JPH0353731B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、強磁性体磁気抵抗素子（MR素子）
を用いた磁気近接スイツチ装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、位置出し装置とか検出装置の主要部とし
て利用されている近接スイツチ装置としては、リ
ードスイツチ型、高周波発振型、静電容量型、そ
して光スイツチ型等がある。

これらの装置は、以下の長所および短所を持つ
ている。リードスイツチ型は、構造が簡単である
と共に安価であるが、有接点構造であるため、外
部から作用する振動とか衝撃に弱く、時としてチ
ヤタリングを起こすことがあり、安定性に欠け
る。

高周波発振型は、あらゆる金属体を極めて高い
精度で検出することが出来ると共に検出動作が安
定しているため、現在最も多く使用されているが
高価であると共に小型化に限界がある。

静電容量型は、金属に限らずあらゆる物体を検
出することができるが、スイツチ装置を構成する
ための必要構成部品数が多く、大型で高価となら
ざるを得ない。

そして光スイツチ型のものは、比較的大きな検
出距離範囲を得ることが出来ると共に被検出物ま
での距離を正確に検出することが出来る反面、埃
等の汚れの付着によつて検出動作が不能となると
いう動作機能上の致命的な欠点を持つていると共
に、装置全体が大型となり価格も高い。

こうした多くの欠点を持つ従来装置に鑑み、本
出願人は、先に第１１図に示す磁気近接スイツチ
装置を出願した。これは、筒形状の第一永久磁石
６と第二永久磁石７とを異極を対向位置させると
共に両者の間にスペーサー８を位置させて磁石体
１を構成し、その内部にバイアス磁石３と磁気抵
抗素子体（MR素子体２）との一体物、を中心軸
を同一にして組付けたものである。

この装置は、従来装置が持つ多くの欠点を解決
し、高周波発振型に匹敵するほどの安定した性能
を発揮すると共に、小型でしかも安価に製造出来
るという優れた効果を有する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、この装置にも解決すべき問題点があ
る。それは、第１１図に示すように、検出体５以
外の磁性体が周囲に存在することによつて磁束分
布が乱れ、あらかじめ設定されていた検出体５と
の距離である検出距離に狂いが生じることであ
る。従つて、第１２図に示すように周囲に磁性体
が存在するような場合、組付け中あるいは組付け
後、あらたに検出距離を設定しなければならない
ことになる。この検出距離の設定は、バイアス磁
石３とMR素子体２との一体物を、磁石体１に対
して軸方向に前進あるいは後退移動させると共
に、それに応じて磁石体１を組付け部分から前進
あるいは後退させなければならないという面倒な
ものである。

こうした問題を解決するために、磁石体１と、
バイアス磁石３およびMR素子体２との一体物
（以下、これを磁気回路体１０という）を安価な
鉄製のシールド材で覆つて磁気シールドする方法
も考えられる。しかし、鉄製のシールド材は保磁
力が大きいため、外部から強磁界が印加された場
合、シールド材が帯磁することによつて磁気回路
が変化し、検出距離が狂うし、又、シールド材の
磁性を考慮しながら検出距離を調整しなくてはな
らないので、調整が面倒である、等の問題が発生
する。

本発明は、こうした問題を解決するために創案
されたもので、高性能、小型、安価であるといつ
た優れた特徴を有する磁気近接スイツチ装置にお
いて、上記の問題を取り除くことを、その技術的
課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのための手段として、磁石体１と、強磁性体
磁気抵抗素子体（MR素子体）２と、バイアス磁
石３と、シールド体４と検出体５とから構成し
た。

磁石体１は、リング形状をし、端面に磁極を位
置させた第一永久磁石６と第二永久磁石７とを、
非磁性材料製のスペーサー８を介して同軸状にか
つ異なる磁極を対向させて配置させたものであ
る。

MR素子体２は、磁石体１に対し、磁石体１の
中心軸である直線に沿つて相対変位可能に組付け
られ、出力端子が比較器９に接続されたものであ
る。

バイアス磁石３は、MR素子体２に両磁極を結
ぶ直線が前記直線に直交する姿勢で一体的に組付
けられている。

シールド体４は、磁石体１とMR素子体２とバ
イアス磁石３との組合わせ物である磁気回路体１
０を収納するもので、筒形状で保磁力の小さい材
料から形成した。

検出体５は、磁気回路体１０とシールド体４と
の組付き物に対して接近離反移動可能に設けた磁
性材料製である。

そして、前記した磁気回路体１０とシールド体
４との収納組付けを、両者の中心軸を偏心させた
位置関係で達成した。

〔作用〕

本発明装置の基本作用は、以下の通りである。
MR素子体２を磁石体１の中心軸線（直線Ｋ）上
に位置させたこと、および第一永久磁石６と第二
永久磁石７とを、同軸線上に配置したリング形状
とすると共に異なる磁極を対向位置させたことに
より、第３図に示すように、MR素子体２を同軸
線上の特定される個所に位置させると、直線Ｋに
沿つた両永久磁石からの磁力の作用が正負均等
（第３図ｂ参照）となり、実質的にMR素子体２
には直線Ｋに沿つて両永久磁石から磁力が作用し
ていない状態となる。

この状態から第４図に示すように、磁石体１と
MR素子体２との組合わせ物の近傍に磁性体であ
る検出体５が位置すると、磁石体１からの磁束の
一部がこの検出体５側に引かれて、磁石体１から
MR素子体２に作用していた磁束の作用分布が変
化し、直線Ｋに沿つた正負何れかの方向への磁力
の作用量が増大し、この磁力の作用量の増大によ
りMR素子体２の出力電圧が増減変化する（第４
図ｂ参照）。すなわち、磁石体１とMR素子体２
との組合わせ物に対して検出体５が接近するにし
たがつてMR素子体２の出力は減少し、MR素子
体２と検出体５との距離が零となつたところで
MR素子体２の出力が最小となる。この動作特性
を第５図の特性曲線で示す。従つて、MR素子体
２の出力電圧の増減変化を検出することにより、
検出体５が接近したことを検出できることにな
る。

又、この検出動作とは別に、MR素子体２に対
する磁石体１の相対移動変位に伴うMR素子体２
の出力特性は、MR素子体２の表面に沿つて位置
すると仮想されるｙ軸（MR素子体２に作用する
磁力の内、このｙ軸に沿つた方向の磁力が増大す
るとMR素子体２の出力値は減少する）に直線Ｋ
を一致させ、このｙ軸すなわち直線Ｋに沿つて磁
石体１とMR素子体２とを相対移動させると、第
６図ｂのT′曲線のようになる。すなわち、MR素
子体２に対する印加電圧を、ｙ軸方向への磁力が
増大することにより出力が減少し、ｘ軸方向への
磁力が増大すると出力が増大するように印加して
おくと、両永久磁石からのｙ軸に沿つて作用する
磁力が正負方向に等しくなる磁石体１の中心
O′とMR素子体２の中心Ｏとが距離Δlだけ変位し
た位置で最大出力値となり、この位置からのｙ
軸、すなわち直線Ｋにそつた変位が大きくなるほ
どMR素子体２の出力電圧値が減少する出力特性
を描く。

この変位量の変化によるMR素子体２の出力
値の変化と、前記した磁石体１とMR素子体２と
の組合わせ物に対する検出体５の接近離反による
距離Ｌの変化によるMR素子体２の出力値の変化
とは殆ど等しいので、あらかじめ変位量ｌを設定
してMR素子体２の出力値を一定値に設定し、こ
の状態から検出体５の接近によるMR素子体２の
出力の低下を知ることにより、検出体５の検出を
達成出来ることになる。

しかしながら、第３図に示した磁石体１とMR
素子体２との組合わせだけでは、MR素子体２に
ｘ軸方向への磁力を作用させることが出来ず、こ
のためMR素子体２の最大出力値を零〔Ｖ〕以上
とすることができないため、MR素子体２の出力
電圧値の増減変化を比較器９で検出することが出
来ない。そこで、MR素子体２にはあらかじめバ
イアス磁石３を一体的に組付けておく。このバイ
アス磁石３によりMR素子体２に対してｘ軸方向
の一定の磁力が常に作用するので、MR素子体２
はｙ軸に沿つて作用する磁力が実質的に零となつ
ている状態では、第６図ｂのＴ曲線で示すように
バイアス磁石３からの作用磁力による出力値VB
が出力されることになる。

それゆえ、変位量ｌを設定固定することにより
MR素子体２の出力値をあらかじめ設定すると共
に、このMR素子体２に接続された比較器９のし
きい値Ｖ７を、この出力値Ｖ６よりも小さい値に
設定しておくことにより、この状態から、磁石体
１とMR素子体２との組合わせ物に対して検出体
５を接近させると、前記説明のようにMR素子体
２に対する磁石体１からのｙ軸方向に沿つた磁束
の作用量が増大し、もつてMR素子体２の出力値
が出力値Ｖ６から低下し始める。検出体５がある
一定の接近距離まで接近すると、MR素子体２の
出力値が比較器９のしきい値よりも小さくなり、
このため比較器９はその出力のレベルを変化さ
せ、この比較器９の出力レベルの変化により検出
体５の接近が検知されることになる。

このように本発明装置による検出動作の基本作
用は、一定値に設定された比較器９のしきい値Ｖ
７と、検出体５の接離によるMR素子体２の出力
値の変化とによつて行われるものである。検出体
５の接離によるMR素子体２の出力値の変化は、
検出体５の変位に従つて一定の線形に沿つて変化
するものであるので、あらかじめ設定されるしき
い値Ｖ７と出力値Ｖ６との差を適当に設定変更す
ることにより、検出すべき検出体５の位置、すな
わち検出距離Ｌを自由に設定変更できる。

尚、本発明装置は、極めて小さいMR素子体２
および比較器９と、小型化が充分可能である磁石
体１と、そしてバイアス磁石３とにより構成され
るので、全体を極めて小型にすることができると
共に、構成部品点数が少ないので組み立て製造が
容易であり、かつ各構成部品の何れもが安価なも
のであるので、装置全体を安価に製作することが
出来る。

そして、本発明装置の大きな特徴は、第７図に
示すように、磁気回路体１０の保磁力の小さい材
料製のシールド体４によつてシールドしたことに
よつて、磁束が同図示のように分布し、よつて検
知面以外の部分に磁性体が存在しても、シールド
体４による磁気シールドによつて磁束分布に乱れ
が生ぜず、検出距離が変化しないことである。従
つて、磁性材料製の機械等に組付けしてもその磁
性によつて検出距離が変化することがない。又、
上記したように、このシールド体４は保磁力が小
さいので、従来のように帯磁して磁束を乱し、検
出距離に影響を及ぼすことがない。

又、本発明においては、磁気回路体１０とシー
ルド体４との収納組付けを、両者の中心軸を偏心
させた位置関係で達成しているので、検出距離設
定のための調整が容易に行える。第８図と第９図
は、磁気回路体１０とシールド体４とが偏心した
姿勢で組付けられた状態において、MR素子体２
に作用する磁石体１からの磁束分布のかたより
を、磁力ベクトルの傾きで示したものである。
MR素子体２にかかる磁束は、磁石体１が接触し
ているシールド体４の方向に傾くため、第８図で
は反時計方向、そして第９図では時計方向に偏
り、それぞれｙ軸方向およびｘ軸方向への磁力ベ
クトルが大きくなる。

こうした性質を利用して、検出距離の設定が行
われる。すなわち、一定の検出距離を持つ磁気回
路体１０に、磁性体であるシールド体４を組付け
ると前記の検出距離に狂いが生じるが、この狂い
は磁気回路体１０をシールド体４内周面の周方向
に沿つて移動させることによつて調整出来る。例
えば磁力ベクトルがｙ軸方向へ傾いてMR素子体
２からの出力が低下した場合、第９図に示すよう
な姿勢に磁気回路体１０とシールド体４とを組付
ければ磁力ベクトルはｘ軸方向に傾いてMR素子
体２からの出力値が増し、これによつて検出距離
が調整されることになる。逆に、MR素子体２の
出力値が増加した場合は、両者を第８図に示す姿
勢に組付けて磁力ベクトルをｙ軸方向へ傾けて
MR素子体２からの出力を減少させ、これによつ
て検出距離の調整を図るものである。

このように検出距離の調整を、磁気回路体１０
をシールド体４内周面の周方向に沿つて移動させ
るのみで行うことが出来るので、検出距離測定の
基準面が変わらない。これによつて、従来のよう
に検出距離調整のためにバイアス磁石３とMR素
子体２との一体物を軸方向に移動させる必要上、
基準面が変わり調整が非常に難しく面倒であると
いつた問題が解決された。

〔実施例〕

第１図と第２図に、本発明の一実施例を示す。
この実施例においては、第二永久磁石７の磁力を
第一永久磁石６のそれより大きいものとし、MR
素子体２に作用するｙ軸に沿つた正負方向の磁力
の作用量が等しくなる直線Ｋに沿つた位置が第一
永久磁石６に大きく偏るようにしている。

又、MR素子体２の電源１３に対する接続は、
MR素子体２に外部磁力が作用していない状態に
おける出力値、すなわち不平衡電圧が０〔Ｖ〕と
なるように設定されている。このように、MR素
子体２の不平衡電圧を０〔Ｖ〕に設定することに
より、バイアス磁石３による出力電圧値VBの設
定が容易となると共に正確に設定出来る。第６図
において、比較器９のしきい値Ｖ７は、０〔Ｖ〕
に設定されているので、磁石体１に対するMR素
子体２の直線Ｋに沿つた位置設定は、この位置設
定によるMR素子体２の出力値Ｖ６が出力値VB
よりも小さいが、しきい値Ｖ７よりも大きい値と
なるように達成されている。

このMR素子体２の出力値Ｖ６の設定に際し
て、磁石体１に対するMR素子体２の変位位置
を、第６図ｂの点ａ付近に設定すると、検出体５
のわずかな影響によりMR素子体２の出力値がし
きい値Ｖ７よりも低い値となるので、距離Ｌが大
きい状態で検出体５を検出することが出来、反対
に特性曲線Ｔの頂点付近に対応する点ｂ付近に設
定すると、検出体５の磁気的影響が大きくないと
MR素子体２の出力値をしきい値よりも低い値に
することが出来ないので、検出体５がMR素子体
２に充分に接近しなければ、すなわち距離Ｌが小
さくならなければ検出体５を検出することが出来
ないので、検出範囲を小さくすることが出来る。

磁気回路体１０のシールド体４に対する組付け
手段としてはいろいろ考えられるが、弾力性のあ
る物質（例えばスポンジ等）を組付け材１１とし
て磁気回路体１０とシールド体４内面との間に挿
入して磁気回路体１０をシールド体４に弾接組付
けすると、検出距離の設定のための磁気回路体１
０の微動を容易に行うことが出来る。一旦、検出
距離が設定されると、接着剤等でその位置を固定
すると良い。

尚、本実施例においては、シールド体４外表面
に有頂筒形状で非磁性体のケース体１２を嵌着し
ているが、こうすることによつて、本発明装置の
取付け場所が磁性体の場合、その磁性体と本発明
装置との間に少なくともケース体１２肉厚分の間
隔が形成されるため、磁性体の影響をさらに少な
くすることが出来るものである。

〔発明の効果〕

このように本発明は、高性能、小型、安価であ
るといつた優れた特徴を有する本出願人が先に出
願した磁気近接スイツチ装置に、保磁力の小さい
シールド体を磁気回路体に中心軸をずらして組付
けしたので、外部磁気による影響がなくなりその
性能がさらに向上した。

又、検出距離の設定も磁気回路体をシールド体
内周面に、周方向に移動させることによつて達成
出来るため、従来装置のように軸方向への移動が
必要なため、検出距離の基準面が変わり、検出距
離の調整が難しくて面倒であるといつた問題が解
決された等、多くの優れた効果を発揮するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す側面断面図、
第２図は同正面断面図。第３図ａは磁石体のMR
素子体に対する磁力の作用形態を示す説明図、第
３図ｂはMR素子体に作用する磁力の方向と大小
関係を示す説明図。第４図ａは磁石体のMR素子
体に対する磁力の作用に対する検出体の影響を説
明するための説明図、第４図ｂはMR素子体に作
用する磁力の方向と大小関係を示す説明図。第５
図は第４図に示した検出体によるMR素子体に対
する磁力の作用形態の変化特性を示す特性線図。
第６図は本発明の動作特性を説明するもので、ａ
は磁石体に対するMR素子体の変位形態を示す説
明図、ｂは検出動作特性を示す説明図。第７図は
本発明一実施例における磁束の流れを示す説明
図。第８図と第９図は磁気回路体とシールド体と
の組付き位置と磁気ベクトルの向きとの関係を示
す説明図。第１０図は本出願人によつて先に出願
された装置を示す断面図。第１１図はその装置に
おいて外部磁性体に対する磁束の流れを示す説明
図。第１２図はその装置を磁性体に組付けた状態
を示す断面図である。 符号の説明、１：磁石体、２：MR素子体、
３：バイアス磁石、４：シールド体、５：検出
体、６：第一永久磁石、７：第二永久磁石、８：
スペーサー、９：比較器、１０：磁気回路体、１
１：組付け材、１２：ケース体、１３：電源、
ｍ：磁気回路体中心軸、ｎ：シールド体中心軸、
Ｋ：直線、ｌ：変位量、Ｌ：距離、Ｖ６：出力
値、Ｖ７：しきい値、Ｏ，O′：中心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ リング形状をし、端面に磁極を位置させた第
   一永久磁石６と第二永久磁石７とを、非磁性材料
   製のスペーサー８を介して同軸状にかつ異なる磁
   極を対向させて配置した磁石体１と、 該磁石体１に対し、該磁石体１の中心軸である
   直線に沿つて相対変位可能に組付けられると共
   に、出力端子が比較器９に接続された強磁性体磁
   気抵抗素子体（MR素子体）２と、 該強磁性体磁気抵抗素子体２に両磁極を結ぶ直
   線が前記直線に直交する姿勢で一体的に組付けら
   れたバイアス磁石３と、 前記磁石体１と強磁性体磁気抵抗素子２とバイ
   アス磁石３との組合わせ物である磁気回路体１０
   を収納組付けする筒形状で保磁力の小さい材料製
   のシールド体４と、 前記磁気回路体１０と前記シールド体４との組
   付き物に対して接近離反移動可能に設けた磁性材
   料製の検出体５とから構成し、 前記磁気回路体１０の中心軸ｍと、前記シール
   ド体４の中心軸ｎとをずらして成る磁気近接スイ
   ツチ装置。 ２ リング形状をし、端面に磁極を位置させた第
   一永久磁石６と第二永久磁石７とを、非磁性材料
   製のスペーサー８を介して同軸状にかつ異なる磁
   極を対向させて配置した磁石体１と、 該磁石体１に対し、該磁石体１の中心軸である
   直線に沿つて相対変位可能に組付けられると共
   に、出力端子が比較器９に接続された強磁性体磁
   気抵抗素子体（MR素子体）２と、 該強磁性体磁気抵抗素子体２に両磁極を結ぶ直
   線が前記直線に直交する姿勢で一体的に組付けら
   れたバイアス磁石３と、 前記磁石体１と強磁性体磁気抵抗素子２とバイ
   アス磁石３との組合わせ物である磁気回路体１０
   を収納組付けする筒形状で保磁力の小さい材料製
   のシールド体４と、 前記磁気回路体１０と前記シールド体４との組
   付き物に対して接近離反移動可能に設けた磁性材
   料製の検出体５と、 前記磁気回路体１０と前記シールド体４との組
   付き物を収納組付けする非磁性材料製のケース体
   １２とから構成し、 前記磁気回路体１０の中心軸ｍと、前記シール
   ド体４の中心軸ｎとを偏心させて成る磁気近接ス
   イツチ装置。 ３ 磁気回路体１０とシールド体４との収納組付
   けを、該磁気回路体１０とシールド体４との間に
   弾性物質である組付け材１１を挿入することによ
   つて達成して成る特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載の磁気近接スイツチ装置。