JP5977939B2 - 非接触スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、磁性体から成る被検出物の位置をバイアス磁界の変化によって検出する非接触スイッチに関するものである。

例えば、自動車のトランスミッションのニュートラル位置とバック位置を検出するための位置検出スイッチとして有接点の機械式スイッチが知られているが、この機械式スイッチでは操作感が重くなり、耐久回数に制限がある等の問題がある。

そこで、磁性体から成る被検出物の位置をバイアス磁界の変化によって検出する無接点の非接触スイッチを用いることが考えられる。尚、特許文献１には、ホール効果を応用して回転体の回転を非接触で検出する回転検出装置が開示されている。

非接触スイッチによる被検出物の検出方法として、固定したバイアス磁石が発生するバイアス磁界内に、ホール電圧を検出するホール素子や抵抗変化を検出する磁気抵抗素子等の半導体磁気素子を配置し、磁性体である被検出物の接近によってバイアス磁界に生じた変化を半導体磁気素子によって検出する方法がある。

斯かる検出方法を用いた非接触スイッチに関して、例えば特許文献１には、半導体磁気素子（ホールＩＣ）とバイアス磁石を樹脂モールドする構成が開示されている。

又、特許文献２には、磁気抵抗素子と被検出物（磁性体ロータ）との間のエアギャップの管理を容易化するために、外部端子（ターミナル）に折曲部を形成し、磁気抵抗素子を保持する素子保持部材（モールド材）を外部端子の前記折曲部によってバイアス磁石の貫通孔を通して被検出物に向けて付勢し、該素子保持部材の先端を非磁性材料より成るキャップに当接させる構成が提案されている。

特開平８−３３８８５０号公報 特許第３１７０９１６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているように半導体磁気素子とバイアス磁石を樹脂モールドすると、半導体磁気素子とバイアス磁石との位置調整が難しい他、電子部品を実装した基板を配設していないために半導体磁気素子からの電気信号をスイッチ以外で増幅する必要があるという問題がある。

又、特許文献２において提案された構成では、部品の組み立てが容易でなく、外部端子に折曲部を形成する必要がある等の問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、部品点数を削減して組立性を高めることができる非接触スイッチを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、バイアス磁界を発生するバイアス磁石と、該バイアス磁石が発生するバイアス磁界内に配置されてバイアス磁界の変化を電気信号に変換する半導体磁気素子と、前記バイアス磁石を保持する保持部材を備えて前記被検出物の位置を検出する非接触スイッチにおいて、
前記半導体磁気素子と前記バイアス磁石及び基板を樹脂製の保持部材によって保持するとともに、
前記保持部材に、前記半導体素子が電気的に接続される基板を位置決めする基盤位置決め部と、前記基板が発する電気信号を外部機器に出力するターミナルを有するターミナルベースを係止するための係止部を形成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記基板位置決め部は、前記係止部に係止された前期ターミナルベースの前記ターミナルに前記基板が電気的に接続される前記保持部材の位置に前記基板を位置決めすることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記保持部材に、前記バイアス磁石を位置決めする磁石位置決め部と、前記半導体磁気素子を位置決めする素子位置決め部を設けたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記バイアス磁石の前記半導体磁気素子と対向する前面に凹部を形成し、該凹部に前記保持部材の前記磁石位置決め部を嵌合させるとともに、前記保持部材の前記素子位置決め部を、前記保持部材に組み付けられた前記バイアス磁石の前記凹部の内部に配設したことを特徴とする。

請求項１及び２記載の発明によれば、半導体磁気素子とバイアス磁石及び基板を保持する保持部材を単一の部品で構成したため、部品点数を削減して組立性を高めることができる。又、保持部材は樹脂製であるため、複雑な構造であっても容易に成形することができる。そして、半導体磁気素子とバイアス磁石及び基板がサブ組みされた保持部材の係止部にターミナルベースを係止させることによって両者が容易に組み立てられる。又、保持部材とターミナルベースが組み付けられると、保持部材の基板位置決め部によって位置決めされた基板とターミナルとが電気的に確実に接続されるため、組立作業性が高められて組立工数が削減される。

請求項３記載の発明によれば、保持部材に磁石位置決め部と素子位置決め部を設けたため、これらの磁石位置決め部と素子位置決め部によってバイアス磁石と半導体磁気素子とを保持部材に対して正確に位置決めされ、両者の煩雑な位置調整作業が不要となって組立性が高められる。

請求項４記載の発明によれば、保持部材の磁石位置決め部をバイアス磁石の凹部に嵌合させるとともに、バイアス磁石が保持部材に組み付いた状態で素子位置決め部がバイアス磁石の凹部の内部に配設されるよう構成したため、バイアス磁石を半導体磁気素子に対してより正確に位置決めした状態で確実に固定することができる。

本発明に係る非接触スイッチの分解斜視図である。 本発明に係る非接触スイッチの平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明に係る非接触スイッチの保持部材の平面図である。 図５のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明に係る非接触スイッチの保持部材の底面図である。 本発明に係る非接触スイッチのバイアス磁石の平面図である。 （ａ）〜（ｅ）は本発明に係る非接触スイッチに使用されるバイアス磁石の種々の形態を示す平面図である。 本発明に係る非接触スイッチの検出原理を説明する模式図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基
づいて説明する。

図１は本発明に係る非接触スイッチの分解斜視図、図２は同非接触スイッチの平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図、図５は保持部材の平面図、図６は図５のＣ−Ｃ線断面図、図７は同保持部材の底面図、図８はバイアス磁石の平面図である。

本発明に係る非接触スイッチ１は、図３及び図４に示すように、スイッチボディ２内に、半導体磁気素子であるホール素子３とその背面側に配されたバイアス磁石４及び基板５を保持する保持部材６を収容するとともに、ターミナルベース７の一部をスイッチボディ２の後端開口部から嵌め込んで固定することによって構成されている。尚、非接触スイッチ１においては、図２〜図４の左方を前方、右方を後方とする。

上記スイッチボディ２は、亜鉛ダイキャスト等によって六角ナット状に一体成形されており、その一端部には、当該非接触スイッチ１を車両に取り付けるためのネジ状の車両固定部２ａが形成されている。又、スイッチボディ２の前面側内部には有底筒状の樹脂製のキャップ８がインサート成形によって一体に装着されている。そして、スイッチボディ２の前端開口部はキャップ８によって閉塞されている。このようにスイッチボディ２のホール素子３と対向する前端開口部をキャップ８によって閉塞することによって、スイッチボディ２内への水や粉塵等の侵入が防がれるとともに、バイアス磁石４が発生するバイアス磁界がスイッチボディ２によって遮られることがない。又、金属製のスイッチボディ２の内部に樹脂製のキャップ８をインサート成形によって装着したため、組立工数を削減することができる。

前記保持部材６は、保持部６Ａと該保持部６Ａから後方に向かって二股状に延びる左右一対のアーム部６Ｂとで構成されており、保持部６Ａの前端部には多角柱状のブロック体である磁石位置決め部６ａが形成されており、この磁石位置決め部６ａの前端面には矩形凹状の素子位置決め部６ｂが形成されている。

又、保持部材６の保持部６Ａには、下方と両側部が開口する磁石収容部６ｃが形成されており、図１に示すように、保持部６Ａとアーム部６Ｂとを連結する円形の縦壁６ｄの下部には横方向に長い矩形の貫通孔６ｅが形成されている。そして、図６及び図７に示すように、保持部材６の磁石位置決め部６ａの下面には左右一対の圧入ピン６ｆと係合爪６ｇが下方に向かって一体に突設されている。

更に、保持部材６の左右のアーム部６Ｂの内側面前端部には図５及び図７に示すように基板位置決め部６ｈが形成されており、両アーム部６Ｂの外側部には図７に示すように係止爪６ｉがそれぞれ形成されている。尚、後述のように左右の係止爪６ｉは、ターミナルベース７を係止するための係止部を構成している。

図１に示すように、前記ホール素子３からは３本のターミナル９が導出しているが、これらのターミナル９は、ホール素子３から下方に延びた後に後方に向かって直角に折り曲げられている。尚、保持部材６には、ターミナルベース７の３本のターミナル１１に基板５が電気的に接続される位置に前記基板位置決め部６ｈが形成されている。

又、前記バイアス磁石４はバイアス磁界を発生する磁石であって、そのホール素子３と対向する前面には保持部材６の磁石位置決め部６ａの外形形状に沿った凹部４Ａが形成されている。ここで、図８に示すように、バイアス磁石４に形成された凹部４Ａの相対向する内壁面の底面に近い部分はテーパ面４ａとされている。尚、バイアス磁石４に形成される凹部４Ａの形状には図９（ａ）〜（ｅ）に示すようなものを採用することができる。即ち、図９（ａ）に示す矩形状の溝のコーナー部に円弧状曲面を形成したもの、図９（ｂ）に示す長円形のもの、図９（ｃ）に示す半円状のもの、図９（ｄ）に示す多角形状のもの、図９（ｅ）に示す三角状のもの等を採用することができる。

而して、ホール素子３は、図３及び図４に示すように保持部材６の磁石位置決め部６ａの前面に形成された前記素子位置決め部６ｂに嵌め込まれ、このホール素子３から延びる３本のターミナル９は、保持部材６の縦壁６ｄに形成された前記貫通孔６ｅを通過してその後方へと延びている。

又、バイアス磁石４は、その凹部４Ａを保持部材６の磁石位置決め部６ａに嵌合させた状態で保持部材６の磁石収容部６ｃに下方から嵌め込まれ、下面の凹部４Ａ周縁に保持部材６の磁石位置決め部６ａに形成された係合爪６ｇを係合させることによって保持部材６に仮保持される。そして、このバイアス磁石４は、ホール素子３と共に図１に示すリッド１０によって保持部材６に保持される。ここで、図１に示すように、リッド１０の幅方向中央にはホール素子３から延びる３本のターミナル９を通すための凹溝１０ａが形成されており、該リッド１０の前端部の左右には圧入溝１０ｂが形成され、後端部の左右には係合突起１０ｃが後方に向かって一体に突設されている。又、バイアス磁石４が保持部材６に組み付いた状態において、素子位置決め部６ｂは図４に示すようにバイアス磁石４の凹部４Ａの内部に配設されている。

而して、リッド１０は、その後端部の左右に突設された係合突起１０ｃを保持部材６の縦壁６ｄに形成された貫通孔６ｅ（図１参照）に嵌め込み、前端部の左右に形成された圧入溝１０ｂに保持部材６の磁石位置決め部６ａに突設された左右２本の圧入ピン６ｆを圧入することによって図３に示すように保持部材６の保持部６Ａの下部に磁石収容部６ｃを下方から覆うように取り付けられ、このリッド１０によってホール素子３とバイアス磁石４が保持部材６に保持されて保持部材６からの脱落が防がれる。

又、図３及び図４に示すように、保持部材６に形成された基板位置決め部６ｈには前記基板５が垂直に取り付けられるが、この基板５の下部に横方向に形成された３つの貫通孔５ａ（図１参照）にはホール素子３から延びる３本のターミナル９が貫通して基板５と電気的に接続されている。尚、図１に示すように、基板５の上部には横方向に３つの貫通孔５ｂが形成されており、基板５が保持部材６の基板位置決め部６ｈに位置決めされて取り付けられると、該基板の各貫通孔５ｂに各ターミナル１１が貫通して両者が電気的に接続される。

ところで、実際の組み付けにおいては、以上のようにホール素子３とバイアス磁石４及び基板５が組み付けられた保持部材６がターミナルベース７に嵌め込まれ、その後、ターミナルベース７が保持部材６と共にスイッチボディ２に嵌め込まれてかしめ固定される。

而して、本実施の形態では、バイアス磁石４のホール素子３と対向する前面に凹部４Ａを形成したため、保持部材６の素子位置決め部６ｂはバイアス磁石４の前面よりも内側の凹部４Ａ内に配設されることとなり、この素子位置決め部６ｂに取り付けられたホール素子３は、バイアス磁石４と離間するように保持されている。

前記ターミナルベース７は、矩形筒状のカプラ部７Ａが一体に形成されており、このカプラ部７Ａの前端部には、スイッチボディ２の内周部に嵌合するフランジ部７Ｂが一体に形成されている。又、図１に示すように、ターミナルベース７の先端部の左右両側部には周方向に長い係止孔７ａが形成されている。そして、このターミナルベース７内には、基板５が発する電気信号を外部機器に出力するための左右３本のターミナル１１が設けられている。ここで、各ターミナル１１はクランク状に屈曲した状態でターミナルベース７に収容されており、各ターミナル１１の一端は、基板５の上部に横方向に形成された３つの前記貫通孔５ｂ（図１参照）に差し込まれて基板５と電気的に接続されている。又、ターミナル１１の他端は、ターミナルベース７のカプラ部７Ａ内へと突出している。

而して、ターミナルベース７は、図３及び図４に示すように、そのフランジ部７Ｂがスイッチボディ２内に後端開口部から嵌め込まれ、スイッチボディ２の後端周縁部がかしめられることによってスイッチボディ２に固定される。

次に、以上のように構成された非接触スイッチ１による被検出物１２の検出原理を図１０に示す模式図に基づいて以下に説明する。

本発明に係る非接触スイッチ１においては、バイアス磁石４のホール素子３と対向する前面に凹部４Ａを形成し、この凹部４Ａ内にホール素子３をバイアス磁石４の前面から突出しないよう配置したため、バイアス磁石４の前面はホール素子３の背面から該ホール素子３の厚さ距離分ｂだけ前方に突出するとともに、ホール素子３の後方には図示の距離分ａのスペースが形成される。

ところで、ホール素子３にはバイアス磁石４によってバイアス磁界が印加されており、バイアス磁石４が発生するバイアス磁界内に配置されたホール素子３は、磁性体から成る被検出物１２が図１０に実線にて示すように離れているときと鎖線にて示すように接近したときのバイアス磁界の変化を検出し、検出された磁束密度と予め設定された磁束密度の閾値とを比較してＯＮ／ＯＦＦのスイッチング動作を行う。

而して、本実施の形態では、保持部材６の素子位置決め部６ｂによってホール素子３がバイアス磁石４と離間するよう保持され、両者の間に図１０に示すように一定の距離ａが確保されるようにしたため、被検出物１２が接近していない図１０に示す状態でホール素子３に印加されるバイアス磁界の磁束密度を低減させることができる。このため、被検出物１２が図１０に実線にて示すように離れたときと鎖線にて示すように接近したときにホール素子３に印加される磁束密度の差が顕著となり、当該非接触スイッチ１のスイッチングのための磁束密度の閾値を容易に設定することができる。

そして、本発明に係る非接触スイッチ１においては、保持部材６の素子位置決め部６ｂをバイアス磁石４の前面よりも内側の凹部４Ａ内に配設したため、従来と比較して、ホール素子３の厚さ距離分ｂだけ被検出物１２をバイアス磁石４に近づけることができる。このため、被検出物１２が図１０に鎖線にて示すように接近した際にホール素子３に印加される磁束密度をより大きくすることができ、被検出物１２が図１０に実線にて示すようにホール素子３から離れている状態と鎖線にて示すように接近した状態においてホール素子３に印加される磁束密度の差が顕著となり、このことによっても当該非接触スイッチ１のスイッチングのための磁束密度の閾値の設定が容易となる。

又、本実施の形態では、図８に示すようにバイアス磁石４のホール素子３と対向する前面に形成された凹部４Ａの内壁面をテーパ面４ａとしたため、磁束密度が同強度のエリアがバイアス磁石４の前面に対して平行に分布する。このため、バイアス磁石４に対するホール素子３の位置がラジアル方向（非接触スイッチ１の長手軸方向をＺ軸とするとＸＹ軸方向）に多少ばらついても磁界成分に大きな変化がなく、ホール素子３に高い取付精度が求められないために該ホール素子３の組付性が高められる。

以上において、本発明に係る非接触スイッチ１によれば、ホール素子３とバイアス磁石４及び基板５を保持する保持部材６を単一の部品で構成したため、部品点数を削減して組立性を高めることができる。そして、保持部材６は樹脂製であるため、複雑な構造であっても容易に成形することができる。

又、本発明に係る非接触スイッチ１においては、保持部材６に磁石位置決め部６ａと素子位置決め部６ｂを設けたため、これらの磁石位置決め部６ａと素子位置決め部６ｂによってバイアス磁石４とホール素子３とを保持部材６に対して正確に位置決めされ、両者の煩雑な位置調整作業が不要となって組立性が高められる。

更に、本発明に係る非接触スイッチ１によれば、保持部材６の磁石位置決め部６ａをバイアス磁石４の凹部４Ａに嵌合させるとともに、バイアス磁石４が保持部材６に組み付いた状態で素子位置決め部６ｂがバイアス磁石４の凹部４Ａの内部に配設されるよう構成したため、バイアス磁石４をホール素子３に対してより正確に位置決めした状態で確実に固定することができる。

又、本発明に係る非接触スイッチ１によれば、ホール素子３とバイアス磁石４及び基板５がサブ組みされた保持部材６の係止爪６ｉとターミナルベース７の係止孔７ａとを係合係止させることによって両者を容易に組み立てることができる。そして、保持部材６とターミナルベース７が組み付けられると、保持部材６の基板位置決め部６ｈによって位置決めされた基板５とターミナル９，１１とが電気的に確実に接続されるため、組立作業性が高められて組立工数が削減されるという効果が得られる。

１ 非接触スイッチ
２ スイッチボディ
２ａ スイッチボディの車両固定部
３ ホール素子（半導体磁気素子）
４ バイアス磁石
４Ａ バイアス磁石の凹部
４ａ バイアス磁石の凹部のテーパ面
５ 基板
５ａ，５ｂ 基板の貫通孔
６ 保持部材
６Ａ 保持部材の保持部
６Ｂ 保持部材のアーム部
６ａ 保持部材の磁石位置決め部
６ｂ 保持部材の素子位置決め部
６ｃ 保持部材の磁石収容部
６ｄ 保持部材の縦壁
６ｅ 保持部材の貫通孔
６ｆ 保持部材の圧入ピン
６ｇ 保持部材の係合爪
６ｈ 保持部材の基板位置決め部
６ｉ 保持部材の係止爪（係止部）
７ ターミナルベース
７Ａ ターミナルベースのカプラ部
７Ｂ ターミナルベースのフランジ部
７ａ ターミナルベースの係止孔
８ キャップ
９ ターミナル
１０ リッド
１０ａ リッドの凹溝
１０ｂ リッドの圧入溝
１０ｃ リッドの係合突起
１１ ターミナル
１２ 被検出物
１３ 磁性体

Claims (4)

1. バイアス磁界を発生するバイアス磁石と、該バイアス磁石が発生するバイアス磁界内に配置されてバイアス磁界の変化を電気信号に変換する半導体磁気素子と、前記バイアス磁石を保持する保持部材を備えて前記被検出物の位置を検出する非接触スイッチにおいて、
   前記半導体磁気素子と前記バイアス磁石及び基板を樹脂製の保持部材によって保持するとともに、
   前記保持部材に、前記半導体素子が電気的に接続される基板を位置決めする基盤位置決め部と、前記基板が発する電気信号を外部機器に出力するターミナルを有するターミナルベースを係止するための係止部を形成したことを特徴とする非接触スイッチ。
   
2. 前記基板位置決め部は、前記係止部に係止された前期ターミナルベースの前記ターミナルに前記基板が電気的に接続される前記保持部材の位置に前記基板を位置決めすることを特徴とする請求項１記載の非接触スイッチ。
3. 前記保持部材に、前記バイアス磁石を位置決めする磁石位置決め部と、前記半導体磁気素子を位置決めする素子位置決め部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の非接触スイッチ。
4. 前記バイアス磁石の前記半導体磁気素子と対向する前面に凹部を形成し、該凹部に前記保持部材の前記磁石位置決め部を嵌合させるとともに、前記保持部材の前記素子位置決め部を、前記保持部材に組み付けられた前記バイアス磁石の前記凹部の内部に配設したことを特徴とする請求項３記載の非接触スイッチ。
   

Images