JP2023014624A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置検出の精度を向上できる位置検出装置を提供する。【解決手段】位置検出装置５は、可動体と連動する磁石の磁界をセンサチップ２０で検出することにより、可動体の位置を検出する。位置検出装置５は、電装品２１を搭載する筐体７を備えている。センサチップ２０は、この筐体７に直接実装されている。センサチップ２０は、筐体７に直接実装されるため、パッケージレスの構造となっている。【選択図】図４

Description

本発明は、可動体の位置検出を実行する位置検出装置に関する。

従来、４つの磁気抵抗素子をブリッジ状に組んだ磁気センサを用いて、可動体の位置を検出する位置検出装置が周知である（例えば、特許文献１参照）。この種の位置検出装置では、可動体に磁石が取り付けられ、可動体の位置に応じて磁石から磁気センサに付与される磁界が変化する。このときの磁界の変化を磁気センサで検出して、可動体の位置を判定する。

特開２００６－０４７２２８号公報

この種の位置検出装置では、位置検出の更なる精度向上のニーズが高い。
本発明の目的は、位置検出の精度を向上できる位置検出装置を提供することにある。

前記問題点を解決する位置検出装置は、可動体と連動する被検知部と、前記被検知部の位置に応じて出力が変化するセンサチップとを備えている構成であって、電装品を搭載する筐体に前記センサチップが実装されている。

本発明によれば、位置検出の精度を向上できる。

一実施形態の位置検出装置の構成図。 位置検出装置の斜視図。 位置検出装置の分解斜視図。 筐体の平面図。 図４のV－V線断面図。 センサチップ付近の拡大断面図。 従来の位置付けの位置検出装置におけるセンサ付近の拡大断面図。

以下、本開示の一実施形態を説明する。
図１に示すように、ユーザによって操作される操作対象１は、ユーザ操作に応じて動く可動体２が設けられている。操作対象１は、例えば、車両においてユーザの脚等によって踏み込み操作されるペダル装置であることが好ましい。この場合、可動体２は、例えば、車両に設けられた操作ペダル３である。操作ペダル３は、例えば、アクセルペダルやブレーキペダルなどが挙げられる。

図２及び図３に示すように、操作対象１は、可動体２の位置を検出する位置検出装置５を備えている。位置検出装置５は、装置本体６と、装置本体６に組み付けられる筐体７とを備えている。位置検出装置５は、装置本体６を介して操作対象１に組み付けられることが好ましい。装置本体６は、例えば、ねじ止め、カシメ固定などの種々の方法によって、操作対象１に組み付けられる。装置本体６及び筐体７は、例えば、樹脂製であることが好ましい。

図３に示すように、位置検出装置５は、可動体２と連動する被検知部８を備えている。位置検出装置５が磁気式の場合、被検知部８は、例えば、磁石９である。被検知部８は、装置本体６及び筐体７の間に収められるように配置される。被検知部８は、装置本体６の背面に配置されるブラケット１０を介して、可動体２と連結されている。ブラケット１０は、ピン１１を介して回転可能に装置本体６に取り付けられている。可動体２が操作ペダル３の場合、被検知部８は、操作ペダル３の踏み込み操作に応じて、ピン１１の軸心Ｌ１回りに回転する。

被検知部８の背面には、被検知部８に取り付けられたホルダ１２を介して付勢部材１３が取り付けられている。付勢部材１３は、例えば、コイルばねであることが好ましい。付勢部材１３は、ホルダ１２の両側に設けられた舌片１４（片方のみ図示）を介して、被検知部８を筐体７側に付勢する。被検知部８は、ホルダ１２を介してブラケット１０に連結されている。

装置本体６には、筐体７の組み付け先として穴部１５が凹設されている。筐体７は、外周面に複数設けられた係合突１６を、穴部１５の周縁に複数形成されたスリット１７に挿し込むことにより、装置本体６の穴部１５の内部に組み付けられる。

図４に示すように、位置検出装置５は、被検知部８の位置に応じて出力が変化するセンサチップ２０を備えている。センサチップ２０は、電装品２１を搭載する筐体７に実装されている。センサチップ２０は、被検知部８が磁石９の場合、磁石９から付与される磁界に応じた検出信号Ｓｔを出力する磁気センサである。センサチップ２０は、筐体７に直接実装されることにより、センサパッケージを有していない構造をとる。磁気センサは、例えば、ＭＲＥ（磁気抵抗素子）であることが好ましい。

センサチップ２０は、ＭＲＥ（磁気抵抗素子）の場合、磁気抵抗素子をブリッジ状に組んだ回路であることが好ましい。この場合、センサチップ２０は、例えば、２つの磁気抵抗素子を直列接続したハーフブリッジ回路を並列接続した回路であることが好ましい。センサチップ２０は、磁石９から付与される磁界の向きに応じた値の検出信号Ｓｔを出力する。

センサチップ２０は、位置検出の作動のセキュリティ性を確保するために、多重系（本例は、２重系）に設けられている。センサチップ２０は、２重系の場合、第１センサチップ２０ａ及び第２センサチップ２０ｂを含む。センサチップ２０を多重系とすることにより、仮に１つのセンサチップ２０に異常が発生しても、他の異常のないセンサチップ２０によって、正しい位置検出を可能にする。

電装品２１は、筐体７に搭載されている。このように、本例の電装品２１は、筐体７に直接搭載されている。電装品２１は、例えば、センサチップ２０の検出信号Ｓｔに基づき位置検出の処理を制御する制御ＩＣ（Integrated Circuit）２２を含む。電装品２１は、制御ＩＣ２１ａ以外には、例えば、電荷を貯めるコンデンサを含んでもよい。

センサチップ２０は、金属ワイヤによって配線するワイヤボンディング２３によって電装品２１に電気接続されている。本例の場合、センサチップ２０は、ワイヤボンディング２３を介して制御ＩＣ２２に電気接続されている。具体的には、第１センサチップ２０ａが第１ワイヤボンディング２３ａによって第１制御ＩＣ２２ａに接続され、第２センサチップ２０ｂが第２ワイヤボンディング２３ｂによって第２制御ＩＣ２２ｂに接続されている。

電装品２１は、筐体７に設けられたターミナル２５を介して、筐体７のコネクタ２４に電気接続されている。コネクタ２４は、例えば、位置検出装置５を外部と電気接続するための箇所である。

筐体７は、ターミナル２５がインサート成型されている。ターミナル２５は、電装品２１を外部と電気導通する部材である。本例の場合、筐体７は、例えば、ターミナル２５となるプレス材をセットし、金型を閉じて樹脂を射出することによって成型されることが好ましい。プレス材は、例えば、予め配線の経路が象られた金属板であることが好ましい。すなわち、ターミナル２５は、電流が流れる経路となる導通部２６と、導通部２６の経路を設定する複数のスリット２７とを有した形状となっている。ターミナル２５は、センサチップ２０及び電装品２１を、筐体７のコネクタ２４に電気接続する。

図１に示す通り、第１制御ＩＣ２２ａは、第１センサチップ２０ａから入力する検出信号Ｓｔ（第１検出信号Ｓt1）に基づき、可動体２の位置を判定する。また、第２制御ＩＣ２２ｂは、第２センサチップ２０ｂから入力する検出信号Ｓｔ（第２検出信号Ｓt2）に基づき、可動体２の位置を判定する。第１制御ＩＣ２２ａ及び第２制御ＩＣ２２ｂの各々は、位置判定の判定結果信号Ｓoutを、ターミナル２５を介してコネクタ２４から外部に出力する。

図３及び図４に示す通り、センサチップ２０及び電装品２１の少なくとも一方（本例は、両方）は、筐体７に凹設された収納部３０に収納されている。収納部３０は、筐体７の内部に形成されるとともに、中央寄りの位置に配置されている。

図５に示すように、収納部３０には、収納部３０内の部材を封止する封止材３１が充填されている。封止材３１は、例えば、シリコーンなどのゲル状素材によって形成されることが好ましい。収納部３０の開口３２には、収納部３０の内部を密閉するカバー３３が取り付けられている。カバー３３は、例えば、接着やレーザ溶着などによって、筐体７に取り付け固定されている。

図６に示すように、被検知部８は、筐体７と向き合うように筐体７に近接配置されている。センサチップ２０は、筐体７に設けられた第１凹部３６の内部（具体的には、凹みの底部）に配置されている。第１凹部３６は、円錐形に凹んだ形状（略すり鉢状）に形成されることが好ましい。被検知部８は、第１凹部３６を収納する第２凹部３７を有した形状に形成されている。第２凹部３７は、例えば、第１凹部３６の外面に沿った形状に形成されることが好ましく、本例の場合、円錐状に凹んだ形状に形成されている。

次に、本実施形態の位置検出装置５の作用について説明する。
図７に、従来の位置付けの位置検出装置５の構成を示す。従来の位置付けの位置検出装置５の場合、２重系のセンサ部４１が実装された基板４２が筐体７の内部に収納される構造をとる。センサ部４１は、パッケージ４３の内部にセンサチップ２０が内蔵された構造をとる。このため、センサチップ２０は、基板４２の厚み分、及び、パッケージ４３の厚み分、磁石９から離れた状態となってしまう。これにより、磁石９からセンサチップ２０に付与される磁界が弱くなってしまうので、位置検出を精度よく行うのに支障を来すことになる。

一方、図６に示すように、本例の場合、センサチップ２０を筐体７に直接実装する構造とした。このため、前述の基板４２が不要であり、かつパッケージ４３も不要となるため、その分、センサチップ２０を磁石９に近づけて配置することが可能となる。このため、磁石９からセンサチップ２０に対して強い磁界をかけることが可能となる。よって、位置検出装置５の位置検出の精度向上に寄与する。

また、センサチップ２０がパッケージレスであるので、センサチップ２０を磁石９の真下に配置することも可能となる。よって、このことも、位置検出装置５の位置検出の精度向上に一層寄与する。

さらに、筐体７に第１凹部３６を凹設してセンサチップ２０を配置し、この第１凹部３６を収納するように配置する第２凹部３７を被検知部８に設けた。この構造により、センサチップ２０を磁石９に極力近づけることが可能となる。よって、位置検出装置５の位置検出の精度向上に一層寄与する。

上記実施形態の位置検出装置５によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）位置検出装置５は、可動体２と連動する被検知部８と、被検知部８の位置に応じて出力が変化するセンサチップ２０とを備えている。位置検出装置５は、電装品２１を搭載する筐体７にセンサチップ２０が実装されている。

本例の構成によれば、電装品２１を搭載する筐体７にセンサチップ２０を直に搭載する構造をとるので、センサ構造をパッケージレスとすることが可能となる。これにより、パッケージ４３を備えない分だけ、センサチップ２０を被検知部８に近づけることが可能となるので、被検知部８の変化をセンサチップ２０で精度よく検出することが可能となる。よって、位置検出装置５の位置検出の精度を向上することができる。

（２）センサチップ２０を筐体７に直接実装する構造としたので、基板４２が不要となる。よって、部品点数の削減や、低コスト化に寄与する。また、部品点数が削減できれば、位置検出装置５の装置サイズの小型化にも寄与する。

（３）筐体７は、電装品２１を外部と電気導通するターミナル２５がインサート成型されている。この構成によれば、ターミナル２５が一体となった筐体７とすることが可能となるので、装置構成の簡素化に寄与する。

（４）電装品２１は、センサチップ２０の検出信号Ｓｔに基づき位置検出の処理を実行する制御ＩＣ２２を含む。この構成によれば、センサチップ２０のみならず制御ＩＣ２２も一体化された筐体７とすることが可能となる。

（５）センサチップ２０は、金属ワイヤによって配線するワイヤボンディング２３によって電装品２１に電気接続されている。この構成によれば、コストが低く、さらに配線自由度が高い方法によって、センサチップ２０を電装品２１に電気接続することができる。

（６）センサチップ２０及び電装品２１の少なくとも一方は、筐体７に凹設された収納部３０に収納されている。この構成によれば、センサチップ２０や電装品２１を凹状の収納部３０に収めた状態としておくことが加納となるので、損傷や脱落などを生じ難くすることができる。

（７）収納部３０には、収納部３０の内部を封止する封止材３１が充填されている。この構成によれば、収納部３０に収納されたセンサチップ２０や電装品２１を封止材３１によって保護することができる。

（８）収納部３０の開口３２には、収納部３０の内部を密閉するカバー３３が取り付けられている。この構成によれば、収納部３０の内部に異物が混入してしまうことを生じ難くすることができる。

（９）被検知部８は、筐体７と向き合うように筐体７に近接配置されている。この構成によれば、被検知部８とセンサチップ２０とを近づけて配置することが可能となるので、被検知部８の位置変化をセンサチップ２０で検出する際の精度の向上に寄与する。

（１０）センサチップ２０は、筐体７に設けられた第１凹部３６の内部に配置されている。被検知部８は、第１凹部３６を収納する第２凹部３７を有した形状に形成されている。この構成によれば、センサチップ２０を被検知部８に極力近づけることが可能となるので、被検知部８の位置変化をセンサチップ２０で検出する際の精度の向上に一層寄与する。

（１１）被検知部８は、磁石９である。センサチップ２０は、磁石９から付与される磁界に応じた検出信号Ｓｔを出力する磁気センサである。この構成によれば、磁気式の位置検出装置５において、位置検出の精度を向上することができる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・センサチップ２０を２つ設けた場合、例えば、一方から正弦波の検出信号Ｓｔを出力させ、他方から余弦波の検出信号Ｓｔを出力させ、これら検出信号Ｓｔの値の組み合わせから、可動体２の位置（回転位置）を検出してもよい。

・磁石９は、平面方向の片方がＮ極であり、もう片方がＳ極となった磁極パターンに限定されない。例えば、磁石９の周方向にＮ極及びＳ極が複数組並んだ磁極パターンでもよい。

・磁石９は、Ｎ極及びＳ極が磁石９の厚み方向に並んだ磁極パターンとしてもよい。
・センサチップ２０は、複数設けられることに限らず、１つのみとしてもよい。
・可動体２は、回転部材に限らず、例えば、直線往復動するスライド部材、支点回りに揺動する揺動部材としてもよい。

・電装品２１は、実施例以外の部材を適宜採用できる。
・ターミナル２５は、筐体７にインサート成型されていることに限定されない。例えば、別体のターミナル２５を筐体７に組み付ける構造としてもよい。

・センサチップ２０は、ワイヤボンディング２３によって電装品２１に電気接続されることに限らず、例えば、ターミナル２５の一部分によって電気接続されてもよい。このように、ス種の方法が適用可能である。

・センサチップ２０や電装品２１は、収納部３０に配置されることに限らず、筐体７に取り付けられるのであれば、どの箇所に配置されてもよい。
・封止材３１は、収納部３０の内部全体を埋める構成に限らず、例えば、センサチップ２０、電装品２１、ワイヤボンディング２３などをピンポイントで封止するように、スポット的に設けられてもよい。

・封止材３１は、筐体７から省略してもよい。
・カバー３３を筐体７に取り付ける場合、この取り付け方法は、種々の工法が適用できる。また、カバー３３を省略した構成としてもよい。

・第１凹部３６の形状は、凹み形状であれば、種々の形状に変更可能である。また、第２凹部３７も、第１凹部３６に合わせた形状であればよい。
・センサチップ２０は、磁気抵抗素子に限定されず、例えば、ホール素子に変更してもよい。

・位置検出装置５は、車載用に限定されず、他の機器や装置に使用可能である。
・本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

２…可動体、５…位置検出装置、７…筐体、８…被検知部、９…磁石、２０…センサチップ、２１…電装品、２２…制御ＩＣ、２３…ワイヤボンディング、２５…ターミナル、３０…収納部、３１…封止材、３２…開口、３３…カバー、３６…第１凹部、３７…第２凹部、Ｓｔ…検出信号。

Claims (10)

1. 可動体と連動する被検知部と、前記被検知部の位置に応じて出力が変化するセンサチップとを備えている位置検出装置であって、
   電装品を搭載する筐体に前記センサチップが実装されている位置検出装置。
2. 前記筐体は、前記電装品を外部と電気導通するターミナルがインサート成型されている
   請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記電装品は、前記センサチップの検出信号に基づき位置検出の処理を実行する制御ＩＣを含む
   請求項１又は請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記センサチップは、金属ワイヤによって配線するワイヤボンディングによって前記電装品に電気接続されている
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の位置検出装置。
5. 前記センサチップ及び前記電装品の少なくとも一方は、前記筐体に凹設された収納部に収納されている
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
6. 前記収納部には、前記収納部の内部を封止する封止材が充填されている
   請求項５に記載の位置検出装置。
7. 前記収納部の開口には、前記収納部の内部を密閉するカバーが取り付けられている
   請求項５又は請求項６に記載の位置検出装置。
8. 前記被検知部は、前記筐体と向き合うように前記筐体に近接配置されている
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の位置検出装置。
9. 前記センサチップは、前記筐体に設けられた第１凹部の内部に配置され、
   前記被検知部は、前記第１凹部を収納する第２凹部を有した形状に形成されている
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の位置検出装置。
10. 前記被検知部は、磁石であり、
    前記センサチップは、前記磁石から付与される磁界に応じた検出信号を出力する磁気センサである
    請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の位置検出装置。

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