JP2008185501A - 回転検出装置 - Google Patents

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智幸 田中
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Abstract

【課題】 部品点数の増加を抑え、かつ、ハウジングに経年変化が生じてもリードピンの防水性を良好に確保し、外部からの水分の浸入を防止できる回転検出装置を提供する。
【解決手段】 回転体の回転を受けて回転する磁石3と、磁石3の回転による磁力変化を検出する磁気検出素子4と、磁気検出素子4と電気的に接続された回路基板5と、磁気検出素子4と回路基板5とを収納する収納部1mを備えたハウジング1と、回路基板5と電気的に接続されるとともにハウジング1内に少なくとも一部が保持されるリードピン8と、収納部1mに充填され磁気検出素子4と回路基板5及びリードピン8の一部を覆う充填部材7とを備えた回転検出装置Aにおいて、ハウジング1内に保持されたリードピン8の中間部分が露出する露出部1pをハウジング1の収納部1mに設け、露出部1p内に充填部材7を充填させてリードピン8と充填部材7とを接触させたものである。
【選択図】 図2

Description

本発明は、被検出体の動作角度を検出する回転検出装置に関するものであって、例えば自動車のスロットルバルブセンサやステアリング角度センサに好適である。
従来の回転検出装置は、特許文献1に開示されるものが知られている。かかる回転検出装置は、回路部品である回路基板と電気的に接続されるリードピンを備え、このリードピンが樹脂製ハウジングにインサート成形されるものである。このような回転検出装置は、水分が回路基板へ伝わることを防止するために、リードピン及び回路基板を熱硬化型樹脂にて埋設する構造が一般的である。
しかしながら、このような回転検出装置を過酷な環境下で使用する車両用の回転検出装置として用いた場合に、ハウジングにインサート成形されるリードピンは、回路基板と接続される接触部の一部分が熱硬化樹脂により覆われているだけの構成であるため、回路基板とリードピンとの間の部分に熱硬化樹脂が浸透しない場合があり、またハウジングの経年変化に伴って接触部の一部分と熱硬化樹脂との密着性が低下し、回路基板に対する防水性を損ねてしまう虞があるといった問題点があった。
そこで、この問題点を解決する手段として、リードピンのインサート成型によってハウジングに埋設された部分に防水パッキンを設けたものが知られている。
特開平10−293138号公報 特開2006−66216号公報
しかしながら、防水パッキンを追加することは部品点数の増加などを招き、ひいてはコストの増加を招いてしまう。
そこで、本発明は、前述した問題点に着目し、部品点数の増加を抑え、かつ、ハウジングに経年変化が生じてもリードピンの防水性を良好に確保し、外部からの水分の浸入を防止できる回転検出装置を提供する。
本発明は、回転体の回転を検出する検出部と、前記検出部を備えた回路基板と、前記検出部と前記回路基板とを収納する収納部を備えたハウジングと、前記回路基板と電気的に接続されるとともに前記ハウジング内に少なくとも一部が保持されるリードピンと、前記収納部に充填され前記回路基板及び前記リードピンの一部を覆う充填部材とを備えた回転検出装置において、前記ハウジング内に保持された前記リードピンの中間部分が露出する露出部を前記ハウジングの収納部に設け、前記露出部内に前記充填部材を充填させて前記リードピンと前記充填部材とを接触させたものである。
また、本発明は、前記ハウジングにコネクタ部を設けたものである。
本発明によれば、所期の目的を達成でき、部品点数の増加を抑え、かつ、ハウジングに経年変化が生じてもリードピンの防水性を良好に確保し、外部からの水分の浸入を防止できる回転検出装置を提供することができる。
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図1〜図4は、本発明の第1実施形態を示すもので、以下、これらに基づいて本発明の実施形態を例えば車両に搭載されるスロットルバルブの回転角度を検出する回転検出装置に適用した場合について説明する。
本実施形態による回転検出装置Aは、ハウジング1と、シャフト部材2と、磁石(磁束発生部材)3と、検出部である磁気変換素子4と、回路基板5と、磁性部材6と、充填部材7及びリードピン8とから主に構成される。
ハウジング1は、ポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂材料からなり、略円筒形状に形成された基部(筒状部)1aを備えている。この筒状部1aによって、シャフト部材2を回転可能に配設する空洞部1iが形成されている。
また、空洞部1iを形成する筒状部1aの上端部1bには、後述する座金をかしめ固定するための一対のかしめ片1cが突出形成されている。
また、各かしめ片1cの形成される箇所とは反対側となる筒状部1aの下端部1dには、回路基板5の周囲を取り巻く環状壁部1eが延長形成されている。つまり、環状壁部1eによって、収納部1m内に磁気変換素子4と回路基板5とが配設される。
そして、空洞部1iと収納部1mとは、ハウジング1に一体に設けられている。
1fは、回路基板5に実装される磁気変換素子4を収納するための略袋形状(断面略凹部形状)からなる収納空間(凹部)であり、空洞部1i内に突出形成された突出部1n内に設けられている。かかる突出部1nは、その開口端部1gが略円環板形状に形成された連結部1hを介して筒状部1aの下端部1dと連結される構成となっている。言い換えると、収納空間1fは、筒状部1aの内部空間となる空洞部1iに配設されるシャフト部材2の後述する第2の凹部に収納されているとも言える。また、空洞部1iと収納部1mとを、突出部1n、連結部1hとで互いに連通しないように区切るものである。
また、1jは、リング状の磁性部材6の外周部を配設固定するために切り欠き形成された環状溝部であり、この環状溝部1jは、筒状部1aの内部空間となる空洞部1iの内壁面を切り欠くことで得られるものである。なお、1kは、後述する座金の外縁部を支持する受部であり、この受部1kは、上端部1bに設けられ、シャフト部材2をハウジング1に収納した際に、シャフト部材2の後述する第1の載置面と略同一面上に位置するようになっている。
そして、ハウジング1と磁性部材6とは、インサート成形によって一体的に形成されている。あるいは、磁性部材6をハウジング1の環状溝部1jに圧入固定することで、ハウジング1と磁性部材6とを一体的に形成してもよい。このようにハウジング1とリング状磁性部材6とを一体形成した場合、リング状磁性部材6の内周側上端面は、シャフト部材2をハウジング1に収納した際に、シャフト部材2の後述する平坦面と当接することから、前記平坦面を支持する支持部としての機能を有している。
また、ハウジング1には、リードピン8がハウジング1とともにインサート成形により一体に形成されている。なお、本実施例では、リードピン8は3本設けられている。リードピン8はその両端部分がハウジング1から露出しており、リードピン8のハウジング1から露出した一方は、収納部1mへ露出し、回路基板5と電気的に接続するものであり、他方は、後述するコネクタ部へ露出し、図示しない相手方のコネクタの端子と電気的に接続するものである。また、リードピン8の両端部分以外は、ハウジング1に埋設され保持されている。
収納部1mには、ハウジング1内に保持されたリードピン8の中間部分がハウジング1から露出する露出部1pを備えている。この露出部1pは凹部であり、本実施形態においては、1つの露出部1pで3本のリードピン8を露出するものである。この露出部1p内には、図3中で示すように、露出部1pの底面1r(図3中では、上側に位置している面)凸部1qを備えている。この凸部1qは、断面形状がほぼ四角形のリードピン8の1つの面に接触するものである。そして、この露出部1pによって、リードピン8の3つの面がハウジング1から露出している。このハウジング1から露出したリードピン8が充填部材7と接触するものである。なお、可能であれば、凸部1qを設けずに、リードピン8の周囲すべてを充填部材7と接触されることが理想であるが、リードピン8の周囲すべてを充填部材7と接触されるには、ハウジング1とリードピン8とのインサート成形時に使用する金型が複雑なものとなり、コストの上昇を招くのを抑えるためである。また、リードピン8の3つの面がハウジング1から露出するのであれば、図4に示すように、露出部1pの底面1rを水平な面としてもよい。なお、露出部1pをリードピン8毎に設けてもよい。
また、ハウジング1には、コネクタ部1sを備えている。このコネクタ部1sは外部の機器に電気的に接続するためのものである。
シャフト部材2は、被検出体(回転体)であるスロットルバルブとともに回転するものであり、ポリアセタール等の合成樹脂材料からなり、断面略「H」字形状に形成され、略円筒形状からなるベース部(円筒部)2aと、この円筒部2aの内部空間領域を上下に分割すべく配設される円板部2bとを備えている。つまり、円筒部2aは、その内部空間領域の略中央部に円板部2bを介在させたことによって、ともに略円筒カップ形状からなる円筒部2aの上方に形成される第1の凹部2cと、円筒部2aの下方に形成される第2の凹部2dとを備える。
略円筒カップ型の第1の凹部2cの先端部2e(言い換えると、前記座金の図中上側に突出している第1の凹部2cの先端部2e箇所)は、被検出体(回転体)であるスロットルバルブに直接またはギア等の部材を介して接続される。これにより先端部2eは、前記スロットルバルブの回転と同期してシャフト部材2を回転させるための回転入力部(回転伝達部)としての機能を有している。
なお、第1の凹部2cの外壁面には、先端部2eの下方に階段形状からなる第1,第2の載置面2f,2gがそれぞれ形成されており、先端部2eに隣接している第1の載置面2fは、前記座金の内縁部を載置するため段差部であり、第1の載置面2fよりも一段低い位置に位置する第2の載置面2gは、後述するOリングを載置するためのものである。
一方、略円筒カップの第2の凹部2dには、ハウジング1の収納空間1fを備えた突出体1n並びに磁気変換素子4が収納されるとともに、第2の凹部2dの略円形状からなる側部側内壁面2hには、磁石3を収納するために磁石3の形状に対応した環状溝形状からなる環状凹部2iが形成されている。
なお、2jは、第2の凹部2dの外壁面を構成する円形状からなる外周面であり、この外周面2jは、第2の載置面2gの外周面を構成する円形外周面よりも若干、径小に設定されている。この円形の外周面2jと第2の載置面2gの外周面を構成する前記円形外周面とを繋ぐ環状平坦面2kは、シャフト部材2をハウジング1内に収納したときに、磁性部材6の前記内周側上端面によって支持される構成となる。つまり、環状平坦面2kは、シャフト部材2をハウジング1内に収納したときに磁性部材6の内周側上端面と所定箇所で当接することで、シャフト部材2のスラスト方向(シャフト部材2の後述する中心軸方向)に対する移動を規制する規制部(位置規制部)としての機能を有している。
また、10は、シャフト部材2における第1の凹部2cの外壁面に形成される第2の載置面2g上に載置されるOリングであり、かかるOリング10は、載置面2gと、各載置面2f,2gを繋ぐ側面P1と、ハウジング1における上端部1bの内壁面P2とで囲まれる間隙に埋設され、回転検出装置A内部に水等の異物が浸入するのを防止する機能を有している。なお、Oリング10は、シャフト部材2における第2の凹部2dの外周面2jと第2の載置面2gの前記円形外周面とを繋ぐ環状平坦面2kが、磁性部材6の内周側上端面と当接するように、シャフト部材2をハウジング1内に収納した後、前記間隙に埋設される。また、断面円形状のOリング10に代えて、断面X字形状のXリングを採用することも可能である。
さらに、11は、シャフト部材2における第1の凹部2cの外壁面に形成される第1の載置面2fとハウジング1の上端部1bに設けられた受部1kとに載置される座金であり、かかる座金11は、前記間隙にOリング10を埋設してから、Oリング10を覆うように載置面2f及び受部1k上にかしめ固定される。具体的には、座金11は、その内縁側底面部がシャフト部材2の第1の載置面2fによって支持され、且つその外縁側底面部がハウジング1の受部1kによって支持された後、一対のかしめ片1cをシャフト部材2の後述する中心軸側(言い換えれば、座金11側)にそれぞれかしめることで、シャフト部材2がハウジング1にかしめ固定される構成となる。
磁石3は、略円環形状に形成され、2極着磁されている。また、磁石3は、磁気変換素子4(磁気変換素子4の後述するリード部を除いた部分)を取り巻くようにシャフト部材2における第2の凹部2dの環状凹部2i内に圧入固定され、シャフト部材2の回転とともにシャフト部材2の回転中心軸Lの周りを回転する構成となっている。このことは、磁石3の回転中心軸が、シャフト部材2の回転中心軸Lと略一致していることを意味している。
磁気変換素子4は検出部であり、ホールICやMR素子等の検出素子からなり、リード部4aを介して回路基板5と電気的に接続され、シャフト部材2とともに回転する磁石3の回転に応じて変化する磁力の大きさを検出信号に変換して、かかる検出信号を回路基板5上に実装された端子(図示せず)を通じて外部に出力するものである。また、磁気変換素子4は、その磁気検出面がハウジング1の収納空間1fを介して磁石3の内壁面(着磁面)と対向するように配設される。
そして、本実施形態の場合、磁気変換素子4は、シャフト部材2の回転中心軸L上ではなく、シャフト部材2の回転中心軸Lから外れた位置、すなわちシャフト部材2の回転中心軸Lから所定量だけ離れた位置に配設され、ハウジング1における収納空間1fの内壁面と当接するように位置決め固定されている。なお、磁気変換素子4をシャフト部材2の回転中心軸L上に配設してもよいが、磁気変換素子4から出力される検出信号(出力電圧)の出力特性(直線性)を考慮した場合、磁気変換素子4をシャフト部材2の回転中心軸Lから外れた位置に配設することが望ましい。このことは、磁気変換素子4を回転中心軸L上ではなく回転中心軸Lから外れた位置に配設した方が、前記出力電圧の直線性が良好となることを意味している。
回路基板5は、例えば硬質回路基板からなり、ハウジング1の連結部1hの裏面に沿うように配設され、ハウジング1における環状壁部1eの内部空間である空間部1mに収納固定される。かかる回路基板5には、磁気変換素子4や前記端子、並びにコンデンサ等の各種電子部品が実装されている。また、5aは、磁気変換素子4のリード部4aが貫通する孔である。5bは、リードピン8が貫通する孔であり、孔5bを貫通したリードピン8は半田5cによって回路基板5の図示しない配線パターンと電気的に接続している。
なお、本実施形態の場合、回路基板5は、ハウジング1の連結部1h底面から下方(回路基板5側)に突出形成された図示しない複数の突出ピンがそれぞれ貫通する図示しない複数の貫通孔部を備えている。従って、磁気変換素子4の実装された回路基板5をハウジング1に固定するにあたっては、連結部1hに一体形成された前記各突出ピンを回路基板5の前記各貫通孔部に貫通させ、さらに回路基板5の背面側に突出する前記各突出ピンの突出端部を熱溶着すればよい。
磁性部材6は、鉄等の磁性材料からなり、略円筒状に形成され、磁石3の周囲を取り巻くようにハウジング1の環状溝部1jに固定(保持)されている。また、略円筒状の磁性部材6は、その円形内周面(円形内壁面)がシャフト部材2における第2の凹部2dの円形状の外周面2jと当接していることで、シャフト部材2の回転時において、シャフト部材2を回転可能に軸支する軸支部材(軸受部材)としての機能を有している。
そして、磁性部材6が、リング状の磁石3の外周を覆うようにハウジング1の環状溝部1jに配設固定されていることで、磁石3の磁束分布は、2極着磁された磁石3の内部空間において磁気変換素子4の前記磁気検出面を通過するように分布するとともに磁性部材6の内部を通っており、磁性部材6の外側(周囲)に漏れる漏洩磁束は無くなる。これにより磁性部材6を設けたことで、前記漏洩磁束が無くなるので、磁気変換素子4を通過する磁力、言い換えると角度検出に利用される磁力が磁性部材を設けない場合に比べて大きくなり、検出精度を向上させることができる。
さらに、磁性部材6が、リング状の磁石3の外周を覆うようにハウジング1の環状溝部1jに配設固定されていることで、所定の外部装置等から生じている磁力が回転検出装置Aに作用していたとしても、かかる外部からの磁力は、磁性部材6内を選択的に通るものの磁性部材6の内側(つまり、磁石3内)を通ることは無くなる。これにより磁性部材6を設けたことで、磁石3の磁束は、外部からの磁力の影響を受けることが無くなるため、磁性部材6を設けない場合に必然的に生じていた磁気干渉(つまり、磁性部材6を設けない場合において、磁石3の周囲を通る磁束と外部磁束との干渉により生じる磁気干渉)が防止され、検出精度の良好な回転検出装置を提供することができる。
充填部材7は、エポキシやシリコーン等からなる液体から固体へと硬化する樹脂からなり、例えば、UV硬化型あるいは熱硬化型樹脂などである。充填部材7は、図2に示すように磁気変換素子4の実装された回路基板5を収納する収納部1m内に充填されており、これにより磁気変換素子4及び回路基板5が、ハウジング1内において気密的に収納保持されるようになっている。また、露出部1p内にも充填部材7が充填され、充填部材7がリードピン8と接触している。
リードピン8は金属からなり、本実施形態では燐青銅を用いている。
以上のように本実施形態では、ハウジング1内に保持されたリードピン8の中間部分が露出する露出部1pをハウジング1の収納部1mに設け、露出部1p内に充填部材7を充填させてリードピン8と充填部材7とを接触させたことによって、ハウジング1とリードピン8との間の密着性が低下し、コネクタ部1s側からハウジング1とリードピン8との間から水などの液体が浸入しても、ハウジング1内に保持されたリードピン8の中間部分がハウジング1から露出した部分が充填部材7と接触することで、リードピン8と充填部材7との密着によって、防水性を維持することができる。
また、この防水性を確保するために、従来のように防水パッキン等を用いることなく、磁気検出素子4と回路基板5とを保護するために充填する充填部材7を用いることで、部品点数の増加を招くことなく、ひいては、コストの増加を招くことなく、安価な回転検出装置Aを提供することができる。
第1実施形態では、検出部がホールICやMR素子等の非接触式の検出部であったが、検出部は前記実施形態に限定されるものではない。そこで、図5を用いて、第2実施形態を説明する。なお、第1実施形態と同一及び相当個所には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
第2実施形態の回転検出装置Bは、ハウジング11と、シャフト部材21と、摺動接点31と、検出部を設けた回路基板51と、充填部材7とリードピン8とから主に構成される。
ハウジング11は、ポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂材料からなり、筒状に形成された基部(筒状部)11aを備えている。この筒状部11aに、シャフト部材21を回転可能に支持する軸受部11iが形成されている。この軸受部11iは円筒形状であり、その外周面の中程の位置に全周囲にわたって、後述する環状溝部に係止する抜け止め部11kを備えている。
また、筒状部11aの下端部11dには、回路基板51の周囲を取り巻く環状壁部11eが延長形成されている。つまり、環状壁部11eによって、収納部11m内に回路基板51が配設される。
11fは、軸受部11iと収納部11mとの間に設けられた収納空間であり、この収納空間11f内に摺動接点31と回路基板51に設けた検出部とを収納するものである。
また、11jは、軸受部11iの抜け止め部11kを固定するために切り欠き形成された環状溝部であり、この環状溝部11jは、筒状部11aの内壁面を切り欠くことで得られるものである。
そして、ハウジング1と軸受部11iとは、インサート成形によって一体的に形成されている。
また、ハウジング11には、リードピン8がハウジング11とともにインサート成形により一体に形成されている。リードピン8はその両端部分がハウジング11から露出しており、リードピン8のハウジング11から露出した一方は、収納部11mへ露出し、回路基板51と電気的に接続するものであり、他方は、後述するコネクタ部へ露出し、図示しない相手方のコネクタの端子と電気的に接続するものである。また、リードピン8の両端部分以外は、ハウジング11に埋設され保持されている。
収納部11mには、ハウジング11内に保持されたリードピン8の中間部分がハウジング1から露出する露出部11pを備えている。この露出部11pは凹部である。
また、ハウジング11には、コネクタ部11sを備えている。このコネクタ部11sは外部の機器に電気的に接続するためのものである。
シャフト部材21は、被検出体(回転体)であるスロットルバルブとともに回転するものであり、金属からなり、略円柱形状からなる軸部(円柱部)21aと、この軸部21aの周囲に設けたフランジ部21bとを備えている。このフランジ部21bは、軸受部11iと当接するものである。この軸部21aの先端部(図5中の軸部21aの下端部)に、収納接点31を保持する保持部材21cがネジ21dによって固定されている。保持部材21cは、合成樹脂からなるものである。軸部21aは、フランジ部21bと保持部材21cとで軸受部11iを挟むことによって、シャフト部材21の軸方向の移動を規制するものである。なお、21eは軸部21aの全周に切れ目なく設けられた溝部であり、この溝部21eにOリング10が設けられている。このOリング10によって、シャフト部材21と軸受部11との間から水などの液体が収納空間11f内に浸入することを防止するものである。また、断面円形状が円形のOリング10に代えて、断面X字形状のXリングを採用することも可能である。
また、軸部21aの他端部(図5中の軸部21aの上端部)には、被検出体(回転体)であるスロットルバルブに直接またはギア等の部材を介して接続される。
摺動接点31は金属からなり、例えば、洋白などからなる。摺動接点31は、回路基板51に設けた検出部に摺動するものである。
回路基板5は、例えば硬質回路基板からなり、本実施形態では、セラミックなどの絶縁性の材料からなる基板上に、検出部とである固定電極と抵抗体とを備えている。固定電極は、銀とパラジウムとを含む導電材料からなり、複数設けられている。また、抵抗体は、複数設けられた固定接点を跨ぐように設けられている。複数の固定電極上を摺動接点31が摺動し、摺動接点31が接触した前記固定電極によって、検出される抵抗値の変化を、回転体の変化として出力するものである。
この回路基板51は、ハウジング11の収納部1m内に配設され、ハウジング11とともに収納空間11fを構成するものである。51bは、リードピン8が貫通する孔であり、孔51bを貫通したリードピン8は半田51cによって回路基板51の前記固定電極と抵抗体と電気的に接続された配線パターンと電気的に接続している。
充填部材7は、エポキシやシリコーン等からなる液体から固体へと硬化する樹脂からなり、例えば、UV硬化型あるいは熱硬化型樹脂などである。充填部材7は、図5に示すように回路基板51を収納する収納部11m内に充填されており、これにより回路基板5が、ハウジング11内において気密的に収納保持されるようになっている。また、露出部11p内にも充填部材7が充填され、充填部材7がリードピン8と接触している。
以上のように本実施形態においても、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
本発明の第1実施形態による充填部材を充填する前の回転検出装置の正面図。 図1中X−X線の断面図。 図1中Y−Y線の断面図。 同実施形態の変形例を示す断面図。 同発明の第2実施形態の断面図。
符号の説明
A,B 回転検出装置
1,11 ハウジング
1a 基部(筒状部)
1b 上端部
1d 下端部
1e 環状壁部
1f 収納空間(凹部)
1i 空洞部
1j 環状溝部
1m 収納部
1p 露出部
2,21 シャフト部材
2a ベース部(円筒部)
2c 第1の凹部
2d 第2の凹部
2f 第1の載置面(段差部)
2i 環状凹部
2k 環状平坦面
3 磁力発生部材(磁石)
4 磁気変換素子
5,51 回路基板
6 磁性部材
7 充填部材
8 リードピン
10 Oリング
11 座金
31 摺動接点
L 回転中心軸

Claims (2)

  1. 回転体の回転を検出する検出部と、前記検出部を備えた回路基板と、前記検出部と前記回路基板とを収納する収納部を備えたハウジングと、前記回路基板と電気的に接続されるとともに前記ハウジング内に少なくとも一部が保持されるリードピンと、前記収納部に充填され前記回路基板及び前記リードピンの一部を覆う充填部材とを備えた回転検出装置において、前記ハウジング内に保持された前記リードピンの中間部分が露出する露出部を前記ハウジングの収納部に設け、前記露出部内に前記充填部材を充填させて前記リードピンと前記充填部材とを接触させたことを特徴とする回転検出装置。
  2. 前記ハウジングにコネクタ部を設けたことを特徴とする請求項1に記載の回転検出装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011158284A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Nippon Seiki Co Ltd 回転検出装置
JP2014002039A (ja) * 2012-06-19 2014-01-09 Nippon Seiki Co Ltd 回転角度検出装置
JP2015014478A (ja) * 2013-07-03 2015-01-22 カヤバ工業株式会社 変位センサ

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