(57)【要約】【課題】感磁方向が水平方向であり、動作幅が広く位置調整が容易であると共に、衝撃で感度が変化し難く、かつ長寿命である磁界検出装置及び磁界検出装置を用いた近接センサを提供する。【解決手段】磁界検出装置１は、ホール素子３と、ホール素子３に近接して配設され、ホール素子３の感磁面に対して水平方向の磁界を検出するための磁性体４とから成る。磁性体４を、ホール素子３の感磁面の上部側及び／又は下部側に配設してもよい。ホール素子３を、ホールＩＣ１３に置き換えて、磁界検出装置としてもよい。ホール素子３及びホールＩＣ１３を用いた磁界検出装置は、さらに磁界検出装置を覆うケースを備えて近接センサとすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホール素子と、該ホール素子の感磁面に対して水平方向に近接して配設した磁性体と、を備え、
前記磁性体により前記感磁面に対する水平方向の磁界を検出するようにした、磁界検出装置。
【請求項２】
前記磁性体は、前記ホール素子の感磁面の上部側及び／又は下部側に配設される、請求項１に記載の磁界検出装置。
【請求項３】
前記ホール素子及び前記磁性体は、基板上に配置されている、請求項１又は２に記載の磁界検出装置。
【請求項４】
前記磁性体は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、これらの合金、酸化物軟磁性材料の何れかを用いた、請求項１〜３の何れかに記載の磁界検出装置。
【請求項５】
前記ホール素子と該ホール素子に接続された集積回路とからなるホールＩＣを備え、前記磁性体が該ホールＩＣの感磁面に対して水平方向に近接して配設される、請求項１〜３の何れかに記載の磁界検出装置。
【請求項６】
前記磁性体は、前記ホールＩＣの感磁面の上部側及び／又は下部側に配設される、請求項５に記載の磁界検出装置。
【請求項７】
前記ホールＩＣ及び前記磁性体は、基板上に配置される、請求項５又は６に記載の磁界検出装置。
【請求項８】
さらに、前記基板と前記ホールＩＣと前記磁性体とこれらを覆うケースを備える、請求項５〜７の何れかに記載の磁界検出装置を用いた近接センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホール素子又はホールＩＣを用いた磁界検出装置とこの磁界検出装置を用いた近接センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁場を検出するスイッチとして、リードスイッチ、磁気抵抗センサ（Magneto-Resistanceセンサ、ＭＲセンサと呼ぶ。）、ホール素子がある。
図２０に、従来のリードスイッチ１００の構造とその動作を模式的に示す。従来のリードスイッチ１００は、ガラス管１０１に挿入される強磁性体からなる２本のリード片１０２，１０３が互いに近接して配設される構造を有している。ガラス管１０１には窒素等の不活性ガスが封入されている。このリードスイッチ１００に磁石１１０が近づくと、２本のリード片１０２，１０３の間に吸引力が生じてリード片同士が接触してリードスイッチ１００はＯＮとなり、磁石１１０がリードスイッチ１００から離れるとリード片１０２，１０３が離れてリードスイッチ１００はＯＦＦする。
【０００３】
図２０に示すように、従来のリードスイッチ１００の感磁方向は、磁石１１０の磁束方向と同じように水平方向であるので、動作幅が広く位置調整が容易である一方、極性は無いが衝撃で感度が変化し易いという課題がある。
【０００４】
図２１は、ＭＲセンサ１２０とその動作を模式的に示す図である。ＭＲセンサ１２０は、磁気抵抗効果を用いた２端子のセンサである。図２１に示すように、ＭＲセンサ１２０の感磁方向は、磁石１１０の磁束方向と同じように水平方向となり、動作幅が狭いので位置調整が困難であるが、極性が無く、衝撃で感度が変化し難いという特徴がある。
【０００５】
図２２は、ホール素子１３０とその動作を模式的に示す図である。ホール素子１３０は、半導体の基板面に水平な方向に電流を流し、基板面に垂直な方向に磁束が印加されるときに発生する電圧、所謂ホール電圧が磁束密度に比例するというホール効果を用いて、センサを構成している。図２２に示すように、ホール素子１３０の感磁方向は垂直方向であり、動作幅が広いので位置調整が容易で、衝撃で感度が変化し難い。一方、極性を有するが、電子回路を付加することで無極性とすることも可能である。
【０００６】
リードスイッチ１００とＭＲセンサ１２０は、その長手方向が感磁方向であるが、ホール効果を用いているホール素子１３０の感磁方向は、ホール素子１３０を形成する半導体基板に対して垂直方向となる。さらに、特許文献１には、リードスイッチの代わりに磁気を検知するホール素子を用いた磁気近接スイッチが開示されている。この磁気近接スイッチでは、ホール素子による永久磁石の検出感度を向上させるために、ホール素子の感磁部に垂直方向の磁束密度を増すためのヨークを設けた構成を有している。
【０００７】
特許文献２には、例えば感磁部２０１，２０２として二つのホール素子を用いた磁気センサ２００が開示されている。図２３は、特許文献２に開示された磁気センサ２００の構造を示す断面図である。図２３に示すように、磁気センサ２００は、二つの感磁部２０１，２０２間に磁路を形成する磁性体２０３を設ける構成を有している。垂直方向及び水平方向の磁束の検出は、二つの感磁部２０１，２０２による出力の和及び差を演算して、算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５９−２２３０２６号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９３１２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】httpｓ://www.akm.com、旭化成エレクトロニクス株式会社、データシート、ＥＭ−１７８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の磁気近接スイッチでは、垂直方向の磁束密度を増すためのヨークを設けているが、水平方向の磁束の検出ができない。特許文献２の磁気センサは、二つの感磁部２０１，２０２間に磁路を形成する磁性体２０３を設けることで、水平方向の磁束のアナログ検出ができるが、二つの感磁部２０１，２０２が必要である。
【００１１】
現状では、磁界検出装置や近接センサとして、感磁方向が水平方向であり、動作幅が広く位置調整が容易であると共に、衝撃で感度が変化し難く、かつ長寿命であるという磁界検出装置や磁界検出装置を用いた近接センサが得られていない。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑み、感磁方向が水平方向であり、動作幅が広く位置調整が容易であると共に、衝撃で感度が変化し難く、かつ長寿命な磁界検出装置及び磁界検出装置を用いた近接センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、ホール素子又はホールＩＣに近接して磁性体を配設するという簡単な構成により、感磁方向が水平方向の磁界検出装置及びこの磁界検出装置を用いた近接センサが実現できるという知見を得て本発明に到達した。
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明の磁界検出装置は、ホール素子と、ホール素子に近接して配設され、ホール素子の感磁面に対して水平方向の磁界を検出するための磁性体とから成ることを特徴とする。
上記構成において、磁性体は、好ましくは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、これらの合金、酸化物軟磁性材料の何れかが用いられ、ホール素子の感磁面の上部側及び／又は下部側に配設される。ホール素子及び磁性体は、好ましくは、基板上に配置される。
【００１５】
上記の何れかの磁界検出装置において、ホール素子とホール素子に接続された集積回路とからなるホールＩＣを備え、前記磁性体が該ホールＩＣの感磁面に対して水平方向に近接して配設されてもよい。磁性体は、好ましくは、ホールＩＣの感磁面の上部側及び／又は下部側に配設される。ホールＩＣ及び磁性体は、好ましくは基板上に配置される。
さらに、本発明の磁界検出装置を用いて近接センサを構成してもよい。この近接センサは、基板とホールＩＣと磁性体とこれらを覆うケースを備えて構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、感磁方向を水平にすることができ、動作幅が広く位置調整が容易であると共に、衝撃で感度が変化し難く、かつ長寿命である磁界検出装置及び磁界検出装置を用いた近接センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るホール素子を用いた磁界検出装置の斜視図である。
【図２】ホール素子を説明する図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（ｂ）はホール素子のチップの平面図である。
【図３】デジタル出力型のホールＩＣの一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るホール素子又はホールＩＣを用いた磁界検出装置の動作原理を説明する模式図であり、磁石の位置をホール素子又はホールＩＣの左側に配設したときの磁束線を示す。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るホール素子又はホールＩＣを用いた磁界検出装置の動作原理を説明する模式図であって、磁石の位置をホール素子又はホールＩＣの中央部に配設したときの磁束線を示す。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るホール素子又はホールＩＣを用いた磁界検出装置の動作原理を説明する模式図であって、磁石の位置をホール素子又はホールＩＣの右側に配設したときの磁束線を示す。
【図７】磁界検出装置の第１の変形例を示す斜視図である。
【図８】磁界検出装置の第２の変形例を示す斜視図である。
【図９】磁界検出装置の第３の変形例を示す斜視図である。
【図１０】上記第３の変形例に係る磁界検出装置の動作原理を示す模式図である。
【図１１】磁界検出装置の第４の変形例を示す斜視図である。
【図１２】上記第４の変形例に係る磁界検出装置の動作原理を示す模式図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る磁界検出装置を用いた近接センサを示し、（ａ）は固定ビスが装着された側の斜視図、（ｂ）は検出面側の斜視図である。
【図１４】第２の実施形態に係る近接センサの正面図である。
【図１５】第２の実施形態に係る近接センサの基板の斜視図である。
【図１６】第２の実施形態に係る近接センサの縦断面図である。
【図１７】実施例１の近接センサの磁石検出動作を示す図である。
【図１８】比較例１として従来のリードスイッチの磁石検出動作を示す図である。
【図１９】実施例２の近接スイッチの磁石検出動作を示す図である。
【図２０】従来のリードスイッチの構造とその動作を模式的に示す図である。
【図２１】ＭＲセンサとその動作を模式的に示す図である。
【図２２】ホール素子とその動作を模式的に示す図である。
【図２３】特許文献２に開示された磁気センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明するが、本発明の範囲はここに記載する実施形態に限定されることなく適宜変更することができる。特に、図面に記載した各部材の形状、寸法、位置関係などについては概念的な事項を示すに過ぎず、その適用場面に応じて適宜変更することができる。各図において、同一の又は対応する部材等には同一の符号を付している。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るホール素子３を用いた磁界検出装置１の斜視図であり、図２はホール素子３を説明する図で、（ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）はホール素子３のチップ３ｄの平面図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る磁界検出装置１は、ホール素子３と、ホール素子３の感磁面に対して水平方向に近接して配設した一つの磁性体４とを備えており、ホール素子３及び磁性体４は、基板２上に配置されている。ホール素子３の上部３ａ側に磁性体４が配設され、ホール素子３の端子３ｂが基板２の図示しない配線パターンに半田付けにより固定されている。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ホール素子３において、チップ３ｄが樹脂からなるパッケージ３ｉに封止され、外部には図１に示すように、例えば４つの端子３ｂを有している。チップ３ｄには、電流が印加される入力端子３ｅ，３ｈと、ホール電圧（ＶＨ）が発生する出力端子３ｆ，３ｇが形成されている。ホール素子３のチップ３ｄの感磁面は、図示のＸ−Ｙ方向の平面である。入力端子３ｅ，３ｈに電流が印加されると、Ｚ方向の磁場により出力端子３ｆ，３ｇにホール電圧が発生する。Ｚ方向の磁場を垂直方向の磁場と呼ぶ。
【００２０】
ホール素子３は例えば次のように製造される。基板上に形成した化合物半導体の薄膜等に入力端子３ｅ，３ｈと出力端子３ｆ，３ｇを電極により形成して、複数のチップ３ｄを有する基板を作製する。多数のチップをダイシングにより分割したチップ３ｄを、例えばリードフレーム上に接着し、入力端子３ｅ，３ｈと出力端子３ｆ，３ｇを内部端子３ｊにワイヤーボンディングで結線した後で、エポキシ樹脂等の封止樹脂で封止することで、パッケージ３ｉと外部に端子３ｂを備えたホール素子３を製造する。ホール素子３は、市販製品を用いてもよい。
【００２１】
磁性体４は、ホール素子３の感磁面（図１のＸ−Ｙ方向）に対して、パッケージ３ｉを構成するエポキシ樹脂や空気等を介して、水平方向（図１のＸ方向）に配設されている。この磁性体４は磁性材料からなり、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣと呼ばれている）や純鉄のような軟磁性材料を好適に用いることができ、リード形状とすることができる。このような軟磁性材料としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）等の３ｄ遷移金属からなる強磁性体、これらの合金、Ｍｎ−ＺｎフェライトやＮｉ−Ｚｎフェライト等の酸化物軟磁性材料が挙げられ、これらの何れかの軟磁性材料により磁性体４が形成される。合金としてはＦｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金等が挙げられる。Ｆｅ−Ｎｉ合金としては、Ｆｅ−Ｎｉ（５２ｗｔ％）等が挙げられる。Ｆｅ−Ｃｏ合金としては、Ｆｅ−Ｃｏ（８０ｗｔ％）等が挙げられる。
【００２２】
磁性体４はホール素子３の上部３ａに接触するように設けてもよいが、ホール素子３の上部３ａに所定の間隔を設けて配設してもよい。磁性体４はその端部を折り曲げて形成し、基板２に押圧して挿入、つまり圧入して固定することができる。磁性体４は基板２の裏面２ｃに設けた配線パターンに半田付けして固定してもよい。この配線パターンは、グランドに接続してもよい。或いは、磁性体４は基板２に設けるジャンパ抵抗のような、電気回路を構成する抵抗としてもよい。
【００２３】
図１に示す磁界検出装置１において、ホール素子３をホールＩＣ１３としてもよい。この場合には、ホール素子３に接続された集積回路からなるホールＩＣ１３を備え、磁性体４がホールＩＣ１３の感磁面に対して水平方向に近接して配設される。
【００２４】
ホールＩＣ１３は、例えば、表面実装型のホールＩＣである。その端子１３ｂ側が基板２の表面２ａ側の端部２ｂ側に搭載されている。ホールＩＣ１３の上部１３ａ側に配設される磁性体４は、ホールＩＣ１３の端子１３ｂ側と対向するモールド樹脂面側のほぼ中央に配設されている。さらに、磁性体４は、ホールＩＣ１３と対向していない領域においては、磁性体４と基板２との間隔がホールＩＣ１３の高さとなるように、基板２の長手方向（Ｘ方向）に向って延設されている。
【００２５】
ホールＩＣ１３は、デジタル出力型又はアナログ出力型とすることができる。デジタル出力型のホールＩＣ１３は、ホールＩＣ１３に内蔵されているホール素子の出力がある閾値以上でＯＮ及びＯＦＦするスイッチとして動作させることができる。以下の説明では、ホールＩＣ１３をデジタル出力型とする。
【００２６】
このようなデジタル出力型のホールＩＣ１３の例としては、以下の市販製品が挙げられる。
旭化成エレクトロニクス株式会社：ＥＭ−１７８１
ローム株式会社：ＢＵ５２０５６  ＮＶＸ
テキサスインスツルメンツ株式会社：ＤＲＶ５０３３ＦＡＱＤＢＺＲ
【００２７】
図３は、デジタル出力型のホールＩＣ１３の構成の一例を示すブロック図である。ホールＩＣ１３（ＥＭ−１７８１、非特許文献１参照）は、パルスレギュレーター１３ｃと、ホール素子１３ｄと、チョッパースタビライザー１３ｅと、増幅器１３ｆと、シュミットトリガ及びラッチ１３ｇと、ＣＭＯＳインバータ１３ｈと、電源端子１３ｉと、グランド端子１３ｊと、ＣＭＯＳ出力端子１３ｋ等から構成されている。ホール素子１３ｄは、Ｓｉ又はＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ等の化合物半導体から構成される。ホールＩＣ１３において、ホール素子１３ｄとしてＳｉを用いないで化合物半導体を用いた場合には、ホール素子１３ｄ以外の回路は、ＳｉのＣＭＯＳ集積回路（ＣＭＯＳＩＣ）のチップで構成される。なお、ホールＩＣ１３の感磁面は、ホールＩＣ１３に内蔵されているホール素子１３ｄの感磁面であり、図１に示す磁界検出装置１と同様に、ホールＩＣ１３の上面１３ａ側のＸ−Ｙ平面となる。
【００２８】
図４−図６は、第１の実施形態に係るホール素子３又はホールＩＣ１３を用いた磁界検出装置１の動作原理を説明するもので、基板２の表面２ａから見たホール素子３又はホールＩＣ１３を用いた磁界検出装置１と磁石６との関係を示し、それぞれの磁石６の位置が、ホール素子３又はホールＩＣ１３及び磁性体４の左側、中央部及び右側に配置されたときの磁束線を示す模式図である。図４−図６では、磁石６が基板２の下側に配置され、Ｘ方向の左側から右側に移動している状態を示している。
図４では、磁石６が磁界検出装置１のホール素子３又はホールＩＣ１３及び磁性体４の左側に接近しているので、磁石６のＮ極からの磁束線が磁性体４を介してホール素子３又はホールＩＣ１３を通過する。磁性体４中の磁束線の向きは、その長手方向（Ｘ方向）、つまり、ホール素子３の感磁面に対して水平方向となる。磁石６とホール素子３と磁性体４により磁路８が形成され、磁束がホール素子３又はホールＩＣ１３を垂直（Ｚ方向）に通過する。この垂直方向に通過する磁束密度がホール素子３又はホールＩＣ１３により検知される。この磁界検出装置１によれば、磁性体４を配設することによりホール素子３又はホールＩＣ１３の感磁面に対する水平方向の磁界を検出することができる。磁性体４の断面形状は、矩形のものを示しているが、磁路８が形成されれば如何なる形状でもよく、線状でもよい。
【００２９】
図５に示すように、磁石６が磁界検出装置１の磁性体４の下に来た状態で、磁石６とホール素子３又はホールＩＣ１３と磁性体４により磁路８が形成され、磁束がホール素子３又はホールＩＣ１３を垂直（Ｚ方向）に通過する。この垂直方向に通過する磁束密度がホール素子３により検知される。
【００３０】
図６に示すように、磁石６が磁界検出装置１のホール素子３又はホールＩＣ１３及び磁性体４から遠ざかり右側に離れた状態で、今度は磁石６のＮ極からの磁束線が磁性体４を介してホール素子３を通過する。つまり、磁石６と磁性体４とホール素子３とにより磁路８が形成され、磁束がホール素子３又はホールＩＣ１３を垂直（Ｚ方向）に通過する。この垂直方向に通過する磁束密度がホール素子３又はホールＩＣ１３により検知される。
【００３１】
基板２には、ホール素子３の端子３ｂと外部との回路等を接続するための端子が設けられてもよい。基板２には、ホール素子３に接続される抵抗や増幅器となるＩＣ（集積回路）等からなる電子回路が設けられてもよい。さらに、ホール素子３と磁性体４と基板２とを覆うケースを備えていてもよい。
【００３２】
磁界検出装置１は、基板２と、ホール素子３又はホールＩＣ１３と、磁性体４とを覆う図示しないケースを備えていてもよい。ケースは樹脂等で形成されており、ケースの内部は、さらに樹脂等が充填されてもよい。基板２は、紙エポキシ基板、ガラスエポキシ基板等のプリント基板を用いることができる。
【００３３】
本発明の磁界検出装置１は、磁石６の位置を検出するスイッチとして用いることができる。磁界検出装置１が固定されて磁石６が移動する場合には、磁石６による磁界の強さ、つまり磁束密度をホール素子３を用いた回路又はホールＩＣ１３により閾値で判定してＯＮ／ＯＦＦする。このＯＮ／ＯＦＦ感度は磁性体４の長さや形状及び位置を変えることで調整することができ、とくに、磁性体４の長手方向（Ｘ方向）の寸法は、磁界検出装置１の磁石６の検出範囲に応じて調整すればよい。
【００３４】
ホールＩＣ１３としてデジタル出力型のホールＩＣを用いる場合には、所定の磁束密度以上、つまり閾値以上の磁束密度が印加されるとＯＮになり、閾値よりも低い磁束密度ではＯＦＦとなる。このＯＮとＯＦＦの出力は、ホールＩＣ１３のオープンドレイン出力又はＣＭＯＳ出力を用いることができる。
【００３５】
ホールＩＣ１３は、Ｓ極又はＮ極を検知する単極検知式やＳ極及びＮ極の両方を検知する両極検知式のホールＩＣを用いることができる。本発明の磁界検出装置１を、従来のリードスイッチと同様に極性がないスイッチとする場合には、両極検知式のホールＩＣ１３を用いることが望ましい。
【００３６】
ホールＩＣ１３がオープンドレイン出力又は出力反転タイプのオープンドレイン出力の場合には、図示しない出力用端子は、アース（グラウンド（ＧＮＤ）とも呼ばれている）とオープンドレイン出力、つまり出力用のＭＯＳＦＥＴのドレイン端子との二つとなる。通常は、オープンドレイン出力の出力用端子には、プルアップ抵抗の一端が接続され、プルアップ抵抗の他端には、ホールＩＣ１３に供給する電源Ｖｄｄが接続される。これにより、ホールＩＣ１３がオープンドレイン出力の場合には、本発明の磁界検出装置１の出力用端子は２端子からなり、従来のリードスイッチと同じ端子構成とすることができる。
【００３７】
基板２には、ホールＩＣ１３の端子１３ｂ側から図示しない出力用端子に至る配線パターンが形成されている。この配線パターンに、例えば樹脂チューブ内に収容されたビニル被覆導線の一端が半田付けにより接続され、図示しないケースの外側に引き出されている。ホールＩＣ１３がオープンドレイン出力の場合には、ビニル被覆導線は二本の導線からなり、ケースの外側には所謂２芯のケーブルで引き出される。
【００３８】
図３に示すホールＩＣ１３の出力端子１３ｋは、ＣＭＯＳインバータ１３ｈの出力、つまりＣＭＯＳ出力となる。この場合、磁界検出装置１に必要な端子としては、Ｖｄｄが印加される電源端子１３ｉと、グランド端子１３ｊと、ＣＭＯＳ出力端子１３ｋの三つが必要となり、磁界検出装置０に必要な端子は３端子となり、ケースの外側には所謂３芯のケーブルで引き出される。
【００３９】
ホールＩＣ１３がＣＭＯＳ出力の場合には、さらに、基板２に設ける電子回路によりオープンドレイン出力とすることができる。このように、磁界検出装置１の出力の端子や端子間の電圧、電流及び出力インピーダンスは、使用目的に応じてホールＩＣ１３と、出力端子との間に挿入する電子回路により適宜に変更できる。
【００４０】
本発明の磁界検出装置１によれば、磁性体４をホール素子３又はホールＩＣ１３の感磁面に対して水平方向に近接して配設することにより、ホール素子３又はホールＩＣ１３の感磁面に対する水平方向の磁界を検出することができる。よって、従来のホール素子３又はホールＩＣ１３が感磁面に対して垂直方向の磁界しか検出できなかったものが、磁性体４をホール素子３又はホールＩＣ１３の感磁面に対して水平方向に近接して配設することにより、水平方向の磁界を検出することができる。磁界検出装置１の感度は磁性体４の長さ、形状及び位置を変えることで調整することができる。
【００４１】
（磁界検出装置の第１の変形例）
図７は、磁界検出装置１の第１の変形例を示す斜視図である。この図に示すように、磁界検出装置１Ａは、ホール素子３又はホールＩＣ１３と、ホール素子３又はホールＩＣ１３の感磁面に対して水平方向に近接して配設した磁性体４Ａとを備えている。磁界検出装置１Ａが図１の磁界検出装置１と異なるのは、磁性体４Ａの形状である。磁性体４Ａの材料や他の構成は磁界検出装置１と同じであるので、説明は省略する。磁性体４Ａは、ホール素子３又はホールＩＣ１３上に配設される一端部４ａと、半田付けや接着等の手段で基板２に固定するための他端部４ｃと、一端部４ａと他端部４ｃとの接続部となる湾曲部４ｂと、を備えている。つまり、磁性体４Ａにおいて、一端部４ａの中央部がホール素子３又はホールＩＣ１３の中央部に配設され、ホール素子３又はホールＩＣ１３の上面と磁性体４Ａの下面とが接触するように配置される。磁性体４Ａによれば、一端部４ａが湾曲部４ｂを介して他端部４ｃに接続され、該他端部４ｃが基板２に固定されるので、磁界検出装置１の磁性体４に比較して、磁界検出の際に振動等による変動を小さくできる。
【００４２】
（磁界検出装置の第２の変形例）
図８は、磁界検出装置１の第２の変形例を示す斜視図である。この磁界検出装置１Ｂは、ホール素子３又はホールＩＣ１３と、ホール素子３又はホールＩＣ１３の感磁面に対して水平方向に近接して配設した磁性体４Ｂと、を備えている。磁界検出装置１Ｂが図１の磁界検出装置１と異なるのは、磁性体４Ｂの形状である。磁性体４Ｂの材料や他の構成は磁界検出装置１と同じであるので、説明は省略する。
【００４３】
磁性体４Ｂは、ホール素子３又はホールＩＣ１３上に配設される一端部４ｄと、半田付けや接着等の手段で基板２に固定するための他端部４ｃと、一端部４ｄと他端部４ｃとの接続部となる湾曲部４ｂと、を備えている。磁界検出装置１Ｂの一端部４ｄは、図７に示す磁界検出装置１Ａの一端部４ｄとは異なり、磁性体４Ｂの長手方向において、長手方向の幅が湾曲部４ｂからホール素子３又はホールＩＣ１３に向かって徐々に細くなる突出形状を有している。つまり、磁性体４Ｂにおいて、突出形状を有している一端部４ｄの先端が、ホール素子３又はホールＩＣ１３の中央部に配設されると共に、該一端部４ｄの先端の下面がホール素子３又はホールＩＣ１３に接触するように配置される。
【００４４】
この磁性体４Ｂによれば、一端部４ｄが湾曲部４ｂを介して他端部４ｃに接続され、該他端部４ｃが基板２に固定されるので、図１に示す磁界検出装置１の磁性体４に比較して、磁界検出の際に振動等による変動を小さくできる。また、磁石６の接近により磁路８が形成されたとき、突出形状を有している一端部４ｄによりホール素子３を垂直に通過する磁束密度を増大させる作用を有しているので、磁束に対する感度を向上させることができる。
【００４５】
（磁界検出装置の第３の変形例）
図９は磁界検出装置１の第３の変形例を示す斜視図である。図９に示すように、第３の変形例の磁界検出装置１Ｃが図１に示す磁界検出装置１と異なるのは、磁性体４が基板２の裏面２ｃに配設される点である。つまり、表面実装型のホール素子３の端子３ｂ側が基板２の表面２ａ側の端部２ｂ側に搭載されており、磁性体４は、基板２の裏面２ｃ側に配設されている。磁性体４の一端４ａはホール素子３のほぼ中央に対向する位置に配設されており、磁性体４の他端４ｂは基板２の長手方向に向って延設されている。他の構成や磁性体４の材質は、図１の磁界検出装置１と同じである。磁性体４の形状は、磁界検出装置１Ａに用いた磁性体又は磁界検出装置１Ｂに用いた磁性体としてもよい。
【００４６】
図１０は、磁界検出装置１の第３の変形例における動作原理を示す模式図である。この磁界検出装置１Ｃは、磁界検出装置１と同様に、磁石６が磁界検出装置１Ｃに近づくと、磁石６とホール素子３又はホールＩＣ１３と磁性体４により磁路８が形成され、磁束がホール素子３内のホール素子チップ３ｄ又はホールＩＣ１３内のホール素子チップ１３ｄを垂直（Ｚ方向）に通過する。ホール素子チップ３ｄ，１３ｄを垂直方向に通過する磁束密度がホール素子３又はホールＩＣ１３により検出される。
【００４７】
（磁界検出装置の第４の変形例）
図１１は、磁界検出装置１の第４の変形例を示す斜視図である。この磁界検出装置１Ｄは、基板２の表面２ａ側に、表面実装型のホール素子３又はホールＩＣ１３と一方の第１磁性体４が配設され、基板２の裏側２ｃに他方の第２磁性体２４が配設される。さらに、ホール素子３又はホールＩＣ１３の載置される位置が、図１に示す磁界検出装置１の基板２の端部２ｂではなく、基板２の端部２ｂから離れた位置Ｌに配設されている。ここで、第２磁性体２４の端部２４ａが基板２の長手方向において、基板２の端部２ｂからホール素子３又はホールＩＣ１３の中央部に対向する位置まで延設されている。第２磁性体２４の材質は、図１の磁界検出装置１の第１磁性体４と同じでよいので、説明は省略する。第１磁性体４及び第２磁性体２４の形状は磁界検出装置１Ａに用いた第１磁性体４Ａ又は磁界検出装置１Ｂに用いた第１磁性体４Ｂとしてもよい。
【００４８】
図１２は、磁界検出装置１の第４の変形例における動作原理を示す模式図である。磁石６が、磁界検出装置１Ｄの基板２の下部側でＸ方向に移動するように配設されていると、磁石６のＮ極から発する水平方向の磁束は、第２磁性体２４の水平方向の磁束となり、この磁束がホール素子３内のホール素子チップ３ｄ又はホールＩＣ１３内のホール素子チップ１３ｄを垂直（Ｚ方向）に通過し、第１磁性体４の水平磁束となり、第１磁性体４の水平磁束が磁石６のＳ極に向かうような磁路８が形成される。これにより、ホール素子３又はホールＩＣ１３を垂直方向に通過する磁束密度がホール素子３又はホールＩＣ１３により検出される。
【００４９】
磁界検出装置１Ｄの感度は、磁界検出装置１、１Ａ，１Ｂと同様に第１磁性体４及び第２磁性体２４の長さや形状及び位置を変えることで調整することができる。
【００５０】
本発明の磁界検出装置１，１Ｃ，１Ｄによれば、ホールＩＣ１３中のホール素子１３ｄに近接した位置に一つの磁性体４、又は、第１磁性体４及び第２磁性体２４を配設しているので、感磁方向が磁界検出装置１，１Ｃ，１Ｄの水平方向となり、従来のリードスイッチと同様の感磁方向となる。これにより、本発明の磁界検出装置１，１Ｃ，１Ｄによれば、ホールＩＣ１３を使用しているにもかかわらず、感磁方向が水平方向となり、従来のリードスイッチと容易に代替可能となる。
【００５１】
本発明の磁界検出装置１，１Ｃ，１Ｄによれば、ホールＩＣ１３に近接した位置から、磁界検出装置１，１Ｃ，１Ｄの長手方向にリード状の磁性体４又は第１磁性体４及び第２磁性体２４を配設しているので、ＭＲセンサに比較して動作幅が広く、従来のリードスイッチと同様に位置調整が容易である。
【００５２】
本発明の磁界検出装置１，１Ｃ，１Ｄによれば、従来のリードスイッチのリードのような機械的な可動部品を使用していないので、衝撃で感度が変化し難く、且つ、アーク放電等による寿命低下がなく長寿命であるという特徴を有している。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に図１３−図１６を参照して、本発明の第２の実施形態に係る磁界検出装置を用いた近接センサ５０について説明する。図１３（ａ）は固定ビス９０を装着した近接センサ５０の斜視図、（ｂ）は近接センサ５０の検出面５１ａ側の斜視図、図１４は近接センサ５０の正面図である。図１５は、近接センサ５０の基板６３を示す斜視図であり、図１６は、近接センサ５０の縦断面図を示す。
【００５４】
図１３（ａ）、（ｂ）及び図１４に示すように、第２の実施形態の近接センサ５０は、磁界検出装置６１と、該磁界検出装置６１を配設した基板６３と、これらを覆うケース７０とを、含んで構成されている。近接センサ５０は、例えば、棒状に形成され、長手方向の一方側Ｌに第１の実施形態及びその変形例と同様の磁界検出装置６１を配置した検出部５１を有し、他方側Ｒから磁界検出装置６１の外部コード６２が長手方向に延出している。近接センサ５０は、一方側Ｌに磁界検出装置６１を固定した基板６３と、基板６３の一方側Ｌを収容するケース７０と、ケース７０内に充填された充填樹脂部８１と、基板６３の他方側Ｒを埋設してケース７０の他方側Ｒに一体に成形された成形樹脂部８２と、図示しない被検出部に装着するための固定ビス９０と、を備えている。
【００５５】
図１５に示すように、基板６３において、一方側Ｌに磁界検出装置６１が配設されると共に、他方側Ｒに外部コード６２が半田付けにより接続された接続部６５を有する。基板６３の表面側には、磁界検出装置６１を構成するホールＩＣ１３と、磁性体４（及び第２磁性体２４）と、接続部６５とが配設され、必要に応じてさらに、ＩＣ（集積回路）、抵抗、コンデンサ等のような各種の電子部品により適宜の回路が配設されている。基板６３に設ける配線パターン等は、表面側だけではなく、裏面に設けてもよい。つまり、基板６３は、片面にパターンが形成された片面基板、又は、両面にパターンが形成された両面基板とすることができる。基板６３には、幅方向に凹ませた凹部６６が長手方向の他方側Ｒに設けられている。他方側Ｒの凹部６６は、固定ビス９０が配置される部位に対応し、検出部５１と接続部６５との間に設けられている。
【００５６】
接続部６５は基板６３の他方側Ｒにおける一方の表面に、互いに異なる位置となるように複数設けられている。外部コード６２は複数の線材を有しており、それぞれが互いに異なる接続部６５に接続されている。この実施形態では、外部コード６２が長手方向に延設されているので、複数の接続部６５は長手方向と交差する方向に互いに離間して配設されている。
【００５７】
磁界検出装置６１は、第１の実施形態に係る磁界検出装置１，１Ｃ，１Ｄを用いることができる。第１磁性体４及び／又は第２磁性体２４の形状は磁界検出装置１Ａに用いた第１磁性体４Ａ又は磁界検出装置１Ｂに用いた第１磁性体４Ｂとしてもよい。この場合、磁性体４の長手方向（Ｘ方向）の寸法は、図２０に示す従来のリードスイッチ１００と置き換えて使用する場合には、２本のリード片１０２，１０３の長さと同程度としてもよい。この寸法は、例えば４〜２０ｍｍ程度である。
【００５８】
磁界検出装置１，１Ｃ，１Ｄと同様に、ホールＩＣ１３としては、デジタル出力型やアナログ出力型のホールＩＣを用いることができる。デジタル出力型のホールＩＣ１３を用いる場合は、出力端子が２端子又は３端子でＯＮ、ＯＦＦするような回路構成とすることができ、従来のリードスイッチを用いた近接センサと同様に動作させることができる。
【００５９】
図１４及び図１６に示すように、ケース７０において、ケース本体７０Ａは、外壁部７１、基板支持部７２、端部壁７３及び突出部７５により構成されている。ケース７０は、検出部５１の検出面５１ａ側が開口した中空の部材であり、硬質樹脂により成形されている。ケース７０は、断面略コ字状を有して長手方向に延びる外壁部７１と、外壁部７１の内部に配置される基板６３を位置決めするための基板支持部７２とを一体に備えている。ケース７０に基板６３が収容された後でケース７０の開口側から充填樹脂が充填され固化されることで、充填樹脂部８１が形成される。充填樹脂部８１の湾曲形状の表面により検出面５１ａが構成される。充填樹脂部８１は軟質樹脂により成形され、少なくともケース７０に用いる硬質樹脂よりも軟質の樹脂であるのが好ましい。
【００６０】
図１６に示すように、基板６３の他方側Ｒ及び外部コード６２の端部が、成形樹脂部８２に埋設されて、ケース７０の他方側Ｒに一体に接合されている。成形樹脂部８２は、硬質樹脂からなり、例えば硬質の熱可塑性樹脂を使用でき、少なくとも充填樹脂より硬質の樹脂が好適である。
【００６１】
固定ビス９０は、図１４及び図１６に示すように、検出部５１と接続部６５との間に設けられており、一端側に頭部９３を有し、頭部９３から軸方向に突出して設けられ、端側へ拡径するテーパー形状を有する断面円形の回転軸９２を備えている。回転軸９２は、ケース７０の支持面７５ｃの貫通孔７５ｄに挿入されて、軸方向に移動不能な状態で回転自在に成形樹脂部８２に埋設された状態で配置されている。
【００６２】
頭部９３には、例えば六角の穴等が軸方向に設けられ、周囲には軸周りの複数位置に突出して、周方向に回転軸９２からの距離が増加する周方向傾斜部９４が設けられている。頭部９３の六角穴が、レンチ等の工具により係止され、回転可能に形成されている。頭部９３を回転させることで、装着状態で所定位置における各周方向傾斜部９４の表面の位置を増減可能となっている。
【００６３】
近接センサ５０は、空圧機器の動作部付近などの適宜な被検出部に装着して使用される。近接センサ５０を設けるために被検出部に設けられる溝が例えば溝の開口よりも内部の幅が広く形成されている場合には、近接センサ５０を開口を通過させて内部に挿入し、固定ビス９０により溝の内部に固定することができる。
【００６４】
（近接センサの製造方法）
次に、近接センサ５０の製造方法について説明する。
（１）最初に、基板の製造方法について説明する。
図１３に示す基板６３の一方側Ｌの固定部６４と凹部６６との間に磁界検出装置６１を構成するホールＩＣ１３と磁性体４を含む部品を半田付け等により実装する。
（２）次に、基板６３の他方側Ｒの接続部６５に外部コード６２の端部を接続する。これにより磁界検出装置６１と外部コード６２とが接続される。
（３）ケース７０の開口側から、基板６３の一方側Ｌを基板支持部７２に係止し、基板６３の他方側Ｒを突出部７５側に係止する。
（４）ケース７０の外壁部７１内に、軟質の熱可塑性樹脂等からなる充填用樹脂を流動状態で充填して固化することで、ケース７０内の基板６３及び磁界検出装置６１等との間に充填樹脂部８１を形成することにより充填樹脂部８１の湾曲形状の表面には検出面６１ａも形成される。
（５）固定ビス９０をケース７０の突出部７５における支持面７５ｃに配置する。
（６）最後に、ケース７０の他方側Ｒに、硬質の熱可塑性樹脂等からなる成形用樹脂によりケース７０と一体に成形樹脂部８２を成形する。図１４に示すように、成形樹脂部８２はケース７０から突出した基板６３の他方側Ｒと外部コード６２の端部とを内部に埋設している。さらに、成形樹脂部８２は、ケース７０の突出部７５内にも充填されており、基板支持部７２及び突出部７５に一体に固設されている。
【００６５】
本発明の近接センサ５０によれば、ホールＩＣ１３に近接した位置に磁性体４、又は、第１磁性体４及び第２磁性体２４を配設しているので、感磁方向が近接センサ５０の長手方向の水平方向となり、従来のリードスイッチと同様の感磁方向となる。この近接センサ５０によれば、ホールＩＣ１３を使用しているにもかかわらず、感磁方向が水平方向となり、従来のリードスイッチを用いた近接センサと容易に置換可能となる。
【００６６】
本発明の近接センサ５０によれば、ホールＩＣ１３に近接した位置から、近接センサ５０の長手方向にリード状の磁性体４又は第１磁性体４及び第２磁性体２４を配設しているので、ＭＲセンサに比較して動作幅が広く、従来のリードスイッチと同様に位置調整が容易である。
【００６７】
本発明の近接センサ５０によれば、従来のリードスイッチのリードのような機械的な可動部品を使用していないので、衝撃で感度が変化し難く、且つ、アーク放電等による寿命低下等がなく、長寿命であるという特徴を有している。よって近接センサ５０によれば、感磁方向が水平方向であり、動作幅が広く位置調整が容易であり、衝撃で感度が変化し難く、かつ長寿命である近接センサ５０を提供することができる。
以下に、本発明を実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００６８】
実施例１の近接センサ５０は、図７に示した磁性体４Ａを用いた磁界検出装置１であり、以下の構成を有している。
ホールＩＣ１３：ローム社製のデジタル出力型（型番：ＢＵ５２０９７ＧＷＺ）を用いた。両極検知の特性を有しており、形状は横０．８ｍｍ×横０．８ｍｍ×高さ０．４ｍｍで、動作磁束密度は±１５ｍＴである。
磁性体４Ａ：材料としてＳＰＣＣを用い、形状は横７ｍｍ×縦１．５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍとした。
図７に示した磁性体４Ａは、ホールＩＣ１３上に配設される１．５ｍｍ×１．５ｍｍの領域４ａと、半田付けや接着等の手段で基板２（図１参照）に固定するための端部４ｃと、領域４ａと端部４ｃとの接続部となる湾曲部４ｂとからなる。つまり、磁性体４Ａにおいて、領域４ａの中央部がホールＩＣ１３の中央部に配設され、ホールＩＣ１３の上面と磁性体４Ａの下面とが接触するように配置される。
基板１２：横２０ｍｍ×縦４ｍｍ×厚さ０．５ｍｍとした。
検出対象となる磁石６は、外形φ５．４ｍｍ、内径φ２．５ｍｍ、厚み２ｍｍのリング型ネオジム磁石である。
【００６９】
図１７は実施例１の近接センサ５０の磁石検出動作を示し、図１８は比較例１として従来のリードスイッチの磁石検出動作を示す。図１７及び図１８の横軸は磁石６のＸ軸方向の位置を示しており、縦軸は磁石６のＹ軸マイナス方向の位置を示している（図４〜６のＸ軸及びＹ軸参照）。磁石６が図の実線の内側にある時にホールＩＣ１３が出力し、磁石６が検出される、つまり磁石６が検出状態となり、破線の外側にある時にホールＩＣ１３が出力しない、つまり磁石６が非検出状態となる。実線と破線との間の領域は、ＯＮになる磁束密度とＯＦＦになる磁束密度とのヒステリシスを示している。
【００７０】
図１７に示す検出動作において、Ｘ軸位置−８ｍｍから−５ｍｍは磁石６がホールＩＣ３及び磁性体４の左側に配設される領域である（図４参照）。約−３ｍｍから３ｍｍは磁石６がホールＩＣ３及び磁性体４の下に配設される領域である（図５参照）。３ｍｍから７ｍｍは磁石６がホールＩＣ３及び磁性体４の右側に配設される領域である（図６参照）。これから、実施例１において近接センサ５０は磁石６をＸ軸方向−３〜３ｍｍの範囲で、Ｙ軸方向４ｍｍまで検出可能であることがわかる。
【００７１】
図１８に示すように、従来のリードスイッチにおいても、磁石６がＸ軸方向−３〜３ｍｍの範囲で、Ｙ軸方向４ｍｍまで検出可能であることがわかる。これにより、実施例１の近接センサ５０は、従来のリードスイッチと同様に、感磁方向が水平方向となり、ＭＲセンサに比較して動作幅が広く、従来のリードスイッチと同等の検出動作を持つことが分かった。
【実施例２】
【００７２】
実施例２の近接センサ５０は、図８に示した磁性体４Ｂを用いた磁界検出装置１であり、以下の構成を有している。
ホールＩＣ１３：実施例１と同じホールＩＣ１３を用いた。
磁性体４Ｂ：材料としてＳＰＣＣを用い、形状は横６．４ｍｍ×縦１．５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍとし、先端をφ０．５ｍｍの半円状に尖らせた領域４ｄと、湾曲部４ｂと、半田付けや接着等の手段で基板１２に固定するための端部４ｃと、を設けた。
基板２：横２０ｍｍ×縦４ｍｍ×厚さ０．５ｍｍとした。
検出対象となる磁石６は、外形φ５．４ｍｍ、内径φ２．５ｍｍ、厚み２ｍｍのリング型ネオジム磁石である。
磁性体４Ｂは、領域４ｄの先端φ０．５ｍｍ半円部の中央をホールＩＣ３の中央部と合わせ、ホールＩＣ３上面と磁性体４の下面とが接触するように配置される。
【００７３】
図１９は、実施例２の近接センサ５０の磁石検出動作を示す。図１９を実施例１の磁石検出動作である図１７と比較すると、磁石６がホールＩＣ３及び磁性体４の左側に配設される領域と（図４参照）、磁石６がホールＩＣ３及び磁性体４の下に配設される領域と（図５参照）、磁石６がホールＩＣ３及び磁性体４の右側に配設される領域（図６参照）の全てにおいて、Ｘ軸方向にもＹ軸方向にもマグネットを検出する範囲が広くなっている。このことから、磁性体４Ｂの形状や位置により近接センサ５０の感度が調整できることがわかる。
【００７４】
本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。
【００７５】
本発明の説明においては、専ら、ホールＩＣ１３は両極検知式として説明したが、Ｓ極又はＮ極を検知する単極検知式にできることはいうまでもなく、両極検知式の場合と同様に実施することができる。さらに、第１磁性体４又は第１磁性体４及び第２磁性体２４の材質や形状は、近接スイッチの設置箇所に応じて適宜に選定すればよい。
【００７６】
上記第２の実施形態では、専ら磁界検出装置１，１Ｃ，１Ｄをデジタル型のホールＩＣ１３を用いたＯＮ及びＯＦＦのスイッチとして説明したが、ホールＩＣ１３をアナログ出力として、磁界検出装置１，１Ｃ，１Ｄの周囲の磁束密度を計測するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ：磁界検出装置
２：基板
２ａ：基板の表面
２ｂ：基板の端部
２ｃ：基板の裏面
３：ホール素子
３ａ：上部
３ｂ：端子
３ｄ：チップ
３ｅ，３ｈ：入力端子
３ｆ，３ｇ：出力端子
３ｉ：パッケージ
３ｊ：内部端子
４，４Ａ，４Ｂ：第１磁性体
６：磁石
８：磁路
１３：ホールＩＣ
１３ａ：ホールＩＣの上部
１３ｂ：ホールＩＣの端子
１３ｃ：パルスレギュレーター
１３ｄ：ホール素子
１３ｅ：チョッパースタビライザー
１３ｆ：増幅器
１３ｇ：シュミットトリガ及びラッチ
１３ｈ：ＣＭＯＳインバータ
１３ｉ：電源端子
１３ｊ：グランド端子
１３ｋ：ＣＭＯＳ出力端子
２４：第２磁性体
５０：近接センサ
５１：検出部
５１ａ：検出面
６１：磁界検出装置
６２：外部コード
６３：基板
６４：固定部
６５：接続部
６６：凹部
７０：ケース
７０Ａ：ケース本体
７１：外壁部
７２：基板支持部
７３：端部壁
７５：突出部
７５ｃ：支持面
７５ｄ：貫通孔
８１：充填樹脂部
８２：成形樹脂部
９０：固定ビス
９２：回転軸
９３：頭部
９４：周方向傾斜部
Ｌ：一方側
Ｒ：他方側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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