JPH11329186A - 近接センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品点数を削減でき、かつ、動作温度範囲が
広い近接センサを得る。 【解決手段】 半導体磁気抵抗素子２に直列に抵抗素子
５が接続されている。磁気抵抗素子２と抵抗素子５のそ
れぞれの一端は増幅用トランジスタ４のベースに接続さ
れ、磁気抵抗素子２の他端はトランジスタ４のエミッタ
に接続され、抵抗素子５の他端はトランジスタ４のコレ
クタに接続されている。抵抗素子５は、トランジスタ４
の動作電圧を調整するためのものであり、広範囲の温度
領域（例えば、−１０℃〜＋７０℃）で、トランジスタ
４のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEがトランジスタ４の動
作電圧及び感度の各温度特性に合うような抵抗温度係数
を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近接センサ、特
に、産業機械用磁性体位置検出センサや鋼球検出センサ
等として用いられる近接センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の近接センサとして、実公平３−３
６０２０号公報記載のものが知られている。図１９に示
すように、この近接センサ９１は、二つの強磁性体磁気
抵抗素子Ｍ１，Ｍ２を直列接続した抵抗体ＭＲと、強磁
性体磁気抵抗素子Ｍ１，Ｍ２の接点を一方の入出端子に
接続したオペアンプ９２とで構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、強磁性
体磁気抵抗素子Ｍ１，Ｍ２単体の磁気抵抗変化量は非常
に小さく、強磁性体磁気抵抗素子Ｍ１，Ｍ２の僅かな磁
気抵抗変化量でスイッチング動作をさせるためには、多
段増幅器あるいはオペアンプ９２等の高利得増幅器に頼
らざるを得ず、電圧変位の検出回路は素子数が多くなっ
てコスト高となっていた。

【０００４】そこで、この対策として、増幅用トランジ
スタのベース・エミッタ間に半導体磁気抵抗素子を接続
すると共に、ベース・コレクタ間に増幅用トランジスタ
の動作電圧を調整するための固定抵抗を接続した近接セ
ンサが提案されている。半導体磁気抵抗素子は、磁気感
応したときの抵抗変化が大きいため、多段増幅器あるい
は高利得増幅器を必要とせず、電圧変位の検出回路の部
品点数を削減することができるからである。

【０００５】ところが、増幅用トランジスタのベース・
コレクタ間に単に固定抵抗を接続しただけでは、半導体
磁気抵抗素子の出力電圧（言い換えると、増幅用トラン
ジスタのベース・エミッタ間電圧）の温度特性と、増幅
用トランジスタの動作電圧の温度特性とが一致せず、増
幅用トランジスタのスイッチング動作を正常に行なうこ
とができる動作温度範囲が狭いという問題があった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、部品点数を削減
でき、かつ、動作温度範囲が広い近接センサを提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段と作用】以上の目的を達成
するため、本発明に係る近接センサは、（ａ）半導体磁
気抵抗素子と、（ｂ）前記半導体磁気抵抗素子をベース
・エミッタ間に接続した増幅用トランジスタと、（ｃ）
少なくとも一つの抵抗素子で構成された、前記増幅用ト
ランジスタのベース・エミッタ間電圧を調整する抵抗回
路とを備え、（ｄ）前記増幅用トランジスタのベース・
エミッタ間電圧が前記増幅用トランジスタの動作電圧の
温度特性に合うように、前記抵抗回路を構成している抵
抗素子がそれぞれの抵抗温度係数を有していること、を
特徴とする。

【０００８】ここに、「増幅用トランジスタのベース・
エミッタ間電圧が前記増幅用トランジスタの動作電圧の
温度特性に合う」とは、具体的には、増幅用トランジス
タの動作電圧の温度特性に合わせて、検知物を非検出の
ときには前記増幅用トランジスタのベース・エミッタ間
電圧が前記増幅用トランジスタの動作電圧より小さく、
かつ、検知物を検出したときには前記増幅用トランジス
タのベース・エミッタ間電圧が前記増幅用トランジスタ
の動作電圧より大きくなることである。また、増幅用ト
ランジスタには、電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ
とする）が含まれる。この場合、増幅用トランジスタの
ベース、エミッタ及びコレクタは、それぞれＦＥＴのゲ
ート、ソース及びドレインを意味する。

【０００９】以上の構成により、増幅用トランジスタの
ベース・エミッタ間電圧が、広範囲の温度領域にわたっ
て、増幅用トランジスタの動作電圧の温度特性に近似す
る。従って、増幅用トランジスタが正常なスイッチング
動作を行なうことができる温度範囲が広くなる。

【００１０】また、本発明に係る近接センサは、増幅用
トランジスタのベース・エミッタ間電圧が前記増幅用ト
ランジスタの動作電圧及び半導体磁気抵抗素子の感度の
各温度特性に合うように、前記抵抗回路を構成している
抵抗素子がそれぞれの抵抗温度係数を有していることを
特徴とする。ここに、「増幅用トランジスタのベース・
エミッタ間電圧が前記増幅用トランジスタの動作電圧及
び半導体磁気抵抗素子の感度の各温度特性に合う」と
は、具体的には、前記増幅用トランジスタの動作電圧の
温度特性と、前記半導体磁気抵抗素子の抵抗と感度の温
度係数とに合わせて、検知物を非検出のときには前記増
幅用トランジスタのベース・エミッタ間電圧が前記増幅
用トランジスタの動作電圧より小さく、かつ、検知物を
検出したときには前記増幅用トランジスタのベース・エ
ミッタ間電圧が前記増幅用トランジスタの動作電圧より
大きくなることである。

【００１１】以上の構成により、増幅用トランジスタの
ベース・エミッタ間電圧が増幅用トランジスタの動作電
圧の温度特性に更に近似する。

【００１２】また、半導体磁気抵抗素子にバイアス磁界
を印加する手段を設けることにより、検知物とバイアス
磁界を印加する手段との間に集中磁界が発生し、半導体
磁気抵抗素子の磁気抵抗変化の感度が向上する。さら
に、抵抗回路の少なくとも一つの抵抗素子を半導体磁気
抵抗素子と同じ材料にて構成することにより、抵抗素子
の抵抗温度特性が半導体磁気抵抗素子の抵抗温度特性に
近づき、増幅用トランジスタのベース・エミッタ間電圧
が増幅用トランジスタの動作電圧の温度特性に更に近づ
く。さらに、抵抗回路の少なくとも一つの抵抗素子と半
導体磁気抵抗素子とを単一基板上に設けることにより、
部品点数が抑えられる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る近接センサの
実施形態について添付図面を参照して説明する。各実施
形態において同一部品及び同一部分には同じ符号を付し
た。

【００１４】［第１実施形態、図１〜図８］第１実施形
態は鋼球センサを例にして説明する。図１及び図２に示
すように、鋼球センサ１は、半導体磁気抵抗素子２と、
半導体磁気抵抗素子２にバイアス磁場を印加する磁石３
と、ＮＰＮ型の増幅用トランジスタ４と、抵抗素子５
と、部品２〜５を搭載するための回路基板６と、非磁性
保護ケース７にて構成されている。

【００１５】半導体磁気抵抗素子２は、図３に示すよう
に、基板２１の上面２１ａ（以下、検知面２１ａとす
る）に半導体磁気抵抗パターン２２が設けられている。
半導体磁気抵抗パターン２２は、磁界が強くなるにつれ
て抵抗値が大きくなる。半導体磁気抵抗パターン２２は
所定の磁気抵抗値を得るため蛇行形状とされ、磁気抵抗
パターン２２のセグメントの幅Ｗと長さＬの比Ｗ／Ｌを
大きくして高感度なものにしている。半導体磁気抵抗パ
ターン２２は、たとえばＩｎＳｂ，ＩｎＡｓ，ＧａＡｓ
等の化合物半導体を蒸着法やスパッタリング法等で基板
２１上に薄膜状に設けた後、この化合物半導体薄膜の表
面にＡｌ等のメタル膜を蒸着法やスパッタリング法等の
方法で所定のピッチにて形成したものである。あるい
は、半導体磁気抵抗パターン２２は、ＩｎＳｂ等からな
る化合物半導体基板２１の表面にＡｌ等のメタル膜を所
定のピッチで形成したものであってもよい。また、半導
体薄膜は、上記のように基板２１上に直接形成したり、
単結晶半導体基板をそのまま用いてもよいし、別に成膜
した半導体薄膜や単結晶半導体基板をガラス、アルミ
ナ、フェライト等の基板２１上に接着剤で貼り付けた複
合基板としたものであってもよい。ＩｎＳｂを採用した
場合には、特に高感度の磁気抵抗素子２が得られる。半
導体磁気抵抗パターン２２の一方の端部は出力電極２４
に接続され、他方の端部は出力電極２５に接続されてい
る。

【００１６】磁石３は回路基板６を挟んで磁気抵抗素子
２に対向している。この磁石３は永久磁石であってもよ
いし、電磁石であってもよい。磁石３により半導体磁気
抵抗素子２にバイアス磁界を印加すると、検知物である
鋼球３０が検出穴１０を通過すると、鋼球３０と磁石３
との間に集中磁界が発生し、半導体磁気抵抗パターン２
２の抵抗値変化を得ることができる。抵抗素子５は、増
幅用トランジスタ４の動作電圧を調整するためのもので
ある。抵抗素子５としては、サーミスタ、ＩｎＳｂ、金
属皮膜抵抗、メタルグレーズ抵抗等が用いられる。

【００１７】非磁性保護ケース７には、鋼球３０の通過
が可能な径を有する検出穴１０が設けられている。半導
体磁気抵抗素子２、磁石３、増幅用トランジスタ４及び
抵抗素子５を搭載した回路基板６は、非磁性保護ケース
７の部品収容部１１に収納され、半導体磁気抵抗素子２
の検知面２１ａが検出穴１０の軸方向に対して略平行に
なるように配置されている。

【００１８】図４は、鋼球センサ１の電気回路図であ
る。半導体磁気抵抗素子２に直列に抵抗素子５が接続さ
れている。磁気抵抗素子２と抵抗素子５のそれぞれの一
端は、増幅用トランジスタ４のベースに接続され、磁気
抵抗素子２の他端はトランジスタ４のエミッタに接続さ
れ、抵抗素子５の他端はトランジスタ４のコレクタに接
続されている。つまり、半導体磁気抵抗素子２はトラン
ジスタ４のベース・エミッタ間に接続され、抵抗素子５
はベース・コレクタ間に接続されている。トランジスタ
４は、半導体磁気抵抗素子２の出力端から取り出され
る、磁気抵抗変化量に応じた電圧変化量を増幅するもの
である。そして、トランジスタ４の動作電圧は、半導体
磁気抵抗素子２と抵抗素子５の分圧比によって決定され
る。トランジスタ４は、シリコントランジスタ、ゲルマ
ニウムトランジスタ等任意である。この回路は、抵抗素
子５の一端とトランジスタ４のコレクタが出力端子１５
に接続され、半導体磁気抵抗素子２の一端とトランジス
タ４のエミッタが出力端子１６に接続されている、２線
式出力結線回路となっている。

【００１９】次に、以上の構成からなる鋼球センサ１の
作用効果について説明する。予め、出力端子１５に、セ
ンサ電源によって直流電圧Ｖｃを印加し、抵抗素子５に
直流電流を流しておく。鋼球３０が検出穴１０を通過し
ていないとき、磁石３によるバイアス磁場は半導体磁気
抵抗素子２へ集中しておらず、半導体磁気抵抗素子２の
抵抗に変化はなく、その抵抗値は低い。従って、トラン
ジスタ４のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEは小さく、トラ
ンジスタ４の動作電圧に達しない。図５に示すようにト
ランジスタ４は遮断領域であるため、トランジスタ４は
ＯＦＦ状態のままであり、鋼球センサ１の出力電流Ｉは
下降している。

【００２０】次に、鋼球３０が検出穴１０を通過してい
るとき、磁石３によるバイアス磁場は半導体磁気抵抗素
子２へ集中するので、半導体磁気抵抗素子２の抵抗値は
高くなる。従って、トランジスタ４のベース・エミッタ
間電圧Ｖ_BEは大きくなり、図５に示すようにトランジス
タ４は能動領域に到達するため、トランジスタ４はＯＮ
状態となる。これにより、トランジスタ４のコレクタ電
流Ｉｃが増大し、鋼球センサ１の出力電流Ｉが上昇す
る。

【００２１】鋼球３０が検出穴１０を通過して離反する
と、磁石３によるバイアス磁場は半導体磁気抵抗素子２
への集中がなくなり、半導体磁気抵抗素子２の抵抗値は
元の低い値となる。従って、トランジスタ４のベース・
エミッタ間電圧Ｖ_BEは小さくなり、トランジスタ４はＯ
ＦＦ状態となり、鋼球センサ１の出力電流Ｉは下降す
る。

【００２２】こうして、図６に示すような鋼球センサ１
のパルス状の出力電流波形が得られ、この出力電流波形
のパルス数をカウントすることによって、無接触で鋼球
３０の通過数を検出することができる。また、図７
（Ａ）に示すように、鋼球センサ１の出力端子１６に負
荷抵抗ＲＬを接続して、鋼球センサ１の端子１５と負荷
抵抗ＲＬの端子１００に直流電圧Ｖｃを印加すれば、出
力端子１０１から出力電圧波形Ｖｏｕｔ（図７（Ｂ）参
照）を取り出すことができ、この出力電圧波形Ｖｏｕｔ
のパルス数をカウントすることによって、無接触で鋼球
３０の通過数を検出することができる。

【００２３】次に、増幅用トランジスタ４の動作電圧を
調整する抵抗素子５について詳細に説明する。この抵抗
素子５は、広範囲の温度領域（第１実施形態では−１０
℃〜＋７０℃の温度領域）で増幅用トランジスタ４のベ
ース・エミッタ電圧Ｖ_BEがトランジスタ４の動作電圧及
び半導体磁気抵抗素子２の感度の各温度特性に合うよう
な抵抗温度係数を有しており、そのような抵抗温度係数
を有した抵抗素子５を選定する方法の一例を以下に示
す。−１０℃、＋２５℃、＋７０℃の温度でのＩｎＳｂ
からなる磁気抵抗素子２の磁気抵抗Ｒｍ₀（鋼球非通過
時）は表１のとおりである。

【００２４】

【表１】

【００２５】一方、−１０℃、＋２５℃、＋７０℃の温
度で、増幅用トランジスタ４が安定してスイッチングす
るベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEは表２のとおりである。
ここで、トランジスタＯＮとＯＦＦの電圧に差をもたせ
ているのは、図５に示した動作電圧に対してＯＮ，ＯＦ
Ｆ動作点に余裕をもたせて、スイッチング動作を安定に
するためである。この差はトランジスタ４の特性によっ
て適正値が設定される。

【００２６】

【表２】

【００２７】そして、図８は表２に基づいて作成した、
トランジスタ４がＯＮ／ＯＦＦスイッチングする際の、
ベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEの温度特性を示すグラフで
ある。グラフに示すように、トランジスタ４のベース・
エミッタ間電圧Ｖ_BEの温度特性は、温度が高くなるにつ
れて低くなる傾向がある。（２．５ｍＶ／℃程度）。

【００２８】また、磁気抵抗素子２の抵抗変化率（感
度）の最小値も温度により変化し、表３のとおりであ
る。ただし、抵抗変化率は、鋼球通過時の磁気抵抗素子
２の抵抗値をＲｍ_Bとしたとき、Ｒｍ_B／Ｒｍ₀で求めら
れる。

【００２９】

【表３】

【００３０】そして、図８に示したグラフにおいて、斜
線で表示した鋼球非検出領域Ｒは、−１０℃、＋２５
℃、＋７０℃の温度でトランジスタ４がＯＮするベース
・エミッタ間電圧Ｖ_BEを磁気抵抗素子２の抵抗変化率で
除することによって、その下限が得られる。 −１０℃ ： ０．６５／１．４５＝０．４４８ ＋２５℃ ： ０．５５／１．３０＝０．４２３ ＋７０℃ ： ０．４６／１．２０＝０．３８３

【００３１】従って、−１０℃、＋２５℃、＋７０℃に
おいて、抵抗素子５に要求される最小抵抗値Ｒ_min及び
最大抵抗値Ｒ_maxは、各温度毎に以下の式により算出さ
れる。Ｖｃはセンサ電源によって印加される直流電圧で
ある。 ｛Ｒｍ₀／（Ｒ_max＋Ｒｍ₀）｝×Ｖｃ＝（鋼球非検出領
域Ｒの各温度における最大電圧） ｛Ｒｍ₀／（Ｒ_min＋Ｒｍ₀）｝×Ｖｃ＝（鋼球非検出領
域Ｒの各温度における最小電圧） 例えば、センサ電源によって印加される直流電圧Ｖｃが
１２Ｖの場合の、−１０℃での最小抵抗値Ｒ_min及び最
大抵抗値Ｒ_maxは、 ｛１．０／（Ｒ_max＋１．０）｝×１２＝０．６２０ ｛１．０／（Ｒ_min＋１．０）｝×１２＝０．４４８ を算出して求めることができる。

【００３２】表４はこうして算出した、各温度での抵抗
素子５の最大及び最小抵抗値Ｒ_max，Ｒ_minである。

【００３３】

【表４】

【００３４】以上の結果から、−１０℃〜＋７０℃の温
度領域で増幅用トランジスタ４のベース・エミッタ間電
圧Ｖ_BEがトランジスタ４の動作電圧及び半導体磁気抵抗
素子２の感度の各温度特性に合うような抵抗温度係数を
有した抵抗素子５としては、例えば、２５℃での抵抗値
が１２ＫΩで、Ｂ定数が１２００Ｋのサーミスタを用い
ることができる。このサーミスタの抵抗Ｒ（ｔ）は、以
下の式で表わされる。 Ｒ（ｔ）＝１２０００・ｅｘｐ｛Ｂ（１／（２７３．１
５＋ｔ）−１／（２７３．１５＋２５））｝

【００３５】従って、このサーミスタの−１０℃、＋２
５℃、＋７０℃でのそれぞれの抵抗値は２０．５０Ｋ
Ω、１２．００ＫΩ、７．０８ＫΩとなり、表４に示し
た条件を満足している。

【００３６】以上の構成の鋼球センサ１は、増幅用トラ
ンジスタ４のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEが、−１０℃
〜＋７０℃の広範囲の温度領域にわたって、増幅用トラ
ンジスタ４の動作電圧の温度特性に近似する。従って、
動作温度範囲の広い鋼球センサ１が得られる。

【００３７】［第２実施形態、図９〜図１１］第２実施
形態は、磁性体位置検出センサを例にして説明する。図
９は磁性体位置検出センサ３１の構成を示す電気回路図
である。磁性体位置検出センサ３１は、磁気感応部品５
１、ＮＰＮ型の増幅用トランジスタ４、固定抵抗６５、
増幅器３２、発光ダイオード３３、ツェナーダイオード
３４、定電流電源３５及びダイオード３６にて構成され
ている。

【００３８】磁気感応部品５１は、図１０に示すよう
に、基板６１と、この基板６１の上面６１ａ（以下検知
面６１ａとする）に設けられた半導体磁気抵抗素子５２
及び抵抗素子５３とからなる。半導体磁気抵抗素子５２
は、磁界が強くなるにつれて抵抗値が大きくなる。半導
体磁気抵抗素子５２は所定の磁気抵抗値を得るため蛇行
形状とされ、磁気抵抗素子５２のセグメントの幅Ｗと長
さＬの比Ｗ／Ｌを大きくして高感度なものにしている。
半導体磁気抵抗素子５２は、たとえばＩｎＳｂ，ＩｎＡ
ｓ，ＧａＡｓ等の化合物半導体を蒸着法やスパッタリン
グ法等で基板６１上に薄膜状に設けた後、この化合物半
導体薄膜の表面にＡｌ等のメタル膜を蒸着法やスパッタ
リング法等の方法で所定のピッチにて形成したものであ
る。あるいは、半導体磁気抵抗素子５２は、ＩｎＳｂ等
からなる化合物半導体基板６１の表面にＡｌ等のメタル
膜を所定のピッチで形成したものであってもよい。ま
た、半導体薄膜は、上記のように基板６１上に直接形成
したり、単結晶半導体基板をそのまま用いてもよいし、
別に成膜した半導体薄膜や単結晶半導体基板をガラス、
アルミナ、フェライト等の基板６１上に接着剤で貼り付
けた複合基板としたものであってもよい。ＩｎＳｂを採
用した場合には、特に高感度の磁気抵抗素子５２が得ら
れる。抵抗素子５３も所定の抵抗値を得るため蛇行形状
とされている。

【００３９】抵抗素子５３は、基板６１上に形成された
ＩｎＳｂ等の半導体薄膜や、ＩｎＳｂ等の単結晶半導体
基板や、Ａｌ、ニクロム等の金属薄膜やメタルグレーズ
等の厚膜を蛇行状にライン形成したものである。この抵
抗素子５３は固定抵抗６５と共に、トランジスタ４の動
作電圧を調整するためのものである。半導体磁気抵抗素
子５２の一方の端部は出力電極５４に接続され、他方の
端部は中継電極５６に接続されている。抵抗素子５３の
一方の端部は出力電極５５に接続され、他方の端部は中
継電極５６に接続されている。

【００４０】増幅器３２の入力端子はトランジスタ４の
コレクタに接続され、出力端子は発光ダイオード３３の
アノードに接続されると共にトランジスタ４のコレクタ
にフィードバック接続されている。発光ダイオード３３
のアノードは定電流電源３５の出力端子に接続されてい
る。定電流電源３５の入力端子は整流用ダイオード３６
を介して出力端子１５に接続されている。ツェナーダイ
オード３４のカソード側はトランジスタ４のコレクタに
接続され、アノード側は接地されている。

【００４１】ツェナーダイオード３４は、磁性体４２の
検知の有無にかかわらず半導体磁気抵抗素子５２とトラ
ンジスタ４の安定動作を補償するために、定電圧を維持
するものである。定電流電源３５は、センサ３１に流入
する電流の上限を決定するものであり、磁性体検知時の
定電流動作を補償する。ダイオード３６は、センサ電源
を逆接続した際にセンサ３１を保護するためのものであ
る。

【００４２】以上の構成からなる磁性体位置検出センサ
３１の作用効果について説明する。予め、出力端子１５
に、センサ電源によって直流電圧Ｖｃを印加し、固定抵
抗６５及び抵抗素子５３に直流電流を流しておく。ロッ
ド４１の頭部に設けた磁性体４２が磁性体位置検出セン
サ３１から離れているとき、磁石３によるバイアス磁場
は半導体磁気抵抗素子５２へ集中しておらず、半導体磁
気抵抗素子５２の抵抗に変化はなく、その抵抗値は低
い。従って、中継電極５６の電圧、言い換えると、トラ
ンジスタ４のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEはトランジス
タ４の動作電圧より小さく、前記第１実施形態の図５に
示すようにトランジスタ４は遮断領域であるため、トラ
ンジスタ４はＯＦＦ状態のままであり、磁性体位置検出
センサ３１に流れる電流は小さく、磁性体位置検出セン
サ３１は非検出状態である。

【００４３】次に、磁性体４２が磁性体位置検出センサ
３１に近づいたとき、磁石３によるバイアス磁場は半導
体磁気抵抗素子５２へ集中するので、半導体磁気抵抗素
子５２の抵抗値は高くなる。従って、中継電極５６の電
圧、言い換えると、トランジスタ４のベース・エミッタ
間電圧Ｖ_BEはトランジスタ４の動作電圧が大きくなり、
図５に示すようにトランジスタ４は能動領域に到達する
ため、トランジスタ４はＯＮ状態となる。これにより、
トランジスタ４のコレクタ側の電圧が下がる。すると、
増幅器３２は、予め決められた電流量をトランジスタ４
のコレクタに流し、同時に、発光ダイオード３３を点灯
させて磁性体検知状態を告知させる。こうして磁性体位
置検出センサ３１の出力端子１５，１６の電流量を変化
させる。なお、磁性体位置検出センサ３１に要求される
磁気感応時の電流ばらつきが大きくても実用上問題とな
らない場合、あるいは、磁気感応告知を必要としない場
合には、部品３２〜３６を省略することもできる。

【００４４】次に、磁気感応部品５１の抵抗素子５３と
固定素子６５とを直列に接続して構成した、増幅用トラ
ンジスタ４の動作電圧を調整する抵抗回路について詳細
に説明する。この抵抗回路は、広範囲の温度領域で増幅
用トランジスタ４のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BE（言い
換えると、中継電極５６の電圧）が、トランジスタ４の
動作電圧の温度特性に合うように、抵抗素子５３と固定
抵抗６５がそれぞれの温度係数を有している。表５及び
表６はその一例を示すものである。表５は、−１０℃，
＋２５℃，＋７０℃の温度において、磁性体位置検出セ
ンサ３１が磁性体を検知していないときの、半導体磁気
抵抗素子５２と抵抗素子５３と固定抵抗６５のそれぞれ
の抵抗、並びにトランジスタ４のベース・エミッタ間電
圧Ｖ_BE及びＯＦＦ電圧を示したものである。一方、表６
は、検出センサ３１が磁性体を検知しているときのもの
である。ここで、トランジスタＯＮとＯＦＦの電圧に差
をもたせているのは、図５に示した動作電圧に対してＯ
Ｎ，ＯＦＦ動作点に余裕をもたせて、スイッチング動作
を安定にするためである。

【００４５】

【表５】

【００４６】

【表６】

【００４７】そして、図１１は表５及び表６に基づいて
作成したトランジスタ４のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BE
及びＯＮ，ＯＦＦ電圧の温度特性を示すグラフである。
グラフより、この検出センサ３１は、−１０℃〜＋７０
℃の広い温度範囲で常に磁性体検知時にはＯＮ電圧より
高く、かつ非検知時にはＯＦＦ電圧より低くなってお
り、正常に、スイッチング動作を行なうことができるこ
とがわかる。因みに、増幅用トランジスタ４のベース・
コレクタ間に単に固定抵抗を接続しただけの場合には、
図１１において点線で表示するように、トランジスタ４
のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEの温度特性は、トランジ
スタ４の動作電圧（ＯＮ，ＯＦＦ電圧）とは一致せず、
磁性体位置検出センサ３１の動作温度範囲は約＋１５℃
〜＋３０℃と狭かった。

【００４８】さらに、抵抗素子５３を半導体磁気抵抗素
子５２と同じ材料にて構成することにより、抵抗素子５
３の抵抗温度特性が半導体磁気抵抗素子５２の抵抗温度
特性に近づき、増幅用トランジスタ４のベース・エミッ
タ間電圧Ｖ_BEが増幅用トランジスタ４の動作電圧の温度
特性に更に近づくことができる。

【００４９】［他の実施形態］なお、本発明に係る近接
センサは前記実施形態に限定するものではなく、その要
旨の範囲内で種々に変更することができる。

【００５０】前記実施形態では、ＮＰＮ型トランジスタ
を用いているが、ＰＮＰ型トランジスタを用いてもよ
い。このとき、出力電圧の極性は逆になる。また、検知
物が磁石のように磁化されている場合には、バイアス磁
界を印加する磁石を省略することもできる。さらに、増
幅用トランジスタはＦＥＴであってもよい。例えば、前
記第１実施形態の近接センサ１の場合には、半導体磁気
抵抗素子はＦＥＴのゲート・ソース間に接続され、抵抗
素子５はＦＥＴのゲート・ドレイン間に接続されること
になる。

【００５１】また、前記実施形態は、増幅用トランジス
タのベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEの温度特性が、増幅用
トランジスタの動作電圧の温度特性と略同じ（言い換え
ると、両者の温度特性直線が略平行）となるような抵抗
回路について説明している。しかしながら、必ずしもこ
れに限るものではなく、所望の広い温度範囲で増幅用ト
ランジスタのスイッチング動作が正常に行われるのであ
れば、増幅用トランジスタのベース・エミッタ間電圧Ｖ
_BEの温度特性が、増幅用トランジスタの動作電圧の温度
特性と若干異なる（言い換えると、両者の温度特性直線
の傾きが異なる）ような抵抗回路であってもよい。

【００５２】また、増幅用トランジスタの動作電圧を調
整する抵抗回路の構成は、ＩｎＳｂと金属皮膜抵抗等の
２種類以上の抵抗の複合構成であってもよいし、直列接
続あるいは並列接続いずれであってもよく、例えば、図
１２〜図１８に示すように種々ある。図１２は、増幅用
トランジスタ４のベース・エミッタ間に半導体磁気抵抗
素子２と固定抵抗１１１の直列回路を電気的に接続し、
ベース・コレクタ間に半導体磁気抵抗素子２と略同じ抵
抗温度特性を有する抵抗素子１１２を電気的に接続して
いる。従って、半導体磁気抵抗素子２及び固定抵抗１１
１からなる直列回路の抵抗温度特性と、抵抗素子１１２
の抵抗温度特性とが略同じになり、増幅用トランジスタ
４のベース・エミッタ間電圧が、広範囲の温度領域にわ
たって、増幅用トランジスタ４の動作電圧の温度特性に
近似する。これにより、増幅用トランジスタ４が正常な
スイッチング動作を行なうことができる温度範囲が広く
なる。

【００５３】図１３は、増幅用トランジスタ４のベース
・エミッタ間に半導体磁気抵抗素子２を電気的に接続
し、ベース・コレクタ間に固定抵抗１１３及び半導体磁
気抵抗素子２と略同じ抵抗温度特性を有する抵抗素子１
１４からなる並列回路を電気的に接続している。従っ
て、固定抵抗１１３及び抵抗素子１１４からなる並列回
路の抵抗温度特性と、半導体磁気抵抗素子２の抵抗温度
特性とが同様の傾向を示すことになり、増幅用トランジ
スタ４のベース・エミッタ間電圧が、広範囲の温度領域
にわたって、増幅用トランジスタ４の動作電圧の温度特
性に近似する。

【００５４】図１４は、増幅用トランジスタ４のベース
・エミッタ間に半導体磁気抵抗素子２と固定抵抗１１５
の直列回路を電気的に接続し、ベース・コレクタ間に固
定抵抗１１６を電気的に接続している。固定抵抗１１
５，１１６のそれぞれの抵抗値の組み合わせにより、増
幅用トランジスタ４のベース・エミッタ間電圧が、広範
囲の温度領域にわたって、増幅用トランジスタ４の動作
電圧の温度特性に近似するようにさせる。

【００５５】図１５は、増幅用トランジスタ４のベース
・エミッタ間に半導体磁気抵抗素子２及び固定抵抗１１
７からなる並列回路を電気的に接続し、ベース・コレク
タ間に固定抵抗１１８を電気的に接続している。図１６
は、増幅用トランジスタ４のベース・エミッタ間に半導
体磁気抵抗素子２を電気的に接続し、ベース・コレクタ
間に固定抵抗１１９を電気的に接続し、コレクタ・エミ
ッタ間に固定抵抗１２０を電気的に接続している。

【００５６】図１７は、増幅用トランジスタ４のベース
・エミッタ間に半導体磁気抵抗素子２及び固定抵抗１２
１からなる並列回路を電気的に接続し、ベース・コレク
タ間に半導体磁気抵抗素子２と略同じ抵抗温度特性を有
する抵抗素子１２２を電気的に接続している。図１８
は、増幅用トランジスタ４のベース・エミッタ間に半導
体磁気抵抗素子２を電気的に接続し、ベース・コレクタ
間に半導体磁気抵抗素子２と略同じ抵抗温度特性を有す
る抵抗素子１２３を電気的に接続し、コレクタ・エミッ
タ間に固定抵抗１２４を電気的に接続している。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、増幅用トランジスタのベース・エミッタ間電圧
が前記増幅用トランジスタの動作電圧や半導体磁気抵抗
素子の感度の各温度特性に合うように、前記抵抗回路を
構成している抵抗素子がそれぞれの抵抗温度係数を有し
ているので、増幅用トランジスタのベース・エミッタ間
電圧が、広範囲の温度領域にわたって、増幅用トランジ
スタの動作電圧の温度特性に近似する。従って、増幅用
トランジスタが正常なスイッチング動作を行なうことが
できる温度範囲を広くすることができる。

【００５８】また、半導体磁気抵抗素子にバイアス磁界
を印加する手段を設けることにより、検知物が接近した
場合の、検知物とバイアス磁界を印加する手段との間の
磁界変化率を大きくすることができ、磁気抵抗変化の感
度を向上させることができる。また、抵抗回路の少なく
とも一つの抵抗素子を半導体磁気抵抗素子と同じ材料に
て構成することにより、抵抗素子の抵抗温度特性が半導
体磁気抵抗素子の抵抗温度特性に近づき、増幅用トラン
ジスタのベース・エミッタ間電圧が増幅用トランジスタ
の動作電圧の温度特性に更に近づく。さらに、抵抗回路
の少なくとも一つの抵抗素子と磁気抵抗素子とを単一基
板上に設けることにより、部品点数をさらに抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る近接センサの第１実施形態を示す
平面図。

【図２】図１に示した近接センサの一部切欠き正面図。

【図３】半導体磁気抵抗素子を設けた基板を示す斜視
図。

【図４】図１に示した近接センサの電気回路図。

【図５】増幅用トランジスタの電流−電圧特性を示すグ
ラフ。

【図６】図１に示した近接センサの出力電流波形を示す
グラフ。

【図７】（Ａ）は図１に示した近接センサに負荷抵抗を
接続した電気回路図、（Ｂ）はその出力電圧波形を示す
グラフ。

【図８】増幅用トランジスタのベース・エミッタ間電圧
Ｖ_BEの温度特性を示すグラフ。

【図９】本発明に係る近接センサの第２実施形態を示す
電気回路図。

【図１０】半導体磁気抵抗素子及び抵抗素子を設けた基
板を示す斜視図。

【図１１】増幅用トランジスタのベース・エミッタ間電
圧Ｖ_BE及び動作電圧のそれぞれの温度特性を示すグラ
フ。

【図１２】他の実施形態を示す電気回路図。

【図１３】他の実施形態を示す別の電気回路図。

【図１４】他の実施形態を示すさらに別の電気回路図。

【図１５】他の実施形態を示すさらに別の電気回路図。

【図１６】他の実施形態を示すさらに別の電気回路図。

【図１７】他の実施形態を示すさらに別の電気回路図。

【図１８】他の実施形態を示すさらに別の電気回路図。

【図１９】従来の近接センサを示す電気回路図。

【符号の説明】

１…鋼球センサ ２…半導体磁気抵抗素子 ３…磁石 ４…増幅用トランジスタ ５…抵抗素子 ２１…基板 ３１…磁性体位置検出センサ ５１…磁気感応部品 ５２…半導体磁気抵抗素子 ５３…抵抗素子 ６５…固定抵抗 １１１，１１３，１１５〜１２１，１２４…固定抵抗 １１２，１１４，１２２，１２３…抵抗素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 友春 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体磁気抵抗素子と、 前記半導体磁気抵抗素子をベース・エミッタ間に接続し
   た増幅用トランジスタと、 少なくとも一つの抵抗素子で構成された、前記増幅用ト
   ランジスタのベース・エミッタ間電圧を調整する抵抗回
   路とを備え、 前記増幅用トランジスタのベース・エミッタ間電圧が前
   記増幅用トランジスタの動作電圧の温度特性に合うよう
   に、前記抵抗回路を構成している抵抗素子がそれぞれの
   抵抗温度係数を有していること、 を特徴とする近接センサ。
2. 【請求項２】 前記増幅用トランジスタのベース・エミ
   ッタ間電圧が前記増幅用トランジスタの動作電圧及び前
   記半導体磁気抵抗素子の感度の各温度特性に合うよう
   に、前記抵抗回路を構成している抵抗素子がそれぞれの
   抵抗温度係数を有していることを特徴とする請求項１記
   載の近接センサ。
3. 【請求項３】 半導体磁気抵抗素子と、 前記半導体磁気抵抗素子をベース・エミッタ間に接続し
   た増幅用トランジスタと、 少なくとも一つの抵抗素子で構成された、前記増幅用ト
   ランジスタのベース・エミッタ間電圧を調整する抵抗回
   路とを備え、 前記増幅用トランジスタの動作電圧の温度特性に合わせ
   て、検知物を非検出のときには前記増幅用トランジスタ
   のベース・エミッタ間電圧が前記増幅用トランジスタの
   動作電圧より小さく、かつ、検知物を検出したときには
   前記増幅用トランジスタのベース・エミッタ間電圧が前
   記増幅用トランジスタの動作電圧より大きくなるよう
   に、前記抵抗回路を構成している抵抗素子がそれぞれの
   抵抗温度係数を有していること、 を特徴とする近接センサ。
4. 【請求項４】 前記増幅用トランジスタの動作電圧の温
   度特性と、前記半導体磁気抵抗素子の抵抗と感度の温度
   係数とに合わせて、検知物を非検出のときには前記増幅
   用トランジスタのベース・エミッタ間電圧が前記増幅用
   トランジスタの動作電圧より小さく、かつ、検知物を検
   出したときには前記増幅用トランジスタのベース・エミ
   ッタ間電圧が前記増幅用トランジスタの動作電圧より大
   きくなるように、前記抵抗回路を構成している抵抗素子
   がそれぞれの抵抗温度係数を有していることを特徴とす
   る請求項３記載の近接センサ。
5. 【請求項５】 前記半導体磁気抵抗素子にバイアス磁界
   を印加する手段を備えたことを特徴とする請求項１ない
   し請求項４記載の近接センサ。
6. 【請求項６】 前記抵抗回路の少なくとも一つの抵抗素
   子が前記半導体磁気抵抗素子と同じ材料からなることを
   特徴とする請求項１ないし請求項５記載の近接センサ。
7. 【請求項７】 前記抵抗回路の少なくとも一つの抵抗素
   子と前記半導体磁気抵抗素子とが単一基板上に設けられ
   ていることを特徴とする請求項１ないし請求項６記載の
   近接センサ。