非接觸式開關裝置的製作方法

2023-05-19 02:17:01

專利名稱：非接觸式開關裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種非接觸式開關裝置，特別是涉及一種通過用GMR元 件檢測來自可往復運動的磁鐵的磁場的方向從而切換輸出信號的非接觸 式開關裝置。
背景技術：
以往提出一種小型磁感應開關，是在開關殼體內配置霍爾IC、固定有 磁鐵的可動構件和支承該可動構件的線圈彈簧，若利用從開關殼體的上表 面突出的可動構件的上端部接受按壓操作，則根據固定在可動構件上的磁 鐵的位置將霍爾IC的輸出信號從斷開變化成接通(例如，參照專利文獻 1)。另一方面，目前提出了一種利用了通過檢測來自磁鐵的磁場的方向來 變化輸出信號的巨磁阻效應(GMR元件)的磁傳感器(例如，參照專利 文獻2)。利用了這種GMR元件的磁傳感器中，對應於來自磁鐵的磁場的 方向的變化，GMR元件的電阻值產生變化，基於該變化來改變輸出信號。專利文獻l:特開2003 — 151390號公報專利文獻2:特開2006—276983號公報如上所述的小型磁感應開關中，考慮不採用霍爾IC而是配置GMR 元件，構成利用了 GMR元件的非接觸式開關裝置。 一般而言，GMR元 件是層疊釘扎層(釘扎磁性層)及自由層(自由磁性層)等而形成。自由 層上的磁化方向由例如在元件內形成的硬偏磁層預先限制。通過像這樣限 制自由層的磁化方向，從而穩定GMR元件的電阻值。不過，當開關裝置 中利用這種GMR元件時，存在的問題是對自由層的限制使GMR元件上 的電阻值的變化不敏感，不能迅速進行開關動作。發明內容本發明即是鑑於有關問題點而產生的，其目的在於提供一種即使利用GMR元件時也能夠迅速進行開關操作的非接觸式開關裝置。本發明的非接觸式開關裝置，具備可根據操作者的操作往復運動的磁鐵和檢測來自所述磁鐵的磁場的方向的GMR元件，根據由所述GMR元 件檢測出的磁場的方向切換輸出信號，所述非接觸式開關裝置的特徵在 於，所述GMR元件所具有的自由層的磁化方向只根據來自所述磁鐵的磁場 而變化。根據上述非接觸式開關裝置，因為使GMR元件具有的自由層的磁化 方向只根據來自磁鐵的磁場而變化，所以不會由來自磁鐵的磁場以外的要 因而限制自由層的磁化方向，因此能夠防止GMR元件的電阻值變化不靈 敏的情形。其結果是即使利用GMR元件時也能夠迅速地進行開關操作。上述非接觸式開關裝置中，優選是還具備裝入所述磁鐵且接受操作 者的操作而往復運動的可動構件；收容所述可動構件且使其在來自所述磁 鐵的磁場作用於所述GMR元件的自由層的範圍內往復運動的殼體。這種 情況下，能夠使裝入了磁鐵的可動構件(例如，後述的滑塊)在來自該磁 鐵的磁場作用於GMR元件的自由層的範圍內往復運動地將其收容在殼體 內，因此可確實地防止GMR元件的自由層的磁化方向不定的情形。特別是在上述非接觸式開關裝置中，優選在所述殼體上形成有凹部， 在所述凹部中配置包括所述GMR元件的傳感器單元，並且，所述非接觸 式開關裝置還具備罩構件(例如，後述的第一罩構件)，所述罩構件一體 保持所述凹部中配置有所述傳感器單元的狀態的所述殼體。這種情況下， 因為凹部中配置有傳感器單元的狀態的殼體由罩構件一體保持，所以能夠 將磁鐵和GMR元件的位置關係維持一定，因此可確保本非接觸式開關裝 置的動作穩定性。上述非接觸式開關裝置中，優選是所述罩構件阻斷來自外部的磁。這 種情況下，利用罩構件阻斷來自外部的磁，因此可防止由於來自外部的磁 而使本非接觸式開關裝置的動作變得不穩定的情形。上述非接觸式開關裝置中，優選是所述磁鐵的表背面單純2極磁化， 所述磁鐵在將該磁鐵的表面或背面與所述GMR元件的磁檢測面對置配置 的狀態下往復運動。這種情況下，不需要以複雜方式磁化的磁鐵而能夠迅速地進行開關操作。 發明效果根據本發明，因為使GMR元件具有的自由層的磁化方向只根據來自 磁鐵的磁場而變化，所以不會由來自磁鐵的磁場以外的要因而限制自由層 的磁化方向，因此能夠防止GMR元件的電阻值變化不靈敏的情形。其結 果是可提供一種即使利用GMR元件時也能夠迅速地進行開關操作的非接 觸式開關裝置。


圖1是本發明的一實施方式的非接觸式幵關裝置的分解立體圖。 圖2是上述實施方式的非接觸式開關裝置的分解立體圖。 圖3是表示上述實施方式的非接觸式開關裝置外觀的立體圖。 圖4是上述實施方式的非接觸式開關裝置具有的傳感器IC及磁鐵周 邊的放大圖。圖5是用於對上述實施方式的非接觸式開關裝置中所利用的GMR元件構成進行說明的模式圖。圖6是用於對上述實施方式的非接觸式開關裝置中的GMR元件和來自磁鐵的磁場關係進行說明的模式圖。圖7是用於說明上述實施方式的非接觸式開關裝置中、與磁鐵位置對應的GMR元件的電阻值變化的圖。圖8是上述實施方式的非接觸式開關裝置的側視圖。圖9是上述實施方式的非接觸式開關裝置的剖視圖。圖IO是上述實施方式的非接觸式開關裝置的剖視圖。圖11是上述實施方式的非接觸式開關裝置的剖視圖。圖12是用於對在圖9所示位置配置磁鐵時GMR元件中的磁場強度及GMR元件的輸出電壓進行說明的圖。圖13是用於對在圖IO所示位置配置磁鐵時GMR元件中的磁場強度及GMR元件的輸出電壓進行說明的圖。圖中，l一非接觸式開關裝置，2 —殼體，21 —凹部，22 —槽部，3 —壓縮彈簧，4一滑塊，41一突出片，42 —操作片，5—橡膠罩，51—拱形狀部，6—傳感器單元，61—傳感器IC， 65—GMR元件，66—控制IC， 7— 第一罩構件，71 —開口部，8 —第二罩構件，M—磁鐵。
具體實施方式
以下參照附圖，關於本發明的一實施方式進行詳細說明。 圖1及圖2是本發明的一實施方式的非接觸式開關裝置的分解立體 圖。圖3是表示本實施方式的非接觸式開關裝置外觀的立體圖。還有，圖 1及圖2分別從相反側的側面表示本實施方式的非接觸式開關裝置。如圖1及圖2所示，本實施方式的非接觸式開關裝置1具備殼體2、收納 在殼體2內的壓縮彈簧3及滑塊4、放置在收納於殼體2內的滑塊4上的橡膠 罩5、安裝在殼體2上的傳感器單元6、收納這些構成要素同時覆蓋在安裝 有傳感器單元6的殼體2上的第一罩構件7和配置在殼體2下方的第二罩構 件8。殼體2例如由合成樹脂材料成形，從上面看大致具有L字形狀。在殼體 2的側面形成有安裝傳感器單元6的凹部21。另外，在殼體2的內部形成有 收納壓縮彈簧3及滑塊4的槽部22。槽部22對應於殼體2的側面形狀大致具 有L字形狀。在該槽部22的底面形成有保持壓縮彈簧3的下方側的一端的保 持片(圖1及圖2中沒有圖示)。在殼體2的上表面、槽部22的周圍，形成收容橡膠罩5—部分的收容部 23。收容部23對應於橡膠罩5的形狀具有從殼體2上表面下降一階的橢圓形 狀。另外，在殼體2的側面突出形成與後述第一罩構件7的開口部72卡合的 凸部24。再有，在殼體2的下表面形成有收容第二罩構件8的收容部25 (圖 l中沒有圖示，參照圖2)。收容部25對應於第二罩構件8的形狀具有從殼 體2下表面升高一階的形狀。壓縮彈簧3被收納在殼體2的槽部22內。其下方側的一端由槽部22內形 成的保持片保持，另一方面，其上方側的一端被收容在滑塊4的內部，由 此來保持壓縮彈簧3。通過像這樣將兩端保持在殼體2及滑塊4上，從而賦 予向上方側推高滑塊4的施加力。滑塊4例如由合成樹脂材料成形，具有與殼體2的槽部22對應的形狀。 即，滑塊4具有從上面看大概L字的形狀。在滑塊4的上表面形成向上方側突出的大概圓筒形狀的突出片41。突出片41具有朝向上方側呈階段性變細 的形狀。突出片41的上端部構成經由後述橡膠罩5的孔而露出的操作片42。 該操作片42的前端設置成球形狀。在滑塊4的內部形成收容壓縮彈簧3上方 側一端的凹部(圖1及圖2中沒有圖示)。另外，在滑塊4上與殼體2的凹部 21對應的側面形成長方形狀的開口部43，在該開口部43中嵌入磁鐵M (參 照圖2)。橡膠罩5從上面看具有橢圓形狀，在與滑塊4的操作片41對應的位置具 有拱形狀部51。在拱形狀部51的內側形成空間，其構成是從下方側能夠收 容突出片41。在拱形狀部51的頂部形成孔52，其構成是能夠從該孔52向上 方側露出滑塊4的操作片42。傳感器單元6由傳感器IC61、與該傳感器IC61連接的多個端子62和保 持這些傳感器IC61及端子62的傳感器基座63構成。傳感器IC61配置在傳感 器基座63內部。在傳感器基座63的上表面形成收容橡膠罩5—部分的收容 部64。收容部64對應於橡膠罩5的形狀具有從傳感器基座63的上表面下降 一階的形狀。傳感器單元6安裝在殼體2上，與殼體2的收容部23—體化， 由此其構成是能夠收容橡膠罩5整體。還有，關於傳感器IC61的構成後述。第一罩構件7通過例如對衝裁成規定形狀的金屬板實施彎折加工從而 形成，具有向下方側開口的箱形狀。在第一罩構件7的上表面形成圓形狀 的開口部71。橡膠罩5的拱形狀部51其構成是從該開口部71向上方側露出。 另外，在第一罩構件7的側面形成與殼體2的凸部24卡合的矩形狀開口部 72。第二罩構件8與第一罩構件7同樣衝裁成規定形狀而形成，被收容在殼 體2的收容部25中。第一罩構件7及第二罩構件8發揮的作用是作為阻斷來 自外部的磁的磁屏蔽。若組裝具有這種構成的非接觸式開關裝置l，則如圖3所示，以放置於 殼體2上的橡膠罩5的拱形狀部51經由開口部71向上方側突出的狀態，在殼 體2上覆蓋第一罩構件7。並且，殼體2的凸部24與第一罩構件7的開口部72 卡合，由此在殼體2上安裝第一罩構件7。另外，形成滑塊4的操作片42從 拱形狀部51的孔52向上方側突出的狀態。本實施方式的非接觸式開關裝置 1，其構成利用像這樣向上方側突出的操作片42接受操作者的按壓操作， 根據該按壓操作，滑塊4沿上下方向往復移動。7在此，關於本實施方式的非接觸式開關裝置1具有的傳感器IC61及磁 鐵M的構成進行說明。圖4是本實施方式的非接觸式開關裝置1具有的傳感 器IC61及磁鐵M周邊的放大圖。如圖4所示，傳感器IC61包括GMR元件65和控制IC66而構成。GMR元 件65的配置是與磁檢測面嵌入滑塊4中的磁鐵M對置。控制IC66配置在 GMR元件65的側方側。本實施方式的非接觸式開關裝置l中，將來自磁鐵 M的磁場作用於GMR元件65，基於磁場產生GMR元件65的電阻值變化， 利用控制IC66根據GMR元件65的輸出信號檢測磁鐵M的位置。並且，根據 所檢測出的磁鐵M的位置切換來自本非接觸式開關裝置1的輸出信號(接 通/斷開信號)。在此，關於本實施方式的非接觸式開關裝置1中所利用的GMR元件 65的構成進行說明。圖5是用於對本實施方式的非接觸式開關裝置1中所 利用的GMR元件65構成進行說明的模式圖。還有，圖5中，是關於本實 施方式的非接觸式開關裝置1中所利用的GMR元件65的截面進行表示。如圖5(b)所示，本實施方式的非接觸式開關裝置1中所利用的GMR 元件65，作為基本構成，是將反強磁性層65a、釘扎層65b、中間層65c 和自由層65d層疊在基板67上而形成，作為一種利用了巨磁阻效應的 GMR (Giant Magnet Resistance )元件的磁阻效應元件而構成。還有，為了使GMR元件65發揮巨磁阻效應(GMR)，優選是例如反 強磁性層65a由a —Fe203層形成、釘扎層65b由NiFe層形成、中間層65c 由Cu層形成、自由層65d由NiFe層形成，不過，並不限定於此，只要發 揮磁阻效應，可以是任意物質。另外，GMR元件65隻要發揮磁阻效應， 並不限定於上述層疊結構。圖5所示的GMR元件65的釘扎層65b由反強磁性層65a磁化，基於 該反強磁性層65a而使磁化方向被固定(釘扎)在特定方向。自由層65d 只根據來自磁鐵M的磁場的方向而改變相對於釘扎層65b的磁化方向的 磁化方向。還有，對於自由層65d，除了來自磁鐵M的磁場以外，沒有限 制磁化方向的物質。在GMR元件65的兩端如圖5 (a)所示，接合形成 電極65e。並且，相對於釘扎層64b的被固定的磁化方向，根據磁場的方 向改變自由層65d的磁化方向，從而作為輸出信號輸出2個電極65e間的電阻值的變化。另一方面，嵌入滑塊4中的磁鐵M如圖4所示，與GMR元件65空 出一定距離對置配置。並且，其構成是隨著滑塊4的移動而能夠沿圖4所 示的上下方向往復運動。本實施方式的非接觸式開關裝置1中，磁鐵M 由表背面單純2極磁化的磁鐵構成。特別是本實施方式中，在與GMR元 件65對置的面磁化N極，同時相反側的面磁化成S極(參照圖6)。在此，關於本實施方式的非接觸式開關裝置1中的GMR元件65和 來自磁鐵M的磁場的關係進行說明。圖6是用於對本實施方式的非接觸 式開關裝置1中的GMR元件65和來自磁鐵M的磁場的關係進行說明的 模式圖。還有，圖6中，為了說明方便，將磁鐵M的移動方向表示成左 右方向。另外，圖6中關於磁鐵M的中心部與GMR元件65的中心部對 置配置的情況進行表示。在磁鐵M的中心部與GMR元件65的中心部對置配置的情況中，從 磁鐵M產生如圖6所示的磁場。若產生這種磁場的磁鐵M沿圖6所示的 左右方向移動，則GMR元件65中獲得圖7所示的電阻值的變化。圖7 是用以說明本實施方式的非接觸式開關裝置1中、與磁鐵M位置對應的 GMR元件65中的電阻值變化的圖。還有，圖7中，縱軸表示電阻值變化 的比例，橫軸表示磁鐵M的位置。另外，圖7中，將如圖6所示磁鐵M 的中心部與GMR元件65的中心部對置配置時的磁鐵M的位置表示為 「0」。如圖7所示可知，GMR元件65的電阻值以磁鐵M的中心部與GMR 元件65的中心部對置配置的狀態為界急劇變化。接下來，關於本實施方式的非接觸式開關裝置l的動作進行說明。圖 8是本實施方式的非接觸式開關裝置1的側視圖。圖9~圖11是本實施方 式的非接觸式開關裝置1的剖視圖。還有，圖9~圖11中關於圖8所示的 單點劃線A及單點劃線B的截面進行表示。圖9中，對於本實施方式的非接觸式開關裝置l，對沒有從操作者進 行按壓操作的狀態進行表示。這種情況下，如圖9 (a)所示，滑塊4被壓 縮彈簧3推高到最上方位置，與操作片42卡合的拱形狀部51成為被拉高 '到上方的狀態。嵌入滑塊4中的磁鐵M如圖9 (b)所示，配置在比傳感 器IC61的GMR元件65稍靠上方側的位置。關於磁鐵M配置在圖9所示位置時GMR元件65中的磁場強度及 GMR元件65的輸出電壓進行說明。圖12是用於對在圖9所示位置配置 磁鐵M時GMR元件65中的磁場強度及GMR元件65的輸出電壓進行說 明的圖。圖12 (a)是用以說明在圖9所示位置配置磁鐵M時磁鐵M和 GMR元件65的位置關係的模式圖。還有，這種情況下，磁鐵M配置在 其中心部距GMR元件65的中心部大概0.7mm的上方側。當磁鐵M配置 在圖9所示位置時，GMR元件65的磁場強度如圖12 (b)所示，顯示約 一800 [Oe]， GMR元件65的輸出電壓如圖12 (c)所示，顯示約2.37V。並且，若從如圖9所示的狀態經操作者進行按壓操作，則滑塊4向下 方側移動。還有，圖10中關於對本實施方式的非接觸式開關裝置1進行 按壓操作、切換輸出信號的狀態進行表示。這種情況下，如圖10 (a)所 示，滑塊4成為抵抗壓縮彈簧3的施加力被推壓到下方側、與操作片42 卡合的拱形狀部51向下方稍膨脹的狀態。嵌入滑塊4中的磁鐵M如圖10 (b)所示，其中心部與傳感器IC61的GMR元件65的中心部對置配置。關於在圖10所示位置配置磁鐵M時GMR元件65中的磁場強度及 GMR元件65的輸出電壓進行說明。圖13是用於對在圖IO所示位置配置 磁鐵M時GMR元件65中的磁場強度及GMR元件65的輸出電壓進行說 明的圖。圖13 (a)是用以說明在圖IO所示位置配置磁鐵M時磁鐵M和 GMR元件65的位置關係的模式圖。當磁鐵M配置在圖IO所示位置時， GMR元件65的磁場強度如圖13 (b)所示，顯示為O [Oe]， GMR元件 65的輸出電壓如圖13 (c)所示，顯示為2.5V。再有，若從如圖IO所示的狀態由操作者進行按壓操作，則滑塊4向 下方側移動。還有，圖11中關於對本實施方式的非接觸式開關裝置1進 行按壓操作到最下方位置的狀態進行表示。這種情況下，如圖11 (a)所 示，滑塊4成為被推壓到其下端部與殼體2的底面部接觸的位置的狀態。 嵌入滑塊4中的磁鐵M如圖11 (b)所示，配置在比傳感器IC61的GMR 元件65靠下方側的位置。' 本實施方式的非接觸式開關裝置1中，其設定是當磁鐵M比圖10 所示位置靠上方側配置時、即GMR元件65的輸出電壓小於2.5V時，輸 出斷開信號，另一方面，當磁鐵M比圖IO所示位置靠下方側配置時、即GMR元件65的輸出電壓大於2.5V時，輸出接通信號。從而，在磁鐵M 從圖9所示位置向圖IO所示位置移動的過程中，持續輸出斷開信號，另 一方面，在從圖IO所示位置向圖11所示位置移動的過程中持續輸出接通 信號。還有，在磁鐵M像這樣移動期間，GMR元件65的自由層65d的 磁化方向只根據來自磁鐵M的磁場而變化，不會受到來自磁鐵M的磁場 '以外的要因的限制。像這樣，在本實施方式的非接觸式開關裝置1中，使GMR元件65 具有的自由層65d的磁化方向只根據來自磁鐵M的磁場而變化。從而， 自由層65d的磁化方向不會受到來自磁鐵M的磁場以外的要因的限制， 因此能夠防止GMR元件65的電阻值變化不靈敏的情形。其結果是即使利 用GMR元件65時也能夠迅速地進行開關操作。另外，本實施方式的非接觸式開關裝置1中，具備裝入磁鐵M且接 受操作者的按壓操作而往復運動的滑塊4和收容滑塊4且使其能夠在來自 磁鐵M的磁場作用於GMR元件65的自由層的範圍內往復運動的殼體2。 從而，能夠使滑塊4在來自磁鐵M的磁場作用於GMR元件65的自由層 的範圍內往復運動地將其收容在殼體2內，因此可確實地防止GMR元件 65的自由層的磁化方向不定的情形。特別是在本實施方式的非接觸式開關裝置1中，在殼體2上形成凹部 21，凹部21中配置包括GMR元件65的傳感器單元6，還具備第一罩構 件7，第一罩構件7 —體保持該凹部21中配置有傳感器單元6的狀態的殼 體2。從而，因為凹部21中配置有傳感器單元6的狀態的殼體2由第一罩 構件7 —體保持，所以能夠將磁鐵M和GMR元件65的位置關係維持一 定，因此可確保本非接觸式開關裝置1的動作穩定性。另外，本實施方式的非接觸式開關裝置l中，第一罩構件7具備阻斷 來自外部的磁的功能。從而，利用第一罩構件7阻斷來自外部的磁，因此， 可防止由於來自外部的磁而使本非接觸式開關裝置l的動作變得不穩定的 情形。再有，本實施方式的非接觸式開關裝置l中，由表背面單純2極磁化 的磁鐵構成磁鐵M，在使該磁鐵M表面或背面與GMR元件65的磁檢測 面對置配置的狀態下往復運動。從而，不需要以複雜方式磁化的磁鐵而能夠迅速地進行開關操作。還有，本發明並不限定於上述實施方式，可變更成各種方式進行實施。 上述實施方式中，關於附圖所示的大小和形狀等並不限定於此，可在發揮 本發明效果的範圍內適宜變更。此外，只要不脫離本發明目的的範圍就可 適宜變更實施。
權利要求
1.一種非接觸式開關裝置，具備可根據操作者的操作往復運動的磁鐵和檢測來自所述磁鐵的磁場的方向的GMR元件，根據由所述GMR元件檢測出的磁場的方向切換輸出信號，所述非接觸式開關裝置的特徵在於，所述GMR元件所具有的自由層的磁化方向只根據來自所述磁鐵的磁場而變化。
2. 根據權利要求l所述的非接觸式開關裝置，其特徵在於，還具備: 裝入所述磁鐵且接受操作者的操作而往復運動的可動構件；收容所述可動構件且使其在來自所述磁鐵的磁場作用於所述GMR元件的自由層的 範圍內往復運動的殼體。
3. 根據權利要求2所述的非接觸式開關裝置，其特徵在於， 在所述殼體上形成有凹部，在所述凹部中配置包括所述GMR元件的傳感器單元，並且，所述非接觸式開關裝置還具備罩構件，所述罩構件一 體保持所述凹部中配置有所述傳感器單元的狀態的所述殼體。
4. 根據權利要求3所述的非接觸式開關裝置，其特徵在於， 所述罩構件阻斷來自外部的磁。
5. 根據權利要求l所述的非接觸式開關裝置，其特徵在於， 所述磁鐵的表背面單純2極磁化，所述磁鐵在將該磁鐵的表面或背面與所述GMR元件的磁檢測面對置配置的狀態下往復運動。
全文摘要
一種即使利用GMR元件時也能夠迅速進行開關操作的非接觸式開關裝置。這種非接觸式開關裝置(1)，具備可根據操作者的操作往復運動的磁鐵(M)和檢測來自該磁鐵(M)的磁場的方向的GMR元件(65)，根據由GMR元件(65)檢測出的磁場的方向切換輸出信號，其特徵在於，GMR元件(65)所具有的自由層的磁化方向只根據來自上述磁鐵(M)的磁場而變化。
文檔編號H03K17/94GK101330287SQ20081012549
公開日2008年12月24日 申請日期2008年6月18日 優先權日2007年6月18日
發明者倉田孝二, 德永一郎, 瀧川真喜人 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社