特許 5963189 回転角度検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5963189

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】回転角度検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20160721BHJP

   G01D 5/14 20060101ALI20160721BHJP

   G01B 7/30 20060101ALI20160721BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/245 110L

   G01D5/14 E

   G01B7/30 H

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-63469(P2012-63469)

(22)【出願日】2012年3月21日

(65)【公開番号】特開2013-195262(P2013-195262A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2015年1月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000141901

【氏名又は名称】株式会社ケーヒン

(74)【代理人】

【識別番号】100071870

【弁理士】

【氏名又は名称】落合 健

(74)【代理人】

【識別番号】100097618

【弁理士】

【氏名又は名称】仁木 一明

(74)【代理人】

【識別番号】100152227

【弁理士】

【氏名又は名称】▲ぬで▼島 愼二

(72)【発明者】

【氏名】八重樫 龍一

(72)【発明者】

【氏名】大沼 倫郎

【審査官】 吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２７１１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平５−３０６１９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−２５６０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−４４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−２６０５１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−１４５２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−３１７５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−８４５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１４５２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−９０７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−９２４２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／００−５／２５２

Ｇ０１Ｂ ７／００−７／３４

Ｆ０２Ｄ ９／００−９／１８、

４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スロットル弁（３）の回転軸（２）に取り付けられてそれと共に回転する回転子（１２）と，該回転子（１２）が有する磁石（１６）と協働して前記回転軸（２）の回転角度を磁電変換的に検出するよう前記回転子（１２）に対置される非回転の磁電変換素子（２２，２２′）とを備えてなる回転角度検出装置において，
前記回転子（１２）は，非磁性材料のねじ部材（１５）と，合成樹脂製の前記磁石（１６）とからなり，前記磁石（１６）は，前記ねじ部材（１５）の頭部（１５ａ）外周に，環状にモールド成形されて前記ねじ部材（１５）と一体化された合成樹脂からなり，前記ねじ部材（１５）が前記回転軸（２）に同軸状に螺合締結されることで回転子（１２）が回転軸（２）に取り付けられていることを特徴とする回転角度検出装置。

【請求項2】

請求項１記載の回転角度検出装置において，
前記ねじ部材（１５）の前記頭部（１５ａ）が有する工具係合溝（１７）の一部に前記磁石（１６）の一部が食い込むことにより，工具係合溝（１７）に工具係合の機能を残したまま，前記磁石（１６）と前記ねじ部材（１５）とが一体化されていることを特徴とする回転角度検出装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２記載の回転角度検出装置において，
前記頭部（１５ａ）の外周に環状のアンカ突起（１８）が形成され，該アンカ突起（１８）が前記磁石（１６）の内周面に食い込んで一体化されていることを特徴とする回転角度検出装置。

【請求項4】

請求項１−３のいずれかに記載の回転角度検出装置において，
前記磁石（１６）が，前記スロットル弁（３）の取り付け位置を基準とした所定の直径線上にＮ，Ｓ極が来るように着磁されていることを特徴とする回転角度検出装置。

【請求項5】

請求項１−４のいずれかに記載の回転角度検出装置において，
前記磁電変換素子（２２′）は，検出角度を９０°ずらした一対の磁電変換素子と，この一対の磁電変換素子から得られる出力電圧を前記磁石（１６）の回転角度の変化に比例する出力電圧にするリニアライザ部とからなり，３６０°にわたる前記磁石（１６）の回転角度の変化に比例する出力電圧を出力可能とされていることを特徴とする回転角度検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は，回転軸に取り付けられてそれと共に回転する，磁石を有する回転子と，前記磁石と協働して前記回転軸の回転角度を磁電変換的に検出するよう前記回転子に対置される非回転の磁電変換素子とを備えてなる回転角度検出装置の改良に関する。

【背景技術】

【0002】

かゝる回転角度検出装置は，例えば，エンジンのスロットル弁の開度検出に使用されるもので，特許文献１に開示されるように既に知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４５０９０２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された回転角度検出装置では，磁石を有する回転子は，ねじによって回転軸に固着されるので，ねじの頭部が回転子の上面より突出してしまい，その頭部が磁電変換素子の回転子への近接を妨げることになり，これが回転角度検出装置のコンパクト化の障害となる。

【0005】

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，回転子となる磁石を回転軸へ容易にねじ止めすることができ，しかもねじの頭部に干渉されることなく，磁電変換素子の磁石への近接配置を可能にしたコンパクトな前記回転角度検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために，本発明は，スロットル弁の回転軸に取り付けられてそれと共に回転する回転子と，該回転子が有する磁石と協働して前記回転軸の回転角度を磁電変換的に検出するよう前記回転子に対置される非回転の磁電変換素子とを備えてなる回転角度検出装置において，前記回転子は，非磁性材料のねじ部材と，合成樹脂製の前記磁石とからなり，前記磁石は，前記ねじ部材の頭部外周に，環状にモールド成形されて前記ねじ部材と一体化された合成樹脂からなり，前記ねじ部材が前記回転軸に同軸状に螺合締結されることで回転子が回転軸に取り付けられていることを第１の特徴とする。

【0007】

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記ねじ部材の前記頭部が有する工具係合溝の一部に前記磁石の一部が食い込むことにより，工具係合溝に工具係合の機能を残したまま，前記磁石と前記ねじ部材とが一体化されていることを第２の特徴とする。

【0008】

また本発明は，第１または第２の特徴に加えて，前記頭部の外周に環状のアンカ突起が形成され，該アンカ突起が前記磁石の内周面に食い込んで一体化されていることを第３の特徴とする。

【0009】

また本発明は，第１−３のいずれかの特徴に加えて，前記磁石が，前記スロットル弁の取り付け位置を基準とした所定の直径線上にＮ，Ｓ極が来るように着磁されていることを第４の特徴とする。

【0010】

また本発明は，第１−４のいずれかの特徴に加えて，前記磁電変換素子は，検出角度を９０°ずらした一対の磁電変換素子と，この一対の磁電変換素子から得られる出力電圧を前記磁石の回転角度の変化に比例する出力電圧にするリニアライザ部とからなり，３６０°にわたる前記磁石の回転角度の変化に比例する出力電圧を出力可能とされていることを第５の特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明の第１の特徴によれば，スロットル弁の回転軸にそれと同軸状に螺合締結される，非磁性材料製のねじ部材と，このねじ部材の頭部外周にモールド成形される合成樹脂製の磁石とで回転子を構成したことで，ねじ部材の頭部に干渉されることなく，磁電変換素子を磁石に近接配置することが可能となり，回転角度検出装置のコンパクト化を図ることができる。またねじ部材は非磁性材料で構成されるので，磁石による回転軸の磁化がねじ部材によって防ぐことができる。またねじ部材及び磁石は一体不可分の単一部品となり，ねじ部材を回転軸に螺合緊締するだけで磁石を定位置に連結することができ，その取り付けが容易になると共に，分解時には，ねじ部材等の紛失を防ぐことができる。

【0012】

本発明の第２の特徴によれば，ねじ部材の頭部が有する工具係合溝の一部に磁石の一部を食い込ませたので，工具係合溝が磁石の一部を食い込ませるアンカ溝の役割を果たすことになり，簡単な構造により，工具係合溝に工具係合の機能を残したまま，ねじ部材の頭部と磁石との結合強度を強化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施形態に係る回転角度検出装置の縦断面図。

【図2】図１中の磁電変換素子の出力信号特性図。

【図3】本発明の第２実施形態に係る回転角度検出装置の縦断面図。

【図4】図３中の集積磁電変換素子の出力信号特性図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の実施の形態を，添付図面に基づいて以下に説明する。

【0015】

図１及び図２に示す本発明の第１実施形態の説明より始める。先ず図１において，符号１は，エンジンの吸気系の一部を構成するスロットルボディであり，内部にエンジンの吸気ポート（図示せず）に連通する吸気道１ａを有する。このスロットルボディ１には，吸気道１ａを横断するように配置される回転軸２が回転自在に支承され，この回転軸２に，吸気道１ａを開閉するバタフライ型のスロットル弁３がねじ止めされる。回転軸２の一端部には，これをマニュアル操作するためのスロットルレバー又は自動操作するための電動モータ（何れも図示せず。）が連結され，その他端部には，スロットル弁３の開度を検出する本発明の回転角度検出装置５が接続される。

【0016】

この回転角度検出装置５について，図１〜図３により詳細に説明する。

【0017】

スロットルボディ１の両側面には，吸気道１ａの半径方向外方に突出する一対の円筒状の軸受ボス６（図には，その一方のみ示す。）が形成され，その軸受ボス６の軸受孔６ａによって前記回転軸２が回転自在に支持される。回転軸２には，軸受ボス６の内周面に密接させるシール部材７を装着する環状のシール溝８が形成されている。また軸受ボス６の端面には，軸受孔６ａと同軸で，それより大径の環状凹部９が形成されており，この環状凹部９の底面に当接する止環１０が回転軸２に係止され，これにより回転軸２の軸方向位置が規制される。

【0018】

回転角度検出装置５は，回転軸２の端部にねじ止めされる回転子１２と，軸受ボス６に取り付けられる磁電変換ユニット１３とよりなっている。

【0019】

回転子１２は，回転軸２の一端面に開口するねじ孔１４にそれと同軸状に螺合緊締される非磁性材料製のねじ部材１５と，合成樹脂製の磁石１６とからなり，磁石１６は，このねじ部材１５の頭部１５ａ外周にモールド成形することにより一体化したものであり，その磁石１６は，回転軸２と同軸の環状をなしており，その磁石１６は，その頂面がねじ部材１５の頭部１５ａの頂面と略同一高さになるように配置される。またねじ部材１５の頭部１５ａの頂面には，ドライバ用の工具係合溝１７が形成されており，磁石１６のモールド成形時，この工具係合溝１７の一部に前記磁石１６の一部が食い込ませてある。また前記頭部１５ａの外周には環状のアンカ突起１８が形成されており，それが環状の磁石１６の内周面に食い込ませてある。これらによってねじ部材１５の頭部１５ａと磁石１６との結合強度が強化される。したがって，工具係合溝１７は，ドライバ用の工具係合の機能を残したまま頭部１５ａと磁石１６との結合強度を強化するアンカ溝の役割を果たす。

【0020】

ねじ部材１５を構成する非磁性材料としては，例えばアルミニュームが好適である。また合成樹脂製の磁石１６は，磁性粉末をゴムやプラスチック等のバインダ材と混合してなるもので，ねじ部材１５の頭部１５ａ外周にモールド成形した後，ねじ部材１５を回転軸２に螺合，緊締してから，回転軸２おけるスロットル弁３の取り付け位置を基準にしてＮ，Ｓ極が所定の直径線上に来るように着磁される。

【0021】

磁電変換ユニット１３は，絶縁性合成樹脂製で円筒状のパッケージ２０と，このパッケージに，その外周面より突出するように一体成形されるカプラ２１と，パッケージ２０の中心部に埋設される磁電変換素子２２と，これら素子の出力信号を外部に取り出すべくカプラ２１に保持される複数の信号端子２３とよりなっており，磁電変換素子２２には，例えばホール素子が使用される。

【0022】

円筒状のパッケージ２０の内端面には，前記回転子１２を無接触で収容し得る円筒状の収容凹部２５と，この収容凹部２５を囲むようにして突出する位置決め筒部２６と，この位置決め筒部２６を囲繞しながらシール部材１９を装着する環状のシール溝２４とが形成され，またパッケージ２０の外周面には複数の耳部２７（図には，その一つのみを示す。）が一体に突設される。而して，収容凹部２５に回転子１２を収めながら位置決め筒部２６を軸受ボス６の環状凹部９の内周面に嵌合し，シール部材１９を軸受ボス６の端面に密接させた状態で，耳部２７のボルト孔２８に挿通したボルト２９を，軸受ボス６の端面の所定位置に開口するねじ孔３０に螺合緊締する。こうして，パッケージ２０は，軸受ボス６の端面上の所定定位置に取り付けられる。この取り付け状態において，磁電変換素子２２は，回転子１２の磁石１６の磁界に配置される。

【0023】

而して，スロットル弁３，即ち回転軸２が回転すると，それと共に磁石１６を備えた回転子１２が回転し，磁電変換素子２２周りの磁石１６の磁界の方向が変化すると，磁電変換素子２２が感受する磁気量が変化するので，磁電変換素子２２は，その磁気量に応じた電圧信号を発生し，その電圧信号が，信号端子２３に接続される電子制御ユニットに出力され，そこでスロットル弁３の開度に演算され，そのデータは，回転軸２を駆動する電動モータや，エンジンの燃料噴射量，点火時期等の制御に利用される。

【0024】

このような回転角度検出装置５において，回転子１２は，回転軸２にそれと同軸状に螺合締結される，非磁性材料製のねじ部材１５と，このねじ部材１５の頭部１５ａ外周にモールド成形される合成樹脂製の磁石１６とで構成されるので，ねじ部材１５及び磁石１６は一体不可分の単一部品となり，ねじ部材１５を回転軸２に螺合緊締するだけで磁石１６を定位置に連結することができ，その取り付けが容易になると共に，分解時には，ねじ部材１５等の紛失を防ぐことができる。しかも，磁石１６の頂面からねじ部材１５の頭部１５ａが突出しないようにできるので，ねじ部材１５の頭部１５ａに干渉されることなく，磁電変換素子２２及びそれを埋設するパッケージ２０を磁石１６に近接することが可能となり，回転角度検出装置５のコンパクト化を図ることができる。またねじ部材１５は非磁性材料で構成されるので，磁石１６による回転軸２の磁化がねじ部材１５によって防ぐことができる。

【0025】

ところで，図２（Ａ）に示すように，磁電変換素子２２の出力電圧は，磁石１６の回転角度の変化に応じて正弦波を描くように変化するので，スロットル弁３の全閉から全開に至る９０°未満の検出領域では，図２（Ｂ）に示すように，磁電変換素子２２の出力電圧のリニアライズされたものがスロットル弁３の開度増加に比例することが要求される。そこで，スロットル弁３の全閉から全開に至る９０°未満の検出領域を上記正弦波の上り勾配領域ａ又は下り勾配領域ｂに対応させるべく，回転子１２の回転軸２への取り付け後，回転軸２におけるスロットル弁３の取り付け位置を基準にして，磁石１６の素材に，その所定の直径線上にＮ，Ｓ極が来るように着磁する。

【0026】

次に，図３及び図４に示す本発明の第２実施形態について説明する。

【0027】

この第２実施形態は，図３に示すように，回転子１２において，磁石１６を，その頂面がねじ部材１５の頭部１５ａの頂面より高くなるように形成して，頭部１５ａの上方に磁石１６に囲まれる空所３１を形成し，この空所３１に集積磁電変換素子２２′が配置されるようにパッケージ２０は形成される。

【0028】

上記集積磁電変換素子２２′は，それぞれの検出軸を９０°ずらした一対の磁電変換素子と，この両磁電変換素子から得られる出力電圧を磁石１６の回転角度の変化に比例する出力電圧にするリニアライザ部（図示せず）とを備えている。この集積磁電変換素子２２′における一対の磁電変換素子から得られる正弦波形の出力電圧Ｘ，Ｙは，図４（Ａ）に示すように，互いに９０°ずれており，これら出力電圧Ｘ，Ｙが前記リニアライザ部に入力され，そのリニアライザ部は，上記電圧Ｘ，Ｙに基づいて，図４（Ｂ）に示すように，３６０°にわたり磁石１６の回転角度の変化に比例する出力電圧を出力する。尚，その他の構成は，前記第１実施形態と同様であるので，図３中，第１実施形態と対応する部分には同一の参照符号を付して，重複する説明を省略する。

【0029】

この第２実施形態によれば，集積磁電変換素子２２′が磁石１６に囲繞され，その磁界の安定した箇所に配置されることになり，集積磁電変換素子２２′から安定した電圧信号を取り出すことができる。しかもその出力電圧を磁石１６の回転角度を３６０°にわたり希望通り検出し得るから，前記第１実施形態のように，スロットル弁３の全閉から全開に至る検出領域を集積磁電変換素子２２′の正弦波の上り又は下り勾配領域に対応させるべく磁石２のＮ，Ｓ極が回転軸２の所定の所定の直径線上に来るように磁石２の素材に着磁するといった必要がなくなり，スロットル弁３を支持する回転軸２に回転子１２を，またスロットルボディ１に磁電変換ユニット１３をそれぞれ取り付ける作業が極めて簡単なものとなる。さらに，ねじ部材１５の頭部１５ａに干渉されることなく，磁石１６及び集積磁電変換素子２２′が相互に近接することで，第１実施形態と同様に回転角度検出装置５のコンパクト化を図ることができる。

【0030】

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

【符号の説明】

【0031】

２・・・・・回転軸
１２・・・・回転子
１５・・・・ねじ部材
１５ａ・・・頭部
１６・・・・磁石
１７・・・・工具係合溝
２２・・・・磁電変換素子
２２′・・・磁電変換素子（集積磁電変換素子）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】