JP4517558B2

JP4517558B2 - Magnetic detector

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Publication number: JP4517558B2
Application number: JP2001297755A
Authority: JP
Inventors: 保南谷; 雅永西川
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: JP2002189068A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は磁性体検出器に関し、特にたとえば、鋼球を検出するためなどに用いられる磁性体検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１９は、従来の磁性体検出器の一例を示す回路図である。磁性体検出器１は、直列に接続された抵抗２と半導体磁気抵抗素子３とを含む。さらに、磁性体検出器１は、ＮＰＮ型の増幅用トランジスタ４を含む。増幅用トランジスタ４のコレクタは、抵抗２および電源電圧Ｖｉｎに接続される。また、増幅用トランジスタ４のエミッタは、半導体磁気抵抗素子３に接続されるとともに、出力用の抵抗５を介して接地される。さらに、抵抗２と半導体磁気抵抗素子３との接続部は、増幅用トランジスタ４のベースに接続される。この磁性体検出器１においては、磁石などによって、半導体磁気抵抗素子３にバイアス磁界が印加される。
【０００３】
この磁性体検出器１において、半導体磁気抵抗素子３に磁性体が近づくと、磁石と磁性体との間に配置された半導体磁気抵抗素子に磁界が集中し、半導体磁気抵抗素子３の抵抗値が変化する。半導体磁気抵抗素子３の抵抗値が大きくなると、増幅用トランジスタ４のベースに印加される電圧が上昇し、増幅用トランジスタ４に流れる電流が大きくなり、抵抗５からの出力電圧が高くなる。したがって、抵抗５の出力電圧を測定することにより、磁性体を検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような磁性体検出器では、電源電圧が変動すると、抵抗と半導体磁気抵抗素子とで構成される分圧回路から増幅用トランジスタのベースに印加される電圧も変動する。そのため、電源電圧が高くなると、増幅用トランジスタのベース電位が高くなり、増幅用トランジスタがスイッチングする。また、電源電圧が低くなると、増幅用トランジスタのベース電位が低くなり、磁性体の検出ができなくなるという問題がある。
【０００５】
図２０は、従来の磁性体検出器における電源電圧に対する出力波形を示す図である。図２０からわかるように、従来の磁性体検出器においては、電源電圧が高くなると、待機時および磁性体検出時のいずれも出力電圧が高くなっている。そのため、電源電圧が高くなると、待機時の出力がしきい値を超え、電源電圧が低くなると、磁性体検出時の出力がしきい値以下となり、磁性体の検出ができなくなる。また、わずかな電源電圧の低下によっても、磁性体の検出時間が短くなり、外部からの磁界により誤動作しやすくなるという問題がある。そのため、従来の磁性体検出器では、電源電圧の変動は、±０．１Ｖ程度しか許容できなかった。
【０００６】
さらに、増幅用トランジスタの動作電圧、半導体磁気抵抗素子の抵抗値、半導体磁気抵抗素子にバイアス磁界を与えるための磁石の物性値など、各部品の特性ばらつきが大きい。このような各部品の特性のため、完成した磁性体検出器において、磁性体を検出できるものと検出できないものとができる。このように、各部品の特性ばらつきにより、磁性体を検出可能な良品範囲が狭く、歩留まりが悪くなるという欠点があった。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、電源電圧が変動しても、正確に磁性体の検出を行うことができる磁性体検出器を提供することである。
また、この発明の目的は、各部品の特性ばらつきがあっても、磁性体を検出できる良品範囲を広くすることができ、歩留まりを良くすることができる磁性体検出器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、半導体磁気抵抗素子とＦＥＴとで構成された定電流回路と、定電流回路に直列に接続される抵抗と、定電流回路がベースとエミッタとの間またはベースとコレクタとの間の一方に接続され、かつ抵抗がベースとエミッタとの間またはベースとコレクタとの間の他方に接続される増幅用トランジスタとを含む、磁性体検出器である。
この磁性体増幅器では、半導体磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加する手段が含まれる。
また、この発明は、半導体磁気抵抗素子とＦＥＴとで構成された定電流回路と、定電流回路に直列に接続される別の半導体磁気抵抗素子と、定電流回路がベースとエミッタとの間またはベースとコレクタとの間の一方に接続され、かつ別の半導体磁気抵抗素子がベースとエミッタとの間またはベースとコレクタとの間の他方に接続される増幅用トランジスタとを含む、磁性体検出器である。
この磁性体検出器では、半導体磁気抵抗素子および別の半導体磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加する手段が含まれる。
このとき、バイアス磁界を印加する手段として磁石が用いられ、磁石と半導体磁気抵抗素子との間隔および磁石と別の半導体磁気抵抗素子との間隔を調整できるようにすることが好ましい。
また、磁石として、希土類磁石を用いることが好ましい。
さらに、半導体磁気抵抗素子および別の半導体磁気抵抗素子は、磁性体基板上に半導体磁気抵抗材料で抵抗層を形成したものとすることができる。
また、半導体磁気抵抗素子および別の半導体磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加するための磁石を一体的に形成することができる。
さらに、半導体磁気抵抗素子および別の半導体磁気抵抗素子は、同一基板上に半導体磁気抵抗材料で複数の抵抗層を形成することにより一体的に形成されたものとすることができる。
また、半導体磁気抵抗素子と磁石との位置関係および別の半導体磁気抵抗素子と磁石との位置関係を自由に調整することができるようにしてもよい。
これらの磁性体検出器において、ＦＥＴのゲートと増幅用トランジスタのベースとの間にチャタリング防止用抵抗を接続することが好ましい。
【０００９】
電源電圧が変動しても一定の電流を流すことができる定電流回路を用いることにより、電源電圧の変動にかかわらず、増幅用トランジスタのベースに印加される電圧を一定に保つことができる。この状態で、半導体磁気抵抗素子に磁性体が近づくと、半導体磁気抵抗素子の抵抗値が変化し、抵抗と半導体磁気抵抗素子との直列回路の分圧比が変わって、増幅用トランジスタのベースに印加される電圧が変化する。それによって、増幅用トランジスタに流れる電流が変化する。
磁性体が近づくことによって半導体磁気抵抗素子に印加される磁界の強さを変化させるため、予め半導体磁気抵抗素子にバイアス磁界が印加される。
半導体磁気抵抗素子と磁石との間の間隔を調整することにより、半導体磁気抵抗素子に印加されるバイアス磁界が変化し、半導体磁気抵抗素子の抵抗値が変わる。そのため、各部品の特性ばらつきに応じて、半導体磁気抵抗素子と磁石との間の間隔を調整することにより、磁性体検出器の動作範囲を調整することができる。
半導体磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加するために希土類磁石を用いることにより、強い磁界を印加することができ、半導体磁気抵抗素子と磁石との間のギャップを調整することにより、半導体磁気抵抗素子の抵抗値を大きく変化させることができる。
半導体磁気抵抗素子として、磁性体基板上に半導体磁気抵抗材料を用いて抵抗層を形成したものを用いることにより、半導体磁気抵抗素子に磁性体が近づいたときに、バイアス磁界が磁性体基板に集中し、半導体磁気抵抗素子の抵抗値を大きく変化させることができる。
また、複数の半導体磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加するための磁石を一体的に形成することにより、磁石どうしの反発などがなく、磁石の固定が容易となり、組み立ての作業性を向上させることができる。
さらに、同一の基板上に半導体磁気抵抗材料による複数の抵抗層を形成して、複数の半導体磁気抵抗素子を形成することにより、部品の個数を減らすことができ、作業性を向上させることができるとともに、複数の素子の特性ばらつきを小さくすることができる。
また、半導体磁気抵抗素子と磁石との間の位置関係を自由に調整できるようにすれば、半導体磁気抵抗素子に印加されるバイアス磁界の調整が容易となる。
さらに、ＦＥＴのゲートと増幅用トランジスタのベースとの間にチャタリング防止用抵抗を接続することにより、増幅用トランジスタのベース電位の反応を遅くすることができる。
【００１０】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、磁性体検出器の一例を示す回路図である。磁性体検出器１０は、定電流回路１２を含む。定電流回路１２は、たとえばＮチャネルのＦＥＴ１４を含む。ＦＥＴ１４のソースには、抵抗１６の一端が接続される。さらに、抵抗１６の他端は、ＦＥＴ１４のゲートに接続される。そして、ＦＥＴ１４のドレインが電源電圧Ｖｉｎに接続され、抵抗１６が半導体磁気抵抗素子１８の一端に接続される。半導体磁気抵抗素子１８は、基板上にＩｎＳｂなどの半導体磁気抵抗材料で抵抗層を形成することにより形成される。この定電流回路１２は、電源電圧Ｖｉｎが変動しても、一定の電流を流すために用いられる。
【００１２】
さらに、磁性体検出器１０は、増幅用トランジスタ２０を含む。増幅用トランジスタ２０としては、たとえばＮＰＮ型のトランジスタが用いられる。増幅用トランジスタ２０のコレクタは、電源電圧Ｖｉｎに接続され、エミッタは半導体磁気抵抗素子１８の他端に接続される。また、増幅用トランジスタ２０のベースには、定電流回路１２と半導体磁気抵抗素子１８との中間部が接続される。さらに、増幅用トランジスタ２０のエミッタは、出力用の抵抗２２を介して接地される。
【００１３】
この磁性体検出器１０は、たとえば鋼球検出装置などとして用いられる。鋼球検出装置３０は、図２に示すように、貫通孔３２が形成された基板３４を含み、貫通孔３２に隣接してケース部３６が形成される。このケース部３６には、貫通孔３２に対向する部分に半導体磁気抵抗素子１８が配置される。さらに、半導体磁気抵抗素子１８に接するように磁石３８が配置され、半導体磁気抵抗素子１８に直流磁界が印加される。したがって、貫通孔３２を鋼球４０が通過するとき、半導体磁気抵抗素子１８部分において磁界が集中し、半導体磁気抵抗素子１８の抵抗値が変わる。
【００１４】
この磁性体検出器１０では、電源電圧Ｖｉｎが高くなると、抵抗１６に流れる電流が大きくなりＦＥＴ１４のゲートに入力される電圧が高くなる。そのため、ＦＥＴ１４のドレインとソース間の抵抗値が大きくなり、ここに流れる電流が抑えられる。逆に、電源電圧が低くなると抵抗１６に流れる電流が小さくなり、ＦＥＴ１４のドレインとソース間の抵抗値が小さくなるため、ここに流れる電流が大きくなる。このようにして、定電流回路１２からは、電源電圧Ｖｉｎの変動にかかわらず、一定の電流が供給される。したがって、増幅用トランジスタ２０のベースには、電源電圧の変動にかかわらず、一定の電圧が与えられる。
【００１５】
この状態で、貫通孔３２を鋼球が通過するとき、鋼球４０が半導体磁気抵抗素子１８に接近し、バイアス磁界が半導体磁気抵抗素子１８に集中して抵抗値が大きくなる。半導体磁気抵抗素子１８の抵抗値が大きくなると、増幅用トランジスタ２０のベースに印加される電圧が高くなり、増幅用トランジスタ２０から出力用の抵抗２２に流れる電流が大きくなって、抵抗２２から得られる出力電圧が高くなる。したがって、抵抗２２の出力電圧を測定することにより、鋼球４０の通過を検出することができる。
【００１６】
図３は、図１に示す磁性体検出器１０の電源電圧Ｖｉｎに対する出力電圧の波形を示す図である。図３からわかるように、電源電圧Ｖｉｎが高くなっても、待機時における出力電圧に変化はなく、鋼球検出時の出力電圧のみが高くなっている。このように、この磁性体検出器１０では、電源電圧Ｖｉｎの変動によっては、待機時における増幅用トランジスタ２０が影響を受けず、半導体磁気抵抗素子１８の抵抗値の変化によって抵抗２２からの出力電圧が変化する。また、電源電圧Ｖｉｎが変動しても、鋼球の検出時間に変化はなく、電源電圧Ｖｉｎの許容幅が広がる。実験では、電源電圧Ｖｉｎが±３Ｖ変動しても、磁性体の検出が可能であることが確認されている。
【００１７】
なお、ＦＥＴ１４のゲートと増幅用トランジスタ２０のベースとが短絡している場合、半導体磁気抵抗素子１８の抵抗値の変化に対して、増幅用トランジスタ２０のスイッチング動作が速くなる。そのため、検出物である磁性体の振動などによって半導体磁気抵抗素子１８の抵抗値がチャタリングした場合、増幅用トランジスタ２０のスイッチング動作が速すぎるため、出力電圧もチャタリングすることになる。そこで、図４に示すように、ＦＥＴ１４のゲートと増幅用トランジスタ２０のベースとの間に、チャタリング防止用の抵抗２４が接続される。このような抵抗２４を接続することにより、半導体磁気抵抗素子１８の抵抗値の変化に対する増幅用トランジスタ２０のスイッチング動作を遅くすることができ、出力電圧のチャタリングを防止することができる。
【００１８】
図５は、チャタリング防止用の抵抗２４を接続した場合と、接続しない場合において、半導体磁気抵抗素子１８の抵抗値がチャタリングしたときの出力電圧の波形を示す図である。図５からわかるように、抵抗２４が接続されていない場合、半導体磁気抵抗素子１８の抵抗値がチャタリングすると、それに対応して出力電圧もチャタリングをおこしている。それに対して、抵抗２４を接続した場合、出力電圧にチャタリングがみられない。このように、チャタリング防止用の抵抗２４によって、出力電圧のチャタリングを抑えることができる。
【００１９】
図６は、この発明の磁性体検出器の一例を示す回路図である。図６に示すように、半導体磁気抵抗素子１８とＦＥＴ１４とで、定電流回路１２を形成している。この場合、増幅用トランジスタ２０のベースとエミッタとの間には、固定抵抗２６が接続される。このような磁性体検出器１０においても、半導体磁気抵抗素子１８の抵抗値が変わらない限り、電源電圧Ｖｉｎが変動しても定電流を得ることができる。そして、半導体磁気抵抗素子１８の抵抗値が大きくなると、定電流回路１２の電流値は小さくなり、増幅用トランジスタ２０のベースに与えられる電圧は低くなる。そのため、増幅用トランジスタ２０はオフ状態となり、出力用の抵抗２２に流れる電流は小さくなる。それにより、抵抗２２から得られる出力電圧は低下する。したがって、図７に示すように、図６に示す磁性体検出器１０では、図１に示す磁性体検出器１０とは逆極性の出力電圧が得られる。このような磁性体検出器１０においても、電源電圧Ｖｉｎの変動の影響を受けることなく、磁性体を検出することができる。
【００２０】
図８は、磁性体検出器のさらに他の例を示す回路図である。図８に示すように、増幅用トランジスタ２０としてＰＮＰ型トランジスタを用い、ＦＥＴ１４としてＰチャネルのＦＥＴを用いている。この場合、たとえば電源電圧Ｖｉｎに半導体磁気抵抗素子１８が接続され、この半導体磁気抵抗素子１８に直列にチャタリング防止用の抵抗２４と定電流回路１２とが接続される。定電流回路１２を構成するＰチャネルのＦＥＴ１４のドレインには抵抗１６が接続され、この抵抗１４がチャタリング防止用の抵抗２４とＦＥＴ１４のゲートに接続される。さらに、ＦＥＴ１４のソースが、出力用の抵抗２２に接続される。また、電源電圧ＶｉｎにＰＮＰ型の増幅用トランジスタ２０のエミッタが接続され、ＦＥＴ１４のソースに増幅用トランジスタ２０のコレクタおよび出力用の抵抗２２が接続される。そして、半導体磁気抵抗素子１８と抵抗２４との接続部が、増幅用トランジスタ２０のベースに接続される。
【００２１】
このような磁性体検出器１０においても、電源電圧Ｖｉｎが変動したとき、定電流回路１２によって、半導体磁気抵抗素子１８や抵抗２４に流れる電流を一定にすることができる。そのため、電源電圧Ｖｉｎの変動にかかわらず、増幅用トランジスタ２０のベース電位を一定にすることができ、電源電圧Ｖｉｎの許容幅を広げることができる。この磁性体検出器１０の場合、磁性体を検出したときに得られる出力電圧は、待機時の出力電圧より高くなる。
【００２２】
図９は、この発明の磁性体検出器の他の例を示す回路図である。図９に示すように、ＰＮＰ型の増幅用トランジスタ２０とＰチャネルのＦＥＴ１４を用いた磁性体検出器１０において、ＦＥＴ１４と半導体磁気抵抗素子１８とで定電流回路１２を構成してもよい。この場合においても、半導体磁気抵抗素子１８の抵抗値が変わらない限り、電源電圧Ｖｉｎが変動しても、抵抗２４，２６に流れる電流を一定にすることができ、電源電圧Ｖｉｎの許容幅を広げることができる。この磁性体検出器１０では、磁性体を検出したときに得られる出力電圧は、待機時の出力電圧より低くなる。
【００２３】
図１０は、この発明の磁性体検出器のさらに他の例を示す回路図である。図１０に示すように、ＰＮＰ型の増幅用トランジスタ２０とＮチャネルのＦＥＴ１４とを用いて、磁性体検出器１０を形成してもよい。この磁性体検出器１０では、ＮチャネルのＦＥＴ１４と半導体磁気抵抗素子１８とで定電流回路１２が構成されている。このような磁性体検出器１０では、磁性体を検出したときに得られる出力電圧は、待機時の出力電圧より低くなる。
【００２４】
図１１は、磁性体検出器の別の例を示す回路図である。図１１に示すように、ＰＮＰ型の増幅用トランジスタ２０とＮチャネルのＦＥＴ１４とを用いた磁性体検出器１０において、ＦＥＴ１４と抵抗１６とで定電流回路１２を形成し、増幅用トランジスタ２０のエミッタとベースとの間に半導体磁気抵抗素子１８を接続している。このような磁性体検出器１０では、磁性体を検出したときに得られる出力電圧は、待機時の出力電圧より高くなる。
【００２５】
図１２は、磁性体検出器のさらに別の例を示す回路図である。図１２に示すように、ＮＰＮ型の増幅用トランジスタ２０とＰチャネルのＦＥＴ１４とを用いて、磁性体検出器１０を形成している。この磁性体検出器１０では、ＦＥＴ１４と抵抗１６とで定電流回路１２が構成され、増幅用トランジスタ２０のエミッタとベースとの間に半導体磁気抵抗素子１８が接続されている。この磁性体検出器１０では、磁性体を検出したときの出力電圧は、待機時の出力電圧より高くなる。
【００２６】
図１３は、この発明の磁性体検出器の別の例を示す回路図である。図１３に示すように、ＮＰＮ型の増幅用トランジスタ２０とＰチャネルのＦＥＴ１４とを用いた磁性体検出器１０において、ＦＥＴ１４と半導体磁気抵抗素子１８とで定電流回路１２を形成してもよい。このような磁性体検出器１０では、磁性体を検出したときの出力電圧は、待機時の出力電圧より低くなる。
【００２７】
このように、増幅用トランジスタ２０としては、ＰＮＰ型のトランジスタまたはＮＰＮ型のトランジスタのどちらでも使用することができる。また、定電流回路１２に用いられるＦＥＴ１４としては、ＰチャネルのＦＥＴまたはＮチャネルのＦＥＴのどちらでも使用することができる。このように、ＦＥＴ１４を用いた定電流回路１２を用いることにより、電源電圧Ｖｉｎが多少変動しても、その影響を抑えて、正確に磁性体を検出することができる磁性体検出器１０を得ることができる。さらに、チャタリング防止用の抵抗２６を用いることにより、増幅用トランジスタ２０のチャタリングを防止し、正確に磁性体の検出を行うことができる。
【００２８】
図１４は、２つの半導体磁気抵抗素子を用いたこの発明の磁性体検出器の一例を示す回路図である。図１４に示すように、図１に示す磁性体検出器に用いられる定電流回路１２の抵抗１６を半導体磁気抵抗素子２８に代えて、磁性体検出器１０としている。つまり、電源電圧Ｖｉｎに接続される定電流回路１２をＮチャネルのＦＥＴ１４と半導体磁気抵抗素子２８とで形成し、ＮＰＮ型の増幅用トランジスタ２０のベースとエミッタとの間に別の半導体磁気抵抗素子１８を接続することにより、磁性体検出器１０を構成することができる。
【００２９】
この場合、半導体磁気抵抗素子１８，２８のいずれか一方が貫通孔３２に対向するように配置され、磁性体検出用として用いられる。もちろん、これらの半導体磁気抵抗素子１８，２８には、磁石によってバイアス磁界が印加されている。半導体磁気抵抗素子１８が磁性体検出用として用いられる場合、図７の実線に示すように、磁性体を検出したときに高い電圧が出力される。また、半導体磁気抵抗素子２８が磁性体検出用として用いられる場合、図７の点線に示すように、磁性体を検出したときに低い電圧が出力される。このような磁性体検出器１０においても、ＦＥＴ１４のゲートと増幅用トランジスタ２０のベースとの間に、チャタリング防止用の抵抗を接続することにより、出力信号のチャタリングを防止することができる。
【００３０】
このような磁性体検出器１０において、半導体磁気抵抗素子１８を磁性体検出用として用いる場合、半導体磁気抵抗素子１８の両端の電圧Ｖ_MRと増幅用トランジスタ２０の動作電圧（ベース−エミッタ間電圧）Ｖ_BEとの関係は、図１５に示すようになる。つまり、鋼球待機時にはＶ_MRはＶ_BEより低く、鋼球検知時にはＶ_MRはＶ_BEより高くなる。それにより、出力用の抵抗２２において、鋼球待機時の電圧が低く、鋼球検知時の電圧が高くなる。
【００３１】
しかしながら、ＦＥＴ１４の電流Ｉ_dss 、増幅用トランジスタ２０の動作電圧Ｖ_BE、半導体磁気抵抗素子１８，２８の抵抗値、バイアス用磁石の物性値など、各部品の特性にばらつきがあるため、Ｖ_MRとＶ_BEとの関係が上述のような関係を満たさない場合がある。このような場合、貫通孔３２を鋼球４０が通過しても、それを検出することができない。そのため、磁性体検出器１０の良品範囲が狭く、歩留まりが悪くなるという問題があった。そこで、磁性体検出器１０の良品範囲を広くするために、半導体磁気抵抗素子１８，２８と磁石との間の間隔を調整することにより、Ｖ_MRとＶ_BEとの関係を調整することができる。
【００３２】
半導体磁気抵抗素子について、図１６に、半導体磁気抵抗素子とバイアス用磁石との間隔とＫ１との関係を示す。ここで、Ｋ１＝（バイアス用磁石有りの場合の半導体磁気抵抗素子の抵抗値）／（バイアス用磁石なしの場合の半導体磁気抵抗素子の抵抗値）であり、半導体磁気抵抗素子とバイアス用磁石との間隔とＫ１との関係を示した。図１６では、半導体磁気抵抗素子を構成する基板として磁性体基板と非磁性体基板を用いた場合と、バイアス用磁石として希土類磁石であるネオジ磁石とフェライト磁石を用いた場合について、それぞれを組み合わせたときの特性を示した。また、図１６に示す特性について、半導体磁気抵抗素子とバイアス用磁石との間隔が０であるときの各特性を１として、半導体磁気抵抗素子の抵抗値の変化率Ｋを図１７に示した。
【００３３】
さらに、半導体磁気抵抗素子とバイアス用磁石との間隔およびＫ２の関係を図１８に示した。ここで、Ｋ２＝（鋼球通過時の半導体磁気抵抗素子の抵抗値）／（鋼球待機時の半導体磁気抵抗素子の抵抗値）であり、分子、分母ともバイアス用磁石がある場合を示す。このＫ２は、半導体磁気抵抗素子を磁性体検出用として用いたときの素子感度を表している。
【００３４】
磁性体検出器１０を構成する各部品の特性ばらつきにより、図１４に示す磁性体検出器１０の半導体磁気抵抗素子１８の両端電圧Ｖ_MRにもばらつきが生じる。鋼球待機時において、各部品の特性ばらつきにより生じるＶ_MRの最大値をＶ_MAXとし、Ｖ_MRの最小値をＶ_MINとしたとき、各部品の特性ばらつきにかかわらず、確実に鋼球を検知するためには、素子感度Ｋ２がＶ_MAX／Ｖ_MIN 以上であることが必要である。
【００３５】
図１５に示す磁性体検出器１０において、半導体磁気抵抗素子１８の両端電圧Ｖ_MRは、半導体磁気抵抗素子１８の抵抗値ＭＲ１と、半導体磁気抵抗素子１８を流れる電流値Ｉに比例する。この電流値Ｉは、ＦＥＴ１４の電流Ｉ_dss にほぼ比例し、定電流回路１２に用いられる半導体磁気抵抗素子２８の抵抗値ＭＲ２に反比例することとなる。したがって、Ｖ_MRは、次式のように表される。
【００３６】
【数１】
Ｖ_MR∝ＭＲ１・Ｉ∝ＭＲ１・１／ＭＲ２・Ｉ_dss
【００３７】
さらに、増幅用トランジスタ２０の動作電圧Ｖ_BEも、半導体磁気抵抗素子１８の素子感度に比例する。ここで、各部品の特性ばらつきを調べると、基準値をＸとしたとき、ＦＥＴのＩ_dss＝Ｘ±５０％、増幅用トランジスタのＶ_BE＝Ｘ±３％、半導体磁気抵抗素子の抵抗値ＭＲ＝Ｘ±２０％の範囲にある。したがって、半導体磁気抵抗素子１８の素子感度、つまりＶ_MAX／Ｖ_MIN は、次式のようになる。
【００３８】
【数２】
Ｖ_MAX／Ｖ_MIN＝ (1.5・1.2・1.03／0.8)／(0.5・0.8・0.97／1.2)＝7.17
【００３９】
このように、磁性体検出器１０を確実に動作させるためには、半導体磁気抵抗素子１８の素子感度は、７．１７以上であることが必要である。しかしながら、図１８に示すように、非磁性基板上に抵抗層を形成した半導体磁気抵抗素子では、鋼球を検知するＫ２は、最大で１．４程度となっており、確実に動作するための素子感度７．１７に比べてはるかに小さい。そのため、全ての磁性体検出器を良品とすることは不可能である。
【００４０】
そこで、半導体磁気抵抗素子１８，２８とバイアス用磁石との間隔を調整することにより、これらの抵抗値を調整することとした。非磁性基板を用いた半導体磁気抵抗素子とフェライト磁石との間隔を０から１ｍｍまで変えることにより、図１７に示すように、バイアス用磁石の有無による抵抗値の比が、約２０％低下している。つまり、半導体磁気抵抗素子１８，２８のバイアス用磁石の位置を調整することにより、これらの抵抗値をそれぞれ２０％変化させることができることになる。
【００４１】
したがって、特性を改善するためには、半導体磁気抵抗素子１８，２８の抵抗値が上限の場合は、バイアス用磁石との間隔を広げ、抵抗値が下限の場合は、バイアス用磁石との間隔を小さくするように調整すればよい。このような調整により、半導体磁気抵抗素子１８，２８の抵抗値を２０％調整することができ、Ｖ_MAX／Ｖ_MIN を次式のように小さくすることができる。
【００４２】
【数３】
Ｖ_MAX／Ｖ_MIN ＝ 7.17・0.8・0.8・0.8・0.8＝2.94
【００４３】
このように、半導体磁気抵抗素子１８，２８とバイアス用磁石との間隔を調整することにより、磁性体検出器１０を確実に動作させるために必要な素子感度を２．９４以上にすることができる。なお、図１８からわかるように、半導体磁気抵抗素子とバイアス用磁石との間隔を１ｍｍとすることにより、Ｋ２は１．４から１．２に低下しているが、必要な素子感度が７．１７から２．９４と大きく低下しているため、良品範囲を拡大することができ、歩留まりを向上させることができる。
【００４４】
さらに、バイアス用磁石として、希土類磁石を用いることにより、フェライト磁石を用いた場合に比べて、半導体磁気抵抗素子１８，２８に強い磁界を印加することができる。そのため、半導体磁気抵抗素子１８，２８とバイアス用磁石との間隔を調整することにより、半導体磁気抵抗素子１８，２８の抵抗値の調整幅を大きくすることができる。
【００４５】
この点について、図１７からわかるように、希土類磁石であるネオジ磁石を用いた場合、半導体磁気抵抗素子とバイアス用磁石との間隔を０ｍｍから１ｍｍまで変えることによって、抵抗値が約６０％低下している。したがって、半導体磁気抵抗素子１８，２８とバイアス用磁石との間隔を調整することにより、半導体磁気抵抗素子１８，２８の抵抗値を６０％調整することができ、Ｖ_MAX／Ｖ_MIN を次式のように小さくすることができる。
【００４６】
【数４】
Ｖ_MAX／Ｖ_MIN ＝ 7.17・0.4・0.4・0.4・0.4＝0.18
【００４７】
このように、半導体磁気抵抗素子１８，２８とバイアス用磁石との間隔を調整することにより、磁性体検出器１０を確実に動作させるために必要な素子感度を０．１８以上にすることができる。なお、図１８からわかるように、半導体磁気抵抗素子とバイアス用磁石との間隔を１ｍｍとすることにより、Ｋ２は１．４から１．３に低下しているが、必要な素子感度が７．１７から０．１８に低下して１より小さくなっているため、全数良品となるように調整することができる。また、半導体磁気抵抗素子とバイアス用磁石との間隔を１ｍｍにすることにより、Ｋ２の変化は、フェライト磁石を用いた場合の１．４から１．２という変化量より少なく、抵抗値が高くなることから、素子を小型化できるメリットもある。
【００４８】
さらに、半導体磁気抵抗素子１８，２８を形成するための基板として、磁性材料で形成された基板を用いることにより、鋼球が半導体磁気抵抗素子に近づいたときに、バイアス用磁石によって印加される磁界が基板に集中し、半導体磁気抵抗素子の抵抗値を大きく変化させることができる。そのため、非磁性材料で形成された基板を用いた半導体磁気抵抗素子に比べて、Ｋ１，Ｋ２とも向上し、さらに調整が容易となる。
【００４９】
また、２つの半導体磁気抵抗素子１８，２８に、１つの磁石でバイアス磁界を印加してもよい。２つの磁石を用いて２つの半導体磁気抵抗素子１８，２８にバイアス磁界を印加する場合、磁石間の反発力のために磁石の位置を固定しにくく、組み立ての作業性が悪くなる。しかしながら、１つの磁石で２つの半導体磁気抵抗素子１８，２８にバイアス磁界を印加すれば、磁石の固定が容易で、組み立ての作業性をよくすることができる。また、２つの半導体磁気抵抗素子１８，２８を１つの基板上に作製してもよい。この場合、部品数を１つにすることができ、半導体磁気抵抗素子１８，２８の取り扱いが容易となって、組み立ての作業性を良好にすることができるとともに、２つの半導体磁気抵抗素子１８，２８の特性ばらつきを小さくすることができる。
【００５０】
また、バイアス用磁石の位置の調整範囲を自由にして、半導体磁気抵抗素子１８，２８とバイアス用磁石との位置関係を自由に調整できるようにすることにより、Ｋ１，Ｋ２の調整範囲を広げることができ、より細かい調整を行うことができる。
【００５１】
【発明の効果】
この発明によれば、ＦＥＴを用いた定電流回路を用いることにより、電源電圧の変動の影響を受けにくく、電源電圧の許容範囲の広い磁性体検出器を得ることができる。さらに、チャタリング防止用の抵抗を用いることにより、増幅用トランジスタのチャタリングを防止して、正確に磁性体の検出を行うことができる磁性体検出器を得ることができる。
さらに、半導体磁気抵抗素子と、それにバイアス磁界を印加するための磁石との間隔を調整することにより、磁性体検出器の良品率を向上させることができ、製品歩留まりをよくすることができる。特に、バイアス用磁石として、希土類磁石を用いることにより、全ての磁性体検出器が良品となるように調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁性体検出器の一例を示す回路図である。
【図２】図１に示す磁性体検出器を用いた鋼球検出装置の一例を示す図解図である。
【図３】図１に示す磁性体検出器において、電源電圧が変動したときの出力電圧を示す波形図である。
【図４】磁性体検出器の他の例を示す回路図である。
【図５】図４に示す磁性体検出器とチャタリング防止用抵抗を用いていない磁性体検出器との出力電圧を示す波形図である。
【図６】この発明の磁性体検出器の一例を示す回路図である。
【図７】図１に示す磁性体検出器と図６に示す磁性体検出器の出力電圧を示す波形図である。
【図８】磁性体検出器のさらに他の例を示す回路図である。
【図９】この発明の磁性体検出器の他の例を示す回路図である。
【図１０】この発明の磁性体検出器のさらに他の例を示す回路図である。
【図１１】磁性体検出器の別の例を示す回路図である。
【図１２】磁性体検出器のさらに別の例を示す回路図である。
【図１３】この発明の磁性体検出器の別の例を示す回路図である。
【図１４】２つの半導体磁気抵抗素子を用いたこの発明の磁性体検出器の一例を示す回路図である。
【図１５】磁性体検出用の半導体磁気抵抗素子の両端の電圧と増幅用トランジスタの動作電圧との関係を示すグラフである。
【図１６】半導体磁気抵抗素子とバイアス用磁石との間隔およびＫ１の関係を示すグラフである。
【図１７】図１６に示す特性について、半導体磁気抵抗素子とバイアス用磁石との間隔が０のときの各特性を１として、半導体磁気抵抗素子の抵抗値の変化率を示したグラフである。
【図１８】半導体磁気抵抗素子とバイアス用磁石との間隔およびＫ２の関係を示すグラフである。
【図１９】従来の磁性体検出器の一例を示す回路図である。
【図２０】図１９に示す従来の磁性体検出器において、電源電圧が変動したときの出力電圧を示す波形図である。
【符号の説明】
１０磁性体検出器
１２定電流回路
１４ＦＥＴ
１６抵抗
１８半導体磁気抵抗素子
２０増幅用トランジスタ
２２出力用抵抗
２４チャタリング防止用抵抗
２６固定抵抗
２８半導体磁気抵抗素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic material detector, and more particularly to a magnetic material detector used for detecting, for example, a steel ball.
[0002]
[Prior art]
FIG. 19 is a circuit diagram showing an example of a conventional magnetic detector. The magnetic substance detector 1 includes a resistor 2 and a semiconductor magnetoresistive element 3 connected in series. The magnetic detector 1 further includes an NPN amplification transistor 4. The collector of the amplifying transistor 4 is connected to the resistor 2 and the power supply voltage Vin. The emitter of the amplifying transistor 4 is connected to the semiconductor magnetoresistive element 3 and grounded via the output resistor 5. Further, the connection portion between the resistor 2 and the semiconductor magnetoresistive element 3 is connected to the base of the amplifying transistor 4. In the magnetic detector 1, a bias magnetic field is applied to the semiconductor magnetoresistive element 3 by a magnet or the like.
[0003]
In this magnetic detector 1, when the magnetic material approaches the semiconductor magnetoresistive element 3, the magnetic field concentrates on the semiconductor magnetoresistive element disposed between the magnet and the magnetic material, and the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element 3 is reduced. Change. When the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element 3 increases, the voltage applied to the base of the amplifying transistor 4 increases, the current flowing through the amplifying transistor 4 increases, and the output voltage from the resistor 5 increases. Therefore, the magnetic substance can be detected by measuring the output voltage of the resistor 5.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a magnetic detector, when the power supply voltage fluctuates, the voltage applied to the base of the amplifying transistor from the voltage dividing circuit composed of the resistor and the semiconductor magnetoresistive element also fluctuates. Therefore, when the power supply voltage increases, the base potential of the amplifying transistor increases, and the amplifying transistor switches. Further, when the power supply voltage is lowered, there is a problem that the base potential of the amplifying transistor is lowered and the magnetic substance cannot be detected.
[0005]
FIG. 20 is a diagram showing an output waveform with respect to a power supply voltage in a conventional magnetic detector. As can be seen from FIG. 20, in the conventional magnetic substance detector, when the power supply voltage increases, the output voltage increases both during standby and when the magnetic substance is detected. Therefore, when the power supply voltage increases, the standby output exceeds the threshold value, and when the power supply voltage decreases, the output at the time of detecting the magnetic material becomes equal to or less than the threshold value, and the magnetic material cannot be detected. In addition, even when the power supply voltage is slightly lowered, there is a problem that the detection time of the magnetic material is shortened, and malfunction is easily caused by an external magnetic field. Therefore, in the conventional magnetic substance detector, the fluctuation of the power supply voltage can only be allowed about ± 0.1V.
[0006]
Furthermore, there are large variations in the characteristics of each component such as the operating voltage of the amplifying transistor, the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element, and the physical property value of the magnet for applying a bias magnetic field to the semiconductor magnetoresistive element. Due to the characteristics of each component as described above, in the completed magnetic detector, the magnetic substance can be detected and cannot be detected. As described above, the non-defective product range in which the magnetic material can be detected is narrow due to the characteristic variation of each part, and the yield is poor.
[0007]
Therefore, a main object of the present invention is to provide a magnetic substance detector capable of accurately detecting a magnetic substance even when a power supply voltage fluctuates.
Another object of the present invention is to provide a magnetic detector that can widen the non-defective product range in which a magnetic material can be detected even if there is a variation in the characteristics of each component, and that can improve the yield.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  ThisThe invention includes a constant current circuit composed of a semiconductor magnetoresistive element and an FET, a resistor connected in series to the constant current circuit, and a constant current circuit between the base and the emitter or between the base and the collector. An amplifying transistor connected to one side and having a resistor connected between the base and the emitter or the other between the base and the collector.
  thisThe magnetic amplifier includes means for applying a bias magnetic field to the semiconductor magnetoresistive element.
  The present invention also provides a constant current circuit composed of a semiconductor magnetoresistive element and an FET, another semiconductor magnetoresistive element connected in series to the constant current circuit, and the constant current circuit between the base and the emitter. A magnetic detector comprising an amplifying transistor connected to one between the base and the collector and having another semiconductor magnetoresistive element connected between the base and the emitter or the other between the base and the collector It is.
  This magnetic detector includes means for applying a bias magnetic field to the semiconductor magnetoresistive element and another semiconductor magnetoresistive element.
  At this time, it is preferable that a magnet is used as means for applying the bias magnetic field so that the distance between the magnet and the semiconductor magnetoresistive element and the distance between the magnet and another semiconductor magnetoresistive element can be adjusted.
  Moreover, it is preferable to use a rare earth magnet as the magnet.
  Furthermore, the semiconductor magnetoresistive element and the other semiconductor magnetoresistive element can be formed by forming a resistance layer of a semiconductor magnetoresistive material on a magnetic substrate.
  In addition, a magnet for applying a bias magnetic field to the semiconductor magnetoresistive element and another semiconductor magnetoresistive element can be integrally formed.
  Furthermore, the semiconductor magnetoresistive element and the other semiconductor magnetoresistive element can be integrally formed by forming a plurality of resistance layers of a semiconductor magnetoresistive material on the same substrate.
  Further, the positional relationship between the semiconductor magnetoresistive element and the magnet and the positional relationship between another semiconductor magnetoresistive element and the magnet may be freely adjusted.
  In these magnetic substance detectors, it is preferable to connect a chattering preventing resistor between the gate of the FET and the base of the amplifying transistor.
[0009]
By using a constant current circuit that allows a constant current to flow even when the power supply voltage fluctuates, the voltage applied to the base of the amplifying transistor can be kept constant regardless of the fluctuation of the power supply voltage. In this state, when the magnetic material approaches the semiconductor magnetoresistive element, the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element changes, and the voltage dividing ratio of the series circuit of the resistor and the semiconductor magnetoresistive element changes, and is applied to the base of the amplifying transistor. The applied voltage changes. As a result, the current flowing through the amplifying transistor changes.
In order to change the strength of the magnetic field applied to the semiconductor magnetoresistive element by approaching the magnetic body, a bias magnetic field is applied to the semiconductor magnetoresistive element in advance.
By adjusting the distance between the semiconductor magnetoresistive element and the magnet, the bias magnetic field applied to the semiconductor magnetoresistive element changes, and the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element changes. Therefore, the operating range of the magnetic detector can be adjusted by adjusting the distance between the semiconductor magnetoresistive element and the magnet in accordance with the characteristic variation of each component.
By using a rare earth magnet to apply a bias magnetic field to the semiconductor magnetoresistive element, a strong magnetic field can be applied, and by adjusting the gap between the semiconductor magnetoresistive element and the magnet, The resistance value can be changed greatly.
By using a semiconductor magnetoresistive element in which a resistive layer is formed on a magnetic substrate using a semiconductor magnetoresistive material, a bias magnetic field is concentrated on the magnetic substrate when the magnetic substance approaches the semiconductor magnetoresistive element. In addition, the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element can be greatly changed.
Also, by integrally forming a magnet for applying a bias magnetic field to a plurality of semiconductor magnetoresistive elements, there is no repulsion between the magnets, the magnet can be easily fixed, and the assembly workability can be improved. it can.
Furthermore, by forming a plurality of resistance layers of a semiconductor magnetoresistive material on the same substrate and forming a plurality of semiconductor magnetoresistive elements, the number of components can be reduced and workability can be improved. At the same time, variations in characteristics of a plurality of elements can be reduced.
If the positional relationship between the semiconductor magnetoresistive element and the magnet can be freely adjusted, the bias magnetic field applied to the semiconductor magnetoresistive element can be easily adjusted.
Further, by connecting a chattering preventing resistor between the gate of the FET and the base of the amplifying transistor, the reaction of the base potential of the amplifying transistor can be delayed.
[0010]
The above object, other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments of the present invention with reference to the drawings.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Figure 1, MagnetismIt is a circuit diagram which shows an example of a sex body detector. The magnetic body detector 10 includes a constant current circuit 12. The constant current circuit 12 includes, for example, an N-channel FET 14. One end of a resistor 16 is connected to the source of the FET 14. Further, the other end of the resistor 16 is connected to the gate of the FET 14. The drain of the FET 14 is connected to the power supply voltage Vin, and the resistor 16 is connected to one end of the semiconductor magnetoresistive element 18. The semiconductor magnetoresistive element 18 is formed by forming a resistance layer on a substrate with a semiconductor magnetoresistive material such as InSb. The constant current circuit 12 is used to flow a constant current even when the power supply voltage Vin varies.
[0012]
Further, the magnetic detector 10 includes an amplifying transistor 20. As the amplifying transistor 20, for example, an NPN type transistor is used. The collector of the amplifying transistor 20 is connected to the power supply voltage Vin, and the emitter is connected to the other end of the semiconductor magnetoresistive element 18. Further, an intermediate portion between the constant current circuit 12 and the semiconductor magnetoresistive element 18 is connected to the base of the amplifying transistor 20. Further, the emitter of the amplifying transistor 20 is grounded via the output resistor 22.
[0013]
The magnetic body detector 10 is used as a steel ball detector, for example. As shown in FIG. 2, the steel ball detection device 30 includes a substrate 34 in which a through hole 32 is formed, and a case portion 36 is formed adjacent to the through hole 32. In the case portion 36, the semiconductor magnetoresistive element 18 is disposed at a portion facing the through hole 32. Further, a magnet 38 is disposed so as to be in contact with the semiconductor magnetoresistive element 18, and a DC magnetic field is applied to the semiconductor magnetoresistive element 18. Therefore, when the steel ball 40 passes through the through hole 32, the magnetic field concentrates in the semiconductor magnetoresistive element 18 portion, and the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element 18 changes.
[0014]
In this magnetic material detector 10, when the power supply voltage Vin increases, the current flowing through the resistor 16 increases and the voltage input to the gate of the FET 14 increases. For this reason, the resistance value between the drain and the source of the FET 14 increases, and the current flowing therethrough is suppressed. On the contrary, when the power supply voltage is lowered, the current flowing through the resistor 16 is reduced, and the resistance value between the drain and the source of the FET 14 is reduced, so that the current flowing therethrough is increased. In this way, a constant current is supplied from the constant current circuit 12 regardless of the fluctuation of the power supply voltage Vin. Therefore, a constant voltage is applied to the base of the amplifying transistor 20 regardless of fluctuations in the power supply voltage.
[0015]
In this state, when the steel ball passes through the through-hole 32, the steel ball 40 approaches the semiconductor magnetoresistive element 18, and the bias magnetic field concentrates on the semiconductor magnetoresistive element 18 to increase the resistance value. When the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element 18 increases, the voltage applied to the base of the amplifying transistor 20 increases, and the current flowing from the amplifying transistor 20 to the output resistor 22 increases and is obtained from the resistor 22. The output voltage increases. Therefore, the passage of the steel ball 40 can be detected by measuring the output voltage of the resistor 22.
[0016]
FIG. 3 is a diagram showing a waveform of an output voltage with respect to the power supply voltage Vin of the magnetic substance detector 10 shown in FIG. As can be seen from FIG. 3, even when the power supply voltage Vin is increased, there is no change in the output voltage during standby, and only the output voltage during steel ball detection is increased. Thus, in this magnetic substance detector 10, the amplification transistor 20 during standby is not affected by fluctuations in the power supply voltage Vin, and the output voltage from the resistor 22 due to the change in the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element 18. Changes. Even if the power supply voltage Vin varies, the detection time of the steel ball does not change, and the allowable range of the power supply voltage Vin increases. In the experiment, it has been confirmed that the magnetic substance can be detected even when the power supply voltage Vin varies by ± 3V.
[0017]
When the gate of the FET 14 and the base of the amplifying transistor 20 are short-circuited, the switching operation of the amplifying transistor 20 becomes faster with respect to the change in the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element 18. Therefore, when the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element 18 chatters due to the vibration of the magnetic substance that is the detection object, the switching operation of the amplifying transistor 20 is too fast, and the output voltage is also chattered. Therefore, as shown in FIG. 4, a chattering preventing resistor 24 is connected between the gate of the FET 14 and the base of the amplifying transistor 20. By connecting such a resistor 24, the switching operation of the amplifying transistor 20 with respect to a change in the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element 18 can be delayed, and chattering of the output voltage can be prevented.
[0018]
FIG. 5 is a diagram showing the waveform of the output voltage when the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element 18 chatters when the chattering prevention resistor 24 is connected and when it is not connected. As can be seen from FIG. 5, when the resistor 24 is not connected, when the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element 18 chatters, the output voltage also chatters correspondingly. On the other hand, when the resistor 24 is connected, no chattering is observed in the output voltage. Thus, chattering of the output voltage can be suppressed by the chattering preventing resistor 24.
[0019]
  FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of the magnetic detector of the present invention.As shown in FIG. 6, a constant current circuit 12 is formed by the semiconductor magnetoresistive element 18 and the FET 14.Have. In this case, a fixed resistor 26 is connected between the base and emitter of the amplifying transistor 20. Also in such a magnetic substance detector 10, as long as the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element 18 does not change, a constant current can be obtained even if the power supply voltage Vin varies. As the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element 18 increases, the current value of the constant current circuit 12 decreases and the voltage applied to the base of the amplifying transistor 20 decreases. Therefore, the amplification transistor 20 is turned off, and the current flowing through the output resistor 22 is reduced. As a result, the output voltage obtained from the resistor 22 decreases. Therefore, as shown in FIG. 7, the magnetic substance detector 10 shown in FIG. 6 can obtain an output voltage having a polarity opposite to that of the magnetic substance detector 10 shown in FIG. 1. In such a magnetic substance detector 10 as well, a magnetic substance can be detected without being affected by fluctuations in the power supply voltage Vin.
[0020]
  FIG. 8 is a circuit diagram showing still another example of the magnetic substance detector.As shown in FIG. 8, a PNP transistor is used as the amplifying transistor 20, and a P-channel FET is used as the FET 14.Have. In this case, for example, the semiconductor magnetoresistive element 18 is connected to the power supply voltage Vin, and the chattering preventing resistor 24 and the constant current circuit 12 are connected to the semiconductor magnetoresistive element 18 in series. A resistor 16 is connected to the drain of the P-channel FET 14 constituting the constant current circuit 12, and this resistor 14 is connected to the resistor 24 for preventing chattering and the gate of the FET 14. Further, the source of the FET 14 is connected to the output resistor 22. The emitter of the PNP amplification transistor 20 is connected to the power supply voltage Vin, and the collector of the amplification transistor 20 and the output resistor 22 are connected to the source of the FET 14. A connection portion between the semiconductor magnetoresistive element 18 and the resistor 24 is connected to the base of the amplifying transistor 20.
[0021]
Also in such a magnetic substance detector 10, when the power supply voltage Vin fluctuates, the current flowing through the semiconductor magnetoresistive element 18 and the resistor 24 can be made constant by the constant current circuit 12. Therefore, the base potential of the amplifying transistor 20 can be made constant regardless of the fluctuation of the power supply voltage Vin, and the allowable range of the power supply voltage Vin can be widened. In the case of this magnetic substance detector 10, the output voltage obtained when the magnetic substance is detected is higher than the output voltage during standby.
[0022]
  FIG. 9 is a circuit diagram showing another example of the magnetic detector of the present invention.As shown in FIG. 9, in the magnetic detector 10 using the PNP type amplification transistor 20 and the P-channel FET 14, the constant current circuit 12 may be configured by the FET 14 and the semiconductor magnetoresistive element 18. Even in this case, as long as the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element 18 does not change, the current flowing through the resistors 24 and 26 can be made constant even if the power supply voltage Vin fluctuates, and the allowable range of the power supply voltage Vin is widened. be able to. In this magnetic material detector 10, the output voltage obtained when the magnetic material is detected is lower than the output voltage during standby.
[0023]
  FIG. 10 is a circuit diagram showing still another example of the magnetic substance detector of the present invention.As shown in FIG. 10, the magnetic substance detector 10 may be formed using a PNP amplification transistor 20 and an N-channel FET 14. In this magnetic detector 10, the N-channel FET 14 and the semiconductor magnetoresistive element 18 constitute a constant current circuit 12. In such a magnetic material detector 10, the output voltage obtained when the magnetic material is detected is lower than the standby output voltage.
[0024]
  FIG. 11 is a circuit diagram showing another example of the magnetic detector.As shown in FIG. 11, in a magnetic detector 10 using a PNP type amplification transistor 20 and an N-channel FET 14, a constant current circuit 12 is formed by the FET 14 and a resistor 16, and the emitter of the amplification transistor 20 is formed. A semiconductor magnetoresistive element 18 is connected between the base and the baseHave. In such a magnetic material detector 10, the output voltage obtained when the magnetic material is detected is higher than the output voltage during standby.
[0025]
  FIG. 12 is a circuit diagram showing still another example of the magnetic substance detector.As shown in FIG. 12, a magnetic substance detector 10 is formed using an NPN amplification transistor 20 and a P-channel FET 14.Have. In this magnetic substance detector 10, a constant current circuit 12 is constituted by an FET 14 and a resistor 16, and a semiconductor magnetoresistive element 18 is connected between the emitter and base of an amplifying transistor 20. In this magnetic material detector 10, the output voltage when the magnetic material is detected is higher than the output voltage during standby.
[0026]
  FIG. 13 is a circuit diagram showing another example of the magnetic detector of the present invention.As shown in FIG. 13, in the magnetic detector 10 using the NPN amplification transistor 20 and the P-channel FET 14, the constant current circuit 12 may be formed by the FET 14 and the semiconductor magnetoresistive element 18. In such a magnetic substance detector 10, the output voltage when the magnetic substance is detected is lower than the standby output voltage.
[0027]
Thus, as the amplifying transistor 20, either a PNP transistor or an NPN transistor can be used. Further, as the FET 14 used in the constant current circuit 12, either a P-channel FET or an N-channel FET can be used. As described above, by using the constant current circuit 12 using the FET 14, even if the power supply voltage Vin slightly fluctuates, the influence can be suppressed and the magnetic material detector 10 capable of accurately detecting the magnetic material is obtained. be able to. Further, by using the chattering preventing resistor 26, the amplifying transistor 20 can be prevented from chattering and the magnetic substance can be accurately detected.
[0028]
  FIG. 14 is a circuit diagram showing an example of a magnetic detector of the present invention using two semiconductor magnetoresistive elements.As shown in FIG. 14, the resistor 16 of the constant current circuit 12 used in the magnetic detector shown in FIG.is doing. That is, the constant current circuit 12 connected to the power supply voltage Vin is formed by the N-channel FET 14 and the semiconductor magnetoresistive element 28, and another semiconductor magnetoresistive element is provided between the base and the emitter of the NPN amplification transistor 20. By connecting 18, the magnetic substance detector 10 can be configured.
[0029]
In this case, one of the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 is disposed so as to oppose the through hole 32, and is used for detecting a magnetic substance. Of course, a bias magnetic field is applied to these semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 by magnets. When the semiconductor magnetoresistive element 18 is used for detecting a magnetic substance, a high voltage is output when a magnetic substance is detected, as shown by the solid line in FIG. When the semiconductor magnetoresistive element 28 is used for detecting a magnetic material, a low voltage is output when a magnetic material is detected, as shown by the dotted line in FIG. In such a magnetic substance detector 10 as well, chattering of the output signal can be prevented by connecting a chattering preventing resistor between the gate of the FET 14 and the base of the amplifying transistor 20.
[0030]
In such a magnetic substance detector 10, when the semiconductor magnetoresistive element 18 is used for magnetic substance detection, the voltage V across the semiconductor magnetoresistive element 18 is_MRAnd the operating voltage (base-emitter voltage) V of the amplifying transistor 20_BEThe relationship is as shown in FIG. In other words, when waiting for steel balls, V_MRIs V_BELower, V when detecting steel balls_MRIs V_BEGet higher. Thereby, in the output resistor 22, the voltage during standby of the steel ball is low and the voltage during detection of the steel ball is high.
[0031]
However, the current I of the FET 14_dss The operating voltage V of the amplifying transistor 20_BESince there are variations in the characteristics of each component such as the resistance values of the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 and the physical property values of the bias magnet, V_MRAnd V_BEMay not satisfy the above-described relationship. In such a case, even if the steel ball 40 passes through the through hole 32, it cannot be detected. Therefore, there is a problem that the non-defective range of the magnetic substance detector 10 is narrow and the yield is deteriorated. Therefore, in order to widen the non-defective range of the magnetic substance detector 10, the distance between the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 and the magnet is adjusted to obtain V_MRAnd V_BECan be adjusted.
[0032]
As for the semiconductor magnetoresistive element, FIG. 16 shows the relationship between the distance between the semiconductor magnetoresistive element and the bias magnet and K1. Here, K1 = (resistance value of the semiconductor magnetoresistive element when there is a biasing magnet) / (resistance value of the semiconductor magnetoresistive element when there is no biasing magnet), and the semiconductor magnetoresistive element, the biasing magnet, The relationship between the interval and K1 is shown. In FIG. 16, the case where a magnetic substrate and a non-magnetic substrate are used as the substrate constituting the semiconductor magnetoresistive element, and the case where a rare earth magnet neodymium magnet and a ferrite magnet are used as the biasing magnet are combined. When the characteristics were shown. In addition, with respect to the characteristics shown in FIG. 16, each characteristic when the distance between the semiconductor magnetoresistive element and the bias magnet is 0 is 1, and the change rate K of the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element is shown in FIG.
[0033]
Further, FIG. 18 shows the relationship between the distance between the semiconductor magnetoresistive element and the bias magnet and K2. Here, K2 = (resistance value of the semiconductor magnetoresistive element at the time of passing through the steel ball) / (resistance value of the semiconductor magnetoresistive element at the time of waiting for the steel ball). K2 represents the element sensitivity when the semiconductor magnetoresistive element is used for detecting a magnetic substance.
[0034]
Due to the characteristic variation of each component constituting the magnetic detector 10, the voltage V across the semiconductor magnetoresistive element 18 of the magnetic detector 10 shown in FIG._MRVariation also occurs. V generated due to variations in the characteristics of each part during steel ball standby_MRThe maximum value of V_MAXAnd V_MRThe minimum value of V_MINIn order to reliably detect the steel ball regardless of the characteristic variation of each part, the element sensitivity K2 is V_MAX/ V_MIN That is necessary.
[0035]
In the magnetic detector 10 shown in FIG. 15, the voltage V across the semiconductor magnetoresistive element 18_MRIs proportional to the resistance value MR1 of the semiconductor magnetoresistive element 18 and the current value I flowing through the semiconductor magnetoresistive element 18. This current value I is the current I of the FET 14_dss , And in inverse proportion to the resistance value MR 2 of the semiconductor magnetoresistive element 28 used in the constant current circuit 12. Therefore, V_MRIs expressed as follows:
[0036]
[Expression 1]
V_MR∝MR1 / I∝MR1 / 1 / MR2 / I_dss
[0037]
Further, the operating voltage V of the amplifying transistor 20_BEIs also proportional to the element sensitivity of the semiconductor magnetoresistive element 18. Here, when the characteristic variation of each part is examined, when the reference value is X, the FET I_dss= X ± 50%, V of amplification transistor_BE= X ± 3%, and the resistance value MR of the semiconductor magnetoresistive element is in the range of X ± 20%. Therefore, the element sensitivity of the semiconductor magnetoresistive element 18, that is, V_MAX/ V_MIN Is as follows.
[0038]
[Expression 2]
V_MAX/ V_MIN＝ (1.5 ・ 1.2 ・ 1.03 / 0.8) / (0.5 ・ 0.8 ・ 0.97 / 1.2) ＝ 7.17
[0039]
Thus, in order to operate the magnetic detector 10 reliably, the element sensitivity of the semiconductor magnetoresistive element 18 needs to be 7.17 or more. However, as shown in FIG. 18, in the semiconductor magnetoresistive element in which the resistive layer is formed on the nonmagnetic substrate, the K2 for detecting the steel ball is about 1.4 at the maximum, Much smaller than device sensitivity of 7.17. Therefore, it is impossible to make all the magnetic detectors non-defective.
[0040]
Therefore, by adjusting the distance between the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 and the bias magnet, these resistance values are adjusted. By changing the distance between the semiconductor magnetoresistive element using the nonmagnetic substrate and the ferrite magnet from 0 to 1 mm, the ratio of the resistance values with and without the bias magnet is reduced by about 20% as shown in FIG. Yes. That is, by adjusting the positions of the bias magnets of the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28, these resistance values can be changed by 20%, respectively.
[0041]
Therefore, in order to improve the characteristics, when the resistance value of the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 is the upper limit, the interval with the bias magnet is widened, and when the resistance value is the lower limit, the interval with the bias magnet is increased. What is necessary is just to adjust so that it may become small. By such adjustment, the resistance values of the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 can be adjusted by 20%._MAX/ V_MIN Can be reduced as shown in the following equation.
[0042]
[Equation 3]
V_MAX/ V_MIN ＝ 7.17 ・ 0.8 ・ 0.8 ・ 0.8 ・ 0.8 ＝ 2.94
[0043]
As described above, by adjusting the distance between the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 and the bias magnet, the element sensitivity required to reliably operate the magnetic detector 10 can be increased to 2.94 or more. . As can be seen from FIG. 18, by setting the distance between the semiconductor magnetoresistive element and the bias magnet to 1 mm, K2 is reduced from 1.4 to 1.2, but the required element sensitivity is 7. Since it is greatly reduced from 17 to 2.94, the non-defective product range can be expanded and the yield can be improved.
[0044]
Furthermore, by using a rare earth magnet as the biasing magnet, a stronger magnetic field can be applied to the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 than when a ferrite magnet is used. Therefore, the adjustment range of the resistance values of the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 can be increased by adjusting the distance between the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 and the bias magnet.
[0045]
In this regard, as shown in FIG. 17, when a neodymium magnet, which is a rare earth magnet, is used, the resistance value is reduced by about 60% by changing the distance between the semiconductor magnetoresistive element and the bias magnet from 0 mm to 1 mm. ing. Therefore, by adjusting the distance between the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 and the bias magnet, the resistance value of the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 can be adjusted by 60%._MAX/ V_MIN Can be reduced as shown in the following equation.
[0046]
[Expression 4]
V_MAX/ V_MIN = 7.17 ・ 0.4 ・ 0.4 ・ 0.4 ・ 0.4 ＝ 0.18
[0047]
As described above, by adjusting the distance between the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 and the bias magnet, the element sensitivity required for reliably operating the magnetic detector 10 can be set to 0.18 or more. . As can be seen from FIG. 18, by setting the distance between the semiconductor magnetoresistive element and the bias magnet to 1 mm, K2 is reduced from 1.4 to 1.3, but the required element sensitivity is 7. Since it is reduced from 17 to 0.18 and smaller than 1, it can be adjusted so that it becomes a non-defective product. Further, by setting the distance between the semiconductor magnetoresistive element and the bias magnet to 1 mm, the change in K2 is smaller than the change amount of 1.4 to 1.2 when the ferrite magnet is used, and the resistance value is increased. Therefore, there is an advantage that the element can be miniaturized.
[0048]
Further, by using a substrate made of a magnetic material as a substrate for forming the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28, a magnetic field applied by the bias magnet when the steel ball approaches the semiconductor magnetoresistive element. Is concentrated on the substrate, and the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element can be greatly changed. Therefore, both K1 and K2 are improved as compared with the semiconductor magnetoresistive element using the substrate formed of a nonmagnetic material, and the adjustment becomes easier.
[0049]
A bias magnetic field may be applied to the two semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 with a single magnet. When a bias magnetic field is applied to the two semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 using two magnets, it is difficult to fix the position of the magnets due to the repulsive force between the magnets, resulting in poor assembly workability. However, if a bias magnetic field is applied to the two semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 with one magnet, the magnet can be fixed easily and the assembling workability can be improved. Also, the two semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 may be fabricated on one substrate. In this case, the number of parts can be reduced to one, the handling of the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 can be facilitated, the assembly workability can be improved, and the two semiconductor magnetoresistive elements 18, 28 characteristic variation can be reduced.
[0050]
In addition, the adjustment range of the position of the bias magnet can be freely set so that the positional relationship between the semiconductor magnetoresistive elements 18 and 28 and the bias magnet can be freely adjusted, thereby widening the adjustment range of K1 and K2. And finer adjustments can be made.
[0051]
【The invention's effect】
According to the present invention, by using a constant current circuit using an FET, it is possible to obtain a magnetic substance detector that is not easily affected by fluctuations in power supply voltage and has a wide allowable range of power supply voltage. Further, by using a chattering prevention resistor, it is possible to obtain a magnetic substance detector capable of preventing the amplification transistor from chattering and accurately detecting the magnetic substance.
Further, by adjusting the distance between the semiconductor magnetoresistive element and the magnet for applying a bias magnetic field thereto, the yield rate of the magnetic detector can be improved and the product yield can be improved. In particular, by using a rare earth magnet as the biasing magnet, all the magnetic detectors can be adjusted to be good products.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]MagnetismIt is a circuit diagram which shows an example of a sex body detector.
2 is an illustrative view showing one example of a steel ball detection device using the magnetic substance detector shown in FIG. 1; FIG.
3 is a waveform diagram showing an output voltage when a power supply voltage fluctuates in the magnetic substance detector shown in FIG.
[Fig. 4]MagnetismIt is a circuit diagram which shows the other example of a sex body detector.
5 is a waveform diagram showing output voltages of the magnetic material detector shown in FIG. 4 and a magnetic material detector not using a chattering prevention resistor. FIG.
[Fig. 6]Of this inventionMagnetic material detectorOne caseFIG.
7 is a waveform diagram showing output voltages of the magnetic substance detector shown in FIG. 1 and the magnetic substance detector shown in FIG. 6;
[Fig. 8]MagnetismIt is a circuit diagram which shows the further another example of a sex body detector.
FIG. 9Of this inventionMagnetic material detectorOther examplesFIG.
FIG. 10 shows a magnetic detector according to the present invention.Yet another exampleFIG.
FIG. 11MagnetismSex detectorAnother exampleFIG.
FIG.MagnetismIt is a circuit diagram which shows another example of a sex body detector.
FIG. 13Of this inventionMagnetic material detectorAnother exampleFIG.
FIG. 14 uses two semiconductor magnetoresistive elementsOf this inventionMagnetic detectorExampleFIG.
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the voltage at both ends of a semiconductor magnetoresistive element for detecting a magnetic substance and the operating voltage of an amplifying transistor.
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the distance between the semiconductor magnetoresistive element and the bias magnet and K1.
FIG. 17 is a graph showing the rate of change of the resistance value of the semiconductor magnetoresistive element when the characteristic shown in FIG. 16 is set to 1 when the distance between the semiconductor magnetoresistive element and the bias magnet is 0;
FIG. 18 is a graph showing the relationship between the distance between the semiconductor magnetoresistive element and the bias magnet and K2.
FIG. 19 is a circuit diagram showing an example of a conventional magnetic detector.
20 is a waveform diagram showing an output voltage when the power supply voltage fluctuates in the conventional magnetic substance detector shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10 Magnetic detector
12 Constant current circuit
14 FET
16 resistance
18 Semiconductor magnetoresistive element
20 Amplifying transistor
22 Output resistance
24 Resistance for chattering prevention
26 Fixed resistance
28 Semiconductor magnetoresistive element

Claims

A constant current circuit composed of a semiconductor magnetoresistive element and an FET,
A resistor connected in series to the constant current circuit; and
An amplifying transistor in which the constant current circuit is connected to one between a base and an emitter or between a base and a collector, and the resistor is connected to the other between the base and the emitter or between the base and the collector A magnetic detector.

The magnetic detector according to claim 1, further comprising means for applying a bias magnetic field to the semiconductor magnetoresistive element.

A constant current circuit composed of a semiconductor magnetoresistive element and an FET,
Another semiconductor magnetoresistive element connected in series to the constant current circuit; and
The constant current circuit is connected to one between the base and the emitter or between the base and the collector, and the another semiconductor magnetoresistive element is connected to the other between the base and the emitter or between the base and the collector A magnetic detector including an amplification transistor.

4. The magnetic detector according to claim 3, further comprising means for applying a bias magnetic field to the semiconductor magnetoresistive element and the another semiconductor magnetoresistive element.

The magnet is used as the means for applying the bias magnetic field, and the interval between the magnet and the semiconductor magnetoresistive element and the interval between the magnet and the other semiconductor magnetoresistive element can be adjusted. Magnetic material detector.

The magnetic material detector according to claim 5, wherein a rare earth magnet is used as the magnet.

7. The magnetic detector according to claim 5, wherein each of the semiconductor magnetoresistive element and the another semiconductor magnetoresistive element is formed by forming a resistance layer of a semiconductor magnetoresistive material on a magnetic substrate.

8. The magnetism according to claim 5, wherein the magnet for applying a bias magnetic field to the semiconductor magnetoresistive element and the another semiconductor magnetoresistive element is integrally formed. 9. Body detector.

9. The semiconductor magnetoresistive element and the another semiconductor magnetoresistive element are integrally formed by forming a plurality of resistance layers of a semiconductor magnetoresistive material on the same substrate. The magnetic substance detector in any one of.

10. The positional relationship between the semiconductor magnetoresistive element and the magnet and the positional relationship between the other semiconductor magnetoresistive element and the magnet can be freely adjusted. The magnetic substance detector as described.

11. The magnetic detector according to claim 1, wherein a chattering preventing resistor is connected between a gate of the FET and a base of the amplifying transistor.