JP2978582B2 - 電磁気特性変化部の検出方法および装置 - Google Patents

電磁気特性変化部の検出方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、油圧シリンダの位置検
出装置やリニヤスケール、ロータリエンコーダ等の被検
出部材に形成した電磁気特性変化部を検出する方法およ
び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】位置センサ等においては、スケールに凹
凸溝からなる電磁気特性変化部を形成し、この電磁気特
性変化部に磁界を作用させ、電磁気特性変化部による磁
束の揺らぎを強磁性体薄膜磁気抵抗素子などの電磁感知
素子を用いて検出することが行われる。そして、一般に
は、磁束の揺らぎを感度よく検出するために、４つの磁
気抵抗素子を用いるとともに、これらの素子によってブ
リッジ回路を構成するようにしている。
【０００３】すなわち、図４（Ａ）に示したように、４
つの磁気抵抗素子１０ａ〜１０ｄを、スケール１２の凹
凸溝からなる目盛り１４に沿って配置する。これらの磁
気抵抗素子１０ａ〜１０ｄは、磁気抵抗素子１０ａ、１
０ｃが同時にスケール１２の凸部１６と対応した位置に
くると、他の２つの磁気抵抗素子１０ｂ、１０ｄが凹部
１８と対応した位置となるようになっている。
【０００４】さらに、各磁気抵抗素子１０ａ〜１０ｄ
は、図４（Ｂ）に示したように検出回路としてのブリッ
ジ回路２０を構成しており、斜線で示した同時に凸部１
６と対応した位置にくる磁気抵抗素子１０ａ、１０ｃが
ブリッジ回路２０の対向した２辺を構成し、他の磁気抵
抗素子１０ｂ、１０ｄがブリッジ回路２０の他の２辺を
構成している。そして、ブリッジ回路２０の出力Ｅは、
各磁気抵抗素子１０ａ〜１０ｄの電気抵抗をＲa 〜Ｒd
とすると、
【数１】Ｅ∝Ｒb ×Ｒd −Ｒa ×Ｒc である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く構成したブ
リッジ回路２０は、スケールの電磁気特性変化部が凸部
１６と凹部１８とからなる凹凸溝によって形成してある
ため、図５に示したように、磁石２２によって印加され
た磁場（磁束φ）が凸部１６のエッジの部分で乱れる。
このため、位置センサのようにブリッジ回路２０の出力
が繰り返し波形となる場合には、ブリッジ回路２０の出
力を繰り返しのディジタル化するコンパレータ処理はう
まく行うことができるが、例えばスケールの原点等を検
出する場合のように、被検出部材に単一またはとびとび
に電磁気特性変化部を形成して、いわゆる一発波形（１
ビット）を発生させるようになっていると、電磁気特性
変化部周囲の磁束の揺らぎによって、基本波の横にノイ
ズのような小さな波が出ることが多く、コンパレータ処
理を困難にしている。
【０００６】すなわち、上記のブリッジ回路２０を構成
している磁気抵抗素子１０ａ〜１０ｄが、図６（Ａ）〜
（Ｈ）に示したように、スケール１２の凸部１６をもっ
て形成した電磁気特性変化部を通過すると、
【０００７】 図６（Ａ）の状態の場合、Ｒb ×Ｒd −Ｒa ×Ｒc ＝０ 図６（Ｂ）の状態の場合、Ｒb ×Ｒd −Ｒa ×Ｒc ≪０ 図６（Ｃ）の状態の場合、Ｒb ×Ｒd −Ｒa ×Ｒc ≫０ 図６（Ｄ）の状態の場合、Ｒb ×Ｒd −Ｒa ×Ｒc ≪０ 図６（Ｅ）の状態の場合、Ｒb ×Ｒd −Ｒa ×Ｒc ≫０ 図６（Ｆ）の状態の場合、Ｒb ×Ｒd −Ｒa ×Ｒc ＜０ 図６（Ｇ）の状態の場合、Ｒb ×Ｒd −Ｒa ×Ｒc ＞０ 図６（Ｈ）の状態の場合、Ｒb ×Ｒd −Ｒa ×Ｒc ＝０ となり、基準電圧（零点）のプラス側またはマイナス側
に複数の信号が出ることになる。このため、従来の電磁
気特性変化部の検出方法においては、一発波形の検出を
行うと、図７のようにプラス側またはマイナス側にほぼ
ピークが等しい２つの波形が検出されることになり、検
出誤差の原因となる。
【０００８】一方、例えば、特公昭５６−１５６７号公
報に記載のように、電磁気特性変化部を着磁によって形
成し、直列接続した２組の強磁性体磁気抵抗素子の感磁
方向を直交させ、両者の出力の差動を取るようにする場
合もある。しかし、この場合には、出力の波形がピーク
幅の広い、面積の大きなものとなってしまい、検出精度
の低下を生ずる。
【０００９】本発明は、上記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、単一の電磁気特性変化部を精度
よく検出することができるとともに、ピーク幅の狭い波
形が得られる電磁気特性変化部の検出方法および装置を
提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】従来、例えば凹凸を設け
て電磁気特性変化部を形成し、この電磁気特性変化部を
４つの素子を用いてブリッジ回路によって検出する場
合、ブリッジ回路の対向する２辺を、同時に凸部と対応
した位置にくる２つの素子をもって構成し、他の対向し
た２辺を同時に凹部と対応した位置にくる２つの素子に
よって構成していた。これは、ブリッジ回路の出力が
〔数１〕に示したように、対向した２辺の抵抗値の積の
差に比例するため、ブリッジ回路の対向した２辺を凸部
に対応した位置にある素子と、凹部に対応した位置にあ
る素子とによって形成すると、〔数１〕右辺の第１項と
第２項とがほぼ等しくなって、ブリッジ回路の出力Ｅが
得られないと考えられていたことによる。
【００１１】しかし、発明者等の実験によると、例えば
凸部における磁束の分布は、横バイアスがかかるため図
６のように凸部の中心の左側と右側とでは異なった分布
となっている。また、ゆらぎが凹凸で対称形に生じない
ため、これが前記した複数の出力が生じる原因となって
いる考えられる。また、発明者等は、ブリッジ回路の対
向する２辺が、凸部に対応した位置にある素子と、凹部
に対応した位置にある素子とによって形成された場合で
あっても、すなわち検出信号を相殺するように接続した
場合であっても、出力信号を取り出せることを見出し
た。
【００１２】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
ので、本発明に係る電磁気特性変化部の検出方法は、電
磁気特性変化部を有する被検出部材と相対移動する４つ
の電磁感知素子を、相対移動方向に一列に、かつ相対移
動に伴って４つの中の２つが同時に前記電磁気特性変化
部と対応した位置にあるときに、他の２つが電磁気特性
変化部と対応しない位置となるように配列し、これら４
つの電磁感知素子のそれぞれをブリッジ回路の４つの辺
に接続して前記電磁気特性変化部を検出する電磁気特性
変化部の検出方法において、前記４つの電磁感知素子は
前記電磁気特性変化部における磁束に横バイアスをかけ
るための磁気シールドケースに収納された強磁性体磁気
抵抗素子であり、前記ブリッジ回路の対向する２辺のそ
れぞれに、前記４つの電磁感知素子の中の前記電磁気特
性変化部と対応した位置となる１つと、前記電磁気特性
変化部と対応しない位置となる１つとを接続することを
特徴としている。
【００１３】また、本発明の電磁気特性変化部の検出装
置は、電磁気特性変化部を有する被検出部材と相対移動
し、この相対移動方向に一列に配列した４つの電磁感知
素子と、これら４つの電磁感知素子のそれぞれが４つの
辺を形成しているブリッジ回路とを有する電磁気特性変
化部の検出装置において、前記４つの電磁感知素子は前
記電磁気特性変化部における磁束に横バイアスをかける
ための磁気シールドケースに収納された強磁性体磁気抵
抗素子であり、前記４つの電磁感知素子は前記電磁気特
性変化部における磁束に横バイアスをかけるための磁気
シールドケースに収納された強磁性体磁気抵抗素子であ
り、前記一列に配列した４つの電磁感知素子の中の外側
の２つを、前記ブリッジ回路の対向した２つの辺のそれ
ぞれに接続し、内側の２つをブリッジ回路の他の対向す
る２辺のそれぞれに接続したことを特徴としている。
【００１４】なお、電磁気特性変化部の幅をλ／２とし
た場合、各素子はλ／４またはλ／４よりやや小さく形
成し、各素子間の距離（ピッチ）をλ／４のすることが
望ましい。ブリッジのそれぞれの同じ辺にある２つの素
子の中心一がλ／４より大きいか（さもなければ小さ
い）値にすることが望ましい。
【００１５】
【作用】上記の如く構成した本発明によれば、電磁気特
性変化部のエッジ部における磁界の揺らぎの影響を除去
することができ、電磁気特性変化部に対応した単一の検
出波形を得ることができるとともに、ピーク幅の狭い検
出波形が得られ、単一の電磁気特性変化部を容易、かつ
高精度で検出することができる。
【００１６】
【実施例】本発明に係る電磁気特性変化部の検出方法お
よび装置の好ましい実施例を、添付図面に従って詳説す
る。なお、前記実施例において説明した部分に対応する
部分については、同一の符号を付し、その説明を省略す
る。
【００１７】図１は、本発明の実施例に係る電磁気特性
変化部の検出方法および装置の説明図であって、図１
（Ａ）は電磁感知素子の配列状態を示す斜視図、同
（Ｂ）はブリッジ回路図である。
【００１８】図１において、電磁感知素子である４つの
磁気抵抗素子１０Ａ〜１０Ｄは、従来と同様に、被検出
部材であるスケール１２の目盛り１４に沿って一列に配
置してある。これらの磁気抵抗素子１０Ａ〜１０Ｄは、
図示しない磁気シールドケース等に収納され、スケール
１２と相対移動可能に保持されている。また、各磁気抵
抗素子１０Ａ〜１０Ｄの幅は、電磁気特性変化部である
凸部１６の幅をλ／２とした場合に、その半分のλ／４
ないしはこれよりやや小さく形成してあり、ブリッジに
おいて掛け合わされる素子の中心同士の距離がλ／４に
設定してある。
【００１９】このため、磁気抵抗素子１０Ａ〜１０Ｄ
は、２つが同時に電磁気特性変化部である凸部１６に対
応した位置にくると、他の２つは凹部１８と対応した位
置にくるようになっている。また、これらの磁気抵抗素
子１０Ａ〜１０Ｄは、図１（Ｂ）に示したように、検出
回路であるブリッジ回路３０を構成している。
【００２０】しかし、このブリッジ回路３０は、従来技
術において示したブリッジ回路１０ｂ・１０ｃ−１０ａ
・１０ｄと異なり、一列に配列した４つの磁気抵抗素子
１０ａ〜１０ｄの中、凹部、凸部の２つの磁気抵抗素子
１０Ｂ、１０Ｃが、ブリッジ回路３０の対向した２つの
辺のそれぞれに接続され、凹部、凸部の２つの磁気抵抗
素子１０Ａ、１０Ｄがブリッジ回路３０の他の対向した
２辺を構成している。従って、ブリッジ回路３０の出力
Ｅは、各磁気抵抗素子１０Ａ〜１０Ｄの電気抵抗をＲA
〜ＲD とすると、
【数２】Ｅ∝ＲB ×ＲC −ＲD ×ＲA となる。すなわち、ブリッジ回路３０の出力Ｅは、〔数
２〕の右辺のいずれもが凸部１６に対応した位置にある
磁気抵抗素子の抵抗値と、凹部１８に対応した位置にあ
る磁気抵抗素子の抵抗値との積に比例するようになって
いる。そして、ブリッジ回路３０を構成している各磁気
抵抗素子１０Ａ〜１０Ｄが、図６（Ａ）〜（Ｈ）の如く
電磁気特性変化部である凸部１６を通過すると、ブリッ
ジ回路３０の出力は、図６（Ａ）の状態の場合、
【数３】ＲB ×ＲC −ＲD ×ＲA ＝０ 図６（Ｂ）の状態の場合、
【数４】ＲB ×ＲC −ＲD ×ＲA ≫０ 図６（Ｃ）の状態の場合、
【数５】ＲB ×ＲC −ＲD ×ＲA ＜０ 図６（Ｄ）の状態の場合、
【数６】ＲB ×ＲC −ＲD ×ＲA ≫０ 図６（Ｅ）の状態の場合、
【数７】ＲB ×ＲC −ＲD ×ＲA ＜０ 図６（Ｆ）の状態の場合、
【数８】ＲB ×ＲC −ＲD ×ＲA ＜０ 図６（Ｇ）の状態の場合、
【数９】ＲB ×ＲC −ＲD ×ＲA ＞０ 図６（Ｈ）の状態の場合、
【数１０】ＲB ×ＲC −ＲD ×ＲA ＝０ のように変化する。すなわち、ブリッジ回路３０の出力
波形を模式的に表すと、図２のようになり、基準電圧
（零点）に対して一側（プラス側またはマイナス側）に
大きな１つのピークを形成する。なお、図２中の符号Ａ
〜Ｈは、図６の（Ａ）〜（Ｈ）に対応している。
【００２１】図３は、スケール１２の凸部１６を１ｍｍ
をもって形成し、また各磁気抵抗素子１０Ａ〜１０Ｄの
幅を０．５ｍｍ（λ／４）、素子間ピッチ０．５ｍｍに
形成したときのブリッジ回路３０の出力波形を示したも
のである。図に示されるとおりプラス側またはマイナス
側に１つの大きなピークを示す波形が得られ、例えば原
点等のように、１ビット用に形成した単一の電磁気特性
変化部を容易、確実に検出することができる。しかも、
波形の幅が狭いため、検出精度の向上を図ることができ
る。
【００２２】また、４つの磁気抵抗素子１０Ａ〜１０Ｄ
によってブリッジ回路３０を構成することにより、温度
変化等による影響をキャンセルすることができる。勿
論、スケールの目盛りのように、周期的かつ連続的に電
磁気特性変化部が変化する場合にも、検出精度が向上
し、雑音等の影響を小さくできて検出誤差を小さくする
ことができる。また、横バイアス磁場を調整することで
ピークを大きくできる。特に、４５度方向からのバイア
スは、ピーク長を大きくすることができる。
【００２３】なお、前記実施例においては、電磁気特性
変化部を凸部１６によって形成した場合について説明し
たが、電磁気特性変化部は着磁等によって形成してもよ
い。さらに、前記実施例においては、スケール１２が直
線的に形成されている場合について説明したが、ロータ
リエンコーダ等に適用できるのは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、一列に配列した４つの強磁性体磁気抵抗素子である
電磁感知素子の中、電磁気特性変化部と対応する位置に
ある電磁感知素子と、電磁気特性変化部と対応した位置
にない電磁感知素子とによって、ブリッジ回路の対向し
た２辺を構成したことにより、基準電圧に対して一側に
幅の狭い１つのピークを有する１力波形が得られ、原点
等の単一の電磁気特性変化部を高精度に検出することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る電磁気特性変化部の検出
方法および装置の説明図であって、（Ａ）は磁気抵抗素
子の配列状態を示す斜視図、（Ｂ）はブリッジ回路図で
ある。
【図２】実施例に係るブリッジ回路の出力波形の模式図
である。
【図３】実施例に係るブリッジ回路の出力波形の一例を
示す図である。
【図４】従来の電磁気特性変化部の検出方法の説明図で
ある。
【図５】目盛り部の磁界の印加状態を示す斜視図であ
る。
【図６】電磁気特性変化部の検出方法の作用説明図であ
る。
【図７】従来の電磁気特性変化部の検出方法のブリッジ
回路の出力波形図である。
【符号の説明】
１０Ａ〜１０Ｄ 電磁気特性変化部（磁気抵抗素子） １２ 被検出部材（スケール） １６ 電磁気特性変化部（凸部） ２０、３０ ブリッジ回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電磁気特性変化部を有する被検出部材と
    相対移動する４つの電磁感知素子を、相対移動方向に一
    列に、かつ相対移動に伴って４つの中の２つが同時に前
    記電磁気特性変化部と対応した位置にあるときに、他の
    ２つが電磁気特性変化部と対応しない位置となるように
    配列し、これら４つの電磁感知素子のそれぞれをブリッ
    ジ回路の４つの辺に接続して前記電磁気特性変化部を検
    出する電磁気特性変化部の検出方法において、前記４つ
    の電磁感知素子は前記電磁気特性変化部における磁束に
    横バイアスをかけるための磁気シールドケースに収納さ
    れた強磁性体磁気抵抗素子であり、前記ブリッジ回路の
    対向する２辺のそれぞれに、前記４つの電磁感知素子の
    中の前記電磁気特性変化部と対応した位置となる１つ
    と、前記電磁気特性変化部と対応しない位置となる１つ
    とを接続することを特徴とする電磁気特性変化部の検出
    方法。
  2. 【請求項２】 電磁気特性変化部を有する被検出部材と
    相対移動し、この相対移動方向に一列に配列した４つの
    電磁感知素子と、これら４つの電磁感知素子のそれぞれ
    が４つの辺を形成しているブリッジ回路とを有する電磁
    気特性変化部の検出装置において、前記４つの電磁感知
    素子は前記電磁気特性変化部における磁束に横バイアス
    をかけるための磁気シールドケースに収納された強磁性
    体磁気抵抗素子であり、前記４つの電磁感知素子は前記
    電磁気特性変化部における磁束に横バイアスをかけるた
    めの磁気シールドケースに収納された強磁性体磁気抵抗
    素子であり、前記一列に配列した４つの電磁感知素子の
    中の外側の２つを、前記ブリッジ回路の対向した２つの
    辺のそれぞれに接続し、内側の２つをブリッジ回路の他
    の対向する２辺のそれぞれに接続したことを特徴とする
    電磁気特性変化部の検出装置。
JP3091353A 1991-03-29 1991-03-29 電磁気特性変化部の検出方法および装置 Expired - Lifetime JP2978582B2 (ja)

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