減速装置
【課題】寸法精度の高い合成樹脂の射出成形品からなる間欠回転部材（ゼネバ歯車）を備えた減速装置を提供する。
【解決手段】回転部材２と、該回転部材２が１回転する毎に、該回転部材２に突設された駆動ピン２ａにより所定角度だけ間欠的に回転する合成樹脂製の間欠回転部材３とをもって、減速装置を構成する。間欠回転部材３には、駆動ピン２ａを挿入可能な複数の駆動ピン挿入溝３ａを放射状に形成する。また、各駆動ピン挿入溝３ａの間には、駆動ピン挿入溝３ａを跨いで、その両側を連結する溝連結部６を形成する。これにより、射出成形時の合成樹脂の硬化収縮に起因する駆動ピン挿入溝３ａの変形を防止できる。
【解決手段】回転部材２と、該回転部材２が１回転する毎に、該回転部材２に突設された駆動ピン２ａにより所定角度だけ間欠的に回転する合成樹脂製の間欠回転部材３とをもって、減速装置を構成する。間欠回転部材３には、駆動ピン２ａを挿入可能な複数の駆動ピン挿入溝３ａを放射状に形成する。また、各駆動ピン挿入溝３ａの間には、駆動ピン挿入溝３ａを跨いで、その両側を連結する溝連結部６を形成する。これにより、射出成形時の合成樹脂の硬化収縮に起因する駆動ピン挿入溝３ａの変形を防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、間欠回転部材を用いた減速装置に係り、特に、合成樹脂の射出成形品からなる間欠回転部材の寸法精度を高める手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば自動車用ステアリングの回転角度を検出するための回転センサとして、ゼネバ歯車（間欠回転部材）を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この回転センサは、ステアリングシャフトと共に回転するロータにロータギアが設けられ、ステアリングシャフトの周囲に固定されたステータに、ロータギアと噛み合う伝達ギアと、この伝達ギアに形成されたゼネバドグ（間欠回転部材の駆動ピン）によって間欠的に回転されるゼネバ歯車とが設けられている。また、ロータには、鉄等の導電性の材料からなり、周方向に幅が可変のリング部材と、このリング部材と対向に配置されたコイルとからなるロータセンシング部が設けられ、ゼネバ歯車には、段階的に異なる幅を有するリング状の銅箔板と、これと対向に配置された検出コイルとが設けられている。
【０００３】
したがって、特許文献１に開示の回転センサは、ロータセンシング部を構成するコイルの出力信号からステアリングシャフトの１回転以内の回転角度を検出することができると共に、ゼネバ歯車と対向に配置された検出コイルの出力信号からステアリングシャフトの回転数を検出することができ、これによって、−９００°〜＋９００°の回転範囲内のステアリングシャフトの回転角検出を可能にしている。
【０００４】
なお、特許文献１に開示のゼネバ歯車は、回転軸の周方向に複数のスリット（駆動ピン挿入溝）が放射状に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９１３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示の回転センサのように、ゼネバ歯車を用いた装置においては、装置の軽量化及び低コスト化を図るため、合成樹脂の射出成形品からなるゼネバ歯車を用いることが検討されている。
【０００７】
しかしながら、ゼネバ歯車は、比較的大型の本体部に細長いスリットを放射状に形成してなるので、射出成形法により製造すると、合成樹脂が硬化収縮したときに、その形状効果によりスリットの開口部が狭まるように変形し、特にスリットの数が多くなるほど変形が大きくなるため、寸法精度の高いゼネバ歯車を製造することが困難である。このため、このゼネバ歯車を回転センサに適用すると、ゼネバ歯車の回転を高精度に規制することが困難となり、検出信号の出力タイミングがずれて、回転数の正確な検出が困難になる。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、寸法精度の高い合成樹脂の射出成形品からなる、寸法精度の高い間欠回転部材を備えた減速装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、かかる課題を解決するため、第１に、回転軸の周方向に複数の駆動ピン挿入溝が放射状に形成された合成樹脂製の間欠回転部材と、前記駆動ピン挿入溝内に挿入可能に形成された前記間欠回転部材の駆動ピンを備えた回転部材とを有し、前記回転部材に対して前記間欠回転部材を減速回転する減速装置において、前記間欠回転部材に、前記駆動ピン挿入溝を跨いで、その両側を連結する１又は複数の溝連結部を形成するという構成にした。
【００１０】
上述のように、合成樹脂を射出成形することによって間欠回転部材を製造すると、合成樹脂の硬化収縮が生じ、間欠回転部材の形状効果により、駆動ピン挿入溝の開口部が狭まるように間欠回転部材が変形する。しかし、間欠回転部材に、駆動ピン挿入溝を跨いで、その両側を連結する１又は複数の溝連結部を形成すると、この溝連結部が補強部材として機能し、合成樹脂の硬化収縮に起因する駆動ピン挿入溝の変形を防止又は抑制することができるので、スリットの形状やスリットの数に影響されることなく、寸法精度の高い間欠回転部材を得ることができる。
【００１１】
本発明は第２に、前記第１の減速装置において、前記溝連結部を、前記駆動ピン挿入溝の壁面間に設けるという構成にした。
【００１２】
かかる構成によると、溝連結部によって駆動ピン挿入溝の壁面間が補強されるので、合成樹脂の硬化収縮時に駆動ピン挿入溝の壁面に不均一な力が作用しにくく、当該壁面の傾斜を防止することができる。
【００１３】
本発明は第３に、前記第１の減速装置において、前記溝連結部を、前記駆動ピン挿入溝の壁面を除く、前記間欠回転部材の表面間又は裏面間に設けるという構成にした。
【００１４】
かかる構成によると、溝連結部を駆動ピン挿入溝の壁面間に設けないので、間欠回転部材を厚型化することなく駆動ピン挿入溝の深さを確保することができる。よって、駆動ピン挿入溝と回転部材に備えられた駆動ピンとの係合を確実に行うことができ、動作信頼性の高い減速装置とすることができる。
【００１５】
本発明は第４に、前記第３の減速装置において、前記駆動ピン挿入溝の壁面と前記溝連結部の表面との間に、段差を設けるという構成にした。
【００１６】
かかる構成によると、段差を設けた分だけ溝連結部と回転部材に備えられた駆動ピンとが干渉しにくくなるので、動作信頼性の高い減速装置とすることができる。
【００１７】
本発明は第５に、前記第３又は第４の減速装置において、前記溝連結部に沿って信号検出手段を配置したとき、前記間欠回転部材の回転に伴って前記信号検出手段から所要のデジタル信号列が検出されるように、前記溝連結部にコードパターンを形成するという構成にした。
【００１８】
かかる構成によると、溝連結部を信号検出用のコードパターンとして兼用できるので、溝連結部とコードパターンとを別個に形成する必要がなく、多回転絶対角検出装置に適用される間欠回転部材の構成を簡略化できる。また、間欠回転部材の構成が簡略化されることから、間欠回転部材に対する信号検出手段の配列を容易化することができる。
【００１９】
本発明は第６に、前記第１乃至第４の減速装置において、前記駆動ピン挿入溝の壁面間又は前記駆動ピン挿入溝の壁面を除く前記間欠回転部材の表面間又は裏面間に、前記駆動ピン挿入溝を覆う前記溝連結部を設けるという構成にした。
【００２０】
かかる構成によると、間欠回転部材の形状を単純化できるので、形状効果による間欠回転部材の変形をより確実に防止することができる。
【００２１】
本発明は第７に、前記第１乃至第６の減速装置において、前記間欠回転部材の表面側又は裏面側に信号検出手段を配置したとき、前記間欠回転部材の回転に伴って前記信号検出手段から所要のデジタル信号列を検出されるように、前記間欠回転部材の回転軸と同心に、前記溝連結部とは別個のコードパターンを形成するという構成にした。
【００２２】
かかる構成によると、溝連結部とは別個のコードパターンを備えるので、多回転絶対角検出装置に適用することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の減速装置は、回転軸の周方向に複数の駆動ピン挿入溝が放射状に形成された合成樹脂製の間欠回転部材に、駆動ピン挿入溝を跨いでその両側を連結する１又は複数の溝連結部を形成するので、合成樹脂の硬化収縮に起因する駆動ピン挿入溝の変形を防止又は抑制することができ、合成樹脂製の間欠回転部材の寸法精度を高めることができる。よって、駆動ピンによる間欠回転部材の回転制御を高精度に行うことができ、多回転絶対角検出装置に適用した場合に高精度の回転数信号の検出が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る減速装置の構成図である。
【図２】第１実施形態に係る減速装置に適用される間欠回転部材の一部拡大斜視図である。
【図３】第２実施形態に係る間欠回転部材の一部拡大斜視図である。
【図４】第３実施形態に係る間欠回転部材の一部拡大斜視図である。
【図５】第４実施形態に係る間欠回転部材の一部拡大斜視図である。
【図６】多回転絶対角検出装置の機構部の第１例を示す平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図８】多回転絶対角検出装置に備えられる磁気センサの構成図である。
【図９】多回転絶対角検出装置に備えられる信号処理部の構成図である。
【図１０】多回転絶対角検出装置の動作説明図である。
【図１１】多回転絶対角検出装置の機構部の第２例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る減速装置の実施形態を、図１乃至図５に基づいて説明する。図１は第１実施形態に係る減速装置の構成図、図２は第１実施形態に係る減速装置に適用される間欠回転部材の一部拡大斜視図、図３は第２実施形態に係る間欠回転部材の一部拡大斜視図、図４は第３実施形態に係る間欠回転部材の一部拡大斜視図、図５は第４実施形態に係る間欠回転部材の一部拡大斜視図である。
【００２６】
第１実施形態に係る減速装置は、図１に示すように、回転部材２と、該回転部材２が１回転する毎に、該回転部材２に突設された駆動ピン２ａにより所定角度だけ間欠的に回転する合成樹脂製の間欠回転部材３とから主に構成されている。間欠回転部材３は、射出成型法により製造される。
【００２７】
間欠回転部材３は、駆動ピン２ａを挿入可能な６つの駆動ピン挿入溝３ａが間欠回転部材３の回転軸を中心に等間隔な放射状に形成されており、回転部材２が１回転する毎に駆動ピン挿入溝３ａの１ピッチ分、即ち、６０度ずつ間欠的に回転し、その回転の前後では停止する。
【００２８】
間欠回転部材３の裏面側には、図２に示すように、駆動ピン挿入溝３ａを跨いで、該駆動ピン挿入溝３ａの両側を連結する溝連結部６が、間欠回転部材３の裏面との間に若干の段差３ｂを有するように全周にわたって形成されている。このように、間欠回転部材３に、駆動ピン挿入溝３ａを跨いでその両側を連結する溝連結部６を形成すると、この溝連結部６が補強部材として機能し、合成樹脂の硬化収縮に起因する駆動ピン挿入溝３ａの変形を防止又は抑制できるので、寸法精度の高い間欠回転部材とすることができる。したがって、この間欠回転部材３を備えた減速装置を多回転絶対角検出装置に適用した場合、高精度の回転数信号の検出が可能になると共に、回転センサの軽量化及び低コスト化を図ることができる。また、溝連結部６の表面と間欠回転部材３の裏面との間に若干の段差３ｂを設けると、溝連結部６と回転部材２に突設された駆動ピン２ａとが干渉しにくくなるので、動作信頼性の高い減速装置とすることができる。なお、駆動ピン挿入溝３ａの溝深さｄが十分に大きく、溝連結部６と駆動ピン２ａとの干渉を生じない場合には、段差３ｂを省略することもできる。
【００２９】
本例の間欠回転部材３においては、溝連結部６が、これに沿って信号検出手段を配置したとき、間欠回転部材３の回転に伴って所要のデジタル信号を検出するためのコードパターンになっている。このようにすると、溝連結部６を回転検出用のコードパターンとして兼用できるので、溝連結部６とコードパターンとを別個に形成する必要がなく、間欠回転部材３の構成を簡略化できると共に、間欠回転部材３に対する信号検出手段の配列を容易化することができる。なお、信号検出手段としては、光学式、磁気式又は抵抗式などの各種のものを用いることができ、溝連結部６は、使用する信号検出手段の種類に応じた適宜の物性を有するように構成される。
【００３０】
さらに、本例の間欠回転部材３には、図１に示すように、溝連結部６と同心状に配置された突条をもって、第２のコードパターン７が形成されている。もちろん、コードパターンが不要な用途に適用する場合には、これを省略することもできる。
【００３１】
第２実施形態に係る間欠回転部材３は、図３に示すように、駆動ピン挿入溝３ａの溝長さＬに比べて細幅に形成された１本の溝連結部６を、駆動ピン挿入溝３ａの壁面間に設けたことを特徴とする。このようにすると、間欠回転部材３の射出成形時に、溝連結部６が補強部材として機能するので、合成樹脂の硬化収縮を生じた場合にも、駆動ピン挿入溝３ａの壁面が傾斜しにくく、高精度の間欠回転部材３を製造することができる。その他については、第１実施形態に係る減速装置と同じである。
【００３２】
第３実施形態に係る間欠回転部材３は、図４に示すように、駆動ピン挿入溝３ａの溝長さに比べて細幅に形成された複数本（図４の例では、２本）の溝連結部６を、駆動ピン挿入溝３ａの壁面間に設けたことを特徴とする。このように、溝連結部６の本数を増加することにより、射出成形時における駆動ピン挿入溝３ａの変形をより小さくすることができる。その他については、第１実施形態に係る減速装置と同じである。
【００３３】
第４実施形態に係る間欠回転部材３は、図５に示すように、駆動ピン挿入溝３ａを完全に覆うように溝連結部６を形成したことを特徴とする。このようにすると、間欠回転部材３の形状を極めて簡略化できるので、形状効果による間欠回転部材３の変形をより確実に防止することができる。なお、図５の例では、溝連結部６を駆動ピン挿入溝３ａの壁面間に設けたが、かかる構成に代えて、溝連結部６を、間欠回転部材３の表面側又は裏面側に形成することもできる。その他については、第１実施形態に係る減速装置と同じである。
【００３４】
なお、第２実施形態乃至第５実施形態に係る間欠回転部材３についても、第１実施形態に係る間欠回転部材３と同様に、必要に応じて所要数のコードパターンを形成することができる。これにより、多回転絶対角検出装置への適用が可能になる。
【００３５】
以下、本発明に係る減速装置を用いた多回転絶対角検出装置を、第１実施形態に係る減速装置を用いた場合を例にとって説明する。
【００３６】
〈多回転絶対角検出装置の第１例〉
図６は多回転絶対角検出装置の機構部の第１例を示す平面図、図７は図６のＡ−Ａ線に沿う断面図、図８は多回転絶対角検出装置に備えられる磁気センサの構成図、図９は多回転絶対角検出装置に備えられる信号処理部の構成図、図１０は多回転絶対角検出装置の動作説明図である。
【００３７】
図６及び図７に示すように、本例の多回転絶対角検出装置の機構部は、回転体１と、回転体１の回転に連動し回転体１に対して増速回転する従動回転部材２（図１乃至図５に示した回転部材２を適用する。）と、従動回転部材２に突設される駆動ピン２ａと係合して回転体１に対し減速回転するゼネバ歯車からなる間欠回転部材３（図１乃至図５に示した間欠回転部材３を適用する。）と、従動回転部材２の回転中心に取り付けられた磁石４と、磁石４と対向に配置され、従動回転部材２の１回転を１周期とするｓｉｎθ、ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ、−ｃｏｓθの各信号を出力する磁気センサ５と、間欠回転部材３の回転軸を中心とする円周上に形成された第１及び第２のコードパターン６，７と、第１コードパターン６に対向して配置された第１乃至第６の検出素子８〜１３と、第２コードパターン７に対向して配置された第７検出素子１４と、磁気センサ５及び第１乃至第７の検出素子８〜１４を実装する回路基板１５とから主に構成されている。なお、本例の多回転絶対角検出装置では、第１検出手段が磁石４及び磁気センサ５から構成され、第２検出手段が第１，第２のコードパターン６，７と第１乃至第７の検出素子８〜１４とから構成される。
【００３８】
回転体１は、例えば自動車のステアリングシャフトなどに連結され、１回転以上の有限の角度範囲内で回転する。本例においては、中立位置（０度の位置）を中心として±２．５回転の角度範囲（±９００°）で回転するものとする。
【００３９】
回転体１と従動回転部材２とは、回転体１の外周部に形成された第１歯車２１と従動回転部材２の外周部に形成された第２歯車２２とを噛み合わせることにより連結されている。本例においては、第１歯車２１の歯数が第２歯車２２の歯数よりも多く設定されており、回転体１に対して従動回転部材２が増速回転するようになっている。回転体１に対する従動回転部材２の増速比は、後述する１セクタに割り振る角度の大きさによって決定されるが、本例においては、第１歯車の歯数を７２、第２歯車の歯数を６０として増速比が６／５に設定されており、回転体１が±２．５回転する間に従動回転部材２は±３回転する。従動回転部材２の下面には、図２に示すように、間欠回転部材３を間欠回転させるための駆動ピン２ａが突設されている。
【００４０】
磁気センサ５は、図７に示すように、回路基板１５に実装され、所要のクリアランスを介して磁石４と対向に配置される。この磁気センサ５は、図８に示すように、４個の磁気検出素子５ａ〜５ｄからなり、各磁気検出素子５ａ〜５ｄは、短辺方向に磁化された２つの長方形の磁気抵抗素子５Ａ，５Ａの組みから構成されている。各磁気検出素子５ａ〜５ｄは、磁化方向が互いに直交するように組み合わされて、計８つの磁気抵抗素子５Ａを抵抗素子とするブリッジ回路（図示略）が構成され、図示しない固定部材に固定された基板上に設けられる。それらの磁気抵抗素子５Ａは、異方性磁気抵抗効果をもつ強磁性体膜からなり、その抵抗値が磁気センサに作用する磁界の向き（磁界の方向変化）に応じて変化することを利用して従動回転部材２の回転角を検出する。なお、磁気検出素子としては、磁気抵抗素子のほかにホール素子、磁気誘導素子などを用いることもできるが、直流駆動することができ、温度変化による出力変動が小さいことから磁気抵抗素子が特に適する。
【００４１】
各磁気検出素子５ａ〜５ｄは、磁石４の回転中心Ｘと同心の円周上に等分に配置される。したがって、磁石４の回転に伴い、磁気検出素子５ａ〜５ｄからは、図１０（Ｃ）に示すように、位相が磁石４の回転周期の１／４（９０°）ずつずれたｓｉｎθ、ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ、−ｃｏｓθの各信号が出力される。なお、本例の多回転角検出装置は、回転体１が１回転する間に磁石４が１．２回転するように歯車２１，２２の歯数が設定されているので、回転体１が１回転する間に磁気検出素子５ａ〜５ｄからは、ｓｉｎθ、ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ、−ｃｏｓθの各信号が１．２周期分出力される。このように第１検出手段を構成すると、簡単な構成でアナログ信号を容易に生成することができる。
【００４２】
間欠回転部材３は、上述のように、駆動ピン２ａを挿入可能な６つの駆動ピン挿入溝３ａが間欠回転部材３の回転軸を中心に放射状に形成されており、従動回転部材２が１回転（３６０°回転）する毎に駆動ピン挿入溝３ａの１ピッチ分、即ち、６０度ずつ間欠的に回転し、その回転の前後では停止する。
【００４３】
第１及び第２のコードパターン６，７は、遮光板をもって構成されており、光学式の信号検出手段を用いて信号の検出が行えるようになっている。
【００４４】
第１乃至第７の検出素子８〜１４としては、発光素子と受光素子とが一体に形成されたフォトインタラプタが用いられる。これら第１乃至第７の検出素子８〜１４は、第１又は第２のコードパターン６，７を介してその両側に発光素子と受光素子とが配置されるようにして回路基板１５に実装される。本例において、図６に示す第１，第２のコードパターン６，７、及び第１乃至第７の検出素子８〜１４の配列は、図１０（Ｅ）に示すタイミングでＤ１〜Ｄ７のデジタル信号が出力されるように適宜設定される。
【００４５】
次に、本例に係る多回転絶対角検出装置の信号処理部５０について説明する。図９に示すように、本例の信号処理部５０は、磁気センサ５から出力されるｓｉｎθ、ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ、−ｃｏｓθの各信号を増幅する第１乃至第４の増幅器３１〜３４と、増幅されたｓｉｎθ、ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ、−ｃｏｓθの各信号をＡ／Ｄ変換する第１乃至第４のＡ／Ｄ変換器３５〜３８と、Ａ／Ｄ変換されたｓｉｎθ、ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ又は−ｃｏｓθからｔａｎ−１θの信号、すなわちｓｉｎθ／ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ／−ｃｏｓθ、ｃｏｓθ／−ｓｉｎθ又は−ｃｏｓθ／ｓｉｎθをそれぞれ算出すると共に、算出されたｔａｎ−１θの信号の１周期（１８０°）を１セクタ（３００度）にするための演算を行う演算部３０と、演算部３０から出力される信号（アナログ信号）、及び第１乃至第７の検出素子８〜１４から入力される信号（デジタル信号）に基づいて回転体１の回転角度を検出する角度検出部４０とから主に構成されている。なお、角度検出部４０は、予め記憶しているセクタと６ビットコード列及び７ビットコード列との対応関係に基づいて、第１乃至第７の検出素子８〜１４から入力される信号からセクタを識別し、識別したセクタと演算部３０から出力される信号とによって回転体１の回転角度を決定する。また、演算部３０で複数に分割されるセクタ数は、回転体１に対する間欠回転部材３の減速比、具体的には回転体１の第１歯車２１の歯数、従動回転部材２の第２歯車２２の歯数、及び従動回転部材２の駆動ピン２ａと係合する間欠回転部材３の溝３ａの数に基づいて適宜設定される。
【００４６】
次に、図１０に基づいて多回転絶対角検出装置の動作を説明する。図１０において、（Ａ）は、回転体１及び従動回転部材２の回転角の関係、（Ｂ）は、回転体１の回転角と間欠回転部材３の回転角との関係、（Ｃ）は、回転体１の回転角に応じた磁気センサ５の出力信号、（Ｄ）は、回転体１の回転角に応じた演算部３０からの出力信号、（Ｅ）は、回転体１の回転角に応じた第１乃至第７検出素子８〜１４からの出力信号の説明図であり、（Ｆ）は、回転体１の回転角に応じたグレイコード１，２及び１ビットコードを示す説明図である。
【００４７】
図１０に示すように、回転体１が±９００°回転（±２．５回転）すると、従動回転部材２が±１０８０°回転（±３回転）し、回転体１が３００°回転する毎に間欠回転部材３が６０°ずつ間欠的に回転する。また、従動回転部材２が回転体１と連動し回転すると、磁気センサ５から、ｓｉｎθ、ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ、−ｃｏｓθの各信号が出力され、演算部３０から、回転体１の全可動範囲が６セクタをなすように、それらの各信号に基づいて演算された１周期３００°の逆正接信号が出力される。角度検出部４０は、演算部３０から出力される逆正接信号であるアナログ信号と、第１乃至第７検出素子８〜１４からの出力信号に基づいて組合わせたデジタルコード、すなわち後述するグレイコード１，２及び１ビットコードとを対応させて回転体１の絶対角度を検出する。以下、回転体１及び従動回転部材２の角度０°を０セクタに対応させて、グレイコード１，２とセクタとの関係を説明する。
【００４８】
グレイコード１は、第１、第３及び第５の検出素子８，１０，１２の出力信号Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５の組合せから作成される３ビットのグレイコードであり、回転体１が３００度回転する毎に１ビットずつ変化し、かつ回転体１の３６０度を超える有限の角度範囲の両端のグレイコードが同一になるように構成されている。グレイコード２は、第２、第４及び第６の検出素子９，１１，１３の出力信号Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６から作成される３ビットのグレイコードであり、グレイコード１と同様に、３００°回転する毎に１ビットずつ変化し、かつ両端のグレイコードが同一になるように構成されている。
【００４９】
グレイコード１のコード切換部とグレイコード２のコード切換部は、相互にずれるように設定される。グレイコード１とグレイコード２のコード切換部は、図１０（Ｄ）に示す逆正接信号が直線上に立ち上がる部分から急激に立ち下がる部分への切り換わり量が各検出素子８〜１３の取付誤差などに起因してずれる領域と重複しないように設定される。
【００５０】
このようにすると、グレイコード１とグレイコード２とを組合わせた６ビットコードは、回転体１の回転にしたがって、例えば図１０（Ｆ）に示すように、０セクタからプラス方向に「１０１１０１」、「００１１０１」、「００１００１」へと１ビットずつ変化すると共に、マイナス方向へも同様に変化する循環型グレイコード列をなす。なお、それらの６ビットコードのうち、互いに異なるコードのグレイコード１，２を組合わせた６ビットコードは、セクタの切り換わる領域（セクタ切換領域）に対応し、一方、同一コードのグレイコード１，２を組合わせた６ビットコードは、セクタ切換領域を除いた領域に対応する。
【００５１】
したがって、角度検出部４０では、６ビットコードに基づいてセクタを識別できる。例えば、６ビットコード「１０１１０１」はそのコードの並びから０セクタに対応し、６ビットコード「００１００１」は＋１セクタに対応することが判る。また、６ビットコード「００１１０１」は０セクタと＋１セクタ間に介在するセクタ切換領域に対応することが判るので、演算部３０から出力されるｔａｎ−１θの信号の値を参照することによってどちらのセクタに対応するのかを正しく識別できる。例えば、「００１１０１」に対応する演算部３０からの出力値がＡであるとき、出力値Ａが所定値（例えば演算部３０からの出力信号の最大値と最小値の平均値）よりも小さいことから＋１セクタに対応することが判り、その結果＋１セクタであることを正しく識別できる。
【００５２】
ところで、第１乃至第６検出素子８〜１３のうちのひとつが故障すると、６ビットコード列に基づきその故障を直ちに判別できる場合と、その故障を判別できずに誤ったセクタを識別してしまう場合とが生じる。例えば、０セクタに対応する６ビットコードが「１０１１０１」であるところ、第２検出素子９が故障して「１」だけを出力して「１１１１０１」となる場合、本例による循環型グレイコードにはこのようなコードが存在しないので、第１乃至第６検出素子８〜１３のうちのひとつが故障していることを直ちに判別できる。一方、−１セクタと０セクタ間のセクタ切換領域にある本来０セクタ（６ビットコードが「１０１１００」）が、もし第１検出素子８が故障して「０」を出力すると共に、間欠回転部材３などの寸法誤差や取付誤差の影響でコード切換部に位相ずれが生じて「００１１０１」となる場合、演算部３０からの出力値Ａを参照して０セクタと＋１セクタ間のセクタ切換領域「００１１０１」であると判断してしまい、セクタ１と誤って判別することになる。
【００５３】
そこで、６ビットコードに第７検出素子１４の出力信号Ｄ７による１ビットコードを組合わせた７ビットコードに基づいてセクタを検出すれば、もし検出素子に故障が生じた場合、その故障の存在を判別することができ、セクタを誤って識別して角度検出するという問題を回避することができる。たとえば上述のように、−１セクタと０セクタ間のセクタ切換領域内の６ビットコード「１０１１００」について、第１検出素子８が故障して「０」を出力し、かつ間欠回転部材３の寸法誤差や取付誤差の影響でコード切換部に位相ずれが生じて「００１１０１」となる場合、６ビットコード「００１１０１」に１ビットコード「１」を組合わせた７ビットコード「００１１０１１」に基づきセクタを検出すれば、本例による７ビットコードにはこのようなコードが存在しないので、第１乃至第６検出素子８〜１３のうちのひとつが故障していることを判別できる。この１ビットコードは、セクタ切換領域と重複しないように、セクタ切換領域の直前で立上りかつ直後で立ち下がるデジタル信号にすると共に、ひとつおきのセクタ切換領域の一方を「１」、他方を「０」に設定することによって構成される。なお、１ビットコードの立上り位置及び立下り位置とセクタ切換領域との間に設定する位相差の大きさを、間欠回転部材３の寸法誤差や取付誤差の影響などで生じるコード切換部の位相ずれの大きさよりも小さく設定すると、７ビットコードでセクタを検出しても第１乃至第６の検出素子８〜１３のうちのひとつが故障したことを判別できないことがある。
【００５４】
このように、本例の多回転絶対角検出装置は、信号処理部においてデジタル信号に基づいて回転体１の全可動範囲±２．５回転（±９００度）を複数のセクタに分割し、各セクタ内の回転角度を磁気センサ５から出力される信号から演算により求められるアナログ信号、すなわちｔａｎ−１θに対応させて回転体１の絶対角度を検出するので、信号処理部における角度検出を複雑化することなく、簡単な信号処理によって３６０度以上の角度範囲内の絶対角度を高精度に検出することができる。また、各セクタ内の角度を単調増加又は単調減少するデータに基づいて求めることができ、回転体の絶対角度を容易に検出することができる。さらに本例は、デジタル信号である６ビットコードが循環型グレイコードであるため、どの６ビットコードを回転中立位置に設定しても、回転体１の３６０度を超える有限の角度範囲内で回転体１が３００度回転する毎に１ビットずつ変化し、かつ両端の６ビットコードが同一となるので、それら６ビットコードのうち任意のひとつを選択して回転中立位置に対応させるだけで多回転絶対角検出装置の回転中立位置を設定でき、多回転絶対角検出装置の回転中立位置を極めて容易に設定できる。また、本例の多回転絶対角検出装置は、間欠回転部材３としてゼネバ歯車を用いたので、信頼性及び静粛性に優れる。
【００５５】
〈多回転絶対角検出装置の第２例〉
第２例に係る多回転絶対角検出装置は、図１１に示すように、回転体１と従動回転部材２との間に、回転体１の回転を従動回転部材２に伝達する中間回転部材２３を配置したことを特徴とする。
【００５６】
中間回転部材２３は、歯数が異なる第３歯車２４（歯数５０）と第４歯車２５（歯数３０）を同心に形成したものであって、第３歯車２４は回転体１に形成された第１歯車２１と噛み合わされ、第４歯車２５は従動回転部材２に形成された第２歯車２２と噛み合わされる。その他の構成については、第１例に係る多回転絶対角検出装置と同じであるので、説明を省略する。
【００５７】
図１１の構成によれば、回転体１に対する間欠回転部材３の減速比が、回転体１に対する従動回転部材２の増速比と、中間回転部材２３に対する従動回転部材２の減速比と、従動回転部材２に対する間欠回転部材３の減速比との積算値となり、従動回転部材２を介装しない第１実施形態の構成の減速比よりも大きく設定できるため、ゼネバ歯車のように減速比を大きくすると極端に大型化する間欠回転部材３を大きくすることなく全体の減速比を大きく設定できるので、多回転絶対角検出装置の小型化を図ることができる。
【００５８】
なお、前記多回転絶対角検出装置においては、デジタルコード検出手段を遮光板とフォトインタラプタの組合せをもって形成したが、透孔や切り欠きなどの光学パターンとフォトインタラプタとの組合せ、磁気パターンと磁気検出素子との組合せ、又は抵抗体パターンと集電ブラシとの組合せなどをもって構成することもできる。
【００５９】
また、前記多回転絶対角検出装置においては、合計７個の検出素子を用いて「グレイコード１」、「グレイコード２」及び「１ビットのコード」を生成したが、各検出素子の取付誤差等が問題にならない場合には、合計３個の検出素子を用いて３ビットのセクタ識別用グレイコードを１つだけ生成すれば足りる。
【符号の説明】
【００６０】
２ 回転部材（従動回転部材）
２ａ 駆動ピン
３ 間欠回転部材
３ａ 駆動ピン挿入溝
６ 溝連結部（第１コードパターン）
７ 第２コードパターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、間欠回転部材を用いた減速装置に係り、特に、合成樹脂の射出成形品からなる間欠回転部材の寸法精度を高める手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば自動車用ステアリングの回転角度を検出するための回転センサとして、ゼネバ歯車（間欠回転部材）を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この回転センサは、ステアリングシャフトと共に回転するロータにロータギアが設けられ、ステアリングシャフトの周囲に固定されたステータに、ロータギアと噛み合う伝達ギアと、この伝達ギアに形成されたゼネバドグ（間欠回転部材の駆動ピン）によって間欠的に回転されるゼネバ歯車とが設けられている。また、ロータには、鉄等の導電性の材料からなり、周方向に幅が可変のリング部材と、このリング部材と対向に配置されたコイルとからなるロータセンシング部が設けられ、ゼネバ歯車には、段階的に異なる幅を有するリング状の銅箔板と、これと対向に配置された検出コイルとが設けられている。
【０００３】
したがって、特許文献１に開示の回転センサは、ロータセンシング部を構成するコイルの出力信号からステアリングシャフトの１回転以内の回転角度を検出することができると共に、ゼネバ歯車と対向に配置された検出コイルの出力信号からステアリングシャフトの回転数を検出することができ、これによって、−９００°〜＋９００°の回転範囲内のステアリングシャフトの回転角検出を可能にしている。
【０００４】
なお、特許文献１に開示のゼネバ歯車は、回転軸の周方向に複数のスリット（駆動ピン挿入溝）が放射状に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９１３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示の回転センサのように、ゼネバ歯車を用いた装置においては、装置の軽量化及び低コスト化を図るため、合成樹脂の射出成形品からなるゼネバ歯車を用いることが検討されている。
【０００７】
しかしながら、ゼネバ歯車は、比較的大型の本体部に細長いスリットを放射状に形成してなるので、射出成形法により製造すると、合成樹脂が硬化収縮したときに、その形状効果によりスリットの開口部が狭まるように変形し、特にスリットの数が多くなるほど変形が大きくなるため、寸法精度の高いゼネバ歯車を製造することが困難である。このため、このゼネバ歯車を回転センサに適用すると、ゼネバ歯車の回転を高精度に規制することが困難となり、検出信号の出力タイミングがずれて、回転数の正確な検出が困難になる。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、寸法精度の高い合成樹脂の射出成形品からなる、寸法精度の高い間欠回転部材を備えた減速装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、かかる課題を解決するため、第１に、回転軸の周方向に複数の駆動ピン挿入溝が放射状に形成された合成樹脂製の間欠回転部材と、前記駆動ピン挿入溝内に挿入可能に形成された前記間欠回転部材の駆動ピンを備えた回転部材とを有し、前記回転部材に対して前記間欠回転部材を減速回転する減速装置において、前記間欠回転部材に、前記駆動ピン挿入溝を跨いで、その両側を連結する１又は複数の溝連結部を形成するという構成にした。
【００１０】
上述のように、合成樹脂を射出成形することによって間欠回転部材を製造すると、合成樹脂の硬化収縮が生じ、間欠回転部材の形状効果により、駆動ピン挿入溝の開口部が狭まるように間欠回転部材が変形する。しかし、間欠回転部材に、駆動ピン挿入溝を跨いで、その両側を連結する１又は複数の溝連結部を形成すると、この溝連結部が補強部材として機能し、合成樹脂の硬化収縮に起因する駆動ピン挿入溝の変形を防止又は抑制することができるので、スリットの形状やスリットの数に影響されることなく、寸法精度の高い間欠回転部材を得ることができる。
【００１１】
本発明は第２に、前記第１の減速装置において、前記溝連結部を、前記駆動ピン挿入溝の壁面間に設けるという構成にした。
【００１２】
かかる構成によると、溝連結部によって駆動ピン挿入溝の壁面間が補強されるので、合成樹脂の硬化収縮時に駆動ピン挿入溝の壁面に不均一な力が作用しにくく、当該壁面の傾斜を防止することができる。
【００１３】
本発明は第３に、前記第１の減速装置において、前記溝連結部を、前記駆動ピン挿入溝の壁面を除く、前記間欠回転部材の表面間又は裏面間に設けるという構成にした。
【００１４】
かかる構成によると、溝連結部を駆動ピン挿入溝の壁面間に設けないので、間欠回転部材を厚型化することなく駆動ピン挿入溝の深さを確保することができる。よって、駆動ピン挿入溝と回転部材に備えられた駆動ピンとの係合を確実に行うことができ、動作信頼性の高い減速装置とすることができる。
【００１５】
本発明は第４に、前記第３の減速装置において、前記駆動ピン挿入溝の壁面と前記溝連結部の表面との間に、段差を設けるという構成にした。
【００１６】
かかる構成によると、段差を設けた分だけ溝連結部と回転部材に備えられた駆動ピンとが干渉しにくくなるので、動作信頼性の高い減速装置とすることができる。
【００１７】
本発明は第５に、前記第３又は第４の減速装置において、前記溝連結部に沿って信号検出手段を配置したとき、前記間欠回転部材の回転に伴って前記信号検出手段から所要のデジタル信号列が検出されるように、前記溝連結部にコードパターンを形成するという構成にした。
【００１８】
かかる構成によると、溝連結部を信号検出用のコードパターンとして兼用できるので、溝連結部とコードパターンとを別個に形成する必要がなく、多回転絶対角検出装置に適用される間欠回転部材の構成を簡略化できる。また、間欠回転部材の構成が簡略化されることから、間欠回転部材に対する信号検出手段の配列を容易化することができる。
【００１９】
本発明は第６に、前記第１乃至第４の減速装置において、前記駆動ピン挿入溝の壁面間又は前記駆動ピン挿入溝の壁面を除く前記間欠回転部材の表面間又は裏面間に、前記駆動ピン挿入溝を覆う前記溝連結部を設けるという構成にした。
【００２０】
かかる構成によると、間欠回転部材の形状を単純化できるので、形状効果による間欠回転部材の変形をより確実に防止することができる。
【００２１】
本発明は第７に、前記第１乃至第６の減速装置において、前記間欠回転部材の表面側又は裏面側に信号検出手段を配置したとき、前記間欠回転部材の回転に伴って前記信号検出手段から所要のデジタル信号列を検出されるように、前記間欠回転部材の回転軸と同心に、前記溝連結部とは別個のコードパターンを形成するという構成にした。
【００２２】
かかる構成によると、溝連結部とは別個のコードパターンを備えるので、多回転絶対角検出装置に適用することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の減速装置は、回転軸の周方向に複数の駆動ピン挿入溝が放射状に形成された合成樹脂製の間欠回転部材に、駆動ピン挿入溝を跨いでその両側を連結する１又は複数の溝連結部を形成するので、合成樹脂の硬化収縮に起因する駆動ピン挿入溝の変形を防止又は抑制することができ、合成樹脂製の間欠回転部材の寸法精度を高めることができる。よって、駆動ピンによる間欠回転部材の回転制御を高精度に行うことができ、多回転絶対角検出装置に適用した場合に高精度の回転数信号の検出が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る減速装置の構成図である。
【図２】第１実施形態に係る減速装置に適用される間欠回転部材の一部拡大斜視図である。
【図３】第２実施形態に係る間欠回転部材の一部拡大斜視図である。
【図４】第３実施形態に係る間欠回転部材の一部拡大斜視図である。
【図５】第４実施形態に係る間欠回転部材の一部拡大斜視図である。
【図６】多回転絶対角検出装置の機構部の第１例を示す平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図８】多回転絶対角検出装置に備えられる磁気センサの構成図である。
【図９】多回転絶対角検出装置に備えられる信号処理部の構成図である。
【図１０】多回転絶対角検出装置の動作説明図である。
【図１１】多回転絶対角検出装置の機構部の第２例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る減速装置の実施形態を、図１乃至図５に基づいて説明する。図１は第１実施形態に係る減速装置の構成図、図２は第１実施形態に係る減速装置に適用される間欠回転部材の一部拡大斜視図、図３は第２実施形態に係る間欠回転部材の一部拡大斜視図、図４は第３実施形態に係る間欠回転部材の一部拡大斜視図、図５は第４実施形態に係る間欠回転部材の一部拡大斜視図である。
【００２６】
第１実施形態に係る減速装置は、図１に示すように、回転部材２と、該回転部材２が１回転する毎に、該回転部材２に突設された駆動ピン２ａにより所定角度だけ間欠的に回転する合成樹脂製の間欠回転部材３とから主に構成されている。間欠回転部材３は、射出成型法により製造される。
【００２７】
間欠回転部材３は、駆動ピン２ａを挿入可能な６つの駆動ピン挿入溝３ａが間欠回転部材３の回転軸を中心に等間隔な放射状に形成されており、回転部材２が１回転する毎に駆動ピン挿入溝３ａの１ピッチ分、即ち、６０度ずつ間欠的に回転し、その回転の前後では停止する。
【００２８】
間欠回転部材３の裏面側には、図２に示すように、駆動ピン挿入溝３ａを跨いで、該駆動ピン挿入溝３ａの両側を連結する溝連結部６が、間欠回転部材３の裏面との間に若干の段差３ｂを有するように全周にわたって形成されている。このように、間欠回転部材３に、駆動ピン挿入溝３ａを跨いでその両側を連結する溝連結部６を形成すると、この溝連結部６が補強部材として機能し、合成樹脂の硬化収縮に起因する駆動ピン挿入溝３ａの変形を防止又は抑制できるので、寸法精度の高い間欠回転部材とすることができる。したがって、この間欠回転部材３を備えた減速装置を多回転絶対角検出装置に適用した場合、高精度の回転数信号の検出が可能になると共に、回転センサの軽量化及び低コスト化を図ることができる。また、溝連結部６の表面と間欠回転部材３の裏面との間に若干の段差３ｂを設けると、溝連結部６と回転部材２に突設された駆動ピン２ａとが干渉しにくくなるので、動作信頼性の高い減速装置とすることができる。なお、駆動ピン挿入溝３ａの溝深さｄが十分に大きく、溝連結部６と駆動ピン２ａとの干渉を生じない場合には、段差３ｂを省略することもできる。
【００２９】
本例の間欠回転部材３においては、溝連結部６が、これに沿って信号検出手段を配置したとき、間欠回転部材３の回転に伴って所要のデジタル信号を検出するためのコードパターンになっている。このようにすると、溝連結部６を回転検出用のコードパターンとして兼用できるので、溝連結部６とコードパターンとを別個に形成する必要がなく、間欠回転部材３の構成を簡略化できると共に、間欠回転部材３に対する信号検出手段の配列を容易化することができる。なお、信号検出手段としては、光学式、磁気式又は抵抗式などの各種のものを用いることができ、溝連結部６は、使用する信号検出手段の種類に応じた適宜の物性を有するように構成される。
【００３０】
さらに、本例の間欠回転部材３には、図１に示すように、溝連結部６と同心状に配置された突条をもって、第２のコードパターン７が形成されている。もちろん、コードパターンが不要な用途に適用する場合には、これを省略することもできる。
【００３１】
第２実施形態に係る間欠回転部材３は、図３に示すように、駆動ピン挿入溝３ａの溝長さＬに比べて細幅に形成された１本の溝連結部６を、駆動ピン挿入溝３ａの壁面間に設けたことを特徴とする。このようにすると、間欠回転部材３の射出成形時に、溝連結部６が補強部材として機能するので、合成樹脂の硬化収縮を生じた場合にも、駆動ピン挿入溝３ａの壁面が傾斜しにくく、高精度の間欠回転部材３を製造することができる。その他については、第１実施形態に係る減速装置と同じである。
【００３２】
第３実施形態に係る間欠回転部材３は、図４に示すように、駆動ピン挿入溝３ａの溝長さに比べて細幅に形成された複数本（図４の例では、２本）の溝連結部６を、駆動ピン挿入溝３ａの壁面間に設けたことを特徴とする。このように、溝連結部６の本数を増加することにより、射出成形時における駆動ピン挿入溝３ａの変形をより小さくすることができる。その他については、第１実施形態に係る減速装置と同じである。
【００３３】
第４実施形態に係る間欠回転部材３は、図５に示すように、駆動ピン挿入溝３ａを完全に覆うように溝連結部６を形成したことを特徴とする。このようにすると、間欠回転部材３の形状を極めて簡略化できるので、形状効果による間欠回転部材３の変形をより確実に防止することができる。なお、図５の例では、溝連結部６を駆動ピン挿入溝３ａの壁面間に設けたが、かかる構成に代えて、溝連結部６を、間欠回転部材３の表面側又は裏面側に形成することもできる。その他については、第１実施形態に係る減速装置と同じである。
【００３４】
なお、第２実施形態乃至第５実施形態に係る間欠回転部材３についても、第１実施形態に係る間欠回転部材３と同様に、必要に応じて所要数のコードパターンを形成することができる。これにより、多回転絶対角検出装置への適用が可能になる。
【００３５】
以下、本発明に係る減速装置を用いた多回転絶対角検出装置を、第１実施形態に係る減速装置を用いた場合を例にとって説明する。
【００３６】
〈多回転絶対角検出装置の第１例〉
図６は多回転絶対角検出装置の機構部の第１例を示す平面図、図７は図６のＡ−Ａ線に沿う断面図、図８は多回転絶対角検出装置に備えられる磁気センサの構成図、図９は多回転絶対角検出装置に備えられる信号処理部の構成図、図１０は多回転絶対角検出装置の動作説明図である。
【００３７】
図６及び図７に示すように、本例の多回転絶対角検出装置の機構部は、回転体１と、回転体１の回転に連動し回転体１に対して増速回転する従動回転部材２（図１乃至図５に示した回転部材２を適用する。）と、従動回転部材２に突設される駆動ピン２ａと係合して回転体１に対し減速回転するゼネバ歯車からなる間欠回転部材３（図１乃至図５に示した間欠回転部材３を適用する。）と、従動回転部材２の回転中心に取り付けられた磁石４と、磁石４と対向に配置され、従動回転部材２の１回転を１周期とするｓｉｎθ、ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ、−ｃｏｓθの各信号を出力する磁気センサ５と、間欠回転部材３の回転軸を中心とする円周上に形成された第１及び第２のコードパターン６，７と、第１コードパターン６に対向して配置された第１乃至第６の検出素子８〜１３と、第２コードパターン７に対向して配置された第７検出素子１４と、磁気センサ５及び第１乃至第７の検出素子８〜１４を実装する回路基板１５とから主に構成されている。なお、本例の多回転絶対角検出装置では、第１検出手段が磁石４及び磁気センサ５から構成され、第２検出手段が第１，第２のコードパターン６，７と第１乃至第７の検出素子８〜１４とから構成される。
【００３８】
回転体１は、例えば自動車のステアリングシャフトなどに連結され、１回転以上の有限の角度範囲内で回転する。本例においては、中立位置（０度の位置）を中心として±２．５回転の角度範囲（±９００°）で回転するものとする。
【００３９】
回転体１と従動回転部材２とは、回転体１の外周部に形成された第１歯車２１と従動回転部材２の外周部に形成された第２歯車２２とを噛み合わせることにより連結されている。本例においては、第１歯車２１の歯数が第２歯車２２の歯数よりも多く設定されており、回転体１に対して従動回転部材２が増速回転するようになっている。回転体１に対する従動回転部材２の増速比は、後述する１セクタに割り振る角度の大きさによって決定されるが、本例においては、第１歯車の歯数を７２、第２歯車の歯数を６０として増速比が６／５に設定されており、回転体１が±２．５回転する間に従動回転部材２は±３回転する。従動回転部材２の下面には、図２に示すように、間欠回転部材３を間欠回転させるための駆動ピン２ａが突設されている。
【００４０】
磁気センサ５は、図７に示すように、回路基板１５に実装され、所要のクリアランスを介して磁石４と対向に配置される。この磁気センサ５は、図８に示すように、４個の磁気検出素子５ａ〜５ｄからなり、各磁気検出素子５ａ〜５ｄは、短辺方向に磁化された２つの長方形の磁気抵抗素子５Ａ，５Ａの組みから構成されている。各磁気検出素子５ａ〜５ｄは、磁化方向が互いに直交するように組み合わされて、計８つの磁気抵抗素子５Ａを抵抗素子とするブリッジ回路（図示略）が構成され、図示しない固定部材に固定された基板上に設けられる。それらの磁気抵抗素子５Ａは、異方性磁気抵抗効果をもつ強磁性体膜からなり、その抵抗値が磁気センサに作用する磁界の向き（磁界の方向変化）に応じて変化することを利用して従動回転部材２の回転角を検出する。なお、磁気検出素子としては、磁気抵抗素子のほかにホール素子、磁気誘導素子などを用いることもできるが、直流駆動することができ、温度変化による出力変動が小さいことから磁気抵抗素子が特に適する。
【００４１】
各磁気検出素子５ａ〜５ｄは、磁石４の回転中心Ｘと同心の円周上に等分に配置される。したがって、磁石４の回転に伴い、磁気検出素子５ａ〜５ｄからは、図１０（Ｃ）に示すように、位相が磁石４の回転周期の１／４（９０°）ずつずれたｓｉｎθ、ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ、−ｃｏｓθの各信号が出力される。なお、本例の多回転角検出装置は、回転体１が１回転する間に磁石４が１．２回転するように歯車２１，２２の歯数が設定されているので、回転体１が１回転する間に磁気検出素子５ａ〜５ｄからは、ｓｉｎθ、ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ、−ｃｏｓθの各信号が１．２周期分出力される。このように第１検出手段を構成すると、簡単な構成でアナログ信号を容易に生成することができる。
【００４２】
間欠回転部材３は、上述のように、駆動ピン２ａを挿入可能な６つの駆動ピン挿入溝３ａが間欠回転部材３の回転軸を中心に放射状に形成されており、従動回転部材２が１回転（３６０°回転）する毎に駆動ピン挿入溝３ａの１ピッチ分、即ち、６０度ずつ間欠的に回転し、その回転の前後では停止する。
【００４３】
第１及び第２のコードパターン６，７は、遮光板をもって構成されており、光学式の信号検出手段を用いて信号の検出が行えるようになっている。
【００４４】
第１乃至第７の検出素子８〜１４としては、発光素子と受光素子とが一体に形成されたフォトインタラプタが用いられる。これら第１乃至第７の検出素子８〜１４は、第１又は第２のコードパターン６，７を介してその両側に発光素子と受光素子とが配置されるようにして回路基板１５に実装される。本例において、図６に示す第１，第２のコードパターン６，７、及び第１乃至第７の検出素子８〜１４の配列は、図１０（Ｅ）に示すタイミングでＤ１〜Ｄ７のデジタル信号が出力されるように適宜設定される。
【００４５】
次に、本例に係る多回転絶対角検出装置の信号処理部５０について説明する。図９に示すように、本例の信号処理部５０は、磁気センサ５から出力されるｓｉｎθ、ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ、−ｃｏｓθの各信号を増幅する第１乃至第４の増幅器３１〜３４と、増幅されたｓｉｎθ、ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ、−ｃｏｓθの各信号をＡ／Ｄ変換する第１乃至第４のＡ／Ｄ変換器３５〜３８と、Ａ／Ｄ変換されたｓｉｎθ、ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ又は−ｃｏｓθからｔａｎ−１θの信号、すなわちｓｉｎθ／ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ／−ｃｏｓθ、ｃｏｓθ／−ｓｉｎθ又は−ｃｏｓθ／ｓｉｎθをそれぞれ算出すると共に、算出されたｔａｎ−１θの信号の１周期（１８０°）を１セクタ（３００度）にするための演算を行う演算部３０と、演算部３０から出力される信号（アナログ信号）、及び第１乃至第７の検出素子８〜１４から入力される信号（デジタル信号）に基づいて回転体１の回転角度を検出する角度検出部４０とから主に構成されている。なお、角度検出部４０は、予め記憶しているセクタと６ビットコード列及び７ビットコード列との対応関係に基づいて、第１乃至第７の検出素子８〜１４から入力される信号からセクタを識別し、識別したセクタと演算部３０から出力される信号とによって回転体１の回転角度を決定する。また、演算部３０で複数に分割されるセクタ数は、回転体１に対する間欠回転部材３の減速比、具体的には回転体１の第１歯車２１の歯数、従動回転部材２の第２歯車２２の歯数、及び従動回転部材２の駆動ピン２ａと係合する間欠回転部材３の溝３ａの数に基づいて適宜設定される。
【００４６】
次に、図１０に基づいて多回転絶対角検出装置の動作を説明する。図１０において、（Ａ）は、回転体１及び従動回転部材２の回転角の関係、（Ｂ）は、回転体１の回転角と間欠回転部材３の回転角との関係、（Ｃ）は、回転体１の回転角に応じた磁気センサ５の出力信号、（Ｄ）は、回転体１の回転角に応じた演算部３０からの出力信号、（Ｅ）は、回転体１の回転角に応じた第１乃至第７検出素子８〜１４からの出力信号の説明図であり、（Ｆ）は、回転体１の回転角に応じたグレイコード１，２及び１ビットコードを示す説明図である。
【００４７】
図１０に示すように、回転体１が±９００°回転（±２．５回転）すると、従動回転部材２が±１０８０°回転（±３回転）し、回転体１が３００°回転する毎に間欠回転部材３が６０°ずつ間欠的に回転する。また、従動回転部材２が回転体１と連動し回転すると、磁気センサ５から、ｓｉｎθ、ｃｏｓθ、−ｓｉｎθ、−ｃｏｓθの各信号が出力され、演算部３０から、回転体１の全可動範囲が６セクタをなすように、それらの各信号に基づいて演算された１周期３００°の逆正接信号が出力される。角度検出部４０は、演算部３０から出力される逆正接信号であるアナログ信号と、第１乃至第７検出素子８〜１４からの出力信号に基づいて組合わせたデジタルコード、すなわち後述するグレイコード１，２及び１ビットコードとを対応させて回転体１の絶対角度を検出する。以下、回転体１及び従動回転部材２の角度０°を０セクタに対応させて、グレイコード１，２とセクタとの関係を説明する。
【００４８】
グレイコード１は、第１、第３及び第５の検出素子８，１０，１２の出力信号Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５の組合せから作成される３ビットのグレイコードであり、回転体１が３００度回転する毎に１ビットずつ変化し、かつ回転体１の３６０度を超える有限の角度範囲の両端のグレイコードが同一になるように構成されている。グレイコード２は、第２、第４及び第６の検出素子９，１１，１３の出力信号Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６から作成される３ビットのグレイコードであり、グレイコード１と同様に、３００°回転する毎に１ビットずつ変化し、かつ両端のグレイコードが同一になるように構成されている。
【００４９】
グレイコード１のコード切換部とグレイコード２のコード切換部は、相互にずれるように設定される。グレイコード１とグレイコード２のコード切換部は、図１０（Ｄ）に示す逆正接信号が直線上に立ち上がる部分から急激に立ち下がる部分への切り換わり量が各検出素子８〜１３の取付誤差などに起因してずれる領域と重複しないように設定される。
【００５０】
このようにすると、グレイコード１とグレイコード２とを組合わせた６ビットコードは、回転体１の回転にしたがって、例えば図１０（Ｆ）に示すように、０セクタからプラス方向に「１０１１０１」、「００１１０１」、「００１００１」へと１ビットずつ変化すると共に、マイナス方向へも同様に変化する循環型グレイコード列をなす。なお、それらの６ビットコードのうち、互いに異なるコードのグレイコード１，２を組合わせた６ビットコードは、セクタの切り換わる領域（セクタ切換領域）に対応し、一方、同一コードのグレイコード１，２を組合わせた６ビットコードは、セクタ切換領域を除いた領域に対応する。
【００５１】
したがって、角度検出部４０では、６ビットコードに基づいてセクタを識別できる。例えば、６ビットコード「１０１１０１」はそのコードの並びから０セクタに対応し、６ビットコード「００１００１」は＋１セクタに対応することが判る。また、６ビットコード「００１１０１」は０セクタと＋１セクタ間に介在するセクタ切換領域に対応することが判るので、演算部３０から出力されるｔａｎ−１θの信号の値を参照することによってどちらのセクタに対応するのかを正しく識別できる。例えば、「００１１０１」に対応する演算部３０からの出力値がＡであるとき、出力値Ａが所定値（例えば演算部３０からの出力信号の最大値と最小値の平均値）よりも小さいことから＋１セクタに対応することが判り、その結果＋１セクタであることを正しく識別できる。
【００５２】
ところで、第１乃至第６検出素子８〜１３のうちのひとつが故障すると、６ビットコード列に基づきその故障を直ちに判別できる場合と、その故障を判別できずに誤ったセクタを識別してしまう場合とが生じる。例えば、０セクタに対応する６ビットコードが「１０１１０１」であるところ、第２検出素子９が故障して「１」だけを出力して「１１１１０１」となる場合、本例による循環型グレイコードにはこのようなコードが存在しないので、第１乃至第６検出素子８〜１３のうちのひとつが故障していることを直ちに判別できる。一方、−１セクタと０セクタ間のセクタ切換領域にある本来０セクタ（６ビットコードが「１０１１００」）が、もし第１検出素子８が故障して「０」を出力すると共に、間欠回転部材３などの寸法誤差や取付誤差の影響でコード切換部に位相ずれが生じて「００１１０１」となる場合、演算部３０からの出力値Ａを参照して０セクタと＋１セクタ間のセクタ切換領域「００１１０１」であると判断してしまい、セクタ１と誤って判別することになる。
【００５３】
そこで、６ビットコードに第７検出素子１４の出力信号Ｄ７による１ビットコードを組合わせた７ビットコードに基づいてセクタを検出すれば、もし検出素子に故障が生じた場合、その故障の存在を判別することができ、セクタを誤って識別して角度検出するという問題を回避することができる。たとえば上述のように、−１セクタと０セクタ間のセクタ切換領域内の６ビットコード「１０１１００」について、第１検出素子８が故障して「０」を出力し、かつ間欠回転部材３の寸法誤差や取付誤差の影響でコード切換部に位相ずれが生じて「００１１０１」となる場合、６ビットコード「００１１０１」に１ビットコード「１」を組合わせた７ビットコード「００１１０１１」に基づきセクタを検出すれば、本例による７ビットコードにはこのようなコードが存在しないので、第１乃至第６検出素子８〜１３のうちのひとつが故障していることを判別できる。この１ビットコードは、セクタ切換領域と重複しないように、セクタ切換領域の直前で立上りかつ直後で立ち下がるデジタル信号にすると共に、ひとつおきのセクタ切換領域の一方を「１」、他方を「０」に設定することによって構成される。なお、１ビットコードの立上り位置及び立下り位置とセクタ切換領域との間に設定する位相差の大きさを、間欠回転部材３の寸法誤差や取付誤差の影響などで生じるコード切換部の位相ずれの大きさよりも小さく設定すると、７ビットコードでセクタを検出しても第１乃至第６の検出素子８〜１３のうちのひとつが故障したことを判別できないことがある。
【００５４】
このように、本例の多回転絶対角検出装置は、信号処理部においてデジタル信号に基づいて回転体１の全可動範囲±２．５回転（±９００度）を複数のセクタに分割し、各セクタ内の回転角度を磁気センサ５から出力される信号から演算により求められるアナログ信号、すなわちｔａｎ−１θに対応させて回転体１の絶対角度を検出するので、信号処理部における角度検出を複雑化することなく、簡単な信号処理によって３６０度以上の角度範囲内の絶対角度を高精度に検出することができる。また、各セクタ内の角度を単調増加又は単調減少するデータに基づいて求めることができ、回転体の絶対角度を容易に検出することができる。さらに本例は、デジタル信号である６ビットコードが循環型グレイコードであるため、どの６ビットコードを回転中立位置に設定しても、回転体１の３６０度を超える有限の角度範囲内で回転体１が３００度回転する毎に１ビットずつ変化し、かつ両端の６ビットコードが同一となるので、それら６ビットコードのうち任意のひとつを選択して回転中立位置に対応させるだけで多回転絶対角検出装置の回転中立位置を設定でき、多回転絶対角検出装置の回転中立位置を極めて容易に設定できる。また、本例の多回転絶対角検出装置は、間欠回転部材３としてゼネバ歯車を用いたので、信頼性及び静粛性に優れる。
【００５５】
〈多回転絶対角検出装置の第２例〉
第２例に係る多回転絶対角検出装置は、図１１に示すように、回転体１と従動回転部材２との間に、回転体１の回転を従動回転部材２に伝達する中間回転部材２３を配置したことを特徴とする。
【００５６】
中間回転部材２３は、歯数が異なる第３歯車２４（歯数５０）と第４歯車２５（歯数３０）を同心に形成したものであって、第３歯車２４は回転体１に形成された第１歯車２１と噛み合わされ、第４歯車２５は従動回転部材２に形成された第２歯車２２と噛み合わされる。その他の構成については、第１例に係る多回転絶対角検出装置と同じであるので、説明を省略する。
【００５７】
図１１の構成によれば、回転体１に対する間欠回転部材３の減速比が、回転体１に対する従動回転部材２の増速比と、中間回転部材２３に対する従動回転部材２の減速比と、従動回転部材２に対する間欠回転部材３の減速比との積算値となり、従動回転部材２を介装しない第１実施形態の構成の減速比よりも大きく設定できるため、ゼネバ歯車のように減速比を大きくすると極端に大型化する間欠回転部材３を大きくすることなく全体の減速比を大きく設定できるので、多回転絶対角検出装置の小型化を図ることができる。
【００５８】
なお、前記多回転絶対角検出装置においては、デジタルコード検出手段を遮光板とフォトインタラプタの組合せをもって形成したが、透孔や切り欠きなどの光学パターンとフォトインタラプタとの組合せ、磁気パターンと磁気検出素子との組合せ、又は抵抗体パターンと集電ブラシとの組合せなどをもって構成することもできる。
【００５９】
また、前記多回転絶対角検出装置においては、合計７個の検出素子を用いて「グレイコード１」、「グレイコード２」及び「１ビットのコード」を生成したが、各検出素子の取付誤差等が問題にならない場合には、合計３個の検出素子を用いて３ビットのセクタ識別用グレイコードを１つだけ生成すれば足りる。
【符号の説明】
【００６０】
２ 回転部材（従動回転部材）
２ａ 駆動ピン
３ 間欠回転部材
３ａ 駆動ピン挿入溝
６ 溝連結部（第１コードパターン）
７ 第２コードパターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周方向に複数の駆動ピン挿入溝が放射状に形成された合成樹脂製の間欠回転部材と、前記駆動ピン挿入溝内に挿入可能に形成された前記間欠回転部材の駆動ピンを備えた回転部材とを有し、前記回転部材に対して前記間欠回転部材を減速回転する減速装置において、
前記間欠回転部材に、前記駆動ピン挿入溝を跨いで、その両側を連結する１又は複数の溝連結部を形成したことを特徴とする減速装置。
【請求項２】
前記溝連結部を、前記駆動ピン挿入溝の壁面間に設けたことを特徴とする請求項１に記載の減速装置。
【請求項３】
前記溝連結部を、前記駆動ピン挿入溝の壁面を除く、前記間欠回転部材の表面間又は裏面間に設けたことを特徴とする請求項１に記載の減速装置。
【請求項４】
前記駆動ピン挿入溝の壁面と前記溝連結部の表面との間に、段差を設けたことを特徴とする請求項３に記載の減速装置。
【請求項５】
前記溝連結部に沿って信号検出手段を配置したとき、前記間欠回転部材の回転に伴って前記信号検出手段から所要のデジタル信号列が検出されるように、前記溝連結部にコードパターンを形成したことを特徴とする請求項３及び請求項４のいずれか１項に記載の減速装置。
【請求項６】
前記駆動ピン挿入溝の壁面間又は前記駆動ピン挿入溝の壁面を除く前記間欠回転部材の表面間又は裏面間に、前記駆動ピン挿入溝を覆う前記溝連結部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の減速装置。
【請求項７】
前記間欠回転部材の表面側又は裏面側に信号検出手段を配置したとき、前記間欠回転部材の回転に伴って前記信号検出手段から所要のデジタル信号列を検出されるように、前記間欠回転部材の回転軸と同心に、前記溝連結部とは別個のコードパターンを形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の減速装置。
【請求項１】
回転軸の周方向に複数の駆動ピン挿入溝が放射状に形成された合成樹脂製の間欠回転部材と、前記駆動ピン挿入溝内に挿入可能に形成された前記間欠回転部材の駆動ピンを備えた回転部材とを有し、前記回転部材に対して前記間欠回転部材を減速回転する減速装置において、
前記間欠回転部材に、前記駆動ピン挿入溝を跨いで、その両側を連結する１又は複数の溝連結部を形成したことを特徴とする減速装置。
【請求項２】
前記溝連結部を、前記駆動ピン挿入溝の壁面間に設けたことを特徴とする請求項１に記載の減速装置。
【請求項３】
前記溝連結部を、前記駆動ピン挿入溝の壁面を除く、前記間欠回転部材の表面間又は裏面間に設けたことを特徴とする請求項１に記載の減速装置。
【請求項４】
前記駆動ピン挿入溝の壁面と前記溝連結部の表面との間に、段差を設けたことを特徴とする請求項３に記載の減速装置。
【請求項５】
前記溝連結部に沿って信号検出手段を配置したとき、前記間欠回転部材の回転に伴って前記信号検出手段から所要のデジタル信号列が検出されるように、前記溝連結部にコードパターンを形成したことを特徴とする請求項３及び請求項４のいずれか１項に記載の減速装置。
【請求項６】
前記駆動ピン挿入溝の壁面間又は前記駆動ピン挿入溝の壁面を除く前記間欠回転部材の表面間又は裏面間に、前記駆動ピン挿入溝を覆う前記溝連結部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の減速装置。
【請求項７】
前記間欠回転部材の表面側又は裏面側に信号検出手段を配置したとき、前記間欠回転部材の回転に伴って前記信号検出手段から所要のデジタル信号列を検出されるように、前記間欠回転部材の回転軸と同心に、前記溝連結部とは別個のコードパターンを形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の減速装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１７５０５６（Ｐ２０１０−１７５０５６Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１５６１（Ｐ２００９−２１５６１）
【出願日】平成２１年２月２日（２００９．２．２）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２日（２００９．２．２）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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