JP4401868B2 - ポジションセンサ - Google Patents

Description

本発明は、ポジションセンサに係り、特に、回転機構の主要部を組立固定することが好適なポジションセンサに関する。

一般に、磁気検出方式のポジションセンサは、自動車等のアクセル、ブレーキ、そしてステアリング等の回転角度を検出するために使用されている。

従来のこの種のポジションセンサは、例えば、特許文献１のように形成されている。その構成を図４および５により簡単に説明すると、隔壁１０を有する筒状のケース１内の一方の収納空間Ｓ１に回転機構部２０を収容し、軸部２ａを外方へ突出させた状態で第１の蓋体７で蓋閉すると共に、ケース１内の他方の収納空間Ｓ２に電気回路部８を収容して第２の蓋体９で蓋閉して組立てられている。そして、回転機構部２０の主要部を構成する回転部材２に装着されている環状の磁石４が、外部のペダル等の被検出体から回転部材２に付与される回転動作に伴って一緒に回転することにより、自己の発する磁場に変化を生じさせ、その磁場の変化を磁電変換素子としての巨大磁気抵抗素子１４が検出して回転部材２の位置を測定するようになっている。この磁電変換素子としての巨大磁気抵抗素子１４の電気信号は回転部材２の回転角度に応じて出力されるようになっている。環状の前記磁石４は回転部材２の回転中心線を挟んで異極同士を対向させており、その外側には磁石４を保護するための保持部材の役割も兼ねたバックヨーク５（以下、保持部材５という）が挿入されている。その他の構成の説明は省略する。

特開２００３−２６９９９２号公報

回転部材２の変形例を示す図６により説明すると、従来は、磁石４とその磁石４の外周を覆う保持部材５とは同心円状に設置する必要があるため、回転部材２の底部に同心円状に載置されている磁石４および保持部材５の軸方向端部に対して、樹脂材料で形成された回転部材２の軸方向端部の縁に設けた複数の平板突起部２ｂを加熱して引き延ばしながらかしめることによって固定していた。

しかしながら、回転部材２の材質は樹脂材料であるため、熱かしめによって前記平板突起部２ｂを引き延ばす工程においては、図７に示すような以下の問題点があった。すなわち、樹脂材料である平板突起部２ｂに熱を加えて変形させることは技術的に困難であり、平板突起部２ｂと磁石４および保持部材５の間に隙間Ｓが生じて、回転部材２と磁石４および保持部材５との強固な固定を保証することが困難であった。

さらに、磁石４の材質は欠けやすく割れやすい脆性材料なので、熱かしめによって隙間Ｓを無くすように熱を加えながら力を加えると、磁石４が性能劣化したり破損するという問題点があった。

その上、全体の作業工程と比較して熱かしめを行う工程は、前記技術的な困難性のために多大な時間を要するので、製品コストを圧迫するという問題点があった。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、回転部材に対する磁石および保持部材の確実な固定状態を保証し、かつ複雑な技術と多大な時間を要する組立工程を必要としない回転部材を備えたポジションセンサを提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明のポジションセンサの第１の特徴は、環状の内側の磁石と外側の保持部材とを同心円状にして装着した回転部材を有するポジションセンサであって、前記磁石および保持部材は、前記回転部材の本体と爪部とによって挟持されることによって固定されており、前記磁石は前記回転部材の本体側の端部に前記保持部材を前記爪部とで挟持する外側突出部を有することである。この外側突出部としては全周に亘るフランジ状としたり、周の一部のみに形成されていても良い。

第１の特徴によれば、磁石および保持部材を爪部を弾力的に変形させるように挿入して回転部材の本体と爪部によって挟持させるいわゆるスナップフィット方式によって組立てることにより、回転部材と磁石および保持部材を固定するための従来の熱かしめを行う必要がないため、短時間で確実な固定と磁石の脆性破壊の防止が可能となる。また、保持部材をその中心軸方向から磁石の外側突出部と回転部材の爪部とによって挟持して固定することが可能となる。これにより、回転部材の本体側に対して磁石および保持部材を挟持して固定するための爪部の径方向の長さは、外側の保持部材を固定する程度の長さに短く形成することが可能となる。したがって、磁石と保持部材とをはめ込むときに回転部材の爪部の外周方向に弾力的に変形させる圧力を軽減することが可能となる。また、磁石にかかる圧力も軽減できるため、磁石の破損も防止できる。

また、本発明のポジションセンサの第２の特徴は、保持部材が強磁性体で形成されることである。

第２の特徴によって、強磁性体の保持部材により磁石の保護を図ることができ、また磁石が形成する磁気回路の漏れ磁束が少なく効率の良い閉回路を形成することができ、安価で磁力の弱い磁石によっても磁束密度の高いポジションセンサを作製することが可能となる。

また、本発明のポジションセンサの第３の特徴は、保持部材が、磁石の外側突出部の外周部分まで覆う形状に形成されていることである。

第３の特徴によって、磁石の外側突出部から磁束が漏れることを保持部材が防止するので、磁石全体の磁束漏れがさらに少なくなる。

本発明のポジションセンサによれば、回転部材に対する磁石および保持部材の確実な固定状態を保証し、かつ複雑な技術と多大な時間を要する組立工程を必要としない回転部材を備えたポジションセンサを得ることができるという極めて優れた効果を奏する。

以下、添付図面に基づき、本発明のポジションセンサの実施形態を説明する。

図１は本発明のポジションセンサの実施形態に係る回転部材の分解斜視図、図２は同回転部材の分解断面図、そして図３は同回転部材の組み込んだ状態の断面図である。また、回転部材を除く本発明のポジションセンサの構成部品は従来のポジションセンサとほぼ同一であるため、便宜上全体の構成は図４および図５に示される従来例に係るポジションセンサを用いて本発明の全体構造を説明する。

ポジションセンサは、図４および５に示すように、中央部が筒状に形成された樹脂製のケース１と、前記ケース１の一方の開口端１１と隔壁１０との間の収納空間Ｓ１に収容された樹脂製の回転部材２と、回転部材２の回転中心底部に圧入固定された金属製の支持突起３と、回転部材２の外周寄りの底部に固定されて隔壁１０の近傍に配置された環状の磁石４と、前記磁石４を包囲する位置で回転部材２に固定されて磁石４の磁束漏れを防止する保持部材５と、一端がケース１に固定されて他端が回転部材２に固定される戻しばね６と、回転部材２の軸部２ａをケース１の外方へ突出させた状態で開口端１１を蓋閉している金属板製の第１の蓋体７と、ケース１の他方の開口端１２と隔壁１０との間の収納空間Ｓ２に収容された電気回路部８と、この電気回路部８を収納空間Ｓ２内に密閉するために開口端１２を蓋閉する金属板製の第２の蓋体９とによって概略形成されている。

一体化されている回転部材２と支持突起３と磁石４と保持部材５とは、ケース１の収納空間Ｓ１内に回転可能に収容された回転機構部２０を構成しており、図示していない被検出体である自動車等のアクセルペダル、ブレーキペダルまたはステアリング等がワイヤもしくはステアリングシャフト等を介して回転部材２の軸部２ａに連結されている。

回転部材２は、図１、２および３に示すように、内外の同心円状の筒部２ｄ、２ｅを本体部２ｆによって連結して形成されており、本体部２ｆ上に磁石４と保持部材５とが載置される。そして、回転部材２の外側に配置されている筒部２ｅの本体部２ｆと対向する端部の一部（本実施形態においては直径方向に対向する２箇所）に、磁石４および保持部材５を挟持して固定する爪部２ｃが形成されている。本実施形態においては、爪部２ｃの弾性変形を容易とするために、爪部２ｃの周方向両側に切込み２ｇが形成されている。また、磁石４の回転部材２の本体部２ｆ側端部には、爪部２ｃとの間に保持部材５を挟持する外側突出部材としてのフランジ４ａが全周に亘って形成されている。外側突出部材としては周方向の一部のみに形成されていてもよい。

本実施形態において、回転部材２に磁石４と保持部材５とを組立てる場合には、磁石４の外周に保持部材５を嵌めた状態で回転部材２の内外の筒部２ｄ、２ｅに挿入して行き、１対の爪部２ｃを径方向外側に弾性変形させつつさらに挿入すると、図３に示すように、磁石４の一端面が回転部材２の本体部２ｆに当接すると同時に爪部２ｃが自身の弾性により径方向内側に弾性復帰して保持部材５の端面に係合する。これにより磁石４と保持部材５とは、回転部材２の本体部２ｆと爪部２ｃとによって挟持して固定保持される。このように本実施形態においては、爪部２ｃの弾性変形を利用した、いわゆるスナップフィット方式を採用して、磁石４および保持部材５を回転部材２に簡単かつ容易に装着することができる。また、本実施形態においては、従来技術とは異なり、爪部２ｃが保持部材５を押さえることによって磁石４の中心軸方向を固定するので、磁石４の固定が確実となり、従来のような熱かしめによる磁石の性能劣化や破損のおそれがなくなる。

また、本実施形態においては、磁石４の回転部材２の本体２ｆ側の端部に保持部材５を爪部２ｃとで挟持する外側突出部としてのフランジ４ａを設けているので、保持部材５をその中心軸方向から磁石４のフランジ４ａと爪部２ｃとによって挟持して固定することができる。これにより、回転部材２の本体２ｆ側に対して磁石４および保持部材５を挟持して固定するための爪部２ｃの径方向の長さは、外側の保持部材５を固定する程度の長さに短く形成することが可能となる。これにより、磁石４と保持部材５とを回転部材２にはめ込むときに、回転部材２の爪部２ｃの外周方向に弾力的に変形させる圧力を軽減することができ、組立作業が更に簡単になる。

回転部材２の材料としては、コスト面や形成性の容易性より本実施形態においては樹脂材料を用いているが、特殊の樹脂材料や樹脂材料以外を用いてもよい。

また、磁石４としては、フェライト磁石、アルニコ磁石、希土類コバルト磁石、希土類鉄磁石、炭素鋼等の一般的に手に入る磁石の中から使用状況に応じて選択することが可能である。

また、保持部材５の材料として、軟鉄、純鉄、継鉄等の強磁性体を選択すると、磁束漏れが少なく効率の良い磁気検出方式のポジションセンサを作製することが可能となる。さらに、図１、２および３に示す保持部材５の形状を磁石４のフランジ４ａの外周部分まで覆うように形成すると、磁束の漏れがさらに少なくなるので、使用状況に応じて保持部材５の形状を選択するとよい。

図４および５のように構成されたポジションセンサは、回転部材２が被検出体に駆動されて所定量回転すると、巨大磁気抵抗素子１４に対する磁石４の磁場が回転部材２の回転に伴って変化するため、電気回路部８からの出力信号が変化し、前記出力変化に基づいて被検出体による回転量等が検出できるようになっている。なお、回転部材２に対する被検出体の回転駆動力が除去されると、戻しばね６の弾性復帰力によって回転部材２は元の位置まで逆向きに回転する機構となっている。

なお、本発明のポジションセンサは、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

本発明のポジションセンサに係る回転部材の１実施形態を示す分解斜視図 図１の回転部材の分解断面図 図１の回転部材の組立状態を示す断面図 従来のポジションセンサの平面図 図４の５−５線に沿う断面図 従来のポジションセンサに係る回転部材の組立状態を示す断面図 従来のポジションセンサに係る回転部材の縁に配置した平板突起部をかしめた状態を示す断面図

符号の説明

１ ケース
２ 回転部材
２ｃ 爪部
２ｆ 本体部
４ 磁石
４ａ フランジ（外側突出部）
５ 保持部材

Claims (3)

1. 環状の内側の磁石と外側の保持部材とを同心円状にして装着する回転部材を有するポジションセンサであって、
   前記磁石および保持部材は、前記回転部材の本体と爪部とによって挟持されることによって固定されており、
   前記磁石は、前記回転部材の本体側の端部に前記保持部材を前記爪部とで挟持する外側突出部を有する
   ことを特徴とするポジションセンサ。
2. 前記保持部材は強磁性体である
   ことを特徴とする請求項１に記載のポジションセンサ。
3. 前記保持部材は、前記磁石の外側突出部の外周部分まで覆う形状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のポジションセンサ。