JPH0397281A - 磁気抵抗素子を用いたポテンショメータ - 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、交叉する磁束量に応じて抵抗値を変化させる
磁気抵抗素子を用いたポテンショメータ、すなわち無接
触型ポテンショメータに関するもので、更に詳言すれれ
ば、雰囲気温度の変化にもかかわらず正確な測定値を出
力する無接触型ポテンショメータに関する。

「従来の技術コ 従来の無接触型ポテンショメータは、第３図に示すよう
に、強磁性体材料から或るヨークに第１，第２の磁気抵
抗素子を固定したタイプのものと、第４図に示すように
、永久磁石に第１，第２の磁気抵抗素子を固定したもの
が知られていた。

第３図に示されたタイプの無接触型ポテンショメータは
、合成樹脂等の絶縁性非磁性材により、下方中央にヨー
ク取付開口部３１を備え、且つ該ヨーク取付開口部３１
上に中空室３２を設けると共に、該中空室３２上方に回
転軸取付孔３３を貫通して形或された保持体３４を、四
角形状のケース３５内に前記回転軸取付孔３３を露出せ
しめて収納固定し、更に前記保持体３４の回転軸取付孔
３３に軸受３６を介して非磁性材料から成る回転軸３７
を回転自在に軸支すると共に、該回転軸３７の下端部の
一方側を切欠した段部３８に、断面平行四辺形状の永久
磁石３９が回転軸３７に対して一方に偏位して固定され
、且つ前記中空室３２の下方のヨーク取付開口部３１に
は強磁性体ヨーク４０が嵌挿固定される一方、該強磁性
体ヨーク４０上には、第１，第２の磁気抵抗素子４１が
永久磁石３９の下面との間に、空隙ｄを存して対向して
載置固定した構造より成っており、前記一方側に偏位し
て配設固定された永久磁石３９を下面に備えた回転軸３
７の回転により、第１，第２の磁気抵抗素子４１に作用
する磁束密度を変化させるのである。

なお、前記第１，第２の磁気抵抗素子４１は、実際上２
つの磁気抵抗素子がパターン化されて、直列に基板上に
配設されているため、図面上両者を一体のものとして図
示してある。

更に、第４図に示されたタイプの無接触型ポテンショメ
ータは、断面凹状をなした保持体４２の上面および両側
面に、それぞれ上板４３および側板４４を固定し、前記
保持体４２の底板４２ａ上の中央部に、保持体４２の横
方向中心線に対し、ある傾斜角をもって縦長の永久磁石
４５が載置固定されており、該永久磁石４５の磁極面上
には、抵抗膜面を上向きにした第１，第２の磁気抵抗素
子４６が密着固定され、更に図示していない何等かの手
段によって左右方向に移動して変位を伝える断面平行四
辺形をなすシャフト４７が、前記保持体４２の両側壁４
２ｂ，４２ｃに穿設されたシャフトガイド孔４Ｂに貫挿
されて、これをガイドとしてシャフト４７が前記保持体
４２の横方向中心線に沿って左右方向に往復運動できる
ように配設されると共に、前記シャフト４７の下面には
前記第１，第２の磁気抵抗素子４６と直交する配列に、
強磁性体ヨーク４９が埋込み固定ざれ、該強磁性体ヨー
ク４９の下面も前記シャフト４７の移動に伴って、第１
，第２の磁気抵抗素子４６と平行で極めて接近した配列
のまま、左右方向に往復運動するように構成されており
、第１，第２の磁気抵抗素子４６における２つの象限抵
抗膜簡に対する永久磁６４５と強磁性体ヨーク４９との
間の磁束の移動に伴って、強磁性体ヨーク４９の直線変
位量に対する信号を第１，第２の磁気抵抗素子４６から
取出し、強磁性体ヨーク４９の直線変位量を計測するの
である。

なお、前記第１，第２の磁気抵抗素子４６は、実際上２
つの磁気抵抗素子がパターン化されて、直列に基板上に
配設されているため、図面上両者を一休のものとして図
示してある。

［発明が解決しようとする課題］ 前記した構或より成る従来の２つのタイプの無接触型ポ
テンショメータは、その可動部分におけるｌ習勤抵抗が
極めて小さいことから微小変位を検出、測定するのに極
めて有利であり、優れた測定能力をもつものであるが、
磁気抵抗素子は抵抗温度係数をもつものであり、この抵
抗温度係数は磁気抵抗素子に磁界が与えられている時と
、与えられていない時で、または与えられている磁界の
大きさによって差異を生ずる。このため、磁気抵抗素子
を用いた無接触型ポテンショメータは雰囲気温度の変化
により、測定値に大きな誤差を生ずるという問題点があ
った。

すなわち、磁気抵抗素子を用いた無接触型ポテンショメ
ータは、原理的には第５図に示す如く、直流定電圧ＩＥ
の両電極間に、第１の磁気抵抗素子ＭＲ，と第２の磁気
抵抗素子ＭＲ２との直列回路を挿入し、両磁気抵抗素子
ＭＲ１，ＭＲ２を往復動可能に組付けられた永久磁石Ｍ
ＣＩか、または強磁性体ヨークに対向して配置し、第１
の磁気抵抗素子ＭＲ　１の両端子ａ，ｂを出力端子とし
て構或ざれている。

このような構或となったポテンショメータの出力特性は
、雰囲気温度下を一定に保って両磁気抵抗素子ＭＲ＋　
，ＭＲ２に対して永久磁石Ｍｇか、あるいは強磁性体ヨ
ークを変位させると、第６図に示すような出力特性を描
き、ポテンショメータとして有効に使用できる検出可能
な変位量範囲は、直線性の良い点イから点口までの周囲
に設定される。

今、両磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の抵抗温度特性がほ
ぼ等しいとすると、第６図に示された有効範囲の下限点
イ，上限点口，そして中点八の温度変化特性は第７図に
示すようになり、中点ハの特性曲線Ｃは温度軸に対して
平行となり、下限点イの特性曲線ｄ１および上限点口の
特性曲線ｄ２は、使用された両磁気抵抗素子ＭＲ１，Ｍ
Ｒ２の温度特性に応じて決定ざれる、ほぼ直線Ｃに関し
て線対称となった曲線となる。

すなわち、第７図に示された温度特性曲線から、使用ざ
れるポテンショメータは、永久磁石Ｍｇが、あるいは強
磁性体ヨークが、中点ハから下限点イ、もしくは上限点
口の方向に変位するに従って、磁気抵抗素子の抵抗温度
係数が、磁界が与えられている時と与えられていない時
で、または与えられている磁界の大きざによって差異を
生ずるため、測定値中に温度誤差を含むことになる。

上記した如く、従来の磁気抵抗素子を用いたポテンショ
メータは、雰囲気温度の変化により、温度誤差を生じる
ものとなっているので、常に設定ざれた一定温度雰囲気
内で使用されなければならず、このため温度管理が面倒
であったり、一定温度に保持するための機構が面倒とな
るという問題点を有していた。

また、このように使用できる雰囲気温度が一定値に制限
されているため、携帯用の機器に取付けることかできな
いばかりか、その設置場所に応じて機器を調整、設定す
る必要があり、このため利用範囲が極めて限定されると
共に、取扱いが面倒で専門的な技術を要するものとなっ
ていた。

また、従来のボテンショメータにおいて、上記の雰囲気
温度の変化による、検出値中の温度誤差を小さくする為
の方法として、電気回路的に直並列抵抗や、サーミスタ
を使用するものもあったが、この方法では温度補償範囲
がせまく、出力電圧比感度が低下するという問題点があ
った。

本発明は、かかる従来の問題点を解決することを目的と
する磁気抵抗素子を用いた無接触型ポテンショメータを
提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、直流定電圧源の両電極間に、第１の磁気抵抗
素子と第２の磁気抵抗素子との直列回路を挿入し、前記
両磁気抵抗素子を、対向配置した永久磁石か、または強
磁性体ヨークのいずれか一方に固定し、且つ他方をこれ
に対して往復動可能に配置し、前記第１の磁気抵抗素子
の両端子を出力端子として構或して、交叉する磁束量に
応じて抵抗値を変化させる磁気抵抗素子を用いたポテン
ショメータに於いて、雰囲気温度により、前記永久磁石
または強磁性体ヨークと、前記第１，第２の磁気抵抗素
子間の空隙を調整するべく、バイメタル板上に固設され
た強磁性体ヨークまたは永久磁石のいずれか一方に、第
１，第２の磁気抵抗素子を装置するいう手段を採用する
ことにより、上記問題点を解決した。

［作　用］ 上記構成より或る本発明によれば、第７図に示された検
出有効範囲の下限点イ，上限点口の温度特性曲線ｄ１，
ｄ２の湾曲を取ることができ、雰囲気温度による温度誤
差を小さくすることが可能となる。またこの場合、出力
電圧比感度が低下することなく温度特性を改善すること
が可能となる。

［実施例］ 本発明に係る磁気抵抗素子を用いたポテンショメータの
実施例を図に就いて詳細に説明する。

第１図に図示したものが、本発明の第１実施例であって
、強磁性体ヨークに第１，第２の磁気抵抗素子を固定し
たタイプの無接触型ポテンショメータである。この第１
実施例の無接触型ポテンショメータは、次のように構成
ざれている。

合戒樹脂等の絶縁性非磁性材により、下方中央にヨーク
配置開口部１を備え、且つ該ヨーク配置開口部１上に中
空室２を設けると共に、該中空室２上方に回転軸取付孔
３を貫通して形或された保持体４を、四角形状のケース
５内に前記回転軸取付孔３を露出せしめて収納固定し、
更に前記保持体４の回転軸取付孔３に軸受６を介して非
磁性材料から或る回転軸７を回転自在に軸支すると共に
、該回転軸７の下端部の一方側を切欠した段部８に、断
面平行四辺形状の永久磁石９が回転軸７に対して一方に
偏位して固定され、且つ前記中空室２の下方のヨーク配
置開口部１には、前記保持体４の底而４ａに一端を固定
されると共に、他端側をフリーとして、ヨーク配置開口
部］の他端の開口縁１ａ側に延在するバイメタル板１０
上に、前記回転軸７の軸心とその中心線が一致するよう
にして強磁性体ヨーク１１を載置固定し、且っ該強磁性
体ヨーク１］上には第１，第２の磁気抵抗索子１２が、
その抵抗膜面を上向きに配置して永久磁石９の下面との
間に空隙ｄを存して対向して載置固定ざれている。

この際、バイメタル板１０は雰囲気温度の変化により湾
曲し、強磁性体ヨーク１１の軸方向の位置が変わり、第
１，第２の磁気抵抗素子１２と永久磁石９との間の空隙
ｄが、雰囲気温度の変化に応じて、調整される構造とな
っている。

なお、前記第１，第２の磁気抵抗素子１２は、実際上は
２つの磁気抵抗素子がパターン化ざれて直列に基板上に
配設されているため、図面上両者を一体のものとして図
示してある。

而して、前記一方側に偏位して配設固定ざれた永久磁石
９を下面に備えた回転軸７の回転により、第１，第２の
磁気抵抗素子１２に作用する磁束密度を変化させるので
ある。

第２図に図示したものが、本発明の第２実施例であって
、永久磁石に第１，第２の磁気抵抗素子を固定したタイ
プの無接触型ポテンショメータである。この第２実施例
の無接触型ポテンショメータは、次のように構成されて
いる。

底板１４ａの中央に永久磁石配置開口部１３を備えて断
面凹状に形成ざれた保持体１４の上面および両側面に、
夫々上板１５および側板１６を固定して箱状とし、且つ
前記保持体］４の底面板１４ａの下面に一端を固定され
るとともに、他端側をフリーとして永久磁石配置開口部
１３の他端の開口縁１３ａ側に延在するバイメタル板１
７上に、保持体１４の横方向中心線に対し、ある傾斜角
をもって縦長の永久磁石１８が載置固定ざれており、該
永久磁石１８の磁極面上には、抵抗膜面を上向きにした
第１，第２の磁気抵抗素子１９が密着固定され、更に図
示していない何等かの手段によって左右方向に移動して
変位を伝える断面平行四辺形をなすシャフト２０が、前
記保持体１４の両側！１４ｂ，１４ｃに穿設されたシャ
フトガイド孔２１に貫挿されて、これをガイドとしてシ
ャフト２０が前記保持体１４の横方向中心線に沿って左
右方向に往復運動できるように配設されると共に、前記
シャフト２０の下面には前記第１，第２の磁気抵抗素子
１９と直交する配列に、強磁性体ヨーク２２が、前記第
１，第２の磁気抵抗素子１９の上面との間に空隙ｄを存
して対向して埋込み固定され、該強磁性体ヨーク２２の
下面も前記シャフト２０の移動に伴って、第１，第２の
磁気抵抗素子１つと平行で極めて接近した配列のまま、
左右方向に往復運動するように構成されている。

この際、バイメタル板１７は雰囲気温度の変化により湾
曲し、永久１’Ｅｉｌ８の上下方向の位置が変わり、第
１，第２の磁気抵抗素子１９と強磁性体ヨーク２２との
間の空隙ｄが、雰囲気温度の変化に応じて調整される構
造となっている。

なお、前記第１，第２の磁気抵抗素子１９は、実際上２
つの磁気抵抗素子がパターン化されて、直列に基板上に
配設されているため、図面上両者を一体のものとして図
示してある。

次に、本発明の実施例の作用に就いて説明する。

第１実施例のように、強磁性体ヨーク１１に第１，第２
の磁気抵抗素子１２を固定した場合は、回転軸７の回転
によって、第１，第２の磁気抵抗素子１２に於ける２つ
の象限抵抗膜面に対する強磁性体ヨーク１１と、回転軸
７に直接固定された永久磁石９との間の磁束の移動に伴
って、永久磁石９の回転角変位量に対する信号を第１，
第２の磁気抵抗素子１２から取り出して、永久磁石９の
圓転角変位量を計測する。

また、第２実施例のように、永久磁石１８に第１，第２
の磁気抵抗素子を固定した場合は、シャフト２０の往復
運動によって、第１，第２の磁気抵抗素子１つに於ける
２つの象限抵抗膜面に対する永久磁石１Ｂとシャフト２
０に埋め込み固定ざれた強磁性体ヨーク２２との間の磁
束の移動に伴って、シャフト２０の直線変位量に対する
信号を第１，第２の磁気抵抗素子１９から取り出してシ
ャフト２０の直線変位量を計測する。

また、本発明ポテンショメータでは、従来の第１，第２
の磁気抵抗素子を用いた無接触型ポテンショメータにお
ける雰囲気温度の変化による測定値中の大きな誤差をな
くすために、前記第１実施例の場合は、強磁性体ヨーク
１１をバイメタル板１０の上に載置固定し、また第２実
施例の場合は、永久磁石１８をバイメタル板１７の上に
載置固定してある。ここで、雰囲気温度の変化による前
記各バイメタル板１０．１７の湾曲により、空隙ｄを調
整し、これによって従来のポテンショメータでは取れな
かった第７図に示された検出有効範囲の下限点イ，上限
点口の温度特性曲線ｄ，，ｄ２の湾曲を取り、直線にす
ることができ、雰囲気温瓜による温度誤差をなくし、精
度を高めることができる。

［発明の効果］ 本発明は、上述のようであるから、従来のポテンショメ
ータに比して、出力電圧比感度を低下ざ仕ることなく、
雰囲気温度による温度誤差をなくし、正確な検出値を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す無接触型ポテンショ
メータで、強磁性体ヨークに第１，第２の磁気抵抗素子
を固定したタイプの縦断面図、第２図（１）は本発明の
第２実施例を示す無接触型ポテンショメータで、永久磁
石に第１，第２の磁気抵抗素子を固定した上板を省略し
た平面図、第２図（２〉は同側板を省略した正面図、第
２図（３）は同側面図、第３図は従来の無接触型ボテン
ショメータで、強磁性体ヨークに第１，第２の磁気抵抗
素子を固定したタイプの縦断面図、第４図（１）は従来
の無接触型ポテンショメータで、永久磁石に第１，第２
の磁気抵抗素子を固定したタイプの上板を省略した平面
図、第４図（２〉は同側板を省略した正面図、第４図｛
３｝は同側面図、第５図は第１，第２の磁気抵抗素子を
使用した無接触型ポテンショメータの基本的な回路図、
第６図は第５図に示された無接触型ポテンショメータの
永久磁石か、あるいは強磁性体ヨークの変位に伴う出力
変化曲線図、第７図は第１，第２の磁気抵抗素子を使用
した無接触型ポテンショメータの上限点，下限点，そし
て中点の温度特性曲線図である。 図中、９，１８は永久磁石、１０．１７はバイメタル板
、１１．２２は強磁性体ヨ７ク、１２．１９は第１，第
２の磁気抵抗素子、ｄは空隙である。 平或　１年　９月１１日 第 １ 図 第６図 （３） 第 ７ （２） 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １直流定電圧源の両電極間に、第１の磁気 抵抗素子と第２の磁気抵抗素子との直列回路を挿入し、
   前記両磁気抵抗素子を、空隙を存して対向配置した永久
   磁石と強磁性体ヨークのうち、強磁性体ヨークの上面に
   固定し、且つ永久磁石をこれに対して往復動可能に配置
   し、前記第１の磁気抵抗素子の両端子を出力端子として
   構成して、交叉する磁束量に応じて抵抗値を変化させる
   磁気抵抗素子を用いたポテンショメータに於いて、雰囲
   気温度により、前記永久磁石と、前記第１、第２の磁気
   抵抗素子間の空隙を調整するべく、バイメタル板上に固
   設された強磁性体ヨーク上面に、第１、第２の磁気抵抗
   素子を装置したことを特徴とする磁気抵抗素子を用いた
   ポテンショメータ。 ２直流定電圧源の両電極間に、第１の磁気 抵抗素子と第２の磁気抵抗素子との直列回路を挿入し、
   前記両磁気抵抗素子を、空隙を存して対向配置した永久
   磁石と強磁性体ヨークのうち、永久磁石の上面に固定し
   、且つ強磁性体ヨークをこれに対して往復動可能に配置
   し、前記第１の磁気抵抗素子の両端子を出力端子として
   構成して、交叉する磁束量に応じて抵抗値を変化させる
   磁気抵抗素子を用いたポテンショメータに於いて、雰囲
   気温度により、前記強磁性体ヨークと、前記第１、第２
   の磁気抵抗素子間の空隙を調整するべく、バイメタル板
   上に固設された永久磁石上面に、第１、第２の磁気抵抗
   素子を装置したことを特徴とする磁気抵抗素子を用いた
   ポテンショメータ。