JP2007333490A - 磁気式位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁界方向検出素子の出力を用いて可動部材の位置検出を行う際に、誤検出を生じ難くすることができる磁気式位置検出装置を提供する。
【解決手段】シフトレバー装置のケースにバイアスマグネット５，６及び磁気抵抗素子８を設け、シフトレバーにカウンタマグネット７を設ける。シフトレバーを操作した際には、カウンタマグネット７の配置位置が変化し、それに応じてバイアスマグネット５，６及びカウンタマグネット７で生成される磁界Ｈの向きも変化する。このとき、シフトレバーの操作に伴い磁気抵抗素子８に付与される磁界角度θｈが変化し、磁気抵抗素子８は磁界方向変化に対して交流波をとる出力波形を出力する。シフトレバーの操作位置算出に際しては、磁気抵抗素子８の各磁気抵抗が出力する出力電圧の大小関係を見ることにより行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、周囲に発生する磁界の磁界方向を検出することで、可動部材の移動位置（移動量、操作量等）を検出する磁気式位置検出装置に関する。

従来、走行時において自動で変速機が切り換わるオートマチック型車両には、自動変速機のギア位置を変更する際に操作するシフトレバー装置が設けられている。この種のシフトレバー装置は、そのレバーがパーキング位置、リバース位置、ニュートラル位置及びドライブ位置等々の各種操作位置に操作される。この操作位置を検出する位置検出装置としては、例えばシフトレバー操作時における磁気変化を見ることにより、レバー操作位置を検出する磁気式位置検出装置が使用されている。

この種の磁気式位置検出装置としては、例えば特許文献１に開示されるような磁気抵抗素子を用いた位置検出装置がある。図１３に示すように、磁気抵抗素子８１は４つの磁気抵抗Ｒａ〜Ｒｄから成るフルブリッジ回路８２が同素子の検知面に形成された素子であって、検出する磁界の向き（磁束の向き）に応じた検出信号Ｓｈを出力する。磁気抵抗素子８１は、ペアを成す磁気抵抗Ｒａ，Ｒｄの中点と磁気抵抗Ｒｂ，Ｒｃの中点との間の差分電圧を検出信号Ｓｈとして出力し、磁界方向変化の出力として図１４に示すような交流波（例えば正弦波等）の出力波形８３を出力する。

この種の磁気抵抗素子を用いた磁気式位置検出装置においては、シフトレバー装置のケースに磁気抵抗素子を設け、シフトレバーにマグネットを設けておく。シフトレバーがシフト操作されると、マグネットから磁気抵抗素子に付与される磁界の向きが変化することから、磁気抵抗素子にかかる磁界の向きを見ることにより、シフトレバーの操作位置を検出する。また、シフトレバーの操作位置検出に際しては、シフトレバー操作時における磁気抵抗素子の出力は充分な変化量を持っていることが望ましいので、図１４に示すように磁気抵抗素子が出力する出力波形８３においてリニア出力と見なし得る領域を用いて行う。
特開２００３−１５４８６８号公報

しかし、シフトレバー装置の使用状況やその使用環境の変化に伴い、シフトレバー装置（磁気抵抗素子）が温度上昇する場合がある。このように、シフトレバー装置が温度上昇すると、図１４に示すように磁気抵抗素子の出力波形８３が振幅方向において波形が縮み、磁気抵抗素子の出力はピーク及びボトムで値が小さくなったズレ波形８３ａをとる状態となる。このため、シフトレバー装置に温度変化が生じると、シフトレバーの操作位置に対する磁気抵抗素子の検出信号Ｓｈが変化してしまうことから、シフトレバーの操作位置を検出するに際して誤検出が発生する可能性があった。

本発明の目的は、磁界方向検出素子の出力を用いて可動部材の位置検出を行う際に、誤検出を生じ難くすることができる磁気式位置検出装置を提供することにある。

前記問題点を解決するために、本発明では、固定側に支持された固定部材と、当該固定部材に対して相対移動可能な可動部材との間に設けられ、前記可動部材の移動位置を磁気的に検出する磁気式位置検出装置において、前記固定部材及び前記可動部材の一方に設けられ、互いに配置条件の異なる複数の検出素子で周囲の磁界を検出し、当該磁界の状態に応じた前記検出信号を出力する磁気検出素子と、前記固定部材及び前記可動部材の他方に設けられ、前記可動部材が操作された際に向きが変化する磁界を前記磁気検出素子に付与する磁石と、前記磁気検出素子の前記検出素子の各々から検出信号を入力し、当該検出信号の大小を比較することにより、前記固定部材に対する前記可動部材の移動位置を算出する算出手段とを備えたことを要旨とする。

この構成では、可動部材が操作されると、可動部材の移動に伴って磁石と磁気検出素子との間の位置関係が変わり、磁石から磁気抵抗素子にかかる磁界の状態が変化する。このとき、磁気検出素子は検出した磁界の状態に応じた出力として、各々の検出素子から互いに波形の異なる検出信号を出力する。算出手段は、各検出素子から検出信号を入力し、これら検出信号の大小を比較することにより、固定部材に対する可動部材の移動位置を算出する。

ここで、例えば磁気式位置検出装置が長期間使用されたり、磁気式位置検出装置の使用環境が温度面で大きく変化したりすると、磁気検出素子がこの温度変化に影響を受けることから、磁気検出素子が各検出素子から出力する検出信号も、その温度変化に影響を受けて変動する。仮に、各検出素子から交流波の検出信号が出力されたとすると、これら検出信号は温度変動により振幅が縮まった波形に変化する。

しかし、これら検出信号は温度変動により波形が変化したとしても、これは同等の変化割合で変動することから、検出信号の大小関係を見ることで可動部材の移動位置を求める方法を用いれば、検出信号の温度変動分は結果として吸収される。従って、磁気検出素子の検出信号を用いて可動部材の移動位置を求めるに際し、仮に検出信号に温度変動が生じても、その検出結果に間違いが生じ難くなり、磁気式位置検出装置の信頼性確保に効果がある。

本発明では、前記磁気検出素子は、受ける磁界の向きに応じて前記検出素子の特性値が変化する磁界方向検出素子であり、前記検出信号を前記磁界の向きに応じた値で出力することを要旨とする。

この構成によれば、磁気検出素子として磁界方向検出素子を用いれば、例えば磁界方向検出素子として磁気抵抗素子を用いることが可能となる。
本発明では、前記磁界方向検出素子は、前記検出素子を３つ以上有した素子であり、複数の前記検出素子の配置位置は、前記移動位置として決められた各ポジションに前記可動部材が位置する際、そのポジション位置に対応する前記検出素子が前記検出信号のピーク値をとるような向きに設定され、前記算出手段は、前記磁界方向検出素子から入力する３つ以上の前記検出信号の大小を比較することにより、前記固定部材に対する前記可動部材の移動位置を算出することを要旨とする。

この構成によれば、可動部材が所定のポジションに位置した際、複数存在する検出素子においてそのポジションに対応する検出素子の検出信号がピーク値をとる状態となり、このような出力関係をとる検出信号の大小を見ることによってポジション検出を行えば、これら多数のポジションを精度よく検出することが可能となる。

本発明では、前記固定部材及び前記可動部材の一方に設けられ、前記磁石との間で共同して前記磁界を発生させるとともに、前記磁石が動いた際において、前記磁界方向検出素子に付与される前記磁界の向きが前記磁石の磁力により変えられる第２磁石を備えたことを要旨とする。

この構成によれば、磁石及び第２磁石の２つの磁石を用い、可動部材が固定部材に対して移動した際、その移動に伴い磁石を第２磁石に対して移動させることにより、第２磁石が生成する磁界の磁界方向を磁石の磁力で変化させ、磁界方向検出素子に付与される磁界の磁界方向が、可動部材に動きに応じて変化するようにしている。従って、可動部材が移動する際において、所望の決められた向きを取り得る磁界を磁界方向検出素子に付与する際に、磁石を複数使用するという簡単な構造でこれを行うことが可能となる。

本発明では、前記第２磁石は、複数個設けられるとともにこれらが対称形を成すように配置され、前記磁界方向検出素子は、前記磁石、前記第２磁石及び前記磁界方向検出素子のうち前記可動部材とともに移動する部材のその移動方向平面において、複数存在する前記第２磁石の中心位置に配置されていることを要旨とする。

この構成によれば、磁石及び第２磁石から磁界方向検出素子に付与される磁界が対称形をとることになり、可動部材の移動位置を求めるに際して好適な出力波形を有する検出信号が磁界方向検出素子から出力される状態となる。

本発明では、前記磁石は、当該磁石、前記第２磁石及び前記磁界方向検出素子のうち前記可動部材とともに動く部材のその移動方向と直交するその直交方向において、前記第２磁石及び前記磁界方向検出素子よりも外方に飛び出した位置に配置されていることを要旨とする。

この構成によれば、磁石によって生成される磁界の多くが、第２磁石によって引き込まれる状態となることから、磁界方向検出素子で検出できる磁界成分をより多くとることが可能となる。

本発明では、前記磁界方向検出素子は、当該磁界方向検出素子の形成面において複数設けられ、これら複数の前記磁界方向検出素子は、前記形成面において配置向きは異なるものの、前記検出信号の磁界方向変化の出力波形が同じとなるように配置されていることを要旨とする。

この構成によれば、複数の磁界方向検出素子が存在するので、固定部材の移動位置を求めるに際してこれを２重系とすることが可能となる。従って、固定部材の移動位置を求める際に用いる検出信号の値を、増設した側の磁界方向検出素子の検出信号の値を見ることによって監視することが可能となり、可動部材の移動位置を求めるに際して誤検出が生じ難くなる。

本発明によれば、磁界方向検出素子の出力を用いて可動部材の位置検出を行う際に、誤検出を生じ難くすることができる。

以下、本発明を具体化した磁気式位置検出装置の一実施形態を図１〜図１１に従って説明する。
図１に示すように、オートマチック型車両には、自動変速機（トランスミッション）のギア組み合わせを切り換える際に操作するシフトレバー装置１が設けられている。シフトレバー装置１には、箱形状のケース２が設けられ、このケース２が車体に組み付けられている。ケース２には、略棒形状のシフトレバー３がケース２に対して車両進行方向及び車幅方向（即ち、前後方向及び左右方向）に沿って移動操作可能な状態で取り付けられている。なお、ケース２が固定部材に相当し、シフトレバー３が可動部材に相当する。

ケース２の上壁には、シフトレバー３の移動を案内する略Ｈ形状の案内溝４が形成されている。シフトレバー３は、この案内溝４において車両進行方向に延びる第１溝４ａ及び第２溝４ｂ内で車両進行方向に各々操作可能であって、第１溝４ａ及び第２溝４ｂ間を連結する連結溝４ｃを車幅方向に操作することにより、第１溝４ａ及び第２溝４ｂ間を移動可能となっている。

シフトレバー３は、第１溝４ａでシフト操作される際、第１溝４ａの最前方位置がパーキング位置（Ｐ位置）、その最後方位置が回生ブレーキ位置（Ｂ位置）に設定されている。シフトレバー３は、第２溝４ｂでシフト操作される際、第２溝４ｂの最前方位置がリバース位置（Ｒ位置）、第２溝４ｂの中間位置がニュートラル位置（Ｎ位置）、その最後方位置がドライブ位置（Ｄ位置）に設定されている。

図２及び図３に示すように、シフトレバー装置１のケース２側には、周囲に磁界Ｈを生成する複数（本例は２つ）のバイアスマグネット５，６が設けられている。一方、シフトレバー装置１のシフトレバー３側には、シフトレバー３と連れ動きするカウンタマグネット７が設けられている。カウンタマグネット７は、シフトレバー３の操作時におけるその操作方向と同じ方向（図２の白抜き矢印）を移動方向Ｔ１として移動可能であり、シフトレバー３のＰ位置、Ｂ位置、Ｒ位置、Ｎ位置及びＤ位置に対応する操作位置へ移動する。なお、バイアスマグネット５，６が第２磁石に相当し、カウンタマグネット７が磁石に相当する。

バイアスマグネット５，６の間には、磁界Ｈを検出した際にその磁界の向き（磁束の向き）に応じた検出値を出力する磁気抵抗素子８が１つ設けられている。本例の磁界角度θｈは、シフトレバー３をパーキング位置から回生ブレーキ位置の間（リバース位置からドライブ位置の間）で動かす方向を基準線Ｌ１とし、その基準線Ｌ１に対して磁界（磁束）が成す角度値とする。磁気抵抗素子８は、バイアスマグネット５，６及びカウンタマグネット７により生成される磁界Ｈを検知し、その磁界角度θｈに応じた検出信号Ｓｈを電圧値で出力する。このとき、磁気抵抗素子８はカウンタマグネット７の移動方向Ｔ１に沿う表面を検知面８ａとして磁界Ｈの向きを検出する。

この磁気抵抗素子８は、例えばケース２の側面からバイアスマグネット５，６側に向かって延びる支持片９に支持された取り付け状態をとっている。また、移動方向Ｔ１に沿う平面を移動方向平面（ｘ−ｙ平面）とした場合、磁気抵抗素子８はこの移動方向平面において、２つのバイアスマグネット５，６の中心位置に配置されている。なお、磁気抵抗素子８が磁気検出素子（磁界方向検出素子）に相当し、検知面８ａが形成面に相当する。

図３に示すように、カウンタマグネット７は、このカウンタマグネット７の移動方向Ｔ１に対して垂直に交わる直交方向Ｔ２（図３の太線矢印）において、バイアスマグネット５，６に対してずれた位置に配置されている。本例においては、直交方向Ｔ２の矢印左側をマグネット５〜７の取り付け位置の上側とした場合、上側（図３では左側）にカウンタマグネット７が配置され、下側（図３では右側）にバイアスマグネット５，６が配置されている。

バイアスマグネット５，６及びカウンタマグネット７は、その着磁方向Ｅｈが直交方向Ｔ２と同一方向となる向きとなるように配置されている。本例においては、図３の直交方向Ｔ２の矢印左側をマグネット５〜７の取り付け位置の上側とした場合、上側（図３では左側）がＳ極、下側（図３では右側）がＮ極となる着磁方向Ｅｈでマグネット５〜７が配置されている。

磁気抵抗素子８は、直交方向Ｔ２においてバイアスマグネット５，６とカウンタマグネット７との間に配置されている。磁気抵抗素子８は、図３の直交方向Ｔ２の矢印左側をマグネット５〜７の取り付け位置の上側とした場合、バイアスマグネット５，６のＳ極表面の上方に位置するとともに、カウンタマグネット７のＮ極表面の下方に位置するように配置されている。

ところで、カウンタマグネット７は、２つのバイアスマグネット５，６によって生成される磁界を、自身の側に引き込むように働く。ここで、図４（ａ）に示すようにカウンタマグネット７が無い状態を考えた場合、磁気抵抗素子８の検知面８ａをｘ−ｙ平面、直交方向Ｔ２をｚ軸とすると、本例におけるバイアスマグネット５，６及び磁気抵抗素子８の配置関係や、バイアスマグネット５，６の着磁向きから、磁気抵抗素子８の検知面８ａ上に発生する磁界Ｈａは、ｚ軸に抜ける成分が多くなる。磁気抵抗素子８は検知面８ａにおいてｘ−ｙ平面成分（面内成分）の磁界Ｈａについてその向きを検出できることから、磁界成分がｚ軸方向に多く抜けてしまうと、磁界Ｈａを充分に検知できない状態となる。

そこで、図４（ｂ）に示すように磁気抵抗素子８の斜め上方付近にカウンタマグネット７を配置すると、カウンタマグネット７が自身の磁力で磁界Ｈａを引き込む状態となり、検知面８ａ上の磁界成分はｘ−ｙ平面成分が多くなることから、検知面８ａで検知できる磁界成分が多くなる。このように、本例においては２つのバイアスマグネット５，６で基礎となる磁界を作り、それをカウンタマグネット７で引き込んでｘ−ｙ平面側に傾かせることにより、磁気抵抗素子８で磁界Ｈを検出できるようにする。

図５に示すように、シフトレバー装置１には、磁気抵抗素子８の検出信号Ｓｈからシフトレバー３の操作位置を求めるＣＰＵ１０が設けられている。また、ＣＰＵ１０は、自身のＡ／Ｄ端子１０ａに磁気抵抗素子８が接続されている。ＣＰＵ１０は、このＡ／Ｄ端子１０ａから磁気抵抗素子８の検出信号Ｓｈを入力し、この検出信号Ｓｈを用いてシフトレバー３の操作位置を求める。なお、ＣＰＵ１０が算出手段に相当する。

ＣＰＵ１０には、シフトレバー３が第１溝４ａ及び第２溝４ｂのどちらに位置するかを検出する検出スイッチ１１が接続されている。検出スイッチ１１は、シフトレバー３が連結溝４ｃを通る時にこれを検出し、そのスイッチ信号ＳｐをＣＰＵ１０に出力するスイッチであって、シフトレバー３が第１溝４ａにある際に例えばオフ信号をＣＰＵ１０に出力し、シフトレバー３が第２溝４ｂにある際にオン信号をＣＰＵ１０に出力する。ＣＰＵ１０は、検出スイッチ１１からのスイッチ信号Ｓｐを用い、シフトレバー３が第１溝４ａ及び第２溝４ｂのどちらに位置しているかを認識することが可能である。

図６に示すように、磁気抵抗素子８は、合計３つの磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３から成るフルブリッジ回路８ｂが検知面８ａに形成された３ポジション式の検出素子である。これら磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、受ける磁界Ｈの向きに応じて抵抗値（特性値）が変化する変動抵抗であって、磁気抵抗Ｒ１に固定抵抗Ｒ４が、磁気抵抗Ｒ２に固定抵抗Ｒ５が、磁気抵抗Ｒ３に固定抵抗Ｒ６が各々接続されている。これら固定抵抗Ｒ４〜Ｒ６は、抵抗値が一定な固定抵抗であって、フルブリッジ回路外に設けられた抵抗である。磁気抵抗素子８は、抵抗Ｒ１，Ｒ６の中点電位を第１出力電圧Ｖ１とし、抵抗Ｒ２，Ｒ５の中点電位を第２出力電圧Ｖ２とし、抵抗Ｒ３，Ｒ４の中点電位を第３出力電圧Ｖ３として出力する。なお、磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３が検出素子に相当する。

フルブリッジ回路８ｂの磁気抵抗ペア数は、シフトレバー３の移動を案内する同一溝においてその検出ポジションの最大数に対応している。これは、シフトレバー３が各位置にシフト操作された際に、それに対応する磁気抵抗に最大出力（ピーク値）を取らせることにより、シフトレバー３の操作位置を検出するからである。本例の場合、その検出ポジションの最大数は第２溝４ｂにおけるリバース位置、ニュートラル位置及びドライブ位置の３ポジションであることから、本例の磁気抵抗素子８は磁気抵抗ペア数が３組となっている。

磁気抵抗Ｒ１は、自身に付与される磁界Ｈの向きを検出して第１出力電圧Ｖ１を出力するに際し、図７（ａ）に示すような磁界Ｈの磁界方向変化に対して出力が交流波を取る第１出力波形１２をＣＰＵ１０に出力する。この種の磁気抵抗Ｒ１は、自身に対して直角の磁束がかけられた際に最大値をとり、それに対して９０度傾いた磁束がかけられた際に最小値をとることから、第１出力波形１２としては周期が１８０度となった信号波形を出力する。同様な交流波形として、磁気抵抗Ｒ２は図７（ｂ）に示す第２出力波形１３を、磁気抵抗Ｒ３は図７（ｃ）に示す第３出力波形１４を各々出力する。

図８に示すように、磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３においては、磁気抵抗Ｒ１と磁気抵抗Ｒ２とが６０度傾いた状態で配置され、磁気抵抗Ｒ２と磁気抵抗Ｒ３とが６０度傾いた状態で配置されている。これにより、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１出力波形１２と第２出力波形１３とは位相が６０度ずれた状態となり、第２出力波形１３と第３出力波形１４とは位相が６０度ずれた状態となる。

ＣＰＵ１０は、検出スイッチ１１からのスイッチ信号を用いてシフトレバー３が第１溝４ａ及び第２溝４ｂのどちらに位置するかを判別するとともに、各磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３から入力する第１出力電圧Ｖ１〜第３出力電圧Ｖ３の大小関係を見ることにより、シフトレバー３の操作位置を判定する。ＣＰＵ１０は、シフトレバー３が第１溝４ａに位置する際において、３つの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３のうち第３出力電圧が最も高い（Ｖ３＞Ｖ１，Ｖ２が成立する）と、シフトレバー３がパーキング位置にあると判定し、第１出力電圧Ｖ１が最も高い（Ｖ１＞Ｖ２，Ｖ３が成立する）と、シフトレバー３が回生ブレーキ位置にあると判定する。

また、ＣＰＵ１０は、シフトレバー３が第２溝４ｂに位置する際において、３つの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３のうち第１出力電圧Ｖ１が最も高い（Ｖ１＞Ｖ２，Ｖ３が成立する）と、シフトレバー３がリバース位置にあると判定し、第２出力電圧Ｖ２が最も高い（Ｖ２＞Ｖ１，Ｖ３が成立する）と、シフトレバー３がニュートラル位置にあると判定する。ＣＰＵ１０は、シフトレバー３が第２溝４ｂに位置する際において、３つの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３のうち第３出力電圧が最も高い（Ｖ３＞Ｖ１，Ｖ２が成立する）と、シフトレバー３がドライブ位置にあると判定する。

次に、本例のシフトレバー装置１の動作を図９に従って説明する。
まず、ＣＰＵ１０は、検出スイッチ１１から入力するスイッチ信号Ｓｐを見ることにより、シフトレバー３が第１溝４ａ及び第２溝４ｂのどちらに位置しているかを判別する。例えば、ＣＰＵ１０は、検出スイッチ１１からオフ信号を入力すれば、シフトレバー３第１溝４ａに位置していると認識し、検出スイッチ１１からオン信号を入力すれば、シフトレバー３が第２溝４ｂに位置していると認識する。

ここで、図９（ａ）に示すように、シフトレバー３がパーキング位置にあるとする。このとき、磁気抵抗素子８には磁界角度θｈが約３０度程度の向きの磁界Ｈが付与され、この向きの磁界Ｈを検出した磁気抵抗素子８の各磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、その時の磁界角度θｈに応じた電圧値として出力電圧Ｖ１〜Ｖ３をＣＰＵ１０に出力する。このときのＣＰＵ１０は、検出スイッチ１１からオフ信号を入力しつつ、３つの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を、第３出力電圧Ｖ３の電圧値が最も高い（最大値に近い）状態で入力するので、シフトレバー３がパーキング位置にあると判断する。

続いて、シフトレバー３がパーキング位置から、図９（ｂ）に示す回生ブレーキ位置にスライド操作されたとする。このとき、そのレバー操作に伴いカウンタマグネット７も同一方向にスライド移動することから、カウンタマグネット７の位置変化に応じ、磁気抵抗素子８に付与される磁界Ｈの向きがバイアスマグネット５からバイアスマグネット６側に傾く。

図９（ｂ）に示すように、シフトレバー３が回生ブレーキ位置に位置すると、磁気抵抗素子８には磁界角度θｈが約１５０度程度の向きの磁界Ｈが付与される。このとき、ＣＰＵ１０は、検出スイッチ１１からオフ信号を入力しつつ、３つの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を、第１出力電圧Ｖ１の電圧値が最も高い（最大値に近い）状態で入力するので、シフトレバー３が回生ブレーキ位置にあると判断する。

シフトレバー３をリバース位置、ニュートラル位置及びドライブ位置に操作する場合、シフトレバー３は第１溝４ａから連結溝４ｃを経由し、第２溝４ｂに位置操作される。このとき、ＣＰＵ１０は、検出スイッチ１１からオン信号を入力することから、シフトレバー３が第２溝４ｂに位置操作されたことを認識する。

図９（ｃ）に示すように、シフトレバー３がリバース位置にシフト操作されたとすると、磁気抵抗素子８には磁界角度θｈが約１５０度程度の向きの磁界Ｈが付与される。このとき、ＣＰＵ１０は、検出スイッチ１１からオン信号を入力しつつ、３つの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を、第１出力電圧Ｖ１の電圧値が最も高い（最大値に近い）状態で入力するので、シフトレバー３がリバース位置にあると判断する。

図９（ｄ）に示すように、シフトレバー３がニュートラル位置にシフト操作されたとすると、磁気抵抗素子８には磁界角度θｈが約９０度程度の向きの磁界Ｈが付与される。このとき、ＣＰＵ１０は、検出スイッチ１１からオン信号を入力しつつ、３つの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を、第２出力電圧Ｖ２の電圧値が最も高い（最大値に近い）状態で入力するので、シフトレバー３がニュートラル位置にとある判断する。

図９（ｅ）に示すように、シフトレバー３がドライブ位置にシフト操作されたとすると、磁気抵抗素子８には磁界角度θｈが約３０度程度の向きの磁界Ｈが付与される。このとき、ＣＰＵ１０は、検出スイッチ１１からオン信号を入力しつつ、３つの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を、第３出力電圧Ｖ３の電圧値が最も高い（最大値に近い）状態で入力するので、シフトレバー３がドライブ位置にあると判断する。

さて、シフトレバー装置１が長期間使用されたり、シフトレバー装置１の使用環境が温度面で大きく変化したりすると、磁気抵抗素子８の出力がこの温度変化に影響を受ける。このように、シフトレバー装置１の使用状態や使用環境の変化で磁気抵抗素子８の出力に温度変動が生じた場合、磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３の出力波形１２〜１４は、図７（ａ）〜（ｃ）の一点鎖線波形で示すように振幅が縮んで変動する変化をとるが、これらは同等の変化割合で変動する。

このため、磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３の出力である出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を用いてシフトレバー
３の操作位置を検出するに際し、温度変化によりこれら出力電圧Ｖ１〜Ｖ３に変動が生じたとしても、これら出力電圧Ｖ１〜Ｖ３は同等の変化量で変動することから、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の大小関係からシフトレバー３の操作位置を求める方法を用いれば、この変動分は吸収されることになる。従って、磁気抵抗素子８の出力に温度変動が生じても、この出力を用いてシフトレバー３の操作位置を検出する際に検出間違いが生じ難くなり、シフトレバー装置１の信頼性が確保される。

シフトレバー３の位置判定に際しては、磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３の各出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の大小比較により行うことから、外乱が影響して出力電圧Ｖ１〜Ｖ３にノイズが生じたとしても、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の大小関係が保たれていれば正しい位置検出が可能である。従って、本例のようにシフトレバー３の位置判定に際して電圧比較を用いれば、ノイズへの耐力が高くなることから、磁気抵抗素子８の出力にノイズが発生したとしても、それによってシフトレバー３の操作位置が誤検出されるおそれが生じ難くなり、このこともシフトレバー装置１の信頼性確保に寄与する。

また、シフトレバー３の位置判定に際して用いる本例の検出回路は、磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３の大小関係を比較するだけの回路である。従って、シフトレバー３の操作位置検出回路を簡単な回路構造のもので済ますことが可能となり、これに伴ってシフトレバー装置１の部品コスト低減も可能となる。

本例のシフトレバー装置１は、図１０に示すように磁気抵抗素子８の検知面８ａにフルブリッジ回路８ｃ，８ｄを２つ設けることにより、２重系を組むことも可能である。これらフルブリッジ回路８ｃ，８ｄは、図６及び図８に示すフルブリッジ回路８ｂと同様に、ともに３つの磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３をブリッジ状に組み込み、それに固定抵抗Ｒ４〜Ｒ６を接続した回路である。これらフルブリッジ回路８ｃ，８ｄは、検知面８ａの中央寄りの位置において、配置向きが互いに１８０度傾いた状態で配置されている。これらフルブリッジ回路８ｃ，８ｄは、磁界方向変位に対する出力として同じ出力波形を取る検出信号Ｓｈを各々出力可能である。

ここで、これら２つのフルブリッジ回路８ｃ，８ｄが同じ出力波形を取り得るのは、以下の理由からである。本例のような配置位置でバイアスマグネット５，６、カウンタマグネット７、磁気抵抗素子８を配置すると、磁気抵抗素子８の検知面８ａ上においては、図１０に示すように検知面８ａの中心位置を中心点とした円形を描く位置で、安定した磁気ベクトルが生じる。言い換えれば、磁気抵抗素子８の検知面８ａ上に生じる磁界成分は、この検知面８ａにおいて点対称の状態で発生する。従って、フルブリッジ回路８ｃ，８ｄを中央寄りの位置に、しかも配置向きを互いに１８０度ずれた状態で配置すれば、これらフルブリッジ回路８ｃ，８ｄからは同じ出力波形の検出信号Ｓｈが出力されることになる。

ＣＰＵ１０は、これらフルブリッジ回路８ｃ，８ｄから入力した検出信号Ｓｈを用い、２重系でシフトレバー３の操作位置を算出する。この２重系判定処理として、まずＣＰＵ１０は、通常の状態においては一方のフルブリッジ回路８ｃから入力する検出信号Ｓｈを用いてシフトレバー３の操作位置を求め、この操作位置算出とともにフルブリッジ回路８ｃ，８ｄの出力の差ΔＶを常時検出する。ＣＰＵ１０は、この差ΔＶが設定値を超えた場合、通常用いるフルブリッジ回路８ｃが故障したと判断し、他方のフルブリッジ回路８ｄから入力する検出信号Ｓｈでシフトレバー３の操作位置を求める。これにより、通常用いるフルブリッジ回路８ｃに故障が生じても、続けてシフトレバー３の操作位置を判別可能としている。

従って、図１０に示すように磁気抵抗素子８の検知面８ａ上では、円形を描く位置で安定した磁気ベクトルが生じることから、検知面８ａにフルブリッジ回路８ｃ，８ｄを２つ設けてシフトレバー３の操作系を２重系とすることが可能となる。このため、通常用いるフルブリッジ回路８ｃに故障が生じても、もう一方のフルブリッジ回路８ｄを用いてシフトレバー３の操作位置を判別することが可能となるので、シフトレバー３の操作位置検出を継続することが可能となり、シフトレバー装置１の操作位置検出に関して信頼性が向上する。

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）シフトレバー３の操作位置判定は磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の電圧比較により行うが、この種の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３は温度変動が生じても、これは同等の変化分で変動することから、その温度変動は吸収される。従って、シフトレバー３の操作位置を検出するに際して誤検出を生じ難くすることができ、シフトレバー装置１の信頼性を確保することができる。

（２）シフトレバー３が各ポジション位置（Ｐ位置、Ｂ位置、Ｒ位置、Ｎ位置、Ｄ位置）に位置した際、磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３においてそのポジションに対応する磁気抵抗に直角の磁界Ｈが付与される向きに磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３を配置し、シフトレバー３の操作位置を判定するに際しては、シフトレバー３が各ポジションに位置した際に複数の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３のうち一つが最大電圧をとる出力を用いてこれを行う。従って、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３は各ポジションにおいてどれか一つが必ず最大値をとる状態となることから、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の大小関係を見ることでシフトレバー３の操作位置を検出するに際し、この操作位置判定を精度よく行うことができる。

（３）固定側であるケース２にバイアスマグネット５，６を、可動側であるシフトレバー３にカウンタマグネット７を設け、シフトレバー３が位置操作された際には、バイアスマグネット５，６に対するカウンタマグネット７の位置が変わることで、磁気抵抗素子８に付与される磁界Ｈの向きが変わる。従って、磁気抵抗素子８に付与する磁界Ｈの磁界方向変化が複雑なパターンをとったとしても、磁界発生用マグネットを複数用いるという簡単な構造で、磁気抵抗素子８に付与することができる。

（４）移動方向平面においてバイアスマグネット５及びバイアスマグネット６の中心位置に磁気抵抗素子８を配置したので、バイアスマグネット５，６から磁気抵抗素子８の検知面８ａにかかる磁界Ｈのバランスがよくなる。このため、図７に示すような交流波の出力波形１２を出力させ得る磁界Ｈが磁気抵抗素子８にかかるような配置位置にカウンタマグネット７を配置する際、その配置位置を決め易くすることができる。

（５）図３に示す直交方向Ｔ２においてバイアスマグネット５，６とカウンタマグネット７との間の位置に磁気抵抗素子８を配置した。従って、磁気抵抗素子８は、バイアスマグネット５，６とカウンタマグネット７とで生成される磁界Ｈを最も好適な位置で受けることができ、磁気抵抗素子８が面内成分で受ける磁界Ｈをできるだけ多くとることができる。

（６）ケース２へのシフトレバー３の取り付け構造は、図１１に示すようにシフトレバー３の途中に設けられた一対の支持軸３ａが回動可能な状態でケース２に支持されることにより、シフトレバー３が前後方向に移動可能となっており、シフトレバー３の先端にカウンタマグネット７を取着する構造をとっている。従って、シフトレバー３が操作された際のその操作方向平面Ｅ１と、カウンタマグネット７がレバー操作に応じて移動操作される際の操作方向平面Ｅ２とが同一となる。よって、例えばこれら操作方向が異なる場合には、その方向を変更する機構が必要となるが、本例においてはこの種の機構を用意する必要がないことから、装置構造の複雑化やそれに伴うコストアップ等の問題が生じない。

（７）磁気検出素子として例えばホールＩＣを用いた場合、シフトレバー３の検知ポジション（Ｐ位置、Ｒ位置、Ｎ位置、Ｄ位置等）ごとにホールＩＣを配置する必要が生じ、シフトレバー装置１の大型化や、部品コストアップ等の問題が生じる。しかし、本例のように磁気検出素子として磁気抵抗素子８を用いれば、カウンタマグネット７の移動平面方向においてその中心位置に１つ配置すればよいので、シフトレバー装置１の大型化を招く心配はない。

（８）シフトレバー３の操作位置を２重系で求める場合、通常用いるフルブリッジ回路８ｃに故障が生じたとしても、もう一方のフルブリッジ回路８ｄを用いてシフトレバー３の操作位置検出を継続することが可能となる。従って、シフトレバー装置１が故障により途中で停止してしまう状況が生じなくなり、シフトレバー装置１の操作位置検出に関して信頼性を向上することができる。

なお、実施形態はこれまでに述べた構造に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・ バイアスマグネット５，６の配置向きは、その着磁方向Ｅｈが直交方向Ｔ２に沿う方向となることに限定されない。例えば、図１２に示すように、これらバイアスマグネット５，６は、その着磁方向Ｅｈが移動方向Ｔ１に沿う方向となるとともに、互いの同一極（図１２ではＳ極）が互いに向き合うように配置してもよい。

・ バイアスマグネット５，６、カウンタマグネット７及び磁気抵抗素子８の配置関係は、カウンタマグネット７がバイアスマグネット５，６（磁気抵抗素子８）に対して移動する際に、その位置検出に必要な向きの磁界Ｈが磁気抵抗素子８に付与されるのであれば、その配置関係は特に限定されない。

・ 磁気抵抗素子８に磁界Ｈを付与する磁石は、固定側に設けられたバイアスマグネット５，６と、可動側に設けられたカウンタマグネット７とから成ることに限定されない。例えば、シフトレバー３側にのみマグネットを設け、このマグネットから生成される磁界Ｈのみが磁気抵抗素子８にかかる構造でもよい。

・ 磁気抵抗素子８は、ペアを成す磁気抵抗の組が３つある３ポジション式に限定されず、これは例えば磁気抵抗の組が２つ存在する２ポジション式でもよいし、或いはシフトレバー３のポジション位置が多数に亘る場合には、４つ以上存在するものでもよい。

・ バイアスマグネットの個数は２つに限定されず、これは１つでもよいし、或いは３つ以上でもよい。
・ ケース２側にバイアスマグネット５，６及び磁気抵抗素子８を組み付け、シフトレバー３側にカウンタマグネット７を組み付けることに限定されず、この組み付け関係は逆でもよい。

・ 磁界方向検出素子は、必ずしも磁気抵抗素子８に限らず、検出する磁界角度θｈに応じた検出値を出力できるものであれば、それは特に限定されない。また、磁気検出素子は、磁界Ｈの向きに応じた検出値を出力する磁界方向検出素子に限らず、磁界Ｈの強さに応じた検出値を出力するホールＩＣ等を用いてもよい。

・ シフトレバー３のその操作移動経路は、略Ｈ形状の経路に限らず、例えば移動方向が９０度折り返されるような階段状の経路を含んだものでもよい。また、シフトレバー３のポジション位置は、Ｐ位置、Ｂ位置、Ｒ位置、Ｎ位置及びＤ位置に限定されず、例えばマニュアルモードを搭載した車両において、マニュアル位置、シフトアップ位置及びシフトダウン位置が存在するものでもよい。

・ 本例の磁気式位置検出装置の採用対象は、必ずしもシフトレバー３に限らず、操作された際にその操作位置を検出する必要のある可動部材であれば、それは特に限定されない。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（１）請求項２〜７のいずれか一項において、前記磁界方向検出素子は、前記検出素子を３つ以上有した素子であり、前記算出手段は、前記磁界方向検出素子から入力する３つ以上の前記検出信号の大小の組み合わせを見ることにより、前記固定部材に対する前記可動部材の移動位置を算出する。

（２）請求項４〜７のいずれかにおいて、前記磁石、前記第２磁石及び前記磁界方向検出素子のうち前記可動部材とともに動く部材は、当該可動部材が相対移動した際の各々の操作方向平面が少なくとも平行状態（同一平面でも可）をとっている。この場合、第１磁石、第２磁石及び磁界方向検出素子のうち前記可動部材とともに動く部材と、可動部材との移動方向が異なる場合、可動部材とともに動く部材の移動方向を変える機構が必要となるが、この場合においてはこれらの移動方向が同じであるので、移動方向を変えるこの種の機構を用意する必要はない。

第１実施形態におけるシフトレバー装置の斜視図。 シフトレバー装置の概略構成を示す上面図。 シフトレバー装置の概略構成を示す側面図。 （ａ），（ｂ）は、磁気抵抗素子の検知面においてその検知面で検出できる磁界成分を付与する原理を示す模式図。 シフトレバー装置の電気的構成を示すブロック図。 磁気抵抗素子の構成を示す回路図。 （ａ）〜（ｃ）は各磁気抵抗が出力する検出信号の磁界方向変化に対する出力波形図。 磁気抵抗素子の磁気抵抗の配置向きを表した平面図。 （ａ）〜（ｅ）は、シフトレバーが操作された際において磁気抵抗素子に付与される磁界の磁界方向変化を表す説明図。 ２重系を用いた場合の磁気抵抗素子の検知面構造を表す平面図。 シフトレバーのケースに対する取り付け構造を示す斜視図。 別例におけるシフトレバー装置の概略構成を示す側面図。 従来における磁気抵抗素子の構成を示す回路図。 磁気抵抗素子が出力する検出信号の磁界方向変化に対する出力波形図。

符号の説明

２…固定部材としてのケース、３…可動部材としてのシフトレバー、５，６…第２磁石としてのバイアスマグネット、７…磁石としてのカウンタマグネット、８…磁気検出素子（磁界方向検出素子）としての磁気抵抗素子、８ａ…形成面としての検知面、１０…算出手段としてのＣＰＵ、１２〜１４…出力波形、Ｈ…磁界、Ｒ１〜Ｒ３…検出素子としての磁気抵抗、θｈ…磁界の向きとしての磁界角度、Ｓｈ…検出信号（検出値）Ｔ１…移動方向、Ｔ２…直交方向。

Claims (7)

1. 固定側に支持された固定部材と、当該固定部材に対して相対移動可能な可動部材との間に設けられ、前記可動部材の移動位置を磁気的に検出する磁気式位置検出装置において、
   前記固定部材及び前記可動部材の一方に設けられ、互いに配置条件の異なる複数の検出素子で周囲の磁界を検出し、当該磁界の状態に応じた前記検出信号を出力する磁気検出素子と、
   前記固定部材及び前記可動部材の他方に設けられ、前記可動部材が操作された際に向きが変化する磁界を前記磁気検出素子に付与する磁石と、
   前記磁気検出素子の前記検出素子の各々から検出信号を入力し、当該検出信号の大小を比較することにより、前記固定部材に対する前記可動部材の移動位置を算出する算出手段と
   を備えたことを特徴とする磁気式位置検出装置。
2. 前記磁気検出素子は、受ける磁界の向きに応じて前記検出素子の特性値が変化する磁界方向検出素子であり、前記検出信号を前記磁界の向きに応じた値で出力することを特徴とする請求項１に記載の磁気式位置検出装置。
3. 前記磁界方向検出素子は、前記検出素子を３つ以上有した素子であり、複数の前記検出素子の配置位置は、前記移動位置として決められた各ポジションに前記可動部材が位置する際、そのポジション位置に対応する前記検出素子が前記検出信号のピーク値をとるような向きに設定され、前記算出手段は、前記磁界方向検出素子から入力する３つ以上の前記検出信号の大小を比較することにより、前記固定部材に対する前記可動部材の移動位置を算出することを特徴とする請求項２に記載の磁気式位置検出装置。
4. 前記固定部材及び前記可動部材の一方に設けられ、前記磁石との間で共同して前記磁界を発生させるとともに、前記磁石が動いた際において、前記磁界方向検出素子に付与される前記磁界の向きが前記磁石の磁力により変えられる第２磁石を備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気式位置検出装置。
5. 前記第２磁石は、複数個設けられるとともにこれらが対称形を成すように配置され、前記磁界方向検出素子は、前記磁石、前記第２磁石及び前記磁界方向検出素子のうち前記可動部材とともに移動する部材のその移動方向平面において、複数存在する前記第２磁石の中心位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の磁気式位置検出装置。
6. 前記磁石は、当該磁石、前記第２磁石及び前記磁界方向検出素子のうち前記可動部材とともに動く部材のその移動方向と直交するその直交方向において、前記第２磁石及び前記磁界方向検出素子よりも外方に飛び出した位置に配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の磁気式位置検出装置。
7. 前記磁界方向検出素子は、当該磁界方向検出素子の形成面において複数設けられ、これら複数の前記磁界方向検出素子は、前記形成面において配置向きは異なるものの、前記検出信号の磁界方向変化の出力波形が同じとなるように配置されていることを特徴とする請求項２〜６のうちいずれか一項に記載の磁気式位置検出装置。

Images