(57)【要約】【課題】高い製作精度を必要とせずに実現できる高感度な無接点スイッチを提供する。【解決手段】磁束はバイアス磁石２６ｃの端部付近に対称に分布し、ＭＲセンサ２６ａは、磁束の方向を検出するハーフブリッジをバイアス磁石２６ｃの両端部に配置して、ブリッジ回路を構成したため、ＭＲセンサ２６ａの配置誤差をキャンセルでき、高い製作精度を必要とせずにカウンタ磁石２６ｄの位置検出、およびスイッチ制御ができる。また、ＭＲセンサ２６ａは、磁束密度ではなく、磁束の方向を検出するため、磁束密度を検出する場合に比べて、検出感度が良好となる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向に移動するカウンター磁石と、
磁化方向が前記カウンター磁石の磁化方向と垂直となるよう配置されるバイアス磁石と、
前記バイアス磁石の表面端部に発生する磁束の方向を検出して電気信号に変換する磁気センサと、
前記磁気センサの前記電気信号に基づいて動作する回路スイッチとを有することを特徴とする無接点スイッチ。
【請求項２】
前記磁気センサは、前記バイアス磁石の両端にそれぞれ、磁気感応方向が前記バイアス磁石表面に平行であるとともにそれぞれ直交する二つのＭＲ素子を用いてハーフブリッジ回路を配置し、前記ハーフブリッジ回路を接続してブリッジ回路を構成することを特徴とする請求項１に記載の無接点スイッチ。
【請求項３】
前記回路スイッチは、前記電気信号と予め定めた閾値とを比較してスイッチを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の無接点スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無接点スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、磁石のＮ極の一部に凹部を形成し、当該凹部によって包囲された領域を検出領域として、検出領域の磁気変化に基づいてスイッチ回路を動作させる無接点スイッチが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この特許文献１の無接点スイッチは、磁石のＮ極の一部に凹部を形成することで設けた検出領域と、検出領域に配置された磁気センサと、移動可能に配置される磁性部材とを有する。検出領域は、磁性部材が遠のいている場合は、磁石の凹部において発生する磁束が互いに反発するため無磁束となり、磁性部材が接近している場合は、磁性部材により磁界が変化して所定の磁束が発生する。磁気センサは、磁石に磁性部材を接近させた場合の検出領域の磁束変化を検出し、検出結果に基づいてスイッチ回路を動作させるため、磁性部材の位置に基づいて非接触でスイッチ回路を動作させることができる。
【特許文献１】特許２９２１６０３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、従来の無接点スイッチによると、検出領域を無磁束領域にするために必要な凹部の形状、およびサイズを決定するのに調整が必要となり、製造工程増となる。また、磁性部材を接近させた場合の磁束変化を感度良く検出するには磁界感応素子の配置に精度を要するため、製造工程増となるという問題がある。また、磁性部材を接近させた場合の磁束変化が小さいため、高い感度を達成することができない。
【０００５】
従って、本発明の目的は、高い製作精度を必要とせずに実現できる高感度な無接点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、磁化方向に移動するカウンター磁石と、磁化方向が前記カウンター磁石の磁化方向と垂直となるよう配置されるバイアス磁石と、前記バイアス磁石の表面端部に発生する磁束の方向を検出して電気信号に変換する磁気センサと、前記磁気センサの前記電気信号に基づいて動作する回路スイッチとを有することを特徴とする無接点スイッチを提供する。
【０００７】
上記した構成によれば、磁束の方向変化を検出するため、磁束密度を検出する場合に比べて精度を向上することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、比較的簡単に高感度な無接点スイッチを製作できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の無接点スイッチの実施の形態を図面を参考にして詳細に説明する。
【００１０】
〔第１の実施の形態〕
（車両の構成）
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る車両を示す概略図である。図１（ａ）は、車両の側面図であり、図１（ｂ）は、車両内部の概略図である。
【００１１】
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、ブレーキ装置２の出力に基づいて点灯（オン）するブレーキランプ１０ａと、ブレーキ装置２の出力に基づいて車両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、速度計や回転計等の計器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・後退等の切り替え操作ができるシフトレバー１３とを有している。
【００１２】
図２（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るブレーキ装置を示す概略図である。図２（ａ）は、側面図、図２（ｂ）は、正面図である。
【００１３】
ブレーキ装置２は、カウンタ磁石２６ｄを備えるブレーキペダル２０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、ブレーキペダル２０を図２（ａ）に示す矢印Ａの方向に回動可能に支持するペダルブラケット２２と、ブレーキペダル２０をペダルブラケット２２に取り付けるボルト２３と、油圧ブレーキ１０ｂを制動させる油圧シリンダ２４と、ブレーキペダル２０に弾性力を与えて動作後に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に設けられてカウンタ磁石２６ｄとの距離に基づいた電圧を出力するセンサ２６とを有する。
【００１４】
油圧シリンダ２４は、ブレーキペダル２０の動作に従い油圧ブレーキ１０ｂを制動させるシリンダ２４ａと、シリンダ２４ａ内の図示しないピストンに接続されるピストンロッド２４ｂと、ピストンロッド２４ｂとブレーキペダル２０を接続するジョイント２４ｄと、ブレーキペダル２０とジョイント２４ｄとを接続するピストンピン２４ｃとを有する。
【００１５】
センサ２６は、カウンタ磁石２６ｄとの距離に基づいて信号を出力する本体としてのセンサ部２６Ａと、センサ部２６Ａの出力する信号をハーネスを介して後述するＥＣＵ１００へ伝達するコネクタ部２６Ｂとを有する。
【００１６】
（ブレーキ装置の構成）
図３は、本発明の第１の実施の形態に係るブレーキ装置の接続を示すブロック図である。
【００１７】
センサ２６は、車両１内の各部を制御する回路スイッチとしてのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００にコネクタ部２６Ｂを介して接続され、ＥＣＵ１００は、ブレーキランプ１０ａに接続される。ＥＣＵ１００は、内部に記憶部１０１を有し、記憶部１０１にしきい値を格納する。ＥＣＵ１００は、センサ２６に一定電圧を入力し、センサ２６から出力される電圧としきい値１０１を比較してブレーキ操作の有無を判断する。ＥＣＵ１００は、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。ブレーキ操作が行われていないと判断したときは、ブレーキランプ１０ａを点灯させない（オフ）。上述したＥＣＵ１００とセンサ２６とで、無接点スイッチとして機能する。
【００１８】
油圧シリンダ２４は、オイルの満たされたホースを介して油圧ブレーキ１０ｂに接続されている。油圧シリンダ２４に加えた力に比例した力が油圧ブレーキ１０ｂに加わり、車両１を制動する。
【００１９】
（センサの構成）
図４（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るセンサの構成を示す概略図である。図３（ａ）は、側面を示す断面図、図３（ｂ）は、平面を示す一部断面図である。
【００２０】
センサ２６のセンサ部２６Ａは、磁束に感応する磁気センサとしてのＭＲセンサ２６ａと、ＭＲセンサ２６ａの下方に配置された樹脂製のケース内にバイアス磁石２６ｃとを有する。
【００２１】
ＭＲセンサ２６ａは、ハーフブリッジ２６０ａおよびハーフブリッジ２６１ａとからなり、それぞれバイアス磁石の端部中央付近に配置される。バイアス磁石２６ｃの磁化方向は、ＭＲセンサ２６ａの感応方向に垂直であり、上方にＮ極２６０ｃ、下方にＳ極２６１ｃを有する。
【００２２】
カウンタ磁石２６ｄは、ブレーキペダル２０に取り付けられ、磁化方向はＡ方向と平行で、センサ２６側にＮ極２６０ｄを有し、センサ２６と反対側にＳ極２６１ｄを有する。
【００２３】
図５（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るＭＲセンサの構成を示す概略図である。図５（ａ）は、ＭＲセンサの平面図、図５（ｂ）は、回路図である。
【００２４】
ＭＲセンサ２６ａは、ハーフブリッジ２６０ａとハーフブリッジ２６１ａとからなる。ハーフブリッジ２６０ａは、基板２６２上に図５（ａ）に示すＢ方向と垂直な方向に感応して抵抗値が変化するＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子２６３ａと、Ｂ方向と平行な方向に感応するＭＲ素子２６３ｂとを直列に接続するように形成し、その一端に入力端子２６４を、その他端にアース端子２６５を、ＭＲ素子２６３ａとＭＲ素子２６３ｂとの間に出力端子２６６を形成する。ハーフブリッジ２６１ａは、基板２６２上にＢ方向と平行な方向に感応するＭＲ素子２６３ｃと、Ｂ方向と垂直な方向に感応するＭＲ素子２６３ｄとを直列に接続するように形成し、その一端に入力端子２６４を、その他端にアース端子２６５を、ＭＲ素子２６３ａとＭＲ素子２６３ｂとの間に出力端子２６７を形成する。
【００２５】
ハーフブリッジ２６０ａとハーフブリッジ２６１ａは、互いに接続することにより、ブリッジ回路を構成する。ＥＣＵ１００は、入力端子２６４とアース端子２６５間に電圧Ｖを加え、出力端子２６６において出力される電圧Ｖ１と出力端子２６７において出力される電圧Ｖ２とを検出する。
【００２６】
（動作）
以下に、本発明の実施の形態におけるセンサの動作を各図を参照しつつ説明する。
【００２７】
車両１の運転手がペダルパッド２１を踏み込むことで、ブレーキペダル２０が回動し、油圧シリンダ２４に圧力が加えられる。油圧シリンダ２４は、加えられた圧力を油圧ブレーキ１０ｂへ伝達する。圧力の伝達と同時に、ブレーキペダル２０の回動に追従してカウンタ磁石２６ｄが移動し、カウンタ磁石２６ｄとセンサ２６との距離に基づき、ＥＣＵ１００は、センサ２６の出力電圧を受信し、受信した出力電圧と記憶部１０１のしきい値とを比較判断し、判断結果に基づいてブレーキランプ１０ａの点灯制御を行う。
【００２８】
ＭＲセンサ２６ａの入力端子２６４とアース端子２６５との間には、ＥＣＵ１００から入力電圧Ｖが加えられており、出力端子２６６からＭＲ素子２６３ａおよびＭＲ素子２６３ｂの抵抗比に基づいて出力電圧Ｖ１が出力される。また、出力端子２６７からＭＲ素子２６３ｃおよびＭＲ素子２６３ｄの抵抗比に基づいて出力電圧Ｖ２が出力される。出力電圧Ｖ１および出力電圧Ｖ２は、ＥＣＵ１００へ入力される。
【００２９】
図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係るセンサの動作を示す概略図である。
【００３０】
バイアス磁石２６ｃ付近に生じる磁束は、図６（ａ）に示すようにカウンタ磁石２６ｄが十分遠方（距離ｘ１）にある場合、つまり、ブレーキペダル２０を踏み込んでいる場合、バイアス磁石２６ｃが作り出す磁束のみとなり、ＭＲセンサ２６ａ設置面において放射状となる。
【００３１】
図６（ｂ）に示すようにカウンタ磁石２６ｄが接近している場合（距離ｘ２）、バイアス磁石２６ｃが作り出す磁束に、カウンタ磁石２６ｄが作り出す磁束が影響し、バイアス磁石２６ｃのカウンタ磁石２６ｄ側の磁束が変化する。ハーフブリッジ２６０ａが設置される領域において磁束は、図６（ａ）の磁束方向に比べて約３０°変化する。
【００３２】
図６（ｃ）に示すようにカウンタ磁石２６ｄが近接している場合（距離ｘ３）、つまり、ブレーキペダル２０が初期位置にある場合、バイアス磁石２６ｃが作り出す磁束と、カウンタ磁石２６ｄが作り出す磁束との重ね合わせとなる。ハーフブリッジ２６０ａが設置される領域において磁束は、図６（ａ）の磁束方向に比べて約６０°変化する。
【００３３】
ＭＲセンサ２６ａは、Ｂ方向となす角度が４５°となる方向の磁束を感応した場合、ＭＲ素子２６３ａ〜２６３ｄの抵抗値がすべて同じになるため、Ｖ１とＶ２との間に電位差が生じず、出力電圧が０となる。ＥＣＵ１００は、出力電圧の正負でブレーキランプ１０ａの点灯または消灯を切り替えるため、カウンタ磁石２６ｄがｘ２にある場合に出力電圧が０となるように、つまり図６（ｂ）に示す磁束の方向とＭＲセンサ２６ａのＢ方向とのなす角度が４５°となるように配置方向を設定する。
【００３４】
また、磁束の方向とＭＲセンサ２６ａのＢ方向とのなす角度が４５°より大きい場合は、センサ２６の出力電圧は負の値を有する。例えば、ｘ２においてなす角度を４５°とした場合、ｘ１においては、なす角度は約７５°であるので出力電圧は負となる。同様に、磁束の方向とＭＲセンサ２６ａのＢ方向とのなす角度が４５°より小さい場合は、センサ２６の出力電圧は正の値を有する。例えば、ｘ２においてなす角度を４５°した場合、ｘ３においてなす角度は約１５°であるので出力電圧は正となる。
【００３５】
図７は、本発明の第１の実施の形態に係るＭＲセンサの出力電圧を示すグラフ図である。
【００３６】
上述したように、ｘ２において出力電圧が０となるような方向にＭＲセンサ２６ａを配置した場合、ＭＲセンサ２６ａの出力電圧Ｖ１−Ｖ２は、バイアス磁石２６ｃとカウンタ磁石２６ｄとの距離がｘ２より大きい場合、負の値を有する。また、バイアス磁石２６ｃとカウンタ磁石２６ｄとの距離がｘ２より小さい場合、正の値を有する。
【００３７】
ＥＣＵ１００は、ＭＲセンサ２６ａの出力電圧Ｖ１とＶ２の差分が正の場合にブレーキランプ１０ａを消灯させ、負の場合にブレーキランプ１０ａを点灯させる。
【００３８】
図８は、本発明の第１の実施の形態に係るセンサ２６の磁束分布を示す概略図である。
【００３９】
カウンタ磁石２６ｄとバイアス磁石２６ｃとの距離がｘ２である場合、バイアス磁石２６ｃ周辺には図８に示すような磁束が分布する。ＭＲセンサ２６ａは、バイアス磁石２６ｃに対して図８の上下方向に対称に配置されるのが理想だが、例えば、図８に示すＣの位置にＭＲセンサ２６ａが配置された場合にも、磁束のずれはハーフブリッジ２６０ａとハーフブリッジ２６１ａとの差分においてキャンセルされるため、ずれを補正する。つまり、ハーフブリッジ２６０ａとハーフブリッジ２６１ａとの相対距離をステー等を用いて正確に保持すれば、図８の上下方向の配置精度が低くともセンサ２６の検出精度は低下しない。
【００４０】
（第１の実施の形態の効果）
上記した第１の実施の形態によると、磁束はバイアス磁石２６ｃの端部付近に対称に分布し、ＭＲセンサ２６ａは、磁束の方向を検出するハーフブリッジをバイアス磁石２６ｃの両端部に配置して、ブリッジ回路を構成したため、ＭＲセンサ２６ａの配置誤差をキャンセルでき、高い製作精度を必要とせずにカウンタ磁石２６ｄの位置検出、およびスイッチ制御ができる。
【００４１】
また、ＭＲセンサ２６ａは、磁束密度ではなく、磁束の方向を検出するため、磁束密度を検出する場合に比べて、検出感度が良好となる。
【００４２】
なお、バイアス磁石２６ｃの形状は、ＭＲセンサ２６ａを配置する位置の磁束方向が対称となるような形状であればよく、様々な変更が可能である。また、カウンタ磁石２６ｄの形状は、その接近によって、ＭＲセンサ２６ａを配置する位置の磁束方向を変えられる形状であればよく、様々な変更が可能である。
【００４３】
なお、カウンタ磁石２６ｄをバイアス磁石２６ｃに近づける方向は、ＭＲセンサ２６ａを配置する位置の磁束方向を変えられればよく、Ａ方向と垂直な方向、およびそれらの中間の角度を有する方向であってもよい。
【００４４】
なお、ＭＲセンサ２６ａは、ｘ２における磁束とＢ方向とのなす角度が４５°になるよう必ずしも配置する必要はなく、ＥＣＵ１００において出力電圧をオフセットして補正してもよい。このオフセットは、ＭＲセンサ２６ａの図４における左右方向の配置ずれの補正としても適用できる。
【００４５】
〔第２の実施の形態〕
（センサの構成）
図９は、本発明の第２の実施の形態に関するセンサの構成および動作を示す概略図である。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一の構成および機能を有する部分については共通の符号を付している。
【００４６】
ＭＲセンサ２６ａは、ハーフブリッジ２６０ａおよびハーフブリッジ２６１ａとからなり、それぞれバイアス磁石の端部のカウンタ磁石側に配置される。
【００４７】
ＭＲセンサ２６ａは、Ｂ方向となす角度が４５°となる方向の磁束を感応した場合、ＭＲ素子２６３ａ〜２６３ｄの抵抗値がすべて同じになるため、Ｖ１とＶ２との間に電位差が生じず、出力電圧が０となる。ＥＣＵ１００は、出力電圧の正負でブレーキランプ１０ａの点灯または消灯を切り替えるため、カウンタ磁石２６ｄがｘ２にある場合に出力電圧が０となるように、つまり図９（ｂ）に示す磁束の方向とＭＲセンサ２６ａのＢ方向とのなす角度が４５°となるように配置方向を設定する。
【００４８】
また、磁束の方向とＭＲセンサ２６ａのＢ方向とのなす角度が４５°より大きい場合は、センサ２６の出力電圧は負の値を有する。例えば、ｘ２においてなす角度を４５°とした場合、ｘ１においては、なす角度は９０°であるので出力電圧は負となる。同様に、磁束の方向とＭＲセンサ２６ａのＢ方向とのなす角度が４５°より小さい場合は、センサ２６の出力電圧は正の値を有する。例えば、ｘ２においてなす角度を４５°とした場合、ｘ３においてなす角度は０°であるので出力電圧は正となる。
【００４９】
（第２の実施の形態の効果）
上記した第２の実施の形態によると、第１の実施の形態において配置したＭＲセンサ２６ａの位置に比べ、磁束方向の変化が大きい位置にＭＲセンサ２６ａを配置したため、ｘ１およびｘ３における出力電圧の絶対値が大きくなる。つまり、センサ２６の感度が第１の実施の形態に比べて大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る車両を示す概略図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るブレーキ装置を示す概略図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るブレーキ装置の接続を示すブロック図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るセンサの構成を示す概略図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るＭＲセンサの構成を示す概略図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係るセンサの動作を示す概略図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るＭＲセンサの出力電圧を示すグラフ図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係るセンサ２６の磁束分布を示す概略図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に関するセンサの構成および動作を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
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、２１…ペダルパッド、２２…ペダルブラケット、２２ａ…取り付け部、２３…ボルト、２４…油圧シリンダ、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、２６…センサ、２６Ａ…センサ部、２６Ｂ…コネクタ部、２６ａ…ＭＲセンサ、２６ｃ…バイアス磁石、２６ｄ…カウンタ磁石、１００…ＥＣＵ、１０１…しきい値、２６０ａ…ハーフブリッジ、２６０ｃ…Ｎ極、２６０ｄ…Ｎ極、２６１ａ…ハーフブリッジ、２６１ｃ…Ｓ極、２６１ｄ…Ｓ極、２６２…基板、２６３ａ…ＭＲ素子、２６３ｂ…ＭＲ素子、２６３ｃ…ＭＲ素子、２６３ｄ…ＭＲ素子、２６４…入力端子、２６５…アース端子、２６６…出力端子、２６７…出力端子
【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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