JP2000011827A

JP2000011827A - 磁気素子スイッチ

Info

Publication number: JP2000011827A
Application number: JP10176255A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Inoue; 洋光井上; Hisashi Takemoto; 寿竹本
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】磁石の動きを４方向に規制して制御を簡単化
し、ホール電圧で直接キー操作量に感応したモータの可
変制御を可能にする磁気素子スイッチを得る。【解決手段】キートップ１の揺動を上下・左右の４方
向に限定して磁石９の動きを４方向に規制する移動方向
規制手段３１、６１が、キートップ１を支持するスイッ
チケース３と、磁石９を保持して磁気素子１１、１２の
上方を移動自在に形成されたスライド部材６との間に設
けられており、前記スライド部材６はその移動方向が、
前記磁気素子１１、１２が配設された直交軸に沿って制
定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気素子を利用し
た無接点スイッチに関し、特に自動車等の電装系に実装
する４ポイント操作型の磁気素子スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば自動車等の電装系に実装さ
れて電流を断続するスイッチには、有接点（コンタク
ト）の構成が多用されてきた。しかし、有接点型スイッ
チは、コンタクト部分の磨耗や表面汚染による接触不良
を始め、コンタクト部分の破損による故障が発生しやす
い等の問題がある。そこで、ホール素子等の磁気素子と
磁石とを備えた無接点スイッチが多用されるようになっ
てきた。この種の無接点スイッチの基本的構成は、磁気
素子に磁石を近接させたり離間させたりした時の、磁気
素子の出力電圧のレベル変化によりスイッチ動作を行う
ものである。かかる磁気素子スイッチとして、例えば特
開平８−２９８０５７号公報には、多ポイント操作型の
ものが開示されている。図１２はこの公報に開示された
磁気素子スイッチの断面図であり、合計で８ポイントの
押圧操作点を持つキートップ４１の揺動に対応して、移
動する磁石４７の磁力線を、磁石４７下部に配置した２
個の磁気素子（ホール素子）Ｍ１、Ｍ２によって電圧値
として検出するようになっている。さらに詳述すると、
磁気素子スイッチは、キートップ（操作部）４１の押圧
による揺動が圧縮バネ４３、キー支持台４４、垂下棒４
２の作用で、垂下棒４２の先端がテーパ部４６Ａを介し
て嵌合するスライダー４６に伝達される。スライダー４
６は底部に磁石４７を内蔵して垂下棒４２の揺動に連
れ、スライド板４５Ａ上を自在に水平移動することによ
って、キートップ４１の揺動を水平移動に変換してい
る。

【０００３】次に、図１３（ａ）に示す同様なスイッチ
は、同公報に示された他の実施形態による磁気素子スイ
ッチの斜視図であり、垂下棒１２３Ｂの先端に磁石１４
０を直接取り付けることで、図１２の磁気素子スイッチ
に比較するとスライド部材等を省略して、構造が簡単化
されている。なお、キートップ１２３は８ポイントの押
圧操作点を持ち、図１２の磁気素子スイッチと同じ操作
数である。この場合のキートップ１２３の押圧操作点Ｐ
Ｂ〜ＰＩの読出しは、図１４に示すように、キートップ
１２３操作に応動する磁石１４０の磁石位置Ａ〜Ｉに対
応させて、ホール素子Ｍ１、Ｍ２の検出電圧を「−１、
０、＋１」の３種類に定量化することで、ホール素子Ｍ
１、Ｍ２の検出値を組合わせる判断処理を行い、各アク
チュエータを駆動するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例において、図１２に示した磁気素子スイッチは、
磁石４７がスライダー４６によってスライド板４５Ａ上
を水平移動するので、磁石とホール素子との位置関係を
把握し易いが、キートップ４１の揺動方向を案内するガ
イド手段がないので、磁石は全方向へ移動する可能性が
ある。このため、キートップ４１の押圧操作点を特定化
し難く、磁石位置に対する出力信号の制御精度が悪くな
り、また、部品点数も多いので構造が複雑であるという
問題があった。また、図１３に示した磁気スイッチの
場合は、図１２の磁気スイッチよりは、部品点数が減少
して構造も簡単なものとなっているが、図１３（ｂ）に
示すように、磁石１４０が空中を円軌跡に沿って移動す
るため、磁石１４０の正確な位置決定が難しいばかり
か、図１２の磁気スイッチよりも更にキートップ４１の
押圧操作点の特定化が難しく、たとえ、既述した図１４
の表をテーブルとして保持し、これを参照して判定する
等の方式を採るとしても、その判定処理が繁雑で判定時
間がかかる。これにアクチュエータの回転方向の判定処
理等が加われば更に複雑となり、キートップの押圧操作
点が多過ぎることも含めて、制御精度が良くないという
問題があった。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、少ない部品点数で位置判定等の信号制御が簡単化で
き、しかも、磁気素子の検出値で直接駆動手段の可変制
御が可能となって、確実性と即応性に優れた４操作ポイ
ントのスイッチ機能と、機械スイッチ以上の耐久性とが
得られる磁気素子スイッチを提供することを目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための課題】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の磁気素子スイッチは、スイッチケー
ス内に設けた弾性部材によって中立位置を中心に揺動自
在に支持したキートップと、前記キートップに連設して
前記スイッチケースを挿通する連結棒の揺動により前記
スイッチケースの下方位置で水平移動するスライド部材
と、前記スライド部材に設けた磁石と離間配置し、前記
磁石よりの磁束変化を検出する磁気素子とを具備した磁
気素子スイッチにおいて、前記磁気素子を、前記中立位
置に軸中心を一致させた直交軸上に配置すると共に、前
記キートップの揺動操作に追従する前記スライド部材の
移動方向を前記直交軸方向に設定して規制案内する移動
方向規制手段を設けたことを特徴とする。

【０００７】この構成によれば、スライド部材の移動方
向は、移動方向規制手段により磁気素子を配置した直交
軸方向に設定される。つまり、キートップの揺動操作方
向が磁気素子を配置した直交軸方向に特定化される。こ
の結果、スライド部材の磁石の磁束変化は、直交軸上の
１個の磁気素子で検出することができて、少ない部品点
数でキートップの位置判定等の信号制御が簡単化でき
る。しかも、磁気素子による検出値の値の大小程度によ
り、駆動手段の可変制御が直接できる。

【０００８】また、請求項２記載の磁気素子スイッチ
は、前記磁石に対向する前記連結棒の先端に螺合するこ
とにより磁束の誘磁手段と前記キートップ及び弾性部材
の保持手段として作用するタッピングビスを備えたこと
を特徴とする。

【０００９】この構成によれば、タッピングビスが連結
棒の先端に螺合して連結棒がキートップに連設されるの
で、キートップや弾性部材のスイッチケースからの離脱
を防止すると共に、ポールピースとして作用して誘磁手
段を兼ねるので、磁気素子に対する磁束密度を上げてセ
ンシング感度を向上できる。

【００１０】また、請求項３記載の磁気素子スイッチ
は、前記移動方向規制手段を前記スライド部材の上面に
突出したガイドピンと、前記スイッチケースの下面に形
成して前記ガイドピンが係合するガイドレールとで構成
したことを特徴とする。

【００１１】この構成によれば、前記移動方向規制手段
を比較的簡単な構造で構成して、スライド部材の水平方
向の移動を同一平面内の上下、左右の４方向に規制する
ことができる。

【００１２】また、請求項４記載の磁気素子スイッチ
は、前記磁気素子を互いに直交する軸上に２個配置し、
各磁気素子は前記磁石の上下方向又は左右方向それぞれ
１方向のみについて移動量を検出し、該検出値によって
モータ等の正・逆転制御と速度制御とを行うことを特徴
とする。

【００１３】この構成によれば、１個の磁気素子で磁石
の上下方向の移動量を、他方の磁気素子で磁石の左右方
向の移動量を検出しているので、それぞれの検出値によ
り直接駆動手段の回転方向及び回転速度を制御すること
ができる。

【００１４】また、請求項５記載の磁気素子スイッチ
は、前記モータ等の正・逆転制御及び速度制御は前記磁
気素子の出力値を基準三角波と比較するＰＷＭ制御とす
ることを特徴とする。

【００１５】この構成によれば、磁気素子の検出出力
を、予め基準となる大きさの三角波とコンパレータで比
較することにより出力されるＰＷＭパルスによりモータ
の回転速度を制御し、モータの回転方向は磁気素子の検
出出力が０の中立点からの増減方向によって判断するこ
とで、特別な判定処理の必要を無くし、直接磁気素子の
検出値から自動的に判定することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る磁気素子スイ
ッチの好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明す
る。図１は本発明の一実施形態による磁気素子スイッチ
の分解斜視図、図２は図１に示すホール素子と磁石移動
位置の説明図、図３は図１に示すスイッチケースの断面
図及び裏面図、図４は図１に示すスライド部材の拡大断
面図、図５は図４に示すポールピースの効果を説明する
図、図６は図１の磁気素子スイッチの断面図である。

【００１７】図１に示す磁気素子スイッチは、中立位置
を中心に、紙面の上下及び左右方向に４ポイントの押圧
操作点を有して揺動操作されるキートップ１と、中央に
連結棒４を挿通させる開口部３ａを開けてキートップ１
を支持するスイッチケース３とを備え、キートップ１に
連設された連結棒４が圧縮バネ２を介して開口部３ａに
挿通されている。この圧縮バネ２の弾性作用により、キ
ートップ１は中立位置に維持される。

【００１８】なお、詳細に述べると、連結棒４は先端が
開口部３ａより膨出した略球形状に形成されており、ス
イッチケース３の下方側より挿通した後、先端部に後述
するタッピングビス５を螺合してキートップ１に締結さ
れることにより、キートップ及び圧縮バネ２を保持状態
にして連設され、かつ、揺動可能に設けられる。

【００１９】スイッチケース３の下方位置には、連結棒
４の先端部が嵌入することにより、キートップ１の揺動
操作に追従して水平移動するボックス状のスライド部材
６が配設されている。スライド部材６の上端４隅には微
小のガイドピン６１が突出形成され、また、ガイドピン
６１と対向するスイッチケース３の下面位置には、ガイ
ドピン６１が係合するガイドレール（図３参照）３１が
配置されている。このガイドピン６１とガイドレール３
１とにより、スライド部材６の移動を特定方向に規制案
内する移動方向規制手段を構成している。つまり、キー
トップ１に追従して連結棒４が揺動したとき、スライド
部材６は、移動方向規制手段によりその移動方向が案内
される。

【００２０】スライド部材６には、図４に示すように、
その下部位置に磁石９が配設されている。また、スライ
ド部材６には、磁石９と対向する位置に、連結棒４の先
端が嵌入して連結棒４が揺動することにより、スライド
部材６を水平移動させるようになっている。

【００２１】連結棒４の先端には、既述したとおり、タ
ッピングビス５の頭部が配置されている。この結果、こ
のタッピングビス５は、キートップ１等を保持する以外
に、磁石９に近接配置されるので、磁束強化用のポール
ピースとして作用する。すなわち、図５に示すように、
ポールピースとなるタッピングビス５は、後述する磁気
素子（ホール素子）１１、１２に対して磁束密度を上げ
るように作用し、センシング感度を向上させてより正確
な出力信号の特定を可能にする。

【００２２】図１に戻って、スライド部材６は下方に配
置されたスライド板１０上を、バネ７を介して取付けら
れた移動用部材（ダンベル又はベアリングボール）８に
より水平移動可能に設けられている。但し、その移動方
向は、前述したように、移動方向規制手段により規制さ
れている。

【００２３】スライド板１０の下方側には、スライド板
１０と所定間隔を隔てて回路基板１３が配置されてお
り、スライド板１０と対向する回路基板１３上には磁気
素子となる２個のホール素子１１、１２が配設されてい
る。この２個のホール素子１１、１２は、図２に示すよ
うに、揺動するキートップ１の中立位置を中心に設定し
た直交軸上にそれぞれ配置してある。一方、スライド部
材６は、上記した直交軸に沿って移動するようになって
いる。つまり、スライド部材６はガイドピン６１が、ス
イッチケース３の下面において直交軸と平行するように
配設された２本のガイドレール３１に係合されている。
これにより、スライド部材６は、直交軸に沿った紙面の
上下及び左右方向に案内規制されて移動したとき、キー
トップ１の操作ポイントと磁石９の動きとを上下・左右
の４方向に対応付けて規制できるようになっている。

【００２４】２個のホール素子１１、１２は、磁石６の
移動方向に沿って配設された１個のホール素子のみが、
磁石９から入射した磁束を検出して磁束密度に応じた起
電圧を発生する。この際、磁石の中立位置において検出
出力が０となるように設定され、近づく方向に正電圧、
遠ざかる方向に負電圧を出力するようになっている。こ
れにより、例えば水平軸（ｘ軸）上のホール素子１２で
磁石６の左右方向の動きを検出することにより、その検
出値よりモータ等の回転方向及び回転速度を制御するこ
とができる。

【００２５】つぎに動作について説明する。なお、キー
トップ１は、キートップ１が操作されず中立位置にある
場合、図２に示すように、磁石９の位置は直交軸として
示すｘ−ｙ軸の交点にあって、ホール素子１１、１２の
出力は共に０（Ｖ）である。今、キートップ１を図面に
向かって左方向に押圧操作して左方向に傾けると、連結
棒４も左側に傾き、スライド部材６を右方向へ移動させ
て、磁石９を図２に示すｘ軸上の矢印の範囲で、ホール
素子１２から離れる方向へスライドさせるので、ホール
素子１２のホール電圧は磁石９の移動した距離にほぼ比
例して降下する。逆に、キートップ１を右方向に傾ける
と磁石９は左方向へ移動してホール素子１２に近づくの
で、ホール電圧は磁石９が移動した距離にほぼ比例して
上昇する。なお、この時ホール素子１１にはホール電圧
が発生しない。

【００２６】次に、キートップ１を図面の上方向へ傾け
るように押圧操作すると、スライド部材６は下方向へ移
動して、磁石９を図２のｙ軸上の矢印の範囲で、ホール
素子１１から離れる方向へスライドさせるので、ホール
素子１１のホール電圧は磁石９の移動した距離にほぼ比
例して降下する。逆に、キートップ１を図面の下方向へ
傾けるように押圧操作すると、磁石９はホール素子１１
に近づくので、ホール電圧は磁石９が移動した距離にほ
ぼ比例して上昇する。なお、この時ホール素子１２には
ホール電圧が発生しない。

【００２７】このように、キートップ１が中立位置にあ
る時、つまりキー開度０％で磁石９がｘ−ｙ軸の交点に
ある時は、図２に示すように、ホール素子１１、１２の
出力は０（Ｖ）であり、磁石９が中立点からｘ軸、ｙ軸
上でホール素子１１又は１２に接近して行く場合は、出
力がプラス側となる。一方、中立点からホール素子１１
又は１２から離れて行く場合は、出力はマイナス側に振
れる。以上の出力状態を次に図上で示す。

【００２８】図７は図２に示すホール素子の出力特性を
示す図である。図７は、キートップの中立点０を中心
に、キートップ１を右側又は下側向きに操作した場合は
プラス出力、逆に、左側又は上側に操作した場合はマイ
ナス出力となり（ホール素子１１、１２の位置を１８０
°逆にすれば逆出力となる）、０〜１００％のキー開度
の間で、ほぼキー開度に比例してホール素子の出力
（Ｖ）が増減する様子を示している。

【００２９】次に、各ホール素子１１、１２の出力によ
り、例えばパワーウインド用モータのアクチュエータの
回転方向、回転速度を直接制御する処理について説明す
る。図８は図１の磁気素子スイッチのモータ制御回路の
ブロック図、図９は図８に示すホール電圧検出器の回路
図、図１０は図８に示す三角波との比較回路の出力波形
図、図１１は図１０に示す比較回路のモータ逆転側の出
力波形図である。

【００３０】モータ制御回路は、図８に示すように、ホ
ール素子１１、１２よりなるホール電圧検出器２０と、
基準波となる三角波を発生する三角波発生器２２と、ホ
ール素子１１、１２の検出出力と三角波とを比較する比
較回路２１と、比較回路２１で比較したパルス出力よ
り、パルス幅を変化させて出力するＰＷＭチョッパ回路
２３と、デューテイ比に応じて駆動制御されるモータ出
力回路２４とからなる。図９はその具体回路例であり、
（ａ）が電源回路１１０に接続された各ホール素子１
１、１２の検出出力を、ＯＰアンプ１１１、１２１で増
幅出力するホール電圧検出器２０であり、（ｂ）は三角
波発生器２２として２個の加算器２２１、２２２を用い
て形成した異なる電位レベルの基準三角波をそれぞれ非
反転入力に、（ａ）で得られたホール素子の検出出力を
それぞれ反転入力に接続して比較するＯＰアンプ２５、
２６を備えた比較回路２１の回路例である。

【００３１】このような回路構成において、図１０に示
すように、モータの回転方向の判定は、ホール素子１
１、１２の検出出力が基準三角波より大きい時に正転方
向、図１１に示すように、三角波より小さい時（絶対値
は大きいが方向が負のレベル）に逆転方向と判断して、
それぞれ比較回路２１からオン出力される。この時、図
１０に示す正転方向の例では、（ａ）のキー開度０％
（ホール素子出力は０レベル）でデューテイ比０出力、
（ｂ）のキー開度５０％（ホール素子出力は三角波の半
分のレベル）でデューテイ比５０％出力、（ｃ）のキー
開度１００％（三角波のレベル以上）でデューテイ比１
００％出力、となるようにホール素子の出力の絶対値が
大きくなるほど、三角波との比較による出力パルスはデ
ューテイ比が大きくなり、モータへの印加電圧が大きく
なって回転速度が速くなるというＰＷＭ制御が行われ
る。モータ逆転時も同様であり、図１１に示すように、
負方向のレベルでの比較が行われ、逆転方向のパルス出
力が印加される。

【００３２】この間の様子を、図２上で見ると、ｘ−ｙ
軸の交点におけるキー開度０％では出力０であって、交
点からｘ、ｙ軸に沿ってそれぞれホール素子に近付く方
向ではモータ正転方向となり、キー開度１００％に向か
って回転速度は増加して行く。逆に、交点からホール素
子より離れる方向では逆転方向となり、開度１００％ま
で回転速度が徐々に増加されることになる。また、スイ
ッチは、キートップ１が押圧されている間は駆動状態と
なる。

【００３３】このように、本実施の形態によれば、キー
トップ１が上下・左右方向の何れかに押圧操作される
と、スライド部材６はその移動方向がガイドピン６１と
ガイドレール３１という簡単な機構により規制され、こ
れに伴って、磁石９の移動方向も４方向に限定されるこ
とになるので、磁石９の磁束変化を検出するホール素子
１１、１２が磁石９の移動方向に沿って設定してあれ
ば、スイッチ出力の特定化を確実にしてホール素子によ
り検出される出力信号の精度を大幅に改善させることが
できる。

【００３４】更に、検出出力のための判定回路も簡単化
できて、従来例のような、２個のホール素子の検出値を
組合わせる繁雑な判定処理は行わないように改善し、ホ
ール素子のアナログ信号より直接、モータの回転方向を
判断して、ＰＷＭ制御によりモータの回転速度を自動的
に可変制御できるように改善したので、即応性、耐久性
に優れた、４操作ポイントの磁気素子スイッチを構成す
ることができる。なお、本実施形態での磁気素子スイッ
チは、自動車のパワーウンイドへの使用例として説明し
たが、これに限定するものではなく、汎用の機能スイッ
チとして広い用途への適用が可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
キートップ（操作部）を揺動操作する多ポイントの磁気
素子スイッチにおいて、操作部の揺動をｘ−ｙ面での上
下・左右の４方向に規制する移動方向規制手段を設け
て、この移動方向規制手段により移動方向が限定された
磁石の移動方向に沿って上下方向及び左右方向でそれぞ
れ別個に２個の磁気素子を配置して、操作部の操作に対
応した磁石の移動量を個別に検出しているので、操作部
を操作した際のスイッチ出力の特定化が確実に行え、信
号制御の精度を大幅に改善させることができる。また、
各磁気素子単独の起電圧値により直接に、モータ等の駆
動手段の回転方向、回転速度を制御できるので、少ない
部品点数で、磁石の動きを４方向に限定規制することが
可能になり、磁石の動きを４方向に規制することによっ
て判定処理等の制御回路が簡単化できる。さらに、誘磁
手段が磁石に対向して設けてあれば、磁気素子に対する
センシング感度を向上させる磁束分布を得ることができ
るので、出力信号をより正確に特定化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による磁気素子スイッチの
分解斜視図である。

【図２】図１に示すホール素子と磁石移動位置の説明図
である。

【図３】図１に示すスイッチケースの断面図及び裏面図
である。

【図４】図１に示すスライド部材の拡大断面図である。

【図５】図４に示すポールピースの効果を説明する図で
ある。

【図６】図１に示す磁気素子スイッチの断面図である。

【図７】図２に示すホール素子の出力特性を示す図であ
る。

【図８】図１に示す磁気素子スイッチのモータ制御回路
のブロック図である。

【図９】図８に示すモータ制御回路の回路図で、（ａ）
はホール電圧検出器の回路図、（ｂ）は比較回路の回路
図である。

【図１０】比較回路の出力波形図である。

【図１１】図１０に示す比較回路のモータ逆転側の出力
波形図である。

【図１２】従来の磁気素子スイッチの断面図である。

【図１３】従来の他の磁気素子スイッチの分解斜視図で
ある。

【図１４】図１３に示す磁気素子スイッチの出力値の組
合わせを示す図である。

【符号の説明】

１キートップ２圧縮バネ３スイッチケース３１ガイドレール４連結棒５タッピングビス（ポールピース）６スライド部材６１ガイドピン７バネ８ダンベル９磁石１０スライド板１１、１２ホール素子（磁気素子）１３回路基板２０ホール電圧検出器２１比較回路２２三角波発生器２３ＰＷＭチョッパ回路２４モータ出力回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スイッチケース内に設けた弾性部材によ
って中立位置を中心に揺動自在に支持したキートップ
と、前記キートップに連設して前記スイッチケースを挿通す
る連結棒の揺動により前記スイッチケースの下方位置で
水平移動するスライド部材と、前記スライド部材に設けた磁石と離間配置し、前記磁石
よりの磁束変化を検出する磁気素子とを具備した磁気素
子スイッチにおいて、前記磁気素子を、前記中立位置に軸中心を一致させた直
交軸上に配置すると共に、前記キートップの揺動操作に追従する前記スライド部材
の移動方向を前記直交軸方向に設定して規制案内する移
動方向規制手段を設けたことを特徴とする磁気素子スイ
ッチ。
【請求項２】前記磁石に対向する前記連結棒の先端に
螺合することにより磁束の誘磁手段と前記キートップ及
び弾性部材の保持手段として作用するタッピングビスを
備えたことを特徴とする請求項１記載の磁気素子スイッ
チ。
【請求項３】前記移動方向規制手段を前記スライド部
材の上面に突出したガイドピンと、前記スイッチケース
の下面に形成して前記ガイドピンが係合するガイドレー
ルとで構成したことを特徴とする請求項１記載の磁気素
子スイッチ。
【請求項４】前記磁気素子を互いに直交する軸上に２
個配置し、各磁気素子は前記磁石の上下方向又は左右方
向それぞれ１方向のみについて移動量を検出し、該検出
値によってモータ等の正・逆転制御と速度制御とを行う
ことを特徴とする請求項１記載の磁気素子スイッチ。
【請求項５】前記モータ等の正・逆転制御及び速度制
御は前記磁気素子の出力値を基準三角波と比較するＰＷ
Ｍ制御とすることを特徴とする請求項４記載の磁気素子
スイッチ。