JP3100551B2

JP3100551B2 - 角度検出装置及びハンドル回転角度検出装置

Info

Publication number: JP3100551B2
Application number: JP08121620A
Authority: JP
Inventors: 実沼本
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 1996-05-16
Filing date: 1996-05-16
Publication date: 2000-10-16
Anticipated expiration: 2016-05-16
Also published as: JPH09304048A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、相対的な回転角度
を検出する角度検出装置及びそれらを使用するハンドル
回転角度検出装置に関し、特に回転に応じて軸方向に変
位を生じて隙間が変化するようにし、隙間を検出するこ
とにより回転角度を検出する角度検出装置及びハンドル
回転角度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】物理的な変位を検出するため各種の検出
器が使用されている。例えば、位置の変位を検出するた
めには電気マイクロメータ等が使用され、回転角度を検
出するにはエンコーダが広く使用される。エンコーダは
円周上に記録された一定間隔の微小なマークを読み取る
ことにより回転角度を検出するもので、光学式や磁気式
等の各種の方式がある。しかし、エンコーダは構造が複
雑で大きい上、値段が高いという問題がある。更に、エ
ンコーダは１方向の回転角度を高精度で検出するには適
しているが、回転方向を検出することはできず、回転方
向が頻繁に変化するような場合には使用できない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、回転が変化する
ような場合も回転角度を検出できる小型で低価格の角度
検出装置はなく、そのような角度検出装置が要望されて
いた。本発明は、このような要望に応えるもので、新し
い角度検出装置、及びそれを利用した自動車用ハンドル
回転角度検出装置の実現を目的とする。

【０００４】

【０００５】

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の角度検出装置
は、同一の回転軸の回りを回転する第１と第２の軸の相
対的な回転角度を検出する角度検出装置であって、第１
の軸は、一方の端に設けられた第１のねじ部と、回転軸
に垂直な第１の検出平面とを備え、第２の軸は、第１の
ねじ部にねじ合わされる第２のねじ部と、回転軸に垂直
な第２の検出平面とを備え、第１の検出平面との隙間及
び第２の検出平面との隙間をそれぞれ検出する固定され
た第１と第２のすきまセンサと、第１と第２のすきまセ
ンサの検出した第１の検出平面との隙間及び第２の検出
平面との隙間から第１と第２の検出平面の間隔の変化を
算出し、この変化から第１と第２の軸の相対的な回転角
度を検出することを特徴とする。

【０００７】本発明の角度検出装置では、第１の軸と第
２の軸の両方が回転可能であり、回転軸に垂直な第１と
第２の検出平面がそれぞれ設けられている。第１と第２
の軸はねじ合わされており、第１の軸と第２の軸の相対
的な回転に応じて第１と第２の検出平面の間隔が変化す
る。従って、一方にすきまセンサを設けて第１と第２の
検出平面の間隔の変化を検出することにより回転角度を
検出できるが、これではすきまセンサも一緒に回転する
ことになるので、第２の態様では、固定の第１と第２の
すきまセンサを設け、これで第１の検出平面との隙間と
第２の検出平面との隙間を検出し、それらから第１と第
２の検出平面の間隔の変化、すなわち、回転角度を検出
する。

【０００８】第１と第２の軸の少なくとも一方を、回転
軸の方向に付勢する付勢手段を備えることが望ましい。
複数個のすきまセンサが設けて、複数のすきまセンサの
検出値を平均化した値を検出値とすることが望ましい。
自動車ではハンドルの動作を油圧機構等で増幅して走行
方向を変える、いわゆるパワーステアリングと呼ばれる
機構が使用される。パワーステアリングでないステアリ
ング機構では、ハンドルが中立の角度位置の前後の小さ
な角度範囲ではハンドルを回転させても走行方向に影響
しない遊びとよばれる角度範囲がある。パワーステアリ
ングではこのような遊びの範囲でもその回転角度に対応
する力が増幅されて走行方向を変えてしまうが、パワー
ステアリングでもこのような遊びがあることが望まし
い。そのため、ハンドル軸を第１と第２の軸に分割し、
第１と第２の軸の向かい合う側の先端は、所定の範囲で
相対的な回転が可能で、それ以上の回転では一緒に回転
するように噛み合う機構が使用される。この機構であれ
ば、中立状態からどちらかにハンドルを切る時には遊び
の範囲については油圧機構を動作させずに、従来の遊び
と同様の感触で操作ができる。しかし、この機構では、
ハンドルをある程度回転させた状態から戻す時にもこの
遊びの範囲ではハンドルの操作量が走行方向に影響しな
いことになり、不要な遊びが生じるという問題があっ
た。これを解決するためには、遊びの範囲での相対的な
回転角度を検出し、ハンドルを中立状態から回転させる
時にはなにもしないが、ハンドルを戻す時には、遊びの
範囲での相対的な回転角度変化を検出して、その回転に
応じて油圧機構を動作させるようにしている。このよう
な制御を可能にするには、遊びの範囲での相対的な回転
角度を精密に検出できることが必要である。

【０００９】本発明の角度検出装置を使用すればこのよ
うな遊びの範囲での相対的な回転角度を精密に且つ容易
に検出できる。上記のように、第１と第２の軸の向かい
合う側の先端は、所定の範囲で相対的な回転が可能で、
それ以上の回転では一緒に回転するように噛み合ってい
るため、ねじを噛み合わせることができない。そこで、
第１又は第２の軸の少なくとも一方において、ねじ部を
軸から独立した任意に結合可能な部材とし、適当なねじ
込み状態及び適当な隙間状態に設定した上で、独立した
ねじ部を軸に固定するようにする。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施例の角
度検出装置の構成を示す断面図である。図１に示すよう
に、第１実施例では、第１の軸１の回転角度を検出す
る。第１の軸１にはめねじ３が形成されている。固定の
枠部材９、１０には、固定の軸部材２が固定されてい
る。軸部材２には軸２１の部分があり、そこには雄ねじ
４が形成されており、第１の軸１のめねじ３とねじ合わ
される。第１の軸１の軸部材２に対向する側は、第１の
軸１の回転軸に垂直な検出平面１１になっており、軸部
材２の検出平面１１に対向する部分にはすきまセンサ
５、６が設けられている。ここでは回転軸に対して対向
する１８０°の位置に２個のすきまセンサ５、６が設け
られているが、１個でも３個以上でもよい。第１の軸１
は、枠部材９、１０に取り付けられた内部にばねと移動
部材とを有する押さえ部材７と８により、回転軸の左方
向に押されている。すきまセンサ５、６としては、例え
ば、渦電流センサが使用されるが、静電容量センサ等を
使用することも可能である。すきまセンサ５、６の出力
は、信号処理部１２に入力され、そこで処理される。

【００１１】めねじ３と雄ねじ４がねじ合わされている
ので、第１の軸１を回転すると、回転軸方向に移動す
る。回転量と移動量は比例関係にあり、その関係はねじ
のピッチにより決定される。従って、検出を開始する前
に、第１の軸１のめねじ３を軸部材２の雄ねじ４にねじ
込んで、すきまセンサ５、６と検出平面１１の隙間が適
当な間隔になるように設定し、その時のすきまセンサ
５、６の検出する隙間量をゼロに初期化する。上記のよ
うに隙間量の変化は回転角度に比例するので、すきまセ
ンサ５、６の検出する隙間量が初期化時からの回転角度
を示すことになる。

【００１２】ねじにはある程度のガタがあり、このガタ
の分だけ検出平面が移動可能であり、その分誤差が生じ
る。そこで、第１実施例では押さえ部材７と８により第
１の軸１を軸部材２に押し付けている。これにより、ガ
タの検出精度への影響をなくすことができる。また、検
出平面は、第１の軸１と軸部材２の軸２１に垂直な平面
であるが、実際には加工誤差等のために、完全に軸に垂
直な平面ではない。検出平面が軸に完全に垂直でない
と、すきまセンサに対向する検出平面が１回転を周期と
して変動する。また、上記のようにねじにはかならずガ
タがあり、このガタにより検出平面が１回転を周期とし
て変動する。このような変動は、１回転内での検出角度
に誤差を生じる。そこで第１実施例では、２個のすきま
センサ５、６を回転軸に対して対向する１８０°の位置
に２個設け、信号処理部１２でそれらの検出した隙間量
の平均を算出して回転角度を算出している。

【００１３】検出平面の軸に垂直な平面からの誤差が無
視できる場合や、ねじのガタが十分に小さい場合には、
すきまセンサは１個だけでもよい。また、３個以上設け
て、それらの平均をとるようにしてもよい。図２は、自
動車のハンドルの回転角度を検出する装置の構造を示す
図である。自動車ではハンドルの動作を油圧機構等で増
幅して走行方向を変える、いわゆるパワーステアリング
と呼ばれる機構が使用されるが、図２の装置はパワース
テアリング機構の例である。

【００１４】図２に示すように、ハンドル７２が取り付
けられるハンドル軸７３は、油圧機構７５のギア部７４
とかみ合っており、ハンドル７２の回転量に応じて油圧
機構７５が車輪の方向を変化させる。ハンドル軸７３の
途中には、ハンドルに遊びを生じるための機構７１が設
けられている。パワーステアリングでないステアリング
機構では、ハンドルが中立の角度位置の前後の小さな角
度範囲ではハンドルを回転させても走行方向に影響しな
い遊びとよばれる角度範囲がある。パワーステアリング
ではこのような遊びの範囲でもその回転角度に対応する
力が増幅されて走行方向を変えてしまうが、パワーステ
アリングでもこのような遊びがあることが望ましい。そ
のため、ハンドル軸７３を２つの回転軸に分割し、それ
らの向かい合う側の先端は、所定の範囲で相対的な回転
が可能で、それ以上の回転では一緒に回転するように噛
み合う機構７１が使用される。この機構７１であれば、
中立状態からどちらかにハンドルを切る時には遊びの範
囲については油圧機構を動作させずに、従来の遊びと同
様の感触で操作ができる。しかし、しかしこの機構で
は、ハンドルをある程度回転させた状態から戻す時にも
この遊びの範囲ではハンドルの操作量が走行方向に影響
しないことになり、不要な遊びが生じるという問題があ
った。これを解決するためには、遊びの範囲での２つの
軸の相対的な回転角度を検出し、ハンドルを中立状態か
ら回転させる時にはなにもしないが、ハンドルを戻す時
には、遊びの範囲での相対的な回転角度変化を検出し
て、その回転に応じてモータ等を駆動して油圧機構にバ
イアスが掛かるようにする必要がある。第２実施例は、
図２の機構７１に本発明を適用した実施例である。

【００１５】図３は、第２実施例の機構７１の部分の構
成を示す図である。図３において、参照番号３１と３２
はハンドル軸７３を分割した２つの回転軸を示し、例え
ば、第１の軸３１がハンドル７２に、第２の軸３２が油
圧機構に接続される。第１と第２の軸３１、３２は噛み
合わされるようになっており、第１の軸３１の先端の円
筒部３１４は第２の軸３２の図示していない円筒穴には
め合わされ、第１の軸３１の中間部分３１３は第２の軸
３２のつば３２１と３２２の間の３２３で示した部分に
挿入され、第１と第２の軸３１、３２は相対的に回転で
きるようになっている。但し、回転範囲は第１の軸３１
のつば３１１と３１２が、第２の軸３２のつば３２１と
３２２に接する範囲であり、それ以上回転すると一方の
つばがもう一方のつばを押すため一緒に回転する。実際
の回転可能範囲は±３°から５°程度の範囲である。

【００１６】図３において、参照番号３３は第１のねじ
部材であり、一方に雄ねじ３３１が設けられており、第
１と第２の軸３１、３２にはめ合わされる円筒穴３３２
と、第１の軸３１と連結するためのねじが取付けられる
ねじ穴３３３を有している。３４はセンサ部材であり、
大きな径の円筒穴が設けられていると共に、軸に垂直な
面に渦電流センサ４１、４２、４３、４４が設けられて
いる。図示していないが、軸に垂直なもう１つの面にも
４個の渦電流センサが設けられている。３５は第２のね
じ部材であり、第１と第２の軸３１、３２にはめ合わさ
れる円筒穴を有する。この穴には、雄ねじ３３１にねじ
合わされるめねじが設けられているがここでは図示して
いない。一方の側は、図示のように、円筒の一部が切り
欠れており、つば３５１と３５２が延びた形状をしてい
る。３６は結合部材であり、第２のねじ部材３５の切り
欠き部分にはめ合わされるつば３６１と３６２が設けら
れており、第１と第２の軸３１、３２にはめ合わされる
円筒穴３６４と、第２の軸３２と連結するためのねじが
取付けられるねじ穴３６３を有している。

【００１７】図４は、図３に示し第２実施例の機構７１
を組み立てた時の断面図である。図４では、図３に示し
ていない、枠部材５１、５２や第１及び第２の軸を保持
するためのベアリング５５、５６とその保持板５３、５
４が更に示されている。また、結合部材３６のつば３６
１の部分には、ばね３６６が設けられ、第２のねじ部材
３５を軸方向に押すように構成されている。第２のねじ
部材３５のつば３５１と３５２及び結合部材３６のつば
３６１と３６２は丁度はめ合わされるようになってお
り、はめ合わされた状態では一緒に回転する。但し、軸
方向には相対的に移動可能である。また、すきまセンサ
４１〜４８の出力を処理する信号処理部６０が設けられ
ている。

【００１８】第２実施例では、図３及び図４に示すよう
に、枠部材５１、５２にセンサ部材３４を取付け、セン
サ部材３４の両側から第１と第２のねじ部材３３と３５
をねじ合わせ、第１の軸３１をベアリング５５を通した
後第１と第２のねじ部材３３と３５の組の円筒穴に挿入
する。また、第２の軸３２をベアリング５６を通した
後、更に結合部材３６の円筒穴に通してから第１と第２
のねじ部材３３と３５の組の円筒穴に挿入し、第１の軸
３１と噛み合わせる。そして、第１と第２のねじ部材３
３と３５のねじ込み具合を調整して、すきまセンサ４１
〜４８と第１と第２のねじ部材３３と３５の検出平面３
３４と３５４の間隔が適当な量になるようにする。具体
的には、すきまセンサの検出信号を観察しながら、すき
まセンサの検出量が検出可能範囲の中心付近になるよう
に、ねじ込み具合を調整する。その上で、ねじ３３５で
第１のねじ部材３３を第１の軸３１に固定し、ねじ３６
５で結合部材３６を第２の軸３２に固定する。この状態
では、第２の軸３２が回転すると、結合部材３６と第２
のねじ部材３５が一体に回転し、すきまセンサ４１〜４
８と第１と第２のねじ部材３３と３５の検出平面３３４
と３５４の間隔が変化する。

【００１９】すきまセンサの出力は、信号処理部６０
で、第１の検出平面３３４に対向する４個のセンサの出
力と、第２の検出平面３５４に対向する４個のセンサの
出力のそれぞれの平均値が算出された上で、それらから
検出平面３３４と３５４の間隔の変化が算出される。こ
の変化は第１と第２の軸３１と３２の相対的な回転角度
に比例するので、適当な定数を乗じて回転角度を算出す
る。

【００２０】以上のように、第２実施例では、第１の軸
３１が第２の軸３２に対して相対的に回転できる範囲で
は、回転に応じて第１と第２のねじ部材３３と３５のね
じ込み具合が変化して検出平面３３４と３５４の間隔が
変化し、それ以上回転すると第２の軸３２は第１の軸３
１と一緒に回転するため検出平面３３４と３５４の間隔
は変化せず、第２の軸３２は油圧機構のギア部を回転さ
せる。ここで、第１の軸３１の回転方向が変化すると、
上記の相対的に回転できる範囲ではねじ込み具合が逆方
向に変化して検出平面３３４と３５４の間隔が変化する
ので、その変化が検出される。この間は、油圧機構のギ
ア部の状態は変化しないことになる。そしてそれ以上回
転すると、同様に第２の軸３２は第１の軸３１と一緒に
回転し、油圧機構のギア部を回転させるが、検出平面３
３４と３５４の間隔は変化しないことになる。

【００２１】第２実施例では、第２ねじ部材３５と結合
部材３６は、はめ合わされた状態では一緒に回転する
が、軸方向には相対的に移動可能であり、ばね３６４で
押し付けられている。従って、第２の軸３２が軸方向に
移動しないように取り付けられており、回転に伴って第
２ねじ部材３５が軸方向に移動しても第２ねじ部材３５
と結合部材３６の間の間隔が変化するだけある。このよ
うな機構が、回転軸が軸方向に移動することが好ましく
ない場合に適しており、第１実施例にも適用可能であ
る。

【００２２】また、第２実施例では、たとえ、第１と第
２の軸３１、３２が軸方向に移動自在に保持されていて
も、すきまセンサは第１の検出面と第２の検出面との隙
間を検出し、それらから検出平面の間隔の変化を算出し
ているため、回転角度を検出できる。第１と第２の軸３
１、３２の軸方向の位置は、すきまセンサと第１の検出
面及びすきまセンサと第２の検出面で規制されることに
なる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
新しい方式の角度検出装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の角度検出装置の構成を示
す図である。

【図２】遊びを有するパワーステアリング機構の構成を
示す図である。

【図３】本発明の第２実施例の角度検出装置の構成を示
す組立図である。

【図４】第２実施例の角度検出装置の組み立てた状態の
断面図である。

【符号の説明】

１…第１の軸２…軸部材３…ねじ４…ねじ５、６…すきまセンサ７、８…付勢手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】同一の回転軸の回りを回転する第１と第
２の軸（３１、３２）の相対的な回転角度を検出する角
度検出装置であって、前記第１の軸（３１）は、一方の端に設けられた第１の
ねじ部（３３１）と、前記回転軸に垂直な第１の検出平
面（３３４）とを備え、前記第２の軸（３２）は、前記第１のねじ部にねじ合わ
される第２のねじ部（３５１）と、前記回転軸に垂直な
第２の検出平面（３５４）とを備え、当該装置は、前記第１の検出平面との隙間及び前記第２の検出平面と
の隙間をそれぞれ検出する固定された第１と第２のすき
まセンサ（４１〜４４、４６、４８）と、該第１と第２のすきまセンサの検出した前記第１の検出
平面との隙間及び前記第２の検出平面との隙間から前記
第１と第２の検出平面の間隔の変化を算出し、この変化
から前記第１と第２の軸の相対的な回転角度を検出する
信号処理手段（６０）とを備えることを特徴とする角度
検出装置。
【請求項２】請求項１に記載の角度検出装置であっ
て、前記第１と第２の軸の少なくとも一方を、前記回転軸の
方向に付勢する付勢手段を備える角度検出装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の角度検出装置で
あって、前記複数個のすきまセンサが設けられており、該複数の
すきまセンサの検出値を平均化した値を検出値とする角
度検出装置。
【請求項４】請求項１から３のいずれか１項に記載の
角度検出装置であって、第１と第２の軸の向かい合う側の先端は、所定の範囲で
相対的な回転が可能で、それ以上の回転では一緒に回転
するように噛み合っており、少なくとも、前記第１のねじ部は前記第１の軸と独立し
た任意に結合可能な部材であるか、又は前記第２のねじ
部は前記第２の軸と独立した任意に結合可能な部材であ
り、前記第１のねじ部と前記第２のねじ部を適当なねじ
込み状態にし、前記第１と第２のすきまセンサの検出す
る隙間を適当な状態に設定した上で、前記第１のねじ部
を前記第１の軸に又は前記第２のねじ部を前記第２の軸
に固定することにより、隙間を任意に初期設定できる角
度検出装置。
【請求項５】自動車のハンドルの回転角度を検出する
ハンドル回転角度検出装置であって、請求項４に記載の角度検出装置を備え、前記第１の軸と
前記第２の軸は前記ハンドルの回転軸であるハンドル回
転角度検出装置。