JP2017111090A - 磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誤判定を抑制した磁気センサ装置を提供する。
【解決手段】磁気センサ装置１は、バイアス磁場２０を生成するバイアス磁石２と、バイアス磁場２０の変化を検出して検出信号Ｓ_１を出力する磁気センサ３と、バイアス磁石２と対向するように配置され、回転中心４５を中心として回転する円板形状を有すると共に、側面から径方向に突出する第１の凸部４１と第２の凸部４２、及び第１の凸部４１と第２の凸部４２の間に形成され、底面４３０が自身の外周面４４よりも回転中心４５に近い凹部４３を有する磁性体４と、を備えて概略構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサ装置に関する。

従来の技術として、移動部材に固定され、回転方向に沿って凹部と凸部とが交互に並んだ波形凹凸面を有する移動磁性体と、波形凹凸面に突き合わされた１対の検出突極と、一方の検出突極を通る第１磁気回路と他方の検出突極を通る第２磁気回路とを別々に生成する磁石と、第１磁気回路の磁束密度を検出可能な第１磁気センサと、第２磁気回路の磁束密度を検出可能な第２磁気センサと、を備えた位置検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

波形凹凸面は、凸部と凹部がサインカーブを描くように緩やかに連続して繰り返す形状を有している。

特開２００７−２９２５１１号公報

近年、操作部に磁性体が連結され、操作による磁性体の回転に基づく操作部の操作位置やスイッチのオン、オフを、磁気センサによって非接触で検出する検出装置がある。このような検出装置の磁性体に、凸部と凹部を緩やかに形成した場合、例えば、磁気センサから出力される出力値が緩やかに変化するのでオンとオフの切り替わりが不明確になり易く、また出力値の幅が狭く、製造のばらつきや設置位置のずれなどによる電圧の変動によって誤判定が発生してオン又はオフに切り替わらない可能性がある。

従って、本発明の目的は、誤判定を抑制した磁気センサ装置を提供することにある。

本発明の一態様は、バイアス磁場を生成するバイアス磁石と、バイアス磁場の変化を検出して検出信号を出力する磁気センサと、バイアス磁石と対向するように配置され、回転中心を中心として回転する円板形状を有すると共に、側面から径方向に突出する第１の凸部と第２の凸部、及び第１の凸部と第２の凸部の間に形成され、底面が自身の外周面よりも回転中心に近い凹部を有する磁性体と、磁性体の回転によって凹部とバイアス磁石が対向している状態で出力された検出信号に基づいてオン又はオフの一方の状態を判定し、第１の凸部及び第２の凸部とバイアス磁石が対向している状態で出力された検出信号に基づいて他方の状態を判定する判定部と、を備えた磁気センサ装置を提供する。

本発明によれば、誤判定を抑制することができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、磁気センサ装置の第１の凸部及び第２の凸部周辺の拡大図の一例である。 図２（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置のバイアス磁石と磁気センサの配置を説明するための正面図の一例であり、図２（ｂ）は、側面図の一例であり、図２（ｃ）は、上面図の一例であり、図２（ｄ）は、磁気センサ装置のブロック図の一例である。 図３（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の磁性体の第１の凸部がバイアス磁石と対向する一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、第２の凸部がバイアス磁石と対向する一例を示す概略図である。 図４（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の磁気センサが出力する検出信号の電圧値と回転角度の関係と比較例に係る電圧値と回転角度の関係を示すグラフの一例であり、図４（ｂ）は、比較例に係る磁性体の形状の一例を示す概略図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る磁気センサ装置は、バイアス磁場を生成するバイアス磁石と、バイアス磁場の変化を検出して検出信号を出力する磁気センサと、バイアス磁石と対向するように配置され、回転中心を中心として回転する円板形状を有すると共に、側面から径方向に突出する第１の凸部と第２の凸部、及び第１の凸部と第２の凸部の間に形成され、底面が自身の外周面よりも回転中心に近い凹部を有する磁性体と、磁性体の回転によって凹部とバイアス磁石が対向している状態で出力された検出信号に基づいてオン又はオフの一方の状態を判定し、第１の凸部及び第２の凸部とバイアス磁石が対向している状態で出力された検出信号に基づいて他方の状態を判定する判定部と、を備えて概略構成されている。

[実施の形態]
（磁気センサ装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、磁気センサ装置の第１の凸部及び第２の凸部周辺の拡大図の一例である。図２（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置のバイアス磁石と磁気センサの配置を説明するための正面図の一例であり、図２（ｂ）は、側面図の一例であり、図２（ｃ）は、上面図の一例であり、図２（ｄ）は、磁気センサ装置のブロック図の一例である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図２（ｄ）では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。

この磁気センサ装置１は、例えば、磁性体４の回転によってオン及びオフするスイッチ装置や磁性体４に接続された操作部の操作位置を検出する操作位置検出装置として利用される。本実施の形態では、一例として、磁気センサ装置１がオン、オフの２つの状態を有するスイッチ装置として利用される場合について説明する。

具体的には、磁気センサ装置１は、図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示すように、バイアス磁場２０を生成するバイアス磁石２と、バイアス磁場２０の変化を検出して検出信号Ｓ_１を出力する磁気センサ３と、バイアス磁石２と対向するように配置され、回転中心４５を中心として回転する円板形状を有すると共に、側面から径方向に突出する第１の凸部４１と第２の凸部４２、及び第１の凸部４１と第２の凸部４２の間に形成され、底面４３０が自身の外周面４４よりも回転中心４５に近い凹部４３を有する磁性体４と、磁性体４の回転によって凹部４３とバイアス磁石２が対向している状態で出力された検出信号に基づいてオン又はオフの一方の状態を判定し、第１の凸部４１及び第２の凸部４２とバイアス磁石２が対向している状態で出力された検出信号に基づいて他方の状態を判定する判定部としての制御部５と、を備えて概略構成されている。

（バイアス磁石２の構成）
バイアス磁石２は、例えば、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、細長い四角柱形状を有している。このバイアス磁石２は、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石などの永久磁石、又は、ネオジム系などの磁性体材料と、合成樹脂材料と、を混合して所望の形状に成形したプラスチックマグネットである。

バイアス磁石２は、一例として、一方の端面２３側がＮ極、他方の端面２４側がＳ極となっている。従ってバイアス磁場２０は、端面２３から湧き出て端面２４に吸い込まれる磁路を形成する。なお着磁の方向は、逆でも良い。

このバイアス磁石２のＮ極側は、磁性体４と対向している。そしてＮ極側の端面２３には、凹部２５が形成されている。この凹部２５には、例えば、磁気センサ３の一部が挿入されている。

（磁気センサ３の構成）
磁気センサ３は、例えば、基板３０と、第１の磁気センサ３２と、第２の磁気センサ３３と、を備えて概略構成されている。第１の磁気センサ３２及び第２の磁気センサ３３は、基板３０の表面３１に並んで配置されている。

この第１の磁気センサ３２及び第２の磁気センサ３３は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、感磁面３２０及び感磁面３３０内におけるバイアス磁場２０の方向の変化に基づいて抵抗値が変わる４つの磁気抵抗素子によってブリッジ回路が形成されて構成されている。

この磁気抵抗素子は、一例として、ニッケル、鉄、コバルトなどの強磁性体金属を主成分とした膜を用いて形成される。バイアス磁場２０が作用していない場合の各磁気抵抗素子の抵抗値は、製造のばらつきがなければ等しくなる。この磁気抵抗素子は、バイアス磁場２０に感応する複数の直線部分が平行に配置され、直線部分の端部が交互に接続されて感磁部を構成する。

磁気センサ３は、図２（ｄ）に示すように、検出信号Ｓ_１を制御部５に出力する。この検出信号Ｓ_１は、例えば、第１の磁気センサ３２及び第２の磁気センサ３３ごとの２つのハーブブリッジ回路の中点電圧の差分に基づいた信号である。従って磁気センサ３は、バイアス磁場２０が作用しない場合、磁気抵抗値が全て同じ値になるので、差分電圧がゼロとなり、検出信号Ｓ_１がゼロとなる。

第１の磁気センサ３２及び第２の磁気センサ３３は、磁性体４の回転によるバイアス磁場２０の変化を検出し易いようにバイアス磁石２の外側に配置される。

（磁性体４の構成）
図３（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の磁性体の第１の凸部がバイアス磁石と対向する一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、第２の凸部がバイアス磁石と対向する一例を示す概略図である。図４（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の磁気センサが出力する検出信号の電圧値と回転角度の関係と比較例に係る電圧値と回転角度の関係を示すグラフの一例であり、図４（ｂ）は、比較例に係る磁性体の形状の一例を示す概略図である。図４（ａ）に示す実線のグラフは、本実施の形態の磁性体４を用いた場合の電圧値のグラフであり、点線のグラフは、比較例の磁性体９を用いた場合の電圧値のグラフである。

磁性体４は、例えば、パーマロイ、電磁鋼板、フェライトなどの軟磁性体材料を用いて円板形状に形成される。また磁性体４は、本体４０が円板形状を有し、本体４０の側面から第１の凸部４１及び第２の凸部４２が突出するように形成されている。

この磁性体４は、例えば、図１（ａ）に示すように、操作部に連結され、操作部の操作によって回転中心４５を中心として時計回り（矢印Ａ方向）、及び反時計回り（矢印Ｂ方向）に回転するように構成されている。

凹部４３を形成する第１の凸部４１及び第２の凸部４２の側面の法線は、回転中心４５から伸びる直線と実質的に直交する。つまり第１の凸部４１の側面４１０の法線４１０ａは、図１（ｂ）に示すように、回転中心４５から伸びる直線４１２と実質的に直交する。また第２の凸部４２の側面４２０の法線４２０ａは、図１（ｂ）に示すように、回転中心４５から伸びる直線４２２と実質的に直交する。

具体的には、第１の凸部４１の側面４１０は、図１（ｂ）に示すように、凹部４３がバイアス磁石２と対向する際の中心線４５０と、上述の直線４１２と、のなす角がθ_１となるように形成されている。同様に第２の凸部４２の側面４２０は、図１（ｂ）に示すように、凹部４３がバイアス磁石２と対向する際の中心線４５０と、上述の直線４２２と、のなす角がθ_１となるように形成されている。なお角度θ_１は、一例として、１２°である。

この角度θ_１は、図４（ａ）の実線のグラフにおいて、電圧値がオフ領域５１からオン領域５２及びオン領域５３に急峻に上昇する、つまりオンとオフの急峻な切り替わりを規定する角度である。

また第１の凸部４１及び第２の凸部４２の端面の中心の接平面は、第１の凸部４１及び第２の凸部４２がバイアス磁石２と対向する際、バイアス磁石２の端面２３と実質的に平行となる。

具体的には、第１の凸部４１の端面４１１の中心の接平面４１３は、図３（ａ）に示すように、第１の凸部４１がバイアス磁石２と対向する際、バイアス磁石２の端面２３と実質的に平行となる。この際の磁性体４の回転角度は、＋θ_２である。また第２の凸部４２の端面４２１の中心の接平面４２３は、図３（ｂ）に示すように、第２の凸部４２がバイアス磁石２と対向する際、バイアス磁石２の端面２３と実質的に平行となる。この際の磁性体４の回転角度は、−θ_２である。この回転角度は、一例として、図１（ａ）に示すように、中心線４５０を基準として時計回り、つまり矢印Ａ方向の回転を正とし、反時計回り、つまり矢印Ｂ方向の回転を負としている。なお回転角度｜θ_２｜は、一例として、２０°である。

この回転角度＋θ_２は、図４（ａ）の実線のグラフにおいてオフ領域５１からオン領域５２に切り替わる回転角度θ_３よりも大きい角度となる。同様に、回転角度−θ_２は、図４（ａ）の実線のグラフにおいてオフ領域５１からオン領域５３に切り替わる回転角度−θ_３よりも小さい角度となる。つまり回転角度θ_３は、｜θ_１｜＜｜θ_３｜＜｜θ_２｜の範囲の回転角度である。

なお端面４１１及び端面４２１は、回転中心４５を中心とする円の外周に基づいた曲面であっても良いし、平面であっても良い。

従って磁気センサ装置１がスイッチ装置として構成された場合、スイッチ装置の操作部の操作量が基準位置（０°）から±θ_２の回転角度で磁性体４を回転させるように構成されると、オンとオフの切り替わりが容易に検出されることとなる。

また磁性体４の凹部４３は、図１（ｂ）に示すように、外周面４４を延長した点線の部分よりも深く、底面４３０が位置するように形成されている。凹部４３の底面４３０が深いことにより、図４（ａ）のグラフにおけるオフ領域振幅が深くなる。このオフ領域振幅が深い方が、電圧の変動などの耐性が高い。

さらに凹部４３の幅は、磁気センサ３の第１の磁気センサ３２と第２の磁気センサ３３の間隔よりも広くなっている。

（制御部５の構成）
制御部５は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部５が動作するためのプログラムと、しきい値５０と、が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。

制御部５は、例えば、検出信号Ｓ_１の電圧値としきい値５０とを比較し、電圧値がしきい値５０より大きい場合、オンと判定し、電圧値がしきい値５０以下である場合、オフと判定する。つまりしきい値５０は、一例として、ゼロである。

従ってオフ領域５１は、図４（ａ）のグラフにおいて電圧値が負となる中央の領域である。またオンの領域は、図４（ａ）のグラフにおいて電圧値が正となる右側のオン領域５２と左のオン領域５３である。

制御部５は、取得した検出信号Ｓ_１の電圧値としきい値５０を比較してオン、オフを判定し、判定した結果を操作情報Ｓ_２として接続された電子機器に出力する。この電子機器は、一例として、車両に搭載された空調装置やミラー角度調整装置、レバーコンビネーションスイッチなどの電子機器である。

ここで比較例の磁性体９を有する磁気センサ装置と本実施の形態の磁性体４を有する磁気センサ装置１の電圧値について説明する。

（比較例の磁性体９について）
比較例に係る磁性体９は、図４（ｂ）に示すように、本体９０の外周面９４から径方向に突出する第１の凸部９１及び第２の凸部９２と、第１の凸部９１と第２の凸部９２の間に略円形に切り取られた形状を有する凹部９３と、を備えて概略構成されている。

この凹部９３は、本体９０の外周面９４よりも外側に形成されている。また第１の凸部９１及び第２の凸部９２は、凹部９３を形成する側面が曲線となっているので、オンとオフの切り替わりが緩やかになる。

図４（ａ）に示すように、比較例の磁性体９を使用した場合、オフ領域５１のオフ領域振幅９ａが、本実施の形態の磁性体４を使用した場合のオフ領域振幅４ａと比べて狭くなっている。また比較例は、本実施の形態と比べて、オフ領域振幅９ａの平坦な部分の回転角度範囲が狭い。

また比較例の場合、オフ領域５１からオン領域５２及びオン領域５３への切り替わり、またその逆の切り替わりが本実施の形態と比べて緩やかである。

従って比較例の磁性体９を使用した磁気センサ装置は、例えば、磁気センサ３の製造におけるばらつきや設置位置のずれなどに起因する電圧変動により、オフ領域５１がなくなり、磁性体９の回転角度に依らずオンに固定される可能性がある。また比較例は、オフ領域５１の回転角度範囲が狭いので、操作部の操作量が本実施の形態と比べて小さくなる。

一方本実施の形態の磁性体４を使用した磁気センサ装置１は、図４（ａ）に示すように、比較例と比較して、オフ領域振幅４ａが広く、そしてオフ領域５１からオン領域５２及びオン領域５３への切り替わり、またその逆の切り替わりが急峻である。また本実施の形態は、オフ領域５１の回転角度範囲が広いので、操作部の操作量を大きくすることが可能となる。

従って本実施の形態の磁性体４を使用した磁気センサ装置１は、比較例と比べて、電圧変動の耐性に優れ、オンとオフの切り替わりが明確であることが分かる。

以下に本実施の形態の磁気センサ装置１の動作について説明する。なお磁気センサ装置１が車両に搭載され、磁性体４が連結される操作部の基準位置がオフであるものとする。

（動作）
磁気センサ装置１の磁気センサ３は、車両の電源が投入されると、検出信号Ｓ_１を制御部５に出力する。

制御部５は、検出信号Ｓ_１をしきい値５０と比較する。操作部が操作されていない場合、磁性体４が回転していないので、凹部４３がバイアス磁石２と対向し、検出信号Ｓ_１に基づく電圧値が負となる。制御部５は、電圧値がしきい値５０より小さいので、オフであるとする操作情報Ｓ_２を接続された電子機器に出力する。

また制御部５は、磁性体４の第１の凸部４１又は第２の凸部４２がバイアス磁石２と対向するように回転した場合、つまり操作部が操作された場合、検出信号Ｓ_１が正となるので、しきい値５０との比較結果に基づいてオンであるとする操作情報Ｓ_２を接続された電子機器に出力する。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る磁気センサ装置１は、誤判定を抑制することができる。具体的には、磁気センサ装置１は、オフ領域振幅４ａが広いので、電圧の変動によって電圧値がプラス側に大きくなっても、オフ領域５１が消失する可能性が低い。従って磁気センサ装置１は、電圧の変動によってオンに固定化される可能性が低く、オフであるにもかかわらずオンと判定されるような誤判定を抑制することができる。また磁気センサ装置１は、オフ領域振幅が狭い場合と比べて、電圧の変動の耐性が向上する。

磁気センサ装置１は、第１の凸部４１の側面４１０の法線４１０ａが回転中心４５から伸びる直線４１２と実質的に直交すると共に、第２の凸部４２の側面４２０の法線４２０ａが回転中心４５から伸びる直線４２２と実質的に直交するので、この構成を採用しない場合と比べて、オンとオフの急峻な切り替わりが得られる。従って磁気センサ装置１は、オンとオフの切り替わりが明確である。

磁気センサ装置１は、第１の凸部４１及び第２の凸部４２の端面４１１及び端面４２１の中心の接平面４１３及び接平面４２３は、第１の凸部４１及び第２の凸部４２がバイアス磁石２と対向する際、バイアス磁石２の端面２３と実質的に平行となる。磁気センサ装置１は、例えば、オンとオフの切り替えを行う操作部の操作量を、平行となる回転角度に基づいて容易に設定することができる。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…磁気センサ装置、２…バイアス磁石、３…磁気センサ、４…磁性体、４ａ…オフ領域振幅、５…制御部、９…磁性体、９ａ…オフ領域振幅、２０…バイアス磁場、２３，２４…端面、２５…凹部、３０…基板、３１…表面、３２…第１の磁気センサ、３３…第２の磁気センサ、４０…本体、４１…第１の凸部、４２…第２の凸部、４３…凹部、４４…外周面、４５…回転中心、５０…しきい値、５１…オフ領域、５２，５３…オン領域、９０…本体、９１…第１の凸部、９２…第２の凸部、９３…凹部、９４…外周面、３２０，３３０…感磁面、４１０…側面、４１０ａ…法線、４１１…端面、４１２…直線、４１３…接平面、４２０…側面、４２０ａ…法線、４２１…端面、４２２…直線、４２３…接平面、４３０…底面、４５０…中心線

Claims (3)

1. バイアス磁場を生成するバイアス磁石と、
   前記バイアス磁場の変化を検出して検出信号を出力する磁気センサと、
   前記バイアス磁石と対向するように配置され、回転中心を中心として回転する円板形状を有すると共に、側面から径方向に突出する第１の凸部と第２の凸部、及び前記第１の凸部と前記第２の凸部の間に形成され、底面が自身の外周面よりも前記回転中心に近い凹部を有する磁性体と、
   前記磁性体の回転によって前記凹部と前記バイアス磁石が対向している状態で出力された前記検出信号に基づいてオン又はオフの一方の状態を判定し、前記第１の凸部及び前記第２の凸部と前記バイアス磁石が対向している状態で出力された前記検出信号に基づいて他方の状態を判定する判定部と、
   を備えた磁気センサ装置。
2. 前記凹部を形成する前記第１の凸部及び前記第２の凸部の側面の法線は、前記回転中心から伸びる直線と実質的に直交する、
   請求項１に記載の磁気センサ装置。
3. 前記第１の凸部及び前記第２の凸部の端面の中心の接平面は、前記第１の凸部及び前記第２の凸部が前記バイアス磁石と対向する際、前記バイアス磁石の端面と実質的に平行となる、
   請求項１又は２に記載の磁気センサ装置。

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