JP5161505B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

本発明は、対象物の存在や挙動等、特に、対象物の回転移動を検出するための磁気センサに関するものであり、より詳細には、大バルクハウゼンジャンプ現象を利用した磁気センサに関するものである。

従来、大バルクハウゼンジャンプ現象を起こしうる素子、特に、ワイヤ状素子を用いた回転検知用の磁気センサが各種提案されている。

この種の磁気センサの一つとして、例えば、図２に示されているように、回転する中心体１に第１の磁界発生手段２と第２の磁界発生手段３を設置すると共に、中心体１の外周に固定された構造体４に大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子５を設置し、中心体１を通して磁性素子５の信号線６を外部に取り出したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１９４１８２号公報

しかしながら、上記した従来の磁気センサは、モータの回転を検知する場合のように、検出対象としての中心体が回転し、その外周に構造体が固定されている場合には有効であるが、例えば、戸車やドアノブのように中心体が固定され、その外周において検出対象としての構造体が回転する場合には、磁性素子の信号線の取り出しが困難であるといった問題があった。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、磁性素子の信号線の取り出しを容易に行うことができ、固定された中心体の周りを回転する対象物の回転移動を確実に検出することのできる磁気センサを提供することを目的とするものである。

上記した目的を達成するため、本発明は、固定された中心体の周りを回転する対象物の回転移動を検出するための磁気センサであって、前記中心体に設けられ大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子の近傍の前記中心体に設けられ該磁性素子に対して所定の極性の磁界を作用させる第１の磁界発生手段と、前記対象物に設けられ前記磁性素子の少なくとも一端に該対象物と共に近接離間可能なように配置され該一端に近接している時は前記磁性素子に対して前記所定の極性とは反対極性の磁界を作用させる第２の磁界発生手段とを備えており、前記磁性素子がセット状態とリセット状態とに交互に切り換えられるように構成されていることを特徴とする。

そして、前記磁性素子は、前記第１の磁界発生手段の周りに間隔をおいて複数個設けられていてもよい。

また、前記第２の磁界発生手段は、前記第１の磁界発生手段の周りに間隔をおいて複数個設けられていてもよい。

さらに、前記第２の磁界発生手段は、前記磁性素子の両端に近接可能なように該磁性素子を挟む位置に配置されていてもよい。

本発明によれば、固定されている中心体側に磁性素子が設けられているため、中心体の外周に配置された検出対象物が回転する場合であっても、磁性素子の信号線を容易に取り出すことができるため、固定された中心体の周りを回転する対象物の回転移動を確実に検出することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明に係る検出装置を防犯センサに適用した場合について例示して説明する。

まず、本発明の実施の形態に係る防犯センサについて説明するに当り、該防犯センサにおいて使用する大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子（以下、単に「磁性素子」という場合がある）について、一般的に知られているワイヤ状の複合磁性素子を例として、その構造と挙動について説明する。

強磁性体を線引きして細いワイヤにしたものは、その合金組成とともに独特な磁気的性質を持つ。この強磁性体ワイヤにひねり応力を加えると、ワイヤの外周部付近ほど多くひねられ、中心部ほどひねられ方は少なくなり、このため外周部と中心部では磁気特性が異なることとなる。この状態を残留させる加工を施すと、外周部と中心部で磁気特性が異なる強磁性体の磁気ワイヤができる。そして、外周部の磁気特性は、比較的小さな磁界によってその磁化方向を変える。これに対して、中心部は、外周部よりも大きな磁界によってその磁化方向を変える。すなわち、一本の磁気ワイヤの中に比較的磁化され易い磁気特性を持つ外周部と、磁化されにくい中心部という２種類の異なった磁気特性を持つ複合磁性体が形成されている。この複合磁気ワイヤは、一軸異方性である。ここでは、外周部をソフト層、中心部をハード層と呼び、このような複合磁気ワイヤを、ワイヤ状の複合磁性素子と称する。

この複合磁気ワイヤのハード層及びソフト層は、初期的には、どのような方向に磁化されているか定まっておらず、バラバラな磁化状態にある。この複合磁気ワイヤの長手方向、つまり軸線方向と平行に、ハード層の磁化方向を反転させるのに十分な外部磁界をかけると、ソフト層は、当然のこと、ハード層も磁化され同じ磁化方向にそろう。次に、ソフト層だけを磁化できるような外部磁界を、前とは逆方向にかける。その結果、複合磁気ワイヤのソフト層とハード層とでは磁化されている方向が逆であるという磁化状態ができる。一軸異方性であるから、この状態で外部磁界を取り去ってもソフト層の磁化方向は、ハード層の磁化に押さえられていて磁化状態は安定している。このときの外部磁界をセット磁界と呼ぶ。次に、セット磁界と反対方向の外部磁界をかけてこの磁界を増加させる。外部磁界の強さがある臨界強度を越すと、ソフト層の磁化方向は急激に反転する。この磁界を、臨界磁界と呼ぶ。このときの反転現象は、雪崩をうつようにソフト層の磁壁が移動し反応が起きる。この結果、ソフト層とハード層の磁化方向は同じとなり最初の状態に戻る。外部磁界は臨界磁界よりも大きな磁界をかけておく。この磁界を、リセット磁界と呼ぶ。この雪崩をうつように磁壁が移動する現象を大バルクハウゼンジャンプという。磁壁の速度（磁束密度の変化）は、この大バルクハウゼンジャンプのみに依存していて外部磁界には無関係である。

以上、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子について、ワイヤ状の磁性素子を例に挙げて説明してきたが、本発明においては、このようなワイヤ状の複合磁性素子に限らず、同様の挙動を示す他の種々な磁性素子を使用することができる。また、前述した複合磁性素子は、ハード層とソフト層とを有するものであったが、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子としては、このようなハード層とソフト層との複合層を有していないような磁性素子でも可能である。例えば、特開平４−２１８９０５号公報に開示されているような薄膜形成技術を使用することにより、薄膜状の磁性体を形成し、これを、薄膜状の磁性素子として使用することもできる。また、この磁性素子は、厚膜状でも板状でもよい。したがって、ここでいう大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子は、前述したような挙動を示す種々な磁性素子のすべてを含むものである。

次に、図１を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。ここで、図１は、本発明の実施の形態に係る磁気センサの構成を示す概略図である。

図１に示されているように、本実施の形態に係る磁気センサ１０は、固定された中心体１１の周りを回転する対象物１２の回転移動を検出するためのセンサであり、中心体１１には大バルクハウゼンジャンプを起こしうるワイヤ状磁性素子１３が設けられている。このワイヤ状磁性素子１３には、検出手段としてのピックアップコイル１４が巻回されており、このピックアップコイル１４からの信号線１５は中心体１１を通って外部に取り出されるようになっている。

中心体１１には、磁性素子１３の近傍に第１の磁界発生手段としての棒状の永久磁石１６が中心軸に沿って配置されており、この永久磁石１６は磁性素子１３に対して所定の極性の磁界を作用させるようになっている。この中心体１１は、プラスチック材料で形成されてもよいし、永久磁石化しうる磁気材料で形成されてもよい。そして、中心体１１がプラスチック材料により形成される場合、棒状の永久磁石１６は、その成形時に、その中心体１１内に埋設されるようにモールド成形されるとよい。また、中心体１１が磁気材料により形成される場合には、この中心体１１を磁化することによって、この永久磁石１６を備えるようにしてもよい。

一方、対象物１２には、上下に間隔を置いて配置された１対のアーム１７に支持された第２の磁界発生手段としての１対の円板状永久磁石１８が設けられている。この円板状の永久磁石１８は、磁性素子１３の上下両端に近接可能なように該磁性素子１３を上下に挟む位置に配置されており、磁性素子１３の両端に近接している時は該磁性素子１３に対して前記所定の極性とは反対極性の磁界を作用させるようになっている。

なお、この円板状の永久磁石１８も、上記した棒状の永久磁石１６と同様に、アーム１７がプラスチック材料等で一体成形される際に、アーム１７内に埋設されるように成形されてもよい。また、本実施の形態では、第１の磁界発生手段としての永久磁石１６は、磁性素子１３に対して大バルクハウゼンジャンプ現象が起きる反対方向のセット磁界を及ぼすような極性とされており、第１の磁界発生手段としての永久磁石１６は、磁性素子１３に対して大バルクハウゼンジャンプ現象が起きる方向のリセット磁界を及ぼすような極性とされているが、本発明は、これに限定されるものではなく、第１の磁界発生手段としての永久磁石１６がリセット磁界を及ぼし、第２の磁界発生手段としての永久磁石１８がセット磁界を及ぼすようにしてもよい。このように、セット、リセットを入れ替えた場合には、ピックアップコイル１４を通して発生されるパルスの発生タイミングが異なってくる。

次に、本発明の実施の形態に係る磁気センサ１０の動作について説明する。

対象物１２が中心体１１の周りを回転する時、セット磁界を及ぼす棒状永久磁石１６と磁性素子１３との距離は常に一定であり、磁性素子１３には、セット磁界が常時作用している。また、この時、円板状永久磁石１８が磁性素子１３の上下両端を近接通過する毎に、リセット磁界が周期的または非周期的に磁性素子１３に作用する。したがって、磁性素子１３には、対象物１２の回転に伴い、セット磁界とリセット磁界とが交互に作用させられ、リセット磁界の作用するタイミングで、磁性素子１３に大バルクハウゼンジャンプが生じて、ピックアップコイル１４を通してパルスが発生されることになる。したがって、これらパルスの発生タイミングにより、対象物１２の回転速度、回転数、回転位置などを感知することができる。

このように上記した実施の形態に係る磁気センサ１０によれば、固定されている中心体１１側に磁性素子１３が設けられているため、例えば、戸車やドアノブのように中心体１１の外周に配置された検出対象物１２が回転する場合であっても、磁性素子１３の信号線１５を容易に取り出すことができるため、固定された中心体１１の周りを回転する対象物１２の回転移動を確実に検出することができる。

なお、上記した実施の形態では、１個の磁性素子１３と上下一対の第２の磁界発生手段としての永久磁石１８を設けているが、これは単なる例示に過ぎず、磁性素子１３を第１の磁界発生手段としての永久磁石１６の周りに間隔をおいて複数個配置したり、或いは、第２の磁界発生手段としての永久磁石１８の対を第１の磁界発生手段としての永久磁石１６の周りに間隔をおいて複数個配置したりしてもよい。これにより、磁気センサ１０の外径を増すことなく、検出分解能を上げることができる。

また、上記した実施の形態では、第２の磁界発生手段としての永久磁石１８が、磁性素子１３の上下端を近接通過しうるように、上下１対に配置しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、磁性素子１３の長さが比較的に短いような場合には、第２の磁界発生手段としての永久磁石１８は、磁性素子１３の上端又は下端に対してのみ設けるようにしてもよいし、永久磁石１８を複数個配列する場合には、上端及び下端に対して交互に配置するようにしてもよい。

さらに、上記した実施の形態では、磁性素子１３として、ワイヤ状磁性素子を使用しているが、上記したように、本発明は、これに限らず、種々な形の磁性素子を使用することができ、例えば、薄膜状、厚膜状または板状の磁性素子を使用することもできる。このように、磁性素子として薄膜状、厚膜状または板状の磁性素子を使用した場合には、ピックアップコイル１４も平面コイルとすることもできる。さらにまた、上記したような磁性素子に代えて、単層の磁性素子を使用することもできる。

さらに、上記した実施の形態においては、磁界発生手段としての磁石は、永久磁石としているが、これは、電磁石など、他の同様の手段に置き換えることができる。さらにまた、検出手段は、ピックアップコイル１４に限定されるものではなく、ホール素子、ＭＲ素子、共振回路等、他の同様の手段に置き換えることができる。

本発明の実施の形態に係る磁気センサの構成を示す概略図である。 従来の磁気センサの構成を示す概略図である。

符号の説明

１０ 磁気センサ
１１ 中心体
１２ 対象物
１３ 磁性素子
１６ 永久磁石（第１の磁界発生手段）
１８ 永久磁石（第２の磁界発生手段）

Claims (4)

1. 固定された中心体の周りを回転する対象物の回転移動を検出するための磁気センサであって、
   前記中心体に設けられ大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子の近傍の前記中心体に設けられ該磁性素子に対して所定の極性の磁界を作用させる第１の磁界発生手段と、前記対象物に設けられ前記磁性素子の少なくとも一端に該対象物と共に近接離間可能なように配置され該一端に近接している時は前記磁性素子に対して前記所定の極性とは反対極性の磁界を作用させる第２の磁界発生手段とを備えており、前記磁性素子がセット状態とリセット状態とに交互に切り換えられるように構成されていることを特徴とする磁気センサ。
2. 前記磁性素子は、前記第１の磁界発生手段の周りに間隔をおいて複数個設けられている請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記第２の磁界発生手段は、前記第１の磁界発生手段の周りに間隔をおいて複数個設けられている請求項１又は２に記載の磁気センサ。
4. 前記第２の磁界発生手段は、前記磁性素子の両端に近接可能なように該磁性素子を挟む位置に配置されている請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の磁気センサ。
   

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