JP2008286588A - 位置検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁石とこの磁石に対向して移動する検知器を用いて、位置検知を正確にできるようにした磁気抵抗効果素子を用いた位置検知装置を提供する。
【解決手段】 磁石２の円形の表面２ａがＮ極に着磁され、背面２ｂがＳ極に着磁されている。検知器１０は、磁石２の表面２ａから離れた位置でＸ−Ｙ平面内で移動する。検知器１０内にはＸ方向検知素子２０ｘとＹ方向検知素子２０ｙが設けられている。Ｘ方向検知素子２０ｘとＹ方向検知素子２０ｙは、それぞれ磁気抵抗効果素子である。磁石２の表面２ａを中心Ｏが突出するテーパ形状とすることにより、Ｘ方向検知素子２０ｘとＹ方向検知素子２０ｙとで、中心Ｏからの距離を正確に得ることができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子と磁石とを使用して、平面内での可動部の位置を知ることができる位置検知装置に関する。

以下の特許文献１ないし３には、磁石と、この磁石から発せられた磁界を検知する検知器を使用した位置検知装置が開示されている。

これら文献に記載された位置検知装置は、いずれも、検知器にホール素子などの磁界の強度を検知できる素子が設けられており、磁石の表面から発せられる磁界のうちの前記表面に直交する向きの磁界の強度を前記検知器で検知することにより、磁石と検知器との対向位置を知ろうとしている。

以下の特許文献４には、円形の磁石が移動するときに、この磁石から発せられる磁界を検知する磁気センサが開示されている。この磁気センサには、４個の巨大磁気抵抗効果素子が設けられ、そのうちの２個の巨大磁気抵抗効果素子で磁石から出る磁束のＸ方向の成分が検知され、他の２個の巨大磁気抵抗効果素子で磁石から出る磁束のＹ方向の成分が検知される。そして、磁束のＸ方向の成分を検知する２個の巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化の差を求め、磁束のＹ方向の成分を検知する２個の巨大抵抗磁気効果素子の抵抗値の変化の差を求めることで、磁石の位置を認識しようとしている。
特開２００５−３３１４０１号公報 特開２００５−６９７４４号公報 特開２００４−６９６９５号公報 特開２００６−２７６９８３号公報

前記各特許文献に記載された位置検知装置は、いずれも磁石の表面が平坦面であり、ホール素子や巨大磁気抵抗効果素子などの検知素子を搭載した検知器は、前記磁石の表面に一定の距離を空けて、磁石の表面と平行な平面内を移動する。しかしながら、磁石の表面から発せられる磁界の強度を前記検知器で検知するときに、その検知出力は、必ずしも磁石の中心から端部に向かうにしたがって一次関数で変化するものではない。そのために、検知器からの検知出力によって、検知器と磁石との対向位置を計測する精度に限界がある。

また、磁石の表面に対向する検知器を、磁石の中心を含む狭い範囲内で移動させる場合には、磁石の中心からの距離に比例した検知出力を得やすいが、磁石の中心から離れた位置では、磁界の強度の変化量が大きくなる。よって、検知器を磁石の中心から離れた広い範囲まで移動させてその移動位置を検知する際の精度にも限界がある。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、磁石と検知器とを使用して、磁石の表面の中心を含む広い領域内で、磁石と検知器との対向位置を高精度に知ることができる磁気抵抗効果素子を使用した位置検知装置を提供することを目的としている。

本発明は、固定部と、この固定部に対向して移動する可動部とを有し、前記固定部と前記可動部の一方に磁石が、他方に前記磁石から発せられた磁界を検知する検知器が設けられた位置検知装置において、
前記磁石は、前記検知器が対向する表面を有し、前記表面と裏側部分とが互いに異なる磁極に着磁されており、
前記検知器には、前記磁石の表面から発せられて磁石の端部に向かう磁束の水平成分を検知する検知素子が搭載されており、
前記磁石の表面と前記検知器との間隔が、磁石の中心から磁石の端部に向かうにしたがって徐々に広がることを特徴とするものである。

本発明の位置検知装置では、磁石と検知器との対向間隔が、磁石の中心から磁石の端部に向かうにしたがって徐々に広くなるため、前記検知器内の検知素子で磁界の水平成分の強度を検知するときに、その水平成分の強度が磁石の中心からの距離の比例値に近似しやすくなる。そのため、磁石と検知器との対向位置が磁石の中心から離れた場所においても、その対向位置を精度良く検知できるようになる。

例えば、本発明は、前記検知器には、前記磁束の水平成分のうちのＸ方向成分を検知するＸ方向検知素子と、前記Ｘ方向成分と直交するＹ方向成分を検知するＹ方向検知素子とが搭載されているものである。

この場合に、前記磁石の表面は円形であり、前記磁石の中心から磁石の端部に向かって、どの方向であっても、前記端部に向かうにしたがって、前記磁石の表面と前記検知器との間隔が徐々に広がるものとして構成できる。

また、本発明は、前記磁石の表面は、磁石の中心が磁石の端部よりも前記検知器に向かって突出する形状であり、前記可動部は、平面内で移動するものである。

また、本発明は、前記磁石を前記中心を通る面で切断した断面図では、前記表面と前記面との交線が直線状に傾斜している簡単な構造で実現できる。

なお、本発明では、磁石の表面が平坦面であり、検知器が磁石の中心から離れるにしたがって、磁石の表面と検知器との対向間隔が徐々に広がるように、可動部を案内する案内機構を設けてもよい。

本発明は、磁石と検知器との対向位置が磁石の中心から離れたときに、検知器からの出力が、磁石の中心からの距離の一次関数に近似した値になりやすい。よって、検知器からの検知出力により、前記対向位置を高精度に把握できるようになる。また、磁石と検知器とを対向させる測定範囲を、磁石を中心とした広い範囲に設定しても、検知器からの検知出力により、磁石と検知器との対向位置を精度よく判断できるようになる。

図１は位置検知装置１を示す斜視図である。
位置検知装置１は、磁石２とこの磁石２に対向する検知器１０を有している。磁石２は、表面２ａと裏側部分に位置する背面２ｂとを有している。図１および図３などに示すＸ０軸とＹ０軸は直交座標を意味している。Ｘ０軸とＹ軸０を含む面と平行な面が移動平面であり、磁石２が前記移動平面内においてＸ−Ｙ座標内の任意の位置へ移動する。あるいは、磁石２が固定されて、前記検知器１０が、移動平面内においてＸ−Ｙ座標内の任意の位置へ移動する。

以下では、磁石の厚み方向が、磁石２の表面２ａに対する垂線であり、この垂線と直交する面が水平面である。前記移動平面は、水平面と平行な面であり、磁石２が円形である場合、磁石２の端部（外周縁）２ｃのどの位置であっても、磁石２の端部２ｃの表面と移動平面との間隔が均一である。

位置検知装置１は小型精密機器の内部に実装される。小型精密機器には、固定部と可動部とが設けられている。可動部は、Ｘ方向への駆動力を発揮する磁気駆動アクチュエータと、Ｙ方向への駆動力を発揮する磁気駆動アクチュエータとで、Ｘ−Ｙ座標内で移動させられる。固定部と可動部の一方に磁石２が他方に検知器１０が設けられる。前記各磁気駆動アクチュエータによって移動させられる可動部の位置が、位置検知装置１によって検知される。位置検知装置１から得られる位置検知出力を制御部で監視することで、可動部の移動位置を高精度に認識しながら駆動できるようになる。

この実施の形態では、磁石２が固定部に設けられ、検知器１０が可動部に搭載されているものとして説明する。ただし、前述のように、磁石２が可動部に搭載され、検知器１０が固定部に設置されてもよい。

磁石２の表面２ａと背面２ｂは円形であり、各図では、円の中心すなわち磁石２の中心を「Ｏ」で示している。直交座標のＸ０軸とＹ０軸との交点と、前記磁石の中心Ｏは、磁石２の表面２ａから延びる同じ垂線上に位置している。図１に示すように、磁石２は表面２ａがＮ極に着磁され、背面２ｂがＳ極に着磁されており、磁力線は、表面２ａの全域から出て背面２ｂの全域に向かう。前記検知器１０は、前記表面２ａから所定の高さＺｈだけ離れた位置で、Ｘ０軸とＹ０軸を含む面と平行な移動平面内を移動する。ただし、検知器１０がＳ極に着磁された背面２ｂに対向し、この背面２ｂから離れた位置で移動するものであってもよい。

図１では、磁石２のＮ極の表面２ａから出て背面２ｂのＳ極に向かう磁力線のうちのＸ０軸上に位置する磁力線のみを破線で示している。図２は、磁石２の表面２ａおよび背面２ｂの双方が平坦面で、磁石２の厚さ寸法が全ての位置で同じである場合において、Ｘ０軸上の各位置における磁界の水平方向の成分の強度変化を示している。図２の横軸は、磁石２の中心Ｏからの距離を示し、縦軸は、Ｘ０軸上の各位置におけるＸ方向成分の磁束密度Ｈｘ（ｍＴ）を示している。この磁束密度Ｈｘは、Ｘ−Ｙ平面内に向くベクトル値である。

磁石２の中心Ｏにおいては、理論上は、磁力線の向きはＸ−Ｙ平面と垂直であり、中心Ｏでは、Ｘ−Ｙ平面に向かう磁界の成分の磁束密度がゼロである。そして、磁石２の表面２ａでは、中心Ｏから半径方向へ離れるにしたがって、垂線に対する磁力線の傾きが徐々に大きくなり、磁石２の表面２ａから発せられる磁界のＸ方向成分の磁束密度Ｈｘは、中心Ｏから離れるにしたがって大きくなる。

図２では、磁石２の表面２ａが円形の平坦面で、その直径が６ｍｍであり、磁石２の厚さが１ｍｍである場合で、且つ磁石２の表面２ａからの高さＺｈが、１．５ｍｍ、１．０ｍｍ、０．５ｍｍの位置での、磁界のＸ方向成分の磁束密度Ｈｘをそれぞれ示している。Ｚｈ＝１．５ｍｍでのＸ方向成分の磁束密度Ｈｘの変化を示しているのが曲線（ｉ）であり、Ｚｈ＝１．０ｍｍのときのＸ方向成分の磁束密度Ｈｘの変化を示しているのが曲線（ｉｉ）であり、Ｚｈ＝０．５ｍｍのときのＸ方向成分の磁束密度Ｈｘの変化を示しているのが曲線（ｉｉｉ）である。また、図２では、磁界のＸ（＋）方向の成分の磁束密度Ｈｘを正の符号で示し、Ｘ（−）方向の成分の磁束密度Ｈｘを負の符号で示している。

磁石２の表面２ａにおいて、中心Ｏを挟んでＸ方向での＋Ｈｒと−Ｈｒの範囲が、検知器１０が対向して移動する検知領域として使用される。＋Ｈｒと−Ｈｒの範囲は、磁石の直径や磁界の強度などによって相違するが、直径が５ｍｍ以上または６ｍｍ以上であれば、＋Ｈｒが＋２ｍｍで、−Ｈｒが−２ｍｍの範囲である。

図５（Ａ）は、表面２ａが円形で平坦面の磁石２の場合であって、表面２ａからの高さＺｈが１．５ｍｍで且つ中心Ｏを通って前記表面２ａと平行な線上で測定した水平方向成分の磁束密度を、＋Ｈｒが＋２ｍｍで−Ｈｒが−２ｍｍの範囲内においてさらに詳しく示している。図５（Ａ）では、直径が１０ｍｍで厚みが１．５ｍｍの磁石における前記線上での水平方向成分の磁束密度の変化をａ１で示し、直径が１０ｍｍで厚みが１．０ｍｍの磁石における前記水平方向成分の磁束密度の変化をａ２で示している。

図５（Ｂ）は、図４に示す磁石２の表面２ａにおける水平方向成分の磁束密度の変化を示している。図４に示す磁石２は、その表面２ａにおいて、中心Ｏから端部２ｃにかけて、その厚みが徐々に小さくなるように、円錐状のテーパ面が形成されている。図５（Ｂ）は中心Ｏを通って前記表面２ａと平行な線Ｌｈ上で測定した磁界の水平方向成分の磁束密度の変化を示している。磁石２の中心から前記線Ｌｈまでの高さ寸法Ｚｈは１．５ｍｍである。直径Ｄ＝１０ｍｍ、厚みＴ＝１．５ｍｍ、表面２ａの傾斜面の段差Ｓ＝０．１ｍｍのときの水平方向成分の磁束密度の変化をｂ１で示し、直径Ｄ＝１０ｍｍ、厚みＴ＝１．０ｍｍ、表面２ａの傾斜面の段差Ｓ＝０．１ｍｍのときの水平方向成分の磁束密度の変化をｂ２で示している。

図５（Ａ）（Ｂ）を比較すると、図４に示すように、磁石２の表面に中心Ｏが一番高い位置となるテーパ面が形成されていると、＋Ｈｒから−Ｈｒ（＋２ｍｍから−２ｍｍ）の範囲内において、水平成分の磁束密度が、中心Ｏからの距離のほぼ一次関数で変化することが解る。

図６（Ａ）は、表面２ａが円形の平坦面の磁石２を使用し、表面２ａからの高さＺｈが１．５ｍｍの位置で且つ中心Ｏを通る水平線上で測定した磁界の水平方向成分の磁束密度の変化を、＋Ｈｒが＋２ｍｍで−Ｈｒが−２ｍｍの範囲で示している。図６（Ａ）では、直径が６ｍｍで厚みが１．０ｍｍの磁石における水平方向成分の磁束密度の変化をｄ１で示し、直径が６ｍｍで厚みが１．５ｍｍの磁石における水平方向成分の磁束密度の変化をｄ２で示している。

図６（Ｂ）は、図４に示す磁石２において、Ｚｈ＝１．５ｍｍの位置で中心Ｏ上を通過する水平な線Ｌｈ上での水平成分の磁束密度の変化を示している。磁石２が、直径Ｄ＝６ｍｍ、厚みＴ＝１．０ｍｍ、段差Ｓ＝０．１ｍｍである場合の、水平成分の磁束密度の変化をｅ１で示している。また、磁石２が、直径Ｄ＝６ｍｍ、厚みＴ＝１．５ｍｍ、段差Ｓ＝０．１ｍｍである場合の、前記水平成分の磁束密度の変化をｅ２で示している。

図６（Ｂ）においても、図４に示すように、磁石２の表面２ａにおいて、中心Ｏが一番高い位置となるテーパ面を形成すると、＋Ｈｒから−Ｈｒ（＋２ｍｍから−２ｍｍ）の範囲内において、水平成分の磁束密度が、中心Ｏからの距離にほぼ比例することが解る。

図２に示されるように、磁石２の表面２ａから一定の距離Ｚｈだけ離れた位置で中心Ｏを通る線上では、中心Ｏから−１ｍｍから＋１ｍｍ程度の領域内では、水平成分の磁束密度がほぼ中心Ｏからの距離すなわち半径に比例する。しかし、中心Ｏから−Ｈｒ（−２ｍｍ）に近づくにつれて、また中心Ｏから＋Ｈｒ（＋２ｍｍ）に近づくにつれて、水平方向成分の磁束密度の増加度が上昇していく。そのため、この磁束密度の増加度を相殺するように、中心Ｏから−Ｈｒに近づくにつれて、また中心Ｏから＋Ｈｒに近づくにつれて、水平線Ｌｈと磁石２の表面２ａとの距離を徐々に離すことで、図５（Ｂ）および図６（Ｂ）に示すように、水平方向成分の磁束密度が、中心Ｏからの距離の一次関数に近似した変化で増加できるようになる。

図５（Ｂ）と図６（Ｂ）の結果から、磁石２の直径が５ｍｍ以上で好ましくは６ｍｍ以上、磁石の厚みは０．８ｍｍ以上で好ましくは１．０ｍｍ以上で、好ましくは１．５ｍｍ以下であり、磁石２の半径に対するテーパ面の段差Ｓの比（２Ｓ／Ｄ）は、０．１／５以上で０．１／３以下が好ましい。

また、磁石２の半径に対するテーパ面の段差Ｓの比（２Ｓ／Ｄ）が前記範囲内であれば、中心Ｏを通る垂直切断面と表面２ａのテーパ面との交線が、必ずしも図４に示すような直線である必要はなく、前記交線が湾曲線であってもよい。

図５（Ｂ）および図６（Ｂ）に示すように、前記＋Ｈｒから−Ｈｒの範囲において、磁石２の表面と平行な移動平面に沿う向きの磁束密度が、磁石の中心からの半径に比例して一次関数で変化すると、磁石２の表面２ａでのＸ方向成分の磁束密度とＹ方向成分の磁束密度を測定することで、検知器１０と磁石２との対向位置をＸ−Ｙ座標上で検出できるようになる。

図３では、Ｘ０軸とＹ０軸が磁石２の中心Ｏで交叉している。また、Ｘ０軸とＹ０軸以外の任意の軸であって中心Ｏを通過する直線である任意の放射軸をαで示している。磁石２の表面２ａは円形であり、磁石２の表面２ａから発せられる磁界のうちの放射軸α上においてα方向に向く成分の磁束密度Ｈαの変化は、Ｘ０軸上での磁界のＸ方向成分の磁束密度Ｈｘの変化、およびＹ０軸上での磁界のＹ方向成分の磁束密度Ｈｙの変化と同じ比率で、ほぼ一次関数で変化する。

図３では、磁石２の表面２ａにおいて、Ｘ０軸と平行で、Ｙ０軸上の位置Ｙ１を通過する線をＬで示している。Ｙ０軸上において中心Ｏから位置Ｙ１までの距離は半径ｒｙである。前記放射軸αと前記線Ｌとの交点をＹαとしたときに、中心Ｏから交点Ｙαまでの距離は半径ｒαである。

位置Ｙ１における磁界のＹ方向成分の強度をＨｙ０とし、交点Ｙαにおける磁界のα方向成分の強度をＨαとする。中心Ｏからの半径が−Ｈｒから＋Ｈｒの範囲であれば、水平方向成分の磁束密度Ｈｙ０は半径ｒｙにほぼ比例し、磁束密度Ｈαも半径ｒαにほぼ比例する。また、Ｙ０軸上において位置が変化したときの前記磁束密度Ｈｙ０の比例定数と、放射軸α上において位置が変化したときの前記磁束密度Ｈαの比例定数とが同じであり、比例定数は一次関数である。この一次関数の比例定数をａとすると、磁束密度Ｈｙ０＝ａ・ｒｙであり、磁束密度Ｈα＝ａ・ｒαである。

Ｙ０軸と放射軸αとの成す角度をθとすると、交点Ｙαでの磁界のＹ方向成分の磁束密度Ｈｙは、Ｈｙ＝Ｈα・ｃｏｓθ＝ａ・ｒα・ｃｏｓθである。ここで、ｒα・ｃｏｓθ＝ｒｙであるから、Ｈｙ＝ａ・ｒｙ＝Ｈｙ０である。

つまり、中心Ｏからの半径が−Ｈｒから＋Ｈｒの範囲であれば、Ｘ０軸と平行な線上のどの位置であっても、磁界のＹ方向の成分の磁束密度Ｈｙが同じであり、Ｙ０軸と平行な線上のどの位置であっても、磁界のＸ方向の成分の磁束密度Ｈｘが同じである。

図７に示すように、前記検知器１０内には、Ｘ方向検知素子２０ｘとＹ方向検知素子２０ｙとが搭載されている。Ｘ方向検知素子２０ｘとＹ方向検知素子２０ｙは、磁気抵抗効果素子であり、その寸法は図７に示すものよりも十分に小さく、Ｘ方向検知素子２０ｘとＹ方向検知素子２０ｙとの距離も微小である。よって、Ｘ方向検知素子２０ｘとＹ方向検知素子２０ｙとが搭載された検知器１０を、磁石２の表面２ａと平行なＸ−Ｙ平面内で移動させるときに、Ｘ−Ｙ座標上でのＸ方向検知素子２０ｘの座標位置とＹ方向検知素子２０ｙの座標位置は、ほぼ同じ位置として見ることができる。

したがって、前記検知器１０を水平面内で移動させ、Ｘ方向検知素子２０ｘで、磁界のＸ方向の成分の磁束密度Ｈｄｘを検知し、Ｙ方向検知素子２０ｙで、磁界のＹ方向の成分の磁束密度Ｈｄｙを検知することにより、Ｘ−Ｙ座標上での検知器１０と磁石２との対面位置を知ることができる。

また、Ｘ方向検知素子２０ｘは、磁界のＸ方向の成分の正負の方向を判別でき、Ｙ方向検知素子２０ｙは、磁界のＹ方向の成分の正負の方向を判別できる。したがって、検知器１０が磁石２の表面２ａに対向している位置が、磁石２の中心Ｏに対して（＋）Ｘ側の位置であるか、（−）Ｘ側の位置であるかを検知でき、また前記対向位置が、中心Ｏに対して（＋）Ｙ側の位置であるか、（−）Ｙ側の位置であるかを検知できる。

図８（Ａ）は、前記Ｘ方向検知素子２０ｘ、および前記Ｙ方向検知素子２０ｙとして使用される磁気抵抗効果素子２０を示している。

この磁気抵抗効果素子２０は、複数の素子部２１が互いに平行に形成され、個々の素子部２１の前後端部は、接続電極２８，２９によって２個ずつ接続されている。さらに、図示上下両端部に位置する素子部２１には引き出し電極３１，３２が接続されている。よって、各素子部２１は直列に接続され、ミアンダ型パターンが構成されている。図８（Ａ）では、素子部２１の幾何学的な中心をＯａで示している。

図９の断面図に示すように、個々の素子部２１は、基板２２の上に、反強磁性層２３、固定磁性層２４、非磁性導電層２５、および自由磁性層２６の順に積層されて成膜され、自由磁性層２６の表面が保護層２７で覆われている。

反強磁性層２３は、Ｉｒ−Ｍｎ合金（イリジウム−マンガン合金）などの反強磁性材料で形成されている。固定磁性層２４はＣｏ−Ｆｅ合金（コバルト−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。非磁性導電層２５はＣｕ（銅）などである。自由磁性層２６は、Ｎｉ−Ｆｅ合金（ニッケル−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。保護層２７はＴａ（タンタル）の層である。

素子部２１では、反強磁性層２３と固定磁性層２４との反強磁性結合により、固定磁性層２４の磁化の方向が固定されている。図８（Ｂ）に示すように、個々の素子部２１では、固定磁性層２４の固定磁化の方向（Ｐ方向）が、素子部２１の長手方向と直交している。

図８（Ａ）に示すように、磁気抵抗効果素子２０は、右側にマグネット３３が左側にマグネット３４が設けられて、各素子部２１に対し長手方向と平行な向きにバイアス磁界が与えられており、このバイアス磁界により自由磁性層２６の磁化がＢ方向に向けられて短磁区化されている。図８（Ｂ）に実線で示すように、固定磁性層２４の磁化の固定方向（Ｐ方向）と平行な向きに作用する外部磁界の強度Ｈがゼロのとき、自由磁性層２６内の磁化方向はバイアス磁界の作用方向Ｂに向けられている。つまり、自由磁性層２６の磁化方向と固定磁性層２４の固定磁化の方向（Ｐ方向）とが直交している。

磁気抵抗効果素子２０は、固定磁性層２４の固定磁化の方向（Ｐ方向）と、自由磁性層２６の磁化の方向との関係で電気抵抗が変化する。磁気抵抗効果素子２０の素子部２１に対して、図８（Ｂ）の図示上方（固定方向Ｐと平行な（＋）方向）への外部磁界（＋）Ｈが与えられると、バイアス磁界が作用している自由磁性層２６内の磁化の向きが（＋）方向へ傾く。このとき、自由磁性層２６内の磁化の向きと固定磁性層２４の固定磁化の方向（Ｐ方向）との相対角度が小さくなるにしたがって、電気抵抗が小さくなる。これとは逆に、図８（Ｂ）の図示下方（固定方向Ｐと平行な（−）方向）へ外部磁界（−）Ｈが与えられると、バイアス磁界が作用している自由磁性層２６内の磁化の向きが（−）方向へ傾く。この傾きが大きくなるにしたがって、自由磁性層２６内の磁化の向きと固定磁性層２４の固定磁化の方向（Ｐ方向）との相対角度が増大し、電気抵抗が大きくなる。

図７に示すように、検知器１０内に設けられたＸ方向検知素子２０ｘは、前記磁気抵抗効果素子２０と同じ構造であり、図８（Ａ）に示す幾何学的中心Ｏａが、磁石２の表面２ａからの高さＺｈ＝０．５〜１．５ｍｍの範囲で対向している。また、Ｙ方向検知素子２０ｙも、前記磁気抵抗効果素子２０と同じであり、その幾何学的中心Ｏａが、磁石２の表面２ａからの高さＺｈ＝０．５〜１．５ｍｍの範囲で対向している。

図７に示すように、Ｘ方向検知素子２０ｘは、素子部２１の固定磁性層２４の固定磁化の方向（Ｐ方向）が（＋）Ｘ方向へ向けられ、バイアス方向（Ｂ方向）が（＋）Ｚ方向すなわちＸ−Ｙ平面に対して垂直で上方に向けられている。また、Ｙ方向検知素子２０ｙは、素子部２１の固定磁性層２４の固定磁化の方向（Ｐ方向）が（＋）Ｙ方向へ向けられ、バイアス方向（Ｂ方向）が（＋）Ｚ方向すなわちＸ−Ｙ平面に対して垂直で上方に向けられている。よって、Ｘ方向検知素子２０ｘとＹ方向検知素子２０ｙとでは、固定磁性層２４の固定磁化の方向（Ｐ方向）がＸ−Ｙ平面内で互いに直交している。

図１０は、検知器１０内において、Ｘ方向検知素子２０ｘの抵抗変化を検出する検知回路の一例を示している。この検知回路では、Ｘ方向検知素子２０ｘと固定抵抗素子３５とが直列に接続され、直列に接続されてＸ方向検知素子２０ｘと固定抵抗素子３５とに定電圧の直流である電源電圧Ｖｃｃが与えられている。そして、Ｘ方向検知素子２０ｘと固定抵抗素子３５との中間点３６が、Ｘ方向検知素子２０ｘの抵抗値の変化に基づく検知出力の出力部となっている。外部磁界が与えられていないときのＸ方向検知素子２０ｘの電気抵抗値と、固定抵抗素子３５の抵抗値は同じである。

検知器１０が、磁石２の中心Ｏよりも（＋）Ｘ側に移動すると、Ｘ方向検知素子２０ｘにおいて自由磁性層２６の磁化の向きが（＋）Ｘ方向へ向けて傾くために、Ｘ方向検知素子２０ｘの電気抵抗が徐々に小さくなる。よって、図１０に示す中間点３６の電位は、Ｖｃｃ／２よりも高くなる。逆に、検知器１０が、磁石２の中心Ｏよりも（−）Ｘ方向へ移動すると、Ｘ方向検知素子２０ｘにおいて自由磁性層２６の磁化の向きが（−）Ｘ方向へ傾くために、Ｘ方向検知素子２０ｘの電気抵抗が大きくなる。そのため、図１０に示す中間点３６の電位は、Ｖｃｃ／２よりも低くなる。このように、中間点３６の電位を検知することにより、検知器１０が、磁石２の中心Ｏよりも（＋）Ｘ側へどの距離だけ移動したか、（−）Ｘ側へどの距離だけ移動したかを検知できる。

検知器１０では、Ｙ方向検知素子２０ｙも、図１０に示すのと同様に、固定抵抗素子３５が直列に接続されて、外部磁界が作用していないときに、中間点３６の電位がＶｃｃ／２に設定されている。そして、検知器１０が磁石２の中心Ｏを超えて（＋）Ｙ方向へ移動するにしたがって、中間点３６の電位がＶｃｃ／２よりも高くなり、検知器１０が磁石２の中心Ｏを超えて（−）Ｙ方向へ移動するにしたがって、中間点３６の電位がＶｃｃ／２よりも低くなる。よって、Ｙ方向検知素子２０ｙと固定抵抗素子３５との中間点３６の電位を検出することで、検知器１０が、磁石２の中心Ｏよりも（＋）Ｙ側へどの距離だけ移動したか、（−）Ｙ側へどの距離だけ移動したかを検知できる。

図１１は、本発明の第２の実施の形態の検知器１１０を示している。
この検知器１１０には、図８に示したのと同じ構造の磁気抵抗効果素子２０がＸ方向検知素子１２０ｘと、Ｙ方向検知素子１２０ｙとして搭載されている。Ｘ方向検知素子１２０ｘは、固定磁性層２４の固定磁化の向き（Ｐ方向）がＸ方向であり、自由磁性層２６に与えられているバイアス磁界の向き（Ｂ方向）がＹ方向である。また、Ｙ方向検知素子１２０ｙは、固定磁性層２４の固定磁化の向き（Ｐ方向）がＹ方向であり、自由磁性層２６に与えられているバイアス磁界の向き（Ｂ方向）がＸ方向である。

図１１に示す検知器１１０においても、磁石２の中心Ｏを超えて（＋）Ｘ方向へ移動すると、Ｘ方向検知素子１２０ｘの自由磁性層２６の磁化の向きが（＋）Ｘ方向へ倒れてＸ方向検知素子１２０ｘの電気抵抗が下がる。磁石２の中心Ｏを超えて（−）Ｘ方向へ移動すると、Ｘ方向検知素子１２０ｘの磁気抵抗が大きくなる。よって、図１０に示すように、Ｘ方向検知素子１２０ｘに固定抵抗素子３５を直列に接続して電源電圧Ｖｃｃを与える回路を構成し、中間点３６の電位を検知することで、検知器１２０と磁石２との対向位置のＸ座標上の位置を知ることができる。これはＹ方向検知素子１２０ｙにおいても同じである。

なお、本発明は、検知器にＸ方向検知素子２０ｘのみが搭載され、Ｘ方向への移動位置のみを検知するもの、またはＹ方向への移動位置のみを検知するものであってもよい。この場合に、磁石は、Ｘ方向またはＹ方向に細長の長方形であってもよい。この構成では、Ｘ方向への移動位置やＹ方向への移動位置を検知するリニアセンサとして機能できる。

また、磁石２の表面が平坦面であり、検知器１０が磁石２の中心Ｏから半径方向に移動するにつれて、検知器１０と磁石２の表面２ａとの距離が徐々に広がるように、検知器１０の移動を案内する案内機構を構成してもよい。

位置検知装置の構成を示す斜視図、 磁石の表面と平行に延びるＸ０軸上の水平成分の磁束密度Ｈｘの変化を示す線図、 磁石の平面図、 本発明の実施の形態の位置検知装置に使用される磁石の側面図、 （Ａ）は、表面が平坦面な磁石において、前記表面と平行に延びる線上の水平成分の磁束密度の変化を示す線図、（Ｂ）は、図４に示す磁石において、前記表面と平行に延びる線上の水平成分の磁束密度の変化を示す線図、 （Ａ）は、表面が平坦面な磁石において、前記表面と平行に延びる線上の水平成分の磁束密度の変化を示す線図、（Ｂ）は、図４に示す磁石において、前記表面と平行に延びる線上の水平成分の磁束密度の変化を示す線図、 本発明の実施の形態の検知器に搭載されているＸ方向検知素子およびＹ方向検知素子と、磁石との位置関係を示す斜視図、 （Ａ）は磁気抵抗効果素子の構造を示す平面図、（Ｂ）は磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向と、バイアス磁界の方向を示す説明図、 磁気抵抗効果素子の素子部の断面図、 検知器の回路構成の一例を示す回路図、 本発明の他の実施の形態の検知器の説明図、

符号の説明

１ 位置検知装置
２ 磁石
２ａ 表面
２ｃ 端部
１０ 検知器
２０ 磁気抵抗効果素子
２０ｘ Ｘ方向検知素子
２０ｙ Ｙ方向検知素子
２１ 素子部
２２ 基板
２３ 反強磁性層
２４ 固定磁性層
２５ 非磁性導電層
２６ 自由磁性層
Ｂ バイアス磁界の方向
Ｐ 固定磁性層の固定磁化の方向
Ｏ 磁石の中心

Claims (7)

1. 固定部と、この固定部に対向して移動する可動部とを有し、前記固定部と前記可動部の一方に磁石が、他方に前記磁石から発せられた磁界を検知する検知器が設けられた位置検知装置において、
   前記磁石は、前記検知器が対向する表面を有し、前記表面と裏側部分とが互いに異なる磁極に着磁されており、
   前記検知器には、前記磁石の表面から発せられて磁石の端部に向かう磁束の水平成分を検知する検知素子が搭載されており、
   前記磁石の表面と前記検知器との間隔が、磁石の中心から磁石の端部に向かうにしたがって徐々に広がることを特徴とする位置検知装置。
2. 前記検知器には、前記磁束の水平成分のうちのＸ方向成分を検知するＸ方向検知素子と、前記Ｘ方向成分と直交するＹ方向成分を検知するＹ方向検知素子とが搭載されている請求項１記載の位置検知装置。
3. 前記磁石の表面は円形であり、前記磁石の中心から磁石の端部に向かって、どの方向であっても、前記端部に向かうにしたがって、前記磁石の表面と前記検知器との間隔が徐々に広がる請求項２記載の位置検知装置。
4. 前記磁石の表面は、磁石の中心が磁石の端部よりも前記検知器に向かって突出する形状である請求項１ないし３のいずれかに記載の位置検知装置。
5. 前記可動部は、平面内で移動する請求項４記載の位置検知装置。
6. 前記磁石を前記中心を通る面で切断した断面図では、前記表面と前記面との交線が直線状に傾斜している請求項４または５記載の位置検知装置。
7. 前記磁石の表面が平坦面であり、磁石の中心から離れるにしたがって前記検知器と磁石との距離が徐々に離れるように前記可動部を案内する案内機構が設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の位置検知装置。

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