JPH07104124B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁石を備えた被検出体
の近傍に設けられ、被検出体との相対位置変化に伴い変
化する磁石からの磁界強度に基づき、被検出体の位置を
検出する位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、図１７に示すように、磁石１
を備えた被検出体２の近傍に、所定方向の磁界の強度に
応じて電気的特性が変化する磁電変換素子５を設け、そ
の磁電変換素子５を電気回路７さらに表示手段８に接続
することにより、被検出体２との相対位置変化に伴い変
化する磁石１からの磁界強度を電位差や電流値の変化に
変換して表示手段８に表示させる位置検出装置３が知ら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うな従来の位置検出装置３における磁電変換素子５は所
定方向の磁界の強度に対応して電気的特性が変化し、そ
の所定方向以外の磁界の強度が変化しても電気的特性は
殆ど変化しないので、従来の位置検出装置３では被検出
体２の位置検出の精度や確度に問題があった。

【０００４】例えば磁電変換素子５として、素子に対し
水平方向の磁界の強度に対応して抵抗値が変化する磁気
抵抗（ＭＲ）素子を用いた場合、往復運動する磁石１及
びＭＲ素子の相対的位置と、ＭＲ素子に有効に働く磁石
１からの水平磁界の強度との関係は図７a)に示すように
なり、磁石１がＭＲ素子に最も近付いた０点で水平方向
の磁界の強度は最大となってＭＲ素子の電気的特性が大
きく変化し、図７b)に示すようにＭＲ出力電圧も最大と
なる。そして、磁石１がＭＲ素子から離れるにしたがっ
て、磁石１からＭＲ素子への水平方向の磁界が弱くなる
と共に、その磁界に直交する方向の垂直磁界が強くなる
ため、ＭＲ素子は磁石１から斜め方向の磁界を受けるよ
うになり、ＭＲ出力電圧が小さくなっていく。そして更
に、磁石１がＸ点で示す位置に達すると、ＭＲ素子が受
ける水平方向の磁界は最小となって（即ち、Ｘ点では略
完全な垂直磁界となって）、ＭＲ出力電圧も最小とな
る。ところが、磁石１とＭＲ素子との相対距離が更に大
きくなると、ＭＲ素子は磁石１から再び斜め方向の磁界
を受けるようになり、その結果、ＭＲ素子は、その磁界
の水平成分に応じて電気的特性を変化させ、ＭＲ出力電
圧が、図７b)の点線で示すように最大値と最小値との間
で変化してしまう。

【０００５】つまり、磁石１とＭＲ素子とが最も近付い
たときに最大値となるＭＲ出力電圧は、磁石１とＭＲ素
子との相対距離が大きくなるにつれて小さくなるもの
の、磁石１がＸ点を超えて更にＭＲ素子から遠ざかる
と、ＭＲ素子にある程度の大きさの水平方向の磁界が及
ぶこととなり、ＭＲ素子の電気的特性が変化して、ＭＲ
出力電圧が再び大きくなってしまうのである。そのた
め、上記従来の位置検出装置３では、磁石１を備えた被
検出体２の位置を精度良く検出することができなくなっ
てしまう。また例えば、ＭＲ出力電圧に基づき磁石１が
ＭＲ素子に最も近付いたことを判定するためには、その
判定基準値を、磁石１が上記Ｘ点を超えた後のＭＲ出力
電圧よりも大きく設定しなければならず、この結果、Ｍ
Ｒ出力電圧の最大値に対する設定マージンが小さくなっ
てしまい、ノイズや外乱等の影響によって誤検出をして
しまう虞があった。

【０００６】そこで、被検出体の位置を精度良く確実に
検出することを目的として、本発明が生み出された。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのような本発明の構成
は、磁石を備えた被検出体の近傍に配設され、該被検出
体との相対位置変化に伴い変化する前記磁石からの磁界
強度に基づき、該被検出体の位置を検出する位置検出装
置であって、前記磁石が最も近付いたときに該磁石と対
向し且つそのときに該磁石の両磁極間を結ぶ直線方向に
水平な方向の磁界を受けるように配設され、当該方向の
磁界強度に応じて電気的特性が変化する磁電変換素子
と、該磁電変換素子において前記磁石と対向する側の面
及びその面の反対側の面のうちの少なくとも一方に、絶
縁体を介して覆設された磁気誘導用の磁性薄膜と、を備
えたことを特徴とする位置検出装置である。

【０００８】

【作用】本発明の位置検出装置においては、磁電変換素
子が、磁石が最も近付いたときにその磁石と対向し、且
つ、そのときに磁石の両磁極間を結ぶ直線方向に水平な
方向の磁界を受けるように配設されている。そして、磁
電変換素子は、その方向の磁界強度、即ち磁石が最も近
付いたときに受ける水平方向の磁界強度に応じて電気的
特性を変化させる。また、磁電変換素子において磁石と
対向する側の面、及びその面の反対側の面のうちの少な
くとも一方には、絶縁体を介して磁気誘導用の磁性薄膜
が覆設されている。このような本発明の位置検出装置に
おいて、被検出体との相対位置変化に伴い、磁石が磁電
変換素子に最も近付くと、磁電変換素子は、磁石の両磁
極間を結ぶ直線方向に水平な方向の磁界（以下、この方
向の磁界を水平磁界ともいう）を受けることとなるが、
その水平磁界は、磁電変換素子の面に覆設された磁性薄
膜の面方向に平行であるため、磁性薄膜に殆ど影響され
ることなく磁電変換素子に及ぶこととなる。よって、こ
のとき、磁電変換素子は磁石からの上記磁界を受けて、
その電気的特性を最大に変化させる。

【０００９】そして、この状態から、磁石と磁電変換素
子との相対位置が磁石の両磁極間を結ぶ直線方向に変化
すると、両者の相対距離が大きくなるにつれて、磁石か
ら磁電変換素子への水平磁界は弱くなると共に、その水
平磁界に直交する方向の磁界（以下、この方向の磁界を
垂直磁界ともいう）が強くなるため、磁電変換素子は、
磁石と対向する側の面及びその面の反対側の面に対して
斜め方向の磁界を受けるようになる。ここで、本発明の
位置検出装置では、磁石から磁電変換素子へ斜め方向の
磁界が与えられた場合、その磁界は、磁電変換素子の面
に絶縁体を介して覆設された磁性薄膜の誘導により、磁
電変換素子の電気的特性が変化しない方向に修正され
る。即ち、磁石から発せられた斜め方向の磁束（磁力
線）は、磁性薄膜に垂直に入って垂直に出ようとするた
め、磁石からの磁界は、磁電変換素子に有効に働く水平
磁界とほぼ直交する方向に修正されて、磁電変換素子に
及ぶようになる。よって、磁電変換素子の電気的特性の
変化量は、磁石と磁電変換素子とが最も近付いたときに
最大となり、両者の相対距離が大きくなると、急激に減
少するようになる。そして、磁石と磁電変換素子との相
対距離が所定値に達して、磁電変換素子が磁石の磁極端
部付近に面するようになると、磁電変換素子が受ける水
平磁界が最小（零）になると共に垂直磁界が最大とな
り、磁電変換素子の電気的特性は殆ど変化しなくなる
が、磁石と磁電変換素子との相対距離が更に大きくなる
と、磁電変換素子は、再び磁石から斜め方向の磁界を受
けるようになる。ところが、この場合に磁電変換素子が
受ける斜め方向の磁界は、ある程度弱いものであるた
め、その磁界は、磁性薄膜の上述した誘導作用によっ
て、磁電変換素子には作用しなくなる。

【００１０】このように、本発明の位置検出装置によれ
ば、磁石と磁電変換素子との相対位置が、磁石の両磁極
間を結ぶ直線方向に変化する場合に、磁石と磁電変換素
子との相対距離が大きくなるにしたがって、磁電変換素
子の電気的特性の変化量が、確実に小さくなるようにす
ることができる。尚、磁石と磁電変換素子との相対位置
が、磁石の両磁極間を結ぶ直線方向に対して直交する方
向に変化する場合には、磁石から磁電変換素子への水平
方向の磁界が単に弱くなるだけであり、この場合も、磁
石と磁電変換素子との相対距離が大きくなるにつれて、
磁電変換素子の電気的特性の変化量が小さくなる。従っ
て、本発明の位置検出装置によれば、上述した従来装置
のように、磁石と磁電変換素子との相対距離が大きくな
ったにも関わらず磁電変換素子の電気的特性の変化量が
大きくなってしてしまう、といった不都合を防止するこ
とができ、磁電変換素子における電気的特性の変化に基
づき、被検出体の位置を精度良く確実に検出することが
できるようになる。また、磁電変換素子の電気的特性の
変化量に基づき磁石と磁電変換素子とが最も近付いたこ
とを判定する場合には、その判定基準値を、電気的特性
の変化量の最大値（磁石と磁電変換素子とが最も接近し
たときの値）に対して小さく設定することができるた
め、ノイズや外乱等の影響を抑えることができ、正確な
判定が行えるようになる。また更に、磁電変換素子の電
気的特性の変化量は、磁石と磁電変換素子との相対距離
が大きくなると、急激に減少するようになるため、磁石
と磁電変換素子とが最も近付いたことを、より正確に検
出することができる。

【００１１】

【実施例】図面に基づき本発明の一実施例を詳細に説明
する。但し、本発明は以下に詳述する一実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、
当業者が想到し得る全ての実施例を含む。

【００１２】本発明の一実施例であるピストン位置検出
装置１０は、図１に示すように、非磁性体からなるシリ
ンダ９０の外壁に取り付けられ、シリンダ９０内を図１
において左右方向に摺動するピストン９２に埋め込まれ
た永久磁石１からの磁界の強度に基づきピストン９２の
位置を検出するためのものである。尚、永久磁石１はピ
ストン９２の周面に沿った円筒状に形成されており、図
１において左右側が夫々Ｎ極とＳ極になっている（図７
参照）。

【００１３】ピストン位置検出装置１０は、プリント基
板６０表面に検出回路６２を構成する各素子が配設され
ると共にプリント基板６０の裏面に磁気抵抗（ＭＲ）素
子チップ２０が取り付けられている。又、プリント基板
６０の裏面には、検出回路６２に電源を供給するための
リード線７０も接続されている。そして、シリンダ９０
への取付面側を除き、それらプリント基板６０、検出回
路６２、及びＭＲ素子チップ２０等を覆う鋼板製シール
ドカバー８０が設けられている。シールドカバー８０の
開口部周縁には、合成ゴムよりなる基盤８２が装着さ
れ、この基盤８２がシリンダ９０の外壁に固定されるこ
とによって位置検出装置１０がシリンダ９０に取り付け
られる。

【００１４】ＭＲ素子チップ２０は、図２及び図３に模
式的に示すように、表面にパーマロイ製の磁気抵抗（Ｍ
Ｒ）素子パターン２４及び半田パッド部２６が形成され
たガラス製基板２２（図４参照）のパターン形成部２５
の表面をＳiＯ₂の絶縁体３４で覆った後、その絶縁体３
４の表面及び基板２２の裏面に、コバルト系アモルファ
スで厚さ１０μｍの磁性薄膜３０及び同じく５μｍの磁
性薄膜３２をそれぞれ積層し、更に表面の磁性薄膜３２
の上に、ＳiＯ₂の絶縁体３６を積層することにより形成
されている。なお、半田パッド部２６の上面には、ニッ
ケルメッキ２７だけが施されている。

【００１５】ＭＲ素子チップ２０は、図５に示すよう
に、洗浄工程(Ｉ)からダイシング工程(Ｘ)までを経て製
造される。まず、洗浄工程(Ｉ)においてガラス基板２２
ａを洗浄層の中性洗剤の中で洗浄して基板表面を浄化
し、次の工程における蒸着が良好に行えるよう準備す
る。蒸着工程(II)では、基板２２ａの片側面に、ＩＣＢ
蒸着装置によりパーマロイ４０を蒸着する。更にレジス
ト工程(III) において、スピンナーによりパーマロイ４
０の外側面にフォトレジスト４１を塗布し、プリベイク
する。

【００１６】プリベイク後、露光工程(IV)にて、図４に
示すようなパターン形状を複数型どったワーキングマス
クをフォトレジスト４１の塗布面に被せつつアライナー
により紫外線を照射する。照射後、現像工程(V) で、現
像液を蓄えた現像槽に入れて現像し、基板２２ａ上の蒸
着膜に塗布されたフォトレジスト４１により複数のＭＲ
素子パターンを型どる。さらに、これをポストベイクし
た後、エッチング工程(VI)で、エッチング槽においてフ
ォトレジスト４１に覆われていないパーマロイ４０を腐
食して、パーマロイ４０によるＭＲ素子パターン２４及
び半田パッド部２６を形成する。

【００１７】剥離工程(VII) で、残ったフォトレジスト
４１を剥離する。そして、磁性膜形成工程(VIII)でＭＲ
素子パターン２４が形成されたパターン形成部２５を露
出させたマスクを被せ、パターン形成部２５の上へ絶縁
体３４を積層し、半田パッド部２６の上にニッケルメッ
キ２７を施す。更に、絶縁体３４の上に磁性薄膜３２を
蒸着し、基板２２ａの逆側面には、全面に磁性薄膜３０
を蒸着する。

【００１８】そして、真空高温炉による熱処理工程(IX)
を経て、ダイシング工程(Ｘ)で約４ｍｍ四方ほどの各パ
ターン毎に切断して個々のＭＲ素子チップ２０を形成す
る。なお、熱処理工程（IX）は、必須の工程ではなく省
略されることもある。

【００１９】つぎにプリント基板６０に設けられた検出
回路６２について図６に基づき説明する。検出回路６２
は、電源電圧を分圧して基準電圧を設定する抵抗Ｒ１、
Ｒ２、それらの抵抗と並列に設けられたＭＲ素子チップ
２０、設定された基準電圧とＭＲ素子チップ２０の抵抗
値の変化に基づき変化するＭＲ出力電圧との大小を比較
するコンパレータ７２、コンパレータ７２の出力部に接
続されその出力に基づきＯＮ・ＯＦＦするｐｎｐ型トラ
ンジスタ７４、及びトランジスタ７４がＯＮしたとき点
灯する表示ランプ６８等で構成され、リード線７０を介
して電源７８から電力の供給を受けている。

【００２０】シリンダ９０内でピストン９２に連動する
永久磁石１と位置検出装置１０に設けられたＭＲ素子チ
ップ２０との相対的な位置関係、及び検出回路６２の作
動原理を図１、図６及び図７に基づき詳述する。

【００２１】図７a)に示すように、永久磁石１が線Ｐ上
を移動する場合に点０のＭＲ素子チップ２０に及ぶ磁束
の様子は、永久磁石１を固定し線Ｐに平行で点０を含む
線Ｑ上をＭＲ素子チップ２０が移動した場合の磁束の様
子と同じである。

【００２２】図７a)乃至c)に示すように、永久磁石１が
ＭＲ素子チップ２０に最も近づいたとき、ＭＲ素子チッ
プ２０に及ぶ磁束密度の水平成分は最大であるため、Ｍ
Ｒ出力電圧も最大となる。そのとき、ＭＲ出力電圧が抵
抗Ｒ１，Ｒ２で設定された基準電圧を上回るので、コン
パレータ７２のｏｕｔ出力電圧がＬｏｗとなり、トラン
ジスタ７４がＯＮされ表示ランプ６８が点灯する。

【００２３】永久磁石１がＭＲ素子チップ２０から遠ざ
かり、ＭＲ素子チップ２０に及ぶ水平方向の磁束密度が
減ると、ＭＲ出力電圧も減少し基準電圧を下回わる。す
ると、コンパレータ７２のｏｕｔ出力電圧もＨｉとなっ
てトランジスタ７４はＯＦＦして表示ランプ６８も消え
る。

【００２４】ところで、図７a)に点線で示す磁束の様子
から理解されるように、磁束密度はＭＲ素子チップ２０
がＸ地点にあるとき垂直成分のみであるため、ＭＲ出力
電圧は最小値を取る（図７b)参照）。永久磁石１がＭＲ
素子チップ２０に最も近づいたときに最大である水平方
向の磁束密度成分は、Ｘ地点に近付くにつれて小さくな
り、Ｘ地点で零になる。しかし、Ｘ地点を越えて永久磁
石１が更にＭＲ素子チップ２０から遠ざかると、ある程
度の大きさの水平方向の磁束密度成分が再び生じる。

【００２５】そのため磁性薄膜を有しない従来例にあっ
ては、図７b)に点線で示すように、ＭＲ出力電圧はＸ地
点で一旦最小になるにもかかわらず、Ｘ地点を越えて永
久磁石１が更にＭＲ素子チップ２０から遠ざかると、再
び生じた水平方向の磁束密度成分に対応してＭＲ出力電
圧も再び大きくなる。

【００２６】しかしながら、本実施例によれば、磁気抵
抗体のＭＲ素子パターン２４の上下に透磁率の高い磁性
薄膜３０、３２が配設されて磁界が誘導され、Ｘ地点を
越えて永久磁石１がＭＲ素子チップ２０から遠ざかって
も、水平方向の磁束密度成分は殆どＭＲ素子パターン２
４に及ばず、従って図７b)に実線で示すように、ＭＲ出
力電圧もＸ地点で最小になった後、略その最小値のまま
推移する。

【００２７】実際に位置検出装置を用いて実験した場合
の実験データ（図７b)の原理図に対応する）を図８に示
す。磁性薄膜３０、３２を用いていない従来の位置検出
装置による実験データは、図８に点線で示すように、永
久磁石がＭＲ素子に一番近付いたＭＲ出力電圧最大の位
置からピストンが変位するに伴いＭＲ出力電圧は減少
し、Ｘ地点で一旦最小になるけれども再びＭＲ出力電圧
が大きくなり、三つの山を持った曲線となる。従って、
例えば永久磁石がＭＲ素子に最も近付いた位置でのみ、
ＭＲ出力電圧が基準電圧を越えるようにするには、基準
電圧を８０ｍｖくらいの高い値に設定する必要があり、
その基準電圧とＭＲ出力電圧最大値（約９０ｍｖ）との
差が小さくピストン位置の検出確度に不安があった。具
体的には例えば、ほんの１０ｍｖ強のノイズや外乱によ
ってピストン位置の誤検出が生じる虞があった。これに
対し、図８に実線でその実験データを示す本実施例によ
れば、永久磁石９４がＭＲ素子チップ２０に最も近付い
た場合にＭＲ出力電圧最大値（約８７ｍｖ）をとり、そ
の最大値のみを頂点とした美しい山形の曲線となる。従
って、本実施例においては基準電圧を低く設定（例えば
５０ｍｖ以下）することができ、ピストン９２の位置を
確実に検出することが出来る。

【００２８】また、図８に点線で示すように、従来例で
はＭＲ出力電圧が最大であるピストン位置に幅がある
（つまりグラフ曲線の頂点が不明確になっている）。こ
れに対し、本実施例によれば、図８に実線で示すよう
に、ＭＲ出力電圧が最大を示す付近では、グラフの変化
が大きく、最大ＭＲ出力電圧を示すピストン位置を特定
することが可能である（従来例に比べ実施例はグラフ曲
線の頂点が尖っている）。従って、本実施例によれば、
永久磁石１がＭＲ素子チップ２０に最も近付いたときに
だけＭＲ出力電圧が最大になるようにして、ピストン９
２の位置の検出精度を高めることが出来る。

【００２９】本実施例により生ずる効果を裏付けるた
め、図９に示すような、ピストン１９２に連動する永久
磁石１０１からの磁束密度を、ちょうど本実施例のＭＲ
素子パターン２４の位置に該当する５点の検出部２００
で検出し解析する有限要素解析モデルを設計した。この
モデルに基づき、ピストン１９２のヘッドとシリンダの
基準位置ヘッド１９０とが当接した位置を変位零とし
て、ピストン１９２の移動に伴う変位５、９、１０及び
２０ｍｍの各変位位置において解析を行い、その解析結
果を、それぞれ図１０乃至図１４として示す。尚、各図
において、（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、それぞれ、
本実施例に対応して二枚のアモルファス磁性薄膜１３
０、１３２を用いた場合、一枚のアモルファス磁性薄膜
１３０を用いた場合、及びアモルファス磁性薄膜を用い
ない従来例に対応する場合、を示し、それら各図におい
て、ピストン１９２の変位を示す概略図と共に、検出部
２００付近での磁束の様子及び検出部２００における磁
束ベクトルを、それぞれ拡大して示す。

【００３０】変位零の位置では図１０に示すように、二
枚のアモルファス磁性薄膜１３０、１３２の間に検出部
２００を設けた場合（Ａ）と、アモルファス磁性薄膜を
用いない場合（Ｃ）とで、磁束の様子は殆ど変わらな
い。これは、二枚の磁性薄膜１３０、１３２において磁
化飽和が生じているためである。それに対し、永久磁石
１０１と検出部２００との間にのみアモルファス磁性薄
膜１３０を配設した場合（Ｂ）は、変位零の場合でも薄
膜１３０により磁界の誘導が行われている。

【００３１】変位５、９、１０及び２０ｍｍの各位置で
は、図１１乃至図１４に各々示されるように、アモルフ
ァス磁性薄膜を用いない場合（Ｃ）に比べ、アモルファ
ス磁性薄膜１３０及び１３２を用いた場合（Ａ）、一枚
のアモルファス磁性薄膜１３０を用いた場合（Ｂ）共
に、アモルファス磁性薄膜１３０又は１３２による磁界
の誘導が行われて、磁性薄膜１３０から検出部２００へ
向かう磁束が薄膜１３０面に対し垂直方向に修正されて
いる。つまり、ピストン１９２の移動に伴い、永久磁石
１０１から検出部２００へは斜め方向の磁束が向かうよ
うになるが、その磁束は、磁性薄膜１３０，１３２に垂
直に入って垂直に出ようとするため、検出部２００に
は、垂直方向の磁束が及ぶこととなる。そして、その場
合、磁性薄膜１３０一枚（Ｂ）よりも磁性薄膜１３０、
１３２二枚（Ａ）の方が、薄膜１３０面に対し垂直方向
へより強く磁束が誘導されている。

【００３２】さらに、上記解析において変位に伴う検出
部２００での磁束密度のベクトル軌跡について、アモル
ファス磁性薄膜１３０、１３２二枚の場合（Ａ）を図１
５に、磁性薄膜を用いない場合（Ｂ）を図１６に、それ
ぞれ示す。図１５及び図１６において、検出部２００の
位置を原点とし、ピストン１９２（及び永久磁石１０
１）の変位方向と平行な磁束密度のベクトル成分をＹ軸
に、それと直交するベクトル成分をＸ軸に取った。

【００３３】図１５及び図１６においても、アモルファ
ス磁性薄膜１３０、１３２が磁界を誘導していることに
よる影響が表れている。即ち、二枚の磁性薄膜１３０、
１３２を検出部２００の両側に置いた図１５に示される
場合には、水平方向の磁束密度最大の変位零点から変位
が大きくなるにしたがって、磁束密度の水平成分が少な
くなってゆき、水平成分が一旦零となると、その地点か
ら変位が更に大きくなっても、磁束密度の水平成分は略
零の値を取り続ける。これに対し、磁性薄膜を用いない
図１６に示される場合には、磁束密度の水平成分が一旦
零となっても、それから更に変位が大きくなるとそれま
でとは逆向きではあるが一定の大きさの水平成分が検出
される。

【００３４】以上、詳述したように、本実施例では、基
板２２の裏面に形成したアモルファス磁性薄膜３０、及
びＭＲ素子パターン２４の上に積層された絶縁体３４の
表面に形成されたアモルファス磁性薄膜３２により、永
久磁石１からＭＲ素子パターン２４面への斜め方向の磁
界が、略垂直方向に修正される。よって、ピストン９２
が図７のＸ地点を超えてＭＲ素子パターン２４（ＭＲチ
ップ２０）から遠ざかった場合に、永久磁石１からの水
平成分を含む斜め方向の磁界は、殆ど垂直方向に修正さ
れてＭＲ素子パターン２４に及ぶこととなり、この結
果、ＭＲ素子パターン２４は、ピストン９２の変位に応
じた強度の水平磁界を受けることとなる。従って、図８
に示すように、本実施例にかかる位置検出装置１０のＭ
Ｒ出力電圧は、ピストン９２がＭＲ素子パターン２４に
最も近付いたときにのみ最大で、その最大値を頂点とし
た山形の良好な特性を示す。それ故、その良好なＭＲ出
力電圧特性に基づき、ピストン９２の位置の検出精度を
高めることが出来ると共に、基準電圧を低い値に設定し
てピストン９２の位置を確実に検出することも出来る。

【００３５】また、磁気誘導用として適した一定の薄さ
（１μｍ〜３０μｍ）に全体を精度良く形成することが
難しかった（適切な薄さに形成したとしても特性の変化
が生じてしまう）一般の板材に比べ、磁性薄膜３０、３
２はイオンプレーティングビーム法、真空蒸着、又はス
パッタリング等の薄膜形成技術により、特性をコントロ
ールしつつ一定の薄さに精度良く形成し得て磁界の誘導
を的確に行うことが出来る。従って、そのような磁性薄
膜３０、３２を用いた本実施例によれば、ＭＲ出力電圧
を適切にコントロールし、移動体の位置を正確に検出す
ることが可能である。

【００３６】さらに、前述のように、従来例に比べて良
好なＭＲ出力電圧特性が得られる本実施例によれば、基
準電圧の設定にあたって許容幅があるため、検出回路６
２の温度変化や外乱等に柔軟に対応できると共に、ＭＲ
素子チップ２０を汎用のものとすることが可能となっ
た。即ち、良好なＭＲ出力電圧特性を有するＭＲ素子チ
ップ２０は、永久磁石の磁力や電気回路等の相違に基づ
き基準値にバラツキがある他の位置検出装置にも有効に
用いることが出来る。

【００３７】加えて、本実施例では、二枚の磁性薄膜３
０、３２により永久磁石１からの磁界を誘導しているの
で、磁性薄膜３０だけで誘導する場合に比べ、より的確
に磁界を誘導することが出来（図１０乃至図１４の
（Ａ）及び（Ｂ）参照）、ＭＲ出力電圧をより適切にコ
ントロールして、ピストン９２の位置を検出する精度及
び確度の向上を図ることが可能となった。

【００３８】また、本実施例で用いられるアモルファス
の磁性薄膜３０、３２は、一般の結晶膜に比べて成膜条
件が緩く製造が容易であるため、安価に量産することが
出来る。

【００３９】さらに加えて、本実施例で用いられるＭＲ
素子チップ２０は、図５に示すような製造工程を経て、
即ち、蒸着によりガラス基板２２ａ上に複数のＭＲ素子
チップ２０のための成膜を一度に行なった後、個々のチ
ップ２０毎に切断しているので、特性の揃ったＭＲ素子
チップ２０を容易に量産することが出来る。

【００４０】なお、本実施例では二枚の磁性薄膜を用い
たが、図１０乃至図１４の（Ｂ）及び（Ｃ）を比べれば
明らかなように、二枚の磁性薄膜のどちらか一方のみで
も、永久磁石１からの磁界をＭＲ素子パターン２４に誘
導して、磁性薄膜を用いない場合に比べ良好なＭＲ出力
電圧特性を得て、ピストン９２の位置をより精度良く確
実に検出することが出来る。

【００４１】また、前述した本実施例においてアモルフ
ァス磁性薄膜３０、３２に垂直方向の透磁率が小さく水
平方向の透磁率が大きいという磁気異方性を有する材料
を用いれば、その磁気異方性を利用して磁束密度の方向
だけでなく大きさもコントロールすることにより、永久
磁石１がＭＲ素子チップ２０に最も近付いたときだけＭ
Ｒ素子パターン２４に水平方向の磁束密度成分が及ぶよ
うにすることも可能であり、そうすれば位置検出装置１
０の精度を更に向上させることが出来る。

【００４２】さらに、磁性薄膜３０、３２の材料として
は、本実施例で用いたアモルファスのような強磁性体だ
けでなく、反磁性体、または弱磁性体など、蒸着等によ
り薄膜を形成し得る全ての磁性体を使用することができ
る。磁石と磁電変換素子との相対位置の変化に対応した
磁電変換素子の電気的特性の変化を磁気誘導により実現
し得るものであれば、空気の透磁率と異なる透磁率を有
し保磁力の小さい各種の物質を磁性薄膜の材料として用
いることが出来るからである。

【００４３】本発明にかかる位置検出装置は、本実施例
のようにピストンのような往復運動をする移動体の位置
を検出する場合だけでなく、モータ等の回転体や往復運
動以外の運動をする移動体の位置を検出する場合にも用
いることができる。本実施例のように磁石側が移動し位
置検出装置が固定されているのとは逆に、磁石をシリン
ダに固着しピストンに位置検出装置を取り付けるなど、
磁石側が固定され位置検出装置が移動する場合であって
も良い。また、本実施例では磁石として永久磁石１を用
いたが、その代わりに、電磁石や電流の流れる導体等、
磁界を発生させる種々のものを用いることも可能であ
る。

【００４４】本実施例では、磁性薄膜を形成した基板２
２としてガラスを用いたが、シリコンやセラミック等を
用いても良い。また、本実施例ではＳiＯ₂が用いられた
絶縁体３４、３６として、ポリイミド等の有機絶縁材料
が用いられても良い。

【００４５】本実施例で用いられた強磁性金属抵抗素子
（ＭＲ素子）の代わりに、磁電変換素子としてホール素
子や半導体磁気抵抗素子等を用いることもできる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明にかかる位
置検出装置においては、磁電変換素子の磁石と対向する
側の面、及びその面の反対側の面のうちの少なくとも一
方に、絶縁体を介して磁気誘導用の磁性薄膜を覆設する
ようにしているため、磁石から磁電変換素子へ斜め方向
の磁界が与えられた場合に、その磁界は、磁性薄膜の誘
導により、磁電変換素子の電気的特性が変化しない方向
に修正される。

【００４７】従って、磁電変換素子の電気的特性は、被
検出体との相対位置変化に伴い変化する磁石からの距離
に忠実に変化することとなり、この結果、被検出体の位
置を精度良く確実に検出することが出来る。

【００４８】特に、本発明にかかる位置検出装置に用い
られる磁気誘導用の磁性薄膜は、蒸着等の薄膜形成技術
により、容易に厚さ精度良く形成することが出来るの
で、磁界に対する所期の誘導を正確に行うことが可能で
ある。

【００４９】従って、そのような磁性薄膜を用いた本発
明にかかる位置検出装置にあっては、適切な磁界の誘導
を行なって、被検出体の位置を精度良く確実に検出する
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリンダ９０に取り付けられた本発明の一実施
例に係るピストン位置検出装置１０の概略を示す説明図
である。

【図２】ＭＲ素子チップ２０の側面拡大説明図である。

【図３】ＭＲ素子チップ２０の分解説明図である。

【図４】基板２２表面におけるパターン図である。

【図５】ＭＲ素子チップ２０の製造工程図である。

【図６】本実施例の位置検出装置１０の電気回路図であ
る。

【図７】ピストンの変位にともなう変化説明図である。

【図８】実験に基づくＭＲ出力電圧特性図である。

【図９】本実施例を想定した有限要素解析モデル説明図
である。

【図１０】図９に示すモデルを用いた有限要素解析結果
の変位零の場合を示す説明図である。

【図１１】図９に示すモデルを用いた有限要素解析結果
の変位５ｍｍの場合を示す説明図である。

【図１２】図９に示すモデルを用いた有限要素解析結果
の変位９ｍｍの場合を示す説明図である。

【図１３】図９に示すモデルを用いた有限要素解析結果
の変位１０ｍｍの場合を示す説明図である。

【図１４】図９に示すモデルを用いた有限要素解析結果
の変位２０ｍｍの場合を示す説明図である。

【図１５】二枚のアモルファス磁性薄膜１３０、１３２
を用いた場合の有限要素解析結果をベクトル軌跡として
示した説明図である。

【図１６】アモルファス磁性薄膜を用いない従来技術に
対応した場合の有限要素解析結果をベクトル軌跡として
示した説明図である。

【図１７】従来例を説明したブロック図である。

【符号の説明】

１…磁石， １０…ピストン位置検出装
置,２０…ＭＲ素子チップ, ２２…基板,
２４…ＭＲ素子パターン ,２６…半田パッド部, ３
０、３２…磁性薄膜,３４、３６…絶縁体，６０…プリ
ント基板， ６２…検出回路, ６８…表示ラン
プ,７０…リード線, ７２…コンパレータ,
８０…シールドカバー,９２…ピストン,

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁石を備えた被検出体の近傍に配設さ
   れ、該被検出体との相対位置変化に伴い変化する前記磁
   石からの磁界強度に基づき、該被検出体の位置を検出す
   る位置検出装置であって、前記磁石が最も近付いたときに該磁石と対向し且つその
   ときに該磁石の両磁極間を結ぶ直線方向に水平な方向の
   磁界を受けるように配設され、当該方向の 磁界強度に応
   じて電気的特性が変化する磁電変換素子と、該磁電変換素子において前記磁石と対向する側の面及び
   その面の反対側の面のうちの少なくとも一方に、絶縁体
   を介して覆設された磁気誘導用の磁性薄膜と、 を備えた
   ことを特徴とする位置検出装置。