JPH11312447A - 近接センサ - Google Patents
近接センサInfo
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- JPH11312447A JPH11312447A JP12020098A JP12020098A JPH11312447A JP H11312447 A JPH11312447 A JP H11312447A JP 12020098 A JP12020098 A JP 12020098A JP 12020098 A JP12020098 A JP 12020098A JP H11312447 A JPH11312447 A JP H11312447A
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- Japan
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- transistor
- semiconductor
- voltage
- magnetoresistive element
- proximity sensor
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- Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 部品点数を削減でき、かつ小型で安価な近接
センサを得る。 【解決手段】 半導体磁気抵抗素子22に直列に抵抗素
子23が接続されている。磁気抵抗素子22と抵抗素子
23のそれぞれの一端は、増幅用トランジスタ4のベー
スに接続されている。磁気抵抗素子22の他端は、トラ
ンジスタ4のエミッタに接続されている。抵抗素子23
の他端は、トランジスタ4のコレクタに接続されてい
る。半導体磁気抵抗素子22には、磁気感応したときの
抵抗値が磁気不感応のときの抵抗値の1.2倍以上にな
るものを用いるのが望ましい。
センサを得る。 【解決手段】 半導体磁気抵抗素子22に直列に抵抗素
子23が接続されている。磁気抵抗素子22と抵抗素子
23のそれぞれの一端は、増幅用トランジスタ4のベー
スに接続されている。磁気抵抗素子22の他端は、トラ
ンジスタ4のエミッタに接続されている。抵抗素子23
の他端は、トランジスタ4のコレクタに接続されてい
る。半導体磁気抵抗素子22には、磁気感応したときの
抵抗値が磁気不感応のときの抵抗値の1.2倍以上にな
るものを用いるのが望ましい。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、近接センサ、特
に、産業機械用磁性***置検出センサや鋼球検出センサ
等として用いられる近接センサに関する。
に、産業機械用磁性***置検出センサや鋼球検出センサ
等として用いられる近接センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の近接センサとして、実公平3−3
6020号公報記載のものが知られている。図12に示
すように、この近接センサ91は、二つの強磁性体磁気
抵抗素子M1,M2を直列接続した磁気抵抗部品MR
と、磁気抵抗部品MRにバイアス磁界を印加する永久磁
石(図示せず)と、強磁性体磁気抵抗素子M1,M2の
接点を一方の入出端子に接続したオペアンプ92とで構
成されている。
6020号公報記載のものが知られている。図12に示
すように、この近接センサ91は、二つの強磁性体磁気
抵抗素子M1,M2を直列接続した磁気抵抗部品MR
と、磁気抵抗部品MRにバイアス磁界を印加する永久磁
石(図示せず)と、強磁性体磁気抵抗素子M1,M2の
接点を一方の入出端子に接続したオペアンプ92とで構
成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、強磁性
体磁気抵抗素子M1,M2単体の磁気抵抗変化量は非常
に小さく、磁気感応したときの抵抗値が磁気不感応のと
きの抵抗値の1.03倍程度でしかない。従って、強磁
性体磁気抵抗素子M1,M2を、トランジスタを利用し
た無接点近接スイッチに使用すると、トランジスタの温
度特性等のばらつきにより、スイッチング動作が安定し
ないという問題がある。すなわち、一般的なトランジス
タのベース・エミッタ間電圧VBEのしきい値は0.6〜
0.7Vであり、トランジスタの温度特性等のばらつき
の影響からスイッチング動作を安定に保つためには、約
17%の電圧ばらつきを有するVBEのしきい値を越える
電圧変化が必要である。
体磁気抵抗素子M1,M2単体の磁気抵抗変化量は非常
に小さく、磁気感応したときの抵抗値が磁気不感応のと
きの抵抗値の1.03倍程度でしかない。従って、強磁
性体磁気抵抗素子M1,M2を、トランジスタを利用し
た無接点近接スイッチに使用すると、トランジスタの温
度特性等のばらつきにより、スイッチング動作が安定し
ないという問題がある。すなわち、一般的なトランジス
タのベース・エミッタ間電圧VBEのしきい値は0.6〜
0.7Vであり、トランジスタの温度特性等のばらつき
の影響からスイッチング動作を安定に保つためには、約
17%の電圧ばらつきを有するVBEのしきい値を越える
電圧変化が必要である。
【0004】ところが、前述したように、磁気感応した
ときに3%程度の抵抗変化しかない強磁性体磁気抵抗素
子M1,M2では、トランジスタの温度特性等のばらつ
きの範囲を越える安定領域でトランジスタを動作させる
ことはできない。そこで、強磁性体磁気抵抗素子M1,
M2の僅かな磁気抵抗変化量でスイッチング動作をさせ
るためには、多段増幅器あるいはオペアンプ92等の高
利得増幅器に頼らざるを得ず、電圧変位の検出回路は素
子数が多くなってコスト高となっていた。
ときに3%程度の抵抗変化しかない強磁性体磁気抵抗素
子M1,M2では、トランジスタの温度特性等のばらつ
きの範囲を越える安定領域でトランジスタを動作させる
ことはできない。そこで、強磁性体磁気抵抗素子M1,
M2の僅かな磁気抵抗変化量でスイッチング動作をさせ
るためには、多段増幅器あるいはオペアンプ92等の高
利得増幅器に頼らざるを得ず、電圧変位の検出回路は素
子数が多くなってコスト高となっていた。
【0005】そこで、本発明の目的は、部品点数を削減
でき、かつ小型で安価な近接センサを提供することにあ
る。
でき、かつ小型で安価な近接センサを提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段と作用】以上の目的を達成
するため、本発明に係る近接センサは、(a)半導体磁
気抵抗素子と、(b)前記半導体磁気抵抗素子に直列に
接続された抵抗素子と、(c)前記半導体磁気抵抗素子
をベース・エミッタ間に接続し、かつ、前記抵抗素子を
ベース・コレクタ間に接続した増幅用トランジスタと、
を備えたことを特徴とする。ここに、増幅用トランジス
タには、電界制御トランジスタ(FET)等が含まれ
る。この場合、増幅用トランジスタのベース、エミッタ
及びコレクタは、それぞれFETのゲート、ソース及び
ドレインを意味する。
するため、本発明に係る近接センサは、(a)半導体磁
気抵抗素子と、(b)前記半導体磁気抵抗素子に直列に
接続された抵抗素子と、(c)前記半導体磁気抵抗素子
をベース・エミッタ間に接続し、かつ、前記抵抗素子を
ベース・コレクタ間に接続した増幅用トランジスタと、
を備えたことを特徴とする。ここに、増幅用トランジス
タには、電界制御トランジスタ(FET)等が含まれ
る。この場合、増幅用トランジスタのベース、エミッタ
及びコレクタは、それぞれFETのゲート、ソース及び
ドレインを意味する。
【0007】以上の構成により、磁気感応素子として用
いられる半導体磁気抵抗素子は、磁気感応したときの抵
抗変化が大きいため、従来の多段増幅器あるいは高利得
増幅器を必要としない。従って、電圧変位の検出回路の
部品点数が削減される。
いられる半導体磁気抵抗素子は、磁気感応したときの抵
抗変化が大きいため、従来の多段増幅器あるいは高利得
増幅器を必要としない。従って、電圧変位の検出回路の
部品点数が削減される。
【0008】また、半導体磁気抵抗素子にバイアス磁界
を印加する手段を設けることにより、検知物である鋼球
が検出穴を通過すると、検知物とバイアス磁界を印加す
る手段との間に集中磁界が発生し、半導体磁気抵抗素子
の抵抗値変化を得ることができる。
を印加する手段を設けることにより、検知物である鋼球
が検出穴を通過すると、検知物とバイアス磁界を印加す
る手段との間に集中磁界が発生し、半導体磁気抵抗素子
の抵抗値変化を得ることができる。
【0009】さらに、磁気感応したときの抵抗値が磁気
不感応のときの抵抗値の1.2倍以上になる半導体磁気
抵抗素子を用いることにより、磁気感応したときに20
%以上の抵抗変化が得られ、トランジスタの温度特性等
のばらつきの範囲を越える安定領域でトランジスタが動
作する。また、半導体磁気抵抗素子と抵抗素子とを単一
基板上に設けることにより、部品点数がさらに抑えられ
る。
不感応のときの抵抗値の1.2倍以上になる半導体磁気
抵抗素子を用いることにより、磁気感応したときに20
%以上の抵抗変化が得られ、トランジスタの温度特性等
のばらつきの範囲を越える安定領域でトランジスタが動
作する。また、半導体磁気抵抗素子と抵抗素子とを単一
基板上に設けることにより、部品点数がさらに抑えられ
る。
【0010】さらに、増幅用トランジスタのベース側電
圧を一定にするための電圧補償回路を前記増幅用トラン
ジスタのコレクタ側に接続することにより、センサ電源
から供給される電圧の変動が大きくても、増幅用トラン
ジスタの動作限界点以上にはベース側電圧が変動せず、
増幅用トランジスタのスイッチング動作が安定する。ま
た、増幅用トランジスタの出力波形を整形するための波
形整形回路を増幅用トランジスタの次段に設けることに
より、整形された矩形パルスが出力される。
圧を一定にするための電圧補償回路を前記増幅用トラン
ジスタのコレクタ側に接続することにより、センサ電源
から供給される電圧の変動が大きくても、増幅用トラン
ジスタの動作限界点以上にはベース側電圧が変動せず、
増幅用トランジスタのスイッチング動作が安定する。ま
た、増幅用トランジスタの出力波形を整形するための波
形整形回路を増幅用トランジスタの次段に設けることに
より、整形された矩形パルスが出力される。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る近接センサの
実施形態について添付図面を参照して説明する。各実施
形態において同一部品及び同一部分には同じ符号を付し
た。
実施形態について添付図面を参照して説明する。各実施
形態において同一部品及び同一部分には同じ符号を付し
た。
【0012】[第1実施形態、図1〜図7]第1実施形
態は鋼球センサを例にして説明する。図1及び図2に示
すように、鋼球センサ1は、磁気感応部品2と、磁気感
応部品2にバイアス磁場を印加する磁石3と、NPN型
の増幅用トランジスタ4と、部品2〜4を搭載するため
の回路基板6と、非磁性保護ケース7にて構成されてい
る。
態は鋼球センサを例にして説明する。図1及び図2に示
すように、鋼球センサ1は、磁気感応部品2と、磁気感
応部品2にバイアス磁場を印加する磁石3と、NPN型
の増幅用トランジスタ4と、部品2〜4を搭載するため
の回路基板6と、非磁性保護ケース7にて構成されてい
る。
【0013】磁気感応部品2は、図3に示すように、基
板21と、この基板21の上面21aに設けられた半導
体磁気抵抗素子22及び抵抗素子23とからなる。半導
体磁気抵抗素子22は、磁界が強くなるにつれて抵抗値
が大きくなる。半導体磁気抵抗素子22には、磁気感応
したときの抵抗値が磁気不感応のときの抵抗値の1.2
倍以上になるものを用いるのが望ましい。これにより、
半導体磁気抵抗素子22が磁気感応したときに20%以
上の抵抗変化が得られ、増幅用トランジスタ4の温度特
性等のばらつきの範囲を越える安定領域で増幅用トラン
ジスタ4を動作させることができる。
板21と、この基板21の上面21aに設けられた半導
体磁気抵抗素子22及び抵抗素子23とからなる。半導
体磁気抵抗素子22は、磁界が強くなるにつれて抵抗値
が大きくなる。半導体磁気抵抗素子22には、磁気感応
したときの抵抗値が磁気不感応のときの抵抗値の1.2
倍以上になるものを用いるのが望ましい。これにより、
半導体磁気抵抗素子22が磁気感応したときに20%以
上の抵抗変化が得られ、増幅用トランジスタ4の温度特
性等のばらつきの範囲を越える安定領域で増幅用トラン
ジスタ4を動作させることができる。
【0014】半導体磁気抵抗素子22は所定の磁気抵抗
値を得るため蛇行形状とされ、磁気抵抗素子22のセグ
メントの幅Wと長さLの比W/Lを大きくして高感度な
ものにしている。半導体磁気抵抗素子22は、たとえば
InSb,InAs,GaAs等の化合物半導体を蒸着
法やスパッタリング法等で基板21上に薄膜状に設けた
後、この化合物半導体薄膜の表面にAl等のメタル膜を
蒸着法やスパッタリング法等の方法で所定のピッチにて
形成したものである。あるいは、半導体磁気抵抗素子2
2は、InSb等の単結晶半導体基板21の表面にAl
等のメタル膜を所定のピッチで形成したものであっても
よい。また、半導体薄膜は、上記のように基板21上に
直接形成したり、単結晶半導体基板をそのまま用いても
よいし、別に成膜した半導体薄膜や単結晶半導体基板を
ガラス、アルミナ、フェライト等の基板21上に接着剤
で貼り付けた複合基板としたものであってもよい。In
Sbを採用した場合には、高感度の磁気抵抗素子22が
得られる。
値を得るため蛇行形状とされ、磁気抵抗素子22のセグ
メントの幅Wと長さLの比W/Lを大きくして高感度な
ものにしている。半導体磁気抵抗素子22は、たとえば
InSb,InAs,GaAs等の化合物半導体を蒸着
法やスパッタリング法等で基板21上に薄膜状に設けた
後、この化合物半導体薄膜の表面にAl等のメタル膜を
蒸着法やスパッタリング法等の方法で所定のピッチにて
形成したものである。あるいは、半導体磁気抵抗素子2
2は、InSb等の単結晶半導体基板21の表面にAl
等のメタル膜を所定のピッチで形成したものであっても
よい。また、半導体薄膜は、上記のように基板21上に
直接形成したり、単結晶半導体基板をそのまま用いても
よいし、別に成膜した半導体薄膜や単結晶半導体基板を
ガラス、アルミナ、フェライト等の基板21上に接着剤
で貼り付けた複合基板としたものであってもよい。In
Sbを採用した場合には、高感度の磁気抵抗素子22が
得られる。
【0015】抵抗素子23は、基板21上に形成された
InSb等の半導体薄膜やInSb等の単結晶半導体基
板や、Al、ニクロム等の金属薄膜やメタルグレーズ等
の厚膜を蛇行状にライン形成したものである。この抵抗
素子23は、トランジスタ4の動作点を調整するための
ものである。
InSb等の半導体薄膜やInSb等の単結晶半導体基
板や、Al、ニクロム等の金属薄膜やメタルグレーズ等
の厚膜を蛇行状にライン形成したものである。この抵抗
素子23は、トランジスタ4の動作点を調整するための
ものである。
【0016】半導体磁気抵抗素子22の一方の端部は出
力電極24に接続され、他方の端部は中継電極26に接
続されている。抵抗素子23の一方の端部は出力電極2
5に接続され、他方の端部は中継電極26に接続されて
いる。
力電極24に接続され、他方の端部は中継電極26に接
続されている。抵抗素子23の一方の端部は出力電極2
5に接続され、他方の端部は中継電極26に接続されて
いる。
【0017】磁石3は回路基板6を挟んで磁気感応部品
2に対向している。この磁石3は永久磁石であってもよ
いし、電磁石であってもよい。磁石3により半導体磁気
抵抗素子22にバイアス磁界を印加すると、検知物であ
る鋼球30が検出穴10を通過する際、鋼球30と磁石
3との間に集中磁界が発生し、半導体磁気抵抗素子22
の抵抗値変化を得ることができる。
2に対向している。この磁石3は永久磁石であってもよ
いし、電磁石であってもよい。磁石3により半導体磁気
抵抗素子22にバイアス磁界を印加すると、検知物であ
る鋼球30が検出穴10を通過する際、鋼球30と磁石
3との間に集中磁界が発生し、半導体磁気抵抗素子22
の抵抗値変化を得ることができる。
【0018】非磁性保護ケース7には、鋼球30の通過
が可能な径を有する検出穴10が設けられている。磁気
感応部品2、磁石3及び増幅用トランジスタ4を搭載し
た回路基板6は、非磁性保護ケース7の部品収容部11
に収納され、磁気感応部品2の半導体磁気抵抗素子22
等が設けられている上面21aが検出穴10の軸方向に
対して略平行になるように配置されている。
が可能な径を有する検出穴10が設けられている。磁気
感応部品2、磁石3及び増幅用トランジスタ4を搭載し
た回路基板6は、非磁性保護ケース7の部品収容部11
に収納され、磁気感応部品2の半導体磁気抵抗素子22
等が設けられている上面21aが検出穴10の軸方向に
対して略平行になるように配置されている。
【0019】図4は、鋼球センサ1の電気回路図であ
る。半導体磁気抵抗素子22に直列に抵抗素子23が接
続されている。磁気抵抗素子22と抵抗素子23のそれ
ぞれの一端は、中継電極26を介して増幅用トランジス
タ4のベースに接続され、磁気抵抗素子22の他端は出
力電極24を介してトランジスタ4のエミッタに接続さ
れ、抵抗素子23の他端は出力電極25を介してトラン
ジスタ4のコレクタに接続されている。つまり、半導体
磁気抵抗素子22はトランジスタ4のベース・エミッタ
間に接続され、抵抗素子23はベース・コレクタ間に接
続されている。トランジスタ4は、半導体磁気抵抗素子
22の出力端(中継電極26)から取り出される磁気抵
抗変化量に応じた電圧変化量を増幅するものである。そ
して、トランジスタ4の動作点は、半導体磁気抵抗素子
22と抵抗素子23の分圧比によって決定される。トラ
ンジスタ4はFETでもよいし、シリコントランジス
タ、ゲルマニウムトランジスタ等であってもよい。この
回路は、抵抗素子23の一端とトランジスタ4のコレク
タが出力端子15に接続され、半導体磁気抵抗素子22
の一端とトランジスタ4のエミッタが出力端子16に接
続されている、2線式出力結線回路となっている。
る。半導体磁気抵抗素子22に直列に抵抗素子23が接
続されている。磁気抵抗素子22と抵抗素子23のそれ
ぞれの一端は、中継電極26を介して増幅用トランジス
タ4のベースに接続され、磁気抵抗素子22の他端は出
力電極24を介してトランジスタ4のエミッタに接続さ
れ、抵抗素子23の他端は出力電極25を介してトラン
ジスタ4のコレクタに接続されている。つまり、半導体
磁気抵抗素子22はトランジスタ4のベース・エミッタ
間に接続され、抵抗素子23はベース・コレクタ間に接
続されている。トランジスタ4は、半導体磁気抵抗素子
22の出力端(中継電極26)から取り出される磁気抵
抗変化量に応じた電圧変化量を増幅するものである。そ
して、トランジスタ4の動作点は、半導体磁気抵抗素子
22と抵抗素子23の分圧比によって決定される。トラ
ンジスタ4はFETでもよいし、シリコントランジス
タ、ゲルマニウムトランジスタ等であってもよい。この
回路は、抵抗素子23の一端とトランジスタ4のコレク
タが出力端子15に接続され、半導体磁気抵抗素子22
の一端とトランジスタ4のエミッタが出力端子16に接
続されている、2線式出力結線回路となっている。
【0020】次に、以上の構成からなる鋼球センサ1の
作用効果について説明する。予め、出力端子15に、セ
ンサ電源によって直流電圧Vcを印加し、抵抗素子23
に直流電流を流しておく。鋼球30が検出穴10を通過
していないとき、磁石3によるバイアス磁場は半導体磁
気抵抗素子22へ集中しておらず、半導体磁気抵抗素子
22の抵抗に変化はなく、その抵抗値は低い。従って、
中継電極26の電圧、言い換えると、トランジスタ4の
ベース・エミッタ間電圧VBEは小さく、トランジスタ4
の動作点に達しない。図5に示すようにトランジスタ4
は遮断領域であるため、トランジスタ4はOFF状態の
ままであり、鋼球センサ1の出力電流Iは下降してい
る。
作用効果について説明する。予め、出力端子15に、セ
ンサ電源によって直流電圧Vcを印加し、抵抗素子23
に直流電流を流しておく。鋼球30が検出穴10を通過
していないとき、磁石3によるバイアス磁場は半導体磁
気抵抗素子22へ集中しておらず、半導体磁気抵抗素子
22の抵抗に変化はなく、その抵抗値は低い。従って、
中継電極26の電圧、言い換えると、トランジスタ4の
ベース・エミッタ間電圧VBEは小さく、トランジスタ4
の動作点に達しない。図5に示すようにトランジスタ4
は遮断領域であるため、トランジスタ4はOFF状態の
ままであり、鋼球センサ1の出力電流Iは下降してい
る。
【0021】次に、鋼球30が検出穴10を通過してい
るとき、磁石3によるバイアス磁場は半導体磁気抵抗素
子22へ集中するので、半導体磁気抵抗素子22の抵抗
値は高くなる。従って、中継電極26の電圧、言い換え
ると、トランジスタ4のベース・エミッタ間電圧VBEは
大きくなり、図5に示すようにトランジスタ4は能動領
域に到達するため、トランジスタ4はON状態となる。
これにより、トランジスタ4のコレクタ電流Icが増大
し、鋼球センサ1の出力電流Iが上昇する。
るとき、磁石3によるバイアス磁場は半導体磁気抵抗素
子22へ集中するので、半導体磁気抵抗素子22の抵抗
値は高くなる。従って、中継電極26の電圧、言い換え
ると、トランジスタ4のベース・エミッタ間電圧VBEは
大きくなり、図5に示すようにトランジスタ4は能動領
域に到達するため、トランジスタ4はON状態となる。
これにより、トランジスタ4のコレクタ電流Icが増大
し、鋼球センサ1の出力電流Iが上昇する。
【0022】鋼球30が検出穴10を通過して離反する
と、磁石3によるバイアス磁場は半導体磁気抵抗素子2
2への集中がなくなり、半導体磁気抵抗素子22の抵抗
値は元の低い値となる。従って、トランジスタ4のベー
ス・エミッタ間電圧VBEは小さくなり、トランジスタ4
はOFF状態となり、鋼球センサ1の出力電流Iは下降
する。
と、磁石3によるバイアス磁場は半導体磁気抵抗素子2
2への集中がなくなり、半導体磁気抵抗素子22の抵抗
値は元の低い値となる。従って、トランジスタ4のベー
ス・エミッタ間電圧VBEは小さくなり、トランジスタ4
はOFF状態となり、鋼球センサ1の出力電流Iは下降
する。
【0023】こうして、図6に示すような鋼球センサ1
のパルス状の出力電流波形が得られ、この出力電流波形
のパルス数をカウントすることによって、無接触で鋼球
30の通過数を検出することができる。
のパルス状の出力電流波形が得られ、この出力電流波形
のパルス数をカウントすることによって、無接触で鋼球
30の通過数を検出することができる。
【0024】また、図7(A)に示すように、鋼球セン
サ1の出力端子16に負荷抵抗RLを接続して、鋼球セ
ンサ1の端子15と負荷抵抗RLの端子100に直流電
圧Vcを印加すれば、出力端子101から出力電圧波形
Vout(図7(B)参照)を取り出すことができ、こ
の出力電圧波形Voutのパルス数をカウントすること
によって、無接触で鋼球30の通過数を検出することが
できる。
サ1の出力端子16に負荷抵抗RLを接続して、鋼球セ
ンサ1の端子15と負荷抵抗RLの端子100に直流電
圧Vcを印加すれば、出力端子101から出力電圧波形
Vout(図7(B)参照)を取り出すことができ、こ
の出力電圧波形Voutのパルス数をカウントすること
によって、無接触で鋼球30の通過数を検出することが
できる。
【0025】以上の構成の鋼球センサ1は、磁気感応素
子として半導体磁気抵抗素子22を用いたので、磁気感
応したときの抵抗変化量が大きくなり、多段増幅器ある
いは高利得増幅器を使用しなくても、ベース・エミッタ
間電圧VBEのしきい値を挟んだスイッチング動作が1個
のトランジスタ4で可能となる。そして、半導体磁気抵
抗素子22及び抵抗素子23を単一基板21上に設けて
いるので、部品点数をさらに抑えることができると共
に、素子22,23相互間の熱結合性を良くすることが
できる。
子として半導体磁気抵抗素子22を用いたので、磁気感
応したときの抵抗変化量が大きくなり、多段増幅器ある
いは高利得増幅器を使用しなくても、ベース・エミッタ
間電圧VBEのしきい値を挟んだスイッチング動作が1個
のトランジスタ4で可能となる。そして、半導体磁気抵
抗素子22及び抵抗素子23を単一基板21上に設けて
いるので、部品点数をさらに抑えることができると共
に、素子22,23相互間の熱結合性を良くすることが
できる。
【0026】[第2実施形態、図8]第2実施形態は、
磁性***置検出センサを例にして説明する。図8は磁性
***置検出センサ31の構成を示す電気回路図である。
磁性***置検出センサ31は、磁気感応部品2、NPN
型の増幅用トランジスタ4、増幅器32、発光ダイオー
ド33、ツェナーダイオード34、定電流電源35及び
ダイオード36にて構成されている。
磁性***置検出センサを例にして説明する。図8は磁性
***置検出センサ31の構成を示す電気回路図である。
磁性***置検出センサ31は、磁気感応部品2、NPN
型の増幅用トランジスタ4、増幅器32、発光ダイオー
ド33、ツェナーダイオード34、定電流電源35及び
ダイオード36にて構成されている。
【0027】増幅器32の入力端子はトランジスタ4の
コレクタに接続され、出力端子は発光ダイオード33の
アノードに接続されると共にトランジスタ4のコレクタ
にフィードバック接続されている。発光ダイオード33
のアノードは定電流電源35の出力端子に接続されてい
る。定電流電源35の入力端子は整流用ダイオード36
を介して出力端子15に接続されている。ツェナーダイ
オード34のカソード側はトランジスタ4のコレクタに
接続され、アノード側は接地されている。
コレクタに接続され、出力端子は発光ダイオード33の
アノードに接続されると共にトランジスタ4のコレクタ
にフィードバック接続されている。発光ダイオード33
のアノードは定電流電源35の出力端子に接続されてい
る。定電流電源35の入力端子は整流用ダイオード36
を介して出力端子15に接続されている。ツェナーダイ
オード34のカソード側はトランジスタ4のコレクタに
接続され、アノード側は接地されている。
【0028】ツェナーダイオード34は、磁性体42の
検知の有無に限らず半導体磁気抵抗素子22とトランジ
スタ4の安定動作を補償するために、定電圧を維持する
ものである。定電流電源35は、センサ31に流入する
電流の上限を決定するものであり、磁性体検知時の定電
流動作を補償する。ダイオード36は、センサ電源を逆
接続した際にセンサ31を保護するためのものである。
検知の有無に限らず半導体磁気抵抗素子22とトランジ
スタ4の安定動作を補償するために、定電圧を維持する
ものである。定電流電源35は、センサ31に流入する
電流の上限を決定するものであり、磁性体検知時の定電
流動作を補償する。ダイオード36は、センサ電源を逆
接続した際にセンサ31を保護するためのものである。
【0029】以上の構成からなる磁性***置検出センサ
31の作用効果について説明する。予め、出力端子15
に、センサ電源によって直流電圧Vcを印加し、抵抗素
子23に直流電流を流しておく。ロッド41の頭部に設
けた磁性体42が磁性***置検出センサ31から離れて
いるとき、磁石3によるバイアス磁場は半導体磁気抵抗
素子22へ集中しておらず、半導体磁気抵抗素子22の
抵抗に変化はなく、その抵抗値は低い。従って、中継電
極26の電圧、言い換えると、トランジスタ4のベース
・エミッタ間電圧VBEは小さく、前記第1実施形態の図
5に示すようにトランジスタ4は遮断領域であるため、
トランジスタ4はOFF状態のままであり、磁性***置
検出センサ31に流れる電流は小さく、磁性***置検出
センサ31は非検出状態である。
31の作用効果について説明する。予め、出力端子15
に、センサ電源によって直流電圧Vcを印加し、抵抗素
子23に直流電流を流しておく。ロッド41の頭部に設
けた磁性体42が磁性***置検出センサ31から離れて
いるとき、磁石3によるバイアス磁場は半導体磁気抵抗
素子22へ集中しておらず、半導体磁気抵抗素子22の
抵抗に変化はなく、その抵抗値は低い。従って、中継電
極26の電圧、言い換えると、トランジスタ4のベース
・エミッタ間電圧VBEは小さく、前記第1実施形態の図
5に示すようにトランジスタ4は遮断領域であるため、
トランジスタ4はOFF状態のままであり、磁性***置
検出センサ31に流れる電流は小さく、磁性***置検出
センサ31は非検出状態である。
【0030】次に、磁性体42が磁性***置検出センサ
31に近づいたとき、磁石3によるバイアス磁場は半導
体磁気抵抗素子22へ集中するので、半導体磁気抵抗素
子22の抵抗値は高くなる。従って、中継電極26の電
圧、言い換えると、トランジスタ4のベース・エミッタ
間電圧VBEは大きくなり、図5に示すようにトランジス
タ4は能動領域に到達するため、トランジスタ4はON
状態となる。これにより、出力電極25の電圧、言い換
えると、トランジスタ4のコレクタ側の電圧が下がる。
すると、増幅器32は、予め決められた電流量をトラン
ジスタ4のコレクタに流し、同時に、発光ダイオード3
3を点灯させて磁性体検知状態を告知させる。こうして
磁性***置検出センサ31の出力端子15,16の電流
量を変化させる。
31に近づいたとき、磁石3によるバイアス磁場は半導
体磁気抵抗素子22へ集中するので、半導体磁気抵抗素
子22の抵抗値は高くなる。従って、中継電極26の電
圧、言い換えると、トランジスタ4のベース・エミッタ
間電圧VBEは大きくなり、図5に示すようにトランジス
タ4は能動領域に到達するため、トランジスタ4はON
状態となる。これにより、出力電極25の電圧、言い換
えると、トランジスタ4のコレクタ側の電圧が下がる。
すると、増幅器32は、予め決められた電流量をトラン
ジスタ4のコレクタに流し、同時に、発光ダイオード3
3を点灯させて磁性体検知状態を告知させる。こうして
磁性***置検出センサ31の出力端子15,16の電流
量を変化させる。
【0031】なお、磁性***置検出センサ31に要求さ
れる磁気感応時の電流ばらつきが大きくても実用上問題
とならない場合、あるいは、磁気感応告知を必要としな
い場合には、部品32〜36を省略することもできる。
また、この磁性***置検出センサ31は磁気感応感度が
良いため、検知物がたとえば磁石のように磁化されてい
る場合には、検知物の接近による磁界変化を半導体磁気
抵抗素子22の抵抗変化として検知することができるの
で、半導体磁気抵抗素子22に磁界をバイアスする磁石
3を省略することもできる。
れる磁気感応時の電流ばらつきが大きくても実用上問題
とならない場合、あるいは、磁気感応告知を必要としな
い場合には、部品32〜36を省略することもできる。
また、この磁性***置検出センサ31は磁気感応感度が
良いため、検知物がたとえば磁石のように磁化されてい
る場合には、検知物の接近による磁界変化を半導体磁気
抵抗素子22の抵抗変化として検知することができるの
で、半導体磁気抵抗素子22に磁界をバイアスする磁石
3を省略することもできる。
【0032】[第3実施形態、図9]第3実施形態は、
電圧補償回路を有した鋼球センサについて説明する。図
9に示すように、鋼球センサ51は、前記第1実施形態
で説明した鋼球センサ1において、増幅用トランジスタ
4のコレクタ側(出力電極25)と抵抗素子23との間
に電圧補償回路52を挿入したものと同様のものであ
る。
電圧補償回路を有した鋼球センサについて説明する。図
9に示すように、鋼球センサ51は、前記第1実施形態
で説明した鋼球センサ1において、増幅用トランジスタ
4のコレクタ側(出力電極25)と抵抗素子23との間
に電圧補償回路52を挿入したものと同様のものであ
る。
【0033】この電圧補償回路52は、増幅用トランジ
スタ4のベース側電圧を一定にするものである。センサ
電源によって出力端子15に印加される直流電圧Vcの
変動が大きい場合、半導体磁気抵抗素子22の出力端電
圧(中継電極26での電圧)が増幅用トランジスタ4の
動作限界点以上に変動することがある。そこで、電圧補
償回路52を設けて、中継電極26の電圧を増幅用トラ
ンジスタ4の動作限界点以上には変動させないで、増幅
用トランジスタ4のスイッチング動作を安定させる。
スタ4のベース側電圧を一定にするものである。センサ
電源によって出力端子15に印加される直流電圧Vcの
変動が大きい場合、半導体磁気抵抗素子22の出力端電
圧(中継電極26での電圧)が増幅用トランジスタ4の
動作限界点以上に変動することがある。そこで、電圧補
償回路52を設けて、中継電極26の電圧を増幅用トラ
ンジスタ4の動作限界点以上には変動させないで、増幅
用トランジスタ4のスイッチング動作を安定させる。
【0034】電圧補償回路52は、図9に示すように抵
抗素子53とツェナーダイオード54を組み合わせたデ
ィスクリート回路で構成してもよいし、定電圧レギュレ
ータ等のICで構成してもよい。また、電圧補償回路5
2を、増幅用トランジスタ4のコレクタ側(出力電極2
5)と抵抗素子23との間ではなく、増幅用トランジス
タ4のコレクタ側(出力電極25)と出力端子15との
間に挿入しても同様の作用効果が得られる。
抗素子53とツェナーダイオード54を組み合わせたデ
ィスクリート回路で構成してもよいし、定電圧レギュレ
ータ等のICで構成してもよい。また、電圧補償回路5
2を、増幅用トランジスタ4のコレクタ側(出力電極2
5)と抵抗素子23との間ではなく、増幅用トランジス
タ4のコレクタ側(出力電極25)と出力端子15との
間に挿入しても同様の作用効果が得られる。
【0035】[第4実施形態、図10]第4実施形態
は、波形整形回路を有した鋼球センサについて説明す
る。図10に示すように、鋼球センサ61は、前記第3
実施形態で説明した鋼球センサ51において、増幅用ト
ランジスタ4の次段に波形整形回路62を設けたものと
同様のものである。
は、波形整形回路を有した鋼球センサについて説明す
る。図10に示すように、鋼球センサ61は、前記第3
実施形態で説明した鋼球センサ51において、増幅用ト
ランジスタ4の次段に波形整形回路62を設けたものと
同様のものである。
【0036】この波形整形回路62は、増幅用トランジ
スタ4の出力波形を整形するものである。増幅用トラン
ジスタ4の動作点を直線領域で使用する場合、トランジ
スタ4の出力波形が完全な矩形パルスにならないことが
ある。そこで、波形整形回路62を設けることにより、
増幅用トランジスタ4の出力波形を整形して、完全な矩
形パルスを出力することができる。波形整形回路62
は、図10に示すようにPNP型トランジスタ63と抵
抗素子64を組み合わせたディスクリート回路で構成し
てもよいし、ロジックICで構成してもよい。
スタ4の出力波形を整形するものである。増幅用トラン
ジスタ4の動作点を直線領域で使用する場合、トランジ
スタ4の出力波形が完全な矩形パルスにならないことが
ある。そこで、波形整形回路62を設けることにより、
増幅用トランジスタ4の出力波形を整形して、完全な矩
形パルスを出力することができる。波形整形回路62
は、図10に示すようにPNP型トランジスタ63と抵
抗素子64を組み合わせたディスクリート回路で構成し
てもよいし、ロジックICで構成してもよい。
【0037】[他の実施形態]なお、本発明に係る近接
センサは前記実施形態に限定するものではなく、その要
旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、前
記実施形態では、NPN型トランジスタを用いている
が、図11に示すように、PNP型トランジスタ8を用
いてもよい。このとき、出力電圧の極性は逆になる。ま
た、半導体磁気抵抗素子と抵抗素子とを単一基板上に設
けないで、独立した部品として構成したものであっても
よい。さらに、検知物が磁石のように磁化されている場
合には、バイアス磁界を印加する磁石を省略することも
できる。
センサは前記実施形態に限定するものではなく、その要
旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、前
記実施形態では、NPN型トランジスタを用いている
が、図11に示すように、PNP型トランジスタ8を用
いてもよい。このとき、出力電圧の極性は逆になる。ま
た、半導体磁気抵抗素子と抵抗素子とを単一基板上に設
けないで、独立した部品として構成したものであっても
よい。さらに、検知物が磁石のように磁化されている場
合には、バイアス磁界を印加する磁石を省略することも
できる。
【0038】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、磁気感応素子として半導体磁気抵抗素子を用い
たので、磁気感応したときの抵抗変化が大きくなり、多
段増幅器あるいは高利得増幅器を必要としない。従っ
て、電圧変位の検出回路の部品点数を削減することがで
き、小型で安価な近接センサを得ることができる。さら
に、磁気感応素子として、強磁性体磁気抵抗素子を用い
る場合は、低磁場で磁気抵抗変化が飽和するため、磁化
されていない検知物を検知するためのバイアス磁界の印
加方法等に制約があり、磁化されていない検知物の検知
が困難であるのに対して、磁気感応素子として半導体磁
気抵抗素子を用いる場合は、磁石で容易にバイアス磁界
を印加して使用することができるため、磁化されている
かどうかに関係なく磁性体であれば容易に検知すること
ができる。
よれば、磁気感応素子として半導体磁気抵抗素子を用い
たので、磁気感応したときの抵抗変化が大きくなり、多
段増幅器あるいは高利得増幅器を必要としない。従っ
て、電圧変位の検出回路の部品点数を削減することがで
き、小型で安価な近接センサを得ることができる。さら
に、磁気感応素子として、強磁性体磁気抵抗素子を用い
る場合は、低磁場で磁気抵抗変化が飽和するため、磁化
されていない検知物を検知するためのバイアス磁界の印
加方法等に制約があり、磁化されていない検知物の検知
が困難であるのに対して、磁気感応素子として半導体磁
気抵抗素子を用いる場合は、磁石で容易にバイアス磁界
を印加して使用することができるため、磁化されている
かどうかに関係なく磁性体であれば容易に検知すること
ができる。
【0039】また、半導体磁気抵抗素子にバイアス磁界
を印加する手段を設けることにより、検知物が接近した
場合の検知物とバイアス磁界を印加する手段との間の磁
界変化率を大きくすることができ、磁気抵抗変化の感度
を向上させることができる。さらに、磁気感応したとき
の抵抗値が磁気不感応のときの抵抗値の1.2倍以上に
なる半導体磁気抵抗素子を用いることにより、磁気感応
したときに20%以上の抵抗変化が得られ、トランジス
タの温度特性等のばらつきの範囲を越える安定領域でト
ランジスタを動作させることができる。また、半導体磁
気抵抗素子と抵抗素子とを単一基板上に設けることによ
り、部品点数をさらに抑えることができる。
を印加する手段を設けることにより、検知物が接近した
場合の検知物とバイアス磁界を印加する手段との間の磁
界変化率を大きくすることができ、磁気抵抗変化の感度
を向上させることができる。さらに、磁気感応したとき
の抵抗値が磁気不感応のときの抵抗値の1.2倍以上に
なる半導体磁気抵抗素子を用いることにより、磁気感応
したときに20%以上の抵抗変化が得られ、トランジス
タの温度特性等のばらつきの範囲を越える安定領域でト
ランジスタを動作させることができる。また、半導体磁
気抵抗素子と抵抗素子とを単一基板上に設けることによ
り、部品点数をさらに抑えることができる。
【0040】さらに、増幅用トランジスタのベース側電
圧を一定にするための電圧補償回路を増幅用トランジス
タのコレクタ側に接続することにより、センサ電源から
供給される電圧の変動が大きくても、増幅用トランジス
タの動作限界点以上にはベース側電圧が変動せず、増幅
用トランジスタのスイッチング動作を安定させることが
できる。また、増幅用トランジスタの出力波形を整形す
るための波形整形回路を増幅用トランジスタの次段に設
けることにより、整形された矩形パルスを出力すること
ができる。
圧を一定にするための電圧補償回路を増幅用トランジス
タのコレクタ側に接続することにより、センサ電源から
供給される電圧の変動が大きくても、増幅用トランジス
タの動作限界点以上にはベース側電圧が変動せず、増幅
用トランジスタのスイッチング動作を安定させることが
できる。また、増幅用トランジスタの出力波形を整形す
るための波形整形回路を増幅用トランジスタの次段に設
けることにより、整形された矩形パルスを出力すること
ができる。
【図1】本発明に係る近接センサの第1実施形態を示す
平面図。
平面図。
【図2】図1に示した近接センサの一部切欠き正面図。
【図3】半導体磁気抵抗素子及び抵抗素子を設けた基板
を示す斜視図。
を示す斜視図。
【図4】図1に示した近接センサの電気回路図。
【図5】増幅用トランジスタの電流−電圧特性を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図6】図1に示した近接センサの出力電流波形を示す
グラフ。
グラフ。
【図7】(A)は図1に示した近接センサの出力端子に
負荷抵抗を接続した電気回路図、(B)はその出力電圧
波形を示すグラフ。
負荷抵抗を接続した電気回路図、(B)はその出力電圧
波形を示すグラフ。
【図8】本発明に係る近接センサの第2実施形態を示す
電気回路図。
電気回路図。
【図9】本発明に係る近接センサの第3実施形態を示す
電気回路図。
電気回路図。
【図10】本発明に係る近接センサの第4実施形態を示
す電気回路図。
す電気回路図。
【図11】他の実施形態を示す電気回路図。
【図12】従来の近接センサを示す電気回路図。
1…鋼球センサ 2…磁気感応部品 3…磁石 4,8…増幅用トランジスタ 21…基板 22…半導体磁気抵抗素子 23…抵抗素子 31…磁性***置検出センサ 51,61…鋼球センサ 52…電圧補償回路 62…波形整形回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 友春 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体磁気抵抗素子と、 前記半導体磁気抵抗素子に直列に接続された抵抗素子
と、 前記半導体磁気抵抗素子をベース・エミッタ間に接続
し、かつ、前記抵抗素子をベース・コレクタ間に接続し
た増幅用トランジスタと、 を備えたことを特徴とする近接センサ。 - 【請求項2】 前記半導体磁気抵抗素子にバイアス磁界
を印加する手段を備えたことを特徴とする請求項1記載
の近接センサ。 - 【請求項3】 前記半導体磁気抵抗素子が磁気感応した
ときの抵抗値が、磁気不感応のときの抵抗値の1.2倍
以上であることを特徴とする請求項1及び請求項2記載
の近接センサ。 - 【請求項4】 前記半導体磁気抵抗素子と前記抵抗素子
とが単一基板上に設けられていることを特徴とする請求
項1ないし請求項3記載の近接センサ。 - 【請求項5】 前記増幅用トランジスタのベース側電圧
を一定にするための電圧補償回路を、前記増幅用トラン
ジスタのコレクタ側に接続したことを特徴とする請求項
1ないし請求項4記載の近接センサ。 - 【請求項6】 前記増幅用トランジスタの出力波形を整
形するための波形整形回路を、前記増幅用トランジスタ
の次段に設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項
5記載の近接センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12020098A JPH11312447A (ja) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | 近接センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12020098A JPH11312447A (ja) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | 近接センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11312447A true JPH11312447A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=14780389
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12020098A Pending JPH11312447A (ja) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | 近接センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11312447A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002107346A (ja) * | 2000-10-03 | 2002-04-10 | Murata Mfg Co Ltd | 磁性体検出器 |
JP2002189068A (ja) * | 2000-10-11 | 2002-07-05 | Murata Mfg Co Ltd | 磁性体検出器 |
JP2007164988A (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-28 | Asahi Denso Co Ltd | 車両用操作装置 |
WO2010140396A1 (ja) * | 2009-06-05 | 2010-12-09 | 国立大学法人京都大学 | 磁気抵抗素子及び磁気感応スイッチ |
-
1998
- 1998-04-30 JP JP12020098A patent/JPH11312447A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002107346A (ja) * | 2000-10-03 | 2002-04-10 | Murata Mfg Co Ltd | 磁性体検出器 |
JP4678085B2 (ja) * | 2000-10-03 | 2011-04-27 | 株式会社村田製作所 | 磁性体検出器 |
JP2002189068A (ja) * | 2000-10-11 | 2002-07-05 | Murata Mfg Co Ltd | 磁性体検出器 |
JP4517558B2 (ja) * | 2000-10-11 | 2010-08-04 | 株式会社村田製作所 | 磁性体検出器 |
JP2007164988A (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-28 | Asahi Denso Co Ltd | 車両用操作装置 |
WO2010140396A1 (ja) * | 2009-06-05 | 2010-12-09 | 国立大学法人京都大学 | 磁気抵抗素子及び磁気感応スイッチ |
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