(57)【要約】【課題】  物体の位置またはその変位を検知する磁気センサの使い勝手を向上させる。【解決手段】  磁気センサ１００は、磁歪材料１、磁歪材料１に接合される圧電材料２ａおよび２ｂ、永久磁石３を備える。磁気センサ１００を検知対象物１１の近傍に設置すると、磁歪材料１を通過する磁束ループおよび検知対象物１１を通過する磁束ループが形成される。磁気センサ１００と検知対象物１１との間のギャップ長が変化すると、磁束の流れが変化し、磁歪材料１に加わる電界強度が変化する。磁歪材料１は、印加される磁界の強度に応じて歪むので、それに伴って圧電材料２ａ、２ｂが変形し、その変形に応じた電圧が発生する。【選択図】      図２
2005257477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知対象物の位置またはその変位を検知する磁気センサであって、
磁歪素子と、
上記磁歪素子に接合された圧電素子と、
上記磁歪素子を通過する磁束ループを形成する磁気回路、を有し、
上記圧電素子に発生する電圧が上記検知対象物の位置またはその変位を表示する磁気センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気センサであって、
上記磁気回路は、
磁石と、
上記磁石により生成される磁束を利用して上記磁歪素子を通過する第１の磁束ループを形成すると共に、上記磁石により生成される磁束を利用して上記検知対象物を通過する第２の磁束ループを形成する磁性体部材、
を有する。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気センサであって、
上記磁気回路は、
磁石と、
上記磁石に対して上記磁歪素子および上記検知対象物を磁気的に並列に接続する磁性体部材、
を有する。
【請求項４】
請求項１に記載の磁気センサであって、
上記磁気回路は、
磁石と、
上記磁石により生成される磁束を利用して上記磁歪素子および上記検知対象物を通過する磁束ループを形成する磁性体部材、
を有する。
【請求項５】
請求項１に記載の磁気センサであって、
上記磁気回路は、
磁石と、
上記磁石に対して上記磁歪素子および上記検知対象物を磁気的に直列に接続する磁性体部材、
を有する。
【請求項６】
請求項１に記載の磁気センサであって、
上記磁気回路は、上記検知対象物に設けられている磁石により生成される磁束を利用して上記磁歪素子を通過する磁束ループを形成する磁性体部材、を有する。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁気センサであって、
上記磁歪素子および上記圧電素子は、上記磁歪素子が上記圧電素子により挟みつけられるようにして互いに接合されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気的作用を利用して物体の位置またはその変位を検知する磁気センサに係わる。
【背景技術】
【０００２】
物体の位置またはその変位を検知するためのセンサとして、従来より、磁気的作用を利用する磁気センサが知られている。
単純なモデルとしては、コイルを用いて磁束の変化を検出する形態が考えられる。この場合、基本的に、検知対象物に永久磁石が取り付けられる。そして、コイルと検知対象物との相対的な位置関係が変化すると、コイルを通過する磁束の数が変化し、それに応じてコイルに電圧が発生する。すなわち、コイルに発生する電圧を検出することにより、検知対象物の位置の変位を検出できる。
【０００３】
また、ホール効果を利用したホール素子や巨大磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistance）素子など用いて物体の位置またはその変位を検知するセンサは、広く実用化されている。
さらに、特許文献１には、小型／軽量化を目的とした磁界センサが記載されている。この特許文献１に記載の磁界センサは、磁歪素子および圧電素子を組み合わせることによって構成されており、流れている電流を測定すべき電線から所定距離離れた位置に設置される。ここで、その電線を介して流れる電流に起因して発生する磁界の影響で磁歪素子が変形すると、それに伴って圧電素子も変形し、その圧電素子の変形量に応じた電圧が発生する。すなわち、圧電素子に発生する電圧に基づいて、電線を介して流れる電流が検出される。
【特許文献１】特開２０００−８８９３７号公報（要約、図１、段落００１１〜００１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コイルを用いて磁束の変化を検出する形態では、検知対象物がゆっくりと移動した場合には、磁束の変化量が小さいので、コイルに発生する電圧も小さくなってしまう。すなわち、この形態では、検知対象物がゆっくりと移動するような場合は、検知精度が低下するか、検知すること自体が不可能になる可能性がある。
【０００５】
ホール素子や磁気抵抗素子を用いた形態では、それらの素子に電圧を印加するための駆動電源が必要になるので、センサシステム全体として考えると、小型化を図ることが困難である。また、これらの素子をセンサとして使用できる温度の上限値は、１７０℃程度である。すなわち、これらの素子は、高温環境下では使用できない場合がある。
【０００６】
特許文献１に記載の磁気センサは、上述したように、電線を流れる電流を検出する目的で設計されている。このため、この構成の磁気センサで検知対象物の位置またはその変位を検知するためには、検知対象物に電流が流れている必要がある。すなわち、この構成の磁気センサでは、非常に限られた検知対象物についてしか位置またはその変位を検知できない。
【０００７】
本発明の目的は、物体の位置またはその変位を検知する磁気センサの使い勝手を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の磁気センサは、検知対象物の位置またはその変位を検知するセンサであって、磁歪素子と、上記磁歪素子に接合された圧電素子と、上記磁歪素子を通過する磁束ループを形成する磁気回路、を有する。そして、上記圧電素子に発生する電圧が上記検知対象物の位置またはその変位を表示する。
【０００９】
上記磁気センサが検知対象物の近傍に配置されると、その検知対象物を通過する磁束ループが形成される。そして、その検知対象物の位置が変化すると、磁歪素子を通過する磁束が変化する。すなわち、磁歪素子に加わる磁界の強度が変化する。そうすると、磁歪素子はその磁界強度に応じて変形し、また、その磁歪素子に接合されている圧電素子も変形する。このとき、圧電素子には、圧電素子自体の歪量に対応する電圧が発生する。したがって、圧電素子に発生する電圧をモニタすることにより、検知対象物の位置またはその変位を検知できる。
【００１０】
上記磁気回路は、磁石と、その磁石により生成される磁束を利用して上記磁歪素子を通過する第１の磁束ループを形成すると共に、その磁石により生成される磁束を利用して上記検知対象物を通過する第２の磁束ループを形成する磁性体部材、を有する構成であってもよい。あるいは、上記磁気回路は、磁石と、その磁石に対して上記磁歪素子および上記検知対象物を磁気的に並列に接続する磁性体部材、を有する構成であってもよい。
【００１１】
これらの構成においては、例えば、当該磁気センサと検知対象物との間のギャップ長が大きくなり、検知対象物を通過する磁束ループの磁束が減少すると、その分だけ磁歪材料を通過する磁束ループの磁束が増加する。これにより、磁歪素子に加わる磁界の強度が変化し、圧電素子に発生する電圧も変化する。
【００１２】
また、上記磁気回路は、磁石と、上記磁石により生成される磁束を利用して上記磁歪素子および上記検知対象物を通過する磁束ループを形成する磁性体部材、を有する構成であってもよい。あるいは、上記磁気回路は、磁石と、上記磁石に対して上記磁歪素子および上記検知対象物を磁気的に直列に接続する磁性体部材、を有する構成であってもよい。さらに、検知対象物に磁石が取り付けられている場合は、上記磁気回路は、その検知対象物に設けられている磁石により生成される磁束を利用して上記磁歪素子を通過する磁束ループを形成する磁性体部材、を有する構成であってもよい。
【００１３】
これらの構成においては、当該磁気センサと検知対象物との間のギャップ長が変化すると、それに応じて磁束ループの磁束も変化する。これにより、磁歪素子に加わる磁界の強度が変化し、圧電素子に発生する電圧も変化する。
なお、上記磁気センサにおいて、上記磁歪素子および上記圧電素子は、上記磁歪素子が上記圧電素子により挟みつけられるようにして互いに接合されていてもよい。この構成によれば、磁歪素子の両面に接合されている１組の圧電素子に発生する電圧により検知対象物の位置またはその変位が検知されるので、精度の向上が図れる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、検知素子を駆動するための電源が不要なので、センサの小型化および軽量化を図ることができる。また、圧電素子に発生する電圧は、磁束の変化速度に依存するものではないので、検知対象物がゆっくりと移動した場合であっても、その変位を検知できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明に係る磁気センサについて説明する。なお、本発明に係る磁気センサは、磁気的作用を利用して物体（検知対象物）の位置またはその変位を検知する。具体的には、例えば、検知対象物の近傍に磁気センサを設けておき、その磁気センサと検知対象物との間のギャップ長またはそのギャップ長の変位を検知する用途に使用される。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態の磁気センサ１００を模式的に示した図である。磁気センサ１００は、図１（ａ）に示すように、磁歪材料（磁歪素子）１およびその磁歪材料１に接合された圧電材料（圧電素子）２ａ、２ｂを含む。ここで、圧電材料２ａ、２ｂは、磁歪材料１を挟むようにしてその磁歪材料１に接合されている。また、磁歪材料１と圧電材料２ａ、２ｂとは、例えば、接着剤により互いに接合される。
【００１６】
磁歪材料１は、磁歪効果を有する材料であり、外部から与えられた磁界によりその磁歪材料自体が磁化すると、その磁歪材料自体が変形（歪）する。ここで、磁歪材料１の歪量は、所定の磁界強度範囲内においては、概ね、与えられた磁界の強度に比例する。なお、磁歪材料１は、図１においては、Ｘ方向に磁化容易方向があるものとする。また、磁歪材料１は、特に限定されるものではないが、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ｇａ系であってもよいし、歪み率の大きな超磁歪材料を用いてもよい。
【００１７】
また、圧電材料２ａ、２ｂは、圧電効果を有する材料であり、機械的な歪を電気信号に変換することができる。ここで、圧電材料２ａ、２ｂに発生する電圧は、概ね、その圧電材料自体の歪量に比例する。なお、圧電材料２ａ、２ｂは、図１においては、それぞれＺ方向（厚み方向）に分極方向を有するものとする。また、圧電材料２ａ、２ｂは、特に限定されるものではないが、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン亜鉛）である。
【００１８】
この実施例では、磁歪材料１は、電気的に接地されている。また、圧電材料２ａ、２ｂには、それぞれ、その圧電材料で発生した電圧を取り出すための電極が形成されている。そして、圧電材料２ａに発生する電圧と圧電材料２ｂに発生する電圧との合成電圧が磁気センサ１００の出力として使用される。
【００１９】
積層された磁歪材料１、圧電材料２ａ、２ｂの近接には、図１（ｂ）に示すように、永久磁石３が設けられる。永久磁石３は、特に限定されるものではなく、一般的な永久磁石により実現可能である。そして、ヨーク（磁性体部材）４ａ、４ｂは、磁歪材料１、圧電材料２ａ、２ｂ、永久磁石３を挟みつけるようにして設けられる。なお、ヨーク４ａ、４ｂは、永久磁石３により生成される磁束の経路としての機能を提供する。
【００２０】
図２は、磁気センサ１００の動作原理を説明する図である。ここでは、センサ１００が検知対象物１１の近傍に設けられているものとする。そして、磁気センサ１００は、磁気センサ１００と検知対象物１１との間のギャップ長を検出する。ただし、検知対象物１１は、磁性体であるものとする。
【００２１】
磁気センサ１００が検知対象物１１の近傍に設けられると、図２（ａ）に示すように、磁束ループが２つ形成される。一方の磁束ループ（第１の磁束ループ）は、永久磁石３から出力される磁束が、ヨーク４ａ、磁歪材料１、ヨーク４ｂを通過して永久磁石３に戻る閉ループである。他方の磁束ループ（第２の磁束ループ）は、永久磁石３から出力される磁束が、ヨーク４ａ、検知対象物１１、ヨーク４ｂを通過して永久磁石３に戻る閉ループである。
【００２２】
図３は、磁気センサ１００の磁気回路の等価回路である。ここでは、永久磁石３は、磁力源Ｕp および抵抗成分Rp として表わされている。また、磁歪材料１は、抵抗成分Rm として表わされている。さらに、抵抗成分Ｒg は、磁気センサ１００と検知対象物１１との間のギャップに起因する抵抗成分を表わしている、なお、ヨーク４ａ、４ｂおよび検知対象物１１の抵抗成分は、無視されている。
【００２３】
このように、磁気センサ１００の磁気回路は、互いに並列に接続された抵抗成分Rm および抵抗成分Ｒg が永久磁石３に対して設けられた構成となっている。
磁気センサ１００に対する検知対象物１１の相対位置が変位すると、即ちヨーク４ａ、４ｂと検知対象物１１との間のギャップ長が変化すると、図２（ｂ）に示すように、磁束の流れが変化する。例えば、図２（ｂ）に示すように、ギャップ長が大きくなると、図３に示す抵抗成分Ｒg が大きくなる。そうすると、抵抗成分Ｒg を通過する磁束が減少し、その分だけ抵抗成分Rm を通過する磁束が増加する。すなわち、ギャップ長が大きくなると、磁歪材料１に加わる磁界が強くなる。
【００２４】
磁歪材料１は、上述したように、外部から加えられた磁界により機械的な歪が生じる。また、磁歪材料１が歪むと、その磁歪材料１に接合されている圧電材料２ａ、２ｂも歪むことになる。そして、圧電材料２ａ、２ｂは、その歪量に応じた電圧を発生させる。したがって、圧電材料２ａ、２ｂに発生する電圧をモニタすれば、磁気センサ１００と検知対象物１１との間のギャップ長を検知できる。
【００２５】
このように、磁気センサ１００は、圧電材料２ａ、２ｂに発生する電圧をモニタすることにより検知対象物１１の位置またはその変位を検知できるので、駆動電源を設ける必要がなく、小型軽量化が容易である。また、圧電材料２ａ、２ｂに発生する電圧は、コイルに発生する電圧と異なり磁束の変化速度に依存するものではないので、検知対象物１１がゆっくりと移動した場合であっても、その変位を検知できる。さらに、磁歪材料１は、ホール素子やＧＭＲ素子と異なり、キュリー温度の高い材料で実現可能なので、より広い温度範囲に渡って使用することができる。
【００２６】
次に、磁気センサ１００の特性の測定結果を示す。なお、ここでは、以下の条件下で測定を行った。
磁歪材料１：
Compliance  ｓ11：１０〜１００（１０-12ｍ2／Ｎ）
Piezomagnetic constant  ｄ33：１５（１０-9ｍ／Ａ）
Relative permeability  μm：５〜１００
Coupling constant  ｋ33：０．７５
Curie temperature  Ｔｃ：２５０℃
圧電材料（ＰＺＴ）２ａ、２ｂ：
Compliance  ｓ11：１７．１（１０-12ｍ2／Ｎ）
Piezomagnetic constant  ｄ31：−１９８（１０-12ｍ／Ｖ）
ｇ31：−１２．１（１０-3Ｖｍ／Ｎ）
Relative permeability  ε33：１８００
Coupling constant  ｋ31：０．３８
Curie temperature  Ｔｃ：３３０℃
ギャップ長：
ヨーク４ａ、４ｂと検知対象物１１との間のギャップ長（バイアスギャップ）を、０．１ｍｍを基準として±２５μｍの範囲で変化させる。
出力回路：
図４（ａ）に示すように、磁歪材料１は接地される。また、圧電材料２ａ、２ｂに発生する電圧は、オペアンプ２１の非反転端子に与えられる。このとき、オペアンプ２１の出力は、そのままオペアンプ２１の反転入力端子に与えられる。そして、オペアンプ２１の出力電位が、ギャップ長に対応する電圧として取り出される。なお、圧電材料２ａ、２ｂは、高インピーダンスの容量性出力であり、オペアンプ２１はインピーダンス変換器として動作する。
機械的構成：
図４（ｂ）に示すように、磁気センサ１００は、検知対象物１１の近傍に固定される。検知対象物１１は、励振用アクチュエータ３１に取り付けられている。励振用アクチュエータ３１は、外部からの指示により、所望の周波数且つ所望の振幅で振動することができる。この構成により、磁気センサ１００と検知対象物１１との間のギャップ長を、所望の周波数で且つ所望の量だけ変位させることができる。
【００２７】
図５は、ギャップ長の変化と発生電圧との関係を示す図である。図５に示すように、磁気センサ１００に発生する電圧は、概ねギャップ長の変位量に比例する。したがって、磁気センサ１００に発生する電圧をモニタすれば、ギャップ長の変位量（すなわち、検知対象物１１の位置またはその変位）を検知することができる。そして、磁気センサ１００の感度（図５に示すグラフの傾き）として、約４０Ｖ／ｍｍが得られている。なお、ギャップ長の変位量が大きくなると、若干のヒステリシスが発生する。また、ギャップ長の変位は、磁気センサ１００とは別個に用意したセンサを利用して測定した。
【００２８】
図６は、ギャップ長の変化と磁歪材料１の歪との関係を示す図である。図６に示すように、磁歪材料１の歪は、概ねギャップ長に比例する。なお、磁歪材料１の歪は、磁歪材料１に取り付けられた不図示の歪ゲージを用いて測定した。
図７は、磁気センサ１００に発生する電圧の周波数特性を示す図である。ここで「周波数」とは、図４（ｂ）に示す励振用アクチュエータ３１の振動周波数に相当する。図７に示すように、０．１Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数範囲において、磁気センサ１００に発生する電圧が概ねギャップ長の変位量に比例することが確認された。すなわち、検知対象物１１がゆっくりと変位する場合であっても、磁気センサ１００に発生する電圧をモニタすることで、その変位量を検知できる。なお、周波数の高い領域については、実験データを収集していないが、少なくとも１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ程度までは検知対象物１１の変位を検知できるものと推定される。
【００２９】
図８は、磁気センサ１００の感度のギャップ長依存性を示す図である。ここでは、ヨーク４ａ、４ｂと検知対象物１１との間の基準ギャップ長をパラメータとして磁気センサ１００の感度が示されている。なお、「磁気センサ１００の感度」は、ギャップ長の変化量に対する発生電圧により得られる。そして、図８に示すように、磁気センサ１００が検知対象物１１の近傍に設けられているほど、磁気センサ１００の感度は高くなることがわかる。
【００３０】
図９（ａ）は、磁気センサ１００の具体的な使用例を示す図である。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す実施例における磁気センサ１００の出力を示す図である。この実施例では、磁気センサ１００は、歯車４１の回転を検出する用途で使用されている。なお、歯車４１は、磁性体で形成されているものとする。
【００３１】
歯車４１が回転すると、磁気センサ１００に対向する領域に「突起部」が位置する状態と「溝部」が位置する状態が交互に繰り返されることになる。すなわち、磁気センサ１００と歯車４１の間のギャップ長が大きい状態と小さい状態とが交互に繰り返されることになる。ここで、このギャップ長が変化すると、上述したように、磁気センサ１００に発生する電圧が変化する。したがって、歯車４１が回転すると、「突起部」が磁気センサ１００の近傍を通過する毎に、磁気センサ１００に発生する電圧が周期的に変化することになる。すなわち、歯車４１のピッチに対応する周期の電圧波形が得られるので、この周期に基づいて歯車４１の回転数を算出することができる。
【００３２】
図１０は、図９に示す実施例の作用を説明する図である。ここでは、歯車４１が反時計回りに回転しているものとする。
図１０（ａ）に示す状態では、磁気センサ１００に対向する領域に歯車４１の突起部４１ａが位置していない。このため、磁気センサ１００と歯車４１との間のギャップ長が大きくなり、歯車４１を通過する経路の磁束は少なくなる。この結果、磁歪材料１を通過する磁束が多くなる。
【００３３】
一方、図１０（ｂ）に示す状態では、磁気センサ１００に対向する領域に歯車４１の突起部４１ａが位置している。このため、磁気センサ１００と歯車４１との間のギャップ長が小さくなり、歯車４１を通過する経路の磁束は多くなる。この結果、磁歪材料１を通過する磁束は少なくなる。
【００３４】
上述のように、歯車４１の突起部４１ａの位置に応じて、磁歪材料１を通過する磁束の密度が変化する。すなわち、歯車４１の突起部４１ａの位置に応じて、磁歪材料１に加わる磁界の強度が変化する。このとき、磁歪材料１に加わる磁界強度が変化すると、その磁界の強度に応じて磁歪材料１が歪み、さらにその磁歪材料１に接合されている圧電材料２ａ、２ｂも歪むことになる。そして、圧電材料２ａ、２ｂには、その歪量に応じた電圧が発生する。したがって、磁気センサ１００に発生する電圧をモニタすることにより、歯車４１の回転を検出できる。
＜第２の実施形態＞
図１１は、磁気センサ２００の動作原理を説明する図である。なお、図１１において、磁歪材料１、圧電材料２ａ、２ｂは、第１の実施形態において説明した通りである。ただし、磁気センサ２００においては、ヨーク４ａ、４ｂの端部にそれぞれ永久磁石５ａ、５ｂが設けられている。
【００３５】
第１の実施形態では、磁気センサ１００が検知対象物１１の近傍に配置されると、図２を参照しながら説明したように、２つの磁束ループが形成された。これに対して、第２の実施形態の磁気センサ２００が検知対象物１１の近傍に配置されると、図１１に示すように、１つの磁束ループが形成される。すなわち、永久磁石５ａから検知対象物１１を経由して永久磁石５ｂに至り、さらにヨーク４ｂ、磁歪材料１、ヨーク４ａを経由して永久磁石５ａに戻る磁束ループが形成されることになる。
【００３６】
図１２は、磁気センサ２００の磁気回路の等価回路である。ここでは、１組の永久磁石５ａ、５ｂが、磁力源Ｕp および抵抗成分Rp として表わされている。また、磁歪材料１は、抵抗成分Rm として表わされている。さらに、抵抗成分Ｒg は、磁気センサ２００と検知対象物１１との間のギャップに起因する抵抗成分を表わしている。このように、磁気センサ２００の磁気回路は、永久磁石５ａ、５ｂに対して抵抗成分Rm および抵抗成分Ｒg が直列的に設けられた構成となっている。
【００３７】
磁気センサ２００に対する検知対象物１１の相対位置が変位すると、即ち磁気センサ２００と検知対象物１１との間のギャップ長が変化すると、図１１（ｂ）に示すように、磁束密度が変化する。例えば、図１１（ｂ）に示すように、ギャップ長が小さくなると、図１２に示す抵抗成分Ｒg が小さくなる。そうすると、磁気回路全体としての抵抗成分が小さくなるので、抵抗成分Rm を介して流れる磁束が増加する。すなわち、ギャップ長が小さくなると、磁歪材料１に加わる磁界が強くなる。
【００３８】
磁歪材料１は、上述したように、外部から加えられた磁界により機械的な歪が生じる。また、磁歪材料１が歪むと、その磁歪材料１に接合されている圧電材料２ａ、２ｂも歪むことになる。そして、圧電材料２ａ、２ｂは、その歪量に応じた電圧を発生させる。したがって、圧電材料２ａ、２ｂに発生する電圧をモニタすれば、磁気センサ２００と検知対象物１１との間のギャップ長を検知できる。
【００３９】
図１３は、第２の実施形態の磁気センサ２００が図９に示す歯車４１の回転を検出する目的に使用される場合の作用を説明する図である。なお、図１３に示す構成では、図１１に示した永久磁石５ａ、５ｂの代わりに、１つの永久磁石５が設けられている。このため、ヨーク４ａ、４ｂの形状も若干異なっている。
【００４０】
図１３（ａ）に示す状態では、磁気センサ２００に対向する領域に歯車４１の突起部４１ａが位置していない。この場合、磁気センサ２００と歯車４１との間のギャップ長が大きく、図１２に示した抵抗成分Ｒg が大きいので、磁気回路内の磁束密度は低い。すなわち、磁歪材料１に加わる磁界は弱い。
【００４１】
一方、図１３（ｂ）に示す状態では、磁気センサ２００に対向する領域に歯車４１の突起部４１ａが位置している。この場合、磁気センサ１００と歯車４１との間のギャップ長が小さく、図１２に示した抵抗成分Ｒg が小さいので、磁気回路内の磁束密度は高い。すなわち、磁歪材料１に加わる磁界は強い。
【００４２】
なお、歯車４１の突起部４１ａの位置に応じて対応する電圧が発生するメカニズムは、基本的に、第１の実施形態と同じである。したがって、第２の実施形態の磁気センサ２００に発生する電圧をモニタすることにより、歯車４１の回転を検出できる。
次に、第１の実施形態の磁気センサ１００と第２の実施形態の磁気センサ２００を比較する。
【００４３】
磁気センサ１００の磁気回路は、図３に示したように、磁歪材料１の抵抗成分Rm およびギャップの抵抗成分Ｒg が並列に設けられた構成である。ここで、ギャップの抵抗成分Ｒg は、実質的に温度に依存しないが、磁歪材料１の抵抗成分Rm は、温度に依存して変化する。このため、温度変化に起因して磁歪材料１の抵抗成分Rm が変化すると、ギャップ長が一定であっても、磁歪材料１を通過する磁束の密度が変化する。すなわち、磁歪材料１に加わる磁界の強度が変化してしまう。この結果、圧電材料２ａ、２ｂに発生する電圧も変化してしまい、検知対象物１１の位置またはその変位を正確に検知できなくなるおそれがある。
【００４４】
一方、磁気センサ２００の磁気回路は、図１２に示したように、磁歪材料１の抵抗成分Rm およびギャップの抵抗成分Ｒg が直列に設けられた構成である。ここで、磁歪材料１の抵抗成分Rm は、一般に、ギャップの抵抗成分Ｒg と比べて十分に小さい。すなわち、磁気センサ２００の磁気回路においては、ギャップの抵抗成分Ｒg が支配的である。このため、温度変化に起因して磁歪材料１の抵抗成分Rm が変化した場合であっても、磁気回路全体の抵抗成分は殆ど変化することはなく、ギャップ長が一定であれば、磁歪材料１を通過する磁束の密度も実質的に一定である。このように、磁気センサ２００を使用すれば、温度が変化する環境下であっても、温度検知対象物１１の位置またはその変位を正確に検知できる。
【００４５】
図１４は、第１および第２の磁気センサの磁歪材料中の磁束密度を比較する図である。ここで、図１４（ａ）は、第１の磁気センサの磁歪材料中の磁束密度の変化を示し、図１４（ｂ）は、第２の磁気センサの磁歪材料中の磁束密度の変化を示している。
磁歪材料の磁歪は、一般に、磁歪材料中の磁束密度に比例する。また、磁歪材料および圧電材料が互いに接合されている構成では、圧電材料に発生する電圧は、一般に、磁歪材料の磁歪に比例する。そうすると、磁気センサ１００、２００に発生する電圧は、磁歪材料１中の磁束密度に比例するといえる。
【００４６】
他方、磁歪材料の比透磁率は、温度に依存して変化するとともに、磁歪材料および圧電材料の熱膨張係数の差異に起因して磁歪材料に圧縮応力が加わることによっても変化し得る。ここで、一般に、磁歪材料の透磁率が変化すると、それに応じてその磁歪材料中の磁束密度が変化する。したがって、磁気センサ１００、２００に発生する電圧は、磁歪材料中の磁束密度を介して、磁気センサ１００、２００の周囲の温度に依存する。
【００４７】
そこで、図３に示す第１の実施形態の磁気センサ１００および図１２に示す第２の実施形態の磁気センサ２００について、磁歪材料の透磁率をパラメータとしてギャップ長と磁歪材料中の磁束密度との関係について検討する。なお、ここでは、以下のパラメータを使用する。
磁歪材料１のサイズ：８×６ｍｍ（磁化方向）
磁歪材料１の厚さ：１ｍｍ
ギャップ断面積：８×２ｍｍ
磁気センサ１００の永久磁石のサイズ：８×６（磁化方向）×２ｍｍ（ＳｍＣｏ磁石）
磁気センサ２００の永久磁石のサイズ：８×２（磁化方向）×２ｍｍ（ＳｍＣｏ磁石）
磁気センサ１００においては、図１４（ａ）に示すように、磁歪材料の透磁率が変化すると、それに伴って磁歪材料中の磁束密度も大きく変化する。また、このグラフの傾きはギャップ長に対する発生電圧の感度に相当するが、この感度も磁歪材料の透磁率に依存して変化する。このように、磁気センサ１００は、磁歪材料の透磁率の変化（すなわち、温度変化）の影響を受けやすいと考えられる。
【００４８】
一方、磁気センサ２００においては、図１４（ｂ）に示すように、磁歪材料の透磁率が変化しても、磁歪材料中の磁束密度および感度はさほど変化しない。すなわち、磁気センサ２００は、磁歪材料の透磁率の変化（すなわち、温度変化）の影響を受けにくいと考えられる。このように、第２の実施形態によれば、検出精度および感度の温度依存性を抑制できる。
＜第３の実施形態＞
第１および第２の実施形態の磁気センサは、いずれもセンサ自身が永久磁石を備え、その永久磁石に起因する磁気的な作用を利用して検知対象物の位置またはその変位を検知する構成であった。これに対して、第３の実施形態の磁気センサは、永久磁石を構成要素として有していない。
【００４９】
図１５は、第３の実施形態の磁気センサの構成を示す図である。第３の実施形態の磁気センサ３００は、磁歪材料１、圧電材料２ａ、２ｂ、ヨーク４ａ、４ｂから構成されており、永久磁石を有していない。ただし、第３の実施形態は、検知対象物５１に永久磁石５２ａ、５２ｂが取り付けられていることを前提とする。
【００５０】
そして、磁気センサ３００が検知対象物５１の近傍に配置されると、第２の実施形態の磁気センサ２００と同様に、１つの磁束ループが形成される。すなわち、永久磁石５２ａから検知対象物５１を経由して永久磁石５２ｂに至り、さらにヨーク４ｂ、磁歪材料１、ヨーク４ａを経由して永久磁石５２ａに戻る磁束ループが形成されることになる。なお、磁気センサ３００と検知対象物５１との間のギャップ長に対応する電圧が発生する原理は、基本的に、第２の実施形態と同じなので、説明を省略する。
【００５１】
第３の実施形態によれば、磁気センサに永久磁石を設ける必要がないので、磁気センサのさらなる小型化を図ることができる。
なお、第１〜第３の実施形態では、磁歪材料１の両面に圧電材料２ａ、２ｂが接合されているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、磁歪材料１の一方の面のみに圧電材料が接合された構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１の実施形態の磁気センサの斜視図である。
【図２】第１の実施形態の磁気センサの動作原理を説明する図である。
【図３】第１の実施形態の磁気センサの磁気回路の等価回路である。
【図４】（ａ）は、磁気センサの出力回路の例であり、（ｂ）は、測定系の機械的構成の例である。
【図５】ギャップ長の変化と発生電圧との関係を示す図である。
【図６】ギャップ長の変化と磁歪材料の歪との関係を示す図である。
【図７】磁気センサに発生する電圧の周波数特性を示す図である。
【図８】磁気センサの感度のギャップ長依存性を示す図である。
【図９】（ａ）は、磁気センサの具体的な使用例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す実施例における磁気センサの出力を示す図である。
【図１０】図９に示す実施例の作用を説明する図である。
【図１１】第２の実施形態の磁気センサの動作原理を説明する図である。
【図１２】第２の実施形態の磁気センサの磁気回路の等価回路である。
【図１３】第２の実施形態の磁気センサが図９に示す歯車の回転を検出する目的に使用される場合の作用を説明する図である。
【図１４】第１および第２の磁気センサの磁歪材料中の磁束密度を比較する図である。
【図１５】第３の実施形態の磁気センサの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１                磁歪材料（磁歪素子）
２ａ、２ｂ        圧電材料（圧電素子）
３                永久磁石
４ａ、４ｂ        ヨーク（磁性体部材）
５（５ａ、５ｂ）  永久磁石
１１              検知対象物
２１              オペアンプ
３１              励振用アクチュエータ
４１              歯車
４１ａ            突起部
５１              検知対象物
５２ａ、５２ｂ    永久磁石
１００            磁気センサ（第１の実施形態）
２００            磁気センサ（第２の実施形態）
３００            磁気センサ（第３の実施形態）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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