JP5215370B2 - 磁気式位置検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、磁性移動体の移動を磁気的に検出する磁気式位置検出装置に関するものである。

磁性移動体の移動を磁気的に検出する装置としては、磁電変換素子と磁石とで構成される検出装置が知られている。ここで磁電変換素子とは、ＭＲ（磁気抵抗：Magneto-Resistance）素子など、印加される磁界に応じて電気抵抗値が変化する素子をいう。磁石に対向する磁性移動体の移動に伴って、磁石により磁電変換素子に印加される磁界が変化するため、磁性移動体の移動を電気抵抗値の変化として検出することができる。

例えば、特許第３６８２０５２号公報（特許文献１）に開示される磁気式位置検出装置は、図１９に示すように、周縁部に径方向に突出する凸（tooth）部が形成されて周方向
に回転する磁性移動体５００の平面上に磁性移動体５００から離れて配設され、第１及び第２の磁電変換素子５０１ａ、５０１ｂより成るブリッジ回路を有する処理回路部５０２と、第１及び第２の磁電変換素子５０１ａ、５０１ｂに対して磁性移動体の回転軸線５０４方向に磁界を印加させる磁石５０３と、磁束ガイド５０５とを備える。第２の磁電変換素子５０１ｂは、回転軸線５０４方向に沿って見たときに、磁石５０３の周方向の幅寸法のほぼ中心線上に配置され、第１の磁電変換素子５０１ａは第２の磁電変換素子５０１ｂに対して磁性移動体５００の変位側に配置されて、第１及び第２の磁電変換素子５０１ａ、５０１ｂの出力から差動出力を得る。

更に、磁束の分散を防止するために処理回路部５０２と磁石５０３との間に磁性体からなる磁束ガイド５０５が設けられる。磁束ガイド５０５は磁性移動体５００の周方向に間隔をおいて互いに対向した一対の突出部を有する。第２の磁電変換素子５０１ｂは一対の突出部間のほぼ中心線上に配置される。第１の磁電変換素子５０１ａは一方の突出部側に配置される。

特許第３６８２０５２号公報

前記特許文献１によって開示された従来の磁気式位置検出装置において、ブリッジ回路は第１及び第２の磁電変換素子で構成され、第１及び第２の磁電変換素子は図２０のように間隔Ｎをあけて配置されているため、磁性移動体の移動に伴う磁性移動体の凸（tooth
）部または凹（slot)部に対向する時間に差がある。従って、各磁電変換素子の電気抵抗
値の変化には位相差が生じ、ブリッジ回路の差動出力は１個の磁電変換素子（他方は非磁性金属の抵抗体）で構成するよりも急峻に変化するため、空間的な分解能が向上する。

ところで、複数の磁電変換素子でブリッジ回路を構成する場合、各磁電変換素子の電気抵抗値が等しくなければ、即ち、それぞれの磁電変換素子の磁界の検出感度及び印加される磁界が同じでなければ、その差分はブリッジ回路の差動出力として現れる。

例えば、磁電変換素子が磁気異方性を有する場合、磁電変換素子に印加される磁界の角度を変えると感度が変化する。磁性移動体が対向していない、磁気式位置検出装置が単独
に在る場合でも、磁石により各磁電変換素子に印加される磁界の角度が異なると各磁電変換素子の感度が異なり、磁電変換素子の出来栄えにより磁気異方性がばらつけば、複数の磁電変換素子で構成されたブリッジ回路の差動出力はこれを反映してばらつく。

上記の特許文献１のような複数の磁電変換素子で構成するブリッジ回路を有する磁気式位置検出装置を製造する場合、製造上は製品毎に磁電変換素子の磁気特性のばらつき（感度のばらつき）や磁電変換素子と磁石の組み付け位置のばらつき（各磁電変換素子へ印加される磁界のばらつき）があるため、感度と磁界のばらつきが相まって、ブリッジ回路を非磁性金属の抵抗体で構成する場合や、１個の磁電変換素子と非磁性金属の抵抗体で構成する場合に比べると、ブリッジ回路の差動出力のばらつきは増大する。この対策として、製造上のばらつきを厳しく管理するか、あるいは製造工程において調整を行うなどの手段があるが、何れも製造を難しくし、更には製造コストを上げてしまうことになる。

また、上述のようにブリッジ回路を構成する複数の磁電変換素子の感度が異なっている場合は、温度に対しても感度の違いが表出して、ブリッジ回路の差動出力の温度特性は大きく、またばらつきも大きい。

この発明の目的は、磁気式位置検出装置の信号のばらつきを低減し、製造を容易にして安価にすることにあり、更には装置の特性を改善することにある。

この発明は、要約すれば磁気式位置検出装置であって、基板と、磁石と、ブリッジ回路と、検出回路を備える。ブリッジ回路は、第１及び第２の磁電変換素子を含む。第１及び第２の磁電変換素子は、基板上に設けられ、磁性移動体の移動に伴なう磁界の変化によって電気抵抗値が変化する。検出回路は、ブリッジ回路の差動出力に基づいて磁性移動体の移動を検出する。第２の磁電変換素子は、磁石の磁化方向に沿って見て、磁石の磁化方向に垂直でかつ磁性移動体の移動方向に垂直な直線と平行な磁石の磁極の中心点を通る第１の直線上あるいはその近傍に配置され、第１の磁電変換素子は、磁性移動体が対向していない場合に、印加される磁界の基板面内成分が第２の磁電変換素子とほぼ同じであるように配置される。

この発明によれば、磁性移動体が対向していない、磁気式位置検出装置が単独に在る場合に、第１及び第２の磁電変換素子の配置により、これらで構成するブリッジ回路は電気抵抗値のバランスが取れている。この結果、従来よりも、磁電変換素子の磁気特性のばらつきや磁電変換素子と磁石の組み付け位置のばらつきといった製造上のばらつきに対する磁気式位置検出装置の出力信号のばらつきが抑えられ、容易に、安価に製造することができる。更には、特にブリッジ回路の差動出力の温度特性といった磁電変換素子の感度に関わる特性を改善する。

この発明の実施の形態１に係る磁気式位置検出装置を示す斜視図である。 図１の磁気式位置検出装置の平面図であって、（ａ）は基板及び磁石の配置を示し、（ｂ）は第１から第４の磁電変換素子の配置の一例を拡大して示す。 図１の磁気式位置検出装置の回路図であって、（ａ）はブリッジ回路及び検出回路を、（ｂ）は検出回路の回路の一例を示す。 図１の磁気式位置検出装置の磁性移動体の移動による動作波形図であって、（ａ）は第１から第４の磁電変換素子の電気抵抗値の変化を、（ｂ）は差動増幅回路の出力電圧の変化を、また、（ｃ）は磁気式位置検出装置の出力電圧の変化を示す。 実施の形態１の比較例の磁気式位置検出装置の平面図であって、（ａ）は基板及び磁石の配置を示し、（ｂ）は第１から第４の磁電変換素子の配置の一例を拡大して示す。 図５の磁気式位置検出装置の磁性移動体の移動による動作波形図であって、（ａ）は第１から第４の磁電変換素子の電気抵抗値の変化を、（ｂ）は差動増幅回路の出力電圧の変化を示す。 実施の形態１及び実施の形態１の比較例の磁気式位置検出装置の特性比較図であって、磁気式位置検出装置が磁性移動体の凹（slot)部に対向した場合の、（ａ）は差動増幅回路の出力電圧のばらつきを、(ｂ)は差動増幅回路の出力電圧の温度特性のばらつきを示す。 この発明の実施の形態２に係る磁気式位置検出装置を示すもので、（ａ）は、基板と磁石及び磁束ガイドの配置を示す平面図、（ｂ）は第１から第４の磁電変換素子の配置の一例を拡大して示す平面図、（ｃ）は基板と磁石及び磁束ガイドの配置の一例を示す側面図である。 この発明の磁気式位置検出装置の基板面内の磁界分布図であって、（ａ）は実施の形態２の磁界分布を、（ｂ）は実施の形態１の磁界分布を示す。 図８の磁気式位置検出装置の磁性移動体の移動による動作波形図であって、（ａ）は第１から第４の磁電変換素子の電気抵抗値の変化を、（ｂ）は差動増幅回路の出力電圧の変化を示す。 この発明の実施の形態３に係る磁気式位置検出装置を示す斜視図である。 図１１の磁気式位置検出装置の基板、磁石、及び磁束ガイドの配置の一例を示す側面図である。 図１１の磁気式位置検出装置の磁束ガイドの効果を説明する概念図である。 実施の形態１、実施の形態２、及び実施の形態３の磁気式位置検出装置の特性比較図であって、磁気式位置検出装置が磁性移動体の凹（slot)部に対向した場合の、（ａ）は差動増幅回路の出力電圧のばらつきを、(ｂ)は差動増幅回路の出力電圧の温度特性のばらつきを示す。 この発明の実施の形態４に係る磁気式位置検出装置の平面図であって、（ａ）は、基板と磁石及び磁束ガイドの配置を示し、（ｂ）は第１から第４の磁電変換素子の配置の一例を拡大して示す。 図１５の磁気式位置検出装置の回路図であって、（ａ）はブリッジ回路及び検出回路を、（ｂ）は検出回路の一例を示す。 この発明の実施の形態５に係る磁気式位置検出装置を示す斜視図である。 図１７の磁気式位置検出装置の基板、磁石、及び磁束ガイドの配置の一例を示す側面図である。 従来の磁気式位置検出装置を示す斜視図である。 図１９の磁気式位置検出装置の平面図であって、（ａ）は基板と磁石及び磁束ガイドの配置を示し、（ｂ）は第１、第２の磁電変換素子の配置の一例を拡大して示す。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。
実施の形態１．

図１は、この発明の実施の形態１に係る磁気式位置検出装置８０を、磁性移動体１００に対して配設した一例を示している。

磁性移動体１００は、回転軸（中心軸）１０３の回りに回転する略円盤状の磁性体である。磁性移動体１００の周縁部には、径方向に凸（tooth）部１０１と凹（slot）部１０
２が全周にわたって交互に形成されている。

磁気式位置検出装置８０は、磁性移動体１００の移動を検出するために、磁性移動体１００と所定の間隔をあけて配設される。磁気式位置検出装置８０は、基板１と、磁電変換素子２を含むブリッジ回路２０（図３参照）と、検出回路３０（図３参照）と、磁石４とを備えている。ブリッジ回路２０は、基板１上に形成された第１から第４の磁電変換素子２ａ〜２ｄ（図２参照）を有する

図２は、この発明の実施の形態１に係る磁気式位置検出装置８０の平面図である。（ａ）は基板１及び磁石４の配置を示し、（ｂ）は第１から第４の磁電変換素子２ａ〜２ｄの配置の一例を拡大して示している。

図１及び図２（ａ）を参照して、基板１面は磁石４の磁化方向にほぼ垂直に配置され、基板１上に磁電変換素子２ａ〜２ｄが形成される。第２及び第３の磁電変換素子２ｂ、２ｃは、磁石４の磁化方向に垂直で、かつ磁性移動体１００の移動方向に垂直な直線と平行な磁石４の磁極の中心点を通る第１の直線１０４上に配置される。なお、図１及び図２において、磁石４の磁化方向はＺ方向で、磁性移動体１００の移動方向はＸ方向であり、第１の直線１０４はＹ方向となっている。上記の構成において、磁性移動体１００と対向していない、つまり、本装置８０が単独で在る場合に、印加される磁界の基板１面内成分が第２及び第３の磁電変換素子２ｂ、２ｃと同じ磁界の分布は、図２（ｂ）で示した等磁界線１０になる。第１及び第４の磁電変換素子２ａ、２ｄはこの等磁界線１０上に配置される。

本実施の形態１の構成によれば、本装置８０が単独である場合に、第１から第４の磁電変換素子２ａ〜２ｄの全てが同じ磁界（但し基板１面内成分）に置かれる。同じ磁界下であって、それぞれの磁電変換素子の感度が等しければ、全ての磁電変換素子が等しい電気抵抗値を示す。通常、磁電変換素子によってブリッジ回路を構成する際は、磁電変換素子は抵抗線として扱われるので、所望の電気抵抗値を得るためにミアンダ状の配線パターンにすることがある。配線パターンの形状によっては磁電変換素子の磁気異方性が表出する場合があるが、この場合は磁界の大きさだけでなく、図２（ｂ）に示したように配線の長手方向に対する磁界の向きを揃えるため、配線パターンを傾ける必要がある。即ち、同じ磁界下であるためには、磁界の大きさに加えて、磁電変換素子の磁気異方性軸に対する磁界の向きを揃える必要がある。

図３は、この発明の実施の形態１による磁気式位置検出装置８０の回路図である。（ａ）はブリッジ回路２０及び検出回路３０の回路図、（ｂ）は検出回路３０の一例を示す回路図である。

ブリッジ回路２０は、第１及び第２の磁電変換素子２ａ、２ｂがこの順で電源ノードＶｃｃと接地ノードＧＮＤとの間に直列に接続され、第３及び第４の磁電変換素子２ｃ、２ｄがこの順で電源ノードＶｃｃと接地ノードＧＮＤとの間に直列に接続されると共に、第１及び第２の磁電変換素子２ａ、２ｂの直列接続体と並列に接続して構成される。検出回路３０は、ブリッジ回路２０の差動出力により磁性移動体１００の移動を検出するための回路で、差動増幅回路３１と、信号変換回路３２と、定電圧電源回路３３とを含む。図３（ｂ）は検出回路３０の信号変換回路３２の一例を示す回路図である。信号変換回路３２は、差動増幅回路３１のアナログ出力を比較回路３４によりデジタル出力に変換し、オープンコレクタ方式の出力回路が“１”または“０”の最終出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。

図４は、この発明の実施の形態１による磁気式位置検出装置８０の磁性移動体１００の移動による動作波形図である。（ａ）は第１から第４の磁電変換素子２ａ〜２ｄの電気抵抗値の変化、（ｂ）は差動増幅回路３１の出力電圧Ａの変化、及び（ｃ）は磁気式位置検
出装置８０の出力電圧Ｖｏｕｔの変化をそれぞれ示している。

各磁電変換素子２は、磁性移動体１００の移動に伴って磁石４から印加される磁界が変化するため、（ａ）のような電気抵抗値の変化を示す。通常、磁性移動体１００は移動に伴う磁界の変化を大きく与えるために、凸（tooth）部１０１と凹（slot）部１０２の段
差（本装置８０との距離の凹凸間の差）を大きくとった形状を採用する。本実施の形態１においてもこの考えに基づいて上記段差を大きくとった結果、凹（slot）部１０２における電気抵抗値は、磁性移動体が対向しない、つまり、本装置８０が単独で在る場合とほぼ等しくなった。従って、第１から第４の磁電変換素子２ａ〜２ｄの、磁性移動体１００の凹（slot）部１０２が対向した時の電気抵抗値は全て等しくなっている。（ｂ）は磁性移動体１００の移動に伴う差動増幅回路３１の出力電圧Ａの変化である。ブリッジ回路２０の出力により得られるこの波形は、磁性移動体１００の凹（slot）部１０２が対向している時はブリッジ回路２０の電気抵抗値のバランスが取れている時の電圧となっており、凸（tooth）部１０１と対向するにつれてブリッジ回路２０の電気抵抗値がアンバランスに
なって電圧が変化していることを示している。

［実施の形態１の比較例］
この発明の実施の形態１の効果を示すため、実施の形態１の比較例について説明する。

図５は、この発明の実施の形態１の比較例による磁気式位置検出装置の平面図である。（ａ）は基板１及び磁石４の配置を示し、（ｂ）は第１から第４の磁電変換素子２ａ〜２ｄの配置の一例を拡大して示している。

実施の形態１は、磁性移動体１００と対向していない、磁気式位置検出装置８０が単独で在る場合に、第１及び第４の磁電変換素子２ａ、２ｄを、印加される磁界の基板１面内成分が第２及び第３の磁電変換素子２ｂ、２ｃと同じである等磁界線１０上に配置するのが特徴である。本比較例では、第１及び第４の磁電変換素子２ａ、２ｄを上記等磁界線１０上から外して配置し、第１及び第４の磁電変換素子２ａ、２ｄに印加される磁界の基板１面内成分と、第２及び第３の磁電変換素子２ｂ、２ｃに印加される磁界の基板１面内成分とが異なるようにした。本比較例のその他の構成は、実施の形態１と同じである。

図６は、この発明の実施の形態１の比較例による磁気式位置検出装置の磁性移動体１００の移動による動作波形図である。（ａ）は第１から第４の磁電変換素子２ａ〜２ｄの電気抵抗値の変化を、（ｂ）は差動増幅回路３１の出力電圧Ａの変化を示している。

各磁電変換素子２は、磁性移動体１００の移動に伴って（ａ）のような電気抵抗値の変化を示す。本比較例においても、実施の形態１と同様に、磁性移動体１００の凹（slot）部１０２における電気抵抗値は、磁性移動体が対向しない、本装置が単独で在る場合とほぼ等しい。実施の形態１と異なる点は、第１及び第４の磁電変換素子２ａ、２ｄの、磁性移動体１００の凹（slot）部１０２が対向した時の電気抵抗値が、第２及び第３の磁電変換素子２ｂ、２ｃと異なっている点である。即ち、本比較例による動作は、磁性移動体１００の凹（slot）部１０２が対向している時に、ブリッジ回路２０の電気抵抗値はアンバランスになっている。（ｂ）は磁性移動体１００の移動に伴う差動増幅回路３１の出力電圧Ａの変化である。ところで、第２及び第３の磁電変換素子２ｂ、２ｃの電気抵抗値の変化量と第１及び第４の磁電変換素子２ａ、２ｄの電気抵抗値の変化量との差分が出力電圧Ａの振幅となる。本比較例においては、実施の形態１と比較して第１及び第４の磁電変換素子２ａ、２ｄの感度が小さくなっているので上記差分は大きくなり、出力電圧Ａの振幅は大きくなっている。

［実施の形態１と実施の形態の比較例との特性比較］
図７は、実施の形態１及び実施の形態１の比較例の磁気式位置検出装置８０の特性比較図である。磁性移動体１００の凹（slot)部１０２が対向した場合の、（ａ）は差動増幅
回路３１の出力電圧Ａのばらつき、(ｂ)は差動増幅回路３１の出力電圧Ａの温度特性のばらつきを示す。

実施の形態１と実施の形態１の比較例の相違点は、磁性移動体１００の凹（slot)部１
０２が対向した時のブリッジ回路２０の電気抵抗値のバランス状態であるが、その状態は差動増幅回路３１の出力電圧Ａに現れるため、出力電圧Ａのばらつき及び出力電圧Ａの温度特性のばらつきを評価した。磁電変換素子２が形成された基板１を３０台と、基板１と磁石４を組み付けるための磁石４が内蔵されたアルミニウムのホルダ１０台とを準備し、各アルミニウムのホルダに基板１の３０台を順次組み付けた試料を作製し、出力電圧Ａを測定した。（ａ）は出力電圧Ａのばらつきの平均値、（ｂ）は出力電圧Ａの室温から１５０℃までの変化量（出力電圧Ａの温度特性）のばらつきの平均値である。（ａ）によると、実施の形態１の方が出力電圧Ａのばらつきが小さいことが判る。また、（ｂ）によると、実施の形態１は出力電圧Ａの温度特性が殆どないが、比較例は出力電圧Ａの温度特性があり、更には実施の形態１の方が出力電圧Ａの温度特性のばらつきが小さいことが判る。実施の形態１は、磁性移動体１００の凹（slot)部１０２が対向した時のブリッジ回路２０の電気抵抗値のバランスが良いため、ブリッジ回路が十分機能して磁電変換素子の磁気特性のばらつきが出力電圧Ａに現れないようにできているのである。本評価において、磁性移動体１００の凹（slot)部１０２が対向した時の、あるいは本装置８０が単独で在る場合の、ブリッジ回路２０を構成する各磁電変換素子２に印加される磁界の基板１面内成分を同じとする効果が認められる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る磁気式位置検出装置８０は、磁電変換素子２と磁石４との間に磁性体からなる磁束ガイドを備え、実施の形態１を改良した例である。

図８は、この発明の実施の形態２による磁気式位置検出装置８０の平面図及び側面図である。（ａ）は、基板１と磁石４及び磁束ガイド５の配置を示す平面図、（ｂ）は第１から第４の磁電変換素子２ａ〜２ｄの配置の一例を拡大して示す平面図、（ｃ）は基板１と磁石４及び磁束ガイド５の配置の一例を示す側面図である。

図８（ａ）及び（ｂ）によると、基板１面は磁石４の磁化方向にほぼ垂直であって、磁束ガイド５は磁石４の磁化方向に垂直な面を有し、磁石４の磁化方向に沿って見て、磁束ガイド５は第１の直線１０４に対して対称で、第２及び第３の磁電変換素子２ｂ、２ｃは第１の直線１０４上に配置され、磁性移動体１００と対向していない、つまり、本装置８０が単独で在る場合に、第１及び第４の磁電変換素子２ａ、２ｄは、印加される磁界の基板１面内成分が第２及び第３の磁電変換素子２ｂ、２ｃと同じである等磁界線１０上に配置される。この等磁界線１０は、磁束ガイド５の存在により、図８（ｂ）に示すように直線状になっており、第１及び第４の磁電変換素子２ａ、２ｄは実施の形態１と比べると磁性移動体１００に近い側に、かつ磁電変換素子の配線パターンが殆ど傾いていない配置となる。更に、（ｃ）によると、磁束ガイド５の中心点は磁石４の磁極の中心点に対して磁性移動体１００に近い側に配置される。なお、図８においては、磁束ガイド５は磁石４に対して＋Ｙ方向に置かれる。

本実施の形態２の構成によれば、磁束ガイド５は、その平面寸法が磁電変換素子２の全てを含む平面より大きい必要がある。磁束ガイド５の機能は、いわば、磁束ガイド５側の磁石４の磁極の役割を担うのであって、それにより磁束ガイド５が磁電変換素子２の周辺の磁界分布を制御できる。即ち、磁電変換素子２は磁石４からの直接の磁界ではなく、磁束ガイドを介して磁束ガイド５が形成する磁界分布に置かれる。

更に、本実施の形態２の構成によれば、磁束ガイド５は磁石４の磁束ガイド５側の磁極を磁性移動体１００に近い側にシフトさせる効果を有する。ところで、磁性移動体１００の移動によってブリッジ回路２０の差動出力の振幅を大きく得ようとすれば、本装置８０を磁性移動体１００により近接させることが望ましい。この点に着目すれば、磁性移動体１００に対してより近い位置に磁電変換素子２を配置すればよく、磁電変換素子２側の磁石４の磁極を磁性移動体１００に近い側へシフトさせることにより実現される。

図９は、この発明の磁気式位置検出装置８０の基板１面内の磁界分布図である。（ａ）は磁束ガイド５を有する実施の形態２の磁界分布図、（ｂ）は磁束ガイド５を有しない実施の形態１の磁界分布図である。

本実施の形態２で備えられた磁束ガイド５の効果を説明する。磁束ガイド５は、図からわかるように、磁石４の磁化方向に沿って見て、長方形の形状であるため、磁石４の上方に磁束ガイド５を備えることにより、基板１面内での磁界分布は長方形に近い形となる。加えて、磁束ガイド５の中心点は磁石４の磁極の中心点に対して磁性移動体１００に近い側に配置されるので、その磁界分布は磁性移動体に近い側にシフトする。磁束ガイド５の形状は、等磁界線に直線部分を形成することを意図し、例えば磁電変換素子２と磁石４の組み付けがばらついて基板１面内の磁界分布が動いたとしても、第２及び第４の磁電変換素子２ｂ、２ｃと第１及び第３の磁電変換素子２ａ、２ｄとが等磁界線上から外れ難くなる。また、磁束ガイド５の配置は基板１面内の等磁界線を磁性移動体１００に近い側へ設けることを狙いとし、上述したように、磁性移動体１００の移動によるブリッジ回路２０の差動出力の振幅を大きく得ることができる。

本実施の形態２の磁束ガイド５の形状及び配置は、何れも本願の手段である、本装置８０が単独で在る場合に、ブリッジ回路２０を構成する複数の磁電変換素子２を基板１面内の等磁界線上に安定に配置し、本願の効果である、ブリッジ回路２０の差動出力を安定化させることを達成するにあたり、実際に、より有効な形で実現されるための手段である。但し、磁束ガイド５の形状については、基板１面内の磁界分布を調整する効果を有し、本実施の形態２の上記意図は一例に過ぎないので、所望の磁界分布を得るためには長方形でなく任意の形状で構わない。

図１０は、この発明の実施の形態２による磁気式位置検出装置８０の磁性移動体１００の移動による動作波形図である。（ａ）は第１から第４の磁電変換素子２ａ〜２ｄの電気抵抗値の変化を、（ｂ）は差動増幅回路３１の出力電圧Ａの変化を示している。

図１０（ａ）において、第１から第４の磁電変換素子２ａ〜２ｄの、磁性移動体１００の凹（slot）部１０２が対向した時の電気抵抗値は全て等しくなっている。また、磁束ガイド５の配置により、磁電変換素子２は磁性移動体１００に近い側に配置され、実施の形態１と比べて、特に第２及び第３の磁電変換素子２ｂ、２ｃの電気抵抗値の変化は大きい。その結果、（ｂ）においては、差動増幅回路３１出力電圧Ａの振幅が大きくなっている。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る磁気式位置検出装置８０は、実施の形態２と同様に、磁電変換素子２と磁石４との間に磁性体からなる磁束ガイド５を備える。磁束ガイド５は、実施の形態２とは異なる形状であり、実施の形態２を改良した例である。

図１１は、この発明の実施の形態３による磁気式位置検出装置８０を示し、磁性移動体１００に対する配設の一例を示した斜視図である。

図１２は、この発明の実施の形態３による磁気式位置検出装置８０の基板１、磁石４及び磁束ガイド５の配置の一例を示す側面図である。

図１１及び図１２に示すように、基板１面は磁石４の磁化方向にほぼ垂直であって、磁束ガイド５は磁石４の磁化方向に垂直な面を有し、基板１面を延在した仮想平面に近接する方向に突出する第１及び第２の突出部５ａ、５ｂを備えている。第１及び第２の突出部５ａ、５ｂは、磁石４の磁化方向に沿って見て、第１の直線１０４に対して対称で、第１の直線１０４に垂直な方向に間隔をあけて設けられ、第２及び第３の磁電変換素子２ｂ、２ｃは第１の直線１０４上で、かつ一対の突出部５ａ、５ｂ間のほぼ中央線上に配置されている。磁性移動体１００と対向していない、本装置８０が単独で在る場合に、第１及び第４の磁電変換素子２ａ、２ｄは、印加される磁界の基板１面内成分が第２及び第３の磁電変換素子２ｂ、２ｃと同じである等磁界線上に配置されて、第１及び第４の磁電変換素子２ａ、２ｄは第２及び第３の磁電変換素子２ｂ、２ｃに対して第１及び第２の突出部５ａ、５ｂ側に配置される。

図１３は、この発明の実施の形態３による磁気式位置検出装置８０の磁束ガイド５の効果を説明する概念図である。

本実施の形態３の磁束ガイド５は第１及び第２の突出部５ａ、５ｂを有し、該突出部は基板１面内の磁界分布をより好ましいものにする。例えば、図１３に示したように（破線は磁束を示す）、突出部近傍は突出部に向かう磁束ができるため、磁石４の磁化方向に沿って見て、第１の直線に垂直な方向に磁束の向きが変化する。このため、実施の形態２で示した基板１面内の磁界分布の長方形の形がより角型性のよいものとなり、例えば磁電変換素子２と磁石４の組み付けがばらついて基板１面内の磁界分布が動いたとしても、第２及び第４の磁電変換素子２ｂ、２ｃと第１及び第３の磁電変換素子２ａ、２ｄとが等磁界線上から外れ難くなる。

図１４は、実施の形態１、実施の形態２、及び実施の形態３の磁気式位置検出装置８０の特性比較図である。磁性移動体１００の凹（slot)部１０２が対向した場合の、（ａ）
は差動増幅回路３１の出力電圧Ａのばらつきを、(ｂ)は差動増幅回路３１の出力電圧Ａの温度特性のばらつきを示す。

何れの実施の形態も、本願の手段に則り、磁性移動体１００の凹（slot)部１０２が対
向した時のブリッジ回路２０の電気抵抗値のバランス状態は良いが、それぞれの構成の違いにより基板１面内の磁界分布が異なるため、磁電変換素子の磁気特性のばらつきや磁電変換素子と磁石の組み付け位置のばらつきといった製造上のばらつきに対するロバスト性が異なる。実際、実施の形態１で行った評価（図７）と同様の、差動増幅回路３１の出力電圧Ａのばらつきの評価を実施した。（ａ）は出力電圧Ａのばらつきの平均値、（ｂ）は出力電圧Ａの室温から１５０℃までの変化量（出力電圧Ａの温度特性）のばらつきの平均値である。（ａ）によると、実施の形態３、実施の形態２、実施の形態１の順で出力電圧Ａのばらつきが大きくなる。また、（ｂ）によると、何れの実施の形態においても出力電圧Ａの温度特性は殆どないが、出力電圧Ａの温度特性のばらつきは、実施の形態３、実施の形態２、実施の形態１の順で大きくなる。製造上のばらつきに対するロバスト性は実施の形態３が最も高い。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４による磁気式位置検出装置８０は、実施の形態３の変形例であり、この発明の基本的構成の例である。

図１５は、この発明の実施の形態４による磁気式位置検出装置８０の平面図である。（ａ）は基板１と磁石４及び磁束ガイド５の配置を示し、（ｂ）は第１、第２の磁電変換素子２ａ、２ｂの配置の一例を拡大して示している。

本実施の形態４の磁電変換素子２は、実施の形態３で開示した磁電変換素子２において、第３及び第４の磁電変換素子２ｃ、２ｄを除いた構成である。

図１６は、この発明の実施の形態４による磁気式位置検出装置８０の回路図である。（ａ）はブリッジ回路２０及び検出回路３０の回路図、（ｂ）は検出回路３０の回路の一例を示す回路図である。

本実施の形態４の回路は、実施の形態１で開示した回路において、第３及び第４の磁電変換素子２ｃ、２ｄの代わりに、２つの非磁性金属の抵抗線２１ａ、２１ｂでブリッジ回路２０を構成する。２つの非磁性金属の抵抗線２１ａ、２１ｂの直列接続体の中点電圧は固定値であるが、第１及び第２の磁電変換素子２ａ、２ｂの直列接続体の中点電圧は印加される磁界の変化に伴って変化するので、磁性移動体１００の移動を検出できる。

本実施の形態４は、実施の形態３の変形例で、ブリッジ回路２０を構成する磁電変換素子２が、第３及び第４の磁電変換素子２ｃ、２ｄを除いた、第１及び第２の磁電変換素子２ａ、２ｂで構成するもので、ブリッジ回路２０の構成の基本（基本例）を成す。実施の形態１及び実施の形態２に対しても、同様の変形例（基本例）が考えられる。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る磁気式位置検出装置８０は、実施の形態３と同様に、磁電変換素子２と磁石４との間に磁性体からなる磁束ガイド５を備える。磁束ガイド５は、実施の形態３とは異なる形状であり、実施の形態３を改良した例である。

図１７は、この発明の実施の形態５による磁気式位置検出装置８０を示し、磁性移動体１００に対する配設の一例を示した斜視図である。

図１８は、この発明の実施の形態５による磁気式位置検出装置８０の基板１、磁石４、及び磁束ガイド５の配置の一例を示す側面図である。

図１７及び図１８に示すように、磁束ガイド５は、実施の形態３で開示した磁束ガイド５の第１及び第２の突出部５ａ、５ｂがある形状に加えて、第１及び第２の突出部５ａ、５ｂ間の中央付近に基板１から離反するように凹状に窪んだ部分、すなわち窪み５Ｃを備える。この窪み５Ｃは、磁石４の磁化方向に沿って見て、第２及び第３の磁電変換素子２ｂ、２ｃと一部が重なり、また窪み５Ｃを除く磁束ガイド５のその他の部分は、第１及び第４の磁電変換素子２ａ、２ｄと一部が重なる形状及び配置である。

本実施の形態５の磁束ガイド５の、第１及び第２の突出部５ａ、５ｂ間の中央付近に基板１から離反する窪み５Ｃは、磁電変換素子２に印加される磁界の基板１面内成分において、磁性移動体１００と対向していない、本装置８０が単独で在る場合には、実施の形態３と同様の角型性の良い磁界分布の形成に障害とならないように設けられる。加えて、磁性移動体１００の凸（tooth)部１０１が対向した場合は、各磁電変換素子２は、磁性移動体１００に対してより近い位置に配置されて、大きな磁界の変化を受け得る状態にあると共に、上記の窪み５Ｃが、第２及び第３の磁電変換素子２ｂ、２ｃに対して第１及び第４の磁電変換素子２ａ、２ｄよりも大きな磁界（但し基板１面内成分）を印加する効果を生じる。本実施の形態５は要約すれば、本願の目的を達成する最も有効な構成の一例であって、本装置８０が単独で在る場合にブリッジ回路２０の差動出力を十分に安定し、製造上
のばらつきに対して高いロバスト性を有すると共に、磁性移動体１００に対向した場合には、ブリッジ回路２０の差動出力の振幅を十分に大きく得られる構成である。

実施の形態６．
この発明の実施の形態６による磁気式位置検出装置８０は、磁電変換素子としてＧＭＲ素子を用いるものである。ＧＭＲ素子は面内感磁デバイスであり、ＭＲ素子と比較して格段に大きな磁気抵抗効果が得られるので、高Ｓ／Ｎ比の磁気式位置検出装置が実現でき、好適である。

以下、この発明における、各要素について説明する。
［磁電変換素子］
磁電変換素子２は上述したように、印加される磁界に応じて電気抵抗値が変化する素子をいい、ＭＲ（磁気抵抗：Magneto-Resistance）素子、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗：Giant Magneto-Resistance）素子、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗：Tunnel Magneto-Resistance）素子などの磁気抵抗素子の他、ホール素子などの半導体素子も含まれる。但し、本願で対象となる磁電変換素子２は素子が形成されている基板１面内の方向の磁界に感度を持つ、面内感磁デバイスである。

［基板］
基板１は、磁電変換素子２の形成に適している材料であればよく、種々の層間絶縁膜が形成されたＳｉ基板等が使用される。ブリッジ回路２０は基板１上に、検出回路３０は別の基板３上に設けたいわゆるハイブリッド構成でもよく、また、基板１上にブリッジ回路２０と検出回路３０を併せて設けたいわゆるモノリシック構成でもよい。モノリシック構成の場合は、基板１はＩＣを形成できる基板であればよく、通常用いられるＳｉ基板の他、ＧａＡｓ基板や耐熱性の高いＳｉＣ基板でもよい。

［磁石］
磁石４は、磁電変換素子２に対して最適な磁界を印加し得るものであれば、どのような種類（材料）、形状（サイズ）であってもよい。種類としては、ボンド磁石、鉄系磁石、フェライト磁石、希土類磁石、及びアモルファス金属磁石の何れを用いることもできる。形状については、任意である。各実施の形態においてはほぼ直方体であったのは、磁石４の位置を決める、あるいは磁化方向を決める際に面がある形状が扱いやすいためである。

［磁束ガイド］
磁束ガイド５は、磁電変換素子２に対して最適な磁界を印加しうるものであれば、どのような種類（材料）であってもよく、飽和透磁率の高い軟磁性材料、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉもしくはこれらの合金であれば何でもよいが、Ｆｅ系材料が好適である。

ここで開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 基板、 ２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 磁電変換素子、
４ 磁石、 ５ 磁束ガイド、
５ａ、５ｂ 突出部、 １０ 等磁界面、
２０ ブリッジ回路、 ２１ａ，２１ｂ 非磁性金属の抵抗線、
３０ 検出回路、 ３１ 差動増幅回路、
３２ 定電圧電源回路、 ３３ 信号変換回路、
３４ 比較回路、 ８０ 磁気式位置検出装置、
１００ 磁性移動体、 １０１ 磁性移動体の凸部、
１０２ 磁性移動体の凹部、 １０３ 回転軸、
１０４ 第１の直線、
Ａ 差動増幅回路の出力電圧、 Ｂ 比較回路の比較電圧、
Ｖｃｃ 電源電圧（電源ノード）、ＶＢ 電源、
Ｖｏｕｔ 出力、 ＧＮＤ 接地（接地ノード）。

Claims (10)

1. 基板と、基板に垂直な磁界を印加する磁石と、前記基板上に設けられ、磁性移動体の移動に伴う前記磁界の変化によって電気抵抗値が変化する少なくとも第１及び第２の磁電変換素子を含むブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の出力に基づいて前記磁性移動体の移動を検出する検出回路とを備え、前記検出回路は、前記第１及び第２の磁電変換素子の接続ノードの電圧によって前記磁性移動体の移動を検出し、前記基板面は前記磁石の磁化方向にほぼ垂直であって、前記第２の磁電変換素子は、前記磁石の磁化方向に沿って見て、前記磁石の磁化方向に垂直でかつ前記磁性移動体の移動方向に垂直な直線と平行な前記磁石の磁極の中心点を通る第１の直線上あるいはその近傍に配置され、前記磁性移動体が対向していない場合に、前記第１の磁電変換素子は、印加される磁界による電気抵抗値が、印加される磁界による前記第２の磁電変換素子の電気抵抗値とほぼ同じであるように配置されていることを特徴とする磁気式位置検出装置。
2. 前記第１及び第２の磁電変換素子と前記磁石との間に設けられた磁性体からなる磁束ガイドを備え、前記磁束ガイドは、前記磁石の磁化方向に垂直な面を有する板状の形状であって、前記磁石の磁化方向に沿って見て、前記第１の直線に対して対称な形状で、前記磁束ガイドの板面の一部が前記第１及び第２の磁電変換素子に重なる形状及び配置であり、前記磁束ガイドの中心点は前記磁石の磁極の中心点に対して前記磁性移動体に近い側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の磁気式位置検出装置。
3. 前記磁束ガイドは、前記磁石の磁化方向に垂直な面を有する板状の形状であって、前記基板面を延在した仮想平面に近接する方向に突出する第１及び第２の突出部が前記第１の直線に垂直な方向に間隔をあけて設けられ、前記第１の磁電変換素子は、前記第２の磁電変換素子に対して一方の突出部側に配置されることを特徴とする請求項２に記載の磁気式位置検出装置。
4. 前記磁束ガイドは、前記磁石の磁化方向に垂直な面を有する板状の形状であって、前記基板面を延在した仮想平面に近接する方向に突出する第１及び第２の突出部が前記第１の直線に垂直な方向に間隔を開けて設けられ、前記第１及び第２の突出部間の中央付近に前記基板から離反するように凹状に窪んだ窪みを備えて、前記磁石の磁化方向に沿って見て、前記第２の磁電変換素子は前記窪みと一部が重なるように配置され、前記第１の磁電変換素子は前記窪みを除く磁束ガイドのその他の部分と一部が重なるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気式位置検出装置。
5. 前記ブリッジ回路は、前記基板上に設けられ、磁性移動体の移動に伴う前記磁界の変化によって電気抵抗値が変化する第３及び第４の磁電変換素子を更に含み、前記検出回路は、前記第１及び第２の磁電変換素子の接続ノードの電圧と前記第３及び第４の磁電変換素子の接続ノードの電圧との差電圧によって前記磁性移動体の移動を検出し、前記第３の磁電変換素子は、前記磁石の磁化方向に沿って見て、前記第１の直線上あるいはその近傍に配置され、前記磁性移動体が対向していない場合に、前記第３及び第４の磁電変換素子は、印加される磁界の基板面内成分が前記前記第１及び第２の磁電変換素子とほぼ同じであるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気式位置検出装置。
6. 前記第１から第４の磁電変換素子と前記磁石との間に設けられた磁性体からなる磁束ガイドを備え、前記磁束ガイドは、前記磁石の磁化方向に垂直な面を有する板状の形状であって、前記磁石の磁化方向に沿って見て、前記第１の直線に対して対称な形状で、前記磁束ガイドの板面の一部が前記第１及び第２の磁電変換素子に重なる形状及び配置であり、前記磁束ガイドの中心点は前記磁石の磁極の中心点に対して前記磁性移動体に近い側に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の磁気式位置検出装置。
7. 前記磁束ガイドは、前記磁石の磁化方向に垂直な面を有する板状の形状であって、前記基板面を延在した仮想平面に近接する方向に突出する第１及び第２の突出部が前記第１の直線に垂直な方向に間隔をあけて設けられ、前記第１及び第４の磁電変換素子は、前記第２及び第３の磁電変換素子に対して前記突出部側に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の磁気式位置検出装置。
8. 前記磁束ガイドは、前記磁石の磁化方向に垂直な面を有する板状の形状であって、前記基板面を延在した仮想平面に近接する方向に突出する第１及び第２の突出部が前記第１の直線に垂直な方向に間隔を開けて設けられ、前記第１及び第２の突出部間の中央付近に前記基板から離反するように凹状に窪んだ窪みを備えて、前記磁石の磁化方向に沿って見て、前記第２及び第３の磁電変換素子は前記窪みと一部が重なるように配置され、前記第１及び第２の磁電変換素子は前記窪みを除く磁束ガイドのその他の部分と一部が重なるように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の磁気式位置検出装置。
9. 前記磁電変換素子は、巨大磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の磁気式位置検出装置。
10. 周面に凸（tooth）部及び凹（slot）部が設けられた磁性移動体の上記凹（slot）部に
    対向した場合に、前記全ての磁電変換素子は、印加される磁界による電気抵抗値がほぼ同じになるように配置されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の磁気式位置検出装置。

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