JP4717740B2 - レンジ判定装置、およびそのレンジ判定装置を用いた自動変速機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動変速機のレンジの選択に応じて相対移動する磁石と極性センサとを用いてレンジを判定するレンジ判定装置、レンジ判定装置の製造方法、およびそのレンジ判定装置を用いた自動変速機制御装置に関する。

固定部にホール素子を設け、相対移動方向の少なくとも１箇所で極性が反転している磁石を可動部に設け、固定部側に設けられているホール素子で磁石の対面する領域の極性を検出することにより可動部の位置を検出し、検出結果に基づいて自動変速機のレンジを判定するレンジ判定装置（インヒビタスイッチ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、このようなインヒビタスイッチでは、高い検出精度を確保するためには極性が反転している境界における磁束密度の変化勾配をできるだけ大きく設定することが望ましい。この場合、磁束密度の大きい磁石を用いると磁束密度の変化勾配を大きくすることができる。しかしながら、一般に磁束密度の大きい磁石は高コストであり、コストの制約からそのような磁石を用いることができず、高精度を確保することが困難であった。

独国特許発明第ＤＥ２０３２０７４２Ｕ１号明細書

本発明は、上述の問題に鑑みて創作されたものであって、低コストで検出精度の高いレンジ判定装置、レンジ判定装置の製造方法、およびそのレンジ判定装置を用いた自動変速機制御装置を提供することを目的とする。

請求項１〜７に記載の発明によると、第１磁石の境界近傍の磁束密度の変化勾配を増大させる位置に磁性体を設ける。磁性体は、極性センサの検出範囲領域外に設けられている。磁石には、磁性体を近づけると磁界が強くなって磁束密度が増大するという性質がある。従って、磁束密度が増大する位置に磁性体を設けることにより、第１磁石の境界近傍の磁束密度を増大させることができる。第１磁石の境界近傍の磁束密度を増大させると、当該境界近傍における磁束密度の変化勾配が大きくなるので、境界の位置を高精度で検出でき、レンジ判定装置の検出精度が向上する。よって請求項１〜８に記載の発明によると、磁束密度の大きい高価な第１磁石を用いる必要がなく、レンジ判定装置の検出精度を低コストで向上できる。

請求項４に記載の発明によると、磁性体を第１磁石に密接させない場合に比べて第１磁石の境界近傍の磁束密度をより増大できるので、レンジ判定装置の検出精度をより向上できる。

請求項５に記載の発明によると、磁性体として第２磁石を用いるので、磁化されていない磁性体を用いる場合に比べて第１磁石の境界近傍の磁束密度をより増大でき、レンジ判定装置の検出精度をより向上できる。

請求項６に記載の発明によると、第２磁石が境界に接しない場合に比べて第１磁石の境界近傍の磁束密度をより増大できるので、レンジ判定装置の検出精度をより向上できる。

請求項８に記載の発明によると、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレンジ判定装置を備えるので、レンジを低コストで精度よく判定できる。

以下、本発明の実施の形態を複数の実施形態に基づいて説明する。各実施形態において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付されたほかの実施形態の構成要素と対応する。尚、以下の説明では「自動変速機」を「ＡＴ」、「電子制御ユニット」を「ＥＣＵ」と略記する。

（第１実施形態）
図２は、本発明の一実施形態に係るＡＴ制御装置１０、およびＡＴ制御装置１０に組み付けられているスプール１１を駆動するディテント機構１２を示す模式図である。
始めに、ＡＴ制御装置１０について説明する。
ＡＴ制御装置１０は車輌に搭載されている図示しないＡＴを制御する装置であって、ハウジング１３、図示しないＡＴ制御ＥＣＵ、ハウジング１３に収容されている複数の図示しない電磁弁、ハウジング１３に収容されている図示しないマニュアル弁、本発明の一実施形態に係るレンジ判定装置としてのインヒビタスイッチ１４などを有している。

ハウジング１３に収容されているマニュアル弁は軸方向に往復移動可能なスプール１１を有している。スプール１１は挿入口１５から挿入されてハウジング１３内でマニュアル弁の弁本体に挿入されている。ＡＴには例えば前進（Ｄ）レンジ、後進（Ｒ）レンジ、駐車（Ｐ）レンジ、および中立（Ｎ）レンジが用意されており、Ｄレンジにおける変速段が例えば４段用意されている。スプール１１が軸線Ａｖ方向に移動するとスプール１１の移動位置（レンジ位置）に応じてＡＴ内の油路に加わる油圧が切り替わり、シフトレンジが切り替わる。マニュアル弁は特許請求の範囲に記載の「レンジ切替手段」に相当する。図示するようにスプール１１には軸線Ａｖ方向に対して垂直に突出する円柱状の出力軸１６が設けられている。

ＡＴ制御装置１０を構成する図示しないＡＴ制御ＥＣＵは各電磁弁を電気的に制御することによりＡＴの各摩擦要素に加わる油圧を増減し、摩擦要素の締結および開放を切り替える。摩擦要素の締結および開放が切り替わることによりＤレンジにおける変速段が切り替わる。

次に、ディテント機構１２について説明する。
ディテント機構１２は、図示しないアクチュエータ、コントロールロッド１７、ディテントプレート１８などで構成されている。
コントロールロッド１７は、スプール１１の軸線Ａｖに対して直交する姿勢で配置されている。コントロールロッド１７にはディテントプレート１８が一体となって回動するように固定されている。コントロールロッド１７にはレンジ選択レバーが機械的に接続されており、運転者が図示しないレンジ選択レバーでレンジを選択すると機械的接続により、選択されたレンジに応じた角度までコントロールロッド１７が軸周りに回動する。

ディテントプレート１８はほぼ扇形をなす板状に形成されている。図示するようにディテントプレート１８には盤面に対して垂直に突出する円柱状の出力軸１９が設けられている。出力軸１９はスプール１１の一端に形成されている溝２０に係合されており、ディテントプレート１８の回動運動をスプール１１の直線運動に変換する。

また、図示するようにディテントプレート１８にはその円弧状の外周部に複数の凹部２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄが形成されている。これら複数の凹部はそれぞれ特定のレンジ位置に対応して形成されている。これら複数の凹部は図示しないローラに選択的に係合し、ディテントプレート１８に回動駆動力が作用していないとき、スプール１１はローラがいずれかの凹部に係合することにより当該凹部に対応するレンジ位置で定位する。

次に、インヒビタスイッチ１４について説明する。
インヒビタスイッチ１４は、図２に示す固定体２２、可動体２３および複数のホール素子２６、並びに図１に示す複数の第１磁石２４および複数の第２磁石２５、並びに図３に示す回路部２７を有している。
保持部材としての可動体２３は、平板状の可動体ベース２３ａと、スプール１１の出力軸１６が挿入される環状のリブ２３ｂとで構成されている。可動体ベース２３ａはスプール１１の軸線Ａｖに対して略平行に配置されており、スプール１１の出力軸１６に駆動されて軸線Ａｖ方向に往復移動する。可動体ベース２３ａには図１に示すように複数の第１磁石２４と複数の第２磁石２５が埋設されている。

図１は、第１磁石２４および第２磁石２５を示す模式図である。ここでは３つの第１磁石２４が設けられている場合を例を示している。各第１磁石２４は極性が紙面水平方向に図１の如く遷移するように形成されている。第２磁石２５は第１磁石２４の極性が反転する境界近傍に配置されている。
図２に示すように、固定体２２は、平板状の固定体ベース２２ａ、上側案内レール２２ｂ、および下側案内レール２２ｃからなる。固定体ベース２２ａは可動体ベース２３ａの盤面に対して略平行に配置されている。可動体２３は上側案内レール２２ｂおよび下側案内レール２２ｃに案内され、固定体２２に対してスプール１１の軸線Ａｖ方向に相対移動する。固定体ベース２２ａには極性センサとしての３つのホール素子２６ａ、２６ｂおよび２６ｃが埋設されている。各ホール素子はそれぞれ互いに異なる第１磁石２４の対面する領域の極性を検出する。

図３は、ホール素子２６ａ、２６ｂおよび２６ｃと、レンジ判定手段としての回路部２７とを示す模式図である。回路部２７はＡＴ制御装置１０の所定の位置に固定されている。ホール素子２６ａ、２６ｂおよび２６ｃは回路部２７に電気的に接続されている。ホール素子２６ａ、２６ｂおよび２６ｃは非接触式の極性センサであり、第１磁石２４の対面する領域の極性がＳ極となるときその磁気作用を受けてオフ電圧を回路部２７に出力し、また当該極性がＮ極となるときその磁気作用を受けてオン電圧を回路部２７に出力する。

次に、第１磁石２４および第２磁石２５の詳細について説明する。
図４（Ａ）は、図１において破線２８で示す部分を図１のＸ方向からみた模式図である。図４（Ａ）においてα方向は第１磁石２４とホール素子２６との相対移動方向を示している。第１磁石２４は相対移動方向に直線状に延伸している。

第１磁石２４は、少なくとも相対移動方向の１箇所で極性が反転している。例えば、第１磁石２４のホール素子２６と向き合う対抗面側の極性について見ると、極性が反転している境界３０の左側の極性はＳ極であり、右側の極性はＮ極である。
また、第１磁石２４の極性は、ホール素子２６と向き合う対抗面側とホール素子２６に対して対抗面の反対側とで極性が反転している。例えば、境界３０の左側の極性についてみると、対抗面３１側の極性はＳ極であり、対抗面３１の反対側の極性はＮ極である。

図４（Ａ）に示すように、各第２磁石２５は境界３０を挟んで相対移動方向の少なくともいずれか一方に設けられている。例えば第２磁石２５ａは境界３０を挟んで左側に設けられており、第２磁石２５ｂは境界３０を挟んで右側に設けられている。
また、図４（Ａ）に示すように、各第２磁石２５はホール素子２６と向き合う対抗面側とホール素子２６に対して対抗面の反対側とで第１磁石２４と極性が反転している。例えば第２磁石２５ａの場合、ホール素子２６と向き合う対抗面３３側の極性はＮ極であり、ホール素子２６に対して対抗面３３の反対側の極性はＳ極である。この反転の仕方は、第１磁石２４の境界３０を挟んで左側の部分の極性の反転の仕方と逆である。第１磁石２４の境界３０を挟んで左側の部分は対抗面３１側の極性がＳ極であるのに対し、第２磁石２５ａは対抗面３３側の極性がＮ極である。一方、第１磁石２４はホール素子２６に対して対抗面３１の反対側の極性がＮ極であるのに対し、第２磁石２５ａはホール素子２６に対して対抗面３３の反対側の極性がＳ極である。

図４（Ｂ）は、図１において破線で示す部分を拡大して示す模式図である。仮想直線３５は、相対移動方向に沿った移動軸線（図４（Ａ）のα方向に延びる軸線）と直交し第１磁石２４の対抗面に沿った方向を示している。第２磁石２５は第１磁石２４に対して仮想直線３５で示す方向に設けられている。なお、第２磁石を仮想直線３５で示す方向のいずれか一方にのみ設けるようにしてもよい。

次に、ホール素子２６の検出範囲について図１に基づいて説明する。
例えばホール素子２６ａの場合、図１に示す仮想直線３６と３７とで挟まれる範囲が検出範囲である。ホール素子の仮想直線３５方向（図４（Ｂ）参照）の検出範囲は、第１磁石２４の仮想直線３５方向の幅と等しいかそれより狭い。ホール素子２６ｂおよび２６ｃについても同様である。従って、全ての第２磁石２５はホール素子２６の検出範囲外に設けられている。

次に、インヒビタスイッチ１４の作動について説明する。
図５は、ホール素子２６ａ、２６ｂおよび２６ｃの出力の組み合わせに対応するレンジ位置を示す模式図である。運転者がレンジ選択レバーを操作してコントロールロッド１７を回動すると、スプール１１が軸線Ａｖ方向に移動し、スプール１１のレンジ位置が切り替わる。ホール素子２６ａ、２６ｂおよび２６ｃの検出信号の組み合わせはスプール１１のレンジ位置に応じて変化するので、回路部２７はホール素子２６ａ、２６ｂおよび２６ｃの検出信号の組み合わせに基づいて図５に示すようにレンジ位置を判定し、判定したレンジ位置を表す出力信号を制御ＥＣＵに出力する。

図６は、第２磁石２５がある場合の磁束密度の変化を第２磁石２５がない場合と対比して示すグラフである。図６に示すグラフの横軸は第１磁石２４の相対移動方向、縦軸は相対移動方向の各位置において検出される磁束密度を表している。縦軸の＋方向にいくほど磁束の磁束密度が増大することを示しており、縦軸の−方向にいくほど逆向きの磁束の磁束密度が増大することを示している。図６において破線３８は第２磁石２５がない場合の磁束密度、実線３９は第２磁石２５がある場合の磁束密度を示している。

ＯＮ線はホール素子２６ａにおいてＳ極からＮ極への変化が検出される基準線である。ホール素子２６ａがＰ−Ｒレンジ側からＲレンジ側に相対移動すると、ある位置で磁束密度がＯＮ線を超え、ＯＮ線を超えた位置でホール素子２６ａから回路部２７にオン電圧が出力される。一方、ホール素子２６ａがＲレンジ側からＰ−Ｒレンジ側に相対移動すると、ある位置で磁束密度がＯＦＦ線を超え、ＯＦＦ線を超えた位置で回路部２７にオフ電圧が出力される。

第２磁石２５がない場合のＯＦＦ線に達する位置をＶとし、ＯＮ線に達する位置をＷとする。極性が反転する境界の位置は位置Ｖと位置Ｗとの概ね中間点であるが、図示するように位置Ｖおよび位置Ｗは中間点から離間している。中間点から離間しているということは、位置Ｖおよび位置Ｗが実際の境界から離間していることを意味し、検出精度が低いことを意味する。

検出精度を向上するには、位置Ｖと中間点との間隔、並びに位置Ｗと中間点との間隔がそれぞれ短くなるようにすればよい。中間点との間隔を短くするには、境界近傍における磁束密度の変化勾配を大きくすればよい。磁束密度の変化勾配を大きくすると、中間点に近い位置Ｖ’およびＷ’で磁束密度がＯＦＦ線およびＯＮ線に達するからである。

第１実施形態では、第１磁石２４の境界近傍に磁性体を設けることによって境界近傍における磁束密度の変化勾配を大きくしている。磁石には磁性体を近づけると磁界が強くなるという性質があり、磁束密度は磁界の強さに比例するので、磁性体を設けることによって磁束密度を増大でき、それにより磁束密度の変化勾配を大きくできるからである。
境界近傍に磁性体を設ける場合、軟鉄片などの磁化されていない磁性体よりも磁化されている磁性体、すなわち第２の磁石を設ける方が磁束密度はより増大する。第２の磁石を設ける場合、例えば相対移動方向αに沿った移動軸線と直交し第１磁石２４のホール素子２６と向き合う対抗面３１側に沿った方向、且つ境界３０を挟んで相対移動方向αの一方の側に設け、対抗面３１側とホール素子２６に対して対抗面３１の反対側とで第１磁石２４と極性を反転させることにより、第１磁石２４の境界近傍の磁束密度を増大させることができる。第２磁石２５ａはこれらの要件を全て満たすようにして設けられているので、第１磁石２４の境界近傍の磁束密度を増大させることができる。第２磁石２５ａ以外の他の第２磁石２５についても同様である。

第２磁石２５を設けない場合のＯＦＦ線とＯＮ線との間隔をΔＳとし、第２磁石２５を設けた場合の間隔をΔＳ’とすると、図示するようにΔＳ’はΔＳより短くなるので、第２磁石２５を設けない場合に比べて境界近傍における磁束密度の変化勾配が大きくなる。これにより、ＯＦＦ線に達する位置と中間点との間隔、およびＯＮ線に達する位置と中間点との間隔が短くなり、検出精度が向上する。

次に、第１磁石２４を可動体ベース２３ａに組み付ける工程について説明する。ここでは第１磁石２４に着磁してから可動体ベース２３ａに組み付ける方法と、第１磁石２４を可動体ベース２３ａに組み付けてから着磁する方法とについて説明する。
図７（Ａ）は、第１磁石２４に着磁してから可動体ベース２３ａに組み付ける方法を説明するための模式図である。この方法では着磁前の第１磁石２４の一端を基準位置にして各極性の着磁対象領域を決定し、各着磁対象領域に着磁した第１磁石２４を可動体ベース２３ａに組み付ける。

ただし、この方法では可動体ベース２３ａに第１磁石２４を組み付ける際の組み付け誤差によって図示するように第１磁石２４の各極性の位置が本来それら各極性があるべき位置からずれてしまう可能性がある。各極性の位置がずれてしまうとインヒビタスイッチ１４がレンジ位置を誤判定してしまうことになる。従って、図７（Ｂ）に示す方法で組み付けることが望ましい。

図７（Ｂ）は、第１磁石２４を可動体ベース２３ａに組み付けてから着磁する方法を説明するための模式図である。この方法では着磁前の第１磁石２４を可動体ベース２３ａに組み付けた後、可動体ベース２３ａの一端を基準位置にして各極性の着磁対象領域を決定する。可動体ベース２３ａの一端を基準にして各極性の着磁対象領域を決定すると、可動体ベース２３ａに対する第１磁石２４の組付け位置にずれがあったとしても、可動体ベース２３ａに対する各極性の位置はずれない。これにより可動体ベース２３ａに対する各極性の絶対的な位置のずれを低減できるとともに、複数ある第１磁石２４においてある第１磁石２４のある極性の位置と別の第１磁石２４のある極性の位置との相対的な位置ずれについても低減できる。これにより、レンジを更に高精度に検出できる。

図７（Ａ）および図７（Ｂ）では第１磁石２４を例に説明したが、第２磁石２５についても同様である。第２磁石２５を可動体ベース２３ａに組み付けてから着磁する方法は第１磁石２４の場合と実質的に同一であるため詳細な説明は省略する。

以上説明した本発明の第１実施形態に係るインヒビタスイッチ１４によると、第２磁石２５を設けることにより、第１磁石２４の境界近傍の磁束密度が増大するので、境界近傍における磁束密度の変化勾配が大きくなる。よってインヒビタスイッチ１４によると、磁束密度の大きい高価な磁石を第１磁石２４として用いる必要がなく、インヒビタスイッチ１４の検出精度を低コストで向上できる。

また、本発明の第１実施形態に係るインヒビタスイッチ１４の製造方法によると、第１磁石２４および第２磁石２５を可動体ベース２３ａに組み付けてから着磁するので、可動体ベース２３ａに対する第１磁石２４および第２磁石２５の位置にずれが生じたとしても、可動体ベース２３ａに対する各極性の位置はずれない。よって、レンジを更に高精度に検出できる。

なお、第１実施形態では第１磁石２４の一つの境界について４つの第２磁石２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄを設けているが、一つの境界について設ける第２磁石の数は１つ、２つあるいは３つでもよい。ただし、検出精度をより向上させるには、第１実施形態のように一つの境界について第２磁石２５を４つ設けることが望ましい。
また、第１実施形態では第２磁石２５ａと２５ｂとが別体である場合を例に説明したが、第２磁石２５ａと２５ｂとを一体に構成し、境界３０を挟んで互いに逆極性になるように着磁してもよい。第２磁石２５ｃと２５ｄとについても同様である。

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係るインヒビタスイッチ４０の模式図である。第２実施形態では第１磁石２４はディテントプレート１８に設けられている。図８ではホール素子２６ａ、２６ｂおよび２６ｃを省略しているが、それらは各第１磁石２４に対応する位置に固定される。第１磁石２４はホール素子２６に対する相対移動方向に円弧状に延伸している。第１磁石２４の左右には第２磁石２５が配置されている。

前述したようにディテントプレート１８はコントロールロッド１７の回動運動をスプール１１の直線運動に変換する機構であり、ディテントプレート１８の回動角度とスプール１１の直線移動量とは１対１に対応する関係にある。従って、図８に示すようにディテントプレート１８に第１磁石２４を設けてレンジを判定することもできる。

（第３実施形態）
図９（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る磁性体５０を示す模式図である。ここで図９（Ａ）は図４（Ａ）と同方向から見た図であり、図９（Ｂ）は図４（Ｂ）と同方向から見た図である。磁性体５０は例えば磁化されていない軟鉄片である。磁性体５０は図示するように境界３０を跨ぐように設けられている。磁化されていない磁性体を用いる場合は図示するように磁性体が境界３０を跨ぐように設けてもよい。

（第４実施形態）
図１０（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第４実施形態に係る磁性体５１を示す模式図である。ここで図１０（Ａ）は図４（Ａ）と同方向から見た図であり、図１０（Ｂ）は図４（Ｂ）と同方向から見た図である。磁性体５１は例えば磁化されていない軟鉄片である。磁性体５１は境界３０を跨ぐように設けられている。また、磁性体５１は図示するように第１磁石２４を挟んでホール素子２６ａとは逆側に設けられている。

第３実施形態および第４実施形態に示すように、磁化されていない磁性体を用いる場合は前述した第２磁石２５を用いる場合に比べて磁性体をより自由な位置に配置できる。
なお、本発明は上記複数の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の一実施形態に係る第１磁石および磁性体の模式図。 本発明の一実施形態に係るＡＴ制御装置及びディテント機構の模式図。 本発明の一実施形態に係る極性センサ及びレンジ判定手段の模式図。 （Ａ）は図１において破線で示す部分を図１のＸ方向からみた模式図、（Ｂ）は破線で示す部分の拡大図。 本発明の一実施形態に係るレンジの判定を示す模式図。 本発明の一実施形態に係る磁束密度のグラフを示す模式図。 （Ａ）は本発明の一実施形態に係る第１磁石に着磁してから組み付ける模式図、（Ｂ）は組み付けてから着磁する模式図。 本発明の一実施形態に係るレンジ判定装置の模式図。 本発明の一実施形態に係る磁性体の模式図。 本発明の一実施形態に係る磁性体の模式図。

符号の説明

１０ 自動変速機制御装置、１４ インヒビタスイッチ（レンジ判定装置）、２３ 可動体（保持部材）、２４ 第１磁石、２５ 第２磁石（磁性体）、２６ ホール素子（極性センサ）、２７ 回路部（レンジ判定手段）、４０ インヒビタスイッチ（レンジ判定装置）、５０ 磁性体、５１ 磁性体

Claims (8)

1. 極性センサと、
   自動変速機のレンジの選択に応じて前記極性センサに対して相対移動自在に配置され、少なくとも相対移動方向の１箇所で極性が反転している第１磁石と、
   相対移動に応じて前記極性センサが検出する前記第１磁石の極性の検出信号に基づいてレンジを判定するレンジ判定手段と、
   前記相対移動方向において極性が反転している前記第１磁石の境界近傍の磁束密度の変化勾配を増大させる位置に設けられている磁性体と、
   を備え、
   前記磁性体は、前記極性センサの検出範囲領域外に設けられていることを特徴とするレンジ判定装置。
2. 前記第１磁石は前記相対移動方向に直線状に延伸している請求項１に記載のレンジ判定装置。
3. 前記第１磁石は前記相対移動方向に円弧状に延伸している請求項１に記載のレンジ判定装置。
4. 前記磁性体は前記第１磁石に密接して設けられている請求項１、２又は３に記載のレンジ判定装置。
5. 前記第１磁石は、前記極性センサと向き合う対抗面側と前記極性センサに対して前記対抗面の反対側とで極性が反転しており、
   前記磁性体は第２磁石であり、前記相対移動方向に沿った移動軸線と直交し前記対抗面に沿った方向の少なくともいずれか一方に、且つ前記境界を挟んで前記相対移動方向の少なくともいずれか一方に設けられており、前記極性センサと向き合う対抗面側と前記極性センサに対して前記対抗面の反対側とで前記第１磁石と極性が反転している請求項１〜４のいずれか一項に記載のレンジ判定装置。
6. 前記第２磁石は前記境界に接して設けられている請求項５に記載のレンジ判定装置。
7. 前記極性センサはホール素子である請求項１〜６のいずれか一項に記載のレンジ判定装置。
8. 自動変速機のレンジを切り替えるレンジ切替手段と、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載のレンジ判定装置と、
   を備える自動変速機制御装置。

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