JPH01167928A - 磁気近接スイツチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、作用する磁界の強さによって電気抵抗が変化
する３個の磁気抵抗素子からなる磁気センサを用いた磁
気近接スイッチに関する。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点従来、磁
気抵抗素子は、温度特性を改善し、磁界感度を高めるた
めに、２個の素子を感応方向が直交するように配置して
直列接続し、または、４個の素子を隣り合う素子の感応
方向が互いに直交するように配置してブリッジ接続する
ことにより磁気センサとして使用されていたが、この上
うな２素子または、４素子のセンサは、対称軸を持たな
いため、必ずしも、永久磁石の正面に対応する位置が最
高感度位置とはならず、磁界を形成する永久磁石との距
離及び磁界の強さによって最高感度位置が変化して検出
誤差を生ずる欠点があり、このため、磁気抵抗素子は回
転角センサを主な使用目的としており、例えば、エアー
シリンダのピストンの接近をシリンダの外側から検知し
て出力信号を発するのに用いる近接スイッチのセンサと
してはほとんど使用されていなかった。

発明の目的 本発明は、磁気抵抗素子をセンサとして用いて高感度の
出力信号を発し、かつ、２個の発光体の点灯により被検
出物である磁石が磁気センサの中心の一定範囲とその両
側の一定範囲に位置することを正確に表示するようにし
た磁気近接スイッチを提供することを目的とした。

発明の構成 本発明は上記目的を達成するための手段として、１個の
主素子とその主素子の両側に配置した２個の副素子の、
合計３個の磁気抵抗素子を直列接続してなり、その３個
の素子を、主素子の中心を通ってその主素子の感応方向
と平行な、または、直交する軸を対称軸とする線対称形
に配置した磁気センサと、その磁気センサの主素子の両
側の副素子との各接続点と直列接続した３個の分圧抵抗
の各接続点とを夫々反転入力端子と非反転入力端子とに
接続した２個のコンパレータと、その２個のコンパレー
タの出力に対応していずれか一方のみが点灯する２個の
発光体と、その２個の発光体のいずれかが点灯している
状態において出力を生ずる出力端子とからなる構成とし
た。

発明の作用及び効果 本発明は上記構成になるから、その対称軸が被検出物に
取付けた磁石の移動方向と直交するようにすれば、磁石
との距離及び磁界の強さと無関係に、磁石の中心が磁気
センサの対称軸に一致する位置が常に最高感度位置とな
って一定であり、しかも、主素子の両側の２個の副素子
と３個の分圧抵抗によりコンパレータに入力される検出
入力及び基準入力の温度補償がなされて温度変化による
検出誤差が防止され、被検出物である磁石が磁気センサ
の対称軸を中心として左右対称に定めた内側の一定範囲
とその両性側の一定範囲にあることを２個の発光体の点
灯により正確に表示することができるとともに、出力端
子の出力信号も磁気センサの対称軸を中心として左右対
称に定めた一定範囲において感度良く発せられる効果が
ある。

実施例 以下、本発明の磁気近接スイッチをエアーシリンダのピ
ストン位置検出用として使用した一実施例を添付図面に
基づいて説明する。

第１図において、アルミニウム、非磁性ステンレス鋼等
の非磁性材料からなるシリンダチューブｌ内に、緊密に
、かつ、摺動自由に嵌入されたピストン２の外周に形成
された溝に、ピストン２の摺動方向を両極とするリング
形の永久磁石３が嵌着されており、シリンダチューブ１
の外周には、本発明の磁気近接スイッチ４が図示しない
取付具により固定されている。この４は、非磁性材料か
なるケース５内に磁気センサ７と制御回路１１が支持板
６に取り付けられて収容され、この制御回路１１に接続
されたリード線１２がケース５の外側に引き出されてお
り、ケース５の上面には制御回路■１に組み込まれた赤
色発光ダイオード１３と緑色発光ダイオード１４の発光
部が突出している。

磁気センサ７は、第１図の部分拡大図に示すように、基
板８上に形成された１個の主素子９と２個の副素子１０
、ＩＯの３個の磁気抵抗素子からなり、主素子９は、基
板８の中央において左右方向につづら折して左右方向が
感応方向であり、副素子ｌ０１ｌＯは主素子９の両側に
おいて上下方向につづら折していて、上下方向が感応方
向であり、これら３個の素子９、ｌ０１１０は一連に直
列接続された主素子９の感応方向（Ｘ−Ｘ線方向）と直
交する中心線Ｙ−Ｙを軸として左右対称のパターンを構
成しており、この磁気センサ７は、基板８がシリンダチ
ューブｌの中心軸を含む平面内にあり、かつ、主索子９
の感応方向（Ｘ−Ｘ線方向）がピストン２の摺動方向と
平行をなすようにケース５内の支持板６に固定されてい
る。

制御回路１１は、第２図に示すように、磁気センサ７の
外側の端子ａ、ｄが、夫々電源線２１と接地線２３に接
続され、電源線２１側の出力端子すが第１のコンパレー
タ！５の非反転入力端子に、接地線２３側の出力端子Ｃ
が第２のコンパレータ１６の反転入力端子に、夫々、接
続され、互いに直列接続されて磁気センサ７と並列接続
された３つの分圧抵抗！７、＋８．１９の電源線２１側
の接続点ｅが第１のコンパレータＩ５の反転入力端子に
、接地線２３側の接続点ｆが第２のコンパレータ１６の
非反転入力端子に、夫々、接続されており、第１のコン
パレータ１５の出力端子は出力端子２４と接地線２３の
間に介設されたトランジスタ２０のベースに接続されて
いるとともに、この第１のコンパレータ！５の出力端子
と接地線２３の間に、赤色発光ダイオード１３と緑色発
光ダイオード１４を直列接続した発光回路２５が介設さ
れ、この発光回路２５の赤色発光ダイオード！３と緑色
発光ダイオード１４の間に第２のコンパレータＩ６の出
力端子が接続されており、また、電源線２１と接地線２
３の間には定電圧回路２２が介設されている。

次に、本実施例の作動を説明すると、磁気センサ７は既
述の構造になり、Ｘ−Ｘ線方向の磁束に対しては中央の
主素子９のみが感応し、その密度に略比例して電気抵抗
が増大し、左右の副素子ｌ０１ＩＯは感応せず温度？＋
ｆｆ償の機能を果たすだけである。したがって、ピスト
ン２が検出装置４に接近するのに従って、主素子９に作
用するＸ−Ｘ線方向の磁束密度が高くなるから、その電
気抵抗が増大して電源線２１側の出力端子すの電圧は次
第に上昇し、磁気センサ７の直下に永久磁石３が対応し
たときに最大値となり、ピストン２が次第に遠ざかるに
従って主素子９に作用するＸ−Ｘ線方向の磁束密度が低
くなり、電気抵抗が減少して出力端子すの電圧は次第に
低下して第３図（１）の上側の曲線すに示すように変化
するのに対し、接地線２３側の出力端子Ｃの電圧変化は
主素子９の電気抵抗の増大とともに低下するから、出力
端子すの上記した電圧変化の曲線すを上下反転した第３
図（１）の下側の曲線Ｃに示すとおりとなる。

次に、３個の分圧抵抗１７．１８．１９の値を適宜に定
めることにより、上側の接続点ｅの電圧を第１図（１）
において山形の曲線すの比較的低い２点において交差す
る直線ｅとなるように、また、下側の接続点ｒの電圧を
谷形の曲線Ｃの比較的低い２点、すなわち、直線ｅが曲
線すと交差する２点より内側の２点で交差する直線ｆと
なるように設定すると、ピストン２の永久磁石３が磁気
センサ７の中心線Ｙ−Ｙを中心とする両側の一定範囲内
に位置するときに、第１のコンパレータ！５の非反転入
力端子の電圧が反転入力端子の電圧より高くなってその
出力端子が、第３図（２）の上側の線図に示すように、
高電位となり、トランジスタ２０にベース電流が流れて
コレクタ・エミッタ間が導通することにより出力端子２
４が低電位になり、この状態において、第２のコンパレ
ータＩ６の反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電圧
より高いときはその出力端子が、第３図（２）の下側の
線図に示すように、低電位となっているから、第１のコ
ンパレータＩ５の出力端子から発光回路２５の赤色発光
ダイオード１３を通って第２のコンパレータ１６へ電流
が流れることによりこの赤色発光ダイオード■３が点灯
し、第１のコンパレータ１５の出力端子が高電位の状態
において第２のコンパレータ！６の反転入力端子の電圧
が非反転入力端子の電圧により低いときはその出力端子
が、第３（２）の下側の線図に示すように高電位となり
、すると、赤色発光ダイオード１３を通る電流が遮断さ
れてこれが消灯し、第２のコンパレータＩ６の出力端子
から緑色発光ダイオード１４を通って接地線２３へ電流
が流れ、この緑色発光ダイオード１４が点灯する。

したがって、ピストン２が所定の位置にある状態におい
て、この磁気近接スイッチ４をシリンダ＋　１において
軸方向に移動させ、緑色発光ダイオード１４が点灯した
位置において固定すると、磁気センサ７の中心線Ｙ−Ｙ
が永久磁石３の略中心に対応する最適範囲にセットする
ことができるのであり、何らかの異状によりピストン２
の停止位置が最適範囲の少し外側の危険範囲に停止した
ときは、最適範囲と同様に出力端子２４は低電位の信号
を出力するものの緑色発光ダイオード１３に替って赤色
発光ダイオード１４が点灯するため危険範囲にあること
が確認されるのであり、磁気センサ７の磁気抵抗索子９
、！０、ｌＯのパターンが中心線Ｙ−Ｙを中心として左
右対称になっているから、永久磁石３の磁力が弱くなっ
たり、シリンダチューブｌの厚さが異なるエアーシリン
ダに使用した場合のように、磁気センサ７に作用する磁
界の強さが変化しても、出力端子す、ｃ間に最大の電圧
が生ずるのは、常に、永久磁石３の中心が磁気センサ７
の中心線Ｙ−Ｙに一致する位置であり、したがって、そ
の位置を中心として最適範囲及びその両性側の危険範囲
を左右対称に正しく設定することができる。

ここで、磁気センサ７の主索子９と副木子１０の無磁界
における抵抗値の比を２−Ｉとすると最も感度が良い。

次に磁気センサ７の変形例について説明すると、第４図
に示す第１変形例７ａは、主素子９ａ及び副素子１０ａ
を主索子９ａの感応方向に細長くしたものであって、出
力端子ｂＳｃ間の出力電圧が出力素子９ａの感応方向に
おいて頂部がなだらかな山形になるため、中心線Ｙ−Ｙ
を中心としてその両側の広い幅にわたって永久磁石３が
対応するときに検出信号を発するようにすることができ
、また、第５図に示す第２変形例７ｂは、中央の主索子
９ｂが山形をなし、左右の副素子１０ｂ、１０ｂがこれ
を整合するパターンになっており、この場合は出力端子
す、ｂ間の出力電圧が、主素子９ｂの感応方向において
頂部の尖った急峻な山形になるため、中心線Ｙ−Ｙを中
心として極く狭い範囲に永久磁石３が対応するときのみ
検出信号を発するようにすることができて、極めて高精
度の位置検出を行うことができる。また、第６図に示す
第３変形例７ｃのように、両側の副素子１０ｃ、１０ｃ
を中央の主素子９Ｃに対して斜めに配置しても良いが、
いずれの場合でも、中心線Ｙ−Ｙを対称軸として左右対
称のパターンにする必要がある。

なお、永久磁石の磁極の方向が磁気センサの中心線Ｙ−
Ｙと平行な場合には、磁気センサ７ｄは第７図に示すよ
うに、中央の主素子９ｄの感応方向が永久磁石２２の磁
極の方向に一致するようにし、両側の副素子１０ｄ、Ｉ
Ｏｄの感応方向は主素子９ｄの感応方向と直交し、主素
子９ｄの中心を通る感応方向と平行な中心線Ｙ−Ｙを対
称軸とする線対称形をなすように配置する。この場合に
、磁気センサを、第８図に示す変形例７ｅのように、主
素子９ｅの両側に副素子１０ｅ、ｌＯｅを斜めに配置し
ても良い。

なお、本発明の磁気近接スイッチは、永久磁石がその磁
気センサの対称軸上を移動して接離する場合にも使用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気近接スイッチを用いたピストン位
置検出装置の断面図、第２図はその回路図、第３図（１
）はピストンの移動に伴なう磁気センサの出力電圧の変
化を示す線図、同図（２）は第１、第２のコンパレータ
の出力を示す線図、同図（３）発光ダイオードの点灯範
囲を示す説明図、第４図乃至第８図は夫々磁気センサの
変形例のパターンを示す拡大図である。 １ニジリンダチユーブ　２：ピストン　３：永久磁石　
４：磁気近接スイッチ　７：磁気センサ　９：主素子　
ＩＯ＝副業子　１！：制御回路　１３．１４：発光ダイ
オード　１５．１６：コンパレータ　１７．１８．１９
：分圧抵抗２４：出力端子 出願人　シーケーディコントロールズ株式会社代理人　
弁理士　　野　　　口　　　　　宏第３Ｘ 第４習 ｗｆ６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １個の主素子と該主素子の両側に配置した２個の副素子
   の、合計３個の磁気抵抗素子を直列接続してなり、該３
   個の素子を、前記主素子の中心を通つて該主素子の感応
   方向と平行な、または、直交する軸を対称軸とする線対
   称形に配置した磁気センサと、該磁気センサの前記主素
   子の両側の前記副素子との各接続点と直列接続した３個
   の分圧抵抗の各接続点とを夫々反転入力端子と非反転入
   力端子とに接続した２個のコンパレータと、該２個のコ
   ンパレータの出力に対応していずれか一方のみが点灯す
   る２個の発光体と、該２個の発光体のいずれかが点灯し
   ている状態において出力を生ずる出力端子とからなるこ
   とを特徴とする磁気近接スイッチ