JPH04248404A - スロットルポジションセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に装着される
スロットルポジションセンサに関し、特に強磁性磁気抵
抗素子を用いた無接触型のスロットルポジションセンサ
に係る。

【０００２】

【従来の技術】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。このようなスロットルポジショ
ンセンサに関し、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が利
用されており、シャフトの先端に装着された永久磁石に
対向するように磁気抵抗素子が配置されている。

【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６
２−２３７３０２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】上記公報に記載の回転
位置検出装置はスロットルポジションセンサに適用し得
る。然し乍ら、上記の回転位置検出装置の出力信号は１
８０°周期の正弦波信号であり、シャフトの回転角度に
対する出力信号の特性即ち出力特性は、リニアリティ即
ち直線的変化を示す部分が急峻であり、その範囲が狭い
。この範囲を外れると回転角度に対する出力変化が小さ
くなり、直線性が得られないというだけでなく検出精度
の低下が不可避となる。従って、上記回転位置検出装置
をスロットルポジションセンサとして利用する場合には
、アイドル域のようにスロットル開度即ち回転角度が小
さい領域では出力変化が緩やかであるため、的確なスレ
ショルドレベルを設定することが困難である。

【０００５】これに関し、バイアスマグネットを備えた
検出素子が知られており、強磁性磁気抵抗素子にバイア
ス磁界を加えることにより３６０°周期の正弦波信号が
得られることから、これをスロットルポジションセンサ
に用いれば、良好なリニアリティを確保することができ
る。然し乍ら、回転角度の小さいアイドル域を含めスロ
ットル開度を的確に検出するには一層広範囲のリニアリ
ティを確保することが望まれる。

【０００６】そこで、本発明は強磁性磁気抵抗素子を有
する無接触型のスロットルポジションセンサであって、
広範囲のリニアリティを有する出力特性のスロットルポ
ジションセンサを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のスロットルポジションセンサはスロットル
バルブに連動して回転するシャフトと、該シャフトを回
動自在に支持するハウジングと、該ハウジング内に収容
し前記シャフトの端部に対向するように配置する検出素
子であって、所定のパターン形状の強磁性磁気抵抗素子
を板面に付着した基板を有する検出素子と、前記シャフ
トの端部に装着し少くとも前記強磁性磁気抵抗素子を含
む磁界を形成する第１の磁石部材と、前記強磁性磁気抵
抗素子を介して前記第１の磁石部材と対向する位置に配
置する第２の磁石部材とを備え、該第２の磁石部材によ
り前記強磁性磁気抵抗素子に対しバイアス磁界を付与す
ると共に、該バイアス磁界の強さを前記検出素子の所期
の出力特性に応じて設定するようにしたものである。

【０００８】上記スロットルポジションセンサにおいて
、強磁性磁気抵抗素子に対する第２の磁石部材のバイア
ス磁界の強さを、第１の磁石部材の磁界の強さより大と
するとよい。尚、両者を同一の磁石材料で構成する場合
には、第２の磁石部材を強磁性磁気抵抗素子の表面積よ
り大の表面積を有する形状に形成するとよい。

【０００９】

【作用】上記の構成になるスロットルポジションセンサ
においては、スロットルバルブに連動してシャフトが回
転すると、第１の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、異方性磁気抵抗効果により抵抗値が変化し、
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
。

【００１０】この場合において、強磁性磁気抵抗素子に
は第２の磁石部材によりバイアス磁界が付与されている
ので、第１の磁石部材の磁界との合成磁界が形成され、
シャフトの回転角度に対する検出素子の出力特性は、第
１の磁石部材のみの場合に比し２倍の周期の正弦波信号
が得られることとなり広範囲のリニアリティが得られる
。そして、第２の磁石部材のバイアス磁界の強さを、検
出素子の出力信号の所期の出力特性に応じて、例えば出
力信号の変曲点に遅れもしくは進みが生ずるように設定
することにより、立上り部もしくは立下り部で一層広範
囲のリニアリティを有する出力特性が得られる。

【００１１】例えば強磁性磁気抵抗素子に対する第２の
磁石部材のバイアス磁界の強さを第１の磁石部材の磁界
の強さより大とすることにより上記広範囲のリニアリテ
ィを有する出力特性を設定することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１及び図２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。

【００１３】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。 尚、軸受４としては、本実施例では焼結含油軸受が用い
られているが、もちろんボールベアリング等を用いるこ
ととしてもよい。

【００１４】シャフト２の他端には本発明にいう第１の
磁石部材たるロータマグネット２０が固着され、ハウジ
ング３の他方の凹部３ｂ内に収容されている。ロータマ
グネット２０は環状の永久磁石でシャフト２の先端部に
嵌着され、シャフト２と一体となって回転する。

【００１５】そして、ロータマグネット２０に対向する
ように、磁気センサ１０が配設されている。磁気センサ
１０は、正方形の素子基板１１を有し、その板面に帯状
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１２という）
が付着されている。尚、素子基板１１の形状は正方形に
限らず、どのような形状であってもよい。

【００１６】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、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１
２ａは電源Ｖｃ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。

【００１７】磁気センサ１０はハイブリッドＩＣ基板３
０（以下、単にＩＣ基板３０という）に実装され、その
端部には複数のリード部材７が接続されている。リード
部材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、固
定され、この凹部３ｂは合成樹脂製のカバー９により密
閉されている。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。

【００１８】磁気センサ１０は図３に拡大して示したよ
うに、素子基板１１の一方の面に磁気抵抗素子１２が付
着され、他方の面にバイアスマグネット１３が付着され
て成る。磁気抵抗素子１２に接続される図示しないリー
ドはＩＣ基板３０に半田接合され、図３に示すように接
合部１４が形成されている。バイアスマグネット１３は
ロータマグネット２０と同一材料の永久磁石であり、磁
気抵抗素子１２の表面積より大きい表面積の正方形に形
成されている。尚、バイアスマグネット１３の形状は正
方形に限らず、長方形、円形等、種々の形状に形成し得
る。

【００１９】磁気抵抗素子１２はロータマグネット２０
とバイアスマグネット１３との間に位置し、両マグネッ
トの合成磁界が加えられる。この合成磁界の回転角（ｄ
ｅｇ）はロータマグネット２０の回転角（ｄｅｇ）に対
し図５に示すように変化する。図５において破線で示す
（ａ）の特性は、磁気抵抗素子１２に加えられるロータ
マグネット２０とバイアスマグネット１３の磁界の強さ
が同一の場合の特性で、実線で示す（ｂ）の特性は、磁
気抵抗素子１２に加えられるロータマグネット２０の磁
界の強さよりバイアスマグネット１３の磁界の強さの方
が大である場合の特性である。即ち、ロータマグネット
２０よりバイアスマグネット１３の磁界の強さを大とす
ると、合成磁界の回転角は、両マグネットの磁界の強さ
が同一である場合の特性（ａ）に比し、特性（ｂ）に示
すようにロータマグネット２０の回転角の変化に対し緩
やかに変化する部分と急激に変化する部分が形成される
。

【００２０】従って、上記（ａ）及び（ｂ）の特性に対
応して、図４に示す端子１２ａ，１２ｄ間の抵抗値Ｒ１
及び端子１２ｂ，１２ｃ間の抵抗値Ｒ３は図７に示すよ
うに変化する。同様に、図４に示す端子１２ｂ，１２ｄ
間の抵抗値Ｒ２及び端子１２ａ，１２ｃ間の抵抗値Ｒ４
は図８に示すように変化する。そして、端子１２ｄの出
力電圧をＶｓ１とし、端子１２ｃの出力電圧をＶｓ２と
して磁気センサ１０の出力を（Ｖｓ１−Ｖｓ２）とする
と、ロータマグネット２０の回転角に対する磁気センサ
１０の出力特性は、図６に実線で示す特性（ｂ）のよう
に、立上りが緩やかで立下りが急峻な出力特性となる。 逆に、立上りが急峻で立下りが緩やかな出力特性とする
場合には、磁気センサ１０の出力を（Ｖｓ２−Ｖｓ１）
とすればよい。

【００２１】而して、本実施例の磁気センサ１０の出力
は、図６に示すように、３６０°周期の正弦波信号とな
り、従来のロータマグネット２０のみの場合の出力特性
（１８０°周期）に比し２倍のリニア範囲が得られるの
みならず、バイアスマグネット１３が磁気抵抗素子１２
より大きく形成され、強いバイアス磁界が形成されてい
るので、合成磁界が変化すると変曲点に遅れが生じ、（
ｂ）の出力特性のように、立上り部分のリニア範囲が広
い出力特性に設定することができる。

【００２２】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によれば、図示しないスロットルバル
ブに連動して図４に示すレバー５が駆動されシャフト２
が軸受４内を回動する。このシャフト２の回動に応じ、
磁気センサ１０の磁気抵抗素子１２の抵抗値が変化する
。即ち、ロータマグネット２０が初期位置にあるときに
は、磁気抵抗素子１２の抵抗値が最小となっている。 そして、シャフト２の回転に伴い、ロータマグネット２
０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が変化するので、異方性磁気抵抗
効果により抵抗値が変化し、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る。

【００２３】そして、バイアスマグネット１３によりバ
イアス磁界が形成されているので、上述のようにロータ
マグネット２０の磁界との合成磁界が形成され、シャフ
ト２の回転角度に対する磁気センサ１０の出力特性は、
図６に示すように広範囲のリニアリティを有する特性と
なる。

【００２４】

【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、本発明のスロット
ルポジションセンサによれば、第２の磁石部材によりバ
イアス磁界が形成されており、このバイアス磁界の強さ
は磁気センサの所期の出力特性に応じて設定され、例え
ば強磁性磁気抵抗素子に対する第２の磁石部材のバイア
ス磁界の強さが第１の磁石部材の磁界の強さより大とさ
れているので、リニア範囲が広い出力信号が得られ、良
好なリニアリティを確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のスロットルポジションセン
サの縦断面図である。

【図２】本発明の一実施例のスロットルポジションセン
サのカバーを取り除いた状態の平面図である。

【図３】本発明の一実施例のスロットルポジションセン
サに収容される磁気センサ及びロータマグネットの拡大
横断面図である。

【図４】本発明の一実施例のスロットルポジションセン
サに用いられる磁気センサの底面図である。

【図５】本発明の一実施例の磁気センサにおけるロータ
マグネット回転角と合成磁界の回転角との関係を示す特
性図である。

【図６】本発明の一実施例の磁気センサの出力特性図で
ある。

【図７】本発明の一実施例の磁気センサにおけるロータ
マグネット回転角と抵抗値Ｒ１，Ｒ３の抵抗値との関係
を示す特性図である。

【図８】本発明の一実施例の磁気センサにおけるロータ
マグネット回転角と抵抗値Ｒ２，Ｒ４の抵抗値との関係
を示す特性図である。

【符号の説明】

１　　スロットルポジションセンサ ２　　シャフト，　　３　　ハウジング１０　　磁気セ
ンサ（検出素子） １１　　素子基板 １２　　強磁性磁気抵抗素子 １３　　バイアスマグネット（第２の磁石部材）２０　
　ロータマグネット（第１の磁石部材）３０　　ハイブ
リットＩＣ基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　スロットルバルブに連動して回転する
   シャフトと、該シャフトを回動自在に支持するハウジン
   グと、該ハウジング内に収容し前記シャフトの端部に対
   向するように配置する検出素子であって、所定のパター
   ン形状の強磁性磁気抵抗素子を板面に付着した基板を有
   する検出素子と、前記シャフトの端部に装着し少くとも
   前記強磁性磁気抵抗素子を含む磁界を形成する第１の磁
   石部材と、前記強磁性磁気抵抗素子を介して前記第１の
   磁石部材と対向する位置に配置する第２の磁石部材とを
   備え、該第２の磁石部材により前記強磁性磁気抵抗素子
   に対しバイアス磁界を付与すると共に、該バイアス磁界
   の強さを前記検出素子の所期の出力特性に応じて設定す
   るようにしたことを特徴とするスロットルポジションセ
   ンサ。