JPH04238282A - 磁気抵抗素子を有する位置検出センサ - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気抵抗素子を有する
位置検出センサに係り、特に小型で低価格な位置検出セ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ポインティングデバイス等にお
いては、これが内蔵する移動体の位置を検出するために
位置検出センサが設けられていることは、すでに知られ
ている。この位置検出センサとしては、一般に、簡便で
安価であることから磁気抵抗効果を有する磁気抵抗素子
やポール効果を用いた磁気感応素子を利用した位置検出
センサが頻度良く使用されている。

【０００３】この磁気抵抗効果とは、強磁性体中を流れ
る電流と印加される磁界との関係により強磁性体の抵抗
が変化する現像をいい、この効果は、電流と磁界が平行
のとき最大で、直交するときに最小になる。従って、互
いに直交する２つの磁気抵抗素子により磁界の強さのみ
ならずその方向も検出することが可能となる。このよう
な性質を有す磁気抵抗素子或は磁気感応素子を用いた位
置検出センサ乃至加速度センサとしては、例えば特開昭
６３−１９７５号公報に開示されたものが知られており
、複数、例えば４つの磁気感応素子と１つの永久磁石と
の間の相対位置の変化に基づいて電気信号を出力するよ
うにし、もって２次元平面内の位置を特定できるように
なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た如き従来の、磁気感応素子を用いた位置検出センサに
あっては、多数の磁気感応素子を用いなければならない
ので装置自体が大型化し、価格も比較的高いという問題
点があった。本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、少くとも２つの磁気抵抗素子を中心点におい
て点対称な１つの磁気抵抗パターンでもって形成するこ
とにより、小型で低価格な位置検出センサを提供するに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
問題点を解決するために、位置検出センサにおいて、所
定の中心点に対して実質的に点対称となるように、その
中心点を含む少なくとも２方向に延在させて設けられる
２つの磁気抵抗素子と、この延在された磁気抵抗素子を
含む平面に対して実質的に平行な平面上を相対移動自在
になされた移動体と、この移動体の下端部であって、上
記磁気抵抗素子の前記中心点上に位置するところに、前
記磁気抵抗素子に臨ませて設けられた磁石と、前記磁石
抵抗素子に設けられ、前記磁石の移動にともなう磁界の
変化に対応して発生する電気的信号の変化を出力するた
めの出力端子とを備え、上記磁石の平面内における相対
的位置変化を電気的信号の変化として出力するようにし
たものである。

【０００６】

【作用】以上のように構成された本発明によれば、可動
体が動くことにより、その下端部に取付けた永久磁石は
磁気抵抗素子の僅かに離れた上方を、その中心点からい
ずれかの方向に移動することになる。この磁石の移動に
ともなって、２方向に延在させて設けられた２つの磁気
抵抗素子によって検出される磁界の変化は電気的信号の
変化となってそれぞれの出力端子から出力される。そし
て、各出力端子からの出力値を処理することにより、上
記移動した磁石の磁気抵抗素子を含む平面上の位置乃至
座標を特定する。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明に係る位置検出センサの一実
施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明の位
置検出センサの磁気抵抗素子を示す平面図、図２は本発
明の位置検出センサを示す斜視図、図３は図１に示す磁
気抵抗素子の等価回路図である。図示する如くこの位置
検出センサ１は、２つの磁気抵抗素子２、３と、この磁
気抵抗素子２、３の上方に移動自在に設けられた可動体
４と、この可動体４の下端部に設けた磁石５と、上記磁
気抵抗素子２、３に設けた出力端子ＶＡＣ、ＶＢＤとに
より主に構成されている。

【０００８】具体的には、上記２つの磁気抵抗素子２、
３は、例えばパーマロイなどの強磁性体により構成され
、例えばシリコン基板上などにスパッタ、エッチング処
理等により一つの磁気抵抗パターンとして形成されるも
のであり、両磁気抵抗素子２、３はその中心点０から相
互に直交するように２方向にそれぞれ延在させて設けら
れている。各磁気抵抗素子２、３は、それぞれつづら折
りパターンになされて、中心点０から異なった方向に延
びる抵抗素子片２−１、２−２、３−１、３−２を有し
ており、２つの抵抗素子片２−１、２−２は中心点０に
対して実質的に点対称となるように配置されており、ま
た、他の２つの抵抗素子片３−１、３−２も同様に中心
点０に対して点対称となるように配置されている。そし
て、各抵抗素子片２−１、２−２、３−１、３−２のつ
づら折りの振幅は、中心点０から離れるに従って次等に
大きく形成されており、磁界の検出精度を上げるように
なされている。磁気抵抗素子２の２つの抵抗素子片２−
１、２−２の中心点０側のそれぞれの端部は良導体７に
より直線的に接続されており、それぞれの他方の端部に
は動作電圧を加えるための端子Ａ、Ｃが設けられている
。そして、上記導体７には、出力電圧を取出すための出
力端子ＶＡＣが接続されている。また、他方の磁気抵抗
素子３の２つの抵抗素子片３−１、３−３の中心点０側
のそれぞれの端部は迂回して配線された良導体８により
接続されており、それぞれの他方の端部には動作電圧を
加えるための端子Ｂ、Ｄが設けられている。そして、上
記迂回した良導体８の途中には、出力電圧を取出すため
の出力端子ＶＢＤが接続されている。

【０００９】このように構成された磁気抵抗素子２、３
の上方には、僅かに離間させて棒状の可動体４が図示さ
れない支持部により移動自在に支持されており、従って
、この可動体４の下端部は、上記磁気抵抗素子２、３を
含む平面に対して実質的に平行な平面上を相対移動自在
になされている。そして、可動体４の下端部は、通常時
においては原点、すなわち上記磁気抵抗素子２、３の点
対称の中心点０の真上に位置するように設定されている
。尚、上記可動体４を、その長手方向の途中で旋回自在
に軸支し、下端部の移動軌跡が円弧を描くように設定す
るようにしてもよい。

【００１０】このように構成された上記可動体４の下端
部には、上記磁気抵抗素子２、３に臨ませて前記磁石５
が取り付けられており、従って、可動性４の移動にとも
なってこの磁石５が中心点０の真上から図示例にあって
はほぼ水平面内を自由に移動することになる。この磁石
５としては、永久磁石、電磁石等を使用し得る。そして
、図３に示す如く上記のように構成された各磁気抵抗素
子２、３の端子Ａ、Ｃ間及び端子Ｂ、Ｄ間にはそれぞれ
駆動電源Ｅ１　、Ｅ２が供給されており、各磁気抵抗素
子２、３は図４に示す如きハーフブリッジを形成する。 図示例にあっては、磁気抵抗素子２のみを記す。そして
、磁気抵抗素子２の出力端子ＶＡＣには、抵抗素子片２
−１、２−２の磁気抵抗値に応じて分圧された電圧が出
力される。この動作は、磁気抵抗素子３の出力端子ＶＢ
Ｄにおいても同様に行なわれる。これを具体的に説明す
ると、例えば図４において、磁石５が、磁気抵抗素子２
に対して点ａから点ｂに移動したとすると、図５に示す
如く抵抗素子片２−１においては、磁束は■から■へ減
少することから抵抗ΔＲはその分だけ上昇し、これに対
して抵抗素子片２−２においては、磁束は■から■へ増
加することから抵抗ΔＲはその分だけ低下する。従って
、出力端子ＶＡＣには、両変化分が合算された電圧Ｖが
出力されることになる。これら各出力端子ＶＡＣ、ＶＢ
Ｄの出力値は処理部２０へ入力され、ここで所定の処理
により磁石５の移動先の座標値が求められるようになっ
ている。

【００１１】次に、以上のように構成された本発明に係
る位置検出センサの動作について説明する。まず、可動
体４が何ら移動しない通常時には、この可動体４の下端
部に取付けた磁石５は磁気抵抗素子２、３の中心点０の
上方に、すなわち原点に位置しており、従って、各磁気
抵抗素子２、３の抵抗素子片２−１、２−２、３−１、
３−２には均等に磁界が加わることになる。その結果、
各出力端子ＶＡＣ、ＶＢＤからの出力電圧は基準電圧と
等しくなる。尚、この基準電圧は、磁石５が中心点０の
上方に位置するときの各出力電圧として予め設定されて
いる。

【００１２】このような状態において、可動体４が加速
度等の外部の力により移動すると、この可動体４の下端
部に取付けた磁石５が磁気抵抗素子２、３の上方の平面
を移動することになる。この移動の結果、各抵抗素子片
２−１、２−２、３−１、３−２に加わる磁束が変化し
、その結果、それら各抵抗素子片の抵抗値が変動し、そ
の変動に対応する電圧が各出力端子ＶＡＣ、ＶＢＤに出
力されることになる。具体的には、説明の簡単化のため
に図４に示す如く一方の磁気抵抗素子２のみに着目した
場合について説明する。この磁気抵抗素子２において、
位置ａに位置していた磁石５が抵抗素子片２−２側に近
づき位置ｂに移動したとする。すると、磁石５が近づい
た抵抗素子片２−２に加わる磁束は増加することから、
この電気抵抗は小さくなる。この変化は、図５に示す特
性曲線においては点■から点■への変動として表わされ
る。これに対して、磁石５から遠くなった他方の抵抗素
子片２−１に加わる磁束は減少することから、この電気
抵抗は大きくなる。この変化は図５に示す特性曲線にお
いては点■から点■への変動として表わされる。結果的
に、出力端子ＶＡＣには、図５中の点■と点■との間の
電気抵抗に対応する電圧変動が出力されることになる。 この出力値を処理部２０へ入力して所定の処理を行うこ
とにより、磁石５が端子ＡＣ方向に対してどの程度移動
したかを求めることができる。

【００１３】上記した動作は、他方の磁気抵抗素子３の
抵抗素子片３−１、３−２についても同様に行なわれ、
磁石５が端子ＢＤ方向に対してどの程度移動したかを求
めることができる。また、磁石５が端子ＡＣ方向と端子
ＢＤ方向との間に移動した場合には、各出力端子ＶＡＣ
、ＶＢＤの出力値に基づいてベクトルをとることにより
磁石５の座標を特定することができ、従って、磁石５が
中心点０を原点として平面内をどのように移動しても、
その位置乃至座標を確実に求めることが可能となる。

【００１４】図６は、本発明をポインティングデバイス
に適用した場合の実施例を示し、図２中の可動体１はレ
バー３０対応し、このレバー３０の下端部には永久磁石
５が取付け固定されると共にこの永久磁石５の下方に磁
気抵抗素子２、３が設定されており、前述した如き動作
でもって、永久磁石５の位置すなわちレバー３０の位置
を検出し得るようになっている。

【００１５】尚、前記した実施例において、位置検出の
精度を向上させるためにさらに多くの点対称の磁気抵抗
素子を用いてもよいことは勿論である。

【００１６】

【発明の効果】以上要するに、本発明によれば、一対の
磁気抵抗素子を中心点において点対称な１つの磁気抵抗
パターンでもって形成することにより、従来例の如く４
つの磁気感応素子を用いることなく位置検出センサを実
現することができる。従って、装置自体を小型化し、装
置の価格も大幅に低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置検出センサの磁気抵抗素子を示す
平面図である。

【図２】本発明の位置検出センサを示す斜視図である。

【図３】図１に示す磁気抵抗素子の等価回路図である。

【図４】磁気抵抗素子によるハーフブリッジ構成を示す
図である。

【図５】磁気抵抗素子の磁束と抵抗の変化を示す図であ
る。

【図６】本発明を適用したポインティングデバイスを示
す図である。

【符号の説明】

１…位置検出センサ ２、３…磁気抵抗素子 ４…可動体 ５…磁石 ２−１、２−２、３−１、３−２…抵抗素子片ＶＡＣ、
ＶＢＤ…出力端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　所定の中心点に対して実質的に点対称
   となるように、その中心点を含む少なくとも２方向に延
   在させて設けられる少くとも２つの磁気抵抗素子と、該
   延在された磁気抵抗素子を含む平面に対して実質的に平
   行な平面上をその下端部が相対移動自在になされた可動
   体と、該可動体の上記下端部であって、前記磁気抵抗素
   子の前記中心点上に位置するところに、前記磁気抵抗素
   子に、臨ませて設けられた磁石と、前記磁気抵抗素子に
   設けられ、前記磁石の移動にともなう磁界の変化に対応
   して発生する電気的信号の変化を出力するための出力端
   子とを備えたことを特徴とする磁気抵抗素子を有する位
   置検出センサ。