JP2006170720A

JP2006170720A - 回転検出装置および回転検出装置付き軸受

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Publication number: JP2006170720A
Application number: JP2004361740A
Authority: JP
Inventors: Toru Takahashi; 亨高橋; Shoji Kawahito; 祥二川人
Original assignee: NTN Corp; Hamamatsu Foundation for Science and Technology Promotion; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp; Hamamatsu Foundation for Science and Technology Promotion
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2024-12-14
Also published as: JP4553714B2

Abstract

【課題】シリコンチップの歪みに起因するオフセット信号に影響されずに角度検出精度を向上させることができる回転検出装置を提供する。
【解決手段】磁気センサアレイと、この磁気センサアレイに対向して回転する磁石とを組み合わせて回転検出装置を構成する。磁気センサアレイ５の各センサ素子は、４個で一組のセンサ素子組１６とする。各組のセンサ素子組１６の４つのセンサ素子５ａ〜５ｄは、それぞれ縦横の４方向に向けて配置し、かつ互いに並列に接続する。
【選択図】図４

Description

この発明は、各種の機器における回転検出、例えば小型モータの回転制御のための回転検出や、事務機器の位置検出のための回転検出に用いられる回転検出装置、およびその回転検出装置を備えた軸受に関する。

従来、コンパクトで組み立てが容易な利点に着目して、回転センサを転がり軸受に内蔵したものがある。その例を図１３に示す。この例では、転がり軸受５１の回転輪５２に、円周方向に交互に磁極Ｎ，Ｓを持つゴム磁石製の磁気エンコーダ５４を固定し、静止輪５３に例えばホール素子等の磁気センサ５５を配置することで、回転パルス信号や回転方向を得ている。
ところが、上記のように磁気エンコーダ５４を設けた構造では、転がり軸受５１のサイズが小さい小径軸受においては、磁気センサ５５を静止輪５３の外径寸法内に収容することが難しかったり、１回転での回転パルス数を５００以上確保できる程度の高精度な回転角度検出が難しいなどの欠点がある。

そこで、小型の機器に組み込み可能で、かつ高精度の回転角度出力が可能な回転角度検出装置として、センサアレイを用いるものが提案されている（例えば特許文献１）。これは、磁気センサ素子を多数並べたセンサアレイを、信号増幅回路、ＡＤ変換回路、およびディジタル信号処理回路と共にセンサチップに集積し、このセンサチップを、回転側部材に配置される磁石ヘッドに対向配置したものである。センサチップと対向配置した磁気ヘッドの発生する磁界分布を、磁気センサアレイによって検出し、その分布から磁石の回転角度を検出するのがこの方法の原理である。
しかし、この構成の場合、半導体回路において、シリコン上に集積された回路素子に特性ばらつきが発生するのは避けられず、磁気センサアレイにおいてもセンサ素子のオフセットばらつきが発生し、角度検出精度の悪化原因となっている。

特許文献１の改良として、上記センサアレイにおける磁気センサ素子を複数平行に配置し、オフセットばらつき量を低減することにより、角度検出精度の悪化低減を図るようにしたものも提案されている（例えば特許文献２）。しかし複数平行に配置しても、残留するオフセットばらつきが角度検出に影響を与えていた。

この他に、磁気センサ素子のオフセットをキャンセルする方法として、素子を並列接続する方法がある。その接続例を図１４に示す。同図の接続例では、２つの素子４５ａ，４５ｂの各２つのドレイン端子Ｄ１，Ｄ２のうち、同じドレイン端子Ｄ１同士、およびＤ２同士をクロスさせて接続している。
シリコンウェハ上に並べて形成される２つの磁気センサ素子４５ａ，４５ｂの間で、それぞれの２つのドレイン電流の大きさは無磁界状態で等しくなるのが理想であるが、製造プロセスによって傾斜成分が発生する。この傾斜成分が、例えば矢印Ａに示す方向に存在するとすると、各磁気センサ素子４５ａ，４５ｂでは、同図に矢印ａ，ｂで示すように右方向に行くほど電流が流れ易くなり、これがオフセット信号の原因となる。上記のドレイン端子同士をクロスさせて接続する方法は、このように２つの素子４５ａ，４５ｂに発生するオフセット電流を互いに相殺させるものである。

なお、ピエゾ抵抗効果について研究報告例としては、非特許文献１，２があり、ホール素子における応力影響の低減手法の報告例としては非特許文献３がある。
特開２００３−１４８９９９号公報特開２００４−０３７１３３号公報ヨウゾウ・カンダ(Yozo Kanda)著「シリコンのピエゾ抵抗効果の解析( A Graphical Representation of the Piezoresistance Coefficient in Silicon) 」IEEE トランスエレクトロンディバイス( Trans. Electron Devices) vol ED-29, No.1, Jan 1982. ジェフリー・シー・シューリング（Jefferey C. Suhling)著, 「シリコンのピエゾ抵抗式応力センサ( Silicon Piezoresistive Stress Sensors and Their Application in Electronic Packaging),IEEE センサジャーナル(Sensors Journal), vol.1, No.1, 2001. アール・ステイナ等(R.Steiner, et.al.) 著「連続的スピニングカレントによるホール素子のオフセット低減（"Offset reduction in Hall devices by continuous spinning current method. ）, センサとアクチュエータ( Sensors and Actuators), A66, pp.167-172, 1998.

しかし、図１４の例のように磁気センサ素子４５ａ，４５ｂを並列接続した構成の場合でも、残留するオフセットばらつきが角度検出精度に悪影響を与えるのを回避できない。特に、使用する磁気センサ素子がネイティブ基板型の場合には、シリコンチップの歪みによって発生するピエゾ抵抗効果が大きく現れるため、センサのオフセットが大きく変化するという問題を有する。

すなわち、図１５に示すシリコンウェハ４０上に形成されたセンサ素子において、ピエゾ抵抗効果によって発生するオフセットの成分は、主としてセンサ素子に対して４５°方向の抵抗率の変化が原因となる（非特許文献２より）。この場合のピエゾ抵抗効果とは、同図におけるウェハ４０のｘ１方向とＸ２方向の電気抵抗率が、ウェハ４０に負荷される応力状態によって変化する現象である。

図１４の磁気センサ素子の並列接続において、図１６（Ａ）のように、シリコンチップの応力（同図に符合Ｓで示す）による影響は素子４５ａ，４５ｂに対して４５°の方向の電気抵抗率の変化として現れる。このため、２つの素子４５ａ，４５ｂに発生するオフセットは同じ極性となり、この接続ではオフセットが相殺されない。つまり、同図では、右斜め上方向（左斜め下方向）の抵抗率が、これと直交する方向の抵抗率よりも小さくなり、結果として各センサ素子４５ａ，４５ｂの内部に矢印ａ，ｂで示すような電流のアンバランスが生じる。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）の状態で磁界が印加された状態を示す。この場合のセンサ信号は磁界強度に比例した出力となるが、応力によるオフセットが重畳した信号となっている。

この発明の目的は、シリコンチップの歪みに起因するオフセット信号に影響されず、角度検出精度を向上させることができる回転検出装置、およびこの回転検出装置を備えた軸受を提供することである。

この発明の回転検出装置は、磁気センサアレイと、この磁気センサアレイに対向して回転する磁石とを組み合わせた回転検出装置において、前記磁気センサアレイの各センサ素子を、４個で一組のセンサ素子組とし、各組のセンサ素子組の４つのセンサ素子はそれぞれ縦横の４方向に向けて配置し、かつ互いに並列に接続したことを特徴とする。
この構成によると、４つのセンサ素子をそれぞれ縦横の４方向に向けて配置したため、各センサ素子は互いに９０°ずれた向きとなる。この互いに９０°ずれた向きのセンサ素子では、応力の効果が逆になる。そのため、上記のように４つのセンサ素子をそれぞれ縦横の４方向に向けて配置し、かつ互いに並列に接続してセンサ素子組とすることで、磁気センサアレイから出力される磁気信号から、半導体チップの歪みに起因するセンサ素子のオフセット信号を低減できる。オフセット信号が低減すると、回転検出装置の角度検出精度が向上し、ロータリエンコーダとしての分解能・精度を向上させることができる。この構成では、オフセット信号の低減のために、センサ素子の製造プロセスの変更を必要としないので、コスト増を招くこともない。

この発明において、各センサ素子組の４個のセンサ素子を、十字形に配置しても良い。十字形に配置すると、センサ素子間を接続する接続配線のパターンが短く、かつ簡素にできる。

各センサ素子組の４個のセンサ素子は分散して配置しても良い。ここで言う「分散して配置」とは、各センサ素子のドレイン端子を集めずに分散させる配置の意味であり、各センサ素子の全体は、例えば一列や複数列に並んで配置されていても良い。
分散配置しても、十字形に配置した場合と略同等のオフセット信号の低減効果が得られる。分散配置した場合はセンサ素子の配置が制限されず、基板上に無駄な領域ができるだけ少なくなるように、センサ素子を効率良く配置することができる。

この発明において、縦方向のセンサ素子と横方向のセンサ素子との接続形態を２種類設けても良い。これら２種類の接続形態は、例えば、磁界信号を検出する接続形態と、応力状態を検出する接続形態とする。
２種類の接続形態を設けると、いずれか一方の接続形態の磁気センサアレイからの出力だけを選択使用することにより、磁界信号と応力信号を選択して検出でき、回転センサと応力センサとに切替え使用することができる。

上記のように２種類の接続形態を設けた場合に、その２種類の接続形態を選択する接続形態選択手段を設けても良い。接続形態選択手段は、例えば、外部から与えられる所定の信号で接続形態を選択するものとする。
接続形態選択手段を設けることで、外部から上記２種類の接続形態を選択が容易に行えて、１つの磁気センサアレイを回転センサと応力センサとに切替え使用することが容易となる。

この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明における上記いずれかの構成の回転検出装置を転がり軸受に設けたものである。その場合に、磁石は回転側軌道輪に、磁気センサアレイは静止側軌道輪にそれぞれ配置する。
転がり軸受に回転検出装置を一体化することで、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。その場合に、回転検出装置は、上記のように小型で高精度な回転角度出力が可能であるため、小径軸受等の小型の軸受においても、満足できる回転角度出力を得ることができる。

この発明の回転検出装置は、磁気センサアレイと、この磁気センサアレイに対向して回転する磁石とを組み合わせた回転検出装置において、前記磁気センサアレイの各センサ素子を４個で一組のセンサ素子組とし、各組のセンサ素子組の４つのセンサ素子はそれぞれ縦横の４方向に向けて配置し、かつ互いに並列に接続したため、シリコンチップの歪みに起因するオフセット信号に影響されず、角度検出精度を向上させることができる。
この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明における回転検出装置を転がり軸受に設けたため、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１は、この実施形態の回転検出装置の原理構成を示す。回転側部材１および非回転側部材２は、相対的に回転する回転側および非回転側の部材のことである。この回転検出装置３は、回転側部材１に配置された磁気発生手段である磁石４と、非回転側部材２に配置された磁気センサアレイ５と、この磁気センサアレイ５の出力から磁石４の回転角度を算出する角度算出手段６とを備える。磁気センサアレイ５は、磁石４に対して僅かな隙間を隔てて配置される。

磁石４は、発生する磁気が回転側部材１の回転中心Ｏの回りの円周方向異方性を有するものであり、永久磁石の単体、あるいは永久磁石と磁性材の複合体からなる。ここでは、磁石４は、１つの永久磁石７を２つの磁性体ヨーク８，８で挟んで一体化したものとされて、概形が二叉のフォーク状とされ、一方の磁性体ヨーク８の一端がＮ磁極、他方の磁性体ヨーク８の一端がＳ磁極となる。磁石４をこのような構造とすることにより、シンプルでかつ堅牢に構成できる。この磁石４は、回転側部材１の回転中心Ｏが磁石４の中心と一致するように回転側部材１に取付けられ、回転側部材１の回転によって上記回転中心Ｏの回りをＮ磁極およびＳ磁極が旋回移動する。

磁気センサアレイ５は磁石４の磁気を検出するセンサであって、回転側部材１の回転中心Ｏの軸方向に向けて磁石４と対向するように、非回転側部材２に配置される。ここでは、磁気センサアレイ５は、図２のように一つの半導体チップ９の面上に、仮想の矩形の４辺における各辺に沿って配置される。矩形の中心Ｏ’は、回転側部材１の回転中心Ｏに一致する。

各辺のセンサ列５Ａ〜５Ｄにおける磁気センサ素子は、図４のように４個で１組のセンサ素子組１６とされる。各センサ素子組１６の４つのセンサ素子５ａ〜５ｄはそれぞれ縦横の４方向に向けて配置され、かつ互いに並列に接続されている。この場合に、各センサ素子５ａ〜５ｄにおける各２つのドレイン端子Ｄ１，Ｄ２のうち、第１（黒丸で示す）のドレイン端子Ｄ１同士、および第２（白丸で示す）のドレイン端子Ｄ２同士がそれぞれ接続される。各センサ列５Ａ〜５Ｄは、前記センサ素子組１６の複数組を、それぞれの列方向に並べて構成され、センサ素子組１６が、センサ列５Ａ〜５Ｄにおける一つのセンサ素子として取り扱われる。
このように磁気センサアレイ５が形成された半導体チップ９は、その素子形成面が前記磁石４と対向するように非回転側部材２に取付けられる。半導体チップ９はシリコンチップである。

図５（Ａ）〜（Ｃ）に、前記磁気センサ素子５ａ〜５ｃの構造を、平面図、断面図、および斜視図で示している。この磁気センサ素子５ａ〜５ｄはＭＡＧＦＥＴ（電界効果トランジスタ型の磁気センサ素子）からなり、ｐ−Ｓｉ基板３２の表層に形成されたソース領域３３とドレイン領域３４の間に酸化膜３５を介してゲート電極３６を形成して構成される。ドレイン領域３４は、互いに離れた２つの領域３４₁，３４₂に分割されていて、それぞれの分割領域３４₁，３４₂にドレイン端子Ｄ１，Ｄ２が設けられている。
この磁気センサ素子５ａ〜５ｄでは、ソース領域３３からドレイン領域３４に向かって流れる電子ｅ^-にローレンツ力が働き、磁界Ｂz の強さに応じて２つのドレイン端子Ｄ１，Ｄ２に流れる電流Ｉ₁，Ｉ₂が変化することから、センサ素子５ａ〜５ｄに印加されている磁界Ｂz の強さを検出する。

シリコンウェハに形成された半導体回路では、前記のように、その製造工程における様々な要因によって、素子特性のばらつきが発生することは避けられない。図５のようなセンサ素子５ａ〜５ｄにおいて、ドレイン電流Ｉ₁とＩ₂の大きさが無磁界状態で等しくなるのが理想であるが、実際には素子毎に少しずつオフセット信号として現れている。アレイ状態に並べた多数のセンサ素子の出力を使用して、対向して配置された磁石の磁界分布を求め、その分布から回転角度を計算する手法の場合、個々の素子が発生するオフセット信号は磁界分布におけるノイズとなって角度検出精度を悪化させる。
このようなオフセット信号のうち、センサチップの応力に起因するオフセット信号による角度検出精度の悪化が、図４に示したように、縦横に向く４個のセンサ素子５〜５ｄを並列接続してセンサ組１６とすることで、後述のように防止される。

図１，図２における角度算出手段６は集積回路からなり、半導体チップ９上に、磁気センサアレイ５と共に集積されている。角度算出手段６は、磁気センサアレイ５の矩形配置の内部に配置される。これにより、磁気センサアレイ５および角度算出手段６をコンパクトに配置することができる。

図３は、角度算出手段６からアブソリュート出力を得るものとした場合の、上記半導体チップ９上での回路の概念構成例を示す。各センサ列５Ａ〜５Ｄには、センサ素子組１６の配列のほかに、センサ列５Ａ〜５Ｄの出力を増幅する増幅部１１がそれぞれ含まれる。また、各センサ列５Ａ〜５Ｄと角度算出手段６との間には、各増幅部１１で増幅されたアナログ出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換部１２がそれぞれ配置される。角度算出手段６は、前記各Ａ／Ｄ変換部１２のディジタル出力からノイズを除去する空間フィルタ部１３と、この空間フィルタ部１３の出力から磁界分布のゼロクロスを検出するゼロ検出部１４と、このゼロ検出部１４の出力から磁石４の回転角度を算出する角度算出部１５とを有する。前記空間フィルタ部１３は、磁気センサアレイ５の出力に対してディジタルフィルタを掛けることでセンサばらつきによるノイズを低減する機能を有するものであり、例えばくし形フィルタが用いられる。

図６および図７は、角度算出部１５による角度算出処理の説明図である。図６（Ａ）〜（Ｄ）は、回転側部材１が回転している時の磁気センサアレイ５の各センサ列５Ａ〜５Ｄによる出力波形図を示し、それらの横軸は各センサ列５Ａ〜５Ｄにおけるセンサ素子組１６を、縦軸は検出磁界の強度をそれぞれ示す。
いま、図７に示す位置Ｘ１とＸ２に磁気センサアレイ５の検出磁界のＮ磁極とＳ磁極の境界であるゼロクロス位置があるとする。この状態で、磁気センサアレイ５の各センサ列５Ａ〜５Ｄの出力が、図６（Ａ）〜（Ｄ）に示す信号波形となる。したがって、ゼロクロス位置Ｘ１，Ｘ２は、センサ列５Ａ，５Ｃの出力から直線近似することで算出できる。
角度計算は、次式（１）で行うことができる。
θ＝ｔａｎ^-1（２Ｌ／ｂ） ……（１）
ここで、θは、磁石４の回転角度θを絶対角度（アブソリュート値）で示した値である。２Ｌは、矩形に並べられる各磁気センサアレイ５の１辺の長さである。ｂは、ゼロクロス位置Ｘ１，Ｘ２間の横方向長さである。
ゼロクロス位置Ｘ１，Ｘ２がセンサ列５Ｂ，５Ｄにある場合には、それらの出力から得られるゼロクロス位置データにより、上記と同様にして回転角度θが算出される。

ここでは、磁気センサアレイ５におけるセンサ素子組１６を構成する４つの磁気センサ素子５ａ〜５ｄは、図４のように並列接続される。このため、図８（Ａ）のように矢印Ｓで示す方向に半導体チップ９に応力が掛かって抵抗率にアンバランスが発生している場合などにおいて、応力の影響を低減することができる。すなわち、４つのセンサ素子５ａ〜５ｄをそれぞれ縦横の４方向に向けて配置したため、各センサ素子５ａ〜５ｄは、互いに９０°ずれた向きとなる。この互いに９０°ずれた向きのセンサ素子５ａ〜５ｄでは、応力の効果が逆になる。そのため、上記のように４つのセンサ素子５ａ〜５ｄをそれぞれ縦横の４方向に向けて配置し、かつ互いに並列に接続してセンサ素子組１６とすることで、磁気センサアレイ５から出力される磁気信号から、半導体チップ９の歪みに起因するセンサ素子５ａ〜５ｄのオフセット信号を低減できる。

図８（Ａ）の状態で図８（Ｂ）のように、さらに磁界Ｂz が印加された場合、各センサ素子５ａ〜５ｄによる磁界信号が互いに加算されるが、応力によるオフセット信号は互いに相殺されることになり、センサ素子組１６から出力されるセンサ信号からオフセット信号を低減できる。

また、上記センサ素子組１６を構成する４つの磁気センサ素子５ａ〜５ｄにおいて、図９のように接続を入れ替えた場合には、磁界信号が相殺されて、応力によるオフセット信号だけが出力されることになる。同図の接続形態は、縦方向のセンサ素子５ａ，５ｂの第１のドレイン端子Ｄ１と、横方向のセンサ素子５ｃ，５ｄの第２のドレイン端子Ｄ２とを接続した形態である。この接続形態の場合、センサ素子組１６から応力信号が出力されることになり、磁気センサアレイ５を応力センサとして機能させることができる。

上記半導体チップ９上に、図８の接続形態と図９の接続形態を選択する接続形態選択手段１９（図２）となる回路を別に設けて、１つの磁気センサアレイ５を回転センサと応力センサとに切替え使用できるようにしても良い。外部からの所定の信号に応答して上記２つの接続形態を切替え可能なものであることが好ましい。
図１０は、接続形態選択手段１９となる回路の一例であり、センサ素子５ａ〜５ｄ間を接続する配線７３₁〜７３₄の接続を、外部切換信号によって切り換える２つの切換スイッチ７１，７２が設けられている。切換スイッチ７１，７２は、半導体スイッチング素子からなる。

また、磁気センサアレイ５として、１つの半導体チップ９の上に、図８の接続形態のセンサ素子組１６からなる磁気センサアレイ５と、図９の接続形態のセンサ素子組１６からなる磁気センサアレイ５とを並設して、いずれか一方の出力だけを選択使用することにより、回転センサと応力センサとに切替え使用するようにしても良い。

このように、この回転検出装置３によると、磁気センサアレイ５の各センサ素子を、４個で一組のセンサ素子組１６とし、各組のセンサ素子組１６の４つのセンサ素子５ａ〜５ｄはそれぞれ縦横の４方向に向けて配置し、かつ互いに並列に接続したので、磁気センサアレイ５から出力される磁気信号から、シリコンチップの歪みに起因するセンサ素子５ａ〜５ｄのオフセット信号を低減できる。その結果、回転検出装置３の角度検出精度が向上し、ロータリエンコーダとしての分解能・精度を向上させることができる。
また、上記オフセット信号の低減処置として、センサ素子５ａ〜５ｄの製造プロセスの変更を必要としないので、コスト増を招くこともない。

また、この実施形態では、各センサ素子組１６の４個のセンサ素子５ａ〜５ｄを、十字形に配置しているので、センサ素子５ａ〜５ｄ間を接続する接続配線のパターンが短く、かつ簡素にできる。

なお、上記実施形態では、センサ素子組１６を構成する４つの上記センサ素子５ａ〜５ｄを十字状に配列した例を示したが、接続形態が同じであれば、４つの磁気センサ素子５ａ〜５ｄの配列は十字状にこだわる必要はない。例えば図１１のように縦向きとした２つのセンサ素子５ａ，５ｂに対して、横向きとした他の２つのセンサ素子５ｃ，５ｄを縦に並べて配列しても良い。図１１（Ａ）は応力が掛かった状態を示し、図１１（Ｂ）は応力の掛かった状態で磁界Ｂz が印加された状態を示す。センサ素子５ａ〜５ｄ間の接続は、図示を省略している。

このように、各センサ素子組１６の４個のセンサ素子５ａ〜５ｄを分散して配置する場合には、センサ素子５ａ〜５ｄの配置が制限されないことから、基板上に無駄な領域ができだけ少なくなるように、センサ素子５ａ〜５ｄを効率良く配置することができる。

図１２は、この実施形態の回転検出装置３を転がり軸受に組み込んだ例を示す。この転がり軸受２０は、内輪２１と外輪２２の転走面間に、保持器２３に保持された転動体２４を介在させたものである。転動体２４はボールからなり、この転がり軸受２０は深溝玉軸受とされている。また、軸受空間の一端を覆うシール２５が、外輪２２に取付けられている。回転軸１０が嵌合する内輪２１は、転動体２４を介して外輪２３に支持されている。外輪２３は、軸受使用機器のハウジング（図示せず）に設置されている。

内輪２１には、磁石取付部材２６が取付けられ、この磁石取付部材２６に磁石４が取付けられている。磁石取付部材２６は、内輪２１の一端の内径孔を覆うように設けられ、外周縁に設けられた円筒部２６ａを、内輪２１の肩部外周面に嵌合させることにより、内輪２１に取付けられている。また、円筒部２６ａの近傍の側板部が内輪２１の幅面に係合して軸方向の位置決めがなされている。
外輪２２にはセンサ取付部材２７が取付けられ、このセンサ取付部材２７に、図１の磁気センサアレイ５および角度算出手段６の集積された半導体チップ９が取付けられている。また、このセンサ取付部材２７に、角度算出手段６の出力を取り出すための出力ケーブル２９も取付けられている。センサ取付部材２７は、外周部の先端円筒部２７ａを外輪２２の内径面に嵌合させ、この先端円筒部２７ａの近傍に形成した鍔部２７ｂを外輪２２の幅面に係合させて軸方向の位置決めがなされている。

このように、転がり軸受２０に回転検出装置３を一体化することで、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。その場合に、回転検出装置３は、上記のように小型で高精度な回転角度出力が可能であるため、小径軸受等の小型の軸受においても、満足できる回転角度出力を得ることができる。

この発明の一実施形態に係る回転検出装置の概念構成を示す斜視図である。同回転検出装置における半導体チップを示す斜視図である。同回転検出装置における半導体チップ上の回路構成例を示すブロック図である。同回転検出装置の磁気センサアレイにおけるセンサ素子組の構成例を示す平面図である。（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ同回転検出装置における磁気センサ素子の平面図、断面図、および斜視図である。磁気センサアレイの出力を示す波形図である。角度算出手段による角度算出処理の説明図である。（Ａ）はセンサ素子組の応力に伴う電流の流れを示す説明図、（Ｂ）は同センサ素子組の磁界印加状態での電流の流れを示す説明図である。（Ａ）は他の接続形態におけるセンサ素子組の応力に伴う電流の流れを示す説明図、（Ｂ）は同センサ素子組の磁界印加状態での電流の流れを示す説明図である。接続形態切換手段の一例を示す回路図である。（Ａ）はセンサ素子組の他の配列例の応力に伴う電流の流れを示す説明図、（Ｂ）は同センサ素子組の磁界印加状態での電流の流れを示す説明図である。同回転検出装置を備えた転がり軸受の一例を示す断面図である。従来例の断面図である。従来例における磁気センサ素子の並列接続例を示す説明図である。シリコンウェハに作用するピエゾ抵抗効果の説明図である。図１４におけるセンサ素子の並列接続例でのピエゾ抵抗効果の説明図である。

符号の説明

３…回転検出装置
４…磁石
５…磁気センサアレイ
５ａ〜５ｄ…磁気センサ素子
１６…センサ素子組
１９…接続形態選択手段
２０…転がり軸受

Claims

磁気センサアレイと、この磁気センサアレイに対向して回転する磁石とを組み合わせた回転検出装置において、前記磁気センサアレイの各センサ素子を、４個で一組のセンサ素子組とし、各組のセンサ素子組の４つのセンサ素子はそれぞれ縦横の４方向に向けて配置し、かつ互いに並列に接続したことを特徴とする回転検出装置。
請求項１において、各センサ素子組の４個のセンサ素子を、十字形に配置した回転検出装置。
請求項１において、各センサ素子組の４個のセンサ素子を分散して配置した回転検出装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、縦方向のセンサ素子と横方向のセンサ素子との接続形態を２種類設けた回転検出装置。
請求項４において、前記２種類の接続形態を選択する接続形態選択手段を設けた回転検出装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の回転検出装置を転がり軸受に設けた回転検出装置付き軸受。