。すなわち磁気センサ７２は、それぞれ対応する磁石１６の磁界の方向に応じた電圧を発生し、これをデジタル変換して回転角信号（第１，第２回転角信号）を出力している。このときの回転角信号には、それぞれ回転角α，βのＳｉｎ成分及びＣｏｓ成分が含まれる。

〔角度検出部〕
各磁気センサ７２から出力される回転角信号は、回路基板７０上に実装されたマイクロプロセッサ８０で処理される。マイクロプロセッサ８０の内部には、特定の機能が割り当てられた構成要素としてセンサ信号処理部８２、絶対角度演算部８４及び出力処理部８６が含まれている。このうちセンサ信号処理部８２は、各磁気センサ７２から出力された回転角信号に基づき、それぞれ回転角α，βを演算する。そして絶対角度演算部８４は、これら回転角α，βの間の差分を求め、その差分に対する補正を行って絶対角度θを演算する。絶対角度演算部８４にて演算された絶対角度θは、出力処理部８６において出力信号に変換され、上述したコネクタ２０ａを通じて図示しない車載電子制御ユニットに送信される。なお、センサ信号処理部８２や絶対角度演算部８４の機能は、ソフトウェアによって実現されていてもよい。また、回転角信号を用いた絶対角度の演算手法は公知のものを適用できるため、ここではその詳細を省略する。

〔歯数の設定手法〕
次に、本実施形態における各ギヤ１２ｂ，１２ｃ，１４，１５の歯数の設定手法について説明する。すなわち、本実施形態では第１及び第２主動ギヤ１２ｂ，１２ｃの間に歯数差が設定されていることに加えて、２つの従動ギヤ１４，１５の間にも歯数差が設定されているが、これら歯数同士の関係がある条件を満たせば、第１及び第２従動ギヤ１４，１５の間に生じる回転の位相差から検出対象物の絶対角度を検出することができる。

〔各種パラメータ〕
以下では、第１主動ギヤ１２ｂの歯数をＺ_１、第２主動ギヤ１２ｃの歯数をＺ_２、第１従動ギヤ１４の歯数をＳ_１、第２従動ギヤ１５の歯数をＳ_２とする。また、上記のとおりステアリング軸と第１及び第２主動ギヤ１２ｂ，１２ｃの絶対角度をθ、第１従動ギヤ１４について検出された回転角をα、第２従動ギヤ１５について検出された回転角をβとする。

〔最大絶対角度〕
ここで、回転角検出装置１０により検出可能な絶対角度θの範囲を、第１従動ギヤ１４の歯数Ｓ_１に比例する最大絶対角度θｍａｘとして設定する。すなわち、検出可能な最大絶対角度θｍａｘは以下の式（１）で表されるものとする。
θｍａｘ＝±３６０°・Ｓ_１ （１）

構造上、歯数Ｓ_１が１つということはあり得ないので、上式（１）から最大絶対角度θｍａｘは常に３６０°を超える範囲で設定される。ただし、ステアリング角センサとしての用途を考慮すると、通常、第１従動ギヤ１４の歯数Ｓ_１を例えば１０以上に選定することが多い。つまり、上式（１）のままでは最大絶対角度θｍａｘの範囲が１０回転分（＝３６００°）と過分である。そこで、任意の自然数ｍを選定し、最大絶対角度θｍａｘの範囲をｍ分の１倍に減少させることとすると、上式（１）は、以下の式（２）に置き換えられる。
θｍａｘ＝±３６０°・Ｓ_１／ｍ （２）

このとき、各歯数Ｚ_１，Ｚ_２，Ｓ_１，Ｓ_２は、以下の条件式（３）を満たす範囲内で設定することができる。
（Ｚ_１±ｍ）／Ｓ_１＝Ｚ_２／Ｓ_２ （３）

なお、上記の自然数ｍを１に選定すると、条件式（３）において歯数が最小となり、また上式（２）においては最大絶対角度θｍａｘの範囲（検出可能範囲）が最も大きくなることがわかる。

〔個別の算出式〕
次に、上式（２）、条件式（３）から各歯数Ｓ_１，Ｚ_１，Ｚ_２を個別に算出するための式を導出する。先ず、ここで任意の数Ｎを選定し、最大絶対角度θｍａｘ（測定範囲）を３６０°のＮ倍とする。また、第１主動ギヤ１２ｂと第２主動ギヤ１２ｂとのギヤ比をＫとすると、歯数Ｓ_１，Ｚ_１，Ｚ_２はそれぞれ以下の式（４），（５），（６）で表される。
Ｓ_１＝ｍ・Ｎ （４）
Ｚ_１＝ｍ・（Ｋ・Ｎ±１） （５）
Ｚ_２＝Ｋ・Ｓ_２ （６）

本発明の発明者等は、本実施形態のように第１及び第２主動ギヤ１２ｂ，１２ｃの歯数が互いに異なり、かつ、第１及び第２従動ギヤ１４，１５の歯数も互いに異なる構造においては、上記に挙げた条件式（３）を満たす歯数Ｚ_１，Ｚ_２，Ｓ_１，Ｓ_２を設定することで、構造全体のサイズを極端に大型化することなく、多様な歯数差の組み合わせが実現できることを確認している。以下、各歯数Ｚ_１，Ｚ_２，Ｓ_１，Ｓ_２を実際に設定するための手順例を挙げて説明する。また以下の説明により、回転角検出装置１０の製造方法の一実施形態が明らかとなる。

〔歯数設定手順例〕
ステップ１：回転角検出装置１０により検出（測定）可能な最大絶対角度θｍａｘを決定する。この手順例では、例えば３６０°の１０倍とする。これにより、上式（４）においてＮ＝１０の条件が与えられる。

ステップ２：第１従動ギヤ１４の歯数Ｓ_１を設定する。このとき、任意の自然数ｍを例えば最小の１とすると、上式（４）からＳ_１を１０に設定することができる。

ステップ３：第１主動ギヤ１２ｂの歯数Ｚ_１を設定する。ここで、ギヤ比Ｋを２とすると、上式（５）から歯数Ｚ_１を２０±１に設定することができる。

ステップ４：第２主動ギヤ１２ｃ，第２従動ギヤ１５の各歯数Ｚ_２，Ｓ_２を設定する。ここではギヤ比Ｋが２であるので、上式（６）の関係を満たす組み合わせであれば、どのような歯数Ｚ_２，Ｓ_２を選定してもよい。すなわち理論上は、ギヤ比Ｋ＝２を満たす全ての歯数の組み合わせ（Ｚ_２，Ｓ_２）を選定可能である。したがって、例えば歯数の組み合わせ（Ｚ_２，Ｓ_２）＝（１０，５），（１２，６），（１４，７），（１６，８），（１８，９），（２０，１０），（２２，１１），（２４，１２），（２６，１３），（２８，１４），（３０，２５），・・・のように、多様なパターンの中から適宜の組み合わせを選定することができる。ただし、実際には検出精度や部品サイズの制約を考慮して、これらの中から適切な組み合わせを選定すればよい。

なお、上記の設定手順例では第２従動ギヤ１５の歯数Ｓ_２を第１従動ギヤ１４の歯数Ｓ_１より多く設定しているが、逆に歯数Ｓ_２を歯数Ｓ_１より少なく設定してもよい。これにより、極めて広い範囲で歯数Ｚ_１，Ｚ_２，Ｓ_１，Ｓ_２を設定することができるので、それだけ本実施形態の手法は高い選択の自由度を有することがわかる。また上記の手順例ではギヤ比Ｋを自然数としているが、ギヤ比Ｋが小数で表されるものであっても、条件式（３）を満たす範囲内で歯数の設定が可能である。

〔歯数差変更時の対応〕
さらに本実施形態の構造には、歯数差の変更が必要となった場合の対応についても優れた柔軟性を有する。以下、この点について説明する。

例えば、既存の設定として第１及び第２主動ギヤ１２ｂ，１２ｃの歯数Ｚ_１，Ｚ_２が決まっていた場合を想定する。この場合、設定された歯数Ｚ_１，Ｚ_２の条件に基づいて最適な主動ギヤユニット１２のサイズが設計されており、このサイズが検出対象物であるステアリング軸の大きさに適合しているとする。

このような状況において、例えば検出対象物であるステアリング軸の仕様（例えば外径寸法）に変更が生じたり、回転角検出装置１０を設置できるスペースに変更が生じたりした場合、回転角検出装置１０そのもののサイズを変更すると、新たに歯数Ｚ_１，Ｚ_２を設定し直すことで、歯数差の調整を行う必要が生じることがある。この場合においても、本実施形態の構造は既存のサイズを極端に変更することなく、それまでのギヤ比Ｋと最大絶対角度θｍａｘの範囲を維持したままで、各歯数Ｚ_１，Ｚ_２，Ｓ_１，Ｓ_２を柔軟に変更することができる。

〔歯数差と最大歯数との関係〕
すなわち、本発明の発明者等が検証を行った結果、第１主動ギヤ１２ｂと第２主動ギヤ１２ｃとの歯数差（｜Ｚ_２−Ｚ_２｜）を、例えば１，２，３，・・・と変化させていったとしても、そのときの歯数差と最大歯数とは単純増加の関係にならないことが確認されている。

図４は、歯数差と最大歯数との関係について、実施例と比較例とを対比して示した図である。図４中、横軸は第１主動ギヤ１２ｂと第２主動ギヤ１２ｃとの歯数差（｜Ｚ_２−Ｚ_１｜）を表し、縦軸は各歯数差の条件下で設定される最大の歯数（Ｚ_２又はＺ_１）を表す。また図４中、ハッチングを付した四角形のシンボルは、本実施形態の構造を適用した場合の実施例から得られた結果を示し、網点を付した菱形のシンボルは、比較例から得られた結果を示している。なお、ここでいう比較例は、既に述べた先行技術（特許文献１）で挙げた構造（主動ギヤに歯数差があり、従動ギヤに歯数差がない構造）を採用した場合の結果である。

図４に実施例をもって示すとおり、本実施形態の構造を採用した場合、歯数差が増加していっても、最大歯数は単純増加しておらず、多少の増減を示しながら一定の範囲内（例えば５０以内）に収まっていることがわかる。

一方、比較例においては、歯数差が増加していくと、それに合わせて最大歯数も比例増加していく傾向にある。この場合、最大歯数の増加に合わせて必然的に部材も大型化していくことから、回転角検出装置１０の設置スペースに制約がある場合に設計の自由度が低くなる。

これに対し、本実施形態の構造では、歯数差が増加しても最大歯数が大きく変動しないことから、部材を特に大型化することなく、限られた設置スペース内であっても自由に歯数を変更することができるので、それだけ設計の自由度が高い。

本発明は上述した一実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施可能である。一実施形態では、第１主動ギヤ１２ｂの歯数Ｚ_１より第２主動ギヤ１２ｃの歯数Ｚ_２が大きい例を挙げているが、これらは逆の関係であってもよい。また、第１従動ギヤ１４と第２従動ギヤ１５の歯数Ｓ_１，Ｓ_２の関係についても同様である。

また、歯数Ｚ_１，Ｚ_２，Ｓ_１，Ｓ_２の設定手順で挙げた数値はあくまで一例であって、任意の数Ｎや自然数ｍ、ギヤ比Ｋの選定は適宜に変更することができる。

その他、本発明の回転角検出装置は車両のステアリング角センサとしての用途に限らず、各種の回転運動を行う検出対象物の絶対角度を検出する用途に広く適用することができる。

一実施形態の回転角検出装置の斜視図である。 回転角検出装置を主な構成要素に分解して示した斜視図である。 回転角検出装置の構成を概略的に示した図である。 歯数差と最大歯数との関係について、実施例と比較例とを対比して示した図である。

符号の説明

１０ 回転角検出装置
１２ 主動ギヤユニット
１２ｂ 第１主動ギヤ
１２ｃ 第２主動ギヤ
１４ 第１従動ギヤ
１５ 第２従動ギヤ
１６ 磁石
２０ カバー
３０ ホルダ
４０ ケース
７０ 回路基板
７２ 磁気センサ
８０ マイクロプロセッサ

Claims (5)

1. ３６０度を超える所定角度の範囲内で回転運動する検出対象物の回転角を、絶対角度として検出する回転角検出装置であって、
   前記検出対象物と同心にして一体的に回転する第１主動ギヤと、
   前記第１主動ギヤが有する歯数と異なる歯数を有し、かつ前記第１主動ギヤとともに前記検出対象物と同心にして一体的に回転する第２主動ギヤと、
   前記第１主動ギヤに噛み合わされて回転する第１従動ギヤと、
   前記第１従動ギヤの回転角に応じた第１回転角信号を出力する第１信号出力部と、
   前記第１従動ギヤが有する歯数と異なる歯数を有し、かつ前記第２主動ギヤに噛み合わされて回転する第２従動ギヤと、
   前記第２従動ギヤの回転角に応じた第２回転角信号を出力する第２信号出力部と、
   前記第１及び第２回転角信号に基づいて前記検出対象物の絶対角度を検出する角度検出部と
   を備えたことを特徴とする回転角検出装置。
2. 請求項１に記載の回転角検出装置において、
   前記第１主動ギヤの歯数（Ｚ_１）、前記第２主動ギヤの歯数（Ｚ_２）、前記第１従動ギヤの歯数（Ｓ_１）及び前記第２従動ギヤの歯数（Ｓ_２）は、
   前記角度検出部により検出可能な絶対角度の範囲を、３６０度を超えて前記第１従動ギヤの歯数（Ｓ_１）に比例する最大絶対角度（θｍａｘ）として設定したとき、
   前記第１主動ギヤの歯数（Ｚ_１）に対し、任意の自然数（ｍ）を加減することで、この加減後における数（Ｚ_１±ｍ）と前記第１従動ギヤの歯数（Ｓ_１）との比（（Ｚ_１±ｍ）／Ｓ_１）を、前記第２主動ギヤと前記第２従動ギヤとのギヤ比（Ｚ_２／Ｓ_２）に一致させる条件の下に設定されていることを特徴とする回転角検出装置。
3. 請求項２に記載の回転角検出装置において、
   前記角度検出部により検出可能な最大絶対角度（θｍａｘ）を、３６０度の任意の数（Ｎ）倍に設定したとき、
   前記第１従動ギヤの歯数（Ｓ_１）は、前記任意の自然数（ｍ）と前記任意の数（Ｎ）とを掛け合わせた数（ｍ・Ｎ）に設定されていることを特徴とする回転角検出装置。
4. ３６０度を超える所定角度の範囲内で回転運動する検出対象物と同心にして一体的に回転する第１主動ギヤと、この第１主動ギヤが有する歯数と異なる歯数を有し、かつ前記第１主動ギヤとともに前記検出対象物と同心にして一体的に回転する第２主動ギヤと、前記第１主動ギヤに噛み合わされて回転する第１従動ギヤと、前記第１従動ギヤの回転角に応じた第１回転角信号を出力する第１信号出力部と、前記第１従動ギヤが有する歯数と異なる歯数を有し、かつ前記第２主動ギヤに噛み合わされて回転する第２従動ギヤと、前記第２従動ギヤの回転角に応じた第２回転角信号を出力する第２信号出力部とを備えることで、前記第１及び第２回転角信号に基づいて前記検出対象物の絶対角度を検出する回転角検出装置の製造方法において、
   検出可能な範囲として、最大絶対角度（θｍａｘ）を３６０度の任意の数（Ｎ）倍に決定するステップと、
   前記第１従動ギヤの歯数（Ｓ_１）を、任意に選択した自然数（ｍ）と前記任意の数（Ｎ）との積（ｍ・Ｎ）から決定するステップと、
   任意に設定したギヤ比（Ｋ）に対し、前記任意の数（Ｎ）を乗じた値に１を加減した後、この加減後の値に前記任意に選択した自然数（ｍ）を乗じて得た数を前記第１従動ギヤの歯数（Ｚ_１）として決定するステップと、
   前記第２主動ギヤの歯数（Ｚ_２）と前記第２従動ギヤの歯数（Ｓ_２）との組み合わせを、前記ギヤ比（Ｋ）の関係を満たす条件下で選択するステップと
   を有する回転角検出装置の製造方法。
5. 請求項４に記載の回転角検出装置の製造方法において、
   前記ギヤ比（Ｋ）は、前記第２主動ギヤの歯数（Ｚ_２）と前記第２従動ギヤの歯数（Ｓ_２）との組み合わせが成り立つ範囲内で整数又は小数から設定可能であることを特徴とする回転角検出装置の製造方法。

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