JP4526182B2 - 磁気センサユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気検出方式のセンサユニットに関し、より詳細には、マグネット上に配設される磁性体の移動による磁気センサ部の磁界の変化を検出することで位置検出を行う磁気センサユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の３６０゜の平面全方向検知可能な磁気検出式センサユニットのブロック図で、検出部１は直交座標におけるＸ軸及びＹ軸に沿って二個ずつ対称に配置された４個の磁気センサ（例えば、ホール素子）１１からなり、このホール素子１１上方に配置されたマグネットの移動によるＸ軸方向とＹ軸方向の各ホール素子１１の出力をそれぞれ差動アンプ２が差動的に増幅し、その出力（アナログ値）を検出制御部３がＸ座標値及びＹ座標値に変換して方向検知をおこなうように構成されている。
【０００３】
前述のマグネットを移動可能にする支持機構の具体例としては、例えば、図２に示すように、コイルスプリング３４の一端にマグネット３２を支持し、コイルスプリング３４を設置する基板に配設された磁気センサ３１により、マグネット３２の移動を磁気センサ３１で検出するように構成されている。
【０００４】
その他のマグネットの支持機構としては、例えば、図３に示すように、マグネット４２を収納したマグネットケース４５の一端にコイルスプリングホルダー４６を介してコイルスプリング４４を取り付け、そのコイルスプリング４４をマグネット操作部４７により支持するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの支持機構にも共通することとしては、単にマグネットを配設するだけではなく、コイルスプリングやマグネットケースなど様々な部品を必要とすることである。特に、コイルスプリングを用いているために、マグネットの原点決めなど、組立性に問題が生じていた。また、マグネット単体の大きさより、支持機構がかなり大きくなってしまい、磁気センサユニットの小型化を進める上で問題になっていた。その他にも、ほとんどの場合マグネットと磁気センサ部が別筐体になっているので、組み付け時の調整が必要になるなどの問題が生じている。
【０００６】
上述した従来の技術において、上方にマグネットを配置するためには複雑なマグネット支持機構が必要となり、組立性が悪く、また小型化が難しく、さらには組み付け時の調整が必要等の問題が生じている。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、組立性が向上し、かつ小型化が可能であり、さらに組み付け時の調整が不要な磁気センサユニットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、磁力を発生する一個のマグネットと、該マグネットの磁力に起因する吸引力により前記マグネットに対して最も磁束密度の高い部位で隣接状態を維持しつつ該部位に原点復帰する移動自在な一個の磁性体と、該磁性体の位置の変化によって生じる周囲の磁束密度変化を検出する磁気センサとを備え、該磁気センサが、前記マグネットと同一基板上に前記部位に対して対称的に設けられていることを特徴とする磁性***置検出用の磁気センサユニットである。
【０００９】
ここで、本発明でいう隣接状態とは、マグネットと磁性体が接触している状態と、接触していないが近傍にある状態の２状態を意味する。前者は、特にマグネットの磁気が強い場合であり、マグネットと磁性体は常に接触している。また、マグネットの磁気が弱い場合は重力などの影響を受け、マグネットと磁性体がいつも接触しているとは限らない。つまり、後者は、磁性体の紛失防止の目的で、磁性体カバーを磁性体の近傍に設け、マグネットと磁性体を隣接状態に保つようになされている。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁性体の形状が、少なくとも一面の球面もしくは楕円面を有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記マグネットの形状が、少なくとも一面の球面もしくは楕円面を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３に記載の発明において、前記磁気センサを少なくとも３つ以上有することを特徴とするものである。磁気センサを３つ以上設けることにより、３６０゜全方向検知が可能になる。
【００１３】
なお、ここで磁気センサとしては、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ＩＣなど様々な磁気センサが適用可能であり、３６０゜の全方向を検知しようとする場合（例えば、ポインティングデバイスや加速度センサなど）は、アナログ出力型の磁気センサが望ましい。それとは別に、原点から移動したかどうかだけを検知したい場合（例えば、感震センサなど）は、デジタル出力型の磁気センサが望ましい。
【００１４】
また、マグネットについても、特に種類の限定はないが、通常、量産されているフェライト系、サマリウム−コバルト系、ネオジ系など様々なマグネットが適用可能である。磁気センサユニットを使うアプリケーションにより、弱磁場を発生するマグネットの方が好ましい場合もあり、強磁場を発生する方が好ましい場合もある。前者としては、傾斜センサや加速度センサへの適用が一例として考えられ、後者としてはポインティングデバイスへの適用が一例として考えられる。各アプリケーションにより、適当な磁場を発生するマグネットを用いる必要がある。
【００１５】
また、磁性体についても、マグネット同様に、特に種類の限定はないが、透磁率が高く、安価に入手でき、加工性の良い磁性体が好ましい。鉄や鉄系の合金（例えば、炭素綱やシリコン−鉄系、ニッケル−鉄系、コバルト−鉄系、クロム−鉄系など）など様々な磁性体が適用可能である。
【００１６】
上述した構成をとることにより、組立性が向上し、また小型化も可能であり、さらに組み付け時の調整も不要になるので、多様なアプリケーションに対して好都合に対応することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態を示す回路ブロック図である。本発明は、特にマグネット支持機構に関するものであり、実施形態は従来例と同様である。つまり、検出部１は、４個の磁気センサ（例えば、ホール素子）１１からなり、このホール素子１１は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って２個ずつ対称に配置されている。Ｘ軸及びＹ軸上に対称に配設された４個のホール素子１１の中央付近にマグネットが配置されており、マグネットの磁力により隣接する移動自在な磁性体（例えば、球状磁性体）とを備えている。この球状磁性体の移動による磁界の変化によりホール素子１１の出力電圧が変化する。差動アンプ２は、Ｘ軸方向とＹ軸方向の各ホール素子１１の出力をそれぞれ差動的に増幅する。Ｚ軸方向の磁界が原点Ｏについて対称、すなわち球状磁性体が原点Ｏ上の位置にあるとき、出力が０になるようにしてあり、球状磁性体が原点Ｏを離れて移動すると、これに応じて差動アンプ２に出力が発生するように構成されている。
【００１９】
図４（ａ）、（ｂ）は、マグネットと磁性体（この実施形態では球状磁性体）の機構の一例を示す図で、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は上面図である。図中符号１１は磁気センサ、１２はマグネット、１３は球状磁性体である。磁気センサ１１は、前述したようにＸ軸及びＹ軸に沿って２個ずつ対称に配置されている。マグネット１２は鉛直方向にＮＳの着磁がされている。ＮＳの方向については特に制限されない。球状磁性体１３は、マグネット１２の磁力に起因する吸引力のみでマグネット１２の最も磁束密度の高い部分である中心部付近に隣接している。その吸引力により、球状磁性体１３に外力を加えない状態では常に、球状磁性体１３は座標原点上に位置している。外力を加えると球状磁性体１３は容易に移動するが、その外力を除くと直ちに座標原点上に復帰する。
【００２０】
これは、従来のマグネット機構ではコイルスプリングを用いて行っていた動作である。しかし、コイルスプリングを用いた場合、長時間使用すると復帰点（原点）の経時変化がおき、原点ズレの問題になる。本発明の方式では、マグネットの最も磁束密度の高い部位に復帰することを考えると、経時的な原点ズレの問題は起こり得ない点でも有効である。
【００２１】
また、磁性体形状としては、この実施例では球状磁性体を用いているが、図５（ａ）に示すような、楕円面状磁性体１４や、図５（ｂ）に示すような、円柱の上下に楕円半面を設けた磁性体１５なども可能である。その他にも様々な形状で磁気センサユニットの機能を満足することができる。
【００２２】
本発明は以上の例に限定されることなく、更に種々変形して実施することができる。
【００２３】
【実施例１】
本発明の試作例を以下に説明する。
【００２４】
磁気センサとしては、旭化成電子（株）製のホール素子、ＨＷ−１０１Ａ（商品名）を４つ用いた。対角に配設されたホール素子１１の中心間の距離は約８．０ｍｍである。また、中央のマグネット１２の構成は以下の通りである。マグネット１２は、４．０ｍｍ角の大きさで、厚み２．１ｍｍのフェライト系のものを用いた。マグネット１２の着磁は、鉛直上向きにＮ極、下向きにＳ極の２極構成になっている。マグネット１２の上部に隣接する磁性体（この試作例では球状磁性体）は、直径４．７５ｍｍの球であり、材質は鉄である。
【００２５】
つまり、全体の大きさとしては、約１０ｍｍ角で、厚さ約７ｍｍの大きさの磁気センサユニットが実現できたことになる。マグネットサイズ、磁気センサ１１の配置距離など変更すれば、約５ｍｍ角で厚さが数ｍｍ程度の磁気センサユニットでも製作可能と思われる。実際に球状磁性体１３を移動させたときの、それぞれのホール素子の出力電圧を測定した。原点位置での各ホール素子１１の出力はそれぞれ約７５ｍＶであり、球状磁性体１３をホール素子１１の方向に移動させると最大で１２５ｍＶ程度まで出力電圧が変化する。
【００２６】
つまり、出力電圧の変化量は約５０ｍＶである。差動アンプなどを用いて磁気センサ１１の出力を信号処理するので、外付けでＩＣなどを用いることを前提に考えれば、磁気センサユニットとして必要な出力電圧を、このマグネット１２の支持機構で充分に満足していることがわかる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、磁力を発生する一個のマグネットと、マグネットの磁力に起因する吸引力によりマグネットに対して最も磁束密度の高い部位で隣接状態を維持しつつ部位に原点復帰する移動自在な一個の磁性体と、磁性体の位置の変化によって生じる周囲の磁束密度変化を検出する磁気センサとを備え、磁気センサが、マグネットと同一基板上に部位に対して対称的に設けられているので、磁性***置検出用の磁気センサユニットにおいて、従来マグネット支持機構に必要であったコイルスプリング、マグネットケースなどの多くの部品点数を減らすことができるうえ、例えば、マグネットと球状磁性体だけのような簡単な組み合わせでマグネット支持機構を構築できるので、組立性及び寿命が向上し、設置時の位置調整の不要な、かつ小型化の可能になった多様なアプリケーションに対して好都合に対応することが可能な磁気センサユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気センサユニットに係る従来例、及び本発明における磁気センサユニットの一例を示す回路ブロック図である。
【図２】従来の磁気センサユニットで使用されているマグネット支持機構の一例を示す図である。
【図３】従来の磁気センサユニットで使用されているマグネット支持機構の他の一例を示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明における磁気センサユニットのマグネット支持機構の一例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本発明における磁気センサユニットで用いられる磁性体形状の一例を示す図で、（ａ）は楕円面状磁性体の側面図、（ｂ）は円柱＋楕円半面状磁性体の側面図である。
【符号の説明】
１ 検出部
２ 差動アンプ
３ 検出制御部
４ 出力制御部
１１ 磁気センサ
１２ マグネット
１３ 球状磁性体
１４ 楕円面状磁性体
１５ 円柱の上下に楕円半面を設けた磁性体
３１ 磁気センサ
３２，４２ マグネット
３４，４４ コイルスプリング
４５ マグネットケース
４６ コイルスプリングホルダー
４７ マグネット操作部

Claims (4)

1. 磁力を発生する一個のマグネットと、該マグネットの磁力に起因する吸引力により前記マグネットに対して最も磁束密度の高い部位で隣接状態を維持しつつ該部位に原点復帰する移動自在な一個の磁性体と、該磁性体の位置の変化によって生じる周囲の磁束密度変化を検出する磁気センサとを備え、該磁気センサが、前記マグネットと同一基板上に前記部位に対して対称的に設けられていることを特徴とする磁性***置検出用の磁気センサユニット。
2. 前記磁性体の形状が、少なくとも一面の球面もしくは楕円面を有することを特徴とする請求項１に記載の磁性***置検出用の磁気センサユニット。
3. 前記マグネットの形状が、少なくとも一面の球面もしくは楕円面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性***置検出用の磁気センサユニット。
4. 前記磁気センサを少なくとも３つ以上備えることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の磁性***置検出用の磁気センサユニット。

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