JP3643222B2 - 磁気抵抗効果素子及び磁気リニア測定装置 - Google Patents
磁気抵抗効果素子及び磁気リニア測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3643222B2 JP3643222B2 JP28376497A JP28376497A JP3643222B2 JP 3643222 B2 JP3643222 B2 JP 3643222B2 JP 28376497 A JP28376497 A JP 28376497A JP 28376497 A JP28376497 A JP 28376497A JP 3643222 B2 JP3643222 B2 JP 3643222B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- detection magnet
- resistance
- measuring device
- magnetic linear
- magnetoresistive effect
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動する検知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、「ＭＲ素子」という）及びそのＭＲ素子の出力に基づいて磁石の変位を測定する磁気リニア測定装置に関し、とくに広範囲にわたってリニアな出力を得ることができるＭＲ素子及びその出力に基づいて検知磁石の変位を測定する磁気リニア測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からシリンダなど直線運動を出力する機器の出力変位を測定するのに、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。
そこで、そのような測定装置に使用されるＭＲ素子の一例を示せば、実公平７―４４８６号公報に開示されたものを第１従来例として挙げることができる。図９は、当該公報に開示されたＭＲ素子を示した図である。
このＭＲ素子１０１は、つづら折り状に形成された抵抗パターンＲ２１と抵抗パターンＲ２２とが直列に接続され、基板１０２上に直角の位相差をもって形成されている。そして、その抵抗パターンＲ２１，Ｒ２２の両端には端子１０３，１０４が、その中間には端子１０５が形成されている。
【０００３】
このようなＭＲ素子１０１は、処理回路が組まれた回路基板とともに、図１０に示すようシリンダ１１１側面に測定装置１１２として取り付けられている。一方、シリンダ１１１内のピストン円周上には検知磁石が装着されている。
そこで、この測定装置１１２では、ピストンがシリンダ１１１内を移動すると、図９に示す矢印Ｘ方向に検知信号がＭＲ素子１０１を非接触状態で横切ることとなり、そのピストンの円周上の検知磁石から発生される磁界によって図１１に示すような出力が得られる。
【０００４】
しかし、このようなＭＲ素子１０１を利用し検知磁石との組み合わせによる測定装置は広く一般に使用されているが、検知磁石の変位量に対して出力がリニアに変化する比例出力領域（例えば、図１１の略Ｐ―Ｑ間）が狭いため、用途がオン・オフに限られて広範囲にわたって変位を測定できるものではない。
そのため一方では、変位量をカバーするだけの比例出力信号が得られる測定装置も考案されており、それには特開昭６３―２１２８０３号公報に開示されたものを第２従来例として挙げることができる。図１２（ａ）は、当該測定装置のＭＲ素子を示した図であり、図１２（ｂ）は、その出力特性を示した図である。
【０００５】
このＭＲ素子１２１は、２個の抵抗パターンＲ３１，Ｒ３２とが同一列上（図面の矢印Ｘ上）に配置され直列に接続して形成され、その両端には端子１２２，１２３が、中間には端子１２４が形成されたものであり、ＭＲ素子１２１に感応する検知磁石の磁界の成分が、矢印Ｘ方向に狭い幅で作用するような関係にて、ＭＲ素子１２１及び検知磁石が配設されたものである。即ち、図１３に示すように検知磁石１２５，１２６の隙間が磁界の成分として、そのＭＲ素子１２１に対して作用するよう構成されたものである。
そこで、このようなＭＲ素子１２１では、検知磁石１２５，１２６が一体となってＹ方向へ移動すれば、磁界発生部分と移動方向のなす角度θを調整することで任意の大きさの変位が測定できるとしたものである。図１２（ｂ）は、その変位の出力特性を示したものであり、比例出力領域が２個の抵抗パターンＲ３１，Ｒ３２全体に広がり、検知磁石の測定範囲を広くとれるようになったことを示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来のＭＲ素子は、例えば第１従来例のもののように抵抗パターンＲ２１，Ｒ２２を配置方向を直交させたものでは、前述したように比例出力領域が狭いため、広範囲にわたって出力を測定しようとするものには不適切であった。
一方、第２従来例で示した当該公報に開示されたＭＲ素子１２１は、検知磁石１２５，１２６間の狭い幅よりも広い幅にわたって変位方向（Ｘ方向）に関し線形の感度分布を持つものとされているが、その比例出力を広範囲にわたって得るためには、検知磁石１２５，１２６間の磁界発生部分に感度勾配θが影響することとなる。
そのため、前述したようにシリンダの出力を測定する場合に、そのピストンに検知磁石を装着させるためのスペースが狭かったりしたのでは、感度勾配θが制限され十分な範囲で比例出力が得られない場合がある。また、比例出力の範囲を感度勾配θの設定によって行ったのでは、その取扱いが非常に不便である。
【０００７】
そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、比例出力領域を広範囲に得ることができる簡易な構成のＭＲ素子及び磁気リニア測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気抵抗効果素子は、強磁性体金属の蒸着薄膜によって基板上に形成した磁気抵抗効果を奏する一対の抵抗パターンを直列に接続し、その抵抗パターンを同一列上に配置して形成したものであって、前記同一列方向に検知磁石が移動した場合に前記各抵抗パターンの最も低い抵抗値を示す該抵抗パターン上の基準位置同士の距離が、前記検知磁石幅の０．５倍乃至３．０倍であることを特徴とする。
よって、移動する検知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。
【０００９】
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、前記抵抗パターンが、前記同一列方向に粗密の変化をもって形成されたものであることを特徴とする。
よって、各抵抗パターンの外側を密にすることによって変化する抵抗の下限値、即ち出力ピーク間の距離が大きくなるため、検知磁石の変位方向において磁気抵抗効果素子の設置寸法に制限が設けられている場合にも、磁気抵抗効果素子自身の寸法を短くしながらも比例出力領域を広くすることができる。
【００１０】
本発明の磁気リニア測定装置は、直線的に移動する被測定物に装着された検知磁石と、前記検知磁石の移動上に配設された磁気抵抗効果素子と、前記検知磁石に伴う磁気抵抗効果素子の出力を処理する処理回路とを有し、前記磁気抵抗効果素子が、強磁性体金属の蒸着薄膜によって基板上に形成した磁気抵抗効果を奏する一対の抵抗パターンを直列に接続し、その抵抗パターンを同一列上に配置して形成したものであって、前記同一列方向に検知磁石が移動した場合に前記各抵抗パターンの最も低い抵抗値を示す該抵抗パターン上の基準位置同士の距離が、前記検知磁石幅の０．５倍乃至３．０倍であることを特徴とする。
よって、移動する検知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、その出力を受けた処理回路によって検知磁石の変位が広範囲にわたって測定できる。
【００１１】
また、本発明の磁気リニア測定装置は、前記抵抗パターンが、前記同一列方向に粗密の変化をもって形成されたものであることを特徴とする。
よって、各抵抗パターンの外側を密にすることによって変化する抵抗の下限値、即ち出力ピーク間の距離が大きくなるため、検知磁石の変位方向において磁気リニア測定装置の設置寸法に制限が設けられている場合にも、磁気抵抗効果素子の寸法を短くすることで磁気リニア測定装置自身を小形化でき、狭い範囲への取り付けが可能となる。
【００１２】
また、本発明の磁気リニア測定装置は、磁気抵抗効果素子を前記検知磁石に対して縦置きにしたことを特徴とする。
よって、磁気抵抗効果素子の感度が良くなって、その変化電圧を取り出す出力値を大きくすることができる。
また、本発明の磁気リニア測定装置は、移動する前記検知磁石の変位に従って出力される前記磁気抵抗効果素子の最小出力値から最大出力値の範囲内で、前記検知磁石の変位を測定するものであることを特徴とする。
よって、前記磁気抵抗効果素子の最小出力値から最大出力値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、その出力を受けた処理回路によって検知磁石の変位が広範囲にわたって測定できる。
【００１３】
また、本発明の磁気リニア測定装置は、前記磁気抵抗効果素子の出力値がゼロとなる前記検知磁石の位置を中心に、前記磁気抵抗効果素子の最小出力値から最大出力値の範囲内で前記検知磁石の変位を測定するものであることを特徴とする。
よって、例えば測定対象物の移動範囲の中間位置に出力値ゼロを示す点を合わせるよう磁気抵抗効果素子を設置すれば、その測定対象物の変位の測定処理が容易になる。
また、本発明の磁気リニア測定装置は、前記磁気抵抗効果素子の最小出力値又は最大出力値をまたぐ範囲で、前記検知磁石の変位を測定するものであることを特徴とする。
よって、前記磁気抵抗効果素子の最小出力値又は最大出力値付近に基準電圧を設定し、その出力電圧を動作信号として利用するなどできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかるＭＲ素子及びそのＭＲ素子を使用した磁気リニア測定装置を図面を参照して説明する。図１は、第１実施の形態のＭＲ素子を示した概略構成図である。そして、このＭＲ素子１をもった磁気リニア測定装置は、前記従来例と同様、例えばシリンダに設置するものであってピストンに装着された検知磁石の変位を測定するものとする。また、そのＭＲ素子１は、感度を良くするため検知磁石Ｍに対して縦置きにされている。
ＭＲ素子１は、基板５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、つづら折れ状に蒸着された抵抗パターンＲ１，Ｒ２によって形成されている。
【００１５】
ところで、このＭＲ素子１を構成する抵抗パターンＲ１，Ｒ２は温度依存性が大きく、常温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大きくなる。
そこで、抵抗パターンＲ１と抵抗パターンＲ２の２個が直列に接続して形成されている。２個の抵抗パターンを用いることで分圧回路が構成され、それぞれが互いに差動的に作用することで抵抗パターン単体の温度変化を打ち消しあうからである。
【００１６】
また、特に本実施の形態のＭＲ素子１では、つづら折り形状からなる抵抗パターンＲ１，Ｒ２が図示するよう同一列上に設けられ、その抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ１が検知磁石Ｍの幅Ｗとの関係で設定されている。この同一列とは、検知磁石Ｍの変位方向に重なり、図示する矢印Ｘ上である。
抵抗パターンＲ１，Ｒ２を形成する磁気抵抗体６は、矢印Ｘ方向に等間隔でつづら折りされている。そのため、本実施の形態のＭＲ素子１は、各抵抗パターンＲ１，Ｒ２の矢印Ｘ方向の中央に基準位置ｒ１，ｒ２をとり、その基準位置ｒ１，ｒ２の距離を抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ１とする。各抵抗パターンＲ１，Ｒ２の中央に基準位置ｒ１，ｒ２をとったのは、矢印Ｘ方向に移動する検知磁石Ｍがその基準位置ｒ１，ｒ２上にある場合に、抵抗パターンＲ１，Ｒ２の抵抗値が最も減少するためだからである。
【００１７】
そして、抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ１は、検知磁石Ｍの幅Ｗの０．５倍〜３．０倍の間の値で設定される。この間の具体的な値は、ピストンのストロークや、磁気抵抗素子１の寸法、更に被測定物に装着した検知磁石Ｍの幅Ｗと抵抗パターンＲ１，Ｒ２の寸法との関係など、各諸要因が考慮されて決定される。抵抗パターンＲ１，Ｒ２が直列に接続されたＭＲ素子１は、その両端部に端子２，３が、また抵抗パターンＲ１，Ｒ２の中点に端子４が設けられている。
更に、このようなＭＲ素子１には処理回路１１が接続されて磁気リニア測定装置が構成されている。図２は、磁気リニア測定装置の構成を示したブロック図である。
ＭＲ素子１は、端子２が接地され、端子３には電源Ｖｃｃが接続されて一定電圧がかけられ、そして抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の端子４には、その出力電圧を電気的に処理する処理回路１１が接続されている。また、その処理回路１１には、検知磁石Ｍの変位、即ちシリンダの出力を表示する表示装置１２が接続されている。
【００１８】
そこで、このようなＭＲ素子１を含む磁気リニア測定装置によって検知磁石Ｍの変位を測定する。
先ず、検知磁石Ｍを備えたピストンがシリンダ内を移動すると、ＭＲ素子１に対して検知磁石Ｍが変位することとなる。そのため、検知磁石Ｍが抵抗パターンＲ１から抵抗パターンＲ２へかけて、図１のようにつづら折り状の抵抗パターンを横切るように矢印Ｘ方向へ移動する。この場合、抵抗パターンＲ１，Ｒ２に対して検知磁石Ｍの磁界がＸ方向に働いて抵抗値が減少する。
そのため、検知磁石Ｍが抵抗パターンＲ１側を移動中には、ＭＲ素子１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、検知磁石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。
【００１９】
そのため、検知磁石Ｍの移動に伴って変化する抵抗値によってＭＲ素子１から変化電圧が出力され、それが図３に示すような出力特性が得られる。そのようなＭＲ素子１からの出力は処理回路１１によって信号処理され表示手段１２によって検知磁石Ｍの変位が表示される。検知磁石Ｍの変位とは、例えば基準位置ｒ１を永久磁石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。
ここで、図３はＭＲ素子１の出力特性を示した図であり、抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ１を３段階に変化させたＭＲ素子１の出力が示めされている。各ＭＲ素子１は、抵抗パターンＲ１を検知磁石Ｍの移動位置に対して固定し、距離Ｔ１が検知磁石Ｍの幅Ｗの１．５倍（Ａ）、２．０倍（Ｂ）、２．５倍（Ｃ）となるよう抵抗パターンＲ２の位置がずらされている。なお、図３は、検知磁石ｍの幅Ｗを４ｍｍ、抵抗パターンＲ１，Ｒ２の変位方向長さを６ｍｍとして実験を行った結果である。
【００２０】
そこで、検知磁石Ｍが矢印Ｘの方向に移動すれば、その検知磁石Ｍが抵抗パターンＲ１を移動中には主磁力線が抵抗パターンＲ１にのみ印加され、特に基準位置ｒ１上で最も出力が大きくなり図４に示すようピークが示される。
また、そのまま検知磁石Ｍが矢印の方向に移動して抵抗パターンＲ２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、特に基準位置ｒ２上で最も出力が大きくなり、やはり図４に示すようピークを示す。
そして、このようなＭＲ素子１の出力は処理回路１１によって演算処理され、一方を負の出力とみなした出力の合成がとられ、図４の破線で示すような出力特性となる。
【００２１】
従って、本実施の形態のＭＲ素子１は、基準位置ｒ１の下限値から基準位置ｒ２の上限値にかけて比例出力が得られる。そのため、基準位置ｒ１，ｒ２の距離、即ち抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ１が伸びれば、それだけピーク間の距離が伸びるため、図３Ａ〜Ｃに示すように比例出力領域がＬ１，Ｌ２，Ｌ３と広がることとなる。
しかしながら、その距離Ｔ１を無制限に伸ばすことができるわけではない。ＭＲ素子１の出力をとると、図４に示すように各抵抗パターンＲ１，Ｒ２の出力が重なり合う部分Ｓが生じるが、基準位置ｒ１，ｒ２の距離が遠すぎると、図５に示すように両出力が分離れてしまい、合成した場合に破線で示すように出力がリニア性を失ってしまうからである。
【００２２】
以上、本実施の形態のＭＲ素子１では、その抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ１を、検知磁石Ｍの幅Ｗの０．５〜３．０倍の間で設定するという簡易な構成によって、図３に示すような広範囲にわたって確実に比例出力領域を得ることができるようになった。
そのため、ＭＲ素子１を使用した磁気リニア測定装置は、リニアに出力が変化する比例出力領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３において、検知磁石Ｍの変位を正確に測定することが可能となった。
【００２３】
次に、本発明にかかるＭＲ素子の第２実施の形態について説明する。本実施の形態のＭＲ素子２１は、図６に示すように磁気抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２に粗密をつけたものである。
このＭＲ素子２１も、基板２５上に強磁性体金属の蒸着薄膜によって形成した抵抗パターンが磁電変換素子として構成されたものであり、つづら折り状に蒸着されたその抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２が、直列に接続されて形成されている。そして、本実施の形態のＭＲ素子２１においても、つづら折り形状からなる抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２が図示するよう同一列上（矢印Ｘ上）に設けられ、その抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２間の距離Ｔ２が検知磁石Ｍの幅Ｗとの関係で決定される。
【００２４】
抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２が直列に接続されたＭＲ素子２１は、その両端部に端子２２，２３が、また抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２の中点に端子２４が設けられている。
一方、ＭＲ素子２１を構成する抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２は、磁気抵抗体２６が矢印Ｘ方向にかけて粗密をつけてつづら折りされている。特に、抵抗パターンＲ１１と抵抗パターンＲ１２は、対称的に外側（端子２２，２３側）が密で中央側（端子２４側）にかけて粗となるようにそれぞれ形成されている。
【００２５】
ところで、前記第１実施の形態では、抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２が同一幅のパターンであったため、図４に示すようにその出力特性は、ほぼ中央の基準位置ｒ１，ｒ２を対称とした形状となるが、本実施の形態のＭＲ素子２１では、抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２に粗密をつけたため、矢印Ｘ方向に変位する検知磁石Ｍにより抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２の抵抗値が最も小さくなる位置が外側にずれることとなる。
従って、その最も抵抗値が低下する抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２の位置を基準位置ｒ１１，ｒ１２とする。そして、本実施の形態のＭＲ素子２１は、その基準位置ｒ１１，ｒ１２の距離を抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２間の距離Ｔ２とする。
【００２６】
そこで、ＭＲ素子２１の抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２間の距離Ｔ２は、検知磁石Ｍの幅Ｗの０．５倍〜３．０倍の間の値で決定される。この場合には、ピストンのストロークや、磁気抵抗素子１の寸法、更に被測定物に装着した検知磁石Ｍの幅Ｗと抵抗パターンＲ１，Ｒ２の寸法との関係など、各諸要因が考慮されて決定される。
更に、このようなＭＲ素子２１は、前記第１実施の形態のものと同様に処理回路１１が接続されて磁気リニア測定装置が構成されている（図２参照）ＭＲ素子２１は、端子２２が接地され、端子２３には電源Ｖｃｃが接続されて一定電圧がかけられ、そして抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２間の端子２４には、その出力電圧を電気的に処理する処理回路１１が接続されている。また、その処理回路１１には、検知磁石Ｍの変位、即ちシリンダの出力を表示する表示装置１２が接続されている。
【００２７】
そして、このようなＭＲ素子２１を含む磁気リニア測定装置によって検知磁石Ｍの変位が測定される。
検知磁石Ｍを備えたピストンがシリンダ内を移動すると、ＭＲ素子２１に対して検知磁石Ｍが変位することとなる。そのため、検知磁石Ｍが抵抗パターンＲ１から抵抗パターンＲ２へかけて、図６のようにつづら折り状の抵抗パターンを横切るように矢印Ｘ方向へ移動する。この場合、抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２に対して検知磁石Ｍの磁界がＸ方向に働いて抵抗値が変化する。
【００２８】
検知磁石Ｍの移動に従って変化する抵抗値によってＭＲ素子２１から変化電圧が出力され、ほぼ図３に示すような出力特性が得られる。
即ち、検知磁石Ｍが矢印の方向に移動すれば、その検知磁石Ｍが抵抗パターンＲ１１を移動中には主磁力線が抵抗パターンＲ１１にのみ印加され、特に基準位置ｒ１１上で最も出力が大きくなる。そして、検知磁石Ｍが矢印Ｘの方向に移動して抵抗パターンＲ１２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、特に基準位置ｒ１２上で最も出力が大きくなる。そして、そのようなＭＲ素子２１からの出力は、処理回路１１によって信号処理され表示手段１２によって検知磁石Ｍの変位が表示される。
また、本実施の形態のものでも、前記第１実施の形態のものと同様に抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２間の距離Ｔ２を伸ばすことによって、より広い範囲で比例出力領域（図３のＬ１，Ｌ２，Ｌ３参照）を得ることができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、ＭＲ素子２１を構成する抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２を粗密をつけて形成したことで、基準位置ｒ１１，ｒ１２の位置がＭＲ素子２１の外側に位置するようになった。そのため、ＭＲ素子２１の距離Ｔ２を前記第１実施の形態のＭＲ素子１の距離Ｔ１とした場合にもＭＲ素子自体の全長は短くすることができる。
そのため、抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２の位置を前記第１実施の形態のものと変えることなく距離Ｔ２を広くとること、即ち比例出力領域Ｌ１１を広くとることができるので、検知磁石Ｍの変位方向（矢印Ｘ方向）に対してＭＲ素子の寸法を小さくすることができた。ＭＲ素子の設置スペースが限られている場合に有効である。
【００３０】
次に、ＭＲ素子１を構成する抵抗パターンＲ１，Ｒ２は温度依存性が大きく、常温に対して温度が高くなると抵抗変化率が低下し、温度が低くなると抵抗変化率が大きくなる。
そこで、温度を低温を―１４．７℃（Ｅ）、常温を２５．０℃（Ｆ）そして高温を７５．０℃（Ｇ）とした場合、図７に示すような出力結果が得られた。この場合、図７にも表されているように各温度の場合にもａ点でゼロ出力ラインを通り、その１点でクロスすることになる。
温度が変化した場合にも比例出力領域Ｌ１１は変化しないため、その範囲で検知磁石の変位を測定することがでる。温度変化によって出力値と変位との関係が異なるが、磁気リニア測定装置では、図２に示す処理回路１１が例えば温度データに基づき、或いは出力の変化率に基づいて演算処理を行い、その温度に対応した出力に従った変位が表示手段１２に表示される。
よって、温度変化に影響を受けやすいＭＲ素子であっても、正確な変位測定が可能となる。
【００３１】
なお、本発明は、前記実施の形態にものに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記各実施の形態では変位を測定する範囲としては、図８に示すＡ範囲、即ち上下のピーク値を出力するｂ点からｃ点までの比例出力領域を利用したが、ゼロ出力を通過する位置ａ点を中心に対称的にとったＢ範囲を利用してもよい。更に、Ｃ範囲、Ｄ範囲として示すように上下のピーク値を出力するｂ点又はｃ点をまたぐようにした測定範囲を利用してもよい。
Ｂ範囲を利用した場合には、例えば測定対象となるピストンの移動位置の中間位置にａ点を合わせればよく、その取扱いが容易になる。
また、Ｃ範囲及びＤ範囲を利用した場合には、ピーク値付近に基準電圧を設定し、その出力電圧を動作信号として利用するなどしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、強磁性体金属の蒸着薄膜によって基板上に形成した磁気抵抗効果を奏する一対の抵抗パターンを直列に接続し、その抵抗パターンを同一列上に配置して形成したものであって、同一列方向に検知磁石が移動した場合に各抵抗パターンの最も低い抵抗値を示す該抵抗パターン上の基準位置同士の距離を検知磁石幅の０．５倍乃至３．０倍としたので、簡易な構成により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磁気抵抗効果素子を提供することが可能となった。
【００３３】
また、本発明たは、直線的に移動する被測定物に装着された検知磁石と、検知磁石の移動上に配設された磁気抵抗効果素子と、検知磁石に伴う磁気抵抗効果素子の出力を処理する処理回路とを有し、磁気抵抗効果素子が、強磁性体金属の蒸着薄膜によって基板上に形成した磁気抵抗効果を奏する一対の抵抗パターンを直列に接続し、その抵抗パターンを同一列上に配置して形成したものであって、同一列方向に検知磁石が移動した場合に各抵抗パターンの最も低い抵抗値を示す該抵抗パターン上の基準位置同士の距離を検知磁石幅の０．５倍乃至３．０倍としたので、簡易な構成により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、その出力を受けた処理回路によって検知磁石の変位が広範囲にわたって測定できる磁気リニア測定装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第１実施の形態のＭＲ素子を示した概念図である。
【図２】本発明にかかる磁気リニア測定装置を示したブロック図である。
【図３】抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ変化した場合のＭＲ素子１の出力特性を示した図である。
【図４】ＭＲ素子１の適正な出力特性を得るための波形の合成を示した概念図である。
【図５】ＭＲ素子１の不適正な出力特性を得るための波形の合成を示した概念図である。
【図６】本発明にかかる第２実施の形態のＭＲ素子を示した概念図である。
【図７】温度が変化した場合のＭＲ素子の出力特性を示した図である。
【図８】ＭＲ素子の出力特性における変位の測定範囲の関係を示した図である。
【図９】ＭＲ素子の第１従来例を示した図である。
【図１０】ＭＲ素子の設置例を示した図である。
【図１１】第１従来例のＭＲ素子による出力特性を示した図である。
【図１２】第２従来例のＭＲ素子及びその出力特性を示した図である。
【図１３】第２従来例のＭＲ素子を利用した実施例を示した図である。
【符号の説明】
１ ＭＲ素子
２，３，４ 端子
５ 基板
６ 抵抗体
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗パターン
ｒ１，ｒ２ 基準位置
Ｍ 検知磁石
Ｔ 抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離
Ｗ 検知磁石の幅
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動する検知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、「ＭＲ素子」という）及びそのＭＲ素子の出力に基づいて磁石の変位を測定する磁気リニア測定装置に関し、とくに広範囲にわたってリニアな出力を得ることができるＭＲ素子及びその出力に基づいて検知磁石の変位を測定する磁気リニア測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からシリンダなど直線運動を出力する機器の出力変位を測定するのに、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。
そこで、そのような測定装置に使用されるＭＲ素子の一例を示せば、実公平７―４４８６号公報に開示されたものを第１従来例として挙げることができる。図９は、当該公報に開示されたＭＲ素子を示した図である。
このＭＲ素子１０１は、つづら折り状に形成された抵抗パターンＲ２１と抵抗パターンＲ２２とが直列に接続され、基板１０２上に直角の位相差をもって形成されている。そして、その抵抗パターンＲ２１，Ｒ２２の両端には端子１０３，１０４が、その中間には端子１０５が形成されている。
【０００３】
このようなＭＲ素子１０１は、処理回路が組まれた回路基板とともに、図１０に示すようシリンダ１１１側面に測定装置１１２として取り付けられている。一方、シリンダ１１１内のピストン円周上には検知磁石が装着されている。
そこで、この測定装置１１２では、ピストンがシリンダ１１１内を移動すると、図９に示す矢印Ｘ方向に検知信号がＭＲ素子１０１を非接触状態で横切ることとなり、そのピストンの円周上の検知磁石から発生される磁界によって図１１に示すような出力が得られる。
【０００４】
しかし、このようなＭＲ素子１０１を利用し検知磁石との組み合わせによる測定装置は広く一般に使用されているが、検知磁石の変位量に対して出力がリニアに変化する比例出力領域（例えば、図１１の略Ｐ―Ｑ間）が狭いため、用途がオン・オフに限られて広範囲にわたって変位を測定できるものではない。
そのため一方では、変位量をカバーするだけの比例出力信号が得られる測定装置も考案されており、それには特開昭６３―２１２８０３号公報に開示されたものを第２従来例として挙げることができる。図１２（ａ）は、当該測定装置のＭＲ素子を示した図であり、図１２（ｂ）は、その出力特性を示した図である。
【０００５】
このＭＲ素子１２１は、２個の抵抗パターンＲ３１，Ｒ３２とが同一列上（図面の矢印Ｘ上）に配置され直列に接続して形成され、その両端には端子１２２，１２３が、中間には端子１２４が形成されたものであり、ＭＲ素子１２１に感応する検知磁石の磁界の成分が、矢印Ｘ方向に狭い幅で作用するような関係にて、ＭＲ素子１２１及び検知磁石が配設されたものである。即ち、図１３に示すように検知磁石１２５，１２６の隙間が磁界の成分として、そのＭＲ素子１２１に対して作用するよう構成されたものである。
そこで、このようなＭＲ素子１２１では、検知磁石１２５，１２６が一体となってＹ方向へ移動すれば、磁界発生部分と移動方向のなす角度θを調整することで任意の大きさの変位が測定できるとしたものである。図１２（ｂ）は、その変位の出力特性を示したものであり、比例出力領域が２個の抵抗パターンＲ３１，Ｒ３２全体に広がり、検知磁石の測定範囲を広くとれるようになったことを示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来のＭＲ素子は、例えば第１従来例のもののように抵抗パターンＲ２１，Ｒ２２を配置方向を直交させたものでは、前述したように比例出力領域が狭いため、広範囲にわたって出力を測定しようとするものには不適切であった。
一方、第２従来例で示した当該公報に開示されたＭＲ素子１２１は、検知磁石１２５，１２６間の狭い幅よりも広い幅にわたって変位方向（Ｘ方向）に関し線形の感度分布を持つものとされているが、その比例出力を広範囲にわたって得るためには、検知磁石１２５，１２６間の磁界発生部分に感度勾配θが影響することとなる。
そのため、前述したようにシリンダの出力を測定する場合に、そのピストンに検知磁石を装着させるためのスペースが狭かったりしたのでは、感度勾配θが制限され十分な範囲で比例出力が得られない場合がある。また、比例出力の範囲を感度勾配θの設定によって行ったのでは、その取扱いが非常に不便である。
【０００７】
そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、比例出力領域を広範囲に得ることができる簡易な構成のＭＲ素子及び磁気リニア測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気抵抗効果素子は、強磁性体金属の蒸着薄膜によって基板上に形成した磁気抵抗効果を奏する一対の抵抗パターンを直列に接続し、その抵抗パターンを同一列上に配置して形成したものであって、前記同一列方向に検知磁石が移動した場合に前記各抵抗パターンの最も低い抵抗値を示す該抵抗パターン上の基準位置同士の距離が、前記検知磁石幅の０．５倍乃至３．０倍であることを特徴とする。
よって、移動する検知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。
【０００９】
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、前記抵抗パターンが、前記同一列方向に粗密の変化をもって形成されたものであることを特徴とする。
よって、各抵抗パターンの外側を密にすることによって変化する抵抗の下限値、即ち出力ピーク間の距離が大きくなるため、検知磁石の変位方向において磁気抵抗効果素子の設置寸法に制限が設けられている場合にも、磁気抵抗効果素子自身の寸法を短くしながらも比例出力領域を広くすることができる。
【００１０】
本発明の磁気リニア測定装置は、直線的に移動する被測定物に装着された検知磁石と、前記検知磁石の移動上に配設された磁気抵抗効果素子と、前記検知磁石に伴う磁気抵抗効果素子の出力を処理する処理回路とを有し、前記磁気抵抗効果素子が、強磁性体金属の蒸着薄膜によって基板上に形成した磁気抵抗効果を奏する一対の抵抗パターンを直列に接続し、その抵抗パターンを同一列上に配置して形成したものであって、前記同一列方向に検知磁石が移動した場合に前記各抵抗パターンの最も低い抵抗値を示す該抵抗パターン上の基準位置同士の距離が、前記検知磁石幅の０．５倍乃至３．０倍であることを特徴とする。
よって、移動する検知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、その出力を受けた処理回路によって検知磁石の変位が広範囲にわたって測定できる。
【００１１】
また、本発明の磁気リニア測定装置は、前記抵抗パターンが、前記同一列方向に粗密の変化をもって形成されたものであることを特徴とする。
よって、各抵抗パターンの外側を密にすることによって変化する抵抗の下限値、即ち出力ピーク間の距離が大きくなるため、検知磁石の変位方向において磁気リニア測定装置の設置寸法に制限が設けられている場合にも、磁気抵抗効果素子の寸法を短くすることで磁気リニア測定装置自身を小形化でき、狭い範囲への取り付けが可能となる。
【００１２】
また、本発明の磁気リニア測定装置は、磁気抵抗効果素子を前記検知磁石に対して縦置きにしたことを特徴とする。
よって、磁気抵抗効果素子の感度が良くなって、その変化電圧を取り出す出力値を大きくすることができる。
また、本発明の磁気リニア測定装置は、移動する前記検知磁石の変位に従って出力される前記磁気抵抗効果素子の最小出力値から最大出力値の範囲内で、前記検知磁石の変位を測定するものであることを特徴とする。
よって、前記磁気抵抗効果素子の最小出力値から最大出力値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、その出力を受けた処理回路によって検知磁石の変位が広範囲にわたって測定できる。
【００１３】
また、本発明の磁気リニア測定装置は、前記磁気抵抗効果素子の出力値がゼロとなる前記検知磁石の位置を中心に、前記磁気抵抗効果素子の最小出力値から最大出力値の範囲内で前記検知磁石の変位を測定するものであることを特徴とする。
よって、例えば測定対象物の移動範囲の中間位置に出力値ゼロを示す点を合わせるよう磁気抵抗効果素子を設置すれば、その測定対象物の変位の測定処理が容易になる。
また、本発明の磁気リニア測定装置は、前記磁気抵抗効果素子の最小出力値又は最大出力値をまたぐ範囲で、前記検知磁石の変位を測定するものであることを特徴とする。
よって、前記磁気抵抗効果素子の最小出力値又は最大出力値付近に基準電圧を設定し、その出力電圧を動作信号として利用するなどできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかるＭＲ素子及びそのＭＲ素子を使用した磁気リニア測定装置を図面を参照して説明する。図１は、第１実施の形態のＭＲ素子を示した概略構成図である。そして、このＭＲ素子１をもった磁気リニア測定装置は、前記従来例と同様、例えばシリンダに設置するものであってピストンに装着された検知磁石の変位を測定するものとする。また、そのＭＲ素子１は、感度を良くするため検知磁石Ｍに対して縦置きにされている。
ＭＲ素子１は、基板５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、つづら折れ状に蒸着された抵抗パターンＲ１，Ｒ２によって形成されている。
【００１５】
ところで、このＭＲ素子１を構成する抵抗パターンＲ１，Ｒ２は温度依存性が大きく、常温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大きくなる。
そこで、抵抗パターンＲ１と抵抗パターンＲ２の２個が直列に接続して形成されている。２個の抵抗パターンを用いることで分圧回路が構成され、それぞれが互いに差動的に作用することで抵抗パターン単体の温度変化を打ち消しあうからである。
【００１６】
また、特に本実施の形態のＭＲ素子１では、つづら折り形状からなる抵抗パターンＲ１，Ｒ２が図示するよう同一列上に設けられ、その抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ１が検知磁石Ｍの幅Ｗとの関係で設定されている。この同一列とは、検知磁石Ｍの変位方向に重なり、図示する矢印Ｘ上である。
抵抗パターンＲ１，Ｒ２を形成する磁気抵抗体６は、矢印Ｘ方向に等間隔でつづら折りされている。そのため、本実施の形態のＭＲ素子１は、各抵抗パターンＲ１，Ｒ２の矢印Ｘ方向の中央に基準位置ｒ１，ｒ２をとり、その基準位置ｒ１，ｒ２の距離を抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ１とする。各抵抗パターンＲ１，Ｒ２の中央に基準位置ｒ１，ｒ２をとったのは、矢印Ｘ方向に移動する検知磁石Ｍがその基準位置ｒ１，ｒ２上にある場合に、抵抗パターンＲ１，Ｒ２の抵抗値が最も減少するためだからである。
【００１７】
そして、抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ１は、検知磁石Ｍの幅Ｗの０．５倍〜３．０倍の間の値で設定される。この間の具体的な値は、ピストンのストロークや、磁気抵抗素子１の寸法、更に被測定物に装着した検知磁石Ｍの幅Ｗと抵抗パターンＲ１，Ｒ２の寸法との関係など、各諸要因が考慮されて決定される。抵抗パターンＲ１，Ｒ２が直列に接続されたＭＲ素子１は、その両端部に端子２，３が、また抵抗パターンＲ１，Ｒ２の中点に端子４が設けられている。
更に、このようなＭＲ素子１には処理回路１１が接続されて磁気リニア測定装置が構成されている。図２は、磁気リニア測定装置の構成を示したブロック図である。
ＭＲ素子１は、端子２が接地され、端子３には電源Ｖｃｃが接続されて一定電圧がかけられ、そして抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の端子４には、その出力電圧を電気的に処理する処理回路１１が接続されている。また、その処理回路１１には、検知磁石Ｍの変位、即ちシリンダの出力を表示する表示装置１２が接続されている。
【００１８】
そこで、このようなＭＲ素子１を含む磁気リニア測定装置によって検知磁石Ｍの変位を測定する。
先ず、検知磁石Ｍを備えたピストンがシリンダ内を移動すると、ＭＲ素子１に対して検知磁石Ｍが変位することとなる。そのため、検知磁石Ｍが抵抗パターンＲ１から抵抗パターンＲ２へかけて、図１のようにつづら折り状の抵抗パターンを横切るように矢印Ｘ方向へ移動する。この場合、抵抗パターンＲ１，Ｒ２に対して検知磁石Ｍの磁界がＸ方向に働いて抵抗値が減少する。
そのため、検知磁石Ｍが抵抗パターンＲ１側を移動中には、ＭＲ素子１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、検知磁石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。
【００１９】
そのため、検知磁石Ｍの移動に伴って変化する抵抗値によってＭＲ素子１から変化電圧が出力され、それが図３に示すような出力特性が得られる。そのようなＭＲ素子１からの出力は処理回路１１によって信号処理され表示手段１２によって検知磁石Ｍの変位が表示される。検知磁石Ｍの変位とは、例えば基準位置ｒ１を永久磁石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。
ここで、図３はＭＲ素子１の出力特性を示した図であり、抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ１を３段階に変化させたＭＲ素子１の出力が示めされている。各ＭＲ素子１は、抵抗パターンＲ１を検知磁石Ｍの移動位置に対して固定し、距離Ｔ１が検知磁石Ｍの幅Ｗの１．５倍（Ａ）、２．０倍（Ｂ）、２．５倍（Ｃ）となるよう抵抗パターンＲ２の位置がずらされている。なお、図３は、検知磁石ｍの幅Ｗを４ｍｍ、抵抗パターンＲ１，Ｒ２の変位方向長さを６ｍｍとして実験を行った結果である。
【００２０】
そこで、検知磁石Ｍが矢印Ｘの方向に移動すれば、その検知磁石Ｍが抵抗パターンＲ１を移動中には主磁力線が抵抗パターンＲ１にのみ印加され、特に基準位置ｒ１上で最も出力が大きくなり図４に示すようピークが示される。
また、そのまま検知磁石Ｍが矢印の方向に移動して抵抗パターンＲ２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、特に基準位置ｒ２上で最も出力が大きくなり、やはり図４に示すようピークを示す。
そして、このようなＭＲ素子１の出力は処理回路１１によって演算処理され、一方を負の出力とみなした出力の合成がとられ、図４の破線で示すような出力特性となる。
【００２１】
従って、本実施の形態のＭＲ素子１は、基準位置ｒ１の下限値から基準位置ｒ２の上限値にかけて比例出力が得られる。そのため、基準位置ｒ１，ｒ２の距離、即ち抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ１が伸びれば、それだけピーク間の距離が伸びるため、図３Ａ〜Ｃに示すように比例出力領域がＬ１，Ｌ２，Ｌ３と広がることとなる。
しかしながら、その距離Ｔ１を無制限に伸ばすことができるわけではない。ＭＲ素子１の出力をとると、図４に示すように各抵抗パターンＲ１，Ｒ２の出力が重なり合う部分Ｓが生じるが、基準位置ｒ１，ｒ２の距離が遠すぎると、図５に示すように両出力が分離れてしまい、合成した場合に破線で示すように出力がリニア性を失ってしまうからである。
【００２２】
以上、本実施の形態のＭＲ素子１では、その抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ１を、検知磁石Ｍの幅Ｗの０．５〜３．０倍の間で設定するという簡易な構成によって、図３に示すような広範囲にわたって確実に比例出力領域を得ることができるようになった。
そのため、ＭＲ素子１を使用した磁気リニア測定装置は、リニアに出力が変化する比例出力領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３において、検知磁石Ｍの変位を正確に測定することが可能となった。
【００２３】
次に、本発明にかかるＭＲ素子の第２実施の形態について説明する。本実施の形態のＭＲ素子２１は、図６に示すように磁気抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２に粗密をつけたものである。
このＭＲ素子２１も、基板２５上に強磁性体金属の蒸着薄膜によって形成した抵抗パターンが磁電変換素子として構成されたものであり、つづら折り状に蒸着されたその抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２が、直列に接続されて形成されている。そして、本実施の形態のＭＲ素子２１においても、つづら折り形状からなる抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２が図示するよう同一列上（矢印Ｘ上）に設けられ、その抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２間の距離Ｔ２が検知磁石Ｍの幅Ｗとの関係で決定される。
【００２４】
抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２が直列に接続されたＭＲ素子２１は、その両端部に端子２２，２３が、また抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２の中点に端子２４が設けられている。
一方、ＭＲ素子２１を構成する抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２は、磁気抵抗体２６が矢印Ｘ方向にかけて粗密をつけてつづら折りされている。特に、抵抗パターンＲ１１と抵抗パターンＲ１２は、対称的に外側（端子２２，２３側）が密で中央側（端子２４側）にかけて粗となるようにそれぞれ形成されている。
【００２５】
ところで、前記第１実施の形態では、抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２が同一幅のパターンであったため、図４に示すようにその出力特性は、ほぼ中央の基準位置ｒ１，ｒ２を対称とした形状となるが、本実施の形態のＭＲ素子２１では、抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２に粗密をつけたため、矢印Ｘ方向に変位する検知磁石Ｍにより抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２の抵抗値が最も小さくなる位置が外側にずれることとなる。
従って、その最も抵抗値が低下する抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２の位置を基準位置ｒ１１，ｒ１２とする。そして、本実施の形態のＭＲ素子２１は、その基準位置ｒ１１，ｒ１２の距離を抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２間の距離Ｔ２とする。
【００２６】
そこで、ＭＲ素子２１の抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２間の距離Ｔ２は、検知磁石Ｍの幅Ｗの０．５倍〜３．０倍の間の値で決定される。この場合には、ピストンのストロークや、磁気抵抗素子１の寸法、更に被測定物に装着した検知磁石Ｍの幅Ｗと抵抗パターンＲ１，Ｒ２の寸法との関係など、各諸要因が考慮されて決定される。
更に、このようなＭＲ素子２１は、前記第１実施の形態のものと同様に処理回路１１が接続されて磁気リニア測定装置が構成されている（図２参照）ＭＲ素子２１は、端子２２が接地され、端子２３には電源Ｖｃｃが接続されて一定電圧がかけられ、そして抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２間の端子２４には、その出力電圧を電気的に処理する処理回路１１が接続されている。また、その処理回路１１には、検知磁石Ｍの変位、即ちシリンダの出力を表示する表示装置１２が接続されている。
【００２７】
そして、このようなＭＲ素子２１を含む磁気リニア測定装置によって検知磁石Ｍの変位が測定される。
検知磁石Ｍを備えたピストンがシリンダ内を移動すると、ＭＲ素子２１に対して検知磁石Ｍが変位することとなる。そのため、検知磁石Ｍが抵抗パターンＲ１から抵抗パターンＲ２へかけて、図６のようにつづら折り状の抵抗パターンを横切るように矢印Ｘ方向へ移動する。この場合、抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２に対して検知磁石Ｍの磁界がＸ方向に働いて抵抗値が変化する。
【００２８】
検知磁石Ｍの移動に従って変化する抵抗値によってＭＲ素子２１から変化電圧が出力され、ほぼ図３に示すような出力特性が得られる。
即ち、検知磁石Ｍが矢印の方向に移動すれば、その検知磁石Ｍが抵抗パターンＲ１１を移動中には主磁力線が抵抗パターンＲ１１にのみ印加され、特に基準位置ｒ１１上で最も出力が大きくなる。そして、検知磁石Ｍが矢印Ｘの方向に移動して抵抗パターンＲ１２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、特に基準位置ｒ１２上で最も出力が大きくなる。そして、そのようなＭＲ素子２１からの出力は、処理回路１１によって信号処理され表示手段１２によって検知磁石Ｍの変位が表示される。
また、本実施の形態のものでも、前記第１実施の形態のものと同様に抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２間の距離Ｔ２を伸ばすことによって、より広い範囲で比例出力領域（図３のＬ１，Ｌ２，Ｌ３参照）を得ることができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、ＭＲ素子２１を構成する抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２を粗密をつけて形成したことで、基準位置ｒ１１，ｒ１２の位置がＭＲ素子２１の外側に位置するようになった。そのため、ＭＲ素子２１の距離Ｔ２を前記第１実施の形態のＭＲ素子１の距離Ｔ１とした場合にもＭＲ素子自体の全長は短くすることができる。
そのため、抵抗パターンＲ１１，Ｒ１２の位置を前記第１実施の形態のものと変えることなく距離Ｔ２を広くとること、即ち比例出力領域Ｌ１１を広くとることができるので、検知磁石Ｍの変位方向（矢印Ｘ方向）に対してＭＲ素子の寸法を小さくすることができた。ＭＲ素子の設置スペースが限られている場合に有効である。
【００３０】
次に、ＭＲ素子１を構成する抵抗パターンＲ１，Ｒ２は温度依存性が大きく、常温に対して温度が高くなると抵抗変化率が低下し、温度が低くなると抵抗変化率が大きくなる。
そこで、温度を低温を―１４．７℃（Ｅ）、常温を２５．０℃（Ｆ）そして高温を７５．０℃（Ｇ）とした場合、図７に示すような出力結果が得られた。この場合、図７にも表されているように各温度の場合にもａ点でゼロ出力ラインを通り、その１点でクロスすることになる。
温度が変化した場合にも比例出力領域Ｌ１１は変化しないため、その範囲で検知磁石の変位を測定することがでる。温度変化によって出力値と変位との関係が異なるが、磁気リニア測定装置では、図２に示す処理回路１１が例えば温度データに基づき、或いは出力の変化率に基づいて演算処理を行い、その温度に対応した出力に従った変位が表示手段１２に表示される。
よって、温度変化に影響を受けやすいＭＲ素子であっても、正確な変位測定が可能となる。
【００３１】
なお、本発明は、前記実施の形態にものに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記各実施の形態では変位を測定する範囲としては、図８に示すＡ範囲、即ち上下のピーク値を出力するｂ点からｃ点までの比例出力領域を利用したが、ゼロ出力を通過する位置ａ点を中心に対称的にとったＢ範囲を利用してもよい。更に、Ｃ範囲、Ｄ範囲として示すように上下のピーク値を出力するｂ点又はｃ点をまたぐようにした測定範囲を利用してもよい。
Ｂ範囲を利用した場合には、例えば測定対象となるピストンの移動位置の中間位置にａ点を合わせればよく、その取扱いが容易になる。
また、Ｃ範囲及びＤ範囲を利用した場合には、ピーク値付近に基準電圧を設定し、その出力電圧を動作信号として利用するなどしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、強磁性体金属の蒸着薄膜によって基板上に形成した磁気抵抗効果を奏する一対の抵抗パターンを直列に接続し、その抵抗パターンを同一列上に配置して形成したものであって、同一列方向に検知磁石が移動した場合に各抵抗パターンの最も低い抵抗値を示す該抵抗パターン上の基準位置同士の距離を検知磁石幅の０．５倍乃至３．０倍としたので、簡易な構成により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磁気抵抗効果素子を提供することが可能となった。
【００３３】
また、本発明たは、直線的に移動する被測定物に装着された検知磁石と、検知磁石の移動上に配設された磁気抵抗効果素子と、検知磁石に伴う磁気抵抗効果素子の出力を処理する処理回路とを有し、磁気抵抗効果素子が、強磁性体金属の蒸着薄膜によって基板上に形成した磁気抵抗効果を奏する一対の抵抗パターンを直列に接続し、その抵抗パターンを同一列上に配置して形成したものであって、同一列方向に検知磁石が移動した場合に各抵抗パターンの最も低い抵抗値を示す該抵抗パターン上の基準位置同士の距離を検知磁石幅の０．５倍乃至３．０倍としたので、簡易な構成により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、その出力を受けた処理回路によって検知磁石の変位が広範囲にわたって測定できる磁気リニア測定装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第１実施の形態のＭＲ素子を示した概念図である。
【図２】本発明にかかる磁気リニア測定装置を示したブロック図である。
【図３】抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離Ｔ変化した場合のＭＲ素子１の出力特性を示した図である。
【図４】ＭＲ素子１の適正な出力特性を得るための波形の合成を示した概念図である。
【図５】ＭＲ素子１の不適正な出力特性を得るための波形の合成を示した概念図である。
【図６】本発明にかかる第２実施の形態のＭＲ素子を示した概念図である。
【図７】温度が変化した場合のＭＲ素子の出力特性を示した図である。
【図８】ＭＲ素子の出力特性における変位の測定範囲の関係を示した図である。
【図９】ＭＲ素子の第１従来例を示した図である。
【図１０】ＭＲ素子の設置例を示した図である。
【図１１】第１従来例のＭＲ素子による出力特性を示した図である。
【図１２】第２従来例のＭＲ素子及びその出力特性を示した図である。
【図１３】第２従来例のＭＲ素子を利用した実施例を示した図である。
【符号の説明】
１ ＭＲ素子
２，３，４ 端子
５ 基板
６ 抵抗体
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗パターン
ｒ１，ｒ２ 基準位置
Ｍ 検知磁石
Ｔ 抵抗パターンＲ１，Ｒ２間の距離
Ｗ 検知磁石の幅
Claims (8)
- 強磁性体金属の蒸着薄膜によって基板上に形成した磁気抵抗効果を奏する一対の抵抗パターンを直列に接続し、その抵抗パターンを同一列上に配置して形成した磁気抵抗効果素子において、
前記同一列方向に検知磁石が移動した場合に前記各抵抗パターンの最も低い抵抗値を示す該抵抗パターン上の基準位置同士の距離が、前記検知磁石幅の０．５倍乃至３．０倍であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項１に記載の磁気抵抗効果素子において、
前記抵抗パターンが、前記同一列方向に粗密の変化をもって形成されたものであることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 直線的に移動する被測定物に装着された検知磁石と、前記検知磁石の移動上に配設された磁気抵抗効果素子と、前記検知磁石に伴う磁気抵抗効果素子の出力を処理する処理回路とを有する磁気リニア測定装置において、
前記磁気抵抗効果素子は、強磁性体金属の蒸着薄膜によって基板上に形成した磁気抵抗効果を奏する一対の抵抗パターンを直列に接続し、その抵抗パターンを同一列上に配置して形成したものであって、前記同一列方向に検知磁石が移動した場合に前記各抵抗パターンの最も低い抵抗値を示す該抵抗パターン上の基準位置同士の距離が、前記検知磁石幅の０．５倍乃至３．０倍であることを特徴とする磁気リニア測定装置。 - 請求項３に記載の磁気リニア測定装置において、
前記抵抗パターンが、前記同一列方向に粗密の変化をもって形成されたものであることを特徴とする磁気リニア測定装置。 - 請求項３又は請求項４に記載の磁気リニア測定装置において、
磁気抵抗効果素子を前記検知磁石に対して縦置きにしたことを特徴とする磁気リニア測定装置。 - 請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の磁気リニア測定装置において、
移動する前記検知磁石の変位に従って出力される前記磁気抵抗効果素子の最小出力値から最大出力値の範囲内で、前記検知磁石の変位を測定するものであることを特徴とする磁気リニア測定装置。 - 請求項５に記載の磁気リニア測定装置において、
前記磁気抵抗効果素子の出力値がゼロとなる前記検知磁石の位置を中心に、前記磁気抵抗効果素子の最小出力値から最大出力値の範囲内で前記検知磁石の変位を測定するものであることを特徴とする磁気リニア測定装置。 - 請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の磁気リニア測定装置において、
前記磁気抵抗効果素子の最小出力値又は最大出力値をまたぐ範囲で、前記検知磁石の変位を測定するものであることを特徴とする磁気リニア測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28376497A JP3643222B2 (ja) | 1997-10-16 | 1997-10-16 | 磁気抵抗効果素子及び磁気リニア測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28376497A JP3643222B2 (ja) | 1997-10-16 | 1997-10-16 | 磁気抵抗効果素子及び磁気リニア測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11118411A JPH11118411A (ja) | 1999-04-30 |
| JP3643222B2 true JP3643222B2 (ja) | 2005-04-27 |
Family
ID=17669824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28376497A Expired - Fee Related JP3643222B2 (ja) | 1997-10-16 | 1997-10-16 | 磁気抵抗効果素子及び磁気リニア測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3643222B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4921327B2 (ja) * | 2007-11-27 | 2012-04-25 | シーケーディ株式会社 | 磁気リニア測定装置 |
| EP2166312B2 (de) * | 2008-09-18 | 2020-01-15 | Sick Ag | Magnetischer oder induktiver Wegsensor |
-
1997
- 1997-10-16 JP JP28376497A patent/JP3643222B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11118411A (ja) | 1999-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3465059B2 (ja) | 磁化反転導体と一又は複数の磁気抵抗レジスタとからなる磁界センサ | |
| EP0286079B1 (en) | Sensing devices utilizing magneto electric transducers | |
| US7795862B2 (en) | Matching of GMR sensors in a bridge | |
| CN101076737B (zh) | 非线性磁场传感器和电流传感器 | |
| JP3529784B2 (ja) | 磁気抵抗素子を利用したセンサ | |
| US9091565B2 (en) | Magnetic position detection apparatus | |
| CN109655767B (zh) | 一种集成磁结构 | |
| JP2005531007A (ja) | 磁気抵抗センサ | |
| JP3643222B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子及び磁気リニア測定装置 | |
| WO2000040987A1 (en) | Utilization of a magneto-resistive material | |
| JP4663204B2 (ja) | 回転角度センサ | |
| JPS5815113A (ja) | 歯数計測装置 | |
| JP2008003072A (ja) | 薄膜磁気抵抗素子及び薄膜磁気センサ | |
| JP2980215B2 (ja) | 磁気センサ | |
| JP2677506B2 (ja) | 磁気リニアスケール | |
| JP2007516437A (ja) | マグネットセンサ装置 | |
| JPH081387B2 (ja) | 磁気センサ | |
| JPS6034048B2 (ja) | 変位検出装置 | |
| JP2576136B2 (ja) | 磁気方位測定装置 | |
| JP3067278B2 (ja) | 磁気センサ | |
| KR900000980B1 (ko) | 자기저항소자를 이용한 각도 측정 장치 및 패턴 형성 방법 | |
| JP2704849B2 (ja) | 変位検出装置および変位信号発生装置 | |
| JPH0329875A (ja) | 強磁性体磁気抵抗素子 | |
| JPH09287909A (ja) | 磁気式位置センサ | |
| KR920010840B1 (ko) | 자기저항소자 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040901 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050118 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050127 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080204 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090204 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090204 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100204 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110204 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110204 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120204 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120204 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130204 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130204 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140204 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |