JP2010266305A - 磁気抵抗効果素子を用いた位置検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁石と、この磁石に対向して移動する２つの検知器を用いて、磁石と可動部との相対検知を正確にできるようにした位置検知装置を提供する。
【解決手段】 磁石２の円形の表面２ａがＮ極に着磁され、背面２ｂがＳ極に着磁されている。可動部１０には、第１の検知器１１と第２の検知器１２がＹ方向に間隔２・Ａを空けて搭載されている。第１の検知器１１に２つのＧＭＲ素子が搭載されて、ｔａｎθ１に対応する出力が得られ、第２の検知器１２に２つのＧＭＲ素子が搭載されてｔａｎθ２に対応する出力が得られる。検知回路では、ｔａｎθ１に対応する出力およびｔａｎθ２に対応する出力と、２つの検知器１１，１２の距離に関する定数Ａとから、可動部１０の中心１０ａ移動位置（Ｘ，Ｙ）を演算できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁石で発生する磁界の向きを検知できる磁気抵抗効果素子を使用して、平面に沿って移動する可動部の位置を知ることができる位置検知装置に関する。

以下の特許文献１ないし３には、磁石と、この磁石から発せられた磁界を検知する検知器を使用した位置検知装置が開示されている。

これら文献に記載の位置検知装置は、いずれも、検知器にホール素子などの磁界の強度を検知できる素子が設けられており、磁石の表面から発せられる磁界のうちの前記表面に直交する向きの磁界の強度を前記検知器で検知することにより、磁石と検知器との対向位置を知ろうとしている。

しかし、前記文献に記載のものは、検知器が、ホール素子などのように、磁石の表面に垂直な磁界強度のみを検知できるものであるため、検知器で位置を識別できる領域が限定される。例えば、磁石の表面がＮ極で裏側がＳ極に着磁され、前記表面に検知器が対向しているものでは、磁石の表面の中心から一方の側へ離れていくときと、前記中心から他方の側へ離れていくときとで、前記表面に垂直な磁界の強度の変化が同じである。そのため、検知器が前記中心を跨いで移動すると、検知器で磁界の強度を検知したとしても、その位置が中心を跨いで一方の領域であるのか他方の領域であるのかを識別できない。

以下の特許文献４には、円形の磁石が移動するときに、この磁石から発せられる磁界を検知する磁気センサが開示されている。この磁気センサには、４個の巨大磁気抵抗効果素子が設けられ、そのうちの２個の巨大磁気抵抗効果素子で、磁石から出る磁束の＋Ｘ方向の成分と−Ｘ方向の成分が個別に検知され、他の２個の巨大磁気抵抗効果素子で、磁石から出る磁束の＋Ｙ方向の成分と−Ｙ方向の成分が個別に検知される。そして、磁束のＸ方向の成分を検知する２個の巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化の差を求め、磁束のＹ方向の成分を検知する２個の巨大抵抗磁気効果素子の抵抗値の変化の差を求めることで、磁石の位置を認識しようとしている。

しかし、個々の巨大磁気抵抗効果素子は、正方向と負方向の互いに逆向きの磁束の識別ができない構造であるため、磁石の移動位置を正確に知るためには、合計４個の巨大磁気抵抗効果素子から得られる検知出力を、複雑に演算することが必要である。

特開２００５−３３１４０１号公報 特開２００５−６９７４４号公報 特開２００４−６９６９５号公報 特開２００６−２７６９８３号公報

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、対を成す検知器を距離を空けて配置して一緒に移動させることで、可動部の移動位置を高精度に検知できる磁気抵抗効果素子を使用した位置検知装置を提供することを目的としている。

また、本発明は、温度などの使用環境が変化したときも、常に正確な位置情報を得ることができる磁気抵抗効果素子を使用した位置検知装置を提供することを目的としている。

本発明は、固定部と、この固定部に対向して移動する可動部とを有し、前記固定部と前記可動部の一方に磁石が他方に検知器が設けられた位置検知装置において、
前記磁石は、互いに直交するＸ基準線とＹ基準線との交点である中心から法線方向に向く磁界成分を発生し、
前記検知器はＹ基準線と平行な方向に間隔を空けて一対設けられ、それぞれの前記検知部は、前記Ｘ基準軸または前記Ｙ基準軸に対する前記磁界成分の傾き角度の変化に対応した検知出力を得るものであり、
対を成す前記検知部を結ぶ線が前記Ｙ基準軸と平行状態を保ったまま、前記可動部がＸ−Ｙ平面内で動くときに、それぞれの前記検知部から得られる検知出力に基づいて前記可動部の移動方向と移動量とを演算する検知回路が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の位置検知装置は、対を成す検知器がＹ基準線と平行な方向に間隔を空けて配置され、それぞれの検知器で検知された磁界成分の角度の情報を下に演算することで、可動部が平面に沿って移動したときに、その移動位置を正確に知ることができる。

本発明は、それぞれの検知器がＧＭＲ素子を有しており、対を成す前記検知器のそれぞれに設けられた前記ＧＭＲ素子は、固定磁性層の磁化の固定方向が前記Ｘ基準軸と平行であるものとして構成できる。

または、本発明は、対を成す前記検知器のそれぞれに、固定磁性層の磁化の固定方向が前記Ｘ基準軸に向けられたＧＭＲ素子と、固定磁性層の磁化の固定方向が前記Ｙ基準軸に向けられたＧＭＲ素子の双方が搭載されていることが好ましい。

それぞれの検知器に、磁化の固定方向がＸ基準軸に向けられたＧＭＲ素子と、磁化の固定方向がＹ基準軸に向けられたＧＭＲ素子の双方を搭載することで、温度変化など環境変化による素子の検知感度の変動などの影響を受けずに、磁界成分の角度の情報に基づいて、可動部の移動位置を高精度に知ることが可能である。

本発明は、前記検知回路では、前記Ｘ基準軸または前記Ｙ基準軸に対する前記磁界成分の角度と、対を成す前記検知器の距離とで、前記可動部の位置が特定される。

可動部の移動位置を、変数である角度情報と、定数である検知器の距離の情報から演算できるので、検知回路での演算が容易である。

例えば、本発明は、前記磁石は円形またはリング形であり、表裏両面となる一方の表面と他方の表面とで、異なる磁極に着磁されており、対を成す前記検知器が、いずれかの前記表面に対向して、前記表面と平行な前記Ｘ−Ｙ平面内を移動するものである。

あるいは、本発明は、前記磁石はリング形であり、外周面と内周面とで異なる磁極に着磁されており、対を成す前記検知器が、前記外周面に対向した状態で、磁石の表面と平行な前記Ｘ−Ｙ平面内を移動するものである。
また前記磁石は、長円形又は楕円形であってもよい。

本発明は、磁石と可動部とが移動平面に沿って相対的に動いたときに、対を成す検知器で検知される磁界成分の角度情報と、固定値である対を成す検知器の距離の情報とから、可動部の移動位置を高精度に検知することが可能である。

また、対を成す検知器のそれぞれに、磁化の固定方向がＸ基準軸に向けられたＧＭＲ素子と、磁化の固定方向がＹ基準軸に向けられたＧＭＲ素子の双方を搭載することで、温度変化など環境変化による素子の検知感度の変動などにかかわりなく、可動部の移動位置を高精度に知ることが可能である。

本発明の第１の実施の形態の位置検知装置を示す斜視図、 （Ａ）は磁石と、可動部に設けられた対を成す検知器との位置関係を示す平面図、（Ｂ）はその側面図、 第１の実施の形態の位置検知装置に設けられた検知器を示す説明図、 第１の実施の形態の位置検知装置に設けられた検知器の回路構成図、 （Ａ）は磁気抵抗効果素子の構造を示す平面図、（Ｂ）は磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向と、バイアス磁界の方向を示す説明図、 磁気抵抗効果素子の素子部の断面図、 本発明の第２の実施の形態の位置検知装置を示すものであり、（Ａ）は磁石と、可動部に設けられた対を成す検知器との位置関係を示す平面図、（Ｂ）はその側面図、 第２の実施の形態の位置検知装置に設けられた検知器を示す説明図、 第２の実施の形態の位置検知装置に設けられた検知器の回路構成図、 本発明の第３の実施の形態の位置検知装置を示すものであり、磁石と、可動部に設けられた対を成す検知器との位置関係を示す平面図、 本発明の第４の実施の形態の位置検知装置を示すものであり、（Ａ）は磁石と、可動部に設けられた対を成す検知器との位置関係を示す平面図、（Ｂ）はその側面図、

図１と図２に示す位置検知装置１は、磁石２とこの磁石２に対向する可動部１０を有している。

磁石２は、表面２ａと背面２ｂが互いに平行となるように均一な厚さ寸法を有している。図１および図２（Ａ）では、任意のＸ基準軸をＸ０軸として示し、任意のＹ基準軸をＹ０軸で示している。Ｘ０軸とＹ０軸は直交軸であり、Ｘ−Ｙ座標の基準である。Ｘ０軸とＹ０軸を含む面と平行な面が移動平面であり、この移動平面は前記表面２ａと平行である。磁石２が固定されて、可動部１０が前記移動平面内においてＸ−Ｙ座標内の任意の位置へ移動する。あるいは、可動部１０が固定されて、磁石２が前記移動平面内においてＸ−Ｙ座標内の任意の位置へ移動する。

磁石２の表面２ａと背面２ｂは円形またはリング形であり、図１と図２では、円の中心すなわち磁石２の中心を「Ｏ」で示している。中心ＯはＸ０軸とＹ０軸の交点である。図１と図２（Ｂ）に示すように、磁石２は表面２ａの全域がＮ極に着磁され、背面２ｂの全域がＳ極に着磁されており、磁力線は、表面２ａの全域から出て背面２ｂの全域に向かう。前記可動部１０は、前記表面２ａから所定の高さ離れた位置で、Ｘ０軸とＹ０軸を含む移動平面内を移動する。ただし、可動部１０がＳ極に着磁された背面２ｂに対向し、この背面２ｂから離れた位置で、Ｘ０軸とＹ０軸を含む移動平面内を移動するものであってもよい。

図１には、磁石２のＮ極の表面２ａから出る磁力線のうちのＸ０軸上とＹ０軸上から発生する磁力線を破線で示している。Ｘ０軸上で発生する磁力線は、Ｘ０軸を含み表面２ａと垂直な平面内にベクトルが位置しており、磁力線のベクトルは、中心からＸ０軸の（＋）側とＸ０軸の（−）側に向けられ、且つ外周に向かうにしたがって徐々にＸ０軸との角度が浅くなる。これは、Ｙ０軸上での磁力線においても同じである。また、中心Ｏを通過する任意の法線上においても、Ｘ０軸上ならびにＹ０軸上と同様に、磁力線のベクトルは、その法線を含み表面２ａと垂直な面内において、外周に向けられている。

すなわち、磁石２の表面２ａに対向する部分では、磁力線が、中心Ｏから放射状に向けられている。磁石２が円形の場合に、表面２ａの任意の位置における磁力線のベクトルの向きは、中心Ｏを通る半径に沿って且つ外周側に向けられている。半径に添って外周側に向けられている磁力線のベクトルの法線と平行な成分が、本発明での磁界成分である。

図１と図２（Ａ）に示すように、可動部１０には、第１の検知器１１と第２の検知器１２が搭載されている。第１の検知器１１の中心１１ａと第２の検知器１２の中心１２ａとを結ぶ連結線Ｌは、Ｙ基準軸であるＹ０軸と平行に延びている。前記連結線Ｌにおいて、第１の検知器１１の中心１１ａと第２の検知器１２の中心１２ａとの中点が、可動部１０の中心１０ａである。第１の検知部１１の中心１１ａと可動部１０の中心１０ａとの距離はＡであり、第２の検知部１２の中心１２ａと可動部１０の中心１０ａとの距離はＡであり、互いに同一の距離である。ただし、中心１１ａと中心１０ａとの距離と、中心１２ａと中心１０ａとの距離が相違していてもよい。

磁石２と可動部１０とがＸ−Ｙ平面内において相対的に移動するが、前記連結線ＬがＹ０軸と平行な姿勢を保ったまま、連結線ＬがＹ０軸に対して傾斜することなく可動部１０が移動する。このとき、検知回路１３では、可動部１０の中心１０ａの移動方向と移動量が演算される。あるいは、可動部１０の中心１０ａの座標位置が間欠的にあるいは連続的に演算される。

図３に示すように、第１の検知器１１には、２つの検知素子２０ｘ１と２０ｙ１が搭載されている。検知素子２０ｘ１と２０ｙ１は微小な素子であり、それぞれ第１の検知器１１の中心１１ａに位置している。第２の検知器１２には、２つの検知素子２０ｘ２と２０ｙ２が搭載されている。検知素子２０ｘ２と２０ｙ２も微小な素子であり、２つの検知素子２０ｘ２と２０ｙ２は、第２の検知器１２の中心１２ａに位置している。

検知素子２０ｘ１と２０ｙ１および検知素子２０ｘ２と２０ｙ２は、その構造が実質的に同じ巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）である。図５および図６は、検知素子２０ｘ１と２０ｙ１および検知素子２０ｘ２と２０ｙ２として使用される磁気抵抗効果素子２０を示している。

磁気抵抗効果素子２０は、複数の素子部２１が互いに平行に形成され、個々の素子部２１の前後端部が、接続電極２８，２９によって２つずつ接続され、さらに、図示上下両端部に位置する素子部２１に引き出し電極３１，３２が接続されている。よって、各素子部２１は直列に接続され、ミアンダ型パターンが構成されている。

図６の断面図に示すように、個々の素子部２１は、基板２２の上に、反強磁性層２３、固定磁性層２４、非磁性導電層２５、および自由磁性層２６の順に積層されて成膜され、自由磁性層２６の表面が保護層２７で覆われている。

反強磁性層２３は、Ｉｒ−Ｍｎ合金（イリジウム−マンガン合金）などの反強磁性材料で形成されている。固定磁性層２４はＣｏ−Ｆｅ合金（コバルト−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。非磁性導電層２５はＣｕ（銅）などである。自由磁性層２６は、Ｎｉ−Ｆｅ合金（ニッケル−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。保護層２７はＴａ（タンタル）の層である。

素子部２１では、反強磁性層２３と固定磁性層２４との反強磁性結合により、固定磁性層２４の磁化の方向が固定されている。図５（Ｂ）に示すように、個々の素子部２１では、固定磁性層２４の磁化の固定方向（Ｐ方向）が、素子部２１の長手方向と直交している。

図５（Ａ）に示すように、素子部２１の右側にマグネット３３が左側にマグネット３４が設けられて、各素子部２１に対し長手方向と平行な向きにバイアス磁界が与えられており、このバイアス磁界により自由磁性層２６の磁化がＢ方向に向けられて短磁区化されている。磁気抵抗効果素子２０は、固定磁性層２４の磁化の固定方向（Ｐ方向）と、自由磁性層２６の磁化の方向との関係で電気抵抗が変化する。磁気抵抗効果素子２０の素子部２１に対して、図５（Ｂ）の図示上方（固定方向Ｐと平行な（＋）方向）へ外部磁界が与えられて、自由磁性層２６内の磁化が（＋）方向に向けて飽和すると、電気抵抗が極小になる。図５（Ｂ）の図示下方（固定方向Ｐと平行な（−）方向）へ外部磁界が与えられて、自由磁性層２６内の磁化の向きが（−）方向に向けて飽和すると、電気抵抗が極大になる。また、自由磁性層２６において飽和している磁化の向きと、固定磁性層２４の磁化の固定方向Ｐとの角度に応じて、磁気抵抗効果素子２０の抵抗値が変化する。

図２（Ａ）と図３に示すように、第１の検知器１１に搭載されている検知素子２０ｘ１は、固定磁性層２４の磁化の固定方向がＰｘ１方向、すなわち（−）Ｘ方向であり、第１の検知器１１に搭載されている検知素子２０ｙ１は、固定磁性層２４の磁化の固定方向がＰｙ１方向、すなわち（＋）Ｙ方向である。第２の検知器１２に搭載されている検知素子２０ｘ２は、固定磁性層２４の磁化の固定方向がＰｘ２方向、すなわち（−）Ｘ方向であり、第２の検知器１２に搭載されている検知素子２０ｙ２は、固定磁性層２４の磁化の固定方向がＰｙ２方向、すなわち（−）Ｙ方向である。

図４（Ａ）に示すように、第１の検知器１１に搭載されている一方の検知素子２０ｘ１に固定抵抗Ｒが直列に接続されて、検知素子２０ｘ１と固定抵抗Ｒに電圧Ｖｃｃが印加されている。検知素子２０ｘ１と固定抵抗Ｒとの中点電圧は、検知素子２０ｘ１の抵抗値の変化に応じて変化する。第１の検知器１１に搭載されている他方の検知素子２０ｙ１に固定抵抗Ｒが直列に接続されて、検知素子２０ｙ１と固定抵抗Ｒに電圧Ｖｃｃが印加されている。検知素子２０ｙ１と固定抵抗Ｒとの中点電圧は、検知素子２０ｙ１の抵抗値の変化に応じて変化する。

図２（Ａ）では、第１の検知器１１が、（＋）Ｙと（−）Ｘの領域に位置しており、この位置では、検知素子２０ｘ１の自由磁性層２６と、検知素子２０ｙ１の自由磁性層２６の磁化は、共に半径ｒ１に沿ってその外周方向に向けられて飽和している。

半径ｒ１方向とＸ０軸とが成す角度をθ１とすると、図４（Ａ）に示す、検知素子２０ｘ１と固定抵抗Ｒとの中点電位は、ａ・ｃｏｓθ１に相当する出力となり、検知素子２０ｙ１と固定抵抗Ｒとの中点電位は、ａ・ｓｉｎθ１に相当する出力となる。ａ・ｃｏｓθ１ならびにａ・ｓｉｎθ１の極大値と極小値との中間の原点は、Ｖｃｃ／２である。ａは、定数であり、Ｖｃｃ／２の絶対値である。

図４（Ｂ）に示すように、第２の検知器１２に搭載されている検知素子２０ｘ２と２０ｙ２も、それぞれが固定抵抗Ｒと直列に接続され、且つ電源電圧Ｖｃｃが印加されている。

図２では、第２の検知器１２が、（−）Ｘと（−）Ｙの領域に位置しており、この位置では、検知素子２０ｘ２と自由磁性層２６と、検知素子２０ｙ２の自由磁性層２６とが、共に半径ｒ２方向に沿ってその外周方向に向けられて飽和している。

半径ｒ２方向とＸ０軸とが成す角度をθ２とすると、図４（Ｂ）に示す、検知素子２０ｘ２と固定抵抗Ｒとの中点電位は、ａ・ｃｏｓθ２に相当する出力となり、検知素子２０ｙ２と固定抵抗Ｒとの中点電位は、ａ・ｓｉｎθ２に相当する出力となる。

図１に示す検知回路１３では、図４（Ａ）において中点電位として得られるａ・ｃｏｓθ１とａ・ｓｉｎθ１との比からｔａｎθ１を求めることができる。第１の検知器１１に搭載された同じ構成の検知素子２０ｘ１と２０ｙ１の出力の比からｔａｎθ１が求められるため、温度変化などの環境変化があったとしても、ｔａｎθ１の値はその変化の影響をほとんど受けない。また、電源を投入して検知動作を開始したときに、イニシャライズ動作を行うことなく、その直後に第１の検知器１１の位置に応じてｔａｎθ１を求めることができる。同様にして、図４（Ｂ）において中点電位として得られるａ・ｃｏｓθ２とａ・ｓｉｎθ２との比からｔａｎθ２を求めることができる。

次に、可動部１０の中心１０ａの移動位置を求める演算を説明する。
図２（Ａ）では、可動部１０の中心１０ａが原点Ｏ０から位置（Ｘ，Ｙ）へ移動した状態を示している。このとき、第１の検知器１１の中心１１ａは、原点Ｏ１から位置（Ｘ１，Ｙ１）へ移動し、第２の検知器１２の中心１２ａは、原点Ｏ２から位置（Ｘ２，Ｙ２）へ移動する。

Ｘ１＝Ｘ２＝Ｘであり、Ｙ１＝Ｙ＋Ａで、Ｙ２＝Ｙ−Ａである。また、ｔａｎθ１＝Ｙ１／Ｘ１＝｛（Ｙ＋Ａ）／Ｘ｝であるから、Ｘ・ｔａｎθ１＝Ｙ＋Ａであり、ｔａｎθ２＝Ｙ２／Ｘ２＝｛（Ｙ−Ａ）／Ｘ｝であるからＸ・ｔａｎθ２＝Ｙ−Ａである。

以上からＸ＝｛２Ａ／（ｔａｎθ１−ｔａｎθ２）｝であり、Ｙ＝Ａ・｛（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）／（ｔａｎθ１−ｔａｎθ２）｝である。すなわち、可動部１０の中心１０ａの座標（Ｘ，Ｙ）が、２つの検知器１１，１２で検知される角度θ１とθ２、および第１の検知器１１と第２の検知器１２との距離から得られる定数Ａに基づいて算出することができる。

角度θ１とθ２および定数Ａとで、磁石２と可動部１０の相対位置を演算できるため、演算が容易である。また、図４（Ａ）に示すように、第１の検知器１１において、温度変化などによって検知素子２０ｘ１，２０ｙ１の特性が変化し、中点電圧が変化したとしても、同じ検知素子２０ｘ１，２０ｙ１から得られる中電電圧の比からｔａｎθ１が求められる。これは第２の検知器１２において得られるｔａｎθ２においても同じである。第１の検知器１１に設けられた２つの検知素子の出力の比でｔａｎθ１が求められ、第２の検知器１２に設けられた２つの検知素子の出力の比でｔａｎθ２が求められるため、可動部１０の中心１０ａを、磁石２の中心Ｏに一致させて原点検知の修正などを行う必要がない。

また、磁石２の磁界の強度や検知素子２０ｘ１，２０ｙ１，２０ｘ２，２０ｙ２の感度などの要素の影響を受けることなく、相対位置の演算が可能である。

可動部１０の中心１０ａの移動範囲は、第１の検知器１１に設けられた２つの検知素子と第２の検知器１２に設けられた２つの検知素子の自由磁性層２６が、磁石２の表面２ａにおいて法線方向に向く磁界成分で飽和できる範囲であればどの領域であっても、その位置を検知できる。例えば、図２（Ａ）に示す磁石２の中心Ｏの周囲の領域２ｃでは、法線方向の磁界成分が弱いので、第１の検知部１１と第２の検知部１２がこの領域２ｃに入らない範囲で、可動部１０の移動位置を検知できる。

また、第１の検知器１１と第２の検知器１２との距離２Ａを、前記領域２ｃの直径よりも大きくしておくことで、第１の検知器１１と第２の検知器１２が前記領域２ｃに入り込むことがなく、可動部１０の中心１０ａが、前記領域２ｃの内部に位置しているときの、その中心１０ａの座標位置（Ｘ，Ｙ）を求めることができる。

図７ないし図９は本発明の第２の実施の形態の位置検知装置１０１を示している。
図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、位置検知装置１０１は、円形またはリング形の磁石２の表面２ａに可動部１１０が対向しており、可動部１１０に第１の検知器１１１と第２の検知器１１２が搭載されている。第１の検知器１１１と第２の検知器１１２は、Ｙ０軸と平行な方向に間隔を空けて配置されており、その距離は第１の実施の形態と同様に２・Ａである。

図８に示すように、第１の検知器１１１には、１つの検知素子２０ｘａが搭載されている。検知素子２０ｘａは巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）であり、固定磁性層２４の磁化の固定方向Ｐｘａは、Ｘ０軸と平行な向きである。第２の検知器１１２には、１つの検知素子２０ｘｂが搭載されている。検知素子２０ｘｂは巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）であり、固定磁性層２４の磁化の固定方向Ｐｘａは、Ｘ０軸と平行な向きである。

この位置検知装置１０１は、図９に示すように、検知素子２０ｘａと固定抵抗Ｒが直列に接続されてその中点電位が検出されて、ａ・ｃｏｓθ１に対応する出力が得られ、検知素子２０ｘｂと固定抵抗Ｒが直列に接続されてその中点電位が検出されて、ａ・ｃｏｓθ２に対応する出力が得られる。

ａ・ｃｏｓθ１とａ・ｃｏｓθ２と、定数２・Ａとから、可動部１１０の中心１１０ａの移動位置を検知できる。例えば、｛√（１−ａ・ｃｏｓ²θ）／ａ・ｃｏｓθ｝からｔａｎθを求めることで、第１の実施の形態と同じ演算で、前記中心１１０ａの座標位置（Ｘ，Ｙ）を求めることができる。

ただし、温度変化など基く検知素子２０ｘａ，２０ｘｂの特性の変化によって、ａ・ｃｏｓθ１とａ・ｃｏｓθ２の値が変動することがあるため、例えば、可動部１１０の中心１１０ａを磁石２の中心Ｏに一致させたときに、θ１とθ２がゼロであるように回路上で調整してから移動位置の検知を行うことが好ましい。

図１０は本発明の第３の実施の形態を示す位置検知装置２０１の平面図である。
この位置検知装置２０１に使用されている磁石１０２は、Ｘ０軸に短半径が向けられ、Ｙ０軸に長半径が向けられた長円形または楕円形である。可動部１０は、図２に示した第１の実施の形態と同じであり、第１の検知器１１と第２の検知器１２を有している。または、図７に示した第２の実施の形態と同じであり、第１の検知器１１１と第２の検知器１１２を有している。

この位置検知装置２０１は、磁石１０２と可動部１０の相対位置がＹ０軸方向に長い操作装置などに適している。

図１１（Ａ）は本発明の第４の実施の形態を示す位置検知装置３０１の平面図であり、図１１（Ｂ）はその側面図である。

この位置検知装置３０１に使用されている磁石３０２はリング形状であり、Ｘ０軸を挟んで（＋）Ｙ側で、外周側がＳ極で内周側がＮ極に着磁され、（−）Ｙ側では、外周側がＮ極で内周側がＳ極に着磁されている。

可動部１０は、図２に示した第１の実施の形態と同じであり、第１の検知器１１と第２の検知器１２を有している。または、図７に示した第２の実施の形態と同じであり、第１の検知器１１１と第２の検知器１１２を有している。

図１１（Ｂ）に示すように、この位置検知装置３０１では、第１の検知器１１と第２の検知器１２が、磁石３０２の外周面の外側で移動する。磁石３０２の外周面の外側では、磁石３０２の法線方向に向く磁界成分を有しているため、第１の実施の形態などと同様にして可動部１０の移動位置を検知できる。ただし、Ｘ０軸を挟んで（＋）Ｙ側と（−）Ｙ側とで法線方向に沿う磁界の向きが逆であるため、第１の検知器１１が（＋）Ｙ側で動き、第２の検知器１２が（−）Ｙ側で動く範囲で移動位置が検知されることが好ましい。

１，１０１，２０１，３０１ 位置検知装置
２，１０２，２０２，３０２ 磁石
１０，１１０ 可動部
１１，１１１ 第１の検知器
１２，１１２ 第２の検知器
１３ 検知回路
２０ 磁気抵抗効果素子
２０ｘ１，２０ｘ２，２０ｙ１，２０ｙ２，２０ｘａ，２０ｘｂ 検知素子

Claims (7)

1. 固定部と、この固定部に対向して移動する可動部とを有し、前記固定部と前記可動部の一方に磁石が他方に検知器が設けられた位置検知装置において、
   前記磁石は、互いに直交するＸ基準線とＹ基準線との交点である中心から法線方向に向く磁界成分を発生し、
   前記検知器はＹ基準線と平行な方向に間隔を空けて一対設けられ、それぞれの前記検知部は、前記Ｘ基準軸または前記Ｙ基準軸に対する前記磁界成分の傾き角度の変化に対応した検知出力を得るものであり、
   対を成す前記検知部を結ぶ線が前記Ｙ基準軸と平行状態を保ったまま、前記可動部がＸ−Ｙ平面内で動くときに、それぞれの前記検知部から得られる検知出力に基づいて前記可動部の移動方向と移動量とを演算する検知回路が設けられていることを特徴とする位置検知装置。
2. それぞれの検知器がＧＭＲ素子を有しており、対を成す前記検知器のそれぞれに設けられた前記ＧＭＲ素子は、固定磁性層の磁化の固定方向が前記Ｘ基準軸と平行である請求項１記載の位置検知装置。
3. 対を成す前記検知器のそれぞれには、固定磁性層の磁化の固定方向が前記Ｘ基準軸に向けられたＧＭＲ素子と、固定磁性層の磁化の固定方向が前記Ｙ基準軸に向けられたＧＭＲ素子の双方が搭載されている請求項１記載の位置検知装置。
4. 前記検知回路では、前記Ｘ基準軸または前記Ｙ基準軸に対する前記磁界成分の角度と、対を成す前記検知器の距離とで、前記可動部の位置が特定される請求項１ないし３のいずれかに記載の位置検知装置。
5. 前記磁石は円形またはリング形であり、表裏両面となる一方の表面と他方の表面とで、異なる磁極に着磁されており、対を成す前記検知器が、いずれかの前記表面に対向して、前記表面と平行な前記Ｘ−Ｙ平面内を移動する請求項１ないし４のいずれかに記載の位置検知装置。
6. 前記磁石はリング形であり、外周面と内周面とで異なる磁極に着磁されており、対を成す前記検知器が、前記外周面に対向した状態で、磁石の表面と平行な前記Ｘ−Ｙ平面内を移動する請求項１ないし４のいずれかに記載の位置検知装置。
7. 前記磁石は長円形又は楕円形である請求項１ないし６のいずれかに記載の位置検知装置。

Images