JP2010097726A - 位置検知用磁石及び位置検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄ヨークと磁石の貼り合わせの作業に位置合わせの精密さを必要せず、製造が容易であり、しかも位置検知精度に優れた磁石及びその磁石を使用した位置検知装置を提供すること。
【解決手段】磁石の移動面に対向する面上に配置された複数の磁気検知部と、前記磁気検知部に対向する面上を被位置検知部に連動して移動する前記磁石とを有する位置検知装置において、前記磁石６が、全体が平板状であって、裏面に平板状の鉄ヨーク９が配置され、側面周囲６ａ、ａ’が中央部６ｂの磁極と反対の磁極に形成されている。また、側面周囲６ａ、ａ’の幅が、鉄ヨーク９の側端部から所定の範囲で設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、鉄ヨーク上に形成された平板状の位置検知用磁石、および該位置検知用磁石を使用した位置検知装置に関する。

従来から、位置検知用磁石を用いた車両のシフト装置が知られている。特許文献１

位置検知用磁石を用いる磁気検知式の位置検知装置は、前述の車両のシフト装置に限らず、ジョイスティック入力装置、スライド式4方向スイッチなどにも適用されているが、ここでは、先ず、図１１に、車両のシフト装置に用いられる、このような位置検知用磁石を利用した位置検知装置を示して説明する。
シフトレバー１は、揺動支持部２を支点として揺動可能に構成されており、一方の先端部には磁石ホルダ３、他方には操作者による操作のためのシフトノブ４が形成されている。カバープレート５には、シフトレバー１の操作経路に沿って開口が設けられている。
そして、該磁石ホルダ３には、平板状に形成された磁石（従来技術では１６、本発明では６）が取り付けられており、該磁石１６から所定の空間を設けて対向する基板７上には、複数の磁気検知素子８が設けられている。該磁石１６は、図示しない構成により、該基板７面に対し平行な面内で移動することができるように構成されている。
操作者がシフトノブ４を操作すると、その操作位置に対応して磁石１６が磁気検知素子８に対して変位するので、磁気検知素子８のそれぞれが磁石１６を検知する状態が変化し、その検知状態に応じた位置検知信号を出力することができる。この位置検知信号によりシフトノブ４の操作位置が判断され、車両のギアチェンジ装置等にシフト信号として出力される。
特開２００７−２２３３８４号公報

上述した位置検知装置において一般的に使用される従来の磁石は、図１２に示すように、平板上に形成された磁石１６の裏面に、磁石の側面までを囲むように形成された鉄ヨーク１９が貼り合わされたものとなっている。
このような図１２に示した従来の磁石では、磁石ホルダ３に対し鉄ヨーク１９の側面部位１９ａを介して磁石１６が位置決めされる。
したがって、以上の構成の位置検知装置においては、鉄ヨーク１９に対する磁石１６の位置精度は、位置検知装置全体の検知精度に大きく影響してしまうこととなる。以下にその理由を説明する。

図１２に示した磁石では、図１３に略示するように、磁石1６により形成される磁力線は、該鉄ヨーク１９の基部１９ｂ及び端部１９ａの存在により、該端部１９ａに収束されることとなる。鉄ヨーク１９が付属しない場合、磁石１６の表面（Ｎ極側）から放射される磁力線は磁石１６の側面の空気層を大回りして背面（Ｓ極側）に入射されるところ、透磁性の高い鉄ヨーク１９の存在により磁石１６の背面では鉄ヨーク１９の基部１９ｂがＳ極に入射される磁力線を遮断すると共に、基部１９ｂと端部１９ａに磁力線を誘導する経路を形成するので、磁石１６の表面から放出される磁力線は、透磁性の強い鉄ヨーク１９の磁石１６のＮ極に近い鉄ヨーク１９の端部１９ａに集中して収束し、基部１９ｂを介して磁石１６のＳ極に入射されることとなる。
このため、このように形成された磁石１６を位置検知装置に用いると、磁気検知素子、例えばホール素子の検知状態が「検知」から「非検知」に切り替わる境界であるホール素子の出力レベル０Ｖの境界線は、図に示すように磁石１６と鉄ヨーク１９の端部１９ａとの境界から磁石１６の面に対しほぼ垂直な線状（３次元的には面状）に形成されるため、磁石のｘ方向を含む移動方向に対する磁気検知素子の検知状態の変化が鋭敏になり、従って位置検知精度は高くなる。
ところで、鉄ヨーク１９と磁石１６とは上記のように貼り合わせて一体化されているが、そのため、鉄ヨーク１９の端部１９ａ間のｘ方向寸法と磁石１６のｘ方向の幅には組み込みのための寸法的余裕がつまりクリアランスを設けることが避けられず、張り合わせ時に鉄ヨーク１９に対する磁石１６のｘ方向の位置ずれが発生し、その結果、鉄ヨーク１９の端部１９ａと磁石１６の端部との間のクリアランスがばらつくことになる。また、鉄ヨーク１９の端部１９ａを加工する際の加工精度から端部１９ａの立ち上がり寸法（ｚ方向）がばらつくこと、及び貼り合せに使用する接着剤の量などにより、端部１９ａと磁石１６の端部との位置関係はｚ方向でもばらつくこととなる。以上のばらつきは、磁石１６と鉄ヨーク１９を貼り合わせた固体毎にばらつく他、一個の固体の中でも磁石の周囲の場所毎にばらつくことになる。以上のばらつきは、前記したホール出力レベル０Vの境界線のｘ方向の位置及び磁石１６の面に対する垂直度のばらつきとして影響する。
鉄ヨーク１９に一体化された磁石１６は、鉄ヨーク１９が磁石ホルダ３に固定されて取り付けられる。この際、鉄ヨーク１９は位置決めされて磁石ホルダ３に取り付けられるが、上記のように鉄ヨーク１９と磁石１６の貼り付けの過程でばらつきが生じ、ホール出力レベル０Ｖの境界線の状態がばらつくので、鉄ヨーク１９が磁石ホルダ３に位置決めされて取り付けされたとしても、磁石ホルダ３に対してホール出力レベル０Vの境界線はばらつくことになる。本位置検知装置は、シフトノブ４が操作された位置を磁石ホルダ３に取り付けた磁石１６の位置を検知することによって検出するものなので、磁石ホルダ３に対するホール出力レベル０Vの境界線がばらつくことは、位置検知装置としての精度を損なってしまう。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、位置検知精度に優れた磁石及びその磁石を使用した位置検知装置を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明では、位置検知用磁石を、磁力の損失を少なくする平板状の鉄ヨークの一面に固定され、側面周囲が中央部の磁極と反対の磁極に形成されていることを特徴とする構成とした。

また、上記目的を達成するため、本発明では、位置検知装置を、被位置検知部と、前記被位置検知部の移動に連動して移動する磁石と、前記磁石の移動面に対向する面上に配置された磁気検知部とを有する位置検知装置において、前記磁石が、磁力の損失を少なくする平板状の鉄ヨークの一面に面接触するように配置され、側面周囲が中央部の磁極と反対の磁極に形成されていることを特徴とする構成とした。

また、上記目的を達成するため、本発明では、前記側面周囲と前記中央部との境が、前記鉄ヨークの側端部から所定の位置に配置されていることを特徴とする構成とした。
さらに、上記目的を達成するため、本発明では、前記磁石は、前記磁石の移動方向に対して、垂直な面を有するように形成されていることを特徴とする構成とした。

本発明を上記のように構成したことにより、鉄ヨークと磁石の精密な貼り合わせの作業を必要とせず、また鉄ヨーク端部の精密な加工も必要としないので、製造が容易であり、しかも位置検知精度に優れた磁石及びその磁石を使用した位置検知装置を提供することができる。

以下、本発明による鉄ヨーク上に形成された平板状の位置検知用磁石、および該位置検知用磁石を使用した位置検知装置の実施の形態について、図１〜１０に基づいて、説明する。
図１は位置検知用磁石の斜視図、図２は位置検知用磁石の磁石側からの平面図、図３は図２の線Ａでの断面図、図４は図２でのＢ方向からの側面図、図５は本発明の実施の形態にかかる着磁治具に鉄ヨークを位置決めした平面図、図６は着磁コイルの説明図、図７は位置検知用磁石の検知精度の説明図、図８は位置検知装置における磁気検知素子の配置図、図９は同配置とした場合の位置検知例の説明図、図１０は同配置となる場合の車両のシフトレンジの配置図である。

本発明の位置検知用磁石は、図１に示すように、平板状の鉄ヨーク９上に平板状の磁石６が固定されたものであり、且つ、図２及び３に示すように、該磁石６の側面周囲６ａの磁極が、中央部６ｂとは逆極性に形成されている。
このように形成された位置検知用磁石６では、図７に示すように、位置検知用磁石６の表面のＮ極から放出された磁力線は隣接するＳ極に集中して収束する。Ｓ極に収束した磁力線はＳ極と対をなす位置検知用磁石６の裏面側のＮ極まで磁石内部を連絡し、更に鉄ヨーク９の内部を通路として位置検知用磁石６の裏面のＳ極に入射する。このとき、鉄ヨーク９は裏面のＳ極に到る磁力線を遮断すると共に、鉄ヨーク９内に磁力線の通路を形成する機能を担っている。
以上のように構成された位置検知用磁石６においては、ｘ方向でのホール素子の出力レベル０Vの境界線は、端部６ａと中央部６ｂとの境界線からほぼ垂直に延びるようになる。
また、鉄ヨーク９内に磁力線の通路を形成することで、裏面側のＮ極から外周側に磁力が漏れることを防止し、位置検知用磁石６の磁力の損失を防いでいる。
したがって、このように構成された位置検知用磁石６は、図１３に示した従来の位置検知用磁石とほぼ同様の機能を有するにもかかわらず、従来の位置検知用磁石が鉄ヨークと磁石の端部との間で磁力線を収束するようにし、そのため鉄ヨークと磁石のｘ方向及びｚ方向の位置関係でホール素子の出力レベル０Vの境界線の立ち上がり位置及び垂直度にばらつきを生じることに比較して、磁石上に隣り合って形成された中央部６ｂから極性の異なる側面周囲６ａに磁力線を収束するように構成したので、中央部６ｂと側面周囲６ａとはｘ方向、ｚ方向ともに位置関係は安定しているので、ホール素子の出力レベル０Vの境界線の位置及び垂直度はばらつきの小さいものとなる。また、鉄ヨーク９は、位置検知用磁石６の裏面側における磁力線の遮蔽及び側面周囲６ａと中央部６ｂとの磁力線の通路を提供する機能を担えば良いので、磁石の表面における磁力線の集中的収束を意図する、精密な寸法管理を必要とする曲げ加工を施す必要がない。
また、鉄ヨーク９と位置検知用磁石６とは、位置検知用磁石６裏面に鉄ヨーク９を沿わせるだけで良いので、その位置関係はより精密な管理を必要としない。
また、位置検知用磁石６の表面のＮ極から放出された磁力線が隣接するＳ極に集中して収束し、Ｓ極に収束した磁力線がＳ極と対をなす位置検知用磁石６の裏面側のＮ極まで磁石内部を連絡し、更に鉄ヨーク９の内部を通路として位置検知用磁石６の裏面のＳ極に入射するので、裏面側のＮ極から外周側に磁力が漏れることを防止し、平板状のヨークで磁力損失を防ぐことができる。
なお、このように磁力の損失を少なくする鉄ヨーク９は、当然ながら必ずしも鉄で構成されている必要はない。

さらに、この側面周囲６ａは、図３及び７に示すように、鉄ヨーク９の側端部から所定距離ａ及びａ’（ａ＝ａ’でも良い）の範囲で形成されている。したがって、上記した０Ｖの境界線は、鉄ヨーク９の側端部から所定位置に形成されることとなる。
このように構成された位置検知用磁石６を図１１に示す位置検知装置に取り付ける場合、磁石ホルダ３に対し鉄ヨーク９の側端部を基準として取り付けることにより、磁石ホルダ３に対する磁石のｘ方向での基準点の位置出しを精度良く行うことができるので、位置検知装置における磁石６の位置合わせが非常に容易となる。

また、図１及び４に示すように、磁石６を鉄ヨーク９に固定するために、磁石６の一部が該鉄ヨーク９を貫通する固定部６ｃが設けられている。
更に、図２及び４に示すように、磁石６の端部に段差部６ｄが形成されており、該磁石６を磁石ホルダ３に装着するときに、該磁石ホルダ３が該段差部６ｄを直接把持することで、磁石ホルダ３からの磁石６の脱落を防止している。
このとき、鉄ヨーク９とともに磁石６が磁石ホルダ３に把持されるが、鉄ヨーク９が平板状であるため、鉄ヨーク９よりも磁石６がホール素子８側に設けられることになり、鉄ヨーク９の表面側から磁石ホルダ３に把持されるようにしたとしても、磁石６とホール素子８の間の距離に影響が無く、位置検出精度が良い。

次に、このように構成される位置検知用磁石６の製造方法について説明する。
本実施の形態に係る位置検知用磁石は、まず、フェライトや希土類等の磁性粉を含むボンド磁石用材料を原料として鉄ヨーク９にアウトサート成型することで、鉄ヨーク９と一体となった平板状の磁性体を作製し、次に、その磁性体を、鉄ヨーク９の側端部を基準位置として着磁することにより、作製する。
このとき、鉄ヨーク９には適宜な数の孔が形成され、ボンド磁石材料のアウトサートの際にこの孔に材料が充填され更に鉄ヨーク９の裏面に及ぶ前記した固定部６ｃを同時に作成することにより磁石６を鉄ヨーク９に固定する。

このように鉄ヨーク９と一体となった平板状の磁性体を作製するには、上記したアウトサート成型のほか、周知の手段を採用することが可能であり、その際、鉄ヨーク９と磁性体の位置合わせ精度は、磁石ホルダ３に磁石の段差部６ｄが直接保持されることとなる程度でよい。
該磁性体の側面周囲を鉄ヨークの側端部を基準位置として着磁するためには、図５に示す着磁治具１０と図６に示す着磁コイル１４（いずれも模式的に示す）からなる着磁装置が用いられる。
着磁治具１０には、その両側端部に鉄ヨークの位置決め部位１０ａおよび１０ｂが設けられると共に、側面周囲６ａに対応する側面周囲部位１1ａ、中央部６ｂに対応する中央部位１１ｂ、及びそれら１１ａと１１ｂとに挟まれた着磁コイルが挿入される溝部１２が設けられる。
着磁装置は、図６に示すように構成された着磁コイル１４を、着磁治具１０の溝部１２と側面周囲部位１1ａの外周とに装着することで構成される。
図５に示すように、上記した鉄ヨーク９と一体に作製された磁性体を、その鉄ヨーク９の端面を着磁治具１０の位置決め部位１０ａ、１０ｂに当接させて該着磁装置に装着し、着磁コイル１４に通電することで、該磁性体の着磁を行う。
これにより、側面周囲部位１1ａ及び中央部位１１ｂが、それぞれ磁石６の側面周囲６ａ及び中央部６ｂに対応するように互いに異極性に着磁される。
しかも、鉄ヨーク９と着磁治具１０とが常に同一位置に位置合わせされたうえで着磁されるので、側面周囲６ａは、鉄ヨーク９の側端部から常に所定距離ａ及びａ’（ａ＝ａ’でも良い）で形成されることとなる。

もちろん、図２におけるこのような上下方向の所定距離ａ，ａ’ばかりでなく、左右方向についても同様に所定距離で形成することができるので、２次元（ｘ−ｙ）方向での位置検知を精度良く行うことが可能である。
また、この実施の形態では、該位置検知用磁石６は、図２に示すように方形状に形成されているが、磁気センサの配置位置及びその配置位置に対する該位置検知用磁石６の移動態様によっては、円形にしたほうが位置検知を精度良く行うことができる場合もあり、そのような場合には円形状に形成するなど、その形状については方形に限ることはない。

次に、このように構成される位置検知用磁石６を用いた位置検知装置について、説明する。
該位置検知用磁石６は、例えば、図１１に示す車両のシフトレバー位置検知装置の磁石ホルダ３に、鉄ヨーク９の端部を基準に装着されて使用される。
図１１に示す基板７上には、磁気検知素子としてのホール素子８が複数個、配置されており、その配置例を、図８に示す。
この図８に示す例では、図９に示す車両のシフト装置における６箇のシフトレンジ配置、つまりａｕｔｏ／ｍａｎｕａｌ切替レンジ（Ａ／Ｍ）、シフトアップレンジ（＋）、シフトダウンレンジ（−）、ｄｒｉｖｅレンジ（Ｄ）、ｎｅｕｔｒａｌレンジ（Ｎ）、ｒｅｖｅｒｓｅレンジ（Ｒ）にそれぞれ対応するポジションに、ホール素子８が設けられる。
具体的には、図８に示すように、６個のホール素子８が、ａｕｔｏ／ｍａｎｕａｌ切替ポジションには８（Ａ／Ｍ）、シフトアップポジションには８（＋）、シフトダウンポジションには８（−）、ｄｒｉｖｅポジションには８（Ｄ）、ｎｅｕｔｒａｌポジションには８（Ｎ）、ｒｅｖｅｒｓｅポジションには８（Ｒ）、というように配置されている。
なお、シフトアップレンジ（＋）及びシフトダウンレンジ（−）は、ａｕｔｏ／ｍａｎｕａｌ切替レンジ（Ａ／Ｍ）によってｍａｎｕａｌが選択されたときに有効とされるレンジである。

したがって、シフトレバー１の先端部のシフトノブ４を右下に操作させてＲレンジ（Ｒ）を選択すると、磁石ホルダ３に位置決めされ保持されている位置検知用磁石６がそれに連動して移動し、図１１に示す磁石移動パターンの内、シフトパターン（Ｒ）の位置で停止する。この停止状態では、ホール素子８（Ｒ）のみがＯＮとなり、その信号を検知することでシフトノブがＲレンジを選択したことが検知される。
シフトレバー１がこのように縦方向及び横方向にのみに規制されて移動する場合には、位置検知用磁石６も同様に縦、横方向のみに移動するので、該磁石位置を検知するホール素子の配置は図８に示すように配置される。そして、このように縦、横方向のみに移動する被位置検知部材の場合には、その位置検知用磁石６の形状を方形にしたほうが、円形状等にするよりも、それぞれの位置での位置検知精度を高めることができて、良い。
つまり、移動方向に対してホール素子出力レベル０Ｖの境界線（移動方向に対しては垂直な面となる）が垂直となるため、検知の感度が安定するという効果がある。もし、移動方向が６方向であれば、該磁石６の形状を６角形とし、該６角形を形成する６つの辺がその移動方向に対しいずれも垂直になるように形成されると良いということになる。

このように、被位置検知部であるシフトレバー１の先端部に設けられた位置検知用磁石６を上記のように構成し、該磁石６の移動面に対向した面上に複数の位置検知素子８を配置することで、被位置検知部の移動位置を精確に検知することができる。

なお、上記の実施の形態では、ボンド磁石用材料を原料として鉄ヨーク９にアウトサート成型することで、鉄ヨーク９と一体となった平板状の磁性体を作製したが、これに限ることなく、鉄ヨーク９に対し別途成形された平板状の磁性体を接着することで作製することもできる。この場合においても、鉄ヨークに対する磁性体の接着位置の位置出しは、精密さを要さない。
いずれにしても、着磁治具１０に形成された位置決め手段１０ａ、ｂにより、鉄ヨーク９の端面を基準位置とした着磁範囲が設定されるので、製造が容易かつ位置検知精度に優れた磁石、及び位置検知精度に優れた位置検知装置を提供することができる。

上記の実施の形態では、位置検知装置として車両用のシフト装置について説明したが、磁石と磁気検知素子を組み合わせて用いる装置は、例えばジョイスティックあるいはスライド式の多方向入力装置、スライド式の２方向スイッチなど公知の装置についても適用可能であることは言うまでもない。

本実施の形態に係る位置検知用磁石の斜視図。 本実施の形態に係る位置検知用磁石の磁石側からの平面図。 本実施の形態に係る位置検知用磁石の図２の線Ａでの断面図。 本実施の形態に係る位置検知用磁石の図２でのＢ方向からの側面図。 本実施の形態に係る着磁治具に鉄ヨークを位置決めした平面図。 本実施の形態に係る着磁コイルの説明図。 本実施の形態に係る位置検知用磁石の検知精度の説明図。 本実施の形態に係る位置検知装置における磁気検知素子の配置図。 本実施の形態に係る位置検知素子の配置とした場合の位置検知例の説明図。 本実施の形態に係る車両のシフト位置の配置図 従来例に係る車両のシフト位置検知装置の説明図。 従来例に係る位置検知用磁石例の側面図。 従来例に係る位置検知用磁石例での位置検知精度の説明図。

符号の説明

１シフトレバー、
２揺動支持部、
３磁石ホルダ、
４シフトノブ、
５カバープレート、
６、１６位置検知用磁石、
６ａ側面周囲
６ｂ中央部
７基板、
８磁気検知素子（ホール素子）、
９、１９鉄ヨーク、
１０着磁治具、
１０ａ、１０ｂ位置決め部
１４着磁コイル

Claims (4)

1. 磁力の損失を少なくする平板状の鉄ヨークの一面に固定され、側面周囲が中央部の磁極と反対の磁極に形成されていることを特徴とする位置検知用磁石。
2. 被位置検知部と、前記被位置検知部の移動に連動して移動する磁石と、前記磁石の移動面に対向する面上に配置された磁気検知部とを有する位置検知装置において、前記磁石が、磁力の損失を少なくする平板状の鉄ヨークの一面に面接触するように配置され、側面周囲が中央部の磁極と反対の磁極に形成されていることを特徴とする位置検知装置。
3. 請求項１，２において、前記側面周囲と前記中央部との境が、前記鉄ヨークの側端部から所定の位置に配置されていることを特徴とする位置検知用磁石または位置検知装置。
4. 請求項２、３において、前記磁石は、前記磁石の移動方向に対して、垂直な面を有するように形成されていることを特徴とする位置検知装置。

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