JP4444475B2

JP4444475B2 - 位置検出センサ

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Publication number: JP4444475B2
Application number: JP2000268958A
Authority: JP
Inventors: 聖也田島; 克也小木曽
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2020-09-05
Also published as: JP2002081903A; US20020067260A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気検知手段を用いた位置検出センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＥ（磁気抵抗素子）を用いた非接触式の位置検出センサには、例えば図５に示す位置検出センサ５１がある。この種の位置検出センサ５１は、例えばシートベルトのバックルスイッチ等に用いられ、ＭＲＥ５２を内蔵したＩＣパッケージ５３と、そのＩＣパッケージ５３と相対移動可能な磁石５４とを備えている。
【０００３】
このＭＲＥ５２は磁石５４の磁界Ｈｏを検知面で検知し、その磁界Ｈｏの向きに応じた出力値を出力する。そしてＭＲＥ５２には中心線Ｌ（図５に示す二点鎖線）が設定されており、この中心線ＬはＭＲＥ５２の出力がほぼ「０」となる磁界の向き（即ち、図５の上下方向）と同一方向に延びる線である。この中心線Ｌは、磁石５４のストローク方向Ｓ（図５に示す破線矢印方向）に対して直交する向きとなるように配置されている。一方、磁石５４はその磁極の向き（ＮＳ配置向き）がストローク方向Ｓに対して平行となるように配置されている。
【０００４】
そして、シートベルトの取付金具のバックルへの取付け操作に基づき、磁石５４がＩＣパッケージ５３に対し所定のストローク範囲内でストローク方向Ｓに沿って移動し、ＩＣパッケージ５３内のＭＲＥ５２によって磁石５４の磁束の方向変化が検出される。このとき、ＭＲＥ５２により出力される出力電圧の波形は、図６に示すように正弦波形をとる。同図の実線の波形に示すように、その磁石５４の移動に伴って出力電圧が「０」以上となるとき（図６のＡ点以降）にバックルスイッチがオンするように設定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ＭＲＥ５２、磁石５４、周辺回路の製造ばらつきや、ＩＣパッケージ５３と磁石５４の組付け位置のばらつき等により、ＭＲＥ５２からの出力電圧の波形が例えば図６の二点鎖線に示すように横軸方向にシフトする場合がある。すると、一旦検出オンになった後、ストロークがほぼ最大の位置（即ち図６のＢ点以降）で出力電圧が「０」以下になってスイッチがオフする場合が生じるので、検出オンの必要がある位置で検出オフとなる不具合が発生する問題があった。
【０００６】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、センサを構成する部品に製造ばらつきや組付けばらつきがあっても、誤検出を防止できる位置検出センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため請求項１に記載の発明では、磁石と、当該磁石の磁界を検知してその磁界の向きに応じて抵抗値が変化する磁気検知手段とを備え、前記磁石と磁気検知手段のうち一方が他方に対して所定のストローク範囲内で相対移動可能に設けられた位置検出センサであって、前記磁石は、その磁極の向きが相対移動方向と略直交する向きとなるように配置され、前記磁気検知手段は、磁気抵抗体を複数備えるとともに、当該磁気抵抗体の配置パターンから決まるその磁界方向の変化に対する出力波形の特性が正弦波形をとるものであり、前記磁気検知手段は、その出力値がほぼ零となる磁界の向きと同一方向に延びる検知面上の基準線が、前記相対移動方向に対して略４５度で傾斜するように配置され、前記相対移動に伴って前記ストローク範囲において出力値が設定値に到達して検出オンとなった後、該相対移動が継続されても前記検出オンの設定値を超えない出力波形をとることを要旨とする。
【０００８】
この発明によれば、磁石と磁気検知手段のうちの一方は他方に対してストローク範囲内で相対移動し、磁気検知手段は磁石の磁界の向きに応じた出力値を出力する。ここで、その出力値が所定の設定値（又は所定範囲を有する設定範囲）をとったとき、例えば検出オンとなるように設定される。そして磁気検知手段の出力値がその設定値を超えた後には、磁石と磁気検知手段の間に設定された向きや位置等の配置関係によって、所定の設定値を超えた後の出力値が当該設定値に戻り難くなるように、前記出力波形の出力値の変化割合が相対的に緩やかになる。このため、例えば磁石や磁気検知手段の製造ばらつき、または磁石と磁気検知手段の組付ばらつき等によって出力値の出力波形がシフトしても、検出オンの必要がある位置で検出オフすることがない。よって、上記した製造ばらつきや組付ばらつきがあっても、位置検出センサの誤検出が防止される。
【００１０】
この発明によれば、磁石の磁極の向きを相対移動方向と直交する向きに設定するうえに、出力値がほぼ零となる磁界の向きと同一方向に延びる基準線が相対移動方向に対して傾斜するように磁気検知手段を配置する。これにより、複数備えた磁気抵抗体の磁界指向性により出力値の出力波形が正弦波形をとる磁気検知手段を用いた場合において、出力波形がシフトしても検出オフにならない出力波形が得られる。よって製造ばらつき、組付ばらつき等があっても、位置検出センサの誤検出防止が図れる。
【００１２】
この発明によれば、ストローク初期の出力値とストローク最大時の出力値の差が相対的に大きくなって、出力波形の波形特性が良くなるので、例えばノイズ等の外乱が生じても誤検出が発生し難くなる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記磁石は前記磁気検知手段に対して相対移動可能に設けられ、前記磁石の相対移動方向側には磁性体が当該磁石と一体に移動可能に設けられていることを要旨とする。
【００１４】
この発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、磁性体によって磁石から生じる磁界の集磁効果が高まるので、検出精度が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した位置検出センサの一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
【００１６】
図１に示すように、位置検出センサ１は例えば車載用シートベルト装置のバックルスイッチ等に使用され、磁気検知手段としての磁気抵抗素子２を内蔵したＩＣパッケージ３と、そのＩＣパッケージ３に対して相対移動可能な磁石４とを備える。可動部材５はシートベルトの取付金具（図示省略）の取付動作に伴って移動し、その取付金具を装着するときに同図に示すストローク方向Ｓ（同図の破線矢印方向）に磁石４を押すようになっている。
【００１７】
磁石４は、図１の上側をＳ極、下側をＮ極として、磁極の向きがストローク方向Ｓに対して直交する向きとなるように配置されている。磁石４は、可動部材５の移動に伴い同図に示すストローク範囲内をストローク方向Ｓに沿って移動する。
【００１８】
磁気抵抗素子２は、検知面としての素子面２ａによってその素子面２ａと平行する向きの磁石４の磁界を検知する。磁気抵抗素子２は、例えば強磁性体であるＮｉ−Ｃｏ材料からなる磁気抵抗体６を複数個（例えば４つ）備え、その磁気抵抗体６の配置パターンから磁界に対する指向性を有し、検知する磁石４の磁界の向き（磁界角度）に応じて出力が変化する。
【００１９】
つまり本例の磁気抵抗素子２は、磁界方向に対する出力特性が図３（ｂ）に示すように正弦波（位相が１８０度）の出力波形をとるように磁気抵抗体６の配置パターンが設定されている。よって図３（ａ）に示すように、この磁気抵抗素子２を用いたときの出力電圧は、磁気抵抗素子２の左右対称の基準となる基準線としての中心線Ｌと同一方向（同図の矢印ｘ方向）の磁界を素子面２ａで検知するとほぼ「０」となる。
【００２０】
さらに磁気抵抗素子２の出力電圧は、中心線Ｌを基準として略−４５度傾く方向（同図の矢印ｙ方向）の磁界を検知すると最小となり、他方、中心線Ｌを基準として略＋４５度傾く方向（同図の矢印ｚ方向）の磁界を検知すると最大となる特性を有している。そして図１に示すように、磁気抵抗素子２はその中心線Ｌがストローク方向Ｓに対して略４５度傾斜するように配置されている。
【００２１】
次に前記のように構成された位置検出センサの作用を説明する。
図２は、磁石のストロークに応じて磁気抵抗素子から出力される電圧の出力波形である。シートベルトの取付金具のバックルへの取付動作に伴って、磁石４は可動部材５に押されてストローク方向Ｓに移動し、磁気抵抗素子２から出力される出力電圧の波形は図２に示す出力波形をとる。つまり出力電圧は、ストローク初期では最大値をとり、磁石４がストローク方向に移動するに連れて徐々に低下し、ストローク最大時付近で最小値をとる。そして、出力電圧が「０」以下となるときに検出オン（図２のＰ点）として設定する。
【００２２】
従って出力波形は、出力電圧が一旦「０」以下の領域になったら、その「０」以下の電圧値の状態を維持する波形をとることになる。このため、磁気抵抗素子２や磁石４の製造ばらつき、または磁石４とＩＣパッケージ３の間に組付ばらつき等によって、出力波形が同図の二点鎖線に示すように横軸方向でシフトしても、検出オフとなることはない。よって、検出オンの必要がある位置で検出オフになる不具合は生じなくなり、上記した製造ばらつきや組付ばらつきがあっても位置検出センサ１の誤検出が防止される。
【００２３】
また図４に示すように、磁石４のストローク側に、例えば鉄等からなる磁性体７を取付け、この磁性体７を磁石４と一体に移動させることも可能である。この場合、磁性体７によって磁石４から放射される磁束の集磁効果が高まるので、位置検出センサ１の検出感度が向上する。
【００２４】
従って、この実施形態では以下のような効果を得ることができる。
（１）本例の位置検出センサ１では、磁石と磁気抵抗素子の配置関係によって、磁気抵抗素子２の出力値が一旦「０」となった後の立上がり特性（波形の傾き）の変化割合が緩くなるようにし、検出オンとして設定された電圧値「０」にその出力値が復帰し難くなるようにしている。よって、位置検出センサ１を構成する各部品の製造ばらつきや組付ばらつきによって出力波形が横軸方向にシフトしても検出オフせず、その製造ばらつきや組付ばらつきに関係なく誤検出を防止できる。
【００２５】
（２）ストローク初期では素子面２ａ上を＋４５度の磁界が通過し、ストローク最大時では−４５度の磁界が通過するように、磁気抵抗素子２をその中心線Ｌがストローク方向Ｓに対して略４５度傾斜するように配置した。よって、ストローク初期と最大時の間の出力電圧の値の差が相対的に大きくなって、出力波形の波形特性が良くなるので、例えばノイズ等の外乱が生じても誤検出が生じ難くなる。
【００２６】
（３）磁石４に磁性体７を取付けた場合、その磁性体７によって磁石４から発生する磁界の集磁効果が高まるので、位置検出センサ１の検出感度を向上することができる。
【００２７】
なお、実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように変更してもよい。
・本例のタイプの磁気抵抗素子２を用い、その磁気抵抗素子２を磁石４のストローク方向Ｓに対して略４５度で傾斜させることによって図２に示す電圧の出力波形を得ることに限定されない。要するに、磁気抵抗素子（磁気検知手段）からの出力波形が磁石の移動に連れて図２に示す波形となるように、使用する磁気抵抗素子や磁石の磁極の向きは適宜設定できる。
【００２８】
・磁気抵抗素子２のストローク方向Ｓに対する傾斜角度は４５度に限定されず、例えば４０度〜５０度の略４５度の範囲内で許容を持たすこともできる。また、傾斜角度は略４５度にも限定されず、磁気抵抗素子２は非直角で傾斜していればよい。
【００２９】
・磁気抵抗素子２の傾斜する向きは、図１の右側向きに代えて、同図の左側に傾斜させてもよい。この場合の出力波形は、磁石をストロークするに連れて出力電圧の値が徐々に大きくなる波形をとることになるが、出力波形がシフトしても検出オフすることは防止できる。
【００３０】
・検出オンとして設定された設定値は磁気抵抗素子２による出力電圧が「０」のときに限定されず、「０」以外の電圧値を検出オンの設定値として設定してもよい。また、出力電圧が「０」のときに検出オフとなるように設定してもよい。
【００３１】
・集磁効果を高めるために磁性体７を用いる場合、その磁性体７の材質は鉄に限定されず、例えばニッケル、コバルト等を使用してもよい。また、例えばニッケルを用いる場合、樹脂材料の表面にニッケルを塗布したものを磁性体として使用することもできる。
【００３２】
・ＩＣパッケージ３に対して磁石４を動かす構造としたが、これとは逆に、磁石４に対してＩＣパッケージ３を動かすようにしてもよい。また、可動部材５に磁石４を固定し、磁石４と可動部材５を一体に移動可能としてもよい。
【００３３】
・本例の位置検出センサ１は、車載用シートベルトのバックルスイッチに適用されることに限定されない。例えば、シートベルト以外の車載用機器に位置検出センサ１を用いてもよく、さらに車載用以外の他の装置（機器）にも用いてもよい。
【００３４】
前記実施形態及び別例から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
（１）請求項１〜３に記載の位置検出センサは、車載用シートベルト装置に使用されている。この場合、車載用シートベルト装置に用いた位置検出センサにおいて、そのセンサを構成する各部品に製造ばらつきや組付ばらつきがあっても誤検出を防止できる。
【００３５】
（２）請求項１〜３において、前記磁気検知手段の出力値が所定の検値として設定された設定値を超えた後に、当該磁気検知手段の前記出力波形が傾きの変化割合の緩い波形をとるように、前記磁石と磁気検知手段の間には少なくとも互いに向き関係が設定されている。
【００３６】
（３）請求項１〜３において、前記磁気検知手段の出力値が所定の検値として設定された設定値を超えた後に、当該磁気検知手段の前記出力波形が傾きの変化割合の緩い波形をとるように、当該磁石と磁気検知手段の間には互いに向き及び位置関係が設定されている。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、磁石と磁気検知手段の間に設定された配置関係によって、所定の設定値を超えた後の出力値が当該設定値に戻り難くなるように、前記出力波形の出力値の変化割合を相対的に緩やかにしたので、センサを構成する部品に製造ばらつきや組付けばらつきがあって出力波形がシフトしても、誤検出を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態における位置検出センサの構成図。
【図２】磁気抵抗素子により出力される出力波形図。
【図３】磁界角度に対する磁気抵抗素子の出力特性を説明するための図であり、（ａ）は磁気抵抗素子の平面図、（ｂ）は磁界角度に対する出力波形である。
【図４】磁性体を有するときの位置検出センサの構成図。
【図５】従来における位置検出センサの構成図。
【図６】同じく磁気抵抗素子により出力される出力波形図。
【符号の説明】
１…位置検出センサ、２…磁気検知手段としての磁気抵抗素子、２ａ…検知面としての素子面、４…磁石、６…磁気抵抗体、７…磁性体、Ｌ…基準線としての中心線。

Claims

磁石と、当該磁石の磁界を検知してその磁界の向きに応じて抵抗値が変化する磁気検知手段とを備え、前記磁石と磁気検知手段のうち一方が他方に対して所定のストローク範囲内で相対移動可能に設けられた位置検出センサであって、
前記磁石は、その磁極の向きが相対移動方向と略直交する向きとなるように配置され、前記磁気検知手段は、磁気抵抗体を複数備えるとともに、当該磁気抵抗体の配置パターンから決まるその磁界方向の変化に対する出力波形の特性が正弦波形をとるものであり、
前記磁気検知手段は、その出力値がほぼ零となる磁界の向きと同一方向に延びる検知面上の基準線が、前記相対移動方向に対して略４５度で傾斜するように配置され、前記相対移動に伴って前記ストローク範囲において出力値が設定値に到達して検出オンとなった後、該相対移動が継続されても前記検出オンの設定値を超えない出力波形をとることを特徴とする位置検出センサ。
前記磁気検出手段は、前記相対移動方向に対して直行する方向において、前記磁石の隣に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出センサ。
前記磁石は前記磁気検知手段に対して相対移動可能に設けられ、前記磁石の相対移動方向側には磁性体が当該磁石と一体に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出センサ。