(57)【要約】【課題】外部の低周波の磁界変動がケーシング内に影響するのを防止する。【解決手段】ケーシング１の凹状空間Ａには、回動可能なマグネット７を配置すると共に、マグネット７を取囲んでヨーク８，９を配置する。また、ヨーク８，９はマグネット７と一緒に閉磁路を形成すると共に、ヨーク８，９の間にはホール素子１０を取付ける。そして、ホール素子１０は、マグネット７の回動角に応じた閉磁路中の磁束密度を検出する。また、ケーシング１は磁性材料からなるカバー部材１５によって覆われる。これにより、外部の低周波の磁界変動が生じたときでも、この外部磁界の変動がケーシング１内に伝播するのを防止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周壁によって囲まれた凹状空間を有するケーシングと、該ケーシングの凹状空間内に設けられたマグネットと、前記ケーシングの凹状空間内に設けられ該マグネットと対向して配置されたヨークと、該ヨークと前記マグネットとを相対回転させる回動手段と、該回動手段による前記マグネットとヨークとの相対回転を磁界の変化として検出する磁気検出手段とからなる回動角検出装置において、
前記ケーシングには、前記ケーシング内を外部の低周波の磁界変動からシールドすべく磁性材料を用いて形成された低周波磁気シールド手段を設けたことを特徴とする回動角検出装置。
【請求項２】
前記低周波磁気シールド手段は、前記ケーシング全体を覆うカバー部材によって構成してなる請求項１に記載の回動角検出装置。
【請求項３】
前記低周波磁気シールド手段は、前記ケーシングの凹状空間を閉塞する磁性蓋体と、前記ケーシングの凹状空間を囲んで前記周壁に設けられた磁性リングとによって構成してなる請求項１に記載の回動角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用エンジンに設けられるスロットルバルブの開度等をシャフトの回動角として検出するのに用いて好適な回動角検出装置に関し、特にシャフトの回動角を磁気的に検出してなる回動角検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、シャフト等の回動角を検出する回動角検出装置は、ケーシングと、該ケーシング内に回動可能に設けられたマグネットと、該マグネットの回転を磁界の変化として検出する磁気検出手段とから構成され、例えばスロットルバルブの開度等を検出するためのスロットルセンサとして用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−１２２２０５号公報
【０００４】
この種の従来技術によるスロットルセンサでは、スロットルバルブの開閉動作に連動して回転するシャフトにマグネットが接続され、このマグネットは、例えば樹脂材料等からなるケーシング内に回転可能に収容されている。また、ケーシング内には、マグネットの回転を磁界の変化として検出する例えばホール素子等の磁気検出手段が設けられている。
【０００５】
そして、スロットルセンサは、マグネットがスロットルバルブの開閉動作に連動してシャフトと共に回転することにより、その回転角に応じた磁束密度の変化をホール素子によって検出し、スロットルバルブの開度に対応した検出信号をエンジン制御用のコントロールユニット等に出力する。
【０００６】
また、従来技術のスロットルセンサでは、ケーシングをアルミニウム等の非磁性の導電性材料を用いて覆っていた。これにより、外部の電磁波を渦電流に変換してアース等に流すことによって、外部の電磁波等がホール素子の出力信号に混入するのを防いでいた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術によるスロットルセンサは、例えば自動車等のエンジン室内に配設される場合が多く、このエンジン室内では、エンジンの運転に伴ってインジェクタのコイルや電動モータが駆動し、低周波の磁界変動が生じる傾向がある。
【０００８】
これに対し、従来技術では、ケーシングを非磁性の導電性材料に覆っていたから、高周波の電磁波は渦電流に変換することによってシールドすることができるものの、ホール素子等に対する低周波の磁界変動の影響は防ぐことができなかった。
【０００９】
このため、従来技術では、エンジン室内の低周波の磁界変動がスロットルセンサのケーシング内に侵入し、ホール素子による磁束密度の検出値がスロットルバルブの開度に対して変動する場合があり、これによってスロットルセンサの検出精度が不安定となり、信頼性が低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は、低周波の磁界変動によってケーシング内の磁界が悪影響を受けるのを確実に防止でき、シャフト等の回動角を安定して検出できると共に、検出精度を高めることができ、信頼性を向上できるようにした回動角検出装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、周壁によって囲まれた凹状空間を有するケーシングと、該ケーシングの凹状空間内に設けられたマグネットと、前記ケーシングの凹状空間内に設けられ該マグネットと対向して配置されたヨークと、該ヨークと前記マグネットとを相対回転させる回動手段と、該回動手段による前記マグネットとヨークとの相対回転を磁界の変化として検出する磁気検出手段とからなる回動角検出装置に適用される。
【００１２】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、ケーシングには、ケーシング内を外部の低周波の磁界変動からシールドすべく磁性材料を用いて形成された低周波磁気シールド手段を設けたことにある。
【００１３】
このように構成することにより、外部の低周波の磁界変動がケーシング内に伝播するのを磁性材料からなる低周波磁気シールド手段によって阻止し、マグネットによりケーシング内に形成される磁界が外部の磁界によって悪影響を受けるのを防ぐことができる。このため、マグネット等により形成されるケーシング内の磁界を外部磁界の変動に対して安定した状態に保持することができるから、シャフト等の回動角を高い精度で検出でき、信頼性を向上させることができる。
【００１４】
また、請求項２の発明では、低周波磁気シールド手段は、ケーシング全体を覆うカバー部材によって構成している。
【００１５】
これにより、磁性材料からなるカバー部材はケーシングを覆う磁路を形成するから、ケーシングの外部を通過する磁束は、その大部分がカバー部材自体を磁束の通路とし、ケーシングの内部にはほとんど進入せずに流れる。この結果、外部の低周波の磁界変動がケーシング内に影響するのを防ぐことができ、マグネットとヨークとの間に形成される磁界が外部の磁界変動に影響されるのを防止することができる。
【００１６】
さらに、請求項３の発明では、低周波磁気シールド手段は、ケーシングの凹状空間を閉塞する磁性蓋体と、ケーシングの凹状空間を囲んで周壁に設けられた磁性リングとによって構成している。
【００１７】
これにより、磁性蓋体と磁性リングとによって凹状空間を覆う磁路を形成するから、ケーシングの外部を通過する磁束はその大部分が磁性蓋体と磁性リングとの内部を通過する。この結果、凹状空間内のマグネットとヨークとの間に形成される磁界が外部の磁界変動に影響されるのを防止することができる。
【００１８】
また、磁性リングをケーシングの周壁に取付けた状態で検出信号の出力調整を行うことができる。このため、部品の組付けと同時に検出信号の調整等も行うことができるから、耐外乱磁界特性の向上と生産性の向上とを両立させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を、図１ないし図７を参照しつつ、詳細に説明する。
【００２０】
ここで、図１ないし図４は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、回動角検出装置としてスロットルバルブの開度を検出するためのスロットルセンサを例に挙げて述べる。
【００２１】
１はスロットルセンサのケーシングを示し、該ケーシング１は、樹脂材料等により略筒状に形成された周壁部１Ａと、該周壁部１Ａの底面をなす底面部１Ｂと、前記周壁部１Ａの内側に位置して該底面部１Ｂに突設され後述のヨーク８，９を保持するヨーク保持部１Ｃと、前記底面部１Ｂの外縁側から周壁部１Ａとは反対方向（下側）に向けて延びる筒状の裾筒部１Ｄと、前記底面部１Ｂの中央側から下側に向けて突設され後述の軸受５を保持する軸受保持部１Ｅとによって概略構成されている。そして、周壁部１Ａの内部には後述のマグネット７、ヨーク８，９等を収容する凹状空間Ａが凹設されると共に、裾筒部１Ｄの内部には後述の戻しばね１３を収容するばね室Ｂが形成されている。
【００２２】
また、周壁部１Ａの後側には径方向に突出したコネクタ２が一体的に設けられると共に、コネクタ２の内部には凹状空間Ａ内に向けて延びる複数本のピン端子２Ａ（１本のみ図示）が設けられている。さらに、周壁部１Ａの左，右両側には径方向に突出した取付フランジ３が設けられている。
【００２３】
４はケーシング１内に回動可能に設けられた回動手段としての回動軸で、該回動軸４は軸受５を用いて軸受保持部１Ｅ内に取付けられ、底面部１Ｂを貫通している。そして、回動軸４の基端側はばね室Ｂ内に突出して後述のレバー１２が取付けられると共に、回動軸４の先端側は凹状空間Ａ内に向けて突出し、略円板状をなす回動板６が一体に形成されている。
【００２４】
７は凹状空間Ａ内に位置して回動板６上に固着されたマグネットで、該マグネット７は矩形状または小判状をなし、回動軸４の軸線と直交する両端側が磁極（Ｎ極、Ｓ極）となっている。
【００２５】
８，９は磁性材料により横断面が略円弧状に形成されたヨークで、該ヨーク８，９は、ケーシング１の凹状空間Ａ内に配設され、マグネット７と隙間を介して径方向で対向すると共に、所定の長さをもって周方向に延びる磁極片部８Ａ，９Ａと、該各磁極片部８Ａ，９Ａからマグネット７の上側を覆う位置まで延びるオーバーハング部８Ｂ，９Ｂとによって構成されている。また、オーバーハング部８Ｂ，９Ｂは上，下方向に離間した状態で重なり合い、その間に後述のホール素子１０を挟んでいる。
【００２６】
そして、ヨーク８，９の磁極片部８Ａ，９Ａは、図４に示すように、マグネット７が回動することにより、その回動角θに応じてマグネット７との対向面積がそれぞれ変化する。また、マグネット７は、Ｎ極からヨーク８、後述のホール素子１０、ヨーク９を介してＳ極に延びる閉磁路を形成している。
【００２７】
１０はヨーク８，９等からなる閉磁路中の磁束密度を検出する磁気検出手段としてのホール素子で、該ホール素子１０は、図１に示すように、ケーシング１の凹状空間Ａ内に設けられた基板１１上に搭載されている。そして、ホール素子１０は、マグネット７とヨーク８，９との対向面積に応じて変化する閉磁路中の磁束密度を検出し、この検出信号をピン端子２Ａを通じて外部のエンジン制御用のコントロールユニット（図示せず）等に向けて出力する。
【００２８】
１２は回動軸４の下端側に一体的に固着されたレバーで、該レバー１２はその中央部が回動軸４にかしめ固定されると共に、径方向外側に向って延び、その先端はスロットルバルブ側のレバー（図示せず）と係合している。また、レバー１２にはばね室Ｂ内に配置された戻しばね１３が取付けられている。そして、レバー１２は、スロットルバルブが開閉操作されるのに応じて回動軸４を回動させると共に、戻しばね１３によって初期位置（図４中の位置Ｓ）に向けて常時付勢されている。
【００２９】
１４はケーシング１の周壁部１Ａを施蓋する蓋体で、該蓋体１４は、図１に示すように、略板状をなしてケーシング１の凹状空間Ａを閉塞し、外部のダスト等に対して凹状空間Ａ内を保護している。
【００３０】
１５はケーシング１内を外部の低周波の磁界変動に対して遮蔽する低周波磁気シールド手段としてのカバー部材で、該カバー部材１５は、蓋体１４を覆う天板部１５Ａと、該天板部１５Ａの外周縁からばね室Ｂに向けて延びた側壁部１５Ｂと、側壁部１５Ｂの左，右両側に設けられ取付フランジ３を覆う取付部１５Ｃとによって構成され、ケーシング１（凹状空間Ａ）全体を覆っている。
【００３１】
また、カバー部材１５は、例えば冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）等の磁性材料を用いて形成され、底面が開口した略箱状をなしている。そして、カバー部材１５は、蓋体１４とケーシング１の周壁部１Ａとを覆った状態でケーシング１に取付けられると共に、例えばスロットルボディにボルトを用いてケーシング１の取付フランジ３を固定するときに、取付部１５Ｃが共締め固定されるものである。
【００３２】
そして、カバー部材１５は、ケーシング１の外部で低周波の磁界の変動が生じると、この変動磁界による磁束をカバー部材１５の内部に導き、ケーシング１を迂回して通過させる。これにより、カバー部材１５は、外部の磁界変化がケーシング１内に伝播するのを阻止している。
【００３３】
本実施例によるスロットルセンサは上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００３４】
まず、スロットルバルブが開閉されると、その開閉動作に連動して回動軸４と共にマグネット７が回動する。そして、例えばマグネット７が図４中に示す回動角θだけ反時計廻りに回動した場合には、マグネット７とヨーク８，９との対向面積がそれぞれ大きくなるから、これに伴ってヨーク８，９等からなる閉磁路中の磁束密度は増大する。そこで、各ホール素子１０では各閉磁路中の磁束密度を検出し、これらの差に応じた検出信号をスロットルバルブの開度（回動軸４の回動角）としてコントロールユニット等に出力する。
【００３５】
然るに、本実施の形態では、磁性材料からなるカバー部材１５を用いてケーシング１全体を覆う構成としている。これにより、ケーシング１の外部で低周波の磁界が変動した場合でも、この変動磁界による磁束をカバー部材１５の内部に導いてケーシング１を迂回させることができる。この結果、例えばカバー部材１５を設けない場合には、外部の磁界変動によってホール素子１０による検出信号が８０ｍＶ程度変動するのに対し、本実施の形態にようにカバー部材１５を設けた場合には、検出信号の変動幅を１５ｍＶ程度まで減衰させることができる。
【００３６】
従って、変動磁界がケーシング１（凹状空間Ａ）内に伝播するのをカバー部材１５によって確実に阻止でき、マグネット７等により形成される閉磁路中の磁束密度を外部磁界の変動に対して安定した状態に保持することができる。このため、本実施の形態によれば、外部の磁気ノイズ等によりケーシング１内の磁界が悪影響を受けるのを確実に防止でき、スロットルバルブの開度を高い精度で検出できると共に、信頼性を大幅に向上させることができる。
【００３７】
また、閉磁路を構成するヨーク８，９とは別に低周波の磁界変動からシールドするカバー部材１５を設けたから、ヨーク８，９は残留磁束等の影響を少なくするために高価な低保磁力高透磁率材料を用いるのに対し、カバー部材１５には安価な冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）等を用いることができる。このため、低周波磁気シールド手段としてのカバー部材１５を付与しても製造コストの増加は非常に小さくすることができる。
【００３８】
さらに、カバー部材１５を冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）等の磁性材料を用いて形成するから、カバー部材１５は導電性を有する。このため、外部の電波障害もカバー部材１５を用いてシールドすることができる。
【００３９】
また、カバー部材１５は箱状をなしてケーシング１全体を覆うから、マグネット７およびヨーク８，９からなる閉磁路全体をカバー部材１５の内部に配置することができる。このため、回転軸４の径方向に限らず軸方向の外乱磁界もカバー部材１５内に導くことができ、これらの外乱磁界がケーシング１の凹状空間Ａ内に侵入するのを確実に阻止することができる。
【００４０】
次に、図５および図６は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、低周波磁気シールド手段を、ケーシングの凹状空間を閉塞する磁性蓋体と、ケーシングの凹状空間を囲んで周壁部に設けられた磁性リングとによって構成したことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４１】
２１は後述の磁性リング２２と共に低周波磁気シールド手段を構成する磁性蓋体で、該磁性蓋体２１は、例えば冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）等の磁性材料を用いて板状に形成されている。そして、磁性蓋体２１は、第１の実施の形態による蓋体１４とほぼ同様に、ケーシング１の周壁部１Ａの開口端側を施蓋して設けられ、ケーシング１の凹状空間Ａを閉塞している。これにより、磁性蓋体２１は、ヨーク８，９のオーバーハング部８Ｂ，９Ｂを挟んでマグネット７の軸方向外側（上側）を覆っている。
【００４２】
２２はケーシング１の凹状空間Ａを囲んで周壁部１Ａ内側（内壁面）に設けられた磁性リングで、該磁性リング２２は、磁性蓋体２１と同様に例えば冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）等の磁性材料を用いて略リング状（切れ目無しの環状またはＣ字状）に形成され、ケーシング１の底面部１Ｂから磁性蓋体２１に向けて延びている。そして、磁性リング２２は、ヨーク８，９の磁極片部８Ａ，９Ａを挟んでマグネット７の径方向外側を覆っている。
【００４３】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施例とほぼ同様の作用効果を得ることができるが、特に本実施の形態では、低周波磁気シールド手段を磁性蓋体２１と磁性リング２２との２部材によって分割して構成したから、磁性リング２２を取付けたケーシング１に対してマグネット７、ヨーク８，９、ホール素子１０等を組付けた状態で検出信号の出力調整を行うことができる。
【００４４】
ここで、第１の実施の形態のように、ケーシング１に全ての部品を組付け、検出信号調整を行った後にカバー部材等の低周波磁気シールド手段を取付ける場合には、カバー部材の付与により内部磁気回路とカバー部材との磁気干渉が生じるから、この磁気干渉によって検出信号の特性変化が生じ、検出信号特性を再調整する必要がある。これに対し、本実施の形態では、磁性リング２２を組付けた状態で検出信号の出力特性を調整できるから、磁気特性の変化は発生せず、検出信号を再調整する必要がない。この結果、生産性を損なうことなく耐外乱磁界特性を向上させることができる。
【００４５】
次に、図７は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、低周波磁気シールド手段を磁性蓋体と磁性リングとによって構成すると共に、磁性リングをケーシングと一緒に一体化して固定したことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４６】
３１は後述の磁性リング３２と共に低周波磁気シールド手段を構成する磁性蓋体で、該磁性蓋体３１は、例えば冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）等の磁性材料を用いて板状に形成され、ケーシング１の周壁部１Ａの開口端側を施蓋して設けられている。そして、磁性蓋体３１は、ヨーク８，９のオーバーハング部８Ｂ，９Ｂを挟んでマグネット７の軸方向外側を覆っている。
【００４７】
３２はケーシング１の周壁部１Ａに設けられた磁性リングで、該磁性リング３２は、磁性蓋体３１と同様に例えば冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）等の磁性材料を用いてリング状に形成され、ヨーク８，９の磁極片部８Ａ，９Ａを挟んでマグネット７の径方向外側を覆っている。また、磁性リング３２には例えば位置決め用の固定穴３２Ａ等が設けられている。そして、ケーシング１を樹脂成形するときに固定穴３２Ａ内にケーシング１の樹脂が充填されることによって、磁性リング３２はケーシング１に一体化して固定されている。
【００４８】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施例とほぼ同様の作用効果を得ることができるが、特に本実施の形態では、磁性リング３２をケーシング１と一緒に樹脂モールドして一体成形する構成としたから、磁性リング３２を組付ける工程を省くことができ、部品点数の削減と組立て工程の簡素化を図ることができる。
【００４９】
なお、前記各実施の形態では、スロットルレバー等の相手方部材との嵌合方向（レバー１２側）は回動軸４の取出しや嵌合のためにカバー部材１５等で覆うことができない。しかし、この部分には通常相手方部材との嵌合用のレバー１２が存在するから、該レバー１２を磁性材料によって形成することにより相手方部材との嵌合面にも外周を覆う磁性材料を配置することが可能になり、さらに耐外乱磁界特性を向上させることができる。
【００５０】
また、前記各実施の形態では、回動角検出装置によりスロットルバルブの開度を検出する場合を例に挙げて述べたが、本発明はこれに限らず、可動部の回動角をシャフト等を介して検出する場合であれば適用でき、例えば自動車等のアクセルペダルに対する踏込み操作量を回動角として検出するアクセルセンサ等に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態によるスロットルセンサを示す縦断面図である。
【図２】図１中のスロットルセンサをカバー部材を分解した状態で示す縦断面図である。
【図３】図１中のスロットルセンサをカバー部材を分解した状態で示す平面図である。
【図４】図１中のマグネット、ヨーク、ホール素子の配置関係を示す模式的構成図である。
【図５】第２の実施の形態によるスロットルセンサを示す縦断面図である。
【図６】図５中のスロットルセンサを示す平面図である。
【図７】第３の実施の形態によるスロットルセンサを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  ケーシング
１Ａ  周壁部（周壁）
４  回動軸（回動手段）
７  マグネット
８，９  ヨーク
１０  ホール素子（磁気検出手段）
１５  カバー部材
２１，３１  磁性蓋体
２２，３２  磁性リング
Ａ  凹状空間
【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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