JP2000131005A - Magnetic sensor - Google Patents

Magnetic sensor

Info

Publication number
JP2000131005A
JP2000131005A JP10305483A JP30548398A JP2000131005A JP 2000131005 A JP2000131005 A JP 2000131005A JP 10305483 A JP10305483 A JP 10305483A JP 30548398 A JP30548398 A JP 30548398A JP 2000131005 A JP2000131005 A JP 2000131005A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hall element
temperature
semiconductor hall
magnetic sensor
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10305483A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Sugiyama
進 杉山
Yasufumi Ota
康二三 大田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RIKEN KEIKI NARA SEISAKUSHO KK
Ritsumeikan Trust
Original Assignee
RIKEN KEIKI NARA SEISAKUSHO KK
Ritsumeikan Trust
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RIKEN KEIKI NARA SEISAKUSHO KK, Ritsumeikan Trust filed Critical RIKEN KEIKI NARA SEISAKUSHO KK
Priority to JP10305483A priority Critical patent/JP2000131005A/en
Publication of JP2000131005A publication Critical patent/JP2000131005A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor capable of accurately measuring analogous distance or displacement by compensating the temperature of the magnetic sensor using a semiconductor Hall element. SOLUTION: The magnetic sensor is provided with a substrate 16, semiconductor Hall element 17 arranged on the substrate surface, a magnet 19 arranged on the back side of the substrate and generating a magnetic field penetrating the semiconductor Hall element, a constant current circuit supplying the semiconductor Hall element with a constant current, a temperature sensor 18 arranged on the substrate and a zero point temperature compensation circuit for compensating the temperature characteristic of the zero point of the semiconductor Hall element according to the temperature detected with this temperature sensor. The sensitivity temperature coefficient of the semiconductor Hall element and the resistance temperature coefficient of the input resistance of the semiconductor Hall element are set nearly equal in absolute value but different in sign.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、プレス機のス
トローク下死点の検出等、磁性体からなる対象物との間
の距離(或いは、対象物の変位)を高精度に計測する磁
気センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic device for measuring a distance (or a displacement of an object) made of a magnetic material with high accuracy, for example, for detecting a bottom dead center of a stroke of a press machine. It concerns a sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、プレス機の金型のストローク下死
点の検出や上記金型の平行度測定、或いは歯車やドラム
等の平行度測定等に用いる変位センサとして、渦電流に
より計測を行う巻線型高感度近接センサがある。また、
モータの回転数等を検出する磁気センサとして、半導体
ホールIC(集積回路)を用いたものも知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an eddy current is used as a displacement sensor for detecting the bottom dead center of a stroke of a die of a press machine, measuring the parallelism of the die, or measuring the parallelism of a gear or a drum. There is a winding type high sensitivity proximity sensor. Also,
As a magnetic sensor for detecting the number of revolutions of a motor, a sensor using a semiconductor Hall IC (integrated circuit) is also known.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、例えば、上
記プレス機が、毎分3000回(3000 Strokes PerMinut
e) 程度の高速でプレスを行うものである場合、上記巻
線型高感度近接センサの出力は高周波となり、信号処理
回路が複雑となって、センサの周囲環境の温度変化に対
する補償を適切に行うことが困難なため、温度ドリフト
により、通常、10乃至20μm程度の大きな測定誤差
が生じる問題があった。
However, for example, the above-mentioned press machine is operated 3000 times per minute (3000 Strokes PerMinut).
e) If the press is performed at a high speed, the output of the wound type high-sensitivity proximity sensor will be high frequency, the signal processing circuit will be complicated, and appropriate compensation for temperature changes in the surrounding environment of the sensor shall be performed. Therefore, there has been a problem that a large measurement error of about 10 to 20 μm usually occurs due to temperature drift.

【0004】その場合、やむを得ず、各回のストローク
下死点位置を前回の下死点位置と比較して、前回値との
ずれを検出することにより、下死点監視を行うようにし
ているが、係る前回値比較の方法では下死点位置の正確
な検出が不可能なため、不良品の検出を高精度で行えな
い問題があった。
In such a case, the bottom dead center position of each stroke is unavoidably compared with the last bottom dead center position to detect a deviation from the previous value, thereby performing bottom dead center monitoring. Since the method of the previous value comparison cannot accurately detect the bottom dead center position, there is a problem that the defective product cannot be detected with high accuracy.

【0005】一方、上記半導体ホールICを用いた磁気
センサは、対象物との間の距離が一定値以上であるか、
一定値未満であるかにより、オンまたはオフ(1または
0)の2値出力が得られるのみであり、距離や変位をア
ナログ的に計測することが不可能なため、その用途が上
述したモータの回転数検出等に限定されていた。
On the other hand, in the magnetic sensor using the semiconductor Hall IC, whether the distance to an object is equal to or more than a predetermined value,
Depending on whether it is less than a certain value, only a binary output of ON or OFF (1 or 0) can be obtained, and it is impossible to measure distance and displacement in an analog manner. It was limited to rotation speed detection and the like.

【0006】なお、従来の半導体ホール素子を用いた磁
気センサでアナログ的な距離の計測が行えていない原因
は、半導体ホール素子の感度及び入力抵抗にそれぞれ温
度特性(温度ドリフト)がある他、半導体ホール素子の
ゼロ点にも温度特性が存在し、これらの温度特性の補償
を適切に行うことが困難であるためと考えられる。
The reason why analog distance measurement cannot be performed with a conventional magnetic sensor using a semiconductor Hall element is that the sensitivity and input resistance of the semiconductor Hall element have temperature characteristics (temperature drift), and that the semiconductor Hall element has a temperature characteristic (temperature drift). This is probably because temperature characteristics also exist at the zero point of the Hall element, and it is difficult to appropriately compensate for these temperature characteristics.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記半導体ホ
ール素子を用いた磁気センサの温度補償の問題を解決す
ることにより、距離または変位のアナログ的な計測が高
精度で行える磁気センサを提供することを目的とする。
そのため、本発明の請求項1の磁気センサは、磁性体か
らなる対象物との間の距離を計測する磁気センサであっ
て、基板と、基板の表面に配置された半導体ホール素子
と、基板の裏面側に配置され上記半導体ホール素子を貫
通する磁界を発生させる磁石と、上記半導体ホール素子
に定電流を供給する定電流回路と、上記基板上に配置さ
れる温度センサと、この温度センサで検出される温度に
応じて上記半導体ホール素子のゼロ点の温度特性を補償
するゼロ点温度補償回路とを備え、上記半導体ホール素
子の感度温度係数と、該半導体ホール素子の入力抵抗の
抵抗温度係数とが、互いに正負の符号が逆で絶対値が略
等しくなるように設定されていることを特徴とするもの
である。なお、上記感度温度係数と、入力抵抗の抵抗温
度係数との絶対値を略等しくすることは、半導体ホール
素子の製造時に半導体結晶を成長させる過程で混入する
不純物(例えば、シリコンやセレン等)の濃度を適当に
調整することにより行える。すなわち、上記不純物濃度
を変化させると(例えば、1015乃至1020個/cm3
程度の範囲で)、感度温度係数と抵抗温度係数とは共に
変化するが、ある特定の不純物濃度を選択すると、感度
温度係数と抵抗温度係数との絶対値を略等しくすること
ができる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a magnetic sensor capable of measuring distance or displacement in an analog manner with high accuracy by solving the problem of temperature compensation of a magnetic sensor using the above-mentioned semiconductor Hall element. The purpose is to do.
Therefore, the magnetic sensor according to claim 1 of the present invention is a magnetic sensor that measures a distance between an object made of a magnetic material, and a substrate, a semiconductor Hall element arranged on a surface of the substrate, A magnet arranged on the back side to generate a magnetic field penetrating the semiconductor Hall element, a constant current circuit for supplying a constant current to the semiconductor Hall element, a temperature sensor arranged on the substrate, and detection by the temperature sensor A zero-point temperature compensating circuit for compensating for the temperature characteristic of the zero point of the semiconductor Hall element according to the temperature to be applied.The sensitivity temperature coefficient of the semiconductor Hall element, the resistance temperature coefficient of the input resistance of the semiconductor Hall element, Are set so that the positive and negative signs are opposite to each other and their absolute values are substantially equal. Making the absolute value of the sensitivity temperature coefficient and the absolute value of the resistance temperature coefficient of the input resistance substantially equal depends on the impurities (for example, silicon and selenium) mixed in the process of growing the semiconductor crystal during the manufacture of the semiconductor Hall element. It can be performed by appropriately adjusting the concentration. That is, when the impurity concentration is changed (for example, 10 15 to 10 20 / cm 3)
Although the sensitivity temperature coefficient and the resistance temperature coefficient both change, the absolute value of the sensitivity temperature coefficient and the absolute value of the resistance temperature coefficient can be made substantially equal when a certain impurity concentration is selected.

【0008】図1に示すように、通常、半導体ホール素
子の感度Kは温度Tの上昇に伴って略一定の割合で減少
する負の温度特性を有する。ここで、基準温度T0 にお
ける感度をK0 、T0 からの温度変化ΔTに対する感度
変化をΔK、感度温度係数をβとすると、 β=ΔK/(K0 ・ΔT) 〔単位:1/℃〕 ……(1)
As shown in FIG. 1, the sensitivity K of a semiconductor Hall element usually has a negative temperature characteristic that decreases at a substantially constant rate as the temperature T increases. Here, assuming that the sensitivity at the reference temperature T 0 is K 0 , the sensitivity change with respect to the temperature change ΔT from T 0 is ΔK, and the sensitivity temperature coefficient is β, β = ΔK / (K 0 · ΔT) [unit: 1 / ° C. ] ... (1)

【0009】一方、図2に示すように、半導体ホール素
子の入力抵抗Rは温度Tの上昇に伴って略一定の割合で
増加する正の温度特性を有する。基準温度T0 における
半導体ホール素子の入力抵抗をR0 、T0 からの温度変
化ΔTに対する入力抵抗変化をΔR、抵抗温度係数をα
とすると、 α=ΔR/(R0 ・ΔT) 〔単位:1/℃〕 ……(2)
On the other hand, as shown in FIG. 2, the input resistance R of the semiconductor Hall element has a positive temperature characteristic that increases at a substantially constant rate as the temperature T increases. The input resistance of the semiconductor Hall element at the reference temperature T 0 is R 0 , the input resistance change relative to the temperature change ΔT from T 0 is ΔR, and the resistance temperature coefficient is α.
Then, α = ΔR / (R 0 · ΔT) [unit: 1 / ° C.] (2)

【0010】図3において、半導体ホール素子1の入力
端子に定電流回路2から定電流Iが供給されるものと
し、温度T(=T0 +ΔT)における入力抵抗をR(=
0 +ΔR)、半導体ホール素子1の入力電圧をVIN
感度をK(=K0 +ΔK)とする。また、不図示の磁石
から半導体ホール素子1に加わるバイアス磁界の磁束密
度をBとし、温度Tにおける半導体ホール素子1のゼロ
点の温度ドリフトをVZ(T)とすると、温度Tにおけ
る半導体ホール素子1の出力電圧VOUT は、 VOUT =K・B・VIN+VZ (T) =K・B・I・R+VZ (T) =(K0 +ΔK)・(R0 +ΔR)・B・I+VZ (T) ……(3)
In FIG. 3, it is assumed that a constant current I is supplied from a constant current circuit 2 to an input terminal of a semiconductor Hall element 1 and an input resistance at a temperature T (= T 0 + ΔT) is R (=
R 0 + ΔR), the input voltage of the semiconductor Hall element 1 is V IN ,
Let the sensitivity be K (= K 0 + ΔK). When the magnetic flux density of the bias magnetic field applied to the semiconductor Hall element 1 from a magnet (not shown) is B, and the temperature drift of the zero point of the semiconductor Hall element 1 at the temperature T is V Z (T), the semiconductor Hall element at the temperature T The output voltage V OUT of 1 is as follows: V OUT = K · B · V IN + V Z (T) = K · B · I · R + V Z (T) = (K 0 + ΔK) · (R 0 + ΔR) · B · I + V Z (T) ... (3)

【0011】上記式(1)(2)から、ΔK=β・K0
・ΔT、ΔR=α・R0 ・ΔTであるので、これらを式
(3)に代入すると、 VOUT =K0 ・(1+β・ΔT)・R0 ・(1+αΔT)・B・I+VZ (T) =K0 ・R0 ・B・I・(1+(α+β)・ΔT+α・β・ΔT2 ) +VZ (T) ……(4)
From the above equations (1) and (2), ΔK = β · K 0
· [Delta] T, since it is ΔR = α · R 0 · ΔT , when these are substituted into Equation (3), V OUT = K 0 · (1 + β · ΔT) · R 0 · (1 + αΔT) · B · I + V Z (T ) = K 0 · R 0 · B · I · (1+ (α + β) · ΔT + α · β · ΔT 2 ) + V Z (T) (4)

【0012】ここで、本発明では、半導体ホール素子1
の感度温度係数β(負の値)と抵抗温度係数α(正の
値)の絶対値が略等しくなるように設定しているので、
式(4)における(α+β)≒0となる。また、α、β
はそれぞれ十分小さく、0に近い値であるので、式
(4)のα・β・ΔT2 ≒0と近似でき、これらを式
(4)に代入すると、結局、 VOUT ≒K0 ・R0 ・B・I+VZ (T) ……(5)
Here, in the present invention, the semiconductor Hall element 1
Since the absolute value of the temperature coefficient of sensitivity β (negative value) and the absolute value of the temperature coefficient of resistance α (positive value) are set to be substantially equal,
(Α + β) ≒ 0 in equation (4). Α, β
Are sufficiently small and close to 0, and can be approximated to α · β · ΔT 2 ≒ 0 in equation (4). Substituting these into equation (4) results in V OUT ≒ K 0 · R 0 -BI + VZ (T) ... (5)

【0013】式(5)中のK0 ・R0 ・B・Iは温度変
化にかかわらず一定であるから、本発明の半導体ホール
素子1の出力電圧VOUT については、ゼロ点の温度ドリ
フトVZ (T)に対する補償のみを行えばよいこととな
る。具体的には、図3のゼロ点温度補償回路3で、半導
体ホール素子1の出力電圧VOUT に、上記温度ドリフト
Z (T)に符号が逆で絶対値の等しい電圧−V
Z (T)を加算すればよい。
Since K 0 · R 0 · B · I in the equation (5) is constant irrespective of the temperature change, the output voltage V OUT of the semiconductor Hall element 1 of the present invention has a zero point temperature drift V OUT. Only the compensation for Z (T) needs to be performed. Specifically, in the zero-point temperature compensating circuit 3 of FIG. 3, the output voltage V OUT of the semiconductor Hall element 1 is equal to the voltage −V having the opposite sign to the temperature drift V Z (T) and having the same absolute value.
Z (T) may be added.

【0014】請求項2の磁気センサは、請求項1の構成
において、上記半導体ホール素子は、ゼロ点の温度特性
が略直線的な半導体で形成されていることを特徴とす
る。
According to a second aspect of the present invention, in the magnetic sensor according to the first aspect, the semiconductor Hall element is formed of a semiconductor having a substantially linear temperature characteristic at a zero point.

【0015】図4において、半導体ホール素子1の出力
電圧VOUT にはゼロ点の温度ドリフトVZ (T)が存在
し、このVZ (T)は、製作上のばらつきによって、温
度Tの上昇に伴って減少する場合もあれば、増加する場
合もある。以下では、温度Tの上昇に伴って減少する場
合を例として説明する。図中の直線VOUT で示すよう
に、対象物との間の距離が一定であれば、本来、温度T
にかかわらず一定であるべき半導体ホール素子1の出力
電圧が、ゼロ点の温度ドリフトVZ (T)の存在によ
り、実際には、直線VOUT (T)で示すように、温度T
の上昇に伴って減少する。従って、上述のように、ゼロ
点温度補償回路3で半導体ホール素子1の出力V
OUT (T)に−VZ (T)を加算する必要がある。
In FIG. 4, a zero-point temperature drift V Z (T) exists in the output voltage V OUT of the semiconductor Hall element 1, and this V Z (T) rises due to manufacturing variations. May decrease in some cases, and may increase in some cases. Hereinafter, a case in which the temperature T decreases as the temperature T increases will be described as an example. As shown by the straight line V OUT in the figure, if the distance to the object is constant, the temperature T
In fact, the output voltage of the semiconductor Hall element 1 which should be constant regardless of the temperature T.sub.Z (T) as shown by the straight line V.sub.OUT (T) due to the existence of the temperature drift V.sub.Z (T) at the zero point.
Decrease with the rise of Accordingly, as described above, the output V of the semiconductor Hall element 1 is
It is necessary to add −V Z (T) to OUT (T).

【0016】その場合、図4中のVZ (T)のように、
ゼロ点の温度特性が温度Tの変化に応じて略直線的に変
化するのであれば、ゼロ点温度補償回路3における温度
補償は、図5のように、温度Tの上昇に伴って略直線的
に増加する−VZ (T)を加算するのみでよいから、温
度補償を容易かつ高精度に行えることになる。
In this case, as shown by V Z (T) in FIG.
If the temperature characteristic of the zero point changes substantially linearly in accordance with the change in the temperature T, the temperature compensation in the zero point temperature compensating circuit 3 becomes substantially linear as the temperature T increases, as shown in FIG. since it is only adding the -V Z (T) which increases, so that perform the temperature compensation with ease and high accuracy.

【0017】請求項3の磁気センサは、請求項2の構成
において、上記半導体がガリウム砒素であることを特徴
とするものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the magnetic sensor according to the second aspect, wherein the semiconductor is gallium arsenide.

【0018】本発明者は実験により、ガリウム砒素から
なるホール素子のゼロ点の温度特性が略直線的であるこ
とを見い出した。ここで、ガリウム砒素からなるホール
素子にバイアス磁界を印加し、かつ定電流を供給しなが
ら、温度を0℃から50℃まで10℃刻みで変化させ、
各温度についてホール素子と対象物(磁性体)との間の
距離と出力電圧との関係を測定した結果を以下の表1及
び図6に示す。
The present inventor has found through experiments that the temperature characteristic of the zero point of a Hall element made of gallium arsenide is substantially linear. Here, while applying a bias magnetic field to the Hall element made of gallium arsenide and supplying a constant current, the temperature is changed from 0 ° C. to 50 ° C. in steps of 10 ° C.,
Table 1 and FIG. 6 show the results of measuring the relationship between the distance between the Hall element and the object (magnetic material) and the output voltage at each temperature.

【0019】[0019]

【表1】 [Table 1]

【0020】図6中の6本の各曲線から明らかなよう
に、距離が増加するに伴って出力電圧は小さくなる。ま
た、6本の曲線同士を比較すると、温度が高くなるに伴
って出力電圧は低くなるが、各温度毎の6本の曲線は互
いに略平行でかつ略等間隔であることが分かる。なお、
距離1000μmにおける温度と出力電圧との関係を求
めると、図7に示す通りであり、温度変化に対する出力
電圧の変化の割合は略一定である。図4のVOUT (T)
とVZ (T)との関係から明らかなように、このこと
は、ガリウム砒素からなる半導体ホール素子のゼロ点の
温度特性が略直線的であることを意味している。
As is clear from each of the six curves in FIG. 6, the output voltage decreases as the distance increases. When the six curves are compared with each other, it can be seen that the output voltage decreases as the temperature increases, but the six curves at each temperature are substantially parallel to each other and at substantially equal intervals. In addition,
The relationship between the temperature and the output voltage at a distance of 1000 μm is as shown in FIG. 7, and the ratio of the change in the output voltage to the change in the temperature is substantially constant. V OUT (T) in FIG.
As apparent from the relationship between V.sub.Z and V.sub.Z (T), this means that the temperature characteristic of the zero point of the semiconductor Hall element made of gallium arsenide is substantially linear.

【0021】次に、比較例として、インジウムアンチモ
ン(InSb)からなるホール素子について、0℃から
60℃まで10℃刻みで図6と同様の測定を行った結果
を表2及び図8に示す。図8から明らかなように、イン
ジウムアンチモンからなるホール素子については、各温
度毎の7本の曲線が略平行ではあるが、等間隔ではな
く、ホール素子のゼロ点の温度特性が略直線的とならな
いため、ガリウム砒素と比べてゼロ点の温度補償が複雑
になる。
Next, as comparative examples, Table 2 and FIG. 8 show the results of performing the same measurement as in FIG. 6 from 0 ° C. to 60 ° C. in steps of 10 ° C. for a Hall element made of indium antimony (InSb). As is clear from FIG. 8, for the Hall element made of indium antimony, although the seven curves at each temperature are substantially parallel, the temperature characteristics at the zero point of the Hall element are not linear but are substantially linear. Therefore, the temperature compensation at the zero point becomes more complicated than that of gallium arsenide.

【0022】[0022]

【表2】 [Table 2]

【0023】請求項4の磁気センサは、請求項1乃至3
のいずれかの構成において、上記磁石の周囲を覆うよう
に磁性体からなる内ケースが設けられることにより、上
記磁石から半導体ホール素子を貫通して内ケースに至る
磁力線が形成されることを特徴とするものである。
The magnetic sensor according to claim 4 is the magnetic sensor according to claims 1 to 3.
In any of the above configurations, by providing the inner case made of a magnetic material so as to cover the periphery of the magnet, magnetic lines of force extending from the magnet to the inner case through the semiconductor Hall element are formed. Is what you do.

【0024】請求項5の磁気センサは、請求項4の構成
において、上記内ケースの周囲を覆うように非磁性体か
らなる外ケースが設けられていることを特徴としてい
る。
A magnetic sensor according to a fifth aspect of the present invention is the magnetic sensor according to the fourth aspect, wherein an outer case made of a non-magnetic material is provided so as to cover the periphery of the inner case.

【0025】請求項6の磁気センサは、請求項1乃至5
のいずれかの構成において、上記磁石は磁束密度が30
00ガウス以上の磁界を発生させることを特徴とするも
のである。
The magnetic sensor according to claim 6 is the magnetic sensor according to claims 1 to 5
Wherein the magnet has a magnetic flux density of 30.
It is characterized by generating a magnetic field of 00 gauss or more.

【0026】請求項7の磁気センサは、請求項6の構成
において、上記磁石はネオジウム系希土類磁石であるこ
とを特徴とするものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in the magnetic sensor of the sixth aspect, the magnet is a neodymium-based rare earth magnet.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図9及び図10に示すよう
に、本実施の形態の磁気センサ10は、例えば、不図示
の昇降駆動装置により上下動可能な上型11と固定の下
型12とで構成されるプレス機13のストローク下死点
の監視装置として用いられるものである。磁気センサ1
0はL字形の取付金具14を介して下型12の側面の上
端部に図示しないねじ等で取り付けられる一方、上型1
1の側面の下端部における対応位置には、鋼等の磁性体
からなるL字形の近接体15(対象物)が不図示のねじ
等で取り付けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIGS. 9 and 10, the magnetic sensor 10 of the present embodiment is, for example, a press machine 13 composed of an upper die 11 and a fixed lower die 12 that can be moved up and down by a lifting drive (not shown). Is used as a monitoring device for the bottom dead center of the stroke. Magnetic sensor 1
Reference numeral 0 denotes an upper die 1 which is attached to the upper end of the side surface of the lower die 12 via an L-shaped mounting bracket 14 with screws (not shown) or the like.
An L-shaped proximity body 15 (object) made of a magnetic material such as steel is attached to a corresponding position at a lower end portion of the side surface of the device 1 with a screw or the like (not shown).

【0028】上型11の昇降動作に伴う磁気センサ10
の損傷を防止するため、プレス機13のストローク下死
点、つまり、上型11が最も下方へ移動した位置で、磁
気センサ10と近接体15との間に所定の上下間隔G
(例えば、1000μm)が隔てられるように、磁気セ
ンサ10と近接体15の取付位置が定められている。
The magnetic sensor 10 accompanying the raising and lowering operation of the upper mold 11
In order to prevent damage to the magnetic head 10, a predetermined vertical gap G between the magnetic sensor 10 and the proximity body 15 is set at the bottom dead center of the stroke of the
The mounting position of the magnetic sensor 10 and the proximity body 15 is determined so as to be separated (for example, 1000 μm).

【0029】なお、プレス機13は、例えば、IC(集
積回路)のリードフレーム、携帯電話用のコネクタのピ
ンヘッド等の製造、加工に用いられ、毎分3000乃至
4000回以上程度の高速でプレスを行うものである
が、プレス機13により製造される製品及び作動速度等
は上記したものに限らない。
The press 13 is used for manufacturing and processing, for example, an IC (integrated circuit) lead frame, a pin head of a connector for a cellular phone, and the like, and presses at a high speed of about 3000 to 4000 times per minute. Although the operation is performed, the products manufactured by the press 13 and the operation speed are not limited to those described above.

【0030】図11に示すように、磁気センサ10は、
ガラス繊維含侵エポキシ樹脂等からなる円板状のプリン
ト基板16を備え、このプリント基板16の表面(上
面)の略中央にはガリウム砒素(GaAs)からなる半
導体ホール素子17が配置されている。また、プリント
基板16の裏面(下面)には、Si−IC等からなる温
度センサ18が中央から外周側へずれた位置に配置され
ている。
As shown in FIG. 11, the magnetic sensor 10
A disk-shaped printed board 16 made of glass fiber impregnated epoxy resin or the like is provided, and a semiconductor Hall element 17 made of gallium arsenide (GaAs) is arranged at substantially the center of the surface (upper surface) of the printed board 16. Further, on the back surface (lower surface) of the printed board 16, a temperature sensor 18 made of Si-IC or the like is arranged at a position shifted from the center to the outer peripheral side.

【0031】プリント基板16の裏面側には、ネオジウ
ム系希土類磁石(Nd−Fe−Bを主成分とした成形焼
結体)等からなり、磁束密度3000ガウス以上の大き
な磁界を発生させる磁石19が配置されている。磁石1
9は、プリント基板16の裏面の中央部にその上面が当
接する円柱状の小径部19aと、小径部19aの下方に
同芯に配置された円柱状の大径部19bからなる。な
お、図11には、小径部19aと大径部19bを一体に
構成した場合を示しているが、磁石19の製造の便宜
上、小径部19aと大径部19bとを2分割体と構成し
てもよい。
On the back surface side of the printed circuit board 16, a magnet 19 made of a neodymium-based rare earth magnet (a molded sintered body containing Nd-Fe-B as a main component) or the like and generating a large magnetic field having a magnetic flux density of 3000 gauss or more is provided. Are located. Magnet 1
Reference numeral 9 denotes a cylindrical small-diameter portion 19a whose upper surface is in contact with the central portion of the back surface of the printed circuit board 16, and a cylindrical large-diameter portion 19b concentrically arranged below the small-diameter portion 19a. Although FIG. 11 shows a case where the small-diameter portion 19a and the large-diameter portion 19b are integrally formed, the small-diameter portion 19a and the large-diameter portion 19b are formed into a two-piece body for convenience of manufacturing the magnet 19. You may.

【0032】磁石19の外側方及び下方を覆うように、
SS鋼(JIS G 3101) 等の磁性体からなる有底円筒状の
内ケース20が配置されている。内ケース20は上部が
開放されるとともに、円筒状の側壁部20aの上面がプ
リント基板16の裏面の外周端部に接合されている。
In order to cover the outer side and the lower side of the magnet 19,
A bottomed cylindrical inner case 20 made of a magnetic material such as SS steel (JIS G 3101) is arranged. The upper part of the inner case 20 is opened, and the upper surface of the cylindrical side wall 20 a is joined to the outer peripheral end of the back surface of the printed circuit board 16.

【0033】内ケース20は磁気回路としての役割を有
し、磁石19及び内ケース20の形状、並びに半導体ホ
ール素子17が磁石19の中央に配置されていることに
より、例えば、近接体15が図11の実線位置にある場
合、磁気センサ10の上方にて磁石19の小径部19a
の上面から半導体ホール素子17を厚み方向へ貫通して
内ケース20の側壁部20aの上面に至る磁力線が、例
えば、実線S1のように形成される。すなわち、磁気セ
ンサ10と近接体15との間の間隔が比較的大きい場
合、近接体15内を通過する磁束密度は比較的小さいた
め、半導体ホール素子17を垂直に貫通する磁束密度は
比較的小さい。
The inner case 20 has a role as a magnetic circuit. Since the shape of the magnet 19 and the inner case 20 and the semiconductor Hall element 17 are arranged at the center of the magnet 19, for example, 11, the small-diameter portion 19 a of the magnet 19 above the magnetic sensor 10.
The lines of magnetic force that penetrate the semiconductor Hall element 17 from the upper surface in the thickness direction and reach the upper surface of the side wall 20a of the inner case 20 are formed, for example, as shown by a solid line S1. That is, when the distance between the magnetic sensor 10 and the proximity body 15 is relatively large, the magnetic flux density passing through the proximity body 15 is relatively small, and therefore the magnetic flux density vertically penetrating the semiconductor Hall element 17 is relatively small. .

【0034】上型11の下降に伴って、近接体15が、
図11中の実線位置から一点鎖線位置まで接近した場
合、磁力線は、例えば、一点鎖線で示すS2のように変
化し、近接体15内を通過する磁束密度が大きくなるた
め、半導体ホール素子17を垂直に貫通する磁束密度が
大きくなり、それだけ半導体ホール素子17の出力電圧
も増加する。このように、近接体15が磁気センサ10
に接近するに伴って、半導体ホール素子17の出力電圧
は増加し、逆に、近接体15が磁気センサ10から離間
するに伴って、半導体ホール素子17の出力電圧は低下
することになる。
As the upper mold 11 descends, the proximity body 15
When approaching from the solid line position in FIG. 11 to the one-dot chain line position, the magnetic force line changes, for example, as indicated by S2 shown by the one-dot chain line, and the magnetic flux density passing through the proximity body 15 increases. The magnetic flux density penetrating vertically increases, and the output voltage of the semiconductor Hall element 17 increases accordingly. In this way, the proximity object 15 is
, The output voltage of the semiconductor Hall element 17 increases, and conversely, as the proximity body 15 moves away from the magnetic sensor 10, the output voltage of the semiconductor Hall element 17 decreases.

【0035】内ケース20及びプリント基板16の外側
方及び下方を覆うように、アルミニウム等の非磁性体か
らなる外ケース21が配置されている。この外ケース2
1は磁気シールドの役割を果たし、磁気センサ10が取
り付けられる前記下型12が磁性体で形成されている場
合も、磁石19による磁力線が乱れされることのないよ
うに保護している。
An outer case 21 made of a non-magnetic material such as aluminum is disposed so as to cover the outer case and the lower portion of the inner case 20 and the printed circuit board 16. This outer case 2
Reference numeral 1 serves as a magnetic shield and protects the lower mold 12 to which the magnetic sensor 10 is attached from being disturbed even when the lower mold 12 is formed of a magnetic material.

【0036】本磁気センサ10では、磁石19として、
3000ガウス以上の大きな磁界を発生できるものを使
用しているので、半導体ホール素子17と近接体15と
の間の距離の変化による磁界の変化量を大きくすること
により、磁気センサ10で磁界の微小な変化も検出でき
るようになり、半導体ホール素子17の高感度化を図る
ことができる。なお、磁石19の周囲に磁気回路として
の役割を有する内ケース20を配置したので、半導体ホ
ール素子17を貫通する磁界を一層大きなものとするこ
とができ、磁気センサ10の一層の高感度化を実現でき
る。また、非磁性体からなる外ケース21を設けたの
で、周囲に他の磁性体が存在する場合も検出精度が低下
することがない。
In the magnetic sensor 10, as the magnet 19,
Since a magnetic field that can generate a large magnetic field of 3000 gauss or more is used, the amount of change in the magnetic field due to a change in the distance between the semiconductor Hall element 17 and the proximity body 15 is increased, so that the magnetic sensor 10 This makes it possible to detect even a slight change, so that the sensitivity of the semiconductor Hall element 17 can be increased. Since the inner case 20 serving as a magnetic circuit is arranged around the magnet 19, the magnetic field penetrating the semiconductor Hall element 17 can be further increased, and the sensitivity of the magnetic sensor 10 can be further increased. realizable. Further, since the outer case 21 made of a non-magnetic material is provided, the detection accuracy does not decrease even when there is another magnetic material around.

【0037】図10からも明らかなように、外ケース2
1の内周の凹部21aは内ケース20の外形に対応させ
て横断面円形に形成される一方、外ケース21の外周
は、プレス機13の下型12の外形に対応させて、例え
ば、平面矩形状に形成されている。なお、磁気センサ1
0のサイズは、例えば、図11中の内ケース20の高さ
H1を6mm程度、直径D1を14mm程度、外ケース21
の高さH2を8mm程度、長辺方向寸法D2を30mm程度
とすることができる。但し、これらの値は一例に過ぎ
ず、磁気センサ10の用途等に応じて、サイズは適宜変
更できる。
As is apparent from FIG.
1 is formed in a circular cross section corresponding to the outer shape of the inner case 20, while the outer periphery of the outer case 21 is formed in a flat shape corresponding to the outer shape of the lower die 12 of the press 13, for example. It is formed in a rectangular shape. The magnetic sensor 1
The size of 0 is, for example, the height H1 of the inner case 20 in FIG.
The height H2 can be about 8 mm, and the long-side direction dimension D2 can be about 30 mm. However, these values are merely examples, and the size can be appropriately changed according to the use of the magnetic sensor 10 and the like.

【0038】次に、図12に磁気センサ10の回路類の
構成を説明する。半導体ホール素子17の入力端子に
は、定電流回路22から定電流が供給されるようになっ
ている。この定電流回路22は可変抵抗R1を介して電
源+Vccに接続され、可変抵抗R1により定電流の大
きさを調整できるようになっている。半導体ホール素子
17の出力端子はゼロ点温度補償回路23に接続されて
いる。
Next, the configuration of the circuits of the magnetic sensor 10 will be described with reference to FIG. The constant current circuit 22 supplies a constant current to the input terminal of the semiconductor Hall element 17. The constant current circuit 22 is connected to a power supply + Vcc via a variable resistor R1 so that the magnitude of the constant current can be adjusted by the variable resistor R1. The output terminal of the semiconductor Hall element 17 is connected to the zero point temperature compensation circuit 23.

【0039】ゼロ点温度補償回路23は、図4及び図5
を用いて前述したように、半導体ホール素子17の出力
電圧のゼロ点の温度ドリフトVZ (T)と符号が逆で絶
対値の等しい電圧−VZ (T)を半導体ホール素子17
の出力電圧VOUT (T)に加算する回路である。−VZ
(T)に相当する電圧は、前記温度センサ18で検出さ
れる半導体ホール素子17の周囲温度に応じてバッファ
回路24で発生され、可変抵抗R2を介してゼロ点温度
補償回路23に供給される。
The zero point temperature compensating circuit 23 corresponds to FIGS.
As described above, the voltage −V Z (T) having the opposite sign and the same absolute value as the temperature drift V Z (T) at the zero point of the output voltage of the semiconductor Hall element 17 is applied to the semiconductor Hall element 17.
This is a circuit for adding to the output voltage V OUT (T). −V Z
The voltage corresponding to (T) is generated in the buffer circuit 24 according to the ambient temperature of the semiconductor Hall element 17 detected by the temperature sensor 18 and supplied to the zero point temperature compensation circuit 23 via the variable resistor R2. .

【0040】本実施の形態では、図5に示したように、
ガリウム砒素からなる半導体ホール素子17を用いたこ
とにより、ゼロ点補償電圧−VZ (T)が温度変化に応
じて略直線的に変化するので、バッファ回路24による
−VZ (T)の生成は容易に行える。なお、可変抵抗R
2は、必要により、−VZ (T)の傾きを調整する役割
を有する。
In the present embodiment, as shown in FIG.
By using the semiconductor Hall element 17 made of gallium arsenide, the zero point compensation voltage −V Z (T) changes substantially linearly in accordance with a temperature change, so that the buffer circuit 24 generates −V Z (T). Can be done easily. Note that the variable resistor R
2 has a role of adjusting the slope of −V Z (T) as necessary.

【0041】ゼロ点温度補償回路23の出力端子はゼロ
点調整回路25に接続されるとともに、このゼロ点温度
補償回路23は、可変抵抗R3を介して電源+Vccに
接続されており、ここでゼロ点の調整が行われる。具体
的には、ゼロ点温度補償回路23で温度補償された半導
体ホール素子17の出力電圧は、近接体15との間の距
離が減少するに伴って大きくなるが、このゼロ点調整回
路25では、測定の便宜上、近接体15との間の距離が
減少するに伴って、その出力電圧が小さくなるように変
換される。
The output terminal of the zero point temperature compensation circuit 23 is connected to a zero point adjustment circuit 25, and the zero point temperature compensation circuit 23 is connected to a power supply + Vcc via a variable resistor R3. Point adjustment is performed. Specifically, the output voltage of the semiconductor Hall element 17 temperature-compensated by the zero-point temperature compensation circuit 23 increases as the distance between the semiconductor Hall element 17 and the proximity object 15 decreases. For convenience of measurement, the output voltage is converted so as to decrease as the distance from the proximity object 15 decreases.

【0042】また、ゼロ点調整回路25では、プレス機
13のストローク下死点(例えば、近接体15との間の
距離が1000μm)がゼロ点に設定され、このストロ
ーク下死点において、ゼロ点調整回路25の出力電圧が
0〔V〕となるように可変抵抗R3により調整される。
なお、ゼロ点調整回路25の出力は増幅回路26に入力
され、増幅回路26で所望の増幅率による増幅(スパン
調整)が行われた後、増幅回路26の出力が本磁気セン
サ10の出力とされる。なお、上記磁気センサ10の回
路類の内、半導体ホール素子17及び温度センサ18は
プリント基板16上に配置されるが、それ以外の定電流
回路22や電源+Vcc等は、例えば、磁気センサ10
とは別途設けた回路基板上等に配置され、この基板と上
記プリント基板16とがリード線等で接続される。但
し、定電流回路22や電源+Vcc等をも磁気センサ1
0本体のプリント基板16上に配置することも可能であ
る。
In the zero point adjusting circuit 25, the bottom dead center of the stroke of the press machine 13 (for example, the distance between the proximity body 15 and 1000 μm) is set to the zero point. The output voltage of the adjustment circuit 25 is adjusted by the variable resistor R3 so as to be 0 [V].
Note that the output of the zero point adjustment circuit 25 is input to the amplification circuit 26, and after the amplification (span adjustment) is performed at a desired amplification rate by the amplification circuit 26, the output of the amplification circuit 26 is changed to the output of the magnetic sensor 10 Is done. Among the circuits of the magnetic sensor 10, the semiconductor Hall element 17 and the temperature sensor 18 are arranged on the printed circuit board 16, but the other constant current circuit 22, power supply + Vcc, etc.
The printed circuit board 16 is connected to a printed circuit board 16 by a lead wire or the like. However, the constant current circuit 22 and the power supply + Vcc are also used for the magnetic sensor 1.
It is also possible to dispose it on the printed circuit board 16 of the main body.

【0043】以下、図12の回路の各部における出力例
を説明すると、半導体ホール素子17の出力電圧は、例
えば、前記の表1及び図6に示した通りである。図6か
ら明らかなように、磁気センサ10と近接体15との間
の距離が同一であっても、半導体ホール素子17の周囲
温度が高くなる程、出力電圧は低くなる。
Hereinafter, an output example of each part of the circuit of FIG. 12 will be described. The output voltage of the semiconductor Hall element 17 is, for example, as shown in Table 1 and FIG. As is clear from FIG. 6, even when the distance between the magnetic sensor 10 and the proximity body 15 is the same, the output voltage decreases as the ambient temperature of the semiconductor Hall element 17 increases.

【0044】次に、図6の出力電圧をゼロ点温度補償回
路23に入力し、ゼロ点温度補償回路23で温度補償を
行った後の出力は表3及び図13に示すようになる。ゼ
ロ点温度補償回路23では、プレス機13のストローク
下死点、つまり、磁気センサ10と近接体15との間の
距離が1000μmの時の出力電圧が温度に係わらず略
一定となるように補償を行っている。図13を参照する
と、ストローク下死点以外の点でも6本の曲線は略重な
っており、温度補償は好適に行われている。
Next, the output voltage of FIG. 6 is input to the zero point temperature compensation circuit 23, and the output after the zero point temperature compensation circuit 23 performs temperature compensation is as shown in Table 3 and FIG. The zero point temperature compensation circuit 23 compensates so that the output voltage at the stroke bottom dead center of the press machine 13, that is, when the distance between the magnetic sensor 10 and the proximity body 15 is 1000 μm, is substantially constant regardless of the temperature. It is carried out. Referring to FIG. 13, even at points other than the bottom dead center of the stroke, the six curves substantially overlap, and the temperature compensation is suitably performed.

【0045】[0045]

【表3】 [Table 3]

【0046】次に、図13のゼロ点温度補償回路23の
出力をゼロ点調整回路25に入力し、ゼロ点調整回路2
5でゼロ点の調整を行った後の出力を表4及び図14に
示す。図14から明らかなように、距離が減少するに伴
って、ゼロ点調整回路25の出力電圧が減少するように
変換され、かつ距離1000μmのストローク下死点に
おいて、ゼロ点調整回路25の出力電圧が温度にかかわ
らず略0〔V〕となるように設定されている。なお、ス
トローク下死点以外の点でも各温度毎の6本の曲線は略
重なっており、温度ドリフトは好適に補償されている。
Next, the output of the zero point temperature compensating circuit 23 shown in FIG.
Table 4 and FIG. 14 show the output after the zero point was adjusted in Step 5. As is apparent from FIG. 14, the output voltage of the zero point adjustment circuit 25 is converted so as to decrease as the distance decreases, and the output voltage of the zero point adjustment circuit 25 at a stroke bottom dead center of a distance of 1000 μm. Is set to be approximately 0 [V] regardless of the temperature. In addition, the six curves for each temperature substantially overlap at points other than the stroke bottom dead center, and the temperature drift is suitably compensated.

【0047】[0047]

【表4】 [Table 4]

【0048】次に、図14に示すゼロ点調整回路25の
出力を増幅回路26に入力し、所定の増幅率で増幅した
後の増幅回路26の出力を表5及び図15に示す。図1
5から明らかなように、増幅後のセンサ出力も、距離1
000μmのストローク下死点で温度にかかわらず略0
〔V〕となっており、かつストローク下死点以外でも各
温度毎の6本の曲線が略重なっている。
Next, the output of the zero point adjustment circuit 25 shown in FIG. 14 is input to the amplification circuit 26, and the output of the amplification circuit 26 after amplification at a predetermined amplification factor is shown in Table 5 and FIG. FIG.
As is clear from FIG. 5, the sensor output after amplification is
Approximately 0 regardless of temperature at the bottom dead center of a stroke of 000 μm
[V], and the six curves for each temperature substantially overlap other than the bottom dead center of the stroke.

【0049】以上のような実験結果から、本実施の形態
の磁気センサ10では、温度範囲0℃乃至50℃、磁気
センサ10と近接体15との間の距離が500乃至15
00μm(測定レンジ1mm)の範囲で、±1μmの高精
度で測定可能なことが証明された。なお、プレス機13
の下死点監視の場合、上記500乃至1500μmの測
定レンジ中、実質的には、略1000乃至1500μm
の範囲しか使用しないが、用途によっては、500乃至
1500μmの全測定レンジを使用できる。
From the above experimental results, in the magnetic sensor 10 of the present embodiment, the temperature range is 0 ° C. to 50 ° C., and the distance between the magnetic sensor 10 and the proximity body 15 is 500 to 15 ° C.
It was proved that measurement was possible with a high accuracy of ± 1 μm in the range of 00 μm (measurement range 1 mm). The press 13
In the case of monitoring the bottom dead center, in the above-described measurement range of 500 to 1500 μm, substantially 1000 to 1500 μm
, But depending on the application, the entire measurement range of 500 to 1500 μm can be used.

【0050】[0050]

【表5】 [Table 5]

【0051】本磁気センサ10をプレス機13のストロ
ーク下死点の監視に用いる場合、極めて高精度での距離
測定が可能であるので、従来のように、前回のプレス時
の下死点位置と今回のプレス時の下死点位置とを比較す
る前回値比較ではなく、各回のプレス時のストローク下
死点における磁気センサ10と近接体15との間の距離
が予め定めた値(例えば、1000μm)と一致してい
るかどうかを絶対値比較で行うことができる。従って、
本磁気センサ10は、例えば、上型11または下型12
への異物の混入等により、ストローク下死点の位置が上
下に1μm程度ずれた場合でも検出が可能であるから、
不良品の検出を確実、高精度に行える。
When the magnetic sensor 10 is used for monitoring the bottom dead center of the stroke of the press machine 13, the distance can be measured with extremely high accuracy. The distance between the magnetic sensor 10 and the proximity body 15 at the stroke bottom dead center at each press is not a previous value comparison comparing the bottom dead center position at the time of this press but a predetermined value (for example, 1000 μm). ) Can be determined by comparing the absolute values. Therefore,
The magnetic sensor 10 includes, for example, an upper mold 11 or a lower mold 12.
Even if the position of the bottom dead center of the stroke is shifted up or down by about 1 μm due to the entry of foreign matter into the
Defective products can be detected reliably and with high accuracy.

【0052】なお、上記の実施の形態では、磁気センサ
10を下型12の側面に取り付ける場合を説明したが、
例えば、磁気センサ10は下型12の上端部付近に埋め
込み形式で設け、磁性体からなる上型11との間の距離
を直接測定するようにしてもよい。その場合でも、磁気
センサ10は非磁性体からなる外ケース21で磁気シー
ルドを行っているので、下型12が磁性体であっても、
測定精度の低下は生じない。
In the above embodiment, the case where the magnetic sensor 10 is attached to the side surface of the lower mold 12 has been described.
For example, the magnetic sensor 10 may be provided near the upper end of the lower mold 12 in an embedded form, and directly measure the distance between the magnetic sensor 10 and the upper mold 11 made of a magnetic material. Even in this case, since the magnetic sensor 10 performs magnetic shielding with the outer case 21 made of a non-magnetic material, even if the lower mold 12 is a magnetic material,
No decrease in measurement accuracy occurs.

【0053】さらに、上記の実施の形態では、磁気セン
サ10をプレス機13の下死点監視に用いる例を説明し
たが、磁気センサ10は、それ以外に、例えば、磁性体
からなる歯車の横振れ、歪み、平行度測定、磁性体から
なるドラムの面振れ、平行度測定等、磁性体からなる対
象物との間の距離測定を伴う種々の用途に用いることが
できる。なお、磁石19として3000ガウス以上の磁
界を発生させるものを使用することにより、±1μm程
度の高精度での測定が可能であるが、用途により、多少
精度を低下させても差し支えない場合、磁石19として
3000ガウス未満の磁界を発生させるものを用いるこ
ともできる。
Further, in the above-described embodiment, an example in which the magnetic sensor 10 is used for monitoring the bottom dead center of the press machine 13 has been described. However, the magnetic sensor 10 may be, for example, beside a gear made of a magnetic material. The present invention can be used for various applications involving measurement of a distance to a target made of a magnetic material, such as measurement of runout, distortion, parallelism, surface deflection of a magnetic drum, and parallelism. It should be noted that by using a magnet that generates a magnetic field of 3000 Gauss or more as the magnet 19, it is possible to measure with high accuracy of about ± 1 μm. As 19, a member that generates a magnetic field of less than 3000 Gauss can also be used.

【0054】また、半導体ホール素子17がガリウム砒
素等のゼロ点の温度特性が略直線的な半導体からなる場
合、ゼロ点の温度補償を高精度に行える利点があるが、
半導体ホール素子17がシリコン、インジウムアンチモ
ン等、温度特性が非直線的な半導体からなる場合であっ
ても、半導体ホール素子17の感度温度係数と入力抵抗
の抵抗温度係数の絶対値を略同一とすることにより、感
度温度特性と抵抗温度特性を互いに高精度にキャンセル
補償することができ、ゼロ点の温度補償のみを行えばよ
い点は変わらないので、近接距離センサとして実用可能
である。
When the semiconductor Hall element 17 is made of a semiconductor such as gallium arsenide having a substantially linear temperature characteristic at the zero point, there is an advantage that the temperature compensation at the zero point can be performed with high accuracy.
Even when the semiconductor Hall element 17 is made of a semiconductor whose temperature characteristics are non-linear such as silicon and indium antimony, the absolute value of the sensitivity temperature coefficient of the semiconductor Hall element 17 and the absolute value of the resistance temperature coefficient of the input resistance are made substantially the same. As a result, the sensitivity temperature characteristic and the resistance temperature characteristic can be canceled and compensated for each other with high precision, and the point that only the temperature compensation of the zero point needs to be performed remains unchanged, so that the sensor can be practically used as a proximity distance sensor.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明の請求項1の磁気センサは、磁性
体からなる対象物との間の距離を計測する磁気センサで
あって、基板と、基板の表面に配置された半導体ホール
素子と、基板の裏面側に配置され上記半導体ホール素子
を貫通する磁界を発生させる磁石と、上記半導体ホール
素子に定電流を供給する定電流回路と、上記基板上に配
置される温度センサと、この温度センサで検出される温
度に応じて上記半導体ホール素子のゼロ点の温度特性を
補償するゼロ点温度補償回路とを備え、上記半導体ホー
ル素子の感度温度係数と、該半導体ホール素子の入力抵
抗の抵抗温度係数とが、互いに正負の符号が逆で絶対値
が略等しくなるように設定されているものであるから、
半導体ホール素子の感度温度特性が入力抵抗の抵抗温度
特性により高精度にキャンセル補償されて、半導体ホー
ル素子の出力電圧が上記感度温度特性及び抵抗温度特性
によっては殆ど変動しなくなる。従って、本発明では、
温度補償については、上記ゼロ点温度補償回路によって
ゼロ点の温度特性を補償するのみでよいから、温度補償
が容易になり、その結果、本磁気センサを対象物との間
のアナログ的な距離の測定に用いた場合でも、十分な測
定精度(例えば、±1μm程度)を得ることが可能にな
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a magnetic sensor for measuring a distance between a magnetic substance and an object, comprising: a substrate; a semiconductor Hall element disposed on a surface of the substrate; A magnet arranged on the back side of the substrate to generate a magnetic field penetrating the semiconductor Hall element, a constant current circuit for supplying a constant current to the semiconductor Hall element, a temperature sensor arranged on the substrate, A zero-point temperature compensation circuit for compensating a temperature characteristic of a zero point of the semiconductor Hall element according to a temperature detected by a sensor, wherein a sensitivity temperature coefficient of the semiconductor Hall element and a resistance of an input resistance of the semiconductor Hall element are provided. Since the temperature coefficient is set so that the positive and negative signs are opposite to each other and the absolute values are substantially equal,
The sensitivity temperature characteristic of the semiconductor Hall element is canceled and compensated with high accuracy by the resistance temperature characteristic of the input resistance, and the output voltage of the semiconductor Hall element hardly fluctuates depending on the sensitivity temperature characteristic and the resistance temperature characteristic. Therefore, in the present invention,
As for the temperature compensation, it is only necessary to compensate the temperature characteristic of the zero point by the above-mentioned zero point temperature compensation circuit, so that the temperature compensation becomes easy. Even when used for measurement, sufficient measurement accuracy (for example, about ± 1 μm) can be obtained.

【0056】請求項2及び3の磁気センサは、上記半導
体ホール素子が、ゼロ点の温度特性が略直線的な半導
体、例えば、ガリウム砒素で形成されているので、ゼロ
点の温度特性の補償を極めて容易かつ高精度に行え、従
って、本磁気センサによる測定精度を一層向上させるこ
とができる。
In the magnetic sensor according to the second and third aspects, the semiconductor Hall element is formed of a semiconductor whose temperature characteristic at the zero point is substantially linear, for example, gallium arsenide. It can be performed extremely easily and with high accuracy, and therefore, the measurement accuracy by the present magnetic sensor can be further improved.

【0057】請求項4の磁気センサは、上記磁石の周囲
を覆うように磁性体からなる内ケースが設けられること
により、上記磁石から半導体ホール素子を貫通して内ケ
ースに至る磁力線が形成されるものであるから、内ケー
スによって磁石の磁界に指向性が与えられ、内ケースを
設けない場合よりも一層大きな磁界が半導体ホール素子
を貫通するようになり、その結果、半導体ホール素子が
微小な磁界の変化も検出可能となるから、磁気センサの
測定精度を更に向上させることができる。
In the magnetic sensor according to the fourth aspect of the present invention, since the inner case made of a magnetic material is provided so as to cover the periphery of the magnet, magnetic lines of force extending from the magnet to the inner case through the semiconductor Hall element are formed. Therefore, directivity is given to the magnetic field of the magnet by the inner case, and a larger magnetic field penetrates the semiconductor Hall element than when the inner case is not provided. As a result, the semiconductor Hall element has a small magnetic field. Can be detected, so that the measurement accuracy of the magnetic sensor can be further improved.

【0058】請求項5の磁気センサは、上記内ケースの
周囲を覆うように非磁性体からなる外ケースが設けられ
ているので、本磁気センサが他の磁性体に取り付けられ
ているような場合でも、上記外ケースによって磁気シー
ルドされ、本磁気センサの測定精度が他の磁性体の存在
によって低下する不具合を防止できる。
In the magnetic sensor according to the fifth aspect, since the outer case made of a non-magnetic material is provided so as to cover the periphery of the inner case, a case where the present magnetic sensor is attached to another magnetic material is provided. However, it is possible to prevent the problem that the magnetic sensor is magnetically shielded by the outer case and the measurement accuracy of the present magnetic sensor is reduced by the presence of another magnetic substance.

【0059】請求項6及び7の磁気センサは、上記磁石
が磁束密度が3000ガウス以上の磁界を発生させるこ
とのできる磁石、例えば、ネオジウム系希土類磁石でな
るものであるから、上記半導体ホール素子を貫通する磁
界は十分大きなものとなり、これにより、半導体ホール
素子は極めて微小な磁界の変化も検出かのとなるから、
測定精度を一層向上させることができる。
In the magnetic sensor according to claims 6 and 7, since the magnet is a magnet capable of generating a magnetic field having a magnetic flux density of 3000 gauss or more, for example, a neodymium-based rare earth magnet, The penetrating magnetic field becomes sufficiently large, and the semiconductor Hall element can detect even a very small change in the magnetic field.
Measurement accuracy can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】半導体ホール素子の周囲温度と感度との関係を
示すグラフ。
FIG. 1 is a graph showing a relationship between an ambient temperature of a semiconductor Hall element and sensitivity.

【図2】半導体ホール素子の周囲温度と入力抵抗との関
係を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between an ambient temperature of a semiconductor Hall element and an input resistance.

【図3】本発明の磁気センサの概略構成を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a magnetic sensor of the present invention.

【図4】半導体ホール素子の出力がゼロ点の温度特性に
より変動する様子を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing how the output of a semiconductor Hall element fluctuates due to temperature characteristics at a zero point.

【図5】上記ゼロ点の温度特性を補償するための補償電
圧を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing a compensation voltage for compensating the temperature characteristic at the zero point.

【図6】ガリウム砒素からなるホール素子と対象物(磁
性体)との間の距離と出力との関係を複数の温度につい
て示すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a distance between a Hall element made of gallium arsenide and an object (magnetic material) and an output at a plurality of temperatures.

【図7】上記距離が一定の場合の温度とホール素子の出
力との関係を示すグラフ。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the temperature and the output of the Hall element when the distance is constant.

【図8】インジウムアンチモンからなるホール素子と対
象物(磁性体)との間の距離と出力との関係を複数の温
度について示すグラフ。
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a distance between a Hall element made of indium antimony and an object (magnetic material) and an output at a plurality of temperatures.

【図9】本発明の実施の形態における磁気センサを取り
付けたプレス機を示す概略正面図。
FIG. 9 is a schematic front view showing a press equipped with a magnetic sensor according to the embodiment of the present invention.

【図10】上記プレス機における下型を示す概略平面
図。
FIG. 10 is a schematic plan view showing a lower die in the press machine.

【図11】上記磁気センサを示す断面説明図。FIG. 11 is an explanatory sectional view showing the magnetic sensor.

【図12】上記磁気センサにおける回路類の構成を示す
ブロック構成図。
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of circuits in the magnetic sensor.

【図13】上記磁気センサにおけるゼロ点温度補償回路
の出力を複数の温度について示すグラフ。
FIG. 13 is a graph showing the output of a zero point temperature compensation circuit in the magnetic sensor for a plurality of temperatures.

【図14】上記磁気センサにおけるゼロ点調整回路の出
力を複数の温度について示すグラフ。
FIG. 14 is a graph showing the output of a zero point adjustment circuit in the magnetic sensor at a plurality of temperatures.

【図15】上記磁気センサにおける増幅回路の出力を複
数の温度について示すグラフ。
FIG. 15 is a graph showing the output of an amplifier circuit in the magnetic sensor at a plurality of temperatures.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 磁気センサ 15 近接体(対象物) 16 プリント基板(基板) 17 半導体ホール素子 18 温度センサ 19 磁石 20 内ケース 21 外ケース 22 定電流回路 23 ゼロ点温度補償回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Magnetic sensor 15 Neighbor (object) 16 Printed circuit board (substrate) 17 Semiconductor Hall element 18 Temperature sensor 19 Magnet 20 Inner case 21 Outer case 22 Constant current circuit 23 Zero point temperature compensation circuit

フロントページの続き (72)発明者 大田 康二三 奈良県桜井市大字阿部49番地1 株式会社 理研計器奈良製作所内 Fターム(参考) 2F063 AA02 BA21 BD15 CB01 CB05 GA53 GA55 JA09 LA11 LA22 LA30 2G017 AA02 AA05 AA06 AB05 AB07 AB08 AC01 AC04 AC06 AC07 AD53 AD59 Continuing from the front page (72) Inventor Koji Ota 49-1, Abe, Oji, Sakurai-shi, Nara F-term in RIKEN Keiki Nara Works (reference) 2F063 AA02 BA21 BD15 CB01 CB05 GA53 GA55 JA09 LA11 LA22 LA30 2G017 AA02 AA05 AA06 AB05 AB07 AB08 AC01 AC04 AC06 AC07 AD53 AD59

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁性体からなる対象物との間の距離を計
測する磁気センサであって、 基板と、基板の表面に配置された半導体ホール素子と、
基板の裏面側に配置され上記半導体ホール素子を貫通す
る磁界を発生させる磁石と、上記半導体ホール素子に定
電流を供給する定電流回路と、上記基板上に配置される
温度センサと、この温度センサで検出される温度に応じ
て上記半導体ホール素子のゼロ点の温度特性を補償する
ゼロ点温度補償回路とを備え、 上記半導体ホール素子の感度温度係数と、該半導体ホー
ル素子の入力抵抗の抵抗温度係数とが、互いに正負の符
号が逆で絶対値が略等しくなるように設定されているこ
とを特徴とする磁気センサ。
1. A magnetic sensor for measuring a distance between a magnetic body and an object, comprising: a substrate; a semiconductor Hall element disposed on a surface of the substrate;
A magnet arranged on the back side of the substrate for generating a magnetic field penetrating the semiconductor Hall element, a constant current circuit for supplying a constant current to the semiconductor Hall element, a temperature sensor arranged on the substrate, and the temperature sensor A zero-point temperature compensating circuit for compensating for the temperature characteristic of the zero point of the semiconductor Hall element according to the temperature detected in the above step, wherein the sensitivity temperature coefficient of the semiconductor Hall element and the resistance temperature of the input resistance of the semiconductor Hall element A coefficient is set so that the positive and negative signs are opposite to each other and their absolute values are substantially equal.
【請求項2】 上記半導体ホール素子は、ゼロ点の温度
特性が略直線的な半導体で形成されていることを特徴と
する請求項1記載の磁気センサ。
2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the semiconductor Hall element is formed of a semiconductor having a substantially linear temperature characteristic at a zero point.
【請求項3】 上記半導体がガリウム砒素であることを
特徴とする請求項2記載の磁気センサ。
3. The magnetic sensor according to claim 2, wherein said semiconductor is gallium arsenide.
【請求項4】 上記磁石の周囲を覆うように磁性体から
なる内ケースが設けられることにより、上記磁石から半
導体ホール素子を貫通して内ケースに至る磁力線が形成
されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載
の磁気センサ。
4. An inner case made of a magnetic material is provided so as to cover the periphery of the magnet, whereby magnetic lines of force extending from the magnet through the semiconductor Hall element to the inner case are formed. Item 4. The magnetic sensor according to any one of Items 1 to 3.
【請求項5】 上記内ケースの周囲を覆うように非磁性
体からなる外ケースが設けられていることを特徴とする
請求項4記載の磁気センサ。
5. The magnetic sensor according to claim 4, wherein an outer case made of a non-magnetic material is provided so as to cover a periphery of the inner case.
【請求項6】 上記磁石は磁束密度が3000ガウス以
上の磁界を発生させることを特徴とする請求項1乃至5
のいずれか記載の磁気センサ。
6. The magnet according to claim 1, wherein said magnet generates a magnetic field having a magnetic flux density of 3000 gauss or more.
The magnetic sensor according to any one of the above.
【請求項7】 上記磁石はネオジウム系希土類磁石であ
ることを特徴とする請求項6記載の磁気センサ。
7. The magnetic sensor according to claim 6, wherein the magnet is a neodymium rare earth magnet.
JP10305483A 1998-10-27 1998-10-27 Magnetic sensor Pending JP2000131005A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10305483A JP2000131005A (en) 1998-10-27 1998-10-27 Magnetic sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10305483A JP2000131005A (en) 1998-10-27 1998-10-27 Magnetic sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000131005A true JP2000131005A (en) 2000-05-12

Family

ID=17945712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10305483A Pending JP2000131005A (en) 1998-10-27 1998-10-27 Magnetic sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000131005A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003035729A (en) * 2001-07-24 2003-02-07 Hioki Ee Corp Clamp sensor
JP2007155516A (en) * 2005-12-06 2007-06-21 Denso Corp Temperature characteristic correcting method of rotation angle detector, and rotation angle detector
WO2008050550A1 (en) * 2006-10-25 2008-05-02 The Furukawa Electric Co., Ltd. Rotation angle detector
KR101181551B1 (en) 2011-03-04 2012-09-10 현대다이모스(주) Hall IC signal generation circuit
JP2015516172A (en) * 2012-05-17 2015-06-11 シージェイ チェイルジェダン コーポレイション Enzyme-immobilized bead manufacturing apparatus and enzyme-immobilized bead manufacturing method using the same
JP2017142158A (en) * 2016-02-10 2017-08-17 メレキシス テクノロジーズ エヌ ヴィ Displacement detector
CN116772904A (en) * 2023-08-22 2023-09-19 杭州辰控智能控制技术有限公司 Signal compensation method of magnetic encoder, magnetic encoder and calibration system
CN116772904B (en) * 2023-08-22 2024-06-11 杭州辰控智能控制技术有限公司 Signal compensation method of magnetic encoder, magnetic encoder and calibration system

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003035729A (en) * 2001-07-24 2003-02-07 Hioki Ee Corp Clamp sensor
JP2007155516A (en) * 2005-12-06 2007-06-21 Denso Corp Temperature characteristic correcting method of rotation angle detector, and rotation angle detector
JP5144528B2 (en) * 2006-10-25 2013-02-13 古河電気工業株式会社 Rotation angle detector
JPWO2008050550A1 (en) * 2006-10-25 2010-02-25 古河電気工業株式会社 Rotation angle detector
US8362761B2 (en) 2006-10-25 2013-01-29 Furukawa Electric Co., Ltd Rotation angle detector
WO2008050550A1 (en) * 2006-10-25 2008-05-02 The Furukawa Electric Co., Ltd. Rotation angle detector
KR101181551B1 (en) 2011-03-04 2012-09-10 현대다이모스(주) Hall IC signal generation circuit
JP2015516172A (en) * 2012-05-17 2015-06-11 シージェイ チェイルジェダン コーポレイション Enzyme-immobilized bead manufacturing apparatus and enzyme-immobilized bead manufacturing method using the same
US9738886B2 (en) 2012-05-17 2017-08-22 Cj Cheiljedang Corporation Apparatus for preparing immobilized-enzyme beads and method for preparing immobilized-enzyme beads using same
US9777263B2 (en) 2012-05-17 2017-10-03 Ch Cheiljedang Corporation Apparatus for preparing immobilized-enzyme beads and method for preparing immobilized-enzyme beads using same
JP2017142158A (en) * 2016-02-10 2017-08-17 メレキシス テクノロジーズ エヌ ヴィ Displacement detector
CN116772904A (en) * 2023-08-22 2023-09-19 杭州辰控智能控制技术有限公司 Signal compensation method of magnetic encoder, magnetic encoder and calibration system
CN116772904B (en) * 2023-08-22 2024-06-11 杭州辰控智能控制技术有限公司 Signal compensation method of magnetic encoder, magnetic encoder and calibration system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10908190B2 (en) Systems and methods for current sensing
CA1057823A (en) Method for the noncontacting measurement of the electrical conductivity of a lamella
US11513141B2 (en) Current sensor having a flux concentrator for redirecting a magnetic field through two magnetic field sensing elements
Honkura Development of amorphous wire type MI sensors for automobile use
Stibal et al. Contactless evaluation of semi-insulating GaAs wafer resistivity using the time-dependent charge measurement
US4857842A (en) Temperature compensated hall effect position sensor
US9304175B2 (en) Magnetoresistive sensor device and method of fabricating such magnetoresistive sensor device
US20190018074A1 (en) Electronic circuit for compensating a sensitivity drift of a hall effect element due to stress
US9583247B2 (en) Systems and methods for a magnet with uniform magnetic flux
JP2002365350A (en) Magnetic detector
KR20150061567A (en) Conductive foreign material detecting apparatus
US10969444B2 (en) Concept for compensating for a mechanical stress of a hall sensor circuit integrated into a semiconductor substrate
JP2000131005A (en) Magnetic sensor
US5874848A (en) Electric current sensor utilizing a compensating trace configuration
JP2000039472A (en) Magnetic sensor and method for regulating characteristics of magnetic sensor
CN115856725B (en) magnetic sensor
JP2004198126A (en) Film thickness measuring device
KR20200065678A (en) Anomalous Hall Effect Magnetic Sensor of having Metallic Multilayers
NL1012710C2 (en) Method for comparing or measuring the differences between two or more electrical impedances.
Christides et al. Fast magnetic field mapping of permanent magnets with GMR bridge and Hall-probe sensors
JP3065114B2 (en) Method and apparatus for balancing a displacement transducer measurement sequence by eddy current measurement
Hagedorn et al. A method for inductive measurement of magnetic flux density with high geometrical resolution
JP2019105583A (en) Current sensor, manufacturing method for current sensor and semiconductor device
US20210270915A1 (en) Magnetic sensor and magnetic detection method
KR20200115336A (en) Magnetic substance detection sensor