JPH04294201A - 変位検出装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検出体と磁気センサ
を用いた検出器との相対的な変位を検出する変位検出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気センサを利用した変位検出装置は、
磁気センサの受けるバイアス磁界の強度を変化させるた
め、被検出体の表面に凹凸を設けたり、表面の透磁率を
部分的に変化させる等の加工が施されるのが一般的であ
る。

【０００３】図１６は被検出体の表面に凹溝を設けた従
来の変位検出装置の構成を示す断面図である。図におい
て、１は被検出体、２は被検出体１との相対的な変位を
検出する検出器である。

【０００４】被検出体１は磁性材料で構成されており、
検出器２との相対的な変位方向Ｘに対して凹部分１２１
及び凸部分１３１が得られるように、検出器２と対向す
る表面に凹溝１２が所定の間隔で設けられている。これ
によって、検出体１の表面には凸部分１３１を磁性部分
１３とし凹部分１２１を非磁性部分１２とする磁気目盛
部分１４が形成される。凹溝１２は機械加工またはエッ
チング加工により形成される。

【０００５】検出器２はマグネット２１と、磁気センサ
２２とを含んでいる。マグネット２１は直方形または円
筒形の永久磁石で構成され、被検出体１の表面に対して
ほぼ垂直方向に磁化されており、被検出体１の表面に対
して垂直となる一様な垂直磁界２１０を発生している。 磁気センサ２２はホ−ル素子等で構成され、マグネット
２１と磁気目盛部分１４との間に設けられている。

【０００６】磁気センサ２２に加わる垂直磁界２１０の
強度は、対向する磁気目盛部分１４が磁性部分１２か非
磁性部分１３かによって変化し、磁気センサ２２はそれ
ぞれの垂直磁界２１０の強度に対応した検出信号を発生
する。被検出体１の位置は磁性部分１３から非磁性部分
１２に、または非磁性部分１２から磁性部分１３に変化
する検出信号が何回得られたかによって検出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の変位検出装置には、次のような問題点がある。 （Ａ）　　磁気センサに一様な垂直磁界を与えるための
マグネットのサイズは、磁気センサのサイズよりも大き
くなければならず、検出器の小型化の障害となる。 （Ｂ）　　ホ−ル素子は温度変化を相殺する作用がなく
、検出信号の温度影響が大きいという欠点を有する。

【０００８】そこで、本発明の課題は、上述した従来の
問題点を解決し、一様な垂直磁界を必要としない方式で
、しかも、温度影響の少ない変位検出装置を提供するこ
とである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題解決のため
、本発明は、表面に磁気目盛部分を有する被検出体と、
前記磁気目盛部分に対向して設けられ前記被検出体との
相対的な変位を検出する検出器とを有する変位検出装置
であって、前記磁気目盛部分は、前記検出器との相対的
な変位方向に対して磁性部分と非磁性部分とが順次得ら
れるようになっており、前記検出器は、マグネットと、
磁気抵抗センサとを含み、前記マグネットは、前記被検
出体の表面に対してほぼ垂直方向に磁化されており、前
記磁気センサは、前記マグネットと前記磁気目盛部分と
の間に設けられ、前記被検出体の表面に平行となる面に
少なくとも一対の強磁性薄膜を有しており、前記一対の
強磁性薄膜は、前記マグネットの中心軸から離れた位置
に所定の間隔で設けられ、直列に接続される一端を出力
端とし他端をバイアス端としていることを特徴とする

【００１０】

【作用】マグネットは、被検出体の表面に対してほぼ垂
直方向に磁化されているので、マグネットの中心軸から
離れた位置では被検出体の表面に平行となる平行磁界成
分が大きくなる。

【００１１】磁気センサは、マグネットと被検出体の表
面に設けられた磁気目盛部分との間に設けられ、被検出
体の表面に平行となる面に少なくとも一対の強磁性薄膜
を有しており、一対の強磁性薄膜はマグネットの中心軸
から離れた位置に所定の間隔で設けられているので、磁
気抵抗効果による平行磁界成分を感磁できる。しかも、
平行磁界は中心軸から離れるほど大きくなるから容易に
飽和磁界が得られる。強磁性薄膜に対向する磁気目盛部
分が磁性部分であれば平行磁界成分が低下し、非磁性部
分であれば平行磁界成分が増加するので、強磁性薄膜は
平行磁界の増減に合わせて抵抗値が変化し、その抵抗変
化に従った検出信号が得られる。このため、一様な垂直
磁界を必要としない方式の変位検出装置を提供できる。

【００１２】一対の強磁性薄膜は、直列に接続される一
端を出力端とし他端をバイアス端としているので、抵抗
の温度係数の影響を相殺した検出信号が得られる。この
ため、温度影響の少ない変位検出装置を提供できる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明に係る変位検出装置の構成を示
す断面図、図２は磁気センサの平面図、図３はマグネッ
トの平行磁界を示す特性図である。図において、図１６
と同一参照符号は同一性ある構成部分を示している。図
において、２は磁気目盛である。

【００１４】磁気目盛部分１４は、図１６に示すように
、検出器２との相対的な変位方向Ｘに対して磁性部分１
３と非磁性部分１２とが順次得られるようになっていれ
ばよく、軟磁性材料、例えば鉄、ステンレス等の薄板に
スリット（図示せず）を設けて被検出体に張り合わせた
ものでも可能である。この場合、被検出体１は磁性材料
または非磁性材料の何れでも構成できる。また、磁性部
分１３と非磁性部分１２との段差は５０μｍ以上であれ
ばよい。

【００１５】マグネット２１は、被検出体１の表面に対
してほぼ垂直方向に磁化されている。２１１はマグネッ
ト２１の中心軸であり、２１２はマグネット２１によっ
て得られる平行磁界である。本実施例のマグネット２１
は１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍの直方体となっている。

【００１６】磁気センサ２２は、マグネット２１と磁気
目盛部分１４との間に設けられ、被検出体１の表面に平
行となる基板２２１上に少なくとも一対の強磁性薄膜を
２２２、２２３有しており、一対の強磁性薄膜２２２、
２２３はマグネット２１の中心軸２１１から離れた位置
に所定の間隔Ｐで設けられ、直列に接続される一端を出
力端２２４とし他端をバイアス端２２５、２２６として
いる。強磁性薄膜２２２、２２３はＮｉ　−Ｃｏ　系、
Ｎｉ　−Ｆｅ　系等の高透磁率材料で構成されている。

【００１７】図３はマグネット２１の平行磁界２１２の
強さを示す特性図である。平行磁界２１２の強さは中心
軸２１１からの距離に比例して増加するようになってい
る。

【００１８】一対の強磁性薄膜２２２、２２３は中心軸
２１１から離れた位置に所定の間隔Ｐで設けられている
ので、磁気抵抗効果により平行磁界２１２を感磁できる
。しかも、強磁性薄膜の飽和磁界は２００エルステッド
と小さく、平行磁界２１２は中心軸２１１から離れるほ
ど大きくなるから、容易に強磁性薄膜２２２、２２３の
飽和磁界が得られる。強磁性薄膜２２２、２２３に対向
する磁気目盛部分１４が磁性部分１３であれば平行磁界
２１２の強さが低下し、非磁性部分１３であれば平行磁
界の強さが増加するので、強磁性薄膜２２２、２２３は
平行磁界２１２の増減に合わせて抵抗値Ｒ２２２、Ｒ２
２３が減増し、図４に示すような検出信号２３が得られ
る。被検出体１の変位は、磁性部分１３から非磁性部分
１２に、または非磁性部分１２から磁性部分１３に変化
する検出信号が何回得られたかによって検出される。 具体的には、基準レベル２３１を越えた回数が何回ある
かによって検出される。

【００１９】このため、一様な垂直磁界を必要としない
検出方式の変位検出装置が提供できる。同時にマグネッ
トを小型化し安価な変位検出装置も提供できる。

【００２０】一対の強磁性薄膜２２２、２２３は、直列
に接続される一端を出力端２２４とし他端をバイアス端
２２５、２２６としているので、一対の強磁性薄膜の抵
抗Ｒ２２２、Ｒ２２３の温度係数の影響を相殺した検出
信号２３が得られる。

【００２１】一対の強磁性薄膜２２２、２２３の間隔Ｐ
は、磁気目盛部分１４の磁性部分１３と非磁性部分１２
とのピッチをλとすると、 　　　　　　Ｐ＝（ｎ＋１／２）λ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（
１）但し、ｎ＝０、１、２・・・の関係となっている。 図２ではｎ＝１となっている。バイアス端２２５は電源
電圧のＶｃｃ側に接続され、バイアス端２２６はＧＮＤ
側に接続されている。

【００２２】強磁性薄膜２２２が磁性部分１３と対向し
ているときは、強磁性薄膜２２３は非磁性部分１２と対
向するようになるので、強磁性薄膜２２２の抵抗Ｒ２２
２が最大となり、強磁性薄膜２２３の抵抗Ｒ２２３が最
小となる。従って、出力端２２４から得られる検出信号
はＶｃｃ／２より低くなる。反対に、強磁性薄膜２２２
が非磁性部分１２と対向しているときは、強磁性薄膜２
２３が磁性部分１３と対向しているので、抵抗Ｒ２２２
が最小となり、抵抗Ｒ２２３は最大となる。従って、出
力端２２４から得られる検出信号はＶｃｃ／２より高く
なる。従って、Ｖｃｃ／２を基準レベル２３１とする図
４と同様な検出信号が得られる。また、強磁性薄膜２２
２、２２３は直列に接続されているので、抵抗の温度係
数による検出信号の温度影響は相殺される。

【００２３】このため、温度影響を防止すると共に、最
も大きい検出信号が得られる変位検出装置を提供できる
。

【００２４】図５は本発明に係る変位検出装置の第２の
実施例の構成を示す断面図である。本実施例は強磁性薄
膜２２２、２２３を中心軸２１１から一方側に片よらせ
て設けた例を示している。強磁性薄膜２２２、２２３は
平行磁界２１２を感磁するので、上記と同様の作用、効
果が得られる。

【００２５】図６は磁気センサの第２の実施例を示す平
面図、図７は図６の磁気センサと磁気目盛部分との実装
状態を示す断面図である。磁気センサ２２は少なくとも
二対の強磁性薄膜２２２、２２３及び２４２、２４３を
有している。二対の強磁性薄膜の間隔Ｑは、図示しない
磁気目盛部分１４の磁性部分１３と非磁性部分１２との
ピッチをλとすると、 　　　　　　Ｑ＝（ｍ＋１／２）λ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（
２）但し、ｍ＝０、１、２・・・の関係となっている。 第２の実施例ではｎ＝１、ｍ＝３となっている。バイア
ス端２２５、２４５は電源電圧Ｖｃｃ側に接続され、バ
イアス端２２６、２４６はＧＮＤ側に接続されている。 出力端２２４、２４４から差動出力を得るようになって
いる。

【００２６】強磁性薄膜２２２が磁性部分１３と対向す
るときは強磁性薄膜２４２が非磁性部分１２に対向し、
強磁性薄膜２２３が非磁性部分１２と対向するときは強
磁性薄膜２４３が磁性部分１３に対向するので、出力端
２２４、２４４から得られる差動出力は負側に最大とな
る出力電圧が得られる。反対に、強磁性薄膜２２２が非
磁性部分１２と対向するときは強磁性薄膜２４２が磁性
部分１３に対向し、強磁性薄膜２２３が磁性部分１３と
対向するときは強磁性薄膜２４３が非磁性部分１２に対
向するので、出力端２２４、２４４から得られる差動出
力は正側に最大となる出力電圧が得られる。

【００２７】このため、最も大きい差動出力が得られる
変位検出装置を提供できる。

【００２８】図８は磁気センサの第３の実施例を示す平
面図、図９は図８の磁気センサと磁気目盛部分との実装
状態を示す断面図である。図において図６と同一参照符
号は同一性ある構成部分を示している。本実施例はバイ
アス端の一端を共通接続する場合を示している。二対の
強磁性薄膜２２２、２２３及び２４２、２４３の間隔Ｑ
は、 　　　　　　Ｑ＝ｍλ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・（３）但し、ｍ＝１、２・・・の関係となっ
ている。図８に示す実施例もｎ＝１、ｍ＝３となってい
る。バイアス端２２５、２４５は電源電圧Ｖｃｃ側に接
続され、バイアス端２２６、２４６はＧＮＤ側に接続さ
れている。出力端２２４、２４４から差動出力を得るよ
うになっている。

【００２９】強磁性薄膜２２２、２２３及び２４２、２
４３と磁気目盛部分１４との関係は図７に示す実施例と
同一であるから同様の作用、効果が得られる。

【００３０】図１０は磁気センサの第４の実施例を示す
平面図である。図において図８と同一参照符号は同一性
ある構成部分を示している。二対の強磁性薄膜２２２、
２２３及び２４２、２４３の間隔Ｑは、　　　　　　Ｑ
＝（ｍ＋１／４）λ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　・・・（４）但し、ｍ＝
０、１、２・・・の関係となっている。

【００３１】一対の強磁性薄膜２２２、２２３と、もう
一対の強磁性薄膜２４２、２４３は１／４λずらして配
置されているから、出力端２２４から得られる検出信号
２３２と出力端２４４とから得られる検出信号２３３は
、図１１に示すように、９０度の位相差を持つようにな
る。このため、どちらの検出信号が先に基準レベル２３
１を越えたかを検出することによって被検出体１と検出
器２との相対的な変位方向をも検出できる。

【００３２】図１２は磁気センサの第５の実施例を示す
平面図である。図において図１０と同一参照符号は同一
性ある構成部分を示している。二対の強磁性薄膜２２２
、２２３及び２４２、２４３の間隔Ｑは、　　　　　　
Ｑ＝（ｍ＋３／４）λ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　・・・（５）但し、ｍ
＝０、１、２・・・の関係となっている。

【００３３】一対の強磁性薄膜２２２、２２３と、もう
一対の強磁性薄膜２４２、２４３は３／４λずらして配
置されているから、出力端２２４から得られる検出信号
２３２と、出力端２４４とから得られる検出信号２３３
とは２７０度の位相差を持つようになる。このため、図
１０に示す実施例と同様に被検出体１と検出器２との相
対的な変位方向を検出できる。

【００３４】図１３は磁気センサの第６の実施例を示す
平面図、図１４は磁気センサの第７の実施例を示す平面
図である。図において図１０と同一参照符号は同一性あ
る構成部分を示している。図１３の実施例では、強磁性
薄膜２５２、２５３及び２６２、２６３が強磁性薄膜２
２２、２２３及び２４２、２４３に向き合わせて設けて
られている。強磁性薄膜の配置２５２、２５３及び２６
２、２６３は、図１０に示す実施例と同様にｎ＝１、ｍ
＝３となっている。出力端２５４及び２６４は出力端２
２４及び２４４と同様の検出信号を発生させる。マグネ
ット２１が大きい場合は、図示はしないが、強磁性薄膜
２５２、２５３及び２６２、２６３を強磁性薄膜２２２
、２２３及び２４２、２４３の横に並べて設けても同様
の検出信号が得られる。図１４の実施例では、図１３の
実施例の強磁性薄膜２５２、２５３及び２６２、２６３
をλ／２ずらして配置している。このため出力端２５４
及び２６４は出力端２２４及び２４４の検出信号と１８
０度の位相を持つ検出信号を発生させる。

【００３５】図１５は磁気センサの第８の実施例を示す
平面図である。磁気センサ２２は二つの強磁性薄膜群２
７、２８を有している。強磁性薄膜群２７、２８は直列
にされる一端を出力端２７４とし他端をバイアス端２７
５、２７６としている。

【００３６】それぞれの強磁性薄膜群２７、２８は直列
に接続される複数の強磁性薄膜２７１　〜２７ｎ　、２
８１　〜２８ｎ　を有し、強磁性薄膜の間隔Ｒは磁気目
盛部分１４の磁性部分１２と非磁性部分１３とのピッチ
をλとすると、 　　　　　　Ｒ＝ｍλ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・（６）但し、ｍ＝１、２・・・となっている
。図ではｍ＝１となっている。

【００３７】強磁性薄膜群２７の一の強磁性薄膜２７１
　と強磁性薄膜群２８の一の強磁性薄膜２８１　との間
隔Ｓは、 　　　　　　Ｓ＝（ｎ＋１／２）λ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（
７）但し、ｎ＝０、１、２・・・となっている。図では
ｎ個の強磁性薄膜を直列に接続してあるので（ｎ＋１／
２）λとなっている。強磁性薄膜の結線によってはｎ＝
０の場合も可能である。他の強磁性薄膜も同様の関係と
なっている。

【００３８】強磁性薄膜群２７が磁性部分１３と対向す
るときは強磁性薄膜群２８が非磁性部分１２と対向する
ようになるので、強磁性薄膜群２７が図２の強磁性薄膜
２２２と同様の作用をし、強磁性薄膜群２８が強磁性薄
膜２２３と同様の作用をして図４と同様の検出信号が得
られる。この場合、強磁性薄膜群２７、２８が同時に変
化するので、更に大きな検出信号が得られる。本実施例
は、特に、磁気目盛部分１４のピッチが小さくなった場
合に有効である。図１４のように対向させ噛み合わせる
ように配置すると最も効率よく大きな検出信号が得られ
る。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果が得られる。 （ａ）マグネットは被検出体の表面に対してほぼ垂直方
向に磁化されており、磁気センサはマグネットと被検出
体の表面に設けられた磁気目盛部分との間に設けられ、
被検出体の表面に平行となる面に少なくとも一対の強磁
性薄膜を有しており、一対の強磁性薄膜はマグネットの
中心軸から離れた位置に所定の間隔で設けられているの
で、一様な垂直磁界を必要としない変位検出装置を提供
できる。 （ｂ）強磁性薄膜は、直列に接続される一端を出力端と
し他端をバイアス端としているので、温度影響の少ない
変位検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る変位検出装置の第１の実施例の構
成を示す断面図である。

【図２】磁気センサの平面図である。

【図３】マグネットの平行磁界を示す特性図である。

【図４】本発明に係る変位検出装置の検出信号の波形図
である。

【図５】本発明に係る変位検出装置の第２の実施例の構
成を示す断面図である。

【図６】磁気センサの第２の実施例を示す平面図である
。

【図７】図６の磁気センサと磁気目盛部分との実装状態
を示す断面図である。

【図８】磁気センサの第３の実施例を示す平面図である
。

【図９】図８の磁気センサと磁気目盛部分との実装状態
を示す断面図である。

【図１０】磁気センサの第４の実施例を示す平面図であ
る。

【図１１】図１０の磁気センサを使用した場合に得られ
る検出信号の波形図である。

【図１２】磁気センサの第５の実施例を示す平面図であ
る。

【図１３】磁気センサの第６の実施例を示す平面図であ
る。

【図１４】磁気センサの第７の実施例を示す平面図であ
る。

【図１５】磁気センサの第８の実施例を示す平面図であ
る。

【図１６】従来の変位検出装置の構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　　　　　被検出体１２　　　　
　　　　　　　　非磁性部分１３　　　　　　　　　　
　　磁性部分１４　　　　　　　　　　　　磁気目盛部
分２　　　　　　　　　　　　　　検出器２１　　　　
　　　　　　　　マグネット２２　　　　　　　　　　
　　磁気センサ２２２、２２３　　強磁性薄膜 ２２４　　　　　　　　　　出力端 ２２５、２２６　　バイアス端

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　表面に磁気目盛部分を有する被検出体
   と、前記磁気目盛部分に対向して設けられ前記被検出体
   との相対的な変位を検出する検出器とを有する変位検出
   装置であって、前記磁気目盛部分は、前記検出器との相
   対的な変位方向に対して磁性部分と非磁性部分とが順次
   得られるようになっており、前記検出器は、マグネット
   と、磁気センサとを含み、前記マグネットは、前記被検
   出体の表面に対してほぼ垂直方向に磁化されており、前
   記磁気センサは、前記マグネットと前記磁気目盛部分と
   の間に設けられ、前記被検出体の表面に平行となる面に
   少なくとも一対の強磁性薄膜を有しており、前記一対の
   強磁性薄膜は、前記マグネットの中心軸から離れた位置
   に所定の間隔で設けられ、直列に接続される一端を出力
   端とし他端をバイアス端としていることを特徴とする変
   位検出装置。
2. 【請求項２】　　前記一対の強磁性薄膜の間隔Ｐは、前
   記磁気目盛部分の磁性部分と非磁性部分とのピッチをλ
   とすると、 Ｐ＝（ｎ＋１／２）λ 但し、ｎ＝０、１、２・・・ の関係となっていることを特徴とする請求項１に記載の
   変位検出装置。
3. 【請求項３】　　前記磁気センサは、少なくとも二対の
   強磁性薄膜を有しており、前記二対の強磁性薄膜の間隔
   Ｑは、前記磁気目盛部分の磁性部分と非磁性部分とのピ
   ッチをλとすると、 Ｑ＝（ｍ＋１／２）λ 但し、ｍ＝０、１、２・・・ の関係となっていることを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載の変位検出装置。
4. 【請求項４】　　前記磁気センサは、少なくとも二対の
   強磁性薄膜を有しており、前記二対の強磁性薄膜の間隔
   Ｑは、前記磁気目盛部分の磁性部分と非磁性部分とのピ
   ッチをλとすると、 Ｑ＝ｍλ 但し、ｍ＝１、２・・・ の関係となっていることを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載の変位検出装置。
5. 【請求項５】　　前記磁気センサは、少なくとも二対の
   強磁性薄膜を有しており、前記二対の強磁性薄膜の間隔
   Ｑは、前記磁気目盛部分の磁性部分と非磁性部分とのピ
   ッチをλとすると、 Ｑ＝（ｍ＋１／４）λ 但し、ｍ＝０、１、２・・・ の関係となっていることを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載の変位検出装置。
6. 【請求項６】　　前記磁気センサは、少なくとも二対の
   強磁性薄膜を有しており、前記二対の強磁性薄膜の間隔
   Ｑは、前記磁気目盛部分の磁性部分と非磁性部分とのピ
   ッチをλとすると、 Ｑ＝（ｍ＋３／４）λ 但し、ｍ＝０、１、２・・・ の関係となっていることを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載の変位検出装置。
7. 【請求項７】　　前記磁気センサは、二つの強磁性薄膜
   群を有し、前記強磁性薄膜群は直列にされる一端を出力
   端とし他端をバイアス端としており、それぞれの前記強
   磁性薄膜群は直列に接続される複数の強磁性薄膜を有し
   、前記強磁性薄膜の間隔Ｒは、前記磁気目盛部分の磁性
   部分と非磁性部分とのピッチをλとすると、Ｒ＝ｍλ 但し、ｍ＝１、２・・・ となっており、前記強磁性薄膜群の一の前記強磁性薄膜
   と前記他の強磁性薄膜群の一の前記強磁性薄膜との間隔
   Ｓは、 Ｓ＝（ｎ＋１／２）λ 但し、ｎ＝０、１、２・・・ となっていることを特徴とする請求項１に記載の変位検
   出装置。