JP2020091257A - 回転角検出センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】精度良く回転角を検出することが可能な回転角検出センサを提供する。【解決手段】回転角検出センサ1は、固定側ユニット2と、回動側ユニット3と、固定側ユニット2に対する回動側ユニット3の回動方向の位置を所定の基準位置に戻すように付勢される筒状のトーションバネ4と、を備え、トーションバネ4は一端71が固定側ユニット2に係止され、他端72が回動側ユニット3が有する回動部材50のうち、回動側ユニット3が有する入力部材60への回転力の入力解除時に、当該回転力の入力時に回動部材50に作用する荷重の方向と一致する方向の荷重が作用する部位に係止される。【選択図】図1
Description
本発明は、回転角を検出する回転角検出センサに関する。
従来、例えば車両のアクセルペダルやブレーキペダル等の被操作部材の操作量を検出する際に、被操作部材に対する運転者の操作に連動して回動部材を回転させ、この回動部材の回転角を検出して操作量を検出する回転角検出センサが用いられてきた。この種の回転角検出センサとして、例えば下記に出典を示す特許文献1に記載のものがある。
特許文献1に記載の回転角検出装置は、磁電変換素子と、磁石部材と、磁電変換素子を収容するハウジングと、当該ハウジングに接合され磁石部材が配置される軸部材を回転可能に支持する支持部材と、軸部材に一端が係止され、支持部材に他端が係止されるリターンスプリングと、軸部材に一端が固定され、他端が軸部材の径方向に延出し、リターンスプリングの付勢力に抗して軸部材を回転駆動する駆動レバーと、を備えて構成される。
特許文献1に記載の技術は、リターンスプリングの付勢力によって、駆動レバーへの入力に応じて支持部材に対して回転駆動した軸部材を所期の位置に復帰させるように構成されている。ここで、軸部材や支持部材の寸法バラツキによっては、駆動レバーへの入力により支持部材に対する軸部材が所期の状態に対して傾くことがある。係る場合、駆動レバーへの入力に応じて支持部材に対して軸部材が回転駆動するときと、リターンスプリングの付勢力に応じて軸部材を所期の位置に復帰させるときとの間で、検出結果にヒステリシスが生じ、より精度良く回転角を検出するにあたって改良の余地がある。
そこで、精度良く回転角を検出することが可能な回転角検出センサが求められる。
本発明に係る回転角検出センサの特徴構成は、磁気検出素子を内装するハウジングと、前記ハウジングに支持されるホルダと、前記ハウジングに支持されるカバー部材とを有する固定側ユニットと、前記磁気検出素子に対向して配置される永久磁石と、前記永久磁石を保持すると共に、前記ハウジングに対して回動可能に支持され、前記ホルダに収容される回動部材と、前記回動部材に支持され、回転力が入力される入力部材とを有する回動側ユニットと、前記固定側ユニットと前記回動側ユニットとで形成される収容空間に収容され、前記固定側ユニットに対する前記回動側ユニットの回動方向の位置を所定の基準位置に戻すように付勢される筒状のトーションバネと、を備え、前記トーションバネの一端が、前記固定側ユニットに係止され、前記トーションバネの他端が、前記回動部材のうち、前記入力部材に対する前記回転力の入力解除時に、前記トーションバネの付勢力に応じて、前記入力部材に対する前記回転力の入力時に前記回動部材に作用する荷重の方向と一致する方向の荷重が作用する部位に係止される点にある。
このような特徴構成とすれば、入力部材に入力される回転力の大小あるいは有無に拘らず、回動部材に対して同じ方向の荷重を作用させることができる。したがって、入力部材への入力に応じて回動部材が回動する場合と、トーションバネの付勢力に応じて回動部材を所期の位置に復帰させる場合との間において、検出結果にヒステリシスが生じ難くできるので、精度良く回転角を検出することが可能となる。
また、前記入力部材は、前記回動部材から径方向外側に延出する第1腕部と、前記第1腕部から前記回動部材の軸方向に沿って延出し、前記回転力が入力される第2腕部とを有して構成されると好適である。
このような構成とすれば、入力部材に対して回転力を入力し易くできる。したがって、精度良く回転角を検出することが可能となる。
また、前記トーションバネの他端は、前記回動部材の平面視において、前記回動部材における前記第1腕部の根元部と前記回動部材の回動中心とを結ぶ線上の部位のうち、前記根元部から見て前記回動中心よりも遠い側の部位であって、前記回動部材の側面視において、前記根元部よりも前記第2腕部が延出する側の部位で係止されると好適である。
このような構成とすれば、入力部材への回転力の入力に応じて第1腕部を介して回動部材に作用するモーメントと同じ方向の荷重を回動部材に作用させることができる。したがって、検出結果にヒステリシスが生じ難くできるので、精度良く回転角を検出することが可能となる。
あるいは、前記トーションバネの他端は、前記回動部材の平面視において、前記回動部材における前記第1腕部の根元部と前記回動部材の回動中心とを結ぶ線上の部位のうち、前記根元部から見て前記回動中心よりも近い側の部位であって、前記回動部材の側面視において、前記根元部よりも前記第2腕部が延出する側とは反対側の部位で係止されても良い。
このような構成であっても、入力部材への回転力の入力に応じて第1腕部を介して回動部材に作用するモーメントと同じ方向の荷重を回動部材に作用させることができる。したがって、検出結果にヒステリシスが生じ難くできるので、精度良く回転角を検出することが可能となる。
本発明に係る回転角検出センサは、精度良く回転角を検出することができるように構成される。以下、本実施形態の回転角検出センサ1について説明する。ここで、回転角検出センサ1は、例えば車両のアクセルペダルやブレーキペダル等の被操作部材90の操作量の検出に用いられる。
図1には、回転角検出センサ1の断面図が示され、図2には、回転角検出センサ1の分解斜視図が示される。図1及び図2に示されるように、回転角検出センサ1は、固定側ユニット2と回動側ユニット3とトーションバネ4とを備えている。固定側ユニット2は、回転角検出センサ1の検出対象である回転角の検出基準となる部位(例えば回転しない装置の筐体であって、車両であれば車体等)に固定される。回動側ユニット3は、回転角検出センサ1の検出対象である回転角を生じさせる力の入力に応じて固定側ユニット2に対して回動する。固定側ユニット2は、ハウジング10、ホルダ20、カバー部材30を有する。回動側ユニット3は、永久磁石40、回動部材50、入力部材60を有する。
ハウジング10には、磁気検出素子5が内装される。ハウジング10は、本体部11と端子部12とを有する。本体部11と端子部12とは、樹脂を用いて一体的に形成される。本体部11の内部には、素子収容室13が形成される。端子部12には複数のリード端子6が露出した状態で配置される。磁気検出素子5は、磁気の大きさを検出可能な素子であり、例えばホール素子を用いて構成することが可能である。ホール素子の検出信号は微弱であるため、磁気検出素子5は、当該検出信号を増幅する増幅回路とホール素子とを一体化したホールICとすると好適である。磁気検出素子5は基板7に実装され、上述した素子収容室13に収容される。基板7には上述したリード端子6が接続され、このリード端子6を介して、回転角検出センサ1の検出結果を外部に出力することが可能となる。回転角検出センサ1は、端子部12を介して上述した筐体(車両であれば車体)に支持される。
永久磁石40は、磁気検出素子5に対向して配置される。永久磁石40は、当該永久磁石40の磁極に起因する磁束が磁気検出素子5を通るように、磁気検出素子5に対して所定の隙間を隔てた状態で対向配置される。永久磁石40の材料は特に限定されず、例えばネオジム磁石、サマコバ磁石、アルニコ磁石、及びフェライト磁石等を広く用いることができる。また、永久磁石40の製法も特に限定されず、ボンド磁石(プラスチック磁石)や焼結磁石等を広く用いることができる。永久磁石40は、磁気検出素子5の検出感度との関係を考慮して適切なものを選定することが可能である。
本実施形態では、永久磁石40は、円柱状のものが用いられ、軸方向一方の面に少なくとも一対の磁極(N極及びS極)が現れるように着磁される。これにより、磁気検出素子5の対向する面の磁極が後述する入力部材60に対して入力される回転力に応じて変化させることができ、回転角検出センサ1が回転角を検出することが可能となる。
回動部材50は、永久磁石40を保持すると共に、ハウジング10に対して回動可能に支持される。回動部材50は、磁石保持部51と筒状部52とを有する。磁石保持部51と筒状部52とは、樹脂成形により形成され、その際、永久磁石40が内包された状態で一体成型される。これにより、磁石保持部51が永久磁石40を保持することが可能となる。磁石保持部51は円板状に形成され、永久磁石40は、円板状の磁石保持部51の軸方向一方の面において円柱状の永久磁石40の軸方向一方の面が露出した状態で保持される。筒状部52は、磁石保持部51と同軸心上に円筒状で形成される。回動部材50は、ハウジング10が他の装置の筐体に固定された場合であっても、回動できるように設けられる。
入力部材60は、回動部材50に支持され、回転力が入力される。回転力とは、回転角検出センサ1の検出対象である回転角を生じさせる力である。したがって、入力部材60は、回転力の入力に伴い、回動部材50と一体となって回動する。本実施形態では、上述したように永久磁石40と回動部材50とは一体成型されるが、この一体成型時に入力部材60も一体成型すると好適である。これにより、入力部材60に入力された回転力に応じて、入力部材60、回動部材50、及び永久磁石40(回動側ユニット3)が一体となって回動することが可能となる。入力部材60には被操作部材90が連結固定される。これにより、入力部材60に被操作部材90の操作量に応じた回転力を入力することが可能となる。
なお、図3には、入力部材60が示される。図3に示されるように、本実施形態では、入力部材60は、アーム部61(「第1腕部」の一例)と、レバー部62(「第2腕部」の一例)と、環状部63とを有する。アーム部61は、回動部材50から径方向外側に向けて延出するように形成される(図2参照)。「回動部材50から径方向外側に向けて」とは、回動部材50の外周面から外側を向く方向である。より具体的は、回動部材50を回動中心に沿って見た場合に、当該回動中心に対して直交する方向(径方向)にあたる。本実施形態では、アーム部61は、当該回動中心から径方向に沿って所定の長さで延出して形成される。レバー部62は、アーム部61から回動部材50の軸方向に沿って延出するように形成される。本実施形態では、レバー部62は、アーム部61の外側端(径方向外側端)において、アーム部61の延出方向に対して直交する方向に屈曲して形成される。このレバー部62に、上述した被操作部材90が設けられ、回転力が入力される。環状部63は環状に形成される。
本実施形態では、図3に示されるように、環状部63は円環状に形成される。なお、図示はしないが、環状部63は周方向の少なくとも一部において、径方向内側及び径方向外側の少なくともいずれか一方に突出する突出部若しくは切り欠かれた切欠部を設けると良い。入力部材60は、この環状部63を介して回動部材50の内部に少なくとも環状部63の一部が内包された状態で一体化される。これにより回動部材50は入力部材60に入力された回転力に応じて回動するが、突出部若しくは切欠部によって入力部材60と回動部材50との接続強度を高めることができ、周方向に沿って滑らないよう(相対回転しないよう)にすることができる。
図1及び図2に戻り、ホルダ20は、回動部材50を収容すると共に、ハウジング10に支持される。ホルダ20は、本体部22と、本体部22から相反する方向に延出する一対のフランジ部23とを有する。本体部22の内部(径方向内側)には、バネ収容室(本願「収容空間」の一例)53が形成される。ホルダ20は樹脂成形され、ハウジング10に位置決め固定される。したがって、入力部材60、回動部材50、永久磁石40は一体となって、ハウジング10に対して回動可能となる。
カバー部材30はハウジング10に支持され、磁気検出素子5を収容する。カバー部材30は、蓋部31と、フランジ部33とを有する。フランジ部33は、蓋部31から径方向外側に延出して設けられる。カバー部材30は、フランジ部33がハウジング10の開口形状と位置決めされて固定される(例えば接着固定される)。これにより、蓋部31がハウジング10に蓋をして密封する状態となり、磁気検出素子5が液体や粉塵に晒されることを防止できる。このようなカバー部材30は、蓋部31とフランジ部33とが樹脂成形により構成される。
トーションバネ4は、固定側ユニット2と回動側ユニット3とで形成されるバネ収容室53に収容され、固定側ユニット2に対する回動側ユニット3の回動方向の位置を所定の基準位置に戻すように付勢される。本実施形態では、バネ収容室53は、固定側ユニット2を構成するホルダ20と回動側ユニット3を構成する回動部材50とで形成される。より具体的には、バネ収容室53は、本体部22の内部に形成され、磁石保持部51で蓋をされた状態の空間にあたる。
トーションバネ4は、筒状に形成される。特に本実施形態では、円錐体の斜面に沿う形状で形成される。トーションバネ4は、回動部材50が入力部材60に入力された回転力に応じて回動する際、回動部材50がトーションバネ4の付勢力に抗して回動するように巻き回される。本実施形態では、回動部材50が入力部材60に入力された回転力に応じて回動する際、トーションバネ4を巻き締めるように(巻き回し回数が増加するように)巻き回される。したがって、上述した「所定の基準位置」とは、トーションバネ4に少し回転力が作用した状態でハウジング10に当接してそれ以上回転力が低下する方向には回転しない位置(入力部材60の突出部67がハウジング10の受部14に当接する状態における位置)にあたり、回動部材50は上記回転力の入力に応じてトーションバネ4の付勢力に抗しながら回動する。
本回転角検出センサ1にあっては、図1に示されるように、ハウジング10は、底面から永久磁石40側に突出する凸状体16を有して構成される。凸状体16は円柱状に構成され、凸状体16の外周面15が回動部材50における筒状部52の内周面21に対して摺動するように構成される。したがって、凸状体16の外周面15は軸部材に相当し、筒状部52の内周面21は軸受部材に相当する。凸状体16の外周面15の外径、及び筒状部52の内周面21の内径は、夫々、互いに摺動可能に構成されるが、その他の部位(例えば回動部材50と、ハウジング10及びホルダ20との間)には隙間が形成される。
係る場合、入力部材60に対して回転力が入力されると、回動部材50は、アーム部61を傾き中心として、当該傾き中心よりもレバー部62側は入力部材60に対する入力と同方向の荷重が作用し、当該傾き中心よりもレバー部62側とは反対側は入力部材60に対する入力とは反対方向の荷重が作用する。すなわち、図1においてレバー部62に紙面手前側から紙面奥側に向かう方向に荷重が加えられた場合、アーム部61を傾き中心Yとして、当該傾き中心Yよりもレバー部62側に位置する回動部材50の部位(例えば符号Aが付された部位)は、紙面手前側から紙面奥側に向かう方向の荷重が作用し、傾き中心Yよりもレバー部62側とは反対側に位置する回動部材50の部位(例えば符号Bが付された部位)は、紙面奥側から紙面手前側に向かう方向の荷重が作用する。
一方、入力部材60に対する入力が解除されると、アーム部61を傾き中心Yとして、当該傾き中心Yよりもレバー部62側に位置する回動部材50の部位(例えば符号Aが付された部位)は、紙面奥側から紙面手前側に向かう方向の荷重が作用し、傾き中心Yよりもレバー部62側とは反対側に位置する回動部材50の部位(例えば符号Bが付された部位)は、紙面手前側から紙面奥側に向かう方向の荷重が作用する。
すなわち、入力部材60に対して回転力が入力された場合と、当該回転力の入力が解除された場合とで、磁気検出素子5に対する永久磁石40の位置が異なり、同じ回転角であっても検出結果に差異が生じることがある。
そこで、本回転角検出センサ1では、入力部材60に対して回転力が入力された場合と、当該回転力の入力が解除された場合とに双方において、回動部材50に対して、アーム部61を傾き中心として同方向の荷重が作用するように、トーションバネ4の両端が係止される。以下、トーションバネ4の係止について説明する。
トーションバネ4の第1端部71(「一端」に相当)は、固定側ユニット2に係止される。上述したように、固定側ユニット2は、ハウジング10、ホルダ20、カバー部材30を有して構成され、本実施形態ではホルダ20に設けられる第1係止部34に係止される。第1係止部34は、ホルダ20の底面から突出する突起として形成することが可能である。このような第1係止部34に、トーションバネ4の第1端部71を係止すると良い。
一方、トーションバネ4の第2端部72(「他端」に相当)は、回動部材50のうち、入力部材60に対する回転力の入力解除時に、トーションバネ4の付勢力に応じて、入力部材60に対する回転力の入力時に回動部材50に作用する荷重の方向と一致する方向の荷重が作用する部位に係止される。入力部材60に対する回転力の入力解除時とは、回転角検出センサ1の検出対象である回転角を生じさせる回転力が入力部材60(本実施形態ではレバー部62)に対して入力されていない時である。
ここで、トーションバネ4の第2端部72は回動部材50の所定の部位に係止されるが、回動部材50には、入力部材60に対する回転力の入力解除時においてもトーションバネ4の付勢力が作用する。この付勢力によって回動部材50が引っ張られるが、トーションバネ4が巻き回して構成されることから、回動部材50のうち第2端部72が係止される部位によって引っ張られる方向が異なる。そこで、本回転角検出センサ1では、入力部材60に対する回転力の入力解除時にあっても、回動部材50が、入力部材60に対する回転力の入力時に回動部材50に作用する荷重の方向に引っ張られるように第2端部72が係止される。回動部材50には、このような第2端部72が係止される第2係止部35が、ホルダ20の底面に向かって突出する突起として形成される。トーションバネ4の第2端部72は、このような第2係止部35に係止される。
より具体的には、本実施形態では、トーションバネ4の第2端部72は、回動部材50の平面視において、回動部材50におけるアーム部61の根元部66と回動部材50の回動中心Xとを結ぶ線上の部位のうち、根元部66から見て回動中心Xよりも遠い側の部位であって、回動部材50の側面視において、根元部66よりもレバー部62が延出する側の部位で係止される。
すなわち、図4に示されるように、第2係止部35は、回動部材50からアーム部61が延出する根元側である根元部66と回動中心Xとを仮想的に繋いだ直線上において、根元部66から見て、根元部66、回動中心X、第2係止部35の順に並ぶように配置される。また、図1に示されるように、第2係止部35は、根元部66(傾き中心Y)よりもホルダ20の底面側に配置される。これにより、入力部材60に対する回転力の入力解除時にあっても、回動部材50を、トーションバネ4の付勢力によって、入力部材60に対する回転力の入力時に回動部材50に作用する荷重の方向に引っ張ることが可能となる。また、トーションバネ4の付勢力によって、入力部材60に対する回転力の入力の有無に拘らず、回動部材50が回動中心Xを軸心として傾き、回動部材50及びハウジング10が図2のC1点において当接し、回動部材50及びホルダ20が図2のC2点において当接する。
したがって、入力部材60に対して回転力が入力された場合と、当該回転力の入力が解除された場合とで、回動部材50と、ハウジング10及びホルダ20との間の隙間に拘らず、磁気検出素子5に対する永久磁石40の位置を一定に保持することができ、検出結果に差異が生じないようにすることが可能となる。
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、入力部材60は、回動部材50から径方向外側に延出するアーム部61と、当該アーム部61から回動部材50の軸方向に沿って延出し、回転力が入力されるレバー部62とを有して構成されるとして説明したが、入力部材60は、回動部材50から径方向外側に延出するアーム部61からなるように構成することも可能であるし、レバー部62を、回動部材50の軸方向一方側の端面から当該回動部材50の軸方向に沿って延出するように構成しても良い。
上記実施形態では、入力部材60は、回動部材50から径方向外側に延出するアーム部61と、当該アーム部61から回動部材50の軸方向に沿って延出し、回転力が入力されるレバー部62とを有して構成されるとして説明したが、入力部材60は、回動部材50から径方向外側に延出するアーム部61からなるように構成することも可能であるし、レバー部62を、回動部材50の軸方向一方側の端面から当該回動部材50の軸方向に沿って延出するように構成しても良い。
上記実施形態では、トーションバネ4は、回動部材50とホルダ20とで形成されるバネ収容室53に収容される例を挙げて説明したが、回動部材50とカバー部材30とで形成されるバネ収容室53に収容することも可能である。このような回転角検出センサ1の分解斜視図が図5に示される。係る場合、図1及び図4においてトーションバネ4の第1端部71は、ホルダ20に設けられる第1係止部34に係止され、トーションバネ4の第2端部72は、回動部材50の平面視において、回動部材50におけるアーム部61の根元部66と回動部材50の回動中心Xとを結ぶ直線上の部位のうち、根元部66から見て回動中心Xよりも遠い側の部位であって、回動部材50の側面視において、根元部66よりもレバー部62が延出する側の部位で係止されるとして説明したが、図6に示されるように、トーションバネ4の第2端部72は、回動部材50の平面視において、回動部材50におけるアーム部61の根元部66と回動部材50の回動中心Xとを結ぶ直線上の部位のうち、根元部66から見て回動中心Xよりも近い側の部位に設けることも可能である。係る場合、トーションバネ4の第1端部71は、カバー部材30の天面からホルダ20の底面に向けて突出する第1係止部34に係止され、トーションバネ4の第2端部72は、回動部材50の側面視において、根元部66よりもレバー部62が延出する側とは反対側の部位(磁気検出素子5側)で係止されるように構成すると良い(アーム部61よりもカバー部材30側で係止されるように構成すると良い)。すなわち、トーションバネ4の第2端部72は回動部材50からカバー部材30の天面に向けて突出するように第2係止部35を設け、係止すると良い。
上記実施形態では、回転角検出センサ1が車両のアクセルペダルやブレーキペダル等の被操作部材90の操作量の検出に用いられる例を挙げて説明したが、車両のアクセルペダルやブレーキペダル以外の操作量の検出に用いることも可能である。
本発明は、回転角を検出する回転角検出センサに用いることが可能である。
1:回転角検出センサ
2:固定側ユニット
3:回動側ユニット
4:トーションバネ
5:磁気検出素子
10:ハウジング
20:ホルダ
30:カバー部材
40:永久磁石
50:回動部材
53:バネ収容室(収容空間)
60:入力部材
61:アーム部(第1腕部)
62:レバー部(第2腕部)
66:根元部
71:第1端部(一端)
72:第2端部(他端)
X:回動中心
2:固定側ユニット
3:回動側ユニット
4:トーションバネ
5:磁気検出素子
10:ハウジング
20:ホルダ
30:カバー部材
40:永久磁石
50:回動部材
53:バネ収容室(収容空間)
60:入力部材
61:アーム部(第1腕部)
62:レバー部(第2腕部)
66:根元部
71:第1端部(一端)
72:第2端部(他端)
X:回動中心
Claims (4)
- 磁気検出素子を内装するハウジングと、前記ハウジングに支持されるホルダと、前記ハウジングに支持されるカバー部材とを有する固定側ユニットと、
前記磁気検出素子に対向して配置される永久磁石と、前記永久磁石を保持すると共に、前記ハウジングに対して回動可能に支持され、前記ホルダに収容される回動部材と、前記回動部材に支持され、回転力が入力される入力部材とを有する回動側ユニットと、
前記固定側ユニットと前記回動側ユニットとで形成される収容空間に収容され、前記固定側ユニットに対する前記回動側ユニットの回動方向の位置を所定の基準位置に戻すように付勢される筒状のトーションバネと、を備え、
前記トーションバネの一端が、前記固定側ユニットに係止され、
前記トーションバネの他端が、前記回動部材のうち、前記入力部材に対する前記回転力の入力解除時に、前記トーションバネの付勢力に応じて、前記入力部材に対する前記回転力の入力時に前記回動部材に作用する荷重の方向と一致する方向の荷重が作用する部位に係止される回転角検出センサ。 - 前記入力部材は、前記回動部材から径方向外側に延出する第1腕部と、前記第1腕部から前記回動部材の軸方向に沿って延出し、前記回転力が入力される第2腕部とを有して構成される請求項1に記載の回転角検出センサ。
- 前記トーションバネの他端は、前記回動部材の平面視において、前記回動部材における前記第1腕部の根元部と前記回動部材の回動中心とを結ぶ線上の部位のうち、前記根元部から見て前記回動中心よりも遠い側の部位であって、前記回動部材の側面視において、前記根元部よりも前記第2腕部が延出する側の部位で係止される請求項2に記載の回転角検出センサ。
- 前記トーションバネの他端は、前記回動部材の平面視において、前記回動部材における前記第1腕部の根元部と前記回動部材の回動中心とを結ぶ線上の部位のうち、前記根元部から見て前記回動中心よりも近い側の部位であって、前記回動部材の側面視において、前記根元部よりも前記第2腕部が延出する側とは反対側の部位で係止される請求項2に記載の回転角検出センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018230190A JP2020091257A (ja) | 2018-12-07 | 2018-12-07 | 回転角検出センサ |
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