JP2004219191A - 磁気センサ及び無接点スイッチ - Google Patents
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Abstract
【課題】磁気検出素子と磁石との相対位置がずれていても磁気検出素子にかかる磁束密度のバラツキを少なくできる磁気センサ及び無接点スイッチを提供する。
【解決手段】周方向半々ずつがそれぞれＮ極及びＳ極としたリング状の磁石１６の円孔１６ａに磁気検出素子１７を配置した。磁石１６はリング状とされているため、円孔１６ａ内の磁束は、Ｘ軸方向へ向かう磁束のみとなる。従って、磁気検出素子１７がＸ軸方向へ向けてずれて配置されても、磁気検出素子１７の検出面１７ａにかかる磁束密度のバラツキは少ない。
【選択図】 図２
【解決手段】周方向半々ずつがそれぞれＮ極及びＳ極としたリング状の磁石１６の円孔１６ａに磁気検出素子１７を配置した。磁石１６はリング状とされているため、円孔１６ａ内の磁束は、Ｘ軸方向へ向かう磁束のみとなる。従って、磁気検出素子１７がＸ軸方向へ向けてずれて配置されても、磁気検出素子１７の検出面１７ａにかかる磁束密度のバラツキは少ない。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気センサ及び無接点スイッチに係り、詳しくは磁束密度の変化を検出する磁気検出素子を備えた磁気センサ及び無接点スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、有接点スイッチとして車両のシフト装置に設けられ、シフトレバーがニュートラル位置に位置しているか否かを検出するものが知られている。この有接点スイッチは、シフトレバーの根本を収容するハウジングに対して有接点スイッチの本体部を固定している。同有接点スイッチは、シフトレバーがニュートラル位置に位置する際に、シフトレバー自身或いはシフトレバーに付属したアクチュエータにより、前記本体部に設けられたスイッチ部を押圧する構成としている。このような、有接点スイッチの例として、特許文献１のものや、図９に示すようなプランジャ式の有接点スイッチが知られている。即ち、プランジャ式の有接点スイッチ１０１は本体部１０２から突出状態のプランジャ（スイッチ部）１０３を備えている。プランジャ１０３は、Ａ矢印方向に移動するアクチュエータ１０４に押圧されて本体部１０２内へ後退（Ｂ矢印方向へ移動）することにより、前記本体部１０２内の対向接点１０５をＯＮ作動するように構成されている。
【０００３】
ところで、前記アクチュエータ１０４がプランジャ１０３を本体部１０２内へ後退させる際には、プランジャ１０３を突出方向へ向けて付勢する付勢バネ１０６の付勢力に抗して操作を行うため、操作力の軽減のために無接点スイッチが提案されている。
【０００４】
図１０〜図１４は、無接点スイッチの例を示している。図１０に示すように、無接点スイッチ１１１は、円筒状をなすハウジング１１２と、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗素子）からなる磁気検出素子１１３と、同磁気検出素子１１３へバイアス磁界を付与する一対の磁石１１４，１１５とを備えている。前記一対の磁石１１４，１１５は、互いに対向するようにハウジング１１２の内周面に固定されている。前記両磁石１１４，１１５において、互いに対向する対向面１１４ａ，１１５ａは互いに平行とされている。前記磁気検出素子１１３と、一対の磁石１１４，１１５とから磁気センサＧが構成されている。
【０００５】
以下、図１１に示すように、磁石１１４，１１５における互いに対向する方向をＸ軸方向といい、そのＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向という。
ところで、図１０及び図１１に示すように、前記両磁石１１４，１１５は、上面、下面、及び２つの側面をそれぞれ備えている。前記両磁石１１４，１１５において、第１の側面は前記対向面１１４ａ，１１５ａであり、第２の側面は前記ハウジング１１２の内周面に沿うように形成された湾曲面１１４ｂ，１１５ｂである。即ち、図１１に示すように、前記磁石１１４，１１５は、その中央からＹ軸方向の両側へかけて厚さが薄くなるように形成されている。
【０００６】
図１０に示すように、前記磁石１１４は上半分がＮ極、下半分がＳ極とされ、前記磁石１１５は上半分がＳ極、下半分がＮ極とされている。前記両磁石１１４，１１５の間には、前記磁気検出素子１１３が配置され、同磁気検出素子１１３は図示しない固定部材によりハウジング１１２に対して固定されている。前記磁気検出素子１１３は、ハウジング１１２の下面よりも僅かに（例えば０．５ｍｍ）上方に位置するように配置されている。
【０００７】
そして、前記磁気検出素子１１３に対して磁性体からなるアクチュエータ１１６が対向する（図１３参照）か、非対向となる（図１２参照）かにより、前記両磁石１１４，１１５間に存在する磁束Ｚの方向が変化すると共に磁気検出素子１１３の検出面１１３ａにかかる磁束密度も変化する。
【０００８】
このようにアクチュエータ１１６が磁気検出素子１１３に対向するか非対向となるかにより、磁気検出素子１１３は、磁束密度の大きさに応じた検出信号をコンパレータ１１７へ出力する。コンパレータ１１７は、その検出信号を所定の閾値と比較してＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−９７５４９号公報（段落番号「００１０」、第２図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１１は、アクチュエータ１１６が対向位置及び非対向位置の両位置に位置する際において、両磁石１１４，１１５間に存在する磁束Ｚの向きを示した図である。図１１に示すように、前記無接点スイッチ１１１においては、磁石１１４の対向面１１４ａから磁石１１５の対向面１１５ａへ発せられる磁束Ｚ（以下、磁束Ｚａという）を有している。この磁束Ｚａは、前記対向面１１４ａから前記対向面１１５ａへ向けて直線的に発せられるものは少なく、大部分は湾曲して発せられる。特に、磁石１１４，１１５におけるＹ軸方向両端側から発せられる磁束Ｚａほど湾曲するようにして発せられる。
【００１１】
また、図１２は磁気検出素子１１３に対してアクチュエータ１１６が離間した状態、即ち、アクチュエータ１１６が非対向位置に位置した状態を示した図である。図１２に示すように、磁石１１４の上面から両磁石１１４，１１５間を通過して磁石１１４の下面へ向かう磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｂという）や、磁石１１５の下面から両磁石１１４，１１５間を通過して磁石１１５の上面へ向かう磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｃという）も有している。さらに、図１２に示すように、磁石１１４の上面から両磁石１１４，１１５間に進入して磁石１１５の上面へ向かう磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｄ）や、磁石１１５の下面から両磁石１１４，１１５間に進入して磁石１１４の下面へ向かう磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｅという）も有している。このように、アクチュエータとの「非対向状態」においては、両磁石１１４，１１５間に、図１１に示す磁束Ｚａ及び図１２に示す磁束Ｚｂ，Ｚｃ，Ｚｄ，Ｚｅが存在している。
【００１２】
一方、図１３は磁気検出素子１１３に対してアクチュエータ１１６が近接した状態、即ち、アクチュエータ１１６が対向位置に位置した状態を示した図である。図１３に示すように、磁石１１４の対向面１１４ａから発せられた磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｆという）は、アクチュエータ１１６に近づくように湾曲して磁石１１５の対向面１１５ａへ向かう。対向面１１４ａにおいて、アクチュエータ１１６に近い側の部位から発せられる磁束Ｚｆは、アクチュエータ１１６に遠い側の部位から発せられる磁束Ｚｆよりも湾曲している。また、磁束Ｚｆの一部はアクチュエータ１１６内を通過している。このように、「対向状態」においては、両磁石１１４，１１５間に、図１１に示す磁束Ｚａ及び図１３に示す磁束Ｚｆが存在している。
【００１３】
このように、両磁石１１４，１１５間には様々な方向へ向かう磁束が発生しているため、両磁石１１４，１１５に対して磁気検出素子１１３を配置する位置がずれると、磁気検出素子１１３の検出面１１３ａにかかる磁束密度の大きさが大幅に変わってしまうという問題があった。
【００１４】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は磁気検出素子と磁石との相対位置がずれていても磁気検出素子にかかる磁束密度のバラツキを少なくできる磁気センサ及び無接点スイッチを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、周方向半々ずつがそれぞれＮ極及びＳ極とされると共に貫通孔を有するリング状の磁石と、前記磁石の前記貫通孔内に配置されると共に検出する磁束密度の大きさに応じた検出信号を出力する磁気検出素子とを備えたことを要旨とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁気センサにおいて、前記磁石と前記磁気検出素子との離間距離を保持する保持手段を備えたことを要旨とする。請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の磁気センサにおいて、前記磁気検出素子は、前記磁石の軸心に対して直交するように配置された検出面を備え、前記磁気検出素子を固定した非磁性体からなるリードフレームを備え、前記リードフレームは前記磁気検出素子を配置する配置部と、前記配置部に対して一体的に連結された導出部とを備え、前記配置部は前記貫通孔内に配置され、前記導出部は前記磁石の前記貫通孔から導出され、前記リードフレームと前記磁気検出素子と前記磁石とが前記保持手段にて離間距離を保持されていることを要旨とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の磁気センサにおいて、前記磁気検出素子から前記検出信号を入力すると共にその検出信号を二値化する二値化手段を備えたことを要旨とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の磁気センサと、前記磁気検出素子に対して、近接離間自在に設けられてその近接離間動作により前記貫通孔内の磁束密度の変化を生じさせるアクチュエータとを備えたことを要旨とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の無接点スイッチにおいて、前記磁気検出素子に対して前記アクチュエータが対向する対向位置と対向しない非対向位置との間を移動可能に設けられることにより、前記磁気検出素子に対して前記アクチュエータが近接離間自在とされていることを要旨とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した磁気センサ及び無接点スイッチの一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の無接点スイッチ１１は、ねじ込み部１２ａを有する本体部１２と、同ねじ込み部１２ａの先端（図１におけるねじ込み部１２ａの下端）と対向する鋼鉄製のアクチュエータ１３とを備えている。
【００２２】
なお、前記鋼鉄は磁性体であり、本明細書においては、磁性体とは強磁性体のことをいう。
前記本体部１２は、前記ねじ込み部１２ａと、ナット部１２ｂとを備えている。前記ナット部１２ｂはスパナ等を用いてねじ込み部１２ａを被ねじ込み部へねじ込むためのものである。図１において、センサ取付部３０の雌ネジ孔３１に対して、前記本体部１２のねじ込み部１２ａがねじ込み固定されている。
【００２３】
図２に示すように、前記ねじ込み部１２ａは、円筒状をなすハウジング１５と、リング状をなす磁石１６と、磁気検出素子１７と、リードフレーム１８と、回路基板２０とを備えている。前記磁気検出素子１７は、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗素子）を検出面１７ａに備えている。前記磁石１６は前記磁気検出素子１７に対してバイアス磁界を付与する。前記磁石１６と、磁気検出素子１７とにより、磁気センサＰが構成されている。また、前記回路基板２０には、二値化手段としてのコンパレータが設けられている。前記ハウジング１５は鋼鉄からなり、その外周には雄ネジ部１５ａが形成されている。前記ハウジング１５内において、アクチュエータ１３と対向する側の端部（以下、下端部という）には、ハウジング１５の内周面に対して前記磁石１６の外周面が固定されている。
【００２４】
図２及び図３に示すように、前記磁石１６はリング状とされていることにより貫通孔としての真円をなす円孔１６ａを備えており、同磁石１６は周方向半々ずつがそれぞれＮ極及びＳ極とされている。なお、図３においては、説明の便宜上、リードフレーム１８、後述するポッティング樹脂１９、及び回路基板２０の図示を省略している。図２〜図５においては、磁石１６の左半分がＮ極とされ、右半分がＳ極とされている。以下、図３に示す前記磁石１６におけるＮ極とＳ極との境界面を境界面ｆという。前記磁石１６の円孔１６ａ内において、磁石１６のＮ極部位からＳ極部位へ向けて発せられる磁束Ｍは前記境界面ｆに対して直交すると共にほぼ直線状態とされている。
【００２５】
図２に示すように、前記ハウジング１５内には、磁気検出素子１７及び回路基板２０を固定したリードフレーム１８が保持手段としてのポッティング樹脂１９にて埋設されている。即ち、前記磁気検出素子１７、回路基板２０、及び前記リードフレーム１８は、ポッティング樹脂１９を介してハウジング１５に対して固定されている。前記ポッティング樹脂１９により、磁気検出素子１７と磁石１６間の離間距離が保持されている。前記ポッティング樹脂１９は例えばエポキシ系、ウレタン系等の二液混合硬化型樹脂であり、絶縁性を有する。なお、前記リードフレーム１８の上部はポッティング樹脂１９に埋設されていない。図２に示すように、前記ハウジング１５の下端面（先端面）、磁石１６の下端面、ポッティング樹脂１９の下端面は面一とされている。
【００２６】
前記リードフレーム１８は断面Ｌ字状をなすように形成され、同リードフレーム１８は配置部１８ａと、前記配置部１８ａの一端部に対して一体的に連結された導出部１８ｂとを備えている。前記配置部１８ａと前記導出部１８ｂとは互いに直交するように形成されている。前記配置部１８ａには前記アクチュエータ１３と対向可能な配置面Ｈ１を備え、前記導出部１８ｂには配置面Ｈ２を備えている。前記リードフレーム１８は板状をなす銅板を折り曲げて断面Ｌ字状をなすように形成されており、リードフレーム１８を折り曲げ形成する前においては、前記配置部１８ａの配置面Ｈ１と、前記導出部１８ｂの配置面Ｈ２とが同一面とされている。
【００２７】
なお、銅は非磁性体であり、本明細書においては、非磁性体とは常磁性体及び反磁性体のことをいう。
図２に示すように、前記配置部１８ａの配置面Ｈ１には前記磁気検出素子１７が固定され、前記配置部１８ａ及び前記磁気検出素子１７は、前記磁石１６の円孔１６ａ内に配置されている。前記磁気検出素子１７の検出面１７ａは、磁石１６の軸心Ｏに対して直交するように配置され、同検出面１７ａのＸ軸方向における中心が、前記磁石１６の軸心Ｏと一致するように配置されている。
【００２８】
なお、ここでいうＸ軸方向とは、前記軸心Ｏに対して直交する方向のことをいう。本実施形態では、Ｘ軸方向は図２における左右方向である。
前記検出面１７ａとポッティング樹脂１９の下端面との距離Ｄ１は、０．５ｍｍとされている。磁気検出素子１７は、その検出面１７ａにて磁束密度を検出し、その磁束密度の大きさに応じた検出信号を出力するように構成されている。また、前記導出部１８ｂは、中央よりも上方側（ねじ込み部１２ａにおける基端側）が、前記円孔１６ａから導出されている。前記導出部１８ｂにおける円孔１６ａから導出されている部位の配置面Ｈ２には、回路基板２０が固定されている。前記回路基板２０に設けられたコンパレータは前記磁気検出素子１７と電気的に接続され、磁気検出素子１７から出力される検出信号を処理するように構成されている。前記アクチュエータ１３は、Ｘ軸方向へ向けて往復動可能に構成されている。以下、前記アクチュエータ１３の往復動により、そのアクチュエータ１３が、磁気検出素子１７の検出面１７ａに対向する際の位置を対向位置（図５参照）という。また、前記アクチュエータ１３の往復動により、そのアクチュエータ１３が、磁気検出素子１７の検出面１７ａに対して対向していない際の位置を非対向位置（図４参照）という。
【００２９】
図５に示すように、前記アクチュエータ１３が対向位置に位置している際には、アクチュエータ１３に一部の磁束が吸収される。そのため、アクチュエータ１３が対向位置（図５参照）に位置している際と、非対向位置（図４参照）に位置している際とでは、前者の方が磁気検出素子１７の検出面１７ａにかかる磁束密度の大きさが小さくなる。
【００３０】
コンパレータは閾値未満の磁束密度に相当する検出信号を入力するとＯＮ信号を出力し、閾値以上の磁束密度に相当する検出信号を入力するとＯＦＦ信号を出力するように構成されている。即ち、コンパレータは磁気検出素子１７から入力した検出信号を二値化する。
【００３１】
詳しく述べると、アクチュエータ１３が対向位置に位置している状態では、前記コンパレータは、磁気検出素子１７から検出信号を入力するとＯＮ信号を出力するように構成されている。アクチュエータ１３が非対向位置に位置している状態では、前記コンパレータは、磁気検出素子１７から検出信号を入力するとＯＦＦ信号を出力するように構成されている。
【００３２】
次に、本実施形態のように構成された無接点スイッチ１１の作用について説明する。
図３は、アクチュエータ１３が対向位置及び非対向位置の両位置に位置する際における円孔１６ａ内の磁束Ｍの向きを示した図である。図３に示すように、磁石１６の円孔１６ａ内において、磁石１６のＮ極部位からＳ極部位へ向けて発せられる磁束Ｍは、図１１に示す従来技術の無接点スイッチ１１１における両磁石１１４，１１５が協働して発する磁束Ｚａと比して湾曲していない。
【００３３】
図４は磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３が離間した状態、即ち、アクチュエータ１３が非対向位置に位置した状態を示した図である。なお、図４及び後述する図５においては、説明の便宜上、ハウジング１５、リードフレーム１８、ポッティング樹脂１９、及び回路基板２０の図示を省略している。図４に示すように、本実施形態の磁石１６の円孔１６ａ内において、磁石１６のＮ極部位からＳ極部位へ向けて発せられる複数の磁束Ｍは、図１２に示す従来技術の無接点スイッチ１１１における両磁石１１４，１１５が協働して発する磁束Ｚｂ，Ｚｃ，Ｚｄ，Ｚｅと比して乱れていない。即ち、図４に示すように、本実施形態の磁石１６において、円孔１６ａ内の複数の磁束Ｍは、境界面ｆ（図３参照）に対して直交するように磁石１６のＮ極部位からＳ極部位へ発せられている。
【００３４】
一方、図５は磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３が近接した状態、即ち、アクチュエータ１３が対向位置に位置した状態を示した図である。図５に示すように、本実施形態の磁石１６の円孔１６ａ内において、複数の磁束Ｍのうちアクチュエータ１３側に近い磁束Ｍ（以下、磁束Ｍａという）が磁石１６のＮ極部位から発せられてアクチュエータ１３に近づくように湾曲して磁石１６のＳ極部位へ到達する。また、磁束Ｍａはアクチュエータ１３に吸収されて磁路を形成する。
【００３５】
次に、無接点スイッチ１１の磁気センサＰと、従来技術における無接点スイッチ１１１の磁気センサＧとの比較を図６及び図１４に基づいて説明する。なお、図６は無接点スイッチ１１（磁気センサＰ）のシミュレーション実験（数値解析による実験）のデータであり、図１４は無接点スイッチ１１１（磁気センサＧ）のシミュレーション実験（数値解析による実験）のデータである。
【００３６】
図６は、上記無接点スイッチ１１において、磁気検出素子１７の配置位置の変更、及び磁気検出素子１７とアクチュエータ１３との距離の変更による磁気検出素子１７の検出面１７ａに加わる磁束密度の変化を計測したものである。図６は、横軸に磁気検出素子１７のＸ軸方向における配置ずれＸ（ｍｍ）を示し、縦軸に磁気検出素子１７の検出面１７ａが検出する磁束密度（Ｔ）（テスラ）を示している。横軸において、磁気検出素子１７のＸ軸方向の中心が磁石１６の軸心Ｏと一致している際の磁気検出素子１７の位置を基準である０ｍｍとしている。
【００３７】
そして、図６の横軸におけるプラス値は、図２における磁気検出素子１７が磁石１６のＳ極側へずれた際のずれ量を示している。また、図６の横軸におけるマイナス値は、図６における磁気検出素子１７が磁石１６のＮ極側へずれた際のずれ量を示している。また、図６において、特性線Ｉ１は、アクチュエータ１３が非対向位置に位置する際の特性を示している。図６において、特性線Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５は、アクチュエータ１３が対向位置に位置する状態で、かつ磁気検出素子１７とアクチュエータ１３との距離Ｄ２（図２参照）がそれぞれ３．５ｍｍ、２．５ｍｍ、１．５ｍｍ、０．５ｍｍの際の特性を示している。図６に示すように、磁気検出素子１７の配置ずれＸが、例えば±１ｍｍや、±２ｍｍであっても、配置ずれ０ｍｍと比して磁束密度は大きく異なることはない。
【００３８】
一方、図１４は、従来技術の無接点スイッチ１１１において、磁気検出素子１１３の配置位置の変更、及び磁気検出素子１１３とアクチュエータ１１６との距離の変更による磁気検出素子１１３の検出面１１３ａに加わる磁束密度の変化を示したものである。なお、従来技術のシミュレーション実験は、図６に示す本実施形態のシミュレーション実験と同一機器により磁束密度及び配置ずれを測定した。
【００３９】
図１４において、横軸に前記磁気検出素子１１３のＸ軸方向における配置ずれＸ’（ｍｍ）を示し、縦軸に磁気検出素子１１３の検出面１１３ａが検出する磁束密度（Ｔ）（テスラ）を示している。横軸において、磁気検出素子１１３のＸ軸方向の中心がハウジング１１２の軸心１２０と一致している際の磁気検出素子１１３の位置を基準である０ｍｍとしている。そして、図１４の横軸におけるプラス値は、図１０における磁気検出素子１１３が対向面１１５ａ側へずれた際のずれ量を示している。また、図１４の横軸におけるマイナス値は、図１０における磁気検出素子１１３が対向面１１４ａ側へずれた際のずれ量を示している。
【００４０】
また、図１４において、特性線Ｌ１は、アクチュエータ１１６が非対向位置に位置する際の特性を示している。図１４において、特性線Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、アクチュエータ１１６が対向位置に位置する状態で、かつ磁気検出素子１１３とアクチュエータ１１６との距離Ｋ（図１０参照）がそれぞれ３．５ｍｍ、２．５ｍｍ、１．５ｍｍ、０．５ｍｍの際の特性を示している。図１４に示すように、磁気検出素子１１３の配置ずれＸ’が、例えば±１ｍｍや、±２ｍｍの場合、配置ずれ０ｍｍと比して磁束密度は大きく異なる。
【００４１】
従って、図６に示す特性線Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４は、図１４に示す特性線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に比して配置ずれによるバラツキがそれぞれ小さくなる。ところで、前記無接点スイッチ１１の構成において、コンパレータの閾値を０．０２７（Ｔ）に設定し、磁気検出素子１７と、対向位置に位置するアクチュエータ１３との距離Ｄ２が１．５ｍｍなるように設定すると以下に示すような作用を奏する。即ち、この無接点スイッチ１１は、アクチュエータ１３が非対向位置に位置する際には図６に示す前記特性線Ｉ１の特性に相当し、アクチュエータ１３が対向位置に位置する際には図６に示す前記特性線Ｉ４の特性に相当する。このように構成すると、図６から分かるように無接点スイッチ１１は、磁気検出素子１７における配置ずれＸの値が±２ｍｍとなってもなおＯＮ／ＯＦＦ検出を正確に行える。
【００４２】
一方、従来技術の無接点スイッチ１１１の構成において、コンパレータ１１７の閾値を０．０１６（Ｔ）に設定し、磁気検出素子１１３と、対向位置に位置するアクチュエータ１１６との距離Ｋが１．５ｍｍなるように設定すると以下に示すような作用を奏する。即ち、この無接点スイッチ１１１は、アクチュエータ１１６が非対向位置に位置する際には図１４に示す前記特性線Ｌ１の特性に相当し、アクチュエータ１１６が対向位置に位置する際には図１４に示す前記特性線Ｌ４の特性に相当する。このように構成すると、図１４から分かるように無接点スイッチ１１１は、配置ずれＸ’の値が±０．６ｍｍ以上となると、アクチュエータ１１６が対向位置に位置していても非対向位置に位置していてもＯＦＦ信号しか出力せず、ＯＮ／ＯＦＦ検出を行うことができなくなってしまうという問題がある。
【００４３】
従って、本実施形態の無接点スイッチ１１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、周方向半々ずつがそれぞれＮ極及びＳ極としたリング状の磁石１６の円孔１６ａ内に磁気検出素子１７を配置した。そして、磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を近接離間させることによる、同円孔１６ａ内の磁束Ｍの方向の変化を磁気検出素子１７の検出面１７ａにて検出するようにした。そして、磁気検出素子１７は、検出した磁束密度の大きさに応じて検出信号を回路基板２０へ出力し、回路基板２０は、入力した検出信号に基づいてＯＮ信号またはＯＦＦ信号を出力するようにした。前記磁石１６はリング状とされているため、図３に示す磁石１６の円孔１６ａ内の磁束Ｍは、図１１に示す従来技術の無接点スイッチ１１１における磁束Ｚａに比して湾曲していない。そのため、磁気検出素子１７がＸ軸方向へ向けてずれて配置されても、磁気検出素子１７の検出面１７ａにかかる磁束Ｍの向きが変化することはほとんどない。従って、磁気検出素子１７と磁石１６との相対位置がずれていても磁気検出素子１７の検出面１７ａにかかる磁束密度のバラツキを少なくできる。また、本実施形態の無接点スイッチ１１は、従来技術の無接点スイッチ１１１に比して磁気検出素子を配置する位置がずれてもＯＮ／ＯＦＦ検出を好適に行うことができる。
【００４４】
（２）本実施形態では、磁石１６と磁気検出素子１７とをポッティング樹脂１９にて固定した。従って、磁石１６と磁気検出素子１７との相対位置を確実に維持することができる。
【００４５】
（３）本実施形態では、断面Ｌ字状をなすと共に銅板からなるリードフレーム１８を備え、同リードフレーム１８は、配置部１８ａと配置部１８ａに対して一体的に連結された導出部１８ｂとを備えた。リードフレーム１８の配置部１８ａに対して磁気検出素子１７を固定し、その配置部１８ａと磁気検出素子１７とを磁石１６の円孔１６ａ内に配置した。リードフレーム１８の導出部１８ｂは、前記円孔１６ａから導出するようにした。そして、リードフレーム１８と磁気検出素子１７と磁石１６とをポッティング樹脂１９にて固定した。従って、磁気検出素子１７をポッティング樹脂１９に埋設する際に、前記リードフレーム１８の上部（導出部１８ｂの上部）を固定しながら磁気検出素子１７をポッティング樹脂１９に埋設することにより、磁気検出素子１７の配置位置がずれることがない。
【００４６】
（４）本実施形態では、アクチュエータ１３をＸ軸方向へ向けて往復動可能に構成した。そして、磁気検出素子１７に対して、アクチュエータ１３を対向させたり非対向させたりすることにより、無接点スイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦ検出を実現させるようにした。従って、無接点スイッチ１１は、Ｘ軸方向へ向けて往復動する被検出体に対してアクチュエータ１３を固定することにより、その被検出体の往復動に基づいてＯＮ／ＯＦＦ検出を行うことができる。
【００４７】
（５）本実施形態では、円筒状をなすハウジング１５内に磁石１６、磁気検出素子１７、回路基板２０、及びリードフレーム１８を配置した。そして、ハウジング１５の外周には雄ネジ部１５ａを形成した。従って、図１に示すように、センサ取付部３０の雌ネジ孔３１に対して、無接点スイッチ１１の雄ネジ部１５ａをねじ込むことにより、そのセンサ取付部３０に対して無接点スイッチ１１を容易に固定することができる。
【００４８】
（６）本実施形態では、リードフレーム１８を銅にて形成した。従って、磁石１６の円孔１６ａ内の磁束Ｍの向きがリードフレーム１８により乱されることなく、磁気検出素子１７は磁束Ｍの向きを好適に検出することができる。
【００４９】
（７）本実施形態では、断面Ｌ字状をなすリードフレーム１８において、配置部１８ａの配置面Ｈ１に磁気検出素子１７を固定し、導出部１８ｂの配置面Ｈ２に回路基板２０を固定した。このリードフレーム１８は、折り曲げ形成する前である板状をなすリードフレーム１８の配置面Ｈ１，Ｈ２に対して、磁気検出素子１７及び回路基板２０をそれぞれ固定した後、リードフレーム１８を折り曲げて断面Ｌ字状に形成する。従って、板状をなすリードフレーム１８の一面側に対して磁気検出素子１７及び回路基板２０を固定した後、リードフレーム１８を断面Ｌ字状をなすように折り曲げることにより、リードフレーム１８に対する磁気検出素子１７及び回路基板２０の固定と、リードフレーム１８の形成とを容易に行うことができる。
（他の実施形態）
なお、上記実施形態は以下のような他の実施形態に変更して具体化してもよい。
【００５０】
・前記実施形態では、磁石１６の円孔１６ａは真円をなすように形成していたが、貫通孔である円孔１６ａを楕円をなすように形成してもよい。
・前記実施形態では、アクチュエータ１３を鋼鉄にて形成していたが、ニッケルや、コバルトなどの磁性体金属にて形成してもよい。
【００５１】
・前記実施形態では、リードフレーム１８を銅にて形成していたが、アルミニウム、銀、アンチモン、金などの非磁性体金属にて形成してもよい。
・前記実施形態では、ハウジング１５の外周に雄ネジ部１５ａを形成していたが、その雄ネジ部１５ａを省略してもよい。
【００５２】
・前記実施形態では、ハウジング１５を円筒状に形成していた。これに限らず、図７に示すように、ハウジング１５を四角筒状に形成し、そのハウジング１５内に前記磁石１６、磁気検出素子１７及び回路基板２０が固定されたリードフレーム１８を配置し、ポッティング樹脂１９を充填するようにしてもよい。この場合、ポッティング樹脂１９により、ハウジング１５と、磁石１６と、リードフレーム１８とが互いに固定される。
【００５３】
・前記実施形態では、ハウジング１５内に磁石１６及び磁気検出素子１７を配置し、ポッティング樹脂１９にて磁石１６と磁気検出素子１７とを固定していた。これに限らず、前記ハウジング１５を省略し、磁石１６と磁気検出素子１７とをポッティング樹脂１９にて固定するようにして無接点スイッチ１１を構成してもよい。
【００５４】
・前記実施形態では、ポッティング樹脂１９により磁気検出素子１７と磁石１６との相対位置を固定していた。これに限らず、保持手段としての接着剤により、磁気検出素子１７と磁石１６との相対位置を固定してもよい。また、保持手段としての図示しない固定部材を介して、磁気検出素子１７と磁石１６との相対位置を固定するようにしてもよい。
【００５５】
・前記実施形態では、アクチュエータ１３をＸ軸方向へ向けて往復動可能に構成することにより磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を近接離間自在とし、この結果、無接点スイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦ検出を実現させていた。これに限らず、磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を近接離間自在とすることができる動作をするのであれば、アクチュエータ１３をどのようにでも動作可能に構成してもよい。
【００５６】
・前記実施形態では、磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を対向させたり非対向とさせたりすることにより、無接点スイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦ検出を実現させていた。これに限らず、磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を常に対向させた状態とし、前記磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を近づけることにより近接状態とし、前記磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を離れさせることにより離間状態とするように無接点スイッチ１１を構成してもよい。
【００５７】
・前記実施形態では、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ）からなる磁気検出素子１７を用いて無接点スイッチ１１を構成していた。これに限らず、図８に示すホール素子からなる磁気検出素子４０を用いて無接点スイッチ１１を構成してもよい。この場合、無接点スイッチ１１の磁気検出素子４０は、その検出面が前記境界面ｆ（図３参照）に対して平行となるように配置する。この場合、磁気検出素子４０及び磁石１６にて磁気センサＰが構成されている。このように構成しても、磁気検出素子１７を備えた無接点スイッチ１１と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００５８】
次に、上記実施形態及び他の実施形態から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記磁気検出素子、前記リードフレーム、及び前記磁石は、円筒状をなすハウジング内に設けられ、前記ハウジングの外周には雄ネジ部を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の磁気センサ。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、磁気検出素子と磁石との相対位置がずれていても磁気検出素子にかかる磁束密度のバラツキを少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における無接点スイッチの正面図。
【図２】本実施形態におけるねじ込み部の断面図。
【図３】本実施形態におけるハウジング、磁石、磁気検出素子の配置関係を示す平面図。
【図４】本実施形態における磁気検出素子に対してアクチュエータが離間した状態を示す説明図。
【図５】本実施形態における磁気検出素子に対してアクチュエータが近接した状態を示す説明図。
【図６】本実施形態における磁気検出素子の配置ずれと磁束密度との関係を示す特性図。
【図７】他の実施形態における無接点スイッチの平面図。
【図８】他の実施形態におけるねじ込み部の断面図。
【図９】従来技術における有接点スイッチの部分断面正面図。
【図１０】従来技術における無接点スイッチの部分断面正面図。
【図１１】従来技術におけるハウジング、磁石、磁気検出素子の配置関係を示す平面図。
【図１２】従来技術における磁気検出素子に対してアクチュエータが離間した状態を示す説明図。
【図１３】従来技術における磁気検出素子に対してアクチュエータが近接した状態を示す説明図。
【図１４】従来技術における磁気検出素子の配置ずれと磁束密度との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１１…無接点スイッチ、１３…アクチュエータ、１６…磁石、
１６ａ…貫通孔としての円孔、１７，４０…磁気検出素子、
１７ａ…検出面、１９…保持手段としてのポッティング樹脂、
１８…リードフレーム、１８ａ…配置部、１８ｂ…導出部、
Ｍ，Ｍａ…磁束、Ｏ…軸心、Ｐ…磁気センサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気センサ及び無接点スイッチに係り、詳しくは磁束密度の変化を検出する磁気検出素子を備えた磁気センサ及び無接点スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、有接点スイッチとして車両のシフト装置に設けられ、シフトレバーがニュートラル位置に位置しているか否かを検出するものが知られている。この有接点スイッチは、シフトレバーの根本を収容するハウジングに対して有接点スイッチの本体部を固定している。同有接点スイッチは、シフトレバーがニュートラル位置に位置する際に、シフトレバー自身或いはシフトレバーに付属したアクチュエータにより、前記本体部に設けられたスイッチ部を押圧する構成としている。このような、有接点スイッチの例として、特許文献１のものや、図９に示すようなプランジャ式の有接点スイッチが知られている。即ち、プランジャ式の有接点スイッチ１０１は本体部１０２から突出状態のプランジャ（スイッチ部）１０３を備えている。プランジャ１０３は、Ａ矢印方向に移動するアクチュエータ１０４に押圧されて本体部１０２内へ後退（Ｂ矢印方向へ移動）することにより、前記本体部１０２内の対向接点１０５をＯＮ作動するように構成されている。
【０００３】
ところで、前記アクチュエータ１０４がプランジャ１０３を本体部１０２内へ後退させる際には、プランジャ１０３を突出方向へ向けて付勢する付勢バネ１０６の付勢力に抗して操作を行うため、操作力の軽減のために無接点スイッチが提案されている。
【０００４】
図１０〜図１４は、無接点スイッチの例を示している。図１０に示すように、無接点スイッチ１１１は、円筒状をなすハウジング１１２と、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗素子）からなる磁気検出素子１１３と、同磁気検出素子１１３へバイアス磁界を付与する一対の磁石１１４，１１５とを備えている。前記一対の磁石１１４，１１５は、互いに対向するようにハウジング１１２の内周面に固定されている。前記両磁石１１４，１１５において、互いに対向する対向面１１４ａ，１１５ａは互いに平行とされている。前記磁気検出素子１１３と、一対の磁石１１４，１１５とから磁気センサＧが構成されている。
【０００５】
以下、図１１に示すように、磁石１１４，１１５における互いに対向する方向をＸ軸方向といい、そのＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向という。
ところで、図１０及び図１１に示すように、前記両磁石１１４，１１５は、上面、下面、及び２つの側面をそれぞれ備えている。前記両磁石１１４，１１５において、第１の側面は前記対向面１１４ａ，１１５ａであり、第２の側面は前記ハウジング１１２の内周面に沿うように形成された湾曲面１１４ｂ，１１５ｂである。即ち、図１１に示すように、前記磁石１１４，１１５は、その中央からＹ軸方向の両側へかけて厚さが薄くなるように形成されている。
【０００６】
図１０に示すように、前記磁石１１４は上半分がＮ極、下半分がＳ極とされ、前記磁石１１５は上半分がＳ極、下半分がＮ極とされている。前記両磁石１１４，１１５の間には、前記磁気検出素子１１３が配置され、同磁気検出素子１１３は図示しない固定部材によりハウジング１１２に対して固定されている。前記磁気検出素子１１３は、ハウジング１１２の下面よりも僅かに（例えば０．５ｍｍ）上方に位置するように配置されている。
【０００７】
そして、前記磁気検出素子１１３に対して磁性体からなるアクチュエータ１１６が対向する（図１３参照）か、非対向となる（図１２参照）かにより、前記両磁石１１４，１１５間に存在する磁束Ｚの方向が変化すると共に磁気検出素子１１３の検出面１１３ａにかかる磁束密度も変化する。
【０００８】
このようにアクチュエータ１１６が磁気検出素子１１３に対向するか非対向となるかにより、磁気検出素子１１３は、磁束密度の大きさに応じた検出信号をコンパレータ１１７へ出力する。コンパレータ１１７は、その検出信号を所定の閾値と比較してＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−９７５４９号公報（段落番号「００１０」、第２図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１１は、アクチュエータ１１６が対向位置及び非対向位置の両位置に位置する際において、両磁石１１４，１１５間に存在する磁束Ｚの向きを示した図である。図１１に示すように、前記無接点スイッチ１１１においては、磁石１１４の対向面１１４ａから磁石１１５の対向面１１５ａへ発せられる磁束Ｚ（以下、磁束Ｚａという）を有している。この磁束Ｚａは、前記対向面１１４ａから前記対向面１１５ａへ向けて直線的に発せられるものは少なく、大部分は湾曲して発せられる。特に、磁石１１４，１１５におけるＹ軸方向両端側から発せられる磁束Ｚａほど湾曲するようにして発せられる。
【００１１】
また、図１２は磁気検出素子１１３に対してアクチュエータ１１６が離間した状態、即ち、アクチュエータ１１６が非対向位置に位置した状態を示した図である。図１２に示すように、磁石１１４の上面から両磁石１１４，１１５間を通過して磁石１１４の下面へ向かう磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｂという）や、磁石１１５の下面から両磁石１１４，１１５間を通過して磁石１１５の上面へ向かう磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｃという）も有している。さらに、図１２に示すように、磁石１１４の上面から両磁石１１４，１１５間に進入して磁石１１５の上面へ向かう磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｄ）や、磁石１１５の下面から両磁石１１４，１１５間に進入して磁石１１４の下面へ向かう磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｅという）も有している。このように、アクチュエータとの「非対向状態」においては、両磁石１１４，１１５間に、図１１に示す磁束Ｚａ及び図１２に示す磁束Ｚｂ，Ｚｃ，Ｚｄ，Ｚｅが存在している。
【００１２】
一方、図１３は磁気検出素子１１３に対してアクチュエータ１１６が近接した状態、即ち、アクチュエータ１１６が対向位置に位置した状態を示した図である。図１３に示すように、磁石１１４の対向面１１４ａから発せられた磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｆという）は、アクチュエータ１１６に近づくように湾曲して磁石１１５の対向面１１５ａへ向かう。対向面１１４ａにおいて、アクチュエータ１１６に近い側の部位から発せられる磁束Ｚｆは、アクチュエータ１１６に遠い側の部位から発せられる磁束Ｚｆよりも湾曲している。また、磁束Ｚｆの一部はアクチュエータ１１６内を通過している。このように、「対向状態」においては、両磁石１１４，１１５間に、図１１に示す磁束Ｚａ及び図１３に示す磁束Ｚｆが存在している。
【００１３】
このように、両磁石１１４，１１５間には様々な方向へ向かう磁束が発生しているため、両磁石１１４，１１５に対して磁気検出素子１１３を配置する位置がずれると、磁気検出素子１１３の検出面１１３ａにかかる磁束密度の大きさが大幅に変わってしまうという問題があった。
【００１４】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は磁気検出素子と磁石との相対位置がずれていても磁気検出素子にかかる磁束密度のバラツキを少なくできる磁気センサ及び無接点スイッチを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、周方向半々ずつがそれぞれＮ極及びＳ極とされると共に貫通孔を有するリング状の磁石と、前記磁石の前記貫通孔内に配置されると共に検出する磁束密度の大きさに応じた検出信号を出力する磁気検出素子とを備えたことを要旨とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁気センサにおいて、前記磁石と前記磁気検出素子との離間距離を保持する保持手段を備えたことを要旨とする。請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の磁気センサにおいて、前記磁気検出素子は、前記磁石の軸心に対して直交するように配置された検出面を備え、前記磁気検出素子を固定した非磁性体からなるリードフレームを備え、前記リードフレームは前記磁気検出素子を配置する配置部と、前記配置部に対して一体的に連結された導出部とを備え、前記配置部は前記貫通孔内に配置され、前記導出部は前記磁石の前記貫通孔から導出され、前記リードフレームと前記磁気検出素子と前記磁石とが前記保持手段にて離間距離を保持されていることを要旨とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の磁気センサにおいて、前記磁気検出素子から前記検出信号を入力すると共にその検出信号を二値化する二値化手段を備えたことを要旨とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の磁気センサと、前記磁気検出素子に対して、近接離間自在に設けられてその近接離間動作により前記貫通孔内の磁束密度の変化を生じさせるアクチュエータとを備えたことを要旨とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の無接点スイッチにおいて、前記磁気検出素子に対して前記アクチュエータが対向する対向位置と対向しない非対向位置との間を移動可能に設けられることにより、前記磁気検出素子に対して前記アクチュエータが近接離間自在とされていることを要旨とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した磁気センサ及び無接点スイッチの一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の無接点スイッチ１１は、ねじ込み部１２ａを有する本体部１２と、同ねじ込み部１２ａの先端（図１におけるねじ込み部１２ａの下端）と対向する鋼鉄製のアクチュエータ１３とを備えている。
【００２２】
なお、前記鋼鉄は磁性体であり、本明細書においては、磁性体とは強磁性体のことをいう。
前記本体部１２は、前記ねじ込み部１２ａと、ナット部１２ｂとを備えている。前記ナット部１２ｂはスパナ等を用いてねじ込み部１２ａを被ねじ込み部へねじ込むためのものである。図１において、センサ取付部３０の雌ネジ孔３１に対して、前記本体部１２のねじ込み部１２ａがねじ込み固定されている。
【００２３】
図２に示すように、前記ねじ込み部１２ａは、円筒状をなすハウジング１５と、リング状をなす磁石１６と、磁気検出素子１７と、リードフレーム１８と、回路基板２０とを備えている。前記磁気検出素子１７は、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗素子）を検出面１７ａに備えている。前記磁石１６は前記磁気検出素子１７に対してバイアス磁界を付与する。前記磁石１６と、磁気検出素子１７とにより、磁気センサＰが構成されている。また、前記回路基板２０には、二値化手段としてのコンパレータが設けられている。前記ハウジング１５は鋼鉄からなり、その外周には雄ネジ部１５ａが形成されている。前記ハウジング１５内において、アクチュエータ１３と対向する側の端部（以下、下端部という）には、ハウジング１５の内周面に対して前記磁石１６の外周面が固定されている。
【００２４】
図２及び図３に示すように、前記磁石１６はリング状とされていることにより貫通孔としての真円をなす円孔１６ａを備えており、同磁石１６は周方向半々ずつがそれぞれＮ極及びＳ極とされている。なお、図３においては、説明の便宜上、リードフレーム１８、後述するポッティング樹脂１９、及び回路基板２０の図示を省略している。図２〜図５においては、磁石１６の左半分がＮ極とされ、右半分がＳ極とされている。以下、図３に示す前記磁石１６におけるＮ極とＳ極との境界面を境界面ｆという。前記磁石１６の円孔１６ａ内において、磁石１６のＮ極部位からＳ極部位へ向けて発せられる磁束Ｍは前記境界面ｆに対して直交すると共にほぼ直線状態とされている。
【００２５】
図２に示すように、前記ハウジング１５内には、磁気検出素子１７及び回路基板２０を固定したリードフレーム１８が保持手段としてのポッティング樹脂１９にて埋設されている。即ち、前記磁気検出素子１７、回路基板２０、及び前記リードフレーム１８は、ポッティング樹脂１９を介してハウジング１５に対して固定されている。前記ポッティング樹脂１９により、磁気検出素子１７と磁石１６間の離間距離が保持されている。前記ポッティング樹脂１９は例えばエポキシ系、ウレタン系等の二液混合硬化型樹脂であり、絶縁性を有する。なお、前記リードフレーム１８の上部はポッティング樹脂１９に埋設されていない。図２に示すように、前記ハウジング１５の下端面（先端面）、磁石１６の下端面、ポッティング樹脂１９の下端面は面一とされている。
【００２６】
前記リードフレーム１８は断面Ｌ字状をなすように形成され、同リードフレーム１８は配置部１８ａと、前記配置部１８ａの一端部に対して一体的に連結された導出部１８ｂとを備えている。前記配置部１８ａと前記導出部１８ｂとは互いに直交するように形成されている。前記配置部１８ａには前記アクチュエータ１３と対向可能な配置面Ｈ１を備え、前記導出部１８ｂには配置面Ｈ２を備えている。前記リードフレーム１８は板状をなす銅板を折り曲げて断面Ｌ字状をなすように形成されており、リードフレーム１８を折り曲げ形成する前においては、前記配置部１８ａの配置面Ｈ１と、前記導出部１８ｂの配置面Ｈ２とが同一面とされている。
【００２７】
なお、銅は非磁性体であり、本明細書においては、非磁性体とは常磁性体及び反磁性体のことをいう。
図２に示すように、前記配置部１８ａの配置面Ｈ１には前記磁気検出素子１７が固定され、前記配置部１８ａ及び前記磁気検出素子１７は、前記磁石１６の円孔１６ａ内に配置されている。前記磁気検出素子１７の検出面１７ａは、磁石１６の軸心Ｏに対して直交するように配置され、同検出面１７ａのＸ軸方向における中心が、前記磁石１６の軸心Ｏと一致するように配置されている。
【００２８】
なお、ここでいうＸ軸方向とは、前記軸心Ｏに対して直交する方向のことをいう。本実施形態では、Ｘ軸方向は図２における左右方向である。
前記検出面１７ａとポッティング樹脂１９の下端面との距離Ｄ１は、０．５ｍｍとされている。磁気検出素子１７は、その検出面１７ａにて磁束密度を検出し、その磁束密度の大きさに応じた検出信号を出力するように構成されている。また、前記導出部１８ｂは、中央よりも上方側（ねじ込み部１２ａにおける基端側）が、前記円孔１６ａから導出されている。前記導出部１８ｂにおける円孔１６ａから導出されている部位の配置面Ｈ２には、回路基板２０が固定されている。前記回路基板２０に設けられたコンパレータは前記磁気検出素子１７と電気的に接続され、磁気検出素子１７から出力される検出信号を処理するように構成されている。前記アクチュエータ１３は、Ｘ軸方向へ向けて往復動可能に構成されている。以下、前記アクチュエータ１３の往復動により、そのアクチュエータ１３が、磁気検出素子１７の検出面１７ａに対向する際の位置を対向位置（図５参照）という。また、前記アクチュエータ１３の往復動により、そのアクチュエータ１３が、磁気検出素子１７の検出面１７ａに対して対向していない際の位置を非対向位置（図４参照）という。
【００２９】
図５に示すように、前記アクチュエータ１３が対向位置に位置している際には、アクチュエータ１３に一部の磁束が吸収される。そのため、アクチュエータ１３が対向位置（図５参照）に位置している際と、非対向位置（図４参照）に位置している際とでは、前者の方が磁気検出素子１７の検出面１７ａにかかる磁束密度の大きさが小さくなる。
【００３０】
コンパレータは閾値未満の磁束密度に相当する検出信号を入力するとＯＮ信号を出力し、閾値以上の磁束密度に相当する検出信号を入力するとＯＦＦ信号を出力するように構成されている。即ち、コンパレータは磁気検出素子１７から入力した検出信号を二値化する。
【００３１】
詳しく述べると、アクチュエータ１３が対向位置に位置している状態では、前記コンパレータは、磁気検出素子１７から検出信号を入力するとＯＮ信号を出力するように構成されている。アクチュエータ１３が非対向位置に位置している状態では、前記コンパレータは、磁気検出素子１７から検出信号を入力するとＯＦＦ信号を出力するように構成されている。
【００３２】
次に、本実施形態のように構成された無接点スイッチ１１の作用について説明する。
図３は、アクチュエータ１３が対向位置及び非対向位置の両位置に位置する際における円孔１６ａ内の磁束Ｍの向きを示した図である。図３に示すように、磁石１６の円孔１６ａ内において、磁石１６のＮ極部位からＳ極部位へ向けて発せられる磁束Ｍは、図１１に示す従来技術の無接点スイッチ１１１における両磁石１１４，１１５が協働して発する磁束Ｚａと比して湾曲していない。
【００３３】
図４は磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３が離間した状態、即ち、アクチュエータ１３が非対向位置に位置した状態を示した図である。なお、図４及び後述する図５においては、説明の便宜上、ハウジング１５、リードフレーム１８、ポッティング樹脂１９、及び回路基板２０の図示を省略している。図４に示すように、本実施形態の磁石１６の円孔１６ａ内において、磁石１６のＮ極部位からＳ極部位へ向けて発せられる複数の磁束Ｍは、図１２に示す従来技術の無接点スイッチ１１１における両磁石１１４，１１５が協働して発する磁束Ｚｂ，Ｚｃ，Ｚｄ，Ｚｅと比して乱れていない。即ち、図４に示すように、本実施形態の磁石１６において、円孔１６ａ内の複数の磁束Ｍは、境界面ｆ（図３参照）に対して直交するように磁石１６のＮ極部位からＳ極部位へ発せられている。
【００３４】
一方、図５は磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３が近接した状態、即ち、アクチュエータ１３が対向位置に位置した状態を示した図である。図５に示すように、本実施形態の磁石１６の円孔１６ａ内において、複数の磁束Ｍのうちアクチュエータ１３側に近い磁束Ｍ（以下、磁束Ｍａという）が磁石１６のＮ極部位から発せられてアクチュエータ１３に近づくように湾曲して磁石１６のＳ極部位へ到達する。また、磁束Ｍａはアクチュエータ１３に吸収されて磁路を形成する。
【００３５】
次に、無接点スイッチ１１の磁気センサＰと、従来技術における無接点スイッチ１１１の磁気センサＧとの比較を図６及び図１４に基づいて説明する。なお、図６は無接点スイッチ１１（磁気センサＰ）のシミュレーション実験（数値解析による実験）のデータであり、図１４は無接点スイッチ１１１（磁気センサＧ）のシミュレーション実験（数値解析による実験）のデータである。
【００３６】
図６は、上記無接点スイッチ１１において、磁気検出素子１７の配置位置の変更、及び磁気検出素子１７とアクチュエータ１３との距離の変更による磁気検出素子１７の検出面１７ａに加わる磁束密度の変化を計測したものである。図６は、横軸に磁気検出素子１７のＸ軸方向における配置ずれＸ（ｍｍ）を示し、縦軸に磁気検出素子１７の検出面１７ａが検出する磁束密度（Ｔ）（テスラ）を示している。横軸において、磁気検出素子１７のＸ軸方向の中心が磁石１６の軸心Ｏと一致している際の磁気検出素子１７の位置を基準である０ｍｍとしている。
【００３７】
そして、図６の横軸におけるプラス値は、図２における磁気検出素子１７が磁石１６のＳ極側へずれた際のずれ量を示している。また、図６の横軸におけるマイナス値は、図６における磁気検出素子１７が磁石１６のＮ極側へずれた際のずれ量を示している。また、図６において、特性線Ｉ１は、アクチュエータ１３が非対向位置に位置する際の特性を示している。図６において、特性線Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５は、アクチュエータ１３が対向位置に位置する状態で、かつ磁気検出素子１７とアクチュエータ１３との距離Ｄ２（図２参照）がそれぞれ３．５ｍｍ、２．５ｍｍ、１．５ｍｍ、０．５ｍｍの際の特性を示している。図６に示すように、磁気検出素子１７の配置ずれＸが、例えば±１ｍｍや、±２ｍｍであっても、配置ずれ０ｍｍと比して磁束密度は大きく異なることはない。
【００３８】
一方、図１４は、従来技術の無接点スイッチ１１１において、磁気検出素子１１３の配置位置の変更、及び磁気検出素子１１３とアクチュエータ１１６との距離の変更による磁気検出素子１１３の検出面１１３ａに加わる磁束密度の変化を示したものである。なお、従来技術のシミュレーション実験は、図６に示す本実施形態のシミュレーション実験と同一機器により磁束密度及び配置ずれを測定した。
【００３９】
図１４において、横軸に前記磁気検出素子１１３のＸ軸方向における配置ずれＸ’（ｍｍ）を示し、縦軸に磁気検出素子１１３の検出面１１３ａが検出する磁束密度（Ｔ）（テスラ）を示している。横軸において、磁気検出素子１１３のＸ軸方向の中心がハウジング１１２の軸心１２０と一致している際の磁気検出素子１１３の位置を基準である０ｍｍとしている。そして、図１４の横軸におけるプラス値は、図１０における磁気検出素子１１３が対向面１１５ａ側へずれた際のずれ量を示している。また、図１４の横軸におけるマイナス値は、図１０における磁気検出素子１１３が対向面１１４ａ側へずれた際のずれ量を示している。
【００４０】
また、図１４において、特性線Ｌ１は、アクチュエータ１１６が非対向位置に位置する際の特性を示している。図１４において、特性線Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、アクチュエータ１１６が対向位置に位置する状態で、かつ磁気検出素子１１３とアクチュエータ１１６との距離Ｋ（図１０参照）がそれぞれ３．５ｍｍ、２．５ｍｍ、１．５ｍｍ、０．５ｍｍの際の特性を示している。図１４に示すように、磁気検出素子１１３の配置ずれＸ’が、例えば±１ｍｍや、±２ｍｍの場合、配置ずれ０ｍｍと比して磁束密度は大きく異なる。
【００４１】
従って、図６に示す特性線Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４は、図１４に示す特性線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に比して配置ずれによるバラツキがそれぞれ小さくなる。ところで、前記無接点スイッチ１１の構成において、コンパレータの閾値を０．０２７（Ｔ）に設定し、磁気検出素子１７と、対向位置に位置するアクチュエータ１３との距離Ｄ２が１．５ｍｍなるように設定すると以下に示すような作用を奏する。即ち、この無接点スイッチ１１は、アクチュエータ１３が非対向位置に位置する際には図６に示す前記特性線Ｉ１の特性に相当し、アクチュエータ１３が対向位置に位置する際には図６に示す前記特性線Ｉ４の特性に相当する。このように構成すると、図６から分かるように無接点スイッチ１１は、磁気検出素子１７における配置ずれＸの値が±２ｍｍとなってもなおＯＮ／ＯＦＦ検出を正確に行える。
【００４２】
一方、従来技術の無接点スイッチ１１１の構成において、コンパレータ１１７の閾値を０．０１６（Ｔ）に設定し、磁気検出素子１１３と、対向位置に位置するアクチュエータ１１６との距離Ｋが１．５ｍｍなるように設定すると以下に示すような作用を奏する。即ち、この無接点スイッチ１１１は、アクチュエータ１１６が非対向位置に位置する際には図１４に示す前記特性線Ｌ１の特性に相当し、アクチュエータ１１６が対向位置に位置する際には図１４に示す前記特性線Ｌ４の特性に相当する。このように構成すると、図１４から分かるように無接点スイッチ１１１は、配置ずれＸ’の値が±０．６ｍｍ以上となると、アクチュエータ１１６が対向位置に位置していても非対向位置に位置していてもＯＦＦ信号しか出力せず、ＯＮ／ＯＦＦ検出を行うことができなくなってしまうという問題がある。
【００４３】
従って、本実施形態の無接点スイッチ１１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、周方向半々ずつがそれぞれＮ極及びＳ極としたリング状の磁石１６の円孔１６ａ内に磁気検出素子１７を配置した。そして、磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を近接離間させることによる、同円孔１６ａ内の磁束Ｍの方向の変化を磁気検出素子１７の検出面１７ａにて検出するようにした。そして、磁気検出素子１７は、検出した磁束密度の大きさに応じて検出信号を回路基板２０へ出力し、回路基板２０は、入力した検出信号に基づいてＯＮ信号またはＯＦＦ信号を出力するようにした。前記磁石１６はリング状とされているため、図３に示す磁石１６の円孔１６ａ内の磁束Ｍは、図１１に示す従来技術の無接点スイッチ１１１における磁束Ｚａに比して湾曲していない。そのため、磁気検出素子１７がＸ軸方向へ向けてずれて配置されても、磁気検出素子１７の検出面１７ａにかかる磁束Ｍの向きが変化することはほとんどない。従って、磁気検出素子１７と磁石１６との相対位置がずれていても磁気検出素子１７の検出面１７ａにかかる磁束密度のバラツキを少なくできる。また、本実施形態の無接点スイッチ１１は、従来技術の無接点スイッチ１１１に比して磁気検出素子を配置する位置がずれてもＯＮ／ＯＦＦ検出を好適に行うことができる。
【００４４】
（２）本実施形態では、磁石１６と磁気検出素子１７とをポッティング樹脂１９にて固定した。従って、磁石１６と磁気検出素子１７との相対位置を確実に維持することができる。
【００４５】
（３）本実施形態では、断面Ｌ字状をなすと共に銅板からなるリードフレーム１８を備え、同リードフレーム１８は、配置部１８ａと配置部１８ａに対して一体的に連結された導出部１８ｂとを備えた。リードフレーム１８の配置部１８ａに対して磁気検出素子１７を固定し、その配置部１８ａと磁気検出素子１７とを磁石１６の円孔１６ａ内に配置した。リードフレーム１８の導出部１８ｂは、前記円孔１６ａから導出するようにした。そして、リードフレーム１８と磁気検出素子１７と磁石１６とをポッティング樹脂１９にて固定した。従って、磁気検出素子１７をポッティング樹脂１９に埋設する際に、前記リードフレーム１８の上部（導出部１８ｂの上部）を固定しながら磁気検出素子１７をポッティング樹脂１９に埋設することにより、磁気検出素子１７の配置位置がずれることがない。
【００４６】
（４）本実施形態では、アクチュエータ１３をＸ軸方向へ向けて往復動可能に構成した。そして、磁気検出素子１７に対して、アクチュエータ１３を対向させたり非対向させたりすることにより、無接点スイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦ検出を実現させるようにした。従って、無接点スイッチ１１は、Ｘ軸方向へ向けて往復動する被検出体に対してアクチュエータ１３を固定することにより、その被検出体の往復動に基づいてＯＮ／ＯＦＦ検出を行うことができる。
【００４７】
（５）本実施形態では、円筒状をなすハウジング１５内に磁石１６、磁気検出素子１７、回路基板２０、及びリードフレーム１８を配置した。そして、ハウジング１５の外周には雄ネジ部１５ａを形成した。従って、図１に示すように、センサ取付部３０の雌ネジ孔３１に対して、無接点スイッチ１１の雄ネジ部１５ａをねじ込むことにより、そのセンサ取付部３０に対して無接点スイッチ１１を容易に固定することができる。
【００４８】
（６）本実施形態では、リードフレーム１８を銅にて形成した。従って、磁石１６の円孔１６ａ内の磁束Ｍの向きがリードフレーム１８により乱されることなく、磁気検出素子１７は磁束Ｍの向きを好適に検出することができる。
【００４９】
（７）本実施形態では、断面Ｌ字状をなすリードフレーム１８において、配置部１８ａの配置面Ｈ１に磁気検出素子１７を固定し、導出部１８ｂの配置面Ｈ２に回路基板２０を固定した。このリードフレーム１８は、折り曲げ形成する前である板状をなすリードフレーム１８の配置面Ｈ１，Ｈ２に対して、磁気検出素子１７及び回路基板２０をそれぞれ固定した後、リードフレーム１８を折り曲げて断面Ｌ字状に形成する。従って、板状をなすリードフレーム１８の一面側に対して磁気検出素子１７及び回路基板２０を固定した後、リードフレーム１８を断面Ｌ字状をなすように折り曲げることにより、リードフレーム１８に対する磁気検出素子１７及び回路基板２０の固定と、リードフレーム１８の形成とを容易に行うことができる。
（他の実施形態）
なお、上記実施形態は以下のような他の実施形態に変更して具体化してもよい。
【００５０】
・前記実施形態では、磁石１６の円孔１６ａは真円をなすように形成していたが、貫通孔である円孔１６ａを楕円をなすように形成してもよい。
・前記実施形態では、アクチュエータ１３を鋼鉄にて形成していたが、ニッケルや、コバルトなどの磁性体金属にて形成してもよい。
【００５１】
・前記実施形態では、リードフレーム１８を銅にて形成していたが、アルミニウム、銀、アンチモン、金などの非磁性体金属にて形成してもよい。
・前記実施形態では、ハウジング１５の外周に雄ネジ部１５ａを形成していたが、その雄ネジ部１５ａを省略してもよい。
【００５２】
・前記実施形態では、ハウジング１５を円筒状に形成していた。これに限らず、図７に示すように、ハウジング１５を四角筒状に形成し、そのハウジング１５内に前記磁石１６、磁気検出素子１７及び回路基板２０が固定されたリードフレーム１８を配置し、ポッティング樹脂１９を充填するようにしてもよい。この場合、ポッティング樹脂１９により、ハウジング１５と、磁石１６と、リードフレーム１８とが互いに固定される。
【００５３】
・前記実施形態では、ハウジング１５内に磁石１６及び磁気検出素子１７を配置し、ポッティング樹脂１９にて磁石１６と磁気検出素子１７とを固定していた。これに限らず、前記ハウジング１５を省略し、磁石１６と磁気検出素子１７とをポッティング樹脂１９にて固定するようにして無接点スイッチ１１を構成してもよい。
【００５４】
・前記実施形態では、ポッティング樹脂１９により磁気検出素子１７と磁石１６との相対位置を固定していた。これに限らず、保持手段としての接着剤により、磁気検出素子１７と磁石１６との相対位置を固定してもよい。また、保持手段としての図示しない固定部材を介して、磁気検出素子１７と磁石１６との相対位置を固定するようにしてもよい。
【００５５】
・前記実施形態では、アクチュエータ１３をＸ軸方向へ向けて往復動可能に構成することにより磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を近接離間自在とし、この結果、無接点スイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦ検出を実現させていた。これに限らず、磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を近接離間自在とすることができる動作をするのであれば、アクチュエータ１３をどのようにでも動作可能に構成してもよい。
【００５６】
・前記実施形態では、磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を対向させたり非対向とさせたりすることにより、無接点スイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦ検出を実現させていた。これに限らず、磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を常に対向させた状態とし、前記磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を近づけることにより近接状態とし、前記磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を離れさせることにより離間状態とするように無接点スイッチ１１を構成してもよい。
【００５７】
・前記実施形態では、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ）からなる磁気検出素子１７を用いて無接点スイッチ１１を構成していた。これに限らず、図８に示すホール素子からなる磁気検出素子４０を用いて無接点スイッチ１１を構成してもよい。この場合、無接点スイッチ１１の磁気検出素子４０は、その検出面が前記境界面ｆ（図３参照）に対して平行となるように配置する。この場合、磁気検出素子４０及び磁石１６にて磁気センサＰが構成されている。このように構成しても、磁気検出素子１７を備えた無接点スイッチ１１と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００５８】
次に、上記実施形態及び他の実施形態から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記磁気検出素子、前記リードフレーム、及び前記磁石は、円筒状をなすハウジング内に設けられ、前記ハウジングの外周には雄ネジ部を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の磁気センサ。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、磁気検出素子と磁石との相対位置がずれていても磁気検出素子にかかる磁束密度のバラツキを少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における無接点スイッチの正面図。
【図２】本実施形態におけるねじ込み部の断面図。
【図３】本実施形態におけるハウジング、磁石、磁気検出素子の配置関係を示す平面図。
【図４】本実施形態における磁気検出素子に対してアクチュエータが離間した状態を示す説明図。
【図５】本実施形態における磁気検出素子に対してアクチュエータが近接した状態を示す説明図。
【図６】本実施形態における磁気検出素子の配置ずれと磁束密度との関係を示す特性図。
【図７】他の実施形態における無接点スイッチの平面図。
【図８】他の実施形態におけるねじ込み部の断面図。
【図９】従来技術における有接点スイッチの部分断面正面図。
【図１０】従来技術における無接点スイッチの部分断面正面図。
【図１１】従来技術におけるハウジング、磁石、磁気検出素子の配置関係を示す平面図。
【図１２】従来技術における磁気検出素子に対してアクチュエータが離間した状態を示す説明図。
【図１３】従来技術における磁気検出素子に対してアクチュエータが近接した状態を示す説明図。
【図１４】従来技術における磁気検出素子の配置ずれと磁束密度との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１１…無接点スイッチ、１３…アクチュエータ、１６…磁石、
１６ａ…貫通孔としての円孔、１７，４０…磁気検出素子、
１７ａ…検出面、１９…保持手段としてのポッティング樹脂、
１８…リードフレーム、１８ａ…配置部、１８ｂ…導出部、
Ｍ，Ｍａ…磁束、Ｏ…軸心、Ｐ…磁気センサ。
Claims (6)
- 周方向半々ずつがそれぞれＮ極及びＳ極とされると共に貫通孔を有するリング状の磁石と、
前記磁石の前記貫通孔内に配置されると共に検出する磁束密度の大きさに応じた検出信号を出力する磁気検出素子と
を備えたことを特徴とする磁気センサ。 - 前記磁石と前記磁気検出素子との離間距離を保持する保持手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
- 前記磁気検出素子は、前記磁石の軸心に対して直交するように配置された検出面を備え、
前記磁気検出素子を固定した非磁性体からなるリードフレームを備え、
前記リードフレームは前記磁気検出素子を配置する配置部と、前記配置部に対して一体的に連結された導出部とを備え、
前記配置部は前記貫通孔内に配置され、
前記導出部は前記磁石の前記貫通孔から導出され、
前記リードフレームと前記磁気検出素子と前記磁石とが前記保持手段にて離間距離を保持されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。 - 前記磁気検出素子から前記検出信号を入力すると共にその検出信号を二値化する二値化手段と備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の磁気センサ。
- 請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の磁気センサと、
前記磁気検出素子に対して、近接離間自在に設けられてその近接離間動作により前記貫通孔内の磁束密度の変化を生じさせるアクチュエータと
を備えたことを特徴とする無接点スイッチ。 - 前記磁気検出素子に対して前記アクチュエータが対向する対向位置と対向しない非対向位置との間を移動可能に設けられることにより、前記磁気検出素子に対して前記アクチュエータが近接離間自在とされていることを特徴とする請求項５に記載の無接点スイッチ。
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