JP6485408B2 - 磁界検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁界検出装置に関する。

従来、磁界の向きに応じた信号を出力する磁界検出装置が知られている。
特許文献１に記載の磁界検出装置は、エンジンへの吸気量を制御する電子制御スロットルが備えるスロットルバルブの回転角を検出する回転角センサとして用いられている。この磁界検出装置は、電子制御スロットルのハウジングカバーと、そのハウジングカバーから延びる２本の支柱と、その２本の支柱の間に挿入された２個のＩＣパッケージとが樹脂体で一体にモールドされることにより構成されている。

特許第５５１７０８３号公報

特許文献１には、ＩＣパッケージが固定された金型に、紫外線硬化樹脂または加熱溶融したホットメルトを注入することが開示されている。しかし、注入された樹脂材料とＩＣパッケージとの線膨張差により、温度変化時にＩＣパッケージ内の磁気検出素子に応力が発生し、出力信号に誤差が生じるおそれがある。その結果、磁界検出装置によるスロットルバルブの回転角の検出精度が低下することが懸念される。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、温度変化時に発生する線膨張差に起因する応力を低減し、検出精度を高めることの可能な磁界検出装置を提供することを目的とする。

本発明の磁界検出装置は、ＩＣパッケージ（２０）、ターミナル（３０）および樹脂モールド体（４０）を備える。
ＩＣパッケージは、磁界の向きに応じた信号を出力する磁気検出素子（２１）と当該磁気検出素子に接続されたリードフレーム（２２）とが樹脂材（２３）によりモールドされている。ターミナルは、ＩＣパッケージのリードフレームが樹脂材から突出した箇所に接続されている。
樹脂モールド体は、基礎部（４１）および頭部（４２）を有し、ＩＣパッケージとターミナルの一部とをモールドする。基礎部は、台状に形成され、リードフレームとターミナルとの接続箇所を含む部分をモールドする。頭部は、基礎部からターミナルとは反対側に向かって突出し、ＩＣパッケージの磁気検出素子を含む部分をモールドする。

ここで、リードフレームに対し磁気検出素子側に位置する頭部の最大肉厚部の外壁面を「検出側基準面」（４８）とする。また、リードフレームに対し磁気検出素子側に位置するＩＣパッケージの外壁面を「素子対応面」（２４）とする。素子対応面は、樹脂モールド体のうち、素子対応面から検出側基準面までの厚さ（Ｔ４）より薄い肉厚（Ｔ３）を有する「検出側薄肉部」（４６）で覆われている。

これにより、温度変化時の線膨張差によって樹脂モールド体からＩＣパッケージの素子対応面に作用する応力が低減されるので、磁気検出素子の出力信号に誤差が生じることを抑制することができる。また、樹脂モールド体がＩＣパッケージとターミナルの一部とをモールドすることにより、それらの位置関係が固定されるので、磁界検出装置の検出精度を高めることができる。

ここで、樹脂モールド体が素子対応面をモールドしていない、すなわち、素子対応面が樹脂モールド体から露出している構成の場合、樹脂モールド体を形成する金型の内壁と素子対応面とが当接した状態で、樹脂モールド体を射出成形することが可能である。これにより、ＩＣパッケージの位置決めの精度が向上し、磁界検出装置の検出精度を高めることができる。
一方、素子対応面が樹脂モールド体の検出側薄肉部で覆われている構成の場合、樹脂モールド体を形成する金型の内壁と素子対応面とが当接していない状態で、樹脂モールド体が射出成形される。これにより、金型の要求精度を緩和することが可能である。

本発明の第１実施形態による磁界検出装置が用いられる電子制御スロットルの断面図である。 第１実施形態による磁界検出装置の斜視図である。 図２のＩＩＩ方向における磁界検出装置の正面図である。 図２のＩＶ方向における磁界検出装置の平面図である。 図３のＶ−Ｖ線の断面図である。 第１実施形態の磁界検出装置から出力される信号の特性図である。 本発明の第２実施形態による磁界検出装置の平面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線の断面図である。 本発明の第３実施形態による磁界検出装置の平面図である。 図９のＸ−Ｘ線の断面図である。 本発明の第４実施形態による磁界検出装置の平面図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線の断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。第３、第４実施形態が請求項に係る発明を実施するための形態に相当する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図６に示す。第１実施形態の磁界検出装置１は、例えば、車両のエンジンへの吸気量を制御する電子制御スロットル２に用いられる。磁界検出装置１は、電子制御スロットル２が備える被検出体としてのスロットルバルブ３の回転角に応じた信号を出力するものである。

先ず、電子制御スロットル２の概略構成を説明する。
図１に示すように、電子制御スロットル２は、スロットルバルブ３、ハウジング４、磁界形成部５、ハウジングカバー６および磁界検出装置１などを備えている。
ハウジング４には、エンジンに空気を導入する吸気通路７が形成されている。その吸気通路７に、略円板状に形成されたスロットルバルブ３が設けられる。スロットルバルブ３はバルブシャフト８に固定されている。そのバルブシャフト８の両端は、ハウジング４に回転可能に軸受けされている。これにより、スロットルバルブ３は、バルブシャフト８の中心を回転軸として回転可能である。
バルブシャフト８の一端にモータ９が取り付けられている。モータ９は、エンジンの電子制御装置（ＥＣＵ）１５の指令により駆動制御される。モータ９の駆動によりスロットルバルブ３の開度が制御され、エンジンに供給される吸気量が調節される。

バルブシャフト８の他端に有底筒状のホルダ１０が設けられている。ホルダ１０の径方向の内壁には、磁界形成部５を構成する２個の磁石１１，１２、および、その２個の磁石１１，１２を周方向に接続する図示していない２個のヨークが設けられている。２個の磁石１１，１２は、スロットルバルブ３の回転軸に対し径方向に向き合うように設けられ、一方のヨークにＮ極の磁束を与え、他方のヨークにＳ極の磁束を与える。これにより、ホルダ１０の内側を一方のヨークから他方のヨークに磁束が流れることで、スロットルバルブ３の回転軸に直交する方向に磁束が流れる磁界が形成される。スロットルバルブ３が回転すると、ホルダ１０の内側の磁界の向きが変化する。

ハウジング４の磁界形成部５側にハウジングカバー６がねじ１３などにより取り付けられている。
ハウジングカバー６は、樹脂により皿状に形成されている。ハウジングカバー６には、配線１４が固定されている。
磁界検出装置１は、ハウジングカバー６に固定され、その一部がホルダ１０の径内側に挿入される。図２から図５に示すように、磁界検出装置１は、ＩＣパッケージ２０とターミナル３０とが樹脂モールド体４０によりモールドされたものである。

ＩＣパッケージ２０は、磁界形成部５が形成する磁界の向きに応じた電圧信号を出力する。ターミナル３０は、ＩＣパッケージ２０と、上述したハウジングカバー６の配線１４とを電気的に接続する。樹脂モールド体４０は、ＩＣパッケージ２０とターミナル３０の一部とを樹脂モールドにより固定し、ＩＣパッケージ２０とターミナル３０との位置変動を抑制する。
ＩＣパッケージ２０から出力された信号は、ターミナル３０からハウジングカバー６の配線１４を経由してＥＣＵ１５に伝送される。ＥＣＵ１５は、車両の各部を制御する。

続いて、第１実施形態の磁界検出装置１を構成するＩＣパッケージ２０、ターミナル３０および樹脂モールド体４０について、図２から図６を参照して詳細に説明する。
ＩＣパッケージ２０は、磁気検出素子２１（図５参照）とリードフレーム２２とが樹脂材２３によりモールドされたものである。

磁気検出素子２１は、半導体集積回路であり、その中に、第１磁気検出部と第２磁気検出部が形成されている。なお、第１磁気検出部と第２磁気検出部は半導体集積回路の一部に形成されるものであるので図示していない。第１磁気検出部は、自らの磁気検出面を通過する磁束密度に応じた電圧信号を出力する。第２磁気検出部も、自らの磁気検出面を通過する磁束密度に応じた電圧信号を出力する。ここで、半導体集積回路において、第１磁気検出部の磁気検出面と第２磁気検出部の磁気検出面とは、直交するように形成されたものである。そのため、図６に示すように、第１磁気検出部と第２磁気検出部とは、所定の磁界の向きに対し、位相が互いに９０°ずれたｓｉｎ／ｃｏｓ波形の信号を出力する。
なお、図６の横軸は回転角を示し、縦軸は、ｓｉｎ／ｃｏｓ波の振幅を１としたときの信号出力を示す。また、図６では、第１磁気検出部の出力信号を実線Ｍで示し、第２磁気検出部の出力信号を破線Ｎで示している。

例えばＩＣパッケージ２０内の演算部は、第１磁気検出部が出力する信号をｓｉｎ波信号とし、第２磁気検出部が出力する信号をｃｏｓ波信号として、アークタンジェント演算を行い、スロットルバルブ３の回転角に応じたリニアな信号をＥＣＵ１５に出力する。その結果、磁界検出装置１は、スロットルバルブ３の回転角を正確に検出することが可能である。なお、他の実施形態では、ＥＣＵ１５内でアークタンジェント演算を行うようにしてもよい。

図３および図５に示すように、４本のリードフレーム２２は、いずれも磁気検出素子２１の面方向に沿って延伸するように配置されている。４本のリードフレーム２２と磁気検出素子２１とは、樹脂材２３の内側で、図示していないボンディングワイヤにより電気的に接続されている。
樹脂材２３は、４本のリードフレーム２２の一部と磁気検出素子２１とボンディングワイヤとをモールドしている。樹脂材２３は、衝撃、熱または湿気等から磁気検出素子２１等を保護している。

４本のリードフレーム２２はいずれも、その一端が樹脂材２３から突出している。樹脂材２３から突出した箇所において、４本のリードフレーム２２は、磁気検出素子２１の面方向に対しほぼ垂直に折り曲げられている。
ターミナル３０は、磁気検出素子２１の面方向に対しほぼ垂直に設けられている。上述した４本のリードフレーム２２はいずれもターミナル３０に溶接などにより電気的および機械的に接続している。なお、図５では、リードフレーム２２とターミナル３０との溶接箇所を符号３１で示している。

樹脂モールド体４０は、ＩＣパッケージ２０とターミナル３０とをモールドしている。
樹脂モールド体４０は、基礎部４１、頭部４２、検出側切欠部４３およびフレーム側切欠部４４を一体に有している。
基礎部４１は、台状に形成され、リードフレーム２２とターミナル３０との接続箇所を含む部分をモールドする。詳しくは、基礎部４１は、ＩＣパッケージ２０の磁気検出素子２１よりターミナル３０側の部分の樹脂材２３と、リードフレーム２２と、ターミナル３０の一部とをモールドしている。この基礎部４１により、リードフレーム２２とターミナル３０との溶接箇所３１およびリードフレーム２２が保護される。

頭部４２は、基礎部４１からターミナル３０とは反対側に向かって突出し、ＩＣパッケージ２０の磁気検出素子２１を含む部分をモールドする。詳しくは、頭部４２は、基礎部４１よりも断面積が小さく形成され、ＩＣパッケージ２０の磁気検出素子２１を含む部分の樹脂材２３をモールドしている。この頭部４２により、ＩＣパッケージ２０とターミナル３０との位置変動が抑制される。

ここで、リードフレーム２２に対し磁気検出素子側２１に位置する頭部４２の根元の最大肉厚部の外壁面を「検出側基準面４８」と称する。また、磁気検出素子２１に対しリードフレーム２２側に位置する頭部４２の根元の最大肉厚部の外壁面を「フレーム側基準面４７」と称する。さらに、樹脂材２３で構成されるＩＣパッケージ２０の外壁面のうち、リードフレーム２２に対し磁気検出素子２１側に位置するＩＣパッケージ２０の外壁面を「素子対応面２４」と称する。また、磁気検出素子２１に対しリードフレーム２２側に位置するＩＣパッケージ２０の外壁面を「フレーム対応面２５」と称する。

第１実施形態の樹脂モールド体４０は、ＩＣパッケージ２０の検出側基準面４８から素子対応面２４に向かって凹む検出側切欠部４３を有している。また、樹脂モールド体４０は、ＩＣパッケージ２０のフレーム側基準面４７からフレーム対応面２５に向かって凹むフレーム側切欠部４４を有している。
すなわち、樹脂モールド体４０は、ＩＣパッケージ２０の素子対応面２４およびフレーム対応面２５をモールドしていない。したがって、ＩＣパッケージ２０の素子対応面２４およびフレーム対応面２５は、いずれも樹脂モールド体４０から露出している。

上述した構成により、第１実施形態の磁界検出装置１は、次の作用効果を奏する。
（１）第１実施形態では、樹脂モールド体４０が検出側切欠部４３およびフレーム側切欠部４４を有することにより、ＩＣパッケージ２０の素子対応面２４およびフレーム対応面２５に対し、温度変化時に発生する線膨張差に起因する応力を低現することができる。したがって、磁気検出素子２１に形成された第１磁気検出部と第２磁気検出部から出力される信号に誤差が生じることを抑制することができる。その結果、磁界検出装置１の検出精度を高めることができる。

また、第１実施形態では、樹脂モールド体４０を射出成形する際、ＩＣパッケージ２０とターミナル３０とを挿入した金型の内壁とＩＣパッケージ２０の素子対応面２４およびフレーム対応面２５とを当接させた状態で、樹脂モールド体４０を射出成形することが可能である。これにより、ＩＣパッケージ２０の位置決めの精度が向上するので、磁界検出装置１の検出精度を高めることができる。

（２）第１実施形態では、樹脂モールド体４０は、ＩＣパッケージ２０の素子対応面２４をモールドしていない。すなわち、素子対応面２４は、樹脂モールド体４０から露出している。また、検出側基準面４８を含む頭部４２の最大肉厚部の肉厚は、ターミナル３０とＩＣパッケージ２０との位置変動を抑制可能な程度に設定されている。
これにより、磁界検出装置１は、温度変化時に発生する線膨張差に起因する応力を低現する構成と、ＩＣパッケージ２０とターミナル３０との位置変動を抑制する構成とを両立することが可能である。

（３）第１実施形態では、樹脂モールド体４０は、ＩＣパッケージ２０のフレーム対応面２５をモールドしていない。すなわち、フレーム対応面２５は、樹脂モールド体４０から露出している。これにより、磁界検出装置１は、温度変化時に発生する線膨張差に起因する応力を低現する構成とすることで、磁気検出素子２１から出力される信号に誤差が生じることを抑制することができる。
また、樹脂モールド体４０を射出形成する金型の内壁とＩＣパッケージ２０のフレーム対応面２５とを当接させた状態で、樹脂モールド体４０を射出成形することが可能である。これにより、ＩＣパッケージ２０の位置決めの精度が向上するので、磁界検出装置１の検出精度を高めることができる。

（４）第１実施形態では、磁気検出素子２１は、所定の磁界の向きに対し、位相が互いに９０°ずれた信号を出力する第１磁気検出部および第２磁気検出部を有する。
これにより、第１磁気検出部から出力される信号をｓｉｎ波信号とし、第２磁気検出部から出力される信号をｃｏｓ波信号として、アークタンジェント演算を行うことにより、リニアな信号を得ることができる。その結果、磁界検出装置１は、スロットルバルブ３の回転角を正確に検出することが可能である。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７および図８に示す。第２実施形態においても、第１実施形態と同様、樹脂モールド体４０は検出側切欠部４３を有し、素子対応面２４は、樹脂モールド体４０から露出している。ただし、第２実施形態では、ＩＣパッケージ２０のフレーム対応面２５は、厚さＴ１のフレーム側薄肉部４５で覆われている。すなわち、フレーム対応面２５は、比較的薄くモールドされている。この厚さＴ１は、フレーム側薄肉部４５による応力が磁気検出素子２１の出力に影響を与えない程度の厚さである。
これにより、温度変化時の線膨張差によって樹脂モールド体４０のフレーム側薄肉部４５からＩＣパッケージ２０のフレーム対応面２５を介して磁気検出素子２１に対して作用する応力が低減されるので、磁気検出素子２１の出力の精度を高めることができる。

また、フレーム側薄肉部４５より外側の箇所において、ＩＣパッケージ２０のフレーム対応面２５から頭部４２のフレーム側基準面４７までの厚さをＴ２とする。このとき、Ｔ１＜Ｔ２である。このように、頭部４２のフレーム側基準面４７までの厚さＴ２を厚くすることにより、ターミナル３０とＩＣパッケージ２０との位置変動を抑制することができる。

第２実施形態では、樹脂モールド体４０を射出成形する際、その金型の内壁とＩＣパッケージ２０のフレーム対応面２５とが当接していない状態で、樹脂モールド体４０を射出成形することが可能である。したがって、磁界検出装置１は、金型の要求精度を緩和することが可能である。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図９および図１０に示す。第３実施形態では、ＩＣパッケージ２０の素子対応面２４は、厚さＴ３の検出側薄肉部４６で覆われている。すなわち、素子対応面２４は、比較的薄くモールドされている。この厚さＴ３は、検出側薄肉部４６による応力が磁気検出素子２１の出力に影響を与えない程度の厚さである。
これにより、温度変化時の線膨張差によって樹脂モールド体４０の検出側薄肉部４６からＩＣパッケージ２０の素子対応面２４を介して磁気検出素子２１に作用する応力が低減されるので、磁気検出素子２１の出力の精度を高めることができる。

また、検出側薄肉部４６より外側の箇所において、ＩＣパッケージ２０の素子対応面２４から頭部４２の検出側基準面４８までの厚さをＴ４とする。このとき、Ｔ３＜Ｔ４である。このように、頭部４２の検出側基準面４８までの厚さＴ４を厚くすることにより、ターミナル３０とＩＣパッケージ２０との位置変動を抑制することができる。

第３実施形態では、樹脂モールド体４０を射出成形する際、その金型の内壁とＩＣパッケージ２０の素子対応面２４とが当接せず、且つ、金型の内壁とＩＣパッケージ２０のフレーム対応面２５とが当接していない状態で、樹脂モールド体４０を射出成形することが可能である。したがって、磁界検出装置１は、金型の要求精度を緩和することが可能である。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１１および図１２に示す。第４実施形態では、樹脂モールド体４０の頭部４２においてＩＣパッケージ２０のフレーム対応面２５を覆う部分の外壁面は、フレーム側基準面４７を延長した面である。そのため、フレーム対応面２５は、フレーム側基準面４７が定義される頭部４２の根元の最大肉厚部と同様に、比較的厚くモールドされている。

一方、第４実施形態においても、第３実施形態と同様、ＩＣパッケージ２０の素子対応面２４は、厚さＴ３の検出側薄肉部４６で覆われている。すなわち、素子対応面２４は、比較的薄くモールドされている。
これにより、温度変化時の線膨張差によって樹脂モールド体４０の検出側薄肉部４６からＩＣパッケージ２０の素子対応面２４を介して磁気検出素子２１に作用する応力が低減されるので、磁気検出素子２１の出力の精度を高めることができる。

第４実施形態においても、樹脂モールド体４０を射出成形する際、その金型の内壁とＩＣパッケージ２０の素子対応面２４とが当接せず、且つ、金型の内壁とＩＣパッケージ２０のフレーム対応面２５とが当接していない状態で、樹脂モールド体４０を射出成形することが可能である。したがって、磁界検出装置１は、金型の要求精度を緩和することが可能である。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、被検出体としてのスロットルバルブ３の回転角を検出する磁界検出装置１について説明した。これに対し、他の実施形態では、磁界検出装置１は、例えばアクセルペダルまたはクランクシャフト等の回転角を検出するものであってもよい。
このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した複数の実施形態を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・磁界検出装置
２０・・・ＩＣパッケージ ２１・・・磁気検出素子
２２・・・リードフレーム ２３・・・樹脂材
２４・・・素子対応面 ２５・・・フレーム対応面
３０・・・ターミナル
４０・・・樹脂モールド体
４１・・・基礎部４１ ４２・・・頭部
４５・・・フレーム側薄肉部 ４６・・・検出側薄肉部
４７・・・フレーム側基準面 ４８・・・検出側基準面

Claims (4)

1. 磁界の向きに応じた信号を出力する磁気検出素子（２１）と当該磁気検出素子に接続されたリードフレーム（２２）とが樹脂材（２３）によりモールドされたＩＣパッケージ（２０）と、
   前記ＩＣパッケージの前記リードフレームが前記樹脂材から突出した箇所に接続されたターミナル（３０）と、
   台状に形成され、前記リードフレームと前記ターミナルとの接続箇所を含む部分をモールドする基礎部（４１）、および、前記基礎部から前記ターミナルとは反対側に向かって突出し、前記ＩＣパッケージの前記磁気検出素子を含む部分をモールドする頭部（４２）を有し、前記ＩＣパッケージと前記ターミナルの一部とをモールドする樹脂モールド体（４０）と、
   を備え、
   前記リードフレームに対し前記磁気検出素子側に位置する前記頭部の最大肉厚部の外壁面を検出側基準面（４８）とすると、
   前記リードフレームに対し前記磁気検出素子側に位置する前記ＩＣパッケージの外壁面である素子対応面（２４）は、前記樹脂モールド体のうち、当該素子対応面から前記検出側基準面までの厚さ（Ｔ４）より薄い肉厚（Ｔ３）を有する検出側薄肉部（４６）で覆われている磁界検出装置。
2. 前記磁気検出素子に対し前記リードフレーム側に位置する前記ＩＣパッケージの外壁面であるフレーム対応面（２５）は、前記樹脂モールド体から露出している請求項１に記載の磁界検出装置。
3. 前記磁気検出素子に対し前記リードフレーム側に位置する前記頭部の最大肉厚部の外壁面をフレーム側基準面（４７）とすると、
   前記磁気検出素子に対し前記リードフレーム側に位置する前記ＩＣパッケージの外壁面であるフレーム対応面（２５）は、前記樹脂モールド体のうち、当該フレーム対応面から前記フレーム側基準面までの厚さ（Ｔ２）より薄い肉厚（Ｔ１）を有するフレーム側薄肉部（４５）で覆われている請求項１に記載の磁界検出装置。
4. 前記磁気検出素子は、所定の磁界の向きに対し、位相が互いに９０°ずれた信号を出力する第１磁気検出部および第２磁気検出部を有するものである請求項１から３のいずれか一項に記載の磁界検出装置。

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