JPH0712505A - Magnetic linear scale - Google Patents

Magnetic linear scale

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JPH0712505A
JPH0712505A JP18445393A JP18445393A JPH0712505A JP H0712505 A JPH0712505 A JP H0712505A JP 18445393 A JP18445393 A JP 18445393A JP 18445393 A JP18445393 A JP 18445393A JP H0712505 A JPH0712505 A JP H0712505A
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linear scale
magnetic linear
magnetoresistive element
permanent magnet
pattern
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Yukio Ozawa
幸生 小澤
Atsuyuki Sakai
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Abstract

PURPOSE:To easily and inexpensively provide a magnetic linear scale which is narrow and can accurately measure the position of a permanent magnet by fully compensating temperature even if an ambient temperature changes. CONSTITUTION:The scale is formed on a substrate by the deposition thin film of a ferromagnetic body metal, is provided with a magnetoresistance element R1 achieving a magnetoresistance effect and a permanent magnet 57 which is translated while maintaining a certain spacing for the substrate, where the magnetoresistance element R1 is formed with a certain width B in a direction of crossing a direction B where the permanent magnet 57 travels and the density changes linearly in the direction B where the permanent magnet 57 travels.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、強磁性体金属の薄膜に
より形成される磁気抵抗素子の磁気抵抗効果を利用し
て、移動する永久磁石の位置をリニアに検出する磁気リ
ニアスケールに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic linear scale which linearly detects the position of a moving permanent magnet by utilizing the magnetoresistive effect of a magnetoresistive element formed of a thin film of ferromagnetic metal. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、磁気センサは、近接スイッチ、位
置検出器、電子ロック装置、キーボード、薄膜磁気ヘッ
ド、圧力スイッチングセンサ、パターン認識センサ等と
して広く使用されている。そして、磁界の強さを計測す
るための磁気センサには、磁気抵抗効果を有する磁気抵
抗素子が広く使用されている。ここで、磁気抵抗効果と
は、強磁性体金属薄膜等の素子を磁界内に置くとき、導
体中の内部電気抵抗が変化する現象をいう。磁気抵抗効
果を利用する磁気抵抗素子としては、インジウムアンチ
モン、ガリウム砒素等の化合物半導体を利用したもの
と、Ni、Ni−Co、パーマロイ等の強磁性体金属で
形成される磁気感応薄膜を利用したものの2種類が使用
されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, magnetic sensors have been widely used as proximity switches, position detectors, electronic lock devices, keyboards, thin film magnetic heads, pressure switching sensors, pattern recognition sensors and the like. Then, a magnetoresistive element having a magnetoresistive effect is widely used for a magnetic sensor for measuring the strength of a magnetic field. Here, the magnetoresistive effect refers to a phenomenon in which the internal electrical resistance in a conductor changes when an element such as a ferromagnetic metal thin film is placed in a magnetic field. As a magnetoresistive element utilizing the magnetoresistive effect, one using a compound semiconductor such as indium antimony or gallium arsenide, and a magnetically sensitive thin film formed of a ferromagnetic metal such as Ni, Ni-Co or permalloy are used. Two types are used.

【0003】そして、一般に、半導体磁気抵抗素子では
磁界をかけるとその内部抵抗が増加する。すなわち、半
導体磁気抵抗素子は正の磁気特性をもっている。これに
対して強磁性体磁気抵抗素子では、磁界をかけるとその
内部抵抗が減少する。すなわち、強磁性体磁気抵抗素子
は負の磁気特性をもっている。一方、従来、強磁性体金
属で形成される磁気感応薄膜は、真空蒸着法やスパッタ
法を利用して、ガラス基板等の上にパーマロイ等の強磁
性体金属を、厚さ約1000オングストロームの薄膜状
に付着させることにより形成されている。強磁性体金属
薄膜で形成される磁気抵抗素子は、半導体磁気抵抗素子
よりも周波数特性が優れているため広く使用されてい
る。磁気抵抗素子は、上記磁気感応薄膜をエッチング加
工により、つづら折れ状のパターンとすることで形成さ
れる。
In general, a semiconductor magnetoresistive element increases its internal resistance when a magnetic field is applied. That is, the semiconductor magnetoresistive element has a positive magnetic characteristic. On the other hand, in a ferromagnetic magnetoresistive element, its internal resistance decreases when a magnetic field is applied. That is, the ferromagnetic magnetoresistive element has a negative magnetic characteristic. On the other hand, conventionally, a magnetically sensitive thin film formed of a ferromagnetic metal is a thin film having a thickness of about 1000 angstroms made of a ferromagnetic metal such as permalloy on a glass substrate or the like by using a vacuum deposition method or a sputtering method. It is formed by adhering in the shape of a circle. A magnetoresistive element formed of a ferromagnetic metal thin film is widely used because it has better frequency characteristics than a semiconductor magnetoresistive element. The magnetoresistive element is formed by etching the magnetic sensitive thin film into a zigzag pattern.

【0004】磁気抵抗素子パターンにより形成される磁
気センサをリニアスケールとして使用することが、実公
昭57−6962号公報に記載されている。図12に従
来の磁気リニアスケールを示す。磁気抵抗素子51およ
び温度補償素子52は、一定の線幅を有するパターンと
して形成されている。磁気抵抗素子51および温度補償
素子52のパターンは直角の位相差をもつように形成さ
れている。そして、磁気抵抗素子51および温度補償素
子52は、パターンの線の長手方向に対して直角に磁界
を受けた場合に、内部抵抗値が減少する性質を有してお
り、パターンの線の長手方向に磁界を受けた場合には、
内部抵抗値が変化しない。そのため、図12に示すよう
に、永久磁石57が矢印Bの方向に移動する場合、磁気
抵抗素子51の内部抵抗値は変化するが、温度補償素子
52の内部抵抗値は変化しない。。従って、この磁気抵
抗素子51の内部抵抗の変化を計測することにより、永
久磁石の位置を検出することができる。
The use of a magnetic sensor formed by a magnetoresistive element pattern as a linear scale is disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 57-6962. FIG. 12 shows a conventional magnetic linear scale. The magnetoresistive element 51 and the temperature compensation element 52 are formed as a pattern having a constant line width. The patterns of the magnetoresistive element 51 and the temperature compensating element 52 are formed so as to have a quadrature phase difference. The magnetoresistive element 51 and the temperature compensating element 52 have the property that the internal resistance value decreases when a magnetic field is applied at right angles to the longitudinal direction of the pattern lines. When a magnetic field is applied to
The internal resistance value does not change. Therefore, as shown in FIG. 12, when the permanent magnet 57 moves in the direction of arrow B, the internal resistance value of the magnetoresistive element 51 changes, but the internal resistance value of the temperature compensation element 52 does not change. . Therefore, the position of the permanent magnet can be detected by measuring the change in the internal resistance of the magnetoresistive element 51.

【0005】一方、強磁性体金属薄膜のパターンで形成
される磁気抵抗素子では温度依存性が大きく、このまま
では実用上問題がある。強磁性体金属は一般的に温度に
より内部抵抗が変化する性質があり、また磁気抵抗素子
では薄膜状のパターンであるため温度変化の影響を受け
やすい。従って、磁気抵抗素子の内部抵抗が磁界の強さ
のみでなく、周囲温度によっても変化してしまう。この
問題を解決する手段として、図12に示すように、磁気
抵抗素子51と同一形状で方向の異なる温度補償回路5
2を同一基板上に設け、差動的に温度補償を行うことが
行われていた。すなわち、磁気抵抗素子51のパターン
線の長手方向に平行に磁石57が移動された場合、磁気
抵抗素子51の内部抵抗値は減少するが、温度補償素子
52の内部抵抗値は磁界によっては変化しない。よっ
て、温度補償素子52の内部抵抗値の変化は、温度変化
のみを直接表わすこととなる。それに対して、磁気抵抗
素子51の内部抵抗値は磁界の強さ及び周囲温度の両方
により変化している。従って、磁気抵抗素子51の内部
抵抗値の変化を温度補償素子52の内部抵抗値の変化に
より温度補償することが可能である。
On the other hand, the magnetoresistive element formed by the pattern of the ferromagnetic metal thin film has a large temperature dependency, and there is a practical problem as it is. Ferromagnetic metal generally has a property that its internal resistance changes depending on temperature, and a magnetoresistive element is easily affected by temperature change because it has a thin film pattern. Therefore, the internal resistance of the magnetoresistive element changes not only with the strength of the magnetic field but also with the ambient temperature. As a means for solving this problem, as shown in FIG. 12, the temperature compensating circuit 5 having the same shape as the magnetoresistive element 51 but having different directions.
2 was provided on the same substrate to differentially perform temperature compensation. That is, when the magnet 57 is moved parallel to the longitudinal direction of the pattern line of the magnetoresistive element 51, the internal resistance value of the magnetoresistive element 51 decreases, but the internal resistance value of the temperature compensation element 52 does not change depending on the magnetic field. . Therefore, the change in the internal resistance value of the temperature compensation element 52 directly represents only the temperature change. On the other hand, the internal resistance value of the magnetoresistive element 51 changes depending on both the strength of the magnetic field and the ambient temperature. Therefore, the change in the internal resistance value of the magnetoresistive element 51 can be temperature-compensated by the change in the internal resistance value of the temperature compensating element 52.

【0006】しかしながら、上記磁気リニアスケールに
は、次のような問題があった。従来の磁気リニアスケー
ルが検出可能な範囲は、最大10mm程度であり長い距
離のリニアスケールとして使用することができなかっ
た。また、長い距離を計測するために従来の磁気リニア
スケールを大きくした場合、大きすぎて取付に制約を受
ける問題があった。その問題を解決する手段として、本
出願人は、実開平4−21812号公報において、図1
3に示すように、磁気抵抗素子51のつづら折れの長さ
を順次変化させることにより磁気リニアスケールの感度
をリニアに変化させ、長い距離に渡って計測可能な磁気
リニアスケールを提案した。
However, the above magnetic linear scale has the following problems. The detectable range of the conventional magnetic linear scale is about 10 mm at the maximum, and it cannot be used as a long-distance linear scale. In addition, when the conventional magnetic linear scale is enlarged to measure a long distance, it is too large and there is a problem that the mounting is restricted. As a means for solving the problem, the applicant of the present invention discloses in FIG.
As shown in FIG. 3, the sensitivity of the magnetic linear scale was linearly changed by sequentially changing the length of the zigzag of the magnetoresistive element 51, and a magnetic linear scale capable of measuring over a long distance was proposed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
磁気リニアスケールには、以下のような問題があった。 (1)図13に示す磁気リニアスケールでは、磁気抵抗
素子51のつづら折れの長さを変化させているため、磁
気リニアスケールの幅が大きくなっていた。特に、磁気
リニアスケールは、狭い場所で簡単に使用できることに
利点があるため、幅が大きくなることは問題であった。
また、磁気リニアスケールが幅方向に変化しているた
め、永久磁石の位置が幅方向にずれた場合に、磁気リニ
アスケールの出力が大きく変動してしまっていた。その
ため、永久磁石に対して磁気リニアスケールを高い精度
で取り付ける必要があり、使い勝手が悪いという問題が
あった。
However, the conventional magnetic linear scale has the following problems. (1) In the magnetic linear scale shown in FIG. 13, the width of the magnetic linear scale is large because the length of the zigzag fold of the magnetoresistive element 51 is changed. In particular, the magnetic linear scale has an advantage in that it can be easily used in a narrow place, and thus the increase in width has been a problem.
Further, since the magnetic linear scale changes in the width direction, when the position of the permanent magnet is displaced in the width direction, the output of the magnetic linear scale fluctuates greatly. Therefore, it is necessary to attach the magnetic linear scale to the permanent magnet with high accuracy, and there is a problem that the usability is poor.

【0008】(2)従来のように磁気抵抗素子51およ
び温度補償素子52を利用して差動的に温度補償を行わ
せるためには、磁気抵抗素子51および温度補償素子5
2の寸法を精度よく管理することが必要であった。磁気
抵抗素子51の温度変化による内部抵抗値の変化を温度
補償するのに、磁気抵抗素子51および温度補償素子5
2の寸法精度が悪いと複雑な演算や定数を決定するため
の余分な実験等が必要になるためである。ここで、磁気
抵抗素子51および温度補償素子52の寸法等は、蒸着
により膜厚が決まり、エッチング加工によりパターンの
線幅が決まる。このうち、ウエットエッチング加工は、
エッチング液の濃度や液温度等により大きく変動するも
のであり、パターンの線幅を所定の幅に精度よく加工す
るのは難しかった。従って、磁気抵抗素子51および温
度補償素子52の加工精度を良くすることは困難であ
り、また、そのために余分なコストが発生していた。こ
のことは特に、磁気センサを周囲温度が数十度の幅で変
化する環境で使用するような場合に問題となっていた。
(2) In order to perform temperature compensation differentially using the magnetoresistive element 51 and the temperature compensating element 52 as in the prior art, the magnetoresistive element 51 and the temperature compensating element 5 are used.
It was necessary to accurately control the dimensions of No. 2. In order to temperature-compensate the change in the internal resistance value due to the temperature change of the magnetoresistive element 51, the magnetoresistive element 51 and the temperature compensating element 5
This is because if the dimensional accuracy of 2 is poor, an extra experiment for determining a complicated operation or a constant is required. Here, with respect to the dimensions of the magnetoresistive element 51 and the temperature compensating element 52, the film thickness is determined by vapor deposition, and the line width of the pattern is determined by etching. Of these, the wet etching process is
Since it greatly varies depending on the concentration of the etching solution, the solution temperature, etc., it is difficult to accurately process the line width of the pattern to a predetermined width. Therefore, it is difficult to improve the processing accuracy of the magnetoresistive element 51 and the temperature compensating element 52, and for that reason, extra cost is generated. This is especially a problem when the magnetic sensor is used in an environment in which the ambient temperature changes within a range of several tens of degrees.

【0009】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、幅が狭く、また周囲温度が変化
しても十分な温度補償を行って、永久磁石の位置を正確
に測定可能な磁気リニアスケールを容易かつ低コストで
提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to measure the position of the permanent magnet accurately by performing sufficient temperature compensation even if the width is narrow and the ambient temperature changes. The purpose is to provide a possible magnetic linear scale easily and at low cost.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、 (1)本発明の磁気リニアスケールは、基板上に強磁性
体金属の蒸着薄膜により形成され、磁気抵抗効果を奏す
る磁気抵抗素子と、基板に対して一定間隔を保ちながら
平行移動する永久磁石を有する磁気リニアスケールであ
って、磁気抵抗素子が、永久磁石が移動する方向と直交
する方向において一定幅で形成され、永久磁石が移動す
る方向において密度がリニアに変化する。 (2)上記(1)の構成を有する磁気リニアスケールに
おいて、磁気抵抗素子のパターンを構成する線よりも狭
い幅のパターンより構成される温度補償回路を有するこ
とを特徴とする。 (3)上記(2)の構成を有する磁気リニアスケールに
おいて、温度補償回路のパターンの線幅を6μ以下とし
たことを特徴とする。
In order to achieve this object, (1) a magnetic linear scale of the present invention is a magnetoresistive element which is formed of a ferromagnetic metal vapor deposition thin film on a substrate and exhibits a magnetoresistive effect. And a magnetic linear scale having a permanent magnet that moves in parallel with the substrate at a constant distance, wherein the magnetoresistive element is formed with a constant width in a direction orthogonal to the direction in which the permanent magnet moves, and the permanent magnet is The density changes linearly in the moving direction. (2) The magnetic linear scale having the configuration of (1) above is characterized in that it has a temperature compensating circuit composed of a pattern having a width narrower than the line forming the pattern of the magnetoresistive element. (3) In the magnetic linear scale having the configuration of (2) above, the line width of the pattern of the temperature compensation circuit is 6 μm or less.

【0011】(4)上記(1)及至(3)の構成を有す
る磁気リニアスケールにおいて、磁気抵抗素子が同一線
幅を有し、永久磁石が移動する方向に密度を順次変化さ
せたことを特徴とする。 (5)上記(1)及至(3)の構成を有する磁気リニア
スケールにおいて、磁気抵抗素子が、永久磁石が移動す
る方向に線幅を順次変化させたことを特徴とする。
(6)上記(1)及至(3)の構成を有する磁気リニア
スケールにおいて、磁気抵抗素子が、永久磁石が移動す
る方向に広い線幅を有するパターンの密度を順次変化さ
せたことを特徴とする。 (7)上記(1)及至(3)の構成を有する磁気リニア
スケールにおいて、磁気抵抗素子が、永久磁石が移動す
る方向に線幅および密度を順次変化させたことを特徴と
する。
(4) In the magnetic linear scale having the above-mentioned configurations (1) to (3), the magnetoresistive elements have the same line width, and the density is sequentially changed in the moving direction of the permanent magnets. And (5) In the magnetic linear scale having the configurations of (1) to (3) above, the magnetic resistance element sequentially changes the line width in the direction in which the permanent magnet moves.
(6) In the magnetic linear scale having the above-mentioned configurations (1) to (3), the magnetoresistive element sequentially changes the density of a pattern having a wide line width in the moving direction of the permanent magnet. . (7) In the magnetic linear scale having the configurations of (1) to (3) above, the magnetoresistive element sequentially changes the line width and the density in the direction in which the permanent magnet moves.

【0012】[0012]

【作用】上記の構成よりなる本発明の磁気リニアスケー
ルは、永久磁石が該磁気リニアスケールと一定間隔を保
ちながら平行に移動するときに、永久磁石が発生する磁
界の強さに応じて電気的な抵抗値が減少する。このと
き、磁気リニアスケールが永久磁石の移動方向において
密度がリニアに変化しているので、永久磁石の位置と電
気的な抵抗値の減少値とが1対1で対応する。従って、
この抵抗値の変化を測定することにより永久磁石の位置
を計測することができる。ここで、周囲温度が変化した
場合、磁気抵抗素子の内部抵抗値も周囲温度に応じて変
化する。一方、温度補償回路は、磁気抵抗素子を構成す
るパターンの線幅よりも小さい線幅のパターンで構成さ
れているので、温度補償回路は、磁気抵抗素子と比べて
磁界の強さの変化の影響を受けることが少ないため、正
確に磁気抵抗素子の温度補償を行うことができる。さら
に、温度補償回路のパターンの線幅を6μ以下で形成す
れば、温度補償回路の内部抵抗値が磁界の強さの影響を
ほとんど受けなくなり、周囲温度のみによって変化する
ことになるので、この温度補償回路を使用して容易に磁
気抵抗素子の温度補償を行うことができる。
According to the magnetic linear scale of the present invention having the above-described structure, when the permanent magnet moves in parallel with the magnetic linear scale while keeping a constant interval, the magnetic linear scale is electrically operated according to the strength of the magnetic field generated by the permanent magnet. Resistance is reduced. At this time, since the density of the magnetic linear scale changes linearly in the moving direction of the permanent magnets, there is a one-to-one correspondence between the position of the permanent magnets and the reduced value of the electrical resistance value. Therefore,
The position of the permanent magnet can be measured by measuring the change in the resistance value. Here, when the ambient temperature changes, the internal resistance value of the magnetoresistive element also changes according to the ambient temperature. On the other hand, since the temperature compensating circuit is composed of a pattern having a line width smaller than the line width of the pattern forming the magnetoresistive element, the temperature compensating circuit is affected by the change in the strength of the magnetic field as compared with the magnetoresistive element. Since it is less likely to be affected, the temperature of the magnetoresistive element can be accurately compensated. Furthermore, if the line width of the pattern of the temperature compensation circuit is formed to be 6 μm or less, the internal resistance value of the temperature compensation circuit is hardly affected by the strength of the magnetic field and changes only by the ambient temperature. The temperature of the magnetoresistive element can be easily compensated by using the compensation circuit.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例である磁
気リニアスケールについて図面を参照して説明する。本
発明を実施した磁気リニアスケールの概略構成を4種類
示す。図1は、磁気抵抗素子R1の線幅W1が一定で密
度を順次変化させた第一実施例を示している。図2は、
磁気抵抗素子R1の密度は一定で線幅を順次変化させた
第二実施例を示している。図3は、磁気抵抗素子R1の
密度は一定で広い線幅を有するパターンの密度を順次変
化させた第三の実施例を示している。図4は、第一実施
例と第二実施例とを組み合わせた第四実施例を示してい
る。いずれの実施例も、磁気抵抗素子R1は、永久磁石
57が移動する方向Bと直交する方向に一定幅WBで形
成され、永久磁石57が移動する方向Bにおいて密度が
リニアに変化している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A magnetic linear scale which is an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 4 types of schematic structures of the magnetic linear scale which implemented this invention are shown. FIG. 1 shows a first embodiment in which the line width W1 of the magnetoresistive element R1 is constant and the density is sequentially changed. Figure 2
The second embodiment is shown in which the magnetoresistive element R1 has a constant density and the line width is sequentially changed. FIG. 3 shows a third embodiment in which the density of the magnetoresistive element R1 is constant and the density of a pattern having a wide line width is sequentially changed. FIG. 4 shows a fourth embodiment in which the first embodiment and the second embodiment are combined. In each of the embodiments, the magnetoresistive element R1 is formed with a constant width WB in a direction orthogonal to the direction B in which the permanent magnet 57 moves, and the density changes linearly in the direction B in which the permanent magnet 57 moves.

【0014】図5に磁気抵抗素子R1を利用した磁気リ
ニアスケール11の第一の実施例の構成を示す。磁気リ
ニアスケール11上には、磁気抵抗素子R1と温度補償
回路R2との2つのつづら折れ状のパターンが、各々直
角の位相差をもつように形成されている。ここで、磁気
抵抗素子R1は、図6の(a)に部分拡大図で示すよう
に、線幅W1=20μと一定でつづら折れパターンとし
て形成されている。磁気抵抗素子R1のつづら折れの間
隔WAは、左端部におけるWA1=1.085mmか
ら、右端部におけるWA77=0.325mmまで、つ
づら折れの間隔WAを0.01mmづつ減少させながら
39往復させている。これにより、磁気抵抗素子R1の
密度は3倍以上に変化している。本実施例の磁気リニア
スケール11は、幅3mm、長さ約60mmである。本
実施例の磁気リニアスケール11によれば、磁気抵抗素
子R1のつづら折れパターンの幅を一定にしたままで、
密度を変化させているので、磁気リニアスケール11の
幅を3mmと小さくすることができている。
FIG. 5 shows the configuration of the first embodiment of the magnetic linear scale 11 using the magnetoresistive element R1. On the magnetic linear scale 11, two zigzag patterns of the magnetoresistive element R1 and the temperature compensating circuit R2 are formed so as to have a right-angled phase difference. Here, the magnetoresistive element R1 is formed in a constant zigzag pattern with a line width W1 = 20 μm, as shown in a partially enlarged view of FIG. The zigzag spacing WA of the magnetoresistive element R1 is from WA1 = 1.085 mm at the left end portion to WA77 = 0.325 mm at the right end portion, and the zigzag spacing WA is decreased by 0.01 mm to make 39 reciprocations. . As a result, the density of the magnetoresistive element R1 is changed to three times or more. The magnetic linear scale 11 of this embodiment has a width of 3 mm and a length of about 60 mm. According to the magnetic linear scale 11 of the present embodiment, the width of the zigzag pattern of the magnetoresistive element R1 is kept constant,
Since the density is changed, the width of the magnetic linear scale 11 can be reduced to 3 mm.

【0015】また、温度補償回路R2は、図6の(b)
に部分拡大図で示すように、線幅W2=4μで4往復の
つづら折れパターンとして形成されている。本実施例で
は、磁気抵抗素子R1および温度補償回路R2の素材で
ある強磁性体金属として、共にパーマロイ(Ni−F
e,83:17)を使用している。磁気抵抗素子R1
は、パターンの線の長手方向に対して直角に磁界を受け
た場合に、抵抗値が減少する性質を有しており、パター
ンの線の長手方向に磁界を受けた場合には、抵抗値が変
化しない。磁気抵抗素子R1の両端に端子部12,13
が配設され、温度補償回路R2の両端に端子部13,1
4が配設されている。
Further, the temperature compensating circuit R2 is shown in FIG.
As shown in the partially enlarged view, the line width W2 is 4 μm and the pattern is formed as a four-fold zigzag folded pattern. In this embodiment, as the ferromagnetic metal that is the material of the magnetoresistive element R1 and the temperature compensating circuit R2, permalloy (Ni-F) is used.
e, 83:17). Magnetoresistive element R1
Has a property that the resistance value decreases when a magnetic field is applied at right angles to the longitudinal direction of the pattern lines, and the resistance value decreases when a magnetic field is applied in the longitudinal direction of the pattern lines. It does not change. Terminal portions 12, 13 are provided at both ends of the magnetoresistive element R1.
Is provided, and the terminal portions 13 and 1 are provided at both ends of the temperature compensation circuit R2.
4 are provided.

【0016】次に磁気センサ1の検出回路について説明
する。図9に磁気リニアスケール11の検出回路を示
す。端子12,14の間に直流電圧Vccがかけられて
いる。ここで、端子部13,15の間の直流電圧がオペ
アンプ21を介して出力Sとして出力され検出される。
Next, the detection circuit of the magnetic sensor 1 will be described. FIG. 9 shows a detection circuit of the magnetic linear scale 11. A DC voltage Vcc is applied between the terminals 12 and 14. Here, the DC voltage between the terminal portions 13 and 15 is output as the output S via the operational amplifier 21 and detected.

【0017】次に、周囲温度が変化する場合について説
明する。温度補償回路R2について説明する。本発明者
が実験したデータを図10に示す。横軸は、パターンを
構成する線幅をミクロン単位で示し、縦軸は、そのパタ
ーンを磁気抵抗素子R1として使用した場合の磁気抵抗
変化率を示している。磁界の強さを100ガウスで実験
したデータを点線38で示し、磁界の強さを50ガウス
で実験したデータを一点鎖線39で示し、磁界の強さを
25ガウスで実験したデータを実線40で示す。
Next, the case where the ambient temperature changes will be described. The temperature compensation circuit R2 will be described. The data that the present inventor conducted an experiment are shown in FIG. The horizontal axis represents the line width of the pattern in units of microns, and the vertical axis represents the magnetoresistance change rate when the pattern is used as the magnetoresistive element R1. The data of the magnetic field strength of 100 gauss is shown by the dotted line 38, the data of the magnetic field strength of 50 gauss is shown by the alternate long and short dash line 39, and the data of the magnetic field strength of 25 gauss is shown by the solid line 40. Show.

【0018】このデータによれば、パターン幅が減少す
ると、磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率が減少しているこ
とがわかる。従って、温度補償回路R2として、磁気抵
抗素子R1のパターン幅よりも小さい線幅のパターンを
使用すれば、温度補償回路R2の磁界の強さによる影響
が少ないので、従来の同一幅のパターンを使用していた
温度補償回路52よりも正確に温度補償を行うことが可
能である。すなわち、線幅の大きいパターンを使用する
温度補償回路の場合と比較して、線幅の小さいパターン
を使用する温度補償回路の方が磁界の強さの影響を受け
る量が少ない分だけ、線幅の製作精度に誤差があった場
合でも、正確な温度補償を行うことができる。
From this data, it can be seen that the rate of change in magnetoresistance of the magnetoresistive element decreases as the pattern width decreases. Therefore, if a pattern having a line width smaller than the pattern width of the magnetoresistive element R1 is used as the temperature compensating circuit R2, the influence of the magnetic field strength of the temperature compensating circuit R2 is small. It is possible to perform temperature compensation more accurately than the temperature compensation circuit 52 that has been used. That is, as compared with the case of the temperature compensation circuit using a pattern with a large line width, the temperature compensation circuit using a pattern with a small line width is less affected by the strength of the magnetic field. Even if there is an error in the manufacturing precision of, accurate temperature compensation can be performed.

【0019】さらに、このデータより、磁気抵抗素子の
パターンを構成する線の線幅を6μ以下とすると磁気抵
抗変化率が著しく減少することがわかる。従って、パタ
ーン幅を6μ以下とすれば、磁気抵抗素子と同じ素材で
ある強磁性体金属薄膜を使用しても磁界の強さによって
薄膜の内部抵抗値が変化する割合が少ないことがわか
る。一方、周囲の温度変化による内部抵抗値の変化は、
パターン幅によって影響を受けないため、強磁性体金属
薄膜をパターン幅6μ以下で形成すれば、温度補償回路
として優れた性質を持つことがわかる。すなわち、温度
補償回路R2が磁気抵抗素子R1と同じ材質の強磁性体
金属薄膜で構成され、かつパターン幅が6μ以下で形成
されているので、製造工程におけるエッチング工程等の
ばらつきによって温度補償回路R2がほとんど影響を受
けないため、常に正確な温度補償を行うことができる。
また、温度補償回路R2の形状を磁気抵抗素子R1の形
状と無関係に決定することが可能となり、温度補償回路
R2を図5に示すように小型化することができる。
Further, from this data, it is understood that the rate of change in magnetoresistance is remarkably reduced when the line width of the line forming the pattern of the magnetoresistive element is set to 6 μm or less. Therefore, it can be seen that if the pattern width is 6 μm or less, even if a ferromagnetic metal thin film, which is the same material as the magnetoresistive element, is used, the rate of change in the internal resistance of the thin film due to the strength of the magnetic field is small. On the other hand, the change in internal resistance due to the change in ambient temperature is
Since it is not affected by the pattern width, it can be seen that if the ferromagnetic metal thin film is formed with a pattern width of 6 μm or less, it has excellent properties as a temperature compensation circuit. That is, since the temperature compensating circuit R2 is composed of a ferromagnetic metal thin film made of the same material as the magnetoresistive element R1 and has a pattern width of 6 μm or less, the temperature compensating circuit R2 may be different due to variations in the etching process in the manufacturing process. Is almost unaffected, so accurate temperature compensation can always be performed.
Further, the shape of the temperature compensating circuit R2 can be determined independently of the shape of the magnetoresistive element R1, and the temperature compensating circuit R2 can be downsized as shown in FIG.

【0020】図11に第一実施例の磁気リニアスケール
11の実験データを示す。横軸に永久磁石57の位置を
移動距離として示し、縦軸に出力Sを示す。永久磁石5
7は、シリンダピストンに付設される円筒状で厚さが3
mmである。永久磁石57と磁気リニアスケール11と
の間隔を2mmとった状態で永久磁石を磁気リニアスケ
ール11の長手方向に平行移動させる実験のデータであ
る。永久磁石57が磁気リニアスケール11の左端部か
ら右端部に移動するに伴って、磁気リニアスケール11
の密度が高くなるため、磁気抵抗素子R1の内部抵抗が
減少するため、出力Sは磁気抵抗素子R1の内部抵抗の
減少に比例して減少している。従って、図11より永久
磁石57の移動距離が40mm以内であれば、出力Sに
より永久磁石57の位置を検出できることがわかる。本
実施例の磁気リニアスケール11によれば、40mmに
渡って永久磁石57の位置を正確に検出することができ
る。
FIG. 11 shows experimental data of the magnetic linear scale 11 of the first embodiment. The horizontal axis shows the position of the permanent magnet 57 as the moving distance, and the vertical axis shows the output S. Permanent magnet 5
7 is a cylinder attached to the cylinder piston and has a thickness of 3
mm. It is the data of an experiment in which the permanent magnet is moved in parallel in the longitudinal direction of the magnetic linear scale 11 with the distance between the permanent magnet 57 and the magnetic linear scale 11 being 2 mm. As the permanent magnet 57 moves from the left end to the right end of the magnetic linear scale 11, the magnetic linear scale 11
, The output S decreases in proportion to the decrease in the internal resistance of the magnetoresistive element R1. Therefore, it can be seen from FIG. 11 that the position of the permanent magnet 57 can be detected by the output S if the movement distance of the permanent magnet 57 is within 40 mm. According to the magnetic linear scale 11 of this embodiment, the position of the permanent magnet 57 can be accurately detected over 40 mm.

【0021】次に、本発明の第二の実施例について説明
する。図7に磁気抵抗素子R1を利用した磁気リニアス
ケール11の第二実施例の構成を示す。磁気リニアスケ
ール11上には、磁気抵抗素子R1と温度補償回路R2
との2つのつづら折れ状のパターンが、各々直角の位相
差をもつように形成されている。ここで、磁気抵抗素子
R1は、図8の(a)および(c)に部分拡大図で示す
ように、線幅W1は左端部で4μから、右端部で42.
5μまで0.5μづつ線幅を拡大しながら、39往復し
てつづら折れパターンを形成している。ここで、つづら
折れの間隔WAは0.705mmで一定である。これに
より、磁気抵抗素子R1の密度は左端部と右端部とで約
10倍に変化している。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 shows the configuration of the second embodiment of the magnetic linear scale 11 using the magnetoresistive element R1. On the magnetic linear scale 11, a magnetic resistance element R1 and a temperature compensation circuit R2 are provided.
And two zigzag patterns are formed so as to have a right-angled phase difference. Here, the magnetoresistive element R1 has a line width W1 of 4 μ at the left end and 42. at the right end, as shown in a partially enlarged view of FIGS. 8 (a) and 8 (c).
While increasing the line width by 0.5 μ each to 5 μ, 39 reciprocations form a zigzag folded pattern. Here, the interval WA of the zigzag is 0.705 mm and is constant. As a result, the density of the magnetoresistive element R1 changes about 10 times at the left end and the right end.

【0022】また、温度補償回路R2は、図8の(b)
に部分拡大図で示すように、線幅W2=4μで4往復の
つづら折れパターンとして形成されている。本実施例で
は、磁気抵抗素子R1および温度補償回路R2の素材で
ある強磁性体金属として、共にパーマロイ(Ni−F
e,83:17)を使用している。磁気抵抗素子R1
は、パターンの線の長手方向に対して直角に磁界を受け
た場合に、抵抗値が減少する性質を有しており、パター
ンの線の長手方向に磁界を受けた場合には、抵抗値が変
化しない。磁気抵抗素子R1の両端に端子部12,13
が配設され、温度補償回路R2の両端に端子部13,1
4が配設されている。第二の実施例の場合でも、検出回
路および温度補償回路は第一実施例と同じであるので、
説明を省略する。第二実施例によれば、磁気抵抗素子R
1の密度を第一実施例の3倍以上にできるため、永久磁
石の検出感度を高めることができる。
The temperature compensating circuit R2 is shown in FIG.
As shown in the partially enlarged view, the line width W2 is 4 μm and the pattern is formed as a four-fold zigzag folded pattern. In this embodiment, as the ferromagnetic metal that is the material of the magnetoresistive element R1 and the temperature compensating circuit R2, permalloy (Ni-F) is used.
e, 83:17). Magnetoresistive element R1
Has a property that the resistance value decreases when a magnetic field is applied at right angles to the longitudinal direction of the pattern lines, and the resistance value decreases when a magnetic field is applied in the longitudinal direction of the pattern lines. It does not change. Terminal portions 12, 13 are provided at both ends of the magnetoresistive element R1.
Is provided, and the terminal portions 13 and 1 are provided at both ends of the temperature compensation circuit R2.
4 are provided. Even in the case of the second embodiment, since the detection circuit and the temperature compensation circuit are the same as those in the first embodiment,
The description is omitted. According to the second embodiment, the magnetoresistive element R
Since the density of 1 can be three times or more that of the first embodiment, the detection sensitivity of the permanent magnet can be increased.

【0023】次に、第三の実施例は図3に示すように、
左端部では4本のつづら折れのうちの1本が広い線幅を
有し、次の4本のつづら折れでは2本が広い幅を有し、
次の4本のつづら折れでは3本が広い幅を有し、次の4
本のつづら折れでは4本が広い幅を有している。このよ
うに、広い幅を有する線の密度を順次変化させることに
より、一定幅WBを有しながら密度をリニアに変化させ
ている。次に、第四実施例によれば、第一実施例と第二
実施例とを組み合わせているので、磁気リニアスケール
11の左端部と右端部とで磁気抵抗素子R1の密度を3
0倍変化させることができるため、永久磁石57の検出
感度をさらに高くすることができる。
Next, in the third embodiment, as shown in FIG.
At the left end, one of the four zigzag folds has a wide line width, and the next four zigzag folds has two wide lines,
In the next four spelling folds, three have a wide width and the next four
Four of the zigzag folds of the book have a wide width. In this way, by sequentially changing the density of the line having a wide width, the density is linearly changed while having the constant width WB. Next, according to the fourth embodiment, since the first embodiment and the second embodiment are combined, the density of the magnetoresistive elements R1 is 3 at the left end portion and the right end portion of the magnetic linear scale 11.
Since it can be changed by 0 times, the detection sensitivity of the permanent magnet 57 can be further increased.

【0024】以上詳細に説明したように、本発明の磁気
リニアスケールによれば、磁気抵抗素子11が永久磁石
が移動する方向と直交する方向において一定幅で形成さ
れ、永久磁石が移動する方向において密度がリニアに変
化しているので、永久磁石の位置を長い範囲に渡ってリ
ニアかつ正確に検出できる。また、磁気リニアスケール
11の幅が3mmと狭く製作できるため、スペースをと
らずコンパクトである。また、幅方向において磁気リニ
アスケール11は均一性を有しているので、磁気リニア
スケール11が永久磁石に対して横ずれしても出力の変
化が少なく、磁気リニアスケール11の取付が容易にな
る。
As described in detail above, according to the magnetic linear scale of the present invention, the magnetoresistive element 11 is formed with a constant width in the direction orthogonal to the moving direction of the permanent magnet, and in the moving direction of the permanent magnet. Since the density changes linearly, the position of the permanent magnet can be detected linearly and accurately over a long range. Further, since the magnetic linear scale 11 can be manufactured with a narrow width of 3 mm, it is compact and does not take up space. In addition, since the magnetic linear scale 11 has uniformity in the width direction, even if the magnetic linear scale 11 is laterally displaced with respect to the permanent magnet, the change in output is small and the magnetic linear scale 11 can be easily attached.

【0025】本発明は上記実施例に限定されることな
く、色々な応用が可能である。例えば、本実施例では、
強磁性体金属材料としてパーマロイ(Ni−Fe,8
3:17)を使用しているが、合金の成分比率が変わっ
たばあいでも同様である。また、材料としてNiやNi
−Coを使用した場合でも同様である。また、本実施例
ではバイアス用磁石を使用していないが、磁気抵抗素子
にバイアス用磁石を使用したばあいでも同様の効果が発
揮される。また、本実施例では、密度や線幅等をリニア
に変化させているが、二次関数的に変化させて、出力を
演算処理することにより永久磁石の位置を算出すること
もできる。また、本実施例では、温度補償回路R2を磁
気抵抗素子R1の一部に平行に配置したが、温度補償回
路R2を磁気抵抗素子R1の直列的に配置しても良い。
The present invention is not limited to the above embodiment, but various applications are possible. For example, in this embodiment,
Permalloy (Ni-Fe, 8
3:17) is used, but it is the same when the composition ratio of the alloy is changed. Also, as a material, Ni or Ni
The same applies when -Co is used. Further, although the bias magnet is not used in this embodiment, the same effect can be obtained when the bias magnet is used for the magnetoresistive element. Further, in the present embodiment, the density, the line width and the like are changed linearly, but the position of the permanent magnet can be calculated by changing the output linearly and calculating the output. Further, in the present embodiment, the temperature compensating circuit R2 is arranged in parallel with a part of the magnetoresistive element R1, but the temperature compensating circuit R2 may be arranged in series with the magnetoresistive element R1.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の磁気リニアスケールによれば、磁気抵抗素子が、
永久磁石が移動する方向と直交する方向において一定幅
で形成され、永久磁石が移動する方向において密度がリ
ニアに変化しているので、永久磁石の位置を長い範囲に
渡ってリニアかつ正確に検出できる。また、磁気リニア
スケールの幅を狭く製作できるため、スペースをとらず
コンパクトな磁気リニアスケールを実現できる。また、
幅方向において磁気リニアスケールは均一性を有してい
るので、磁気リニアスケールが永久磁石に対して横ずれ
しても出力の変化が少ないため、磁気リニアスケールの
取付が容易になる。
As is apparent from the above description, according to the magnetic linear scale of the present invention, the magnetoresistive element is
Since the permanent magnet is formed with a constant width in the direction orthogonal to the moving direction and the density changes linearly in the moving direction of the permanent magnet, the position of the permanent magnet can be detected linearly and accurately over a long range. . Moreover, since the width of the magnetic linear scale can be made narrow, a compact magnetic linear scale can be realized without taking up space. Also,
Since the magnetic linear scale has uniformity in the width direction, even if the magnetic linear scale is laterally displaced with respect to the permanent magnet, the change in output is small, so that the magnetic linear scale can be easily attached.

【0027】また、本発明の磁気リニアスケールによれ
ば、磁気抵抗素子のパターンを構成する線よりも狭い幅
のパターンより構成される温度補償回路を有しているの
で、温度補償を正確に行うことができるため、永久磁石
の位置を長い範囲に渡ってリニアかつ正確に検出でき
る。
Further, according to the magnetic linear scale of the present invention, since the temperature compensating circuit constituted by the pattern having a width narrower than the line constituting the pattern of the magnetoresistive element is provided, the temperature compensation is accurately performed. Therefore, the position of the permanent magnet can be detected linearly and accurately over a long range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一実施例の磁気リニアスケールの構
成を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a magnetic linear scale according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二実施例の磁気リニアスケールの構
成を示す概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a configuration of a magnetic linear scale according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第三実施例の磁気リニアスケールの構
成を示す概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration of a magnetic linear scale according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第四実施例の磁気リニアスケールの構
成を示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a configuration of a magnetic linear scale according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】第一実施例の磁気リニアスケールの構成を示す
平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing the configuration of the magnetic linear scale of the first embodiment.

【図6】第一実施例の磁気リニアスケールの構成の詳細
を示す部分拡大図である。
FIG. 6 is a partially enlarged view showing details of the configuration of the magnetic linear scale of the first embodiment.

【図7】第二実施例の磁気リニアスケールの構成を示す
平面図である。
FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a magnetic linear scale according to a second embodiment.

【図8】第二実施例の磁気リニアスケールの構成の詳細
を示す部分拡大図である。
FIG. 8 is a partially enlarged view showing the details of the configuration of the magnetic linear scale of the second embodiment.

【図9】磁気リニアスケールの検出回路図である。FIG. 9 is a detection circuit diagram of a magnetic linear scale.

【図10】磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率を示すデータ
図である。
FIG. 10 is a data diagram showing a magnetoresistance change rate of a magnetoresistive element.

【図11】第一実施例の磁気リニアスケールの実験デー
タを示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing experimental data of the magnetic linear scale of the first embodiment.

【図12】従来の磁気リニアスケールの構成を示す平面
図である。
FIG. 12 is a plan view showing a configuration of a conventional magnetic linear scale.

【図13】従来の別の磁気リニアスケールの構成を示す
平面図である。
FIG. 13 is a plan view showing the configuration of another conventional magnetic linear scale.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 磁気リニアスケール 57 永久磁石 R1 磁気抵抗素子 R2 温度補償回路 B 永久磁石の移動方向 11 Magnetic linear scale 57 Permanent magnet R1 Magnetic resistance element R2 Temperature compensation circuit B Moving direction of permanent magnet

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に強磁性体金属の蒸着薄膜により
形成され、磁気抵抗効果を奏する磁気抵抗素子と、基板
に対して一定間隔を保ちながら平行移動する永久磁石を
有する磁気リニアスケールにおいて、 前記磁気抵抗素子が、前記永久磁石が移動する方向と直
交する方向において一定幅で形成され、前記永久磁石が
移動する方向において密度がリニアに変化することを特
徴とする磁気リニアスケール。
1. A magnetic linear scale having a magnetoresistive element formed of a vapor-deposited thin film of a ferromagnetic metal on a substrate and exhibiting a magnetoresistive effect, and a permanent magnet that moves in parallel with the substrate at a constant interval, A magnetic linear scale, wherein the magnetoresistive element is formed with a constant width in a direction orthogonal to a direction in which the permanent magnet moves, and the density linearly changes in a direction in which the permanent magnet moves.
【請求項2】 請求項1に記載する磁気リニアスケール
において、 前記磁気抵抗素子を構成する線よりも狭い幅のパターン
より構成される温度補償回路を有することを特徴とする
磁気リニアスケール。
2. The magnetic linear scale according to claim 1, further comprising a temperature compensation circuit including a pattern having a width narrower than a line forming the magnetoresistive element.
【請求項3】 請求項2に記載する磁気リニアスケール
において、 前記温度補償回路のパターンの線幅を6μ以下としたこ
とを特徴とする磁気リニアスケール。
3. The magnetic linear scale according to claim 2, wherein the pattern of the temperature compensation circuit has a line width of 6 μm or less.
【請求項4】 請求項1及至請求項3に記載する磁気リ
ニアスケールにおいて、 前記磁気抵抗素子が同一線幅を有し、前記永久磁石が移
動する方向に密度を順次変化させたことを特徴とする磁
気リニアスケール。
4. The magnetic linear scale according to claim 1, wherein the magnetoresistive elements have the same line width, and the density is sequentially changed in a moving direction of the permanent magnets. A magnetic linear scale.
【請求項5】 請求項1及至請求項3に記載する磁気リ
ニアスケールにおいて、 前記磁気抵抗素子が、前記永久磁石が移動する方向に線
幅を順次変化させたことを特徴とする磁気リニアスケー
ル。
5. The magnetic linear scale according to claim 1, wherein the magnetoresistive element sequentially changes the line width in a direction in which the permanent magnet moves.
【請求項6】 請求項1及至請求項3に記載する磁気リ
ニアスケールにおいて、 前記磁気抵抗素子が、前記永久磁石が移動する方向に広
い線幅を有するパターンの密度を順次変化させたことを
特徴とする磁気リニアスケール。
6. The magnetic linear scale according to claim 1, wherein the magnetoresistive element sequentially changes a density of a pattern having a wide line width in a direction in which the permanent magnet moves. And a magnetic linear scale.
【請求項7】 請求項1及至請求項3に記載する磁気リ
ニアスケールにおいて、 前記磁気抵抗素子が、前記永久磁石が移動する方向に線
幅および密度を順次変化させたことを特徴とする磁気リ
ニアスケール。
7. The magnetic linear scale according to claim 1, wherein the magnetoresistive element sequentially changes a line width and a density in a direction in which the permanent magnet moves. scale.
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