(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの半導体磁気抵抗素子を含む第１の抵抗ブロック、
ＦＥＴと、前記ＦＥＴのゲートとソースとの間に接続される少なくとも１つの半導体磁気抵抗素子を含む第２の抵抗ブロックとで構成される定電流回路、および
前記第１の抵抗ブロックがベースとエミッタとの間に接続され、かつ前記定電流回路がベースとコレクタとの間に接続される増幅用トランジスタを含み、
前記第１の抵抗ブロックまたは前記第２の抵抗ブロックの一方が他方よりも強く磁性体に反応し、かつ外部磁界に対して前記第１の抵抗ブロックおよび前記第２の抵抗ブロックが同程度に反応する、磁性体検出器。
【請求項２】
前記第１の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子および前記第２の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子の少なくとも一方にバイアス磁界を印加する手段を含む、請求項１に記載の磁性体検出器。
【請求項３】
前記第１の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子および前記第２の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子が同じ材料で形成された、請求項１または請求項２に記載の磁性体検出器。
【請求項４】
前記第１の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子および前記第２の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子が同一基板上に形成された、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の磁性体検出器。
【請求項５】
前記第１の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子および前記第２の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子が異なる材料で形成された、請求項１または請求項２に記載の磁性体検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁性体検出器に関し、特に、たとえば半導体磁気抵抗素子を用いてパチンコ玉などの鋼球を検出するために用いられる磁性体検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来の磁性体検出器の一例を示す回路図である。磁性体検出器１は、増幅用トランジスタ２を含む。増幅用トランジスタ２のベースとエミッタとの間には、半導体磁気抵抗素子３が接続される。また、増幅用トランジスタ２のベースとコレクタとの間には、定電流回路４およびチャタリング防止用抵抗５が接続される。定電流回路４は、ＦＥＴ６と抵抗７とを含み、ＦＥＴ６のソースに抵抗７の一端が接続され、ＦＥＴ６のゲートに抵抗７の他端が接続される。さらに、抵抗７の他端は、抵抗５に接続される。また、増幅用トランジスタ２のコレクタおよびＦＥＴ６のドレインは、電源電圧Ｖｉｎに接続される。さらに、増幅用トランジスタ２のエミッタは、出力用の抵抗８に接続される。
【０００３】
この磁性体検出器１では、磁石などによって、半導体磁気抵抗素子３にバイアス磁界が印加される。そして、半導体磁気抵抗素子３に磁性体が近づくと、磁石と磁性体との間の半導体磁気抵抗素子３に磁界が集中して抵抗値が大きくなる。そのため、増幅用トランジスタ２のベース・エミッタ間に印加される電圧が大きくなり、増幅用トランジスタ２から出力用の抵抗９に流れる電流が大きくなって、高い出力電圧が得られる。このように、抵抗９からの出力電圧を測定することにより、磁性体の検出を行うことができる。
【０００４】
この磁性体検出器１では、定電流回路４が接続されているため、電源電圧Ｖｉｎが変動しても、定電流を得ることができる。そのため、電源電圧の変動の影響を受けにくい磁性体検出器とすることができる。このような磁性体検出器１において、ＦＥＴ６に接続される抵抗７として、半導体磁気抵抗素子３の抵抗温度特性に対応した抵抗温度特性を有する抵抗を使用することにより、増幅用トランジスタ２の動作電圧の温度特性に合わせてベース・エミッタ間に印加される電圧の調整を行うことができる。このようにすることにより、広い温度範囲で磁性体の検出を行うことができる磁性体検出器を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような磁性体検出器では、磁性体を検出するための半導体磁気抵抗素子が外部磁界によっても反応してしまう。つまり、半導体磁気抵抗素子に外部磁界が印加されると、その抵抗値が変化し、磁性体検出器が誤動作してしまう。たとえば、磁性体検出器をパチンコ台などに用いて、パチンコ玉を検出する場合、図１３に示すように、パチンコ玉を検出したい場所に磁性体検出器が設置される。しかしながら、ガラスの外側から磁石などによって磁性体検出器に磁界が印加されると、パチンコ玉が通過していないにもかかわらず、パチンコ玉が通過した場合と同様の出力が測定される。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、外部磁界による誤動作を防止することができる磁性体検出器を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、少なくとも１つの半導体磁気抵抗素子を含む第１の抵抗ブロック、ＦＥＴと、このＦＥＴのゲートとソースとの間に接続される少なくとも１つの半導体磁気抵抗素子を含む第２の抵抗ブロックとで構成される定電流回路、および第１の抵抗ブロックがベースとエミッタとの間に接続され、かつ定電流回路がベースとコレクタとの間に接続される増幅用トランジスタを含み、第１の抵抗ブロックまたは第２の抵抗ブロックの一方が他方よりも強く磁性体に反応し、かつ外部磁界に対して第１の抵抗ブロックおよび第２の抵抗ブロックが同程度に反応する、磁性体検出器である。
このような磁性体検出器において、第１の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子および第２の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子の少なくとも一方にバイアス磁界を印加する手段が含まれる。
なお、第１の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子および第２の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子を同じ材料で形成することができる。
さらに、第１の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子および第２の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子を同一基板上に形成することができる。
また、第１の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子および第２の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子を異なる材料で形成してもよい。
【０００８】
第１の抵抗ブロックおよび第２の抵抗ブロックに半導体磁気抵抗素子が含まれることにより、磁性体が近づいたり、外部磁界が印加されることによって、半導体磁気抵抗素子の抵抗値が変化する。このとき、磁性体によって第１の抵抗ブロックまたは第２の抵抗ブロックの一方が他方よりも強く反応することにより、増幅用トランジスタのベース・エミッタ間に印加される電圧が変化し、増幅用トランジスタの出力が変化する。ただし、外部磁界に対しては、第１の抵抗ブロックおよび第２の抵抗ブロックが同程度に反応するため、増幅用トランジスタのベース・エミッタ間に印加される電圧の変化が抑えられ、増幅用トランジスタからの出力がほとんど変わらない。
このような磁性体検出器において、第１の抵抗ブロックまたは第２の抵抗ブロックの一方にバイアス磁界を印加した場合、バイアス磁界を印加したほうの半導体磁気抵抗素子については、磁性体によって半導体磁気抵抗素子に印加される磁界の強さが変わり、バイアス磁界が印加されていない半導体磁気抵抗素子については、磁性体によってほとんど磁界の強さが変わらない。しかしながら、外部磁界によっては、両方の半導体磁気抵抗素子に印加される磁界の強さは同程度に変化する。
さらに、両方の半導体磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加した場合、磁性体の通過する近傍に一方の半導体磁気抵抗素子を配置することにより、磁性体によって、他方の半導体磁気抵抗素子よりも磁界の強さを大きく変化させることができる。
なお、２つの半導体磁気抵抗素子は、同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。
２つの半導体磁気抵抗素子を同じ材料で形成する場合、これらを同一基板上に形成することができる。
【０００９】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の磁性体検出器の一例を示す回路図である。磁性体検出器１０は、たとえばＮＰＮ型の増幅用トランジスタ１２を含む。増幅用トランジスタ１２のベースとエミッタとの間には、第１の抵抗ブロック１４が接続される。また、増幅用トランジスタ１２のコレクタとベースとの間には、定電流回路１６とチャタリング防止用の抵抗１８との直列回路が接続される。定電流回路１６は、ＦＥＴ２０と第２の抵抗ブロック２２とで構成される。第２の抵抗ブロック２２の一端がＦＥＴ２０のソースに接続され、第２の抵抗ブロック２２の他端がＦＥＴ２０のゲートに接続される。さらに、第２の抵抗ブロック２２の他端が、チャタリング防止用の抵抗１８に接続されている。また、増幅用トランジスタ１２のコレクタおよびＦＥＴ２０のドレインは、電源電圧Ｖｉｎに接続される。また、増幅用トランジスタ１２のエミッタは、第１の抵抗ブロック１４に接続されるとともに、出力用の抵抗２４を介して接地される。
【００１１】
第１の抵抗ブロック１４および第２の抵抗ブロック２２は、それぞれ少なくとも１つの半導体磁気抵抗素子を含む。これらの半導体磁気抵抗素子としては、たとえば同じ材料で形成されたものが使用される。これらの第１の抵抗ブロック１４および第２の抵抗ブロック２２は、半導体磁気抵抗素子のみで構成されていてもよく、他の抵抗と組合されて構成されていてもよい。これらの第１の抵抗ブロック１４および第２の抵抗ブロック２２には、たとえば磁石などによってバイアス磁界が印加される。
【００１２】
この磁性体検出器１０は、たとえばパチンコ玉などの鋼球検出装置などとして用いられる。鋼球検出装置３０は、図２に示すように、貫通孔３２が形成された基板３４を含み、貫通孔３２に隣接してケース部３６が形成される。このケース部３６には、貫通孔３２に対向する部分に第１の抵抗ブロック１４が配置される。さらに、第１の抵抗ブロック１４に接するように磁石３８が配置され、第１の抵抗ブロック１４内の半導体磁気抵抗素子に直流磁界が印加される。したがって、貫通孔３２を鋼球４０が通過するとき、第１の抵抗ブロック１４部分において磁界が集中し、半導体磁気抵抗素子の抵抗値が変わる。
【００１３】
この磁性体検出器１０では、定電流回路１６によって、電源電圧Ｖｉｎが変動しても、定電流を得ることができる。つまり、電源電圧Ｖｉｎが上昇すると、第２の抵抗ブロック２２に流れる電流が大きくなり、ＦＥＴ２０のゲートに入力される電圧が高くなる。そのため、ＦＥＴ２０のドレインとソース間の抵抗値が大きくなり、ここに流れる電流が抑えられる。逆に、電源電圧Ｖｉｎが低くなると、ＦＥＴ２０のドレインとソース間の抵抗値が小さくなり、ここに流れる電流が大きくなる。このようにして、定電流回路１６からは、電源電圧Ｖｉｎの変動にかかわらず、一定の電流が供給される。したがって、増幅用トランジスタ１２のベース・エミッタ間には、電源電圧の変動にかかわらず、一定の電圧が与えられる。なお、ＦＥＴ２０のゲートと増幅用トランジスタ１２のベースとが短絡していると、増幅用トランジスタ１２のスイッチング動作が速くなりすぎ、第１の抵抗ブロック１４の抵抗値のチャタリングに応じて出力電圧もチャタリングをおこしてしまう。そのため、チャタリング防止用の抵抗１８を用いることにより、増幅用トランジスタ１２のスイッチング動作を遅くしている。また、第１の抵抗ブロック１４および第２の抵抗ブロック２２に用いられる半導体磁気抵抗素子は同じ材料で形成されているため、これらは同じ抵抗温度特性を有しており、温度変化による影響が少なく、広い温度範囲で動作可能である。
【００１４】
このような磁性体検出器１０において、半導体磁気抵抗素子の感度のギャップ特性について、検出対象物である磁性体を検出する場合が図３に示され、磁力の強い磁石を検出する場合が図４に示される。これらの特性から、半導体磁気抵抗素子の感度は、磁性体を検出する場合より、磁力が強い磁石を検出する場合のほうが大きい値を示すことがわかる。また、感度の大きさは、ギャップが広くなると小さくなっていることがわかる。
【００１５】
この磁性体検出器１０では、第１の抵抗ブロック１４が磁性体に対して強く反応し、外部磁界に対しては第１の抵抗ブロック１４および第２の抵抗ブロック２２が同程度に反応するように形成される。たとえば、鋼球検出装置３０の場合、図５に示すように、鋼球４０を検出する位置に第１の抵抗ブロック１４が配置され、第２の抵抗ブロック２２は、第１の抵抗ブロック１４から少し離れた位置に配置される。
【００１６】
このような鋼球検出装置３０では、鋼球４０が第１の抵抗ブロック１４の近傍を通過したとき、第１の抵抗ブロック１４にバイアス磁界が集中し、第１の抵抗ブロック１４に含まれる半導体磁気抵抗素子２６の抵抗値が大きくなる。そのため、第１の抵抗ブロック１４の抵抗値が大きくなり、増幅用トランジスタ１２のベース・エミッタ間に印加される電圧が高くなって、図６の実線に示すように、増幅用トランジスタ１２から出力用の抵抗２４に流れる電流が大きくなる。そのため、抵抗２４から得られる出力電圧が高くなって、鋼球４０の通過を検出することができる。
【００１７】
また、外部から磁石が接近した場合、磁石による磁界が第１の抵抗ブロック１４および第２の抵抗ブロック２２の両方に印加され、これらの抵抗ブロック１４，２２に含まれる半導体磁気抵抗素子２６，２８の抵抗値が同時に増加する。ＦＥＴ２０を用いた定電流回路１６の抵抗値と電流値との関係においては、図７に示すように、抵抗値が大きくなると電流値が減少する関係にある。そのため、電流値と第１の抵抗ブロック１４の抵抗値との積で求められる増幅用トランジスタ１２のベース電位の変化が小さくなり、増幅用トランジスタ１２の誤動作を防止することができる。
【００１８】
図８は、従来の磁性体検出器とこの発明の磁性体検出器１０について、磁石が近づいたときの出力電圧を示す図である。図８において、２つの点線は、それぞれ、従来の磁性体検出器と本発明の磁性体検出器について、磁石が近づいていないときの待機時の出力電圧を示している。図８から、従来の磁性体検出器では、外部から磁石を近づけることによって出力電圧が増加しているが、この発明の磁性体検出器１０では、出力電圧がほとんど変化していないことがわかる。このように、この発明の磁性体検出器１０では、磁性体は検出されるが、外部磁界によっては出力が変化しない。
【００１９】
なお、第１の抵抗ブロック１４と第２の抵抗ブロック２２の配置としては、図９に示すように、互いに隣接して配置されていてもよい。この場合、鋼球４０の検出位置に第１の抵抗ブロック１４の半導体磁気抵抗素子２６が配置され、鋼球４０が通過する際に第１の抵抗ブロック１４にバイアス磁界が集中しやすいように配置される。ここでは、第１の抵抗ブロック１４に含まれる半導体磁気抵抗素子の感磁面と第２の抵抗ブロック２２に含まれる反動体磁気抵抗素子２８の感磁面とが逆向きに配置されている。
【００２０】
また、第１の抵抗ブロック１４および第２の抵抗ブロック２２に含まれる半導体磁気抵抗素子２６，２８を同一のチップに形成してもよい。この場合、図１０に示すように、第１の抵抗ブロック１４に含まれる半導体磁気抵抗素子２６が、鋼球４０の検出部に配置される。ここでは、第１の抵抗ブロック１４に含まれる半導体磁気抵抗素子２６の感磁面と第２の抵抗ブロック２２に含まれる半導体磁気抵抗素子２８の感磁面とが同じ向きに配置されているが、このような場合においても、第１の抵抗ブロック１４に含まれる半導体磁気抵抗素子２６が鋼球４０の検出部に配置されていればよい。さらに、図１１に示すように、同一の基板の表裏に第１の抵抗ブロック１４および第２の抵抗ブロック２２に含まれる反動体磁気抵抗素子２６，２８が形成されてもよい。この場合、鋼球４０検出側に第１の抵抗ブロック１４に含まれる半導体磁気抵抗素子２６の感磁面が配置される。
【００２１】
このような磁性体検出器１０において、第１の抵抗ブロック１４にのみバイアス磁界を印加するようにしてもよい。この場合、鋼球４０が第１の抵抗ブロック１４の近傍を通過したとき、第１の抵抗ブロック１４にバイアス磁界が集中し、第１の抵抗ブロック１４に含まれる半導体磁気抵抗素子２６の抵抗値が増加して、出力電圧が高くなる。しかしながら、第２の抵抗ブロック２２の近傍を鋼球４０が通過しても、第２の抵抗ブロック２２に含まれる半導体磁気抵抗素子２８の抵抗値は変化せず、出力電圧は変化しない。また、外部磁界が印加されると、第１の抵抗ブロック１４および第２の抵抗ブロック２２に含まれる半導体磁気抵抗素子２６，２８の抵抗値は両方とも増加し、出力電圧は変化しない。
【００２２】
また、図５および図９〜図１１に示す磁性体検出器１０の配置において、各図の半導体磁気抵抗素子２６，２８の位置関係を逆にして、第２の抵抗ブロック２２に含まれる半導体磁気抵抗素子２８を鋼球４０の検出部に配置してもよい。ここで、第１の抵抗ブロック１４および第２の抵抗ブロック２２の両方にバイアス磁界が印加されている。このような磁性体検出器１０では、第２の抵抗ブロック２２に鋼球４０が近づくと、第２の抵抗ブロック２２に含まれる半導体磁気抵抗素子２８の抵抗値が増加する。そのため、定電流回路１６の電流値が小さくなり、第１の抵抗ブロック１４の抵抗値と電流値との積で示される増幅用トランジスタ１２のベース電位が低くなり、増幅用トランジスタ１２から出力用の抵抗２４に流れる電流が小さくなる。そのため、抵抗２４から得られる出力電圧が低くなり、図６の点線に示すように、鋼球４０を検出したときに出力電圧が低くなるような波形が得られる。
【００２３】
もちろん、このような磁性体検出器１０においても、第１の抵抗ブロック１４および第２の抵抗ブロック２２の両方が外部磁界に対して同程度に反応するように配置することにより、外部磁界による影響を受けず、磁性体のみに反応して出力電圧を変化させることができる。
【００２４】
また、このような磁性体検出器１０において、第２の抵抗ブロック２２にのみバイアス磁界を印加することによっても、磁性体のみを検出し、外部磁界による影響を受けないようにすることができる。
【００２５】
なお、第１の抵抗ブロック１４および第２の抵抗ブロック２２に用いられる半導体磁気抵抗素子２６，２８としては、異なる材料で形成されたものを用いてもよい。このような場合においても、第１の抵抗ブロック１４および第２の抵抗ブロック２２の一方を磁性体に強く反応するようにし、両方を外部磁界に対して同程度に反応するようにしておくことにより、磁性体を検出することができ、かつ外部磁界に影響されない磁性体検出器１０を得ることができる。
【００２６】
なお、図１に示す磁性体検出器１０では、ＮＰＮ型の増幅用トランジスタ１２とＮチャネルのＦＥＴ２０を用いた例について説明したが、ＰＮＰ型の増幅用トランジスタとＰチャネルのＦＥＴを用いても同様の効果を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、外部磁界による誤動作を防止することができ、かつ磁性体を検出することができる磁性体検出器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の磁性体検出器の一例を示す回路図である。
【図２】図１に示す磁性体検出器を鋼球検出装置に応用した例を示す図解図である。
【図３】図１に示す磁性体検出器において、磁性体を検出するときのギャップと感度との関係を示すグラフである。
【図４】図１に示す磁性体検出器において、磁石を検出するときのギャップと感度との関係を示すグラフである。
【図５】鋼球検出装置の２つの半導体磁気抵抗素子と鋼球との位置関係の一例を示す図解図である。
【図６】磁性体検出器の出力電圧を示す波形図である。
【図７】定電流回路に用いられる抵抗と定電流回路の電流との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の磁性体検出器と従来の磁性体検出器について、磁石が近づいたときの出力電圧を示す図である。
【図９】鋼球検出装置の２つの半導体磁気抵抗素子と鋼球との位置関係の他の例を示す図解図である。
【図１０】鋼球検出装置の２つの半導体磁気抵抗素子と鋼球との位置関係のさらに他の例を示す図解図である。
【図１１】鋼球検出装置の２つの半導体磁気抵抗素子と鋼球との位置関係の別の例を示す図解図である。
【図１２】従来の磁性体検出器の一例を示す回路図である。
【図１３】磁性体検出器をパチンコ台に取り付けた状態を示す図解図である。
【符号の説明】
１０  磁性体検出器
１２  増幅用トランジスタ
１６  定電流回路
１８  チャタリング防止用抵抗
２０  ＦＥＴ
２２  第２の抵抗ブロック
２４  出力用抵抗
２６  第１の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子
２８  第２の抵抗ブロックに用いられる半導体磁気抵抗素子
３０  鋼球検出装置
３８  磁石
４０  鋼球
【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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