(57)【要約】【課題】実装上の自由度が高い近接スイッチを提供する。【解決手段】板状の矩形の一辺に凹部１４１を有する断面Ｕ字形状であって、この凹部１４１を矩形の両側から挟む方向に着磁されたマグネット１４０と、移動する磁性体であるチェンジシャフト３０４の凸部３１０によりマグネット１４０の磁界が変化するその変化量を検出するＭＲセンサ１３１、１３２を備えた磁気センサ１３０と、を有し、ＭＲセンサ１３１、１３２は、マグネット１４０の無磁場領域Ｑ１、Ｑ２の近傍に配置して近接スイッチ１２０を構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の矩形の一辺に凹部を有する断面Ｕ字形状であって、前記凹部を前記矩形の両側から挟む方向に着磁されたマグネットと、
移動する磁性体により前記マグネットの磁界が変化するその変化量を検出する磁気検出素子を備えた磁気センサと、を有し、
前記磁気検出素子は、前記マグネットの無磁場領域の近傍に配置されることを特徴とする近接スイッチ。
【請求項２】
前記断面Ｕ字形状は、前記凹部に対して対称形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の近接スイッチ。
【請求項３】
前記磁気センサは、前記マグネットの２つの無磁場領域の近傍にそれぞれ配置される磁気検出素子で構成されるハーフブリッジ回路を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の近接スイッチ。
【請求項４】
前記磁気センサは、前記２つの無磁場領域の近傍にそれぞれ配置されるハーフブリッジ回路によりフルブリッジ回路を構成することを特徴とする請求項３に記載の近接スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出体の移動を検知する近接スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、手動変速機を搭載した車両には、運転者による操作レバーの操作に基づいて変速機のギヤ段を変更するシフト装置が配置されている。従来、この種のシフト装置には、車両の各種制御を実行するために、操作レバーの操作位置がニュートラル位置であるか否かを検出するためのニュートラル検出スイッチを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ニュートラル検出スイッチは、シフト操作レバーのニュートラル位置への操作によるシャフトの回転によって移動する被検出部に対向して配置された検出部、及びこの検出部を樹脂封止するパッケージを有する近接スイッチとして形成されている。
【０００４】
検出部は、被検出部の回転位置によって変化する磁界を形成するマグネット、及びマグネットによる磁界の変化を検出する一対の磁気検出素子を備えた磁気センサを有している。マグネットは、断面Ｕ字形状の磁石によって形成されている。磁気検出素子は、センサ実装用の基板上に互いに並列して配置され、センサ実装用の基板の一部と共に樹脂封止してなるパッケージセンサによって形成されている。パッケージセンサは、その一部がマグネットの凹部内に収容されている。
【０００５】
ニュートラル検出スイッチは、磁性材料により形成されシフト操作レバーの回転操作により移動する被検出部により、マグネットの発生する磁界が変化するので、その変化量を検出してシフト操作レバーの操作位置がニュートラル位置であるか否かを検出するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０６０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のニュートラル検出スイッチとしての近接スイッチは、磁気検出素子の上部にマグネットが配置される構成であり、実装上の自由度が低いという問題があった。
【０００８】
従って、本発明の目的は、実装上の自由度が高い近接スイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［１］本発明は、上記目的を達成するために、板状の矩形の一辺に凹部を有する断面Ｕ字形状であって、前記凹部を前記矩形の両側から挟む方向に着磁されたマグネットと、移動する磁性体により前記マグネットの磁界が変化するその変化量を検出する磁気検出素子を備えた磁気センサと、を有し、前記磁気検出素子は、前記マグネットの無磁場領域の近傍に配置されることを特徴とする近接スイッチを提供する。
【００１０】
［２］前記断面Ｕ字形状は、前記凹部に対して対称形状に形成されていることを特徴とする上記［１］に記載の近接スイッチであってもよい。
【００１１】
［３］また、前記磁気センサは、前記マグネットの２つの無磁場領域の近傍にそれぞれ配置される一対の磁気検出素子を備えていることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の近接スイッチであってもよい。
【００１２】
［４］また、前記磁気センサは、前記２つの無磁場領域の近傍にそれぞれ配置されるハーフブリッジ回路によりフルブリッジ回路を構成することを特徴とする上記［３］に記載の近接スイッチであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、実装上の自由度が高い近接スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチを説明するために示す斜視図である。
【図２】図２は、近接スイッチの要部を示し、図１０のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチの説明するために示す正面図と側面図である。（ａ）は正面図を、また（ｂ）は側面図をそれぞれ示す。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチのマグネットを説明するために示す斜視図である。
【図５】図５は、マグネットの主に凹部についての磁気ベクトルの分布図である。
【図６】図６は、センサ部のＭＲセンサによる回路構成を示す。
【図７】図７は、チェンジシャフトの凸部の位置とセンサ部の出力との関係を示す図である。
【図８】図８は、凸部の回転角度と出力値（差分値）との関係を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチが適用される車両のシフト装置を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチが適用される車両の手動変速機を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（近接スイッチの全体構成）
近接スイッチ１２０につき、図１〜図６を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチを説明するために示す斜視図である。図２は、近接スイッチの要部を示し、図１０のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチの説明するために示す正面図と側面図である。（ａ）は正面図を、また（ｂ）は側面図をそれぞれ示す。図４は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチのマグネットを説明するために示す斜視図である。図５は、マグネットの主に凹部についての磁気ベクトルの分布図である。図６は、センサ部のＭＲセンサによる回路構成を示す。
【００１６】
本発明の実施の形態に係る近接スイッチ１２０は、板状の矩形の一辺に凹部１４１を有する断面Ｕ字形状であって、この凹部１４１を矩形の両側から挟む方向に着磁されたマグネット１４０と、移動する磁性体であるチェンジシャフト３０４の凸部３１０によりマグネット１４０の磁界が変化するその変化量を検出するＭＲセンサ１３１、１３２を備えた磁気センサ１３０と、を有し、ＭＲセンサ１３１、１３２は、マグネット１４０の無磁場領域Ｐ１、Ｐ２の近傍に配置されて構成されている。
【００１７】
（近接スイッチ１２０の構成）
近接スイッチ１２０は、マグネット１４０及びＭＲセンサ１３１，１３２で構成される磁気センサ１３０を有し、パッケージ１２２によって樹脂封止されている。
【００１８】
（マグネット１４０）
マグネット１４０は、図２〜図５に示すように、板状の矩形の一辺に凹部１４１を有する断面Ｕ字形状であって、この凹部１４１を矩形の両側から挟む方向に着磁されている。図４に全体斜視図を示すが、マグネット１４０は、所定の厚さの板状とされ、本体部１４０ａとこの本体部１４０ａの両側から突出して設けられる側部１４０ｂ、１４０ｃから形成され、凹部１４１を囲むように断面Ｕ字形状に形成されている。そして、図２〜図５に示すように、この凹部１４１を矩形の両側から挟む方向に着磁されている。すなわち図４に示すように、側部１４０ｂの側面１４０ｄがＮ極、１４０ｃの側面１４０ｅがＳ極となるように着磁されている。
【００１９】
マグネット１４０としては、例えばネオジウム（Ｎｄ）系の希土類磁石が用いられる。また、このマグネット１４０の磁気ベクトルの方向及び強さを変化させるチェンジシャフト３０４は、軟鉄等の軟磁性材料により形成された磁性体として形成されている。チェンジシャフト３０４には、その円周上の一箇所に凸部３１０が形成され、この凸部３１０の移動によりマグネット１４０の発生する磁界が変化する。
【００２０】
図１〜図３に示すように、チェンジシャフト３０４は、マグネット１４０の凹部１４１に対向して配置され、チェンジシャフト３０４の中心軸線ｍ１回りの回転により、チェンジシャフト３０４の凸部３１０がマグネット１４０の発生する磁界、すなわち、磁気ベクトルの方向及び強度に影響を与える。
【００２１】
図５は、マグネット１４０の主に凹部１４１についての磁気ベクトルの分布図である。マグネットの領域Ｒ１と凹部１４１を含む領域Ｒ２について磁気ベクトルの方向及び矢印の濃度により磁界の強度を示すものである。なお、マグネット１４０の側面１４０ｄのＮ極側から凹部１４１の側面１４１ａ、及び、凹部１４１の側面１４１ｂから側面１４０ｅのＳ極側へ向う磁束の方向を大きな矢印で示している。
【００２２】
前述のように、マグネット１４０は、凹部１４１を側部１４０ｂ、１４０ｃで挟む方向に着磁され、図５に示すように、側部１４０ｂの側面１４０ｄがＮ極、１４０ｃの側面１４０ｅがＳ極となるように着磁されている。このような着磁方向によれば、マグネット１４０の発生する磁界において、磁束の分布が希薄である無磁場領域Ｑ１、Ｑ２が生じる。
【００２３】
無磁場領域は、マグネット１４０の形状により、その生じる位置、個数は変化するが、本実施の形態では、２つの無磁場領域Ｑ１、Ｑ２が凹部１４１を含む領域Ｒ２に生じる。この無磁場領域Ｑ１、Ｑ２の近傍では、マグネット１４０の周囲を移動する磁性体（チェンジシャフト３０４の凸部３１０）の影響により、磁気ベクトルの方向が大きく変化する。なお、無磁場領域とは磁束の分布が希薄である領域であるが、外部からの磁性体の影響によりマグネット１４０の発生する磁界、すなわち、磁気ベクトルの方向及び強度の変化が大きい領域を無磁場領域の近傍とすることができる。
【００２４】
（磁気センサ１３０）
磁気センサ１３０は、センサ基板１３５の板厚方向が凸部３１０の回転軌跡ｃとその法線ｎとの交点Ｐにおける接線方向ｔと直交する方向となる位置に配置されている。
【００２５】
一対のＭＲセンサ１３１，１３２は、それぞれが略、法線ｎ上となる態様で互いに中心軸線ｍ１の方向に沿ってセンサ基板１３５上に実装されている。そして、ＭＲセンサ１３１，１３２は、上述の２つの無磁場領域Ｑ１、Ｑ２の近傍となる位置に配置される。これにより、チェンジシャフト３０４の回転に伴う凸部３１０の移動により、無磁場領域Ｑ１、Ｑ２の近傍の磁気ベクトルの方向の変化、すなわち、磁界の変化量を感度よく検出できる。
【００２６】
図６は磁気センサ１３０のＭＲセンサによる回路構成を示す。一方のＭＲセンサ１３１は、図６に示すように、２つの磁気抵抗素子１３１ａ，１３１ｂがハーフブリッジ接続されたハーフブリッジ回路とされ、また他方のＭＲセンサ１３２は、２つの磁気抵抗素子１３２ａ，１３２ｂがそれぞれハーフブリッジ接続されたハーフブリッジ回路とされている。ＭＲセンサ１３１，１３２には電圧Ｖｃｃが印加される。
【００２７】
磁気センサ１３０は、このＭＲセンサ１３１及びＭＲセンサ１３２により、フルブリッジ回路として構成されている。
【００２８】
図７は、チェンジシャフト３０４の凸部３１０の位置と磁気センサ１３０の出力との関係を示す図である。すなわち、凸部３１０が図２で示すＰ３からＰ２まで移動するときのＭＲセンサ１３１の出力電圧ＶａとＭＲセンサ１３２の出力電圧Ｖｂである。
【００２９】
図７に示すように、凸部３１０の回転位置が回転位置Ｐ３（θｃ１）から回転位置Ｐ２（θ＝０）まで変化したとすると、上記ＭＲセンサ１３１の出力電圧Ｖａは、そのハーフブリッジ回路の中点電位（Ｖｃｃ／２）よりも小さい値Ｖａ２１から徐々に増加していき、同中点電位（Ｖｃｃ／２）よりも若干大きい値Ｖａ２２となるように変化する。一方、上記ＭＲセンサ１３２の出力電圧Ｖｂは、そのハーフブリッジ回路の中点電位（Ｖｃｃ／２）よりも大きい値Ｖｂ２１から徐々に減少していき、同中点電位（Ｖｃｃ／２）よりも小さい値Ｖｂ２２となるように変化する。
【００３０】
図８は、凸部の回転角度と出力値（差分値）との関係を示す図である。凸部３１０の回転角度θｃが回転角度θｃ１から「０」の値へと変化したとすると、出力電圧Ｖａ，Ｖｂの差分値Ｖｄは、ほぼ同一の値Ｖｄ７１から徐々に減少していき、「０」の値よりも若干小さい負の値Ｖｄ７２となるように変化する。そして、これら出力電圧Ｖａ，Ｖｂの差分値Ｖｄは、凸部３１０の回転角度θｃ が所定の角度θｃ７０となった時点で「０」の値をほぼ示すことが確認されている。
【００３１】
（シフト装置への適用例）
図９は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチが適用される車両のシフト装置を示す斜視図である。図１０は、本発明の実施の形態に係る近接スイッチが適用される車両の手動変速機を示す断面図である。図９に示すように、シフト装置２００は、ケースパネル２０２及び操作レバー２１０を備え、自動車（図示せず）内に配置されている。
【００３２】
ケースパネル２０２には、操作レバー２１０を案内する案内溝２０１が設けられている。案内溝２０１は、ｙ軸方向に延びる溝２０１ａ〜２０１ｃ、及びこれら溝２０１ａ〜２０１ｃの中央部分をそれぞれ連結するようにしてｘ軸方向に延びる溝２０１ｄによって形成されている。
【００３３】
操作レバー２１０は、案内溝２０１に移動可能に挿通されている。これにより、運転者により操作レバー２１０が溝２０１ａ〜２０１ｃの両端部にそれぞれ操作されると、手動変速機のギヤ段が「１速」，「２速」，「３速」，「４速」，「５速」及び「リバース（Ｒ）」に対応したそれぞれの状態となる。また、操作レバー２１０が溝２０１ｄに操作されたとすると、手動変速機のギヤ段が「ニュートラル（Ｎ）」に対応した状態となる。
【００３４】
シフト装置２００には、操作レバー２１０の操作位置がニュートラル位置であるか否かを検出するためのニュートラル検出スイッチとしての近接スイッチ１２０が配置されている。
【００３５】
（手動変速機の構成）
次に、手動変速機につき、図１０を用いて説明する。図１０は自動車の手動変速機を示す。図１０に示すように、手動変速機３００は、操作レバー２１０（図９に示す）のｘ軸方向及びｙ軸方向の移動に連動してそれぞれ作動するセレクトレバー３０１及びシフトレバー３０２を有し、自動車に搭載されている。
【００３６】
セレクトレバー３０１は、手動変速機３００の変速機ケース３０７の外側にブラケット３０３を介して回転可能に支持されている。セレクトレバー３０３の一方側端部にはセレクトケーブル３０１ａを介して操作レバー２１０が、またその他方側端部にはシフトレバー３０２がそれぞれ連結されている。
【００３７】
シフトレバー３０２は、操作レバー２１０にシフトケーブル３０２ａを介して、またチェンジシャフト３０４の上方端部にそれぞれ連結されている。
【００３８】
チェンジシャフト３０４は、変速機ケース３０７にその中心軸線ｍ１を中心に回転可能に、かつ中心軸線ｍ１に沿って移動可能に支持され、全体が磁性材によって形成されている。
【００３９】
これにより、運転者によって操作レバー２１０がｘ軸方向に操作されたとすると、セレクトケーブル３０１ａを介してセレクトレバー３０１が図中の矢印Ｓ１０，Ｓ１１方向に回転し、この回転に伴いチェンジシャフト３０４が中心軸線ｍ１に沿った図中の矢印Ｓ２０，Ｓ２１方向に移動する。
【００４０】
また、運転者によって操作レバー２１０がｙ軸方向に操作されたとすると、シフトケーブル３０２ａを介してシフトレバー３０２が図中の矢印Ｔ１０，Ｔ１１方向に回転し、この回転に伴いチェンジシャフト３０４が中心軸線ｍ１の回りの矢印Ｔ２０，Ｔ２１方向に回転する。
【００４１】
そして、チェンジシャフト３０４の矢印Ｓ２０，Ｓ２１方向への移動、及び矢印Ｔ２０，Ｔ２１方向への回転に伴い自動車の同期装置（図示せず）が作動し、手動変速機３００のギヤ段が変更される。
【００４２】
チェンジシャフト３０４の軸線方向中間部位には、その外周面に突出する被検出部としての凸部３１０が一体に設けられている。これにより、凸部３１０がチェンジシャフト３０４と一体となって矢印Ｓ２０，Ｓ２１方向に移動するとともに、矢印Ｔ２０，Ｔ２１方向に回転する。
【００４３】
凸部３１０の近傍には、凸部３１０を検出する磁気センサ１３０を備えた近接スイッチ１２０が配置されている。操作レバー２１０を操作することにより、図８で示した信号が得られ、これは操作レバー２１０のｙ軸方向の動きと一対一に対応する出力信号Ｖとして出力される。これにより、ニュートラル位置を検出することができる。
【００４４】
〔実施の形態の効果〕
本発明の実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
（１）本発明の実施の形態に係る近接スイッチ１２０は、図３（ａ）、（ｂ）等に示すように、板状のマグネット１４０と磁気センサ１３０のセンサ基板１３５とが平行に配置される。これにより、従来のようにＭＲセンサを実装したセンサ基板をマグネットの凹部で挟み込む必要がないので、ＭＲセンサの接着、ワイヤボンディング等の実装をマグネットの組み込み前に実施する必要がない。これにより、工程自由度が向上する。
（２）ＭＲセンサ１３１，１３２をマグネット１４０の無磁場領域Ｑ１、Ｑ２の近傍に配置しているので、移動する磁性体による磁界の変化量を感度よく検出可能である。
（３）本発明の実施の形態に係る近接スイッチ１２０のマグネット１４０は、凹部１４１を矩形の両側から挟む方向に着磁しているので、無磁場領域を効果的に設定することが可能である。また、マグネット１４０の形状を変化させることにより、無磁場領域の位置を変えることができるので、マグネットの形状設計によって任意の位置に無磁場領域を設定することができる。これにより、設計自由度の大きい高感度の近接スイッチを実現できる。
（４）図２、図３に示すように、センサ基板１３５に重ねる方向からマグネット１４０を組み込めばよいので、マグネット１４０の位置に対してＭＲセンサ（磁気センサ１３０）の位置を決めることができ、位置精度を向上させることが可能になる。
（５）また、図２、図３に示すように、センサ基板１３５に重ねる方向からマグネット１４０を組み込めばよいので、小型化が可能となる。
（６）マグネット１４０を熱可塑性樹脂でインサート成形した後にＭＲセンサ（磁気センサ１３０）を実装する構造や、ＭＲセンサのワイヤボンディング等を実施しマグネット１４０を接着したリードフレームをエポキシ樹脂でモールドする構造等が可能となる。
【００４５】
以上、本発明の近接スイッチを上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。
【００４６】
上記実施の形態では、マグネット１４０において、着磁の方向を逆方向としてもよい。また、上記実施の形態では、近接スイッチ１２０を車両のシフト装置に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば車両のヘッドライトのオン，オフなど各種車載機器のスイッチングを操作するレバースイッチ装置等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１２０…近接スイッチ
１２２…パッケージ
１３０…磁気センサ
１３１，１３２…ＭＲセンサ
１３１ａ，１３１ｂ…磁気抵抗素子
１３２ａ，１３２ｂ…磁気抵抗素子
１３５…センサ基板
１４０…マグネット
１４０ａ…本体部
１４０ｂ、１４０ｃ…側部
１４０ｄ、１４０ｅ…側面
１４１…凹部
１４１ａ、１４１ｂ…側面
２００…シフト装置
２０１…案内溝
２０２…ケースパネル
２１０…操作レバー
３００…手動変速機
３０１…セレクトレバー
３０１ａ…セレクトケーブル
３０２…シフトレバー
３０２ａ…シフトケーブル
３０３…セレクトレバー
３０３…ブラケット
３０４…チェンジシャフト
３０７…変速機ケース
３１０…凸部
Ｐ２…回転位置
Ｐ３…回転位置
Ｑ１、Ｑ２…無磁場領域
Ｒ１、Ｒ２…領域
【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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