JP4433886B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定物の回転角度を検出する回転角度検出装置に関するもので、特に内燃機関の気筒に吸入される吸入空気量を調整するスロットルバルブの回転角度を検出するスロットル開度検出装置に係わる。

［従来の技術］
従来より、被測定物の回転角度を検出する回転角度検出装置として、例えば内燃機関のスロットルバルブの開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ（スロットルポジションセンサとも言う）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは、図８（ａ）および図８（ｂ）に示したように、スロットルバルブ（図示せず）等の被測定物の回転軸１０１が軸受け１０２を介してハウジング１０３に回転自在に支持されている。この回転軸１０１の一端部には、円筒状のロータコア（ヨークに相当する）１０４が固定され、このロータコア１０４の内周側には、円柱状のステータコア１０５が同軸的に配置されている。そして、ロータコア１０４の２個の切欠き部１０６には、それぞれ磁石１０７が１個ずつ嵌め込まれて固定されている。なお、２個の磁石１０７は、それぞれ平板状または柱状に形成され、その両端面にＮ極とＳ極とが平行着磁されている。また、ロータコア１０４の内周面は、各磁石１０７の近傍部分を除いてステータコア１０５の外周面との間に微小なエアギャップを介して対向している。一方、ステータコア１０５の中央部には、平行磁場を形成するための一定幅の磁気検出ギャップ１０９が直径方向に貫通するように形成され、この磁気検出ギャップ１０９に２個のホールＩＣ１１０が横に並べて配置されている。

以上のように構成したスロットル開度センサにおいては、ロータコア１０４の直径方向に対向する位置に２個の磁石１０７を互いに反発し合うように配置しているので、各磁石１０７のＮ極から出た磁束が、図８（ａ）に矢印で示したように、ロータコア１０４→ステータコア１０５→磁気検出ギャップ１０９（ホールＩＣ１１０）→ステータコア１０５→ロータコア１０４の磁気経路で各磁石１０７のＳ極に戻る。そして、スロットルバルブ等の被測定物の回転に伴って、ロータコア１０４が回転すると、その回転角度に対応してステータコア１０５の磁気検出ギャップ１０９を通過する磁束密度（ホールＩＣ１１０に鎖交する磁束密度）が変化し、この磁束密度に対応してホールＩＣ１１０の出力電圧が変化する。ここで、このスロットル開度センサにおいては、図８（ａ）に示したように、ロータコア１０４の内周側のうちの各磁石１０７の近傍部分に比較的に大きな空隙部分１１１を形成している。これにより、各磁石１０７の両極とステータコア１０５との間の磁束の短絡を空隙部分１１１によって防止でき、磁気検出ギャップ１０９（ホールＩＣ１１０）を通過する磁束密度の低下を防止できるようにしている。

また、図６（ａ）および図９に示したように、分割型のステータコア１２０の保持片１２１間に形成される磁気検出ギャップ１２２にホールＩＣ１１０を保持し、被測定物の回転に伴って直方体形状の磁石１３０が回転すると、その回転角度に対応して磁気検出ギャップ１２２を通過する磁束密度（ホールＩＣ１１０に鎖交する磁束密度）が変化し、この磁束密度に対応してホールＩＣ１１０の出力電圧が変化する回転角度センサが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この各ステータコア１２０は、保持片１２１の図示下端部から図示左右方向に延ばされた肩状部１２３、この肩状部１２３の端部より折曲げられた折曲げ部１２４、およびこの折曲げ部１２４の端部よりストレート状に図示下端側に延ばされた延長部１２５等から構成されている。

［従来の技術の不具合］
ところが、特許文献１に記載のスロットル開度センサにおいては、図８（ａ）および図８（ｂ）に示したように、ホールＩＣ１１０のリード線を接続するターミナル１１２、ステータコア１０５およびスペーサ１１３等を樹脂でモールド成形したコネクタハウジング１１４にホールＩＣ１１０を保持している。すなわち、ロータコア１０４および２個の磁石１０７を回転自在に保持するハウジング１０３と、ステータコア１０５およびホールＩＣ１１０を保持するコネクタハウジング１１４とが別部品で構成されているので、２個の磁石１０７の着磁方向に対する、ステータコア１０５およびホールＩＣ１１０の位置精度（組み合わせ精度）を出し難く、ホールＩＣ１１０の出力変動が生じ易い。これにより、被測定物の回転に伴って回転する磁石１０７の回転角度の検出精度が低下するという問題が生じている。また、磁界発生源として２個の磁石１０７を設けているので、部品点数や組付工数が増加するため、コストアップとなるという問題が生じている。

また、特許文献２に記載の回転角度センサにおいては、図６（ａ）および図９に示したように、磁石１３０が最小角度（例えば０°）から最大角度近傍（例えば８０°）に至るまで回転角度が変化する際に、磁気検出ギャップ１２２を通過する磁束密度の変化に対応してホールＩＣ１１０の出力が変化するが、各ステータコア１２０のうちで、磁石１３０が高回転角度時に磁石１３０の両端面との間にエアギャップを形成するストレート状の延長部１２５が形成されているので、図１０のグラフに示した実線のような理想的な出力（例えば本発明の実施例１の出力）よりも、最大角度近傍で変曲点を有する凸状の出力が発生してしまう。具体的には、ホールＩＣ１１０の出力は、磁石１３０の回転角度が４５°近傍の時に理想的な出力より最も大きくなる。これにより、被測定物の検出角度範囲における、被測定物の回転に伴って回転する磁石１３０の回転角度に対する、ホールＩＣ１１０の出力値のリニアリティが悪化するという問題が生じている。
特開２００１−３１７９０９号（第１−１２頁、図１−図１８） 米国特許第６７０７２９２Ｂ２号（第１−１０頁、図１−図７）

本発明の目的は、被測定物の全検出角度範囲における、被測定物および磁石の回転角度に対する磁気検出素子の出力信号のリニアリティを改善することで、被測定物の回転角度の検出精度を向上することのできる回転角度検出装置を提供することにある。また、磁石を回転自在に収容するハウジングと磁性体および磁気検出素子を保持するハウジングとを１つの部品で構成することで、被測定物の回転に伴って回転する磁石の回転角度の検出精度の低下を防止することのできる回転角度検出装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明によれば、磁石の回転中心軸線を含む垂直面を中心にして面対称となるように分割され、この分割により形成された磁気検出ギャップに磁気検出素子を配置した磁性体に、エアギャップ最小状態からエアギャップ増加方向に所定の回転角度だけ回転すると、エアギャップが増加するように逆反り部をそれぞれ設けている。そして、磁性体の各逆反り部は、磁石を挟んで対向しており、且つ互いに遠ざかるように反り返ると共に、磁石側に対して逆側に反り返るように設けられている。これにより、被測定物がエアギャップ増加方向に向けて所定の回転角度だけ回転するに従って、磁石の着磁方向の両端部と磁性体の板厚方向の内側面（対向面）との間に形成されるエアギャップが増加するため、磁性体の磁気検出ギャップを通過する磁束密度、つまり磁気検出素子に鎖交する磁束密度が急激に少なくなる。

これによって、磁気検出素子の出力信号も急激に下がるので、従来の技術と比べて理想的な出力信号に近づく。したがって、被測定物の全検出角度範囲における、被測定物および磁石の回転角度に対する磁気検出素子の出力信号のリニアリティ（磁気検出素子の出力変化特性の直線性）を改善することができる。特に、エアギャップが比較的小さい領域での磁石の回転角度に対する磁気検出素子の出力信号のリニアリティ（磁気検出素子の出力変化特性の直線性）を改善することができるので、被測定物の回転角度の検出精度を向上することができる。

請求項２に記載の発明によれば、磁性体の逆反り部を、エアギャップ最小の位置を基準位置とした場合、その基準位置より両側に向けてそれぞれ延長される部分が略円弧状に湾曲するように、しかも互いに遠ざかるように設けられていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、非磁性材料によって一体的に形成されたハウジングに、磁性体および磁気検出素子によって構成される回転角度センサを保持するセンサ保持部、および磁石を回転自在に収容する磁石収容穴を設けることにより、磁石を回転自在に収容するハウジングと磁性体および磁気検出素子を保持するハウジングとを１つの部品で構成することが可能となる。これによって、磁石の着磁方向に対する磁性体および磁気検出素子の位置精度（組み合わせ精度）を出し易くなり、磁石と磁性体および磁気検出素子との組み付けばらつきを低減できる。また、磁気検出素子の出力変動が生じ難くなるので、被測定物の回転に伴って回転する磁石の回転角度の検出精度の低下を防止することができる。また、磁界発生源として１個の磁石を設けているので、２個の磁石が必要な従来の技術と比べて部品点数や組付工数を減少させることができる。これによって、回転角度検出装置の全体の価格を低減することができる。

請求項４に記載の発明によれば、被測定物の回転角度が使用範囲の中間角度近傍に位置する際に、磁石の着磁方向に対して、磁気検出素子の板厚方向の両感磁面に鎖交する磁束密度が比較的に小さくなる位置関係となるように、磁石と磁性体とで構成される磁気回路の途中に磁性体の磁気検出ギャップを設けることにより、被測定物が使用範囲の中間角度近傍に位置する場合には、磁性体の磁気検出ギャップを通過する磁束密度、つまり磁気検出素子の板厚方向の両感磁面に鎖交する磁束密度が比較的に小さくなるので、磁気検出素子の出力信号が比較的に小さい値となり、被測定物の回転角度が中間角度近傍であることを検出できる。そして、中間角度近傍から磁石が両方向に回転することにより、磁気検出素子の出力が増減し被測定物の回転角度を広範囲で精度良く検出できる。

請求項５に記載の発明によれば、磁性体に、磁石の磁束を集める逆反り部よりも板幅の小さい磁気検出素子保持片をそれぞれ設けている。そして、磁性体の各磁気検出素子保持片を、磁気検出素子の板厚方向の両感磁面に接触した状態で、磁気検出ギャップを隔てて互いに対向して配置することにより、磁気検出素子の板厚方向の両感磁面に磁束を集中させることができる。これによって、被測定物の回転に伴って磁石が最小角度から最大角度まで回転する回転角度範囲、つまり被測定物の全検出角度範囲に渡って効率良く、磁気検出素子の板厚方向の両感磁面に磁束を集中させることができるので、磁気検出素子から安定した出力信号を取り出すことがきる。

請求項６に記載の発明によれば、磁性体に、中心軸線方向に対して略直交する方向で、且つ互いに遠ざかる側に略ストレート状に延ばされた肩状部をそれぞれ設けている。そして、肩状部の端部より略鋭角的に折り曲げられた折曲げ部によって、肩状部の端部と逆反り部の端部とを接続している。そして、磁性体の各磁気検出素子保持片を、肩状部の磁気検出ギャップ側の端部より磁石から遠ざかる側に略直角的に折り曲げられて設けている。これによって、被測定物の回転に伴って磁石が最小角度から最大角度まで回転する回転角度範囲、つまり被測定物の全検出角度範囲に渡って効率良く、磁気検出素子の板厚方向の両感磁面に磁束を集中させることができるので、磁気検出素子から安定した出力信号を取り出すことができる。

本発明を実施するための最良の形態は、被測定物の回転角度の検出精度を向上するという目的を、被測定物の全検出角度範囲における、磁石の回転角度に対する磁気検出素子の出力信号のリニアリティを改善することで実現した。また、被測定物の回転に伴って回転する磁石の回転角度の検出精度の低下を防止するという目的を、磁石を回転自在に収容するハウジングと磁性体および磁気検出素子を保持するハウジングとを１つの部品で構成することで実現した。

［実施例１の構成］
図１ないし図６は本発明の実施例１を示したもので、図１はスロットル開度センサを示した図で、図２は内燃機関用吸気絞り装置を示した図である。

本実施例の内燃機関用吸気絞り装置は、運転者のアクセル操作量（例えばスロットルレバーの操作量）に基づいて内燃機関（例えば二輪自動車用エンジン：以下エンジンと言う）の気筒の燃焼室内に流入する吸入空気量を変更することで、エンジン回転速度またはエンジントルクをコントロールする内燃機関用スロットル装置である。この内燃機関用吸気絞り装置は、エンジンの気筒に吸入される吸入空気量を制御するスロットルバルブ１と、このスロットルバルブ１と一体的に回転するスロットルシャフト２と、内部をエンジンの気筒に向かう吸入空気が流れるスロットルボデー３と、エンジンの気筒に噴射供給する燃料噴射量が最適値となるように制御するエンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと呼ぶ：図示せず）とを備えている。

スロットルバルブ１は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示したように、スロットルボデー３内において開閉自在に収容されている。このスロットルバルブ１は、吸入空気量を最小とする全閉位置から吸入空気量を最大とする全開位置までの回転動作可能範囲内において回転角度が変更されることで、エンジンの気筒に吸入される吸入空気量を調整するバタフライバルブである。そして、スロットルバルブ１は、金属板により略円板形状に形成されており、スロットルシャフト２の外周に締結ねじ等の締結具（図示せず）を用いて保持固定されている。なお、スロットルバルブ１を樹脂材料によって樹脂一体成形しても良い。この場合には、スロットルバルブ１に、円板状部およびこの円板状部の直径方向に円筒状部を設け、円筒状部内部にスロットルシャフト２をインサート成形等により固定する。

スロットルシャフト２は、非磁性材料、例えば非磁性金属材料により略円柱形状に形成されており、図２（ａ）に示したように、スロットルバルブ１を保持固定するバルブ保持部１０を有している。このバルブ保持部１０よりも軸方向の一端側（図示右側）は、スロットルボデー３の第１シャフト軸受部１１の内周に摺動自在に軸支される第１軸受摺動部とされている。また、バルブ保持部１０よりも軸方向の他端側（図示左側）は、スロットルボデー３の第２シャフト軸受部１２の内周に摺動自在に軸支される第２軸受摺動部とされている。

スロットルシャフト２の第１軸受摺動部の先端部（一端部）には、図２（ａ）および図２（ｂ）に示したように、スロットルシャフト２の回転中心軸線に対して略直交する垂直線上に略一文字状の溝部１３が形成されている。この溝部１３内には、接着剤等の固定手段を用いて直方体形状の薄板状磁石４が固定されている。また、スロットルシャフト２の第２軸受摺動部の先端部（他端部）には、小径部１４が形成されている。この小径部１４をかしめることにより、アクセルレバー１５が固定されている。このアクセルレバー１５の外周部には、運転者が操作するスロットルレバーに連動する開き側、閉じ側ワイヤーケーブル（図示せず）が巻き付けられる略Ｖ字形状の周溝部１６が設けられている。また、アクセルレバー１５の図示右端面には、リターンスプリング１７のスプリング側フック部を係止するボデー側フック部（図示せず）が一体的に設けられている。

スロットルボデー３は、非磁性材料（例えば熱可塑性樹脂等の樹脂材料）により樹脂一体成形（樹脂化）された樹脂成形品であって、スロットルシャフト２およびスロットルバルブ１を回転自在に収容保持する装置（ハウジング）である。なお、スロットルボデー３を樹脂一体成形する樹脂材料として、ポリブチレンテレフタレート：ＰＢＴ、またはポリフェニレンサルファイド：ＰＰＳ、またはポリアミド樹脂：ＰＡ、またはポリプロピレン：ＰＰ、またはポリエーテルイミド：ＰＥＩ等を用いても良い。そして、スロットルボデー３には、図２（ａ）および図２（ｂ）に示したように、内部に吸入空気通路を形成する円管状のボア壁部１８が一体的に形成されている。このボア壁部１８内には、スロットルバルブ１が回転自在に組み込まれている。

そして、ボア壁部１８の図示右端部には、スロットルシャフト２の第１軸受摺動部を回転自在に支持するための円筒状の第１シャフト軸受部１１がボア壁部１８の外壁面より図示右側に突出するように一体的に設けられている。また、ボア壁部１８の図示左端部には、スロットルシャフト２の第２軸受摺動部を回転自在に支持するための円筒状の第２シャフト軸受部１２がボア壁部１８の外壁面より図示左側に突出するように一体的に設けられている。なお、第１シャフト軸受部１１の図示右端部は、第１シャフト軸受部１１に一体的に形成された円環状の閉塞部１９によって閉塞されている。また、第２シャフト軸受部１２の図示左端部は、開口している。これにより、第２シャフト軸受部１２の開口部（第２シャフト摺動孔２２）は、スロットルシャフト２を吸入空気通路内に差し込む際のシャフト挿入口として機能する。

そして、第１、第２シャフト軸受部１１、１２内には、断面形状が円形状の第１、第２シャフト摺動孔２１、２２が形成されている。また、第２シャフト軸受部１２は、スロットルバルブ１を、吸入空気量が最小となる全閉位置に戻す方向に付勢するリターンスプリング１７が嵌め合わされる円筒状のスプリング内周ガイドとして機能する。また、ボア壁部１８の図示左端面には、リターンスプリング１７のスプリング側フック部を係止するボデー側フック部（図示せず）が一体的に設けられている。リターンスプリング１７は、スロットルシャフト２の第２軸受摺動部の外周側、つまりスロットルボデー３の第２シャフト軸受部１２の外周側に装着されたコイルスプリングで、その図示右端部（一端部）がスロットルボデー３のボア壁部１８の外壁面に設けられたボデー側フック（図示せず）に保持され、また、その図示左端部（他端部）がアクセルレバー１５のボア壁部側面に設けられたレバー側フック（図示せず）に保持されている。

ここで、本実施例の第１シャフト摺動孔２１は、スロットルシャフト２の図示右端部に固定されて、スロットルバルブ１の回転に伴って回転する薄板状磁石４を回転自在に収容する磁石収容穴として機能する。また、本実施例の第１シャフト軸受部１１には、スロットル開度センサ５を保持固定するセンサ保持部２３が一体的に形成されている。センサ保持部２３のうちの、スロットル開度センサ５の装着部（特にホールＩＣ７の装着部）より側方には、スロットル開度センサ５をセンサ保持部２３の所定の部位（特に磁気検出ギャップ９）に挿入するための略長方形状のセンサ挿入孔２４が形成されている。このセンサ挿入孔２４の図示右端部は、開口している。これにより、センサ挿入孔２４の開口部は、ホールＩＣ７をセンサ保持部２３の所定の部位（特に磁気検出ギャップ９）に挿入するためのセンサ挿入口として機能する。なお、センサ挿入孔２４の開口部は、ホールＩＣ７をセンサ保持部２３の所定の部位に組み付けた後に、樹脂材料よりなるカバープレート（センサカバー）２５をセンサ保持部２３の外壁面に熱溶着等により組み付けることで塞がれる。これにより、センサ保持部２３内に水分等の異物が侵入することを防止できる。

ここで、本実施例の内燃機関用吸気絞り装置は、スロットルバルブ１の回転角度（バルブ角度）を電気信号（スロットル開度信号）に変換し、エンジン制御装置（ＥＣＵ）へどれだけスロットルバルブ１が開いているかを出力する非接触式の回転角度検出装置を備えている。そして、本実施例のＥＣＵは、回転角度検出装置より出力されたスロットル開度信号に対応した燃料噴射量を、エンジンの気筒に噴射供給するように電磁式燃料噴射弁（インジェクタ：図示せず）の開弁期間を制御する噴射量制御を行うように構成されている。そして、本実施例の回転角度検出装置は、図１ないし図６（ｂ）に示したように、スロットルシャフト２の一端部に固定された薄板状磁石４、およびこの薄板状磁石４と共に磁気回路を形成するスロットル開度センサ５等によって構成されている。なお、本実施例のスロットル開度センサ５は、薄板状磁石４により磁化される一対のヨーク（磁性体）６、およびこれらのヨーク６の磁気検出ギャップ９に配置されたホールＩＣ７等によって構成されている。

薄板状磁石４は、平板状または柱状に形成され、被測定物としてのスロットルバルブ１の回転に伴って回転すると共に、板厚方向および板幅方向に対して略直交する板長さ方向の両端部が互いに極性が逆向きになるようにＮ極とＳ極とが平行着磁されている。この薄板状磁石４は、平面形状が正方形状で、例えばサマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）磁石、ネオジウム（Ｎｄ）磁石等の希土類磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石が用いられ、長期間磁力を安定して発生し続ける平板状の永久磁石である。また、薄板状磁石４の板長さ方向（着磁方向）の両端部は、一対のヨーク６の各内周面に微小なエアギャップを介して対向して配置されている。ここで、２０は、スロットルボデー３のセンサ保持部２３によって囲まれた磁石収容穴であって、薄板状磁石４がスロットルバルブ１のバルブ全閉位置（最小角度）からバルブ全開位置（最大角度）に至るまでの回転動作範囲で回転可能とされている。

本実施例では、後記するように非円筒形状の分割型ヨーク６を用いているので、薄板状磁石４の着磁方向の両端部と一対のヨーク６の各内周面との間に形成されるエアギャップ量が、スロットルバルブ１および薄板状磁石４の回転角度の変化に応じて可変値となる。これにより、薄板状磁石４の長手方向の一端部（Ｎ極）から出た磁束は、図３に矢印で示したように、一対のヨーク６を経由して薄板状磁石４の長手方向の他端部（Ｓ極）に戻る。

一対のヨーク６は、鉄等の磁性材料で形成されており、薄板状磁石４の着磁方向の両端部との間に所定のエアギャップを形成する。また、一対のヨーク６は、図３に示したように、薄板状磁石４の回転中心軸線を含む垂直面を中心にして面対称となるように２分割以上に分割され、この分割により形成された一定寸法の磁気検出ギャップ９にホールＩＣ７が配置されている。各ヨーク６は、磁石４の回りに配置され、この磁石４の磁束を集める部分となる略円弧状の湾曲部（逆反り部）３４、この湾曲部３４の片側に、湾曲部３４よりも板幅の小さい磁気検出素子保持片（以下保持片と略す）３１、この保持片３１の端部に接続される肩状部３２、この肩状部３２の端部より略鋭角的に折り曲げられて湾曲部３４に繋がる折曲げ部（屈曲部）３３をそれぞれ有している。

各保持片３１は、ホールＩＣ７の両感磁面に接触した状態で、磁気検出ギャップ９を隔てて互いに対向して配置された立ち壁部（対向壁部）である。この保持片３１の端部には、互いに遠ざかる側に折り曲げられて、各肩状部３２の対向側端部に接続する折曲げ部３５が設けられている。すなわち、各保持片３１は、各肩状部３２の磁気検出ギャップ９側の端部よりスロットルシャフト２および薄板状磁石４の回転中心軸線から遠ざかる側に略直角的に折り曲げられて設けられている。なお、一対のヨーク６は、少なくとも各保持片３１の対向面側がセンサ挿入孔２４内で露出するように、センサ保持部２３内部にインサート成形されている。

各肩状部３２は、中心軸線方向に対して略直交する方向（垂直方向）で、且つ互いに遠ざかる側に略ストレート状に垂直方向（図３において図示左右方向）に延ばされている。また、各折曲げ部３３は、一対のヨーク６の中で、薄板状磁石４の着磁方向の一端部（Ｎ極）より最も離れた位置に設けられており、薄板状磁石４の着磁方向の一端部（Ｎ極）との間には、最も大きいエアギャップが形成される。

各逆反り部３４は、エアギャップ最小状態からエアギャップが拡大する側に向けて所定の回転角度だけ回転するに従って、薄板状磁石４の着磁方向の両端部と一対のヨーク６の内側面との間に形成されるエアギャップが急激に増加するように設けられている。そして、各逆反り部３４は、互いに遠ざかるように反り返ると共に、薄板状磁石４側に対して逆側（外側）に反り返るように設けられることで、スロットルバルブ１および薄板状磁石４が最大角度近傍（例えば８０°）の際に、薄板状磁石４の着磁方向の両端部と一対のヨーク６の内側面との間に形成されるエアギャップが最小となる状態を基準位置（薄板状磁石４の回転中心軸線に対して垂直な垂直線が交差する位置）とし、その基準位置よりそれぞれ両側（図示上下方向）に向けてそれぞれ延長される部分が略円弧状に湾曲するように設けられている。

本実施例のホールＩＣ７は、図１ないし図３に示したように、ホールＩＣ７の板厚方向の両側に一定幅の感磁面をそれぞれ有している。このホールＩＣ７は、ホール素子（非接触式の磁気検出素子）と増幅回路とを一体化したＩＣ（集積回路）であり、磁気検出ギャップ９を通過する磁束密度（ホールＩＣ７に鎖交する磁束密度）に対応した電圧信号を出力する。なお、ホールＩＣ７は、磁束密度に対する出力ゲイン調整、オフセット調整、温度特性の補正のプログラムを外部から電気トリミングする機能を有したり、断線、ショートの自己診断機能を有していても良い。

そして、ホールＩＣ７をセンサ挿入孔２４から差し込んで、スロットルボデー３の外壁面に樹脂一体成形されたセンサ保持部２３に保持固定（インサート成形）された一対のヨーク６の各保持片３１間に形成される磁気検出ギャップ９にホールＩＣ７を嵌め込むことで、センサ保持部２３の所定の位置に組み付けられる。これにより、ホールＩＣ７は、一対のヨーク６の各保持片３１間に形成される磁気検出ギャップ９に嵌め込まれて位置決めされ、ホールＩＣ７のリード線（２本の出力取出用端子および１本の電源供給（給電）端子）がセンサ保持部２３にインサート成形されたコネクタピン（ターミナル：図示せず）に抵抗溶接等の接合手段を用いて電気的および機械的に接続されている。

磁気検出ギャップ９は、薄板状磁石４とヨーク６の逆反り部３４とのエアギャップが最小となる位置関係の際に、薄板状磁石４の着磁方向に対して、ホールＩＣ７の両感磁面に鎖交する磁束密度が比較的に大きくなる位置関係となるように、薄板状磁石４と一対のヨーク６とで構成される磁気回路の途中に設けられている。また、磁気検出ギャップ９は、スロットルバルブ１および薄板状磁石４の回転角度が最小角度と最大角度との中間角度近傍（例えば４０°）に位置する際に、薄板状磁石４の着磁方向に対して、ホールＩＣ７の両感磁面に鎖交する磁束密度が比較的に小さくなる位置関係となるように磁気回路の途中に設けられている。

［実施例１の作用］
次に、本実施例の回転角度検出装置を備えた内燃機関用吸気絞り装置の作用を図１ないし図６（ｂ）に基づいて簡単に説明する。

運転者によってスロットルレバーが操作されると、このスロットルレバーにワイヤーケーブルを介して機械的に連結されたアクセルレバー１５が、リターンスプリング１７の付勢力に抗してスロットルレバーの操作量に対応した回転角度だけ回転する。そして、上記のアクセルレバー１５の回転がスロットルシャフト２に伝わり、スロットルシャフト２の回転に伴ってスロットルバルブ１が、アクセルレバー１５、つまりスロットルシャフト２と同じ回転角度だけ回転する。これにより、エンジンの気筒への吸入空気通路が所定のスロットル開度だけ開かれるので、エンジン回転速度がスロットルレバーの操作量に対応した速度に変更される。

ここで、スロットルバルブ１の回転角度が中間角度近傍の際（本例ではスロットルバルブ１のバルブ開度が３０°、また、本例では薄板状磁石（マグネット）４の回転角度が０°の際）には、図３（ａ）に矢印で示したように、薄板状磁石４の板長さ方向の一端部（Ｎ極）から出た磁束が、一対のヨーク６の各肩状部３２→一対のヨーク６の各屈曲部３３→一対のヨーク６の各逆反り部３４を経由して薄板状磁石４の板長さ方向の他端部（Ｓ極）に戻る。このとき、薄板状磁石４の着磁方向に対して、磁気検出ギャップ９を通過する磁束密度（ホールＩＣ７に鎖交する磁束密度）が比較的に小さくなる位置関係となる。これにより、スロットルバルブ１および薄板状磁石４の回転角度に対する、ホールＩＣ７より出力される出力電圧は、図５のグラフに示したように、ほぼ０となる。

また、スロットルバルブ１の回転角度が中間角度近傍から開度増加方向（全開方向）に変化した際（本例ではスロットルバルブ１のバルブ開度が６０°〜７０°、また、本例では薄板状磁石（マグネット）４の回転角度が３０°〜４０°の際）には、図３（ｂ）に矢印で示したように、薄板状磁石４の板長さ方向の一端部（Ｎ極）から出た磁束が、図示左側のヨーク６の逆反り部３４を経由して薄板状磁石４の板長さ方向の他端部（Ｓ極）に戻る。また、薄板状磁石４の板長さ方向の一端部（Ｎ極）から出た磁束が、図示左側のヨーク６の肩状部３２→図示左側のヨーク６の保持片３１→磁気検出ギャップ９（ホールＩＣ７）→図示右側のヨーク６の保持片３１→図示右側のヨーク６の肩状部３２→図示右側のヨーク６の屈曲部３３→図示右側のヨーク６の逆反り部３４を経由して薄板状磁石４の板長さ方向の他端部（Ｓ極）に戻る。このとき、薄板状磁石４の着磁方向に対して、磁気検出ギャップ９を通過する磁束密度（ホールＩＣ７に鎖交する磁束密度）が比較的に中程度となる位置関係となる。これにより、スロットルバルブ１および薄板状磁石４の回転角度に対する、ホールＩＣ７より出力される出力電圧は、図５のグラフに示したように、変化量に応じリニアに出力が増加する。

そして、スロットルバルブ１の回転角度が中間角度近傍から更に大きく開度増加方向（全開方向）に変化した際（本例ではスロットルバルブ１の全開位置、つまりバルブ開度が９０°、また、本例では薄板状磁石（マグネット）４の回転角度が６０°の際）には、図４（ａ）に矢印で示したように、薄板状磁石４の板長さ方向の一端部（Ｎ極）から出た磁束が、図示左側のヨーク６の逆反り部３４→図示左側のヨーク６の屈曲部３３→図示左側のヨーク６の肩状部３２→図示左側のヨーク６の保持片３１→磁気検出ギャップ９（ホールＩＣ７）→図示右側のヨーク６の保持片３１→図示右側のヨーク６の肩状部３２→図示右側のヨーク６の屈曲部３３→図示右側のヨーク６の逆反り部３４を経由して薄板状磁石４の板長さ方向の他端部（Ｓ極）に戻る。このとき、薄板状磁石４の着磁方向に対して、磁気検出ギャップ９を通過する磁束密度（ホールＩＣ７に鎖交する磁束密度）が比較的に大きくなる位置関係となる。これにより、スロットルバルブ１および薄板状磁石４の回転角度に対する、ホールＩＣ７より出力される出力電圧は、図５のグラフに示したように、リニア領域での最大値となる。

一方、スロットルバルブ１の回転角度が中間角度近傍から開度減少方向（全閉方向）に変化した際（本例ではスロットルバルブ１の全閉位置、つまりバルブ開度が０°、また、本例では薄板状磁石（マグネット）４の回転角度が−３０°の際）には、図４（ｂ）に矢印で示したように、上記図３（ｂ）と逆方向の図示右側のヨーク６の保持片３１→磁気検出ギャップ９（ホールＩＣ７）→図示左側のヨーク６の保持片３１という磁束の流れとなり、ホールＩＣ７より出力される出力電圧は、図５のグラフに示したように、変化量に応じたリニアなマイナス方向の出力となる。

［実施例１の効果］
以上のように、本実施例の回転角度検出装置においては、薄板状磁石４の回転中心軸線に対して略直交する垂直面を中心にして面対称となるように分割され、互いに対向して配置される各保持片３１間に形成された磁気検出ギャップ９に、スロットル開度センサ５の感知部を成すホールＩＣ７を配置した一対のヨーク６に、基準位置から互いに遠ざかるように反り返ると共に、薄板状磁石４側に対して逆側（外側）に反り返るように湾曲した各逆反り部３４を設けている。これにより、スロットルバルブ１の回転角度が最大角度近傍から最小角度側に向けて所定の回転角度だけ回転すると、薄板状磁石４の着磁方向の両端部と一対のヨーク６の内側面（対向面）との間に形成されるエアギャップが急激に増加するため、一対のヨーク６の磁気検出ギャップ９を通過する磁束密度（ホールＩＣ７に鎖交する磁束密度）が急激に少なくなる。

これによって、ホールＩＣ７の出力電圧も急激に下がるので、従来の技術と比べて理想的な出力電圧に近づく。したがって、スロットルバルブ１の全検出角度範囲における、スロットルバルブ１および薄板状磁石４の回転角度に対するホールＩＣ７の出力電圧のリニアリティ（ホールＩＣ７の出力変化特性の直線性）を改善することができる。特に、スロットルバルブ１の回転角度が最大角度付近の、被測定物および薄板状磁石４の回転角度に対するホールＩＣ７の出力電圧のリニアリティ（ホールＩＣ７の出力変化特性の直線性）を改善することができるので、スロットルバルブ１の回転角度の検出精度を向上することができる。

また、一対のヨーク６に、ホールＩＣ７の両感磁面よりも板幅の小さい保持片３１をそれぞれ設け、一対のヨーク６の各保持片３１を、ホールＩＣ７の両感磁面に接触した状態で、磁気検出ギャップ９を隔てて互いに対向して配置することにより、ホールＩＣ７の両感磁面に磁束を集中させることができる。これによって、スロットルバルブ１の回転に伴って薄板状磁石４が最小角度から最大角度まで回転する回転角度範囲、つまりスロットルバルブ１の全検出角度範囲に渡って効率良く、ホールＩＣ７の両感磁面に磁束を集中させることができるので、ホールＩＣ７から安定した出力電圧を取り出すことがきる。

また、スロットルボデー３のボア壁部１８の図示右端部に、一対のヨーク６およびホールＩＣ７によって構成されるスロットル開度センサ５を保持固定するセンサ保持部２３、および薄板状磁石４を回転自在に収容する第１シャフト摺動孔（磁石収容穴）２１を設けている。これにより、薄板状磁石４を回転自在に収容するハウジングと一対のヨーク６およびホールＩＣ７を保持するハウジングとを１つの部品で構成することが可能となる。

これによって、薄板状磁石４の着磁方向に対する一対のヨーク６およびホールＩＣ７の位置精度（組み合わせ精度）を出し易くなり、薄板状磁石４と一対のヨーク６およびホールＩＣ７との組み付けばらつきを低減できる。また、ホールＩＣ７の出力変動が生じ難くなるので、スロットルバルブ１の回転に伴って回転する薄板状磁石４の回転角度の検出精度の低下を防止することができる。また、磁界発生源として１個の薄板状磁石４を設けているので、２個の磁石が必要な従来の技術と比べて部品点数や組付工数を減少させることができる。これによって、回転角度検出装置の全体の価格を低減することができる。

図７は本発明の実施例２を示したもので、内燃機関用吸気絞り装置を示した図である。 本実施例では、ホールＩＣ７およびこのホールＩＣ７のリード線（２本の出力取出用端子および１本の給電端子）を、センサ保持部２３内部に一対のヨーク６と共にインサート成形している。この場合には、カバープレート（センサカバー）２５が不要となるので、実施例１と比べて部品点数や組付工数を減少させることができる。これによって、回転角度検出装置の全体の価格を更に低減することができる。

［変形例］
本実施例では、本発明の回転角度検出装置を、スロットルレバーにワイヤーケーブルを介して機械的に連結されたアクセルレバー１５をスロットルシャフト２の一端部に取り付けて、運転者のアクセル操作量をスロットルバルブ１に伝える内燃機関用吸気絞り装置に組み込むようにしているが、本発明の回転角度検出装置を、駆動モータ（アクチュエータ）の回転動力を、歯車減速装置等の動力伝達装置を経てスロットルシャフト２に伝達して、スロットルバルブ１の回転角度（バルブ開度）を運転者のアクセル操作量に応じて制御する内燃機関用スロットル制御装置に組み込むようにしても良い。この場合には、スロットルシャフト２の一端部に取り付けたアクセルレバー１５の代わりに、スロットルシャフト２の一端部に一体化されたバルブギヤを設ける。このようにしても、運転者のアクセル操作量（例えばスロットルレバーの操作量またはアクセルペダルの踏み込み量）をスロットルバルブ１に伝えることができる。

本実施例では、本発明の回転角度検出装置を、スロットルバルブ１の回転角度（バルブ開度）を電気信号（スロットル開度信号）に変換し、ＥＣＵへどれだけスロットルバルブ１が開いているかを出力する回転角度検出装置（スロットル開度センサ、スロットルポジションセンサ、回転角度センサ）に適用した例を説明したが、本発明の回転角度検出装置を、運転者によるアクセル操作量（例えばスロットルレバーの回転角度またはアクセルペダルの回転角度）を電気信号（アクセル開度信号）に変換し、ＥＣＵへどれだけスロットルレバーが回転方向に操作されているか、あるいはアクセルペダルが踏み込まれているかを出力する回転角度検出装置（アクセル開度センサ、回転角度センサ）に適用しても良い。

また、スロットルボデー３を樹脂一体成形する樹脂材料として、加熱されて溶融状態の樹脂材料（例えば熱可塑性樹脂よりなる溶融樹脂）に充填材（例えば低コストなガラス繊維、または炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維等）または添加材を混合した樹脂系の複合材料（例えばガラス繊維３０％入りのポリブチレンテレフタレート：ＰＢＴＧ３０、またはガラス繊維４０％入りのポリブチレンテレフタレート：ＰＢＴＧ４０）を用いても良い。また、上記の樹脂系の複合材料を、ゲートから樹脂成形金型のキャビティ内に射出することで、樹脂系の複合材料の射出成形によって樹脂スロットルボデーを製造しても良い。このように樹脂系の複合材料の射出成形によって樹脂一体成形された樹脂成形品は、低コストで、且つ樹脂成形性に優れると共に、機械的性質をはじめ強度、剛性および耐熱性等の性能が向上する。また、本実施例では、加熱されて溶融状態の溶融材料として樹脂材料（例えば熱可塑性樹脂よりなる溶融樹脂）を用いたが、加熱されて溶融状態の溶融材料として金属材料の溶湯（例えばアルミニウム合金等の半溶融合金材料の溶湯）を用いても良い。

本実施例では、スロットルボデー（ハウジング）３のセンサ保持部２３内部に一対のヨーク６をインサート成形しているが、スロットルボデー３のセンサ保持部２３の外壁面に、一対のヨーク６の外形形状に対応した溝部を設け、この溝部内に一対のヨーク６を圧入固定するようにしても良い。また、本実施例では、磁石として、板状または柱状の薄板状磁石４を用いたが、磁石として、細い針状または細い棒状の磁石を用いても良い。特に、互いに極性が逆向きになるように着磁される板長さ方向の両端部が細ければ細い程、薄板状磁石４の回転角度に対するホールＩＣ７の出力電圧のリニアリティ（ホールＩＣ７の出力変化特性の直線性）を改善できる。なお、薄板状磁石４として、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ粉末を焼結した樹脂磁石を用いても良い。

本実施例では、非接触式の磁気検出素子として、ホール素子（非接触式の磁気検出素子）と増幅回路とを一体化したホールＩＣ７を用いた例を説明したが、非接触式の磁気検出素子として、ホール素子単体や、磁気抵抗素子を用いても良い。また、本実施例では、スロットル開度センサ（回転角度センサ）として、一対のヨーク（磁性体）６およびホールＩＣ７よりなる非接触式の回転角度センサを用いた例を説明したが、スロットル開度センサ（回転角度センサ）として、ステータコア（磁性体）および磁気検出素子よりなる非接触式の回転角度センサを用いても良い。また、板状または柱状の薄板状磁石４等の磁石を、スロットルシャフト２等の回転軸に結合したロータコアに組み付けるようにしても良い。

スロットル開度センサを示した斜視図である（実施例１）。 （ａ）は内燃機関用吸気絞り装置を示した断面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である（実施例１）。 （ａ）は最小出力時バルブ開度３０°の磁束の流れを示した正面図で、（ｂ）は中間出力時の磁束の流れを示した正面図である（実施例１）。 （ａ）はスロットルバルブ全開時の磁束の流れを示した正面図で、（ｂ）はスロットルバルブ全閉時の磁束の流れを示した正面図である（実施例１）。 スロットルバルブ（被測定物）の回転角度に対するスロットル開度センサの出力特性を示したグラフである（実施例１）。 （ａ）はスロットル開度センサを示した斜視図で（従来例２）、（ｂ）はスロットル開度センサを示した斜視図である（実施例１）。 内燃機関用吸気絞り装置を示した断面図である（実施例２）。 （ａ）はスロットル開度センサを示した平面図で、（ｂ）はスロットル開度センサを示した断面図である（従来例１）。 ステータコア、ホールＩＣおよび磁石の配置を示した斜視図である（従来例２）。 磁石の角度（位置）に対するホールＩＣの出力特性を示したグラフである（従来例２）。

符号の説明

１ スロットルバルブ（被測定物）
２ スロットルシャフト（回転軸）
３ スロットルボデー（ハウジング）
４ 薄板状磁石（磁石）
５ スロットル開度センサ
６ ヨーク（磁性体）
７ ホールＩＣ
９ 磁気検出ギャップ
２１ 第１シャフト摺動孔（磁石収容穴）
２４ センサ保持部
３１ 保持片（磁気検出素子保持片）
３２ 肩状部
３３ 折曲げ部
３４ 逆反り部

Claims (6)

1. 被測定物の回転に伴って回転すると共に、両端部が互いに極性が逆向きになるように着磁された磁石と、
   この磁石の両端部との間に所定のエアギャップを形成すると共に、前記磁石の回転中心軸線を含む垂直面を中心にして面対称となるように分割され、この分割により前記磁気検出ギャップが形成された磁性体と、
   この磁性体の磁気検出ギャップに配置されて、その磁気検出ギャップを通過する磁束密度に対応した信号を出力する非接触式の磁気検出素子と
   を備え、
   前記磁気検出素子の出力信号に基づいて前記被測定物の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
   前記磁性体は、前記エアギャップ最小状態から前記エアギャップが拡大する方向に向けて所定の回転角度だけ回転すると、前記エアギャップが増加するように逆反り部をそれぞれ有し、
   前記磁性体の各逆反り部は、前記磁石を挟んで対向しており、且つ互いに遠ざかるように反り返ると共に、前記磁石側に対して逆側に反り返るように設けられていることを特徴とする回転角度検出装置。
2. 請求項１に記載の回転角度検出装置において、
   前記逆反り部は、前記エアギャップ最小の位置を基準位置とし、その基準位置より両側に向けてそれぞれ延長される部分が略円弧状に湾曲するように設けられていることを特徴とする回転角度検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転角度検出装置において、
   非磁性材料によって一体的に形成されたハウジングを備え、
   前記ハウジングには、前記磁性体および前記磁気検出素子によって構成される回転角度センサを保持するセンサ保持部、および前記磁石を回転自在に収容する磁石収容穴が設けられていることを特徴とする回転角度検出装置。
4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の回転角度検出装置において、
   前記磁気検出素子は、前記磁気検出素子の板厚方向の両側に一定幅の感磁面をそれぞれ有し、
   前記磁気検出ギャップは、前記被測定物の回転角度が使用範囲の中間角度近傍に位置する際に、前記磁石の着磁方向に対して、前記磁気検出素子の板厚方向の両感磁面に鎖交する磁束密度が比較的に小さくなる位置関係となるように、前記磁石と前記磁性体とで構成される磁気回路の途中に設けられていることを特徴とする回転角度検出装置。
5. 請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の回転角度検出装置において、
   前記磁気検出素子は、前記磁気検出素子の板厚方向の両側に一定幅の感磁面をそれぞれ有し、
   前記磁性体は、前記逆反り部よりも板幅の小さい磁気検出素子保持片をそれぞれ有し、 前記磁性体の各磁気検出素子保持片は、前記磁気検出素子の板厚方向の両感磁面に接触した状態で、前記磁気検出ギャップを隔てて互いに対向して配置されていることを特徴とする回転角度検出装置。
6. 請求項５に記載の回転角度検出装置において、
   前記磁性体は、中心軸線方向に対して略直交する方向で、且つ互いに遠ざかる側に略ストレート状に延ばされた肩状部、およびこの肩状部の端部より略鋭角的に折り曲げられて、前記逆反り部に接続する折曲げ部をそれぞれ有し、
   前記磁性体の各磁気検出素子保持片は、前記肩状部の前記磁気検出ギャップ側の端部より前記磁石から遠ざかる側に略直角的に折り曲げられて設けられていることを特徴とする回転角度検出装置。
   

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