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1. (WO2018123277) POSITION SENSOR AND SHIFT LEVER DEVICE
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明 細 書

発明の名称 ポジションセンサ及びシフトレバー装置

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014  

発明の効果

0015  

図面の簡単な説明

0016  

発明を実施するための形態

0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036  

符号の説明

0037  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7  

図面

1   2   3   4  

明 細 書

発明の名称 : ポジションセンサ及びシフトレバー装置

技術分野

[0001]
 本発明は、磁界を発生させる磁石と、その磁石による磁気の傾きを検出する磁気検出部とを用いて操作部材の操作ポジションを検出するポジションセンサ及びそのポジションセンサを備えるシフトレバー装置に関する。

背景技術

[0002]
 特許文献1には、車両変速機の接続状態を切り替えるために操作されるシフターに適用されたポジションセンサが開示されている。特許文献1のポジションセンサは、車体に固定されたジョイントボールに磁石が設けられ、そのジョイントボールの形状に合致する球面状の切欠を有するハウジングに磁気検出部が設けられている。そして、ハウジングに取付固定されたシフトレバーが操作されると、ハウジングがジョイントボールを中心に旋回し、磁気検出部による検出信号に基づき、シフトレバーの操作ポジションが検出される。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特表2008-520484号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 いわゆるバイワイヤ方式のシフターには超小型化のニーズがあり、しかも、シフトレバーの操作角が大きくても10°と非常に小さく、その傾きの変化量を精度高く検出することが要求される。この要求を満たすためには、遊び等から発生するガタとシフトレバーの傾きとを正確に識別できるような工夫が必要となる。
[0005]
 本発明の目的は、検出精度の向上を可能にしたポジションセンサ及びシフトレバー装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0006]
 一実施形態において、ポジションセンサは、磁界を発生させる磁石と、その磁石に対向して配置され同磁石による磁気の傾きを検出する磁気検出部とを備え、操作部材の自動或いは手動の操作に伴って前記磁石及び前記磁気検出部が相対的に変位するとともに、前記磁気検出部による検出信号に基づき、前記操作部材の操作ポジションを検出するポジションセンサにおいて、前記磁石として、前記操作部材の複数方向の操作軸を形成する支持構造の回転中心に平行磁界を発生させるために対向に配置された2つの磁石を備え、その対向に配置された前記2つの磁石の間に前記磁気検出部を有することをその要旨としている。
[0007]
 この構成によれば、支持構造の回転中心に平行磁界が確保されるため、支持構造にガタが発生しても影響を受けず、いわゆるロバスト性が高くなる。したがって、検出精度を向上できる。
[0008]
 上記ポジションセンサについて、対向に配置された前記2つの磁石それぞれに、平行磁界の範囲を広くすることを目的とした凹形状を設けたこととしてもよい。
 この構成によれば、平行磁界が広い範囲で確保されるため、基板の上下に磁気検出部を実装しても影響を受けない。したがって、冗長性を確保しやすい。
[0009]
 上記ポジションセンサについて、前記2つの磁石それぞれの前記凹形状を、前記支持構造の回転中心を通る平面に関して面対称に配置したこととしてもよい。
 この構成によれば、凹形状の配置を工夫することで、支持構造の回転中心を含む広い範囲に平行磁界を確保できる。
[0010]
 上記ポジションセンサについて、対向に配置された前記2つの磁石それぞれの対向面全面にわたって前記凹形状を設けたこととしてもよい。
 この構成によれば、2つの磁石それぞれの対向面の範囲において、支持構造の回転中心から、より広範囲に広がる平行磁界を形成できる。
[0011]
 上記ポジションセンサについて、前記2つの磁石間の中央位置に前記磁気検出部を有することとしてもよい。
 この構成によれば、平行磁界を最も確保しやすい位置に磁気検出部を設けることで、検出精度を向上できる。
[0012]
 上記ポジションセンサについて、前記2つの磁石間の中央位置に設けられた基板の上下に前記磁気検出部を実装したこととしてもよい。
 この構成によれば、平行磁界を最も確保しやすい位置に複数の磁気検出部を集約することで、冗長性を確保しやすい。
[0013]
 一実施形態において、シフトレバー装置は、複数方向に操作される操作部材としてのシフトレバーと、磁界を発生させる磁石と、その磁石に対向して配置され同磁石による磁気の傾きを検出する磁気検出部とを備え、前記操作部材の自動或いは手動の操作に伴って前記磁石及び前記磁気検出部が相対的に変位するとともに、前記磁気検出部による検出信号に基づき、前記操作部材の操作ポジションを検出するポジションセンサとを備えるシフトレバー装置において、前記ポジションセンサは、前記磁石として、前記操作部材の複数方向の操作軸を形成する支持構造の回転中心に平行磁界を発生させるために対向に配置された2つの磁石を備え、その対向に配置された前記2つの磁石の間に前記磁気検出部を有することをその要旨としている。
[0014]
 この構成によれば、支持構造の回転中心に平行磁界が確保されるため、支持構造にガタが発生しても影響を受けず、いわゆるロバスト性が高くなる。したがって、検出精度を向上できる。

発明の効果

[0015]
 本発明によれば、検出精度を向上できる。

図面の簡単な説明

[0016]
[図1] (a)はセンサ全体のイメージ斜視図、(b)は断面斜視図、(c)は正断面図。
[図2] 磁石を対向させない場合における測定範囲の磁界角度の分布図。
[図3] 磁石を対向させた場合における測定範囲の磁界角度の分布図。
[図4] 凹形状を設ける場合における測定範囲の磁界角度の分布図。

発明を実施するための形態

[0017]
 以下、ポジションセンサ及びシフトレバー装置の一実施の形態について説明する。本例のポジションセンサは、ジョイスティック型の超小型シフターに適用される。
 図1(a)~(c)に示すように、シフトレバー装置の一例であるシフター1は、ユーザによって操作されるシフトレバー2(操作部材)と玉軸3(支持構造の一例であるボールジョイント)とを両者一体で備え、玉軸3がその形状に合致する球面状の切欠を有するハウジング(図示略)によって該玉軸3の中心を回転中心として旋回可能に支持されている。尚、ハウジングには、シフトレバー2を案内するゲートが形成され、シフトレバー2は、ゲートに沿って最大で約10°だけ傾けることが可能となっている。
[0018]
 例えば、シフトレバー2は、当該ゲートに沿って、車両前後方向(フロアタイプのシフターの場合)又は車両上下方向(コラムタイプのシフターの場合)に一致するシフト方向及び車幅方向(フロアタイプとコラムタイプのシフターに共通)に一致するセレクト方向への操作が許容される。そのうちシフト方向への操作は、第1の直線に沿った操作及びその第1の直線に平行な第2の直線に沿った操作が許容される。そして、上記第1の直線上には、リバース(R)ポジション、ニュートラル(N)ポジション、ドライブ(D)ポジションといった3つの操作ポジションが設定されるとともに、上記第2の直線上には、ホーム(H)ポジション、回生ブレーキ(B)ポジションといった2つの操作ポジションが設定される。尚、ホーム(H)ポジションからセレクト方向に沿った左側にニュートラル(N)ポジションが設定されたh字パターンが実用化されているが、シフトパターンはそれに限定されない。
[0019]
 玉軸3には、その表面の一部に形成された開口から該玉軸3の回転中心を越えた辺りまで延びて所要の広さを持つ空間が設定され、その空間内に基板4の中程から先端までが玉軸3とは常に非接触の状態で挿入されている。尚、基板4はハウジングに固定されている。
[0020]
 玉軸3には、その回転中心を挟んで対向に配置された2つの磁石5がインサート成形されている。2つの磁石5は共に略円柱形をなし、正断面略台形状の凹み6(凹形状)同士が互いに向かい合っている。それぞれの凹み6が玉軸3の回転中心を通る平面に関して面対称に配置されている。対向に配置された2つの磁石5それぞれの対向面全面にわたって凹み6が設けられている。尚、磁石5をインサート成形する工法に代えて、磁石5を玉軸3に固定或いは挿入して後付けする工法を採用してもよい。
[0021]
 基板4は、玉軸3の回転中心を通る上記平面に沿って設けられ、その上下に1個ずつ検出素子7(磁気検出部)が両者で玉軸3の回転中心を挟むように実装されている。2個の検出素子7を一塊りの磁気検出部として捉えると、その一塊りの磁気検出部は、2つの磁石5の間の中央位置に設けられていることになる。ここに、シフトレバー2がシフト方向及びセレクト方向へ操作されるシフター1の場合、検出素子7として3次元ホールセンサ等の3軸センサが採用される。
[0022]
 そして、シフトレバー2の操作に連動して玉軸3が旋回すると、2つの磁石5による磁気の傾きに応じた検出信号が2個の検出素子7それぞれから出力される。一方の検出素子7による検出信号に基づき、シフトレバー2の操作ポジションを検出し、他方の検出素子7による検出信号を該一方の検出素子7が故障した場合に用いることで冗長性を確保する。
[0023]
 尚、冗長性を確保するにあたり、基板4の上面側に2個の検出素子7を実装しつつ、下面側に1個の検出素子7を実装することで、検出素子7を3重系としてもよいし、4重系以上としてもよい。或いは、基板4の片面のみ(例えば上面側)に複数の検出素子7を実装することで、冗長性を確保してもよい。片面のみに検出素子7を実装する場合、玉軸3の回転中心を通る上記平面に沿って当該検出素子7が設けられる。もっとも、基板4の片面のみに1個の検出素子7を実装しつつ、冗長性を有さない構成を採用してもよく、この場合、玉軸3の回転中心に当該検出素子7が設けられる。
[0024]
 次に、シフター1に適用されるポジションセンサの作用について説明する。
 図2に示すように、本例とは異なり磁石5を対向させない場合には、玉軸3の回転中心から水平方向に遠ざかる程、磁界角度が大きくなることが把握される。この場合、玉軸3の回転中心から水平方向に僅かに離れた位置でさえも磁界角度が0.5[Deg]を超えて全く平行磁界ではないことから、測定範囲のどこに検出素子7を配置しようとも、玉軸3のガタによる影響を受けるため、玉軸3のガタとシフトレバー2の傾きとを正確に識別できない。
[0025]
 図3に示すように、本例と同じく2つの磁石5を対向させた場合には、玉軸3の回転中心付近に磁界角度0~0.5[Deg]の平行磁界の範囲が存在するとともに、玉軸3の回転中心から放射状に遠ざかる程、磁界角度が大きくなることが把握される。この場合、狭いが平行磁界の範囲があることから、玉軸3の回転中心に検出素子7を配置しても、玉軸3のガタによる影響を受けないため、玉軸3のガタとシフトレバー2の傾きとを正確に識別できる。尚、本例とは異なるが、1個の検出素子7を玉軸3の回転中心に配置することが可能である。
[0026]
 図4に示すように、本例に倣い2つの磁石5を対向させるとともに、それぞれに凹形状を設ける場合には、測定範囲の略全域に平行磁界が存在することが把握される。この場合、広く平行磁界の範囲がとれることから、玉軸3の回転中心を挟むように2個の検出素子7を配置しても、玉軸3のガタによる影響を受けないため、玉軸3のガタとシフトレバー2の傾きとを正確に識別できる他、冗長性を確保できる。
[0027]
 以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
 (1)図3を参照して、2つの磁石5を対向させることで、玉軸3の回転中心に平行磁界が確保されるため、玉軸3にガタが発生しても影響を受けず、いわゆるロバスト性が高くなる。したがって、検出精度を向上できる。
[0028]
 (2)図4を参照して、対向に配置した2つの磁石5それぞれに凹み6による凹形状を設けることで、平行磁界が広い範囲で確保されるため、基板4の上下に検出素子7を実装しても影響を受けない。したがって、冗長性を確保しやすい。
[0029]
 (3)2つの磁石5それぞれの凹み6を、玉軸3の回転中心を通る平面に関して面対称に配置するといったように、凹み6による凹形状の配置に工夫を凝らした。このように凹形状の配置を工夫することで、玉軸3の回転中心を含む広い範囲に平行磁界を確保できる。
[0030]
 (4)図4を参照して、対向に配置された2つの磁石5それぞれの対向面全面にわたって凹み6を設けることで、2つの磁石5それぞれの対向面の範囲において、玉軸3の回転中心から、より広範囲に広がる平行磁界を形成できる。
[0031]
 (5)図3を参照して、2つの磁石5の間の中央位置といったように、平行磁界を最も確保しやすい位置に検出素子7を設けることで、検出精度を向上できる。
 (6)図1(c)を参照して、2つの磁石5の間の中央位置に設けられた基板4の上下に検出素子7を実装するといったように、平行磁界を最も確保しやすい位置に複数の検出素子7を集約することで、冗長性を確保しやすい。
[0032]
 (7)凹形状を設けない単純な円柱形の磁石5を対向に配置しつつ、広い範囲の平行磁界を得ようとする場合には、磁石5の径を十分に大きくする必要があるが、本例に倣い凹形状を有する磁石5を対向に配置する場合には、磁石5の径が小さくても広い範囲を平行磁界とすることが可能となる。したがって、超小型のシフター1に適用するポジションセンサとして最適である。
[0033]
 尚、上記実施の形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
 ・対向に配置する2つの磁石5それぞれの凹形状は、正断面略台形状に限定されない。シミュレーションを通じて、狙いの広い範囲に平行磁界が得られる他の凹形状であってもよい。尚、凹形状の存在による強度低下を抑制するために、磁石5の形状に工夫を凝らしてもよい。
[0034]
 ・シフトレバー2の操作に伴う磁石5及び検出素子7の相対的な変位の態様は、上記実施の形態による磁石5が可動で検出素子7が固定の態様に限定されず、検出素子7が可動で磁石5が固定の態様であってもよい。尚、両者が可動の態様、例えば、同じ方向に異なる移動量で移動する態様、或いは、異なる方向に移動する態様等であってもよい。
[0035]
 ・シフトレバー2の複数方向(上記実施の形態ではシフト方向及びセレクト方向)の操作軸を形成する玉軸3のような多軸の支持構造に代えて、シフト方向の操作軸(シフト軸)を形成する第1の支持構造とセレクト方向の操作軸(セレクト軸)を形成する第2の支持構造とが別個である複合の支持構造を備えるシフターに、本発明のポジションセンサを適用してもよい。つまり、多軸の支持構造は玉軸3(ボールジョイント)に限定されない。尚、この場合、シフト軸とセレクト軸との交点が複合の支持構造の回転中心である。
[0036]
 ・シフター1の他、ゲーム機或いは各種操作装置に本発明のポジションセンサを適用してもよい。尚、シフトレバー2のように手動で操作される操作部材の操作ポジションを検出するポジションセンサに限らず、電動ミラーのように自動で操作される操作部材の操作ポジションを検出するポジションセンサに本発明を適用してもよい。例えば、車両のミラーの傾きの検出等のポジション検出に本発明のポジションセンサを適用できることになる。

符号の説明

[0037]
 1…シフター(ポジションセンサを適用、シフトレバー装置)、2…シフトレバー(操作部材)、3…玉軸(支持構造)、4…基板、5…磁石、6…凹み(凹形状)、7…検出素子(磁気検出部)。

請求の範囲

[請求項1]
 磁界を発生させる磁石と、その磁石に対向して配置され同磁石による磁気の傾きを検出する磁気検出部とを備え、操作部材の自動或いは手動の操作に伴って前記磁石及び前記磁気検出部が相対的に変位するとともに、前記磁気検出部による検出信号に基づき、前記操作部材の操作ポジションを検出するポジションセンサにおいて、
 前記磁石として、前記操作部材の複数方向の操作軸を形成する支持構造の回転中心に平行磁界を発生させるために対向に配置された2つの磁石を備え、その対向に配置された前記2つの磁石の間に前記磁気検出部を有する
 ことを特徴とするポジションセンサ。
[請求項2]
 対向に配置された前記2つの磁石それぞれに、平行磁界の範囲を広くすることを目的とした凹形状を設けた
 請求項1に記載のポジションセンサ。
[請求項3]
 前記2つの磁石それぞれの前記凹形状を、前記支持構造の回転中心を通る平面に関して面対称に配置した
 請求項2に記載のポジションセンサ。
[請求項4]
 対向に配置された前記2つの磁石それぞれの対向面全面にわたって前記凹形状を設けた
 請求項2又は3に記載のポジションセンサ。
[請求項5]
 前記2つの磁石間の中央位置に前記磁気検出部を有する
 請求項1~4のいずれか一項に記載のポジションセンサ。
[請求項6]
 前記2つの磁石間の中央位置に設けられた基板の上下に前記磁気検出部を実装した
 請求項1~5のいずれか一項に記載のポジションセンサ。
[請求項7]
 複数方向に操作される操作部材としてのシフトレバーと、
 磁界を発生させる磁石と、その磁石に対向して配置され同磁石による磁気の傾きを検出する磁気検出部とを備え、前記操作部材の自動或いは手動の操作に伴って前記磁石及び前記磁気検出部が相対的に変位するとともに、前記磁気検出部による検出信号に基づき、前記操作部材の操作ポジションを検出するポジションセンサとを備えるシフトレバー装置において、
 前記ポジションセンサは、前記磁石として、前記操作部材の複数方向の操作軸を形成する支持構造の回転中心に平行磁界を発生させるために対向に配置された2つの磁石を備え、その対向に配置された前記2つの磁石の間に前記磁気検出部を有する
 ことを特徴とするシフトレバー装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]