JP2017207437A - センサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】位置決め精度を向上させて検出精度の低下を抑制することができるセンサモジュールを提供する。
【解決手段】センサモジュール１は、磁場５５の変化を検出する磁気センサ２を樹脂によって覆って形成されると共に底面３００の下方に磁気センサ２が位置する凹部３５を有するモールド体３と、磁場５５を形成すると共に磁気センサ２と対向するように凹部３５に配置されるマグネット５と、マグネット５を保持して凹部３５に配置され、モールド体３に対して回転するマグネットホルダ７と、マグネットホルダ７の上部７５が露出する開口９１を有し、マグネット５及びマグネットホルダ７を内包した状態でモールド体３に取り付けられたカバー９と、を備えて概略構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサモジュールに関する。

従来の技術として、外周面に多数の凹凸部を交互に連続させた指掛け用のセレーションが設けられた操作体と、このセレーションの各凸部の少なくとも先端側に設けられ、Ｎ極及びＳ極が配列された磁性体と、この磁性体に所定ギャップを存して対向配置された磁気センサと、を備えた回転操作型入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この回転操作型入力装置は、さらにベース体を有している。回転操作型入力装置は、操作体がこのベース体に回転可能に支持され、そして磁気センサが搭載された基板がベース体に配置されている。磁気センサは、凸部のＮ極とＳ極間に発生する磁場の中間点に配置される。

特開２００７−２０６０２７号公報

従来の回転操作型入力装置のように、磁性体を有する操作体と磁気センサとをベース体に配置する際、位置ずれが生じて磁気センサが磁場の中間点に配置されず、検出精度が低下する可能性がある。

従って本発明の目的は、位置決め精度を向上させて検出精度の低下を抑制することができるセンサモジュールを提供することにある。

本発明の一態様は、磁場の変化を検出する磁気センサを樹脂によって覆って形成されると共に底面の下方に磁気センサが位置する凹部を有するモールド体と、磁場を形成すると共に磁気センサと対向するように凹部に配置されるマグネットと、マグネットを保持して凹部に配置され、モールド体に対して回転するマグネットホルダと、マグネットホルダの上部が露出する開口を有し、マグネット及びマグネットホルダを内包した状態でモールド体に取り付けられたカバーと、を備えたセンサモジュールを提供する。

本発明によれば、位置決め精度を向上させて検出精度の低下を抑制することができる。

図１は、第１の実施の形態に係るセンサモジュールの一例を示す分解斜視図である。 図２（ａ）は、第１の実施の形態に係るセンサモジュールの磁気センサの配置の一例を説明するための概略図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すII（ｂ）-II（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た一例を示す断面図である。 図３（ａ）は、第２の実施の形態に係るセンサモジュールのマグネットの下面の一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、センサモジュールの一例を示す要部断面図である。 図４（ａ）は、第３の実施の形態に係るセンサモジュールのマグネットの下面の一例を示す概略図であり、図４（ｂ）は、センサモジュールの一例を示す要部断面図である。 図５（ａ）は、第４の実施の形態に係るセンサモジュールのマグネットの下面の一例を示す概略図であり、図５（ｂ）は、センサモジュールの一例を示す要部断面図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係るセンサモジュールは、磁場の変化を検出する磁気センサを樹脂によって覆って形成されると共に底面の下方に磁気センサが位置する凹部を有するモールド体と、磁場を形成すると共に磁気センサと対向するように凹部に配置されるマグネットと、マグネットを保持して凹部に配置され、モールド体に対して回転するマグネットホルダと、マグネットホルダの上部が露出する開口を有し、マグネット及びマグネットホルダを内包した状態でモールド体に取り付けられたカバーと、を備えて概略構成されている。

このセンサモジュールは、マグネットを保持するマグネットホルダをモールド体の凹部に挿入し、モールド体にカバーを取り付けることで、磁気センサとマグネットとの位置決めがなされるので、磁気センサとマグネットの位置決めを行いながら本体に取り付ける場合と比べて、マグネットと磁気センサとの位置決め精度を向上させて検出精度の低下を抑制することができる。

[第１の実施の形態]
（センサモジュール１の概要）
図１は、第１の実施の形態に係るセンサモジュールの一例を示す分解斜視図である。図２（ａ）は、第１の実施の形態に係るセンサモジュールの磁気センサの配置の一例を説明するための概略図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すII（ｂ）-II（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た一例を示す断面図である。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。

センサモジュール１は、図１〜図２（ｂ）に示すように、磁場５５の変化を検出する磁気センサ２を樹脂によって覆って形成されると共に底面３００の下方に磁気センサ２が位置する凹部３５を有するモールド体３と、磁場５５を形成すると共に磁気センサ２と対向するように凹部３５に配置されるマグネット５と、マグネット５を保持して凹部３５に配置され、モールド体３に対して回転するマグネットホルダ７と、マグネットホルダ７の上部７５が露出する開口９１を有し、マグネット５及びマグネットホルダ７を内包した状態でモールド体３に取り付けられたカバー９と、を備えて概略構成されている。

このモールド体３は、凹部３５の側面３６に複数の凸部３７を有すると共に底面３００の周囲が高くなって段差部３０１が形成されている。そしてマグネットホルダ７は、その下面７００が段差部３０１の上面３０２と接触すると共に複数の凸部３７にガイドされて回転する。

またマグネットホルダ７は、被操作部材が備えるギアと結合するギア部７６が上部７５の側面に形成され、また被操作部材が挿入される挿入孔７８が上部７５の上面７７に形成されている。

（磁気センサ２の構成）
磁気センサ２は、例えば、ホールセンサや磁気抵抗センサである。本実施の形態の磁気センサ２は、磁気抵抗センサである。この磁気センサ２は、一例として、図２（ｂ）に示すように、リードフレーム３０６に配置されている。このリードフレーム３０６には、他の複数の電子部品２０が配置されている。この電子部品２０は、例えば、抵抗、コンデンサ及びＥＣＵ（electronic control unit）などである。なお変形例として磁気センサ２は、プリント配線基板に配置されても良い。

ＥＣＵなどの複数の電子部品２０は、例えば、磁気センサ２が出力するセンサ信号を増幅し、増幅したセンサ信号をマグネットホルダ７の回転角度に変換し、変換した回転角度の情報を、リード端子３０５を介して電子機器に出力するように構成されている。

磁気センサ２は、図２（ａ）に示すように、回転軸１０を軸とした回転対称の位置に二つの磁気センサ２が配置されている。これは、冗長性を持たせるためであり、冗長性が必要ない場合、素子中心が回転軸１０と一致するように配置される。

（モールド体３の構成）
モールド体３は、モールド成形によって形成されている。このモールド成形に用いられる樹脂材料は、例えば、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）樹脂やエポキシ樹脂などである。本実施の形態のモールド体３は、エポキシ樹脂によってモールド成形されている。

モールド体３は、複数のリード端子３０５を有している。この複数のリード端子３０５は、磁気センサ２及び電子部品２０と電気的に接続されている。そして磁気センサ２、複数の電子部品２０、及び複数のリード端子３０５の一方の端部は、上述の樹脂材料によってモールド成形されている。磁気センサ２は、その全体がモールド成形によって樹脂材料に覆われている。

モールド体３は、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、立方体のような形状を有している。モールド体３は、磁気センサ２、電子部品２０及び複数のリード端子３０５を有する底部３０と、この底部３０の四隅から立ち上がるように設けられた柱部３１〜柱部３４と、を備えている。

底部３０は、カバー９の爪部９５と接合する結合部３０４を、凹部３５を介して対向するように備えている。カバー９の爪部９５が結合部３０４に嵌り込んで結合することにより、モールド体３とカバー９が一体となる。

底部３０の中央には、凹部３５の底の面となる円形状の底面３００が形成されている。そしてその底面３００の周囲には、一段高くなる段差部３０１が形成されている。この段差部３０１と底面３００によって形成される円筒形状の円筒孔３０３には、マグネット５が挿入される。

柱部３１〜柱部３４は、同じ形状を有しているので、側面３６及び凸部３７には、同じ符号を付している。柱部３１〜柱部３４は、凹部３５の側面部分を形成している。つまり底部３０と柱部３１〜柱部３４で囲まれた部分が凹部３５となる。この柱部３１〜柱部３４は、同形状を有しているので、以下では、主に柱部３１について説明する。

柱部３１は、図１に示すように、凹部３５側の側面３６がマグネットホルダ７の下部７０の側面７０１に応じて曲面となっている。そして側面３６の周方向の両端部には、円柱形状の凸部３７が設けられている。

この凸部３７は、マグネットホルダ７の回転のガイドとなっている。つまり凸部３７は、マグネットホルダ７の下部７０の側面７０１と接触している。この凸部３７と側面７０１との接触は、点接触となる。従って柱部３１〜柱部３４の側面３６とマグネットホルダ７の側面７０１とが面接触する場合と比べて、マグネットホルダ７の回転に伴う摩擦による抵抗が低減されている。

モールド体３は、磁気センサ２が配置されるのではなく、モールド成形によって一体とされる。従ってセンサモジュール１は、モールド体３が形成されてから磁気センサ２を底面３００に配置する場合と比べて、凹部３５と磁気センサ２との位置精度が高い。

（マグネット５の構成）
マグネット５は、図１に示すように、円板形状を有している。マグネット５は、一例として、図２（ｂ）に示すように、半分がＮ極、残り半分がＳ極となるように着磁されている。なおマグネット５は、着磁の方向が上下に分かれていても良く、またＮ極とＳ極が交互に周方向に着磁されても良い。

このマグネット５は、例えば、フェライト系、ネオジム系、サマコバ系、サマリウム鉄窒素系などの磁性体材料と、ＰＰＳ樹脂、エポキシ樹脂、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）樹脂などの樹脂材料と、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。本実施の形態のマグネット５は、ネオジムとＰＰＳ樹脂から形成されたプラスチックマグネットである。

マグネット５は、下面５０の下方に磁場５５を生成する。この磁場５５は、モールド体３の底面３００の下方に位置する磁気センサ２に作用する。磁気センサ２は、マグネットホルダ７の回転によって回転する磁場５５の方向の変化に基づいてセンサ信号を出力する。

マグネット５の上面５１には、扇形状を有する複数の扇凹部５２が形成されている。この扇凹部５２は、マグネットホルダ７に対する取り付けのためのものである。

（マグネットホルダ７の構成）
マグネットホルダ７は、ＰＰＳ樹脂やＡＢＳ樹脂などの樹脂材料を用いて形成されている。本実施の形態のマグネットホルダ７は、ＰＰＳ樹脂によって形成されている。

マグネットホルダ７は、下部７０と、上部７５と、を有している。下部７０は、板形状を有している。上部７５は、円筒形状を有している。

この下部７０の下面７００には、マグネット５が取り付けられている。マグネットホルダ７は、図２（ｂ）に示すように、マグネットホルダ７に取り付けられたマグネット５を囲むように下面７００が露出し、この下面７００がモールド体３の上面３０２と接触する。つまりマグネットホルダ７は、下面７００と上面３０２とが接触しながら回転する。

この下部７０の上には、図１に示すように、下部７０よりも小さい円板形状を有する中部７１が設けられている。この中部７１は、カバー９の開口９１よりも大きい半径を有している。従って中部７１の上面７１０は、図２（ｂ）に示すように、カバー９の裏側に接触し、マグネットホルダ７がカバー９から抜けないように抜け止めとなっている。

マグネットホルダ７の上部７５は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、カバー９の開口９１から突出している。この上部７５には、ギア部７６と、挿入孔７８と、が設けられている。

マグネットホルダ７は、例えば、回転操作される被操作部材としてのノブの回転軸に取り付けられたギアや回転操作される被操作部材としての操作レバーに取り付けられたギアとギア部７６が噛み合うことにより、ノブや操作レバーの操作に応じて回転する。この回転によって、マグネットホルダ７と共にマグネット５が回転し、磁気センサ２に作用する磁場５５が回転する。

マグネットホルダ７は、例えば、回転操作されるノブの回転軸が挿入孔７８に挿入されたり、回転操作される操作レバーの回転軸が挿入孔７８に挿入されたりすることにより、ノブや操作レバーの操作に応じて回転する。

（カバー９の構成）
カバー９は、例えば、アルミニウムやステンレスなどの金属材料を用いて形成される。本実施の形態のカバー９は、ステンレスによって形成されている。

このカバー９は、例えば、板をプレスして形成される。カバー９は、一例として、図２（ａ）に示すように、上面視において正方形となっており、一辺の長さがおよそ１０ｍｍである。カバー９には、図１に示すように、対向する一対の爪部９５が側面に形成されている。この爪部９５は、モールド体３の対応する結合部３０４と結合する。

カバー９の上面９０には、円形状を有する開口９１が形成されている。カバー９がモールド体３に取り付けられると、この開口９１からマグネットホルダ７の上部７５が突出する。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係るセンサモジュール１は、位置決め精度を向上させて検出精度の低下を抑制することができる。具体的には、センサモジュール１は、マグネット５を保持するマグネットホルダ７をモールド体３の凹部３５に挿入し、モールド体３にカバー９を取り付けることで、磁気センサ２とマグネット５との位置決めがなされるので、磁気センサとマグネットの位置決めを行いながら本体に取り付ける場合と比べて、マグネット５と磁気センサ２との位置決め精度を向上させて検出精度の低下を抑制することができる。

センサモジュール１は、磁気センサ２がモールド体３と一体に成形され、モールド体３にカバー９を取り付けることにより、モールド体３、マグネット５及びマグネットホルダ７を一体にすることができるので、この構成を採用しない場合と比べて、小型化することができる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、マグネット５の下面５０に突起５３が設けられている点で他の実施の形態と異なっている。

図３（ａ）は、第２の実施の形態に係るセンサモジュールのマグネットの下面の一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、センサモジュールの一例を示す要部断面図である。図３（ｂ）は、第１の実施の形態の図２（ｂ）と同じ位置の断面の一例を示している。また以下の実施の形態では、マグネットホルダ７は、第１の実施の形態と同様に柱部３１〜柱部３４の凸部３７によってガイドされていることを前提としている。なお以下に記載する実施の形態において、第１の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。

本実施の形態のマグネット５は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、凹部３５の底面３００と対向する面（下面５０）に突起５３を有している。この突起５３は、例えば、半球形状を有している。そしてこの突起５３は、底面３００と接触している。なお変形例として、突起５３は、下面５０に複数設けられても良い。

第１の実施の形態では、マグネットホルダ７は、マグネットホルダ７の下面７００とモールド体３の上面３０２とが接触しながら回転していた。この場合、下面７００と上面３０２とが面接触しているので接触面積が大きく、回転に伴う抵抗が大きい。

しかし本実施の形態では、図３（ｂ）に示すように、突起５３が底面３００に接触し、この突起５３を中心にマグネット５及びマグネットホルダ７が回転する。この突起５３と底面３００との接触は、点接触であるので面接触と比べて接触面積が小さい。また突起５３によって、マグネット５と底面３００との距離が大きくなるので、下面７００と上面３０２が接触しない。

従って本実施の形態のセンサモジュール１は、回転時の抵抗となる部分が面接触から点接触となって接触面積が小さいので、面接触である場合と比べて、マグネットホルダ７がスムーズに回転して操作感が良い。またセンサモジュール１は、マグネットホルダ７が、抵抗が少ない状態で回転するので、異音が抑制される。

なお変形例としてセンサモジュール１は、突起５３が挿入される凹みが底面３００に形成されても良い。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、マグネットホルダ７の下面７００に突起７０２が設けられている点で他の実施の形態と異なっている。

図４（ａ）は、第３の実施の形態に係るセンサモジュールのマグネットの下面の一例を示す概略図であり、図４（ｂ）は、センサモジュールの一例を示す要部断面図である。図４（ｂ）は、第１の実施の形態の図２（ｂ）と同じ位置の断面の一例を示している。

本実施の形態のマグネットホルダ７は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、段差部３０１の上面３０２と対向する下面７００に複数の突起７０２を有し、複数の突起７０２が段差部３０１の上面３０２と接触している。この突起７０２は、例えば、半球形状を有している。この突起７０２は、マグネット５を介して対向するように一対で設けられている。この一対の突起７０２は、例えば、同じ間隔となるように複数設けられる。

第１の実施の形態では、下面７００と上面３０２とが面接触しているので接触面積が大きく、回転に伴う抵抗が大きい。

しかし本実施の形態では、図４（ｂ）に示すように、複数の突起７０２が上面３０２に接触しているので、点接触となって接触面積が小さい。

従って本実施の形態のセンサモジュール１は、回転時の抵抗となる部分が面接触から点接触となって接触面積が小さいので、面接触である場合と比べて、マグネットホルダ７がスムーズに回転して操作感が良い。またセンサモジュール１は、マグネットホルダ７が、抵抗が少ない状態で回転するので、異音が抑制される。またセンサモジュール１は、複数の突起７０２を有しているので、突起が１つの場合と比べて、マグネットホルダ７の回転が安定する。

［第４の実施の形態］
第４の実施の形態は、マグネット５の下面５０に軸部５４を有している点で他の実施の形態と異なっている。

図５（ａ）は、第４の実施の形態に係るセンサモジュールのマグネットの下面の一例を示す概略図であり、図５（ｂ）は、センサモジュールの一例を示す要部断面図である。図５（ｂ）は、第１の実施の形態の図２（ｂ）と同じ位置の断面の一例を示している。

本実施の形態のマグネット５は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、凹部３５の底面３００に対向する面（下面５０）に回転軸となる軸部５４を有している。そして凹部３５の底面３００には、軸部５４が挿入される挿入開口３１０が形成されている。

また本実施の形態の磁気センサ２は、図５（ｂ）に示すように、基体としてのリードフレーム３０６に配置される。そして軸部５４が挿入される挿入開口３１０は、リードフレーム３０６に形成されている。なお２つの磁気センサ２は、挿入開口３１０を挟んで対向するように配置されている。また基体は、プリント配線基板であっても良い。

軸部５４は、図５（ａ）に示すように、回転軸となるように下面５０の中央に形成されている。軸部５４は、円柱形状を有している。

モールド体３の底面３００には、図５（ｂ）に示すように、リードフレーム３０６の一部が露出し、このリードフレーム３０６に挿入開口３１０が形成されている。なお挿入開口３２０は、リードフレーム３０６の下方の底部３０に設けられた開口と一体となっている。

マグネットホルダ７は、挿入開口３２０に挿入された軸部５４を回転軸として回転する。このマグネットホルダ７は、マグネットホルダ７の下面７００とモールド体３の上面３０２とが接触しながら回転する。

本実施の形態のセンサモジュール１は、磁気センサ２とリードフレーム３０６とがモールド成形により形成されるので、磁気センサ２をモールド体３に配置する場合と比べて、位置ずれが小さい。さらにセンサモジュール１は、リードフレーム３０６に挿入開口３１０が形成され、マグネット５の軸部５４が挿入されるので、磁気センサ２に対するマグネット５の位置がモールド成形による寸法ばらつきの影響を受けない。従ってセンサモジュール１は、磁気センサ２とマグネット５との位置決めの精度が高く、検出精度の低下を抑制することができる。

以上述べた少なくとも１つの実施の形態のセンサモジュール１によれば、位置決め精度を向上させて検出精度の低下を抑制することが可能となる。

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…センサモジュール、２…磁気センサ、３…モールド体、５…マグネット、７…マグネットホルダ、９…カバー、１０…回転軸、２０…電子部品、３０…底部、３１〜３４…柱部、３５…凹部、３６…側面、３７…凸部、５０…下面、５１…上面、５２…扇凹部、５３…突起、５４…軸部、５５…磁場、７０…下部、７１…中部、７５…上部、７６…ギア部、７７…上面、７８…挿入孔、９０…上面、９１…開口、９５…爪部、３００…底面、３０１…段差部、３０２…上面、３０３…円筒孔、３０４…結合部、３０５…リード端子、３０６…リードフレーム、３１０…挿入開口、３２０…挿入開口、７００…下面、７０１…側面、７０２…突起、７１０…上面

Claims (7)

1. 磁場の変化を検出する磁気センサを樹脂によって覆って形成されると共に底面の下方に前記磁気センサが位置する凹部を有するモールド体と、
   前記磁場を形成すると共に前記磁気センサと対向するように前記凹部に配置されるマグネットと、
   前記マグネットを保持して前記凹部に配置され、前記モールド体に対して回転するマグネットホルダと、
   前記マグネットホルダの上部が露出する開口を有し、前記マグネット及び前記マグネットホルダを内包した状態で前記モールド体に取り付けられたカバーと、
   を備えたセンサモジュール。
2. 前記モールド体は、前記凹部の側面に複数の凸部を有すると共に前記底面の周囲が高くなって段差部が形成され、
   前記マグネットホルダは、下面が前記段差部の上面と接触すると共に前記複数の凸部にガイドされて回転する、
   請求項１に記載のセンサモジュール。
3. 前記マグネットは、前記凹部の前記底面と対向する面に少なくとも１つの突起を有し、
   前記突起は、前記底面に接触する、
   請求項１又は２に記載のセンサモジュール。
4. 前記モールド体は、前記凹部の側面に複数の凸部を有すると共に前記底面の周囲が高くなって段差部が形成され、
   前記マグネットホルダは、前記段差部の上面と対向する下面に複数の突起を有し、前記複数の突起が前記段差部の前記上面と接触する、
   請求項１に記載のセンサモジュール。
5. 前記マグネットは、前記凹部の前記底面に対向する面に回転軸となる軸部を有し、
   前記凹部の前記底面には、前記軸部が挿入される挿入開口が形成される、
   請求項１又は２に記載のセンサモジュール。
6. 前記磁気センサは、基体に配置され、
   前記軸部が挿入される前記挿入開口は、前記基体に形成される、
   請求項５に記載のセンサモジュール。
7. 前記マグネットホルダは、被操作部材が備えるギアと結合するギア部が前記上部の側面に形成され、また被操作部材が挿入される挿入孔が前記上部の上面に形成される、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセンサモジュール。

Images