JP3064715B2

JP3064715B2 - 回転角度センサ

Info

Publication number: JP3064715B2
Application number: JP4358474A
Authority: JP
Inventors: 勉池田
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 2000-07-12
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: JPH06201314A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シャフトの回転角度を
検出する回転角度センサに関し、特に強磁性磁気抵抗素
子を用いた無接触型の回転角度センサに係る。

【０００２】

【従来の技術】近時、回転角度あるいは回転位置を検出
するセンサに関し、無接触機構を構成し、あるいはシャ
フトの慣性損失を小さくする等の要請から磁気センサの
利用が注目されている。この磁気センサには磁気抵抗素
子が用いられ、素子の板面がシャフトの先端に装着され
た永久磁石に対向するように配置されている。

【０００３】上記磁気抵抗素子としては半導体磁気抵抗
素子と強磁性磁気抵抗素子が知られている。前者は半導
体の電気抵抗が磁界中で変化する性質を利用したもので
ある。後者は磁界中の強磁性体に関し磁化方向と電流方
向のなす角度によって抵抗が異方的に変化する性質を利
用したものである。これは異方性磁気抵抗効果と呼ば
れ、磁界の大きさによる負性磁気抵抗効果と区別され
る。即ち、通常の強磁性体にあっては、異方性磁気抵抗
効果により電流と磁化方向が平行になった時に抵抗が最
大となり、直交した時に最小となる。而して、この効果
を利用すべく基板の板面に薄膜の強磁性金属が折線状に
付着されて強磁性磁気抵抗素子が構成され、例えば特開
昭６２−２３７３０２号公報に記載のように、強磁性磁
気抵抗素子がシャフトの端面とこの端面の対向位置の何
れか一方に設けられ、他方に永久磁石が設けられた回転
位置検出装置が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に記載の磁気
センサに関し、強磁性磁気抵抗素子に対する永久磁石の
位置、即ち両者間の間隙を所定の値に設定する手段は開
示されておらず、実際に製造する場合には、基板の支持
部の公差、シャフト長さの公差、軸受長さの公差、軸受
の支持部の公差等が重畳されることになるので、上記の
間隙を所定の値に設定することは極めて困難でありバラ
ツキが生ずる。このような強磁性磁気抵抗素子と永久磁
石との間の間隙のバラツキは前者に対する磁束密度のバ
ラツキとなり、結局製品の性能のバラツキを惹起する。

【０００５】このため、本件出願人は特願平４−２９６
３３３号の出願において、強磁性磁気抵抗素子に対する
磁石部材の相対位置精度を良好なものとし、安定した出
力特性を確保すべく、基板の板面に強磁性磁気抵抗素子
を付着した検出素子と、検出素子に対して相対的に回転
するシャフトと、シャフトの一方の端部に対し軸方向に
移動可能に装着し所定位置でシャフトに固定する蓋体
と、蓋体とシャフトの端面との間に収容し蓋体に密着さ
せ、少くとも強磁性磁気抵抗素子を含む磁界を形成する
磁石部材とを備え、磁石部材と強磁性磁気抵抗素子との
間の所定の間隙に応じて蓋体をシャフトに固定するよう
にした回転角度センサを提案している。

【０００６】更に、同出願の実施例としてシャフトの他
方の端部にレバーをかしめ結合すると共に、シャフトに
固定した蓋体を検出素子方向に付勢する皿ばねを設ける
こととしている。これは、回転角度センサが振動したと
き、シャフトが軸方向に移動しないように検出素子方向
に付勢することとしたものであるが、シャフト及びレバ
ーの重量が大であると、これに抗するため皿ばねの付勢
力を大とする必要があり、また、蓋体がシャフトから脱
落しないように確実に固定するため接合部分を広くする
必要が生じ、従ってシャフト回りの構造が大型となる。
尚、シャフト回りの構造については、特開平３−２３５
００２号公報、特開平４−３２４３０２号公報等にも開
示されているが、磁石部材の支持構造は前掲の出願の構
造とは異なり、また、レバーはシャフトにかしめ結合さ
れており組付が容易ではない。

【０００７】そこで、本発明は無接触型の回転角度セン
サにおいて、安定した出力特性を確保し得るシャフト支
持構造とすると共に、小型、軽量化を図ることを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の回転角度センサは、強磁性磁気抵抗素子を
有する検出素子と、該検出素子を支持するハウジング
と、該ハウジングに回動自在に支持し前記検出素子に対
して相対的に回転するシャフトと、該シャフトの一方の
端部に一体的に形成した樹脂製のレバーと、前記シャフ
トの他方の端部に対し軸方向に移動可能に装着し所定位
置で前記シャフトに固定する蓋体と、該蓋体と前記シャ
フトの他方の端部との間に収容し少くとも前記強磁性磁
気抵抗素子を含む磁界を形成する磁石部材と、前記蓋体
と前記ハウジングとの間に介装し前記シャフトを前記検
出素子方向に付勢する弾性部材とを備えることしたもの
である。

【０００９】

【作用】上記の構成になる回転角度センサにおいては、
シャフトの一方の端部にレバーが樹脂によって一体的に
形成される。また、シャフトの他方の端部と蓋体との間
に磁石部材が収容された後、蓋体が所定位置でシャフト
に固定されると共に、蓋体とハウジングとの間に弾性部
材が介装され、シャフトが検出素子方向に付勢される。
これにより、シャフトがハウジングに適切に支持される
と共に、磁石部材の強磁性磁気抵抗素子に対する固定位
置が適切に調整され、相対位置精度は良好なものとな
る。而して、レバーが駆動されるとシャフトが回転し、
磁石部材が検出素子に対して相対的に回転する。この相
対的な回転に応じ、検出素子の強磁性磁気抵抗素子を含
む平行磁束の磁界が変化するのでその抵抗値が変化し、
検出素子からシャフトの回転に応じた信号が出力され
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の回転角度センサを内燃機関の
スロットルポジションセンサに適用した実施例について
図面を参照して説明する。電子制御燃料噴射装置を搭載
した内燃機関においては、スロットルポジションセンサ
が装着され、その出力信号が燃料噴射制御等に供されて
いる。このスロットルポジションセンサはスロットルバ
ルブシャフトに連結され、通常、スロットルバルブ開度
（以下、スロットル開度という）に応じて変化するスロ
ットル開度信号と、アイドル域か出力域かによりオンオ
フするアイドル信号が出力される。このスロットルポジ
ションセンサとして、無接触型の回転角度センサが用い
られている。

【００１１】図１は本発明の一実施例に係るスロットル
ポジションセンサ１を示すもので、図示しないスロット
ルボデーに装着され、シャフト２が図示しないスロット
ルシャフトに連動して回動するように支持されている。
即ち、スロットルポジションセンサ１は隣接する二つの
凹部３ａ，３ｂを有する合成樹脂製のハウジング３を備
え、これらの凹部３ａ，３ｂ間の隔壁３ｃに、軸受４を
介してシャフト２が回動自在に支持されている。尚、軸
受４はハウジング３と一体的に形成されて所定位置に固
定されており、凹部３ａ内の軸受４回りにはカラー２４
が配設されている。

【００１２】シャフト２の一方の端部にはレバー５が一
体的に形成されている。即ち、シャフト２の一方の端部
には現状溝２ａが形成されており、これを囲繞するよう
に合成樹脂によってレバー５が一体成形される。このレ
バー５はハウジング３の一方の凹部３ａ内に収容され、
図示しないスロットルシャフトに連結される。ハウジン
グ３とレバー５との間にはリターンスプリング６が介装
されており、レバー５が所定の初期位置方向に付勢され
ている。従って、図示しないスロットルバルブの開作動
に伴い、スロットルシャフトに連動するレバー５がリタ
ーンスプリング６の付勢力に抗して駆動され、シャフト
２が回動するように構成されている。シャフト２の他方
の端部には本発明にいう磁石部材たるロータマグネット
２０が装着されている。尚、このロータマグネット２０
の取付構造については後述する。

【００１３】また、ハウジング３の他方の凹部３ｂ内に
おいて、ロータマグネット２０に対向する位置に、本発
明の検出素子たる磁気センサ１０が配設されている。磁
気センサ１０は、矩形の素子基板の一方の面（図１の下
方側の面）に帯状のＮｉ−Ｃｏ合金等の薄膜強磁性合金
から成る強磁性磁気抵抗素子（以下、単に磁気抵抗素子
という）が付着されている。この磁気抵抗素子は、その
抵抗値変化率が、所定の磁束密度、例えば１０ｍＴで飽
和する性質を有し、高抵抗化を図るため帯状の薄膜強磁
性合金が折曲され、前掲の公報に示すようなパターン形
状に形成されている。更に、磁気センサ１０の他方の面
（図１の上方側の面）には図１に示すバイアスマグネッ
ト１１が接着剤によって所定位置に固定されている。

【００１４】上記のように構成された磁気センサ１０
は、図１に示すようにハイブリッドＩＣ基板３０（以
下、単にＩＣ基板３０という）に実装され、その端部に
は複数のターミナル７が接続されている。ターミナル７
はハウジング３内に埋設されており、側方に延出してハ
ウジング３と一体にコネクタ８が形成されている。ＩＣ
基板３０はハウジング３の凹部３ｂ内に収容され、支持
面３ｄに支持されており、凹部３ｂはゴム製のシール部
材１９を介して合成樹脂製のカバー９により密閉され
る。そして、磁気センサ１０はＩＣ基板３０の一方の面
に付着されるが、更にＩＣ基板３０全体を合成樹脂によ
りモールドすることとしてもよい。而して、磁気抵抗素
子にはロータマグネット２０とバイアスマグネット１１
の両マグネットの合成磁界が印加されるところとなる。
尚、ＩＣ基板３０には磁気センサ１０の出力信号を処理
する検出回路素子等が実装されているが、周知であるの
で説明は省略する。

【００１５】上記ロータマグネット２０はシャフト２に
対し以下に説明するように装着され、シャフト２と一体
となって回転するように構成されている。即ち、シャフ
ト２の他方の端部には軸方向に凹部２ｂが形成されてお
り、シャフト２の一方の端部に形成されたレバー５にリ
ターンスプリング６が組付けられた後、軸受４内に挿入
され、レバー５がカラー２４に当接した状態で支持され
る。シャフト２がこのように支持された状態で、凹部２
ｂに圧縮スプリング２１が収容され、その上にロータマ
グネット２０が収容される。また、本発明にいう弾性部
材たる環状の皿ばね２３がシャフト２回りに嵌合され軸
受４に着座する。そして、ロータマグネット２０の頂部
に嫌気性の接着剤が塗布された後、有底筒体形状の蓋体
２２がシャフト２に圧入される。これにより、ロータマ
グネット２０は圧縮スプリング２１によって蓋体２２の
底面に押圧された状態となり、蓋体２２に強固に接着さ
れる。

【００１６】この場合において、ハウジング３に固着さ
れた軸受４回りにはカラー２４が装着され、蓋体２２と
軸受４との間には皿ばね２３が介装されているので、蓋
体２２の圧入によりシャフト２は、レバー５及びカラー
２４を介して、ハウジング３に対する軸方向の移動が規
制されると共に、皿ばね２３によって、軸受４ひいては
ハウジング３に対し、これから磁気センサ１０の方向
（図１の上方）に付勢された状態となる。

【００１７】而して、ＩＣ基板３０を例えば所定厚さの
シム板（図示せず）を介して、蓋体２２の頂面が支持面
３ｄと同一面となるまで、即ちＩＣ基板３０がハウジン
グ３の支持面３ｄに当接するまで押圧し、蓋体２２をシ
ャフト２に圧入することにより、蓋体２２の頂面とＩＣ
基板３０の下面との間隙が上記シム板の所定厚さと等し
い値となる位置で蓋体２２がシャフト２に固定される。
このとき、例えば軸受２等の寸法にばらつきがあっても
圧縮スプリング２１によって吸収されるので、蓋体２２
とＩＣ基板３０との間隙、ひいてはロータマグネット２
０と磁気抵抗素子との間隙は所定の値に保持される。

【００１８】このように、本実施例によれば特別な治具
を必要とすることなく、蓋体２２をＩＣ基板３０に対し
所定の間隙を以て対峙するように配設することができる
と共に、皿ばね２３によって所定の間隙が維持される。
このときの皿ばね２３の付勢力は、レバー５が従来に比
し軽量であるので、従来より小さくてよく、従って蓋体
２２と軸受４との間隙を小さくすることができると共
に、蓋体２２とシャフト２の接合部を小さくすることが
できる。尚、蓋体２２はシャフト２に対し圧入ではなく
螺着によって固定することとしてもよい。また、圧縮ス
プリング２１を設けることなく、予め接着剤によってロ
ータマグネット２０を蓋体２２の底部に接着しておくこ
ととしてもよい。

【００１９】上記の構成になる本実施例のスロットルポ
ジションセンサ１において、図示しないスロットルバル
ブに連動して図１に示すレバー５が駆動されシャフト２
が軸受４内で回動する。このシャフト２の回動に伴いロ
ータマグネット２０による磁界も回転し、磁気抵抗素子
に対してこれを含む平行磁束の磁界の方向が変化する。
即ち、ロータマグネット２０の磁界とバイアスマグネッ
ト１１のバイアス磁界との合成磁界の方向が変化する。
而して、異方性磁気抵抗効果により磁気抵抗素子の抵抗
値が変化し、磁気センサ１０からシャフト２の回転に応
じた信号が出力され、シャフト２の回転角に対する磁気
センサ１０の出力特性は、広範囲のリニアリティを有す
る特性となる。

【００２０】以上のように、本実施例によれば、レバー
５は合成樹脂によりシャフト２に一体的に形成されてい
るので軽量であり、組付も不要となる。そして、蓋体２
２と軸受４との間に皿ばね２３が介装され磁気センサ１
０方向に付勢されているので、シャフト２をハウジング
３に対して所定の位置に適切に支持することができる。
また、蓋体２２のシャフト２に対する固定位置が、ロー
タマグネット２０と磁気センサ１０との間の所定の間隙
に応じて調整されるので、ロータマグネット２０の磁気
センサ１０に対する相対位置変化に起因する誤差は小さ
く抑えられ、所期の出力特性が得られる。

【００２１】図３は本発明の他の実施例を示すもので、
前述の実施例ではシャフト２とレバー５が別部材で形成
されているのに対し、これらを合成樹脂により一体で形
成し、一部材の回転体５０としたものである。その他の
構成は前述の実施例と同様であるので主な部品と同一符
号を付して説明は省略する。而して、本実施例によれば
レバーのみならずシャフトも合成樹脂によって形成され
るので、一層軽量となる。また、これにより皿ばね２３
の付勢力を更に小とし、蓋体２２と軸受４との間隙を小
さくすることができると共に、蓋体２２とシャフト２の
接合部を小さくすることができるので、一層の小型化が
可能となる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で以下に記載の効果を奏する。即ち、本発明の回転角度
センサにおいては、シャフトの一方の端部にレバーが樹
脂によって一体的に形成され、シャフトの他方の端部と
蓋体との間に磁石部材が収容された後、蓋体が所定位置
でシャフトに固定されると共に、蓋体とハウジングとの
間に弾性部材が介装され、シャフトが検出素子方向に付
勢されるように構成されているので、磁石部材の装着位
置の変動による出力特性の変化を防止することができ、
安定した出力特性が得られる。しかも、レバーが軽量と
なり、付勢力が小さい弾性部材によってシャフトをハウ
ジングに適切に支持することができ、蓋体とシャフトと
の接合部も小さくすることができるので、全体として小
型、軽量に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転角度センサの一実施例に係るスロ
ットルポジションセンサの縦断面図である。

【図２】本発明の一実施例におけるシャフト先端部の拡
大断面図である。

【図３】本発明の回転角度センサの他の実施例に係るス
ロットルポジションセンサの縦断面図である。

【符号の説明】

２シャフト３ハウジング４軸受５レバー６リターンスプリング１０磁気センサ（検出素子）１１バイアスマグネット２０ロータマグネット（磁石部材）２１圧縮スプリング２２蓋体２３皿ばね（弾性部材）３０ハイブリットＩＣ基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 G01D 5/00 - 5/252 G01D 5/39 - 5/62

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】強磁性磁気抵抗素子を有する検出素子
と、該検出素子を支持するハウジングと、該ハウジング
に回動自在に支持し前記検出素子に対して相対的に回転
するシャフトと、該シャフトの一方の端部に一体的に形
成した樹脂製のレバーと、前記シャフトの他方の端部に
対し軸方向に移動可能に装着し所定位置で前記シャフト
に固定する蓋体と、該蓋体と前記シャフトの他方の端部
との間に収容し少くとも前記強磁性磁気抵抗素子を含む
磁界を形成する磁石部材と、前記蓋体と前記ハウジング
との間に介装し前記シャフトを前記検出素子方向に付勢
する弾性部材とを備えたことを特徴とする回転角度セン
サ。