JP3829331B2

JP3829331B2 - 角度検出器

Info

Publication number: JP3829331B2
Application number: JP2003053093A
Authority: JP
Inventors: 桂司鶴巻
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP2004264094A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検出体の動作角度を検出する角度検出器に関するものであって、例えば自動車のスロットルポジションセンサやステアリング角度センサに好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被検出体の動作角度を検出するものとして、例えば内燃機関のスロットルバルブの開度を検出するための角度検出器として、導電樹脂抵抗体の接点摺動による可変抵抗器型のスロットルポジションセンサが知られていた（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、前述の可変抵抗型の角度検出器は、導電樹脂抵抗体上にて接点を摺動させるものであるため、使用にともないその摺動部分で摩耗等の劣化が生じ、耐久寿命に限界があるといった問題があった。これを解決するために、磁気検知方式の非接触型の角度検出器があった（例えば、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭５９−４１７０８号公報
【特許文献２】
特開平２−２９８８０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる磁気検知方式の角度検出器は、非接触型であるため、耐久性が非常に高く、可変抵抗型のような問題はないが、磁電変換素子を用いて変化する磁束に応じた検出信号を出力するように構成しているために、外界における磁界の変化や電磁波等の影響を受けてしまうことによって誤った検出を行う虞があるため問題となっていた。
【０００６】
そこで、本発明は上述の問題点に着目してなされたものであって、外界から受ける影響を考慮して、信頼性の高い検出信号を出力することのできる角度検出器を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の角度検出器は、請求項１に記載のように、被検出体の回転に応じて主軸と、前記主軸ともに回転する磁束発生部材と、前記磁束発生部材の回転によって変化する磁束の大きさを検出する磁電変換素子と、前記磁電変換素子と前記磁束発生部材とを囲むように設けられるコイルばねと、を備えて前記被検出体の回転に応じた検出信号を出力する角度検出装置であって、前記コイルばねは、前記主軸の回転に対して弾性力を付与するとともに少なくとも配線あるいは端子を介してアース接続することによって前記磁電変換素子をシールドすることを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項２に記載したように、請求項１に記載の角度検出器において、前記磁電変換素子および前記コイルばねをそれぞれ電気的に接続する回路基板を備えてなり、前記回路基板の前記ホルダ当接面には、アース接続された銅箔パターンが形成されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項３に記載したように、請求項２に記載の角度検出器において、前記主軸を軸支するとともに前記磁電変換素子を前記回路基板上の所定位置に位置決め保持するホルダを備え、前記コイルばねは、前記主軸に形成される第１の位置決め部と前記ホルダに形成される第２の位置決め部とによってそれぞれ支持される第１，第２の端部を設けてなり、前記第２の位置決め部によって支持される前記第２の端部は、前記回路基板と電気的に接続してなることを特徴とするものである。
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、車両に搭載されるステアリングの回転角度を検出するための角度検出器について例に挙げて添付図面を用いて説明する。
【００１２】
本発明の角度検出器は、図１，図２において、ハウジング１と、主軸２と、磁束発生部材３と、コイルばね４と、ホルダ５と、磁電変換素子６と、回路基板７とから主に構成される。
【００１３】
ハウジング１は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の熱可塑性樹脂からなる筒状形状のものが適用できる。また、ハウジング１は、黄銅等の金属材料からなるカラー１ａがインサート成形された取付片１ｂをハウジング１の側端部に一体に形成されるとともに、凹部１ｃには、主軸２の一部を挿通するための孔部１ｄや各構成部品を固定支持するための段差が形成されている。
【００１４】
主軸２は、ポリアミド等の合成樹脂材にて形成でき、回転入力部２ａと、当接部２ｂと、収納部２ｃと、軸支部２ｄと、を設けてなり、ハウジング１とホルダ５によって回転可能に軸支されるように組み付けられる。回転入力部２ａは、ハウジング１の孔部１ｄにオーリング１ｅを介して挿通して軸支され、ハウジング１の外部に露出した部分が、被検出体となるステアリングに直接またはギア等の部材を介して接続されるもので、ステアリングの回転と同期して回転するものである。当接部２ｂは、ハウジング１に対して主軸２をスラスト方向に位置規制するためにハウジング１に当接するとともに、コイルばね４の位置を決定するための位置決め孔（第１の位置決め部）２ｅが形成されている。収納部２ｃは、磁束発生部材３を収納するために磁束発生部材３の形状に対応した凹形状に形成されている。軸支部２ｄは、ホルダ５の後述する軸受け部によって軸支できるように、主軸２の軸心上に前記軸受け部の形状に対応して凹形状に形成される。なお、収納部２ｃは、軸支部２ｄの周辺に設けられるものである。
【００１５】
磁束発生部材３は、プラスチックマグネット等からなるマグネットが適用でき、中空の筒状形状に形成されている。また、磁束発生部材３は、収納部２ｃに圧入して固定され、主軸２の回転とともに、主軸２の軸心の周りを回転するように設けられる。
【００１６】
コイルばね４は、例えば鉄等の導電性金属材料からなり、第１，第２の端部４ａ，４ｂが形成された円筒コイル状のばね部材（コイルスプリング）である。コイルばね４は、第１の端部４ａが主軸２の位置決め孔２ｅに挿通して支持され、第２の端部４ｂが後述するホルダ５の位置決め孔や回路基板７の接続孔を挿通し、ホルダ５の前記位置決め孔によって支持されることによって、主軸２のラジアル方向の回転に対して所定の基準方向（帰零位置方向）に弾性力を付与するものである。したがって、コイルばね４を装着することによって、主軸２に対して基準位置への復帰力が加わるため、主軸２に対する軸支部分のがたつきを防止することができ、またヒステリシスを低減することができる。また、コイルばね４は、そのコイル状部分が磁束発生部材３の周りを囲むようにして組み付けられる。
【００１７】
ホルダ５は、ポリアミド等の合成樹脂材にて形成でき、支持部５ａと、軸受け部５ｂと、突起部５ｃと、位置決め孔（第２の位置決め部）５ｄと、を設けてなる。支持部５ａは、磁電変換素子６を所定位置に位置決め保持するように、回路基板７側が開口する凹形状に形成される。軸受け部５ｂは、支持部５ａによる磁電変換素子６の支持位置を内蔵するように突出した円柱形状に形成されるもので、その側部と軸支部２ｄとが当接するようにして主軸２を軸支するものである。すなわち、図２に示すように、磁束発生部材５の中空部分に磁電変換素子６が配設される構造となる。突起部５ｃは、回路基板７の後述する固定孔の位置に対応して回路基板７との対向面側で複数箇所に突出するものである。
【００１８】
磁電変換素子６は、リード６ａを介して回路基板７と電気的に接続するとともに、ホルダ５に支持部５ａ内に挿入されることで位置決め保持される。したがって、図２に示すように、磁電変換素子６および磁束発生部材３とが主軸２やホルダ５を介してコイルばね４のコイル状部分内に配設される構造となる。また、磁電変換素子６は、ホールＩＣやＭＲ素子等が適応でき、磁気検出面と磁束発生部材３の着磁面（磁束発生部材３の内壁部）とが主軸２やホルダ５を介して対向するような所定位置に配設され、主軸２とともに回転する磁束発生部材５の回転に応じて変化する磁束の大きさを検出信号に変換して出力する。
【００１９】
回路基板７は、ガラスエポキシ樹脂等の合成樹脂材からなる両面実装基板であり、銅箔パターンにて形成される配線やランドを備えており、磁電変換素子６や抵抗やコンデンサ等の電子部品や、外部入出力用の端子７ａが半田接続によって実装される。また、回路基板７は、固定孔７ｂを複数設けており、ホルダ５の突起部５ｃが挿入されてから溶着されることによって、ホルダ５を正確に位置決めして固定することができる。また、回路基板７には、ホルダ５の位置決め孔５ｄ位置に対応して接続孔７ｃが設けられ、ホルダ５の位置決め孔５ｄに挿通されたコイルばね４の第２の端部４ｂが、接続孔７ｃを挿通し回路基板７に設けられたランドに半田接続される。なお、前記第２の端部４ｂに接続されたランドは、前記配線や端子７ａ等を介してアース接続（接地）されている。また、回路基板７のホルダ５当接面には、アース接続された銅箔パターンが形成されている。
【００２０】
以上の構成により、主軸の回転に応じた検出信号を出力することができる角度検出器となる。なお、図２に示すように、回路基板７の片面側（ハウジング１の凹部１ｃの開口側）には、エポキシやシリコーン等の充填部材８が充填され、ハウジング１内の各構成部品を気密的に保持できる。また、回路基板７面に水分や塵等が付着することを防止することができる。
【００２１】
かかる角度検出器は、被検出体となるステアリングの回転に応じて主軸２とともに回転する磁束発生部材３を設け、磁束発生部材３の回転によって変化する磁束の大きさを検出する磁電変換素子６によって、前記ステアリングの回転に応じた検出信号を出力する角度検出装置であって、磁電変換素子６と磁束発生部材３とを囲むように設けられ主軸２の回転に対して弾性力を付与するとともにアース接続された円筒状のコイルばね４を備えてなることによって、アース接続されたコイルばね４が磁電変換素子６をシールドする構成となり、電磁波等の外部影響が、磁電変換素子６を対して作用することを防止することができる。したがって、外界からの電磁波等の影響を受け難い構造となるため、信頼性の高い角度検出を行うことのできる角度検出器となる。また、磁電変換素子６をシールドするための専用の部品を設けなくてもよく、角度検出器の大型化することなく、または低コストにて上述の効果を得ることができる。
【００２２】
また、磁電変換素子６およびコイルばね４をそれぞれ電気的に接続する回路基板７を備えてなることによって、アース接続するための専用の回路を必要とせず、簡単な構成にてコイルばね４をアース接続することができる。
【００２３】
また、主軸２を軸支するとともに磁電変換素子６を回路基板７上の所定位置に位置決め保持するホルダ５を備え、コイルばね４は、主軸２に形成される第１の位置決め孔２ｅとホルダ５に形成される第２の位置決め孔５ｄとによってそれぞれ支持される第１，第２の端部４ａ，４ｂを設けてなり、第２の位置決め孔５ｄによって支持される第２の端部４ｂは、回路基板７と電気的に接続してなることによって、コイルばね４を支持する専用の部材を設けなくてもよく、簡単な構成にてコイルばね４をアース接続することができる。
【００２４】
また、回路基板７のホルダ５当接面には、アース接続された銅箔パターンが形成されてなることによって、前記銅箔パターンがコイルばね４とともに磁電変換素子６をシールドする構造となり、外界からの電磁波等の影響を受け難い構造となるため、信頼性の高い角度検出を行うことのできる角度検出器となる。
【００２５】
なお、本発明の実施の形態のコイルばね４は、回路基板７を挿通した後に半田接続することによって、アース接続するものを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図３に示すように、回路基板７０上にリセプタクルからなる弾性変形可能な接続端子７０ｄを設け、ホルダ５０の位置決め孔５０ｄを挿通したコイルばね４０の端部４０ｂと接続端子７０ｄとが接触することによって、コイルばね４０が回路基板７０に電気的に接続されて接地するものであってもよく、簡単にコイルばね４０を組み付けることができる構造となる。また、図３に示すような構造は、コイルばね４０がＳＵＳ等の半田接続に向かない材質からなる場合に有効である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、被検出体の回転に応じて主軸とともに回転する磁束発生部材を設け、前記磁束発生部材の回転によって変化する磁束の大きさを検出する磁電変換素子によって、前記被検出体の回転に応じた検出信号を出力する角度検出装置であって、外界から受ける影響を考慮して、信頼性の高い検出信号を出力することのできる角度検出器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の角度検出器を一部分解した断面図。
【図２】同上角度検出器の組み付け断面図。
【図３】他の実施の形態における同上角度検出器の変形箇所を図示した断面図。
【符号の説明】
２主軸
２ｅ位置決め孔（第１の位置決め部）
３磁束発生部材
４コイルばね
４ａ第１の端部
４ｂ第２の端部
５ホルダ
５ｄ位置決め孔（第２の位置決め部）
６磁電変換素子
７回路基板

Claims

被検出体の回転に応じて主軸と、前記主軸ともに回転する磁束発生部材と、前記磁束発生部材の回転によって変化する磁束の大きさを検出する磁電変換素子と、前記磁電変換素子と前記磁束発生部材とを囲むように設けられるコイルばねと、を備えて前記被検出体の回転に応じた検出信号を出力する角度検出装置であって、
前記コイルばねは、前記主軸の回転に対して弾性力を付与するとともに少なくとも配線あるいは端子を介してアース接続することによって前記磁電変換素子をシールドすることを特徴とする角度検出器。
前記磁電変換素子および前記コイルばねをそれぞれ電気的に接続する回路基板を備えてなり、前記回路基板の前記ホルダ当接面には、アース接続された銅箔パターンが形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の角度検出器。
前記主軸を軸支するとともに前記磁電変換素子を前記回路基板上の所定位置に位置決め保持するホルダを備え、前記コイルばねは、前記主軸に形成される第１の位置決め部と前記ホルダに形成される第２の位置決め部とによってそれぞれ支持される第１，第２の端部を設けてなり、前記第２の位置決め部によって支持される前記第２の端部は、前記回路基板と電気的に接続してなることを特徴とする請求項２に記載の角度検出器。