JP2000346605A

JP2000346605A - 磁気センサ装置

Info

Publication number: JP2000346605A
Application number: JP11196339A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Minamitani; 保南谷; Masanaga Nishikawa; 雅永西川; Tomoharu Sato; 友春佐藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】特別なノイズ処理回路を設けなくても誤動作
せず、かつ、複雑な軌道を移動する検出対象物を確実に
検知することができる磁気センサ装置を得る。【解決手段】磁気センサ２は、磁気抵抗素子ＭＲ１
と、この磁気抵抗素子ＭＲ１にバイアス磁界を印加する
磁石５とで構成されている。同様に、磁気センサ３も、
磁気抵抗素子ＭＲ２と、この磁気抵抗素子ＭＲ２にバイ
アス磁界を印加する磁石６とで構成されている。これら
二つの磁気センサ２，３は、鋼球１０の通過方向Ｋの軌
道レール１の異なる位置に、それぞれの検知面を軌道レ
ール１に臨む状態で配置される。磁気センサ２，３は電
気的に直列に接続され、この二つの磁気センサ２，３の
差動電圧が波形整形回路へ出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気センサ装置に
関し、具体的には磁性インクで印刷された文字、記号、
パターン等を検出したり、鋼球を検出する際に使用され
る磁気センサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の磁気センサ装置として
は、例えば図１１に示すように、一対の磁気抵抗素子Ｍ
Ｒ１１，ＭＲ１２と、この一対の磁気抵抗素子ＭＲ１
１，ＭＲ１２にバイアス磁場を印加する磁石６１とで構
成された磁気センサ６０を有するものが知られている。
図１２は磁気センサ６０の電気回路図である。この回路
において、磁気抵抗素子ＭＲ１１，ＭＲ１２の抵抗値を
それぞれＲ₁，Ｒ₂、電源用リード端子６５に入力される
電圧をＶｄとすると、出力用リード端子６６とグランド
用リード端子８７との間に発生する出力電圧Ｖｏは以下
の（１）式にて表示される。Ｖｏ＝｛Ｒ₁／（Ｒ₁＋Ｒ₂）｝×Ｖｄ…（１）

【０００３】検出対象物（例えば鋼球）７１が、磁気抵
抗素子ＭＲ１１，ＭＲ１２から離れた位置にあるとき
は、両素子ＭＲ１１，ＭＲ１２にバイアスする磁石６１
の磁場は等しい。従って、両素子ＭＲ１１，ＭＲ１２の
抵抗値はＲ₁＝Ｒ₂＝Ｒ₀となり、前記（１）式より出力
電圧Ｖｏ₁は以下の（２）式となる。Ｖｏ₁＝［（１＋Ｐ）Ｒ₀／｛（１＋Ｐ）Ｒ₀＋（１＋Ｐ）Ｒ₀｝］×Ｖｄ＝Ｖｄ／２…（２）（ただし、Ｐは感度）

【０００４】検出対象物７１が矢印Ｋの方向から磁気抵
抗素子ＭＲ１１，ＭＲ１２に近づくと、まず、最初に検
出対象物７１に対向する磁気抵抗素子ＭＲ１１への磁場
集中が起きるので、その素子ＭＲ１１の抵抗値が大きく
なり、素子ＭＲ１２の抵抗値が小さくなる。検出対象物
７１が移動するに従って、検出対象物７１が対向する磁
気抵抗素子は、素子ＭＲ１１から素子ＭＲ１２へと順次
変わるので、図１３に示すように、出力用リード端子６
６の出力信号Ｓ１１は、一つの谷と一つの山の連続した
信号波形となる。出力信号Ｓ１１は、Ｖｄ／２より高い
電位にしきい値Ｓ１２を設定したコンパレータ（図示せ
ず）によって負論理の論理信号Ｓ１３に変換される。

【０００５】また、これとは別のタイプの磁気センサ装
置として、磁気抵抗素子とバイアス用磁石とからなる磁
気センサを複数個有し、これらの磁気センサを検出対象
物の通過方向の軌道に対して直角方向に配置したもの
（いわゆる、マルチチャンネル型磁気センサ装置）もあ
る。この種の磁気センサ装置にあっては、各磁気センサ
は電気的に独立している。これにより、この磁気センサ
装置は、検出対象物に対して広い検知幅をもったり、複
数の磁気情報を一時に検出したりできる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、検出対象物
７１の通過速度が速くなってくると、検出対象物７１が
磁気センサ６０の前を通過する時間が短くなる。従っ
て、出力信号Ｓ１１の信号波形の幅が極めて狭くなり、
通過信号による波形とノイズ（例えば、衝撃等によるノ
イズや電源からのノイズ）による瞬時波形との区別がつ
きにくくなる。この結果、磁気センサ装置が誤動作する
おそれがあった。このため、信号ラインにノイズが乗ら
ないようにノイズカット回路を別に設ける必要があり、
信号処理回路が複雑になるという不具合があった。

【０００７】また、磁気抵抗素子ＭＲ１１，ＭＲ１２は
同一磁石６１上に固着されているため、素子ＭＲ１１，
ＭＲ１２間の距離を長くして、出力信号Ｓ１１の信号波
形を長くすることが困難であった。また、曲率を有する
軌道を検出対象物が通過する場合、この曲率を有する複
雑な軌道に面して磁気抵抗素子ＭＲ１１，ＭＲ１２を配
置することが困難である等の問題もあった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、特別なノイズ処
理回路を設けなくても誤動作せず、かつ、複雑な軌道を
移動する検出対象物を確実に検知することができる磁気
センサ装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明に係る磁気センサ装置は、磁気抵抗素子とこ
の磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加する磁石とからな
る磁気センサを２組以上有し、これらの磁気センサのう
ちの少なくとも二つを電気的に直列に接続し、前記二つ
の磁気センサの差動電圧を出力信号としたことを特徴と
する。この磁気センサの出力信号は、波形整形回路によ
って信号処理される。さらに、少なくとも二つの前記磁
気センサは、検出対象物の通過方向の軌道の異なる位置
に、それぞれの検知面を軌道に臨む状態で配置される。
軌道は曲率を有していてもよい。

【００１０】

【作用】以上の構成により、少なくとも二つの磁気セン
サを、検出対象物の通過方向の軌道の任意の異なる位置
に配置することができるため、磁気センサからのそれぞ
れの出力信号の間隔を長くすることができる。また、各
磁気センサは各々独立しており、分離して配置させるこ
とができるため、複雑な軌道に面して磁気センサを容易
に配置できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る磁気センサの
一実施形態について添付図面を参照して説明する。本実
施形態では、パチンコ玉等の鋼球検出センサを例にして
説明するが、その他、磁性インクで印刷された文字等を
検出する磁気センサ装置等であってもよい。

【００１２】図１に示すように、磁気センサ装置は、二
つの磁気センサ２，３を、鋼球１０の軌道レール１に面
して配置している。軌道レール１は曲率を有した軌道
（略円弧状軌道）を有している。但し、軌道レールは直
線状であってもよいことは言うまでもない。

【００１３】磁気センサ２は、磁気抵抗素子ＭＲ１と、
この磁気抵抗素子ＭＲ１にバイアス磁界を印加する磁石
５とで構成されている。同様に、磁気センサ３も、磁気
抵抗素子ＭＲ２と、この磁気抵抗素子ＭＲ２にバイアス
磁界を印加する磁石６とで構成されている。磁気抵抗素
子ＭＲ１，ＭＲ２には、温度特性が略同一の半導体磁気
抵抗素子等が用いられる。これら二つの磁気センサ２，
３は、鋼球１０の通過方向（図１において矢印Ｋで示し
た方向）の軌道レール１の異なる位置に、それぞれの検
知面を軌道レール１に臨む状態で配置される。

【００１４】図２は、この二つの磁気センサ２，３を備
えた磁気センサ装置２１の電気回路図である。図２に示
すように、磁気センサ装置２１は、増幅器２２を用いた
ボルテージフォロワ回路２６、増幅器２３を用いた直流
増幅回路２７、増幅器２４を用いたシュミット回路２８
を備えている。磁気センサ２，３は電気的に直列に接続
され、この二つの磁気センサ２，３の差動電圧をボルテ
ージフォロワ回路２６へ出力する。

【００１５】ボルテージフォロワ回路２６は、高入力イ
ンピーダンス、低出力インピーダンスの電圧バッファ回
路である。磁気センサ２，３は入力インピーダンスが低
いため、この回路２６を使用した方が好ましい。但し、
この回路２６がなくても動作する。

【００１６】直流増幅回路２７は、磁気センサ２，３か
らの出力信号が小さい場合に使用される。可変抵抗器３
１と固定抵抗器３０は増幅器２３のオフセット電圧を調
整する回路素子であり、固定抵抗器３２，３３は増幅器
２３のゲインを調整する回路素子である。

【００１７】シュミット回路２８は、増幅器２４に対し
て、固定抵抗器３７を介して正帰還をかけ、そのオン電
圧とオフ電圧（後述）との間に適当な電位差（ヒステリ
シス電圧）を設けた特殊なコンパレータ回路である。可
変抵抗器３５と固定抵抗器３４は増幅器２４のオフセッ
ト電圧を調整する回路素子であり、固定抵抗器３７，３
６は増幅器２４のゲインを調整する回路素子である。３
８はバイアス用固定抵抗器である。

【００１８】以上の構成からなる磁気センサ装置２１に
おいて、鋼球１０が磁気センサ２，３から離れた位置に
あるときは、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２にバイアスす
る磁石５，６の磁場は等しい。鋼球１０が矢印Ｋの方向
から磁気センサ２に近づくと、磁気センサ２の磁気抵抗
素子ＭＲ１への磁場集中が起きるので、素子ＭＲ１の抵
抗値は大きくなる。そして、鋼球１０が磁気センサ２の
前を通過して遠ざかると、磁気抵抗素子ＭＲ１への磁場
集中がなくなり、素子ＭＲ１の抵抗値は元に戻る。

【００１９】鋼球１０が磁気センサ２，３の中間位置に
あって磁気センサ２，３から離れた位置を移動している
ときは、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２への磁場は等し
い。さらに、鋼球１０が磁気センサ３に近づくと、磁気
センサ３の磁気抵抗素子ＭＲ２への磁場集中が起きるの
で、素子ＭＲ２の抵抗値が大きくなる。そして、鋼球１
０が磁気センサ３の前を通過して遠ざかると、磁気抵抗
素子ＭＲ２への磁場集中がなくなり、素子ＭＲ２の抵抗
値は元に戻る。

【００２０】従って、鋼球１０が軌道レール１に沿って
移動するにつれて、鋼球１０が順次磁気センサ２，３の
前を通過するので、図３に示すように、磁気センサ２，
３からの信号Ｓ１は一つの山と一つの谷が分離した信号
波形となる。なお、信号Ｓ１は、ボルテージフォロワ回
路２６及び直流増幅回路２７を経由した後の信号である
（図２参照）。

【００２１】この信号Ｓ１は、シュミット回路２８の増
幅器２４の反転入力端子に入力される。シュミット回路
２８は、可変抵抗器３５の抵抗値を調整して、所定の基
準電圧（例えば、本実施形態の場合は、Ｖｄ／２＝２．
５ボルト）より高いオン電圧Ｖ_Hと、基準電圧より低い
オフ電圧Ｖ_Lとを設定している（ヒステリシス電圧Ｖ_Sは
Ｖ_H−Ｖ_Lである）。オン電圧Ｖ_Hは、増幅器２４の出力
信号Ｓ２が［ＨＩＧＨ］から「ＬＯＷ」に転ずる電圧で
あり、オフ電圧Ｖ_Lは、「ＬＯＷ」から「ＨＩＧＨ」に
転ずる電圧である。つまり、入力された信号Ｓ１の電圧
が除々に上昇してオン電圧Ｖ_Hを越えると、増幅器２４
の出力信号Ｓ２はＬＯＷとなる。また、信号Ｓ１の電圧
が除々に下降してオフ電圧Ｖ_Lを越えると、増幅器２４
の出力信号Ｓ２はＨＩＧＨとなり、鋼球１０がカウント
される。こうして、信号Ｓ１は、オン電圧Ｖ_H及びオフ
電圧Ｖ_Lを設定したシュミット回路２８によって負論理
の論理信号Ｓ２に変換される。

【００２２】この磁気センサ装置２１は、信号Ｓ１の山
部分の立上がりと谷部分の立下がりの間をＯＮ状態に
し、出力信号Ｓ２のパルス幅Ｔ１を従来の磁気センサ装
置より長くできる。さらに、磁気センサ２と３の配置間
隔を広くすれば、より長いパルス幅Ｔ１を得ることがで
きる。従って、通過信号による波形とノイズ信号による
瞬時波形との区別がつき易くなり、特別なノイズ処理回
路を設けなくても誤動作しない磁気センサ装置２１を得
ることができる。また、二つの磁気センサ２，３を分離
独立した構成であるため、曲率を有する軌道レール１の
任意の位置に磁気センサ２，３を配置して、鋼球１０を
確実に検知することができる。

【００２３】なお、本発明に係る磁気センサ装置は前記
実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で
種々に変更することができる。例えば、磁気抵抗素子は
半導体磁気抵抗素子や強磁性薄膜を用いて構成してもよ
い。また、信号Ｓ１は、図４に示すように、谷から山に
移行する信号でも波形整形可能であり、波形整形処理さ
れた出力信号Ｓ２も、正論理で使用できる。

【００２４】また、波形整形回路は、増幅器を用いて実
現するだけでなく、図５に示すように、ロジック専用Ｉ
Ｃでも実現することができる。図５に示した波形整形回
路は、ＮＡＮＤ素子５１，５２を直列に接続すると共
に、固定抵抗器５４で正帰還をかけている。固定抵抗器
５３，５４の抵抗値を調整することにより、入力信号の
オン電圧Ｖ_Hとオフ電圧Ｖ_Lを設定する。つまり、固定抵
抗器５３，５４の抵抗値をそれぞれＲ₃，Ｒ_fとし、ＮＡ
ＮＤ素子５１，５２のそれぞれのしきい電圧をＶｒと
し、電源用リード端子に入力される電圧をＶｄとする
と、オン電圧Ｖ_Hとオフ電圧Ｖ_L、並びに、ヒステリシス
電圧Ｖ_Sは以下の式から算出される。

【００２５】Ｖ_H＝｛（Ｒ₃＋Ｒ_f）／Ｒ_f｝×ＶｒＶ_L＝｛（Ｒ₃＋Ｒ_f）／Ｒ_f｝×｛Ｖｒ−Ｒ₃Ｖｄ／（Ｒ₃
＋Ｒ_f）｝Ｖ_S＝Ｖ_H−Ｖ_L

【００２６】さらに、図６〜図１０に示したような各波
形整形回路を用いて構成してもよい。図６は、二つのコ
ンパレータ回路を並列に接続した波形整形回路である。
すなわち、増幅器１００に対して、固定抵抗器１０９を
介して正帰還をかけ、ヒステリシス電圧を設けたコンパ
レータ回路と、増幅器１０１に対して、固定抵抗器１１
０を介して正帰還をかけ、ヒステリシス電圧を設けたコ
ンパレータ回路を備えた波形整形回路である。固定抵抗
器１０２，１０３，１０４は増幅器１００，１０１のオ
フセット電圧を調整する回路素子である。固定抵抗器１
０６，１０９は増幅器１００のゲインを調整する回路素
子である。固定抵抗器１０８，１１０は増幅器１０１の
ゲインを調整する回路素子である。１０５，１０７，１
１１はバイアス用固定抵抗器である。

【００２７】図７は、エミッタ結合及びコレクタ・ベー
ス結合によって正帰還をかけ、ヒステリシス電圧を設け
たシュミットトリガ回路である。図７において、１２
０，１２１はトランジスタ、１２４はシェナーダイオー
ド、１２５はダイオード、１２６〜１３１は固定抵抗器
である。図８は、一つのコンパレータ回路にて構成され
た波形整形回路である。増幅器１４０に対して、固定抵
抗器１４１を介して正帰還をかけ、ヒステリシス電圧を
設けている。図８において、１４２〜１４６は固定抵抗
器である。

【００２８】図９は、タイマＩＣ１５０にて構成された
波形整形回路であり、ヒステリシス電圧を設けたコンパ
レータ回路である。図９において、１５１〜１５３は固
定抵抗器である。図１０は、ＴＴＬ（ｔｒａｎｓｉｓｔ
ｏｒｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｌｏｇｉｃ）にて構成され
たシュミットトリガ回路である。ＴＴＬの二つの直列接
続されたＮＡＮＤゲート１６０，１６１に対して、固定
抵抗器１６３を介して正帰還をかけ、ヒステリシス電圧
を設けている。図１０において、１６２は固定抵抗器で
ある。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、少なくとも二つの磁気センサを、検出対象物の
通過方向の軌道の任意の異なる位置に配置することがで
きるため、磁気センサからのそれぞれの出力信号の間隔
を長くすることができる。また、各磁気センサを分離し
て配置させることができるため、複雑な軌道に面して磁
気センサを容易に配置できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気センサ装置の一実施形態を示
す概略構成図。

【図２】図１に示した磁気センサ装置の電気回路図。

【図３】図２に示した磁気センサ装置の出力信号波形を
示すグラフ。

【図４】図２に示した磁気センサ装置の波形整形処理の
変形例を示すグラフ。

【図５】波形整形回路の変形例を示す電気回路図。

【図６】波形整形回路の別の変形例を示す電気回路図。

【図７】波形整形回路のさらに別の変形例を示す電気回
路図。

【図８】波形整形回路のさらに別の変形例を示す電気回
路図。

【図９】波形整形回路のさらに別の変形例を示す電気回
路図。

【図１０】波形整形回路のさらに別の変形例を示す電気
回路図。

【図１１】従来の磁気センサ装置を示す概略構成図。

【図１２】図１１に示した磁気センサ装置の電気回路
図。

【図１３】図１１に示した磁気センサ装置の出力信号波
形を示すグラフ。

【符号の説明】１…軌道レール２，３…磁気センサ５，６…磁石１０…鋼球２８…シュミット回路（波形整形回路）ＭＲ１，ＭＲ２…磁気抵抗素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤友春京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内Ｆターム(参考） 2F063 AA02 AA49 BA30 BB03 BC07 CA08 DA01 DD03 GA53 LA11 LA14 LA23 LA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気抵抗素子とこの磁気抵抗素子にバイ
アス磁界を印加する磁石とからなる磁気センサを２組以
上有し、これらの磁気センサのうちの少なくとも二つを
電気的に直列に接続し、前記二つの磁気センサの差動電
圧を出力信号としたことを特徴とする磁気センサ装置。
【請求項２】少なくとも二つの前記磁気センサを、検
出対象物の通過方向の軌道の異なる位置に、それぞれの
検知面を前記軌道に臨む状態で配置したことを特徴とす
る請求項１記載の磁気センサ装置。
【請求項３】前記検出対象物の通過方向の軌道が曲率
を有していることを特徴とする請求項２記載の磁気セン
サ装置。
【請求項４】前記二つの磁気センサからの出力信号を
信号処理する波形整形回路をさらに備えたことを特徴と
する請求項１、請求項２又は請求項３記載の磁気センサ
装置。