(57)【要約】【課題】小型化が可能となる磁性体球の位置検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】磁性体球１と、この磁性体球１を収容する内部空間３を有し、かつ磁性体球１が転動可能な内壁２ａを有するハウジング２と、内部空間３の外側に設けられ、かつハウジング２における直近の内壁２ａと平行な方向に磁気を印加する磁石５と、この磁石５の近傍に位置して前記内壁２ａと反対側の位置に設けられ、かつ磁石５からの磁気を検出する磁気検出器４とを備えて磁性体球１の位置を検出するようにしたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体球と、この磁性体球を収容する内部空間を有し、かつ前記磁性体球が転動可能な内壁を有する容器と、前記内部空間の外側に設けられ、かつ前記容器における直近の内壁と平行な方向に磁気を印加する磁石と、この磁石の近傍に位置して前記内壁と反対側の位置に設けられ、かつ前記磁石からの磁気を検出する磁気検出器とを備えた磁性体球の位置検出装置。
【請求項２】
磁気検出器を基板上に形成された磁気抵抗素子で構成とするとともに、磁石を前記磁気抵抗素子上に絶縁層を介して形成された薄膜磁石で構成した請求項１記載の磁性体球の位置検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の磁性体球の位置検出装置を含んだ縦横検知センサであって、容器における内部空間を、同一平面内における９０°間隔の４方向へ広がる４つの検知空間と、この４つの検知空間を含む平面と垂直な方向に位置するとともに互いに対向する２つの側面内壁とを備えた形状に構成するとともに、磁石および磁気検出器を前記４つの検知空間の外側にそれぞれ設け、かつ前記磁気検出器によって前記４つの検出空間のうち、磁性体球が自重によって入り込んだ検知空間を検知することにより、この検知空間が他の３つの検知空間より下方にあることを検知する縦横検知センサ。
【請求項４】
磁石を４つの検知空間の外側にそれぞれ設けるのに代え、前記４つの検知空間に磁気を及ぼすような磁石を１つ設けて構成した請求項３記載の縦横検知センサ。
【請求項５】
磁気検出器を基板上に形成された磁気抵抗素子で構成するとともに、磁石を前記磁気抵抗素子上に絶縁層を介して形成された薄膜磁石で構成した請求項３または４記載の縦横検知センサ。
【請求項６】
容器を、基板と、磁性体球を収容可能な凹部を有し、かつ前記基板を覆うように非磁性材料で構成したハウジングとで構成するとともに、前記容器における内壁の一部を前記基板上に形成された磁気抵抗素子を覆う保護膜で構成した請求項５記載の縦横検知センサ。
【請求項７】
ハウジングを、導電材料を含んだ樹脂材料、または導電性を有する金属材料で形成するとともに、このハウジングをグランドと電気的に接続した請求項６記載の縦横検知センサ。
【請求項８】
２つの側面内壁を、中央部にくぼみを有する形状に構成した請求項３〜７のいずれかに記載の縦横検知センサ。
【請求項９】
４つの検知空間のうち、任意の検知空間とこの検知空間と隣接する検知空間との間に位置する内壁を、凸状の突起を有する形状に構成した請求項３〜８のいずれかに記載の縦横検知センサ。
【請求項１０】
磁性体球を、比初期透磁率が５０００以上、保磁力が１５Ａ／ｍ以下となるように構成した請求項３〜９のいずれかに記載の縦横検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として各種電子機器の姿勢を検知して機器の制御を行う各種アプリケーションに利用される磁性体球の位置検出装置およびこれを用いた縦横検知センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器等の縦横の姿勢を検知するセンサは、縦横検知センサや姿勢センサ等と呼ばれている。このようなセンサにおいて、磁性体球が自重により移動することを利用し、そして磁石による磁気は磁性体球の位置により変化するため、この磁気を磁気検出器で検出することによって磁性体の位置を検出し、これにより電子機器等の姿勢を検知する方式が知られている。
【０００３】
このようなセンサにおいて、傾斜センサの技術としては、椀状の転動面に磁性体球を配置し、そしてこの転動面に磁気を略垂直に印加するようにした技術が知られている。そして、このような技術の中で、磁気検出器を４つ設けた技術も知られている（特許文献１参照）。また、磁性体球から近い順に磁石、磁気検出器を配置した技術も知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
また、同じく傾斜センサの技術であるが、磁石の下側に磁性体球を磁力により吊り下げた構造にし、磁性体球から近い順に磁石、磁気検出器を配置し、かつ磁気検出器を４つ設けた技術も知られている（特許文献３参照）。
【０００５】
さらに、電子機器の縦置き、横置きを検知する姿勢センサとして、検出すべき縦方向、または横方向の一方向の転動面にくぼみを形成した技術も知られている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００３−２８７４２１号公報
【特許文献２】特開平１１−２３２６７号公報
【特許文献３】特開２００２−２７７２４３号公報
【特許文献４】特開２００１−３０４８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の磁性体球の位置検出装置や、縦横検知センサ等は、磁石が、転動面に対し略垂直方向に磁気を印加しているため、磁性体球に影響を及ぼす磁界が強く、また磁石から十分離れた位置にある磁性体球の位置変化に対しても、磁気検出器が磁気の変化を検出するため、これを検知することが可能になるという利点がある反面、磁石からの磁気により磁性体球が磁石側へ引っ張られてしまうという側面があった。
【０００７】
特に、小型化を進めると、磁性体球も小型になり軽量になるが、磁性体球は自重で移動するため、磁石からの磁界が強いと磁性体球の移動に悪影響を及ぼしてしまう。このため、磁性体球の位置検出装置や、縦横検知センサ等を小型にすることは困難であった。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、小型化が可能となる磁性体球の位置検出装置およびこれを用いた縦横検知センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１０】
本発明の請求項１に記載の発明は、磁性体球と、この磁性体球を収容する内部空間を有し、かつ前記磁性体球が転動可能な内壁を有する容器と、前記内部空間の外側に設けられ、かつ前記容器における直近の内壁と平行な方向に磁気を印加する磁石と、この磁石の近傍に位置して前記内壁と反対側の位置に設けられ、かつ前記磁石からの磁気を検出する磁気検出器とを備えたもので、この構成によれば、磁性体球が転動可能な内壁を有する容器における直近の内壁と平行な方向に磁石の磁気を印加し、かつ容器の内壁から磁石、磁気検出器の順に配置しているため、磁石の磁気を弱くすることができ、これにより、磁性体球へ与える影響を減少させることができるため、磁性体球の小型軽量化が可能となり、装置全体の小型化が可能になるという作用効果を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、磁気検出器を基板上に形成された磁気抵抗素子で構成するとともに、磁石を前記磁気抵抗素子上に絶縁層を介して形成された薄膜磁石で構成したもので、この構成によれば、基板上に磁気抵抗素子と薄膜磁石を一体化して形成する構成としているため、磁気抵抗素子の特性のばらつきを減少させることができるという作用効果を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１記載の磁性体球の位置検出装置を含んだ縦横検知センサであって、容器における内部空間を、同一平面内における９０°間隔の４方向へ広がる４つの検知空間と、この４つの検知空間を含む平面と垂直な方向に位置するとともに互いに対向する２つの側面内壁とを備えた形状に構成するとともに、磁石および磁気検出器を前記４つの検知空間の外側にそれぞれ設け、かつ前記磁気検出器によって前記４つの検出空間のうち、磁性体球が自重によって入り込んだ検知空間を検知することにより、この検知空間が他の３つの検知空間より下方にあることを検知するようにしたもので、この構成によれば、装置全体の小型化が可能になるという作用効果を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は、特に、磁石を４つの検知空間の外側にそれぞれ設けるのに代え、前記４つの検知空間に磁気を及ぼすような磁石を１つ設けて構成したもので、この構成によれば、４つの検知空間に磁気を及ぼすような磁石を１つ設けて構成しているため、４つの磁石を配置する場合に比べて、製造時の手間が簡単になり、また、磁石を薄膜で形成する場合には、マスクの形状を簡単にすることができるため、コストダウンを図ることができるという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の発明は、特に、磁気検出器を基板上に形成された磁気抵抗素子で構成するとともに、磁石を前記磁気抵抗素子上に絶縁層を介して形成された薄膜磁石で構成したもので、この構成によれば、基板上に磁気抵抗素子と薄膜磁石を一体化して形成する構成としているため、磁気抵抗素子の特性ばらつきを減少させることができるという作用効果を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項６に記載の発明は、特に、容器を、基板と、磁性体球を収容可能な凹部を有し、かつ前記基板を覆うように非磁性材料で構成したハウジングとで構成するとともに、前記容器における内壁の一部を前記基板上に形成された磁気抵抗素子を覆う保護膜で構成したもので、この構成によれば、磁気抵抗素子上に絶縁層を介して形成された薄膜磁石を容器の内壁へより近づけることができるため、薄膜磁石の磁気を弱くすることができるという作用効果を有するものである。
【００１６】
本発明の請求項７に記載の発明は、特に、ハウジングを、導電材料を含んだ樹脂材料、または導電性を有する金属材料で形成するとともに、このハウジングをグランドと電気的に接続したもので、この構成によれば、ハウジングの帯電を防止することができるため、これに起因する縦横検知センサの誤動作を防ぐことができるという作用効果を有するものである。
【００１７】
本発明の請求項８に記載の発明は、特に、２つの側面内壁を、中央部にくぼみを有する形状に構成したもので、この構成によれば、縦横検知センサが縦置きでもなく、横置きでもない寝かせた状態、または寝かせた状態を１８０°回転させて引っくり返した状態であっても、誤検出を防ぐことができるとともに、安定した検出を行うことができるという作用効果を有するものである。
【００１８】
本発明の請求項９に記載の発明は、特に、４つの検知空間のうち、任意の検知空間とこの検知空間と隣接する検知空間との間に位置する内壁を、凸状の突起を有する形状に構成したもので、この構成によれば、凸状の突起を形成しているため、縦または横状態にある縦横検知センサを時計回りに回転させたときと、反時計回りに回転させたときの磁性体球の動きにヒステリシスを持たせることができ、これにより、検出結果におけるいわゆるチャタリングを防止することができるという作用効果を有するものである。
【００１９】
本発明の請求項１０に記載の発明は、特に、磁性体球を、比初期透磁率が５０００以上、保磁力が１５Ａ／ｍ以下となるように構成したもので、この構成によれば、比初期透磁率が５０００以上となるように構成しているため、磁気が弱い磁石を用いても検出が可能となり、また保持力は１５Ａ／ｍ以下となるように構成しているため、磁性体球が帯磁し難くなり、これにより、誤検出を防止することができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように本発明の磁性体球の位置検出装置は、磁性体球と、この磁性体球を収容する内部空間を有し、かつ前記磁性体球が転動可能な内壁を有する容器と、前記内部空間の外側に設けられ、かつ前記容器における直近の内壁と平行な方向に磁気を印加する磁石と、この磁石の近傍に位置して前記内壁と反対側の位置に設けられ、かつ前記磁石からの磁気を検出する磁気検出器とを備えているため、装置全体の小型化が可能になるという優れた効果を奏するものである。
【００２１】
また、本発明の縦横検知センサは、請求項１記載の磁性体球の位置検出装置を含んだ縦横検知センサであって、容器における内部空間を、同一平面内における９０°間隔の４方向へ広がる４つの検知空間と、この４つの検知空間を含む平面と垂直な方向に位置するとともに互いに対向する２つの側面内壁とを備えた形状に構成するとともに、磁石および磁気検出器を前記４つの検知空間の外側にそれぞれ設け、かつ前記磁気検出器によって前記４つの検出空間のうち、磁性体球が自重によって入り込んだ検知空間を検知することにより、この検知空間が他の３つの検知空間より下方にあることを検知するようにしているため、装置全体の小型化が可能になる縦横検知センサを提供することができるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１，２に記載の発明について説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施の形態１における磁性体球の位置検出装置の正面断面図、図２は同位置検出装置の動作原理図、図３は同位置検出装置における磁性体球の位置と磁気抵抗素子の抵抗値の関係を示す図、図４は同位置検出装置の主要部の正面断面図である。
【００２４】
図１〜図４において、１は磁性体球で、この磁性体球１はＦｅ系合金で構成されているもので、特に透磁率が高く、かつ保磁力が低いパーマロイにより構成されている。２は磁性体球１を内部に転動可能に収容するハウジングで、このハウジング２は非磁性体材料により構成されている。特に、このハウジング２を、カーボン等の導電性材料を含んだ液晶ポリマーやポリアミド等の樹脂材料により構成した場合は、耐熱性に優れ、かつ面実装部品としてリフロー対応が可能なものが得られるという効果を得ることができる。またポリアミドは安価であるため、経済性においても優れているものである。２ａはハウジング２の内壁で、前記磁性体球１はこの内壁２ａを転がるか、または滑って移動する。３は前記ハウジング２の内部空間で、この内部空間３に前記磁性体球１が収容されている。
【００２５】
４はＮｉＣｏ，ＮｉＦｅ等からなる強磁性薄膜を複数折り返してなるパターンに形成されている磁気抵抗素子（磁気検出器）で、この磁気抵抗素子４は磁界が垂直に印加された時に抵抗値変化率が最大となって抵抗値が低下するものである。強磁性薄膜を複数折り返してなる磁気抵抗素子４のパターンの具体的な形状は、後述する図８に記載しているものと同様である。５は磁気を印加する薄膜磁石（磁石）で、この薄膜磁石５は直近の内壁２ａと平行な方向に磁気を印加しているものであり、そしてこの薄膜磁石５は磁界の向きが着磁によって設定されるＣｏＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金、フェライト等の材料により構成されている。ここで、薄膜磁石５からの磁気の印加方向は、磁気抵抗素子４のパターンの長手方向と９０°の角度をなすようにしている。この場合、９０°の角度にすると磁気抵抗素子４の抵抗値の変化を大きくすることができるため、好ましいが、実用上は４５°程度であっても構わない。
【００２６】
６はアルミナ等の絶縁性を有する材料からなる矩形状の基板で、この基板６は前記ハウジング２とにより容器２ｂを構成している。６ａは基板６の表面に形成されたガラスグレーズ層で、このガラスグレーズ層６ａを形成することにより平滑な表面が得られるため、基板６への電気回路の形成が容易となるものである。７は磁気抵抗素子４上に形成された絶縁層で、この絶縁層７はＳｉＯ2、アルミナ、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の材料により構成されている。また、この絶縁層７の上面には薄膜磁石５が形成されるが、この薄膜磁石５をＣｏＰｔ合金で形成した場合に、絶縁層７にＳｉＯ2を用いると、安価であるとともに、薄膜磁石５との密着性が良くなるため、耐湿度性等の信頼性が向上するものである。８は薄膜磁石５上に形成されたＳｉＯ2、アルミナ、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の材料からなる保護膜で、この保護膜８をフィラ含有のエポキシ樹脂で構成した場合は、密着性が優れているとともに、耐磨耗性、耐湿度性も優れているもので、磁気抵抗素子４および薄膜磁石５の信頼性が向上するものである。なお、この保護膜８は内壁２ａの一部を構成しているものである。
【００２７】
また、図１、図２においては、図面を見やすくするために、ガラスグレーズ層６ａ、絶縁層７、保護膜８を省略している。
【００２８】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における磁性体球の位置検出装置について、以下その動作原理について説明する。
【００２９】
図１に示すように、磁気抵抗素子４の上部に磁性体球１がない場合には、磁気抵抗素子４の上部にある薄膜磁石５から上下に磁力線が回っているため、下側に回っている磁力線の一部が磁気抵抗素子４を貫き、磁気抵抗素子４に磁気を印加している。これにより、磁気抵抗素子４の抵抗値は低い値を示す。
【００３０】
一方、図２に示すように、磁気抵抗素子４の上部に磁性体球１が近づいた場合には、磁気抵抗素子４の上部にある薄膜磁石５からの磁力線が磁性体球１に吸い寄せられるようになって、薄膜磁石５の上側に磁力線が集まるため、薄膜磁石５の下側を回る磁力線は減少する。これにより、磁気抵抗素子４を貫く磁力線も減少するため、磁気抵抗素子４の抵抗値は高い値を示す。
【００３１】
このように、磁気抵抗素子４の近傍の位置に磁性体球１が存在するときには、磁気抵抗素子４の抵抗値が高くなり、一方、磁気抵抗素子４の近傍の位置に磁性体球１が存在しないときには、磁気抵抗素子４の抵抗値が低くなるため、磁気抵抗素子４の抵抗値を検知することにより、磁性体球１が磁気抵抗素子４の近傍の位置に存在するか、しないかの検出をすることができる。
【００３２】
上記したように本発明の実施の形態１における磁性体球の位置検出装置は、薄膜磁石５からの磁気を直近の内壁２ａと平行な方向に印加するようにしているため、磁性体球１の移動に悪影響を与えるのを防止することができるものである。これについて説明を加えると、磁気を垂直に印加する場合には、第１に、磁石と内壁との間に磁気検出器を配置する必要がある。なぜならば、仮に内壁と磁気検出器との間に磁石を配置した場合、言い換えると、磁石の一方の磁極を内壁側に、かつ他方の磁極を磁気検出器側に配置すると、磁性体球の位置が変化しても、内壁と反対側の磁極からの磁気は殆ど影響を受けないため、磁気検出器での検出する磁気は殆ど変わらないからである。また、磁気を垂直に印加する場合には、第２に、磁石と内壁との間を離す必要がある。なぜならば、磁石と内壁との間に磁気検出器を配置した状態で、磁石と内壁との間隔を狭めると磁石と磁気検出器との間隔も狭まることになる。この場合、磁気検出器は磁力線が発せられる磁極の近くに位置することになるため、磁性体球が近づいても、あるいは磁性体球が離れた場所にあっても、この磁極から発せられる磁力線の多くが磁気検出器を貫くこととなってしまい、その結果、磁性体球の位置変化によって磁気検出器が受ける磁気の変化は少なくなってしまう。このため、磁気検出器は、磁石からある程度の間隔を空けて配置する必要があり、結局は、磁石と内壁との間隔を離す必要がある。このように、磁石と内壁との間隔を離すと、当然の事ながら磁石の磁気を強くする必要がある。この場合、最も磁性体球が磁石に近づいた場合であっても、両者の距離はある程度離れたものになるため、磁性体球が少々離れても、磁石が磁性体球を引き寄せる力の減少は少ない。よって、磁性体球は、磁石からの磁力によって、その移動に影響を受けてしまうのである。
【００３３】
このように、本発明の実施の形態１における磁性体球の位置検出装置は、磁性体球１が軽量化されても磁性体球１の自重による移動が妨げられることはないため、装置の小型化が可能となるものである。
【００３４】
また、磁性体球１が接する内壁２ａに近い方から、薄膜磁石５、磁気抵抗素子４の順に配置しているため、磁性体球１と薄膜磁石５との間を近くすることができ、その分、薄膜磁石５の磁気を弱くしても磁性体球１が近傍に来た場合の検出が可能となる。磁石による磁性体を引きつける力は、距離の２乗に反比例するので、薄膜磁石５の磁気を弱くすることにより、薄膜磁石５から離れた位置での磁気を十分小さくすることができ、この点からも磁性体球１の移動に悪影響を与えるのを防止することができるものである。
【００３５】
そしてまた、磁気抵抗素子４、薄膜磁石５を薄膜で形成しているため、装置全体の小型化、薄型化が可能となるものである。
【００３６】
さらに、基板６に磁気抵抗素子４と薄膜磁石５とを一体的に形成しているため、個体差による磁気抵抗素子４と薄膜磁石５の位置関係のばらつきも少なくして精度良く保つことができ、これにより、薄膜磁石５から磁気抵抗素子４へ印加される磁気のばらつきを減少させることができるため、印加される磁気と抵抗値変化率との関係であるＭＲ特性のばらつきも減少させることができるものである。
【００３７】
さらにまた、保護膜８の一部が内壁２ａを兼ねているため、別個に内壁２ａを設けている場合に比べ、薄膜磁石５を内壁２ａへ近づけることが可能となるものである。そして薄膜磁石５を内壁２ａへ近づけたことによる効果は上述した通りである。
【００３８】
また、磁性体球１はパーマロイで構成しているため、磁性体球１の比初期透磁率を５０００以上、保持力を１５Ａ／ｍ以下にすることができ、これにより、磁気が磁性体球１を貫き易くなるため、薄膜磁石５の磁気を弱くすることができ、かつ帯磁し難い磁性体球１を得ることができるため、誤動作の防止を図ることができる。
【００３９】
なお、上記磁性体球１に、ポリテトラフルオロエチレン等を含有した潤滑めっきを施しておけば、摩擦係数が低くなって、磁性体球１の転動がスムーズになるとともに、耐磨耗性が高く、かつ耐食性も優れているため、磁性体球１が錆びることも無く、信頼性を向上させることができるものである。
【００４０】
また、ハウジング２を、カーボン等の導電性材料を含んだ樹脂材料、または導電性を有する金属材料で形成するとともに、このハウジング２をグランドと電気的に接続すれば、ハウジング２の帯電を防止することができ、これにより、磁性体球１の位置検出装置の誤動作を防止することができるものである。
【００４１】
そしてまた、上記本発明の実施の形態１においては、磁気抵抗素子４として、強磁性体膜からなるＭＲ素子を用いているが、人工格子多層膜からなるＧＭＲ素子を用いた場合でも、上記本発明の実施の形態１と同様の効果を得ることができるものである。
【００４２】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施の形態１における磁性体球の位置検出装置は、様々な技術に導入することが可能であり、例えば後述する縦横検知センサの他に姿勢センサ、傾斜センサ等へも適用することができる。また、後述する縦横検知センサは、４姿勢を検出するものであるが、２姿勢、３姿勢、さらには５姿勢を検知する姿勢センサに対しても、本発明の実施の形態１における磁性体球の位置検出装置は適用可能なものである。
【００４３】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項３〜１０に記載の発明について説明する。本発明の実施の形態２における縦横検知センサは、上記した本発明の実施の形態１における磁性体球の位置検出装置を利用したものである。
【００４４】
図５は本発明の実施の形態２における縦横検知センサの仰向け置き時の正面断面図、図６は同縦横検知センサの縦置き時の上面断面図、図７は同縦横検知センサの主要部の電気回路図、図８は同縦横検知センサの主要部の平面図、図９、図１０は同縦横検知センサの動作原理図、図１１は同縦横検知センサの姿勢と出力の関係を示す図、図１２は同縦横検知センサの電気処理回路図、図１３は同縦横検知センサの判定論理図である。
【００４５】
ここでは、図５に示す紙面上方を実際の鉛直上方としたときの縦横検知センサの姿勢を「仰向け置き」と呼び、そして図６に示す紙面上方を実際の鉛直上方としたときの縦横検知センサの姿勢を「縦置き」と呼ぶことにする。
【００４６】
図５〜図１０および図１２において、１１は磁性体球で、この磁性体球１１は上記した本発明の実施の形態１における磁性体球１と同様の構成からなるものである。１２は非磁性体材料により構成されたハウジングで、このハウジング１２は後述する基板１６の上面を覆うように設置されるもので、前記磁性体球１１を収納可能な凹部を有し、ここに磁性体球１１を収容している。また、このハウジング１２を、カーボン等の導電性材料を含んだ液晶ポリマーやポリアミド等の樹脂材料により構成した場合は、耐熱性に優れ、かつ面実装部品としてリフロー対応が可能なものが得られるという効果を得ることができる。またポリアミドは安価であるため、経済性においても優れているものである。１２ａはハウジング１２の図５における天井面に相当する側面内壁である。１２ｂはハウジング１２における側面内壁１２ａの中央部に形成されたくぼみである。１３はハウジング１２と後述する基板１６とによって形成される内部空間で、この内部空間１３内を前記磁性体球１１が転動する。１３ａ〜１３ｄは内部空間１３の一部であって、同一平面内において９０°間隔で４方向へ広がる検知空間である。１４ａ〜１４ｄは検知空間１３ａ〜１３ｄの外側にそれぞれ形成された第１〜第４の磁気抵抗素子（磁気検出器）で、これらの磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄは上記した本発明の実施の形態１における磁気抵抗素子４と同様の構成となっているものである。１５ａ〜１５ｄは検知空間１３ａ〜１３ｄの外側にそれぞれ形成された薄膜磁石で、これらの薄膜磁石１５ａ〜１５ｄも上記した本発明の実施の形態１における薄膜磁石５と同様の構成となっているものである。
【００４７】
１６は基板で、この基板１６も上記した本発明の実施の形態１における基板６と基本構成は同様となっているもので、この基板１６の表面にはガラスグレーズ層（図示せず）が形成されている。また、この基板１６の上面には第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄが形成され、さらにこれらの第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄの上面には絶縁膜（図示せず）を介して薄膜磁石１５ａ〜１５ｄが形成されている。そしてまた、これらの上には、さらにこれらの第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄ、薄膜磁石１５ａ〜１５ｄおよび基板１６を保護する保護膜（図示せず）が形成されている。
【００４８】
上記した基板１６、第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄ、絶縁膜（図示せず）、薄膜磁石１５ａ〜１５ｄおよび保護膜（図示せず）の構成は、第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄと薄膜磁石１５ａ〜１５ｄの個数の違いはあるが、基本構成は上記した本発明の実施の形態１における磁性体球の位置検出装置と同様となっているものである。
【００４９】
１６ａは基板１６上に形成された保護膜（図示せず）の表面の一部である側面内壁で、この側面内壁１６ａは前記内部空間１３と接しているものであり、この場合、前記ハウジング１２における側面内壁１２ａとこの側面内壁１６ａとは互いに対向しており、さらにこれらはいずれも４つの検知空間１３ａ〜１３ｄを含む平面に対し垂直の方向に位置している。１６ｂは基板１６上の側面内壁１６ａの中央部に形成されたくぼみで、このくぼみ１６ｂはハウジング１２側のくぼみ１２ｂと内部空間１３を介して対向している。１７ａ〜１７ｄは隣接し合う検知空間１３ａ〜１３ｄの間に位置してハウジング１２の内壁に形成された凸状の突起である。１８は基板１６に形成された入力電極、１９は基板１６に形成されたグランド電極、２０ａは基板１６に形成された第１の出力電極、２０ｂは基板１６に形成された第２の出力電極である。
【００５０】
ここで、第１の磁気抵抗素子１４ａと第２の磁気抵抗素子１４ｂとは図７に示すように電気的に直列に接続されており、第３の磁気抵抗素子１４ｃと第４の磁気抵抗素子１４ｄも電気的に直列に接続されている。そして、第１の磁気抵抗素子１４ａと第２の磁気抵抗素子１４ｂの直列回路と、第３の磁気抵抗素子１４ｃと第４の磁気抵抗素子１４ｄの直列回路とは、電気的に並列に接続している。さらに、第１の磁気抵抗素子１４ａと第２の磁気抵抗素子１４ｂとの接続部は、第１の出力電極２０ａと接続しており、第３の磁気抵抗素子１４ｃと第４の磁気抵抗素子１４ｄとの接続部は、第２の出力電極２０ｂと接続している。また、第１の磁気抵抗素子１４ａ、第２の磁気抵抗素子１４ｂ、第３の磁気抵抗素子１４ｃおよび第４の磁気抵抗素子１４ｄのパターンの長手方向は図８に示すように互いに平行になっている。なお、第１の磁気抵抗素子１４ａと第３の磁気抵抗素子１４ｃは入力電極１８に接続し、一方、第２の磁気抵抗素子１４ｂと第４の磁気抵抗素子１４ｄはグランド電極１９に接続している。このように、第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄは図７に示すようにフルブリッジ回路を構成している。また、入力電極１８、グランド電極１９、第１の出力電極２０ａ、第２の出力電極２０ｂはそれぞれ銀や銀パラジウム等の材料により構成されている。
【００５１】
以上のように構成された本発明の実施の形態２における縦横検知センサについて、以下にその動作を説明する。
【００５２】
本発明の実施の形態２における縦横検知センサの動作原理は上記した本発明の実施の形態１における磁性体球の位置検出装置の動作原理を取り入れたものである。
【００５３】
ここで、図９は紙面上方を実際の鉛直上方とした図で、図６と同じく、縦横検知センサを縦置きにしたときの正面図である。また、図１０は紙面手前を実際の鉛直上方とした図で、縦横検知センサを仰向け置きにしたときの平面図である。
【００５４】
図６または図９に示すように、縦横検知センサを縦置きにすると、内部空間１３内で磁性体球１１は自重で鉛直下方向に転動し、一番低い位置へ移動する。すなわち、図６または図９においては、磁性体球１１は検知空間１３ｄへ移動している。このとき、検知空間１３ｄの外側に設けられている薄膜磁石１５ｄからの磁力線が磁性体球１１へ引っ張られてしまうため、第４の磁気抵抗素子１４ｄを貫く磁力線が減少し、第４の磁気抵抗素子１４ｄの抵抗値が上昇する。これにより、検知空間１３ｄが他の検知空間１３ａ〜検知空間１３ｃより鉛直下方にあることを検出することができる。
【００５５】
このとき、第１の磁気抵抗素子１４ａ、第２の磁気抵抗素子１４ｂ、第３の磁気抵抗素子１４ｃの抵抗値は、いずれも磁性体球１１の影響を受けないため、低いままであるのに対し、第４の磁気抵抗素子１４ｄの抵抗値のみが上昇するため、第１の出力電極２０ａの電位は入力電極１８とグランド電極１９間の電位の中央の値となるが、第２の出力電極２０ｂの電位はこの中央の値より高くなるものである。
【００５６】
上記した動作は、磁性体球１１が他の検知空間１３ａ〜１３ｃに入り込んだ場合も同様になされるものである。
【００５７】
なお、以降は、入力電極１８とグランド電極１９間の電位の中央の値を「基準電位」と呼ぶことにする。後述する図１１においても、そのように用語を用いている。
【００５８】
一方、図５または図１０に示すように、磁性体球１１がくぼみ１２ｂまたはくぼみ１６ｂにはまった場合には、磁性体球１１と薄膜磁石１５ａ〜１５ｄとの距離が十分に離れているため、第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄはいずれもその抵抗値は低いままであり、したがって、第１の出力電極２０ａの電位と第２の出力電極２０ｂの電位はともに基準電位となるものである。
【００５９】
図１１は本発明の実施の形態２における縦横検知センサの姿勢と、第１の出力電極２０ａおよび第２の出力電極２０ｂの関係をまとめた。図中の「Ｈ」は基準電位より高い電位であること、「Ｌ」は基準電位より低い電位であることを示している。
【００６０】
以上のような構成および動作を有する本発明の実施の形態２における縦横検知センサの処理回路の一例について、図面を用いて説明する。
【００６１】
図１２において、第１の出力電極２０ａおよび第２の出力電極２０ｂの出力をオペアンプ２１ａ，２１ｂで増幅し、それぞれの出力を適当なプラスの閾値とマイナスの閾値を設けたコンパレータ２２ａ〜２２ｄに通すことにより、１つの出力に対して、ＨＨ，ＨＬ，ＬＬの結果が得られる。これらの結果から、磁性体球１１の位置が何処にあるかを知ることができ、そして磁性体球１１は自重により鉛直下方へ移動することを考えれば、この縦横検知センサの姿勢がわかるもので、すなわち、これは、この縦横検知センサを内蔵する機器の縦横方向の姿勢もわかるものである。これらの結果を図１３にまとめた。なお、図５のように縦横検知センサが仰向け置きの状態か否かの検知もできるが、本発明の実施の形態２における縦横検知センサは、仰向け置き状態の縦横検知センサを１８０°回転させた状態と仰向け置きの状態の区別をつけることはできない。
【００６２】
以上のように本発明の実施の形態２における縦横検知センサは、上記した本発明の実施の形態１における磁性体球の位置検出装置を取り込んだ構成を有し、さらに本発明の実施の形態１における磁性体球の位置検出装置の作用効果も取り込んでいるものである。
【００６３】
上記に加えて、磁気を印加する手段として、薄膜磁石１５ａ〜１５ｄの４つを用いているため、それぞれの薄膜磁石１５ａ〜１５ｄからの磁界は、それぞれの薄膜磁石１５ａ〜１５ｄの直近の検知空間１３ａ〜１３ｄに届く程度の磁気で済むため、磁気を弱くすることができる。この薄膜磁石１５ａ〜１５ｄの磁気を弱くすることができることによる作用効果は上記した本発明の実施の形態１における磁性体球の位置検出装置の場合と同様である。
【００６４】
また、本発明の実施の形態２における縦横検知センサは、検知空間１３ｄの形状を、磁性体球１１の外形より少しだけ大きな凹面を有する曲面としているため、磁性体球１１が検知空間１３ｄに無理なく入り込め、かつ安定して収まる形状となり、これにより、磁性体球１１が検知空間１３ｄへ移動してきた際に磁性体球１１がしばらくの間検知空間１３ｄを行き来するということはなくなるため、第４の磁気抵抗素子１４ｄの抵抗値が安定するものである。このことは、検知空間１３ｄだけに限られるものではなく、別の検知空間１３ａ〜１３ｃにおいても同様である。
【００６５】
そしてまた、図６において、この縦横検知センサを少しずつ時計方向に回転させて行く場合を考えて見ると、この場合、突起１７ｃがあるため、縦横検知センサを４５°傾けた状態であっても磁性体球１１が検知空間１３ｄから飛び出て検知空間１３ｂへ入り込むことはない。そして縦横検知センサを４５°を超えてさらに回転させていくと、やがて、磁性体球１１は検知空間１３ｄを出て、隣接する検知空間１３ｂへ入り込む。これとは逆に、図６の縦横検知センサを時計回りに９０°回転させると、この状態では検知空間１３ｂが鉛直下向きになって、この検知空間１３ｂに磁性体球１１が入り込むことになる。この状態から、縦横検知センサを少しずつ反時計方向に回転させて行くと、突起１７ｃがあるため、縦横検知センサを４５°傾けた状態であっても磁性体球１１が検知空間１３ｂから飛び出て検知空間１３ｄへ入り込むことはない。さらにこの状態から縦横検知センサを反時計方向に回転させていくと、磁性体球１１は検知空間１３ｂを出て、隣接する検知空間１３ｄへ入り込む。この現象からも明らかなように、突起１７ｃを形成したことにより、磁性体球１１の移動し始める角度が時計回り方向とこれの逆方向とでは異なり、ヒステリシスを持つことになる。これにより、４５°程度傾けた場合に、不用意に縦横の検知が変わってしまうのを防止することができる、いわゆるチャタリングを防止することができるものである。これは、上記した突起１７ｃだけでなく、これ以外の突起１７ａ、突起１７ｂ、突起１７ｄについても同様の効果が得られるものである。
【００６６】
さらに、図６に示すように内部空間１３の形状を、全体として概略「十」字の形状にし、「十」字の中央の交点部に内部空間１３が凹となるような曲面と、「十」字の形状の先端部に内部空間１３が凸となるような曲面を形成し、これらの曲面が滑らかに連続的に繋がった外形としているため、磁性体球１１の動きは滑らかとなり、さらに任意の検知空間とこれに隣接する検知空間との間で磁性体球１１が静止してしまうのも防止できるものである。
【００６７】
さらにまた、図５に示すように、縦横検知センサを仰向け置きにした場合には、鉛直下方に位置するものが基板１６であるため、磁性体球１１は基板１６上に位置する。この場合、側面内壁１６ａにくぼみ１６ｂを形成しているため、磁性体球１１はこのくぼみ１６ｂにはまって安定して静止することになる。もし、このくぼみ１６ｂがなければ磁性体球１１は側面内壁１６ａの少しの傾きによっても内部空間１３内を移動してしまうことになり、その結果、第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄの抵抗値が安定しなくなるか、あるいは、少しの傾きで検知空間１３ａ〜１３ｄへ磁性体球１１が入り込んでしまうことも考えられ、このような場合には誤検出をしてしまう。これに対し、本発明の実施の形態２においては、くぼみ１６ｂを形成しているため、このような問題を解決することができるものである。一方、側面内壁１２ａに形成したくぼみ１２ｂにおいても同様の効果が得られるものである。なお、図５においては、側面内壁１６ａは水平に記載しているが、くぼみ１６ｂが位置する中央部に向かって低くなるように側面内壁１６ａは傾斜をつけておくことが好ましい。一方、側面内壁１２ａにおいても同様である。
【００６８】
なお、上記本発明の実施の形態２における縦横検知センサでは、磁気を印加する手段として、薄膜磁石１５ａ〜１５ｄの４つの磁石を用いたが、これに変えて、１つの磁石を用いても良い。この場合は、磁気が、検知空間１３ａ〜１３ｄの全てに印加されるようにしなければならないため、その分、磁気が強くなってしまうという短所を有するが、それでも側面内壁１６ａに対して垂直な向きに印加する場合に比べれば磁性体球１１に与える磁力が小さくなるという長所を有するものである。
【００６９】
また、電気回路を１つのフルブリッジ回路で構成しているが、もう１つフルブリッジ回路を追加し、逆位相が得られるように電源を逆に印加すると、差動で出力を得ることができるため、２倍の出力を得ることができる。この場合は、絶縁層を介して２つの電気回路を積み重ねて配置すればよい。
【００７０】
そしてまた、上記本発明の実施の形態１における磁性体球の検知装置の一例としては、２姿勢を検知する姿勢センサ、３姿勢を検知する姿勢センサ、さらには５姿勢を検知する姿勢センサが考えられるが、本発明の実施の形態２における縦横検知センサを参考にすれば、これらの実施をすることができる。例えば、検知空間等を２個ずつにすれば２姿勢を検知する姿勢センサが得られ、そして検知空間等を３個ずつにすれば３姿勢を検知する姿勢センサが得られる。また、５姿勢以上の姿勢を検知する姿勢検知センサにおいても同様のことが言えるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明にかかる磁性体球の位置検出装置は、各種電子機器等の姿勢を検知するのに用いられる磁性体球の位置検出装置、または縦横検知センサとして有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態１における磁性体球の位置検出装置の正面断面図
【図２】同位置検出装置の動作原理図
【図３】同位置検出装置における磁性体球の位置と磁気抵抗素子の抵抗値の関係を示す図
【図４】同位置検出装置の主要部の正面断面図
【図５】本発明の実施の形態２における縦横検知センサの仰向け置き時の正面断面図
【図６】同縦横検知センサの縦置き時の上面断面図
【図７】同縦横検知センサの主要部の電気回路図
【図８】同縦横検知センサの主要部の平面図
【図９】同縦横検知センサの動作原理図
【図１０】同縦横検知センサの動作原理図
【図１１】同縦横検知センサの姿勢と出力の関係を示す図
【図１２】同縦横検知センサの電気処理回路図
【図１３】同縦横検知センサの判定論理図
【符号の説明】
【００７３】
１  磁性体球
２  ハウジング
２ａ  内壁
３  内部空間
４  磁気抵抗素子（磁気検出器）
５  薄膜磁石（磁石）
６  基板
６ａ  ガラスグレーズ層
７  絶縁層
８  保護膜
１１  磁性体球
１２  ハウジング
１２ａ  側面内壁
１２ｂ  くぼみ
１３  内部空間
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ  検知空間
１４ａ  第１の磁気抵抗素子
１４ｂ  第２の磁気抵抗素子
１４ｃ  第３の磁気抵抗素子
１４ｄ  第４の磁気抵抗素子
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ  薄膜磁石
１６  基板
１６ａ  側面内壁
１６ｂ  くぼみ
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ  突起
１８  入力電極
１９  グランド電極
２０ａ  第１の出力電極
２０ｂ  第２の出力電極
２１ａ，２１ｂ  オペアンプ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ  コンパレータ
【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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