JP7082743B2

JP7082743B2 - 位置検出装置

Info

Publication number: JP7082743B2
Application number: JP2019526953A
Authority: JP
Inventors: 智幸田中
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2022-06-09
Anticipated expiration: 2038-06-27
Also published as: JPWO2019004236A1; WO2019004236A1

Description

本発明は、位置検出装置に関する。

従来の位置検出装置として、移動する被検出体の位置を、被検出体が有する磁石の磁場変化を利用して検出するものがある。この種の位置検出装置として、特許文献１には、車両のシフト装置におけるシフト位置を検出する位置検出装置が開示されている。

特許文献１に係る位置検出装置では、磁石を有するとともにシフトレバーが取り付けられた被検出体としてのスライダが、車両のレバーユニット内部に設けられる支持部材の上をスライド可能に構成されている。そして、この位置検出装置は、当該支持部材内にホール素子などの磁気センサが実装された回路基板が固定されて構成されている。

特開２０１１－１４３８５２号公報

特許文献１に開示されている位置検出装置の構成では、車両側の支持部材を基準として、回路基板とスライダとの位置が決まるため、磁気センサに対する被検出体の位置決め精度が車両側の部品に依存する。そのため、当該位置決め精度を確保しつつ装置を組み付けることが容易ではない。また、車両側の部品に製造誤差が生じると位置検出の精度にバラツキが生じるおそれもある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、組み付けが容易で、位置検出の精度が良好な位置検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る位置検出装置は、
磁石を有する被検出体と、
前記被検出体の移動に伴って変化する前記磁石による磁場を検出する磁気センサを有する回路基板と、
前記回路基板に取り付けられ、前記被検出体を保持する樹脂材からなるホルダと、を備え、前記磁気センサが検出した磁場に基づき前記被検出体の位置を検出する位置検出装置であって、
前記ホルダは、
前記被検出体が挿入されるとともに、前記被検出体を所定の軌道に沿って案内するガイド部と、
前記ガイド部内における前記被検出体の可動範囲の一端部に位置して、前記被検出体の移動を規制するフック部と、を有する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、組み付けが容易で、位置検出の精度が良好な位置検出装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る位置検出装置の斜視図である。被検出体の斜視図である。位置検出装置の平面図である。回路基板の平面図である。変形例に係る磁気センサを有する回路基板の平面図である。

本発明の一実施形態に係る位置検出装置を、図面を参照して説明する。

本発明の一実施形態に係る位置検出装置１００は、斜視で図１に示す外形を有し、例えば、車両に搭載される。位置検出装置１００は、車両の運転者であるユーザが変速機のシフトレンジを切り替える操作（以下、シフトチェンジ操作）に応じて変化するシフト位置を検出する。シフト位置は、複数設けられ、この実施形態では、Ｒ（後退）、Ｎ（ニュートラル）、Ｄ（前進）の３つのシフト位置が設定されている。

以下では、構成の理解を容易にするため、各図に示すＸ、Ｙ、Ｚ軸を適宜用いて、位置検出装置１００が備える各部を説明する。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各軸を示す矢印が向く方向を、各軸の＋（プラス）側、その反対方向を－（マイナス）側とする。この実施形態のシフト位置は、図４に示すように、Ｙ方向に沿って設けられている。従って、ユーザによるシフトチェンジ操作もＹ方向に沿って行われる。

位置検出装置１００は、図１に示すように、被検出体１０と、回路基板２０と、ホルダ３０と、制御部４０と、を備える。

被検出体１０は、図２に示すように、磁石１１と、磁石保持部１２と、を有する。被検出体１０は、図３に示す可動範囲Ｍ内で、回路基板２０及びホルダ３０に対し、Ｙ方向に沿って移動可能となっている。

磁石保持部１２は、例えば、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の摺動性及び熱可塑性を有する樹脂材からなり、直方体状あるいは立方体状の外形に形成されている。磁石１１は、磁石保持部１２の内部に保持される。磁石１１は、例えば、円柱状に形成され、径方向に着磁されている。例えば、磁石１１と磁石保持部１２とは、インサート成形によって一体に形成される。

磁石保持部１２は、ユーザがシフトチェンジ操作を行う際に把持する操作部（図示せず）が取り付けられる被取付部１３を有する。被取付部１３は、高さ方向がＺ方向となる円筒状に形成され、その開口部に操作部が嵌合される。操作部がユーザによるシフトチェンジ操作によってＹ方向に沿って移動することに伴って、磁石１１を保持した磁石保持部１２（つまり、被検出体１０）もＹ方向に沿って移動する。なお、操作部の被取付部１３への固定方法は、嵌合に限られず、接着、溶着、螺着など公知の固定方法を適宜採用することができる。また、操作部は、ユーザが把持しつつ操作可能な形状のものであれば任意であり、マウス状の操作部や、レバー等であればよい。

回路基板２０は、例えば、リジッド基板に各種回路を形成してなるプリント回路板から構成される。回路基板２０は、図４に示すように、平面視で長方形状あるいは正方形状に形成され、磁気センサ２１と、保護回路２２，２３とを有する。磁気センサ２１と保護回路２２，２３とは、例えば、回路基板２０の基材表側（＋Ｚ側）の面上に実装されている。

磁気センサ２１は磁石１１が形成する磁場の大きさに応じた検出信号（電圧信号）を制御部４０へ出力する。磁気センサ２１は、例えば、ホール素子又は磁気抵抗素子と、信号処理回路とを有する１チップのセンサＩＣ（Integrated Circuit）から構成されている。この実施形態では、図４に示すように、磁気センサ２１は、１０個のセンサＩＣ２１０～２１９で構成され、被検出体１０の可動範囲Ｍに応じて回路基板２０に実装されている。保護回路２２，２３は、抵抗、コンデンサ、及び、回路基板２０に形成された図示しない配線パターンから構成され、磁気センサ２１を過電流などから保護する。

ホルダ３０は、被検出体１０と同様の摺動性及び熱可塑性を有する樹脂材からなり、台座部３１と、ガイド部３２と、天面部３３と、フック部３４と、壁部３５と、を有する。なお、ホルダ３０は、被検出体１０とは異なる組成の樹脂材で形成されていてもよい。

台座部３１は、回路基板２０を＋Ｚ側から覆う矩形状の部分であり、この実施形態では、回路基板２０の外形と同じ大きさで形成されている。例えば、台座部３１が回路基板２０の基材に、図示しないフックを用いた係合や、熱溶着、熱加締め等により固定されることで、ホルダ３０は、回路基板２０に固定される。なお、台座部３１の形状は任意であり、回路基板２０の＋Ｚ側の面の全てを覆う形状でなくともよい。

ガイド部３２は、被検出体１０が挿入されるとともに、被検出体１０をＹ方向に沿う直線状の軌道に沿って案内する。ガイド部３２は、台座部３１から＋Ｚ方向に突出して設けられ、Ｘ方向において互いに対向する側壁３２ａ，３２ｂを有する。側壁３２ａと側壁３２ｂとは、Ｙ方向に沿って延びて形成されている。ガイド部３２の－Ｙ側の端には、ガイド部３２内に被検出体１０を挿入する際に用いられる開口３２ｃが形成されている。

天面部３３は、図１に示すように、側壁３２ａの上側と側壁３２ｂの上端とを繋ぐように設けられている。天面部３３には、被検出体１０の被取付部１３を＋Ｚ方向に露出させる切り欠き３３ａが形成されている。切り欠き３３ａは、図３に平面視で示すように、その外縁がＵ字状に形成されている。切り欠き３３ａは、一端（－Ｙ側の端）が開放してガイド部３２の開口３２ｃと連通する。一方、切り欠き３３ａの他端（＋Ｙ側の端）は、円筒状の被取付部１３の外周形状に合わせて円弧状に形成され、閉じている。

ガイド部３２において、側壁３２ａと側壁３２ｂとのＸ方向における間隔は、被検出体１０のＸ方向における幅よりも若干大きく設定されている。また、天面部３３と、台座部３１における側壁３２ａ及び側壁３２ｂの間に位置する部分との間隔（Ｚ方向の間隔）は、被検出体１０の被取付部１３以外の部分のＺ方向における幅よりも若干大きく設定されている。ガイド部３２や天面部３３がこのように形成されていることにより、被検出体１０は、移動する際のガタツキが低減されつつ、ガイド部３２内において安定してＹ方向に摺動することができる。

フック部３４は、ガイド部３２内における被検出体１０の可動範囲Ｍの一端部（－Ｙ側の端部）に位置して、被検出体１０の移動を規制する。具体的には、フック部３４は、傾斜部３４ａと、規制壁３４ｂとを有する。

傾斜部３４ａは、図１に示すように、ガイド部３２の開口３２ｃから＋Ｙ方向に向かって上昇する傾斜面を有する部分である。規制壁３４ｂは、傾斜部３４ａの傾斜面の最高位置から台座部３１の上面に垂直に降りるように形成されている。また、フック部３４の両脇には、フック部３４のＺ方向における弾性を向上させるための一対の切り欠き３４ｃ，３４ｄが形成されている。

ここで、被検出体１０をガイド部３２内に設置する際には、被検出体１０を開口３２ｃから＋Ｙ方向へと押すようにしてガイド部３２内に挿入する。被検出体１０を開口３２ｃから＋Ｙ方向に押すにしたがって、被検出体１０は、天面部３３と傾斜部３４ａに挟まれつつ移動する。この際、フック部３４は、傾斜部３４ａの傾斜面が被検出体１０に押されて－Ｚ側へと撓む。なお、フック部３４の両脇に形成された一対の切り欠き３４ｃ，３４ｄによって、フック部３４は、撓み易くなっている。そして、被検出体１０は、傾斜部３４ａを乗り越えると、規制壁３４ｂから落ちるようにしてガイド部３２内に挿入される。このように一度、被検出体１０がガイド部３２内に挿入された後は、被検出体１０を－Ｙ側へと移動させると、いつかは規制壁３４ｂに当接し、規制壁３４ｂよりも－Ｙ側へ被検出体１０を移動させることはできなくなる。このように、規制壁３４ｂは、ガイド部３２内における被検出体１０の一端部（－Ｙ側）における可動範囲Ｍを規制する。

壁部３５は、Ｙ方向において、ガイド部３２の開口端（開口３２ｃが形成された端）とは反対側の端部に位置する。図３に示すように、壁部３５とフック部３４の規制壁３４ｂとの距離が、ガイド部３２内における被検出体１０の可動範囲Ｍとなる。つまり、フック部３４と壁部３５とによって、ガイド部３２内における被検出体１０の可動範囲Ｍが定められる。

制御部４０は、磁気センサ２１を構成するセンサＩＣ２１０～２１９の各々から検出信号を取得し、取得した検出信号に基づき、磁石１１を有する被検出体１０の位置、つまり、シフト位置を検出する。制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、例えば、車両内に配設され、回路基板２０と導通接続されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）として実現される。なお、制御部４０は、回路基板２０の裏側に実装されていてもよい。

制御部４０は、例えば、以下のようにして被検出体１０の位置（シフト位置）を検出する。
磁気センサ２１を構成するセンサＩＣ２１０～２１９の各々からは、磁石１１の位置に応じた検出電圧が出力される。これらの検出電圧は、例えば、図示しないコンパレータに入力されて予め定められた閾値電圧と比較される。コンパレータからは、検出電圧が閾値電圧以上の場合にはオン信号が制御部４０に出力される。つまり、オン信号を出力するセンサＩＣはオン状態となる。また、検出電圧が閾値電圧より小さい場合には制御部４０にオフ信号が出力される。つまり、オフ信号を出力するセンサＩＣはオフ状態となる。制御部４０は、各センサＩＣ２１０～２１９のオン状態またはオフ状態の組み合わせと、シフト位置（Ｒ、Ｎ、Ｄの各位置）とを対応付けて構成したテーブルを予めＲＯＭ内に記憶しており、当該テーブルを参照して、各センサＩＣ２１０～２１９から取得したオン信号又はオフ信号に応じたシフト位置を特定する。このように、シフト位置を特定した制御部４０は、特定したシフト位置に応じた指示を車両側に与え、当該指示に応じて車両の変速機のシフトレンジが切り替えられる。

なお、この実施形態では、磁気センサ２１を構成するセンサＩＣ２１０～２１９の各々は、温度特性補償機能を有するセンサＩＣであることが好ましい。センサＩＣは、検出電圧が環境温度に対して変動する特性を有するため、当該特性を考慮して構成されている。具体的には、センサＩＣは、ある温度Ｔに対しての検出電圧Ｖが所望の電圧Ｖ０よりもΔＶ大きくなる特性の場合は、当該温度Ｔにおいては、当該変動分ΔＶを打ち消すように、出力する検出電圧が（Ｖ－ΔＶ）となるように構成される。

また、以上では、磁気センサ２１を複数のセンサＩＣから構成する例を示したが、図５に示すように、磁気センサ２１を１個のリニアホールＩＣ２２０から構成してもよい。リニアホールＩＣ２２０は、磁石１１におけるＳ極とＮ極との一方から他方への磁界変化を検出して直線状の電圧信号を生成するリニア検出型のホールＩＣである。この場合、制御部４０は、予めＲＯＭ内に記憶した、リニアホールＩＣからの電圧信号の値とシフト位置とを対応付けて構成したテーブルを参照してシフト位置を特定すればよい。

（１）以上に説明した位置検出装置１００は、磁石１１を有する被検出体１０と、被検出体１０の移動に伴って変化する磁石１１による磁場を検出する磁気センサ２１を有する回路基板２０と、回路基板２０に取り付けられ、被検出体１０を保持する樹脂材からなるホルダ３０と、を備え、磁気センサ２１が検出した磁場に基づき被検出体１０の位置を検出する。ホルダ３０は、被検出体１０が挿入されるとともに、被検出体１０を所定の軌道に沿って案内するガイド部３２と、ガイド部３２内における被検出体１０の可動範囲Ｍの一端部に位置して、被検出体１０の移動を規制するフック部３４と、を有する。

このように、回路基板２０に取り付けられるホルダ３０と、ホルダ３０内を摺動可能な被検出体１０とをユニット化したため、回路基板２０に対しての被検出体１０の位置、つまり、磁気センサ２１に対しての磁石１１の位置決め精度が良好となる。したがって、位置検出の精度が良好である。また、ホルダ３０を回路基板２０に取り付けた後に被検出体１０をホルダ３０内に装着する、あるいは、被検出体１０を装着したホルダ３０を回路基板２０に取り付けるだけで、回路基板２０に対する被検出体１０の位置決めが定まるため、組み付けが容易である。

（２）また、フック部３４は、ガイド部３２内に被検出体１０を挿入可能に撓むとともに、ガイド部３２内に被検出体１０が挿入された後は、一端部における被検出体１０の移動を規制する。

このように、位置検出装置１００においては、ガイド部３２内への被検出体１０の挿入を補助するフック部３４を、可動範囲Ｍを規制する部材としても用いているため、構成を簡潔とすることができ、且つ、組付けが容易である。

（３）また、ホルダ３０は、ガイド部３２内における被検出体１０の可動範囲Ｍの他端部に位置する壁部３５を有し、フック部３４と壁部３５とによって、ガイド部３２内における被検出体１０の可動範囲Ｍが定められる。

（４）また、被検出体１０は、磁石１１を保持し、樹脂材からなる磁石保持部１２を有し、磁石保持部１２は、被検出体１０を移動させる操作部（移動部材の一例）が取り付けられる被取付部１３を有する。

なお、本発明は以上の実施形態、変形例、及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に変形の一例を説明する。

以上の例では、シフト位置をＲ、Ｎ、Ｄの３つとした例を示したが、シフト位置は複数あればよく、２つでも、４つ以上であってもよい。また、以上では、ガイド部３２は、被検出体１０を直線状の軌道に沿って案内する例を示したが、円弧状の軌道に沿って案内してもよい。また、ガイド部３２が被検出体１０を案内する軌道は、分岐していてもよい。

また、磁気センサ２１の少なくとも一部を、回路基板２０の裏面（－Ｚ側の面）に実装してもよい。また、磁気センサ２１を構成するセンサＩＣの個数や配列は任意である。また、前記の変形例では、リニアホールＩＣ２２０を１個用いる例を示したが、リニアホールＩＣ２２０を複数用いるようにしてもよい。磁気センサ２１が検出した磁場に基づき被検出体１０の位置を検出することができれば、磁気センサ２１の種類や、制御部４０の被検出体１０の位置の検出（特定）方法は、任意であり、公知の様々な手法を適宜採用することができる。磁石１１の形状も、円柱状に限られず、円筒状、角柱状であってもよい。また、磁石１１の着磁態様も径方向の着磁に限られず、高さ方向の着磁、両面４極、片面多極など、目的に応じて任意である。

また、磁石保持部１２の被取付部１３に取り付けられる部材は、被検出体１０を移動させる移動部材であればよく、操作部に限られない。さらに、位置検出装置１００は、被検出体１０の移動に伴って変化する磁石１１による磁場を利用して被検出体１０の位置を検出できるものであれば、シフト位置を検出する用途に限られず、様々な用途に適用可能である。

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

１００…位置検出装置
１０…被検出体、Ｍ…可動範囲
１１…磁石、１２…磁石保持部、１３…被取付部
２０…回路基板、２１…磁気センサ（２１０～２１９…センサＩＣ）
３０…ホルダ
３１…台座部
３２…ガイド部、３２ａ，３２ｂ…側壁、３２ｃ…開口
３３…天面部、３３ａ…切り欠き
３４…フック部
３４ａ…傾斜部、３４ｂ…規制壁、３４ｃ，３４ｄ…切り欠き
３５…壁部
４０…制御部

Claims

磁石を有する被検出体と、
前記被検出体の移動に伴って変化する前記磁石による磁場を検出する磁気センサを有する回路基板と、
前記回路基板に取り付けられ、前記被検出体を保持する樹脂材からなるホルダと、を備え、前記磁気センサが検出した磁場に基づき前記被検出体の位置を検出する位置検出装置であって、
前記ホルダは、
前記被検出体が挿入されるとともに、前記被検出体を所定の軌道に沿って案内するガイド部と、
前記ガイド部内における前記被検出体の可動範囲の一端部に位置して、前記被検出体の移動を規制するフック部と、を有する、
ことを特徴とする位置検出装置。
前記フック部は、前記ガイド部内に前記被検出体を挿入可能に撓むとともに、前記ガイド部内に前記被検出体が挿入された後は、前記一端部における前記被検出体の移動を規制する、
ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
前記ホルダは、前記ガイド部内における前記被検出体の可動範囲の他端部に位置する壁部を有し、
前記フック部と前記壁部とによって、前記ガイド部内における前記被検出体の可動範囲が定められる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
前記被検出体は、前記磁石を保持し、樹脂材からなる磁石保持部を有し、
前記磁石保持部は、前記被検出体を移動させる移動部材が取り付けられる被取付部を有する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位置検出装置。