JP2009019926A - 磁気式角度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁性の塵の磁気空隙への侵入を防止することにより、角度の検出精度を維持することができる磁気式角度センサを提供する。
【解決手段】磁石５とセンサＩＣとの間に形成される磁気空隙Ｇ３を、カバー８と磁石ホルダ４の間に形成されるリップシール６で遮断する。リップシール６は、磁石ホルダ４の外周面に固定され、回転軸１が回転すると、カバー８の第一の内周面８ａと、カバー８の第二の内周面８ｂとの境界にある摺動面８ｃにおいて摺動する。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転変位を非接触で検出する非接触型磁気式角度センサに関する。

図６，７に、エンジンのスロットルバルブ（スロットル弁）２の開度を検出する非接触型磁気式角度センサを示す（例えば、特許文献１参照。）。スロットルバルブ１０２に締結具１２３によって固定されたシャフト１０３は、ボールベアリング１１１及びドライベアリング１１３を介してスロットルボデー１０１に回転自在に支持されている。
シャフト１０３の一端には、かしめ等の手段を用いてシャフト１０３に固定される円環状の非固定部１２５、内周面に分割型の永久磁石１４１（以下、磁石１４１とする。）と分割型のヨーク１４２（以下、ヨーク１４２とする。）を保持する円筒状の保持部１２６が設けられている。

円筒状の保持部１２６の内には、磁石１４１とヨーク１４２と対向するようにホール素子（非接触式の検出素子）１４３が配置される。ホール素子１４３は、ホール素子１４３への磁束を集中させるための鉄系の金属よりなるステータ１４４に覆われている。また、ホール素子１４３は、シャフト１０３の回転軸の軸心の延長線上であって、スロットルボデー１０１に取り付けられたセンサカバー１２０に設けられる。
ここで、特許文献１に記載された磁気式角度センサにおいては、分割型の永久磁石１４１と分割型のヨーク１４２により磁気回路が形成される空間Ｇ１と、スロットルボデー１０１とセンサカバー１２０との間に形成される空間Ｇ２とが通じている。
特許第３８９３９０７号公報

特許文献１に記載された磁気式角度センサにおいては、空間Ｇ２において発生した、ベアリング、歯車及びバネ等の摺動、摩擦及び腐食により鉄粉等の磁性の塵が、磁石に引き寄せられ空間Ｇ１に入り込む場合がある。そして、磁性の塵が磁石に付着すると磁気回路が乱れ、角度の検出精度が低下してしまうという問題がある。
本発明は、磁石に引き寄せられる磁性の塵によって生じ得る角度の検出精度の低下を防ぐことを目的とする。

挿入部と受手部とを備え、第一の検出対象物体と第二の検出対象物体とがなす角度を検出する磁気式角度センサにおいて、挿入部は、第一の検出対象物体と連動可能に接続されている回転軸と、回転軸の一端に取り付けられた磁石と、を備える。受手部は、挿入部が受手部に挿入された状態において、磁気空隙を介して磁石と対向する検出手段と、検出手段を収容し、第二の検出対象物体と連動可能に接続されているケースと、挿入部が受手部に挿入された状態において、挿入部の磁石を含む予め定められた領域を覆うカバーと、を備える。磁気式角度センサは、さらに、挿入部が受手部に挿入された状態において、挿入部の磁石を含む予め定められた領域とカバーとの間に形成され、磁気空隙を外部から遮断するリップシールも備える。

リップシールによって、磁気空隙と外部の空間とを遮ることにより、塵が磁気空隙に入り込まなくなる。これにより、磁気回路の乱れを防止することができ、角度の検出精度を維持することができる。

［第一実施例］
図１〜３を参照して、本発明の第一の実施例による磁気式角度センサ５０について説明をする。
図１は、磁気式角度センサ５０の斜視図である。図１において、ｘ軸は抜け止めピン３が挿抜される方向、ｚ軸は回転軸１の中心軸方向、ｙ軸はｘ軸とｚ軸と互いに垂直に交わる方向にそれぞれ取っている。図２は、磁気式角度センサ５０の分解斜視図である。図３は、図１に示したｙ−ｚ平面における磁気式角度センサ５０の断面図である。なお、図１〜図３おいて、同じ部分については同じ符号を付けて重複説明を省略する。他の図面においても同様に、同じ部分については同じ符号を付けて重複説明を省略する。

磁気式角度センサ５０は、第一の検出対象物に連動可能に接続された挿入部６０と、第二の検出対象物に連動可能に接続された受手部７０とから構成され、挿入部６０と受手部７０とがなす回転角度を検出することにより、第一の検出対象物と第二の検出対象物とがなす回転角度を検出するものである。
挿入部６０は、この例では、回転軸１、回転軸１を回転自在に支持するベアリング２、回転軸１の一端に形成された磁石ホルダ４、回転軸１と磁石ホルダ４とを抜け止めする抜け止めピン３、磁石ホルダ４の先端面に配置された磁石５から構成される。

受手部７０は、挿入部６０が受手部７０に挿入された状態において、磁気空隙Ｇ３を介して磁石５と対向するセンサＩＣ１５、センサＩＣ１５が形成されるセンサ基板１０、センサＩＣ１５を収容するケース７、挿入部６０の少なくとも磁石５を含む予め定められた領域を覆うカバー８、センサＩＣを収容する収容室の蓋１１、ケース７を固定するためのスリーブ９から構成される。
まず、挿入部６０の構成について説明をする。
回転軸１は、回転軸１の図示していない一端部に、第一の検出対象物と連動可能なように接続される。例えば、第一の検出対象物の回転軸と回転軸１の回転軸とが一致するように、第一の検出対象物が回転軸１に固定される。また、第一の検出対象物の回転軸と回転軸１の回転軸とが一致していない場合であっても、ギヤ等を介して回転軸１と第一の検出対象物とを連動可能なように接続し、第一の検出対象物の回転に応じて回転軸１が回転するようにしてもよい。

回転軸１の他端の外周面にはその外周に沿ってリング状の溝１ａが形成され、また、回転軸１の他端の先端面には板状の突起１ｂが形成される。回転軸１は、ベアリング２を介して筐体１７に回転自在に支持される。回転軸１の上記他端には、磁石ホルダ４が設けられる。
上述した例では、磁石５は磁石ホルダ４を介して回転軸１に取り付けられたが、磁石５を接着固定等により回転軸１の一端に直接取り付けてもよい。
磁石ホルダ４は、一端が開放され、他端が閉塞した略円筒カップ状をしており、樹脂などの非磁性体により形成される。この例では、磁石ホルダ４の開放端部４ａは肉厚とされ、抜け止めピン３を通すための貫通孔４ｂが略平行に２つ形成される。磁石ホルダ４と回転軸１とを嵌め合わせたときに、磁石ホルダ４の貫通孔４ｂと、回転軸１の溝１ａとが、抜け止めピン３を通すための１つの穴を形成する。磁石ホルダ４の閉塞板部には、凹部４ｃが設けられ、凹部４ｃには円板状の磁石５が接着固定される。

磁石ホルダ４は、径が異なる２つの外周面を有している。径が大きい方の外周面を第一の外周面４ｄ、径が小さい方の外周面を第二の外周面４ｅとする。この例では、第一の外周面４ｄは、開放端側に形成される。第一の外周面４ｄと第二の外周面４ｅとの間に円環状の段部４ｆが形成される。
抜け止めピン３は、コの字状をしており、コの字の中央部３ａと、中央部３ａの両端から同一方向に延長された一対の脚部３ｂを有する。磁石ホルダ４と回転軸１とを嵌め合わせ、貫通孔４ｂに抜け止めピン３の脚部３ｂを挿入することにより、回転軸１と磁石ホルダ４とが抜け止めされる。脚部３ｂの先端部は、互いに内向きにわずかに折り曲げられており、抜け止めピン３が貫通孔４ｂから容易に抜けないようにされている。

リップシール６は、円筒状の基部６ａと、基部６ａの一方の端面から外周方向に広がるフランジ６ｂとから形成される。この例では、フランジ６ｂは、基部６ａと反対方向に向かって広がっている。フランジ６ｂの厚さは、外周方向に行くに従って薄くなっている。リップシール６は、例えばフッ素樹脂や摺動性のあるゴムにより形成される。
リップシール６は、磁石ホルダ４の外周面に形成される。例えば、第一の外周面４ｄと第二の外周面４ｅとの境界に形成される円環状の段部４ｆに、リップシール６の基部６ａ側の円環状の端面６ｃが当接するようにして、磁石ホルダ４の外周面にリップシール６が設けられる。この例では、リップシール６の基部６ａがフランジ６ｂよりも、磁石ホルダ４２の開放端側、言い換えると、挿入部６０の後端側に位置する方向に取り付けられる。リップシール６は、磁石ホルダ４に嵌め込まれてもよいし、接着固定されてもよいし、嵌めこまれた上で接着固定されてもよい。

次に、受手部７０の構成について説明をする。
センサＩＣ１５は、挿入部６０が受手部７０に挿入された状態においては、磁石５と磁気空隙Ｇ３を介して対向して位置する。センサＩＣ１５は、略方形のセンサ基板１０上に形成され、センサ基板１０上に半田付けされる。センサＩＣ１５は、磁石５から生じる磁界のうちセンサＩＣ１５の検出部位における磁界の、回転軸１の軸方向と直行する方向における変化を演算する。センサＩＣ１５として、例えばメレキシス社のＭＬＸ９０３１６が用いられる。センサＩＣとして、他の検出手段を用いてもよい。演算された変位量は、センサＩＣ１５及びセンサ基板１０に接続された入出力先線１２を通じて出力される。

樹脂などの非磁性材料からなるケース７は、一端が開放され他端が閉塞された略円筒カップ状であり、内部にセンサＩＣ１５を収納する。この例では、センサＩＣが形成されるセンサ基板１０が、略円筒カップ状のケース７の閉塞板部を構成する。ケース７の内部は非磁性体の樹脂などの充填材１６によって充填され、これによりセンサＩＣ１５は防塵、防湿されている。また、ケース７の開放端は、蓋１１によって覆われる。
ケース７は外周面に互いに１８０度の角度をなす一対の取付部７ａを有し、取付部７ａは取付用のねじ穴７ｂを有する。ねじ穴７ｂには例えば金属性のスリーブ９が挿入される。スリーブ９により、ケース７の取り付け時の締め付け強度を確保することができる。ケース７は、ねじ１３により第二の検出対象物体１８に固定される。これにより、ケース７は、第二の検出対象物体１８と連動可能なように接続される。なお、ギア等を介して、ケース７を第二の検出対象物体１８と連動可能なように接続してもよい。

カバー８は、一端が開放され他端が閉塞された略円筒カップ状をしており、この例では、カバー８はケース７と一体に形成される。カバー８の開放端側から、挿入部６０の磁石５が設けられた一端が挿入されると、挿入部６０の磁石５を含む予め定められた領域はカバー８によって覆われる。この例では、挿入部６０の磁石５が設けられた一端部が、挿入部６０の磁石５を含む予め定められた領域となる。
カバー８は、径が異なる２つの内周面を有している。径が大きい方の内周面を第一の内周面８ａ、径が小さい方の内周面を第二の内周面８ｂとする。第一の内周面８ａは、カバー８の開放端側に位置する。第一の内周面８ａと第二の内周面８ｂとの境界に円環状の摺動面８ｃが形成される。この例では、摺動面８ｃは、回転軸１の軸方向に対して垂直となる。

挿入部６０が受手部７０に挿入されると、リップシール６のフランジ６ｂの内周面が摺動面８ｃに当たり、フランジ６ｂは摺動面８ｃの抗力によって外側に弾性変形する。これにより、外部の空間と、カバー８の内周面と磁石ホルダ４の外周面との間の空間とが遮断される。また、磁気空隙Ｇ３に通じる唯一の空間であるカバー８の内周面と磁石ホルダ４の外周面との間の空間が外部の空間から遮断されることにより、磁気空隙Ｇ３も外部の空間から遮断される。回転軸１の軸を中心にして挿入部６０が受手部７０に対して回転すると、摺動面８ｃにおいてリップシール６とカバー８とが摺動する。

このように、カバー８の内周面と磁石ホルダ４の外周面との間にリップシール６を形成し、磁気空隙Ｇ３を外部から遮断することにより、磁性の塵及び非磁性の塵の磁気空隙Ｇ３への進入を防ぐことができる。このため、角度の検出精度を維持することができる。
この例では、摺動面８ｃは、回転軸１の軸方向に対して垂直に形成される。このため、挿入部６０が回転軸１の軸方向に対して垂直方向に移動したときであっても、その移動量がフランジ６ｂの外径と第一の内周面８ａの径の差分を２で割った値以下である場合には、磁気空隙Ｇ３を外部から遮断し続けることができる。この点において、磁気式角度センサ５０は、回転軸１の軸方向に対する垂直方向（ラジアル方向）のずれに強い磁気式角度センサであるということができる。

［第二実施例］
図４を参照して、本発明の第二の実施例による磁気式角度センサ５１について説明をする。図４は、磁気式角度センサ５１の縦断面図である。図４の切断面の方向は、図３の切断面の方向である図１のｙ−ｚ平面の方向と同じである。
第二実施例の磁気式角度センサ５１は、磁石ホルダ４１及びカバー８１の形状が、第一実施例の磁石ホルダ４及びカバー８の形状とは異なり、また、リップシール６の磁石ホルダ４１への取り付け方向が、第一実施例の磁石ホルダ４への取り付け方向とは逆である点で第一実施例の磁気式角度センサ５０とは異なる。他の点については、第一実施例の磁気式角度センサ５０と同様である。同じ部分については重複説明を省略する。

磁石ホルダ４１は、磁石ホルダ４と異なり、径が大きい方の外周面である第一の外周面４ｄが磁石ホルダ４１の閉塞板側に形成され、径が小さい方の外周面である第二の外周面４ｅが磁石ホルダ４２の開放端側に形成される。そして、第一の外周面４ｄと第二の外周面４ｅの境界にある円環状の段部を段部４ｆとすると、この段部４ｆにリップシール６の基部６ａ側の端面６ｃが接する位置で、リップシール６は磁石ホルダ４の外周面に取り付けられる。これにより、リップシール６の基部６ａがフランジ６ｂよりも、磁石ホルダ４１の閉塞板側、言い換えると、挿入部６０の先端側に位置する方向にリップシール６が磁石ホルダ４１に取り付けられる。他の点については磁石ホルダ４１と磁石ホルダ４は同様である。

この例においては、カバー８１は、径が同じであるひとつの内周面８ｄを有する点で、カバー８と異なる。他の点については、カバー８１とカバー８は同様である。
挿入部６０が受手部７０に挿入された状態において、リップシール６のフランジ６ｂの外周面が、カバー８１の内周面８ｄに当たり、カバー８１の内周面８ｄの抗力によって、フランジ６ｂは内側に弾性変形する。これにより、磁気空隙Ｇ３が外部の空間から遮断される。
このように、磁気空隙Ｇ３を外部から遮断することにより、磁性の塵及び非磁性の塵の磁気空隙Ｇ３への進入を防ぐことができる。このため、角度の検出精度を維持することができる。

この例では、摺動面であるカバー８１の内周面８ｄは、回転軸１の軸心を中心とする円筒面である。換言すると、内周面８ｄは、回転軸１の軸方向に対して平行な面となる。このため、挿入部６０が回転軸１の軸方向に移動しても、リップシール６のフランジ６ｂの先端が、カバー８１の開放端部から外側に出ない限りは、磁気空隙Ｇ３を外部から遮断し続けることができる。この点において、磁気式角度センサ５１は、回転軸１の軸方向のずれに強い磁気式角度センサであるということができる。

［第三実施例］
図５を参照して、本発明の第三の実施例による磁気式角度センサ５２について説明をする。図５は、磁気式角度センサ５２の縦断面図である。図５の切断面の方向は、図３の切断面の方向である図１のｙ−ｚ平面の方向と同じである。

第三実施例の磁気式角度センサ５２は、２つのリップシール６１，６２を設けた点で、磁気式角度センサ５０，５１とは異なる。他の点については、磁気式角度センサ５０，５１と同様である。同じ部分については重複説明を省略する。
リップシール６１は、第一実施例で説明した、回転軸１の軸方向に対して垂直な面（摺動面８ｃ）において摺動するリップシールであり、リップシール６２は、第二実施例で説明した、回転軸１の軸心を中心とする円筒面（内周面８ａ）において摺動するリップシールである。

このように、２つのリップシールを設けることにより、リップシールを１つだけ設ける場合よりも、磁気空隙Ｇ３を外部から遮断する能力を高めることができる。また、この例では、磁気式角度センサ５２は、回転軸１の軸方向に対して垂直な方向のずれに強いリップシール６１と、回転軸１の軸方向のずれに強いリップシール６２とを有する。このため、磁気式角度センサ５２は、回転軸１の軸方向に対して垂直な方向のずれと、回転軸１の軸方向のずれの両方向のずれに強い。

［変形例等］
上記実施例では、リップシール６，６１，６２は、挿入部６０の磁石ホルダ４，４１，４２に固定されたが、リップシール６，６１，６２を回転軸１に固定してもよい。

また、リップシール６，６１，６２をカバー８，８１，８２に固定してもよい。この場合、リップシール６は、例えば、磁石ホルダ４，４１，４２の外面、回転軸１の外面と摺動する。
上記第三実施例では、２つのリップシールを設けたが、３つ以上のリップシールを設けてもよい。
リップシール６，６１，６２は、磁気空隙Ｇ３を完全に密閉している必要はない。発生する可能性がある磁性の塵よりも小さい隙間があっても良い。

この例では、角度検出手段として、センサＩＣ１５を設けたが、任意の角度検出手段を設けることができる。
なお、貫通孔４ｂの中央部において開放端部４ａの内周面が一部えぐられていてもよい。この場合には、磁石ホルダ４と回転軸１とを嵌め合わせたときに、磁石ホルダ４の貫通孔４ｂと、開放端部４ａの内周面のえぐられた部分と、回転軸１の溝１ａとが、抜け止めピン３を通すための１つの穴を形成する。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。

第一実施例による磁気式角度センサ５０の斜視図。 第一実施例による磁気式角度センサ５０の分解斜視図。 第一実施例による磁気式角度センサ５０の、図１におけるｙ−ｚ平面による縦断面図。 第二実施例による磁気式角度センサ５１の縦断面図。 第三実施例による磁気式角度センサ５２の縦断面図。 背景技術によるエンジンのスロットルバルブ１０２の開度を検出する非接触型磁気式角度センサを示す図（その一）。 背景技術によるエンジンのスロットルバルブ１０２の開度を検出する非接触型磁気式角度センサを示す図（その二）。

符号の説明

１：回転軸，１ａ：溝，１ｂ：突起，２：ベアリング，３：抜け止めピン，３ａ：中央部，３ｂ：脚部，４：磁石ホルダ，４ａ：開放端部，４ｂ：貫通孔，４ｃ：凹部，４ｄ：外周面，４ｅ：外周面，４ｆ：段部，５：磁石，６：リップシール，６ａ：基部，６ｂ：フランジ，７：ケース，７ａ：取付部，７ｂ：穴，８：カバー，８ａ：内周面，８ｂ：内周面，８ｃ：摺動面，８ｄ：内周面，９：スリーブ，１０：センサ基板，１１：ボールベアリング，１１：蓋，１２：入出力先線，１３：ドライベアリング，１５：センサＩＣ，１６：充填材，１７：筐体，１８：検出対象物体，４１：磁石ホルダ，４２：磁石ホルダ，５０：磁気式角度センサ，５１：磁気式角度センサ，５２：磁気式角度センサ，６０：挿入部，６１：リップシール，６２：リップシール，７０：受手部，８１：カバー，１０１：スロットルボデー，１０２：スロットルバルブ，１０３：シャフト，１２０：センサカバー，１２３：締結具，１２５：非固定部，１２６：保持部，１４１：永久磁石（磁石），１４２：ヨーク，１４３：ホール素子，１４４：ステータ，Ｇ１：空間，Ｇ２：空間，Ｇ３：磁気空隙

Claims (6)

1. 挿入部と受手部とを備え、第一の検出対象物体と第二の検出対象物体とがなす角度を検出する磁気式角度センサにおいて、
   上記挿入部は、
   第一の検出対象物体と連動可能に接続されている回転軸と、
   上記回転軸の一端に取り付けられた磁石と、
   を備え、
   上記受手部は、
   上記挿入部が上記受手部に挿入された状態において、磁気空隙を介して上記磁石と対向する検出手段と、
   上記検出手段を収容し、第二の検出対象物体と連動可能に接続されているケースと、
   上記挿入部が上記受手部に挿入された状態において、上記挿入部の磁石を含む予め定められた領域を覆うカバーと、
   を備え、
   さらに、上記挿入部が上記受手部に挿入された状態において、上記挿入部の磁石を含む予め定められた領域と上記カバーとの間に形成され、上記磁気空隙を外部から遮断するリップシール、
   も備える磁気式角度センサ。
2. 請求項１に記載の磁気式角度センサにおいて、
   上記挿入部と上記受手部とが分離可能に形成されていることを特徴とする磁気式角度センサ。
3. 請求項１又は２に記載の磁気式角度センサにおいて、
   上記リップシールは、挿入部が受手部に対して回転すると、上記回転軸の軸方向に対して垂直な面において摺動する、
   ことを特徴とする磁気式角度センサ。
4. 請求項１又は２に記載の磁気式角度センサにおいて、
   上記リップシールは、挿入部が受手部に対して回転すると、上記回転軸の軸心を中心とする円筒面において摺動する、
   ことを特徴とする磁気式角度センサ。
5. 請求項１から４の何れかに記載の磁気式角度センサにおいて、
   上記リップシールは、少なくとも第一のリップシールと第二のリップシールとからなり、
   第一のリップシールは、挿入部が受手部に対して回転すると、上記回転軸の軸方向に対して垂直な面において摺動し、
   第二のリップシールは、挿入部が受手部に対して回転すると、上記回転軸の軸心を中心とする円筒面において摺動する、
   ことを特徴とする磁気式角度センサ。
6. 請求項１から５の何れかに記載の磁気式角度センサにおいて、
   上記磁石は磁石ホルダを介して上記回転軸の一端に取付けられており、
   上記リップシールは、上記磁石ホルダの外周面に固定されている、
   ことを特徴とする磁気式角度センサ。

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