JP3961809B2

JP3961809B2 - 磁気センサ素子

Info

Publication number: JP3961809B2
Application number: JP2001324989A
Authority: JP
Inventors: 昌久伊藤
Original assignee: 株式会社エヌエー
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: JP2003130933A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気近接スイッチに関し、特に往復動作における原点検出用の磁気近接スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、近接スイッチの検出信号を自己保持動作させる為には、ラッチ回路、ラッチングリレー等によるのが一般的な方法であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のラッチ回路やラッチングリレーを使用した方法では、電源を切ってから再び投入した際に以前の状態を再現できないという欠点があった。
本発明は、上記欠点に対処する為になされたものであり、自己保持動作をさせる為に必要な構成部品の数量はわずかで、前記ラッチ回路のような部品を必要とせずに電源ＯＦＦ後も再投入時には、以前の状態を再現できる自己保持型磁気センサに使用する磁気センサ素子を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、請求項１記載の本発明では、強磁性薄膜磁気抵抗パターンを、略直交する向きにブリッジ接続加工した磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子上に、前記磁気抵抗パターンの何れにも角度略４５度の向きに磁界が印加されるべく取りつけたバイアス磁石と、前記磁気抵抗素子の側方に近接して、前記バイアス磁石の磁極方向と略直交する方向に、保磁力１０００〜３０００Ａ／ｍの磁性材料を配置した磁気センサ素子を提供する。
請求項２記載の本発明では、前記磁性材料が、前記磁気抵抗素子を間に挟んで２個以上配置されている請求項１記載の磁気センサ素子を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁気センサ素子の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０００６】
図１は本発明の磁気センサ素子の構造分解図である。磁気抵抗素子（１０１）は磁気抵抗パターン（１０１１）の各要素が互いに直交するようにブリッジ状に形成され、前記磁気抵抗パターン（１０１１）上を保護物質で覆ってある。
【０００７】
バイアス磁石（１０２）は前記磁気抵抗パターン（１０１１）の何れにも角度略４５度の磁界が印加されるように、前記磁気抵抗素子（１０１）の上にエポキシ樹脂等により取りつけ固定する。
【０００８】
磁性材料（１０３１、１０３２）は前記磁気抵抗パターン（１０１１）を挟み前記バイアス磁石（１０２）にほぼ接するように、前記磁気抵抗素子（１０１）に取りつけ、エポキシ樹脂等で固定する。
【０００９】
図２は、前記磁気抵抗素子（１０１）と前記バイアス磁石（１０２）と前記磁性材料（１０３１、１０３２）を一体化した、磁気センサ素子（２００）を示す。
【００１０】
図３は、前記した図２の磁気センサ素子（２００）と、検出対象の磁石（３０１）を間隔ｄで配置し、前記磁石（３０１）の移動させる方向を矢印で示したものである。
【００１１】
図３の検出対象磁石（３０１）単体の、磁極表面からの距離（ｄ）をパラメータとした、磁極方向と直交する方向の磁極中心からの距離に対する磁束密度を図４に示す。一方、図３における磁気センサ素子（２００）の、検出対象磁石（３０１）に対する検出出力波形を図５に示す。
【００１２】
図５において、磁石の磁極方向と直交する方向の磁極中心からの距離（Ｘ）が十分遠方においても、正のＸ側では磁気センサ素子出力が正の値を保ち、負のＸ側では磁気センサ素子出力が負の値を保つ特性となっている。
【００１３】
図５に示す磁気センサ素子出力グラフが図４のグラフと異なるのは磁性材料をバイアス磁石つき磁気抵抗素子に付加した為であり、以下さらに詳細に説明する。
【００１４】
磁性材料を取りつけない場合のバイアス磁石つき磁気抵抗素子の図５に相当する出力電圧波形は図６のとおりであり、途中の磁界強度の大小に関わりなく、磁界発生源の磁石が遠ざかれば何れの場合も出力はほぼゼロに近づく為、このままでは本発明で意図している自己保持動作とはならない。
【００１５】
磁性材料をバイアス磁石つき磁気抵抗素子を挟むように取りつけた場合の動作は、磁性材料の磁気特性によって異なる。
【００１６】
（軟質磁性材料の場合）
図７に示すように磁性材料の集磁効果により、感度が高くなり、波形は立ち上がりが急峻になるが、検出対象磁石が遠ざかり磁界がほぼゼロに近くなると磁性材料の磁化は小さくなる為、磁性材料がない時と同様に、出力はほぼゼロに近づくが磁化の残留値は保磁力に依存し、保磁力が小さいほど少なくなる。
【００１７】
（硬質磁性材料（磁石用の材料）の場合）
図８に示すように磁性材料がない場合（図６）とほぼ同じ特性を示す。（一般的に磁石用の硬質磁性材料（例えばフェライト）は保磁力が極めて大きく（１３０ＫＡ／ｍ以上）、通常の磁化されたフェライト磁石等で磁化することができない為、あたかも磁性材料が存在しない特性となる。）
【００１８】
（中間の磁気的な硬さを持つ磁性材料の場合）
図５に示した本発明の場合に相当し、通常の磁化されたフェライト磁石程度で対象とする磁性材料が磁化し、且つ、適当な保磁力を有する為、磁化されたフェライト磁石を遠ざけても対象の磁性材料には磁化が残留する現象を利用している。
ここで重要なポイントは、検出対象磁石とセンサ間の実用的な動作距離（５ｍｍ前後）で、動作する磁性材料を選定できるかどうかということである。
【００１９】
図９は各種材料の保磁力を比較したグラフであるが、前記図４のグラフより、実用的な磁石からの距離に対する磁束密度を考慮すると５〜１０ｍＴの磁束密度で動作する磁性材料を選定する必要があり、磁性材料を磁化するには保磁力の２．５倍以上の磁化力が必要であるから、前記５〜１０ｍＴの磁束密度を相当磁化力に換算すると４０００〜８０００Ａ／ｍとなる為、この値の４０％は１６００〜３２００Ａ／ｍとなり、この値以下の保磁力を有する材料でなければ不安定な磁化となる為に使用できない。
【００２０】
また、あまり保磁力が小さいと周辺磁界の影響を受けて磁化が反転する等の誤動作を起こす恐れがある為、保磁力としては１０００〜３０００Ａ／ｍの範囲が望ましい。このような磁性材料としては、図９に示したように、例えば、Ｓ６０ＣやＳＵＳ６３１などを用いることができる。なお、本発明の実施形態で使用した材料は、図９のグラフ中の保磁力がおよそ、１６００Ａ／ｍのＳ６０Ｃである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の磁気センサ素子は、強磁性薄膜磁気抵抗パターンを、略直交する向きにブリッジ接続加工した磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子上に、前記磁気抵抗パターンの何れにも角度略４５度の向きに磁界が印加されるべく取りつけたバイアス磁石と、前記磁気抵抗素子の側方に近接して、前記バイアス磁石の磁極方向と略直交する方向に、保磁力１０００〜３０００Ａ／ｍの磁性材料を配置した構成である。
従って、ラッチ回路のような部品を必要とせず、自己保持動作をさせる為に必要な構成部品の数量はわずかで済み、しかも、電源ＯＦＦ後も再投入時には、以前の状態を再現できる自己保持型磁気センサに有効に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気センサ素子の構造分解図である。
【図２】磁気センサ素子の斜視図である。
【図３】磁気センサ素子と検出対象磁石の斜視図である。
【図４】検出対象磁石の磁極方向と直交する方向の磁束密度を示す図である。
【図５】検出対象磁石の磁極方向と直交する方向の磁気センサ素子出力（本発明に関する）を示す図である。
【図６】検出対象磁石の磁極方向と直交する方向のバイアス磁石つき磁気抵抗素子出力を示す図である。
【図７】検出対象磁石の磁極方向と直交する方向の磁気センサ素子出力（本発明との比較のため、磁性材料をＳＰＣＣとした場合）を示す図である。
【図８】検出対象磁石の磁極方向と直交する方向の磁気センサ素子出力（本発明との比較のため、磁性材料を磁石用のフェライトとした場合）を示す図である。
【図９】磁性材料の種類別保磁力を示す図である。
【符号の説明】
１０１磁気抵抗素子
１０２バイアス磁石
１０１１磁気抵抗パターン
１０３１磁性材料
１０３２磁性材料

Claims

強磁性薄膜磁気抵抗パターンを、略直交する向きにブリッジ接続加工した磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子上に、前記磁気抵抗パターンの何れにも角度略４５度の向きに磁界が印加されるべく取りつけたバイアス磁石と、前記磁気抵抗素子の側方に近接して、前記バイアス磁石の磁極方向と略直交する方向に、保磁力１０００〜３０００Ａ／ｍの磁性材料を配置した磁気センサ素子。
前記磁性材料が、前記磁気抵抗素子を間に挟んで２個以上配置されている請求項１記載の磁気センサ素子。