JPH0682872U - 磁電変換素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】磁気抵抗素子の検出動作範囲を広げることを可
能にし、検出対象のオーバーラン等の不具合を防止する
ことができる磁電変換素子を得る。 【構成】両面から着磁されかつ着磁方向に相対移動する
マグネット１５の位置を検出する磁電変換素子１０。複
数の磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４からなる磁気
抵抗素子組２１，２２を有し、マグネット１５の相対移
動方向の寸法をｔとしたとき、磁気抵抗素子組２１，２
２間の距離Ｌを、１／５ｔ〜ｔの範囲とした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、磁電変換素子に関するもので、特に検出対象のオーバーランを防止 することができる磁電変換素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】

例えば、検出対象の移動ストロークの両端を検出する一つの手段として磁電変 換素子を用いることが考えられている。これは、検出対象にマグネットを装着し てこのマグネットを移動方向両面から着磁し、検出対象の移動ストロークの両端 に磁電変換素子を配置し、これら磁電変換素子による上記マグネットの検出出力 によって検出対象を停止させ、また検出対象の移動の向きを反転させるようにし たものである。

【０００３】 上記磁電変換素子の例として特公昭５７−５０６７号公報記載のものがある。 図１０は上記公報記載の磁電変換素子と実質的に同じものを示す。図１０におい て、磁電変換素子１は磁気抵抗効果を有しかつ複数回折り返されてストライプ状 に形成された第１の磁気抵抗素子２と第２の磁気抵抗素子３を有してなる。これ ら第１、第２の磁気抵抗素子２，３は直列接続されると共にストライプの方向が 互いに直交する方向に形成されている。符号４，５は電流供給用の端子を示し、 ６は出力端子を示す。

【０００４】 また、特公昭６３−２９８３７号公報に記載されているように、第１、第２の 磁気抵抗素子のほかに第３、第４の磁気抵抗素子を設け、これらの磁気抵抗素子 をブリッジ状に接続したものもある。

【０００５】 上記何れの従来例でも、等間隔着磁を検出するタイプでは、着磁体のピッチに 合わせて一方の磁気抵抗素子と他方の磁気抵抗素子にそれぞれ最大磁界と最小磁 界がくるように各磁気抵抗素子のパターン間距離を決めている。また、回転する 磁界を検出するタイプでは、磁気抵抗素子のパターン間距離をできるだけ小さく して精度のよい位置検出を行うようにしている。

【０００６】 以上説明した従来の磁電変換素子を用いて、例えばエアシリンダの中のピスト ンに組み込まれたリング状のマグネットを検出してピストンの移動ストロークの 両端を検出しようとする場合、上記マグネットを移動方向両面から着磁し、検出 対象の移動ストロークの両端にそれぞれ磁電変換素子を配置する。こうしておけ ば、検出対象の移動ストローク限界位置で磁電変換素子がマグネットを検出して 検出信号を出力するので、この検出出力によってピストンを停止させ、またピス トンの移動の向きを反転させることができる。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上記ピストンの移動ストロークの両端検出の例では、マグネットが磁電変換素 子に近づいて検出信号を出力したあとマグネットが通過して検出信号をオフする までの間の動作距離を適切に設定する必要がある。すなわち、動作距離が短いと 、磁電変換素子がマグネットを検出して信号を出力したときピストンを停止させ ようとしても、ピストンの慣性力でマグネットが磁電変換素子の位置を通過して 検出信号をオフしてしまい、ピストンを停止させるための検出信号が途切れてピ ストンがオーバーランしてしまうからである。しかるに、従来の磁電変換素子で は、検出対象を精度良く検出しようとして磁気抵抗素子間の距離を短くしてある ため、動作距離が狭すぎ、一旦検出対象を検出したあと検出対象がオーバーラン してしまうという問題点があった。

【０００８】 本考案は、このような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、磁 気抵抗素子の検出動作範囲を広げることを可能にし、これによって検出対象のオ ーバーラン等の不具合を防止することができる磁電変換素子を提供することを目 的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 そこで本考案は、両面から着磁されかつ着磁方向に相対移動するマグネットの 位置を検出する磁電変換素子において、複数の磁気抵抗素子からなる磁気抵抗素 子組を有し、マグネットの相対移動方向の寸法をｔとしたとき、磁気抵抗素子組 間の距離Ｌを、１／５ｔ〜ｔの範囲とした。

【００１０】

【作用】

マグネットの相対移動方向の寸法をｔとしたとき、磁気抵抗素子組間の距離Ｌ が１／５ｔ〜ｔの範囲ということは、マグネットの相対移動方向に対する磁気抵 抗素子組間距離Ｌの比率がかなり大きく、磁気抵抗素子の検出動作範囲が広がる ことになる。

【００１１】

【実施例】

以下、図面を参照しながら本考案にかかる磁電変換素子の実施例について説明 する。 図１、図２において、符号１５は磁電変換素子による検出対象としてのマグネ ットを示している。マグネット１５はリング状に形成され、リングの両端面側か ら着磁されて両端面がそれぞれＮ極とＳ極になっている。マグネット１５の外周 面側にはこの外周面から所定の間隔をおいて磁電変換素子１０が配置されている 。磁電変換素子１０は、基板上に形成された第１の磁気抵抗素子１１、第２の磁 気抵抗素子１２、第３の磁気抵抗素子１３、第４の磁気抵抗素子１４を有してな る。各磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４は磁気抵抗効果を有し、複数回折り 返されたストライプ状のパターンに形成されている。

【００１２】 上記第１、第２の磁気抵抗素子１１，１２は左右に並んで直列接続されると共 に、ストライプの方向が互いに直交する方向に形成されて一つの磁気抵抗素子組 ２１を構成し、第３、第４の磁気抵抗素子１３，１４も左右に並んで直列接続さ れると共に、ストライプの方向が互いに直交する方向に形成されて他の磁気抵抗 素子組２２を構成している。第１、第４の磁気抵抗素子１１，１４は対角位置に あってストライプの方向が同じであり、第２、第３の磁気抵抗素子１２，１３は 対角位置にあってストライプの方向が同じである。第１、第３の磁気抵抗素子１ １，１３は電源供給端子ＶＣＣを介して接続され、第２、第４の磁気抵抗素子１ ２，１４は接地端子ＧＮＤを介して接続されている。第１、第２の磁気抵抗素子 １１，１２の接続点は第１の信号出力端子ＶＤ１となっており、第３、第４の磁 気抵抗素子１３，１４の接続点は第２の信号出力端子ＶＤ２となっている。図４ は、これら各磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４の電気的な接続を示す。

【００１３】 磁電変換素子１０は、その一側面、図示の例では第１、第３の磁気抵抗素子１ １，１３を配置した側の側面を前記リング状のマグネット１５の外周面に間隙を おいて配置され、もって、各磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４形成面がマグ ネット１５の中心線を含む面内に位置している。マグネット１５は検出対象に取 付けられ、磁電変換素子１０との関係において着磁方向すなわち中心軸線方向に 相対移動する。ここで、マグネット１５の相対移動方向の寸法すなわち厚さ寸法 をｔとしたとき、上記磁気抵抗素子組間の距離Ｌが、１／５ｔ〜ｔの範囲に設定 されている。

【００１４】 いま、図３に示すように、マグネット１５が磁電変換素子１０に対して矢印の 向きに相対移動し、磁電変換素子が鎖線１０Ａで示す位置から実線で示す位置ま で近づいてきたとする。磁電変換素子１０が鎖線１０Ａで示すようにマグネット １５から遠い位置にあるときは、マグネット１５から出た磁束が各磁気抵抗素子 のストライプを斜めに横切り、各磁気抵抗素子の抵抗値は共に大きいため、出力 端子ＶＤ１，ＶＤ２間の電圧は低い。磁電変換素子１０がマグネット１５に近づ いてくると、マグネット１５から出た磁束が第１、第４の磁気抵抗素子１１，１ ４のストライプと略平行となってこれら磁気抵抗素子１１，１４の抵抗値は高く 、一方、上記磁束は第２、第３の磁気抵抗素子１２，１３のストライプに対して は略直角になってこれら磁気抵抗素子１２，１３の抵抗値が低くなる。従って、 出力端子ＶＤ１の電圧は下がり、出力端子ＶＤ２の電圧は上がる。そこで、出力 端子ＶＤ１，ＶＤ２間の電圧が所定のスレッショルドレベルを越えたとき、検出 信号を出力するようにする。

【００１５】 ここで、上記のように、マグネット１５の相対移動方向の寸法ｔとしたとき、 磁気抵抗素子組２１，２２間の距離Ｌが１／５ｔ〜ｔの範囲に設定されていると いうことは、マグネット１５の相対移動方向に対する磁気抵抗素子組２１，２２ 間距離Ｌの比率がかなり大きく設定されているということであり、磁気抵抗素子 １０の検出動作範囲が広がることになる。

【００１６】 図５は、磁気抵抗素子組間距離Ｌを異ならせた場合に、マグネットの磁電変換 素子に対する相対移動距離に対する出力電圧の関係がどのように変化するかを示 すもので、曲線Ａは磁気抵抗素子組間距離Ｌが１ｍｍと比較的小さい場合、曲線 Ｂは磁気抵抗素子組間距離Ｌが２ｍｍの場合、曲線Ｃは磁気抵抗素子組間距離Ｌ が４ｍｍと大きい場合を示す。電源電圧Ｖｃｃを５Ｖ、スレッショルドレベルを １０ｍＶに設定し、これを越えたとき検出信号が出力されるようにした。マグネ ットはバリウムフェライト系を用い、厚さ寸法を４．０ｍｍ、磁電変換素子との 間隙を７ｍｍとして測定した。図５から明らかなように、上記Ｌが小さいと出力 電圧は大きいが、動作範囲が狭くなり、逆にＬが４ｍｍというように大きすぎる と最大出力電圧が小さく、しかも双峰曲線の出力が生じてしまう。図５から、Ｌ が２ｍｍ程度が最適であり、Ｌが１ｍｍ程度の場合も使用限界に近いながらも使 用することは可能であり、Ｌが４ｍｍになると使用不可能であると判断すること ができる。これが、ｔとＬとの関係を上記のように設定した根拠となる。

【００１７】 図６は、本考案にかかる磁電変換素子をエアシリンダに適用した例を示す。図 ６において、シリンダ１６内にはこれに沿ってピストン１９が移動可能に嵌めら れていて、ピストン１９の一端面には前記リング状のマグネット１５が固着され 、マグネット１５はピストン１９と共に着磁方向に移動するようになっている。 シリンダ１６の前部と後部にはエアの出入り口１７，１８が設けられている。シ リンダ１６の外周側にはマグネット１５を検出することによってピストン１９の 移動ストロークの限界を検出するための二つの磁電変換素子１０，２０が配置さ れている。各磁電変換素子１０，２０を構成する磁気抵抗素子組間の距離Ｌとマ グネット１５の相対移動方向の寸法ｔとの関係は、前述のとおり設定されている 。

【００１８】 図６に示す例によれば、ピストン１９が移動ストロークの限界位置に達したと き磁電変換素子１０又は２０がマグネット１５を検出して信号を出力し、この信 号によってエアの供給を停止させてピストン１９を停止させ、さらにはエアの供 給を逆転させてピストン１９の移動の向きを反転させることができる。磁電変換 素子１０又は２０の検出信号によってピストン１９を停止させるとき、ピストン １９はそれ自身の慣性力、さらにはピストン１９にかかる負荷の慣性力によって オーバーランしようとする。ピストンのオーバーランによって磁電変換素子１０ 又は２０の検出信号が途絶えてしまうとピストンを停止させることはできないが 、磁電変換素子１０及び２０を構成する磁気抵抗素子組間の距離Ｌとマグネット １５の相対移動方向の寸法ｔとの関係を前述のように設定して磁電変換素子１０ 及び２０の動作範囲を拡大しているため、ピストン１９がオーバーランしても検 出信号を出力しつづけ、検出信号が出力されている間にピストン１９を停止させ ることができる。

【００１９】 次に、本考案にかかる磁電変換素子の変形実施例について説明する。図７に示 す実施例は、一つの磁気抵抗素子組２１に属する第１の磁気抵抗素子１１と、他 の磁気抵抗素子組２２に属する第３の磁気抵抗素子１３との距離Ｌを、マグネッ トの相対移動方向の寸法ｔに対して前述の関係に設定し、第２、第４の磁気抵抗 素子１２，１４間の距離を上記Ｌより小さくしたものである。磁電変換素子１０ が検出しようとするマグネットからの磁界の曲線によっては、各磁気抵抗素子を 上記のように配置することによって各磁気抵抗素子のストライプの向きが上記磁 界の曲線によくマッチし、検出出力を高めることができる場合もありえる。

【００２０】 同様の理由から、図８に示すように、第２、第４の磁気抵抗素子１２，１４を 第１、第２の磁気抵抗素子１１，１３に対して所定距離だけマグネットとの相対 移動方向に平行移動させたものが有効なこともありえる。また、図９に示すよう に、電源供給端子ＶＣＣ及び接地端子ＧＮＤと、信号出力端子ＶＤ１，ＶＤ２を 入れ替えても差し支えない。

【００２１】 なお、本考案にかかる磁電変換素子は、図６に示すようなエアシリンダに限ら ず、各種の機器、装置などに使用することができる。例えば、ドアの開閉を検出 するスイッチなどにも使用することができる。ドアに磁電変換素子を使用した場 合、検出範囲が狭すぎるとドアのがたつき等によって出力信号が断続し、検出不 能となるが、本考案にかかる磁電変換素子を用いれば、出力信号が断続すること なく所期の検出信号を出力させることができる。

【００２２】

【考案の効果】

本考案によれば、両面から着磁されかつ着磁方向に相対移動するマグネットの 位置を検出する磁電変換素子において、複数の磁気抵抗素子からなる磁気抵抗素 子組を有し、マグネットの相対移動方向の寸法をｔとしたとき、磁気抵抗素子組 間の距離Ｌを、１／５ｔ〜ｔの範囲としたため、マグネットの相対移動方向に対 する磁気抵抗素子組間距離Ｌの比率が大きくなって、磁気抵抗素子の検出動作範 囲が広がり、これによって検出対象のオーバーラン等の不具合を防止することが 可能になった。

【提出日】平成５年９月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】 図５は、磁気抵抗素子組間距離Ｌを異ならせた場合に、マグネッ トの磁電変換素子に対する相対移動距離に対する出力電圧の関係がどのように変 化するかを示すもので、曲線Ｂは磁気抵抗素子組間距離Ｌが１ｍｍと比較的小さ い場合、曲線Ａは磁気抵抗素子組間距離Ｌが２ｍｍの場合、曲線Ｃは磁気抵抗素 子組間距離Ｌが４ｍｍと大きい場合を示す。電源電圧Ｖｃｃを５Ｖ、スレッショ ルドレベルを１０ｍＶに設定し、これを越えたとき検出信号が出力されるように した。マグネットはバリウムフェライト系を用い、厚さ寸法を４．０ｍｍ、磁電 変換素子との間隙を７ｍｍとして測定した。図５から明らかなように、上記Ｌが 小さいと出力電圧は大きいが、動作範囲が狭くなり、逆にＬが４ｍｍというよう に大きすぎると最大出力電圧が小さく、しかも双峰曲線の出力が生じてしまう。 図５から、Ｌが２ｍｍ程度が最適であり、Ｌが１ｍｍ程度の場合も使用限界に近 いながらも使用することは可能であり、Ｌが４ｍｍになると使用不可能であると 判断することができる。これが、ｔとＬとの関係を上記のように設定した根拠と なる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】 図６は、本考案にかかる磁電変換素子をエアシリンダに適用した 例を示す。図６において、シリンダ１６内にはこれに沿ってピストン１９が移動 可能に嵌められていて、ピストン１９の一端面には前記リング状のマグネット１ ５が固着され、マグネット１５はピストン１９と共に着磁方向に移動するように なっている。シリンダ１６の前部と後部にはエアの出入り口１７，１８が設けら れている。シリンダ１６の外周側にはマグネット１５を検出することによってピ ストン１９の移動ストロークＳの限界を検出するための二つの磁電変換素子１０ ，２０が配置されている。各磁電変換素子１０，２０を構成する磁気抵抗素子組 間の距離Ｌとマグネット１５の相対移動方向の寸法ｔとの関係は、前述のとおり 設定されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかる磁電変換素子の実施例を示す正
面図である。

【図２】同上実施例の磁電変換素子とマグネットとの関
係を示す斜視図である。

【図３】上記実施例の磁電変換素子とマグネットの磁界
との関係を示す正面図である。

【図４】上記実施例にかかる磁電変換素子の電気的接続
関係を示す回路図である。

【図５】磁気抵抗素子組間距離とマグネットの磁電変換
素子に対する相対移動距離と出力電圧との関係を示す線
図である。

【図６】本考案にかかる磁電変換素子の使用例を示す断
面図である。

【図７】本考案にかかる磁電変換素子の別の実施例を示
す正面図である。

【図８】本考案にかかる磁電変換素子のさらに別の実施
例を示す正面図である。

【図９】本考案にかかる磁電変換素子のさらに別の実施
例を示す正面図である。

【図１０】従来の磁電変換素子の例を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 磁電変換素子 １１ 磁気抵抗素子 １２ 磁気抵抗素子 １３ 磁気抵抗素子 １４ 磁気抵抗素子 １５ マグネット ２１ 磁気抵抗素子組 ２２ 磁気抵抗素子組

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 両面から着磁されかつ着磁方向に相対移
   動するマグネットの位置を検出する磁電変換素子におい
   て、複数の磁気抵抗素子からなる磁気抵抗素子組を有
   し、上記マグネットの相対移動方向の寸法をｔとしたと
   き、上記磁気抵抗素子組間の距離Ｌを、１／５ｔ〜ｔの
   範囲としてなる磁電変換素子。