JPH11236960A - スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】機械的接点がなく、寿命等の問題が無いスイッ
チ装置を提供することにある。 【解決手段】ハウジング１内には一端か駆動軸２に固定
され、駆動軸２の回転とともにハウジング１内を回転移
動する略扇状の金属性可動片３と、ハウジング１内の中
央で上記駆動軸２を中心とする円の半径方向に配置固定
された固定ピックアップ部４と、固定ピックアップ部４
に長手方向に等間隔で配置された金属検出用センサコイ
ル５１〜５４と、これら金属検出用センサコイル５１〜
５４から高周波磁界を発生させるためのセンサ回路部６
とを内蔵し、外部にはセンサ回路６から出力されるスイ
ッチ出力のパータンにより、上記駆動軸２に機械的機構
を通じて連結されているオートマッチクトランスミッシ
ョンの各モードの変化を検出する信号処理部７を備えて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オートマッチクト
ランスミッションの各モードを識別するためのスイッチ
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に自動車のオートマッチクトランス
ミッションの各モード（パーキング（Ｐ），リバース
（Ｒ），ニュートラル（Ｎ），ドライブ（Ｄ），３ｒｄ
（３）、２ｎｄ（２），Ｌｏｗ（１））、のＡＴギャボ
ジションに対応する）の変化を確認する目的で、ミッシ
ョンギアから連動する機械的機構によりスイッチ装置
（以下ＡＴスイッチと言う）の駆動軸の回転角運動に変
換し、ＡＴスイッチから回転角に応じたスイッチ出力の
パターンから上記モードを検出している。

【０００３】ここでＡＴスイッチの従来例としては、内
蔵の駆動軸の回転に連動して回転する可動片と、この可
動片の回転中心から所定間隔で可動片の先端との間で所
定間隔で配置された可動接点と、可動片の回転域に対応
して配置された固定台と、可動接点の移動軌跡に対応す
るように該固定台に上に配置され上記可動接点が移動に
応じて接触、非接触となる所定の長さの円弧状の固定接
点とを備え、駆動軸の回転に応じて各可動接点が対応す
る固定接点に対して接触又は非接触状態となることによ
り駆動軸の回転角に応じたスイッチ出力を発生する機械
的なＡＴスイッチがある。

【０００４】このＡＴスイッチは可動接点と固定接点の
接触を繰り返すため、接点寿命は避けることができない
問題であり、接点部の保護と、水分による腐食を防止と
を図るために固定台及び可動片を収納しているハウジン
グ内にグリースを充填して使用される。このグリースに
は厳しい使用環境に耐え、長寿命を保証する役割が与え
られるが、しかし現実的にはヨーロッパや北米の寒冷地
では冬期にグリースが硬くなってスイッチが動作しない
ことや、接触不良等の問題が発生している。

【０００５】従って、基本的に機械的な接点を持たない
無接点方式のＡＴスイッチが所望されていた。この無接
点化には光を用いたロータリーエンコーダの応用、磁気
スイッチの応用等のセンサを使用する方法が考えられ
る。光の場合、ＬＥＤ等の発光素子を使用するが、車載
の特にＡＴスイッチの用途にあっては、１００℃以上の
温度下で使用できることが必要で、そのため光ファイバ
ー等を用いた方法等が必要となり、コスト的にも高くな
る高級な方法となる。具体的には発光部のみを比較的環
境の良い場所に置き、ＡＴスイッチへは光ファイバーに
よる光伝送を行ない、その伝送されてきた光を使ってロ
ータリエンコーダ（光エンコーダ）に類似のシステムを
構成する。

【０００６】一方磁気スイッチの応用の場合、光に比べ
て十分温度に耐える構成とすることができる。従って、
永久磁石と、磁束量を検出できる磁気検出素子（ホール
素子、磁気抵抗素子（ＭＲ）等）を使い簡単に無接点化
ができる。但しこの場合永久磁石の大きさ及び永久磁石
から発生した磁束の指向性の広さにより、従来のＡＴス
イッチ程度の大きさでのスイッチ出力のパターンを識別
できるだけの分解能を得ることが難しい。

【０００７】図５はこの磁気スイッチ応用のＡＴスイッ
チを用いた場合について本発明者らか構想した例を示し
ており、ハウジングｌ内において、駆動軸１００に一端
が固定され、駆動軸１００の回転に連動して回転する磁
性金属材からなる可動片ｌ０１と、可動片１０１に対面
するように駆動軸１００を中心とする円の半径方向に配
置された固定台１０２に所定の間隔を設けて４組の磁気
検出素子２０１〜２０４…及び永久磁石３０１〜３０４
を配列し、可動片１０１が移動する移動軌跡上に所定長
の円弧状の永久磁石３０１〜３０４を配列し、駆動軸１
００の回転角、つまり駆動軸１００の回転に連動する可
動片１０１の回転位置により、磁気検出素子２０１〜２
０４が金属製可動片ｌ０ｌの金属部位に対面するか、金
属製可動片ｌ０１に形成した切欠部位に対面するかによ
って磁気検出素子２０１〜２０４が検出する磁束Ｍの量
が変化し、磁気検出素子２０１〜２０４がオン又はオフ
するようになっている。そしてこれら磁気検出素子２０
１〜２０４の検出出力、つまりスイッチ出力のパターン
を外部の信号処理部７に与えるようになっている。ここ
で各磁気検出素子２０１〜２０４の各出力をＬｌ〜Ｌ４
とした場合、オートマッチクトランスミッションの各モ
ード（パーキング（Ｐ）、リバース（Ｒ）、ニュートラ
ル（Ｎ）、Ｌｏｗ（１）、２ｎｄ（２）、３ｒｄ
（３）、ドライブ（Ｄ））とこれら各出力Ｌｌ〜Ｌ４の
組み合わせによるスイッチ出力のパターンとの関係は表
ｌに示すように構成される。

【０００８】

【表１】

【０００９】ここで図５（ａ）に示す状態は表１では太
線の枠内のスイッチ出力のパータン、つまりドライブ
（Ｄ）であって、このモードは信号処理部７で検出され
ることになる。尚イグニッション８はパーキング（Ｐ）
及びニュートラル（Ｎ）のモードで動作可能となり、バ
ックライトはリバース（Ｒ）で点灯可能となる。ところ
で図５に示す磁気検出素子を用いたＡＴスイッチは、静
磁場磁束には区別がないため、永久磁石３０１〜３０４
からの静磁場磁束Ｍは図５（ｂ）に示すように夫々独立
しておらず、永久磁石間で干渉し合うため、スイッチ出
力のパターンが不明瞭となる。その結果永久磁石間の干
渉を防ぐためには永久磁石間の距離を十分にとる必要が
あり、その結果ＡＴスイッチの小型化が難しくなる。ま
た金属製可動片１０１を数ｍｍの厚さの金属板で形成す
る必要がある。

【００１０】更に図５の場合は永久磁石と磁気検出素子
とを固定側に設け、可動片１０１を金属板で構成した
が、図６（ａ）（ｂ）に示すように駆動軸１００に一端
が固定され、駆動軸１００の回転に連動して回転する非
磁性材からなる可動片１０１に磁気検出素子２０１〜２
４４を配列し、一方可動片ｌ０１の回転域に対応して対
面配置された非磁性材からなる固定台１０２には、磁気
検出素子２０１〜２０４の移動軌跡上に円弧状の永久磁
石３０１〜３０４…を夫々配列し、各永久磁石３０１〜
３０４が移動する移動軌跡上に磁気検出素子２０１〜２
４４を配列し、駆動軸１００の回転角、つまり駆動軸１
００の回転に連動する可動片１０１の回転位置により、
磁気検出素子２０１〜２０４が永久磁石３０１〜３０４
に対面するか否かにより検出する磁束の変化に応じて出
力を発生し、この出力によりスイッチ出力のパターンを
得るものも考えられる。

【００１１】しかし、図６に示す磁気検出素子を用いた
ＡＴスイッチは、図５のＡＴスイッチと同様に静磁場磁
束には区別が無いため、永久磁石３０１〜３０４からの
静磁場磁束Ｍは図６（ｂ）に示すように夫々独立してお
らず、永久磁石間で干渉し合うため、スイッチ出力のパ
ターンが不明瞭となる。その結果永久磁石間の干渉を防
ぐためには永久磁石間の距離を十分にとる必要があり、
その結果ＡＴスイッチの小型化が難しくなる上に、特殊
な形状の永久磁石を必要とするという課題がある。

【００１２】また電気配線を可動片１０１に対して行な
わなければならないため、固定台１０２の出力ケーブル
との連結部が機械的なストレスを受けて、寿命上に問題
を生じる。その他に磁気検出素子を固定台１０２、可動
片１０１を収納するハウジング１側に固定し、扇状の可
動片ｌ０１側に永久磁石を配列する方法もあるが、この
場合、特殊な永久磁石が必要となる。 また永久磁石を印
刷によって形成する方法も考えられるが、発生磁束が低
くなるが、そのためセンサ感度アップを行なう場合には
磁石間の干渉は解決されない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように図５の金
属製の可動片を検出する場合には、金属製可動片とは別
に磁気検出素子の背後に永久磁石を設置し、これらの静
磁場の変化を金属可動片の回転で起こさせて検出する方
法を用いるが、部品として、永久磁石が必要なことと、
静止磁場変化を所望のレベル得るためには、厚さみのあ
る（最小でも数ミリ）必要がある。システムとしては、
厚み方法にも大きくなる。また図５（ｂ）に於ける磁石
間の干渉は、永久磁石からの静磁場磁束が、各々の 永
久磁石間で結合しておこる。そのため、磁気検出素子を
構成するホール素子／ＭＲ素子は、総合的な磁界の変化
に合わせて磁束変化を検出するように動き、可動片の回
転による磁気検出素子周辺の磁界変化が不明確になり、
各モードの識別が難しく、また、個々の組み立てばらつ
き、素子特性、磁石特性のばらつきによる特性ばらつき
も、設計管理しにくいものとなる従って、干渉を回避し
設計するために、必然的に全体形状が大きくなってしま
う。

【００１４】また、ホール素子においては、温度ドリフ
ト特性が問題となる。またＭＲ素子においては、磁気検
出用のパターンサイズとブリッジ回路を構成するＭＲ素
子間のピッチに影響され感度が左右される。また、微小
信号のためのノイズ問題が起きる。本発明は上記問題点
に鑑みて為されたもので、請求項ｌの発明は、機械的接
点がなく、寿命等の問題が無い自動車制御用スイッチを
提供することにある。請求項２の発明の目的とするとこ
ろは、請求項ｌの発明の目的に加えて、耐ノイズ性に優
れた自動車制御用スイッチを提供することにある。請求
項３の発明の目的とするところは請求項２の発明の目的
に加えて、小型化が可能な自動車制御用スイッチを提供
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項ｌの発明では、オートマッチックトランスミッ
ションの各モードの変化を確認するためにモードの変化
に応じて駆動軸が回転駆動され、回転角に応じたスイッ
チ出力のパターンを発生するスイッチ装置において、固
定ピックアップ部と、駆動軸に一端が固定されて駆動軸
の回転に共動する可動片と、可動片の回転方向と交差す
るように配置された固定ピックアップ部とをハウジング
内に設け、固定ピックアップ部には可動片の回転方向に
交差する方向に複数の金属検出用センサコイルを配列
し、可動片には回転角に応じて上記金属検出用センサコ
イルに対面して検出される金属部位を設け、夫々の金属
検出用センサコイルの検出出力の有無のスイッチ出力の
パターンにより可動片の回転角位置を検出することを特
徴とする。

【００１６】請求項２の発明では、請求項ｌの発明にお
いて、金属検出用センサコイルから高周波磁界を発生さ
せ、高周波磁界中の金属に発生する渦電流によって発振
状態が変化する発振手段と、発振状態の変化で金属を検
出する検出手段とを備えたことを特徴とする。請求項３
の発明では、請求項２の発明において、夫々の金属検出
用センサコイルに高周波磁界を発生させる発振手段の発
振周波数は隣接する金属検出用センサコイルにおいて異
ならせたことを特徴とする。

【００１７】而して請求項ｌの発明では、機械的接点が
無いため、接点寿命やグリースの充填による問題等が無
くなり、しかもセンサコイルが固定ピックアップ部に固
定されているため、配線の可動部でのストレス発生がな
く、設計的対応の必要がなくなる。また請求項２の発明
では、金属検出用センサコイルから高周波磁界を発生さ
せ、高周波磁界中の金属に発生する渦電流によって発振
状態が変化する発振手段と、発振状態の変化で金属を検
出する検出手段とを備えたので、耐外乱ノイズ性に優れ
る。

【００１８】請求項３の発明では、請求項２の発明にお
いて、夫々の金属検出用センサコイルに高周波磁界を発
生させる発振手段の発振周波数は隣接する金属検出用セ
ンサコイルにおいて異ならせたので、隣接する金属検出
用センサコイルの干渉を無くすことができ、小型化が可
能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本発明を実施形態により説明
する。図Ｉ （ａ）（ｂ）は本実施形態の構成を示して
おり、ハウジングｌ内には一端か駆動軸２に固定され、
駆動軸２の回転とともにハウジングｌ内を回転移動する
略扇状の金属性可動片３と、ハウジングｌ内の中央で上
記駆動軸２を中心とする円の半径方向に配置固定された
固定ピックアップ部４と、固定ピックアップ部４に長手
方向に等間隔で配置された金属検出用センサコイル５１
〜５４と、これら金属検出用センサコイル５１〜５４か
ら高周波磁界を発生させるためのセンサ回路部６とを内
蔵し、外部にはセンサ回路部６から出力される出力パー
タンにより、上記駆動軸２に機械的機構を通じて連結さ
れているオートマッチクトランスミッションの各モード
の変化を検出する信号処理部７を備えている。

【００２０】可動片３は金属板を打ち抜き形成したもの
で、回転角に応じて、つまりオートマッチクトランスミ
ッションの各モード（パーキング（Ｐ）、リバース
（Ｒ）、ニュートラル（Ｎ）、Ｌｏｗ（１）、２ｎｄ
（２）、３ｒｄ（３）、ドライブ（Ｄ））に対応する回
転角に応じてセンサコイル５１〜５４と金属面に対向さ
せるか、金属面の無い切欠３ａを対面させるようになっ
ている。

【００２１】センサ回路部６は図２に示すように各セン
サコイル５１〜５４に対応して独立したセンサ回路６１
〜６４を持ち、夫々のセンサ回路６１〜６２にはセンサ
コイル５１〜５４を駆動して高周波磁界を発生させるた
めの発振器とセンサコイル５１〜５４で発生する高周波
磁界により金属面で発生する渦電流によりセンサコイル
５１〜５４に発生する逆起電力で変化する発振振幅信号
を金属検出信号として出力する検出器を兼ねた発振回路
６００と、この発振回路６００から出力される検出信号
を、検波増幅する検波増幅回路６０１と、リップルカッ
トのためのフィルタ６０２と、基準電位Ｖｔｈと検波増
幅された検出信号のレベルとを比較して”Ｈ”又は”
Ｌ”の出力を発生する比較回路６０３と、この比較回路
６０３の信号を、次段の入力仕様に合わせた出力Ｌｌ〜
Ｌ４に変換出力する出力回路６０４とを夫々備え、各セ
ンサコイル５１〜５４には夫々共振用のコンデンサＣｌ
〜Ｃ４を接続している。

【００２２】具体的に説明すると、例えばセンサ回路６
４ではセンサコイル５４とこれに並列接続されたコンデ
ンサＣ４との共振発振回路に発振回路６００からの駆動
信号が印加されると、発振してセンサコイル５４から変
調された高周波磁界が発生する。センサコイル５４に可
動片３の金属面が対面してい場合、上記のように渦電流
が発生し、この渦電流によりセンサコイル５４に逆起電
力が発生し、発振振幅が変化することになる。この信号
を検波増幅回路６０１で原発振周波数を除去して、金属
の有無による発振振幅変化のみの直流電圧に変換する。
この直流信号は隣接するセンサコイルの発振周波数との
差分のうねりのリップルが残存する。このリップルをフ
ィルタ６０２で除去して安定な直流電圧とする。この直
流電圧信号を比較回路６０３にて基準電位Ｖｔｈと比較
し、金属の有／無により”Ｈ”又は”Ｌ”の信号を出力
する。出力回路６０４ではこの信号を受けて次段（信号
処理回路７）の入力仕様（例えば、オープンコレクタの
トランジスタ出力等）に合わせた出力を発生する。

【００２３】同様に他のセンサコイル５１〜５３におい
てもセンサ回路６１〜６３により同様な信号処理が為さ
れる。ここでは隣接するセンサコイルでの発振周波数を
異ならせるために共振発振回路を構成するセンサコイル
とコンデンサの何方か一方の定数を変えてある。但し周
波数差が余り大きくなると、感度特性（温度特性を含
む）に差が起こり、システム全体の安定性に問題が起き
る可能性があるため、必要なレベルにとどめる。

【００２４】例えばシステムの応答周波数が１００ＫＨ
ｚの場合、発振周波数１ＭＨｚと１．１ＭＨｚというよ
うに１００ＫＨｚの周波数差を持たせる。 本実施形態で
はセンサコイル５１〜５４の変調周波数をｆ１〜ｆ４と
夫々異ならせており、図３に示すようにセンサコイル５
１〜５４からの磁束Ｍ１〜Ｍ４は各々変調周波数が違う
ため独立し、干渉の発生を防止している。

【００２５】而して本実施形態では可動片３の移動によ
って各センサココイル５１〜５４に金属面を対面させる
或いは対面させないという状態を作り出して、オートマ
ッチクトランスミッションの各モード（パーキング
（Ｐ）、リバースＲ）、ニュートラル（Ｎ）、Ｌｏｗ
（１）、２ｎｄ（２）、３ｒｄ（３）、ドライブ
（Ｄ））に対応する回転角に応じて夫々異なるスイッチ
出力のパターンを発生させる。ここでセンサコイル５１
〜５４が可動片３の金属面に対面するときには各々のセ
ンサコイル５１〜５４に対応するセンサ回路６１〜６４
の出力が例えば”Ｈ”（オフ）となり、切欠３ａに対面
するときには”Ｌ”（オン）となり、電流を吸い込む又
は遮断する。これにより、信号処理部７の各センサ回路
７１〜７４の出力Ｌｌ〜Ｌ４に対応する入力は、”Ｈ”
から”Ｌ”又は、”Ｌ”から”Ｈ”へ変化する。

【００２６】これらのスイッチ出力のパターンから信号
処理回路７はモードを検出し、その検出結果に基づいて
必要な制御処理を行なう。そしてパーキン（Ｐ）又はニ
ュートラル（Ｎ）のモードであれなイグニッション８の
動作を可能とし、またリバース（Ｒ）の場合にはバック
ライト９を点灯させるような制御を行なう。 （実施形態２）上記実施形態ｌでは可動片３を金属板で
構成したが、本実施形態では、図４（ａ）（ｂ）に示す
ように樹脂成形板を基材とし、この樹脂成形基材の表面
にセンサコイル５１〜５４が検知する円弧状の金属パタ
ーンＰをエッチング或いは印刷によりに形成した可動片
３，を用いたものである。つまり高周波渦電流検出の場
合、可動片３が厚みのある金属である必要がなく、表面
電流が流れ得る金属パターンであればよい点を利用した
ものである。

【００２７】尚回路構成を含むその他の構成は実施形態
ｌと同じであるので、ここでは説明は省略する。而して
本実施形態の可動片３，は実施形態ｌの金属板の可動片
３に比べて加工性がよく、加工精度を得られるので、金
属パターンＰの太さを必要十分な太さにすることで、干
渉量が小さく且つ小型化が図れる最適設計を可能とす
る。また印刷マスクの変更で容易に金属パターンの仕様
変更が可能となる。

【００２８】

【発明の効果】請求項ｌの発明は、オートマッチックト
ランスミッションの各モードの変化を確認するためにモ
ードの変化に応じて駆動軸が回転駆動され、回転角に応
じたスイッチ出力のパターンを発生するスイッチ装置に
おいて、固定ピックアップ部と、駆動軸に一端が固定さ
れて駆動軸の回転に共動する可動片と、可動片の回転方
向と交差するように配置された固定ピックアップ部とを
ハウジング内に設け、固定ピックアップ部には可動片の
回転方向に交差する方向に複数の金属検出用センサコイ
ルを配列し、可動片には回転角に応じて上記金属検出用
センサコイルに対面して検出される金属部位を設け、夫
々の金属検出用センサコイルの検出出力の有無のスイッ
チ出力のパターンにより可動片の回転角位置を検出する
ので、機械的接点が無くなり、接点寿命やグリースの充
填による問題等を解消でき、しかもセンサコイルが固定
ピックアップ部に固定されているため、配線の可動部で
のストレス発生がなく、設計的対応の必要がなくなると
いう効果があり、更に可動片の仕様変更だけでさまざま
な回転角仕様に対応できるという効果がある。

【００２９】請求項２の発明は、請求項ｌの発明におい
て、金属検出用センサコイルから高周波磁界を発生さ
せ、高周波磁界中の金属に発生する渦電流によって発振
状態が変化する発振手段と、発振状態の変化で金属を検
出する検出手段とを備えたので、請求項ｌの発明の効果
に加えて、金属検出用センサコイルから高周波磁界を発
生させ、高周波磁界中の金属に発生する渦電流によって
発振状態が変化する発振手段と、発振状態の変化で金属
を検出する検出手段とを備えたので、耐外乱ノイズ性に
優れるという効果がある。

【００３０】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、夫々の金属検出用センサコイルに高周波磁界を発生
させる発振手段の発振周波数は隣接する金属検出用セン
サコイルにおいて異ならせたので、隣接する金属検出用
センサコイルの干渉を無くすことができ、小型化が可能
となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施形態ｌの正面から見た概
略構成図を示す。（ｂ）は同上の概略側断面図である。

【図２】同上のセンサ回路の回路構成図である。

【図３】同上の干渉防止の説明図である。

【図４】（ａ）は本発明の実施形態２の正面から見た概
略構成図を示す。（ｂ）は同上の概略側断面図である。

【図５】（ａ）は従来例の正面から見た概略構成図を示
す。（ｂ）は同上の概略側断面図である。

【図６】（ａ）は別の従来例の正面から見た概略構成図
を示す。（ｂ）は同上の概略側断面図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 駆動軸 ３ 可動片 ３ａ 切欠 ４ 固定ピックアップ部 ５ 金属検出用センサコイル ６ センサ回路部 ７ 信号処理部 ８ イグニション ９ バックライト

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】オートマッチックトランスミッションの各
   モードの変化を確認するためにモードの変化に応じて駆
   動軸が回転駆動され、回転角に応じたスイッチ出力のパ
   ターンを発生するスイッチ装置において、固定ピックア
   ップ部と、駆動軸に一端が固定されて駆動軸の回転に共
   動する可動片と、可動片の回転方向と交差するように配
   置された固定ピックアップ部とをハウジング内に設け、
   固定ピックアップ部には可動片の回転方向に交差する方
   向に複数の金属検出用センサコイルを配列し、可動片に
   は回転角に応じて上記金属検出用センサコイルに対面し
   て検出される金属部位を設け、夫々の金属検出用センサ
   コイルの検出出力の有無のスイッチ出力のパターンによ
   り可動片の回転角位置を検出することを特徴とするスイ
   ッチ装置。
2. 【請求項２】金属検出用センサコイルから高周波磁界を
   発生させ、高周波磁界中の金属に発生する渦電流によっ
   て発振状態が変化する発振手段と、発振状態の変化で金
   属を検出する検出手段と備えたことを特徴とする請求項
   ｌ記載のスイッチ装置。
3. 【請求項３】夫々の金属検出用センサコイルに高周波磁
   界を発生させる発振手段の発振周波数は隣接する金属検
   出用センサコイルにおいて異ならせたことを特徴とする
   請求項２のスイッチ装置。