JPH07208907A - 位置検出装置とそれを用いた時計の指針位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極低速から高速までの広い速度域で高精度に
位置検出できる超小型、低消費電流、低製造コストの位
置検出装置を得る。 【構成】 相対的に動作する固体の一方２に、デジタル
磁化パターン６が記録された硬磁性膜１が成膜されてお
り、かつ他方の物体３にホール素子４が設置されている
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気を用いた位置検出機
構の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまでの磁気を用いた位置検出方法
は、特開平４−２６２５０２号公報や、特開平４−２６
２５０１号公報に示されるように、デジタルコード化パ
ターンやアナログパターンが形成されたバルクの永久磁
石材料に、被測定物体を接続し、磁石の動作、位置を被
測定物体のものとして磁気センサで認識させるものや、
ＨＤＤやＦＤＤのように、薄膜の磁気メディアを用い、
磁気ヘッドで磁気情報（データの位置）を読み取るもの
であった。

【０００３】また、これまでの時計の指針位置検出方法
には、接触通電方式、磁気方式、光方式、静電方式があ
った。

【０００４】接触通電方式は、特開昭６１−１１１４８
４号公報に示されるように、アースされた指針の一部が
文字板上に形成された電極に接触しながら回転掃引、前
記電極の両端から電流を流すことで指針位置の検出をし
ていた。

【０００５】磁気方式は、特開昭５４−１１８８７０号
公報に示されるように、文字板の検出したい位置にＭＲ
素子等の磁気感応素子を配し、磁化した指針が前記磁気
感応素子上を横切る際の磁束増加を検出していた。

【０００６】光方式は、特開昭５５−１５４４８５号公
報、特開昭６１−１７３１７号公報に示されるように、
文字板上にＣＣＤや、太陽電池等の光感応素子を配し、
前記素子上を指針が横切る際の光量の変化を検出する方
式や、特開平３−２３９９６３号公報に示すように、歯
車の軸中心外に小穴をあけ、その小穴を通過する光を複
数の光センサーにて測定し、指針の回転を検出してい
た。

【０００７】静電方式は、特開昭６２−２２２１８３号
公報に示されるように、単電極の文字板上植字の上を指
針が横切る際に発生する静電容量を時定数として測定
し、指針位置の検出をしていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の特開平４
−２６２５０２号公報のような位置検出方法では、 １．被測定物体に接続したバルクの永久磁石の位置を検
出するものであって、被測定物体の位置を直接検出して
いないため、位置検出精度に誤差が大きい。

【０００９】２．被測定物体に重いバルクの永久磁石を
接続することが、被測定物体の動作、位置に影響を与え
る。特に、腕時計のような駆動トルクの小さい機械系に
設置すると指針を動かすこともできない。

【００１０】３．被測定物体に、バルクの永久磁石、磁
気センサ等の位置検出装置を接続するので、システムと
して大きくなる。腕時計のようにスペースが限られたも
のでは設置できない場合も多い。

【００１１】４．前記課題１、２、３を対策するものと
して、被測定物体自体を、鋳造や焼結により製造された
バルクの永久磁石から作製することがあるが、永久磁石
自体が非常に加工しずらい材料であり、さらにボンド磁
石では、形状は作り込みやすいものの、機械要素として
強度的に適さない場合が多いなど、制約が多い。

【００１２】という課題を有している。

【００１３】さらに、ＨＤＤやＦＤＤでは、磁気メディ
アが薄膜のため磁気情報の漏れ磁界が小さく、磁気ヘッ
ドを磁気メディアから１ミクロン以内、もしくは接触さ
せねばならなかった。距離を１ミクロン以下に保持する
ためには、磁気メディアを高速で回転させ、かつ磁気ヘ
ッドの形状を特殊に加工して、フライングさせねばなら
なかった。また磁気ヘッドの磁気情報検出起電力を大き
くするためにも磁気メディアを高速で回転させねばなら
なかった。これらのため、低速で移動する物体の位置検
出にこの方式は適さず、かつ、磁気ヘッドをフライング
させたり、磁気メディアに接触させたりするために、磁
気ヘッドの特殊加工や耐摩耗性向上の保護膜形成など磁
気ヘッドコストが高いという課題を有している。

【００１４】また、従来の指針位置検出方法では以下の
課題を有している。

【００１５】１．接触通電方式は、電気接点間への異物
の侵入や、接点の電蝕により、位置検出の信頼性が悪
い。

【００１６】２．これまでの磁気方式は、多点検出、例
えば秒針の１秒毎の検出等が非常に困難で製造コストも
高い。また指針に磁石や、高透磁率材料を用いるため、
外部磁界に対し弱く、誤差を生じやすい。

【００１７】３．光方式も、多点検出が困難で、コスト
高となる。外部光により検出誤差も生じやすい。

【００１８】４．静電方式は、湿度変化等の環境変化に
より、検出誤差を生じやすい。

【００１９】そこで本発明は、このような課題を解決す
るものであって、その目的とするところは、 極低速から高速までの速度で移動する移動物体の位
置を直接認識できる。位置検出ピッチは百ミクロン程度
以上である。

【００２０】 検出システム全体が超小型で、組み込
まれるデバイス等の形状を変更する必要や、デバイス等
の動きや機能に影響を及ぼすことがない。

【００２１】 実効消費電流が小さく、低製造コスト
である。

【００２２】にある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】相対的に動作する固体の
一方に、デジタル磁化パターンが記録された硬磁性膜が
成膜されており、他方の固体にホール素子が該デジタル
磁化パターンに対向して設置され、該ホール素子の電極
が実装配線されていることを特徴としている。また前記
デジタル磁化パターンが垂直磁気記録パターンであり、
前記硬磁性膜が成膜された固体が軟磁性材であるか、ま
たは前記デジタル磁化パターンが面内磁気記録パターン
であり、前記硬磁性膜が成膜された固体が非磁性材であ
ることを特徴としている。また前記硬磁性膜に記録され
たデジタル磁化パターンが複数あり、デジタル磁化パタ
ーンの有する磁気情報が、Ｎ、Ｓ、磁束０の組み合わせ
より形成されていることを特徴としている。また相対的
に動作する固体の一方に、デジタル磁化パターンが記録
されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ膜が成膜され、該Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ
膜上にＴｉ膜が積層されており、他方の固体にホール素
子が該デジタル磁化パターンに対向して設置され、該ホ
ール素子の電極が実装配線されていることを特徴として
いる。また前記硬磁性膜が、硬磁性粉体とバインダから
なることを特徴としている。また前記硬磁性粉体が、Ｎ
ｄ−Ｆｅ−Ｂ、Ｂａフェライト、Ｓｒフェライトの少な
くとも１つからなることを特徴としている。また前記ホ
ール素子が前記固体に複数形成され、それらのホール素
子が、ホール素子に流すホール素子制御電流方向に直列
に連結形成され、前記デジタル磁化パターンに対向して
いることを特徴としている。また前記ホール素子の形成
された固体が貫通する穴を有しており、該穴に前記ホー
ル素子の電極を通し、固体裏面にて実装配線したことを
特徴としている。また前記ホール素子の形成された固体
に感光性ガラスを用いることを特徴としている。

【００２４】指針と、該指針に接続した該指針を回転駆
動する歯車、および該歯車を支持する時計基板を有する
時計において、該歯車の回転面に、該指針の回転位置を
コード化したデジタル磁化パターンの記録された硬磁性
膜が成膜されており、該デジタル磁化パターンに対向し
て該時計基板にホール素子が設置され、該ホール素子の
電極が実装配線されていることを特徴としている。また
前記デジタル磁化パターンの記録された硬磁性膜が成膜
された歯車が、時計の指針回転軸に固定されていること
を特徴としている。また前記デジタル磁化パターンが垂
直磁気記録パターンであり、前記硬磁性膜が成膜された
歯車が軟磁性材であるか、または前記デジタル磁化パタ
ーンが面内磁気記録パターンであり、前記硬磁性膜が成
膜された歯車が非磁性材であることを特徴としている。
また前記硬磁性膜に記録されたデジタル磁化パターンが
複数あり、デジタル磁化パターンの有する磁気情報が、
Ｎ、Ｓ、磁束０の組み合わせより形成されていることを
特徴としている。また指針と該指針に接続した該指針を
回転駆動する歯車、および該歯車を支持する時計基板を
有する時計において、該歯車の回転面に、該指針の回転
位置をコード化したデジタル磁化パターンの記録された
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ膜が成膜され、該Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ膜上に
Ｔｉ膜が積層されており、該デジタル磁化パターンに対
向して該時計基板にホール素子が設置され、該ホール素
子の電極が実装配線されていることを特徴としている。
また前記硬磁性膜が、硬磁性粉体とバインダからなるこ
とを特徴としている。また前記硬磁性粉体が、Ｎｄ−Ｆ
ｅ−Ｂ、Ｂａフェライト、Ｓｒフェライトの少なくとも
１つからなることを特徴としている。また前記ホール素
子が前記時計基板に複数形成され、それらのホール素子
が、ホール素子に流すホール素子制御電流方向に直列に
連結形成され、前記デジタル磁化パターンに対向してい
ることを特徴としている。また前記ホール素子の形成さ
れた時計基板が貫通する穴を有しており、該穴に前記ホ
ール素子の電極を通し、時計基板裏面にて実装配線した
ことを特徴としている。また前記ホール素子の形成され
た時計基板に感光性ガラスを用いることを特徴としてい
る。

【００２５】

【実施例】

（実施例１）本発明の基本構成を、図１及び、図２を用
い説明する。図１は、位置検出装置の断面図である。ま
た図２は、図１内ホール素子４部を示す上面図である。
相対的に動作する固体間、すなわち本実施例では静止固
体２、図内を右に移動する移動固体３の位置関係を検出
する。静止固体２は、移動固体３に対面する表面に、硬
磁性膜１が成膜されており、かつ、その硬磁性膜は面内
に磁化され、磁化パターン６が、移動固体３の移動方向
に複数、等ピッチで形成されている。磁化パターン内矢
印は磁化方向を示す。この時、移動固体３の方向に、磁
束が効率良く漏れるように、静止固体２は非磁性であ
る。また、硬磁性膜１の保護のために、保護膜８が、硬
磁性膜１上に積層されていることもある。他方、移動固
体３には磁気センサであるホール素子４が、硬磁性膜１
に対面して、磁化パターン６の形成方向に２個、さらに
磁束密度を検出するためホール素子４に流すホール素子
制御電流９に対し直列に形成されている。磁化パターン
６と近接させるため、ホール素子４は、ペースト電極５
を通じ移動固体３の裏面にて、ホール素子４にホール素
子制御電流９を供給する電源に、検出磁束密度に対応し
たホール素子起電力を測定する装置に、配線実装されて
いる。

【００２６】次に、位置検出基本方法について説明す
る。まず始点である図１の状態で、ホール素子４にホー
ル素子制御電流９を流すと、図内左のホール素子は＋、
右のホール素子は−の磁気情報を検出する。磁化の方向
を検出できるのがホール素子の大きな特徴のひとつであ
り、ＭＲ素子などではできない。移動固体３の移動に伴
い、磁化パターン６の形成ピッチごとに左右のホール素
子は、Ｎ、Ｓ、磁束０の組み合わされた磁気情報を別々
に検出する。この組み合わせ磁気情報は、そのまま移動
固体３の絶対位置に対応させている。そのために、組み
合わせ磁気情報が重複しないように磁化パターンの磁化
方向を制御してある。よって、磁気情報が通常の０／１
の２つから成り立つ方式より、磁気検出素子、すなわち
本実施例ではホール素子の数を少なくでき、低製造コス
トにつながる。

【００２７】以上が、本実施例の基本構成と位置検出基
本方法である。以下、詳細に本実施例を説明する。ま
ず、Ａｌからなる静止固体２を、スパッタチャンバ内に
セットし、１５０℃に加熱しながら、２．０＊１０^-6Ｔ
ｏｒｒまで真空引きする。Ａｒガスを導入し、７．０ｍ
Ｔｏｒｒとした後、ＤＣマグネトロンスパッタにて硬磁
性膜１に対応するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ膜を３ミクロン、静止
固体２上に成膜する。成膜されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ膜はア
モルファスであり、軟磁性特性を示すため、磁化パター
ンを記録することはできない。続いて、同一チャンバ、
同一スパッタ条件にて、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ膜上に、保護膜
８としてＴｉを３０００オングストローム、積層成膜す
る。次に真空熱処理によりＮｄ−Ｆｅ−Ｂを結晶化さ
せ、硬磁性膜とする。熱処理条件は、成膜された静止固
体２がセットされたゴールドイメージ炉内を、３．０ｍ
Ｔｏｒｒの真空状態とした後、７００℃に急加熱、１０
秒の保持の後、室温のＮ₂ ガスを導入、急冷している。
急加熱、急冷のため、静止固体２自体の温度は、２００
℃程度しか上昇しない。真空熱処理後のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ
膜特性は、保磁力：３ｋエルステッド、残留磁化：１０
ｋＧで、面内磁気異方性をもっており、また膜の割れ等
の欠陥はなかった。続いて、ＹＡＧレーザーを用い、作
製したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ膜を部分的に加熱、一時的に保磁
力を低下させ、外部磁界で、加熱部分の磁化を反転させ
る。この操作を繰り返すことで、種々の磁化パターン配
列を形成できる。本実施例での磁化パターンのピッチ
は、１００ミクロンとした。次に、あらかじめホール素
子電極用に貫通穴が開けられた移動固体３であるアルミ
ナセラミック基板に、Ｉｎ−Ｓｂ膜を成膜形成後、十字
型に残すようにエッチパターニングする。この時、ホー
ル素子検出部である前記十字パターンは、図２のよう
に、２パターン配置する。パターンピッチは、Ｎｄ−Ｆ
ｅ−Ｂ膜に記録された磁化パターンのピッチと同一であ
る。さらに素子電極配線７を成膜、エッチパターニング
して形成し、ホール素子制御電流９を供給するためと、
各素子の起電力を検出するための電極とする。この時、
前記アルミナセラミック基板に開けられていた貫通穴
に、素子配線電極７が接するようにパターニングされて
いる。また、ホール素子制御電流９を流す配線は、２素
子がホール素子制御電流について直列になるように配線
される。これにより低消費電流を達成できる。次に、素
子配線電極７を移動固体３の裏面につなげるために、前
記貫通穴にＡｇペーストを満たし、１２０℃で焼成、ペ
ースト電極５とした。

【００２８】次に、移動固体３と静止固体２を、正規の
位置に配置した。ホール素子４と硬磁性膜１との距離は
１００ミクロンであった。この時の移動固体３の動きに
対する、ホール素子４の発生起電力の推移を、図３に示
す。縦軸Ｖは、ホール素子の発生起電力、横軸Ｌは、移
動固体３の移動距離である。実線の曲線は図１左のホー
ル素子の、破線は右のホール素子の発生起電力を示して
いる。この時、ホール素子制御電流９を１０ｍＡとして
いる。Ｌがａである時、すなわち移動固体３と静止固体
２の位置関係が図１の時、左ホール素子は１０ｍＶ、右
ホール素子は−１０ｍＶの起電力を発生した。次に移動
固体３が、磁化パターン６の１ピッチだけ右に移動した
時、すなわちＬがｂの時、左ホール素子は−１０ｍＶ、
右ホール素子は０ｍＶの起電力を発生した。以下、図３
に示すようにそれぞれのホール素子は起電力を発生し、
それら２ホール素子の起電力の組み合わせがＬのとる値
により全て異なっており、すなわち起電力値の組み合わ
せにより、移動固体３の位置を特定できることがわか
る。詳細に説明すると、ホール素子には、１０マイクロ
秒＊１０ｍＡのパルス状のホール素子制御電流を、１秒
間に１００パルス印加し、その時の起電力の変化の傾き
を接続の回路で計算させ、傾きが０となった時を、磁化
パターンの堺、すなわち磁気情報記録位置として認識さ
せるようにさせる。さらに、その時の両ホール素子の検
出磁気情報の組み合わせで、位置を特定するようにさせ
てある。ホール素子は１０マイクロＡ＊秒の低消費電流
であることがわかる。ホール素子の応答速度は非常に速
く、基本的には電子移動速度である。このため、ホール
素子制御電流印加時間は、さらに数桁小さくでき得る。
また、ホール素子は非常に安価（市販１０円程度／チッ
プ）であり、また本実施例Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ硬磁性薄膜も
低温スパッタで大量迅速成膜し、大ロットで迅速真空ア
ニールで形成でき、特に困難な加工や組立調整も無く、
前記回路も安価に、容易に作製できるため、位置検出シ
ステム全体も非常に安価である。さらに検出デバイス
（ホール素子、硬磁性膜）自体、非常に軽量、微小なた
め、移動固体の動きに影響することは無い。また本実施
例では、移動固体と静止固体の位置関係を調べるため
に、移動固体にホール素子を形成したが、静止固体に形
成しても当然良いし、移動固体同士も、それぞれにホー
ル素子、硬磁性膜を形成することで、相対位置関係を調
べられる。さらに位置検出精度について言及すると、磁
化パターン形成ピッチ、移動固体の移動速度、及びホー
ル素子大きさが小さいほど、ホール素子制御電流印加頻
度が大きいほど、向上する。

【００２９】以上一般的な移動固体について記したが、
指針と、指針に固定され指針を回転駆動する歯車、およ
びその歯車を支持する時計基板を有する時計において
も、歯車と時計基板は相対的な動作するので、全く同じ
効果を有する。

【００３０】（実施例２）本実施例は、実施例１の静止
固体２、すなわち硬磁性膜形成固体の材質を変化させた
ことが異なっている。実施例１ではＡｌを用いたが、本
実施例では、アルミナ、銅、石英の非磁性材料、純鉄、
ニッケル、パーマロイの軟磁性材料を用いた。配置、ホ
ール素子制御電流等、実施例１と同様の条件にて、ホー
ル素子起電力を測定した結果、非磁性材料については実
施例１と同じ最大１０ｍＶを得た。しかし、軟磁性材料
は、１ｍＶ程度しか得られなかった。これは、軟磁性材
料上の硬磁性膜の面内方向に磁化パターンを形成したた
めに、磁束の多くが軟磁性材料中に流れてしまったため
と思われる。よって、磁気パターンを硬磁性膜の面内方
向に形成する場合は、硬磁性膜を非磁性材料上に形成し
なくてはならない。

【００３１】以上一般的な移動固体について記したが、
指針と、指針に固定され指針を回転駆動する歯車、およ
びその歯車を支持する時計基板を有する時計において
も、歯車と時計基板は相対的な動作するので、全く同じ
効果を有する。

【００３２】（実施例３）本実施例は、実施例１の磁化
パターンを、硬磁性膜面に垂直に形成したことが異な
る。すなわち、軟磁性膜のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ膜をスパッタ
成膜する際、ターゲット組成、及びスパッタ条件を変化
させ、必要に応じ保護膜８の材質も変えることで、膜面
に垂直方向に内部応力をかける。続いて、実施例１と同
様にゴールドイメージ炉にて急熱急冷の熱処理をするこ
とで膜面に垂直方向に磁気異方性をもつ、硬磁性膜がで
きる。また、急熱急冷の熱処理時の保護膜と磁性膜の熱
膨張差で、膜面に垂直方向に応力がかかるように、保護
膜材質を選択しても良い。次に、レーザー着磁する際、
膜面に垂直方向に外部磁界を印加、着磁し、垂直磁化パ
ターンを形成する。着磁ピッチも１００ミクロンで、配
置、ホール素子制御電流等の条件は実施例１と同じと
し、ホール素子起電力を測定したところ、最大５ｍＶと
小さかった。次に、膜面に垂直方向の磁化パターンはそ
のままで、実施例２に示した硬磁性膜形成材料に変えた
ところ、非磁性材料ではホール素子起電力が最大５ｍＶ
とＡｌと同じであったが、軟磁性材料では、８ｍＶと増
大した。これは、垂直磁化の場合、軟磁性材料上に形成
することで、各磁化パターンと軟磁性材料とでＵ字型の
磁路が形成され、磁気効率が向上したため、ホール素子
側への洩れ磁束も増大したものと思われる。また、本実
施例の膜面に垂直磁化する場合、磁化パターン形成密
度、すなわち磁気記録密度は実施例１、２の膜面内記録
に対し、向上させやすい。膜面内に磁化する場合、磁化
パターンピッチを小さくしていくと反磁界の影響が無視
できなくなるためである。当然、洩れ磁束も小さくなる
が、垂直記録の場合、１ミクロン程度の磁化パターンピ
ッチも可能である。磁化パターンピッチが、数から１０
ミクロン程度に必要な場合は、ホール素子と垂直磁化硬
磁性膜間の距離を数ミクロン以下とし、ホール素子の大
きさもそれに合わせ小型化することで、数ｍＶのホール
素子起電力を得ることができる。ホール素子と硬磁性膜
の間隔が数十ミクロン以上ある場合は、硬磁性膜を膜面
内に着磁することが望ましい。

【００３３】以上一般的な移動固体について記したが、
指針と、指針に固定され指針を回転駆動する歯車、およ
びその歯車を支持する時計基板を有する時計において
も、歯車と時計基板は相対的な動作するので、全く同じ
効果を有する。

【００３４】（実施例４）本実施例は実施例１における
保護膜８を省いたことが異なる。その結果、スパッタ後
の急熱急冷の熱処理時に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ膜にクラック
が発生した。また、Ｎｄが酸化し、保磁力が数十エルス
テッドにまで低下し、かつ実施例３に示したような、保
護膜を使用した磁気異方性の制御も困難になった。Ｎｄ
の酸化については、熱処理時の真空度を１．０＊１０^-6
Ｔｏｒｒまであげれば、問題ないレベルとなったが、真
空引きに多大な時間を要し、スループットが大幅に低
下、製造コストアップとなった。

【００３５】さらに保護膜にＡｕを用いた補足例を示
す。Ｔｉ膜と同様の工程でＡｕを成膜、急熱急冷の熱処
理を行なったところ、クラックは生じなかったものの、
半硬磁性特性となった。すなわち、Ｔｉのような酸化性
の強い材質でないとＮｂ−Ｆｅ−Ｂの酸化を防げなく、
Ｔｉ保護膜の効果がわかる。

【００３６】以上一般的な移動固体について記したが、
指針と、指針に固定され指針を回転駆動する歯車、およ
びその歯車を支持する時計基板を有する時計において
も、歯車と時計基板は相対的な動作するので、全く同じ
効果を有する。

【００３７】（実施例５）本実施例は実施例１における
硬磁性膜が、硬磁性粉体とバインダからなる硬磁性塗布
膜であることが異なる。スパッタによる硬磁性膜成膜
は、いかに低温スパッタで大量迅速成膜し、大ロットで
迅速真空アニールで形成できるといっても設備投資は多
額となる。この課題を解決する方法として、硬磁性塗布
膜がある。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ急冷薄帯を粉砕し、１ミクロ
ン程度の微粉とした。薄帯の磁気特性は、保磁力：３ｋ
エルステッド、残留磁化：１０ｋＧで、実施例１のスパ
ッタ硬磁性膜と同じであった。次に、バインダであるエ
ポキシ樹脂中に、いろいろな割合で混練し、静止固体２
に３０ミクロン厚で塗布、焼成した。実施例１と同様
に、ホール素子の起電力を測定したところ、バインダ混
合の割合により変化した。硬磁性粉体の混合比率が８０
ｗｔ％では、最大５ｍＶの起電力を生じ、混合比率が小
さくなるにつれ、起電力も減少した。次に、硬磁性粉体
の混合比率８０ｗｔ％の塗布膜厚を６０ミクロンとした
ところ、起電力は１０ｍＶに増加した。以上より、硬磁
性塗布膜の場合、硬磁性スパッタ膜と同じ洩れ磁束、す
なわち、同じホール素子起電力を得るためには、相当厚
く塗布しなくてはならないことがわかる。しかし塗布で
は６０ミクロン程度なら１回で可能、それ以上も、２
回、３回と、塗布を重ねれば数百ミクロン厚も可能であ
る。このように、塗布は多額の設備投資も必要なく、容
易にスパッタ硬磁性膜と同等以上の特性を得れる。ま
た、塗布の１手法であるスクリーン印刷等を用い、必要
な部分のみに硬磁性膜を形成できるというメリットもあ
る。しかし硬磁性粉体の大きさを少なくとも、１０ミク
ロン以下にし、かつ均一に混合しないと、ホール素子の
検出起電力に、硬磁性粉体個々の影響や、検出場所によ
る起電力のムラが生じてしまう。また、硬磁性塗布膜の
表面粗さは多い時には１０ミクロン程度生じるために、
ホール素子と硬磁性膜との距離が小さい場合、その影響
が出やすい。よって、磁化パターンピッチが大きい場
合、硬磁性膜とホール素子の距離が大きい場合に、製造
コスト、設備投資等の面で、硬磁性塗布膜が優れている
ことがわかる。

【００３８】以上一般的な移動固体について記したが、
指針と、指針に固定され指針を回転駆動する歯車、およ
びその歯車を支持する時計基板を有する時計において
も、歯車と時計基板は相対的な動作するので、全く同じ
効果を有する。

【００３９】（実施例６）本実施例は実施例５における
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ粉体を、Ｂａフェライト、Ｓｒフェライ
トに変えたことが異なる。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ粉体は磁気特
性に優れ、最強のエネルギー積を持つが、非常に酸化し
やすくエポキシで十分にカバーされていない部分は錆
び、磁気特性が劣化する。また急冷薄帯から製造する場
合は、１０ミクロン以下の微粉に粉砕しても大きく磁気
特性は劣化しないが、焼結磁石から粉砕するときには、
１００ミクロン以下には磁気特性の大きな劣化よりでき
ないという制約もある。さらに、保磁力が大きいため、
着磁にはレーザーを用いることが必要となる。しかし、
前記フェライトは、化学的に安定で、１ミクロン以下の
微粉にも容易にでき、保磁力が１ｋエルステッド程度の
ため、磁気ヘッドにて５０ミクロンピッチ程度は簡便に
着磁できるというメリットを有している。このため硬磁
性塗布膜は、さらにＢａ、及びＳｒフェライトを用いる
ことで、低製造コスト、低設備投資が達成される。当
然、残留磁化はＮｄ−Ｆｅ−Ｂより小さいため、Ｎｄ−
Ｆｅ−Ｂ塗布膜と同等の磁気特性、すなわち同等のホー
ル素子起電力を得るためには、塗布膜厚を２倍程度大き
くしなくてはならない。しかし塗布膜厚の増大は前記し
たように、容易である。以上より、化学的に安定、超低
製造コストが要求される場合や、磁界、衝撃等の外乱が
小さい場合に、Ｂａ、Ｓｒフェライトは適していること
がわかる。

【００４０】以上一般的な移動固体について記したが、
指針と、指針に固定され指針を回転駆動する歯車、およ
びその歯車を支持する時計基板を有する時計において
も、歯車と時計基板は相対的な動作するので、全く同じ
効果を有する。

【００４１】（実施例７）本実施例は、実施例１におけ
るホール素子電極、すなわちペースト電極５の配線方法
が異なっている。実施例１では、ペースト電極を移動固
体中に埋め込み、ホール素子面より、硬磁性膜方向に突
出させていない。しかし、本実施例では、ホール素子形
成面（ホール素子と移動物体の接合面）延長上に、ペー
スト電極を配線した。ペースト電極厚は、１００ミクロ
ンであった。次に実施例１と同様に配置したところ、ペ
ースト電極が硬磁性膜に当然接触し、移動固体の自由な
動きを妨げてしまった。さらに、接触しないようにホー
ル素子と硬磁性膜間の距離を、１５０ミクロンとしたと
ころ、ホール素子起電力が最大４ｍＶにまで低下してし
まった。これにより、ホール素子の形成された固体に貫
通穴を形成、ホール素子の電極を通すことで、ホール素
子を十分に硬磁性膜に近づけることができ、ホール素子
起電力の大きさに優れることがわかる。また実施例１で
は、移動固体自体に貫通穴をあけたが、例えば貫通穴を
あけたＳｉ基板にホール素子を同様に形成、貫通穴を通
しＳｉ基板裏面に電極をまわしたものを、移動固体に接
着、配線接続しても良い。この方法では、移動固体に細
かい加工を施さなくて良いため、移動固体の機能を損な
わないメリットがある。使用しやすい基板材料として、
異方性エッチングができ、容易に貫通穴を形成できる、
また貫通穴の寸法精度が優れているＳｉ基板や感光性ガ
ラスが適している。例えば、Ｓｉ基板の場合、（１１
０）Ｓｉ基板（オリフラは（１００））を摂氏１１００
度にて熱酸化し、１ミクロン厚のＳｉＯ₂ 膜を形成す
る。次にフォトレジストを塗布し、オリフラと４辺がそ
れぞれ３５．７度の角度をなす平行四辺形になるように
露光、現像し、平行四辺形中のフォトレジストを除く。
続いて、ＢＨＦにて平行四辺形内のＳｉＯ₂ 膜をエッチ
ング除去し、さらにフォトレジストを剥離液で剥離、２
０ｗｔ％の摂氏６０度ＫＯＨ水溶液にてＳｉをエッチン
グ、垂直貫通穴を形成する。平行四辺形の辺の角度を指
定したのは、Ｓｉエッチング穴を垂直にするためであ
る。次に感光性ガラスの場合、まず貫通させたい部分の
みにあたるように、約３Ｊ／ｃｍ² の３６５ｎｍの紫外
光を露光照射、続いて摂氏５８０度＊３時間の熱処理を
実施、さらに数％濃度のＨＦ水溶液にて露光部をエッチ
ング除去し、貫通穴を形成する。以上より、どちらも貫
通穴は形成できるが、プロセスの容易性、貫通穴形状の
自由度が大きい等の点で、感光性ガラスが優れている。

【００４２】以上一般的な移動固体について記したが、
指針と、指針に固定され指針を回転駆動する歯車、およ
びその歯車を支持する時計基板を有する時計において
も、歯車と時計基板は相対的な動作するので、全く同じ
効果を有する。

【００４３】（実施例８）本実施例を図４、図５に示
す。図４は、時計駆動部の断面図である。時計の指針１
０を支える指針軸１４に、磁化パターン６を有する硬磁
成膜１が成膜されている歯車１１がダイレクトに接続さ
れている。磁化パターンは、図５に示すように円周方向
に連続に配置されている。図５は、図４のＡ−Ａ’断面
である。指針１０の回転に伴い、歯車１１も回転する。
指針軸１４は、時計基板１３により回転固定されてい
る。また、硬磁性膜１と対向する時計基板１３には、ホ
ール素子４が配されており、磁気情報を磁化パターンか
ら検出する。

【００４４】次に詳細に記することとする。まず真鍮の
歯車１１をホブにて作製する。さらに実施例５と同様に
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ急冷薄帯を粉砕し、１ミクロン程度の微
粉とする。薄帯の磁気特性は、保磁力：３ｋエルステッ
ド、残留磁化：１０ｋＧで、実施例１のスパッタ硬磁性
膜と同じであった。次に、バインダであるエポキシ樹脂
中に、８０ｗｔ％の割合でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ粉体を混練
し、真鍮歯車１１に、６０ミクロン厚で塗布、焼成し
た。続いて、図５に示すように、歯車円周方向に、１５
０ミクロンピッチで塗布面内に磁化パターンを形成し
た。磁化パターンが形成する円の直径は、２．７ｍｍで
あり、磁化パターン数は６０であった。磁化方法は実施
例１と同様にレーザー着磁を用いた。次に、ホール素子
４はＩｎ−Ｓｂを用い、７素子をホール素子制御電流９
に対し直列にＳｉ基板上に形成した。歯車一周を６０分
割、すなわち６度ごとの検出をするためには、それぞれ
のホール素子が得る磁気情報の組み合わせに重複を生じ
ないようにしなくてはならず、そのために７個の素子数
が必要になっている。またホール素子の形成ピッチは、
１５０ミクロンで、接続配置の曲率は、磁化パターン６
と同じ曲率であった。すなわち、ホール素子と真鍮歯車
を対向させれば、歯車の回転に伴い、１ピッチずつ磁気
情報をホール素子が検出、起電力を出力することにな
る。さらにホール素子の起電力は、それぞれ別に測定で
きるように独立して配線されている。続いて、図４のよ
うに組立てた。７連ホール素子と硬磁性膜との距離は１
００ミクロンであった。ホール素子基板は接着剤にて時
計基板に接着し、時計基板にあらかじめ配された回路に
つながる配線とホール素子配線を、ボンディングワイヤ
１５にて接続した。ホール素子配線が歯車下より外側ま
で伸ばされているために、実施例１のように裏側配線し
なくても、硬磁性膜とホール素子の距離を拡大せずに
（実施例１と同じ１００ミクロン）ワイヤボンディング
できている。ホール素子制御電流を１０ｍＡとし、歯車
を駆動したとき、実施例１で得られたような正弦波のホ
ール素子起電力を得た。最大ホール素子起電力は１０ｍ
Ｖであった。また６度ごと、すなわち秒針では１秒の識
別も、精度よく達成され、また時計自体の精度が、この
指針位置検出装置を付加したため低下したりすることは
なかった。時計の従来から存在する隙間に本位置検出機
構を入れ込むことができ、時計自体の大きさは、全く変
化なかった。本実施例では、秒針に位置検出機構をつけ
たが、時針、分針でも同じように効果を確認した。また
磁化パターンの有する磁性膜を形成される歯車が指針に
固定されておらず、すなわち指針に固定されている歯車
に連結されている場合は、歯車同士のガタにより充分に
高精度な指針位置検出ができなかった。これから、被検
出歯車は指針に固定されていることが望ましいことがわ
かる。

【００４５】（実施例９）本実施例は、実施例１におけ
る移動固体３、静止固体２共に移動しており、かつその
二つの固体の動きのベクトルが異なっているのが実施例
１と違う点である。しかし二つの固体は相対的な動きを
していることには変わりなく、実施例１と全く同じ効果
を得た。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、従来不可能であった以
下の効果を同時に有する位置検出装置を得ることができ
た。

【００４７】 極低速から高速までの速度で移動する
移動固体の位置を直接認識できる。最小位置検出ピッチ
は百ミクロン程度である。

【００４８】 検出システム全体が超小型で、組み込
まれるデバイス等の形状を変更する必要や、デバイス等
の動きや機能に影響を及ぼすことがない。

【００４９】 実効消費電流が小さく、低製造コスト
である。

【００５０】これらにより時計の指針位置検出装置に望
まれる、極低速の位置検出可能、消費電流が小さい、低
コスト、超小型、高精度の機能も達成できた。現在、時
計では自動現時刻修正機能が付加されるようになってき
ている。これは現時刻の情報を含む、電波をキャッチ
し、自動で指針を正しい時刻に修正するものである。こ
れには、時計の指針が現在どこの位置にあるのかを検出
する指針位置検出機能が必須であるが、これまでは前記
した精度、信頼性のない従来技術しかなく商品価値は小
さかった。しかし本発明により６度毎（秒針の１秒毎）
に精度よく指針位置を修正できるようになった。すなわ
ち原子時計の精度を安価に達成できたことになり、その
効果の大きさがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例１における位置検出装置の断面
図。

【図２】本発明実施例１におけるホール素子の上面図。

【図３】本発明実施例１における移動物体の動きに対す
るホール素子起電力変化図。

【図４】本発明実施例８における時計駆動部の断面図。

【図５】本発明実施例８における磁化パターン配列を示
す図４のＡ−Ａ’断面図。

【符号の説明】

１ 硬磁性膜 ２ 静止固体 ３ 移動固体 ４ ホール素子 ５ ペースト電極 ６ 磁化パターン ７ 素子配線電極 ８ 保護膜 ９ ホール素子制御電流 １０ 指針 １１ 歯車 １２ 文字板 １３ 時計基板 １４ 指針軸 １５ ボンディングワイヤ

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対的に動作する固体の一方に、デジタ
   ル磁化パターンが記録された硬磁性膜が成膜されてお
   り、他方の固体にホール素子が該デジタル磁化パターン
   に対向して設置され、該ホール素子の電極が実装配線さ
   れていることを特徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記デジタル磁化パターンが垂直磁気記
   録パターンであり、前記硬磁性膜が成膜された固体が軟
   磁性材であることを特徴とする請求項１記載の位置検出
   装置。
3. 【請求項３】 前記デジタル磁化パターンが面内磁気記
   録パターンであり、前記硬磁性膜が成膜された固体が非
   磁性材であることを特徴とする請求項１記載の位置検出
   装置。
4. 【請求項４】 前記硬磁性膜に記録されたデジタル磁化
   パターンが複数あり、デジタル磁化パターンの有する磁
   気情報が、Ｎ、Ｓ、磁束０の組み合わせより形成されて
   いることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
5. 【請求項５】 相対的に動作する固体の一方に、デジタ
   ル磁化パターンが記録されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ膜が成膜さ
   れ、該Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ膜上にＴｉ膜が積層されており、
   他方の固体にホール素子が該デジタル磁化パターンに対
   向して設置され、該ホール素子の電極が実装配線されて
   いることを特徴とする位置検出装置。
6. 【請求項６】 前記硬磁性膜が、硬磁性粉体とバインダ
   からなることを特徴とする請求項１記載の位置検出装
   置。
7. 【請求項７】 前記硬磁性粉体が、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ、Ｂ
   ａフェライト、Ｓｒフェライトの少なくとも１つからな
   ることを特徴とする請求項６記載の位置検出装置。
8. 【請求項８】 前記ホール素子が前記固体に複数形成さ
   れ、それらのホール素子が、ホール素子に流すホール素
   子制御電流方向に直列に連結形成され、前記デジタル磁
   化パターンに対向していることを特徴とする請求項１ま
   たは請求項５記載の位置検出装置。
9. 【請求項９】 前記ホール素子の形成された固体が貫通
   する穴を有しており、該穴に前記ホール素子の電極を通
   し、固体裏面にて実装配線したことを特徴とする請求項
   １または請求項５記載の位置検出装置。
10. 【請求項１０】 前記ホール素子の形成された固体に感
    光性ガラスを用いることを特徴とする請求項９記載の位
    置検出装置。
11. 【請求項１１】 指針と、該指針に接続した該指針を回
    転駆動する歯車、および該歯車を支持する時計基板を有
    する時計において、該歯車の回転面に、該指針の回転位
    置をコード化したデジタル磁化パターンの記録された硬
    磁性膜が成膜されており、該デジタル磁化パターンに対
    向して該時計基板にホール素子が設置され、該ホール素
    子の電極が実装配線されていることを特徴とする時計の
    指針位置検出装置。
12. 【請求項１２】 前記デジタル磁化パターンの記録され
    た硬磁性膜が成膜された歯車が、時計の指針回転軸に固
    定されていることを特徴とする請求項１１記載の時計の
    指針位置検出装置。
13. 【請求項１３】 前記デジタル磁化パターンが垂直磁気
    記録パターンであり、前記硬磁性膜が成膜された歯車が
    軟磁性材であることを特徴とする請求項１１記載の時計
    の指針位置検出装置。
14. 【請求項１４】 前記デジタル磁化パターンが面内磁気
    記録パターンであり、前記硬磁性膜が成膜された歯車が
    非磁性材であることを特徴とする請求項１１記載の時計
    の指針位置検出装置。
15. 【請求項１５】 前記硬磁性膜に記録されたデジタル磁
    化パターンが複数あり、デジタル磁化パターンの有する
    磁気情報が、Ｎ、Ｓ、磁束０の組み合わせより形成され
    ていることを特徴とする請求項１１記載の時計の指針位
    置検出装置。
16. 【請求項１６】 指針と該指針に接続した該指針を回転
    駆動する歯車、および該歯車を支持する時計基板を有す
    る時計において、該歯車の回転面に、該指針の回転位置
    をコード化したデジタル磁化パターンの記録されたＮｄ
    −Ｆｅ−Ｂ膜が成膜され、該Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ膜上にＴｉ
    膜が積層されており、該デジタル磁化パターンに対向し
    て該時計基板にホール素子が設置され、該ホール素子の
    電極が実装配線されていることを特徴とする時計の指針
    位置検出装置。
17. 【請求項１７】 前記硬磁性膜が、硬磁性粉体とバイン
    ダからなることを特徴とする請求項１１記載の時計の指
    針位置検出装置。
18. 【請求項１８】 前記硬磁性粉体が、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ、
    Ｂａフェライト、Ｓｒフェライトの少なくとも１つから
    なることを特徴とする請求項１７記載の時計の指針位置
    検出装置。
19. 【請求項１９】 前記ホール素子が前記時計基板に複数
    形成され、それらのホール素子が、ホール素子に流すホ
    ール素子制御電流方向に直列に連結形成され、前記デジ
    タル磁化パターンに対向していることを特徴とする請求
    項１１または請求項１６記載の時計の指針位置検出装
    置。
20. 【請求項２０】 前記ホール素子の形成された時計基板
    が貫通する穴を有しており、該穴に前記ホール素子の電
    極を通し、時計基板裏面にて実装配線したことを特徴と
    する請求項１１または請求項１６記載の時計の指針位置
    検出装置。
21. 【請求項２１】 前記ホール素子の形成された時計基板
    に感光性ガラスを用いることを特徴とする請求項２０記
    載の時計の指針位置検出装置。