JP2013205207A - 相対角度検出装置、トルク検出装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を向上させることができるとともにヒステリシスを抑制することができる技術を提供する。
【解決手段】同軸的に相対回転する２つの回転軸の内の一方の回転軸である第１の回転軸１１０に設けられた光源２２と、２つの回転軸の内の他方の回転軸である第２の回転軸１２０に設けられ光源２２から放射された光を受光し、受光した光を電気信号へ変換して出力する撮像素子３０と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、相対角度検出装置、トルク検出装置および電動パワーステアリング装置に関する。

近年、例えば電動パワーステアリング装置には、入力軸と、出力軸との間の相対回転角度を基にトルクを検出する装置（トルク検出装置（相対角度検出装置））が備えられている。
例えば、特許文献１に記載のトルクセンサは、以下のように構成されている。すなわち、ハウジングにベアリングを介して回転自在に軸支され同軸に挿入された入力軸と出力軸とが、内部でトーションバーにより連結されている。円筒状のコアが出力軸の大径端部の外周面にセレーション嵌合して出力軸に対して軸方向にのみ摺動自在に設けられ、入力軸より突設されたスライダピンが大径端部の周方向に長尺の長孔を貫通してコアのスパイラル溝に係合している。ハウジングの内部に支持された２個のトルク検出用のコイルが、軸方向に摺動する円筒状のコアの外周に空隙を介して設けられている。２個のコイルは、コアの軸方向の移動中心に関して互いに反対側に配置されている。そして、入力軸に捩じり力が作用すると、トーションバーを介して出力軸に回転力が伝達されるが、トーションバーは弾性変形して入力軸と出力軸との間に回転方向の相対的変位が生じる。この回転方向の相対的変位は、スライダピンとスパイラル溝との係合を介してコアを軸方向に摺動させる。コアが軸方向に移動すると、コイルのそれぞれコアを囲む面積が変化し、一方の面積が増すと他方の面積が減る関係にある。コアを囲む面積が大きくなると、磁気損失が増えコイルのインダクタンスは減り、逆にコアを囲む面積が小さくなると、磁気損失が減りコイルのインダクタンスは増す。そして、このコイルのインダクタンスの変化に基づいてトルクを検出する。

特開２０００−２３４９６６号公報

装置を構成する部品同士が機械的に接触することにより、同軸的に配置された二つの回転軸の相対回転角度を検出する構成では、接触することに起因して部品が摩耗するため耐久性が悪化するおそれがある。また、ヒステリシスが大きくなってしまう。
本発明は、耐久性を向上させることができるとともにヒステリシスを抑制することができる装置を提案することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、同軸的に相対回転する２つの回転軸の内の一方の回転軸に設けられた光源と、前記２つの回転軸の内の他方の回転軸に設けられ前記光源から放射された光を受光し、受光した光を電気信号へ変換して出力する撮像素子と、を備えることを特徴とする相対角度検出装置である。
ここで、前記一方の回転軸に設けられて前記光源から放射された光を反射する反射鏡をさらに備え、前記撮像素子は、前記光源から放射され前記反射鏡にて反射された光を受光し、受光した光を電気信号へ変換して出力するとよい。

他の観点から捉えると、本発明は、同軸的に相対回転する２つの回転軸の内の一方の回転軸に設けられた光源と、前記２つの回転軸の内の他方の回転軸に設けられ前記光源から放射された光を受光し、受光した光を電気信号へ変換して出力する撮像素子と、前記撮像素子から出力された電気信号に基づいて前記２つの回転軸のいずれか一方に加えられたトルクを演算するトルク演算部と、を備えることを特徴とするトルク検出装置である。

前記トルク演算部は、前記撮像素子から出力された電気信号に基づいて当該撮像素子が前記光源から放射された光を受光した位置である受光位置を認識し、当該受光位置に基づいて前記２つの回転軸の相対回転角度を把握し、前記トルクを演算するとよい。
前記一方の回転軸に設けられて前記光源から放射された光を反射する反射鏡をさらに備え、前記撮像素子は、前記光源から放射され前記反射鏡にて反射された光を受光し、受光した光を電気信号へ変換して出力するとよい。

他の観点から捉えると、本発明は、同軸的に相対回転する２つの回転軸の内の一方の回転軸に設けられた光源と、前記２つの回転軸の内の他方の回転軸に設けられ前記光源から放射された光を受光し、受光した光を電気信号へ変換して出力する撮像素子と、前記撮像素子から出力された電気信号に基づいて前記２つの回転軸のいずれか一方に加えられたトルクを演算するトルク演算部と、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

本発明によれば、耐久性を向上させることができるとともにヒステリシスを抑制することができる。

第１の実施形態に係る相対角度検出装置を適用した電動パワーステアリング装置の断面図である。 第１の実施形態に係る相対角度検出装置の斜視図である。 光源、反射鏡、撮像素子の相対位置を軸方向の他方の端部側から見た図である。図１におけるIII−III部の断面図でもある。 撮像素子が反射鏡にて反射された光を受光する位置と、操舵トルクとの関係を示す図である。 （ａ）は、第１の回転軸に、相対回転方向の成分のみが加わったときの撮像素子の受光位置を示す図であり、（ｂ）は、第１の回転軸に、倒れ方向の成分と相対回転方向の成分とが加わったときの撮像素子の受光位置を示す図である。 第２の実施形態に係る相対角度検出装置の光源と撮像素子との相対位置を軸方向の他方の端部側から見た図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る相対角度検出装置１０を適用した電動パワーステアリング装置１００（以下、単に「ステアリング装置１００」と称する場合もある。）の断面図である。図２は、第１の実施形態に係る相対角度検出装置１０の斜視図である。なお、図２においては、構成を分かり易くするために後述するベース５０およびフラットケーブルカバー６０の一部を省略して示している。

ステアリング装置１００は、同軸的に回転する第１の回転軸１１０と第２の回転軸１２０とを備えている。第１の回転軸１１０は、例えばステアリングホイールが取り付けられるステアリングシャフトが連結される回転軸であり、第２の回転軸１２０は、トーションバー１３０を介して第１の回転軸１１０に同軸的に結合されている。そして、第２の回転軸１２０に形成されたピニオン１２１が、車輪に連結されるラック軸（不図示）のラック（不図示）と噛み合っており、第２の回転軸１２０の回転運動がピニオン１２１，ラックを介してラック軸の直線運動に変換され、車輪が操舵される。

また、ステアリング装置１００は、第１の回転軸１１０および第２の回転軸１２０を回転可能に支持するハウジング１４０を備えている。ハウジング１４０は、例えば自動車などの乗り物の本体フレーム（以下、「車体」と称する場合もある。）に固定される部材であり、第１ハウジング１５０、第２ハウジング１６０および第３ハウジング１７０から構成される。第２の回転軸１２０は、軸受け１５１を介して第１ハウジング１５０に回転可能に支持され、第１の回転軸１１０は、軸受け１７１を介して第３ハウジング１７０に回転可能に支持されている。

第１ハウジング１５０は、第２の回転軸１２０を回転可能に支持する軸受け１５１を、第２の回転軸１２０の回転軸方向（以下、単に「軸方向」と称する場合もある。）の一方の端部側（図１においては下側）に有し、軸方向の他方の端部側（図１においては上側）が開口した部材である。第１ハウジング１５０には、後述する電動モータ１９０が装着される。また、第１ハウジング１５０は、後述するウォームホイール１８０を収納する。

第２ハウジング１６０は、軸方向の両端部が開口した部材であり、その軸方向の一方の端部側の開口部が第１ハウジング１５０における軸方向の他方の端部側の開口部と対向するように配置される。そして、第２ハウジング１６０は、例えばボルトなどにより第１ハウジング１５０に固定される。第２ハウジング１６０の側面には、内外を連通する連通孔１６１が形成されている。連通孔１６１には、後述する電線８０を保持するグロメット８５が嵌め込まれる。また、第２ハウジング１６０には、後述する相対角度検出装置１０の検出装置ユニット２０を支持するブラケット９０を締付部材（例えば、ボルト、ビスなど）で取り付けるためのボス１６５が複数（本実施の形態においては３つ）設けられている。

第３ハウジング１７０は、第１の回転軸１１０を回転可能に支持する軸受け１７１を、軸方向の他方の端部側（図１においては上側）に有し、軸方向の一方の端部側（図１においては下側）が開口した部材である。そして、軸方向の一方の端部側の開口部が第２ハウジング１６０における軸方向の他方の端部側の開口部と対向するように配置されるとともに、例えばボルトなどにより第２ハウジング１６０に固定される。第３ハウジング１７０の側面には、内外を連通する連通孔１７１が形成されている。連通孔１７１には、後述する電線２４を保持するグロメット２５が嵌め込まれる。

また、ステアリング装置１００は、第１ハウジング１５０に装着された電動モータ１９０と、第２の回転軸１２０に固定されたウォームホイール１８０と、を備えている。電動モータ１９０の出力軸に連結されたウォームギヤ１９１とウォームホイール１８０とは噛み合っており、電動モータ１９０の回転力がウォームホイール１８０により減速されて第２の回転軸１２０に伝達される。

また、ステアリング装置１００は、トーションバー１３０の捩れ量に基づいて、第１の回転軸１１０と第２の回転軸１２０との相対回転角度を検出する相対角度検出装置１０と、この相対角度検出装置１０の後述する検出装置ユニット２０を支持するブラケット９０とを備えている。この相対角度検出装置１０およびブラケット９０については後で詳述する。

また、ステアリング装置１００は、この相対角度検出装置１０からの出力値に基づいて電動モータ１９０の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）２００を備えている。
ＥＣＵ２００は、各種演算処理を行うＣＰＵと、ＣＰＵにて実行されるプログラムや各種データ等が記憶されたＲＯＭと、ＣＰＵの作業用メモリ等として用いられるＲＡＭと、を用いて、相対角度検出装置１０からの出力値を基にステアリングホイールに加えられた操舵トルクを演算するトルク演算部２１０を有している。また、ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを用いて、トルク演算部２１０にて演算された操舵トルクに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１９０が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部（不図示）と、目標電流算出部が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部（不図示）とを有している。

以上のように構成されたステアリング装置１００においては、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクが第１の回転軸１１０と第２の回転軸１２０との相対回転角度として現れることに鑑み、第１の回転軸１１０と第２の回転軸１２０との相対回転角度に基づいて操舵トルクを把握する。つまり、第１の回転軸１１０と第２の回転軸１２０との相対回転角度を相対角度検出装置１０にて検出し、相対角度検出装置１０からの出力値に基づいてＥＣＵ２００が操舵トルクを把握し、把握した操舵トルクに基づいて電動モータ１９０の駆動を制御する。そして、電動モータ１９０の発生トルクをウォームギヤ１９１、ウォームホイール１８０を介して第２の回転軸１２０に伝達する。これにより、電動モータ１９０の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。つまり、第２の回転軸１２０は、ステアリングホイールの回転によって発生する操舵トルクと電動モータ１９０から付与される補助トルクとで回転する。

以下に、第１の実施形態に係る相対角度検出装置１０について詳述する。
相対角度検出装置１０は、第１の回転軸１１０に固定されて、第１の回転軸１１０とともに回転する回転部材２１と、この回転部材２１に支持されて光を放射する光源２２と、回転部材２１に支持されて光源２２から放射された光を反射する反射鏡２３と、を備えている。また、相対角度検出装置１０は、光源２２に、電源電圧、基準電圧を供給する複数の電線２４と、電線２４を保持するとともに第３ハウジング１７０の連通孔１７１に嵌め込まれるグロメット２５と、を備えている。

また、相対角度検出装置１０は、第１の回転軸１１０と第２の回転軸１２０との相対回転角度に応じた電気信号を出力する検出装置ユニット２０と、検出装置ユニット２０の出力値をＥＣＵ２００に伝送する複数の電線８０と、電線８０を保持するとともに第２ハウジング１６０の連通孔１６１に嵌め込まれるグロメット８５と、を備えている。また、相対角度検出装置１０は、検出装置ユニット２０支持するブラケット９０を備えている。

回転部材２１は、第１の回転軸１１０の外周面に沿う薄肉円筒状の第１の円筒状部２１１と、第１の回転軸１１０の軸方向を中心線方向とするとともに第１の円筒状部２１１の内径よりも大きな内径の薄肉円筒状の第２の円筒状部２１２と、第１の円筒状部２１１における軸方向の他方の端部から回転半径方向に突出した円盤状の円盤状部２１３とを備えている。

回転部材２１は、板金を絞り加工などの曲げプレス加工にて成形した物であることを例示することができる。また、回転部材２１を第１の回転軸１１０に固定する方法としては、回転部材２１の第１の円筒状部２１１を第１の回転軸１１０の外周面に圧入する方法、第１の回転軸１１０の外周面に凹部を設けるとともに、この凹部の形状に第１の円筒状部２１１が沿うように塑性変形させる（かしめる）ことで固定する方法を例示することができる。

光源２２は、光を放射する機器であり、光を増幅して放射するレーザ装置、ＬＥＤであることを例示することができる。光源２２を回転部材２１に固定する方法としては、締付部材（例えば、ボルト、ビスなど）で締め付ける方法、溶接すること、接着剤にて接着することを例示することができる。また、光源２２としてのＬＥＤを回路基板に実装し、その回路基板を回転部材２１に締付部材（例えば、ボルト、ビスなど）で締め付けてもよい。
また、反射鏡２３を回転部材２１に固定する方法としては、締付部材（例えば、ボルト、ビスなど）で締め付ける方法、接着剤にて接着する方法であることを例示することができる。

電線２４は、線状に引き伸ばされた金属などの導体が絶縁体で覆われたものであり、電気を伝導する。本実施の形態に係る相対角度検出装置１０においては、複数の電線２４の一方の端部が、コネクタなどを介して光源２２に、他方の端部が、コネクタなどを介してＥＣＵ２００に接続されている。これら複数の電線２４が、ＥＣＵ２００から光源２２への電源電圧の供給や、基準電圧の供給に用いられる。

これら複数の電線２４は、第３ハウジング１７０内であって第１の回転軸１１０の周囲と回転部材２１の円盤状部２１３の上面とで形成された空間内に、渦状に巻かれた状態で収納される。そして、電線２４は、軸方向の他方の端部側から見た場合に、右方向に巻かれており、ステアリングホイール、言い換えれば第１の回転軸１１０および第２の回転軸１２０が右方向に回転された場合には、一方の端部が第１の回転軸１１０の回転に従って右方向に回転するので、ステアリングホイールが回転されていない中立状態よりも巻き数が増加する。他方、ステアリングホイールが左方向に回転された場合には、ステアリングホイールが回転されていない中立状態よりも巻き数が減少する。

グロメット２５は、略楕円柱状の部材であり、電線２４を通すために柱方向に形成された電線孔が電線２４の数と同数形成されている。また、グロメット２５の外周面には、周方向の全周に亘って外周面から外側に突出する突起が、柱方向（電線孔の孔方向）に複数設けられている。これら突起の最外周部の大きさは第３ハウジング１７０の連通孔１７１の大きさよりも大きい。そして、グロメット２５が第３ハウジング１７０に嵌合された状態では、突起が第３ハウジング１７０の連通孔１７１の周囲の壁に押されることにより全体的に内側に弾性変形する。これにより、グロメット２５は、第３ハウジング１７０の連通孔１７１をシールするとともに、電線孔の周囲部分にて電線孔に挿入された電線２４を押圧し、電線２４の移動を抑制する。なお、このグロメット２５は、ゴムなどの弾性材料を加硫成形することで上記所定形状に成形されている。

検出装置ユニット２０は、反射鏡２３にて反射された光を受光し、受光した光を電気信号へ変換する撮像素子３０と、この撮像素子３０を実装するプリント基板４０と、を備えている。また、検出装置ユニット２０は、第２の回転軸１２０に取り付けられるとともにプリント基板４０を支持するベース５０と、後述するフラットケーブル７０を収納するフラットケーブルカバー６０と、を備えている。また、検出装置ユニット２０は、一方の端部がプリント基板４０に設けられた端子４３に接続されるとともに、他方の端部がフラットケーブルカバー６０に固定された接続端子６５に接続されるフラットケーブル７０と、を備えている。

撮像素子３０は、反射鏡２３にて反射された光を受光し、受光した光を電気信号へ変換する素子であり、例えば、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサであることを例示することができる。この撮像素子３０は、後述するように、第１の回転軸１１０と第２の回転軸１２０との相対回転角度に応じた電気信号を出力する。

プリント基板４０は、板面が軸方向に平行に配置される平行基板４１と、板面が軸方向に対して交差する方向（本実施の形態においては垂直方向）に配置される垂直基板４２とを有している。これら平行基板４１および垂直基板４２は、アルミニウムなどの金属にて成形された金属基板、あるいは金属板の全体が樹脂によりモールド封止された基板であり、その表面（板面）に配線パターンが形成されている。これら平行基板４１と垂直基板４２とは、例えば締付部材（例えば、ボルト、ビスなど）による締め付けなどの固定方法で結合されるとともに電気的にも接続されている。

そして、プリント基板４０の平行基板４１に、撮像素子３０が実装されており、撮像素子３０の受光面が軸方向に平行となるように配置されている。
プリント基板４０は、例えば垂直基板４２がベース５０に締付部材（例えば、ボルト、ビスなど）により締め付けられることでベース５０に固定される。

ベース５０は、円筒状の部位と円盤状の部位とを有する部材であり、円筒状の部位が第２の回転軸１２０に取り付けられることで、この第２の回転軸１２０と共に回転する。円盤状の部位は、撮像素子３０を実装したプリント基板４０を支持する。

フラットケーブルカバー６０は、薄肉円筒状であって段階的に外径が異なる円筒状部６１と、円筒状部６１における軸方向の中間部位から中心側に向かう円盤状の中間部６２と、を備えている。円筒状部６１は、中間部６２を境にして外径が異なっている。そして、円筒状部６１、中間部６２およびベース５０にて形成された空間にフラットケーブル７０が収納される。

中間部６２は、軸方向の一方の端部側（図１においては下側）の面から、軸方向の一方の端部方向（図１においては下方向）に突出し、ブラケット９０をこのフラットケーブルカバー６０に締め付けるための締付部材（例えば、ボルト、ビス）が締め付けられるボス６３を複数有している。また、中間部６２には、第２の回転軸１２０およびこの第２の回転軸１２０に嵌合されたベース５０の円筒状の部位を通す貫通孔が形成されている。
また、フラットケーブルカバー６０は、円筒状部６１の内側に、電線８０の一方の端部に接続されたコネクタが接続される接続端子６５を有している。

フラットケーブル７０は、一方の端部がプリント基板４０の端子４３に接続されるとともに他方の端部がフラットケーブルカバー６０の接続端子６５に接続されて、フラットケーブルカバー６０の円筒状部６１、中間部６２およびベース５０にて形成された空間内に、渦状に巻かれた状態で収納される。そして、フラットケーブル７０は、軸方向の他方の端部側から見た場合に、右方向に巻かれており、ステアリングホイール、言い換えれば第１の回転軸１１０および第２の回転軸１２０が右方向に回転された場合には、一方の端部が第２の回転軸１２０の回転に従って右方向に回転するので、ステアリングホイールが回転されていない中立状態よりも巻き数が増加する。他方、ステアリングホイールが左方向に回転された場合には、ステアリングホイールが回転されていない中立状態よりも巻き数が減少する。

電線８０は、線状に引き伸ばされた金属などの導体が絶縁体で覆われたものであり、電気を伝導する。本実施の形態に係る相対角度検出装置１０においては、複数の電線８０の一方の端部が、コネクタなどを介してプリント基板４０に、複数の電線８０の他方の端部が、コネクタなどを介してＥＣＵ２００に接続されている。そして、複数の電線８０が、ＥＣＵ２００から撮像素子３０への電源供給や、撮像素子３０からＥＣＵ２００への出力値の伝送に用いられる。

グロメット８５は、略楕円柱状の部材であり、電線８０を通すために柱方向に形成された電線孔が電線８０の数と同数形成されている。また、グロメット８５の外周面には、周方向の全周に亘って外周面から外側に突出する突起が、柱方向（電線孔の孔方向）に複数設けられている。これら突起の最外周部の大きさは第２ハウジング１６０の連通孔１６１の大きさよりも大きい。そして、グロメット８５が第２ハウジング１６０に嵌合された状態では、突起が第２ハウジング１６０の連通孔１６１の周囲の壁に押されることにより全体的に内側に弾性変形する。これにより、グロメット８５は、第２ハウジング１６０の連通孔１６１をシールするとともに、電線孔の周囲部分にて電線孔に挿入された電線８０を押圧し、電線８０の移動を抑制する。なお、このグロメット８５は、ゴムなどの弾性材料を加硫成形することで上記所定形状に成形されている。

ブラケット９０は、板金がプレス加工されることにより成形された部材であり、検出装置ユニット２０のフラットケーブルカバー６０の円筒状部６１の軸方向の一方の端部側（図２においては下側）の開口部を覆う平板状の覆い部９１と、ハウジング１４０に取り付けるための複数（本実施の形態においては３つ）の取付部９２と、を有している。また、ブラケット９０には、第２の回転軸１２０およびこの第２の回転軸１２０に嵌合されたベース５０の円筒状の部位を通す孔である軸用孔９３が形成されている。

覆い部９１には、フラットケーブルカバー６０の中間部６２のボス６３に対応する位置に、このブラケット９０をフラットケーブルカバー６０に締め付けるための締付部材（例えば、ボルト、ビス）９５を通す孔であるカバー用孔が形成されている。
取付部９２は、それぞれ、覆い部９１の面に対して略垂直に軸方向の他方の端部側（図１においては上側）に延びる垂直部と、この垂直部における軸方向の端部から覆い部９１の面に水平に（軸方向に直交する方向に）外側に延びる水平部と、を有している。水平部には、このブラケット９０を、ハウジング１４０の第２ハウジング１６０のボス１６５に締め付けるための締付部材（例えば、ボルト、ビス）９６を通す孔であるハウジング用孔が形成されている。
このように構成されたブラケット９０により、検出装置ユニット２０は、ハウジング１４０の第２ハウジング１６０に取り付けられる。

次に、光源２２、反射鏡２３、撮像素子３０との相対関係について説明する。
図３は、光源２２、反射鏡２３、撮像素子３０の相対位置を軸方向の他方の端部側から見た図である。図１におけるIII−III部の断面図でもある。（ａ）は、トーションバー１３０に捩れが生じていない中立状態のときの図であり、（ｂ）は、トーションバー１３０が右方向に捩れている状態のときの図であり、（ｃ）は、トーションバー１３０が左方向に捩れている状態のときの図である。
図４は、撮像素子３０が反射鏡２３にて反射された光を受光する位置と、操舵トルクとの関係を示す図である。

第１の実施形態に係る相対角度検出装置１０においては、トーションバー１３０に操舵トルクが加わっていない状態、つまりトーションバー１３０に捩れが生じていない中立状態のときに、図３（ａ）に示すように、光源２２から放射され、反射鏡２３にて反射された光を、撮像素子３０が横方向の中心で受光するように配置されている。

トーションバー１３０に右方向の操舵トルクが加わり、トーションバー１３０が右方向に捩れている状態のときに、図３（ｂ）に示すように、反射鏡２３にて反射された光を、撮像素子３０が横方向における中心よりも右側の面で受光する。そして、操舵トルクの右方向への大きさが増加（トーションバー１３０の右方向への捩れ量が増加）するのに伴って中心から右側へのずれ量が大きくなる特性を有する。

トーションバー１３０に左方向の操舵トルクが加わり、トーションバー１３０が左方向に捩れている状態のときに、図３（ｃ）に示すように、反射鏡２３にて反射された光を、撮像素子３０が横方向における中心よりも左側の面で受光する。そして、操舵トルクの左方向への大きさが増加（トーションバー１３０の左方向への捩れ量が増加）するのに伴って中心から左側へのずれ量が大きくなる特性を有する。

撮像素子３０が反射鏡２３にて反射された光を受光した位置（以下、「受光位置」と称す。）が、フラットケーブル７０、電線８０を介してＥＣＵ２００のトルク演算部２１０に送られる。
そして、トルク演算部２１０は、相対角度検出装置１０の撮像素子３０から出力された電気信号が示す受光位置と、操舵トルクとの関係を示すマップを記憶領域（例えばＲＯＭ）に記憶しておき、トルク演算部２１０は、このマップに、撮像素子３０からの電気信号が示す受光位置を代入することにより操舵トルクを算出する。あるいは、撮像素子３０からの電気信号が示す受光位置と操舵トルクとの関係を示す関数を組み込んでおき、トルク演算部２１０は、この関数に撮像素子３０からの電気信号が示す受光位置を代入して操舵トルクを算出してもよい。

以上のように構成された相対角度検出装置１０においては、光源２２、反射鏡２３、撮像素子３０が互いに接触することなしに、つまり非接触で第１の回転軸１１０と第２の回転軸１２０との相対回転角度を検出できるので、接触式の検出装置と比べて、再現性や耐久性を向上させることができる。また、ヒステリシスを抑制することができる。

また、以上のように構成された相対角度検出装置１０によれば、たとえ、第１の回転軸１１０に倒れ方向（軸が撓む方向）の成分が加わったとしても、この倒れ方向の成分による余計なアシストを抑制することができる。その理由を以下に説明する。

図５（ａ）は、第１の回転軸１１０に、相対回転方向の成分のみが加わったときの撮像素子３０の受光位置を示す図であり、図５（ｂ）は、第１の回転軸１１０に、倒れ方向の成分と相対回転方向の成分とが加わったときの撮像素子３０の受光位置を示す図である。
撮像素子３０の受光位置が、図５（ｂ）に示すように、倒れ方向の成分と相対回転方向の成分とを有する位置であった場合においても、その位置を、倒れ方向の座標と相対回転方向の座標とに分解することができる。

それゆえ、ＥＣＵ２００のトルク演算部２１０は、撮像素子３０の受光位置の内、相対回転方向の成分のみを用いて、操舵トルクを算出すればよい。
これにより、ステアリング装置１００は、真の操舵トルクに基づいて電動モータ１９０の駆動を制御することができるので、運転者の意図に沿うアシストを行うことが可能となる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る相対角度検出装置１０は、第１の実施形態に係る相対角度検出装置１０に対して、反射鏡２３を備えておらず、光源２２が放射した光を撮像素子３０が直接受光する点が異なる。以下では異なる点について説明する。
図６は、第２の実施形態に係る相対角度検出装置１０の光源２２と撮像素子３０との相対位置を軸方向の他方の端部側から見た図である。（ａ）は、トーションバー１３０に捩れが生じていない中立状態のときの図であり、（ｂ）は、トーションバー１３０が右方向に捩れている状態のときの図であり、（ｃ）は、トーションバー１３０が左方向に捩れている状態のときの図である。

第２の実施形態に係る相対角度検出装置１０においては、トーションバー１３０に操舵トルクが加わっていない状態、つまりトーションバー１３０に捩れが生じていない中立状態のときに、図６（ａ）に示すように、光源２２から放射された光を、撮像素子３０が横方向の中心で受光するように配置されている。

トーションバー１３０に右方向の操舵トルクが加わり、トーションバー１３０が右方向に捩れている状態のときに、図６（ｂ）に示すように、光源２２から放射された光を、撮像素子３０が横方向における中心よりも右側の面で受光する。そして、操舵トルクの右方向への大きさが増加（トーションバー１３０の右方向への捩れ量が増加）するのに伴って中心から右側へのずれ量が大きくなる特性を有する。

トーションバー１３０に左方向の操舵トルクが加わり、トーションバー１３０が左方向に捩れている状態のときに、図６（ｃ）に示すように、光源２２から放射された光を、撮像素子３０が横方向における中心よりも左側の面で受光する。そして、操舵トルクの左方向への大きさが増加（トーションバー１３０の左方向への捩れ量が増加）するのに伴って中心から左側へのずれ量が大きくなる特性を有する。

ゆえに、撮像素子３０が光源２２から放射された光を受光する位置と、操舵トルクとの関係は、図４に示した通りとなる。
そして、撮像素子３０が光源２２から放射された光を受光した位置が、フラットケーブル７０、電線８０を介してＥＣＵ２００のトルク演算部２１０に送られる。そして、トルク演算部２１０は、撮像素子３０から出力された電気信号に基づいて操舵トルクを算出する。

以上のように構成された第２の実施形態に係る相対角度検出装置１０においても、光源２２と撮像素子３０とが互いに接触することなしに、つまり非接触で第１の回転軸１１０と第２の回転軸１２０との相対回転角度を検出できるので、接触式の検出装置と比べて、再現性や耐久性を向上させることができる。また、ヒステリシスを抑制することができる。

また、第２の実施形態に係る相対角度検出装置１０においても、第１の実施形態に係る相対角度検出装置１０と同様に、たとえ、第１の回転軸１１０に倒れ方向（軸が撓む方向）の成分が加わったとしても、この倒れ方向の成分による余計なアシストを抑制することができる。
さらに、第２の実施形態に係る相対角度検出装置１０によれば、第１の実施形態に係る相対角度検出装置１０と異なり、反射鏡２３を備えていないので、構成をより簡素化することができ、低コスト化を実現できる。

なお、上述した第１の実施形態および第２の実施形態に係る相対角度検出装置１０においては、図３および図６に示すように、撮像素子３０は回転半径方向に直交する平面にて光を受光しているが、特にかかる態様に限定されない。撮像素子３０の受光面は回転半径方向に直交するとともに第１の回転軸１１０の円周方向に沿う曲面であってもよい。

１０…相対角度検出装置、２０…検出装置ユニット、２１…回転部材、２２…光源、２３…反射鏡、３０…撮像素子、４０…プリント基板、５０…ベース、６０…フラットケーブルカバー、７０…フラットケーブル、９０…ブラケット、１００…電動パワーステアリング装置、１１０…第１の回転軸、１２０…第２の回転軸、１３０…トーションバー、１４０…ハウジング、２００…電子制御ユニット（ＥＣＵ）、２１０…トルク演算部

Claims (6)

1. 同軸的に相対回転する２つの回転軸の内の一方の回転軸に設けられた光源と、
   前記２つの回転軸の内の他方の回転軸に設けられ前記光源から放射された光を受光し、受光した光を電気信号へ変換して出力する撮像素子と、
   を備えることを特徴とする相対角度検出装置。
2. 前記一方の回転軸に設けられて前記光源から放射された光を反射する反射鏡をさらに備え、
   前記撮像素子は、前記光源から放射され前記反射鏡にて反射された光を受光し、受光した光を電気信号へ変換して出力することを特徴とする請求項１に記載の相対角度検出装置。
3. 同軸的に相対回転する２つの回転軸の内の一方の回転軸に設けられた光源と、
   前記２つの回転軸の内の他方の回転軸に設けられ前記光源から放射された光を受光し、受光した光を電気信号へ変換して出力する撮像素子と、
   前記撮像素子から出力された電気信号に基づいて前記２つの回転軸のいずれか一方に加えられたトルクを演算するトルク演算部と、
   を備えることを特徴とするトルク検出装置。
4. 前記トルク演算部は、前記撮像素子から出力された電気信号に基づいて当該撮像素子が前記光源から放射された光を受光した位置である受光位置を認識し、当該受光位置に基づいて前記２つの回転軸の相対回転角度を把握し、前記トルクを演算することを特徴とする請求項３に記載のトルク検出装置。
5. 前記一方の回転軸に設けられて前記光源から放射された光を反射する反射鏡をさらに備え、
   前記撮像素子は、前記光源から放射され前記反射鏡にて反射された光を受光し、受光した光を電気信号へ変換して出力することを特徴とする請求項３または４に記載のトルク検出装置。
6. 同軸的に相対回転する２つの回転軸の内の一方の回転軸に設けられた光源と、
   前記２つの回転軸の内の他方の回転軸に設けられ前記光源から放射された光を受光し、受光した光を電気信号へ変換して出力する撮像素子と、
   前記撮像素子から出力された電気信号に基づいて前記２つの回転軸のいずれか一方に加えられたトルクを演算するトルク演算部と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

Images