スロツトルポジシヨンセンサ
【目的】 耐久性が高く、しかも個別に出力ドリフトの補償を行なうことなく検出精度を確保することのできるスロットルポジションセンサを提供する。
【構成】 スロットルバルブの回転軸に連動して回転するシャフト５の先端に、シャフトの回転軸Ｚを挟んで一対の永久磁石１５，１６を対向配設すると共に、シャフトの回転軸Ｚを中心とする円弧上に、円弧状に形成された一対の永久磁石１７，１８を並設する。永久磁石１５，１６は一方の対向面から他方の対向面方向に磁路を形成しており、その磁路にスロットル開度検出用のホール素子２８を設ける。また永久磁石１７，１８は回転軸Ｚと直交する面に平行な側面間で磁路を形成しており、その磁路には、両磁石の境界位置からスロットルバルブが全閉となるアイドル状態を検出するホール素子２２を設ける。
【構成】 スロットルバルブの回転軸に連動して回転するシャフト５の先端に、シャフトの回転軸Ｚを挟んで一対の永久磁石１５，１６を対向配設すると共に、シャフトの回転軸Ｚを中心とする円弧上に、円弧状に形成された一対の永久磁石１７，１８を並設する。永久磁石１５，１６は一方の対向面から他方の対向面方向に磁路を形成しており、その磁路にスロットル開度検出用のホール素子２８を設ける。また永久磁石１７，１８は回転軸Ｚと直交する面に平行な側面間で磁路を形成しており、その磁路には、両磁石の境界位置からスロットルバルブが全閉となるアイドル状態を検出するホール素子２２を設ける。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のスロットルバルブの回転軸に取り付けられ、スロットル開度及びスロットルバルブが全閉状態となる内燃機関のアイドル運転を各々検出するスロットルポジションセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、内燃機関のスロットルバルブの開度とスロットルバルブが全閉状態となる内燃機関のアイドル運転とを個々に検出するスロットルポジションセンサとして、例えば、実開昭５９−４１７０８号公報に開示されている導電樹脂抵抗体の接点摺動による可変抵抗器型のスロットルポジションセンサや、特開平２−２９８８０２号公報に開示されている磁気検知方式による非接触型のスロットルポジションセンサが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記可変抵抗器型のスロットルポジションセンサは、導電樹脂抵抗体上にて接点を摺動させるものであるため、使用に伴いその摺動部分で劣化が生じ、耐久寿命に限界があるといった問題があった。
【０００４】一方、上記磁気検知方式によるスロットルポジションセンサは、非接触型であるため、耐久性が非常に高く、上記問題は解決できるのであるが、従来のものでは、磁気抵抗素子を用いているため、各センサ毎に検出特性の温度補償等を行わなければならず、生産性が悪いといった問題があった。
【０００５】即ち、まず磁気抵抗素子は、検出感度が低いため、検出信号を増幅する増幅回路が使用されるが、この検出信号の増幅により、温度等の要因による検出特性のドリフトも増幅されてしまい、スロットルポジションセンサの出力ドリフトが大きくなる。一方磁気抵抗素子は、Ｎｉ−Ｃｏ強磁性合金薄膜等により互いに直交する方向に形成した一対のパターンにより磁界の方向を検出するものであるが、各パターンを全く同じ条件で形成することは困難であるため、そのドリフトが各素子毎に異なる。このため上記のように磁気抵抗素子を用いた従来の非接触型スロットルポジションセンサにおいて、検出精度を確保するためには、各センサ毎に出力ドリフトの温度補償等を行わなければならず、その生産性が低下する。
【０００６】本発明はこうした問題に鑑みなされたもので、耐久性が高く、しかも個別に出力ドリフトの補償を行なうことなく検出精度を確保することのできるスロットルポジションセンサを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち、上記目的を達成するためになされた本発明は、内燃機関のスロットルバルブの開度及び該スロットルバルブが全閉状態となる内燃機関のアイドル運転を検出するスロットルポジションセンサであって、上記スロットルバルブに連動して回転するシャフトを備え、該シャフトの先端に、上記シャフトの回転軸を挟んで対向配設された一対の永久磁石からなり、一方の磁石の対向面から他方の磁石の対向面へと磁路を形成する開度検出用磁石と、上記シャフトの回転軸を中心とする円弧に沿って並設された一対の円弧状の永久磁石からなり、一方の磁石の上記シャフトの回転軸と直交する面に平行な側面から他方の磁石の同側面へと磁路を形成するアイドル検出用磁石と、を設けると共に、上記開度検出用磁石を構成する上記一対の永久磁石間、及び上記アイドル検出用磁石の上記側面から上記シャフトの軸方向に所定距離離れた位置に、夫々、上記各磁石にて形成された磁路での磁界の方向を検出するホール素子を設けたことを特徴とするスロットルポジションセンサを要旨としている。
【０００８】
【作用】このように構成された本発明のスロットルポジションセンサにおいては、開度検出用磁石が、シャフトの回転軸を挟んで磁路を形成するため、その形成された磁路での磁界方向はシャフトの回転角度に応じて変化する。このため開度検出用磁石が形成する磁路に設けられたホール素子により、シャフトの回転角度，延いてはスロットルバルブの開度を検出できる。
【０００９】一方アイドル検出用磁石は、シャフトの回転軸を中心とする円弧に沿って並設された一対の円弧状の永久磁石からなり、各磁石のシャフトの回転軸と直交する面に平行な側面間で磁路を形成するため、その側面上部では、両磁石の境界部分で磁界の方向が反転する。このためその側面上部に設けられたホール素子にて、両磁石の境界部分，延いてはシャフトの所定の回転位置を検出でき、この位置をスロットルバルブの全閉位置に対応させることにより、内燃機関のアイドル運転を検出できる。
【００１０】またこのように本発明では、２個のホール素子にてスロットルバルブの開度及び内燃機関のアイドル運転を検出するため、従来のように各センサ毎に温度補償等の検出特性の補正を行なう必要がない。即ち、まずホール素子は検出感度が高いため検出信号を大きく増幅する必要がなく、また各素子毎の検出特性のばらつきが少なく、その出力ドリフトは磁界強度に影響されないため、その出力信号レベルが大きくなるほど出力ドリフトによる検出誤差は小さくなる。このためホール素子に印加する磁界の強度を高くすることにより、ホール素子の出力信号レベルを大きくすれば、出力ドリフトによる検出誤差を小さくすることが可能となり、従来のような各センサ毎の検出特性の補正を行なう必要がなくなるのである。
【００１１】そしてこのためには、請求項２及び請求項３に夫々記載の如く、開度検出用磁石が形成する磁路のホール素子位置での最大磁界強度を、０．１５テスラー以上にすることが好ましく、またアイドル検出用磁石が形成する磁路のホール素子位置での最大磁界強度を、０．１２テスラー以上にすることが好ましい。
【００１２】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。まず図１は本実施例のスロットルポジションセンサの内部構成を表す断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図、図３は図１におけるＢ−Ｂ−Ａ線に沿った断面図、図４はスロットルポジションセンサの底面図である。
【００１３】図１〜図４に示す如く、本実施例のスロットルポジションセンサは、中心部に円筒状の軸受取付部１ａが形成された中空のハウジング１を備えている。そしてその軸受取付部１ａには、同心円状で径の異なるベアリング３が圧入固定されており、ベアリング３には、シャフト５が回転自在に収容されている。またシャフト５の図１に示す下端部には、スロットルバルブの回転を受けるレバー７が固設されており、このレバー７とハウジング１との間にはコイルバネ９が設けられている。図４R>４に示す如く、このコイルバネ９の両端９ａ、９ｂは、夫々、ハウジング１に形成された突起部１ｂ及びレバー７に形成された突起部７ａに係止されており、コイルバネ９は、スロットルバルブに連動して回動するレバー７とシャフト５とをスロットルバルブの閉方向（矢印Ｃ方向）に付勢する。
【００１４】一方、ベアリング３の図１における上端とシャフト５の間には、ウェーブ状の弾性のあるワッシャ１１が設けられ、図１に示すＺ方向のガタが発生しないようにされている。またシャフト５の図１における上端の中心には段付穴５ａが形成され、その外側には鍔部５ｂが形成されている。そして図３に示す如く、その段付穴５ａには、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系等の希土類からなる一対の永久磁石１５，１６が対向配設され、鍔部５ｂには、同じくＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系等の希土類からなる円弧状の永久磁石１７，１８が、シャフト５の回転軸を中心とする円弧上に並設されている。
【００１５】永久磁石１５，１６は、前述の開度検出用磁石を構成するものであり、一方の磁石面から対向する磁石面方向に磁路を形成するように着磁されている。またこの永久磁石１５，１６は、段付穴５ａの段部に磁力及び接着により固定することにより、段付穴５ａの底から一定距離浮かせて取り付けられている。
【００１６】一方永久磁石１７，１８は、前述のアイドル検出用磁石を構成するものであり、両磁石のシャフト５の回転軸（図１に示すＺ軸）と直交する面に平行な側面間で磁路を形成するために、図３に示す如く、各磁石１７，１８はその側面方向に着磁され、各々異なる磁極面Ｓ，Ｎを同側にして、鍔部５ｂに磁力及び接着により固定されている。
【００１７】次に永久磁石１５〜１８の図１における上方では、中央に突起部２０ａが形成され周囲にハウジング１への取付穴２０ｂ（図２に示す）が形成された非磁性の導電材からなるケース２０が、取付穴２０ｂをハウジング１の突起１ｃにはめて熱かしめすることにより、ハウジング１に固定されている。そしてケース２０内には、ホール素子２２，回路素子２３，２４，ターミナル２６が実装され、且つホール素子２８を収納している樹脂製のカラー２９が熱かしめ等により固定されたプリント基板３０が、接着等により固定されている。
【００１８】ここでカラー２９は、ホール素子２８のプリント基板３０への固定及び位置決めを行うためのもので、内側形状がホール素子２８の樹脂モールド外形と同形状で、外側形状がケース２０の突起部２０ａの内側形状と同形状で、且つプリント基板３０への取付用突起を有している。
【００１９】またホール素子２２は、プリント基板３０の裏面（シャフト５側の面）の上記磁石１７，１８との対向位置に設けられており、その中心より０〜２ｍｍ上方には、直径１〜５ｍｍの鋼球３２が設けられている。尚この鋼球３２は、磁石１７，１８にて形成される磁界をホール素子２２に誘導するためのもので、例えば直径１〜１０ｍｍ，高さ１〜１０ｍｍ程度の円錐状の磁性片を使用してもよい。
【００２０】また更にホール素子２２，２８の位置は、ハウジング１，ケース２０，プリント基板３０，カラー２９の各寸法精度により決まるが、中央のホール素子２８は、シャフト５の回転軸上で、永久磁石１５，１６の中心がホール素子チップ中心となり、且つ図２に示すＸ，Ｙ成分の磁界に対して、感磁する位置にあるように設計され、他方のホール素子２２は、永久磁石１７，１８の図１における上方に一定距離おいた位置で、スロットルバルブが全閉位置から開かれるアイドル境界の位置にあるとき、一対の永久磁石１７，１８の境界上にホール素子チップ中心があり、且つ図１に示すＺ成分の磁界に対して、感磁する位置にあるように設計されている。
【００２１】また上記各ホール素子２２，２８には、出力１１５０ｍＶ（１Ｔ，５ｍＡ印加時），出力ドリフト４ｍＶの東芝社製のホール素子（THS106A,THS112）が使用されており、永久磁石１５，１６は、ホール素子２８位置でのシャフト５の回転に応じたＸ，Ｙ成分の最大磁界強度が０．２０テスラー（以下、単にＴと記載する。）となるように着磁され、永久磁石１７，１８は、ホール素子２２位置のシャフト５の回転に応じたＺ成分の最大磁界強度が０．１５Ｔとなるように着磁されている。
【００２２】次に上記ケース２０には、４個の貫通コンデンサ３４が半田等により電気的に接続固定されている。この貫通コンデンサ３４は、プリント基板３０に実装された４個のターミナル２６と、ハウジング１のコネクタ部３５に埋没された４個のコネクタターミナル３６とを夫々接続するためのもので、これにより、プリント基板３０に実装された回路素子２３，２４に外部から電源供給を行ない、回路素子２３，２４を動作させると共に、この動作によって得られる検出信号を外部に取り出すことが可能となる。
【００２３】また上記ケース２０の図１における上方のハウジング開口部１ｄには、ゴムパッキン３８が設けられ、更にその上に磁性材のカバー３９を設けて、ハウジング開口部１ｄの周縁を熱かしめすることにより、これら各部が固定されている。またプリント基板３０の図１における上方には、低応力ゲルやヒューミシールのような防湿剤４０が充てん又は塗布され、ゴムパッキン３８により密閉されたケース２０内部を湿気から保護するようにされている。また図３に示す如く、ハウジング１の外側の、シャフト５の回転軸を中心として対称な２ヶ所には、ブッシュ４１が埋没された相手取付部１ｅが形成されている。
【００２４】このように構成された本実施例のスロットルポジションセンサにおいては、レバー７がスロットルバルブの回転軸に連結され、その回転に伴いシャフト５が回転する。するとこの回転に伴い一対の永久磁石１５，１６が、ホール素子２８の周りを回転するため、ホール素子２８の感磁面に対する磁界方向が図５（ａ）に示すように変化する。
【００２５】この結果、ホール素子２８からの出力ＶH は、次式(1)の如く変化し、ＶH ＝ＶA ・ｓｉｎθ …(1)図５（ｂ）に示す如く、シャフト５が−９０°から＋９０°へ回転する間に、−ＶA から＋ＶA へと正弦波上を連続的に変化する。
【００２６】また本実施例のスロットルポジションセンサにおいては、シャフト５の回転に伴ない、永久磁石１７，１８が図６（ａ）に示す如く回転し、永久磁石１７，１８の境界面においてホール素子２２の感磁面に対する磁界方向が反転する。このためホール素子２２からの出力ＶH は、次式(2) の如く変化し、ＶH ＝θ・ＶB／θA …(2)図６（ｂ）に示す如く、シャフト５が−θA°から＋θA°へ回転する間に、−ＶB から＋ＶB へと一定の傾きにて連続的に変化する。
【００２７】次にこうした出力特性の得られる各ホール素子２２，２８を動作させて、検出信号を取り出すための検出回路は、上記回路素子２３，２４及びプリント基板３０に形成された回路パターン等により、図７に示す如く構成されている。即ち、本実施例のスロットルポジションセンサの検出回路は、正の温度特性を有する感温抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２〜Ｒ６とからなり，ホール素子２２，２８駆動のための基準電圧Ｖ１を発生する温度補償回路５０、演算増幅器ＯＰ１と抵抗器Ｒ７とからなり，温度補償回路５０からの基準電圧Ｖ１に基づきホール素子２８を定電流駆動する駆動回路５２、演算増幅器ＯＰ２，ＯＰ３と抵抗器Ｒ９〜Ｒ１１とからなり，ホール素子２８の各出力端子電圧を通過させるバッファ回路５４、演算増幅器ＯＰ４とトランジスタＴＲ１と抵抗器Ｒ１２〜Ｒ１８とからなり，バッファ回路５４を通過してきた各出力端子電圧を差動増幅する差動増幅回路５６、演算増幅器ＯＰ５と抵抗器Ｒ１９，Ｒ２０とからなり，抵抗器Ｒ１９，Ｒ２０により電源電圧ＶCCを分圧した基準電圧Ｖ２により差動増幅回路５６の増幅出力電位を増加させる基準電圧生成回路５８、コンデンサＣ１及び抵抗器Ｒ２１，Ｒ２２からなり，差動増幅回路５６からの増幅出力をスロットルバルブの開度を表すスロットル開度信号ＶＬとして外部に出力するフィルタ回路６０、演算増幅器ＯＰ６と抵抗器Ｒ２３とからなり，温度補償回路５０からの基準電圧Ｖ１に基づきホール素子２２を定電流駆動する駆動回路６２、演算増幅器ＯＰ７と抵抗器Ｒ２４〜Ｒ２７とからなり，ホール素子２２の各出力端子電圧を差動増幅する差動増幅回路６４、演算増幅器ＯＰ８と抵抗器Ｒ２８，Ｒ２９とからなり，抵抗器Ｒ２８，Ｒ２９により電源電圧ＶCCを分圧した基準電圧Ｖ３により差動増幅回路６４の増幅出力電位を増加させる基準電圧生成回路６６、演算増幅器ＯＰ９と抵抗器Ｒ３０〜Ｒ３４とからなり，差動増幅回路６４からの増幅出力と抵抗器Ｒ３０，Ｒ３１により電源電圧ＶCCを分圧した基準電圧Ｖ４とを大小比較するコンパレータ６８、及び、スイッチングトランジスタＴＲ２と抵抗器Ｒ３５，Ｒ３６とからなり，コンパレータ６８による比較結果をスロットルバルブが全閉状態（即ちアイドル運転）か否かを表すアイドル信号ＶＩとして外部に出力する出力回路７０により構成されている。
【００２８】このため当該検出回路からは、図８に示す如く、スロットルバルブの開度に応じて変化するスロットル開度信号ＶＬとスロットルバルブの開度が０となる境界で反転するアイドル信号ＶＩが出力されることとなる。尚図７において、コンデンサＣ２，Ｃ３は、ノイズ除去用のコンデンサである。
【００２９】ここで本実施例の温度補償回路５０は、感温抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とによりブリッジ回路を構成し、その一端に電源電圧ＶCCを印加し、他端を接地（Ｇnd）して、抵抗器Ｒ５，Ｒ６によりその回路分圧を検出することにより、基準電圧Ｖ１を生成するようにされている。これは、基準電圧Ｖ１の温度に対する傾きを、ホール素子２２，２８の温度特性に対応して自由に設定できるようにするためである。
【００３０】即ち、従来用いられている温度補償回路は、図９（ａ）に示す如く、感温抵抗器ｒ１と抵抗器ｒ２，ｒ３とを単に直列に接続したものであるため、その抵抗器ｒ２と抵抗器ｒ３の抵抗値により温度に対する基準電圧Ｖ１の傾きを設定することはできるものの、抵抗器ｒ２，ｒ３の設定が有限であるため、傾きの設定に自由度がなく、その傾きをホール素子の温度特性にマッチさせることは困難であった。そこで本実施例では、温度補償回路を上記のようにブリッジ回路にて構成することにより、各抵抗器の抵抗値を選択して、例えば図９（ｂ）に示す範囲Ｄ内で温度に対する基準電圧Ｖ１の傾きを無限に設定することができるようにし、これによって基準電圧Ｖ１をホール素子２２，２８の温度特性に対応して自由に設定できるようにしたのである。
【００３１】また本実施例では、ホール素子２２の各出力端子の電圧差を差動増幅回路６４にて増幅した後、コンパレータ６８にて基準電圧Ｖ４と比較することによりアイドル信号ＶＩを得るようにしているが、これはアイドル運転の判定精度を向上するためである。
【００３２】即ち、ホール素子を用いた近接スイッチ等の従来の判定回路をアイドル判定に適用すると、図１０（ａ）に示す如く、ホール素子２２の出力端子電圧を、演算増幅器ＯＰ１１と抵抗器ｒ４，ｒ５とからなるコンパレータに入力することとなるが、この構成では、図１０R>０（ｂ）に示す如く、ホール素子２２の出力｛図に示す直線Ａ｝を直接比較するため、電圧変動等によって図に一点鎖線で示すスレッシュレベルが変動すると、コンパレータ出力が反転する角度位置も△θA 変動する。そこで本実施例では、差動増幅回路６４を用いてホール素子出力を増幅することにより、コンパレータ６８への入力信号の傾きを図に示す直線Ｂに示す如く大くし、これによりスレッシュレベルの変動に伴う検出誤差を、△θA から△θB に改善して、アイドル運転の判定精度を確保しているのである。
【００３３】以上説明したように本実施例のスロットルポジションセンサにおいては、スロットルバルブの開度及びスロットルバルブが全閉状態となる内燃機関のアイドル運転を２個のホール素子２２，２８により検出するよう構成されている。そしてホール素子２８位置でのシャフト５の回転に応じた最大磁界強度が０．２０Ｔに設定されているため、図５に示したホール素子出力ＶA に対する出力ドリフトの比率が低減され、ホール素子２８の出力ドリフト△ＶH （本実施例では４ｍＶ）による回転角度の検出誤差△θ1 は、次式(3) のように１．０°となり、組み付け誤差等を見込んでも角度精度１．５°以内を実現できる。
【００３４】
△θ1＝ｓｉｎ-1（△ＶH／ＶA）＝ｓｉｎ-1｛△ＶH／（ＶH・Ｂ1）｝
＝ｓｉｎ-1｛４／（１１５０・０．２０）｝＝１．０° …(3)但し、この(3)式は、前記(1)式を変形して得られる式であり、ＶH はホール素子定格出力（１Ｔ，５ｍＡ印加時）、Ｂ1 はホール素子２８位置での最大磁界強度を夫々表している。
【００３５】またホール素子２２位置でのシャフト５の回転に応じた最大磁界強度が０．１５Ｔに設定されているため、図６に示したホール素子出力ＶB に対する出力ドリフトの比率も低減され、ホール素子２２の出力ドリフト△ＶH （本実施例では４ｍＶ）によるアイドル運転の検出誤差△θ2 は、次式(4) のように０．２３°となり、組み付け誤差等を見込んでも角度精度０．３°以内を実現できる。
【００３６】
△θ2＝（△ＶH・θA）／ＶB＝（△ＶH・θA）／（ＶH・Ｂ2）
＝｛（４・１０）／（１１５０・０．２０）｝＝０．２３° …(4)但し、この(4)式は、前記(2)式を変形して得られる式であり、Ｂ2 はホール素子２２位置での最大磁界強度、θA は図６（ｂ）の実験データから得られた値を夫々表している。
【００３７】このため、本実施例のスロットルポジションセンサによれば、従来のように検出精度を確保するために各センサ毎に温度補償等の検出特性の補正を行なう必要がなく、その生産性を向上することができる。尚本実施例では、スロットル開度の検出に用いるホール素子２８位置での最大磁界強度を０．２０Ｔとし、アイドル運転の検出に用いるホール素子２２位置での最大磁界強度を０．１５Ｔとしたが、各ホール素子位置での最大磁界強度を更に大きくすれば、ホール素子の出力ドリフトの影響を少なくして、検出精度をより向上することができる。またこの値としては必ずしも本実施例のようにする必要はなく、使用するホール素子の特性にもよるが、各種ホール素子を用いた実験の結果、ホール素子２８位置での最大磁界強度を０．１５Ｔ以上、ホール素子２２位置での最大磁界強度を０．１２Ｔ以上とすれば、スロットルポジションセンサとしての角度精度を確保できることがわかった。
【００３８】また次に本実施例では、各ホール素子２２，２８位置にて磁路を形成するための永久磁石１５〜１８に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系等の希土類からなる永久磁石を使用しているが、これは希土類からなる永久磁石が大きな磁界強度を得ることができるためであり、これにより、使用する永久磁石を小型化して、スロットルポジションセンサの小型・軽量化を図ることができる。
【００３９】また本実施例では、ホール素子２２の近傍に磁界誘導用の鋼球３２を設けているため、鋼球３２を設けない場合に比べて永久磁石１７，１８によるホール素子２２位置での最大磁界強度を高くすることができ、これによっても使用する永久磁石を小型化して、スロットルポジションセンサの小型・軽量化を図ることができる。尚実験の結果、本実施例のように直径１．５ｍｍの鋼球３２を使用した場合には、ホール素子２２位置での最大磁界強度が３０％高くなり、直径６ｍｍ，高さ６ｍｍの円錐形磁性片を使用すれば、ホール素子２２位置での最大磁界強度が５５％高くなることがわかった。
【００４０】また更に本実施例では、ホール素子２２，２８や回路素子２３，２４等を実装したプリント基板３０を、非磁性の導電材からなるケース２０に収納し、更にこのケース２０を磁性材からなカバー３９にてハウジング１内に収納して、プリント基板３０のターミナル２６とコネクタターミナル３６とを貫通コンデンサ３４にて接続しているため、ケース２０とカバー３９にて外部からの電磁波を遮へいし、貫通コンデンサ３４によりコネクタターミナル３６からの電磁波の侵入を防ぐことができ、外部からの電磁波の影響を受けることなくスロットルバルブの開度及びアイドル運転を検出することができ、これによっても検出精度を向上できる。
【００４１】また本実施例では、ホール素子２８をカラー２９に収納してプリント基板３０に固定しているため、ホール素子２８の位置決めが容易である。また、カラー２９により、長時間の使用に伴う温度・振動ストレスによるホール素子２８のリードのシャフト回転方向へのねじれを防止することができるため、スロットルポジションセンサの耐久性も確保できる。
【００４２】また更に本実施例では、シャフト５をベアリング３を介してハウジング１に固定しているため、シャフト５の回転方向への組み付けガタをベアリング３により低減でき、レバー７に何らかの外力が加わることにより生ずるシャフト５のかたぎによるホール素子出力変動を低減できる。
【００４３】ここで上記実施例では、ホール素子２８のプリント基板３０への組付けに、樹脂製のカラー２９を用いたが、図１１〜図１３に示す如く、カラー２９の代わりに、非磁性の導電材からなるホルダ７１にてホール素子２８を収納し、ホルダ７１をプリント基板３０に固定するようにしてもよい。尚図１１はホルダ７１を使用したスロットルポジションセンサの内部構成を表す断面図、図１２は図１１におけるＥ−Ｅ線に沿った断面図、図３は図１２におけるＦ−Ｆ線に沿った断面図である。
【００４４】そしてこの場合、電磁波の侵入をホルダ７１にて防止することができるため、ケースには、上記実施例のケース２０の突起部２０ａにホルダ７１挿通用の穴７３を設けた、偏平な（即ち突起のない）ケース７５を使用することができ、ケース７５の製造及び取扱を簡単に行なうことができるようになる。また図１３に示す如く、ホルダ７１にラッチ７１ａを形成して、ホール素子２８をホルダ７１の壁に押し付けて固定するようにすれば、ホール素子２８のプリント基板３０への組み付けを簡単にすることができる他、ホール素子２８の長時間の使用に伴う温度・振動ストレスによるリード線ねじれ防止効果を、上記実施例のカラー２９以上とすることができる。
【００４５】尚図１１〜１３に示した本実施例のスロットルポジションセンサにおいては、上記説明部分と、ケース７５とプリント基板３０とがスクリュボルト７７にてハウジング１に固定されている点とが、上記実施例と異なるだけであり、それ以外は上記実施例のスロットルポジションセンサと同様であるので、これ以上の説明は省略する。
【００４６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のスロットルポジションセンサによれば、非接触型のセンサであるため、耐久性を確保することができると共に、従来の非接触型センサのように、検出精度を確保するために各センサ毎に出力ドリフトの温度補償等を行なう必要がないため、その生産性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例のスロットルポジションセンサの内部構成を表す断面図である。
【図２】 図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】 図１におけるＢ−Ｂ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】 スロットルポジションセンサの底面図である。
【図５】 ホール素子２８によるスロットル開度の検出動作を説明する動作説明図である。
【図６】 ホール素子２２によるアイドル検出動作を説明する動作説明図である。
【図７】 検出回路の構成を表す電気回路図である。
【図８】 図７の検出回路により得られる検出信号特性を表す説明図である。
【図９】 図７における温度補償回路の動作説明図である。
【図１０】 図７におけるアイドル判定用の回路の動作説明図である。
【図１１】 ホルダ７１を使用したスロットルポジションセンサの内部構成を表す断面図である。
【図１２】 図１１におけるＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【図１３】 図１２におけるＦ−Ｆ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１…ハウジング ３…ベアリング ５…シャフト ７…レバー
１５，１６，１７，１８…永久磁石 ２０…ケース
２２，２８…ホール素子 ２６…ターミナル ２９…カラー
３０…プリント基板 ３２…鋼球 ３４…貫通コンデンサ
３６…コネクタターミナル ３８…ゴムパッキン ３９…カバー
５０…温度補償回路 ５２，６２…駆動回路 ５４…バッファ回路
５６，６４…差動増幅回路 ５８，６６…基準電圧生成回路
６０…フィルタ回路 ６８…コンパレータ ７０…出力回路
７１…ホルダ ７５…ケース
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のスロットルバルブの回転軸に取り付けられ、スロットル開度及びスロットルバルブが全閉状態となる内燃機関のアイドル運転を各々検出するスロットルポジションセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、内燃機関のスロットルバルブの開度とスロットルバルブが全閉状態となる内燃機関のアイドル運転とを個々に検出するスロットルポジションセンサとして、例えば、実開昭５９−４１７０８号公報に開示されている導電樹脂抵抗体の接点摺動による可変抵抗器型のスロットルポジションセンサや、特開平２−２９８８０２号公報に開示されている磁気検知方式による非接触型のスロットルポジションセンサが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記可変抵抗器型のスロットルポジションセンサは、導電樹脂抵抗体上にて接点を摺動させるものであるため、使用に伴いその摺動部分で劣化が生じ、耐久寿命に限界があるといった問題があった。
【０００４】一方、上記磁気検知方式によるスロットルポジションセンサは、非接触型であるため、耐久性が非常に高く、上記問題は解決できるのであるが、従来のものでは、磁気抵抗素子を用いているため、各センサ毎に検出特性の温度補償等を行わなければならず、生産性が悪いといった問題があった。
【０００５】即ち、まず磁気抵抗素子は、検出感度が低いため、検出信号を増幅する増幅回路が使用されるが、この検出信号の増幅により、温度等の要因による検出特性のドリフトも増幅されてしまい、スロットルポジションセンサの出力ドリフトが大きくなる。一方磁気抵抗素子は、Ｎｉ−Ｃｏ強磁性合金薄膜等により互いに直交する方向に形成した一対のパターンにより磁界の方向を検出するものであるが、各パターンを全く同じ条件で形成することは困難であるため、そのドリフトが各素子毎に異なる。このため上記のように磁気抵抗素子を用いた従来の非接触型スロットルポジションセンサにおいて、検出精度を確保するためには、各センサ毎に出力ドリフトの温度補償等を行わなければならず、その生産性が低下する。
【０００６】本発明はこうした問題に鑑みなされたもので、耐久性が高く、しかも個別に出力ドリフトの補償を行なうことなく検出精度を確保することのできるスロットルポジションセンサを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち、上記目的を達成するためになされた本発明は、内燃機関のスロットルバルブの開度及び該スロットルバルブが全閉状態となる内燃機関のアイドル運転を検出するスロットルポジションセンサであって、上記スロットルバルブに連動して回転するシャフトを備え、該シャフトの先端に、上記シャフトの回転軸を挟んで対向配設された一対の永久磁石からなり、一方の磁石の対向面から他方の磁石の対向面へと磁路を形成する開度検出用磁石と、上記シャフトの回転軸を中心とする円弧に沿って並設された一対の円弧状の永久磁石からなり、一方の磁石の上記シャフトの回転軸と直交する面に平行な側面から他方の磁石の同側面へと磁路を形成するアイドル検出用磁石と、を設けると共に、上記開度検出用磁石を構成する上記一対の永久磁石間、及び上記アイドル検出用磁石の上記側面から上記シャフトの軸方向に所定距離離れた位置に、夫々、上記各磁石にて形成された磁路での磁界の方向を検出するホール素子を設けたことを特徴とするスロットルポジションセンサを要旨としている。
【０００８】
【作用】このように構成された本発明のスロットルポジションセンサにおいては、開度検出用磁石が、シャフトの回転軸を挟んで磁路を形成するため、その形成された磁路での磁界方向はシャフトの回転角度に応じて変化する。このため開度検出用磁石が形成する磁路に設けられたホール素子により、シャフトの回転角度，延いてはスロットルバルブの開度を検出できる。
【０００９】一方アイドル検出用磁石は、シャフトの回転軸を中心とする円弧に沿って並設された一対の円弧状の永久磁石からなり、各磁石のシャフトの回転軸と直交する面に平行な側面間で磁路を形成するため、その側面上部では、両磁石の境界部分で磁界の方向が反転する。このためその側面上部に設けられたホール素子にて、両磁石の境界部分，延いてはシャフトの所定の回転位置を検出でき、この位置をスロットルバルブの全閉位置に対応させることにより、内燃機関のアイドル運転を検出できる。
【００１０】またこのように本発明では、２個のホール素子にてスロットルバルブの開度及び内燃機関のアイドル運転を検出するため、従来のように各センサ毎に温度補償等の検出特性の補正を行なう必要がない。即ち、まずホール素子は検出感度が高いため検出信号を大きく増幅する必要がなく、また各素子毎の検出特性のばらつきが少なく、その出力ドリフトは磁界強度に影響されないため、その出力信号レベルが大きくなるほど出力ドリフトによる検出誤差は小さくなる。このためホール素子に印加する磁界の強度を高くすることにより、ホール素子の出力信号レベルを大きくすれば、出力ドリフトによる検出誤差を小さくすることが可能となり、従来のような各センサ毎の検出特性の補正を行なう必要がなくなるのである。
【００１１】そしてこのためには、請求項２及び請求項３に夫々記載の如く、開度検出用磁石が形成する磁路のホール素子位置での最大磁界強度を、０．１５テスラー以上にすることが好ましく、またアイドル検出用磁石が形成する磁路のホール素子位置での最大磁界強度を、０．１２テスラー以上にすることが好ましい。
【００１２】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。まず図１は本実施例のスロットルポジションセンサの内部構成を表す断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図、図３は図１におけるＢ−Ｂ−Ａ線に沿った断面図、図４はスロットルポジションセンサの底面図である。
【００１３】図１〜図４に示す如く、本実施例のスロットルポジションセンサは、中心部に円筒状の軸受取付部１ａが形成された中空のハウジング１を備えている。そしてその軸受取付部１ａには、同心円状で径の異なるベアリング３が圧入固定されており、ベアリング３には、シャフト５が回転自在に収容されている。またシャフト５の図１に示す下端部には、スロットルバルブの回転を受けるレバー７が固設されており、このレバー７とハウジング１との間にはコイルバネ９が設けられている。図４R>４に示す如く、このコイルバネ９の両端９ａ、９ｂは、夫々、ハウジング１に形成された突起部１ｂ及びレバー７に形成された突起部７ａに係止されており、コイルバネ９は、スロットルバルブに連動して回動するレバー７とシャフト５とをスロットルバルブの閉方向（矢印Ｃ方向）に付勢する。
【００１４】一方、ベアリング３の図１における上端とシャフト５の間には、ウェーブ状の弾性のあるワッシャ１１が設けられ、図１に示すＺ方向のガタが発生しないようにされている。またシャフト５の図１における上端の中心には段付穴５ａが形成され、その外側には鍔部５ｂが形成されている。そして図３に示す如く、その段付穴５ａには、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系等の希土類からなる一対の永久磁石１５，１６が対向配設され、鍔部５ｂには、同じくＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系等の希土類からなる円弧状の永久磁石１７，１８が、シャフト５の回転軸を中心とする円弧上に並設されている。
【００１５】永久磁石１５，１６は、前述の開度検出用磁石を構成するものであり、一方の磁石面から対向する磁石面方向に磁路を形成するように着磁されている。またこの永久磁石１５，１６は、段付穴５ａの段部に磁力及び接着により固定することにより、段付穴５ａの底から一定距離浮かせて取り付けられている。
【００１６】一方永久磁石１７，１８は、前述のアイドル検出用磁石を構成するものであり、両磁石のシャフト５の回転軸（図１に示すＺ軸）と直交する面に平行な側面間で磁路を形成するために、図３に示す如く、各磁石１７，１８はその側面方向に着磁され、各々異なる磁極面Ｓ，Ｎを同側にして、鍔部５ｂに磁力及び接着により固定されている。
【００１７】次に永久磁石１５〜１８の図１における上方では、中央に突起部２０ａが形成され周囲にハウジング１への取付穴２０ｂ（図２に示す）が形成された非磁性の導電材からなるケース２０が、取付穴２０ｂをハウジング１の突起１ｃにはめて熱かしめすることにより、ハウジング１に固定されている。そしてケース２０内には、ホール素子２２，回路素子２３，２４，ターミナル２６が実装され、且つホール素子２８を収納している樹脂製のカラー２９が熱かしめ等により固定されたプリント基板３０が、接着等により固定されている。
【００１８】ここでカラー２９は、ホール素子２８のプリント基板３０への固定及び位置決めを行うためのもので、内側形状がホール素子２８の樹脂モールド外形と同形状で、外側形状がケース２０の突起部２０ａの内側形状と同形状で、且つプリント基板３０への取付用突起を有している。
【００１９】またホール素子２２は、プリント基板３０の裏面（シャフト５側の面）の上記磁石１７，１８との対向位置に設けられており、その中心より０〜２ｍｍ上方には、直径１〜５ｍｍの鋼球３２が設けられている。尚この鋼球３２は、磁石１７，１８にて形成される磁界をホール素子２２に誘導するためのもので、例えば直径１〜１０ｍｍ，高さ１〜１０ｍｍ程度の円錐状の磁性片を使用してもよい。
【００２０】また更にホール素子２２，２８の位置は、ハウジング１，ケース２０，プリント基板３０，カラー２９の各寸法精度により決まるが、中央のホール素子２８は、シャフト５の回転軸上で、永久磁石１５，１６の中心がホール素子チップ中心となり、且つ図２に示すＸ，Ｙ成分の磁界に対して、感磁する位置にあるように設計され、他方のホール素子２２は、永久磁石１７，１８の図１における上方に一定距離おいた位置で、スロットルバルブが全閉位置から開かれるアイドル境界の位置にあるとき、一対の永久磁石１７，１８の境界上にホール素子チップ中心があり、且つ図１に示すＺ成分の磁界に対して、感磁する位置にあるように設計されている。
【００２１】また上記各ホール素子２２，２８には、出力１１５０ｍＶ（１Ｔ，５ｍＡ印加時），出力ドリフト４ｍＶの東芝社製のホール素子（THS106A,THS112）が使用されており、永久磁石１５，１６は、ホール素子２８位置でのシャフト５の回転に応じたＸ，Ｙ成分の最大磁界強度が０．２０テスラー（以下、単にＴと記載する。）となるように着磁され、永久磁石１７，１８は、ホール素子２２位置のシャフト５の回転に応じたＺ成分の最大磁界強度が０．１５Ｔとなるように着磁されている。
【００２２】次に上記ケース２０には、４個の貫通コンデンサ３４が半田等により電気的に接続固定されている。この貫通コンデンサ３４は、プリント基板３０に実装された４個のターミナル２６と、ハウジング１のコネクタ部３５に埋没された４個のコネクタターミナル３６とを夫々接続するためのもので、これにより、プリント基板３０に実装された回路素子２３，２４に外部から電源供給を行ない、回路素子２３，２４を動作させると共に、この動作によって得られる検出信号を外部に取り出すことが可能となる。
【００２３】また上記ケース２０の図１における上方のハウジング開口部１ｄには、ゴムパッキン３８が設けられ、更にその上に磁性材のカバー３９を設けて、ハウジング開口部１ｄの周縁を熱かしめすることにより、これら各部が固定されている。またプリント基板３０の図１における上方には、低応力ゲルやヒューミシールのような防湿剤４０が充てん又は塗布され、ゴムパッキン３８により密閉されたケース２０内部を湿気から保護するようにされている。また図３に示す如く、ハウジング１の外側の、シャフト５の回転軸を中心として対称な２ヶ所には、ブッシュ４１が埋没された相手取付部１ｅが形成されている。
【００２４】このように構成された本実施例のスロットルポジションセンサにおいては、レバー７がスロットルバルブの回転軸に連結され、その回転に伴いシャフト５が回転する。するとこの回転に伴い一対の永久磁石１５，１６が、ホール素子２８の周りを回転するため、ホール素子２８の感磁面に対する磁界方向が図５（ａ）に示すように変化する。
【００２５】この結果、ホール素子２８からの出力ＶH は、次式(1)の如く変化し、ＶH ＝ＶA ・ｓｉｎθ …(1)図５（ｂ）に示す如く、シャフト５が−９０°から＋９０°へ回転する間に、−ＶA から＋ＶA へと正弦波上を連続的に変化する。
【００２６】また本実施例のスロットルポジションセンサにおいては、シャフト５の回転に伴ない、永久磁石１７，１８が図６（ａ）に示す如く回転し、永久磁石１７，１８の境界面においてホール素子２２の感磁面に対する磁界方向が反転する。このためホール素子２２からの出力ＶH は、次式(2) の如く変化し、ＶH ＝θ・ＶB／θA …(2)図６（ｂ）に示す如く、シャフト５が−θA°から＋θA°へ回転する間に、−ＶB から＋ＶB へと一定の傾きにて連続的に変化する。
【００２７】次にこうした出力特性の得られる各ホール素子２２，２８を動作させて、検出信号を取り出すための検出回路は、上記回路素子２３，２４及びプリント基板３０に形成された回路パターン等により、図７に示す如く構成されている。即ち、本実施例のスロットルポジションセンサの検出回路は、正の温度特性を有する感温抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２〜Ｒ６とからなり，ホール素子２２，２８駆動のための基準電圧Ｖ１を発生する温度補償回路５０、演算増幅器ＯＰ１と抵抗器Ｒ７とからなり，温度補償回路５０からの基準電圧Ｖ１に基づきホール素子２８を定電流駆動する駆動回路５２、演算増幅器ＯＰ２，ＯＰ３と抵抗器Ｒ９〜Ｒ１１とからなり，ホール素子２８の各出力端子電圧を通過させるバッファ回路５４、演算増幅器ＯＰ４とトランジスタＴＲ１と抵抗器Ｒ１２〜Ｒ１８とからなり，バッファ回路５４を通過してきた各出力端子電圧を差動増幅する差動増幅回路５６、演算増幅器ＯＰ５と抵抗器Ｒ１９，Ｒ２０とからなり，抵抗器Ｒ１９，Ｒ２０により電源電圧ＶCCを分圧した基準電圧Ｖ２により差動増幅回路５６の増幅出力電位を増加させる基準電圧生成回路５８、コンデンサＣ１及び抵抗器Ｒ２１，Ｒ２２からなり，差動増幅回路５６からの増幅出力をスロットルバルブの開度を表すスロットル開度信号ＶＬとして外部に出力するフィルタ回路６０、演算増幅器ＯＰ６と抵抗器Ｒ２３とからなり，温度補償回路５０からの基準電圧Ｖ１に基づきホール素子２２を定電流駆動する駆動回路６２、演算増幅器ＯＰ７と抵抗器Ｒ２４〜Ｒ２７とからなり，ホール素子２２の各出力端子電圧を差動増幅する差動増幅回路６４、演算増幅器ＯＰ８と抵抗器Ｒ２８，Ｒ２９とからなり，抵抗器Ｒ２８，Ｒ２９により電源電圧ＶCCを分圧した基準電圧Ｖ３により差動増幅回路６４の増幅出力電位を増加させる基準電圧生成回路６６、演算増幅器ＯＰ９と抵抗器Ｒ３０〜Ｒ３４とからなり，差動増幅回路６４からの増幅出力と抵抗器Ｒ３０，Ｒ３１により電源電圧ＶCCを分圧した基準電圧Ｖ４とを大小比較するコンパレータ６８、及び、スイッチングトランジスタＴＲ２と抵抗器Ｒ３５，Ｒ３６とからなり，コンパレータ６８による比較結果をスロットルバルブが全閉状態（即ちアイドル運転）か否かを表すアイドル信号ＶＩとして外部に出力する出力回路７０により構成されている。
【００２８】このため当該検出回路からは、図８に示す如く、スロットルバルブの開度に応じて変化するスロットル開度信号ＶＬとスロットルバルブの開度が０となる境界で反転するアイドル信号ＶＩが出力されることとなる。尚図７において、コンデンサＣ２，Ｃ３は、ノイズ除去用のコンデンサである。
【００２９】ここで本実施例の温度補償回路５０は、感温抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とによりブリッジ回路を構成し、その一端に電源電圧ＶCCを印加し、他端を接地（Ｇnd）して、抵抗器Ｒ５，Ｒ６によりその回路分圧を検出することにより、基準電圧Ｖ１を生成するようにされている。これは、基準電圧Ｖ１の温度に対する傾きを、ホール素子２２，２８の温度特性に対応して自由に設定できるようにするためである。
【００３０】即ち、従来用いられている温度補償回路は、図９（ａ）に示す如く、感温抵抗器ｒ１と抵抗器ｒ２，ｒ３とを単に直列に接続したものであるため、その抵抗器ｒ２と抵抗器ｒ３の抵抗値により温度に対する基準電圧Ｖ１の傾きを設定することはできるものの、抵抗器ｒ２，ｒ３の設定が有限であるため、傾きの設定に自由度がなく、その傾きをホール素子の温度特性にマッチさせることは困難であった。そこで本実施例では、温度補償回路を上記のようにブリッジ回路にて構成することにより、各抵抗器の抵抗値を選択して、例えば図９（ｂ）に示す範囲Ｄ内で温度に対する基準電圧Ｖ１の傾きを無限に設定することができるようにし、これによって基準電圧Ｖ１をホール素子２２，２８の温度特性に対応して自由に設定できるようにしたのである。
【００３１】また本実施例では、ホール素子２２の各出力端子の電圧差を差動増幅回路６４にて増幅した後、コンパレータ６８にて基準電圧Ｖ４と比較することによりアイドル信号ＶＩを得るようにしているが、これはアイドル運転の判定精度を向上するためである。
【００３２】即ち、ホール素子を用いた近接スイッチ等の従来の判定回路をアイドル判定に適用すると、図１０（ａ）に示す如く、ホール素子２２の出力端子電圧を、演算増幅器ＯＰ１１と抵抗器ｒ４，ｒ５とからなるコンパレータに入力することとなるが、この構成では、図１０R>０（ｂ）に示す如く、ホール素子２２の出力｛図に示す直線Ａ｝を直接比較するため、電圧変動等によって図に一点鎖線で示すスレッシュレベルが変動すると、コンパレータ出力が反転する角度位置も△θA 変動する。そこで本実施例では、差動増幅回路６４を用いてホール素子出力を増幅することにより、コンパレータ６８への入力信号の傾きを図に示す直線Ｂに示す如く大くし、これによりスレッシュレベルの変動に伴う検出誤差を、△θA から△θB に改善して、アイドル運転の判定精度を確保しているのである。
【００３３】以上説明したように本実施例のスロットルポジションセンサにおいては、スロットルバルブの開度及びスロットルバルブが全閉状態となる内燃機関のアイドル運転を２個のホール素子２２，２８により検出するよう構成されている。そしてホール素子２８位置でのシャフト５の回転に応じた最大磁界強度が０．２０Ｔに設定されているため、図５に示したホール素子出力ＶA に対する出力ドリフトの比率が低減され、ホール素子２８の出力ドリフト△ＶH （本実施例では４ｍＶ）による回転角度の検出誤差△θ1 は、次式(3) のように１．０°となり、組み付け誤差等を見込んでも角度精度１．５°以内を実現できる。
【００３４】
△θ1＝ｓｉｎ-1（△ＶH／ＶA）＝ｓｉｎ-1｛△ＶH／（ＶH・Ｂ1）｝
＝ｓｉｎ-1｛４／（１１５０・０．２０）｝＝１．０° …(3)但し、この(3)式は、前記(1)式を変形して得られる式であり、ＶH はホール素子定格出力（１Ｔ，５ｍＡ印加時）、Ｂ1 はホール素子２８位置での最大磁界強度を夫々表している。
【００３５】またホール素子２２位置でのシャフト５の回転に応じた最大磁界強度が０．１５Ｔに設定されているため、図６に示したホール素子出力ＶB に対する出力ドリフトの比率も低減され、ホール素子２２の出力ドリフト△ＶH （本実施例では４ｍＶ）によるアイドル運転の検出誤差△θ2 は、次式(4) のように０．２３°となり、組み付け誤差等を見込んでも角度精度０．３°以内を実現できる。
【００３６】
△θ2＝（△ＶH・θA）／ＶB＝（△ＶH・θA）／（ＶH・Ｂ2）
＝｛（４・１０）／（１１５０・０．２０）｝＝０．２３° …(4)但し、この(4)式は、前記(2)式を変形して得られる式であり、Ｂ2 はホール素子２２位置での最大磁界強度、θA は図６（ｂ）の実験データから得られた値を夫々表している。
【００３７】このため、本実施例のスロットルポジションセンサによれば、従来のように検出精度を確保するために各センサ毎に温度補償等の検出特性の補正を行なう必要がなく、その生産性を向上することができる。尚本実施例では、スロットル開度の検出に用いるホール素子２８位置での最大磁界強度を０．２０Ｔとし、アイドル運転の検出に用いるホール素子２２位置での最大磁界強度を０．１５Ｔとしたが、各ホール素子位置での最大磁界強度を更に大きくすれば、ホール素子の出力ドリフトの影響を少なくして、検出精度をより向上することができる。またこの値としては必ずしも本実施例のようにする必要はなく、使用するホール素子の特性にもよるが、各種ホール素子を用いた実験の結果、ホール素子２８位置での最大磁界強度を０．１５Ｔ以上、ホール素子２２位置での最大磁界強度を０．１２Ｔ以上とすれば、スロットルポジションセンサとしての角度精度を確保できることがわかった。
【００３８】また次に本実施例では、各ホール素子２２，２８位置にて磁路を形成するための永久磁石１５〜１８に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系等の希土類からなる永久磁石を使用しているが、これは希土類からなる永久磁石が大きな磁界強度を得ることができるためであり、これにより、使用する永久磁石を小型化して、スロットルポジションセンサの小型・軽量化を図ることができる。
【００３９】また本実施例では、ホール素子２２の近傍に磁界誘導用の鋼球３２を設けているため、鋼球３２を設けない場合に比べて永久磁石１７，１８によるホール素子２２位置での最大磁界強度を高くすることができ、これによっても使用する永久磁石を小型化して、スロットルポジションセンサの小型・軽量化を図ることができる。尚実験の結果、本実施例のように直径１．５ｍｍの鋼球３２を使用した場合には、ホール素子２２位置での最大磁界強度が３０％高くなり、直径６ｍｍ，高さ６ｍｍの円錐形磁性片を使用すれば、ホール素子２２位置での最大磁界強度が５５％高くなることがわかった。
【００４０】また更に本実施例では、ホール素子２２，２８や回路素子２３，２４等を実装したプリント基板３０を、非磁性の導電材からなるケース２０に収納し、更にこのケース２０を磁性材からなカバー３９にてハウジング１内に収納して、プリント基板３０のターミナル２６とコネクタターミナル３６とを貫通コンデンサ３４にて接続しているため、ケース２０とカバー３９にて外部からの電磁波を遮へいし、貫通コンデンサ３４によりコネクタターミナル３６からの電磁波の侵入を防ぐことができ、外部からの電磁波の影響を受けることなくスロットルバルブの開度及びアイドル運転を検出することができ、これによっても検出精度を向上できる。
【００４１】また本実施例では、ホール素子２８をカラー２９に収納してプリント基板３０に固定しているため、ホール素子２８の位置決めが容易である。また、カラー２９により、長時間の使用に伴う温度・振動ストレスによるホール素子２８のリードのシャフト回転方向へのねじれを防止することができるため、スロットルポジションセンサの耐久性も確保できる。
【００４２】また更に本実施例では、シャフト５をベアリング３を介してハウジング１に固定しているため、シャフト５の回転方向への組み付けガタをベアリング３により低減でき、レバー７に何らかの外力が加わることにより生ずるシャフト５のかたぎによるホール素子出力変動を低減できる。
【００４３】ここで上記実施例では、ホール素子２８のプリント基板３０への組付けに、樹脂製のカラー２９を用いたが、図１１〜図１３に示す如く、カラー２９の代わりに、非磁性の導電材からなるホルダ７１にてホール素子２８を収納し、ホルダ７１をプリント基板３０に固定するようにしてもよい。尚図１１はホルダ７１を使用したスロットルポジションセンサの内部構成を表す断面図、図１２は図１１におけるＥ−Ｅ線に沿った断面図、図３は図１２におけるＦ−Ｆ線に沿った断面図である。
【００４４】そしてこの場合、電磁波の侵入をホルダ７１にて防止することができるため、ケースには、上記実施例のケース２０の突起部２０ａにホルダ７１挿通用の穴７３を設けた、偏平な（即ち突起のない）ケース７５を使用することができ、ケース７５の製造及び取扱を簡単に行なうことができるようになる。また図１３に示す如く、ホルダ７１にラッチ７１ａを形成して、ホール素子２８をホルダ７１の壁に押し付けて固定するようにすれば、ホール素子２８のプリント基板３０への組み付けを簡単にすることができる他、ホール素子２８の長時間の使用に伴う温度・振動ストレスによるリード線ねじれ防止効果を、上記実施例のカラー２９以上とすることができる。
【００４５】尚図１１〜１３に示した本実施例のスロットルポジションセンサにおいては、上記説明部分と、ケース７５とプリント基板３０とがスクリュボルト７７にてハウジング１に固定されている点とが、上記実施例と異なるだけであり、それ以外は上記実施例のスロットルポジションセンサと同様であるので、これ以上の説明は省略する。
【００４６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のスロットルポジションセンサによれば、非接触型のセンサであるため、耐久性を確保することができると共に、従来の非接触型センサのように、検出精度を確保するために各センサ毎に出力ドリフトの温度補償等を行なう必要がないため、その生産性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例のスロットルポジションセンサの内部構成を表す断面図である。
【図２】 図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】 図１におけるＢ−Ｂ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】 スロットルポジションセンサの底面図である。
【図５】 ホール素子２８によるスロットル開度の検出動作を説明する動作説明図である。
【図６】 ホール素子２２によるアイドル検出動作を説明する動作説明図である。
【図７】 検出回路の構成を表す電気回路図である。
【図８】 図７の検出回路により得られる検出信号特性を表す説明図である。
【図９】 図７における温度補償回路の動作説明図である。
【図１０】 図７におけるアイドル判定用の回路の動作説明図である。
【図１１】 ホルダ７１を使用したスロットルポジションセンサの内部構成を表す断面図である。
【図１２】 図１１におけるＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【図１３】 図１２におけるＦ−Ｆ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１…ハウジング ３…ベアリング ５…シャフト ７…レバー
１５，１６，１７，１８…永久磁石 ２０…ケース
２２，２８…ホール素子 ２６…ターミナル ２９…カラー
３０…プリント基板 ３２…鋼球 ３４…貫通コンデンサ
３６…コネクタターミナル ３８…ゴムパッキン ３９…カバー
５０…温度補償回路 ５２，６２…駆動回路 ５４…バッファ回路
５６，６４…差動増幅回路 ５８，６６…基準電圧生成回路
６０…フィルタ回路 ６８…コンパレータ ７０…出力回路
７１…ホルダ ７５…ケース
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内燃機関のスロットルバルブの開度及び該スロットルバルブが全閉状態となる内燃機関のアイドル運転を検出するスロットルポジションセンサであって、上記スロットルバルブに連動して回転するシャフトを備え、該シャフトの先端に、上記シャフトの回転軸を挟んで対向配設された一対の永久磁石からなり、一方の磁石の対向面から他方の磁石の対向面へと磁路を形成する開度検出用磁石と、上記シャフトの回転軸を中心とする円弧に沿って並設された一対の円弧状の永久磁石からなり、一方の磁石の上記シャフトの回転軸と直交する面に平行な側面から他方の磁石の同側面へと磁路を形成するアイドル検出用磁石と、を設けると共に、上記開度検出用磁石を構成する上記一対の永久磁石間、及び上記アイドル検出用磁石の上記側面から上記シャフトの軸方向に所定距離離れた位置に、夫々、上記各磁石にて形成された磁路での磁界の方向を検出するホール素子を設けたことを特徴とするスロットルポジションセンサ。
【請求項２】 上記開度検出用磁石が形成する磁路の、上記ホール素子位置での最大磁界強度が、０．１５テスラー以上であることを特徴とする請求項１に記載のスロットルポジションセンサ。
【請求項３】 上記アイドル検出用磁石が形成する磁路の、上記ホール素子位置での最大磁界強度が、０．１２テスラー以上であることと特徴とする請求項１に記載のスロットルポジションセンサ。
【請求項１】 内燃機関のスロットルバルブの開度及び該スロットルバルブが全閉状態となる内燃機関のアイドル運転を検出するスロットルポジションセンサであって、上記スロットルバルブに連動して回転するシャフトを備え、該シャフトの先端に、上記シャフトの回転軸を挟んで対向配設された一対の永久磁石からなり、一方の磁石の対向面から他方の磁石の対向面へと磁路を形成する開度検出用磁石と、上記シャフトの回転軸を中心とする円弧に沿って並設された一対の円弧状の永久磁石からなり、一方の磁石の上記シャフトの回転軸と直交する面に平行な側面から他方の磁石の同側面へと磁路を形成するアイドル検出用磁石と、を設けると共に、上記開度検出用磁石を構成する上記一対の永久磁石間、及び上記アイドル検出用磁石の上記側面から上記シャフトの軸方向に所定距離離れた位置に、夫々、上記各磁石にて形成された磁路での磁界の方向を検出するホール素子を設けたことを特徴とするスロットルポジションセンサ。
【請求項２】 上記開度検出用磁石が形成する磁路の、上記ホール素子位置での最大磁界強度が、０．１５テスラー以上であることを特徴とする請求項１に記載のスロットルポジションセンサ。
【請求項３】 上記アイドル検出用磁石が形成する磁路の、上記ホール素子位置での最大磁界強度が、０．１２テスラー以上であることと特徴とする請求項１に記載のスロットルポジションセンサ。
【図１】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開平５−２６６１０
【公開日】平成５年（１９９３）２月２日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−１８４７５０
【出願日】平成３年（１９９１）７月２４日
【出願人】（０００００４２６０）日本電装株式会社 (27,639)
【公開日】平成５年（１９９３）２月２日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）７月２４日
【出願人】（０００００４２６０）日本電装株式会社 (27,639)
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