JP2006112801A - 回転検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気抵抗素子が設けられたセンサチップと外部雰囲気との遮断性を維持しつつ、センサチップに対して応力変動を与えることのない構造を有する回転検出装置を提供する。
【解決手段】回転検出装置は、磁気抵抗素子ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４を有するセンサチップ１０及び磁石２０が、蓋材３０及びカバー部材４０により構成されるハウジング内に密閉されて外部雰囲気と遮断される構造となっている。詳しくは、センサチップ１０は、蓋材構造体を構成する蓋材３０から延設される舌部の先端部にベアチップの状態で実装されている。そして、蓋材構造体の蓋材３０が有底筒状のカバー部材４０の開口端を塞ぐかたちで組み付けられて、上記センサチップ１０がベアチップの状態で上記蓋材３０及びカバー部材４０により密閉されて配設されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば車載されるエンジンの回転検出や一般機械におけるロータの回転検出に用いられる回転検出装置に関し、特に磁気抵抗素子の抵抗値変化を利用してロータの回転態様を検出する回転検出装置に関するものである。

従来、このように磁気抵抗素子の抵抗値変化を利用して回転検出を行う回転検出装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。図５に、この特許文献１に記載されている回転検出装置も含めて、例えばエンジンのクランク角センサ等の回転検出装置として従来一般に採用されている回転検出装置の平面構造を示す。

この図５に示すように、この回転検出装置では、磁気抵抗素子ＭＲＥ１およびＭＲＥ２からなる磁気抵抗素子対１と磁気抵抗素子ＭＲＥ３およびＭＲＥ４からなる磁気抵抗素子対２とを備えるセンサチップ７１が、被検出対象であるロータＲＴと対向するように配設されている。上記センサチップ７１はその処理回路とともに集積回路化されており、外部雰囲気による汚染等の影響を避けるべく、モールド部材７２により樹脂モールドされた構造となっている。詳しくは、上記センサチップ７１は図示しないリードフレームの一端に実装された状態で上記モールド部材７２により樹脂モールドされており、上記リードフレームの他端に形成される電源端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、およびＧＮＤ（接地）端子Ｔ３といった各端子が上記モールド部材７２から引き出される構造となっている。また、上記センサチップ７１の近傍には、モールド部材７２を囲繞するように上記磁気抵抗素子対１および２にバイアス磁界を付与するバイアス磁石７３が配設されている。このバイアス磁石７３は、その長手方向に中空部７４を備える中空形状からなり、この中空部７４に上記モールド部材７２が収容されて所定の位置で接着剤等により固定されている。

また、こうした構成からなる回転検出装置の実用に際しては一般に、上記センサチップ７１等をモールドしたモールド部材７２とバイアス磁石７３とを適宜のケース部材に収容し、同装置全体を納めた状態でエンジン等に搭載される。図６に、このような構造を有してエンジン等に搭載される回転検出装置についてその一例を示す。なお、この図６において、先の図５に示した各要素と機能的に同一の要素については、便宜上、それぞれ同一の符号を付して示している。

この図６に示されるように、回転検出装置では、モールド部材７２およびバイアス磁石７３が有底筒状のケース部材８０に収容されるとともに、それらがさらに電子制御装置等とのワイヤリングによる接続コネクタとしても機能する樹脂ケース９０と一体に成形されてエンジン等に装着される。また、上記各端子Ｔ１〜Ｔ３は、樹脂ケース９０内に一体に設けられて上記コネクタとしての端子をも兼ねる端子導出部材１００ａ〜１００ｃにそれぞれ電気的に接続されている。

そして、上記構成からなる回転検出装置では、上記ロータＲＴが回転するときに上記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化が上記各磁気抵抗素子ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４の抵抗値変化として感知され、その対応する電気信号が上記センサチップ７１から出力される。すなわちこの回転検出装置では、ハーフブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子対１の磁気抵抗素子ＭＲＥ１及びＭＲＥ２と、同じくハーフブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子対２の磁気抵抗素子ＭＲＥ３及びＭＲＥ４との各中点電位の変化が上記処理回路に与えられて、差動増幅、２値化等の各種処理が施された後、上記出力端子Ｔ２から取り出される。
特開平７−３３３２３６号公報

ところで、こうした回転検出装置では上述の通り、外部雰囲気による上記センサチップ７１の汚染等を避けるべく、同センサチップ７１をモールド部材７２により樹脂モールドする構造を採用している。ただし、こうした構造を採用した場合、確かに上記センサチップ７１と外部雰囲気との遮断性は確保されるものの、モールド部材７２によってモールドする際には、その内部応力が上記センサチップ７１に働くようになる。そして、出荷時には、このような状態で適切な検出出力が得られるように、当該回転検出装置としての設計がなされている。ところが、こうした回転検出装置が実際に市場に出され、車載エンジンや一般機械等に搭載された場合、温度ストレス等による環境変化によって上記センサチップ７１に働いている内部応力が徐々に開放されるため、いわゆる磁歪効果によるオフセットの変動を招き、センシング特性への影響も避けられないものとなる。

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであって、その目的は、磁気抵抗素子が設けられたセンサチップと外部雰囲気との遮断性を維持しつつ、センサチップに対して応力変動を与えることのない構造を有する回転検出装置を提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、磁気抵抗素子を有するセンサチップと、このセンサチップの前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与する磁石とを備え、前記センサチップの近傍にてロータが回転するときに前記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を前記磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して前記ロータの回転態様を検出する回転検出装置として、前記センサチップを、ベアチップの状態でその給電端子及び出力端子がリードフレームに接続されるものとし、外部雰囲気と遮断すべく密閉されたハウジング内にこのベアチップの状態で配設することとした。

上記構成によれば、センサチップがベアチップの状態で実装されるため、センサチップが樹脂モールドされる従来の回転検出装置と異なり、上記センサチップに内部応力による応力変動が与えられることはなく、こうした応力変動によるセンシング特性への影響も回避されるようになる。また、上記センサチップは、ハウジング内に密閉された状態で配設されるため、上記センサチップと外部雰囲気との遮断性は確保される。

なお、上記センサチップを、ハウジング内に密閉して外部雰囲気と遮断しつつ、ベアチップの状態で配設するにあたっては、例えば請求項２に記載の発明によるように、
（イ）前記ハウジングを、非磁性材料からなる有底筒状のカバー部材と、絶縁性材料からなってこのカバー部材の開口端を塞ぐ蓋材とを有する構成とするとともに、該蓋材を、前記カバー部材の内方に突出する態様で延設されて前記リードフレームが一体に鋳込まれた板状の舌部を有して且つ、前記リードフレームのリード部が同蓋材の裏面から導出された構造体として形成し、前記磁石を中空部を有する筒状に形成して前記ハウジングの内底面に配設して、前記センサチップを、蓋材構造体を形成する前記舌部の先端側に実装した状態で前記磁石の中空部内に収容するように前記ハウジング内に配設する構造。
あるいは、例えば請求項３に記載の発明によるように、
（ロ）前記ハウジングを、非磁性材料からなる有底筒状のカバー部材と、絶縁性材料からなってこのカバー部材の開口端を塞ぐ蓋材とを有する構成とするとともに、該蓋材を、前記カバー部材の内方に突出する態様で延設されて前記リードフレームが一体に鋳込まれた板状の舌部を有して且つ、前記リードフレームのリード部が同蓋材の裏面から導出された構造体として形成し、前記磁石をこの蓋材構造体を形成する前記舌部の前記リードフレームが設けられた面の裏面に配設して、前記センサチップを、同蓋材構造体を形成する前記舌部の先端側に実装した状態で前記ハウジング内に配設する構造。
さらに、例えば請求項４に記載の発明によるように、
（ハ）前記ハウジングを、非磁性材料からなる有底筒状のカバー部材と、絶縁性材料からなってこのカバー部材の開口端を塞ぐ蓋材とを有する構成とするとともに、該蓋材を、前記カバー部材の内方に突出する態様で延設されて前記リードフレームが一体に鋳込まれた板状の舌部を有して且つ、前記リードフレームのリード部が同蓋材の裏面から導出された構造体として形成し、前記磁石を中空部を有する筒状に形成して前記ハウジングに外嵌して、前記センサチップを、蓋材構造体を形成する前記舌部の先端側に実装した状態で前記ハウジング内に配設する構造。
等々を採用することができる。

これらのうちのいずれかの構造を採用することにより、上記センサチップが実装された蓋材構造体を上記カバー部材に組み付けることで、簡便に上記センサチップを外部雰囲気と遮断しつつ、ベアチップの状態で配設することができるようになる。また、請求項２に記載の構造を採用する場合、従来の回転検出装置と同様の構造を実現することが可能となる。また、請求項３に記載の構造では、磁石の小型化が可能となるため、回転検出装置としての小型化を図ることができるようになる。

また、請求項２〜４のいずれかに記載の回転検出装置において、例えば請求項５に記載の発明によるように、前記蓋材を、前記カバー部材に嵌合してその開口端を塞ぐものとして構成し、前記蓋材の前記カバー部材に嵌合される外周部分に沿って突条を形成することで、例えばこの突条を構成する絶縁性材料として適度な弾性を有する樹脂を採用する場合、この突条の弾性変形をもって、上記蓋材を上記カバー部材に容易に嵌合させることができるようになる。また、上記カバー部材と蓋材との密着性を高めることもできるようになる。

また、請求項２〜５のいずれかに記載の回転検出装置において、例えば請求項６に記載の発明によるように、前記蓋材構造体を形成する前記舌部の先端面を前記カバー部材の内底面に接着固定することにより、上記舌部の剛性を高めることができるようになる。また、上記センサチップが実装される舌部の振動が上記カバー部材の内底面との接着により抑えられ、振動による上記センサチップのセンシング特性への影響が好適に抑えられるようになる。

以下、本発明にかかる回転検出装置の一実施の形態について図１〜図３を参照して説明する。なお、先の従来技術に示した回転検出装置の各要素と機能的に同一の要素については、便宜上、それぞれ同一の符号を付して示すこととする。また、回転検出装置としての動作については、従来の回転検出装置と同様であるため、その詳細な説明は割愛する。

図１は、本実施の形態の回転検出装置の全体構造を示すものである。この図１に示すように、本実施の形態の回転検出装置は、センサチップ１０及び磁石２０が、蓋材３０及びカバー部材４０により構成されるハウジング内に密閉されて外部雰囲気と遮断される構造となっている。

このうち、上記センサチップ１０は、磁気抵抗素子ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４により構成される磁気抵抗素子対１および２を有しており、これら磁気抵抗素子対１および２により検出される信号の差動増幅や２値化などの各種処理を行う処理回路とともに集積回路化されて構成されている。

また、上記磁石２０は、断面円形状の中空部を有する円筒状に形成されており、上記カバー部材４０の内底面に配設されている。この磁石２０は、同磁石２０内に収容される上記センサチップ１０に対して適宜のバイアス磁界を付与するものであり、ロータ回転時にこのバイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化が上記磁気抵抗素子ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４の抵抗値変化として感知されてロータの回転態様が検出される。

図２は、上記回転検出装置を構成する各要素を分解して示すものである。この図２に示すように、上記蓋材３０は、略円板形状に形成されており、例えば樹脂やセラミック等の非磁性で且つ、絶縁性の材料によって構成されている。この蓋材３０は、上記カバー部材４０の内方に突出する態様で延設されて上記リードフレーム１１及び上記センサチップ１０の実装面が一体に鋳込まれた板状の舌部３１を有するとともに、上記リードフレーム１１のリード部１１ａが同蓋材３０の裏面３０ａから導出された蓋材構造体として構成されている。なお、上記リード部１１ａは、電源端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、およびＧＮＤ（接地）端子Ｔ３を備えて構成されている。そして、上記センサチップ１０は、上記舌部３１の先端部に設けられた上記実装面に実装されている。このセンサチップ１０は、リードフレーム１１とボンディングワイヤＷによって電気的に接続されており、このボンディングワイヤＷを介して、センサチップ１０の給電端子及び出力端子と上記リードフレーム１１とが電気的に接続されている。

図３は、上記回転検出装置の断面構造を示すものである。この図３を併せ参照して示すように、上記蓋材３０は、上記カバー部材４０に嵌合して同カバー部材４０の開口端を塞ぐものであり、このカバー部材４０に嵌合する外周部分に沿って突条３２が形成されている。この蓋材３０の突条３２と上記カバー部材４０の内周面とは、例えばエポキシ系接着剤やシリコン系接着剤により固定されている。

また、上記カバー部材４０は、有底筒状に形成されており、例えば樹脂材料やセラミック等の非磁性材料により構成されている。そして、このカバー部材４０と上記蓋材構造体とが一体に組み付けられることで、上記舌部３１の先端部に実装されたセンサチップ１０が、上記磁石２０の中空部内に収容されて、これら蓋材３０及びカバー部材４０により密閉されて外部雰囲気と遮断された状態で配設されるようになっている。

また、上記舌部３１は、実装される上記センサチップ１０のギャップ特性を確保すべく、上記カバー部材４０の内底面まで上記蓋材３０から延設されている。そして、この舌部３１の先端面が、上記カバー部材４０の内底面に対して例えばエポキシ系接着剤やシリコン接着剤により固定されている。また、この舌部３１を構成する上記リードフレーム１１のリード部１１ａは、当該リード部としての剛性を確保すべく、他の部分に比べてその厚さが厚く形成されている。なお、リード部１１ａの剛性を確保すべく、同リード部１１ａの幅を広く形成することも有効である。

次に、本実施の形態の回転検出装置の製造方法について説明する。
本実施の形態の回転検出装置の製造にあたっては、まず、センサチップ１０の実装面とリードフレーム１１とが鋳込まれた舌部３１、および蓋材３０を樹脂成形して蓋材構造体を形成し、上記舌部３１の先端部の上記実装面にセンサチップ１０を実装する。そして、カバー部材４０の内底面に磁石２０を配設して、この磁石２０が組み付けられたカバー部材４０と上記蓋材構造体とを組み付ける。詳しくは、上記蓋材３０の外周に沿って形成された突条３２に接着剤を塗布するとともに、上記舌部３１の先端面に接着剤を塗布し、この状態で上記蓋材３０を上記カバー部材４０に嵌合させる。これにより、上記舌部３１の先端面が上記カバー部材４０の内底面に接着固定されるとともに、上記蓋材３０の突条３２が上記カバー部材４０に接着固定される。これにより、本実施の形態の回転検出装置が製造される。

以上説明した実施の形態によれば、以下に列記する効果が得られるようになる。
（１）上記センサチップ１０が、上記蓋材構造体の舌部３１にベアチップの状態で実装され、このベアチップの状態で上記蓋材３０及びカバー部材４０により密閉されて配設される構造とした。このため、センサチップ１０が樹脂モールドされる従来の回転検出装置と異なり、上記センサチップ１０に内部応力による応力変動が与えられることはなく、こうした応力変動によるセンシング特性への影響も回避されるようになる。また、上記センサチップ１０は、上記蓋材３０およびカバー部材４０により密閉された状態で配設されるため、外部雰囲気との遮断性は確保される。

（２）上記蓋材３０を、上記リードフレーム１１が一体に鋳込まれた板状の舌部３１を有して且つ、上記リードフレーム１１のリード部１１ａが同蓋材３０の裏面３０ａから導出された蓋材構造体として形成することとした。このため、上記センサチップ１０が実装された蓋材構造体を上記カバー部材４０に組み付けることで、簡便に上記センサチップ１０を密閉して外部雰囲気と遮断しつつ、ベアチップの状態で配設することができるようになる。また、このような構造を採用することにより、従来の回転検出装置と同様の構造を実現することも可能となる。

（３）上記蓋材３０を、上記カバー部材４０に嵌合して同カバー部材４０の開口端を塞ぐものとして形成し、このカバー部材４０に嵌合する上記蓋材３０の外周部分に沿って突条３２を形成することとした。このため、例えばこの突条３２を構成する絶縁性材料として適度な弾性を有する樹脂を採用した場合、この突条３２の弾性変形をもって、上記蓋材３０を上記カバー部材４０に容易に嵌合させることができるようになる。また、上記蓋材３０とカバー部材４０との密着性が高められるため、これら蓋材３０及びカバー部材４０により構成されるハウジング内の密閉性を高めることができるようにもなる。

（４）上記蓋材構造体を構成する舌部３１の先端面を上記カバー部材４０の内底面に接着固定することとしたため、上記舌部３１の剛性が高められるようになる。また、上記センサチップ１０が実装される舌部３１の振動が上記カバー部材４０の内底面との接着により抑えられるようになるため、振動による上記センサチップ１０のセンシング特性への影響が好適に抑えられるようになる。

なお、上記実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、磁石２０の中空部内に上記センサチップ１０が収容される回転検出装置に本発明を適用することとしたが、例えば図３に対応する図として図４に示すように、上記磁石２０に代えて、上記舌部３１の上記リードフレーム１１が設けられた面の裏面に直方体形状の磁石５０が配設される回転検出装置に本発明を適用してもよい。この構造を採用した場合、上記実施の形態と同等の効果を得ることができるとともに、上記実施の形態の磁石２０に比べて磁石５０が小型化されるため、蓋材３０およびカバー部材４０により構成されるハウジングの小型化を図ることができ、ひいては回転検出装置としての小型化を図ることもできるようになる。

・上記実施の形態では、中空部を有する円筒状の磁石２０を備え、この磁石２０が上記カバー部材４０の内底面に配設される回転検出装置に本発明を適用することとしたが、例えば、同じく中空部を有する円筒状の磁石を備え、この磁石が上記カバー部材４０に外嵌される回転検出装置に本発明を適用してもよい。この構造を採用した場合、上記磁石がハウジングの外部に取り付けられるものの、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。

・上記実施の形態では、センサチップ１０を実装する実装面を上記リードフレーム１１とともに舌部３１に設け、この実装面に上記センサチップ１０を実装することとしたが、例えば上記リードフレーム１１のみを舌部３１と一体に形成し、樹脂成形された板状の上記舌部３１の先端部に直接上記センサチップ１０を実装する構造としてもよい。

・上記実施の形態では、リードフレーム１１のリード部１１ａを上記蓋材３０の裏面３０ａから導出する構造としたが、例えば上記カバー部材４０を樹脂やセラミック等の非磁性で且つ、絶縁性の材料で構成して、同カバー部材４０から上記リード部１１ａを導出するようにしてもよい。

・上記実施の形態では、有底筒状のカバー部材４０及びこのカバー部材４０の開口端を塞ぐ蓋材３０により上記センサチップ１０を外部雰囲気と遮断するハウジングを構成することとしたが、例えば有底筒状のカバー部材２つで上記ハウジングを構成してもよい。すなわち、上記カバー部材４０とともに、上記蓋材３０に代えて有底筒状のカバー部材を備える構造体を形成し、これら２つのカバー部材を接着剤により組み付ける。要は、ベアチップの状態で配設される上記センサチップ１０を密閉して外部雰囲気と遮断することのできるハウジングであれば、他の形状のものを採用することができる。

・上記実施の形態では、中空部を有する円筒状の磁石２０を備える場合について示したが、例えば中空部を有する四角柱形状などの他の形状からなる磁石を採用してもよい。また、上記磁石２０に形成される中空部の形状も、断面円形状に限らず、他の形状のものを採用することができる。

本発明にかかる回転検出装置についてその全体構造を示す斜視図。 同実施の形態の回転検出装置について各要素を分解して示す斜視図。 同実施の形態の回転検出装置についてその断面構造を示す断面図。 図３に対応する図として示す同実施の形態の変形例について示す断面図。 従来の回転検出装置によるロータの回転検出の態様を示す平面図。 従来の回転検出装置の実用モデルの一例についてその全体構造を示す断面図。

符号の説明

１，２…磁気抵抗素子対、１０…センサチップ、１１…リードフレーム、１１ａ…リード部、２０…磁石、３０…蓋材、３０ａ…裏面、３１…舌部、３２…突条、４０…カバー部材、５０…磁石、ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４…磁気抵抗素子、Ｔ１…電源端子、Ｔ２…出力端子、Ｔ３…ＧＮＤ（接地）端子、Ｗ…ボンディングワイヤ。

Claims (6)

1. 磁気抵抗素子を有するセンサチップと、このセンサチップの前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与する磁石とを備え、前記センサチップの近傍にてロータが回転するときに前記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を前記磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して前記ロータの回転態様を検出する回転検出装置において、
   前記センサチップは、ベアチップの状態でその給電端子及び出力端子がリードフレームに接続されてなり、外部雰囲気と遮断すべく密閉されたハウジング内にこのベアチップの状態で配設されてなる
   ことを特徴とする回転検出装置。
2. 前記ハウジングは、非磁性材料からなる有底筒状のカバー部材と、絶縁性材料からなってこのカバー部材の開口端を塞ぐ蓋材とを有して構成されるとともに、該蓋材は、前記カバー部材の内方に突出する態様で延設されて前記リードフレームが一体に鋳込まれた板状の舌部を有して且つ、前記リードフレームのリード部が同蓋材の裏面から導出された構造体として形成されてなり、前記磁石は中空部を有する筒状に形成されて前記ハウジングの内底面に配設され、前記センサチップは、蓋材構造体を形成する前記舌部の先端側に実装された状態で前記磁石の中空部内に収容されるように前記ハウジング内に配設されてなる
   請求項１に記載の回転検出装置。
3. 前記ハウジングは、非磁性材料からなる有底筒状のカバー部材と、絶縁性材料からなってこのカバー部材の開口端を塞ぐ蓋材とを有して構成されるとともに、該蓋材は、前記カバー部材の内方に突出する態様で延設されて前記リードフレームが一体に鋳込まれた板状の舌部を有して且つ、前記リードフレームのリード部が同蓋材の裏面から導出された構造体として形成されてなり、前記磁石はこの蓋材構造体を形成する前記舌部の前記リードフレームが設けられた面の裏面に配設され、前記センサチップは、同蓋材構造体を形成する前記舌部の先端側に実装された状態で前記ハウジング内に配設されてなる
   請求項１に記載の回転検出装置。
4. 前記ハウジングは、非磁性材料からなる有底筒状のカバー部材と、絶縁性材料からなってこのカバー部材の開口端を塞ぐ蓋材とを有して構成されるとともに、該蓋材は、前記カバー部材の内方に突出する態様で延設されて前記リードフレームが一体に鋳込まれた板状の舌部を有して且つ、前記リードフレームのリード部が同蓋材の裏面から導出された構造体として形成されてなり、前記磁石は中空部を有する筒状に形成されて前記ハウジングに外嵌され、前記センサチップは、蓋材構造体を形成する前記舌部の先端側に実装された状態で前記ハウジング内に配設されてなる
   請求項１に記載の回転検出装置。
5. 前記蓋材は、前記カバー部材に嵌合されてその開口端を塞ぐものであり、前記蓋材の前記カバー部材に嵌合される外周部分には、該外周部分に沿って突条が形成されてなる
   請求項２〜４のいずれか一項に記載の回転検出装置。
6. 前記蓋材構造体を形成する前記舌部の先端面は、前記カバー部材の内底面に接着固定されてなる
   請求項２〜５のいずれか一項に記載の回転検出装置。

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