JP3043529B2 - 回転角度センサ - Google Patents

回転角度センサ

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JP3043529B2 JP4296333A JP29633392A JP3043529B2 JP 3043529 B2 JP3043529 B2 JP 3043529B2 JP 4296333 A JP4296333 A JP 4296333A JP 29633392 A JP29633392 A JP 29633392A JP 3043529 B2 JP3043529 B2 JP 3043529B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シャフトの回転角度を
検出する回転角度センサに関し、特に強磁性磁気抵抗素
子を用いた無接触型の回転角度センサに係る。
【0002】
【従来の技術】近時、回転角度あるいは回転位置を検出
するセンサに関し、無接触機構を構成し、あるいはシャ
フトの慣性損失を小さくする等の要請から磁気センサの
利用が注目されている。この磁気センサには磁気抵抗素
子が用いられ、素子の板面がシャフトの先端に装着され
た永久磁石に対向するように配置されている。
【0003】上記磁気抵抗素子としては半導体磁気抵抗
素子と強磁性磁気抵抗素子が知られている。前者は半導
体の電気抵抗が磁界中で変化する性質を利用したもので
ある。後者は磁界中の強磁性体に関し磁化方向と電流方
向のなす角度によって抵抗が異方的に変化する性質を利
用したものである。これは異方性磁気抵抗効果と呼ば
れ、磁界の大きさによる負性磁気抵抗効果と区別され
る。即ち、通常の強磁性体にあっては、異方性磁気抵抗
効果により電流と磁化方向が平行になった時に抵抗が最
大となり、直交した時に最小となる。而して、この効果
を利用すべく基板の板面に薄膜の強磁性金属が折線状に
付着されて強磁性磁気抵抗素子が構成され、例えば特開
昭62−237302号公報に記載のように、強磁性磁
気抵抗素子がシャフトの端面とこの端面の対向位置の何
れか一方に設けられ、他方に永久磁石が設けられた回転
位置検出装置が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記公報に記載の磁気
センサに関し、強磁性磁気抵抗素子に対する永久磁石の
位置、即ち両者間の間隙を所定の値に設定する手段は開
示されておらず、実際に製造する場合には、基板の支持
部の公差、シャフト長さの公差、軸受長さの公差、軸受
の支持部の公差等が重畳されることになるので、上記の
間隙を所定の値に設定することは極めて困難でありバラ
ツキが生ずる。このような強磁性磁気抵抗素子と永久磁
石との間の間隙のバラツキは前者に対する磁束密度のバ
ラツキとなり、結局製品の性能のバラツキを惹起する。
【0005】そこで、本発明は強磁性磁気抵抗素子を有
する無接触型の回転角度センサにおいて、磁石部材の強
磁性磁気抵抗素子に対する相対位置精度を良好なものと
し、安定した出力特性を確保することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の回転角度センサは、基板の板面に強磁性磁
気抵抗素子を付着した検出素子と、該検出素子に対して
相対的に回転するシャフトと、該シャフトの端部に対し
軸方向に移動可能に装着し所定位置で前記シャフトに固
定する蓋体と、該蓋体と前記シャフトの端面との間に収
容し前記蓋体に密着させ、少くとも前記強磁性磁気抵抗
素子を含む磁界を形成する磁石部材とを備え、該磁石部
材と前記強磁性磁気抵抗素子との間の前記シャフトの軸
方向における所定の間隙に応じて前記蓋体を前記シャフ
トに圧入し、前記シャフトの軸方向の所定位置で固定す
るようにしたものである。
【0007】上記回転角度センサにおいて、更に、前記
磁石部材と前記シャフトの端面との間に介装し前記磁石
部材を前記蓋体方向に付勢する弾性部材を設けることと
してもよい。
【0008】
【作用】上記の構成になる回転角度センサにおいては、
シャフトが回転すると、磁石部材が検出素子に対して相
対的に回転する。この相対的な回転に応じ、検出素子の
強磁性磁気抵抗素子に対してこれを含む平行磁束の磁界
が変化するのでその抵抗値が変化し、検出素子からシャ
フトの回転に応じた信号が出力される。この場合におい
て、磁石部材は蓋体とシャフトの端面との間に収容さ
れ、例えば接着剤によって蓋体に密着され、この蓋体が
磁石部材と強磁性磁気抵抗素子との間のシャフトの軸方
向における所定の間隙に応じてシャフトに圧入され、シ
ャフトの軸方向の所定位置で固定されるように構成され
ているので、磁石部材の強磁性磁気抵抗素子に対する固
定位置が適切に調整され、相対位置精度は良好なものと
なる。而して、磁石部材の強磁性磁気抵抗素子に対する
相対位置変化に起因する誤差は小さく抑えられ、所期の
出力特性が得られる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の回転角度センサを内燃機関の
スロットルポジションセンサに適用した実施例について
図面を参照して説明する。電子制御燃料噴射装置を搭載
した内燃機関においては、スロットルポジションセンサ
が装着され、その出力信号が燃料噴射制御等に供されて
いる。このスロットルポジションセンサはスロットルバ
ルブシャフトに連結され、通常、スロットルバルブ開度
(以下、スロットル開度という)に応じて変化するスロ
ットル開度信号と、アイドル域か出力域かによりオンオ
フするアイドル信号が出力される。このスロットルポジ
ションセンサとして、無接触型の回転角度センサが用い
られている。
【0010】図1は本発明の一実施例に係るスロットル
ポジションセンサ1を示すもので、図示しないスロット
ルボデーに装着され、シャフト2が図示しないスロット
ルシャフトに連動して回動するように支持されている。
即ち、スロットルポジションセンサ1は隣接する二つの
凹部3a,3bを有する合成樹脂製のハウジング3を備
え、これらの凹部3a,3b間の隔壁3cに、軸受4を
介してシャフト2が回動自在に支持されている。尚、軸
受4はハウジング3と一体的に形成されて所定位置に固
定されており、凹部3a内の軸受4回りにはカラー24
が配設されている。
【0011】シャフト2の一端にはハウジング3の一方
の凹部3a内に収容されたレバー5が固着されており、
レバー5は図示しないスロットルシャフトに連結されて
いる。ハウジング3とレバー5との間にはリターンスプ
リング6が介装されており、レバー5が所定の初期位置
方向に付勢されている。従って、図示しないスロットル
バルブの開作動に伴い、スロットルシャフトに連動する
レバー5がリターンスプリング6の付勢力に抗して駆動
され、シャフト2が回動するように構成されている。シ
ャフト2の他端には本発明にいう磁石部材たるロータマ
グネット20が装着されている。尚、このロータマグネ
ット20の取付構造については後述する。
【0012】また、ハウジング3の他方の凹部3b内に
おいて、ロータマグネット20に対向する位置に、磁気
センサ10が配設されている。磁気センサ10は、矩形
の素子基板11を有し、その一方の面(図1の下方側の
面)に帯状のNi−Co合金等の薄膜強磁性合金から成
る強磁性磁気抵抗素子12(以下、単に磁気抵抗素子1
2という)が付着されている。この磁気抵抗素子12
は、その抵抗値変化率が、所定の磁束密度、例えば10
mTで飽和する性質を有する。尚、素子基板11の形状
は矩形に限らず、どのような形状であってもよい。
【0013】磁気抵抗素子12は高抵抗化を図るため帯
状の薄膜強磁性合金が折曲され、例えば図4に示すよう
なパターン形状に形成されている。磁気抵抗素子12の
パターンは長手方向が水平な素子を中心とするブロック
と長手方向が垂直な素子を中心とするブロックとが交互
に接続され、四つのブロックが構成されている。そし
て、各ブロック間の接続点には端子12a乃至12dが
形成されている。端子12a,12bは所謂電流端子
で、端子12aは電源に接続され、端子12bは接地さ
れている。端子12c,12dは所謂電圧端子であり、
これらから検出信号が出力される。更に、素子基板11
の他方の面(図1の上方側の面)には図1に示すバイア
スマグネット13が接着剤によって所定位置に固定され
ている。
【0014】上記のように構成された磁気センサ10
は、図1に示すようにハイブリッドIC基板30(以
下、単にIC基板30という)に実装され、その端部に
は複数のターミナル7が接続されている。ターミナル7
はハウジング3内に埋設されており、側方に延出してハ
ウジング3と一体にコネクタ8が形成されている。IC
基板30はハウジング3の凹部3b内に収容され、この
凹部3bはゴム製のシール部材19を介して合成樹脂製
のカバー9により密閉されている。そして、磁気センサ
10はIC基板30の一方の面に付着されるが、更にI
C基板30全体を合成樹脂によりモールドすることとし
てもよい。而して、磁気抵抗素子12にはロータマグネ
ット20とバイアスマグネット13の両マグネットの合
成磁界が印加されるところとなる。尚、IC基板30に
は磁気センサ10の出力信号を処理する検出回路素子等
が実装されているが、周知であるので説明は省略する。
【0015】上記ロータマグネット20はシャフト2に
対し以下に説明するように装着され、シャフト2と一体
となって回転するように構成されている。即ち、シャフ
ト2の先端部には軸方向に凹部2aが形成されており、
シャフト2の他方の端部にレバー5等が組付けられた
後、軸受4内に挿入され、レバー5がカラー24に当接
した状態で支持される。シャフト2がこのように支持さ
れた状態で、凹部2aに圧縮スプリング21が収容さ
れ、その上にロータマグネット20が収容される。ま
た、環状の皿ばね23がシャフト2回りに嵌合され軸受
4に着座する。そして、ロータマグネット20の頂部に
嫌気性の接着剤が塗布された後、有底筒体形状の蓋体2
2がシャフト2に圧入される。これにより、ロータマグ
ネット20は圧縮スプリング21によって蓋体22の底
面に押圧された状態となり、蓋体22に強固に接着され
る。
【0016】この場合において、ハウジング3に固着さ
れた軸受4回りにはカラー24が装着され、蓋体22と
軸受4との間には皿ばね23が介装されているので、蓋
体22の圧入によりシャフト2は、レバー5及びカラー
24を介して、ハウジング3に対する軸方向の移動が規
制されると共に、皿ばね23によって、軸受4ひいては
ハウジング3に対し、これから離隔する方向(図1の上
方)に付勢された状態となる。
【0017】而して、IC基板30を例えば所定厚さの
シム板(図示せず)を介して、蓋体22の頂面が支持面
3dと同一面となるまで、即ちIC基板30がハウジン
グ3の支持面3dに当接するまで押圧し、蓋体22をシ
ャフト2に圧入することにより、蓋体22の頂面とIC
基板30の下面との間隙が上記シム板の所定厚さと等し
い値となる位置で蓋体22がシャフト2に固定される。
このとき、例えば軸受2等の寸法にばらつきがあっても
圧縮スプリング21によって吸収されるので、蓋体22
とIC基板30との間隙、ひいてはロータマグネット2
0と磁気抵抗素子12との間隙は所定の値に保持され
る。
【0018】このように、本実施例によれば特別な治具
を必要とすることなく、蓋体22をIC基板30に対し
所定の間隙を以て対峙するように配設することができ
る。尚圧縮スプリング21を設けることなく、予め接
着剤によってロータマグネット20を蓋体22の底部に
接着しておくこととしてもよい。
【0019】以上の構成になる本実施例のスロットルポ
ジションセンサ1において、図示しないスロットルバル
ブに連動して図1に示すレバー5が駆動されシャフト2
が軸受4内で回動する。このシャフト2の回動に伴いロ
ータマグネット20による磁界も回転し、磁気抵抗素子
12に対してこれを含む平行磁束の磁界の方向が変化す
る。即ち、ロータマグネット20の磁界とバイアスマグ
ネット13のバイアス磁界との合成磁界の方向が変化す
る。
【0020】而して、異方性磁気抵抗効果により磁気抵
抗素子12の四つのブロックの抵抗値R1乃至R4が変
化し、磁気センサ10からシャフト2の回転に応じた信
号が出力され、シャフト2の回転角に対する磁気センサ
10の出力特性は、広範囲のリニアリティを有する特性
となる。特に本実施例によれば、蓋体22のシャフト2
に対する軸方向の圧入固定位置が、ロータマグネット2
0と磁気抵抗素子12との間のシャフト2の軸方向の
定の間隙に応じて調整されるので、ロータマグネット2
0の磁気抵抗素子12に対する相対位置変化に起因する
誤差は小さく抑えられ、所期の出力特性が得られる。
【0021】
【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で以下に記載の効果を奏する。即ち、本発明の回転角度
センサにおいては、磁石部材が蓋体に密着され、磁石部
材と強磁性磁気抵抗素子との間のシャフトの軸方向にお
ける所定の間隙に応じて蓋体がシャフトに圧入され、シ
ャフトの軸方向の所定位置で固定されるように構成され
ているので、磁石部材の強磁性磁気抵抗素子に対する相
対位置精度は良好なものとなる。而して、磁石部材の装
着位置の変動による出力特性の変化を防止することがで
き、安定した出力特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の回転角度センサの一実施例に係るスロ
ットルポジションセンサの縦断面図である。
【図2】本発明の一実施例に用いられる蓋体の平面図で
ある。
【図3】本発明の一実施例におけるシャフト先端部の拡
大断面図である。
【図4】本発明の一実施例における素子基板に実装され
た強磁性磁気抵抗素子の平面図である。
【符号の説明】
2 シャフト 10 磁気センサ(検出素子) 11 素子基板(基板) 12 強磁性磁気抵抗素子 13 バイアスマグネット 20 ロータマグネット(磁石部材) 21 圧縮スプリング 22 蓋体 23 皿ばね 30 ハイブリットIC基板

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の板面に強磁性磁気抵抗素子を付着
    した検出素子と、該検出素子に対して相対的に回転する
    シャフトと、該シャフトの端部に対し軸方向に移動可能
    に装着し所定位置で前記シャフトに固定する蓋体と、該
    蓋体と前記シャフトの端面との間に収容し前記蓋体に密
    着させ、少くとも前記強磁性磁気抵抗素子を含む磁界を
    形成する磁石部材とを備え、該磁石部材と前記強磁性磁
    気抵抗素子との間の前記シャフトの軸方向における所定
    の間隙に応じて前記蓋体を前記シャフトに圧入し、前記
    シャフトの軸方向の所定位置で固定するようにしたこと
    を特徴とする回転角度センサ。
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