JP5769339B2 - 磁気式スイッチ装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器に使用され、様々なメカニズムの動作検出等に用いられる検出用のスイッチ装置に係わり、特に、磁気センサを用いた磁気式スイッチ装置に関する。

各種電子機器に使用され、様々なメカニズムの動作検出等に用いられる検出用のスイッチとしては、弾性金属薄板製の可動接点と固定接点を組み合わせた、レバースイッチが広く知られている。

特許文献１では、図１７に示すように、弾性金属薄板製の可動接点９１５と固定接点９１３、固定接点９１４とを組み合わせた接触式のレバースイッチ９０１が提案されている。図１７に示すレバースイッチ９０１は、ケース９１１と、ケース９１１の内底面９１１ｄ中央に設けた共通接点９１２と、ケース９１１の対向する両内側壁に各々植設された固定接点９１３，固定接点９１４と、この共通接点９１２に常時弾接させた略Ｍ字状の弾性金属製の可動接点９１５と、レバー９１６と、レバー９１６の回動によって摺動する摺動体９１７と、から構成されている。そして、レバー９１６の回動によって摺動した摺動体９１７が、ケース９１１の内上面９１１ｕを摺動するとともに、可動接点９１５を左右の方向に押圧している。つまり、図１７の右方向にレバー９１６が押圧されレバー９１６が回動されると、左方向に移動した摺動体９１７によって可動接点９１５のアーム部９１５ｄが変形し、可動接点９１５の接点部９１５ａが下方向に移動するとともに固定接点９１３と接する。そして、常時弾接している可動接点９１５の接点部９１５ｃと可動接点９１５を介して、共通接点９１２と固定接点９１３とが導通するようになる。同様にして、図１７の左方向にレバー９１６が押圧されレバー９１６が回動されると、右方向に移動した摺動体９１７によって可動接点９１５のアーム部９１５ｅが変形し、可動接点９１５の接点部９１５ｂが固定接点９１４と接し、共通接点９１２と固定接点９１４とが導通するようになる。このようにして、２方向の動作を検出できるとしている。

特開２００３−１３２７６５号公報

しかしながら、従来例のような構成では、レバー９１６の回動操作にともなって、可動接点９１５が弾性変形し、接点部９１５ａが固定接点９１３と、接点部９１５ｂが固定接点９１４と接触あるいは離間してスイッチングが行われる接触式であるため、各接点部と各固定接点及び共通接点とが、擦れて摩耗し、導通が不安定になると言う問題があった。また、可動接点９１５が、弾性変形を繰り返すことで疲労破壊すると言う問題もあった。このため、このような接触式のレバースイッチでは、数万回の動作が限界であり、長寿命化を図るのが難しいと言う課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するもので、長寿命化が可能で、操作体の２方向の動作を検出できる磁気式スイッチ装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の磁気式スイッチ装置は、回動操作される操作部を有する操作体と、前記操作部を突出させる開口部を有するとともに前記操作体を回動可能に保持するハウジングと、前記操作体に設けられた磁石と、前記操作体の回動操作に伴って前記磁石からの磁界の向きの変化を検出する磁気センサと、を備え、前記磁石は、前記操作体の回動方向に沿った円弧状の形状をして、前記操作体の回動軸線を挟んで前記操作部とは反対側に設けられているとともに、前記操作部の突出方向に沿った内周側と外周側とで異なる磁極となるように着磁されており、前記磁気センサは、磁界の向きでスイッチング動作する複数の磁気検出素子を有して、前記磁石を介して前記回動軸線と対向した位置に配設されており、前記複数の磁気検出素子の少なくとも２つが互いに異なる磁界の向きでスイッチング動作し、前記操作体の回動動作の中立位置において、前記磁気センサの配設位置での磁界の向きは、回動する前記操作体の径方向に沿った方向であり、前記中立位置から前記操作体が回動操作された際には、一方側への回動操作と他方側への回動操作とで、前記磁気センサの配設位置での磁界の向きが前記径方向を挟んで相反する方向となるように構成され、前記操作体の前記中立位置近傍に、前記磁気センサがスイッチング動作しない不感領域を設けたことを特徴としている。

これによれば、本発明の磁気式スイッチ装置は、操作体が回動動作の中立位置から回動操作された際に、一方側へ回動操作された際と、他方側へ回動操作された際とで、磁気センサの配設位置での磁界の向きが相反する方向となるように構成されているので、異なる２方向の回動操作を、磁界の向きの変化を検出する磁気センサにより検出することができる。このことにより、磁石と磁気センサよる非接触の検出手段なので、従来の接触による検出手段と比較して、接触による部材間の摩耗が生じることなく、２方向の動作を検出できるスイッチ装置の長寿命化が図られる。

また、磁石が操作体の回動方向に沿った円弧状をしているので、操作体が回動操作されて磁石が回動した場合でも、磁石と磁気センサとの距離の変化を少なくすることができる。このため、磁石と磁気センサとをより近づけることができることから、２方向の動作検出精度を向上させることができる。

また、２つ以上の磁気検出素子を用いて、スイッチング動作する磁界の向きが互いに異なるようにしているので、異なる２つの磁界を検出することが可能であり、操作体を一方側に傾倒させたときの磁界の変化と、他方側に傾倒したときの磁界の変化を個別に検出することができる。このことにより、２方向の磁界の方向を確実に検出することができるとともに、２方向のスイッチング動作が行えるスイッチ装置を提供できる。

さらに、操作体の中立位置近傍に磁気センサでスイッチング動作しない不感領域を設けているため、操作体が、中立位置近傍で多少動いても、その動きが磁気センサで検出されるのを防ぐことができる。このことにより、２方向の検出の信頼性をより高めることができ、２方向のスイッチング動作が確実に行えるスイッチ装置を提供できる。

本発明の磁気式スイッチ装置は、前記磁石の前記外周側の中央部に平坦部あるいは平坦面よりも窪んだ凹部を形成したことを特徴としている。

これによれば、磁石の外周側の中央部に平坦部或いは平坦面よりも窪んだ凹部を形成することにより、磁気センサのスイッチング動作しない不感領域を広げることができる。このため、異なる磁界の向きでスイッチング動作する複数の磁気検出素子を有した１つの磁気センサを用いた場合、スイッチング動作する操作体の回動範囲を広くすることができる。このことにより、１つの磁気センサで操作体の回動範囲の広い２方向のスイッチング動作が行えるスイッチ装置を提供できる。

本発明の磁気式スイッチ装置は、回動操作されない際に、前記操作体を前記中立位置に復帰させる復帰部材を設けたことを特徴としている。

これによれば、回動操作されない非操作時に、復帰部材が、初期位置である中立位置に操作体を自動的に復帰させるので、操作体の回動操作をしないときには、中立位置に戻すことができる。このことにより、操作体の非操作状態時に、不所望な信号が出力しないようにすることができる。

本発明の磁気式スイッチ装置は、前記復帰部材が、巻回部と一対の腕部とを有したねじりコイルばねからなり、前記ねじりコイルばねは、前記巻回部が前記操作体の回動軸部に挿通されているとともに、前記一対の腕部が前記操作体と前記ハウジングとに係止されており、前記操作体の前記中立位置への復帰動作の際に、前記ねじりコイルばねによる前記操作体の復帰動作に制動をかける制動手段が設けられていることを特徴としている。

これによれば、ねじりコイルばねの巻回部が操作体との回動軸部に挿通されていて、一対の腕部が操作体とハウジングに係止された構造なので、簡単な構造のねじりコイルばねで確実に操作体を中立位置に復帰させることができる。このことにより、簡単な機構で操作体を中立位置に戻すことができる２方向の動作を検出できるスイッチ装置が得られる。また、前記ねじりコイルばねによる前記操作体の復帰動作に制動をかける制動手段が設けられているので、操作体の中立位置への復帰動作の際に、操作体が大きく中立位置を通り過ぎることを防止することができる。このことにより、中立位置に戻した際の反動による誤検知を確実に防ぐことができ、２方向の動作検出精度を向上させることができる。

本発明の磁気式スイッチ装置は、前記ハウジングが、前記一対の腕部が前記ハウジングに係止される係止部分近傍に傾斜部を有し、前記操作体の前記中立位置への復帰動作の際に、前記腕部を前記傾斜部に摺動させることにより、前記傾斜部を前記制動手段としたことを特徴としている。

これによれば、腕部をハウジングに設けた傾斜部に摺動させることにより、傾斜部を操作体の復帰動作に制動をかける制動手段としたので、操作体の中立位置への復帰動作の際に、操作体の戻る勢いが徐々に減じられ、操作体が大きく中立位置を通り過ぎることを防止することができる。このことにより、中立位置に戻した際の反動による誤検知をより確実に防ぐことができ、２方向の動作検出精度をより一層向上させることができる。

本発明の磁気式スイッチ装置は、操作体が回動動作の中立位置から回動操作された際に、一方側へ回動操作された際と、他方側へ回動操作された際とで、磁気センサの配設位置での磁界の向きが相反する方向となるように構成されているので、操作体の異なる２方向の回動操作を、磁界の向きの変化を検出する磁気センサにより検出することができる。このことにより、磁石と磁気センサよる非接触の検出手段なので、従来の接触による検出手段と比較して、接触による部材間の摩耗が生じることなく、２方向の動作を検出できるスイッチ装置の長寿命化が図られる。

したがって、本発明によれば、長寿命化が可能で、操作体の２方向の動作を検出できる磁気式スイッチ装置を提供できる。

本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置を説明する斜視図である。 本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置を説明する分解斜視図である。 本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置を説明する図であって、図１に示すＹ１側から見た磁気式スイッチ装置の正面図である。 本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置を説明する図であって、図１に示すＸ２側から見た磁気式スイッチ装置の側面図である。 本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置における磁界の向きを示した説明図である。 本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置の回動動作を説明する正面図であって、図６（ａ）は、操作体が操作体の回動動作の中立位置にある状態を示し、図６（ｂ）は、操作体が左側に回動動作され終点位置にある状態を示し、図６（ｃ）は、操作体が右側に回動動作され終点位置にある状態を示している。 本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置の操作体の回動動作に伴う磁束密度の変化を示したグラフである。 本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置で用いた磁気センサのスイッチング動作を説明する図であって、図８（ａ）は、一方の磁気検出素子であって、磁界がプラスの場合にスイッチング動作する出力電圧変化を示し、図８（ｂ）は、他方の磁気検出素子であって、磁界がマイナスの場合にスイッチング動作する出力電圧変化を示している。 本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置を説明する図であって、図１に示すＺ１側から見たハウジングの上面斜視図である。 本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置を説明する図であって、図１に示すＹ１側から見たハウジング及び復帰部材の正面図であり、図１０（ａ）は、操作体が右側に回動動作された状態を示し、図１０（ｂ）は、操作体が操作体の回動動作の中立位置にある状態を示している。 本発明の第２実施形態に係る磁気式スイッチ装置を説明する構成図であって、その正面図である。 図１１に示す磁石を用いた際の操作体の回動動作に伴う磁束密度の変化を示したグラフである。 本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置の変形例１を説明する図であって、図１３（ａ）は、磁石の形状を変えた一例であって、図１３（ｂ）は、磁石の形状を変えた他の一例である。 本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置の変形例２を説明する図であって、変形例２における磁界の方向を示した構成図である。 本発明の第２実施形態に係る磁気式スイッチ装置の変形例４を説明する図であって、磁束密度の変化を示したグラフである。 本発明の第２実施形態に係る磁気式スイッチ装置の変形例５を説明する正面図である。 従来例における接触式のレバースイッチを説明する図であって、その断面図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１を説明する斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１を説明する分解斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１を説明する構成図であって、図３（ａ）は、図１に示すＹ１側から見た磁気式スイッチ装置１０１の正面図であり、図３（ｂ）は、説明を容易にするため、図３（ａ）のハウジング１２のケース１２Ｂを省略した正面図である。図４は、本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１を説明する構成図であって、図４（ａ）は、図１に示すＸ２側から見た磁気式スイッチ装置１０１の側面図で、図４（ｂ）は、説明を容易にするため、図４（ａ）のハウジング１２を省略した図である。なお、図１ないし図４における操作体１１は、操作体１１の回動動作Ｋｄの中立位置にある状態を示している。

本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１は、図１、図２、図３及び図４に示すように、回動操作される操作体１１と、操作体１１を回動可能に保持するハウジング１２と、操作体１１に設けられた磁石１３と、磁石１３からの磁界の向きＭＤの変化を検出する磁気センサ１５と、を備えて主に構成されている。

操作体１１は、例えば、合成樹脂材料で成形され、図２及び図４に示すように、回動操作がされる操作部１１ｔを有し、後述するハウジング１２に形成されている孔１２ａ、孔１２ｂと遊嵌される回動軸部１１ｊ、保持軸部１１ｈを有している。また、後述する復帰部材１８を係止するための突起部１１ａ及び突起部１１ｂが、回動軸部１１ｊの左右に形成されている。

ハウジング１２は、例えば、合成樹脂材料を用い、図１、図２及び図３に示すように、ケース１２Ａとケース１２Ｂとを組み合わせて形成されている。また、ハウジング１２には、操作部１１ｔを突出させる開口部１２ｋを有するとともに、操作体１１を回動可能に保持するためのケース１２Ａに設けられた孔１２ａとケース１２Ｂに設けられた孔１２ｂとが形成されている。そして、ハウジング１２は、操作体１１の回動軸部１１ｊをケース１２Ａの孔１２ａで遊嵌し、操作体１１の保持軸部１１ｈをケース１２Ｂの孔１２ｂで遊嵌して、操作体１１の一部を収納するようにしている。

磁石１３は、例えば、鉄合金を用い、図２、図３及び図４に示すように、操作体１１の回動軸線Ｋｊを挟んで操作部１１ｔとは反対側に設けられており、操作体１１の凹部に嵌合させて、操作体１１と一体となって回動されるように構成している。また、磁石１３は、正面視して、操作体１１の回動方向Ｄｋに沿った円弧状の形状をしているとともに、磁石１３の外周側の中央部に内周側方向に向けた曲面状の凹部１３ｒが形成されている。

磁気センサ１５は、例えば、巨大磁気抵抗効果を用いた磁気検出素子（ＧＭＲ(Giant Magneto Resistive)素子と言う）を用い、図２、図３及び図４に示すように、操作体１１の回動動作Ｋｄの中立位置において、磁石１３を介して回動軸線Ｋｊと対向した位置に配設されている。つまり、磁気センサ１５は、操作体１１の回動動作Ｋｄの中立位置において、磁石１３の凹部１３ｒと対向している。また、磁気センサ１５は、ＧＭＲ素子をシリコン基板上に作製し、熱硬化性の合成樹脂でパッケージングしている。

また、ＧＭＲ素子は、例えば、反強磁性層がα−Ｆｅ_２Ｏ_３層、ピン層がＮｉＦｅ層、中間層がＣｕ層、フリー層がＮｉＦｅ層から形成されている。但し、これらのものに限定されるものではなく、巨大磁気抵抗効果を発揮するものであれば、いずれのものであってもよい。また、ＧＭＲ素子は、反強磁性層で磁化され磁化方向が特定方向に固定（ピン止め）されたピン層の磁化方向に対して、フリー層が、外部からの磁場の向き変化により、磁化方向が変化することにより、電気抵抗値が変化するようになっている。そして、この電気抵抗値の変化を出力信号として出力させることにより、ＧＭＲ素子をセンサとして利用している。

図５は、本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１における磁界の方向を示した説明図である。なお、図５は、図１に示すＹ２側から見た磁気式スイッチ装置１０１の正面図であり、説明を容易にするため、ハウジング１２及び後述する復帰部材１８を省略している。図６は、本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１の回動動作Ｋｄを説明する正面図であって、図６（ａ）は、操作体１１が操作体１１の回動動作Ｋｄの中立位置にある状態を示し、図６（ｂ）は、操作体１１が左側に回動動作Ｋｄされ、終点位置にある状態を示し、図６（ｃ）は、操作体１１が右側に回動動作Ｋｄされ、終点位置にある状態を示している。なお、図６は、説明を容易にするため、ハウジング１２のケース１２Ａを省略している。図７は、本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１の操作体１１の回動動作Ｋｄに伴う磁束密度の変化を示したグラフであって、磁気センサ１５の配設位置での水平成分の磁束密度をシミュレーションした結果ある。

磁石１３は、図３及び図５に示すように、内周側と外周側とで異なる磁極となるように着磁されているとともに、磁石１３での磁界の向きＭＤが操作部１１ｔの突出方向Ｄｔに沿っている。また、磁気センサ１５の配設位置（磁気センサ１５の中央部）での磁界の向きＭＤは、図３及び図５に示すように、操作体１１の回動動作Ｋｄの中立位置において、回動する操作体１１の径方向に沿った方向、すなわち、回動軸線Ｋｊから磁気センサ１５に向かった方向になっている。

そして、図５及び図６（ａ）に示す操作体１１の回動動作Ｋｄの中立位置において、磁気センサ１５の位置での磁束密度の水平成分は、ほぼ０になっており、例えば、図６（ｂ）に示す左方向に操作体１１が回動操作された際には、図７に示すように、磁束密度の水平成分Ａは、操作体１１の回転角度が大きく（マイナス方向）なるにしたがって徐々に大きくなっていく。逆に、図６（ｃ）に示す右方向に操作体１１が回動操作された際には、図７に示すように、磁束密度の水平成分Ｂは、水平成分Ａとは逆向きの成分として、操作体１１の回転角度が大きく（プラス方向）なるにしたがって徐々に大きくなっていく。このように、一方側への回動操作と他方側への回動操作とで、磁気センサ１５の配設位置での磁界の向きＭＤが径方向を挟んで相反する方向となるように構成している。

これにより、本発明の磁気式スイッチ装置１０１は、操作体１１が回動動作Ｋｄの中立位置から回動操作された際に、一方側へ回動操作された際と、他方側へ回動操作された際とで、磁気センサ１５の配設位置での磁界の向きＭＤが相反する方向となるように構成されているので、異なる２方向の回動操作を、磁界の向きＭＤの変化を検出する磁気センサ１５により検出することができる。このことにより、磁石１３と磁気センサ１５よる非接触の検出手段なので、従来の接触による検出手段と比較して、接触による部材間の摩耗が生じることなく、２方向の動作を検出できるスイッチ装置の長寿命化が図られる。

また、図３（ｂ）に示すように、磁石１３が操作体１１の回動方向Ｄｋに沿った円弧状をしているので、操作体１１が回動操作されて磁石１３が回動した場合でも、磁石１３と磁気センサ１５との距離の変化を少なくすることができる。このため、最小の距離に磁石１３と磁気センサ１５とを配置すると、最大の距離での磁石１３と磁気センサ１５とをより近づけることができる。このことにより、２方向の動作検出精度を向上させることができる。

次に、本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１のスイッチング動作について説明する。図８は、本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１で用いた磁気センサ１５のスイッチング動作を説明する図であって、図８（ａ）は、一方の磁気検出素子であって、磁界がプラスの場合にスイッチング動作する出力電圧変化を示し、図８（ｂ）は、他方の磁気検出素子であって、磁界がマイナスの場合にスイッチング動作する出力電圧変化を示している。また、図１１は、後述する、本発明の第２実施形態に係る磁気式スイッチ装置２０１を説明する正面図である。図１５は、後述する、本発明の第２実施形態に係る磁気式スイッチ装置２０１の変形例４を説明する図であって、図１１に示す磁石２３を用いた際の操作体１１の回動動作Ｋｄに伴う磁束密度の変化をシミュレーションした結果のグラフである。

図３及び図５に示す磁石１３のような形状では、図７に示すように、操作体１１の回動動作Ｋｄが左右約６０ｄｅｇ近傍で、磁束密度の水平成分の絶対値は最大になっており、用いる磁石１３の形状や配置位置等で、その結果は異なる。例えば、図１１に示すように、磁石２３が凹部を有していなく円弧状の形状をしている場合、図１５に示すように、操作体１１の回動動作Ｋｄが左右約５０ｄｅｇ近傍で、磁束密度の水平成分の絶対値は最大になっており、その磁束密度の水平成分の変化は、操作体１１の回転角に対して、直線状に変化している。

次に、図７に示す磁界において、例えば、磁気センサ１５に、双極２出力タイプの磁気式センサ（アルプス電気株式会社製、品番ＨＧＤＥＤＭ０３３Ａ）を用いた場合について説明する。
双極２出力タイプの磁気センサ１５は、スイッチング動作する磁界の向きＭＤが互いに異なる（相反する）２つの磁気検出素子（ＧＭＲ素子）を有している。このＧＭＲ素子は、磁界の向きＭＤを検知し、ある磁界の強さになると急激に電気抵抗が変化するという特性を持った素子である。この急激な電気抵抗の変化をスイッチング動作に用いている。

磁気センサ１５の一方のＧＭＲ素子は、図８（ａ）に示すように、磁界がプラスのときに出力電圧が変化してスイッチング動作し、磁気センサ１５の他方のＧＭＲ素子は、図８（ｂ）に示すように、磁界がマイナスのときに出力電圧が変化してスイッチング動作する。つまり、操作体１１の回動動作Ｋｄの中立位置から、図６（ｂ）に示すように、左方向に操作体１１を回動操作された際には、図８（ａ）に示すように、磁界のプラス側で出力電圧の変化が起こり、ＯＮ或いはＯＦＦのスイッチ動作が行われる。具体的には、上記双極２出力タイプの磁気式センサの場合、磁界が０.００３（ｍＴ）に達した際に出力電圧が下がり、磁界が０.００２２（ｍＴ）に戻された際に出力電圧が上がり、ＯＮ或いはＯＦＦのスイッチ動作が行われる。同様にして、操作体１１の中立位置から、図６（ｃ）に示す右方向に操作体１１を回動操作された際には、図８（ｂ）に示すように、磁界のマイナス側で出力電圧の変化が起こり、ＯＮ或いはＯＦＦのスイッチ動作が行われ、具体的には、磁界が−０.００３（ｍＴ）で出力電圧が下がり、磁界が−０.００２２（ｍＴ）で出力電圧が上がり、ＯＮ或いはＯＦＦのスイッチ動作が行われる。なお、磁界がプラス或いはマイナスとは、便宜的な表現であり、本実施形態においては、磁気センサ１５の配設位置において、磁束密度の水平成分が、図５や図６の左向きであるときをプラス、右向きである場合にはマイナスとしている。

これによれば、２つの磁気検出素子（ＧＭＲ素子）を用いて、スイッチング動作する磁界の向きＭＤが互いに異なるようにしているので、異なる２つの磁界を検出することが可能であり、操作体１１を一方側に傾倒させたときの磁界の変化と、他方側に傾倒したときの磁界の変化を個別に検出することができる。このことにより、２方向の磁界の方向を確実に検出することができるとともに、２方向のスイッチング動作が行えるスイッチ装置を提供できる。

また、図８に示すようなスイッチ動作をする双極２出力タイプの磁気式センサの場合、図７に示すシミュレーション結果のように、操作体１１の中立位置近傍に、磁気センサ１５のスイッチング動作しない不感領域ＮＣ１が存在し、回動動作Ｋｄによる操作体１１の回転角が約±２０ｄｅｇ近傍で、ＯＮ或いはＯＦＦのスイッチ動作が行われる。同様にして、後述する、図１１に示すような凹部を有していない磁石２３を用いた場合、図１５に示すシミュレーション結果のように、操作体１１の中立位置近傍に、磁気センサ１５のスイッチング動作しない不感領域ＮＣ２が存在し、回動動作Ｋｄによる操作体１１の回転角が約±７ｄｅｇ近傍で、ＯＮ或いはＯＦＦのスイッチ動作が行われるようになる。

上記不感領域ＮＣ２より不感領域ＮＣ１が広がっているのは、磁石１３の外周側の中央部に平坦面よりも窪んだ凹部１３ｒを形成したためである。これにより、磁気センサ１５のスイッチング動作しない不感領域ＮＣを広げたため、異なる磁界の向きＭＤでスイッチング動作する複数の磁気検出素子を有した１つの磁気センサ１５を用いた場合、スイッチング動作する操作体１１の回動範囲を広くすることができる。このことにより、１つの磁気センサ１５で操作体１１の回動範囲の広い２方向のスイッチング動作が行えるスイッチ装置を提供できる。

また、スイッチング動作しない不感領域ＮＣを広げたことにより、図３（ｂ）に示す磁気センサ１５の配設位置でありながら、スイッチ動作が行われる操作体１１の回転角を大きくすることができる。このため、磁気センサ１５の２つのＧＭＲ素子を隣接させて配置することができ、１つのパッケージングに収めることができる。このことにより、１つの磁気検出素子を有する磁気センサを２つ用いる場合と比較して、磁気式スイッチ装置１０１を、組立が容易で、かつ安価に製造することができる。

次に、本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１を構成している復帰部材１８について説明する。図９は、本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１を説明する図であって、図１に示すＺ１側から見たケース１２Ａの上面斜視図である。図１０は、本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１を説明する図であって、図１に示すＹ１側から見たケース１２Ａ及び復帰部材１８の正面図であり、図１０（ａ）は、操作体１１が同図に示す右側に回動動作された状態を示し、図１０（ｂ）は、操作体１１が操作体１１の回動動作の中立位置にある状態を示している。なお、図１０（ａ）の右側への回動動作は、図６とは見る方向が逆なので、図６（ｂ）の左側への回動動作Ｋｄと同じである。

本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１は、回動操作されない際に、操作体１１を中立位置に復帰させる復帰部材１８を設けている。この復帰部材１８には、図２、図４（ｂ）、図６及び図１０に示すように、ねじりコイルばね１９を用いており、ねじりコイルばね１９は、巻回部１９ｃと一対の腕部１９ａ及び１９ｂとを有している。また、ねじりコイルばね１９の巻回部１９ｃは、操作体１１の回動軸部１１ｊに挿通されているとともに、一対の腕部１９ａ及び１９ｂが操作体１１の突起部１１ａ、突起部１１ｂとで係止されている。

また、ハウジング１２に操作体１１が装着された際に、ねじりコイルばね１９は、図９に示すように、ケース１２Ａの窪み１２ｒに収まるようになる。ねじりコイルばね１９が窪み１２ｒに収納されたら、図２及び図９に示すように、ケース１２Ａの傾斜部１２ｓの近傍に、腕部１９ａが当接しているとともに、ケース１２Ｂの傾斜部１２ｑの近傍に、腕部１９ｂが当接するようになる。また、ねじりコイルばね１９の巻回部１９ｃが逆巻きの場合は、ケース１２Ａの傾斜部１２ｐの近傍に腕部１９ａが当接し、ケース１２Ｂの傾斜部１２ｔの近傍に腕部１９ｂが当接して係止されるようになる。つまり、ケース１２Ａには、操作体１１の非操作時にねじりコイルばね１９の腕部１９ａと当接して係止する係止部１２ｅが突起部１１ａに対応して設けられているとともに、腕部１９ｂと当接して係止する係止部１２ｆが突起部１１ｂに対応して設けられている。この係止部１２ｅ及び係止部１２ｆは、傾斜部１２ｓ及び傾斜部１２ｐの端部に位置し、これら傾斜部１２ｓ及び傾斜部１２ｐと交差する互いに対向した壁部により構成されている。

これにより、回動操作されない非操作時に、復帰部材１８が、初期位置である中立位置に操作体１１を自動的に復帰させるので、操作体１１の回動操作をしないときには、中立位置に戻すことができる。このことにより、操作体１１の非操作状態時に、不所望な信号が出力しないようにすることができる。また、復帰部材１８としてねじりコイルばね１９を用いたことにより、ねじりコイルばね１９の巻回部１９ｃが操作体１１の回動軸部１１ｊに挿通されていて、一対の腕部１９ａ及び１９ｂが操作体１１とハウジング１２とに係止された構造としたので、簡単な構造のねじりコイルばね１９で確実に操作体１１を中立位置に復帰させることができる。

また、本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１は、操作体１１の中立位置への復帰動作の際に、ねじりコイルばね１９による操作体１１の復帰動作に制動をかける制動手段が設けられている。この制動の手段は、図１０（ａ）の操作体１１が右側に回動動作された状態から、図１０（ｂ）の操作体１１が中立位置に戻る状態になる際に、腕部１９ａがケース１２Ａに係止される係止部１２ｅの近傍にある、ケース１２Ａの傾斜部１２ｓに、腕部１９ａを摺動させることで達成している。逆に、操作体１１が左側に回動動作された状態から中立位置に戻る状態になる際には、腕部１９ｂをケース１２Ｂの傾斜部１２ｑに摺動させること達成している（図示していない）。

これにより、ねじりコイルばね１９による操作体１１の復帰動作に制動をかける制動手段が設けられているので、操作体１１の中立位置への復帰動作の際に、操作体１１が大きく中立位置を通り過ぎることを防止することができる。このことにより、中立位置に戻した際の反動による誤検知を確実に防ぐことができ、２方向の動作検出精度を向上させることができる。また、腕部１９ａまたは腕部１９ｂをハウジング１２に設けた傾斜部１２ｓまたは傾斜部１２ｑに摺動させることにより、傾斜部１２ｓ及び傾斜部１２ｑを操作体１１の復帰動作に制動をかける制動手段としたので、操作体１１の中立位置への復帰動作の際に、操作体１１の戻る勢いが徐々に減じられ、操作体１１が大きく中立位置を通り過ぎることを防止することができる。このことにより、中立位置に戻した際の反動による誤検知をより確実に防ぐことができ、２方向の動作検出精度をより一層向上させることができる。

以上により、本発明の磁気式スイッチ装置１０１は、操作体１１が回動動作Ｋｄの中立位置から回動操作された際に、一方側へ回動操作された際と、他方側へ回動操作された際とで、磁気センサ１５の配設位置での磁界の向きＭＤが相反する方向となるように構成されているので、異なる２方向の回動操作を、磁界の向きＭＤの変化を検出する磁気センサ１５により検出することができる。このことにより、磁石１３と磁気センサ１５よる非接触の検出手段なので、従来の接触による検出手段と比較して、接触による部材間の摩耗が生じることなく、２方向の動作を検出できるスイッチ装置の長寿命化が図られる。

また、２つの磁気検出素子（ＧＭＲ素子）を用いて、スイッチング動作する磁界の向きＭＤが互いに異なるようにしているので、異なる２つの磁界を検出することが可能であり、操作体１１を一方側に傾倒させたときの磁界の変化と、他方側に傾倒したときの磁界の変化を個別に検出することができる。このことにより、２方向の磁界の方向を確実に検出することができるとともに、２方向のスイッチング動作が行えるスイッチ装置を提供できる。

また、磁石１３が操作体１１の回動方向Ｄｋに沿った円弧状をしているので、操作体１１が回動操作されて磁石１３が回動した場合でも、磁石１３と磁気センサ１５との距離の変化を少なくすることができる。このため、最小の距離に磁石１３と磁気センサ１５とを配置すると、最大の距離での磁石１３と磁気センサ１５とをより近づけることができる。このことにより、２方向の動作検出精度を向上させることができる。

また、磁石１３の外周側の中央部に平坦面よりも窪んだ凹部１３ｒを形成することにより、磁気センサ１５のスイッチング動作しない不感領域ＮＣを広げることができる。このため、異なる磁界の向きＭＤでスイッチング動作する複数の磁気検出素子を有した１つの磁気センサ１５を用いた場合、スイッチング動作する操作体１１の回動範囲を広くすることができる。このことにより、１つの磁気センサ１５で操作体１１の回動範囲の広い２方向のスイッチング動作が行えるスイッチ装置を提供できる。

また、回動操作されない非操作時に、復帰部材１８が、初期位置である中立位置に操作体１１を自動的に復帰させるので、操作体１１の回動操作をしないときには、中立位置に戻すことができる。このことにより、操作体１１の非操作状態時に、不所望な信号が出力しないようにすることができる。さらに、復帰部材１８としてねじりコイルばね１９を用いたことにより、ねじりコイルばね１９の巻回部１９ｃが操作体１１との回動軸部１１ｊに挿通されていて、一対の腕部１９ａ及び１９ｂが操作体１１とハウジング１２とに係止された構造としたので、簡単な構造のねじりコイルばね１９で確実に操作体１１を中立位置に復帰させることができる。

また、ねじりコイルばね１９による操作体１１の復帰動作に制動をかける制動手段が設けられているので、操作体１１の中立位置への復帰動作の際に、操作体１１が大きく中立位置を通り過ぎることを防止することができる。このことにより、中立位置に戻した際の反動による誤検知を確実に防ぐことができ、２方向の動作検出精度を向上させることができる。また、腕部１９ａまたは腕部１９ｂをハウジング１２に設けた傾斜部１２ｓまたは傾斜部１２ｑに摺動させることにより、傾斜部１２ｓ及び傾斜部１２ｑを操作体１１の復帰動作に制動をかける制動手段としたので、操作体１１の中立位置への復帰動作の際に、操作体１１の戻る勢いが徐々に減じられ、操作体１１が大きく中立位置を通り過ぎることを防止することができる。このことにより、中立位置に戻した際の反動による誤検知をより確実に防ぐことができ、２方向の動作検出精度をより一層向上させることができる。

［第２実施形態］
図１１は、本発明の第２実施形態に係る磁気式スイッチ装置２０１を説明する構成図であって、その正面図である。なお、説明を容易にするため、ケース１２Ａを省略している。図１２は、図１１に示す磁石２３を用いた際の操作体１１の回動動作Ｋｄに伴う磁束密度の変化を示したグラフであって、磁気センサ２５の配設位置での水平成分の磁束密度をシミュレーションした結果である。なお、第１実施形態と同じ部材は同じ符号を付しており、説明を省略する。

本発明の第２実施形態の磁気式スイッチ装置２０１は、図１１に示すように、本発明の第１実施形態の磁気式スイッチ装置１０１に対して、磁石２３が凹部を有していなく円弧状の形状をしていることと、磁気センサ２５が磁界の向きＭＤの変化を検出する磁気検出素子（ＧＭＲ素子）を１つ有しているところが異なる。

磁石２３が凹部を有していなく円弧状の形状をしているため、図１２に示すように、その磁束密度の変化は、操作体１１の回転角に対して、ほぼ直線状に変化している。つまり、操作体１１の回動動作Ｋｄの中立位置での磁束密度の水平成分は、ほぼ０になっていて、左方向に操作体１１が回動操作された際には、磁束密度の水平成分Ｃは、操作体１１の回転角度が大きく（マイナス方向）なるにしたがって徐々に大きくなっていき、操作体１１の回動動作Ｋｄが約−５０ｄｅｇ近傍で、磁束密度の水平成分Ｃは最大になっている。逆に、右方向に操作体１１が回動操作された際には、磁束密度の水平成分Ｄは、水平成分Ｃとは逆向きの成分として、操作体１１の回転角度が大きく（プラス方向）なるにしたがって徐々に大きくなっていき、操作体１１の回動動作Ｋｄが約５０ｄｅｇ近傍で、磁束密度の水平成分Ｄは最大になっている。

また、磁気センサ２５が磁界の向きＭＤの変化を検出する磁気検出素子（ＧＭＲ素子）を１つ有していて、操作体１１が回動動作Ｋｄの中立位置から回動操作された際に、一方側へ回動操作された際と、他方側へ回動操作された際とで、磁気センサ２５の配設位置での磁界の向きＭＤが相反する方向を検出できるように構成されている。このため、異なる２方向の回動操作を、磁界の向きＭＤの変化を検出する磁気センサ２５により検出することができる。このことにより、磁石２３と磁気センサ２５よる非接触の検出手段なので、従来の接触による検出手段と比較して、接触による部材間の摩耗が生じることなく、２方向の動作を検出できるスイッチ装置の長寿命化が図られる。

また、図１１に示すように、磁石２３が操作体１１の回動方向Ｄｋに沿った円弧状をしているので、操作体１１が回動操作されて磁石２３が回動した場合でも、磁石２３と磁気センサ２５との距離の変化を少なくすることができる。このため、最小の距離に磁石２３と磁気センサ２５とを配置すると、最大の距離での磁石２３と磁気センサ２５とをより近づけることができる。このことにより、２方向の動作検出精度を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

＜変形例１＞
上記第１実施形態では、磁石１３の凹部１３ｒの形状が、磁石１３の外周側の中央部に内周側に向いた曲面状に形成されていたが、図１３（ａ）に示すように、磁石３３の形状は、磁石３３の外周側の中央部に平面状の平坦部３３ｈであっても良い。これにより、磁石３３の外周側の中央部に平面状の平坦部３３ｈを形成し、磁気センサ１５のスイッチング動作しない不感領域ＮＣを広げたので、異なる磁界の向きＭＤでスイッチング動作する複数の磁気検出素子を有した１つの磁気センサ１５を用いた場合、スイッチング動作する操作体１１の回動範囲を広くすることができる。このことにより、１つの磁気センサ１５で操作体１１の回動範囲の広い２方向のスイッチング動作が行えるスイッチ装置を提供できる。

また、図１３（ｂ）に示すように、磁石４３の形状は、磁石４３の外周側の中央部に内周側に向いた矩形状の凹部４３ｋであっても良い。

＜変形例２＞
また、上記第１実施形態では、磁石１３での磁界の向きＭＤが操作部１１ｔの突出方向Ｄｔに沿っていたが、図１４に示すように、磁石１３の長手方向全域にわたって、回動する操作体１１の径方向に沿った方向であっても良いし、その径方向に沿った方向に着磁されていた方がより好ましい。

＜変形例３＞
上記第１実施形態では、磁気センサ１５が、磁気検出素子として、巨大磁気抵抗効果を用いた磁気検出素子（ＧＭＲ素子）を用いたが、磁気の方向を検知できる磁気検出素子であれば良く、ＭＲ(Magneto Resistive)素子、ＡＭＲ(Anisotropic Magneto Resistive)素子、ＴＭＲ(Tunnel Magneto Resistive)素子であっても良い。

＜変形例４＞
上記第２実施形態では、磁界の向きＭＤの変化を検出する磁気検出素子（ＧＭＲ素子）を１つ有している磁気センサ２５を１個用いたが、上記第１実施形態で用いた磁気センサ１５を用いても良い。図１５は、本発明の第２実施形態に係る磁気式スイッチ装置２０１の変形例４を説明する図であって、磁束密度の変化を示したグラフである。

図１５に示すシミュレーション結果のように、操作体１１の中立位置近傍に、磁気センサ１５のスイッチング動作しない不感領域ＮＣ２が存在し、回動動作Ｋｄによる操作体１１の回転角が約±７ｄｅｇ近傍で、ＯＮ或いはＯＦＦのスイッチ動作が行われるようになる。これにより、操作体１１の中立位置近傍に磁気センサ１５でスイッチング動作しない不感領域ＮＣ２を設けているので、操作体１１を一方側に傾倒させたときと他方側に傾倒したときのスイッチング動作を個別に検出することができる。このことにより、２方向の磁界の方向を確実に検出することができるとともに、２方向のスイッチング動作が行えるスイッチ装置を提供できる。

＜変形例５＞
図１６は、本発明の第２実施形態に係る磁気式スイッチ装置２０１の変形例５を示し、磁気式スイッチ装置３０１を説明する正面図である。なお、説明を容易にするため、ケース１２Ａを省略している。

上記第２実施形態では、磁界の向きＭＤの変化を検出する磁気検出素子（ＧＭＲ素子）を１つ有している磁気センサ２５を１個用いたが、この変形例５では、図１６に示すように、２個の単極1出力タイプの磁気センサ４５ａ、磁気センサ４５ｂを用いた構成にしている。これにより、２つの磁気検出素子（ＧＭＲ素子）を用いて、スイッチング動作する磁界の向きＭＤが互いに異なるようにしているので、異なる２つの磁界を検出することが可能であり、操作体１１を一方側に傾倒させたときの磁界の変化と、他方側に傾倒したときの磁界の変化を個別に検出することができる。このことにより、２方向の磁界の方向を確実に検出することができるとともに、２方向のスイッチング動作が行えるスイッチ装置を提供できる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。例えば、上述した第１実施形態においては、磁気センサ１５として、相反する磁界の向きでスイッチング動作する２つの磁気検出素子（ＧＭＲ素子）を備えたもので説明したが、磁気センサはこれに限られない。すなわち、磁気センサが３つ以上の磁気検出素子を有しており、このうち、少なくとも２つの磁気検出素子が相反するような互いに異なる磁界の向きでスイッチング動作するものであれば良い。

１１ 操作体
１１ｔ 操作部
１１ｊ 回動軸部
１２ ハウジング
１２ｋ 開口部
１２ｐ、１２ｑ、１２ｓ、１２ｔ 傾斜部
１３、２３、３３、４３ 磁石
１３ｒ、４３ｋ 凹部
１５、２５、４５ａ、４５ｂ 磁気センサ
１８ 復帰部材
１９ ねじりコイルばね
１９ｃ 巻回部
１９ａ、１９ｂ 腕部
１０１、２０１、３０１ 磁気式スイッチ装置
Ｋｄ 回動動作
Ｋｊ 回動軸線
Ｄｋ 回動方向
Ｄｔ 突出方向
ＮＣ、ＮＣ１、ＮＣ２ 不感領域
ＭＤ 磁界の向き

Claims (5)

1. 回動操作される操作部を有する操作体と、前記操作部を突出させる開口部を有するとともに前記操作体を回動可能に保持するハウジングと、前記操作体に設けられた磁石と、前記操作体の回動操作に伴って前記磁石からの磁界の向きの変化を検出する磁気センサと、を備え、
   前記磁石は、前記操作体の回動方向に沿った円弧状の形状をして、前記操作体の回動軸線を挟んで前記操作部とは反対側に設けられているとともに、前記操作部の突出方向に沿った内周側と外周側とで異なる磁極となるように着磁されており、
   前記磁気センサは、磁界の向きでスイッチング動作する複数の磁気検出素子を有して、前記磁石を介して前記回動軸線と対向した位置に配設されており、前記複数の磁気検出素子の少なくとも２つが互いに異なる磁界の向きでスイッチング動作し、
   前記操作体の回動動作の中立位置において、前記磁気センサの配設位置での磁界の向きは、回動する前記操作体の径方向に沿った方向であり、
   前記中立位置から前記操作体が回動操作された際には、一方側への回動操作と他方側への回動操作とで、前記磁気センサの配設位置での磁界の向きが前記径方向を挟んで相反する方向となるように構成され、
   前記操作体の前記中立位置近傍に、前記磁気センサがスイッチング動作しない不感領域を設けたことを特徴とする磁気式スイッチ装置。
2. 前記磁石の前記外周側の中央部に平坦部あるいは平坦面よりも窪んだ凹部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の磁気式スイッチ装置。
3. 回動操作されない際に、前記操作体を前記中立位置に復帰させる復帰部材を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気式スイッチ装置。
4. 前記復帰部材は、巻回部と一対の腕部とを有したねじりコイルばねからなり、
   前記ねじりコイルばねは、前記巻回部が前記操作体の回動軸部に挿通されているとともに、前記一対の腕部が前記操作体と前記ハウジングとに係止されており、
   前記操作体の前記中立位置への復帰動作の際に、前記ねじりコイルばねによる前記操作体の復帰動作に制動をかける制動手段が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の磁気式スイッチ装置。
5. 前記ハウジングは、前記一対の腕部が前記ハウジングに係止される係止部分近傍に傾斜部を有し、前記操作体の前記中立位置への復帰動作の際に、前記腕部を前記傾斜部に摺動させることにより、前記傾斜部を前記制動手段としたことを特徴とする請求項４に記載の磁気式スイッチ装置。