JPH0355229Y2

JPH0355229Y2 -

Info

Publication number: JPH0355229Y2
Application number: JP17919784U
Authority: JP
Priority date: 1984-11-26
Filing date: 1984-11-26
Publication date: 1991-12-09
Also published as: JPS6195134U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、強磁性体磁気抵抗素子を利用した磁
気近接スイツチに関するもので、磁気近接スイツ
チとして良好なかつ安定した、そしてより感度の
優れたスイツチ動作を得ることを目的としたもの
である。

〔従来の技術〕

磁電変換素子としては、ホール素子、半導体磁
気抵抗素子、強磁性体磁気抵抗素子等があるが、
これらの磁電変換素子はそれぞれ次のような特徴
を持つている。

すなわち、ホール素子の場合、インジウム・ア
ンチモンのホール素子においては、近接スイツチ
として利用する時には、約50Gで駆動し、その時
の出力電圧は25mV程度と低く、一度オペアンプ
等で増幅した後に比較器でスイツチングする必要
があり、温度特性も−２％／℃とあまり良くな
い。

一方、駆動電源も1V程度であり、近接スイツ
チングの駆動電圧が５〜30V程度であることか
ら、定電圧回路（1V用）が必要となる。

また、ガリウム砒素のホール素子にあつては、
温度特性（−0.05％／℃）は良いが、出力電圧が
低いので近接スイツチとしての利用は難しいと共
に、駆動電源は5mA程度で専用の定電流回路を
必要とすることになる。

半導体磁気抵抗素子の場合には、1KG程度以
下の磁界では抵抗の変化が極めて少ないため、
1KG程度のバイアス磁石が必要で、磁力に対す
る直線性および温度特性が悪く、専用の電源を必
要とし、さらに高価である等の理由により近接ス
イツチとしての利用は難しい。

この、ホール素子および半導体磁気抵抗素子に
比べて、強磁性体磁気抵抗素子は、温度特性が悪
い点を除けば、10V程度までの電圧で駆動できる
ので、普通の回路電源で直接駆動して使用するこ
とが可能であり、また２％程度の変化量を得るこ
とができるので増幅器が不要である等の理由によ
り近接スイツチとして最も適している。

この強磁性体磁気抵抗素子を近接スイツチとし
て使用するに際しては、強磁性体磁気抵抗素子単
体の温度特性の悪さをなくすために、二つの強磁
性体磁気抵抗素子（以下、単に抵抗素子と呼ぶ）
を直列に接続すると共に、一方に抵抗素子を他方
の抵抗素子に対して仮想される単一の平面上で90
度回動変位させた姿勢とし、両抵抗素子の接続点
を出力点にして使用している。

この強磁性体磁気抵抗素子の機能を、第１図を
参照して簡単に説明すると、ｙ方向に磁力Ｂを印
加すると、抵抗素子Ｍ２の抵抗値は減少するが、
抵抗素子Ｍ１の抵抗値は増加し、同様にｘ方向に
磁力Ｂを印加すると、抵抗素子Ｍ１の抵抗値が減
少し、抵抗素子Ｍ２の抵抗値が増加する。

なお、抵抗素子の抵抗値が増加すると表現した
が、これは強磁性体磁気抵抗素子の応差の影響に
より抵抗値が減少していた場合、元の抵抗値に戻
ることを意味している。

従つて、このような状態から磁力Ｂを減少させ
ても、抵抗素子の抵抗値は増加した状態のままと
なる。

なお、第１図において、ｚ方向に磁力Ｂを作用
させても抵抗素子の抵抗値の変化はなく、仮に応
差の影響で若干の抵抗変化分が残留していても、
その値は変化しない。

〔考案が解決しようとする問題点〕

このように、第１図に示した強磁性体磁気抵抗
体MRに対して磁力Ｂをｚ方向に作用させても、
両抵抗素子Ｍ１，Ｍ２には抵抗値の変化は生じな
いのであるが、従来の抵抗素子を使用した近接ス
イツチは、作動用の永久磁石を、両抵抗素子Ｍ
１，Ｍ２が位置する仮想される平面の上方を通過
させる構成となつているので、この永久磁石から
両抵抗素子Ｍ１およびＭ２に作用する磁力Ｂの一
部がｚ方向に作用することになり、これがため抵
抗素子Ｍ１またはＭ２の抵抗値は、永久磁石の移
動方向または永久磁石と抵抗素子Ｍ１，Ｍ２との
距離等により変化する抵抗素子Ｍ１，Ｍ２固有の
応差のため一定値とならず、正確な動作を得るこ
とができないと云う不都合があつた。

すなわち、ｘ方向の磁力B_xを印加することに
より抵抗値が増加し、ｙ方向の磁力B_yを印加す
ることにより抵抗値が減少する姿勢で配置された
抵抗素子にあつては、第７図に示すように、磁力
B_xの作用により抵抗値R_xであつたものが、磁力
B_xの消滅により抵抗値R_xとほぼ等しい値である
抵抗値R_bとなり、この状態から磁力B_yが印加さ
れると抵抗値R_bから抵抗値R_yまで低下し、この
磁力B_yが消滅すると抵抗値R_yから抵抗値R_bに復
帰するのではなく、この抵抗値R_bよりも小さい
値の抵抗値R_aまで増加し、この状態から磁力B_x
が印加されると、抵抗値R_aから抵抗値R_xまで増
加すると云う抵抗−磁力特性を発揮する。

このように、抵抗素子には、印加させていた磁
力B_xを消滅させた時の抵抗値R_bと、印加させて
いた磁力B_yを消滅させた時の抵抗値R_aとの間に
は必ず差があり、この差抵抗分R_rを強磁性体磁
気抵抗素子の抵抗−磁力特性の応差と呼んでい
る。

この強磁性体磁気抵抗素子の応差R_rは、印加
磁力の大きさ、その作用方向等に従つて変化する
のであり、またその大きさおよび変化形態は個々
の強磁性体磁気抵抗素子でわずかに異なり、各強
磁性体磁気抵抗素子は固有の応差を有するものと
なつており、このため磁力が作用していない状態
での抵抗素子の抵抗値は、抵抗素子別に異なると
共に、同一抵抗素子であつても印加磁力の大きさ
および作用方向等の変化に従つて変化してしまう
ことになる。

一方、磁力Ｂの一部がｚ方向に作用すると云う
ことは、抵抗素子には磁力B_xまたは磁力B_yの一
方が強く作用し、他方は殆ど作用しない状態であ
るので、永久磁石の移動に伴う一方の抵抗素子の
電圧出力は、第８図に示すような出力特性を描く
ことになり、その最大出力値ｅは抵抗値R_aまた
は抵抗値R_bに従つた共通した一定値となるもの
の、最小出力値ｅ１は各抵抗素子が固有に有する
応差に従つて決まるものであるので、この最小出
力値ｅ１の違いにより、抵抗素子の電圧出力が比
較器のしきい値ｖ１と等しい値となる永久磁石と
の相対変位位置が異なり、このため近接スイツチ
のスイツチング動作位置が異なつてしまう。

また、従来のこの種の近接スイツチは、抵抗素
子に対する永久磁石からの磁力Ｂの大きさの変化
に従つた両抵抗素子の抵抗値が変化してスイツチ
ング動作をするものであつたので、この作動用の
永久磁石の磁力の設定を正確に達成しなければな
らないと共に、抵抗素子と永久磁石との相互位置
関係を正確に設定しなければならない問題があつ
た。

さらに、永久磁石からの磁束の作用による磁気
抵抗素子の抵抗値の変化がさほど大きなものでは
ないために、スイツチング動作を得るためには、
永久磁石を充分に抵抗素子に近づけなければなら
ず、これがためこの種の近接スイツチの設置のた
めの機械寸法上の規制が極めて厳しいものとなつ
て、近接スイツチの設置が不可能となる場合が生
じると云う不都合があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、上記した従来例における問題点およ
び不都合を解消すべく考案されたもので、抵抗素
子の抵抗値変化の発生を、この抵抗素子に作用す
る作動用永久磁石からの磁束の作用方向の変化に
従つて発生する構成とすると共に、各抵抗素子を
ブリツジ接続して各抵抗素子における抵抗体の変
化を拡大して取り出すようにすることによつて、
永久磁石の磁力の設定および抵抗素子と永久磁石
との機械的な組合わせ構成を簡略化することがで
きると共に機械寸法上の余裕を充分に得ることが
できるようにしたものである。

以下、本考案を、本考案の実施例を示す図面を
参照しながら説明する。

本考案による磁気近接スイツチは、２つの抵抗
素子Ｍ１，Ｍ２を、仮想される単一の平面Ｆ上で
相互姿勢を90度回動変位させて直列接続した第１
の抵抗素体Ｒ１と、同様に２つの抵抗素子Ｍ３，
Ｍ４を、前記平面Ｆ上で相互姿勢を90度回動変位
させて直列接続した第２の抵抗素体Ｒ２とを、各
抵抗素子Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４がブリツジ接続
となるよう接続して構成された抵抗体MRと、略
前記平面Ｆ上に、両磁極を通る仮想される直線Ｔ
を前記抵抗体MRの近傍を通過すべく位置させた
姿勢で、この直線Ｔに沿つて前記抵抗体MRに対
して相対的に移動可能に配置された永久磁石Mg
と、前記抵抗素体Ｒ１における両磁気抵抗素子Ｍ
１，Ｍ２の接続点を一方の入力端子に接続すると
共に、前記第２の抵抗素体Ｒ２における両抵抗素
子Ｍ３，Ｍ４の接続点を他方の入力端子に接続し
た比較器OPとから構成され、前記両抵抗素子体
Ｒ１，Ｒ２の接続点間に回路電源を印加して構成
されたものである。

すなわち、第５図において、第１図ないし第３
図の如く構成された抵抗体MRを仮想される平面
Ｆ上に配置し、ほぼこの平面Ｆ上に作動用の永久
磁石Mgを配置する。

この永久磁石Mgは、その両磁極を通る仮想さ
れる直線Ｔが、ほぼこの平面Ｆ上に位置し、かつ
抵抗体MRの近傍を通過するよう配置される。

そして、永久磁石Mgおよび抵抗体MRは、こ
の仮想される直線Ｔに沿つて相対的に移動すべく
機械的に組付けられる。

永久磁石Mgに対して上記の如き関係で組付け
られた抵抗体MRは、第４図に示す如く、その出
力端子である抵抗素子Ｍ１とＭ２との接続点であ
る端子ハを比較器OPの一方の入力端子に接続し、
同様に他方の出力端子である抵抗素子Ｍ３とＭ４
との接続点としての端子ニを比較器OPの他方の
入力端子に接続し、もつて本考案の磁気近接スイ
ツチが構成されるのである。

〔作用〕

本考案による磁気近接スイツチは、上記の如き
構成と成つているので、永久磁石Mgが抵抗体
MRの近くに位置している状態においては、各抵
抗素子Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３そしてＭ４にはｘ方向ま
たはｙ方向に磁力Ｂが印加されることになるの
で、両抵抗素体Ｒ１およびＲ２は安定した抵抗値
を示すことになる。

また、比較器OPの出力波形は第６図ａの曲線
ホの如くとなり、永久磁石Mgが抵抗体MRの近
傍に接近した所で急激に比較器OPの出力電圧が
Ｌ→Ｈ→Ｌと変化し、第６図ｂの曲線ヘに示す如
く、そのオン幅ΔLが極めて狭いものとなつてい
る。

これは、永久磁石Mgが抵抗体MRの近傍に接
近した所で、永久磁石Mgから抵抗体MRに作用
する磁力Ｂの方向が急激に変化することを示して
おり、従つて上記した本考案による磁気近接スイ
ツチは、磁力Ｂの大きさの変化によりスイツチ動
作をするのではなく、磁力Ｂの作用方向の変化に
大きく影響されてスイツチ動作するものとなつて
いるのである。

このため、本考案による磁気近接スイツチは、その１磁力Ｂが一定以上であるならば、磁力Ｂによる
オン点のバラツキが極めて少ないものとなる。

その２永久磁石Mgおよび抵抗体MRの温度特性の影
響が極めて少ない。

その３永久磁石Mgと抵抗体MRとの間の距離の変化
の影響が極めてすくない。

等の動作機能上の特性を発揮することができるこ
とになる。

また、抵抗体MRを構成する各抵抗素子Ｍ１，
Ｍ２，Ｍ３そしてＭ４は、それぞれがブリツジ接
続されているので、両抵抗素体Ｒ１，Ｒ２におけ
る抵抗値変化の差が拡大して出力されることにな
り、これによつて抵抗体MRの出力電圧値を充分
に大きくすることができることになる。

〔実施例〕

第１図ないし第３図は、各抵抗素子Ｍ１，Ｍ
２，Ｍ３そしてＭ４のブリツジ接続の実施例を示
すもので、第１図図示実施例のものは、各抵抗素
子を90度つづ順に回動変位させて配置したもので
あり、第２図図示実施例のものは、二つの抵抗素
体Ｒ１，Ｒ２をそのまま並列に配置したものであ
り、そして第３図図示実施例のものは、第１図図
示実施例のものと同様に、各抵抗素子を順に90度
づつ回動変位させて配置したものである。

この各実施例において、両抵抗素体Ｒ１，Ｒ２
の接続点である一方の端子イと他方の端子ロとの
間に回路電源（＋10V）が印加されており、各抵
抗素体Ｒ１，Ｒ２における両抵抗素子の接続点で
ある端子ハおよびニがそれぞれ抵抗体MRの出力
端子となつていて、比較器OPの入力端子に接続
される。

それゆえ、抵抗体MRに永久磁石Mgからの磁
力Ｂの作用がない状態においては、抵抗体MRの
出力端子である端子ハおよびニにはそれぞれ5V
の出力が出力されることになるのであるが、両端
子ハとニとの間には、予め抵抗を使用するとか、
各抵抗素子Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４を異なる抵抗
値に設定しておくとか、さらにはバイアス磁石に
より任意の抵抗素子の抵抗値を変化させておく等
の手段により一定の不平均電圧を与えてあるの
で、比較器OPからはの出力信号が出力されない
ことになる。

この第４図の如く比較器OPに接続された抵抗
体MRに対して、第５図に示す如く、永久磁石
Mgが直線Ｔに沿つて移動すると、前記した如
く、抵抗体MRの出力電圧波形は、第６図ａの曲
線ホの如くとなり、それゆえ比較器OPの出力波
形すなわち本考案による磁気近接スイツチの出力
波形は第６図ｂの曲線ヘの如くとなり、永久磁石
Mgが抵抗体MRに最も接近する点Ｓを中心とし
て、直線Ｔに沿つた極めて狭い範囲であるΔLだ
けでオン状態となる。

本考案による磁気近接スイツチのオン状態とな
る領域を実測すると、その領域はほぼ第５図の斜
線で示した如きものとなり、抵抗体MRと永久磁
石Mgとの間隔方向に細長いものとなつている。

それゆえ、抵抗体MRと永久磁石Mgとの機械
的な取付け関係に多少の誤差が生じたとしても、
スイツチの機能に支障を生じることは全くなく、
極めて良好なスイツチ動作を発揮する。

また、この抵抗体MRの出力波高値は、一つの
抵抗素体の出力波高値の２倍となるので、一つの
抵抗素体を使用した場合に比べて、同一磁力の磁
石Mgを使用する条件においては、磁石MGと抵
抗体MRとの離反距離の許容値は増加することに
なり、この種のスイツチの組立てにおける機械的
寸法許容範囲が大幅に拡大されることになる。

さらに、比較器にOPにおけるしきい値と磁力
のない時の電圧値との差を大きくすることが可能
であるので、外来ノズル等による誤動作の発生を
極めて少なくすることができることになる。

またさらに、例えば磁力が作用していない時の
端子ニの電圧をＶ１（この電圧値は5Vとなる）、
端子ハの電圧をＶ２（この電圧値は5Vよりも小
さい値、例えば4Vとなる）とすると、この場合
には電圧Ｖ２（またはＶ１）が比較器OPのしき
い値となるが、ｘ方向の磁力Ｂを増加すると、電
圧Ｖ１が低下すると同時に、しきい値である電圧
Ｖ２が上昇して、Ｖ１＝Ｖ２となつた時に比較器
OPの出力が反転する。

この際、磁界が作用していない状態での電圧Ｖ
１と磁界が作用していない状態での電圧Ｖ２との
差の絶対値は、下式のＶ以内に設定する必要があ
る。

Ｖ＝｜｜V1_B=0−V1_B=00｜＋｜V2_B=0−V2_B=00｜｜但し、V1_B=0は磁界が作用していない状態での
電圧V1の値であり、V1_B=00は磁界が無限大に作
用した状態での電圧V1の値であり、V2_B=0は磁界
が作用していない状態での電圧V2の値であり、
V2_B=00は磁界が無限大に作用した状態での電圧
V2の値である。

従つて、電圧Ｖ１とＶ２との差が、磁力印加時
の電圧Ｖ１，Ｖ２の変化量の和よりも小さけれ
ば、付帯回路（電池とか抵抗等）は全く不要とな
り、回路全体の較正を極めて簡素化することがで
きることになる。

〔考案の効果〕

以上の説明から明らかな如く、本考案による磁
気近接スイツチは、永久磁石の磁力の変動による
オン点のバラツキとか、永久磁石および抵抗体の
温度特性の影響とか、さらには永久磁石と抵抗体
との間の距離の変動の影響とかが極めて少なく、
これがために常に正確でかつ良好なスイツチ動作
を発揮することができ、またそのオン動作エリア
がシヤープであるので機械的な組付けもしくは加
工に多少の誤差が生じたとしても、この誤差に影
響されることなく精度の高いスイツチ動作を発揮
することができ、さらに強磁性体磁気抵抗素子を
主体として構成しているので、スイツチ体専用の
電源を必要とすることなく、組付けられる回路の
電源をそのままスイツチ体の電源として利用する
ことができ、またさらにノイズマージンを向上さ
せることができる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図ないし第３図は、本考案に使用する抵抗
体の構成例を示すものである。第４図は、本考案
による磁気近接スイツチの電気回路構成を示す回
路図である。第５図は、本考案における抵抗体と
永久磁石との位置関係を示す説明図である。第６
図は、本考案のスイツチ体の動作特性を示す線図
であつて、第６図ａは抵抗体の出力電圧波形を、
第６図ｂは比較器の出力波形図である。第７図
は、磁気抵抗素子の抵抗−磁力特性を示す特性線
図である。第８図は、一方の磁気抵抗素子の磁力
−出力特性を示す特性線図である。符号の説明、MR…抵抗体、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ
３，Ｍ４…抵抗素子、Ｒ１，Ｒ２…抵抗素体、
OP…比較器。Mg…永久磁石、Ｆ…平面、Ｔ…直
線。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

２つの強磁性体磁気抵抗素子Ｍ１，Ｍ２を、仮
想される単一の平面Ｆ上で相互姿勢を90度回動変
位させて直列接続した第１の抵抗素体Ｒ１と、同
様に２つの磁気抵抗素子Ｍ３，Ｍ４を、前記平面
Ｆ上で相互姿勢を90度回動変位させて直列接続し
た第２の抵抗素体Ｒ２とを、隣合つて接続される
前記抵抗素子同志の相互姿勢を90度回動変位させ
てブリツジ接続して構成された抵抗体MRと、略
前記平面Ｆ上に、両磁極を通る仮想される直線Ｔ
を前記抵抗体MRの近傍を通過すべく位置させた
姿勢で、該直線Ｔに沿つて前記抵抗体MRに対し
て相対的に移動可能に配置された永久磁石Mg
と、前記抵抗素体Ｒ１における両磁気抵抗素子Ｍ
１，Ｍ２の接続点を一方の入力端子に接続すると
共に、前記第２の抵抗素体Ｒ２における両抵抗素
子Ｍ３，Ｍ４の接続点を他方の入力端子に接続し
た比較器OPとから構成され、前記両抵抗素体Ｒ
１，Ｒ２の接続点間に回路電源を印加して成る磁
気近接スイツチ。