JP2014116102A - スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性体に対向するように設けられるスイッチ装置の動作精度を向上させる。
【解決手段】スイッチ装置１０は、スイッチ装置１０から磁性体３０までの距離の変化に伴う磁界の変化を検出するための磁気検出部１１と、磁性体３０に対向する対向面１５側に磁気検出部１１を収容するスイッチカバー１４と、磁気検出部１１の出力信号に基づいて、他の装置をオン／オフするためのスイッチング信号を出力する信号処理部１２とを備えている。対向面１５では、少なくとも外周側の領域が、対向面１５の中央部に近づくに従って窄まる形状に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁性体に対向するように設けられるスイッチ装置に関する。

磁性体に対向するように設けられるスイッチ装置が知られている。この種のスイッチ装置は、スイッチ装置から磁性体までの距離の変化に伴う磁界の変化を検出することにより、他の装置をオン／オフするためのスイッチング信号を出力する。

特許文献１には、この種のスイッチ装置が記載されている。特許文献１に記載のスイッチ装置では、略円柱状の磁石の中空部内に磁気検出素子が収納されている。このスイッチ装置は、ブレーキペダルに固着された磁性体に所定の間隔を空けて対向するように、自動車のブレーキペダル近傍のシャーシに装着される。このスイッチ装置では、磁気検出素子に制御手段が接続されている。ブレーキペダルが踏み込まれて磁性体がスイッチ装置から離れると、制御手段は、磁石に対向した磁性体の移動に伴う磁界の変化に応じて、スイッチング信号を出力する。このスイッチ装置では、配線基板などの部品が、略箱状で絶縁樹脂製のカバーによって覆われている。特許文献１には、このカバーの形状について何も記載されていない。

特開２０１２−１９９０４７号公報

ところで、スイッチカバーの形状について、図５（ａ）に示すように、スイッチカバー１１４うち、磁性体３０に対向する対向面１１５の全体を平坦面にすることが考えられる。このような場合に、磁性体にスイッチカバーの対向面を近接させると、取付誤差又は加工誤差（磁性体又は磁性体を取り付ける部材等の取付誤差又は加工誤差）によって、設計上の磁性体の向きに対して磁性体が少し傾くだけで、スイッチカバーの対向面の外周に磁性体が接触する。そして、磁性体の傾きが大きくなるほど、磁性体とスイッチ装置内の磁気検出部との距離が大きくなる。その結果、磁性体と磁気検出部との距離が、想定している値よりも大きくなってしまい、スイッチ装置の動作点（例えば、スイッチング信号を出力しない状態から出力する状態に変化するときの磁性体の移動距離）が、設計上の動作点からずれてしまう。

このため、スイッチカバーの対向面の外周に磁性体が接触しないように、磁性体と対向面の距離を確保する必要がある。しかしながら、磁性体から対向面までの距離をある程度確保した設計を行うと、対向面（スイッチ装置）から磁性体までの距離の変化に対して、スイッチ装置によって検出される磁界の変化が小さくなる。その結果、スイッチ装置の動作精度が低下する。

それ故に、本発明の目的は、磁性体に対向するように設けられるスイッチ装置の動作精度を向上させることにある。

本発明の第１の局面は、磁性体に対向するように設けられるスイッチ装置であって、そのスイッチ装置から磁性体までの距離の変化に伴う磁界の変化を検出するための磁気検出部と、磁性体に対向する対向面側に磁気検出部を収容するスイッチカバーと、磁気検出部の出力信号に基づいて、他の装置をオン／オフするためのスイッチング信号を出力する信号処理部とを備え、対向面では、少なくとも外周側の領域が、その対向面の中央部に近づくに従って窄まる形状に形成されている。

本発明の第２の局面は、第１の局面において、対向面の少なくとも中央部が、外側へ膨らむ曲面に形成されている。

本発明の第３の局面は、第２の局面において、対向面の全体が、外側へ膨らむ曲面に形成されている。

本発明の第４の局面は、第３の局面において、対向面は、外側へ膨らむ略半球面に形成されている。

本発明の第５の局面は、第１の局面において、対向面の中央部に近づくに従って窄まる形状に形成された外周側の領域は、対向面の中心から対向面の外周までの最短距離の３分の１以上の幅を有する。

第１の局面では、スイッチカバーの対向面の少なくとも外周側の領域が、対向面の中央部に近づくに従って窄まる形状に形成されているため、対向面の全体が平坦面の場合に比べて、対向面の外周が磁性体から離れる。そのため、磁性体等の取付誤差又は加工誤差によって、磁性体が設計上の向きに対して傾いて設けられたとしても、対向面の外周に磁性体が接触しにくくなる。従って、磁性体とスイッチ装置の距離を短縮することができ、スイッチ装置の動作精度を向上させることができる。

また、第２の局面では、対向面の中央部が、外側へ膨らむ曲面に形成されているため、対向面の全体が平坦面の場合に比べて、対向面の外周に磁性体が接触しにくくなる。従って、磁性体とスイッチ装置の距離をさらに短縮することができ、スイッチ装置の動作精度をさらに向上させることができる。

また、第２の局面では、対向面の中央部が、外側へ膨らむ曲面に形成されているため、設計上の向きに対して傾いた磁性体が、対向面に接触する場合であっても、磁性体は対向面の中央部に接触しやすい。ここで、対向面の全体が平坦面の場合は、設計上の向きに対して傾いた磁性体は、対向面の外周に接触する。そのために、磁性体と磁気検出部の距離が、想定している値から比較的大きくずれてしまい、スイッチ装置の動作点が比較的大きくずれてしまう。それに対して、第２の局面では、外側へ膨らむ対向面の中央部に磁性体が接触しやすい。そのため、磁性体と磁気検出部の距離が、想定している値からずれることを抑制することができ、スイッチ装置の動作点がずれることを抑制することができる。

また、第３の局面では、対向面の全体が、外側へ膨らむ曲面に形成されているため、対向面の全体が平坦面の場合に比べて、対向面の外周に磁性体が接触しにくくなる。従って、磁性体とスイッチ装置の距離をさらに短縮することができ、スイッチ装置の動作精度をさらに向上させることができる。

また、第４の局面では、対向面が略半球面に形成されているため、磁性体が左右に傾く場合と上下に傾く場合の両方に対して、対向面の外周に磁性体が接触しにくくなる。従って、磁性体とスイッチ装置の距離をさらに短縮することができ、スイッチ装置の動作精度をさらに向上させることができる。

実施の形態に係るスイッチ装置の取付状況図 実施の形態に係るスイッチ装置の概略構成図 実施の形態に係るスイッチ装置の磁気検出部の上面図 磁性体が設計通りの位置及び向きに設けられた場合において、磁性体の初期位置及び動作位置を示す図 磁性体が設計上の向きに対して傾いて設けられた場合において、磁性体の初期位置及び動作位置を示す図 その他の実施の形態のスイッチカバーの斜視図及び側面図

以下、図１から図５を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。

図１は、スイッチ装置１０の取付状況図である。図１は、ブレーキパッド３４が踏み込まれていない状態の図である。図２は、スイッチ装置１０の内部構成とスイッチカバー１４の断面形状を示すスイッチ装置１０の概略構成図である。図２では、導体パターンなどの配線等の記載を省略している。

本実施の形態のスイッチ装置１０は、車両用の非接触スイッチである。スイッチ装置１０は、図１に示すように、後述する対向面１５が磁性体３０（例えば、強磁性体）に対向するように設けられる。スイッチ装置１０は、固定側の部材に取り付けられ、磁性体３０は、可動側の部材に取り付けられている。設計上では、ブレーキパッド３４が踏み込まれていない場合に、スイッチ装置１０の対向面１５が磁性体３０に近接し、その対向面１５と磁性体３０の間に僅かな距離が存在している。スイッチ装置１０は、スイッチ用ブラケット３１を介してペダル用ブラケット３２に固定される。磁性体３０は、板状に形成され、ペダル用ブラケット３２に回転自在に支持されたブレーキペダル３３に固定される。ブレーキペダル３３の先端にはペダルパッド３４が設けられる。磁性体３０は、ブレーキパッド３４が踏み込まれた場合に対向面１５から離れるように移動する。なお、磁性体３０は、正面から見た場合の対向面１５の外形形状よりも一回り大きい板状に形成されている。

本実施の形態のスイッチ装置１０は、図２に示すように、磁気検出部１１と、信号処理部１２と、回路基板１３と、スイッチカバー１４とを備えている。

スイッチカバー１４は、例えば絶縁樹脂製の箱体である。スイッチカバー１４は、内部が中空の略円柱状に形成されている。図２に示すように、スイッチカバー１４は、円筒状に形成された筒状部１４ａと、筒状部１４ａの一端側を塞ぐ第１端部１４ｂと、筒状部１４ａの他端側を塞ぐ第２端部１４ｃとを備えている。

第１端部１４ｂは、図２に示すように、半球状に形成されている。第１端部１４ｂの外面は、磁性体３０に対向する対向面１５となる。対向面１５は、半球面に形成されている。対向面１５の全体は、外側に膨出する曲面である。また、第２端部１４ｃは円板状に形成されている。第２端部１４ｃの外面の全体は、平坦面に形成されている。第２端部１４ｃには、例えばスイッチ装置１０の出力端子が設けられている。

回路基板１３は、スイッチカバー１４の内面に固定されている。回路基板１３には、スイッチカバー１４の対向面１５側から順番に、磁気検出部１１と信号処理部１２とが実装されている。磁気検出部１１と信号処理部１２は、図２において上下方向を回路基板１３の幅方向とした場合に、回路基板１３の幅方向における中央部に固定されている。

図３は、スイッチ装置１０の磁気検出部１１の上面図である。図３（ａ）には、磁性体３０が存在しない場合の磁力線を記載し、図３（ｂ）には、磁性体３０が存在する場合の磁力線を記載している。磁気検出部１１は、磁気センサ２１（磁気検出素子）と、磁石２２とを有する。

磁気センサ２１は、例えばホール素子である。磁気センサ２１は、回路基板１３における対向面１５側に固定されている。磁気センサ２１は、第１端部１４ｂの内面の近傍に配置されている。磁気センサ２１は、その中心が回路基板１３の幅方向の中心に位置するように設けられている。磁気センサ２１は、対向面１５を正面から透視した場合に、円形の対向面１５の略中心に配置されている。磁気センサ２１が出力する電気信号は、磁気センサ２１上の磁束密度の大きさを表す。

磁石２２は、例えば永久磁石である。磁石２２は、磁気センサ２１上に磁界を形成するための部品である。磁石２２は、略Ｕ字状に形成されている。磁石２２は、図３に示すように、対向面１５側を除く磁気センサ２１の３方向を囲うように設けられている。磁石２２は、回路基板１３の幅方向の中心を通る中心線に対して対称（図２において上下対称）に設けられている。

磁石２２では、図３に示すように、対向面１５とは反対側の一部だけがＳ極になっており、その一部以外はＮ極になっている。図３（ａ）に示すように、磁気センサ２１の上方に磁性体３０が存在しない場合は、磁気センサ２１に対して磁石２２が左右対称に設けられているため、磁石２２の磁束が互いに打ち消し合い、磁気センサ２１上の磁界がほぼゼロになる。一方、図３（ｂ）に示すように、磁気センサ２１の上方に磁性体３０が存在する場合は、Ｎ極から磁力線が磁性体３０側に延びて、磁気センサ２１上に磁界が発生する。

以上より、磁性体３０と磁気センサ２１との距離（つまり、磁性体３０と対向面１５との距離）が変化すると、磁気センサ２１上の磁束密度が変化することが分かる。運転者によりブレーキパッド３４が踏み込まれて、磁性体３０が磁気センサ２１から離れるに従って、磁気センサ２１上の磁束密度は徐々に弱くなってゆく。

信号処理部１２は、このような磁束密度の変化を利用して、スイッチ装置１０以外の装置をオン／オフするためのスイッチング信号を出力する。信号処理部１２は、例えばマイコンである。信号処理部１２は、磁気センサ２１が出力する電気信号に基づいて、磁気センサ２１上の磁束密度が所定の判定値を下回ったことを検出した場合に、ブレーキランプを点灯させるためのオンのスイッチング信号を出力端子に出力する。例えばブレーキランプの点灯開始後にブレーキパッド３４がさらに踏み込まれた場合など、磁気センサ２１上の磁束密度が上記判定値を下回った状態が継続している間は、ブレーキランプは点灯し続ける。そして、運転者の足がブレーキパッド３４から離れて、磁性体３０が磁気センサ２１に近づくと、磁気センサ２１上の磁束密度が強くなる。信号処理部１２は、磁気センサ２１上の磁束密度が上記判定値以上になったことを検出した場合に、ブレーキランプを消灯するためのオフのスイッチング信号を出力する。

［実施の形態の効果等］
実施の形態の効果等について図面を参照して説明する。

以下では、説明を簡単にするために、スイッチ装置１０、磁性体３０及びこれらを取り付ける部材（ブレーキペダル３３等）は、設計寸法通りに製造され、スイッチ装置１０は、設計通りの位置及び向きに設けられているものとする。磁性体３０の取付精度が、良い場合と悪い場合を比較して、実施の形態の効果を説明する。

まず、磁性体３０の取付精度が良い場合について説明する。図４は、磁性体３０が設計通りの位置及び向きに設けられた場合において、磁性体３０の初期位置（ブレーキパッド３４が踏み込まれる前の位置）と、磁性体３０の動作位置（ブレーキパッド３４が踏み込まれて、オンのスイッチング信号を出力しない状態から、出力する状態へ変化する位置）を示す図である。なお、図４では、初期位置における磁性体３０を実線で記載し、動作位置における磁性体３０を破線で記載している。

ここで、図４に示すように、磁性体３０とスイッチカバー１４との接触により音が発生しないように、磁性体３０が設計通りの位置及び向きに設けられた場合には、最も外側へ膨出している対向面１５の中心は、初期位置における磁性体３０から僅かに離れている。図４において、初期位置における磁性体３０と磁気センサ２１の中心との距離（以下、「初期距離」という。）をｘ１とし、動作位置における磁性体３０と磁気センサ２１の中心との距離（以下、「動作距離」という。）をｙ１とする。この場合に、初期位置から動作位置までの磁性体３０の移動距離は、ｙ１からｘ１を引いた値となる。

続いて、磁性体３０の取付精度が悪い場合について説明する。図５は、磁性体３０が設計上の向きに対して傾いて設けられた場合において、磁性体３０の初期位置及び動作位置を示す図である。図５（ａ）は、本実施の形態とは異なりスイッチカバー１１４の対向面１１５の全体が平坦面の場合の図であり、図５（ｂ）は、図４と同様に、本実施の形態のスイッチ装置１０を使用する場合の図である。なお、図５では、図４と同様に、初期位置における磁性体３０を実線で記載し、動作位置における磁性体３０を破線で記載している。

対向面１１５の全体が平坦面の場合は、設計上の磁性体３０の向きに対して磁性体３０が傾いているために、図５（ａ）に示すように、初期距離ｘ２が、図４の初期距離ｘ１に比べて長くなる。なお、図５（ａ）では、対向面１５の外周に磁性体３０が接触しているが、対向面１５の外周に磁性体３０が接触しないように磁性体３０からスイッチ装置１０を離すと、初期距離ｘ２がさらに長くなる。他方、動作距離ｙ２は、図４の動作距離ｙ１にほぼ等しい。このため、初期位置から動作位置までの磁性体３０の移動距離（ｙ２からｘ２を引いた値）は、図４の場合に比べて短くなる。従って、図４の場合に比べて、初期位置から動作位置まで磁性体３０が移動するために必要なブレーキパッド３４の踏み込み量が小さくなる。図５（ａ）では、設計上の踏み込み量から、ブレーキランプを点灯させるのに必要なブレーキパッド３４の踏み込み量がずれてしまう。

それに対して、本実施の形態では、図５（ｂ）に示すように、スイッチカバー１４の対向面１５は、外側へ膨らむ半球面に形成されている。そのため、対向面１１５の全体が平坦面の場合（図５（ａ）の場合）に比べて、対向面１５の外周が磁性体３０から離れる。そのため、磁性体３０等の取付誤差又は加工誤差によって、磁性体３０が設計上の向きに対して傾いて設けられたとしても、対向面１５の外周に磁性体３０が接触しにくくなる。従って、磁性体３０とスイッチ装置１０の距離を短縮することができ、スイッチ装置１０の動作精度を向上させることができる。
また、図５（ｂ）では、初期距離ｘ３が、図４の初期距離ｘ１に等しくなる。また、図５（ａ）の場合と同様に、動作距離ｙ３は、図４の動作距離ｙ１にほぼ等しい。そのため、初期位置から動作位置までの磁性体３０の移動距離（図５（ｂ）では、ｙ３からｘ３を引いた値）は、図４の場合にほぼ等しくなる。このように、本実施の形態では、図５（ａ）の場合に比べて、磁気センサ２１と磁性体３０の距離が、想定している値ｘ１からずれることを抑制することができる。さらに、初期位置から動作位置まで磁性体３０が移動するために必要なブレーキパッド３４の踏み込み量が、図４の場合にほぼ等しくなり、設計上の踏み込み量から、ブレーキパッド３４の踏み込み量がずれることを抑制することができる。

また、本実施の形態では、対向面１５の中央部が、外側へ膨らむ曲面に形成されているため、設計上の向きに対して傾いた磁性体３０が、対向面１５に接触する場合であっても、磁性体３０は対向面１５の中央部に接触する。そのため、磁性体３０と磁気センサ２１の距離が、想定している値ｘ１からずれることを抑制することができ、ブレーキパッド３４の踏み込み量がずれることを抑制することができる。

また、本実施の形態では、対向面１５が半球面に形成されているため、磁性体３０が左右に傾く場合と上下に傾く場合の両方に対して、対向面１５の外周に磁性体３０が接触しにくくなる。従って、磁性体３０とスイッチ装置１０の距離をさらに短縮することができ、スイッチ装置１０の動作精度をさらに向上させることができる。

なお、本実施の形態のスイッチ装置１０を使用する場合に、ブレーキパッド３４が踏み込まれていない状態で、対向面１５の中心が磁性体３０に接触するように設計してもよい。この場合に、対向面１５と磁性体３０が接触した場合の音を小さくするために、対向面１５又は磁性体３０の少なくとも一方に、クッション性を有する部材（又は、スポンジ状の部材）を貼り付けてもよい。本実施の形態では、対向面１５が半球面であるため、対向面１５が磁性体３０に接触する場合に、初期距離ｘ３が、想定している値ｘ１からずれることをさらに抑制することができる。なお、対向面１５の中心又はその中心の近傍に、磁気センサ２１を配置してもよい。

［その他の実施の形態］
上記実施の形態は、次のように構成してもよい。

図６は、その他の実施の形態のスイッチカバー１４の斜視図及び側面図である。図６（ａ）〜（ｅ）では、上側が斜視図であり、下側が側面図である。

上記実施の形態において、対向面１５のうち外周側の領域１５ｂだけ、対向面１５の中央部１５ａに近づくに従って窄まる形状に形成してもよい。例えば、図６（ａ）に示すように、対向面１５は、中央部１５ａの全体を平坦面に形成して、外周側の領域１５ｂを中央部１５ａに近づくに従って窄まる曲面に形成してもよい。なお、対向面１５を正面から見た場合に、中央部１５ａに近づくに従って窄まる曲面に形成された外周側の領域１５ｂの幅は、対向面１５の半径の１／３以上であればよい。

また、上記実施の形態では、対向面１５は半球面であったが、図６（ｂ）に示すように、対向面１５は、半球面に比べて曲率が小さい略半球面であってもよい。これにより、磁性体３０と磁気センサ２１の距離をさらに短縮することができる。

また、上記実施の形態において、図６（ｃ）に示すように、対向面１５は、中央部１５ａの全体を平坦面に形成して、外周側の領域１５ｂを中央部１５ａに近づくに従って窄まる斜面に形成してもよい。スイッチカバー１４は、略矩形の筒状に形成されている。なお、対向面１５を正面から見た場合に、中央部１５ａに近づくに従って窄まる斜面に形成された外周側の領域１５ｂの幅は、対向面１５の一辺の１／６以上であればよい。

また、上記実施の形態において、図６（ｄ）に示すように、対向面１５の全体が、対向面１５の中心に近づくに従って窄まる斜面に形成してもよい。対向面１５は、四角錐に形成されている。スイッチカバー１４は、略矩形の筒状に形成されている。

また、上記実施の形態において、図６（ｅ）に示すように、対向面１５は、スイッチカバー１４の筒状部１４ａの上端の第１辺に沿って断面形状を一様にして、その第１辺に直交する断面形状について、少なくとも外周側の領域が、対向面１５の中央部に近づくに従って窄まる形状に形成してもよい。なお、図６（ｅ）では、第１辺に直交する断面形状の全体が、対向面１５の中央部に近づくに従って窄まる形状に形成されている。

上記実施の形態において、スイッチカバー１４は、五角形など矩形以外の多角形の筒状に形成されていてもよい。

上記実施の形態において、スイッチ装置１０をブレーキランプ以外の装置のスイッチングに使用してもよい。

本発明は、磁性体に対向するように設けられるスイッチ装置等に適用可能である。

１０ スイッチ装置
１１ 磁気検出部
１２ 信号処理部
１３ 回路基板
１４ スイッチカバー
１５ 対向面
２１ 磁気センサ
２２ 磁石
３０ 磁性体

Claims (5)

1. 磁性体に対向するように設けられるスイッチ装置であって、
   当該スイッチ装置から前記磁性体までの距離の変化に伴う磁界の変化を検出するための磁気検出部と、
   前記磁性体に対向する対向面側に前記磁気検出部を収容するスイッチカバーと、
   前記磁気検出部の出力信号に基づいて、他の装置をオン／オフするためのスイッチング信号を出力する信号処理部とを備え、
   前記対向面では、少なくとも外周側の領域が、該対向面の中央部に近づくに従って窄まる形状に形成されていることを特徴とするスイッチ装置。
2. 前記対向面の少なくとも中央部が、外側へ膨らむ曲面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
3. 前記対向面の全体が、外側へ膨らむ曲面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のスイッチ装置。
4. 前記対向面は、外側へ膨らむ略半球面に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のスイッチ装置。
5. 前記対向面の中央部に近づくに従って窄まる形状に形成された前記外周側の領域は、前記対向面の中心から該対向面の外周までの最短距離の３分の１以上の幅を有することを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。

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