JPH081505Y2

JPH081505Y2 - 磁気センサおよびその取付構造

Info

Publication number: JPH081505Y2
Application number: JP1990405661U
Authority: JP
Inventors: 卓村上
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2005-12-28
Also published as: JPH0494581U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、強磁性薄膜材や半導体
結晶素子などによる磁気抵抗素子等の磁電変換素子を用
いた磁気センサおよびその取付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】直線位置センサやロータリエンコーダ等
には、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｃｏ−Ｎｉ合金などからなる強
磁性体薄膜磁気抵抗素子を利用した磁気センサがしばし
ば用いられる。そしてこの磁気センサは、非磁性材料製
や磁性材料製のハウジングに収納され保護される。後者
磁性材料製のハウジングによって保護される場合（特開
昭５９−４４６７３号公報）は、外乱磁気が多い環境で
使用される磁気センサに適用され、ハウジングによって
外乱磁気をシールドする。ところでこの強磁性体薄膜磁
気抵抗素子（以下、ＭＲ素子と略記する）は、一般に膜
面内の特定の方向に磁気異方性を有し、膜面に平行な磁
界に感度よく感ずるようになっていて、膜面の厚さ方向
の磁界には敏感には感じない。

【０００３】そこで、ＭＲ素子を用いた磁気センサにお
いては、磁石を用いてＭＲ素子の膜厚方向に磁場をかけ
ておき、磁気センサが被検出部材である磁気スケールに
沿って移動することに伴う、磁束の膜面に沿う方向（す
なわち感知方向）の成分の変化を大きくして、磁気セン
サの検出感度を高めるようにしている（特公平１−４１
２２６号公報）。

【０００４】すなわち、第５図（Ａ）に示したように、
磁石１０によって膜に垂直なバイアス磁場が与えたれた
ＭＲ素子１２は、例えば凹凸によって磁気特性に変化を
与えたスケール１４と矢印Ａのように相対移動し、第５
図（Ｂ）、（Ｃ）に示したような位置にくると、磁束φ
が曲げられる。この結果、ＭＲ素子には、磁場の素子面
に平行な成分が作用して電気抵抗が変化し、検出信号が
得られる。

【０００５】ところが、ＭＲ素子１２は、抵抗が第６図
のように磁場の向きに対して対称的に変化する。このた
め、上記したように、ＭＲ素子１２に膜面に垂直なバイ
アス磁場を印加すると、第５図（Ｂ）、（Ｃ）では磁場
の向きが逆になり、膜面に沿った磁場強度の成分が零に
近いところでは線型性が得られず、出力信号に歪を生ず
る。そこで、スケール１４に対してＭＲ素子１２を傾斜
させて配置し、ＭＲ素子１２に膜面に平行した成分を有
するバイアス磁場（いわゆる横バイアス磁場）を印加し
て、第６図の線型領域ａ、ｂにおいて使用することが提
案されている（特開昭６０−１５５９１７号公報）。

【０００６】一方、磁気センサをスケール１４等のメモ
リ部材である被検出部材に接触させて配置する場合、第
７図に示したように、スケール１４に対面して配置した
ホルダ２２にセンサ孔２４を形成し、このセンサ孔２４
に磁気センサ２６を挿入するとともに、磁気センサ２６
の上端部とセンサ孔２４の底面との間にばね２８を介在
させ、ばね２８によって磁気センサ２６をスケール１４
に押圧するようにしている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】しかし、上記特開昭６
０−１５５９１７号公報に記載の磁気センサは、ＭＲ素
子１２をスケール１４に対して傾斜させて配置しなけれ
ばならす、ＭＲ素子１２の組み付けが容易でないばかり
でなく、ＭＲ素子１２を傾斜して保持するために、構造
が複雑化する欠点がある。

【０００８】また、第７図に示したような従来の磁気セ
ンサ２６の取付構造においては、スケール１４に対する
ホルダ２２の取付精度（平行度等）や、センサ孔２４が
傾いて加工されることにより、磁気センサ２６がスケー
ル１４に対して傾斜して取り付けられることがあり、磁
気センサ２６がいわゆる片当たりすることがある。この
片当たりは、単に加工、組み立て、寸法公差を向上した
だけではなかなか対応することができない。このため、
磁気センサ２６の片当たりにより、スケール１４と磁気
センサ２６との相対移動が円滑に行われず、局部的に発
熱したり、摩耗が大きくなって磁気センサの寿命が短く
なる。

【０００９】本考案は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、磁電変換素子に最適に傾斜した
バイアス磁場を作用させることができる磁気センサを提
供することを第１の目的としている。

【００１０】さらに、本考案は、磁気センサを被検出部
材に接触させて取り付ける場合、センサの片当たりを防
止できるセンサの取付構造を提供することを第２の目的
としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本考案の第１は、被検出部材に対面する磁電
変換素子の背面側に、この磁電変換素子に直交する磁場
を発生する磁場発生器を備えるとともに、この磁電変換
素子の側方全周に強磁性体を配置した磁気センサにおい
て、前記磁電変換素子を、被検出部材との相対移動方向
上で一方側の強磁性体から遠く、かつ他方側の強磁性体
に近い位置に設けたことを特徴としている。

【００１２】また、上記第１の目的を達成するために、
本考案の第２は、被検出部材に対面する磁電変換素子の
背面側に、この磁電変換素子に直交する磁場を発生する
磁場発生器を備えた磁気センサにおいて、被検出部材と
の相対移動方向上の前記磁電変換素子の前後何方か一方
に強磁性体を設けたことを特徴としている。

【００１３】そして、上記第２の目的を達成する本考案
の第３は、被検出部材と接触しつつ相対移動する磁気セ
ンサをホルダに取り付ける磁気センサの取付構造におい
て、前記ホルダに形成した前記磁気センサを挿入するセ
ンサ孔と、このセンサ孔に挿入した前記磁気センサの側
部と前記ホルダとの間に介在させた弾性変形部材と、前
記ホルダと前記磁気センサとの間に介在し、磁気センサ
を前記被検出部材に押圧する弾性体とからなることを特
徴としている。

【００１４】

【作用】上記の如く構成した本考案の第１及び第２は共
に、磁電変換素子の背面側に配置したバイアス磁場用の
磁場発生器が発生した磁場が、磁電変換素子に近い方の
強磁性体によって（第１）、又は一方にしか存在しない
強磁性体によって（第２）その強磁性体の方向に曲げら
れる。つまり、条件を選択して磁電変換素子の感知方向
の成分のバイアスを作ることにより、特性の向上も期待
することができる。このため、磁電変換素子に作用する
バイアス磁場は、感知方向の成分を有する磁電変換素子
に傾斜した磁場となり、磁電変換素子の出力特性におけ
る線形領域において使用することができ、優れた検出精
度が得られる。しかも、第１では、磁電変換素子の配置
の偏り方によっては、また第２では、磁電変換素子に対
する、被検出部材と相対移動する方向のいずれか一方の
強磁性体の配置によってはバイアスベクトルの調整が可
能となる。また、第１及び第２は共に、磁電変換素子を
被検出部材に対して傾斜させる必要がないため、磁電変
換素子の組み付けが容易となり、磁気センサの構造の簡
素化が図れる。また、第１では、強磁性体が基板の側方
全周にあることにより、建設機械などの劣悪条件下での
電磁波等の外乱から守ることができる。

【００１５】即ち第１では、外乱による影響を小さくす
るとともに、機械的強度にも優れ、耐環境性を向上する
ことができる。しかも、磁場発生器が磁石である場合、
強磁性体が磁石の発する磁束の減衰を低減し、磁石の寿
命が長くなって、磁気センサの耐久性を向上することが
できる。

【００１６】そして、第１及び第２では共に、検出時に
磁化を飽和させることが可能となり、温度変動に強くな
り、例えば磁気センサを磁気スケール等に適用した場合
に、目盛の検出精度を高めることが可能となる。

【００１７】また、本考案の第３においては、磁気セン
サとホルダとの間に弾性変形部材を介在させたことによ
り、磁気センサが被検出部材に対して傾斜して装着され
た場合であっても、磁気センサが弾性変形部材によって
被検出部材に押圧されたときに、弾性変形部材が変形し
て磁気センサの傾きが矯正される。このため、被検出部
材や磁気センサの疵の発生を防止できるとともに、両者
の相対移動が円滑に行え、局部的な発熱、摩耗の低減が
図れる。

【００１８】

【実施例】本考案に係る磁気センサおよびその取付構造
の実施例を、添付図面に従って詳説する。なお、前記従
来技術において説明した部分に対応する部分について
は、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００１９】第１図は、本考案の第１実施例に係る磁気
センサの断面図である。第１図において、磁気センサ３
０は、基板３２の一側面に、磁電変換素子であるＭＲ素
子１２が設けてある。このＭＲ素子１２は、例えばＦｅ
−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｎｉ等の強磁性体薄膜から構成してあ
り、図の左右方向の磁場に感ずるようになっている。そ
して、ＭＲ素子１２は、基板３２の中心に対して、図の
右方向に偏らせて配設してある。即ちＭＲ素子１２は、
被検出部材との相対移動方向上で一方側の強磁性体から
遠く、かつ他方側の強磁性体に近い位置（図示右側）に
偏らせて設けてある。

【００２０】一方、基板３２の反対側、すなわちＭＲ素
子１２の背面側には、磁場発生器としての磁石１０が取
り付けてある。磁石１０は、Ｎ極が基板３２に対面して
いるとともに、ＭＲ素子１２の膜面に垂直な磁場を発生
するように、Ｎ極が基板３２と平行に配置してある。そ
して、ＭＲ素子１２を設けた基板３２の側方には、円筒
状の鉄等からなる強磁性体３４が配設してある。このた
め、磁石１０のＮ極から出た磁束φは、遠い側（図示左
側）の強磁性体３４には弱く引き付けられて弱く曲が
り、一方近い側（図示右側）の強磁性体３４に強く引き
付けられて強く曲がってＭＲ素子１２を斜めに透過す
る。すなわち、ＭＲ素子１２は、磁場の向きが素子面に
対して傾斜した磁場内に配置されたと同様となり、素子
面に沿った図の左右方向の成分および上下方向の成分を
有する、いわゆる横バイアス磁場が印加された状態とな
っている。

【００２１】そして、磁気センサ３０は、ＭＲ素子１２
がスケール１４に形成した凹部３６と凸部３８とからな
る目盛に対面するように配置される。なお、ＭＲ素子１
２の配置位置は、上述の通り、被検出部材との相対移動
方向上で一方側の強磁性体から遠く、かつ他方側の強磁
性体に近い位置（図示右側）に偏らせて設けてあるが、
磁石１０の発生する磁場の強さや、強磁性体３４との距
離等によってその偏り方は異なり、ＭＲ素子１２を第６
図に示した特性図の線形領域ａ（又はｂ）において使用
できる位置に設ける。つまり、ＭＲ素子１２がスケール
１４と相対移動したときに、ＭＲ素子１２に作用してい
る横バイアス磁場が逆転することがないようにしてあ
る。

【００２２】上記の如く構成した本実施例の作用は、次
のとおりである。ＭＲ素子１２は、周知の検出回路に接
続されて、ブリッジを形成している。そして、例えば第
１図に示したように、ＭＲ素子１２がスケール１４に形
成した凸部３８のエッジ上に位置すると、ＭＲ素子１２
を透過する磁束φは凸部３８方向に曲げられる。このた
め、ＭＲ素子１２に作用する磁場の横方向成分（すなわ
ち感知方向）が小さくなり、ＭＲ素子１２の電気抵抗が
増加する。一方、磁気センサ３０またはスケール１４が
図の左右方向に移動し、両者間に相対移動が生じて、例
えば第２図に示したように、ＭＲ素子１２がスケール１
４に形成した凸部３８のエッジから離間した凹部３６上
に位置すると、ＭＲ素子１２は、透過している磁束φの
凹部３６への曲がりが小さくなり、磁場の横方向成分
（すなわち感知方向）が大きくなって電気抵抗が小さく
なる。この両者の変化を求めることにより、出力信号が
得られる。

【００２３】すなわち、実施例においては、ＭＲ素子１
２を被検出部材との相対移動方向上で一方側の強磁性体
から遠く、かつ他方側の強磁性体に近い位置（図示右
側）に偏らせて設けただけで、偏らせた側（すなわち強
磁性体３４に近い側、本例では図示右側）への、ＭＲ素
子１２に対する横バイアス磁場を作用させることができ
る。従って、ＭＲ素子１２を第６図に示した線形領域ａ
（又はｂ）において使用することができ、また斜めバイ
アスにより特性を向上させることが可能となる。

【００２４】また、実施例においては、ＭＲ素子１２を
被検出部材であるスケール１４に対して傾斜させる必要
がないため、ＭＲ素子１２の組み付けが容易であるとと
もに、磁気センサ３０の構造を簡素化することができ
る。尚、ＭＲ素子１２と磁石１０との周囲に強磁性体３
４を配置したことにより、機械的強度が向上して耐環境
性を高めることができる。しかも、強磁性体３４が磁石
１０の発生する磁束の減衰を低減し、磁石１０の寿命が
長くなってセンサの耐久性を向上でき、さらに、ＭＲ素
子１２の周囲に強磁性体３４を配置したことにより、従
来技術と同じく、磁気シールドが図れ、外乱の影響を小
さくすることができる。

【００２５】また、例えば、スケール１４の凸部３８を
検出する際に、ＭＲ素子１２の磁化を飽和させ、目盛の
検出精度を温度特性を向上させることで高めるようにし
てもよい。そして、前記実施例においては、強磁性体薄
膜磁気抵抗素子からなるＭＲ素子１２を用いた場合につ
いて説明したが、半導体磁気抵抗素子や磁気ダイオード
等の他の磁電変換素子を用いてもよい。さらに、前記実
施例においては、磁場発生器として磁石１０を用いた場
合について説明したが、磁場発生器はコイルであっても
よい。また、前記実施例においては、スケール１４の目
盛が凹凸によって形成されている場合について説明した
が、部分的な着磁によって目盛を形成してもよい。さら
に、前記実施例においては、被検出部材が直線的に移動
するスケール１４である場合について説明したが、被検
出部材は円板状の回転体であってもよい。

【００２６】第３図は、第２実施例の断面図である。本
実施例においては、ＭＲ素子１２と磁石１０とを収納し
ているセンサハウジング４０が強磁性体３４と非磁性体
４２とから構成してあり、強磁性体３４が磁石１０の一
側に配置してある。そして、ＭＲ素子１２は、被検出部
材との相対移動方向上で一方側の強磁性体から遠く、か
つ他方側の強磁性体に近い位置（図示右側）に偏らせて
設けてある。

【００２７】本実施例においても、ＭＲ素子１２に横バ
イアス磁場を印加することができ、前記実施例とほぼ同
様の効果を得ることができる。即ち、強磁性体３４を磁
石１０の一側に配置した場合、ＭＲ素子１２は何処に配
置してもよい。またＭＲ素子１２を複数設けてブリッジ
を形成してもよい。

【００２８】第４図は、本考案の実施例に係る取付構造
の断面図である。磁気センサ３０を挿入するホルダ２２
のセンサ孔２４は、直径が磁気センサ３０の外径より充
分大きく形成され、センサ孔２４の内壁と磁気センサ３
０との間に間隙ｄが生ずるようになっている。

【００２９】一方、磁気センサ３０は、センサ孔２４に
挿入した部分に周溝が形成してあって、この周溝に、リ
ング状の例えばＮＤＲ、シリコンゴム等からなる弾性変
形部材６０が嵌合している。そして、弾性変形部材６０
は、磁気センサ３０に設けた周溝からはみだす太さに形
成してあり、磁気センサ３０に装着した状態において、
センサ孔２４の内壁に接触するようにしてある。

【００３０】本実施例の如く構成することにより、スケ
ール１４とホルダ２２との平行度が悪かったり、センサ
孔２４が図のように傾斜している場合であっても、磁気
センサ３０の片当たりを防止して、磁気センサ３０をス
ケール１４に密着させることができる。

【００３１】すなわち、磁気センサ３０は、スケール１
４に片当たりするような場合、センサ孔２４に配置した
ばね２８によってスケール１４に押圧される。この際、
弾性変形部材６０は、変形して磁気センサ３０が回転
し、磁気センサ３０の傾きが矯正されて、磁気センサ３
０の前面がスケール１４に密着する。この結果、磁気セ
ンサ３０の検出精度を向上できるばかりでなく、スケー
ル１４と磁気センサ３０との相対移動を円滑に行え、磁
気センサ３０またはスケール１４の摩耗を低減でき、発
熱の防止が図れる。

【００３２】

【考案の効果】以上に説明したように、本考案は、要す
れば、実用新案登録請求の範囲に記載の手段を講じたも
のであり、以上に説明から明らかなように、次の効果を
奏する。本考案の第１及び第２によれば、共に、磁電変
換素子の背面側に配置したバイアス磁場用の磁場発生器
が発生した磁場が、磁電変換素子に近い方の強磁性体に
よって（第１）又は一方にしかない強磁性体によって
（第２）その方向に曲げられる。つまり、条件を選択し
て素子の感知方向の成分のバイアスを作ることにより、
特性の向上も期待することができる。このため、磁電変
換素子に作用するバイアス磁場は、素子の面に沿った方
向の成分を有し、実質的に磁電変換素子に傾斜した磁場
となり、磁電変換素子の出力特性における線形領域にお
いて使用することができ、優れた検出精度が得られる。
特に第１では、磁電変換素子の配置の偏り方によって
は、また第２では、磁電変換素子に対する、被検出部材
と相対移動する方向のいずれか一方の強磁性体の配置に
よってはバイアスベクトルの調整が可能となる。しか
も、第１及び第２は共に、磁電変換素子を被検出部材に
対して傾斜させる必要がないところから、磁電変換素子
の組み付けが容易となり、磁気センサの構造の簡素化が
図れる。

【００３３】尚、強磁性体を磁電変換素子が設けてある
基板の側方全周に配置したとき（第１）は、従来技術と
同様、強磁性体が磁気シールドの役割をなして外乱によ
る影響を小さくするとともに、機械的強度にも優れ、耐
環境性を向上することができる。しかも、磁場発生器が
磁石である場合、強磁性体が磁石の発する磁束の減衰を
低減し、磁石の寿命が長くなって、磁気センサの耐久性
を向上することができることも従来技術と同様である。

【００３４】そして、磁電変換素子は、被検出部材との
相対移動方向上で一方側の強磁性体から遠く、かつ他方
側の強磁性体に近い位置に設けたため（第１）、又は被
検出部材との相対移動方向上の前記磁電変換素子の前後
何方か一方に強磁性体を設けたため（第２）、検出時に
磁化を飽和させることが可能となり、例えば磁気センサ
を磁気スケール等に適用した場合に、目盛の検出精度を
高めることが可能となる。

【００３５】また、本考案の第３においては、磁気セン
サとホルダとの間に弾性変形部材を介在させたことによ
り、磁気センサが被検出部材に対して傾斜して装着され
た場合であっても、磁気センサが被検出部材に押圧され
たときに、弾性変形部材が変形して磁気センサの傾きが
矯正されるため、両者の相対移動が円滑に行え、摩耗の
低減と発熱の防止を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例に係る磁気センサの断面図
である。

【図２】第１実施例の作用説明図である。

【図３】第２実施例の断面図である。

【図４】実施例に係る磁気センサの取付構造を示す断面
図である。

【図５】従来の磁気センサの作用の説明図である。

【図６】ＭＲ素子の磁場の強度に対する電気抵抗の変化
を示す特性図である。

【図７】従来の磁気センサの取付構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０……磁石、１２……磁電変換素子（ＭＲ素子）、１
４……被検出部材（スケール）、２６、３０……磁気セ
ンサ、２８……ばね、３２……基板、３４……強磁性
体、６０……弾性変形部材

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】被検出部材に対面する磁電変換素子の背
面側に、この磁電変換素子に直交する磁場を発生する磁
場発生器を備えるとともに、この磁電変換素子の側方全
周に強磁性体を配置した磁気センサにおいて、前記磁電
変換素子を、被検出部材との相対移動方向上で一方側の
強磁性体から遠く、かつ他方側の強磁性体に近い位置に
設けたことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】被検出部材に対面する磁電変換素子の背
面側に、この磁電変換素子に直交する磁場を発生する磁
場発生器を備えた磁気センサにおいて、被検出部材との
相対移動方向上の前記磁電変換素子の前後何方か一方に
強磁性体を設けたことを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】被検出部材と接触しつつ相対移動する磁
気センサをホルダに取り付ける磁気センサの取付構造に
おいて、前記ホルダに形成した前記磁気センサを挿入す
るセンサ孔と、このセンサ孔に挿入した前記磁気センサ
の側部と前記ホルダとの間に介在させた弾性変形部材
と、前記ホルダと前記磁気センサとの間に介在し、磁気
センサを前記被検出部材に押圧する弾性体とからなるこ
とを特徴とする磁気センサの取付構造。