JP3086553B2 - スロットルポジションセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に装着される
スロットルポジションセンサに関し、特に強磁性磁気抵
抗素子を用いた無接触型のスロットルポジションセンサ
に係る。

【０００２】

【従来の技術】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。このようなスロットルポジシ
ョンセンサに関し、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が
利用されており、シャフトの先端に装着された永久磁石
に対向するように磁気抵抗素子が配置されている。

【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及び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】そして、特開平２−２９８８０２号公報に
は無接触型回転角度センサを利用し、スロットル開度の
みならずアイドル域も検出し得るようにしたスロットル
ポジションセンサが提案されている。即ち、アイドル域
の検出用として、長手方向成分がスロットルバルブ閉位
置における磁石部材の磁束方向に対し所定角度偏位した
パターン形状の磁気抵抗素子が用いられ、シャフトの停
止位置近傍で磁気抵抗素子の出力信号がシャフトの回転
角度に対しリニアとなるように入出力信号特性が設定さ
れるように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】スロットルポジション
センサにおいては、スイッチ機能も具備することが要請
され、位置検出スイッチ、例えばアイドル域を検出する
アイドルスイッチが設けられている。このアイドルスイ
ッチは、強磁性磁気抵抗素子を用いて構成することが可
能であるが、この場合には、強磁性磁気抵抗素子も温度
変化に応じて抵抗値変化率が変動し、温度特性を有して
いるので、上記アイドル域の検出時には周囲温度に応じ
て補正する必要がある。このため、上記特開平２−２９
８８０２号公報に記載のスロットルポジションセンサに
おいても別途温度補償抵抗を設ける等の対策を講ずる必
要があり、回路構成も複雑となる。

【０００６】そこで、本発明はスロットルポジションセ
ンサにおいて、強磁性磁気抵抗素子を用いて無接触型と
すると共に、周囲の温度変化に影響されないスイッチ機
能を確保し、例えばアイドル域を適切に検出し得るよう
にすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のスロットルポジションセンサは、スロット
ルバルブに連動して回転するシャフトと、該シャフトを
回動自在に支持するハウジングと、該ハウジング内に収
容し長手方向成分が相互に直交する一対のブロックの強
磁性磁気抵抗素子を基板に付着し、前記一対のブロック
間の接続点を出力端子とする検出素子と、少くとも前記
強磁性磁気抵抗素子を含む回転磁界を形成する磁石部材
とを備え、前記強磁性磁気抵抗素子の各々のブロックの
長手方向成分に対し初期位置における前記回転磁界の磁
束の方向が４５°の角度を成すように、前記磁石部材及
び前記強磁性磁気抵抗素子の何れか一方を前記シャフト
の端部に配置すると共に、該端部に対向する位置の前記
ハウジングに前記磁石部材及び前記強磁性磁気抵抗素子
の他方を配置することとしたものである。

【０００８】

【作用】上記の構成になるスロットルポジションセンサ
においては、スロットルバルブに連動してシャフトが回
転すると、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
抗素子を構成する一対のブロックに対してこれらを含む
平行磁束の磁界が回転するので、異方性磁気抵抗効果に
より各ブロックの抵抗値が変化する。この場合におい
て、強磁性磁気抵抗素子と磁石部材は、磁石部材による
磁界の初期位置における磁束の方向が強磁性磁気抵抗素
子の相互に直交する一対のブロックの長手方向成分に対
し４５°の角度を成すように配置されているので、初期
位置における強磁性磁気抵抗素子の両ブロック間の接続
点の出力特性が周囲の温度変化によって変化することは
ない。而して、強磁性磁気抵抗素子と磁石部材との相対
的位置変化に応じて強磁性磁気抵抗素子の各ブロックの
抵抗値が変化し、両ブロック間の接続点から出力される
信号は周囲の温度変化に影響されることなく所期のスイ
ッチ出力となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図３及び図４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の全体構成を示し、図１は強磁性
磁気抵抗素子１２及びロータマグネット２０の配置関係
を模式的に示すものである。スロットルポジションセン
サ１は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。図３に示すように、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。

【００１０】シャフト２の一端にはハウジング３の一方
の凹部３ａ内に収容されたレバー５が固着されており、
レバー５は図示しないスロットルシャフトに連結されて
いる。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。

【００１１】シャフト２の他端には本発明にいう磁石部
材たるロータマグネット２０が固着され、ハウジング３
の他方の凹部３ｂ内に収容されている。ロータマグネッ
ト２０は矩形の永久磁石であり、図３に示すようにシャ
フト２の先端部に接着され、シャフト２と一体となって
回転する。尚、ロータマグネット２０の形状は矩形に限
らず、正方形、円形等としてもよい。

【００１２】そして、ロータマグネット２０に対向する
ように、検出素子１０が配設されている。検出素子１０
は、図１に示すように矩形の素子基板１１を有し、その
板面に帯状の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１２（以下、単に磁気抵抗素子１
２という）が付着されている。尚、素子基板１１の形状
は正方形、円形等としてもよい。

【００１３】磁気抵抗素子１２は高抵抗化を図るため帯
状の薄膜強磁性合金が折曲され、図１に示すようなパタ
ーン形状に形成されている。即ち、磁気抵抗素子１２は
長手方向成分を有する同一形状の一対のブロックから成
り、両ブロックの長手方向成分が相互に直交するパター
ン形状に形成されている。そして、各ブロックの端部及
び接続点には端子１２ａ乃至１２ｃが形成されている。
端子１２ａには定電圧Ｖｃｃが印加され、端子１２ｂは
接地されている。端子１２ｃは両ブロック間の接続点の
端子であり、これが後述する図２のコンパレータＣＰの
非反転入力端子に接続される。

【００１４】検出素子１０は図３及び図４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リード部材７の
一端が接続されている。ハウジング３の凹部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
り密閉されている。リード部材７の本体はハウジング３
内に埋設されており、他端が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。尚、ＩＣ基板
３０には検出素子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】図２は磁気抵抗素子１２に接続される比較
回路１３を示すもので、コンパレータＣＰを有し、その
反転入力端子に実質的に同一の抵抗値で実質的に同一の
抵抗温度係数を有する抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点が接
続され、抵抗Ｒ１には定電圧Ｖｃｃが印加され、抵抗Ｒ
２は接地（ＧＮＤ）されている。従って、定電圧Ｖｃｃ
は同じ温度特性を有する抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２で分割さ
れ、所定の基準電圧ＶｉがコンパレータＣＰの反転入力
端子に入力する。端子１２ｃはコンパレータＣＰの非反
転入力端子に接続され、端子１２ｃの出力電圧が上記基
準電圧Ｖｉと比較され、比較結果に応じて高（Ｈ）又は
低（Ｌ）レベルの電圧信号がコンパレータＣＰの出力端
子ＩＤＬから出力されるように構成されている。即ち、
スイッチング作動が行われ、出力端子ＩＤＬからアイド
ルスイッチ出力が得られる。

【００１６】而して、本実施例のスロットルポジション
センサ１によれば、図示しないスロットルバルブに連動
してレバー５が駆動されシャフト２が軸受４内を回動す
る。このシャフト２の回動に応じ磁気抵抗素子１２の各
抵抗Ｒａ及びＲｂの抵抗値が変化する。即ち、シャフト
２の回転に伴い、ロータマグネット２０による磁界も回
転し、磁気抵抗素子１２に対してこれを含む平行磁束の
磁界が変化するので、異方性磁気抵抗効果により抵抗Ｒ
ａ及びＲｂの各抵抗値が変化する。一方、磁気抵抗素子
１２には端子１２ａから電流が供給されるので、各抵抗
Ｒａ及びＲｂの抵抗値の変化に応じて、端子１２ｃの電
圧が図５に示すように変化する。

【００１７】そして、コンパレータＣＰにおいて端子１
２ｃの電圧が基準電圧Ｖｉと比較され、この基準電圧Ｖ
ｉ以上であるときには、コンパレータＣＰの出力、即ち
出力端子ＩＤＬの出力は図５に示すように低（Ｌ）レベ
ルの出力となる。基準電圧Ｖｉを下回るとコンパレータ
ＣＰの出力は高（Ｈ）レベルとなり、出力端子ＩＤＬか
らはスロットルバルブがアイドル域にあることを示すア
イドル信号として出力される。換言すれば、基準電圧Ｖ
ｉとの比較結果に応じてオン（Ｈ）又はオフ（Ｌ）のア
イドルスイッチ出力が得られる。

【００１８】この場合において、磁石部材たるロータマ
グネット２０による磁界の磁束方向が磁気抵抗素子１２
の各ブロックの長手方向成分に対し４５°の角度を成す
位置関係にあるときには、周囲の温度変化によって抵抗
Ｒａ及びＲｂの全抵抗値は変化するが各抵抗値は等しい
ので、出力端子ＩＤＬの出力が周囲の温度変化によって
変化することはない。従って、図５に示すように上記位
置をスロットル開度０°に設定すると共に、この位置で
の出力値をスレショルドレベルとして基準電圧Ｖｉを設
定することにより、磁気抵抗素子１２の温度特性に影響
されることなくアイドル域を峻別することができる。

【００１９】以上のように、本実施例においては、磁気
抵抗素子１２はロータマグネット２０の磁界に対し両ブ
ロックの長手方向成分が４５°の角度を成す位置、即ち
温度変化に伴なう出力変動が生じない位置に配置されて
いるので、周囲の温度変化に起因するアイドル域の検出
誤差を抑えることができる。従って、厳しい外部環境に
おいても安定した検出精度を確保することができる。

【００２０】図６は本発明のスロットルポジションセン
サの他の実施例を示すもので、前述の実施例のアイドル
域検出用の磁気抵抗素子１２と同様の機能を有する磁気
抵抗素子１４を、スロットル開度、即ち回転角度検出用
の磁気抵抗素子１５と同一の素子基板１１上に付着形成
したものである。この場合にはロータマグネット２０は
初期位置が二点鎖線で示すように配置される。尚、その
他の構成は前述の実施例と同様であり、磁気抵抗素子１
５の構成は従前のものと同様であるので説明を省略す
る。

【００２１】本実施例の磁気抵抗素子１４は、磁気抵抗
素子１５の各ブロックの長手方向成分に対して両ブロッ
クの長手方向成分が４５°の角度を成すように形成した
ものであるが、磁気抵抗素子１４の両ブロックの長手方
向成分は相互に直交すると共にロータマグネット２０の
初期位置における磁界に対し４５°の角度を成してお
り、実質的に前述の実施例の磁気抵抗素子１２と同じで
あり、同様の効果を有する。更に、上記の構成に加えバ
イアスマグネット（図示せず）を付設する場合にも、ロ
ータマグネット２０の初期位置における磁界の方向に対
し４５°の角度を成すように磁気抵抗素子１４を配置す
ればよい。

【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、本発明のスロット
ルポジションセンサによれば、磁石部材の磁界の初期位
置における磁束の方向が、強磁性磁気抵抗素子の両ブロ
ックの相互に直交する長手方向成分に対し４５°の角度
を成すように配置されており、初期位置における強磁性
磁気抵抗素子による出力特性は温度変化によって変化す
ることはないので、強磁性磁気抵抗素子と磁石部材との
相対位置変化に応じて検出素子から信号が出力され、温
度変化に影響されない適切なスイッチ機能を確保するこ
とができ、例えば周囲の温度変化に影響されることなく
アイドル域を適切に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のスロットルポジションセン
サに収容される強磁性磁気抵抗素子及びロータマグネッ
トの配置を示す平面図である。

【図２】本発明の一実施例のスロットルポジションセン
サに用いられる比較回路の回路図である。

【図３】本発明の一実施例のスロットルポジションセン
サの縦断面図である。

【図４】本発明の一実施例のスロットルポジションセン
サのカバーを取り除いた状態の平面図である。

【図５】本発明の一実施例のスロットルポジションセン
サの出力特性図である。

【図６】本発明の他の実施例のスロットルポジションセ
ンサに収容される強磁性磁気抵抗素子及びロータマグネ
ットの配置を示す平面図である。

【符号の説明】

２ シャフト ３ ハウジング １０ 検出素子 １１ 素子基板 １２ 強磁性磁気抵抗素子 ２０ ロータマグネット（磁石部材）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロットルバルブに連動して回転するシ
   ャフトと、該シャフトを回動自在に支持するハウジング
   と、該ハウジング内に収容し長手方向成分が相互に直交
   する一対のブロックの強磁性磁気抵抗素子を基板に付着
   し、前記一対のブロック間の接続点を出力端子とする検
   出素子と、少くとも前記強磁性磁気抵抗素子を含む回転
   磁界を形成する磁石部材とを備え、前記強磁性磁気抵抗
   素子の各々のブロックの長手方向成分に対し初期位置に
   おける前記回転磁界の磁束の方向が４５°の角度を成す
   ように、前記磁石部材及び前記強磁性磁気抵抗素子の何
   れか一方を前記シャフトの端部に配置すると共に、該端
   部に対向する位置の前記ハウジングに前記磁石部材及び
   前記強磁性磁気抵抗素子の他方を配置したことを特徴と
   するスロットルポジションセンサ。