JP5293724B2 - 角度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁場の変化に基づいて回転角度を検出する角度検出装置に関する。

角度検出装置は、例えば、車両のブレーキペダルやシフトレバーなどにおける操作角度を検出する角度センサとして用いられている。特許文献１，２には、磁場の変化に基づいて回転角度を検出する角度検出装置が開示されている。この角度検出装置は、角度検出の対象である回転部材において周方向に磁性が交互になるように着磁された磁石が設けられている。そして、回転部材の径方向と当該径方向に直交する方向の磁場成分を検出し、回転部材の回転に伴い変化する各磁場成分に基づいて回転部材の角度を算出している。

特開２００７−４０８５０号公報 特開２００８−２９２４６６号公報

ところで、角度検出装置の回転部材は、ハウジングに固定された軸受などにより回転可能に支持されている。そして、回転部材の外径と軸受の内径には、製造上の誤差などを考慮し所定の寸法差が設けられることがある。そのため、回転部材は、軸受に対してある程度の隙間をもって組み付けられることになる。ここで、回転部材が軸受に対して隙間の分だけがたつくと、回転部材が形成する磁場の磁場成分が変動する。そうすると、角度検出装置が検出する回転角度に誤差が生じるおそれがある。そこで、隙間を小さくするために回転部材および軸受の寸法精度を向上させることが考えられるが、コストの増大や組み付け性の低下が懸念される。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、より高精度に回転角度の検出が可能な角度検出装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１に係る発明は、周方向に極性が交互となる磁場を形成する磁石部が設けられた回転部材と、前記回転部材を回転可能に支持する軸受を有するケースと、前記磁場における異なる複数方向の磁場成分を検出し、当該磁場成分に基づいて前記回転部材の回転角度を算出する角度算出手段と、前記回転部材が前記軸受の中心軸線に対する傾斜方向を維持して自転するように、または前記回転部材の自転の回転位相と前記回転部材の傾斜方向における前記軸受の中心軸線回りの回転位相との位相差が前記回転角度の変化に拘わらず維持されるように、前記回転部材を付勢する弾性部材と、を備える。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記弾性部材は、一端が前記回転部材に当接するとともに他端が前記ケースに当接し、一端および他端のうち少なくとも一方が当接する前記回転部材または前記ケースに対して相対回転を規制された状態で、前記回転部材を前記回転軸線から径方向に離間した位置で前記軸受の中心軸線方向に付勢する。

請求項３に係る発明は、請求項１において、前記弾性部材は、一端が前記回転部材に当接するとともに他端が前記ケースに当接し、一端および他端のうち少なくとも一方が当接する前記回転部材または前記ケースに対して相対回転を規制された状態で、前記回転部材を前記軸受の中心軸線方向の一側に離間した位置で前記軸受の径方向に付勢する。

請求項４に係る発明は、請求項２において、前記弾性部材が環状を呈し前記回転部材を包囲して前記軸受と同軸状に配置される。

請求項５に係る発明は、請求項４において、前記弾性部材は、一端が前記回転部材に固定され且つ他端が前記ケースに固定され前記回転部材を前記軸受に対して設定された初期位相に戻すように前記回転部材を回転させる捩りばねである。
請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか一項において、前記磁石部は、周方向に極性が交互となるように配置された複数の磁石により構成される。

請求項１に係る発明によると、回転部材が弾性部材に付勢された状態で回転することにより、回転部材の各角度における軸受に対する位置が一定となる。これにより、回転部材の外径と軸受の内径に寸法差が設けられ回転部材が軸受に対してある程度の隙間をもって組み付けられても、回転部材は、弾性部材の付勢力により軸受の内周に回転部材を当接し、がたつくことなく回転することができる。このような構成では、軸受の中心軸線に対して回転部材の回転軸線が傾斜することになり、回転部材の磁石部が形成する磁場の磁場成分は、両軸線が一致している状態における磁場の磁場成分から変動することになる。しかし、回転部材の傾斜角度および傾斜方向は、回転部材の各回転角度に対して一定の関係となるため磁場成分の変動量も一定となる。よって、角度検出装置は、角度算出手段において一定となる磁場成分の変動量を勘案し、例えば検出値を補正することにより回転部材の回転角度を従来と比較して高精度に検出することができる。

また、弾性部材は、回転部材が軸受の中心軸線に対する傾斜方向を維持して自転するように回転部材を付勢する。つまり、回転部材は、何れの回転角度においても傾斜方向が初期状態から変動しない。そのため、回転部材の磁石部が形成する磁場の磁場成分の変動量を一定にすることができる。または、弾性部材は、回転部材の自転の回転位相と回転部材の傾斜方向における軸受の中心軸線回りの回転位相との位相差が回転角度に拘わらず維持されるように回転部材を付勢する。つまり、回転部材は、自転した回転角度の分だけ軸受の内周面に沿って回動し傾斜方向を変動する。これにより、回転部材は、軸受の中心軸線に対して回転部材の回転軸線が首振り運動するように自転する。この時、各角度において軸受の内周面と回転部材の外周面との当接する位置が一定となるため、回転部材の磁石部が形成する磁場の磁場成分の変動量を一定にすることができる。従って、上述したように、角度検出装置は、回転部材の回転角度を高精度に検出することができる。

請求項２に係る発明によると、弾性部材が回転部材を回転軸線から径方向に離間した位置で軸受の中心軸線方向に付勢することにより、軸受の中心軸線に対して回転部材を確実に傾斜させることができる。これにより、磁場成分の変動量を一定にすることができる。また、弾性部材は、一端および他端のうち少なくとも一方が当接する回転部材またはケースに対して相対回転を規制される。ここで、弾性部材の一端が回転部材に対して相対回転を許容され他端がケースの軸受に対して相対回転を規制された状態で回転部材を付勢するものとする。そうすると、弾性部材の一端は当接する回転部材を付勢しながら回転部材と摺動することになり、回転部材は回転角度の変化に伴い弾性部材に付勢される位置も変化することになる。そのため、何れの回転角度においても傾斜方向が一定となり、磁場成分の変動量を一定にすることができる。

または、弾性部材の一端が回転部材に対して相対回転を規制された状態で回転部材を付勢するものとする。そうすると、弾性部材の一端は当接する回転部材と連れ回ることになり、回転部材は回転角度の変化に拘わらず弾性部材に付勢される位置が一定となる。そのため、回転部材は、回転軸線が首振り運動するように自転することになる。よって、回転部材は、軸受を有するケースと当接する位置が一定となり、磁場成分の変動量を一定にすることができる。従って、角度検出装置は、回転部材の回転角度を高精度に検出することができる。

請求項３に係る発明によると、弾性部材が回転部材を軸受の一側端部から中心軸線方向の一側に離間した位置で軸受の径方向に付勢することにより、軸受の中心軸線に対して回転部材を確実に傾斜させることができる。これにより、磁場成分の変動量を一定にすることができる。また、弾性部材は、一端および他端のうち少なくとも一方を当接する回転部材またはケースに対して相対回転を規制される。ここで、弾性部材の一端が回転部材に対して相対回転を許容され他端がケースの軸受に対して相対回転を規制された状態で回転部材を付勢するものとする。そうすると、弾性部材の一端は当接する回転部材を付勢しながら回転部材と摺動することになり、回転部材は回転角度の変化に伴い弾性部材に付勢される位置も変化することになる。そのため、何れの回転角度においても傾斜方向が一定となり、磁場成分の変動量を一定にすることができる。

または、弾性部材の一端が回転部材に対して相対回転を規制された状態で回転部材を付勢するものとする。そうすると、弾性部材の一端は当接する回転部材と連れ回ることになり、回転部材は回転角度の変化に拘わらず弾性部材に付勢される位置が一定となる。そのため、回転部材は、回転軸線が首振り運動するように自転することになる。よって、回転部材は、軸受を有するケースと当接する位置が一定となり、磁場成分の変動量を一定にすることができる。従って、角度検出装置は、回転部材の回転角度を高精度に検出することができる。

請求項４に係る発明によると、弾性部材が回転部材の少なくとも一部を包囲して軸受と同軸状に配置されているため、より安定して回転部材を軸受の中心軸線方向に付勢することができる。この弾性部材は、例えば、全体形状として環状を呈し、その軸方向の弾性を有するものである。そして、弾性部材は、軸受の中心軸線方向に蓄勢して軸受および回転部材とともに組み付けられる。これにより、回転部材は、軸受に対して傾斜することになり、傾斜方向を維持して自転するように、または首振り運動しながら自転するように、弾性部材から付勢される。よって、磁場成分の変動量を一定にし、角度検出装置による回転部材の回転角度の検出精度を向上できる。

請求項５に係る発明によると、弾性部材は、環状を呈する捩りばねであり、一端が回転部材に固定され且つ他端が軸受を有するケースに固定されていることにより、回転部材が首振り運動しながら自転するように付勢することができる。この捩りばねは、周方向の弾性を有する弾性部材であり、回転部材を軸受に対して設定された初期位相に戻すための戻し用のばねである。つまり、回転部材への外力による回転部材の回転に伴い周方向に蓄勢され、外力がなくなると回転部材を初期位相に戻すものである。このような捩りばねは、初期位相に対して時計回りおよび反時計回りの何れの方向にも回転部材が回転することを許容するように、同径に複数に亘って巻回されるため軸方向の弾性を有する。本発明では、この軸方向の弾性を利用し、回転部材を軸方向に付勢している。よって、戻し用の捩りばねを軸方向に付勢する弾性部材として兼用し、部品点数を増やすことなく回転部材の磁石部が形成する磁場の磁場成分の変動量を一定にすることができる。よって、角度検出装置による回転部材の回転角度の検出精度を向上できる。
請求項６に係る発明によると、周方向に極性が交互となるように配置された複数の磁石により磁石部が構成されるものとしている。つまり、回転部材に設けられる磁石部は、予め着磁された個々の磁石を周方向に連結して構成され、または周方向に複数の磁性材料を連結してから着磁することにより構成される。このように構成される磁石部を備える角度検出装置においても同様の効果を奏する。

第一実施形態：角度検出装置を示す図である。（ａ）は角度検出装置の軸方向の断面図であり、（ｂ）は捩りばねの上面図である。 角度検出装置の要部を示す斜視図である。 角度検出装置の要部を示す軸直交方向の断面図である。 回転部材の回転角度と磁場強度との関係を示すグラフである。 回転角度と角度検出装置の演算値との関係を示すグラフである。 回転部材と捩りばねを示す斜視図である。 捩りばねによる作用を示す概念図である。 第二実施形態：角度検出装置を適用した角度検出装置を示す図である。（ａ）は角度検出装置の軸方向の断面図であり、（ｂ）および（ｃ）はばね座金の上面図である。

以下、本発明の角度検出装置を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。

＜第一実施形態＞
（角度検出装置１の構成）
角度検出装置１は、例えば、車両のブレーキペダルやシフトレバーなどにおける操作角度を検出する角度センサとして適用される。本実施形態において、角度検出装置１は、図１（ａ）に示すように、主として、ケース１０と、回転部材２０と、角度算出装置３０と、捩りばね４０とから構成される。そして、角度検出装置１は、回転部材２０の回転に伴い変化する磁場成分を角度算出装置３０により検出し、ケース１０に対する回転部材２０の回転角度を算出するものである。

ケース１０は、角度検出装置１の外郭を構成し車両などに固定される。このケース１０は、図１（ａ）に示すように、基部１１と、軸受１２と、側壁部１３を有する。基部１１は、角度算出装置３０の基板３１を支持する部位である。軸受１２は、ケース１０に固定され、円筒状内面により回転部材２０を回転可能に支持する。この軸受１２の中心軸線Ｌｃは、軸受１２の円筒状内面の中心であり、図１（ａ）の上下方向に延びている。側壁部１３は、ケース１０において基部１１と軸受１２の固定部を連結する部位である。この側壁部１３は、軸受１２の中心軸線Ｌｃ方向に凹むように、第一ばね固定部１３ａが形成されている。この第一ばね固定部１３ａは、後述する捩りばね４０の第一取付部４１と係止される。

回転部材２０は、ケース１０に対して相対回転する部材であり、環状本体２１と、軸部２２と、磁石部２３と、操作レバー２４を有する。環状本体２１は、円筒状に形成された軸部材であり、回転軸線Ｌｒを中心に回転する。また、環状本体２１は、両端面のうちケース１０の軸受１２に近い側の端面（図１（ａ）における下側端面）に外周面から径方向外方に突出するように鍔部２１ａが形成されている。環状本体２１は、この鍔部２１ａにおいて回転軸線Ｌｒから径方向に離間した位置に回転軸線Ｌｒ方向に凹むように、第二ばね固定部２１ｂが形成されている。この第二ばね固定部２１ｂは、後述する捩りばね４０の第二取付部４２と係止される。

軸部２２は、円柱状に形成された軸部材であり、一端側（図１（ａ）における上側）の外周面を環状本体２１の内周面に嵌合連結される。軸部２２は、ケース１０の軸受１２の円筒状内面を挿通し、この軸受１２により回転可能に支持される。この軸部２２の外径は、製造上の誤差などを考慮し所定の寸法差が設けられている。そのため、軸部２２は、軸受１２に対してある程度の隙間をもって組み付けられている。つまり、軸部２２において軸受１２に回転可能に支持される回転部材２０は、軸受１２の中心軸線Ｌｃに対して回転部材２０の回転軸線Ｌｒが傾斜可能となっている。また、この傾斜の最大角度は、軸受１２の内径および軸部２２の外径の寸法差などに基づいて定まるものである。

磁石部２３は、環状本体２１の外周面において、周方向に等間隔で着磁される。磁石部２３は、図２，３に示すように、Ｎ極性とＳ極性が交互になるように着磁され、全体形状としては円筒状をなしている。本実施形態においては、各極性の間隔を３０度に設けている。また、磁石部２３は、表面の磁束密度が概ね正弦波的に分布するように着磁され、周方向に極性が交互となる磁場を形成する。操作レバー２４は、Ｌ字状に形成され、軸部２２の他端側（図１（ａ）における下側）の外周面に嵌合連結されている。この操作レバー２４は、例えば、ブレーキペダルなどの操作部材と連結され、操作に応じた回転力を軸部２２に伝達する。

角度算出装置３０は、回転部材２０の磁石部２３が形成する磁場における異なる複数方向の磁場成分を検出し、これら複数の磁場成分に基づいて回転部材２０の回転角度を算出する角度算出手段である。角度算出装置３０は、基板３１と、磁気センサ３２と、磁気プレート３３と、演算部３４とを有する。基板３１は、ケース１０の基部１１に固定され、これにより上面（ケース１０の軸受１２に近い側の面）が軸受１２の中心軸線Ｌｃに垂直な面に対して直交するように配置される。つまり、基板３１は、磁石部２３により形成される回転部材２０の外周面と基板３１の上面とが対向するように配置される。

磁気センサ３２は、磁場を検出するセンサであって、本実施形態ではホール素子としている。磁気センサ３２は、基板３１の上面（ＸＹ平面）において、軸受１２の中心軸線Ｌｃに垂直な方向（Ｘ方向）に沿って一対に配置されている。さらに、磁気センサ３２は、基板３１の上面において、軸受１２の中心軸線Ｌｃに平行な方向（Ｙ方向）に沿って一対に配置されている。磁気プレート３３は、円盤状に形成され、２組の磁気センサ３２の直上に配置されている。これにより、２組の磁気センサ３２は、回転部材２０と磁気プレート３３の周辺に形成される磁場の磁場成分を検出可能としている。

演算部３４は、２組の磁気センサ３２により出力された信号に基づいて、磁場におけるＸ方向およびＺ方向の磁場成分をそれぞれ検出する（図４参照）。そして、演算部３４は、Ｘ方向およびＺ方向の磁場成分の比から磁場角度αを算出する。ここで、演算部３４は、予め磁場角度αと回転部材の実際の回転角度θとの関係を直線関係の関係式（図５に示す実線）を記憶している。よって、演算部３４は、磁場角度αと上記の関係式に基づいて回転部材２０の回転角度θを算出する。また、角度算出装置３０は、一方向の磁場成分を検出するのに一対の磁気センサ３２を配置することにより、各磁気センサ３２の出力電圧の差分から外乱磁場による影響を低減している。

捩りばね４０は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、環状に形成された弾性部材であり、回転部材２０を包囲するように軸部２２の外周側に位置し、軸受１２の中心軸線Ｌｃと同軸状に配置される。この捩りばね４０は、軸方向端部に第一取付部４１および第二取付部４２を有する。第一取付部４１および第二取付部４２は、巻回された周回部から内周側に折り曲げられ、端部が軸方向に延びるように形成されている。この第一取付部４１は、ケース１０に当接するとともに、ケース１０における側壁部１３に形成された第一ばね固定部１３ａに係止される。同様に、第二取付部４２は、回転部材２０に当接するとともに、回転部材２０における環状本体２１の鍔部２１ａに形成されたばね固定部２１ｂに係止される。

このように、捩りばね４０は、第一取付部４１が側壁部１３を介して軸受１２に対して相対回転を規制して固定され、第二取付部４２が回転部材２０に対して相対回転を規制して固定される。これにより、周方向の弾性を有するように複数周に亘って巻回された捩りばね４０は、回転部材２０を軸受１２に対して設定された初期位相に戻すように回転部材２０を回転させる。

また、この捩りばね４０は、複数回に亘って巻回される線間に所定のピッチが設けて形成されることから、軸方向の弾性を有している。そして、捩りばね４０は、角度検出装置１を組み付ける際に、ケース１０の側壁部１３と回転部材２０の環状本体２１との間において軸方向に圧縮された状態で配置される。つまり、捩りばね４０は、回転部材２０を初期位相に戻すように周方向に付勢するとともに、回転部材２０を回転軸線Ｌｒから径方向に離間した位置（第二ばね固定部２１ｂと第二取付部４２の係止位置）で軸受１２の中心軸線Ｌｃ方向に付勢する。

ここで、上述したように、回転部材２０の軸部２２の外径は、軸受１２の内径よりも小さく設定されている。そのため、回転部材２０は、この寸法差により許容される最大角度の分だけ傾斜可能となっている。また、回転部材２０は、第二ばね固定部２１ｂにおいて捩りばね４０により軸受１２の中心軸線Ｌｃ方向に付勢されている。そうすると、回転部材２０は、この第二ばね固定部２１ｂが回転軸線Ｌｒから径方向に離間していることから、軸受１２に対して傾斜することになる。このように回転部材２０が傾斜した際の傾斜方向は、第二ばね固定部２１ｂが形成された位置とは反対方向となる。つまり、図１（ａ）において、第二ばね固定部２１ｂが角度算出装置３０から最も離間する位置にある場合には、回転部材２０の磁石部２３が角度算出装置３０に最も近接するように傾斜する。

（角度検出装置１の作用）
上述したような構成からなる角度検出装置１は、操作レバー２４が操作されると軸受１２に支持された回転部材２０が回転し、この回転に伴い変化する磁場を角度算出装置３０が検出し回転部材２０の回転角度θを算出するものである。このような角度検出装置１において、軸受１２とある程度の隙間をもって組み付けられた回転部材２０が軸受１２に対して隙間の分だけがたつくと、回転部材２０が形成する磁場の磁場成分が変動する。磁場成分の変動については、回転部材２０のがたつく方向によって異なるものであり、例えば、Ｘ方向に平行移動するようにがたついた場合には、図４の各磁場成分が左右方向にシフトするように変動する。そうすると、演算部３４が算出する磁場角度αが変動し、結果として図５に示す実線の関係式から算出される回転角度θに誤差が生じることになる。

また、角度検出装置１は、個体差などに起因して、検出される各磁場成分に基づいて算出された磁場角度αと、その信号が出力された時の回転部材２０の実際の回転角度との間に誤差が生じることがある。そこで、角度検出装置１は、この誤差がなるべく小さくなるように補正値を設定し、磁場角度αと回転角度θの関係が直線的になるように補正して演算部３４に記憶している。ところが、回転部材２０のがたつきによる誤差ついては、がたつきにおける回転部材２０の移動方向や傾斜角度が角度検出装置１に加えられる振動や加速度などによって異なるため補正が困難である。そこで、軸受１２の内径と回転部材２０における軸部２２の外径との寸法差を小さく設定することが考えられるが、コストの増大や組み付け性の低下が懸念される。

これに対して、本発明の角度検出装置１では、捩りばね４０により軸受１２の中心軸線Ｌｃ方向に回転部材２０を付勢し、軸受１２に対して回転部材２０を傾斜させている。また、この捩りばね４０の第二取付部４２は、第二ばね固定部２１ｂに係止され回転部材２０に対して相対回転を規制された状態であり、回転部材２０の回転に連れ回ることになる。これにより、捩りばね４０は、回転部材２０の自転の回転位相と、回転部材２０の傾斜方向における軸受１２の中心軸線Ｌｃ回りの回転位相との位相差が回転部材２０の回転角度θの変化に拘わらず維持されるように回転部材２０を付勢する。つまり、回転部材２０は、図６に示すように、捩りばね４０により傾斜した傾斜方向を回転角度θの変化分だけ回動させる首振り運動をしながら自転する。

これにより、回転部材２０は、図７に示すように、回転角度θを変化させるように自転した場合に、軸部２２における特定の部位が常に軸受１２の内周面に当接するように回転軸線Ｌｒを回動させる。そうすると、回転部材２０の回転軸線Ｌｒは、回転部材２０の回転角度θの変化に対して同一の軌跡に沿って移動することになる。よって、回転部材２０が所定の回転角度θにある場合に、回転部材２０のがたつきにおける回転部材２０の移動方向および傾斜角度が一定となる。この時、回転部材２０の傾斜により、図４の各磁場成分は左右方向および上下方向にシフトするように変動する。但し、この変動量は回転部材２０の回転角度θに対して一定であるため、その各磁場成分から算出される磁場角度αと実際の回転角度θの関係は、例として図５の破線を描くことになる。

このように、軸受１２と回転部材２０の隙間により算出される磁場角度αに影響はあるものの、その変動量に再現性がある。よって、角度検出装置１は、それぞれの回転角度θにおける変動量に応じた補正値を設定し、磁場角度αと回転角度θの関係が直線的になるように補正して演算部３４に記憶している。また、角度検出装置１に加えられる振動や加速度などの影響は、捩りばね４０の弾性力を適宜設定することにより許容することができるものである。

（角度検出装置１による効果）
本実施形態の角度検出装置１によれば、回転部材２０が捩りばね４０に付勢された状態で回転することにより、回転部材２０の各回転角度における軸受１２に対する位置が一定となる。これにより、回転部材２０の外径と軸受１２の内径に寸法差が設けられ回転部材２０が軸受１２に対してある程度の隙間をもって組み付けられても、回転部材２０は、捩りばね４０の付勢力により軸受１２の内周に回転部材２０を当接し、がたつくことなく回転することができる。

また、回転部材２０の傾斜角度および傾斜方向は、回転部材２０の各回転角度に対して一定の関係となるため磁場成分の変動量も一定となる。よって、角度検出装置１は、角度算出装置３０において一定となる磁場成分の変動量を勘案し、算出される磁場角度αを補正することにより回転部材２０の回転角度θを従来と比較して高精度に検出することができる。

また、捩りばね４０が回転部材２０を回転軸線Ｌｒから径方向に離間した位置で軸受１２の中心軸線Ｌｃ方向に付勢することにより、軸受１２の中心軸線Ｌｃに対して回転部材２０を確実に傾斜させることができる。これにより、磁場成分の変動量を一定にすることができる。さらに、捩りばね４０が回転部材２０の少なくとも一部を包囲して軸受１２と同軸状に配置されているため、より安定して回転部材２０を軸受１２の中心軸線Ｌｃ方向に付勢することができる。

また、角度検出装置１は、弾性部材として回転部材２０を軸受１２に対して設定された初期位相に戻すための戻し用のばねである捩りばね４０を設けている。この捩りばね４０は、複数回に亘って巻回される線間に所定のピッチが設けて形成されることから、軸方向の弾性を有している。角度検出装置１は、軸方向の弾性を利用し、回転部材２０を軸方向に付勢している。よって、戻し用の捩りばね４０を軸方向に付勢する弾性部材として兼用し、部品点数を増やすことなく回転部材２０の磁石部２３が形成する磁場の磁場成分の変動量を一定にすることができる。よって、角度検出装置１による回転部材２０の回転角度θの検出精度を向上できる。

＜第一実施形態の変形態様＞
本実施形態において、捩りばね４０は、上述したように、巻回される線間に所定のピッチが形成されることから軸方向の弾性を有するものである。そして、捩りばね４０は、角度検出装置１を組み付ける際に、ケース１０の側壁部１３と回転部材２０の環状本体２１との間において軸方向に圧縮された状態で配置される。これに対して、例えば、捩りばね４０の第一取付部４１および第二取付部４２にフックを形成し、角度検出装置１を組み付ける際に、ケース１０の側壁部１３と回転部材２０の環状本体２１との間において軸方向に拡張された状態で配置されようにしてもよい。このような捩りばね４０は、必ずしも線間にピッチを要するものではなく、線間が密着した密着巻としてもよい。

このような構成では、回転部材２０の傾斜方向は、第二ばね固定部２１ｂが形成された位置の方向となる。つまり、図１（ａ）において、第二ばね固定部２１ｂが角度算出装置３０から最も離間する位置にある場合には、回転部材２０の磁石部２３が角度算出装置３０に最も離間するように傾斜する。このように、回転部材２０の傾斜方向は反対となるが本実施形態と同様の効果を奏する。

＜第二実施形態＞
本実施形態の角度検出装置１０１について、図面を参照して説明する。ここで、本実施形態の角度検出装置１０１の構成は、主に、第一実施形態の角度検出装置１が弾性部材を捩りばね４０としていたのに対して、弾性部材をばね座金としている点が相違する。なお、その他の構成については、第一実施形態と実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。以下、相違点のみについて説明する。

（角度検出装置１０１の構成）
角度検出装置１０１は、図８（ａ）に示すように、主として、ケース１０と、回転部材１２０と、角度算出装置３０と、ばね座金１４０とから構成される。この角度検出装置１０１は、回転部材２０の回転に伴い変化する磁場成分を角度算出装置３０により検出し、ケース１０に対する回転部材１２０の回転角度するものである。ケース１０に対して相対回転する回転部材１２０は、環状本体２１と、軸部２２と、磁石部２３と、操作レバー１２４を有する。操作レバー１２４は、Ｌ字状に形成され、軸部２２の他端側（図８（ａ）における下側）の外周面に嵌合連結されている。また、この操作レバー１２４には、ケース１０の側壁部１３との対向面において、軸部２２との連結部の周縁に径方向にばね座金係止溝１２４ａが形成されている。このばね座金係止溝１２４ａは、後述するばね座金１４０の凸部１４１と係止される。

ばね座金１４０は、図８（ｂ）に示すように、全体形状としては環状に形成された弾性部材である。ばね座金１４０は、軸受１２の他端（図８（ａ）の下側端）と操作レバー１２４との間に位置するように、回転部材２０の軸部２２に嵌装される。また、ばね座金１４０は、中心に対してスリットとは反対に位置する外周縁に径方向外方に突出する凸部１４１が形成されている。そして、凸部１４１は、回転部材２０における操作レバー１２４に形成されたばね座金係止溝１２４ａに係止される。これにより、ばね座金１４０は、外周縁の一部が回転部材１２０に対して相対回転を規制されることになる。つまり、ばね座金１４０は、回転部材１２０の回転に伴い連れ回り、軸受１２に対して相対回転する。

また、ばね座金１４０は、スリットを形成する両端部を捩られて軸方向の弾性を有している。そして、ばね座金１４０は、角度検出装置１０１を組み付ける際に、ケース１０の側壁部１３と回転部材１２０の操作レバー１２４との間において軸方向に圧縮された状態で配置される。つまり、ばね座金１４０は、回転部材１２０を軸受１２の中心軸線Ｌｃ方向に付勢する。また、この状態において、ばね座金１４０の一側端部は軸受１２の端面に当接し、他側端部は操作レバー１２４に当接している。この他側端部と操作レバー１２４の当接位置は、回転部材１２０の回転軸線Ｌｒから径方向に離間した位置である。

ここで、回転部材１２０の軸部２２の外径は、軸受１２の内径よりも小さく設定されている。そのため、回転部材１２０は、この寸法差により許容される最大角度の分だけ傾斜可能となっている。そして、回転部材１２０は、ばね座金１４０の付勢力により軸受１２に対して傾斜することになる。回転部材１２０が傾斜した際の傾斜方向は、ばね座金係止溝１２４ａが形成された位置とは反対方向となる。つまり、図８（ａ）において、ばね座金係止溝１２４ａが角度算出装置３０から最も離間した位置にある場合には、回転部材１２０の磁石部２３が角度算出装置３０に最も近接するように傾斜する。また、本実施形態の角度検出装置１０１において、回転部材１２０を軸受１２に対して初期位相に戻す必要がある場合には、例えばトーションばねを設ける構成としてもよい。

（角度検出装置１０１の作用）
上述したような構成からなる角度検出装置１０１は、操作レバー１２４が操作されると軸受１２に支持された回転部材１２０が回転し、この回転に伴い変化する磁場を角度算出装置３０が検出し回転部材１２０の回転角度θを算出するものである。このような角度検出装置１０１において、軸受１２とある程度の隙間をもって組み付けられた回転部材１２０が軸受１２に対して隙間の分だけがたつくと、回転部材１２０が形成する磁場の磁場成分が変動する。回転部材１２０のがたつきによる誤差ついては、がたつきにおける回転部材１２０の移動方向や傾斜角度が角度検出装置１０１に加えられる振動や加速度などによって異なるため補正が困難である。

これに対して、本発明の角度検出装置１０１では、ばね座金１４０により軸受１２の中心軸線Ｌｃ方向に回転部材１２０を付勢し、軸受１２に対して回転部材１２０を傾斜させている。また、このばね座金１４０の凸部１４１は、ばね座金係止溝１２４ａに係止され回転部材１２０に対して相対回転を規制された状態であり、回転部材１２０の回転に連れ回ることになる。これにより、ばね座金１４０は、回転部材１２０の自転の回転位相と、回転部材１２０の傾斜方向における軸受１２の中心軸線Ｌｃ回りの回転位相との位相差が回転部材１２０の回転角度θの変化に拘わらず維持されるように回転部材１２０を付勢する。つまり、回転部材１２０は、第一実施形態の角度検出装置１における回転部材２０と同様に、ばね座金１４０により傾斜した傾斜方向を回転角度θの変化分だけ回動させる首振り運動をしながら自転する。磁場角度αの算出および補正については、第一実施形態と実質的に同様であるため説明を省略する。

（角度検出装置１０１の効果）
本実施形態の角度検出装置１０１によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。つまり、回転部材１２０がばね座金１４０に付勢された状態で回転することにより、回転部材１２０の各回転角度における軸受１２に対する位置が一定となる。これにより、回転部材１２０の外径と軸受１２の内径に寸法差が設けられ回転部材１２０が軸受１２に対してある程度の隙間をもって組み付けられても、回転部材１２０は、ばね座金１４０の付勢力により軸受１２の内周に回転部材１２０を当接し、がたつくことなく回転することができる。

また、回転部材１２０の傾斜角度および傾斜方向は、回転部材１２０の各回転角度に対して一定の関係となるため磁場成分の変動量も一定となる。よって、角度検出装置１０１は、角度算出装置３０において一定となる磁場成分の変動量を勘案し、算出される磁場角度αを補正することにより回転部材１２０の回転角度θを従来と比較して高精度に検出することができる。

また、角度検出装置１０１は、弾性部材をばね座金１４０としている。このばね座金１４０は、スリットを構成する両端部を捩られて軸方向の弾性を有している。角度検出装置１０１は、軸方向の弾性を利用し、回転部材１２０を軸方向に付勢している。これにより、回転部材１２０の磁石部２３が形成する磁場の磁場成分の変動量を一定にすることができる。よって、角度検出装置１０１による回転部材１２０の回転角度θの検出精度を向上できる。さらに、弾性部材をばね座金１４０とすることにより、制約のあるスペースにおいて効率的に回転部材１２０を傾斜させることができる。

＜第二実施形態の変形態様＞
本実施形態において、ばね座金１４０は、外周縁において径方向外方に突出するように形成された凸部１４１が回転部材１２０のばね座金係止溝１２４ａに係止されるものとした。これに対して、ばね座金１４０は、図８（ｃ）に示すように、外周縁において径方向に内方に陥入するように凹部１４２を形成するものとしてもよい。この場合に、回転部材１２０における操作レバー１２４には、ケース１０の側壁部１３との対向面において、軸部２２との連結部の周縁に径方向にばね座金１４０の凹部１４２と係止する突条が形成される。これにより、ばね座金１４０は、回転部材１２０に対して相対回転を規制された状態であり、回転部材１２０の回転に連れ回ることになる。このような構成においても同様の効果を奏する。

＜その他＞
以上、本発明について、角度検出装置１，１０１を例示して説明した。そして、第一、第二実施形態において、弾性部材である捩りばね４０およびばね座金１４０は、何れも回転部材２０，１２０に対して相対回転を規制されて回転部材２０，１２０の回転に連れ回るものとした。これに対して、弾性部材は、一端が回転部材２０，１２０に対して相対回転を許容され他端が軸受１２を有するケース１０に対して相対回転を規制される状態で回転部材２０，１２０を軸受１２の中心軸線Ｌｃ方向に付勢する構成としてもよい。

具体的には、第一実施形態の角度検出装置１において、回転部材２０における環状本体２１の鍔部２１ａに捩りばね４０の第二取付部４２を係止することなく当接させる。これにより、捩りばね４０は、その一端が回転部材２０を付勢しながら回転部材２０の回転に対して摺動することになる。そうすると、回転部材２０の回転角度の変化に伴い捩りばね４０が付勢する回転部材２０の位置が変化する。そのため、何れの回転角度においても回転部材２０の傾斜方向が一定となる。

または、第二実施形態の角度検出装置１０１において、ばね座金１４０の凸部１４１または凹部１４２と係止される回転部材１２０のばね座金係止溝１２４ａまたは突条を、例えばケース１０の軸受１２の端面や側壁部１３に設けるものとする。これにより、ばね座金１４０は、その一端が回転部材１２０を付勢しながら回転部材１２０の回転に対して摺動することになる。よって、何れの回転角度においても回転部材１２０の傾斜方向が一定となる。従って、第一、第二実施形態の角度検出装置１，１０１において、何れの回転角度においても回転部材２０，１２０の傾斜方向が一定となり、磁場成分の変動量を一定にすることができる。従って、角度検出装置１，１０１は、回転部材２０，１２０の回転角度θを高精度に検出することができる。

また、第一、第二実施形態において、弾性部材である捩りばね４０およびばね座金１４０は、何れも回転部材２０，１２０を軸受１２の中心軸線Ｌｃ方向に付勢するものとした。これに対して、弾性部材は、回転部材２０，１２０を軸受１２の一側端部から中心軸線Ｌｃ方向の一側に離間した位置で軸受１２の径方向に付勢する構成としてもよい。つまり、弾性部材は、例えば回転部材２０，１２０の軸部２２において軸受１２の端部から離間した位置を付勢する。この一側端部は、軸受１２における回転部材２０の環状本体２１に近接している側の端部（図１（ａ），図８（ａ）の上側端部）でも、これと反対側の端部でもよい。

これにより、軸受１２の中心軸線Ｌｃに対して回転部材２０を確実に傾斜させることができる。従って、磁場成分の変動量を一定にすることができる。また、弾性部材が軸受１２および回転部材２０，１２０の何れか一方に対して相対回転を規制される構成にすることができる。これにより、回転部材２０，１２０は、弾性部材が軸受１２を有するケース１０に係止される場合に傾斜方向を維持して自転し、弾性部材が回転部材２０，１２０に係止される場合に回転軸線Ｌｒが首振り運動するように自転することになる。このような構成においても同様に、回転部材２０，１２０の傾斜方向が各回転角度に対すて一定の関係となるため磁場成分の変動量を一定にすることができる。従って、角度検出装置１，１０１は、回転部材２０，１２０の回転角度θの検出精度を向上できる。

その他に、第一、第二実施形態において、角度算出手段である角度算出装置３０は、異なる複数方向としてＸ方向およびＺ方向の磁場成分を検出するものとした。これに対して、磁場成分を検出する異なる複数方向は、例えば、第一実施形態におけるＸ方向およびＹ方向とする構成としてもよい。このような場合に、角度算出装置３０の基板３１は、その垂直方向が軸受１２の中心軸線Ｌｃと平行となるように配置してもよい。このように、本発明は、軸受に支持された回転部材により形成される磁場が回転角度θによって変化し、その磁場の磁場成分に基づいて回転角度θを算出するものであれば適用することが可能であり、例示した第一、第二実施形態と同様の効果を奏するものである。

１，１０１：角度検出装置
１０：ケース、 １１：基部、 １２：軸受、 １３：側壁部
１３ａ：第一ばね固定部
２０，１２０：回転部材、 ２１：環状本体、 ２１ａ：鍔部
２１ｂ：第二ばね固定部、 ２２：軸部、 ２３：磁石部
２４，１２４：操作レバー、 １２４ａ：ばね座金係止溝
３０：角度算出装置（角度算出手段）、 ３１：基板、 ３２：磁気センサ
３３：磁気プレート、 ３４：演算部
４０：捩りばね（弾性部材）、 ４１：第一取付部、 ４２：第二取付部
１４０：ばね座金（弾性部材）、 １４１：凸部、 １４２：凹部
Ｌｃ：中心軸線、 Ｌｒ：回転軸線、 α：磁場角度、 θ：回転角度

Claims (6)

1. 周方向に極性が交互となる磁場を形成する磁石部が設けられた回転部材と、
   前記回転部材を回転可能に支持する軸受を有するケースと、
   前記磁場における異なる複数方向の磁場成分を検出し、当該磁場成分に基づいて前記回転部材の回転角度を算出する角度算出手段と、
   前記回転部材が前記軸受の中心軸線に対する傾斜方向を維持して自転するように、または前記回転部材の自転の回転位相と前記回転部材の傾斜方向における前記軸受の中心軸線回りの回転位相との位相差が前記回転角度の変化に拘わらず維持されるように、前記回転部材を付勢する弾性部材と、
   を備えた角度検出装置。
2. 請求項１において、
   前記弾性部材は、
   一端が前記回転部材に当接するとともに他端が前記ケースに当接し、
   一端および他端のうち少なくとも一方が当接する前記回転部材または前記ケースに対して相対回転を規制された状態で、前記回転部材を前記回転軸線から径方向に離間した位置で前記軸受の中心軸線方向に付勢する角度検出装置。
3. 請求項１において、
   前記弾性部材は、
   一端が前記回転部材に当接するとともに他端が前記ケースに当接し、
   一端および他端のうち少なくとも一方が当接する前記回転部材または前記ケースに対して相対回転を規制された状態で、前記回転部材を前記軸受の中心軸線方向の一側に離間した位置で前記軸受の径方向に付勢する角度検出装置。
4. 請求項２において、
   前記弾性部材が環状を呈し前記回転部材を包囲して前記軸受と同軸状に配置された角度検出装置。
5. 請求項４において、
   前記弾性部材は、一端が前記回転部材に固定され且つ他端が前記ケースに固定され、前記回転部材を前記軸受に対して設定された初期位相に戻すように前記回転部材を回転させる捩りばねである角度検出装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項において、
   前記磁石部は、周方向に極性が交互となるように配置された複数の磁石により構成される角度検出装置。

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