JP2010271298A - 角度センサ及びこれを用いた回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主に自動車のアクセルペダルやブレーキペダル等の回転角度検出に用いられる角度センサ、及びこれを用いた回転角度検出装置に関し、簡易な構成で、高精度な回転角度の検出が可能なものを提供することを目的とする。
【解決手段】磁石１５をばね１４に付勢された回転体１２の回転中心に装着すると共に、この磁石１５の水平方向の磁気を、磁気検出素子１７が検出することによって、ヨークやコアといった磁性材料製の部品を用いず、磁石１５とこれに対向配置された磁気検出素子１７のみで、回転体の回転角度の検出を行うことができるため、使用部品数が少なく簡易な構成で、安価で高精度な回転角度の検出が可能な角度センサ、及びこれを用いた回転角度検出装置を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に自動車のアクセルペダルやブレーキペダル等の回転角度の検出に用いられる角度センサ、及びこれを用いた回転角度検出装置に関するものである。

近年、自動車の高機能化が進むなか、様々な角度センサや回転角度検出装置を用いてアクセルペダルやブレーキペダル等の回転角度を検出し、車両の多様な制御を行うものが増えている。

このような、従来の角度センサ及びこれを用いた回転角度検出装置について、図６を用いて説明する。

図６は従来の回転角度検出装置の分解斜視図であり、同図において、１は下面開口で略箱型の絶縁樹脂製の上ケース、２は略円筒状で絶縁樹脂製の回転体で、回転体２が上ケース１内に回転可能に収納されると共に、回転体２の一端には、上ケース１の側面開口部から外方へ突出するレバー２Ａが設けられている。

そして、回転体２の他端には、上ケース１内に延出する駆動軸２Ｂが設けられると共に、この駆動軸２Ｂ先端と上ケース１内側壁の間には、コイル状のばね３がやや撓んだ状態で装着され、回転体２が所定角度に付勢されて、レバー２Ａが所定の位置に保持されている。

また、４は略円弧状で磁性材料製のヨーク、５は略直方体状の磁石で、一対のヨーク４が回転体２下面に装着されると共に、この一対のヨーク４両端の間に二つの磁石５が、各々のヨーク４に同極を当接させて固着されている。

さらに、６は略半円状で磁性材料製のコアで、一対のコア６が絶縁樹脂製の保持体７上に載置され、ヨーク４内周や磁石５と所定の間隙を空けて対向配置されている。

また、８は検出面に対して垂直方向の磁気を検出するホール素子等の磁気検出素子で、二つの磁気検出素子８が保持体７中央の突起部７Ａ内に収納され、一対のコア６の間に配設されている。

そして、９は上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成された配線基板で、磁気検出素子８の下方へ突出した端子が、半田付け等によって配線パターンに実装されている。

さらに、１０は絶縁樹脂製の下ケースで、この下ケース１０がねじ（図示せず）等によって上ケース１下面に固着され、上ケース１の下面開口部を覆って、角度センサが形成されている。

また、配線基板９にはマイコン等の電子部品によって制御手段１１が形成されると共に、この制御手段１１に配線パターンを介して磁気検出素子８が電気的に接続されて、回転角度検出装置が構成されている。

そして、このように構成された回転角度検出装置が、例えば、自動車のアクセルペダル（図示せず）にレバー２Ａが装着されると共に、制御手段１１がリード線やコネクタ（図示せず）等を介して、車両の電子回路（図示せず）に接続される。

以上の構成において、足でアクセルペダルが踏み込まれると、レバー２Ａが揺動して、ばね３を撓めながら回転体２が回転し、この下面に固着された一対のヨーク４と磁石５も回転するため、磁石５からヨーク４、コア６へと流れる磁界の方向が変化する。

そして、この磁気をコア６の間に配設された磁気検出素子８が検出し、この磁気検出素子８が検出した磁気の強弱から、制御手段１１が回転体２の回転角度、すなわちアクセルペダルの踏み込み量を算出して、これが自動車本体の電子回路へ出力され、アクセルペダルの踏み込み量に応じたスロットルバルブの制御等が行われる。

なお、アクセルペダルから足を離すと、駆動軸２Ｂ先端と上ケース１内側壁の間に装着されたばね３によって、回転体２が所定角度に付勢されて、レバー２Ａが元の位置に復帰する。

つまり、回転体２の回転に伴って方向が変化するヨーク４からの磁石５の磁気を、これらと所定の間隙を空けて対向配置されたコア６を介して、磁気検出素子８が検出し、この磁気の変化から制御手段１１が回転体２の回転角度、すなわちアクセルペダルの踏み込み量を検出するように構成されているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００１−３１７９０９号公報

しかしながら、上記従来の角度センサや回転角度検出装置においては、一対のヨーク４からの二つの磁石５の磁気の変化を、一対のコア６を介して磁気検出素子８が検出して、回転体２の回転角度の検出を行っているため、構成が複雑になると共に、使用部品数、特に磁性材料製のヨーク４やコア６等の部品が多く、組立てにも時間を要し、高価なものになってしまうという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、使用部品数の少ない簡易な構成で、安価で高精度な回転角度の検出が可能な角度センサ、及びこれを用いた回転角度検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、磁石をばねに付勢された回転体の回転中心に装着すると共に、この磁石の水平方向の磁気を、磁気検出素子が検出するようにして角度センサを構成したものであり、ヨークやコアといった磁性材料製の部品を用いず、磁石とこれに対向配置された磁気検出素子のみで、回転体の回転角度の検出を行うことができるため、使用部品数が少なく簡易な構成で、安価で高精度な回転角度の検出が可能な角度センサを得ることができるという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の角度センサの磁気検出素子に制御手段を接続すると共に、この制御手段が磁気検出素子の検出した磁気によって、回転体の回転角度を検出するようにして回転角度検出装置を構成したものであり、簡易な構成で、高精度な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を実現することができるという作用を有する。

以上のように本発明によれば、簡易な構成で、高精度な回転角度の検出が可能な角度センサ、及びこれを用いた回転角度検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態による回転角度検出装置の断面図 同分解斜視図 同部分平面図 本発明の第２の実施の形態による回転角度検出装置の断面図 同分解斜視図 従来の回転角度検出装置の分解斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。

（実施の形態１）
実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１及び２記載の発明について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態による回転角度検出装置の断面図、図２は同分解斜視図であり、同図において、１１は上面開口で略箱型のポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の下ケース、１２は略円筒状で同じく絶縁樹脂製の回転体で、回転体１２下面の円形の窪部１２Ａには下ケース１１内底面の筒部１１Ａが挿入されると共に、回転体１２側面の凸部１２Ｂが下ケース１１内側壁の凹部１１Ｂに挿入されて、回転体１２が下ケース１１内に回転可能に収納されている。

また、１３は鋼等の金属性のレバー、１４はコイル状に巻回された鋼線製のばねで、レバー１３の一端がインサート成形等によって回転体１２に固着され、他端が下ケース１１の側面開口部から外方へ突出すると共に、ばね１４が回転体１２のレバー１３側に設けられた角孔部１２Ｃと、下ケース１１内側壁の間にやや撓んだ状態で装着され、回転体１２が所定角度に付勢されて、レバー１３が所定の位置に保持されている。

そして、１５は略直方体状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石で、図１や図３（ａ）の部分平面図に示すように、左右すなわち水平方向にＮ極とＳ極を向けて、回転体１２の回転中心に接着やインサート成形等によって装着されている。

さらに、１６は紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板で、上下面に銅箔等によって複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、回転体１２中間部の溝部１２Ｄ内に、溝部１２Ｄ上下面と所定の間隙を空けて配置されている。

また、１７は検出面に対して水平方向の磁気を検出するＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子やＧＭＲ素子等の磁気検出素子で、磁石１５真下の配線基板１６上面の配線パターンに半田付け等によって実装され、磁石１５と所定の間隙を空けて対向配置されている。

そして、１８は絶縁樹脂製の上ケースで、この上ケース１８が下ケース１１上面に固着され、下ケース１１の上面開口部を覆うと共に、上ケース１８下面の円形の窪部１８Ａには回転体１２上面の筒部１２Ｅが回転可能に挿入されて、角度センサが形成されている。

さらに、配線基板１６にはマイコン等の電子部品によって制御手段１９が形成されると共に、この制御手段１９に配線パターンを介して磁気検出素子１７が電気的に接続されている。

また、２０は絶縁樹脂製のコネクタで、コネクタ２０右端に配線基板１６左端が挿入され、植設された複数の端子（図示せず）に配線パターンを介して制御手段１９が接続されると共に、このコネクタ２０が下ケース１１外側壁に固着されて、回転角度検出装置が構成されている。

そして、このように構成された回転角度検出装置が、例えば、自動車のアクセルペダル（図示せず）にレバー１３が装着されると共に、制御手段１９がコネクタ２０やリード線（図示せず）等を介して、車両の電子回路（図示せず）に接続される。

以上の構成において、図３（ａ）に示す状態から、足でアクセルペダルが踏み込まれると、図３（ｂ）に示すように、レバー１３が揺動して、ばね１４を撓めながら回転体１２が所定角度、例えば２０〜４０度前後回転し、この回転中心に装着された磁石１５も回転して、磁石１５の磁気の方向が変化する。

そして、この磁気を磁石１５真下に対向配置された磁気検出素子１７が検出し、この磁気検出素子１７が検出した磁気の強弱から、制御手段１９が回転体１２の回転角度、すなわちアクセルペダルの踏み込み量を算出して、これが自動車本体の電子回路へ出力され、アクセルペダルの踏み込み量に応じたスロットルバルブの制御等が行われる。

なお、アクセルペダルから足を離すと、角孔部１２Ｃと下ケース１１内側壁の間に装着されたばね１４によって、回転体１２が所定角度に付勢されて、レバー１３が元の位置に復帰する。

つまり、回転体１２の回転に伴って方向が変化する磁石１５の水平方向の磁気を、これと所定の間隙を空けて対向配置された磁気検出素子１７が検出し、この磁気の変化から制御手段１９が回転体１２の回転角度、すなわちアクセルペダルの踏み込み量を検出するように構成されている。

そして、このように回転体１２の回転中心に装着された磁石１５と、これと対向配置された磁気検出素子１７の二つの部品のみで、角度センサや回転角度検出装置を構成することによって、これらを簡易な構成で形成できると共に、使用部品数が少なく、安価なものとすることができるようになっている。

すなわち、磁石１５を回転体１２の回転中心に装着すると共に、この磁石１５の垂直方向ではなく水平方向の磁気を、対向配置された磁気検出素子１７が検出することで、ヨークやコアといった高価な磁性材料製の部品を用いることなく、組立ても容易で、安価な角度センサや回転角度検出装置を実現できるように構成されている。

また、この時、下ケース１１内底面の筒部１１Ａに回転体１２下面の窪部１２Ａが、上ケース１８下面の窪部１８Ａに回転体１２上面の筒部１２Ｅが、下ケース１１内側壁の凹部１１Ｂに回転体１２側面の凸部１２Ｂが、各々挿入されて回転体１２の回転が行われるため、がたつきのない状態で回転体１２が回転するようになっている。

つまり、回転体１２の上端及び下端を上ケース１８と下ケース１１で回転可能に保持すると共に、回転体１２側面も下ケース１１の凹部１１Ｂで保持することによって、実際にアクセルペダルが踏み込まれる量としては２０〜４０度前後の回転角度ではあるが、回転時の回転体１２のがたつきや中心ずれを防ぎ、誤差のない高精度な回転角度の検出を行うことができる。

さらに、回転体１２のレバー１３側に設けられた角孔部１２Ｃと、下ケース１１内側壁の間にばね１４を装着することで、下ケース１１内に駆動軸等を延出させ、これと下ケース１１内側壁の間にばねを装着させた場合等に比べ、下ケース１１内に余分なスペースを生じさせず、全体の小型化を図ることが可能なようになっている。

このように本実施の形態によれば、磁石１５をばね１４に付勢された回転体１２の回転中心に装着すると共に、この磁石１５の水平方向の磁気を、磁気検出素子１７が検出することによって、ヨークやコアといった磁性材料製の部品を用いず、磁石１５とこれに対向配置された磁気検出素子１７のみで、回転体の回転角度の検出を行うことができるため、使用部品数が少なく簡易な構成で、安価で高精度な回転角度の検出が可能な角度センサ、及びこれを用いた回転角度検出装置を得ることができるものである。

（実施の形態２）
実施の形態２を用いて、本発明の他の実施の形態について説明する。

なお、実施の形態１の構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

図４は本発明の第２の実施の形態による回転角度検出装置の断面図、図５は同分解斜視図であり、同図において、２１は上面開口で略箱型の絶縁樹脂製の下ケース、２２は略円筒状で同じく絶縁樹脂製の回転体で、回転体２２にインサート成形等によって固着された含油金属製の回転軸２２Ａが、略円筒状で同じく含油金属製のスペーサ２３に挿通され、このスペーサ２３を介して回転体２２が下ケース２１内に回転可能に収納されている。

そして、回転軸２２Ａ下端が下ケース２１下面から突出すると共に、この回転軸２２Ａ下端には鋼等の金属性のレバー２４の一端がかしめ等によって固着され、レバー２４他端は下ケース２１外方へ延出している。

また、２５はコイル状に巻回された鋼線製のばねで、やや捩られた状態のばね２５の上端が回転体２２に、下端が下ケース２１内底面に各々係止され、このばね２５によって回転体２２が所定角度に付勢されて、レバー２４が所定の位置に保持されている。

さらに、１５は略直方体状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石、２６は絶縁樹脂製のホルダーで、磁石１５が左右すなわち水平方向にＮ極とＳ極を向けて、回転体２２上面の回転中心にホルダー２６によって装着されている。

また、２７は紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板で、上下面に銅箔等によって複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、回転体２２上面に水平になるように、複数のねじ２８によって下ケース２１上方に配置されている。

そして、１７は検出面に対して水平方向の磁気を検出するＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子やＧＭＲ素子等の磁気検出素子で、配線基板２７下面の配線パターンに半田付け等によって実装され、磁石１５と所定の間隙を空けて対向配置されている。

さらに、２９は絶縁樹脂製の上ケース、３０は鋼板等のカバーで、上ケース２９が下ケース２１の上面開口部を覆うと共に、この上ケース２９上にカバー３０が重ねられ、下ケース２１上面に固着されて角度センサが形成されている。

そして、配線基板２７にはマイコン等の電子部品によって制御手段１９が形成されると共に、この制御手段１９に配線パターンを介して磁気検出素子１７が電気的に接続されている。

また、３１は略Ｌ字状で銅合金等の端子で、下ケース２１にインサート成形等によって植設されると共に、複数の端子３１の一端に配線パターンを介して制御手段１９が接続され、端子３１の他端が略角筒状のコネクタ部２１Ａに延出して、回転角度検出装置が構成されている。

つまり、本実施の形態においては、磁石１５が回転体２２上面の回転中心に装着されると共に、この磁石１５上方に磁気検出素子１７が対向配置され、下ケース２１の上面開口部を覆う上ケース２９上には、鋼板等のカバー３０が重ねられた構成となっている。

そして、このように構成された回転角度検出装置が、例えば、自動車のブレーキペダル（図示せず）にレバー２４が装着されると共に、制御手段１９が複数の端子３１やリード線（図示せず）等を介して、車両の電子回路（図示せず）に接続される。

以上の構成において、足でブレーキペダルが踏み込まれると、レバー２４が揺動して、ばね２５を捩りながら回転体２２が所定角度、例えば６０〜８０度前後回転し、この回転中心に装着された磁石１５も回転して、磁石１５の磁気の方向が変化する。

そして、この磁気を磁石１５真上に対向配置された磁気検出素子１７が検出し、この磁気検出素子１７が検出した磁気の強弱から、制御手段１９が回転体２２の回転角度、すなわちブレーキペダルの踏み込み量を算出して、これが自動車本体の電子回路へ出力され、ブレーキペダルの踏み込み量に応じたブレーキの制御等が行われる。

なお、ブレーキペダルから足を離すと、上下端が回転体２２と下ケース２１内底面に係止されたばね２５によって、回転体２２が所定角度に付勢されて、レバー２４が元の位置に復帰する。

つまり、回転体２２の回転に伴って方向が変化する磁石１５の水平方向の磁気を、これと所定の間隙を空けて対向配置された磁気検出素子１７が検出し、この磁気の変化から制御手段１９が回転体２２の回転角度、すなわちブレーキペダルの踏み込み量を検出するように構成されている。

そして、このように回転体２２の回転中心に装着された磁石１５と、これと対向配置された磁気検出素子１７の二つの部品のみで、角度センサや回転角度検出装置を構成することによって、これらを簡易な構成で形成できると共に、使用部品数が少なく、安価なものとすることができるようになっている。

すなわち、磁石１５を回転体２２の回転中心に装着すると共に、この磁石１５の垂直方向ではなく水平方向の磁気を、対向配置された磁気検出素子１７が検出することで、ヨークやコアといった高価な磁性材料製の部品を用いることなく、組立ても容易で、安価な角度センサや回転角度検出装置を実現できるように構成されている。

また、この時、回転体２２下方の回転軸２２Ａがスペーサ２３に挿通され、含油金属製のスペーサ２３内を同じく含油金属製回転軸２２Ａが回転して、回転体２２の回転が行われるため、引掛り感等がなく、滑らかな回転体２２の回転が行われるようになっている。

さらに、磁石１５や磁気検出素子１７上方の、上ケース２９上面を鋼板等のカバー３０で覆い、これによって外方からの磁気をシールドすることで、回転角度検出装置の近傍に磁気を発する部品等が配置されていた場合でも、磁気検出素子１７の誤検出を防ぎ、安定した回転角度の検出が行えるように構成されている。

このように本実施の形態によれば、磁石１５をばね２５に付勢された回転体２２の回転中心に装着すると共に、この磁石１５の水平方向の磁気を、磁気検出素子１７が検出することによって、ヨークやコアといった磁性材料製の部品を用いず、磁石１５とこれに対向配置された磁気検出素子１７のみで、回転体の回転角度の検出を行うことができるため、使用部品数が少なく簡易な構成で、安価で高精度な回転角度の検出が可能な角度センサ、及びこれを用いた回転角度検出装置を得ることができるものである。

なお、以上の説明では、回転体１２や２２に固着されたレバー１３や２４をアクセルペダルやブレーキペダルに装着し、レバー１３や２４の揺動に伴って回転体１２や２２が回転する構成について説明したが、回転体１２や２２の回転中心を直接アクセルペダルやブレーキペダルに装着し、アクセルペダルやブレーキペダルの踏み込みによって回転体１２や２２が回転する構成としても、本発明の実施は可能である。

また、以上の説明では、磁気検出素子１７が実装された配線基板１６や２７に制御手段１９も形成し、一枚の配線基板１６や２７上に、磁気検出素子１７と制御手段１９を一体に形成した構成について説明したが、角度センサの配線基板１６や２７には磁気検出素子１７のみを設け、制御手段１９は車両の電子回路側に設けた構成としてもよい。

さらに、磁気検出素子１７を二つとし、これらを磁石１５に対向させて並列に配置すると共に、この二つの磁気検出素子１７が検出した磁気によって、制御手段１９が回転体１２や２２の回転角度の検出を行うようにすれば、万が一、一方の磁気検出素子１７に破損や故障が生じた場合でも、回転角度の検出が可能になると共に、制御手段１９がこれらの検出した磁気の比較を行うことで、こうした破損や故障を検出することも可能となる。

本発明による角度センサ及びこれを用いた回転角度検出装置は、簡易な構成で、高精度な回転角度の検出が可能なものを実現することができ、主に自動車のアクセルペダルやブレーキペダルの回転角度の検出等に有用である。

１１、２１ 下ケース
１１Ａ 筒部
１１Ｂ 凹部
１２、２２ 回転体
１２Ａ 窪部
１２Ｂ 凸部
１２Ｃ 角孔部
１２Ｄ 溝部
１２Ｅ 筒部
１３、２４ レバー
１４、２５ ばね
１５ 磁石
１６、２７ 配線基板
１７ 磁気検出素子
１８、２９ 上ケース
１８Ａ 窪部
１９ 制御手段
２０ コネクタ
２１Ａ コネクタ部
２２Ａ 回転軸
２３ スペーサ
２６ ホルダー
２８ ねじ
３０ カバー
３１ 端子

Claims (2)

1. 略箱型のケースと、このケース内に回転可能に収納された回転体と、この回転体を所定角度に付勢するばねと、上記回転体に装着された磁石と、この磁石と所定の間隙を空けて対向配置された磁気検出素子からなり、上記磁石を上記回転体の回転中心に装着すると共に、この磁石の水平方向の磁気を上記磁気検出素子が検出する角度センサ。
2. 請求項１記載の角度センサの磁気検出素子に制御手段を接続すると共に、この制御手段が磁気検出素子の検出した磁気によって、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置。

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