(57)【要約】【課題】被検出体の可動範囲が広く、安定してスイッチ動作を行える非接触スイッチを提供する。【解決手段】ブレーキ装置２は、バイアス磁界を発生するバイアス磁石２６０と、バイアス磁石２６０に対する距離ｄの変化に基づいてバイアス磁石２６０から発生する磁束２６２ｂの方向を変化させるカウンター磁石２０ａと、バイアス磁石２６０に設けられ、距離ｄの変化に応じて磁束２６２ｂの方向の変化に基づいた出力電圧を出力するＭＲセンサ２６１とを備え、ＥＣＵ１００は、ブレーキ装置２から出力された出力電圧に基づいてブレーキランプ１０ａの点灯又は消灯を制御する。【選択図】図４
2009037756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス磁界を発生するバイアス磁石と、
前記バイアス磁石に対する距離の変化に基づいて前記バイアス磁界の磁束の方向を変化させる磁石と、
前記バイアス磁石に設けられ、前記バイアス磁界の磁束の方向の変化に基づいた出力信号を出力する磁気センサと、
前記磁気センサから出力された前記出力信号に基づいてスイッチ回路のオン又はオフを判断する判断部と、
を備えたことを特徴とする非接触スイッチ。
【請求項２】
前記磁気センサは、前記バイアス磁石の前記磁束が湧き出し、又は、吸い込みが生じる端面に垂直な平面上に設けられることを特徴とする請求項１に記載の非接触スイッチ。
【請求項３】
前記磁気センサは、複数の磁気抵抗素子によって形成されるブリッジ回路を有した磁気抵抗センサであることを特徴とする請求項１に記載の非接触スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサを用いた非接触スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、略リング状に形成された磁石体と、磁石体との距離に基づいて磁石体の磁束の方向を変化させる磁性体と、磁石体の中心軸に沿う直線上の磁気的中性点に配置されたバイアス磁石一体型磁気抵抗素子と、しきい値を有し、バイアス磁石一体型磁気抵抗素子から出力された出力電圧としきい値とを比較する比較器とを備えた磁性体検出用近接スイッチが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この磁性体検出用近接スイッチによると、磁石体の中心軸に沿う直線上の磁性体の移動に応じて、バイアス磁石一体型磁気抵抗素子を通過する磁束が変化し、バイアス磁石一体型磁気抵抗素子は、その磁束の変化に基づいた出力電圧を比較器に出力する。比較器は、得られた出力電圧がしきい値を超えるとき、スイッチ動作を行う。
【特許文献１】特開平６−７６７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の磁性体検出用近接スイッチは、磁性体の移動に応じた磁気的中性点における磁束の変化に乏しいため、安定した出力を得にくく、また、磁性体の可動範囲に制限があった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、被検出体の可動範囲が広く、安定してスイッチ動作を行える非接触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】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するため、バイアス磁界を発生するバイアス磁石と、前記バイアス磁石に対する距離の変化に基づいて前記バイアス磁界の磁束の方向を変化させる磁石と、前記バイアス磁石に設けられ、前記バイアス磁界の磁束の方向の変化に基づいた出力信号を出力する磁気センサと、前記磁気センサから出力された前記出力信号に基づいてスイッチ回路のオン又はオフを判断する判断部とを備えたことを特徴とする非接触スイッチを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
このような構成によれば、被検出体の可動範囲が広く、安定してスイッチ動作を行える非接触スイッチを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の非接触スイッチの実施の形態を図面を参考にして詳細に説明していく。
【０００９】
[実施の形態]
（車両１の構成）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る車両の側面図であり、図１（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る車両内部の概略図である。車両１は、運転者の操作によって車両１を減速させるブレーキ装置２と、運転者のブレーキ操作によって点灯（オン）するブレーキランプ１０ａと、運転者のブレーキ操作によって車両１を減速させる油圧ブレーキ１０ｂと、車両１の内部に設けられ、ブレーキ装置２及びアクセルペダル１２等が備えられたパネル１１と、運転者の操作によって車両１の加速度の調整ができるアクセルペダル１２と、車両１の走行・停車・後退等の操作ができるシフトレバー１３とを有している。
【００１０】
（ブレーキ装置２の構成）
図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係るブレーキ装置の側面図であり、図２（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るブレーキ装置の正面図であり、図３は、本発明の実施の形態に係るブレーキ装置のブロック図である。
【００１１】
ブレーキ装置２は、鋼等の強磁性金属で作製されたブレーキペダル２０と、後述する被検出体としてのカウンター磁石２０ａと、ブレーキペダル２０に設けられたペダルパッド２１と、車両１のパネル１１の側面に設けられ、図２（ｂ）に示すように、ブレーキペダル２０の上部先端に設けられた貫通孔に対応した位置に貫通孔を備え、ボルト２３によってブレーキペダル２０を図２（ａ）に示す矢印Ａの方向、及び矢印Ａの逆方向に回転移動可能に支持するペダルブラケット２２と、運転者の操作によって油圧ブレーキ１０ｂを作動させるシリンダ２４ａと、シリンダ２４ａ内の図示しないピストンに接続され、先端に設けられたジョイント２４ｄと共にブレーキペダル２０とピストンピン２４ｃを介して連動して移動するピストンロッド２４ｂと、取付け部２２ａとブレーキペダル２０の間に設けられ、矢印Ａの逆方向にブレーキペダル２０に弾性力を与え、ブレーキ操作後にブレーキペダル２０をブレーキ操作前の初期位置に戻すリターンスプリング２５と、ペダルブラケット２２の取付け部２２ａに設けられ、被検出部２０ａとの距離に基づいた出力信号としての出力電圧を出力するセンサ２６とを有する。
【００１２】
更に、ブレーキ装置２のセンサ２６は、車両１を制御し、後述するしきい値１０１を図示しない記憶部に備えた判断部としてのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００にコネクタ部２６Ｂを介して接続される。
【００１３】
ＥＣＵ１００は、カウンター磁石２０ａ及びセンサ２６と共に非接触スイッチを構成し、センサ２６からの出力電圧としきい値１０１を比較してブレーキ操作の有無を判断し、例えば、ブレーキ操作が行われたと判断したとき、ブレーキランプ１０ａを点灯（オン）させるための制御を行う。ブレーキ装置２は、ブレーキ操作に伴うブレーキランプ１０ａの点灯（オン）、及び消灯（オフ）の制御を非接触で行うので、接点式スイッチに比べて長寿命化することができる。
【００１４】
（センサ２６の構成）
図４（ａ）は、本発明の実施の形態に係るカウンター磁石とセンサ部の平面図であり、図４（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るセンサ部の図４（ａ）に示す矢印Ｂ方向からの側面図であり、図４（ｃ）は、本発明の実施の形態に係るセンサ部の図４（ｂ）に示す矢印Ｃ方向からの側面図である。なお、図４（ｂ）において、磁束２６２ｂは、省略している。
【００１５】
センサ２６は、図示しない筐体に収容されており、樹脂材料によりモールド化されている。またセンサ２６は、センサ部２６Ａと、コネクタ部２６Ｂとによって概略構成され、センサ部２６Ａは、バイアス磁石２６０と、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサ２６１とを有する。
【００１６】
（カウンター磁石２０ａの構成）
カウンター磁石２０ａは、矩形状を有する磁石で、Ｎ極側がセンサ２６に対向するように、ブレーキペダル２０に設けられている。これは、カウンター磁石２０ａのＮ極側から湧き出した磁束２６２ａによって、ＭＲセンサ２６１に印加されているバイアス磁界の磁束２６２ｂの方向を変化させるためである。なお、形状はこれに限定されず、例えば、円筒形でも良く、バイアス磁界の磁束２６２ｂの方向を変化させられる形状であえば良い。
【００１７】
（バイアス磁石２６０の構成）
バイアス磁石２６０は、矩形状を有する磁石で、磁束２６２ｂが湧き出すＮ極端面２６０ａと、磁束２６２ｂが吸い込まれるＳ極端面２６０ｂとを備えている。なお、ＭＲセンサ２６１に対して印加するバイアス磁界の方向は、これに限定されず、例えば、後述する磁気抵抗素子に対して４５°方向にバイアス磁界が印加されるように設置しても良い。また、大きさ及び形状もこれに限定されず、一定方向のバイアス磁界が印加可能な磁石であれば良い。更に、磁束２６２ｂの湧き出し、又は吸い込みが行われるバイアス磁石２６０の端面、すなわち、Ｎ極端面２６０ａ及びＳ極端面２６０ｂに垂直な面、又は、Ｎ極端面２６０ａ及びＳ極端面２６０ｂに対して角度を有する面であれば、ＭＲセンサ２６１を設置することができ、また、ＭＲセンサ２６１とバイアス磁石２６０との間に接着剤等が介在しても良い。なお、バイアス磁石２６０は、カウンター磁石２０ａよりも磁力が弱いことが望ましい。
【００１８】
（ＭＲセンサ２６１の構成）
図５（ａ）は、本発明の実施の形態に係るＭＲセンサの概略構成図であり、図５（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るＭＲセンサを構成するブリッジ回路の概略図であり、図６（ａ）は、本発明の実施の形態に係るカウンター磁石が接近しているときのＭＲセンサの表面上の磁気ベクトルの向きを表した概略図であり、図６（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るカウンター磁石が離れているときのＭＲセンサの表面上の磁気ベクトルの向きを表した概略図である。図６（ａ）は、距離ｄが１ｍｍのときの磁気ベクトル２６２ｃを表し、図６（ｂ）は、距離ｄが８ｍｍのときの磁気ベクトル２６２ｃを表している。なお、磁気ベクトル２６２ｃは、ＭＲセンサ２６１の表面上の測定点における磁束の大きさと向きを表しており、また、図６（ａ）、（ｂ）において、カウンター磁石２０ａの磁束は、省略している。更に、ＭＲセンサ２６１の表面とは、後述する感磁部２６１Ｊが含まれる平面を指すものとする。
【００１９】
図５（ａ）に示すＭＲセンサ２６１は、シリコン等の絶縁体である基板２６１Ａと、基板２６１Ａ上に設けられ、フォトリゾグラフィ等の周知の方法によってＦｅ−Ｎｉ等の強磁性体を用いて作製された磁気抵抗素子２６１Ｂ〜２６１Ｅと、車両１の図示しない電源部に接続される入力端子２６１Ｆと、車両１の図示しないアース回路に接続されるアース端子２６１Ｇと、磁気抵抗素子２６１Ｂ及び２６１Ｃの中点電位Ｖ１が出力される出力端子２６１Ｈと、磁気抵抗素子２６１Ｄ及び２６１Ｅの中点電位Ｖ２が出力される出力端子２６１Ｉとによって構成されている。なお、後述する出力電圧Ｖは、Ｖ１とＶ２の差分値（Ｖ１−Ｖ２）であるものとする。また、ＭＲセンサ２６１が出力する出力電圧Ｖは、これに限定されず、ＭＲセンサ２６１にしきい値１０１と判断部としての制御回路を持たせてＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）化し、ブレーキランプ１０ａの点灯、又は、消灯を意味する指示信号をＥＣＵ１００に出力するようにしても良く、また、これに限定されない。
【００２０】
各磁気抵抗素子２６１Ｂ〜２６１Ｅは、磁束の方向の変化によって電気的な抵抗値が変化する感磁部２６１Ｊと、各感磁部２６１Ｊを繋ぐ折返し部２６１Ｋとによってそれぞれ構成されている。磁束２６２ｂの方向が、図５（ａ）に示すθ＝０°のとき、磁気抵抗素子２６１Ｃ、２６１Ｄの抵抗値が最小、及び、磁気抵抗素子２６１Ｂ、２６１Ｅの抵抗値が最大になり、θ＝４５°のとき、各磁気抵抗素子２６１Ｂ〜２６１Ｅの各抵抗値は等しくなり、θ＝９０°のとき、磁気抵抗素子２６１Ｂ、２６１Ｅの抵抗値が最小、及び、磁気抵抗素子２６１Ｃ、２６１Ｄの抵抗値が最大になるように構成されている。
【００２１】
また、各磁気抵抗素子２６１Ｂ〜２６１Ｅは、図５（ｂ）に示すブリッジ回路２６１Ｌを形成しており、図５（ｂ）において縦の線で示した磁気抵抗素子２６１Ｂ、２６１Ｅは、図５（ｂ）において横の線で示した磁気抵抗素子２６１Ｃ又は２６１Ｄを９０°回転させた形状になっている。なお、図５（ａ）に示す磁気抵抗素子２６１Ｂ〜２６１Ｅの基板２６１Ａに対する配置は、これに限定されず、例えば、矩形状を有する基板２６１Ａに対して４５°の角度を有して配置されても良く、これに限定されない。
【００２２】
カウンター磁石２０ａのセンサ２６に対する距離ｄの変化を安定して精度良く検出するためには、磁束２６２ｂの向きが所定の方向に揃い、かつ、距離ｄの変化によって揃っていた磁束２６２ｂがほぼ同じ方向に変化することが望ましい。なぜなら、本実施の形態において磁気センサとして用いる異方性磁気抵抗素子は、異方性磁気抵抗素子に印加されたバイアス磁界の磁束２６２ｂの向きの変化を検出するものであり、磁束の有無や磁界強度の変化を検出する用途には適さないからである。よって安定した精度の良い検出を行うため、バイアス磁石２６０によって磁気センサに磁気抵抗値が飽和するバイアス磁界を印加する必要がある。なぜなら、磁気抵抗値が飽和するバイアス磁界を磁気センサに印加することによって、磁気抵抗値が最大となり、磁束２６２ｂの向きの変化に基づいた磁気抵抗値の変化が検出し易いからである。また、バイアス磁界を印加することによって、カウンター磁石２０ａの磁束２６２ａの影響を、ＭＲセンサ２６１に印加されたバイアス磁界の磁束２６２ｂが受けないほど、被検出体であるカウンター磁石２０ａをセンサ２６から離れた位置に設置し、センサ２６とカウンター磁石２０ａとによって可動範囲の広い非接触スイッチを構成することができる。
【００２３】
図７は、本発明の実施の形態に係るＭＲセンサの出力電圧に関する概略図であり、出力電圧Ｖの最大値が５０ｍＶとなるようにブリッジ回路２６１Ｌに電圧を印加した場合について表している。縦軸は、出力電圧Ｖ、横軸は、センサ２６とカウンター磁石２０ａの距離ｄを表している。曲線Ｔは、ブリッジ回路２６１Ｌの中点電位Ｖ１及びＶ２の差分（Ｖ１−Ｖ２）を表している。
【００２４】
カウンター磁石２０ａとセンサ部２６Ａとの距離ｄは、運転者がブレーキ操作を行わないとき（初期位置）は、１ｍｍであるとし、運転者がブレーキ操作を行い、カウンター磁石２０ａが矢印Ａの方向に３ｍｍ移動したとき、ブレーキランプ１０ａが点灯（オン）するように、しきい値１０１は、０ｍｖとする。なお、これらの値は、これに限定されず、例えば、センサ２６の取り付け位置やブレーキ装置２の遊びの設定等に合わせて、自由に変更可能である。
【００２５】
（動作）
以下に本実施の形態の動作を図１から図７を参照しながら、詳細に説明していく。
【００２６】
運転者が、車両１の運転操作中に、ブレーキ操作を行ったとき、ブレーキペダル２０は、ブレーキペダル２０の先端に取り付けられたボルト２３を中心にして、図２に示す矢印Ａの方向に移動する。
【００２７】
ブレーキペダル２０の矢印Ａ方向の移動に伴って、カウンター磁石２０ａは、図４（ａ）に示す距離ｄが大きくなり、ＭＲセンサ２６１の表面上の磁気ベクトル２６２ｃは、図６（ａ）の状態から図６（ｂ）の状態に連続的に変化する。これは、カウンター磁石２０ａのＮ極から湧き出した磁束２６２ａによって、バイアス磁石２６０のＮ極端面２６０ａから湧き出した磁束２６２ｂ、すなわち、ＭＲセンサ２６１の表面上の磁気ベクトル２６２ｃが、矢印Ａ方向の反対向きに押されて、その向きを変えていたものが、カウンター磁石２０ａの矢印Ａ方向への移動によって、カウンター磁石２０ａの磁束２６２ａの影響が小さくなり、磁束２６２ａの影響が無い状態に戻りつつあることを表している。
【００２８】
ＥＣＵ１００は、センサ２６、すなわちＭＲセンサ２６１から出力される出力電圧Ｖとしきい値１０１を比較する。ブレーキ操作が矢印Ａ方向に３ｍｍを超え、図７に示す距離ｄが３ｍｍ以上になり、しきい値１０１である０ｍｖ以上の出力電圧Ｖをセンサ２６が出力したとき、ＥＣＵ１００は、ブレーキ操作が行われたと判断し、ブレーキランプ１０ａを点灯（オン）させるための制御を行う。同時に、ブレーキペダル２０の矢印Ａ方向の移動に伴って、ピストンピン２４ｃ、ジョイント２４ｄを介してピストンロッド２４ｂが力を受けて矢印Ａ方向に移動し、図示しないシリンダ２４ａのピストンを押すことによって油圧が発生し、その油圧によって油圧ブレーキ１０ｂを作動させ、車両１は減速する。
【００２９】
運転者のブレーキ操作が終了し、図７に示す距離ｄが、３ｍｍ以下になったとき、ＥＣＵ１００は、ブレーキ操作が終了したと判断し、ブレーキランプ１０ａを消灯（オフ）させるための制御を行う。このとき、ブレーキペダル２０は、リターンスプリング２５の弾性力によって、初期位置に戻るので、ピストンピン２４ｃ、ジョイント２４ｄ及びピストンロッド２４ｂが矢印Ａとは逆の方向に移動し、シリンダ２４ａ内の図示しないピストンが矢印Ａとは逆の方向に移動して油圧ブレーキ１０ｂに印加されていた油圧が解除され、ブレーキ操作が終了する。
【００３０】
（効果）
上記した実施の形態によれば、被検出体としてのカウンター磁石２０ａの可動範囲が広く、安定してスイッチ動作を行うことができる。
【００３１】
なお、本発明は、上記の実施の形態によって限定されることはない。上記の実施の形態においては、ブレーキランプ１０ａの点灯・消灯が説明されたが、例えば、インパネの収納ボックス内の照明の制御等の他の制御にも適用できることは言うまでもなく、また車両以外の用途にも適用でき、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能であるのは、言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る車両の側面図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る車両内部の概略図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るブレーキ装置の側面図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るブレーキ装置の正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るブレーキ装置のブロック図である。
【図４】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るカウンター磁石とセンサ部の平面図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るセンサ部の図４（ａ）に示す矢印Ｂ方向からの側面図であり、（ｃ）は、本発明の実施の形態に係るセンサ部の図４（ｂ）に示す矢印Ｃ方向からの側面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るＭＲセンサの概略構成図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るＭＲセンサを構成するブリッジ回路の概略図である。
【図６】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るカウンター磁石が接近しているときのＭＲセンサの表面上の磁気ベクトルの向きを表した概略図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るカウンター磁石が離れているときのＭＲセンサの表面上の磁気ベクトルの向きを表した概略図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るＭＲセンサの出力電圧に関する概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…車両、２…ブレーキ装置、１０ａ…ブレーキランプ、１０ｂ…油圧ブレーキ、１１…パネル、１２…アクセルペダル、１３…シフトレバー、２０…ブレーキペダル、２０ａ…カウンター磁石、２１…ペダルパッド、２２…ペダルブラケット、２３…ボルト、２４ａ…シリンダ、２４ｂ…ピストンロッド、２４ｃ…ピストンピン、２４ｄ…ジョイント、２５…リターンスプリング、２６Ａ…センサ部、２６Ｂ…コネクタ部、２６…センサ、１０１…しきい値、２６０…バイアス磁石、２６０ａ…Ｎ極端面、２６０ｂ…Ｓ極端面、２６１…ＭＲセンサ、２６１Ａ…基板、２６１Ｂ〜２６１Ｅ…磁気抵抗素子、２６１Ｆ…入力端子、２６１Ｇ…アース端子、２６１Ｈ、２６１Ｉ…出力端子、２６１Ｊ…感磁部、２６１Ｋ…折返し部、２６１Ｌ…ブリッジ回路、２６２ａ、２６２ｂ…磁束、２６２ｃ…磁気ベクトル、ｄ…距離、Ｔ…曲線、Ｖ…電圧、Ｖ１、Ｖ２…出力電圧
【図１】
2009037756.tif 000003
【図２】
2009037756.tif 000004
【図３】
2009037756.tif 000005
【図４】
2009037756.tif 000006
【図５】
2009037756.tif 000007
【図６】
2009037756.tif 000008
【図７】
2009037756.tif 000009