JP4677828B2 - 磁石装置の磁気特性調整方法 - Google Patents

Description

この発明は、磁石から発生される磁界の変化を磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して磁性体の運動態様を検出する磁気センサに代表されるような、磁石を装置の構成要素とする磁石装置の磁気特性調整方法に関するものである。

従来、この種の磁石装置としては、例えば特許文献１や、特許文献２に記載された磁気センサ等の装置が知られている。以下、図６〜図８を参照して、これら特許文献１および特許文献２に記載されている磁気センサも含め、従来一般にこの種の磁石装置に採用されている磁気特性調整方法の一例について説明する。まず、図６に、エンジンのクランク角センサ等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。

同図６に示されるように、この回転検出装置は、大きくは、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１１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構成されている。そして、この磁気センシングを行うセンサチップ１１は、処理回路共々、集積回路化されるとともに、モールド部材１２により一体にモールド封止されている。より具体的には、この封止材（モールド部材１２）の内部は、上記センサチップ１１が図示しないリードフレームの一端に搭載されるとともに、その他端から、電源端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、およびＧＮＤ（接地）端子Ｔ３といった各端子が引き出される構造となっている。また、上記センサチップ１１の近傍には、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（磁石本体）１３が、上記モールド部材１２を囲繞するように配設されている。図７および図８に、このバイアス磁石１３の外観構造および内部構造をより詳細に示す。なお、図８の断面図においては、便宜上、上記モールド部材１２等の図示を割愛している。

これら各図に示されるように、このバイアス磁石１３は、その長手方向に四角柱状の中空部１４を備える、いわば中空四角柱形状からなり、該中空部１４に、例えば接着剤等により所定の位置に固定された上記モールド部材１２を収容している。

そして、このような構成からなる回転検出装置において、上記ロータＲＴが回転すると、バイアス磁界に生じる磁気ベクトルの変化が各磁気抵抗素子ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４の抵抗値変化として感知され、これに対応する電気信号が上記センサチップ１１から出力される。さらに、例えば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および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およびＭＲＥ４との各中点電位の変化が各々図示しない処理回路に与えられる。そうして、この処理回路により差動増幅や２値化等といった各種の処理が施された信号、すなわち所望とされる回転情報を含むいわゆる回転信号が、出力端子Ｔ２（図６）から取り出されることになる。

また、こうした磁石装置の製造に際しては一般に、例えば図９に示されるように、上記バイアス磁石１３の長手方向、すなわち上記中空部１４の開口される側に、それぞれ励磁コイル（偏向ヨーク）ＭＣ１およびＭＣ２を配設し、これら各励磁コイルに所要の通電を行うことにより、当該バイアス磁石１３の磁性特性を調整するようにしている。

具体的には、磁性体粉を含む樹脂材料を成形型のキャビティ（図示略）内に射出し、該キャビティ内に充填された樹脂材料の固化に先立って上記各励磁コイルＭＣ１およびＭＣ２に通電を行うことにより、当該樹脂材料中の磁性体粉に対して適宜の磁場を与える。このとき、励磁コイルＭＣ１およびＭＣ２により作り出される磁場（磁束ループ）は、図９（ａ）および（ｂ）に示されるように、これら励磁コイルＭＣ１およびＭＣ２の形状や配置に応じて可変とされる。このため、これら励磁コイルＭＣ１およびＭＣ２の形状や配置を所望とされる磁石特性に応じて可変設定することで、当該バイアス磁石１３の磁性特性が、より詳しくは同磁石１３中の磁性体粉の配向が、所望とされる特性に調整されることになる。また、磁石の成形条件（磁石成形時の温度や圧力等）も、磁場（磁束ループ）に影響を与えることが知られている。このため、別段必要としない場合を除き、こうした成形条件も、上記励磁コイルＭＣ１およびＭＣ２の形状・配置と併せ、所望とされる磁石特性に応じて可変設定されることが多い。

次に、このように所望に配向調整された磁性体粉を含む樹脂材料を、１つの成形体に固化成形する。これにより、上述の磁性体粉の配向は固定維持される。さらに必要に応じて、一旦その全体を脱磁し、適宜の着磁装置を用いて、例えばロータＲＴ（図６）に対向する側をＮ極、反対側をＳ極に着磁する。そして、こうして出来上がったバイアス磁石１３の中空部１４内に上記センサチップ１１をモールド部材１２共々収容するとともに、ケース部材等に一体組み付けすることによって、この磁石装置（回転検出装置）は完成する。
特許第３２７９２４０号公報 特許第３２７９２４１号公報

ところで、こうした方法では、励磁コイル（偏向ヨーク）ＭＣ１およびＭＣ２の形状や配置の変更、あるいは磁石の成形条件（磁石成形時の温度や圧力等）の変更により、磁性特性の調整を行っているため、微調整が難しく、調整の合わせ込みに限界が生じていた。また、励磁コイルの形状・配置の変更に際しては、その作業が大掛かりになってしまうこともあり、調整に長時間を費やしてしまうことも懸念される。

こうした諸々の事情により、現在もなお、上記回転検出装置を含めた磁石装置の磁気特性調整方法として、高い精度をもってより容易にバイアス磁石（磁石本体）の磁気特性を調整することのできる方法が望まれる実情にある。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、高い精度をもってより容易に磁石本体の磁気特性を調整することのできる磁石装置の磁気特性調整方法を提供することを目的とする。

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、中空形状からなる磁石本体を備え、該磁石本体がその中空部分の開口部を持つ方向に着磁される磁石装置の磁気特性調整方法として、前記磁石本体は前記中空部分に段差を有し、この段差部分の位置の設定に基づいて前記着磁により当該磁石本体の中空部分から発せられる磁場の調整を行うよう
にする。

このような方法によれば、励磁コイル（偏向ヨーク）の形状・配置の変更や、磁石の成形条件（磁石成形時の温度や圧力等）の変更を行わずとも、磁石本体（例えばバイアス磁石）の磁気特性を高い精度で調整することが可能になる。

そして、先の図７および図８に例示した装置も含め、前記磁石本体の中空部分に段差の形成された装置についてこの方法を採用する場合には、磁場の調整を段差部分の位置の設定に基づいて行う方法を採用することで、好適な磁場調整が可能になる。すなわち、磁石本体の中空部分の段差部分の位置を微妙に変化させることで微調整も可能であり、高い精度をもってより容易に磁石本体の磁気特性を調整することができるようになる。

また、請求項２に記載の発明によるように、上記請求項１に記載の磁石装置の磁気特性調整方法において、前記磁石本体の中空部分から発せられる磁場の調整の対象として、磁気ベクトルの傾き度合を採用することとすれば、前記磁石本体の中空部分における段差部分の位置の設定に伴う磁場の変化を的確にとらえることが可能になり、ひいてはより好適な磁場調整が可能になる。

また、上記請求項１または２に記載の磁石装置の磁気特性調整方法において、前記中空部分における段差の位置の設定を行う際には、この設定を、請求項３に記載の発明によるように、前記磁石本体の中空部分に対応した金型となる入れ子の形状設定として行うようにすることで、この位置設定の精度についてもこれを高めることができ、所望とされる形状を高い精度でより容易に得ることが可能になる。

さらに、これら請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁石装置の磁気特性調整方法は、
請求項４に記載の発明によるように、前記磁石本体が、磁気検出素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石を構成するものであり、前記磁石装置が、前記磁気検出素子の近傍にて磁性体が運動するときに前記バイアス磁界に生じる磁気ベクトルの変化を前記磁気検出素子により感知して前記磁性体の運動態様を検出する磁気センサを構成するものである場合に適用して特に有効である。前述したように、こうした磁気特性の調整方法は、この種の磁気センサ（回転検出装置）において、特に待望されている。

以下、図１〜図３を参照して、この発明に係る磁石装置の磁気特性調整方法を具体化した一実施の形態について説明する。なお、この実施の形態に係る磁石装置としても、先の図６に例示した装置と同様、エンジンのクランク角センサ等に採用される回転検出装置、詳しくは、磁気検出素子の近傍にて磁性体が運動するときにバイアス磁界に生じる磁気ベクトルの変化を磁気検出素子により感知して被検出体である磁性体の運動態様を検出する磁気センサを想定している。また、同装置に搭載される磁石本体としても、先の図６に例示した装置と同様、磁気検出素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石を想定している。図１に、この磁石本体（バイアス磁石）の概略構造を示す。なお、図１（ａ）は同磁石の平面構造を模式的に示す平面図、また図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った部分断面図である。

同図１（ａ）および（ｂ）に示すように、このバイアス磁石１３も、その長手方向に四角柱状の中空部１４を有して、いわゆる中空四角柱形状として構成されている。また、ここでは図示を割愛しているが、先の図７に示した磁石と同様、該中空部１４の所定の位置には、例えば接着剤等によりモールド部材１２（図６）が、固定、収容されている。なお、図１（ｂ）中に数値（単位「ｍｍ」）にて寸法が明記されているように、この実施の形態においては、当該バイアス磁石１３の長手方向の全長が「１３．５（ｍｍ）」に、また、中空部１４の内壁上段側の磁石端部から段差部分ＳＴの落ちきるまでの寸法が「６．７（ｍｍ）」に、それぞれ設定されている。

すなわち、この実施の形態に係る回転検出装置においても、図６に示したようなロータＲＴが回転するときには、バイアス磁界に生じる磁気ベクトルの変化が各磁気抵抗素子ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４（図６）の抵抗値変化として感知されることにより、これに対応する電気信号がセンサチップ１１（図６）から出力される。そして、例えばハーフブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子対１や磁気抵抗素子対２（図６）の各中点電位の変化が各々処理回路に与えられることにより、この処理回路で差動増幅や２値化等といった各種処理が施された信号、すなわち所望とされる回転情報を含むいわゆる回転信号が、出力端子Ｔ２（図６）から取り出されることになる。

また、この実施の形態に係る上記磁石装置の製造に際しては、図１（ｂ）中に破線にて示されるように、磁石本体（バイアス磁石１３）の中空部分（中空部１４）に関する形状設定、詳しくはその段差部分ＳＴの位置の設定に基づいて、当該磁石本体の中空部分から発せられる磁場の調整を行うようにしている。

より具体的に説明すると、この実施の形態においても、磁性体粉を含む樹脂材料を成形型のキャビティ内に射出し、該キャビティ内に充填された樹脂材料の固化に先立って励磁コイル（図９（ａ）参照）に通電を行うことにより、当該樹脂材料中の磁性体粉に対して適宜の磁場を与えることは、前述と同様である。ただし、この実施の形態においては、この磁性体粉に対する磁場の印加が、励磁コイルの形状や配置を変更することなく、予め定められた一定の形状・配置のまま行われる。すなわち、この段階では、まだバイアス磁石１３の磁気特性を調整せず、続く樹脂材料の固化の段階で主にこれを調整する。図２（ａ）および（ｂ）に、この樹脂材料の固化の態様と併せて、当該バイアス磁石１３の磁気特性の調整態様を示す。なお、これら図２（ａ）および（ｂ）は、先の図１（ｂ）に対応する断面図である。

すなわち、同図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、上記磁場の印加により配向された磁性体粉を含む樹脂材料の成形固化は、上記バイアス磁石１３の中空部１４に対応した金型となる入れ子ＭＤを用いて行われる。詳しくは、これら図２（ａ）および（ｂ）に２種類の段差位置の設定態様が例示されているように、この入れ子ＭＤの形状設定により、中空部１４内壁の段差部分ＳＴの位置設定が行われる。図３は、ここで調整設定された段差部分ＳＴの位置が、当該バイアス磁石１３の磁気特性に対してどのような影響を与えるかについて、これら各要素を横軸および縦軸にとった具体的なデータによりその傾向を示すグラフである。なお、同グラフ中の横軸「Ａ部の寸法（ｍｍ）」は、図１（ｂ）中に示される寸法Ａ、すなわち段差部分ＳＴの位置変化分に相当するものである。

同図３に示されるように、当該バイアス磁石１３の中空部１４から発せられる磁場の開き角度は、同磁石１３の中空部１４内壁に設けられた段差部分ＳＴの位置に応じて可変とされる。すなわち図４に示すように、この段差部分ＳＴの位置を所望とされる磁石特性に応じて可変設定することで、当該バイアス磁石１３の磁性特性（開き角度）が、所望とされる特性に調整されることになる。なお、このグラフで縦軸とする「開き角度（ｄｅｇ）」は、磁気ベクトルの傾き度合を示すものであり、詳しくは図５に示すように、２箇所（素子位置ＡおよびＢ）に配置された磁気抵抗素子（図６参照）により検出される磁気ベクトルのなす角度に相当するものである。

こうして、上記磁性体粉並びにこれを含む樹脂材料を１つの成形体に固化成形することによって、この実施の形態においても、上述の磁性体粉の配向は固定維持されるようになる。また、必要に応じて一旦その全体を脱磁し、適宜の着磁装置を用いて、例えばロータＲＴ（図６）に対向する側をＮ極、反対側をＳ極に着磁することも、前述と同様である。そして、こうして出来上がったバイアス磁石１３の中空部１４内に上記センサチップ１１をモールド部材１２共々収容するとともに、ケース部材等に一体組み付けすることで、この磁石装置（回転検出装置）も完成する。

以上説明したこの実施の形態に係る磁石装置の磁気特性調整方法によれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。
（１）中空形状からなる磁石本体を備える磁石装置の磁気特性調整方法として、磁石本体（バイアス磁石１３）の中空部分（中空部１４）に関する形状設定、詳しくはその段差部分ＳＴの位置の設定に基づいて、当該磁石本体の中空部分から発せられる磁場の調整を行うようにした。こうすることにより、励磁コイル（偏向ヨーク）の形状・配置の変更や、磁石の成形条件（磁石成形時の温度や圧力等）の変更を行わずとも、磁石本体（バイアス磁石１３）の磁気特性を高い精度で調整することが可能になる。しかも、磁石本体の中空部分の形状を微妙に変化させることで微調整も可能であり、高い精度をもってより容易に磁石本体の磁気特性を調整することができるようになる。

（２）また、このとき磁場の調整を、段差部分ＳＴの位置の設定に基づいて行ったことにより、図３に示したような態様で、磁場調整が好適に行われるようになる。
（３）さらにこのとき、磁場調整の対象として、磁気ベクトルの傾き度合、すなわち磁場の開き角度を採用したことで、段差部分ＳＴの位置設定に伴う磁場の変化を的確にとらえることができ、ひいてはより好適な磁場調整が可能になる。

（４）また、段差部分ＳＴの位置設定を行う際に、この設定を、図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、磁石本体（バイアス磁石１３）の中空部１４に対応した金型となる入れ子ＭＤの形状設定として行うようにしたことにより、この形状設定の精度についてもこれが高められ、所望とされる形状を高い精度でより容易に得ることが可能になる。

（５）そして、磁性体の運動態様を検出する磁気センサに対して、この発明を適用したことにより、エンジンのクランク角センサ等として精度の高い回転検出装置等が実現されるようにもなる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施の形態では、中空部１４内壁に設けられた段差部分ＳＴの位置の設定のみによって、磁石本体（バイアス磁石１３）の中空部分から発せられる磁場の調整を行うようにしたが、必要があれば、前述した成形条件（磁石成形時の温度や圧力等）等の変更を併せて行うようにしてもよい。すなわち、前述した励磁コイル（偏向ヨーク）や成形条件のほか、例えば成形材料（磁性体粉並びにこれを含む樹脂材料）を成形型へ注入する穴であるゲートや、成形材料を射出成形機からゲートへ送る管であるランナー、磁界を発生させる装置である空芯コイル（特にその巻き数）などを、適宜に調整するようにしてもよい。このような場合も、この発明を適用することにより、磁場の調整精度の高められる効果は奏されることになる。

・上記実施の形態では、段差部分ＳＴの位置の設定に基づいて磁場の調整を行うようにしたが、当該磁場の調整は、磁石本体（バイアス磁石１３）の中空部分に関する形状設定に基づくものであればよく、この範囲で適宜の変更を加えても、前記（１）の効果と同様もしくはそれに準じた効果は得ることができる。またこのとき、この磁場の調整を、上記段差部分ＳＴの形状の設定、具体的には同段差部分ＳＴの斜面（テーパ）の角度や同斜面角の丸み具合（Ｒ）などの設定に基づいて行うことにより、前記（２）の効果と同様もしくはそれに準じた効果も併せて得られるようになる。

・上記バイアス磁石１３の形状は中空形状であればよく、図１に示した中空四角柱形状以外の、例えば中空円柱形状からなるものであってもよい。

この発明に係る磁石装置の磁気特性調整方法の一実施の形態について、（ａ）は当該磁石装置に用いられるバイアス磁石の平面構造を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った部分断面図。 （ａ）および（ｂ）は、図１に示すバイアス磁石の磁気特性の調整態様を、樹脂材料の固化の態様とともに示す断面図。 同バイアス磁石の中空部内壁に設けられた段差部分の位置と、この磁石の中空部から発せられる磁場の開き角度との関係を示すグラフ。 上記調整によるバイアス磁石の磁気特性の変化態様を示す模式図。 磁場の開き角度を視覚的に示す模式図。 回転検出装置によるロータの回転検出についてその一態様を示す平面図。 図６に示す回転検出装置に用いられるバイアス磁石を拡大して示す斜視図。 同バイアス磁石の内部構造を模式的に示す部分断面図。 （ａ）および（ｂ）は、従来の磁石装置の磁気特性調整方法の一例について、その概要を示す模式図。

符号の説明

１、２…磁気抵抗素子対、１１…センサチップ、１２…モールド部材、１３…バイアス磁石、１４…中空部、ＭＣ１、ＭＣ２…励磁コイル（偏向ヨーク）、ＭＤ…入れ子、ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４…磁気抵抗素子、ＲＴ…ロータ、ＳＴ…段差部分、Ｔ１…電源端子、Ｔ２…出力端子、Ｔ３…ＧＮＤ（接地）端子。

Claims (4)

1. 中空形状からなる磁石本体を備え、該磁石本体がその中空部分の開口部を持つ方向に着磁される磁石装置の磁気特性調整方法において、
   前記磁石本体は前記中空部分に段差を有し、この段差部分の位置の設定に基づいて前記着磁により当該磁石本体の中空部分から発せられる磁場の調整を行う
   ことを特徴とする磁石装置の磁気特性調整方法。
2. 前記磁石本体の中空部分から発せられる磁場の調整の対象は、磁気ベクトルの傾き度合である
   請求項１に記載の磁石装置の磁気特性調整方法。
3. 前記中空部分における段差部分の位置の設定は、前記磁石本体の中空部分に対応した金型となる入れ子の形状設定として行われる
   請求項１または２に記載の磁石装置の磁気特性調整方法。
4. 前記磁石本体は、磁気検出素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石を構成するものであり、前記磁石装置は、前記磁気検出素子の近傍にて磁性体が運動するときに前記バイアス磁界に生じる磁気ベクトルの変化を前記磁気検出素子により感知して前記磁性体の運動態様を検出する磁気センサを構成するものである
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁石装置の磁気特性調整方法。

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