JP3475549B2 - 非接触型位置センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被検出体の回転位置
や移動位置等を非接触にて検出する非接触型位置センサ
に関し、特に、電気的に直列接続された２つの半導体磁
気抵抗体を用いて被検出体の位置を検出する同センサの
温度による出力変動を抑制するためのセンサ構造の具現
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば車載用内燃機関のスロット
ル開度センサとして用いられるロータリポジションセン
サ、或いは同機関のバルブストロークセンサとして用い
られるリニアポジションセンサ等、被検出体の回転角度
や直線移動量を検出するセンサには摺動式抵抗器が用い
られることが多かった。

【０００３】しかし、この摺動式抵抗器は、摺動部の磨
耗や汚損によって、その出力特性が変動したりノイズが
発生するなど、それらセンサとしての精度上、多くの問
題を抱えるものであった。

【０００４】そこで近年は、例えば特公昭６３−６６４
０４号公報記載の位置センサのように、電気的に直列接
続された２つの磁気抵抗体（素子）を用いて、上記被検
出体の回転角度や直線移動量を非接触にて検出するいわ
ゆる非接触型位置センサが用いられるようになってきて
いる。

【０００５】因みにこうした非接触型位置センサでは、
上記磁気抵抗体の配設面に対向する位置に配される磁石
が上記被検出体の回転若しくは移動に伴って変位すると
きの磁界の強度変化に対応した磁気抵抗体の抵抗値変化
としてそれら被検出体の位置が検出される。このため、
センサ素子自身には摺動部が存在せず、したがって、磨
耗や汚損によって出力特性が変動したりノイズが発生す
る等の懸念もない。

【０００６】ただし、この磁気抵抗体を利用した非接触
型位置センサにあっても、その周囲の温度変化による出
力変動は避け難く、上記被検出体の同一角度の回転若し
くは同一量の移動に対しても、高温時と低温時とでは各
異なる位置情報が出力されるようになる。

【０００７】そこで最近は更に、例えば特開昭４８−４
８０８７号公報記載の位置センサのように、・１乃至複
数のダイオードを上記磁気抵抗体（素子）に直列若しく
は並列に接続して温度補償を行う。或いは、特公平３−
５８４４６号公報記載の位置センサのように、・サーミ
スタを用いて上記磁気抵抗体（素子）の温度補償を行
う。等々の温度補償回路を有する非接触型位置センサが
提案されるに至っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような温度補償回
路を有する非接触型位置センサによれば、同センサとし
ての上述した温度変化による出力変動といったものも確
かに抑制されるようにはなる。

【０００９】しかし、これら従来の非接触型位置センサ
では、上記温度補償回路を付加したことによるコストや
寸法等の増大が避けられない上、その温度補償効果自体
も、例えば上述したスロットル開度センサやバルブスト
ロークセンサとして等の精密な測定用途には尚不十分で
あった。

【００１０】この発明は、こうした実情に鑑みてなされ
たものであり、上記温度補償回路等を用いることなく、
温度変化による出力特性の変動を好適に抑制することの
できる非接触型位置センサを提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】こうした目的を達成する
ため、請求項１記載の発明では、電気的に直列接続され
た２つの半導体磁気抵抗体と、前記磁気抵抗体の配設面
に対向する位置に配される磁石手段と、被検出体の変位
に伴い前記磁気抵抗体と前記磁石手段との対向する面の
オーバーラップ（占有）面積を前記２つの磁気抵抗体の
接続方向に相対的に変化せしめる変位伝達手段と、前記
直列接続された磁気抵抗体の一方端を接地し、他方端に
所定の電圧を印加する給電手段と、該給電された磁気抵
抗体と前記磁石手段との相対的な位置関係による磁界強
度に応じて変化するそれら各磁気抵抗体の抵抗値に基づ
きその接続点からの分圧値を前記被検出体の変位情報と
して取り出す出力手段と、少なくとも前記磁気抵抗体へ
の給電中、前記磁気抵抗体の動作点が、被検出体の位置
に応じて高磁場側におかれるとする一方の半導体磁気抵
抗体の抵抗値の高温時における値と低温時における値の
比と、被検出体の位置に応じて低磁場側におかれるとす
る他方の半導体磁気抵抗体の抵抗値の高温時における値
と低温時における値の比とがほぼ等しくなる所定の磁界
強度の範囲におかれるオフセット磁界を付与するバイア
ス手段とを具えて非接触型位置センサを構成する。

【００１２】また、請求項２記載の発明では、請求項１
記載の発明の構成において、前記バイアス手段を、前記
磁気抵抗体の動作強度磁界が９０〜７００ｍＴ（ミリテ
スラ）の範囲におかれるオフセット磁界を付与するもの
として構成する。

【００１３】また、請求項３記載の発明では、請求項１
又は２記載の発明の構成において、前記バイアス手段
を、前記磁気抵抗体を介して前記磁石手段と対向する位
置に配されたバイアス磁石によって構成する。

【００１４】また、請求項４記載の発明では、同請求項
１又は２記載の発明の構成において、前記バイアス手段
を、前記磁石手段の前記磁気抵抗体との対向面積を増大
させるべく同磁石手段に一体に付加された磁性体によっ
て構成する。

【００１５】また、請求項５記載の発明では、同請求項
１又は２記載の発明の構成において、前記バイアス手段
を、前記磁石手段から発せられる磁界の前記磁気抵抗体
への関与面積を増大させるべく前記磁石手段と前記磁気
抵抗体との間に介在される磁性体によって構成する。

【００１６】また、請求項６記載の発明では、これら請
求項１乃至５の何れかに記載の発明の構成において、前
記磁気抵抗体が、鉄系集磁体上に配設される構成とす
る。

【００１７】

【作用】請求項１記載の発明の構成において、上記２つ
の半導体磁気抵抗体、磁石手段、変位伝達手段、給電手
段、及び出力手段は、通常の基本的な非接触型位置セン
サを構成する。そして、このような位置センサが、その
周囲の温度変化によって出力特性が変動し、被検出体の
同一角度の回転若しくは同一量の移動に対しても、高温
時と低温時とでは各異なる位置情報を出力するようにな
るのは前述した通りである。このことを更に詳述する。

【００１８】通常、上記磁気抵抗体の磁界強度−抵抗値
特性は非線形の特性を有し、且つ、温度によってその非
線形性が変化する。すなわち、上記２つの磁気抵抗体の
磁界強度に応じた抵抗値の変化の割合（比率）は温度に
よって変動する。

【００１９】因みに、上記２つの磁気抵抗体の抵抗値を
それぞれＲＡ及びＲＢ、上記給電手段による印加電圧を
Ｖｃｃとすると、その分圧値として上記出力手段から取
り出される被検出体の変位情報は、これをＶｏとする
と、 Ｖｏ＝Ｖｃｃ／（１＋ＲＢ／ＲＡ） として表されるようになる。したがって、磁界強度に応
じた抵抗値ＲＡ及びＲＢの変化の割合（比率）が温度に
よって変動しなければ、同式における抵抗比（ＲＢ／Ｒ
Ａ）を通じて、常に正確な変位情報Ｖｏが得られること
となる。しかし実際には、この抵抗比（ＲＢ／ＲＡ）自
体に温度による変動が来たし、例えば（イ）被検出体の
位置に応じて高磁場側におかれるとする抵抗値ＲＡのあ
る高温時における値とある低温時における値との比（変
化の割合（比率））。は、（ロ）被検出体の位置に応じ
て低磁場側におかれるとする抵抗値ＲＢのある高温時に
おける値とある低温時における値との比（変化の割合
（比率））。と異なったものとなる。

【００２０】一方、ある所定の強い磁界強度の範囲にお
いては、上記磁気抵抗体の磁界強度−抵抗値特性の非線
形性が温度によってやはり変化はするものの、上記
（イ）の抵抗値変化の割合（比率）と上記（ロ）の抵抗
値変化の割合（比率）とはほぼ等しくなることが実験に
より確認されている。

【００２１】そこで、同請求項１記載の発明によるよう
に、・少なくとも前記磁気抵抗体への給電中、前記磁気
抵抗体の動作点が、被検出体の位置に応じて高磁場側に
おかれるとする一方の半導体磁気抵抗体の抵抗値の高温
時における値と低温時における値の比と、被検出体の位
置に応じて低磁場側におかれるとする他方の半導体磁気
抵抗体の抵抗値の高温時における値と低温時における値
の比とがほぼ等しくなる所定の磁界強度の範囲におかれ
るオフセット磁界を付与するバイアス手段。を併せ具え
る構成とすれば、上記磁気抵抗体の磁界強度−抵抗値特
性において、それら磁気抵抗体の動作点を、上記（イ）
の抵抗値変化の割合（比率）と上記（ロ）の抵抗値変化
の割合（比率）とがほぼ等しくなる「ある所定の強い磁
界強度の範囲」におくことができるようになり、何ら特
別の温度補償回路を設けずとも、温度変化による出力特
性の変動を抑制することができるようになる。

【００２２】また、請求項２記載の発明によるように、
上記バイアス手段を、・前記磁気抵抗体の動作強度磁界
が９０〜７００ｍＴ（ミリテスラ）の範囲におかれるオ
フセット磁界を付与するもの。として構成すれば、上記
２つの磁気抵抗体の動作点を正に上述した「ある所定の
強い磁界強度の範囲」におくことができるようになる。
なお、上記（イ）の抵抗値変化の割合（比率）と上記
（ロ）の抵抗値変化の割合（比率）とがほぼ等しくなる
「ある所定の強い磁界強度の範囲」とは、例えば３×３
ｍｍ（ミリメートル）の磁気抵抗体（素子）の場合、上
記９０〜７００ｍＴ（ミリテスラ）程度の磁界強度であ
ることが実験により確認されている。因みに同磁気抵抗
体（素子）の場合、従来は、０〜３００ｍＴ程度の磁界
強度がその動作磁界強度範囲として選ばれている。

【００２３】一方、このようなバイアス手段の具体構成
としては、例えば請求項３記載の発明によるように、 ・前記磁気抵抗体を介して前記磁石手段と対向する位置
に配されたバイアス磁石を用いる構成。或いは、請求項
４記載の発明によるように、 ・前記磁石手段の前記磁気抵抗体との対向面積を増大さ
せるべく同磁石手段に一体に付加された磁性体を用いる
構成。更には、請求項５記載の発明によるように、 ・前記磁石手段から発せられる磁界の前記磁気抵抗体へ
の関与面積を増大させるべく前記磁石手段と前記磁気抵
抗体との間に介在される磁性体を用いる構成。等々、を
採用することができる。特に、バイアス磁石を用いる上
記請求項３記載の発明の構成によれば、比較的簡単に、
しかも正確に、上記磁気抵抗体に所定のオフセット磁界
を付与することができるようになる。また、上記磁石手
段としての機能を拡張する請求項４或いは請求項５記載
の発明の構成によれば、上記バイアス磁石の配設を不要
とするよりコンパクトな形態にて、上記と同等の温度補
償機能を有する非接触型位置センサを構成することがで
きるようになる。

【００２４】また、請求項６記載の発明によるように、 ・前記磁気抵抗体を鉄系集磁体（ヨーク）上に配設す
る。といった構成を採用すれば、同磁気抵抗体（素子）
周囲での上記磁石手段或いは上記バイアス手段による磁
界分布のゆがみを取り除くことができるようになり、ひ
いては同非接触型位置センサとして、更に精度の高い位
置情報（変位情報）を出力することができるようにな
る。

【００２５】

【実施例】図１に、この発明にかかる非接触型位置セン
サの一実施例を示す。この実施例の位置センサは、前述
したロータリポジションセンサとして、例えば車載用内
燃機関のスロットル開度等、被検出体の回転角度（変
位）を非接触にて検出する位置センサとして構成されて
いる。

【００２６】はじめに、同図１を参照して、この実施例
にかかる非接触型位置センサとしてのセンサ構造を説明
する。図１に示すこの実施例の位置センサにおいて、ハ
ウジング１は、同位置センサを構成する以下の各部品を
一体に保持し、保護する部分である。ハウジング１に
は、軸受け２を介して、被検出体としての回転軸３が回
転自在に支持される。

【００２７】この回転軸３には、上記ハウジング１の内
部において、その端部にホルダ４が取り付けられてい
る。また、このホルダ４の底部には、上記回転軸３の回
転中心から偏倚した位置に、磁石（永久磁石）５が取り
付けられている。

【００２８】一方、上記ハウジング１の内部底面には、
バイアス磁石（永久磁石）６が配設されている。そし
て、このバイアス磁石６の上面には、集磁体としての軟
鉄製のヨーク７を介して、絶縁基板上に半導体磁気抵抗
体が形成された磁気抵抗素子８が配設されている。この
磁気抵抗素子８の半導体磁気抵抗体形成面と上記磁石５
の底面とは、所定の間隙をもって対向するよう、上記各
部品要素の寸法が決定されている。

【００２９】なお、上記磁気抵抗素子８は、後に詳述す
るように、電気的に直列接続された２つの半導体磁気抵
抗体を有して構成されている。そして、それら磁気抵抗
体の両端並びに接続点に対応した各電極は、上記ハウジ
ング１の底部から導出される電源端子１０、接地端子１
１及び出力端子１２に、それぞれリード線９を介して電
気的に接続されている。

【００３０】図２に、この実施例の位置センサの、上記
磁石５の部分から水平に切り取った場合の断面構造を参
考までに示す。同位置センサとしてのこうした構造によ
り、磁石５は、被検出体である回転軸３の回転に伴い、
図２に矢示する態様で、すなわち磁気抵抗素子８との対
向面のオーバーラップ（占有）面積が変化するかたち
で、同磁気抵抗素子８上を回動するようになる。

【００３１】一方磁気抵抗素子８では、磁石５とのこう
したオーバーラップ（占有）面積の関係に対応した強度
の磁界を上記２つの磁気抵抗体が各々受けることとな
り、それら受けた磁界強度に応じて、同２つの磁気抵抗
体の抵抗値がそれぞれ変化するようになる。

【００３２】また、特に同実施例の位置センサにあって
は、バイアス磁石６の配設により、上記磁石５から発せ
られる磁束とも相まって、磁気抵抗素子８のおかれる磁
界の強度は全体的に増大されるようになる。

【００３３】図３に示される態様で従来の位置センサ
を、また図４に示される態様で同実施例の位置センサを
各々試作してその磁界強度を調べたところ、それぞれ図
５に示される磁界分布となることが確認された。

【００３４】因みに、図３に示される従来の位置センサ
としては、磁石５、ヨーク７、及び磁気抵抗素子８をそ
れぞれ次のように設定した。 ・磁石５としては希土類系の永久磁石を用い、そのサイ
ズ（Ｗ×Ｄ×Ｈ）を、４ｍｍ×２ｍｍ×３ｍｍとした。 ・ヨーク７としては軟鉄製のものを用い、そのサイズ
（φＹ×ＨＹ）を、φ５ｍｍ×３ｍｍとした。 ・磁気抵抗素子８としては、ＩｎＳｂからなる半導体磁
気抵抗体を絶縁基板上に形成したものを用いた。そのチ
ップサイズ（Ｌｘ×Ｌｙ×ｔ）は、３ｍｍ×３ｍｍ×
０．６ｍｍである。 ・磁石５の底面とヨーク７の表面との間隙（Ｇ）は、
１．１ｍｍとした。

【００３５】他方、図４に示される同実施例の位置セン
サとしては、磁石５、バイアス磁石６、ヨーク７、及び
磁気抵抗素子８をそれぞれ次のように設定した。 ・磁石５としては希土類系の永久磁石を用い、そのサイ
ズ（Ｗ×Ｄ×Ｈ）を、７ｍｍ×５ｍｍ×６ｍｍとした。 ・バイアス磁石６としても希土類系の永久磁石を用い、
そのサイズ（φＢ×ＨＢ）を、φ６ｍｍ×４ｍｍとし
た。 ・ヨーク７としては軟鉄製のものを用い、そのサイズ
（φＹ×ＨＹ）を、φ５ｍｍ×３ｍｍとした（従来同
様）。 ・磁気抵抗素子８としては、ＩｎＳｂからなる半導体磁
気抵抗体を絶縁基板上に形成したものを用いた。そのチ
ップサイズ（Ｌｘ×Ｌｙ×ｔ）は、３ｍｍ×３ｍｍ×
０．６ｍｍである（従来同様）。 ・磁石５の底面とヨーク７の表面との間隙（Ｇ）は、
１．１ｍｍとした（従来同様）。

【００３６】なお、同実施例の位置センサにおいて、磁
石５のサイズを従来のものより大きくしているのは、バ
イアス磁石６の追加による磁気抵抗素子８の出力低下を
防ぐための配慮である。

【００３７】図５は、こうした従来並びに同実施例の位
置センサの構成において、上記磁気抵抗素子８の縦・横
のサイズをＬ×Ｌとし、且つ、その中心を原点としたと
きの同磁気抵抗素子８に印加される磁界の分布を３次元
座標にて示している。

【００３８】なお同図５において、実線の磁界分布Ｍ１
は、同実施例の位置センサにおいて磁気抵抗素子８に印
加される磁界の分布を示し、破線の磁界分布Ｍ２は、従
来の位置センサにおいて磁気抵抗素子８に印加される磁
界の分布を示す。

【００３９】この図５から明らかなように、従来の位置
センサにあっては、０〜３００ｍＴ（ミリテスラ）程度
の磁界強度しか得られなかったのに対し、バイアス磁石
６を有する同実施例の位置センサによれば、約９０〜７
００ｍＴの磁界強度が得られるようになる。

【００４０】次に、このような実施例の位置センサによ
り、どのように温度補償がなされるかについて説明す
る。図６に、上記構成を有する同実施例の位置センサの
等価回路を示す。

【００４１】同図６に示されるように、また上述したよ
うに、磁気抵抗素子８は、電気的に直列接続される２つ
の磁気抵抗体を有して構成されている。そして、それら
磁気抵抗体の一端が接続される電源端子１０に電源電圧
Ｖｃｃが印加され、他端は、接地端子１１を介して接地
される。

【００４２】また、上記磁石５は、このような磁気抵抗
素子８に対し、等価的には、同図６に矢示する態様で、
被検出体（回転軸３）の回転に伴い変位し、バイアス磁
石６は、これも同図６に示される態様で、上記磁気抵抗
素子８の全体にバイアス磁界（オフセット磁界）を付与
する。

【００４３】同位置センサとしての出力端子１２は、上
記直列に接続されている２つの磁気抵抗体の接続点から
導出される。そして該出力端子１２からは、磁気抵抗素
子８と磁石５との相対的な位置関係による磁界強度に応
じて変化する上記各磁気抵抗体の抵抗比が、正確にはそ
れら抵抗比による分圧値Ｖｏが、上記被検出体の変位情
報（回転軸３の回転角度情報）として出力されるように
なる。

【００４４】因みに、上記２つの磁気抵抗体の抵抗値
を、同図６に示される如く、それぞれＲＡ及びＲＢとす
ると、この変位情報（分圧値）Ｖｏは、 Ｖｏ＝Ｖｃｃ×ＲＡ／（ＲＡ＋ＲＢ） ＝Ｖｃｃ／（１＋ＲＢ／ＲＡ） …（１） として表されるようになる。したがって、磁界強度に応
じた抵抗値ＲＡ及びＲＢの変化の割合（比率）が温度に
よって変動しなければ、同式における抵抗比（ＲＢ／Ｒ
Ａ）を通じて、常に正確な変位情報Ｖｏが得られること
となる。

【００４５】一方、上記試作した位置センサにおいて、
磁気抵抗素子８には、具体的には図７に示される態様
で、上記２つの磁気抵抗体が左右対称に形成されてい
る。したがって、磁界強度に応じてそれら磁気抵抗体の
抵抗値が変化するとはいえ、実際には、それら形成され
たパターンにどのような割合で磁界が印加されているか
によって、それら各磁気抵抗体での抵抗値が決定される
ようになる。

【００４６】図８に、（ａ）被検出体（回転軸３）の角
度変位が０°のとき、及び（ｂ）被検出体の角度変位が
４５°のとき、におけるそれら磁気抵抗体の形成パター
ンと磁石５との関係をそれぞれ例示する。

【００４７】すなわち、被検出体（回転軸３）の角度変
位が０°である場合には、磁気抵抗体の形成パターンと
磁石５とは、同図８（ａ）に示される関係で相対するよ
うになる。この場合、磁気抵抗素子８にあっては、磁石
５によって覆われた図中斜線部分にある磁気抵抗体の抵
抗値が増加されることとなる。そしてこの場合には、抵
抗値ＲＡ側の磁気抵抗体であれ、抵抗値ＲＢ側の磁気抵
抗体であれ、全体の約１／２の部分に磁界が印加される
ようになる。

【００４８】また、被検出体の角度変位が４５°である
場合には、磁気抵抗体の形成パターンと磁石５とは、同
図８（ｂ）に示される関係で相対するようになる。この
場合も、磁気抵抗素子８にあっては、磁石５によって覆
われた図中斜線部分にある磁気抵抗体の抵抗値が増加さ
れることとなる。そしてこの場合、抵抗値ＲＡ側の磁気
抵抗体には全体の約３／４の部分に磁界が印加され、抵
抗値ＲＢ側の磁気抵抗体には全体の約１／４の部分に磁
界が印加されるようになる。

【００４９】図９は、こうした磁気抵抗素子８の磁界強
度−抵抗値特性について、その雰囲気温度（Ｔａ）の別
に測定した結果をグラフ化したものである。同図９に示
されるように、磁気抵抗素子８の磁界強度−抵抗値特性
は非線形の特性となり、且つ、雰囲気温度Ｔａによっ
て、その非線形性も大きく変化する。すなわち、上記２
つの磁気抵抗体の磁界強度に応じた抵抗値の変化の割合
（比率）は、雰囲気温度Ｔａによって変動する。

【００５０】因みに、上記試作した従来の位置センサに
あっては、磁気抵抗素子８に印加される磁界が０〜３０
０ｍＴ（図５参照）であることから、雰囲気温度Ｔａが
何れにあろうとも、図９においては磁界強度の範囲ＭＡ
２として示される範囲内で、同磁気抵抗素子８に印加さ
れる磁界が変化することとなる。

【００５１】ここで、図８（ａ）に示したように、被検
出体（回転軸３）の角度変位が０°である場合には、上
記２つの磁気抵抗体に、平均して約「３００ｍＴ／２」
といった同一の磁界が印加されるようになる。このた
め、それら磁気抵抗体の抵抗値ＲＡ及びＲＢも、 ＲＡ＝ＲＢ となり、それら値が雰囲気温度Ｔａによって変化する場
合でも、上記（１）式における抵抗比（ＲＢ／ＲＡ）は
常に「１」となる。したがってこの場合、同（１）式か
ら明らかなように、 Ｖｏ＝Ｖｃｃ／２ となって、「角度変位０°」を示す一定の変位情報（分
圧値）Ｖｏが、上記出力端子１２を通じて出力されるよ
うになる。

【００５２】ところが、図８（ｂ）に示したように、上
記被検出体の角度変位が４５°となる場合には、抵抗値
ＲＡ側の磁気抵抗体には全体の約３／４の部分に、平均
約「２３０ｍＴ」の磁界が印加され、他方の抵抗値ＲＢ
側の磁気抵抗体には全体の約１／４の部分に、平均約
「７０ｍＴ」の磁界が印加されるようになる。そしてこ
の場合には、図９に示される上記磁界強度−抵抗値特性
の温度による非線形性の違いにより、（イ）高磁場（平
均約「２３０ｍＴ」）側におかれる磁気抵抗体の抵抗値
ＲＡの、例えば「Ｔａ＝１２０°」における値と例えば
「Ｔａ＝２５°」或いは「Ｔａ＝−３０°」における値
との比（変化の割合（比率））。は、（ロ）低磁場（平
均約「７０ｍＴ」）側におかれる磁気抵抗体の抵抗値Ｒ
Ｂの、例えば「Ｔａ＝１２０°」における値と例えば
「Ｔａ＝２５°」或いは「Ｔａ＝−３０°」における値
との比（変化の割合（比率））。と大きく異なったもの
となる。すなわちこの場合、「（抵抗値ＲＡの雰囲気温
度Ｔａによる変化の割合（比率））＞（抵抗値ＲＢの雰
囲気温度Ｔａによる変化の割合（比率））」といった関
係になり、上記（１）式における抵抗比（ＲＢ／ＲＡ）
に、雰囲気温度Ｔａによる変動が生じるようになる。

【００５３】一方、上記試作した同実施例の位置センサ
にあっては、バイアス磁石６の配設によって、磁気抵抗
素子８に印加される磁界が９０〜７００ｍＴ（図５参
照）に引き上げられることから、雰囲気温度Ｔａが何れ
にあろうとも、図９においては磁界強度の範囲ＭＡ１と
して示される範囲内で、同磁気抵抗素子８に印加される
磁界が変化することとなる。

【００５４】ここで、上記従来の位置センサの場合と同
様、図８に例示した磁気抵抗素子８と磁石５との位置関
係に基づく抵抗値ＲＡ及びＲＢの推移について考察す
る。まず、図８（ａ）に示したように、被検出体（回転
軸３）の角度変位が０°である場合には、上記２つの磁
気抵抗体に、平均して約「（９０ｍＴ＋７００ｍＴ）／
２」といった同一の磁界が印加されるようになる。この
ため、それら磁気抵抗体の抵抗値ＲＡ及びＲＢも、 ＲＡ＝ＲＢ となり、それら値が雰囲気温度Ｔａによって変化する場
合でも、上記（１）式における抵抗比（ＲＢ／ＲＡ）は
常に「１」となる。したがってこの場合も、同（１）式
から明らかなように、 Ｖｏ＝Ｖｃｃ／２ となって、「角度変位０°」を示す一定の変位情報（分
圧値）Ｖｏが、上記出力端子１２を通じて出力されるよ
うになる。

【００５５】他方、図８（ｂ）に示したように、上記被
検出体の角度変位が４５°となる場合には、抵抗値ＲＡ
側の磁気抵抗体には全体の約３／４の部分に、平均約
「６００ｍＴ」の磁界が印加され、他方の抵抗値ＲＢ側
の磁気抵抗体には全体の約１／４の部分に、平均約「１
９０ｍＴ」の磁界が印加されるようになる。そしてこの
場合には、図９に示される上記磁界強度−抵抗値特性の
温度による非線形性の違いはあっても、（イ）高磁場
（平均約「６００ｍＴ」）側におかれる磁気抵抗体の抵
抗値ＲＡの、例えば「Ｔａ＝１２０°」における値と例
えば「Ｔａ＝２５°」或いは「Ｔａ＝−３０°」におけ
る値との比（変化の割合（比率））。は、（ロ）低磁場
（平均約「１９０ｍＴ」）側におかれる磁気抵抗体の抵
抗値ＲＢの、例えば「Ｔａ＝１２０°」における値と例
えば「Ｔａ＝２５°」或いは「Ｔａ＝−３０°」におけ
る値との比（変化の割合（比率））。とほぼ同等の値と
なる。すなわちこの場合、「（抵抗値ＲＡの雰囲気温度
Ｔａによる変化の割合（比率））≒（抵抗値ＲＢの雰囲
気温度Ｔａによる変化の割合（比率））」といった関係
になり、結局、上記（１）式における抵抗比（ＲＢ／Ｒ
Ａ）は、雰囲気温度Ｔａに左右されることなく、被検出
体の角度変位に純粋に対応した値となる。

【００５６】図１０に、上記試作した従来の位置センサ
と同実施例の位置センサとについてそれぞれ測定した温
度−出力値（角度）特性を示す。なお、同図１０におい
て、特性線Ｓ１は実施例の位置センサの特性を、また特
性線Ｓ２は従来の位置センサの特性をそれぞれ示してい
る。

【００５７】この図１０から明らかなように、被検出体
（回転軸３）の角度変位が「０°」である場合には、温
度に拘わらず、それら位置センサからは共に、該「角度
変位０°」を示す情報が上記変位情報（分圧値）Ｖｏと
して出力される。

【００５８】他方、被検出体の角度変位が「４５°」で
ある場合には、従来の位置センサと実施例の位置センサ
とで、次のように異なった出力特性となる。まず、従来
の位置センサの場合、常温の約２５℃にあっては、ほぼ
「角度変位４５°」を示す情報が同変位情報（分圧値）
Ｖｏとして出力されるものの、それよりも温度の低い領
域ではより大きな角度変位を示す情報が出力され、逆に
温度の高い領域では、小さな角度変位を示す情報が出力
されるようになる。

【００５９】この点、上記実施例の位置センサにあって
は、温度に拘わらず、ほぼこの「角度変位４５°」を示
す情報が同変位情報（分圧値）Ｖｏとして出力されるよ
うになる。

【００６０】同図１０に示されるこれらの結果は、図８
及び図９に基づき考察し、説明した上述した結果に一致
する。このように、上記実施例の非接触型位置センサに
よれば、バイアス磁石６によって磁気抵抗素子８に所定
のオフセット磁界を付与する構成としたことで、何ら特
別の温度補償回路を設けずとも、温度変化による出力特
性の変動を好適に抑制することができるようになる。

【００６１】なお、図９に示した磁界強度−抵抗値特性
からも明らかなように、このオフセット磁界（バイアス
磁界）を付与して設定する磁気抵抗素子８の動作磁界強
度範囲としては、同実施例によるように、当該磁気抵抗
素子の磁界強度−抵抗値特性において、 ・前記給電された２つの磁気抵抗体の磁界強度に応じた
抵抗値ＲＡ及びＲＢの変化の割合（比率）をその周囲の
温度に拘わらずに一定に保持せしめ得る磁界強度の範囲
（上記実施例、並びに図９の例では９０〜７００ｍ
Ｔ）。とすることが最も望ましい。ただし、上記バイア
ス磁石６を通じて磁気抵抗素子８に何らかのオフセット
磁界を付与し、これによってその動作点を引き上げるこ
とができれば、上記に準じた態様での温度補償は実現さ
れる。

【００６２】また、上記実施例では、バイアス磁石６を
別途に配設する構造としたため、比較的簡単に、しかも
正確に、上記磁気抵抗体に所定のオフセット磁界を付与
することができる。例えば、上記バイアス磁石６の大き
さを調節してその磁界強度を調整する以外にも、同バイ
アス磁石６と上記ヨーク７との間に間隙を持たせ、この
間隙を調節することでも同磁界強度を調整することはで
きる。

【００６３】また、同バイアス磁石６は、いわゆる電磁
石によって構成することもできる。要は、少なくとも磁
気抵抗素子８への給電中、同素子８に所定のオフセット
磁界を付与するものであればよい。特に、バイアス磁石
６を電磁石によって構成する場合には、上述した磁界強
度の調整も、更に容易、且つ正確に行うことができるよ
うになる。

【００６４】ところで、同実施例では、磁気抵抗素子８
にオフセット磁界（バイアス磁界）を付与する手段とし
てこのバイアス磁石６を用いるようにしたが、同手段と
しては他に、例えば図１１〜図１４に例示する構成を採
用することもできる。

【００６５】すなわち、図１１に例示する構成によれ
ば、磁石５の、特に付加部分５ａ及び５ｂを通じて、磁
気抵抗素子８に対し上記実施例に準じたオフセット磁界
を付与することができるようになる。

【００６６】また、図１２に例示する構成によっても、
磁石５の、同様に付加部分５ａ及び５ｂを通じて、磁気
抵抗素子８に対し上記実施例に準じたオフセット磁界を
付与することができる。

【００６７】また、図１３に例示する構成によれば、磁
石５と磁気抵抗素子８との間に設けた磁性体１３によっ
て、磁石５から発せられる磁界の磁気抵抗素子８への関
与面積が増大されるようになる。したがってこの場合
も、磁気抵抗素子８に対し上記実施例に準じたオフセッ
ト磁界を付与することができるようになる。

【００６８】また、図１４に例示する構成によれば、磁
石５の、回転軸中心線からオーバーラップする部分５ｃ
を通じて、磁気抵抗素子８に対し、やはり上記実施例に
準じたオフセット磁界を付与することができるようにな
る。

【００６９】特にこれら図１１〜図１４に例示した構成
によれば、上記バイアス磁石の配設を不要とするよりコ
ンパクトな形態にて、上記実施例と同等の温度補償機能
を有する非接触型位置センサを構成することができるよ
うになる。

【００７０】また、上記実施例をはじめ、図１１、図１
２及び図１４の例では、ヨーク７を用いて、磁気抵抗素
子８周囲での磁界分布のゆがみを取り除くようにしてい
る。このため、上述した温度補償機能も含め、同非接触
型位置センサとして、極めて精度の高い位置情報を出力
することができるようになっている。もっとも、それら
位置センサとしての構造上、こうした磁界分布のゆがみ
が生じない、若しくは無視できる場合には、該ヨーク７
の配設を割愛する構成とすることもできる。

【００７１】また、上記実施例では、磁気抵抗素子８の
磁気抵抗体形成パターンとして図７に例示したものを採
用したが、それら磁気抵抗体の形成パターンは任意であ
る。それら２つの磁気抵抗体の接続点について左右対称
となるパターンでさえあれば、他の如何なるパターンで
あってもよい。

【００７２】また同実施例では、それら磁気抵抗体の材
料として、ＩｎＳｂからなる半導体磁気抵抗体を採用し
たが、同磁気抵抗体は高移動度の半導体であればよく、
他にＩｎＡｓ、或いはＧａＡｓ等も適宜採用することが
できる。

【００７３】また、以上は何れも、ロータリポジション
センサとして、例えば車載用内燃機関のスロットル開度
等、被検出体の回転角度を非接触にて検出する位置セン
サにこの発明を適用する場合について述べたが、他にリ
ニアポジションセンサとして、例えば同機関のバルブス
トローク等、被検出体の直線移動量を非接触にて検出す
る位置センサについても、この発明は同様に適用され
る。

【００７４】図１５に、この発明にかかる非接触型位置
センサの更に他の実施例として、該リニアポジションセ
ンサにこの発明を適用した場合の構成について、その概
要を示す。なお、同図１５においても、上述した要素と
同一の要素にはそれぞれ同一の符号付して示しており、
それら要素についての重複する説明は割愛する。

【００７５】さて、この位置センサ（リニアポジション
センサ）の場合、磁気抵抗素子８に対向する磁石５は、
同図に矢示する態様で直線的に変位するシャフト１４
（これが被検出体となる）に取り付けられる。

【００７６】ただし、磁気抵抗素子８において、磁石５
との相対的な位置関係による磁界強度に応じて変化する
２つの磁気抵抗体の抵抗値に基づきその接続点からの分
圧値が上記被検出体の変位情報として取り出されること
は、先の実施例の場合と同様である。

【００７７】したがって、このような位置センサにあっ
ても、例えばバイアス磁石６を通じて、磁気抵抗素子８
に所定のオフセット磁界（バイアス磁界）を付与するよ
うにすれば、何ら特別の温度補償回路を設けずとも、温
度変化による出力特性の変動を好適に抑制することがで
きるようになる。

【００７８】なお、この図１５に示すリニアポジション
センサであれ、或いは上述したロータリポジションセン
サであれ、磁石５と磁気抵抗素子８（若しくはバイアス
磁石６を含む）とは、被検出体の変位に伴い、それら対
向する面のオーバーラップ（占有）面積が前記２つの磁
気抵抗体の接続方向に相対的に変化する構成であればよ
く、必ずしも磁石５の側が被検出体の変位に伴って移動
する構成である必要はない。すなわち、他方の磁気抵抗
素子８（若しくはバイアス磁石６を含む）の側が、被検
出体の変位に伴って移動する構成であってもよい。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
非接触型位置センサによれば、何等の温度補償回路も必
要とせずに、温度変化による出力特性の変動を好適に抑
制することができるようになる。

【００８０】そしてこのため、その周囲温度が如何なる
温度にあっても、被検出体の変位量（位置）に関する精
度の高い情報を出力することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる非接触型位置センサの一実施
例を示す断面図。

【図２】同実施例の位置センサの水平断面構造を示す断
面図。

【図３】実験に用いた従来の位置センサ構成を示す斜視
図及び正面図。

【図４】実験に用いた実施例の位置センサ構成を示す斜
視図及び正面図。

【図５】それら従来及び実施例の位置センサの磁界分布
を示すグラフ。

【図６】実施例の位置センサの等価回路を示す回路図。

【図７】実験に用いた位置センサの磁気抵抗素子構造を
模式的に示す略図。

【図８】同磁気抵抗素子と磁石との相対位置関係を模式
的に示す平面図。

【図９】同磁気抵抗素子の磁界強度−抵抗値特性を示す
グラフ。

【図１０】従来及び実施例の位置センサの温度−出力特
性を示すグラフ。

【図１１】この発明の非接触型位置センサの他の実施例
を示す正面略図。

【図１２】この発明の非接触型位置センサの他の実施例
を示す正面略図。

【図１３】この発明の非接触型位置センサの他の実施例
を示す正面略図。

【図１４】この発明の非接触型位置センサの他の実施例
を示す正面略図。

【図１５】この発明の非接触型位置センサの他の実施例
を示す正面略図。

【符号の説明】

１…ハウジング、２…軸受け、３…回転軸、４…ホル
ダ、５…磁石、６…バイアス磁石、７…ヨーク、８…磁
気抵抗素子、９…リード線、１０…電源端子、１１…接
地端子、１２…出力端子、１３…磁性体、１４…シャフ
ト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−28975（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−347488（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−286808（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−212803（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01C 10/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気的に直列接続された２つの半導体磁気
   抵抗体と、 前記磁気抵抗体の配設面に対向する位置に配される磁石
   手段と、 被検出体の変位に伴い前記磁気抵抗体と前記磁石手段と
   の対向する面のオーバーラップ面積を前記２つの磁気抵
   抗体の接続方向に相対的に変化せしめる変位伝達手段
   と、 前記直列接続された磁気抵抗体の一方端を接地し、他方
   端に所定の電圧を印加する給電手段と、 該給電された磁気抵抗体と前記磁石手段との相対的な位
   置関係による磁界強度に応じて変化するそれら各磁気抵
   抗体の抵抗値に基づきその接続点からの分圧値を前記被
   検出体の変位情報として取り出す出力手段と、 少なくとも前記磁気抵抗体への給電中、前記磁気抵抗体
   の動作点が、被検出体の位置に応じて高磁場側におかれ
   るとする一方の半導体磁気抵抗体の抵抗値の高温時にお
   ける値と低温時における値の比と、被検出体の位置に応
   じて低磁場側におかれるとする他方の半導体磁気抵抗体
   の抵抗値の高温時における値と低温時における値の比と
   がほぼ等しくなる所定の磁界強度の範囲におかれるオフ
   セット磁界を付与するバイアス手段と、 を具えることを特徴とする非接触型位置センサ。
2. 【請求項２】前記バイアス手段は、前記磁気抵抗体の動
   作強度磁界が９０〜７００ｍＴ（ミリテスラ）の範囲に
   おかれるオフセット磁界を付与するものである請求項１
   記載の非接触型位置センサ。
3. 【請求項３】前記バイアス手段は、前記磁気抵抗体を介
   して前記磁石手段と対向する位置に配されたバイアス磁
   石である請求項１又は２記載の非接触型位置センサ。
4. 【請求項４】前記バイアス手段は、前記磁石手段の前記
   磁気抵抗体との対向面積を増大させるべく同磁石手段に
   一体に付加された磁性体である請求項１又は２記載の非
   接触型位置センサ。
5. 【請求項５】前記バイアス手段は、前記磁石手段から発
   せられる磁界の前記磁気抵抗体への関与面積を増大させ
   るべく前記磁石手段と前記磁気抵抗体との間に介在され
   る磁性体である請求項１又は２記載の非接触型位置セン
   サ。
6. 【請求項６】前記磁気抵抗体は、鉄系集磁体上に配設さ
   れる請求項１乃至５の何れかに記載の非接触型位置セン
   サ。