JP2627541B2 - 磁気抵抗素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、主として油圧・空圧シリンダの動作検知等
における近接スイッチに使用される磁気抵抗素子、特に
取付け位置を容易に決定することのできる磁気抵抗素子
に関する。

＜従来例および問題点＞ 一般に、第４図に示すような強磁性体薄膜製の抵抗パ
ターン（111）を有する磁気抵抗素子（11）が知られて
おり、これを近接スイッチとして利用する方法として
は、該磁気抵抗素子（11）をブリッジ接続して、第３図
のように磁石（10）との相対的位置関係において使用し
ている。

第4a図は、該抵抗パターン（111）による磁気抵抗素
子（11）の端子接続を電気的等価回路で示したものであ
る。

第4b図には、第３図における磁石（10）と磁気抵抗素
子（11）の相対関係において、ｘ軸上で磁石（10）が矢
印方向へ左右移動したときに、第４図の抵抗パターン
（111）の出力端子（205）、（207）に生ずる動作出力
電圧波形（Ｓ）の特性が示されている。

なお、入力端子（206）、（208）には入力電圧が印加
されているものとする。

同図の動作出力電圧波形（Ｓ）における点（Ｃ）は、
磁石（10）と磁気抵抗素子（11）が第３図に示す位置に
あるときの出力電圧値であり、磁気抵抗素子（11）にお
けるパターン要素（202）、（204）が最大の抵抗変化を
しており、これを第4a図の電気的等価回路における出力
端（Vout）での電圧波形として表示したものである。

通常、スイッチ動作させるための「しきい値」として
第4b図においてＡの値を設定した場合の動作領域は、動
作出力電圧波形（Ｓ）と「しきい値」Ａの交点ｆ、ｇよ
り上の斜線部としている。

かかる特性を持つ磁気抵抗素子（11）を油圧・空圧シ
リンダ等における近接スイッチとして使用するには、取
付け調整を簡単に行なうことができるとともに、誤動作
なく最適の調整点に設定できるものが要求される。

而して。上記の要求に対処するためには、第4b図の動
作出力電圧波形（Ｓ）よると調整幅（ｆ〜ｇ）が非常に
狭いため作業性および取付け後の正確性に欠けるもので
ある。

そこで、従来行なわれている解決方法の例を挙げて説
明する。

すなわち、第４図の磁気抵抗素子パターン（111）の
電気的等価回路における出力端子（Vout）間から出力信
号をとらずに、第5a図に示すように磁気抵抗素子（11）
の外部に外付けの固定抵抗器（R10）、（R11）、（R2
0）、（R21）を設け、（R10）と（R11）の間、および
（R20）と（R21）との間からそれぞれ出力信号（Vout
1）、（Vout2）を得て、これを動作出力電圧として取り
出すことが行なわれており、その出力電圧特性が第5b図
に示されている。

而して、第5b図において「しきい値」Ｂを設定し、動
作出力電圧波形（S1）、（S2）との交点をそれぞれh,i,
j,kとすれば、適当な電子回路による信号処理を行なう
ことにより、（ｈ〜ｊ）、（ｊ〜ｉ）、（ｉ〜ｋ）の三
つの段階において外部磁界の接近を判別できる。これを
近接スイッチの取付け位置調整において応用すれば、第
4b図における信号処理の場合より、位置決めは容易とな
る。

しかし、第5b図のものでは、（ｈ〜ｊ）および（ｉ〜
ｋ）における領域幅が小さいため、位置決め作業におい
て十分満足できる容易さ・正確さは得られない。

そこで、上記の欠点を改良するため、例えば第６図に
示すような方形パターン（112）の磁気抵抗素子（11）
とし、２組の平行な抵抗パターン要素のうち、１組の平
行パターン要素（202）と（204）の間隔（λ）を磁石
（10）の移動方向すなわち第３図ｘ軸方向に沿って広く
する方法が考えられる。

このようにすると、第6a図の動作出力電圧図に示すよ
うに、「しきい値」Ｃと二つの動作出力電圧波形（T
1）、（T2）との交点は、ｌ、ｍ、ｎ、ｏとなり、（ｌ
〜ｎ）及び（ｍ〜ｏ）の幅は第４図の磁気抵抗素子パタ
ーン（111）における（ｈ〜ｊ）、（ｉ〜ｋ）の領域幅
の場合より大きくなり、（ｌ〜ｎ）、（ｎ〜ｍ）、（ｍ
〜ｏ）の三つの領域がより明確な信号幅になるため、近
接スイッチに用いる場合の位置決めが容易になるととも
に、誤動作のない正確な設定ができる。

しかし、この場合には第６図から明らかなように、第
４図と比較して外形寸法が大きくならざるを得ないとい
う欠点がある。

＜発明が解決しようとする課題＞ そこで、素子（11）の外形寸法が従来と変わらずに、
位置決め作業が容易に行なえるとともに、取付け後にお
いて正確な出力動作を維持することのできる磁気抵抗素
子の出現が望まれている。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は上記のような欠点を除去するために提案され
たものであり、 その目的は、取付け調整作業を簡略化し、短時間で最
適な設定位置に調整可能な近接スイッチ用磁気抵抗素子
を提供することにある。

本発明の他の目的は、素子の外形寸法を大型とした
り、正方形以外の異形に設けることなく、取付け調整作
業を簡略化し、短時間で最適な設定位置に調整可能な近
接スイッチ用磁気抵抗素子を提供することにある。

而して、本発明は「強磁性体製の４つの薄膜パターン
要素をブリッジ接続可能に配置した磁気抵抗素子におい
て、該ブリッジの各辺を構成するパターン要素のうち、
相対向する第１組のパターン要素はその長手直線部が互
いに略平行に配設されるとともに、相対向する第２組の
パターン要素はその長手直線部が前記第１組の長手直線
部に対する垂線に対して各々内角45゜以内の等しい傾斜
角度であって且つ双方の仮想延長線が該垂線上で交差す
るように配置されてなる磁気抵抗素子」によって達成さ
れる。

＜作用＞ 本発明では、ブリッジ接続の各辺を構成するパターン
要素のうち、相互に傾斜して対向配設された２個１組の
パターン要素の長手直線部に対して、外部磁界が直角に
作用して最大の抵抗値を得るときの磁石の位置は、外部
磁界が該磁気抵抗素子の直上にあるときではなく、それ
よりも左右に若干ずれた箇所となる。従って、この場合
に得られる２つの動作出力電圧波形と「しきい値」との
４箇所の交点相互の間隔が大きいものとなり、外部磁石
との適切な相互位置関係を決めるための選択領域が広く
なり、近接スイッチとして取付け調整する際に、接近度
を段階的に認識しながら容易かつ迅速に作業を行なうこ
とができる。

従って、該磁気抵抗素子の出力信号電圧を公知の適当
な電気回路で処理することより、動作領域の両端部と中
間における最適領域とを段階的に明確に区別して検出す
ることができる。

＜実施例＞ 次に、本発明を第１、２、３図に示された一実施例に
従って、更に詳しく説明することとする。

本発明では、第３図に示す磁石（10）と磁気抵抗素子
（11）との位置関係において、磁気抵抗素子（11）の抵
抗パターン（110）は第１図に示すように特殊な形状と
している。すなわち、ブリッジ接続される２組の磁気抵
抗パターンのうち、対向配置される第１組はパターン要
素（101）と（103）により形成され、その長手直線部は
線幅を非常に細く且つ相互に略平行に設けられており、
第３図において磁石（10）が移動するｘ方向と平行に配
置される。

一方、第２組の抵抗パターンは対向するパターン要素
（102）と（104）により形成され、各長手直線部を平行
配置とせずに、前記第１組の抵抗パターンの長手直線部
に対する垂線（Ｆ）に対して各々内角45゜以内の等しい
傾斜角度θであって且つ両者の仮想延長線が該垂線上の
任意の点（Ｗ）で交差するように配置されている。ま
た、該パターン要素（102）と（104）の線幅は前記第１
組のパターン要素（101）（103）のそれよりも著しく広
いものとしている。

次に、第３図を参照しながら、磁石（10）と磁気抵抗
素子（11）の相対的位置関係が変化するとき、すなわち
磁石（10）が左右移動するときに抵抗パターン（110）
を有する磁気抵抗素子（11）に生じる抵抗変化を説明す
る。

まず、第１組の抵抗パターンにおけるパターン要素
（101）、（103）の線幅は第２組のパターン要素（10
2）、（104）のそれに比べて非常に小さく形成されてい
るため、磁石（10）の移動によりパターン要素（10
1）、（103）の長手直線部に対して直交する磁界が作用
した場合でも、パターン要素（101）、（103）に生じる
抵抗変化は小さい。

従って、第２図に示すように、二つの動作出力電圧波
形（U₁）（U₂）が生じるが、いずれの波形（U₁）（U₂）
もｘ軸より下側への出力は殆ど発生しないという特性、
すなわちスイッチングにおいて判定に不要な出力変化が
殆ど発生しない程度に小さいものとなる。

一方、第２組の抵抗パターンにおけるパターン要素
（102）（104）は、線幅をかなり大きく形成しており、
かつｙ軸に対してある角度θづつ互いに等しい傾斜角で
対向配置（ただし、２θ＜90゜）されているため、磁石
（10）の移動に伴なうパターン要素（102）（104）の抵
抗変化は次のようになる。

ここで、例えば第３図において磁石（10）が磁気抵抗
素子（11）に対してｙ軸方向で所定の間隔を保ったま
ま、ｘ軸に沿って左方から接近通過して右方へ遠ざかる
場合を考える。

まず、磁石（10）が磁気抵抗素子（11）の左側へ近付
いて磁気抵抗素子（11）のパターン要素（102）の長手
直線部に対して磁界が直交する位置となったとき抵抗変
化は最大に達する。

次いで、磁石（10）が磁気抵抗素子の中央すなわちｙ
軸を通過して右側へ遠ざかるとき、パターン要素（10
4）の長手直線部に対して磁界が直交する位置でその抵
抗変化は最大に達する。その後、磁石（10）が更に右側
へ移動すると、パターン要素（102）（104）に作用する
磁界の方向が変化し、また距離も遠くなるため、両パタ
ーン要素（102）（104）の抵抗も無磁界状態の抵抗値に
向い、出力感度は徐々に低下する。

上記動作におけるパターン要素（102）（104）の動作
出力を、第5a図の回路と同様に外付け抵抗器の中点との
間からそれぞれ取れば、同図の等価回路において（Vout
2），（Vout1）で表わされる。なお、第5a図において点
線で囲んだ部分が磁気抵抗素子（110）の等価回路とな
る。この（Vout2），（Vout1）の動作出力電圧波形は第
２図の動作出力電圧波形（U₁）（U₂）で示される。

上記動作を整理してみると、パターン要素（102）（1
04）の長手直線部が傾斜しているため、最大抵抗変化を
得る磁石（10）の位置は、磁気抵抗素子（11）の直上よ
りも各パターン要素（102）（104）の左右外側にずれた
位置となる。更に、パターン要素（102）（104）の線幅
が広いので、磁石（10）による外部磁界が弱いとき、す
なわち、磁石（10）が磁気抵抗素子（11）の左右で比較
的遠く離れた位置にあっても十分な出力が得られるた
め、第２図の動作出力電圧図において、「しきい値」Ｄ
を設定すると、動作出力波形（U₁）（U₂）と「しきい
値」Ｄとの交点p,q,r,sは、その相互の間隔が十分広い
ものとなる。

従って、近接スイッチとして使用する場合に外部磁界
の接近状態が（ｐ）〜（ｒ）、（ｑ）〜（ｓ）、（ｒ）
〜（ｑ）のいずれの段階にあるかを明確に検出区別でき
る。

そこで、例えば（ｐ）〜（ｒ）間と、（ｑ）〜（ｓ）
間が動作状態の場合には赤色のLEDで表示し、また
（ｒ）〜（ｑ）間が動作の場合には緑色のLEDで表示す
れば、相対的位置関係において磁石（10）が磁気抵抗素
子（11）に対して左右どちらから接近しても、まず赤色
表示により動作状態に入ったことが判明し、次いで緑色
表示になったとき初期設定に最適な位置の領域になった
ことが各々広い領域で段階的に表示されることとなり、
容易に認識できるものである。

＜効 果＞ 本発明による磁気抵抗素子によれば、近接スイッチ用
等として「しきい値」を設定したとき、外部磁界の接離
移動に対する動作領域の幅を段階的に広い領域で知るこ
とができるので、磁気抵抗素子を制御対象の機器に対し
て短時間で最適な位置に取付けることが可能となり、設
置調整の作業を簡略かつ正確に行うことができるもので
ある。

従って、油圧・空圧シリンダ用等の近接スイッチに応
用すれば位置決めが容易で、しかも安定した正確な動作
制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る磁気抵抗素子のパターン配置図、
第２図はその磁気抵抗パターンの動作出力波形図、第３
図は本発明および従来例における素子と外部磁石との位
置関係を示す斜視図、第４図は従来の磁気抵抗素子のパ
ターン配置図、第4a図はその等価回路図、第4b図はその
磁気抵抗パターンの動作出力波形図、第5a図は第４図の
素子に外付け抵抗器を付加したときの等価回路図、第5b
図はその磁気抵抗パターンの動作出力波形図、第６図は
他の従来例に係る磁気抵抗素子のパターン配置図、第6a
図はその動作出力波形図、である。 （10）……磁石、 （11）……磁気抵抗素子、 （110）〜（112）……磁気抵抗パターン、 （101）〜（104）……パターン要素、 （201）〜（204）……パターン要素、 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）……しきい値。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】強磁性体製の４つの薄膜パターン要素をブ
   リッジ接続可能に配置した磁気抵抗素子において、 該ブリッジの各辺を構成するパターン要素のうち、相対
   向する第１組のパターン要素はその長手直線部が互いに
   略平行に配設されるとともに、 相対向する第２組のパターン要素はその長手直線部が前
   記第１組の長手直線部に対する垂線に対して各々内角45
   ゜以内の等しい傾斜角度であって且つ双方の仮想延長線
   が該垂線上で交差するように配置されてなる磁気抵抗素
   子。