JP2004184090A - 磁気センサ及び無接点スイッチ並びに位置検出機構 - Google Patents

Abstract

【課題】一括形成可能でかつ良好な角度検出が可能なブリッジ構成の人工格子型巨大磁気抵抗素子を備えた磁気センサ、及びその磁気センサを備えた無接点スイッチ、及びその無接点スイッチを備えた位置検出機構、並びに上記磁気センサを備えた位置検出機構を提供する。
【解決手段】磁気センサはパターン幅が６μｍである人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４をシリコン基板１５の主面１５ａに一括形成（一括成膜）することによりフルブリッジ回路を構成した。このように、各人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４のパターン幅を６μｍとすることにより、各人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、加えられる磁場（磁界）の角度の違いにより抵抗値がそれぞれ変化する。従って、この磁気センサによれば、一括形成したフルブリッジ回路により良好な角度検出ができる。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁界を検出する磁気センサ及び無接点スイッチ並びに位置検出機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、巨大磁気抵抗素子にてブリッジ回路を構成し、そのブリッジ回路により回転外部磁界を検出する磁気センサが提案されている。上記磁気センサの一例として、基板上に巨大磁気抵抗素子の一種であるスピンバルブ型巨大磁気抵抗素子にてフルブリッジ回路を構成し、そのブリッジ回路により回転外部磁界を検出する磁気センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このスピンバルブ型巨大磁気抵抗素子は、非磁性体層を挟んで強磁性体層を積層し、最後に設けた前記強磁性体層の表面上に反強磁性体層（バイアス層）を形成した構成とされている。このスピンバルブ型巨大磁気抵抗素子では、前記反強磁性体層（バイアス層）と接する強磁性体層が固定磁化層と呼ばれ、この固定磁化層に対して非磁性体層を介して隣接する強磁性体層が自由磁化層と呼ばれる。
【０００４】
そして、この磁気センサを製作する際には、次に示すようにしている。複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗素子を一括形成で製作したシリコン基板を、ダイシングソーにより個々のスピンバルブ型巨大磁気抵抗素子に切り分ける。そして、４つのスピンバルブ型巨大磁気抵抗素子は、隣り合うもの同士で配列方向を９０°ずつ傾けるようにしてセンサホルダ上に配置している。
【０００５】
上記のようにシリコン基板上に一括形成したスピンバルブ型巨大磁気抵抗素子をそれぞれ切り分けてセンサホルダ上に配置する理由を以下に説明する。図２０に示すように、例えば、４つのスピンバルブ型巨大磁気抵抗素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を、隣り合うもの同士で配列方向を９０°ずつ傾けるようにしてシリコン基板１０１上に一括形成すると、各スピンバルブ型巨大磁気抵抗素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のバイアス方向が全て同じとなってしまう。これは、スピンバルブ型巨大磁気抵抗素子の特徴である。このように、各スピンバルブ型巨大磁気抵抗素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のバイアス方向が全て同じとなるように配列すると、回転外部磁界を検出することができない。
【０００６】
そのため、図２１に示すように、シリコン基板１０２に対して互いに並列となるようにスピンバルブ型巨大磁気抵抗素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を一括形成し、各スピンバルブ型巨大磁気抵抗素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のバイアス方向を自身の短手方向と同方向となるようにする。そして、そのスピンバルブ型巨大磁気抵抗素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を切り分け、図２２に示すように隣り合うスピンバルブ型巨大磁気抵抗素子同士で配列方向を９０°ずつ傾けるようにしてセンサホルダ１０３上に配置する。即ち、隣り合うスピンバルブ型巨大磁気抵抗素子同士でバイアス方向が９０°ずつ傾くように、各スピンバルブ型巨大磁気抵抗素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４をセンサホルダ１０３上に配置する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１５９５４２号公報（段落番号「００１９」、「００２２」、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１の磁気センサは、各スピンバルブ型巨大磁気抵抗素子をダイシングソーで切り分けて、その各スピンバルブ型巨大磁気抵抗素子をセンサホルダ上に配置しなければならず製作工程が複雑となっていた。
【０００９】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は一括形成可能でかつ良好な角度検出が可能なブリッジ構成の人工格子型巨大磁気抵抗素子を備えた磁気センサを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の別の目的は、上記磁気センサを備えた無接点スイッチ、及びその無接点スイッチを備えた位置検出機構、並びに上記磁気センサを備えた位置検出機構を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、形状異方性を備えた人工格子型巨大磁気抵抗素子をブリッジ構成したブリッジ回路と、前記ブリッジ回路に対して所定の離間距離を保ちつつ回転可能な磁石とを備えたことを要旨とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁気センサにおいて、前記ブリッジ回路は１チップで構成されていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の磁気センサを備え、前記ブリッジ回路からの信号を二値化する二値化手段を備えたことを要旨とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の無接点スイッチを備え、前記磁石を固定すると共に自身の軸心を中心に回転可能な回転部材と、前記回転部材の回転に応じて直線運動可能な直線運動部材とを備えたことを要旨とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の磁気センサを備え、前記磁石を固定すると共に自身の軸心を中心に回転可能な回転部材と、前記回転部材の回転に応じて直線運動可能な直線運動部材とを備えたことを要旨とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図６に従って説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の磁気センサ１１は、検出体１２と、磁石１３とを備えている。前記検出体１２は合成樹脂製の円柱状をなす検出体配置部材１４に対して埋設され、同検出体配置部材１４は図示しない固定部材に対して固定されている。
【００１７】
図２に示すように前記検出体１２は、シリコン基板１５と、同シリコン基板１５の主面１５ａに形成（成膜）された４つの人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とを備えている。前記各人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、非磁性体層を挟んで強磁性体層を複数回積層した構成とされている。前記人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４はシリコン基板１５に対して一括形成されている。
【００１８】
前記人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、短冊形状とされておりパターン幅（短手辺の長さ）Ｗが６μｍとされている。前記人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ４は、その長手辺が同じ方向（以下、第１配列方向Ｈ１という）を向くように配置されている。前記人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ２，Ｒ３は、その長手辺が前記第１配列方向Ｈ１に対して直交する方向（以下、第２配列方向Ｈ２という）を向くように配置されている。前記各人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、パターン幅が６μｍとされていることにより形状異方性が発現する。
【００１９】
なお、形状異方性とは、１〜３０μｍのパターン幅をなす人工格子型巨大磁気抵抗素子に対して、加えられる磁場（磁界）の角度の違いにより、その人工格子型巨大磁気抵抗素子の抵抗値が変化することをいう。人工格子型巨大磁気抵抗素子のパターン幅が狭くなるほど、その人工格子型巨大磁気抵抗素子における抵抗値の変化は大きくなる。
【００２０】
図３に示すように、前記人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４によりブリッジ回路としてのフルブリッジ回路Ｂが構成されている。この前記フルブリッジ回路Ｂが形成されたシリコン基板１５は１チップで構成されている。前記人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１と人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ２とが互いに直列接続され、人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ３と人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ４とが互いに直列接続されている。そして、前記人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２と、前記人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ３，Ｒ４とが互いに並列接続されている。人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１と人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ２との間には中点ａが形成され、人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ３と人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ４との間には中点ｂが形成されている。
【００２１】
図１及び図４（ａ），（ｂ）に示すように、前記磁石１３は検出体１２に対向するように配置されている。前記磁石１３は検出体配置部材１４の軸心Ｏを中心として回転可能となるように図示しない支軸に対して固定されている。前記磁石１３は棒磁石であり、その長手方向中央を境として長手方向両側にＮ極とＳ極とがそれぞれ形成されている。同磁石１３はＮ極とＳ極との境目でかつ短手方向（幅方向）中央が回転中心とされている。前記磁石１３はシリコン基板１５の主面１５ａ（図２参照）に対して平行でかつ同主面１５ａに対して所定の離間距離を保ちつつ、軸心Ｏを中心として回転可能とされている。
【００２２】
つまり、前記磁石１３により、人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ４と人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ２，Ｒ３とでは、互いに９０°異なった磁場が常に加えられていることになる。そして、前記磁石１３が軸心Ｏを中心として回転すると、前記人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に加える磁場の方向が変化するように構成されている。
【００２３】
図４（ａ），（ｂ）及び図５（ａ），（ｂ）に示すように、磁石１３は、その長手辺が第１配列方向Ｈ１に対して平行な状態から、第２配列方向Ｈ２に対して平行な状態となる９０°の範囲内で回転可能とされている。以下、前記磁石１３の長手辺が第１配列方向Ｈ１に対して平行な際を磁石１３の回転角度が０°といい、前記磁石１３の長手辺が第２配列方向Ｈ２に対して平行な際を磁石１３の回転角度が９０°という。
【００２４】
次に、上記第１実施形態のように構成された磁気センサ１１の作用について説明する。
図６は、磁石１３の回転角度に対する、中点ａと中点ｂとの差電圧ΔＶの変化を示している。図６では、横軸に磁石１３の回転角度（°）をとり、縦軸に差電圧（ΔＶ）をとっている。
【００２５】
図６に示すように、磁石１３の回転角度が０°の際（図４（ａ）及び図５（ａ）参照）には、差電圧ΔＶが０Ｖとなる。また、図６に示すように、磁石１３の回転角度が９０°の際（図４（ｂ）及び図５（ｂ）参照）には、差電圧ΔＶが約０．１８Ｖとなる。詳しく述べると図６に示すように、前記磁石１３の回転角度が０°から９０°へと変化すると特性線Ｉ１となり、同磁石１３の回転角度が９０°から０°へと変化すると特性線Ｉ２となる。図６から分かるように、特性線Ｉ１，Ｉ２は、ほぼリニアな変化となりヒステリシスの影響もほとんど受けない。
【００２６】
従って、上記第１実施形態の磁気センサ１１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、磁気センサ１１はパターン幅Ｗが６μｍである人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４をシリコン基板１５の主面１５ａに一括形成（一括成膜）することによりフルブリッジ回路Ｂを構成した。このように、各人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４のパターン幅を６μｍとすることにより、各人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、加えられる磁場（磁界）の角度の違いにより抵抗値がそれぞれ変化する。即ち、磁石１３により、人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ４と、人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ２，Ｒ３とでは、互いに９０°異なった磁場が常に加えられていることになる。従って、本実施形態の磁気センサ１１によれば、一括形成したフルブリッジ回路Ｂにより良好な角度検出ができる。
【００２７】
（２）本実施形態では、シリコン基板１５に対して人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を一括形成した。従って、本実施形態の磁気センサ１１は１チップでフルブリッジ回路Ｂを形成できるため、特許文献１に示す磁気センサと比して容易に製作できる。
【００２８】
（３）本実施形態では、図６に示すように、磁石１３を回転角度０°から９０°または回転角度９０°から０°へ変化させた際に、リニアな特性を得ることができる。従って、角度検出を精度よく行うことができる。
【００２９】
（４）本実施形態では、磁気センサ１１に巨大磁気抵抗素子の一種である人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を用いた。一般に巨大磁気抵抗素子は、ホール素子の約１００倍の感度があり、かつ磁気抵抗素子（ＭＲＥ）の約１０倍の感度がある。従って、ホール素子や、磁気抵抗素子（ＭＲＥ）と比べて、本実施形態の人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、検出感度を向上させることができる。
【００３０】
（５）本実施形態の磁気センサ１１は、検出体１２と磁石１３とが接触しない非接触方式のセンサのため、接触式のセンサのような接点不良を起こすことがない。また、本実施形態の磁気センサ１１は、発光部と受光部とからなる光センサと比して、埃などの光を通さないゴミにより検出感度が悪くなることがない。
【００３１】
（６）ところで、図示しない従来の磁気センサにおいて以下に示すようなものがある。この従来のセンサは、巨大磁気抵抗素子（パターン幅３０μｍを超えるもの）を用いてブリッジ回路構成すると共に、前記磁気センサ１１のフルブリッジ回路Ｂにおける人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ４に相当する巨大磁気抵抗素子に対して磁石の磁場の影響を与えないように配慮したものがある。即ち、この従来の磁気センサは、本実施形態のフルブリッジ回路Ｂにおける人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ４に相当する巨大磁気抵抗素子に対してシールドを施したり、磁石から離して設けたりして磁石の磁場の影響を受けないようにしている。しかしながら、シールドを施したり、磁石から遠ざけるように巨大磁気抵抗素子を設けたりするため構成が複雑となっていた。
【００３２】
従って、本実施形態の磁気センサ１１は、人工格子型巨大磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を密集して設けると共にシールドなどを施す必要がないため、この従来の磁気センサに比して簡単な構成とすることができる。
【００３３】
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図７及び図８に従って説明する。
本実施形態の無接点スイッチ２１は、前記第１実施形態の磁気センサ１１における検出体１２に対して二値化手段としてのコンパレータＣＰを付加したものである。
【００３４】
即ち、無接点スイッチ２１における検出体２２は、前記第１実施形態のフルブリッジ回路Ｂとシリコン基板１５の主面１５ａ上に形成（成膜）されたコンパレータＣＰとを備えている。前記フルブリッジ回路Ｂ及びコンパレータＣＰが形成されたシリコン基板１５は１チップで構成されている。本実施形態の磁石１３と検出体２２におけるフルブリッジ回路Ｂとの相対的な配置関係は、前記第１実施形態の磁石１３と検出体１２との配置関係と同様とされている。前記コンパレータＣＰの非反転入力端子には前記中点ａが接続され、同コンパレータＣＰの反転入力端子には前記中点ｂが接続されている。前記コンパレータＣＰは中点ａと中点ｂとの差電圧ΔＶが０．１未満の際にはＬレベルの信号を出力し、同差電圧ΔＶが０．１以上の際にはＨレベルの信号を出力するように設定されている。
【００３５】
次に、上記第２実施形態のように構成された無接点スイッチ２１の作用について説明する。
本実施形態の無接点スイッチ２１は、図６に示すように磁石１３の回転角度が０°から９０°へと変化する際（特性線Ｉ１）に、回転角度５４°で差電圧ΔＶが０．１以上となりコンパレータＣＰが出力する信号は図８（ａ）に示すようにＬレベルからＨレベルとなる。また、同無接点スイッチ２１は、図６に示すように磁石１３の回転角度が９０°から０°へと変化する際（特性線Ｉ２）に、回転角度５２°で差電圧ΔＶが０．１未満となりコンパレータＣＰが出力する信号は図８（ｂ）に示すようにＨレベルからＬレベルとなる。
【００３６】
従って、上記第２実施形態の無接点スイッチ２１によれば、前記第１実施形態の磁気センサ１１における（２），（４）〜（６）の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
【００３７】
（１）本実施形態では、フルブリッジ回路Ｂからの信号（差電圧ΔＶ）を二値化するコンパレータＣＰを備えた。即ち、コンパレータＣＰは前記フルブリッジ回路Ｂの差電圧ΔＶが０．１未満の際にはＬレベルの信号を出力し、同フルブリッジ回路Ｂの差電圧ΔＶが０．１以上に際にはＨレベルの信号を出力する。ところで、フルブリッジ回路Ｂの出力特性である前記特性線Ｉ１，Ｉ２はヒステリシスの影響がほとんどないリニアな特性であるため、特性線Ｉ１においても特性線Ｉ２においてもＬレベルの信号とＨレベルの信号との切り換わり点は磁石１３の回転角度が５３°付近となる。従って、無接点スイッチ２１はヒステリシスの影響をほとんど受けることなくＯＮ／ＯＦＦ精度のよいスイッチングを行うことができる。
【００３８】
（第３実施形態）
以下、本発明を具体化した第３実施形態を図９〜図１２に従って説明する。
本実施形態の位置検出機構３１は、前記第２実施形態の無接点スイッチ２１における磁石１３及び検出体２２を備えている。即ち、図９及び図１０に示すように、本実施形態の位置検出機構３１は前記磁石１３、検出体２２、ケース３２、ピニオン歯３３ａを有するピニオン３３、及びラック歯３４ａを有するラック３４を備えている。前記ピニオン３３は回転部材に相当し、前記ラック３４は直線運動部材に相当する。図１１に示すように、前記ケース３２は、断面チャンネル形状をなすと共に磁石１３及び検出体２２を配置するセンサ配置ケース３５と、前記ラック３４をガイドするガイド部３６とを備えている。
【００３９】
図９及び図１０に示すように、前記ピニオン３３の外周には複数の前記ピニオン歯３３ａが形成されている。同ピニオン３３の一側面には軸３３ｂを備え、その軸３３ｂは前記センサ配置ケース３５の一側壁（以下、側壁３５ａという）に設けられた軸支持孔３５ｂに回転可能に支持されている。前記ピニオン３３における前記軸３３ｂが設けられた面とは反対側の面には、前記磁石１３が固定されている。詳しく述べると、ピニオン３３が軸３３ｂを中心として回転した際に、前記磁石１３がＮ極とＳ極との境目でかつ短手方向（幅方向）中央を回転中心として回転するように磁石１３は前記ピニオン３３に対して固定されている。
【００４０】
前記センサ配置ケース３５における前記側壁３５ａと対向する側壁（以下、側壁３５ｃ）のピニオン３３側の側面には、前記磁石１３と対向するように前記検出体２２が固定されている。
【００４１】
本実施形態の磁石１３と検出体２２におけるフルブリッジ回路Ｂとの相対的な配置関係は、前記第２実施形態の磁石１３と検出体２２との配置関係と同様とされている。前記センサ配置ケース３５は、前記側壁３５ａと側壁３５ｃとを連結する底部３５ｄを備えている。前記底部３５ｄにおける両側壁３５ａ，３５ｃが対向する方向とは直交する方向（第２配列方向）の一側面には前記ガイド部３６が固定されている。
【００４２】
前記ガイド部３６には前記ラック３４を摺動可能に挿通する挿通孔３６ａが形成され、同挿通孔３６ａには前記ラック３４の基端側が挿通されている。前記ラック３４の先端側には複数の前記ラック歯３４ａが形成され、同ラック歯３４ａは前記ピニオン３３のピニオン歯３３ａに噛合されている。前記ラック３４は第２配列方向に沿って往復動可能に構成されている。即ち、ラック３４は直線運動を行う。
【００４３】
そして、本実施形態ではラック３４を第２配列方向Ｈ２に沿って移動量Ｄ分だけ移動させた際に、ラック３４と噛合しているピニオン３３が９０°回転するように、ピニオン歯３３ａとラック歯３４ａとの歯数が適宜設定されている。
【００４４】
そして、ラック３４が後退位置Ｐ１（図９にて実線で示すラック３４）に位置する際には、磁石１３は図６に示す回転角度０°に対応するように位置検出機構３１は構成されている。また、ラック３４が前進位置Ｐ２（図９にて二点鎖線で示すラック３４及び図１２にて実線で示すラック３４）に位置する際には、磁石１３は図６に示す回転角度９０°に対応するように位置検出機構３１は構成されている。
【００４５】
次に、上記第３実施形態のように構成された位置検出機構３１の作用について説明する。
本実施形態の位置検出機構３１において、ラック３４を後退位置Ｐ１から前進位置Ｐ２に移動させると、前記磁石１３は回転角度が０°から９０°へと変化する。図６に示すように、この磁石１３の回転角度０°から９０°への変化（特性線Ｉ１）では、回転角度５４°でコンパレータＣＰが出力する信号が図８（ａ）に示すようにＬレベルからＨレベルとなる。一方、ラック３４を前進位置Ｐ２から後退位置Ｐ１に移動させると、前記磁石１３は回転角度が９０°から０°へと変化する。図６に示すように、この磁石１３の回転角度９０°から０°への変化（特性線Ｉ２）では、回転角度５２°でコンパレータＣＰが出力する信号が図８（ｂ）に示すようにＬレベルからＨレベルとなる。
【００４６】
前記特性線Ｉ１，Ｉ２はヒステリシスがほとんどない。そのため、特性線Ｉ１，Ｉ２におけるコンパレータＣＰの出力信号切り換え誤差に対応する磁石１３の回転角度誤差は２°となる。言い換えると、磁石１３は０°から９０°の回転範囲内で、２°の誤差しかないため、特性線Ｉ１，Ｉ２におけるコンパレータＣＰの出力信号切り換え誤差に対応するラック３４の移動量の誤差は「１÷４５×Ｄ」となる。
【００４７】
ところで、図１３及び図１４は従来の位置検出機構４１を示したものである。この位置検出機構４１は、前記第２実施形態の無接点スイッチ２１における磁石１３の構成及び動作を変更したものに相当する。即ち、位置検出機構４１は前記第２実施形態の検出体２２と同様の検出体２２を有する検出体配置部材１４と、図１３及び図１４に示す磁石４３とを備えている。前記磁石４３は棒磁石であり、第１配列方向Ｈ１に沿う両辺が短手辺、第２配列方向Ｈ２に沿う両辺が長手辺となるように配置されている。同磁石４３はその短手方向中央を境として短手方向両側にＮ極とＳ極とがそれぞれ形成されている。また、磁石４３は第２配列方向Ｈ２に沿って往復動可能な図示しない往復動体に固定されており、その往復動体の往復動により磁石４３は検出体２２に対して対向状態となったり非対向状態となったりするように構成されている。
【００４８】
以下、前記検出体２２に対して磁石４３が対向しない非対向状態を磁石４３が後退位置Ｐ３に位置するといい、前記検出体２２に対して磁石４３が対向する対向状態を磁石４３が前進位置Ｐ４に位置するという。前記磁石４３が後退位置Ｐ３から前進位置Ｐ４に移動した際の移動量は、位置検出機構３１におけるラック３４の移動量Ｄと同じとされている。即ち、磁石４３は第２配列方向Ｈ２に沿って移動量Ｄ分だけ往復動可能とされている。
【００４９】
図１５は、従来の位置検出機構４１における磁石４３が後退位置Ｐ３と前進位置Ｐ４との間を往復動した際の差電圧ΔＶの変化を示している。図１５では、横軸に磁石４３の移動量（Ｄ）をとり、縦軸に差電圧（ΔＶ）をとっている。
【００５０】
図１５において、特性線Ｉ３は磁石４３が後退位置Ｐ３から前進位置Ｐ４に移動した際の特性を示し、特性線Ｉ４は磁石４３が前進位置Ｐ４から後退位置Ｐ３に移動した際の特性を示している。
【００５１】
このように、図１５においては、特性線Ｉ３，Ｉ４がヒステリシスの影響によりリニアな特性となっていない。この位置検出機構４１におけるコンパレータＣＰの出力信号切り換えも差電圧ΔＶが０．１の際とする。すると、図１５から分かるように、特性線Ｉ３，Ｉ４におけるコンパレータＣＰの出力信号切り換え誤差に対応する磁石４３の移動量の誤差は、「１÷５×Ｄ」となる。
【００５２】
従って、従来の位置検出機構４１における磁石４３の移動量の誤差は、「１÷５×Ｄ」に対して、本実施形態の位置検出機構３１におけるラック３４の移動量の誤差は「１÷４５×Ｄ」と、その誤差は小さくなり精度よくＯＮ／ＯＦＦ精度のよいスイッチングを行うことができる。
【００５３】
従って、上記第３実施形態の位置検出機構３１によれば、前記第１実施形態の磁気センサ１１における（２），（４）〜（６）の効果、及び第２実施形態の無接点スイッチ２１における（１）の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
【００５４】
（１）本実施形態では、位置検出機構３１は、磁石１３を固定すると共に自身の軸心（軸心Ｏ）を中心に回転するピニオン３３を備えた。また、前記ピニオン３３の回転に応じて直線運動可能なラック３４を備えた。即ち、ラック３４が直線運動することによりピニオン３３及びピニオン３３に固定された磁石１３が回転し、この結果、磁石１３に対向状態の検出体２２に対して、加える磁場の方向を変化させるようにした。従って、位置検出機構３１を構成する無接点スイッチ２１は、ＯＮ／ＯＦＦ精度のよいスイッチングを行うことができるため、この結果、位置検出機構３１は、ラック３４の移動量に応じたＯＮ／ＯＦＦ精度のよいスイッチングを行うことができる。
【００５５】
（２）本実施形態では、ピニオン３３のピニオン歯３３ａとラック３４のラック歯３４ａとを噛合するようにし、ピニオン３３の回転に応じてラック３４を直線運動するように構成した。従って、ピニオン３３がラック３４に対して空回りすることがないため、ラック３４の移動量に応じたＯＮ／ＯＦＦ精度のよいスイッチングを確実に行うことができる。
【００５６】
（第４実施形態）
以下、本発明を具体化した第４実施形態を図１６〜図１８に従って説明する。
図１７に示すように、本実施形態の磁気センサ５１は、磁気センサ１１におけるブリッジ回路としてのフルブリッジ回路Ｂをハーフブリッジ回路５２に変更したものに相当する。即ち、図１６に示すように、磁気センサ５１のシリコン基板１５に対して、一括形成された人工格子型巨大磁気抵抗素子５３，５４にてブリッジ回路としてのハーフブリッジ回路５２が構成されている。前記人工格子型巨大磁気抵抗素子５３と人工格子型巨大磁気抵抗素子５４は互いに直列に接続されると共に、その両者間には中点ｃが形成されている。
【００５７】
なお、本実施形態では、磁石１３の長手辺が人工格子型巨大磁気抵抗素子５３の長手辺と平行な際を磁石１３の回転角度が０°といい、磁石１３の長手辺が人工格子型巨大磁気抵抗素子５４の長手辺と平行な際を磁石１３の回転角度が９０°という。
【００５８】
図１８は、磁石１３の回転角度に対する、中点ｃの電圧Ｖの変化を示している。図１８では、横軸に磁石１３の回転角度（°）をとり、縦軸に電圧（Ｖ）をとっている。特性線Ｉ５，Ｉ６，Ｉ７は、それぞれ人工格子型巨大磁気抵抗素子５３，５４のパターン幅が３μｍ，６μｍ，２４μｍの際の特性線である。図１８からも分かるように、特性線Ｉ５，Ｉ６，Ｉ７は、ほぼリニアな特性を得ている。また、人工格子型巨大磁気抵抗素子５３，５４のパターン幅が細くなるほど、電圧の変化率が大きくなる。
【００５９】
従って、本実施形態の磁気センサ５１においても、前記第１実施形態の磁気センサ１１と同様の効果を得ることができる。また、この磁気センサ５１を用いて、前記無接点スイッチ２１、及び前記位置検出機構３１を構成してもよい。
【００６０】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態は以下のような他の実施形態に変更して具体化してもよい。
【００６１】
・前記第３実施形態では、ピニオン３３の回転に応じてラック３４を直線運動するように構成していた。これに限らず、図１９に示すように、前記ピニオン３３の代わりに外周に滑止防止手段としての滑り防止ゴム６０を設けた摩擦車６１を設け、前記ラック３４の代わりに前記滑り防止ゴム６０に摩擦係合する滑止防止手段としての滑り防止ゴム６２を有する往復動体６３を設けてもよい。前記摩擦車６１は回転部材に相当し、前記往復動体６３は直線運動部材及び摩擦係合体に相当する。
【００６２】
・前記第３実施形態及び上記他の実施形態の位置検出機構３１においては、コンパレータＣＰを備えていたが、省略してもよい。このように構成すると、ラック３４及び往復動体６３の移動量に応じたリニアな差電圧ΔＶの出力が得られる。
【００６３】
・前記各実施形態の人工格子型巨大磁気抵抗素子５３，５４，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４のパターン幅Ｗは１〜３０μｍの範囲で形成してもよい。
次に、上記各実施形態及び他の実施形態から把握できる技術的思想について以下に追記する。
【００６４】
（イ）前記回転部材はピニオンであり、前記直線運動部材は前記ピニオンに噛合可能なラックであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の位置検出機構。
【００６５】
（ロ）前記回転部材は摩擦車であり、前記直線運動部材は前記摩擦車の外周に対して摩擦により係合する摩擦係合体であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の位置検出機構。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、一括形成可能でかつ良好な角度検出が可能なブリッジ構成の人工格子型巨大磁気抵抗素子を備えた磁気センサを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における磁気センサの正面部分断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視における検出体の主面を示す概略図。
【図３】第１実施形態におけるフルブリッジ回路の回路図。
【図４】（ａ）は、磁石の回転角度が０°のときの磁気センサにおける底面図。（ｂ）は、磁石の回転角度が９０°のときの磁気センサにおける底面図。
【図５】（ａ）は、磁石の回転角度が０°でかつ図１に示すＡ−Ａ線矢視断面図。（ｂ）は、磁石の回転角度が９０°でかつ図１に示すＡ−Ａ線矢視断面図。
【図６】第１実施形態における磁石の回転角度と差電圧との関係、及び移動量と差電圧との関係を示す特性図。
【図７】第２実施形態における検出体の回路図。
【図８】（ａ）は、差電圧が０．１未満から０．１以上となった際にコンパレータＣＰが出力する信号を示す特性図。（ｂ）は、差電圧が０．１以上から０．１未満となった際にコンパレータＣＰが出力する信号を示す特性図。
【図９】第３実施形態における位置検出機構の部分断面正面図であり、図１０のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図１０】第３実施形態における位置検出機構の部分断面平面図。
【図１１】第３実施形態における位置検出機構の側面図。
【図１２】第３実施形態におけるラックが前進位置に位置する際の位置検出機構の部分断面正面図。
【図１３】第３実施形態の位置検出機構と比較する従来の位置検出機構における正面部分断面図。
【図１４】第３実施形態の位置検出機構と比較する従来の位置検出機構における底面図。
【図１５】第３実施形態の位置検出機構と比較する従来の位置検出機構における磁石の移動量と差電圧との関係を示す特性図。
【図１６】第４実施形態における検出体を図１のＡ−Ａ線矢視断面に対応するように図示した説明図。
【図１７】第４実施形態における検出体の回路図。
【図１８】第４実施形態の検出体における磁石の回転角度と差電圧との関係を示す特性図。
【図１９】他の実施形態における位置検出機構の部分断面正面図。
【図２０】従来技術における磁気センサを示す概略説明図。
【図２１】従来技術におけるスピンバルブ型巨大磁気抵抗素子の形成方法を示す概略説明図。
【図２２】従来技術における磁気センサを示す概略説明図。
【符号の説明】
１１，５１…磁気センサ、１３…磁石、２１…無接点スイッチ、
３１…位置検出機構、３３…回転部材としてのピニオン、
３４…直線運動部材としてのラック、
５２…ブリッジ回路としてのハーフブリッジ回路、
５３，５４，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４…人工格子型巨大磁気抵抗素子。
６１…回転部材としての摩擦車、
６３…直線運動部材及び摩擦係合体としての往復動体、
Ｂ…ブリッジ回路としてのフルブリッジ回路、
ＣＰ…二値化手段としてのコンパレータ、Ｏ…軸心。

Claims (5)

1. 形状異方性を備えた人工格子型巨大磁気抵抗素子をブリッジ構成したブリッジ回路と、前記ブリッジ回路に対して所定の離間距離を保ちつつ回転可能な磁石とを備えた磁気センサ。
2. 前記ブリッジ回路は１チップで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
3. 請求項２に記載の磁気センサを備え、前記ブリッジ回路からの信号を二値化する二値化手段を備えたことを特徴とする無接点スイッチ。
4. 請求項３に記載の無接点スイッチを備え、前記磁石を固定すると共に自身の軸心を中心に回転可能な回転部材と、前記回転部材の回転に応じて直線運動可能な直線運動部材とを備えた位置検出機構。
5. 請求項２に記載の磁気センサを備え、前記磁石を固定すると共に自身の軸心を中心に回転可能な回転部材と、前記回転部材の回転に応じて直線運動可能な直線運動部材とを備えた位置検出機構。

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