JPH04168303A - 角度検出装置 - 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、強磁性薄膜からなる磁気抵抗素子を用いた角
度検出装置に関するもので、特に９０度よりも小さな角
度変位を精度良く検出することのできる角度検出装置に
関する。

［従来の技術］ 磁気抵抗素子は、回転速度や角度検出１位置検出等に用
いるセンサーとして、従来より利用されている。第５図
（Ａ）には、その−船釣な構造をを示した。１′は強磁
性薄膜からなる磁気検知部であり、点線で囲った領域が
磁気検知部の全領域にあたり、１′８およびｌ’ｂに示
されているように互いに直交したセンサーパターンが直
列に接続されており、その両端および中間点に端子２′
。

３′、４′がそれぞれ設けられ、第５図（Ｂ）のように
リード線２’　　ａ、３’　　ａ、４’　　ａに接続さ
れる。さらに回転検出装置を構成する場合、素子１０１
′の下部あるいは上部に、支持体７′を軸にして回転す
る磁石５′を配置する。この構成において、端子２’、
４’間にＶｃｅを印加し、端子３′から中点電位Ｖｏを
とりだし、磁界強度あるいは磁界角度の変化による中点
電位の変化分ΔｖＯにより外部より印加されている磁界
強度あるいは磁界角度を知る。第５図において矢印Ｈは
磁界の方向を示しており、θ′は磁気検知部のセンサー
パターンｌ’ａと磁界Ｈとのなす角度を表している。

磁気抵抗素子は、外部から磁気検知部形成面に平行でか
つそのセンサーパターンの長軸に平行な磁界を加えると
その抵抗値が増加し、垂直な磁界を加えるとその抵抗値
が減少するという性質がある。

したがって、第５図（Ａ）に示されているように、外部
磁界■（を加えた場合、θ′−９０°としたとき、セン
サーパターンｌ’ｂの抵抗値が最大になり、１′　８の
抵抗値が最小になるので、もつとも中点電位Ｖｏが大き
くなる。すなわち出力、６Ｖｏが最大になる。また、θ
′＝θ°としたとき、出力ａＶＯは最小になる。第６図
（Ａ）には素子に加わる磁界Ｈの角度θ′をパラメータ
としたときの、磁界強度とその出力ΔＶｏとの関係を示
した。図示のごとく、磁気抵抗素子の出力Δ■０は、印
加される磁界の角度θ′によりその値が異なり、磁界強
度が増すと飽和するという性質がある。また第６図（Ｂ
）には、飽和磁界強度以上の磁界Ｈを加えた場合の磁界
の回転角度θ′に対する出力ΔＶｏの応答の様子を示し
ている。第６図（Ｂ）から、回転角度θ′に応じて正弦
波状の出力応答信号が、１８０度の回転角で１周期、３
６０度で２周期得られることがわかる。

この方法を動作範囲９０度以内の回転角度検出に適用し
た場合、第６図（Ｂ）の出力の最大振幅をΔＶ　ｗａｘ
とすれば、１度あたりの出力変化は、たかだかΔＶｍａ
ｘ／９０程度の値しか得られない。例えば、ＪＶｍａｘ
＝９０ｍＶとすれば、１度あたり１ｍＶ程度の出力しか
得られない。そのため従来は、精度の高い角度検出を行
うことができないという問題があった。また、出力Δｖ
Ｏの単位時間あたりの変化をみれば、回転体の角速度も
知ることができるが、前述したように出力を大きくとる
ことができないので、精度の良い角速度制御も困難であ
った。

［本発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、以上説明したような問題点を解消し、
精度の良い角度および角速度検出を可能にするため、単
位角度変位あたりの出力を大きく得ることのできる、磁
気抵抗素子を用いた角度検出装置を提供することにある
。

［課題を解決するための手段］ このような問題を解決するために本発明は、被検知体の
回転により９０度以内の角度で旋回し円弧移動する磁石
と、静止部材に取り付けられた強磁性簿膜からなる検知
部を有する磁気抵抗素子とを備え、前記磁石の円弧移動
により前記磁気抵抗素子の検知部に加わる磁界方向が変
化するように構成されていることを特徴としている。

［作用］ 本発明によれば、微小な回転角度変位でも出力変化を大
きく得ることができるため、微小な回転角度変位や角速
度を精度良く制御することができる。

し実施例〕 以下に図面を参照して本発明を説明する。

大」１例」工 第１図（Ａ）には、本発明の第１の実施例として、台座
８に固定された軸７を支点にして円弧動作する支持体６
に固定された磁石５と、所要位置に配置された磁気抵抗
素子ｌｏｔとからなる角度検出装置の斜視図を示した。

磁気抵抗素子１０１の２．４間に入力電圧Ｖｅｅを印加
し、端子３から出力をとりだす構成になっている。第１
図（Ｂ）には、同図（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図を
示している。磁気抵抗素子１０１は磁石５の磁極面のほ
ぼ中央の位置に配置されている。なお、９は磁気抵抗素
子１０１を保持固定する台あるいはホルダーを示してい
る。第１図（Ｃ）には、同図（Ａ）を上部からみた場合
の磁石５と磁気抵抗素子１０１との位置関係および磁石
５の動作領域を示した。磁気抵抗素子１０１は、磁石５
の描く円弧の内側で、その中心軸上でかつそれ自身と円
弧の両端とを線で結ぶとほぼａを等辺とした直角２等辺
３角形が描かれるような位置に配置されている。また磁
石５の円弧動作範囲は、３０度であり。

その動作半径Ｒは１２ｍｍである。本実施例において使
用している磁石５の材料はフェライト系の異方性材料の
もので、その磁極面（ＮおよびＳ極）は軸の中心０と磁
石５とを結ぶ径方向に対して垂直になるようにしている
。

第１図（Ｄ）には、磁気抵抗素子１０１の内部のパター
ン構成を示した。ｌは磁気検知部であり、そのセンサー
パターン１ａおよびｌｂは互いに直交しており、その長
軸の向きは前述の２等辺８にそれぞれ平行もしくは垂直
になるように配置しである。また２ないし４はそれぞれ
端子部を示しており、θは磁気抵抗素子１０１の中心線
と磁石５あるいは磁石支持体６とのなす角度を示してお
り、中心位置での角度をθ＝θ°としている。また、θ
′は支持体６に固定された磁石５から発生する磁界Ｈ′
とセンサーパターンｌａの長軸方向とのなす角度を示し
ている。

第２図（Ａ）には、Ｖｅｃ＝５Ｖとした場合の出力特性
を表した。実線が本発明実施例角度検出装置による出力
曲線であり、点線は従来の回転角度検出装置によるもの
である。

本発明によれば、従来例に対し１度あたりの出力Δ■０
が約３倍得られていることがわかる。この出力ΔＶｏの
値により、第１図に示されている磁石５の固定支持体６
の角度位置を正確に知ることができる。また出力ΔＶｏ
の単位時間あたりの変化をみれば、支持体６の角速度も
知ることができるので、角速度制御も可能である。

つぎに、本発明により従来例よりも大きな出力が得られ
る理由について、第２図（Ｂ）、　　（Ｃ）を参照して
説明する。第２図（Ｂ）は、磁石５の支持体６の回転動
作範囲における、第１図に示された磁気抵抗素子１０１
へ加わる磁石５から発生する磁界Ｈ′の強度分布を示し
ており、θ＝θ。

における磁界強度を１として基準化している。また第２
図（Ｃ）は、磁石５の支持体６０回転動作範囲における
、第１図（Ｄ）に示されたセンサーパターン１８と、支
持体６に固定された磁石５から発生する磁界Ｈ′とのな
す角度との関係を示している。強磁性薄膜からなる磁気
抵抗素子には、第６図を参照して従来の技術でも述べた
ように、ある磁界角度に固定した場合、磁界強度が飽和
領域より大きくなれば出力は一定値を示す。この場合、
出力値は磁界の回転角度のみに依存するようになる。ま
た第６図（Ｂ）より、出力範囲を最大にするには、磁気
検知部に加わる磁界の向きが、９０度変化するようにす
ればよいことがわかる。

したがっである小さな動作範囲で、つねに磁気検知部に
加わる磁界強度が飽和磁界以上あり、磁気検知部に加わ
る磁界の向きが９０度変化させることができれば、小さ
な動作範囲で大きな出力を得ることができる。この２つ
の要件を満たし得るのが、本発明である。

まず第一に、支持体６の動作範囲で、もっとも磁石５と
磁気抵抗素子ｌｏｔとの距離が離れたときでも飽和磁界
以上の磁界強度になるように素子と磁石とを配置する。

より具体的に言えば、第２図（Ｂ）に示された回転動作
範囲における磁界強度の極小値においても、飽和磁界以
上の磁界強度を保っていれば良い。この値は、素子によ
って異なるが、概ね１０００ａ以上である。

また第二の要件は、磁石から発生する磁界の向きが、位
置により大きく異なるという性質を利用することにより
達成する。この要件を達成するための具体的な素子およ
び磁石の配置の１例が本実施例である。第２図（Ｃ）を
みると磁気抵抗素子１０１の磁気検知部のセンサーパタ
ーン１ａへ加わる。磁石５から発生する磁界の向きが、
この回転動作範囲にて、８０度以上変化していることが
わかる。

これまで述べてきたような構成で、上記２点の要件をク
リアーすることにより、従来例よりも単位角度変位あた
りの出力を大きく得ることができるようになった。

本実施例において、支持体６の形状は板状となっている
が、棒状あるいはその他任意の形状でもよい。また、支
持体６の材料としては非磁性のものが好ましい。

使用する磁石５の材料としては、特に限定はないが磁気
抵抗素子との距離が最大になった場合でも、磁気検知部
領域に加わる磁界が飽和磁界強度以上あれば、出力レベ
ルを大きくとれる。また従来の角度検出装置よりも出力
を太き（とり得る検出角度範囲は、９０度未満であり、
その角度範囲が小さくなればなるほど、従来のものと比
較して単位角度変位あたりの出力変化を大きくとること
ができる。

磁気抵抗素子の配置は、第１図（Ａ）のごとくセンサー
パターン長軸の向きを２等辺ａにそれぞれ平行もしくは
垂直になるようにすれば、出力が大きく得られる。内部
のセンサーパターンとしては、従来の技術で述べたよう
な第５図（Ａ）に示されているようなものでもよいが、
この場合も出力を大きく得るためには、内部のセンサー
パターンｌ’ａ、Ｉ’ｂの長軸の向きが２等辺ａにそれ
ぞれ平行もしくは垂直に配置する必要がある。

また本発明には、第７図に示したような４端子の磁気抵
抗素子１０２も適用できる。ｌ　０２Ｓは磁気検知部を
、１０２Ｔは端子部をそれぞれ示している。この場合も
、磁気抵抗素子１０２の配置を前例と同様に、センサー
パターン長軸方向を等辺８に平行および垂直になるよう
にすれば、最大出力をえられる。また４端子素子の場合
、３端子のものに対して倍の出力値が得られるという利
点もある。

本実施例で述べてきた角度検出装置の機構は、９０度よ
りも狭い角度範囲を動作するアーム等の支持体を有した
あらゆる装置に対して適用することができる。たとえば
、ハードディスクドライブ用のアーム付き磁気ヘッドに
も、本実施例のような機構を適用することができ、この
場合にはアーム位置およびアームの動作速度等を、従来
よりも正確に制御することができるので、これまでより
もアクセス時間を短縮するという効果が期待できる。

尖１目を主 第３図（Ａ）には、本発明の第２の実施例として、磁気
抵抗素子１０１を磁石５の描く円弧の外側に配置した場
合の上部からみた磁石５と磁気抵抗素子１０１との位置
関係および磁石５の動作領域を示した。磁気抵抗素子１
０１は、磁石５の描く円弧外部で、その中心軸上でかつ
それ自身と円弧の両端とを線で結ぶとほぼｂを等辺とし
た直角２等辺３角形が描かれるような位置に配置されて
いる。また磁石５の円弧動作範囲は、２０度であり、そ
の動作半径Ｒは１５ｍｍである。本実施例においても実
施例１と同様、磁石５の磁極面（ＮおよびＳ極）は軸の
中心０と磁石５とを結ぶ径方向に対して垂直になるよう
にしている。

また磁気抵抗素子１０１のセンサーパターンの長軸方向
も実施例１と同様、等辺すに対して平行もしくは垂直に
なるように配置しである。また、入力、出力端子の接続
法も実施例１と同様である。

第３図（Ｂ）には、Ｖｅｅ＝５Ｖとした場合の出力特性
を表した。実線が本実施例角度検出装置による出力曲線
であり、点線は従来の回転角度検出装置によるものであ
る。出力曲線の傾きが、実施例１と逆向きになっている
のは、磁気検知部のセンサーパターンに加わる磁界の向
きが実施例１の場合と逆になっているためである。また
この場合は、従来例に対して約４倍の出力が得られてい
る。

実」Ｌ鯉」− 第４図（Ａ）には、本発明の第３の実施例として、台座
８′に固定された軸７′を支点にして円弧動作する支持
体６′に固定された磁石５と、所要位置に配置された磁
気抵抗素子１０１とからなる角度検出装置の斜視図を示
した。この場合も実施例１あるいは２と同様、磁気抵抗
素子１０１の２．４間に入力電圧Ｖｅｅを印加し、端子
３から出力をとりだす構成になっている。第４図（Ｂ）
には、同図（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図を示してい
る。磁気抵抗素子１０１は、磁石５が円弧の中心部にき
たときに、その磁極面がほぼ真下になるような位置に配
されている。なお、９′は磁気抵抗素子１０１を保持固
定する台あるいはホルダーを示している。第４図（Ｃ）
には、同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示してい
る。点線で示された部分が磁石５の動作領域である。こ
の場合も実施例１あるいは２と同様に、磁気抵抗素子１
０１は、それ自身と磁石５の動作領域の起点および終点
とを線で結ぶとほぼＣを等辺とした直角２等辺３角形が
描かれるような位置に配置されている。

このような構成でも、実施例１あるいは２で述べてきた
のと同様の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上のべたように本発明によれば、動作角度の範囲が小
さ（でも、単位角度変位あたりに得られる出力が大きく
とれるので、精度の良い角度検出を容易に行うことがで
きる。また単位時間あたりの出力変化をみることにより
、角速度制御も容易に行うことができる。

さらに、本発明角度検出装置を９０度よりも小さな角度
範囲を動作するアーム等の支持体を有する装置等に適用
することにより、アーム位置およびアームの動作速度等
を従来よりも正確に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は、本発明の第１の実施例角度検出装置を
示す斜視図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａｌｉｌに
沿った断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）を上面からみた
場合の磁気抵抗素子と磁石との位置関係を示す配置図、
同図（Ｄ）は第１の実施例で使用されている磁気抵抗素
子内部のパターン図、第２図（Ａ）は、本発明の第１の
実施例により角度検出した場合の回転角度と出方との関
係を示す出力図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の回転角度範
囲を磁石が動作した場合の磁界強度比の分布図、同図（
Ｃ）は同図（Ａ）の回転角度範囲を磁石が動作した場合
の磁気検知部長軸と磁石がら発生する磁界とのなす角度
の分布図 第３図（Ａ）は、本発明筒２の実施例角度検出装置を上
面からみた場合の磁気抵抗素子と磁石との位置関係を示
す配置図、同図（Ｂ）は、本発明の第２の実施例により
角度検出した場合の回転角度と出力との関係を示す出力
図、 第４図（Ａ）は、本発明の第３の実施例角度検出装置を
示す斜視図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ線に沿っ
た断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った
断面図、 第５図（Ａ）は、一般に使用される磁気抵抗素子の内部
パターン図、同図（Ｂ）は従来の角度検出装置を示す模
式図、 第６図（Ａ）は、第５図（Ａ）に示されたパターンに加
わる磁界の角度をパラメータとした場合の磁界強度と出
力との関係を示す図、同図（Ｂ）は、第５図（Ｂ）に示
された従来の角度検出装置を用いた場合の回転角度と出
力との関係を示す出力図、 第７図は、本発明に適用し得る４端子磁気抵抗素子の内
部パターン図、 をそれぞれ示している。 １・・・磁気検知部、２ないし４・・・端子電極、５・
・・磁石、６・・・磁石支持体、７・・・軸、８・・・
台座、９・・・磁気抵抗素子固定ホルダー、１０１ない
し１０２・・・磁気抵抗素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被検知体の回転により９０度以内の角度で旋回し円
   弧移動する磁石と、静止部材に取り付けられた強磁性薄
   膜からなる検知部を有する磁気抵抗素子とを備え、前記
   磁石の円弧移動により前記磁気抵抗素子の検知部に加わ
   る磁界方向が変化するように構成されている角度検出装
   置。 ２）前記磁石が被検知体への取り付け部を支点として被
   検知体の回転により９０度以内の角度で旋回される支持
   体に固定され、その磁極面が支持体の旋回方向になるよ
   うに配置し、前記磁気抵抗素子を、前記磁石によって描
   かれる円弧の中心軸上で、かつ該磁気抵抗素子の検知部
   と円弧の起点および終点とからなる３点とを結ぶとほぼ
   直角２等辺３角形になるような位置に配置したことを特
   徴とする請求項１の角度検出装置。 ３）前記磁石の磁極面が該磁石と前記支持体の支点とを
   結ぶ旋回径方向に対してほぼ平行になるように配置し、
   前記磁気抵抗素子を、前記磁石によって描かれる円弧の
   ほぼ中心上で、かつ該磁気抵抗素子の検知部と円弧の起
   点および終点とからなる３点とを結ぶとほぼ直角２等辺
   ３角形になるような位置に配置したことを特徴とする請
   求項１の角度検出装置。