(57)【要約】磁気抵抗型電子スイッチング装置及び方法。第１の区画及び第２の区画を含むハウジングは作動組立体を収容する。障壁が第１の区画と第２の区画とを分離できる。作動磁石が第２の区画内の作動組立体と組合され得る。作動磁石は、第１の区画内に配置した磁気抵抗デバイスを作動できる磁場を発生する。更に作動磁石の磁場に応動する磁気抵抗デバイスが利用でき、第１の区画内に配置した磁気抵抗デバイスがスイッチング電子部品と共に固態磁気抵抗スイッチを構成する。
2005538610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の区画及び第２の区画を含むハウジングと；
スイッチング電子部品と関連して前記ハウジングの第１の区画内に配置された磁気抵抗デバイスと；
前記ハウジングの第２の区画内に配置され、前記磁気抵抗デバイスを作動させる磁場を発生する作動磁石と；
前記ハウジングの第２の区画内に収容され、前記作動磁石と組み合わされて電子スイッチング装置を構成する作動組立体と；を含む磁気抵抗型の電子スイッチング装置。
【請求項２】
前記ハウジングは、非磁性材料から成る多数の壁と、前記ハウジング内に配置され前記第１の区画と前記第２の区画とを分離する障壁と、を含む請求項１記載の電子スイッチング装置。
【請求項３】
前記作動組立体は作動プランジャを含む請求項１記載の電子スイッチング装置。
【請求項４】
前記作動プランジャは前記作動磁石を含む請求項３記載の電子スイッチング装置。
【請求項５】
前記作動組立体はプランジャ組立体を含む請求項１記載の電子スイッチング装置。
【請求項６】
更に作動力を発生するように前記作動磁石を適位置に保持するばねを含む請求項１記載の電子スイッチング装置。
【請求項７】
更に電気的に絶縁ししかも汚染、機械的衝撃及び振動に対して保護するため前記スイッチング電子部品を収容するプラスチックキャリヤを含む請求項１記載の電子スイッチング装置。
【請求項８】
更に前記スイッチング電子部品を包囲する密封カバーを含む請求項１記載の電子スイッチング装置。
【請求項９】
更に前記スイッチング電子部品を包囲する電子部品包囲体と；
前記電子部品包囲体から伸びる少なくとも一本のスイッチリード線と；
少なくとも一本のスイッチリード線を包囲し、シールを形成するゴムグロメットと；を含む請求項１記載の電子スイッチング装置。
【請求項１０】
第１の区画、第２の区画、前記第１の区画と前記第２の区画とを分離する障壁及び非磁性材料から成る多数の壁を含むハウジングと；
前記第１の区画内に配置したスイッチング電子部品と；
前記電子部品と組合せて前記第１の区画内に配置した磁気抵抗デバイスと；
前記ハウジングの第２の区画内に配置し、前記磁気抵抗デバイスを作動させる磁場を発生する作動磁石と；
前記ハウジングの第２の区画内に収容し、前記作動磁石と組合されて電子スイッチング装置を構成する作動組立体と；
前記スイッチング電子部品を電気的に絶縁しかつ保護するため前記スイッチング電子部品を包囲する電子部品包囲体と；
作動力を発生するように前記作動磁石を適位置に保持する強制部材と；を含む磁気抵抗型の電子スイッチング装置。
【請求項１１】
第１の区画及び第２の区画を含むハウジングを設ける段階と；
前記ハウジングの第１の区画内にスイッチング電子部品を配置し、前記ハウジングの第２の区画内に作動組立体を配置し、前記第１の区画と前記第２の区画とを障壁で分離するようにする段階と；
作動磁石の磁場に応動する磁気抵抗デバイスを設け、前記磁気抵抗デバイスを前記スイッチング電子部品と組合せて前記第１の区画内に配置する段階と；
前記第２の区画内の前記作動体に作動磁石を組合せ、前記磁気抵抗デバイスを作動できる磁場を前記作動磁石に発生させる段階と；を含む磁気抵抗に基く電子スイッチング方法。
【請求項１２】
更に非磁性材料で構成した多数の壁から前記ハウジングを構成する段階を含む請求項１１記載の電子スイッチング方法。
【請求項１３】
更に作動プランジャを備えるように前記作動組立体を構成する段階を含む請求項１１記載の電子スイッチング方法。
【請求項１４】
更に前記作動磁石を収容するように前記作動プランジャを構成する段階を含む請求項１３記載の電子スイッチング方法。
【請求項１５】
更にプランジャ組立体を備えるように前記作動組立体を構成する段階を含む請求項１１記載の電子スイッチング方法。
【請求項１６】
更に作動力を発生するように前記作動磁石を適位置に保持するばねを前記作動磁石に組合せる段階を含む請求項１１記載の電子スイッチング方法。
【請求項１７】
更に前記スイッチング電子部品を密閉カバーで包囲する段階を含む請求項１１記載の電子スイッチング方法。
【請求項１８】
更に溶着カバーを用いて前記スイッチング電子部品を包囲する段階を含む請求項１１記載の電子スイッチング方法。
【請求項１９】
更にゴムグロメットを用いて前記スイッチング電子部品を包囲する電子部品包囲体から少なくとも一本のスイッチリード線の出てくる少なくとも一つの部位をシールする段階を含む請求項１１記載の電子スイッチング方法。
【請求項２０】
スイッチング電子部品を収容する第１の区画及び作動組立体を収容する第２の区画を備え、前記第１の区画と前記第２の区画とを障壁で分離し、非磁性材料で構成した多数の壁から成るハウジングを設ける段階と；
汚染、機械的衝撃及び振動に対して保護する電子部品包囲体で前記スイッチング電子部品を包囲する段階と；
作動磁石の磁場に応動する磁気抵抗デバイスを設け、前記磁気抵抗デバイスを前記スイッチング電子部品と組合せて前記第１の区画内に配置して固体磁気抵抗スイッチを形成する段階と；
前記第２の区画内の前記作動組立体に作動磁石を組合せ、前記第１の区画内の磁気抵抗デバイスを作動できる磁場を前記作動磁石に発生させ、前記作動組立体が前記作動磁石を収容する作動プランジャを備える段階と；
作動力を発生するように前記作動組立体を適位置に保持するばねを設ける段階と；を含む磁気抵抗に基く電子スイッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的に作動するスイッチに関する。本発明は、また磁気抵抗デバイスに関する。本発明は、更に商業用及び軍用航空機の分野で利用されるスイッチに関する。本発明は、また作動組立体（actuation assemblies）及び作動プランジャに関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング装置は、工業及び商業の分野において広く利用される。スイッチには多様な形状及び大きさのものがある。あるものは大型で扱いにくく、またあるものはマイクロ機械レベルで製造される。特に、サイズが小さく、信頼性が高く、高精度でありしかも厳しい環境の下で作動できる機械的作動型スイッチの需要が存在する。この形式のスイッチは代表的には商業用及び軍用航空機の分野で使用するために要求される。例えば、このようなスイッチは北極圏のような極寒の環境で又は極めて高い位置で作動できる必要があり、一方、他のスイッチは潜水艦で遭遇するような困難な圧力の下で作動できる必要がある。
【０００３】
このような応用分野で利用されるスイッチの動作は代表的には、スイッチング作用を行うように作動される１組の金属接点に基く。このようなスイッチ接点に組込まれた可動部品は磨耗し、信頼できないスイッチ動作をもたらす。かかるスイッチの可動部品はまた、スイッチ接点の汚染を防ぐために一般にはシールされなければならない漏れ路を形成する。従来のスイッチに伴う付加的な問題点は、通常の使用中に接点が酸化して低電流及び低電圧負荷ではスイッチングできなくなる。
【０００４】
本発明者らは前記の事実に基き、詳細に説明するユニークなスイッチ構造を用いて、改良した機械的作動型スイッチの要求を解決できると結論付けた。特に、本発明者らは磁気抵抗に基く装置の使用により、機械的作動型スイッチの動作寿命及び効率を改善できると考える。
【０００５】
磁気抵抗デバイスは、当該分野においては周知である。磁気抵抗（ＭＲ）は典型的には磁場の変動に従って抵抗が変化する二端子装置として構成される。殆どの導電性材料は幾分かの磁気抵抗をもつ。しかし、磁気抵抗効果は、特に、ニッケル鉄合金を含むパーマロイ及び他の強磁性材料において大きい。時期抵抗型装置は磁場に対して非常に感応しやすいので、本発明者らは、このような装置がスイッチに用いるのに有用であるとわかった。
【０００６】
磁気抵抗型装置の一例としては磁気抵抗センサーがある。磁気抵抗センサーは多くの固態応用において利用される。これらの応用には、例えば自動車、マリーン、軍、工業、航空機及び宇宙応用が含まれる。サイン検出システムは交通及び車両制御、地雷探知及び武器システム、採鉱、分離及び安全のような金属検出に磁気抵抗センサーを用いる。更に、磁気抵抗センサーは、接近検出及び位置検出のような角度を成しているか直線状であるかどうかアノマリー検出に用いられた。しかし、今日まで、磁気抵抗デバイスは機械的作動型スイッチング装置を満足に提供するのに用いられてない。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，５００，５９０号  Bharat B. Pant “Apparatus for Sensing Magnetic Fields Using a Coupled Film Magnetoresistive Transducer”１９９６年３月１９日発行、ミネソタ州ミネアポリスのHoneywell社(“Honeywell”)に譲渡。
【特許文献２】米国特許第５，４９７，０８２号  Peter G. Hancock “Quadrature Detector with a Hall Effect Element and a Magnetoresistive Element”１９９６年３月５日発行、Honeywellに譲渡。
【０００８】
磁気抵抗センサーの一例が米国特許第５，５００，５９０号（特許文献１）に開示される。特許文献１は、一般的に第１の磁気結合型膜検出要素及び第２の磁気結合型膜検出要素を開示し、それらは、それら要素に流れる電流によって偏倚した時に磁場に応じて抵抗が変化するように構成される。これら要素から離間した電流搬送導体はこれらの要素における磁化を設定する。要素の伝達関数はこれらの要素を流れる電流又は導体を流れる電流を変えることにより調整される。
【０００９】
磁気抵抗センサーの別の例が米国特許第５，４９７，０８２号（特許文献２）に開示される。特許文献２に記載の位置センサーは、第１、第２の磁気感応装置を設けることにより、直交信号を検出できる能力をもつ。第１の磁気感応装置は、予め選択した平面に垂直な磁場の成分を感知できるホール効果素子又はある他の装置から成る。第２の磁気感応装置は、同一平面にある磁場の成分を感知できる。
【００１０】
従って、発明者らは、機械的作動型スイッチに組合せて磁気抵抗デバイスを用いることによりスイッチング作用を改善でき、しかも接点の酸化や望ましくない部品磨耗のような前記の問題を避けることができるという結論に達した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の以下の概要は、本発明にユニークな新しい特徴の幾つかを容易に理解できるようにし、全ての記載であるとするものではない。本発明の種々の特徴の全ては、明細書全体、特許請求の範囲、図面及び要約書を全体として考察することで正しく認識できる。本発明の更に別の目的及び利点は明細書を読むことにより当業者に明らかとなる。
【００１２】
従って、本発明の一つの発明は、改良型の電子スイッチを提供することにある。本発明の別の発明は、磁気抵抗型電子スイッチを提供することにある。本発明の更に別の発明は、スイッチング電子部品及び関連した磁気作動機構用の別個の区画を備えた磁気抵抗型電子スイッチを提供することにある。本発明の別の発明は、磁気抵抗型電子スイッチの製造方法を提供することにある。また、本発明の別の一つの発明は、寸法が小さく、信頼性が高く、高精度でしかも過酷な環境でも動作できる機械的作動型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】
【００１３】
前記及びその他の発明は、以下に説明するように達成できる。磁気抵抗型電子スイッチング装置及び方法について説明する。通常、本発明は、スイッチング電子部品を収容する第１の区画（compartment）及び作動組立体を収容する第２の区画を備えたハウジングを有する。障壁を利用して第１の区画及び第２の区画を分離する。ハウジング自体は、非磁性材料で形成した多数の壁で構成できる。第２の区画内の作動組立体には作動磁石が組合されて、第１の区画内に配置した一つ以上の磁気抵抗デバイスを作動する磁場を発生する。
【００１４】
作動組立体は、作動磁石を収容する作動プランジャを備えるように構成できる。ばね又は他の強制部材(例えばロッド、スペーサー、ヒンジ部材、折畳み可能で圧搾可能な材料など)を用いて作動力を発生するように適位置に作動磁石を保持できる。更に、スイッチング電子部品は、汚染、機械的衝撃及び振動に対して保護する電子部品包囲体によって包囲できる。また、作動磁石の磁場に応動する磁気抵抗デバイスが提供され、磁気抵抗デバイスは、スイッチング電子部品と関連して固態磁気抵抗スイッチを提供するように第１の区画内に配置できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
添付図面において図面を通して同一又は機能的に同様な要素には同じ参照番号を用い、また図面は本明細書に結合されかつその一部を成し、更に本発明を例示し、また本発明の詳細な説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１６】
本発明の新規特徴は、本発明の以下の詳細な説明を考察することにより当業者には明らかとなり、即ち本発明の実施によって知ることができる。しかし、理解すべき点としては、本発明の詳細な説明及び例示した特定の例は本発明のある実施形態を示しているが、単に例示のためのものであって、本発明の範囲内において種々の変形及び変更は本発明の詳細な説明及び特許請求の範囲の説明から当業者には明らかとなる。
【００１７】
図１には、本発明の好ましい実施形態による磁気抵抗型電子スイッチ１０１を正面断面に沿った正面図で示す。図２は、本発明の好ましい実施形態による磁気抵抗型電子スイッチ１０１を断面Ｃ−Ｃに沿った底面図で示す。
【００１８】
同様に、図３は、本発明の好ましい実施形態による磁気抵抗型電子スイッチ１０１を断面Ｄ−Ｄに沿った底面図で示す。図４は、磁気抵抗型電子スイッチ１０１を分解斜視図で示す。ここで図１〜図４において、同じ又は同様な部分は同一参照番号で示す。従って、図１〜図４は図示したように同一磁気抵抗型電子スイッチ１０１の種々な図である。
【００１９】
スイッチ１０１はハウジング１０２を有し、ハウジング１０２はスイッチング電子部品１０４を収容する第１の区画１１３を備える。ハウジング１０２はまた作動組立体１０６を収容できる第２の区画１１８を備える。第１の区画１１３と第２の区画１１８を分離するのに障壁が利用され得る。ハウジング１０２はまた通常リード線１１０、１１２、１１４、１１６を支持するハウジング部分１０８に接続される。
【００２０】
ハウジング部分１０８は、リード線シールグロメット即ちシールガスケット１５０を適位置に保持即ちロックしかつまたリード線１１０、１１２、１１４、１１６の周りにシーリングエポキシを備えるために、“形成する” または“曲げる”ことのできるハウジング１０２の構造上の特徴である。ゴムグロメット即ちシールガスケット１５０お呼び平坦なワッシャー１５１はまたハウジング１０２に対する支持体を構成する。
【００２１】
図３に示すように、作動磁石１１１は作動組立体１０６（図１に示す）に組合され得る。作動磁石１１１は、第１の区画１１３内に配置した磁気抵抗デバイス１２１を作動する磁場を発生できる。作動組立体１０６は、作動磁石１１１を収容する作動プランジャ１１９を備えるように構成できる。また作動力を発生するように作動磁石１１１を適位置に保持するばねを設けることができる。このようなばねは図３に示していないが、図４にばね１４８として示される。ハウジング１０２は非磁性材料から成る壁で形成できる。カバー１０７はまたハウジング１０２を支持できる。
【００２２】
図１に示すように、スイッチング電子部品１０４は、汚染、機械的衝撃、振動及び他の外部力に対して保護するように電子部品包囲体で包囲できる。スイッチング電子部品１０４は、特に、図３に示すに収容でき、プラスチックキャリヤ１１５は、汚染、機械的衝撃及び振動などに対する保護及び電気絶縁用の包囲体を構成する。シールド１１７は更にリード線１１０、１１２、１１４、１１６のまわりに位置決めできる。
【００２３】
図４に示すように、説明した磁気抵抗型電子スイッチ１０１を構成するのに種々の機械的部品を設けることができる。例えば、平坦なワッシャー１４１をシールリング１４２及びスペーサー１４３と共に用いて、磁気抵抗型電子スイッチ１０１の支持体を構成できる。更に、ワッシャー１４４は、磁石１１１を包囲するプランジャ１１９に対して並置して配置できる。更に、ばね１４８はブッシング１４７を包囲し、そしてこれらばね１４８及びブッシング１４７はハウジング１０２内に配置される。
【００２４】
前に述べたように、ゴムグロメット即ちシールガスケット１５０及び平坦なワッシャー１５１は、ハウジング１０２に対する付加的な支持体を構成できる。スイッチング電子部品１０４、シールド１１７及びカバー１０７に関連してシャシ１１５を使用できる。磁気抵抗デバイスは作動磁石１１１の磁場に応動する。磁気抵抗デバイス１２１は通常、スイッチング電子部品１０４に関連して第１の区画１１３内に配置されて、固態磁気抵抗スイッチ１０１を構成する。
【００２５】
図５には、本発明の好ましい実施形態に従って実施できる論理動作段階を示す動作の高レベルフローチャート５００を示す。ブロック５０２に示すように、第１の区画１１３及び第２の区画１１８を含むハウジング１０２を製作できる。前に述べたように、ハウジング１０２はまた非磁性材料から成る多数の壁で構成できる。例えば、ハウジング１０２は、ステンレス鋼、アルミニウム、プラスチックなどのような種々の材料で形成できる。ブロック５０３に示すように、磁気抵抗デバイスは第１の区画１１３内に配置できる。
【００２６】
次にブロック５０４に示すように、スイッチング電子部品１０４は第１の区画１１３内に配置される。その後、ブロック５０６に示すように、スイッチング電子部品１０４はプラスチックキャリヤに収容でき、そして汚染、機械的衝撃、振動などに対して保護するために包囲体で包囲される。このようなプラスチックキャリヤの一例は図３に示すキャリヤ１１５である。次に、ブロック５０８に示すように、電子部品包囲体を構成するシール又は溶着カバー（例えば、図３及び図４におけるカバー１０７参照）を用いてスイッチング電子部品１０４は更に保護され得る。ゴムグロメット即ちシールガスケット１５０はまた、スイッチング電子部品と組合さったリード線１１０、１１２、１１４、１１６が電子部品包囲体から出て行く部位をシールするのに利用できる。
【００２７】
次にブロック５１０に示すように、作動組立体はハウジング１０２の第２の区画１１８に配置できる。ブロック５１２に示すように、作動組立体は作動プランジャ１１９及び作動磁石１１１を備え得る。その後、ブロック５１４で示すように、ＤＣ電源１１はスパッタ処理装置を制御する制御装置１５に接続され、この制御装置１５は図示したように、作動プランジャ１１９は、適当な作動力を発生するばね１４８で適位置に保持できる。作動プランジャ１１９は通常作動磁石１１１を収容する。
【００２８】
前記した本発明は、電子手段を介してかつ固体又は半堅固な障壁によって、スイッチの作動子からスイッチング電子部品を分離することによってスイッチング作用を行うことができる。永久磁石（例えば磁石１１１）はスイッチの作動入力に取り付けられ得る。磁石の磁場は、スイッチの分離区画に配置される磁気抵抗デバイス（例えば磁気抵抗デバイス１２１）を作動する。磁気抵抗デバイス及び組合さった電子回路は、正確で信頼性の高い固態オンオフスイッチ出力を発生する。
【００２９】
本発明の磁気抵抗型電子スイッチは非磁性ハウジングを用いて構成でき、この非磁性ハウジングは、スイッチング電子部品及び作動プランジャ（例えばプランジャ１１９）に対する別個の区画を備え得る。作動プランジャは作動磁石を収容し、そして適当な作動力を発生するばねで適位置に保持できる。電子部品はプラスチックキャリヤに収容でき、そして汚染、機械的衝撃及び振動に対して保護するために包囲体で包囲できる。電子部品は、電子部品包囲体を構成する溶着カバーで更に保護され得る。また、ゴムグロメットを用いて、スイッチリード線が電子部品包囲体から出て行く部位をシールできる。
【００３０】
図６は、本発明の好ましい実施例に従って構成され得るスイッチング電子部品６００（即ち電子回路）を概略線図で示す。図６に示す回路は、図１に示すスイッチング電子部品１０４を構成するのに利用できる。抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４で形成される磁気抵抗ブリッジ６０２は差動増幅器６０４に接続でき、差動増幅器６０４はシュミットトリガー６０８に入力を供給し、そしてノードＡ、Ｂの間に位置するノードＤにアナログ出力を供給する。給電電圧ＶｓｕｐｐｌｙはノードＡに印加される。
【００３１】
更に、基準電圧６０６はシュミットトリガー６０８に入力できる。シュミットトリガー６０８からの出力はトランジスタ６１６に入力され、トランジスタ６１６はノードＣで接地され、一方、全スイッチング電子部品の出力６１８はノードＢ、Ｃ間に供給され得る。ノードＡ（給電電圧）とシュミットトリガー６０８との間には電圧調整器６１０が配置される。かかるスイッチング電子部品は、説明してきたハウジング１０２内に配置できる。当然、当業者には認められるように、このようなスイッチング電子部品は変更でき、従って図６に示す特殊な形態は本発明の特徴を限定するものではない。
【００３２】
以上説明した実施形態及び実施例は、本発明及びその実際の応用を最も良く説明するものであり、当業者に本発明を実施し利用できるようにさせるものである。しかし、当業者には認められるように、前記の説明及び例はは単に例示のためのものである。本発明の他の種々の変形及び変更は当業者に明らかであり、かかる変形及び変更は特許請求の範囲で保護される。前記の説明は包括的なものではなく、即ち本発明を限定するものではない。特許請求の範囲から逸脱せずに前記の教示に関連して多くの変更及び変形が可能である。本発明の使用は種々の特徴をもつ構成要素を必然的に含み得るものとする。本発明の範囲は特許請求の範囲で定義され、全ての観点で等価物に対して十分に認識するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の好ましい実施形態による磁気抵抗型電子スイッチの正面断面に沿った正面図。
【図２】本発明の好ましい実施形態による図１に示す磁気抵抗型電子スイッチの断面Ｃ−Ｃに沿った底面図。
【図３】本発明の好ましい実施形態による図１に示す磁気抵抗型電子スイッチの断面Ｄ−Ｄに沿った底面図。
【図４】本発明の好ましい実施形態による図１に示す磁気抵抗型電子スイッチの分解斜視図。
【図５】本発明の好ましい実施形態による論理動作段階を示す動作の高レベルフローチャート。
【図６】本発明の好ましい実施形態に従って構成できるスイッチング電子部品の示す概略線図である。
【図１】
2005538610.tif 000003
【図２】
2005538610.tif 000004
【図３】
2005538610.tif 000005
【図４】
2005538610.tif 000006
【図５】
2005538610.tif 000007
【図６】
2005538610.tif 000008
【国際調査報告】
2005538610.tif 000009
2005538610.tif 000010