JP4945886B2

JP4945886B2 - 位置検出センサ

Info

Publication number: JP4945886B2
Application number: JP2004122572A
Authority: JP
Inventors: 孔明藤田; 孝士川井; 幹啓大島
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2024-04-19
Also published as: JP2005308432A

Description

本発明は、特に、非接触式の位置検出センサに関するものである。

従来のこの種の位置検出センサは、図７に示されるような構成を有していた。

図７は従来の位置検出センサの斜視図である。

図７において、１は厚さ方向に着磁された磁石である。２は長さ方向の位置によって幅が異なる二等辺三角形状のパーマロイからなる磁性体で、前記磁石１の上面に載置されている。３は絶縁物からなる軸で、この軸３は前記磁石１を上面に載置するとともに、側面に溝部４を設けている。５は絶縁物からなる摺動子で、この摺動子５は内側面に凸部６を設けており、この凸部６を前記軸３における溝部４に嵌合させた状態で、軸３の長手方向に摺動させるようにしている。７は磁電変換部で、この磁電変換部７は前記摺動子５の上面に載置されるとともに、磁性体２の幅に合わせた磁力の変化を検出している。また、前記磁電変換部７にはリード線８を接続しており、このリード線８を相手側コンピュータ（図示せず）に接続している。

以上のように構成された従来の位置検出センサについて、次に、その動作を説明する。

摺動子５に載置した磁電変換部７に対して軸３が軸３の長手方向に移動すると、軸３の上面に二等辺三角形状の磁性体２が設けられているため、磁電変換部７に対する磁界の強さが変化する。そして、この磁界の強さの変化を磁電変換部７により電圧の変化に変換し、リード線８を介して相手側コンピュータ等（図示せず）に出力し、摺動子５の変位を検出するものである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平５−２６４３２６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、長期にわたって位置検出センサを使用すると、絶縁物からなる軸３における溝部４と摺動子５における凸部６とが摺動磨耗することにより発生する磨耗粉が磁性体２の上面に付着することになり、これにより、磨耗粉の付着した箇所の磁力が減少するため、位置検出センサの出力信号の直線性が劣化してしまうという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、長期にわたって使用しても出力信号の直線性が劣化するということはなく、耐久性を向上させることができる位置検出センサを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、基板と、この基板における長手方向の一端側の上面に設けた電源電極およびＧＮＤ電極と、前記基板における長手方向の他端側の上面に設けた位置検出電極と、前記基板の上面に設けられるとともに一端が電源電極に電気的に接続されかつ他端が位置検出電極に電気的に接続された第１の磁気抵抗素子と、前記基板の上面に設けられるとともに一端がＧＮＤ電極に電気的に接続されかつ他端が位置検出電極に電気的に接続された第２の磁気抵抗素子と、前記基板における第１の磁気抵抗素子および第２の磁気抵抗素子の双方の一部に対向する位置に設けられるとともに基板の長手方向に基板と平行に移動するように設けられた磁石とを備え、前記磁石の両端に設けた一対の磁性体腕部により永久磁石の磁力線を基板における矩形形状に構成した第１の磁気抵抗素子および第２の磁気抵抗素子における一対の磁性体腕部が対向する箇所に各々集磁させ、対向する箇所の抵抗値を変化させることにより、前記電源電極と位置検出電極との間の抵抗値と位置検出電極とＧＮＤ電極との間の抵抗値との比が、磁石の移動方向に従って順次増加するか、あるいは減少する構成としたもので、この構成によれば、前記磁石の両端に設けた一対の磁性体腕部により永久磁石の磁力線を基板における矩形形状に構成した第１の磁気抵抗素子および第２の磁気抵抗素子における一対の磁性体腕部が対向する箇所に各々集磁させ、対向する箇所の抵抗値を変化させることにより、前記電源電極と位置検出電極との間の抵抗値と位置検出電極とＧＮＤ電極との間の抵抗値との比が、磁石の移動方向に従って順次増加するか、あるいは減少する構成としているため、磁石の移動方向に従って位置検出電極からの出力信号は直線的に変化することになり、これにより、位置を正確に検出できるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の位置検出センサは、基板と、この基板における長手方向の一端側の上面に設けた電源電極およびＧＮＤ電極と、前記基板における長手方向の他端側の上面に設けた位置検出電極と、前記基板の上面に設けられるとともに一端が電源電極に電気的に接続されかつ他端が位置検出電極に電気的に接続された第１の磁気抵抗素子と、前記基板の上面に設けられるとともに一端がＧＮＤ電極に電気的に接続されかつ他端が位置検出電極に電気的に接続された第２の磁気抵抗素子と、前記基板における第１の磁気抵抗素子および第２の磁気抵抗素子の双方の一部に対向する位置に設けられるとともに基板の長手方向に基板と平行に移動するように設けられた磁石とを備え、前記磁石の両端に設けた一対の磁性体腕部により永久磁石の磁力線を基板における矩形形状に構成した第１の磁気抵抗素子および第２の磁気抵抗素子における一対の磁性体腕部が対向する箇所に各々集磁させ、対向する箇所の抵抗値を変化させることにより、前記電源電極と位置検出電極との間の抵抗値と位置検出電極とＧＮＤ電極との間の抵抗値との比が、磁石の移動方向に従って順次増加するか、あるいは減少する構成としたもので、この構成によれば、前記磁石の両端に設けた一対の磁性体腕部により永久磁石の磁力線を基板における矩形形状に構成した第１の磁気抵抗素子および第２の磁気抵抗素子における一対の磁性体腕部が対向する箇所に各々集磁させ、対向する箇所の抵抗値を変化させることにより、前記電源電極と位置検出電極との間の抵抗値と位置検出電極とＧＮＤ電極との間の抵抗値との比が、磁石の移動方向に従って順次増加するか、あるいは減少する構成としているため、磁石の移動方向に従って位置検出電極からの出力信号は直線的に変化することになり、これにより、位置を正確に検出できる位置検出センサを提供することができるという優れた効果を奏するものである。

以下、一実施の形態を用いて、本発明の請求項１〜７に記載の発明について説明する。

図１は本発明の一実施の形態における位置検出センサの斜視図、図２は同位置検出センサの側断面図、図３は同位置検出センサにおける基板の上面図である。

図１〜図３において、１１はシリコンからなる長方形形状の基板で、この基板１１の長手方向の一端側の上面には電源電極１２およびＧＮＤ電極１３を設け、かつこの基板１１の長手方向の他端側の上面には位置検出電極１４を設けている。また、前記基板１１の上面には基板１１の長手方向と垂直な方向の長さが電源電極１２から位置検出電極１４に向かって長手方向に移動するに従って順次減少する矩形形状の巨大磁気抵抗素子からなる第１の磁気抵抗素子１５を設けている。さらに、前記基板１１の上面には長手方向と垂直な方向の長さが電源電極１２から位置検出電極１４に向かって長手方向に移動するに従って順次増加する矩形形状の巨大磁気抵抗素子からなる第２の磁気抵抗素子１６を設けている。そして、基板１１の長手方向と垂直な方向の第１の磁気抵抗素子１５と第２の磁気抵抗素子１６との面積の総和は常に略一定となるように構成されている。

上記構成において、前記第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６は矩形形状に構成しているため、第１の磁気抵抗素子１５の抵抗値と第２の磁気抵抗素子１６の抵抗値の総和は大きくなり、これにより、位置検出センサの消費電力を低く抑えることができるというものである。

１７は永久磁石で、この永久磁石１７は前記基板１１の上面に位置して設けられるとともに、基板１１における長手方向に移動するように構成されており、さらに、図４に示すように、前記第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６の飽和磁界以上で動作させるような磁力線を供給できる磁力を有している。また、前記永久磁石１７の長さは前記基板１１における長手方向と垂直な方向の幅の長さと略同一の寸法になるように構成されている。そしてまた、前記永久磁石１７の両端には一対の磁性体腕部１８を設けており、かつこの磁性体腕部１８は、永久磁石１７の磁力線を基板１１における第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６に向かって集磁するものである。

上記したように、永久磁石１７の両端には磁性体腕部１８を設けているため、この磁性体腕部１８により、永久磁石１７から発生する磁力線を第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６に集中させることができ、これにより、位置検出センサの出力感度を向上させることができるものである。

１９はスライド部材で、このスライド部材１９は前記永久磁石１７および磁性体腕部１８を基板１１における長手方向に移動させるものである。

そして、前記第１の磁気抵抗素子１５における永久磁石１７の移動方向と垂直な方向の長さと永久磁石１７の移動距離との関係式は（数１）のように表わされる。

また、前記第２の磁気抵抗素子１６における永久磁石１７の移動方向と垂直な方向の長さと永久磁石１７の移動距離との関係式は（数２）のように表わされる。

前記第１の磁気抵抗素子１５と第２の磁気抵抗素子１６は同形状であり、かつ基板１１の中心に対して点対称に設けられている。

そして、上記構成においては、電源電極１２と位置検出電極１４との間の抵抗値と位置検出電極１４とＧＮＤ電極１３との間の抵抗値との比が永久磁石１７の移動方向に従って順次増加するか、あるいは減少する構成としているため、永久磁石１７の移動方向に従って位置検出電極１４からの出力信号は直線的に変化することになり、これにより、位置を正確に検出することができるものである。

以上のように構成された本発明の一実施の形態における位置検出センサについて、次にその組立方法を説明する。

まず、シリコンからなる基板１１の上面に巨大磁気抵抗素子からなる第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６を矩形形状（折り返し回数は２０回）に蒸着により形成する。

この場合、第１の磁気抵抗素子１５における前記永久磁石１７の移動方向と垂直な方向の長さは永久磁石１７の移動方向に従って順次減少させ、一方、第２の磁気抵抗素子１６における前記永久磁石１７の移動方向と垂直な方向の長さは永久磁石１７の移動方向に従って順次増加させるようにしているもので、このようにすることにより、電源電極１２と位置検出電極１４との間の抵抗値と位置検出電極１４とＧＮＤ電極１３との間の抵抗値との比が永久磁石１７の移動方向に従って順次増加する構成が基板１１に第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６を蒸着するだけで容易に得られるものである。

次に、Ａｇからなる電源電極１２、ＧＮＤ電極１３および位置検出電極１４を蒸着により形成する。

最後に、前記基板１１の上方に位置して、永久磁石１７および磁性体腕部１８がスライド部材１９により、基板１１の長手方向に平行に移動するように組み付ける。

以上のようにして組立てられた位置検出センサについて、以下にその動作を図面を参照しながら説明する。

スライド部材１９とともに永久磁石１７が基板１１における長手方向に略平行移動すると、第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６と永久磁石１７との位置関係が変化し、第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６において永久磁石１７による磁界が作用する位置が変化する。このとき、第１の磁気抵抗素子１５において永久磁石１７より生じる磁界が作用する面積と、第２の磁気抵抗素子１６において永久磁石１７より生じる磁界が作用する面積とが変化するため、位置検出電極１４とＧＮＤ電極１３との間の抵抗値と電源電極１２と位置検出電極１４との間の抵抗値との比は変化することになり、これにより位置検出電極１４に（数３）に表される電圧が発生する。

また、第１の磁気抵抗素子１５と第２の磁気抵抗素子１６は同形状で、かつシリコンからなる基板１１の中心を中心として点対称に配設されているため、第１の磁気抵抗素子１５において永久磁石１７の磁界が作用する面積Ｓｍ１と、第２の磁気抵抗素子１６において永久磁石１７の磁界が作用する面積Ｓｍ２との総和は、永久磁石１７が基板１１の長手方向に移動する移動距離に関わらず常に一定値となるものである。

そしてまた、第１の磁気抵抗素子１５において永久磁石１７の磁界が作用する面積Ｓｍ１は永久磁石１７の移動距離ｘを用いると（数４）のように示される。

さらに、第２の磁気抵抗素子１６において永久磁石１７の磁界が作用する面積Ｓｍ２は永久磁石１７の移動距離ｘを用いると（数５）のように示される。

そして、出力電圧Ｖｏｕｔは永久磁石１７の移動距離ｘを用いると（数６）のように示される。

このようにして、位置検出センサの出力特性は、図５に示すようなものが得られるものである。

上記した本発明の一実施の形態における位置検出センサにおいては、第１の磁気抵抗素子１５において永久磁石１７より生じる磁界が作用する面積と、第２の磁気抵抗素子１６において永久磁石１７より生じる磁界が作用する面積との総和が永久磁石１７の移動距離に関わらず常に略一定となるように構成しているため、第１の磁気抵抗素子１５と第２の磁気抵抗素子１６との抵抗値の総和は安定することになり、これにより、第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６における永久磁石１７の移動方向と垂直な方向の長さの変化に比例して出力信号が変化するため、出力信号の直線性がさらに安定するという効果が得られるものである。

また、位置検出センサを長期にわたって使用した場合、磁性体腕部１８とスライド部材１９との間の摺動磨耗により、その磨耗粉が基板１１における第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６の上面に飛散して付着することになるが、本発明の一実施の形態における位置検出センサにおいては、第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６の双方を飽和磁界付近で動作させるように構成しているため、磨耗粉が第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６の上面に付着しても、第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６の抵抗値が変動するということはなく、これにより、第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６からの出力信号は安定するため、長期にわたって使用しても、出力信号の直線性は安定したものが得られるという効果を有するものである。

なお、上記本発明の一実施の形態における位置検出センサにおいては、第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６を矩形形状に構成したものについて説明したが、図６に示すように、第１の磁気抵抗素子２０および第２の磁気抵抗素子２１を四辺形状に構成しても、上記本発明の一実施の形態と同様の効果を有するものである。

また、上記本発明の一実施の形態における位置検出センサにおいては、第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６における永久磁石１７の移動方向と垂直な方向の長さを永久磁石１７の移動方向に従って順次増加あるいは減少させる構成としているが、第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６の膜厚を変化させることにより、第１の磁気抵抗素子１５および第２の磁気抵抗素子１６の抵抗値を基板１１の長手方向の位置により変化させる構成にした場合でも、上記本発明の一実施の形態と同様の効果を有するものである。

そしてまた、上記本発明の一実施の形態における位置検出センサにおいては、第１の磁気抵抗素子１５における前記永久磁石１７の移動方向と垂直な方向の長さを永久磁石１７の移動方向に従って順次減少させるとともに、第２の磁気抵抗素子１６における前記永久磁石１７の移動方向と垂直な方向の長さを永久磁石１７の移動方向に従って順次増加させるように構成しているが、これとは逆に、第１の磁気抵抗素子１５における前記永久磁石１７の移動方向と垂直な方向の長さを永久磁石１７の移動方向に従って順次増加させるとともに、第２の磁気抵抗素子１６における前記永久磁石１７の移動方向と垂直な方向の長さを永久磁石１７の移動方向に従って順次減少させるように構成した場合でも、上記本発明の一実施の形態と同様の効果を有するものである。

本発明の位置検出センサは、長期にわたって使用しても出力信号の直線性が安定し、耐久性が向上するという効果を有し、非接触式の位置検出センサとして有用である。

本発明の一実施の形態における位置検出センサの斜視図同位置検出センサの側断面図同位置検出センサにおける基板の上面図同位置検出センサにおける第１の磁気抵抗素子および第２の磁気抵抗素子の特性図同位置検出センサにおける出力電圧の特性図本発明の他の実施の形態を示す位置検出センサにおける基板の上面図従来の位置検出センサの斜視図

１１基板
１２電源電極
１３ＧＮＤ電極
１４位置検出電極
１５，２０第１の磁気抵抗素子
１６，２１第２の磁気抵抗素子
１７永久磁石（磁石）
１８磁性体腕部

Claims

基板と、この基板における長手方向の一端側の上面に設けた電源電極およびＧＮＤ電極と、前記基板における長手方向の他端側の上面に設けた位置検出電極と、前記基板の上面に設けられるとともに一端が電源電極に電気的に接続されかつ他端が位置検出電極に電気的に接続された第１の磁気抵抗素子と、前記基板の上面に設けられるとともに一端がＧＮＤ電極に電気的に接続されかつ他端が位置検出電極に電気的に接続された第２の磁気抵抗素子と、前記基板における第１の磁気抵抗素子および第２の磁気抵抗素子の双方の一部に対向する位置に設けられるとともに基板の長手方向に基板と平行に移動するように設けられた磁石とを備え、前記磁石の両端に設けた一対の磁性体腕部により永久磁石の磁力線を基板における矩形形状に構成した第１の磁気抵抗素子および第２の磁気抵抗素子における一対の磁性体腕部が対向する箇所に各々集磁させ、対向する箇所の抵抗値を変化させることにより、前記電源電極と位置検出電極との間の抵抗値と位置検出電極とＧＮＤ電極との間の抵抗値との比が、磁石の移動方向に従って順次増加するか、あるいは減少する構成とした位置検出センサ。