JPH04194602A

JPH04194602A - 磁電変換素子及び磁電変換装置

Info

Publication number: JPH04194602A
Application number: JP2324622A
Authority: JP
Inventors: Masami Kinoshita; 木下　雅己; Atsushi Inagaki; 篤志稲垣
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1990-11-27
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 1992-07-14

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】〔産業上の利用分野〕本発明はＶＢ磁電変換素子及び磁気センサ装！に応用で
きる磁電変換装置に係り、特に、自動位置決め時の位置
検出や変位検出等を行なうに当り、磁気センサの感磁部
の磁気バイアス量を変化させることにより、温度的にも
安定した動作を実現した磁気センサユニットに間する。

〔技術的背景〕

近年、出力の直線性を利用した可変抵抗器の流れとして
、耐寿命性が重視されてきた。そこで、抵抗体に接触す
ることなく抵抗変化を伴う非接触型ポテンショメータの
要求が高くなっている。また、産業用ロボットにおいて
はもとより、民生機器においてもメカトロニクス化が進
み、これに伴いアナログ式サーボ要素や位置決め用のス
ゲールとして、位置検出や変位検出等を非接触にて行な
うことが、機器そのものの信顆性の面からも重要になり
つつある。しかるに、従来の非接触式センサでは、各用
途に合せてセンサそのものを設計してゆ（方法が主流で
あり、汎用性に乏しかった。

そのためコスト高になり、民生分野には殆ど使用されて
いない、そこで低コストの非接触型センサが要望されて
いる。

〔従来の技術〕

従来の磁電変換素子としては、半導体材料のホール原理
を用いたホール素子や、半導体磁気抵抗効果を原理とし
た磁電変換を利用する半導体磁気抵抗素子、或いは強磁
性金属材料の強磁性磁気抵抗効果を原理とした磁電変換
を利用する強磁性磁気抵抗素子を用いることができる。

磁電変換素子の中でも、半導体材料を利用する磁電変換
素子は、ＧａＡｓやＩ　ｎｓｂ等の材質から形成されて
いるため、温度の変化に対してキャリア数や移動度の変
化が大きいので、良好な温度特性が得にくい、そして、
これらの対策を、外部補償回路にて行なう必要がある。

また、半導体磁気抵抗素子の磁界に対する感度において
、弱ｉ界では概略２乗に比例する抵抗変化を示し、数百
Ｇ〔ガウス３以上の強磁界においては、ある程度の直線
性が得られる。そのため、磁電変換素子として良好な直
線性を得るためには、強磁界バイアスを与える必要があ
り、コスト高及び形状の複雑さが伴う、よって、素子そ
のものの使用範囲が限定されてしまい、設計上で大きな
支障となっている。

強磁性薄膜抵抗素子の場合は、温度特性は良好であるが
、出力変化が３〜４％程度と小さく、また、磁気異方性
効果を利用するため、素子寸法をある程度以上小さくで
きず、量産的効果が薄れて高価格になる。そこで、コス
ト的にメリットのでる素子として、ホール素子は現在各
社で多量に生産されており、量産効果に優れている。し
かし乍ら、前記の如く現在では磁界の連続的（アナログ
的）検出としては、温度による出力の変動が大きいため
、補償回路を持ったガウスメータ程度にしか使用されて
いない、そして大部分はスイッチ的使用法に限って利用
され、ある基準値以上の磁界の時、ｒｇＪ路的にＯＮ、
ＯＦＦするといったディジタル的な使用法である。

これはホール素子自体の温度特性（ホール電圧において
数百１）ｉｌｌ／”Ｃ〜数万ｐｐ１／’Ｃに及ぶ）が無
視できないため、ホール素子による位置検出等では、か
なりの制約を受ける。また、この他に信号源となる磁性
材においても温度特性を持つため、この両者を制御する
には目的毎の回路処理が必要となり、設計が複雑となる
。更にまた、−船釣な補償ではサーミスタ等の補助的素
子を使用するため、このサーミスタ素子の価格がホール
素子を上回る等の問題が生じてしまって結局高価格な装
置形成となり、アナログ制御用素子としては不向きであ
った。

〔発明が解決しようとする課題〕

ホール素子を使用した磁気検出装置では、ブラシレスモ
ータの着磁位１検出等のスイッチング用が大部分であり
、アナログ制御的な使用例としては、ホール素子の温度
特性が災いして、高価な温度補償回路を持った一部のガ
ウスメータ程度にしか利用されていない、一般産業用の
アナログ制御用磁気検出素子としては、温度特性が比較
的良好で磁界変化に対する出力変化も、信号磁界発生源
となる磁石と素子パターンの設計を追認めることにより
目的に見合う一出力変化が得られることから、磁気抵抗
効果を利用した抵抗素子が、高価格ではあるが使用され
ていた。

高価になる理由としては、出力変化を大きくする目的か
ら、磁気センサの感磁部に外部（被検出物側）からの磁
界を作用させて抵抗変化を起こさせるという方式をとり
、外部磁界を発生させるべき永久磁石等の設置が必要だ
ったことと、磁石と素子設計を目的毎に設計せねばらな
らかったことの２点にある。そのなめ、あらゆる局面に
対応しきれず、個々の応用に合せてシステム全体を設計
し直さねばならなかったからである。そこで、センサ部
はあまり変化させず、また外部に磁界発生源を備えなく
ても、自らの゛バイアス磁界量が外部の磁性材料の変化
だけで変化する、汎用性を重視した磁電変化センサが要
求されている。この汎用用途を重視した中で、−層の低
コストを実現するためには、感磁部となる素子そのもの
が極めて低コストで且つ小型である必要がある。

かかる要求において、ホール効果を利用した素子は、現
在月産数千万個程の実績があり、またコスト的に他の磁
気センサと比較しても、極めて安価であり、この素子を
利用して、安定した磁気検出装置を形成することは、産
業界において非常に有益なことである。しかるに、現状
では、■ホール素子（センサ）側に磁石を設置すると、
被検出物の移動に対して出力の変化が小さくなる。

■そのため温度特性が見かけ１悪化する。

等の問題が生じるので、これらの課題を簡易な方法１手
段で解決することが嘱望されていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、少なくともホール素子と、該ホール素子に隣
接配置した磁石とを、モールド等により一体化して汎用
的素子形態とした磁電変換素子や、信号源をホール素子
に隣接して偏えた磁電変換器に対して、素子感磁部と検
出物体間距離が磁石と感磁部間の距離よりも小さく設定
することにより、検出物体の移動に伴う出力変動を大き
くした磁電変換装置、或いはホール素子の４つの端子の
うち少くとも隣接の２ｔ端子間に抵抗器を接続して、ボ
ール素子の温度特性を調整可能とした磁電変換装置を提
供することにより、前記諸課題を解決した。

〔実施例〕

本発明では、アナログ制御用の磁気検出において、安価
で且つ温度特性の良い磁電変換素子及び磁電変換装置を
実現するために、低価格な素子であるホール素子を用い
ている。ホール素子の温度特性が優れない原因は、前述
したように、ＧａＡＳやＩ　ｎＳｂ等の材質がら形成さ
れているため、温度の変化に対してキャリア数や移動度
の変化が大きいことに起因している。この変化は、外面
的には抵抗値の変動として現われ、出力の変動を生じさ
せる。

一般に温度変化に対するキャリア数はＩ　ｎＳｂ系では
定を流下において、数万ｐｐＩＩ／’Ｃ，定電圧下で２
０００１］ｐＩ／”Ｃであるのに比べ、ＧａＡｓ系では
定電流下において数百Ｉ）ｐＨ／’Ｃ程度とがなり小さ
いので、温度特性重視においては、ＧａＡｓ系のホール
素子を使用するのが最も望ましい。

一般に位１検出用の磁界変化方法としては、第３図（Ａ
）に示すように、矢印α方向に移動するアームＡ等に着
磁マグネットＭを取付けて、ボール素子Ｈ３に近付くと
、ホール素子Ｈ３が出方の変動を起こすタイプａと、同
図（Ｂ）に示すように、軟磁性体アームＡとバイアスマ
グネットＭｔ！−備えたボール素子Ｈ５との相対的位１
ずれによる磁界変化を検出するタイプｂ（本発明の１ｃ
ｌｉｔ変換素子の主要構成部分）が挙げられる。タイプ
ａの場合、磁石（マグネット）Ｍの取付は位置ズレとボ
ール素子ＨＳの位置ズレが起こり易く、組立てが面倒で
あるが、磁界０領域から検出可能となるため、ボール素
子ＨＳの出力変化（出力変動）が大きい、一方、タイプ
ｂでは、磁石ＭとアームＡとが離れざるを得ないため、
タイプａに比べて出力が低いが、アッセンブリ面では有
利である。なお、アームＡは鉄材のような軟磁性材でも
出力変化が生じるので、このタイプｂにて出力変化をよ
り大きくすることが望まれる。

上記構成においては、温度特性はホール素子ＨＳと磁石
Ｍの温度特性率の相となる。よって、磁石Ｍとしては、
温度特性の小さいサマリウムコバルト系（約３００ｐｐ
信／℃ンが望ましく、ホール素子Ｉｓと磁石Ｍの温度特
性面では、ホール素子Ｈ３の温度特性を最少限にするた
めに、ＧａＡｓ系のホール素子を使い、入力抵抗の温度
変化の影響等を除去できる定電流動作にて、−１０００
１）ｌ）１１／’Ｃ（＝　Ｋ　トする）程度にすること
が可能である。よって、この情況下にて、タイプ別に温
度特性を考えると、上記タイプａの構成では、磁石の有
無時の出力変動をＶａとすると、単なる上記温度時性分
の出力変動ＡＶａ　’（＝ＶＢ−に−ａＴ）（但し、ａ
Ｔは温度変化量）がある、即ち、温度特性の出力変化量
に対する変動率としては、 ΔＶａ÷Ｖ　ａ　＝　Ｋ−乙Ｔ　　・・・・・・・・・
・・・・・・Ｃ１）となる。しかるに、タイプｂではホ
ール素子そのものに既にバイアス磁界が作用しており、
この磁界量に応じた出力変動ｖｂが発生している。これ
に対して、アームＡ７！ｌ（最接近してきた場合の変動
量は、このバイアス磁界の変化分出力ＡＶｂとして捕え
られ、一般にタイプａよりも小さい。この時、タイプｂ
でバイアス磁界のために発生した、出力に対する温度特
性出力変化分△Ｖｂ１（＝ｖ）ｌ・Ｋ−ＡＴ）が発生す
る。この時、実際の温度時性分として現われる値は、ア
ームＡの有無による出力差に対して利くため、タイプｂ
の出力変化量４Ｖｂに対する温度変化による出力変動Ａ
ｖｂｔは、”’ｂｔ’　ＡＶｂ＝　　（Ｖｂ　÷ａｖｂ　）Ｋ−ａＴ・・・・・・・・
・・・・（２）となる。

ここで、（Ｖｂ÷ａＶｂ　＞は、第３図（Ｂ）の配置に
おいては、アームＡが強力な永久磁石であるか、又はホ
ール素子の感磁部に十分接近できる構成でない限り、バ
イアス磁石Ｍによるアーム無し時出力は、アームＡ接近
時の出力変化分ＡＶｂより大きいので、（Ｖｂ／ａＶｂ
＞≦１とはならず、この配置は実現困虹である。従って
、同図（Ｂ）の方が温度特性が劣る結果になっている。

よって、総合的には、アセンブリコスト面で不利な同図
（Ａ）の構成にて従来応用が図られてきた。そして、温
度特性をより良好にするなめに、第２図に示すような負
の温度係数を持つサーミスタ素子Ｔや、正の温度係数を
持つニッケル抵抗（抵抗器）やマンガニン抵抗を使用す
ることもある。この場合、サーミスタ素子等の価格もア
ップするが、他にサーミスタ等の特性曲線の曲率かホー
ル素子の曲率と一致しないため、広い温度範囲にて補償
しきれない。

そこで本発明の素子（装置）では、もともとコスト的メ
リットの大きい第３図（８）の配置、構成のもので温度
特性を低減することを目指し、これを実現することによ
り、民生分野の磁電変換素子（装置）のアナログサーボ
をより手軽に実現することを図ったものである。

以下、本発明の磁電変換素子及び磁電変換装置について
、更に詳細に説明する。第３図ｆＢ）の構成においては
、まずアームＡが最接近してきた時のホール素子出力の
変動量４Ｖｂを増やすことが、温度特性改善において先
決となる。

第１図（Ａ）〜（Ｄ）に、ホール素子ＨＳの感磁部にと
バイアス用磁石Ｍ、及び磁性材検出体（以下「アーム」
とも記述する）Ａの各相対的配置関係の夫々興なる本発
明の磁電変換素子の各構成例を夫々示した。同図（Ａ）
、（Ｂ）は、感磁部Ｋを磁石Ｍ側に近付けた構成例（磁
電変換素子４ａ）を示し、感磁部にと磁石Ｍ側の距離を
ＬＭｖ感磁部にとアームＡ間の距離をＬＡとすると、ＬＭ＜ＬＡ　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（３）である、このときのアームなし
の状態を同図（Ａ）に示すと、磁界はホール素子Ｈ８の
感磁部Ｋに強く作用していることが分る。そして、同図
（Ｂ）のように、アームＡがホール素子ＨＳに近付くと
、磁性材であるアームＡは磁気回路の一部と見做される
ので、磁界分布が変化する。

第１図（Ｃ）、　（Ｄ）は感磁部ＫをアームＡ側に近付
けた構成例（磁電変換素子４ｂ）、即ち、ＬＭ　＞ＬＡ
　　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・（４）である、この場合も上記と同様に、
同図（Ｃ）がアーム無し、同図ｆＤ）がアーム有りの場
合の構成及び磁界分布を夫々示している。同図（Ｃ）の
状態では、同図ｆＡ）の時よりも、感磁部Ｋに磁界が集
中していないが、アームＡを近付けると、同図（Ｄ）か
ら明らかなようにアームＡに磁界が集中するため、同時
に感磁部Ｋにも同図（８）と略同櫟な（近い）磁界が作
用する。即ち、第２式のＶｂをより多く低減し、且つＡ
Ｖｂを高めた形をしている。

よって、全体の温度特性としては、第４式を満たす構成
の方が良い結果が得られる。

具体的に実測した値を第４図（Ａ）〜（Ｄ）に夫々示す
。なお、バイアス用磁石Ｍとしては厚さ約１１のＴＳ−
２４（東芝製すマリウムコバルトンを使用し、感磁部に
等ホール素子Ｈ３各部に生じる磁界の強さ（ホール素子
出力ｖＩ）より推測した磁界とガウスメータにより測定
した磁界）の値（単位［ＫＣｌ）を記入している。なお
、同図（＾）、　（Ｂ）において、ＬＭ　＝０．１５Ｉ
Ｉ１１．　ＬＡ　＝０．４５ｎ＋ｎであり、同図（Ｃ）
、（Ｄ）では同図（＾）、　（Ｂ）のホール素子Ｈ８を
上下逆向きに設置している。また、ホール素子Ｈ８とし
ては、現存の量産品では小型であるＪＶＣ（日本ビクタ
ー）製のＶＨＧ６０１シリーズを使用し、磁石の台には
鉄製ヨークＹを用い、アームＡには新日本製鉄製（ＥＧ
ｃ　−Ｅ−２０／２０）を使用した。

これらの図から明らかなように、同図（Ａ）、　（Ｃ）
のアームＡの無い状態において、各■、■、■点の磁界
の状態を比べると、■点の磁界（ホール素子出力Ｖｂに
より判断）のみが変化し、ＬＭの寸法が小さい（Ａ）図
の感磁部にの方が高い磁界が作用している。即ち、Ｖｂ
の値が大きくて温度特性上不利な状態である。定電ｇ１
０ｎＡ下において、ホール索子出力Ｖｂは（Ａ）［１ｌ
ｌ）Ｉｌｌ成約約５５０ｉＶ、　（Ｃ）図の構成で約３
１０１Ｖを夫々示した。また、同図（Ｂ）、（Ｄ）の比
較では、ホール素子出力の変動分ＡＶｂの測定を行なっ
て　（Ｂ）図で４Ｖｈ→１２５ｍＶ　、　（Ｄ）図でＡ
ｖｂ→１９０［Ｖの変動値を得た。

以上の結果から、前記第１図における説明が立証される
。すなわち、Ｌ　Ｍ　＜　ＬＡである第４図（Ａ）では
　Ｖｂ　＝ａＶｂ岬４．４を示し、ＬＭ＞ＬＡである同
図（Ｃ）では　Ｖｂ÷、ａｖｂ岬１，６となる。

いずれの場合も、元のホール素子自体の温度特性を悪化
させるが、前記第４式を満たす構成を採用することによ
り、かなり改善できることとなる。

第４図（Ｄ）の組合せでは、最大温度特性として約１６
００１）ｐｌ／’Ｃとなる。従って、温度特性を悪化さ
せず、バイアス磁石を採用し、アセンブリコストを低減
するには、まず最低条件として第４式を満足させること
が先決となる。ところが、距ＭＬ　Ａを小さくするにも
、作成上の限界があるため、本発明では更にこの磁気検
出装置（磁電変換素子）４ｂの温度特性を高めるための
手段を請じている。

その方法１手段について次に説明する。

まず、ホール素子Ｈ３を第４図（Ｃ）の状態にバイアス
磁界を与えた状態に配置し、第５図に示す如き構成の差
動アンプ回路５を用いてホール素子Ｈ８の出力を増幅す
る図中、ＯＡ、〜ＯＡ３は演算増幅器（オペアンプ）で
ある、第６図に差動アン１回路５の出力端子−Ｉにおけ
る出力の温度による変動状態を示す、第６図の差動アン
プ回路５に使用した各抵抗は、温度特性を低減すべく、
金属被膜抵抗（松下電気＃ｌりを使用して±１００ρρ
１１／’Ｃ以内に収めた。温度特性としてはホール素子
Ｈ８と磁石Ｍとの和として現われ、約８００ｐｐｍ／　
”Ｃであった。

ホール素子の便宜上の等価回路を第７図に示す。

この図において、磁界方向は紙面に垂直であり、上側が
Ｎ極である。この回路を第４図（Ｃ）の構成に当てはめ
て、無バイアス時に比べ、端子ｐｃを子方向に電位ズレ
を生じる端子、端子ｐｄを一方向に電位ズレを生じる端
子とする。そして、端子Ｐａに定電流上を供給した場合
、ＧａＡｓ系のホール素子では第８図に示すような温度
特性を持つ。

図中、実線が＋（Ｐｃ）４子側、破線が−（Ｐｄ）端子
側の値であり、この図から分るように、温度上昇に伴い
、Ｐｃ　、ｐｄ両端子ともＰｂ端子に対して上がる傾向
を示す、しかるにＰｄ端子の方がｐｃ端子側より出力上
昇率が多少高いため、Ｐｃ端子と　Ｐ、端子の差動出力
を見ると、減少する形となる。この差が温度特性として
現われ、ホール素子の温度上昇による感度低下を表わし
ている。

しかし乍ら、この出力は、電源の変動によっても、外部
的出力としては、同様の挙動を示す、即ち、電源電流（
又は電圧）が増減しても、出力の増減が起こる。これを
上記第７図の等価回路から考察すると、単に電源を流Ｉ
を小さくするだけでは、抵抗Ｒδ、Ｒａ”に流れる電流
も、電源＠流Ｉの変動分に比例して減少する。この場合
は温度特性そのものには影響を与え難い、しかるに第９
図に示すように定電流Ｉを与え、Ｐｃ端子と　Ｐｄ端子
の間に可変抵抗ＶＲを挿入、接続すると、抵抗Ｒａに流
れる電流Ｉａは第７図の構成のときより減少する。一方
、抵抗Ｒａ′に流れるＩＨ流Ｉａ’は増加する形となり
、ホール素子内部に流れる電流比が崩れてしまう、その
結果、電源変動が各ホール素子内部の抵抗に対してバラ
バラに起きると解釈できる状態になるため、第７図示の
ホール素子の温度特性とは別の形態を取ることになる。

実験的には、抵抗Ｒａ”の電流増加分を大きくすべく、
第９図示の可変抵抗ＶＲの値を小さくすると、端子Ｐｄ
においては負の温度特性成分が強く働き、前記第８図の
破線で示す変動線（特性）の傾きを小さくする方向に作
用する。この作用により、抵抗Ｒａに流れる電流１ａも
低下させるので、定電圧下では、便宜上の等価回路では
電流Ｉａは一定となることから、同様の効果がある。ま
た、端子Ｐｃ　ＩＩ！Ｉにも働くが、端子Ｐ、側の方が
より顕著に現われ、可変抵抗ＶＲのある抵抗値を境に、
端子Ｐｃの変動線より端子Ｐｄの変動線の傾きが小さく
なり、ＧａＡｓ系のホール素子では、それまで負の温度
係数を示していたのか、上記可変抵抗ＶＲの導入により
、正の温度係数を持つようになる。

この効果は、電流Ｉａ′一定で＠流Ｉａを減らすことや
、電流Ｉａを一定にして電流１８′を増加させることに
より成立つ関係なので、前記第９図の構成に限らず、可
変抵抗ＶＲを、第１０図（＾）に示すように、端子Ｐａ
、Ｐｃ間に挿入、接続しても成立つ、また、同図（Ｅ）
に示すように、磁石Ｍの極性が前記第４図（ＣＬ　（Ｄ
）に示した磁電変換素子（装置）４ｂと逆の場合は、第
１０図（ＢＬ　（Ｃ）のように可変抵抗ＶＲを接続する
ことにより、上記条件が満たされる。なお、第１０図（
Ｄ）のように各端子Ｐａ−Ｐｄ間に可変抵抗ＶＲ，〜Ｖ
Ｒムを配置。

接続して電流バランスを取り、温度特性を無くすること
も可能であるが、回路の複雑化やコスト高を招くので好
ましくはない、また、前記第８図の端子ＰＣの変動の方
が端子Ｐｄの変動より大きいホール素子では、上記の例
で磁石の極性を入れ換えたのと同じことになり、同様に
成立つ。

第１１図は、上記第９図の構成において、可変抵抗ＶＲ
の抵抗値を３１にΩとした時の＋（Ｐｃ）端子（実線）
と＝（Ｐｄ）ｆ４子（破線）の温度特性を示す特性図で
ある。この図から分るように、温度上昇に伴う　Ｐｃ、
Ｐｄ両端子の上昇傾向は略完全に一致している。これは
前記第４図（Ｃ）図示のバイアス磁界の作用した情況下
のものであり、可変抵抗ＶＲとしては例えば市販のＲＪ
−６Ｐ抵抗を使用している。

また、第１２図は、端子Ｐｃ　、ｐ、、の差動出力の温
度特性を、可変抵抗ＶＲの有（３１にΩ）無の相違を比
較して示す特性図である。この図から分るように、可変
抵抗無しの場合は、ホール素子Ｈ３の温度特性と磁石Ｍ
の温度特性の和の値を示しているが、可変抵抗ＶＲの接
続により、温度特性が１／１０程度にまで改善されてい
る。

第１３図は、前記第５図示の回路において、上記第９図
の如く端子ｐｂ、ｐ、、間に可変抵抗ＶＲを接続した増
幅回路５であり、その出力端子漏１における出力電圧の
温度変化に対する変動電圧を第１４図に示す、なお、ホ
ール素子Ｈ３としては前記ＪＶＣ製ノＶＨＧ６０１シ！
Ｊ−ズニテ入力抵抗Ｒｉ　ＬＦ６５０Ω、出力抵抗ＲＯ
→１２００Ωのものを使用している。

またこの時の、＋２０℃で無アーム時のｖｂは約４００
ｍＶ　、アーム最接近時の変動量１ｉＶｂは約１９０ｍ
Ｖである。

第１４図では、上記可変抵抗ＶＲの抵抗値が約３１にΩ
のとき最少の温度特性を示し、増幅回路５にて増幅され
たＡｖｂの出力端子−１での値Ｖｉは約１４５０ｍ　Ｖ
　（＝　Ａ　Ｖ　ｂの増幅出力）であったので、単純に
この出力変動と温度特性の出力変動１　、ａ　Ｖｔ（約
−１１ｍＶ）との比較から、　ｂ　Ｖ　ｔ　／　Ｖ　ｉ
≠−〇、８％　となる、可変抵抗νＲを接続しない第５
図の場合にはこの約１０倍の温度特性を持つので、第１
３図の構成は十分な効果を持つことが判る。

なお、可変抵抗ＶＲの値を３１にΩから３６にΩに上げ
ると、第１４図に点線で示すように、温度特性曲線の極
小値は高温側に移動し、室温域では温度上昇に伴ない負
の温度特性を持つ。一方、可変抵抗値を３１にΩから２
７にΩに下げると、第１４図に破線で示すように、逆の
傾向を示す。このように、可変抵抗ＶＲの値を調整する
ことにより、温度特性カーブを自由に変化させることが
できる０以上のことから、各素子の種類や品質に拘らず
、可変抵抗値を調整することにより、温度特性カーブを
最適値に調整できることがわかる。

よって、バイアス磁石付きホール素子検出装置の温度特
性対策としては、安価で優れた方法であることが理解で
きる（これはバイアス磁石無しの場合も十分成立つ）、
また、ホール素子の入出力抵抗値の変動においては、約
１０％の抵抗値の減。

増に対して、可変抵抗νＲの値を一定（３１にΩ）にし
て行なうと、第１４図の実線のカーブの極小値が約２０
℃で現われるのが、約±２０℃ずれて、出力変動量Ａｖ
ｔの一２０〜６０℃における変化幅が約１．５倍程度で
済む。従って、現在のホール素子の生産形態でも十分対
応可能なレベルであり、現実的な温度特性改善方法と言
える。

しかるに、かかる温度特性の調整方法は、一定のバイア
ス磁界を受けているときのホール素子の内部電流のバラ
ンスを取ることで対応しているため、バイアス磁界の変
動により、可変抵抗ＶＲの最適値が変化するという特徴
がある。即ち、前記第４図（Ｄ）のように、アームＡが
接近した場合、ホール素子Ｈ３に影響を与える磁界が増
加し、見掛は上のホール素子ＨＳのバイアス磁界が増加
した状態になる。すると、第１５図に示すように、アー
ム無しでの温度特性（実線）に比べ、アームＡを接近す
ると、点線で示すように温度特性情況が変化し、ホール
素子Ｈ３の磁気バイアス量が増加し、温度特性としては
、負の方向に増加した。この状況においても、破線で示
す可変抵抗ＶＲ無しの場合よりも温度特性は改善されて
いる。従って、初期のバイアス設計は、実際の応用時の
最大出力点と最小出力点の略中間を選定し、ここで可変
抵抗ＶＲの値を決定することが、ｆｉｌｌ！な温度特性
対策となる、第１６図（Ａ）は、第１４図の測定にて使
用したホール素子Ｈ３等を用いて、アームＡｔｆｉ接近
してきた場合のホール素子出力に対する可変抵抗νＲの
最適値（の変化）を示す特性図である６ホール素子出力
ｖＨの上昇に伴い、その磁界でのｆｉｎ温度特性を与え
る可変抵抗値は、減少する傾向にあることが分る。ここ
で、出力変動が最大で生じることとし、アームＡの有、
無の両状態の略中間に当る出力点をホール素子の磁気バ
イアス点αと考え、その時の可変抵抗値を約２５にΩし
とな。かかる設定下でのアーム有り、アーム無し、及び
磁気バイアス点αでの、各温度特性の状況を、第１６図
（Ｂ）に夫々曲線（折線）Ｃ，Ｂ、Ａで示す。この表の
数値を基に計算すると、可変抵抗ＶＲの設定点αでは、
出力変動量ａＶｂ（約１４５０ｍ　Ｖ　）に対して、８
０°Ｃの温度変動に対して約±０．３％の温度特性であ
る（実線Ａ）、これに対し、アームの無い最低磁界時の
変動は点線Ｂのように変化して約±１．４％、アームが
作用した最高磁界時の変動は破線Ｃのように約±０．９
％の変動であった。即ち、最大温度特性変動を考慮して
も点線Ｂであり、これを温度特性係数的に考えると約３
５０ｐｐＨ／’（程度である。これはホール素子自体の
温度特性が６００ｐ１）Ｉｍ／”Ｃであるが、その値よ
りも温度特性的に安定であることとなり、本発明の効果
が実証される。

一方、アームＡの厚みとしては、鉄材を使用した場合、
約０．０５＋１１１程度にて、出力変動量ａＶｂを略最
大にする。即ち、かなり小型のアームにおいても出力変
動を起こすに十分なことが分り、これにより、装置の小
形化への対応も可能となる。

以上により、ホール素子Ｈ８にバイパス的な可変抵抗Ｖ
Ｒを接続するだけで、温度特性を低減することができ、
アセンブリ的にも安価で且つ温度特性の良い、バイアス
磁石付きのホール素子（磁電変換）装置が実現できた。

よって、磁界信号源を有するホール素子が出力をアップ
させ、且つ温度特性も一層改善できたことは、従来、磁
石の位置だけを検出する分野にてのみ多用されていたホ
ール素子を、単なる軟磁性材をホール素子に近付けるだ
けでも、その位置検出を可能にしたため、一般制御用と
しても、且つ民生分野においても、手頃な価格でアナロ
グ制御装置を構築することが可能となった。

第１７図に本発明のホール素子（磁電変換）装置の各種
実施例を示し、これを参照し乍ら使用方法を説明する。

同図（Ａ）は、渦巻き状の鉄ヨークＵを矢印γ方向に回
転させることにより、その時の鉄ヨークＵの位置（鉄ヨ
ークＵの縁と本発明素子１０との距離）の変化で、ホー
ル素子の出力を変化させる構造を取る、ポテンショメー
タ的な装置である。また、同図（Ｂ）は、図示の如く先
端が一部加工された鉄軸Ｊの下に本発明素子１０を設置
し、鉄軸Ｊの矢印γ方向の回転によりホール素子の出力
変化を起こし、軸の回転具合（回転速度や位相）を制御
する機構である。これもボテンショメータ的な装置であ
るが、同図（Ａ）に比べて系方向が小さく構成できる。

また、同図（Ｃ）は、図示の如き頂角θを有する鉄ヨー
クＦを矢印δ方向に移動させてホール素子の出力変化を
起こし、それにより鉄ヨークＦの位置を検出するもので
、リニアスケール的使用法である。更に同図ｆＥ）は、
鉄製振子Ｇを矢印ε方向に揺動させたときの、振子Ｇ周
縁部と素子１０との間隔ｄの変化によるホール素子の出
力変化を検出することにより、振子Ｇの傾きを検知する
ものである。この場合、振子Ｇの揺動中心点０から各周
縁部までの距離ｒ１．　ｒ２．　ｒ３は夫々興り、例え
ばｒｌ＜　ｒ２＜　ｒ３と漸次長くなるよう形成されて
いる。更にまた、同図（Ｄ）は鉄軸Ｊに取付けた鉄製ア
ームＡの、矢印ζ方向の動きを、アームＡの下方に近接
配置した素子１０にて出力変化を検出することにより、
微小に回転制御できるようにしたものである。これらの
各実施例に示すように、本発明素子１０は非常に広い分
野で、温度特性の良い安価なセンサとして使用できるの
である。

第１８図には、磁石Ｍとホール素子Ｈ３を物体モールド
化した、磁石内蔵型のホール素子を示している。これに
は、感磁部−アーム間の距Ｍ　Ｌ　Ａと磁石−怒磁部間
の距離ＬＢが制御し易いことや、磁石のアセンブリ工数
等を削減できる特長がある。

かかる素子も、バイアス磁界内蔵で温度特性改善があっ
て初めて可能となるものである。

その他、ホール素子を一定として、その時の出力変動Ｉ
ａＶｂを、アームが素子１０に最も接近したときを最大
変位として、無アーム時の中央部で可変抵抗値を決定し
、その抵抗値を有する固定抵抗をホール素子の２端子間
に接続することにより、一体化した素子を作成すること
も可能である。

これにより、汎用化した素子として、量産効果を持たせ
、コスト低減を図ることもできる。

また、非磁性材より成る対摩耗性の優れたセラミック等
の薄板等をホール素子表面に設置することにより、アー
ムを直に素子１０に接触させ、出力変動量Ａ　Ｖ　ｂの
最大値まで利用できる素子（装置）も、一体モールド等
により可能である。第１９図はかかる装置１１の一例で
あり、非磁性基板７に、エツチング等により窓８を穿け
、そこにホール素子Ｈ５を埋設している。なお、ホール
素子ＨＳの表面Ｈ８１は、基板７の表面７ａよりも数十
μｍ程度奥に設置して、外部の物体に直接接触し難いよ
うにしている。このように形成することにより、バイア
スマグネットＭ付きホール素子装置１１の出力を、最大
限に取出すことができる。

更にまたこの他に、ホール素子Ｈ３を埋設し、セラミッ
ク基板（７）に穿設した穴に埋設し、被検出物側とは反
対の裏側に当る面に、可変抵抗ＶＲやアンプ回路５等を
アッセンブリした回路一体型の素子（図示せず）にして
、−層小型で耐久性や使い勝手の良好な装置を構成する
ことも可能である。

更に、サマリウムコバルト系のような稀土類磁石を使用
することにより、ホール素子Ｈ８に強力な磁界を与える
ことができ、外部ノイズの影響を極力小さくできる。こ
の時温度特性も良好に設定でき、優れた磁電変換装置の
構成が可能となる。

〔効　果〕

本発明の磁電変換素子及び磁電変換装置によれば、次の
ような種々の優れた特長を有する６■ホール素子と磁石
を一体化することにより、アッセンブリコストを低減で
きる。

■信号磁石付きホール素子の感磁部と被検出物との距離
を近付けることにより、ホール素子（装置）の出力を大
幅に向上でき、出力に占める温度特性成分の割合を低減
できる。

■ホール素子の４端子のうち少くとも隣接の２端子間に
バイパス（可変）抵抗を接続することにより、温度特性
が調整可能となり、且つ大幅に温度特性の変動を低減で
き、ホール素子や磁石が本来以ている温度特性よりも向
上できた。これにより、ホール素子のアナログ制御への
応用のみならず、制御装置や位置検出装置への広範囲な
応用が可能となった。

■サマリウムコバルト系磁石等の、温度特性が比較的良
好で且つ高磁場の発生する磁石をホール素子程度の小さ
な体積で、信号源として十分大きな磁界（故に外部磁界
ノイズにも強いンを装置に洪給でき、コスト的にも低減
できる。

■信号源を備えた構造なので、鉄等の軟磁性材の検出が
容易に行なえる。よって、各制御機器の磁性を有する個
所であれば位置検出が可能であり、＃ｌ造の簡略化がで
きて、コスト低減にも繋がる。

■温度特性が改善されたので、ホール素子を利用した手
軽なポテンショメータを構築でき、産業界への大なる貢
献ができる。■信号源用磁石とホール素子とを一体化し
た新たな素子の実現が可能となり、コスト低減は勿論、
新しい汎用磁気検出素子の実現をも可能にした。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（ｆ））は本発明の磁電変換素子の各実
施例の構成と出力向上原理の説明図、第２図はホール素
子（装置）の従来の温度特性改善説明用回路図、第３図
（Ａ）、　（Ｂ）は本発明の磁電変換素子の夫々比較例
及び実施例の主要構成部分と検出原理の説明図、第４図
（Ａ）〜（Ｄ）は夫々第１図（Ａ）〜（Ｄ）の各構成例
における具体的数値解析を示す説明図、第５図及び第１
３図はホール素子にアンプ回路を接続した本発明の磁電
変換装置の第１゜第２実施例の回路図、第６図及び第１
４図、第１５図は夫々上記第１及び第２実維例装置の温
度特性及びその変化例を示す特性図、第７図及び第９図
は夫々上記第１．第２実施例装置のホール素子部分の便
宜上の等価回路図、第８図はポール素子（ｒｉｉ電変換
素子ンの改善前の温度特性図、第１０図（Ａ）〜（０）
は第９図の等価回路に対する夫々他の実施例装置のホー
ル素子部分の便宜上の等価回路図、第１０図（Ｅ）は本
発明の磁電変換素子の更に他の構成例を示す主要部の側
面図、第１１図は本発明装置の出力電圧の温度特性図、
第１２図は本発明素子各実施例の出力の温度特性比較図
、第１６図（＾）は本発明素子（装置）のｆｉｆｌ温度
特性に対する可変抵抗値の関係を示す特性図、第１６図
（Ｂ）は同じく磁界の変動に対する出力の温度特性を示
す特性図、第１′７図（Ａ）〜［０）は本発明装置の各
実施例を示す斜視図、同図（Ｅ）は同じく側面図、第１
８図及び第１９図は本発明の磁電変換素子の更に他の実
施例を夫々示す側面図及び斜視図である。４　ａ、４ｂ、１０〜１２−磁な変換素子、５・・・ア
ンプ（差動増幅）回路、７・・・非磁性基板、８・・・
窓、２１〜２５・・・磁電変換装置、Ａ・・・アーム（
磁性材検出体）、Ｆ、ｔＪ・・・鉄ヨーク、Ｇ・・・鉄
製振子、Ｈ３・・・ホール素子、Ｊ・・・鉄軸、Ｋ・・
・感磁部、Ｍ・・・バイアス用磁石、ＯＡ、〜ＯＡ３・
・・演算増幅器（オペアンプ）、Ｐａ−Ｐｄ・・・ホー
ル素子の各端子、ＶＲ・・・可変抵抗、Ｙ・・・鉄製ヨ
ーク。特許出願人　　日本ビクター株式会社（Ａン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（δ）
Ｗ１図（，４）　　　　　　　　　　（Ｂ）４咽（Ａ）　　　　　　　　　（Ｂ）（Ｃ）　　　　　　　　　＜　ｖ　＞〃β （Ｅ）窮１０斤冒、１％ｙ１．図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）信号源をホール素子に隣接して備えた磁電変換器
に対して、素子感磁部と検出物体間距離が磁石と感磁部
間の距離よりも小さく設定することにより、検出物体の
移動に伴う出力変動を大きくしたことを特徴とする磁電
変換装置。
（２）ホール素子の４つの端子のうち少くとも隣接の２
端子間に抵抗器を接続することにより、ホール素子の温
度特性を調整可能としたことを特徴とする磁電変換装置
。
（３）少なくともホール素子と、該ホール素子に隣接配
置した磁石とを、モールド等により一体化して汎用的素
子形態とした磁電変換素子。
（４）請求項３記載の磁電変換素子において、温度特性
改善用の抵抗器や出力信号増幅用の回路をも一体化し、
又は更に該磁電変換素子からの出力信号用配線を短く形
成したことを特徴とする磁電変換素子。
（５）ホール素子の感磁部側又はその周囲を、耐摩耗性
が通常のモールド樹脂より高い非磁性材料で囲んで構成
したことを特徴とする磁電変換素子。