JPH0410570B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は磁気抵抗体を使用してなす位置センサ
の改良に関する。特に、特定の方向に移動する磁
界と叉交する領域に特定の距離を隔てて配設され
相互に直列に接続された磁気抵抗体（または数個
の磁気抵抗体が直列に接続された群）の組が一対
以上直列に接続されて直列回路をなし、この直列
回路は中間端子を有する構造を有する第１の磁気
抵抗体回路と、これと同一の構造ではあるがそれ
ぞれ対応する磁気抵抗体（または数個の磁気抵抗
体が直列に接続された群）は上記の移動する交番
磁界の移動方向に、上記の特定の距離の1/2ずれ
て配設されている第２の磁気抵抗体回路とよりな
り、これら二つの磁気抵抗体回路のそれぞれには
90゜位相を異にする正弦波が印加され、これらの
二つの正弦波が上記の直列に接続された磁気抵抗
体回路によつて分圧されて中間端子から得られる
二つの交流電圧を利用して、上記の移動する交番
磁界の周波数を測定し、この移動する交番磁界を
発生する移動体の位置や移動状態等を検出するこ
とを基本原理とする磁気抵抗体を使用してなす位
置センサの改良に関する。

(2) 技術の背景 インジウムアンチモナイド（InSb）、インジウ
ムアーセナイド（InAs）等、叉交する磁界強度
に対応して自身の抵抗を変化する材料があり、磁
気抵抗性材料と呼ばれる。かかる磁気抵抗性材料
よりなる素子（以下磁気抵抗体という。）を磁界
中に配置しておき、かかる磁気抵抗体と叉交する
磁路のリラクタンスに規則的な変化を与えるよう
な幾何学的形状を有する物体を磁気抵抗体にそつ
て移動させると上記の磁気抵抗体の抵抗は上記の
規則的なリラクタンスの変化に対応して変化する
から上記物体の位置や移動速度等の移動状態を検
出することができる。

(3) 従来技術と問題点 かかる基本原理にもとづく、磁気抵抗体を使用
してなす位置センサは１個の磁気抵抗体を用いて
も実現しうるが、第１図、第２図に示すように、
２個の磁気抵抗体１ａ，１ｂを直列に接続してこ
の直列回路の二つの端子１１，１２間に電圧を印
加しておき、２個の磁気抵抗体１ａ，１ｂは共通
の磁界Ｈと叉交させておき、２個の磁気抵抗体１
ａ，１ｂに対接させて規則的にリラクタンスを変
化させるような移動体（スリツト２３，２３′等
を有する磁性体２４等または凹凸を有する磁性体
２等）を図において矢印Ａの方向に移動させる
と、矢印Ａの方向に移動する交番磁界が発生する
ことになり、上記の端子１１，１２間に印加され
た電圧は、上記の移動する交番磁界の周期と同一
の周期をもつて磁気抵抗体１ａ，１ｂによつて分
圧されて中間端子１３から出力される。そこで、
この中間端子１３から得られる電圧の周波数を測
定すれば、磁気抵抗体１ａ，１ｂの抵抗を変化さ
せたリラクタンスの変化の原因である上記の移動
体（２４等または２等）の移動状態を検出しうる
ことになる。

ところで、この中間端子１３の電圧はある程度
大きいことが望ましいから、磁気抵抗体１ａ，１
ｂと移動体のスリツトや凹凸との相対的位置関係
を同一にした磁気抵抗体の群を使用することが有
利であり、この考え方にしたがつて、第３図、第
４図に示すようになされている場合が一般であ
る。すなわち、１ａ，１ｂ，１a′，１b′はそれぞ
れが２個の磁気抵抗体の直列回路であり、また、
１ａと１a′、１ｂと１b′とはそれぞれ同一の抵抗
変化をする磁気抵抗体の直列回路である。なお、
磁気抵抗体のそれぞれの群を構成する磁気抵抗体
の数が２に限定される理由はなく、３個なり４個
なり適当な数を選択しうることは云うまでもな
い。

更に、第５図、第６図に示すように上記の位置
センサ２組を互いに90゜電気角を異にする位置に
配設し、互いに90゜位相を異にする二つの交流電
圧を得ることにすれば、位置の検出精度も向上
し、回転の方向も容易に識別しうることは下式よ
り明らかである。

Acosθsinωt＋Asinθcosωt ＝Bsin（ωt＋θ） 但し、θは被検出電気角位置であり、ωは
直列回路の端子１１，１２に印加される交流
電圧の電気角速度である。

第５図においては、磁気抵抗体１ａ，１a′と１
ｂ，１b′との組はスリツト２３等とスリツトを有
しない磁性材部２４とに対接して第１の磁気抵抗
体回路を構成し、一方、磁気抵抗体１ｃ，１c′と
１ｄ，１d′との組は磁性材部２４とスリツト２
３′，２３″との境界とスリツト２３，２３′と磁
性材部２４との境界とに対接して第２の磁気抵抗
体回路を構成しており、これら二つの磁気抵抗体
回路は互いに90°電気角位置がずれている。一方、
第６図においては、磁気抵抗体１ａ，１a′と１
ｂ，１b′との組は突起２１等と凹部２２等とに対
接して第１の磁気抵抗体回路を構成し、一方、磁
気抵抗体１ｃ，１c′と１ｄ，１d′との組は突起２
１，２１′と凹部２２′，２２″との境界と凹部２
２，２２′と突起２１，２１′との境界と対接して
第２の磁気抵抗体回路を構成しており、これら二
つの磁気抵抗体回路は互いに90°電気角位置がず
れている。

そして、端子１１と端子１５とは接続してお
き、端子１２と端子１１間すなわち第１の磁気抵
抗体回路には余弦波を、端子１５と端子１４との
間すなわち第２の磁気抵抗体回路には正弦波を印
加し、端子１３，１６間から分圧された位置信号
電圧を得るものである。

ところで、上記の二つの磁気抵抗体回路は同一
の強磁性体板上に形成されることが一般であり、
個々の磁気抵抗体１ａ，１ｂ等は幅が0.1〜0.2mm
で長さが１mm程度のインジウムアンチモナイド
（InSb）等の膜であり、個々の磁気抵抗体１ａ，
１ｂ等を接続する導電路５は幅が0.3mm程度で厚
さが数ミクロンの銅膜であり、二つの磁気抵抗体
回路の相互間距離も0.05mm程度と極めて接近して
形成されることが一般であるから、二つの磁気抵
抗体回路間の静電容量はかなり大きく、この静電
容量をもつて二つの磁気抵抗体回路が静電結合し
て相互に干渉することが避け難く、位置センサと
しての検出精度を低下する欠点がある。

(4) 発明の目的 本発明の目的はこの欠点を解消することにあ
り、特定の方向に移動する磁界と叉交する領域に
特定の距離を隔てて配設され相互に直列に接続さ
れた磁気抵抗体（または数個の磁気抵抗体が直列
に接続された群）の組が一対以上直列に接続され
て直列回路をなし、この直列回路は中間端子を有
する構造を有する第１の磁気抵抗体回路と、これ
と同一の構造ではあるがそれぞれ対応す磁気抵抗
体（または数個の磁気抵抗体が直列に接続された
群）は上記の移動する交番磁界の移動方向に、上
記の特定の距離の1/2ずれて配設されている第２
の磁気抵抗体回路とよりなり、これら二つの磁気
抵抗体回路のそれぞれには90゜位相を異にする正
弦波が印加され、これらの二つの正弦波が上記の
直列に接続された磁気抵抗体回路によつて分圧さ
れて中間端子から得られる二つの交流電圧を利用
して、上記の移動する交番磁界の周波数を測定
し、この移動する交番磁界を発生する移動体の位
置や移動状態等を検出することを基本原理とする
磁気抵抗体を使用してなす位置センサにおいて、
上記第１の磁気抵抗体回路と第２の磁気抵抗体回
路との間に静電誘導現象が発生することが防止さ
れ、検出精度の向上している磁気抵抗体を使用し
てなす位置センサを提供することにある。

(5) 発明の構成 本発明の構成は、(イ)特定方向に移動する交番磁
界と叉交しうる領域に特定の距離を隔てて配設さ
れ相互に直列に接続された磁気抵抗体（または磁
気抵抗体群）の組を一対以上有する直列回路より
なり、該直列回路は入・出力端子とともに中間端
子を有する第１の磁気抵抗体回路と、(ロ)該第１の
磁気抵抗体回路と同一の幾何学的構造を有するが
それぞれの磁気抵抗体は前記第１の磁気抵抗体回
路を構成する磁気抵抗体のそれぞれ対応する磁気
抵抗体に対し、前記移動する交番磁界の移動方向
に、前記特定の距離の1/2ずれて配設されてなる
第２の磁気抵抗体回路とを有し、(ハ)前記第１の磁
気抵抗体回路と前記第２の磁気抵抗体回路とには
それぞれ、位相を90゜異にする正弦波が印加され、
前記それぞれの中間端子から得られる交流電圧を
測定して前記交番磁界の周波数を検出してなす、
磁気抵抗体を使用してなす位置センサにおいて、
(ニ)前記第１の磁気抵抗体回路と前記第２の磁気抵
抗体回路とは相互に静電遮蔽されてなることを特
徴とする、磁気抵抗体を使用してなす位置センサ
にある。

本発明の着想自身は一般的に知られている技術
思想ではあるが、二つの磁気抵抗体回路が上記の
ように特異な形状・構造を有するので、所望の静
電遮蔽を実現することは必ずしも容易ではない。

本発明は、かかる特異的条件を有す磁気抵抗体
回路を使用してなす位置センサにおいて顕著にす
ぐれた静電遮蔽効果を発揮する手段として下記の
二つの手法を完成したものである。

第１の手段（特許請求の範囲第２項に係る手
段）は、第７図、第８図に示すように、第１の磁
気抵抗体回路と第２の磁気抵抗体回路との磁気抵
抗体を同一の板状の磁性体（フエライト板等）上
にインジウムアンチモナイド（InSb）等磁気抵
抗性材料の薄膜をもつて形成しておき、この磁気
抵抗体相互間を接続する導電体を銅膜等をもつて
形成する工程において、上記二つの回路に挟まれ
た領域に銅膜等の線状導電体を形成するものであ
る。第７図はこの第１の手段（特許請求の範囲第
２項に係る手段）の要旨である磁気抵抗体素子８
の平面図であり、第８図はそのＢ−Ｂ断面図であ
るが、３が板状の磁性体であり、１ａ，１ｂ等が
磁気抵抗体であり、５が導電体であり、７が静電
遮蔽体であり、９は磁性体板３の表面に磁気抵抗
体１ａ，１ｂ等を接着する接着剤である。効果確
認のためになした実験の結果により、相互干渉が
15〜20％程度減少することが確認されている。

第２の手段（特許請求の範囲第３項に係る手
段）における磁気抵抗体素子８′はその断面図を
第９図に示すように、第１の磁気抵抗体回路と第
２の磁気抵抗体回路との磁気抵抗体を同一の板状
の強磁性体（フエライト板等）上にインジウムア
ンチモナイド（InSb）等の磁気抵抗性材料の薄
膜をもつて形成しておき、上記二つの回路上に絶
縁物層を介して導電体層を形成してこれを接地し
ておくか、もしくは、空間を介してすなわち上記
二つの磁気抵抗体回路とはわづかに隔離してこれ
と対向する位置に導電体層を支持配設してこれを
接地しておくか、または、磁性体板の裏面に導電
体層を形成してこれを接地しておくか、あるい
は、これら二つの導電体層を双方とも形成して双
方とも接地しておくかするものである。

図において、１０，１１が導電体接地層であ
る。ただ、導電体接地層１０，１１の材料は非磁
性材であることが望ましく、磁気抵抗体回路の上
面に形成される導電体接地層１０の材料が非磁性
材であることは必須である。

効果確認のためになした実験の結果により、相
互干渉が35〜45％程度減少することが確認されて
いる。

(6) 発明の実施例 以下図面を参照しつつ、本発明の実施例に係る
磁気抵抗体を使用してなす位置センサについて更
に説明する。

() 特許請求の範囲第６項によつて限定される
特許請求の範囲第２項の実施例 第１０図参照 図において、４は永久磁石であり、約１キロガ
ウス程度の平行磁界Ｈを形成する。３はフエライ
ト等強磁性体よりなる板状磁性体であり、本例に
おいては高さが数mmで幅が数mmで厚さが0.5mm程
度である。

１ｄはインジウムアンチモナイド（InSb）よ
りなる磁気抵抗体であり、厚さは約5μmである。
その幅は0.3mmであり、その長さは１mm程度であ
り、その高さは1.5mm程度である。銅膜をもつて
形成された導電路５と静電遮蔽体７の幅は0.3mm
程度である。磁気抵抗体１ａ，１ｂ等と静電遮蔽
体７と導電路５とはフオトリソグラフイー法とイ
オンプレーテイング法、スパツタリング法、真空
蒸着法等と接着剤を使用してなす接着法との組み
合わせでもつて容易に形成しうる。

この磁気抵抗体素子８の構造が第７図、第８図
に示すとおりであることは云うまでもない。２４
１はスリツト２３１を有する円筒状部材であり、
軸６を中心として回転し、磁気抵抗体１ａ，１ｂ
等とは0.3mm程度の距離を隔てて配設される。

上記のような構造の磁気抵抗体を使用してなす
位置センサの端子１１，１５，１７を共通端子と
して接地し、端子１２−１１間に5V程度の余弦
波を印加すると、静電誘導作用により端子１３，
１１間のみならず１５，１６間にもある程度電圧
の発生は避け難いが、その程度は0.3mVであり従
来技術における場合より15〜20％程度減少してい
る。

() 特許請求の範囲第５項によつて限定される
特許請求の範囲第３項記載の実施例 第１１図参照 図において、４は永久磁石であり、約１キロガ
ウス程度の平行磁界Ｈを形成する。３はフエライ
ト等強磁性体よりなる板状磁性体であり、本例に
おいては高さが数mmで幅が数mmで厚さが0.5mm程
度である。

１ｄはインジウムアンチモナイド（InSb）よ
りなる磁気抵抗体であり、厚さは約5μmである。
その幅は0.3mmであり、その長さは１mm程度であ
り、その高さは1.5mm程度である。銅膜をもつて
形成された導電路５の幅は0.3mm程度であり、静
電遮蔽体１０，１１は厚さが0.1mm程度であるリ
ン青銅板であり、磁気抵抗体１ａ，１ｂ等上にお
いて接着剤の厚さは0.1mm程度である。磁気抵抗
体１ａ，１ｂと静電遮蔽体１０，１１と導電路５
とはフオトリソグラフイー法とイオンプレーテイ
ング法、スパツタリング法、真空蒸着法等と接着
剤を使用してなす接着法との組み合わせでもつて
容易に形成しうる。

この磁気抵抗体素子８′の構造が第９図に示す
とおりであることは云うまでもない。

２は規則的凹凸２１，２２等を有する棒状部材
であり、矢印Ａの方向に移動する。そして、磁気
抵抗体１ａ，１ｂ等とは0.3mm程度の距離を隔て
て配設される。

上記のような構造の磁気抵抗体を使用してなす
位置センサの静電遮蔽体１０，１１を接地し、端
子１１，１５間に5V程度の余弦波を印加すると、
静電誘導作用により端子１３，１１間のみならず
１５，１６間にもある程度電圧の発生は避け難い
が、その程度は0.1mV程度であり従来技術におけ
る場合より35〜45％程度減少している。

(7) 発明の効果 以上説明せるとおり、本発明によれば特定の方
向に移動する磁界と叉交する領域に特定の距離を
隔てて配設され相互に直列に接続された磁気抵抗
体（または数個の磁気抵抗体が直列に接続された
群）の組が一対以上直列に接続されて直列回路を
なし、この直列回路は中間端子を有する構造を有
する第１の磁気抵抗体回路と、これと同一の構造
ではあるがそれぞれ対応する磁気抵抗体（または
数個の磁気抵抗体が直列に接続された群）は上記
の移動する交番磁界の移動方向に、上記の特定の
距離の1/2ずれて配設されている第２の磁気抵抗
体回路とよりなり、これら二つの磁気抵抗体回路
のそれぞれには90゜位相を異にする正弦波が印加
され、これらの二つの正弦波が上記の直列に接続
された磁気抵抗体回路によつて分圧されて中間端
子から得られる二つの交流電圧を利用して、上記
の移動する交番磁界の周波数を測定し、この移動
する交番磁界を発生する移動体の位置や移動状態
等を検出することを基本原理とする磁気抵抗体を
使用してなす位置センサにおいて、上記第１の磁
気抵抗体回路と第２の磁気抵抗体回路との間に静
電誘導現象が発生することが防止され、検出精度
の向上している磁気抵抗体を使用してなす位置セ
ンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は従来技術における磁気抵抗体
を使用してなす位置センサの概念的構成図であ
る。第７図、第８図は特許請求の範囲第２項記載
の磁気抵抗体を使用してなす位置センサの要旨に
係る磁気抵抗体素子のそれぞれ平面図とＢ−Ｂ断
面図である。第９図は特許請求の範囲第３項記載
の磁気抵抗体を使用してなす位置センサの要旨に
係る磁気抵抗体素子の断面図である。第１０図、
第１１図は本発明の実施例に係る磁気抵抗体を使
用してなす位置センサの概念的構成図である。 １ａ，１a′，１ｂ，１b′，１ｃ，１c′，１ｄ，
１d′…磁気抵抗体、１１，１２，１４，１５…主
端子、１３，１６…中間端子、１７…接地端子、
２，２４…棒状部材、２４１…円筒状部材、２
１，２１′…突起、２２，２２′…凹部、２３，２
３′，２３１…スリツト、３…板状磁性体、４…
永久磁石、５…導電部材、６…回転体の軸、７，
１０，１１…静電遮蔽体、８，８′…磁気抵抗体
素子、９…接着剤、Ａ…物体の移動方向、Ｈ…磁
界方向、Ｅ…従来技術にかかる磁気抵抗体を使用
してなす位置センサの中間端子から得られる電圧
波形。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (イ)特定方向に移動する交番磁界と叉交しうる
   領域に特定の距離を隔てて配設され相互に直列に
   接続された磁気抵抗体（または磁気抵抗体群）の
   組を一対以上有する直列回路よりなり、該直列回
   路は入・出力端子とともに中間端子を有する第１
   の磁気抵抗体回路と、(ロ)該第１の磁気抵抗体回路
   と同一の幾何学的構造を有するがそれぞれの磁気
   抵抗体は前記第１の磁気抵抗体回路を構成する磁
   気抵抗体のそれぞれ対応する磁気抵抗体に対し、
   前記移動する交番磁界の移動方向に、前記特定の
   距離の1/2ずれて配設されてなる第２の磁気抵抗
   体回路とを有し、(ハ)前記第１の磁気抵抗体回路と
   前記第２の磁気抵抗体回路とにはそれぞれ、位相
   を90゜異にする正弦波が印加され、前記それぞれ
   の中間端子から得られる交流電圧を測定して前記
   交番磁界の周波数を検出してなす、磁気抵抗体を
   使用してなす位置センサにおいて、(ニ)前記第１の
   磁気抵抗体回路と前記第２の磁気抵抗体回路とは
   相互に静電遮蔽されてなることを特徴とする、磁
   気抵抗体を使用してなす位置センサ。 ２ 前記第１の磁気抵抗体回路と前記第２の磁気
   抵抗体回路とは同一の板状の磁性体上に形成さ
   れ、前記静電遮蔽は前記二つの回路に挟まれた領
   域において前記板状磁性体上に形成された線状導
   電体をもつて実現されてなる特許請求の範囲第１
   項記載の磁気抵抗体を使用してなす位置センサ。 ３ 前記第１の磁気抵抗体回路と前記第２の磁気
   抵抗体回路とは同一の板状の磁性体上に形成さ
   れ、前記静電遮蔽は前記二つの磁気抵抗体回路上
   に絶縁物層を介してまたは空間を介して前記二つ
   の磁気抵抗体回路とは隔離してこれと対向する位
   置に配設された導電体層及び／または前記板状磁
   性体の前記二つの磁気抵抗体回路が形成されてい
   ない側の面上に配設された、導電体層をもつて実
   現されてなる特許請求の範囲第１項記載の磁気抵
   抗体を使用してなす位置センサ。 ４ 前記特定方向に移動する交番磁束は、前記二
   つの磁気抵抗体回路の一方の面に対向して配設さ
   れた磁束発生手段と、前記二つの磁気抵抗体回路
   の他方の面に対向して前記特定方向に移動し規則
   的に形成された歯車状凹凸を有する円筒状部材の
   回転に起因するリラクタンスの変化とによつて実
   現される、特許請求の範囲第１項、第２項、また
   は第３項記載の磁気抵抗体を使用してなす位置セ
   ンサ。 ５ 前記特定方向に移動する交番磁束は、前記二
   つの磁気抵抗体回路の一方の面に対向して配設さ
   れた磁束発生手段と、前記二つの磁気抵抗体回路
   の他方の面に対向して前記特定方向に移動し規則
   的に形成されたラツク状凹凸を有する棒状部材の
   前記特定方向への移動に起因するリラクタンスの
   変化とによつて実現される、特許請求の範囲第１
   項、第２項、または第３項記載の磁気抵抗体を使
   用してなす位置センサ。 ６ 前記特定方向に移動する交番磁束は、前記二
   つの磁気抵抗体回路の一方の面に対向して配設さ
   れた磁束発生手段と、前記二つの磁気抵抗体回路
   の他方の面に対向して前記特定方向に移動し規則
   的に形成されたスリツトを有する円筒状部材の回
   転に起因するリラクタンスの変化とによつて実現
   される、特許請求の範囲第１項、第２項、または
   第３項記載の磁気抵抗体を使用してなす位置セン
   サ。 ７ 前記特定方向に移動する交番磁束は、前記二
   つの磁気抵抗体回路の一方の面に対向して配設さ
   れた磁束発生手段と、前記二つの磁気抵抗体回路
   の他方の面に対向して前記特定方向に移動し規則
   的に形成されたスリツトを有する棒状部材の前記
   特定方向への移動に起因するリラクタンスの変化
   とによつて実現される、特許請求の範囲第１項、
   第２項、または第３項記載の磁気抵抗体を使用し
   てなす位置センサ。