JP4608464B2 - 回動角センサ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ダンプトラックやホイールローダ等に設けられる電気式アクセルペダル装置に使用可能な回動角センサに関する。

例えば、ダンプトラックやホイールローダ等の建設機械では、アクセルペダルの踏込み量に応じてエンジンの燃料噴射量を制御するために、電気式アクセルペダル装置を備えている。操作者がアクセルペダルを踏み込むと、この操作量は電気信号に変換されてエンジンコントローラに入力される。エンジンコントローラは、アクセルペダルの踏込み位置に応じて、燃料噴射量等を制御する。

第１の従来技術としては、ポテンショメータを用いてペダルの回転量を電気信号に変換するものが知られている（特許文献１）。第２の従来技術としては、ホール素子を用いてアクセルペダルの回動量を電気信号に変換するものが知られている（特許文献２）。
特開平６−３１７２１３号公報 特開２００３−１４８９０８号公報

第１の従来技術では、ポテンショメータを用いため、長期間の使用によって導電パターンやブラシが摩耗する可能性があり、寿命が短いという問題がある。ホール素子を用いる場合は、非接触で回転角度を検出することができるため、信頼性は高くなる。しかし、前記第２の従来技術では、ホール素子の配置について十分に検討されておらず、改善の余地がある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁石及び磁気検出素子を用いることにより、電気回路部と可動機構部とを分離させると共に、磁石の磁力変化を有効に利用し、使い勝手を高めた回動角センサを提供することにある。

本発明に従う回動角センサは、スロットル開度を制御するための操作装置の回動角度を電気信号として検出する回動角センサであって、操作装置の操作量を回転シャフトの回転運動として検出するための可動機構部と、回転シャフトの回転運動を非接触で検出し、電気信号に変換して出力するための電気回路部とを備える。可動機構部は、機構部ケースと、機構部ケースに回動可能に設けられ、その基端側に操作装置に操作に応じて回転する操作装置側シャフトが接続される回転シャフトと、回転シャフトの先端側端面に設けられ、径方向に着磁された円盤状の磁石とを備えて構成される。電気回路部は、機構部ケースと対向して分離可能に設けられ、非磁性材料から形成される回路部ケースと、回路部ケース内に設けられた基板と、回路部ケースの壁部を介して磁石に対向するように基板に設けられた複数の磁気検出素子と、一端側が基板を介して磁気検出素子に電気的に接続され、他端側が外部装置に接続される配線部と、を備えて構成され、磁気検出素子には、操作装置の操作量に応じたリニア信号を出力するためのリニア出力用検出素子と、操作装置が操作された場合にオンオフ信号を出力するためのスイッチ出力用検出素子とが含まれていることを特徴とする。

好適な実施形態では、リニア出力用検出素子は、磁石の磁極境界上であって、磁石の外周側寄りに位置するように基板に配置されている。

好適な実施形態では、リニア出力用検出素子は、磁石の磁極境界上であって磁石の外周側寄りに位置するように基板に配置されており、スイッチ出力用検出素子は、リニア出力用検出素子と同一円周上に位置するように基板に配置されている。

好適な実施形態では、リニア出力用検出素子は、磁石の磁極境界上であって磁石の外周側寄りに位置するように基板に配置されており、スイッチ出力用検出素子は、リニア出力用検出素子よりも内側に位置して基板に配置されている。

好適な実施形態では、リニア出力用検出素子は、磁石の磁極境界上であって磁石の外周側寄りに位置するように基板に配置されており、スイッチ出力用検出素子は、磁石の中心を通る同一の直線上に配置されている。

好適な実施形態では、複数の磁気検出素子は、基板の両面にそれぞれ配置される。

好適な実施形態では、リニア出力用検出素子に電源を供給し、該リニア出力用検出素子から信号を取り出すための第１の電気回路と、スイッチ出力用検出素子に電源を供給し、該スイッチ出力用検出素子から信号を取り出すための第２の電気回路とは互いに独立している。

好適な実施形態では、第２の電気回路は、スイッチ出力用検出素子からの出力電圧を参照電圧と比較し、出力電圧が参照電圧を上回っているかまたは下回っている場合にオンオフ信号を出力する比較器と、スイッチ出力用検出素子から比較器に入力される前の出力電圧を外部に取り出すための出力端子とを備える。

本発明によれば、可動機構部に設けられた磁石の回動量を電気回路部に設けた磁気検出素子によって検出し、電気信号に変換して出力することができる。可動機構部と電気回路部とを分離できるため、電気回路部の防水性能を高めることができる。そして、少なくとも一つ以上の磁気検出素子を磁石の外周側寄りに配置するため、磁界の変化が大きい領域を有効に利用することができる。

また、本発明によれば、操作装置の操作量に応じたリニア信号を出力するためのリニア出力用検出素子を、磁石の磁極境界上であって、磁石の外周側寄りに位置するように基板に配置する。従って、例えば、操作装置により操作可能な操作量の中間点付近に磁極境界を位置させるように設定すれば、操作量に応じた大きな磁界変化を利用することができ、操作量に基づいたリニア信号を出力することができる。

また、本発明によれば、基板の両面に磁気検出素子をそれぞれ配置可能なため、磁石の直径寸法を小さくした場合でも、磁力変化の大きな位置（磁極境界付近）に複数の磁気検出素子をそれぞれ配置することができる。これにより、検出感度を高くしたままセンサ全体の小型化を図ることができる。

さらに、本発明によれば、リニア出力用検出素子に関する第１の電気回路と、スイッチ出力用検出素子に関する第２の電気回路とを互いに独立させ、両方の電気回路を分離する構成とした。これにより、一方の電気回路が他方の電気回路に影響を与えるのを未然に防止することができ、信頼性が向上する。

また、本発明によれば、スイッチ出力用検出素子から比較器に入力される前の出力電圧を外部に取り出すための出力端子を備えるため、この出力端子から出力される電圧信号を利用することができ、使い勝手が向上する。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。本実施形態では、以下に詳述するように、ペダルの操作量に応じて回転する磁石を可動機構部に設け、磁石により発生する磁力線の変化を検出するためのホールＩＣを電気回路部に設けることにより、可動機構部と電気回路部とを分離する。そして、本実施形態では、ホールＩＣを磁石の外周側寄りに位置して磁極境界の近傍に配置する。

図１は、電気式アクセルペダル装置１の側面図である。電気式アクセルペダル装置１は、アクセルペダル２とペダルセンサ３とを備えて構成されている。電気式アクセルペダル装置１は、例えば、ダンプトラック、ホイールローダ等に使用される。

アクセルペダル２は、それぞれ後述するように、例えば、支持フレーム１０と、取付ブラケット１１と、回動ピン１２と、ペダル１３と、ペダル側シャフト１４と、レバー１５とを備えて構成される。

支持フレーム１０は、例えば金属板から形成されており、運転室の床面に取り付けられている。支持フレーム１０の先端側は、上方に向けて傾斜する傾斜面１０Ａとなっており、支持フレーム１０の基端側には取付ブラケット１１が設けられている。

ペダル１３は、その基端側が取付ブラケット１１に回動ピン１２を介して回動可能に取り付けられている。図２に示すように、ペダル１３の略中間部の下面には、下側に突出するようにして、シャフト取付部１３Ａが設けられている。ペダル１３の表面は、例えばゴム等の樹脂材料で覆われている。

図２に示すように、ペダル側シャフト１４は、その両端がシャフト取付部１３Ａにそれぞれ回動可能に取り付けられている。また、ペダル側シャフト１４の両端部のうちペダルセンサ３側に位置する端部には、薄肉な平板状の係合突起１４Ａが設けられている。

レバー１５は、その先端側に回動ピン１５Ａが設けられており、その基端側にはストッパ１５Ｂが設けられている。また、レバー１５の基端側寄りには、圧肉な円筒状のシャフト挿通部１５Ｃが設けられている。レバー１５の先端側には、ローラ１６が回動ピン１５Ａを介して回動可能に取り付けられている。シャフト挿通部１５Ｃには、ペダル側シャフト１４が回転不能に挿通されている。また、シャフト挿通部１５Ｃとシャフト取付部１３Ａとの間には、ペダル１３をアイドル位置（初期位置）に常時付勢するための戻りバネ（不図示）が設けられている。

ここで、図１，図２を参照して、アクセルペダル２の動作を説明する。図１に実線で示す状態は、操作者がペダル１３を踏み込んでいない初期状態である。この初期状態では、エンジンはアイドリング回転数となるように、エンジンコントローラ１０００は、燃料噴射量等を制御する。

操作者がペダル１３を踏み込むと、ペダル１３は矢示ＦＳ方向に回動する。ペダル１３の回動に応じて、ローラ１６は支持フレーム１０の傾斜面１０Ａに沿って矢示Ｆ方向に移動する。そして、ローラ１６の移動に応じて、レバー１５は、図１中の反時計回り方向に回動する。

レバー１５の回動に応じて、ペダル側シャフト１４は回動し、このペダル側シャフト１４の回動量は、係合突起１４Ａを介して、後述の回転シャフト２２に伝達される。操作者は、レバー１５がペダル１３の下面側に設けられた受け部２Ａに当接するまで、ペダル１３を踏み込むことができる。ペダル１３の踏込み量は、後述のようにペダルセンサ３により検出されてエンジンコントローラ１０００に伝達される。エンジンコントローラ１０００は、ペダル１３の踏込み量（踏込み位置）に応じて、エンジン回転数を制御する。なお、ペダル１３がＩＤＬ方向に戻る場合、ストッパ１５Ｂが不図示の受け部に当接することにより、ペダル１３はアイドル位置で停止する。

操作者がペダル１３から足を離すと、戻りバネのバネ力によって、ペダル１３は、矢示ＩＤＬ方向に回動し、図１中に二点鎖線で示すフルスロットル位置（最大踏込み位置）からアイドル位置に復帰する。ローラ１６は矢示Ｒ方向に後退し、ペダル側シャフト１４は、図１中の時計回りに回動する。

ペダルセンサ３の構成を説明する。ペダルセンサ３は、シャフト取付部１３Ａの側面に取付ボルト２８を介して着脱可能に取り付けられている。図２，図３を参照する。ペダルセンサ３は、可動機構部２０と、電気回路部３０とに大別される。可動機構部２０は、ペダル１３の操作量（ペダル側シャフト１４の回動角）を回転シャフト２２の回動角として検出するための機械的構成である。電気回路部３０は、回転シャフト２２の回動角を電気信号に変換して出力するための電気的構成である。

可動機構部２０の構成を先に説明する。可動機構部２０は、それぞれ後述するように、機構部ケース２１と、回転シャフト２２と、磁石２３と、圧縮可能なねじりバネ２４と、ベアリング２５と、ダストシール２６と、Ｏリング２７と、取付ボルト２８及び座金２９（図４参照）とを備えている。ベアリング２５としては、通常のベアリングやブッシュのほかに、例えば、オイル封入型のベアリングを使用することもできる。

機構部ケース２１は、例えば、ステンレス鋼から段付筒状に形成されており、機構部ケース２１の中心には、回転シャフト２２がベアリング２５を介して回動可能に支持されている。

回転シャフト２２は、ペダル側シャフト１４と一緒に回動するもので、例えば、非磁性のステンレス鋼等から鍔付きの略円柱状に形成されている。回転シャフト２２基端側には、ペダル側シャフト１４の係合突起１４Ａと係合される係合凹部２２Ａが一体的に設けられている。回転シャフト２２の先端側には、薄肉な円盤状の磁石２３が一体的に設けられている。磁石２３は、図６に示すように、径方向に着磁されている。即ち、磁石２３の表面は中心を通る線で分割されており、一方の分割面はＳ極に着磁され、他方の分割面はＮ極に着磁されている。磁石２３は、回転シャフト２２と共に回転する。

回転シャフト２２の先端側寄りには、径方向に突出する鍔部２２Ｂが一体的に設けられている。圧縮可能なねじりバネ２４は、その一端側が鍔部２２Ｂに当接し、その他端側は座金２９（図４参照）を介して回路部ケース３１の収容部３１Ａに当接している。また、圧縮可能なねじりバネ２４の一端側は、図５に示すように、鍔部２２Ｂの一部を切り欠くようにして設けられたバネ係合部２２Ｃに着脱可能に固定されており、圧縮可能なねじりバネ２４の他端側は、図４に示すように、収容部３１Ａに設けられたバネ係合部３１Ｂに着脱可能に固定されている。

ここで、圧縮可能なねじりバネ２４について説明する。圧縮可能なねじりバネ２４は、例えば、図４に示すように、両端側の座巻き２４Ａ，２４Ｂ及びこれら座巻き２４Ａ，２４Ｂ間に位置する一巻き２４Ｃを備えた合計３巻きのコイル状に形成されている。荷重をかけない自由長状態では、線材間に若干の隙間が空くように、ねじりバネ２４は形成されている。そして、ねじりバネ２４は、軸方向に圧縮された状態で、収容部３１Ａと鍔部２２Ｂとの間に配設される。

周方向にのみ付勢する通常のねじりバネであれば、圧縮可能に構成する必要はない。即ち、自由長状態で線材間に隙間を設ける必要はない。圧縮するための（軸方向に付勢するための）隙間を設けると、ねじりバネが斜めに撓んでしまい、所定のバネ力を得られない可能性があるためである。

これに対し、本実施例では、回転シャフト２２のバネ係合部２１Ｃに係合させるための一方の座巻き２４Ａと、回路部ケース３１のバネ係合部３１Ｂに係合させるための他方の座巻き２４Ｂと、これら座巻き２４Ａ，２４Ｂ間に設けられる中間巻き２４Ｃとの最小限の構成で、圧縮可能なねじりバネ２４を構成する。これにより、ねじりバネ２４は、回転シャフト２２をアイドル位置に向けて常時付勢すると共に、回転シャフト２２を軸方向に付勢することができる。従って、磁石２３の周方向の位置及び軸方向の位置の両方を、単一のねじりバネ２４によってそれぞれ実現することができる。このように、本実施例では、圧縮可能なねじりバネ２４を１個設けるだけで、磁石２３の周方向及び軸方向の位置決めが可能なため、ペダルセンサ３を小型化することができる。

さて、回転シャフト２２の基端外周側には、ダストシール２６が設けられている。ダストシール２６は、例えば、回転用オイルシールとして構成されており、外部からの異物が回転シャフト２２と機構部ケース２１との間の隙間を介して、機構部ケース２１内に侵入するのを防止している。

機構部ケース２１と回路部ケース３１との間には、Ｏリング２７が設けられている。Ｏリング２７は、外部の異物がケース２１とケース３１との間の隙間を介して内部に侵入するのを防止している。

次に、電気回路部３０の構成を説明する。図２，図３に示すように、電気回路部３０は、回路部ケース３１と、基板３２と、ホールＩＣ３３と、配線部３４と、カバー４１と、モールド部４２，４３と、熱収縮チューブ４４及びＯリング４５を備えている。

回路部ケース３１は、例えば、PBT(ポリブチレンテレフタレート：Polybutylene terephthalate）樹脂等の非磁性材料から有底の段付筒状に形成されている。回路部ケース３１の開口面は、例えば、SPCC（冷延鋼）等のような磁性を有する金属材料からなるカバー４１によって施蓋されている。カバー４１と回路部ケース３１との間には、Ｏリング４５が設けられており、外部からの異物が、カバー４１と回路部ケース３１との間の隙間を介して、回路部ケース３１内に侵入するのを防止している。

回路部ケース３１内には、基板３２が磁石２３の表面と平行に設けられている。回路部ケース３１の背面側には、段部３１Ｃが形成されている。基板３２は、段部３１Ｃに当接して設けられている。基板３２の前面側（磁石２３側）には、複数のホールＩＣ３３が設けられている。ホールＩＣ３３の配置等については後述する。基板３２の背面側（カバー４１側）には、複数の電気回路素子３２Ａやコネクタ等が設けられている。電気回路素子３２Ａとしては、例えば、ノイズ保護回路やスイッチ回路等が挙げられる。

配線部３４は、その一端側が基板３２に接続されており、その他端側は回路部ケース３１の外部に延びてエンジンコントローラ１０００に接続されている。配線部３４は、各ホールＩＣ３３に電力を供給したり、各ホールＩＣ３３からの出力電圧を外部に伝達するものである。

回路部ケース３１内には、複数種類のモールド部４２，４３が形成されている。第１のモールド部４２は、回路部ケース３１内の基板３２の周囲を包み込むようにして、回路部ケース３１内の空間の多くを占めている。第２のモールド部４３は、回路部ケース３１内から外部に延びる配線部３４の周囲を取り囲むようにして、回路部ケース３１の一部に設けられている。

第１のモールド部４２は、比較的柔らかい樹脂材料（例えば、サンユレック製 SU3001（硬度タイプＡ８））から構成されており、第２のモールド部４３は、比較的硬い樹脂材料（例えば、サンユレック製 SU1500（硬度タイプＤ８３））から構成されている。第１のモールド部４２は、基板３２を外部の衝撃から保護すると共に、外部の異物（塵埃や水分等）が基板３２に侵入するのを防止している。第２のモールド部４３は、配線部３４の取り出し部近傍に設けられており、配線部３４の断線を防止すると共に、外部の異物が配線部３４と回路部ケース３１との間の隙間を介して回路部ケース３１内に侵入するのを防止している。なお、上述の具体的な樹脂材料名は、一例であって、本発明は上記材料に限定されない。上記の例に示す程度の硬度差があれば、第１モールド部４２による基板３２の保護及び異物や水分の侵入防止という機能と、第２モールド部４３による断線防止及び異物や水分の侵入防止という機能をそれぞれ実現させることができる。

熱収縮チューブ４４は、配線部３４が回路部ケース３１内に侵入している近傍を覆うようにして設けられている。熱収縮チューブ４４は、その内周面に接着剤が予め塗布されており、回路部ケース３１及び配線部３４の表面に接着する。そして、熱風を吹き当てることにより、熱収縮チューブ４４は収縮し、回路部ケース３１及び配線部３４の表面に密着する。

次に、ホールＩＣ３３及び磁石２３の構成を詳細に説明する。図６は、ホールＩＣ３３と磁石２３との位置関係を模式的に示す説明図である。本実施例では、ホールＩＣ３３として、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａと、スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃとの合計３個のホールＩＣを設けている。

リニア出力用ホールＩＣ３３Ａは、アクセル位置に応じた信号をリニアに出力するためのホールＩＣである。説明の便宜上、図中では、このホールＩＣ３３ＡをＡＰＳ（Accelerator Position Sensor）と表示する場合がある。

スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃは、ペダル１３がアイドル位置にあるか否かをオンオフ出力するためのホールＩＣである。説明の便宜上、図中では、これらスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３ＣをＩＶＳ（Idle Validation Signal）と表示する場合がある。ペダル１３がアイドル位置にあるか否かの判定は、各ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃのうち、いずれか一つのスイッチ出力用ホールＩＣだけでも行うことができる。しかし、本実施例では、ペダルセンサ３の信頼性を高めるために、２個のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃを設け、各ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃの出力電圧を利用してアイドル位置の判定及び故障判定を行うことができるようになっている。

各ホールＩＣ３３Ａ〜３３Ｃは、検出部であるホール素子３３１を備えている。リニア出力用ホールＩＣ３３Ａは、そのホール素子３３１が磁石２３のＮ極とＳ極との境界２３Ａ上に位置するようにして、基板３２に取り付けられる。

第１のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂは、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａに近接するようにして、基板３２に取り付けられる。第２のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃは、第１のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂに１８０度対向するようにして、基板３２に取り付けられる。

より詳しくは、図６に示すように、例えば、各ホールＩＣ３３Ａ〜３３Ｃは、検出部であるホール素子３３１が磁石２３の外周に接するようにして、基板３２に配置される。即ち、各ホールＩＣ３３Ａ〜３３Ｃの各ホール素子３３１は、磁石２３の外周の外側にはみ出ないようにして、磁石２３の外周に近接するようにして配置される。なお、ホールＩＣ３３Ａ〜３３Ｃのうち幾つかのホールＩＣが近接して配置される場合は、ＩＣパッケージ同士をできるだけ接近させて配置するのが好ましい。

図７は、各ホールＩＣ３３Ａ〜３３Ｃの取付状態を簡略化して示す説明図である。リニア出力用ホールＩＣ３３Ａは、ペダル１３が中間位置まで踏み込まれた状態で、磁極境界２３Ａ上に位置するようにして、基板３２に取り付けられている。即ち、操作者がアイドル位置から角度θ１だけ踏み込んだときに、ホールＩＣ３３Ａは磁極境界２３Ａに重なるようになっている。

ペダル１３が、アイドル位置からフルスロットル位置まで角度θ３だけ回動可能であるとした場合、角度θ１は、例えば、θ３の半分程度に設定される。操作者がペダル１３をさらに角度θ２踏み込むと、ペダル１３はフルスロットル位置に到達する。本実施例では、θ３＝θ１＋θ２（θ１＝θ２）の関係が成り立つように設定されている。

リニア出力用ホールＩＣ３３Ａは、感度を上げるために、磁石２３の外周側寄りに位置して設けられている。各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃは、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａと同一円周上、または、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａよりも若干内側の円周上に位置して配置される。

図８は、磁石２３の回転角度と磁力の変化との関係を示す特性図である。ホール素子が磁極境界２３Ａ上に位置する場合、磁力は０となる。リニア出力用ホールＩＣ３３Ａは、図７中の０度を中心とするθ３程度の角度範囲の磁力変化を利用する。この角度範囲の磁力変化は、図７に示すように、比較的直線性が高く、この結果、ペダル１３の位置に応じたリニアな出力を得ることができる。

第１のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂは、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａにより利用される磁力変化とは別の磁力変化を利用する。各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃの利用する磁力変化は、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａの利用する磁力変化ほどの直線性は備えておらず、比較的なだらかに変化する。

各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃの利用する磁力変化は、最大磁力を含まないように選択されている。即ち、最大磁力となる角度を含まない位置に、各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃは配置される。一般的に、磁石２３の磁力は、温度依存性を有するため、最大磁力付近で使用すると、温度変化による磁力の変化が大きくなり、スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃの精度が低下するおそれがあるためである。

図９は、ペダルセンサ３の電気回路図である。この電気回路は、リニア出力用電気回路１０１と、スイッチ出力用電気回路１０２とに大別される。

ここで、リニア出力用電気回路１０１とスイッチ出力用電気回路１０２とは、出力信号、電源及びグランドの全てがそれぞれ独立しており、互いに影響を及ぼさないように設計されている。従って、例えば、各電気回路１０１，１０２内でグランドレベルをそれぞれ合わせればよい。他の電気回路１０１，１０２のそれぞれで生じたノイズやグランドレベルの変動は、他方の電気回路に影響を与えない。

リニア出力用ホールＩＣ３３Ａの出力電圧は、そのままＡＰＳ出力としてエンジンコントローラ１０００に出力される。

第１のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂの出力電圧は、コンパレータ１０３Ａによって参照電圧ＶＳ１と比較される。コンパレータ１０３Ａの出力電圧は、ホールＩＣ３３Ｂの出力電圧が参照電圧ＶＳ１を上回った場合に、オフ信号からオン信号に反転する。コンパレータ１０３Ａのオン信号は、フォトスイッチ１０４Ａを介してエンジンコントローラ１０００に出力される。フォトスイッチ１０４Ａは、入力された電圧信号を光信号に変換した後、この光信号を電圧信号に再び変換させるものである。従って、フォトスイッチ１０４Ａの入力側と出力側とは、電気的に絶縁された状態となっている。

第２のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃの出力電圧は、第１のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂと同様に、コンパレータ１０３Ｂによって参照電圧ＶＳ２と比較され、フォトスイッチ１０４Ｂを介して外部に出力される。但し、第２のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃと第１のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂとは、１８０度対向して設けられているため、信号の位相がずれている。コンパレータ１０３Ｂの出力電圧は、ホールＩＣ３３Ｃの出力電圧が参照電圧ＶＳ２を下回った場合に、オン信号からオフ信号に反転する。

図１０は、各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃの出力電圧と電気回路１０２から出力される信号との関係を示す説明図である。ここで、参照電圧ＶＳ１，ＶＳ２は、ＩＶＳ電源の中間電圧として設定される。例えば、ＩＶＳ電源の電圧が５ボルトに設定されている場合、参照電圧ＶＳ１，ＶＳ２は、それぞれ２．５ボルト程度に設定される。

操作者によってペダル１３が踏み込まれると、ペダル１３の回動に応じて磁石２３が回転し、各ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃに入射する磁力が変化する。この結果、第１のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ（ＩＶＳ１）の出力電圧は、参照電圧ＶＳ１を上回り、ＩＶＳ１の信号はオフ状態からオン状態に遷移する。

同様に、第２のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃ（ＩＶＳ２）の出力電圧は、ペダル１３の回動に応じて磁石２３の角度が変化すると、参照電圧ＶＳ２を下回るため、ＩＶＳ２の信号はオン状態からオフ状態に遷移する。

従って、ＩＶＳ１の信号がオンで、かつ、ＩＶＳ２の信号がオフである場合に、ペダル１３の踏込み開始を検出することができる。ＩＶＳ１，ＩＶＳ２のいずれか一方の信号だけでも、ペダル１３の踏込み開始（アクセス操作の開始）を検出可能である。しかし、この場合は、断線や電圧の回り込み等によって異常な信号が出ている場合、この異常を検出することができない。これに対し、ペダル１３の操作開始によって信号の反転する２種類の信号ＩＶＳ１，ＩＶＳ２を用いることにより、ペダル１３の操作開始を確実に検出することができる。また、いずれか一方の信号が異常な場合でも、他方の正常な信号によって、この異常状態を検出することができる。

なお、スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃに基づく出力信号ＩＶＳ１，ＩＶＳ２は、例えば、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａに障害が発生した場合に利用される。即ち、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａに障害が生じた場合でも、ペダル１３の操作開始が検出された場合には、エンジン回転数を低速ないし中低速に設定することにより、ダンプトラックやホイールローダ等の建設機械を安全な場所まで移動させることができる。

本実施例は、上述のように、ペダルセンサ３を非接触型のセンサとして構成し、可動機構部２０と電気回路部３０とに完全に分離するため、電気回路部３０の防水性能を高めることができる。

本実施例では、圧縮可能ねじりバネ２４を圧縮した状態で回路部ケース３１と機構部ケース２１との間に配置するため、単一のねじりバネ２４によって、磁石２３の周方向及び軸方向の位置決めをそれぞれ行うことができる。これにより、磁石２３の位置決めに要する部品点数を半減させて製造効率を高め、コストを低減することができる。また、単一のねじりバネ２４によって磁石２３の位置決め機構を小型化することができ、この結果、ペダルセンサ３の寸法を小型化することができる。

本実施例では、回路部ケース３１内に、比較的柔らかい樹脂材料からなり基板３２を包み込むようにして設けられる第１モールド部４２と、比較的硬い樹脂材料からなり配線部３４の引き出し部を包み込むようにして設けられる第２モールド部４３とを備える。従って、基板３２を第１モールド部４２によって保護すると共に、配線部３４の断線を防止することができ、可動機構部２０から電気回路部３０を分離した構成と相俟って、信頼性をより一層高めることができる。

本実施例では、ペダル１３が中間位置まで操作された場合に、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａが磁極境界に重なるようにして配置するため、磁力が直線的に変化する範囲を有効に利用して、ペダル１３の操作量を検出することができる。

本実施例では、磁石２３の磁力が最大値を取らない範囲で、スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃを使用するため、環境温度が変化して磁力が変動した場合でも、ペダル１３の操作開始を検出することができ、信頼性が向上する。

図１１に基づいて、ホールＩＣ３３の配置方法に関する変形例を説明する。前記第１実施例では、図７と共に述べたように、磁石２３の外周よりも若干内側に位置して磁極境界２３Ａ上にリニア出力用ホールＩＣ３３Ａを配置した。そして、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａの近傍に第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂを配置し、このホールＩＣ３３Ｂに対向する位置に第２スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃを配置する場合を説明した。

これに対し、本実施例では、図１１に示すように、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａ及び各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃを同一円周上に配置する。この場合、各ホールＩＣ３３Ａ〜３３Ｃが磁石２３の外周よりも若干内側に位置するように配置するのが好ましい。磁石２３の外周側に近づくほど磁力が大きくなるためである。

図１２は、第３実施例に係るホールＩＣ３３の配置方法を示す説明図である。本実施例では、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａを、磁極境界２３Ａ上であって磁石２３の外周のやや内側寄りに配置する。また、第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂを、磁極境界２３Ａ上であって、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａよりも内側に配置する。そして、第２スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃを、磁極境界２３Ａ上であって、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａに対向する位置に配置する。

図１３は、第４実施例に係るホールＩＣ３３の配置方法を示す説明図である。本実施例では、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａ及び各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃを磁極境界２３Ａの一方の側に寄せて配置する。即ち、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａは、磁極境界２３Ａ上であって磁石２３の外周のやや内側寄りに配置し、第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂは、磁極境界２３Ａ上であってリニア出力用ホールＩＣ３３Ａの内側に近接して配置し、第２スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃは、磁極境界２３Ａ上であって第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂの内側に近接して配置する。

図１４は、第５実施例に係るホールＩＣ３３の配置方法を示す説明図である。本実施例では、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａを、磁極境界２３Ａ上であって、磁石２３の外周のやや内側に配置させる。第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂは、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａと同一円周上に位置して、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａの近傍に配置する。そして、第２スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃは、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａ及び第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂの位置する円周の内側に位置して、第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂの近傍に配置させる。

図１５は、第６実施例に係るホールＩＣ３３の配置方法を示す説明図である。本実施例では、複数のリニア出力用ホールＩＣ３３Ａ，３３Ｄと、複数のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃとを備えている。

各リニア出力用ホールＩＣ３３Ａ，３３Ｄは、磁極境界２３Ａの両端側に向かい合うようにして配置されている。即ち、第１リニア出力用ホールＩＣ３３Ａは、磁極境界２３Ａ上であって、磁石２３の外周のやや内側寄りに配置される。第２リニア出力用ホールＩＣ３３Ｄは、磁極境界２３Ａ上であって、第１リニア出力用ホールＩＣ３３Ａと対向するように、第１リニア出力用ホールＩＣ３３Ａと同一円周上に配置される。

各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃは、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａ，３３Ｄの近傍に位置して、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａ，３３Ｄと同一円周上で向き合うように配置されている。

図１６は、第７実施例に係るホールＩＣ３３の配置方法を示す説明図である。本実施例では、基板３２の両面にホールＩＣ３３Ａ〜３３Ｃをそれぞれ設けている。図１６の上側に、基板３２，ホールＩＣ３３及び磁石２３の部分断面を模式的に示すように、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａは、磁石２３に対面するようにして、基板３２の前面（磁石２３に対面する側の面）に設けられている。リニア出力用ホールＩＣ３３Ａは、磁石２３の外周からやや内側寄りに位置して、磁極境界２３Ａの一方の端部に配置される。

第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂは、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａの真裏に位置して、基板３２の後面（磁石２３と向き合う面の反対側の面）に設けられている。第２スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃは、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａ及び第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂと同一円周上に位置して、磁極境界２３Ａの他方の端部に配置されている。第２スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃは、第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂと同様に、基板３２の後面に設けられている。

このように、基板３２の両面を利用して各ホールＩＣ３３Ａ〜３３Ｃをそれぞれ設けることにより、ホールＩＣ３３Ａ〜３３Ｃを基板３２に実装するための面積を小さくし、磁石２３の直径を短くすることができる。この結果、前記各実施例よりも、ペダルセンサ３を小型化することができる。

図１７は、第８実施例に係るホールＩＣ３３の配置方法を示す説明図である。第７実施例では、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａのみを基板３２の前面に配置し、各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃを基板３２の後面に配置した。これに対し、本実施例では、基板３２の前面にリニア出力用ホールＩＣ３３Ａ及び第２スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃを設け、基板３２の後面に第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂを設ける。このように構成される本実施例も前記第７実施例と同様の効果を奏する。

図１８は、第９実施例に係るペダルセンサ３の信号パターンの利用方法を示すテーブルである。以下の説明では、図９と図１８とを参照する。まず、図９を参照して、本実施例のペダルセンサ３から出力可能な信号を説明する。

ペダルセンサ３は、合計５種類の信号を外部に出力可能である。第１の信号は、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａから出力されるリニア電圧信号（ＡＰＳ出力）である。第２の信号は、第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂの出力電圧がコンパレータ１０３Ａで比較されて出力されるオンオフ信号（ＩＶＳ１）である。第３の信号は、第２スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃの出力電圧がコンパレータ１０３Ｂで比較されて出力されるオンオフ信号（ＩＶＳ２）である。

第４の信号は、第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂからコンパレータ１０３Ａに入力される前の出力電圧信号（リニア出力２）である。第５の信号は、第２スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃからコンパレータ１０３Ｂに入力される前の出力電圧信号（リニア出力３）である。図１０に示すように、各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃから出力される電圧信号は、磁石２３の回転による磁力変化に伴って、ほぼリニアに変化する。従って、コンパレータ１０３Ａ，１０３Ｂに入力される前の出力電圧を、リニア電圧信号として利用することができる。以下、「リニア出力２」を第２のリニア出力信号と、「リニア出力３」を第３のリニア出力信号と呼ぶ場合がある。

図１８を参照する。上述のように、本実施例では、合計５種類の信号を利用することができるため、図１８のセンサ信号のパターンテーブルＴ１に示すように、ペダルセンサ３を大きく分けて７つのタイプ（パターン）で利用可能である。

第１のタイプは、ペダルセンサ３が一つのＡＰＳ信号のみを出力する場合である。ＡＰＳ信号とは、上述のように、アクセルペダル２の操作量に応じて連続的に変化する信号である。ペダルセンサ３を第１のタイプとして使用する場合、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａの出力信号のみをエンジンコントローラ１０００に入力すればよい。

第２のタイプは、ペダルセンサ３がＡＰＳ信号及びＩＶＳ信号をそれぞれ一つずつ出力する場合である。ＩＶＳ信号とは、上述のように、アクセルペダル２の操作開始を検出するためのオンオフ信号である。ペダルセンサ３を第２のタイプとして使用する場合、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａの出力信号と、第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ（３３Ｃでもよい）に接続されるコンパレータ１０３Ａ（ホールＩＣ３３Ｃを用いる場合は、コンパレータ１０３Ｂとなる。以下同様）からの出力信号（ＩＶＳ１）とを、エンジンコントローラ１０００にそれぞれ入力すればよい。

第３のタイプは、ペダルセンサ３が一つのＡＰＳ信号と二つのＩＶＳ信号を出力する場合である。ペダルセンサ３を第３のタイプとして使用する場合、前記各実施例で述べたように、リニア出力用ホールＩＣ３３ＡからのＡＰＳ信号と各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃに基づくＩＶＳ信号とを、エンジンコントローラ１０００にそれぞれ入力すればよい。

第４のタイプは、ペダルセンサ３が二つのＡＰＳ信号と一つのＩＶＳ信号を出力する場合である。ペダルセンサ３を第４のタイプとして使用する場合、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａの出力信号と、第２スイッチ出力用ホールＩＣ３３ＣによるＩＶＳ信号と、第２リニア出力信号とを、エンジンコントローラ１０００にそれぞれ入力すればよい。あるいは、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａの出力信号と、第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３ＢのＩＶＳ信号と、第３リニア出力信号とを用いることにより、第４のタイプのペダルセンサ３を得ることもできる。

ここで、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａと第１スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂとは、磁石２３の回転と出力電圧が比例する。即ち、ホールＩＣ３３Ａの出力電圧とホールＩＣ３３Ｂの出力電圧は、同様にして変化する。そこで、以下の説明では、便宜上、同様の変化を示す二種類のＡＰＳ信号を「同特性」と呼び、逆の変化を示す二種類のＡＰＳ信号を「逆特性」と呼ぶ。逆特性とは、磁石２３の回転に伴って、一方のＡＰＳ信号が比例変化し、他方のＡＰＳ信号が逆比例変化する場合である。比例変化するＡＰＳ信号と逆比例の変化を示すＡＰＳ信号とをグラフに重ねると、Ｘ字のように見えることから、Ｘパターンと呼ぶこともできる。

第５のタイプは、ペダルセンサ３が二つのＡＰＳ信号のみを出力する場合である。この場合、３種類のサブパターンに分類可能である。第１に、リニア出力用ホールＩＣ３３ＡのＡＰＳ信号及び第２のリニア出力信号（リニア出力２）とを選択可能である。第２に、ホールＩＣ３３ＡのＡＰＳ信号及び第３のリニア出力信号（リニア出力３）とを選択可能である。第３に、第２のリニア出力信号及び第３のリニア出力信号を選択可能である。なお、ホールＩＣ３３Ｃから出力される第３のリニア出力信号は、１８０度位相をずらすことにより、ＡＰＳ信号及び第２のリニア出力信号と同様に、比例変化する信号として利用する。従って、第５のタイプは、複数のＡＰＳ信号を同特性で出力する。

第６のタイプは、複数のＡＰＳ信号を逆特性で出力させると共に、一つのＩＶＳ信号を出力させる。この場合、ホールＩＣ３３ＡのＡＰＳ信号及び第２のリニア出力信号と、ホールＩＣ３３ＣのＩＶＳ信号とを選択する。または、ホールＩＣ３３ＡのＡＰＳ信号及び第３のリニア出力信号と、ホールＩＣ３３ＢのＩＶＳ信号とを選択する。

第７のタイプは、第５のタイプと同様に、二つのＡＰＳ信号及び一つのＩＶＳ信号を出力する。第５のタイプでは、二つのＡＰＳ信号を同特性で出力するが、第７のタイプでは、二つのＡＰＳ信号を逆特性で出力させる。第７のタイプでは、第１に、リニア出力用ホールＩＣ３３ＡのＡＰＳ信号及び第２のリニア出力信号とを選択可能である。第２に、ホールＩＣ３３ＡのＡＰＳ信号及び第３のリニア出力信号とを選択可能である。第３に、第２のリニア出力信号及び第３のリニア出力信号を選択可能である。

このように、本実施例によるペダルセンサ３は、一つのリニア出力用ホールＩＣ３３Ａと二つのスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃとの合計３個のホールＩＣによって、３種類のリニア出力信号（ＡＰＳ信号、第２のリニア出力信号、第３のリニア出力信号）と、２種類のＩＶＳ信号とを得ることができる。従って、エンジンコントローラ１０００の制御方法に応じた適切な信号を容易に得ることができ、種々の制御方法に対応することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

本発明の実施例による電気式アクセルペダル装置の側面図。 図１中の矢示II−II方向から見た断面図。 ペダルセンサを拡大して示す断面図。 ペダルセンサの分解斜視図。 可動機構部を磁石側から見た斜視図。 磁石とホールＩＣの配置関係を示す説明図。 磁石とホールＩＣの配置関係を簡略化して示す説明図。 磁石の回転角度と磁力の変化の関係を示す特性図。 ペダルセンサの電気回路図。 スイッチ出力用ホールＩＣの出力電圧とペダルの操作開始を検出するための信号との関係を示す信号図。 第２実施例によるホールＩＣの配置方法を示す説明図である。 第３実施例によるホールＩＣの配置方法を示す説明図である。 第４実施例によるホールＩＣの配置方法を示す説明図である。 第５実施例によるホールＩＣの配置方法を示す説明図である。 第６実施例によるホールＩＣの配置方法を示す説明図である。 第７実施例によるホールＩＣの配置方法を示す説明図である。 第８実施例によるホールＩＣの配置方法を示す説明図である。 第９実施例によるホールＩＣの配置方法を示す説明図である。

符号の説明

１…電気式アクセルペダル装置、２…アクセルペダル、３…ペダルセンサ、１０…支持フレーム、１０Ａ…傾斜面、１１…取付ブラケット、１２…回動ピン、１３…ペダル、１３Ａ…シャフト取付部、１４…ペダル側シャフト、１４Ａ…係合突起、１５…レバー、１５Ａ…回動ピン、１５Ｂ…ストッパ、１５Ｃ…シャフト挿通部、１６…ローラ、２０…可動機構部、２１…機構部ケース、２２…回転シャフト、２２Ａ…係合凹部、２２Ｂ…鍔部、２２Ｃ…バネ係合部、２３…磁石、２３Ａ…磁極境界、２４…圧縮可能なねじりバネ、２４Ａ，２４Ｂ…座巻き、２４Ｃ…中間巻き、２５…ベアリング、２６…ダストシール、２７…Ｏリング、２８…取付ボルト、２９…座金、３０…電気回路部、３１…回路部ケース、３１Ａ…収容部、３１Ｂ…バネ係合部、３１Ｃ…段部、３２…基板 、３２Ａ…電気回路素子、３３Ａ…リニア出力用ホールＩＣ、３３Ｂ，３３Ｃ…スイッチ出力用ホールＩＣ、３４…配線部、４１…カバー、 ４２…第１モールド部、４３…第２モールド部、４４…熱収縮チューブ、４５…Ｏリング、１０１…リニア出力用電気回路、１０２…スイッチ出力用電気回路、１０３Ａ，１０３Ｂ…コンパレータ、１０４Ａ，１０４Ｂ…フォトスイッチ、３３１…ホール素子、１０００…エンジンコントローラ

Claims (4)

1. スロットル開度を制御するための操作装置（２）の回動角度を電気信号として検出する回動角センサ（３）であって、
   前記操作装置の操作量を回転シャフト（２２）の回転運動として検出するための可動機構部（２０）と、前記回転シャフトの回転運動を非接触で検出し、電気信号に変換して出力するための電気回路部（３０）とを備え、
   前記可動機構部（２０）は、
   機構部ケース（２１）と、
   前記機構部ケースに回動可能に設けられ、その基端側に前記操作装置に操作に応じて回転する操作装置側シャフト（１４）が接続される前記回転シャフト（２２）と、
   前記回転シャフトの先端側端面に設けられ、径方向に着磁された円盤状の磁石（２３）と、を備えて構成され、
   前記電気回路部（３０）は、
   前記機構部ケースと対向して分離可能に設けられ、非磁性材料から形成される前記回路部ケース（３１）と、
   前記回路部ケース内に設けられた基板（３２）と、
   前記回路部ケースの壁部を介して前記磁石（２３）に対向するように前記基板に設けられた複数の磁気検出素子（３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ）と、
   一端側が前記基板を介して前記磁気検出素子に電気的に接続され、他端側が外部装置に接続される配線部（３４）と、
   を備えて構成され、
   前記磁気検出素子には、前記操作装置（２）の操作量に応じたリニア信号を出力するためのリニア出力用検出素子（３３Ａ）と、前記操作装置が操作された場合にオンオフ信号を出力するためのスイッチ出力用検出素子（３３Ｂ，３３Ｃ）とが含まれていることを特徴とする回動角センサ。
2. 前記複数の磁気検出素子は、前記基板の両面にそれぞれ配置されている請求項１に記載の回動角センサ。
3. 前記リニア出力用検出素子（３３Ａ）に電源を供給し、該リニア出力用検出素子から信号を取り出すための第１の電気回路（１０１）と、前記スイッチ出力用検出素子（３３Ｂ，３３Ｃ）に電源を供給し、該スイッチ出力用検出素子から信号を取り出すための第２の電気回路（１０２）とは互いに独立している請求項１に記載の回動角センサ。
4. 前記第２の電気回路（１０２）は、前記スイッチ出力用検出素子からの出力電圧を参照電圧と比較し、前記出力電圧が前記参照電圧を上回っているかまたは下回っている場合にオンオフ信号を出力する比較器（１０３Ａ，１０３Ｂ）と、
   前記スイッチ出力用検出素子から前記比較器に入力される前の前記出力電圧を外部に取り出すための出力端子とを備える請求項３に記載の回動角センサ。
   

Images