(57)【要約】【課題】簡単な構成で精度良く傾斜を検知できる傾斜スイッチを供すること。【解決手段】非磁性の材料からなり略直線状に形成されたガイドパイプ１２５と、ガイドパイプ１２５内を一軸方向に移動可能な磁性球体として鋼球１２０とを備え、ガイドパイプ１２５が傾斜することによって移動する鋼球１２０の位置を磁気抵抗素子部１５０によって検出すること。【選択図】  図１
2011100658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性の材料からなり略直線状に形成されたガイドパイプと、ガイドパイプ内を一軸方向に移動可能な磁性球体とを備え、ガイドパイプが傾斜することによって移動する磁性球体の位置を磁気抵抗素子部によって検出することを特徴とする傾斜スイッチ。
【請求項２】
磁気抵抗素子部には第１のバイアス磁石が載置され、ガイドパイプの側部に第２のバイアス磁石が配置されることを特徴とする請求項１に記載の傾斜スイッチ。
【請求項３】
磁気抵抗素子部は、磁性球体の移動軸を含む同一平面上に配置された４個の磁気抵抗素子が互いに略９０°の角度をもってブリッジ接続されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の傾斜スイッチ。
【請求項４】
第１のバイアス磁石と第２のバイアス磁石とは同磁極が対向して設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の傾斜スイッチ。
【請求項５】
磁気抵抗素子部から出力される電圧に閾値を設け、電圧が閾値を超えた場合に信号を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の傾斜スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、傾斜によって転がりながら移動することができる強磁性体よりなる球体と、球体が転がるための磁石からなる斜面とを備え、ホールＩＣ等の磁電変換素子やフォトインタラプタ等の光電変換素子によって球体の動きを検知する傾斜センサが考案されており、傾斜スイッチとして利用することができる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８５４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来の傾斜スイッチは、構成が煩雑になりやすく、さらに誤動作を起こしやすい傾向にある。例えば、特許文献１に記載された傾斜センサを用いてスイッチを構成した場合において、被検出体が移動体等であるときには、移動によって発生する振動によって球体が不規則に振動すると考えられ、これを傾斜センサが検出することでスイッチが誤動作を起こす虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は上記欠点を解決し、簡単な構成で精度良く傾斜を検知できる傾斜スイッチを供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するため、本発明の傾斜スイッチは、非磁性の材料からなり略直線状に形成されたガイドパイプと、ガイドパイプ内を一軸方向に移動可能な磁性球体とを備え、ガイドパイプが傾斜することによって移動する磁性球体の位置を磁気抵抗素子部によって検出することを特徴とする。
また、磁気抵抗素子部には第１のバイアス磁石が載置され、ガイドパイプの側部に第２のバイアス磁石が配置されることを特徴とする。
また、磁気抵抗素子部は、磁性球体の移動軸を含む同一平面上に配置された４個の磁気抵抗素子が互いに略９０°の角度をもってブリッジ接続されることを特徴とする。
また、第１のバイアス磁石と第２のバイアス磁石とは同磁極が対向して設けられることを特徴とする。
また、磁気抵抗素子部から出力される電圧に閾値を設け、電圧が閾値を超えた場合に信号を出力することを特徴とする。
【０００７】
このように、磁性球体が所定の方向における傾斜に対して一軸方向のみに転動し、このような磁性球体の転動による磁場の変化を磁気抵抗素子によって精度良く検出するため、傾斜スイッチが誤動作を起こし難くなっている。また、第１のバイアス磁石及び第２のバイアス磁石を用いることにより、広範囲で安定した出力電圧を得ることができる。また、磁性球体の移動軸を含む同一平面上に配置された４個の磁気抵抗素子をブリッジ接続して磁気抵抗素子を構成することにより磁性球体の位置をより精度良く検出することができる。さらに磁気抵抗素子部からの電圧に所定の閾値を設けることにより、振動等によるノイズをさらに効果的に減少することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による傾斜スイッチによれば、簡単な構成でありながら精度良く傾斜を検知できる傾斜スイッチを供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）本発明による一の実施の形態に係る傾斜スイッチの斜視模式図である。（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ断面模式図である。
【図２】（ａ）本発明による一の実施の形態に係る傾斜スイッチにおける磁気抵抗素子及び第１のバイアス磁石の斜視模式図である。（ｂ）本発明による一の実施の形態に係る傾斜スイッチにおける磁気抵抗素子のパターンを説明するための平面模式図である。
【図３】本発明による一の実施の形態に係る傾斜スイッチの構成部材の配置を説明するための模式図である。
【図４】（ａ）本発明による一の実施の形態に係る傾斜スイッチにおける鋼球の位置と磁界との関係を説明するための模式図である。（ｂ）本発明による一の実施の形態に係る傾斜スイッチにおける鋼球の位置と磁界との関係を説明するための模式図である。（ｃ）本発明による一の実施の形態に係る傾斜スイッチにおける鋼球の位置と磁界との関係を説明するための模式図である。
【図５】（ａ）鋼球の位置と傾斜スイッチの出力電圧との関係を示すグラフである。（ｂ）鋼球の位置と傾斜スイッチの出力信号との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、実施の形態を示す図面に基づき本発明による傾斜スイッチをさらに詳しく説明する。なお、便宜上同一の機能を奏する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１１】
図１において、（ａ）に本発明の実施の形態に係る傾斜スイッチの斜視模式図を、（ｂ）に（ａ）のＡ−Ａ断面の模式図を示す。傾斜スイッチ１００は外枠が本体ケース１１０によって形成され、該本体ケース１１０は、例えば鋼球１２０のような強磁性体からなる磁性球体が配置されるガイドパイプ１２５と、該ガイドパイプ１２５に隣接した空間部１３０とを有する。空間部１３０は略凹状を呈し、バイアス磁石（第１のバイアス磁石１６０及び第２のバイアス磁石１７０）及び回路基板１４０が配置され、該回路基板には磁気抵抗素子部が載置される。なお本体ケース１１０は、少なくともガイドパイプ１２５が非磁性体の材料によって成形されるものであり、実施例においては本体ケース１１０全体が非磁性のプラスチックによって一体的に形成されている。
【００１２】
ガイドパイプ１２５は略円筒状に形成され、一端側が壁部１２７、他端側が開口部１２９となっている。開口部１２９は、ガイドパイプ１２５内に鋼球１２０が入れられた状態で栓１２１がなされる。該栓１２１は、ガイドパイプ１２５内の開口部１２９側に設けられた段部１２５ａまで挿入された状態で停止し、その状態で封止剤１２１ａによって固定される。栓１２１には例えば合成樹脂によって形成されたＯリング１２１ｂが設けられているため、栓１２１がされた状態でガイドパイプ１２５内は密閉される。ガイドパイプ１２５の内径は一様であり、図示例においては鋼球１２０の外径よりも僅かに大きいのみであり、これがクリアランスとして働くことで、鋼球１２０はガイドパイプ１２５内を短手方向（径方向）には殆ど移動することなく、長手方向（中心軸方向）に対しては移動自在となっている。なお、鋼球１２０の移動範囲はガイドパイプ１２５の壁部１２７から栓１２１（段部１２５ａ）までの範囲である。ガイドパイプ１２５について円柱形状の例を示したが、これに限られず、鋼球１２０が一軸方向（図示例では長手方向）に移動自在であれば良く、例えば一辺が鋼球１２０の外径より僅かに大きな正角柱状であっても構わない。
【００１３】
図２（ａ）に示すように、回路基板１４０上に形成された磁気抵抗素子部１５０には第１のバイアス磁石１６０が載置される。この第１のバイアス磁石１６０は磁気抵抗素子部１５０と略同等の大きさからなる方形状を呈し、図３に示すように例えばガイドパイプ１２５側がＮ極、ガイドパイプ１２５と逆側がＳ極であり、磁気抵抗素子部１５０が形成される平面に対して磁極の軸が平行になるように配置される。さらに、ガイドパイプ１２５の長手方向と磁極の軸方向とは略直交するように配置され、これにより鋼球１２０の移動方向と磁極の向きも略直交することになる。
【００１４】
第２のバイアス磁石１７０は平板状に形成され、ガイドパイプ１２５の側部において鋼球１２０の移動範囲をカバーするように配置される。実施例では、第２のバイアス磁石１７０は、ガイドパイプ１２５と磁気抵抗素子部１５０との間においてガイドパイプ１２５の外周面に沿って配置されることで、磁極面の長手方向がガイドパイプ１２５の長手方向と平行になる。また、第２のバイアス磁石１７０の磁極面の短手方向の長さはガイドパイプ１２５の内径と略同じであり、その中心位置はガイドパイプ１２５の中心軸の位置と一致する。
【００１５】
ここで、第１のバイアス磁石１６０と第２のバイアス磁石１７０とは同極同士が対向するように配置される（図３参照）。図示例では、第１のバイアス磁石１６０のＮ極の磁極面が第２のバイアス磁石１７０のＮ極の磁極面の中心に向かって配置されており、第１のバイアス磁石１６０の磁極の中心軸と第２のバイス磁石１７０の磁極の中心軸とが略一致している（図１（ａ）においては第２のバイアス磁石における磁極面の短手方向の半分が回路基板によって隠れているため、第１のバイアス磁石のＮ極の磁極面が第２のＮ極の磁極面の短手方向の端部に向かっているようにみえる）。なお、第２のバイアス磁石１７０の配置は実施例に限定されることなく、ガイドパイプ１２５内の鋼球１２０の移動によって変化する磁界の変化を効率よく磁気抵抗素子部１５０に伝達できればよく、例えば磁気抵抗素子部１５０からみてガイドパイプ１２５の反対側に配置しても構わない。
【００１６】
図２（ｂ）に示すように、磁気抵抗素子部１５０はブリッジ接続されている４個のＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ，１５１ｄ（総称するときは「ＭＲ素子１５１」とする）によって構成され、鋼球１２０の移動軸（ガイドパイプの中心軸）を含む同一平面上に配置されている。これらＭＲ素子１５１の折り返しパターンは長手方向と短手方向とを有し、長手方向と直交する磁気成分（短手方向の磁気成分）に感応し抵抗値が高く変化する。各ＭＲ素子１５１は隣接するＭＲ素子１５１に対して（例えばＭＲ素子１５１ａはＭＲ素子１５１ｂ、１５１ｄに対して）、感応方向である短手方向が約９０°ずらして設けられているため、ＭＲ素子１５１ａとＭＲ素子１５１ｃとが、ＭＲ素子１５１ｂとＭＲ素子１５１ｄとがそれぞれ同じ方向に対する磁気感応性（感磁性）を有する。このＭＲ素子１５１は、ＭＲ素子１５１ａ，１５１ｄが第１のバイアス磁石１６０のＮ極の磁極面に対して約４５°ずらして設けられ、ＭＲ素子１５１ｂ，１５１ｃが第１のバイアス磁石１６０のＳ極の磁極面に対して約４５°ずらして設けられる。これによって、ＭＲ素子１５１の長手方向（又は短手方向）は第１のバイアス磁石１６０の磁極の軸方向に対して約４５°の角度をもって配置されることになる。
【００１７】
ＭＲ素子１５１を接続しているブリッジ回路は、例えばＭＲ素子１５１ａとＭＲ素子１５１ｄとの間に電源からの印加電圧Ｖｉｎが印加され、ＭＲ素子１５１ｂとＭＲ素子１５１ｃとの間が接地ＧＮＤされて構成されている。そして、ＭＲ素子１５１ｃとＭＲ素子１５１ｄとの間の電位Ｅ１とＭＲ素子１５１ａとＭＲ素子１５１ｂとの間の電位Ｅ２との差である（Ｅ１−Ｅ２）を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。なお、この出力電圧Ｖｏｕｔは増幅回路等によって適宜増幅して測定することができる。
【００１８】
このように構成された磁気抵抗素子部１５０の出力電圧Ｖｏｕｔとガイドパイプ１２５内の鋼球１２０の動作との関係を図４及び図５によって説明する。図４（ａ）に示すように磁気抵抗素子部１５０に対して左に鋼球１２０が位置する場合、磁気抵抗素子部１５０は第１及び第２のバイアス磁石１６０，１７０の磁界の変化によって鋼球１２０の位置側から矢印３０１のような磁界を受ける。このときの磁界は、ＭＲ素子１５１ａ，１５１ｃの短手方向の成分が多く、ＭＲ素子１５１ｂ、１５１ｄの短手方向の成分が少ないため、ＭＲ素子１５１ａ、１５１ｃの抵抗値が増大する。これによって、電位Ｅ１は大きくなるように変化し、電位Ｅ２は小さくなるように変化するため出力電圧Ｖｏｕｔは大となり、図５（ａ）のＰ１のようになる。
【００１９】
次に、図４（ｂ）に示すように磁気抵抗素子部１５０に対して正面に鋼球１２０が位置する場合、磁気抵抗素子部１５０が受ける磁界の向きは鋼球１２０がない場合と同じように正面からの向きであり矢印３０２のような磁界を受ける。このときの磁界は、いずれのＭＲ素子１５１に対しても短手方向の磁界成分が同程度であるため各ＭＲ素子１５１の抵抗値の増大量も同程度となる。よって、出力電圧Ｖｏｕｔはあまり変化することなく図５（ａ）のＰ０のようになる。
【００２０】
図４（ｃ）に示すように磁気抵抗素子部１５０に対して右に鋼球１５０が位置する場合、磁気抵抗素子部１５０は第１及び第２のバイアス磁石１６０，１７０の磁界の変化によって鋼球１２０の位置側から矢印３０３のような磁界を受ける。このときの磁界は、ＭＲ素子１５１ａ，１５１ｃの短手方向の成分が少なく、ＭＲ素子１５１ｂ、１５１ｄの短手方向の成分が多いため、ＭＲ素子１５１ｂ、１５１ｄの抵抗値が増大する。これによって、電位Ｅ１は小さくなるように変化し、電位Ｅ２は大きくなるように変化するため出力電圧Ｖｏｕｔは小となり、図５（ａ）のＰ２のようになる。
【００２１】
このように鋼球１２０の位置によって磁気抵抗素子部１５０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔの大きさが変化する。図５（ｂ）は、出力電圧Ｖｏｕｔに所定の閾値Ｔを設け、出力電圧Ｖｏｕｔが閾値Ｔ以上の場合にＯＮ、閾値Ｔ未満の場合にＯＦＦとなるようにスイッチ回路を構成した場合の出力信号を示すものである。この例では、鋼球１２０が図４（ｂ）における位置、すなわち磁気抵抗素子部１５０の正面に鋼球１２０が位置するときの出力電圧Ｖｏｕｔを閾値Ｔに設定してある。なお、例えば図４（ｃ）のように鋼球１２０がガイドパイプ１２５における一方の端部にあるときの出力電圧Ｖｏｕｔを閾値Ｔとして設定することも可能であるが、このように設定すると軽い振動等によってもスイッチがＯＮとなる虞がある。
【００２２】
このように構成された傾斜スイッチ１００は、図４（ｃ）の如く鋼球が位置するように、予め設定された所定の角度だけ特定の方向に傾斜させて被検出体に取り付けられることにより、特定の方向と逆側に向かって所定の角度以上傾斜した場合に鋼球１２０が移動して傾斜スイッチ１００がＯＮするものである。これにより、例えば被検出体を常に水平に保っていたい場合には、被検出体の前後左右に向かってそれぞれ傾斜スイッチ１００を例えば２〜３°程度傾斜させて設け、さらに少なくとも前後方向に対する角度制御部及び左右方向に対する角度制御部を備えることにより、傾斜スイッチ１００のＯＮ・ＯＦＦに対応させて角度制御部を動作させれば所定の角度（２〜３°程度）の範囲内で水平に被検出体の姿勢が制御されることになる。また、例えば被検出体が所定の角度以上に傾斜した場合に警報を鳴らしたい場合には、被検出体に対して予め所定の角度だけ傾斜させて設けられた傾斜スイッチを警報に接続すればよい。
【００２３】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本体ケースの形状は実施の形態に示したものに限定されるものではなく、ガイドパイプ及び空間部の機能を有していればどのような形状であっても構わない。
【００２４】
また、ＭＲ素子１５１ａとＭＲ素子１５１ｄとの間に印加電圧を印加し、ＭＲ素子１５１ｂとＭＲ素子１５１ｃとの間を接地させた磁気抵抗素子部を示したが、これに限定されず、例えばＭＲ素子１５１ａとＭＲ素子１５１ｂとの間に印加電圧を印加し、ＭＲ素子１５１ｃとＭＲ素子１５１ｄとの間を接地しても構わない。この場合、ＭＲ素子１５１ｂとＭＲ素子１５１ｃとの間の電位がＥ１、ＭＲ素子１５１ａとＭＲ素子１５１ｄとの間の電位がＥ２となる。
【００２５】
また、ガイドパイプ内には例えばシリコーンオイルのような液体を封入することができ、これによって鋼球の転動に対する抵抗を高めることによりチャタリングの防止を図ることができる。
【符号の説明】
【００２６】
１００…傾斜スイッチ、１１０…本体ケース、１２０…鋼球、１２１…栓、１２１ａ…Ｏリング、１２５…ガイドパイプ、１２５ａ…段部、１２７…壁部、１２９…開口部、１３０…空間部、１４０…回路基板、１５０…磁気抵抗素子、１５１（１５１ａ〜ｄ）…ＭＲ（磁気抵抗）素子、１６０…第１のバイアス磁石、１７０…第２のバイアス磁石、３０１〜３０３…矢印（磁界方向）
【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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