JP2023024375A - 電気的非接触スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易な、簡素で低コストの電気的非接触スイッチを得る。【解決手段】可動要素３は、強磁性材料で形成され、ハウジング２内に摺動可能に取り付けられる。可動要素３は、静止位置と係合位置との間でハウジング２に対して移動するように適合され、可動要素３は、静止位置に向かって弾性的に付勢される。可動要素３は、互いに離間した複数の磁化脚部４，６を備え、磁化脚部４，６の少なくとも一部は、ハウジング２内で摺動可能に案内される。磁界センサ７は、ハウジング２に固定され、複数の磁化脚部４，６に面するように配置される。磁界センサ７は、可動要素３が係合位置にあるときに磁化脚部４，６によって生成される磁界を検出するように構成される。可動要素３は、静止位置にあるときよりも係合位置にあるときのほうが磁界センサ７に近い。【選択図】図１

Description

本開示は、一般に、押しボタン及びセレクタに適した磁気ベースの非接触スイッチング装置に関する。

このセクションでは、必ずしも従来技術ではないが、本開示に関連している背景情報を記載する。

従来、スイッチング装置は機械的に制御される接点を利用するが、そのような接点は、一定回数の動作後に摩耗し、スイッチング装置の寿命を制限する。また、機械的に制御される接点は、湿度の侵入にさらされて早期に劣化するため、そのようなスイッチング装置は、高湿度環境での動作には適さない。

技術の進歩に伴い、スイッチング装置の機械的に制御される接点は、磁界又は電界によって制御される非接触固体スイッチに徐々に置き換えられてきた。場合によっては、そのような非接触固体スイッチは、スイッチング制御のための磁界源を提供するために永久磁石を利用する。スイッチング装置の中～大量生産で従来の永久磁石を磁界源として利用することは、永久磁石の取り扱い及び組立てにおける課題に起因する製造上の欠点があり、全体的な製品コストを押し上げる。

したがって、製造が容易な、簡素で低コストの非接触スイッチング装置を有することが有利である。

本開示の一態様は、電気的非接触スイッチに関する。電気的非接触スイッチは、ハウジングと、磁界センサと、可動要素とを備える。可動要素は、強磁性材料で形成され、ハウジング内に摺動可能に取り付けられる。可動要素は、静止位置と係合位置との間でハウジングに対して移動するように適合されている。可動要素は、静止位置に向かって弾性的に付勢される。可動要素は、互いに離間した複数の磁化脚部を備え、磁化脚部の少なくとも一部は、ハウジング内で摺動可能に案内される。

磁界センサは、ハウジングに固定され、複数の磁化脚部に面するように配置される。磁気センサは、可動要素が係合位置にあるときに磁化脚部によって生成される磁界を検出するように構成される。可動要素は、静止位置にあるときより係合位置にあるときのほうが磁界センサに近い。

また、複数の磁化脚部の脚部が可動要素の片側から平行に突出してもよい。

また、複数の磁化脚部は、複数の磁化脚部のうちの少なくとも１つの脚部が他の複数の磁化脚部と逆方向に磁化されるように、磁化されてもよい。

また、複数の磁化脚部が２つの側脚部と該２つの側脚部の間の中央脚部とを備えてもよく、中央脚部は２つの側脚部と逆方向に磁化される。

また、２つの側脚部の各々が、横方向外側に突出するフックによって終端されてもよい。

また、ハウジングが可動要素を摺動可能に案内するスロットを備え、側脚部が、スロットにスナップ嵌めされ、スロットに属する当接部と協働するフックによってスロット内に保持されてもよい。

また、スイッチが、複数の磁化脚部と前記磁界センサとの間に少なくとも部分的に配置された弾性要素をさらに備えてもよく、弾性要素は、可動要素を静止位置に向かって弾性的に付勢し、静止位置から係合位置への可動要素の移動を抑制するように構成されてもよい。

また、弾性要素が圧縮型コイルばねであってもよい。

また、可動要素が、アニール処理された半硬質強磁性金属又は硬質強磁性金属で形成されてもよい。

また、アニール処理された強磁性金属がコバルト系金属であってもよい。

また、可動要素が厚さ１ｍｍ～３ｍｍのプレート形状を有してもよい。

また、磁界センサは、ホール効果センサ又は磁気抵抗センサを含み得る。

さらなる態様は、上に定義した電気的非接触スイッチ及び／又はその代替物のための可動要素を製造する方法に関する。この方法は、強磁性材料で形成され、互いに離間した複数の脚部を備える可動要素を提供することと、脚部のうちの１つに永久磁石を当接させることによって脚部を磁化することとを含む。

複数の磁化脚部が、２つの側脚部と、該２つの側脚部の間の中央脚部とを含んでもよく、脚部の磁化が、磁石を中央脚部のみに当接させることによって実施されてもよい。

また、磁石が永久磁石であってもよく、可動要素がアニール処理された半硬質強磁性金属又は硬質強磁性金属で形成されてもよい。

さらなる適用領域は、本明細書の説明から明らかになるであろう。発明の概要における説明及び具体的な実施例は、例示のみを目的とするものであり、本開示の範囲を限定することを意図しない。

本発明の他の特徴及び利点は、非限定的な例として与えられるその実施形態のいくつかの以下の詳細な説明から、及び、添付の図面を参照して明らかになる。

電気的非接触スイッチの第１の実施形態を示す図である。 係合位置にある、電気的非接触スイッチの第２の実施形態を示す図である。 静止位置にある、電気的非接触スイッチの第２の実施形態を示す図である。 磁化前の可動要素を示す例示的な図である。 磁化中の可動要素を示す例示的な図である。 磁界センサ近傍の磁化後の可動要素を示す例示的な図である。 可動要素の例示的な斜視図である。 電気的非接触スイッチ用の可動要素を製造するための方法の一実施形態を示す流れ図である。

上記の概要及び特定の実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むことにより、より深く理解されるだろう。本明細書で使用される場合、単数形で記載された、「ａ」又は「ａｎ」という単語に続く要素又はステップは、複数の要素又はステップを除外すると明示的に記載されていない限り、そのような除外を行わないと理解されるべきである。また、「一実装形態（one embodiment）」への言及は、記載される機能も組み込んだ追加の実装形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図するものではない。さらに、そうでないことが明示的に述べられていない限り、特定の特性を有する１つ又は複数の要素を「備える」又は「有する」実施形態は、その特性を有しない追加の要素を含み得る。

図中、同じ参照符号は、特に明記しない限り、同一又は類似の要素を示す。図面では、説明の便宜上及び明瞭化のために、各要素又は要素を構成する特定の部分の大きさが誇張されたり、省略されたり、概略的に示されたりしている。したがって、各構成要素のサイズが実際のサイズを全く反映しない場合がある。関連する公知の構成又は機能に関する詳細な説明が本発明の要旨を不明瞭にすると判断される場合には、そのような説明を省略する
図１には、電気的非接触スイッチ１の第１の実施形態が示されている。第１の実施形態は、ハウジング２と、可動要素３と、磁界センサ７とを備える。可動要素は、矢印１２で示されるように、静止位置と係合位置との間でハウジングに対して移動し得る。可動要素は、ハウジング２内のスロット１１、１０内で摺動することができる。可動要素３は、間に間隙５を有することによって互いに離間している複数の磁化脚部４及び６を形成し得る複数の磁化突出部を有し得る。図１に示されているのは、複数の磁化脚部である２つ脚部であるが、可動要素３は３つ以上の脚部を有してもよい。磁化脚部４及び６は、可動要素３の片側から平行に突出してもよい。磁界センサ７は、ハウジングに固定され、複数の磁化脚部４及び６に面するように配置されてもよい。磁界センサ７は、ハウジング２に装着（不図示）され得るプリント回路基板８に結合されてもよい。磁界センサ７は、可動要素３が係合位置にあるときに、複数の磁化脚部４，６によって生成された磁界を検出する。可動要素３は、静止位置にあるときよりも係合位置にあるときのほうが磁界センサ７に近い。磁界センサ１４は、ホール効果センサ又は磁気抵抗センサを備えてもよい。磁界センサ１４はホール効果スイッチであってもよい。可動要素は、複数の磁化脚部４及び６と磁界センサ７との間に少なくとも部分的に配置され得る弾性要素９を介して静止位置に向かって弾性的に付勢される。弾性要素９は、静止位置から係合位置への可動要素の動きに抑制してもよい。弾性要素９は、エラストマ製であってもよく、様々な形状を有し得る。

図２及び図３は、電気的非接触スイッチ１３，２５の第２の実施形態を示す。図２は、係合位置にある電気的非接触スイッチ１３の第２の実施形態を示し、図３は、静止位置にある電気的非接触スイッチ１３の第２の実施形態を示す。第２の実施形態は、ハウジング２４、可動要素１８と、磁界センサ１４とを備える。可動要素は、矢印３０で示されるように、静止位置と係合位置との間でハウジングに対して移動し得る。可動要素１８は、間に間隙を有することによって互いに離間している複数の磁化脚部１６、１９、及び２１を形成し得る複数の磁化突出部を有してもよい。図２及び図３に示す可動要素１８は３つの脚部を有するが、可動要素は３つ以外の数の脚部を有してもよい。磁化脚部１６，１９，及び２１は、可動要素１８の片側から平行に突出してもよい。可動要素１８は、２つの側脚部１６，２１と、２つの側脚部の間に位置する中央脚部１９とを有してもよい。２つの側脚部１６、２１の各々は、図３に示すように横方向外側に突出するフック２９及び２６によって終端してもよい。ハウジング２４は、可動要素１８が摺動可能に案内されるスロット２８、２７を有してもよい。側脚部１６と２１は、スロットにスナップ嵌めされ、スロットに属する当接部２０，１７と協働するフック２６、２９によってスロット内に保持されてもよい。

磁界センサ１４は、ハウジングに固定され、複数の磁化脚部１６、１９、及び２１に面するように配置されてもよい。磁界センサ１４は、ハウジング２４に装着（不図示）され得るプリント回路基板１５に結合されてもよい。磁界センサ１４は、可動要素１８が係合位置２３にあるときに、複数の磁化脚部１６、１９、及び２１によって生成された磁界を検出する。可動要素１８は、静止位置にあるときよりも、間隙として示される係合位置２３にあるときのほうが磁界センサ１４に近くてもよい。磁界センサ１４は、ホール効果センサ又は磁気抵抗センサを備えてもよい。磁界センサ１４はホール効果スイッチであってもよい。

可動要素１８が係合位置２３にあるとき、複数の磁化脚部１６，１９、及び２１によって生成された磁界の感知に冗長性を持たせるために、ハウジングに固定された複数の磁界センサがあってもよい。例えば、追加の磁界センサ３１を同じプリント回路基板１５に結合してもよい。プリント回路基板１５は、片面又は両面プリント回路基板１５であってもよく、磁界センサ１４は、プリント回路基板１５の片側にはんだ付けされてもよい。追加の磁界センサ３２は、有利には、プリント回路基板１５の、第１の磁界センサ１４とは反対の側に結合されてもよい。両方の磁界センサ１４、３２は、可動要素１８が係合位置２３に移動すると複数の磁化脚部１６。１９．及び２１によって生成される磁界を両方の磁界センサが検出するように、間にプリント回路基板のみを有する実質的に同じ位置に配置されてもよい。両方の磁界センサは、同一のセンサから構成されてもよいし、異なるタイプのセンサ、例えばホール効果センサと磁気抵抗センサとから構成されてもよい。

プリント回路基板１５は、限定はしないが、処理及び／又は保護回路、通信及び／又は接続回路などの他の電子部品１３を担持してもよい。

可動要素１８は、複数の磁化脚部１６、１９、及び２１と磁界センサ７との間に少なくとも部分的に配置され得る弾性要素２２を介して、静止位置に向かって弾性的に付勢されてもよい。弾性要素２２、静止位置から係合位置への可動要素の動きに抑制してもよい。図２及び図３に示す弾性要素２２は、圧縮型コイルばねであってもよい。ただし、他のタイプの弾性要素が使用されてもよい。そのような弾性要素の非限定的な例は、様々な形状を有するエラストマ、板ばね、渦巻きばね、引っ張りばねなどであってもよい。

可動要素１８は、強磁性材料で形成されていてもよい。強磁性材料は金属であってもよい。金属は、半硬質又は硬質強磁性金属であってもよい。金属は、コバルト系金属で形成されていてもよい。可動要素１８は、最初は磁化されていなくてもよい。半硬質又は硬質強磁性金属は、例えば、２５～７００Ａ／ｍの保磁力Ｈｃを有する材料から選択されてもよい。強磁性材料は、金属シート又は金属プレートの形状であってもよい。強磁性材料は、延性で、スタンピング又はパンチングによって可動要素を製造するのに適したものであってもよい。そのようなタイプの生産の利点の１つは、可動要素の低コスト生産である。そのような製造の別の利点は、磁化されていない金属シートから打ち抜かれたときの可動要素によってその輸送と取り扱いを簡素化することである。一般に、延性は、塑性変形に屈しない及び／又は耐える能力を表す材料特性に関連している。

金属シート又は金属プレートで形成される場合、可動要素１８は、そのようなプレート形状６３の可動要素６２の例示的な斜視図を示す図７に描かれているように、１ｍｍ～３ｍｍの間に含まれる厚さを備えるプレート形状を形成してもよい。スタンピング又はパンチングにより、例えば可動要素６２の脚部を終端させる突起６１などの造作の生成が可能となる。可動要素はまた、例えば金属射出成形を介して例えば粉末プレスされた金属から別の方法によって形成されてもよいし、異なるタイプの金属アディティブ製法又は金属サブトラクティブ製法を含む他の方法によって形成されてもよい。

可動要素１８が成形されたら、熱処理を実行してもよい。熱処理は、アニール処理であってもよい。アニール処理の利点の１つは、アニール処理前よりも可動要素１８の強磁性材料を硬くすることであり、アニール処理された状態では、可動要素１８の強磁性材料が、はっきりした堅牢で再現性のある磁気特性を示し得る。

図４、図５、及び図８は、２つの実施形態のいずれかに記載された可動要素１８の例示的な磁化プロセスを示す。図４は、最初は非磁化状態にある可動要素１８と、永久磁石３７によって構成されてもよい磁界３６の源とを示す。あるいは、磁界源は電磁石（不図示）であってもよい。永久磁石３７は、その第１の端部３８にＳ極の磁極を有し、第１の端部３８とは反対側の第２の端部にＮ極の磁極を有してもよい。

永久磁石３７の第１の端部３８は、可動要素１８の中央脚部１９の端部３９に面するようにセットされてもよい。図５に示すように、永久磁石の第１の端部３８は、可動要素１８の中央脚部４５の端部３９に向かって図４の矢印４０の方向に、永久磁石３７の第１の端部３８が可動要素４８の中央脚部４５の端部３９に当接するまで、移動され得る。その結果、可動要素４８は、永久磁石３７によって生成された永久磁石の磁界３６によって磁化されてもよい。このような磁化作の利点の１つは、その簡素さと、自動工業プロセスにさせる能力にある。

脚部の磁化は、磁石を中央脚部のみに当接６７させることによって行われてもよい。すると、磁力線は可動要素４８の側脚部４６，４７を通過して、可動要素４８の中央脚部４５を通って磁気回路を閉じることができる。したがって、磁化された可動要素４８の中央脚部４５は、磁化された可動要素４８の側脚部４６、４７と逆方向に磁化され得る。図４及び図５に示すように、永久磁石の第１の端部３８が南磁極を有する場合、磁化された可動要素４８の中央脚部４５は北磁極として磁化され、側脚部は南磁極を有するように磁化され得る。

図６は、上述したように、永久磁石３７を可動要素４８の中央脚部４５のみに当接６７させることによって可動要素４８が磁化されるときに生成され得る磁力線を示している。磁力線５１は、次いで、磁化された可動要素４８の中央脚部４５から側脚部４６及び４７に流れ得る。可動要素４８の中央脚部４５と各側脚部４６、４７との間の間隙５２、５３を通って流れる磁力線は、磁界センサ１４を介して中央脚部４５と各側脚部４６、４７との間を閉じる磁力線５１よりも、高密度であり得る。

可動要素４８のこのような平坦で集束した形状の利点の１つは、コンパクトなサイズでありながら堅牢な電気的非接触スイッチを設計できることである。

上記の説明は例示を意図しており、限定を意図していないことを理解されたい。例えば、上述の実施形態（及び／又はその態様）は、互いに組み合わせて使用してもよい。また、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の様々な実施形態の教示に特定の状況又は材料を適合させるために、多くの改変を行うことができる。本明細書に記載の材料の寸法及び種類は、本開示の様々な実施形態のパラメータを規定することを意図しているが、これらの実施形態は決して限定のためのものではなく、例示的な実施形態である。上記の説明を精査することによって、当業者には他の多くの実施形態例が自明であろうしたがって、本開示の様々な実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲とともに、それら特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲を参照して決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、「含む（including）」及び「そこで（in which）」という語は、それぞれ「備える（comprising）」及び「そこで（wherein）」という語に相当する平易な英語の同等語として使用される。さらに、「第１の」、「第２の」、及び「第３の」等の用語は、単に符号として使用されており、それらの対象物に数的要件を課すことを意図するものではない。

本明細書では、最良の形態を含む本開示の様々な実施形態を開示するために、また、いかなる当業者にも、任意のデバイス又はシステムの作製及び使用、並びに包含された任意の方法の実施を含む本開示の様々な実施形態の実施を可能にするために、実施例を使用している。本開示の様々な実施形態の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含み得る。そのような他の例は、その例が特許請求の範囲の文言と相違しない構造要素を有する場合、又はその例が特許請求の範囲の文言とのごくわずかな相違しか有しない同等の構造要素を含む場合には、特許請求の範囲に含まれることが意図される。

Claims (15)

1. ハウジング（２，２４）と、
   強磁性材料で形成され、前記ハウジング内に摺動可能に取り付けられた可動要素（３，１８）であって、静止位置と係合位置との間で前記ハウジングに対して移動するように適合され、前記静止位置に向かって弾性的に付勢され、互いに離間した複数の磁化脚部（４，５，６，１６，１９，２１）を備え、前記磁化脚部の少なくとも一部が前記ハウジング内で摺動可能に案内される、可動要素と、
   前記ハウジングに固定され、前記複数の磁化脚部に面するように配置された磁界センサ（７，１４）であって、前記可動要素が前記係合位置にあるときに前記磁化脚部によって生成された磁界を検出するように構成され、前記静止位置にあるときより前記係合位置にあるときのほうが前記可動要素が前記磁界センサに近い、磁界センサと、
   を備える、電気的非接触スイッチ（１，１３，２５）。
2. 前記複数の磁化脚部の脚部（４，５，６，１６，１９，２１）が、前記可動要素の片側から平行に突出する、請求項１に記載の電気的非接触スイッチ。
3. 前記複数の磁化脚部が、前記複数の磁化脚部のうちの少なくとも１つの脚部が他の前記複数の磁化脚部と逆方向に磁化されるように、磁化される、請求項１又は２に記載の電気的非接触スイッチ。
4. 前記複数の磁化脚部が、２つの側脚部（４７，４６）と前記２つの側脚部の間の中央脚部（４５）とを備え、前記中央脚部が、前記２つの側脚部と逆方向に磁化される、請求項２又は３に記載の電気的非接触スイッチ。
5. 前記２つの側脚部の各々が、横方向外側に突出するフック（２６，２９）によって終端される、請求項４に記載の電気的非接触スイッチ。
6. 前記ハウジングが、前記可動要素を摺動可能に案内するスロット（２７，２８）を備え、前記側脚部が、前記スロットにスナップ嵌めされ、前記スロットに属する当接部（１７，２０）と協働する前記フックによって前記スロット内に保持される、請求項５に記載の電気的非接触スイッチ。
7. 前記スイッチが、前記複数の磁化脚部と前記磁界センサとの間に少なくとも部分的に配置された弾性要素（９，２２）をさらに備え、前記弾性要素が、前記可動要素を前記静止位置に向かって弾性的に付勢し、前記静止位置から前記係合位置への前記可動要素の移動を抑制するように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の電気的非接触スイッチ。
8. 前記弾性要素が、圧縮型コイルばね（２２）である、請求項７に記載の電気的非接触スイッチ。
9. 前記可動要素が、アニール処理された半硬質強磁性金属又は硬質強磁性金属で形成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の電気的非接触スイッチ。
10. 前記アニール処理された強磁性金属が、コバルト系金属である、請求項９に記載の電気的非接触スイッチ。
11. 前記磁界センサが、ホール効果センサ又は磁気抵抗センサを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電気的非接触スイッチ。
12. 前記磁界センサが、ホール効果スイッチである、請求項１１に記載の電気的非接触スイッチ。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気的非接触スイッチ（１，１３，２５）用の可動要素（３，６２，６６）を製造する方法（６５）であって、
    強磁性材料で形成され、互いに離間した複数の脚部（１６，１９，２１）を備える前記可動要素を提供すること（６６）と、
    前記脚部のうちの１つに磁石（３７）を当接させることによって可動要素を磁化すること（６７）と、
    を含む方法。
14. 前記複数の磁化脚部が、２つの側脚部（４６，４７）と、前記２つの側脚部の間の中央脚部（４５）とを含み、前記脚部を磁化することが、前記磁石を前記中央脚部のみに当接させることによって実施される、請求項１３に記載の可動要素を製造する方法。
15. 前記磁石が、永久磁石であり、前記可動要素が、アニール処理された半硬質強磁性金属又は硬質強磁性金属で形成される、請求項１３又は１４に記載の可動要素を製造する方法。

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