JP2007256121A - 電子式の回転角計測ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ低コストの電子式の回転角計測ユニットを提供すること。
【解決手段】電子式の回転角計測ユニット１は、磁石体４１を保持して回転する非磁性材料よりなるロータ２と、磁石体４１から作用する磁界を計測する磁界計測素子６０と、磁石体４１の分極方向において、磁石体４１と対向するように配置した導磁性材料よりなるガイド部材４２とを有している。磁界計測素子６０は、ロータ２の回転に伴う磁石体４１が回動する軌跡の内周側であって、かつ、磁石体４１とガイド部材４２とが対向する間隙に配置してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触で回転角を計測する電子式の回転角計測ユニットに関する。

従来より、例えば、ロータに保持させた磁石と磁界計測素子との組み合わせにより、上記ロータの回転角を非接触で計測できるように構成した電子式の回転角計測ユニットがある。このような電子式の回転角計測ユニットとしては、上記ロータの回転軸に略一致して上記磁界計測素子を配置すると共に磁石の分極方向を径方向に設定したことにより、磁束をガイドするヨーク等を省略したものがある（例えば、特許文献１参照。）。この回転角計測ユニットでは、上記磁界計測素子を用いて所定方向の磁界強度を計測することで、上記磁石体を保持した上記ロータの回転角を計測している。

しかしながら、上記従来の電子式の回転角計測ユニットでは、次のような問題がある。すなわち、上記磁界計測素子による回転角の計測精度を高く確保するためには、強力な磁石あるいは大型の磁石を採用する等により、上記磁石が発生する磁束量を十分に確保する必要がある。強力な磁石は、一般に高価であり、大型の磁石は、回転角計測ユニットの大型化を招来するおそれがあるという問題がある。

特表２００２−５４２４７３号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、小型かつ低コストの電子式の回転角計測ユニットを提供しようとするものである。

本発明は、磁石体を保持して回転する非磁性材料よりなるロータと、
上記磁石体から作用する所定方向の磁界強度を計測する磁界計測素子と、
上記磁石体の分極方向において、該磁石体と対向するように配置した導磁性材料よりなるガイド部材とを有してなり、
上記磁界計測素子は、上記ロータの回転に伴って上記磁石体が回動する軌跡の内周側であって、かつ、上記磁石体と上記ガイド部材とが対向する間隙に配置してあることを特徴とする電子式の回転角計測ユニットにある（請求項１）。

本発明の電子式の回転角計測ユニットは、上記磁石体の分極方向において該磁石体と対向するように配置した上記ガイド部材を有している。そして、このガイド部材と上記磁石体とが対面する間隙には、上記磁界計測素子を配置してある。上記電子式の回転角計測ユニットでは、上記磁界計測素子を用いて、上記磁石体から上記ガイド部材に向けて作用する磁界を計測している。

上記導磁性材料よりなるガイド部材によれば、上記磁石体から上記ガイド部材に向かう磁界の方向すなわち磁力線（磁束）の向きを配向でき、上記磁界計測素子に作用する磁界の均一性を高めることができる。さらに、上記ガイド部材によれば、上記磁石体から作用する磁力線（磁束）を集向でき、上記磁界計測素子に作用する磁束密度を高めることができる。

それ故、上記電子式の回転角計測ユニットによれば、磁束量や磁界強度等、上記磁石体に対して要求される磁気的特性のレベルを緩和できる。したがって、上記電子式の回転角計測ユニットによれば、高価な磁性材料の採用や上記磁石体の大型化を回避しながら、上記磁界計測素子に作用する磁界の均一性あるいは磁束密度を高めることができる。

以上のように、本発明の電子式の回転角計測ユニットは、上記磁石体と対向して配置した上記導磁性材料よりなるガイド部材により、上記磁界計測素子に作用する磁界の均一性や、磁束密度を高く確保することができる。それ故、本発明の電子式の回転角計測ユニットは、上記磁石体の大型化や高コスト化を抑制しながら、精度高く上記ロータの回転角を計測し得る優れた特性を備えたものとなる。

本発明における上記ロータとしては、ナイロン、ポリプロピレン等の樹脂材料よりなるものを採用することができる。さらに、樹脂材料よりなるロータとしては、上記磁石体をインサート成形したものを採用することも良い。
また、上記ロータが上記磁石体を保持する方法としては、上記ロータの外表面に固定する方法や、上記ロータの内部に設けた凹みや孔等の内部に固定する方法や、上記のごとく樹脂材料よりなるロータに上記磁石体をインサートする方法等、様々な方法が考えられる。

また、上記ガイド部材と上記磁界計測素子との間の距離は、上記磁石体と上記磁界計測素子との間の距離の２０％以上５０％以内に設定してあることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記磁石体よりも上記ガイド部材を上記磁界計測素子に近づけて配置することで、上記ガイド部材が磁束を配向あるいは集向する効果をさらに高めることができる。

なお、上記ガイド部材と上記磁界計測素子との間の距離が、上記磁石体と上記磁界計測素子との間の距離の５０％を超える場合にも、上記ガイド部材が磁束を配向あるいは集向する一定の効果を実現できるものの、その効果の度合いが顕著でなくなるおそれがある。
一方、上記ガイド部材と上記磁界計測素子との間の距離が、上記磁石体と上記磁界計測素子との間の距離の２０％未満となると、上記磁界計測素子に上記ガイド部材が接触するおそれが生じ、配置構造の設計自由度が低くなるおそれがある。

さらに、上記ガイド部材と上記磁界計測素子との間の距離とは、上記ガイド部材の表面のうち、上記磁石体と対面する表面から上記磁界計測素子までの距離を意味している。また、上記磁石体から上記磁界計測素子との間の距離とは、上記磁石体の表面のうち、上記ガイド部材と対面する表面から上記磁界計測素子までの距離を意味している。

また、上記磁石体の分極方向に略直交して２以上の複数の上記磁界計測素子を配置してあることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記各磁界計測素子に対して、ほぼ等しい条件の磁界を作用できる。それ故、２以上の複数の上記磁界計測素子のうちのいずれかにトラブルを生じた場合であっても、他の正常な上記磁界計測素子の出力信号を選択して利用することで、上記電子式の回転角計測ユニットの正常な動作を確保し得る。このように上記の場合には、上記電子式の回転角計測ユニットにフェイルセーフ機能を持たせることができる。

ここで、上記磁石体から作用する磁界中で最も磁界計測条件が良好な位置は、上記磁石体の分極方向の中心をなす対称軸上である。一方、上記複数の磁界計測素子の出力特性の一致度を高めるためには、上記各磁界計測素子について、磁界計測条件を同一に近づける必要がある。そのためには、上記磁石体の分極方向の中心をなす対称軸に一致していずれかの上記磁界計測素子を選択的に配置することよりも、上記対称軸から等しくオフセットして上記各磁界計測素子を配置することが好ましい。

しかし、上記対称軸からオフセットして上記各磁界計測素子を配置する場合には、該各磁界計測素子に作用する磁界の均一性や磁束密度等が低下するおそれがある。それ故、上記磁界計測素子に作用する磁界の均一性や磁束密度等を改善できるという本発明の作用効果が特に有効となり得る。

また、上記磁界計測素子は、上記ロータの回転軸に略一致して配置してあることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記磁石体と上記磁界計測素子との間の距離について、上記ロータの回転に伴う距離変動をゼロに近づけることができる。そして、上記磁界計測素子が計測する上記磁界強度について、上記距離の変動による影響を排除できる。これにより、上記電子式の回転角計測ユニットによる計測精度を一層、向上させることができる。

また、上記ガイド部材は、上記ロータの回転軸を介して上記磁石体と対向するように上記ロータに保持されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記ロータの回転に伴う上記磁石体と上記ガイド部材との位置関係の変動を防止できる。そのため、上記磁石体から上記ガイド部材に向かう磁界の安定性を高く確保でき、上記電子式の回転角計測ユニットによる計測精度を一層、向上させることができる。

ここで、上記ロータが上記ガイド部材を保持する方法としては、上記ロータの外表面に固定する方法や、上記ロータの内部に設けた凹みや孔等の内部に固定する方法や、上記のごとく樹脂材料よりなるロータに上記ガイド部材をインサートする方法等、様々な方法が考えられる。

また、上記磁界計測素子は、リニアホールＩＣであることが好ましい（請求項６）。
この場合には、リニアホールＩＣよりなる上記磁界計測素子を利用して、上記ロータの回転に伴う上記所定方向の磁界強度の変化を精度良く計測できる。そして、これにより、上記ロータの回転角を精度良く計測できるようになり、上記電子式の回転角計測ユニットの性能をさらに向上することができる。
なお、上記磁界計測素子としては、上記のリニアホールＩＣのほか、磁気抵抗素子、磁気トランジスタ等を採用するのも良い。

また、上記ロータと一体をなすアクセルペダルを有しており、該アクセルペダルの変位に応じて上記ロータが回転するように構成したアクセルペダルユニットであることが好ましい（請求項７）。
この場合には、自動車等のアクセル開度をコントロールするための上記アクセルぺダルの変位を精度高く計測し得る優れた特性を備えた上記アクセルペダルユニットを実現できる。

（実施例１）
本例は、磁界計測素子６０を利用した電子式の回転角計測ユニット１に関する例である。この内容について、図１〜図１１を用いて説明する。
本例の電子式の回転角計測ユニット１は、図１〜図４に示すごとく、磁石体４１を保持して回転する非磁性材料よりなるロータ２と、磁石体４１から作用する所定方向の磁界強度を計測する磁界計測素子６０と、磁石体４１の分極方向において、磁石体４１と対向するように配置した導磁性材料よりなるガイド部材４２とを有している。
磁界計測素子６０は、ロータ２の回転に伴って磁石体４１が回動する軌跡の内周側であって、かつ、磁石体４１とガイド部材４２とが対向する間隙に固定して配置してある。
以下に、この内容について詳しく説明する。

本例の電子式の回転角計測ユニット１は、図１〜図３に示すごとく、アクセルぺダル１３を一体的に保持するロータ２を含むアクセルペダルユニット（以下、アクセルペダルユニット１という。）である。
このアクセルペダルユニット１は、ペダルロッド１２を介してアクセルペダル１３を一体的に保持するロータ２と、該ロータ２を回転可能な状態で収容するハウジング７と、ロータ２を回転支持する支持シャフト３と、磁界計測素子６０を含むセンサブロック６とを有している。アクセルペダルユニット１では、中空構造を呈する支持シャフト３の中空部３３に磁界計測素子６０を配置してあり、磁石体４１及びガイド部材４２をインサート成形したロータ２が磁界計測素子６０の周りを回転する。

上記ロータ２は、図１及び図２に示すごとく、略円柱状を呈する本体部２３と、アクセルペダル１３から延設されたペダルロッド１２を固定するための固定部２４とよりなる。なお、本例では、ロータ２をなす材料として、非磁性材料であるナイロン樹脂を採用している。

固定部２４は、図１〜図３に示すごとく、略円柱状をなす本体部２３の外周面のうち、周方向の一部から外周側に張り出すように形成した部分である。固定部２４は、ロータ２の軸方向長さに略一致する厚みを呈しており、その軸方向の略中央にペダルロッド１２の端部を収容して固定するための溝状のスリット２４１を形成してなる。

固定部２４は、本体部２３の略円形状の断面の接線方向に沿って形成した当たり面２４８を有している。当たり面２４８には、略円柱状の中空部分をなすスプリングポケット２４２を穿孔してある。このスプリングポケット２４２は、踏み込まれたアクセルペダル１３を押し戻す付勢力を発生するリターンスプリング２４５を収容するためのものである。

ロータ２の本体部２３は、図１、図２及び図４に示すごとく、磁石体４１とガイド部材４２とをインサート成形した略円柱状をなす部分である。本体部２３は、軸芯に沿って貫通するシャフト孔２３０を設けてなる。本体部２３では、シャフト孔２３０を介して、磁石体４１とガイド部材４２とが対向している。アクセルペダルユニット１においては、このシャフト孔２３０に上記支持シャフト３が貫通している。

磁石体４１は、図１及び図４に示すごとく、ネオジウムよりなる略角柱状のものである。なお、磁石体４１としては、本例のネオジウムに代えて、フェライト、アルニコ、サマリウムコバルト等を採用することもできる。ガイド部材４２は、導磁性材料である鉄（例えば、Ｓ１５Ｃ）よりなる略平板状のものである。

本例の本体部では、磁石体４１の分極方向（着磁方向）がロータ２の径方向に略一致するよう、磁石体４１を配置してある。さらに、図６に示すごとく、本体部２３の軸芯に位置する磁界計測素子６０と磁石体４１との間の距離Ｄｍに対して、ガイド部材４２と磁界計測素子６０との間の距離Ｄｇが４０％となるように磁石体４１及びガイド部材４２を配置してある。

本体部２３は、図１、図２及び図４に示すごとく、周方向において固定部２４から離れて、外周に向けて若干、張り出したストッパ部２３９を備えている。本例のアクセルペダルユニット１では、ストッパ部２３９あるいは固定部２４（当たり面２４８）と、ハウジング７の内周面との当接により、ロータ２が回転する範囲（図１中、点線で示す符号１２のペダルロッドの回動位置から実線で示す符号１２のペダルロッドの回動位置までの回動範囲に相当する回転範囲。）を規制してある。

アクセルペダル１３は、図１〜図３に示すごとく、自動車のドライバーが足で操作するためのペダルである。アクセルペダル１３は、略平板状の表面側に、滑り止めのための凸凹を設けたゴム面１３１を有している。また、アクセルペダル１３は、その裏面側に、ペダルロッド１２を固定するためのロッド固定部１３２を有している。

ペダルロッド１２は、鉄よりなる高剛性の棒状のものであり、全体として略Ｌ字状を呈するように折り曲げたものである。ペダルロッド１２の一方の端部１２１は、上記アクセルペダル１３の裏面に沿うように形成され、ロッド固定部１３２に固定可能なように構成してある。そして、他方の端部１２２は、ロータ２のスリット２４１に挿入、固定可能なように構成してある。

ハウジング７は、図１から図３に示すごとく、ロータ２を収容するための空間を設けたハウジングケース７１と、該ハウジングケース７１に対する蓋状をなすハウジングカバー７２とよりなる。ハウジングケース７１は、車体側に固定するためのブラケット部７１１を外周部に有している。ハウジングカバー７２は、蓋面７２３をなす外表面にセンサブロック６を固定するための固定部（図示略）を有している。

ハウジングケース７１は、図１〜図３に示すごとく、外周側面の一部に、壁面を形成してない欠落部２１０を設けてなる。この欠落部２１０は、完成品であるアクセルペダルユニット１において、ロータ２の固定部２４あるいはペダルロッド１２等の回動空間を形成している。ハウジングケース７１の内周側面のうち、欠落部２１０に隣接する面は、ロータ２の当たり面２４８が当接する受け面７１２をなしている。

図１〜図４に示すごとく、相互に対面するハウジングケース７１の底面７１３、及びハウジングカバー７２の蓋面７２３には、それぞれ、支持シャフト３を貫通させるための貫通孔７１５、７２５を穿孔してある。ハウジングケース７１とハウジングカバー７２とを組み合わせたハウジング７では、貫通孔７１５、７２５が、底面７１３及び蓋面７２３に直交する略一直線上（法線方向。）に配置されている。

支持シャフト３は、図２及び図４に示すごとく、非磁性材料であるアルミニウムよりなる断面略円柱形状の軸状の部材である。支持シャフト３は、ハウジングケース７１側の端部にねじ部３１を有すると共に、ツバ状をなすフランジ部３２をハウジングカバー７２側の端部に有している。さらに、支持シャフト３は、フランジ部３２側の端面に、略円柱状の内周空間である中空部３３を穿孔してなる。

アクセルペダルユニット１における支持シャフト３は、ねじ部３１に螺入したナット３４に係合するワッシャ３５と、他端のツバ状のフランジ部３２とにより、ハウジング７全体を挟圧して固定している。本例の支持シャフト３は、ハウジング７を固定するための構造部材をなし、非回転の部材である。この支持シャフト３は、軸芯に沿ってロータ２（上記本体部２３。）を貫通し、軸芯を中心として回転可能なようにロータ２を軸支している。

さらに、アクセルペダルユニット１における支持シャフト３の中空部３３には、磁界計測素子６０を実装した素子基板６１（センサブロック６の構成部品。詳しくは後述する。）を内挿してある。アクセルペダルユニット１では、中空部３３に素子基板６１を内挿する構造により、支持シャフト３の中空部３３内に磁界計測素子６０を配置している。そして、中空部３３内に磁界計測素子６０を配置することで、ロータ２（本体部２３）の軸芯への磁界計測素子６０の配置を実現している。

センサブロック６は、図２〜図５に示すごとく、図示しない車体側コネクタを接続するためのコネクタソケット部６３と、磁界計測素子６０を実装した素子基板６１と、素子基板６１を覆う素子カバー部６２とを有している。センサブロック６は、導電部材であるターミナルピン６５をインサート成形した樹脂材料よりなるものである。ターミナルピン６５の一方の端部は、コネクタソケット部６３の内側に突出している。ターミナルピン６５の他端は、素子カバー部６２の内側に設けた基板スロット６２１の電極６２２として露出している。

素子基板６１は、図２、図４及び図５に示すごとく、全体として略Ｔ字状を呈するプリント基板である。この素子基板６１は、磁界計測素子６０を実装した実装部６１２と、電極６１４を設けた電極部６１３とよりなる。素子基板６１は、上記基板スロット６２１に電極部４１３を差し込みして取り付けるように構成してある。そして、素子基板６１を取り付けたセンサブロック６では、素子カバー部６２から内側に向けて立設するように素子基板６１が突出している。

磁界計測素子６０は、図５に示すごとく、上記所定方向の磁界強度として所定方向に作用する磁束密度を計測するリニアホールＩＣからなる。磁界計測素子６０は、素子表面の中心部に感磁面６０５を有している。そして、感磁面６０５の法線方向の磁束密度に応じた大きさの信号電圧を出力する。
なお、磁界計測素子６０としては、本例のリニアホールＩＣのほか、ホール効果ＩＣ、ホール素子、磁気抵抗素子等を採用することもできる。

本例の素子基板６１では、図５及び図６に示すごとく、実装部６１２の長手方向に沿って磁界計測素子６０を２個配置してある。本例のアクセルペダルユニット１では、磁石体４１からガイド部材４２に向かう磁束４１６の中心をなす対称軸Ｍに対して、２個の磁界計測素子６０が等しくオフセット（Ｄ／２）されるよう、ロータ２における磁石体４１のインサート位置、及び素子基板６１における磁界計測素子６０の実装位置を設定してある。また、素子基板６１では、各感磁面６０５が同一方向を向くように磁界計測素子６０を実装してある。なお、図６では、ロータ２及び支持シャフト３等を全て省略して図示してある。

本例では、図７に示すごとく、共通電源に対して上記の２個の磁界計測素子６０を並列接続してある。また、上記のごとく、素子基板６１では、感磁面６０５が同一方向を向くように２個の磁界計測素子６０を実装してある。それ故、本例では、２個の磁界計測素子６０が、略同一の信号電圧を出力することになる（図１１参照。同図中、符号６０Ａ、６０Ｂで示す信号電圧。）。本例のアクセルペダルユニット１では、略同一の信号電圧を出力する磁界計測素子６０を２個配設することにより、磁界計測素子６０に発生するおそれがあるトラブルに対するフェールセーフ機能を確保している。

上記の各部品を組み付けして製造したアクセルペダルユニット１では、図１、図２及び図４に示すごとく、ハウジング７を貫通する支持シャフト３によりロータ２が回転支持されている。そして、アクセルペダルユニット１では、ハウジング７の外周側面に設けた欠落部２１０を介して、アクセルペダル１３とロータ２とを一体的に連結するペダルロッド１２が回動し得る。

アクセルペダルユニット１では、図１、図２、図４及び図６に示すごとく、ハウジング７に固定したセンサブロック６の素子基板６１が、支持シャフト３の中空部３３に内挿されている。そして、素子基板６１に実装した磁界計測素子６０が、磁石体４１とガイド部材４２とが対向する間隙に位置している。

アクセルペダルユニット１では、図５及び図６に示すごとく、磁石体４１とガイド部材４２との間に形成される磁界が、磁界計測素子６０に作用する。なお、上述したごとく本例では、磁石体４１からガイド部材４２に向かう磁束４１６の中心をなす対称軸Ｍを基準として、２個の磁界計測素子６０をＤ／２ずつオフセットして配置してある。

次に、以上のように構成したアクセルペダルユニット１の機械的動作について説明する。
まず、初期状態のアクセルペダルユニット１では、図１に示すごとく、ロータ２のスプリングポケット２４２に配置したリターンスプリング２４５の付勢力により、アクセルペダル１３が元の位置（図１で示す位置。）に戻されている。

このとき、リターンスプリング２４５の付勢力により、ストッパ部２３９がハウジング７の内周面に当接している。磁石体４１とガイド部材４２との間隙では、図１、図６及び図８に示すごとく、磁界計測素子６０が、磁界方向（図８中、矢印で示す方向。）に対して感磁面６０５が略平行をなすような姿勢を呈する。

アクセルペダル１３に作用する踏力は、ペダルロッド１２を介してロータ２の回転力として伝達される。すなわち、アクセルペダル１３に踏力を作用すると、リターンスプリング２４５の付勢力に対抗してロータ２が回転することになる。このとき、ロータ２にインサートされた磁石体４１及びガイド部材４２は、その対向配置状態を維持しながら支持シャフト３を中心として回動する。このとき、図９に示すごとく、磁石体４１とガイド部材４２との間隙において、磁界計測素子６０の姿勢が相対的に変化する。

アクセルペダル１３をさらに踏み込みすると、ロータ２の当たり面２４８がハウジング７の受け面７１２に当接する。すなわち、本例のアクセルペダルユニット１では、上記当たり面２４８と上記受け面７１２との当接により、アクセルペダル１３の最大操作量を規制してある。

その後、アクセルペダル１３に作用する踏力を解放すると、リターンスプリング２４５の付勢力によりロータ２が逆向きに回転し、アクセルペダル１３が元の位置に向けて戻される。なお、本例のアクセルペダルユニット１では、上記のごとく、ストッパ部２３９及び当たり面２４８とハウジング７内周面との当接により、ロータ２の回転範囲を角度２５度に規制してある。

次に、以上のように構成したアクセルペダルユニット１の電気的あるいは磁気的な動作について説明する。
アクセルペダル１３の変位に応じてロータ２が回転すると、図８〜図１０に示すごとく、磁石体４１からガイド部材４２に向かう磁界方向（図８、図９における矢印方向。）が回転する。そうすると、磁石体４１とガイド部材４２との間隙に配置した磁界計測素子６０において、感磁面６０５の法線方向の磁束密度に変化を生じる。

本例のアクセルペダルユニット１では、図１、図８、図１０及び図１１に示すごとく、ロータ２の回転角θに応じて、磁界計測素子６０の感磁面６０５の法線方向の磁束密度が変化する。ここで、上記のごとく、本例のアクセルペダルユニット１では、アクセルペダル１３の変位がゼロであるとき（図１０において符号Ａで示す磁石体４１の回転位置。）、磁石体４１から作用する磁界方向は、磁界計測素子６０の感磁面６０５と略平行をなす。

このとき、図１、図８、図１０及び図１１に示すごとく、磁界計測素子６０の感磁面６０５の法線方向に作用する磁束密度は略ゼロとなる。それ故、アクセルペダルユニット１では、アクセルペダル１３の変位がゼロであるとき、感磁面６０５の法線方向の磁束密度が略ゼロとなり、磁界計測素子６０が出力する信号電圧が略ゼロとなる。

なお、図１１では、ロータ２の回転角θを横軸に表し、縦軸には磁界計測素子６０の信号電圧を表している。さらに、同図中のハッチングした角度範囲は、ロータ２が回転し得る範囲を示している。また、同図中、符号６０Ａ、６０Ｂは、各磁界計測素子６０が出力する信号電圧を示している。

アクセルペダル１３が踏み込まれた状態について、図９、図１０及び図１１を用いて説明する。アクセルペダル１３が踏み込まれると、図９を用いて上述したごとく磁石体４１が磁界計測素子６０の周りを回動する。そうすると、磁石体４１の磁界方向と感磁面６０５とが、ゼロを超えるなす角をもって交わるようになる。

ここで、図１０において符号Ｂで示す回転位置に磁石体４１が位置した場合を例として説明する。ロータ２が角度θ回転すると、磁界方向と感磁面６０５とのなす角の角度がθとなる。磁石体が作用する磁束密度をＢとすれば、感磁面６０５の法線方向の磁束密度Ｂ１はＢ×ｓｉｎθとなる。

磁界計測素子６０は、図１１に示すごとく、計測した磁束密度に応じた信号電圧を出力する。それ故、ロータ２の回転範囲（同図中、ハッチングで示す角度範囲。）を２５度に規制した本例のアクセルペダルユニット１では、図１１に示すごとく、θが大きくなるほど、磁界計測素子６０が出力する信号電圧が大きくなる。

仮に、ロータ２の回転範囲を規制しないとすれば、理論的には、図１１に示すごとく、ロータ２が９０度回転して感磁面６０５に対して磁界方向が直交したとき感磁面６０５の法線方向の磁束密度が最大となる。それ故、ロータ２が９０度回転したとき、磁界計測素子６０が出力し得る信号電圧が最大値をとる。

なお、本例のアクセルペダルユニット１では、２個の磁界計測素子６０に対して、略同一の磁界が作用するようにしてある。それ故、同図に示すごとく、２個の磁界計測素子６０が出力する信号電圧（図１１中、実線と破線で示す。）は略同一のものとなる。したがって、本例のアクセルペダルユニット１によれば、いずれかの磁界計測素子６０に何らかのトラブル等を生じた場合にも精度良くアクセルペダル１３の操作量を計測できる。

本例のアクセルペダルユニット１では、図１及び図４に示すごとく、磁界計測素子６０を挟んで磁石体４１と対向するよう、導磁性材料よりなるガイド部材４２を配置してある。このガイド部材４２によれば、図６に示すごとく、磁石体４１の磁束４１６を集向でき、磁界計測素子６０に作用する磁束密度を大きくできる。さらに、磁束４１６を配向できれば、磁界計測素子６０に作用する磁束４１６の平行度を高めて磁界の均一性を向上できる。

本例のアクセルペダルユニット１は、上記ガイド部材４２を採用したことにより、磁界計測素子６０に作用する磁界の特性を改善したものである。換言すれば、ガイド部材４２を採用したアクセルペダルユニット１によれば、磁束密度が高い高価な磁石体４１や、磁束量が多い大型の磁石体４１等によらず、磁界計測素子６０に作用する磁界の特性を効果的に改善させることができる。それ故、上記アクセルペダルユニット１によれば、比較的低コストの磁石体４１を利用しながらロータ２の回転角を精度良く計測することができる。

以上のように、本例の電子式の回転角計測ユニット（アクセルペダルユニット１）は、磁石体４１に対向してガイド部材４２を配置したことにより、磁界計測素子６０に作用する磁界の特性を改善することができる。それ故、本例の電子式の回転角ユニット（アクセルペダルユニット１）は、小型かつ低コストの磁石体４１を利用して回転角を精度良く計測し得る優れた特性を備えたものとなり得る。

（実施例２）
本例は、実施例１のアクセルペダルユニットを基にして、ガイド部材（図１中の符号１１２。）の構成を変更したものである。この内容について図１２を用いて説明する。
本例のアクセルペダルユニット１では、導磁性材料である鉄製のペダルロッド１２の端部１２２をガイド部材４２として利用している。

本例では、実施例１の略Ｌ字状のペダルロッドに代えて、略Ｚ字状のペダルロッド１２を採用している。具体的には、本例のペダルロッド１２は、ロータ２側の端部をシャフト孔２３０に向けて折り曲げたものである。ペダルロッド１２のロータ２側の端部１２２は、シャフト孔２３０を挟んで磁石体４１と対向するように位置している。すなわち、本例のガイド部材４２は、ペダルロッド１２の端部１２２の先端がなしている。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。

（実施例３）
本例は、実施例１のアクセルペダルユニットを基にして、アクセルペダル１３の踏力にヒステリシスを持たせるためのヒステリシス機構８を追加した例である。この内容について図１３及び図１４を用いて説明する。

ロータ２の本体部２３には、断面略円環状を呈する有底の中空部８０を穿設してある。中空部８０の底面８０２には、周方向の位置に応じて軸方向の突出量が次第に大きくなるように設定した傾斜状のカム８０１を設けてある。
ハウジングケース７１は、本体部２３の中空部８０に内挿される略有底円筒状のカムホルダ８３を有している。このカムホルダ８３の内周面には、軸方向に延設された凹状のスライド溝（図示略）を設けてある。

ヒステリシス機構８は、スライドカム８１と、スライドカム８１を軸方向に付勢するカムスプリング８２とを有している。スライドカム８１は、略円筒状をなし、カムホルダ８３に内挿される部材である。スライドカム８１は、その外周面に、カムホルダ８３の上記スライド溝に係合する凸部８３４を有している。

カムホルダ８３に内挿されたスライドカム８１は、スライド溝と凸部８３４との係合により回転が規制される。さらに、スライドカム８１は、ロータ２側の端面に、周方向に沿って軸方向の突出量が次第に大きくなるカム８１５を形成してある。このカム８１５は、ロータ２のカム８０１に対応するカムプロファイルを備えたものである。

カム８１５とカム８０１との当接構造は、スライドカム８１に対してロータ２が回転（アクセルペダル１３を踏み込んだときの回転方向。）したときにスライドカム８１を軸方向に後退させる一方、ロータ２に対してスライドカム８１を押し付けたときにロータ２を逆回転（アクセルペダル１３を元の位置に戻そうとする回転方向。）させようとする回転力が発生し得るように構成したものである。

本例のアクセルペダルユニット１では、アクセルペダル１３の変位に応じてロータ２が回転すると、上記のごとく回転を規制されたスライドカム８１とロータ２との間で相対回転が発生する。これにより、ロータ２のカム８０１とスライドカム８１のカム８１５とが摺動し、カムスプリング８２の付勢力に対抗してスライドカム８１がハウジングケース７１側に変位することになる。

スライドカム８１がハウジングケース７１側に変位した状態では、カムスプリング８２に付勢されたスライドカム８１のカム８１５が、ロータ２のカム８０１に対して押圧力を作用する。そして、この押圧力は、カム８１５と８０１との上記の当接構造に基づき、スライドカム８１とロータ２とを相対回転させようとする回転力に変換される。ここで、上記のごとくスライドカム８１は、回転が規制されている。そのため、スライドカム８１とロータ２との間に作用する回転力は、ロータ２を回転させようとする回転力となる。

したがって、上記のようにアクセルペダル１３を踏み込みした状態では、リターンスプリング（図１中、符号２４５。）の付勢力と、カムスプリング８２の付勢力とに基づいて、アクセルペダル１３を元の位置に戻そうとする反力が発生する。
その後、アクセルペダル１３の踏力を解放すると、リターンスプリングの付勢力と、カムスプリング８２の付勢力とに基づく上記反力により、アクセルペダル１３が初期位置に向けて戻される。

上記のようにアクセルペダルユニット１では、アクセルペダル１３を踏み込んだり、戻したりする際、スライドカム８１のカム８１５とロータ２のカム８０１とが摺動し、スライドカム８１が軸方向に進退する。このアクセルペダルユニット１においては、スライドカム８１のカム８１５と、ロータ２のカム８０１との間に作用する摩擦力に応じて、アクセルペダル１３の変位特性にヒステリシスを持たせることができる。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。

（比較例１）
本例は、実施例１のアクセルペダルユニットを基にして、ガイド部材を省略した例である。本例の内容について、図１５を用いて説明する。
磁石体４１の磁束４１６は、両極間で閉ループを形成しようとする傾向がある。それ故、磁石体４１の対称軸Ｍからオフセットした磁束４１６が、外側に向かって湾曲するようになる。そして、このように磁束４１６が湾曲する傾向は、対称軸Ｍからのオフセット量が大きくなるほど強くなる。

上記のように磁束４１６が湾曲して拡散すると、磁界計測素子６０の感磁面６０５に作用する磁束密度が小さくなると共に、磁束４１６の平行度が低下して磁界の均一性が低下するおそれが高い。それ故、感磁面６０５に作用する磁束密度や磁界の均一性を十分に確保しようとすると、強力な磁石材料を採用するか、磁石体４１の体積を大きくする必要が生じる。

特に、実施例１〜３のアクセルペダルユニット１では、フェールセーフ機能を実現するため、磁石体４１の対称軸Ｍからオフセットして２個の磁界計測素子６０を配置してある。そのため、上記のような磁束４１６の湾曲に起因した悪影響が一層、顕著となるおそれが高い。
したがって、実施例１〜３のアクセルペダルユニット１の場合には、導磁性材料よりなるガイド部材を磁石体４１と対向して配置したことによる作用効果が一層、有効となる。

実施例１における、アクセルペダルユニットの断面構造を示す断面図（図３におけるＢ−Ｂ線矢視断面図。）。 実施例１における、アクセルペダルユニットの組み付け構造を示す斜視図。 実施例１における、アクセルペダルユニットを示す正面図。 実施例１における、アクセルペダルユニットの断面構造を示す断面図（図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図。）。 実施例１における、素子基板を示す斜視図。 実施例１における、磁石体から発生する磁力線を示す説明図。 実施例１における、磁界計測素子の周辺回路を示す回路図。 実施例１における、磁石体とガイド部材の間隙に磁界計測素子を配置した様子を示す説明図（アクセルペダルの変位がゼロのとき。）。 実施例１における、磁石体とガイド部材の間隙に磁界計測素子を配置した様子を示す説明図（アクセルペダルを踏み込んだとき。）。 実施例１における、磁界計測素子が計測する磁束密度を説明する説明図。 実施例１における、ロータの回転角θと磁界計測素子が出力する信号電圧との関係を示すグラフ。 実施例２における、アクセルペダルユニットの断面構造を示す断面図。（図３におけるＢ−Ｂ線矢視断面に相当する断面図。）。 実施例３における、アクセルペダルユニットの組み付け構造を示す斜視図。 実施例３における、アクセルペダルユニットの断面構造を示す断面図。（図１におけるＡ−Ａ線矢視断面に相当する断面図。）。 比較例１における、磁石体から発生する磁力線を示す説明図。

符号の説明

１ 電子式の回転角計測ユニット（アクセルぺダルユニット）
１２ ぺダルロッド
１３ アクセルペダル
２ ロータ
３ 支持シャフト
４１ 磁石体
４２ ガイド部材
７ ハウジング
７１ ハウジングケース
７２ ハウジングカバー
６ センサブロック
６０ 磁界計測素子
６０５ 感磁面
６１ 素子基板

Claims (7)

1. 磁石体を保持して回転する非磁性材料よりなるロータと、
   上記磁石体から作用する所定方向の磁界強度を計測する磁界計測素子と、
   上記磁石体の分極方向において、該磁石体と対向するように配置した導磁性材料よりなるガイド部材とを有してなり、
   上記磁界計測素子は、上記ロータの回転に伴って上記磁石体が回動する軌跡の内周側であって、かつ、上記磁石体と上記ガイド部材とが対向する間隙に固定して配置してあることを特徴とする電子式の回転角計測ユニット。
2. 請求項１において、上記ガイド部材と上記磁界計測素子との間の距離は、上記磁石体と上記磁界計測素子との間の距離の２０％以上５０％以内に設定してあることを特徴とする電子式の回転角計測ユニット。
3. 請求項１又は２において、上記磁石体の分極方向に略直交して２以上の複数の上記磁界計測素子を配置してあることを特徴とする電子式の回転角計測ユニット。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、上記磁界計測素子は、上記ロータの回転軸に略一致して配置してあることを特徴とする電子式の回転角計測ユニット。
5. 請求項４において、上記ガイド部材は、上記ロータの回転軸を介して上記磁石体と対向するように上記ロータに保持されていることを特徴とする電子式の回転角計測ユニット。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、上記磁界計測素子は、リニアホールＩＣであることを特徴とする電子式の回転角計測ユニット。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、上記ロータと一体をなすアクセルペダルを有しており、該アクセルペダルの変位に応じて上記ロータが回転するように構成したアクセルペダルユニットであることを特徴とする電子式の回転角計測ユニット。

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