JPS6031313Y2 - Non-contact displacement switch - Google Patents

Non-contact displacement switch

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Publication number
JPS6031313Y2
JPS6031313Y2 JP17887279U JP17887279U JPS6031313Y2 JP S6031313 Y2 JPS6031313 Y2 JP S6031313Y2 JP 17887279 U JP17887279 U JP 17887279U JP 17887279 U JP17887279 U JP 17887279U JP S6031313 Y2 JPS6031313 Y2 JP S6031313Y2
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JP
Japan
Prior art keywords
permanent magnet
switch
ferromagnetic magnetoresistive
detection circuit
displacement
Prior art date
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Application number
JP17887279U
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Japanese (ja)
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JPS5695150U (en
Inventor
敏男 山形
Original Assignee
日本電気株式会社
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Publication date
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は磁気抵抗効果素子を使った無接点変位スイッチ
に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a non-contact displacement switch using a magnetoresistive element.

無接点変位スイッチは変位に応じて二種類の状態(オン
とオフ)をとるスイッチ信号(例えばTTL信号)を出
力するものであり、機械的接点を持たないので接点摩耗
やチャタリングが無く、極めて信頼性が高いという特徴
を持っており、キーボードスイッチや近接スイッチなど
のスイッチ素子として使用されはじめている。
A non-contact displacement switch outputs a switch signal (for example, a TTL signal) that takes two states (on and off) depending on the displacement, and since it has no mechanical contacts, there is no contact wear or chattering, making it extremely reliable. It has the characteristic of high durability and is beginning to be used as a switch element such as keyboard switches and proximity switches.

更に、単に距離的な変位を検出するだけでなく、圧力、
流量、温度、歪などの各種物理量を一旦変位に変換する
ことにより、それの物理量の変化を検出するセンサーと
しても広い応用が考えられている。
Furthermore, in addition to simply detecting distance displacement, pressure,
It is also considered to have a wide range of applications as a sensor that detects changes in physical quantities such as flow rate, temperature, and strain by first converting them into displacement.

この様な無接点変位スイッチの一つとして強磁性磁気抵
抗効果素子(以下MR素子と略す)を使ったものが知ら
れている。
As one such non-contact displacement switch, one using a ferromagnetic magnetoresistive element (hereinafter abbreviated as MR element) is known.

MR素子は強磁性磁気抵抗効果膜(以下MR膜で略す)
の電気抵抗が磁界の強弱や方向によって変化することを
利用した感磁素子である。
The MR element is a ferromagnetic magnetoresistive film (hereinafter abbreviated as MR film)
This is a magnetic sensing element that takes advantage of the fact that the electrical resistance of the magnetic field changes depending on the strength and direction of the magnetic field.

従来のMR素子を使った無接点変位スイッチではMR素
子と永久磁石との直線的な変位に伴なう磁界強度の変化
を検出する様に構成されていた。
A conventional non-contact displacement switch using an MR element is configured to detect changes in magnetic field strength due to linear displacement between the MR element and a permanent magnet.

しかし磁界の強弱を変化させる場合にはMR膜にいわゆ
るバルクハウゼンノイズやヒステリシスが生じ易く、又
磁界が弱い時には外部からの比較的小さな雑音磁界でも
影響を受けて、チャタリングが生じたり、動作点、つま
りスイッチ信号がオン・オフする時の変位が変動動し易
いという欠点があった。
However, when changing the strength of the magnetic field, so-called Barkhausen noise and hysteresis tend to occur in the MR film, and when the magnetic field is weak, even a relatively small noise magnetic field from the outside can cause chattering and change the operating point. In other words, there is a drawback that the displacement when the switch signal is turned on and off tends to fluctuate.

本考案人等は実願昭54−54277号(実開昭55−
154408号公報参照)において無接点変位スイッチ
をその一種として含む無接点変位検出器を示し、上記の
欠点を解決している。
The inventors of this invention have filed Utility Application No. 54-54277.
No. 154408) discloses a non-contact displacement detector including a non-contact displacement switch as a type thereof, and solves the above-mentioned drawbacks.

これは、互いに直線的に相対的変位をする永久磁石とM
R素子、及び相対的変位を電気信号として出力する駆動
検出回路とを含んで構成し、永久磁石とMR素子の相対
的変位に伴ない、MR膜に作用する磁界の強度を磁化回
転に要する強度以上に保ちながら、MR素子に対向する
永久磁石の面(以下対向面と略す)に平行な面内で磁界
の方向が回転する様に永久磁石の磁極を構成したもので
ある。
This consists of permanent magnets and M
The structure includes an R element and a drive detection circuit that outputs relative displacement as an electric signal, and the strength of the magnetic field acting on the MR film is determined by the strength required for magnetization rotation due to the relative displacement between the permanent magnet and the MR element. While maintaining the above, the magnetic poles of the permanent magnet are configured such that the direction of the magnetic field rotates within a plane parallel to the surface of the permanent magnet facing the MR element (hereinafter referred to as the opposing surface).

これにより、従来のMR素子を利用した無接点変位検出
器と異なり、MR膜の抵抗変化は連続的でなめらかにな
ったため、チャタリングや誤動作のない信頼性の高い無
接点変位検出器が実現されている。
As a result, unlike non-contact displacement detectors that use conventional MR elements, the resistance change of the MR film is continuous and smooth, making it possible to create a highly reliable non-contact displacement detector without chattering or malfunction. There is.

この無接点変位検出器は変位に応じたアナログ的な出力
を得られるものであるが、単に2つの状態をとるスイッ
チ信号を得る様に駆動検出回路を構成することによって
そのままチャタリングがなく、かつ動作点が安定した信
頼性の高い無接点変位スイッチとなっている。
This non-contact displacement detector can obtain an analog output according to displacement, but by configuring the drive detection circuit to obtain a switch signal that simply takes two states, it can be operated without chattering as it is. This is a highly reliable non-contact displacement switch with stable points.

しかし、こうして得た無接点変位スイッチにも変位とし
てとり得る範囲、すなわち動作範囲が制限されるという
欠点があり、より大きな変位で使う場合には磁場構成や
駆動検出回路が複雑になるのは避けられない。
However, the non-contact displacement switch obtained in this way also has the disadvantage that the possible displacement range, that is, the operating range, is limited, and when used with a larger displacement, it is necessary to avoid complicating the magnetic field configuration and drive detection circuit. I can't do it.

本考案の目的は、信頼性が高く、かつ簡単な構成で任意
の動作範囲が得られる無接点変位スイッチを提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a non-contact displacement switch that is highly reliable, has a simple configuration, and can provide an arbitrary operating range.

すなわち、本考案の無接点スイッチは、互いに直線的に
相対的変位をする永久磁石とMR素子、及びこの相対的
変位に応じてオンまたはオフのスイッチ信号を出力する
駆動検出回路とを含んで構成し、■素子のMR膜と、永
久磁石の対向面とがほぼ平行であり、MR素子は、MR
膜に作用する磁界の方向がその膜内面で回転するように
、対向面に反対磁極同士の境界が存在するときは境界上
以外の領域、単一の磁極のときはそのヘリの近傍を相対
的に変位し、永久磁石の強度はこれと取素子とが交差す
る位置では罐膜を磁化回転させるにたる強度以上とし、
かつ前記駆動検出回路として、罐素子出力のピーク値よ
り小さい値のヒステリシス特性を持ったMR素子出力検
出回路を含んでいる。
That is, the non-contact switch of the present invention includes a permanent magnet and an MR element that are linearly displaced relative to each other, and a drive detection circuit that outputs an on or off switch signal in accordance with this relative displacement. However, the MR film of the element and the opposing surface of the permanent magnet are almost parallel, and the MR element has an MR
In order to ensure that the direction of the magnetic field acting on the membrane rotates on the inner surface of the membrane, if there is a boundary between opposite magnetic poles on the opposing surfaces, the area other than the boundary, and if there is a single magnetic pole, the area near the edge is relatively , and the strength of the permanent magnet is at least strong enough to magnetize and rotate the can film at the position where this and the gripping element intersect,
Further, the drive detection circuit includes an MR element output detection circuit having a hysteresis characteristic having a value smaller than the peak value of the can element output.

以下、本考案を図面に従って詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第1図は本考案の無接点変位スイッチの構成を模式的に
示したものである。
FIG. 1 schematically shows the configuration of the non-contact displacement switch of the present invention.

これは基本的には罐素子1と永久磁石2、及び駆動検出
回路3とで構成されており、永久磁石2とMR素子1と
が直線的に相対的変位をする時に、その変位に応じてオ
ンまたはオフのスイッチ信号を出力するものである。
This basically consists of a can element 1, a permanent magnet 2, and a drive detection circuit 3, and when the permanent magnet 2 and the MR element 1 are linearly displaced relative to each other, the It outputs an on or off switch signal.

MR素子1と永久磁石2のうちどちらが変位しても全く
等価であるので、以下ではMR素子1がX方向に変位す
るとして説明する。
Since the displacement of either the MR element 1 or the permanent magnet 2 is completely equivalent, the following description will be made assuming that the MR element 1 is displaced in the X direction.

この例におけるMR素子1は基板上に形成された4本の
ストライプ状MR膜でブリッジ構成をしたものである。
The MR element 1 in this example has a bridge configuration of four striped MR films formed on a substrate.

その拡大図を第2図に示す。基板21上に電流方向が直
交している4本のストライプ状の■膜22と電極端子2
3,24,25゜26が形成されている。
An enlarged view is shown in Fig. 2. Four striped films 22 and electrode terminals 2 with current directions perpendicular to each other are formed on the substrate 21.
3, 24, 25°26 are formed.

電極端子23と24の間に供給電圧■。Supply voltage ■ between electrode terminals 23 and 24.

を印加すると電極端子25と26の間の電位差としてM
R素子出力VMRが得られる。
When M is applied, the potential difference between electrode terminals 25 and 26 becomes M
R element output VMR is obtained.

よく知られている様に、飽和磁界、つまり罐素子出力V
MRを飽和させる程度の磁界H8が角度θの方向に印加
された時のMR素子出力VMRは V28=鬼ちj。
As is well known, the saturation magnetic field, that is, the can element output V
When the magnetic field H8 that saturates the MR is applied in the direction of the angle θ, the MR element output VMR is V28=Onichij.

2゜と表わされる。It is expressed as 2°.

また、磁界が全く加わらない時にはほぼゼロになる。Furthermore, when no magnetic field is applied, it becomes almost zero.

ここで、αはMR膜22のいわゆる抵抗変化率であり、
角度θは各取膜22のストライプの方向と45°をなす
方向27を基準方向とした角度である。
Here, α is the so-called resistance change rate of the MR film 22,
The angle θ is an angle whose reference direction is a direction 27 that is 45° with the direction of the stripes of each film 22.

こうして磁界Hの方向の回転と共に■素子出力V工はな
めらかにV0α(ピーク値)の変化をするのであるが、
実際上はVoαの70%程度の変化を生じる磁界でも十
分なめらかに変化をさせることができ、これを磁化回転
させるにたる強度ということにする。
In this way, as the magnetic field H rotates in the direction, the element output V smoothly changes V0α (peak value).
In reality, even a magnetic field that causes a change of about 70% of Voα can cause a sufficiently smooth change, and this is defined as the strength sufficient to rotate the magnetization.

第1図でMR素子は変位線5上を基準方向(X方向)に
沿って変位する。
In FIG. 1, the MR element is displaced on a displacement line 5 along the reference direction (X direction).

この例では、永久磁石2は板厚方向に磁化をしたベース
板状のもので、この対向面全体が1つの磁極(N極又は
S極)となっており、変位線5は直角の頂点の近傍すな
わち磁極のへりの近傍にくる様に配置している。
In this example, the permanent magnet 2 is a plate-like base magnetized in the thickness direction, and the entire opposing surface is one magnetic pole (N pole or S pole), and the displacement line 5 is at the right angle vertex. It is arranged near the edge of the magnetic pole.

これにより、磁界4は対向面に平行な面内で変位線上で
X軸に沿って回転する。
Thereby, the magnetic field 4 rotates along the X-axis on the displacement line in a plane parallel to the opposing surface.

駆動検出回路3はMR素子1に供給電圧V。を供給し、
罐素子出力VMRを検出してオンとオフの電気信号を出
力する回路で、その中のMR素子出力検出回路6には±
V)(のいわゆるヒステリシス特性を持たせ、また、電
源投入時に(オンまたはオフ)状態に設定する初期設定
回路7も設けている。
The drive detection circuit 3 supplies the MR element 1 with a voltage V. supply,
This is a circuit that detects the can element output VMR and outputs an on/off electrical signal.
V) (has a so-called hysteresis characteristic, and is also provided with an initial setting circuit 7 that sets the state (on or off) when the power is turned on.

次にこの無接点スイッチの動作を説明する。Next, the operation of this non-contact switch will be explained.

■素子1が変位線5上の点XAと点Xcとの間を変位す
る時のMR素子出力VMRを第3図に示す。
(2) The MR element output VMR when the element 1 is displaced between points XA and Xc on the displacement line 5 is shown in FIG.

XAとX8の間、及びXpとX。between XA and X8, and between Xp and X.

の間は永久磁石2との距離が大きくて磁界強度が弱くな
っている領域であり、一方xBからX5までは磁化回転
に要する強度以上の回転磁界がかかつている領域である
The region between xB and X5 is a region where the distance from the permanent magnet 2 is large and the magnetic field strength is weak, while the region from xB to X5 is a region where a rotating magnetic field stronger than the strength required for magnetization rotation is applied.

駆動検出回路3はMR素子出力検出回路6でこの罐素子
出力VMRを検出し、MR素子出力VMRがVH以上な
らオフ、−VH以下ならオンのスイッチ信号を出力する
The drive detection circuit 3 detects this can element output VMR with the MR element output detection circuit 6, and outputs a switch signal that is turned off if the MR element output VMR is equal to or higher than VH, and turned on if it is equal to or lower than -VH.

従ってMR素子1が点X^からX(l+へ向って変位す
る時、MR素子出力VMRがはじめて−VH以下になる
Xo+δの点でスイッチ信号はオフからオンに切換わり
、その後胤素子出力VMRが一■。
Therefore, when the MR element 1 is displaced from point X^ toward X(l+), the switch signal is switched from OFF to ON at the point Xo+δ where the MR element output VMR becomes less than -VH for the first time, and after that the seed element output VMR becomes One ■.

以上になってもオンのままになっており、逆に点Xcか
らXAへ向って変位する場合にはMR素子出力VMRが
はじめてvH以上になる点X。
It remains on even after the above point, and conversely, when moving from point Xc toward XA, point X becomes equal to or higher than vH for the first time when the MR element output VMR becomes higher than vH.

−δでスイッチ信号はオンからオフに切換わり、VMR
がVH以下になってもそのまま維持される。
At −δ, the switch signal switches from on to off, and VMR
It is maintained as it is even if it becomes below VH.

こうして任意の距離の変位の中のX±δの点だけでスイ
ッチ信号をオン・オフさせることができる。
In this way, the switch signal can be turned on and off only at points X±δ within a given distance of displacement.

前記引用の実願昭54−54277号の無接点変位検出
器では第1図と同様の構成をとり、点Xcと点XEの間
の、回転磁界の得られる領域を使用していた。
The non-contact displacement detector of Utility Model Application No. 54-54277 cited above had a configuration similar to that shown in FIG. 1, and used the region between point Xc and point XE where a rotating magnetic field could be obtained.

それはXAとX8% XFとX。の間の領域は磁界強度
が弱いためMR素子出力VMR自体に不安定なヒステリ
シス出力やバルクハウゼンノイズを発生し易く、また、
外来の雑音磁界の影響を受は易く無接点変位検出器の信
頼性を低下させることによる。
That is XA and X8% XF and X. In the region between, the magnetic field strength is weak, so unstable hysteresis output and Barkhausen noise are likely to occur in the MR element output VMR itself, and
This is because the non-contact displacement detector is easily influenced by external noise magnetic fields, reducing the reliability of the non-contact displacement detector.

そのため、これをスイッチとした無接点変位スイッチは
変位の範囲が制限され、より広い動作範囲を得るには永
久磁石2を複数個連ねて配置し、かつ駆動検出回路で複
雑な処理をすることなどが必要であった。
Therefore, the displacement range of non-contact displacement switches using this switch is limited, and in order to obtain a wider operating range, it is necessary to arrange multiple permanent magnets 2 in series and perform complicated processing with a drive detection circuit. was necessary.

それに対し、本考案の無接点変位スイッチではスイッチ
ングがおこるのはあくまでもXcとxoの間の回転磁界
の得られる領域であり、一方、XAとXB、及びXpと
Xcの間の領域は罐素子出力検出回路6のヒステリシス
特性により、IVHI以上の雑音出力がない限り何等影
響はなく、従って信頼性がそこなわれることはない。
In contrast, in the non-contact displacement switch of the present invention, switching occurs only in the region where the rotating magnetic field is obtained between Xc and xo, while the region between XA and XB and Xp and Xc is the area where the can element outputs. Due to the hysteresis characteristic of the detection circuit 6, there will be no effect unless there is a noise output higher than IVHI, and therefore reliability will not be impaired.

こうして前記引用の実願昭54−54277号の無接点
変位検出器によるものと同様の信頼性を持ち、かつより
簡単な永久磁石の構成で任意の範囲の変位を設定できる
無接点変位スイッチとなっている。
In this way, a non-contact displacement switch has the same reliability as the non-contact displacement detector of Utility Application No. 54-277 cited above, and can set displacement in any range with a simpler permanent magnet configuration. ing.

ヒステリシス■8の大きさとしてはMR素子出力vMR
自体のヒステリシス、バルクハウゼンノイズ、及び外来
雑音などの大きさよりは大きく、点Xoとx5でのMR
素子出力VMRピーク値よりは小さくなる範囲で設定す
ればよい。
The magnitude of hysteresis ■8 is MR element output vMR
The MR at points Xo and x5 is larger than its own hysteresis, Barkhausen noise, external noise, etc.
It may be set within a range smaller than the element output VMR peak value.

また、機械的振動が大きい場合には点Xo付近ではスイ
ッチがオン・オフ間でばたつくことがあるが、その場合
には2δがこの機械的振動の振幅よりも大きくなる様に
ヒステリシスV)lを設定することで、このばたつきを
なくすことができる。
In addition, if the mechanical vibration is large, the switch may fluctuate between on and off near point Xo, but in that case, the hysteresis V)l is set so that 2δ is larger than the amplitude of this mechanical vibration. By setting this, you can eliminate this flapping.

このヒステリシスを実現する手段としては、例えば第6
図aに示した回路が適している。
As a means to realize this hysteresis, for example, the sixth
The circuit shown in figure a is suitable.

これはコンパレータ61と抵抗64,65,66を使っ
たもので、入力端子62と63の間にMR素子出力VM
Rが加えられ、それに応じて端子67の電位がバイレベ
ル■。
This uses a comparator 61 and resistors 64, 65, and 66, and the MR element output VM is connected between input terminals 62 and 63.
R is added, and the potential of the terminal 67 becomes bi-level ■ accordingly.

HとローレベルV。H and low level V.

Lの間でオン・オフする。これによるヒステリシスVH
の大きさはよく知られている様に、 2vH= ” (V Ol、I V OL )r
1+r2 で与えられ、抵抗66の値r2を変化されることにより
任意の値に設定できる。
It turns on and off between L. Hysteresis VH due to this
As is well known, the size of 2vH= ” (V OL, I V OL ) r
1+r2, and can be set to any value by changing the value r2 of the resistor 66.

但し、MR素子の抵抗値がrlに対して無視できるとし
て近似している。
However, the approximation is made assuming that the resistance value of the MR element is negligible with respect to rl.

例えば第3図の■。を罐素子出力VMRのピーク値¥警
色のンこ設定する場合にはユか−にr1+r!2 なる様にr2を設定すればよい。
For example, ■ in Figure 3. When setting the peak value of the can element output VMR to the warning color, use r1+r! It is only necessary to set r2 so that it becomes 2.

但し、ここで(■0)(VOL)の値がほぼ電源電圧■
0に等しく、又■素子の供給電圧■。
However, here, the value of (■0) (VOL) is almost the power supply voltage■
0, and the supply voltage of the element.

に等しいとした。これまで使用した様に、一度動作状態
になれば全く問題なく無接点変位スイッチとして動作す
るのであるが、電源投入時にMR素子出力VMRがV8
と−VHの間になっていた場合、つまりMR素子1が点
XAやXc、又はXoに変位していた場合にはスイッチ
信号はオンになるかオフになるかは全く不明となってし
まう。
is equal to . As I have used so far, once it is in operation, it operates as a non-contact displacement switch without any problems, but when the power is turned on, the MR element output VMR is V8.
and -VH, that is, if the MR element 1 is displaced to point XA, Xc, or Xo, it is completely unclear whether the switch signal will be turned on or off.

その時には外部からオン、またはオフに設定をするか、
又は一度MR素子を変位させて点XcやXE付近を通過
させることで通常の動作状態にすることができる。
At that time, you can turn it on or off externally, or
Alternatively, by once displacing the MR element and passing around point Xc or XE, the normal operating state can be achieved.

しかし、無接点変位スイッチを実際に使用する時には電
源投入時に常に同じ変位状態(例えば点XAとかXC)
に戻っている様な使い方が多く、その場合には電源投入
と共にその変位に応じたスイッチ状態(例えば点XAな
らオフ、Xcならオン)に設定する初期設定回路7を設
けておくことで、この問題を解決することができる。
However, when actually using a non-contact displacement switch, the displacement state is always the same (for example, point XA or XC) when the power is turned on.
In many cases, when the power is turned on, an initial setting circuit 7 is provided that sets the switch state according to the displacement (for example, off for point XA and on for point Xc). be able to solve problems.

その様な初期設定回路を構成するには例えば第6図すの
回路を使って端子68を第6図aの入力端子62と63
のどちらか一方に接続するだけでよい。
To configure such an initial setting circuit, for example, use the circuit shown in FIG.
You only need to connect to either one.

つまり、電源投入0 と共に入力端子62,63はほぼ了の電位になるのに対
し、接点69の電位はそれにおくれでゆっくりと上昇す
るため1、入力端子62.63の内、端子68に接続さ
れた方はダイオード70を通して電位が下がることにな
る。
In other words, when the power is turned on, the input terminals 62 and 63 reach almost the full potential, but the potential of the contact 69 rises slowly after that time. In the other case, the potential will drop through the diode 70.

こうして端子68を入力端子62の接続すれば端子67
は電源投入と共にバイレベルV。
If the terminal 68 is connected to the input terminal 62 in this way, the terminal 67
becomes bi-level V when the power is turned on.

Hに初期設定でき、入力端子63に接続すればローレベ
ルVOLに初期設定することができる。
It can be initialized to H, and if connected to the input terminal 63, it can be initialized to low level VOL.

更に、電源投入から一定時間たてば接点69の電位は■
Furthermore, after a certain period of time has elapsed since the power was turned on, the potential of contact 69 becomes ■
.

になって入力端子62と63の電位鬼との高低が逆転す
るため、グイオード70により、第6図すの初期設定回
路は第6図aのMR素子出力検出回路から分離され、何
等影響を与えない。
, the potentials of the input terminals 62 and 63 are reversed, so the initial setting circuit shown in FIG. 6 is separated from the MR element output detection circuit shown in FIG. do not have.

ここで永久磁石2として第1図に示したものはあくまで
も一例であって、永久磁石す訳素子との相対的変位に伴
なって磁界の方向が回転していく様に磁極構成されたも
のでありさえすればよい。
The permanent magnet 2 shown in FIG. 1 is just an example, and the magnetic poles are configured so that the direction of the magnetic field rotates as the permanent magnet is displaced relative to the translation element. All you have to do is have it.

例えば前記引用の実願昭54−54277号明細書及び
図面にも示しであるが、第4図aの様に対向面が矩形の
S極31とN極32になっているもの、第4図すの様に
対向面が矩形で単一の磁極、例えばN極35になってい
るもの、又は第4図Cの様に長手方向に磁化した永久磁
石38を同じ向きに並べたものでも、それぞれ変位線3
3,36.39上、すなわち、反対磁極同士の境界線上
でない領域あるいは磁極のヘリの近傍の変位線上で磁界
34,37.40の方向を回転させることができ、本考
案の無接点変位スイッチを構成できる。
For example, as shown in the specification and drawings of Utility Application No. 54-54277 cited above, the opposing surfaces are rectangular S poles 31 and N poles 32 as shown in FIG. Even if the opposing surfaces are rectangular and have a single magnetic pole, such as the N pole 35, as shown in FIG. displacement line 3
3, 36, 39, that is, the direction of the magnetic field 34, 37, 40 can be rotated in a region that is not on the boundary line between opposite magnetic poles or on the displacement line near the edge of the magnetic pole, and the non-contact displacement switch of the present invention can be rotated. Can be configured.

また、MR素子1として第2図に示したものもあくまで
も一例であり、4本のストライプ状MR膜でブリッジ構
成したものはMR素子出力VMRのオフセットの温度に
よる変化が小さいので好適であるが、4本のストライプ
状MR膜の2本、又は3本を通常の抵抗体に置換えたも
のでも同様にして無接点変位スイッチを構成できる。
Furthermore, the MR element 1 shown in FIG. 2 is just an example, and a bridge configuration of four striped MR films is preferable because the offset of the MR element output VMR changes less with temperature. A non-contact displacement switch can be constructed in the same manner by replacing two or three of the four striped MR films with ordinary resistors.

次に本考案の無接点変位スイッチを流量スイッチに応用
した例を第5図に示す。
Next, FIG. 5 shows an example in which the non-contact displacement switch of the present invention is applied to a flow rate switch.

これは流量に応じてオン・オフするスイッチ信号を出力
するものであり、流体が流れる円筒41と流入口42、
流出口43、円筒内に封入されたフロート44、それに
固定された永久磁石45、酸素子46、駆動検出回路4
7、スライド機構48、全体を保持する枠49とで構成
される。
This outputs a switch signal that turns on and off depending on the flow rate, and includes a cylinder 41 through which the fluid flows, an inlet 42,
Outlet 43, float 44 enclosed in a cylinder, permanent magnet 45 fixed thereto, oxygen element 46, drive detection circuit 4
7. It is composed of a slide mechanism 48 and a frame 49 that holds the whole.

フロート44には2つの凸起部50があり、円筒41の
内面の溝51に入り込んでフロート44と永久磁石45
が自転しない様にしている。
The float 44 has two protrusions 50 that fit into the groove 51 on the inner surface of the cylinder 41 and connect the float 44 and the permanent magnet 45.
is made so that it does not rotate.

MR素子46は第2図に示したものと同様のものであり
、第2図での基準方向27を矢印で示した。
The MR element 46 is similar to that shown in FIG. 2, and the reference direction 27 in FIG. 2 is indicated by an arrow.

この酸素子46は駆動検出回路47と共にスライド機構
48によって上下に移動し、任意の位置で固定できる。
This oxygen element 46 is moved up and down by a slide mechanism 48 together with a drive detection circuit 47, and can be fixed at any position.

永久磁石45は第4図aに示したものと同様のもので、
対向面がN極とS極に固着磁されている。
The permanent magnet 45 is similar to that shown in FIG. 4a,
Opposing surfaces are fixedly magnetized to N and S poles.

流体は円筒41中を下から上へ流れ、その流量に応じて
フロート44と永久磁石45が上下に変位する。
The fluid flows from the bottom to the top in the cylinder 41, and the float 44 and the permanent magnet 45 are displaced up and down depending on the flow rate.

円筒41内での変位の範囲を第3図に対応させると、永
久磁石45が円筒41の下端及び上端にある時がそれぞ
れ第3図のXへg Xcに対応し、又永久磁石45の上
辺53と下辺54が酸素子46の位置に達した時がそれ
ぞれXcとXEに、及び永久磁石45の中心とMR素子
46の中心が一致した時がX。
When the range of displacement within the cylinder 41 corresponds to that shown in FIG. 3, the times when the permanent magnet 45 is at the lower end and the upper end of the cylinder 41 correspond to X to g Xc in FIG. 53 and the lower side 54 reach the position of the oxygen element 46, respectively, are Xc and XE, and when the center of the permanent magnet 45 and the center of the MR element 46 coincide, is X.

に対応する。流量がゼロの時は永久磁石45は円筒41
の下端にあり、酸素子出力■MRは第3図のxAでの値
になっていて流量スイッチの出力はオフを示している。
corresponds to When the flow rate is zero, the permanent magnet 45 is the cylinder 41
The oxygen output (MR) is at the lower end of xA in FIG. 3, and the output of the flow rate switch is off.

流量が増加していくと永久磁石45は上方へ変位し、酸
素子46の位置に達すると(第3図でのx十δに相当)
スイッチ出力はオンに変化する。
As the flow rate increases, the permanent magnet 45 is displaced upward, and when it reaches the position of the oxygen element 46 (corresponding to x + δ in Figure 3)
The switch output turns on.

そして更に流量が増加して第3図でのXpやXcに相当
する位置になり、MR素子出力■MRが殆んどゼロにな
った時でも、駆動検出回路47に含まれているMR素子
出力検出回路に士VHのヒステリシス特性をつけている
ので、スイッチ出力はオン状態を維持する。
Then, even when the flow rate increases further and reaches the position corresponding to Xp and Xc in FIG. Since the detection circuit has a hysteresis characteristic of VH, the switch output remains on.

こうして、永久磁石45の磁界が回転する変位領域だけ
を使用する前記引用の実願昭54−54277号の場合
には永久磁石45の大きさく永久磁石45の上辺53と
下辺54との距離)程度の範囲でしか使えないのに対し
、本考案でMR素子出力検出回路にヒステリシス特性を
設けたことによってはるかに大きい範囲(円筒41の上
端から下端まで)で使用できる流量スイッチとなってい
る。
In this way, in the case of Utility Application No. 54-54277 cited above, in which only the displacement region in which the magnetic field of the permanent magnet 45 rotates is used, the size of the permanent magnet 45 is approximately the distance between the upper side 53 and the lower side 54 of the permanent magnet 45. However, by providing a hysteresis characteristic to the MR element output detection circuit in the present invention, the flow rate switch can be used in a much wider range (from the upper end to the lower end of the cylinder 41).

尚、ここでスライド機構48はMR素子46を上下に移
動してオン°・オフする臨界流量を任意の値に設定する
ためのものである。
The slide mechanism 48 is used to move the MR element 46 up and down to set the critical flow rate for turning it on and off to an arbitrary value.

また、この様な流量スイッチを使用する場合には一般に
電源投入時の流量はゼロであり、したがって駆動検出回
路47には電源投入と共にスイッチ出力をオフ状態にす
る初期設定回路が設けられている。
Furthermore, when such a flow rate switch is used, the flow rate is generally zero when the power is turned on, so the drive detection circuit 47 is provided with an initial setting circuit that turns off the switch output when the power is turned on.

これにより電源投入時のスイッチ出力の不定性を完全に
排除できる。
This completely eliminates uncertainty in the switch output when the power is turned on.

この流量スイッチは本考案の無接点変位スイッチの一応
用例にすぎず、この実施例の様に永久磁石が流量に応じ
て変位するのでなく、温度や圧力に応じて変位する様に
すればそのまま感温スイッチや感圧スイッチとなり、又
手で押して変位させる様にすればいわゆるキースイッチ
になる。
This flow rate switch is just one application example of the non-contact displacement switch of the present invention, and if the permanent magnet is made to displace according to temperature and pressure instead of according to the flow rate as in this embodiment, it can be easily sensed. It can be used as a temperature switch or a pressure-sensitive switch, and if it can be pressed by hand to displace it, it can be used as a so-called key switch.

更に、例えばプロパンガス、都市ガスなどの気体や、水
などの液体の単位流量毎に永久磁石が一往復する様にし
ておけば、そのスイッチ回数を計数することによってこ
の応用例とは別の型式の流量計とすることもできる。
Furthermore, if a permanent magnet is made to make one reciprocation for each unit flow rate of gas such as propane gas or city gas or liquid such as water, by counting the number of switches, it is possible to create a model different from this application example. It can also be used as a flow meter.

永久磁石の材料としてはフェライトや希土類磁石などが
利用でき、それらを所定の形状に着磁するか、または既
に着磁されているものを組合わせて本考案を実施するに
適当な磁極を構成することができる。
Ferrite, rare earth magnets, etc. can be used as the material for the permanent magnet, and they can be magnetized into a predetermined shape or used in combination with already magnetized materials to form magnetic poles suitable for carrying out the present invention. be able to.

MR素子は表面に絶縁膜を形成したシリコンやガラス、
セラミックなどの十分平滑な絶縁基板上に、鉄、ニッケ
ル、コバルトなどの単体やそれらを主成分とする合金の
MR膜を周知の蒸着、スパッター、メッキなどの薄膜形
成技術、及びレジスト処理、エツチング技術などによっ
て形成して作製される。
MR elements are made of silicon or glass with an insulating film formed on the surface.
MR films of single elements such as iron, nickel, and cobalt or alloys containing these as main components are formed on sufficiently smooth insulating substrates such as ceramics using well-known thin film formation techniques such as vapor deposition, sputtering, and plating, as well as resist processing and etching techniques. It is formed and produced by et al.

罐膜の代表的形状を挙げると膜厚が200〜1000A
1幅が数μrn、〜100μm程度のストライプ、又は
これを複数回折り返したもの、又はこうしたストライプ
をその方向が互いに06から900の間の角度をなす様
に複数個配置したものであり、それらの具体的な数値、
及び長さ等は使用する永久磁石の大きさや必要とする抵
抗値などに合わせて決定される。
Typical shapes of can membranes include membrane thicknesses of 200 to 1000A.
A stripe with a width of several μrn or ~100 μm, or a stripe folded multiple times, or a plurality of such stripes arranged so that their directions form an angle between 06 and 900 degrees. concrete numbers,
The length, etc. are determined according to the size of the permanent magnet used, the required resistance value, etc.

例えば膜厚500 A 、幅20μ九の81%NiFe
合金では前述の磁化回転に要する強度は約25エルステ
ツドであり、またシート抵抗は約40である。
For example, 81% NiFe with a film thickness of 500 A and a width of 20μ9.
For the alloy, the strength required for the aforementioned magnetization rotation is about 25 oersted, and the sheet resistance is about 40 oersted.

尚、駆動検出回路をIC作製技術によってMR膜と同一
の基板上に形成したMR素子の場合には基板としてシリ
コンを使用する。
Note that in the case of an MR element in which the drive detection circuit is formed on the same substrate as the MR film by IC manufacturing technology, silicon is used as the substrate.

駆動検出回路は■素子出力検出回路と初期設定回路以外
に、罐素子に電流を供給する回路やスイッチ信号を外部
へ出力する回路を含む。
The drive detection circuit includes, in addition to the element output detection circuit and the initial setting circuit, a circuit that supplies current to the can element and a circuit that outputs a switch signal to the outside.

また、スイッチ信号の出力形態としては通常のTTL信
号や、オープンコレクター出力をとることができる。
Furthermore, the output form of the switch signal can be a normal TTL signal or an open collector output.

更に、気体や液体の単位流量毎に1往復の相対的変位を
する様に構威した流量計の場合には駆動検出回路はそれ
らのスイッチ回数を数える計数回路を含む。
Furthermore, in the case of a flowmeter configured to perform one reciprocating relative displacement for each unit flow rate of gas or liquid, the drive detection circuit includes a counting circuit that counts the number of times these switches are made.

以上説明した様に、本考案の無接点変位スイッチは永久
磁石と■素子との相対的変位に伴ない、MR膜に作用す
る磁界が回転していく様に永久磁石の磁極を構威し、か
つMR素子出力検出回路にヒステリシス特性を持たせて
いる。
As explained above, the non-contact displacement switch of the present invention arranges the magnetic poles of the permanent magnet so that the magnetic field acting on the MR film rotates with the relative displacement between the permanent magnet and the element. In addition, the MR element output detection circuit is provided with hysteresis characteristics.

これにより、磁界の方向が回転している領域、つまり罐
膜自体のヒステリシスやバルクハウゼンノイズが生ぜず
、外来の雑音磁界の影響を受けにくい領域でスイッチを
オン・オフさせるので、チャタリングが生ぜず、また動
作点の変動はおこらず、更にそれ以外の領域でもMR膜
のヒステリシス、バルクハウゼンノイズ、外来雑音磁界
の影響を受けないので、任意の大きさの変位の範囲を持
ち、かつ誤動作がなく信頼性の高い無接点変位スイッチ
となっている。
As a result, the switch is turned on and off in a region where the direction of the magnetic field is rotating, that is, in a region where hysteresis or Barkhausen noise of the can membrane itself does not occur and is not easily affected by external noise magnetic fields, so no chattering occurs. In addition, the operating point does not change, and even in other regions it is not affected by MR membrane hysteresis, Barkhausen noise, or external noise magnetic fields, so it can have a displacement range of any size and is free from malfunctions. It is a highly reliable non-contact displacement switch.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案の構成を示す模式図、第2図は■素子を
拡大にして示す平面図、第3図は取素子出力VMRの波
形図、第4図a、 b、 cは永久磁石の他の例を示す
図、第5図は本考案の無接点変位スイッチを流量スイッ
チに応用した例を示す一部切欠き正面図、第6図aはM
R素子出力検出回路の一例を示す回路図、第6図すは初
期設定回路の一例を示す回路図である。 図において、1,46はMR素子、2,45゜72は永
久磁石、3.47は駆動検出回路、4゜34,37,4
0は永久磁石による磁界、5,33.36.39はMR
素子が相対的変位をする変位線、6は■素子出力検出回
路、7は初期設定回路、8,9,10,11は電極端子
、21は罐素子の基板、22はMR膜、27.52は罐
素子の基準信号、XA9 XB? Xcg XD?
XE? Xpt xcは変位線上の点、31.32は
永久磁石の対向面の磁極領域、35は永久磁石の対向面
、41は円筒、42は流入口、43は流出口、44は円
筒内のコマ、48はスライド機構、49は枠、50はコ
マの凸起部、51は円筒内面の溝、53.54はそれぞ
れ永久磁石の対向面の上辺と下辺、61はコンパレータ
ー、62.63は入力端子、64,65.66は抵抗、
67.68は端子、69は接点、70はダイオードを表
わす。
Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of the present invention, Figure 2 is a plan view showing an enlarged element, Figure 3 is a waveform diagram of the output VMR of the element, Figure 4 a, b, and c are permanent magnets. Figure 5 is a partially cutaway front view showing an example in which the non-contact displacement switch of the present invention is applied to a flow rate switch, and Figure 6a is a diagram showing another example of M.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of an R element output detection circuit, and FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of an initial setting circuit. In the figure, 1.46 is an MR element, 2.45°72 is a permanent magnet, 3.47 is a drive detection circuit, 4°34, 37, 4
0 is the magnetic field due to permanent magnet, 5, 33.36.39 is MR
6 is the element output detection circuit, 7 is the initial setting circuit, 8, 9, 10, 11 are electrode terminals, 21 is the substrate of the can element, 22 is the MR film, 27.52 is the reference signal of the can element, XA9 XB? Xcg XD?
XE? Xpt xc is a point on the displacement line, 31.32 is the magnetic pole area of the opposing surface of the permanent magnet, 35 is the opposing surface of the permanent magnet, 41 is the cylinder, 42 is the inlet, 43 is the outlet, 44 is the piece inside the cylinder, 48 is a slide mechanism, 49 is a frame, 50 is a convex portion of the piece, 51 is a groove on the inner surface of the cylinder, 53.54 is the upper and lower sides of the opposing surface of the permanent magnet, 61 is a comparator, and 62.63 is an input terminal. , 64, 65.66 is resistance,
67 and 68 represent terminals, 69 a contact, and 70 a diode.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 1 互いに直線的に相対的変位をする永久磁石と強磁性
磁気抵抗効果素子、及び前記相対的変位に応じて二種類
の状態をとるスイッチ信号を出力する駆動検出回路とを
含んで構成され、前記強磁性磁気抵抗効果素子の強磁性
磁気抵抗効果膜と、これに対向する前記永久磁石の対向
面とがほぼ平行であり、前記強磁性磁気抵抗効果素子は
、前記強磁性磁気抵抗効果膜に作用する磁界の方向が該
強磁性磁気抵抗効果膜の膜面内で回転するように、前記
対向面に反対磁極同士の境界が存在するときは境界上以
外の領域、単一の磁極のときはそのヘリの近傍を相対的
に変位し、前記永久磁石の強度は該永久磁石と前記強磁
性磁気抵抗効果素子とが交差する位置では前記強磁性磁
気抵抗効果膜を磁化回転させるにたる強度以上とした無
接点スイッチにおいて、前記駆動検出回路が強磁性磁気
抵抗効果素子出力のピーク値より小さい値のヒステリシ
スを持つことを特徴とする無接点変位スイッチ。 2 電源投入時には常に永久磁石と強磁性磁気抵抗効果
素子とは所定の相対的変位を行う機構を有し、駆動検出
回路には電源投入と共に前記所定の相対的変位に対応す
るスイッチ信号を出力する様に設定するための初期設定
回路が前記駆動検出回路に含まれている実用新案登録請
求の範囲第1項に記載の無接点変位スイッチ。
[Claims for Utility Model Registration] 1. A permanent magnet and a ferromagnetic magnetoresistive element that are linearly displaced relative to each other, and a drive detection circuit that outputs a switch signal that takes on two types of states depending on the relative displacement. The ferromagnetic magnetoresistive film of the ferromagnetic magnetoresistive element is substantially parallel to the opposing surface of the permanent magnet facing the ferromagnetic magnetoresistive film, and the ferromagnetic magnetoresistive element is configured to include the When a boundary between opposite magnetic poles exists on the opposing surface so that the direction of the magnetic field acting on the ferromagnetic magnetoresistive film rotates within the film plane of the ferromagnetic magnetoresistive film, a region other than on the boundary; In the case of a single magnetic pole, the vicinity of its edge is relatively displaced, and the strength of the permanent magnet magnetizes the ferromagnetic magnetoresistive film at the position where the permanent magnet and the ferromagnetic magnetoresistive element intersect. A non-contact displacement switch having a strength sufficient to rotate the switch, wherein the drive detection circuit has a hysteresis value smaller than a peak value of the output of the ferromagnetic magnetoresistive element. 2. When the power is turned on, the permanent magnet and the ferromagnetic magnetoresistive element always have a mechanism to perform a predetermined relative displacement, and the drive detection circuit outputs a switch signal corresponding to the predetermined relative displacement when the power is turned on. The non-contact displacement switch according to claim 1, wherein the drive detection circuit includes an initial setting circuit for setting the same.
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