JPS637856Y2 - - Google Patents
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- JPS637856Y2 JPS637856Y2 JP12510186U JP12510186U JPS637856Y2 JP S637856 Y2 JPS637856 Y2 JP S637856Y2 JP 12510186 U JP12510186 U JP 12510186U JP 12510186 U JP12510186 U JP 12510186U JP S637856 Y2 JPS637856 Y2 JP S637856Y2
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Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
本考案は互いに直線的に相対運動をする永久磁
石と強磁性磁気抵抗効果素子とを利用した無接点
変位検出器に関するものである。無接点変位検出
器としては、永久磁石と感磁素子とを組合せ、互
いの相対的変位を感磁素子に作用する磁界の変化
として検出し、これを駆動検出回路によつて電気
信号に変換し、出力する構造のものが知られてい
る。こうした無接点変位検出器は従来の摺動抵抗
器やリードスイツチを利用したものに比し、機械
的接点を持たないので接点摩耗やチヤタリングが
無く、信頼性が高いという特徴があり、往復運動
をするピストン等の位置検出装置や、また無接点
キースイツチや近接スイツチ等の無接点スイツチ
として応用されている。更に、単に距離的な変位
を検出するだけでなく、圧力や流量や温度、歪等
の各種物理量を一旦直線的変位に変換してこの無
接点変位検出器で検出することにより、それらの
物理量の検出装置やスイツチとしても広い応用が
考えられる。
石と強磁性磁気抵抗効果素子とを利用した無接点
変位検出器に関するものである。無接点変位検出
器としては、永久磁石と感磁素子とを組合せ、互
いの相対的変位を感磁素子に作用する磁界の変化
として検出し、これを駆動検出回路によつて電気
信号に変換し、出力する構造のものが知られてい
る。こうした無接点変位検出器は従来の摺動抵抗
器やリードスイツチを利用したものに比し、機械
的接点を持たないので接点摩耗やチヤタリングが
無く、信頼性が高いという特徴があり、往復運動
をするピストン等の位置検出装置や、また無接点
キースイツチや近接スイツチ等の無接点スイツチ
として応用されている。更に、単に距離的な変位
を検出するだけでなく、圧力や流量や温度、歪等
の各種物理量を一旦直線的変位に変換してこの無
接点変位検出器で検出することにより、それらの
物理量の検出装置やスイツチとしても広い応用が
考えられる。
感磁素子としては、半導体ホール素子、半導体
磁気抵抗効果素子、強磁性磁気抵抗効果素子等が
あるが、このうち、強磁性磁気抵抗効果素子(以
下MR素子と略す)は磁界の強度や方向に応じて
電気抵抗が変化する強磁性磁気抵抗効果薄膜(以
下MR膜と略す)を主要部分として持つ磁束応答
型の感磁素子で、MR膜の膜面と平行な成分の磁
界のみに感応し、しかも感度が高く、その抵抗変
化量は一定の飽和量に達し、また、高抵抗化すれ
ば低消費電力化できる等の特徴を有している。
磁気抵抗効果素子、強磁性磁気抵抗効果素子等が
あるが、このうち、強磁性磁気抵抗効果素子(以
下MR素子と略す)は磁界の強度や方向に応じて
電気抵抗が変化する強磁性磁気抵抗効果薄膜(以
下MR膜と略す)を主要部分として持つ磁束応答
型の感磁素子で、MR膜の膜面と平行な成分の磁
界のみに感応し、しかも感度が高く、その抵抗変
化量は一定の飽和量に達し、また、高抵抗化すれ
ば低消費電力化できる等の特徴を有している。
従来、永久磁石と感磁素子を用いた無接点変位
検出器では両者が互いに直線的に変位することか
ら、両者が近付いた時に強い磁界がかかり、遠ざ
かつた時に殆んどゼロになる様に、つまり磁界の
強弱の変化を検出する様に構成されていた。しか
し、感磁素子としてMR素子を使用する場合には
磁界強度の強弱の変化を検出する方法よりも、磁
界の方向の変化を検出する方法の方がより適して
いることがわかつてきた。すなわち、MR膜の抵
抗値を磁界の強弱によつて変化させる方法では、
第1に、いわゆるバルクハウゼンノイズが生じて
抵抗値が不連続に変化したり、ヒステリシスが現
われたりして無接点変位検出器としては検出すべ
き変位量と出力との対応関係が乱れたり、またチ
ヤタリングを生ずることになる。第2に、MR膜
が磁気異方性のない分散的なものの場合や、それ
に流す電流の方向が直交する複数のMR膜で差動
構成やブリツジ構成をしたMR素子では、全体と
しての抵抗変化の効率が低下していわゆるダイナ
ミツクレンジが小さくなるので、駆動検出回路に
よつて電気信号に変換する際のSN比が本来得ら
れる値よりも低下して誤動作の可能性が増加して
しまう。第3に、MR膜は磁界に対する感度が高
いため、永久磁石が遠ざかつて磁界強度が弱くな
つている状態の時に外部からの雑音磁界が加わる
と抵抗変化をおこしてしまい、無接点変位検出器
として誤動作し易い等の欠点がある。
検出器では両者が互いに直線的に変位することか
ら、両者が近付いた時に強い磁界がかかり、遠ざ
かつた時に殆んどゼロになる様に、つまり磁界の
強弱の変化を検出する様に構成されていた。しか
し、感磁素子としてMR素子を使用する場合には
磁界強度の強弱の変化を検出する方法よりも、磁
界の方向の変化を検出する方法の方がより適して
いることがわかつてきた。すなわち、MR膜の抵
抗値を磁界の強弱によつて変化させる方法では、
第1に、いわゆるバルクハウゼンノイズが生じて
抵抗値が不連続に変化したり、ヒステリシスが現
われたりして無接点変位検出器としては検出すべ
き変位量と出力との対応関係が乱れたり、またチ
ヤタリングを生ずることになる。第2に、MR膜
が磁気異方性のない分散的なものの場合や、それ
に流す電流の方向が直交する複数のMR膜で差動
構成やブリツジ構成をしたMR素子では、全体と
しての抵抗変化の効率が低下していわゆるダイナ
ミツクレンジが小さくなるので、駆動検出回路に
よつて電気信号に変換する際のSN比が本来得ら
れる値よりも低下して誤動作の可能性が増加して
しまう。第3に、MR膜は磁界に対する感度が高
いため、永久磁石が遠ざかつて磁界強度が弱くな
つている状態の時に外部からの雑音磁界が加わる
と抵抗変化をおこしてしまい、無接点変位検出器
として誤動作し易い等の欠点がある。
一方、MR素子と永久磁石とを近接対向させて
MR素子にかかる磁界の方向を変化させている例
が実開昭51−18146号公報に示されているが、そ
こでは磁界の方向は永久磁石の対向面に垂直な面
内で回転しているのでMR膜を永久磁石の対向面
と垂直に配置せねばならず、十分な強度の磁界を
作用させることは困難である。すなわち、よく知
られている様に、永久磁石の磁極から離れるに従
い、磁界強度は急激に減少するので十分な磁界強
度を得るためにはMR膜を十分接近させなければ
ならない。しかし、MR素子は基板上にMR膜が
形成されたものであり、MR膜と平行方向の大き
さはMR膜そのものの大きさやその周辺部、外部
と電気的に接続するための電極部等によつてかな
り大きなものとなつてしまい、十分近接させるこ
とが困難である。尚、上に挙げた実開昭51−
18146号公報の第5図cには永久磁石とMR膜と
を平行に配置した例及びその出力特性が示されて
いる。しかし、その例でも磁界の方向はあくまで
も永久磁石の対向面と垂直な面内で回転してお
り、MR膜が感応する磁界の方向は決して回転し
ていない。すなわち、本考案者等が同様の構成、
配置によつて実験を行つた測定結果は第14図に
示す、上記引例公報に示された出力特性と異な
り、x=0付近では十分な出力が得られず、飽和
変化量の1/2以下であり、またヒステリシスのた
めに変位量(つまりx)と出力との対応関係がく
ずれ、バルクハウゼンノイズも生じて不連続的変
化を示している。(ここで、縦軸はMR素子の飽
和出力値で規格化した値を示す)。これは磁界の
方向の回転を検出しているのではないことによる
ものであり、x=0の付近では磁界方向がMR膜
と垂直になつていてMR膜には全く磁界が加わつ
ていないのと同じ状態になつていることによる。
つまり、その構成は単に磁界の強弱の変化を検出
しているのに他ならない。
MR素子にかかる磁界の方向を変化させている例
が実開昭51−18146号公報に示されているが、そ
こでは磁界の方向は永久磁石の対向面に垂直な面
内で回転しているのでMR膜を永久磁石の対向面
と垂直に配置せねばならず、十分な強度の磁界を
作用させることは困難である。すなわち、よく知
られている様に、永久磁石の磁極から離れるに従
い、磁界強度は急激に減少するので十分な磁界強
度を得るためにはMR膜を十分接近させなければ
ならない。しかし、MR素子は基板上にMR膜が
形成されたものであり、MR膜と平行方向の大き
さはMR膜そのものの大きさやその周辺部、外部
と電気的に接続するための電極部等によつてかな
り大きなものとなつてしまい、十分近接させるこ
とが困難である。尚、上に挙げた実開昭51−
18146号公報の第5図cには永久磁石とMR膜と
を平行に配置した例及びその出力特性が示されて
いる。しかし、その例でも磁界の方向はあくまで
も永久磁石の対向面と垂直な面内で回転してお
り、MR膜が感応する磁界の方向は決して回転し
ていない。すなわち、本考案者等が同様の構成、
配置によつて実験を行つた測定結果は第14図に
示す、上記引例公報に示された出力特性と異な
り、x=0付近では十分な出力が得られず、飽和
変化量の1/2以下であり、またヒステリシスのた
めに変位量(つまりx)と出力との対応関係がく
ずれ、バルクハウゼンノイズも生じて不連続的変
化を示している。(ここで、縦軸はMR素子の飽
和出力値で規格化した値を示す)。これは磁界の
方向の回転を検出しているのではないことによる
ものであり、x=0の付近では磁界方向がMR膜
と垂直になつていてMR膜には全く磁界が加わつ
ていないのと同じ状態になつていることによる。
つまり、その構成は単に磁界の強弱の変化を検出
しているのに他ならない。
この様に従来の無接点変位検出器では磁界の強
弱の変化を検出する様に構成されていてMR素子
に適していなかつたり、MR素子に十分な強度の
磁界を加えられなかつたりしてその特性を有効に
使えていなかつたため、本来得ることの出来る信
頼性が低下してしまつていた。
弱の変化を検出する様に構成されていてMR素子
に適していなかつたり、MR素子に十分な強度の
磁界を加えられなかつたりしてその特性を有効に
使えていなかつたため、本来得ることの出来る信
頼性が低下してしまつていた。
本考案の目的は上記欠点を解決してMR素子を
利用した信頼性の高い無接点変位検出器を提供す
ることにある。すなわち、本考案は互いに直線的
に相対的変位をする永久磁石とMR素子、及び駆
動検出回路とを含んで構成され、MR膜に作用す
る磁界はその強度をMR膜の磁化回転に要する強
度以上に保ちながら、MR素子と永久磁石との相
対的変位に伴ない前記磁界の方向がMR素子に対
向する永久磁石の対向面と平行な面内で回転して
いく様に、永久磁石の対向面は、両者の相対的変
位の方向と平行なある仮想的な線にほぼ45度で交
互に交わる波型状又は鋸歯状によつて2つの領域
に分け、該領域それぞれの全部又は前記境界線近
傍を除いた部分を互いに反対の磁極とし、更に
MR膜の膜面及び永久磁石の対向面及び相対的変
位の方向がすべてほぼ平行になるように配置した
ことを特徴としている。
利用した信頼性の高い無接点変位検出器を提供す
ることにある。すなわち、本考案は互いに直線的
に相対的変位をする永久磁石とMR素子、及び駆
動検出回路とを含んで構成され、MR膜に作用す
る磁界はその強度をMR膜の磁化回転に要する強
度以上に保ちながら、MR素子と永久磁石との相
対的変位に伴ない前記磁界の方向がMR素子に対
向する永久磁石の対向面と平行な面内で回転して
いく様に、永久磁石の対向面は、両者の相対的変
位の方向と平行なある仮想的な線にほぼ45度で交
互に交わる波型状又は鋸歯状によつて2つの領域
に分け、該領域それぞれの全部又は前記境界線近
傍を除いた部分を互いに反対の磁極とし、更に
MR膜の膜面及び永久磁石の対向面及び相対的変
位の方向がすべてほぼ平行になるように配置した
ことを特徴としている。
以下本考案を図面に従つて詳細に説明する。第
1図a及びbは本考案の無接点変位検出器の基本
構成を模式的に示したものである。これは基本的
にはMR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
た電気信号を出力するものである。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MR素子1がx方向に変位する
として説明する。
1図a及びbは本考案の無接点変位検出器の基本
構成を模式的に示したものである。これは基本的
にはMR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
た電気信号を出力するものである。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MR素子1がx方向に変位する
として説明する。
MR素子1は基板6上に主要部分をなすMR膜
7と、駆動検出回路3へ接続するための電極端子
8が形成されているのである。MR素子1の抵抗
値、すなわちMR膜7の抵抗値Rはそれを流れる
電流Iの方向とその磁化Mの方向との間の角度θ
によつて変化し、良く知られている様に、 R=R0−ΔRsSin2θ …(1) と表わすことができる。ここでR0は電流Iの方
向と磁化Mの方向とが平行になつた時の抵抗値で
あり、ΔRsは抵抗変化量の飽和値である。MR素
子1は永久磁石2と接触せずにx方向に変位線5
上を変化する。永久磁石2は後に述べる様に磁極
を構成することにより、MR素子1に対向する対
向面と平行な面の磁界成分4(以下これを面内成
分磁界ということにする)の方向が変位線5に沿
つて回転する様にしておく。駆動検出回路3は
MR素子1すなわちMR膜7に電流Iを供給し、
その抵抗値Rの変化をそれに応じた電気信号に変
換し、必要であれば更に適当な信号処理を施して
出力する回路である。
7と、駆動検出回路3へ接続するための電極端子
8が形成されているのである。MR素子1の抵抗
値、すなわちMR膜7の抵抗値Rはそれを流れる
電流Iの方向とその磁化Mの方向との間の角度θ
によつて変化し、良く知られている様に、 R=R0−ΔRsSin2θ …(1) と表わすことができる。ここでR0は電流Iの方
向と磁化Mの方向とが平行になつた時の抵抗値で
あり、ΔRsは抵抗変化量の飽和値である。MR素
子1は永久磁石2と接触せずにx方向に変位線5
上を変化する。永久磁石2は後に述べる様に磁極
を構成することにより、MR素子1に対向する対
向面と平行な面の磁界成分4(以下これを面内成
分磁界ということにする)の方向が変位線5に沿
つて回転する様にしておく。駆動検出回路3は
MR素子1すなわちMR膜7に電流Iを供給し、
その抵抗値Rの変化をそれに応じた電気信号に変
換し、必要であれば更に適当な信号処理を施して
出力する回路である。
次にこの無接点変位検出器の動作を説明する。
永久磁石による磁界の強度は距離の2乗から3乗
に反比例して減衰し、特に減少変位を検出する様
な場合には反対磁極間の距離を小さくしなければ
ならないので磁界強度はよけい小さくなつてしま
う。一方MR素子1は図に示す如く、MR膜7が
基板6上に形成されたものであり、永久磁石2の
対向面に対してMR膜7が垂直になる様に配置す
るよりも、平行になる様に配置する方がより近接
できることは明らかである。MR膜7と永久磁石
2の対向面とを近接するのに必ずしも両者を完全
に平行にする必要はないのであるが、ここでは簡
単のため、完全に平行としておく。
永久磁石による磁界の強度は距離の2乗から3乗
に反比例して減衰し、特に減少変位を検出する様
な場合には反対磁極間の距離を小さくしなければ
ならないので磁界強度はよけい小さくなつてしま
う。一方MR素子1は図に示す如く、MR膜7が
基板6上に形成されたものであり、永久磁石2の
対向面に対してMR膜7が垂直になる様に配置す
るよりも、平行になる様に配置する方がより近接
できることは明らかである。MR膜7と永久磁石
2の対向面とを近接するのに必ずしも両者を完全
に平行にする必要はないのであるが、ここでは簡
単のため、完全に平行としておく。
MR素子1が変位線5上を変位すると、MR膜
7に作用する面内成分磁界4の方向はその変位に
応じて回転する如く変化する。MR膜7の磁化M
を変化させるのはMR膜7と平行な成分の磁界だ
けで、それに垂直な成分は全く寄与しない。この
例では面内成分磁界4はMR膜7と平行になつて
いるので、面内成分磁界4そのものがMR膜7の
磁化Mの変化に寄与する。こうして面内成分磁界
4がMR膜7の磁化Mを回転させるのに要する強
度以上でありさえすれば、磁化Mの方向は面内成
分磁界4の方向の変化に追随する。ここでMR膜
7の磁化Mの回転に要する強度とは磁界の回転に
伴つて磁化Mがなめらかに回転するために必要な
強度のことであり、MR膜7の材質、膜厚や幅に
よつて異なるが、磁界を電流方向にかけた場合
と、電流に直交する方向にかけた場合の抵抗値の
差が飽和変化量ΔRsの70%程度になる強度であれ
ば十分である。MR素子1が変位線5上を動くと
その変位に応じて磁化Mの方向と電流Iの方向と
の間の角度θが変化し、抵抗値Rが角度θについ
て180度を周期として変化する。この時、MR膜
7の磁化Mの方向の変化も磁化回転でおこるた
め、いわゆるバルクハウゼンノイズは発生せず、
抵抗値Rは変位に応じて連続的になめらかに変化
する。またMR素子1の変位に応じた角度θが0
度から90度まで、つまり電流Iの方向と磁化Mの
方向とが平行から垂直まで変化する間に、抵抗値
Rは少なくとも飽和変化量ΔRsの70%以上に達
し、しかも磁気異方性の有無によらない。つま
り、分散的なMR膜でも、また互いに電流方向が
直交する複数のMR膜で差動構成やブリツジ構成
をしたMR素子の場合でも、単に磁界の強弱の変
化を利用する場合(この場合には弱い磁界の時、
それぞれのMR素子内には多くの磁区が出来、そ
のため外部からの強い磁場によつて単磁区形にそ
ろつた状態より抵抗変化が小さい。)よりも大き
く抵抗変化させることができる。更に、MR膜7
には常に磁化回転に要する強度以上の磁界がかか
つているため、外部から小さな雑音磁界が加わつ
ても抵抗値Rへの影響は受けにくい。本発明によ
る無接点変位検出器は相対運動に伴うこの様な
MR素子1の抵抗値Rの変化の大きさや変化の周
期の回数を駆動検出回路3で検出し、対応する電
気信号に変換して出力するものであるから、従来
の同種変位検出器に比し、MR素子1の抵抗値R
が連続的になめらかに変化し、かつ変化量を大き
く利用できる構成となつていてダイナミツクレン
ジが大きいのでSN比が高く、しかも雑音磁界の
影響を受けにくいので、チヤタリングが無くより
誤動作の少ない無接点変位検出器となつている。
これはより強い磁界でMR膜の磁化Mをなめらか
に回転させる様に面内成分磁界の方向を回転する
如く変化させているためであり、後述の様に永久
磁石2の磁極を構成し、MR素子1をそれに合わ
せて配置することにより実現できるのである。
7に作用する面内成分磁界4の方向はその変位に
応じて回転する如く変化する。MR膜7の磁化M
を変化させるのはMR膜7と平行な成分の磁界だ
けで、それに垂直な成分は全く寄与しない。この
例では面内成分磁界4はMR膜7と平行になつて
いるので、面内成分磁界4そのものがMR膜7の
磁化Mの変化に寄与する。こうして面内成分磁界
4がMR膜7の磁化Mを回転させるのに要する強
度以上でありさえすれば、磁化Mの方向は面内成
分磁界4の方向の変化に追随する。ここでMR膜
7の磁化Mの回転に要する強度とは磁界の回転に
伴つて磁化Mがなめらかに回転するために必要な
強度のことであり、MR膜7の材質、膜厚や幅に
よつて異なるが、磁界を電流方向にかけた場合
と、電流に直交する方向にかけた場合の抵抗値の
差が飽和変化量ΔRsの70%程度になる強度であれ
ば十分である。MR素子1が変位線5上を動くと
その変位に応じて磁化Mの方向と電流Iの方向と
の間の角度θが変化し、抵抗値Rが角度θについ
て180度を周期として変化する。この時、MR膜
7の磁化Mの方向の変化も磁化回転でおこるた
め、いわゆるバルクハウゼンノイズは発生せず、
抵抗値Rは変位に応じて連続的になめらかに変化
する。またMR素子1の変位に応じた角度θが0
度から90度まで、つまり電流Iの方向と磁化Mの
方向とが平行から垂直まで変化する間に、抵抗値
Rは少なくとも飽和変化量ΔRsの70%以上に達
し、しかも磁気異方性の有無によらない。つま
り、分散的なMR膜でも、また互いに電流方向が
直交する複数のMR膜で差動構成やブリツジ構成
をしたMR素子の場合でも、単に磁界の強弱の変
化を利用する場合(この場合には弱い磁界の時、
それぞれのMR素子内には多くの磁区が出来、そ
のため外部からの強い磁場によつて単磁区形にそ
ろつた状態より抵抗変化が小さい。)よりも大き
く抵抗変化させることができる。更に、MR膜7
には常に磁化回転に要する強度以上の磁界がかか
つているため、外部から小さな雑音磁界が加わつ
ても抵抗値Rへの影響は受けにくい。本発明によ
る無接点変位検出器は相対運動に伴うこの様な
MR素子1の抵抗値Rの変化の大きさや変化の周
期の回数を駆動検出回路3で検出し、対応する電
気信号に変換して出力するものであるから、従来
の同種変位検出器に比し、MR素子1の抵抗値R
が連続的になめらかに変化し、かつ変化量を大き
く利用できる構成となつていてダイナミツクレン
ジが大きいのでSN比が高く、しかも雑音磁界の
影響を受けにくいので、チヤタリングが無くより
誤動作の少ない無接点変位検出器となつている。
これはより強い磁界でMR膜の磁化Mをなめらか
に回転させる様に面内成分磁界の方向を回転する
如く変化させているためであり、後述の様に永久
磁石2の磁極を構成し、MR素子1をそれに合わ
せて配置することにより実現できるのである。
尚、検出しようとする変位の大きさが比較的小
さい場合には磁化Mと電流Iとの間の角度θが0
度から90度まで変化する様にしておけば変化の量
と抵抗値の変化量とは1対1に対応するので駆動
検出回路での電気信号への変換はより簡単にでき
る。
さい場合には磁化Mと電流Iとの間の角度θが0
度から90度まで変化する様にしておけば変化の量
と抵抗値の変化量とは1対1に対応するので駆動
検出回路での電気信号への変換はより簡単にでき
る。
また、上記の説明で面内成分磁界4の方向が変
位線5に沿つて回転するとしたが、ここでいる回
転とは必ずしも同方向へずつと回転していくこと
だけではなく。ある角度の範囲ではなめらかに振
動する様に変化していくことも含たものであり、
MR素子への効果は全く同様である。
位線5に沿つて回転するとしたが、ここでいる回
転とは必ずしも同方向へずつと回転していくこと
だけではなく。ある角度の範囲ではなめらかに振
動する様に変化していくことも含たものであり、
MR素子への効果は全く同様である。
更に、以上の説明では簡単のためMR膜との対
向面とが完全に平行であるとしてきたが、面内成
分磁界の方向が回転していく様にしていると、両
者が互いにほぼ平行、すなわち±30℃以内程度の
傾きなら、磁界強度さえ十分であればMR膜の磁
化を回転させることができる。従つて空間的制約
等で両者を平行に配置できない場合でも、磁界強
度はある程度減少するのであるが、同様にして誤
動作のより少ない無接点変位検出器を構成するこ
とができる。もちろんMR膜と永久磁石の対向面
とを平行にした場合に両者を最も近接できてより
効果的であることはいうまでもない。
向面とが完全に平行であるとしてきたが、面内成
分磁界の方向が回転していく様にしていると、両
者が互いにほぼ平行、すなわち±30℃以内程度の
傾きなら、磁界強度さえ十分であればMR膜の磁
化を回転させることができる。従つて空間的制約
等で両者を平行に配置できない場合でも、磁界強
度はある程度減少するのであるが、同様にして誤
動作のより少ない無接点変位検出器を構成するこ
とができる。もちろんMR膜と永久磁石の対向面
とを平行にした場合に両者を最も近接できてより
効果的であることはいうまでもない。
次に、面内成分磁界の方向がMR素子の変位線
に沿つて回転する様にするための永久磁石の磁極
の構成について述べる。一般に永久磁石からの磁
界は対向面の辺や、対向面上の反対磁極間の境界
線に直交する方向になつている。従つてMR素子
の変位線の近傍で対向面の辺や境界線の方向が90
度程度変わる様に磁極を構成し、変位線を設定す
ることにより、面内成分磁界の方向を回転させる
ことができる。
に沿つて回転する様にするための永久磁石の磁極
の構成について述べる。一般に永久磁石からの磁
界は対向面の辺や、対向面上の反対磁極間の境界
線に直交する方向になつている。従つてMR素子
の変位線の近傍で対向面の辺や境界線の方向が90
度程度変わる様に磁極を構成し、変位線を設定す
ることにより、面内成分磁界の方向を回転させる
ことができる。
第2図は本考案の実施例ではaは平面図でbは
斜視図である。MR素子31と永久磁石32との
相対的変位の方向はx軸方向にとる。MR素子3
1に対向する永久磁石32の対向面はx軸方向の
仮想的な線40に45度で交互に交わる波型状の境
界線37によつて2つの領域35、36に分けら
れており、その一方がN極、他方がS極になつて
いる。これはMR膜39が変位する変位線33の
近傍で、境界線37の方向が90度ずつ変わる様に
したものであり、面内成分磁界34は図の様にな
る。
斜視図である。MR素子31と永久磁石32との
相対的変位の方向はx軸方向にとる。MR素子3
1に対向する永久磁石32の対向面はx軸方向の
仮想的な線40に45度で交互に交わる波型状の境
界線37によつて2つの領域35、36に分けら
れており、その一方がN極、他方がS極になつて
いる。これはMR膜39が変位する変位線33の
近傍で、境界線37の方向が90度ずつ変わる様に
したものであり、面内成分磁界34は図の様にな
る。
こうしてMR膜39の中心がこの変位線33上
を変位すれば面内成分磁界34の方向は点33A
から点33Dまでほぼ90度の振幅でなめらかに振
動する様に2周期変化し、MR膜39の抵抗値も
連続的になめらかに変化する。特にMR膜39の
電流方向がx軸の方向に対して45度になる様にす
れば抵抗変化量を最も大きくすることができてよ
り効果的である。ここで境界線37に沿つて部分
を磁化させていない領域としても磁界の分布はほ
ぼ同等である。又面内成分磁界34の方向を単に
90度だけ回転させる場合には永久磁石32は2本
の点線38で挟まれた部分だけでよく、点33B
から点33Cまでを変位させればよい。境界線3
7はこの様な波型状でなく、鋸歯状であつても面
内成分磁界34の方向変化は同等であり、それぞ
れの形状によつて相対的変位の大きさと面内成分
磁界の方向の変化との対応関係を制御できるので
必要に応じて適当に設定すればよい。
を変位すれば面内成分磁界34の方向は点33A
から点33Dまでほぼ90度の振幅でなめらかに振
動する様に2周期変化し、MR膜39の抵抗値も
連続的になめらかに変化する。特にMR膜39の
電流方向がx軸の方向に対して45度になる様にす
れば抵抗変化量を最も大きくすることができてよ
り効果的である。ここで境界線37に沿つて部分
を磁化させていない領域としても磁界の分布はほ
ぼ同等である。又面内成分磁界34の方向を単に
90度だけ回転させる場合には永久磁石32は2本
の点線38で挟まれた部分だけでよく、点33B
から点33Cまでを変位させればよい。境界線3
7はこの様な波型状でなく、鋸歯状であつても面
内成分磁界34の方向変化は同等であり、それぞ
れの形状によつて相対的変位の大きさと面内成分
磁界の方向の変化との対応関係を制御できるので
必要に応じて適当に設定すればよい。
こうして、永久磁石の対向面と平行な面内で磁
界の方向が回転していく様に永久磁石の磁極を構
成したことにより、MR素子のMR膜を永久磁石
の対向面と平行に、しかも磁界の方向が回転して
いく様に、つまり言いかえると、磁界強度が均一
でより強い回転磁界をかけられる様になつたた
め、MR素子出力はヒステリシスやバルクハウゼ
ンノイズが全くなく、なめらかで最大限の変化を
するので、無接点変位検出器の信頼性を極めて高
くしている。
界の方向が回転していく様に永久磁石の磁極を構
成したことにより、MR素子のMR膜を永久磁石
の対向面と平行に、しかも磁界の方向が回転して
いく様に、つまり言いかえると、磁界強度が均一
でより強い回転磁界をかけられる様になつたた
め、MR素子出力はヒステリシスやバルクハウゼ
ンノイズが全くなく、なめらかで最大限の変化を
するので、無接点変位検出器の信頼性を極めて高
くしている。
本考案の無接点変位検出器は手による永久磁石
の変位を検出することによれば無接点キースイツ
チに応用でき、またこれを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ツチや感圧ス
イツチとすることができる。又例えばプロパン、
都市ガス等の気体や水等の液体の単位流量毎に永
久磁石が1往復変位する様にしてその回数をデジ
タル的に計数することにより流量計とすることも
でき、また流量や温度や圧力等を変位の大きさに
対応させてその変位量をアナログ的に検出し、そ
の大きさを表わす電気信号に変換して出力するこ
とでそれらを測定するメーターも容易に構成する
ことができる。
の変位を検出することによれば無接点キースイツ
チに応用でき、またこれを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ツチや感圧ス
イツチとすることができる。又例えばプロパン、
都市ガス等の気体や水等の液体の単位流量毎に永
久磁石が1往復変位する様にしてその回数をデジ
タル的に計数することにより流量計とすることも
でき、また流量や温度や圧力等を変位の大きさに
対応させてその変位量をアナログ的に検出し、そ
の大きさを表わす電気信号に変換して出力するこ
とでそれらを測定するメーターも容易に構成する
ことができる。
永久磁石の材料としてはフエライトや希土類磁
石等が利用でき、それらを所定の形状に着磁する
か、又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。MR素子は表面に絶縁膜を形成したシリコ
ンやガラスやセラミツクの様な十分平滑な絶縁基
板上に、鉄、ニツケル、コバルト等の単体やそれ
らを主成分とする合金のMR膜を周知の蒸着、ス
パツター、メツキ等の薄膜形成技術、又はレジス
ト処理及びエツチング技術等によつて形成した作
製される。MR膜の代表的な形状を挙げると、膜
厚が200〜1000Å、幅が数um〜100um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0度から
90度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等に合
わせて決定される。尚、駆動検出回路がIC作製
技術によつてMR膜と同一基板上に形成された
MR素子の場合には基板はシリコンを使用する。
駆動検出回路はMR素子に電流を供給する部分と
MR素子の抵抗変化を検出する部分とこれを適当
に処理して永久磁石とMR素子の相対的変位の大
きさに対応した電気信号を出力する部分とを有す
る。最も簡単な例はMR素子の抵抗値に比例した
電圧又は電流を出力するアナログ信号出力の場合
で、MR素子に一定の電圧又は電流を供給する電
源部とMR素子のMR膜の両端の電圧又は電流の
変化を検出し増幅する増幅器とで構成される。別
の例としては永久磁石とMR素子との相対的変位
をある点を境としてデジタル的に出力する場合が
あり、MR膜の抵抗変化というアナログ信号をあ
らかじめ設定した値と比較する比較回路が駆動検
出回路に含まれる。更に上で述べたアナログ信号
出力の場合にこれをアナログーデジタル変換を行
つて2進コードやBCDコード等のパルス列で出
力することもでき、この時には周知のアナログー
デジタル変換回路が含まれる。又、MR素子の抵
抗の周期的変化の回数を検出する場合や、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
に構成した流量計の場合には、駆動検出回路はそ
れらの回数を数える計数回路を含む。
石等が利用でき、それらを所定の形状に着磁する
か、又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。MR素子は表面に絶縁膜を形成したシリコ
ンやガラスやセラミツクの様な十分平滑な絶縁基
板上に、鉄、ニツケル、コバルト等の単体やそれ
らを主成分とする合金のMR膜を周知の蒸着、ス
パツター、メツキ等の薄膜形成技術、又はレジス
ト処理及びエツチング技術等によつて形成した作
製される。MR膜の代表的な形状を挙げると、膜
厚が200〜1000Å、幅が数um〜100um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0度から
90度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等に合
わせて決定される。尚、駆動検出回路がIC作製
技術によつてMR膜と同一基板上に形成された
MR素子の場合には基板はシリコンを使用する。
駆動検出回路はMR素子に電流を供給する部分と
MR素子の抵抗変化を検出する部分とこれを適当
に処理して永久磁石とMR素子の相対的変位の大
きさに対応した電気信号を出力する部分とを有す
る。最も簡単な例はMR素子の抵抗値に比例した
電圧又は電流を出力するアナログ信号出力の場合
で、MR素子に一定の電圧又は電流を供給する電
源部とMR素子のMR膜の両端の電圧又は電流の
変化を検出し増幅する増幅器とで構成される。別
の例としては永久磁石とMR素子との相対的変位
をある点を境としてデジタル的に出力する場合が
あり、MR膜の抵抗変化というアナログ信号をあ
らかじめ設定した値と比較する比較回路が駆動検
出回路に含まれる。更に上で述べたアナログ信号
出力の場合にこれをアナログーデジタル変換を行
つて2進コードやBCDコード等のパルス列で出
力することもでき、この時には周知のアナログー
デジタル変換回路が含まれる。又、MR素子の抵
抗の周期的変化の回数を検出する場合や、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
に構成した流量計の場合には、駆動検出回路はそ
れらの回数を数える計数回路を含む。
以上説明した様に、考案によればMR膜の抵抗
変化は連続的でなめらかであり、又磁気異方性の
有無によらず大きな抵抗変化量が得られ、しかも
より強い強度の磁界が常にかかつているので雑音
磁界の影響を受けにくく、チヤタリングや誤動作
がない、より信頼性の高い無接点変位検出器を提
供できる。
変化は連続的でなめらかであり、又磁気異方性の
有無によらず大きな抵抗変化量が得られ、しかも
より強い強度の磁界が常にかかつているので雑音
磁界の影響を受けにくく、チヤタリングや誤動作
がない、より信頼性の高い無接点変位検出器を提
供できる。
第1図は本考案の無接点変位検出器の基本構成
を示した模式図でaは平面図、bは斜視図、第2
図は本考案の実施例を示す図でaは平面図、bは
斜視図である。 図において、1,31はMR素子、2,32は
永久磁石、3,は駆動検出回路、5,33は変位
線、6はMR素子の基板、8は電極端子、33
A,33B,33C,33Dは変位線上の点、
4,34は面内成分磁界、35,36は永久磁石
の対向面上の領域、37は永久磁石の対向面上の
領域の境界線、40はMR素子と永久磁石との相
対的変位の方向と平行な仮想的な線、38は永久
磁石の1部分を示す点線、7,39はMR膜を表
す。
を示した模式図でaは平面図、bは斜視図、第2
図は本考案の実施例を示す図でaは平面図、bは
斜視図である。 図において、1,31はMR素子、2,32は
永久磁石、3,は駆動検出回路、5,33は変位
線、6はMR素子の基板、8は電極端子、33
A,33B,33C,33Dは変位線上の点、
4,34は面内成分磁界、35,36は永久磁石
の対向面上の領域、37は永久磁石の対向面上の
領域の境界線、40はMR素子と永久磁石との相
対的変位の方向と平行な仮想的な線、38は永久
磁石の1部分を示す点線、7,39はMR膜を表
す。
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
を電気信号として出力する駆動検出回路とを含
んで構成された無接点変位検出器において、前
記永久磁石によつて前記強磁性磁気抵抗効果素
子の強磁性磁気抵抗効果薄膜に作用する磁界の
強度を該強磁性磁気抵抗効果薄膜の磁化回転に
要する強度以上に保ちながら、かつ前記相対的
変位に伴い前記磁界の方向が前記強磁性磁気抵
抗効果薄膜に対向する前記永久磁石の対向面に
平行な面内で回転する様に、前記永久磁石の対
向面は、両者の相対的変位の方向と平行なある
仮想的な線にほぼ45度で交互に交わる波型状又
は鋸歯状の境界線によつて2つの領域に分け、
該領域それぞれの全部又は前記境界線近傍を除
いた部分を互いに反対の磁極とし、更に前記強
磁性磁気抵抗効果薄膜の膜面及び前記永久磁石
の対向面及び前記相対的変位の方向がすべてほ
ぼ平行になるように配置したことを特徴とする
無接点変位検出器。 2 強磁性磁気抵抗効果薄膜を流れる電流の方向
と、相対的変位の方向とがほぼ45度になる様に
強磁性磁気抵抗効果素子を配置した実用新案登
録請求の範囲第1項に記載の無接点変位検出
器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12510186U JPS637856Y2 (ja) | 1986-08-15 | 1986-08-15 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12510186U JPS637856Y2 (ja) | 1986-08-15 | 1986-08-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6296517U JPS6296517U (ja) | 1987-06-19 |
JPS637856Y2 true JPS637856Y2 (ja) | 1988-03-08 |
Family
ID=31017713
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12510186U Expired JPS637856Y2 (ja) | 1986-08-15 | 1986-08-15 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS637856Y2 (ja) |
-
1986
- 1986-08-15 JP JP12510186U patent/JPS637856Y2/ja not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6296517U (ja) | 1987-06-19 |
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