JPS5927115B2 - 情報検出装置 - Google Patents

情報検出装置

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JPS5927115B2
JPS5927115B2 JP752141A JP214175A JPS5927115B2 JP S5927115 B2 JPS5927115 B2 JP S5927115B2 JP 752141 A JP752141 A JP 752141A JP 214175 A JP214175 A JP 214175A JP S5927115 B2 JPS5927115 B2 JP S5927115B2
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好美 牧野
浩之 大久保
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Publication of JPS5927115B2 publication Critical patent/JPS5927115B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁界の方向に応じた大きさの電気信号を得る磁
電変換素子を用いた情報検出装置に関するものである。
従来より、例えは複数の金属片をシート面上に、情報内
容に応じて配設し、これらの金属片の有無を、光電変換
素子、磁電変換素子等により検出することにより、情報
を読み出す方法が知られている。
しかしながらこれらの方法は精度、価格等の点で問題が
あり、また読み出し装置の構成も複雑なものとなる等の
欠点があつた。本発明は上記の問題及び欠点を除去する
ためのもので、(a)夫々磁気抵抗の異方性効果を有す
る強磁性体から成る第1及び第2の電流通路を直列に接
続したこと。
(b)前記第1及び第2電流通路の主電流通路を夫々互
いに略直交する如く配したこと。(c)前記第1及び第
2の電流通路の接続点に出力端子を設けたこと。(d)
前記第1及び第2の電流通路の他端側には電流供給端子
を設けたこと。から成る磁電変換素子に所定の角度でバ
イアス磁界を加えて、この磁電変換素子を、導磁性物質
を情報の内容に応じて適宜間隔を以つて複数個配設した
情報記録媒体に近接対向させ、両者を相対的に移動させ
ることにより、上記磁電変換素子より、上記導磁性物質
の有無に応じた検出信号を得るようにした情報検出装置
を提供するものである。
先ず本発明に用いられる磁電変換素子の概略を説明する
。尚この磁電変換素子は本出願人が先に特願昭48−第
79655号(特開昭50一028989号)として提
案したものである。第1図は構造を示すもので、ガラス
等より成る基板1の表面に、ニッケルコバルトのような
磁気抵抗の異方性効果を有する強磁性体A、Bの薄膜が
形成されており、この強磁性体A、Bは強磁性材料をパ
ターン状に蒸着し、又は全面に蒸着した後エッチングし
て形成されている。この強磁性体A、Bは主電流通路と
なる複数の直線部分2A、2Bと、これらを連結する屈
曲部3A、3Bとから夫々形成されており、前記直線部
分2A、2Bは互いに略直交するように配されている。
また直線部分2A、2Bの各端部4A、4Bは接続され
ていて強磁性体A、Bは直列接続となつている。この接
続部に出力端子5が形成され、さらに直線部分2A,2
Bの他端部6A,6Bには夫々電流7A,7Bが形成さ
れている。第2図は動作原理図で、電流端子7A,7B
が電源8に接続され、且つ一方の電流端子7Bはアース
されており、全体として磁電変換回路9を構成している
今強磁性体A,Bを飽和磁化させるに充分な強さの磁界
H(例えば500e)を、強磁性体A,Bのなす平面に
於いて、強磁性体Aの直線部分2Aの方向、即ち電流方
向に対して角度θを以つて加えると、強磁性体A,Bの
各電気抵抗ρA、ρBが変化し、その変化は角度θによ
り次式で表わされる。
但し、ρ1は強磁性体A,Bを電流と垂直方向に飽和磁
化したときの強磁性体A,Bの電気抵抗ρ,は同じく電
流と平行方向に飽和磁化したときの強磁性体A,Bの電
気抵抗である。
また出力端子5の電圧Vθは、強磁性体A,Bは直列接
続であるから、電源電圧をV。
とすれば次式で表わされる。3式に12式を代入して整
理すると、 となり、この4式に於いて右辺第項は基準電圧を表し、
第2項は変化量を表すものとなる。
従つて出力端子5の電圧Vθは、磁界Hの方向により変
化し、その出力変化は第3図のように、0よ、180、
で最小値、90第、270うで最大値をとる正弦波形と
なる。
第4図は等価回路を示すもので、強磁性体A,Bを可変
抵抗とし、その抵抗値が磁界Hの方向により変化するも
のとして考えることができる。
次に上述した磁電変換素子を用いた本発明による情報検
出装置の原理について、図面と共に説明する。尚以下の
説明に於いては、上記磁電変換素子をDME(Devi
derTypeMagnetOresistanceE
lement)と略称する。
第5図は本発明による検出素子10の構造を示すもので
、この検出素子10はDMEllとバイアスマグネツト
12とより成るものである。
バイアスマグネツト12は例えばバリウムフエライト等
を材質とする板状のもので、長さ方向にN−S磁極が着
磁されている。DMEllはこのバイアスマグネツト1
2の片面に、この図ではN極側に接着されている。尚D
MEllはバイアスマグネット12の全面に接着しても
よい。第5図の状態ではDMEllに対するバイアスマ
グネツト12によるバイアス磁界H1の方向は、主電流
通路となる直線部分2B(第1図参照)に対して略直交
している。第6図は透磁率の高い金属片13を被検出物
として、この金属片13に上記検出素子10を間隔dを
以つて近接対向させた状態を示すものである。
この状態ではバイアスマグネツ口2から出る磁束の一部
は金属片13に収束され、これにより前記バイアス磁界
H1に対して直交する磁界H2が生じる。これらの二つ
の磁界H1とH2とによる合成磁界H。が、DMElO
の強磁性体A,B面に角度θを以つて作用し、出力端子
5よりこの合成磁界HOによる出力電圧Vθの変化量Δ
Vθが得られる。そして金属片13のx方向の移動によ
り角度θが変化し、従つて上記ΔHが変化する。第7図
はDMEllに作用する磁界の強さHに対する出力電圧
ΔVHの変化を示す特性図で、曲線aは第1図の直線部
分2Bに対して平行な磁界Hを加えた場合の出力特性、
曲線bは直線部分2Bに対して直交する磁界Hを加えた
場合の出力特性を示すものである。
曲線A,bの出力電圧ΔVθは互いに絶対値が等しく、
印加磁界Hの増大と共に夫々正負に増大して飽和磁界5
00eで飽和しその後一定となる。前記第3図の特性は
この飽和磁界中にDMEllを置いた場合のものである
。前記第5図のようにDMEllにバイアス磁界H1が
加えられた状態では、このDMEllの出力端子5から
は、第7図に於ける曲線bの点Pに対応する出力電圧Δ
H1が得られる。
そして第6図のようにDMEllに合成磁界H。が加え
られた状態では、出力電圧は上記ΔH1からΔθだけ変
化した点Qの位置の大きさとなり、このQ点は合成磁界
H。の加えられる角度θにより曲線cのように変化する
。第8図は検出素子10を用いた情報検出方法の原理的
回路を示すものである。
DMEllの電流端子7A,7Bに電源8を接続すると
共に、DMEllの強磁性体A,Bと抵抗Rl,R2と
によりブリツジを組み、DMEllの出力端子5及び抵
抗Rl,R2の接続中点を差動アンプ14の2つの入力
端子に夫々接続し7てある。第8図に於いて、抵抗R2
を変えてブリツジの平衡をとり、金属片13をx方向に
移動させると、次の電圧を得る。
但しe1は抵抗Rl,R2の接続中点の電圧、E2は出
力端子5の電圧、V(x)は金属片13の移動距離に応
じて表われる交流成分電圧を夫々示す。
上記電圧El,e2を差動増巾度αの差動アンプ14に
加えるとその出力端子15より、次の出力電圧E。を得
ることができる。第8図に於ける抵抗Rl,R2は、こ
れに代えて他のDMEを用いることができ、このDME
とDMEllとによりブリツジを組むことが可能である
これにより回路の温度補償を行うことができる。また上
記2個のDMEは同一の基板上に形成することが可能で
ある。次に金属片13の種々の形状のものについて、上
記第8図の情報検出方法を用いて実験した結果を述べる
尚DMEllは直線部分2A,2Bの長さl−1mm(
第1図参照)のものを使用した。第9図aは金属片13
として長さL−40mm、巾W=6mm、厚さT=6m
m、の軟鉄を用い、バイアスマグネツト12として、長
さ11=3mm、 巾w1=2mm1厚さ[1=0.5
m7!L(17)CuNiFe合金を用い、またDME
llの基板1の巾W2=1mm1厚さ[2=0.7mm
のものを用いた場合を示し、金属片13はX方向に移動
するものとする。第9図bは第9図aの場合に得られる
前記第7式による出力電圧E。を示す特性図で、検出素
子10と金属片13との間隔dを0.5,1,1.5,
2m11とした場合について夫々示してある。この場合
の出力特性は金属片13がx方向に移動して、その側縁
部13a,13bが検出素子10を通過するとき、DM
Ellに加えられる前記合成磁界HOの方向が急激に変
化するため、図示のように出力が急激に変化している。
従つてこの出力特性の急激に変化する部分を使用するこ
とにより金属片13の位置検出を行うことができる。ま
た間隔dが小さくなる程出力変化が急激になるため検出
精度を上げることができると共に1羽以下に近接すれば
略1Vp−pの最大出力を得ることができる。第10図
aはバイアスマグネツト12として、t1−1muのバ
リウムフエライトを用いた場合を示す。
尚このバイアスマグネツト12の他の寸法及び金属片1
3の材質と各寸法は第9図aの場合と同じである。第1
0図bは出力特性を示すもので、この場合は最大出力も
1.5Vp−pと高くなり、感度も金属片13の移動に
対して8mv/10μmと極めて高いものとなつている
第11図aは金属片13として直径4m77!.長さL
−20mTLの円柱状軟鉄を用い、バイアスマグネツ口
2としてt1−0.5mmのバリウムフエライトを用い
た場合で、検出素子10の他寸法は前記第9図aの場合
と同じである。
第11図bは出力特性を示すもので、最大出力1.8V
p−p、感度8mv/μmを得ることができる。
またこの場合は円柱状の金属片13がO点より僅かに移
動するだけで出力が変化する特性となつている。以上の
第9図b、第10図b及び第11図bの各出力特性は、
第8図に於いて差動アンプ14の2つの入力端子に加え
られる電圧El,e2を入れ替えることにより、各出力
特性曲線の正負を逆にすることができる。
また金属片13及び検出素子10の寸法を変えることに
より特性を適宜変えることができる。次に上記情報検出
方法の応用例として非接触スイツチに適用した場合につ
いて説明する。
第12図aはその回路系統を示し、16は検出回路で、
前記第8図の原理に基く回路である。
17はシユミツト回路等の波形変換回路、18は増巾器
、19はリレーである。
上記各回路には電源8より例えば±12Vの電圧が供給
されている。
上記構成によれは、検出回路16より、例えは第12図
bに示すような、第9〜10図bに示す出力特性による
波形を有するアナログ出力電圧EOを得ることができる
この出力E。を波形変換回路17に加えれば、EOの適
宜レベルで変換されたパルスpを得ることができる。こ
のパルスpによりリレー19を動作させるようにすれば
、定点で0N−OFFする非接触スイツチを実現するこ
とができる。このような非接触スイツチによれば、出力
電圧EOが零付近では、金属片13の変位に対する出力
電圧E。
の傾斜が大きいため、繰返し精度数μmと極めて高い精
度で動作させることができる。また金属片13の位置設
定は出力電圧E。をメータ等で目視しながら行うことに
より、容易に正確に行うことができる。尚金属片13と
しては軟鉄の外にパーマロイ等の導磁性物質を用いるこ
とができ、特に透磁率の高い(約10位)ものであれば
感度をより高めることができる。
またDMEllに加えるバイアス磁界H1は、原理的に
は直線部分2B又は2Aに対して任意の角度で加えても
出力E。を得ることができるが、前述の実施例のように
直角方向から加えた場合に最高の感度を得ることができ
る。次に本発明による情報記録媒体の実施例について説
明する。第13図は第1の実施例を示すもので、記録媒
体20は、軟鉄、パーマロイ等より成る帯形の形状を有
している。
この記録媒体20には、所定の寸法を有する多数の角孔
21が、所定の間隔mを以つて、且つ各角孔21の1ピ
ツチ長さをλとして穿設されている。これらの角孔21
はフオトエツチング等の技術により、高い精度で穿設す
ることが可能である。また検出素子10がこの記録媒体
20に近接して所定の位置に配置され、この検出素子1
0には、図示せずも前記第8図の原理に基く検出装置が
接続されている。上記構成によれば、記録媒体20を士
x方向に移動させることにより、検出素子10が、角孔
21の間隔m部分を通過する毎に、例えば第11図bの
ような波形を有する出力電圧E。
を順次に得ることができる。この出力電圧E。を、例え
ば第12図bのようなパルスpに変換してこれを計数す
ることにより、記録媒体20の移動距離を知ることがで
きる。従つてこめような記録媒体20は測長器等に利用
することができる。第14図は第2の実施例を示すもの
で、記録媒体20に、上記角孔21を2つのトラツクT
1、T2に夫々配列してある。
そして第1のトラツクT1の角孔21と、第2のトラツ
クT2の角孔λ λ21とは、互いに一又は一だけ
ずらせて穿設されている。
また2つの検出素子10a,10bが夫夫のトラツクT
l,T2に対応して配設されている。上記構成によれば
、記録媒体20が+x方向に移動した場合には、先ず検
出素子10bより、第2のトラツクT2からの出力電圧
E。が得られる。また記録媒体20が−x方向に移動し
た場合には、先づ検出素子10aより、第2のトラツク
T2からの出力電圧E。が得られる。このように記録媒
体20の移動方向により、検出素子10a,10bより
得られる出力電圧E。の順序が異るため、記録媒体20
の移動方向を検出することが可能となる。第15図は記
録媒体の第3の実施例を示すもので、軸22に固定され
た円板状記録媒体23には、多数の角孔21が所定のピ
ツチλ及び間隔mを以つて放射状に穿設されている。
この記録媒体23によれば、軸22の回転により、その
回転数に応じた間隔で、出力電圧E。を得ることができ
る。第16図は第4の実施例を示すもので、軸22に固
定された円筒状の記録媒体24の側面に、角λ λ孔
21が2つのトラツクTl,T2に互いにイ又は.ずら
せて穿設されている。
これにより前記第14図の場合と同様に、軸22の回転
方向を知ることが可能となる。第17図は第5の実施例
を示すもので、円板状の記録媒体25には、多数の細い
長方形の切欠け26が、所定のピツチλ及び間隔mを以
つて設けられている。
以上の第15〜17図に述べた各記録媒体23,24,
25は、パルスジェネレータ、ロークリエンコーダ等に
適用することが可能である。
次に記録カードについて説明する。
第18図は記録カード27の第1の実施例を示すもので
、非磁性体物質より成るシート27には複数のトラツク
Tl,T2・・・・・・TO(図では5トラツク)が設
けられており、各トラツクT1〜T5には、軟鉄等の金
属片13が情報の内容に応じて適宜間隔で接着配置され
ている。
このような記録カード27には、多チヤンネル検出素子
10cが用いられる。
この多チヤンネル検出素子10cは、図示のように透磁
率の高い物質より成る基板28の表面に、トラツク数に
応じた複数のDMEllを、各トラツクT1〜T4と対
応する位置に夫々配設し、この基板28の裏面に、各D
MEllと対応する複数のバイアスマグネツト12を接
着したものである。第19図は記録カード29の第2の
実施例を示すもので、軟鉄等より成るシート状の記録カ
ード29の各トラツクT1〜T5には、所定寸法の角孔
30が、情報内容に応じて適宜間隔で穿設されている。
上記記録カード27,29の使用方法としては、例えば
検出装置のカード挿入部に、前記マルチチヤンネル検出
素子10cを固定して置き、記録カード27,29をカ
ード挿入口より矢印方向に挿入することにより、検出素
子10cより情報信号に応じた間隔で出力電圧が得られ
、これにより情報の内容を読み出すことができる。
第20図は記録カードの第3の実施例を示すもので、上
記記録カード27,29の表裏面に、非磁体物質より成
る表紙31a,31bを接着して、金属片13、角孔を
覆い隠すようにしたものである。
上述した記録カード27,29は、クレジツトカード等
に応用することができる。
本発明は、(a)夫々磁気抵抗の異方性効果を有する強
磁性体から成る第1及び第2の電流通路を直列に接続し
たこと。
(b)前記第1及び第2電流通路の主電流通路を夫々互
いに略直交する如く配したこと。(c)前記第1及び第
2の電流通路の接続点に出力端子を設けたこと。(d)
前記第1及び第2の電流通路の他端側には電流供給端子
を設けたこと。から成る磁電変換素子にバイアスマグネ
ツト等により所定の角度でバイアス磁界を加えて、この
磁電変換素子を、金属片13、記録媒体20等の導磁性
物質を情報の内容に応じて適宜間隔(角孔21等を含む
)を以つて複数個配設した情報記録媒体に近接対向させ
て、両者を相対的に移動させることにより、上記磁電変
換素子より、上記導磁性物質の有無に応じた出力信号E
。等の検出信号を得るようにした情報検出装置であるか
ら被検出物に特に発磁体等を設ける必要がなく、一般の
電子機器等の可動部分の位置検出に用いることが可能に
なると共に、前述した非接触スイツチ、その他位置検出
プローブ、カムスイツチ、シーケンスプログラマー、磁
気カードリーダ等々検出素子の出力特性に応じて種々の
計測装置に適用することができ、その応用範囲は極めて
広いものである。また上記磁電変換素子は飽和磁界中で
用いられるため、外部磁界の影響を受けることがなく、
磁界の強さには無関係に磁界の方向のみに感応するため
、分解能が高く、導磁性物質と磁電変換素子と′の間隙
を大きくすることができ、また強磁性体A,Bの電気抵
抗は夫々温度変化するが、第4式より温度変化によりρ
1及びρ,は同時に変化するため、全体としての変化量
は極めて小となり出力電圧に影響を与えることが少く、
既述した2個のDMEによるブリツジ回路等の温度補償
回路を用いることにより、さらに安定化することができ
る。
さらに導磁性物質と磁電変換素子とは無接触であり、可
動部分がないので信頼性に富み、寿命も半永久的となり
、また駆動用の発振器等を必要とせず、簡単な構成で安
価な情報検出方法を提供することができる等々の効果を
得るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は磁電変換素子の構造を示す平面図、第2図は原
理的回路図、第3図は出力特性図、第4図は等価回路図
、第5図は検出素子の外観斜視図、第6図は検出素子を
被検出物に近接した状態を示す斜視図、第7図は磁電変
換素子の磁界の強さに対する出力特性図、第8図は本発
明による位置検出装置の原理的な回路図、第9図aは検
出素子と被検出物との第1の組合せの例を示す斜視図、
第9図bは上記第1の例の出力特性図、第10図aは第
2の組合せの例を示す斜視図、第10図bは上記第2の
例の出力特性図、第11図aは第3の組合せの例を示す
斜視図、第11図bは上記第3の例の出力特性図、第1
2図aは非接触スイツチに適用する場合の回路系統図、
第12図bは第12図aの各部の出力波形図、第13〜
17図は記録媒体の第1〜5の実施例を示す外観斜視図
、第18〜20図は記録カードの第1〜3の実施例を示
す外観斜視図である。 なお図面に用いられている符号において、A,Bは強磁
性体、5は出力端子、7A,7Bは電流供給端子、10
は検出素子、11は磁電変換素子、12はバイアスマグ
ネツト、13は金属片、20,23,25は記録媒体、
21は角孔、27,29は記録カードである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 a)夫々磁気抵抗の異方性効果を有する強磁性体か
    ら成る第1及び第2の電流通路を直列に接続したこと。 (b)前記第1及び第2電流通路の主電流通路を夫々互
    いに略直交する如く配したこと。(c)前記第1及び第
    2の電流通路の接続点に出力端子を設けたこと。(d)
    前記第1及び第2の電流通路の他端側には電流供給端子
    を設けたこと。から成る磁電変換素子に所定の角度でバ
    イアス磁界を加えて、この磁電変換素子を、導磁性物質
    を情報の内容に応じて適宜間隔を以つて複数個配設した
    情報記録媒体に近接対向させ、両者を相対的に移動させ
    ることにより、上記磁電変換素子より、上記導磁性物質
    の有無に応じた検出信号を得るようにしたことを特徴と
    する情報検出装置。
JP752141A 1974-12-29 1974-12-29 情報検出装置 Expired JPS5927115B2 (ja)

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JP21417574 1974-12-29

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JPS5178647A JPS5178647A (ja) 1976-07-08
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