(57)【要約】【課題】スロットル軸の回転角度を高精度に検出できるスロットル装置を提供する。【解決手段】吸気流路１２を形成するスロットルボディ１４と、スロットルボディ１４に回動可能に軸受けされ、吸気流路１２の流路方向軸線Ｘに垂直に延伸するスロットル軸１８と、スロットル軸１８に一体回動可能に設けられ、吸気流路１２を開閉する弁部材１６と、スロットル軸１８の一端部側に一体回動可能に設けられ、磁界を形成する磁界形成部３０と、磁界形成部３０の形成する磁界であってスロットル軸１８の回転角度に応じて変化する磁界を検出する磁気センサ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄとを設ける。弁部材１６が吸気流路１２を閉塞するとき磁界形成部３０の形成磁界内の磁力線Ｌのうち磁気センサ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄを通過する磁力線がその通過部分で流路方向軸線Ｘに対し平行となるように構成する。【選択図】　　図１
2004044501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気流路を形成するスロットルボディと、
前記スロットルボディに回動可能に軸受けされ、前記吸気流路の流路方向軸線に垂直に延伸するスロットル軸と、
前記スロットル軸に一体回動可能に設けられ、前記吸気流路を開閉する弁部材と、
前記スロットル軸の一端部側に一体回動可能に設けられ、磁界を形成する磁界形成部と、
前記磁界形成部の形成する磁界であって前記スロットル軸の回転角度に応じて変化する磁界を検出する磁気センサ部と、
を備え、
前記弁部材が前記吸気流路を閉塞するとき前記磁界形成部の形成磁界内の磁力線のうち前記磁気センサ部を通過する磁力線はその通過部分で前記流路方向軸線に対し平行となることを特徴とするスロットル装置。
【請求項２】
前記磁気センサ部は、磁気抵抗素子又はホール素子を用いて前記磁界形成部の形成磁界を検出することを特徴とする請求項１に記載のスロットル装置。
【請求項３】
前記磁気センサ部は、前記弁部材が前記吸気流路を閉塞するとき前記流路方向軸線に平行な対称軸線に対し線対称となるように複数配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスロットル装置。
【請求項４】
前記複数の磁気センサ部は、前記スロットル軸の軸線に垂直な平面上に配設されることを特徴とする請求項３に記載のスロットル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スロットルボディに形成された吸気流路の吸気流量を弁部材により制御するスロットル装置が知られている。このスロットル装置では、吸気流路の流路方向軸線に垂直に延伸するスロットル軸がスロットルボディに回動可能に軸受けされ、そのスロットル軸に弁部材が一体回動可能に設けられている。また、スロットル装置には弁部材のスロットル開度を制御するために、スロットル軸の回転角度を検出する検出手段が設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スロットル装置の上記検出手段として、スロットル軸に直接に又はスロットル軸と一体回動する部材に摺接する接触型の回転角センサを用いる場合、摺接部分における摩耗が問題となる。
そこで本発明者らは、スロットル軸の一端部側に取付けた磁石の形成磁界を磁気センサで検出することによりスロットル軸に非接触でその軸の回転角度を検出する方法について研究を行った。その結果、吸気流路を閉塞する弁部材に吸気負圧がかかると、軸受部分での遊びによりスロットル軸が磁石と共に吸気流路の流路方向下流側へ移動し、磁石の配設形態等によっては磁気センサを通過する磁力線の方向がその通過部分で変化することが判明した。このように磁気センサを通過する部分で磁力線の方向が変わると、検出されるスロットル軸の回転角度に大きな誤差が生じる。特に吸気流路閉塞時の回転角度は基準角度（所謂ゼロ点）として利用されるため、上述の如き誤差の発生は全ての検出角度に影響を及ぼすこととなる。尚、本明細書において「磁力線の方向」とは、微視的には磁力線の接線方向で規定される磁界の方向を意味する。
本発明の目的は、スロットル軸の回転角度を高精度に検出できるスロットル装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のスロットル装置によると、磁界形成部は、吸気流路を開閉する弁部材と一体回動可能なスロットル軸に磁界形成部が一体回動可能に設けられる。また、磁気センサ部は、磁界形成部の形成する磁界であってスロットル軸の回転角度に応じて変化する磁界を検出する。よって、磁気センサ部による磁界の検出結果に基づいてスロットル軸の回転角度を検出することが可能になる。
【０００５】
しかも請求項１に記載のスロットル装置によると、磁界形成部は流路方向軸線に垂直なスロットル軸の一端部側に設けられる。そして、弁部材が吸気流路を閉塞するとき磁界形成部の形成磁界内の磁力線のうち磁気センサ部を通過する磁力線は、その通過部分（以下、通過磁力線部分という）で吸気流路の流路方向軸線に対し平行となる。これにより、吸気流路の閉塞時に弁部材が吸気負圧を受け、スロットル軸が軸受けガタにより流路方向下流側へ移動しても、磁界形成部は流路方向軸線に対して平行に移動する。そのため、流路方向軸線に平行な通過磁力線部分は自身の順方向又は逆方向に変位するので、通過磁力線部分の方向変化が抑制される。したがって、磁気センサ部による磁界の検出結果について誤差量を低減できるので、スロットル軸の回転角度を高精度に検出することが可能となる。
【０００６】
本発明の請求項２に記載のスロットル装置によると、磁気センサ部は、磁気抵抗素子又はホール素子を用いて磁界形成部の形成磁界を検出する。このように比較的安価な磁気抵抗素子又はホール素子を用いることにより、製造コストを低減することができる。
【０００７】
本発明の請求項３及び４に記載のスロットル装置によると、磁気センサ部は、弁部材が吸気流路を閉塞するとき流路方向軸線に平行な対称軸線に対し線対称となるように複数配設される。これにより、吸気流路の閉塞時に弁部材が吸気負圧を受けてスロットル軸が流路方向下流側へ移動しても、流路方向軸線に平行に変位する通過磁力線部分は上記対称軸線に対し平行関係を維持する。そのため、対称軸線に対し線対称な各磁気センサ部が検出する磁界の大きさは、スロットル軸の移動に拘わらず変動し難い。このように各磁気センサ部での検出量についてスロットル軸の変位に起因する変動が抑えられるので、スロットル軸の回転角度をより高精度に検出することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す一実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例によるスロットル装置を図１〜図３に示す。スロットル装置１０は、スロットルボディ１４、弁部材１６、スロットル軸１８、駆動部２０、磁界形成部３０、検出部４０、制御部５０等を備えている。
【０００９】
スロットルボディ１４は樹脂で概ね円筒状に形成されている。スロットルボディ１４はその内周壁で吸気流路１２を形成している。図１及び図３において、Ｘは吸気流路１２の流路方向軸線を表し、その軸線Ｘ上の矢印は流路方向を表している。スロットル軸１８は、金属でシャフト状に形成されている。スロットル軸１８はその両端部１８ａ，１８ｂでスロットルボディ１４に回転可能に軸受けされ、吸気流路１２の流路方向軸線Ｘに垂直に延伸している。スロットル軸１８と軸受部分との間には、スロットル軸１８の径方向への変位を許容する微少なクリアランスが形成されている。弁部材１６は樹脂で円板状に形成されている。弁部材１６はスロットル軸１８の中央部に固着され、吸気流路１２内に収容されている。弁部材１６はスロットル軸１８と一体回動することで吸気流路１２を開閉する。吸気流路１２を閉塞する全閉位置にあるとき弁部材１６は、図１に白抜き矢印で示すように、流路方向下流側に向かう吸気負圧を受ける。
【００１０】
駆動部２０は、スロットル軸１８の他端部１８ｂ側に設けられている。駆動部２０は、アクセルロータ２６、コイルスプリング２８、レバー２７及びストッパ２９を有している。
アクセルロータ２６はスロットル軸１８の他端部１８ｂ側に固定されている。
アクセルロータ２６は、運転者が操作するアクセルにワイヤで連結されている。
アクセルの踏み込みによりアクセルロータ２６が回転すると、スロットル軸１８が弁部材１６と共に回転駆動され、スロットル軸１８の回転角度に応じて弁部材１６のスロットル開度が調整される。コイルスプリング２８の両端部はアクセルロータ２６とスロットルボディ１４とにそれぞれ係止されている。アクセルロータ２６は、コイルスプリング２８の付勢力によって弁部材１６の全閉方向に付勢されている。レバー２７はアクセルロータ２６に固定され、ストッパ２９はブラケット２５を介してスロットルボディ１４に固定されている。アクセルロータ２６の回転によりレバー２７がストッパ２９に当接することで、弁部材１６の全閉位置が規定される。
【００１１】
図１〜図３に示すように磁界形成部３０は、スロットル軸１８の一端部１８ａ側に一体回動可能に設けられている。磁界形成部３０は、ロータ３２及び一対の永久磁石３３，３４を有している。
ロータ３２は有底円筒形状に形成されている。ロータ３２の底壁部３５はスロットル軸１８の一端部１８ａに同軸上にピン３８で固定され、ロータ３２はスロットル軸１８とは反対側に向かって開口している。ロータ３２の周壁部３６には、その内周側に突出するように磁石３３，３４が固定されている。磁石３３，３４の突出先端部に磁極が形成されている。磁石３３，３４は、周壁部３６の中心線Ｐ（ここではスロットル軸１８の軸線Ｏに一致する）を挟んで互いに対向する２箇所において先端磁極の極性が相異なるように配設されている。尚、図１及び図６〜図８では、磁石３３，３４の形成する磁界内に仮想定義される磁力線Ｌを模式的に示している。磁力線Ｌ上の矢印の向きは、磁力線Ｌの方向、すなわち磁石３３，３４が形成する磁界の方向を表している。
【００１２】
図２及び図３に示すように検出部４０は、スロットルボディ１４にかしめられたセンサハウジング４１内に収容され、制御部５０の基板５１を介してスロットルボディ１４に固定されている。検出部４０は、基材４２及びブリッジ回路４３を有している。
【００１３】
基材４２はロータ３２の開口部３７内に進入し、その進入側端面４４はスロットル軸１８の軸線Ｏに垂直に拡がっている。かかる基材４２の進入側端面４４上にブリッジ回路４３が形成されている。図４及び図５に示すようにブリッジ回路４３は、磁気センサ部としての複数の磁気抵抗素子４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄと、各磁気抵抗素子間を電気的に接続する配線４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ等から構成されている。各磁気抵抗素子４６ａ〜４６ｄは、検出する磁界の大きさに応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を持った、例えばニッケルとコバルト又はニッケルと鉄等の素材からなる強磁性体金属で形成されている。磁気抵抗素子４６ａと磁気抵抗素子４６ｂとを繋ぐ配線４７ａ上には第一入力端子４８ａが設けられ、磁気抵抗素子４６ｃと磁気抵抗素子４６ｄとを繋ぐ配線４７ｂ上には第二入力端子４８ｂが設けられている。第一入力端子４８ａと第二入力端子４８ｂの間には定電圧Ｖｉｎが印加される。磁気抵抗素子４６ａと磁気抵抗素子４６ｃとを繋ぐ配線４７ｃ上には第一出力端子４８ｃが設けられ、磁気抵抗素子４６ｂと磁気抵抗素子４６ｄとを繋ぐ配線４７ｄ上には第二出力端子４８ｄが設けられている。第一出力端子４８ｃと第二出力端子４８ｄの間の差動電圧Ｖｏｕｔが出力電圧として取り出される。
【００１４】
図１及び図３に示すようにスロットル装置１０では、弁部材１６が全閉位置にあるとき流路方向軸線Ｘに平行な方向で対向するように磁石３３，３４を配設している。また、スロットル装置１０では、スロットル軸１８の回動位置に拘わらずブリッジ回路４３が磁石３３，３４間に挟まれるように、各要素３３，３４，４３を配設している。このようなスロットル装置１０において弁部材１６が全閉位置にあるときには、図１及び図６に示すように、ブリッジ回路４３の各磁気抵抗素子４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄを通過する磁力線Ｌがその通過部分で流路方向軸線Ｘに実質的に平行となる。尚、図６において符号Ｌ’を付した部分が、各磁気抵抗素子４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄにおける磁力線Ｌの通過部分を示しており、以下、その通過部分Ｌ’を通過磁力線部分Ｌ’という。
【００１５】
さらにスロットル装置１０では図１及び図４に示すように、弁部材１６が全閉位置にあるとき流路方向軸線Ｘに平行な対称軸線Ｙ（図３参照）に対し線対称となるように磁気抵抗素子４６ａ〜４６ｄを配設している。具体的に磁気抵抗素子４６ａ及び４６ｂは、対称軸線Ｙの一方側（図４において右側）にその軸線Ｙに沿って並んでいる。また、磁気抵抗素子４６ｃ及び４６ｄは、対称軸線Ｙの他方側（図４において左側）にその軸線Ｙに沿って並び、それぞれ磁気抵抗素子４６ａ，４６ｂに対して軸線Ｙを挟んで対称である。さらに各磁気抵抗素子４６ａ〜４６ｄは、スロットル軸１８の軸線Ｏ周りにほぼ等間隔に並んでいる。このようなスロットル装置１０において磁石３３，３４がスロットル軸１８と共に回動するときには、各磁気抵抗素子４６ａ〜４６ｄに対する通過磁力線部分Ｌ’の相対方向が例えば図７に示すように変化する。この方向変化に伴い、各磁気抵抗素子４６ａ〜４６ｄで検出される磁界の大きさが変化するので、ブリッジ回路４３の出力電圧Ｖｏｕｔが変動する。
【００１６】
図２及び図３に示すように、制御部５０はセンサハウジング４１内に収容されている。制御部５０は基板５１及び処理回路５２を有している。
基板５１はスロットルボディ１４に固定されている。基板５１の実装面５３の一部分に処理回路５２が実装され、実装面５３の他の部分に基材４２が固着されている。処理回路５２は、ブリッジ回路４３の出力端子４８ｃ，４８ｄに電気的に接続されている。処理回路５２は、出力端子４８ｃ，４８ｄ間の出力電圧Ｖｏｕｔをブリッジ回路４３の出力信号として受け取り、その信号の電圧変動を検知する。処理回路５２は、電圧変動の検知結果に基づいてスロットル軸１８の回転角度を算出し、さらに回転角度に対応するスロットル開度を算出する。本実施例ではスロットル軸１８の回転角度について、作動初期に弁部材１６の全閉位置で算出した角度を基準角度と規定しその基準角度を起点に他の位置での角度を算出する。
【００１７】
以上説明したスロットル装置１０において、弁部材１６が全閉位置にあるとき吸気負圧を受けた弁部材１６がスロットル軸１８を流路方向下流側へ移動させると、スロットル軸端部１８ａの磁石３３，３４が流路方向軸線Ｘに平行に移動する。スロットル装置１０では、弁部材１６の全閉位置で各磁気抵抗素子４６ａ〜４６ｄを通る通過磁力線部分Ｌ’が流路方向軸線Ｘに平行となるので、図８に破線矢印で示すように、磁石３３，３４の移動に伴う通過磁力線部分Ｌ’の変位方向が通過磁力線部分Ｌ’自身の順方向に一致する。しかもスロットル装置１０では、磁気抵抗素子４６ａ〜４６ｄの配設位置の基準たる対称軸線Ｙが弁部材１６の全閉位置で流路方向軸線Ｘに平行となるので、図８に破線矢印で示すように、流路方向軸線Ｘに平行に変位する通過磁力線部分Ｌ’は対称軸線Ｙに対しても平行関係を維持する。このような通過磁力線部分Ｌ’の順方向変位と対称軸線Ｙに対する平行維持とにより、各磁気抵抗素子４６ａ〜４６ｄに対する通過磁力線部分Ｌ’の方向変化が抑制されるので、弁部材１６の全閉位置で各磁気抵抗素子４６ａ〜４６ｄが検出する磁界の大きさには変動が生じ難い。したがって、スロットル装置１０によれば、スロットル軸１８の基準角度に現れる誤差量を低減できるので、スロットル軸１８の回転角度、ひいてはスロットル開度を高精度に検出することができる。
【００１８】
尚、上記実施例では、磁石３３，３４の間にブリッジ回路４３を配設している。これに対し図９に変形例を示すように、極性の相異なる二つの磁極を両端部３９ａ，３９ｂにそれぞれ持つ棒状の永久磁石３９をスロットル軸１８の端部１８ａに設け、その磁石３９による通過磁力線部分Ｌ’が弁部材１６の全閉位置で流路方向軸線Ｘに平行となるように構成してもよい。
また、上記実施例及び変形例の磁界形成部３０は、永久磁石３３，３４，３９により磁界を形成しているが、電磁石により磁界を形成するようにしてもよい。
【００１９】
さらに上記実施例では、磁気センサ部としての磁気抵抗素子を４つ用いて磁界形成部３０の形成磁界を検出しているが、磁気抵抗素子の個数については適宜設定することができる。また、磁気抵抗素子の代わりに、例えばホール素子等、磁気の大きさを検出可能な素子を用いて磁気センサ部を構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるスロットル装置を示す模式図であって、図２のＩ−Ｉ断面図に相当する図である。
【図２】本発明の一実施例によるスロットル装置を示す一部切り欠き正面図である。
【図３】本発明の一実施例によるスロットル装置を示す一部切り欠き底面図である。
【図４】図１の要部を拡大して示す模式図である。
【図５】図４に示すブリッジ回路の回路図である。
【図６】図４の磁気抵抗素子を磁力線が通過する様子を示す模式図である。
【図７】本発明の一実施例によるスロットル装置の作動を説明するための模式図あって、図６に対応する図である。
【図８】本発明の一実施例によるスロットル装置の別の作動を説明するための模式図あって、図６に対応する図である。
【図９】本発明の一実施例によるスロットル装置の変形例を示す一部切り欠き底面図である。
【符号の説明】
１０　スロットル装置
１２　吸気流路
１４　スロットルボディ
１６　弁部材
１８　スロットル軸
２０　駆動部
３０　磁界形成部
３２　ロータ
３３，３４，３９　磁石
４０　検出部
４２　基材
４３　ブリッジ回路
４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ　磁気抵抗素子（磁気センサ部）
４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ　配線
５０　制御部
Ｌ　磁力線
Ｌ’　通過磁力線部分
Ｏ　スロットル軸の軸線
Ｘ　流路方向軸線
Ｙ　対称軸線
【図１】
2004044501.tif 000003
【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】
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