(57)【要約】【課題】  防水性・防爆性を実現すると共に、広範な設定を行うことができるセンサスイッチを提供する。【解決手段】  回転操作機構２０６によって回転されて回転磁界を発生する磁石２０４と、回転磁界の磁束の方向を検出して回転操作機構２０６の回転角度に応じた信号を出力する回転検出手段２１０とが筐体板２１２を挟んで配設される。回転検出手段２１０は、磁界中における基準位置からの回転角変位に応じた値を出力し、各々の磁気成分の検出位置が異なるように配置された少なくとも２個のホール素子と、少なくとも２個のホール素子からの出力の比に応じた値を出力する出力手段とを備える。好ましい実施形態では、筐体板２１２と回転検出手段との間に、回転磁界の磁束を収束させる磁束収束板が設置される。また、回転検出手段は筺体２１２により封止されることとしてもよい。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転操作機構によって回転されて回転磁界を発生する磁石と、該回転磁界の磁束の方向を検出して前記回転操作機構の回転角度に応じた信号を出力する回転検出手段とが筐体板を挟んで配設されたセンサスイッチであって、前記回転検出手段は、
磁界中における基準位置からの回転角変位に応じた値を出力し、各々の磁気成分の検出位置が異なるように配置された少なくとも２個のホール素子と、
前記少なくとも２個のホール素子からの出力の比に応じた値を出力する出力手段と
を備えることを特徴とするセンサスイッチ。
【請求項２】
前記筐体板と前記回転検出手段との間に、前記回転磁界の磁束を収束させる磁束収束板が設置されており、前記少なくとも２個のホール素子は、各々の感磁面が前記磁束収束板の板面に略平行となるように配置され、前記収束された磁束が前記各々の感磁面に略垂直となることを特徴とする請求項１に記載のセンサスイッチ。
【請求項３】
前記回転検出手段は前記筺体により封止されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサスイッチに関し、より詳細には、防水構造・防爆構造を有する各種機器に用いるのに好適なセンサスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、カメラや防水時計、あるいは可燃性ガスが存在する環境下で使用される電気機器などに使用されるスイッチに対し、防水・防爆のための工夫がなされている。
【０００３】
図１は、従来のカメラ用回転スイッチの組立図、図２はその断面図である。つまみ１０２の軸１０３は筺体１０６、カム１０８、留め金１１４の穴を貫通して、基板１１２上のスイッチ１１６に固定されている。また、筺体１０６とつまみ１０２との間にはワッシャ１０４が設けられている。留め金１１４及びカム１０８は軸１０３に固定されており、さらにカム１０８は筺体内側に取り付けられたばね１１０に支持されている。そして、つまみ１０２の回転操作に応じて、スイッチ１１６が回転可能となっている。同図に示す例では、筺体１０６の穴に設けられた環状の凸部１１８により防水構造が実現されている。例えば、特許文献１にはこのような技術の例が記載されている。
【０００４】
また、スイッチと筺体との隙間をゴムシートで覆う方法（例えば、特許文献２参照）、防水シートカバーで覆う方法（例えば、特許文献３参照）、あるいは防水グリスを充填する方法（例えば、特許文献４参照）が知られている。
【０００５】
しかし、これらの技術は筺体とスイッチとの間に隙間があるため、完全な防水・防爆を実現することができない。
【０００６】
この問題を回避する技術として、特許文献５に記載の回転角度センサでは、電気的機能部を樹脂で封止することにより防水・防爆構造を実現している。当該文献によれば、電気的機能部に磁気抵抗を設け、外部の磁石から磁場を印加する。そして、磁気抵抗の上で円板状の磁石を回転させたり、あるいは磁気抵抗の周りを磁石が相対的に回転するように動作させて、磁気抵抗に印加する磁場の強度を変化させる。これにより、電気的機能部に回転角度の変化の情報を与えることが可能である。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３４１３６９号公報
【特許文献２】特開平７−２１１１７８号公報
【特許文献３】特開２００３−３２８１６号公報
【特許文献４】特開平５−３４１３６９号公報
【特許文献５】特開平１１−１５３４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、磁気抵抗は磁場の強度しか測定することができないため、上述した磁気抵抗を使用した防水・防爆構造の回転角度センサでは１８０度までしか回転角度を測定することができない。このため、スイッチにより変更可能な設定の数に制限があるという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、防水性・防爆性を容易に実現すると共に、広範囲の設定を行うことができるセンサ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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係るセンサスイッチは、回転操作機構によって回転されて回転磁界を発生する磁石と、該回転磁界の磁束の方向を検出して前記回転操作機構の回転角度に応じた信号を出力する回転検出手段とが筐体板を挟んで配設されたセンサスイッチであって、前記回転検出手段は、磁界中における基準位置からの回転角変位に応じた値を出力し、各々の磁気成分の検出位置が異なるように配置された少なくとも２個のホール素子と、前記少なくとも２個のホール素子からの出力の比に応じた値を出力する出力手段とを備える。
【００１１】
ここで、前記筐体板と前記回転検出手段との間に、前記回転磁界の磁束を収束させる磁束収束板が設置されており、前記少なくとも２個のホール素子は、各々の感磁面が前記磁束収束板の板面に略平行となるように配置され、前記収束された磁束が前記各々の感磁面に略垂直となることが好ましい。  
また、前記回転検出手段は前記筺体により封止されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電子回路部分を筺体内部に設置し、筺体外に設置したつまみによって３６０度の回転操作により電気的切り替えを行うので、水や埃、異物が電気回路内に侵入するのを容易に防ぎつつ、広範囲の設定を行うことが可能となる。  
また、完全防水ができることによって、電気回路や筺体内部の発錆も防止できる。
【００１３】
また、電子回路部分を完全に筺体内に収め、つまみ部分と電子回路部分を完全に分離することができるので、従来のパッキンやグリスによる防水、異物侵入の防止手段に比べて汚染が生じない。
【００１４】
また、構造的に電子回路部分が完全に外部と遮断されているので、真空装置や不活性ガスなどが充填されたグローブボックス内に設置された電気回路に対して、全く漏洩の心配をすることなく、外部から電気的な切り替えができる。
【００１５】
また、電子回路が筐体に封止されることで、切り替えスイッチの接触不良の防止、ショート事故の防止、寿命信頼性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照し、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。  
図３は、本実施形態に係るセンサスイッチをカメラ用回転スイッチに適用した例を示す。同図において、（ａ）はカメラ用回転スイッチ部分の断面図、（ｂ）はカメラの外観を示す斜視図である。カメラ筺体２１２の内部には、センサＩＣ２１０を実装した基板２０８が設置されている。一方、円板状の磁石２０４が固定されたつまみ２０６が、カメラ筺体２１２の外部に回転操作可能に取り付けられている。
【００１７】
図４は、図３のカメラ用回転スイッチをより詳細に示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。カメラ筺体２１２には環状の凸部２１３が形成されており、この凸部２１３にクリック感用ボール３０２が所定の間隔で埋め込まれている。クリック感用ボール３０２は凸部２１３に回転可能に支持されていてもよく、あるいは固定されていてもよい。一方、つまみ２０６には凸部２１３と嵌合する環状の溝３０４が形成されている。この溝３０４には、破線で示すように、クリック感用ボール３０２の外径よりわずかに大きな内径を有する凹部３０３が形成されている。ここで、凹部３０３の間隔はクリック感用ボール３０２の間隔と等しく、凹部３０３とクリック感用ボール３０２とがそれぞれ嵌合するようになっている。
【００１８】
このような構成により、つまみ２０６が回転操作されると、あるクリック感用ボール３０２と嵌合していた凹部３０３が隣のクリック感用ボール３０２に再び嵌合することで、カチッという感触（いわゆるクリック感）を実現することができる。
【００１９】
ここで、ホール素子及びセンサＩＣ２１０が実装された基板２０８を筐体２１２により封止することで、水や埃、異物が電気回路内に侵入することを防止できる。
【００２０】
図５は、本実施形態に係るカメラ用回転スイッチの組立図である。磁石２０４が固定されたつまみ２０６の下部には不図示の溝が形成されており、この溝に凸部２１３を嵌め込む。これにより、磁石２０４の円板面が基板２０８の板面に平行になるように配置される。
【００２１】
図６は、本実施形態に係るセンサＩＣの構成例を示す。センサＩＣ２１０は、アンプ６０２及び６１２、比率演算部６０４及び出力部６０５を備えている。ホール素子６０１はアンプ６０２を介して、ホール素子６１１はアンプ６１２を介してそれぞれ比率演算部６０４へ接続されている。
【００２２】
２つのホール素子６０１及び６１１は、磁界中における基準位置からの回転角変位に応じた電圧を出力する磁気センサであり、共通の温度特性を有する。
【００２３】
端子６０７の後段には、例えばアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を介して電子機器を制御するマイクロプロセッサ等の中央処理器が接続される。
【００２４】
図７（ａ）及び（ｂ）は基板上に実装されたホール素子の配置の例を示す図である。磁石２０４の円周付近に配置されたホール素子９０２及び９０４は、磁界の強さを検知して、その磁界の強さに応じた値を出力する磁気センサであり、共に等しい温度特性を有する。これらの複数個の磁気センサは、磁石２０４の円板面に平行な基板２０８上に固定されている。
【００２５】
また、ホール素子９０２及び９０４は磁石２０４の回転軸と基板面との交点Ｏから等しい距離で、かつその各々の磁力を検知する面（以下、「感磁面」という）が直交するように配設されている。理想的な構成において、ホール素子９０２、９０４の中心と交点Ｏとを通る直線はそれぞれホール素子９０２、９０４の感磁面の垂線と一致し、その２つの直線は直角をなしている。
【００２６】
次に、再度図６を参照し、上記のように構成されたデジタル角度測定システムの動作について説明する。アンプ６０２及び６１２は、それぞれホール素子６０１及び６１１から出力されるアナログ信号値を受け取り、比率演算部６０４の信号処理が容易となるレベルまでアナログ信号を増幅する。比率演算部６０４は、アンプ６０２及び６１２から出力されたアナログ信号の符号の判定と除算を行い、２つのアナログ信号の比率を求める。設定値出力部６０５は、比率演算部６０４から出力されたアナログ信号の符号の判定結果を参照しながら、比率演算部６０４から出力された比率に対応する電圧を端子６０７に出力する。これにより、端子６０７の後段に配置された中央処理器（不図示）では、受信した電圧に対応する処理が実行される。
【００２７】
次に、比率演算部６０４により実行される演算処理について説明する。以下の説明では、基板に平行な平面をＸ−Ｙ平面とする。
【００２８】
一般に、磁石２０４が生成する磁気成分のうちＸ成分を検出するためのホール素子から出力される電圧Ｖｘ、及び、Ｙ成分を検出するためのホール素子から出力される電圧Ｖｙは、それぞれ、
Ｖｘ＝ｋ・Ｉ・Ｂ cosθ
Ｖｙ＝ｋ・Ｉ・Ｂ sinθ
で表される。ここで、ｋは比例定数、Ｉはホール素子に流される電流値、Ｂは磁束密度、θは磁場とホール素子のなす角度である。
【００２９】
したがって、上記２つの式より、
Ｖｙ／Ｖｘ＝（ｋ・Ｉ・Ｂ sinθ）／（ｋ・Ｉ・Ｂ cosθ）
＝ sinθ／cosθ
＝ tanθ
となる。これにより、２つの磁気センサが共通の温度特性を有していれば、共に温度によって同じ比率で出力が変化するため、磁気センサや磁石の温度特性の影響をほとんど受けずに角度を測定することができる。
【００３０】
図８は、ホール素子による検出角度の範囲拡張処理について説明した図である。２つのホール素子の出力値の除算を行うことにより、tanθの値を得ることができるが、tan θは角度９０°に近づくにつれて大きくなるので、増幅回路系の出力に飽和が生じてしまう。そこで、この問題を避けつつ、実線で示しように４５度から１３５度の間で分子と分母の値を逆転させ、tanθの値を常に±１の範囲に設定する。これにより、任意の角度での角度測定を行うことができる。ここで、比率演算部６０４においてホール素子から出力される値の符号を参照することにより、tanθまたはcotθがどの象限にある角度の値であるかを知ることができる。したがって、３６０度の範囲で角度を測定することが可能となる。
【００３１】
図９は、基板上に実装されたホール素子の配置の他の例を示す図である。同図に示すホール素子１００２及び９０４は、感磁面が基板２０８に垂直となるように配置され、その上に円形の磁性体材料からなるディスク（磁気収束板）９０２を貼り付ける。図１０は、図９に示した構成における磁力線の分布を模式的に示している。Ｎ極からＳ極へ向かう磁力線は、磁気収束板１００２によって収束され、増幅されると同時に、ホール素子９０２、９０４近傍における磁力線の向きは基板面に略垂直に変換される。このように回路基板上の構成部品の高さを低くすることにより、より小型の製品を設計することができる。
【００３２】
次に、図１１〜１５を参照し、本発明に係るセンサスイッチの実装の容易性について説明する。図１１は、一般に従来のモバイル機器の概略構成を示す。従来のモバイル機器は、スイッチ１１０１の切り替えにより、回路１１００に存在する端子のいずれかの位置における電圧をアナログ・デジタル変換器１１０２を介して中央処理器１１０４に渡していた。図１２は、スイッチ１１０１からアナログ・デジタル変換器１１０２に渡されるアナログ信号の例を示す。中央処理器１１０４は、予め図１３に示すような判定テーブルを記憶しており、受信したデジタル信号の値に応じて位置を判定し、その位置に応じた処理を実行する。ここで、図１３に示す判定テーブルにおいて定義された電圧は、各抵抗の誤差を考慮した値となっている。
【００３３】
一方、本発明に係るセンサスイッチは、図１４に示すように回路１４００内のセンサＩＣ１４０２からアナログ・デジタル変換器１１０２に、図１５に示すような電圧が出力される。アナログ・デジタル変換器１１０２はこのアナログ信号をデジタル信号に変換して、中央処理器１１０４に渡す。したがって、中央処理器１１０４は、従来と同様に図１３に示すような判定テーブルを記憶していれば従来と同様の処理を実行することができる。このことから、従来の電子機器のスイッチ及び抵抗を、容易に本発明に係るセンサスイッチに置き換えられることがわかる。
【００３４】
（他の実施形態）
図１６は本発明の他の実施形態に係るカメラ用回転スイッチの断面図、図１７はその組立図である。磁石２０４が固定されたつまみ６０２の下部にはクリック用穴１６０３を有する係合凹部１６０５が、筺体１６１０の係合凸部１６０８と結合されている。クリック用穴１６０３には圧縮コイルバネ１６０４が備えられており、この圧縮コイルバネがクリック感用ボール１６０６を筺体に押し付ける。一方、係合凸部６０８にはクリック感用ボールが嵌合する嵌合穴１７０２が形成されている。
【００３５】
このような構成により、つまみ１６０２が回転操作されると、ある嵌合穴１７０２に嵌合していたクリック感用ボール１６０６が隣の嵌合穴１７０２に再び嵌合することで、クリック感を実現することができる。
【００３６】
図１８は、本発明に係るセンサスイッチを他の電子機器のダイヤルスイッチに適用した例を示す図で、（ａ）は電子機器の外観を示す斜視図、（ｂ）はダイヤルスイッチ部分の断面図である。円板状の磁石７０８が埋め込まれたダイヤル１８０４の上面と底面には突起部１８１０が設けられており、ダイヤル１８０４はこの突起部１８１０により筺体１８０２に回転可能に支持される。このようにつまみ１８０４が支持されることで、磁石１８０８の円板面がセンサＩＣ１８０２及びホール素子を実装した基板１８１４の面に平行となる。また、筺体１８０２及びダイヤル１８０４にはクリック感用ボール１８０６が嵌合する溝が形成され、これにより、ダイヤル１８０４を回転させたときのクリック感が実現される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
上述した本発明は、例えば、防水時計、タイマー、カメラ、洗濯機、乾燥機、浴室内で使用する電気機器、非常用照明灯などの電気回路の完全防水を容易に実現する。
【００３８】
また、エアコン、空気清浄機、電子レンジ、パーソナルコンピュータ及びその周辺機器などで、ファンが付いている機器では筺体内部や外部からの制御部分に埃が付着するが、このような環境においても、接触不良などの問題が生じない。
【００３９】
また、電気回路部分を封止した場合は当該回路が完全に外部と遮断されるので、可燃性ガスが存在するような環境下で電気機器を使用しても引火の心配がない。
【００４０】
また、通常の使用条件かで水や埃などに曝されるような劣悪環境で使用される産業機器においても電気回路の信頼性が向上できる。例えば、屋内外で使われるホイストクレーンのコントローラや、プラント操作パネルのロータリー設定装置での接触不良事故やショート事故を防止できる。
【００４１】
さらに、繊維の裁断くず等に暴露されやすいミシンや裁断機、木材くず等に暴露される木材切断機や加工機、金属粉や金属くず、あるいは切削液などに暴露されやすい切削機や切断機、ドリルなどの加工機の制御装置において、接触不良やショート事故を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来のカメラ用回転スイッチの組立図である。
【図２】従来のカメラ用回転スイッチの断面図である。
【図３】本発明に係るセンサスイッチをカメラ用回転スイッチに適用した例を示す図で、（ａ）はカメラ用回転スイッチ部分の断面図、（ｂ）はカメラの外観の斜視図である。
【図４】図３のカメラ用回転スイッチをより詳細に示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るカメラ用回転スイッチの組立図である。
【図６】本実施形態に係るＩＣの構成例を示すブロック図である。
【図７】基板上に実装されたホール素子の配置の例を示す図である。
【図８】ホール素子による検出角度の範囲拡張処理について説明した図である。
【図９】基板上に実装されたホール素子の配置の他の例を示す図である。
【図１０】図９に示した構成における磁力線の分布を模式的に示す図である。
【図１１】従来のモバイル機器で用いられているスイッチの構成を示す図である。
【図１２】スイッチから出力されるアナログ信号の一例を示す図である。
【図１３】従来の電子機器の中央処理器に記憶される判定テーブルの一例を示す図である。
【図１４】本発明に係るセンサスイッチを従来の電子機器に実装した例を示す図である。
【図１５】アナログ・デジタル変換器から出力されるデジタル信号の一例を示す図である。
【図１６】本発明に係る本発明の一実施形態に係るカメラ用回転スイッチの断面図である。
【図１７】本発明に係る本発明の一実施形態に係るカメラ用回転スイッチの組立図である。
【図１８】本発明に係るセンサスイッチを他の電子機器のダイヤルスイッチに適用した例を示す図で、（ａ）は電子機器の外観を示す斜視図、（ｂ）はダイヤルスイッチ部分の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０２  つまみ
１０３  軸
１０４  ワッシャ
１０６  筐体
１０８  カム
１１０  バネ
１１２  基板
１１４  留め金
１１６、１１０１  スイッチ
１１８  凸部
２０４、１８０８  磁石
２０６、１６０２  つまみ
２０８、１６１０、１８１４  基板
２１０、１８１２  センサＩＣ
２１２、１８０２  筐体
２１３  凸部
３０２、１６０６、１８０６  クリック感用ボール
３０３  凹部
３０４  溝
６０１、６１１、９０２、９０４  ホール素子
６０２、６１２  アンプ
１１０２  アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）
６０４  比率演算部
６０５  設定値出力部
６０６  記憶装置
６０７  端子
１００２  磁気収束板
１１００  回路
１１０２  ＡＤＣ
１１０４  中央処理器
１６０３  クリック用穴
１６０４  圧縮バネ
１６０５  係合凹部
１６０８  係合凸部
１７０２  嵌合穴
１８０４  ダイヤル
１８１０  突起部
【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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