(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３０４ステンレス鋼の円形状または略円形状の部品要素と、
前記部品要素よりも小さく、前記部品要素の中心からその半径の略２-1/2 以内の距離内の任意の位置に配置され、磁界の向きに対応する信号を出力する磁気センサと、
前記部品要素と前記磁気センサとの相対位置に応じて、前記磁気センサから出力された信号を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする磁気センサを有する電子機器。
【請求項２】
３０４ステンレス鋼の円形状又は略円形状の部品要素と、
前記部品要素よりも小さく、前記部品要素の中心を通る任意の直線と磁気の検出軸が一致するように前記直線上の任意の位置に配置し、磁界の向きに対応する信号を出力する磁気センサと、
前記部品要素と前記磁気センサとの相対位置に応じて、前記磁気センサから出力された信号を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする磁気センサを有する電子機器。
【請求項３】
３０４ステンレス鋼の円形状又は略円形状の部品要素と、
前記部品要素よりも小さく、前記部品要素の中心から前記部品要素の半径のほぼ
２-1/2以内の距離の任意の位置に配置され、または前記部品要素の中心を通るＸ軸上若しくはその延長線上の任意の位置に磁気センサの検知軸が前記Ｘ軸と重なるよう配置された前記Ｘ軸方向の磁界成分を検出するＸ軸磁気センサと、
前記部品要素よりも小さく、前記部品要素の中心から前記部品要素の半径のほぼ
２-1/2 以内の距離の任意の位置に配置され、または前記部品要素の中心を通り前記Ｘ軸と直交するＹ軸上若しくはその延長線上の任意の位置に磁気センサの検知軸が前記Ｙ軸と重なるよう配置された前記Ｙ軸方向の磁界成分を検出するＹ軸磁気センサと、
前記部品要素と前記Ｘ軸磁気センサ及び前記Ｙ軸磁気センサとの相対位置に応じて、前記Ｘ軸磁気センサと前記Ｙ軸磁気センサから出力された信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする磁気センサを有する電子機器。
【請求項４】
前記部品要素は、３０４ステンレス鋼から成る電池であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気センサを有する電子機器。
【請求項５】
曲げ又は打ち抜く加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた３０４ステンレス鋼の円形状又は略円形状の部品要素と、
前記部品要素より小さく、前記円形又は略円形状の部品要素の前記磁性を帯びた周縁部近傍より内側の位置に配置され、磁界の向きに対応する信号を出力する磁気センサと、
前記部品要素と前記磁気センサとの相対位置に応じて、前記磁気センサから出力された信号を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする磁気センサを有する電子機器。
【請求項６】
曲げ又は打ち抜く加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた３０４ステンレス鋼の円形状又は略円形状の部品要素と、
前記部品要素より小さく、前記部品要素の中心を通る任意の直線と磁気の検出軸が一致するように前記直線上の任意の位置に配置し、磁界の向きに対応する信号を出力する磁気センサと、
前記部品要素と前記磁気センサとの相対位置に応じて、前記磁気センサから出力された信号を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする磁気センサを有する電子機器。
【請求項７】
曲げ又は打ち抜く加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた３０４ステンレス鋼の円形状又は略円形状の部品要素と、
前記円形又は略円形状の部品要素の前記磁性を帯びた周縁部近傍より内側の位置に配置され、または前記部品要素の中心を通るＸ軸上又はその延長線上の任意の位置に磁気センサの検知軸が前記Ｘ軸と重なるよう配置された前記Ｘ軸方向の磁界成分を検出するＸ軸磁気センサと、
前記部品要素より小さく、前記円形又は略円形状の部品要素の前記磁性を帯びた周縁部近傍より内側の位置に配置され、または前記部品要素の中心を通り前記Ｘ軸と直交するＹ軸上又はその延長線上の任意の位置に磁気センサの検知軸が前記Ｙ軸と重なるように配置された前記Ｙ軸方向の磁界成分を検出するＹ軸磁気センサと、
前記部品要素より小さく、前記部品要素と前記Ｘ軸磁気センサ及び前記Ｙ軸磁気センサとの相対位置に応じて、前記Ｘ軸磁気センサと前記Ｙ軸磁気センサから出力された信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする磁気センサを有する電子機器。
【請求項８】
前記円形状または略円形状の部品要素は、３０４ステンレス鋼から成る電池であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の磁気センサを有する電子機器。
【請求項９】
前記磁気センサ、前記Ｙ軸磁気センサまたは前記Ｘ軸磁気センサは前記Ｘ軸方向と前記Ｘ軸と直交するＹ軸方向の磁界成分の双方を測定可能な２軸磁気センサから成ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の磁気センサを有する電子機器。
【請求項１０】
前記電子機器は、電子方位計、電子方位計付腕時計、電子方位計付き圧力計、カーナビゲーション端末機、電子方位計付き携帯型電子機器または電子方位計付き電子機器のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の磁気センサを有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気センサを有する電子機器に関し、特に、磁気センサに影響を与える帯磁性を有する部品を含む電子方位計またはこのような電子方位計を備えた各種電子機器に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から使用されているこのような電子機器の例として、腕時計に電子方位計を設けたものがある。このような電子方位計付腕時計においては、帯磁しやすい部品または磁性を有する部品の近くに磁気センサを配置すると、そのような部品が磁気センサに悪影響を与えるため、正確な方位の検出が困難であるという問題があった。
【０００３】
より具体的に説明すると、地磁気は一般に平等磁界とみなすことができる。このような平等磁界中に球磁性体を配置すると図１４に示すように磁界が歪む。図１４は平等磁界中に球磁性体を配置したときの磁場の状態を示す図である。図からわかるように、球磁性体１９の近くでは磁界の方向が球磁性体１９の方向に磁界９ａのように偏倚する。このような現象は磁界中に磁性を有するもの(磁性体）を置いたときに起こる。
【０００４】
また、電子方位計付き腕時計などの電子機器においては、電池、コンデンサ等の磁性体を使用しており、特にボタン電池では３０４ステンレス鋼を円形状に加工して使用しているものが多く存在している。このような３０４ステンレス鋼は一般には磁性を有しないとされるが、打ち抜き加工又は曲げ加工等により伸びが生じると、伸びた方向に磁性を生じることがある。
例えば、図１５に示すように、円形形状の外形全体が円周方向に伸ばす加工を行なった場合、伸びは、矢印のような外形に対して内側から外側に向けて生ずる。この伸びの方向を軸として磁性が生じる。
従って、これらの磁性体またはボタン電池などの近くに磁気センサを配置する必要がある場合には、上述の作用により磁気センサの磁界成分の検出に悪影響を与えるおそれがあった。
【０００５】
この問題を解決するための先行技術として、特開平６−３００８６９号公報に記載の発明がある。この先行技術では、種々の電子部品について、磁気センサとの距離がどのくらい離れたら磁気センサへの影響がなくなるかを詳細に検討し、それに基づき磁気センサの配置を決めている。すなわち、磁気センサを、帯磁しやすい電子部品からできるだけ離して配置するよう構成し、その電子部品の磁気センサへの影響を最小限にするようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−３００８６９号公報記載の発明では、磁気センサを帯磁しやすい電子部品から離して配置するものであるため、磁気センサの配置場所に大きな制限を受け、製品設計をする上で大きな制約となるという問題があった。特に、携帯型の電子装置の場合には小型化の要求が強いため、上記配置上の制約は、設計を含むデザインの自由度確保の観点から大きな問題である。このような配置上の制約は、単に外形上のデザイン（形態）として流行に適合する斬新な形態を採用できないということのみならず、機能的な面でも問題であった。
【０００７】
すなわち、携帯型の電子機器においては大きさ、形状そのものがすでに重要な機能の一つである。例えば、携帯型の電子機器、特に腕時計またはスカイダイビング又はスキンダイビング等で使用する気圧計、圧力計等では、外形から不用意に突出した形状またはあまりに大きな形状の場合には取り扱い上不便であるだけでなく、とっさの操作上の障害となり思わぬ事故につながる危険さえある。
【０００８】
さらには、帯磁しやすい部品と磁気センサとの距離を確保する必要上、それを支えるフレームや基板も大きな形状となってしまう。従って、その分フレームや基板等の材料も増えることとなり、製品のコストが増えるのみならず、パッケージコスト、輸送コストまで増えてしまうという問題があった。
【０００９】
そのため、本発明は、磁気センサと円形状またはほぼ円形状の磁性を有する部品要素を使用する電子機器において、磁気センサと前記部品要素とを離して設ける必要のない電子機器を提供することを目的とする。またこの発明の他の目的は、円形状またはほぼ円形状にするための材料または部品の加工工程において、その周縁部近傍に磁性を帯びた円形状またはほぼ円形状の部品要素と磁気センサとを使用する電子機器において、磁気センサと前記部品要素とを離して設ける必要のない電子機器を提供することである。さらに本発明の他の目的は、このような場合において、小型で高性能の磁気センサを備えた電子機器を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そして、上記目的を達成するため、本発明の第１の態様は、帯磁しやすい円形状または略円形状の部品要素と、前記円形状又は略円形状の部品要素の中心からその半径の略２-1/2 以内の距離内の任意の位置に配置され、磁界の向きに対応する信号を出力する磁気センサと、前記部品要素と前記磁気センサとの相対位置に応じて前記磁気センサから出力された信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする電子機器である。
この態様により、磁気センサが帯磁しやすい円形状またはほぼ円形状の部品要素の上側または下側にあっても、中心から所定の距離以内であれば任意の位置に配置することが可能となるので、電子機器を設計する上で、磁気センサの配置場所の選択の自由度が広がり、高精度を維持したままより小型化すること等が可能となる。
【００１１】
本発明の第２の態様にかかる電子機器は、帯磁し易い円形状又は略円形状の部品要素と、前記部品要素の中心を通る任意の直線と磁気の検出軸が一致するように前記直線上の任意の位置に配置し、磁界の向きに対応する信号を出力する磁気センサと、前記部品要素と前記磁気センサとの相対位置に応じて、前記磁気センサから出力された信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする磁気センサを有する電子機器である。
この態様により、磁気センサが帯磁しやすい円形状またはほぼ円形状の部品要素の中心から所定の距離以内の任意の位置に配置することができないときでも、部品要素の中心を通る任意の直線と磁気の検出軸が一致するように直線上の任意の位置に配置が可能となるので、電子機器を設計する上で、磁気センサの配置場所の選択の自由度が広がり、高精度を維持したままより小型化すること等が可能となる。
【００１２】
本発明の第３の態様にかかる電子機器は、帯磁し易い円形状又は略円形状の部品要素と、前記部品要素の中心から前記部品要素の半径のほぼ２-1/2以内の距離の任意の位置に配置され、または前記部品要素の中心を通るＸ軸上又はその延長線上の任意の位置に磁気センサの検知軸が前記Ｘ軸と重なるよう配置された前記Ｘ軸方向の磁界成分を検出するＸ軸磁気センサと、前記部品要素の中心から前記部品要素の半径のほぼ２-1/2以内の距離の任意の位置に配置され、または前記部品要素の中心を通り前記Ｘ軸と直交するＹ軸上又はその延長線上の任意の位置に磁気センサの検知軸が前記Ｙ軸と重なるように配置された前記Ｙ軸方向の磁界成分を検出するＹ軸磁気センサと、前記部品要素と前記Ｘ軸磁気センサ及び前記Ｙ軸磁気センサとの相対位置に応じて前記Ｘ軸磁気センサと前記Ｙ軸磁気センサから出力された信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする磁気センサを有する電子機器である。
【００１３】
この態様により、Ｘ軸磁気センサとＹ軸磁気センサが円形状またはほぼ円形状の部品要素の中心から所定の距離以内の任意の位置か、部品要素の中心を通る任意の直線と磁気の検出軸が一致するような直線上の任意の位置のどちらかに配置することができるので、設計の自由度をさらに向上させることができ、高精度を維持したままより小型化すること等が可能となる。
【００１４】
そして、本発明の第４の態様にかかる電子機器は、前記帯磁しやすい部品要素が３０４ステンレス鋼から成る電池であることを特徴とする磁気センサを有する電子機器である。近時、ボタン電池等の電子部品でこの大きさのものが多く存在するが、これらの態様により、そのようなものを使用した電子機器をさらに高性能化、小型化等することが可能となる。
【００１５】
そして、本発明の第５の態様にかかる電子機器は、加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた円形状又は略円形状の部品要素と、前記円形又は略円形状の部品要素の前記磁性を帯びた周縁部近傍より内側の位置に配置され、磁界の向きに対応する信号を出力する磁気センサと、前記部品要素と前記磁気センサとの相対位置に応じて、前記磁気センサから出力された信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする磁気センサを有する電子機器である。
【００１６】
この態様により、磁気センサが加工によりその周辺部近傍に磁性を帯びた円形状またはほぼ円形状の部品要素の上側または下側にあっても、中心から所定の距離以内であれば任意の位置に配置することが可能となるので、電子機器を設計する上で、磁気センサの配置場所の選択の自由度が広がり、高精度を維持したままより小型化すること等が可能となる。
【００１７】
本発明の第６の態様にかかる電子機器は、加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた円形状又は略円形状の部品要素と、前記部品要素の中心を通る任意の直線と磁気の検出軸が一致するように前記直線上の任意の位置に配置し、磁界の向きに対応する信号を出力する磁気センサと、前記部品要素と前記磁気センサとの相対位置に応じて、前記磁気センサから出力された信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする磁気センサを有する電子機器である。
【００１８】
この態様により、磁気センサが加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた円形状またはほぼ円形状の部品要素の中心から所定の距離以内の任意の位置に配置することができないときでも、部品要素の中心を通る任意の直線と磁気の検出軸が一致するように直線上の任意の位置に配置が可能となるので、電子機器を設計する上で、磁気センサの配置場所の選択の自由度が広がり、高精度を維持したままより小型化すること等が可能となる。
【００１９】
この発明の第７の態様にかかる電子機器は、加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた円形状又は略円形状の部品要素と、前記円形又は略円形状の部品要素の前記磁性を帯びた周縁部近傍より内側の位置に配置され、または前記部品要素の中心を通るＸ軸上又はその延長線上の任意の位置に磁気センサの検知軸が前記Ｘ軸と重なるよう配置された前記Ｘ軸方向の磁界成分を検出するＸ軸磁気センサと、前記円形又は略円形状の部品要素の前記磁性を帯びた周縁部近傍より内側の位置に配置され、または前記部品要素の中心を通り前記Ｘ軸と直交するＹ軸上又はその延長線上の任意の位置に磁気センサの検知軸が前記Ｙ軸と重なるように配置された前記Ｙ軸方向の磁界成分を検出するＹ軸磁気センサと、前記部品要素と前記Ｘ軸磁気センサ及び前記Ｙ軸磁気センサとの相対位置に応じて、前記Ｘ軸磁気センサと前記Ｙ軸磁気センサから出力された信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする磁気センサを有する電子機器である。
【００２０】
この態様により、Ｘ軸磁気センサとＹ軸磁気センサが、加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた円形状またはほぼ円形状の部品要素の中心から所定の距離以内の任意の位置か、部品要素の中心を通る任意の直線と磁気の検出軸が一致するような直線上の任意の位置のどちらかに配置することができるので、設計の自由度をさらに向上させることができ、高精度を維持したままより小型化すること等が可能となる。
【００２１】
本発明の第８の態様にかかる電子機器は、加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた円形状または略円形状の部品要素が、３０４ステンレス鋼から成る電池であることを特徴とする磁気センサを有する電子機器である。
【００２２】
この態様により、ボタン電池等の電子部品でこの大きさのものが多く存在するが、そのようなものを使用した電子機器をさらに高性能化、小型化等することが可能となる。
【００２３】
本発明の第９の態様にかかる電子機器は、前記磁気センサ、前記Ｙ軸磁気センサまたは前記Ｘ軸磁気センサは前記Ｘ軸方向と前記Ｘ軸と直交するＹ軸方向の磁界成分の双方を測定可能な２軸磁気センサから成る磁気センサを有する電子機器である。
この態様により、１つの磁気センサで２軸を測定することができるので、電子機器をさらに高性能化、小型化等することが可能となる。
【００２４】
本発明の第１０の態様にかかる電子機器は、電子方位計、電子方位計付腕時計、電子方位計付き圧力計、カーナビゲーション端末機、電子方位計付き携帯型電子機器または電子方位計付き電子機器のいずれかであることを特徴とする電子機器である。
この態様により、磁気センサを有するこれら多くの電子機器の設計の自由度を向上させることができ、小型化、高性能化を可能とした。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態を詳細に説明する。
【００２６】
図１に、一般的な一軸の磁気センサの等価回路を示す。磁気センサ１は、磁界方向に対する偏倚θに応じた電気信号を出力信号ＳＹＬとＳＹＨの電圧差として出力するものである。この出力電圧の差を差動増幅器(図示せず）及びＡ／Ｄ変換器により増幅し、デジタル信号に変換する。
【００２７】
次に、磁界の方向と磁気センサの検出信号との関係について説明する。図２は平等磁界における磁気センサの検出信号と磁界の関係について説明するための図である。図中、図２の（１）〜（６）は平等磁界中で磁気センサの向きを一回転させた場合の、Ｙ軸の磁界成分ＢyとＹ軸センサ検出電圧Ｖbyとをそれぞれの向きに応じて示す図であり、(ｂ)は、磁気センサに対する平等磁界の方向を示しており、(ａ)は、Ｙ軸方向の磁界成分ＢyとＹ軸センサの検出電圧Ｖbyとの関係を示している
【００２８】
図２の（１）は、磁気センサのＸ軸と磁界とが同じ方向を向いている場合を示す。このとき、（ａ）からわかるように、Ｙ軸方向の磁界成分Ｂyは”０”であるので検出電圧Ｖｂｙも”０”である。図２の（２）は磁気センサと磁界がＹ軸方向に４５°ずれた状態であり、（３）は磁界の向きがＹ軸と同じであるときの状態を示している。検出電圧Ｖｂｙは（１）から（３）に回転するにつれて徐々に大きくなり、磁界がセンサのＹ軸と同じ向きとなったとき（図２の（３）のとき）に最大電圧となる。その後さらに磁気センサを回転していき、磁界と磁気センサのＸ軸とが逆向きとなる（４）の状態で検出電圧Ｖｂｙは再び”０”になる。その後センサのＹ軸と磁界が逆向きである（５）のときに検出電圧は逆方向に最大となった後、元の位置の状態に戻る（６）。
【００２９】
以上の説明で明らかなように、平等磁界中では、磁気センサから検出電圧Ｖｂｙと磁界Ｂｙの向きの関係は、図２の(１)〜（６）の（ｂ）図に点線で示されるように直線的な対応関係を示している。従って、これらの検出出力である電圧Ｖｂｙから正しい方位を算出することが可能となる。しかし、平等磁界中に帯磁し易いものを置いた場合には、前述した通り、磁性体の近くでは磁界が影響を受けその向きが変わるので、磁性体の近くに磁気センサを置いた場合には正確な方位の検出は困難であると考えられていた。
【００３０】
この点について、図３を用いて説明する。図３は、図２と同様に磁気センサを磁界中で一回転させたときの磁界中における磁界成分Ｂｙと検出電圧Ｖｂｙとの関係を示したグラフである。平等磁界だけの場合と、平等磁界中に帯磁し易い物品を置いた場合とについて、分かり易く説明するために、模式的に示している。
【００３１】
図中、線ａは平等磁界中に磁気センサを置き、その場所で磁気センサを一回転した場合の磁気センサの出力を示しており、線ｂは平等磁界中に帯磁し易い物品を置き、その近くに磁気センサを配置してその位置で測定した場合の一例を示している。線ｃは平等磁界中に帯磁し易い物品を置き、その近くの他の場所で測定した一例を示している。
【００３２】
平等磁界中では、図３のグラフ上の線ａで示されている通り、磁気センサの検出電圧（Ｖｂｙ）は磁界方向（Ｂｙ）に比例して、原点Ｏを通って直線的に変化している。これに対し、帯磁し易いものを近くにおいた場合を示す線ｂでは、磁気センサの検出電圧（Ｖｂｙ）は磁界方向（Ｂｙ）の変化に対して直線的な比例関係を示しておらず、磁界の向きに（Ｂｙ）によって検出電圧（Ｖｂｙ）にブレＧが生じている。このような場合には、正確な方位の検出は困難である。
【００３３】
図３の線ｃは、帯磁し易いものを近くにおいているが所定の位置に磁気センサを配置した場合である。帯磁し易いものを近くにおいていても、所定の位置に磁気センサを配置することで、磁気センサの検出電圧（Ｖｂｙ）と磁界方向（Ｂｙ）との関係が直線性を有することがわかった。ただし、その直線の傾きも平等磁界の場合とは異なり、原点Ｏを通らず、原点から”Ｈ”だけ離れる。したがって、直線性を有しているので、前記傾きと前記”Ｈ”を補正するれば、正確な方位測定が可能となる。
また、図示はしていないが磁気センサの測定位置に応じて、原点Ｏからの距離”Ｈ”と直線の傾きがそれぞれ異なる。これらのことについては、後で詳述する。
【００３４】
以上の前提の下、本件特許出願にかかる発明者達は、磁界の向き、帯磁しやすい部品の位置と磁気センサの位置等の相互関係を調べるため、松下電池工業株式会社製ボタン型電池（型番号ＣＲ２０２５）と株式会社ソニー・エナジー・テック製ボタン型電池（型番号ＣＲ１６１６）を使用してデータを測定し、その分析を行った。この結果、電池の近くであっても、磁界の向き（Ｂｙ）に応じて磁気センサの検出電圧（Ｖｂｙ）が直線的に変化する(以下「直線性を有する」と称する）位置が存在することがわかった。これは、前述の先行技術と異なり、磁気センサと電池とを近接させて配置できる可能性があることを示している。
【００３５】
図４乃至図７を用いて説明する。図４は、本件の実験でデ−タ測定に用いた磁気抵抗型の磁気センサである。この磁気センサの大きさは、長さが約１．２ｍｍ、幅が約０．６ｍｍ及び厚さが約０．４ｍｍで、極めて小さなものである。また、磁気の検出軸は、磁気センサの長手方向である。なお、この磁気センサは米国特許明細書第５，５２１，５０１に記載された磁気センサに類するものである。図４中、５５はＸ軸方向の磁界成分を検出するＸ軸磁気センサを示し、５６はＹ軸方向の磁界成分を検出するＹ軸磁気センサを示す。Ｘ軸磁気センサ５５とＹ軸磁気センサ５６は各々の検知軸が直交する様にプリント基板上に実装される。図５は、本件実験に使用した前述の松下電池工業株式会社及び株式会社ソニー・エナジー・テック製電池の外形と、上記磁気センサのデ−タ測定位置及び座標を示す図である。図５では電池の真ん中を座標軸の中心とし、所定の距離間隔で格子状に分割し、前記検知軸の交点がこの格子と一致する様に配置した時のＸ軸磁気センサ５５とＹ軸磁気センサ５６を図示している。
そして、各格子点での測定の結果、磁界の向き（Ｂｙ）の変化と検出出力（Ｖｂｙ）との間に直線性があると認められた場合は、そのＸ軸磁気センサ５５あるいはＹ軸磁気センサ５６を○（まる）で囲み、そうでない場合にはＸ軸磁気センサ５５あるいはＹ軸磁気センサ５６の上に×（ばつ）を付している。尚、本実験で使用した電池は、ＣＲ２０２５と薄い円柱形状であり、３０４ステンレス鋼でカバーされた構成となっている。電池の直径Ｌと格子間隔Ａは、ＣＲ２０２５の場合Ｌ＝２０ｍｍ，Ａ＝５ｍｍ，ＣＲ１６１６の場合Ｌ＝１６ｍｍ，Ａ＝４ｍｍである。
【００３６】
実際の検出データを用いて説明する。図６は、電池ＣＲ２０２５を用いたときの平等磁界中及び図５の座標Ｄ：Ｙ＝‐１．０，Ｘ＝‐１．０（単位：ｃｍ）において、Ｙ軸磁気センサの実際の検出データをプロットしたグラフであり、線ａは平等磁界における検出データを示し、線ｄは座標Ｄにおける検出データを示す。図６から分かる通り、平等磁界中での検出出力を示す線ａは原点Ｏを通る直線性を示し、電池の近くで測定した場合の検出出力は楕円形状の線ｄとなっており、直線性がない。
【００３７】
図７は、電池ＣＲ２０２５を用いたときの図５の座標Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨにおけるＹ軸磁気センサの検出データをプロットしたグラフである。楕円形状の線ｅは、座標Ｅ：Ｙ＝‐１．０，Ｘ＝‐０．５におけるＹ軸磁気センサの検出データであり、座標Ｄの場合と同様に直線性が得られないということが分かる。線ｆは、座標Ｆ：Ｙ＝‐０．５，Ｘ＝‐０．５におけるＹ軸磁気センサの検出データをプロットしたもので、座標の原点Ｏは通らないものの、磁気センサ出力は磁界の向きに応じて直線的に変化していることがわかる。線ｇおよびｈは、座標Ｇ：Ｙ＝０，Ｘ＝‐０．５および座標Ｈ：Ｙ＝１．０，Ｘ＝０におけるＹ軸磁気センサの検出データをプロットしたものである。線ｇおよびｈは、線ｆと同様に、座標の原点Ｏは通らないものの、磁気センサ出力は磁界の向きに応じて直線的に変化していることがわかる。
したがって、センサを中心からある一定の範囲に配置した場合、あるいは、ある一定の範囲内でなくても、Ｙ軸上に配置すると直線性が得られる。なお、図示はしていないが、Ｘ軸磁気センサも上記と同様な結果が得られる。
【００３８】
図５は、検出結果に直線性が得られるかどうかを各測定位置毎に示すものである。図５では、上述のようにして、図に示す各座標位置毎にＸ軸磁気センサとＹ軸磁気センサの検出出力を測定し、その結果を各座標位置毎に表示している。これらの測定、データの収集及び分析を通じて、以下のことが判明した。図７からも分かる通り、電池２０の中心からその半径Ｒの約２-1/2 以内の距離にある場合にはいずれの位置にあっても、その検出出力（Ｖｂｙ）が直線性を有している。図７は、Ｙ軸磁気センサの検出出力であるが、図５に示したとおり、Ｘ軸磁気センサも同様にその検出出力（Ｖｂｘ）が直線性を有している。また、図７は直径２０ｍｍの電池の検出デ−タであるが、直径が異なる電池でも同様の特性を示す。直径１６ｍｍの株式会社ソニー・エナジー・テック製電池において、Ｘ＝−０．４，Ｙ＝−０．４（単位ｃｍ）における検出デ−タは、図７の座標Ｆのデ−タと同様に、磁気センサ出力（Ｖｂｙ）は磁界の向き（Ｂｙ）の変化に応じて直線的に変化しているデ−タが得られている。
また、直径１６ｍｍの電池における各座標位置毎の直線性の有無の判定分布は、直径２０ｍｍの電池における結果と同様な結果が得られた。ただし、この場合、図５に示す測定位置間隔Ａは、Ａ＝０．４ｃｍである。
【００３９】
また、半径Ｒの約２-1/2 を超える位置であっても、電池２０の中心を通る軸上にＸ軸磁気センサＸ又はＹ軸磁気センサＹの検知軸（ＸＡ、ＹＡ）が、電池２０の中心Ｏを通る軸と重なるように配置すると、磁界方向の変化と検出出力との間に直線性が得られることが判明した。このように、磁界の向き変化と検出出力との間に直線性が得られれば、原点Ｏからずれていたり傾きが違っていたとしても、その偏倚分を補正することにより、正確な方位の算出が可能である。
【００４０】
次に図８を用いて、本発明の１実施例を説明する。図８は本発明の１実施例にかかる電子方位計の物理的構成を示す分解斜視図である。図８では本願発明の説明に必要な部品のみを記載しており、制御部等の細かい部分は省略している。基本的には、電池５１とＸ軸及びＹ軸の磁界成分を検知するための２つの磁気センサ５５、５６と表示部である液晶パネル５８とで構成されている。
【００４１】
３０４ステンレス鋼等の金属でその外側をカバーされているボタン型電池５１は、電池プラス端子５２、枠Ａを介して回路基板５４上に電池押え５０により押圧された状態で装着される。電池プラス端子５２は、枠Ａを介して止めねじ６０で回路基板５４に固定されている。回路基板５４上には電池５１が装着されたときに電池５１のマイナス端子部分に押圧接触するように電池マイナス端子５９が設けられている。
【００４２】
回路基板５５上には、電池５１の中心に近い位置にＸ軸方向の磁界成分を検出するＸ軸磁気センサ５５、及びＹ軸方向の磁界成分を検出するＹ軸磁気センサ５６が設けられている。回路基板５４の下には、枠Ｂが設けられその下に液晶パネル５８が固定されている。液晶パネル５８は、少なくとも一方が透明の一対のシート間に液晶を封止したもので、複数の液晶画素がマトリクス状に配置されており、各画素は電気信号により駆動される構成となっている。液晶パネル５８は一対のコネクタ５７により回路基板に電気的に接続され図示しない制御部からの制御信号に基づき、表示を行う。なお、液晶パネル５８はセグメントを用いて、表示すべき全内容をあらかじめセグメント状に配置したものでもよい。
【００４３】
本実施例では、磁気センサ５５、５６を電池５１の中心近くに設けて、電子方位計の小型化を計っている。このように、電池５１の下側、上側またはその近傍であっても、前述したように、電池５１の中心から所定の距離の範囲内またはその中心を通るＸ軸上もしくはこれと直交するＹ軸上の任意の位置に配置する限り、磁気センサ５５、５６の出力は磁界方向に対して直線性を有するので、方位検出の精度が落ちることはない。従って、設計上またはデザイン上の必要に応じて、上記範囲内の任意の位置に磁気センサを配置可能であり、小型化、デザインの向上、コストの削減を図ることができる。
【００４４】
図９は、本願発明の実施例にかかる電子方位計１０の電気的な構成を示す機能ブロック図である。理解を容易にするため、図８と機能上同一である部分は同一の番号を使用する。図８と同様に、Ｙ軸磁気センサ５６はＹ軸方向の磁界成分を検出する磁気センサであり、Ｘ軸磁気センサ５５はＸ軸方向の磁界成分を検出する磁気センサであり、地磁気に対するＸ軸およびＹ軸の偏倚量を電気信号として検出し、出力する。
【００４５】
センサ駆動回路４は、磁気センサ５５、５６に駆動電力を提供する。選択回路３は、制御手段８からの制御信号ＥＮＹ，ＥＮＸに従い信号を検出すべき磁気センサ５５、５６を選択する。選択回路３により選択された磁気センサ５５又は５６からの検出信号は、Ａ／Ｄ変換回路５によりアナログ信号からデジタル信号へ変換される。
【００４６】
補正手段６は、Ａ／Ｄ変換回路５からの出力信号を、磁気センサ５５、５６の設置場所または特性等に応じて補正するものである。図３の線ｃに示す通り、電池５１の近くの所定の位置に配置された磁気センサ５５、５６からは、磁界の向きの変化に対して直線性を有する検出出力が得られるが、平等磁界に配置された場合と異なり、その配置場所に応じて出力値が原点０から”Ｈ”だけ偏倚している。そのため、磁気センサの配置場所による偏倚分、各磁気センサのもつ個性等による偏りの他、磁北と地図上の北とのずれ（偏角）の補正等をこの補正手段６により補正し、正確な方位を算出する。
【００４７】
補正手段６により補正された方位表示信号は表示手段７に供給され、制御手段８の制御の下に、表示手段７により表示される。ここで制御手段８及び補正手段６は、当業者に明らかな通り、マイクロプロセッサ、所定のプログラム及びデータを記憶したＲＡＭ、及びＲＯＭ等で構成することもできる。
【００４８】
図９のＹ軸磁気センサ５６、Ｘ軸磁気センサ５５、センサ駆動回路４、及び選択回路３のより詳細な実施例を図１０に示す。図９の制御手段８からの制御信号ＥＮＸまたはＥＮＹにより、磁気センサ５５又は５６のいずれかが選択されるとともに選択された磁気センサ５５または５６のいずれかにセンサ駆動回路４からの電力が供給される。
【００４９】
ＥＮＹとＥＮＸは同時にアクティブ状態（”Ｈ”とする）となることはない。いま、ＥＮＹが”Ｈ”とするとトランジスタ１１がオン状態となり、駆動電力がＹ軸磁気センサ５６に供給される。このとき、切換ゲート１３、１４が開いておりゲート１５、１６は閉じているので、Ｙ軸磁気センサ５６からの出力信号ＳＹＨ、ＳＹＬがＡ／Ｄ変換回路５に送られる。このときゲート１５、１６は閉じているのでＡ／Ｄ変換回路５では、出力信号ＳＹＨとＳＹＬを差動増幅すると共にその量に応じたデジタル信号として出力される。
【００５０】
同様に、ＥＮＸはＸ軸磁気センサ５５を選択する信号であり、トランジスタ１２をオン状態にしてＸ軸用センサ５５に電力を供給するとともに、切り換えゲート１５、１６を開いてＸ軸磁気センサ５５の出力ＳＸＨ、ＳＸＬをＡ／Ｄ変換回路５へ出力させる。
【００５１】
出力信号ＳＸＨ、ＳＸＬ、ＳＹＨ、ＳＹＬは、図９に示す通り、Ａ／Ｄ変換回路５でアナログ／デジタル変換され、補正手段６を経て表示手段７で表示される
【００５２】
図１１に電子方位計７０で表示する場合の例を示す。例えば今、電子方位計７０を北に向けたとすると、図１１（Ａ）では、太い矢印で示される方向指示マーク７１と、Ｎと表示されている方位７２と、北からの偏り角度７３が示されている。この場合には、方位は”Ｎ”すなわち北であり、偏りが”０”であることから、方向指示マーク７１の方角が北（厳密には磁北）であること示している。図１１（Ｂ）では、方位７２が”ＮＥ”すなわち北東であり、北からの角度７３が”４５”であるから、方向指示マーク７１の方角が北から４５°の方向であることを示している。同様にして図１１（Ｃ）は、方向指示マーク７１の方角が方位が東であり、北から９０°の方向であることを示している。ここではこのような表示形式を示したが、例えば、方向指示マーク７１の矢印の代わりにＬＥＤを点灯させる等、表示形式、表示方法、表示媒体等については、当業者が自由に選択できる。
【００５３】
次に、磁気センサの配置について、図１２を用いてより詳しく説明する。図１２は、本発明にかかる磁気センサ５５、５６の配置場所について、詳しく説明するための実施例を示す図である。図１２の（Ａ）〜（Ｅ）には、それぞれ電子機器３０に設けられた磁性を有する円形状の部品要素（例えば３０４ステンレス鋼の外枠からなるの電池）２１と、Ｘ軸用磁気センサ５５とＹ軸用磁気センサ５６とが示されている。図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は部品要素２１の中心Ｏからその半径Ｒの２-1/2 以内の距離にＸ軸用磁気センサ５５及びＹ軸用磁気センサ５６を配置した例である。この範囲であれば任意の位置に配置できる。センサの検知軸方向も部品要素の中心Ｏを通る軸上である必要は無い。Ｘ軸用磁気センサ５５とＹ軸用磁気センサ５６は互いの検知軸が直角になるように配置されている。
【００５４】
図１２（Ｃ）は、Ｘ軸用磁気センサ５５及びＹ軸用磁気センサ５６を、部品要素２１の半径Ｒの２-1/2 より外側であって、部品要素２１の周縁部近傍に配置する場合の例を示している。この場合にはそれぞれの磁気センサ５５、５６を、部品要素２１の中心Ｏを通るＸ軸上またはＹ軸上にその磁気センサ５５、５６の検知軸が前記Ｘ軸とＹ軸と重なるように配置しなければならない。
【００５５】
図１２（Ｄ）は（Ｃ）においてＹ軸用磁気センサ５６のみを部品要素２１の外側に配置した例を示す。この場合においても同様に、Ｙ軸用磁気センサ５６をその検知軸が部品要素２１の中心を通るＹ軸と重なるように前記Ｙ軸上に配置になければならない。図１２（Ｅ）は、Ｘ軸用磁気センサ５５が部品要素２１の周縁部上からやや外側に出た位置に配置され、Ｙ軸用磁気センサ５６は部品要素２１の中心から半径Ｒの２-1/2 以内の位置に設けられている。この場合には、Ｘ軸用磁気センサ５５は図１２の（Ｃ）（Ｄ）と同様に部品要素２１の中心Ｏを通るＸ軸上になければならないが、Ｙ軸用磁気センサ５６は半径Ｒの２-1/2 以内の任意の位置に設けることができる。
【００５６】
図１３は、曲げ加工又は打ち抜き加工によって受ける応力及び材質によって、その磁性を帯びる場所が異なる場合のＸ軸用磁気センサ５５とＹ軸用磁気センサ５６の配置を示している。例えば、磁性を帯びる場所がかなり狭い周縁部近傍Ｓに限定された場合には、その磁性による影響を受けない範囲内（半径Ｚの範囲内）であれば磁気センサ５５、５６を配置することができる。（図１３（Ａ）参照）。逆に、図１３の（Ｂ）に示すように、そのような加工等により磁性を帯びる場所が広い範囲の周縁より距離Ｗの範囲におよぶ場合には、磁気センサ５５、５６の配置場所は、その磁性の影響を受けない狭い範囲(半径Ｚの範囲）に限定されることになる。但し、部品要素２２、２３の中心Ｏを通る軸上に配置する場合は、図１２で説明したのと同様である。
上記で説明した磁気センサは検出軸が１軸のものであるが、Ｘ軸とＹ軸の２つの検出軸を有する磁気センサであっても、同様である。
【００５７】
以上のように本発明は、各種分析データから帯磁しやすい物質の下側またはその上部側の位置であっても、上述の条件の範囲である限り、磁気方向の変化したときに磁気センサの検出出力が磁気方向の変化に対応して直線的に変化する関係（直線性）があるという知見に基づきなされたものである。このような、性質が発現する理由についての正確な理論的解明は現時点ではなされていないが、３０４ステンレス鋼等の材質からなる部品が円形上に曲げられまたは打ち抜かれた際の応力によりこのような性質が生じるのではないかと考えられる。現在では、ボタン電池が小型の電子機器の電源として多く使用されており、このようなボタン電池では３０４ステンレス鋼が使用されているものが多いので、このようなボタン電池の上側または下側等に磁気センサを配置できるのであれば、極めて有益である。
【００５８】
本発明は、磁気センサを円形またはほぼ円形状の帯磁しやすい部品要素とともに使用する場合には適用が可能となる。従って、単に電子方位計のみならず、方位計を含む電子腕時計、圧力計、気圧計、カーナビゲーションまたは電子手帳等、磁気センサを含むあらゆる電子機器に実施可能であり、これらの電子機器は本願の対象となる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、従来は帯磁しやすい部品から磁気センサを離して配置していたものを、磁気センサの能力を高精度に維持したまま、円形状の帯磁しやすい部品の上部又は下部若しくはその近くに配置することを可能としたので、電子機器を設計する上での自由度が大幅に向上し、電子機器のさらなる小型化が可能となるのみならず、意匠等形態上の自由度も向上させることができた。また、本発明により、高精度で小型の電子方位計、このような電子方位計を有する電子機器、または携帯形電子機器を提供することができるようになった。
【００６０】
本発明の第１の態様により、帯磁しやすい円形状または略円形状の部品要素との中心からその半径の略２-1/2 以内の距離内の任意の位置に磁気センサを配置するので、磁気センサが帯磁しやすい円形状またはほぼ円形状の部品要素の上側または下側であっても、中心から所定の距離以内であれば任意の位置に配置することができる。したがって、磁気センサと帯磁しやすい円形状等の部品要素を近接した断面方向に重なる位置に配置することができる。また、電子機器を設計する上で、磁気センサの配置場所の選択の自由度が広がり、高精度を維持したままより小型化することができる。
【００６１】
本発明の第２の態様により、帯磁し易い円形状又は略円形状の部品要素の中心を通る任意の直線と磁気の検出軸が一致するように直線上の任意の位置に、磁界の向きに対応する信号を出力する磁気センサを配置するので、磁気センサが帯磁しやすい円形状またはほぼ円形状の部品要素の中心から所定の距離以内の任意の位置に配置することができないときでも、部品要素の中心を通る任意の直線と磁気の検出軸が一致するように直線上の任意の位置に配置することができる。また、磁気センサを帯磁し易い円形状等の部品要素の近傍に平面的に重ならないように配置することもできる。また、電子機器を設計する上で、磁気センサの配置場所の選択の自由度が広がり、高精度を維持したままより小型化すること等が可能となる。
【００６２】
本発明の第３の態様により、Ｘ軸磁気センサを帯磁し易い円形状又は略円形状の部品要素から一定の距離以内の位置又はその部品要素の中心を通るＸ軸上又はその延長線上の任意の位置に配置し、Ｙ軸磁気センサを帯磁し易い円形状又は略円形状の部品要素から一定の距離以内の位置又はその部品要素のＸ軸と直交するＹ軸上又はその延長線上の任意の位置に配置することで、Ｘ軸磁気センサとＹ軸磁気センサを使用する場合でも、部品要素に対してそれぞれの磁気センサをかなりの自由な位置に配置することができる。また、設計の自由度をさらに向上させることができ、高精度を維持したままより小型化すること等が可能となる。
【００６３】
本発明の第４の態様により、帯磁しやすい部品要素が３０４ステンレス鋼から成る電池であることで、ボタン電池等に影響されずに、検出することができる。そして、電池から磁気センサを離さずに済むので、電子機器をさらに高性能化、小型化等することができる。
【００６４】
本発明の第５の態様により、磁気センサを加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた円形状又は略円形状の部品要素の磁性を帯びた周縁部近傍より内側の位置に配置することで、円形状の部品要素の中心から所定の距離の任意の位置に磁気センサを配置可能となり、高精度を維持したままより小型化することができる。
【００６５】
本発明の第６の態様により、磁気センサを加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた円形状又は略円形状の部品要素の中心を通る任意の直線と磁気の検出軸が一致するように直線上の任意の位置に配置するので、磁気センサが加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた円形状またはほぼ円形状の部品要素の上側または下側であっても、中心から所定の距離以内の任意の位置に配置することができないときでも、部品要素の中心を通る任意の直線と磁気の検出軸が一致するように直線上の任意の位置に配置することができる。これにより、電子機器を設計する上で、磁気センサの配置場所の選択の自由度が広がり、高精度を維持したままより小型化すること等が可能となる。
【００６６】
この発明の第７の態様により、Ｘ軸磁気センサを加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた円形状又は略円形状の部品要素から一定の距離以内の位置又はその部品要素の中心を通るＸ軸上又はその延長線上の任意の位置に配置し、Ｙ軸磁気センサを加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた円形状又は略円形状の部品要素から一定の距離以内の位置又はその部品要素のＸ軸と直交するＹ軸上又はその延長線上の任意の位置に配置することで、Ｘ軸磁気センサとＹ軸磁気センサを使用する場合でも、部品要素に対してそれぞれの磁気センサをかなりの自由な位置に配置することができる。これにより、円形状部品要素の近くの所定の位置に磁気センサを配置することができる。また、設計の自由度をさらに向上させることができ、高精度を維持したままより小型化すること等が可能となる。
【００６７】
本発明の第８の態様により、加工によりその周縁部近傍に磁性を帯びた円形状または略円形状の部品要素が、３０４ステンレス鋼から成る電池であるので、ボタン電池等の影響を受けることがなくなる。また、そのようなものを使用した電子機器をさらに高性能化、小型化等することが可能となる。
【００６８】
本発明の第９の態様により、磁気センサ、Ｙ軸磁気センサまたはＸ軸磁気センサはＸ軸方向とＸ軸と直交するＹ軸方向の磁界成分の双方を測定可能な２軸磁気センサから成る磁気センサであるので、これらの電池等使用した電子機器をさらに高性能化、小型化等することが可能となる。
【００６９】
本発明の第１０の態様により、電子機器が電子方位計、電子方位計付腕時計、電子方位計付き圧力計、カーナビゲーション端末機、電子方位計付き携帯型電子機器または電子方位計付き電子機器のいずれかとすることで、磁気センサを有するこれら多くの電子機器の設計の自由度を向上させることができ、小型化、高性能化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子機器に使用する一般的な磁気センサの機能を説明する等価回路図である。
【図２】平等磁界において、磁気センサを一回転したときの磁気センサの検出出力と磁界の向きとの関係を示す図である。
【図３】磁気センサを磁界中で一回転させたときの磁界中における磁界成分と検出電圧との関係を示すグラフである。
【図４】本発明のためのデータ測定に使用した磁気センサの外形、大きさ、及び検知軸方向を示す図である。
【図５】実験に使用した電池の外形と、磁気センサによるデータ測定位置及び座標、並びに測定結果を示す図である。
【図６】平等磁界中及び図５の座標Ｄ：Ｙ＝‐１．０，Ｘ＝‐１．０において、Ｙ軸磁気センサの実際の検出データをプロットしたグラフである。
【図７】図５の座標Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨにおけるＹ軸磁気センサの実際の検出データをプロットしたグラフである。
【図８】本発明の実施例にかかる電子方位計を示す分解斜視図である。
【図９】本発明の１実施例にかかる電子方位計１０の電気的構成を示す機能ブロック図である。
【図１０】図４のＹ軸用磁気センサ５６、Ｘ軸用磁気センサ５５、センサ駆動回路４、及び選択回路３の詳細な実施例を示す回路図である。
【図１１】本発明の一実施例にかかる電子方位計の表示例を示す図である。
【図１２】本発明にかかる磁気センサＸ、Ｙの配置場所について、詳しく説明するための実施例を示す図である。
【図１３】３０４ステンレス鋼等を円形状にするために、材料切りだし加工又は部品成形加工等によりその周縁部近傍に生じた磁性と、その場合の磁気センサの配置の一例を示す図である。
【図１４】平等磁界中に球磁性体を配置したときの磁場の状態を示す図である。
【図１５】３０４ステンレス鋼等を打ち抜き加工又は曲げ加工等した場合に生じる伸び等により生ずる磁性を説明する図である。
【符号の説明】
３  選択回路
４  センサ駆動回路
５  Ａ／Ｄ変換回路
６  補正手段
７  表示手段
８  制御手段
９  平等磁界
１０、７０  電子方位計
２０  球磁性体
２１、２２、２３、５１  電池
３０  電子機器
５５  Ｘ軸用磁気センサ
５６  Ｙ軸用磁気センサ
５８  液晶パネル
７１  方向指示マーク
７２  方位
７３  角度
【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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