JP2009128301A - 磁気リニア測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＲ素子部の占有面積が小さくなり、センサ部の形状を小さくすることができるとともに、ＭＲ素子部に加わる応力による抵抗値の変化を抑制することができ、ＭＲ素子部の基材としてガラスを使用することができる磁気リニア測定装置を提供する。
【解決手段】ＭＲ素子１６は、強磁性体金属の蒸着薄膜によって磁気抵抗効果を奏する同じ抵抗パターンＲ１，Ｒ２が形成された２つの基材２０，２１が、抵抗パターンＲ１，Ｒ２がピストン１３と一体移動する磁石Ｍの移動方向に沿って並ぶように基板２２上に実装されるとともに、２つの抵抗パターンＲ１，Ｒ２が電気的に直列に接続されている。ＭＲ素子１６及びＭＲ素子１６の出力を処理するアナログ増幅回路１７が回路基板１５に実装されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気リニア測定装置に係り、詳しくは、移動する磁石からの磁界により磁気抵抗効果を奏する磁気抵抗効果素子（以下、適宜「ＭＲ素子」と称す。）の出力に基づいて磁石と一体に移動する物体の変位を検出する磁気リニア測定装置に関する。

従来からシリンダのピストン、電磁弁のスプール等の直線運動を行う移動体の変位を検出（測定）するのに、ＭＲ素子を利用した磁気リニア測定装置が使用されている。そのような測定装置として、直線的に移動する被測定物に装着された磁石と、前記磁石の移動経路と対応する位置に配設されたＭＲ素子と、前記磁石の磁界に伴うＭＲ素子の出力を処理する処理回路とを有する装置が提案されている（特許文献１参照。）。図１０に示すように、ＭＲ素子６１は、基板６２上に強磁性体金属の蒸着薄膜によって形成した強磁性体磁気抵抗素子（以下、抵抗パターンという）を磁電変換素子として構成したものであり、つづら折り状に蒸着された２つの抵抗パターンＲ１，Ｒ２が直列に形成されている。そして、抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ１が、磁石Ｍの幅Ｗの０．５〜３．０倍の間に設定されている。ＭＲ素子６１は、その両端部に端子６３，６４が設けられ、抵抗パターンＲ１，Ｒ２の中点に端子６５が設けられている。そして、図１１に示すように、ＭＲ素子６１は、端子６３が接地され、端子６４には電源Ｖｃｃが接続されて一定電圧がかけられ、抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の端子６５には、その出力電圧を電気的に処理する処理回路６６が接続されている。また、その処理回路６６には、磁石Ｍの変位、即ちシリンダの出力を表示する表示装置６７が接続されている。
特開平１１−１１８４１１号公報

磁石Ｍの移動に伴うＭＲ素子６１のリニア出力区間を広くするためには、図１１におけるＸ方向の寸法が長くなる。また、ＭＲ素子から出力された信号を処理するアナログ増幅回路などを構成する電子部品は、ノイズの影響を受け難くするために同一基板上に実装するのが最良である。しかし、これらの部品を同一基板上に実装するためには、基板を大きくする必要があり、結果として磁気リニア測定装置のセンサ部の形状が大きくなってしまい、それを搭載した機器の設置性能（設置のし易さ）が低下してしまう。

また、基材上に蒸着された強磁性薄膜抵抗体は歪ゲージともなり得るため、基材面積が大きいと、小さな外力が加わっただけでも基材が変形して抵抗値が変化してしまい、正確な磁気リニア測定装置を構成するのが難しい。また、一般的にこのような磁気リニア測定装置は、水や油が飛散する場所でも使用できるようにするためにＭＲ素子部をエポキシ樹脂などでモールドして保護するが、この樹脂の線膨張係数の関係で外気温が変動すると収縮膨張により応力が発生し、抵抗値の変化がＭＲ素子の出力電圧の変化として現れ、検出精度が悪くなる。モールド樹脂の悪影響を無くすため、ＭＲ素子を形成する基材をガラス板からより硬度の高い石英に変更する方策もあるが、ＭＲ素子のコストが数倍以上に大幅にアップするという問題がある。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的はＭＲ素子部の占有面積が小さくなり、センサ部の形状を小さくすることができるとともに、ＭＲ素子部に加わる応力による抵抗値の変化を抑制することができ、ＭＲ素子部の基材としてガラスを使用することができる磁気リニア測定装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、強磁性体金属の蒸着薄膜によって磁気抵抗効果を奏する同じ抵抗パターンが形成された２つの基材が、前記抵抗パターンが被検知物体と一体移動する磁石の移動方向に沿って並ぶように基板上に実装されるとともに、前記２つの抵抗パターンが電気的に直列に接続されて構成された磁気抵抗効果素子及び前記磁気抵抗効果素子の出力を処理する処理回路が回路基板に実装されている。

この発明では、被検知物体と一体移動する磁石の磁界により各抵抗パターンに抵抗変化が生じるが、そこから取り出された電圧変化による出力は、広範囲にわたってリニアに変化する比例出力領域を得ることができる。両抵抗パターンは１つの基材上に形成されるのではなく、各抵抗パターンが異なる基材上に形成され、その基材が基板上に実装される。したがって、２つの基材の合計面積を、２つの抵抗パターンを１つの基材上に形成する場合の基材の面積より小さくすることができ、磁気抵抗効果素子部の占有面積が小さくなり、センサ部の形状を小さくすることができる。また、基材の面積が小さくなることにより、基材上に蒸着された強磁性薄膜抵抗体が歪ゲージとして機能することが抑制され、磁気抵抗効果素子部の基材として、ガラスのように石英に比較して硬度が低い材質を使用することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基材の材質としてガラスが使用されている。この発明では、磁気抵抗効果を奏する抵抗パターンを蒸着する基材として、石英のように高価な材質ではなく安価に入手できるガラスが使用されているため、製造コストを大幅（数分の一）に低減することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記基材には前記抵抗パターンの端部に電気的に接続された端子が２つ形成されており、前記２つの抵抗パターンを電気的に直列に接続するのに使用された残りの２つの端子の一方の端子が電源に接続され、他方の端子が接地される。この発明では、基材には磁気リニア測定装置の磁気抵抗効果素子を構成するのに必要なパターンで一つの抵抗パターンを形成すればよいため、基材の面積をより小さくすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記抵抗パターンは前記基材上に向きが異なる状態で形成された２つのパターンから構成されるとともに、前記２つのパターンの中間に共通端子が形成され、２つのパターンの前記共通端子と反対側の端部に端子がそれぞれ形成され、前記両抵抗パターンの同じ一方のパターン同士を前記共通端子を介して電気的に直列に接続し、各一方のパターンに接続された端子の一方が電源に接続され、他方が接地される。

磁気リニア測定装置の磁気抵抗効果素子を構成する抵抗パターンは、つづら折り状にパターン形成されたものがつづら折れの方向が磁石の移動方向と直交する同じ向きで一列に配置した状態で使用される。基材上に向きが異なる状態で形成された２つのパターンから構成された抵抗パターンをそのまま電気的に直列に接続したのでは、磁気リニア測定装置の磁気抵抗効果素子としては使用できない。しかし、２つのパターンのうち同じ一方のパターン同士を共通端子を介して電気的に直列に接続することにより、磁気リニア測定装置の磁気抵抗効果素子として使用できる。基材上に向きが異なる状態で形成された２つのつづら折り状パターンで構成される抵抗パターンを備えた素子は、携帯電話、ノートパソコンなどの開閉検出用スイッチの部品として市販されており、容易にしかも一つのつづら折り状パターンを基材上に有する素子を新たに製造するより安価に入手することができる。したがって、この発明では、磁気リニア測定装置の磁気抵抗効果素子としては不要な抵抗パターンも備えた市販品の素子を利用して製造コストを低減することが可能になる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記基板には、前記２つの基材を抵抗パターンの距離を変更可能に前記基板に実装するため、前記基材の端子を電気的に接続可能な複数のパッドを一直線上に配置したパッド列が少なくとも２列設けられている。

磁気抵抗効果素子を構成する２つの抵抗パターンの距離を変更することにより、磁気リニア測定装置の出力がリニアに変化する範囲を変更することができる。磁気抵抗効果素子の製造には、フォトエッチングを応用した方式を採用しており、必ず版下と呼ばれる治具が必要となる。そして、従来技術のように２つの抵抗パターンを１つの基材上に蒸着で形成する場合は、抵抗パターン間の距離が異なる磁気抵抗効果素子の製造用に、それぞれ別の版下が必要になる。しかし、この発明では、同じ抵抗パターンが形成された２つの基材を、基板上に形成された２列のパッド列の中から選択したパッド上に実装することにより、２つの抵抗パターンの距離を変更することができる。したがって、２つの抵抗パターンの距離に合わせた版下を距離の種類分準備する必要がなく、版下（治具）の管理が容易になる。

本発明によれば、ＭＲ素子部の占有面積が小さくなり、センサ部の形状を小さくすることができるとともに、ＭＲ素子部に加わる応力による抵抗値の変化を抑制することができ、ＭＲ素子部の基材としてガラスを使用することができる磁気リニア測定装置を提供することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を流体圧シリンダ用位置検出装置に具体化した第１の実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。

流体圧シリンダ用位置検出装置としての磁気リニア測定装置は、流体圧シリンダにおいてピストン位置検出のために使用される。図１（ａ）に示すように、磁気リニア測定装置１１は、流体圧シリンダ１２の外周面にピストン１３の移動方向に沿って延びるように形成された取付け溝（図示せず）に取り付けられる。被検知物体としてのピストン１３の外周面に収容溝１４が形成され、収容溝１４には磁石Ｍが固定されている。磁気リニア測定装置１１は磁石Ｍがピストン１３と共に所定範囲を移動した時に出力信号を発するように構成されている。

磁気リニア測定装置１１は各種の電子部品を備えている。これらの電子部品は全て表面実装部品であって、回路基板１５上に実装されている。回路基板１５にはＭＲ素子（磁気抵抗素子）１６、処理回路としてのアナログ増幅回路１７及び図示しないトランジスタや抵抗等の電子部品が半田付けにより表面実装されている。そして、各種電子部品及び回路基板１５は樹脂製のケース１９内に収容されている。

図１（ｂ）に示すように、ＭＲ素子１６は、強磁性体金属の蒸着薄膜によって磁気抵抗効果を奏する同じ抵抗パターンＲ１，Ｒ２が形成された２つの基材２０，２１が、抵抗パターンＲ１，Ｒ２がピストン１３と一体移動する磁石Ｍの移動方向に沿って並ぶように基板２２上に実装されている。基材２０，２１としては一般のガラスが使用されている。

各抵抗パターンＲ１，Ｒ２は、つづら折り状に形成されたつづら折り部２３を有し、つづら折り部２３の両端が基材２０，２１上に形成された端子２４，２５，２６，２７に電気的に接続されている。両基材２０，２１は、つづら折り状に形成されたつづら折り部２３が、つづら折りの長辺と直交する仮想線が磁石Ｍの移動方向、即ち図に示す矢印Ｘ方向と平行になるように配置されている。そして、各つづら折り部２３の中央を基準位置ｒ１，ｒ２とし、両基準位置ｒ１，ｒ２間の距離Ｔ１は、磁石Ｍの幅（移動方向の長さ）Ｗとの関係で所定範囲（磁石Ｍの幅Ｗの０．５倍〜３．０倍）の値に設定される。

ＭＲ素子１６は、感度を良くするため、磁気リニア測定装置１１の使用状態において、磁石Ｍに対して縦置きになるように配置されている。縦置きとは、取付け溝に沿って位置検出装置を取り付けた状態において、各抵抗パターンＲ１，Ｒ２のつづら折り部２３が、つづら折りの長辺が磁石Ｍの移動方向と直交し、かつＭＲ素子１６の基板２２の一方の端面がピストン１３に装着された環状の磁石Ｍと対向可能に配置された状態を意味する。

ＭＲ素子１６は、回路基板１５に実装された状態で、図２に示すように、抵抗パターンＲ１の端子２６と抵抗パターンＲ２の端子２５とが電気的に接続されるとともに、アナログ増幅回路１７に接続される。また、残りの２つの端子２４，２７の一方の端子２４が電源Ｖｃｃに接続され、他方の端子２７が接地（ＧＮＤに接続）される。抵抗パターンＲ１，Ｒ２の磁界による抵抗の変化は非常に小さいため、アナログ増幅回路１７は、ＭＲ素子１６の出力と基準電圧との差を差動増幅器（オペアンプ）で増幅した後、差動増幅器の出力電圧に基準電圧を加算回路で加算するようになっている。基準電圧としては抵抗パターンＲ１，Ｒ２の抵抗値が同じ場合のＭＲ素子１６の出力電圧、即ち電源Ｖｃｃの１／２の電圧が用いられている。

次に前記のように構成された磁気リニア測定装置１１の作用を説明する。磁気リニア測定装置１１は流体圧シリンダ１２の所定位置に取り付けられるとともに、図示しないリード線を介して例えば、プログラマブルコントローラに接続されて使用される。磁石Ｍを備えたピストン１３が流体圧シリンダ１２内を移動すると、ＭＲ素子１６に対して磁石Ｍが変位することとなる。例えば、ピストン１３がヘッド側からピストン１３の突出側に移動すると、磁石Ｍは、図１（ｂ）の矢印Ｘ方向へ移動し、磁石Ｍが抵抗パターンＲ２から抵抗パターンＲ１へかけて、つづら折り状の抵抗パターンを横切るように移動する。この場合、抵抗パターンＲ１，Ｒ２に対して磁石Ｍの磁界がＸ方向に働いて抵抗値が減少する。磁石Ｍが抵抗パターンＲ１側を移動中には、ＭＲ素子１６には直接変位測定に寄与する磁力線（主磁力線）は抵抗パターンＲ１にのみ印加され、抵抗パターンＲ２には変位測定に直接寄与しない磁力線（余磁力線）が印加される。また、磁石Ｍが抵抗パターンＲ２側を移動中には、主磁力線が抵抗パターンＲ２にのみ印加され、抵抗パターンＲ１には余磁力線が印加される。そのため、磁石Ｍの移動に伴って変化する抵抗値によってＭＲ素子１６からの出力電圧が変化し、アナログ増幅回路１７で増幅されてリニアな出力特性が得られる。

詳述すると、ＭＲ素子１６の出力電圧Ｖｉは、抵抗パターンＲ１の抵抗値をＲ１、抵抗パターンＲ２の抵抗値をＲ２とすると、Ｖｉ＝｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）｝Ｖｃｃで表される。そして、抵抗パターンＲ１，Ｒ２は同じに形成されているため、両抵抗パターンＲ１，Ｒ２が磁石Ｍの磁界の影響を同じに受ける状態では抵抗値が同じになるため、出力電圧Ｖｉは変化しないが、磁界の影響が異なる場合は、出力電圧Ｖｉの値が変化する。磁石Ｍが抵抗パターンＲ２の中央と対応する位置である基準位置ｒ２にピストン１３が移動した状態で抵抗パターンＲ２の抵抗値が最も小さくなり、ピストン１３が矢印Ｘ方向へ移動するにしたがって抵抗パターンＲ２の抵抗値は大きくなる。その間、Ｖｉは磁石Ｍが基準位置ｒ２にピストン１３が移動した状態で最大となり、磁石Ｍが抵抗パターンＲ２と抵抗パターンＲ１との間の中央と対応する位置にピストン１３が移動した状態で最小となる。そして、アナログ増幅回路１７からの出力、即ち磁気リニア測定装置１１の出力は、磁石Ｍが基準位置ｒ２にピストン１３が移動した状態で最小となり、磁石Ｍが抵抗パターンＲ２と抵抗パターンＲ１との間の中央と対応する位置にピストン１３が移動した状態で最大となる。

一方、磁石Ｍが抵抗パターンＲ１の中央と対応する位置である基準位置ｒ１にピストン１３が移動した状態で抵抗パターンＲ１の抵抗値が最も小さくなり、ピストン１３が矢印Ｘ方向と逆方向へ移動するにしたがって抵抗パターンＲ１の抵抗値は大きくなる。その間、Ｖｉは磁石Ｍが基準位置ｒ１にピストン１３が移動した状態で最小となり、磁石Ｍが抵抗パターンＲ２と抵抗パターンＲ１との間の中央と対応する位置にピストン１３が移動した状態で最大となる。そして、アナログ増幅回路１７からの出力、即ち磁気リニア測定装置１１の出力は、磁石Ｍが基準位置ｒ１にピストン１３が移動した状態で最大となり、磁石Ｍが抵抗パターンＲ２と抵抗パターンＲ１との間の中央と対応する位置にピストン１３が移動した状態で最小となる。また、磁石Ｍが抵抗パターンＲ２及び抵抗パターンＲ１の間の中央と対応する位置にピストン１３が移動した状態では両抵抗パターンＲ１，Ｒ２の抵抗値は同じになる。

以上のことから、磁石Ｍが基準位置ｒ２から基準位置ｒ１まで移動する間の磁気リニア測定装置１１の出力電圧は、磁石Ｍが基準位置ｒ２で最小となり、磁石Ｍがｒ１で最大となるように変化する比例出力となる。磁気リニア測定装置１１の出力は、プログラムコントローラに入力される。そして、例えば、その出力信号に基づいて表示部に磁石Ｍの変位が表示される。磁石Ｍの変位とは、例えば基準位置ｒ１を磁石Ｍの始動位置と一致させてゼロ点とし、そこからの距離を表示させたものである。

２種類の磁気リニア測定装置１１を作製して、実験を行った結果を図３及び図４に示す。図３は電源Ｖｃｃ＝５Ｖ、距離Ｔ１（センサピッチ）＝１０ｍｍ、磁石幅Ｗ＝５ｍｍとして実際に実験を行った場合の結果（試験データ１）であり、図４は電源Ｖｃｃ＝５Ｖ、距離Ｔ１（センサピッチ）＝８ｍｍ、磁石幅Ｗ＝５ｍｍとした場合の結果（試験データ２）である。試験データ１では磁石Ｍの約１０ｍｍの移動距離においてほぼリニアな出力が得られ、試験データ２では約７ｍｍの区間でほぼリニアな出力が得られた。

なお、抵抗パターンＲ１，Ｒ２は温度依存性が高く、常温（例えば、２５℃）に対して温度が高くなると磁気抵抗変化率が低下し、温度が低くなると磁気抵抗変化率が増加する。この変化率は常温における初期抵抗値を基準としたパーセンテージで表現するために抵抗パターンＲ１と抵抗パターンＲ２との抵抗値に大きな差がある場合は、アナログ増幅回路１７に入力される信号は温度によって大きく振れることになる。２つの素子を同一機材上に蒸着した場合は、抵抗パターンが同一長さで構成されていれば膜厚も両者均一に製造できるために、略同一抵抗値となり互いの相殺によって変化を防ぐことができる。この実施形態では、抵抗パターンＲ１，Ｒ２はそれぞれ異なる基材２０，２１上に形成されるが、それらの基材２０，２１は抵抗パターンＲ１，Ｒ２の蒸着作業を複数個一括して実施するために、同一ロットであれば抵抗値のばらつきを抑えられるので、同一ロット同士の組み合わせで使用を行うことで支障はない。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）磁気リニア測定装置１１は、磁気抵抗効果を奏する同じ抵抗パターンＲ１，Ｒ２が形成された２つの基材２０，２１が、抵抗パターンＲ１，Ｒ２がピストン１３と一体移動する磁石Ｍの移動方向に沿って並ぶように基板２２上に実装され、２つの抵抗パターンＲ１，Ｒ２が電気的に直列に接続されて構成されたＭＲ素子１６を備えている。したがって、２つの基材２０，２１の合計面積を、２つの抵抗パターンＲ１，Ｒ２を１つの基材上に形成する場合の基材の面積より小さくすることができ、ＭＲ素子部の占有面積が小さくなり、センサ部即ちＭＲ素子１６の形状を小さくすることができる。また、基材２０，２１の面積が小さくなることにより、基材２０，２１上に蒸着された強磁性薄膜抵抗体が歪ゲージとして機能すること、即ちＭＲ素子部に加わる応力による抵抗値の変化を抑制することができ、ＭＲ素子部の基材２０，２１として、ガラスのように石英に比較して硬度が低い材質を使用することができる。

（２）基材２０，２１の材質としてガラスが使用されているため、製造コストを大幅（数分の一）に低減することができる。
（３）基材２０，２１には抵抗パターンＲ１，Ｒ２の端部に電気的に接続された端子が２つ形成されており、２つの抵抗パターンＲ１，Ｒ２を電気的に直列に接続するのに使用された残りの２つの端子の一方の端子が電源Ｖｃｃに接続され、他方の端子が接地される。したがって、基材２０，２１には磁気リニア測定装置１１のＭＲ素子１６を構成するのに必要なパターンで一つの抵抗パターンＲ１，Ｒ２が形成されればよいため、基材２０，２１の面積をより小さくすることができる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図５を参照しながら説明する。この実施形態はＭＲ素子１６を構成する基板２２の構成が第１の実施形態と異なっており、その他の構成は第１の実施形態と同じであるため異なる部分について説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

２つの基材２０，２１を抵抗パターンＲ１，Ｒ２の距離を変更可能に基板２２に実装するため、基板２２には、基材２０，２１の端子を電気的に接続可能な複数のパッド２８ａ，２９ａを一直線上に配置した２列のパッド列２８，２９が設けられている。図５では、各パッド列２８，２９はそれぞれ合計８個ずつのパッド２８ａ，２９ａを有する。例えば、基材２０，２１を二点鎖線のＡで示す位置になるようにパッド列２８，２９と接続すれば距離は最大になり、基材２０，２１を二点鎖線のＢで示す位置になるようにパッド列２８，２９と接続すれば距離は最小になる。そして、パッド２８ａ，２９ａに対する接続位置を変更することにより全部で距離を５段階で変更することが可能になる。

ＭＲ素子１６を構成する２つの抵抗パターンＲ１，Ｒ２の距離を変更することにより、磁気リニア測定装置１１の出力がリニアに変化する範囲を変更することができる。ＭＲ素子１６の製造には、フォトエッチングを応用した方式を採用しており、必ず版下と呼ばれる治具が必要となる。そして、従来技術のように２つの抵抗パターンを１つの基材上に蒸着で形成する場合は、抵抗パターン間の距離が異なるＭＲ素子の製造用に、それぞれ別の版下が必要になる。しかし、この実施形態では、同じ抵抗パターンＲ１，Ｒ２のいずれか一つが形成された２つの基材２０，２１を、基板２２上に形成された２列のパッド列２８，２９のパッド２８ａ，２９ａを選択して実装することにより、２つの抵抗パターンＲ１，Ｒ２の距離を変更することができる。

したがって、この実施形態においては、第１の実施形態における効果（１）〜（３）と同様な効果を有する他に次の効果を有する。
（４）基板２２には、２つの基材２０，２１を抵抗パターンＲ１，Ｒ２の距離を変更可能に基板２２に実装するため、基材２０，２１の端子を電気的に接続可能な複数のパッド２８ａ，２９ａを一直線上に配置したパッド列２８，２９が２列設けられている。したがって、２つの抵抗パターンＲ１，Ｒ２を一つの基材上に形成する従来技術と異なり、距離に合わせた版下を距離の異なるＭＲ素子１６の種類分準備する必要がなく、版下（治具）の管理が容易になる。

（第３の実施形態）
次に第３の実施形態を図６及び図７を参照しながら説明する。この実施形態はＭＲ素子１６を構成する抵抗パターンの形状が第１の実施形態と異なっており、その他の構成は第１の実施形態と同じであるため異なる部分について説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

図６に示すように、ＭＲ素子１６を構成する各基材２０，２１上に形成された抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２は、基材２０，２１上につづら折り状部の向きが異なる状態で形成された２つのパターンＲ１１ａ，Ｒ１１ｂ及びパターンＲ１２ａ，Ｒ１２ｂから構成されている。各２つのパターンＲ１１ａ，Ｒ１１ｂ及びパターンＲ１２ａ，Ｒ１２ｂの中間に共通端子３１，３２がそれぞれ形成され、各２つのパターンＲ１１ａ，Ｒ１１ｂ及びパターンＲ１２ａ，Ｒ１２ｂの共通端子３１，３２と反対側の端部に端子３３，３４，３５，３６がそれぞれ形成されている。そして、両基材２０，２１は、両抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２の同じ一方のパターンＲ１１ａ，Ｒ１２ａが、つづら折りの長辺と直交する仮想線が磁石Ｍの移動方向、即ち図６に示す矢印Ｘ方向と平行になるように、基板２２上に配置されている。

ＭＲ素子１６は、回路基板１５上に実装された状態で、図７に示すように、両抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２の同じ一方のパターンＲ１１ａ，Ｒ１２ａ同士が共通端子３１，３２を介して電気的に直列に接続される。また、各一方のパターンＲ１１ａ，Ｒ１２ａに接続された端子３３，３４の一方の端子３４が電源Ｖｃｃに接続され、他方の端子３３が接地される。そして、共通端子３１，３２の接続点がアナログ増幅回路１７の入力部に接続される。

磁気リニア測定装置１１の磁気抵抗効果素子を構成する抵抗パターンは、つづら折り状にパターン形成されたものがつづら折れの方向が磁石の移動方向と直交する同じ向きで一列に配置した状態で使用される。基材２０，２１上に向きが異なる状態で形成された２つのパターンＲ１１ａ，Ｒ１１ｂ及びパターンＲ１２ａ，Ｒ１２ｂから構成された抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２をそのまま電気的に直列に接続したのでは、磁気リニア測定装置１１の磁気抵抗効果素子としては使用できない。しかし、２つのパターンＲ１１ａ，Ｒ１１ｂ及びパターンＲ１２ａ，Ｒ１２ｂのうち同じ一方のパターンＲ１１ａ，Ｒ１２ａ同士を共通端子３１，３２を介して電気的に直列に接続することにより、磁気リニア測定装置１１の磁気抵抗効果素子として使用できる。

基材上に向きが異なる状態で形成された２つのつづら折り状パターンで構成される抵抗パターンを備えた素子は、携帯電話、ノートパソコンなどの開閉検出用スイッチの部品として市販されており、容易にしかも一つのつづら折り状パターンを基材上に有する素子を新たに製造するより安価に入手することができる。また、同一製造ロット同士の２個の汎用ＭＲ素子を使用すれば、温度による出力の振れも改善される。

したがって、この実施形態においては、第１の実施形態における効果（１）〜（３）と同様な効果を有する他に次の効果を有する。
（５）この実施形態では、抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２は基材２０，２１上に向きが異なる状態で形成された２つのパターンＲ１１ａ，Ｒ１１ｂ、Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂから構成されるとともに、２つのパターンＲ１１ａ，Ｒ１２ａの中間に共通端子３１，３２が形成されている。両抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２の同じ一方のパターンＲ１１ａ，Ｒ１２ａ同士が共通端子３１，３２を介して電気的に直列に接続され、各パターンＲ１１ａ，Ｒ１２ａに接続された端子３３，３４の一方の端子３３が電源Ｖｃｃに接続され、他方の端子３４が接地される。したがって、携帯電話、ノートパソコンなどの開閉検出用スイッチの部品として市販されており、磁気リニア測定装置１１の磁気抵抗効果素子としては不要な抵抗パターンも備えた市販品の素子を利用して製造コストを低減することが可能になる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 第２の実施形態のようにパッド列２８，２９を設けて基材２０，２１の配置間隔を複数段階で調整可能にする構成において、図８に示すように、パッド列２８，２９に加えて、パッド２８ａ，２９ａの間隔と異なる間隔で配置されたパッド３７ａ，３８ａからなる別の２列のパッド列３７，３８を基板２２上に設けてもよい。この場合、基板２２の面積を大きくせずに、基材２０，２１の配置間隔、即ち両基準位置ｒ１，ｒ２の距離Ｔ１をより多くの段階で調整することができる。

・ 抵抗パターンＲ１，Ｒ２を、そのつづら折り状の折り返し部の間隔を一定ではなく次第に拡がるように形成し、図９に示すように、基材２０，２１を基板２２上に配置した状態において、基材２０，２１の中間部からの距離が遠くなるほど間隔が近くなるように基板２２上に実装する。この場合、距離Ｔ１が同じでも基板２２の抵抗パターンＲ１，Ｒ２の最大距離を短くすることができる。

・ 基板２２の材質はガラスに限らず、例えば、石英や他のセラミックスであってもよい。
・ 磁石Ｍの幅Ｗは、５ｍｍに限らず、磁石Ｍの強さや磁石ＭとＭＲ素子１６との距離によって、５ｍｍより大きくても、小さくてもよい。

・ 磁気リニア測定装置１１が適用されるのは流体圧シリンダに限らず、例えば、電磁弁のスプールのように直線運動を行う移動体の変位を検出（測定）するのに適用してもよい。

・ 磁石Ｍは環状ではなく、ピストン１３の周方向一部にのみ固定される構成としてもよい。
・ ＭＲ素子１６は、磁気リニア測定装置１１の使用状態において、磁石Ｍに対して縦置きではなく、基板２２が環状の磁石Ｍの周面と接する平面と平行になるように配置されていてもよい。

第１の実施形態を示し、（ａ）は磁気リニア測定装置と流体圧シリンダとの関係を示す模式図、（ｂ）はＭＲ素子と基板の関係を示す模式図。 ＭＲ素子の回路図。 ＭＲ素子の出力特性を示すグラフ。 ＭＲ素子の出力特性を示すグラフ。 第２の実施形態における基板の模式図。 第３の実施形態におけるＭＲ素子と基板の関係を示す模式図。 同じくＭＲ素子の回路図。 別の実施形態における基板の模式図。 別の実施形態における基材と基板との関係を示す模式図。 従来技術のＭＲ素子の模式図。 同じく磁気リニア測定装置のブロック図。

符号の説明

Ｍ…磁石、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１１，Ｒ１２…抵抗パターン、Ｔ１…距離、Ｖｃｃ…電源、Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂ，Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂ…パターン、１５…回路基板、１６…ＭＲ素子（磁気抵抗素子）、１７…処理回路としてのアナログ増幅回路、２０，２１…基材、２２…基板、２４，２５，２６，２７，３３，３４，３５，３６…端子、２８，２９，３７，３８…パッド列、２８ａ，２９ａ，３７ａ，３８ａ…パッド、３１，３２…共通端子。

Claims (5)

1. 強磁性体金属の蒸着薄膜によって磁気抵抗効果を奏する同じ抵抗パターンが形成された２つの基材が、前記抵抗パターンが被検知物体と一体移動する磁石の移動方向に沿って並ぶように基板上に実装されるとともに、前記２つの抵抗パターンが電気的に直列に接続されて構成された磁気抵抗効果素子及び前記磁気抵抗効果素子の出力を処理する処理回路が回路基板に実装されていることを特徴とする磁気リニア測定装置。
2. 前記基材の材質としてガラスが使用されている請求項１に記載の磁気リニア測定装置。
3. 前記基材には前記抵抗パターンの端部に電気的に接続された端子が２つ形成されており、前記２つの抵抗パターンを電気的に直列に接続するのに使用された残りの２つの端子の一方の端子が電源に接続され、他方の端子が接地される請求項１又は請求項２に記載の磁気リニア測定装置。
4. 前記抵抗パターンは前記基材上に向きが異なる状態で形成された２つのパターンから構成されるとともに、前記２つのパターンの中間に共通端子が形成され、２つのパターンの前記共通端子と反対側の端部に端子がそれぞれ形成され、前記両抵抗パターンの同じ一方のパターン同士を、前記共通端子を介して電気的に直列に接続し、各一方のパターンに接続された端子の一方が電源に接続され、他方が接地される請求項１又は請求項２に記載の磁気リニア測定装置。
5. 前記基板には、前記２つの基材を抵抗パターンの距離を変更可能に前記基板に実装するため、前記基材の端子を電気的に接続可能な複数のパッドを一直線上に配置したパッド列が少なくとも２列設けられている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の磁気リニア測定装置。

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