(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部に対する検出対象軸の回動角度の許容検出誤差が一回動方向に増加するシステムに用いられ、固定部側または検出対象軸側に設けられる永久磁石と、当該永久磁石によって固定部側と検出対象軸側とを通過するように形成される磁路の磁束密度を検出する検出素子と、を備え、前記磁束密度の変化に基づいて前記回動角度を検出する回動角度検出装置において、
検出対象軸の振れが最大となる方向における当該検出対象軸の振れに伴う検出結果の変動幅が、許容検出誤差が大きい回動角度ほど大きくなるように磁気的中立位置を設定したことを特徴とする回動角度検出装置。
【請求項２】
固定部に対する検出対象軸の回動角度の許容検出誤差が一回動方向に増加するシステムに用いられ、固定部側または検出対象軸側に設けられる永久磁石と、当該永久磁石によって固定部側と検出対象軸側とを通過するように形成される磁路の磁束密度を検出する検出素子と、を備え、前記磁束密度の変化に基づいて前記回動角度を検出する回動角度検出装置において、
許容検出誤差が大きい回動角度ほど出力電圧が大きくなるように設定され、
検出対象軸の振れが最大となる方向における当該検出対象軸の振れに伴う出力電圧の変動幅が、検出結果に対応する出力電圧が大きい回動角度ほど大きくなるように磁気的中立位置を設定したことを特徴とする回動角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回動角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より種々の回動角度検出装置が提案されている。特許文献１は、その一例としての回動角度検出装置を開示する。
【０００３】
特許文献１の回動角度検出装置は、固定部側に対して相対回動する検出対象軸側に永久磁石を設け、永久磁石の回動に伴って当該永久磁石と固定部側との間に形成される磁束密度が変化するように構成し、当該磁束密度の変化を固定部側に設けた検出素子で検出することによって、検出対象軸の回動角度を検出するようにしている。
【特許文献１】特開２００１−２０８５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の回動角度検出装置による検出対象となる検出対象軸には、その構成上、軸振れが生じる場合がある。具体的には、例えば、検出対象軸が片持ち支持されている場合には、両端支持されている場合に比べて軸振れが大きくなるし、あるいは、検出対象軸がカムを備え、そのカムによって特定方向に力を付与する構成となっているような場合には、当該特定方向と逆方向に反力を受けることで検出対象軸の当該特定方向（および逆方向）への振れが大きくなるし、また、回動角度検出装置を取り付ける取付対象物が、特定方向に強く振動するような場合には、その取付対象物の振動の影響で検出対象軸の当該特定方向への振れが大きくなる。
【０００５】
一方、発明者が、取付対象物に対する回動角度検出装置の取付姿勢（磁気的中立位置の設定）について鋭意研究を行ったところ、同一の回動角度検出装置を用いた場合であっても、取付姿勢によっては、検出対象軸の振れに伴う検出結果の変動幅が制御において許容される誤差範囲（許容範囲）を超えてしまい、その検出結果を利用するシステムが成立しなくなってしまう場合があることが判明した。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出対象軸に軸振れが生じる場合にもより確実な角度検出を可能とする回動角度検出装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、回動角度検出装置において、検出対象軸の振れが最大となる方向における当該検出対象軸の振れに伴う検出結果の変動幅が、許容検出誤差が大きい回動角度ほど大きくなるように磁気的中立位置を設定したことを趣旨とする。
【０００８】
また、請求項２の発明は、回動角度検出装置において、許容検出誤差が大きい回動角度ほど出力電圧が大きくなるように設定され、検出対象軸の振れが最大となる方向における当該検出対象軸の振れに伴う出力電圧の変動幅が、検出結果に対応する出力電圧が大きい回動角度ほど大きくなるように磁気的中立位置を設定したことを趣旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、検出対象軸の軸振れ方向と回動角度検出装置の磁気的中立位置の方向とを適切に設定することで、許容誤差が小さく高い検出精度が要求される角度範囲において検出対象軸の振れに伴う検出結果の変動を小さくすることができる一方、許容誤差が大きく比較的低い検出精度で良い角度範囲では検出対象軸の振れに伴う検出結果の変動を大きくすることができるため、検出角度のより広い範囲に亘って所要の検出精度を確保しやすくなる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、検出対象軸の軸振れ方向と回動角度検出装置の磁気的中立位置の方向とを適切に設定し、かつ回動方向に対する出力電圧の増減を適切に設定することで、許容誤差が小さく検出結果の出力電圧が小さい角度範囲において検出対象軸の振れに伴う出力変動を小さくすることができる一方、検出結果の出力電圧が大きく検出結果の出力電圧が大きい角度範囲では検出対象軸の振れに伴う出力変動を大きくすることができるため、検出角度のより広い範囲に亘って所要の検出精度を確保しやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を具現化した実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる回動角度検出装置の取付構造を示す分解斜視図、図２は、回動角度検出装置を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図、図３は、回動角度検出装置の磁気回路を示す模式図、図４は、回動角度検出装置による検出結果の出力電圧と検出対象軸の軸振れによる出力電圧の変動幅との相関関係の一例を示す図であって、（ａ）は、軸振れ方向（Ａ〜Ｄの４方向）を示す図、（ｂ）は、検出対象軸の軸振れを模式的に示す側面図、（ｃ）は、出力電圧と軸振れによる出力電圧の変動幅との相関関係を例示するグラフである。
【００１２】
本実施形態にかかる回動角度検出装置１は、取付対象物１１に対し、検出対象軸としてのシャフト１５の軸端側に取り付けられている。
【００１３】
すなわち、この回動角度検出装置１は、成形樹脂からなるケーシングとしての筒状体１ａと、該筒状体１ａの側面から側方に張り出す一対のフランジ部１ｆ，１ｆとを備えており、筒状体１ａを取付対象物１１に形成された円形穴１１ａに嵌挿し、かつフランジ部１ｆ，１ｆを取付対象物１１の表面に突き当て、フランジ部１ｆ，１ｆに形成された長穴状の貫通孔１ｇを貫通させたビスやボルト（図示せず）を取付対象物１１の表面に形成された雌ネジ孔（図示せず）に螺結することで、円形穴１１ａの開口を塞ぐ状態で取付対象物１１に装着される。なお、図２に示すように、筒状体１ａの円形穴１１ａ内への挿入部にはＯリング１２を装着し、円形穴１１ａと筒状体１ａとの隙間におけるシールを確保するのが好適である。
【００１４】
また、筒状体１ａの表面側（図１および図２（ｂ）では上側）には凹部１ｂが形成されており、この凹部１ｂの底面を基板として、コンデンサ等の電子部品が実装されて回路９が形成されている。そして、この凹部１ｂの開口を覆うように、ドーム状に膨出するカバー１ｃが装着されている。
【００１５】
また、筒状体１ａの一側端部にはコネクタ１ｄが設けられており、このコネクタ１ｄおよび当該コネクタ１ｄに結合されるコネクタ（図示せず）を介して、検出結果（電圧）が外部出力されるようになっている。なお、筒状体１ａ内には、回路９と電気的に接続された導体１０をインサート成形し、コネクタ１ｄ内では接続端子として用いている（図２参照）。
【００１６】
一方、取付対象物１１に対して相対回動する検出対象軸としてのシャフト１５の先端には、圧入や接着等することでアタッチメント１３が固着され、永久磁石２をシャフト１５側に固定してある。
【００１７】
ここで、図３を参照して、本実施形態にかかる回動角度検出装置１の磁気回路について説明する。
【００１８】
図３に示すように、磁気回路は、シャフト１５とともに連動して回動する永久磁石２と、この永久磁石２の外周に相互に対向して設けられる磁性体からなる一対のヨーク３，４とを備えて構成されている。
【００１９】
永久磁石２は、径方向に（直径に沿って）着磁されている。なお、上述したように、永久磁石２は、環状円板状に形成されているが（図１参照）、図３では、着磁方向をわかりやすくするために着磁方向と垂直な方向を切り取った形状に模式化して示している。
【００２０】
ヨーク３，４は、永久磁石２の回動中心Ｍを中心とする円弧状の磁極片部分３ａ，４ａと、並列な二つのホール素子５，６を挟んで相互に対向する接続部分３ｃ，４ｃと、磁極片部分３ａ，４ａと接続部分３ｃ，４ｃとをそれぞれ接続する中間部分３ｂ，４ｂと、を備えて構成されている。これらヨーク３，４は固定部に相当する。
【００２１】
二つの磁極片部分３ａ，４ａは、それぞれ、永久磁石２の回動中心Ｍについて、略９０°の範囲に亘る円弧状に設けられており、それら二つの磁極片部分３ａ，４ａの間に、それぞれ略９０°の範囲に亘る円弧状の隔絶区間７，８が設定されることにより、それら二つの磁極片部分３ａ，４ａ間で直接的に磁路が形成されないようにしてある。
【００２２】
また、永久磁石２の外周面と磁極片部分３ａ，４ａとの間には、永久磁石２の回動角度によらず略一定のギャップが形成されるようにしてある。
【００２３】
かかる構成では、永久磁石２の着磁方向が、二つの磁極片部分３ａ，４ａの中心同士を結ぶ線（図３の左右方向）と直交する方向θｏ（図３の上下方向）を指向するときに磁束密度が最も低くなる。よって、このときの永久磁石２の位置が磁気的中立位置θｏとなる。
【００２４】
そして、永久磁石２が上記磁気的中立位置θｏから回動すると、当該永久磁石２とヨーク３，４とを通る磁路が形成されるとともにその磁束密度が増加し、永久磁石２の回動方向（時計回りか反時計回りか）によって当該磁路の向きが相違するものの、永久磁石２の長手方向に沿う軸の磁気的中立位置θｏに対する回動角度（θ）が大きくなるほど磁束密度が増大し、永久磁石２の長手方向両端部がそれぞれ磁極片部分３ａ，４ａの中央を指向する姿勢（すなわち図３では永久磁石２が左右方向に沿う姿勢）で磁束密度が最も高くなる。
【００２５】
本実施形態では、磁気的中立位置θｏを中心としてその両側にほぼ等しい角度範囲を持つ角度検出範囲（角度検出可能範囲）Ｘ（θａ〜θｂ）が設定される。この範囲Ｘでは、回動角度に対して磁束密度が略線形的（略１次関数的）に変化することになるが、本実施形態では、一例として、回動角度検出装置１の出力電圧は、磁束密度が最も小さい回動角度θａで最小値、磁束密度が最も大きい回動角度θｂで最大値となるように設定（調整）される。
【００２６】
なお、上記角度検出範囲Ｘの範囲内であれば、実際の角度検出に利用する範囲は、磁気的中立位置θｏを中心として対称に設定することは必須ではない。角度検出に利用する範囲は、検出対象軸としてのシャフト１５に対する永久磁石２の取付方向（着磁方向）や、ヨーク３，４の配置、取付対象物１１に形成された円形穴１１ａに対するケーシングとしての筒状体１ａの取付角度（回動姿勢）等を変化させることで、適宜に設定あるいは調整可能であることは、当業者であれば容易に理解できよう。また、かかる調整（特に微調整）を行うために、図２（ａ）に示すように、フランジ部１ｆ，１ｆに設けた貫通孔１ｇを、回動中心Ｍを中心とする円弧に沿う長穴状に設けておき、ケーシングとしての筒状体１ａの取付対象物１１に対する回動中心Ｍ回りの取付角度を調整できるようにしてもよい。
【００２７】
以上の構成の回動角度検出装置１は、検出対象軸としてのシャフト１５、すなわち永久磁石２の回動角度が一回動方向に増大するにつれて、その許容誤差が増大するシステムに用いられる場合がある。
【００２８】
一例として、内燃機関の可変動弁装置において、リフト量を制御する制御軸（検出対象軸）の回動角度を検出する場合などがこれに該当する。すなわち、内燃機関のカムシャフトの回転を複数のリンク部材からなるリンク機構を介して揺動カムの揺動に変換し、当該揺動カムによって内燃機関の吸気弁または排気弁を開閉駆動し、固定部に対して回動可能な制御軸に設けた偏心カムを用いて当該リンク機構内の一つのリンク部材の揺動中心を可変設定することで当該揺動カムによって開閉駆動される吸気弁または排気弁のリフト量を可変制御する可変動弁装置に対して、固定部側または制御軸側に設けられる永久磁石と、当該永久磁石によって固定部側と制御軸側とを通過するように形成される磁路の磁束密度を検出する検出素子と、を備え、当該磁束密度の変化に基づいて制御軸の固定部に対する回動角度を検出する回動角度検出装置、を用いる場合である。
【００２９】
このような場合、一方側の回動角度（例えばθａ）では高い検出精度が要求され、他方側の回動角度（同θｂ）では低い検出精度で良いことになる。
【００３０】
なお、高い検出精度が要求される角度側で出力電圧を小さく、検出精度が低くても良い角度側で出力電圧が大きくなるように設定する場合が多い。
【００３１】
ここで、発明者らは、検出対象軸としてのシャフト１５の軸振れによる検出誤差（変動幅）について鋭意検討を重ねたところ、シャフト１５の軸振れが大きい方向と、磁気的中立位置θｏの方向との相対的な位置関係によって、軸振れによる検出結果の変動のしかたが大きく異なるという知見を得た。すなわち、検出対象軸の軸振れ方向（最大方向）に対する回動角度検出装置１の磁気的な方向（磁気的中立位置θｏの方向）の設定如何によっては、軸振れによる変動幅が検出許容誤差を超えてしまう場合があり、また、そのような場合でも、当該設定を変えることで広い角度範囲について軸振れによる変動幅を検出許容誤差以内に収めることができることを見出したのである。
【００３２】
図４は、その一例を示すもので、回動角度検出装置１にヨーク３，４を固定し、かつシャフト１５に永久磁石２を固定した状態（例えば、ヨーク３，４は図４中Ｄ方向に沿って相互に対向しており、かつ磁気的中立位置θｏにあるときの永久磁石２の着磁方向はＣ方向に一致している状態）で、回動角度検出装置１を基準としてシャフト１５の軸振れ方向を図４（ａ）のようにＡ〜Ｄの４パターンに変化させた場合、出力電圧（検出結果）に対して、軸振れによる当該出力電圧（検出結果）の変動幅が、図４（ｃ）のように異なるものとなっている。なお、図４（ｃ）では、変動幅の上限と下限とを各線で示しており、上下二本の線の間隔が大きいほど、変動幅が大きいことを意味している。また、図４（ｂ）は、シャフト１５の軸振れの様子を示す側面図である。
【００３３】
具体的には、まず、シャフト１５の軸振れ方向がＡ方向である場合、検出範囲の全域（すなわち出力電圧が小さい角度から大きい角度まで）に亘って、軸振れによる出力電圧の変動幅が大きい状態のまま変化しないことが判明した。この場合、出力電圧の小さい角度側でシステムの検出許容誤差が小さく、出力電圧の大きい角度側でシステムの検出許容誤差が大きいと、当該出力電圧が小さい角度領域で当該変動幅がシステムにおける検出許容誤差を超えてしまい、そのシステムには使用できなくなってしまう。
【００３４】
次に、シャフト１５の軸振れ方向がＢ方向である場合、出力電圧が小さい角度から大きい角度に向けて、軸振れによる出力電圧（検出角度）の変動幅（二本の一点鎖線間の幅）が線形的に小さくなっている。この場合も、出力電圧の小さい角度側でシステムの検出許容誤差が小さく、出力電圧の大きい角度側でシステムの検出許容誤差が大きいと、出力電圧が小さい角度領域で当該変動幅がシステムにおける検出許容誤差を超えてしまい、そのシステムには使用できなくなってしまう。
【００３５】
次に、シャフト１５の軸振れ方向がＣ方向である場合、出力電圧が小さい角度から大きい角度に向けて、軸振れによる出力電圧（検出角度）の変動幅（二本の破線間の幅）が線形的に大きくなっている。この場合は、出力電圧の小さい角度側でシステムの検出許容誤差が小さく、出力電圧の大きい角度側でシステムの検出許容誤差が大きいと、全角度範囲について当該変動幅を許容誤差内に収めることが可能となる。
【００３６】
次に、シャフト１５の軸振れ方向がＤ方向である場合、出力電圧が小さい角度の場合と大きい角度の場合では軸振れによる出力電圧（検出角度）の変動幅が大きく、出力電圧が中間値となる角度の場合に軸振れによる出力電圧の変動幅が小さくなっている。この場合も、出力電圧の小さい角度側でシステムの検出許容誤差が小さく、出力電圧の大きい角度側でシステムの検出許容誤差が大きいと、出力電圧が小さい角度領域で当該変動幅がシステムにおける検出許容誤差を超えてしまい、そのシステムには使用できなくなってしまう。
【００３７】
よって以上四つのケースでは、出力電圧の小さい角度側でシステムの検出許容誤差が小さく、出力電圧の大きい角度側でシステムの検出許容誤差が大きい場合には、軸振れ方向が図４（ａ）のＣ方向の場合のみがシステムに適合することになる。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、検出対象軸としてのシャフト１５の軸振れ方向と回動角度検出装置１の磁気的中立位置θｏの方向とを適切に設定すれば、シャフト１５の軸振れが最大となる方向（上記例ではＣ方向）における当該シャフト１５の振れに伴う検出結果の変動幅が、許容検出誤差が大きいほど大きくなり、構成許容誤差が小さく高い検出精度が要求される角度範囲において検出対象軸としてのシャフト１５の振れに伴う検出結果の変動を小さくすることができる一方、許容誤差が大きく比較的低い検出精度で良い角度範囲では検出対象軸の振れに伴う検出結果の変動を大きくすることができるため、検出角度のより広い範囲に亘って必要な検出精度を確保しやすくなる。
【００３９】
本実施形態によれば、さらに、シャフト１５の回動方向に対する出力電圧の増減も適切に設定することで、すなわち、上記図４の例では、高い検出精度が要求される側で出力電圧を低くし、逆に引き検出精度で良い側で出力電圧を高くすることで、許容誤差が小さく検出結果の出力電圧が小さい角度範囲において検出対象軸の振れに伴う出力変動を小さくすることができる一方、検出結果の出力電圧が大きく検出結果の出力電圧が大きい角度範囲では検出対象軸の振れに伴う出力変動を大きくすることができるため、検出角度のより広い範囲に亘って必要な検出精度を確保しやすくなる。
【００４０】
そして、上記本実施形態によれば、検出対象軸の軸振れがより大きいシステムに対しても所要の検出精度を確保しやすくなるから、検出対象軸の軸受を省略してコスト低減や小型化を図ることができるという利点がある。
【００４１】
なお、本発明は、次のような別の実施形態に具現化することができる。以下の別の実施形態でも上記実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
【００４２】
（１）まず、回動角度検出装置の基本構成は上記実施形態には限定されず、検出対象軸の回動に応じて磁束密度が変化するように構成されているものであれば、永久磁石を固定部側に設けたものであってもよい。
【００４３】
（２）また、取付対象物によっては、種々の方向に軸振れが生じる場合があるので、そのような場合には、軸振れが最大となる方向に対して調整を行うのが好適である。
【００４４】
（３）また、角度を検出する対象としては、内燃機関の可変動弁装置の制御軸に限らず、内燃機関のスロットルバルブの軸など、種々に適用可能である。
【００４５】
また、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
【００４６】
（イ）請求項１に記載の回動角度検出装置は、当該回動角度検出装置の取付対象物に回動可能に片持ち支持された検出対象軸の端部の回動角度を検出するのが好適である。
【００４７】
こうすれば、検出対象軸を両持ち支持するための軸受等を省略でき、装置構成をより小型に構成し、かつ、製造コストを削減することができる。そして、このように片持ち支持したことで両持ち支持した場合に比べて軸振れが大きくなる場合にも、請求項１の構成によって、所要の検出精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態にかかる回動角度検出装置の取付構造を示す分解斜視図。
【図２】本発明の実施形態にかかる回動角度検出装置を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図。
【図３】本発明の実施形態にかかる回動角度検出装置の磁気回路を示す模式図。
【図４】本発明の実施形態にかかる回動角度検出装置による検出結果の出力電圧と検出対象軸の軸振れによる出力電圧の変動幅との相関関係を示す図であって、（ａ）は、軸振れ方向（４方向）を示す図、（ｂ）は、検出対象軸の軸振れを模式的に示す側面図、（ｃ）は、出力電圧と軸振れによる出力電圧の変動幅との相関関係を例示するグラフ。
【符号の説明】
【００４９】
１  回動角度検出装置
２  永久磁石
３，４  ヨーク（固定部）
１５  シャフト（検出対象軸）
θｏ  磁気的中立位置
Ａ〜Ｄ方向  軸振れ方向
【図１】
0004721955.tif 000002
【図２】
0004721955.tif 000003
【図３】
0004721955.tif 000004
【図４】
0004721955.tif 000005