(57)【要約】【課題】安定した出力特性が得られる小型のセンサ装置を提供する。【解決手段】センサ装置は、検出コイル２１と、この検出コイル２１を取り囲むようにして配置され、検出コイル２１に対して検出コイル２１の巻軸方向に相対変位する導電性筒体３２と、この導電性筒体３２の変位に応じて変化する検出コイル２１のインダクタンスに基づいて検出コイル２１に対する導電性筒体３２の相対位置を示す位置信号を出力する制御基板４と、変位方向における導電性筒体３２の中間部でこの導電性筒体３２を支持し、導電性筒体３２とともに所定範囲内で移動自在に変位する可動体３０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出コイルと、当該検出コイルを取り囲むようにして配置され、検出コイルに対して検出コイルの巻軸方向に相対変位する導電性筒体と、当該導電性筒体の変位に応じて変化する検出コイルのインダクタンスに基づいて検出コイルに対する導電性筒体の相対位置を示す位置信号を出力する制御部と、変位方向における導電性筒体の中間部で当該導電性筒体を支持し、導電性筒体とともに所定範囲内で移動自在に変位する可動体とを備えることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記検出コイルと、当該検出コイルに対応する前記導電性筒体とで構成される検出部を２組備え、前記制御部は、少なくとも何れか一方の検出部の検出結果に基づいて前記位置信号を出力することを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記導電性筒体と可動体とを同時成形することを特徴とする請求項１または２の何れか１項に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記可動体を所定の初期位置に復帰させるための復帰ばねを備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記導電性筒体は、金属板から曲成された２つの半円筒体を接合して構成されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記導電性筒体は、めっき処理が施された樹脂パイプであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転式のポジションセンサが提供されている（例えば特許文献１参照）。このポジションセンサは、一定の曲率で湾曲形成されたボビンに巻回される検出コイルと、同様に一定の曲率で湾曲形成され、上記の検出コイル内に進退自在に挿入されるコアとを備えており、検出コイルへのコアの挿入量に応じて検出コイルのインピーダンスが変化するように構成されている。そして、定電流回路から出力される定電流と、検出コイルのインピーダンスにより決まる検出コイルの両端電圧のピーク値に応じて、コアと検出コイルとの位置情報を示す変位信号が出力されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９００２号公報（段落［００７０］、及び、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１に示したポジションセンサでは、コアが片持ち支持される構造であるため、部品の傾きや平行度のばらつきなどによりコアがボビンに干渉する虞があった。そのため、両者が干渉しないようにコアとボビンのクリアランスを大きく設定する必要があり、その結果装置の大型化を招くものであった。また、コアの先端部分が振動により大きく振れることで検出コイルのインピーダンスが変化し、出力特性が不安定になる可能性もあった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、安定した出力特性が得られる小型のセンサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、検出コイルと、当該検出コイルを取り囲むようにして配置され、検出コイルに対して検出コイルの巻軸方向に相対変位する導電性筒体と、当該導電性筒体の変位に応じて変化する検出コイルのインダクタンスに基づいて検出コイルに対する導電性筒体の相対位置を示す位置信号を出力する制御部と、変位方向における導電性筒体の中間部で当該導電性筒体を支持し、導電性筒体とともに所定範囲内で移動自在に変位する可動体とを備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、検出コイルと、当該検出コイルに対応する導電性筒体とで構成される検出部を２組備え、制御部は、少なくとも何れか一方の検出部の検出結果に基づいて位置信号を出力することを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、導電性筒体と可動体とを同時成形することを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、可動体を所定の初期位置に復帰させるための復帰ばねを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明は、導電性筒体は、金属板から曲成された２つの半円筒体を接合して構成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項６の発明は、導電性筒体は、めっき処理が施された樹脂パイプであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、検出コイルに対して相対変位する導電性筒体が、その変位方向における中間部で可動体に支持されているため、従来例の片持ち構造のように両者の干渉を考慮してクリアランスを大きく設定しなくてもよく、装置の大型化を抑えることができる。また、従来例のように片持ち構造ではないため、振動による振れを抑えることができ、そのため安定した出力特性が得られる。さらに、導電性筒体と検出コイルとが非接触であるため、経年的な耐久性に優れたセンサ装置を提供できるという効果がある。
【００１３】
請求項２の発明によれば、２つの検出部でそれぞれ検出したインダクタンスの変化を比較することによって、何れか一方の検出部が故障した場合には両者の差が所定範囲外となるので、比較結果から何れか一方の検出部が故障していると判断でき、その結果検出部が故障したまま使用し続けるのを防止できる。また、検出結果として何れか一方の検出部の検出結果を用いた場合には、一方の検出部が故障した場合でももう一方の検出部で位置検出が可能であるから、誤検出を防止することができるという効果がある。
【００１４】
請求項３の発明によれば、導電性筒体と可動体とを同時成形することによって両者の位置精度を高めることができ、その結果センサ出力のばらつきを抑えることができるという効果がある。
【００１５】
請求項４の発明によれば、可動体の変位時には復帰ばねにより付勢されているため、可動体のがたつきを抑えることができ、その結果センサ出力のばらつきを抑えることができるという効果がある。
【００１６】
請求項５の発明によれば、金属板から曲成された２つの半円筒体を接合することによって、金属パイプを曲げる場合に比べて安価で且つ高精度の導電性筒体を実現でき、またこの導電性筒体を用いることで検出精度を高めたセンサ装置を実現できるという効果がある。
【００１７】
請求項６の発明によれば、樹脂パイプを用いることによって、金属パイプを曲げる場合に比べて高精度の導電性筒体を実現でき、且つ軽量化を図ることもできる。また、この導電性筒体を用いることで検出精度を高めたセンサ装置を実現できる。さらに、導電性筒体を樹脂パイプで構成することによって、検出コイルとの干渉も容易に防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態のセンサ装置の分解斜視図である。
【図２】（ａ）は同上の斜視図、（ｂ）は同上からカバーを取り外した状態の斜視図である。
【図３】同上の断面図である。
【図４】（ａ）は同上からカバーを取り外した状態の正面図、（ｂ）は同上の背面図、（ｃ）は同上の下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係るセンサ装置の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。本発明に係るセンサ装置は、回転機構の回転量を検出するために用いられる回転式のセンサ装置であって、例えば舵角センサやスロットル開度センサとして用いられる。なお、回転機構を備えたものであれば上記の用途に限定されるものではない。
【００２０】
本実施形態のセンサ装置は、図１に示すように、２組のコイルブロック２，２と、ロータブロック３と、制御基板（制御部）４と、これらを収納するためのケース１とを備えている。
【００２１】
ケース１は、一面（図３中の左面）が開口する円形箱状のケース本体１０と、ケース本体１０の開口を閉塞するように当該ケース本体１０に被着されるカバー１１とで構成されている。ケース本体１０は、例えば合成樹脂成形品であって、ケース本体１０の両側には、当該ケース本体１０を被取付部（図示せず）に取り付けるための取付片１２，１２が一体に設けられており、各取付片１２には、それぞれ取付ねじ（図示せず）が挿通されるねじ挿通孔１２ａが貫設されている。また、ケース本体１０の下側には、図示しないコネクタが接続される矩形箱状のコネクタ接続部１３が一体に設けられており、このコネクタ接続部１３の下面には、コネクタが差込接続される接続口１３ａが開口している（図２（ａ）および図４（ｃ）参照）。さらに、接続口１３ａの開口端縁には、差込接続されたコネクタの抜け防止用の突起１３ｂが突設されている。また、ケース本体１０の他面側（図３中の右側）には、後述のロータブロック３のシャフト３１を軸支する軸受１４が設けられている。さらに、コネクタ接続部１３の内部には、複数（本実施形態では４本）のＬ字型のコネクタ端子８が、その一端側を接続口１３ａに臨ませる形で横並び（図３中の紙面に垂直な方向）に配置されている。なお、各コネクタ端子８の他端側は、それぞれ制御基板４の所定位置に半田固定される。ここにおいて、本実施形態では、上記のコネクタ端子８がコネクタ接続部１３とともにケース本体１０と同時成形される。
【００２２】
また、カバー１１は、ケース本体１０と同様に合成樹脂成形品であって、ケース本体１０の開口寸法と略同寸法に設定されており、接着あるいは超音波溶接などの方法でケース本体１０に取り付けられるようになっている。
【００２３】
コイルブロック２は、一定の曲率で湾曲形成された合成樹脂成形品からなるコイルボビン２０と、コイルボビン２０において細径となっている巻胴部に巻回される検出コイル２１と、コイルボビン２０の一端側に配置され、検出コイル２１の両端と電気的に接続される一対のコイル端子２２，２２とで構成されている。そして、本実施形態では、各コイルブロック２，２が、それぞれケース本体１０の中心軸を中心として点対称な位置に配置される（図２（ｂ）および図４（ａ）参照）。
【００２４】
ロータブロック３は、ケース１に対して回転自在に配置される円板状の可動体３０と、可動体３０の一端側（図３中の右側）に配置され、後述のセンサレバー５が取り付けられるシャフト３１と、可動体３０の側部から延出する筒状の取付具３４，３４を介して可動体３０に支持される導電性筒体３２，３２と、可動体３０を所定の初期位置に復帰させるための復帰ばね３３とで構成される。なお、上記の可動体３０および両取付具３４，３４は、合成樹脂による一体成形品である。
【００２５】
導電性筒体３２は、例えば薄いアルミニウム板から曲成された２つの半円筒体を界面接合することで略筒状に形成され、本実施形態では、図１に示すように可動体３０の両側に、各検出コイル２１にそれぞれ対応する形で配置される。ここにおいて、本実施形態では、可動体３０と導電性筒体３２とを同時成形しており、その結果可動体３０と導電性筒体３２の位置精度を高めることができるから、本センサ装置によればセンサ出力のばらつきを抑えることができる。また、各導電性筒体３２は、それぞれ中心軸方向の中間部で取付具３４により支持されている。なお、各導電性筒体３２の内径は、当該導電性筒体３２が対応する検出コイル２１に対して移動する際に干渉しない寸法に設定されている。ここに、各検出コイル２１と、各検出コイル２１にそれぞれ対応する導電性筒体３２とで検出部が構成されており、本実施形態のセンサ装置では検出部を２組備えている。
【００２６】
制御基板４は、ケース本体１０の開口寸法と略同寸法に形成されたプリント基板４０からなり、上述の各コネクタ端子８に対応する部位にはそれぞれスルーホール４１が貫設され、また各コイル端子２２に対応する部位にはそれぞれスルーホール４２が貫設されている。また、プリント基板４０には、マイクロコンピュータなどの電子部品も実装されており、マイクロコンピュータでは、検出コイル２１のインダクタンスの変化に基づいて検出コイル２１に対する導電性筒体３２の相対位置（センサレバー５の変位量に相当）を算出し、さらにコネクタ端子８を介して外部機器（図示せず）に上記情報を出力する。
【００２７】
センサレバー５は、略矩形板状の主片５０を有し、主片５０の略中央部には上記のシャフト３１が挿通される挿通孔５１が貫設されている。また、主片５０の長手方向一端側（図１中の下側）には、当該主片５０と直交する方向に延出する一対の脚片５２，５２が折曲形成されており、これらの脚片５２，５２により上記の回転機構に取り付けられるようになっている。なお、上記の挿通孔５１の形状はシャフト３１の形状と同形状であり、また挿通孔５１の開口寸法はシャフト３１の外径寸法と略同寸法に設定されている。そして、このセンサレバー５は、挿通孔５１にシャフト３１を挿通させた後、ナット７を用いてねじ固定することで、図４（ｂ）に示すようにセンサ装置に回転自在に取り付けられる。なお、この状態において、ケース本体１０とセンサレバー５の間にはＥ型リング６が取り付けられている（図３参照）。
【００２８】
次に、本センサ装置の動作について説明する。まず、上記の回転機構が回転していない状態では、ロータブロック３は所定の初期位置に位置している。ここに、所定の初期位置とは、各コイルブロック２の検出コイル２１が、対応するロータブロック３の導電性筒体３２に挿通していない位置であり、このときロータブロック３は復帰ばね３３により付勢されない中立位置にある。この状態から回転機構を回転させると、センサレバー５が回転機構に連動して回転し、それに伴ってロータブロック３も同一方向に回転する。さらに、両導電性筒体３２，３２も検出コイル２１の巻軸方向に沿って同一方向に回転するから、各検出コイル２１がそれぞれ対応する導電性筒体３２に挿通されることになり、その結果各検出コイル２１のインダクタンスが変化する。そして、制御基板４では、このインダクタンスの変化をコイル端子２２，２２を介して検出し、検出したインダクタンスの変化に基づいて検出コイル２１に対する導電性筒体３２の相対位置を算出する。また、制御基板４では、算出した相対位置を示す位置信号を作成し、コネクタ端子８を介して外部機器に出力する。その後、回転機構を元の位置に戻すと、ロータブロック３は復帰ばね３３のばね復帰力によって所定の初期位置に復帰することになる。なお、本実施形態では、両検出コイル２１，２１のインダクタンスの変化を検出するように構成されており、例えば２つの検出部でそれぞれ検出したインダクタンスの変化を比較することによって、何れか一方の検出部が故障した場合には両者の差が所定範囲外となるので、比較結果から何れか一方の検出部が故障していると判断でき、その結果検出部が故障したまま使用し続けるのを防止できる。また、検出結果として何れか一方の検出部の検出結果を用いた場合には、一方の検出部が故障した場合でももう一方の検出部で位置検出が可能であるから、誤検出を防止することができる。
【００２９】
而して、本実施形態によれば、検出コイル２１に対して相対変位する導電性筒体３２が、中心軸方向の中間部で可動体３０に支持されているため、被取付部の振動による導電性筒体３２の両端の振れ幅を小さくでき、その結果干渉する可能性が少なくなるから、従来例の片持ち構造のように両者の干渉を考慮してクリアランスを大きく設定しなくてもよく、装置の大型化を抑えることができる。また、従来例のように片持ち構造ではないため、振動による振れを抑えることができ、そのため安定した出力特性が得られる。さらに、導電性筒体３２と検出コイル２１とが非接触であるため、経年的な耐久性に優れたセンサ装置を提供できる。
【００３０】
また、可動体３０の変位時には復帰ばね３３のばね復帰力によって付勢されているため、可動体３０のがたつきを抑えることができ、その結果センサ出力のばらつきを抑えることができる。さらに、本実施形態によれば、薄いアルミニウム板から曲成された２つの半円筒体を界面接合することによって、金属パイプを曲げる場合に比べて安価で且つ高精度の導電性筒体３２を実現でき、またこの導電性筒体３２を用いることで検出精度を高めたセンサ装置を実現できる。また、従来例のようにコアを用いる方式では、一般的に透磁率が高い材料ほど温度に対する変動が大きいため、出力変動が大きくなってしまうが、本実施形態のようなセンサ装置では、アルミニウムのように温度による特性変動の小さい材料で導電性筒体３２を構成することで、温度変化に伴う出力変動を小さく抑えることができる。その結果、小規模なキャリブレーションにより本センサ装置を実現できる。
【００３１】
ここにおいて、本実施形態では、薄いアルミニウム板から曲成された２つの半円筒体からなる導電性筒体３２の場合を例に説明したが、導電性筒体は本実施形態に限定されるものではなく、例えば樹脂パイプにめっき処理を施したものであってもよい。この場合、金属パイプを曲げる場合に比べて高精度の導電性筒体を実現でき、且つ軽量化を図ることもできる。また、この導電性筒体を用いることで検出精度を高めたセンサ装置も実現可能である。さらに、導電性筒体を樹脂パイプで構成することによって、検出コイルとの干渉も容易に防止できる。
【００３２】
なお、本実施形態では、導電性筒体をアルミニウムにより構成しているが、本センサ装置は、コイルのインダクタンスの変化として導電性筒体表面の渦電流変化を検出するものであるから、アルミニウムに限定されるものではなく、導電性を有するものであれば他のものでもよい。しかも、温度による特性変動が小さい材料であればなおよい。
【符号の説明】
【００３３】
４  制御基板（制御部）
２１  検出コイル
３０  可動体
３２  導電性筒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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