JPH11153404A - 回転角度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容易に防水・防爆構造にすることができるに
もかかわらず、組立が容易で製品コストも上昇せず、摩
耗や劣化の問題も生じない回転角度センサを提供する。 【解決手段】 少なくとも、磁気センサ７０と、磁気セ
ンサ７０に磁場を印加する磁石６０，６５と、磁石６
０，６５を回転せしめる回転駆動軸３０とを具備し、回
転駆動軸３０によって磁石６０，６５を磁気センサ７０
の周囲に回転せしめることで磁気センサ７０の出力を変
化する。磁気センサ７０から引き出した配線７６，７６
をプリント基板７７に接続し、プリント基板７７と増幅
回路用プリント基板９０間も電気的に接続し、磁気セン
サ７０とプリント基板７７と増幅回路用プリント基板９
０とからなる電気的機能部全体をカバー１００と樹脂材
１０３によって水密状に樹脂封止することで電気機能部
内蔵成形品８０を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種機器の回転角度
を検出するのに用いられる回転角度センサに関し、特に
防水又は防爆用に用いて好適な回転角度センサに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば開閉バルブの回転軸に回転
角度センサを取り付け、該回転軸の回転角度を検出する
ことでバルブの開閉角度を求めることが行なわれてい
る。

【０００３】図６はこの種の従来の回転角度センサを示
す要部概略斜視図である。同図に示すようにこの回転角
度センサは、図示しないホルダに固定された磁気センサ
２１０の両側に磁石２２０，２３０を配置し、両磁石２
２０，２３０を略コ字状のヨーク２４０に固定し、該ヨ
ーク２４０の中央を回転軸２５０に固定し、さらにその
周囲をケース２６０で覆って構成されている。

【０００４】ここで磁気センサ２１０はその面方向に印
加される磁力線の方向がその面内において変化すると抵
抗値が変化する機能を有する磁気センサである。

【０００５】また両磁石２２０，２３０のＮ，Ｓ極は、
その磁力線が磁気センサ２１０の面に対して平行に入射
するように配置されている。

【０００６】そして回転軸２５０を回転すると、ヨーク
２４０と共に両磁石２２０，２３０が磁気センサ２１０
の周囲を回転し、これによって磁気センサ２１０に入射
される磁力線の方向が変化して磁気センサ２１０の抵抗
値が変化し、回転軸２５０の回転角度が検出できる。

【０００７】ところで上記回転角度センサを取り付けた
開閉バルブ等を装着した機器は、屋外に設置される場合
がある。そのような場合は回転角度センサが防水構造で
あることが要求される。

【０００８】また機器によっては可燃ガス雰囲気内で使
用される場合があり、そのような場合は回転角度センサ
内の電気回路が可燃ガスに触れないようにするためにこ
れを防爆構造にすることが要求される。

【０００９】つまり以上のような用途に用いられる回転
角度センサの場合は、前記ケース２６０内を密閉構造に
する必要がある。そしてケース２６０からは回転軸２５
０が突出しているので、これを密閉構造にするためには
回転軸２５０とケース２６０の軸受間をＯリングなどで
シールしなければならない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらシール機
構を用いたとしても回転軸２５０のような機械的動作部
の完全密封は困難であり、それでも完全密封を図ろうと
すると構造の複雑な精密なシール機構を用いなければな
らず組立が煩雑になって製品コストが上昇してしまい、
さらに回転軸２５０の回転を繰り返すうちにシール機構
が摩耗や劣化などしてしまうのでその寿命が短いという
問題点があった。

【００１１】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
ありその目的は、容易に防水・防爆構造にすることがで
きるにもかかわらず、組立が容易で製品コストも上昇せ
ず、摩耗や劣化の問題も生じない回転角度センサを提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本願発明者は、磁気センサを用いた回転角度センサが
永久磁石等の機械的機能部と非接触に設置できることに
着目し、機械的機能部と電気的機能部を別々に組み立
て、電気的機能部のみを完全防水した上で両者の組み立
てができるようにした。即ち本発明は、少なくとも、磁
気センサと、磁気センサに磁場を印加する磁石と、前記
磁石又は磁気センサを回転せしめる回転駆動手段とを具
備し、前記回転駆動手段によって前記磁石を前記磁気セ
ンサに対して相対的に回転せしめることで磁気センサの
出力を変化してその回転角度を検出する回転角度センサ
において、前記磁気センサを含む電気的機能部全体を水
密に封止することとした。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に
かかる防水又は防爆型の回転角度センサの分解斜視図で
ある。また図２は回転駆動軸３０やヨーク４０等を一体
化した部分の分解斜視図である。また図３は組み立てた
防水又は防爆型の回転角度センサの側断面図である。

【００１４】図１に示すようにこの回転角度センサは、
軸受用シリンダ２０を収納固定したケース１０内に、そ
の下側からヨーク４０を固定した回転駆動軸（回転駆動
手段）３０を挿入してケース１０の貫通孔１１から突出
し、一方下記する磁気センサ７０を含む電気回路全体を
水密に封止してなる電気機能部内蔵品８０を前記ケース
１０下面に取り付けて構成される。また図２に示すよう
にヨーク４０内には磁石保持部材５０及び２つの永久磁
石６０，６５が収納されている。以下各構成部品につい
て説明する。

【００１５】図１，図３に示すようにケース１０は鉄等
の強磁性体を円筒状に形成して構成されており、その上
面には回転駆動軸３０を回動自在に貫通する貫通孔１１
が設けられ、その下面は解放された開口１３とされてい
る。

【００１６】軸受用シリンダ２０は銅等の非磁性体を円
筒状に形成して構成されており、その中央にはヨーク４
０をオイルレスで回動自在に軸支する中央孔２１が設け
られている。

【００１７】回転駆動軸３０は図２に示すように、ステ
ンレス材を円柱状に加工して構成されており、その上端
面にはマイナス溝３１が設けられ、その外周側面にはリ
ング溝３３が設けられ、その下端面には径の小さい小突
起３５が設けられている。

【００１８】ヨーク４０は、鉄等の強磁性体を断面コ字
状のコップを伏せた形状に形成されており、その上端面
には前記小突起３５を貫通する貫通孔４１が設けられ、
その下面は解放された開口４３となっている。

【００１９】磁石保持部材５０は、合成樹脂を円筒状に
成形して構成されており、その下辺の対向する位置には
切欠き５１，５１（図２では手前側のもののみ示す）が
設けられている。

【００２０】２つの永久磁石６０，６５は直方体形状で
あり、対向する面が異なる極となるように磁石保持部材
５０の切欠き５１，５１にそれぞれ取り付けられる。

【００２１】次に電気機能部内蔵品８０は合成樹脂製の
カバー１００の下面に設けた凹部１０１内に、磁気セン
サ７０とホルダ７３とプリント基板７７と増幅回路用プ
リント基板９０とを収納し、該凹部１０１内を樹脂材１
０３によって水密に封止して構成されている。なお電気
機能部内蔵品８０の下面からは増幅回路用プリント基板
９０に接続された入出力用のリード線７９が引き出され
ている。

【００２２】ここでカバー１００の上面には図４に示す
ように、磁気センサ７０及びホルダ７３の上部を収納す
る円柱状の突起８１と、該突起８１の周囲にこれをリン
グ状に囲んで前記ケース１０の下端辺１５を係合固定す
る寸法形状の係止溝８３を設けて構成されている。

【００２３】次に磁気センサ７０はガラス，シリコン若
しくはセラミックからなる平板の表面に所望の磁気抵抗
パターンを形成することによって構成されている。この
磁気抵抗パターンは、そのパターン面、即ち平板の表面
に平行に入射する磁力線の方向に応じてその抵抗値が変
化するものである。

【００２４】そしてこの磁気センサ７０は図３に示すよ
うに、円柱状のモールド樹脂製のホルダ７３の上面に固
定される。ホルダ７３は円板状のプリント基板７７の下
面側からその孔７８に挿入されて固定される。磁気セン
サ７０とプリント基板７７間はフラットケーブル７６，
７６によって接続されている。

【００２５】次に増幅回路用プリント基板９０は、その
上下面に各種電子部品９１を取り付けることで前記磁気
センサ７０で検出した信号を増幅する回路を構成してい
る。増幅回路用プリント基板９０とプリント基板７７間
は図示しないリード線またはフラットケーブルによって
接続されている。

【００２６】次にこの回転角度センサを組み立てるに
は、予め図２に示すように回転駆動軸３０の小突起３５
をヨーク４０の貫通孔４１内に挿入してその先端をかし
めることで両者を一体化する。

【００２７】次に磁石保持部材５０の切欠き５１，５１
にそれぞれ永久磁石６０，６５を取り付けたものを、ヨ
ーク４０の開口４３から圧入することでヨーク４０内に
固定する。

【００２８】次に図１に示すようにケース１０内に軸受
用シリンダ２０を挿入して固定し、次にケース１０の下
から回転駆動軸３０を回動自在に挿入して貫通孔１１か
ら突出させる。その際ヨーク４０は軸受用シリンダ２０
の中央孔２１内に回動自在に収納される。そして回転駆
動軸３０のリング溝３３に図３に示す係止リング９５を
取り付ける。これによって回転角度センサの機械的機能
部が一体化される。

【００２９】そしてケース１０の開口１３を塞ぐように
電気機能部内蔵品８０を取り付ければ、回転角度センサ
の組み立てが完了する。その取り付け固定方法としては
ケース１０の下端辺１５を係止溝８３に嵌合して接着剤
などによって固定する方法を用いたり、下端辺１５と係
止溝８３に設けたネジを螺合することによって固定する
方法を用いたりするなど、種々の方法が考えられる。

【００３０】この回転角度センサは図３に示すように、
磁気センサ７０の両側に永久磁石６０，６５が配置され
た構造となっており、従って磁気センサ７０にはその表
面に平行に磁力線が印加される。なお両永久磁石６０，
６５と磁気センサ７０の間には樹脂材（カバー１００）
が介在しているが、樹脂材は磁力線の通過に何ら影響を
与えない。

【００３１】そして回転駆動軸３０を回転すれば、ヨー
ク４０及び両永久磁石６０，６５が磁気センサ７０の周
囲を回転し、これによって磁気センサ７０の面に平行に
入射する磁力線の面内での方向が変化して磁気センサ７
０の出力抵抗値が変化するので、その値に応じて回転駆
動軸３０の回転角度が検出できる。

【００３２】ここでもしこの回転角度センサに水等の液
体がかかった場合、機械的機能部は特に防水構造となっ
ていないのでケース１０内には液体が浸入する。しかし
ながら電気機能部内蔵品８０は内部の磁気センサ７０等
の電気的機能部全てを水密に密封しているので、電気的
機能部に液体が触れる恐れはない。従ってその防水が確
実に行なえる。

【００３３】またこの回転角度センサが可燃性ガス等の
雰囲気内に設置された場合も同様に、電気的機能部に可
燃性ガスが触れる恐れはないので、電気的機能部で発生
する恐れのある発熱や火花などによって可燃性ガスが引
火する危険を確実に防止できる。

【００３４】なお本発明の場合この実施形態からも明ら
かなように、磁気センサ７０はその周囲を筒状のヨーク
４０によって覆われてシールドされているので、外部の
機器や治具から磁気センサ７０の面に平行に入射しよう
とする不要な磁力線はヨーク４０内に入射できず、効果
的にシールドされる。この磁気センサ７０の場合、前述
のように磁気センサ７０の面に平行に入射する磁力線成
分がその抵抗値変化に影響を与えるので、ヨーク４０の
側面から入射しようとする磁力線を遮蔽できれば最も効
果的である。

【００３５】この実施形態の場合ケース１０も強磁性体
で構成されているので、このケース１０によってもシー
ルドされるが、本発明の場合はヨーク４０自体にシール
ド機能を持たせているので、ケース１０の厚みをシール
ドのために厚くする必要はなく、このため回転角度セン
サ全体の小型化が図れる。

【００３６】ところでこの実施形態の場合、ヨーク４０
内部の上端及び下端から所定距離離間した中間位置に磁
気センサ７０が配設されているので、磁気センサ７０に
対して斜め下方から侵入しようとする磁力線（特に磁気
センサ７０の面に平行なベクトル成分）も有効にヨーク
４０の側面でシールドでき、外部の影響をさらに受けに
くい構造となっている。なお磁気センサ７０の面に垂直
に入射してくる磁力線は磁気センサ７０の出力抵抗値の
変化に何ら寄与しない。

【００３７】以上本発明の実施形態を説明したが本発明
はこの実施形態に限定されるものではなく、例えば以下
のような種々の変形が可能である。 上記実施形態では、カバー１００内に電気的機能部を
収納して樹脂材１０３で封止することによって電気機能
部内蔵品８０を構成したが、図５に示すように、電気的
機能部全体をモールド樹脂１０５によって水密にモール
ドすることによって電気機能部内蔵品８０−２を構成し
ても良い。

【００３８】上記実施形態では永久磁石６０，６５を
取り付けたヨーク４０を回転駆動したが、その逆にヨー
ク４０等を固定して電気機能部内蔵品８０を回転駆動手
段によって回転するように構成しても良い。要は回転駆
動手段によって磁石を磁気センサに対して相対的に回転
せしめる構造であれば良い。

【００３９】回転角度センサを構成する各部品の形
状、材質は種々の変形が可能であることは言うまでもな
い。

【００４０】磁石保持部材５０は必ずしも必要なく、
永久磁石６０，６５をヨーク４０に直接接着などで固定
することで省略しても良い。

【００４１】上記実施形態では２つの永久磁石６０，
６５を磁気センサ７０の両側に配置したが、図７に示す
ように永久磁石３１０の真下に磁気センサ３２０を配置
することで磁気センサ３２０に平行な磁場を印加するよ
うに構成しても良い。それ以外でも要は磁気センサに所
望の回転する磁場を印加できるように磁石を配置するも
のであれば良い。磁石は電磁石でも良い。

【００４２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、電気的機能部のみを水密に封止して完全防水した上
で機械的機能部と電気的機能部の組み立てができるの
で、容易に防水・防爆構造にすることができるにもかか
わらず、組立が容易で製品コストも上昇せず、また機械
的動作をする部分をシールする必要がないので摩耗や劣
化の問題も生じず、製品の長寿命化が図れるという優れ
た効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる回転角度センサの
分解斜視図である。

【図２】回転駆動軸３０やヨーク４０等を一体化した部
分の分解斜視図である。

【図３】回転角度センサの側断面図である。

【図４】カバー１００の側断面図である。

【図５】他の電気機能部内蔵品８０を示す側断面図であ
る。

【図６】従来の回転角度センサを示す要部概略斜視図で
ある。

【図７】磁気センサ３２０と永久磁石３１０の他の配置
構造を示す要部概略斜視図である。

【符号の説明】

１０ ケース ２０ 軸受用シリンダ ３０ 回転駆動軸（回転駆動手段） ４０ ヨーク ６０，６５ 永久磁石 ７０ 磁気センサ（電気的機能部） ７７ プリント基板（電気的機能部） ８０ 電気機能部内蔵品 ９０ 増幅回路用プリント基板（電気的機能部） １００ カバー １０３ 樹脂材 １０５ モールド樹脂

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、磁気センサと、 磁気センサに磁場を印加する磁石と、 前記磁石又は磁気センサを回転せしめる回転駆動手段と
   を具備し、 前記回転駆動手段によって前記磁石を前記磁気センサに
   対して相対的に回転せしめることで磁気センサの出力を
   変化してその回転角度を検出する回転角度センサにおい
   て、 前記磁気センサを含む電気的機能部全体を水密に封止し
   たことを特徴とする回転角度センサ。
2. 【請求項２】 前記磁気センサから引き出された配線を
   プリント基板に接続し、これら磁気センサとプリント基
   板を含む電気的機能部全体を水密に樹脂封止したことを
   特徴とする請求項１記載の回転角度センサ。