JP5535858B2

JP5535858B2 - 近接スイッチ

Info

Publication number: JP5535858B2
Application number: JP2010220735A
Authority: JP
Inventors: 文浩鈴木
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: JP2012079424A

Description

本発明は、被検出体の接近の有無を検知する近接スイッチに関する。

周知のように、手動変速機を搭載した車両には、運転者による操作レバーの操作に基づいて変速機のギヤ段を変更するシフト装置が配置されている。

従来、この種のシフト装置には、車両の各種制御を実行するために、操作レバーの操作位置がニュートラル位置であるか否かを検出するためのニュートラル検出スイッチを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

ニュートラル検出スイッチは、操作レバーのニュートラル位置への操作によるシャフトの回転によってその被検出部が対向する検出部、及びこの検出部を樹脂封止するパッケージを有するパッケージスイッチによって形成されている。

検出部は、被検出部の回転位置によって変化する磁界を形成するマグネット、及びマグネットによる磁界の変化を検出する一対の磁気センサを有している。

マグネットは、３方に開口する凹部を有する断面コ字状の磁石によって形成されている。一対の磁気センサは、センサ実装用の基板上に互いに並列して配置され、センサ実装用の基板の一部と共に樹脂封止してなるパッケージセンサによって形成されている。パッケージセンサは、その一部がマグネットの凹部内に収容されている。

パッケージは、外周面にねじ部を有し、このねじ部を介してシフト装置（変速機）のケースに取り付けられ、全体が円柱状のプラスチックによって形成されている。

シャフトは、検出部側に突出する被検出部としての凸部を有し、操作レバーの操作によって回転・移動する磁性部材によって形成されている。

そして、ニュートラル検出スイッチは、操作レバーの操作によって凸部が回転すると、マグネットにより形成される磁界が検出部と凸部との間の距離の変化によって変化するため、この変化に基づいて操作レバーの操作位置がニュートラル位置であるか否かを検出するように構成されている。

以上の構成により、操作レバーの操作位置がニュートラル位置である場合には凸部が検出部の中立位置に対向する位置となるため、操作レバーの操作位置がニュートラル位置である旨が検出される。

一方、操作レバーの操作位置がニュートラル位置以外の位置である場合には凸部が検出部の中立位置に対向しない位置となるため、操作レバーの操作位置がニュートラル位置でない旨が検出される。

特開２００９−２０６０５８号公報

しかし、従来の近接スイッチによると、二重系の出力を得るためには複数のスイッチを必要とする。この結果、部品点数が嵩み、コスト高になるばかりか、スイッチ全体が大型・重量化するという問題があった。

従って、本発明の目的は、二重系の出力を得る場合において、部品点数を削減することができ、もってコストの低廉化及びスイッチ全体の小型・軽量化を図ることができる近接スイッチを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、（１）〜（４）の近接スイッチを提供する。

（１）磁性材からなる移動体としての被検出部を検出する検出部を備えた近接スイッチであって、前記検出部は、前記被検出部の移動位置によって変化する磁界を形成する断面コ字状のマグネット、及び前記磁界の変化を独立して検出する複数の磁気センサ部を有し、前記マグネットに存在する凹部に前記複数の磁気センサ部が並列して配置されている近接スイッチ。

（２）上記（１）に記載の近接スイッチにおいて、前記複数の磁気センサ部は、それぞれが互いに並列する一対の磁気センサを有する。

（３）上記（１）又は（２）に記載の近接スイッチにおいて、前記検出部は、前記複数の磁気センサ部がパッケージによって封止されている。

（４）上記（３）に記載の近接スイッチにおいて、前記パッケージは、前記凹部に嵌合し、前記複数の磁気センサ部の並列方向に位置決めされている。

本発明によると、二重系の出力を得る場合において、部品点数を削減することができ、コストの低廉化及びスイッチ全体の小型・軽量化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る近接スイッチが搭載される車両のシフト装置を示す斜視図。本発明の実施の形態に係る近接スイッチが搭載される車両の手動変速機を示す断面図。本発明の実施の形態に係る近接スイッチの配置状態を示す斜視図。図２のＡ−Ａ断面図。本発明の実施の形態に係る近接スイッチの全体を説明するために示す斜視図。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチの検出部を説明するために示す分解斜視図と組立斜視図。（ａ）は分解斜視図を、また（ｂ）は組立斜視図をそれぞれ示す。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチの検出部を説明するために示す正面図と側面図。（ａ）は正面図を、また（ｂ）は側面図をそれぞれ示す。本発明の実施の形態に係る近接スイッチのマグネットを説明するために示す斜視図。本発明の実施の形態に係る近接スイッチにおける回路基板の回路構成を示す回路図。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチにおいて、操作レバーが中立位置以外の位置に配置された場合の被検出部の回転位置を示す正面図と磁界の様子を模式的に示す側面図。（ａ）は正面図を、また（ｂ）は側面図をそれぞれ示す。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチにおいて、操作レバーが中立位置に配置された場合の被検出部の回転位置を示す正面図と磁界の様子を模式的に示す側面図。（ａ）は正面図を、また（ｂ）は側面図をそれぞれ示す。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチにおいて、一対の磁気センサに印加される磁気ベクトルの向きの変化を模式的に示す正面図。（ａ）は一方の磁気センサを、また（ｂ）は他方の磁気センサをそれぞれ示す。本発明の実施の形態に係る近接スイッチの検出部に対応する被検出部の回転角と一対の磁気センサの出力電圧との関係を示すグラフ。

[実施の形態]
（シフト装置の構成）
図１はシフト装置の全体を示す。図１に示すように、シフト装置２００は、ケースパネル２０２及び操作レバー２１０を備え、自動車（図示せず）内に配置されている。

ケースパネル２０２には、操作レバー２１０を案内する案内溝２０１が設けられている。案内溝２０１は、ｙ軸方向に延びる溝２０１ａ〜２０１ｃ、及びこれら溝２０１ａ〜２０１ｃの中央部分をそれぞれ連結するようにしてｘ軸方向に延びる溝２０１ｄによって形成されている。

操作レバー２１０は、案内溝２０１に移動可能に挿通されている。これにより、運転者により操作レバー２１０が溝２０１ａ〜２０１ｃの両端部にそれぞれ操作されると、手動変速機のギヤ段が「１速」，「２速」，「３速」，「４速」，「５速」及び「リバース（Ｒ）」に対応したそれぞれの状態となる。また、操作レバー２１０が溝２０１ｄに操作されたとすると、手動変速機のギヤ段が「ニュートラル（Ｎ）」に対応した状態となる。

シフト装置２００には、操作レバー２１０の操作位置がニュートラル位置であるか否かを検出するための近接スイッチとしてのニュートラル検出スイッチが配置されている。ニュートラル検出スイッチの詳細については後述する。

（手動変速機の構成）
次に、手動変速機につき、図２を用いて説明する。図２は自動車の手動変速機を示す。図２に示すように、手動変速機３００は、操作レバー２１０（図１に示す）のｘ軸方向及びｙ軸方向の移動に連動してそれぞれ作動するセレクトレバー３０１及びシフトレバー３０２を有し、自動車に搭載されている。

セレクトレバー３０１は、手動変速機３００の変速機ケース３０７の外側にブラケット３０３を介して回転可能に支持されている。セレクトレバー３０３の一方側端部にはセレクトケーブル３０１ａを介して操作レバー２１０が、またその他方側端部にはシフトレバー３０２がそれぞれ連結されている。

シフトレバー３０２は、操作レバー２１０にシフトケーブル３０１ｂを介して、またチェンジシャフト３０４の上方端部にそれぞれ連結されている。

チェンジシャフト３０４は、変速機ケース３０７にその中心軸線ｍ１を中心に回転可能に、かつ中心軸線ｍ１に沿って移動可能に支持され、全体が磁性材によって形成されている。

これにより、運転者によって操作レバー２１０がｘ軸方向に操作されたとすると、セレクトケーブル３０１ａを介してセレクトレバー３０１が図中の矢印Ｓ１０，Ｓ１１方向に回転し、この回転に伴いチェンジシャフト３０４が中心軸線ｍ１に沿った図中の矢印Ｓ２０，Ｓ２１方向に移動する。

また、運転者によって操作レバー２１０がｙ軸方向に操作されたとすると、シフトケーブル３０１ｂを介してシフトレバー３０２が図中の矢印Ｔ１０，Ｔ１１方向に回転し、この回転に伴いチェンジシャフト３０４が中心軸線ｍ１の回りの矢印Ｔ２０，Ｔ２１方向に回転する。

そして、チェンジシャフト３０４の矢印Ｓ２０，Ｓ２１方向への移動、及び矢印Ｔ２０，Ｔ２１方向への回転に伴い自動車の同期装置（図示せず）が作動し、手動変速機３００のギヤ段が変更される。

チェンジシャフト３０４の軸線方向中間部位には、その外周面に突出する被検出部としての凸部３１０が一体に設けられている。これにより、凸部３１０がチェンジシャフト３０４と一体となって矢印Ｓ２０，Ｓ２１方向に移動するとともに、矢印Ｔ２０，Ｔ２１方向に回転する。

凸部３１０の近傍には、凸部３１０を検出する検出部１２１を備えたニュートラル検出スイッチ１２０が配置されている。

（ニュートラル検出スイッチの全体構成）
次に、ニュートラル検出スイッチ１２０につき、図３〜図９を用いて説明する。図３はニュートラル検出スイッチの全体を示す。図４はニュートラル検出スイッチの要部を示す。図５〜図７（ａ）及び（ｂ）は検出部を示す。図８はマグネットを示す。図９は回路基板の回路構成を示す。図３に示すように、ニュートラル検出スイッチ１２０は、上述した検出部１２１の他にスイッチパッケージ１２２を備えている。

（検出部１２１の構成）
検出部１２１は、バイアス磁石１４０及び一対の磁気センサ部１５０，１６０を有し、スイッチパッケージ１２２によって樹脂封止されている。

バイアス磁石１４０は、図４〜図８に示すように、凸部３１０の回転位置によって変化するバイアス磁界を形成する断面コ字状のマグネットからなり、一対の磁気センサ部１５０，１６０を介して２つの内面１４１ａ，１４１ｂが対向する凹部１４１を有し、チェンジシャフト３０４（図３に示す）の側方に配置されている。そして、バイアス磁石１４０は、凹部１４１を形成する領域がＮ極とされ、凹部１４１を形成する領域と反対側の領域がＳ極とされている。バイアス磁石１４０としては、例えばネオジウム（Ｎｄ）系の希土類磁石が用いられる。

凹部１４１は、内面１４１ａ，１４１ｂを形成する一対のマグネット端部からマグネット中央部にわたって形成されている。

一対の磁気センサ部１５０，１６０は、検出部１２１の中立位置における各側でそれぞれが互いに並列して凹部１４１に配置されている。そして、一対の磁気センサ部１５０，１６０は、バイアス磁石１４０のバイアス磁界の変化を独立して検出するように構成されている。

一対の磁気センサ部１５０，１６０は、略同一の構成であるため、例えば一方の磁気センサ部１５０のみについて説明し、他方の磁気センサ部１６０についての説明は省略する。なお、他方の磁気センサ部１６０については、各部分の符号を一方の磁気センサ部１５０の各部分の符号に対応して付す。例えば、磁気センサ部１６０のセンサ実装部材を磁気センサ部１５０のセンサ実装部材１５１に対応して１６１を、また磁気センサ部１６０の磁気抵抗効果センサには磁気センサ部１５０の磁気抵抗効果センサ１５２，１５３に対応して１６２，１６３をそれぞれ付す。

磁気センサ部１５０は、センサ実装部材１５１、一対の磁気抵抗効果センサ（ＭＲセンサ）１５２，１５３及びセンサパッケージ１５４を有し、ユニットパッケージ１８０内の一方側に配置されている。

センサ実装部材１５１は、検出部１２１の中立位置において板厚方向が凸部３１０の回転軌跡ｃとその法線ｎとの交点Ｐにおける接線方向ｔに沿った方向となる位置に配置されている。

一対のＭＲセンサ１５２，１５３は、外部接続端子１７１〜１７３に接続するリード１７４〜１７６を有し、それぞれが法線ｎに対して線対称となる態様で互いに中心軸線ｍ１の方向に沿って並列し、かつセンサ実装部材１５１の長手方向の両端部から若干中央部寄りに配置されている。これにより、チェンジシャフト３０４の矢印Ｔ２０，Ｔ２１（図２に示す）方向への回転に伴い凸部３１０が矢印Ｔ２０，Ｔ２１方向に回転した場合であっても一対のＭＲセンサ１５２，１５３の出力電圧Ｖａ，Ｖｂ（図９に示す）を等しくすることが可能である。

図９に示すように、一方のＭＲセンサ１５２は４つの磁気抵抗素子１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄが、また他方のＭＲセンサ１５３は４つの磁気抵抗素子１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ，１５３ｄがそれぞれフルブリッジ接続された回路としてセンサ実装部材１５１上に形成されている。

一対のＭＲセンサ１５２，１５３は、各磁気抵抗素子１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄ、１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ，１５３ｄの抵抗値がバイアス磁石１４０によるバイアス磁界の磁気ベクトルの向きに応じて変化することにより、出力電圧Ｖａ，Ｖｂがそれぞれ変化する。一対のＭＲセンサ１５２，１５３には電圧Ｖｃｃが印加される。

センサパッケージ１５４は、センサ実装部材１５１及び一対のＭＲセンサ１５２，１５３を覆い、ユニットパッケージ１８０によって樹脂封止されている。

ユニットパッケージ１８０は、凹部１４１内に嵌合する凹溝１８０ａを有し、一対の磁気センサ部１５０，１６０の並列方向及び中心軸線ｍ１方向に位置決めされている。

（スイッチパッケージ１２２の構成）
スイッチパッケージ１２２は、スイッチ取付用のフランジ１２２ａを有し、フランジ１２２ａを介して変速機ケース３０７（図２に示す）に取り付けられ、全体が凸部３１０の回転軌跡ｃの法線ｎを中心軸線とするプラスチックからなる円柱部材によって形成されている。

また、スイッチパッケージ１２２は、凸部３１０が回転位置Ｐ２に位置したときに、すなわち操作レバー２１０（図１に示す）がニュートラル位置に操作されたときに凸部３１０の先端面にパッケージ端面が対向する位置に配置されている。

（ニュートラル検出スイッチ１２０の動作）
本実施の形態に示すニュートラル検出スイッチ１２０において、操作レバー２１０の操作位置がニュートラル位置である場合には、従来のニュートラル検出スイッチと同様に、凸部３１０が検出部１２１の中立位置に対向する位置となるため、操作レバー２１０の操作位置がニュートラル位置である旨が検出される。

一方、操作レバー２１０の操作位置がニュートラル位置以外の位置である場合には、凸部３１０が検出部１２１の中立位置に対向しない位置となるため、操作レバー２１０の操作位置がニュートラル位置でない旨が検出される。

次に、凸部３１０が回転位置Ｐ３に位置している状態から回転位置Ｐ２に向けて回転した際の磁気センサ部１５０におけるＭＲセンサ１５２，１５３の出力電圧Ｖａ，Ｖｂの変化態様につき、図１０〜図１３を用いて説明する。図１０（ａ）及び（ｂ）は操作レバーが中立位置以外の位置に配置された場合の被検出部の回転位置と磁界の様子とを示す。図１１（ａ）及び（ｂ）は操作レバーが中立位置に配置された場合の被検出部の回転位置と磁界の様子とを示す。図１２（ａ）及び（ｂ）は一対の磁気センサに印加される磁気ベクトルの向きの変化を示す。図１３は検出部に対応する被検出部の回転角と一対の磁気センサの出力電圧との関係を示す。

図１０（ａ）に示すように、凸部３１０が回転位置Ｐ３に位置している状態から回転位置Ｐ２に向けて回転したとすると、バイアス磁石１４０により形成されるバイアス磁界が凸部３１０に引き寄せられるように変化する。具体的には、図１０（ｂ）に示すように、凸部３１０が回転位置Ｐ２に達する直前の回転位置Ｐ１０に達した時点でバイアス磁界が全体的に凸部３１０の側に僅かに引き寄せられるように変化する。各ＭＲセンサ１５２，１５３に印加される磁気ベクトルＭＶ１０，ＭＶ２０は凸部３１０の側を若干指向する。

従って、磁気ベクトルＭＶ１０，ＭＶ２０は、基準方向ＭＶ１０ｂ，ＭＶ２０ｂとなす角度θａ，θｂが大きくなる方向にそれぞれ変化する。

その後、凸部３１０が回転位置Ｐ２まで回転したとする。この場合、図１１（ａ）に示すように、バイアス磁石１４０により形成されるバイアス磁界は凸部３１０の側に引き寄せられたままの状態となるが、磁気ベクトルＭＶ１０，ＭＶ２０は凸部３１０が回転位置Ｐ１０に達した時点と比較するとそれぞれ若干変化する。具体的には、図１１（ｂ）に示すように、ＭＲセンサ１５２，１５３に対して凸部３１０が図１０（ｂ）に示した状態よりも接近するようになるため、磁気ベクトルＭＶ１０，ＭＶ２０は凸部３１０の側に引き寄せられる方向を、すなわち基準方向ＭＶ１０ｂ，ＭＶ２０ｂとなす角度θａ，θｂがそれぞれ大きくなる方向を指向する。

従って、凸部３１０が回転位置Ｐ３から回転位置Ｐ２へと変化した際には、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、磁気ベクトルＭＶ１０，ＭＶ２０は基準方向ＭＶ１０ｂ，ＭＶ２０ｂとなす角度θａ，θｂが大きくなる方向にそれぞれ変化する。

図１３に示すように、凸部３１０が回転位置Ｐ３から回転位置Ｐ２まで変化したとすると、ＭＲセンサ１５２の出力電圧Ｖａはその回路の中点電位（Ｖｃｃ／２）よりも小さい値Ｖａ３１から徐々に増加していき、中点電位（Ｖｃｃ／２）よりも若干大きい値Ｖａ３２となるように変化する。一方、ＭＲセンサ１５３の出力電圧Ｖｂはその回路の中点電位（Ｖｃｃ／２）よりも若干小さい値Ｖｂ３２となるように変化する。

なお、凸部３１０が回転位置Ｐ３に位置している状態から回転位置Ｐ２に向けて回転した際の磁気センサ部１６０におけるＭＲセンサ１６２，１６３の出力電圧Ｖｃ，Ｖｄの変化態様については、上記ＭＲセンサ１５２，１５３の出力電圧Ｖａ，Ｖｂの変化態様と略同一の態様になるため、その説明は省略する。

従って、本実施の形態においては、一対の磁気センサ部１５０，１６０の出力を二重系の出力として得ることできる。

〔実施の形態の効果〕
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

二重系の出力を得るために、複数のスイッチを従来のようには必要としないから、部品点数を削減してコストの低廉化及びスイッチ全体の小型・軽量化を図ることができる。

以上、本発明の近接スイッチを上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

（１）上記実施の形態では、検出部１２１が一対（２つ）の磁気センサ部１５０，１６１を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、３つ以上の磁気センサ部を有する検出部であってもよい。すなわち要するに、本発明は、マグネットにおける磁界の変化を独立して検出する複数の磁気センサ部を有する検出部であればよい。

（２）上記実施の形態では、バイアス磁石１４０において、凹部１４１を形成する領域がＮ極とされ、凹部１４１を形成する領域と反対側の領域がＳ極とされている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、凹部を形成する領域をＳ極とし、凹部を形成する領域と反対側の領域をＮ極としてもよい。

（３）上記実施の形態では、近接スイッチをニュートラル検出スイッチ１２０として車両のシフト装置に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば車両のヘッドライトのオン，オフなど各種車載機器のスイッチングを操作するレバースイッチ装置にも適用可能である。

１２０…ニュートラル検出スイッチ、１２１…検出部、１２２…スイッチパッケージ、１２２ａ…フランジ、１５０…磁気センサ部、１５１…センサ実装部材、１５２…ＭＲセンサ、１４２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄ…磁気抵抗素子、１５３…ＭＲセンサ、１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ，１５３ｄ…磁気抵抗素子、１５４…センサパッケージ、１４０…バイアス磁石、１４０ａ，１４０ｂ…マグネットエレメント、１４０ｃ，１４０ｄ…マグネット素材、１４１…凹部、１４１ａ，１４１ｂ…内面、１６０…磁気センサ部、１６１…センサ実装部材、１６２…ＭＲセンサ、１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ，１６２ｄ…磁気抵抗素子、１６３…ＭＲセンサ、１６３ａ，１６３ｂ，１６３ｃ，１６３ｄ…磁気抵抗素子、１６４…センサパッケージ、１７１〜１７３…外部接続端子、１７４〜１７６…リード、１８０…ユニットパッケージ、１８０ａ…凹溝、１８１〜１８３…外部接続端子、１８４〜１８６…リード、２００…シフト装置、２０１…案内溝、２０１ａ〜２０１ｄ…溝、２０２…ケースパネル、２１０…操作レバー、３００…手動変速機、３０１…セレクトレバー、３０１ａ…セレクトケーブル、３０２…シフトレバー、３０２ａ…シフトケーブル、３０３…ブラケット、３０４…チェンジシャフト、３０７…変速機ケース、３１０…凸部

Claims

磁性材からなる移動体としての被検出部を検出する検出部を備えた近接スイッチであって、
前記検出部は、前記被検出部の移動位置によって変化する磁界を形成する断面コ字状のマグネット、及び前記磁界の変化を独立して検出する複数の磁気センサ部を有し、前記マグネットに存在する凹部に前記複数の磁気センサ部が並列して配置されている
近接スイッチ。
前記複数の磁気センサ部は、それぞれが互いに並列する一対の磁気センサを有する請求項１に記載の近接スイッチ。
前記検出部は、前記複数の磁気センサ部がパッケージによって封止されている請求項１又は２に記載の近接スイッチ。
前記パッケージは、前記凹部に嵌合し、前記複数の磁気センサ部の並列方向に位置決めされている請求項３に記載の近接スイッチ。