(57)【要約】【課題】  回動部材を９０度より大きい角度で回動させた場合であっても、回動部材の回動角に応じて直線的に比例した出力電圧を得ることが可能な角度検出器を提供する。【解決手段】  回動部材１の回動に同期して回動する磁石２と、この磁石２の回動動作に伴う磁界強度の変化を検出する検出部４ａを有する検出素子４とを備えた角度検出器において、磁石２がその略中央部領域に孔部２ａを有する環状に形成され、検出部４ａは孔部２ａ内において磁石２の中心から所定量離れ、磁気特性の略直線領域を確保可能な位置であって、且つ磁石２の厚み方向における略２等分した位置に配設されている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動部材の回動に同期して回動する磁石と、この磁石の回動動作に伴う磁界強度の変化を検出する検出部を少なくとも有する検出素子とを備えた角度検出器において、
前記磁石がその略中央部領域に孔部を有する環状に形成され、
前記検出部は前記孔部内において前記磁石の略中心から所定量離れ、磁気特性の略直線領域を確保可能な位置であって、且つ前記磁石の厚み方向における略２等分した位置に配設されてなることを特徴とする角度検出器。
【請求項２】
前記磁石は略三角状からなる交流波形の磁界強度を有してなることを特徴とする請求項１記載の角度検出器。
【請求項３】
前記回動部材が操作手段の操作量に応じて回動してなることを特徴とする請求項１記載の角度検出器。
【請求項４】
前記回動部材が液面に浮くフロート部材の移動量に応じて回動してなることを特徴とする請求項１記載の角度検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や建設機械等の車両に搭載される操作手段の操作量、もしくは液面に浮くフロート部材の移動量に応じて回動する回動部材の回動角を検出する角度検出器に関し、特にホールＩＣやＭＲ素子等からなる検出素子を用いて前記回動角を検出する非接触式の角度検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の非接触式の角度検出器にあっては、例えば下記特許文献１に記載されているものが知られている。この特許文献１に記載の角度検出器は、車両に搭載される操作手段に連結固定され前記操作手段の操作に応じて回動する回動軸からなる回動部材と、この回動部材の回動に同期して回動する平板状永久磁石からなる一対の磁石と、この磁石の回動動作に伴う磁界強度の変化を検出するホールＩＣからなる検出素子とを備え、前記検出素子は前記一対の磁石の中心部に配設されている。そして、かかる角度検出器は、前記回動部材の回動に伴い、前記一対の磁石が前記検出素子を中心として前記検出素子の周囲を回動することで、前記検出素子は前記磁石の回動動作に伴う磁界強度の変化を検知し、この検知信号は出力電圧として電気的に変換された後、端子を介して外部に出力されていた。
【特許文献１】特開平２−１２２２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に記載の角度検出器の場合、検出素子が検知する検知信号、つまり前記出力電圧の波形は、回動部材と連動して回動する磁石の回動角に応じて正弦関数的に変化する構成となっている。従って、かかる正弦関数的に変化する角度検出器を用いて操作手段（回動部材）の回動角に比例した前記出力電圧を得たい場合には、前記正弦関数において略直線と言える変曲点近傍（正弦関数における最大出力電圧と最小出力電圧との中間点近傍）の出力電圧のみを使用せざるを得なくなり、このとき角度検出器として使用可能な前記操作手段（前記回動部材）の回動角度範囲はせいぜい９０度程度となるため、前記回動部材の回動角度が９０度より大きい広角度の角度検出器には適用することが困難であるという問題を有していた。また、特許文献１に記載の角度検出器において、前記回動部材の回動角度範囲が９０度より大きい場合には、専用の補正回路を用いることで前記回動部材の回動角に比例した出力電圧を得ることができるが、この場合は専用の補正回路が別途、必要となるためコストアップとなる。
【０００４】
そこで本発明は、前述の課題に対して対処するため、回動部材を９０度より大きい角度で回動させた場合であっても、回動部材の回動角に応じて直線的に比例した出力電圧を得ることが可能な角度検出器の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、回動部材の回動に同期して回動する磁石と、この磁石の回動動作に伴う磁界強度の変化を検出する検出部を少なくとも有する検出素子とを備えた角度検出器において、前記磁石がその略中央部領域に孔部を有する環状に形成され、前記検出部は前記孔部内において前記磁石の略中心から所定量離れ、磁気特性の略直線領域を確保可能な位置であって、且つ前記磁石の厚み方向における略２等分した位置に配設されてなることを特徴とする。
【０００６】
また本発明は、前記磁石は略三角状からなる交流波形の磁界強度を有してなることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、前記回動部材が操作手段の操作量に応じて回動してなることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、前記回動部材が液面に浮くフロート部材の移動量に応じて回動してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、初期の目的を達成でき、回動部材を９０度より大きい角度で回動させた場合であっても、回動部材の回動角に応じて直線的に比例した出力電圧を得ることが可能な角度検出器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１から図５はそれぞれ本発明の実施形態を示すもので、以下、これらに基づいて本発明の実施形態を例えば油圧ショベルに搭載されたエンジン回転数調整スイッチの回動角を検出する角度検出器に適用した場合について説明する。
【００１１】
図１において、本実施形態による角度検出器Ａは、図示しない油圧ショベルのエンジン回転数調整スイッチ（操作手段）の操作量（回動角）に応じて回動する回動部材１と、この回動部材１に同期（連動）して回動する磁石２と、回動部材１と磁石２を保持する保持部材３と、検出素子４並びにこの検出素子４を保持するホルダ５が搭載された回路基板６と、磁石２と保持部材３と回路基板６を収納する枠体７と、この枠体７の所定領域を覆うシールドケース８とから主に構成されている。
【００１２】
回動部材１は、例えば棒状に延びる金属材料からなり、その外形形状は略円柱状に形成され、枠体７の後述する貫通部を貫通している。この枠体７の前記貫通部並びに後述する軸支部材を通じて外部に露出する回動部材１の露出部１ａの先端部は、前記エンジン回転数調整スイッチの図示しない固定部と結合している。このため、操作者が前記エンジン回転数調整スイッチを回動操作すると、この回動操作によって露出部１ａには回動部材１を回動させるための回動力が作用するようになっている。
【００１３】
なお、１ｂは、Ｅリング９が嵌め込まれる切り欠き溝であり、この切り欠き溝１ｂは、回動部材１における軸線Ｌに沿った略中央部（後述する軸支部材の表面よりやや上方の位置）に設けられている。
【００１４】
磁石２は、図２に示すように略円環状に形成され、その中央部領域に形成された円形の貫通孔からなる孔部２ａと、この孔部２ａを取り巻く磁極部２ｂとを備えている。磁石２は、孔部２ａ並びに磁極部２ｂの周囲に３つの板状の鉄Ｆが横方向に同一線上に配設されることで、略三角状からなる交流波形の磁界強度を発するように着磁されている（図３参照）。なお、この場合、リング状の磁極部２ｂは、図２中、左半分がＮ極に着磁されているとともに右半分がＳ極に着磁され、また２つの鉄Ｆに挟まれた磁極部２ｂ箇所の磁界強度が最も強く、この２つの鉄Ｆに挟まれた磁極部２ｂ箇所から離れるに従って磁界強度が弱くなるため、図３に示すような磁界特性が得られる。なお、磁石２は、検出素子４の後述する検出部を取り巻くように保持部材３の後述する溝部内に収納固定され（図１参照）、このとき環状の磁石２の回動中心（中心）は回動部材１の略軸線Ｌ上にある。
【００１５】
保持部材３は、合成樹脂材料、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）からなり、図４に示すように断面略凹部形状に形成され、この凹部の底部中央に設けられ回動部材１底部が貫通する円形の貫通孔部３ａと、この貫通孔部３ａを取り巻くように前記凹部の裏面側（回動部材１の露出部１ａ側）に隆起形成された筒状の隆起部３ｂと、前記凹部の内壁面を溝状に切り欠くことでこの溝部内に磁石２を収納するための磁石収納部３ｃとを備えている。
【００１６】
また本実施形態の場合、保持部材３の貫通孔部３ａ内に回動部材１底部がインサート成形されると同時に、保持部材３の磁石収納部３ｃ内に磁石２（磁極部２ｂ）がインサート成形されているため、回動部材１，磁石２，保持部材３の三者を容易に一体成形することができ作業効率が向上する。
【００１７】
検出素子４は、例えばホールＩＣからなり、磁石２の回動動作に伴う磁界強度の変化を検出するホール素子である検出部４ａと、この検出部４ａとは所定距離隔てて配設されるリード部４ｂと、検出部４ａとリード部４ｂとを導通接続するための導電材料からなるワイヤ４ｃとを備えている。かかる検出素子４は、検出部４ａとワイヤ４ｃ、並びにリード部４ｂの一部が黒色の樹脂部材４ｄによってモールドされている。また検出素子４は、樹脂部材４ｄから露出しているリード部４ｂの末端部分が半田付け等の手段により回路基板６背面に導通固定され、検出部４ａによって検出される前記磁界強度の変化を電気信号（パルス信号）に変換し、この電気信号を回路基板６上に実装された端子（図示せず）を通じて外部制御部であるエンジンコントロールユニット等に出力するものである。
【００１８】
なお、本実施形態の場合、孔部２ａ内に位置する検出部４ａによって前記磁界強度の変化を検出するにあたり、検出部４ａは、図４中、磁石２の略中心点Ｃから矢印Ｘ方向に沿い若干右側に移動した位置を検出部４ａの略中心として配設されている。換言すると、検出部４ａは環状の磁石２の孔部２ａ内において磁石２の厚み方向における略２等分した位置であって、且つ磁石２の略中心点Ｃから矢印Ｘ方向に沿い所定量だけ離れた位置を略中心としてホルダ５を通じて回路基板６上に固定されている。
【００１９】
ホルダ５は、合成樹脂材料、例えばポリアセタールやポリアミドからなり、内部に空洞部５ａを有する略筒状に形成され、この空洞部５ａ内にリード部４ｂの前記末端部分を除く検出素子４箇所が配設されている。なお、ホルダ５はフック固定や溶着等の適宜手段を用いて回路基板６に固定されているため、例えば外部からの振動による検出素子４の移動が抑制され、前記磁界強度の変化を検出部４ａを用いて良好に検出することができる。
【００２０】
回路基板６は、例えば硬質回路基板からなり、図１中、軸線Ｌと直交する方向に延びホルダ５の裏面に沿うように配設され、検出素子４やコンデンサ等の電子部品が搭載されている。また、回路基板６には枠体７の後述する一対の突出ピンが貫通する２つの孔６ａと、これら２つの孔６ａの略中央部に位置し検出素子４のリード部４ｂが貫通する孔６ｂとが形成されている。
【００２１】
枠体７は、合成樹脂材料、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）からなり、略筒状に形成されている。枠体７は、その上端側開口において回動部材１が貫通する貫通部７ａと、前記上端側開口とは反対側である下端側開口近傍で回路基板６を載置するための載置部７ｂと、この載置部７ｂから下方に突出する一対の突出ピン７ｃとを備えている。この場合、一対の突出ピン７ｃは、その先端部が回路基板６の２つの孔６ａを貫通して回路基板６の背後に突出しており、この回路基板６背後に突出した各突出ピン７ｃの突出端部（前記先端部）が溶着されることで、回路基板６が枠体７の載置部７ｂ上に載置される。
【００２２】
また、１０は枠体７の貫通部７ａの内壁面にインサート成形された軸支部材であり、この軸支部材１０は略筒状の金属材からなり、回動部材１と枠体７との間に介在し回動部材１を軸支している。軸支部材１０は、軸線Ｌに沿った回動部材１の略中央部から下側の部分で回動部材１を軸支している。なお、枠体７には軸支部材１０の他に前記端子も併せてインサート成形されている。この場合、前記端子はその両端が枠体７から露出するように構成され、前記端子の一端側は回路基板６に半田付けされ、また他端側は前記外部制御部に接続される。
【００２３】
また、軸支部材１０底面と保持部材３との間には、ともにリング状のウェーブワッシャ１１と潤滑ワッシャ１２が介在している。このうち、軸支部材１０底面側に位置するウェーブワッシャ１１は、回動部材１のトルクを上げるための役割を果たしており、また保持部材３側に位置する潤滑ワッシャ１２は、保持部材３の摩耗を防止するための役割を果たしている。なお本実施形態では、軸支部材１０の上部においても、Ｅリング９と軸支部材１０との間に潤滑ワッシャ１３が介在しており、この潤滑ワッシャ１３は軸支部材１０の摩耗を防止するための役割を果たしている。
【００２４】
シールドケース８は、例えばパーマロイ等の金属製板材からなり、底壁部８ａと、この底壁部８ａの外周より軸線Ｌに沿って延びる周壁部８ｂと、この周壁部８ｂの底壁部８ａとは反対側に形成される開口８ｃとを有しており、この開口８ｃを通じて枠体７の所要部、本実施形態では、枠体７の底部（前記下端側開口）及び磁石２や回路基板６の外周部に対応する枠体７の周囲のみを覆うように配設（装着）されている。
【００２５】
以上の各部により角度検出器Ａが構成されている。かかる角度検出器Ａにおいて、前記エンジン回転数調整スイッチを例えばエンジン回転数を大きくさせる方向である右回りに回動操作すると、前記エンジン回転数調整スイッチと連結している回動部材１が図１中、矢印Ｒ方向に回動する。そして、この回動部材１の回動に同期して回動部材１と一体形成された磁石２と保持部材３が回動し、このとき磁石２（磁極部２ｂ）の回動角に応じた磁界強度の変化が前述したように孔部２ａ内において磁石２の中心点Ｃ（図４参照）から所定量だけ移動した位置に配設されている検出部４ａによって検出される。ここで図３は、磁石２の回動角（角度）と前記磁界強度の変化との関係を示しており、本実施形態では図２中、磁石２が所定位置を始点として１回転（３６０度回転）することにより、前記磁界強度の変化が略三角状（略鋸歯形状）となるように屈曲している。
【００２６】
この場合、図３中、磁石２の前記所定位置における前記磁界強度の大きさは零であり、この状態から磁石２が９０度回動すると、前記磁界強度の大きさが直線的に最大磁界強度まで上昇し、その後、磁石２が１８０度まで回動すると、前記磁界強度の大きさは直線的に最大磁界強度から零まで下降し、さらに磁石２が２７０度まで回動すると、前記磁界強度の大きさは直線的に零から最小磁界強度まで連続して下降し、磁石２が３６０度まで回動すると、前記磁界強度の大きさは直線的に最小磁界強度から零まで上昇するようになっている。
【００２７】
そして、本実施形態では、このように略鋸歯形状に直線的に変化する前記磁界強度の特性を利用して、前記エンジン回転数調整スイッチの操作に比例した出力電圧を得るよう構成されている。すなわち、本実施形態における前記エンジン回転数調整スイッチの回動可能角度は１４０度に設定されているため、図３における磁界強度特性図の中で、回動角が例えば略１１０度である位置Ｐ１から回動角が２５０度である位置Ｐ２に至る略直線部分（略直線領域）の磁界強度の変化を検出素子４によって電気信号である出力電圧に変換するよう構成されている。
【００２８】
図５は、前記エンジン回転数調整スイッチを回動可能な角度範囲である位置Ｐ１から位置Ｐ２まで回動させたときの前記エンジン回転数調整スイッチの回動角（角度）と前記出力電圧との関係を示している。ここで、本実施形態では前述したように位置Ｐ１から位置Ｐ２に至る前記磁界強度の変化は直線性を有するように設定されていることから、検出素子４の検出部４ａによって変換される前記出力電圧の変化も位置Ｐ１から位置Ｐ２に至る過程で直線性を有することになる。すなわち、前記エンジン回転数調整スイッチの初期位置である位置Ｐ１の前記出力電圧はＶ１であって、位置Ｐ１から位置Ｐ２まで前記エンジン回転数調整スイッチを回動させることによって前記出力電圧はＶ１からＶ２まで直線的に上昇するよう構成されている。
【００２９】
従って、従来のように操作手段（前記エンジン回転数調整スイッチ）の回動角が９０度程度でしか前記出力電圧の直線性を得ることができなかったものが、本実施形態では略三角状からなる交流波形の磁界強度を有する磁石２（磁極部２ｂ）を採用し、さらにこの磁石２の回動に伴う磁界強度の変化を検出する検出部４ａが孔部２ａ内において矢印Ｘ方向に沿い磁石２の中心点Ｃから外れた位置に配設されていることで、前記エンジン回転数調整スイッチの回動角が９０度より大きい場合において、例えば位置Ｐ１から位置Ｐ２に至る回動角である１４０度であっても、この９０度より大きい角度範囲内において前記出力電圧の直線性が良好に得られ、商品性の高い角度検出器を提供することができる。さらに、この場合には専用の補正回路を用いることなく、前記出力電圧の直線性が良好に得られため、安価な角度検出器を提供することができる。
【００３０】
また、検出部４ａを孔部２ａ内において矢印Ｘ方向に沿い磁石２の中心点Ｃから外れた位置に配設したことで、検出部４ａが強い磁界を検知可能な環境に配設されるため、外界における磁界の変化等の影響を受けることが抑制され、より検出精度の良好な角度検出器を提供することができる。
【００３１】
なお、前記エンジン回転数調整スイッチは、位置Ｐ１の位置からさらに回動角が小さくなる方向、並びに位置Ｐ２の位置からさらに回動角が大きくなる方向には回動操作できないようになっている。具体的には、例えば位置Ｐ２における回動規制にのみついて述べると、図１に示すように保持部材３の周囲の一部に前記エンジン回転数調整スイッチを回動可能な最大角度である位置Ｐ２まで回動させたときに枠体７の後述する回動規制部と当接する突出部３ｄを設け、一方、枠体７の内壁面側には、前記エンジン回転数調整スイッチを位置Ｐ２まで回動させると突出部３ｄが当接することにより位置Ｐ２である回動角以上の回動を規制する回動規制部（ストッパ部）７ｄが設けられている。また、図示は省略するが、位置Ｐ１においてもこの位置Ｐ２における回動規制手段と同様な回動規制手段が採用されている。
【００３２】
また本実施形態では、磁石２が略三角状からなる交流波形の磁界強度を発するように着磁されていることで、位置Ｐ１から位置Ｐ２に至る前記磁界強度の変化がより直線性を有するものとなり、これに伴い検出部４ａによって変換される前記出力電圧の変化も位置Ｐ１から位置Ｐ２において直線性に優れたものとなるため、より商品性の高い角度検出器を提供することができる。
【００３３】
また本実施形態では、環状の磁石２が略三角状からなる交流波形の磁界強度を発するように着磁され、検出部４ａが矢印Ｘ方向に沿い環状の磁石２の中心点Ｃから外れた位置に配設されている場合について説明したが、検出部４ａをかかる中心点Ｃから外れた位置に配設する構成であれば、磁石２をあえて略三角状からなる交流波形の磁界強度を有するように着磁する必要はなく、例えば前記略直線領域が確保できるものであれば磁石２の回動による磁界強度の変化が単に正弦波形的に変化する構成であってもよい。かかる構成においても、検出部４ａが矢印Ｘ方向に沿い環状の磁石２の中心点Ｃから外れた位置に配設されているため、外界における磁界の変化等の影響を受けることが極力抑制され、また前記略直線領域の存在によって直線性の良好な出力電圧を得ることが可能となる。
【００３４】
また本実施形態では、検出部４ａの中心が、磁石２の中心点Ｃから矢印Ｘ方向に沿い所定量だけ移動した位置に設定されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば磁石２の中心点Ｃから矢印Ｘ方向に沿い移動した位置に検出部４ａの少なくとも一部が存在していればよい。
【００３５】
また本実施形態では、検出素子４がホールＩＣからなる場合について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば検出素子としてＭＲ（磁気抵抗）素子等の他の検出素子を用いてもよい。
【００３６】
なお本実施形態では、前記操作手段に連結された回動式スイッチのごとき回動部材１の回動角を矢印Ｘ方向に沿い磁石２の中心点Ｃから外れた位置に配設された検出部４ａによって検出する例について説明したが、本発明の実施形態に示した技術思想を例えば液面に浮くフロート部材に連結された棒状のフロートアームからなる回動部材を有する液面検出装置に採用することもできる。具体的には、液面に浮く前記フロート部材の移動量に応じて前記フロート部材に連結された前記フロートアームである回動部材を回動させ、この回動部材の回動に連動して回動する磁石の回動角を前述した実施形態と同様に磁石の中心点から外れた位置に配設された検出部によって検出する構成である。つまり、前述した実施形態に採用した回動式スイッチに替えて回動式フロートアームを採用した構成においても、前述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態による角度検出器を示す断面図である。
【図２】同実施形態による磁石を着磁する方法を示す図である。
【図３】同実施形態による磁石の回動角と磁界強度との関係を示す図である。
【図４】図１中、Ｂ部を拡大して示す要部拡大図である。
【図５】同実施形態による操作手段の回動角と出力電圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
Ａ    角度検出器
１    回動部材
１ａ  露出部
２    磁石
２ａ  孔部
２ｂ  磁極部
３    保持部材
４    検出素子
４ａ  検出部
４ｂ  リード部
４ｃ  ワイヤ
４ｄ  樹脂部材
５    ホルダ
６    回路基板
７    枠体
８    シールドケース
Ｃ    中心点
Ｌ    軸線
【図１】
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【図２】
2006064485.tif 000004
【図３】
2006064485.tif 000005
【図４】
2006064485.tif 000006
【図５】
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