JPH10197209A

JPH10197209A - スロットルバルブ開度センサ

Info

Publication number: JPH10197209A
Application number: JP165497A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kawamura; 秀樹河村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-01-08
Filing date: 1997-01-08
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】たとえ雰囲気温度が急変するような状況下にあ
っても、温度変化に影響されない高い精度にてスロット
ルバルブの開度を検出できるようにする。【解決手段】ロータ３はスロットルバルブを軸支するス
ロットルシャフト１に装着され、ロータ３には永久磁石
５が固着され、その中心部にはホール素子１０が配置さ
れている。センサハウジング６の凹部７内には回路基板
２０が配置され、ハウジング６におけるリード１１より
も外気側の肉厚ｔ１を小さくし、ハウジング６における
回路基板２０の下での肉厚ｔ２を小さくし、シリコーン
ゲル３０の充填厚みｔ３を大きくすることにより、雰囲
気温度の変化に対する永久磁石５の温度遅れの時定数τ
_m、回路基板２０の温度遅れの時定数τ_p、ホール素子
１０の温度遅れの時定数τ_eとしたとき、τ_m＞τ_p＞
τ_eの関係を満たす。これにより、雰囲気温度が急変す
るような状況下において検出誤差が小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、車載用エンジン
の吸気調量バルブであるスロットルバルブの開度を検出
するスロットルバルブ開度センサに関し、特にスロット
ルバルブの開閉を電子制御するシステム等、その開度を
モニタする上で高い検出精度が要求されるシステムに採
用して好適なセンサ構造の具現に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記スロットルバルブの開閉機構（以
下、単にスロットルという）としては、アクセルペダル
とのリンクによってメカニカルにその開閉を行うメカニ
カル式のもの、或いはアクセル開度やその他の条件に応
じて電子的にその開閉を制御する電子式のものが一般に
知られている。

【０００３】図９に、メカニカル式スロットルについて
その構成を模式的に示す。このメカニカル式スロットル
は、同図９に示されるように、エンジン（図示せず）の
吸気管１００内に図示の如く配設されてその吸気量を調
量するスロットルバルブ１０１と、このスロットルバル
ブ１０１に機械的にリンクされたアクセルペダル１０２
とを基本的に有して構成される。

【０００４】すなわちこのメカニカル式スロットルにあ
っては、アクセルペダル１０２の踏み込み量に直接対応
して上記スロットルバルブ１０１の開度が決定されるよ
うになり、アクセルペダル１０２の踏み込み量が「０」
すなわち踏み込みのない状態では、上記スロットルバル
ブ１０１も全閉状態に維持される。

【０００５】また、こうしたメカニカル式スロットルが
採用される場合には通常、同図９に併せ示されるＩＳＣ
（アイドルスピードコントロール）機構を通じてアイド
ル時におけるエンジン回転数の制御が行われる。

【０００６】このＩＳＣ機構は、上記スロットルバルブ
１０１を迂回するよう吸気管１００に対し図示の如く設
けられたバイパス通路１０４と、このバイパス通路１０
４を開閉するＩＳＣバルブ１０５とによって構成され
る。そして、スロットルバルブ１０１の開度を検出する
スロットルバルブ開度センサ１１０によって同スロット
ルバルブ１０１の全閉が検出されるアイドル運転時、所
望のエンジン回転数が得られるよう、上記ＩＳＣバルブ
１０５の開度が電子制御装置１３０によって制御され
る。

【０００７】スロットルバルブ１０１の全閉時、ＩＳＣ
機構を通じてこうした吸気量制御が実行されることによ
り、極めて安定した且つ木目の細かいエンジン回転数制
御が実現されるようになる。

【０００８】一方、こうしたメカニカル式スロットルに
対し、電子式スロットルは、図１０に示されるように、
吸気管１００内に図示の如く配設されて上記同様エンジ
ンの吸気量を調量するスロットルバルブ２０１と、この
スロットルバルブ２０１とは機械的に独立に設けられた
アクセルペダル２０２とを有して構成される。そして、
これらスロットルバルブ２０１及びアクセルペダル２０
２にはそれぞれその開度を検出するためのセンサ２１０
及び２２０が設けられており、通常は、電子制御装置２
３０を通じて、（１）アクセル開度センサ２２０からの出力に基づきア
クセルペダル２０２の踏み込み量を検知する。（２）このアクセルペダル２０２の踏み込み量に対応し
たスロットルバルブ２０１の開度が得られるよう、スロ
ットルバルブ開度センサ２１０の出力をモニタしつつ、
モータ２４０を通じて同スロットルバルブ２０１を開閉
駆動する。といったフィードバック制御が実行されるようになる。

【０００９】電子制御装置２３０を通じてこのような制
御が行われることにより、上記スロットルバルブ２０１
とアクセルペダル２０２とが機械的に独立した関係にお
かれる場合であれ、上記メカニカル式スロットルに準じ
た態様で、それら作動関係が維持されるようになる。な
お、該電子式スロットルとしての異常時等には、一種の
フェールセーフ機能として、これらスロットルバルブ２
０１とアクセルペダル２０２とが適宜の機構を介してメ
カニカルにリンクされることもある。

【００１０】また、電子式スロットルとしての同構成に
よれば、例えば上記ＩＳＣにかかる制御なども、電子制
御装置２３０による上記スロットルバルブ２０１の開閉
制御を通じて実現されるようになる。

【００１１】すなわちこの場合、電子制御装置２３０で
は、（１）アイドル時の目標エンジン回転数を求めてこれを
スロットルバルブ２０１の開度情報に変換する。（２）この目標とする開度情報に対応したスロットルバ
ルブ２０１の開度が得られるよう、スロットルバルブ開
度センサ２１０の出力をモニタしつつ、モータ２４０を
通じて同スロットルバルブ２０１を開閉駆動する。といったフィードバック制御を実行することとなる。

【００１２】何れにせよ、こうした電子式スロットルに
あっては、スロットルバルブ２０１の開度を適正に制御
し、またモニタする上で、上記スロットルバルブ開度セ
ンサ２１０の検出精度が極めて重要な意味を持つように
なる。

【００１３】図１１に、上記スロットルバルブ開度セン
サ２１０も含めて、こうした電子式スロットルの具体構
造についてその一例を示す。この図１１に示される電子
スロットルにおいて、スロットルボディー２００は、上
記吸気管１００に対して組み付けられる部分であり、そ
の内部に、上記スロットルバルブ２０１がスロットルシ
ャフト１によって軸支されている。

【００１４】また、このスロットルシャフト１は、上記
電子制御装置２３０によりその駆動が制御されるモータ
２４０の回転軸にギア群２４１並びに電磁クラッチ２４
２を介して連結されている。

【００１５】したがって、上記電磁クラッチ２４２のオ
ン状態でモータ２４０が駆動されることにより、その回
転が上記ギア群２４１を介してスロットルシャフト１に
伝達され、上記スロットルバルブ２０１の開閉が行われ
ることとなる。

【００１６】一方、上記スロットルシャフト１の一方端
にはフランジ部２が設けられ、このフランジ部２に、円
筒部を有する金属製のロータ３がビス４によって固定さ
れている。

【００１７】ロータ３は、ホール素子１０及びその駆動
並びに信号処理用の回路基板２０と共にスロットルバル
ブ開度センサ２１０を構成する部分であり、その円筒部
の内部に１８０°毎にＳ極，Ｎ極に着磁された円筒状の
永久磁石５を有している。そして、ロータ３はこの永久
磁石５、上記スロットルシャフト１の回転に伴って回転
する。

【００１８】また、ホール素子１０は、この回転する永
久磁石５の回転中心部に位置するよう、樹脂製のセンサ
ハウジング６内に上記回路基板２０と共に固定されてい
る。すなわち、同スロットルバルブ開度センサ２１０に
あっては、このホール素子１０に対する上記永久磁石５
の磁界付与方向に基づいてスロットルシャフト１の回転
角度、すなわちスロットルバルブ２０１の開度を非接触
にて検出するようになっている。

【００１９】以下、図１２及び図１３に基づき、こうし
たスロットルバルブ開度センサ２１０による開度検出原
理を更に詳述する。同スロットルバルブ開度センサにあ
っては、図１２にその概要を模式的に示すように、スロ
ットルシャフト１に連動して回転するロータ３に対し、
その回転軸と直交する方向に着磁された円筒形状の永久
磁石５が設けられ、円筒形状の永久磁石５において１８
０°毎にＳ極とＮ極が着磁されている。そして、該永久
磁石５の中空部内に、ロータ３の回転軸に沿った面に平
行且つ回転軸を中心に対称に、同永久磁石５の磁界方向
を検出するホール素子１０が配設されている。

【００２０】このため、スロットルシャフト１の回動に
伴い永久磁石５がホール素子１０の周りを同図１２に示
される態様で回転すると、該ホール素子１０の感磁面に
対する磁界方向が変化し、その変化した角度θに対応し
た電気信号すなわちホール電圧ＶＨが、ＶＨ＝ＫＨ・Ｂ・Ｒｄ・Ｉ・ｓｉｎθ ＝ＶＡ・ｓｉｎθ …（１）といったかたちで、同ホール素子１０から出力されるよ
うになる。

【００２１】ここで、値ＶＡは、値「ＫＨ・Ｂ・Ｒｄ・
Ｉ」に対応した定数である。図１３に示されるように、
ロータ３が「−９０（＝θ）」度から「＋９０（＝
θ）」度まで回転する間に、上記ホール電圧ＶＨは、
「−ＶＡ」から「＋ＶＡ」へと正弦波上を連続的に変化
するようになる。また、同（１）式において、ＫＨはホ
ール素子１０の感度であり、Ｂは永久磁石５の磁束密度
であり、Ｒｄはホール素子１０の内部抵抗であり、Ｉは
ホール素子１０の駆動電流である。

【００２２】図１１に例示したスロットルバルブ開度セ
ンサ２１０において、回路基板２０では、上記駆動電流
Ｉをホール素子１０に対し供給するとともに、ホール素
子１０からこうした態様で出力されるホール電圧ＶＨを
所要に処理して、上記スロットルバルブ２０１の開度に
対応した電気信号を出力することとなる。なおこの出力
は、図示しないコネクタ等を介して電子制御装置２３０
（図１０）に取り込まれるようになる。

【００２３】ところで、上記ホール素子１０や永久磁石
５は本来、負の温度特性を持つことから、通常であれば
周囲の温度に応じてその駆動条件が変化し、上記出力さ
れるホール電圧ＶＨにも、それら温度特性に応じた変動
が来たすようになる。そして、ホール電圧ＶＨにこのよ
うな変動が来たす場合、上記回路基板２０を通じて処理
される信号、すなわち上記スロットルバルブ２０１の開
度を示す信号の信頼性も自ずと低いものとなる。

【００２４】そこで、こうした回路基板２０には通常、
上記駆動電流Ｉに対し正の温度特性を持たせる温度特性
補償回路を設け、該補償回路を通じて上記ホール素子１
０や永久磁石５の温度特性を補償するようにしている。

【００２５】なお、このような温度特性補償回路を有す
るホール素子の駆動並びに信号処理回路としては従来、
例えば特開平８−２０１１０６号公報に記載されている
回路が知られている。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】このように、ホール素
子や磁石の温度特性を、その駆動用の基準電圧若しくは
駆動電流を通じて補償するようにすれば、その出力され
るホール電圧ＶＨの信頼性も自ずと高まるようになる。
そして、こうしてホール電圧ＶＨの信頼性が高まれば、
上記スロットルバルブ開度センサとしてもそのセンサ出
力を常に高い精度に維持することができるようになる。

【００２７】しかし、上記回路基板２０はそもそも、該
基板２０自身の温度環境においてホール素子１０や永久
磁石５の温度特性を補償するものであることから、回路
基板２０がそれらホール素子１０や永久磁石５と異なる
温度環境におかれる場合には、自ずとその補償される温
度特性にもずれが生じるようになる。

【００２８】例えば、当該車両が登坂して一時停車した
後、降坂する場合等、そのエンジンルームの雰囲気温度
が急変するような状況下では、同スロットルバルブ開度
センサにあっても、上記ホール素子１０や永久磁石５と
上記回路基板２０とで、その温度に差が生じることとな
る。この車両の「登坂−停車−降坂」を例とした主にス
ロットルバルブ開度センサ内部における温度環境変化の
推移、並びにその影響について、図１１並びに図１４を
参照して更に詳述する。

【００２９】まず、登坂後の停車時には、エンジンの余
熱によって、エンジンルーム内の雰囲気温度も高温とな
っている。そしてその後の降坂時には、該降坂に伴う冷
えた新気がエンジンルーム内に流入することとなり、該
エンジンルーム内の温度は、図１４（ａ）に示される態
様で急激に低下する。このとき、上記スロットルバルブ
開度センサにあっては図１１に矢印Ｆ１及びＦ２にて付
記する方向でスロットルボディー２００側からエンジン
ルーム（雰囲気）側への熱伝導が起こり、時間的には、・エンジンルーム（雰囲気）→センサハウジング６→回
路基板２０→ホール素子１０→永久磁石５→ロータ３→
スロットルシャフト１→スロットルボディー２００といった順序でその冷却が行われるようになる。

【００３０】しかも、同スロットルバルブ開度センサに
おいては、（イ）回路基板２０は、それ自身の熱容量が小さいた
め、エンジンルーム（雰囲気）側からの冷却によって、
その温度が速く変化（低下）する。（ロ）永久磁石５は、熱伝導率の高い金属製のロータ３
及びスロットルシャフト１を介して、熱容量が大きく温
度の変化しにくいスロットルボディー２００に連結され
ているため、その温度変化は遅い。（ハ）ホール素子１０は、電気的にも機械的にも上記回
路基板２０に連結されているものの、上記温度変化の遅
い永久磁石５によって囲繞されているなど、その温度環
境は回路基板２０とは多少異なったものとなっている。
このためその温度変化は、永久磁石５よりは速く、回路
基板２０よりは遅い。といった、要素毎に異なる温度環
境におかれており、結局、上記降坂に伴う冷却の過程に
おいて、これら回路基板２０、ホール素子１０、及び永
久磁石５には、図１４（ｂ）に示されるような温度差が
生じることとなる。

【００３１】そしてこのとき、回路基板２０では上述し
たように、自らの温度環境において上記ホール素子１０
や永久磁石５の温度特性補償を行うことにより、その出
力にも、図１４（ｃ）に示されるような検出誤差が生じ
るようになる。

【００３２】この検出誤差の発生プロセスについてさら
に言及すると、図１４（ｂ）に示すように、永久磁石５
における外気の温度変化に対する温度遅れの変化度合い
を「τ_m」、回路基板２０における外気の温度変化に対
する温度遅れの変化度合いを「τ_p」、ホール素子１０
における外気の温度変化に対する温度遅れの変化度合い
を「τ_e」としたとき、 τ_m＞τ_e＞τ_p の関係になる。

【００３３】この大小関係が成り立っていると、図１５
の温度に対するセンサ出力の特性図（ホール素子１０の
み変化させたときの特性線Ｌ１、永久磁石５のみ変化さ
せたときの特性線Ｌ２、Ｌ１＋Ｌ２の特性線Ｌ３、回路
基板２０での補償回路の特性線Ｌ４）において外気温度
が低温側に急に変化した時にはホール素子１０及び回路
基板２０はＰ１，Ｐ２に示すポイントに移行する。つま
り、最も冷えやすい回路基板２０が温度Ｔ１になった時
に、回路基板２０よりも冷えにくいホール素子１０が温
度Ｔ２（＞Ｔ１）になり、さらに冷えにくい永久磁石５
が温度Ｔ３（＞Ｔ２）になり、特性線Ｌ１，Ｌ２上の各
温度でのポイントＰ１，２となり、補償回路においては
Ｐ３に示すポイントでの補正が行われ、真の補正ポイン
トＰ３’との温度ズレによる誤差Δ３を生じてしまう。
誤差Δ３の内訳は、ポイントＰ１での誤差Δ１とポイン
トＰ２での誤差Δ２との和となる。

【００３４】このように、スロットルバルブ開度センサ
にあっては通常、ホール素子の駆動並びに信号処理を行
う回路基板に設けられた温度特性補償回路によってホー
ル素子や永久磁石の温度特性が補償されるとはいえ、エ
ンジンルームの雰囲気温度が急変するような状況下で
は、同回路による温度補償が正しく行われず、上述した
検出誤差を生じることとなる。

【００３５】そして特に、前記ＩＳＣ等にかかる制御を
もスロットルバルブの開閉を通じて行う電子式スロット
ル等、その開度をモニタする上で高い検出精度が要求さ
れるシステムにあっては、スロットルバルブ開度センサ
によるこのような検出誤差はできるかぎり小さくするこ
とが望ましい。

【００３６】この発明は、こうした実情に鑑みてなされ
たものであり、たとえ雰囲気温度が急変するような状況
下にあっても、それら温度変化に影響されない高い精度
にてスロットルバルブの開度を検出することのできるス
ロットルバルブ開度センサを提供することを目的とす
る。

【００３７】

【課題を解決するための手段】前述のように、本来異な
る温度環境におかれる永久磁石等の磁石手段、ホール素
子等の磁電変換素子、そしてその駆動や信号処理を行う
回路基板ではあるが、請求項１記載の発明によるよう
に、雰囲気温度の変化に対する前記磁石手段の温度遅れ
の時定数をτ_m、雰囲気温度の変化に対する前記回路基
板の温度遅れの時定数をτ_p、雰囲気温度の変化に対す
る前記磁電変換素子の温度遅れの時定数をτ_eとしたと
き、 τ_m＞τ_p＞τ_e の関係を満たすようにすると、好ましい温度補償が行わ
れる。

【００３８】つまり、図４の温度に対するセンサ出力の
特性図（ホール素子のみ変化させたときの特性線Ｌ１、
永久磁石のみ変化させたときの特性線Ｌ２、Ｌ１＋Ｌ２
の特性線Ｌ３、回路基板での補償回路の特性線Ｌ４）に
おいて雰囲気温度（外気温度）が低温側に変化した時に
はホール素子及び回路基板はＰ１１，Ｐ１２に示すポイ
ントに移行する。即ち、最も冷えやすいホール素子が温
度Ｔ１２になった時に、ホール素子よりも冷えにくい回
路基板が温度Ｔ１１（＞Ｔ１２）になり、さらに冷えに
くい磁石が温度Ｔ１３（＞Ｔ１１）になり、特性線Ｌ
１，Ｌ２上の各温度でのポイントＰ１１，Ｐ１２とな
り、補償回路においてはＰ１３に示すポイントでの補正
が行われ、真の補正ポイントＰ１３’との温度ズレによ
る誤差Δ１３としては、ポイントＰ１１での負の誤差Δ
１１とポイントＰ１２での正の誤差Δ１２との和とな
る。よって、図１５に示した温度ズレによる誤差Δ３と
してポイントＰ１での正の誤差Δ１とポイントＰ２での
正の誤差Δ２との和となる場合に比べ、誤差が小さくな
る。

【００３９】したがって、たとえ前記雰囲気温度が急変
するような状況に際しても、これら磁石手段、磁電変換
素子、及び回路基板間での温度差が生じても、同スロッ
トルバルブ開度センサとしての検出誤差も最小限に抑制
されることとなり、雰囲気温度の変化に影響されない高
い精度にてスロットルバルブの開度を検出することがで
きるようになる。

【００４０】また、請求項２に記載のように、温度とセ
ンサ出力との関係における磁電変換素子のみ変化させた
特性線での傾きをαとし、温度とセンサ出力との関係に
おける前記磁石手段のみ変化させた特性線での傾きをβ
としたとき、 α（τ_m−τ_p）＝β（τ_p−τ_e）の関係を満たすようにすると、図４における誤差Δ１３
としては、ポイントＰ１１での負の誤差Δ１１とポイン
トＰ１２での正の誤差Δ１２との和となるときの、負の
誤差Δ１１と正の誤差Δ１２の絶対値を等しくして誤差
「０」を実現できる。

【００４１】また、請求項３に記載のように、磁電変換
素子と回路基板が並設され、磁電変換素子の背面が外気
に曝されている構成とすると、前述のτ_m＞τ_p＞τ_e
の関係を満足させるのに好ましい構造となる。つまり、
磁電変換素子においてその背面側を熱伝搬路とし、τ_p
＞τ_eの関係を満足させやすくなる。

【００４２】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、この発明を具体化した第１
の実施の形態を説明する。

【００４３】この実施形態のセンサは、開度検出素子と
してホール素子を用い、先の図１２及び図１３に示した
原理に基づき、非接触にてスロットルバルブの開度を検
出するセンサとして構成されている。

【００４４】はじめに、図１，２を参照して、同実施形
態にかかるスロットルバルブ開度センサの構成について
説明する。図１は同センサの正面図（図１１において右
側面から見たＢ矢視図）であり、図２は図１のＡ−Ａ線
での断面図である。

【００４５】図１において符号２４０で示す部材が図１
１でのモータであり、符号２４３にて示す部材は図１１
のギヤ群２４１を覆うギヤケースである。図２におい
て、スロットルシャフト１は、例えば先の図１１に例示
したような電子式スロットルにあって、そのスロットル
バルブ（図１では図示を割愛）を軸支する金属製のシャ
フトである。該シャフト１は通常、これも図示を割愛し
た熱容量の大きいスロットルボディーに熱的に接続され
ている。

【００４６】また、このスロットルシャフト１の先端に
はフランジ部２が設けられ、該フランジ部２に対して、
当該センサのいわば回転入力部を構成するロータ３がビ
ス４によって装着されている。

【００４７】このロータ３は、樹脂等、熱伝導率の低い
材料からなるとともに、上記フランジ部２に結合される
円筒形の結合部３ａと、その上部に一体に結合された鉄
等の磁性体材料からなるヨーク部３ｂとを有して構成さ
れる。なお結合部３ａも、そのフランジ部２と結合され
る底辺はフランジ状に加工されており、またヨーク部３
ｂには、その内周面に、先の図１２に示されるような円
筒形状を有して、その回転軸と直交する方向に着磁され
た永久磁石５が取り付けられている。

【００４８】また、ロータ３の上記構成により、スロッ
トルバルブを開閉すべくスロットルシャフト１が回動さ
れるとき、上記ヨーク部３ｂに装着された永久磁石５
も、同ロータ３共々、その回動に伴って回転されること
となる。そして、この回転に伴う同永久磁石５の磁界方
向が、当該センサのいわば回転検出部を構成するホール
素子１０によって検知される。

【００４９】ホール素子１０は、図示しないスロットル
ボディーに対してビス等により装着された樹脂等からな
るセンサハウジング６に、同図１，２に示される態様
で、上記回転する永久磁石５の回転中心に位置するよ
う、一体に固定されている。こうしてホール素子１０に
は、上記永久磁石５によって、先の図１２に示されるよ
うな平行磁界が印加されるようになる。より詳しくは、
図２に示すように、センサハウジング６の下面には凹部
６ａが形成され、この凹部６ａ内に前述のヨーク部３ｂ
が位置している。同凹部６ａ内におけるセンサハウジン
グ６の下面には突起６ｂが設けられ、突起６ｂの下面に
ホール素子１０が固着されている。又、ホール素子１０
の背面（上面）にはセンサハウジング６の平板部６ｃが
形成され、ホール素子１０の背面（上面）側が外気に曝
されている。つまり、図２中、上側がエンジンルーム
（外気雰囲気）となる。

【００５０】一方、上記センサハウジング６におけるホ
ール素子１０の設置位置とはズレた位置において上面に
開口する凹部７が形成され、凹部７内が回路室となって
いる。凹部７の底面７ａには回路基板２０が接着剤等に
より固定されている。回路基板２０は上記ホール素子１
０を駆動し、更にはその出力を所要に処理するためのも
のである。凹部７の内部にはシリコーンゲル３０が充填
されるとともに凹部７の上面開口部はキャップ８にて塞
がれている。このように、エンジンルーム等、前述した
雰囲気側に回路室（凹部７）が設けられており、この凹
部７の底部７ａに、回路基板２０が配置されている。

【００５１】回路基板２０にはアルミナ基板等が用いら
れ、回路基板２０とホール素子１０とは、センサハウジ
ング６を介して離間され、ホール素子接続リード１１に
よって電気的に接続されている。

【００５２】同センサハウジング６にはコネクタ９が設
けられ、コネクタ９は回路基板２０による処理信号、す
なわちスロットルバルブの開度信号を前述した電子制御
装置２３０（図１０参照）に出力するためのものであ
る。このコネクタ９には、電極となるコネクタターミナ
ル２８が設けられ、このターミナル２８と上記回路基板
２０の出力端子とが電気的に接続されている。

【００５３】図３は、ホール素子１０を駆動し、更には
その出力を所要に処理する上記回路基板２０について、
そこに搭載されるホール素子駆動回路、並びにその信号
処理回路の一例を示したものである。同回路は、特開平
８−２０１１０６号公報において実施例で用いられてい
るものと同じである。

【００５４】この図３を用いて、該ホール素子駆動回
路、並びにその信号処理回路の構成について簡単に説明
する。まず駆動回路において、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の
直列回路からなる分圧回路２１は、端子Ｔ１及びＴ２間
に供給される電源電圧Ｖｃｃを所要に分圧して基準電圧
Ｖ１を生成し、基準電圧Ｖ１が演算増幅器Ａ１の非反転
入力端子（＋端子）に与えられる。

【００５５】演算増幅器Ａ１は同駆動回路においてホー
ル素子１０の駆動信号を生成するための基準電圧Ｖ２を
出力する帰還増幅回路２２を構成しており、帰還増幅回
路２２は、その出力端子と反転入力端子（−端子）とを
結ぶ帰還路に対し、抵抗Ｒ３とダイオードＤ１との直列
回路からなる帰還電流制御回路２３が接続されている。
又、同帰還路中には、ダイオードＤ２と抵抗Ｒ４との直
列回路からなる出力電圧制御回路２４を具え、流れる電
流Ｉ２は、帰還電流制御回路２３を通じてその流量が制
御される。この帰還増幅回路２２の出力である基準電圧
Ｖ２が非反転入力端子に与えられる演算増幅器Ａ２は、
ホール素子１０に直列に接続される抵抗Ｒ５と共に、同
ホール素子１０に供給する駆動信号を定電流制御する定
電流制御回路２５を構成する。

【００５６】この定電流制御回路２５では、抵抗Ｒ５の
電圧降下と上記基準電圧Ｖ２との比較のもとに、同抵抗
Ｒ５の電圧降下が一定となるよう、ホール素子１０に印
加される電圧が制御され、ホール素子１０には一定の駆
動電流Ｉ（＝（Ｖ２／Ｒ５））が供給される。

【００５７】一方、同ホール素子１０から出力されるホ
ール電圧ＶＨを処理する信号処理回路２６において、ホ
ール電圧ＶＨがそれぞれ非反転入力端子に入力される演
算増幅器Ａ３及びＡ４と抵抗Ｒ６〜Ｒ８とが、同ホール
電圧ＶＨを高入力インピーダンス受入してこれを安定化
するバッファ回路２６１を構成している。このバッファ
回路２６１の出力は、抵抗Ｒ１１及びＲ１２と演算増幅
器Ａ６、並びにその帰還抵抗Ｒ１３と入力抵抗Ｒ１４と
を有して構成される差動増幅回路２６３に入力されて差
動増幅される。そして、その差動増幅出力が、センサ出
力Ｖｏとして端子Ｔ３から出力される。

【００５８】なお、同信号処理回路２６において、抵抗
Ｒ９及びＲ１０からなる分圧回路とその分圧電圧を非反
転入力端子に受入する演算増幅器Ａ５とは、上記差動増
幅回路２６３の基準電圧を生成する基準電圧生成回路２
６２を構成する。差動増幅回路２６３では、この生成さ
れる基準電圧に応じて、上記バッファ回路２６１の出力
（ホール電圧ＶＨ）を所要に差動増幅するようになる。

【００５９】また、コンデンサＣ１、Ｃ２により、端子
Ｔ１及びＴ３に生じるノイズ、サージ等が除去される。
なお、上記ホール素子駆動回路の動作の詳細については
特開平８−２０１１０６号公報に記載されている通りな
ので、ここではその説明は省略する。

【００６０】次に、駆動回路の温度特性補償機能につい
て詳述する。図４に示すように、ホール素子１０の感度
ＫＨ及び内部抵抗Ｒｄが特性線Ｌ１のような負の温度特
性を示し、また永久磁石５の磁束密度Ｂが特性線Ｌ２の
ような同じく負の温度特性を示すとすると、ホール素子
１０と永久磁石５とでは、それらが合成された特性とし
て、特性線Ｌ３のような温度特性を示すようになる。

【００６１】ホール素子１０と永久磁石５とのこうした
負の温度特性に対し、同回路では、抵抗Ｒ３及びＲ４を
所望の値に設定して図４に特性線Ｌ４として示される正
の温度特性を有するものとしている。つまり、ホール素
子１０から出力されるホール電圧ＶＨは、その温度特性
が同図４に特性線Ｌ５として示される態様で補正され、
周囲温度の変化に対して適正な値を示す。

【００６２】即ち、図４（温度に対するセンサ出力の特
性図）における特性線Ｌ〜Ｌ４は、ホール素子１０のみ
変化させたときの特性線Ｌ１、永久磁石５のみ変化させ
たときの特性線Ｌ２、Ｌ１＋Ｌ２の特性線Ｌ３、回路基
板２０での補償回路の特性線Ｌ４である。

【００６３】ところで、回路基板２０に配設された同駆
動回路を通じて、ホール素子１０や永久磁石５の温度特
性をこのように補償することができるとはいえ、エンジ
ンルームの雰囲気温度が急変するような状況下では通
常、これら回路基板２０、ホール素子１０、及び永久磁
石５の間に温度差が生じ、上記温度特性補償が正しく行
われない懸念がある。

【００６４】しかし、図１，２に示した同実施形態にか
かるセンサでは、雰囲気温度の変化に対する永久磁石５
の温度遅れの時定数をτ_m、雰囲気温度の変化に対する
回路基板２０の温度遅れの時定数をτ_p、雰囲気温度の
変化に対するホール素子１０の温度遅れの時定数をτ_e
としたとき、 τ_m＞τ_p＞τ_e の関係を満たしている。

【００６５】より詳しくは、時定数τ_m，τ_p，τ_eと
は、雰囲気温度（外気の温度）変化に対する各部材での
温度遅れの変化度合いを表し、初期値から最終値までの
変化量のうちの何パーセントかまで変化するのに要する
時間を指すものである。具体的には、図５（ｂ）に示す
ように、ｔ１のタイミングにて雰囲気温度が７０℃から
４０℃に急変した場合において、永久磁石５、回路基板
２０及びホール素子１０が４９℃になるまでの時間を時
定数τ_m，τ_p，τ_eとしている。

【００６６】つまり、図１，２に示すように、ホール素
子１０と回路基板２０とを並設してホール素子１０の背
面に外気が曝される構造としてホール素子１０において
その背面側を熱伝搬路とし、センサハウジング６におけ
るｔ３の厚みより肉厚ｔ１を小さくするとともに、セン
サハウジング６における回路基板２０の下（図２中、符
号６ｄにて示す部分）での肉厚ｔ２を大きくし、さら
に、シリコーンゲル３０の充填厚みｔ３を大きくしてい
る。これにより、τ_m＞τ_p＞τ_eの関係を満たしてい
る。

【００６７】さらに、図４において、温度とセンサ出力
との関係におけるホール素子１０のみ変化させた特性線
Ｌ１での傾きをαとし、温度とセンサ出力との関係にお
ける永久磁石５のみ変化させた特性線Ｌ２での傾きをβ
としたとき、（τ_m−τ_p）：（τ_p−τ_e）＝α：β の関係を満たしている。つまり、α（τ_m−τ_p）＝β（τ_p−τ_e）の関係を満たしている。

【００６８】以下、同図５を用いて、同実施形態にかか
るセンサによる温度補償機能を更に詳述する。エンジン
ルームの雰囲気温度が急変する状況として、ここでも前
述のように、当該車両が登坂して一時停車した後、降坂
する場合を想定する。

【００６９】まず、登坂後の停車時には前述した通り、
エンジンの余熱によって、エンジンルーム内の雰囲気温
度も高温となっている。そしてその後の降坂時には、該
降坂に伴う冷えた新気がエンジンルーム内に流入するこ
ととなり、該エンジンルーム内の温度は、図５（ａ）に
示される態様で急激に低下する。なお、この図５（ａ）
に示される状況は、先の図１４（ａ）に示される状況と
同一である。

【００７０】このため、図１，２に示した同実施形態の
センサにあっても、先の図１１に矢印Ｆ１及びＦ２にて
付記した方向に準じて図示しないスロットルボディー側
からエンジンルーム（雰囲気）側への熱伝導が起こり、
より詳しくは、・エンジンルーム（雰囲気）→キャップ８→凹部７内
（回路室）のシリコーンゲル３０→回路基板２０→セン
サハウジング６の部位６ｄ→スロットルボディー（図示
せず）側、およびエンジンルーム（雰囲気）→センサハ
ウジング６の平板部６ｃ→ホール素子１０→永久磁石５
→ロータ３（ヨーク部３ｂ→結合部３ａ）→スロットル
シャフト１→スロットルボディー（図示せず）といった
順序（熱伝達経路）でその冷却が行われるようになる。

【００７１】この際の温度補償動作について図４を用い
て説明する。図４の温度に対するセンサ出力の特性図に
おいて外気温度が低下した時にはホール素子１０及び回
路基板２０はＰ１１，Ｐ１２に示すポイントに移行す
る。つまり、最も冷えやすいホール素子１０が温度Ｔ１
２になった時に、ホール素子１０よりも冷えにくい回路
基板２０が温度Ｔ１１（＞Ｔ１２）になり、さらに冷え
にくい永久磁石５が温度Ｔ１３（＞Ｔ１１）になり、特
性線Ｌ１，Ｌ２上の各温度でのポイントＰ１１，Ｐ１２
となり、補償回路においてはＰ１３に示すポイントでの
補正が行われ、真の補正ポイントＰ１３’との温度ズレ
による誤差Δ１３としては、ポイントＰ１１での負の誤
差Δ１１とポイントＰ１２での正の誤差Δ１２との和と
なる。よって、図１５に示した温度ズレによる誤差Δ３
としてポイントＰ１での正の誤差Δ１とポイントＰ２で
の正の誤差Δ２との和となる場合に比べ、誤差が小さく
なる。

【００７２】従って、たとえ前記雰囲気温度が急変する
ような状況に際しても、これら永久磁石５、ホール素子
１０、及び回路基板２０間での温度差が生じても、同ス
ロットルバルブ開度センサとしての検出誤差も最小限に
抑制されることとなり、雰囲気温度の変化に影響されな
い高い精度にてスロットルバルブの開度を検出すること
ができるようになる。

【００７３】その結果、図５（ｂ）に示す特性を有する
ことから図１４（ｂ）に示すものに比べ、図５（ｃ）に
おいて実線で示すように破線で示す比較例よりも検出誤
差を小さくすることができる。

【００７４】さらに、τ_m＞τ_p＞τ_eの関係を満たす
際に、 α（τ_m−τ_p）＝β（τ_p−τ_e）の関係を満たすと、図４における誤差Δ１３としては、
ポイントＰ１１での負の誤差Δ１１とポイントＰ１２で
の正の誤差Δ１２との和となるときの、負の誤差Δ１１
と正の誤差Δ１２の絶対値を等しくして誤差「０」を実
現できる。

【００７５】このように本実施形態においては、下記の
特徴を有する。（イ）図２のセンサハウジング６におけるｔ３の厚みよ
り肉厚ｔ１を小さくし、センサハウジング６における回
路基板２０の下での肉厚ｔ２を大きくし、シリコーンゲ
ル３０の充填厚みｔ３を大きくすることにより、 τ_m＞τ_p＞τ_e の関係を満たすようにした。これにより、図４の真の補
正ポイントＰ１３’との温度ズレによる誤差Δ１３とし
ては、ポイントＰ１１での負の誤差Δ１１とポイントＰ
１２での正の誤差Δ１２との和となり、図１５に示した
正の誤差Δ１と正の誤差Δ２との和となる場合に比べ、
誤差が小さくなる。従って、雰囲気温度が急変するよう
な状況に際しても、スロットルバルブ開度センサとして
の検出誤差も最小限に抑制され、高い精度にてスロット
ルバルブの開度を検出することができる。（ロ）τ_m＞τ_p＞τ_eの関係を満たす際に、 α（τ_m−τ_p）＝β（τ_p−τ_e）の関係を満たすと、図４における誤差Δ１３としては、
ポイントＰ１１での負の誤差Δ１１とポイントＰ１２で
の正の誤差Δ１２との和となるときの、負の誤差Δ１１
と正の誤差Δ１２の絶対値を等しくして誤差「０」を実
現できる。（ハ）ホール素子１０と回路基板２０とを並設してホー
ル素子１０の背面が外気に曝されるようにしホール素子
１０においてその背面側を熱伝搬路としたので、τ_p＞
τ_eの関係を満足させやすくなる。（第２の実施の形態）次に、第２の実施の形態を第１の
実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００７６】図６には本実施形態におけるスロットルバ
ルブ開度センサを示す。本センサにおいてはキャップ８
における外気側をカバー４０により覆っている。このカ
バー４０により外気が急に低下したときに回路基板２０
が冷えにくくなり、これによっても回路基板２０におけ
る時定数τ_pとホール素子１０における時定数τ_eとの
関係においてτ_p＞τ_eを満たしやすくなる。（第３の実施の形態）次に、第３の実施の形態を第１の
実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００７７】図７には本実施形態におけるスロットルバ
ルブ開度センサの正面図を示し、図８には図７のＣ−Ｃ
断面図を示す。本センサにおいてはホール素子１０の背
面におけるセンサハウジング６の平板部６ｃに、放熱用
の凹部５０が多数形成されている。つまり、ホール素子
１０の背面（上面）側での外気に曝されるセンサハウジ
ング６の表面に凹部５０を多数設けることにより、セン
サハウジング６での外気に対する表面積を大きくして伝
熱効率を向上させている。これにより、ホール素子１０
が冷えやすくなり回路基板２０における時定数τ_pとホ
ール素子１０における時定数τ_eとの関係においてτ_p
＞τ_eを満たしやすくなる。

【００７８】これまで述べてきた実施の形態以外にも以
下のように実施してもよい。上記各実施形態のセンサに
あっては、ホール素子１０に対する磁界付与手段として
永久磁石５を用いることとしたが、これは、いわゆる電
磁石などによって代用することもできる。

【００７９】また、こうした磁石手段によって付与され
る磁界情報を電気信号に変換する磁電変換素子として、
同実施形態のセンサではホール素子を用いたが、これに
代えて、磁気抵抗素子なども適宜採用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態におけるスロットルバルブ開
度センサの正面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】同センサに用いられるホール素子駆動回路の一
例を示す回路図。

【図４】同ホール素子駆動回路による温度特性補償態様
を示すグラフ。

【図５】同センサによる各要素の温度環境補償態様を示
すグラフ。

【図６】第２の実施の形態におけるスロットルバルブ開
度センサの断面図。

【図７】第３の実施の形態におけるスロットルバルブ開
度センサの正面図。

【図８】図７のＣ−Ｃ断面図。

【図９】メカニカル式スロットルの一般構成を模式的に
示す略図。

【図１０】電子式スロットルの一般構成を模式的に示す
略図。

【図１１】電子式スロットルの具体構成例を示す正面及
び部分断面図。

【図１２】ホール素子によるスロットルバルブ開度検出
原理を示す略図。

【図１３】同検出原理におけるホール素子の出力特性を
示すグラフ。

【図１４】従来のセンサにおける各要素の温度推移を示
すグラフ。

【図１５】温度特性補償態様を示すグラフ。

【符号の説明】

１…スロットルシャフト、３…ロータ、５…永久磁石、
６…センサハウジング、１０…ホール素子、２０…回路
基板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スロットルバルブを軸支するスロットルシ
ャフトに装着され、該スロットルシャフトの回転に伴っ
て回転するロータと、このロータに装着され、その回転軸と直交する方向に着
磁されて一体に回転する磁石手段と、この磁石手段の中空部内に位置するようハウジングに固
定され、同磁石手段の磁界方向に対応した電気信号を出
力する磁電変換素子と、前記ハウジングに設けられた回路室に装着されて、前記
磁石手段及び磁電変換素子の温度特性を補償しつつ、同
磁電変換素子から出力される電気信号を所要に処理する
回路基板とを備えたスロットルバルブ開度センサにおい
て、雰囲気温度の変化に対する前記磁石手段の温度遅れの時
定数をτ_m、雰囲気温度の変化に対する前記回路基板の温度遅れの時
定数をτ_p、雰囲気温度の変化に対する前記磁電変換素子の温度遅れ
の時定数をτ_eとしたとき、 τ_m＞τ_p＞τ_e の関係を満たすようにしたことを特徴とするスロットル
バルブ開度センサ。
【請求項２】温度とセンサ出力との関係における前記磁
電変換素子のみ変化させた特性線での傾きをαとし、温
度とセンサ出力との関係における前記磁石手段のみ変化
させた特性線での傾きをβとしたとき、 α（τ_m−τ_p）＝β（τ_p−τ_e）の関係を満たすようにしたことを特徴とする請求項１記
載のスロットルバルブ開度センサ。
【請求項３】前記磁電変換素子と前記回路基板が並設さ
れ、前記磁電変換素子の背面が外気に曝されていること
を特徴とする請求項１記載のスロットルバルブ開度セン
サ。