JP6344908B2

JP6344908B2 - センサ装置およびセンサ装置での温度制御方法

Info

Publication number: JP6344908B2
Application number: JP2013249798A
Authority: JP
Inventors: 宏克奥村; 浩川手; 秀行小田切; 常田　晴弘; 晴弘常田
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2033-12-03
Also published as: TW201534868A; CN104699141A; CN104699141B; KR20150064684A; TWI545302B; JP2015105934A; KR101661813B1

Description

本発明は、センサ素子に対してヒータが設けられたセンサ装置、および当該センサ装置での温度制御方法に関するものである。

センサ装置では、センサ素子によって検出対象の物理量を計測する。例えば、磁気抵抗素子を備えた磁気センサ装置では、永久磁石の回転等に伴う磁界変化を検出し、永久磁石の位置等を検出する（例えば、特許文献１参照）。

センサは、温度によって検出結果が変化することが多い。例えば、磁気センサ装置に用いられる磁気抵抗素子やホール素子に用いられる感磁膜は、温度によって抵抗値が変化する。ここで、感磁膜によってブリッジ回路を構成した場合、温度変化に起因する抵抗値変化が発生しても、かかる変化が各感磁膜で等しければ、出力に変化は発生しないはずである。しかしながら、磁気センサ装置では、たとえ、感磁膜によってブリッジ回路を構成した場合でも、温度が変化すると、検出誤差が発生する。かかる原因は明確になっていないが、素子基板と感磁膜とでは熱膨張係数が相違することに起因する応力の影響が素子基板の位置によって異なることや、感磁膜の膜質が素子基板の位置によって異なることに起因するものと推測される。そこで、本願発明者は、センサ素子にヒータおよび温度監視用素子を設け、温度監視用素子での監視結果に基づいてヒータを制御し、センサ素子の温度を一定に保持することを検討している。

一方、温度監視用素子を用いた温度検出方法としては、サーミスタ等の温度監視用素子と固定抵抗とを直列に接続して分圧回路を構成し、分圧回路の両端に定電圧が印加した際に温度監視用素子と固定抵抗とによって分圧された値（温度検出電圧）と参照電圧とを比較する技術が提案されている（特許文献２参照）。

特開２０１２−１１８０００号公報特開２００８−１１１７６１号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術において、サーミスタ等の温度監視用素子と固定抵抗とにより分圧を用いた場合、温度監視用素子における抵抗値のばらつきに起因して、温度の検出結果にばらつきが発生するという問題点がある。特に、温度監視用素子として、抵抗素子を用いた場合、抵抗値の温度係数が大きな抵抗素子を用いるため、抵抗値にばらつきが発生しやすい。このため、温度監視用抵抗素子を介して検出した結果に基づいてヒータを制御しても、センサ素子を所定の温度に設定できないという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、温度監視用抵抗素子によってセンサ素子の温度を監視した結果に基づいてヒータの制御を適正に行うことのできるセンサ装置、およびセンサ装置での温度制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係るセンサ装置は、センサ素子が設けられた素子基板と、前記センサ素子の温度を監視する温度監視用抵抗素子と、前記センサ素子を加熱するヒータと、前記温度監視用抵抗素子に分圧抵抗が直列に電気的に接続され、両端に
定電圧が印加される分圧回路と、前記分圧回路において前記温度監視用抵抗素子と前記分圧抵抗とによって分圧された温度検出電圧を制御目標電圧と比較する比較器と、前記比較器での比較結果に基づいて前記ヒータへの通電を制御する通電制御部と、前記温度監視用抵抗素子が実際に、予め設定された温度になったときの前記温度検出電圧を前記制御目標電圧として前記比較器に出力するマイクロコンピュータと、を有し、前記マイクロコンピュータは、前記分圧回路に前記定電圧を印加した際の環境温度、前記分圧回路に前記定電圧を印加した際の前記温度検出電圧、前記分圧抵抗の抵抗値、および前記温度監視用抵抗素子の抵抗値の温度係数に基づいて、前記温度監視用抵抗素子が予め設定された温度になったときの前記温度検出電圧を算出した結果を前記制御目標電圧として前記比較器に出力することを特徴とする。

また、本発明は、センサ素子が設けられた素子基板と、前記センサ素子の温度を監視する温度監視用抵抗素子と、前記センサ素子を加熱するヒータと、前記温度監視用抵抗素子に分圧抵抗が直列に電気的に接続され、両端に定電圧が印加される分圧回路と、前記分圧回路において前記温度監視用抵抗素子と前記分圧抵抗とによって分圧された温度検出電圧を制御目標電圧と比較する比較器と、前記比較器での比較結果に基づいて前記ヒータへの通電を制御する通電制御部と、前記温度監視用抵抗素子が予め設定された温度になったときの前記温度検出電圧に相当する温度を前記制御目標電圧として前記比較器に出力するマイクロコンピュータと、をセンサ装置に設けておき、前記分圧回路に前記定電圧を印加する制御目標電圧設定工程を行い、当該制御目標電圧設定工程では、前記マイクロコンピュータが、前記分圧回路に前記定電圧を印加した際の環境温度、前記分圧回路に前記定電圧を印加した際の前記温度検出電圧、前記分圧抵抗の抵抗値、および前記温度監視用抵抗素子の抵抗値の温度係数に基づいて、前記温度監視用抵抗素子が予め設定された温度になったときの前記温度検出電圧を算出した結果を前記制御目標電圧として決定することを特徴とする。

本発明に係るセンサ装置において、センサ素子の温度が変化すると、温度監視用抵抗素子の抵抗値が変化し、分圧回路において、温度監視用抵抗素子と分圧抵抗とによって分圧された温度検出電圧が変化する。従って、通電制御部によって、比較器での温度検出電圧と制御目標電圧との比較結果に基づいてヒータへの通電を制御すれば、センサ素子の温度を所定の温度に維持することができる。ここで、比較器に対する制御目標電圧の出力は、マイクロコンピュータによって行われ、マイクロコンピュータは、温度監視用抵抗素子が、実際に予め設定された温度になったときの温度検出電圧を制御目標電圧として比較器に出力する。このため、マイクロコンピュータは、温度監視用抵抗素子の抵抗値にバラツキがあっても、温度監視用抵抗素子が実際に、予め設定された温度になったときの抵抗値に対応する温度検出電圧を制御目標電圧として比較器に出力するので、温度監視用抵抗素子の抵抗値にバラツキがあってもセンサ素子の温度を適正に制御することができる。すなわち、温度監視用抵抗素子では、抵抗値にバラツキがあっても、抵抗値の温度係数のバラツキは極めて小さい。従って、ある温度で分圧回路に定電圧を印加して温度検出電圧を得ることができれば、そのときの環境温度、分圧抵抗の抵抗値、および温度監視用抵抗素子の抵抗値の温度係数に基づいて、温度監視用抵抗素子が予め設定された温度になったときの温度検出電圧を精度よく算出することができる。従って、かかる算出結果を制御目標電圧として比較器に出力すれば、温度監視用抵抗素子の抵抗値にバラツキがあってもセンサ素子の温度を適正に制御することができる。

本発明は、前記温度監視用抵抗素子が温度監視用抵抗膜である場合に適用すると効果的である。温度監視用抵抗素子に抵抗膜を用いた場合、温度監視用抵抗素子の抵抗値にバラツキが発生しやすい。しかるに本発明において、マイクロコンピュータは、温度監視用抵抗素子の抵抗値にバラツキがあっても、温度監視用抵抗素子が実際に、予め設定された温度になったときの抵抗値に対応する温度検出電圧を制御目標電圧として比較器に出力する。従って、温度監視用抵抗素子の抵抗値にバラツキがあってもセンサ素子の温度を適正に制御することができる。

本発明において、前記温度監視用抵抗膜は、前記素子基板に形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、センサ素子の温度を適正に監視することができる。

本発明において、前記マイクロコンピュータは、前記環境温度を計測する温度計測部を有していることが好ましい。かかる構成によれば、外部の温度計を用いなくても、制御目標電圧を算出することができる。

本発明において、前記制御目標電圧を記憶しておくメモリを有していることが好ましい。

本発明において、前記メモリには、前記センサ装置の出荷前に決定された前記制御目標電圧が記憶されている構成を採用することができる。

本発明において、前記メモリには、前記センサ装置の出荷後、予め指定されたタイミングで決定された前記制御目標電圧が記憶されている構成を採用してもよい。

本発明において、前記ヒータは、前記素子基板に形成された加熱用抵抗膜であることが好ましい。かかる構成によれば、センサ素子を効率よく加熱することができる。

本発明において、前記素子基板と前記マイクロコンピュータとは同一の回路基板に実装されている構成を採用することができる。かかる構成によれば、制御目標電圧を算出する際、環境温度とセンサ素子の温度に大きな差が発生することを防止することができる。

本発明において、前記センサ素子は、例えば、前記素子基板に形成された磁気抵抗膜を備えた磁気抵抗素子である。

この場合、磁気センサ装置は、前記磁気抵抗素子に対向して回転する磁石を有している構成を採用することができる。

本発明に係るセンサ素子の温度制御方法では、前記制御目標電圧設定工程を前記センサ装置の出荷前に行う構成を採用することができる。

本発明に係るセンサ素子の温度制御方法では、前記制御目標電圧設定工程を、前記センサ装置の出荷後、予め指定されたタイミングで行う構成を採用してもよい。

本発明に係るセンサ装置において、センサ素子の温度が変化すると、温度監視用抵抗素子の抵抗値が変化し、分圧回路において、温度監視用抵抗素子と分圧抵抗とによって分圧された温度検出電圧が変化する。従って、通電制御部によって、比較器での温度検出電圧と制御目標電圧との比較結果に基づいてヒータへの通電を制御すれば、センサ素子の温度を所定の温度に維持することができる。ここで、比較器に対する制御目標電圧の出力は、マイクロコンピュータによって行われ、マイクロコンピュータは、温度監視用抵抗素子が、実際に予め設定された温度になったときの温度検出電圧を制御目標電圧として比較器に出力する。このため、マイクロコンピュータは、温度監視用抵抗素子の抵抗値にバラツキがあっても、温度監視用抵抗素子が実際に、予め設定された温度になったときの抵抗値に
対応する温度検出電圧を制御目標電圧として比較器に出力するので、温度監視用抵抗素子の抵抗値にバラツキがあってもセンサ素子の温度を適正に制御することができる。

本発明を適用した磁気センサ装置の説明図である。本発明を適用した磁気センサ装置に用いた素子基板の説明図である。本発明を適用した磁気センサ装置での検出原理等を示す説明図である。本発明を適用した磁気センサ装置の電気的構成を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したセンサ装置として、磁気式のロータリエンコーダを構成する磁気センサ装置を中心に説明する。

（磁気センサ装置の構成）
図１は、本発明を適用した磁気センサ装置の説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、磁気センサ装置を軸線方向の一方側からみた斜視図、およびその分解斜視図である。

図１に示す磁気センサ装置１０（ロータリエンコーダ）は、モータケース等に固定されたホルダ６と、ホルダ６にネジ６１、６２等により固定された回路基板５０と、モータの出力軸等に固定された磁石２０とを有しており、磁石２０は、中心を通る軸線Ｌ周りに回転する。磁石２０は、ホルダ６の内側で回路基板５０に対向している。本形態において、磁石２０は、周方向にＮ極とＳ極とが１極ずつ形成された着磁面２１を有している。

回路基板５０において、磁石２０と対向する第１面５０ａ側には、磁石２０と対向する位置に素子基板４０が実装され、素子基板４０と隣り合う位置にホール素子８１、８２が実装されている。また、回路基板５０において、磁石２０と対向する側とは反対側の第２面５０ｂには、マイクロコンピュータ９、アンプＩＣからなるアンプ部３０、スイッチング素子８３、比較器８５、メモリ９９、コネクタ５９等が実装されている。回路基板５０は、フェノール基板やガラス−エポキシ基板等に配線が形成されたプリント配線基板である。

（素子基板４０の構成）
図２は、本発明を適用した磁気センサ装置１０に用いた素子基板４０の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、素子基板４０の平面構成を示す説明図、断面構成を示す説明図、および断面構成の変形例を示す説明図である。なお、図２（ｂ）、（ｃ）では、磁気抵抗素子４（感磁膜４１〜４４）、温度監視用抵抗膜４７、および加熱用抵抗膜４８の層構造を模式的に示してある。また、図２（ａ）では、温度監視用抵抗膜４７については右下がりの斜線を付し、加熱用抵抗膜４８については右上がりの斜線を付してある。

図２（ａ）に示すように、素子基板４０の一方面４０ａには、感磁膜４１〜４４（磁気抵抗膜）を備えた磁気抵抗素子４（センサ素子）が構成されており、感磁膜４１〜４４は、互いに折り返しながら延在している部分によって、素子基板４０の中央に円形の感磁領域４５を構成している。本形態において、素子基板４０は四角形の平面形状を有するシリコン基板である。

感磁膜４１〜４４からは配線部分が一体に延在しており、配線部分の端部には、Ａ相用の電源端子ＶｃｃＡ、Ａ相用のグランド端子ＧＮＤＡ、＋Ａ相出力用の出力端子＋Ａ、−Ａ相出力用の出力端子−Ａ、Ｂ相用の電源端子ＶｃｃＢ、Ｂ相用のグランド端子ＧＮＤＢ、＋Ｂ相出力用の出力端子＋Ｂ、および−Ｂ相出力用の出力端子−Ｂが設けられている。

また、素子基板４０の一方面４０ａに温度監視用抵抗膜４７（感温部）および加熱用抵抗膜４８（ヒータ）が形成されている。ここで、加熱用抵抗膜４８は、素子基板４０の辺に沿って四角枠状に延在して閉ループを構成した状態で、感磁膜４１〜４４が形成されている領域の全体を囲んでいる。このため、加熱用抵抗膜４８と感磁膜４１〜４４とは、素子基板４０の面内方向でずれた領域に形成されており、平面視で重なっていない。また、加熱用抵抗膜４８の相対向する２つの辺部分の一方からは配線部分４８１が延在し、その端部には、加熱用抵抗膜４８に対する給電用の電源端子ＶｃｃＨが形成されている。これに対して、２つの辺部分の他方から延在する配線部分４８２の端部は、Ａ相用のグランド端子ＧＮＤＡに接続している。このため、Ａ相用のグランド端子ＧＮＤＡは、加熱用抵抗膜４８に対するグランド端子ＧＮＤＨとしても利用されている。ここで、配線部分４８１と加熱用抵抗膜４８との接続位置と、配線部分４８２と加熱用抵抗膜４８との接続位置は、感磁領域４５に対して点対称位置にある。このため、配線部分４８１と加熱用抵抗膜４８との接続位置から配線部分４８２と加熱用抵抗膜４８との接続位置に向かって右回りした際の加熱用抵抗膜４８の長さと、配線部分４８１と加熱用抵抗膜４８との接続位置から配線部分４８２と加熱用抵抗膜４８との接続位置に向かって左回りした際の加熱用抵抗膜４８の長さが等しい。

温度監視用抵抗膜４７は、加熱用抵抗膜４８の内側領域のうち、加熱用抵抗膜４８の４つの角の１つの角付近に設けられており、感磁領域４５と加熱用抵抗膜４８との間に位置する。温度監視用抵抗膜４７は、複数回、折り返しながら延在した平面形状になっている。このため、占有面積が狭くても、温度監視用抵抗膜４７を長く形成することができる。ここで、温度監視用抵抗膜４７は、感磁膜４４の配線部分と部分的に重なっているが、感磁領域４５とは素子基板４０の面内方向でずれた領域に形成されており、感磁領域４５とは重なっていない。温度監視用抵抗膜４７の一方の端部には、温度監視用の電源端子ＶｃｃＳが形成されている。また、温度監視用抵抗膜４７の他方の端部は、Ｂ相用のグランド端子ＧＮＤＢに接続している。このため、Ｂ相用のグランド端子ＧＮＤＢは、温度監視用抵抗膜４７に対するグランド端子ＧＮＤＳとしても利用されている。

素子基板４０は、図２（ｂ）に示す断面構造、あるいは図２（ｃ）に示す断面構造をもって構成されている。具体的には、図２（ｂ）に示すように、まず、素子基板４０の一方面４０ａには、シリコン酸化膜からなる第１絶縁膜４０１、シリコン酸化膜からなる第２絶縁膜４０２、およびポリイミド樹脂等からなる第３絶縁膜４０３が形成されている。本形態において、感磁膜４１〜４４はスパッタ法等により形成されたパーマロイ膜であり、温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８はいずれも、スパッタ法等により形成されたチタン膜等、磁気抵抗効果を示さない導電膜である。

ここで、感磁膜４１〜４４、温度監視用抵抗膜４７、および加熱用抵抗膜４８のうち、感磁膜４１〜４４が最も素子基板４０の側（下層側）に形成されている。より具体的には、感磁膜４１〜４４は、素子基板４０と第１絶縁膜４０１との層間に形成されている。温度監視用抵抗膜４７は、第１絶縁膜４０１と第２絶縁膜４０２との層間に形成されている。加熱用抵抗膜４８は、感磁膜４１〜４４と同様、素子基板４０と第１絶縁膜４０１との層間に形成されている。このため、感磁膜４１〜４４は、加熱用抵抗膜４８と同一の層に形成され、温度監視用抵抗膜４７とは第１絶縁膜４０１を介して別の層に形成されている。

図２（ｃ）に示す形態でも、感磁膜４１〜４４は、素子基板４０と第１絶縁膜４０１との層間に形成されている。温度監視用抵抗膜４７は、第１絶縁膜４０１と第２絶縁膜４０２との層間に形成されている。加熱用抵抗膜４８は、温度監視用抵抗膜４７と同様、第１絶縁膜４０１と第２絶縁膜４０２との層間に形成されている。このため、感磁膜４１〜４４は、温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８とは第１絶縁膜４０１を介して別の
層に形成され、温度監視用抵抗膜４７と加熱用抵抗膜４８とは同一の層に形成されている。

（磁気センサ装置１０の詳細構成）
図３は、本発明を適用した磁気センサ装置１０での検出原理等を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、Ａ相用の感磁膜の電気的な接続構造を示す説明図、Ｂ相用の感磁膜の電気的な接続構造を示す説明図、磁気抵抗素子４から出力される信号の説明図、およびかかる信号と磁石２０の角度位置（電気角）との関係を示す説明図である。

図２を参照して説明した磁気抵抗素子４において、感磁膜４１〜４４は、図１（ｂ）に示す磁石２０の位相に対して互いに９０°の位相差を有する２相の感磁膜（Ａ相（SIN）の感磁膜４１、４３およびＢ相（COS）の感磁膜４２、４４）として構成されており、素子基板４０は、図１に示すように、磁石２０の中心を通る軸線Ｌ（回転中心軸線）上に配置される。そして、磁気抵抗素子４は、各感磁膜４１〜４４の抵抗値の飽和感度領域以上の磁界強度で、着磁面２１の面内方向で向きが変化する回転磁界を検出する。

Ａ相の感磁膜は、１８０°の位相差をもって磁石２０の移動検出を行う＋Ａ相（SIN+）の感磁膜４３、および−Ａ相（SIN-）の感磁膜４１を備えており、Ｂ相の感磁膜は、１８０°の位相差をもって磁石２０の移動検出を行う＋Ｂ相（COS+）の感磁膜４４、および−Ｂ相（COS-）の感磁膜４２を備えている。

＋Ａ相の感磁膜４３および−Ａ相の感磁膜４１は、図３（ａ）に示すブリッジ回路を構成しており、一方端が電源端子ＶｃｃＡに接続され、他方端がグランド端子ＧＮＤＡに接続されている。＋Ａ相の感磁膜４３の中点位置には、＋Ａ相が出力される出力端子＋Ａが設けられ、−Ａ相の感磁膜４１の中点位置には、−Ａ相が出力される出力端子−Ａが設けられている。また、＋Ｂ相の感磁膜４４および−Ｂ相の感磁膜４２も、＋Ａ相の感磁膜４３および−Ａ相の感磁膜４１と同様、図３（ｂ）に示すブリッジ回路を構成しており、一方端が電源端子ＶｃｃＢに接続され、他方端がグランド端子ＧＮＤＢに接続されている。＋Ｂ相の感磁膜４４の中点位置には、＋Ｂ相が出力される出力端子＋Ｂが設けられ、−Ｂ相の感磁膜４２の中点位置には、−Ｂ相が出力される出力端子−Ｂが設けられている。なお、図３では便宜上、Ａ相用の電源端子ＶｃｃＡおよびＢ相用の電源端子ＶｃｃＢの各々を記載したが、Ａ相用の電源端子ＶｃｃＡとＢ相用の電源端子ＶｃｃＢとが共通になっていてもよい。また、図３では便宜上、Ａ相用のグランド端子ＧＮＤＡおよびＢ相用のグランド端子ＧＮＤＢの各々を記載したが、Ａ相用のグランド端子ＧＮＤＡとＢ相用のグランド端子ＧＮＤＢとが共通になっていてもよい。

（磁気センサ装置１０の電気的構成）
図４は、本発明を適用した磁気センサ装置１０の電気的構成を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、磁気センサ装置１０全体の電気的構成を示す説明図、および温度制御用の電気的構成を示す説明図である。

図４（ａ）に示すように、磁気センサ装置１０は、素子基板４０からの出力を増幅するアンプ部３０（アンプ部３０（＋Ａ）、アンプ部３０（−Ａ）、アンプ部３０（＋Ｂ）、アンプ部３０（−Ｂ）、ホール素子用のアンプ部３１、３２）と、Ａ／Ｄ変換部９１等を備えたマイクロコンピュータ９とを有しており、マイクロコンピュータ９は、Ａ／Ｄ変換された信号に基づいて、磁石２０の回転角度位置や回転速度等を検出する信号処理部９２を備えている。磁気センサ装置１０において、図１に示す磁石２０が１回転すると、磁気抵抗素子４からは、図３（ｃ）に示す正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓが２周期分、出力される。従って、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓをアンプ部３０（アンプ部３０（＋Ａ）、３０（−Ａ）、３０（＋Ｂ）、３０（−Ｂ））により増幅した後、デジタル信号化し、かかるデジタル信号をマイクロコンピュータ９に出力すると、マイクロコンピュータ９において、信号処理部９２は、図３（ｄ）に示すリサージュ図を求める。従って、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓからθ＝ｔａｎ^-1（ｓｉｎ／ｃｏｓ）を求めれば、磁石２０の角度位置θが分かる。また、本形態では、磁石２０の回転中心軸（軸線Ｌ）からみて９０°ずれた位置にホール素子８１、８２が配置されている。このため、ホール素子８１、８２の出力の組合せにより、現在位置が正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓのいずれの区間に位置するかが分かる。従って、磁気センサ装置１０は、磁気抵抗素子４での検出結果、およびホール素子８１、８２での検出結果に基づいて磁石２０の絶対角度位置情報を生成することができ、アブソリュート動作を行うことができる。

（磁気抵抗素子４の温度調節）
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の磁気センサ装置１０には、温度監視用抵抗膜４７の抵抗変化に基づいて加熱用抵抗膜４８への給電を制御する通電制御部が構成されている。より具体的には、素子基板４０において、温度監視用抵抗膜４７の温度監視用の電源端子ＶｃｃＳには、固定抵抗からなる分圧抵抗８４が接続されており、分圧抵抗８４において温度監視用抵抗膜４７が接続されている側と反対側は、温度監視用の定電圧が印加された電源端子ＶｃｃＳ0に接続されている。温度監視用抵抗膜４７において分圧抵抗８４が接続されている側と反対側はグランド端子ＧＮＤが接続されており、温度監視用抵抗膜４７と分圧抵抗８４は、電源端子ＶｃｃＳ0とグランド端子ＧＮＤとの間で直列に接続された分圧回路８０を構成している。

加熱用抵抗膜４８の加熱用の電源端子ＶｃｃＨには、バイポーラトランジスタからなる通電制御用のスイッチング素子８３が接続されており、スイッチング素子８３によって通電制御部が構成されている。スイッチング素子８３において加熱用抵抗膜４８が接続されている側と反対側は、ヒータ駆動用の定電圧が印加された電源端子ＶｃｃＨ0に接続されている。加熱用抵抗膜４８においてスイッチング素子８３が接続されている側と反対側はグランド端子ＧＮＤに接続されており、加熱用抵抗膜４８とスイッチング素子８３とは、電源端子ＶｃｃＨ0とグランド端子ＧＮＤとの間で直列に接続されている。

ここで、温度監視用抵抗膜４７と分圧抵抗８４との接続部分は、オペアンプからなる比較器８５の一方の端子に接続されており、比較器８５の他方の端子にはスイッチング素子８３をオンオフするための閾値となる制御目標電圧Ｖ0が入力されている。従って、素子基板４０（磁気抵抗素子４）の温度が下がると、温度監視用抵抗膜４７の抵抗値が低下し、分圧抵抗８４とで分圧された接続点の温度検出電圧が低下する。そのとき、温度検出電圧が、比較器８５の他方の端子に入力されている制御目標電圧Ｖ0より低いと、比較器８５がロー電圧を出力し、スイッチング素子８３をオンするので、加熱用抵抗膜４８へ給電される。それ故、磁気抵抗素子４（感磁膜４１〜４４）が加熱される。

この状態で、素子基板４０の温度が上がると、温度監視用抵抗膜４７の抵抗値が上昇し、分圧抵抗８４との接続点の温度検出電圧が上昇する。そのとき比較器８５の他方の端子に入力されている制御目標電圧Ｖ0より高くなると比較器８５がハイ電圧を出力し、スイッチング素子８３をオフするので、加熱用抵抗膜４８への給電が停止される。それ故、磁気抵抗素子４（感磁膜４１〜４４）の温度は、制御目標電圧Ｖ0等によって規定された所定の温度に維持される。

（制御目標電圧Ｖ0の設定）
上記の温度制御を行うにあたって、制御目標電圧Ｖ0は、マイクロコンピュータ９から比較器８５に出力される。すなわち、マイクロコンピュータ９には、制御目標電圧設定部９
４が内蔵されているとともに、マイクロコンピュータ９の外部には、制御目標電圧Ｖ0を記憶しておくメモリ９９が設けられており、マイクロコンピュータ９の制御目標電圧設定部９４は、メモリ９９から読み出した制御目標電圧Ｖ0を、Ｄ／Ａ変換部９３によってデジタル信号からアナログ信号に変換した後、比較器８５に出力する。ここで、制御目標電圧Ｖ0は、磁気センサ装置１０を出荷する前に実施される制御目標電圧設定工程において、磁気センサ装置１０毎に設定される。

より具体的には、温度監視用抵抗膜４７等の抵抗素子は、抵抗値の温度係数が大きな抵抗素子を用いるため、分圧抵抗８４と違って、磁気センサ装置１０毎（素子基板４０毎）に抵抗値にばらつきが発生しやすい。特に、本形態では、温度監視用抵抗素子として温度監視用抵抗膜４７を用いているため、分圧抵抗８４のようなバルクタイプの抵抗素子に比して、磁気センサ装置１０毎（素子基板４０毎）に抵抗値にばらつきが発生しやすい。そこで、本形態では、磁気センサ装置１０を出荷する前に、制御目標電圧設定工程において、磁気センサ装置１０毎に、温度監視用抵抗膜４７が実際に予め設定された温度になったときの温度検出電圧を算出し、かかる算出結果を制御目標電圧Ｖ0として決定し、メモリ９９に記憶させておく。

また、本形態では、制御目標電圧Ｖ0を決定するにあたって、マイクロコンピュータ９に演算部９６および温度計測部９７を内蔵させ、制御目標電圧設定工程では、温度計測部９７での計測結果、および演算部９６での演算結果に基づいて、制御目標電圧Ｖ0を決定し、メモリ９９に記憶させておく。

かかる制御目標電圧設定工程の内容を、目標温度を７０℃とし、分圧回路８０の両端に印加された温度監視用の定電圧をＶｃとし、温度監視用抵抗膜４７の温度係数をα（Ω／℃）とし、分圧抵抗８４の抵抗をＲｃとした場合で説明する。まず、磁気センサ装置１０の出荷前に、分圧回路８０の両端に温度監視用の定電圧Ｖｃを印加し、その時の温度監視用抵抗膜４７と分圧抵抗８４との接続点の温度検出電圧Ｖａ_taを検出するとともに、その時の環境温度ｔａを温度計測部９７によって検出する。

その結果、演算部９６は、温度ｔａにおける温度監視用抵抗膜４７の抵抗値Ｒｓ_taを、以下の式より求める。
Ｖａ_ta＝Ｒｓ_ta×（Ｖｃ／（Ｒｓ_ta＋Ｒｃ））
Ｒｓ_ta＝Ｖａ_ta×（（Ｒｓ_ta＋Ｒｃ）／Ｖｃ）
Ｒｓ_ta＝（Ｖａ_ta×Ｒｃ）／（Ｖｃ−Ｖａ_ta）

ここで、温度監視用抵抗膜４７の温度係数αは、磁気センサ装置１０や素子基板４０が違っても一定であるので、温度が７０℃における温度監視用抵抗膜４７の抵抗値Ｒ₇₀は、Ｒｓ×（１＋（α×（７０−ｔａ））となる。従って、演算部９６は、温度が７０℃における温度検出電圧Ｖａ₇₀を以下の式から算出することができるので、制御目標電圧設定部９４は、温度が７０℃における温度検出電圧Ｖａ₇₀の算出結果を制御目標電圧Ｖ0としてメモリ９９に記憶しておく。
Ｖａ＝Ｖｃ×Ｒ₇₀／（Ｒ₇₀＋Ｒａ）
但し、Ｒ₇₀＝Ｒｓ×（１＋（α×（７０−ｔａ））

それ故、磁気センサ装置１０を出荷した以降、磁気センサ装置１０では、実際に形成された温度監視用抵抗膜４７の抵抗値に対応する制御目標電圧Ｖ0に基づいて温度が制御される。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の磁気センサ装置１０では、磁気抵抗素子４の温度が変化
すると、温度監視用抵抗膜４７の抵抗値が変化し、分圧回路８０において、温度監視用抵抗膜４７と分圧抵抗８４とによって分圧された温度検出電圧が変化する。従って、通電制御用のスイッチング素子８３（通電制御部）によって、比較器８５での温度検出電圧と制御目標電圧Ｖ0との比較結果に基づいて加熱用抵抗膜４８（ヒータ）への通電を制御すれば、磁気抵抗素子４の温度を所定の温度に維持することができる。それ故、磁気抵抗素子４の検出結果は環境温度の影響を受けにくい。

また、本形態では、磁気センサ装置１０の出荷前に、分圧回路８０に定電圧Ｖａを印加する制御目標電圧設定工程を行う。かかる制御目標電圧設定工程において、マイクロコンピュータ９は、分圧回路８０に定電圧Ｖａを印加した際の環境温度Ｔａ（マイクロコンピュータ９の温度）、分圧回路８０に定電圧Ｖａを印加した際の温度検出電圧、分圧抵抗８４の抵抗値、および温度監視用抵抗膜４７の抵抗値の温度係数αに基づいて、温度監視用抵抗膜４７が予め設定された温度（例えば、７０℃）になったときの温度検出電圧を算出した結果を制御目標電圧Ｖ0として決定し、メモリ９９に記憶させておく。そして、磁気センサ装置１０の出荷後、比較器８５は、磁気センサ装置１０毎に設定された適正な目標電圧Ｖ0を基準に基づいてスイッチング素子８３（通電制御部）を制御する。従って、磁気センサ装置１０毎に温度監視用抵抗膜４７の抵抗値にバラツキがあっても、磁気抵抗素子４の温度を適正に制御することができる。特に本形態では、感度監視用抵抗素子として温度監視用抵抗膜４７を用いているため、抵抗値にバラツキが発生しやすいが、それでも、本形態によれば、磁気抵抗素子４の温度を適正に制御することができる。

また、本形態では、温度監視用抵抗膜４７が磁気抵抗素子４と同一の素子基板４０に形成されているため、磁気抵抗素子４の温度を適正に監視することができる。また、ヒータとして、素子基板４０に形成された加熱用抵抗膜４８を利用しているため、磁気抵抗素子４を効率よく加熱することができる。

さらに、マイクロコンピュータ９は、環境温度を計測する温度計測部９７を有しているため、外部の温度計を用いなくても、制御目標電圧Ｖ0を算出することができる。

また、素子基板４０とマイクロコンピュータ９とは同一の回路基板５０に実装されているため、制御目標電圧Ｖ0を設定する際、環境温度と磁気抵抗素子４の温度に大きな差が発生することを防止することができる。

また、磁気センサ装置１０は、磁気抵抗素子４に対向して回転する磁石２０を有しているため、磁石２０の回転に伴う空気の流れによって、磁気抵抗素子４に加熱用抵抗膜４８の熱を均等に行き渡らせることができる。このため、磁気抵抗素子４の温度を加熱用抵抗膜４８によって精度よく制御することができる。

（別の実施の形態）
上記実施の形態では、磁気センサ装置１０の出荷前に制御目標電圧設定工程を行って、制御目標電圧Ｖ0を設定したが、磁気センサ装置１０の出荷後、予め指定されたタイミングで制御目標電圧設定工程を行って、制御目標電圧Ｖ0を設定してもよい。例えば、磁気センサ装置１０の動作を休止した後、再度、磁気センサ装置１０を動作させるタイミングで制御目標電圧設定工程を行って、制御目標電圧Ｖ0を設定してもよい。

（他の実施の形態）
上記実施の形態では、センサ装置として磁気センサ装置１０を例示したが、光センサ装置等、他のセンサ装置に本発明を適用してもよい。

上記実施の形態では、温度監視用抵抗素子およびヒータとして、素子基板４０に形成さ
れた抵抗膜（温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８）を用いたが、回路基板５０に温度監視用抵抗素子やヒータが搭載されている構造を採用してもよい。

４・・磁気抵抗素子（センサ素子）
６・・ホルダ
９・・マイクロコンピュータ
１０・・磁気センサ装置（センサ装置）
４０・・素子基板
４１〜４４・・感磁膜
４７・・温度監視用抵抗膜（温度監視用抵抗素子）
４８・・加熱用抵抗膜（ヒータ）
５０・・回路基板
８４・・分圧抵抗
８０・・分圧回路
８３・・スイッチング素子（通電制御部）
８５・・比較器
９２・・信号処理部
９４・・制御目標電圧設定部
９６・・演算部
９７・・温度計測部
９９・・メモリ

Claims

センサ素子が設けられた素子基板と、
前記センサ素子の温度を監視する温度監視用抵抗素子と、
前記センサ素子を加熱するヒータと、
前記温度監視用抵抗素子に分圧抵抗が直列に電気的に接続され、両端に定電圧が印加される分圧回路と、
前記分圧回路において前記温度監視用抵抗素子と前記分圧抵抗とによって分圧された温度検出電圧を制御目標電圧と比較する比較器と、
前記比較器での比較結果に基づいて前記ヒータへの通電を制御する通電制御部と、
前記温度監視用抵抗素子が実際に、予め設定された温度になったときの前記温度検出電圧を前記制御目標電圧として前記比較器に出力するマイクロコンピュータと、
を有し、
前記マイクロコンピュータは、前記分圧回路に前記定電圧を印加した際の環境温度、前記分圧回路に前記定電圧を印加した際の前記温度検出電圧、前記分圧抵抗の抵抗値、および前記温度監視用抵抗素子の抵抗値の温度係数に基づいて、前記温度監視用抵抗素子が予め設定された温度になったときの前記温度検出電圧を算出した結果を前記制御目標電圧として前記比較器に出力することを特徴とするセンサ装置。
前記温度監視用抵抗素子は、温度監視用抵抗膜であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
前記温度監視用抵抗膜は、前記素子基板に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のセンサ装置。
前記マイクロコンピュータは、前記環境温度を計測する温度計測部を有していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のセンサ装置。
前記制御目標電圧を記憶しておくメモリを有していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のセンサ装置。
前記メモリには、前記センサ装置の出荷前に決定された前記制御目標電圧が記憶されて
いることを特徴とする請求項５に記載のセンサ装置。
前記メモリには、前記センサ装置の出荷後、予め指定されたタイミングで決定された前記制御目標電圧が記憶されていることを特徴とする請求項５に記載のセンサ装置。
前記ヒータは、前記素子基板に形成された加熱用抵抗膜であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のセンサ装置。
前記素子基板と前記マイクロコンピュータとは同一の回路基板に実装されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のセンサ装置。
前記センサ素子は、前記素子基板に形成された磁気抵抗膜を備えた磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のセンサ装置。
前記磁気抵抗素子に対向して回転する磁石を有していることを特徴とする請求項１０に記載のセンサ装置。
センサ素子が設けられた素子基板と、
前記センサ素子の温度を監視する温度監視用抵抗素子と、
前記センサ素子を加熱するヒータと、
前記温度監視用抵抗素子に分圧抵抗が直列に電気的に接続され、両端に定電圧が印加される分圧回路と、
前記分圧回路において前記温度監視用抵抗素子と前記分圧抵抗とによって分圧された温度検出電圧を制御目標電圧と比較する比較器と、
前記比較器での比較結果に基づいて前記ヒータへの通電を制御する通電制御部と、
前記温度監視用抵抗素子が予め設定された温度になったときの前記温度検出電圧に相当する温度を前記制御目標電圧として前記比較器に出力するマイクロコンピュータと、
をセンサ装置に設けておき、
前記分圧回路に前記定電圧を印加する制御目標電圧設定工程を行い、
当該制御目標電圧設定工程では、前記マイクロコンピュータが、前記分圧回路に前記定電圧を印加した際の環境温度、前記分圧回路に前記定電圧を印加した際の前記温度検出電圧、前記分圧抵抗の抵抗値、および前記温度監視用抵抗素子の抵抗値の温度係数に基づいて、前記温度監視用抵抗素子が予め設定された温度になったときの前記温度検出電圧を算出した結果を前記制御目標電圧として決定することを特徴とするセンサ装置での温度制御方法。
前記制御目標電圧設定工程を前記センサ装置の出荷前に行うことを特徴とする請求項１２に記載のセンサ装置での温度制御方法。
前記制御目標電圧設定工程を、前記センサ装置の出荷後、予め指定されたタイミングで行うことを特徴とする請求項１２に記載のセンサ装置での温度制御方法。