JPS6263811A - ポテンショメ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作用 実施例 第１の実施例 第２の実施例 第３の実施例 第４の実施例 第５の実施例 発明の効果 （概要〕 永久磁石と磁気検出器を用いたポテンショメータにおい
て、 永久磁石に接続した閉磁気回路の内側にて、該磁気回路
からの漏洩磁束を磁気検出器で測定しその測定値から該
検出器の位置および移動量を検知することにより、 該ポテンショメータの測定領域を拡大し高性能化したも
のである。

〔産業上の利用分野〕

本発明はポテンショメータ、特に永久磁石と磁気検出器
を用いたポテンショメータの改善に関する。

〔従来の技術〕

永久磁石と磁気検出器を用いた従来のポテンショメータ
は、第１５図に示す如く自由空間に永久磁石１と磁気検
出器２を対向配置し、その一方が対向方向に移動するよ
うにした方式であり、永久磁石１が発生し自由空間を伝
播する磁界の強さを磁気検出器２が検知し、その対向間
隔Ｅを知ることができる。

第１６図は磁気力が８０００ｅの永久磁石１と強磁性金
属薄膜にてなる磁気抵抗検出素子を収容した磁気検出器
２とを組み合わせたポテンショメータの特性図である。

第１６図において、縦軸は第１４図に示す出力特性の素
子を収容した磁気検出器２の出力を定電流増幅器で約１
００倍に増幅した出力電圧Ｖｌ（Ｖ）　、横軸は永久磁
石１と磁気検出器２の対向距離１　（ｍｍ）、Ａは対向
距離ｌと磁気検出器２の出力電圧■、との関係を実測に
より求めた特性曲線であり、該ポテンショメータで検知
可能な距離ＡＩは、特性曲線Ａより４〜３０ｍｍ程度で
ある。

なお、磁気検出器２に収容する磁気検出素子には、コイ
ルによる誘導磁界を検出するもの、半導体のホール効果
を利用したもの、半導体の磁気抵抗を利用したもの、強
磁性金属の磁気抵抗を利用したもの等がある− そこで、パーマロイ等からなる強磁性金属の磁気抵抗を
利用した磁気検出素子は、温度変化に対し他のものより
安定であり、かつ、微小磁束の検知能力に優れるという
特徴がある。

第１４図はパーマロイからなる強磁性金属の磁気検出素
子を収容した磁気検出器２の特性であり、縦軸を出力電
圧■。（ｍＶ）、横軸を外部磁界Ω（Ｏｅ）とした第１
４図において、磁気検出器２の出力電圧ｖ０は外部磁界
Ωの極性および強さに対応しほぼ直線的である。

第１７図は磁気検出器２に収容した磁気抵抗検出素子の
一例のパターン構成を示す平面図、第１８図は前記素子
の断面図、第１９図は前記素子を収容した磁気検出器の
検出回路である。

第１７図および第１８図において、Ｓｔ等の基板３上に
形成された５ｉＯｚ等の酸化膜からなる絶縁Ｎ４の上に
、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ）等の磁性薄膜５が付着形成
されている。この磁性薄膜５は、通常のりソグラフィ技
術を用いて、つづら折りのパターンに形成される。

次いで、磁性薄膜５の長手方向に一軸磁気異方性を付与
させるために、磁界中で熱処理したのち、ＴｉやＣｒ等
からなる密着層６とＡｕの導電性薄！！！７を、一定間
隔で斜めに付着形成することで、所謂バーバーポール（
ｂａｒｔ＋ｅｒｐｏｌｅ）状のパターンが形成される。

その際、外部と導通をはかるためのリードパターン９も
同時に作成される。

最後に、半日またはボンディングにてリードフレームに
固定し、保護樹脂８を樹脂封止することにより磁気検出
器２が完成する。

このように構成された素子は、磁性薄膜５に並行に付与
された磁化Ｍの方向と導電性薄膜７を流れる電流ｉがな
す角度（θ、）が、π／４＋ｎπ（または７／４π−ｎ
π）（ｎ＝０．１）であれば、磁気抵抗ρが同じ関係に
あることに着目し、出力を増大させたものである。そし
て第１９図に示す如く、つづら折り状に形成された磁性
薄膜５の往復両方向に導電性薄膜７を斜め配設した素子
をブリフジに組み、再出力端子間の電位差を測定するこ
とで、高感度な磁気検出器が得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

永久磁石と磁気検出器を用いた従来の前記ボテンシッメ
ータにおいて、永久磁石の磁界強度は永久磁石からの距
離の二乗に反比例して減衰する。

そのため、前述した如く測定可能な距離が数１０ｒｎｍ
程度であり、該ポテンショメータの用途が限定されると
いう問題点があった。

なお、磁気記憶媒体と磁気検出器とを組み合わせたマグ
ネット・スケールが実用されているが、該スケールは磁
気検出器の移動距離を容易に検知できる反面、停止する
磁気検出素子の位置検知ができない、または停止位置検
知用に煩わしい手段を必要とする欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点の解決を目的とした本発明は、永久磁石と接
続し該永久磁石の一側方向に長さを有する閉磁気回路の
内側で、該磁気回路からの漏洩磁束を該長さ方向へ移動
可能な磁気検知器にて検知することを特徴とし、 さらには、前記磁気検知器の移動が前記閉磁気回路の一
方の辺に沿うことを特徴とした方法、並びに、少なくと
も永久磁石および該永久磁石に接続し該永久磁石の一側
方向に長さを有する磁性薄板にてなる閉磁気回路と、該
閉磁気回路の内側で該長さ方向へ移動可能な磁気検知器
とを具えたことを特徴とし、 さらには、前記閉磁気回路が前記長さ方向に２辺の並行
するＵ字形状に形成してなる磁性林料の薄板と、該Ｕ字
形状の開口部に嵌着した永久磁石とでなること、 前記閉磁気回路が一対の磁性材料の帯状薄板と、並行し
対向する該薄板の両端部それぞれに挟着した一対の永久
磁石とでなること、 前記永久磁石の磁極方向が前記閉磁気回路の長さ方向に
ほぼ一致し嵌着したこと、 前記永久磁石の磁極方向が前記閉磁気回路の長さ方向に
ほぼ直交し嵌着したこと、 前記磁気検出器が前記閉磁気回路の中心部を長さ方向に
貫通し移動可能な軸に装着してなること、前記磁気検出
器がバーバーポール型磁気抵抗素子の磁気検出素子を収
容してなること、前記磁気検出器が複数個の磁気検出素
子を収容してなることを特徴とし構成したものである。

〔作用〕

上記手段によれば、永久磁石と接続し該永久磁石の一側
方向に長さを有する閉磁気回路の内側に漏洩する漏洩磁
束、即ち永久磁石が自由空間に構成する磁界よりも永久
磁石からの離反距離に対する減衰が少ない漏洩磁束を、
該長さ方向へ移動可能な磁気検知器にて検知するため、
ポテンショメータの検知領域が拡大される。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例になるポテンショメータ
の概略を示す斜視図、第２図は該ポテンショメータを装
置に装着した要部を示す側面図、第３図は閉磁気回路の
漏洩磁束を説明するための平面図である。

第１図において、１１は永久磁石、１２は磁性材料にて
なる薄板（例えば厚さ９．４ｍｍの鉄板）、１３は例え
ば強磁性金属（パーマロイ等）の磁気抵抗を利用した磁
気検出素子を収容した磁気検出器である。

帯状の板材を０字状に折曲げしてなる薄板１２は、該Ｕ
字状の開口部に永久磁石１１を嵌着し、永久磁石１１と
薄板１２とは、永久磁石１１の一側に長さしを有する閉
磁気回路１４を構成し、閉磁気回路１４は第２図に示す
如く所要の方向と長さしとが並行するように支持される
。

永久磁石１１はＳおよびＮの磁極面が薄板１２に当接し
ており、閉磁気回路１４の内側に位置する磁気検出器１
３は、例えば第２図に示す如く支柱１６を介して台１７
に支持される。そして、閉磁気回路１４を支持する構成
部材または台１７が、長さしの方向に移動可能である。

このように構成されたポテンショメータにおいて、閉磁
気回路１４には第３図に示す如く、薄板１２には永久磁
石１１のｓｉからＮ極に向かって磁束１８が通ると共に
、閉磁気回路１４の内側には永久磁石１１から離れるに
従って弱まる漏洩磁束１９が流れるようになる。

第４図は第１図のポテンショメータに磁気力が８０００
ｅの永久磁石１１を使用し、第１４図に示す特性の磁気
検出素子を収容した磁気検出器１３にて漏洩磁束１９を
検出した出力特性図である。

第４図において、縦軸は磁気検出器１３の出力を定電流
増幅器で約１００倍に増幅した出力電圧■２（Ｖ）、横
軸は永久磁石１１と磁気検出器１３との離反距離！　（
ｍｍ）　、Ｂは実測により求めた特性曲線であり、該ポ
テンショメータで検知可能な距離１７は、特性曲線Ｂよ
り５〜９０ｍｍ程度である。

ただし、磁気検出器１３に収容した磁気検出素子は、永
久磁石１１の８８ｉに端部が当接する側の薄板１２に近
接かつ沿って移動させている。そしてかかる移動は、検
知位置以外の漏洩磁界に影響されることなく検知させる
ための配慮に基づくものであり、そのことで検知精度が
確保される。

第５図は装置に搭載した磁気検出器１３の測定系の構成
例を示す回路図である。

第５図において、２１はパーマロイの磁気抵抗を利用し
た磁気検出素子の等価回路、２２は定電流源、２３は不
平衡電圧の調整増幅回路、２４は差動増幅回路である。

定電流源２２の入力端子２５に印加する電圧■、を変え
ることで磁気検出素子２１に印加する電流Ｉが変化可能
であり、磁気検出素子２１が有するブリッジ抵抗のアン
バランスにより外部磁界と関係なく生じる不平衡電圧は
、可変抵抗Ｒによって調整することができる。そして、
磁気検出素子２１の出力は差動増幅回路２４を通って例
えば約１００倍に増幅され、出力端子２６に接続される
デジタルマルチメータやＸ−Ｙレコーダ等にて、測定お
よび記録されるようになる。

第６図は本発明の第２の実施例になるポテンショメータ
の概略を示す平面図、第７図は本発明の第３の実施例に
なるポテンショメータの概略を示す平面図、第８図は本
発明の第４の実施例になるポテンショメータの概略を示
す平面図、第９図は本発明の第５の実施例になるポテン
ショメータの概略を示す平面図、第１０図は第９図の一
方の磁性薄板を除去した側面図である。

第６図において、３Ｌ３２は永久磁石、３３．３４は磁
性材料にてなる薄板（例えば厚さ０．４　ｍ’ｍの鉄板
）、３５は例えば強磁性金属（パーマロイ等）の磁気抵
抗を利用した第１４図に示す特性の磁気検出素子を収容
した磁気検出器である。

帯状をした一対の薄板３３．３４は両端に永久磁石３１
．３２を嵌着して閉磁気回路３６を構成し、閉磁気回路
３６の内側に磁気検出器３５を配置してなる。ただし、
薄板３３．３４の端部に当接する永久磁石３１と３２の
極性は逆方向であり、閉磁気回路３６の長さＬ方向に移
動可能な磁気検出器３５は、収容した磁気検出素子が薄
板３３．３４の何れか（図は薄板３３）に近接し対向し
て移動するようになる。

このように構成し、永久磁石３１．３２の各磁気力が１
００００ｅまたは１６０００ｅであり、その間隔が２６
０ｍｍであるポテンショメータの出力特性を第１１図に
示す。

第１１図において、縦軸は磁気検出器３５の出力を定電
流増幅器で約１００倍に増幅した出力電圧Ｖ。

（Ｖ）、横軸は永久磁石３１と３２の対向中心を零とし
該零位置から磁気検出器３５までの離反距離ｌ（ｍ、ｍ
）　、Ｃは磁気力が１００００ｅである永久磁石３１゜
３２を使用したときの実測特性曲線、Ｄは磁気力が１６
０００ｅである永久磁石３１．３２を使用したときの実
測特性曲線であり、特性曲線Ｃより検知可能な距離！、
および特性曲線りより検知可能な距離ｌ、は、それぞれ
−１００〜＋１００ｍｍ程度、即ち２ＱＯｍｍの範囲と
なる。

なお、点線で示す特性曲線りは、永久磁石３１，３２の
磁気力が特性曲線Ｃのそれより高いため、特性Ｃよりも
約４５％だけ高出力になっている。

第７図において、４１．４２は永久磁石、４３．４４は
磁性材料にてなる薄板（例えば厚さＱ、４　ｍｍの鉄板
）、４５は例えば強磁性金属（パーマロイ等）の磁気抵
抗を利用した磁気検出素子を収容した磁気検出器である
。

帯状をした一対の薄板４３．４４は両端に永久磁石４１
．４２を嵌着して閉磁気回路４６を構成し、閉磁気回路
４６の内側に磁気検出器４５を配置してなる。ただし、
薄板４３．４４の端部に当接する永久磁石４１と４２の
極性は閉磁気回路４６の長さしと同じ方向であり、かつ
永久磁石４１のＳｉ（またはＮｉ）が永久磁石４１のＮ
極（またはＳ極）と対向し、閉磁気回路４６の長さし方
向に移動可能な磁気検出器４５は、収容した磁気検出素
子が薄板４３．４４の何れか（図は薄板４３）に近接し
対向して移動するようになっている。

このように構成し、永久磁石４１．４２の磁気力が１６
０００ｅでありその間隔が２６０ｍｍであるポテンショ
メータの出力特性を第１２図に示す。

第１２図において、縦軸は磁気検出器４５の出力を定電
流増幅器で約１００倍に増幅した出力電圧Ｖ＃（Ｖ）、
横軸は永久磁石４１と４２の対向中心を零とし該零位置
から磁気検出器４５までの離反距離ｉ（ｍｍ）　、Ｅは
実測により求めた特性曲線であり、該ポテンショメータ
で検出可能な距離！、は、特性曲線Ｅより±８０ｍｍ程
度であり、検出範囲は工６Ｑｍｍ以上となる。

そして、特性Ｅは特性ＣおよびＤよりも検知領域が狭く
なるが、第１１図と第１２図を比較して明らかなように
、特性Ｅのリニアリティが特性ＣおよびＤのそれより優
れている。

第８図において、５１．５２は永久磁石、５３．５４は
磁性材料にてなる薄板（例えば厚さＱ、４ｍｍの鉄板）
、５５は例えば強磁性金属（パーマロイ等）の磁気抵抗
を利用した磁気検出素子を収容した磁気検出器、５６は
磁気検出器５５を中間部に装着した可動軸である。

帯状をした一対の薄板５３．５４は、両端に永久磁石５
１．５２を嵌着し閉磁気回路５７を構成しており、閉磁
気回路５７の内側に磁気検出器５５を支持する可動軸５
６は、閉磁気回路５７の長さし方向へ移動可能である。

ただし、薄板５３．５４の端部に当接する永久磁石５１
と５２の磁極は逆方向であり、閉磁気回路５７の長さし
方向に移動可能な磁気検出器５５は、収容した磁気検出
素子が薄板５３．５４の何れか（図は薄板５３）に近接
し対向して移動するようになる。

このように構成したポテンショメータの出力特性は、第
６図に示すポテンショメータのそれと同じであるも、磁
気検出器５５の移動は磁気検出器３５より安定するため
、ばらつきが小さくなるという利点がある。

第９図および第１０図において、６１．６２．６３は永
久磁石、６４．６５は磁性材料にてなる薄板（例えば厚
さＱ、４　ｍｍの鉄板）、６６は例えば強磁性金属（パ
ーマロイ等）の磁気抵抗を利用した一対の磁気検出素子
６７．６８を並列に収容した磁気検出器、６９は磁気検
出器６６を中間部に装着した可動軸、７２は一対の永久
磁石６１の間に嵌挿し可動軸６９の摺動孔の明けられた
絶縁体、７３は一対の永久磁石６３の間に嵌挿し可動軸
６９の摺動孔の明けられた絶縁体である。

帯状をした一対のｆｌＩＦｉ６４．６５は、両端と中央
部に各一対の永久磁石６１．６２．６３を嵌着し、一対
の閉磁気回路７０と７１を直列に構成しており、磁気検
出器６６を支持する可動軸６９は、閉磁気回路７０の長
さＬ方向へ移動可能である。ただし、薄板５３．５４の
端部に磁極面が当接する一対の永久磁石６１と６３の磁
極は同方向であり、磁気検出器６６の貫通可能な対向間
隔で嵌着され閉磁気回路７０と７１に仕切る一対の永久
磁石６２は、永久磁石６１および６３と逆方向になって
いる。そして、磁気検出器６６に収容された磁気検出素
子６７．６８が薄板６４．６５の何れか（図は薄１６４
）に近接し対向して移動するようになっている。

このように構成したポテンショメータの出力特性を第１
３図により説明する。

第１３図において、縦軸は漏洩磁束密度（磁気検出器の
出力）、横軸は漏洩磁束の検出位置く磁気検出器の位置
）であり、Ｆ゛は閉磁気回路７０内で漏洩磁束を模式化
した特性、Ｇは閉磁気回路７１内で漏洩磁束を模式化し
た特性である。そこで、磁気検出素子６７の検出出力を
Ｖ、とし、磁気検出素子６８の検出出力をＶ３とすれば
、磁気検出素子６７は磁気検出素子６８より永久磁石６
１に近く配設されているため、閉磁気回路７０内の■、
と■、は、Ｖｆｆ＞Ｖｌ である。

しかし、磁気検出器６６が閉磁気回路７１内に移動する
と、磁気検出素子６７の出力■７と磁気検出素子６８の
出力Ｖ、の大小関係は逆転し、Ｖｆｆ＞Ｖｌ となる。

従って、差動増幅器を使用して■７とｖｌｌの各出力と
大小関係を検出すれば、閉磁気回路７０と７１に渡うて
移動する磁気検出器６６の移動範囲の検出が可能であり
、出力Ｖ？と■。を積算することで該ポテンショメータ
の検出出力を増大できることになる。そして、閉磁気回
路７０と７１は第８図のポテンショメータとほぼ同一の
検出可能範囲にできることにより、第５の実施例になる
ポテンショメータの検出範囲は、４００ｍｍ程度になる
。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、永久磁石と磁気検出
器とを用いたポテンショメータの検出領域が、従来の数
倍以上に拡大され高性能化され、構成が簡易であって温
度特性および検出能力に優れる該ポテンショメータの用
途を、拡大し得た効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例になるボテフシ９メータ
の概略を示す斜視図、 第２図は該ポテンショメータを装置に装着した要部を示
す側面図、 第３図は閉磁気回路の漏洩磁束を説明するための平面図
、 第４図は前記第１の実施例になるポテンショメータの出
力特性、 第５図はポテンショメータの測定系を示す回路図、 第６図は本発明の第２の実施例になるポテンショメータ
の概略を示す平面図、 第７図は本発明の第３の実施例になるポテンショメータ
の概略を示す平面図、 第８図は本発明の第４の実施例になるポテンショメータ
の概略を示す平面図、 第９図は本発明の第５の実施例になるポテンショメータ
の概略を示す平面図、 第１０図は第９図の一方の磁性薄板を除去した側面図、 第１１図は本発明の第２の実施例になるポテンショメー
タの出力特性、 第１２図は本発明の第３の実施例になるポテンショメー
タの出力特性、 第１３図は本発明の第５の実施例になるポテンショメー
タの出力特性を説明するための図、第１４図は強磁性金
属薄膜の磁気抵抗を用いた磁気検出素子の出力特性、 第１５図は永久磁石と磁気検出器を用いた従来のポテン
ショメータを説明するための斜視図、 第１６図は従来のポテンショメータの出力特性、第１７
図は磁気検出器に収容した磁気抵抗検出素子ののパター
ン構成例を示す平面図、 第１８図は前記素子の断面図、 第１９図は前記素子を収容した磁気検出器の検出回路、 である。 図中において、 １．１１．３１．３２．４１．４２．５１．５２．６１
，６２．６３は永久磁石、 ２、１３．３５，４５．６６は磁気検出器、１２、３３
．３４，４３．４４．５３．５４．６４．６５は磁性金
属の薄板、 １４．３６．４６．５７，７０．７１は閉磁気回路、５
６．６９は可動軸、 ６７．７８は磁気検出素子、 を示す。 １．４資日月の￥−１ｆ）芙方Ｕ少１にグろボテ〉ショ
メー７０剣才気図第　Ｉ　図 苓　′５　図 庖及積ノ オリでｑｔイ昏ｌの東方かσ償るグるポテンショメータ
の伜に図革４督 水亮明の第２の実施４？ｌ　１．グろボテンンヨメータ
ｊ平面口 路　ｆｌｏ Ａ烏日月の第３の実施１列１ニゲろボテンシ１メー７力
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るボテンシ１メータ／１千面目 本、銚帆の第５の大づだ伊υ１４ろボテフシ３Ｘ−タハ
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Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）永久磁石と接続し該永久磁石の一側方向に長さを
   有する閉磁気回路の内側で、該磁気回路からの漏洩磁束
   を該長さ方向へ移動可能な磁気検知器にて検知すること
   を特徴としたポテンショメータ。
2. （２）前記特許請求の範囲第１項において、前記磁気検
   知器の移動が前記閉磁気回路の一方の辺に沿うことを特
   徴としたポテンショメータ。
3. （３）少なくとも永久磁石および該永久磁石に接続し該
   永久磁石の一側方向に長さを有する磁性薄板にてなる閉
   磁気回路と、 該閉磁気回路の内側で該長さ方向へ移動可能な磁気検知
   器とを具えたことを特徴としたポテンショメータ。
4. （４）前記特許請求の範囲第３項において、前記閉磁気
   回路が前記長さ方向に２辺の並行するＵ字形状に形成し
   てなる磁性材料の薄板と、該Ｕ字形状の開口部に嵌着し
   た永久磁石とでなることを特徴としたポテンショメータ
   。
5. （５）前記特許請求の範囲第３項において、前記閉磁気
   回路が一対の磁性材料の帯状薄板と、並行し対向する該
   薄板の両端部それぞれに挟着した一対の永久磁石とでな
   ることを特徴としたポテンショメータ。
6. （６）前記特許請求の範囲第３項において、前記永久磁
   石の磁極方向が前記閉磁気回路の長さ方向にほぼ一致し
   嵌着したことを特徴とするポテンショメータ。
7. （７）前記特許請求の範囲第３項において、前記永久磁
   石の磁極方向が前記閉磁気回路の長さ方向にほぼ直交し
   嵌着したことを特徴とするポテンショメータ。
8. （８）前記特許請求の範囲第３項において、前記磁気検
   出器が前記閉磁気回路の中心部を長さ方向に貫通し移動
   可能な軸に装着してなることを特徴としたポテンショメ
   ータ。
9. （９）前記特許請求の範囲第３項において、前記磁気検
   出器が強磁性金属の磁気抵抗を利用した磁気検出素子を
   収容してなることを特徴としたポテンショメータ。
10. （１０）前記特許請求の範囲第３項において、前記磁気
    検出器が複数個の磁気検出素子を収容してなることを特
    徴としたポテンショメータ。
11. （１１）前記特許請求の範囲第８項において、前記閉磁
    気回路の中間部が前記磁気検出器の貫通可能な永久磁石
    で仕切られてなることを特徴としたポテンショメータ。