JP4399916B2 - 鋼球検出センサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は鋼球検出センサに関し、特に、パチンコ玉等の鋼球検出センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の鋼球検出センサの一例を、図11及び図12にそれぞれ示す。該鋼球検出センサ1は、磁気抵抗素子2、該磁気抵抗素子2にバイアス磁界を印加するための磁石3、これら磁気抵抗素子2及び磁石3を搭載するための回路基板5及び非磁性保護ケース7にて構成されている。非磁性保護ケース7には、鋼球20の通過が可能な径を有する検出穴10が設けられている。
【0003】
磁気抵抗素子2及び磁石3を搭載した回路基板5は、非磁性保護ケース7の部品収容部11内に収納されている。回路基板5は検出穴10の軸方向、すなわち鋼球20が通過する方向に対して垂直に配置されている。一方、磁気抵抗素子2は、回路基板5に対して垂直に搭載されており、その検知面2aは鋼球20の通過方向に対して平行である。これは鋼球20と磁石3の間に発生する集中磁界が、検知面に対して垂直に加わるようにするためである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の鋼球検出センサ1は、非磁性保護ケース7がたとえば樹脂材で製作されているときには検出穴10の縁部には所定の肉厚が必要であり、非磁性保護ケース7の検出穴10と磁気抵抗素子2の検知面2aとのギャップ寸法が大きかった。このため、磁気抵抗素子2の検知面2aと鋼球20との間隔が大きくなり、鋼球検出センサ1では感度が小さくなるという問題があった。
【0005】
また、従来の鋼球検出センサ1では、磁気抵抗素子2を回路基板5に対して垂直に搭載しているので、磁気抵抗素子2の検知面2aに設けた外部電極と回路基板5の表面に設けた回路パターン6a,6bとを半田付けして実装する等の方法が採用されている。しかしながら、磁気抵抗素子2の厚みは特性上の関係から1mm以下と薄く、磁気抵抗素子2を回路基板5に垂直に立てて実装する作業は非常に手間がかかり、鋼球検出センサ1の製造コストをアップさせる一つの要因となっていた。
【0006】
そこで、本発明の目的は、鋼球の検出感度が高く、磁気抵抗素子の実装作業が容易でしかも優れた耐久性を有する鋼球検出センサを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用】
前記目的を達成するため、本発明に係る鋼球検出センサは、鋼球が通過する検出穴を備えてなる非磁性保護ケースと、該非磁性保護ケース内に前記検出穴の軸方向に対して略平行に配置されるとともに、前記検出穴に接して検出穴の内壁面を構成する回路基板と、該回路基板の検出穴側とは反対側の面に実装された磁気抵抗素子と、前記回路基板の検出穴側の面上に設けられた、鋼球の衝撃に対して前記回路基板を保護する耐衝撃部材とを備えたことを特徴とする。
【0008】
磁気抵抗素子を実装した回路基板を、検出穴の内壁面の一部として兼用したことにより、検出穴の磁気抵抗素子配置側縁部の肉厚が、非磁性保護ケースの製作上の制約から解放される。また、磁気抵抗素子の検知面を実装面としたことにより、磁気抵抗素子の検知面と鋼球とのギャップ寸法が小さくなる。これにより、鋼球検出センサの感度が大きくなる。
【0009】
さらに、磁気抵抗素子は、回路基板に対して水平に実装され、磁気抵抗素子の検知面は、検出穴の軸方向つまり鋼球の通過方向に対して平行になる。これにより、磁気抵抗素子を回路基板に対して垂直に実装していた従来の構造と比較して、実装作業が容易になり、しかも、回路基板上における磁気抵抗素子の位置決め精度も高くなる。
【0010】
加えて、回路基板の検出穴側の面に設けられた耐衝撃部材により、回路基板は検出穴を通過する鋼球の衝突から保護され、回路基板が摩耗したり、実装部品が外れる等の不具合が防止される。
【0011】
また、本発明に係る鋼球検出センサは、鋼球が通過する検出穴を備えてなる非磁性保護ケースと、該非磁性保護ケース内に前記検出穴の軸方向に対して略平行に配置されるとともに、前記検出穴の側壁を構成する回路基板と、該回路基板に実装された磁気抵抗素子とを備え、前記検出穴の内壁面に、鋼球と回路基板との衝突を阻止する衝突阻止部を設けたことを特徴とする。
【0012】
磁気抵抗素子を実装した回路基板を、検出穴の側壁の一部として兼用し、また、磁気抵抗素子の検知面を実装面としたことにより、磁気抵抗素子の検知面と鋼球とのギャップ寸法が小さくなり、鋼球検出センサの感度が大きくなる。また、磁気抵抗素子は回路基板に対して水平に実装されるので、磁気抵抗素子の実装作業が容易になり、磁気抵抗素子の位置決め精度も高くなる。
【0013】
加えて、検出穴の内壁面に衝突阻止部を設けているため、検出穴を通過する鋼球はこの衝突阻止部に衝突し、検出穴に対向している回路基板に鋼球が衝突するのが防止される。これにより、回路基板の摩耗や実装部品が外れる等の不具合が防止される。
【0014】
さらに、非磁性保護ケースの検出穴の軸方向において、回路基板の端部は、検出穴の開口面から後退している。これにより、鋼球が検出穴に出入りする際に検出穴の開口のエッジに衝突しても、鋼球は回路基板の端部に衝突せず、回路基板の損傷が確実に防止される。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る鋼球検出センサの実施の形態について添付の図面を参照して説明する。
【0016】
[第1実施形態、図1〜図5]
図1及び図2に示すように、鋼球検出センサ21は、磁気抵抗素子22、増幅用トランジスタ23、抵抗素子24、これら電子部品22〜24を搭載するための回路基板25、磁気抵抗素子22にバイアス磁界を印加する磁石34及び非磁性保護ケース28にて構成されている。
【0017】
磁気抵抗素子22は、図3に示すように、基板35と該基板35の上面、すなわち検知面35aに設けられた磁気抵抗パターン36及び端子電極37a,37bとからなる。端子電極37a,37bは基板35の上面35a及び基板側面(図示せず)に形成するようにすれば、回路基板25への半田付けの強度を向上させることができる。基板35は、Si等の基板上に蒸着等でInSb膜等を形成したものや、InSb等の単結晶半導体基板、あるいは別に成膜した半導体薄膜や単結晶基板を絶縁基板上に接着剤で貼り付けた複合基板としたもの等が用いられる。検知面35aは磁気抵抗素子22の実装面とされる。磁気抵抗素子22は、磁界が強くなるにつれて抵抗値が大きくなる。磁気抵抗パターン36は所定の磁気抵抗値を得るため蛇行形状とされ、磁気抵抗パターン36のセグメントの幅Wと長さLの比W/Lを大きくして高感度なものとしている。
【0018】
磁気抵抗素子22は、その端子電極37a,37bと回路基板25の回路パターン(図示せず)とを、直接半田付けしたり、導電性接着剤等で接合することによって、回路基板25上に水平に実装される。従って、磁気抵抗素子を回路基板に対して垂直に実装していた従来の鋼球検出センサの構造と比較して、磁気抵抗素子22の実装作業がきわめて容易になる。しかも、回路基板25上における磁気抵抗素子22の位置決め精度も高い。
【0019】
回路基板25としては、ガラス繊維を含んだエポキシやポリイミド樹脂基板、紙エポキシ基板、紙フェノール基板、アルミナ基板等が用いられる。同様に、増幅用トランジスタ23や抵抗素子24も、半田付けや導電性接着剤等によって回路基板25に実装される。こうして、回路基板25上に磁気抵抗素子22のほかに、増幅用トランジスタ23や抵抗素子24を実装することにより、鋼球検出センサ21の小型化を図ることができる。
【0020】
非磁性保護ケース28は、鋼球40の通過が可能な径を有する検出穴29と、部品収容部31とを有している。検出穴29は多角形のほかに、円形、楕円形等任意である。検出穴29の磁気抵抗素子22配置側には、検出穴29の軸方向に延在した開口部29aが設けられている。該開口部29aには、両サイドに回路基板25を挿入するためのガイド用凹部32が設けられている。
【0021】
部品収容部31の検出穴29側とは反対の側には段差部33が形成され、この段差部33に設けた凹部33aに磁石34が嵌め込まれている。この磁石34は永久磁石であってもよいし、電磁石であってもよい。また、磁気抵抗素子22に所定の磁界が印加されれば、磁気抵抗素子22と磁石34との間のギャップは無くてもよいし、任意の間隔をあけてもよい。
【0022】
電子部品22〜24を搭載した回路基板25は、その両端部をガイド用凹部32に挿入することにより、検出穴29の軸方向、すなわち鋼球40の通過方向に対して平行になるように、検出穴29に接して配置される。回路基板25の実装面25aとは反対側の面25bは検出穴29の開口部29aに露出し、検出穴29の内壁面の一部として兼用される。そして、回路基板25の面25bの開口部29aに露出した部分を覆うように、耐衝撃板41を接着している。耐衝撃板41は、検出穴29を通過する鋼球40の衝突に対し回路基板25を保護する。耐衝撃板41としては、たとえば厚みが0.1mmのSUS板や銅板や鉄板などの金属材料やテフロン、エポキシ等の樹脂材料を使用することができるが、耐摩耗性の高い材料(例えばTiN板等)が好ましい。
【0023】
磁気抵抗素子22は回路基板25と磁石34の間に配置され、磁気抵抗素子22の検知面35aは検出穴29の軸方向に対して平行になる。磁石34は、磁気抵抗素子22に対向している。回路基板25の回路パターン(図示せず)には、電気信号取出し用リード線26a,26bが電気的に接続されている。
【0024】
以上に説明した鋼球検出センサ21の電気回路図を図4に示す。磁気抵抗素子22には、直列に抵抗素子24が接続されている。磁気抵抗素子22と抵抗素子24の中継線は、増幅用トランジスタ23のベースに接続され、磁気抵抗素子22の他端はトランジスタ23のエミッタに接続され、抵抗素子24の他端はトランジスタ23のコレクタに接続されている。この回路は、抵抗素子24の一端とトランジスタ23のコレクタがリード線26aに接続され、磁気抵抗素子22の一端とトランジスタ23のエミッタがリード線26bに接続されている、2線式出力結線回路となっている。
【0025】
次に、以上の構成からなる鋼球検出センサ21の作用効果について説明する。予め、リード線26a,26b間に、図示しないセンサ電源によって直流電圧Vcを印加し、磁気抵抗素子22及び抵抗素子24に直流電流を流しておく。鋼球40が検出穴29を通過する前には、磁石34によるバイアス磁場は磁気抵抗素子22へ集中していないので磁気抵抗素子22の抵抗に変化はなく、その抵抗値は低い。従って、磁気抵抗素子22と抵抗素子24の中継線の電位は、トランジスタ23のベース・エミッタ間電圧VBEよりも小さい。このときは、トランジスタ23は遮断領域にあり、トランジスタ23はOFF状態のままであり、鋼球検出センサ21に流れる電流Iは零に近い値まで降下している。
【0026】
この状態で鋼球40が検出穴29を通過すると、磁石34によるバイアス磁場は磁気抵抗素子22へ集中するので、磁気抵抗素子22の抵抗値は高くなる。これにより、磁気抵抗素子22と抵抗素子24の中継線の電位はトランジスタ23のベース・エミッタ間電圧VBEを越え、トランジスタ23は能動領域に移行してトランジスタ23はON状態となる。これにより、トランジスタ23のコレクタ電流Icが増大し、鋼球検出センサ21に流れる電流Iが上昇する。
【0027】
鋼球40が検出穴29を通過して磁気抵抗素子22から離反すると、磁石34によるバイアス磁場は磁気抵抗素子22への集中がなくなり、磁気抵抗素子22の抵抗値は元の低い値となる。従って、磁気抵抗素子22と抵抗素子24の中継線の電位は再び、トランジスタ23のベース・エミッタ間電圧VBEよりも低くなるので、トランジスタ23はOFF状態となる。
【0028】
これにより、鋼球40が検出穴29を通過する毎に、鋼球検出センサ21に流れる電流Iは、パルス状に変化する。従って、この電流波形のパルス数をカウントすることによって、無接触で鋼球40の通過数を検出することができる。
【0029】
また、鋼球検出センサ21の出力端子26bに負荷抵抗RLを接続して、鋼球検出センサ21の端子26aと負荷抵抗RLに直流電圧Vcを印加すれば、負荷抵抗RLの両端からパルス状の出力電圧を取り出すことができ、この出力電圧の波形のパルス数をカウントすることによって、無接触で鋼球40の通過数を検出することができる。
【0030】
以上の構成の鋼球検出センサ21は、回路基板25を検出穴29の内壁部の一部として兼用しているので、検出穴29の磁気抵抗素子22配置側縁部の肉厚が、非磁性保護ケース28の製作上の制約から解放される。加えて、磁気抵抗素子22はその検知面35aを回路基板25の実装面25aに当接している。これにより、検知面35aと鋼球40とのギャップ寸法を小さくすることができ、検出感度の優れた鋼球検出センサ21を得ることができる。
【0031】
また、回路基板25が検出穴29の軸方向に対して平行になるように非磁性保護ケース28に取り付けられるので、磁気抵抗素子22の検知面35aを鋼球40の通過方向に対して平行に配置することができる。このとき、回路基板25は磁気抵抗素子22よりサイズが大きいため取り扱い易くなり、従来の磁気抵抗素子を回路基板に対して垂直に実装する作業と比較して容易である。
【0032】
さらに、回路基板25に耐衝撃板41が装着されているので、回路基板25は検出穴29を通過する鋼球40の衝突から保護される。つまり、回路基板25の機械的強度がアップし、鋼球40の衝突による電子部品22〜24へのダメージが緩和される。これにより、回路基板25に鋼球40が直接衝突して、回路基板25が摩耗したり、あるいは、電子部品22〜24が回路基板25から外れる等の不具合が防止され、耐久性及び信頼性の高い鋼球検出センサ21を得ることができる。
【0033】
なお、本第1実施形態において、回路基板25に代えて、たとえば図5に示すように、表裏面に銅箔からなる導体膜51a,51bが形成された両面プリント基板51を使用し、検出穴29側の導体膜51bを耐衝撃部材として機能させるようにしてもよい。磁気抵抗素子22側の導体膜51aは回路パターンとして使用される。さらに、必要に応じて導体膜51a,51bにはそれぞれ、半田レベラやソルダレジスト52が付与される。このようにすれば、耐衝撃板41を回路基板25に接着する等の作業が不要になり、鋼球検出センサの製造効率がさらに向上する。また、基板51の表裏面に導体膜51a,51bを形成して、表裏面を同じ構成にすることにより、基板51の反りやねじれが小さくなる。従って、電子部品22〜24の実装の信頼性を増大させると共に、基板51の平面度向上によりセンサ出力のばらつきを小さくすることができる。ソルダレジスト52は滑りが良いため、鋼球40が検出穴29をスムースに通過し、摩耗をさらに防止する。
【0034】
[第2実施形態、図6〜図8]
本発明に係る鋼球検出センサのいま一つの実施形態を図6及び図7に示す。該鋼球検出センサ21aは、前記第1実施形態の鋼球検出センサ21の耐衝撃板41に代えて、検出穴29の回路基板25側に、鋼球40と検出穴29の内壁面(本第2実施形態の場合は、回路基板25の面25b)との衝突を阻止する一対の衝突阻止部61a,61bを形成したものである。なお、図6及び図7において、図1及び図2に対応する部分には同じ符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【0035】
衝突阻止部61a,61bは、図8に示すように、鋼球40が回路基板25に最も近接したときでも、鋼球40が回路基板25に接触しないで、衝突阻止部61a,61bにそれぞれ接触するように設定される。具体的には、衝突阻止部61a,61bと回路基板25の面25bとがそれぞれなす角度をθ1,θ2とすると、鋼球40の中心Oから回路基板25の面25bまでの最小距離Dminが常に鋼球40の半径rよりも大きい、すなわちDmin>rの関係を満足するように、角度θ1,θ2が設定される。角度θ1とθ2は異なる値であってもよい。なお、Dminが大きくなりすぎると、センサの感度が低下するため、磁気抵抗素子22の磁気抵抗パターン36と、鋼球40の外周部との間隔Dgapは1mm以下とするほうが好ましい。
【0036】
以上の構成の鋼球検出センサ21aは、衝突阻止部61a,61bによって、検出穴29に入ってきた鋼球40と回路基板25との衝突が阻止される。これにより、回路基板25に鋼球40が直接衝突して、回路基板25が摩耗したり、電子部品22〜24が回路基板25から外れる等の不具合が防止され、耐久性及び信頼性の高い鋼球検出センサ21aを得ることができる。また、鋼球40が回路基板25に衝突すると、その衝撃力で磁気抵抗素子22にノイズが発生することがあるが、そのようなノイズの発生の心配もなくなる。さらに、本第2実施形態では、第1実施形態の耐衝撃板41が不要であるので、その接着作業が不要となって工数がさらに削減される。
【0037】
また、図7に示すように、非磁性保護ケース28の検出穴29の軸方向において、回路基板25の端部が検出穴29の開口面から後退していることが好ましい。図7に示した寸法a,bをa,b>0に設定することにより、鋼球40が検出穴29に出入りする際に検出穴29の開口のエッジに衝突しても、鋼球40は回路基板25の端部に衝突せず、回路基板25の損傷をより確実に防止することができる。なお、この構成は、前記第1実施形態の鋼球検出センサ21にも適用できる。
【0038】
[他の実施形態]
本発明は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。たとえば、第2実施形態の鋼球検出センサ21aにおいて、衝突阻止部61a,61bは平面状のものであるが、曲面状のものであってもよい。また、図9に示すように、検出穴29の回路基板25側に、突条71a,71bを形成した鋼球検出センサ21bであってもよい。このようにすれば、鋼球40が回路基板25に接近したときに、突条71a,71bの稜線が鋼球40に当接して鋼球40が回路基板25に衝突するのを阻止することができる。
【0039】
また、鋼球検出センサ21a,21bのように、衝突阻止部61a,61bや突条71a,71bを検出穴29に設ける場合には、回路基板25の面25bは、必らずしも検出穴29の内壁面の一部として兼用されていなくてもよい。例えば、図10に示す鋼球検出センサ21cは、回路基板25を検出穴29の側壁の一部としているが、検出穴29には露出させていない。このような構成の鋼球検出センサ21cにおいても、衝突阻止部61a,61bによって、検出穴29の回路基板25側の内壁面に鋼球40が衝突するのが阻止される。これにより、電子部品22〜24が回路基板25から外れる等の不具合を防止することができる。
【0040】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、磁気抵抗素子を実装した回路基板が検出穴の内壁面の一部として兼用され、しかも磁気抵抗素子の検知面が回路基板の実装面となっているので、磁気抵抗素子の検知面と鋼球とのギャップ寸法が小さくなり、感度の高い鋼球検出センサを得ることができる。また、磁気抵抗素子は回路基板に対して水平に実装されるので、磁気抵抗素子の実装作業が容易になるばかりでなく、磁気抵抗素子の位置決め精度も高くなる。
【0041】
さらに、本発明によれば、鋼球が通過する非磁性保護ケースの検出穴の内壁面を構成している回路基板の面を覆って耐衝撃部材が設けられているので、回路基板は耐衝撃部材により、検出穴を通過する鋼球の衝突から保護され、回路基板が摩耗したり、実装部品が外れる等の不具合が防止され、信頼性の高い鋼球検出センサを得ることができる。
【0042】
さらにまた、検出穴の回路基板側に衝突阻止部を形成することにより、検出穴の回路基板側の内壁面に鋼球が衝突するのが阻止され、回路基板の摩耗や実装部品が外れる等の不具合が防止され、信頼性の高い鋼球検出センサを得ることができる。
【0043】
さらにまた、非磁性保護ケースの検出穴の軸方向において、回路基板の端部を検出穴の開口面から後退させることにより、鋼球が検出穴に出入りする際に検出穴の開口のエッジに衝突しても、鋼球は回路基板の端部に衝突せず、回路基板の損傷を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る鋼球検出センサの第1実施形態を示す平面図。
【図2】図1の垂直断面図。
【図3】図1に示した磁気抵抗素子の斜視図。
【図4】図1に示した鋼球検出センサの電気回路図。
【図5】第1実施形態の変形例を示す水平断面図。
【図6】本発明に係る鋼球検出センサの第2実施形態を示す平面図。
【図7】図6の垂直断面図。
【図8】図6に示した鋼球検出センサの要部の説明図。
【図9】本発明に係る鋼球検出センサの他の実施形態を示す平面図。
【図10】本発明に係る鋼球検出センサのさらに他の実施形態を示す平面図。
【図11】従来の鋼球検出センサを示す平面図。
【図12】図11に示した鋼球検出センサの一部切欠き正面図。
【符号の説明】
21,21a,21b,21c…鋼球検出センサ
22…磁気抵抗素子
25…回路基板
25a…実装面
25b…検出穴側の面
28…非磁性保護ケース
29…検出穴
41…耐衝撃板
51a,51b…導体膜(耐衝撃部材)
61a,61b…衝突阻止部
71a,71b…突条(衝突阻止部)
Claims (3)
- 鋼球が通過する検出穴を備えてなる非磁性保護ケースと、
該非磁性保護ケース内に前記検出穴の軸方向に対して略平行に配置されるとともに、前記検出穴に接して検出穴の内壁面を構成する回路基板と、
該回路基板の検出穴側とは反対側の面に実装された磁気抵抗素子と、
前記回路基板の検出穴側の面に設けられた、鋼球の衝撃に対して前記回路基板を保護する耐衝撃部材と、
を備えたことを特徴とする鋼球検出センサ。 - 鋼球が通過する検出穴を備えてなる非磁性保護ケースと、
該非磁性保護ケース内に前記検出穴の軸方向に対して略平行に配置されるとともに、前記検出穴の側壁を構成する回路基板と、
該回路基板に実装された磁気抵抗素子とを備え、
前記検出穴の内壁面に、鋼球と回路基板との衝突を阻止する衝突阻止部を設けたこと、
を特徴とする鋼球検出センサ。 - 前記非磁性保護ケースの検出穴の軸方向において、前記回路基板の端部が前記検出穴の開口面から後退していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の鋼球検出センサ。
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