(57)【要約】      （修正有）【課題】被測定回転体に連動して回転するマグネット部と、このマグネット部に対して所定間隔だけ離間して設けられた磁気センサと、を備え、磁気センサからの出力に基づいて被測定回転体の回転角度を検出する回転センサにおいて、マグネットの軸ずれにより生じる回転角度の測定誤差を低減する技術を提供する。【解決手段】回転センサ１のマグネット部１１を、磁気センサが取り付けられている基板１３に一方の主面が対向するように配置される円盤状のマグネット本体１１１と、マグネット本体１１１と基板１３との間に介在し基板１３と摺接する樹脂製のマグネットホルダ１１２と、で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定回転体に連動して回転するマグネット部と、このマグネット部に対して所定間隔だけ離間して設けられた磁気センサと、を備え、前記磁気センサからの出力に基づいて前記被測定回転体の回転角度を検出する回転センサにおいて、
前記マグネット部は、前記磁気センサが取り付けられている基板に一方の主面が対向するように配置される円盤状のマグネット本体と、前記マグネット本体と前記基板との間に介在し前記基板と摺接する樹脂製のマグネットホルダと、で構成されていることを特徴とする回転センサ。
【請求項２】
前記マグネット部を前記基板側に向けて付勢した状態で保持する押え機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転センサ。
【請求項３】
前記マグネットホルダは、前記基板に設けられた軸受部に回転可能に支持される回転軸部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転センサ。
【請求項４】
前記マグネットホルダは、その外周面に前記被測定回転体の回転が伝達される歯部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転センサ。
【請求項５】
前記基板の前記マグネットホルダとの摺接面には、潤滑層が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の回転センサ。
【請求項６】
前記磁気センサは、前記基板の前記マグネット本体の主面と対向する領域に配置され、
前記マグネットホルダの前記基板との摺接面には、取り付け時に前記磁気センサを収容する環状の収容溝が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサを利用して被測定回転体の回転角度を検出する回転センサに関し、特に、磁気センサが取り付けられる基板に対向配置されるマグネット部の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のステアリングシャフトに連結するステアリングホイール（ハンドル）の操舵角度などを検出する回転センサが知られている。
この回転センサは、例えば、ステアリングシャフトなどの被測定回転体に連動して回転するマグネット部と、磁界（磁束密度）を検出するホール素子などの磁気センサとを備えている。そして、マグネット部により生じる磁界を磁気センサにより検出することで、被測定回転体の回転角度を検出する。
【０００３】
このような回転センサにおいて、例えば横方向からの力が加わると、マグネット部の回転軸に軸ずれが生じる。そして、この軸ずれは、回転角度の測定誤差を引き起こす要因となる。そこで、マグネット部の軸ずれによる測定誤差を低減するために、様々な構造の回転センサが提案されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１では、マグネットとこのマグネットに対向配置された２個の磁気センサ（ホール素子）を備えた回転センサにおいて、磁気センサと対向するマグネット周縁部を面取りするようにしている。
【０００４】
ところで、一般的な回転センサでは、マグネットはＮｄＦｅＢ等の鉄系素材で構成され、磁気センサが配置される回路基板はガラス基材エポキシ製とされているので、両者が接触しうる構造となっていると、マグネットが回転するときに回路基板が激しく磨耗してしまう。そのため、従来は、回転センサにおいてマグネットと回路基板が直接接触しないように、両者を離間した構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２９１９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の回転センサによれば、マグネットの軸ずれによる回転角度の測定誤差を小さく抑えることができるかもしれないが、軸ずれの発生自体を防止することはできない。そのため、マグネットの回転軸が傾くと、ホール素子とマグネットとの距離が変化し、２つのホール素子からの出力値が所期の値から変化する（例えば、一方のホール素子からの出力値だけが低下する）こととなり、回転角度の測定誤差は少なからず生じてしまう。
【０００７】
本発明は、磁気センサを利用して被測定回転体の回転角度を検出する回転センサにおいて、マグネットの軸ずれにより回転角度の測定誤差が生じるのを防止するための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたもので、被測定回転体に連動して回転するマグネット部と、このマグネット部に対して所定間隔だけ離間して設けられた磁気センサと、を備え、前記磁気センサからの出力に基づいて前記被測定回転体の回転角度を検出する回転センサにおいて、
前記マグネット部は、前記磁気センサが取り付けられている基板に一方の主面が対向するように配置される円盤状のマグネット本体と、前記マグネット本体と前記基板との間に介在し前記基板と摺接する樹脂製のマグネットホルダと、で構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転センサにおいて、前記マグネット部を前記基板側に向けて付勢した状態で保持する押え機構を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の回転センサにおいて、前記マグネットホルダは、前記基板に設けられた軸受部に回転可能に支持される回転軸部を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の回転センサにおいて、前記マグネットホルダは、その外周面に前記被測定回転体の回転が伝達される歯部を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の回転センサにおいて、前記基板の前記マグネットホルダとの摺接面には、潤滑層が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の回転センサにおいて、前記磁気センサは、前記基板の前記マグネット本体の主面と対向する領域に配置され、
前記マグネットホルダの前記基板との摺接面には、取り付け時に前記磁気センサを収容する環状の収容溝が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る回転センサによれば、マグネット部の軸ずれが生じることはないので、マグネット本体と磁気センサの離間距離は一定に保持され、磁気センサからは所期の出力値が得られることとなる。したがって、マグネット部の軸ずれにより回転角度の測定誤差が生じるのを防止できるので、被測定回転体の回転角度を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る回転センサの断面図である。
【図２】第２実施形態に係る回転センサの断面図である。
【図３】第３実施形態に係る回転センサの断面図である。
【図４】変形例に係る回転センサの断面図である。
【図５】他の変形例に係る回転センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、被測定回転体の一例として自動車のステアリングシャフトの回転角度を検出する回転センサについて説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る回転センサの断面図である。
図１に示すように、回転センサ１は、図示しないステアリングシャフト（被測定回転体）に連動して回転するマグネット部１１と、このマグネット部１１に対して所定間隔だけ離間して設けられた磁気センサ１２と、を備えている。
【００１８】
マグネット部１１は、マグネット本体１１１と、マグネットホルダ１１２とで構成されている。マグネット部１１は、例えば、マグネット本体１１１をマグネットホルダ１１２の金型内にインサートし、樹脂を注入してマグネットホルダ１１２を一体的に形成する、いわゆるインサート成形により実現することができる。
マグネット部１１は、ステアリングシャフトに連動して回転する回転軸１４に固着されている。回転軸１４には、図示しない回転伝達機構によりステアリングシャフトの回転が伝達される。
【００１９】
マグネット本体１１１は、例えば、円盤状のネオジウム系ボンド磁石であり、中央に回転軸１４を挿通する挿通孔が形成されている。マグネット本体１１１の断面形状は特に制限されないが、図１では断面が略コ字状に形成されている場合について示している。また、マグネット本体１１１の着磁形態も特に制限されないが、例えば、径方向にＮ極、Ｓ極が着磁されている。
【００２０】
マグネットホルダ１１２は、マグネット本体１１１の一方の主面（図１では下面）を覆って、下面がほぼ平面をなすように形成されている。マグネット部１１の軸ずれを防止するためには、マグネットホルダ１１２と基板１３とが摺接する面積は広い方が望ましいため、マグネットホルダ１１２をマグネット本体１１１の主面の全体にわたって平面状に形成している。
ここで、マグネットホルダ１１２には、基板１３との摺動性が良好な樹脂材料が用いられる。例えば、ガラス基材エポキシ製の基板１３の場合には、ポリアセタール（ＰＯＭ：polyoxymethylene）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ:Polybutylene terephthalate）樹脂、ナイロン樹脂などが好適である。
【００２１】
マグネットホルダ１１２の中央には、回転軸１４を挿通する挿通孔が形成されている。
マグネットホルダ１１２の摺接面には、環状溝（収容溝）１１２ａが形成されている。マグネット部１１を基板１３に取り付けたときに、この環状溝１１２ａと基板１３により形成される空間に磁気センサ１２が収容される。なお、磁気センサ１２の感磁面をマグネット本体１１１の外周面に対向させて配置する場合には、環状溝１１２ａを形成する必要はない。
【００２２】
磁気センサ１２は、例えば、マグネット本体１１１により発生された磁界を電気信号に変換して出力する２つのホール素子で構成される。２つのホール素子１２，１２は、感磁面がマグネット本体１１１の一方の主面（図１では下面）と対向するように基板１３上に配置され、それぞれの位置はマグネット本体１１１の周方向に９０°をなす位置とされている。なお、図１では、一方のホール素子１２だけが現れている。
【００２３】
マグネット部１１が固着された回転軸１４の一端又は両端を図示しない軸受により回転可能に支持することで、マグネット部１１は基板１３に取り付けられる。このとき、図示しない押え機構によりマグネット部１１は基板１３側に付勢され、マグネットホルダ１１２と基板１３はほぼ全面にわたって隙間なく摺接した状態で保持される。
回転センサ１の演算処理部（図示略）は、ホール素子１２，１２からの出力に基づいてステアリングシャフトの回転角度を算出する。
【００２４】
上述したように、第１実施形態の回転センサ１において、マグネット部１１は、磁気センサ１２が取り付けられている基板１３に一方の主面が対抗するように配置される円盤状のマグネット本体１１１と、マグネット本体１１１と基板１３との間に介在し基板１３と摺接する樹脂製（例えば、ポリアセタール製）のマグネットホルダ１１２と、で構成されている。
これにより、マグネット部１１の軸ずれ（回転軸の傾斜）が生じることはないので、マグネット本体１１１と磁気センサ１２の離間距離は一定に保持され、磁気センサ１２からは所期の出力値が得られることとなる。したがって、マグネット部１１の軸ずれにより回転角度の測定誤差が生じるのを防止できるので、ステアリングシャフトの回転角度を正確に測定することができる。
【００２５】
また、回転センサ１は、マグネット部１１を基板側１３に向けて付勢した状態で保持する押え機構（図示略）を備えている。これにより、マグネットホルダ１１２が基板１３から浮かび上がることはなく、マグネットホルダ１１２と基板１３は確実に摺接するので、マグネット部１１の軸ずれを効果的に抑制することができる。
【００２６】
さらに、回転センサ１において、磁気センサ１２は基板１３のマグネット本体１１の主面（下面）と対向する領域に配置され、マグネットホルダ１１２の基板１３との摺接面には、取付時に磁気センサ１２を収容する環状の収容溝（環状溝）１１２ａが形成されている。これにより、磁気センサ１２を基板１３の表面に設ける構造としても、マグネット部１１の回転が阻害されることはない。
【００２７】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態に係る回転センサの断面図である。
図２に示すように、回転センサ２は、図示しないステアリングシャフト（被測定回転体）に連動して回転するマグネット部２１と、このマグネット部２１に対して所定間隔だけ離間して設けられた磁気センサ２２と、を備えている。
【００２８】
マグネット部２１は、マグネット本体２１１と、マグネットホルダ２１２とで構成されている。マグネット部２１は、例えば、マグネット本体２１１をマグネットホルダ２１２の金型内にインサートし、樹脂を注入してマグネットホルダ２１２を一体的に形成する、いわゆるインサート成形により実現することができる。
【００２９】
マグネット本体２１１は、例えば、円盤状のネオジウム系ボンド磁石である。図２では、マグネット本体２１１の中央に貫通孔が形成されているが、必ずしもこの貫通孔を設ける必要はない。マグネット本体２１１の断面形状は特に制限されないが、図２では断面が略コ字状に形成されている場合について示している。また、マグネット本体２１１の着磁形態も特に制限されないが、例えば、径方向にＮ極、Ｓ極が着磁されている。
【００３０】
マグネットホルダ２１２は、マグネット本体２１１の全面を覆って、全体としてほぼ円盤状となるように形成されている。マグネット部２１の軸ずれを防止するためには、マグネットホルダ２１２と基板２３とが摺接する面積は広い方が望ましいため、マグネットホルダ２１２の下面を平面状に形成している。
ここで、マグネットホルダ２１２には、基板２３との摺動性が良好な樹脂材料が用いられる。例えば、ガラス基材エポキシ製の基板２３の場合には、ＰＯＭ樹脂、ＰＢＴ樹脂、ナイロン樹脂などが好適である。
【００３１】
マグネットホルダ２１２の下面中央には、下方に突出する回転軸部２１２ｂが形成されている。この回転軸部２１２ｂは、基板２３に設けられた軸受部２３ａによって保持される。
マグネットホルダ２１２の上部外周面には、ステアリングシャフトの回転が伝達される歯部２１２ｃが形成されている。この歯部２１２ｃがステアリングシャフトに固着された主動ギア２５に噛合している。したがって、マグネットホルダ１２１は、ステアリングシャフトに連動して回転する従動ギアとなる。
マグネットホルダ２１２の摺接面には、環状溝（収容溝）２１２ａが形成されている。マグネット部２１を基板２３に取り付けたときに、この環状溝２１２ａと基板２３により形成される空間に磁気センサ２２が収容される。なお、磁気センサ２２の感磁面をマグネット本体２１１の外周面に対向させて配置する場合には、環状溝１１２ａを形成する必要はない。
【００３２】
磁気センサ２２は、例えば、マグネット本体２１１により発生された磁界を電気信号に変換して出力する２つのホール素子で構成される。２つのホール素子２２，２２は、感磁面がマグネット本体２１１の一方の主面（図２では下面）と対向するように基板２３上に配置され、それぞれの位置はマグネット本体１１１の周方向に９０°をなす位置とされている。なお、図２では、一方のホール素子２２だけが現れている。
【００３３】
マグネットホルダ２１２の回転軸部２１２ｂを基板２３に設けられた軸受部２３ａにより回転可能に支持することで、マグネット部２１は基板２３に取り付けられる。このとき、押え機構２４によりマグネット部２１は基板２３側に付勢され、マグネットホルダ２１２と基板２３はほぼ全面にわたって隙間なく摺接した状態で保持される。
回転センサ２の演算処理部（図示略）は、ホール素子２２，２２からの出力に基づいてステアリングシャフトの回転角度を算出する。
【００３４】
上述したように、第２実施形態に係る回転センサ２は、第１実施形態に係る回転センサ１で示した構造的特徴に加えて、以下の特徴を有している。すなわち、マグネットホルダ２１２は、基板２３に設けられた軸受部２３ａに回転可能に支持される回転軸部２１２ｂを有している。
このように、第２実施形態では、マグネットホルダ２１２に回転軸が一体的に設けられているので、マグネット部２１２の軸ずれを効果的に抑制できるとともに、部品点数を少なくできるのでマグネット部の取り付けが簡略化される。
【００３５】
さらに、マグネットホルダ２１２は、その外周面に被測定回転体（ステアリングシャフト）の回転が伝達される歯部２１２ｃを有している。これにより、マグネット部２１の軸ずれを効果的に抑制できるとともに、部品点数を少なくできるのでマグネット部の取り付けが簡略化される。
【００３６】
（第３実施形態）
図３は、第３実施形態に係る回転センサの断面図である。
図３に示すように、第３実施形態に係る回転センサ３は、第２実施形態に係る回転センサ２において、マグネットホルダ２１２と基板２３との間に潤滑層２６を介在させた構造を有している。
潤滑層２６は、例えば樹脂製シートであり、基板２３の摺接面２３ａにおいて、磁気センサ２２の配置領域を除いて均一に形成されている。この潤滑層２６には、例えば、フッ素製樹脂（テフロン（登録商標））、超高密度ポリエチレン樹脂など、マグネットホルダ２１２との摺動性が良好な樹脂材料が用いられる。
【００３７】
なお、基板２３は、軸受部２３ａにおいてもマグネットホルダ２１２と摺接するので、この軸受部２３ａの内周面にも潤滑層を形成するようにしてもよい。また、潤滑層２６として、樹脂製シートの代わりに潤滑油を用いるようにしてもよい。
本実施形態の潤滑層２６を、第１実施形態に係る回転センサ１に適用できることは言うまでもない。
【００３８】
上述したように、第３実施形態に係る回転センサ３は、第２実施形態に係る回転センサ２で示した構造的特徴に加えて、以下の特徴を有している。すなわち、基板２３のマグネットホルダ２１２との摺接面２３ａには、潤滑層２６が形成されている。
これにより、マグネットホルダ２１２と基板２３との間の摺動性が向上するので、マグネットホルダ２１２又は基板２３の磨耗により、マグネット部２１２の軸ずれが生じるのを防止できる。
【００３９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上記実施形態では、マグネット本体の断面が略コ字状に形成されている場合について示しているが、マグネット本体の形状はこれに制限されない。
例えば、図４に示すように、下面周縁部を面取りし断面が略台形状に形成されたマグネット本体４１１を適用するようにしてもよいし、図５に示すように、断面が矩形状の基本的な円盤型のマグネット本体５１１を適用するようにしてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、マグネットホルダの摺接面に環状溝を形成するようにしているが、図４に示すように、マグネット部４１の周縁部下方に磁気センサ１２を配置する場合には、マグネットホルダ４１２の摺接面の外周に切欠部（収容溝）４１２ａを形成すればよい。
図５に示すように、磁気センサ５２の感磁面をマグネット本体５１１の外周面に対向させて配置する場合には、マグネットホルダ５１２に磁気センサの収容溝を形成する必要はない。
【００４１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４２】
１  回転センサ
１１  マグネット部
１１１  マグネット本体
１１２  マグネットホルダ
１２  磁気センサ（ホール素子）
１３  基板
１４  回転軸
【図１】
2010181256.tif 000003
【図２】
2010181256.tif 000004
【図３】
2010181256.tif 000005
【図４】
2010181256.tif 000006
【図５】
2010181256.tif 000007