JP4391065B2

JP4391065B2 - スロットル開度検出装置

Info

Publication number: JP4391065B2
Application number: JP2002244019A
Authority: JP
Inventors: 肇森本; 一真中島
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: US20040035193A1; DE60315388D1; JP2004084503A; KR20040018209A; DE60315388T2; EP1391598B1; EP1391598A3; US6971264B2; EP1391598A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のスロットル制御装置に使用されるスロットル開度検出装置に関し、特にスロットル弁の開度を、永久磁石、ヨーク及び磁気センサを用いて非接触により検出する構造のスロットル開度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のスロットル制御装置のスロットル開度を検出する装置として、従来、スロットル弁のスロットルシャフトの回転角度を、永久磁石とそれに対向する磁気センサとを用いて、非接触で検出するスロットル開度センサが、特開2001−132494公報などで知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種のスロットル制御装置に使用される非接触のスロットル開度センサは、スロットルシャフトの端部に樹脂ギヤが固定され、この樹脂ギヤのボス部に、２分割された円環状の永久磁石を固定し、その円環状の永久磁石の内側に非接触で磁気センサを配置して固定側に取り付け、磁気センサから出力される出力信号に基づき、樹脂ギヤの回転角度をスロットル弁の開度として検出するように構成されている。
【０００４】
しかし、従来のこの種のスロットル開度センサは、円環状の永久磁石が、スロットルシャフトの末端に固定された樹脂ギヤにおけるそのボス部の凹部内に、接着剤により接着して固定されていたため、接着に伴う作業工数が多く、製品によって永久磁石の固定位置にばらつきが生じる問題があった。
【０００５】
特に、従来、円環状の永久磁石の外周部を接着剤によりボス部の凹部の内周部に接着しているため、接着剤の膜厚にばらつきが生じると、永久磁石の内周部（磁気センサと対向する位置）の寸法精度が悪化して、磁気センサの出力レベルにばらつきが発生し、スロットル開度の検出精度に悪影響を与える課題があった。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、より少ない作業工数で、永久磁石を高精度に樹脂歯車内に固定して、スロットル開度を高精度に検出することができるスロットル開度検出装置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】
上記目的を達成するために、本発明のスロットル開度検出装置は、スロットル弁のスロットル軸に樹脂歯車が結合され、樹脂歯車の一部に永久磁石が取り付けられ、固定側に永久磁石と非接触で対向して配設した磁気センサからの出力信号に基づき、樹脂歯車の回転角度を検出してスロットル弁の開度を検出するスロットル開度検出装置において、樹脂歯車の軸心位置に凹状のボス部が形成され、ヨークと永久磁石がボス部の内周面に沿って取着され、スロットル軸結合用の金属部材がボス部内に配設され、樹脂歯車は、ヨーク、永久磁石及び金属部材をインサートとしてインサート成形され、ヨークは分割した円弧部を合わせて円環状に形成されると共に、分割された該ヨークとヨークの間に永久磁石が配置され、ヨークと永久磁石は、その内周面を除く外周面と上端面及び下端面の一部が合成樹脂で被覆され、樹脂歯車の該ヨークと永久磁石のインサート成形時に、金型の一部または金型ピンによりヨーク及び永久磁石の外周面を押え、且つヨーク及び永久磁石の内周面、上端面及び下端面を金型の一部または金型ピンにより押えて樹脂歯車を成形することにより、樹脂歯車のボス部の周囲部分に、ヨーク及び永久磁石の外周面に達する溝が押えた部分の跡として形成されたことを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項２のように、上記樹脂歯車のボス部に、スロットル軸結合用の金属部材をインサートとしてインサート成形し、金属部材の一部をヨークと永久磁石の外周部に延設させ、ヨークと永久磁石の外周面に金属部材の一部を接触させた構成とすることができる。
【００１２】
【作用】
上記構成のスロットル開度検出装置では、ヨークと永久磁石をインサートとして、樹脂歯車の成形時にそのボス部の内周部にインサート成形されるから、従来のように、接着剤を用いて永久磁石を樹脂歯車に接着する場合に比べ、作業工数を大幅に削減することができ、永久磁石やヨークを高い精度で所定位置に固定することができ、それによって、スロットル開度を高精度に検出することができる。
【００１３】
特に、樹脂歯車をインサート成形する際には、金型内に永久磁石とヨークをセットした状態で型合わせすると、例えば永久磁石とヨークの内周部及び上面の一部が金型に当接して押さえられ、永久磁石とヨークの下面が金型ピンにより押さえられ、その状態で、材料を金型内に射出して成形される。
【００１４】
このため、ボス部内に配設されたヨークと永久磁石は、その内周面を除く外周面と上端面及び下端面の一部が合成樹脂で被覆されるように成形され、樹脂歯車のボス部の周囲部分に、ヨーク及び永久磁石の外周面に達する溝が金型の押さえ部分の跡として形成される。したがって、樹脂歯車のインサート成形時に、上記のように、永久磁石とヨークが金型の定位置に正確に押さえられて成形されるから、永久磁石やヨークを樹脂歯車のボス部内に高精度に固着することができる。
【００１５】
スロットル開度検出装置は、スロットル弁のスロットル軸に樹脂歯車が結合され、その樹脂歯車の凹状のボス部内に、非接触で磁気センサが固定側に配置され、スロットル弁に開閉動作に応じて樹脂歯車が回動し、同様に樹脂歯車内の永久磁石とヨークが回動し、その回動角度つまりスロットル弁の開度が磁気センサにより検出される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は内燃機関用のスロットル制御装置の断面図を示している。このスロットル制御装置は、制御モータ１３の駆動により歯車機構を介してスロットル軸４が回動し、その軸上のスロットル弁３が開閉動作し、そのスロットル弁３の開度を検出するスロットル開度検出装置を備えて構成される。１はスロットル本体であり、スロットル本体１の内部には、吸気通路１５が形成され、バタフライ型で回転式のスロットル弁３がスロットル軸４を介してその吸気通路１５内を開閉するように配設される。
【００１７】
スロットル弁３の中央にスロットル軸４が固定され、スロットル軸４の両端はころがり軸受５とメタル軸受１６により回動可能に支持される。スロットル軸４のころがり軸受５側の端部に、略カップ状のばね座６が固定され、ばね座６とスロットル本体１との間に、リターン用の捻りコイルばね７が介装され、スロットル弁３を閉鎖方向に付勢している。
【００１８】
さらに、スロットル軸４の端部には、スロットル弁３を回転させる回転駆動用の樹脂歯車９が嵌着され、樹脂歯車９とばね座６との間に小型の捻りコイルばね８が介装されている。この樹脂歯車９にはスロットル開度検出装置の一部を構成する永久磁石２１と磁気回路を構成するヨーク２０が、以下のように一体的にインサート成形により固着されている。
【００１９】
樹脂歯車９は、図２に示すように、外周部の一部に歯車部９ａが形成され、スロットル軸４が固定される中心部には凹状のボス部９ｂが形成され、そのボス部９ｂの底部にスロットル軸を結合させるための金属板１７が配設される。金属板１７には所定の角度でスロットル軸４の端部を嵌着されるために、矩形孔１７ａがその中央に形成される。この金属板１７と永久磁石２１及びヨーク２０は、樹脂歯車９の型成形時に、一体的にインサート成形され、高い寸法精度で所定の位置に固定・配置される。
【００２０】
図３、図４の断面図に示すように、凹状のボス部９ｂは円形カップ状の凹部として形成され、その内側所定位置に図５に示すような永久磁石２１とヨーク２０が固着される。ヨーク２０は２分割された円環状に形成され、２個の半円弧状のヨーク２０は、向き合って円を形成するように配置される。また、両側のヨーク２０の両端が合わせられる幅広部に、角柱状の永久磁石２１が介装される。
【００２１】
すなわち、図５に示すように、２個の半円弧形のヨーク２０の両端に厚肉の鍔部２０ａが形成され、この鍔部２０ａの間に角柱状の永久磁石２１を挟むように、２個の半円弧形ヨーク２０が配置される。樹脂歯車９の型成形時、これらの２個の永久磁石２１及び２個のヨーク２０は、金属板１７と共に、金型内の所定位置に挿入されてインサート成形されるが、このインサート成形によって、ボス部９ｂ内での永久磁石２１とヨーク２０の位置決めは、少ない工数で、且つ高精度に行なわれる。
【００２２】
図２の平面図及び図３、図４の断面図から分かるように、樹脂歯車９の凹状のボス部９ｂの周囲には、環状の溝９ｃが形成され、この溝９ｃは樹脂歯車９のボス部９ｂの内周部に埋設された永久磁石２１とヨーク２０の外周部の一部に達している。また、同様に、樹脂歯車９の裏面側（金属板側）のボス部９ｂの周囲に、孔部が形成され、孔部は永久磁石２１とヨーク２０の外周部の一部に達している。
【００２３】
このような形状を持った樹脂歯車９は、所定の金型を用いて合成樹脂の射出成形により成形されるが、成形時、インサートとして金型内に挿入された永久磁石２１とヨーク２０は、その内周面を金型の一部で押さえられ、さらに、ヨーク２０の鍔部２０ａを含む外周部が金型の一部で押さえられて成形される。また、成形時、永久磁石２１とヨーク２０の上面が、金型で押さえられ、その下面はばねで付勢された金型ピンで押さえられ、この状態でインサート成形される。そして、このようなインサート成形を行なうことによって、図２〜図４に示すように、成形された樹脂歯車９の永久磁石２１とヨーク２０の外周部と上面及び下面には、樹脂が回り、その樹脂により永久磁石２１とヨーク２０は定位置に固着される。
【００２４】
したがって、樹脂歯車９の射出成形時には、金型内に高い精度で永久磁石２１とヨーク２０が保持された状態で、インサート成形され、成形された成形品である樹脂歯車９のボス部９ｂ内には、永久磁石２１とヨーク２０が高精度に位置決めされて固着・保持されることになる。
【００２５】
一方、図１に示すように、スロットル本体１の上部には、モータ収納部１ａが形成され、そのモータ収納部１ａ内に、スロットル弁３を開閉駆動するための制御モータ１３が収納される。制御モータ１３の回転軸にピニオンギヤ１４が固定され、ピニオンギヤ１４は減速用の中間歯車１２の大径歯車１２ａに噛合している。中間歯車１２は大径歯車１２ａと小径歯車１２ｂを有して形成され、スロットル本体１内に軸支されたギヤ軸１１に回転自在に支持される。そして、上記樹脂歯車９がこの中間歯車１２の小径歯車１２ｂに噛合して配設され、制御モータ１３の回転駆動により中間歯車１２を介して樹脂歯車９が回転し、樹脂歯車９と同軸のスロットル弁３が回動し、開閉制御される。
【００２６】
さらに、スロットル本体１の歯車の配設側に、カバー体２がその部分を覆うように嵌着される。カバー体２は、スロットル本体１側に設けられた嵌合部に、その嵌合部に対応して形成された嵌入部を嵌入させて、正確な位置に嵌着される。そのカバー体２の内側の上記樹脂歯車９の凹状のボス部９ｂに対応した位置に、センサ装着部２ａが突出して形成され、そのセンサ装着部２ａに、図６、図７に示すような、磁気センサ２２が取り付けられる。
【００２７】
磁気センサ２２は、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子などを用いて構成され、センサ装着部２ａに設けた中心軸上の位置に、その磁気検出面を外側に向けて配設され、磁界の強さに応じた電圧信号等を出力する。カバー体２はセンサ装着部２ａと共に合成樹脂により一体形成されるが、この成形時に、磁気センサ２２は上記のような所定位置にインサートとしてインサート成形することができる。
【００２８】
このようなカバー体２をスロットル本体１の定位置に嵌着することにより、センサ装着部２ａは、樹脂歯車９の凹状のボス部９ｂ内に、非接触の状態で正確に位置決めされた状態で挿入される。この状態で、磁気センサ２２の磁気検出面が図７に示すように、その外周側に位置する永久磁石２１とヨーク２０の内周面に非接触で対向して配置される。
【００２９】
両側の永久磁石２１によって磁気が印加され、例えば上部のヨーク２０にＮ極が下部のヨーク２０にＳ極が発生すると、２個の半円弧状のヨーク２０を合わせた円形内部に配置されたセンサ装着部２ａ内の磁気センサ２２には、その磁気センサ２２の両側の磁気検出面を通してヨークからヨークに流れる磁路が形成される。そして、そのヨーク間を横断する磁路に流れる磁界の強さは、磁気センサ２２のヨーク２０と永久磁石２１に対する角度により変化する。その検出磁界の強さに応じて磁気センサ２２の出力電圧が変化し、樹脂歯車９つまりスロットル弁３の回転角度を示す電圧信号が出力される。
【００３０】
スロットル開度検出装置は、この様な永久磁石２１とヨーク２０及び磁気センサ２２を備えて構成され、磁気センサ２２が固定側となり、回動する樹脂歯車９の角度つまりスロットル弁３の開度が、磁気センサ２２の出力信号から検出される。磁気センサ２２の出力側は、カバー体２に設けられた図示しないターミナル部を通して外部に設けた検出回路及びエンジン制御用コントローラに接続される。
【００３１】
このスロットル制御装置が自動車の内燃機関に搭載され、例えば、運転者がアクセルペダルを踏み込むと、アクセル開度センサによりその開度が検出され、その開度信号がエンジン制御用コントローラに送られる。エンジン制御用コントローラは、アクセル開度信号の信号に応じた駆動信号を、つまりスロットル弁３の開度がそのアクセル開度に応じた開度になるように、駆動信号を制御モータ１３に出力し、制御モータ１３が回転する。
【００３２】
制御モータ１３の回転は、ピニオンギヤ１４を介して中間歯車１２に伝達され、中間歯車１２の回転により、その大径歯車１２ａと小径歯車１２ｂを介して樹脂歯車９が回転する。これにより、捻りコイルばね７の付勢力に抗してスロットル軸及びスロットル弁３が所定の回転角度だけ回転し、スロットル弁３は、吸気通路１５内でその角度に保持される。
【００３３】
このとき、スロットル開度検出装置の磁気センサ２２は、樹脂歯車９の回転角度つまりスロットル弁３の開度に応じた検出信号を出力し、エンジン制御用コントローラは、この信号をスロットル開度信号として入力し、エンジンの燃料噴射量の演算などに使用される。
【００３４】
このように、スロットル開度検出装置を構成する永久磁石２１とヨーク２０が樹脂歯車９の射出成形時に、インサートとして金型内の定位置に配置され、一体的にインサート成形されるから、従来のように、接着剤を用いて所定位置に永久磁石２１とヨーク２０を接着する場合に比べ、作業工数が少なくなり、工数の削減によって、生産性を向上させ、製造コストを低減することができる。
【００３５】
また、永久磁石２１とヨーク２０は、その内周面側から金型の一部や金型ピンによって、正確に位置決めされた状態で、樹脂を金型内に射出して成形されるから、成形された樹脂歯車９における永久磁石２１とヨーク２０の位置の精度は、従来の接着剤により接着する場合に比べ、製品ごとのばらつきが少なく、高精度となる。したがって、高精度でスロットル弁の開度を検出することができる。
【００３６】
図８〜図１２は他の実施形態の樹脂歯車３９等を示している。この例の樹脂歯車３９には、上記金属板１７に代えて、略カップ状の金属部材３７が、スロットル軸結合用に埋設される。上記実施形態と同様な部分については、上記と同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００３７】
すなわち、この樹脂歯車３９のボス部３９ａには、スロットル軸結合用の金属部材３７がインサート成形される。樹脂歯車３９の一部には上記と同様の歯車部３９ａが形成され、円形の凹状に形成されたボス部３９ａの内周部には、ヨーク２０と永久磁石２１がインサート成形により円環状に配置され固着される。金属部材３７は、図８〜図１０に示すように、略カップ状に形成され、底部には軸結合用の矩形孔３７ａが形成され、底部の両側２箇所に開口部３７ｃが形成される。そして、その開口部３７ｃの上部に円環部が形成され、その円環部は、ボス部３９ａの内周部に固着されるヨーク２０と永久磁石２１の外周部まで延設される。開口部３７ｃは、金属部材３７をインサートとして樹脂歯車３９をインサート成形する際、永久磁石２１を下部側から金型ピンなどで押さえて支持するための開口である。
【００３８】
また、そのインサート成形時には、図１２に示すように、その円環部の一部が、押さえ部３７ｂとして、ヨーク２０と永久磁石２１の外側面に接触し、金属部材３７の押さえ部３７ｂによって、インサート成形時のヨーク２０と永久磁石２１の位置ずれを防止する。つまり、樹脂歯車３９の射出成形時、樹脂材料の線膨張により、インサートされたヨーク２０と永久磁石２１が外側にずれやすいが、金属部材３７の押さえ部３７ｂをヨーク２０と永久磁石２１の外周部に接触させて押さえることにより、ボス部３９ａ内のヨーク２０と永久磁石２１の位置ずれを防止することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスロットル開度検出装置によれば、樹脂歯車が、その成形時に、ヨークと永久磁石をインサートとしてそのボス部の内周部に配置するようにインサート成形されるから、従来のように、接着剤を用いて永久磁石を樹脂歯車に接着する場合に比べ、作業工数を大幅に削減することができ、永久磁石やヨークを所定位置に位置のばらつきなく高い精度で固定することができ、それによって、スロットル開度を高精度に検出することができる。
【００４０】
また、樹脂歯車をインサート成形することにより、ボス部内に配設されたヨークと永久磁石におけるその内周面を除く外周面と上端面及び下端面の一部を、合成樹脂で被覆し、樹脂歯車のボス部の周囲部分に、ヨーク及び永久磁石の外周面に達する溝を形成し、樹脂歯車のヨークと永久磁石のインサート成形時に、溝に配置された金型の一部または金型ピンによりヨーク及び永久磁石の外周面を押え、且つヨーク及び永久磁石の内周面、上端面及び下端面を金型の一部または金型ピンにより押えて、樹脂歯車を成形するから、樹脂歯車をインサート成形する際、金型内に永久磁石とヨークをセットした状態で型合わせしたとき、永久磁石とヨークを定位置に確実に押さえ、その状態で、材料を金型内に射出して成形することができる。したがって、樹脂歯車のインサート成形時に、永久磁石とヨークが金型の定位置に正確に押さえられて成形され、永久磁石とヨークを樹脂歯車のボス部内に高精度に固着することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すスロットル制御装置の断面図である。
【図２】樹脂歯車９の平面図である。
【図３】図２のIII-III断面図である。
【図４】図２のIV-IV断面図である。
【図５】永久磁石２１とヨーク２０の斜視図である。
【図６】カバー体側のセンサ装着部２ａに装着された磁気センサの斜視図である。
【図７】センサ装着部２ａと樹脂歯車９の平面図である。
【図８】他の実施形態の軸結合用の金属部材３７の平面図である。
【図９】同金属部材３７の断面図である。
【図１０】同金属部材３７の底面図である。
【図１１】同金属部材を使用した樹脂歯車３９の断面図である。
【図１２】同金属部材を使用した樹脂歯車３９の断面図である。
【符号の説明】
１-スロットル本体
３-スロットル弁
４-スロットル軸
９-樹脂歯車
９ａ-歯部
９ｂ-ボス部
９ｃ-溝
２０-ヨーク
２１-永久磁石
２２-磁気センサ

Claims

スロットル弁のスロットル軸に樹脂歯車が結合され、該樹脂歯車の一部に永久磁石が取り付けられ、固定側に該永久磁石と非接触で対向して配設した磁気センサからの出力信号に基づき、該樹脂歯車の回転角度を検出してスロットル弁の開度を検出するスロットル開度検出装置において、
該樹脂歯車の軸心位置に凹状のボス部が形成され、ヨークと永久磁石が該ボス部の内周面に沿って取着され、スロットル軸結合用の金属部材が該ボス部内に配設され、該樹脂歯車は、該ヨーク、該永久磁石及び該金属部材をインサートとしてインサート成形され、該ヨークは分割した円弧部を合わせて円環状に形成されると共に、分割された該ヨークとヨークの間に永久磁石が配置され、該ヨークと永久磁石は、その内周面を除く外周面と上端面及び下端面の一部が合成樹脂で被覆され、該樹脂歯車の該ヨークと永久磁石のインサート成形時に、金型の一部または金型ピンにより該ヨーク及び永久磁石の外周面を押え、且つ該ヨーク及び永久磁石の内周面、上端面及び下端面を金型の一部または金型ピンにより押えて該樹脂歯車を成形することにより、該樹脂歯車のボス部の周囲部分に、該ヨーク及び永久磁石の外周面に達する溝が押えた部分の跡として形成されたことを特徴とするスロットル開度検出装置。
前記スロットル軸結合用の金属部材は略カップ状に形成され、前記樹脂歯車のボス部が該金属部材、前記ヨーク及び永久磁石をインサートとしてインサート成形され、該金属部材の一部が前記ヨークと永久磁石の外周部に延設され、該ヨークと永久磁石の外周面に該金属部材の一部が接触していることを特徴とする請求項１記載のスロットル開度検出装置。