特許 6671269 回転入力装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6671269

(24)【登録日】2020年3月5日

(45)【発行日】2020年3月25日

(54)【発明の名称】回転入力装置

(51)【国際特許分類】

   G05G 9/047 20060101AFI20200316BHJP

   G01D 5/14 20060101ALI20200316BHJP

   G01B 7/30 20060101ALI20200316BHJP

   G05G 25/00 20060101ALI20200316BHJP

【ＦＩ】

   G05G9/047

   G01D5/14 E

   G01B7/30 M

   G05G25/00 C

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-183780(P2016-183780)

(22)【出願日】2016年9月21日

(65)【公開番号】特開2018-49418(P2018-49418A)

(43)【公開日】2018年3月29日

【審査請求日】2019年4月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085453

【弁理士】

【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

(74)【代理人】

【識別番号】100120204

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 巌

(74)【代理人】

【識別番号】100108006

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 昌弘

(74)【代理人】

【識別番号】100135183

【弁理士】

【氏名又は名称】大窪 克之

(72)【発明者】

【氏名】脇田 祥嗣

【審査官】 山尾 宗弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−９９１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−４８６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２０８０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４５４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第１０６５４７３（ＥＰ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｇ ９／０４７

Ｇ０１Ｂ ７／３０

Ｇ０１Ｄ ５／１４

Ｇ０５Ｇ ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁基板と、前記絶縁基板上に配置されたセンサ素子と、前記センサ素子から離間して、前記センサ素子に近接配置された磁性体と、を備え、
前記センサ素子は、周囲の磁力線の向きを検出する検出機構を有すると共に、前記磁性体側に前記磁性体と対向して設けられたセンサ素子平行面を有し、
前記磁性体は、前記センサ素子側に前記センサ素子平行面と対向して設けられた底面を有すると共に、前記底面から前記センサ素子に向けて突出して、互いに平行に設けられた２つの堤部を有し、
２つの前記堤部は、それぞれ前記センサ素子側に前記センサ素子平行面に対して略平行に設けられた、平面視略長方形形状の堤部平行面を有し、
前記磁性体の着磁方向と前記堤部の長手方向とが同じである、
ことを特徴とする回転入力装置。

【請求項2】

２つの前記堤部の間の距離が、当該堤部の長手方向と直交する方向における前記検出機構の幅よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転入力装置。

【請求項3】

２つの前記堤部は、当該堤部の長手方向と直交する方向において、左右対称に設けられている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転入力装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転入力装置に関し、特に、磁性体と磁気センサとを用いて回転角度を検出する回転入力装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、例えば、車両に搭載される機器用として、磁性体と磁気センサとを用いて回転角度を検出する回転入力装置が開発されている。回転入力装置は操作ノブを有し、操作者は、操作ノブを回転させることによって機器に対し適切な操作を行なうことができる。

【0003】

このような構成を有する回転入力装置９００が特許文献１に開示されている。以下、回転入力装置９００について図６を用いて説明する。

【0004】

回転入力装置９００は、操作ノブ９１２に連結されたプラネタリキャリア９１４に回動可能に支持されたプラネタリギヤ９２８が、出力軸９６６が固定されたサンギヤ９３０の外歯列９３０ａとアウターギヤ９４２に形成された内歯列９４２ａとに噛合している。サンギヤ９３０に設けたプランジャ９３６は、アウターギヤ９４２の凹カム部９４４に弾接される。ソレノイドユニット９５８は、出力軸９６６に設けた磁石９７６と対向する磁気センサ９７８の出力に応じて、アウターギヤ９４２の回転を阻止する。

【0005】

このような構成によって、操作範囲を越えて回転された回転操作部の逆方向への回転角度が小さくてもその回転角度を確実に検出できるという効果を奏する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−０７９２９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、回転入力装置９００では、操作ノブの回転角度の検出のために、センサ素子と磁性体とが配設されている。このようなセンサ素子と磁性体との配置構造として、図７に示す回転検出部８００の構造が考えられる。

【0008】

回転検出部８００は、センサ素子８２０と磁性体８１０とを備え、センサ素子８２０と磁性体８１０とが離間して配置されている。センサ素子８２０は、絶縁基板（図示せず）上に配設される。磁性体８１０は、センサ素子８２０の上面に対し平行に対向配置された幅広い平坦な面である底面８１０ａを有しており、着磁方向Ｍ０に沿って着磁されている。また、センサ素子８２０は、そのセンサ素子本体８２０ａのほぼ中央に検出機構８２１を備えており、検出機構８２１は、磁性体８１０の回転に応じて、磁性体８１０の回転角度を検出することができる。

【0009】

回転検出部８００のような構成の場合、磁性体８１０の周囲には、図８（ａ）に示すような磁力線Ｈ０のベクトル分布が現れる。磁力線Ｈ０のベクトル分布は、検出機構８２１のある磁性体８１０の幅方向における中央部では、磁極Ｎから磁極Ｓへの磁力線Ｈ０の向きは真っすぐな向きになるが、この中央部から離れるに従って磁力線Ｈ０の向きが傾くようになる。言い換えれば、磁力線Ｈ０の向きに樽型の歪が発生してしまう。

【0010】

ところで、センサ素子８２０と磁性体８１０との間に位置ズレが発生することがある。この位置ズレは、センサ素子８２０を絶縁基板上に配設する時の取付け誤差等により発生する。センサ素子８２０と磁性体８１０との間に位置ズレが発生していた場合、磁力線Ｈ０の向きに上述したような樽型の歪が生じていると、検出機構８２１によって検出される磁性体８１０の回転角度に角度誤差Δθが発生してしまう。角度誤差Δθと位置ズレの大きさとは比例する。即ち、図８（ｂ）に示すように、検出機構８２１の位置ズレが大きくなるに従って、角度誤差Δθが大きくなっていくという問題が発生することになる。

【0011】

本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、センサ素子と磁性体との間に位置ズレが発生していても、角度誤差が生じにくい回転入力装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために本発明の回転入力装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配置されたセンサ素子と、前記センサ素子から離間して、前記センサ素子に近接配置された磁性体と、を備え、前記センサ素子は、周囲の磁力線の向きを検出する検出機構を有すると共に、前記磁性体側に前記磁性体と対向して設けられたセンサ素子平行面を有し、前記磁性体は、前記センサ素子側に前記センサ素子平行面と対向して設けられた底面を有すると共に、前記底面から前記センサ素子に向けて突出して、互いに平行に設けられた２つの堤部を有し、２つの前記堤部は、それぞれ前記センサ素子側に前記センサ素子平行面に対して略平行に設けられた、平面視略長方形形状の堤部平行面を有し、前記磁性体の着磁方向と前記堤部の長手方向とが同じである、という特徴を有する。

【0013】

このように構成された回転入力装置は、磁性体の着磁方向と同じ方向に形成された２つの堤部を有しているので、２つの堤部に挟まれた領域において、２つの堤部それぞれによる磁力線の歪が相殺される。その結果、磁性体全体による磁力線が磁性体の着磁方向に対して平行になるため、センサ素子と磁性体との間に位置ズレが発生していても、角度誤差が生じにくくなる。

【0014】

また、上記の構成において、２つの前記堤部の間の距離が、当該堤部の長手方向と直交する方向における前記検出機構の幅よりも大きい、という特徴を有する。

【0015】

このように構成された回転入力装置は、２つの堤部の間の距離を検出機構の幅よりも大きく設定することによって、磁性体の着磁方向に対して平行となる磁力線の領域をより広く設定することができる。

【0016】

また、上記の構成において、２つの前記堤部は、当該堤部の長手方向と直交する方向において、左右対称に設けられている、という特徴を有する。

【0017】

このように構成された回転入力装置は、２つの堤部が左右対称に設けられているので、センサ素子と磁性体との間の位置ズレが検出機構に対して左側又は右側のどちらの側に発生していても、２つの堤部それぞれによる磁力線の歪を精度良く、相殺させることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明の回転入力装置は、磁性体の着磁方向と同じ方向に形成された２つの堤部を有しているので、２つの堤部に挟まれた領域において２つの堤部それぞれによる磁力線の歪が相殺される。その結果、磁性体全体による磁力線が磁性体の着磁方向に対して平行になるため、センサ素子と磁性体との間に位置ズレが発生していても、角度誤差が生じにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】回転入力装置の外観を示す斜視図である。

【図2】回転入力装置内の回転検出部を下方から見た斜視図である。

【図3】回転検出部を下方から見た平面図である。

【図4】回転検出部及び操作ノブを前方から見た模式図である。

【図5】回転検出部における磁力線を示す模式図、及び角度誤差を示すグラフである。

【図6】従来例に関わる回転入力装置の断面図である。

【図7】従来例に関わる回転入力装置内の回転検出部を下方から見た斜視図である。

【図8】従来例に関わる回転入力装置内の回転検出部における磁力線を示す模式図、及び角度誤差を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の回転入力装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の回転入力装置１００は、電子機器や車両の入力操作に使用される入力操作機構として使用される。例えば、操作ノブの回転入力操作を行ない、所定の回転位置からの回転角度によって、異なる操作内容が入力可能となる。尚、本発明の回転入力装置１００の用途については、以下説明する実施形態に限定されるものではなく適宜変更が可能である。また、本明細書では、特に断りの無い限り、各図面の＋Ｘ側を右側、−Ｘ側を左側、＋Ｙ側を奥側、−Ｙ側を手前側、＋Ｚ側を上側、−Ｚ側を下側として説明する。

【0021】

［実施形態］
図１乃至図４を参照して、本発明の実施形態に係る回転入力装置１００の構造について説明する。図１は、回転入力装置１００の外観を示す斜視図であり、図２は、回転入力装置１００内の回転検出部５０を下方から見た斜視図である。また、図３は、回転検出部５０を下方から見た平面図であり、図４は、回転検出部５０及び操作ノブ４５を前方から見た模式図である。尚、図２においては、センサ素子２０を見易くするため、絶縁基板３０が透明であると仮定して表している。

【0022】

回転入力装置１００は、図１に示すように、略直方形形状のケース４０に操作ノブ４５が回転可能に取付けられていると共に、内部に操作ノブ４５の回転角度を検出する回転検出部５０を備えている。回転入力装置１００は、回転検出部５０で検出された回転角度に関する情報を電子機器等へ出力する。尚、回転検出部５０は、回転角度を検出するものだけでなく、例えば、回転方向や回転速度を検出する態様のものであってもよい。

【0023】

操作ノブ４５は、その操作部４５ａがケース４０の開口から上方向（＋Ｚ方向）に突出するように取付けられていると共に、操作部４５ａの下方向（−Ｚ方向）に延在し、回転検出部５０と連結される軸部４５ｂを有している。

【0024】

回転検出部５０は、図２に示すように、絶縁基板３０と、この絶縁基板３０上に配置されたセンサ素子２０と、このセンサ素子２０から離間して、センサ素子２０に近接配置された磁性体１０と、を備えている。

【0025】

絶縁基板３０は、ケース４０内で水平方向に取り付けられている。絶縁基板３０には、センサ素子２０の出力信号をケース４０の外部に取り出すための配線等（図示せず）が設けられている。尚、上述した操作ノブ４５の軸部４５ｂは、絶縁基板３０の表面に対して垂直方向に配置される。

【0026】

センサ素子２０は、センサ素子本体２０ａに設けられた複数の端子２０ｂを有している。また、センサ素子本体２０ａの内部に、周囲の磁力線の向きを検出する検出機構２１を有すると共に、センサ素子本体２０ａの磁性体１０側に磁性体１０と対向して設けられたセンサ素子平行面２０ｃを有している。複数の端子２０ｂは、検出機構２１で検出された信号を外部の電子機器等へ出力するために設けられている。センサ素子本体２０ａは、合成樹脂によって形成されており、上述した検出機構２１はセンサ素子本体２０ａ内に埋設されて設けられている。

【0027】

検出機構２１は、図３に示すように、平面視略正方形形状をしており、センサ素子２０内のほぼ中央に配置されていると共に、図４に示すように、センサ素子２０内で絶縁基板３０の表面に対して平行になるように取り付けられている。検出機構２１は、左右方向に幅Ｗ１を有している。検出機構２１は、中央が軸部４５ｂの中央軸の延長線上に配置されている。

【0028】

磁性体１０は、図２及び図４に示すように、上述したセンサ素子２０から離間して、センサ素子２０に近接配置されている。磁性体１０は、センサ素子側２０にセンサ素子平行面２０ｃと対向して設けられた底面１０ａを有すると共に、底面１０ａに対向した平坦な面を有する上面１０ｂと、底面１０ａに対して垂直で平坦な面を有する複数の側面１０ｃと、を有して、平面視矩形状で略直方体形状に形成されている。磁性体１０は、着磁方向Ｍ１、即ち奥側から手前側に向かう方向に着磁されている。本実施形態において、磁性体１０は永久磁石からなる。

【0029】

磁性体１０は、更に、底面１０ａからセンサ素子２０に向けて突出して、互いに平行に設けられた２つの堤部１１を有している。２つの堤部１１は、軸部４５ｂの中央軸の延長線を中央に挟んで、左右対称となるように平行に設けられている。即ち、２つの堤部１１は、操作ノブ４５の回転に伴って回転する磁性体１０の回転軸を中央に挟んで、左右対称となるように平行に設けられている。

【0030】

２つの堤部１１は、それぞれセンサ素子２０のセンサ素子平行面２０ｃに対して略平行に設けられた、平面視略長方形形状の堤部平行面１１ａを有しており、この堤部平行面１１ａが絶縁基板３０及びセンサ素子２０のセンサ素子平行面２０ｃと対向している。即ち、磁性体１０の着磁方向Ｍ１と堤部１１の長手方向が形成されている方向とが同じである。堤部１１は、着磁方向Ｍ１が磁性体１０の回転軸の軸方向と直交する向きになるように、長手方向が磁性体１０の回転軸の軸方向と直交する向きに延伸して設けられている。また、２つの堤部１１の間には、溝部１３が形成されていると共に、溝部１３にも溝部平行面１３ａが形成されており、溝部平行面１３ａがセンサ素子２０の検出機構２１と対向している。

【0031】

図４に示すように、溝部１３は、左右方向に所定の距離Ｌ１を有している。言い換えれば、２つの堤部１１それぞれは、所定の距離Ｌ１を隔てて設けられている。そして、２つの堤部１１の間の距離Ｌ１は、検出機構２１の幅Ｗ１よりも大きくなるように設定されている。即ち、検出機構２１の幅Ｗ１は、溝部１３の左右方向における距離Ｌ１内に収まっている。また、堤部１１の堤部平行面１１ａとセンサ素子２０内の検出機構２１とは、所定の間隔Ｄ１を隔てて対向している。

【0032】

回転入力装置１００の回転検出部５０においては、前述した操作ノブ４５の軸部４５ｂが磁性体１０に連結されていると共に、磁性体１０は、ケース４０（図１参照）内で回転自在に保持されている。そして、操作ノブ４５の操作角度に対応して磁性体１０の回転角度が連動するように構成されている。

【0033】

次に、図５を参照して、本発明の実施形態に係る回転入力装置１００の動作について説明する。図５は、図５（ａ）が、回転検出部５０における磁力線Ｈ１を示す模式図であり、図５（ｂ）における実線が、センサ素子２０の位置ズレに対する角度誤差Δθを示すグラフである。尚、図５（ｂ）において、前述した従来例としての回転検出部８００の角度誤差Δθのグラフを、比較のため破線で示している。

【0034】

磁性体１０の周囲には、図５（ａ）に示すような磁力線Ｈ１のベクトル分布が現れる。回転検出部５０内では、２つの堤部１１それぞれが個々の磁石であるような動作を行なうため、磁力線Ｈ１のベクトル分布も、２つの堤部１１それぞれに対する分布を示す。即ち、それぞれ単独で、２つの堤部１１それぞれのＮ極からＳ極への中心間を結ぶ線上では、磁力線Ｈ１の向きが真っすぐになり、中心間を結ぶ線上から離れるに従って、図５（ａ）に示す一点鎖線のような曲線を描く。

【0035】

例えば、図５（ａ）において右側の堤部１１単独では、磁力線Ｈ１の向きは、２つの堤部１１に挟まれた領域、即ち溝部１３の領域において左側に膨らむ曲線を描き、左側の堤部１１単独では、溝部１３の領域において右側に膨らむ曲線を描く。しかし、磁性体１０から突出して設けられた２つの堤部１１が左右対称となるように平行に配置されていることにより、これらの磁力線Ｈ１の向きが重ね合わされると、相反する磁力線が互いに相殺し合い、磁力線の分布が変わる。即ち、図５（ａ）に実線の矢印で示すように、磁力線Ｈ１は、溝部１３の領域のある深さにおいて真っすぐな向きになる。言い換えれば、磁性体１０の周囲に発生する磁力線は、２つの堤部１１に挟まれた領域において、磁力線Ｈ１の向きに歪が発生し難くなり、互いに平行に配列した磁力線Ｈ１が広く分布した層が発生する。尚、本実施形態においては、この層と検出機構２１とが、重なるように配置されている。

【0036】

そのため、センサ素子２０と磁性体１０との間に位置ズレが発生していたとしても、検出機構２１によって検出される磁性体１０の回転角度における角度誤差Δθは、図５（ｂ）に示すように、前述した従来例としての回転検出部８００における角度誤差Δθと比較して小さくなる。本実施形態では、その値が約半分になることが確認できる。

【0037】

前述した２つの堤部１１の間の距離Ｌ１及び堤部１１の堤部平行面１１ａとセンサ素子２０内の検出機構２１との間の間隔Ｄ１は、磁性体１０及び検出機構２１の大きさに応じて、角度誤差Δθが最も小さくなるように、その値が設定される。

【0038】

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

【0039】

回転入力装置１００は、磁性体１０の着磁方向Ｍ１と同じ方向に形成された２つの堤部１１を有しているので、２つの堤部１１に挟まれた領域において２つの堤部１１それぞれによる磁力線Ｈ１の歪が相殺される。その結果、磁性体１０全体による磁力線Ｈ１が磁性体１０の着磁方向Ｍ１に対して平行になるため、センサ素子２０と磁性体１０との間に位置ズレが発生していても、角度誤差Δθが生じにくくなる。

【0040】

また、２つの堤部１１の間の距離Ｌ１を、検出機構２１の幅Ｗ１よりも大きく設定することによって、磁性体１０の着磁方向Ｍ１に対して平行となる磁力線Ｈ１の領域をより広く設定することができる。

【0041】

また、２つの堤部１１が左右対称に設けられているので、センサ素子２０と磁性体１０との間の位置ズレが、検出機構２１に対して左側又は右側のどちらの側に発生していても、２つの堤部１１それぞれによる磁力線Ｈ１の歪を精度良く相殺させることができる。

【0042】

以上説明したように、本発明の回転入力装置は、磁性体の着磁方向と同じ方向に形成された２つの堤部を有しているので、２つの堤部に挟まれた領域において、２つの堤部それぞれによる磁力線の歪が相殺される。その結果、磁性体全体による磁力線が磁性体の着磁方向に対して平行になるため、センサ素子と磁性体との間に位置ズレが発生していても、角度誤差が生じにくくなる。

【0043】

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。

【符号の説明】

【0044】

１０ 磁性体
１０ａ 底面
１０ｂ 上面
１０ｃ 側面
１１ 堤部
１１ａ 堤部平行面
１３ 溝部
１３ａ 溝部平行面
２０ センサ素子
２０ａ センサ素子本体
２０ｂ 端子
２０ｃ センサ素子平行面
２１ 検出機構
３０ 絶縁基板
４０ ケース
４５ 操作ノブ
４５ａ 操作部
４５ｂ 軸部
５０ 回転検出部
１００ 回転入力装置
Ｍ１ 着磁方向
Ｈ１ 磁力線
Ｌ１ 距離
Ｗ１ 幅
Ｄ１ 間隔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】