JPH01175141A - 磁気近接スイッチ装置 - 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１強磁性体磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を用いた
磁気近接スイッチ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来１位置出し装置とか検出装置の主要部として利用さ
れている近接スイッチ装置としては、リードスイッチ型
、高周波発振型、静電容量型、そして光スイツチ型等が
ある。

これらの装置は、以下の長所および短所を持っている。

リードスイッチ型は、構造が簡単であると共に安価であ
るが、有接点構造であるため、外部から作用する振動と
か衝撃に弱く１時としてチャタリングを起こすことがあ
り、安定性に欠ける。

高周波発振型は、あらゆる金属体を極めて高い精度で検
出することが出来ると共に検出動作が安定しているため
、現在量も多く使用されているが高価であると共に小型
化に限界がある。

静電容量型は、金属に限らずあらゆる物体を検出するこ
とができるが、スイッチ装置を構成するための必要構成
部品数が多く、大型で高価とならざるを得ない。

そして光スイツチ型のものは、比較的大きな検出距離範
囲を得ることが出来ると共に被検出物までの距離を正確
に検出することが出来る反面、埃等の汚れの付着によっ
て検出動作が不能となるという動作機能上の致命的な欠
点を持っていると共に、装置全体が大型となり価格も高
い。

こうした多くの欠点を持つ従来装置に鑑み９本出願人は
、先に第１１図に示す磁気近接スイッチ装置を出願した
。これは、筒形状の第一永久磁石６と第二永久磁石７と
を異極を対向位置させると共に両者の間にスペーサー８
を位置させて磁石体１を構成し、その内部にバイアス磁
石３と磁気抵抗素子体（ＭＲ素素子体色との一体物を、
中心軸を同一にして組付けたものである。

この装置は、従来装置が持つ多くの欠点を解決し、高周
波発振型に匹敵するほどの安定した性能を発揮すると共
に、小型でしかも安価に製造出来るという優れた効果を
有する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、この装置にも解決すべき問題点がある。

それは、第１１図に示すように、検出体５以外の磁性体
が周囲に存在することによって磁束分布が乱れ、あらか
じめ設定されていた検出体５との距離である検出距離に
狂いが生じることである。従って、第１２図に示すよう
に周囲に磁性体が存在するような場合１組付は中あるい
は組付は後、あらたに検出距離を設定しなければならな
いことになる。

この検出距離の設定は、バイアス磁石３とＭＲ素素子体
色の一体物を、磁石体１に対して軸方向に前進あるいは
後退移動させると共に、それに応じて磁石体１を組付は
部分から前進あるいは後退させなければならないという
面倒なものである。

こうした問題を解決するために、磁石体１と。

バイアス磁石３およびＭＲ素素子体色の一体物（以下、
これを磁気回路体１０という）を安価な鉄製のシールド
材で覆って磁気シールドする方法も考えられる。しかし
、鉄製のシールド材は保磁力が大きいため、外部から強
磁界が印加された場合。

シールド材が帯磁することによって磁気回路が変化し、
検出距離が狂うし、又、シールド材の磁性を考慮しなが
ら検出距離を調整しなくてはならないので、調整が面倒
である２等の問題が発生する。

本発明は、こうした問題を解決するために創案されたも
ので、高性能、小型、安価であるといった優れた特徴を
有する磁気近接スイッチ装置において、上記の問題を取
り除くことを、その技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのための手段として、磁石体１と２強磁性体磁気抵抗
素子体（ＭＲＲ子体）２と、バイアス磁石３と、シール
ド体４と、検出体５とから構成した。

磁石体１は、リング形状をし、端面に磁極を位置させた
第一永久磁石６と第二永久磁石７とを。

非磁性材料製のスペーサー８を介して同軸状にかつ異な
る磁極を対向させて配置させたものである。

ＭＲ素素子体色、磁石体１に対し、磁石体１の中心軸で
ある直線に沿って相対変位可能に組付けられ、出力端子
が比較器９に接続されたものである。

バイアス磁石３は、ＭＲ素素子体色両磁極を結ぶ直線が
前記直線に直交する姿勢で一体的に組付けられている。

シールド体４は、磁石体１とＭＲ素素子体色バイアス磁
石３との組合わせ物である磁気回路体１゜を収納するも
ので、筒形状で保磁力の小さい材料から形成した。

検出体５は、磁気回路体１０とシールド体４との組付き
物に対して接近離反移動可能に設けた磁性材料製である
。

そして、前記した磁気回路体１０とシールド体４との収
納組付けを１両者の中心軸を偏心させた位置関係で達成
した。

〔作用〕

本発明装置の基本作用は、以下の通りである。

ＭＲ素素子体色磁石体ｌの中心軸線（直ＵＡＫ　）上に
位置させたこと、および第一永久磁石６と第二永久磁石
７とを、同軸線上に配置したリング形状とすると共に異
なる磁極を対向位置させたことにより、第３図に示すよ
うに、ＭＲ素素子体色同軸線上の特定される個所に位置
させると、直線Ｋに沿った両永久磁石からあ磁力の作用
が正負均等（第３図（ｂ）参照）となり、実質的にＭＲ
素素子体色は直線Ｋに沿って両永久磁石から磁力が作用
していない状態となる。

この状態から第４図に示すように、磁石体ｌとＭＲ素素
子体色の組合わせ物の近傍に磁性体である検出体５が位
置すると、磁石体ｌからの磁束の一部がこの検出体５側
に引かれて、磁石体１からＭＲ素素子体色作用していた
磁束の作用分布が変化し、直線Ｋに沿った正負何れかの
方向への磁力の作用量が増大し、この磁力の作用量の増
大によりＭＲ素素子体色出力電圧が増減変化する（第４
図（ｂ）参照）。すなわち、磁石体ｌとＭＲ素素子体色
の組合わせ物に対して検出体５が接近するにしたがって
ＭＲ素素子体色出力は減少し、ＭＲ素素子体色検出体５
との距離が零となったところでＭＲ素素子体色出力が最
小となる。この動作特性を第５図の特性曲線で示す。従
って、ＭＲ素素子体色出力電圧の増減変化を検出するこ
とにより、検出体５が接近したことを検出できることに
なる。

又、この検出動作とは別に、ＭＲ素素子体色対する磁石
体１の相対移動変位に伴うＭＲ素素子体色出力特性は、
ＭＲ素素子体色表面に沿って位置すると仮想されるｙ軸
（ＭＲ素素子体色作用する磁力の内、このｙ軸に沿った
方向の磁力が増大するとＭＲ素素子体色出力値は減少す
る）に直線Ｋを一致させ、このｙ軸すなわち直線Ｋに沿
って磁石体１とＭＲ素素子体色を相対移動させると、第
６図（ｂ）のＴ゛曲線ようになる。すなわち、ＭＲ素素
子体色対する印加電圧を、ｙ軸方向への磁力が増大する
ことにより出力が減少し、Ｘ軸方向への磁力が増大する
と出力が増大するように印加しておくと２両永久磁石か
らのｙ軸に沿って作用する磁力が正負方向に等しくなる
磁石体１の中心０”とＭＲ素素子体色中心０とが距離Δ
ｌたけ変位した位置で最大出力値となり、この位置から
のｙ軸。

すなわち直線Ｋにそった変位が大きくなるほどＭＲ素素
子体色出力電圧値が減少する出力特性を描く。

この変位置２の変化によるＭＲ素素子体色出力値の変化
と、前記した磁石体１とＭＲ素素子体色の組合わせ物に
対する検出体５の接近離反による距離りの変化によるＭ
Ｒ素素子体色出力値の変化とは殆ど等しいので、あらか
じめ変位量！を設定してＭＲ素素子体色出力値を一定値
に設定し、この状態から検出体５の接近によるＭＲ素素
子体色出力の低下を知ることにより、検出体５の検出を
達成出来ることになる。

しかしながら、第３図に示した磁石体１とＭＲ素素子体
色の組合わせだけでは、ＭＲ素素子体色Ｘ軸方向への磁
力を作用させることが出来ず、このためＭＲ素素子体色
最大出力値を零（Ｖ）以上とすることができないため、
ＭＲ素素子体色出力電圧値の増減変化を比較器９で検出
することが出来ない。そこで、ＭＲ素素子体色はあらか
じめバイアス磁石３を一体的に組付けておく。このバイ
アス磁石３によりＭＲ素素子体色対してＸ軸方向の一定
の磁力が常に作用するので、ＭＲ素素子体色ｙ軸に沿っ
て作用する磁力が実質的に零となっている状態では、第
６図（ｂ）の１曲線で示すようにバイアス磁石３からの
作用磁力による出力値ＶＢが出力されることになる。

それゆえ、変位量！を設定固定することによりＭＲ素素
子体色出力値をあらかじめ設定すると共に、このＭＲ素
素子体色接続された比較器９のしきい値シフを、この出
力値ｖ６よりも小さい値に設定しておくことにより、こ
の状態から、磁石体１とＭＲ素素子体色の組合わせ物に
対して検出体５を接近させると、前記説明のようにＭＲ
素素子体色対する磁石体１からのｙ軸方向に沿った磁束
の作用量が増大し、もってＭＲ素素子体色出力値が出力
値ｖ６から低下し始める。検出体５がある一定の接近距
離まで接近すると、ＭＲ素素子体色出力値が比較器９の
しきい値よりも小さくなり、このため比較器９はその出
力のレベルを変化させ、この比較器９の出力レベルの変
化により検出体５の接近が検知されることになる。

このように本発明装置による検出動作の基本作用は、一
定値に設定された比較器９のしきい値ｖ７と、検出体５
の接離によるＭＲ素素子体色出力値の変化とによって行
われるものである。検出体５の接離によるＭＲ素素子体
色出力値の変化は、検出体５の変位に従って一定の線形
に沿って変化するものであるので、あらかじめ設定され
るしきい値ｖ７と出力値ｖ６との差を適当に設定変更す
ることにより、検出すべき検出体５の位置、すなわち検
出距離りを自由に設定変更できる。

尚９本発明装置は、極めて小さいＭＲ素素子体色よび比
較器９と、小型化が充分可能である磁石体１と、そして
バイアス磁石３とにより構成されるので、全体を極めて
小型にすることができると共に、構成部品点数が少ない
ので組み立て製造が容易であり、かつ各構成部品の何れ
もが安価なものであるので、装置全体を安価に製作する
ことが出来る。

そして１本発明装置の大きな特徴は、第７図に示すよう
に、磁気回路体ｌＯを保磁力の小さい材料製のシールド
体４によってシールドしたことによって、磁束が同図示
のように分布し、よって検知面取外の部分に磁性体が存
在しても、シールド体４による磁気シールドによって磁
束分布に乱れが生ぜず、検出距離が変化しないことであ
る。従って、磁性材料製の機械等に組付けしてもその磁
性によって検出距離が変化することがない。又、上記し
たように、このシールド体４は保磁力が小さいので、従
来のように帯磁して磁束を乱し、検出距離に影響を及ぼ
すことがない。

又９本発明においては、磁気回路体１０とシールド体４
との収納組付けを１両者の中心軸を偏心させた位置関係
で達成しているので、検出距離設定のための調整が容易
に行える。第８図と第９図は。

磁気回路体１０とシールド体４とが偏心した姿勢で組付
けられた状態において、ＭＲ素素子体色作用する磁石体
ｌからの磁束分布のかたよりを、磁力ベクトルの傾きで
示したものである。ＭＲ素素子体色かかる磁束は、磁石
体１が接触しているシールド体４の方向に傾くため、第
８図では反時計方向、そして第９図では時計方向に偏り
、それぞれｙ軸方向およびＸ軸方向への磁力ベクトルが
大きくなる。

こうした性質を利用して、検出距離の設定が行われる。

すなわち、一定の検出距離を持つ磁気回路体１０に、ｆ
６ｉ性体であるシールド体４を組付けると前記の検出距
離に狂いが生じるが、この狂いは磁気回路体１０をシー
ルド体４内周面の周方向に沿って移動させることによっ
て調整出来る。例えば磁力ベクトルがｙ軸方向へ傾いて
ＭＲ素素子体色らの出力が低下した場合、第９図に示す
ような姿勢に磁気回路体１０とシールド体４とを組付け
れば磁力ベクトルはＸ軸方向に傾いてＭＲ素素子体色ら
の出力値が増し、これによって検出距離が調整されるこ
とになる。逆に、ＭＲ素素子体色出力値が増加した場合
は１両者を第８図に示す姿勢に組付けて磁力ベクトルを
ｙ軸方向へ傾けてＭＲ素素子体色らの出力を減少させ、
これによって検出距離の調整を図るものである。

このように検出距離の調整を、磁気回路体１０をシール
ド体４内周面の周方向に沿って移動させるのみで行うこ
とが出来るので、検出距離測定の基準面が変わらない。

これによって、従来のように検出距離調整のためにバイ
アス磁石３とＭＲ素素子体色の一体物を軸方向に移動さ
せる必要上、基準面が変わり調整が非常に難しく面倒で
あるといった問題が解決された。

〔実施例〕

第１図と第２図に１本発明の一実施例を示す。

この実施例においては、第二永久磁石７の磁力を第一永
久磁石６のそれより大きいものとし、　ＭＲ素素子体色
作用するｙ軸に沿った正負方向の磁力の作用量が等しく
なる直線Ｋに沿った位置が第一永久磁石６に大きく偏る
ようにしている。

又、ＭＲ素素子体色電源１３に対する接続は９ＭＲ素子
体２に外部磁力が作用していない状態における出力値、
すなわち不平衡電圧がＯ（Ｖ）となるように設定されて
いる。このように、ＭＲ素素子体色不平衡電圧を０〔Ｖ
〕に設定することにより、バイアス磁石３による出力電
圧値ＶＢの設定が容易となると共に正確に設定出来る。

第６図において、比較器９のしきい値ｖ７は、　　Ｏ（
Ｖ〕に設定されているので、磁石体ｌに対するＭＲ素素
子体色直線Ｋに沿った位置設定は、この位置設定による
ＭＲ素素子体色出力値ｖ６が出力値ＶＢよりも小さいが
、しきい値ｖ７よりも大きい値となるように達成されて
いる。

このＭＲ素素子体色出力値ｖ６の設定に際して。

磁石体１に対するＭＲ素素子体色変位位置を、第６図（
ｂ）の点ａ付近に設定すると、検出体５のわずかな影響
によりＭＲ素素子体色出力値がしきい値ｖ７よりも低い
値となるので、距離りが大きい状態で検出体５を検出す
ることが出来１反対に特性曲線Ｔの頂点付近に対応する
点す付近に設定すると、検出体５の磁気的影響が大きく
ないとＭＲ素素子体色出力値をしきい値よりも低い値に
することが出来ないので、検出体５がＭＲ素素子体色充
分に接近しなければ、すなわち距離りが小さくならなけ
れば検出体５を検出することが出来ないので、検出範囲
を小さくすることが出来る。

磁気回路体１０のシールド体４に対する組付は手段とし
てはいろいろ考えられるが２弾力性のある物質（例えば
スポンジ等）を組付は材１１として磁気回路体１０とシ
ールド体４内面との間に挿入して磁気回路体１０をシー
ルド体４に弾接組付けすると。

検出距離の設定のための磁気回路体１０の微動を容易に
行うことが出来る。−旦、検出距離が設定されると、接
着剤等でその位置を固定すると良い。

尚１本実施例においては、シールド体４外表面に有頂筒
形状で非磁性体のケース体１２を嵌着しているが、こう
することによって２本発明装置の取付は場所が磁性体の
場合、その磁性体と本発明装置との間に少なくともケー
ス体１２肉厚分の間隔が形成されるため、磁性体の影響
をさらに少なくすることが出来るものである。

〔発明の効果〕

このように本発明は、高性能、小型、安価であるといっ
た優れた特徴を有する本出願人が先に出願した磁気近接
スイッチ装置に、保磁力の小さいシールド体を磁気回路
体に中心軸をずらして組付けしたので、外部磁気による
影響がなくなりその性能がさらに向上した。

又、検出距離の設定も磁気回路体をシールド体内周面に
２周方向に移動させることによって達成出来るため、従
来装置のように軸方向への移動が必要なため、検出距離
の基準面が変わり、検出距離の調整が難しくて面倒であ
るといった問題が解決された等、多くの優れた効果を発
揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す側面断面図。 第２図は同正面断面図。第３図（ａ）は磁石体のＭＲ素
子体に対する磁力の作用形態を示す説明図、第３図（ｂ
）はＭＲ素子体に作用する磁力の方向と大小関係を示す
説明図。第４図（ａ）は磁石体のＭＲ素子体に対する磁
力の作用に対する検出体の影響を説明するための説明図
、第４図（ｂ）はＭＲ素子体に作用する磁力の方向と大
小関係を示す説明図。第５図は第４図に示した検出体に
よるＭＲ素子体に対する磁力の作用形態の変化特性を示
す特性線図。 第６図は本発明の動作特性を説明するもので。 （ａ）は磁石体に対するＭＲ素子体の変位形態を示す説
明図、（ｂ）は検出動作特性を示す説明図。第７図は本
発明一実施例における磁束の流れを示す説明図。第８図
と第９図は磁気回路体とシールド体との組付き位置と磁
気ベクトルの向きとの関係を示す説明図。 第１０図は本出願人によって先に出願された装置を示す
断面図。第１１図はその装置において外部磁性体に対す
る磁束の流れを示す説明図。第１２図はその装置を磁性
体に組付けた状態を示す断面図である。 符号の説明 １：磁石体、　　　２：ＭＲ素子体。 ３：バイアス磁石、　　４：シールド体。 ５：検出体、　　６：第一永久磁石。 ７：第二永久磁石、　　８ニスペーサ−１９：比較器、
１０：磁気回路体、１１：組付は材。 １２：ケース体、１３：電源。 ｍ：磁気回路体中心軸、　　　ｒｚシールド体中心軸。 Ｋ：直線、ｉ、：変位量、　　Ｌ：距離。 ｖ６：出力値、Ｖ７：Ｌきい値、　　　０．０’：中心
。 ｆｙＡδ １−Ｊは１ノ６イ２ト　２−−−ハ’ｌＲｊメ（４３＝
−バイ１フ４６式シ５４−３−）ν＃’４５−Ｊづさｄ
：イさト６−−−ネーの木ス欄を石　７一−−寥シ４不
メｉ社局　　８−−−スＲ−ブー　　９−−一比ψ良８
・ｔｏ−４ＭＩｉＤｍ本　ｍ−−一虜ｋｆｕ）Ｊ＆ｉ拳
哨Ｃ％　ｎ−−−シールトイ本ｆ−ｃｔｊめｊノ４Ｑ （ａ） （ａ） ブーヲ７ａ ブナシン勿

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）リング形状をし、端面に磁極を位置させた第一永
   久磁石（６）と第二永久磁石（７）とを、非磁性材料製
   のスペーサー（８）を介して同軸状にかつ異なる磁極を
   対向させて配置した磁石体（１）と、該磁石体（１）に
   対し、該磁石体（１）の中心軸である直線に沿って相対
   変位可能に組付けられると共に、出力端子が比較器（９
   ）に接続された強磁性体磁気抵抗素子体（ＭＲ素子体）
   （２）と、 該強磁性体磁気抵抗素子体（２）に両磁極を結ぶ直線が
   前記直線に直交する姿勢で一体的に組付けられたバイア
   ス磁石（３）と、 前記磁石体（１）と強磁性体磁気抵抗素子（２）とバイ
   アス磁石（３）との組合わせ物である磁気回路体（１０
   ）を収納組付けする筒形状で保磁力の小さい材料製のシ
   ールド体（４）と、 前記磁気回路体（１０）と前記シールド体（４）との組
   付き物に対して接近離反移動可能に設けた磁性材料製の
   検出体（５）とから構成し、 前記磁気回路体（１０）の中心軸（ｍ）と、前記シール
   ド体（４）の中心軸（ｎ）とをずらして成る磁気近接ス
   イッチ装置。
2. （２）リング形状をし、端面に磁極を位置させた第一永
   久磁石（６）と第二永久磁石（７）とを、非磁性材料製
   のスペーサー（８）を介して同軸状にかつ異なる磁極を
   対向させて配置した磁石体（１）と、該磁石体（１）に
   対し、該磁石体（１）の中心軸である直線に沿って相対
   変位可能に組付けられると共に、出力端子が比較器（９
   ）に接続された強磁性体磁気抵抗素子体（ＭＲ素子体）
   （２）と、 該強磁性体磁気抵抗素子体（２）に両磁極を結ぶ直線が
   前記直線に直交する姿勢で一体的に組付けられたバイア
   ス磁石（３）と、 前記磁石体（１）と強磁性体磁気抵抗素子（２）とバイ
   アス磁石（３）との組合わせ物である磁気回路体（１０
   ）を収納組付けする筒形状で保磁力の小さい材料製のシ
   ールド体（４）と、 前記磁気回路体（１０）と前記シールド体（４）との組
   付き物に対して接近離反移動可能に設けた磁性材料製の
   検出体（５）と、 前記磁気回路体（１０）と前記シールド体（４）との組
   付き物を収納組付けする非磁性材料製のケース体（１２
   ）とから構成し、 前記磁気回路体（１０）の中心軸（ｍ）と、前記シール
   ド体（４）の中心軸（ｎ）とを偏心させて成る磁気近接
   スイッチ装置。
3. （３）磁気回路体（１０）とシールド体（４）との収納
   組付けを、該磁気回路体（１０）とシールド体（４）と
   の間に弾性物質である組付け材（１１）を挿入すること
   によって達成して成る特許請求の範囲第１項または第２
   項に記載の磁気近接スイッチ装置。