JP2010014452A - 回転角度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】良好な出力特性を与える回転角度センサを提供する。
【解決手段】被検出体に接続するロータ１０と一体に回転可能に設けられたリング状永久磁石２０と、リング状永久磁石２０の外周面を一定の間隙をおいて囲む集磁ヨーク４０（４１、４２）と、集磁ヨーク４０のギャップ４３、４４に配置されたホールＩＣ３０と、がケース本体５１とカバー５２とから構成されるケース５０内に配置された回転角度センサ１であって、ケース本体５１には、リング状永久磁石２０の外周面を一定の間隙Ｌｓをおいて囲むガイド筒５４が設けられており、ガイド筒５４は、ケース５０よりも線膨張係数の小さい材料で形成されると共に、外周面５４ａに集磁ヨーク４０が固定されている構成の回転角度センサ１とした。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁気感応素子を用いた回転角度センサに関する。

小型に構成可能で、異物による接触不良などの心配がなく、例えば車両におけるアクセルペダルの踏み角検出やシフトレバーの操作に応じて回転するシャフトの回転角度の検出などに好適な回転角度センサとして、磁気感応素子を用いた回転角度センサがある。
このような回転角度センサの従来例として、例えば特許文献１に開示されたものがある。
特開２００３−１９４５８０号公報

図７の（ａ）は、特許文献１の従来例にかかる回転角度センサ１００の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す回転角度センサ１００を回転軸１０１の軸方向から見た場合における、回転角度センサ１００の主な構成要素の位置関係を模式的に示した図である。
回転角度センサ１００は、回転角度の検出対象である被検出体と共に回転する回転軸１０１と、回転軸１０１の外周面に固定されたリング状の永久磁石１０２と、永久磁石１０２の外周面１０２ａを一定の間隙Ｄをおいて囲むヨーク１０３と、ヨーク１０３の隙間に配置されたホールＩＣ１０４と、から構成され、回転軸１０１が回転した際の永久磁石１０２による磁界の変化をホールＩＣ１０４で検出し、検出した磁界の変化に基づいて被検出体の回転角度を検出する。
この回転角度センサ１００では、ヨーク１０３は、樹脂材料からなるハウジング１０５内に埋め込まれた状態で配置されている。

回転角度センサが使用される環境は、極低温から高温までの幅広い温度範囲に亘る。
一般に、ハウジング１０５は、線膨張係数の大きい樹脂材料から構成されており、回転角度センサが使用される環境の温度に応じて膨張・収縮する。
例えば、ハウジング１０５が膨張して径方向外側に移動すると、ハウジング１０５内に埋め込まれたヨーク１０３もまた径方向外側に向けて移動して、ヨーク１０３のギャップＧ（図７の（ｂ）参照）が広がり、ハウジング１０５が収縮して径方向内側に移動すると、ヨーク１０３もまた径方向内側に向けて移動して、ヨーク１０３間のギャップＧが狭くなる。

このように、温度によりハウジング１０５が膨張・収縮すると、ヨーク１０３の位置ズレが起こり、ヨーク１０３のギャップＧが変動するので、ギャップＧに配置したホールＩＣ１０４の検出値に、温度によるバラツキが生じて出力特性が悪くなるという問題があった。

そこで、本発明は、良好な出力特性を与えることができる回転角度センサを提供することを目的とする。

本発明は、被検出体と一体に回転可能に設けられたリング状永久磁石と、リング状永久磁石の外周面を一定の間隙をおいて囲むリング状ヨークと、リング状ヨークに形成された隙間に配置された磁気感応素子と、がケース内に配置された回転角度センサであって、ケースには、リング状永久磁石の外周面を囲む筒状壁が設けられており、筒状壁は、ケースよりも線膨張係数の小さい材料で形成されると共に、外周面にリング状ヨークが固定されている構成とした。

本発明によれば、リング状ヨークが固定された筒状壁は、回転角度センサのケースよりも線膨張係数の小さい材料で形成されているので、温度による筒状壁の膨張・収縮の程度は、ケースよりも小さくなる。
そのため、筒状壁の外周面に固定されたリング状ヨークが、筒状壁の膨張・収縮により移動する量が小さくなり、リング状ヨークの隙間の変動も従来例に比べて小さくなるので、温度による磁気感応素子の出力のバラツキが抑えられて出力特性が向上する。

以下、本発明の実施の形態を、上記シャフトの回転角度の検出に適用した場合について説明する。
図１は、実施形態にかかる回転角度センサの分解斜視図である。
図２は、ロータと、その外周面に固定されたリング状永久磁石を説明する図である。
図３の（ａ）は、回転角度センサを軸方向から見た平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す回転角度センサの主な構成要素の位置関係を模式的に示した図である。
図４の（ａ）は、図３の（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は、図３の（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。

図１に示すように、回転角度センサ１は、ロータ１０と、リング状永久磁石２０と、ホールＩＣ３０と、集磁ヨーク４１、４２（以下、両者を特に区別しない場合は、「集磁ヨーク４０」と表記する）と、を備え、リング状永久磁石２０、集磁ヨーク４０、そしてホールＩＣ３０は、ケース本体５１とカバー５２とから構成されるケース内に配置されている。

図２に示すように、ロータ１０は、円柱形状を有しており、例えばトランスミッションのマニュアルシャフトのような、検出対象である回転体（シャフト）に取り付けられている。
ロータ１０は、シャフトを挿通させる貫通穴１１を有しており、貫通穴１１の断面はシャフトの取付け部の断面に整合させた２面幅部を有し、シャフトの取付け部を挿通させた状態で、ロータ１０がシャフトと一体に回転可能となっている。

リング状永久磁石２０は、例えば等方性のネオジムボンド磁石（ネオジム、鉄、ボロン粉末をＰＰＳ樹脂で成形したもの）であり、ロータ１０の外周面に隙間なく取り付けられている。リング状永久磁石２０の軸方向高さＨ１と径方向厚みＷ１は、全周に亘って同じである。

図２の（ｂ）に示すように、リング状永久磁石２０は、軸方向から見て、その直径線上（周方向１８０°位置）で半円に分割され、一方の磁石半円部２１は、内周側（ロータ１０と接触する側）がＮ極、外周側がＳ極となり、他方の磁石半円部２２は、内周側がＳ極、外周側がＮ極となるように、一本の直径線に対して平行に磁化されて、径方向の一方向からみて、全体として周方向にＮおよびＳの２極構造となっている。

図４に示すように、ロータ１０は、ケース本体５１とカバー５２とから形成されるケース５０を、厚み方向に貫通し、外周面のリング状永久磁石２０をケース５０内に位置させた状態で配置される。
ケース５０は、樹脂（プラスチック）材料などの非磁性材料から形成されており、検出対象である回転体に対して固定側となる部材（図示せず）で支持されている。
本実施形態では、ケース５０は、従来例にかかる回転角度センサのハウジング１０５と同様にポリアミド（線膨張係数：４〜７×１０^−５／℃［平均５．５×１０^−５／℃］）から形成されている。

図３の（ａ）に示すように、ケース本体５１の側面には、端子５３ａが露出する接続部５３が設けられている。各端子５３ａは、ケース本体５１内とホールＩＣ３０が取り付けられた基板３１内とに配線した配線を介してホールＩＣ３０と接続しており、ホールＩＣ３０の出力信号を外部に出力可能にしている。

図４の（ａ）に示すように、ケース本体５１の外周壁５１ａのカバー５２側の上端には、インロー部５１ｂが形成されており、インロー部５１ｂを、カバー５２の周縁に沿って全周に設けた嵌合壁５２ａに嵌入して、ケース本体５１とカバー５２とが組み付けられている。

ケース本体５１の底部５１ｃには、ロータ１０を挿通させる開口５１ｄが形成されており、開口５１ｄの直径Ｒ１は、ロータ１０の直径Ｒ２よりも大きく、かつリング状永久磁石２０の外径Ｒ３よりも小さく設定されている。
なお、カバー５２にも、ロータ１０を挿通させる開口５２ｂが形成されており、この開口５２ｂの直径Ｒ４は、ケース本体５１の開口５１ｄの直径Ｒ１と同じである。

さらに、ケース本体５１の底部５１ｃには、円筒形状のガイド筒５４が、ケース５０内に配置されたリング状永久磁石２０の外周面を一定の間隙Ｌｓをおいて囲むように、開口５１ｄの縁から所定距離離間した位置に設けられている。
ケース本体５１の底部５１ｃには、軸方向から見てガイド筒５４と整合する形状の溝５１ｇが形成されており、ガイド筒５４は、その下端が溝５１ｇに挿入されてケース本体５１に固定されている。

図４の（ｂ）に示すように、ガイド筒５４の軸方向高さＨ３は、集磁ヨーク４０（４１、４２）の軸方向高さＨ２よりも高く設定されており、径方向の厚みＷ３は、全周に亘って同じ厚みで形成されている。
ガイド筒５４は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）（線膨張係数：２〜４×１０^−５／℃［平均３．０×１０^−５／℃］）やポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）（線膨張係数：２〜５×１０^−５／℃［平均３．５×１０^−５／℃］）のような、ケース５０を構成する樹脂材料よりも線膨張係数が小さく、かつ剛性が高い樹脂材料で形成されている。

ガイド筒５４を、ケース５０よりも線膨張係数が小さい材料から形成すると、ケース５０が熱により膨張・収縮をしても、ガイド筒５４の膨張・収縮の程度がケース５０よりも小さくなる。そうすると、ガイド筒５４の外周面５４ａに固定された集磁ヨーク４０が、ガイド筒５４の膨張・収縮に応じて移動する量が小さくなるので、温度による集磁ヨーク４０の移動（位置ズレ）が抑えられて、集磁ヨーク４０の移動に伴う集磁ヨーク４０のギャップ４３、４４の変動を抑えることができる。なお、剛性については後記する。

図３の（ｂ）に示すように、集磁ヨーク４１、４２は、軸方向から見た平面形状が互いに同一の半円形状を有しており、それぞれ鉄鋼系材料から構成される。
集磁ヨーク４１、４２は、軸方向から見て一定の幅Ｗ２を有するリング状の集磁ヨークを、直径線上（周方向１８０°位置）で２つに分割して得られ、分割して得られた２つの半円部の間の周方向対向面を切り落として、ギャップ４３、４４を形成している。

集磁ヨーク４１、４２は、ガイド筒５４の外周面５４ａに隙間なく固定されており、図４の（ｂ）に示すように、外周壁５１ａとガイド筒５４との間に形成された空間Ｓ内に配置されている。
この際、集磁ヨーク４１、４２は、ケース５０内に配置されたリング状永久磁石２０のカバー５２側の上面２０ａと、集磁ヨーク４１、４２のカバー５２側の上面４１ａ、４２ａとが、同じ高さ位置となるように、ガイド筒５４の外周面５４ａに固定される。

集磁ヨーク４１、４２の軸方向高さＨ２は、リング状永久磁石２０の軸方向高さＨ１よりも高く（Ｈ１＜Ｈ２）設定されており、径方向から見て、リング状永久磁石２０が、集磁ヨーク４１、４２の高さ範囲Ｈ２内に収まるようにされている。
また、集磁ヨーク４１、４２の軸方向高さＨ２は、実験測定の結果を踏まえて最適値となるように設定されており、集磁ヨーク４１、４２の底部５１ｃ側の下面とカバー５２側の上面は、軸方向に対して垂直の平坦面を成している。

軸方向から見た集磁ヨーク４１、４２の幅Ｗ２は、全周に亘って同じ幅とされており、集磁ヨークを構成する材料の透磁率、リング状永久磁石２０の磁束密度を考慮して、集磁ヨーク４１、４２内で磁束が飽和しないように設定されている。

図４の（ａ）に示すように、ケース本体５１の外周壁５１ａの底部５１ｃ側の内周面には、縮径部５１ｅが全周に亘って設けられている。
ここで、縮径部５１ｅとガイド筒５４の外周面５４ａとの離間距離は、集磁ヨーク４０（４１、４２）の幅Ｗ２よりも若干狭くなるように設定されており、集磁ヨーク４０が、ガイド筒５４と縮径部５１ｅとの間に軽圧入（嵌入）されて配置されるようにしている。
そのため、縮径部５１ｅとガイド筒５４との離間距離が集磁ヨーク４０（４１、４２）の幅Ｗ２よりも若干狭くなる長さとなるように、縮径部５１ｅの内径Ｒ５は設定されている。

集磁ヨーク４０を軽圧入して設けると、図４の（ｂ）に示すように、縮径部５１ｅの径方向厚みＬはガイド筒５４の径方向厚みＬｓよりも大きいので、集磁ヨーク４０は、縮径部５１ｅによりガイド筒５４側に付勢されて、ガイド筒５４に常に押しつけられた状態で、ガイド筒５４の外周面５４ａに隙間無く固定される。
これにより、リング状永久磁石２０と集磁ヨーク４０との離間距離Ｃを、全周方向において一定にすることができ、集磁ヨーク４０に回り込む磁束の量を安定させることができるので、回転角度センサ１が良好な出力特性を与えるようになる。

さらに、ケース本体５１が収縮した場合には、集磁ヨーク４０を軽圧入させる分だけ、縮径部５１ｅの縮み代に余裕があるので、集磁ヨーク４０とガイド筒５４との間に即座に隙間が生じることがない。また、ケース５０が膨張した場合には、集磁ヨーク４０が、膨張した縮径部５１ｅにより、より大きな力でガイド筒５４側に付勢されるが、ガイド筒５４は、前記したようにＰＰＳやＰＥＥＫのような剛性が高い樹脂材料で形成されているので、ガイド筒５４が変形をしてリング状永久磁石２０と集磁ヨーク４０との離間距離Ｃが大きく狂うことがない。

ここで、ガイド筒５４は、集磁ヨーク４０から常時応力を受けているために、厚みＷ３を単純に薄くすると耐久性が悪くなるが、ガイド筒５４を剛性の高い樹脂材料から形成すると、耐久性が損なわれない範囲内で、厚みＷ３をより薄くできる。そうすると、厚みＷ３を薄くした分だけ、リング状永久磁石２０と集磁ヨーク４０との離間距離Ｃを小さくでき、磁束の拡散を防いて、集磁ヨーク４０に回り込む磁束の量を増加させることができるので、回転角度センサ１の出力特性の向上と、小型化が可能となる。

図４の（ｂ）に示すように、縮径部５１ｅの内周側の高さＨ４は、集磁ヨーク４０（４１、４２）の高さＨ２よりも低く設定されており、縮径部５１ｅと集磁ヨーク４１、４２との接触面積を調整して、集磁ヨーク４１、４２を軽圧入する際の抵抗と、軽圧入した集磁ヨーク４１、４２により縮径部５１ｅが受ける応力とを調節している。
また、縮径部５１ｅのカバー５２側の上端は、内径側の高さが外径側よりも低いテーパ面５１ｆとされており、集磁ヨーク４１、４２を軽圧入する際のガイドとして機能するようにしている。

図３の（ｂ）に示すように、集磁ヨーク４１、４２の間のギャップ４３、４４には、磁気感応素子であるリニア出力型のホールＩＣ３０が配置されており、ホールＩＣ３０は、当該ホールＩＣ３０を通過する磁束の量に応じて信号を出力する。

図３の（ａ）に示すように、基板３１は、ガイド筒５４の外周面５４ａに嵌合可能な形状を有しており、位置決め穴３２が形成されている。位置決め穴３２は、基板３１をケース本体５１に設置する際に、ケース本体５１に形成された位置決めボス５６を挿通させて、基板３１に取り付けられたホールＩＣ３０が、集磁ヨーク４１、４２の間のギャップ４３、４４内に精度良く位置決めされるようにしている。

かかる構成の回転角度センサ１では、リング状永久磁石２０から発生する磁束は、集磁ヨーク４０（４１、４２）を通過する。ここで、リング状永久磁石２０がロータ１０と共に回転すると、ホールＩＣ３０が設置されたギャップ４３、４４を通過する磁束の量と当該ギャップ４３、４４を通過しない磁束の量の割合が変化して、ホールＩＣ３０は、リング状永久磁石２０の回転角度に応じた異なる検出値を出力する。
よって、ホールＩＣ３０の検出値に基づいて、リング状永久磁石２０の回転角度が判るので、被検出体（ロータ１０）の回転角度を特定できる。
ここで、集磁ヨーク４０は、ケース５０よりも線膨張係数が小さい材料で形成されたガイド筒５４の外周面５４ａに固定されているので、ケース５０が熱により膨張・収縮をしても、ガイド筒５４の膨張・収縮の程度は小さいので、集磁ヨーク４０が、ガイド筒５４の膨張・収縮に応じて移動する量もまた小さくなる。
これにより、集磁ヨークがケース内に埋め込まれている場合に比べて、温度による集磁ヨーク４０の移動と、これに伴う集磁ヨーク４０のギャップ４３、４４の変動を抑えることができる。

ここで、実施形態における集磁ヨーク４０（４１、４２）が発明におけるリング状ヨークに相当し、ホールＩＣ３０が磁気感応素子に相当し、ガイド筒５４が筒状壁に相当する。

以上の通り、実施形態にかかる回転角度センサ１は、被検出体に接続するロータ１０と一体に回転可能に設けられたリング状永久磁石２０と、リング状永久磁石２０の外周面を一定の間隙をおいて囲む集磁ヨーク４０（４１、４２）と、集磁ヨーク４０のギャップ４３、４４に配置されたホールＩＣ３０と、がケース本体５１とカバー５２とから構成されるケース５０内に配置された回転角度センサ１であって、ケース本体５１には、リング状永久磁石２０の外周面を一定の間隙Ｌｓをおいて囲むガイド筒５４が設けられており、ガイド筒５４は、ケース５０よりも線膨張係数の小さい材料で形成されると共に、外周面５４ａに集磁ヨーク４０が固定されている構成とした。
これにより、ガイド筒５４は、ケース５０よりも線膨張係数の小さい材料で形成されているので、温度によるガイド筒５４の膨張・収縮の程度は、ケース５０よりも小さくなる。そうすると、ガイド筒５４の外周面５４ａに固定された集磁ヨーク４０が、ガイド筒５４の膨張・収縮に応じて移動する量もまた小さくなり、集磁ヨークがケース内に埋め込まれている従来例に比べて、温度による集磁ヨーク４０の移動と、これに伴う集磁ヨーク４０のギャップ４３、４４の変動が抑えられて小さくなるので、温度によるホールＩＣ３０の出力のバラツキが抑えられて、回転角度センサ１の出力特性が向上する。
また、集磁ヨーク４０は、ケース５０内に完全に埋め込まれておらず、ケース５０内に埋め込む部品点数が少ないので、厳密な寸法管理が必要な部位が少なくなる。よって、回転角度センサ１の製造工程が減少して、コストの低減に寄与することができる。

また、ケース本体５１の外周壁５１ａの内周面には、縮径部５１ｅが設けられており、縮径部５１ｅは、縮径部５１ｅとガイド筒５４との離間距離が集磁ヨーク４０の幅Ｗ２よりも若干短くなるように設けられて、集磁ヨーク４０が、ガイド筒５４と縮径部５１ｅとの間に軽圧入されるようにした。
これにより、集磁ヨーク４０は、縮径部５１ｅによりガイド筒５４側に付勢されて、ガイド筒５４の外周面５４ａに隙間なく固定されるので、リング状永久磁石２０と集磁ヨーク４０との離間距離Ｃが全周方向において一定に保たれる。よって、集磁ヨーク４０に回り込む磁束の量を安定させて、良好な出力特性を与える回転角度センサ１となる。
さらに、ケース本体５１が収縮しても、集磁ヨーク４０を軽圧入させる分だけ、縮径部５１ｅの縮み代に余裕があるので、集磁ヨーク４０が即座にガイド筒５４から離れる方向へ移動してリング状永久磁石２０と集磁ヨーク４０との離間距離Ｃが大きく狂うことがない。
また、膨張・収縮の繰り返しによりケース本体５１が若干縮むようなことがあっても、前記した縮み代の余裕を超えて縮径部５１ｅが収縮するまでは、集磁ヨーク４０がガイド筒５４から離れることがないので、回転角度センサ１の耐久性が向上する。
ここで、集磁ヨーク４０は、縮径部５１ｅによりガイド筒５４側に付勢されているので、ガイド筒５４には、集磁ヨーク４０からの応力が常時作用している。ガイド筒５４を、ＰＰＳやＰＥＥＫのような剛性の高い材料で形成すると、ガイド筒５４の径方向の厚みＬｓを、剛性に応じてより薄くすることができる。この場合、リング状永久磁石２０と集磁ヨーク４０との離間距離Ｃがより短くなって、より多くの磁束が集磁ヨーク４０を流れるようになるので、良好な出力特性を与える回転角度センサ１とすることができる。

さらに、ガイド筒５４を非磁性材料から形成して、磁束がガイド筒５４に回り込まないようにしたので、集磁ヨーク４０を流れる磁束の量が安定化して、良好な出力特性を与える回転角度センサ１となる。

さらに、ホールＩＣ３０は、リング状のヨークを直径線に沿って２つに分割して形成されるギャップ４３、４４に配置される構成とした。
これにより、周方向１８０°の位置にギャップ４３、４４が位置するので、これらギャップ４３、４４の各々にホールＩＣ３０を配置すると、同相あるいは逆相の信号出力を必要に応じて取り出すことができる。また、ギャップ４３、４４の各々に配置されたホールＩＣ３０の出力に基づき回転角度を検出するので、回転角度センサ１の検出精度が向上する。

前記実施形態では、ガイド筒５４を樹脂材料から形成する場合を例示したが、ガイド筒は、磁気の影響を受けずかつ強度の高い材料であれば、アルミ（線膨張係数：２．３×１０^−５／℃）、銅（線膨張係数：１．７×１０^−５／℃）、ステンレス（線膨張係数：１．７×１０^−５／℃）などの非鉄系の金属材料から形成しても良い。
これらの非鉄系の金属材料は、加工性に優れており、径方向の厚みＷ３が薄く、かつ周方向の全周に亘って均一な厚みのガイド筒５４をより簡単に形成することができる。
また、これらの非鉄系の金属材料からガイド筒を形成すると、剛性の高い樹脂部材からガイド筒を形成する場合に比べて、径方向の厚みＷ３を薄くしてもガイド筒が脆くならないので、耐久性により優れたガイド筒とすることができる。

ここで、前記した非鉄系の金属材料のうち、アルミとステンレスは線膨張係数が小さいので、ガイド筒をアルミまたはステンレスから形成すると、温度によるガイド筒の膨張・収縮の程度が、樹脂製のガイド筒よりも小さくなる。
よって、樹脂製のガイド筒を採用する場合よりも、リング状永久磁石２０と集磁ヨーク４０との離間距離Ｃを略一定に保つことができ、さらに集磁ヨーク４０のギャップ４３、４４の温度による変動も抑えることができる。
また、筒形状を有するガイド筒を非鉄系の金属材料から形成すると、ねじれに対する対抗力に優れたガイド筒とすることができるので、ケース５０にねじれが作用しても、ガイド筒がケース５０のねじれに追従して大きくねじれることがない。よって、この場合にもまた、リング状永久磁石２０と集磁ヨーク４０との離間距離Ｃを略一定に保つことができ、ギャップ４３、４４の離間距離の変動も抑えることができる。

さらに、ケース５０の膨張または収縮によりガイド筒５４がケース５０内で動いた場合でも、集磁ヨーク４１、４２は、変形にしにくいガイド筒５４の外周面５４ａに固定されているので、ガイド筒５４と一体に移動する。よって、少なくとも集磁ヨーク４１、４２のギャップ４３、４４の離間距離は略一定に保たれるので、回転角度センサ１の出力特性が大きく影響を受けることがない。

図５は、図４に示すアルミからなるガイド筒５４の外周面５４ａに集磁ヨーク４０が固定された実施形態に係る回転角度センサと、集磁ヨークがケース本体を構成する樹脂材料内に埋め込まれている従来例にかかる回転角度センサの出力特性（直線性誤差）を示す図である。

ここで、図３の（ｂ）を参照して、リング状永久磁石２０のＮ極とＳ極を結ぶ線Ｙ（各磁石半円部２１、２２の端同士の対向面を結ぶ線Ｘに対して直角の直径線Ｙ）が集磁ヨーク４１、４２の間のギャップ４３、４４を通るときのリング状永久磁石２０の位置が、図５における角度０ｄｅｇである。そして、図３の（ｂ）に示す位置から、リング状永久磁石２０を時計回り方向に１００ｄｅｇ回転させた位置が、図５における角度１００ｄｅｇである。

図５では、この０ｄｅｇ〜１００ｄｅｇの範囲内で設定した検出範囲において、リング状永久磁石２０の角度位置が、検出範囲の下限位置にあるときのホールＩＣ３０の理論上の出力電圧値と、検出範囲の上限位置にあるときのホールＩＣの理論上の出力電圧値とを結ぶ線を理想直線として設定し、検出範囲内の各角度位置におけるホールＩＣの実際の出力電圧値の理想直線に対する誤差（直線性％ＦＳ）を示している。
ここで、図５の（ａ）は、実施形態にかかる回転角度センサの直線性（％ＦＳ）の回転方向によるヒステリシスを、（ｂ）は従来例にかかる回転角度センサの直線性（％ＦＳ）の回転方向によるヒステリシスを、それぞれ示している。

実施形態にかかる回転角度センサでは、低温（−４０℃）から高温（＋１３５℃）までの総ての温度環境において、略同じ直線性を示しており、各温度間に大きな差異は認められない。
これに対して、従来例にかかる回転角度センサでは、温度によって大きく異なる直線性の結果が得られており、実施形態にかかる回転角度センサのほうが、従来例のものよりも、温度に大きく影響されずに、安定した出力特性を与えることが確認された。

このように、ガイド筒５４を、アルミ、銅、ステンレスなどの非鉄系の金属材料から形成する構成としたので、樹脂でガイド筒を形成する場合よりも厚みが薄く、かつ全周方向において均一な厚みを持つガイド筒を簡単に形成することができる。
また、金属材料は、線膨張係数が小さくて温度による伸縮が少ないので、ケース５０が大きく膨張・収縮する温度環境においても、ガイド筒５４の外周面５４ａに固定した集磁ヨーク４０とリング状永久磁石２０との離間距離Ｃを、全周方向において略一定に保つことができると共に、集磁ヨーク４１のギャップ４３、４４の離間距離も略一定に保つことができる。
よって、温度の違いによる影響を大きく受けずに、より安定した出力特性を与えることのできる回転角度センサとなる。

前記実施形態では、縮径部５１ｅが、ケース本体５１の外周壁５１ａの内周面の全周に亘って設けられている場合を例示したが、縮径部は、ガイド筒５４との間で集磁ヨーク４１、４２を保持することができる限り、ケース本体５１の内周面に沿って所定間隔で設けるようにしても良い。このようにすることによっても、前記実施形態の場合と同様の効果が奏される。
さらに、このようにすることで、集磁ヨーク４０とケース本体５１との接触面積が限られるので、ケース本体５１にひずみが生じても、ひずみに起因する集磁ヨーク４０の位置ズレを、内周面の全周に亘って縮径部が設けられた場合に比べて抑制できる。よって、出力特性がひずみの影響を受けにくい回転角度センサとすることができる。

なお、集磁ヨーク４０を、接着剤などでガイド筒５４にのみに固定して、外部の温度の影響を受けるケース本体５１と直接に接しないようにしても良い。
このようにすることによっても、熱によりケース５０が膨張・収縮しても、リング状永久磁石２０と集磁ヨーク４０との離間距離Ｃが大きく変動せずに、略一定に保たれるので、より安定した出力特性を与える回転角度センサとすることができる。

さらに、前記実施形態では、リング状永久磁石をロータの外周面に設けて、ロータとリング状永久磁石とを一体にした場合を例示したが、ロータ自体を、磁力を発生する磁気材料から形成して、全体として周方向にＮおよびＳの２極構造となるように磁化したものを用いるようにしても良い。

図６の（ａ）は、図３に示した集磁ヨーク４１、４２の間のギャップ４４に配置されたホールＩＣ３０を、ケース本体５１の側方側から見た状態を模式的に示す図であり、（ｂ）は、その変形例を示す図である。

前記実施形態では、図３に示すように、基板３１をケース本体５１に設置する際に、基板３１に形成した位置決め穴３２に、ケース５０側に設けた位置決めボス５６を挿通して、基板３１に取り付けられたホールＩＣ３０が、集磁ヨーク４１、４２の間のギャップ４３、４４の間に位置決めされるようにしていた。
そのため、図６の（ａ）に示すように、位置決めボス５６の直径Ｂ、位置決め穴３２の直径Ｃ、基板３１に取り付けたホールＩＣ３０と位置決めボス５６との距離Ａ、そしてホールＩＣ３０の厚みＥなどのバラツキ、および集磁ヨーク４１、４２の位置ズレなどを考慮して、ギャップ４３、４４内へのホールＩＣ３０の配置が阻害されないように、ギャップ４３の幅Ｄを広めに設定していた。

ここで、ガイド筒５４を、線膨張係数の小さい非鉄系の金属材料で形成すると、変形によるひずみやねじれが生じにくいガイド筒５４となる。この場合、ガイド筒５４の外周面に固定されている集磁ヨーク４１、４２の位置ズレを抑制できる。さらに、基板３１が、ガイド筒５４の外周面に外嵌する形状を有しているので、ガイド筒５４を、ホールＩＣ３０の位置決めに利用できるようになる。

そのため、図６の（ｂ）に示すように、位置決めに用いていた位置決めボス５６と位置決め穴３２とを省略することが可能となり、かかる場合、前記した位置決めボス５６の直径Ｂ、位置決め穴３２の直径Ｃ、そして基板３１に取り付けたホールＩＣ３０と位置決めボス５６との距離Ａのバラツキを考慮せずに、ホールＩＣ３０の厚みＥなどのバラツキのみを考慮して、集磁ヨーク４１、４２のギャップ４３、４４の幅Ｄを設定できるようになる。

そうすると、位置決めボス５６を採用して位置決めを行う場合に比べて、ギャップ４３、４４の幅Ｄを狭く設定することができるようになり、位置決めボス５６を採用する場合に比べてギャップ４３、４４の幅Ｄが狭くなる結果、集磁ヨーク４１、４２を流れる磁力（磁束）の拡散が抑えられて、ホールＩＣ３０を通過する磁力が増加し、回転角度センサの検出精度を向上させることができる。

このように、ガイド筒５４をアルミなどの非鉄系の金属材料から形成すると共に、ガイド筒５４の外周面に外嵌配置されるようにした基板３１にホールＩＣ３０を取り付けた構成として、ケース５０側に設けられていた位置決めボス５６と、基板３１に形成していた位置決め穴３２とを省略可能とした。

これにより、集磁ヨーク４１、４２のギャップ４３、４４を、より狭くすることができるので、ギャップ４３、４４に配置されたホールＩＣ３０を通過する磁力が増加して、回転角度センサの検出精度を向上させることができる。
また、回転角度センサの製造工程が減少して、コストの低減に寄与することができる。

なお、位置決めボス５６と位置決め穴３２とを省略する場合、図６の（ｂ）において点線で示すように、ギャップを挟んで対向する集磁ヨーク４１、４２のカバー５２側の上端面にテーパ面４１ｂ、４２ｂを形成して、ギャップ内へのホールＩＣ３０の挿入が容易に行えるようにしても良い。

実施形態にかかる非接触型の回転角度センサの分解斜視図である。 回転角度センサのロータとリング状永久磁石とを説明する図である。 実施形態にかかる非接触型の回転角度センサを説明する図である。 実施形態にかかる非接触型の回転角度センサを説明する図である。 従来例と実施形態にかかる回転角度センサの出力特性を説明する図である。 磁気感応素子の位置決めを説明する図である。 従来例にかかる回転角度センサを説明する図である。

符号の説明

１ 回転角度センサ
１０ ロータ
２０ リング状永久磁石
３０ ホールＩＣ（磁気感応素子）
４０ 集磁ヨーク（リング状ヨーク）
５０ ケース
５１ ケース本体
５２ カバー
５３ 接続部
５４ ガイド筒（筒状壁）

Claims (5)

1. 被検出体と一体に回転可能に設けられたリング状永久磁石と、
   前記リング状永久磁石の外周面を一定の間隙をおいて囲むリング状ヨークと、
   前記リング状ヨークに形成された隙間に配置された磁気感応素子と、がケース内に配置された回転角度センサであって、
   前記ケースには、前記リング状永久磁石の外周面を囲む筒状壁が設けられており、
   前記筒状壁は、前記ケースよりも線膨張係数の小さい材料で形成されると共に、外周面に前記リング状ヨークが固定されていることを特徴とする回転角度センサ。
2. 前記ケースの外周壁の内周面には、縮径部が設けられており、前記リング状ヨークは、前記筒状壁と前記縮径部との間に嵌入されていることを特徴とする請求項１に記載の回転角度センサ。
3. 前記筒状壁を、非磁性材料から形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転角度センサ。
4. 前記筒状壁を、非鉄系の金属材料から形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転角度センサ。
5. 前記磁気感応素子は、前記リング状ヨークを直径線に沿って２つに分割して形成される隙間に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか一項に記載の回転角度センサ。

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