JP6737901B2 - ポジションセンサ及びシフトレバー装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁界を発生させる磁石と、その磁石による磁気の傾きを検出する磁気検出部とを用いて操作部材の操作ポジションを検出するポジションセンサ及びそのポジションセンサを備えるシフトレバー装置に関する。

特許文献１には、車両変速機の接続状態を切り替えるために操作されるシフターに適用されたポジションセンサが開示されている。特許文献１のポジションセンサは、車体に固定されたジョイントボールに磁石が設けられ、そのジョイントボールの形状に合致する球面状の切欠を有するハウジングに磁気検出部が設けられている。そして、ハウジングに取付固定されたシフトレバーが操作されると、ハウジングがジョイントボールを中心に旋回し、磁気検出部による検出信号に基づき、シフトレバーの操作ポジションが検出される。

特表２００８−５２０４８４号公報

いわゆるバイワイヤ方式のシフターには超小型化のニーズがあり、しかも、シフトレバーの操作角が大きくても１０°と非常に小さく、その傾きの変化量を精度高く検出することが要求される。この要求を満たすためには、遊び等から発生するガタとシフトレバーの傾きとを正確に識別できるような工夫が必要となる。

本発明の目的は、検出精度の向上を可能にしたポジションセンサ及びシフトレバー装置を提供することにある。

一実施形態において、ポジションセンサは、磁界を発生させる磁石と、その磁石に対向して配置され同磁石による磁気の傾きを検出する磁気検出部とを備え、操作部材の自動或いは手動の操作に伴って前記磁石及び前記磁気検出部が相対的に変位するとともに、前記磁気検出部による検出信号に基づき、前記操作部材の操作ポジションを検出するポジションセンサにおいて、前記磁石として、前記操作部材の複数方向の操作軸を形成する支持構造の回転中心に平行磁界を発生させるために対向に配置された２つの磁石を備え、その対向に配置された前記２つの磁石の間に前記磁気検出部を有することをその要旨としている。

この構成によれば、支持構造の回転中心に平行磁界が確保されるため、支持構造にガタが発生しても影響を受けず、いわゆるロバスト性が高くなる。したがって、検出精度を向上できる。

上記ポジションセンサについて、対向に配置された前記２つの磁石それぞれに、平行磁界の範囲を広くすることを目的とした凹形状を設けたこととしてもよい。
この構成によれば、平行磁界が広い範囲で確保されるため、基板の上下に磁気検出部を実装しても影響を受けない。したがって、冗長性を確保しやすい。

上記ポジションセンサについて、前記２つの磁石それぞれの前記凹形状を、前記支持構造の回転中心を通る平面に関して面対称に配置したこととしてもよい。
この構成によれば、凹形状の配置を工夫することで、支持構造の回転中心を含む広い範囲に平行磁界を確保できる。

上記ポジションセンサについて、対向に配置された前記２つの磁石それぞれの対向面全面にわたって前記凹形状を設けたこととしてもよい。
この構成によれば、２つの磁石それぞれの対向面の範囲において、支持構造の回転中心から、より広範囲に広がる平行磁界を形成できる。

上記ポジションセンサについて、前記２つの磁石間の中央位置に前記磁気検出部を有することとしてもよい。
この構成によれば、平行磁界を最も確保しやすい位置に磁気検出部を設けることで、検出精度を向上できる。

上記ポジションセンサについて、前記２つの磁石間の中央位置に設けられた基板の上下に前記磁気検出部を実装したこととしてもよい。
この構成によれば、平行磁界を最も確保しやすい位置に複数の磁気検出部を集約することで、冗長性を確保しやすい。

一実施形態において、シフトレバー装置は、複数方向に操作される操作部材としてのシフトレバーと、磁界を発生させる磁石と、その磁石に対向して配置され同磁石による磁気の傾きを検出する磁気検出部とを備え、前記操作部材の自動或いは手動の操作に伴って前記磁石及び前記磁気検出部が相対的に変位するとともに、前記磁気検出部による検出信号に基づき、前記操作部材の操作ポジションを検出するポジションセンサとを備えるシフトレバー装置において、前記ポジションセンサは、前記磁石として、前記操作部材の複数方向の操作軸を形成する支持構造の回転中心に平行磁界を発生させるために対向に配置された２つの磁石を備え、その対向に配置された前記２つの磁石の間に前記磁気検出部を有することをその要旨としている。

この構成によれば、支持構造の回転中心に平行磁界が確保されるため、支持構造にガタが発生しても影響を受けず、いわゆるロバスト性が高くなる。したがって、検出精度を向上できる。

本発明によれば、検出精度を向上できる。

（ａ）はセンサ全体のイメージ斜視図、（ｂ）は断面斜視図、（ｃ）は正断面図。 磁石を対向させない場合における測定範囲の磁界角度の分布図。 磁石を対向させた場合における測定範囲の磁界角度の分布図。 凹形状を設ける場合における測定範囲の磁界角度の分布図。

以下、ポジションセンサ及びシフトレバー装置の一実施の形態について説明する。本例のポジションセンサは、ジョイスティック型の超小型シフターに適用される。
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、シフトレバー装置の一例であるシフター１は、ユーザによって操作されるシフトレバー２（操作部材）と玉軸３（支持構造の一例であるボールジョイント）とを両者一体で備え、玉軸３がその形状に合致する球面状の切欠を有するハウジング（図示略）によって該玉軸３の中心を回転中心として旋回可能に支持されている。尚、ハウジングには、シフトレバー２を案内するゲートが形成され、シフトレバー２は、ゲートに沿って最大で約１０°だけ傾けることが可能となっている。

例えば、シフトレバー２は、当該ゲートに沿って、車両前後方向（フロアタイプのシフターの場合）又は車両上下方向（コラムタイプのシフターの場合）に一致するシフト方向及び車幅方向（フロアタイプとコラムタイプのシフターに共通）に一致するセレクト方向への操作が許容される。そのうちシフト方向への操作は、第１の直線に沿った操作及びその第１の直線に平行な第２の直線に沿った操作が許容される。そして、上記第１の直線上には、リバース（Ｒ）ポジション、ニュートラル（Ｎ）ポジション、ドライブ（Ｄ）ポジションといった３つの操作ポジションが設定されるとともに、上記第２の直線上には、ホーム（Ｈ）ポジション、回生ブレーキ（Ｂ）ポジションといった２つの操作ポジションが設定される。尚、ホーム（Ｈ）ポジションからセレクト方向に沿った左側にニュートラル（Ｎ）ポジションが設定されたｈ字パターンが実用化されているが、シフトパターンはそれに限定されない。

玉軸３には、その表面の一部に形成された開口から該玉軸３の回転中心を越えた辺りまで延びて所要の広さを持つ空間が設定され、その空間内に基板４の中程から先端までが玉軸３とは常に非接触の状態で挿入されている。尚、基板４はハウジングに固定されている。

玉軸３には、その回転中心を挟んで対向に配置された２つの磁石５がインサート成形されている。２つの磁石５は共に略円柱形をなし、正断面略台形状の凹み６（凹形状）同士が互いに向かい合っている。それぞれの凹み６が玉軸３の回転中心を通る平面に関して面対称に配置されている。対向に配置された２つの磁石５それぞれの対向面全面にわたって凹み６が設けられている。尚、磁石５をインサート成形する工法に代えて、磁石５を玉軸３に固定或いは挿入して後付けする工法を採用してもよい。

基板４は、玉軸３の回転中心を通る上記平面に沿って設けられ、その上下に１個ずつ検出素子７（磁気検出部）が両者で玉軸３の回転中心を挟むように実装されている。２個の検出素子７を一塊りの磁気検出部として捉えると、その一塊りの磁気検出部は、２つの磁石５の間の中央位置に設けられていることになる。ここに、シフトレバー２がシフト方向及びセレクト方向へ操作されるシフター１の場合、検出素子７として３次元ホールセンサ等の３軸センサが採用される。

そして、シフトレバー２の操作に連動して玉軸３が旋回すると、２つの磁石５による磁気の傾きに応じた検出信号が２個の検出素子７それぞれから出力される。一方の検出素子７による検出信号に基づき、シフトレバー２の操作ポジションを検出し、他方の検出素子７による検出信号を該一方の検出素子７が故障した場合に用いることで冗長性を確保する。

尚、冗長性を確保するにあたり、基板４の上面側に２個の検出素子７を実装しつつ、下面側に１個の検出素子７を実装することで、検出素子７を３重系としてもよいし、４重系以上としてもよい。或いは、基板４の片面のみ（例えば上面側）に複数の検出素子７を実装することで、冗長性を確保してもよい。片面のみに検出素子７を実装する場合、玉軸３の回転中心を通る上記平面に沿って当該検出素子７が設けられる。もっとも、基板４の片面のみに１個の検出素子７を実装しつつ、冗長性を有さない構成を採用してもよく、この場合、玉軸３の回転中心に当該検出素子７が設けられる。

次に、シフター１に適用されるポジションセンサの作用について説明する。
図２に示すように、本例とは異なり磁石５を対向させない場合には、玉軸３の回転中心から水平方向に遠ざかる程、磁界角度が大きくなることが把握される。この場合、玉軸３の回転中心から水平方向に僅かに離れた位置でさえも磁界角度が０．５［Ｄｅｇ］を超えて全く平行磁界ではないことから、測定範囲のどこに検出素子７を配置しようとも、玉軸３のガタによる影響を受けるため、玉軸３のガタとシフトレバー２の傾きとを正確に識別できない。

図３に示すように、本例と同じく２つの磁石５を対向させた場合には、玉軸３の回転中心付近に磁界角度０〜０．５［Ｄｅｇ］の平行磁界の範囲が存在するとともに、玉軸３の回転中心から放射状に遠ざかる程、磁界角度が大きくなることが把握される。この場合、狭いが平行磁界の範囲があることから、玉軸３の回転中心に検出素子７を配置しても、玉軸３のガタによる影響を受けないため、玉軸３のガタとシフトレバー２の傾きとを正確に識別できる。尚、本例とは異なるが、１個の検出素子７を玉軸３の回転中心に配置することが可能である。

図４に示すように、本例に倣い２つの磁石５を対向させるとともに、それぞれに凹形状を設ける場合には、測定範囲の略全域に平行磁界が存在することが把握される。この場合、広く平行磁界の範囲がとれることから、玉軸３の回転中心を挟むように２個の検出素子７を配置しても、玉軸３のガタによる影響を受けないため、玉軸３のガタとシフトレバー２の傾きとを正確に識別できる他、冗長性を確保できる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）図３を参照して、２つの磁石５を対向させることで、玉軸３の回転中心に平行磁界が確保されるため、玉軸３にガタが発生しても影響を受けず、いわゆるロバスト性が高くなる。したがって、検出精度を向上できる。

（２）図４を参照して、対向に配置した２つの磁石５それぞれに凹み６による凹形状を設けることで、平行磁界が広い範囲で確保されるため、基板４の上下に検出素子７を実装しても影響を受けない。したがって、冗長性を確保しやすい。

（３）２つの磁石５それぞれの凹み６を、玉軸３の回転中心を通る平面に関して面対称に配置するといったように、凹み６による凹形状の配置に工夫を凝らした。このように凹形状の配置を工夫することで、玉軸３の回転中心を含む広い範囲に平行磁界を確保できる。

（４）図４を参照して、対向に配置された２つの磁石５それぞれの対向面全面にわたって凹み６を設けることで、２つの磁石５それぞれの対向面の範囲において、玉軸３の回転中心から、より広範囲に広がる平行磁界を形成できる。

（５）図３を参照して、２つの磁石５の間の中央位置といったように、平行磁界を最も確保しやすい位置に検出素子７を設けることで、検出精度を向上できる。
（６）図１（ｃ）を参照して、２つの磁石５の間の中央位置に設けられた基板４の上下に検出素子７を実装するといったように、平行磁界を最も確保しやすい位置に複数の検出素子７を集約することで、冗長性を確保しやすい。

（７）凹形状を設けない単純な円柱形の磁石５を対向に配置しつつ、広い範囲の平行磁界を得ようとする場合には、磁石５の径を十分に大きくする必要があるが、本例に倣い凹形状を有する磁石５を対向に配置する場合には、磁石５の径が小さくても広い範囲を平行磁界とすることが可能となる。したがって、超小型のシフター１に適用するポジションセンサとして最適である。

尚、上記実施の形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・対向に配置する２つの磁石５それぞれの凹形状は、正断面略台形状に限定されない。シミュレーションを通じて、狙いの広い範囲に平行磁界が得られる他の凹形状であってもよい。尚、凹形状の存在による強度低下を抑制するために、磁石５の形状に工夫を凝らしてもよい。

・シフトレバー２の操作に伴う磁石５及び検出素子７の相対的な変位の態様は、上記実施の形態による磁石５が可動で検出素子７が固定の態様に限定されず、検出素子７が可動で磁石５が固定の態様であってもよい。尚、両者が可動の態様、例えば、同じ方向に異なる移動量で移動する態様、或いは、異なる方向に移動する態様等であってもよい。

・シフトレバー２の複数方向（上記実施の形態ではシフト方向及びセレクト方向）の操作軸を形成する玉軸３のような多軸の支持構造に代えて、シフト方向の操作軸（シフト軸）を形成する第１の支持構造とセレクト方向の操作軸（セレクト軸）を形成する第２の支持構造とが別個である複合の支持構造を備えるシフターに、本発明のポジションセンサを適用してもよい。つまり、多軸の支持構造は玉軸３（ボールジョイント）に限定されない。尚、この場合、シフト軸とセレクト軸との交点が複合の支持構造の回転中心である。

・シフター１の他、ゲーム機或いは各種操作装置に本発明のポジションセンサを適用してもよい。尚、シフトレバー２のように手動で操作される操作部材の操作ポジションを検出するポジションセンサに限らず、電動ミラーのように自動で操作される操作部材の操作ポジションを検出するポジションセンサに本発明を適用してもよい。例えば、車両のミラーの傾きの検出等のポジション検出に本発明のポジションセンサを適用できることになる。

１…シフター（ポジションセンサを適用、シフトレバー装置）、２…シフトレバー（操作部材）、３…玉軸（支持構造）、４…基板、５…磁石、６…凹み（凹形状）、７…検出素子（磁気検出部）。

Claims (7)

1. 磁界を発生させる磁石と、その磁石に対向して配置され同磁石による磁気の傾きを検出する磁気検出部とを備え、操作部材の自動或いは手動の操作に伴って前記磁石及び前記磁気検出部が相対的に変位するとともに、前記磁気検出部による検出信号に基づき、前記操作部材の操作ポジションを検出するポジションセンサにおいて、
   前記磁石として、前記操作部材のシフト方向及びこれに交差するセレクト方向の操作軸を形成する支持構造の回転中心に平行磁界を発生させるために対向に配置された２つの磁石を備え、その対向に配置された前記２つの磁石の間に前記磁気検出部として３軸センサを有する
   ことを特徴とするポジションセンサ。
2. 対向に配置された前記２つの磁石それぞれに、平行磁界の範囲を広くすることを目的とした凹形状を設けた
   請求項１に記載のポジションセンサ。
3. 前記２つの磁石それぞれの前記凹形状を、前記支持構造の回転中心を通る平面に関して面対称に配置した
   請求項２に記載のポジションセンサ。
4. 対向に配置された前記２つの磁石それぞれの対向面全面にわたって前記凹形状を設けた
   請求項２又は３に記載のポジションセンサ。
5. 前記２つの磁石間の中央位置に前記磁気検出部を有する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のポジションセンサ。
6. 前記２つの磁石間の中央位置に設けられた基板の上下に前記磁気検出部を実装した
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のポジションセンサ。
7. 複数方向に操作される操作部材としてのシフトレバーと、
   磁界を発生させる磁石と、その磁石に対向して配置され同磁石による磁気の傾きを検出する磁気検出部とを備え、前記操作部材の自動或いは手動の操作に伴って前記磁石及び前記磁気検出部が相対的に変位するとともに、前記磁気検出部による検出信号に基づき、前記操作部材の操作ポジションを検出するポジションセンサとを備えるシフトレバー装置において、
   前記ポジションセンサは、前記磁石として、前記操作部材のシフト方向及びこれに交差するセレクト方向の操作軸を形成する支持構造の回転中心に平行磁界を発生させるために対向に配置された２つの磁石を備え、その対向に配置された前記２つの磁石の間に前記磁気検出部として３軸センサを有する
   ことを特徴とするシフトレバー装置。

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