JPS60155917A

JPS60155917A - 検出装置

Info

Publication number: JPS60155917A
Application number: JP59012302A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Onodera; 博美小野寺; Noriaki Wakabayashi; 若林　則章; Taiji Sugizaki; 杉崎　泰司
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-01-25
Filing date: 1984-01-25
Publication date: 1985-08-16
Also published as: JPH0426047B2

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、直線運動する物体の移動距離や、回転運動す
る物体の回転角の検出等に使用される。

磁気的異方性効果を有する強磁ｉ薄膜−抵抗素子（以下
％ＭＲ素子と略す。）を使用した検出装置に関するもの
である。　、従来例の構成とその問題点第１図（ム）、申）は、ＭＲ素子の一例を示す平面図と
正面図である。

第１図において、ＭＲ素子よりなる感磁部２および外部
接続用端子部３，４は基板１の表面に形成されており、
感磁部２は第１図中、±Ｘ方向の磁界強度の変化に応じ
て抵抗値が変化し、他の方向の磁界強度の変化に対して
は、抵抗値がほとんど変化しない、いわゆる磁気的異方
性効果を有している。

第２図は前記ＭＲ素子の特性図であり、前記士Ｘ方向の
磁界強度の変化に対する前記感磁部２の抵抗値変化を示
す。図中ａ、Ｃ，ｅｌ’ｌ：磁界強度に対する抵抗値変
化が非直線な領域であり１図中す。

ｄは比較的直線性の良い領域である。

以下に第１図および第２図で説明したＭＲ素子の苛性を
利用した検出装置について説明する。

第３図はＭＲ素子を使用した従来の検出装置の一例を示
し、第３図の（Ａ）Ｆｉ平面図、（Ｂ）は（Ａ）のムー
Ａ線断面図である。また、第３図（Ａ）、　（Ｂ）にお
いて、第１図と同一の部分については同一の符号を付し
ている。

さて、この従来の検出装置は、可動部８が固定部９に清
って直線的に移動する際の両者の相対位置関係を検出す
るものであり、可動部８ば、表面に感磁部２および端子
部３；４を形成した基板１と、バイアス磁界を供給する
役目を持つ永久磁石７とで構成されている。一方、固定
部９は、可動部８と対向する面に、磁性材より成る多数
の歯状の凹凸（以後、磁極歯と称す）を含んでいる。ま
た、可動部８と固定部９の対向する面は、図示はしない
が、ベアリング等の走行保持系により１両者が一定の間
隙を維持しながら平行移動できるよう保持されている。

今、感磁部２が、第３図（ト）に示されるように、端子
部３，４全通して外部の定電流源１０．固定抵抗器６．
接地１１．出力端子６に接続された状態で、可動部８が
固定部９に沿って定速で移動すると、出力端子６からは
、固定部９の磁極歯のきざみ周期の２分の１周期の正弦
波様の出力が得られることは、一般に知られている。こ
れは、永久磁石７の発生する磁界が、固定部９の磁極歯
の凹凸な形状に影響を受け、周期的に曲げられ、可動部
８の感磁部２に対してその感磁方向（±Ｘ方向）の成分
？発生する為であり、感磁部２の抵抗値は。

第２図で説明したように、受けだ磁界強度に応じで変化
する為、出力端子６には、周期的な正弦波様の出力が現
われる。これ金弟４図を用いてさらに詳しく説明する。

但し、第３図と同一の部分は、同一符号を付し１重複す
る説明は省略する。

第４図中、１０１　＋　１０２＋　１０３＋　１０４＋
　１１０５は、永久磁石７の発生する磁力線のうち、代
表的なものを示している。第４図では、感磁部２が磁力
線１０３の通過する位置にあり、この時。

磁力線１０３は感磁部２に対して垂直に通過する為、±
Ｘ方向の成分はなく、第２図の特性図で示すところの磁
界０の位置になり、感磁部２の抵抗値は最大を示す。可
動部８が移動して、感磁部２が磁力線１０１，１０５の
位置に米たときも同じように抵抗値は最大を示す。

次に可動部８が移動して感磁部２が磁力線１０２の位置
に米だ場合について考えると、磁力線１０２は、感磁部
２金斜めに通過することになる。この磁力線１０２’ｉ
直交成分に分けると、感磁部２を垂直に通過する成分と
、−Ｘ方向の成分に分解することができ、前記の−Ｘ方
向成分の磁界により、感磁部の抵抗値は磁界強度に応じ
て変化する。同様にして、磁力線１０４については、＋
ｘ方向成分の磁界が生じる。ここで第２図に示すように
、感磁部２の特性は、磁界０を中心にして左右対称な形
を示すので、可動部８が定速で移動して、感磁部２が磁
力線１０１から１０５の位置まで（磁極歯の１周期分）
移動すると、その時の抵抗値変化は、１０１から１０３
までと、１０３から１０６までとで、磁力線１０３の位
置を中心に左右対称になる。言い換えれば、磁極歯のき
ざみ周期の２分の１の周期の出力が得られることになる
。

しかしながら上記のような構成の検出装置においては、
第２図に示すＭＲ特性のうち磁界ｏ’ｌ中心にプラス、
マイナス両方向で使用する為、非線形領域Ｃの影響で出
力信号の歪が太きいという欠点があった。特に、高精度
、高分解能な検出装置が必要な場合、固定部９の磁極歯
のきざみ周期を細かくしてゆけば、ある程度対応できる
が、信号検出が困難になるので、一般的には電気的内挿
法等を用いて信号の高分解能化を図ることも多い。

その場合、信号処理の立場から見て、出力波形は正弦波
に近い方が望ましいが、従来の検出装置では、上記の歪
の為に、リニアリティーが悪く、高分解能化も困難であ
った。

以上述べてきた従来の欠点は、第２図に示すＭＲ素子の
特性の内、非線形領域Ｃを使用している事に起因するの
で、この欠点を取り除くには、同図の特性の内、比較的
直線性（リニアリティー）の良い領域すまたは（ｌｉ使
用すれば良いのは明らかであるが、その為には、第１図
の感磁部２に常時。

＋Ｘまたは−Ｘ方向のある一定（第２図中すの領域の中
心またはｄの領域の中心）の磁界をかけておく必要があ
り、このような磁界（以下、オフセット磁界と称す）を
安定して供給するのが困難であった。

発明の目的本発明の目的は、前述のような欠点を除去するものであ
り、部品点数を増すことなく、簡単な構成で、ＭＲ素子
に安定したオフセット磁界を供給することを可能とし、
高精匿で、応用範囲も広い検出装置を提供することであ
る。

発明の構成本発明の検出装置は、一定の間隙を維持しながら相対運
動を行う第１の手段と第２の手段とを含めて構成され、
前記第１の手段は、磁気的異方性効果を有する強磁性薄
膜抵抗素子と、これに磁界を与える永久磁石を含み、前
記第２の手段は、前記第１の手段と対向する面に、磁性
材よりなる歯状の凹凸をその相対運動方向に多数含んで
おり、前記強磁性薄膜抵抗素子は、前記永久磁石と前記
歯状の凹凸との間の磁界中に配置されるとともに強磁性
薄膜抵抗素子の磁界感磁方向は前記相対運動方向になる
よう配置され、かつ１強磁性薄膜抵抗素子の薄膜面は前
記第２の手段の凹凸が形成された磁性材の表面に対して
一定の傾斜角度をもって配置されるように構成したもの
であり、これにより精にの高い検出装置が実現できる。

実施例の説明以下、本発明の実施例について、図面を参照しなから説
明する。

第５図は本発明の一実施例に係るＭＲ素子を使用した検
出装置の要部断面図を示し、（Ａ）は平面図、申）は（
Ａ）のＢ　−Ｂ線断面図である。。

この検出装置は、可動部２１が固定部２ｏＫ活って直線
的に移動する際の両者の相対位置を検出するも。アあ９
、ユ動部２，４１表面に口素子　１よりなる感磁部１３
および端子部１４．１５ｉ形成した基板１２と、バイア
ス磁界を供給する為の永久磁石１６とで構成されている
。

一方、固定部２０ｉｊ、可動部２１と対向する面に一定
のきざみ周期の磁極歯を形成している。さらに、可動部
２１と固定部２ｏとは、第６図のように配置され、特に
基板１２と固定部２０ｉｊ、角度α０傾けてあり、永久
磁石１６と固定部２ｏとは平行に配置されている。なお
、図面においては説明の都合上、可動部２１を固定部２
０に沿って移動可能に保持する為の走行保持系は省略し
ている。また、前記感磁部１３け、第６図（ト）に示す
ように端子部１４．１６ｉ通して定電流源１８．固定抵
抗器１７．接地２２．出力端子１９に接続されているも
のとする。

以上のように構成された本実施例の検出装置について、
以下その動作を説明する。第５図において可動部２１が
固定部２ｏに沿って±Ｘ′方向に移動すると、永久磁石
１６から固定子２０（−Ｚ方向）に向かう磁力線は、第
４図の従来例と同様に、磁極歯□の凹凸な形状に応じて
その方向が変化する。その様子を示したのが第６図であ
り、同図中１０６，１０７，１０８，１０９，１１０は
、永久磁石１６より発生した磁力線の内、その代表的な
ものを示している。

また、第７図は感磁部１３が磁力線１０６の通過する位
置にある時の要部断面図を示している。

この図において、永久磁石１６の発生するバイアス磁界
Ｈｏ　が、感磁部１３を斜めに通過する為、感磁部１３
には、その感磁方向（＋Ｘ方向）のオフセット磁界Ｈｘ
が与えられる事になり、そのオフセット磁界Ｈｘの強さ
は、ｌｕｘ　ｌ　＝　ｌＨｏ　１ｓｉｎａ０・・・・−・（
１）で与えられる。これにより、第２図に示すＭＲ素子
の特性図の内、従来磁界０を中心に磁界の出画方向で使
用していたのを、一定のオフセット磁界Ｈｚ　’に中心
に十又は−のどちらか一方向で使用することができる様
になる。感磁部１３が磁力線１０８又は１１０の通過す
る位置にある時も同様である。また、前述の（１）式か
ら明らかな様に、ＩＨｘｌＦｉ永久磁石の発生するバイ
アス磁界ｌＨｏ１の強さを変えるか、もしくは感磁部の
傾き角α０を変えることにより自由に設計することがで
きるので、第２図に示すＭＲ素子の特性のうち非線形な
領域ａｆ避けて、比較的直線性の良い領域す又はｄで使
用することが容易で、これにより従来問題とされた出力
波形の歪も大幅に改善され精度の良い検出装置を実現し
ている。

次に本発明の他の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第８図は本発明の他の実施例に係るＭＲ素子を使用した
検出装置の要部断面図を示し％（Ａ）は平面図、（Ｂ）
は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。なお、構成部品は第
５図に示す本発明の第１の実施例と同一の部品を用いて
おり、対応するものには同一の符号を付すことにより、
ここでの説明は省略する。

この検出装置は、可動部２２が固定部２０に沿って直線
的に移動する際の両者の相対位置を検出するものであり
、基板１２と永久磁石１６を固着して両者を一体で固定
部２ｏに対してα０傾けたという点で第５図に示す本発
明の第１の実施例とは異なる。

以上のように構成された本実施例の検出装置においても
、第６図に示す第１の実施例と同様、感磁部１３は永久
磁石１６によりオフセット磁界を与えられる。よって第
２図に示すＭＲ素子の特性のうち比較的直線性の領域す
又はｄで使用することができ、出力端子１９からは歪の
少ない正弦波様信号が得られる・ことが確認された。

次に本発明の更に別の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

第９図は本発明の他の実施例に係るＭＲ素子を使用した
検出装置の主要部を示し、第９図の（Ａ）は平面図、申
）は正面図である。なお、第５図に示した本発明の実施
例と同一の部品については同一の符号を付し、ここでの
説明を省略する。

この検出装置は、回転運動する歯車２４の回転位置を検
出するものであり、磁性材より成る歯車２４と、基板１
２及び永久磁石１６より成るセン？７．。２，２３８、
□わ、ヤ２ヶ７．。：）’　７２３１は、第９図に示す
様に歯車２４の側面に対して角度α０傾けて配置してお
り、歯車２４の歯の側面部で回転位置、全検出するもの
である。この場合、ＭＲ素子は、図中の矢印±Ｘ方向の
磁界の強さに応じて抵抗値が変化する。

以上のように構成された本実施例の検出装置においても
、その動作・原理は第５図に示す本発明の第１の実施例
と同様であり、ただ異なるのは、検出の対象が直線運動
から回転運動に変わっている点であり、やはり歯車２４
の歯の凹凸に対して第９図（Ａ）の様に角度α０傾けて
センサブロックを傾けることにより、感磁部１３にオフ
セット磁界を与えて、第２図に示すＭＲ特性の内、比較
的直線性の良い領域を使用し、結果として歪の少ない正
弦波様の出力金得ている。

次に本発明のもう一つの別の実施例について図面を参照
しながら説明する。

第１０図は本発明の別の実施例に係るＭＲ素子を使用し
た検出装置の主要部を示し、第１０図の（ム）は平面図
％申）は（ム）のＤ−Ｄ線断面図である。なお、第６図
に示す本発明の実施例と同一の部品は。

同一の番号を付し説明を省略する。

この検出装置は、回転運動する歯車２４の回転位置を検
出するものであり、センサブロック２３は、図に示す様
に歯車２４の外周の接線に−１に対して角度α０傾斜さ
せて配置している。

以上のように構成した本実施例の検出装置においても、
第９図の実施例と同様の効果が得られる。

なお、以上本発明の各実施例について各々図面を用いて
説明してきたが、この中で用いたＭＲ素子の素子数、形
状は、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に設計でき
ることは言うまでもない。

またＭＲ素子の使用方法についても、本発明の各実施例
において、定電流源１８．固定抵抗器１７゜接地２２の
ような回路構成にしているが１回路構成はこれに限定さ
れるものではなく、例えば定電圧源を使用した回路構成
等も考えられる。

発明の効果以上の説明から明らかなように、本発明は永久磁石と磁
極歯の間の磁界中にＭＲ素子を配置し、従来平行にして
いた磁極歯の表面とＭＲ素子の感磁方向を角度α０傾け
ることにより、永久磁石のつくる磁界をバイアス磁界と
して利用するだけでなくオフセット磁界としても利用し
ているので、部品点数を増やすことなく、容易に安定な
オフセット磁界が得られるようになった。これにより、
ＭＲ特性の非線形な領域を避けて、比較的直線性の良い
領域を使用することができ、その為に従来問題とされた
出力波形の歪も大幅に改善されるという効果が得られる
。その効果により、出力信号を信号処理して、より高分
解能な検出装置の実現が可能となると共に高精度な検出
装置の実現できるという優れた効果が得られるものであ
る。また。

オフセット磁界の強さは、前記角度α０？変えるか、も
しくは永久磁石の磁界の強さを変えることにより自由に
設計できるので、様々な特性のＭＲ素子にも容易に応用
できるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ム＞、　（Ｂ）は従来例及び本発明の各実施例
で使用されるＭＲ素子の一例を示す平面図と正面図、第
２図は第１図のＭＲ素子の特性図、第３図（Ａ）。（Ｂ）ｉ′ｉＭＲ素子を使用した従来の検出装置の一例
を示す要部平面図と要部断面図、第４図は第３図に示す
従来の検出装置の要部拡大断面図、第６図（Ａ）。（Ｂ）はＭＲ素子を使用した本発明の検出装置の一実施
例の要部平面図と要部断面図、第６図および第７図は第
６図に示す本発明の実施例の要部拡大断面図、第８図、
第９図および第１０図の各（ム）、申）は各々本発明の
他の実施例の要部平面図と要部断面図である。１２・・・・・・基板、１３・・・・・・感磁部、１４
．１５・・・・・・端子部、１６・・・・・・永久磁石
、１７・・・・・・固定抵抗器、１８・・・・・・定電
流源、１９・旧・・出力端子、２０・・・・・・固定部
、２，１．２２・旧・・可動部、２３・・・・・・セン
サ部、２４・旧・・歯車％２６・・・用接地％　１ｏ６
゜ＩＱ７．ＩＱ８，１０９，１１０・・・・・・磁力線
。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名τ ＋Ｘ　−Ｘ手続補正書昭和６９年を月３日特許庁長官殿２発明の名称検出装置３補正をする者事件との関係　特　許　出　願　大佐　所　大阪府門真市大字門真１００６番地名　称　（
５８２）松下電器産業株式会社代表者　山　下　俊　彦４代理人□〒５７１住　所　大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器産
業株式会社内６、補正の内容（１）明細書第９頁第１１行目の「接地２２」を「接地
２６」に補正します。（２）同第１４頁第１２行目の「接地２２」を「接地２
６」に補正します。（３）　図面第６図ム、第８図ム、第９図Ｂおよび第１
０図ムをそれぞれ別紙の通り補正します。 ■ 第５図（ハ）第８図（八）第９図　第１（Ｂ）（八）Ｏ図

Claims

【特許請求の範囲】

一定の間隔を維持しながら相対運動を行う第１の手段と
第２の手段とを含めて構成され、前記第７の手段は、磁
気的異方性効果を有する強磁性薄膜抵抗素子と、これに
磁界４与える永久磁石を含み、前記第２の手段は、前記
第１の手段と対向する面に、磁性材よりなる歯状の凹凸
をその相対運動方向に多数含んでなり、前記強磁性薄膜
抵抗素子は、前記永久磁石と前記歯状の凹凸との間の磁
界中に配置されるとともに強磁性薄膜抵抗素子の磁界感
磁方向は前記相対運動方向になるように配置され、かつ
、強磁性薄膜抵抗素子の薄膜面は前記第２の手段の凹凸
が形成された磁性材の表面に対して一定の傾斜角度をも
って配置されている事を特徴とする検出装置。