(57)【要約】【課題】磁石の端面近くの磁束の曲率を小さくさせ得て，その個所に磁電変換素子を配置することにより，コンパクトで回転角度検出精度を安定させることを可能にする回転角度検出装置を提供する。【解決手段】回転軸２に取り付けられる磁石１３と，この磁石１３の端面１３ａに対向配置される磁電変換素子２３及び，非回転の構造体６に取り付けられ，磁電変換素子２３を内設する合成樹脂製のパッケージ２０よりなる磁電変換ユニット１１とを備えた回転角度検出装置において，磁石１３の端面１３ａに臨む磁界Ｍの磁束ｆを偏平化して該磁石１３側に寄せるべく，該磁石１３の端面１３ａに，回転軸２の軸線Ｙ上に中心Ｃ１を持つ球状凹部１３ｂを形成し，この球状凹部１３ｂの内側に，その中心Ｃ１周りでのパッケージ２０の首振りを可能にする調心軸受機構３２を配設した。【選択図】      図１
2013190338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（２）に取り付けられ，回転軸（２）の軸線（Ｙ）と直交する一定方向に着磁された磁石（１３）と，この磁石（１３）の端面（１３ａ）に対向配置され，この磁石（１３）と協働して回転軸（２）の回転角度を磁電変換的に検出する磁電変換素子（２３）及び，非回転の構造体（６）に取り付けられ，前記磁電変換素子（２３）を内設する合成樹脂製のパッケージ（２０）よりなる磁電変換ユニット（１１）とを備えた回転角度検出装置において，
前記磁石（１３）の端面（１３ａ）に臨む磁界（Ｍ）の磁束（ｆ）を偏平化して該磁石（１３）側に寄せるべく，該磁石（１３）の端面（１３ａ）に，回転軸（２）の軸線（Ｙ）上に中心（Ｃ１）を持つ球状凹部（１３ｂ）を形成し，この球状凹部（１３ｂ）の内側に，その中心（Ｃ１）周りでの前記磁石（１３）及びパッケージ（２０）相互の首振りを可能にする調心軸受機構（３２）を配設したことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の回転角度検出装置において，
前記調心軸受機構（３２）を，前記球状凹部（１３ｂ）と，この球状凹部（１３ｂ）に全方向回転自在に嵌合するように前記パッケージ（２０）に形成される球状凸軸（３１）とで構成したことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項３】
請求項２記載の回転角度検出装置において，
前記球状凹部（１３ｂ）に合成樹脂の軸受層（１２ｃ）を形成したことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項４】
請求項１記載の回転角度検出装置において，
回転軸（２）の端部に位置決め嵌合して取り付けられる合成樹脂製のロータ本体（１２）に前記磁石（１０）をモールド結合したことを特徴とする回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，回転軸に取り付けられ，回転軸の軸線と直交する一定方向に着磁された磁石と，この磁石の端面に対向配置され，この磁石と協働して回転軸の回転角度を磁電変換的に検出する磁電変換素子及び，非回転の構造体に取り付けられ，前記磁電変換素子を内設する合成樹脂製のパッケージよりなる磁電変換ユニットとを備えた回転角度検出装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
かゝる回転角度検出装置は，例えば，特許文献１に開示されるように既に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図３に示すように，従来のかゝる回転角度検出装置における中実円筒状の磁石０１３は，磁電変換素子０２３に対向する端面０１３ａが，回転軸２の軸線Ｙに直交する平坦面に形成されている。このような磁石０１３の端面１３ａが臨む磁界Ｍでは，弓形の磁束ｆの曲率は，磁石１３の端面から離れるにつれて減少していくので，回転角度検出装置のコンパクト化を図るべく，磁石０１３の端面０１３ａに磁電変換素子０２３を充分に近づけると，環境温度の変化や経年変化等により，磁石及び磁電変換素子の位置関係に僅かなずれが生じても，磁電変換素子が感受する磁気が変化してしまい，回転角度の検出精度に影響が出る。そこで，従来では，回転角度の検出精度を安定させるために，磁石０１３の端面０１３ａから比較的離れた，弓形の磁束の曲率が比較的小さい個所に磁電変換素子０２３の感磁中心Ｃ０２を配置することが行われているが，この場合，回転角度検出装置のコンパクト化が困難となる。
【０００５】
本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，磁石の端面近くの磁束の曲率を小さくさせ得て，その個所に磁電変換素子を配置することにより，コンパクトで回転角度検出精度を安定させることを可能にする前記回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために，本発明は，回転軸に取り付けられ，回転軸の軸線と直交する一定方向に着磁された磁石と，この磁石の端面に対向配置され，この磁石と協働して回転軸の回転角度を磁電変換的に検出する磁電変換素子及び，非回転の構造体に取り付けられ，前記磁電変換素子を内設する合成樹脂製のパッケージよりなる磁電変換ユニットとを備えた回転角度検出装置において，前記磁石の端面に臨む磁界の磁束を偏平化して該磁石側に寄せるべく，該磁石の端面に，回転軸の軸線上に中心を持つ球状凹部を形成し，この球状凹部の内側に，その中心周りでの前記磁石及びパッケージ相互の首振りを可能にする調心軸受機構を配設したことを第１の特徴とする。尚，前記構造体は，後述する本発明の実施形態中のスロットルボディ１の軸受ボス６に対応する。
【０００７】
また本発明は，第１の特徴に加えて，前記調心軸受機構を，前記球状凹部と，この球状凹部に全方向回転自在に嵌合するように前記パッケージに形成される球状凸軸とで構成したことを第２の特徴とする。
【０００８】
さらに本発明は，第２の特徴に加えて，前記球状凹部に合成樹脂の軸受層を形成したことを第３の特徴とする。
【０００９】
さらにまた本発明は，第１の特徴に加えて，回転軸の端部に位置決め嵌合して取り付けられる合成樹脂製のロータ本体に前記磁石をモールド結合したことを第４の特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第１の特徴によれば，磁石の端面に球状凹部を形成した分，磁石の端面に臨む磁界の磁束が磁石側へ変位することになり，その磁石の端面近くの磁束の曲率が減少する。したがって，回転角度検出装置のコンパクト化を図るべく，磁石に近接した個所に磁電変換素子を配置しても，磁電変換素子は，磁束の曲率が減少した個所で磁気を感受することができるので，磁石及び磁電変換素子の位置関係に多少のずれがあっても，磁電変換素子が感受する磁気の変化は極めて小さく，回転軸の回転角度の検出精度を安定させることができ，回転角度検出装置のコンパクト化及び回転角度検出精度の安定性を両立させることができる。
【００１１】
しかも，磁石の球状凹部の内側には，球状凹部の中心周りでの磁石及びパッケージ相互の首振りを可能にする調心軸受機構を配設したことで，パッケージを，非回転の構造体に組み付けたとき，調心軸受機構の作用により，磁石と磁電変換素子とが自動的に調心され，磁電変換素子を磁石に対する所定位置に保持することができ，回転軸の回転角度の検出精度の安定化に寄与し得る。
【００１２】
本発明の第２の特徴によれば，調心軸受機構を，磁石の球状凹部と，この球状凹部に全方向回転自在に嵌合するようにパッケージに形成される球状凸軸とで構成したことで，磁石及びパッケージに特別な部材を追加することなく調心軸受機構を構成することができ，部品点数及び組立工数を少なくして，回転角度検出装置のコストの低減に寄与し得る。
【００１３】
本発明の第３の特徴によれば，磁石の球状凹部には合成樹脂の軸受層を形成したことで，合成樹脂製の軸受層及び合成樹脂製の球状凸軸間の摩擦係数は小さく，軸受層に対する球状凸軸の回転摺動をスムーズにすることができ，その摺動部による回転軸の回転抵抗の増加を極力抑えることができる。
【００１４】
本発明の第４の特徴によれば，回転軸の端部に位置決め嵌合して取り付けられる合成樹脂製のロータ本体に磁石をモールド結合したことで，ねじ等の固着部材を用いることなく，磁石をロータ本体に結合することができ，部品点数及び組立工数を少なくして，回転角度検出装置のコストの低減に一層寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る回転角度検出装置の縦断面図。
【図２】上記回転角度検出装置における磁石の端面周りの磁界と磁電変換素子の位置との関係を示す縦断面図。
【図３】従来の回転角度検出装置における磁石の端面周りの磁界と磁電変換素子の位置との関係を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態を，添付図面に基づいて以下に説明する。
【００１７】
先ず図１において，符号１は，エンジンの吸気系の一部を構成するスロットルボディであり，内部にエンジンの吸気ポートに連通する吸気道１ａを有する。このスロットルボディ１には，吸気道１ａを横断するように配置される回転軸２が回転自在に支承され，この回転軸２に，吸気道１ａを開閉するバタフライ型のスロットル弁３がねじ止めされる。回転軸２の一端部には，これをマニュアル操作するためのスロットルレバー又は自動操作するための電動モータ（何れも図示せず。）が連結され，その他端部には，スロットル弁３の開度を検出する本発明の回転角度検出装置５が接続される。
【００１８】
スロットルボディ１の両側面には，吸気道１ａの半径方向外方に突出する一対の円筒状の軸受ボス６（図には，その一方のみ示す。）が形成され，その一方の軸受ボス６内に，回転軸２を回転自在に支承するシール付きのボールベアリング７が装着される。
【００１９】
前記回転角度検出装置５は，上記ボールベアリング７の外側の軸受ボス６内で回転軸２に取り付けられるロータ１０と，軸受ボス６に取り付けられる磁電変換ユニット１１とよりなっている。
【００２０】
そのロータ１０は，回転軸２が先端部に有する小径の連結短軸２ａに位置決め嵌合して取り付けられる合成樹脂のロータ本体１２と，このロータ本体１２に，そのモールド成形時に埋設される磁石１３とで構成される。連結短軸２ａと，これに嵌合するロータ本体１２の連結孔１４とは，共に欠円状の断面を有していて，互いに嵌合することにより，前記スロットル弁３と磁石１３の磁界の方向との一定の位置関係を保って，回転軸２及びロータ１０の一体回転を可能にしている。
【００２１】
磁石１３は，実質的に中実で円筒状をなして回転軸２と同軸上に配置されるもので，回転軸２の軸線Ｙに直交する一定方向に着磁されており，これにより直径線上の対向位置にＮ，Ｓ極を有する。この磁石１３の磁電変換ユニット１１に対向する端面１３ａには球状凹部１３ｂが，また中心部には，それを軸方向に貫通するアンカ孔１５が，さらに外周には環状のアンカ溝１６が形成される。
【００２２】
一方，合成樹脂製のロータ本体１２は，前記連結孔１４を有する連結ボス部１２ａと，この連結ボス部１２ａの上端に一体に連設されて，前記アンカ孔１５及びアンカ溝１６を埋めつゝ磁石１３の外周面を被覆，保持する円筒上の磁石支持部１２ｂと，アンカ孔１５を埋めた磁石支持部１２ｂの上端に一体に連設されて前記球状凹部１３ｂを被覆する軸受層１２ｃとを備えており，その軸受層１２ｃの中心部にはアンカ孔１５に向かって窪むグリース溜まり１８が形成される。合成樹脂製のロータ本体１２は，上記のように，磁石１３のアンカ孔１５及びアンカ溝１６を埋めることにより，磁石１３との結合強度が強化される。
【００２３】
磁電変換ユニット１１は，絶縁性合成樹脂製で円筒状のパッケージ２０と，このパッケージ２０の外周面に，互いに異なる方向へ突出するよう一体成形されるカプラ２１及び取り付け鍔２２と，パッケージ２０に内設される磁電変換素子２３と，同じくパッケージ２０に内設されて磁電変換素子２３の出力電圧をリニアライズする電子回路基板２４と，この電子回路基板２４の出力信号を外部に取り出すべくカプラ２１に保持される複数の信号端子２５とより構成される。磁電変換素子２３には，例えばホール素子が使用される。
【００２４】
而して，パッケージ２０は，前記軸受ボス６の内周面の所定位置に嵌装され，そして取り付け鍔２２がボルト２７によって軸受ボス６の端面に締結される。このようなパッケージ２０の取り付け状態において，磁電変換素子２３は，その感磁中心Ｃ２が前記磁石１３の球状凹部１３ｂの中心Ｃ１又はその近傍に来るように配置される。
【００２５】
パッケージ２０には，前記ロータ１０の磁石支持部１２ｂを収容する円筒状の磁石収容室３０が設けられており，その天井には，前記軸受層１２ｃに全方向回転自在に接する球状凸軸３１が一体に形成される。これら球状凹部１３ｂ，軸受層１２ｃ及び球状凸軸３１により，球状凹部１３ｂの中心Ｃ１周りでの磁石１３及びパッケージ２０相互の首振りを可能にする調心軸受機構３２が構成される。
【００２６】
パッケージ２０の外周には，軸受ボス６の内周面に密接して軸受ボス６の内部をシールする第１シール部材３３が装着され，またロータ本体１２の外周には，パッケージ２０の内周面に密接して磁石収容室３０をシールする第２シール部材３４が装着される。この第２シート部材３４は，ロータ本体１２の外周に形成されるフランジ３５と，その下方でパッケージ２０に係止される止環３６との間に縮設されて，軸受層１２ｃ及び球状凸軸３１を相互に圧接させるよう，ロータ１０を上方へ付勢する役割をも果たす。
【００２７】
次に，この実施形態の作用について説明する。
【００２８】
図２に示すように，磁電変換素子２３は，ロータ１０の磁石１３の端面１３ａが臨む磁界Ｍに配置され，それが感受する磁気に応じた電圧を発生する。而して，回転軸２と共に回転するロータ１０の磁石１３が，スロットル弁３の開度変化に応じて回転位置を変えると，磁電変換素子２３に対する磁石１３の磁束ｆの方向の変化により磁電変換素子２３が感受する磁気量が変化するため，磁電変換素子２３の発生電圧が変化し，その電圧信号が，信号端子２５に接続される電子制御ユニットに出力され，そこでスロットル弁３の開度に演算され，そのデータはエンジンの燃料噴射量，点火時期等の制御に利用される。
【００２９】
ところで，ロータ１０の磁石１３は，磁電変換素子２３に対向する端面１３ａに球状凹部１３ｂが形成されるため，磁石１３の磁界Ｍが前記球状凹部１３ｂの凹曲した分，磁石１３側へ変位することになり，その結果，磁石１３の端面１３ａに臨む弓形の磁束ｆの曲率が減少し，特に磁束ｆの中央部が偏平化することになる。そこで，回転角度検出装置５のコンパクト化を図るべく，従来の磁電変換素子０２３の位置よりも，磁石１３に充分近接した個所に磁電変換素子２３を配置しても，磁電変換素子２３は，磁束ｆの偏平化した個所で磁気を感受するので，環境温度の変化や経年変化等により，磁石１３及び磁電変換素子２３の位置関係に多少のずれが生じても，磁電変換素子２３が感受する磁気の変化は極めて小さく，したがって回転軸２の回転角度の検出精度を安定させることができる。かくして，回転角度検出装置５のコンパクト化と，回転角度検出精度の安定性の両方を満足させることができる。
【００３０】
しかも，磁石１３の球状凹部１３ｂの内側には，球状凹部１３ｂの中心Ｃ１周りでの磁石１３及びパッケージ２０相互の首振りを可能にする調心軸受機構３２が配設されるので，パッケージ２０を軸受ボス６に組み付けたとき，調心軸受機構３２の作用により，磁石１３と磁電変換素子２３とが自動的に調心され，磁電変換素子２３を磁石１３に対する所定位置に保持することができ，回転軸２の回転角度の検出精度の安定化に寄与し得る。
【００３１】
さらに磁石１３の球状凹部１３ｂの中心Ｃ１と磁電変換素子２３の感磁中心Ｃ２とは，相互に一致もしくは近接するように配置されるので，環境温度の変化や経年変化により，磁石１３及び磁電変換素子２３間に多少の傾きが生じても，磁電変換素子２３が置かれる磁界Ｍの状態に殆ど変化が起こらず，回転軸２の回転角度の検出精度を安定させることができる。
【００３２】
また前記調心軸受機構３２は，磁石１３の球状凹部１３ｂと，この球状凹部１３ｂに全方向回転自在に嵌合するようにパッケージ２０に形成される球状凸軸３１とで構成されるので，磁石１３及びパッケージ２０に特別な部材を追加することなく調心軸受機構軸受機構３２を構成することができ，部品点数及び組立工数を少なくして，回転角度検出装置５のコストの低減を図ることができる。
【００３３】
また磁石１３の球状凹部１３ｂには合成樹脂の軸受層１２ｃが形成されるので，合成樹脂製の軸受層１２ｃ及び合成樹脂製の球状凸軸３１間の摩擦係数は小さく，軸受層１２ｃに対する球状凸軸３１の回転摺動をスムーズにすることができ，その摺動部による回転軸２の回転抵抗の増加を極力抑えることができる。さらに軸受層１２ｃにはグリース溜まり１８が設けられるので，そのグリース溜まり１８に保持されるグリースによって，上記摩擦係数は一層小さくなり，回転軸２の回転をスムーズにすると共に，調心軸受機構３２の耐久性の向上を図ることができる。
【００３４】
さらにまた磁石１３は，回転軸２の端部に位置決め嵌合して取り付けられる合成樹脂製のロータ本体１２にモールド結合されるので，ねじ等の固着部材を用いることなく，磁石１３をロータ本体１２に結合することができ，部品点数及び組立工数を少なくして，回転角度検出装置５のコストの低減を一層図ることができる。
【００３５】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，合成樹脂製のロータ本体１２の成形の際，磁石支持部１２ｂの上端部を軸受層１２ｃの外周部に連結すれば，アンカ孔１５を廃止して磁石１０を完全に中実にすることもできる。また本発明の回転角度検出装置は，スロットル弁３の開度検出に限らず，各種機器の回転角度検出装置に適用することができる。またまた前記磁電変換素子２３は，検出軸を互いに交差させる複数の磁電変換素子を内装してなる集積型磁電変換素子で構成することもできる。
【符号の説明】
【００３６】
ｆ・・・・・磁束
Ｃ１・・・・磁石の球状凹部の中心
Ｃ２・・・・磁電変換素子の感磁中心
Ｍ・・・・・磁界
Ｙ・・・・・回転軸の軸線
２・・・・・回転軸
５・・・・・回転角度検出装置
１２・・・・ロータ本体
１２ｃ・・・軸受層
１３・・・・磁石
１３ａ・・・磁石の端面
１３ｂ・・・磁石の球状凹部
２０・・・・パッケージ
２３・・・・磁電変換素子
３１・・・・球状凸軸
３２・・・・調心軸受機構
【図１】
2013190338.tif 000003
【図２】
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【図３】
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