JP3783271B2

JP3783271B2 - スイッチ装置

Info

Publication number: JP3783271B2
Application number: JP06489696A
Authority: JP
Inventors: 浩志柳生; 浩一佐藤; 伊藤　　誠; 青　　建一
Original assignee: Denso Corp; Anden Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Denso Electronics Corp
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2016-03-21
Also published as: DE69710114T2; EP0797302B1; US6150808A; EP0797302A1; JPH09259722A; DE69710114D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作部材への操作状態を検出するスイッチ装置に関し、例えば車両のパワーウィンド制御装置に用いることができるものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、パワーウィンド制御装置等に用いられるスイッチ装置として、特開平２−４０８１９号公報に示すものなど種々のものが提案されている。これらのものにおいては、操作ノブの操作に応じて機械的に接点が閉じるスイッチ機構を用いている。
【０００３】
このような接触式のスイッチでは、塵埃等の影響により、スイッチの信頼性が低下するという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みたもので、非接触で操作部材の操作を検出することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１乃至１３に記載の発明においては、操作部材の変位に応じて回動する磁石と、この磁石の回動により磁石からの磁力線とのなす角度が変化して抵抗値が変化する磁気抵抗素子とを備え、この磁気抵抗素子の抵抗値に基づいて操作部材の操作位置を検出するようにしたスイッチ装置であって、磁石は、Ｎ極、Ｓ極のうちの一方の極となる第１、第２の脚部と、この第１、第２の脚部の間において第１、第２の脚部が位置する線上とは異なる位置に配置され、Ｎ極、Ｓ極のうちの他方の極となる第３の脚部とを有し、第１、第２の脚部と第３の脚部の間に磁力線が形成され、この磁力線が磁石の回動方向において磁気抵抗素子に対し徐々に角度変化するように構成されており、さらに第１、第２の脚部の底面が、第３の脚部の底面より上に配置されて、磁石が回動した時に、磁石がプリント基板に接触しないようになっていることを特徴としている。
【０００５】
従って、磁石と磁気抵抗素子を用いることにより、非接触で操作部材の位置を検出することができ、スイッチの信頼性を向上させることができる。また、請求項１４に記載の発明においては、複数の操作位置のいずれかで停止するように構成された操作部材の変位に応じて回動する磁石と、この磁石の回動により磁石からの磁力の変化を検出する磁気検出素子とを備え、この磁気抵抗素子の検出に基づいて操作部材の複数の操作位置のうちの１つの操作位置が検出されるようにしたスイッチ装置であって、磁石は、Ｎ極、Ｓ極のうちの一方の極となる第１、第２の脚部と、この第１、第２の脚部の間において第１、第２の脚部が位置する線上とは異なる位置に配置され、Ｎ極、Ｓ極のうちの他方の極となる第３の脚部とを有し、第１、第２の脚部と第３の脚部の間に磁力線が形成され、この磁力線が磁石の回動方向において磁気抵抗素子に対し徐々に角度変化するように構成されており、さらに第１、第２の脚部の底面が、第３の脚部の底面より上に配置されて、磁石が回動した時に、磁石がプリント基板に接触しないようになっていることを特徴としている。
【０００６】
この発明によっても、非接触で操作部材の位置を検出することができ、スイッチの信頼性を向上させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスイッチ装置を車両のパワーウィンド制御装置に適用した実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１にスイッチ装置の組み立て構成図、図２に断面構成図を示す。スイッチ装置は、操作部材（以下、操作ノブという）２、ピン４、バネ６、ハウジング８、磁石１０、回路素子を実装したプリント基板１２、ベース１４、リレー１６、電解コンデンサ１８、カバー２０により構成されている。
【０００８】
操作ノブ２は、下方開口の容器状をなし、側面に形成された取付け孔２２がハウジング８に形成された軸突起２４に嵌装され、軸突起２４を支点として回動自在に固定されている。また、操作ノブ２には、頂壁中央より下方へ突片２６が形成されている。この突片２６の下端は略山形の凹所２８になっており、この凹所２８に、ピン４が当接している。ピン４は、バネ６により付勢されており、ハウジング８の頂面中央に設けた筒壁７内に設けられる。
【０００９】
ここで、ピン４の形状と操作ノブ２の突片２６の凹所２８の形状を、図２中の丸で示した拡大図に示すような形状関係にすることにより、操作ノブ２を図２の矢印方向に回動させた時、ピン４と凹所２８の当接位置に応じて、後述する５つの操作位置（ポジション）を得ることができるようにしている。すなわち、突片２６は、凹所２８において符号２６ａ〜２６ｄで示す段付き構造を有しており、図に示す状態が停止位置（第１ポジション）となっている。操作ノブ２を右側に回動させた時には、ピン４が第１段部２６ａと当接して第２ポジションをとり、操作ノブ２をさらに右側に回動させた時には、ピン４が第２段部２６ｂと当接して第３ポジションをとる。また、操作ノブ２を左側に回動させた時には、ピン４が第３段部２６ｃと当接して第４ポジションをとり、操作ノブ２をさらに左側に回動させた時には、ピン４が第４段部２６ｄと当接して第５ポジションをとる。このようにして５つのポジションで操作ノブ２を停止させることができる。なお、第２〜第５ポジションは、後述する、マニュアルＵＰ、オートＵＰ、マニュアルＤＯＷＮ、オートＤＯＷＮとなる。
【００１０】
また、操作ノブ２の頂壁側部から下方へは、腕部をなす操作片３０が突出して形成されている。この操作片３０はハウジング８の頂壁を貫通して下方へ延び、その先端に形成された角孔３２に、磁石１０の側壁上部に形成された突起３４が嵌合している。このことにより、操作ノブ２を図２の矢印方向に揺動させた時、操作片３０が支点を中心に回動し、磁石１０を回動させる。従って、操作片３０は、操作ノブ２と磁石１０とを機械的に連結して磁石１０を移動させる連結手段を構成している。
【００１１】
磁石１０の下方にはプリント基板１２が設けられている。このプリント基板１２には、操作ノブ２の操作位置を検出する回路素子が実装されている。また、プリント基板１２の裏面側には、磁石１０に対向した位置に、磁気抵抗素子（以下、ＭＲＥ素子という）３６が実装されている。このＭＲＥ素子３６の抵抗値により、磁石１０の回動位置が検出される。
【００１２】
プリント基板１２には所定の位置にスルーホール３８が設けられている。このスルーホール３８には、ベース１４から突出したターミナル４０が貫通しており、その部分でターミナル４０がプリント基板１２にはんだ付け接続されている。ベース１４は、図３（ｂ）に示す、導体板（例えば、スズメッキ付きの黄銅板）を所定形状に打ち抜き、曲げ加工した状態の導体板５２、５４を、樹脂５６（例えば、ＰＰＳ等のはんだ付け時の熱にも耐え得る耐熱性樹脂）にてインサート成形し、この後、導体板露出部の所定の位置（図中のハッチングで示す部分）を分断して、配線形成されたものを用いている。なお、上記の成形時に、図３（ａ）に示すコネクタ５８も同時に形成している。また、上記した成形は上下型のみで成形可能としている。
【００１３】
そして、図３（ａ）に示すように、ベース１４より突出したターミナル４０をＬ字形状に曲げ加工することにより、プリント基板１２とベース１４の熱膨張差による、はんだ付け部分にかかる応力を上記Ｌ字形状の部分で緩和する構成としている。
このように構成したベース１４の導体板露出部に、電解コンデンサ１８とリレー１６がはんだ付け接続される。リレー１６は、片面に粘着材のついた略十字形状のウレタン発砲フォーム４２により覆われており、リレー用ベース４４にはんだ付け接続されている。このように、ウレタン発砲フォーム４２にてリレー１６を覆うことにより、リレー１６の動作音を低減することができる。
【００１４】
このリレー用ベース４４は、図４に示す板バネ材６０（例えば、りん青銅、ベリリウム銅等）を所定形状に打ち抜いた後、樹脂（例えばＰＰＳ等）によりインサート成形し、この後、所定の導体部（図中のハッチング部）を打ち抜き分離して、配線形成されたものを用いている。このように、リレー用ベース４４の配線６０をバネ材とすることにより、リレー１６の動作により生じる振動を吸収し、リレー１６の動作音の伝播を低減することができる。
【００１５】
ベース１４の側面部には、嵌合用突起４６が４ケ所形成されており、これがハウジング８の側面下部の角孔４８に嵌合して、ベース１４がハウジング８に固定される。
カバー２０には、側面部に嵌合用突起５０が４ケ所形成されており、これがハウジング８の側面下部の角孔５２に嵌合して、カバー２０がハウジング８に固定され、内包物をカバーしている。
【００１６】
上記した構成によれば、操作ノブ２を図２の矢印方向に揺動操作することにより、磁石１０が支点を中心に移動する。磁石１０の移動によりプリント基板１２上のＭＲＥ素子３６の抵抗値が変化し、その抵抗値により後述の検出回路が操作ノブ２のポジション判定を行う。そして、その判定されたポジションに応じてパワーウインド用モータの制御が行われる。
【００１７】
図５に、磁石１０の構成を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は底面図である。磁石１０は、プラスチックマグネットを成形して構成されている。プラスチックマグネットは、樹脂にフェライト等の磁性フィラーを混ぜたもので、樹脂成形できるため、通常の永久磁石に比べ、形状自由度が高くなっている。
【００１８】
磁石１０は、Ｎ極、Ｓ極に着磁された三ツ又形状となっている。Ｓ極に着磁された２つの脚部１０ａ、１０ｂは、図５（ｃ）の左右方向の線上に位置し、Ｎ極に着磁された脚部１０ｃはその線上とは異なる位置に配置されている。また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、脚部１０ａ、１０ｂの底面は、脚部１０ｃの底面より上に配置されている。このことにより、磁石１０が回動した時に、磁石１０がプリント基板１２に接触しないようにすることができる。
【００１９】
磁石１０をこのような三ツ又形状とすることにより、Ｎ極、Ｓ極間の磁路長を長くして磁力を強くすることができ、またＮ極、Ｓ極間のピッチを短くして磁界を強くすることができる。
また、そのような磁石１０の形状により、磁石１０からの磁力線がＭＲＥ素子３６に対し左右対称の扇状となるように、すなわち、磁力線が左右対称にして徐々に角度が開くようにすることができる。
【００２０】
なお、磁石１０としては、図６に示すような単純形状の棒磁石１０’を用いることができる。しかしながら、ＭＲＥ素子３６を使用する場合、バルクハウゼンノイズの発生、出力特性のヒステリシスを考慮すれば、ＭＲＥ素子３６には常に約１００ガウス以上の磁力をかけておく必要がある。このため、スイッチ装置に使用する場合、単純形状の棒磁石１０’では磁石体格が大型となり、ひいてはスイッチ体格の大型化を招いてしまうため、図５に示す形状の磁石１０を用いるのが好ましい。
【００２１】
また、磁石１０としては、左右対称の扇状の磁力線が得られ、かつＭＲＥ素子３６に印加されるされる磁力が約１００ガウス以上となる形状であれば、他の構成のものでもよい。例えば、図７に示すように、脚部１０ａ〜１０ｃを三角形状にしたもの、あるいは図８に示すように、脚部１０ａ〜１０ｃを棒状に構成したものでもよい。また、図９に示すように、磁石１０をプラスチックマグネットで構成するの代わりに、永久磁石と磁性体とで構成したものでもよい。なお、図７〜図９において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ平面図、右側面図、底面図である。
【００２２】
なお、磁石１０としては、Ｎ極、Ｓ極をそれそれ逆に着磁させてもよい。
ＭＲＥ素子３６は、例えばシリコンウエハ上にＮｉＣｏ（ニッケルコバルト）等を蒸着して形成されたもので、磁力線とのなす角度（磁気ベクトル角）θにより図１０に示すように抵抗変化率が変化する。
このＭＲＥ素子３６は、図１１に示すように、ブリッジ回路を構成する２つのブリッジ辺３６ａ、３６ｂとして形成されている。２つのブリッジ辺３６ａ、３６ｂは、ハの字状の左右対称形状に形成されており、磁束が印加されていない状態では、Ａ−Ｂ間（以下単にＡＢと略す）とＢ−Ｃ（以下単にＢＣと略す）間での抵抗値が等しくなるように設定されている。
【００２３】
次に、ＭＲＥ素子３６と磁石１０による、操作ノブ２のポジション検出について説明する。
パワーウインド装置に用いられるスイッチとしては、図１２に示す如く、操作ノブ２の操作角度により、オートＵＰ、マニュアルＵＰ、停止、マニュアルＤＯＷＮ、オートＤＯＷＮの５ポジションが存在している。マニュアルＵＰ、マニュアルＤＯＷＮは、スイッチをオンしている間だけ窓を上昇、下降させるためのもので、オートＵＰ、オートＤＯＷＮは、一回のオン操作で窓を全開、全閉させるためのものである。
【００２４】
なお、マニュアルＵＰ、停止、マニュアルＤＯＷＮの３ポジションが存在するタイプもあるが、５ポジションが検出できれば、同様に３ポジションの検出も可能である。
操作ノブ２が図１２の中立位置にある場合、磁石１０による磁束とＭＲＥ素子３６とは図１３（ａ）に示す関係になっている。ＭＲＥ素子３６の両端（Ａ−Ｃ間）には、定電圧、例えば５Ｖを印加しておく。ＭＲＥ素子３６のＡＢ間と磁力線のなす角度θと、ＭＲＥ素子３６のＢＣ間と磁束とのなす角度θ’はθ＝θ’であり、ＡＢ間とＢＣ間の抵抗変化率は同じになる。ここで、磁束が印加されていない状態では、ＡＢ間とＢＣ間の抵抗値が等しく設定されているため、Ｂ点の電位は２．５Ｖとなる。
【００２５】
ここから操作ノブ２をマニュアルＵＰ側に操作すると、図の白抜き矢印方向に磁石１０が移動する。これに伴い、ＭＲＥ素子３６に印加される磁束は図１３（ｂ）のように変化する。この時、ＡＢ間と磁力線のなす角度θは中立位置の時に比べて低下し、０°に近づくため、ＡＢ間の抵抗値が増加する。逆に、ＢＣ間と磁束とのなす角度θ’が中立位置の時に比べて増大し、９０°に近づくため、ＢＣ間の抵抗値が減少する。従って、操作ノブ２をＵＰ側へ少し操作した場合、ＭＲＥ素子３６のＢ点の電位は２．５Ｖより少し上昇する。
【００２６】
さらに操作ノブ２をＵＰ側に動かすと、ＭＲＥ素子３６のＢ点の電位はさらに上昇する。
また、操作ノブ２をＤＯＷＮ側に動かした場合には、上記と全く逆に作動し、２．５Ｖより低下する。
従って、ＭＲＥ素子３６のＢ点の電位は、操作ノブ２の操作に応じて、図１４に示すＳＩＮ²カーブに近似される特性で変化する。なお、この特性は、Ｂ点の電位信号を、２．５Ｖを基準に２０倍に増幅した後のものである。この特性の中で、全変化を１００％とすると６０％変化部分の領域は、ほぼ直線に近似されるため、この直線に近似される領域内で、オートＵＰ、マニュアルＵＰ、停止、マニュアルＤＯＷＮ、オートＤＯＷＮの５ポジションが設定されている。
【００２７】
ここで、磁石１０のＳ、Ｎ極のピッチが図１５（ａ）のように広いと、直線に近似される領域での傾きが緩くなり、逆に図１５（ｂ）のように狭いと、直線に近似される領域での傾きがきつくなるため、Ｓ、Ｎ極のピッチを変えて磁力線の広がり具合（扇状の広がり具合）を調整することにより、上記した設定が可能となる。
【００２８】
なお、上記したポジション設定において、具体的には、２．５Ｖ基準で２０倍に増幅した後のＢ点の電位Ｖ_B’が２．９Ｖ以上であればオートＵＰ、２．９Ｖ＞Ｖ_B’≧２．６５ＶであればマニュアルＵＰ、２．６５Ｖ＞Ｖ_B’＞２．３５Ｖであれば停止、２．３５Ｖ≧Ｖ_B’＞２．１ＶであればマニュアルＤＯＷＮ、２．１Ｖ≧Ｖ_B’であればオートＤＯＷＮとし、それぞれの数値をポジション判定のしきい値とすれば、増幅後のＢ点の電位Ｖ_B’としきい値との関係で操作ノブ２のポジションを判定することができる。なお、このようなしきい値は、操作性等を考慮して決定すべき値であり、これに限定されるものではない。
【００２９】
図１６に、本実施形態に係るスイッチ装置を用いたパワーウインド制御装置の全体構成を示す。
ＭＲＥ素子３６のＢ点の電位信号は検出回路１００に入力される。検出回路１００は、アンプ１０１とマイクロコンピュータ（以下、単にマイコンという）１０２にて構成されている。アンプ１０１は、ＭＲＥ素子３６のＢ点の電位信号を増幅し、この増幅されたＢ点の電位信号は、ＡＤ変換器１０２ａを内蔵したマイコン１０２に入力される。
【００３０】
マイコン１０２は、図中の機能ブロックに示すように、入力判定部１０２ｂ、出力制御部１０２ｃ、モータ回転判定部１０２ｄを備えており、ＡＤ変換器１０２ａによりデジタル信号に変換されたＭＲＥ素子３６のＢ点電位と上記したしきい値との関係により、入力判定部１０２ｂにて操作ノブ２の操作位置を判定し、出力制御部１０２ｂからその判定位置に応じたモータ制御信号を出力する。
【００３１】
モータ駆動部２００は、２つのトランジスタ２０１、２０２と、リレー１６を備え、マイコン１０２からのモータ制御信号によりリレー動作を行って、パワーウィンドモータ３００を駆動する。
また、パワーウィンドモータ３００の回転数がモータ回転数出力回路３０１から出力される。マイコン１０２は、その出力により、モータ回転数判定部１０２ｄにてモータの回転数を判定し、窓を所定位置で停止させる。
【００３２】
なお、上記した構成において、磁石１０とＭＲＥ素子３６に、製造ばらつき（部品製造ばらつき、組付けばらつき等）があると、マイコン１０２でのポジション判定にずれが生じる。
製造ばらつきとしては、ＭＲＥ素子３６のＡＢ間抵抗値とＢＣ間抵抗値のペア性不良、磁石１０の寸法バラツキ、ＭＲＥ素子３６のプリント基板１２への実装時の傾き、磁石１０とＭＲＥ素子３６の中立位置での相対位置精度ばらつきなどがある。このような製造ばらつきは、図１４に示す特性の直線部分に近似できるところで見れば、図１７に示すように、上下方向の平行移動と傾きの変化として出てくる。それらのばらつきは同時発生することもある。
【００３３】
しかし、スイッチ装置組付け完了後は、ＭＲＥ素子３６の出力特性はある特性で安定し、上記ばらつきにより変動することはない。従って、スイッチ装置組付け完了後に何らかの調整を実施すれば、上記ばらつきの影響を低減することができる。
以下、このばらつき調整を含むマイコン１０２の処理について説明する。
【００３４】
図１７に示した特性変化が上下方向の平行移動が大きく、傾きの変化は無視できる場合には、図１８に示すフローチャートに従って、マイコン１０２を動作させる。
図１６に示すスイッチ装置は、車両への組付時にバッテリ４００に接続されると、その後は常にバッテリ電圧が供給されて作動状態になっている。この組付時においては、操作ノブ２が操作されている可能性はほとんど零であるため、マイコン１０２がバッテリ電圧の供給を受けて起動された直後に、操作ノブ２の中立位置の電位Ｖ_a（Ａ／Ｄ変換したデータ）を記憶する。その後は、その中立位置の電位Ｖ_aを基準としたしきい値に従って、Ｂ点の電位Ｖ_B（Ａ／Ｄ変換したデータ）との大小関係により、操作ノブ２のポジションを判定する。
【００３５】
この作動を図１８に示す処理に従って説明すると、マイコン１０２は、車載バッテリ４００からの電圧供給を受けて起動されると、各種初期設定を行った後、操作ノブ２の中立位置の電位Ｖ_aをメモリに記憶する（ステップＳ１００）。この後、記憶した中立位置の電位Ｖ_aを基準としたしきい値とＢ点の電位Ｖ_Bとの大小比較を行い、操作ノブ２のポジションが、停止、マニュアルＤＯＷＮ、マニュアルＵＰ、オートＤＯＷＮ、オートＵＰのいずれであるかを判定する（ステップＳ１０１〜Ｓ１０４）。そして、そのポジション判定結果に応じたモータ制御信号を出力する（ステップＳ１０５）。なお、Ｓ１０１〜Ｓ１０４に示すしきい値は一例であって、それに限定されるものではない。
【００３６】
従って、この例においては、記憶した中立位置の電位Ｖ_aを基準としてしきい値を設定しているため、ＭＲＥ素子３６の上下方向への特性変動に対し、それを調整して適正なるポジション判定を行うことができる。
また、図１７に示す特性変化が、上下方向の平行移動、傾きの変化の両方について調整が必要な場合には、図１９に示すフローチャートに従って、マイコン１０２を動作させる。なお、この例においては、スイッチ装置組付け後、製造工程内で調整を実施する。
【００３７】
まず、操作ノブ２を動かさない中立位置にして図１６に示すスイッチ装置に通電する。マイコン１０２への最初の電圧供給時には、後述する記憶データＶ_a、Ｖ_bが記憶されていないため、まず操作ノブ２の中立位置の電位Ｖ_aを不揮発性メモリに記憶する（ステップＳ２０１）。この不揮発性メモリは、電圧の非供給時にもデータの記憶ができるものであり、ヒューズを用いたメモリ、あるいは半導体メモリ等を用いることができる。
【００３８】
次に、操作ノブ２を、例えばＵＰ側いっぱいにまで操作する。中立位置の電位Ｖ_aを記憶した時から一定時間が経過するか、もしくはその操作が行われたことを示すスイッチ操作により、操作ノブの操作が終了したことを判定（ステップＳ２０２）すると、その位置での電位Ｖ_bを不揮発性メモリに記憶する（ステップＳ２０３）。
【００３９】
以上の操作によりセットアップ完了となる。この後、図１６に示すスイッチ装置が車両に組付られてマイコン１０２に再度電圧が供給されると、ステップＳ２００に到来した時、既にＶ_a、Ｖ_bのデータが記憶されているため、操作ノブ２のポジション判定（ステップＳ２０４〜Ｓ２０７）を繰り返し実行し、そのポジション判定結果に応じたモータ制御信号を出力する（ステップＳ２０８）。
【００４０】
なお、この例においては、記憶されたデータＶ_b、Ｖ_aにより、Ｖ_aおよび差データ（Ｖ_b−Ｖ_a）を用いてしきい値を設定している。従って、中立位置の電位Ｖ_aを基準にすることにより、ＭＲＥ素子３６の上下方向への特性変動を調整し、さらに差データ（Ｖ_b−Ｖ_a）を用いることにより、特性傾きを調整することができる。なお、Ｓ２０４〜Ｓ２０７に示すしきい値は一例であって、それに限定されるものではない。
【００４１】
なお、上記実施形態では、マイコン１０２により操作ノブ２の操作位置を判定するものを示したが、マイコン１０２を用いずに、図２０に示すように、４つのコンパレータ１０３〜１０６で、ＭＲＥ素子３６のＢ点電位と各しきい値とを比較し、それぞれの出力を論理素子１０７〜１１１にて論理を取ることにより、上記した５ポジションの位置判定を行うようにしてもよい。
【００４２】
また、モータ駆動部２００は、リレーを用いるものに限らず、パワーＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチを用いたものでもよい。
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、ＭＲＥ素子３６により１組のブリッジ回路を構成するものを示したが、複数組のブリッジ回路にて構成するようにしてもよい。
【００４３】
この第２実施形態では、図２１に示すように、ＭＲＥ素子３６により形成した５つのブリッジ辺３６ａ〜３６ｅにより４つのブリッジ回路を構成している。すなわち、第１ブリッジ辺３６ａと第２ブリッジ辺３６ｂにて第１ブリッジ回路を構成し、同様に、第２ブリッジ辺３６ｂと第３ブリッジ辺３６ｃにて第２ブリッジ回路を構成し、第３ブリッジ辺３６ｃと第４ブリッジ辺３６ｄにて第３ブリッジ回路を構成し、第４ブリッジ辺３６ｄと第５ブリッジ辺３６ｅにて第４ブリッジ回路を構成している。
【００４４】
ここで、図中のＢ点が第１ブリッジ回路の中点となり、同様に、Ｃ点が第２ブリッジ回路の中点、Ｄ点が第３ブリッジ回路の中点、Ｅ点が第４ブリッジ回路の中点となる。
この実施形態におけるＭＲＥ素子３６は、図１１に示すＭＲＥ素子を連続的に形成した形になっており、操作ノブ２の位置に応じて各ブリッジ回路での抵抗値変化による中点電位の特性パターンが図２２の実線から二点鎖線のようにずれて変化する。そこで、本実施形態では、各ブリッジ回路での中点の電位レベルを判定して、操作ノブ２の位置を判定するようにしている。
【００４５】
各ブリッジ回路での中点の電位レベルを判定するため、本実施形態では、検出回路１００’を、第１ブリッジ回路→第２ブリッジ回路→第３ブリッジ回路→第４ブリッジ回路の順番に、それぞれの中点電位を順次判定していく回路構成としている。
まず、第１ブリッジ回路の電位判定について説明する。図２３に示すように、Ｃ点を５Ｖ、Ａ点をグランド、Ｂ点を第１コンパレータ１１２に接続する。Ａ、Ｂ、Ｃ点以外はオープンにする。この状態で、磁石１０が移動すると、第１ブリッジ回路のＢ点電位は図２２の実線の出力特性に従って変化する。ここで、Ｂ点の電位が２．５Ｖになるのは、第１ブリッジ回路の左右のブリッジ辺３６ａ、３６ｂに磁束が均等に印加されるポジションになった時である。
【００４６】
続いて、第２ブリッジ回路では、図２４に示すように、Ｂ点を５Ｖ、Ｄ点をグランド、Ｃ点を第２コンパレータ１１３に接続する。この時Ｂ、Ｃ、Ｄ点以外はオープンにする。上述したのと同様に磁石１０が移動すると、第２ブリッジ回路のＣ点電位は図２２の一点鎖線の出力特性に従って変化する。
さらに、第３ブリッジ回路では、Ｃ点をグランド、Ｅ点を５Ｖ、Ｄ点を第３コンパレータ１１４に接続する。この時Ｃ、Ｅ、Ｄ点以外はオープンにする。この時、第３ブリッジ回路のＤ点電位は図２２の点線の出力特性に従って変化する。さらに、第４ブリッジ回路では、Ｄ点を５Ｖ、Ｆ点をグランド、Ｅ点を第４コンパレータ１１５に接続する。この時Ｄ、Ｆ、Ｅ点以外はオープンにする。この時、第４ブリッジ回路のＥ点は図２２の二点鎖線の出力特性に従って変化する。
【００４７】
第４ブリッジ回路に通電した後は、第１ブリッジ回路に戻り、上記した作動を順次繰り返す。この繰り返し周期は、操作ノブ２のスイッチ操作に比べて十分早い周期（例えば１０ｍｓ以下程度）とする。
このように各ブリッジ回路での中点電位の検出を行うために、図示しない接続切り換え回路によって、図２５に示すパターンで各接続点の接続を切り換えるようにしている。また、第１〜第４コンパレータ１１２〜１１５は、接続点の切り換えにより１ケのコンパレータとすることもできる。
【００４８】
また、この第２実施形態では、操作ノブ２のポジション判定を、図２２に示す検出回路１００’で行っている。
この検出回路１００’において、第１〜第４コンパレータ１１２〜１１５は、第１〜第４ブリッジ回路の中点電位のレベルを判定する。その出力は第１〜第４記憶回路１１７〜１２０に一時記憶される。この場合、第１〜第４記憶回路１１７〜１２０は、１周期毎にリセット回路１１６によりリセットされる。その後、上記した第１〜第４ブリッジ回路での中点電位の判定に同期して、第１コンパレータ１１２の出力が第１記憶回路１１７に記憶され、順次、第２〜第４コンパレータ１１３〜１１５の出力が第２〜第４記憶回路１１８〜１２０に記憶される。
【００４９】
第４記憶回路１２０までの記憶が完了した時点で、判定回路１２１は、図２６に示す判定表の論理に従って、操作ノブ２のポジションを判定する。なお、図２６に示す「Ｈ」は、コンパレータ出力がハイレベルであることを示し、「Ｌ」はコンパレータ出力がローレベルであることを示している。第１〜第４の各ブリッジへのバイアス印加の向きは逆にしてもよい。この場合、検出回路１００’内のコンパレータまたは判定回路で論理の補正処理を行う。
【００５０】
なお、この第２実施形態において、５つブリッジ辺３６ａ〜３６ｅを互いに共用して４つブリッジ回路を構成するものを示したが、各ブリッジ回路毎に独立した構成としてもよい。この場合には、上記したようなシーケンシャルな電位検出を行う必要がなく、各ブリッジ回路毎に中点の電位検出を行うことができる。
（その他の実施形態）
図１、２に示す構成は、磁石１０を操作ノブ２の腕部３０に固定していたが、図２７に示すように、操作ノブ２の腕部３０’の下方にスリット３０ａを設け、磁石１０の側面上部に軸突起３４’を設け、この軸突起３４’をスリット３０ａに挟むようにして、操作ノブ２の揺動操作に対して、磁石１０を矢印方向にスライドさせるような構成としてもよい。
【００５１】
この実施形態においては、磁石１０は、図５に示すものに対し、図２８に示すような形状になる。また、その形状、構造は、図５のものを図７〜図９のものに変形できるのと同様、種々に変形が可能である。
また、本発明は、揺動式のスイッチ装置に限らず、図２９に示すプッシュスイッチにも適用できる。この場合、操作ノブ２’への投入操作により、磁石１０が図の右側へ移動し、磁気抵抗素子３６の抵抗値が変化する。なお、操作ノブ２’への再投入操作により、図示しないバネにより操作ノブ２’が元の位置に復帰する。
【００５２】
また、図３０に示すスライドスイッチにも適用できる。この場合、操作ノブ２''をスライド操作することにより磁石１０が移動し、その移動によって磁気抵抗素子３６の抵抗値が変化する。
さらに、図３１に示すレバースイッチにも適用できる。この場合、操作レバー２''' を図の矢印方向に操作することにより磁石１０が移動し、その移動によって磁気抵抗素子３６の抵抗値が変化する。
【００５３】
さらに、第１実施形態等では、ＭＲＥ素子３６の特性がはぼ直線となる領域を利用して、操作ノブ２のポジションを５つとして検出するものを示したが、その直線領域を利用すれば、操作ノブ２のポジションをほぼ無段階に検出することができる。
そこで、マイコン１０２に、図３２に示すように、しきい値ａ〜ｈを予め設定記憶しておき、窓の開閉を、所定の開閉量毎、例えば、３ｃｍ、１５ｃｍ、３０ｃｍといった単位で、段階的に行うことができる。この場合、マイコン１０２が、例えば、操作ノブ２が「３ｃｍＵＰ」の領域に操作されたことを判定すると、窓を３ｃｍだけ開動作させるようにモータ制御信号をモータ駆動回路２００に出力する。また、「１５ｃｍＵＰ」の領域まで操作されたことを判定すると、窓を１５ｃｍだけ開動作させるようにモータ制御信号をモータ駆動回路２００に出力する。なお、マイコン１０２は、モータの回転数を出力するモータ回転数出力回路３０１からの信号を用いてモータを所定位置で停止させる。
【００５４】
なお、窓を開閉させる段階を上記のものよりさらに多くすれば、きめ細かい開閉動作を行わせることができる。
このような構成にすれば、従来のスイッチでは難しかった窓を少しのみ開けるといった操作を簡単に行うことができる。
また、上記した窓の開閉量でなく、図３３に示すように、窓の開閉スピードを設定することもできる。この場合、図３３に示すしきい値ａ〜ｈをマイコン１０２に記憶させておき、マイコン１０２が、例えば、操作ノブ２が「ゆっくり」の領域まで操作されたことを判定すると、非常にゆっくりしたスピードで窓を開くようにモータ制御信号をモータ駆動回路２００に出力する。また、「普通」の領域まで操作されたことを判定すると、通常スピードで窓で開くようにモータ制御信号をモータ駆動回路２００に出力する。この場合、モータ３００をパワーＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチを用いたＰＷＭ制御とすることにより、上記したスピード制御が可能になる。
【００５５】
この実施形態においても、従来のスイッチでは難しかった窓を少しのみ開けるといった操作を簡単に行うことができる。
さらに、上記した種々の実施形態では、ＭＲＥ素子３６のブリッジ中点電位をしきい値と比較して、操作ノブ２の操作位置を判定するものを示したが、ＭＲＥ素子３６の抵抗値を定期的に検出し、その抵抗値の変化にて操作ノブ２の操作位置を判定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスイッチ装置の組み立て構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るスイッチ装置の断面構成図を示す。
【図３】図１中のベース１４の構成を示す図である。
【図４】図１中のリレー用ベース４４の構成を示す図である。
【図５】図１中の磁石１０の構成を示す図である。
【図６】棒状磁石１０’を用いた例を示すための説明図である。
【図７】磁石１０の変形例を示す図である。
【図８】磁石１０の他の変形例を示す図である。
【図９】磁石１０のさらに他の変形例を示す図である。
【図１０】磁気抵抗素子３６の、磁気ベクトルに対する抵抗変化率特性を示す図である。
【図１１】磁気抵抗素子３６の形成パターンを示す図である。
【図１２】操作ノブ２の操作角度により、５ポジションの位置設定ができることを示す図である。
【図１３】操作ノブ２の操作に対する磁石１０からの磁束と磁気抵抗素子３６との角度関係を示す図である。
【図１４】磁石１０の移動量に対するＭＲＥ素子３６のＢ点の電位の変化特性を示す図である。
【図１５】磁石１０の移動量に対するＭＲＥ素子３６のＢ点の電位の変化特性と磁石１０のＳ、Ｎ極のピッチとの関係を説明するための説明図である。
【図１６】本発明の第１実施形態に係るスイッチ装置を用いたパワーウインド制御装置の全体構成を示す図である。
【図１７】磁石１０の移動量に対するＭＲＥ素子３６のＢ点の電位の変化特性が、製造ばらつきにより変化することを示す図である。
【図１８】図１６中のマイコン１０２の第１の制御例を示すフローチャートである。
【図１９】図１６中のマイコン１０２の第２の制御例を示すフローチャートである。
【図２０】操作ノブ２の操作位置を判定する、第１実施形態の変形例を示す図である。
【図２１】本発明の第２実施形態における磁気抵抗素子のパターンを説明するための図である。
【図２２】本発明の第２実施形態における、操作ノブ２の操作位置を判定する構成を示す図である。
【図２３】本発明の第２実施形態において、第１ブリッジ回路によるＢ点の電位検出を説明するための図である。
【図２４】本発明の第２実施形態において、第２ブリッジ回路によるＣ点の電位検出を説明するための図である。
【図２５】本発明の第２実施形態において、各ブリッジ回路の接続点の接続状態を示す図である。
【図２６】本発明の第２実施形態において、操作ノブ２の操作位置を判定するための判定表を示す図である。
【図２７】操作ノブ２の揺動操作に対し磁石１０をスライドさせるような構成した実施形態を示す断面構成図である。
【図２８】図２７に示す実施形態における磁石１０の構成を示す図である。
【図２９】本発明をプッシュスイッチに適用した構成を示す構成図である。
【図３０】本発明をスライドスイッチに適用した構成を示す構成図である。
【図３１】本発明をレバースイッチに適用した構成を示す構成図である。
【図３２】窓の開閉量を制御するようにした実施形態における、しきい値の設定を示す図である。
【図３３】窓の開閉スピードを制御するようにした実施形態における、しきい値の設定を示す図である。
【符号の説明】
２…操作ノブ、４…ピン、６…バネ、８…ハウジング、１０…磁石、
１２…プリント基板、１４…ベース、１６…リレー、２０…カバー、
３６…磁気抵抗素子、１００…検出回路、１０２…マイコン、
２００…モータ駆動部、３００…パワーウィンドモータ。

Claims

スイッチ操作により変位する操作部材（２）と、
前記操作部材の変位に応じて回動する磁石（１０）と、
前記磁石の下方に設けられたプリント基板（１２）と、
前記プリント基板の前記磁石からの磁界が作用する位置に配設され、前記磁石の回動により前記磁石からの磁力線とのなす角度が変化して抵抗値が変化する磁気抵抗素子（３６）とを備え、
前記磁気抵抗素子の抵抗値に基づいて前記操作部材の操作位置が検出されるようにしたスイッチ装置であって、
前記磁石（１０）は、Ｎ極、Ｓ極のうちの一方の極となる第１、第２の脚部（１０ａ、１０ｂ）と、前記第１、第２の脚部の間において前記第１、第２の脚部が位置する線上とは異なる位置に配置され、Ｎ極、Ｓ極のうちの他方の極となる第３の脚部（１０ｃ）とを有し、前記第１、第２の脚部と前記第３の脚部の間に前記磁力線が形成され、この磁力線が前記磁石の回動方向において前記磁気抵抗素子に対し徐々に角度変化するように構成されており、さらに前記第１、第２の脚部の底面が、前記第３の脚部の底面より上に配置されて、前記磁石が回動した時に、前記磁石が前記プリント基板に接触しないようになっていることを特徴とするスイッチ装置。
前記磁力線と前記磁気抵抗素子（３６）とのなす角度に対する前記磁気抵抗素子の抵抗値変化率特性が直線に近似される領域で、前記磁石（１０）の回動範囲が設定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。
前記磁気抵抗素子（３６）は、ブリッジ回路を構成する直列接続された第１、第２の磁気抵抗素子（３６ａ、３６ｂ）であって、前記磁石（１０）の回動によって前記第１、第２の磁気抵抗素子の抵抗値が互いに逆方向に変化するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチ装置。
前記磁石（１０）は、前記磁力線が前記磁石の回動方向において前記第１、第２の磁気抵抗素子（３６ａ、３６ｂ）に対し互いに異なる方向に徐々に角度変化するように構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。
スイッチ操作により変位する操作部材（２）と、
前記操作部材の変位に応じて回動する磁石（１０）と、
前記磁石の下方に設けられたプリント基板（１２）と、
前記プリント基板の前記磁石からの磁界が作用する位置に配設され、前記磁石の回動により前記磁石からの磁力線とのなす角度が変化して抵抗値が変化する磁気抵抗素子（３６）と、
前記磁気抵抗素子の抵抗値に応じた検出信号に基づいて前記操作部材の操作位置を検出する検出手段（１００、１００’）とを備えたスイッチ装置であって、
前記磁石（１０）は、Ｎ極、Ｓ極のうちの一方の極となる第１、第２の脚部（１０ａ、１０ｂ）と、前記第１、第２の脚部の間において前記第１、第２の脚部が位置する線上とは異なる位置に配置され、Ｎ極、Ｓ極のうちの他方の極となる第３の脚部（１０ｃ）とを有し、前記第１、第２の脚部と前記第３の脚部の間に前記磁力線が形成され、この磁力線が前記磁石の回動方向において前記磁気抵抗素子に対し徐々に角度変化するように構成されており、さらに前記第１、第２の脚部の底面が、前記第３の脚部の底面より上に配置されて、前記磁石が回動した時に、前記磁石が前記プリント基板に接触しないようになっていることを特徴とするスイッチ装置。
前記磁気抵抗素子（３６）は、ブリッジ回路を構成する直列接続された第１、第２の磁気抵抗素子（３６ａ、３６ｂ）であって、前記検出手段（１００、１００’）は、前記第１、第２の磁気抵抗素子の接続点の電位信号に基づいて前記操作部材（２）の操作位置を検出することを特徴とする請求項５に記載のスイッチ装置。
前記ブリッジ回路は複数組設けられており、前記検出手段（１００’）は、各ブリッジ回路からの前記電位信号の電位レベルに基づいて前記操作部材（２）の操作位置を検出することを特徴とする請求項６に記載のスイッチ装置。
前記検出手段（１００）は、前記検出信号をしきい値と比較して前記操作位置を判定する判定手段（Ｓ１０１〜Ｓ１０４、Ｓ２０１〜Ｓ２０４、１０３〜１１１）を有することを特徴とする請求項５又は６に記載のスイッチ装置。
前記判定手段（Ｓ１００〜Ｓ１０４、Ｓ２００〜Ｓ２０４、１０３〜１１１）は、複数のしきい値を有しており、前記検出信号をそれらのしきい値により比較判定して、前記操作部材（２）の複数の操作位置のうちの１つの操作位置を判定するものであることを特徴とする請求項８に記載のスイッチ装置。
前記判定手段（Ｓ１００〜Ｓ１０４、Ｓ２００〜Ｓ２０４）は、前記操作部材（２）が非操作状態にある時の前記検出信号を基準にして前記しきい値を設定することを特徴とする請求項８又は９に記載のスイッチ装置。
前記判定手段（Ｓ２００〜Ｓ２０４）は、前記操作部材（２）が非操作状態にある時の前記検出信号と前記操作部材が操作された時の前記検出信号との差の信号を用いて、前記磁石（１０）の回動量に対する前記検出信号の特性傾きを調整するように前記しきい値を設定することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１つに記載のスイッチ装置。
操作部材（２）の操作状態を検出して電気信号を出力する検出機構を備えたスイッチ装置において、
前記検出機構は、
前記操作部材への操作に応じて回動する磁石（１０）と、
磁気抵抗素子（３６）と、
前記磁石の下方に設けられ、前記磁気抵抗素子を、前記磁石が位置する面と反対側の面で保持するプリント基板（１２）とを備え、
前記磁気抵抗素子は、前記磁石の回動により前記磁石からの磁力線とのなす角度が変化して抵抗値が変化し、その抵抗値に応じた電気信号を出力するように構成されているスイッチ装置であって、
前記磁石（１０）は、Ｎ極、Ｓ極のうちの一方の極となる第１、第２の脚部（１０ａ、１０ｂ）と、前記第１、第２の脚部の間において前記第１、第２の脚部が位置する線上とは異なる位置に配置され、Ｎ極、Ｓ極のうちの他方の極となる第３の脚部（１０ｃ）とを有し、前記第１、第２の脚部と前記第３の脚部の間に前記磁力線が形成され、この磁力線が前記磁石の回動方向において前記磁気抵抗素子に対し徐々に角度変化するように構成されており、さらに前記第１、第２の脚部の底面が、前記第３の脚部の底面より上に配置されて、前記磁石が回動した時に、前記磁石が前記プリント基板に接触しないようになっていることを特徴とするスイッチ装置。
前記プリント基板（１２）には、前記電気信号により前記操作部材の操作位置を検出する検出回路（１００）が実装されていることを特徴とする請求項１２に記載のスイッチ装置。
スイッチ操作により変位し複数の操作位置のいずれかで停止するように構成された操作部材（２）と、
前記操作部材の変位に応じて回動する磁石（１０）と、
前記磁石の下方に設けられたプリント基板（１２）と、
前記プリント基板の前記磁石からの磁界が作用する位置に配設され、前記磁石の回動により前記磁石からの磁力の変化を検出する磁気抵抗素子（３６）とを備え、
前記磁気抵抗素子の検出に基づいて前記操作部材の複数の操作位置のうちの１つの操作位置が検出されるようにしたスイッチ装置であって、
前記磁石（１０）は、Ｎ極、Ｓ極のうちの一方の極となる第１、第２の脚部（１０ａ、１０ｂ）と、前記第１、第２の脚部の間において前記第１、第２の脚部が位置する線上とは異なる位置に配置され、Ｎ極、Ｓ極のうちの他方の極となる第３の脚部（１０ｃ）とを有し、前記第１、第２の脚部と前記第３の脚部の間に磁力線が形成され、この磁力線が前記磁石の回動方向において前記磁気抵抗素子に対し徐々に角度変化するように構成されており、さらに前記第１、第２の脚部の底面が、前記第３の脚部の底面より上に配置されて、前記磁石が回動した時に、前記磁石が前記プリント基板に接触しないようになっていることを特徴とするスイッチ装置。