JPH0719923B2 - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JPH0719923B2 JPH0719923B2 JP59264857A JP26485784A JPH0719923B2 JP H0719923 B2 JPH0719923 B2 JP H0719923B2 JP 59264857 A JP59264857 A JP 59264857A JP 26485784 A JP26485784 A JP 26485784A JP H0719923 B2 JPH0719923 B2 JP H0719923B2
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- Japan
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- magnet
- pattern
- pole
- magnetic field
- magnetic
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
- G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、強磁性磁気抵抗素子（以下MR素子と称す）を
用いて、所望位置を示す信号磁界を検出するようにした
位置検出装置に関する。
用いて、所望位置を示す信号磁界を検出するようにした
位置検出装置に関する。
（従来の技術） MR素子を用いた位置検出装置は検出感度が高くディジタ
ル磁気信号の検出信号としての応用が期待されている。
これはMR素子を略長方形にパターニングし、その長辺方
向（磁化容易軸方向、以下、長手方向とする）ではな
く、その短辺方向（磁化困難軸方向、以下、短手方向と
する）にて印加される磁界変化を検出するようにして位
置検出を行うものである。しかしながら一方、従来のMR
素子はバルクハウゼンノイズによる抵抗値の不連続変化
や異方性分散による磁気応答のヒステリシス特性に起因
する検出出力の歪、不安定等を呈する場合があり、また
製作面に於いても加工後の素子特性が不均一になり易く
歩留りが変動する等の問題を有していた。
ル磁気信号の検出信号としての応用が期待されている。
これはMR素子を略長方形にパターニングし、その長辺方
向（磁化容易軸方向、以下、長手方向とする）ではな
く、その短辺方向（磁化困難軸方向、以下、短手方向と
する）にて印加される磁界変化を検出するようにして位
置検出を行うものである。しかしながら一方、従来のMR
素子はバルクハウゼンノイズによる抵抗値の不連続変化
や異方性分散による磁気応答のヒステリシス特性に起因
する検出出力の歪、不安定等を呈する場合があり、また
製作面に於いても加工後の素子特性が不均一になり易く
歩留りが変動する等の問題を有していた。
これらの問題点を解決するために、MR素子に対しバイア
ス磁気を設け、バイアス磁界を印加し、検出対象となる
多極磁石との合成磁界を利用することにより、検出出力
の不安定性を抑制する方法が種々検討されている（例え
ば特開昭58-16580号公報参照）。
ス磁気を設け、バイアス磁界を印加し、検出対象となる
多極磁石との合成磁界を利用することにより、検出出力
の不安定性を抑制する方法が種々検討されている（例え
ば特開昭58-16580号公報参照）。
しかし、上記のものはバイアス磁石が必要になり、部品
点数が増加するといった問題があり、バイアス磁石を用
いずに安定的に多極磁石の磁界を検出することが望まれ
ている。
点数が増加するといった問題があり、バイアス磁石を用
いずに安定的に多極磁石の磁界を検出することが望まれ
ている。
（発明が解決しようとする問題点） この場合、多極磁石の磁力発生表面とMR素子パターンと
を平行に配置すると、第２図中の特性イに示すように、
ピーク値の位置がN,S磁極位置により回転方向にシフト
し、抵抗変化率が（ΔR/R0）も２％前後と小さくなって
しまう。これは、MR素子にヒステリシス特性があるため
に発生する。すなわち、多極磁石のＮ極とＳ極との間の
位置がMR素子パターン上に位置するときにMR素子の短手
方向が磁化され抵抗値が変化する。そして、多極磁石が
回転しＮ極あるいはＳ極がMR素子パターン上に位置する
と、短手方向には磁界が印加されず、MR素子パターンは
元の抵抗値に戻ろうとするが、ヒステリシス特性の影響
により、すぐには元の抵抗値に戻ることができない。そ
のために上述したような問題が発生する。
を平行に配置すると、第２図中の特性イに示すように、
ピーク値の位置がN,S磁極位置により回転方向にシフト
し、抵抗変化率が（ΔR/R0）も２％前後と小さくなって
しまう。これは、MR素子にヒステリシス特性があるため
に発生する。すなわち、多極磁石のＮ極とＳ極との間の
位置がMR素子パターン上に位置するときにMR素子の短手
方向が磁化され抵抗値が変化する。そして、多極磁石が
回転しＮ極あるいはＳ極がMR素子パターン上に位置する
と、短手方向には磁界が印加されず、MR素子パターンは
元の抵抗値に戻ろうとするが、ヒステリシス特性の影響
により、すぐには元の抵抗値に戻ることができない。そ
のために上述したような問題が発生する。
従って本発明の目的は、上記問題点に鑑み、バイアス磁
石を用いないで、検出対象の磁気変化のみを利用した位
置検出装置において、MR素子の長手方向（磁化容易軸方
向）にも多極磁石の磁界を印加することにより、ヒステ
リシス特性の如き検出出力の不安定性を抑制してピーク
値のシフトをなくし、かつ不均一による検出出力の変動
を緩和して抵抗変化率を向上させることができる位置検
出装置を提供することにある。
石を用いないで、検出対象の磁気変化のみを利用した位
置検出装置において、MR素子の長手方向（磁化容易軸方
向）にも多極磁石の磁界を印加することにより、ヒステ
リシス特性の如き検出出力の不安定性を抑制してピーク
値のシフトをなくし、かつ不均一による検出出力の変動
を緩和して抵抗変化率を向上させることができる位置検
出装置を提供することにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、強磁性薄膜を所定パターンに形成したMR素
子、及びこのMR素子と対向配置した多極磁石とを設け、
該多極磁石の磁界変化を前記磁気抵抗素子パターンの短
手方向により感知し、多極磁石の変移を検出する位置検
出装置において、 前記多極磁石の磁力発生表面と前記磁気抵抗素子のパタ
ーン形成面とが所定の角度を有するように配置し、前記
磁気抵抗素子のパターン形成面の長辺方向に前記多極磁
石の磁力発生表面から発せられる磁力の前記所定の角度
の角度成分が印加されるように両者を配置したことを特
徴とする。
子、及びこのMR素子と対向配置した多極磁石とを設け、
該多極磁石の磁界変化を前記磁気抵抗素子パターンの短
手方向により感知し、多極磁石の変移を検出する位置検
出装置において、 前記多極磁石の磁力発生表面と前記磁気抵抗素子のパタ
ーン形成面とが所定の角度を有するように配置し、前記
磁気抵抗素子のパターン形成面の長辺方向に前記多極磁
石の磁力発生表面から発せられる磁力の前記所定の角度
の角度成分が印加されるように両者を配置したことを特
徴とする。
さらに本発明は、前記多極磁石の磁力発生表面と前MR素
子のパターン形成面の長手方向とのなす角度を１〜45°
に設定したことを特徴とする。
子のパターン形成面の長手方向とのなす角度を１〜45°
に設定したことを特徴とする。
（実施例） 第１図は本発明の一実施例であり、この図にて本発明を
説明する。まず第１図（ａ）は上面図、第１図（ｂ）は
側面図、及び第１図（ｃ）は正面図である。外周上に着
磁した多極リング磁石（１）の外側にMR素子（２）を対
向配置する。そしてこの多極リング磁石（１）の軸方向
に相当する側面、すなわち着磁面と、MR素子（２）上の
MR素子パターン（３）のパターン形成面、特にパターン
の長手方向αとのなす角度θが、１°〜45°になるよう
にMR素子（２）または磁石（１）を配置し（第１図
（ｂ）参照），それによってMR素子（２）にバイアス磁
石を取付けることをせずに、多極リング磁石（１）のＮ
極またはＳ極によりMR素子パターン（３）の長手方向に
バイアス磁界を加える構造である。なお、MR素子（２）
の構造としては、所定基板４上に一軸異方性強磁性薄膜
が所定形状（一般に折り返し形状）にパターン化して形
成され、周囲を保護膜５で被うように構成されたもので
ある。
説明する。まず第１図（ａ）は上面図、第１図（ｂ）は
側面図、及び第１図（ｃ）は正面図である。外周上に着
磁した多極リング磁石（１）の外側にMR素子（２）を対
向配置する。そしてこの多極リング磁石（１）の軸方向
に相当する側面、すなわち着磁面と、MR素子（２）上の
MR素子パターン（３）のパターン形成面、特にパターン
の長手方向αとのなす角度θが、１°〜45°になるよう
にMR素子（２）または磁石（１）を配置し（第１図
（ｂ）参照），それによってMR素子（２）にバイアス磁
石を取付けることをせずに、多極リング磁石（１）のＮ
極またはＳ極によりMR素子パターン（３）の長手方向に
バイアス磁界を加える構造である。なお、MR素子（２）
の構造としては、所定基板４上に一軸異方性強磁性薄膜
が所定形状（一般に折り返し形状）にパターン化して形
成され、周囲を保護膜５で被うように構成されたもので
ある。
そこで、上記構成によると、多極リング磁石（１）のＮ
極またはＳ極がMR素子パターン（３）面上に位置する
時、N,S極の磁界強度Ｈのうち角度θ分の磁界Hsinθの
バイアス磁界がMR素子パターン（３）の長手方向、すな
わち磁化容易軸方向αに印加される。この磁化容易軸方
向にバイアス磁界が印加されることにより、MR素子のヒ
ステリシス特性が改善されることになる。
極またはＳ極がMR素子パターン（３）面上に位置する
時、N,S極の磁界強度Ｈのうち角度θ分の磁界Hsinθの
バイアス磁界がMR素子パターン（３）の長手方向、すな
わち磁化容易軸方向αに印加される。この磁化容易軸方
向にバイアス磁界が印加されることにより、MR素子のヒ
ステリシス特性が改善されることになる。
すなわち、多極リング磁石が回転しＮ極とＳ極との中間
の位置がMR素子パターン面上に来ると、MR素子パターン
の短手方向が磁界の方向に磁化されて抵抗値が下がる。
さらに、多極リング磁石が回転し、Ｎ極あるいはＳ極が
MR素子パターン面上に来ると、磁界は短手方向には印加
されずMR素子パターンが元の抵抗値に戻ろうとする。し
かし、磁性体はヒステリシス特性を有するため、すぐに
は元の抵抗値には戻れない。そこで、本実施例のよう
に、MR素子パターンの長手方向が第１図に示すように多
極リング磁石の磁力発生表面と所定の角度を有するよう
に配置すると、パターンの長手方向に多極リング磁石の
角度成分が印加されるようになり、Ｎ極あるいはＳ極が
MR素子パターン面上に来たとき、短手方向のヒステリシ
スによる抵抗値の戻りの遅延を強制的に抵抗値を元の値
に戻すことができる。
の位置がMR素子パターン面上に来ると、MR素子パターン
の短手方向が磁界の方向に磁化されて抵抗値が下がる。
さらに、多極リング磁石が回転し、Ｎ極あるいはＳ極が
MR素子パターン面上に来ると、磁界は短手方向には印加
されずMR素子パターンが元の抵抗値に戻ろうとする。し
かし、磁性体はヒステリシス特性を有するため、すぐに
は元の抵抗値には戻れない。そこで、本実施例のよう
に、MR素子パターンの長手方向が第１図に示すように多
極リング磁石の磁力発生表面と所定の角度を有するよう
に配置すると、パターンの長手方向に多極リング磁石の
角度成分が印加されるようになり、Ｎ極あるいはＳ極が
MR素子パターン面上に来たとき、短手方向のヒステリシ
スによる抵抗値の戻りの遅延を強制的に抵抗値を元の値
に戻すことができる。
このように、バイアス磁石なしでバイアス磁界を発生さ
せることができるようになり、MR素子のヒステリシス特
性を改善することができ、それによりピーク値の位置の
シフトを無くし、抵抗率変化を従来のものに比べて格段
に向上させることができ、また抵抗率変化の不安定性も
無くすことができた。
せることができるようになり、MR素子のヒステリシス特
性を改善することができ、それによりピーク値の位置の
シフトを無くし、抵抗率変化を従来のものに比べて格段
に向上させることができ、また抵抗率変化の不安定性も
無くすことができた。
第２図は、実質的に同一構造のMR素子（２）を用いた場
合の従来例と本実施例（この場合θ≒40°）について、
回転位置と抵抗変化率（ΔR/R0）との関係を示す実験結
果である。本図からも上記したことは十分理解される。
合の従来例と本実施例（この場合θ≒40°）について、
回転位置と抵抗変化率（ΔR/R0）との関係を示す実験結
果である。本図からも上記したことは十分理解される。
次に、多リング磁石（１）の側面とMR素子パターン
（３）とのなす角度θと抵抗変化率との関係を第３図に
示す。この図から分かるようにθが１°以下であると容
易に軸方向のバイアス磁界が得られず、MR素子（２）の
検出出力は不安定となり、また抵抗変化率も急激に低下
してしまう。一方、θが45°以上になるとMR素子パター
ン（３）のパターン面内の磁界強度分布に差が生じ抵抗
変化率が低下してくる。従って、従来に比べて２倍以上
の抵抗変化率を得るのが望ましいこと、及び検出出力の
安定性など考慮すると、θとして１〜45°以内に設定す
るのが好ましい。
（３）とのなす角度θと抵抗変化率との関係を第３図に
示す。この図から分かるようにθが１°以下であると容
易に軸方向のバイアス磁界が得られず、MR素子（２）の
検出出力は不安定となり、また抵抗変化率も急激に低下
してしまう。一方、θが45°以上になるとMR素子パター
ン（３）のパターン面内の磁界強度分布に差が生じ抵抗
変化率が低下してくる。従って、従来に比べて２倍以上
の抵抗変化率を得るのが望ましいこと、及び検出出力の
安定性など考慮すると、θとして１〜45°以内に設定す
るのが好ましい。
なお、上記実施例ではMR素子（２）を多極リング磁石
（１）と組合せて回転位置の検出を行なったが、第４図
に示す磁気ドラムと組合せてこのドラムに記録された磁
気信号を検出する構成、または第５図に示す如く磁気デ
ィスクと組合せてディスク記録された磁気信号を検出す
る構成にも本発明を適用できる。つまり、本例ではバイ
アス磁石を使用せず、磁気ドラムや磁気ディスク等の磁
界を利用してMR素子の長手方向（磁化容易軸方向）にバ
イアス磁界を加えるようにしたものである。第４図にお
いて、磁気ドラム（６）の外周に形成した磁性層（７）
に記録された磁気信号を検出するにあたり、MR素子
（２）を第１図で説明したように配置する。または、第
５図において、磁気ディスク（８）とMR素子（２）を所
定角度θをなすように対向配置すればよい。
（１）と組合せて回転位置の検出を行なったが、第４図
に示す磁気ドラムと組合せてこのドラムに記録された磁
気信号を検出する構成、または第５図に示す如く磁気デ
ィスクと組合せてディスク記録された磁気信号を検出す
る構成にも本発明を適用できる。つまり、本例ではバイ
アス磁石を使用せず、磁気ドラムや磁気ディスク等の磁
界を利用してMR素子の長手方向（磁化容易軸方向）にバ
イアス磁界を加えるようにしたものである。第４図にお
いて、磁気ドラム（６）の外周に形成した磁性層（７）
に記録された磁気信号を検出するにあたり、MR素子
（２）を第１図で説明したように配置する。または、第
５図において、磁気ディスク（８）とMR素子（２）を所
定角度θをなすように対向配置すればよい。
（発明の効果） 以上述べた如く本発明によれば、多極磁石とMR素子パタ
ーンとを対向配置したものにおいて、多極磁石とMR素子
パターンとが所定の角度をなすように両者を配置し、MR
素子パターンの長手方向に多極磁石の磁界の角度成分が
印加されるようにしているため、バイアス磁石を用いる
こと無くMR素子の検出出力のヒステリシス特性を改善さ
せることができる。そのため、検出出力のピーク値の位
置シフトをなくし、かつ検出出力の変動を緩和し、抵抗
変化率を向上させることができる。
ーンとを対向配置したものにおいて、多極磁石とMR素子
パターンとが所定の角度をなすように両者を配置し、MR
素子パターンの長手方向に多極磁石の磁界の角度成分が
印加されるようにしているため、バイアス磁石を用いる
こと無くMR素子の検出出力のヒステリシス特性を改善さ
せることができる。そのため、検出出力のピーク値の位
置シフトをなくし、かつ検出出力の変動を緩和し、抵抗
変化率を向上させることができる。
第１図（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明装置の一実施例
を示す上面図、側面図、及び正面図、第２図及び第３図
は本発明の説明に用いるための特性図、第４図及び第５
図は本発明の他の応用例を示す図である。 １……多極リング磁石、２……MR素子、３……MR素子パ
ターン。
を示す上面図、側面図、及び正面図、第２図及び第３図
は本発明の説明に用いるための特性図、第４図及び第５
図は本発明の他の応用例を示す図である。 １……多極リング磁石、２……MR素子、３……MR素子パ
ターン。
Claims (2)
- 【請求項１】強磁性薄膜を長辺および短辺を有する所定
パターンに形成した強磁性磁気抵抗素子、及びこの磁気
抵抗素子パターンと対向配置した多極磁石を設け、該多
極磁石の磁界変化を前記磁気抵抗素子パターンの短辺方
向により感知し、多極磁石の変移を検出する位置検出装
置において、 前記多極磁石の磁力発生表面と前記磁気抵抗素子のパタ
ーン形成面とが所定の角度θを有するように配置し、前
記磁気抵抗素子のパターン形成面の長辺方向に前記多極
磁石の磁力発生表面から発せられる磁力の前記所定の角
度θのsinθ成分が印加されるように両者を配置したこ
とを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】前記多極磁石と前記磁気抵抗素子のパター
ン形成面のパターン長辺方向とのなす角度を１〜45°に
設定したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
位置検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59264857A JPH0719923B2 (ja) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | 位置検出装置 |
| US06/807,023 US4754221A (en) | 1984-12-14 | 1985-12-09 | Position detecting apparatus for detecting a signal magnetic field indicative of a desired position |
| DE19853543603 DE3543603A1 (de) | 1984-12-14 | 1985-12-10 | Stellungsdetektor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59264857A JPH0719923B2 (ja) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | 位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61142782A JPS61142782A (ja) | 1986-06-30 |
| JPH0719923B2 true JPH0719923B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=17409180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59264857A Expired - Lifetime JPH0719923B2 (ja) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | 位置検出装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4754221A (ja) |
| JP (1) | JPH0719923B2 (ja) |
| DE (1) | DE3543603A1 (ja) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3788831T2 (de) * | 1986-07-29 | 1994-08-11 | Nippon Denso Co | Kontaktloses Potentiometer. |
| US4866854A (en) * | 1986-12-05 | 1989-09-19 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Multiple axis displacement sensor |
| EP0304280B1 (en) * | 1987-08-21 | 1996-05-29 | Nippondenso Co., Ltd. | A device for detecting magnetism |
| EP0379180B1 (en) * | 1989-01-18 | 1996-11-20 | Nippondenso Co., Ltd. | Magnetic detection device and physical quantity detection device using same |
| US5686835A (en) * | 1989-01-18 | 1997-11-11 | Nippondenso Co., Ltd | Physical quantity detection device for converting a physical quantity into a corresponding time interval |
| US5021736A (en) * | 1989-09-19 | 1991-06-04 | Texas Instruments Incorporated | Speed/position sensor calibration method with angular adjustment of a magnetoresistive element |
| US5122741A (en) * | 1989-12-06 | 1992-06-16 | Alps Electric Co., Ltd. | Holding members for sensor and wiring members of magnetic rotary encoder |
| JP2868266B2 (ja) * | 1990-01-25 | 1999-03-10 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 信号位相差検出回路及び信号位相差検出方法 |
| JP2527856B2 (ja) * | 1991-06-18 | 1996-08-28 | 三菱電機株式会社 | 磁気センサ |
| DE4134311C2 (de) * | 1991-10-17 | 1995-09-07 | Daimler Benz Aerospace Ag | Inertialsensor |
| ATE147158T1 (de) * | 1993-04-10 | 1997-01-15 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Magnetisches messsystem |
| DE19506104A1 (de) * | 1994-03-25 | 1995-09-28 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Magnetisches Meßsystem |
| US5600238A (en) * | 1994-07-05 | 1997-02-04 | Ford Motor Company | Method and apparatus for detecting the linear or rotary position of an object through the use of a variable magnetic shunt disposed in parallel with a yoke air gap |
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| DE19536433C2 (de) * | 1995-09-29 | 1999-04-08 | Siemens Ag | Vorrichtung zur berührungslosen Positionserfassung eines Objektes und Verwendung der Vorrichtung |
| US6448760B1 (en) | 1996-11-14 | 2002-09-10 | Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kg, Coburg | Arrangements for detecting rotational or translatory movement and the direction thereof |
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| JP4273363B2 (ja) | 2006-11-21 | 2009-06-03 | 日立金属株式会社 | 回転角度検出装置、回転機、及び回転角度検出法 |
| JP4894040B2 (ja) * | 2006-12-13 | 2012-03-07 | 浜松光電株式会社 | 磁気センサ |
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