JP5873698B2 - 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。その一例として背面バイアス磁石方式による検出方法を図１２に示す。

即ち、図１２は非接触スイッチの背面バイアス磁石方式による検出方法を説明する図であり、半導体磁気素子であるホール素子１０３には、その背面に取り付けられたバイアス磁石１０４によって磁気バイアスが印加されている。そして、磁性体である被検出物１１２が実線位置から矢印方向に鎖線位置まで移動してホール素子１０３に接近することによる磁束密度の変化がホール素子１０３によって検出され、検出された磁束密度が設定された閾値を超える（又は下回る）と非接触スイッチがＯＦＦからＯＮ（又はＯＮからＯＦＦ）に切り替わる。

特開平６−０８２４６５号公報

しかしながら、検出方法として図１２に示すような背面バイアス磁石方式を採用する場合、ホール素子１０３の背面にバイアス磁石１０４を設定するため、被検出物１１２が図１２に実線にて示すようにホール素子１０３の近くに無い場合でも該ホール素子１０３に掛かる磁束密度が比較的高くなってしまう。

又、被検出物１１２が図１２に鎖線にて示すようにホール素子１０３に接近した場合でも，ホール素子１０３の厚さ距離分ｂだけバイアス磁石１０４と被検出物１１２が離れた位置を保つ必要があるため、被検出物１１２に掛かる磁束密度が小さくなり、この結果、ホール素子１０３に掛かる磁束密度も比較的小さくなってしまう。

以上のことから、被検出物１１２がホール素子１０３に近づいたときと離れたときにホール素子１０３に掛かる磁束密度の変化が小さく、ホール素子１０３とバイアス磁石１０４の位置のバラツキ、温度ドリフト、ホール素子１０３とバイアス磁石１０４及び被検出物１１２相互の距離のバラツキを考えると、当該非接触スイッチのスイッチングのための磁束密度の閾値を設定することが難しくなる。

上記問題を解決するためには、図１３に示すようにバイアス磁石１０４の端面に凹部１０４ａを形成し、この凹部１０４ａにホール素子１０３を収納する構成が考えられるが、ホール素子１０３を固定する部位にスペースが無くなってしまい、ホール素子１０３のレイアウトが難しくなるという問題が発生する。

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、スイッチングのための閾値の設定が容易な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磁性体から成る被検出物の接近に伴うバイアス磁界の変化を検出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、前記保持部材に、前記半導体磁気素子を前記バイアス磁石と離間するように保持する素子取付部を形成し、前記バイアス磁石の前記半導体素子と対向する前面に凹部を形成し、該凹部内に前記保持部材の素子取付部を配設し、前記バイアス磁石の前記凹部の内壁面をテーパ面として、磁束密度が同強度のエリアが前記バイアス磁石の前面に対して平行に分布するよう構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、前記保持部材に、前記半導体磁気素子が電気的に接続される基板を保持する基板取付部と、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、前記バイアス磁石を複数に分割してこれらの間に磁性体を挟み込んだことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記半導体磁気素子をホール素子としたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、保持部材の素子取付部によって半導体磁気素子がバイアス磁石と離間するよう保持して両者の間に一定の距離を確保するようにしたため、被検出物が接近していない状態で半導体磁気素子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、被検出物が離れたときと接近したときに半導体磁気素子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。

又、バイアス磁石の半導体磁気素子と対向する前面に形成された凹部の内壁面をテーパ面としたため、磁束密度が同強度のエリアがバイアス磁石の前面に対して平行に分布する。このため、バイアス磁石に対する半導体磁気素子の位置がラジアル方向（非接触スイッチの長手軸方向を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、半導体磁気素子に高い取付精度が求められないために該半導体磁気素子の組付性が高められる。

更に、保持部材の素子取付部をバイアス磁石の凹部内に配設したため、従来と比較して、半導体磁気素子の厚さ距離分だけ被検出物をバイアス磁石に近づけることができる。このため、被検出物が接近した際に半導体磁気素子に印加される磁束密度をより大きくすることができ、被検出物が半導体磁気素子から離れている状態と接近した状態において半導体磁気素子に印加される磁束密度の差が顕著となり、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。

請求項２記載の発明によれば、保持部材がバイアス磁石と半導体磁気素子及び基板の取付部を備えているため、バイアス磁石と半導体磁気素子及び基板を保持部材にサブ組みした状態で、保持部材の係止部にターミナルベースに係止させることによって当該非接触スイッチが組み立てられるため、非接触スイッチの組み立てが容易化するとともに、部品点集が削減される。

請求項３記載の発明によれば、磁性体の半導体磁気素子と対向する前面に凹部を形成すれば、バイアス磁石に凹部を形成する必要がなく、バイアス磁石として例えば平板状の通常のものを使用することができるため、コストダウンを図ることができる。

請求項４記載の発明によれば、半導体磁気素子としてホール素子を使用するため、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を使用する場合と比較して、被検出物が正面から接近する場合であっても高い検出精度が維持され、又、磁気抵抗素子のように２つの素子を備える必要がないため、製造コストを低く抑えることができる。又、当該非接触スイッチを自動車の用途に適当した場合には途中で電源がＯＦＦとなる状況が発生するが、電源が再びＯＮされたときに被検出物が接近しているか否かを判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。 本発明に係る非接触スイッチの別形態を示す模式的断面図である。 従来の非接触スイッチの検出原理を説明する模式図である。 従来の非接触スイッチの改良例を示す模式図である。

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がインサート成形等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。

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部６ａが形成されており、このブロック部６ａの前端面には矩形凹状の素子取付部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のブロック部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に示すように基板取付部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。

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、その前面には保持部材６のブロック部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のブロック部６ａの前面に形成された前記素子取付部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のブロック部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のブロック部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。

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のブロック部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に形成された基板取付部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。

ところで、実際の組み付けにおいては、以上のように保持部材６にホール素子３とバイアス磁石４及び基板５が取り付けられてこれらかサブ組された状態で、図３及び図４に示すように保持部材６の保持部６Ａがスイッチボディ２の内部に装着されたキャップ８の内部に嵌め込まれて固定される。

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の素子取付部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、この素子取付部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。

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の素子取付部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の素子取付部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。

更に、本発明に係る非接触スイッチ１においては、保持部材６がホール素子３とバイアス磁石４及び基板５のそれぞれを取り付けるための素子取付部６ｂ、磁石収容部６ｃ及び基板取付部６ｈを備えているため、ホール素子３とバイアス磁石４及び基板５を保持部材６にサブ組みした状態で、保持部材６の係止爪６ｉをターミナルベース７の係止孔７ａに係止することによって当該非接触スイッチ１が組み立てられるため、該非接触スイッチ１の組み立てが容易化するとともに、部品点数が削減されるという効果が得られる。

そして、本実施の形態では、半導体磁気素子としてホール素子３を使用したため、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を使用する場合と比較して、被検出物１２が正面から接近する場合であっても高い検出精度が維持され、又、磁気抵抗素子のように２つの素子を備える必要がないため、製造コストを低く抑えることができる。又、当該非接触スイッチ１を自動車の用途に適当した場合には途中で電源がＯＦＦとなる状況が発生するが、電源が再びＯＮされたときに被検出物１２が接近しているか否かを判定することができる。

尚、以上の実施の形態では、バイアス磁石４に凹部４Ａを形成したが、図１１に模式的に示すように、バイアス磁石４を上下に分割し、分割された２つのバイアス磁石４によって磁性体１３を挟み込むとともに、磁性体１３のホール素子３と対向する前面に凹部１３Ａを形成する構成を採用しても良い。このような構成を採用すれば、バイアス磁石４に凹部を形成する必要がなく、バイアス磁石４として平板状の通常のものを使用することができるため、コストダウンを図ることができる。

１ 非接触スイッチ
２ スイッチボディ
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 保持部材のブロック部
６ｂ 保持部材の素子取付部
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 保持部材の基板取付部
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
１３Ａ 磁性体の凹部

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磁性体から成る被検出物の接近に伴うバイアス磁界の変化を検出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、
   前記保持部材に、前記半導体磁気素子を前記バイアス磁石と離間するように保持する素子取付部を形成し、
   前記バイアス磁石の前記半導体素子と対向する前面に凹部を形成し、該凹部内に前記保持部材の素子取付部を配設し、
   前記バイアス磁石の前記凹部の内壁面をテーパ面として、磁束密度が同強度のエリアが前記バイアス磁石の前面に対して平行に分布するよう構成したことを特徴とする非接触スイッチ。
2. 前記保持部材に、前記半導体磁気素子が電気的に接続される基板を保持する基板取付部と、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１記載の非接触スイッチ。
3. 前記バイアス磁石を複数に分割してこれらの間に磁性体を挟み込んだ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. 前記半導体磁気素子をホール素子としたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の非接触スイッチ。
   

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