JP4342802B2 - Magnetic sensor and contactless switch - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気センサ及び無接点スイッチに係り、詳しくは磁束密度の変化を検出する磁気検出素子を備えた磁気センサ及び無接点スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、有接点スイッチとして車両のシフト装置に設けられ、シフトレバーがニュートラル位置に位置しているか否かを検出するものが知られている。この有接点スイッチは、シフトレバーの根本を収容するハウジングに対して有接点スイッチの本体部を固定している。同有接点スイッチは、シフトレバーがニュートラル位置に位置する際に、シフトレバー自身或いはシフトレバーに付属したアクチュエータにより、前記本体部に設けられたスイッチ部を押圧する構成としている。このような、有接点スイッチの例として、特許文献１のものや、図９に示すようなプランジャ式の有接点スイッチが知られている。即ち、プランジャ式の有接点スイッチ１０１は本体部１０２から突出状態のプランジャ（スイッチ部）１０３を備えている。プランジャ１０３は、Ａ矢印方向に移動するアクチュエータ１０４に押圧されて本体部１０２内へ後退（Ｂ矢印方向へ移動）することにより、前記本体部１０２内の対向接点１０５をＯＮ作動するように構成されている。
【０００３】
ところで、前記アクチュエータ１０４がプランジャ１０３を本体部１０２内へ後退させる際には、プランジャ１０３を突出方向へ向けて付勢する付勢バネ１０６の付勢力に抗して操作を行うため、操作力の軽減のために無接点スイッチが提案されている。
【０００４】
図１０〜図１４は、無接点スイッチの例を示している。図１０に示すように、無接点スイッチ１１１は、円筒状をなすハウジング１１２と、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗素子）からなる磁気検出素子１１３と、同磁気検出素子１１３へバイアス磁界を付与する一対の磁石１１４，１１５とを備えている。前記一対の磁石１１４，１１５は、互いに対向するようにハウジング１１２の内周面に固定されている。前記両磁石１１４，１１５において、互いに対向する対向面１１４ａ，１１５ａは互いに平行とされている。前記磁気検出素子１１３と、一対の磁石１１４，１１５とから磁気センサＧが構成されている。
【０００５】
以下、図１１に示すように、磁石１１４，１１５における互いに対向する方向をＸ軸方向といい、そのＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向という。
ところで、図１０及び図１１に示すように、前記両磁石１１４，１１５は、上面、下面、及び２つの側面をそれぞれ備えている。前記両磁石１１４，１１５において、第１の側面は前記対向面１１４ａ，１１５ａであり、第２の側面は前記ハウジング１１２の内周面に沿うように形成された湾曲面１１４ｂ，１１５ｂである。即ち、図１１に示すように、前記磁石１１４，１１５は、その中央からＹ軸方向の両側へかけて厚さが薄くなるように形成されている。
【０００６】
図１０に示すように、前記磁石１１４は上半分がＮ極、下半分がＳ極とされ、前記磁石１１５は上半分がＳ極、下半分がＮ極とされている。前記両磁石１１４，１１５の間には、前記磁気検出素子１１３が配置され、同磁気検出素子１１３は図示しない固定部材によりハウジング１１２に対して固定されている。前記磁気検出素子１１３は、ハウジング１１２の下面よりも僅かに（例えば０．５mm）上方に位置するように配置されている。
【０００７】
そして、前記磁気検出素子１１３に対して磁性体からなるアクチュエータ１１６が対向する（図１３参照）か、非対向となる（図１２参照）かにより、前記両磁石１１４，１１５間に存在する磁束Ｚの方向が変化すると共に磁気検出素子１１３の検出面１１３ａにかかる磁束密度も変化する。
【０００８】
このようにアクチュエータ１１６が磁気検出素子１１３に対向するか非対向となるかにより、磁気検出素子１１３は、磁束密度の大きさに応じた検出信号をコンパレータ１１７へ出力する。コンパレータ１１７は、その検出信号を所定の閾値と比較してＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−９７５４９号公報（段落番号「００１０」、第２図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１１は、アクチュエータ１１６が対向位置及び非対向位置の両位置に位置する際において、両磁石１１４，１１５間に存在する磁束Ｚの向きを示した図である。図１１に示すように、前記無接点スイッチ１１１においては、磁石１１４の対向面１１４ａから磁石１１５の対向面１１５ａへ発せられる磁束Ｚ（以下、磁束Ｚａという）を有している。この磁束Ｚａは、前記対向面１１４ａから前記対向面１１５ａへ向けて直線的に発せられるものは少なく、大部分は湾曲して発せられる。特に、磁石１１４，１１５におけるＹ軸方向両端側から発せられる磁束Ｚａほど湾曲するようにして発せられる。
【００１１】
また、図１２は磁気検出素子１１３に対してアクチュエータ１１６が離間した状態、即ち、アクチュエータ１１６が非対向位置に位置した状態を示した図である。図１２に示すように、磁石１１４の上面から両磁石１１４，１１５間を通過して磁石１１４の下面へ向かう磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｂという）や、磁石１１５の下面から両磁石１１４，１１５間を通過して磁石１１５の上面へ向かう磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｃという）も有している。さらに、図１２に示すように、磁石１１４の上面から両磁石１１４，１１５間に進入して磁石１１５の上面へ向かう磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｄ）や、磁石１１５の下面から両磁石１１４，１１５間に進入して磁石１１４の下面へ向かう磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｅという）も有している。このように、アクチュエータとの「非対向状態」においては、両磁石１１４，１１５間に、図１１に示す磁束Ｚａ及び図１２に示す磁束Ｚｂ，Ｚｃ，Ｚｄ，Ｚｅが存在している。
【００１２】
一方、図１３は磁気検出素子１１３に対してアクチュエータ１１６が近接した状態、即ち、アクチュエータ１１６が対向位置に位置した状態を示した図である。図１３に示すように、磁石１１４の対向面１１４ａから発せられた磁束Ｚ（以下、磁束Ｚｆという）は、アクチュエータ１１６に近づくように湾曲して磁石１１５の対向面１１５ａへ向かう。対向面１１４ａにおいて、アクチュエータ１１６に近い側の部位から発せられる磁束Ｚｆは、アクチュエータ１１６に遠い側の部位から発せられる磁束Ｚｆよりも湾曲している。また、磁束Ｚｆの一部はアクチュエータ１１６内を通過している。このように、「対向状態」においては、両磁石１１４，１１５間に、図１１に示す磁束Ｚａ及び図１３に示す磁束Ｚｆが存在している。
【００１３】
このように、両磁石１１４，１１５間には様々な方向へ向かう磁束が発生しているため、両磁石１１４，１１５に対して磁気検出素子１１３を配置する位置がずれると、磁気検出素子１１３の検出面１１３ａにかかる磁束密度の大きさが大幅に変わってしまうという問題があった。
【００１４】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は磁気検出素子と磁石との相対位置がずれていても磁気検出素子にかかる磁束密度のバラツキを少なくできる磁気センサ及び無接点スイッチを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、周方向半々ずつがそれぞれＮ極及びＳ極とされると共に貫通孔を有するリング状の磁石と、前記磁石の前記貫通孔内に配置されると共に検出する磁束密度の大きさに応じた検出信号を出力する磁気検出素子とを備え、さらに、前記磁石と前記磁気検出素子との離間距離を保持する保持手段を備え、前記磁気検出素子は、前記磁石の軸心に対して直交するように配置された検出面を備え、前記磁気検出素子を固定した非磁性体からなるリードフレームを備え、前記リードフレームは前記磁気検出素子を配置する配置部と、前記配置部に対して一体的に連結された導出部とを備え、前記配置部は前記貫通孔内に配置され、前記導出部は前記磁石の前記貫通孔から導出され、前記リードフレームと前記磁気検出素子と前記磁石とが前記保持手段にて離間距離を保持されていることを要旨とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁気センサにおいて、前記磁気検出素子から前記検出信号を入力すると共にその検出信号を二値化する二値化手段を備えたことを要旨とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の磁気センサと、前記磁気検出素子に対して、近接離間自在に設けられてその近接離間動作により前記貫通孔内の磁束密度の変化を生じさせるアクチュエータとを備えたことを要旨とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の無接点スイッチにおいて、前記磁気検出素子に対して前記アクチュエータが対向する対向位置と対向しない非対向位置との間を移動可能に設けられることにより、前記磁気検出素子に対して前記アクチュエータが近接離間自在とされていることを要旨とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した磁気センサ及び無接点スイッチの一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の無接点スイッチ１１は、ねじ込み部１２ａを有する本体部１２と、同ねじ込み部１２ａの先端（図１におけるねじ込み部１２ａの下端）と対向する鋼鉄製のアクチュエータ１３とを備えている。
【００２２】
なお、前記鋼鉄は磁性体であり、本明細書においては、磁性体とは強磁性体のことをいう。
前記本体部１２は、前記ねじ込み部１２ａと、ナット部１２ｂとを備えている。前記ナット部１２ｂはスパナ等を用いてねじ込み部１２ａを被ねじ込み部へねじ込むためのものである。図１において、センサ取付部３０の雌ネジ孔３１に対して、前記本体部１２のねじ込み部１２ａがねじ込み固定されている。
【００２３】
図２に示すように、前記ねじ込み部１２ａは、円筒状をなすハウジング１５と、リング状をなす磁石１６と、磁気検出素子１７と、リードフレーム１８と、回路基板２０とを備えている。前記磁気検出素子１７は、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗素子）を検出面１７ａに備えている。前記磁石１６は前記磁気検出素子１７に対してバイアス磁界を付与する。前記磁石１６と、磁気検出素子１７とにより、磁気センサＰが構成されている。また、前記回路基板２０には、二値化手段としてのコンパレータが設けられている。前記ハウジング１５は鋼鉄からなり、その外周には雄ネジ部１５ａが形成されている。前記ハウジング１５内において、アクチュエータ１３と対向する側の端部（以下、下端部という）には、ハウジング１５の内周面に対して前記磁石１６の外周面が固定されている。
【００２４】
図２及び図３に示すように、前記磁石１６はリング状とされていることにより貫通孔としての真円をなす円孔１６ａを備えており、同磁石１６は周方向半々ずつがそれぞれＮ極及びＳ極とされている。なお、図３においては、説明の便宜上、リードフレーム１８、後述するポッティング樹脂１９、及び回路基板２０の図示を省略している。図２〜図５においては、磁石１６の左半分がＮ極とされ、右半分がＳ極とされている。以下、図３に示す前記磁石１６におけるＮ極とＳ極との境界面を境界面ｆという。前記磁石１６の円孔１６ａ内において、磁石１６のＮ極部位からＳ極部位へ向けて発せられる磁束Ｍは前記境界面ｆに対して直交すると共にほぼ直線状態とされている。
【００２５】
図２に示すように、前記ハウジング１５内には、磁気検出素子１７及び回路基板２０を固定したリードフレーム１８が保持手段としてのポッティング樹脂１９にて埋設されている。即ち、前記磁気検出素子１７、回路基板２０、及び前記リードフレーム１８は、ポッティング樹脂１９を介してハウジング１５に対して固定されている。前記ポッティング樹脂１９により、磁気検出素子１７と磁石１６間の離間距離が保持されている。前記ポッティング樹脂１９は例えばエポキシ系、ウレタン系等の二液混合硬化型樹脂であり、絶縁性を有する。なお、前記リードフレーム１８の上部はポッティング樹脂１９に埋設されていない。図２に示すように、前記ハウジング１５の下端面（先端面）、磁石１６の下端面、ポッティング樹脂１９の下端面は面一とされている。
【００２６】
前記リードフレーム１８は断面Ｌ字状をなすように形成され、同リードフレーム１８は配置部１８ａと、前記配置部１８ａの一端部に対して一体的に連結された導出部１８ｂとを備えている。前記配置部１８ａと前記導出部１８ｂとは互いに直交するように形成されている。前記配置部１８ａには前記アクチュエータ１３と対向可能な配置面Ｈ１を備え、前記導出部１８ｂには配置面Ｈ２を備えている。前記リードフレーム１８は板状をなす銅板を折り曲げて断面Ｌ字状をなすように形成されており、リードフレーム１８を折り曲げ形成する前においては、前記配置部１８ａの配置面Ｈ１と、前記導出部１８ｂの配置面Ｈ２とが同一面とされている。
【００２７】
なお、銅は非磁性体であり、本明細書においては、非磁性体とは常磁性体及び反磁性体のことをいう。
図２に示すように、前記配置部１８ａの配置面Ｈ１には前記磁気検出素子１７が固定され、前記配置部１８ａ及び前記磁気検出素子１７は、前記磁石１６の円孔１６ａ内に配置されている。前記磁気検出素子１７の検出面１７ａは、磁石１６の軸心Ｏに対して直交するように配置され、同検出面１７ａのＸ軸方向における中心が、前記磁石１６の軸心Ｏと一致するように配置されている。
【００２８】
なお、ここでいうＸ軸方向とは、前記軸心Ｏに対して直交する方向のことをいう。本実施形態では、Ｘ軸方向は図２における左右方向である。
前記検出面１７ａとポッティング樹脂１９の下端面との距離Ｄ１は、０．５mmとされている。磁気検出素子１７は、その検出面１７ａにて磁束密度を検出し、その磁束密度の大きさに応じた検出信号を出力するように構成されている。また、前記導出部１８ｂは、中央よりも上方側（ねじ込み部１２ａにおける基端側）が、前記円孔１６ａから導出されている。前記導出部１８ｂにおける円孔１６ａから導出されている部位の配置面Ｈ２には、回路基板２０が固定されている。前記回路基板２０に設けられたコンパレータは前記磁気検出素子１７と電気的に接続され、磁気検出素子１７から出力される検出信号を処理するように構成されている。前記アクチュエータ１３は、Ｘ軸方向へ向けて往復動可能に構成されている。以下、前記アクチュエータ１３の往復動により、そのアクチュエータ１３が、磁気検出素子１７の検出面１７ａに対向する際の位置を対向位置（図５参照）という。また、前記アクチュエータ１３の往復動により、そのアクチュエータ１３が、磁気検出素子１７の検出面１７ａに対して対向していない際の位置を非対向位置（図４参照）という。
【００２９】
図５に示すように、前記アクチュエータ１３が対向位置に位置している際には、アクチュエータ１３に一部の磁束が吸収される。そのため、アクチュエータ１３が対向位置（図５参照）に位置している際と、非対向位置（図４参照）に位置している際とでは、前者の方が磁気検出素子１７の検出面１７ａにかかる磁束密度の大きさが小さくなる。
【００３０】
コンパレータは閾値未満の磁束密度に相当する検出信号を入力するとＯＮ信号を出力し、閾値以上の磁束密度に相当する検出信号を入力するとＯＦＦ信号を出力するように構成されている。即ち、コンパレータは磁気検出素子１７から入力した検出信号を二値化する。
【００３１】
詳しく述べると、アクチュエータ１３が対向位置に位置している状態では、前記コンパレータは、磁気検出素子１７から検出信号を入力するとＯＮ信号を出力するように構成されている。アクチュエータ１３が非対向位置に位置している状態では、前記コンパレータは、磁気検出素子１７から検出信号を入力するとＯＦＦ信号を出力するように構成されている。
【００３２】
次に、本実施形態のように構成された無接点スイッチ１１の作用について説明する。
図３は、アクチュエータ１３が対向位置及び非対向位置の両位置に位置する際における円孔１６ａ内の磁束Ｍの向きを示した図である。図３に示すように、磁石１６の円孔１６ａ内において、磁石１６のＮ極部位からＳ極部位へ向けて発せられる磁束Ｍは、図１１に示す従来技術の無接点スイッチ１１１における両磁石１１４，１１５が協働して発する磁束Ｚａと比して湾曲していない。
【００３３】
図４は磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３が離間した状態、即ち、アクチュエータ１３が非対向位置に位置した状態を示した図である。なお、図４及び後述する図５においては、説明の便宜上、ハウジング１５、リードフレーム１８、ポッティング樹脂１９、及び回路基板２０の図示を省略している。図４に示すように、本実施形態の磁石１６の円孔１６ａ内において、磁石１６のＮ極部位からＳ極部位へ向けて発せられる複数の磁束Ｍは、図１２に示す従来技術の無接点スイッチ１１１における両磁石１１４，１１５が協働して発する磁束Ｚｂ，Ｚｃ，Ｚｄ，Ｚｅと比して乱れていない。即ち、図４に示すように、本実施形態の磁石１６において、円孔１６ａ内の複数の磁束Ｍは、境界面ｆ（図３参照）に対して直交するように磁石１６のＮ極部位からＳ極部位へ発せられている。
【００３４】
一方、図５は磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３が近接した状態、即ち、アクチュエータ１３が対向位置に位置した状態を示した図である。図５に示すように、本実施形態の磁石１６の円孔１６ａ内において、複数の磁束Ｍのうちアクチュエータ１３側に近い磁束Ｍ（以下、磁束Ｍａという）が磁石１６のＮ極部位から発せられてアクチュエータ１３に近づくように湾曲して磁石１６のＳ極部位へ到達する。また、磁束Ｍａはアクチュエータ１３に吸収されて磁路を形成する。
【００３５】
次に、無接点スイッチ１１の磁気センサＰと、従来技術における無接点スイッチ１１１の磁気センサＧとの比較を図６及び図１４に基づいて説明する。なお、図６は無接点スイッチ１１（磁気センサＰ）のシミュレーション実験（数値解析による実験）のデータであり、図１４は無接点スイッチ１１１（磁気センサＧ）のシミュレーション実験（数値解析による実験）のデータである。
【００３６】
図６は、上記無接点スイッチ１１において、磁気検出素子１７の配置位置の変更、及び磁気検出素子１７とアクチュエータ１３との距離の変更による磁気検出素子１７の検出面１７ａに加わる磁束密度の変化を計測したものである。図６は、横軸に磁気検出素子１７のＸ軸方向における配置ずれＸ（mm）を示し、縦軸に磁気検出素子１７の検出面１７ａが検出する磁束密度（Ｔ）（テスラ）を示している。横軸において、磁気検出素子１７のＸ軸方向の中心が磁石１６の軸心Ｏと一致している際の磁気検出素子１７の位置を基準である０mmとしている。
【００３７】
そして、図６の横軸におけるプラス値は、図２における磁気検出素子１７が磁石１６のＳ極側へずれた際のずれ量を示している。また、図６の横軸におけるマイナス値は、図６における磁気検出素子１７が磁石１６のＮ極側へずれた際のずれ量を示している。また、図６において、特性線Ｉ１は、アクチュエータ１３が非対向位置に位置する際の特性を示している。図６において、特性線Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５は、アクチュエータ１３が対向位置に位置する状態で、かつ磁気検出素子１７とアクチュエータ１３との距離Ｄ２（図２参照）がそれぞれ３．５mm、２．５mm、１．５mm、０．５mmの際の特性を示している。図６に示すように、磁気検出素子１７の配置ずれＸが、例えば±１mmや、±２mmであっても、配置ずれ０mmと比して磁束密度は大きく異なることはない。
【００３８】
一方、図１４は、従来技術の無接点スイッチ１１１において、磁気検出素子１１３の配置位置の変更、及び磁気検出素子１１３とアクチュエータ１１６との距離の変更による磁気検出素子１１３の検出面１１３ａに加わる磁束密度の変化を示したものである。なお、従来技術のシミュレーション実験は、図６に示す本実施形態のシミュレーション実験と同一機器により磁束密度及び配置ずれを測定した。
【００３９】
図１４において、横軸に前記磁気検出素子１１３のＸ軸方向における配置ずれＸ’（mm）を示し、縦軸に磁気検出素子１１３の検出面１１３ａが検出する磁束密度（Ｔ）（テスラ）を示している。横軸において、磁気検出素子１１３のＸ軸方向の中心がハウジング１１２の軸心１２０と一致している際の磁気検出素子１１３の位置を基準である０mmとしている。そして、図１４の横軸におけるプラス値は、図１０における磁気検出素子１１３が対向面１１５ａ側へずれた際のずれ量を示している。また、図１４の横軸におけるマイナス値は、図１０における磁気検出素子１１３が対向面１１４ａ側へずれた際のずれ量を示している。
【００４０】
また、図１４において、特性線Ｌ１は、アクチュエータ１１６が非対向位置に位置する際の特性を示している。図１４において、特性線Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、アクチュエータ１１６が対向位置に位置する状態で、かつ磁気検出素子１１３とアクチュエータ１１６との距離Ｋ（図１０参照）がそれぞれ３．５mm、２．５mm、１．５mm、０．５mmの際の特性を示している。図１４に示すように、磁気検出素子１１３の配置ずれＸ’が、例えば±１mmや、±２mmの場合、配置ずれ０mmと比して磁束密度は大きく異なる。
【００４１】
従って、図６に示す特性線Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４は、図１４に示す特性線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に比して配置ずれによるバラツキがそれぞれ小さくなる。ところで、前記無接点スイッチ１１の構成において、コンパレータの閾値を０．０２７（Ｔ）に設定し、磁気検出素子１７と、対向位置に位置するアクチュエータ１３との距離Ｄ２が１．５mmなるように設定すると以下に示すような作用を奏する。即ち、この無接点スイッチ１１は、アクチュエータ１３が非対向位置に位置する際には図６に示す前記特性線Ｉ１の特性に相当し、アクチュエータ１３が対向位置に位置する際には図６に示す前記特性線Ｉ４の特性に相当する。このように構成すると、図６から分かるように無接点スイッチ１１は、磁気検出素子１７における配置ずれＸの値が±２mmとなってもなおＯＮ／ＯＦＦ検出を正確に行える。
【００４２】
一方、従来技術の無接点スイッチ１１１の構成において、コンパレータ１１７の閾値を０．０１６（Ｔ）に設定し、磁気検出素子１１３と、対向位置に位置するアクチュエータ１１６との距離Ｋが１．５mmなるように設定すると以下に示すような作用を奏する。即ち、この無接点スイッチ１１１は、アクチュエータ１１６が非対向位置に位置する際には図１４に示す前記特性線Ｌ１の特性に相当し、アクチュエータ１１６が対向位置に位置する際には図１４に示す前記特性線Ｌ４の特性に相当する。このように構成すると、図１４から分かるように無接点スイッチ１１１は、配置ずれＸ’の値が±０．６mm以上となると、アクチュエータ１１６が対向位置に位置していても非対向位置に位置していてもＯＦＦ信号しか出力せず、ＯＮ／ＯＦＦ検出を行うことができなくなってしまうという問題がある。
【００４３】
従って、本実施形態の無接点スイッチ１１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、周方向半々ずつがそれぞれＮ極及びＳ極としたリング状の磁石１６の円孔１６ａ内に磁気検出素子１７を配置した。そして、磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を近接離間させることによる、同円孔１６ａ内の磁束Ｍの方向の変化を磁気検出素子１７の検出面１７ａにて検出するようにした。そして、磁気検出素子１７は、検出した磁束密度の大きさに応じて検出信号を回路基板２０へ出力し、回路基板２０は、入力した検出信号に基づいてＯＮ信号またはＯＦＦ信号を出力するようにした。前記磁石１６はリング状とされているため、図３に示す磁石１６の円孔１６ａ内の磁束Ｍは、図１１に示す従来技術の無接点スイッチ１１１における磁束Ｚａに比して湾曲していない。そのため、磁気検出素子１７がＸ軸方向へ向けてずれて配置されても、磁気検出素子１７の検出面１７ａにかかる磁束Ｍの向きが変化することはほとんどない。従って、磁気検出素子１７と磁石１６との相対位置がずれていても磁気検出素子１７の検出面１７ａにかかる磁束密度のバラツキを少なくできる。また、本実施形態の無接点スイッチ１１は、従来技術の無接点スイッチ１１１に比して磁気検出素子を配置する位置がずれてもＯＮ／ＯＦＦ検出を好適に行うことができる。
【００４４】
（２）本実施形態では、磁石１６と磁気検出素子１７とをポッティング樹脂１９にて固定した。従って、磁石１６と磁気検出素子１７との相対位置を確実に維持することができる。
【００４５】
（３）本実施形態では、断面Ｌ字状をなすと共に銅板からなるリードフレーム１８を備え、同リードフレーム１８は、配置部１８ａと配置部１８ａに対して一体的に連結された導出部１８ｂとを備えた。リードフレーム１８の配置部１８ａに対して磁気検出素子１７を固定し、その配置部１８ａと磁気検出素子１７とを磁石１６の円孔１６ａ内に配置した。リードフレーム１８の導出部１８ｂは、前記円孔１６ａから導出するようにした。そして、リードフレーム１８と磁気検出素子１７と磁石１６とをポッティング樹脂１９にて固定した。従って、磁気検出素子１７をポッティング樹脂１９に埋設する際に、前記リードフレーム１８の上部（導出部１８ｂの上部）を固定しながら磁気検出素子１７をポッティング樹脂１９に埋設することにより、磁気検出素子１７の配置位置がずれることがない。
【００４６】
（４）本実施形態では、アクチュエータ１３をＸ軸方向へ向けて往復動可能に構成した。そして、磁気検出素子１７に対して、アクチュエータ１３を対向させたり非対向させたりすることにより、無接点スイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦ検出を実現させるようにした。従って、無接点スイッチ１１は、Ｘ軸方向へ向けて往復動する被検出体に対してアクチュエータ１３を固定することにより、その被検出体の往復動に基づいてＯＮ／ＯＦＦ検出を行うことができる。
【００４７】
（５）本実施形態では、円筒状をなすハウジング１５内に磁石１６、磁気検出素子１７、回路基板２０、及びリードフレーム１８を配置した。そして、ハウジング１５の外周には雄ネジ部１５ａを形成した。従って、図１に示すように、センサ取付部３０の雌ネジ孔３１に対して、無接点スイッチ１１の雄ネジ部１５ａをねじ込むことにより、そのセンサ取付部３０に対して無接点スイッチ１１を容易に固定することができる。
【００４８】
（６）本実施形態では、リードフレーム１８を銅にて形成した。従って、磁石１６の円孔１６ａ内の磁束Ｍの向きがリードフレーム１８により乱されることなく、磁気検出素子１７は磁束Ｍの向きを好適に検出することができる。
【００４９】
（７）本実施形態では、断面Ｌ字状をなすリードフレーム１８において、配置部１８ａの配置面Ｈ１に磁気検出素子１７を固定し、導出部１８ｂの配置面Ｈ２に回路基板２０を固定した。このリードフレーム１８は、折り曲げ形成する前である板状をなすリードフレーム１８の配置面Ｈ１，Ｈ２に対して、磁気検出素子１７及び回路基板２０をそれぞれ固定した後、リードフレーム１８を折り曲げて断面Ｌ字状に形成する。従って、板状をなすリードフレーム１８の一面側に対して磁気検出素子１７及び回路基板２０を固定した後、リードフレーム１８を断面Ｌ字状をなすように折り曲げることにより、リードフレーム１８に対する磁気検出素子１７及び回路基板２０の固定と、リードフレーム１８の形成とを容易に行うことができる。
（他の実施形態）
なお、上記実施形態は以下のような他の実施形態に変更して具体化してもよい。
【００５０】
・前記実施形態では、磁石１６の円孔１６ａは真円をなすように形成していたが、貫通孔である円孔１６ａを楕円をなすように形成してもよい。
・前記実施形態では、アクチュエータ１３を鋼鉄にて形成していたが、ニッケルや、コバルトなどの磁性体金属にて形成してもよい。
【００５１】
・前記実施形態では、リードフレーム１８を銅にて形成していたが、アルミニウム、銀、アンチモン、金などの非磁性体金属にて形成してもよい。
・前記実施形態では、ハウジング１５の外周に雄ネジ部１５ａを形成していたが、その雄ネジ部１５ａを省略してもよい。
【００５２】
・前記実施形態では、ハウジング１５を円筒状に形成していた。これに限らず、図７に示すように、ハウジング１５を四角筒状に形成し、そのハウジング１５内に前記磁石１６、磁気検出素子１７及び回路基板２０が固定されたリードフレーム１８を配置し、ポッティング樹脂１９を充填するようにしてもよい。この場合、ポッティング樹脂１９により、ハウジング１５と、磁石１６と、リードフレーム１８とが互いに固定される。
【００５３】
・前記実施形態では、ハウジング１５内に磁石１６及び磁気検出素子１７を配置し、ポッティング樹脂１９にて磁石１６と磁気検出素子１７とを固定していた。これに限らず、前記ハウジング１５を省略し、磁石１６と磁気検出素子１７とをポッティング樹脂１９にて固定するようにして無接点スイッチ１１を構成してもよい。
【００５４】
・前記実施形態では、ポッティング樹脂１９により磁気検出素子１７と磁石１６との相対位置を固定していた。これに限らず、保持手段としての接着剤により、磁気検出素子１７と磁石１６との相対位置を固定してもよい。また、保持手段としての図示しない固定部材を介して、磁気検出素子１７と磁石１６との相対位置を固定するようにしてもよい。
【００５５】
・前記実施形態では、アクチュエータ１３をＸ軸方向へ向けて往復動可能に構成することにより磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を近接離間自在とし、この結果、無接点スイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦ検出を実現させていた。これに限らず、磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を近接離間自在とすることができる動作をするのであれば、アクチュエータ１３をどのようにでも動作可能に構成してもよい。
【００５６】
・前記実施形態では、磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を対向させたり非対向とさせたりすることにより、無接点スイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦ検出を実現させていた。これに限らず、磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を常に対向させた状態とし、前記磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を近づけることにより近接状態とし、前記磁気検出素子１７に対してアクチュエータ１３を離れさせることにより離間状態とするように無接点スイッチ１１を構成してもよい。
【００５７】
・前記実施形態では、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ）からなる磁気検出素子１７を用いて無接点スイッチ１１を構成していた。これに限らず、図８に示すホール素子からなる磁気検出素子４０を用いて無接点スイッチ１１を構成してもよい。この場合、無接点スイッチ１１の磁気検出素子４０は、その検出面が前記境界面ｆ（図３参照）に対して平行となるように配置する。この場合、磁気検出素子４０及び磁石１６にて磁気センサＰが構成されている。このように構成しても、磁気検出素子１７を備えた無接点スイッチ１１と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００５８】
次に、上記実施形態及び他の実施形態から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記磁気センサにおいて、前記磁気検出素子、前記リードフレーム、及び前記磁石は、円筒状をなすハウジング内に設けられ、前記ハウジングの外周には雄ネジ部を備えていること。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、磁気検出素子と磁石との相対位置がずれていても磁気検出素子にかかる磁束密度のバラツキを少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態における無接点スイッチの正面図。
【図２】 本実施形態におけるねじ込み部の断面図。
【図３】 本実施形態におけるハウジング、磁石、磁気検出素子の配置関係を示す平面図。
【図４】 本実施形態における磁気検出素子に対してアクチュエータが離間した状態を示す説明図。
【図５】 本実施形態における磁気検出素子に対してアクチュエータが近接した状態を示す説明図。
【図６】 本実施形態における磁気検出素子の配置ずれと磁束密度との関係を示す特性図。
【図７】 他の実施形態における無接点スイッチの平面図。
【図８】 他の実施形態におけるねじ込み部の断面図。
【図９】 従来技術における有接点スイッチの部分断面正面図。
【図１０】 従来技術における無接点スイッチの部分断面正面図。
【図１１】 従来技術におけるハウジング、磁石、磁気検出素子の配置関係を示す平面図。
【図１２】 従来技術における磁気検出素子に対してアクチュエータが離間した状態を示す説明図。
【図１３】 従来技術における磁気検出素子に対してアクチュエータが近接した状態を示す説明図。
【図１４】 従来技術における磁気検出素子の配置ずれと磁束密度との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１１…無接点スイッチ、１３…アクチュエータ、１６…磁石、
１６ａ…貫通孔としての円孔、１７，４０…磁気検出素子、
１７ａ…検出面、１９…保持手段としてのポッティング樹脂、
１８…リードフレーム、１８ａ…配置部、１８ｂ…導出部、
Ｍ，Ｍａ…磁束、Ｏ…軸心、Ｐ…磁気センサ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic sensor and a contactless switch, and more particularly to a magnetic sensor and a contactless switch including a magnetic detection element that detects a change in magnetic flux density.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, it is known that a contact switch is provided in a vehicle shift device and detects whether or not a shift lever is located at a neutral position. In this contact switch, the main body of the contact switch is fixed to a housing that houses the base of the shift lever. The contact switch is configured such that when the shift lever is positioned at the neutral position, the switch provided on the main body is pressed by the shift lever itself or an actuator attached to the shift lever. As examples of such a contact switch, those of Patent Document 1 and a plunger contact switch as shown in FIG. 9 are known. That is, the plunger-type contact switch 101 includes a plunger (switch portion) 103 that protrudes from the main body portion 102. The plunger 103 is configured to turn on the opposing contact 105 in the main body 102 by being pressed by the actuator 104 moving in the arrow A direction and retracted into the main body 102 (moving in the arrow B direction). ing.
[0003]
By the way, when the actuator 104 retracts the plunger 103 into the main body 102, the operation is performed against the urging force of the urging spring 106 that urges the plunger 103 in the protruding direction. A contactless switch has been proposed for mitigation.
[0004]
10 to 14 show examples of contactless switches. As shown in FIG. 10, the non-contact switch 111 includes a cylindrical housing 112, a magnetic detection element 113 made of GMR (giant magnetoresistive element), and a pair of magnets that apply a bias magnetic field to the magnetic detection element 113. 114, 115. The pair of magnets 114 and 115 are fixed to the inner peripheral surface of the housing 112 so as to face each other. In both the magnets 114 and 115, the opposing surfaces 114a and 115a facing each other are parallel to each other. A magnetic sensor G is composed of the magnetic detection element 113 and a pair of magnets 114 and 115.
[0005]
Hereinafter, as shown in FIG. 11, the opposing directions of the magnets 114 and 115 are referred to as the X-axis direction, and the direction orthogonal to the X-axis direction is referred to as the Y-axis direction.
By the way, as shown in FIG.10 and FIG.11, both said magnets 114 and 115 are each provided with the upper surface, the lower surface, and two side surfaces. In the magnets 114 and 115, the first side surface is the facing surfaces 114a and 115a, and the second side surface is the curved surfaces 114b and 115b formed along the inner peripheral surface of the housing 112. That is, as shown in FIG. 11, the magnets 114 and 115 are formed so that the thickness decreases from the center to both sides in the Y-axis direction.
[0006]
As shown in FIG. 10, the magnet 114 has an N-pole on the upper half and an S-pole on the lower half, and the magnet 115 has an S-pole on the upper half and an N-pole on the lower half. The magnetism detecting element 113 is disposed between the magnets 114 and 115, and the magnetism detecting element 113 is fixed to the housing 112 by a fixing member (not shown). The magnetic detection element 113 is disposed so as to be slightly above the lower surface of the housing 112 (for example, 0.5 mm).
[0007]
The magnetic flux Z present between the magnets 114 and 115 depends on whether the actuator 116 made of a magnetic material faces the magnetic detection element 113 (see FIG. 13) or non-oppose (see FIG. 12). The magnetic flux density applied to the detection surface 113a of the magnetic detection element 113 also changes.
[0008]
Thus, depending on whether the actuator 116 faces the magnetic detection element 113 or not, the magnetic detection element 113 outputs a detection signal corresponding to the magnitude of the magnetic flux density to the comparator 117. The comparator 117 compares the detection signal with a predetermined threshold value and outputs an ON / OFF signal.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-9-97549 (paragraph number “0010”, FIG. 2)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 11 is a diagram showing the direction of the magnetic flux Z existing between the magnets 114 and 115 when the actuator 116 is located at both the opposing position and the non-facing position. As shown in FIG. 11, the contactless switch 111 has a magnetic flux Z (hereinafter referred to as a magnetic flux Za) emitted from the facing surface 114 a of the magnet 114 to the facing surface 115 a of the magnet 115. Few magnetic fluxes Za are emitted linearly from the facing surface 114a toward the facing surface 115a, and most of them are emitted in a curved manner. In particular, the magnetic fluxes Za emitted from both ends of the magnets 114 and 115 in the Y-axis direction are so curved that they are emitted.
[0011]
FIG. 12 is a diagram showing a state where the actuator 116 is separated from the magnetic detection element 113, that is, a state where the actuator 116 is located at a non-opposing position. As shown in FIG. 12, the magnetic flux Z (hereinafter referred to as magnetic flux Zb) that passes between the magnets 114 and 115 from the upper surface of the magnet 114 toward the lower surface of the magnet 114, or between the magnets 114 and 115 from the lower surface of the magnet 115. And a magnetic flux Z (hereinafter referred to as a magnetic flux Zc) that passes through the upper surface of the magnet 115. Further, as shown in FIG. 12, the magnetic flux Z (hereinafter referred to as magnetic flux Zd) that enters between the magnets 114 and 115 from the upper surface of the magnet 114 and moves toward the upper surface of the magnet 115, or the both magnets 114 and 115 from the lower surface of the magnet 115. There is also a magnetic flux Z (hereinafter referred to as a magnetic flux Ze) that goes in between and moves toward the lower surface of the magnet 114. Thus, in the “non-opposing state” with the actuator, the magnetic flux Za shown in FIG. 11 and the magnetic fluxes Zb, Zc, Zd, Ze shown in FIG.
[0012]
On the other hand, FIG. 13 is a view showing a state in which the actuator 116 is close to the magnetic detection element 113, that is, a state in which the actuator 116 is located at the opposing position. As shown in FIG. 13, the magnetic flux Z (hereinafter referred to as magnetic flux Zf) emitted from the facing surface 114 a of the magnet 114 is curved so as to approach the actuator 116 and travels toward the facing surface 115 a of the magnet 115. In the facing surface 114 a, the magnetic flux Zf emitted from a portion closer to the actuator 116 is curved than the magnetic flux Zf emitted from a portion farther from the actuator 116. A part of the magnetic flux Zf passes through the actuator 116. Thus, in the “opposing state”, the magnetic flux Za shown in FIG. 11 and the magnetic flux Zf shown in FIG. 13 exist between the magnets 114 and 115.
[0013]
As described above, since magnetic fluxes in various directions are generated between the magnets 114 and 115, if the position where the magnetic detection element 113 is arranged is shifted with respect to the two magnets 114 and 115, There has been a problem that the magnitude of the magnetic flux density applied to the detection surface 113a changes significantly.
[0014]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a magnetic sensor capable of reducing variation in magnetic flux density applied to the magnetic detection element even when the relative position between the magnetic detection element and the magnet is shifted. It is to provide a contact switch.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that each of the half halves in the circumferential direction has an N-pole and an S-pole, respectively, and a ring-shaped magnet having a through-hole, and in the through-hole of the magnet And a magnetic detection element that outputs a detection signal corresponding to the magnitude of the magnetic flux density to be detected.And a holding means for holding a separation distance between the magnet and the magnetic detection element, wherein the magnetic detection element includes a detection surface arranged so as to be orthogonal to an axis of the magnet, and A lead frame made of a non-magnetic material to which the detection element is fixed, the lead frame including an arrangement part for arranging the magnetic detection element and a lead-out part integrally connected to the arrangement part; The lead-out portion is led out from the through-hole of the magnet, and the lead frame, the magnetic detection element, and the magnet are held at a separation distance by the holding means.This is the gist.
[0017]
  Claim2The invention described in claim1The gist of the magnetic sensor according to the present invention is provided with binarization means for inputting the detection signal from the magnetic detection element and binarizing the detection signal.
[0018]
  Claim3The invention described in claim 1Or claim 2And an actuator that is provided so as to be able to move close to and away from the magnetic detection element and causes a change in the magnetic flux density in the through hole by the close and separate operation.
[0019]
  Claim4The invention described in claim3The non-contact switch according to claim 1, wherein the actuator is movable with respect to the magnetic detection element so as to be movable between a facing position where the actuator faces and a non-facing position where the actuator does not face. The gist is that it can be moved close to and away from.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, one embodiment of a magnetic sensor and a non-contact switch embodying the present invention will be described with reference to FIGS.
[0021]
As shown in FIG. 1, the contactless switch 11 of this embodiment includes a main body 12 having a screwed portion 12a and a steel actuator facing the tip of the screwed portion 12a (the lower end of the screwed portion 12a in FIG. 1). 13.
[0022]
The steel is a magnetic body, and in this specification, the magnetic body refers to a ferromagnetic body.
The main body portion 12 includes the screwed portion 12a and a nut portion 12b. The nut portion 12b is for screwing the screwed portion 12a into the screwed portion using a spanner or the like. In FIG. 1, the screwed portion 12 a of the main body portion 12 is screwed and fixed into the female screw hole 31 of the sensor mounting portion 30.
[0023]
As shown in FIG. 2, the screwed portion 12 a includes a cylindrical housing 15, a ring-shaped magnet 16, a magnetic detection element 17, a lead frame 18, and a circuit board 20. The magnetic detection element 17 includes a GMR (giant magnetoresistive element) on the detection surface 17a. The magnet 16 applies a bias magnetic field to the magnetic detection element 17. The magnet 16 and the magnetic detection element 17 constitute a magnetic sensor P. The circuit board 20 is provided with a comparator as binarization means. The housing 15 is made of steel, and a male screw portion 15a is formed on the outer periphery thereof. In the housing 15, an outer peripheral surface of the magnet 16 is fixed to an inner peripheral surface of the housing 15 at an end portion (hereinafter referred to as a lower end portion) facing the actuator 13.
[0024]
As shown in FIGS. 2 and 3, the magnet 16 is provided with a circular hole 16a that forms a perfect circle as a through hole by being ring-shaped. And S pole. In FIG. 3, for convenience of explanation, illustration of the lead frame 18, potting resin 19, which will be described later, and the circuit board 20 is omitted. 2 to 5, the left half of the magnet 16 is an N pole and the right half is an S pole. Hereinafter, the boundary surface between the N pole and the S pole in the magnet 16 shown in FIG. 3 is referred to as a boundary surface f. In the circular hole 16a of the magnet 16, the magnetic flux M generated from the N-pole part to the S-pole part of the magnet 16 is orthogonal to the boundary surface f and is in a substantially straight state.
[0025]
As shown in FIG. 2, a lead frame 18 to which the magnetic detection element 17 and the circuit board 20 are fixed is embedded in the housing 15 with a potting resin 19 as a holding means. That is, the magnetic detection element 17, the circuit board 20, and the lead frame 18 are fixed to the housing 15 via the potting resin 19. The potting resin 19 maintains a separation distance between the magnetic detection element 17 and the magnet 16. The potting resin 19 is, for example, a two-component mixed curable resin such as an epoxy resin or a urethane resin, and has an insulating property. The upper portion of the lead frame 18 is not embedded in the potting resin 19. As shown in FIG. 2, the lower end surface (tip surface) of the housing 15, the lower end surface of the magnet 16, and the lower end surface of the potting resin 19 are flush with each other.
[0026]
The lead frame 18 is formed to have an L-shaped cross section, and the lead frame 18 includes a placement portion 18a and a lead-out portion 18b integrally connected to one end of the placement portion 18a. . The arrangement portion 18a and the lead-out portion 18b are formed to be orthogonal to each other. The placement portion 18a includes a placement surface H1 that can face the actuator 13, and the lead-out portion 18b includes a placement surface H2. The lead frame 18 is formed such that a copper plate having a plate shape is bent to have an L-shaped cross section, and before the lead frame 18 is bent, the arrangement surface H1 of the arrangement portion 18a and the lead-out portion are formed. The arrangement surface H2 of 18b is the same surface.
[0027]
Copper is a non-magnetic material, and in this specification, the non-magnetic material means a paramagnetic material and a diamagnetic material.
As shown in FIG. 2, the magnetic detection element 17 is fixed to the arrangement surface H <b> 1 of the arrangement portion 18 a, and the arrangement portion 18 a and the magnetic detection element 17 are arranged in a circular hole 16 a of the magnet 16. Yes. The detection surface 17a of the magnetic detection element 17 is disposed so as to be orthogonal to the axis O of the magnet 16, and the center of the detection surface 17a in the X-axis direction coincides with the axis O of the magnet 16. Is arranged.
[0028]
The X-axis direction here means a direction orthogonal to the axis O. In the present embodiment, the X-axis direction is the left-right direction in FIG.
A distance D1 between the detection surface 17a and the lower end surface of the potting resin 19 is 0.5 mm. The magnetic detection element 17 is configured to detect a magnetic flux density on the detection surface 17a and output a detection signal corresponding to the magnitude of the magnetic flux density. The lead-out portion 18b is led out from the circular hole 16a on the upper side (the base end side in the screw-in portion 12a) from the center. The circuit board 20 is fixed to the arrangement surface H2 of the portion led out from the circular hole 16a in the lead-out portion 18b. The comparator provided on the circuit board 20 is electrically connected to the magnetic detection element 17 and is configured to process a detection signal output from the magnetic detection element 17. The actuator 13 is configured to reciprocate in the X-axis direction. Hereinafter, the position at which the actuator 13 is opposed to the detection surface 17a of the magnetic detection element 17 by the reciprocation of the actuator 13 is referred to as an opposed position (see FIG. 5). A position when the actuator 13 does not face the detection surface 17a of the magnetic detection element 17 due to the reciprocating motion of the actuator 13 is referred to as a non-opposing position (see FIG. 4).
[0029]
As shown in FIG. 5, when the actuator 13 is located at the opposing position, a part of the magnetic flux is absorbed by the actuator 13. Therefore, when the actuator 13 is located at the facing position (see FIG. 5) and when it is located at the non-facing position (see FIG. 4), the former is on the detection surface 17a of the magnetic detection element 17. The magnitude of the magnetic flux density is reduced.
[0030]
The comparator is configured to output an ON signal when a detection signal corresponding to a magnetic flux density less than a threshold value is input, and to output an OFF signal when a detection signal corresponding to a magnetic flux density equal to or higher than the threshold value is input. That is, the comparator binarizes the detection signal input from the magnetic detection element 17.
[0031]
More specifically, when the actuator 13 is located at the opposing position, the comparator is configured to output an ON signal when a detection signal is input from the magnetic detection element 17. When the actuator 13 is located at the non-opposing position, the comparator is configured to output an OFF signal when a detection signal is input from the magnetic detection element 17.
[0032]
Next, the operation of the contactless switch 11 configured as in the present embodiment will be described.
FIG. 3 is a diagram showing the direction of the magnetic flux M in the circular hole 16a when the actuator 13 is located at both the opposing position and the non-facing position. As shown in FIG. 3, in the circular hole 16a of the magnet 16, the magnetic flux M generated from the north pole portion of the magnet 16 toward the south pole portion is the two magnets 114 in the contactless switch 111 of the prior art shown in FIG. , 115 are not curved as compared with the magnetic flux Za generated in cooperation.
[0033]
FIG. 4 is a view showing a state where the actuator 13 is separated from the magnetic detection element 17, that is, a state where the actuator 13 is located at a non-opposing position. 4 and FIG. 5 to be described later, the housing 15, the lead frame 18, the potting resin 19, and the circuit board 20 are not shown for convenience of explanation. As shown in FIG. 4, in the circular hole 16a of the magnet 16 of the present embodiment, a plurality of magnetic fluxes M generated from the N-pole part to the S-pole part of the magnet 16 are non-contact points of the prior art shown in FIG. Compared with the magnetic fluxes Zb, Zc, Zd, Ze generated by the two magnets 114, 115 in the switch 111 in cooperation with each other, there is no disturbance. That is, as shown in FIG. 4, in the magnet 16 of the present embodiment, the plurality of magnetic fluxes M in the circular holes 16 a are from the N pole portion of the magnet 16 so as to be orthogonal to the boundary surface f (see FIG. 3). It is emitted to the S pole part.
[0034]
On the other hand, FIG. 5 is a diagram showing a state in which the actuator 13 is close to the magnetic detection element 17, that is, a state in which the actuator 13 is located at the opposing position. As shown in FIG. 5, among the plurality of magnetic fluxes M, a magnetic flux M close to the actuator 13 side (hereinafter referred to as a magnetic flux Ma) is emitted from the N pole portion of the magnet 16 in the circular hole 16 a of the magnet 16 of this embodiment. Then, it curves so as to approach the actuator 13 and reaches the S pole part of the magnet 16. Further, the magnetic flux Ma is absorbed by the actuator 13 to form a magnetic path.
[0035]
Next, a comparison between the magnetic sensor P of the contactless switch 11 and the magnetic sensor G of the contactless switch 111 in the prior art will be described with reference to FIGS. 6 is data of a simulation experiment (experiment by numerical analysis) of the contactless switch 11 (magnetic sensor P), and FIG. 14 is a simulation experiment (experiment by numerical analysis) of the contactless switch 111 (magnetic sensor G). It is data.
[0036]
FIG. 6 shows changes in the magnetic flux density applied to the detection surface 17a of the magnetic detection element 17 by changing the arrangement position of the magnetic detection element 17 and changing the distance between the magnetic detection element 17 and the actuator 13 in the contactless switch 11. It is measured. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the displacement X (mm) in the X-axis direction of the magnetic detection element 17, and the vertical axis indicates the magnetic flux density (T) (Tesla) detected by the detection surface 17a of the magnetic detection element 17. Yes. On the horizontal axis, the position of the magnetic detection element 17 when the center of the magnetic detection element 17 in the X-axis direction coincides with the axis O of the magnet 16 is set to 0 mm as a reference.
[0037]
The plus value on the horizontal axis in FIG. 6 indicates the shift amount when the magnetic detection element 17 in FIG. 2 is shifted to the south pole side of the magnet 16. Further, the minus value on the horizontal axis of FIG. 6 indicates the amount of shift when the magnetic detection element 17 in FIG. 6 is shifted to the N pole side of the magnet 16. In FIG. 6, a characteristic line I1 indicates a characteristic when the actuator 13 is located at a non-opposing position. In FIG. 6, characteristic lines I2, I3, I4, and I5 indicate that the actuator 13 is located at the opposite position and the distance D2 (see FIG. 2) between the magnetic detection element 17 and the actuator 13 is 3.5 mm, 2 The characteristics at 5 mm, 1.5 mm, and 0.5 mm are shown. As shown in FIG. 6, even if the displacement X of the magnetic detection element 17 is, for example, ± 1 mm or ± 2 mm, the magnetic flux density is not significantly different from the displacement 0 mm.
[0038]
On the other hand, FIG. 14 shows a magnetic flux applied to the detection surface 113a of the magnetic detection element 113 by changing the arrangement position of the magnetic detection element 113 and changing the distance between the magnetic detection element 113 and the actuator 116 in the conventional contactless switch 111. It shows the change in density. In the simulation experiment of the prior art, the magnetic flux density and the displacement were measured using the same equipment as the simulation experiment of the present embodiment shown in FIG.
[0039]
In FIG. 14, the horizontal axis indicates the displacement X ′ (mm) in the X-axis direction of the magnetic detection element 113, and the vertical axis indicates the magnetic flux density (T) (Tesla) detected by the detection surface 113a of the magnetic detection element 113. Show. On the horizontal axis, the position of the magnetic detection element 113 when the center in the X-axis direction of the magnetic detection element 113 coincides with the axis 120 of the housing 112 is set to 0 mm as a reference. The plus value on the horizontal axis in FIG. 14 indicates the amount of deviation when the magnetic detection element 113 in FIG. 10 is displaced toward the facing surface 115a. Further, the minus value on the horizontal axis in FIG. 14 indicates the amount of deviation when the magnetic detection element 113 in FIG. 10 is displaced toward the facing surface 114a.
[0040]
In FIG. 14, a characteristic line L1 indicates a characteristic when the actuator 116 is located at a non-opposing position. In FIG. 14, characteristic lines L2, L3, L4, and L5 indicate that the actuator 116 is located at the opposite position and the distance K (see FIG. 10) between the magnetic detection element 113 and the actuator 116 is 3.5 mm, 2 The characteristics at 5 mm, 1.5 mm, and 0.5 mm are shown. As shown in FIG. 14, when the displacement X ′ of the magnetic detection element 113 is, for example, ± 1 mm or ± 2 mm, the magnetic flux density is greatly different from that of the displacement of 0 mm.
[0041]
Therefore, the characteristic lines I1, I2, I3, and I4 shown in FIG. 6 have smaller variations due to misalignment than the characteristic lines L1, L2, L3, and L4 shown in FIG. By the way, in the configuration of the contactless switch 11, the threshold value of the comparator is set to 0.027 (T), and the distance D2 between the magnetic detection element 17 and the actuator 13 located at the opposite position is set to 1.5 mm. Then, the following effects are exhibited. That is, the contactless switch 11 corresponds to the characteristic of the characteristic line I1 shown in FIG. 6 when the actuator 13 is located at the non-opposing position, and is shown in FIG. 6 when the actuator 13 is located at the opposing position. This corresponds to the characteristic of the characteristic line I4. With this configuration, as can be seen from FIG. 6, the contactless switch 11 can still accurately detect ON / OFF even when the value of the displacement X in the magnetic detection element 17 is ± 2 mm.
[0042]
On the other hand, in the configuration of the conventional contactless switch 111, the threshold value of the comparator 117 is set to 0.016 (T), and the distance K between the magnetic detection element 113 and the actuator 116 located at the opposite position is 1.5 mm. When set in this way, the following effects are obtained. That is, the contactless switch 111 corresponds to the characteristic of the characteristic line L1 shown in FIG. 14 when the actuator 116 is located at the non-opposing position, and is shown in FIG. 14 when the actuator 116 is located at the opposing position. This corresponds to the characteristic line L4. With this configuration, as can be seen from FIG. 14, the non-contact switch 111 is positioned at the non-opposing position even when the actuator 116 is positioned at the opposing position when the value of the displacement X ′ is ± 0.6 mm or more. However, there is a problem that only the OFF signal is output, and the ON / OFF detection cannot be performed.
[0043]
Therefore, according to the contactless switch 11 of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, the magnetic detection element 17 is disposed in the circular hole 16a of the ring-shaped magnet 16 in which each half in the circumferential direction has an N pole and an S pole. A change in the direction of the magnetic flux M in the circular hole 16a due to the actuator 13 being moved closer to and away from the magnetic detection element 17 is detected on the detection surface 17a of the magnetic detection element 17. The magnetic detection element 17 outputs a detection signal to the circuit board 20 in accordance with the detected magnetic flux density, and the circuit board 20 outputs an ON signal or an OFF signal based on the input detection signal. did. Since the magnet 16 has a ring shape, the magnetic flux M in the circular hole 16a of the magnet 16 shown in FIG. 3 is not curved compared to the magnetic flux Za in the conventional contactless switch 111 shown in FIG. . For this reason, even if the magnetic detection element 17 is displaced in the X-axis direction, the direction of the magnetic flux M applied to the detection surface 17a of the magnetic detection element 17 hardly changes. Therefore, even if the relative position between the magnetic detection element 17 and the magnet 16 is shifted, variation in magnetic flux density applied to the detection surface 17a of the magnetic detection element 17 can be reduced. In addition, the contactless switch 11 of the present embodiment can suitably perform ON / OFF detection even when the position where the magnetic detection element is disposed is deviated compared to the contactless switch 111 of the prior art.
[0044]
(2) In the present embodiment, the magnet 16 and the magnetic detection element 17 are fixed by the potting resin 19. Therefore, the relative position between the magnet 16 and the magnetic detection element 17 can be reliably maintained.
[0045]
(3) In the present embodiment, the lead frame 18 having an L-shaped cross section and made of a copper plate is provided, and the lead frame 18 includes a lead portion 18b integrally connected to the placement portion 18a and the placement portion 18a. Equipped with. The magnetic detection element 17 was fixed to the arrangement portion 18 a of the lead frame 18, and the arrangement portion 18 a and the magnetic detection element 17 were arranged in the circular hole 16 a of the magnet 16. The lead-out portion 18b of the lead frame 18 is led out from the circular hole 16a. Then, the lead frame 18, the magnetic detection element 17, and the magnet 16 were fixed with a potting resin 19. Accordingly, when the magnetic detection element 17 is embedded in the potting resin 19, the magnetic detection element 17 is embedded in the potting resin 19 while fixing the upper portion of the lead frame 18 (the upper portion of the lead-out portion 18b). The arrangement position of 17 does not shift.
[0046]
(4) In this embodiment, the actuator 13 is configured to be capable of reciprocating in the X-axis direction. And the ON / OFF detection of the non-contact switch 11 is realized by making the actuator 13 face or not face the magnetic detection element 17. Therefore, the contactless switch 11 can detect ON / OFF based on the reciprocation of the detected object by fixing the actuator 13 to the detected object that reciprocates in the X-axis direction. .
[0047]
(5) In this embodiment, the magnet 16, the magnetic detection element 17, the circuit board 20, and the lead frame 18 are arranged in the cylindrical housing 15. A male screw portion 15 a is formed on the outer periphery of the housing 15. Therefore, as shown in FIG. 1, the non-contact switch 11 can be easily attached to the sensor mounting portion 30 by screwing the male screw portion 15 a of the non-contact switch 11 into the female screw hole 31 of the sensor mounting portion 30. Can be fixed to.
[0048]
(6) In this embodiment, the lead frame 18 is made of copper. Therefore, the direction of the magnetic flux M in the circular hole 16 a of the magnet 16 is not disturbed by the lead frame 18, and the magnetic detection element 17 can preferably detect the direction of the magnetic flux M.
[0049]
(7) In the present embodiment, in the lead frame 18 having an L-shaped cross section, the magnetic detection element 17 is fixed to the arrangement surface H1 of the arrangement portion 18a, and the circuit board 20 is fixed to the arrangement surface H2 of the lead-out portion 18b. The lead frame 18 is formed by fixing the magnetic detection element 17 and the circuit board 20 to the arrangement surfaces H1 and H2 of the plate-like lead frame 18 before being bent, and then bending the lead frame 18 to obtain a cross section. It is formed in an L shape. Therefore, after the magnetic detection element 17 and the circuit board 20 are fixed to one surface side of the lead frame 18 having a plate shape, the lead frame 18 is bent so as to have an L-shaped cross section, whereby the magnetic detection for the lead frame 18 is performed. The element 17 and the circuit board 20 can be fixed and the lead frame 18 can be easily formed.
(Other embodiments)
The embodiment described above may be embodied by changing to the following other embodiments.
[0050]
In the above embodiment, the circular hole 16a of the magnet 16 is formed to form a perfect circle, but the circular hole 16a that is a through hole may be formed to form an ellipse.
In the above embodiment, the actuator 13 is made of steel, but may be made of a magnetic metal such as nickel or cobalt.
[0051]
In the above embodiment, the lead frame 18 is formed of copper, but may be formed of a nonmagnetic metal such as aluminum, silver, antimony, or gold.
In the above embodiment, the male screw portion 15a is formed on the outer periphery of the housing 15, but the male screw portion 15a may be omitted.
[0052]
In the embodiment, the housing 15 is formed in a cylindrical shape. Not limited to this, as shown in FIG. 7, the housing 15 is formed in a rectangular tube shape, and the lead frame 18 to which the magnet 16, the magnetic detection element 17, and the circuit board 20 are fixed is disposed in the housing 15. The potting resin 19 may be filled. In this case, the housing 15, the magnet 16, and the lead frame 18 are fixed to each other by the potting resin 19.
[0053]
In the above embodiment, the magnet 16 and the magnetic detection element 17 are disposed in the housing 15, and the magnet 16 and the magnetic detection element 17 are fixed by the potting resin 19. However, the contactless switch 11 may be configured by omitting the housing 15 and fixing the magnet 16 and the magnetic detection element 17 with the potting resin 19.
[0054]
In the embodiment, the relative position between the magnetic detection element 17 and the magnet 16 is fixed by the potting resin 19. However, the relative position between the magnetic detection element 17 and the magnet 16 may be fixed by an adhesive as a holding unit. Further, the relative position between the magnetic detection element 17 and the magnet 16 may be fixed through a fixing member (not shown) as a holding unit.
[0055]
In the above-described embodiment, the actuator 13 can be moved back and forth in the X-axis direction so that the actuator 13 can be moved close to and away from the magnetic detection element 17, and as a result, ON / OFF detection of the contactless switch 11 can be performed. Was realized. However, the present invention is not limited to this, and the actuator 13 may be configured to be operable in any way as long as the actuator 13 can be moved toward and away from the magnetic detection element 17.
[0056]
In the above embodiment, the ON / OFF detection of the contactless switch 11 is realized by making the actuator 13 face or not face the magnetic detection element 17. However, the present invention is not limited to this, and the actuator 13 is always opposed to the magnetic detection element 17. The contactless switch 11 may be configured to be in a separated state by separating the.
[0057]
In the above-described embodiment, the contactless switch 11 is configured using the magnetic detection element 17 composed of a giant magnetoresistive element (GMR). However, the contactless switch 11 may be configured by using the magnetic detection element 40 including the Hall element shown in FIG. In this case, the magnetic detection element 40 of the contactless switch 11 is arranged so that its detection surface is parallel to the boundary surface f (see FIG. 3). In this case, the magnetic sensor P is constituted by the magnetic detection element 40 and the magnet 16. Even if comprised in this way, the effect | action and effect similar to the non-contact switch 11 provided with the magnetic detection element 17 can be acquired.
[0058]
  Next, the technical idea that can be grasped from the above embodiment and other embodiments will be described below.
  (I)In the magnetic sensor,The magnetic detection element, the lead frame, and the magnet are provided in a cylindrical housing, and a male screw portion is provided on an outer periphery of the housing.When.
[0059]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, variation in magnetic flux density applied to the magnetic detection element can be reduced even if the relative position between the magnetic detection element and the magnet is shifted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a contactless switch according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a screwed portion in the present embodiment.
FIG. 3 is a plan view showing a positional relationship among a housing, a magnet, and a magnetic detection element in the present embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state where an actuator is separated from a magnetic detection element in the present embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which an actuator is close to the magnetic detection element in the present embodiment.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the displacement of the magnetic detection elements and the magnetic flux density in the present embodiment.
FIG. 7 is a plan view of a contactless switch according to another embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a screwed portion according to another embodiment.
FIG. 9 is a partial cross-sectional front view of a contact switch in the prior art.
FIG. 10 is a partial cross-sectional front view of a contactless switch in the prior art.
FIG. 11 is a plan view showing a positional relationship among a housing, a magnet, and a magnetic detection element in the prior art.
FIG. 12 is an explanatory view showing a state in which the actuator is separated from the magnetic detection element in the prior art.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a state in which an actuator is close to a magnetic detection element in the prior art.
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the displacement of the magnetic detection element and the magnetic flux density in the prior art.
[Explanation of symbols]
11 ... contactless switch, 13 ... actuator, 16 ... magnet,
16a ... a circular hole as a through hole, 17, 40 ... a magnetic detection element,
17a ... detection surface, 19 ... potting resin as holding means,
18 ... lead frame, 18a ... arrangement part, 18b ... leading part,
M, Ma ... magnetic flux, O ... axis, P ... magnetic sensor.

Claims (4)

周方向半々ずつがそれぞれＮ極及びＳ極とされると共に貫通孔を有するリング状の磁石と、
前記磁石の前記貫通孔内に配置されると共に検出する磁束密度の大きさに応じた検出信号を出力する磁気検出素子と
を備え、
さらに、前記磁石と前記磁気検出素子との離間距離を保持する保持手段を備え、
前記磁気検出素子は、前記磁石の軸心に対して直交するように配置された検出面を備え、
前記磁気検出素子を固定した非磁性体からなるリードフレームを備え、
前記リードフレームは前記磁気検出素子を配置する配置部と、前記配置部に対して一体的に連結された導出部とを備え、
前記配置部は前記貫通孔内に配置され、
前記導出部は前記磁石の前記貫通孔から導出され、
前記リードフレームと前記磁気検出素子と前記磁石とが前記保持手段にて離間距離を保持されていることを特徴とする磁気センサ。Ring-shaped magnets each having half a circumferential direction as a north pole and a south pole and having a through hole;
A magnetic detection element that is disposed in the through hole of the magnet and outputs a detection signal corresponding to the magnitude of the magnetic flux density to be detected ;
Furthermore, the holding means for holding a separation distance between the magnet and the magnetic detection element,
The magnetic detection element comprises a detection surface arranged to be orthogonal to the axis of the magnet,
A lead frame made of a non-magnetic material to which the magnetic detection element is fixed,
The lead frame includes an arrangement part for arranging the magnetic detection element, and a lead-out part integrally connected to the arrangement part,
The arrangement portion is arranged in the through hole,
The lead-out portion is led out from the through-hole of the magnet;
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the lead frame, the magnetic detection element, and the magnet are held apart by the holding means . 前記磁気検出素子から前記検出信号を入力すると共にその検出信号を二値化する二値化手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。  The magnetic sensor according to claim 1, further comprising: binarizing means for inputting the detection signal from the magnetic detection element and binarizing the detection signal. 請求項１又は請求項２に記載の磁気センサと、  The magnetic sensor according to claim 1 or 2,
前記磁気検出素子に対して、近接離間自在に設けられてその近接離間動作により前記貫通孔内の磁束密度の変化を生じさせるアクチュエータと  An actuator which is provided so as to be able to move close to and away from the magnetic detection element, and causes a change in magnetic flux density in the through hole by the close and separate operation;
を備えたことを特徴とする無接点スイッチ。A contactless switch characterized by comprising: 前記磁気検出素子に対して前記アクチュエータが対向する対向位置と対向しない非対向位置との間を移動可能に設けられることにより、前記磁気検出素子に対して前記アクチュエータが近接離間自在とされていることを特徴とする請求項３に記載の無接点スイッチ。  The actuator can be moved close to and away from the magnetic detection element by being provided so as to be movable between an opposing position where the actuator is opposed to the magnetic detection element and a non-opposing position where the actuator is not opposed. The contactless switch according to claim 3.
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