JPH08105706A - 非接触型の回転角センサー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価な構造により広角度の範囲にわたってマ
グネットの磁束を線型変換し、その線型性を容易に補正
することができる非接触型の回転角センサーと、その製
造方法を提供する。 【構成】 円筒壁６ｂをホール素子３ｃ側に有してマグ
ネット２ｄの磁束を導き、マグネット２ｄと一体に回転
するための基底部６ａを有し、円筒壁６ｂの高さを回転
角に基づいて変化させることによりホール素子３ｃとの
間隙Ｇが変化しつつ周回するヨーク６を付加し、円筒壁
６ｂの延長上にホール素子３ｃを配置し、反対側に円柱
状のマグネット２ｄをヨーク６円筒の中心軸と同軸に配
置する。また、製造方法は、ヨーク６をマグネット２ｄ
に一体に組付けて磁性部を先ず形成し、次に、磁性部を
回転しつつ磁気特性を計測してヨーク６の形状を補正す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転角に基づく磁束の
変化をホール素子等により非接触で検知して電気信号に
変換する非接触型の回転角センサーに関し、特に、磁束
の変化を安価な構造により発生させて容易に調整できる
非接触型の回転角センサー及びその製造方法に関する。

【従来の技術】衛星放送テレビや宇宙ロケット等の分野
で回転、または揺動する送受信アンテナ等の回転角を制
御する回路において、回転角を磁気的に非接触で検知し
て電気信号に変換しようとする際には、回転角に基づく
磁束の変化を発生させて正確な電気信号に変換すること
が重要であり、そのための非接触型の回転角センサーが
種々提案されている。例えば、従来の非接触型の回転角
センサーとしては、特開平２−１２２２０５号公報によ
る非接触式変位検出器や、特開平５−６０５０８号公報
によるポテンショメーター等が開示されている。

【０００２】図８は、特開平２−１２２２０５号公報に
よる非接触式変位検出器の主要部を概略的に説明する説
明図であり、図８（ａ）は構成を示し、図８（ｂ）は出
力される電気信号を示すものである。図８（ａ）におい
て、この変位検出器は、軟磁性材料の板材１をＵ字状に
折り曲げて両端にマグネット２ａ，２ｂをそれぞれ設
け、ホール素子３ａを各マグネット２ａ，２ｂの中間で
磁束が検知面に直交する様に固定しており、マグネット
２ａ，２ｂが、ホール素子３ａの周囲を回転軸４により
周回し、ホール素子３ａを貫通する磁束もホール素子３
ａを中心にして自転する様になっている。図８（ｂ）に
おいて、ホール素子３ａは、回転角（矢印Ａ）に基づい
てほぼ正弦波状に変化する電位波形５を生じ、ホール素
子３ａとマグネット２ａ，２ｂによる図８に示す回転角
において極値を示す。ところが、この変位検出器は、マ
グネットを回転するための空間を必要とするので、その
分だけ装置が大型化するとともに、この回転モーメント
によるイナーシャのために回転軸のトルク応答性を悪化
させてしまう。

【０００３】図９は、特開平５−６０５０８号公報によ
るポテンショメーターの主要部を概略的に説明する説明
図であり、図９（ａ）は構成を示し、図９（ｂ）は出力
される電気信号を示すものである。図９（ａ）、および
図９（ｂ）において、このポテンショメーターは、マグ
ネット２ｃとホール素子３ｂを対向させ、磁束が検知面
に直交する様に配置しており、マグネット２ｃの自転に
より磁束もホール素子３ｂを中心に自転し、この自転す
る角度に従って正弦波形を出力する様になっている。こ
のポテンショメーターは、マグネットを自転させる構造
なので前記変位検出器よりは小型化されてトルク応答性
も改善されるものの、これらの従来例は、ホール素子を
貫通する磁束の向きを自転させる点においては同一であ
り、その出力電位の波形は正弦波のみを得ることができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の非接触
型の回転角センサーを使用して正確な回転角を検出しよ
うとする際、次に述べる様な問題点があった。 （１）出力電位の波形は、回転角と比例関係にあればそ
のまま変換演算して角度を求められるが、これらの回転
角センサーではあくまで正弦波をなすので、何らかの三
角関数演算により逆変換することとなり、そのための複
雑な補正回路が必要になってしまう。特に、一般産業用
の被制御機器から宇宙ロケット等に使用する学術研究ま
での幅広い用途で、安価でも２７０°程度の広角度にお
ける高精度の回転角センサーがしばしば要求される。 （２）この補正回路に簡素で安価なものを使用するか、
あるいは全く使用しない様にするためには、この正弦波
における変曲点近傍の出力電位のみを使用する必要があ
り、対応する回転角が変位できる範囲は極めて狭いもの
となってしまう。この範囲は一般的にはせいぜい９０°
程度であり、前記した２７０°程度には程遠いものがあ
る

【０００５】ここで、以下の説明について理解を容易に
するために、ホール素子の一般的な特性について簡単に
考察する。図１０は、一般的なホール素子の電気的特性
を説明する説明図であり、図１０（ａ）は磁束密度に対
するホール素子の発生電位の特性曲線を示し、図１０
（ｂ）はマグネットとホール素子の間隙距離に対するホ
ール素子の発生電位の特性曲線を対数目盛りにより示
す。先ず、図１０（ａ）において、ホール素子の発生電
位は、一定の方向に所定電圧を引加する定電圧駆動の発
生電位５ｃと、同様に所定電流を流す定電流駆動の発生
電位５ｅがあり、この駆動する方向と直角の方向に磁束
を貫通させることにより、これら両方向と直角の方向に
それぞれの発生電位５ｃ，５ｅを生ずる作用がある。そ
の際に、磁束密度Ｂの変化に対する出力電圧Ｖの値は曲
線を形成し、磁束密度Ｂの増加とともにホール素子固有
の飽和電圧の値に漸近するので、磁束密度Ｂが充分に低
い領域において両者の値はほぼ比例関係であると見做し
てもよいが、図１０（ａ）においても高々磁束密度Ｂ1
以下であり実用的とはいいがたい。次に、図１０（ｂ）
において、ホール素子の出力電圧Ｖは、間隙距離Ｇの２
乗にほぼ反比例して変化しており、間隙距離Ｇが減少す
るとともに前記した飽和電圧に漸近して反比例の関係に
歪みを生ずる。

【０００６】従って、マグネットの磁束をホール素子を
中心として回転する代わりに、この間隙距離を回転角に
従って変化させても出力電圧の変化が得られるわけであ
る。 （３）ところが、前記した反比例の関係にある高々２〜
３ｍｍの距離で回転作動を直線移動に変換する機構は複
雑なものとなり、この間隙距離を２乗関数的に且つ安定
して精密に管理するには高価な構成にならざるを得な
い。 （４）また、センサー全体を安価なものとするにはマグ
ネットとホール素子を先ず安価なものを使用すべきであ
るが、普及版のマグネットはいわゆる焼結形成によるも
のであって表面は微視的には不均一な磁束密度を有して
おり、磁束を直接的にホール素子に作用させるこれらの
方式ではセンサーの求める０．１％オーダーの精度を期
待できない。本発明では、前述の問題点に鑑み、安価な
構造により広角度の範囲にわたって磁束を変化し、その
変化を容易に調整することができる非接触型の回転角セ
ンサー及びその製造方法を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明では次の手段を構成した。 （１） 回転する角度である回転角に従ってマグネット
の磁束を変化させ、変化する磁束の磁界強度をホール素
子で検知して電気信号に変換することにより、その回転
角を非接触で検出する非接触型の回転角センサーにおい
て、円筒状に形成した円筒壁をホール素子側に有し、円
筒壁を介してマグネットの磁束をホール素子に導いて、
マグネットに被せて一体に回転するための基底部を有
し、円筒壁の高さを回転角に基づいて変化させることに
よりホール素子との間隙が変化しつつ周回するヨークを
付加的に設けており、高さが変化する側のヨーク開口方
向における円筒壁の延長上にホール素子を配置し、ホー
ル素子と反対側のヨーク開口方向において、円柱状に形
成されたマグネットをヨーク円筒の中心軸と同軸に配置
することを特徴とする非接触型の回転角センサー。 （２） 前記ヨークは、円筒壁の高さがホール素子との
間隙が広い部分でホール素子に向かって凸状に形成さ
れ、磁界強度が弱い回転角の範囲で線型の電気信号に変
換するための補正が施されている前項（１）に記載の非
接触型の回転角センサー。 （３） 前記ヨークは、円筒壁の高さがホール素子との
間隙が狭い部分でホール素子に向かって凹状に形成さ
れ、磁界強度が強い回転角の範囲で線型の電気信号に変
換するための補正が施されている前項（１）又は前項
（２）に記載の非接触型の回転角センサー。 （４） 前記ヨークは、円筒壁のホール素子側が２ミリ
メートル以下の厚みを有している前項（１）、前項
（２）、又は前項（３）に記載の非接触型の回転角セン
サー。 （５） 前記ヨークは、円筒壁をマグネットのほぼ円周
上において形成してある前項（１）、前項（２）、又は
前項（３）、又は前項（４）に記載の非接触型の回転角
センサー。 （６） 前記マグネットは、ヨークを被せる側の円周が
面取りされている前項（１）、前項（２）、又は前項
（３）、又は前項（４）、又は前項（５）に記載の非接
触型の回転角センサー。

【０００８】（７） マグネットと、磁束を電気信号に
変換するホール素子と、回転角に従って変化する間隙を
介して磁束をホール素子に導くヨークを備え、ヨークの
回転に従って変化する電気信号から回転角を検出する請
求項１又は請求項４に記載の非接触型の回転角センサー
を製造する方法において、ヨークをマグネットに一体に
組付けて磁性部を先ず形成する形成段階と、次に、磁性
部を回転しつつ磁気特性を計測してヨークの形状を補正
する補正段階からなることを特徴とする非接触型の回転
角センサーを製造する方法。 （８） 前記形成段階は、接着剤をヨークとマグネット
の間に着ける処理と、ヨークをマグネットに位置決めし
て被せる処理を含んでいる前項（７）に記載の非接触型
の回転角センサーを製造する方法。 （９） 前記補正段階は、計測して補正するための計測
治具に磁性部を組み込む処理と、計測しつつ工具により
ヨークを補修する処理を含んでいる前項（７）又は前項
（８）に記載の非接触型の回転角センサーを製造する方
法。

【０００９】

【作用】

（１）先ず、本発明による非接触型の回転角センサー
は、マグネットに被せたヨークにより磁束が誘導され、
ヨークが回転させられることにより回転角に基づいてヨ
ークとホール素子の間隙距離が変動し、磁束密度を変化
して磁界の強度が変化する。また、ヨーク円筒壁の高さ
を部分的に凹凸状に形成してホール素子の出力特性を補
正し、線型の出力電位の波形を得ることができる。特
に、ヨークにおける円筒の厚みを薄く形成することによ
り、組付け後の特性検査において補修作業が容易に行え
る。

【００１０】（２）次に、本発明による非接触型の回転
角センサーを製造する方法は、ヨークとマグネットが一
体に組付けられて磁性部が形成された後に、その磁気特
性の歪みを修正すべくヨークの形状が補正され、線型の
電気信号の波形を出力することができる。また、ヨーク
がマグネットに位置決めして被せられ、熱硬化性又は紫
外線硬化性の接着剤により確実に固着される。更に、磁
性部が計測治具に組み込まれて磁気特性が計測されつ
つ、補正の際は削り工具が差し込まれて確実に修正され
る。

【００１１】

【実施例】以下、非接触型の回転角センサーにおける本
発明の実施例を、図面を参照して詳しく説明する。尚、
前記した従来例における同じ部分については各図面に同
一の符号を付して示し詳しい説明は省略する。図１は、
本発明による第１の実施例を説明する説明図であり、図
１（ａ）は正面を部分的な断面ともに示す正面図、図１
（ｂ）はその底面図であり、図１（ｂ）における矢印ii
−iiの方向を切り欠いて部分的な断面を形成する。図１
（ａ）、及び図１（ｂ）において、第１の実施例の主要
部は、マグネット２ｄとホール素子３ｃの間に付加的に
設け、水平方向（矢印）８に回転しつつマグネット２ｄ
の磁束をホール素子３ｃに導くヨーク６と、このヨーク
６とホール素子３ｃの間に形成される間隙Ｇである。こ
の間隙Ｇは、ヨーク６が回転する角度である回転角に従
って広がり又は狭まり、ホール素子３ｃに生ずるホール
電位Ｖを弱め又は強める。従って、図示しない検知回路
によりホール電位Ｖの強弱を計算して回転角を逆算させ
る作用がある。

【００１２】ヨーク６は、ほぼ円筒状に形成した壁であ
る円筒壁６ｂをホール素子３ｃ側に突き出して有し、マ
グネット２ｄに被さる基底部６ａをマグネット２ｄ側に
有している。つまり、円筒壁６ｂの厚み（即ち、円筒壁
６ｂの回転軸に垂直な横断面により形成される厚み）Ｔ
の中央における延長上にホール素子３ｃの磁束検知面を
対向させて配置し、ヨーク６とマグネット２ｄを一体に
して回転させる回転角センサーの磁性部を形成してい
る。

【００１３】円筒壁６ｂは、円周方向に沿って周回する
端部である周回端７をホール素子３ｃ側に有しており、
この周回端７を斜面状に形成してホール素子３ｃとの間
隙Ｇをヨーク６の回転に従って変化させるとともに、常
にホール素子３ｃの中央を通過する様になっている。ホ
ール素子３ｃは、公知技術を使用しており、検知面での
磁界の強度を検知してホール電位Ｖを生じ、自らの電磁
気特性に基づく電気信号に変換する様になっている。な
お、周回端７は、斜面状に形成する代わりに階段状、鋸
歯状、又は櫛歯状等、ヨーク６とホール素子３ｃの間隙
Ｇを変化させるものであれば任意の形状を採ることがで
きる。

【００１４】次に、第１の実施例における作用について
述べる。図２は、図１における作用を説明する説明図で
あり、図２（ａ）は電気信号の変化を示し、図２（ｂ）
はホール素子の円筒壁の高さの変化を示す。図２（ａ）
において、横軸はヨークが水平方向に回転する角度であ
る回転角Ａが矢印方向に増加することを示し、縦軸はホ
ール電位Ｖが増加することを示しており、変化する電位
波形５ｆは、図１に示す状態における角度Ａ1 でホール
電位Ｖ1 を生じ、回転（矢印８）とともに急激に減少し
て最小値Ｖmin となり、次第にほぼ線型に増加して最大
値Ｖmax に到達する様になっている。

【００１５】実際は、この電位波形５ｆにおける線型に
増加する範囲は、前記したホール素子の電磁気的特性に
より、最小値Ｖmin に近い側で下方に凸状となり、最大
値Ｖmax に近い側で上方に凸状となって僅かに歪む様に
なるので、この歪みをホール素子との間隙Ｇにおいて補
正する必要がある。尚、最小値Ｖmin と最大値Ｖmax で
はヨークの斜面が不連続に、又は非線形に折れ曲がるの
で、電位波形５ｆもそれぞれで非線形に変化する。

【００１６】図２（ｂ）において、横軸は同様に回転角
Ａの増加を示し、縦軸はホール素子３ｃの円筒壁６ｂに
おける高さＨが矢印方向に増加することを示している。
この高さＨの増加とともに、ホール素子３ｃの検知面と
ヨーク６の周回端７との間隙Ｇの距離が減少することに
なり、間隙Ｇの距離は、図１に示す状態における角度Ａ
1 で最小高さＨmin （即ち、間隙Ｇの最大距離Ｇmax ）
を通過し、回転とともに増加して最大高さＨmax （即
ち、間隙Ｇの最小距離Ｇmin ）に達する様になってい
る。

【００１７】仮に、斜面が線型に変化するものであれ
ば、高さＨの変化９ａは破線で示される様に変化する
が、前記したホール電位の歪みを補正する必要があるの
で、最小高さＨmin の近傍では斜面を上方に凸状とし、
最大高さＨmax の近傍では斜面を下方に凸状としてホー
ル電位の歪みを補正し、ホール電位５ｆが広範囲の角度
で線型になる様にする。一方、本発明を使用して安価な
回転角センサーを実現するために、それぞれの構成部品
自体を安価なもの、即ち、むしろ電磁気的特性の精度が
低いものでも採用できる様に、全体的な電磁気的特性を
完成検査において設計値と照合し、その誤差に相当する
分を人手により部分的に補修して目的とする製品仕様に
調整している。

【００１８】この調整の作業は、精密な部分を微妙に再
加工することであり、熟練者による作業を必要とするに
も拘らず、作業工数を安価に抑制するためには短時間で
作業を行わなければならない。そこで、この再加工を行
い易い斜面の形状が求められる。凹凸のある斜面の補修
では、この斜面を凹部と凸部と中間の変曲部に分割し
て、いずれかを、あるいは全てを再加工し、かつ各部を
連続的に整えるという複雑な手順を人間工学上から簡素
化する必要がある。

【００１９】また、この斜面の補修は、削り取る再加工
の場合とロウ付けする再加工の場合があり、ロウ付けす
る場合には削り取る場合よりも一般的に長時間の作業工
数を必要とするので、常に削り取る補修をすればよい形
状にすれば手順を簡素化することができる。そこで、常
に削り取る補修ができる第２の実施例について次に述べ
る。

【００２０】図３は、図１における第２の実施例を説明
する説明図であり、図３（ａ）は図２（ａ）と同一の電
位波形を示し、図３（ｂ）は第２の実施例におけるホー
ル素子の円筒壁の高さの変化を示す。図３（ｂ）におい
て、第２の実施例は、図２（ｂ）における円筒壁の高さ
を全面的に上方に凸状として増加させた他は、第１の実
施例と異なる点はない。

【００２１】この高さの増加は全面的であるとともに、
図２（ｂ）の広回転角（回転の後半部）の領域における
下方に凸状となる曲率を減少してほぼ直線に近い高さの
変化９ｂを有する斜面に形成するか、あるいは、むしろ
狭い回転角（回転の前半部）の領域を含めて上方に更に
凸状となる様に形成する。

【００２２】それにより、図２（ｂ）における狭い回転
角（回転の前半部）の領域はもちろん広回転角（回転の
後半部）の領域と、これらの領域に挟まれる変曲点との
それぞれに予め削り代を付加しておき、完成検査での補
正の際に常に削り取る補修のみを行えばよい様になって
いる。

【００２３】また、補修の際に容易に削り取ることがで
きる様にするには、磁束の誘導を安定的に確保しつつ機
械的な強度を充分に維持できる程度に円筒壁６ｂの厚み
Ｔを薄くするほうがよい。具体的には、例えば直径１０
ｍｍ前後のヨークを使用してホール素子との間隙を２ｍ
ｍ前後変化する際には、この厚みＴを２ｍｍ位に設定し
ても効果はあるが実用的には０．５〜１．５ｍｍにする
のが好ましい。

【００２４】その際、もし加工作業上必要とあれば、円
筒壁６ｂの厚みＴを薄くする代わりに周回端７の近傍の
みを薄くしてもよい。つまり、円筒壁６ｂにおけるホー
ル素子３ｃ側の稜線部分の縦断面をホール素子３ｃ側に
薄くなる三角状、半円状、又は台形状に形成し、補修
は、この稜線に沿って撫ぜるように削ることにより円筒
壁６ｂの高さを容易に低減することができる。

【００２５】ここで、ヨークとマグネットの望ましい大
きさ、及び大小関係が非接触の回転角センサーにおける
感度に及ぼす影響について考察する。感度を決定する主
要な要因として、円筒壁６ｂの周回端７から導出されて
ホール素子３ｃを貫く磁束密度があり、その絶対値が大
きく（即ち、磁束の発生源であるマグネットが強力であ
り）、また、その変化が回転角の全範囲にわたって大き
なものであれば、変換出力される電気信号の値と変化量
も大きなものとなるので、図示しない検知回路での信号
処理が比較的に容易になる。

【００２６】しかし、特に強力なマグネットは高価なも
のとなり、センサーの素材を安価なものにする必要があ
る本発明の目的により自ずから制約を受ける。また、そ
の形状は、同じく安価なことと、検知対象が回転軸に点
対称な回転角であることから円柱状のものが選択され
る。また、強力なマグネットの代わりに大きなマグネッ
トを採用し、磁束をヨークにより収束させてホール素子
３ｃに導くことが考えられるが、マグネットの大きさ
も、市場のニーズにより要請されるセンサーの外形から
制約的に決定される。

【００２７】そこで、特定の強度と大きさを有するマグ
ネットを使用する際に残された設計事項として、マグネ
ットの円柱形状に対するヨークの形状と円筒壁との配置
関係を検討する必要がある。図４は、図１における矢印
iii-iii の方向から看た断面において、異なる大きさと
形状を有するヨークとマグネットの組合せを説明する説
明図であり、図４（ａ）は、大きな径を有するマグネッ
トと小さな径を有するヨークの組合せを、図４（ｂ）
は、小さな径を有するマグネットと大きな径を有するヨ
ークの組合せを、図４（ｃ）は、本発明におけるほぼ同
一の径を有するマグネットとヨークの望ましい組合せを
各々示している。

【００２８】図４（ａ）において、大きな径のヨークを
採用すると精密で困難なヨークの加工作業を簡素化する
ことができるが、マグネット円柱の回転軸方向に生ずる
磁束密度は円柱の円周付近で最大の変化率を有し、この
円周から外側へずれるにしたがって急激に低下するとと
もに、磁束を拡散しつつ長い経路に沿って導くので、結
果的にも磁束密度が低下して大きな変換出力が望めな
い。

【００２９】他方、図４（ｂ）において、磁束を小さな
径のヨークでホール素子３ｃに集中させれば、高い磁束
密度により大きな変換出力を得ることができるが、ヨー
クにおける円筒壁の径は結果的に小さなものとなるの
で、回転角に対する変換出力の感度が高過ぎて不安定な
ものとなる。また、ヨークの加工作業が必要になり、そ
のための加工工数が増大してセンサーの価格を引き上げ
ることとなって好ましくない。

【００３０】つまり、図４（ｃ）において、円筒壁６ｂ
の口径を拡大しつつ、かつ磁束密度の低下を抑える相関
において最大限の効率を生ずる円筒壁６ｂとマグネット
円柱の配置関係は、図４（ａ）と図４（ｂ）における両
方の中間を採ってマグネット円周をホール素子３ｃ側に
延長して得られる延長面の近傍に円筒壁の厚みＴの中央
を配置するようにヨークの径と位置を設定するのが望ま
しい。

【００３１】続いて、本発明を製品化した具体例の取扱
要領について述べる。図５は、図１及び図３における第
１及び第２の実施例を使用する非接触型の回転角センサ
ーの具体例を概略的に示す構成図である。図５におい
て、この非接触型の回転角センサー１０は、前記した主
要部を格納するための作動室１１を備えた回転角センサ
ー本体１２と、マグネット２ｄに付加する回転軸１３
と、ホール素子３ｃと増幅器を搭載して出力用ケーブル
を有する配線板１４からなり、回転軸１３はベアリング
等を介して回転角センサー本体１２に支持する構成にな
っている。

【００３２】この非接触型の回転角センサー１０は、図
示しないアンテナ等の制御機構に回転軸１３を連動して
回転させ、制御機構の回転角に伴ってヨーク６を自転さ
せてヨーク６とホール素子３ｃの距離に従って磁束を変
化させ、この磁束をホール素子３ｃにより検出して回転
角に基づく電気信号を出力する様になっている。続い
て、本発明による非接触型の回転角センサーを製造する
方法について詳しく説明する。

【００３３】図６は、本発明による製造する方法を示す
第３の実施例を説明する手順図である。図６において、
第３の実施例における主要部は、ヨークをマグネットに
一体に組着けて磁性部を先ず形成する形成段階２０と、
次に、磁性部を回転しつつ磁気特性を計測してヨークの
形状を補正する補正段階３０であり、ヨークとマグネッ
トの組着けを準備する準備段階１０を主要部の前に、補
正済の磁性部により製品を完成する完成段階４０を後に
設けて非接触型の回転角センサーの製造工程を構成する
様になっている。ここで、本発明による製造する方法の
理解を容易にするため円柱状のマグネットの磁気特性に
ついて考察する。

【００３４】図７は、図１における円柱状のマグネット
の磁気特性を説明する説明図であり、図７（ａ）は、こ
のマグネットを円柱の中心軸に垂直な方向からみたもの
であり、図７（ｂ）は、このマグネットの円柱の端面に
おける磁束密度の理想的な分布を直径方向に示した分布
図であり、図７（ｃ）は、同じく実際の分布を示した分
布図である。

【００３５】図７（ｂ）、及び図７（ｃ）において、横
軸は端面の直径方向の位置Ｘを示し、縦軸はその位置Ｘ
での磁束密度Φを示しており、図７（ｂ）において、理
想的な分布５ｇでは、分布の最大値Φ１を示す位置Ｘ１
は分布及びマグネット２ｄの端面の中心と一致するが、
図７（ｃ）において、実際の分布５ｈでの最大値Φ２を
示す位置Ｘ２は一致せずに円周に向かって多少ずれる場
合があり、この傾向は安価なマグネットでは無視できな
いものである。まして、正確な線型の変換出力を得よう
とする目的のためには致命的なものがある。

【００３６】従って、製品の完成後に出力特性を測定検
査して何らかの修正を加えてやらなければならない。し
かし、完成後にヨークとマグネットの位置関係を修正し
たり、ヨーク自体を補修したりすることは困難を極める
問題である。ましてや、変換出力を補正するために高価
な補償回路を付加し、製品価格を上昇させることなど思
いもよらないことである。

【００３７】そこで、本発明では、新たな形成段階と補
正段階を設けてセンサーの製造工程を改良することとし
たのである。形成段階２０は、接着剤をヨークとマグネ
ットの間に着ける処理２１と、ヨークをマグネットに位
置決めして被せる処理２２を含んでいる。

【００３８】接着剤は、熱硬化性又は紫外線硬化性のも
のが望ましいが、金属の隙間に容易に浸潤し、速やかに
硬化して接着するものであれば他のものであってもよ
い。また、その際の位置決めは、マグネットにかぶせる
部分であるヨークの基底部を設けることにより容易に行
うことができる。

【００３９】補正段階３０は、計測治具に磁性部を組み
込む処理３１と、工具によりヨークを補修する処理３２
を含んでいる。計測治具は、これに磁性部を組み込ん
で、ホール素子３ｃ同等の、あるいは類似の電磁気特性
を有する磁電変換素子により出力電圧又は磁気特性を計
測するとともに、側面から削り工具を差し込んでヨーク
円筒壁を観察しつつ補正するためのものであればよい。

【００４０】補修する処理は、磁気特性を計測して設計
上の目標値、及び製造上の許容範囲と比較し、これらの
値からのずれを評価しつつ補正量を決定して、計測治具
の側面から削り工具を差し込んでヨークにおける円筒壁
の高さを円周に沿って削り回し、またはロウ付けをす
る。

【００４１】尚、本発明は前述の実施例にのみ限定され
るものではなく、例えば周回端の斜面の形状は任意の間
隙を形成できるものであり、ホール電位を広範囲の回転
角に対して非線形に変換して出力する様にしてもよいこ
となど、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の変更を加えうることは勿論である。

【００４２】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明には次の効果が
ある。先ず、本発明による非接触型の回転角センサーに
は下記の効果がある。 （１）出力電位の波形は回転する角度に比例する線型で
あり、そのまま演算して回転角を求められるので、従来
のように三角関数等の高度な演算により変換する必要は
なく、そのための複雑な補正回路も外部に付加する必要
がない。 （２）また、ヨーク円筒壁の高さを部分的に凹凸に形成
してホール素子の出力特性を補正し、出力電位が線型に
変化する範囲を広角度に設定することができるので、仮
に補正回路を設けることにしても簡単なものでよく、従
って安価なものを使用することができる。 （３）続いて、螺旋状に変化させる簡単な機構により、
高々２〜３ｍｍしかないホール素子との間隙距離を精密
かつ安定して管理することができる。 （４）更に、いわゆる焼結形成による普及版の安価なマ
グネットであっても、ヨークを介して磁束を誘導しつつ
強度を変化でき、安価なホール素子を使用して磁束を検
出する構成なので、センサーの求める０．１％オーダー
の精度が期待できるとともに、センサー全体をも安価な
ものとすることができる。 以上の（１）、乃至（４）により、安価な構造により広
角度の範囲にわたって線型の変換出力を得ることがで
き、その線型性を容易で確実に調整することができる様
になった。

【００４３】次に、本発明による非接触型の回転角セン
サーを製造する方法には下記の効果がある。 （５）ヨークとマグネットが予め一体に組着けられて、
その磁気特性の歪みが補正されるので、正しく線型の変
換出力の波形を得ることができる。 （６）また、ヨークの基底部によりマグネットに容易に
位置決めして被せられ、接着剤により確実に固着され
る。 （７）続いて、ヨークにおける円筒の厚みを薄く形成す
ることにより、組付け後の特性検査において補修作業が
容易に行える。 （８）更に、磁性部が計測治具に組み込まれて計測しつ
つ補正されるので、磁気特性が能率的に計測され、補修
の際は削り工具が差し込まれて確実に修正される。 以上の（５）、乃至（８）により、安価な構造により広
角度の範囲にわたって線型の変換出力を得ることがで
き、その線型性を容易で確実に調整できる非接触型の回
転角センサーを製造することができる様になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例を説明する説明図で
ある。

【図２】図１における作用を説明する説明図である。

【図３】図１における第２の実施例を説明する説明図で
ある。

【図４】図１における矢印iii-iii の方向から看た断面
において、異なる大きさと形状を有するヨークとマグネ
ットの組合せを説明する説明図である。

【図５】図１及び図３における第１及び第２の実施例を
使用する非接触型の回転角センサーの具体例を概略的に
示す構成図である。

【図６】本発明による製造する方法を示す第３の実施例
を説明する手順図である。

【図７】図１における円柱状のマグネットの磁気特性を
説明する説明図である。

【図８】従来の非接触式変位検出器の主要部を概略的に
説明する説明図である。

【図９】他の従来のポテンショメーターの主要部を概略
的に説明する説明図である。

【図１０】一般的なホール素子の電気的特性を説明する
説明図である。

【符号の説明】

２ｄ・・・マグネット ３ｃ・・・ホール
素子 ６・・・ヨーク ６ａ・・・基底部 ６ｂ・・・円筒壁 ７・・・周回端 ８・・・回転方向 Ｇ・・・間隙 Ｔ・・・厚み

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１２月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】図８は、特開平２−１２２２０５号公報に
よる非接触式変位検出器の主要部を概略的に説明する説
明図であり、図８（ａ）は構成を示し、図８（ｂ）は出
力される電気信号を示すものである。図８（ａ）におい
て、この変位検出器は、軟磁性材料の板材１をＵ字状に
折り曲げて両端にマグネット２ａ，２ｂをそれぞれ設
け、ホール素子３ａを各マグネット２ａ，２ｂの中間で
磁束が検知面に直交する様に固定しており、マグネット
２ａ，２ｂが、ホール素子３ａの周囲を回転軸４により
周回し、ホール素子３ａを貫通する磁束もホール素子３
ａを中心にして自転する様になっている。図８（ｂ）に
おいて、ホール素子３ａは、回転角（矢印Ａ）に基づい
てほぼ正弦波状に変化する電位波形５を生じ、ホール素
子３ａとマグネット２ａ，２ｂによる図８に示す回転角
において極値を示す。ところが、この変位検出器は、２
個のマグネットを回転するための空間を必要とするの
で、その分だけ装置が大型化するとともに、この回転モ
ーメントによるイナーシャのために回転軸のトルク応答
性を悪化させてしまう。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】ここで、以下の説明について理解を容易に
するために、ホール素子の一般的な特性について簡単に
考察する。図１０は、一般的なホール素子の電気的特性
を説明する説明図であり、図１０（ａ）は磁束密度に対
するホール素子の発生電位の特性曲線を示し、図１０
（ｂ）はマグネットとホール素子の間隙距離に対するホ
ール素子の発生電位の特性曲線を対数目盛りにより示
す。先ず、図１０（ａ）において、ホール素子の発生電
位は、一定の方向に所定電圧を印加する定電圧駆動の発
生電位５ｃと、同様に所定電流を流す定電流駆動の発生
電位５ｅがあり、この駆動する方向と直角の方向に磁束
を貫通させることにより、これら両方向と直角の方向に
それぞれの発生電位５ｃ，５ｅを生ずる作用がある。そ
の際に、磁束密度Ｂの変化に対する出力電圧Ｖの値は曲
線を形成し、磁束密度Ｂの増加とともにホール素子固有
の飽和電圧の値に漸近するので、磁束密度Ｂが充分に低
い領域において両者の値はほぼ比例関係であると見做し
てもよいが、図１０（ａ）においても高々磁束密度Ｂ1
以下であり実用的とはいいがたい。次に、図１０（ｂ）
において、ホール素子の出力電圧Ｖは、間隙距離Ｇの２
乗にほぼ反比例して変化しており、間隙距離Ｇが減少す
るとともに前記した飽和電圧に漸近して反比例の関係に
歪みを生ずる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】そこで、特定の強度と大きさを有するマグ
ネットを使用する際に残された設計事項として、マグネ
ットの円柱形状に対するヨークの形状と円筒壁との配置
関係を検討する必要がある。図４は、図１における矢印
iii-iii の方向から看た断面において、異なる大きさと
形状を有するヨークとマグネットの組合せを説明する説
明図であり、図４（ｂ）は、大きな径を有するマグネッ
トと小さな径を有するヨークの組合せを、図４（ａ）
は、小さな径を有するマグネットと大きな径を有するヨ
ークの組合せを、図４（ｃ）は、本発明におけるほぼ同
一の径を有するマグネットとヨークの望ましい組合せを
各々示している。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】図４（ａ）において、大きな径のヨーク６
１を採用すると精密で困難なヨークの加工作業を簡素化
することができるが、マグネット円柱の回転軸方向に生
ずる磁束密度は円柱の円周付近で最大の変化率を有し、
この円周から外側へずれるにしたがって急激に低下する
とともに、磁束を拡散しつつ長い経路に沿って導くの
で、結果的にも磁束密度が低下して大きな変換出力が望
めない。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】他方、図４（ｂ）において、磁束を小さな
径のヨーク６２でホール素子３ｃに集中させれば、高い
磁束密度により大きな変換出力を得ることができるが、
ヨークにおける円筒壁の径は結果的に小さなものとなる
ので、回転角に対する変換出力の感度が高過ぎて不安定
なものとなる。また、ヨーク６２の加工作業が必要にな
り、そのための加工工数が増大してセンサーの価格を引
き上げることとなって好ましくない。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】つまり、図４（ｃ）において、円筒壁６ｂ
の口径を拡大しつつ、かつ磁束密度の低下を抑える相関
において最大限の効率を生ずる円筒壁６ｂとマグネット
円柱の配置関係は、図４（ａ）と図４（ｂ）における両
方の中間を採ってマグネット円周をホール素子３ｃ側に
延長して得られる延長面の近傍に円筒壁の厚みＴの中央
を配置するようにヨーク６の径と位置を設定するのが望
ましい。

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転する角度である回転角に従ってマグ
   ネットの磁束を変化させ、変化する磁束の磁界強度をホ
   ール素子で検知して電気信号に変換することにより、そ
   の回転角を非接触で検出する非接触型の回転角センサー
   において、 円筒状に形成した円筒壁をホール素子側に有し、円筒壁
   を介してマグネットの磁束をホール素子に導いて、マグ
   ネットに被せて一体に回転するための基底部を有し、円
   筒壁の高さを回転角に基づいて変化させることによりホ
   ール素子との間隙が変化しつつ周回するヨークを付加的
   に設けており、 高さが変化する側のヨーク開口方向における円筒壁の延
   長上にホール素子を配置し、 ホール素子と反対側のヨーク開口方向において、円柱状
   に形成されたマグネットをヨーク円筒の中心軸と同軸に
   配置することを特徴とする非接触型の回転角センサー。
2. 【請求項２】 前記ヨークは、円筒壁の高さがホール素
   子との間隙が広い部分でホール素子に向かって凸状に形
   成され、磁界強度が弱い回転角の範囲で線型の電気信号
   に変換するための補正が施されている請求項１に記載の
   非接触型の回転角センサー。
3. 【請求項３】 前記ヨークは、円筒壁の高さがホール素
   子との間隙が狭い部分でホール素子に向かって凹状に形
   成され、磁界強度が強い回転角の範囲で線型の電気信号
   に変換するための補正が施されている請求項１又は請求
   項２に記載の非接触型の回転角センサー。
4. 【請求項４】 前記ヨークは、円筒壁のホール素子側が
   ２ミリメートル以下の厚みを有している請求項１、請求
   項２、又は請求項３に記載の非接触型の回転角センサ
   ー。
5. 【請求項５】 前記ヨークは、円筒壁をマグネットのほ
   ぼ円周上において形成してある請求項１、請求項２、請
   求項３、又は請求項４に記載の非接触型の回転角センサ
   ー。
6. 【請求項６】 前記マグネットは、ヨークを被せる側の
   円周が面取りされている請求項１、請求項２、請求項
   ３、請求項４、又は請求項５に記載の非接触型の回転角
   センサー。
7. 【請求項７】 マグネットと、磁束を電気信号に変換す
   るホール素子と、回転角に従って変化する間隙を介して
   磁束をホール素子に導くヨークを備え、ヨークの回転に
   従って変化する電気信号から回転角を検出する請求項１
   又は請求項４に記載の非接触型の回転角センサーを製造
   する方法において、 ヨークをマグネットに一体に組付けて磁性部を先ず形成
   する形成段階と、 次に、磁性部を回転しつつ磁気特性を計測してヨークの
   形状を補正する補正段階を含むことを特徴とする非接触
   型の回転角センサーを製造する方法。
8. 【請求項８】 前記形成段階は、接着剤をヨークとマグ
   ネットの間に着ける処理と、ヨークをマグネットに位置
   決めして被せる処理を含んでいる請求項７に記載の非接
   触型の回転角センサーを製造する方法。
9. 【請求項９】 前記補正段階は、計測して補正するため
   の計測治具に磁性部を組み込む処理と、計測しつつ工具
   によりヨークを補修する処理を含んでいる請求項７又は
   請求項８に記載の非接触型の回転角センサーを製造する
   方法。