JP5875947B2 - Magnetic sensor device - Google Patents
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Description
本発明は、磁気センサ装置に関する。 The present invention relates to a magnetic sensor device.
従来の技術として、検出対象に取付けられ平面上で一定の半径内で移動する移動磁石と、移動磁石の位置変化による磁気ベクトルの変化を検出する磁気センサと、を備え、磁気センサが、基板上に形成された複数の異方性磁気抵抗素子とバイアス磁石とを備えてパッケージされている磁気式座標位置検出装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 As a conventional technique, a moving magnet that is attached to a detection target and moves within a certain radius on a plane, and a magnetic sensor that detects a change in a magnetic vector due to a change in the position of the moving magnet are provided. There is known a magnetic coordinate position detection device packaged with a plurality of anisotropic magnetoresistive elements and bias magnets formed in (see, for example, Patent Document 1).
この磁気式座標位置検出装置は、磁気センサが、基板上に形成された複数の異方性磁気抵抗素子とバイアス磁石と共にパッケージングして形成されているので、感度を高くすることができる。 In this magnetic coordinate position detection apparatus, since the magnetic sensor is formed by packaging together with a plurality of anisotropic magnetoresistive elements and bias magnets formed on the substrate, the sensitivity can be increased.
しかし、従来の磁気式座標位置検出装置は、感度を悪化させないように小型化するためには、バイアス磁石が小型化されると共に、小型化される前と同等の磁場を生成する必要があり、困難であった。 However, in order to reduce the size of the conventional magnetic coordinate position detection device so as not to deteriorate the sensitivity, it is necessary to reduce the size of the bias magnet and to generate a magnetic field equivalent to that before the size reduction. It was difficult.
従って、本発明の目的は、操作の切替位置を精度良く検出すると共に小型化することができる磁気センサ装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetic sensor device that can accurately detect the operation switching position and can be miniaturized.
本発明の一態様は、第1の検出面における磁気ベクトルの方向に基づいて磁気抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子を有する第1の磁気センサと、第1の検出面を含む第1の平面に、第1の磁気センサに面する第1の面の中心を投影して得られた直線から第1の磁気センサの素子中心までの距離が、直線を法線とする第2の平面と交わる第1の磁気センサ側の第1の側面から中心までの距離よりも長くなるように検出対象物に取り付けられ、第1の平面に放射状の磁気ベクトルを発生させる第1の磁気ベクトル発生部と、第1の磁気ベクトル発生部の第1の側面から突出するように設けられ、第1の側面側の幅が、第1の側面の幅よりも短く、第1の磁気ベクトル発生部のみの場合と比べて広がりが抑制された磁気ベクトルを第1の検出面に発生させる第2の磁気ベクトル発生部と、直線を対称軸とする、第1の磁気センサの線対称の位置に設けられ、第1の平面に含まれる第2の検出面における磁気ベクトルの方向に基づいて磁気抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子を有する第2の磁気センサと、第1の磁気ベクトル発生部の第1の側面の反対側の第2の側面から突出するように設けられ、第2の側面側の幅が、第2の側面の幅よりも短く、第1の磁気ベクトル発生部のみの場合と比べて広がりが抑制された磁気ベクトルを第2の検出面に発生させる第3の磁気ベクトル発生部と、を備えた磁気センサ装置を提供する。 One embodiment of the present invention includes a first magnetic sensor having a plurality of magnetoresistive elements whose magnetoresistance values change based on the direction of a magnetic vector on the first detection surface, and a first detection surface including the first detection surface. The distance from the straight line obtained by projecting the center of the first surface facing the first magnetic sensor onto the plane is the second plane whose normal is the straight line. A first magnetic vector generator that is attached to the detection target so as to be longer than the distance from the first side surface on the side of the intersecting first magnetic sensor to the center, and generates a radial magnetic vector on the first plane; The first magnetic vector generation unit is provided so as to protrude from the first side surface, and the first side surface side is shorter than the first side surface width, and only the first magnetic vector generation unit is provided. The magnetic vector whose spread is suppressed compared to the first detection surface A second magnetic vector generation unit for antibody, a straight line axis of symmetry, provided at a position axisymmetric to the first magnetic sensor, the direction of magnetic vectors in the second detection surface included in a first plane A second magnetic sensor having a plurality of magnetoresistive elements whose magnetoresistance values change based on the second magnetic sensor, and a second magnetic sensor that protrudes from the second side opposite to the first side of the first magnetic vector generator, The third side surface generates a magnetic vector whose width on the second side surface is shorter than the width of the second side surface and whose spread is suppressed compared to the case of only the first magnetic vector generation unit on the second detection surface. And a magnetic vector generator .
本発明によれば、操作の切替位置を精度良く検出すると共に小型化することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately detect the operation switching position and reduce the size.
(実施の形態の要約)
実施の形態に係る磁気センサ装置は、第1の検出面における磁気ベクトルの方向に基づいて磁気抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子を有する第1の磁気センサと、第1の検出面を含む第1の平面に、第1の磁気センサに面する第1の面の中心を投影して得られた直線から第1の磁気センサの素子中心までの距離が、直線を法線とする第2の平面と交わる第1の磁気センサ側の第1の側面から中心までの距離よりも長くなるように検出対象物に取り付けられ、第1の平面に放射状の磁気ベクトルを発生させる第1の磁気ベクトル発生部と、第1の磁気ベクトル発生部の第1の側面から突出するように設けられ、第1の側面側の幅が、第1の側面の幅よりも短く、第1の磁気ベクトル発生部のみの場合と比べて広がりが抑制された磁気ベクトルを第1の検出面に発生させる第2の磁気ベクトル発生部と、を備えている。
(Summary of embodiment)
A magnetic sensor device according to an embodiment includes a first magnetic sensor having a plurality of magnetoresistive elements whose magnetoresistance values change based on the direction of a magnetic vector on the first detection surface, and the first detection surface. The distance from the straight line obtained by projecting the center of the first surface facing the first magnetic sensor to the first plane and the element center of the first magnetic sensor is the second normal to the straight line. A first magnetic vector that is attached to the detection target so as to be longer than the distance from the first side surface on the first magnetic sensor side that intersects the first plane to the center, and generates a radial magnetic vector on the first plane The first magnetic vector generator is provided so as to protrude from the first side of the generator and the first magnetic vector generator, and the first side is shorter than the first side. Magnetic vector with reduced spread compared to And it includes a second magnetic vector generation unit for generating a first detection surface.
この磁気センサ装置は、第1の磁気センサの第1の検出面に、広がりが抑制された磁気ベクトルを発生させることができるので、操作の切替位置を精度良く検出すると共に小型化することができる。 Since this magnetic sensor device can generate a magnetic vector whose spread is suppressed on the first detection surface of the first magnetic sensor, it can accurately detect the operation switching position and can be miniaturized. .
[第1の実施の形態]
(磁気センサ装置1の構成)
図1(a)は、第1の実施の形態に係る磁気センサ装置の上面図であり、(b)は、磁気センサ装置を前面から見た概略図である。図1(a)に示す一点鎖線は、操作部4の基準の操作位置を示している。また図1(a)に示す二点鎖線は、第1の磁気センサ2の後述する差分値がプラスからマイナス、又はマイナスからプラスへと切り替わる切替位置を示している。なお、実施の形態に係る各図において、部品と部品との比率は、実際の比率とは異なる場合がある。
[First embodiment]
(Configuration of magnetic sensor device 1)
FIG. 1A is a top view of the magnetic sensor device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a schematic view of the magnetic sensor device viewed from the front. A one-dot chain line illustrated in FIG. 1A indicates a reference operation position of the
この磁気センサ装置1は、図1(a)及び(b)に示すように、第1の検出面(検出面20)における磁気ベクトル8の方向に基づいて磁気抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子を有する第1の磁気センサ2と、検出面20を含む第1の平面(平面200)に、第1の磁気センサ2に面する第1の面(下面61)の中心6aを投影して得られた直線6bから第1の磁気センサ2の素子中心25までの距離d2が、直線6bを法線とする第2の平面と交わる第1の磁気センサ2側の第1の側面64から中心6aまでの距離d1よりも長くなるように操作部4に取り付けられ、平面200に放射状の磁気ベクトル8を発生させる第1の磁気ベクトル発生部としての第1の磁石6と、第1の磁石6の第1の側面64から突出するように設けられ、第1の側面64側の幅W2が、第1の側面64の幅W1よりも短く、第1の磁石6のみの場合と比べて広がりが抑制された磁気ベクトル8を検出面20に発生させる第2の磁気ベクトル発生部としての第2の磁石7と、を備えて概略構成されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
なお検出面20は、後述する磁気抵抗素子を含む面である。つまり磁気抵抗素子は、主に、この検出面20内の磁気ベクトル8の向きが変わることにより、その磁気抵抗値を変化させる。
The
直線6bは、一次元方向に操作可能に支持された操作部4の操作に伴う中心6aの軌跡を結んだものである。なお操作部4は、検出面20に平行に移動可能に支持されるものに限定されず、操作部4を傾ける操作のように、回転運動を伴うが、中心6aの軌跡が直線6bとなるように支持されていても良い。さらに操作部4は、切替位置近傍で中心6aの軌跡が直線6bとなるように支持されていても良い。
The straight line 6b connects a locus of the
第2の平面は、図1(a)に一点鎖線で示す位置で、かつ図1(a)の紙面に垂直な平面である。 The second plane is a plane perpendicular to the paper surface of FIG. 1A at the position indicated by the alternate long and short dash line in FIG.
素子中心25は、後述する複数の磁気抵抗素子により決定される重心を示している。 The element center 25 indicates the center of gravity determined by a plurality of magnetoresistive elements described later.
(第1の磁気センサ2の構成)
図2(a)は、第1の実施の形態に係る第1の磁気センサの等価回路図であり、(b)は、第1の磁気抵抗素子の感磁部を説明するための概略図である。
(Configuration of the first magnetic sensor 2)
FIG. 2A is an equivalent circuit diagram of the first magnetic sensor according to the first embodiment, and FIG. 2B is a schematic diagram for explaining the magnetic sensing part of the first magnetoresistive element. is there.
第1の磁気センサ2は、図1(b)に示すように、基板3の設置面30に設けられている。
The first
この第1の磁気センサ2は、図2(a)に示すように、第1の磁気センサ2の素子中心25を通って直線6bに直交する境界線6cで分けられた一方の領域に、磁気抵抗値を変化させるお互いの感磁部20aが90°の角度をなす第1の磁気抵抗素子21と第2の磁気抵抗素子22が配置され、他方の領域に、お互いの感磁部20aが90°の角度をなす第3の磁気抵抗素子23と第4の磁気抵抗素子24とが配置され、第1の磁気抵抗素子21〜第4の磁気抵抗素子24とによりブリッジ回路が形成されている。なお一方の領域は、図1(a)及び図2(a)の紙面において、境界線6cの上側であり、他方の領域は、下側である。
As shown in FIG. 2 (a), the first
この第1の磁気抵抗素子21〜第4の磁気抵抗素子24は、一例として、Ni、Fe、Co等の強磁性体金属を主成分とした膜を用いて形成される。磁気ベクトル8が作用していない場合の第1の磁気抵抗素子21〜第4の磁気抵抗素子24の抵抗値は、等しいものとする。 As an example, the first magnetoresistive element 21 to the fourth magnetoresistive element 24 are formed using a film containing a ferromagnetic metal such as Ni, Fe, or Co as a main component. The resistance values of the first magnetoresistive element 21 to the fourth magnetoresistive element 24 when the magnetic vector 8 is not acting are assumed to be equal.
第1の磁気抵抗素子21の一方端部は、第2の磁気抵抗素子22の一方端部と電気的に接続されている。また第1の磁気抵抗素子21の他方端部は、例えば、接地回路に電気的に接続されている。また、第2の磁気抵抗素子22の他方端部は、例えば、電源回路に電気的に接続され、基準電圧VCCが供給されている。この第1の磁気抵抗素子21と第2の磁気抵抗素子22は、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点電位は、図2(a)に示すように、V1である。 One end of the first magnetoresistive element 21 is electrically connected to one end of the second magnetoresistive element 22. The other end of the first magnetoresistive element 21 is electrically connected to, for example, a ground circuit. The other end of the second magnetoresistive element 22 is electrically connected to, for example, a power supply circuit and supplied with a reference voltage VCC . The first magnetoresistive element 21 and the second magnetoresistive element 22 constitute a half bridge circuit. The midpoint potential of this half-bridge circuit is V 1 as shown in FIG.
第3の磁気抵抗素子23の一方端部は、第4の磁気抵抗素子24の一方端部と電気的に接続されている。また第3の磁気抵抗素子23の他方端部は、例えば、接地回路に電気的に接続されている。また、第4の磁気抵抗素子24の他方端部は、例えば、電源回路に電気的に接続され、基準電圧VCCが供給されている。この第3の磁気抵抗素子23と第4の磁気抵抗素子24は、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点電位は、図2(a)に示すように、V2である。この中点電位V1及び中点電位V2は、後述する制御部10に出力される。
One end of the third magnetoresistive element 23 is electrically connected to one end of the fourth magnetoresistive element 24. The other end of the third magnetoresistive element 23 is electrically connected to, for example, a ground circuit. The other end of the fourth magnetoresistive element 24 is electrically connected to a power supply circuit, for example, and supplied with a reference voltage VCC . The third magnetoresistive element 23 and the fourth magnetoresistive element 24 constitute a half bridge circuit. Midpoint potential of this half-bridge circuit, as shown in FIG. 2 (a), a V 2. The middle point potential V 1 and the middle point potential V 2 is output to the
第1の磁気抵抗素子21〜第4の磁気抵抗素子24は、配置される向きは異なるが、主な構成は同一であるから、以下では、第1の磁気抵抗素子21を例に取って、磁気抵抗素子の構成を説明する。 The first magnetoresistive element 21 to the fourth magnetoresistive element 24 are arranged in different directions, but since the main configuration is the same, in the following, taking the first magnetoresistive element 21 as an example, The configuration of the magnetoresistive element will be described.
第1の磁気抵抗素子21は、図2(b)に示すように、互いに平行に並んだ複数の感磁部20aを有する。この感磁部20aは、図2(b)の紙面において、上下方向に直線的に形成された部分であり、磁気ベクトル8の向きに応じて磁気抵抗値が変化する部分である。感磁部20aと感磁部20aとを接続する接続部20bは、感磁部20aと比べて長さが短くなるように形成されている。従って、接続部20bは、磁気抵抗値の変化が、感磁部20aと比べて無視できる程度に小さいものとする。なお、接続部20bは、例えば、磁気抵抗値が変化しない導電性部材を用いて形成されても良い。 As shown in FIG. 2B, the first magnetoresistive element 21 has a plurality of magnetic sensitive portions 20a arranged in parallel to each other. The magnetically sensitive portion 20a is a portion that is linearly formed in the vertical direction on the paper surface of FIG. 2B, and is a portion in which the magnetic resistance value changes according to the direction of the magnetic vector 8. The connecting portion 20b that connects the magnetic sensitive portion 20a and the magnetic sensitive portion 20a is formed to be shorter than the magnetic sensitive portion 20a. Therefore, the connection portion 20b is assumed to have a small change in the magnetoresistance value so as to be negligible compared to the magnetic sensing portion 20a. In addition, the connection part 20b may be formed using the electroconductive member whose magnetic resistance value does not change, for example.
第1の磁気抵抗素子21〜第4の磁気抵抗素子24のそれぞれの感磁部20aは、一例として、図1(a)に示す二点鎖線に対して45°の角度を有するように配置される。この場合、図1(a)に示す二点鎖線の上側の一方の領域に第1の磁気抵抗素子21と第2の磁気抵抗素子22とから構成されるハーフブリッジ回路が配置され、下側の他方の領域に第3の磁気抵抗素子23と第4の磁気抵抗素子24とから構成されるハーフブリッジ回路が配置される。 As an example, the magnetic sensitive portions 20a of the first magnetoresistive element 21 to the fourth magnetoresistive element 24 are arranged so as to have an angle of 45 ° with respect to the two-dot chain line shown in FIG. The In this case, a half bridge circuit composed of the first magnetoresistive element 21 and the second magnetoresistive element 22 is arranged in one region on the upper side of the two-dot chain line shown in FIG. A half-bridge circuit composed of the third magnetoresistive element 23 and the fourth magnetoresistive element 24 is disposed in the other region.
なお、切替位置において、差分値がゼロとなる組み合わせであることを条件として、第1の磁気抵抗素子21と第2の磁気抵抗素子22とが、二点鎖線の上下に配置され、第3の磁気抵抗素子23と第4の磁気抵抗素子24とが、二点鎖線の上下に配置されても良い。これは、第2の磁石7の下側には、図1(a)に示す一点鎖線の上下で対称な磁気ベクトル8が発生しているからである。つまり、中点電位V1と中点電位V2の差分は、操作部4が切替位置に位置する場合にハーフブリッジ回路を横切る磁気ベクトル8の角度が対称であればゼロになる。
The first magnetoresistive element 21 and the second magnetoresistive element 22 are disposed above and below the two-dot chain line on the condition that the difference value is zero at the switching position. The magnetoresistive element 23 and the fourth magnetoresistive element 24 may be arranged above and below the two-dot chain line. This is because a magnetic vector 8 that is symmetrical above and below the alternate long and short dash line shown in FIG. 1A is generated below the
変形例として、第1の磁気抵抗素子21と第3の磁気抵抗素子23を対向させると共に、第2の磁気抵抗素子22と第4の磁気抵抗素子24を対向させ、切替位置において、第2の磁石7の中心を通る磁気ベクトル8が、第1の磁気抵抗素子21と第3の磁気抵抗素子23、又は第2の磁気抵抗素子22と第4の磁気抵抗素子24の感磁部20aと90°になるように配置されても良い。
As a modification, the first magnetoresistive element 21 and the third magnetoresistive element 23 are opposed to each other, and the second magnetoresistive element 22 and the fourth magnetoresistive element 24 are opposed to each other. A magnetic vector 8 passing through the center of the
また、第1の磁気センサ2に含まれる磁気抵抗素子の数は、4つに限定されず、ハーフブリッジ回路を組むことが可能な2つでも良いし、さらに複数であっても良い。
Further, the number of magnetoresistive elements included in the first
(第1の磁石6と第2の磁石7の構成)
第1の磁石6と第2の磁石7は、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石等の永久磁石を所望の形状に成形したもの、又は、フェライト系、ネオジム系、サマコバ系、サマリウム鉄窒素系等の磁性体材料と、合成樹脂材料と、を混合して所望の形状に成形したものである。第1の磁石6と第2の磁石7は、一例として、一体に形成される。なお、第2の磁石7は、第1の磁石6との間に樹脂材料等を介在させて取り付けられても良い。
(Configuration of the
The
第1の磁石6は、図1(a)及び(b)に示すように、前面62及び後面63の幅がD1、第1の側面64及び第2の側面65の幅がW1、高さがHの四角柱形状である。第1の磁石6は、一例として、幅W1が幅D1より長い形状を有している。この第1の磁石6は、操作部4に取り付けられている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
第2の磁石7は、第1の磁石6の第1の側面64から突出するように設けられている。この第2の磁石7は、図1(a)及び(b)に示すように、前面72及び後面73の幅がD2、第1の側面74及び第2の側面75の幅がW2、高さがHの四角柱形状である。第2の磁石7は、一例として、幅D2が幅W2より長い形状を有している。また幅W1は、幅W2よりも長い。さらに幅D1と幅D2は、一例として、ほぼ同じ長さである。また第2の磁石7は、第1の磁石6の第1の側面64の幅方向の中央に配置される。
The
第1の磁石6及び第2の磁石7は、第1の磁気センサ2側が第1の磁極であり、その反対側が第2の磁極である。具体的には、第1の磁石6及び第2の磁石7は、図1(b)に示すように、第1の磁気センサ2側の下面61及び下面71側がN極に着磁され、上面60及び上面70側がS極に着磁されている。つまり、第1の磁石6及び第2の磁石7は、図1(b)の紙面において、上下方向に着磁されている。なお、第1の磁石6と第2の磁石7は、着磁方向が逆であっても良い。
In the
第1の磁石6は、下面61の中心から放射状に磁場が発生するので、磁気ベクトル8は下面61の中心から外側に放射状に向かっている。しかし、第1の側面64側の磁気ベクトル8の一部は、第2の磁石7の第1の側面74側に向かっている。従って、第1の磁石6の第1の側面64側から第2の磁石7の第1の側面74の方向に向かう磁気ベクトル8は、第1の磁石6の他の側面(前面62、後面63及び第2の側面65)に向かう磁気ベクトル8に比べて、広がりが抑制されている。第1の磁気センサ2は、操作部4が切替位置に操作された場合、広がりが抑制された磁気ベクトル8が検出面20に発生するように配置される。これは、他の領域にと比べて磁場が強く、切替位置の検出精度が向上するからである。
Since the
第1の磁気センサ2は、第2の磁石7の第1の側面74及び第2の側面75の中央を通り、境界線6cに平行となる直線と、境界線6cが一致する場合に、等しい中点電位V1及び中点電位V2を出力する。
The first
(制御部10の構成)
図3(a)は、第1の実施の形態に係る磁気センサ装置のブロック図であり、(b)は、操作部が切替位置に操作された際の上面図であり、(c)は、第1の磁気センサの出力と操作部のストローク(mm)との関係を示すグラフである。図3(c)は、縦軸が出力で、横軸がストローク(mm)である。図3(c)において、ひし形のマークがついたM1〜M7は、測定された値を示している。また図3(c)において、ストロークがゼロとなる操作位置は、基準位置であり、出力がゼロとなる操作位置は、切替位置である。この基準位置と切替位置との距離Lは、一例として、およそ0.32mmである。
(Configuration of control unit 10)
3A is a block diagram of the magnetic sensor device according to the first embodiment, FIG. 3B is a top view when the operation unit is operated to the switching position, and FIG. It is a graph which shows the relationship between the output of a 1st magnetic sensor, and the stroke (mm) of an operation part. In FIG. 3C, the vertical axis represents output, and the horizontal axis represents stroke (mm). In FIG. 3C, M 1 to M 7 with rhombus marks indicate measured values. In FIG. 3C, the operation position where the stroke becomes zero is the reference position, and the operation position where the output becomes zero is the switching position. For example, the distance L between the reference position and the switching position is approximately 0.32 mm.
磁気センサ装置1は、図3(a)に示すように、制御部10を備えている。この制御部10は、例えば、基板3の設置面30に設けられている。また制御部10は、図3(a)に示すように、磁気センサ2と電気的に接続されている。制御部10は、一例として、磁気センサ2から取得した中点電位V1及び中点電位V2に基づいて差分(=V2−V1)を算出するように構成されている。また制御部10は、一例として、差分がゼロ以下の際はLoを示す制御信号を出力し、差分がゼロより大きい際はHiを示す制御信号を出力するように構成されている。
As shown in FIG. 3A, the
以下に、磁気センサ装置1の動作について各図を参照しながら説明する。
Below, operation | movement of the
(動作)
操作部4が、基準位置から切替位置に向けて操作されると、検出面20を含む平面200に第1の磁石6の中心6aを投影した点が、切替位置に向かって移動する。当該点が切替位置に到達する、つまり、操作部4が切替位置に操作されると、図3(b)に示すように、第1の磁気抵抗素子21と第3の磁気抵抗素子23を横切る磁気ベクトル8の角度が実質的に等しくなり、第2の磁気抵抗素子22と第4の磁気抵抗素子24を横切る磁気ベクトル8の角度が実質的に等しくなる。この状態にある場合、中点電位V1と中点電位V2とは、実質的に等しくなるので、その差分は、ゼロとなる。
(Operation)
When the
従って制御部10は、磁気センサ2から取得した中点電位V1と中点電位V2との差分を算出し、図3(c)に示すように、基準位置から切替位置に向かうにつれてM1からゼロの差分値を得る。制御部10は、基準位置から切替位置までの操作位置においては、Loを示す制御信号を出力する。
Thus the
さらに制御部10は、操作部4が切替位置を超えて操作されると、図3(c)に示すように、ゼロからM7の差分値を得る。よって、制御部10は、切替位置を超えて操作された際は、Hiを示す制御信号を出力する。
Further, the
(第1の実施の形態の効果)
本実施の形態に係る磁気センサ装置1は、操作の切替位置を精度良く検出すると共に小型化することができる。具体的には、磁気センサ装置1は、操作部4が切替位置に操作された場合、第1の磁気センサ2の検出面20に広がりが抑制された磁気ベクトル8を発生させることができる。従って第1の磁気センサ2は、他の領域よりも広がりが抑制された、言い換えるなら、他の領域よりも磁束密度が高い磁場が作用するので、操作部4の操作位置を精度良く検出することができる。
(Effects of the first embodiment)
The
また磁気センサ装置1は、第1の磁気センサ2の感度を向上させるためのバイアス磁石等を必要とせず、第1の磁石6に第2の磁石7を設けることにより感度を向上させることができるので、小型化することができる。
Further, the
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態は、磁気センサ及び磁石の数が増えた点で第1の実施の形態と異なっている。
[Second Embodiment]
The second embodiment is different from the first embodiment in that the number of magnetic sensors and magnets is increased.
図4(a)は、第2の実施の形態に係る磁気センサ装置の上面図であり、(b)は、第1の磁気センサの切替位置に操作された場合を示す上面図であり、(c)は、第2の磁気センサの切替位置に操作された場合を示す上面図であり、(d)は、第1の磁気センサ及び第2の磁気センサの出力と操作部のストローク(mm)との関係を示すグラフである。図4(d)は、縦軸が出力で、横軸がストローク(mm)である。図4(d)では、ひし形のマークがついたM1〜M7は、測定された第1の磁気センサ2の出力であり、四角形のマークがついたM1a〜M7aは、測定されたが第2の磁気センサ2aの出力である。なお以下に示す実施の形態において、第1の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第1の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。例えば、第3の磁石7aは、第2の磁石7と区別するため符号は換えているが、側面等の符号は、第2の磁石7と同一としている。また第2の磁気センサ2aは、第1の磁気センサ2と同じサイズの磁気抵抗素子を用いるので、符号は、第1の磁気センサ2と同一とした。
FIG. 4A is a top view of the magnetic sensor device according to the second embodiment, and FIG. 4B is a top view showing a case where the magnetic sensor device is operated to the switching position of the first magnetic sensor. (c) is a top view showing a case where the second magnetic sensor is operated to the switching position, and (d) is an output of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor and a stroke (mm) of the operation unit. It is a graph which shows the relationship. In FIG. 4D, the vertical axis represents output, and the horizontal axis represents stroke (mm). In FIG. 4D, M 1 to M 7 with rhombus marks are measured outputs of the first
本実施の形態に係る磁気センサ装置1は、図4(a)〜(c)に示すように、第2の磁気センサ2aと、第3の磁気ベクトル発生部としての第3の磁石7aと、を備えて概略構成されている。
As shown in FIGS. 4A to 4C, the
第2の磁気センサ2aは、直線6bを対称軸とする、第1の磁気センサ2の線対称の位置に設けられ、平面200に含まれる第2の検出面としての検出面20cにおける磁気ベクトル8の方向に基づいて磁気抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子を備えて概略構成されている。第2の磁気センサ2aは、図4(a)に示すように、境界線6cに沿って、第1の磁気センサ2と並んで配置されている。
The second
第2の磁気センサ2aは、第1の磁気センサ2と同様に、複数の磁気抵抗素子として第1の磁気抵抗素子21〜第4の磁気抵抗素子24を備えている。第2の磁気センサ2aは、第1の磁気センサ2の線対称の位置に設けられ、第1の磁気抵抗素子21側に基準電圧VCCが供給され、第2の磁気抵抗素子22側が接地され、さらに切替位置6cを対称軸として折り返したような配置となっている。この第2の磁気センサ2aは、制御部10に電気的に接続されている。なお第1の磁気抵抗素子21〜第4の磁気抵抗素子24の配置は、これに限定されず、第3の磁石7aが切替位置に到達した場合に差分がゼロとなる配置であれば良い。
Similar to the first
第3の磁石7aは、第1の磁石6の第1の側面64の反対側の第2の側面65から突出するように設けられ、第2の側面65側の幅W3が、第2の側面65の幅W1よりも短く、第1の磁石6のみの場合と比べて広がりが抑制された磁気ベクトル8を第2の検出面としての検出面20cに発生させるように構成されている。この幅W3は、一例として、第2の磁石7の幅W2と同じであるがこれに限定されない。
また第3の磁石7aは、図4(a)に示すように、第1の磁石6の6a中心を対称点とする、第2の磁石7の点対称の位置とは異なる位置に設けられる。つまり、図4(a)に示すように、第2の磁石7の切替位置までの距離は、L1であり、第3の磁石7aの切替位置までの距離は、距離L1と異なるL2である。この距離L2は、例えば、dLだけ距離L1よりも長くなっている。
Further, as shown in FIG. 4A, the
第1の磁石6は、その中心6aから放射状に磁気ベクトル8を発生させるが、第3の磁石7aが設けられた第2の側面65に向かう磁気ベクトル8は、第3の磁石7aにより曲げられ、広がりが抑制される。従って、第2の磁気センサ2aは、操作部4が第2の磁気センサ2aの切替位置に操作された場合、広がりが抑制された磁気ベクトル8が検出面20cに作用するので、切替位置の検出精度が向上する。
The
つまり第2の磁気センサ2aは、第3の磁石7aの第1の側面74及び第2の側面75の中央を通り、境界線6cに平行となる直線と、境界線6cが一致する場合に、等しい中点電位V1及び中点電位V2を出力する。
That is, the second
なお第1の磁気センサ2の切替位置と第2の磁気センサ2aの切替位置の差は、切替位置までの差dLと等しい。
The difference between the switching position of the first
操作部4が、基準位置から第1の磁気センサ2の切替位置に向けて操作されると、平面200に第1の磁石6の中心6aを投影した点が、切替位置に向かって移動する。当該点が切替位置に到達すると、図4(b)に示すように、第1の磁気センサ2の第1の磁気抵抗素子21と第3の磁気抵抗素子23を横切る磁気ベクトル8の角度が実質的に等しくなり、第1の磁気センサ2の第2の磁気抵抗素子22と第4の磁気抵抗素子24を横切る磁気ベクトル8の角度が実質的に等しくなる。この状態にある場合、第1の磁気センサ2の中点電位V1と中点電位V2とは、実質的に等しくなるので、その差分は、ゼロとなる。
When the
従って図4(d)に示すように、第1の磁気センサ2の差分値は、基準位置から第1の磁気センサ2の切替位置に向かうにつれてM1からゼロに変化する。一方、第2の磁気センサ2aの差分値は、図4(d)に示すように、基準位置から第1の磁気センサ2の切替位置に向かうにつれてM1aからM2aとM3aの間の値に変化する。これは、第3の磁石7aが、第2の磁石7よりも切替位置から離れているからである。従って操作部4が第1の磁気センサ2の切替位置に操作された場合、第2の磁気センサ2aの差分値は、ゼロより低い値を得る。
Therefore, as shown in FIG. 4D, the difference value of the first
さらに、操作部4が操作され、第2の磁気センサ2aの切替位置に第3の磁石7aが到達する、すなわち、第3の磁石7aの第1の側面74と第2の側面75の中央を通る直線と、境界線6cとが一致すると、図4(c)に示すように、第2の磁気センサ2aの第1の磁気抵抗素子21と第3の磁気抵抗素子23を横切る磁気ベクトル8の角度が実質的に等しくなり、第2の磁気センサ2aの第2の磁気抵抗素子22と第4の磁気抵抗素子24を横切る磁気ベクトル8の角度が実質的に等しくなる。この状態にある場合、第2の磁気センサ2aの中点電位V1と中点電位V2とは、実質的に等しくなるので、その差分は、ゼロとなる。従って図4(d)に示すように、第2の磁気センサ2の差分値は、M2aとM3aの間の値からゼロに変化する。
Further, the
(第2の実施の形態の効果)
本実施の形態に係る磁気センサ装置1は、第2の磁石7と第3の磁石7aの取付位置を変更することにより、2つの切替位置を容易に変更することができる。
(Effect of the second embodiment)
The
また磁気センサ装置1は、切替位置を変更するために磁気センサの位置をずらす場合と比べて、切替位置の精度が向上する。これは、磁気センサがチップ化されている場合、素子中心等が確認し難く、正確にずらして配置することは困難であるからである。しかし、磁気センサ装置1は、第1の磁気センサ7と第2の磁気センサ7aを直線状に並べ、第2の磁石7及び第3の磁石7aの取付位置を変更することで、異なる切替位置を実現することが可能であるため、切替位置の精度が向上する。
Further, the
なお、変形例として、第1の磁気センサ2と第2の磁気センサ2aは、それぞれがハーフブリッジ回路を備える構成であっても良い。この場合、第2の磁石7と第3の磁石7aは、第1の磁石6に対して対称の位置に配置される。この配置により、磁気センサ装置1は、第1の磁気センサ2と第2の磁気センサ2aの出力の差分を算出する。
As a modification, each of the first
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment and modification of this invention were demonstrated, these embodiment and modification are only examples, and do not limit the invention based on a claim. These novel embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and the like can be made without departing from the scope of the present invention. In addition, not all combinations of features described in these embodiments and modifications are necessarily essential to the means for solving the problems of the invention. Furthermore, these embodiments and modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…磁気センサ装置、2…第1の磁気センサ、2a…第2の磁気センサ、3…基板、4…操作部、6…第1の磁石、6a…中心、6b…直線、6c…境界線、7…第2の磁石、7a…第3の磁石、8…磁気ベクトル、10…制御部、20…検出面、20a…感磁部、20b…接続部、20c…検出面、21〜24…第1の磁気抵抗素子〜第4の磁気抵抗素子、25…素子中心、30…設置面、60…上面、61…下面、62…前面、63…後面、64…第1の側面、65…第2の側面、70…上面、71…下面、72…前面、73…後面、74…第1の側面、75…第2の側面、200…平面
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1の検出面を含む第1の平面に、前記第1の磁気センサに面する第1の面の中心を投影して得られた直線から前記第1の磁気センサの素子中心までの距離が、前記直線を法線とする第2の平面と交わる前記第1の磁気センサ側の第1の側面から前記中心までの距離よりも長くなるように検出対象物に取り付けられ、前記第1の平面に放射状の磁気ベクトルを発生させる第1の磁気ベクトル発生部と、
前記第1の磁気ベクトル発生部の前記第1の側面から突出するように設けられ、前記第1の側面側の幅が、前記第1の側面の幅よりも短く、前記第1の磁気ベクトル発生部のみの場合と比べて広がりが抑制された磁気ベクトルを前記第1の検出面に発生させる第2の磁気ベクトル発生部と、
前記直線を対称軸とする、前記第1の磁気センサの線対称の位置に設けられ、前記第1の平面に含まれる第2の検出面における磁気ベクトルの方向に基づいて磁気抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子を有する第2の磁気センサと、
前記第1の磁気ベクトル発生部の前記第1の側面の反対側の第2の側面から突出するように設けられ、前記第2の側面側の幅が、前記第2の側面の幅よりも短く、前記第1の磁気ベクトル発生部のみの場合と比べて広がりが抑制された磁気ベクトルを前記第2の検出面に発生させる第3の磁気ベクトル発生部と、
を備えた磁気センサ装置。 A first magnetic sensor having a plurality of magnetoresistive elements whose magnetoresistance values change based on the direction of the magnetic vector on the first detection surface;
The distance from the straight line obtained by projecting the center of the first surface facing the first magnetic sensor onto the first plane including the first detection surface to the element center of the first magnetic sensor Is attached to the detection object so as to be longer than the distance from the first side surface on the first magnetic sensor side intersecting with the second plane having the straight line as a normal line to the center, A first magnetic vector generator for generating a radial magnetic vector in a plane;
The first magnetic vector generator is provided so as to protrude from the first side surface, and the width of the first side surface is shorter than the width of the first side surface. A second magnetic vector generation unit for generating a magnetic vector, the spread of which is suppressed as compared with the case of only the unit, on the first detection surface;
The magnetoresistive value is changed based on the direction of the magnetic vector on the second detection surface that is provided at the line-symmetric position of the first magnetic sensor with the straight line as the axis of symmetry, and is included in the first plane. A second magnetic sensor having a plurality of magnetoresistive elements;
The first magnetic vector generation unit is provided so as to protrude from a second side surface opposite to the first side surface, and a width of the second side surface side is shorter than a width of the second side surface. A third magnetic vector generator for generating a magnetic vector on the second detection surface, the spread of which is suppressed compared to the case of only the first magnetic vector generator,
A magnetic sensor device comprising:
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