JP4191940B2

JP4191940B2 - ロータリポジションセンサ

Info

Publication number: JP4191940B2
Application number: JP2002067357A
Authority: JP
Inventors: 球一朗照井; 博文奥村
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2022-03-12
Also published as: EP1345005A1; US20030173954A1; JP2003269992A; US6809513B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機器の回転角度を検出したり、アクセルペダル等のペダルの踏込み量を連動する回転部材の回転角度として検出するのに用いられるロータリポジションセンサに係り、特に、内蔵する電気回路部品に対して防水・防爆構造が要求される磁気検出方式のロータリポジションセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気検出方式のロータリポジションセンサは、回転部材に取り付けた磁石の磁場を磁電変換素子に作用させることにより、回転動作に伴う磁石の磁場の変化を磁電変換素子を介して検出するというセンサであり、回転部材の回転角度に応じた電気信号が出力されるようになっている。そのため、磁電変換素子等の電子部品を回路基板に実装してなる電気回路部を、被検出体により回転駆動される回転機構部と共通の空間内に収容しておく必要がなく、電気回路部を外部の水や可燃ガスから保護する構造が比較的簡単に実現できるという利点がある。
【０００３】
すなわち、被検出体と機械的に接続されている回転機構部を完全に密封することは容易でなくコストも嵩み、長期に亘って密封の信頼性を保つことも困難なので、回転機構部を収容する空間と電気回路部を収容する空間とを連通させておかねばならない光検出方式や抵抗検出方式の場合は、電気回路部の防水・防爆構造を安価に実現することも、その信頼性を維持することも事実上不可能であった。これに対して磁気検出方式の場合は、回転機構部を収容する空間と電気回路部を収容する空間とが連通していなくても検出精度に影響を与えずに済むので、防水・防爆構造が必須の電気回路部だけを密封すればよく、信頼性の向上や低コスト化に有利となる。
【０００４】
このような磁気検出方式のロータリポジションセンサとしては、従来、電気回路部を内蔵して樹脂材で封止してなる封止ブロックを、回転機構部やケースと組み合わせた構成のものが提案されている。かかる従来例は、防水・防爆構造の電気回路部ユニットとして予め封止ブロックを形成しておき、磁石を含む回転機構部を回転可能に保持するケースを、この封止ブロックに取り付けて一体化するというものなので、外部の水や可燃ガスが回転機構部へ侵入しても、封止ブロック内の電気回路部は確実に保護されることとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のロータリポジションセンサにおいて、電気回路部を内蔵した封止ブロックを形成することは技術的に困難ではないが、封止ブロックの大きさを規定する樹脂製のブロック体は、電気回路部を完全に包囲しつつ外部にケースとの係合部を設けなければならないので、小型化や薄型化には限界がある。したがって、かかる封止ブロックを形成するためには大量の樹脂が必要で、成形工程がかなり煩雑なものになってしまい、しかも、この煩雑な封止作業が完了してからでないと製品の組立作業が行えないので、結局、上述した従来例は生産性が悪く、高コストな製品になってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、電気回路部の防水・防爆構造が簡単に実現できると共に、生産性が良好で低コスト化が図りやすい、磁気検出方式のロータリポジションセンサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明のロータリポジションセンサは、筒状に形成されて内部に隔壁を設けたケースと、このケースの一方の開口端と前記隔壁との間の空間に収容された回転可能な回転部材と、この回転部材に設けられて前記隔壁の近傍に配置され、該隔壁を通して他方の開口端側に磁場を与える磁石と、前記回転部材の軸部を前記ケースの外方へ突出させた状態で前記一方の開口端を蓋閉する第１の蓋体と、前記隔壁の近傍に磁電変換素子を配置させて、前記ケースの他方の開口端と前記隔壁との間の空間に収容された電気回路部と、前記他方の開口端を蓋閉して前記電気回路部を密閉状態となす第２の蓋体とを備え、前記隔壁に前記回転部材を回転可能に支持する支持受け部を設け、前記回転部材の回転に伴って前記磁電変換素子に対する前記磁石の磁場が変化することにより、該回転部材の回転角度に応じた電気信号が前記電気回路部から出力されるように構成した。
【０００８】
このように構成されたロータリポジションセンサでは、ケースの内部が隔壁によって二つの空間に分離されているので、それぞれの空間に別々に収容した回転機構部（回転部材や磁石等）と電気回路部とは隔壁によって完全に仕切られることとなる。それゆえ、第２の蓋体とケースとの間の隙間を少量の樹脂やＯリング等で封止するだけで、電気回路部の防水・防爆構造が簡単に実現でき、煩雑な封止作業は不要となる。しかも、回転機構部と電気回路部とが互いに干渉することなくケース内の異なる空間に組み込めることから、組立作業性も良好となり、よって生産性の向上が図りやすい。さらに、ケースの隔壁に回転部材を回転可能に支持する支持受け部が設けられているので、部品点数削減や薄型化が促進しやすくなる。
【０００９】
この場合において、磁石は回転部材の回転中心軸を挟んで異極どうしを対向して配置され、回転部材の回転中心底部に、支持受け部に当接してピボット支持される支持突起を設けると共に、隔壁を挟んで該支持突起と対向する位置に、磁電変換素子として巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）を配置させておけば、回転部材が支持突起を介して支持受け部にピボット支持されることになるので、側圧が作用しても回転部材は横ずれを起こさずピボット中心を支点として傾くだけとなる。そして、回転部材にこのような傾きが発生しても、巨大磁気抵抗素子に検出される磁場の変化に与える影響は小さいので、側圧が作用しても回転部材の回転角度を巨大磁気抵抗素子にて精度よく検出可能なロータリポジションセンサが得られることとなり、検出精度の向上という観点から好ましい。
【００１０】
なお、支持突起が金属部材からなり、かつ支持受け部が樹脂部材からなる構成の場合には、支持突起の摩耗が抑えられ、長期に亘って支持突起の先端を支持受け部に対してほぼ点接触させることができるので、回転部材のピボット中心の安定化を図るという観点から好ましい。また、ケースの隔壁を、一方の開口端側へ突出して他方の開口端側に凹所を有する形状となし、この凹所内に巨大磁気抵抗素子を挿入させた構成の場合には、磁力の強い領域内に巨大磁気抵抗素子を配置させやすくなるので、検出精度の向上という観点から一層好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は実施形態例に係るロータリポジションセンサを一部省略して示す平面図、図２は図１のII−II線に沿う該センサの断面図、図３は図１のIII−III線に沿う該センサの断面図、図４は該センサを一部省略して示す底面図である。ただし、図１および図４では、内部構造を図示するために蓋体を省略してある。
【００１２】
これらの図に示すロータリポジションセンサは、自動車のアクセルペダルやブレーキペダル等のペダルの踏込み量を、連動する回転部材の回転角度として検出するためのセンサである。このロータリポジションセンサは、筒状に形成されて内部に隔壁１０を設けた樹脂製のケース１と、このケース１の一方の開口端１１と隔壁１０との間の収納空間Ｓ１に収容された樹脂製の回転部材２と、この回転部材２の回転中心底部に圧入固定された金属製の支持突起３と、回転部材２の外周寄りの底部に固定されて隔壁１０の近傍に配置されたリング状の磁石４と、この磁石４を包囲する位置で回転部材２に固定されて該磁石４の磁束の漏れを防止しているバックヨーク５と、一端がケース１に固定されて他端が回転部材２に固定されている戻しばね６と、回転部材２の軸部２ａをケース１の外方へ突出させた状態で開口端１１を蓋閉している金属板製の第１の蓋体７と、ケース１の他方の開口端１２と隔壁１０との間の収納空間Ｓ２に収容された電気回路部８と、この電気回路部８を収納空間Ｓ２内に密閉するために開口端１２を蓋閉している金属板製の第２の蓋体９とによって概略構成されている。
【００１３】
ここで、一体化されている回転部材２と支持突起３と磁石４とバックヨーク５は、ケース１の収納空間Ｓ１内に回転可能に収容された回転機構部２０を構成しており、図示はしていないが、被検出体であるペダルがワイヤ等を介して回転部材２の軸部２ａに連結されている。また、電気回路部８は、収納空間Ｓ２内でケース１に固定される回路基板１３に、磁石４の磁場の変化を検出する磁電変換素子としての巨大磁気抵抗素子１４を含む各種電子部品を実装してなるもので、この電気回路部８から出力される信号はケ−ブル１５を介して図示せぬ外部機器に送られる。また、開口端１２を蓋閉している第２の蓋体９とケース１との間の隙間は、充填後に硬化させた樹脂１６によって封止されている。
【００１４】
図２，３に示すように、ケース１内を収納空間Ｓ１と収納空間Ｓ２とに仕切っている隔壁１０は、一方の開口端１１側へ突出して他方の開口端１２側に凹所１０ａを有する形状に成形されており、この隔壁１０の中央部には、支持突起３を介して回転部材２を回転可能に支持するための支持受け部１０ｂが設けられている。支持受け部１０ｂの収納空間Ｓ１と対向する側の面には、支持突起３の先端部とほぼ同形状の挿入穴１０ｃが形成されており、この挿入穴１０ｃに支持突起３の先端部を挿入することにより、支持突起３はその円錐状部分の尖端を支持受け部１０ｂの中央に当接させてピボット支持された状態となる。つまり、回転部材２は、支持突起３を介して隔壁１０の中央部（支持受け部１０ｂ）にピボット支持された状態で、ケース１に回転可能に保持されている。また、リング状の磁石４は、回転部材２の回転中心線を挟んで異極どうしを対向させているので、支持突起３は常に磁石４のＮ極とＳ極の中間に位置することとなる。さらに、隔壁１０の収納空間Ｓ２側の凹所１０ａ内には、隔壁１０を挟んで支持突起３と対向する位置に、電気回路部８の巨大磁気抵抗素子１４が配置させてあるので、この巨大磁気抵抗素子１４は磁石４の磁力の強い領域内に位置することとなる。
【００１５】
このように構成されたロータリポジションセンサは、回転部材２が被検出体であるペダルに駆動されて所定量回転すると、巨大磁気抵抗素子１４に対する磁石４の磁場が回転部材２の回転に伴って変化するため、電気回路部８からの出力信号が変化し、この出力変化に基づいてペダルの踏込み量が検出できるようになっている。なお、回転部材２に対するペダルの回転駆動力が除去されると、戻しばね６の弾性復帰力によって回転部材２は元の位置まで逆向きに回転する。
【００１６】
上述したロータリポジションセンサにあっては、ケース１の内部が隔壁１０によって収納空間Ｓ１と収納空間Ｓ２とに分離されており、回転部材２等の回転機構部２０が収容された一方の収納空間Ｓ１とは完全に仕切られた他方の収納空間Ｓ２内に、回路基板１３等の電気回路部８が収容されているので、第２の蓋体９とケース１との間の隙間を少量の樹脂１６で封止しておきさえすれば、電気回路部８を外部の水や可燃ガスから確実に保護することができ、従来品のように煩雑な封止作業を行う必要はない。しかも、組立工程では、収納空間Ｓ１内に組み込む回転機構部２０や戻しばね６と収納空間Ｓ２内に組み込む電気回路部８とが互いに干渉しないので、組立作業性が良好となり、よって生産性が向上して低コスト化が図りやすい。
【００１７】
また、このロータリポジションセンサでは、支持突起３を介して回転部材２を回転可能に支持する支持受け部１０ｂが隔壁１０の中央部に形成されているので、専用の支持受け部材を組み込む必要がなく、それゆえ部品点数を削減できてケース１の高さ寸法も低減させやすい。しかも、支持突起３が支持受け部１０ｂにピボット支持されるという回転支持構造を採用しているため、外部から側圧が加わっても回転部材２は横ずれを起こさずピボット中心を支点として傾くだけとなり、このような傾きが発生しても、ピボット中心の真下に位置する巨大磁気抵抗素子１４に検出される磁場の変化に与える影響は小さい。また、隔壁１０の凹所１０ａ内に配置させてある巨大磁気抵抗素子１４は、磁石４の磁力の強い領域内に位置しているため、良好な検出精度が期待できる。したがって、このロータリポジションセンサは、検出時に懸念される回転部材２の横ずれを防止しつつ、巨大磁気抵抗素子１４によって回転部材２の回転角度を常に精度よく検出することができる。
【００１８】
なお、本実施形態例のように金属製の支持突起３と樹脂製の支持受け部１０ｂとを当接させるピボット支持構造の場合、支持突起３の摩耗が抑えられ、長期に亘って支持突起３の先端を支持受け部１０ｂに対してほぼ点接触させることができるので、回転部材２のピボット中心が位置ずれを起こしにくい高信頼性を維持することが可能となる。ただし、隔壁１０の中央部に収納空間Ｓ１側へ突出する金属製の突起部材を固定しておき、この突起部材の尖端を、回転機構部２０の回転中心底部に形成した円錐状の挿入穴の中央に当接させるというピボット支持構造を採用した場合にも、同様の効果が期待できる。
【００１９】
また、本実施形態例では第２の蓋体９とケース１との間の隙間を樹脂１６で封止しているが、この隙間をＯリングによって封止する構成にしてもよく、その場合、封止作業が一切不要となるので、生産性の一層の向上が期待できる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２１】
ケースの内部が隔壁によって二つの空間に分離されているので、それぞれの空間に別々に収容した回転機構部と電気回路部が隔壁によって完全に仕切られることとなり、煩雑な封止作業を行うことなく電気回路部の防水・防爆構造が簡単に実現できる。しかも、回転機構部と電気回路部が互いに干渉することなくケース内の異なる空間に組み込めることから、組立作業性も良好で生産性の向上が図りやすくなり、さらに、ケースの隔壁に回転部材を回転可能に支持する支持受け部が設けられているので、部品点数削減や薄型化が促進しやすくなる。それゆえ、信頼性が高い磁気検出方式のロータリポジションセンサを安価に提供することができる。
【００２２】
また、かかるロータリポジションセンサにおいて、回転部材の回転中心底部に、支持受け部に当接してピボット支持される支持突起を設けると共に、隔壁を挟んで該支持突起と対向する位置に巨大磁気抵抗素子を配置させておけば、側圧が作用しても回転部材が横ずれを起こさず、その回転角度を巨大磁気抵抗素子にて精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例に係るロータリポジションセンサの平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う該センサの断面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う該センサの断面図である。
【図４】該センサの底面図である。
【符号の説明】
１ケース
２回転部材
２ａ軸部
３支持突起
４磁石
６戻しばね
７第１の蓋体
８電気回路部
９第２の蓋体
１０隔壁
１０ａ凹所
１０ｂ支持受け部
１１，１２開口端
１３回路基板
１４巨大磁気抵抗素子（磁電変換素子）
１６（封止用）樹脂
２０回転機構部
Ｓ１，Ｓ２収納空間

Claims

筒状に形成されて内部に隔壁を設けたケースと、このケースの一方の開口端と前記隔壁との間の空間に収容された回転可能な回転部材と、この回転部材に設けられて前記隔壁の近傍に配置され、該隔壁を通して他方の開口端側に磁場を与える磁石と、前記回転部材の軸部を前記ケースの外方へ突出させた状態で前記一方の開口端を蓋閉する第１の蓋体と、前記隔壁の近傍に磁電変換素子を配置させて、前記ケースの他方の開口端と前記隔壁との間の空間に収容された電気回路部と、前記他方の開口端を蓋閉して前記電気回路部を密閉状態となす第２の蓋体とを備え、
前記隔壁に前記回転部材を回転可能に支持する支持受け部を設け、前記回転部材の回転に伴って前記磁電変換素子に対する前記磁石の磁場が変化することにより、該回転部材の回転角度に応じた電気信号が前記電気回路部から出力されるように構成したことを特徴とするロータリポジションセンサ。
請求項１の記載において、前記磁石は前記回転部材の回転中心軸を挟んで異極どうしを対向して配置され、前記回転部材の回転中心底部に、前記支持受け部に当接してピボット支持される支持突起を設けると共に、前記隔壁を挟んで前記支持突起と対向する位置に、前記磁電変換素子として巨大磁気抵抗素子を配置させたことを特徴とするロータリポジションセンサ。
請求項２の記載において、前記支持突起が金属部材からなり、かつ前記支持受け部が樹脂部材からなることを特徴とするロータリポジションセンサ。
請求項２または３の記載において、前記ケースの前記隔壁を、前記一方の開口端側へ突出して前記他方の開口端側に凹所を有する形状となし、この凹所内に前記巨大磁気抵抗素子を挿入させたことを特徴とするロータリポジションセンサ。