CN101330287B - 非接触式开关装置 - Google Patents
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Abstract
一种即使利用GMR元件时也能够迅速进行开关操作的非接触式开关装置。这种非接触式开关装置(1)，具备可根据操作者的操作往复运动的磁铁(M)和检测来自该磁铁(M)的磁场的方向的GMR元件(65)，根据由GMR元件(65)检测出的磁场的方向切换输出信号，其特征在于，GMR元件(65)所具有的自由层的磁化方向只根据来自上述磁铁(M)的磁场而变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种非接触式开关装置，特别是涉及一种通过用GMR元件检测来自可往复运动的磁铁的磁场的方向从而切换输出信号的非接触式开关装置。
背景技术
以往提出一种小型磁感应开关，是在开关壳体内配置霍尔IC、固定有磁铁的可动构件和支承该可动构件的线圈弹簧，若利用从开关壳体的上表面突出的可动构件的上端部接受按压操作，则根据固定在可动构件上的磁铁的位置将霍尔IC的输出信号从断开变化成接通(例如，参照专利文献1)。
另一方面，目前提出了一种利用了通过检测来自磁铁的磁场的方向来变化输出信号的巨磁阻效应(GMR元件)的磁传感器(例如，参照专利文献2)。利用了这种GMR元件的磁传感器中，对应于来自磁铁的磁场的方向的变化，GMR元件的电阻值产生变化，基于该变化来改变输出信号。
专利文献1：特开2003-151390号公报
专利文献2：特开2006-276983号公报
如上所述的小型磁感应开关中，考虑不采用霍尔IC而是配置GMR元件，构成利用了GMR元件的非接触式开关装置。一般而言，GMR元件是层叠钉扎层(钉扎磁性层)及自由层(自由磁性层)等而形成。自由层上的磁化方向由例如在元件内形成的硬偏磁层预先限制。通过像这样限制自由层的磁化方向，从而稳定GMR元件的电阻值。不过，当开关装置中利用这种GMR元件时，存在的问题是对自由层的限制使GMR元件上的电阻值的变化不敏感，不能迅速进行开关动作。
发明内容
本发明即是鉴于有关问题点而产生的，其目的在于提供一种即使利用GMR元件时也能够迅速进行开关操作的非接触式开关装置。
本发明的非接触式开关装置，具备：可根据操作者的操作往复运动的磁铁和检测来自所述磁铁的磁场的方向的GMR元件，根据由所述GMR元件检测出的磁场的方向切换输出信号，所述非接触式开关装置的特征在于，所述GMR元件所具有的自由层的磁化方向只根据来自所述磁铁的磁场而变化。
根据上述非接触式开关装置，因为使GMR元件具有的自由层的磁化方向只根据来自磁铁的磁场而变化，所以不会由来自磁铁的磁场以外的要因而限制自由层的磁化方向，因此能够防止GMR元件的电阻值变化不灵敏的情形。其结果是即使利用GMR元件时也能够迅速地进行开关操作。
上述非接触式开关装置中，优选是还具备：装入所述磁铁且接受操作者的操作而往复运动的可动构件；收容所述可动构件且使其在来自所述磁铁的磁场作用于所述GMR元件的自由层的范围内往复运动的壳体。这种情况下，能够使装入了磁铁的可动构件(例如，后述的滑块)在来自该磁铁的磁场作用于GMR元件的自由层的范围内往复运动地将其收容在壳体内，因此可确实地防止GMR元件的自由层的磁化方向不定的情形。
特别是在上述非接触式开关装置中，优选在所述壳体上形成有凹部，在所述凹部中配置包括所述GMR元件的传感器单元，并且，所述非接触式开关装置还具备罩构件(例如，后述的第一罩构件)，所述罩构件一体保持所述凹部中配置有所述传感器单元的状态的所述壳体。这种情况下，因为凹部中配置有传感器单元的状态的壳体由罩构件一体保持，所以能够将磁铁和GMR元件的位置关系维持一定，因此可确保本非接触式开关装置的动作稳定性。
上述非接触式开关装置中，优选是所述罩构件阻断来自外部的磁。这种情况下，利用罩构件阻断来自外部的磁，因此可防止由于来自外部的磁而使本非接触式开关装置的动作变得不稳定的情形。
上述非接触式开关装置中，优选是所述磁铁的表背面单纯2极磁化，所述磁铁在将该磁铁的表面或背面与所述GMR元件的磁检测面对置配置的状态下往复运动。这种情况下，不需要以复杂方式磁化的磁铁而能够迅速地进行开关操作。
发明效果
根据本发明，因为使GMR元件具有的自由层的磁化方向只根据来自磁铁的磁场而变化，所以不会由来自磁铁的磁场以外的要因而限制自由层的磁化方向，因此能够防止GMR元件的电阻值变化不灵敏的情形。其结果是可提供一种即使利用GMR元件时也能够迅速地进行开关操作的非接触式开关装置。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的非接触式开关装置的分解立体图。
图2是上述实施方式的非接触式开关装置的分解立体图。
图3是表示上述实施方式的非接触式开关装置外观的立体图。
图4是上述实施方式的非接触式开关装置具有的传感器IC及磁铁周边的放大图。
图5是用于对上述实施方式的非接触式开关装置中所利用的GMR元件构成进行说明的模式图。
图6是用于对上述实施方式的非接触式开关装置中的GMR元件和来自磁铁的磁场关系进行说明的模式图。
图7是用于说明上述实施方式的非接触式开关装置中、与磁铁位置对应的GMR元件的电阻值变化的图。
图8是上述实施方式的非接触式开关装置的侧视图。
图9是上述实施方式的非接触式开关装置的剖视图。
图10是上述实施方式的非接触式开关装置的剖视图。
图11是上述实施方式的非接触式开关装置的剖视图。
图12是用于对在图9所示位置配置磁铁时GMR元件中的磁场强度及GMR元件的输出电压进行说明的图。
图13是用于对在图10所示位置配置磁铁时GMR元件中的磁场强度及GMR元件的输出电压进行说明的图。
图中，1-非接触式开关装置，2-壳体，21-凹部，22-槽部，3-压缩弹簧，4-滑块，41-突出片，42-操作片，5-橡胶罩，51-拱形状部，6-传感器单元，61-传感器IC，65-GMR元件，66-控制IC，7-第一罩构件，71-开口部，8-第二罩构件，M-磁铁。
具体实施方式
以下参照附图，关于本发明的一实施方式进行详细说明。
图1及图2是本发明的一实施方式的非接触式开关装置的分解立体图。图3是表示本实施方式的非接触式开关装置外观的立体图。还有，图1及图2分别从相反侧的侧面表示本实施方式的非接触式开关装置。
如图1及图2所示，本实施方式的非接触式开关装置1具备壳体2、收纳在壳体2内的压缩弹簧3及滑块4、放置在收纳于壳体2内的滑块4上的橡胶罩5、安装在壳体2上的传感器单元6、收纳这些构成要素同时覆盖在安装有传感器单元6的壳体2上的第一罩构件7和配置在壳体2下方的第二罩构件8。
壳体2例如由合成树脂材料成形，从上面看大致具有L字形状。在壳体2的侧面形成有安装传感器单元6的凹部21。另外，在壳体2的内部形成有收纳压缩弹簧3及滑块4的槽部22。槽部22对应于壳体2的侧面形状大致具有L字形状。在该槽部22的底面形成有保持压缩弹簧3的下方侧的一端的保持片(图1及图2中没有图示)。
在壳体2的上表面、槽部22的周围，形成收容橡胶罩5一部分的收容部23。收容部23对应于橡胶罩5的形状具有从壳体2上表面下降一阶的椭圆形状。另外，在壳体2的侧面突出形成与后述第一罩构件7的开口部72卡合的凸部24。再有，在壳体2的下表面形成有收容第二罩构件8的收容部25(图1中没有图示，参照图2)。收容部25对应于第二罩构件8的形状具有从壳体2下表面升高一阶的形状。
压缩弹簧3被收纳在壳体2的槽部22内。其下方侧的一端由槽部22内形成的保持片保持，另一方面，其上方侧的一端被收容在滑块4的内部，由此来保持压缩弹簧3。通过像这样将两端保持在壳体2及滑块4上，从而赋予向上方侧推高滑块4的施加力。
滑块4例如由合成树脂材料成形，具有与壳体2的槽部22对应的形状。即，滑块4具有从上面看大概L字的形状。在滑块4的上表面形成向上方侧突出的大概圆筒形状的突出片41。突出片41具有朝向上方侧呈阶段性变细的形状。突出片41的上端部构成经由后述橡胶罩5的孔而露出的操作片42。该操作片42的前端设置成球形状。在滑块4的内部形成收容压缩弹簧3上方侧一端的凹部(图1及图2中没有图示)。另外，在滑块4上与壳体2的凹部21对应的侧面形成长方形状的开口部43，在该开口部43中嵌入磁铁M(参照图2)。
橡胶罩5从上面看具有椭圆形状，在与滑块4的操作片41对应的位置具有拱形状部51。在拱形状部51的内侧形成空间，其构成是从下方侧能够收容突出片41。在拱形状部51的顶部形成孔52，其构成是能够从该孔52向上方侧露出滑块4的操作片42。
传感器单元6由传感器IC61、与该传感器IC61连接的多个端子62和保持这些传感器IC61及端子62的传感器基座63构成。传感器IC61配置在传感器基座63内部。在传感器基座63的上表面形成收容橡胶罩5一部分的收容部64。收容部64对应于橡胶罩5的形状具有从传感器基座63的上表面下降一阶的形状。传感器单元6安装在壳体2上，与壳体2的收容部23一体化，由此其构成是能够收容橡胶罩5整体。还有，关于传感器IC61的构成后述。
第一罩构件7通过例如对冲裁成规定形状的金属板实施弯折加工从而形成，具有向下方侧开口的箱形状。在第一罩构件7的上表面形成圆形状的开口部71。橡胶罩5的拱形状部51其构成是从该开口部71向上方侧露出。另外，在第一罩构件7的侧面形成与壳体2的凸部24卡合的矩形状开口部72。第二罩构件8与第一罩构件7同样冲裁成规定形状而形成，被收容在壳体2的收容部25中。第一罩构件7及第二罩构件8发挥的作用是作为阻断来自外部的磁的磁屏蔽。
若组装具有这种构成的非接触式开关装置1，则如图3所示，以放置于壳体2上的橡胶罩5的拱形状部51经由开口部71向上方侧突出的状态，在壳体2上覆盖第一罩构件7。并且，壳体2的凸部24与第一罩构件7的开口部72卡合，由此在壳体2上安装第一罩构件7。另外，形成滑块4的操作片42从拱形状部51的孔52向上方侧突出的状态。本实施方式的非接触式开关装置1，其构成利用像这样向上方侧突出的操作片42接受操作者的按压操作，根据该按压操作，滑块4沿上下方向往复移动。
在此，关于本实施方式的非接触式开关装置1具有的传感器IC61及磁铁M的构成进行说明。图4是本实施方式的非接触式开关装置1具有的传感器IC61及磁铁M周边的放大图。
如图4所示，传感器IC61包括GMR元件65和控制IC66而构成。GMR元件65的配置是与磁检测面嵌入滑块4中的磁铁M对置。控制IC66配置在GMR元件65的侧方侧。本实施方式的非接触式开关装置1中，将来自磁铁M的磁场作用于GMR元件65，基于磁场产生GMR元件65的电阻值变化，利用控制IC66根据GMR元件65的输出信号检测磁铁M的位置。并且，根据所检测出的磁铁M的位置切换来自本非接触式开关装置1的输出信号(接通/断开信号)。
在此，关于本实施方式的非接触式开关装置1中所利用的GMR元件65的构成进行说明。图5是用于对本实施方式的非接触式开关装置1中所利用的GMR元件65构成进行说明的模式图。还有，图5中，是关于本实施方式的非接触式开关装置1中所利用的GMR元件65的截面进行表示。
如图5(b)所示，本实施方式的非接触式开关装置1中所利用的GMR元件65，作为基本构成，是将反强磁性层65a、钉扎层65b、中间层65c和自由层65d层叠在基板67上而形成，作为一种利用了巨磁阻效应的GMR(Giant Magnet Resistance)元件的磁阻效应元件而构成。
还有，为了使GMR元件65发挥巨磁阻效应(GMR)，优选是例如反强磁性层65a由α-Fe2O3层形成、钉扎层65b由NiFe层形成、中间层65c由Cu层形成、自由层65d由NiFe层形成，不过，并不限定于此，只要发挥磁阻效应，可以是任意物质。另外，GMR元件65只要发挥磁阻效应，并不限定于上述层叠结构。
图5所示的GMR元件65的钉扎层65b由反强磁性层65a磁化，基于该反强磁性层65a而使磁化方向被固定(钉扎)在特定方向。自由层65d只根据来自磁铁M的磁场的方向而改变相对于钉扎层65b的磁化方向的磁化方向。还有，对于自由层65d，除了来自磁铁M的磁场以外，没有限制磁化方向的物质。在GMR元件65的两端如图5(a)所示，接合形成电极65e。并且，相对于钉扎层64b的被固定的磁化方向，根据磁场的方向改变自由层65d的磁化方向，从而作为输出信号输出2个电极65e间的电阻值的变化。
另一方面，嵌入滑块4中的磁铁M如图4所示，与GMR元件65空出一定距离对置配置。并且，其构成是随着滑块4的移动而能够沿图4所示的上下方向往复运动。本实施方式的非接触式开关装置1中，磁铁M由表背面单纯2极磁化的磁铁构成。特别是本实施方式中，在与GMR元件65对置的面磁化N极，同时相反侧的面磁化成S极(参照图6)。
在此，关于本实施方式的非接触式开关装置1中的GMR元件65和来自磁铁M的磁场的关系进行说明。图6是用于对本实施方式的非接触式开关装置1中的GMR元件65和来自磁铁M的磁场的关系进行说明的模式图。还有，图6中，为了说明方便，将磁铁M的移动方向表示成左右方向。另外，图6中关于磁铁M的中心部与GMR元件65的中心部对置配置的情况进行表示。
在磁铁M的中心部与GMR元件65的中心部对置配置的情况中，从磁铁M产生如图6所示的磁场。若产生这种磁场的磁铁M沿图6所示的左右方向移动，则GMR元件65中获得图7所示的电阻值的变化。图7是用以说明本实施方式的非接触式开关装置1中、与磁铁M位置对应的GMR元件65中的电阻值变化的图。还有，图7中，纵轴表示电阻值变化的比例，横轴表示磁铁M的位置。另外，图7中，将如图6所示磁铁M的中心部与GMR元件65的中心部对置配置时的磁铁M的位置表示为「0」。如图7所示可知，GMR元件65的电阻值以磁铁M的中心部与GMR元件65的中心部对置配置的状态为界急剧变化。
接下来，关于本实施方式的非接触式开关装置1的动作进行说明。图8是本实施方式的非接触式开关装置1的侧视图。图9～图11是本实施方式的非接触式开关装置1的剖视图。还有，图9～图11中关于图8所示的单点划线A及单点划线B的截面进行表示。
图9中，对于本实施方式的非接触式开关装置1，对没有从操作者进行按压操作的状态进行表示。这种情况下，如图9(a)所示，滑块4被压缩弹簧3推高到最上方位置，与操作片42卡合的拱形状部51成为被拉高到上方的状态。嵌入滑块4中的磁铁M如图9(b)所示，配置在比传感器IC61的GMR元件65稍靠上方侧的位置。
关于磁铁M配置在图9所示位置时GMR元件65中的磁场强度及GMR元件65的输出电压进行说明。图12是用于对在图9所示位置配置磁铁M时GMR元件65中的磁场强度及GMR元件65的输出电压进行说明的图。图12(a)是用以说明在图9所示位置配置磁铁M时磁铁M和GMR元件65的位置关系的模式图。还有，这种情况下，磁铁M配置在其中心部距GMR元件65的中心部大概0.7mm的上方侧。当磁铁M配置在图9所示位置时，GMR元件65的磁场强度如图12(b)所示，显示约-800[Oe]，GMR元件65的输出电压如图12(c)所示，显示约2.37V。
并且，若从如图9所示的状态经操作者进行按压操作，则滑块4向下方侧移动。还有，图10中关于对本实施方式的非接触式开关装置1进行按压操作、切换输出信号的状态进行表示。这种情况下，如图10(a)所示，滑块4成为抵抗压缩弹簧3的施加力被推压到下方侧、与操作片42卡合的拱形状部51向下方稍膨胀的状态。嵌入滑块4中的磁铁M如图10(b)所示，其中心部与传感器IC61的GMR元件65的中心部对置配置。
关于在图10所示位置配置磁铁M时GMR元件65中的磁场强度及GMR元件65的输出电压进行说明。图13是用于对在图10所示位置配置磁铁M时GMR元件65中的磁场强度及GMR元件65的输出电压进行说明的图。图13(a)是用以说明在图10所示位置配置磁铁M时磁铁M和GMR元件65的位置关系的模式图。当磁铁M配置在图10所示位置时，GMR元件65的磁场强度如图13(b)所示，显示为0[Oe]，GMR元件65的输出电压如图13(c)所示，显示为2.5V。
再有，若从如图10所示的状态由操作者进行按压操作，则滑块4向下方侧移动。还有，图11中关于对本实施方式的非接触式开关装置1进行按压操作到最下方位置的状态进行表示。这种情况下，如图11(a)所示，滑块4成为被推压到其下端部与壳体2的底面部接触的位置的状态。嵌入滑块4中的磁铁M如图11(b)所示，配置在比传感器IC61的GMR元件65靠下方侧的位置。
本实施方式的非接触式开关装置1中，其设定是：当磁铁M比图10所示位置靠上方侧配置时、即GMR元件65的输出电压小于2.5V时，输出断开信号，另一方面，当磁铁M比图10所示位置靠下方侧配置时、即GMR元件65的输出电压大于2.5V时，输出接通信号。从而，在磁铁M从图9所示位置向图10所示位置移动的过程中，持续输出断开信号，另一方面，在从图10所示位置向图11所示位置移动的过程中持续输出接通信号。还有，在磁铁M像这样移动期间，GMR元件65的自由层65d的磁化方向只根据来自磁铁M的磁场而变化，不会受到来自磁铁M的磁场以外的要因的限制。
像这样，在本实施方式的非接触式开关装置1中，使GMR元件65具有的自由层65d的磁化方向只根据来自磁铁M的磁场而变化。从而，自由层65d的磁化方向不会受到来自磁铁M的磁场以外的要因的限制，因此能够防止GMR元件65的电阻值变化不灵敏的情形。其结果是即使利用GMR元件65时也能够迅速地进行开关操作。
另外，本实施方式的非接触式开关装置1中，具备装入磁铁M且接受操作者的按压操作而往复运动的滑块4和收容滑块4且使其能够在来自磁铁M的磁场作用于GMR元件65的自由层的范围内往复运动的壳体2。从而，能够使滑块4在来自磁铁M的磁场作用于GMR元件65的自由层的范围内往复运动地将其收容在壳体2内，因此可确实地防止GMR元件65的自由层的磁化方向不定的情形。
特别是在本实施方式的非接触式开关装置1中，在壳体2上形成凹部21，凹部21中配置包括GMR元件65的传感器单元6，还具备第一罩构件7，第一罩构件7一体保持该凹部21中配置有传感器单元6的状态的壳体2。从而，因为凹部21中配置有传感器单元6的状态的壳体2由第一罩构件7一体保持，所以能够将磁铁M和GMR元件65的位置关系维持一定，因此可确保本非接触式开关装置1的动作稳定性。
另外，本实施方式的非接触式开关装置1中，第一罩构件7具备阻断来自外部的磁的功能。从而，利用第一罩构件7阻断来自外部的磁，因此，可防止由于来自外部的磁而使本非接触式开关装置1的动作变得不稳定的情形。
再有，本实施方式的非接触式开关装置1中，由表背面单纯2极磁化的磁铁构成磁铁M，在使该磁铁M表面或背面与GMR元件65的磁检测面对置配置的状态下往复运动。从而，不需要以复杂方式磁化的磁铁而能够迅速地进行开关操作。
还有，本发明并不限定于上述实施方式，可变更成各种方式进行实施。上述实施方式中，关于附图所示的大小和形状等并不限定于此，可在发挥本发明效果的范围内适宜变更。此外，只要不脱离本发明目的的范围就可适宜变更实施。
Claims (5)
1. 一种非接触式开关装置，具备：可根据操作者的操作往复运动的磁铁和检测来自所述磁铁的磁场的方向的GMR元件，根据由所述GMR元件检测出的磁场的方向切换输出信号，所述非接触式开关装置的特征在于，
所述GMR元件所具有的自由层的磁化方向只根据来自所述磁铁的磁场而变化。
2. 根据权利要求1所述的非接触式开关装置，其特征在于，还具备：
装入所述磁铁且接受操作者的操作而往复运动的可动构件；收容所述可动构件且使其在来自所述磁铁的磁场作用于所述GMR元件的自由层的范围内往复运动的壳体。
3. 根据权利要求2所述的非接触式开关装置，其特征在于，
在所述壳体上形成有凹部，在所述凹部中配置包括所述GMR元件的传感器单元，并且，所述非接触式开关装置还具备罩构件，所述罩构件一体保持所述凹部中配置有所述传感器单元的状态的所述壳体。
4. 根据权利要求3所述的非接触式开关装置，其特征在于，
所述罩构件阻断来自外部的磁。
5. 根据权利要求1所述的非接触式开关装置，其特征在于，
所述磁铁的表背面单纯2极磁化，所述磁铁在将该磁铁的表面或背面与所述GMR元件的磁检测面对置配置的状态下往复运动。
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