JP3673413B2 - パルス信号発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス信号発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動している物体の移動位置や移動速度に応じたパルス信号を得たり、種々な操作に応じたパルス信号を発生したりすることは、自動制御の分野や、電気および電子機器等の各種の分野において必要とされている。従来、この種のパルス信号を発生する手段としては、種々なものが開発され使用されてきているが、それらの代表的なもののうちの一つとして、電磁ピックアップがある。この電磁ピックアップは、磁性体、磁石、電気コイル等から構成されるもので、被検知物体の挙動により磁束密度が変化し、この変化により電気コイルに、電磁誘導作用により電圧が発生され、この電圧を、パルス信号として使用するものである。
【０００３】
しかしながら、この種の電磁ピックアップは、次のような点で適用分野によっては、問題が多く、最適なものとは言えない場合が出てくる。すなわち、被検知物体の移動速度が極低速では、発生する電圧が低く、ノイズレベル近辺となってしまう。したがって、増幅回路を使用する場合、ノイズも増幅されるため、増幅前にノイズを除去するためのフィルタ回路等が必要となってしまう。反対に、被検知物体の移動速度が高速になると、発生される電圧も大きくなり、増幅回路の耐圧をオーバーする場合も出てきてしまうので、リミッターが必要となることもある。低速の場合には、被検知物体に径を大きくした補助リング等を取り付けて周速を上げて検出する方法もあるが、大型となり、部品点数も増えてしまう。また、移動速度が変化すると電圧の立ち上がりや立ち下がり時間が変化してしまう。正確なタイミングを検出したい場合には、複雑な信号処理が必要となる。その上、被検知物体の形状によって、電圧の波形が異なって来てしまう。
【０００４】
別の代表例として、ホール効果を利用した位置センサ、角度センサ、速度センサ等の各種のセンサがあり、例えば、特開平２−２８４０８２号公報に開示されたようなホール効果型センサ装置がある。このホール効果型センサは、ホール素子と磁石とを使用し、被検知物体の挙動に応じてホール素子に対する磁束変化を生ぜしめて、それに応じてホール素子により電気信号を出力せしめるものである。しかしながら、先ず、この型のセンサでは、ホール素子を付勢しておくための電源が別個に必要であり、無電源とすることはできない。また、出力される電気信号も、一般的には、正弦波であり、鋭いパルス信号とすることはできない。被検知物体の移動速度が低速の場合には、出力電圧の立上りが低下してしまい、波形がつぶれてしまう。前述した電磁ピックアップと同様に、外部磁界の影響も受けやすく、また、熱ドリフトもあり、ノイズが入りやすく、より正確な検知信号とするためには、複雑な処理回路が必要となる。
【０００５】
前述したような従来の電磁ピックアップやホール効果型センサとは別に、例えば、特開昭５４−１６１２５７号公報に開示されているようなパルス信号発生装置を、同様の目的のセンサとして使用することが提案されている。この提案されているパルス信号発生装置は、磁気異方性の比較的ソフトな部分と比較的ハードな部分とを有する強磁性体からなる感磁要素と、その全体を正方向に磁化する第１磁界発生源および感磁要素の比較的ソフトな部分を負方向に磁化するための第２磁界発生源ならびに感磁要素の近くに配置された検出コイルとを固定し、この固定側に対し、第１磁界発生源の感磁要素に対する磁化作用を断続的に減殺させる可動体を組み合わせてなり、可動体の挙動により感磁要素に所定の変化を起こさせて、検出コイルにパルス電圧を発生させるようにしたものである。
【０００６】
この従来のパルス信号発生装置は、無電源とすることができ、可動体が極低速でも一定のパルス電圧が得られ、しかも、外部磁界の影響を受けにくい点で、前述した従来の電磁ピックアップやホール効果型センサの代わりに使用することにより、それらが有していた問題点のいくつかを解消しうるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来提案されているパルス信号発生装置は、次のような問題点を初めとして多くの問題を有しているものであり、適用範囲が限られており、実用化にはほど遠いものである。すなわち、先ず、スリットを設けた可動体が必要である。この可動体は、第１磁界発生源および第２磁界発生源としての磁石や感磁要素よりも小さくできない。可動体のスリットは、放射状となるので分解能を上げるためには、可動体の径を大きくする必要がある。その上、可動体と磁石や感磁要素は、互いに平行とならなければならない。磁石が外部の磁界や金属に影響を受けて、動作が不安定となりがちである。被検知物体との位置関係において、前述したような電磁ピックアップやホール効果型センサと、どのような場合においても、互換できるものという分けにはいかない。例えば、ギヤ等の歯を直接的に検知するような配置とすることはできない。
【０００８】
本出願人等は、前述したような従来技術の問題点を解消し、さらに広い応用分野を見出しうるようなパルス信号発生方法および装置を種々開発し、先に、特願平９−２５１５４０号、特願平９−３１３４５３号等にて、出願しているが、本願発明の目的は、これらを更に実際面にて改良したパルス信号発生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】
本発明の一つの観点によれば、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された１対の磁石とを備えており、該１対の磁石のうちの少なくとも一方の磁石には、磁気回路形成調整部材が設けられており、前記１対の磁石の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とする。
【００１０】
本発明の別の観点によれば、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された磁石と磁気回路形成部材とからなる１対の磁界発生手段とを備えており、該１対の磁界発生手段のうちの少なくとも一方には、磁気回路形成調整部材が設けられており、前記１対の磁界発生手段の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とする。
【００１１】
本発明のさらに別の観点によれば、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された１対の磁石とを備えており、該１対の磁石の強さまたは形状または体積は互いに異なっており、前記１対の磁石の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とする。
【００１２】
本発明のさらに別の観点によれば、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された１対の磁石とを備えており、前記磁性素子の前記磁石の各々に対する配置位置は、可変とされており、前記１対の磁石の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とする。
【００１３】
本発明のさらに別の観点によれば、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された磁石と磁気回路形成部材とからなる１対の磁界発生手段とを備えており、前記磁性素子の前記磁界発生手段の各々に対する配置位置は、可変とされており、前記１対の磁界発生手段の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とする。
【００１４】
本発明のさらに別の観点によれば、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された１対の磁石とを備えており、該１対の磁石は、磁軸方向における相対的位置または磁軸の平行度が可変とされており、前記１対の磁石の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにする。
【００１６】
本発明の一つの実施の形態によれば、前記磁石の強さまたは形状または体積は互いに異なっている。
【００１７】
本発明の別の実施の形態によれば、前記磁性素子の前記磁石の各々に対する配置位置は、可変とされている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面に基づいて、本発明の実施例について本発明をより詳細に説明する。
【００１９】
本発明の種々な実施例について説明する前に、本発明において使用する“大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子”（以下、単に磁性素子という場合がある）について概略説明しておく。先ず、一般的に知られているワイヤ状の複合磁性素子を例として、その構造と挙動について説明する。強磁性体を線引きして細いワイヤにしたものは、その合金組成とともに独特な磁気的性質を持つ。この強磁性体ワイヤにひねり応力を加えると、ワイヤの外周部付近ほど多くひねられ、中心部ほどひねられ方は少なくなり、このため外周部と中心部では磁気特性が異なることとなる。この状態を残留させる加工を施すと、外周部と中心部で磁気特性が異なる強磁性体の磁気ワイヤができる。そして、外周部の磁気特性は、比較的小さな磁界によってその磁化方向を変える。これに対して、中心部は、外周部よりも大きな磁界によってその磁化方向を変える。すなわち、一本の磁気ワイヤの中に比較的磁化され易い磁気特性を持つ外周部と、磁化されにくい中心部という２種類の異なった磁気特性を持つ複合磁性体が形成されている。この複合磁気ワイヤは、一軸異方性である。ここでは、外周部をソフト層、中心部をハード層と呼び、このような複合磁気ワイヤを、ワイヤ状の複合磁性素子と称する。
【００２０】
この複合磁気ワイヤのハード層およびソフト層は、初期的には、どのような方向に磁化されているか定まっておらず、バラバラな磁化状態にある。この複合磁気ワイヤの長手方向、つまり軸線方向と平行に、ハード層の磁化方向を反転させるのに十分な外部磁界をかけると、ソフト層は、当然のこと、ハード層も磁化され同じ磁化方向にそろう。次に、ソフト層だけを磁化できるような外部磁界を、前とは逆方向にかける。その結果、複合磁気ワイヤのソフト層とハード層とでは磁化されている方向が逆であるという磁化状態ができる。一軸異方性であるから、この状態で外部磁界を取り去ってもソフト層の磁化方向は、ハード層の磁化に押さえられていて磁化状態は安定している。このときの外部磁界をセット磁界と呼ぶ。次に、セット磁界と反対方向の外部磁界をかけてこの磁界を増加させる。外部磁界の強さがある臨界強度を越すと、ソフト層の磁化方向は急激に反転する。この磁界を、臨界磁界と呼ぶ。このときの反転現象は、雪崩をうつような状態でソフト層の磁壁が移動して一瞬のうちに磁化反転が起きる。この結果、ソフト層とハード層の磁化方向は同じとなり最初の状態に戻る。外部磁界は臨界磁界よりも大きな磁界をかけておく。この磁界を、リセット磁界と呼ぶ。この雪崩をうつように磁化状態が反転する現象を大バルクハウゼンジャンプという。磁化反転の速度は、この大バルクハウゼンジャンプのみに依存していて外部磁界には無関係である。
【００２１】
“大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子”について、ワイヤ状の磁性素子を例に挙げて説明してきたのであるが、本発明においては、このようなワイヤ状の磁性素子に限らず、同様の挙動を示す他の種々な磁性素子を使用できるものである。また、前述した磁性素子は、ハード層とソフト層とを有するものであったが、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子としては、このようなハード層とソフト層との複合層を有していないような磁性素子でも可能である。例えば、特開平４−２１８９０５号公報に開示されているような薄膜形成技術を使用することにより、薄膜状の磁性体を形成し、これを、薄膜状の磁性素子として使用することもできる。また、この磁性素子は、厚膜状でも板状でもよい。したがって、ここでいう“大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子”は、前述したような挙動を示す種々な磁性素子のすべてを含むものである。
【００２２】
次に、本発明の一実施例としてのパルス信号発生方法を実施するパルス信号発生装置の構成および動作について説明する。図１は、この実施例のパルス信号発生装置の構成を概略的に示している。図１のパルス信号発生装置は、ワイヤ状素子である磁性素子１と、この複合磁性素子１の周りに巻回された検出コイル２と、磁性素子１を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された１対の永久磁石３および４とを備えている。これら１対の磁石３および４の同じ側の磁極３Ａおよび４Ａは、例えば、歯車５の歯部５Ａ、５Ｂ、・・・５Ｘである被検知物体の順次の接近に応答して、磁性素子１に印加される磁界を変化させて、磁性素子１に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、検出手段としての検出コイル２に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにする検出部を構成している。この実施例においては、一方の永久磁石３の他方の磁極側、即ち、Ｓ極側に磁性体で形成された磁気回路形成調整部材８および９が取り外し自在に設けられている。
【００２３】
この実施例では、１対の永久磁石３および４は、磁性素子１の延在方向と一致した方向に磁軸を有しており、磁性素子１の長さＬ0 より長い長さＬを有している。磁気回路形成調整部材８および９は、永久磁石３および４の長さＬに比べて短い磁性体のブロック片にて形成されていて、後述するような磁性素子１に作用する磁界を調整するために、別々に付加したり取り外したりできるようなものとされている。この実施例では、このような磁気回路形成調整部材を２つのブロック片で構成したが、本発明は、これに限らず、このようなブロック片を２以上多数個設けるようにしてもよい。また、磁気回路形成調整部材は、単に磁性体ブロックでなく永久磁石のブロック片でもよい。
【００２４】
次に、図１および図２を特に参照して、このような構成を有するパルス信号発生装置の動作について説明する。まず、動作原理を分かり易くするために、磁気回路形成調整部材８および９が設けられていないとした場合について説明しておく。図１の状態においては、歯車５の歯部５Ａが一方の永久磁石３のＮ極３Ａに丁度対面した位置にあり、先行する歯部５Ｘは、他方の永久磁石４のＳ極４Ａとの対面位置から既に外れた位置にあり、この状態で、このパルス信号発生装置は、セット状態になっている。歯車５は、矢印方向に移動しているとし、図２は、歯車５が移動して、歯車５の歯部５Ａが他方の永久磁石４のＳ極４Ａと丁度対面する位置にきて、後続の歯部５Ｂが一方の永久磁石３のＮ極３Ａに未だ対面した位置とはなっていない状態を示している。図２の状態で、このパルス信号発生装置は、リセット状態となり、磁性素子１に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、検出コイル２に１つのパルス信号を発生せしめる。以後、歯車５の歯部が１対の永久磁石３および４の同じ側の磁極３Ａおよび４Ａの近傍を通過する毎に、そのことを示すパスル信号が検出コイル２に発生されていく。
【００２５】
このように、本発明によるパルス信号発生装置によれば、磁性素子１において発生する大バルクハウゼンジャンプによる磁化状態の変化を、検出コイル２にて電磁誘導作用によるパルス電圧として検出するものである。したがって、被検知物体である歯車５の歯部５Ａ、５Ｂ等の速度に関係なく、その歯部の存在、不存在に応じて磁性素子１に大バルクハウゼンジャンプが確実に起こされ、それに応じて確実にパルス信号を発生させることができるのである。このように、本発明によれば、被検知物体の速度が極めて遅い場合でも、検出が可能である。パルス信号として発生されるパルス電圧は、常に、一定の電圧、位相関係を保つ。すなわち、本発明によって発生されるパルス電圧の振幅は、被検知物体の速度に関係なく、所定の一定レベルを保ち得るのである。
【００２６】
図１および図２を参照して、磁気回路形成調整部材８および９がないとして本発明のパルス信号発生装置の動作について、概略的に前述したのであるが、次に、その動作原理について、より詳細に説明する。図３から図６は、このような動作原理を説明するための概略図であり、図３は、歯車の歯部のような被検知物体が無い時における、１対の永久磁石３および４の間に配置された磁性素子１に及ぼされる磁界を矢印を用いて示している。図３に示す状態において、上側の永久磁石３と下側の永久磁石４との間に挟まれた磁性素子１が２つの永久磁石の丁度中心に配置されていて、且つ上側と下側の永久磁石の大きさ、強さが同じである場合には、磁性素子１上の磁界は０（零）になる。何故ならば、図３に矢印で示す上側の永久磁石３によって磁性素子１に及ぼされる正方向磁界と、下側の永久磁石４によって磁性素子１に及ぼされる負方向磁界とは、大きさが同じであり、互いに相殺し合うからである。
【００２７】
図４は、図１に対応するセット状態を示しており、被検知物体である歯車５の歯部５Ａが上側の永久磁石３のＮ極３Ａに丁度対面している時における、１対の永久磁石３および４の間に配置された磁性素子１に及ぼされる磁界を矢印を用いて示している。図４のセット状態においては、上側の永久磁石３によって磁性素子１に及ぼされる正方向磁界の大きさは、永久磁石３からの磁束の相当部分が磁性体である被検知物体である歯部５Ａの方へと流れて分路されてしまうことにより、矢印で示すように小さくなる。一方、下側の永久磁石４のＳ極４Ａには、被検知物体である歯部５Ｘは対面した状態となっていないので、永久磁石４によって磁性素子１に及ぼされる負方向磁界の大きさは、図３に示した状態の場合と実質的に変わらない。したがって、図４に示すセット状態においては、磁性素子１には、全体として負方向磁界が印加されていることになる。この負方向磁界を、ここでは、第二磁界という。
【００２８】
図５は、図２に対応するリセット状態を示しており、被検知物体である歯車５の歯部５Ａが上側の永久磁石３のＮ極３Ａとの対面状態から外れ、下側の永久磁石４のＳ極４Ａに丁度対面するようになった時における、１対の永久磁石３および４の間に配置された磁性素子１に及ぼされる磁界を矢印を用いて示している。図５のリセット状態においては、下側の永久磁石４によって磁性素子１に及ぼされる負方向磁界の大きさは、永久磁石４からの磁束の相当部分が磁性体である被検知物体である歯部５Ａの方へと流れて分路されてしまうことにより、矢印で示すように小さくなる。一方、上側の永久磁石３のＮ極３Ａには、被検知物体である歯部５Ｂは対面した状態から外れているので、永久磁石３によって磁性素子１に及ぼされる正方向磁界の大きさは、図３に示した状態の場合と実質的に変わらない。したがって、図５に示すリセット状態においては、磁性素子１には、全体として正方向磁界が印加されることになる。この正方向磁界を、ここでは、第一磁界という。
【００２９】
前述したような図３、図４および図５に示した状態において、磁性素子に印加される磁界をグラフで示すと、図６のようになる。このように第二磁界、第一磁界の順で磁性素子に磁界を与えることにより、磁性素子に大バルクハウゼンジャンプが起きて、パルス信号を発生させることができるのである。
【００３０】
次に、前述した実施例の如く、磁性素子１を永久磁石３および４の前側（被検知物体側）半分以下に配置するのが好ましい理由について、特に、図７を参照して説明する。磁気回路形成調整部材８および９がないとして、図１に示した状態から図２に示した状態へと被検知物体が移動すると、永久磁石３および４の間の中心に配置された磁性素子１上の磁界は、図７に示すように変化する。図７において、参照符号”図１”を付して示す曲線は、図１のセット状態における永久磁石３および４の長さ方向に沿って延在する磁性素子１の延在方向線上における磁界の変化を示しており、参照符号”図２”を付して示す曲線は、図２のリセット状態における永久磁石３および４の長さ方向に沿って延在する磁性素子１の延在方向線上における磁界の変化を示している。図７において、０点の磁界幅がＬ点に比べて大きいのは、被検知物体に近いためである。
【００３１】
ここで、磁性素子１を永久磁石３および４の全長に亘るようにして設ける場合には、すなわち、磁性素子１を０点からＬ点までに亘るようにして設ける場合には、０点からＬ／２点までは、正負の交番磁界を使うことができるが、Ｌ／２点からＬ点の部分は、負正の交番磁界を使うことになり、磁性素子１内で磁界がぶつかりあう状況になり、セット状態とリセット状態との間の磁性素子に印加される磁界の変化幅をそれほど大きくとれず、場合によっては良好な大バルクハウゼンジャンプを得ることができないことが考えられる。
【００３２】
これに対し、前方か後方のどちらか半分、すなわち、０点からＬ／２点またはＬ／２点からＬ点までのみに亘るように磁性素子１を配置する場合には、磁界がぶつかりあうということはなくなり、また、前方、すなわち、０点からＬ／２点までのみに亘るように磁性素子１を配置する場合には、交番磁界の幅がより大きくなるので、より良好な大バルクハウゼンジャンプを引き起こすことができるのである。
【００３３】
この点をグラフ上で明らかにするのは難しいので、数値的に説明を補足すると、前方の磁界の大きさ（絶対値）を５、後方の磁界の大きさ（絶対値）を２とすると、前方の半分のみに磁性素子を配置した場合は、±５の交番磁界、後方の半分のみに磁性素子を配置した場合は、±２の交番磁界、永久磁石の全長に亘って磁性素子を配置した場合は、前方−後方で±３の交番磁界ということになる。
【００３４】
磁気回路形成調整部材８および９がないものとしての、以上の動作原理の説明から明らかなように、磁性素子１に作用する磁界を第二磁界から第一磁界へと切り換えることにより、大バルクハウゼンジャンプを引き起こしてパルス信号を発生させることができるのであるが、実際には、製品の組み込み誤差、被検知物体の大きさ形状、被検知物体との距離等に応じて、このような第一磁界、第二磁界を適切な値に設定することは容易ではない。この実施例のパルス信号発生装置においては、磁気回路形成調整部材８および９を用いることにより、このような微妙な磁界の調整を容易に行えるようにしている。
【００３５】
次に、これら磁気回路形成調整部材８および９による磁界調整について、特に、図８から図１１を参照して説明する。図８、図９および図１０は、磁気回路形成調整部材８および９が設けられている場合における、図３、図４および図５にそれぞれ対応する図である。図８に示すように、被検知物体が無い時には、上側の永久磁石３は、磁気回路形成調整部材８および９が付加されていることにより、下側の永久磁石４よりも強くされている。したがって、上側の永久磁石３が下側の永久磁石４に比べて、磁性素子１に与える磁界が強くなり、正方向＞負方向となり、磁性素子１に対して正方向の磁界が発生している状態となっている。
【００３６】
図９に示すように、セット状態にあるときには、上側の永久磁石３に近い位置に被検知物体がきているので、正方向の磁界が弱まるが、もともと正方向の磁界は負方向の磁界よりも大きかったため、負方向の磁界よりも少し弱くなり、磁性素子１上には小さい負方向の磁界が発生し、この小さい負方向の磁界が第二磁界である。
【００３７】
図１０に示すように、リセット状態になるときには、下側の永久磁石４に近い位置に被検知物体がくるので、負方向の磁界が弱まるが、もともと負方向の磁界は正方向の磁界よりも小さかったため、正方向の磁界よりも極めて弱くなり、磁性素子１上には大きい正方向の磁界が発生し、この大きい正方向の磁界が第一磁界である。
【００３８】
このような説明から明らかなように、磁気回路形成調整部材８および９を永久磁石３に付け足していくことにより、磁性素子１に作用する正負の交番磁界分布を、図１１に矢印を付して示す如く、移動させることができる。したがって、磁気回路形成調整部材の付加、取り外しにより、より良い大バルクハウゼンジャンプが得られる磁界分布（Ｎ：１）に調整することが容易にできるのである。
【００３９】
次に、本発明の別の実施例としてのパルス信号発生方法を実施するパルス信号発生装置の構成および動作について説明する。図１２は、この実施例のパルス信号発生装置の構成を概略的に示している。このパルス信号発生装置の基本的な構成および動作原理は、前述した実施例のものと実質的に同じであるので、それらの点については繰り返し説明せず、異なる点についてのみ以下説明する。
【００４０】
この実施例のパルス信号発生装置は、図１の装置における１対の永久磁石に代えて、磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された磁石（３または４）と磁気回路形成部材（６または７）とからなる１対の磁界発生手段とを備えている。これら１対の磁界発生手段の同じ側の磁極３Ａおよび４Ａは、例えば、歯車５の歯部５Ａ、５Ｂ、・・・５Ｘである被検知物体の順次の接近に応答して、磁性素子１に印加される磁界を変化させて、磁性素子１に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、検出手段としての検出コイル２に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにする検出部を構成している。磁気回路形成調整部材８および９は、磁気回路形成部材６の端部に取り外し自在に設けられている。
【００４１】
このように磁界発生手段を、永久磁石と磁気回路形成部材との組み合わせによい構成すると、磁性素子に作用する所定の磁界を発生させるために、使用すべき永久磁石の大きさを小さくでき、それだけ、コストを削減できる。また、使用する磁性素子の長さが種々変化しても、磁界発生手段を構成する永久磁石と磁気回路形成部材の長さの割り合いを種々変えることにより、容易に対応することができる。なお、永久磁石３の端部に取り付けられる磁気回路形成調整部材８および９の作用については、図１の実施例に関して前述したのと同様であるので、ここでは、繰り返し説明しない。
【００４２】
さらにまた、前述した２つの実施例では、図１または図１２において永久磁石３と永久磁石４との間の離間距離Ｄは、固定のものとして説明したが、この離間距離Ｄは、可変のものとしておくこともできる。離間距離Ｄを可変としておくことにより、例えば、歯車の歯部のピッチ等が異なる被検知物体にも容易に対応させて、それらに応じたパルス信号を正確に発生することができるように調整することができる。
【００４３】
なお、前述した実施例では、磁性素子１としてワイヤ状素子を使用したのであるが、前述したように、本発明は、これに限らず、種々な形の磁性素子を使用することができ、例えば、薄膜状、厚膜状または板状の磁性素子を使用することもできる。このように、磁性素子として薄膜状、厚膜状または板状素子を使用した場合には、検出コイル２も平面コイルとすることも考えられる。さらにまた、前述したような磁性素子に代えて、単層の磁性素子を使用することもできる。
【００４４】
また、前述した実施例においては、使用する磁石３および４を、永久磁石としたのであるが、これは、電磁石等、他の同様の手段に置き換えることができる。さらにまた、前述した実施例では、検出手段は、コイルとしたのであるが、これは、ホール素子、ＭＲ素子、共振回路等、他の同様の手段に置き換えることができる。
【００４５】
さらにまた、前述した実施例においては、磁性素子に良好な大バルクハウゼンジャンプを引き起こせしめるに適切な磁界を作用させるために、磁気回路形成調整部材を用いたのであるが、本発明は、これに限らず、次のような種々な手段にて同様の効果を得ることができる。
【００４６】
先ず、１対の磁石３および４の強弱を付けることにより、磁性素子１上の磁界に差を付けておき、被検知物体による変化だけで、セット状態およびリセット状態において磁性素子１に作用する磁界比を、Ｎ：１の関係とする。磁石の強弱を付けるには、磁石の強さを異なるものとすることや、磁石の体積や形状を異なるものとする等が考えられる。
【００４７】
次に、１対の磁石３および４に対する磁性素子１の相対的な位置関係を異ならせる。図１３の上図に示すように、磁石３から磁性素子１までの距離Ａと磁石４から磁性素子１までの距離Ｂとを異ならせ、しかも、これらＡおよびＢを可変なものとできるようにしておく。また、図１３の下図の平面図に示すように、磁石３、４の一方の側縁から磁性素子１までの距離Ｃ、磁石３、４の他方の側縁から磁性素子１までの距離Ｄ、磁性素子１の端部と磁石３、４の端部との間の距離Ｅを可変とすることができるようにしておく。
【００４８】
次に、１対の磁石３および４の磁軸方向における相対的位置または磁軸の平行度を可変としておく。すなわち、図１４の上図に示すように、磁性素子１の前端部と磁石４の前端部との距離Ｆを可変とすることができるようにしておく。また、図１４の下図に示すように、１対の磁石３および４の前端部の離間距離Ｇと後端部の離間距離Ｈとを異ならせ、しかも、可変とすることができるようにしておく。
【００４９】
次に、１対の磁石３、４に対する磁性素子１の置き方を変える。図１５の平面図に示すように、磁石３、４に対して、磁性素子１を縦、横、斜めに配置する。
【００５０】
これらの種々な手段は、被検知物体の形状や、大きさ等に応じて、種々組み合わせて適用することにより、所与の効果を達成することもできる。
【００５１】
【発明の効果】
極超低速の直線および回転速度でも検出が可能である。パルス信号として得られるパルス電圧は、常に一定の電圧、位相関係を保つことができるので、ノイズレベル以下に埋もれてしまうこともなく、リミッターが必要となることもない。
【００５２】
極めて高い分解能を得ることが可能であり、正確なタイミングが測定できる。
【００５３】
磁石で磁性素子を挟む構成であるので、外部からの磁界の影響を受け難い。
【００５４】
被検知物体は、磁性体であればそれ自体を検出対象とすることができ、可動体を別個に設けるような必要はない。また、無電源とすることが可能である。さらにまた、防爆型にまとめることも容易にできる。
【００５５】
磁石、磁気回路形成部材、調整部材、磁性素子、検出コイルのみの構成で、装置をコンパクトにまとめ、シンプル構造とすることができる。
【００５６】
磁界発生手段を磁石と磁気回路形成部材とで構成した場合には、使用する永久磁石の大きさを小さくすることができ、それだけコスト低減を計ることができる。
【００５７】
磁界調整手段を施したことにより、大バルクハウゼンジャンプを引き起こすに適切な磁界を容易に発生させるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としてのパルス信号発生方法を実施するパルス信号発生装置の構成を概略的に示し、セット状態にあるところを示す図である。
【図２】図１のパルス信号発生装置のリセット状態にあるところを示す図１と同様の概略図である。
【図３】図１のパルス信号発生装置の動作原理を調整部材がないものとして説明するための原理図である。
【図４】図１のパルス信号発生装置の動作原理を調整部材がないものとして説明するための図１に対応する原理図である。
【図５】図１のパルス信号発生装置の動作原理を調整部材がないものとして説明するための図２に対応する原理図である。
【図６】図３、図４および図５に示した状態において、磁性素子に印加される磁界を示す図である。
【図７】本発明のパルス信号発生装置において磁石に対する磁性素子の配置位置について説明するための図である。
【図８】図１のパルス信号発生装置の動作原理を説明するための原理図である。
【図９】図１のパルス信号発生装置の動作原理を説明するための図１に対応する原理図である。
【図１０】図１のパルス信号発生装置の動作原理を説明するための図２に対応する原理図である。
【図１１】本発明のパルス信号発生装置において調整部材による磁性素子に作用する磁界分布の変化を説明するための図である。
【図１２】本発明の別の実施例としてのパルス信号発生装置の構成を概略的に示す図である。
【図１３】本発明のパルス信号発生方法および装置における別の調整手段を説明するための図である。
【図１４】本発明のパルス信号発生方法および装置におけるさらに別の調整手段を説明するための図である。
【図１５】本発明のパルス信号発生方法および装置におけるさらに別の調整手段を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 磁性素子
２ 検出コイル
３ 永久磁石
３Ａ Ｎ極
４ 永久磁石
４Ａ Ｓ極
５ 歯車
５Ａ 歯部
５Ｂ 歯部
５Ｘ 歯部
６ 磁気回路形成部材
７ 磁気回路形成部材
８ 磁界回路形成調整部材
９ 磁気回路形成調整部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス信号発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動している物体の移動位置や移動速度に応じたパルス信号を得たり、種々な操作に応じたパルス信号を発生したりすることは、自動制御の分野や、電気および電子機器等の各種の分野において必要とされている。従来、この種のパルス信号を発生する手段としては、種々なものが開発され使用されてきているが、それらの代表的なもののうちの一つとして、電磁ピックアップがある。この電磁ピックアップは、磁性体、磁石、電気コイル等から構成されるもので、被検知物体の挙動により磁束密度が変化し、この変化により電気コイルに、電磁誘導作用により電圧が発生され、この電圧を、パルス信号として使用するものである。
【０００３】
しかしながら、この種の電磁ピックアップは、次のような点で適用分野によっては、問題が多く、最適なものとは言えない場合が出てくる。すなわち、被検知物体の移動速度が極低速では、発生する電圧が低く、ノイズレベル近辺となってしまう。したがって、増幅回路を使用する場合、ノイズも増幅されるため、増幅前にノイズを除去するためのフィルタ回路等が必要となってしまう。反対に、被検知物体の移動速度が高速になると、発生される電圧も大きくなり、増幅回路の耐圧をオーバーする場合も出てきてしまうので、リミッターが必要となることもある。低速の場合には、被検知物体に径を大きくした補助リング等を取り付けて周速を上げて検出する方法もあるが、大型となり、部品点数も増えてしまう。また、移動速度が変化すると電圧の立ち上がりや立ち下がり時間が変化してしまう。正確なタイミングを検出したい場合には、複雑な信号処理が必要となる。その上、被検知物体の形状によって、電圧の波形が異なって来てしまう。
【０００４】
別の代表例として、ホール効果を利用した位置センサ、角度センサ、速度センサ等の各種のセンサがあり、例えば、特開平２−２８４０８２号公報に開示されたようなホール効果型センサ装置がある。このホール効果型センサは、ホール素子と磁石とを使用し、被検知物体の挙動に応じてホール素子に対する磁束変化を生ぜしめて、それに応じてホール素子により電気信号を出力せしめるものである。しかしながら、先ず、この型のセンサでは、ホール素子を付勢しておくための電源が別個に必要であり、無電源とすることはできない。また、出力される電気信号も、一般的には、正弦波であり、鋭いパルス信号とすることはできない。被検知物体の移動速度が低速の場合には、出力電圧の立上りが低下してしまい、波形がつぶれてしまう。前述した電磁ピックアップと同様に、外部磁界の影響も受けやすく、また、熱ドリフトもあり、ノイズが入りやすく、より正確な検知信号とするためには、複雑な処理回路が必要となる。
【０００５】
前述したような従来の電磁ピックアップやホール効果型センサとは別に、例えば、特開昭５４−１６１２５７号公報に開示されているようなパルス信号発生装置を、同様の目的のセンサとして使用することが提案されている。この提案されているパルス信号発生装置は、磁気異方性の比較的ソフトな部分と比較的ハードな部分とを有する強磁性体からなる感磁要素と、その全体を正方向に磁化する第１磁界発生源および感磁要素の比較的ソフトな部分を負方向に磁化するための第２磁界発生源ならびに感磁要素の近くに配置された検出コイルとを固定し、この固定側に対し、第１磁界発生源の感磁要素に対する磁化作用を断続的に減殺させる可動体を組み合わせてなり、可動体の挙動により感磁要素に所定の変化を起こさせて、検出コイルにパルス電圧を発生させるようにしたものである。
【０００６】
この従来のパルス信号発生装置は、無電源とすることができ、可動体が極低速でも一定のパルス電圧が得られ、しかも、外部磁界の影響を受けにくい点で、前述した従来の電磁ピックアップやホール効果型センサの代わりに使用することにより、それらが有していた問題点のいくつかを解消しうるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来提案されているパルス信号発生装置は、次のような問題点を初めとして多くの問題を有しているものであり、適用範囲が限られており、実用化にはほど遠いものである。すなわち、先ず、スリットを設けた可動体が必要である。この可動体は、第１磁界発生源および第２磁界発生源としての磁石や感磁要素よりも小さくできない。可動体のスリットは、放射状となるので分解能を上げるためには、可動体の径を大きくする必要がある。その上、可動体と磁石や感磁要素は、互いに平行とならなければならない。磁石が外部の磁界や金属に影響を受けて、動作が不安定となりがちである。被検知物体との位置関係において、前述したような電磁ピックアップやホール効果型センサと、どのような場合においても、互換できるものという分けにはいかない。例えば、ギヤ等の歯を直接的に検知するような配置とすることはできない。
【０００８】
本出願人等は、前述したような従来技術の問題点を解消し、さらに広い応用分野を見出しうるようなパルス信号発生方法および装置を種々開発し、先に、特願平９−２５１５４０号、特願平９−３１３４５３号等にて、出願しているが、本願発明の目的は、これらを更に実際面にて改良したパルス信号発生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】
本発明の一つの観点によれば、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された１対の磁石とを備えており、該１対の磁石のうちの少なくとも一方の磁石には、磁気回路形成調整部材が設けられており、前記１対の磁石の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とする。
【００１０】
本発明の別の観点によれば、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された磁石と磁気回路形成部材とからなる１対の磁界発生手段とを備えており、該１対の磁界発生手段のうちの少なくとも一方には、磁気回路形成調整部材が設けられており、前記１対の磁界発生手段の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とする。
【００１１】
本発明のさらに別の観点によれば、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された１対の磁石とを備えており、該１対の磁石の強さまたは形状または体積は互いに異なっており、前記１対の磁石の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とする。
【００１２】
本発明のさらに別の観点によれば、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された１対の磁石とを備えており、前記磁性素子の前記磁石の各々に対する配置位置は、可変とされており、前記１対の磁石の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とする。
【００１３】
本発明のさらに別の観点によれば、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された磁石と磁気回路形成部材とからなる１対の磁界発生手段とを備えており、前記磁性素子の前記磁界発生手段の各々に対する配置位置は、可変とされており、前記１対の磁界発生手段の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とする。
【００１４】
本発明のさらに別の観点によれば、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された１対の磁石とを備えており、該１対の磁石は、磁軸方向における相対的位置または磁軸の平行度が可変とされており、前記１対の磁石の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにする。
【００１６】
本発明の一つの実施の形態によれば、前記磁石の強さまたは形状または体積は互いに異なっている。
【００１７】
本発明の別の実施の形態によれば、前記磁性素子の前記磁石の各々に対する配置位置は、可変とされている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面に基づいて、本発明の実施例について本発明をより詳細に説明する。
【００１９】
本発明の種々な実施例について説明する前に、本発明において使用する“大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子”（以下、単に磁性素子という場合がある）について概略説明しておく。先ず、一般的に知られているワイヤ状の複合磁性素子を例として、その構造と挙動について説明する。強磁性体を線引きして細いワイヤにしたものは、その合金組成とともに独特な磁気的性質を持つ。この強磁性体ワイヤにひねり応力を加えると、ワイヤの外周部付近ほど多くひねられ、中心部ほどひねられ方は少なくなり、このため外周部と中心部では磁気特性が異なることとなる。この状態を残留させる加工を施すと、外周部と中心部で磁気特性が異なる強磁性体の磁気ワイヤができる。そして、外周部の磁気特性は、比較的小さな磁界によってその磁化方向を変える。これに対して、中心部は、外周部よりも大きな磁界によってその磁化方向を変える。すなわち、一本の磁気ワイヤの中に比較的磁化され易い磁気特性を持つ外周部と、磁化されにくい中心部という２種類の異なった磁気特性を持つ複合磁性体が形成されている。この複合磁気ワイヤは、一軸異方性である。ここでは、外周部をソフト層、中心部をハード層と呼び、このような複合磁気ワイヤを、ワイヤ状の複合磁性素子と称する。
【００２０】
この複合磁気ワイヤのハード層およびソフト層は、初期的には、どのような方向に磁化されているか定まっておらず、バラバラな磁化状態にある。この複合磁気ワイヤの長手方向、つまり軸線方向と平行に、ハード層の磁化方向を反転させるのに十分な外部磁界をかけると、ソフト層は、当然のこと、ハード層も磁化され同じ磁化方向にそろう。次に、ソフト層だけを磁化できるような外部磁界を、前とは逆方向にかける。その結果、複合磁気ワイヤのソフト層とハード層とでは磁化されている方向が逆であるという磁化状態ができる。一軸異方性であるから、この状態で外部磁界を取り去ってもソフト層の磁化方向は、ハード層の磁化に押さえられていて磁化状態は安定している。このときの外部磁界をセット磁界と呼ぶ。次に、セット磁界と反対方向の外部磁界をかけてこの磁界を増加させる。外部磁界の強さがある臨界強度を越すと、ソフト層の磁化方向は急激に反転する。この磁界を、臨界磁界と呼ぶ。このときの反転現象は、雪崩をうつような状態でソフト層の磁壁が移動して一瞬のうちに磁化反転が起きる。この結果、ソフト層とハード層の磁化方向は同じとなり最初の状態に戻る。外部磁界は臨界磁界よりも大きな磁界をかけておく。この磁界を、リセット磁界と呼ぶ。この雪崩をうつように磁化状態が反転する現象を大バルクハウゼンジャンプという。磁化反転の速度は、この大バルクハウゼンジャンプのみに依存していて外部磁界には無関係である。
【００２１】
“大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子”について、ワイヤ状の磁性素子を例に挙げて説明してきたのであるが、本発明においては、このようなワイヤ状の磁性素子に限らず、同様の挙動を示す他の種々な磁性素子を使用できるものである。また、前述した磁性素子は、ハード層とソフト層とを有するものであったが、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子としては、このようなハード層とソフト層との複合層を有していないような磁性素子でも可能である。例えば、特開平４−２１８９０５号公報に開示されているような薄膜形成技術を使用することにより、薄膜状の磁性体を形成し、これを、薄膜状の磁性素子として使用することもできる。また、この磁性素子は、厚膜状でも板状でもよい。したがって、ここでいう“大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子”は、前述したような挙動を示す種々な磁性素子のすべてを含むものである。
【００２２】
次に、本発明の一実施例としてのパルス信号発生方法を実施するパルス信号発生装置の構成および動作について説明する。図１は、この実施例のパルス信号発生装置の構成を概略的に示している。図１のパルス信号発生装置は、ワイヤ状素子である磁性素子１と、この複合磁性素子１の周りに巻回された検出コイル２と、磁性素子１を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された１対の永久磁石３および４とを備えている。これら１対の磁石３および４の同じ側の磁極３Ａおよび４Ａは、例えば、歯車５の歯部５Ａ、５Ｂ、・・・５Ｘである被検知物体の順次の接近に応答して、磁性素子１に印加される磁界を変化させて、磁性素子１に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、検出手段としての検出コイル２に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにする検出部を構成している。この実施例においては、一方の永久磁石３の他方の磁極側、即ち、Ｓ極側に磁性体で形成された磁気回路形成調整部材８および９が取り外し自在に設けられている。
【００２３】
この実施例では、１対の永久磁石３および４は、磁性素子１の延在方向と一致した方向に磁軸を有しており、磁性素子１の長さＬ0 より長い長さＬを有している。磁気回路形成調整部材８および９は、永久磁石３および４の長さＬに比べて短い磁性体のブロック片にて形成されていて、後述するような磁性素子１に作用する磁界を調整するために、別々に付加したり取り外したりできるようなものとされている。この実施例では、このような磁気回路形成調整部材を２つのブロック片で構成したが、本発明は、これに限らず、このようなブロック片を２以上多数個設けるようにしてもよい。また、磁気回路形成調整部材は、単に磁性体ブロックでなく永久磁石のブロック片でもよい。
【００２４】
次に、図１および図２を特に参照して、このような構成を有するパルス信号発生装置の動作について説明する。まず、動作原理を分かり易くするために、磁気回路形成調整部材８および９が設けられていないとした場合について説明しておく。図１の状態においては、歯車５の歯部５Ａが一方の永久磁石３のＮ極３Ａに丁度対面した位置にあり、先行する歯部５Ｘは、他方の永久磁石４のＳ極４Ａとの対面位置から既に外れた位置にあり、この状態で、このパルス信号発生装置は、セット状態になっている。歯車５は、矢印方向に移動しているとし、図２は、歯車５が移動して、歯車５の歯部５Ａが他方の永久磁石４のＳ極４Ａと丁度対面する位置にきて、後続の歯部５Ｂが一方の永久磁石３のＮ極３Ａに未だ対面した位置とはなっていない状態を示している。図２の状態で、このパルス信号発生装置は、リセット状態となり、磁性素子１に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、検出コイル２に１つのパルス信号を発生せしめる。以後、歯車５の歯部が１対の永久磁石３および４の同じ側の磁極３Ａおよび４Ａの近傍を通過する毎に、そのことを示すパスル信号が検出コイル２に発生されていく。
【００２５】
このように、本発明によるパルス信号発生装置によれば、磁性素子１において発生する大バルクハウゼンジャンプによる磁化状態の変化を、検出コイル２にて電磁誘導作用によるパルス電圧として検出するものである。したがって、被検知物体である歯車５の歯部５Ａ、５Ｂ等の速度に関係なく、その歯部の存在、不存在に応じて磁性素子１に大バルクハウゼンジャンプが確実に起こされ、それに応じて確実にパルス信号を発生させることができるのである。このように、本発明によれば、被検知物体の速度が極めて遅い場合でも、検出が可能である。パルス信号として発生されるパルス電圧は、常に、一定の電圧、位相関係を保つ。すなわち、本発明によって発生されるパルス電圧の振幅は、被検知物体の速度に関係なく、所定の一定レベルを保ち得るのである。
【００２６】
図１および図２を参照して、磁気回路形成調整部材８および９がないとして本発明のパルス信号発生装置の動作について、概略的に前述したのであるが、次に、その動作原理について、より詳細に説明する。図３から図６は、このような動作原理を説明するための概略図であり、図３は、歯車の歯部のような被検知物体が無い時における、１対の永久磁石３および４の間に配置された磁性素子１に及ぼされる磁界を矢印を用いて示している。図３に示す状態において、上側の永久磁石３と下側の永久磁石４との間に挟まれた磁性素子１が２つの永久磁石の丁度中心に配置されていて、且つ上側と下側の永久磁石の大きさ、強さが同じである場合には、磁性素子１上の磁界は０（零）になる。何故ならば、図３に矢印で示す上側の永久磁石３によって磁性素子１に及ぼされる正方向磁界と、下側の永久磁石４によって磁性素子１に及ぼされる負方向磁界とは、大きさが同じであり、互いに相殺し合うからである。
【００２７】
図４は、図１に対応するセット状態を示しており、被検知物体である歯車５の歯部５Ａが上側の永久磁石３のＮ極３Ａに丁度対面している時における、１対の永久磁石３および４の間に配置された磁性素子１に及ぼされる磁界を矢印を用いて示している。図４のセット状態においては、上側の永久磁石３によって磁性素子１に及ぼされる正方向磁界の大きさは、永久磁石３からの磁束の相当部分が磁性体である被検知物体である歯部５Ａの方へと流れて分路されてしまうことにより、矢印で示すように小さくなる。一方、下側の永久磁石４のＳ極４Ａには、被検知物体である歯部５Ｘは対面した状態となっていないので、永久磁石４によって磁性素子１に及ぼされる負方向磁界の大きさは、図３に示した状態の場合と実質的に変わらない。したがって、図４に示すセット状態においては、磁性素子１には、全体として負方向磁界が印加されていることになる。この負方向磁界を、ここでは、第二磁界という。
【００２８】
図５は、図２に対応するリセット状態を示しており、被検知物体である歯車５の歯部５Ａが上側の永久磁石３のＮ極３Ａとの対面状態から外れ、下側の永久磁石４のＳ極４Ａに丁度対面するようになった時における、１対の永久磁石３および４の間に配置された磁性素子１に及ぼされる磁界を矢印を用いて示している。図５のリセット状態においては、下側の永久磁石４によって磁性素子１に及ぼされる負方向磁界の大きさは、永久磁石４からの磁束の相当部分が磁性体である被検知物体である歯部５Ａの方へと流れて分路されてしまうことにより、矢印で示すように小さくなる。一方、上側の永久磁石３のＮ極３Ａには、被検知物体である歯部５Ｂは対面した状態から外れているので、永久磁石３によって磁性素子１に及ぼされる正方向磁界の大きさは、図３に示した状態の場合と実質的に変わらない。したがって、図５に示すリセット状態においては、磁性素子１には、全体として正方向磁界が印加されることになる。この正方向磁界を、ここでは、第一磁界という。
【００２９】
前述したような図３、図４および図５に示した状態において、磁性素子に印加される磁界をグラフで示すと、図６のようになる。このように第二磁界、第一磁界の順で磁性素子に磁界を与えることにより、磁性素子に大バルクハウゼンジャンプが起きて、パルス信号を発生させることができるのである。
【００３０】
次に、前述した実施例の如く、磁性素子１を永久磁石３および４の前側（被検知物体側）半分以下に配置するのが好ましい理由について、特に、図７を参照して説明する。磁気回路形成調整部材８および９がないとして、図１に示した状態から図２に示した状態へと被検知物体が移動すると、永久磁石３および４の間の中心に配置された磁性素子１上の磁界は、図７に示すように変化する。図７において、参照符号”図１”を付して示す曲線は、図１のセット状態における永久磁石３および４の長さ方向に沿って延在する磁性素子１の延在方向線上における磁界の変化を示しており、参照符号”図２”を付して示す曲線は、図２のリセット状態における永久磁石３および４の長さ方向に沿って延在する磁性素子１の延在方向線上における磁界の変化を示している。図７において、０点の磁界幅がＬ点に比べて大きいのは、被検知物体に近いためである。
【００３１】
ここで、磁性素子１を永久磁石３および４の全長に亘るようにして設ける場合には、すなわち、磁性素子１を０点からＬ点までに亘るようにして設ける場合には、０点からＬ／２点までは、正負の交番磁界を使うことができるが、Ｌ／２点からＬ点の部分は、負正の交番磁界を使うことになり、磁性素子１内で磁界がぶつかりあう状況になり、セット状態とリセット状態との間の磁性素子に印加される磁界の変化幅をそれほど大きくとれず、場合によっては良好な大バルクハウゼンジャンプを得ることができないことが考えられる。
【００３２】
これに対し、前方か後方のどちらか半分、すなわち、０点からＬ／２点またはＬ／２点からＬ点までのみに亘るように磁性素子１を配置する場合には、磁界がぶつかりあうということはなくなり、また、前方、すなわち、０点からＬ／２点までのみに亘るように磁性素子１を配置する場合には、交番磁界の幅がより大きくなるので、より良好な大バルクハウゼンジャンプを引き起こすことができるのである。
【００３３】
この点をグラフ上で明らかにするのは難しいので、数値的に説明を補足すると、前方の磁界の大きさ（絶対値）を５、後方の磁界の大きさ（絶対値）を２とすると、前方の半分のみに磁性素子を配置した場合は、±５の交番磁界、後方の半分のみに磁性素子を配置した場合は、±２の交番磁界、永久磁石の全長に亘って磁性素子を配置した場合は、前方−後方で±３の交番磁界ということになる。
【００３４】
磁気回路形成調整部材８および９がないものとしての、以上の動作原理の説明から明らかなように、磁性素子１に作用する磁界を第二磁界から第一磁界へと切り換えることにより、大バルクハウゼンジャンプを引き起こしてパルス信号を発生させることができるのであるが、実際には、製品の組み込み誤差、被検知物体の大きさ形状、被検知物体との距離等に応じて、このような第一磁界、第二磁界を適切な値に設定することは容易ではない。この実施例のパルス信号発生装置においては、磁気回路形成調整部材８および９を用いることにより、このような微妙な磁界の調整を容易に行えるようにしている。
【００３５】
次に、これら磁気回路形成調整部材８および９による磁界調整について、特に、図８から図１１を参照して説明する。図８、図９および図１０は、磁気回路形成調整部材８および９が設けられている場合における、図３、図４および図５にそれぞれ対応する図である。図８に示すように、被検知物体が無い時には、上側の永久磁石３は、磁気回路形成調整部材８および９が付加されていることにより、下側の永久磁石４よりも強くされている。したがって、上側の永久磁石３が下側の永久磁石４に比べて、磁性素子１に与える磁界が強くなり、正方向＞負方向となり、磁性素子１に対して正方向の磁界が発生している状態となっている。
【００３６】
図９に示すように、セット状態にあるときには、上側の永久磁石３に近い位置に被検知物体がきているので、正方向の磁界が弱まるが、もともと正方向の磁界は負方向の磁界よりも大きかったため、負方向の磁界よりも少し弱くなり、磁性素子１上には小さい負方向の磁界が発生し、この小さい負方向の磁界が第二磁界である。
【００３７】
図１０に示すように、リセット状態になるときには、下側の永久磁石４に近い位置に被検知物体がくるので、負方向の磁界が弱まるが、もともと負方向の磁界は正方向の磁界よりも小さかったため、正方向の磁界よりも極めて弱くなり、磁性素子１上には大きい正方向の磁界が発生し、この大きい正方向の磁界が第一磁界である。
【００３８】
このような説明から明らかなように、磁気回路形成調整部材８および９を永久磁石３に付け足していくことにより、磁性素子１に作用する正負の交番磁界分布を、図１１に矢印を付して示す如く、移動させることができる。したがって、磁気回路形成調整部材の付加、取り外しにより、より良い大バルクハウゼンジャンプが得られる磁界分布（Ｎ：１）に調整することが容易にできるのである。
【００３９】
次に、本発明の別の実施例としてのパルス信号発生方法を実施するパルス信号発生装置の構成および動作について説明する。図１２は、この実施例のパルス信号発生装置の構成を概略的に示している。このパルス信号発生装置の基本的な構成および動作原理は、前述した実施例のものと実質的に同じであるので、それらの点については繰り返し説明せず、異なる点についてのみ以下説明する。
【００４０】
この実施例のパルス信号発生装置は、図１の装置における１対の永久磁石に代えて、磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された磁石（３または４）と磁気回路形成部材（６または７）とからなる１対の磁界発生手段とを備えている。これら１対の磁界発生手段の同じ側の磁極３Ａおよび４Ａは、例えば、歯車５の歯部５Ａ、５Ｂ、・・・５Ｘである被検知物体の順次の接近に応答して、磁性素子１に印加される磁界を変化させて、磁性素子１に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、検出手段としての検出コイル２に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにする検出部を構成している。磁気回路形成調整部材８および９は、磁気回路形成部材６の端部に取り外し自在に設けられている。
【００４１】
このように磁界発生手段を、永久磁石と磁気回路形成部材との組み合わせによい構成すると、磁性素子に作用する所定の磁界を発生させるために、使用すべき永久磁石の大きさを小さくでき、それだけ、コストを削減できる。また、使用する磁性素子の長さが種々変化しても、磁界発生手段を構成する永久磁石と磁気回路形成部材の長さの割り合いを種々変えることにより、容易に対応することができる。なお、永久磁石３の端部に取り付けられる磁気回路形成調整部材８および９の作用については、図１の実施例に関して前述したのと同様であるので、ここでは、繰り返し説明しない。
【００４２】
さらにまた、前述した２つの実施例では、図１または図１２において永久磁石３と永久磁石４との間の離間距離Ｄは、固定のものとして説明したが、この離間距離Ｄは、可変のものとしておくこともできる。離間距離Ｄを可変としておくことにより、例えば、歯車の歯部のピッチ等が異なる被検知物体にも容易に対応させて、それらに応じたパルス信号を正確に発生することができるように調整することができる。
【００４３】
なお、前述した実施例では、磁性素子１としてワイヤ状素子を使用したのであるが、前述したように、本発明は、これに限らず、種々な形の磁性素子を使用することができ、例えば、薄膜状、厚膜状または板状の磁性素子を使用することもできる。このように、磁性素子として薄膜状、厚膜状または板状素子を使用した場合には、検出コイル２も平面コイルとすることも考えられる。さらにまた、前述したような磁性素子に代えて、単層の磁性素子を使用することもできる。
【００４４】
また、前述した実施例においては、使用する磁石３および４を、永久磁石としたのであるが、これは、電磁石等、他の同様の手段に置き換えることができる。さらにまた、前述した実施例では、検出手段は、コイルとしたのであるが、これは、ホール素子、ＭＲ素子、共振回路等、他の同様の手段に置き換えることができる。
【００４５】
さらにまた、前述した実施例においては、磁性素子に良好な大バルクハウゼンジャンプを引き起こせしめるに適切な磁界を作用させるために、磁気回路形成調整部材を用いたのであるが、本発明は、これに限らず、次のような種々な手段にて同様の効果を得ることができる。
【００４６】
先ず、１対の磁石３および４の強弱を付けることにより、磁性素子１上の磁界に差を付けておき、被検知物体による変化だけで、セット状態およびリセット状態において磁性素子１に作用する磁界比を、Ｎ：１の関係とする。磁石の強弱を付けるには、磁石の強さを異なるものとすることや、磁石の体積や形状を異なるものとする等が考えられる。
【００４７】
次に、１対の磁石３および４に対する磁性素子１の相対的な位置関係を異ならせる。図１３の上図に示すように、磁石３から磁性素子１までの距離Ａと磁石４から磁性素子１までの距離Ｂとを異ならせ、しかも、これらＡおよびＢを可変なものとできるようにしておく。また、図１３の下図の平面図に示すように、磁石３、４の一方の側縁から磁性素子１までの距離Ｃ、磁石３、４の他方の側縁から磁性素子１までの距離Ｄ、磁性素子１の端部と磁石３、４の端部との間の距離Ｅを可変とすることができるようにしておく。
【００４８】
次に、１対の磁石３および４の磁軸方向における相対的位置または磁軸の平行度を可変としておく。すなわち、図１４の上図に示すように、磁性素子１の前端部と磁石４の前端部との距離Ｆを可変とすることができるようにしておく。また、図１４の下図に示すように、１対の磁石３および４の前端部の離間距離Ｇと後端部の離間距離Ｈとを異ならせ、しかも、可変とすることができるようにしておく。
【００４９】
次に、１対の磁石３、４に対する磁性素子１の置き方を変える。図１５の平面図に示すように、磁石３、４に対して、磁性素子１を縦、横、斜めに配置する。
【００５０】
これらの種々な手段は、被検知物体の形状や、大きさ等に応じて、種々組み合わせて適用することにより、所与の効果を達成することもできる。
【００５１】
【発明の効果】
極超低速の直線および回転速度でも検出が可能である。パルス信号として得られるパルス電圧は、常に一定の電圧、位相関係を保つことができるので、ノイズレベル以下に埋もれてしまうこともなく、リミッターが必要となることもない。
【００５２】
極めて高い分解能を得ることが可能であり、正確なタイミングが測定できる。
【００５３】
磁石で磁性素子を挟む構成であるので、外部からの磁界の影響を受け難い。
【００５４】
被検知物体は、磁性体であればそれ自体を検出対象とすることができ、可動体を別個に設けるような必要はない。また、無電源とすることが可能である。さらにまた、防爆型にまとめることも容易にできる。
【００５５】
磁石、磁気回路形成部材、調整部材、磁性素子、検出コイルのみの構成で、装置をコンパクトにまとめ、シンプル構造とすることができる。
【００５６】
磁界発生手段を磁石と磁気回路形成部材とで構成した場合には、使用する永久磁石の大きさを小さくすることができ、それだけコスト低減を計ることができる。
【００５７】
磁界調整手段を施したことにより、大バルクハウゼンジャンプを引き起こすに適切な磁界を容易に発生させるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としてのパルス信号発生方法を実施するパルス信号発生装置の構成を概略的に示し、セット状態にあるところを示す図である。
【図２】図１のパルス信号発生装置のリセット状態にあるところを示す図１と同様の概略図である。
【図３】図１のパルス信号発生装置の動作原理を調整部材がないものとして説明するための原理図である。
【図４】図１のパルス信号発生装置の動作原理を調整部材がないものとして説明するための図１に対応する原理図である。
【図５】図１のパルス信号発生装置の動作原理を調整部材がないものとして説明するための図２に対応する原理図である。
【図６】図３、図４および図５に示した状態において、磁性素子に印加される磁界を示す図である。
【図７】本発明のパルス信号発生装置において磁石に対する磁性素子の配置位置について説明するための図である。
【図８】図１のパルス信号発生装置の動作原理を説明するための原理図である。
【図９】図１のパルス信号発生装置の動作原理を説明するための図１に対応する原理図である。
【図１０】図１のパルス信号発生装置の動作原理を説明するための図２に対応する原理図である。
【図１１】本発明のパルス信号発生装置において調整部材による磁性素子に作用する磁界分布の変化を説明するための図である。
【図１２】本発明の別の実施例としてのパルス信号発生装置の構成を概略的に示す図である。
【図１３】本発明のパルス信号発生方法および装置における別の調整手段を説明するための図である。
【図１４】本発明のパルス信号発生方法および装置におけるさらに別の調整手段を説明するための図である。
【図１５】本発明のパルス信号発生方法および装置におけるさらに別の調整手段を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 磁性素子
２ 検出コイル
３ 永久磁石
３Ａ Ｎ極
４ 永久磁石
４Ａ Ｓ極
５ 歯車
５Ａ 歯部
５Ｂ 歯部
５Ｘ 歯部
６ 磁気回路形成部材
７ 磁気回路形成部材
８ 磁界回路形成調整部材
９ 磁気回路形成調整部材
Claims (8)
- 大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された１対の磁石とを備えており、該１対の磁石のうちの少なくとも一方の磁石には、磁気回路形成調整部材が設けられており、前記１対の磁石の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とするパルス信号発生装置。
- 大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された磁石と磁気回路形成部材とからなる１対の磁界発生手段とを備えており、該１対の磁界発生手段のうちの少なくとも一方には、磁気回路形成調整部材が設けられており、前記１対の磁界発生手段の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とするパルス信号発生装置。
- 大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された１対の磁石とを備えており、該１対の磁石の強さまたは形状または体積は互いに異なっており、前記１対の磁石の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とするパルス信号発生装置。
- 大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された１対の磁石とを備えており、前記磁性素子の前記磁石の各々に対する配置位置は、可変とされており、前記１対の磁石の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とするパルス信号発生装置。
- 大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された磁石と磁気回路形成部材とからなる１対の磁界発生手段とを備えており、前記磁性素子の前記磁界発生手段の各々に対する配置位置は、可変とされており、前記１対の磁界発生手段の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とするパルス信号発生装置。
- 大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に生ずる大バルクハウゼンジャンプに応答しうる位置に配置された検出手段と、前記磁性素子を間に置き且つ磁極の向きが互いに反対となるようにして配置された１対の磁石とを備えており、該１対の磁石は、磁軸方向における相対的位置または磁軸の平行度が可変とされており、前記１対の磁石の同じ側の磁極は、磁性体である被検知物体を検出する検出部を構成しており、該検出部は、前記同じ側の磁極の一方ずつに順次に被検知物体が接近することに応答して、前記磁性素子に印加される磁界を変化させて、前記磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生ぜしめて、前記検出手段に該大バルクハウゼンジャンプに応じたパルス信号を発生せしめるようにすることを特徴とするパルス信号発生装置。
- 前記磁石の強さまたは形状または体積は互いに異なっている請求項１または２または４または５に記載のパルス信号発生装置。
- 前記磁性素子の前記磁石の各々に対する配置位置は、可変とされている請求項１または２または３に記載のパルス信号発生装置。
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