特開 2023-182934 回転角度検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023182934

(43)【公開日】2023-12-27

(54)【発明の名称】回転角度検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20231220BHJP

   G01B 7/30 20060101ALI20231220BHJP

【ＦＩ】

G01D5/245 110W

G01B7/30 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022096206

(22)【出願日】2022-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】株式会社プロテリアル

(74)【代理人】

【識別番号】110002583

【氏名又は名称】弁理士法人平田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 幸雄

(72)【発明者】

【氏名】佐川 正憲

【テーマコード（参考）】

2F063

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F063AA36

2F063BA08

2F063CA34

2F063GA52

2F077AA27

2F077AA43

2F077CC02

2F077CC07

2F077CC09

2F077DD05

2F077JJ02

2F077JJ23

2F077NN03

2F077NN17

2F077NN24

2F077PP11

2F077QQ15

2F077QQ17

(57)【要約】

【課題】シャフトの絶対角を複数回転にわたって検出することが可能な設置スペースが小さい回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】回転角度検出装置２は、ステアリングシャフト１１と一体に回転するターゲット３１と、ステアリングシャフト１１の回転に伴ってステアリングシャフト１１と異なる回転速度で回転する従動ギヤ３３と、ターゲット３１が接近したときに出力信号が変化する第１のセンサ３５と、従動ギヤ３３の１回転以内の回転角度を検出する第２のセンサ３６と、第１のセンサ３５の出力信号及び従動ギヤ３３の回転角度に基づいてステアリングシャフト１１の絶対角を算出する演算部４とを備える。第１のセンサ３５の出力信号は、従動ギヤ３３の回転周期と異なる周期で変化し、演算部４は、第１のセンサ３５の出力信号が変化したときの従動ギヤ３３の回転角度により、そのときのステアリングシャフト１１の絶対角を検出する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

非回転部材に対して回転するシャフトの絶対角を複数回転にわたって検出する回転角度検出装置であって、
前記シャフトと一体に回転する少なくとも一つのターゲットと、
前記シャフトの回転に伴って前記シャフトと異なる回転速度で回転する回転部材と、
前記ターゲットが接近したときに出力信号が変化する第１のセンサと、
前記回転部材の１回転以内の回転角度を検出する第２のセンサと、
前記第１のセンサの出力信号及び前記第２のセンサによって検出された前記回転部材の回転角度に基づいて前記シャフトの絶対角を算出する演算部とを備え、
前記シャフトの回転時に前記第１のセンサの出力信号が前記回転部材の回転周期と異なる周期で変化し、
前記演算部は、前記第１のセンサの出力信号が変化したときの前記回転部材の回転角度により、そのときの前記シャフトの絶対角を検出する、
回転角度検出装置。

【請求項2】

前記シャフトの外周に設けられて前記シャフトと一体に回転する駆動ギヤを有し、
前記回転部材は、前記駆動ギヤに噛み合って回転する従動ギヤである、
請求項１に記載の回転角度検出装置。

【請求項3】

前記従動ギヤのピッチ円径が前記駆動ギヤのピッチ円径の２分の１よりも小さい、
請求項２に記載の回転角度検出装置。

【請求項4】

前記非回転部材に固定されたケース部材を備え、
前記ケース部材に形成された開口部から前記回転部材の一部が突出し、当該突出した前記回転部材の一部が前記駆動ギヤに噛み合っている、
請求項２又は３に記載の回転角度検出装置。

【請求項5】

前記ターゲットは、前記シャフトに固定された磁石であり、
前記第１のセンサは、前記ターゲットが接近したときにパルス信号を出力する磁界スイッチである、
請求項１に記載の回転角度検出装置。

【請求項6】

前記非回転部材に固定されたケース部材を備え、
前記ケース部材に形成された窓部に前記第１のセンサの一部が収容されている、
請求項５に記載の回転角度検出装置。

【請求項7】

前記回転部材の中心部に磁石が固定されており、
前記第２のセンサは、前記回転部材の回転軸に対して垂直な２方向の磁界の強度を検出可能な磁界センサである、
請求項１に記載の回転角度検出装置。

【請求項8】

前記シャフトは、車両の操舵部材に連結されたステアリングシャフトであり、
前記操舵部材の中立位置の近傍で前記第１のセンサの出力信号が変化する、
請求項１に記載の回転角度検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転するシャフトの絶対角を複数回転にわたって検出する回転角度検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば車両の操舵部材に連結されたステアリングシャフトの回転角を検出する装置として、特許文献１に記載の回転角度検出装置が知られている。この回転角度検出装置は、ステアリングシャフトに固定された主歯車と、主歯車に噛み合って回転する第１歯車及び第２歯車と、第１歯車に取り付けられた磁石と、第２歯車に取り付けられた磁石と、第１歯車に取り付けられた磁石の磁界を検出する第１磁気検出素子と、第２歯車に取り付けられた磁石の磁界を検出する第２磁気検出素子とを備えている。第１歯車と第２歯車とは、ピッチ円径及び歯数が互いに異なり、ステアリングシャフトの回転に伴って異なる速度で回転する。これにより、ステアリングシャフトの回転数に応じて第１歯車及び第２歯車の相対的な回転角の関係が変化するので、多回転するステアリングシャフトの絶対角度を検出することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－５６０７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の回転角度検出装置は、回転角の検出対象のシャフトの外周に第１歯車及び第２歯車が配置されるので、設置スペースが大きくなってしまう。特に、特許文献１に記載の回転角度検出装置が車両に搭載されてステアリングシャフトの回転角度を検出するために用いられる場合には、設置スペースの大きさにより車両搭載上の問題が発生するおそれがある。

【0005】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、設置スペースが小さい回転角度検出装置を提供することにある。また、本発明のさらなる目的は、低コスト化が可能な回転角度検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上記の目的を達成することを目的として、非回転部材に対して回転するシャフトの絶対角を複数回転にわたって検出する回転角度検出装置であって、前記シャフトと一体に回転する少なくとも一つのターゲットと、前記シャフトの回転に伴って前記シャフトと異なる回転速度で回転する回転部材と、前記ターゲットが接近したときに出力信号が変化する第１のセンサと、前記回転部材の１回転以内の回転角度を検出する第２のセンサと、前記第１のセンサの出力信号及び前記第２のセンサによって検出された前記回転部材の回転角度に基づいて前記シャフトの絶対角を算出する演算部とを備え、前記シャフトの回転時に前記第１のセンサの出力信号が前記回転部材の回転周期と異なる周期で変化し、前記演算部は、前記第１のセンサの出力信号が変化したときの前記回転部材の回転角度により、そのときの前記シャフトの絶対角を検出する、回転角度検出装置を提供する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、回転角度検出装置の設置スペースを小さくすることができる。また、本発明によれば、回転角度検出装置を低コスト化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る回転角度検出装置によって操舵角が検出される車両用ステアリング装置の概略構成図である。

【図2】回転角度検出装置のセンサ部をステアリングシャフト及び非回転部材としての取付ステーと共に示す構成図である。

【図3】センサ部を示す斜視図である。

【図4】センサ部の分解斜視図である。

【図5】図４とは異なる方向から見たセンサ部の分解斜視図である。

【図6】（ａ）は、駆動ギヤをその軸方向から見た構成図である。（ｂ）は、従動ギヤを磁石と共にその軸方向から見た構成図である。

【図7】ステアリングシャフトの絶対角の検出範囲における従動ギヤの回転角度及び第１のセンサの出力信号を示すグラフである。

【図8】演算部のＣＰＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【図9】本発明の第２の実施の形態に係るセンサ部及びステアリングシャフトを示す斜視図である。

【図10】センサ部の内部をステアリングシャフトの断面と共に示す構成図である。

【図11】センサ部の分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る回転角度検出装置２によって操舵角が検出される車両用ステアリング装置１の概略構成図である。車両用ステアリング装置１は、運転者が操舵操作する操舵部材であるステアリングホイール１０と、ステアリングホイール１０に連結されたステアリングシャフト１１と、車幅方向に沿って進退移動可能に支持されたラックシャフト１２と、ラックシャフト１２の両端部に取り付けられた一対のボールジョイント１３と、一対のボールジョイント１３によってそれぞれラックシャフト１２に対して揺動可能に連結された一対のタイロッド１４と、ステアリングホイール１０の操舵操作を補助する操舵補助力をステアリングシャフト１１に付与する操舵補助装置１５と、を有している。

【0010】

ステアリングシャフト１１は、回転角度検出装置２による回転角度の検出対象のシャフトである。操舵補助装置１５は、回転角度検出装置２によって検出される回転角度（操舵角）や、ステアリングホイール１０に付与される操舵トルクに応じた操舵補助力をステアリングシャフト１１に付与する。

【0011】

ステアリングシャフト１１は、長手方向の一方の端部がステアリングホイール１０に連結され、長手方向の他方の端部にピニオンギヤ１１１が設けられている。ラックシャフト１２には、ピニオンギヤ１１１に噛み合うラックギヤ１２１が設けられている。ステアリングホイール１０が操舵操作されると、ステアリングホイール１０と共にステアリングシャフト１１が回転し、ラックシャフト１２が車幅方向に移動する。これにより、左右の転舵輪１６，１７が転舵される。

【0012】

回転角度検出装置２は、ステアリングシャフト１１の近傍に取り付けられたセンサ部３と、演算部４と、センサ部３と演算部４とを接続するケーブル２０とを有している。演算部４は、ＣＰＵ（演算処理装置）４０と、不揮発性メモリを有して構成された記憶部４００とを有している。記憶部４００には、ＣＰＵ４０が実行するプログラム４０１、及び後述する関係情報４０２が記憶されている。

【0013】

図２は、回転角度検出装置２のセンサ部３をステアリングシャフト１１及び非回転部材としての取付ステー１８と共に示す構成図である。図３は、センサ部３を示す斜視図である。図４は、センサ部３の分解斜視図である。図５は、図４とは異なる方向から見たセンサ部３の分解斜視図である。

【0014】

センサ部３は、ステアリングシャフト１１と一体に回転するターゲット３１と、ステアリングシャフト１１の外周に設けられてステアリングシャフト１１と一体に回転する駆動ギヤ３２と、ステアリングシャフト１１の回転に伴ってステアリングシャフト１１と異なる回転速度で回転する回転部材としての従動ギヤ３３と、従動ギヤ３３の中心部に固定された磁石３４と、ターゲット３１が接近したときに出力信号が変化する第１のセンサ３５と、従動ギヤ３３の１回転以内の回転角度を検出する第２のセンサ３６と、第１のセンサ３５及び第２のセンサ３６が実装された基板３７と、複数のコネクタピン３８１～３８４を有する端子部３８と、ボルト１９によって取付ステー１８に固定されるケース部材３９とを有している。

【0015】

取付ステー１８は、例えば車体のステアリングメンバの一部であるが、ケース部材３９の取付対象はこれに限らず、車体に対して回転しない様々な非回転部材にケース部材３９を取り付けることが可能である。回転角度検出装置２は、ステアリングシャフト１１の絶対角を複数回転にわたって検出する。本実施の形態では、ステアリングホイール１０が中立位置（車両が直進する位置）であるときのステアリングシャフト１１の回転角度を０°とし、ステアリングシャフト１１がステアリングホイール１０と共に右方向及び左方向にそれぞれ３回転する範囲内（－１０８０°から１０８０°までの範囲）で、回転角度検出装置２がステアリングシャフト１１の絶対角を検出可能な場合について説明する。

【0016】

本実施の形態では、図２に示すように、ステアリングシャフト１１の外周面１１ａに二つのターゲット３１が周方向等間隔に固定されている。つまり、ステアリングシャフト１１の回転軸線Ｏを中心として、二つのターゲット３１が１８０°ごとに固定されている。ただし、ターゲット３１の数は、これに限らず、三つ以上でもよいし、一つでもよい。すなわち、少なくとも一つのターゲット３１がステアリングシャフト１１に固定されていればよい。

【0017】

また、本実施の形態では、ターゲット３１が、ステアリングシャフト１１の外周面１１ａ側の面３１ａとその反対側の面３１ｂとが異なる磁性を有する２極磁石であり、第１のセンサ３５は、ターゲット３１が接近したときにパルス信号を出力する磁界スイッチである。ターゲット３１としては、例えばフェライト、ネオジウム、サマリウムコバルト、又はアルニコ磁石を用いることができる。第１のセンサ３５としては、例えばホール素子を用いることができる。なお、複数の磁極を有してステアリングシャフト１１に外嵌されるリング磁石をターゲット３１として用いてもよい。

【0018】

図６（ａ）は、駆動ギヤ３２をその軸方向から見た構成図である。図６（ｂ）は、従動ギヤ３３を磁石３４と共にその軸方向から見た構成図である。駆動ギヤ３２及び従動ギヤ３３は、非磁性体からなり、より具体的には射出成型された樹脂からなる。従動ギヤ３３は、駆動ギヤ３２に噛み合い、ステアリングシャフト１１の回転に伴って駆動ギヤ３２よりも速い回転速度で回転する。従動ギヤ３３は、歯数が駆動ギヤ３２よりも少なく、従動ギヤ３３のピッチ円径Ｐ_２は、駆動ギヤ３２のピッチ円径Ｐ_１の２分の１よりも小さい。本実施の形態では、駆動ギヤ３２の歯数が５５、従動ギヤ３３の歯数が２６であり、駆動ギヤ３２と従動ギヤ３３とのギヤ比（駆動ギヤ３２の歯数÷従動ギヤ３３の歯数）が約２．１である。

【0019】

磁石３４は、Ｎ極３４ＮとＳ極３４Ｓとが従動ギヤ３３の直径方向に並ぶ２極磁石であり、例えばフェライト、ネオジウム、サマリウムコバルト、又はアルニコ磁石からなる。第２のセンサ３６は、従動ギヤ３３の回転軸に対して垂直な２方向の磁界の強度を検出可能な磁界センサであり、磁石３４に対向して配置されている。第２のセンサ３６としては、例えばホール素子や、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive effect）素子、あるいはＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistive）素子などを用いることができる。

【0020】

図５に示すように、従動ギヤ３３の回転軸をＺ軸とし、第２のセンサ３６が検出可能な磁界の２方向をＸ軸及びＹ軸としたとき、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は互いに直交する。演算部４は、磁石３４が発生するＸ軸方向及びＹ軸方向の磁界の向き及び強度の検出結果を第２のセンサ３６から取得して、従動ギヤ３３の１回転以内の回転角度を算出することが可能である。演算部４は、ステアリングホイール１０が中立位置であるときの従動ギヤ３３の角度を０°として、従動ギヤ３３の回転角度を算出する。

【0021】

基板３７は、例えばガラスエポキシ等の平板状の誘電体を基材とするプリント基板であり、ケース部材３９に収容されている。端子部３８は、基板３７に接続された第１乃至第４のコネクタピン３８１～３８４と、樹脂からなる固定部材３８５とを有している。第１乃至第４のコネクタピン３８１～３８４は、固定部材３８５に固定され、基板３７の端部に沿って一列に並んでいる。第１乃至第４のコネクタピン３８１～３８４と、第１のセンサ３５及び第２のセンサ３６とは、基板３７に形成された不図示の配線パターンによって接続されている。第１のコネクタピン３８１は、例えば電源ピンであり、第２のコネクタピン３８２は、例えば電気的に接地されたグランドピンである。第３のコネクタピン３８３は、例えば第１のセンサ３５の出力信号を演算部４に送信する信号ピンであり、第４のコネクタピン３８４は、例えば第２のセンサ３６の出力信号を演算部４に送信する信号ピンである。

【0022】

ケース部材３９は、樹脂製のケース本体３９１及びケース蓋体３９２を有し、ケース本体３９１とケース蓋体３９２とが例えば接着や超音波溶着によって接合されている。ケース本体３９１には、従動ギヤ３３の中心部に設けられたボス部３３１が嵌合する凹部３９１ａが形成されている。従動ギヤ３３は、ボス部３３１が凹部３９１ａに嵌合されることにより、ケース部材３９に対して回転可能に支持されている。

【0023】

また、ケース本体３９１には、コネクタハウジング部３９１ｂ及びフランジ部３９１ｃが形成されている。コネクタハウジング部３９１ｂは、端子部３８と共にケース部材３９のコネクタ部３９０を構成する。コネクタハウジング部３９１ｂには、ケーブル２０のコネクタ部が嵌合し、端子部３８の第１乃至第４のコネクタピン３８１～３８４には、ケーブル２０の導線が電気的に接続される。フランジ部３９１ｃには、ケース部材３９を取付ステー１８に固定するためのボルト１９を挿通させるボルト挿通孔３９１ｄが形成されている。ボルト挿通孔３９１ｄは、金属製のカラー３９１ｅによって補強されている。

【0024】

ケース蓋体３９２には、従動ギヤ３３の一部を突出させるためのスリット状の開口部３９２ａ、及び第１のセンサ３５の一部を収容する窓部３９２ｂが形成されている。従動ギヤ３３は、周方向の一部が開口部３９２ａからケース部材３９の外部に突出し、この突出した一部が駆動ギヤ３２に噛み合っている。第１のセンサ３５は、その一部が窓部３９２ｂに収容されることによりターゲット３１との最短距離が短くなっており、ターゲット３１の接近を検出する際の検出精度が高められている。

【0025】

演算部４は、第１のセンサ３５の出力信号及び第２のセンサ３６によって検出された従動ギヤ３３の回転角度に基づいて、所定の角度範囲（本実施の形態では－１０８０°から１０８０°まで）におけるステアリングシャフト１１の絶対角を演算する。ステアリングシャフト１１の絶対角は、ステアリングホイール１０が中立位置であるときからのステアリングシャフト１１の回転数に３６０を乗じた積に、第２のセンサ３６によって検出した従動ギヤ３３の１回転以内の回転角度をギヤ比で除した値を加えることにより求めることができる。

【0026】

前述のように、駆動ギヤ３２と従動ギヤ３３とは歯数が異なるので、ステアリングシャフト１１の回転時には、第１のセンサ３５の出力信号が従動ギヤ３３の回転周期と異なる周期で変化する。また、駆動ギヤ３２と従動ギヤ３３とのギヤ比は、整数倍ではなく非整数倍であり、ステアリングホイール１０の中立位置から右方向への１～３回転目及び左方向への１～３回転目のそれぞれにおいて、第１のセンサ３５の出力信号が変化するときの従動ギヤ３３の回転角度が異なる。このため、第１のセンサ３５の出力信号が変化したときに第２のセンサ３６によって検出される従動ギヤ３３の回転角度により、そのときのステアリングシャフト１１の回転数を求めることができる。

【0027】

ここで、ステアリングシャフト１１の回転数は、正又は負の整数値であり、ステアリングホイール１０の中立位置から右方向へのステアリングシャフト１１の１回転（３６０°回転）が完了したときを１とし、同方向への２回転（７２０°回転）が完了したときを２とする。また、ステアリングホイール１０の中立位置から左方向へのステアリングシャフト１１の１回転（－３６０°回転）が完了したときを－１とし、同方向に２回転（－７２０°回転）が完了したときを－２とする。

【0028】

演算部４は、第１のセンサ３５の出力信号が変化したときの従動ギヤ３３の回転角度に基づいて、記憶部４００に記憶された関係情報４０２を参照し、そのときのステアリングシャフト１１の絶対角を検出する。関係情報４０２には、ステアリングホイール１０の中立位置から右方向への１～３回転目及び左方向への１～３回転目のそれぞれにおいて、第１のセンサ３５の出力信号が変化するときの従動ギヤ３３の回転角度の情報が示されている。

【0029】

ここで、演算部４が所定の角度範囲においてステアリングシャフト１１の絶対角を算出可能であるためのギヤ比及びターゲット３１の角度間隔の条件について、式（１）～（３）を参照して説明する。式（１）～（３）において、αは駆動ギヤ３２と従動ギヤ３３とのギヤ比であり、Ψはステアリングシャフト１１の周方向におけるターゲット３１の角度間隔（本実施の形態では１８０°）であり、Ｎはステアリングシャフト１１の回転角度が０°から所定の角度範囲における絶対値の最大値（本実施の形態では１０８０°）までの間のステアリングシャフト１１の回転数（本実施の形態では３）である。

【0030】

ステアリングシャフト１１がステアリングホイール１０の中立位置からｎ回転したときの従動ギヤ３３の回転量Ｒは、式（１）で与えられる。

【数1】

【0031】

この際の回転量Ｒに対する第１のセンサ３５の出力信号の中立位置からの角度のズレ量Δθは、式（２）で与えられる。

【数2】

【0032】

第１のセンサ３５の出力信号によってステアリングシャフト１１の絶対角を検出するためには、このΔθが従動ギヤ３３の１回転の範囲内（±１８０°の範囲内）にある必要がある。したがって、α、Ψ、及びＮを、式（３）を満たすように設定する必要がある。

【数3】

【0033】

図７は、本実施の形態において、ステアリングシャフト１１の絶対角の検出範囲（－１０８０°から１０８０°まで）における従動ギヤ３３の回転角度及び第１のセンサ３５の出力信号を示すグラフである。第１のセンサ３５の出力信号については、第１のセンサ３５とターゲット３１とが近接状態にあるときの第１のセンサ３５の出力信号を１とし、近接状態にないときの出力信号を０としている。

【0034】

このグラフに示すように、第１のセンサ３５の出力信号が０から１に立ち上がる時の従動ギヤ３３の回転角度は、ステアリングシャフト１１の回転数によってそれぞれ異なる。図７に示す例では、第１のセンサ３５の出力信号が０から１に立ち上がる時の従動ギヤ３３の回転角度が、ステアリングシャフト１１の回転角度が０より大きい範囲ではステアリングシャフト１１の回転角度が大きいほど大きく、ステアリングシャフト１１の回転角度が０より小さい範囲ではステアリングシャフト１１の回転角度が小さい（－１０８０°に近い）ほど小さく（－１８０°に近く）なっている。これにより、演算部４は、ステアリングシャフト１１の絶対角を演算することが可能である。

【0035】

また、本実施の形態では、図７に示すように、ステアリングホイール１０の中立位置の近傍で第１のセンサ３５の出力信号が変化する。図７に示す例では、ステアリングホイール１０が中立位置にあるときに第１のセンサ３５の出力信号が１であり、中立位置から左右何れの方向にステアリングホイール１０が操舵操作された場合にも、第１のセンサ３５の出力信号が０に変化することにより、そのときのステアリングシャフト１１の絶対角を検出することができる。これにより、車両の起動スイッチ（例えばイグニッションスイッチ）がオン状態となって演算部４やセンサ部３に電力が供給され、車両が走行し始めてから、速やかにステアリングシャフト１１の絶対角を検出することが可能である。なお、第１のセンサ３５の出力信号は、操舵角の絶対値が０°から９０°までの間で少なくとも１回変化することが望ましい。

【0036】

また、本実施の形態では、図７に示すように、従動ギヤ３３が１回転する間に少なくとも１回は第１のセンサ３５の出力信号が変化するので、ステアリングホイール１０が右方向又は左方向に大きく回転している状態で車両の起動スイッチがオン状態となり、車両が走行を始めた場合でも、ステアリングシャフト１１の絶対角が検出できないまま長い距離を走行してしまうことが抑制される。

【0037】

図８は、車両の起動スイッチがオン状態となった後に演算部４のＣＰＵ４０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理において、ＣＰＵ４０はまず、第１のセンサ３５の出力信号が変化するのを待ち（ステップＳ１）、第１のセンサ３５の出力信号が変化したら、第２のセンサ３６の検出結果に基づいてそのときの従動ギヤ３３の回転角度を算出する（ステップＳ２）。そして、求めた従動ギヤ３３の回転角度に基づいて関係情報４０２を参照してステアリングシャフト１１の回転数を求め（ステップＳ３）、求めた回転数と従動ギヤ３３の回転角度とからステアリングシャフト１１の絶対角を検出する（ステップＳ４）。そして、このステアリングシャフト１１の絶対角の検出結果の情報を外部に出力する（ステップＳ５）。

【0038】

これ以降、ＣＰＵ４０は、所定の制御周期ごとに第１のセンサ３５の出力信号が変化したか否かを判定し（ステップＳ６）、前回の制御周期から第１のセンサ３５の出力信号が変化していれば、ステップＳ２からＳ５までの処理と同様の処理をステップＳ７からＳ１０として実行する。一方、ＣＰＵ４０は、前回の制御周期から第１のセンサ３５の出力信号が変化していなければ、第２のセンサ３６の検出結果に基づいて従動ギヤ３３の回転角度を算出し（ステップＳ１１）、前回の制御周期もしくはそれより前の制御周期において求めた最新のステアリングシャフト１１の回転数とステップＳ１１で算出した従動ギヤ３３の回転角度とからステアリングシャフト１１の絶対角を検出し（ステップＳ１２）、ステアリングシャフト１１の絶対角の検出結果の情報を外部に出力する（ステップＳ１３）。

【0039】

なお、ステップＳ１及びステップＳ６の処理における第１のセンサ３５の出力信号の変化は、０から１への立ち上がりでもよく、１から０への立ち下りでもよく、その両方でもよい。ＣＰＵ４０がステップＳ１又はステップＳ６の処理を実行する時間間隔（上記の制御周期）は、ステアリングホイール１０が素早く回転操作されたときの第１のセンサ３５の出力信号のパルス幅よりも短く設定されている。ステップＳ５、Ｓ１０、及びＳ１３の処理におけるステアリングシャフト１１の絶対角の検出結果の出力先は、例えば操舵補助装置１５であるが、これに限らず、例えば車両の挙動を安定化させるための制御を行うスタビリティ制御装置等であってもよい。

【0040】

以上説明した第１の実施の形態によれば、上記した従来の回転角度検出装置のようにシャフトの外周に第１歯車及び第２歯車が配置され場合に比較して、設置スペースを小さくすることが可能となる。また、従動ギヤ３３及び第２のセンサ３６がそれぞれ一つでよいため、低コスト化も可能となる。

【0041】

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る回転角度検出装置について説明する。第２の実施の形態に係る回転角度検出装置は、センサ部３Ａの構成が、第１の実施の形態のセンサ部３とは異なっている。以下、このセンサ部３Ａ及び回転角度の検出対象のシャフトであるステアリングシャフト１１Ａの構成について、図９乃至図１１を参照して説明する。なお、図９乃至図１１において、第１の実施の形態について説明したものと共通する構成要素については、図２乃至図５に付したものと同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0042】

図９は、センサ部３Ａをステアリングシャフト１１Ａに取り付けた状態を示す斜視図である。図１０は、センサ部３Ａの内部をステアリングシャフト１１Ａの断面と共に示す構成図である。図１１は、センサ部３Ａの分解斜視図である。

【0043】

第１の実施の形態では、駆動ギヤ３２がケース部材３９の外部に配置されていたが、本実施の形態では、センサ部３Ａのケース部材３９Ａに駆動ギヤ３２Ａが保持されている。ケース部材３９Ａは、ケース本体３９１Ａ及びケース蓋体３９２Ａを有しており、ケース本体３９１Ａとケース蓋体３９２Ａとの間に、第１のセンサ３５、第２のセンサ３６、及び端子部３８が実装された基板３７、ならびに従動ギヤ３３が収容されている。

【0044】

駆動ギヤ３２Ａは、例えば樹脂からなり、リング状の基体部３２１と、基体部３２１の外周に設けられた歯車部３２２と、基体部３２１の内周に設けられた複数の係止突起３２３とを一体に有している。駆動ギヤ３２Ａの基体部３２１及び歯車部３２２は、ケース本体３９１Ａの駆動ギヤ収容部３９１ｆ及びケース蓋体３９２Ａの駆動ギヤ収容部３９２ｃに収容されている。駆動ギヤ収容部３９１ｆ，３９２ｃは、それぞれがステアリングシャフト１１Ａを囲む環状に形成されている。

【0045】

ステアリングシャフト１１Ａには、駆動ギヤ３２Ａの複数の係止突起３２３がそれぞれ係合する複数の係合溝１１２が形成されており、係合溝１１２に係止突起３２３が係合することにより駆動ギヤ３２Ａがステアリングシャフト１１Ａに対して回り止めされる。係合溝１１２は、ステアリングシャフト１１Ａの軸方向に対して平行に延在している。ステアリングシャフト１１Ａにセンサ部３Ａを取り付ける際には、駆動ギヤ収容部３９１ｆ，３９２ｃの内側にステアリングシャフト１１Ａを挿入し、複数の係合溝１１２のそれぞれに複数の係止突起３２３を係合させる。

【0046】

センサ部３Ａの第１のセンサ３５及び第２のセンサ３６の出力信号は、第１の実施の形態と同様、演算部４に送信され、これらの出力信号に基づいてステアリングシャフト１１Ａの絶対角が検出される。ケース蓋体３９２Ａには、第２のセンサ３６の一部を収容する窓部３９２ｄが、駆動ギヤ収容部３９２ｃの周方向の一部に形成されている。

【0047】

この第２の実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。また、センサ部３Ａのケース部材３９Ａに駆動ギヤ３２Ａが保持されているため、ステアリングシャフト１１Ａへのセンサ部３Ａの取り付けが容易となる。

【0048】

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した第１及び第２の実施の形態から把握される技術思想について、各実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

【0049】

［１］非回転部材（取付ステー１８）に対して回転するシャフト（ステアリングシャフト１１，１１Ａ）の絶対角を複数回転にわたって検出する回転角度検出装置（２）であって、前記シャフト（１１，１１Ａ）と一体に回転する少なくとも一つのターゲット（３１）と、前記シャフト（１１，１１Ａ）の回転に伴って前記シャフト（１１，１１Ａ）と異なる回転速度で回転する回転部材（従動ギヤ３３）と、前記ターゲット（３１）が接近したときに出力信号が変化する第１のセンサ（３５）と、前記回転部材（３３）の１回転以内の回転角度を検出する第２のセンサ（３６）と、前記第１のセンサ（３５）の出力信号及び前記第２のセンサ（３６）によって検出された前記回転部材（３３）の回転角度に基づいて前記シャフト（１１，１１Ａ）の絶対角を算出する演算部（４）とを備え、前記シャフト（１１，１１Ａ）の回転時に前記第１のセンサ（３５）の出力信号が前記回転部材（３３）の回転周期と異なる周期で変化し、前記演算部（４）は、前記第１のセンサ（３５）の出力信号が変化したときの前記回転部材（３３）の回転角度により、そのときの前記シャフト（１１，１１Ａ）の絶対角を検出する、回転角度検出装置（２）。

【0050】

［２］前記シャフト（１１，１１Ａ）の外周に設けられて前記シャフト（１１，１１Ａ）と一体に回転する駆動ギヤ（３２）を有し、前記回転部材（３３）は、前記駆動ギヤ（３２）に噛み合って回転する従動ギヤ（３３）である、上記［１］に記載の回転角度検出装置（２）。

【0051】

［３］前記従動ギヤ（３３）のピッチ円径（Ｐ_２）が前記駆動ギヤ（３２）のピッチ円径（Ｐ_１）の２分の１よりも小さい、上記［２］に記載の回転角度検出装置（２）。

【0052】

［４］前記非回転部材（１８）に固定されたケース部材（３９，３９Ａ）を備え、前記ケース部材（３９，３９Ａ）に形成された開口部（３９２ａ）から前記回転部材（３３）の一部が突出し、当該突出した前記回転部材（３３）の一部が前記駆動ギヤ（３２）に噛み合っている、上記［２］又は［３］に記載の回転角度検出装置（２）。

【0053】

［５］前記ターゲット（３１）は、前記シャフト（１１，１１Ａ）に固定された磁石であり、前記第１のセンサ（３５）は、前記ターゲット（３１）が接近したときにパルス信号を出力する磁界スイッチである、上記［１］に記載の回転角度検出装置（２）。

【0054】

［６］前記非回転部材（１８）に固定されたケース部材（３９，３９Ａ）を備え、前記ケース部材（３９，３９Ａ）に形成された窓部（３９２ｂ）に前記第１のセンサ（３５）の一部が収容されている、上記［５］に記載の回転角度検出装置（２）。

【0055】

［７］前記回転部材（３３）の中心部に磁石（３４）が固定されており、前記第２のセンサ（３６）は、前記回転部材（３３）の回転軸に対して垂直な２方向の磁界の強度を検出可能な磁界センサである、上記［１］に記載の回転角度検出装置（２）。

【0056】

［８］前記シャフト（１１，１１Ａ）は、車両の操舵部材（ステアリングホイール１０）に連結されたステアリングシャフトであり、前記操舵部材（１０）の中立位置の近傍で前記第１のセンサ（３５）の出力信号が変化する、上記［１］に記載の回転角度検出装置（２）。

【0057】

以上、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明したが、上記した各実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない限り適宜変形して実施することが可能であり、例えば次のように変形することができる。

【0058】

上記の実施の形態では、回転部材としての従動ギヤ３３が駆動ギヤ３２に噛み合って回転する場合について説明したが、回転部材としてはこれに限らず、例えばベルト駆動により、ステアリングシャフト１１の回転に伴ってステアリングシャフト１１と異なる回転速度で回転するものであってもよい。また、回転角度の検出対象のシャフトとしては、ステアリングシャフト１１に限らず、例えば車両用や産業機械用の各種のシャフトを回転角度の検出対象にすることが可能である。

【0059】

また、上記の実施の形態では、ターゲット３１が２極磁石である場合について説明したが、これに限らず、ターゲット３１が例えば金属製の突起であり、第１のセンサ３５が例えば静電容量型の近接スイッチであってもよい。つまり、第１のセンサ３５は、ステアリングシャフト１１の回転によってターゲット３１がステアリングシャフト１１と第１のセンサ３５との間を通過するときに出力信号が変化するものであればよく、例えば光学式のものであってもよい。第１のセンサ３５が光学式のものである場合、ターゲット３１としては例えば反射材を用いることができる。

【符号の説明】

【0060】

１１，１１Ａ…ステアリングシャフト（シャフト） １８…取付ステー（非回転部材）
２…回転角度検出装置 ３，３Ａ…センサ部
３２…駆動ギヤ ３３…従動ギヤ
３４…磁石 ３５…第１のセンサ
３６…第２のセンサ ３９，３９Ａ…ケース部材
３９２ａ…開口部 ３９２ｂ…窓部
４…演算部 Ｐ_１，Ｐ_２…ピッチ円径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】