JP2006317352A - センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング内部にホール素子を備えたセンサに関し、ホール素子がＵ字形磁石の無磁束の領域にきちんと配備される。
【解決手段】間隔をあけて対向する一対の対向部５１を有し、一対の対向部５１の間に無磁束の領域Ａが形成されたＵ字形磁石５０と、通過する磁束密度に応じて出力電圧が変化するホール素子８０と、Ｕ字形磁石５０の無磁束の領域Ａにホール素子８０が位置するように、ホール素子８０およびＵ字形磁石５０の位置関係を規定するスペーサ４０と、スペーサ４０を覆うハウジング１０とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ハウジング内部にホール素子を備えたセンサに関する。

従来より、非接触なセンサとして様々なセンサが提案されており（例えば、特許文献１等参照）、自動車のオートマチックトランスミッション内のギアの回転速度の検出には、通過する磁束密度に応じて出力電圧が変化するホール素子を備えたセンサ（例えば、特許文献２参照）が用いられることがある。

上記特許文献２では、間隔をあけて対向する一対の対向部がＵの字の直線部分に例えられたＵ字形の磁石によって磁界を発生させる。このＵ字形の磁石は、一対の対向部の間に無磁束の領域を有する永久磁石であり、特許文献２では、この無磁束の領域にホール素子を配備することが提案されている。このセンサを、ギアが回転することで、Ｕ字形磁石の一対の対向部の先端の前をギアの歯の先端（山）と、歯と歯の間（谷）が交互に通過するように配備すると、ホール素子を通過する磁束密度が変化し、ホール素子から出力されるホール電圧の変化（周波数）に基づいてギアの回転数が求められる。

ここで、これらのＵ字形磁石やホール素子はハウジング内部に収容されてセンサとして使用されるが、磁束密度の変化に応じて出力される電圧のばらつきを低減するためには、Ｕ字形磁石の無磁束の領域にホール素子がきちんと配備されていなければならず、ハウジング内部での、Ｕ字形磁石とホール素子の位置関係が非常に重要になってくる。従来では、回路基板にホール素子を半田付けし、Ｕ字形磁石が収容されたハウジングに、ホール素子が半田付けされた回路基板を圧入することによってセンサが組み立てられる。
特開平５−３４２９６１号公報 特表平９−５１１３５７号公報

しかしながら、回路基板にホール素子を半田付けする際、回路基板とホール素子の位置関係にズレが生じやすく、このズレは、回路基板をハウジングに圧入しても依然として残るズレであり、完成した従来のセンサの中には、ホール素子がＵ字形磁石の無磁束の領域からズレた位置に配備されたものがある。

本発明は上記事情に鑑み、ホール素子がＵ字形磁石の無磁束の領域にきちんと配備されたセンサを提供することを目的とするものである。

上記目的を解決する本発明のセンサは、間隔をあけて対向する一対の対向部を有し、該一対の対向部の間に無磁束の領域が形成されたＵ字形磁石と、
通過する磁束密度に応じて出力電圧が変化するホール素子と、
前記Ｕ字形磁石の前記無磁束の領域に前記ホール素子が位置するように、該ホール素子および該Ｕ字形磁石の位置関係を規定するスペーサと、
前記スペーサを覆うハウジングとを備えたことを特徴とする。

本発明のセンサによれば、上記ホール素子も上記Ｕ字形磁石もともに上記スペーサによって位置決めされる。このため、上記ホール素子が上記Ｕ字形磁石の上記無磁束の領域に正確に位置し、このスペーサを上記ハウジング内部に取り付けても、ホール素子およびＵ字形磁石の位置関係に狂いが生じることはなく、ホール素子がＵ字形磁石の無磁束の領域にきちんと配備されたセンサが提供される。

また、本発明のセンサにおいて、上記スペーサが、上記Ｕ字形磁石の一対の対向部を結ぶ連結部の、上記無磁束の領域を向いた面を位置決めする磁石位置決め部と、上記ホール素子を位置決めする素子位置決め部とを有するものであることが好ましい。

ホール素子およびＵ字形磁石の位置関係において、上記Ｕ字形磁石の上記面と上記ホール素子との位置関係が極めて重要であり、上記磁石位置決め部を設けることが好ましい。

さらに、本発明のセンサにおいて、上記スペーサは、上記一対の対向部のうちの一方の対向部が他方の対向部を向く横方向に延び、上記ホール素子を所定の位置まで案内する案内部と、その所定の位置に配備されたホール素子が浮き上がることを規制する浮上規制部とを有するものであることも好ましい。

上記ホール素子は、例えば半田付けの際に浮き上がりやすく、上記スペーサに上記浮上規制部を設けておくことで、上記ホール素子が上記Ｕ字形磁石の上記無磁束の領域に縦方向についても正確に位置する。

本発明によれば、ホール素子がＵ字形磁石の無磁束の領域にきちんと配備されたセンサを提供することができる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に相当するセンサの斜視図である。

図１に示すセンサ１は、自動車のオートマチックトランスミッション内のギアの回転速度を検出するためのものであり、ハウジング１０と、３本のワイヤ２０と、それら３本のワイヤ２０に結線されたコネクタ３０とを有する。この図１では、３本のワイヤ２０の途中を省略して示している。ハウジング１０には、オートマチックトランスミッションのフレーム（不図示）にこのセンサ１を固定するための取付部１０１が設けられている。このハウジング１０の内部には、おもて面の先端部分にＵ字形磁石が配備されたスペーサが取り付けられている。

図２は、ハウジング内部からスペーサを引き出した様子をＵ字形磁石が配備されたおもて面側から見た斜視図であり、図３は、図２に示す様子をＵ字形磁石が配備された面とは反対の裏面側から見た斜視図である。

図２に示すスペーサ４０のおもて面４０ａの先端部分には、間隔をあけて対向する一対の対向部５１がＵの字の直線部分に例えられたＵ字形（コの字形）磁石５０が配備されている。また、図３に示すスペーサ４０の裏面４０ｂの先端部分には、回路基板６０が配備されている。図３に示す回路基板６０には、ノイズ対策のためのキャパシタ等のチップ部品６１が実装されている。さらに、図２および図３には、回路基板６０と３本のワイヤ２０それぞれを結ぶ端子金具７０が示されている。

図４は、図２に示すハウジング内部からスペーサを引き出したセンサの平面図であり、図５は、図４に示すセンサの側面図である。

図４には、スペーサ４０に配備されたＵ字形磁石５０の一対の対向部５１の間にホール素子８０が示されている。すなわち、図１に示すセンサ１は、通過する磁束密度の変化に応じて出力電圧が変化するホール素子８０を備えたものである。このセンサ１は、ハウジング１０によって覆われたスペーサ４０の先端が、被検出部であるギアの歯の先端面を向くように配備される。こうして図１に示すセンサ１を配備しておくと、ギアが回転することによってホール素子８０を通過する磁束密度が変化し、ホール素子８０から出力されるホール電圧の変化に基づいてギアの回転数が検出される。

なお、以降の説明では、Ｕ字形磁石５０の一対の対向部５１のうちの一方の対向部が他方の対向部を向く方向を横方向と称することにする。

また、図５には、そのホール素子８０の端子８１が回路基板６０に半田付けされた様子が示されている。

なお、以降の説明では、ホール素子８０の端子８１が延びる方向を縦方向と称するとともに、スペーサ４０の先端と後端とを結ぶ方向を奥行方向と称することにする。

図６は、図２に示すＵ字形磁石を示す図である。

図６には、点線で磁力線が示されており、この図６に示すＵ字形磁石５０は、同図中に示すように着磁されて、一対の対向部５１の間に無磁束の領域Ａが形成されるものである。このＵ字形磁石５０がスペーサ４０に配備されると、図の上方がスペーサ４０の先端側になる。なお、この図６では、図の左右方向が横方向に相当し、図の上下方向が奥行き方向に相当する。以降の説明では、Ｕ字形磁石５０の、一対の対向部５１を結ぶ横方向に延びる部分を連結部５２と称することにする。また、Ｕ字形磁石５０の一対の対向部５１それぞれの、無磁束の領域Ａを向いた面５１ａ、および連結部５２の、無磁束の領域Ａを向いた面５２ａからなる面を、このＵ字形磁石５０の内周面５０ａと称することにする。

図７は、図３から図５それぞれに示すスペーサの先端部分の拡大図である。

これまで説明したようにスペーサ４０の先端部分には、Ｕ字形磁石５０、ホール素子８０、および回路基板６０が配備されているが、図７には、これらの部材を配備する前のスペーサ４０の先端部分が示されている。また、図７には、スペーサ４０にこれから配備されるホール素子８０も示されている。

図７に示すスペーサ４０のおもて面４０ａの先端部分には、おもて面４０ａ上の、横方向中央部分の所定空間Ｓを取り囲む筒部４１が設けられている。この筒部４１の外周形状は、Ｕ字形磁石５０の内周面５０ａ（図６参照）の形状に合致した形状である。また、スペーサ４０のおもて面４０ａの先端部分には、縦方向に延びる突条部４２も設けられている。この突条部４２は、筒部４１に向かって突出したものである。スペーサ４０に配備されたＵ字形磁石５０の連結部５２（図６参照）は、この突条部４２によって筒部４１に押し付けられ、Ｕ字形磁石５０は、内周面５０ａが筒部４１に接した状態でスペーサ４０に配備される。すなわち、Ｕ字形磁石５０の連結部５２の、無磁束の領域Ａを向いた面５２ａが、突条部４２と筒部４１によって正確に位置決めされる。したがって、突条部４２と筒部４１を併せたものが、本発明にいう磁石位置決め部の一例に相当する。スペーサ４０に配備されたＵ字形磁石５０の無磁束の領域Ａ（図６参照）の位置は、筒部４１内の所定空間Ｓの位置に、横方向にも縦方向にも奥行方向にも一致している。

また、図７に示すスペーサ４０のおもて面４０ａの先端部分には、横方向に延びる案内部４３も設けられている。筒部４１の、横方向に対向する両方の側壁４１１それぞれには、ホール素子８０の本体８２の大きさよりもひとまわり大きな大きさの孔４１１ａが設けられており、この案内部４３は、スペーサ４０の横方向の一方の端部側から、筒部４１の、その一方側の側壁に設けられた孔を通って所定空間Ｓまで延びたものである。さらに、スペーサ４０には、おもて面４０ａと裏面４０ｂとを貫通した長孔４４が、この案内部４３に沿って設けられている。ホール素子８０は、端子８１をこの長孔４４から裏面４０ｂ側に突出させた状態で案内部４３に案内され、本体８２が所定空間Ｓに到達する。筒部４１の横方向の長さは、本体８２の横方向の長さに一致しており、所定空間Ｓに到達した本体８２の、横方向に対向する両方の側面８２ａそれぞれの位置は、筒部４１の、横方向に対向する両方の側壁４１１それぞれの外周面と同じ面位置になる。

図８は、図７に先端部分を示すスペーサ全体の底面図である。また、図９は、図８のＡ−Ａ断面図であり、図１０は、図８のＢ−Ｂ断面図である。すなわち、図９は、スペーサ４０を横方向中央で断面したときの様子を示す図であり、図１０は、スペーサ４０を横方向中央から少しズレた位置で断面したときの様子を示す図である。

これらの図においてはいずれも、スペーサ４０の先端は図の上方になる。図８には、案内部４３に沿って設けられた長孔４４が示されている。また、図８および図９には、図２等に示す回路基板６０と３本のワイヤ２０それぞれを結ぶ端子金具７０の両端部それぞれが挿入される孔４６も示されている。さらに、図９および図１０には、筒部４１が示されており、筒部４１内部の、所定空間Ｓを規定する奥行方向に対向した壁４１２も示されている。

ここで、縦方向のおもて面４０ａ側（図９および図１０では左側）を上とし、裏面４０ｂ側（図９および図１０では右側）を下として図９及び図１０を見比べると、図９では所定空間Ｓの上側が開口しているのに対し、図１０では所定空間Ｓの上側は塞がれている。すなわち、筒部４１内部の、所定空間Ｓの横方向両側の上方には、所定空間Ｓに配備されたホール素子８０が浮き上がることを規制する浮上規制部４７が設けられている。

続いて、図１に示すセンサ１の組み立て手順を説明する。

図１１は、図１に示すセンサの組み立て手順を示すフローチャートである。

まず、図７に示すスペーサ４０の案内部４３の、スペーサ４０の横方向の一方の端部側に、端子８１を長孔４４から裏面４０ｂ側に突出させた状態でホール素子８０を挿入し、そのホール素子８０を所定空間Ｓに向けて横方向にスライドする（ステップＳ１）。ホール素子８０は案内部４３に案内され、本体８２が筒部４１の内部に到達する。

次に、筒部４１の上方からＵ字形磁石５０を、筒部４１に内周面５０ａを沿わせるようにして押し込む（ステップＳ２）。Ｕ字形磁石５０は、上述の如く突条部４２によって筒部４１に押し付けられ、圧入された状態でスペーサ４０に配備される。こうしてスペーサ４０に配備されたＵ字形磁石５０は正確に位置決めされている。また、Ｕ字形磁石５０を上方から押し込む際に、先のステップＳ１を実行することによって筒部４１の内部に到達したホール素子８０の本体８２のいずれか一方の側面８２ａが、筒部４１の孔４１１ａから横方向に突出していたとしても、その突出した側面８２ａが上方から押し込まれてくるＵ字形磁石５０によって突出方向とは逆方向に押され、本体８２が、横方向に関し、筒部４１内に正確に収まる。また、筒部４１内に到達した本体８２は、筒部４１内部の、所定空間Ｓを規定する奥行方向に対向した壁４１２（図９および図１０参照）によって挟み込まれ、奥行き方向に関しても、筒部４１内に正確に収まる。さらに、筒部４１内に到達した本体８２は、浮上規制部４７（図９および図１０参照）によって浮き上がることも規制されている。したがって、ホール素子８０は、筒部４１内の所定空間Ｓに正確に位置決めされており、筒部４１が、本発明にいう素子位置決め部の一例に相当する。上述のごとく、スペーサ４０に配備されたＵ字形磁石５０の無磁束の領域Ａ（図６参照）の位置は、筒部４１内の所定空間Ｓの位置に、横方向にも縦方向にも奥行方向にも一致しているため、ホール素子８０がＵ字形磁石５０の無磁束の領域Ａに正確に位置することになる。

続いて、スペーサ４０の裏面４０ｂに、チップ部品６１が実装さた回路基板６０を当てがうとともにスペーサ４０に図７に示す端子金具７０を組み付ける（ステップＳ３）。

次いで、ホール素子８０の端子８１や図７に示す端子金具７０を回路基板６０に半田付けする（ステップＳ４）。ここでの半田付けは、半田フローによって端子８１や端子金具７０を一括して半田付けする。半田フローを用いることで、組み立て効率が高められている。また、半田付けの際、ホール素子８０を上方向に移動させようとする力がかかることがあるが、ホール素子８０は、浮上規制部４７（図９および図１０参照）によって浮き上がることが防止されており、所定空間Ｓ内に留まる。

最後に、ステップＳ４までの処理を終え、さらに、端子金具７０の、回路基板６０に半田付けされた一端とは反対側の端部と、コネクタ３０が結線されたワイヤ２０とを接続した状態でスペーサ４０をハウジング１０の内部に取り付ける（ステップＳ５）。ここでは、ハウジング１０内に接着剤を流し込み、ハウジング１０内にスペーサ４０を固定する。

以上の手順を踏むことで、図１に示すセンサ１が完成するが、ステップＳ５においてスペーサ４０をハウジング１０内部に取り付けても、ホール素子８０およびＵ字形磁石５０の位置関係に狂いが生じることはなく、完成したセンサ１は、ホール素子８０がＵ字形磁石５０の無磁束の領域Ａにきちんと配備されたものになるのでセンサ特性のバラツキを低減させることができる。

本発明の一実施形態に相当するセンサの斜視図である。 ハウジング内部からスペーサを引き出した様子をＵ字形磁石が配備されたおもて面側から見た斜視図である。 図２に示す様子をＵ字形磁石が配備された面とは反対の裏面側から見た斜視図である。 図２に示すハウジング内部からスペーサを引き出したセンサの平面図である。 図４に示すセンサの側面図である。 図２に示すＵ字形磁石を示す図である。 図３から図５それぞれに示すスペーサの先端部分の拡大図である。 図７に先端部分を示すスペーサ全体の底面図である。 図８のＡ−Ａ断面図である。 図８のＢ−Ｂ断面図である。 図１に示すセンサの組み立て手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ センサ
１０ ハウジング
２０ ワイヤ
３０ コネクタ
４０ スペーサ
４１ 筒部
４２ 突条部
４３ 案内部
４７ 浮上規制部
５０ Ｕ字形磁石
Ａ 無磁束の領域
５１ 対向部
５２ 連結部
６０ 回路基板
７０ 端子金具
８０ ホール素子

Claims (3)

1. 間隔をあけて対向する一対の対向部を有し、該一対の対向部の間に無磁束の領域が形成されたＵ字形磁石と、
   通過する磁束密度に応じて出力電圧が変化するホール素子と、
   前記Ｕ字形磁石の前記無磁束の領域に前記ホール素子が位置するように、該ホール素子および該Ｕ字形磁石の位置関係を規定するスペーサと、
   前記スペーサを覆うハウジングとを備えたことを特徴とするセンサ。
2. 前記スペーサが、前記Ｕ字形磁石の一対の対向部を結ぶ連結部の、前記無磁束の領域を向いた面を位置決めする磁石位置決め部と、前記ホール素子を位置決めする素子位置決め部とを有するものであることを特徴とする請求項１記載のセンサ。
3. 前記スペーサは、前記一対の対向部のうちの一方の対向部が他方の対向部を向く横方向に延び、前記ホール素子を所定の位置まで案内する案内部と、該所定の位置に配備されたホール素子が浮き上がることを規制する浮上規制部とを有するものであることを特徴とする請求項１記載のセンサ。

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