(57)【要約】【課題】本発明の電気式アクセルペダル装置は、非接触型のペダルセンサを用い、可動機構部と電気回路部とを分離する。【解決手段】ペダルセンサ３は、可動機構部２０と電気回路部３０から構成される。電気回路部３０は、可動機構部２０から分離されている。可動機構部２０は、ペダル１３の操作に応じて、先端側に磁石２３が設けられた回転シャフト２２を回動させる。電気回路部３０は基板３２を収容する。基板３２には磁石２３に対向する面に複数のホールＩＣ３３が設けられている。磁石２３の回転角はホールＩＣにより電気信号として検出される。磁石２３の周方向及び軸方向の位置決めは、圧縮可能なねじりバネ２４によって行われる。ねじりバネ２４は、圧縮された状態で機構部ケース２１と回路部ケース３１との間に配設され、回転シャフト２２を軸方向及び周方向に付勢する。【選択図】図２
2008007006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセルペダル（２）と、このアクセルペダルの操作量を電気信号として検出するペダルセンサ（３）とを備えた電気式アクセルペダル装置（１）において、
前記ペダルセンサ（３）は、前記アクセルペダルの操作量を回転シャフト（２２）の回転運動として検出するための可動機構部（２０）と、前記回転シャフトの回転運動を非接触で検出し、電気信号に変換して出力するための電気回路部（３０）とを備え、
前記可動機構部（２０）は、
機構部ケース（２１）と、
前記機構部ケースにベアリング部材（２５）を介して回動可能に設けられ、その基端側に前記アクセルペダルの回動に応じて回転するペダル側シャフト（１４）が接続される前記回転シャフト（２２）と、
前記回転シャフトの基端側に設けられた回転シャフト側シール部材（２６）と、
前記回転シャフトの先端側端面に設けられ、径方向に着磁された磁石（２３）と、
前記電気回路部の回路部ケース（３１）と前記機構部ケースとの間に位置して設けられ、前記回転シャフトを軸方向及び周方向にそれぞれ付勢するバネ部材（２４）と、
前記バネ部材よりも外側に位置して、前記回路部ケースと前記機構部ケースとの間に設けられたケース間シール部材（２７）と、を備えて構成され、
前記電気回路部（３０）は、
前記機構部ケースと対向して分離可能に設けられ、非磁性材料から形成される前記回路部ケース（３１）と、
前記回路部ケース内に設けられた基板（３２）と、
前記回路部ケースの壁部を介して前記磁石（２３）に対向するように前記基板に設けられた磁気検出素子（３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ）と、
一端側が前記基板を介して前記磁気検出素子に電気的に接続され、他端側が外部装置に接続される配線部（３４）と、
前記回路部ケース内に充填されたモールド部材（４２，４３）と、
を備えて構成されている電気式アクセルペダル装置。
【請求項２】
前記バネ部材（２４）は、圧縮可能なねじりバネとして構成されており、圧縮した状態で前記回路部ケースと前記機構部ケースとの間の空間に設けられている請求項１に記載の電気式アクセルペダル装置。
【請求項３】
前記モールド部材（４２，４３）は、前記基板（３２）の周囲の領域に設けられる第１モールド部材（４２）と、前記配線部（３４）が前記回路部ケースから引き出される領域に設けられる第２モールド部材（４３）とを備えており、
前記第１モールド部材（４２）は比較的柔らかい樹脂材料で形成され、前記第２モールド部材（４３）は比較的硬い樹脂材料で形成される請求項１に記載の電気式アクセルペダル装置。
【請求項４】
スロットル開度を制御するための操作装置（２）の回動角度を電気信号として検出する回動角センサ（３）であって、
前記操作装置の操作量を回転シャフト（２２）の回転運動として検出するための可動機構部（２０）と、前記回転シャフトの回転運動を非接触で検出し、電気信号に変換して出力するための電気回路部（３０）とを備え、
前記可動機構部（２０）は、
磁性材料から形成される機構部ケース（２１）と、
前記機構部ケースにベアリング部材（２５）を介して回動可能に設けられ、その基端側に前記操作装置の回動に応じて回転する操作装置側シャフト（１４）が接続される前記回転シャフト（２２）と、
前記回転シャフトの基端側に設けられた回転シャフト側シール部材（２６）と、
前記回転シャフトの先端側端面に設けられ、径方向に着磁された磁石（２３）と、
前記電気回路部の回路部ケース（３１）と前記機構部ケースとの間に位置して設けられ、前記回転シャフトを軸方向及び周方向にそれぞれ付勢するバネ部材（２４）と、
前記バネ部材よりも外側に位置して、前記回路部ケースと前記機構部ケースとの間に設けられたケース間シール部材（２７）と、を備えて構成され、
前記電気回路部（３０）は、
前記機構部ケースと対向して分離可能に設けられ、非磁性材料から形成される前記回路部ケース（３１）と、
前記回路部ケース内に設けられた基板（３２）と、
前記回路部ケースの壁部を介して前記磁石（２３）に対向するように前記基板に設けられた磁気検出素子（３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ）と、
一端側が前記基板を介して前記磁気検出素子に電気的に接続され、他端側が外部装置に接続される配線部（３４）と、
前記回路部ケース内に充填されたモールド部材（４２，４３）と、
を備えて構成されたことを特徴とする回動角センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ダンプトラックやホイールローダ等に使用可能な電気式アクセルペダル装置及びセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ダンプトラックやホイールローダ等の建設機械では、アクセルペダルの踏込み量に応じてエンジンの燃料噴射量を制御するために、電気式アクセルペダル装置を備えている。操作者がアクセルペダルを踏み込むと、この操作量は電気信号に変換されてエンジンコントローラに入力される。エンジンコントローラは、アクセルペダルの踏込み位置に応じて、燃料噴射量等を制御する。
【０００３】
第１の従来技術としては、ポテンショメータを用いてペダルの回転量を電気信号に変換するものが知られている（特許文献１）。第２の従来技術としては、ホール素子を用いてアクセルペダルの回動量を電気信号に変換するものが知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平６−３１７２１３号公報
【特許文献２】特開２００３−１４８９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
第１の従来技術では、ポテンショメータを用いため、長期間の使用によって導電パターンやブラシが摩耗する可能性があり、寿命が短いという問題がある。ホール素子を用いる場合は、非接触で回転角度を検出することができるため、信頼性は高くなる。しかし、前記第１、第２の従来技術では、回転シャフト側寄りの浸水による電気部の故障や、回転機構部と信号回路部との間に一定の間隔をもたせるための径方向及び軸方向へ張力を与える構造とした場合に大型化し、アクセルペダルへの取付位置が制限されるなど、センサの小型及び防水性能について十分に検討されておらず、改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電気回路部と可動機構部とを分離して電気回路部の防水性を高めると共に、全体寸法を小型化できるようにした電気式アクセルペダル装置及び回動角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】
【０００６】
本発明に従う電気式アクセルペダル装置は、アクセルペダルと、このアクセルペダルの操作量を電気信号として検出するペダルセンサとを備えた電気式アクセルペダル装置であって、ペダルセンサは、アクセルペダルの操作量を回転シャフトの回転運動として検出するための可動機構部と、回転シャフトの回転運動を非接触で検出し、電気信号に変換して出力するための電気回路部とを備える。可動機構部は、機構部ケースと、機構部ケースにベアリング部材を介して回動可能に設けられ、その基端側にアクセルペダルの回動に応じて回転するペダル側シャフトが接続される回転シャフトと、回転シャフトの基端側に設けられた回転シャフト側シール部材と、回転シャフトの先端側端面に設けられ、径方向に着磁された磁石と、電気回路部の回路部ケースと機構部ケースとの間に位置して設けられ、回転シャフトを軸方向及び周方向にそれぞれ付勢するバネ部材と、バネ部材よりも外側に位置して、回路部ケースと機構部ケースとの間に設けられたケース間シール部材と、を備えて構成される。電気回路部は、機構部ケースと対向して分離可能に設けられ、非磁性材料から形成される回路部ケースと、回路部ケース内に設けられた基板と、回路部ケースの壁部を介して磁石に対向するように基板に設けられた磁気検出素子と、一端側が基板を介して磁気検出素子に電気的に接続され、他端側が外部装置に接続される配線部と、回路部ケース内に充填されたモールド部材と、を備えて構成される。
【０００７】
好適な実施形態では、バネ部材は、圧縮可能なねじりバネとして構成されており、圧縮した状態で回路部ケースと機構部ケースとの間の空間に設けられている。
【０００８】
好適な実施形態では、モールド部材は、基板の周囲の領域に設けられる第１モールド部材と、配線部が回路部ケースから引き出される領域に設けられる第２モールド部材とを備えており、第１モールド部材は比較的柔らかい樹脂材料で形成され、第２モールド部材は比較的硬い樹脂材料で形成される。
【０００９】
本発明の他の観点に従う回動角センサは、スロットル開度を制御するための操作装置の回動角度を電気信号として検出する回動角センサであって、操作装置の操作量を回転シャフトの回転運動として検出するための可動機構部と、回転シャフトの回転運動を非接触で検出し、電気信号に変換して出力するための電気回路部とを備え、可動機構部は、磁性材料から形成される機構部ケースと、機構部ケースにベアリング部材を介して回動可能に設けられ、その基端側に操作装置の回動に応じて回転する操作装置側シャフトが接続される回転シャフトと、回転シャフトの基端側に設けられた回転シャフト側シール部材と、回転シャフトの先端側端面に設けられ、径方向に着磁された磁石と、電気回路部の回路部ケースと機構部ケースとの間に位置して設けられ、回転シャフトを軸方向及び周方向にそれぞれ付勢するバネ部材と、バネ部材よりも外側に位置して、回路部ケースと機構部ケースとの間に設けられたケース間シール部材と、を備えて構成され、電気回路部は、機構部ケースと対向して分離可能に設けられ、非磁性材料から形成される回路部ケースと、回路部ケース内に設けられた基板と、回路部ケースの壁部を介して磁石に対向するように基板に設けられた磁気検出素子と、一端側が基板を介して磁気検出素子に電気的に接続され、他端側が外部装置に接続される配線部と、回路部ケース内に充填されたモールド部材と、を備えて構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、可動機構部に設けられた磁石の回動量を電気回路部に設けた磁気検出素子によって検出し、電気信号に変換して出力することができる。可動機構部と電気回路部とを分離し、回路部ケース内にモールド部材を充填することにより、電気回路部の防水性能を高めることができる。さらに、回転シャフトを軸方向及び周方向にそれぞれ付勢するバネ部材を備えるため、回転シャフトの軸方向及び周方向の位置決めを一つのバネ部材で行うことができ、部品点数を少なくできると共に、センサの全体寸法を小型化することができる。
【００１１】
また、基板の周囲の領域に設けられる第１モールド部材を比較的柔らかい樹脂材料で形成し、配線部が回路部ケースから引き出される領域に設けられる第２モールド部材を比較的硬い樹脂材料で形成するため、第１モールド部材により基板への衝撃を緩和することができ、第２モールド部材により配線部の断線を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。本実施形態では、以下に詳述するように、ペダルの操作量に応じて回転する磁石を可動機構部に設け、磁石により発生する磁力線の変化を検出するためのホールＩＣを電気回路部に設けることにより、可動機構部と電気回路部とを分離する。
【００１３】
図１は、電気式アクセルペダル装置１の側面図である。電気式アクセルペダル装置１は、アクセルペダル２とペダルセンサ３とを備えて構成されている。電気式アクセルペダル装置１は、例えば、ダンプトラック、ホイールローダ等に使用される。
【００１４】
アクセルペダル２は、それぞれ後述するように、例えば、支持フレーム１０と、取付ブラケット１１と、回動ピン１２と、ペダル１３と、ペダル側シャフト１４と、レバー１５とを備えて構成される。
【００１５】
支持フレーム１０は、例えば金属板から形成されており、運転室の床面に取り付けられている。支持フレーム１０の先端側は、上方に向けて傾斜する傾斜面１０Ａとなっており、支持フレーム１０の基端側には取付ブラケット１１が設けられている。
【００１６】
ペダル１３は、その基端側が取付ブラケット１１に回動ピン１２を介して回動可能に取り付けられている。図２に示すように、ペダル１３の略中間部の下面には、下側に突出するようにして、シャフト取付部１３Ａが設けられている。ペダル１３の表面は、例えばゴム等の樹脂材料で覆われている。
【００１７】
図２に示すように、ペダル側シャフト１４は、その両端がシャフト取付部１３Ａにそれぞれ回動可能に取り付けられている。また、ペダル側シャフト１４の両端部のうちペダルセンサ３側に位置する端部には、薄肉な平板状の係合突起１４Ａが設けられている。
【００１８】
レバー１５は、その先端側に回動ピン１５Ａが設けられており、その基端側にはストッパ１５Ｂが設けられている。また、レバー１５の基端側寄りには、圧肉な円筒状のシャフト挿通部１５Ｃが設けられている。レバー１５の先端側には、ローラ１６が回動ピン１５Ａを介して回動可能に取り付けられている。シャフト挿通部１５Ｃには、ペダル側シャフト１４が回転不能に挿通されている。また、シャフト挿通部１５Ｃとシャフト取付部１３Ａとの間には、ペダル１３をアイドル位置（初期位置）に常時付勢するための戻りバネ（不図示）が設けられている。
【００１９】
ここで、図１，図２を参照して、アクセルペダル２の動作を説明する。図１に実線で示す状態は、操作者がペダル１３を踏み込んでいない初期状態である。この初期状態では、エンジンはアイドリング回転数となるように、エンジンコントローラ１０００は、燃料噴射量等を制御する。
【００２０】
操作者がペダル１３を踏み込むと、ペダル１３は矢示ＦＳ方向に回動する。ペダル１３の回動に応じて、ローラ１６は支持フレーム１０の傾斜面１０Ａに沿って矢示Ｆ方向に移動する。そして、ローラ１６の移動に応じて、レバー１５は、図１中の反時計回り方向に回動する。
【００２１】
レバー１５の回動に応じて、ペダル側シャフト１４は回動し、このペダル側シャフト１４の回動量は、係合突起１４Ａを介して、後述の回転シャフト２２に伝達される。操作者は、レバー１５がペダル１３の下面側に設けられた受け部２Ａに当接するまで、ペダル１３を踏み込むことができる。ペダル１３の踏込み量は、後述のようにペダルセンサ３により検出されてエンジンコントローラ１０００に伝達される。エンジンコントローラ１０００は、ペダル１３の踏込み量（踏込み位置）に応じて、エンジン回転数を制御する。なお、ペダル１３がＩＤＬ方向に戻る場合、ストッパ１５Ｂが不図示の受け部に当接することにより、ペダル１３はアイドル位置で停止する。
【００２２】
操作者がペダル１３から足を離すと、戻りバネのバネ力によって、ペダル１３は、矢示ＩＤＬ方向に回動し、図１中に二点鎖線で示すフルスロットル位置（最大踏込み位置）からアイドル位置に復帰する。ローラ１６は矢示Ｒ方向に後退し、ペダル側シャフト１４は、図１中の時計回りに回動する。
【００２３】
ペダルセンサ３の構成を説明する。ペダルセンサ３は、シャフト取付部１３Ａの側面に取付ボルト２８を介して着脱可能に取り付けられている。図２，図３を参照する。ペダルセンサ３は、可動機構部２０と、電気回路部３０とに大別される。可動機構部２０は、ペダル１３の操作量（ペダル側シャフト１４の回動角）を回転シャフト２２の回動角として検出するための機械的構成である。電気回路部３０は、回転シャフト２２の回動角を電気信号に変換して出力するための電気的構成である。
【００２４】
可動機構部２０の構成を先に説明する。可動機構部２０は、それぞれ後述するように、機構部ケース２１と、回転シャフト２２と、磁石２３と、圧縮可能なねじりバネ２４と、ベアリング２５と、ダストシール２６と、Ｏリング２７と、取付ボルト２８及び座金２９（図４参照）とを備えている。ベアリング２５としては、通常のベアリングやブッシュのほかに、例えば、オイル封入型のベアリングを使用することもできる。
【００２５】
機構部ケース２１は、例えば、ステンレス鋼から段付筒状に形成されており、機構部ケース２１の中心には、回転シャフト２２がベアリング２５を介して回動可能に支持されている。
【００２６】
回転シャフト２２は、ペダル側シャフト１４と一緒に回動するもので、例えば、非磁性のステンレス鋼等から鍔付きの略円柱状に形成されている。回転シャフト２２基端側には、ペダル側シャフト１４の係合突起１４Ａと係合される係合凹部２２Ａが一体的に設けられている。回転シャフト２２の先端側には、薄肉な円盤状の磁石２３が一体的に設けられている。磁石２３は、図６に示すように、径方向に着磁されている。即ち、磁石２３の表面は中心を通る線で分割されており、一方の分割面はＳ極に着磁され、他方の分割面はＮ極に着磁されている。磁石２３は、回転シャフト２２と共に回転する。
【００２７】
回転シャフト２２の先端側寄りには、径方向に突出する鍔部２２Ｂが一体的に設けられている。圧縮可能なねじりバネ２４は、その一端側が鍔部２２Ｂに当接し、その他端側は座金２９（図４参照）を介して回路部ケース３１の収容部３１Ａに当接している。また、圧縮可能なねじりバネ２４の一端側は、図５に示すように、鍔部２２Ｂの一部を切り欠くようにして設けられたバネ係合部２２Ｃに着脱可能に固定されており、圧縮可能なねじりバネ２４の他端側は、図４に示すように、収容部３１Ａに設けられたバネ係合部３１Ｂに着脱可能に固定されている。
【００２８】
ここで、圧縮可能なねじりバネ２４について説明する。圧縮可能なねじりバネ２４は、例えば、図４に示すように、両端側の座巻き２４Ａ，２４Ｂ及びこれら座巻き２４Ａ，２４Ｂ間に位置する一巻き２４Ｃを備えた合計３巻きのコイル状に形成されている。荷重をかけない自由長状態では、線材間に若干の隙間が空くように、ねじりバネ２４は形成されている。そして、ねじりバネ２４は、軸方向に圧縮された状態で、収容部３１Ａと鍔部２２Ｂとの間に配設される。
【００２９】
周方向にのみ付勢する通常のねじりバネであれば、圧縮可能に構成する必要はない。即ち、自由長状態で線材間に隙間を設ける必要はない。圧縮するための（軸方向に付勢するための）隙間を設けると、ねじりバネが斜めに撓んでしまい、所定のバネ力を得られない可能性があるためである。
【００３０】
これに対し、本実施例では、回転シャフト２２のバネ係合部２１Ｃに係合させるための一方の座巻き２４Ａと、回路部ケース３１のバネ係合部３１Ｂに係合させるための他方の座巻き２４Ｂと、これら座巻き２４Ａ，２４Ｂ間に設けられる中間巻き２４Ｃとの最小限の構成で、圧縮可能なねじりバネ２４を構成する。これにより、ねじりバネ２４は、回転シャフト２２をアイドル位置に向けて常時付勢すると共に、回転シャフト２２を軸方向に付勢することができる。従って、磁石２３の周方向の位置及び軸方向の位置の両方を、単一のねじりバネ２４によってそれぞれ実現することができる。このように、本実施例では、圧縮可能なねじりバネ２４を１個設けるだけで、磁石２３の周方向及び軸方向の位置決めが可能なため、ペダルセンサ３を小型化することができる。
【００３１】
さて、回転シャフト２２の基端外周側には、ダストシール２６が設けられている。ダストシール２６は、例えば、回転用オイルシールとして構成されており、外部からの異物が回転シャフト２２と機構部ケース２１との間の隙間を介して、機構部ケース２１内に侵入するのを防止している。
【００３２】
機構部ケース２１と回路部ケース３１との間には、Ｏリング２７が設けられている。Ｏリング２７は、外部の異物がケース２１とケース３１との間の隙間を介して内部に侵入するのを防止している。
【００３３】
次に、電気回路部３０の構成を説明する。図２，図３に示すように、電気回路部３０は、回路部ケース３１と、基板３２と、ホールＩＣ３３と、配線部３４と、カバー４１と、モールド部４２，４３と、熱収縮チューブ４４及びＯリング４５を備えている。
【００３４】
回路部ケース３１は、例えば、PBT(ポリブチレンテレフタレート：Polybutylene terephthalate）樹脂等の非磁性材料から有底の段付筒状に形成されている。回路部ケース３１の開口面は、例えば、SPCC（冷延鋼）等のような磁性を有する金属材料からなるカバー４１によって施蓋されている。カバー４１と回路部ケース３１との間には、Ｏリング４５が設けられており、外部からの異物が、カバー４１と回路部ケース３１との間の隙間を介して、回路部ケース３１内に侵入するのを防止している。
【００３５】
回路部ケース３１内には、基板３２が磁石２３の表面と平行に設けられている。回路部ケース３１の背面側には、段部３１Ｃが形成されている。基板３２は、段部３１Ｃに当接して設けられている。基板３２の前面側（磁石２３側）には、複数のホールＩＣ３３が設けられている。ホールＩＣ３３の配置等については後述する。基板３２の背面側（カバー４１側）には、複数の電気回路素子３２Ａやコネクタ等が設けられている。電気回路素子３２Ａとしては、例えば、ノイズ保護回路やスイッチ回路等が挙げられる。
【００３６】
配線部３４は、その一端側が基板３２に接続されており、その他端側は回路部ケース３１の外部に延びてエンジンコントローラ１０００に接続されている。配線部３４は、各ホールＩＣ３３に電力を供給したり、各ホールＩＣ３３からの出力電圧を外部に伝達するものである。
【００３７】
回路部ケース３１内には、複数種類のモールド部４２，４３が形成されている。第１のモールド部４２は、回路部ケース３１内の基板３２の周囲を包み込むようにして、回路部ケース３１内の空間の多くを占めている。第２のモールド部４３は、回路部ケース３１内から外部に延びる配線部３４の周囲を取り囲むようにして、回路部ケース３１の一部に設けられている。
【００３８】
第１のモールド部４２は、比較的柔らかい樹脂材料（例えば、サンユレック製  SU3001（硬度タイプＡ８））から構成されており、第２のモールド部４３は、比較的硬い樹脂材料（例えば、サンユレック製  SU1500（硬度タイプＤ８３））から構成されている。第１のモールド部４２は、基板３２を外部の衝撃から保護すると共に、外部の異物（塵埃や水分等）が基板３２に侵入するのを防止している。第２のモールド部４３は、配線部３４の取り出し部近傍に設けられており、配線部３４の断線を防止すると共に、外部の異物が配線部３４と回路部ケース３１との間の隙間を介して回路部ケース３１内に侵入するのを防止している。なお、上述の具体的な樹脂材料名は、一例であって、本発明は上記材料に限定されない。上記の例に示す程度の硬度差があれば、第１モールド部４２による基板３２の保護及び異物や水分の侵入防止という機能と、第２モールド部４３による断線防止及び異物や水分の侵入防止という機能をそれぞれ実現させることができる。
【００３９】
熱収縮チューブ４４は、配線部３４が回路部ケース３１内に侵入している近傍を覆うようにして設けられている。熱収縮チューブ４４は、その内周面に接着剤が予め塗布されており、回路部ケース３１及び配線部３４の表面に接着する。そして、熱風を吹き当てることにより、熱収縮チューブ４４は収縮し、回路部ケース３１及び配線部３４の表面に密着する。
【００４０】
次に、ホールＩＣ３３及び磁石２３の構成を詳細に説明する。図６は、ホールＩＣ３３と磁石２３との位置関係を模式的に示す説明図である。本実施例では、ホールＩＣ３３として、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａと、スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃとの合計３個のホールＩＣを設けている。
【００４１】
リニア出力用ホールＩＣ３３Ａは、アクセル位置に応じた信号をリニアに出力するためのホールＩＣである。説明の便宜上、図中では、このホールＩＣ３３ＡをＡＰＳ（Accelerator Position Sensor）と表示する場合がある。
【００４２】
スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃは、ペダル１３がアイドル位置にあるか否かをオンオフ出力するためのホールＩＣである。説明の便宜上、図中では、これらスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３ＣをＩＶＳ（Idle Validation Signal）と表示する場合がある。ペダル１３がアイドル位置にあるか否かの判定は、各ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃのうち、いずれか一つのスイッチ出力用ホールＩＣだけでも行うことができる。しかし、本実施例では、ペダルセンサ３の信頼性を高めるために、２個のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃを設け、各ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃの出力電圧を利用してアイドル位置の判定及び故障判定を行うことができるようになっている。
【００４３】
各ホールＩＣ３３Ａ〜３３Ｃは、検出部であるホール素子３３１を備えている。リニア出力用ホールＩＣ３３Ａは、そのホール素子３３１が磁石２３のＮ極とＳ極との境界２３Ａ上に位置するようにして、基板３２に取り付けられる。
【００４４】
第１のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂは、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａに近接するようにして、基板３２に取り付けられる。第２のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃは、第１のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂに１８０度対向するようにして、基板３２に取り付けられる。
【００４５】
より詳しくは、図６に示すように、例えば、各ホールＩＣ３３Ａ〜３３Ｃは、検出部であるホール素子３３１が磁石２３の外周に接するようにして、基板３２に配置される。即ち、各ホールＩＣ３３Ａ〜３３Ｃの各ホール素子３３１は、磁石２３の外周の外側にはみ出ないようにして、磁石２３の外周に近接するようにして配置される。なお、ホールＩＣ３３Ａ〜３３Ｃのうち幾つかのホールＩＣが近接して配置される場合は、ＩＣパッケージ同士をできるだけ接近させて配置するのが好ましい。
【００４６】
図７は、各ホールＩＣ３３Ａ〜３３Ｃの取付状態を簡略化して示す説明図である。リニア出力用ホールＩＣ３３Ａは、ペダル１３が中間位置まで踏み込まれた状態で、磁極境界２３Ａ上に位置するようにして、基板３２に取り付けられている。即ち、操作者がアイドル位置から角度θ１だけ踏み込んだときに、ホールＩＣ３３Ａは磁極境界２３Ａに重なるようになっている。
【００４７】
ペダル１３が、アイドル位置からフルスロットル位置まで角度θ３だけ回動可能であるとした場合、角度θ１は、例えば、θ３の半分程度に設定される。操作者がペダル１３をさらに角度θ２踏み込むと、ペダル１３はフルスロットル位置に到達する。本実施例では、θ３＝θ１＋θ２（θ１＝θ２）の関係が成り立つように設定されている。
【００４８】
リニア出力用ホールＩＣ３３Ａは、感度を上げるために、磁石２３の外周側寄りに位置して設けられている。各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃは、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａと同一円周上、または、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａよりも若干内側の円周上に位置して配置される。
【００４９】
図８は、磁石２３の回転角度と磁力の変化との関係を示す特性図である。ホール素子が磁極境界２３Ａ上に位置する場合、磁力は０となる。リニア出力用ホールＩＣ３３Ａは、図７中の０度を中心とするθ３程度の角度範囲の磁力変化を利用する。この角度範囲の磁力変化は、図７に示すように、比較的直線性が高く、この結果、ペダル１３の位置に応じたリニアな出力を得ることができる。
【００５０】
第１のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂは、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａにより利用される磁力変化とは別の磁力変化を利用する。各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃの利用する磁力変化は、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａの利用する磁力変化ほどの直線性は備えておらず、比較的なだらかに変化する。
【００５１】
各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃの利用する磁力変化は、最大磁力を含まないように選択されている。即ち、最大磁力となる角度を含まない位置に、各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃは配置される。一般的に、磁石２３の磁力は、温度依存性を有するため、最大磁力付近で使用すると、温度変化による磁力の変化が大きくなり、スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃの精度が低下するおそれがあるためである。
【００５２】
図９は、ペダルセンサ３の電気回路図である。この電気回路は、リニア出力用電気回路１０１と、スイッチ出力用電気回路１０２とに大別される。
【００５３】
ここで、リニア出力用電気回路１０１とスイッチ出力用電気回路１０２とは、出力信号、電源及びグランドの全てがそれぞれ独立しており、互いに影響を及ぼさないように設計されている。従って、例えば、各電気回路１０１，１０２内でグランドレベルをそれぞれ合わせればよい。他の電気回路１０１，１０２のそれぞれで生じたノイズやグランドレベルの変動は、他方の電気回路に影響を与えない。
【００５４】
リニア出力用ホールＩＣ３３Ａの出力電圧は、そのままＡＰＳ出力としてエンジンコントローラ１０００に出力される。
【００５５】
第１のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂの出力電圧は、コンパレータ１０３Ａによって参照電圧ＶＳ１と比較される。コンパレータ１０３Ａの出力電圧は、ホールＩＣ３３Ｂの出力電圧が参照電圧ＶＳ１を上回った場合に、オフ信号からオン信号に反転する。コンパレータ１０３Ａのオン信号は、フォトスイッチ１０４Ａを介してエンジンコントローラ１０００に出力される。フォトスイッチ１０４Ａは、入力された電圧信号を光信号に変換した後、この光信号を電圧信号に再び変換させるものである。従って、フォトスイッチ１０４Ａの入力側と出力側とは、電気的に絶縁された状態となっている。
【００５６】
第２のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃの出力電圧は、第１のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂと同様に、コンパレータ１０３Ｂによって参照電圧ＶＳ２と比較され、フォトスイッチ１０４Ｂを介して外部に出力される。但し、第２のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃと第１のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂとは、１８０度対向して設けられているため、信号の位相がずれている。コンパレータ１０３Ｂの出力電圧は、ホールＩＣ３３Ｃの出力電圧が参照電圧ＶＳ２を下回った場合に、オン信号からオフ信号に反転する。
【００５７】
図１０は、各スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃの出力電圧と電気回路１０２から出力される信号との関係を示す説明図である。ここで、参照電圧ＶＳ１，ＶＳ２は、ＩＶＳ電源の中間電圧として設定される。例えば、ＩＶＳ電源の電圧が５ボルトに設定されている場合、参照電圧ＶＳ１，ＶＳ２は、それぞれ２．５ボルト程度に設定される。
【００５８】
操作者によってペダル１３が踏み込まれると、ペダル１３の回動に応じて磁石２３が回転し、各ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃに入射する磁力が変化する。この結果、第１のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ（ＩＶＳ１）の出力電圧は、参照電圧ＶＳ１を上回り、ＩＶＳ１の信号はオフ状態からオン状態に遷移する。
【００５９】
同様に、第２のスイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｃ（ＩＶＳ２）の出力電圧は、ペダル１３の回動に応じて磁石２３の角度が変化すると、参照電圧ＶＳ２を下回るため、ＩＶＳ２の信号はオン状態からオフ状態に遷移する。
【００６０】
従って、ＩＶＳ１の信号がオンで、かつ、ＩＶＳ２の信号がオフである場合に、ペダル１３の踏込み開始を検出することができる。ＩＶＳ１，ＩＶＳ２のいずれか一方の信号だけでも、ペダル１３の踏込み開始（アクセス操作の開始）を検出可能である。しかし、この場合は、断線や電圧の回り込み等によって異常な信号が出ている場合、この異常を検出することができない。これに対し、ペダル１３の操作開始によって信号の反転する２種類の信号ＩＶＳ１，ＩＶＳ２を用いることにより、ペダル１３の操作開始を確実に検出することができる。また、いずれか一方の信号が異常な場合でも、他方の正常な信号によって、この異常状態を検出することができる。
【００６１】
なお、スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃに基づく出力信号ＩＶＳ１，ＩＶＳ２は、例えば、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａに障害が発生した場合に利用される。即ち、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａに障害が生じた場合でも、ペダル１３の操作開始が検出された場合には、エンジン回転数を低速ないし中低速に設定することにより、ダンプトラックやホイールローダ等の建設機械を安全な場所まで移動させることができる。
【００６２】
本実施例は、上述のように、ペダルセンサ３を非接触型のセンサとして構成し、可動機構部２０と電気回路部３０とに完全に分離するため、電気回路部３０の防水性能を高めることができる。
【００６３】
本実施例では、圧縮可能ねじりバネ２４を圧縮した状態で回路部ケース３１と機構部ケース２１との間に配置するため、単一のねじりバネ２４によって、磁石２３の周方向及び軸方向の位置決めをそれぞれ行うことができる。これにより、磁石２３の位置決めに要する部品点数を半減させて製造効率を高め、コストを低減することができる。また、単一のねじりバネ２４によって磁石２３の位置決め機構を小型化することができ、この結果、ペダルセンサ３の寸法を小型化することができる。
【００６４】
本実施例では、回路部ケース３１内に、比較的柔らかい樹脂材料からなり基板３２を包み込むようにして設けられる第１モールド部４２と、比較的硬い樹脂材料からなり配線部３４の引き出し部を包み込むようにして設けられる第２モールド部４３とを備える。従って、基板３２を第１モールド部４２によって保護すると共に、配線部３４の断線を防止することができ、可動機構部２０から電気回路部３０を分離した構成と相俟って、信頼性をより一層高めることができる。
【００６５】
本実施例では、ペダル１３が中間位置まで操作された場合に、リニア出力用ホールＩＣ３３Ａが磁極境界に重なるようにして配置するため、磁力が直線的に変化する範囲を有効に利用して、ペダル１３の操作量を検出することができる。
【００６６】
本実施例では、磁石２３の磁力が最大値を取らない範囲で、スイッチ出力用ホールＩＣ３３Ｂ，３３Ｃを使用するため、環境温度が変化して磁力が変動した場合でも、ペダル１３の操作開始を検出することができ、信頼性が向上する。
【００６７】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施例による電気式アクセルペダル装置の側面図。
【図２】図１中の矢示II−II方向から見た断面図。
【図３】ペダルセンサを拡大して示す断面図。
【図４】ペダルセンサの分解斜視図。
【図５】可動機構部を磁石側から見た斜視図。
【図６】磁石とホールＩＣの配置関係を示す説明図。
【図７】磁石とホールＩＣの配置関係を簡略化して示す説明図。
【図８】磁石の回転角度と磁力の変化の関係を示す特性図。
【図９】ペダルセンサの電気回路図。
【図１０】スイッチ出力用ホールＩＣの出力電圧とペダルの操作開始を検出するための信号との関係を示す信号図。
【符号の説明】
【００６９】
１…電気式アクセルペダル装置、２…アクセルペダル、３…ペダルセンサ、１０…支持フレーム、１０Ａ…傾斜面、１１…取付ブラケット、１２…回動ピン、１３…ペダル、１３Ａ…シャフト取付部、１４…ペダル側シャフト、１４Ａ…係合突起、１５…レバー、１５Ａ…回動ピン、１５Ｂ…ストッパ、１５Ｃ…シャフト挿通部、１６…ローラ、２０…可動機構部、２１…機構部ケース、２２…回転シャフト、２２Ａ…係合凹部、２２Ｂ…鍔部、２２Ｃ…バネ係合部、２３…磁石、２３Ａ…磁極境界、２４…圧縮可能なねじりバネ、２４Ａ，２４Ｂ…座巻き、２４Ｃ…中間巻き、２５…ベアリング、２６…ダストシール、２７…Ｏリング、２８…取付ボルト、２９…座金、３０…電気回路部、３１…回路部ケース、３１Ａ…収容部、３１Ｂ…バネ係合部、３１Ｃ…段部、３２…基板 、３２Ａ…電気回路素子、３３Ａ…リニア出力用ホールＩＣ、３３Ｂ，３３Ｃ…スイッチ出力用ホールＩＣ、３４…配線部、４１…カバー、 ４２…第１モールド部、４３…第２モールド部、４４…熱収縮チューブ、４５…Ｏリング、１０１…リニア出力用電気回路、１０２…スイッチ出力用電気回路、１０３Ａ，１０３Ｂ…コンパレータ、１０４Ａ，１０４Ｂ…フォトスイッチ、３３１…ホール素子、１０００…エンジンコントローラ
【図１】
2008007006.tif 000003
【図２】
2008007006.tif 000004
【図３】
2008007006.tif 000005
【図４】
2008007006.tif 000006
【図５】
2008007006.tif 000007
【図６】
2008007006.tif 000008
【図７】
2008007006.tif 000009
【図８】
2008007006.tif 000010
【図９】
2008007006.tif 000011
【図１０】
2008007006.tif 000012