JPH04339207A - 回転角度センサ - 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、例えば内燃機関のスロ
ットル弁の開度を検出するスロットル開度センサに用い
られる回転角度センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、実開昭５９−４１７０８号公
報においては、スロットル弁の回転に応じて基板の抵抗
体上で接点を摺動させて電気抵抗値を変えることによっ
て、スロットル弁の回転角度を検出する回転角度センサ
（以下従来技術と呼ぶ）が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術に
おいては、抵抗体と接点とが摺動することにより抵抗体
と接点との接触部分が摩耗するという不具合があった。 なお、抵抗体と接点との接触部分を耐摩耗性材料で被覆
することは、抵抗体と接点とに必要な電気的特性を得る
ために困難であった。さらに、抵抗体と接点との接触部
分に油等の潤滑剤を使用する場合にも制約があった。こ
の結果、抵抗体と接点との接触部分が摩耗することによ
って、その接触部分から電気ノイズが発生したり、抵抗
体や接点の耐久寿命が短くなるという課題があった。本
発明は、電気ノイズの発生を防ぎ、さらに耐久寿命を長
くした回転角度センサの提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】（請求項１）本発明は、
被測定物に連動して回転する回転軸と、一端部が前記回
転軸に連結するとともに、前記回転軸の変位に応じて軸
方向に変位する板ばねと、この板ばねの他端部を固定す
る固定部材と、前記板ばねの表面に配され、前記板ばね
の軸方向への歪量に基づいて回転角度信号を出力する歪
ゲージとを備えた技術手段を採用した。

【０００５】（請求項２）本発明は、被測定物に連動し
て回転する回転軸と、一端部が前記回転軸に連結すると
ともに、前記回転軸の変位に応じて回転方向に変位する
板ばねと、この板ばねの他端部を固定する固定部材と、
前記板ばねの表面に配され、前記板ばねの回転方向への
歪量に基づいて回転角度信号を出力する歪ゲージとを備
えた技術手段を採用した。

【０００６】

【作用】（請求項１）本発明は、被測定物に連動して回
転軸が回転すると、その回転軸に一端部が連結され、他
端部が固定部材に固定された板ばねが、回転軸の変位に
応じて軸方向に歪む。このため、板ばねの表面に配され
た歪ゲージが板ばねの軸方向への歪量に基づいて回転角
度信号を出力することによって、被測定物の回転角度が
検出される。

【０００７】（請求項２）本発明は、被測定物に連動し
て回転軸が回転すると、その回転軸に一端部が連結され
、他端部が固定部材に固定された板ばねが、回転軸の変
位に応じて回転方向に歪む。このため、板ばねの表面に
配された歪ゲージが板ばねの回転方向への歪量に基づい
て回転角度信号を出力することによって、被測定物の回
転角度が検出される。

【０００８】

【実施例】本発明の回転角度センサを図１ないし図１０
に示す実施例に基づき説明する。図１および図２は本発
明の第１実施例を示し、回転角度センサを示した図であ
る。この回転角度センサ１は、内燃機関（図示せず）の
吸入空気量を制御するスロットル弁（図示せず）の回転
角度を検出するスロットル開度センサとして用いられる
。また、回転角度センサ１は、回転軸２、板ばね３、ハ
ウジング４および歪ゲージ５を備える。

【０００９】回転軸２は、ハウジング４に軸受６を介し
て回転自在に支持されている。なお、軸受６のクリアラ
ンスのばらつきを抑えることによって、回転軸２の回転
角度の精度を確保できる。この回転軸２は、一端部の外
周面に螺旋状に形成された溝部７を形成し、他端部がス
ロットル弁の回転方向の変位を受けるアウターレバー８
内に埋設されたフランジ板９にかしめ等により連結され
ている。また、フランジ板９とハウジング４との間には
、アウターレバー８を変位位置から初期位置に戻すリタ
ーンスプリング１０が装着されている。

【００１０】板ばね３は、延長方向に平らな面を持つ弾
性材料により形成され、一端部に溝部７内を摺動する環
状の当接部１１を形成し、他端部がハウジング４に固定
されている。この板ばね３は、回転軸２が回転すること
によって溝部７に案内されて回転軸２の軸方向に変位す
る。なお、当接部１１は、内周部分が溝部７に当接した
状態で溝部７に案内されているので、板ばね３のがたつ
きや、振動を抑えることができる。

【００１１】ハウジング４は、樹脂製で、内部に電子制
御回路を付設した基板１２を固定し、図示上部に蓋部材
１３が嵌め合わされている。また、ハウジング４は、歪
ゲージ５と電子制御回路とを接続する複数のリード線１
４を設けたホルダー１５を固定している。なお、基板１
２に付設された電子制御回路は、歪ゲージ５から出力さ
れた電気信号を増幅、温度補償、オフセットおよびゲイ
ン調整等を行ってターミナル１６を介してコネクタ１７
から内燃機関用出力制御装置（図示せず）に制御信号を
送る。そして、ホルダー１５は、本発明の固定部材であ
って、板ばね３の他端部を嵌め込んだ状態で板ばね３の
他端部を固定する。

【００１２】歪ゲージ５は、例えば、（ア）厚さ数ミク
ロンの金属箔（主に銅ニッケル合金）を樹脂フィルムの
ベース上に接着し、任意のパターンでエッチング加工し
たものを板ばね３に貼り付けたもの、（イ）厚さ０．１
〜数ミクロンの金属系薄膜を樹脂等の絶縁体のフィルム
に真空成膜したものを板ばね３に貼り付けたもの、（ウ
）板ばね３上に絶縁膜を介して金属系薄膜を直接真空成
膜により被着したもの、のいずれかの方法により形成さ
れている。そして、歪ゲージ５は、板ばね３の歪量の変
化を電気抵抗値変化として検出して、その電気抵抗値に
応じた回転角度信号（例えば電圧値）に変換して基板１
２に配設されている電子制御回路に送る。

【００１３】この回転角度センサ１の作用を図１および
図２に基づき説明する。スロットル弁の回転変位は、ア
ウターレバー８を介して回転軸２に伝わる。そして、回
転軸２の一端部の外周に形成された螺旋状の溝部７内に
板ばね３の一端部に設けられた当接部１１が当接し、他
端部がハウジング４に固着されたホルダー１５に固定さ
れているので、回転軸２の回転に伴い板ばね３の一端部
が回転軸２の軸方向に変位する。この板ばね３の一端部
の軸方向の変位により生ずる板ばね３の歪量を板ばね３
の表面に被着された歪ゲージ５で回転角度信号に変換す
る。この回転角度信号は、歪ゲージ５の出力端子よりリ
ード線１４を通って基板１２に付設された電子制御回路
に送られる。そして、この電子制御回路において、回転
角度信号が増幅、温度補償、オフセットおよびゲイン調
整されて、コネクタ１７から内燃機関用出力制御装置（
図示せず）に出力される。

【００１４】したがって、板ばね３の一端部が回転軸２
の溝部７に当接した状態で嵌め合わされ、他端部がホル
ダー１５に固定されたものは、回転軸２の一端部と板ば
ね３の一端部との当接部分に耐摩耗性に優れた材料を使
用できるため、摩耗を抑制できるので耐摩耗性が向上し
、耐久寿命を長くすることができる。さらに、この回転
角度センサ１は、従来技術のように回転するものと固定
されているものとの間に電気的な接続がなされていない
ので、仮に回転軸２の一端部と板ばね３の一端部との当
接部分が摩耗しても電気ノイズが発生することはない。

【００１５】図３は本発明の第２実施例を示し、回転角
度センサ２０の主要部を示した図である。この実施例の
回転軸２１は、筒状を呈し、内周にめねじ２２を形成し
ている。一方、板ばね２３は、一端部に、外周にめねじ
２２に噛み合うおねじ２４を形成したスラスト軸２５を
有し、他端部がホルダー２６に固定されている。なお、
この実施例では、回転軸２１が回転するとスラスト軸２
５が軸方向に変位して、その変位による板ばね２３の軸
方向の歪量を歪ゲージ２７で検出する。

【００１６】図４は本発明の第３実施例を示し、回転角
度センサ３０の主要部を示した図である。この実施例の
回転軸３１は、端面に螺旋状の溝部３２を形成したイン
ナーレバー３３を一体的に設けている。一方、板ばね３
４は、一端部に溝部３２内を摺動するガイド軸３５を有
し、他端部がホルダー３６に固定されている。なお、こ
の実施例では、回転軸３１が回転するとガイド軸３５が
溝部３２に沿って回転方向に変位する。そして、その変
位により板ばね３４が回転方向に変位して、その板ばね
３４の歪量が歪ゲージ３７で検出される。

【００１７】図５および図６は本発明の第４実施例を示
し、回転角度センサ４０を示した図である。第１実施例
と同一構造物は同番号を付す。この実施例の回転軸４１
は、一端部の外周に、径方向に突出した突出部４２を形
成したインナーレバー４３を嵌合している。一方、板ば
ね４４は、一端部がインナーレバー４３の突出部４２の
先端部にビス４５と取付金具４６とによるビス止め、あ
るいはかしめ等により固定され、他端部がホルダー４７
に固定されている。なお、この実施例では、回転軸４１
が回転すると、板ばね４４が回転方向に変位して、その
板ばね４４の歪量が歪ゲージ４８で検出される。そして
、板ばね４４の両端部がともに固定されたものは、摺動
箇所が全くなく、摩耗を防止できるので耐久寿命を長く
することができる。

【００１８】図７は本発明の第５実施例を示し、回転角
度センサ５０の主要部を示した図である。この実施例の
回転軸５１は、一端部に、外形形状が楕円形状のインナ
ーレバー５２を固定している。一方、板ばね５３は、一
端部がインナーレバー５２の曲面状の外周面５４にビス
５５によるビス止め等により固定され、他端部がホルダ
ー５６に固定されている。なお、この実施例では、回転
軸５１が回転すると、板ばね５３が回転方向に変位して
、その板ばね５３の歪量が歪ゲージ５７で検出される。 また、インナーレバー５２の外形形状を任意に変更する
ことによって、回転角度に対する歪量の特性、すなわち
、歪ゲージ５７の出力特性を任意に設定することができ
る。

【００１９】図８は本発明の第６実施例を示し、回転角
度センサ６０の主要部を示した図である。この実施例の
回転軸６１は、一端部に、径方向に突出したビス、ねじ
等の軸部６２を固定している。一方、板ばね６３は、一
端部が渦巻き状の弾性体であるワイヤー６４を介して軸
部６２に固定され、他端部がホルダー６５に固定されて
いる。なお、この実施例では、回転軸６１が回転すると
、板ばね６３が回転方向に変位して、その板ばね６３の
歪量が歪ゲージ６６で検出される。また、回転軸６１と
板ばね６３の一端部とを螺旋状のワイヤー６４で連結す
ることによって被測定物が１回転以上回転するものでも
回転角度を検出することができる。

【００２０】図９は本発明の第７実施例を示し、回転角
度センサ７０の主要部を示した図である。この実施例の
回転軸７１は、一端部に、外形形状が異形形状のインナ
ーレバー７２を固定している。一方、板ばね７３は、一
端部がインナーレバー７２の曲面状の外周面７４に当接
し、他端部がホルダー７５に固定されている。なお、こ
の実施例では、回転軸７１が回転すると、板ばね７３が
回転方向に変位して、その板ばね７３の歪量が歪ゲージ
７６で検出される。また、インナーレバー７２の外形形
状を任意に変更することによって、回転角度に対する歪
量の特性、すなわち、歪ゲージ７６の出力特性を任意に
設定することができる。さらに、インナーレバー７２の
外周面７４と板ばね７３の一端部とが当接しているため
両者が摩耗する可能性があるが、この当接箇所を耐摩耗
性に優れた材料で被覆することによって耐久性の低下を
抑えることができる。

【００２１】図１０は本発明の第８実施例を示し、回転
角度センサ８０の主要部を示した図である。この実施例
の回転軸８１は、一端部に、円板形状のインナーレバー
８２を固定している。このインナーレバー８２の端面か
らは、軸方向に突起部８３が突出している。一方、板ば
ね８４は、一端部がインナーレバー８２の突起部８３の
外周面に当接し、他端部がホルダー８５に固定されてい
る。なお、この実施例では、回転軸８１が回転すると、
板ばね８４が回転方向に変位して、その板ばね８４の歪
量が歪ゲージ８６で検出される。また、突起部８３の設
置位置をインナーレバー８２の端面上で任意に変更する
ことによって、回転角度に対する歪量の特性、すなわち
、歪ゲージ８６の出力特性を任意に設定することができ
る。さらに、インナーレバー８２の突起部８３と板ばね
８４の一端部とが当接しているため両者が摩耗する可能
性があるが、この当接箇所を耐摩耗性に優れた材料で被
覆することによって耐久性の低下を抑えることができる
。

【００２２】（変形例）本実施例では、板ばねとして延
長方向に平らな面を持つ板ばねを採用したが、延長方向
に曲面を持つ渦巻きばねを採用しても良い。なお、この
場合には、渦巻きばねの曲面上に歪ゲージを配置する構
造となるため、製造時に曲面に歪ゲージを成膜または貼
り付けることが困難であり、仮にできたとしても作業性
が悪くコスト高となるので、本実施例のような延長方向
に平らな面を持つ板ばねを採用することが望ましい。本
実施例では、固定部材としてハウジング４に固定された
ホルダー１５を用いたが、板ばね３の他端部を直接ハウ
ジング４に固定しても良い。なお、この場合には、ハウ
ジング４の複雑な成形型に板ばねやターミナルを同時に
インサート成形することになるので、成形が難しい。こ
のため、本実施例のように単純形状のホルダー１５に板
ばね３の他端部をインサート成形等の方法で固定する方
が製造が容易である。本実施例では、本発明をスロット
ル開度センサに利用したが、空気調和装置のエアミック
スダンパの開度を検出するダンパ開度センサや、ロボッ
トの腕等の器具の回転角度を検出する回転角度センサに
利用しても良い。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、電気ノイズの発生を防止でき
、且つ耐久寿命の長い回転角度センサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例にかかる回転角度センサを示した断
面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】第２実施例にかかる回転角度センサの主要部を
示した断面図である。

【図４】第３実施例にかかる回転角度センサの主要部を
示した断面図である。

【図５】第４実施例にかかる回転角度センサを示した断
面図である。

【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。

【図７】第５実施例にかかる回転角度センサの主要部を
示した断面図である。

【図８】第６実施例にかかる回転角度センサの主要部を
示した断面図である。

【図９】第７実施例にかかる回転角度センサの主要部を
示した断面図である。

【図１０】第８実施例にかかる回転角度センサの主要部
を示した断面図である。

【符号の説明】

１　　回転角度センサ ２　　回転軸 ３　　板ばね ５　　歪ゲージ １５　　ホルダー（固定部材）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（ａ）被測定物に連動して回転する回
   転軸と、（ｂ）一端部が前記回転軸に連結するとともに
   、前記回転軸の変位に応じて軸方向に変位する板ばねと
   、（ｃ）この板ばねの他端部を固定する固定部材と、（
   ｄ）前記板ばねの表面に配され、前記板ばねの軸方向へ
   の歪量に基づいて回転角度信号を出力する歪ゲージとを
   備えた回転角度センサ。
2. 【請求項２】　　（ｅ）被測定物に連動して回転する回
   転軸と、（ｆ）一端部が前記回転軸に連結するとともに
   、前記回転軸の変位に応じて回転方向に変位する板ばね
   と、（ｇ）この板ばねの他端部を固定する固定部材と、
   （ｈ）前記板ばねの表面に配され、前記板ばねの回転方
   向への歪量に基づいて回転角度信号を出力する歪ゲージ
   とを備えた回転角度センサ。