JPH0868606A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、少ない構成部品によって簡単に構
成できると共に、充分な精度が確保できるようにした、
特に平行磁界回転型の回転角度検出装置を提供すること
を目的とする。 【構成】例えばスロットル弁12と共に回転される回転部
材15を備えた筐体13と、センシングユニット23をインサ
ートしたハウジング21との組み合わせで構成される。セ
ンシングユニット23は、感磁素子やその回路要素を集積
化して内蔵するＩＣ内蔵部241 を備え、このＩＣ内蔵部
241 は端子251 等を含むリードフレーム25に結合され
て、このリードフレーム25の面と垂直に立ち上がるよう
に形成して、ＩＣ内蔵部241 がハウジング21において半
島部211 として突出される。そして、このハウジング21
を筐体13と組み合わせたときに、半島部211 が筐体13の
ヨーク16に設定される永久磁石271 と272 との間に配置
されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車用に用
いられるエンジンのスロットル開度を検出するセンサ機
構、ステアリングの回転角量を検出するステアリングセ
ンサ等として使用される、平行磁界回転型の回転角度検
出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁界を利用した回転角度検出機構を構成
する回転角センサは、従来から種々提案されている。図
７はこの様な磁界を利用した回転角センサの基本的な構
成を示すもので、まず（Ａ）図に示された例では固定さ
れた基板面に磁気抵抗素子51をリング状に形成すると共
に、このリング状磁気抵抗素子51の中心軸部を回転軸と
して、被測定体（図示せず）と共に回転される永久磁石
52を設定している。そして、この永久磁石52で発生され
る磁界をリング状の磁気抵抗素子51に作用させてその抵
抗値を変化させ、磁気抵抗素子51の両端間の抵抗値の変
化を、測定回転角量に対応するものとして検出するもの
で、磁石対向面移動型の回転角センサが構成される。

【０００３】さらに回転角センサとしては磁界強さ変化
型が考えられるもので、この磁界強さ変化型としては
（Ｂ）図で示すような構成が存在する。すなわち、基板
53上に磁気抵抗素子のパターンで構成された感磁素子54
を固定設定し、基板53面に対向するようにして、被測定
体と共に回転されるヨーク55を設定するもので、このヨ
ーク55に対して永久磁石56を設定する。この場合、ヨー
ク55の基板53と対向する面が傾斜して成形され、その回
転角量に応じてヨーク55と感磁素子54との距離が変化さ
れ、感磁素子54において検出される磁界の強さに対応し
て回転角量が検出されるようにしている。

【０００４】しかし、この様な磁石対向面移動型および
磁界の強さ変化型の回転角センサにあっては、感磁素子
とこれに対向設定される磁石との相対位置誤差が、検出
特性に対して直接的に大きく作用する。

【０００５】この様な問題点に対処するために、（Ｃ）
図で示すような平行磁界回転型の回転角センサが考えら
れている。すなわちこの回転角センサは、被測定体と共
に回転する軸57と一体的に回転されるように、軸方向と
平行に延びる一対の脚片581および582 を有するヨーク5
8を設け、脚片581 と582 の対向面にそれぞれ永久磁石5
91 および592 を設定する。そして、この永久磁石591
と592 との相互間に形成される磁束に交差するようにし
て、感磁素子54を固定的に設定させる。

【０００６】すなわち、この回転角センサにあっては、
一対の永久磁石591 と592 との間には平行平等磁界が設
定されるもので、この平行平等磁界内に感度素子54が設
定されるようになるものであるため、磁石591 、592 と
感磁素子54との相対位置誤差の影響が小さくされるよう
になり、検出精度並びに耐久性の要求される回転角セン
サとして、効果的に採用される。

【０００７】図８はこの様な平行磁界回転型の回転角セ
ンサを使用した回転角度検出装置の従来の例を示すもの
で、入力軸61は磁性体によって構成され、その一端部に
図示しない被測定体の回転が結合されるもので、他端面
には軸線に沿って開口が形成され、その開口部内面に軸
線を挟んで対向されるように永久磁石591 および592が
接着されている。すなわち、入力軸61の他端部において
ヨーク581 および582が形成される。

【０００８】入力軸61は、合成樹脂によって構成された
ハウジング62に対して回転自在に支持されているもの
で、この入力軸61の永久磁石591 、592 が設定された端
面に対向する位置に、この入力軸61の軸線と直交する平
面を有するようにプリント板63が取り付けられている。
このプリント板63上には、詳細は図示していないが多数
の電子素子を用いた増幅回路等の電子回路部品が取り付
けられているもので、さらに角度検出用のホール素子64
が取り付けられている。

【０００９】このホール素子64は、プリント板63の表面
に垂直に設定された支持部材の先端に取り付け支持され
ているもので、入力軸61に取り付けられた永久磁石591
および592 の間の中間位置、すなわち入力軸61の軸線に
一致する位置に配置されている。そして、ハウジング62
のプリント板63が設定される部分の開口は、カバー65お
よびパッキングによって封止される。

【００１０】しかし、この様に構成される回転角度検出
装置の構造では多くの部品点数が必要となり、製造コス
トがかさむ。部品点数の少なくするためには、例えば特
開平２−２８５２１２号公報に示されるように、ホール
素子64からなる感磁素子を含めて、増幅回路や調整回路
等を集積化することが考えられる。

【００１１】感磁素子と共に増幅回路や調整回路を集積
してＩＣチップ化するに際して、まず感磁素子は絶縁フ
ィルム上に磁気感応材料によるパターンを形成すること
によって構成され、このフィルム状の感磁素子と同一フ
ィルム上に電子回路素子を組み合わせ構成するようにな
るものであるため、フィルム面の方向はプリント板と平
行の方向となる。一方、感磁素子の感磁方向はフィルム
面に垂直であるので、フィルムの片側からだけでは適切
な磁界（平行な磁界）を印加することができない。

【００１２】すなわち、平行回転磁界をこの感磁素子に
対して印加するためには、プリント板を挟むような形で
磁気回路を構成しなければならず、入力軸61を回転させ
ようとするとプリント板と磁気回路とが干渉し、実際に
図８で示したような構造において、ＩＣ化した感度素子
を使用することができない。

【００１３】この様な感磁素子の特性の調整方法とし
て、集積化した回路内部に複数の抵抗を設定すると共に
これらの抵抗と平行にフューズを配し、このフューズを
溶断するか否かの選択で、回路内に設定される抵抗値を
調整することが知られている。しかし、調整の精度を向
上させるためには調整用の端子数が多く必要となり、集
積化したＩＣチップの体格も大きくなるものであり、こ
のＩＣチップを含むセンサの外部まで調整端子を引き出
すようにすれば、センサ本体も大型化する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、充分に簡単な構成部品によ
って構成できるようにすると共に、特に感磁素子と共に
増幅回路や調整回路等を含む電子回路要素を集積化して
構成して、平行磁界回転型の磁界印加方法が効果的に採
用できるようにした回転角度検出装置を提供しようとす
るものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る回転角度
検出装置は、磁気感応材料をパターン化して構成した薄
膜状の感磁素子、さらにこの感磁素子に付属される増幅
回路を含む回路要素を集積化したＩＣチップ部を内蔵し
たセンシング部を有するセンシングユニットを備えると
共に、このセンシングユニットをインサートしてハウジ
ングを構成し、さらに被測定回転体と共に回転される一
対の対向する永久磁石の設定されたヨーク片を備え、こ
の一対のヨーク片相互間に平行磁界が形成されるように
した筐体を構成して、この筐体と前記ハウジングが組み
合わされるようにする。ハウジングにあっては、センシ
ングユニットのセンシング部分が突設された半島状部に
配設され、前記筐体と前記ハウジングとが組み合わされ
た状態で、前記センシング部が設定された半島部分が、
前記一対のヨークの相互間に前記磁界が交差されるよう
にして位置設定されるようにする。

【００１６】

【作用】この様に構成される回転角度検出装置にあって
は、センサ本体部を構成する内部機能部品である、例え
ば感磁素子や増幅回路等を含む回路要素が集積化して構
成され、さらに必要に応じてコネクタ要素やリードフレ
ームと共に樹脂で一体化してセンシングユニットとさ
れ、このセンシングユニットがハウジングに埋設されて
センサ本体が構成される。この場合、センシングユニッ
トにおいて感磁素子を内蔵する部分は半島状に突出して
構成されて、このセンシングユニットを内蔵したハウジ
ングと永久磁石の設定されたヨークを含み構成された筐
体とを組み合わせることにより、一対のヨーク片の永久
磁石の相互間に感磁素子部が配置されるようになり、こ
の感磁素子部分が磁気回路によって取り囲まれるように
なる。ここで、調整手段等は集積回路内に例えばＥＰＲ
ＯＭとレジスタを内蔵することにより構成することがで
き、調整のためにＥＰＲＯＭへの入力端子をセンサ本体
の外部まで引き出すようにすれば、取扱いが簡便とされ
ると共に高精度に構成可能な平行磁界回転型の回転角度
センサ機構とすることができる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は回転角度検出装置の断面構成を示して
いるもので、例えばスロットルバルブ部材11を構成する
スロットル弁12の回転角量を検出するために構成され
る。このため、スロットル部材11と一体的に構成される
筐体13に、スロットル弁12と一体的に回転される入力軸
14が設定されるもので、この入力軸14は筐体13内に形成
される回転部材15に結合され、図示しないアクセルペダ
ルの踏み込み操作に対応して駆動されるスロットル弁12
と一体的に回転部材15が回転されるようにする。

【００１８】この回転部材15には、磁性材料によって構
成したヨーク16が一体的に取り付けられているもので、
このヨーク16はその回転軸線を挟んで対向されるように
した一対のヨーク片161 および162 を備える。そして、
このヨーク片161 および162の対向する面には、それぞ
れ永久磁石171 および172 が接着等によって取り付けら
れ、その相互間に平行磁界が設定しされるようにする。
すなわち、スロットル弁12の回転と共に回転する平行回
転磁界が設定されるようにする。

【００１９】この様にヨーク16と一体の被測定回転部材
15を回転自在に保持する筐体13に対して、樹脂の成形体
によって構成されたハウジング21が組み合わせ構成され
るもので、このハウジング21部によってセンサ本体22が
構成される。このハウジング21の内部には、センシング
ユニット23が埋設設定される。このセンシングユニット
23は、例えば図２で示すように感磁素子と共にその増幅
回路や調整回路等を構成するＥＰＲＯＭおよびレジスタ
を集積化して１チップとしたＩＣチップ24を備える。

【００２０】このＩＣチップ24は、配線さらにセンサ本
体23のコネクタ端子を兼ねたリードフレーム25の上に装
着されるもので、このリードフレーム25のリード部とＩ
Ｃチップ24とは、適宜ボンティグによって接続される。
リードフレーム25には、後工程においてセンサ本体22と
しての出力端子251 や調整端子252 が形成されているも
ので、特に（Ａ）図で破線で示すように樹脂成形により
実装することにより、（Ｂ）図で示されるようなセンシ
ングユニット23が完成される。

【００２１】ここで、リードフレーム25の主体部分が埋
設されたセンシングユニット23の本体部231 は平板状に
構成され、ＩＣチップ24部に対応して開口が形成され
る。そして、この開口内に位置してＩＣチップ24を電子
回路要素と共に樹脂モールドした、感磁部とされるＩＣ
内蔵部241 が設定されるもので、このＩＣ内蔵部241 は
本体部231 の平面に対して垂直の方向に向けて立てられ
ている。すなわち、ＩＣチップ24とリードフレーム25と
を接続しているリード片部を直角に折曲することによ
り、特にＩＣ内蔵部241 の内部に設定される感磁素子の
感磁面が、センシングユニット本体部231 に対して垂直
となるように設定されるようにする。

【００２２】この様に構成されるセンシングユニット23
を樹脂によってモールドするようにしてハウジング21が
構成されるもので、このハウジング21において本体部24
1 の面から垂直に立ち上がるＩＣ内蔵部242 が、半島状
に突出されるようになる。そして、このハウジング21を
前記筐体13と組み合わせた状態で、ＩＣ内蔵部241 のモ
ールドされた突設される半島部211 が、前記ヨーク16の
一対のヨーク片161 と162 との相互間に配置されるよう
にする。すなわち、ヨーク片161 と162 にそれぞれ取り
付けられた永久磁石171 と172 との間の平行磁界に交差
して、ＩＣチップ24の特に感磁素子の感磁面が設定され
るようにする。

【００２３】図３の（Ａ）はセンサ本体22部を取り出し
て示したもので、筐体13が結合される円筒状部221 を備
え、その中心部分に半島部211 が突設される。また
（Ｂ）図は筐体13の内部に配置されるヨーク16を取り出
して示したもので、磁性材料によって構成した板材を
「コ」の字型に折曲して一対のヨーク片161 および162
が形成されるようにしている。そして、このヨーク片16
1 と162 の対向面に永久磁石171 および172 を接着して
なるもので、このヨーク片161 と162 をつなぐ結合片16
3 部分が、入力軸14と結合される回転部材15と一体化さ
れる。

【００２４】この様に構成される回転角度検出装置にあ
っては、被検物であるスロットル弁12が、アクセルペダ
ル等の操作に対応して回転されると、これと一体的に回
転部材15が回転し、これに伴ってヨーク16が回転され
る。このヨーク16が回転されると、一体的にヨーク片16
1 および162 が永久磁石171 および172 と共に平行面内
で回転し、平行平等磁界が平面内で回転されるようにな
る。したがって、永久磁石171 と172 との間に配置され
たセンシングユニット23のＩＣ内蔵部241 を内蔵した半
島部211 を横切る磁界が回転する。

【００２５】ここで、ヨーク16のヨーク片161 と162 と
の間に設定される平行磁界をＨo とすると共に、このヨ
ーク16の回転角度をθとすると、半島部211 の内部に設
定されるＩＣチップ24を構成する感磁素子に印加される
有効磁界Ｈは、 Ｈ＝Ｈo sin θ で変化する。

【００２６】例えば、感磁素子がホール素子によって構
成される場合、そのホール効果によって感磁素子からの
出力電圧Ｖは Ｖ＝Ｖo sin θ となる（ここで、Ｖo は“Ｈ＝Ｈo ”のときの出力電
圧）。

【００２７】なお、この感磁素子の出力特性等の調整の
方法は、一体的にＩＣチップとして組み込まれたＥＰＲ
ＯＭとレジスタによる調整であり、調整用の端子252 か
ら一連の電気信号を入力することにより、センサ出力特
性である傾き（増幅度）およびオフセット（バイアス）
を調整するものである。

【００２８】この様に構成される回転角度検出装置にあ
っては、センサ本体22の内部機能部品である感磁素子、
増幅回路および調整回路等を集積したＩＣチップ24と、
このセンサ本体22の出力端子251 からなるコネクタ端子
と、このコネクタ端子とＩＣチップ24とを配線する、プ
レス加工によって作成されるリードフレーム25とが、樹
脂成形によりセンシングユニット23として一体化されて
いる。したがって、これらの各部品相互の組み付け工数
が削減される。

【００２９】また、この様に一体化されたセンシングユ
ニット23は、樹脂にインサートすることによりハウジン
グ21が構成されるもので、実質的にセンシングユニット
23のビス等の固定用部品を用いた組み付け工数が削減さ
れ、同時にハウジング21に対して電子回路組み付け部の
開口を封止するカバーやパッキング等の構成部品の削減
も可能とされて、センシングユニット23の固定状況も非
常に安定化されて、耐久性に富むものとされる。

【００３０】さらに、センシングユニット23の感磁素子
を含むＩＣチップ内蔵部241 が、ハウジング21において
半島部211 として突出して構成され、このハウジング21
を被検体に連結される筐体13と組み合わせた状態で、こ
の半島部211 がヨーク16の永久磁石271 と272 との間に
配置される。したがって、回転される永久磁石271 およ
び272 と感磁素子との相対位置の誤差の影響を受け難い
磁気回路が構成されるようになって、効果的に“平行磁
界回転型”を適用できる。

【００３１】その他、調整手段としてＩＣチップ24内に
ＥＰＲＯＭやレジスタを内蔵することで、数本の調整用
の端子構造を用いた出力特性の調整が可能とされ、また
この調整のための端子は、リードフレーム25を介してセ
ンサ本体22の外部まで導出することによって、磁石のば
らつきを含めて組み付けられた状態での調整が可能とさ
れる。

【００３２】図４の（Ａ）はセンシングユニット23の他
の例を示したもので、同図の（Ｂ）はこのセンシングユ
ニット23を樹脂内にインサートしてセンサ本体22を構成
した状態を示している。すなわち、ここで示されたセン
シングユニット23は、出力端子251 部をＩＣ内蔵部241
の延びる方向と一致するように、このＩＣ内蔵部241と
反対側に延長するように形成しているもので、ハウジン
グ21の筐体13との結合面と反対側に出力端子251 を含む
コネクタ構造体が形成される。

【００３３】図５はセンシングユニット23のさらに他の
実施例を示したもので、この例においては感磁素子と増
幅回路等を内蔵した第１のＩＣ内蔵部31と、調整回路等
を内蔵した第２のＩＣ内蔵部32とが２つに分割して構成
されるもので、この両者が１つのリードフレームに対し
て取り付けられている。そして、感磁素子を含む第１の
ＩＣ内蔵部31が植立して形成されて、センサ本体として
樹脂モールドしてハウジングを構成したときに、筐体の
ヨークに設定された一対の永久磁石の相互間に配置され
る半島部を形成するようにされる。

【００３４】図６の（Ａ）および（Ｂ）にはセンシング
ユニット23のさらに異なる実施例を示したもので、
（Ａ）図の例ではＩＣ内蔵部241 の導出リードと、リー
ドフレーム25とを別個に作成して、その相互をスポット
溶接35するようにして一体化している。また（Ｂ）図の
例では、出力端子とされるコネクタ端子36とリードフレ
ーム25とを別々に作成して、その相互をスポット溶接37
するようにして一体化している。すなわち、この図６で
示した例にあっては、ＩＣチップのリード端子、コネク
タ端子さらにリードフレームが別個に作成されるように
して、スポット溶接手段を用いて接続するようにしたも
ので、これにより一体化したセンシングユニット23が構
成される。

【００３５】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る回転角度検
出装置によれば、充分に簡単な構成部品によって構成す
ることができると共に、特に感磁素子と共に増幅回路や
調整回路等を含む電子回路要素を集積化して、平行磁界
回転型の磁界印加方法が効果的に採用できるものであ
り、製造コストが効果的に削減されると共に、検出精度
が容易に確保されて信頼性に富むものとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る回転角度検出装置を
説明するための断面構成図。

【図２】（Ａ）は上記実施例におけるセンシングユニッ
トの作成する過程を説明するための平面図、（Ｂ）は完
成されたセンシングユニットを示す図。

【図３】（Ａ）は同じくセンサ本体を取り出して示す
図、（Ｂ）はヨーク部を取り出して示す図。

【図４】（Ａ）はセンシングユニットの第２の実施例を
示す図、（Ｂ）はこのセンシングユニットの内蔵された
センサ本体部を示す断面図。

【図５】センシングユニットの第３の実施例を示す図。

【図６】（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれセンシングユニ
ット部の第４および第５の例を説明する図。

【図７】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ磁界を利用した回転
角センサの基本的な構成例を説明する図。

【図８】従来の回転角度検出装置を説明する断面構成
図。

【符号の説明】

11…スロットルバルブ部材、12…スロットル弁、13…筐
体、14…入力軸、15…回転部材、16…ヨーク、161 、16
2 …ヨーク片、171 、172 …永久磁石、21…ハウジン
グ、211 …半島部、22…センサ本体、23…センシングユ
ニット、24…ＩＣチップ、241 …ＩＣ内蔵部、25…リー
ドフレーム。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気感応材料をパターン化して構成した
   薄膜状の感磁素子、さらにこの感磁素子に付属される増
   幅回路を含む回路要素を集積化したＩＣチップ部を樹脂
   に埋設して構成したセンシング部を有するセンシングユ
   ニットと、 このセンシングユニットをインサートして構成された樹
   脂でなるハウジングと、 被測定回転体と共に回転される一対の対向するヨーク片
   を備え、このヨーク片の対向面にそれぞれ磁石を取り付
   けて前記一対のヨーク片相互間に平行磁界が形成される
   ようにして構成されたヨークと、 このヨークが取り付けられると共に前記被測定回転体の
   支持体を構成し、且つ前記ハウジングに一体的に組み合
   わされる筐体とを具備し、 前記センシングユニットを構成する感磁素子を内蔵する
   センシング部分は、前記センシングユニットの本体部か
   ら半島状に突設して配設され、前記筐体と前記ハウジン
   グとが組み合わされた状態で、前記センシング部を内蔵
   した半島部分が、前記一対のヨーク片の相互間の前記平
   行磁界内に位置設定されるようにしたことを特徴とする
   回転角度検出装置。
2. 【請求項２】 前記感磁素子および回路要素は樹脂に埋
   設して前記センシング部として構成され、このセンシン
   グ部はコネクタ端子を有するリードフレームに一体的に
   結合されるもので、このリードフレームの面と交差する
   方向に前記センシング部が折曲して連続されて、前記セ
   ンシング部がリードフレームの面から立ち上がって突設
   されるように前記センシングユニットが構成され、この
   センシングユニットが前記ハウジング内に埋設されて、
   センシング部で前記半島部が形成さるようにした請求項
   １記載の回転角度検出装置。
3. 【請求項３】 前記感磁素子を含むＩＣチップを内蔵し
   た樹脂成形体により前記センシング部を構成すると共
   に、他の回路要素を樹脂で埋設して回路部材部を構成
   し、この回路部材部に前記センシング部が端子部材を介
   して連結されて前記センシングユニットが構成され、こ
   のセンシングユニットが前記ハウジング内に埋設される
   ようにした請求項１記載の回転角度検出装置。