JP2009085913A - 位置検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】 操作手段の回動角と出力電圧との出力特性においてリニアリティを確保することが可能な位置検出器の提供する。
【解決手段】 磁気ヘッドは、対向面を有する一対の磁性体４間に一対の磁石５を配設し、前記一対の磁性体４と前記一対の磁石５とで閉磁気回路を形成してなる。移動部材３は、操作手段の操作量に応じて前記磁気ヘッドを移動させる。磁気検出体６は、磁気ヘッドにおける閉磁気回路の内部に配設され、移動部材３の移動に伴い閉磁気回路の内部に生じる漏洩磁界の変化を検出する。一対の磁性体４は、幅が漸次異なる部分を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二輪車や自動車を代表とする各種車両に搭載される操作手段の操作位置をホールＩＣ等からなる磁気検出体にて検出する非接触式の位置検出器に関するものである。

従来、この種の非接触式の位置検出器にあっては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。この特許文献１に記載の位置検出器は、略半円弧状に形成される第１磁性体と、前記第１磁性体を取り巻くように前記第１磁性体と対向配置され前記第１磁性体と同心円状の第２磁性体と、前記第１，第２磁性体間に形成される空隙部の両端に閉磁気回路を形成すべく配設された磁界（Ｎ極、Ｓ極）方向が同一な２つの永久磁石とを備え、前記空隙部（前記閉磁気回路の内部）に生じる漏洩磁界を検出するように前記閉磁気回路の内部にホール素子等の検出素子を配設し、被検出体の回動（操作手段の回動操作）に応じて前記検出素子が前記空隙部を移動し前記漏洩磁界を検出することで、前記検出素子からの出力より前記被検出体（前記操作手段）の回動角を検出するものであった。
特公平６−６３７６９号公報

特許文献１に記載された非接触式の位置検出器においては、操作手段の回動角の全範囲にわたって前記検出素子からの出力変化が直線性（以下、リニアリティと記す）を有することが検出精度の向上のために好ましく、そのためリニアリティの改善が求められている。しかしながら、所定角度回動する前記操作手段の回動角と、前記操作手段の回動に同期して回動する前記検出素子により検出される出力（出力電圧）との関係（出力特性）は、前記永久磁石からの距離に対して前記漏洩磁界の磁力が線形を有しないことに起因して、リニアリティを有する出力特性を得ることができず、良好な検出精度が得られないという問題があった。
本発明は、操作手段の回動角と出力電圧との出力特性においてリニアリティを確保することが可能な位置検出器の提供を目的とするものである。

本発明は、請求項１に記載したように、対向面を有する一対の磁性体間に一対の磁石を配設し、前記一対の磁性体と前記一対の磁石とで閉磁気回路を形成してなる磁気ヘッドと、操作手段の操作量に応じて前記磁気ヘッドを移動させる移動部材と、前記磁気ヘッドにおける前記閉磁気回路の内部に配設され、前記移動部材の移動に伴い前記閉磁気回路の内部に生じる漏洩磁界の変化を検出する磁気検出体と、を備えた位置検出器において、前記一対の磁性体は、幅が漸次異なる部分を有するものである。

また、本発明は、請求項２に記載したように、前記磁性体は、円弧形状であるものである。

また、本発明は、請求項３に記載したように、前記磁気ヘッドは、前記一対の磁性体の前記対向面と、前記一対の磁石の着磁面とを各々面接触させると共に、前記一対の磁石間に形成される磁気検出領域に面する側が平坦形状であるものである。

また、本発明は、請求項４に記載したように、前記磁石は、ＳｍＣｏ若しくはネオジウムからなるものである。

また、本発明は、請求項５に記載したように、前記磁石は、角柱形状であるものである。

一対の磁性体を、中央部に向かうに従って徐々に幅を異ならせたことによって、磁性体の断面積が中央部に向かうに従って漸次変わるため、漏洩磁束密度特性をリニアな特性に補正することがで、操作手段の回動角と出力電圧との出力特性においてリニアリティを確保することができる。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。図１〜図５は第１実施形態を示すもので、以下、二輪車に搭載されるハンドルバーに回動可能に設けられた操作グリップの操作量（回動角）を検出する位置検出器に適用した場合について説明する。

図１，図２において、位置検出器Ａ１は、二輪車に搭載されるアルミニウムや鉄等からなる筒状のハンドルバー１に回動可能に取り付けられた操作グリップ（操作手段）２と、この操作グリップ２の回動操作に同期して回動する移動部材３と、この移動部材３を狭持する一対の磁性体（ヨーク）４と、移動部材３の後述する２つの孔部に各々埋設され一対の磁性体４とで閉磁気回路を形成する一対の磁石５と、前記閉磁気回路の内部に配設され前記閉磁気回路の内部に生じる漏洩磁界を検出するための磁気検出体６と、この磁気検出体６が搭載された回路基板７と、移動部材３と磁性体４と磁石５と磁気検出体６等を収納する枠体８と、この枠体８の上方に載置されハンドルバー１を固定保持するための保持体９とから主に構成されている。

操作グリップ２は、ポリアセタール等の合成樹脂材料からなり、図１中、右方に位置する二輪車のハンドルバー１の外周部を覆うように取り付けられ、枠体８の後述する第１の収納部と前記第１の収納部に連通するように保持体９に設けられた後述する第２の収納部に収納される第１の鍔部２ａと、この第１の鍔部２ａの右方において第１の鍔部２ａと並設される第２の鍔部２ｂとを備え、第１の鍔部２ａには移動部材３側に突出形成され、移動部材３の後述する固定部に嵌め込まれる略棒状の突起部２ｃが形成されている。かかる突起部２ｃは、操作グリップ２の回動操作力（操作量）を移動部材３（前記固定部）に伝達するための回動伝達部としての機能を有している。

なお、図１中、第２の鍔部２ｂの右方には、操作グリップ２の外周部を覆うようにゴム材からなるラバーグリップ１０が取り付けられ、このラバーグリップ１０は、二輪車を運転する運転者が把持し得る把持部１０ａを備えている。従って、前記運転者が把持部１０ａを把持して、把持部１０ａを回動操作すると、この回動操作力はラバーグリップ１０を介して操作グリップ２に伝わり、これにより操作グリップ２に突出形成した突起部２ｃには、前記固定部を通じて移動部材３を回動させるための回動力が作用するようになっている。

移動部材３は、合成樹脂材料からなり、略平板状に形成され、その外形形状は略半円環形状の両端部分をそれぞれ削除した略円弧形状をなしている。かかる移動部材３は、図２において、その略円弧状のベース部３ａが各磁性体４の後述する基部とハンドルバー１との間に位置し、ベース部３ａの両端部が各磁性体４の後述する一対の突出部の間にサンドイッチされた構成となっており、さらに前記両端部には、各磁性体４と磁気的結合力により結合される一対の磁石５を埋設させるための略円形の孔部３ｂが開口形成されている。

また、移動部材３は、孔部３ｂに埋設される各磁石５を介して前記磁気的結合力により各磁性体４間に狭持されている。このことは、移動部材３が、各磁性体４及び各磁石５を保持することが可能な保持体（ホルダ）であることを意味している。なお、移動部材３には、枠体８の後述する第２の枠体における略半円環状の溝部内を摺動するようにベース部３ａの前方側（前記第２の枠体側）に突出形成された略円弧状の摺動突起３ｃと、この摺動突起３ｃとは反対側の枠体８の後述する第１の枠体における周壁部側に突出形成され、操作グリップ２の突起部２ｃが嵌め込まれる略Ｕ溝形状の固定部３ｄとが設けられている。

磁性体４は、略平板からなる第１の磁性体４ａと、この第１の磁性体４ａと同一形状、同一板厚であって、第１の磁性体４ａとは、ある一定（所定）間隔を有して対向するように配設される第２の磁性体４ｂとからなる。各磁性体４ａ，４ｂは、鉄等の金属材からなり、打ち抜き加工等により形成され、第１の磁性体４ａの基部４ｃ並びに第２の磁性体４ｂの基部４ｄは、移動部材３と同様に略半円環形状の両端部分をそれぞれ削除した略円弧形状からなり、円弧形状の各基部４ｃ，４ｄの両端部には、内側（ハンドルバー１側）に屈曲するように平板状に延在する鍔部からなる一対の突出部４ｅ，４ｆが各々形成されている。各磁性体４，４ｂの基部４ｃ，４ｄは、その幅が漸次異なる形状となっている。具体的には、図５に図示するように、中央部の幅Ｗ１が両端部の幅Ｗ２よりも狭くなっている。そして、これら一対の突出部４ｅ，４ｆが、前記磁気的結合力によって移動部材３の前記両端部を狭持する構成となる。なお、各磁性体４と移動部材３とは、熱溶着等の所定の固定手段を用いて固着されているため、操作グリップ２の回動操作に応じて、移動部材３と各磁性体４、並びに各磁性体４を磁気結合してなる磁石５が全て同時に回動することになる。

磁石５は、略円板状（略円柱形状）に成形された第１の磁石５ａと、この第１の磁石５ａと同一形状、同一板厚の第２の磁石５ｂとからなり、移動部材３の各孔部３ｂに各々埋設され、その磁力（前記磁気的結合力）によって各突出部４ｅ，４ｆ（各磁性体４ａ，４ｂ）を磁気的に結合保持してなるものであり、各磁石５ａ，５ｂと各磁性体４ａ，４ｂとで磁気ヘッドを構成している。磁石５は、例えばサマリウム−コバルト（ＳｍＣｏ）若しくはネオジウム等からなり、各磁性体４ａ，４ｂの各突出部４ｅ，４ｆ間においてＮ極、Ｓ極が互いに反対向きをなすように着磁されているため、各磁性体４ａ，４ｂと各磁石５ａ，５ｂとにより閉磁気回路が形成されることになる。

具体的には、第１の磁石５ａは、第１の磁性体４ａ（突出部４ｅ）側がＮ極、第２の磁性体４ｂ（突出部４ｆ）側がＳ極となるように着磁され、これとは逆に、第２の磁石５ｂは、突出部４ｆ側がＮ極、突出部４ｅ側がＳ極となるように着磁されており、各磁石５ａ，５ｂの発する磁場が、各突出部４ｅ，４ｆを通じて各磁性体４ａ，４ｂの基部４ｃ，４ｄに誘導されることで、図３中、矢印で示す方向には各磁性体４ａ，４ｂと各磁石５ａ，５ｂとで略ループ状の閉磁気回路Ｍが形成されるようになっている。この際、各磁性体４ａ，４ｂ（各突出部４ｅ，４ｆ）の板厚方向とは直交する方向に延在する各突出部４ｅ，４ｆの互いに向かい合う対向面Ｐ１と、これに対応する円柱形状の表面、裏面に相当する各磁石５ａ，５ｂの表裏面（つまり、Ｎ極あるいはＳ極に着磁された着磁面）Ｐ２とは、前記磁気的結合力によって全領域で一様に密着するように当接（面接触）して、各磁石５ａ，５ｂが各磁性体４ａ，４ｂを結合保持する構成となる（図３参照）。

なお、各磁石５ａ，５ｂの形状は、円柱形状に限らず、任意の形状を採用することができ、例えば略四角柱形状（略直方体形状）や円筒形状としてもよい。この場合、各磁石５ａ，５ｂを埋設する各孔部３ｂの形状も、各磁石５ａ，５ｂの外形形状に対応して設ける必要がある。

磁気検出体６は、ホールＩＣ，ＭＲ素子（半導体磁気抵抗素子）等の検出素子からなり、各磁性体４ａ，４ｂの各基部４ｃ，４ｄの間に位置しており、各磁性体４ａ，４ｂ並びにこれを磁気結合してなる各磁石５ａ，５ｂの回動（移動）に伴う前記漏洩磁界の変化を電気信号に変換し、かかる電気信号を後述する電気コードを通じて外部に出力するものである。なお、磁気検出体６は各基部４ｃ，４ｄの間に位置しているとともに、各磁石５ａ，５ｂは各基部４ｃ，４ｄではなく各突出部４ｅ，４ｆに位置しているため、移動部材３の回動に伴い移動する各磁石５ａ，５ｂは、磁気検出体６と接触（当接）しないようになっている。

回路基板７は、ガラスエポキシ等の絶縁材料からなる略矩形状の基板に所定の配線パターンが形成されており、各磁性体４ａ，４ｂの下方に配設され、磁気検出体６及びコンデンサ等からなる図示しない電子部品等が半田等により電気的に固定されている。かかる回路基板７には、磁気検出体６からの前記電気信号を図示しない外部制御部であるエンジンコントロールユニットに伝達するための複数の電気コード１１が備えられ、各電気コード１１は、回路基板７の所定箇所に半田により電気的に接続され、後述する弾性部材の孔を貫通して外部に引き回し配設され、前記エンジンコントロールユニットと接続される。

そして、本実施形態の場合、回路基板７並びに磁気検出体６は、図示しないハウジング内に収納された後、前記ハウジング内にエポキシ樹脂等からなる図示しない封止部材を充填することで配設固定される。また、前記ハウジングは、枠体８の後述する第１の枠体と熱溶着等により固着されている。

なお、１２は、各電気コード１１が断線しないように各電気コード１１を保護するためのグロメット等の弾性部材であり、この弾性部材１２は、各電気コード１１が貫通する複数の孔１２ａと、枠体８の後述する第１の枠体の周壁部の端部並びに枠体８の後述する第２の枠体の凸部が嵌め込まれる略凹形状の一対の係止部１２ｂ，１２ｃとを備えている。弾性部材１２は、前記周壁部の端部並びに前記凸部が各係止部１２ｂ，１２ｃに各々係止されることで、各孔１２ａを貫通する各電気コード１１を保持した状態で、枠体８の前記第１の枠体と前記第２の枠体とで形成される開口を塞ぐように装着される。

枠体８は、アルミニウム等の非磁性金属材料をはじめとする各種金属材料もしくは合成樹脂材料からなる第１の枠体８ａと第２の枠体８ｂとを有している。第１の枠体８ａは、断面略半円環状に形成され、その内部に移動部材３や磁性体４、磁石５、磁気検出体６、回路基板７等の各部材を収納する第１の収納部８ｃと、この第１の収納部８ｃを取り巻く略半円弧状の肉薄の周壁部８ｄと、第１の収納部８ｃの上方を覆うようにハンドルバー１側に延在し周壁部８ｄよりも肉厚に形成された一対のフランジ部８ｅとを備え、各フランジ部８ｅには、保持体９の後述する各孔部に対応した位置に形成されたボルト螺着用の一対の螺着部８ｆが形成されている。

なお、周壁部８ｄは、その端部８ｇが弾性部材１２に設けた略凹形状の一方の係止部１２ｂに嵌め込まれ、また端部８ｇとは反対側に位置する端部８ｈは、操作グリップ２の第１の鍔部２ａを覆うように各鍔部２ａ，２ｂ間に配設される。

また、第２の枠体８ｂは、第１の枠体８ａを側方から覆うためのカバー部材からなり、略平板状に形成され、移動部材３の摺動突起３ｃの摺動ガイドとなる略半円環状の溝部８ｉ（図４参照）と、弾性部材１２に設けた略凹形状の他方の係止部１２ｃに嵌め込まれる凸部８ｊとを備え、溝部８ｉに沿って摺動突起３ｃが摺動することで、移動部材３に保持された磁性体４と磁石５とが、各枠体８ａ，８ｂとハンドルバー１とにより形成される空洞領域（第１の収納部８ｃ内部）をハンドルバー１（操作グリップ２）の回動軸Ｌを中心として所定角度回動できるようになっている。従って、磁性体４と磁石５とで形成される閉磁気回路Ｍが回動するので、閉磁気回路Ｍ内部に生じる前記漏洩磁界の変化（出力電圧の変化）を磁気検出体６で検出できる。

また、本実施形態における操作グリップ２の最大回動可能角度は、略８０度に設定され、図２で図示した移動部材３と各磁性体４の位置は、操作グリップ２を略４０度回動させた状態を示している。なお、操作グリップ２の回動角が０度のとき、摺動突起３ｃは溝部８ｉの右端側に位置しているので、移動部材３と各磁性体４は図２中、前記空洞領域の右半分の領域をほぼ埋めるように図２で図示した位置よりも右側に配設される。一方、操作グリップ２の回動角が８０度のとき、摺動突起３ｃは溝部８ｉの左端側に位置しているので、移動部材３と各磁性体４は図２中、前記空洞領域の左半分の領域をほぼ埋めるように図２で図示した位置よりも左側に配設される。さらに、前記運転者が、例えば操作グリップ２を略４０度回動させた状態から操作グリップ２の回動操作を解除したときには、図示しないスロットルボデイのコイルバネにより、操作グリップ２が通常位置（つまり、前述した操作グリップ２の回動角０度の位置）に戻るようになっている。

また、本実施形態の場合、各磁性体４ａ，４ｂにおける各基部４ｃ，４ｄの内周面と外周面や各突出部４ｅ，４ｆの内周面と外周面、移動部材３におけるベース部３ａの内周面と外周面や摺動突起３ｃの内周円弧面と外周円弧面、並びに第２の枠体８ｂにおける略半円環状の溝部８ｉの対向する一対の円弧面は、何れも前記回転軸を中心とする同心円に設定されている。なお、第１の枠体８ａと第２の枠体８ｂとは、かしめ固定等の適宜固定手段により固定されている。

保持体９は、例えばアルミニウム等の非磁性金属材料をはじめとする各種金属材料もしくは合成樹脂材料からなり、枠体８の上方に配設され、ハンドルバー１を挟み付け固定するための留め具からなり、第１の枠体８ａの各フランジ部８ｅ上に載置される略薄板状の一対の載置部９ａと、各載置部９ａの間に位置し、ハンドルバー１上部を覆うように各フランジ部８ｅ内部に配設される覆い部９ｂと、この覆い部９ｂから操作グリップ２の第１の鍔部２ａを覆うように連続形成され、第１の鍔部２ａを収納する第２の収納部９ｃとを備え、各載置部９ａには、第１の枠体８ａの螺着部８ｆに対応する位置にアルミニウム等の非磁性金属材料からなるボルト１３が貫通する孔部９ｄが形成されている。

なお、第２の収納部９ｃを取り巻く壁部９ｅの端部９ｆは、第１の枠体８ａの周壁部８ｄと同様に操作グリップ２の第１の鍔部２ａを覆うように各鍔部２ａ，２ｂ間に配設される。かかる保持体９をハンドルバー１を挟み込むように枠体８上に組み付けるには、ボルト１３を孔部９ｄに貫通させ、さらにボルト１３の貫通端部を第１の枠体８ａの螺着部８ｆに螺着すればよい。このように構成することにより、枠体８及び保持体９をハンドルバー１に対して容易に固定することができるので、組み付け作業性の良好な位置検出器を提供することができる。以上の各部により、位置検出器Ａ１が構成される。

以上のように本実施形態では、互いに向かい合う対向面Ｐ１を有する一対の磁性体４ａ，４ｂと、対向面Ｐ１の間に介在し互いに異なる磁界方向に着磁された一対の磁石５ａ，５ｂと、操作グリップ２の操作量に応じて一対の磁性体４ａ，４ｂ並びに一対の磁石５ａ，５ｂを回動させる移動部材３と、一対の磁性体４ａ，４ｂと一対の磁石５ａ，５ｂとにより形成される閉磁気回路Ｍの内部に配設され、移動部材３の回動に伴い閉磁気回路Ｍの内部に生じる漏洩磁界の変化を検出する磁気検出体６とを備え、一対の磁性体４ａ，４ｂがともに平板形状に形成され、この磁性体４ａ，４ｂの基部４ｃ，４ｄの幅を漸次異ならせることにより、操作グリップ２の全回動範囲にわたって操作グリップ２を回動させた場合であっても、所定角度回動する操作グリップ２の回動角（操作量）と、磁気検出体６により検出される出力電圧（前記漏洩磁界の磁力変化）との関係は、リニアリティを有する関係となる。また、一対の磁性体４ａ，４ｂが平板形状に形成され、且つ対向面Ｐ１間の距離を一定に保つように各磁性体４ａ，４ｂと磁石５ａ，５ｂとが全領域で当接していることで前記漏洩磁界の磁力変化が、閉磁気回路Ｍ内において均一となるため、操作グリップ２の回動角と、前記出力電圧との出力特性は、従来よりもリニアリティを有する関係となり、検出精度をより向上させることができる。

また、本実施形態では、各磁性体４ａ，４ｂにおける円弧状の各基部４ｃ，４ｄの両端部にハンドルバー１中心を向くように内側（ハンドルバー１側）に突出する一対の突出部４ｅ，４ｆを形成し、各突出部４ｅ，４ｆ間に移動部材３を狭持してなるとともに基部４ｃ，４ｄの間に磁気検出体６を配設してなる例について説明したが、例えば移動部材３と基部４ｃ，４ｄとの位置関係を逆にしてもよいものであり、すなわち、各突出部４ｅ，４ｆを各基部４ｃ，４ｄにおける両端部外側に突出させ、この基部４ｃ，４ｄ外側に突出してなる各突出部４ｅ，４ｆにて移動部材３を狭持する構成を採用することも可能である。なお、この場合、磁気検出体６は、基部４ｃ，４ｄとハンドルバー１との間に形成される間隙に配設される略円弧状回路基板上に搭載され、基部４ｃ，４ｄの間に位置している。

また、第１実施形態では、各磁性体４ａ，４ｂは、円弧状の基部４ｃ，４ｄと、この基部４ｃ，４ｄの両端部に形成された一対の突出部４ｅ，４ｆとを有する形状であったが、図６に図示する第２実施形態ように、突出部４ｅ，４ｆを有しない円弧形状としてもよい。更に、図７に図示する第３実施形態の如く、円弧形状の各磁性体４ａ，４ｂを磁気的に結合保持する各磁石５ａ，５ｂの形状を略四角柱形状（略直方体形状）として、一対の磁石５ａ，５ｂ間に形成される磁気検出領域に面する側を平坦形状としてもよく、円柱形状をなす磁石と同体積によっても、一対の磁石５ａ，５ｂ間に形成される磁気検出領域を長く確保できる。

本発明の第１実施形態による位置検出器の概観図を示す図である。 図１中、Ｂ−Ｂ断面図である。 同実施形態による磁性体と磁石とを示す図である。 同実施形態による第２の枠体の平面図である。 同実施形態による磁性体の平面図である。 本発明の第２実施形態を示す図である。 本発明の第３実施形態を示す図である。

符号の説明

Ａ１ 位置検出器
１ ハンドルバー
２ 操作グリップ（操作手段）
２ｃ 突起部
３ 移動部材
４ 磁性体
４ａ 第１の磁性体
４ｂ 第２の磁性体
４ｅ 突出部
４ｆ 突出部
５ 磁石
５ａ 第１の磁石
５ｂ 第２の磁石
６ 磁気検出体
７ 回路基板
８ 枠体
９ 保持体

Claims (5)

1. 対向面を有する一対の磁性体間に一対の磁石を配設し、前記一対の磁性体と前記一対の磁石とで閉磁気回路を形成してなる磁気ヘッドと、操作手段の操作量に応じて前記磁気ヘッドを移動させる移動部材と、前記磁気ヘッドにおける前記閉磁気回路の内部に配設され、前記移動部材の移動に伴い前記閉磁気回路の内部に生じる漏洩磁界の変化を検出する磁気検出体と、を備えた位置検出器において、前記一対の磁性体は、幅が漸次異なる部分を有することを特徴とする位置検出器。
2. 前記磁性体は、円弧形状であることを特徴とする請求項１に記載の位置検出器。
3. 前記磁気ヘッドは、前記一対の磁性体の前記対向面と、前記一対の磁石の着磁面とを各々面接触させると共に、前記一対の磁石間に形成される磁気検出領域に面する側が平坦形状であることを特徴とする請求項１に記載の位置検出器。
4. 前記磁石は、ＳｍＣｏ若しくはネオジウムからなることを特徴とする請求項１に記載の位置検出器。
5. 前記磁石は、角柱形状であることを特徴とする請求項１に記載の位置検出器。

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