(57)【要約】  【課題】  磁軸に傾斜を生じている磁石であっても任意の組合せによって磁軸の傾斜角度を緩和し、品質のばらつきの少ない角度センサを得る。  【解決手段】  シャフト（回転軸）１０に取り付けた磁石ブロック１５に対してホール素子２０を中立検出位置Ｃに対向配置し、ホール素子２０の出力に基づいて磁石ブロック１５の回転角度を検出する角度センサ。磁石ブロック１５は二つの磁石１５ａ，１５ｂの異なる磁極どうしを直接接合して一体化されている。磁石１５ａ，１５ｂの間に磁性体を挟着してもよい。各磁石１５ａ，１５ｂはそれぞれの磁軸が傾斜しているが、磁石ブロック１５としての合成傾斜角度は緩和されることになる。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に設置された磁石と該磁石からの磁界の影響を受ける位置に固定された磁気検知素子とからなり、前記磁石の回転角度を前記磁気検知素子の出力に基づいて検出する角度センサにおいて、
前記磁石は複数の磁石を着磁方向に組み合わせて一つの磁石ブロックとして構成されていること、
を特徴とする角度センサ。
【請求項２】
前記磁石ブロックは複数の磁石を直接接合したものであることを特徴とする請求項１に記載の角度センサ。
【請求項３】
前記磁石ブロックは磁石と磁石との間に磁性体を挟着したものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の角度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角度センサ、特に、回転自在に設置された磁石と該磁石からの磁界の影響を受ける位置に固定された磁気検知素子とからなり、前記磁石の回転角度を前記磁気検知素子の出力に基づいて検出する非接触型の角度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、角度センサとしては、図８に示すように、直方体形状の磁石５１に磁気検知素子５２を対向させて配置し、図示しない回転軸に取り付けた磁石５１の回転角度（回転中心をＰとする）を位置が固定された磁気検知素子５２の出力に基づいて検出するものが提供されている。
【０００３】
磁気検知素子５２とは、ホール素子や磁気抵抗素子であり、該素子５２を垂直に通過する磁束密度の大きさに比例した出力電圧を発生したり、抵抗値が変化する素子である。例えば、ホール素子であれば、磁石５１に対する円周方向の相対的な位置がＡ〜Ｅと変化することに応じてその出力電圧が変化する。
【０００４】
ところで、この種の角度センサに搭載されている磁石５１では、図９に示すように、磁石５１の中心軸Ｌと、Ｎ極及びＳ極の磁軸Ｍとの間に傾斜角度θが生じると、磁気検知素子５２によって検知される絶対角度と検知角度のリニアリティを著しく低下させるという問題点を有していた。
【０００５】
ここで、前記傾斜角度θが発生する原因について説明する。通常、磁力の大きな磁石は異方性の材料を用いて成形する。異方性とは、磁石材料の粉末の持つ磁区（磁化する単位）の方向を一方向に揃えて大きな磁力をなす性質をいう。異方性の磁石は、図１０に示すように、材料粉末５１’を金型５５，５６にてプレス成形する際に、平行磁場（矢印参照）を印加し、磁場の方向に磁区を揃える。
【０００６】
即ち、金型５５，５６に平行磁場がかけられ、この状態で磁性体である磁石材料の粉末５１’を金型５５，５６内に投入すると、平行磁場は図１０に矢印で示すように集中する。その結果、プレス成形されたインゴットの端部ほど、インゴットの中心軸に対して磁区の向きは傾きを持つことになる。その後、このインゴットは焼結され、図１１に示すように、所定の大きさの磁石５１にカッティングされ、さらに着磁される。
【０００７】
カッティングされた磁石５１は成形時の磁区の方向に着磁されるため、インゴットの端部（図１１に円で囲った部分参照）からカッティングされた磁石５１ほど傾斜角度θが大きくなる。一方、インゴットの中心部分からカッティングされた磁石５１は傾斜角度θが小さい。従来では、これらの磁石５１を無作為に取り出して搭載していたため、搭載された角度センサの品質にばらつきを生じていたのである。
【０００８】
プレス成形時での平行磁場の改善は、現状では、技術的及び設備的に限界があり、傾斜角度θの小さい磁石のみを量産することはできていない。インゴットの中心部分からカッティングされた傾斜角度θの小さい磁石のみを選別することは手間とコストを要し、現実的ではない。
【０００９】
特許文献１には、角度検知出力の直線性を改善するため、磁石を半円形状として回転軸の側溝に嵌合させ、ホール素子を該磁石に対向させて位置固定した角度センサが開示されている。しかし、半円形状の磁石であっても、前述の如く磁軸に傾斜を生じて品質がばらつくという不具合が解消されることはない。
【特許文献１】特開２０００−１２１３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の目的は、磁軸に傾斜を生じている磁石であっても任意の組合せによって磁軸の傾斜角度を緩和し、品質のばらつきの少ない、即ち、検知できる絶対角度と検知のリニアリティを保証できる角度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の目的を達成するため、本発明は、回転自在に設置された磁石と該磁石からの磁界の影響を受ける位置に固定された磁気検知素子とからなり、前記磁石の回転角度を前記磁気検知素子の出力に基づいて検出する角度センサにおいて、前記磁石は複数の磁石を着磁方向に組み合わせて一つの磁石ブロックとして構成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る角度センサにおいて、磁石は複数の磁石を着磁方向に組み合わせて一つの磁石ブロックとして構成したため、たとえ磁軸に傾斜を生じていても磁石ブロックとしての磁軸の傾斜角度は緩和され（詳細は実施例で詳述する）、結果的に磁軸の傾斜角度のばらつきは単一の磁石を搭載する場合よりも小さくなり、品質のばらつきが小さくなる。即ち、検知できる絶対角度と検知のリニアリティが向上する。
【００１３】
本発明に係る角度センサにおいて、前記磁石ブロックは複数の磁石を直接接合したものであってもよく、あるいは、磁石と磁石との間に磁性体を挟着したものであってもよい。前者は、磁石ブロックのサイズが従来搭載されていた１個の磁石と同じであれば、同等の磁界の強さを得ることができる。後者は、挟着された磁性体は磁軸の方向に傾きを生じないため、ブロックとしての磁軸の傾斜角度を前者の場合よりも一層緩和することができる。また、３以上の磁石を組み合わせる場合には、直接接合と磁性体の挟着を組み合わせることも可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、磁石は複数の磁石を着磁方向に組み合わせて一つの磁石ブロックとして構成したため、従来と同じ製法で製作された磁軸に傾斜を生じている磁石を用いて品質のばらつきの小さな角度センサを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る角度センサの実施例について、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
（第１実施例、図１〜図４参照）
本発明の第１実施例である角度センサ１Ａは、図１及び図２に示すように、矢印ａ及びそれとは逆方向に回転自在なシャフト１０に二つの磁石１５ａ，１５ｂからなる磁石ブロック１５を固定し、該磁石ブロック１５と対向するように中立検出位置Ｃに磁気検知素子であるホール素子２０を位置固定で配置したものである。シャフト１０の回転中心及び磁石ブロック１５の中心は符号Ｐ１で示すように一致している。
【００１７】
より詳しくは、図３及び図４に示すように、磁石ブロック１５は、シャフト１１の先端にアタッチメント１２を介して装着されたシャフト１０に取り付けられ、ホルダ１３によって保持されている。なお、１４はカバー、１７はベアリング、１８はばね部材、１９はＯリングである。一方、ホール素子２０は基板２１に取り付けられており、基板２１はソケット２２を備えている。
【００１８】
この角度センサ１Ａにおいて、シャフト１１の回転に基づいてシャフト１０や磁石ブロック１５などが一体的に回転し、磁石ブロック１５の回転角度に応じて変化する磁界の変化をホール素子２０が検知し、該素子２０の出力に基づいてその回転角度が検出される。
【００１９】
ここで、磁石ブロック１５について説明する。磁石ブロック１５はそれぞれ直方体形状の同サイズの磁石１５ａ，１５ｂを異極どうしを直接接合したものであり、接合に接着剤は不要である。
【００２０】
但し、シャフト１０に搭載する際には、各磁石１５ａ，１５ｂの位置ずれが発生しないように、磁石１５ａ，１５ｂを直接接合した状態で所定の枠体（図示せず）にはめ込み、該枠体にエポキシ樹脂を流し込んで固定することが好ましい。
【００２１】
このように、磁石１５ａ，１５ｂを接着剤を介在させることなく直接接合させれば、接着剤によって磁界の強さが弱まることなく、磁石ブロック１５と同じサイズの１個の磁石と同等の磁界の強さを得ることができる。
【００２２】
各磁石１５ａ，１５ｂは、図１０及び図１１で説明したように、プレス成形されたインゴットから個々にカッティングされて製作される。この場合、０〜±４°の傾斜角度θが不可避的に生じる。磁軸Ｍが中心軸Ｌに対して図９中右方に傾いている場合を＋、左方に傾いている場合を−とする。
【００２３】
ところで、二つの磁石１５ａ，１５ｂを組み合わせた場合、図２に示すように、磁石１５ａの磁軸Ｍａと磁石１５ｂの磁軸Ｍｂとの合成磁軸Ｍｃの傾斜角度は、各磁軸Ｍａ，Ｍｂの絶対値の大きいほうの傾斜角度よりも小さくなる。例えば、傾斜角度θが−４°の磁石と傾斜角度θが＋１°の磁石を組み合わせて磁石ブロックとした場合、ホール素子２０が検知する絶対角度のずれやリニアリティは、傾斜角度θが＋１°の磁石よりは低下するが、傾斜角度θが−４°の磁石よりは向上し、磁石ブロックとして見た場合の傾斜角度θは結果的に緩和されることになる。それゆえ、角度センサとしての検知絶対角度や検知リニアリティが全体として向上し、品質のばらつきが小さくなる。
【００２４】
以下に示す表１は、磁石インゴットからカッティングした磁石の２個を組み合わせて磁石ブロックを構成した場合の組合せ確率をまとめたものである。例えば、±４°の範囲で傾斜角度θが正規分布する磁石を母集団とし、この中から２個の磁石を任意に抜き取った場合、存在確率が少ない傾斜角度θが＋４°と−４°の磁石を抜き取って組み合せる確率は極めて少ない。即ち、１個の磁石で傾斜角度θが±４°のものはそれぞれ１．１％ずつ存在するが、これらの２個が組み合わされる確率は０．０００７％（表１では０．０％として示した）であり、滅多に発生しないことになる。
【００２５】
換言すれば、磁石インゴットからカッティングした磁石の２個を組み合わせると、合成傾斜角度の小さいものが元の母集団よりも多くなり、かつ、合成傾斜角度の大きいものは極端に少なくなる。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
（第２実施例、図５及び図６参照）
本発明の第２実施例である角度センサ１Ｂは、図５及び図６に示すように、基本的には前記第１実施例である角度センサ１Ａと同様の構成からなり、同じ部材、部分には図１及び図２と同じ符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２８】
本第２実施例において第１実施例と異なる点は、磁石１５ａ，１５ｂの間に磁性体１５ｃを挟着して磁石ブロック１５を構成したことである。
【００２９】
磁石１５ａ，１５ｂの間に挟着される磁性体１５ｃは磁軸に傾きを生じることはない。よって、磁石１５ａ，１５ｂがそれぞれ磁軸に傾斜角度θを有していても、合成傾斜角度は磁石１５ａ，１５ｂを直接接合した第１実施例の場合よりもさらに緩和される。磁界の強さを問題としなければ、磁性体１５ｃの厚みが大きいほど合成傾斜角度は大きく緩和される。
【００３０】
（磁石ブロックの回転中心、図７参照）
本発明に係る角度センサにおいて、磁石ブロック１５の回転中心はホール素子２０に対して任意の位置に設定することができる。前記第１及び第２実施例では、図７（Ａ）に示すように、磁石ブロック１５の中心Ｐ１が回転中心でもある。また、図７（Ｂ）に示すように、磁石ブロック１５の中心Ｐ１から離れた位置に回転中心Ｐ３が設定されてもよい。このように、磁石ブロック１５の中心Ｐ１とホール素子２０との距離は磁石ブロック１５の回転に応じて一定でない場合が生じるが、回転中心Ｐ３とホール素子２０との距離は常時一定である。
【００３１】
（他の実施例）
なお、本発明に係る角度センサは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００３２】
例えば、磁気検知素子として前記ホール素子以外に磁気抵抗素子を使用してもよい。また、磁石及び磁性体を回転軸に取り付ける構造や磁気検知素子との位置関係は任意であることは勿論である。
【００３３】
さらに、磁石ブロックを構成する磁石の個数は２以上であり、合成傾斜角度が緩和されるように、ブロック全体として一つの磁石を形成するように任意に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る角度センサの第１実施例の基本構成を示す斜視図である。
【図２】前記第１実施例の基本構成を示す正面図である。
【図３】前記第１実施例を示す断面図である。
【図４】前記第１実施例を示す分解斜視図である。
【図５】本発明に係る角度センサの第２実施例の基本構成を示す斜視図である。
【図６】前記第２実施例の基本構成を示す正面図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）ともに、角度センサにおける磁石ブロックと磁気検知素子との配置関係を示す説明図である。
【図８】従来の角度センサの説明図である。
【図９】従来の角度センサにおける磁軸の傾斜を示す説明図である。
【図１０】磁石インゴットのプレス成形を示す説明図である。
【図１１】磁石インゴットから個々の磁石をカッティングする状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１Ａ，１Ｂ…角度センサ
１５…磁石ブロック
１５ａ，１５ｂ…磁石
１５ｃ…磁性体
２０…ホール素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006071562.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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