JP2009092386A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い範囲でさほど高くない位置検出精度でもよい場合に好適な位置検出装置を提供する。
【解決手段】磁石５０が磁気センサ素子６１，６２に離間して配置され、磁気センサ素子６１，６２に対しＮ極とＳ極の界面を通る面Ｆ１に沿って相対移動可能である。磁気センサ素子６１，６２が、磁石５０におけるＮ極とＳ極の界面を通る面Ｆ１上に磁気検出面が位置するように配置され、これにより磁気検出面において磁石５０の着磁面に垂直なる成分以外の非垂直成分の磁界を検知するように磁気センサ素子６１，６２が配置されている。磁石５０による磁界の強度を磁気センサ素子６１，６２において検知して磁気センサ素子６１，６２に対する磁石５０の位置を検出する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、位置検出装置に関するものである。

特許文献１においては高精度の検出結果を得ることが可能な位置検出装置が提案されている。これは、離間して配置されるホール素子対に対し磁石が相対移動し、磁石の長さがホール素子対の離間方向においてホール素子対の離間距離以上にしている。
特開２００５−３３１４００号公報

しかしながら、特許文献１に開示された装置は垂直磁場のみを検出するため磁石がホール素子の直上にあるときのみ検出でき、狭い範囲で高精度に位置検出を行う上では有用であるが、広い範囲でさほど精度を必要としない場合は不適である。つまり、広い範囲での位置検出を行おうとすると（広い範囲での移動を検出しようとすると）、ホール素子対および磁石を複数組並べて配置する、あるいは、磁石を大きくする必要がある。このように、狭い範囲で高い位置検出精度が必要とされる場合には有効であるが、広い範囲でさほど高くない位置検出精度でもよい場合には不向きである。

本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、広い範囲でさほど高くない位置検出精度でもよい場合に好適な位置検出装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、磁気検出面を有する磁気センサ素子と、前記磁気センサ素子に離間して配置され、前記磁気センサ素子に対しＮ極とＳ極の界面を通る面に沿って相対移動可能な磁石と、を有し、前記磁石による磁界の強度を磁気センサ素子において検知して磁気センサ素子に対する磁石の位置を検出する位置検出装置であって、磁気検出面において磁石の着磁面に垂直なる成分以外の非垂直成分の磁界を検知するように磁気センサ素子を配置したことを要旨としている。

これにより、比較例として、例えば図１０，１２に示すごとく磁石におけるＮ極とＳ極の界面に磁気センサ素子の磁気検出面が対向するように配するとともに、Ｎ極とＳ極の界面を通る面に沿って磁石が移動する構成とした場合には、磁石におけるＮ極とＳ極の界面に磁気センサ素子の磁気検出面が対向する範囲内においては狭い範囲ながら高い位置検出精度とすることができる。これに対し、本発明においては、例えば図９，１１に示すごとくＮ極とＳ極の界面を通る面に沿って磁石が移動するとき、位置検出精度が低いながらも広い範囲にわたりその移動を検出することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の位置検出装置において、磁石におけるＮ極とＳ極の界面を通る面上に磁気検出面が位置するように磁気センサ素子を配置してもよい。

請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の位置検出装置において、前記磁石が、車両の開口部を開閉自在なウィンドウガラスに設けられ、前記ウィンドウガラスの位置を検出するようにしてなる構成としてもよい。

請求項４に記載のように、請求項１または２に記載の位置検出装置において、前記磁石が、車両の開口部を開閉自在なウィンドウガラスに設けられ、前記ウィンドウガラスの破損に伴う前記磁石の変位を検出するようにしてなる構成としてもよい。

本発明によれば、広い範囲でさほど高くない位置検出精度でもよい場合に好適な位置検出装置を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、乗用車における右前ドアでの分解斜視図であり、図２は乗用車における右前ドアでの概略正面図である。

図１に示すように、車両ドア１はアウタパネル２とインナパネル３を具備している。アウタパネル２とインナパネル３の間に、強化ガラスからなるウィンドウガラス５が配置されている。ウィンドウガラス５の厚さは３．１ｍｍ〜５．０ｍｍ程度である。車両ドア１のインナパネル３の内側にはドアトリムが取り付けられている。

車両ドア１の内部には、ウィンドウガラス５を上下動するウィンドウレギュレータ１０が収納されている。本実施形態においては、ウィンドウレギュレータ１０としてＸアーム式ウィンドウレギュレータを用いている。インナパネル３にはドア部品組付穴３ａが穿設されており、このドア部品組付穴３ａを塞ぐようにモジュラーパネル６が設けられている。

Ｘアーム式ウィンドウレギュレータ１０は、ベースプレート（固定ベース）１１を介して、モジュラーパネル６の室外側の面に支持されている。即ち、モジュラーパネル６の室外側の面に固定するベースプレート１１には、Ｘアーム式ウィンドウレギュレータ１０のリフトアーム１２の軸１３が支持されている。ベースプレート１１には電動駆動ユニット１４が固定されている。リフトアーム１２は、図２に示すように軸１３を中心とするセクタギヤ（ドリブンギヤ）１５を一体に有しており、図１の電動駆動ユニット１４は、このセクタギヤ１５と噛み合うピニオン１６（図２）及びその駆動モータ（図示せず）を備えている。

図２において、リフトアーム１２の長さ方向の中間部分には、軸１７でイコライザアーム１８の中間部分が枢着されている。リフトアーム１２とイコライザアーム１８の上端部（先端部）にはそれぞれ、ガイドピース（ローラ）１９，２０が回転及び傾動可能に枢着されており、イコライザアーム１８の下端部には、ガイドピース（ローラ）２１が枢着されている。

このリフトアーム１２のガイドピース１９と、イコライザアーム１８のガイドピース２０とは、ウィンドウガラスブラケット２２に移動自在に嵌められ、イコライザアーム１８のガイドピース２１は、図１のモジュラーパネル６の室外側の面に固定するイコライザアームブラケット（姿勢維持レール）２３に移動自在に案内される。

一方、ウィンドウガラス５の下縁にはその前後においてウィンドウガラスホルダ２４が固定されている。このウィンドウガラスホルダ２４は、予めウィンドウガラス５の下縁に固定され、このウィンドウガラスホルダ２４を有するウィンドウガラス５が、アウタパネル２とインナパネル３の隙間から挿入されて、ボルト２５によりウィンドウガラスブラケット２２に固定されている。

図２に示すように、前後一対のガラスラン２６が立設されている。このガラスラン２６はゴム材よりなる。レール部材としての前後一対のガラスラン２６によりウィンドウガラス５が移動自在に支持されている。即ち、ウィンドウガラス５の前後の端部がガラスラン２６に案内されて上下に移動することができるようになっている。

図１の電動駆動ユニット１４を介してピニオン１６を正逆に駆動すると、セクタギヤ１５を介してリフトアーム１２が軸１３を中心に揺動し、その結果、ウィンドウガラスブラケット２２（ウィンドウガラス５）が、イコライザアーム１８、ガイドピース１９，２０，２１、イコライザアームブラケット２３により略水平状態に保持されながら昇降運動する。このようにウィンドウガラス５が昇降され、ウィンドウガラス５により車両の開口部４が開閉自在となっている。

図２のＡ−Ａ線での縦断面を図３に示す。図３において、不正侵入防止用の開閉式ウィンドウガラスの破損検出装置３０が車両ドア１の内部に配置されている。破損検出装置３０はクリップ４０とセンサユニット６０を有している。

図４には開閉式ウィンドウガラスの破損検出装置３０の斜視図を示す。図５には開閉式ウィンドウガラスの破損検出装置３０の正面図を示すとともに、図５のＡ−Ａ線での縦断面を図６に示す。

図３において、アウタパネル２とインナパネル３との間にウィンドウガラス５がウェザーストリップ７によりシールされた状態で配置されている。また、インナパネル３の内側にはドアトリム８が配置されている。クリップ４０はウィンドウガラス５の下端部に配置され、ウィンドウガラス５を挟んでいる。

図４，５，６に示すように、クリップ４０は、一枚の板ばね用鋼板を折り曲げて構成されている。クリップ４０は、対向させた第１および第２部材４１，４２と折り曲げ部（連結部）４３を有している。背面側の第１部材４１は長方形状をなし、正面側の第２部材４２は第１部材４１よりも幅狭な正方形状をなしている。背面側の第１部材４１と正面側の第２部材４２の間にウィンドウガラス５が配置され、第１部材４１と第２部材４２はウィンドウガラス５に対し互いに接近する方向に付勢されている。折り曲げ部４３は第１部材４１と第２部材４２を連結しており、この折り曲げ部４３は、二段に折り曲げられ、二段目の折り曲げ部４３ｂの幅はウィンドウガラス５の厚みよりも狭く、一段目の折り曲げ部４３ａにおいてウィンドウガラス５の端面が接している。図４，５に示すように第１部材４１の中央部には長方形状の透孔４４が形成されている。透孔４４に対応する位置に第２部材４２が位置している。第１部材４１における左右の上隅には正面側に突出する突起４５が形成され、図６に示すように突起４５の先端においてウィンドウガラス５の一方の面（裏面５ｂ）と接触している。図５に示すように、第２部材４２は、第１部材４１の透孔４４の内部に対応する場所でウィンドウガラス５の他の面（表面５ａ）と接触している（図６参照）。第２部材４２はウィンドウガラス５に接着されている。

このようにして、ウィンドウガラス５が配置される第１部材４１と第２部材４２の間において第１部材４１と第２部材４２がウィンドウガラス５の面内でずれた位置で接触する状態で、互いに接近する方向に付勢されている。即ち、ウィンドウガラス５の表面５ａと裏面５ｂにおいて違う場所でウィンドウガラス５に対し力が加わる。また、クリップ４０はウィンドウガラス５の下端部を所定の力以上で挟持（把持）している。

図３，４等に示すように、クリップ４０の第２部材４２における正面側には永久磁石５０が配置されている。
センサユニット６０は、図３に示すように、インナパネル３に固定されている。ここで、鉛直方向をＸ方向とするとともに、水平方向をＹ方向とする。クリップ４０はＸ方向（鉛直方向）に移動、即ち、落下することになる。

センサユニット６０は、第１の磁気センサ素子６１と、第２の磁気センサ素子６２と、基板６３とを具備している。基板６３に第１の磁気センサ素子６１と第２の磁気センサ素子６２が上下に離間して配置されている。具体的には磁気センサ素子６１，６２は４ｃｍ程度離間している。第１の磁気センサ素子６１は、ウィンドウガラス５全閉時の磁石５０と同じ高さに配置されている（磁石５０に対しＹ方向に所定の距離だけ離間して配置されている）。一方、第２の磁気センサ素子６２は第１の磁気センサ素子６１よりも下方に位置しており、クリップ４０の落下に伴い第２の磁気センサ素子６２の前を磁石５０が通過する。

各磁気センサ素子６１，６２は磁石５０との距離に応じた信号を出力する。図３の状態では、第１の磁気センサ素子６１は磁石５０と同じ高さに配置されているので、高出力であり、第２の磁気センサ素子６２は第１の磁気センサ素子６１よりも下方に位置しているので低出力となっている。磁気センサ素子６１，６２としてホールＩＣを挙げることができる。

このようにして、磁石５０は、磁気センサ素子６１，６２に離間して配置され、磁気センサ素子６１，６２に対し相対移動可能であり、磁石５０による磁界の強度が磁気センサ素子６１，６２において検知されて磁気センサ素子６１，６２に対する磁石５０の位置を検出することができるようになっている。

ここで、磁石５０と磁気センサ素子６１，６２の位置関係として、図１１に示すように、磁石５０は、磁気センサ素子６１，６２に離間して配置され、磁気センサ素子６１，６２に対しＮ極とＳ極の界面を通る面Ｆ１に沿って移動する（鉛直方向に移動する）。磁石５０におけるＮ極とＳ極の界面を通る面Ｆ１上に磁気検出面が位置するように磁気センサ素子６１，６２が配置されている（図９参照）。図１１において直交３軸座標のうち、鉛直方向Ｘが磁石移動方向であり、Ｙ，Ｚで規定される水平面のうちの一方の軸（Ｚ方向）に磁石５０のＮ極・Ｓ極の界面が延び、Ｙ軸方向が磁束を検出する方向である。図９で説明するならば、Ｂ１で示す磁束を磁気センサ素子６１（６２）で検出している状態から、磁石５０が移動するとＢ２で示す磁束が磁気センサ素子６１（６２）で検出される。つまり、磁気検出面において磁石５０の着磁面に垂直なる成分以外の非垂直成分の磁界を検知するように磁気センサ素子６１（６２）が配置されている。詳しくは、磁石５０の着磁面に垂直なる磁界成分（磁束）、即ち、図９での下向きの磁束に対し、反対向きの磁界成分（磁束）、即ち、図９での上向きの磁束が磁石５０の磁気検出面において検出される。

磁気センサ素子６１，６２には図３に示すようにコントローラ７０が接続されている。コントローラ７０はＡ／Ｄ変換器やマイコンを具備しており、マイコンは磁気センサ素子６１，６２の出力値Ｖｓ１，Ｖｓ２をＡ／Ｄ変換したものを取り込むことができ、さらに、マイコンは磁気センサ素子６１，６２の出力値（デジタル値）を加算して図１４に示す出力信号の和Ｖｎ（＝Ｖｓ１＋Ｖｓ２）を得る。これにより、図１３の各センサ素子６１，６２の出力値Ｖｓ１，Ｖｓ２を単独で用いる場合に比べ広範囲（図１４では８０ｍｍ）において出力レベルが高い信号が得られる。その結果、広範囲において磁石５０の位置を検出できる。図３のコントローラ７０には警報装置７１が接続されている。

次に、このように構成した開閉式ウィンドウガラスの破損検出装置の作用、即ち、ウィンドウガラス５が壊された（割られた）ときの動作を説明する。
通常時においては、図５，６に示すように、ウィンドウガラス５の端部に配置したクリップ４０がウィンドウガラス５の端部を挟持している。詳しくは、クリップ４０の自身の弾性力にて第１部材４１と第２部材４２との間にウィンドウガラス５を挟持している。また、センサユニット６０の磁気センサ素子６１の前方に永久磁石５０が位置している。

乗員がドアを閉めて車両から離れる際には以下のように動作する。
コントローラ７０は磁気センサ素子６１，６２からの信号によりウィンドウガラス５の位置が全閉位置または全閉から数センチ以内か判定する。つまり、磁気センサ素子６１，６２からの信号をＡ／Ｄ変換し、そのデジタル値の和をとり、その値が所定範囲に入っているか否か判定する。

コントローラ７０はウィンドウガラス５の位置が全閉位置または数ｃｍ以内に入っていないと、警報装置７１を駆動してその旨の警報を行う。この警報により運転者はウィンドウガラス５を閉める。

コントローラ７０はウィンドウガラス５の位置が全閉位置または数ｃｍ以内に入っていると、コントローラ７０はウィンドウガラス５の破損検出モードにする。このモード設定時には、ウィンドウガラス５の破損検出動作が実行される。

ウィンドウガラス５が破損すると、その強度が低下する。つまり、強化ガラスからなるウィンドウガラス５の一部が破損すると、ウィンドウガラス５のすべてにひびが入り強度が著しく低下する（ガラス割れ時にガラス強度が低下する）。

この強度低下に伴って図７，８に示すようにクリップ４０がその挟持力によりウィンドウガラス５の端部（下端部）を粉砕する。つまり、自身のばね力により強化ガラスからなるウィンドウガラス５が部分的に完全に粉砕される（粉々にされる）。これにより、クリップ４０が落下する。

詳しくは、第２部材４２の付勢力によりウィンドウガラス５が押されてクリップ４０の第１部材４１に当接する。この状態で、第２部材４２により透孔４４の周りが支持された状態でウィンドウガラス５が押圧され、透孔４４におけるウィンドウガラス５が粉々に粉砕され、クリップ４０が落下する。

センサユニット６０において、ウィンドウガラス５が破損される前においては磁気センサ素子６１，６２の出力信号の和（＝Ｖｓ１＋Ｖｓ２）は、所定の閾値以上の値を示すが、ウィンドウガラス５の破損に伴いクリップ４０が落下すると、磁気センサ素子６１，６２の出力信号の和が所定の閾値以上の値を示さなくなる。これにより、クリップ４０の落下が検出される。

このようにして、強化ガラスは一部が割れるとすべてにひびが入り強度が著しく低下する特徴を利用して未検知、誤検知を極力少なくすることができる。
また、図２に示すように、ウィンドウガラス５が全閉位置にないときも、ウィンドウガラス５が破損するとクリップ４０が落下するため、ウィンドウガラス５の破損を検出することができる。詳しくは、換気等のためにウィンドウガラスを少し開けてウィンドウガラスが全閉位置にないときもウィンドウガラスの破損を検出することができる。

センサユニット６０によって（磁気センサ素子６１，６２の出力値によって）クリップ４０の落下を検出することによりウィンドウガラス５の破損が検出されると、コントローラ７０は警報装置７１を作動して警報を発する。

図９，１１に示すような磁石５０と磁気センサ素子６１，６２の位置関係としたことによる効果を、以下に説明する。
図９に対する比較例として図１０を用いるとともに、図１１に対する比較例として図１２を用いる。

図１０，１２に示す比較例においては、磁石５０におけるＮ極とＳ極の界面に磁気センサ素子６１（６２）の磁気検出面が対向するように配するとともに、Ｎ極とＳ極の界面を通る面Ｆ１に沿って磁石５０が移動する構成となっている。この場合には、磁石５０におけるＮ極とＳ極の界面に磁気センサ素子６１（６２）の磁気検出面が対向する範囲内においては狭い範囲ながら高い位置検出精度とすることができる。

これに対し、図９，１１に示す本実施形態においては、磁石５０におけるＮ極とＳ極の界面を通る面Ｆ１上に磁気検出面が位置するように磁気センサ素子６１（６２）を配置し、これにより、磁気検出面において磁石５０の着磁面に垂直なる成分以外の非垂直成分の磁界を検知するように磁気センサ素子６１（６２）を配置した。よって、Ｎ極とＳ極の界面を通る面Ｆ１に沿って磁石５０が移動するとき、位置検出精度が低いながらも広い範囲にわたりその移動を検出することができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）図１１に示すように、磁気検出面を有する磁気センサ素子６１，６２と、磁気センサ素子６１，６２に離間して配置され、磁気センサ素子６１，６２に対しＮ極とＳ極の界面を通る面Ｆ１に沿って相対移動可能な磁石５０と、を有し、磁石５０による磁界の強度を磁気センサ素子６１，６２において検知して磁気センサ素子６１，６２に対する磁石５０の位置を検出する位置検出装置であって、磁気検出面において磁石５０の着磁面に垂直なる成分以外の非垂直成分の磁界を検知するように磁気センサ素子６１，６２を配置した。これにより、広い範囲でさほど高くない位置検出精度でもよい場合に好適な位置検出装置を提供することができる。

（２）具体的には、磁石５０におけるＮ極とＳ極の界面を通る面Ｆ１上に磁気検出面が位置するように磁気センサ素子６１，６２を配置するとよい。
（３）図３等に示すようにクリップ４０を用いて、磁石５０が、車両の開口部を開閉自在なウィンドウガラス５に設けられ、ウィンドウガラス５の位置を検出する。これにより、ウィンドウガラス５の位置、即ち、全閉または数ｃｍウィンドウガラスが開いていることを容易に検出することができる。つまり、磁石５０の位置（ウィンドウガラス５の位置）が全閉から数ｃｍの範囲において判定する位置検出装置として、特許文献１は不向きであり、いくつも並べる必要があるが、本実施形態では広い範囲でさほど高くない位置検出精度でもよい場合に好適なものとなる。

（４）図３等に示すようにクリップ４０を用いて、磁石５０が、車両の開口部を開閉自在なウィンドウガラス５に設けられ、ウィンドウガラス５の破損に伴う磁石５０の変位を検出する。これにより、磁石５０（クリップ４０）の落下を容易に検出することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
ウィンドウレギュレータとしてＸアーム式ウィンドウレギュレータを用いたが、ケーブル式ウィンドウレギュレータを用いてもよい。

また、駆動手段としてはモータを有するものだけではなく、乗員の手動によるものでもよい。
また、ウィンドウガラスの破損検出装置を乗用車における右前ドアに適用したが、他の側部ドアに適用してもよいことは云うまでもなく、また、側部ドアの他にも、後部ドアや屋根に設けられた開閉式ガラスルーフに適用してもよい。

磁石５０におけるＮ極とＳ極の界面を通る面Ｆ１上に磁気検出面が位置するように磁気センサ素子６１，６２を配置したが、これに限ることなく、磁石５０におけるＮ極とＳ極の界面を通る面Ｆ１上に磁気センサ素子６１，６２の磁気検出面が位置しなくてもよく、要は、磁気検出面において磁石５０の着磁面に垂直なる成分以外の非垂直成分の磁界を検知するように磁気センサ素子６１，６２を配置すればよい。

センサユニット６０は一対の磁気センサ素子（ホール素子）６１，６２を備えていたが、１つの磁気センサ素子のみを具備するものであってもよい。また、ホール素子に代わり磁気抵抗素子（ＭＲＥ）を用いてもよい。

磁気センサ素子６１，６２によりクリップ４０の落下を検出するのではなく、図６と図８の比較においてウィンドウガラス５の破損に伴いクリップ４０の第２部材４２（磁石５０）が位置が変化するので、この変位をセンサ（磁気センサ素子６１，６２）により検出してもよい。

クリップ４０はウィンドウガラス５の下端部に設置したが、これに限ることなく、例えばウィンドウガラス５の側面での下部に設置してもよい。要は、ウィンドウガラスの端部のうちの車両ドア１の内部の目立たない所に設置すればよい。

磁気センサ素子６１，６２の出力はコントローラ７０に送ったが、これに代わり車内通信ラインを介して他のＥＣＵに送ってもよい。
開閉式ウィンドウガラスの破損検出装置におけるウィンドウガラスの位置を検出する場合やウィンドウガラスの破損を検出する場合について述べてきたが、これに限るものではない。

乗用車における右前ドアでの分解斜視図。 乗用車における右前ドアでの概略正面図。 図２のＡ−Ａ線での縦断面図。 開閉式ウィンドウガラスの破損検出装置の斜視図。 開閉式ウィンドウガラスの破損検出装置の正面図。 図５のＡ−Ａ線での縦断面図。 開閉式ウィンドウガラスの破損検出装置の正面図。 図７のＡ−Ａ線での縦断面図。 実施形態における磁石と磁気センサ素子の位置関係の説明図。 比較のための磁石と磁気センサ素子の位置関係の説明図。 実施形態における磁石と磁気センサ素子の位置関係の説明図。 比較のための磁石と磁気センサ素子の位置関係の説明図。 各磁気センサ素子の出力特性図。 磁気センサ素子の出力特性図。

符号の説明

１…車両ドア、４…開口部、５…ウィンドウガラス、３０…開閉式ウィンドウガラスの破損検出装置、４０…クリップ、５０…磁石、６０…センサユニット、６１…磁気センサ素子、６２…磁気センサ素子、Ｆ１…磁石におけるＮ極とＳ極の界面を通る面。

Claims (4)

1. 磁気検出面を有する磁気センサ素子と、
   前記磁気センサ素子に離間して配置され、前記磁気センサ素子に対しＮ極とＳ極の界面を通る面に沿って相対移動可能な磁石と、
   を有し、
   前記磁石による磁界の強度を磁気センサ素子において検知して磁気センサ素子に対する磁石の位置を検出する位置検出装置であって、
   磁気検出面において磁石の着磁面に垂直なる成分以外の非垂直成分の磁界を検知するように磁気センサ素子を配置した
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 磁石におけるＮ極とＳ極の界面を通る面上に磁気検出面が位置するように磁気センサ素子を配置した
   請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記磁石が、車両の開口部を開閉自在なウィンドウガラスに設けられ、前記ウィンドウガラスの位置を検出するようにしてなる
   請求項１または２に記載の位置検出装置。
4. 前記磁石が、車両の開口部を開閉自在なウィンドウガラスに設けられ、前記ウィンドウガラスの破損に伴う前記磁石の変位を検出するようにしてなる
   請求項１または２に記載の位置検出装置。

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