JP6877958B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

本発明は、磁性体の移動を検出する磁気センサに関する。

従来から、下記特許文献１に示されているように、ブリッジ接続されたＧＭＲ素子に対してバイアス磁界を印加して、磁性体の移動を検出する磁気センサは知られている。具体的には、この磁気センサの概略構成を表す平面図である図１４に示すように、センサチップ１２０は、同一に構成されてフルブリッジ接続された磁界強度検知型の４つのＧＭＲ素子１２２ａ〜１２２ｄと、ＧＭＲ素子１２２ａ〜１２２ｄに対してバイアス磁界を印加するバイアス磁石１３０とを備えている。

ＧＭＲ素子１２２ａ〜１２２ｄは、絶縁基板１２１に形成された線状のグラニュラ薄膜又は線状の人口格子膜で同様にそれぞれ構成されている。ＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｂ及びＧＭＲ素子１２２ｃ，１２２ｄは、それぞれハーフブリッジ接続されている。ＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｄとＧＭＲ素子１２２ｂ，１２２ｃは、ＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｄとＧＭＲ素子１２２ｂ，１２２ｃとの図示左右方向の中心線ＣＬ１１を挟んで同一の平面内に左右対称位置にそれぞれ配置されている。そして、ＧＭＲ素子１２２ａ〜１２２ｄの長手方向を中心線ＣＬ１１の延設方向と一致させている。絶縁基板１２１にはフルブリッジ接続されたＧＭＲ素子１２２ａ〜１２２ｄに電気接続された複数の電極１２３ａ〜１２３ｄが設けられている。ＧＭＲ素子１２２ａ〜１２２ｄ、絶縁基板１２１及び複数の電極１２３ａ〜１２３ｄは、樹脂により成型されたチップパッケージ１１０内に収容され、かつ複数の電極１２３ａ〜１２３ｄに電気接続された複数の導電性のリードフレーム部１１３ａ〜１１３ｄをチップパッケージ１１０から突出させている。

バイアス磁石１３０は、直方体状であって長尺状に構成され、第１面がＮ極に磁化されるとともに、第１面の反対側の第２面がＳ極に磁化されている。このバイアス磁石１３０は、第１面（又は第２面）をＧＭＲ素子１２２ａ〜１２２ｄに対向させ、かつＧＭＲ素子１２２ａ〜１２２ｄに対向した第１面（又は第２面）における２つの長辺間の中心線ＣＬ１３が、ＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｄとＧＭＲ素子１２２ｂ，１２２ｃとの中心を結ぶ中心線ＣＬ１２に対して所定角度（例えば、４５度）だけ傾いている。中心線ＣＬ１２上であってＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｄとＧＭＲ素子１２２ｂ，１２２ｃとの間の中点Ｏ１１が、中心線ＣＬ１３上の点であるバイアス磁石１３０の第１面（又は第２面）の中心点に対向するように配置される。これにより、ＧＭＲ素子１２２ａ〜１２２ｄの平面内において、中心線ＣＬ１１，ＣＬ１２に対して所定角度だけ傾いた方向であって、反対向きの等しい強度のバイアス磁界がＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｄとＧＭＲ１２２ｂ，１２２ｃとにそれぞれ印加される。

このように構成した磁気センサは、図１５に示すように、移動方向に対して直交する方向に延設された凸部（歯）１４１ａ及び凹部１４１ｂを有して磁性体で形成された歯車１４０の外周面上に、中心線ＣＬ１２が歯車１４０の回転方向に直交するように配置される。そして、歯車１４０を回転させれば、ＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｄとＧＭＲ素子１２２ｂ，１２２ｃとには、中心線ＣＬ１１の方向に反対向きの正弦波状に変化するバイアス磁界がそれぞれ印加され、ＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｄの抵抗値とＧＭＲ素子１２２ｂ，１２２ｃの抵抗値は磁性体の移動に応じて正弦波状に逆方向に変化して、フルブリッジ接続されたＧＭＲ素子１２２ａ〜１２２ｄから歯車１４０の回転に応じた正弦波状の信号が得られる。これにより、歯車１４０の回転が検出される。

特開２０１６−１０９４７２号公報

しかしながら、上記従来の磁気センサにあっては、ＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｄとＧＭＲ素子１２２ｂ，１２２ｃとには、中心線ＣＬ１２の方向にもバイアス磁石１３０による反対向きのバイアス磁界がそれぞれ印加される。この場合、磁気センサが歯車１４０（磁性体）の幅方向に正確に配置されて、ＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｄとＧＭＲ素子１２２ｂ，１２２ｃとの中心間の中点Ｏ１１が歯車１４０の凸部１４１ａ及び凹部１４１ｂの幅方向の中央に正確に位置していれば、歯車１４０の回転に伴ってバイアス磁界が変動しても、ＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｄとＧＭＲ素子１２２ｂ、１２２ｃとにそれぞれ印加される中心線ＣＬ１２の方向の互いに反対向きのバイアス磁界の磁界強度は常に同じである。そして、中心線ＣＬ１２の方向の互いに反対向きのバイアス磁界によるＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｄの抵抗値とＧＭＲ素子１２２ｂ，１２２ｃの抵抗値は常に等しく保たれる。したがって、この場合には、フルブリッジ接続されたＧＭＲ素子１２２ａ〜１２２ｄからの出力の精度が良好であり、歯車１４０の回転が高精度で検出される。

しかし、磁気センサが歯車１４０（磁性体）の幅方向に正確に配置されずに、ＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｄとＧＭＲ素子１２２ｂ，１２２ｃとの中心間の中点Ｏ１１が歯車１４０の凸部１４１ａ及び凹部１４１ｂの幅方向の中央位置からずれている場合には、磁気センサからの出力の精度が良好でなくなり、歯車１４０の回転位置が高精度で検出されないという問題がある（詳細には、後述する第３実験結果である図１１（Ｂ）を参照）。この磁気センサからの出力の精度が良好でなくなる理由は、次のような点にあると考えられる。前記中点Ｏ１１が歯車１４０の幅方向の中央位置からずれている場合には、中心線ＣＬ１２の方向の互いに反対向きのバイアス磁界の磁界強度は異なり、歯車１４０の回転に伴ってバイアス磁界が変動すると、中心線ＣＬ１２の方向の互いに反対向きのバイアス磁界によるＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｄの抵抗値変化とＧＭＲ素子１２２ｂ，１２２ｃの抵抗値変化は、それぞれ等しい値を保つことなく、異なる態様である程度大きく変化する。そして、前記中点Ｏ１１の歯車１４０の幅方向へのずれによるＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｄの抵抗値変化とＧＭＲ素子１２２ｂ，１２２ｃとの抵抗値変化との相違により、フルブリッジ接続されたＧＭＲ素子１２２ａ〜１２２ｄからの出力の精度が良好でなくなると考えられる。

本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、その目的は、磁気センサが磁性体の幅方向に正確に配置されていなくても、ブリッジ接続された一対のＧＭＲ素子からの出力の精度を良好にした磁気センサを提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

前述した目的を達成するため、本発明の特徴は、同一に構成されてブリッジ接続された磁界強度検知型の少なくとも一対のＧＭＲ素子（２２ａ，２２ｂ又は２２ｃ，２２ｄ）と、前記一対のＧＭＲ素子に対してバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段（３０Ａ，３０Ｂ）とを備え、磁性体の移動を検出する磁気センサであって、前記一対のＧＭＲ素子を同一の平面内に所定間隔を隔てて配置し、かつ前記バイアス磁界印加手段を、直方体状であって長尺状にそれぞれ構成し、第１面をＮ極にそれぞれ磁化するとともに前記第１面の反対側の第２面をＳ極にそれぞれ磁化した一対の磁石で構成し、前記一対の磁石は、前記第１面又は前記第２面を、前記一対のＧＭＲ素子が配置された平面に対向させて配置され、前記一対の磁石による磁界成分であって、前記一対のＧＭＲ素子の中心を結ぶ第１直線（ＣＬ２）の方向の磁界成分を互いに相殺させて、前記一対のＧＭＲ素子に対して前記第１直線の方向にバイアス磁界が印加されないようにし、かつ前記一対の磁石による磁界成分であって、前記第１直線に直交する第２直線（ＣＬ１）の方向の磁界成分を合成させて、前記一対のＧＭＲ素子に対して前記第２直線の方向に反対向きの等しい強度のバイアス磁界が印加されるようにしたことにある。

この場合、例えば、前記磁石は、永久磁石である。

より具体的には、一対の永久磁石は同一の構成であり、一対の永久磁石は、一対の永久磁石の第１面又は第２面が、一対のＧＭＲ素子が配置された平面に対してそれぞれ同一距離だけ隔ててそれぞれ平行に対向するとともに、一対のＧＭＲ素子に対向する平面内にて所定の距離だけ隔てて平行に延設されており、一対の永久磁石の第１面又は第２面における各２つの長辺間の２つの中心線（ＣＬ３Ａ，ＣＬ３Ｂ）が、一対のＧＭＲ素子に対向する平面内にて、前記第１直線に対して所定角度だけそれぞれ傾き、かつ前記第１直線上であって一対のＧＭＲ素子の中心間の中点（Ｏ１）が前記２つの中心線間の中心線上の所定位置に対向するように、配置されている。

言い換えれば、一対の永久磁石は同一の構成であり、一対の永久磁石は、一対の永久磁石の第１面又は第２面が、一対のＧＭＲ素子が配置された平面に対してそれぞれ同一距離だけ隔ててそれぞれ平行に対向するとともに、一対のＧＭＲ素子に対向する平面内にて、所定の距離だけ隔てて平行かつ前記第１直線に対して所定角度だけそれぞれ傾いて延設されており、かつ前記第１直線上であって一対のＧＭＲ素子の中心間の中点（Ｏ１）から一対の永久磁石の第１面又は第２面の前記中点側の各辺までの距離（並びに一対の永久磁石の第１面又は第２面における各２つの長辺間の２つの中心線（ＣＬ３Ａ，ＣＬ３Ｂ）までの距離、及び前記第１面又は第２面の前記中点とは反対側の各辺までの距離）が同じになるように、配置されている。

また、これらの場合、例えば、一対のＧＭＲ素子は、絶縁基板（２１）に形成された線状のグラニュラ薄膜又は線状の人口格子膜で構成され、かつ絶縁基板には一対のＧＭＲ素子に電気接続された複数の電極（２３ａ〜２３ｄ）が設けられている。また、例えば、一対のＧＭＲ素子、絶縁基板及び複数の電極は、樹脂により成型されたパッケージ（１０）内に収容され、かつ複数の電極に電気接続された複数の導電性のリードフレーム部（１３ａ〜１３ｄ）を、パッケージから突出させている。

また、例えば、磁気センサは、移動方向に対して直交する方向に延設された少なくとも１つの凸部又は凹部を有する磁性体の移動の検出に適用され、一対のＧＭＲ素子を、前記第１直線が磁性体の移動方向に直交するように配置する。

上記本発明に係る磁気センサにおいては、一対のＧＭＲ素子を同一の平面内にて、一対のＧＭＲ素子に対して、一対のＧＭＲ素子の中心を結ぶ第１直線の方向にバイアス磁界が印加されず、かつ前記第１直線と直交する第２直線の方向に反対向きの等しい強度のバイアス磁界がそれぞれ印加される。そして、この磁気センサを用いて、例えば磁性体で構成した歯車の回転を検出するためには、一対のＧＭＲ素子を配置した平面が歯車の歯の外周面に対向し、かつ前記第１直線が歯車の回転方向と直交するように、磁気センサを歯車に対して配置する。好ましくは、一対のＧＭＲ素子の中心間の中点を歯車の幅方向の中央に位置させるとよい。そして、歯車を回転させれば、一対のＧＭＲ素子の抵抗値は歯車の回転に応じてそれぞれ逆方向に変化して、ブリッジ接続された一対のＧＭＲ素子から歯車の回転に応じた正弦波状の電圧信号が得られる。したがって。本発明によれば、この正弦波状の電圧信号を用いて、歯車の回転位置を高精度で検出することができる。

前記歯車の回転検出においては、磁気センサが歯車の幅方向に正確に配置されていなくてずれている、すなわち一対のＧＭＲ素子の中心間の中点が歯車の幅方向の中央位置からずれていることもあり得る。しかし、本発明においては、一対のＧＭＲ素子の中心間の中点が歯車の幅方向の中央位置から多少ずれていても、磁気センサからの出力電圧波形は、一対のＧＭＲ素子の中心間の中点が歯車の幅方向の中央位置にある場合とほぼ同じになり、ブリッジ接続された一対のＧＭＲ素子からの出力の精度が良好になる。特に、背景技術の項で説明した図１４に示す従来の磁気センサに比べて極めて良好になる（詳細には、後述する第３実験結果である図１１（Ａ）（Ｂ）を参照）。その結果、本発明によれば、一対のＧＭＲ素子の中心間の中点が歯車の幅方向の中央位置から多少ずれていても、歯車の回転位置を高精度で検出することができる。

このブリッジ接続された一対のＧＭＲ素子からの出力の精度が良好になる理由について考察すると、次の点が考えられる。本発明の磁気センサにおいては、磁気センサを歯車に対向させていない状態においては、バイアス印加手段による一対のＧＭＲ素子の中心を結ぶ第１直線の方向へのバイアス磁界は相殺され、一対のＧＭＲ素子には、前記第１直線と直交する方向（前記第２直線の方向）へのバイアス印加手段によるバイアス磁界のみが印加されている。すなわち、本発明に係る磁気センサは、優れた磁界感度異方性をもつ。そして、磁気センサを歯車の幅方向にずれて対向させた場合には、バイアス印加手段によるバイアス磁界は、前記第１直線と直交する方向から傾くが、その傾き量は小さく、また一対のＧＭＲ素子に対しては同程度となる。したがって、磁気センサの歯車の幅方向に対するずれがあっても、バイアス印加手段による一対のＧＭＲ素子の中心を結ぶ第１直線の方向へのバイアス磁界に対する、磁気センサの歯車の幅方向へのずれによる影響は極めて小さい。その結果、磁気センサが歯車の幅方向に正確に配置されていなくても、本発明に係る磁気センサにおいては、優れた磁界感度異方性のために、ブリッジ接続された一対のＧＭＲ素子からの出力の精度が良好になると考えられる。

また、後述する第２実験結果である図１０から分かるように、歯車の歯車ピッチが変化しても、高精度の正弦波状の信号を出力電圧として得ることができる。そして、後述する第４実験結果である図１２の実線で示すように、歯車ピッチが小さくなるほど、前記出力電圧のピーク間電圧差は小さくなる。しかし、図１４に示す従来の磁気センサを用いて、歯車の歯車ピッチを変化させた後述する第４実験結果では、図１２の破線で示すように、前記出力電圧のピーク間電圧差は、本発明による磁気センサの場合よりも常に小さい。特に、本発明の磁気センサによる出力電圧のピーク間電圧差は、歯車ピッチの小さな領域では、従来の磁気センサにおける出力電圧のピーク間電圧差の２倍よりも大きい。その結果、本発明によれば、歯車ピッチの小さな歯車の回転位置も高精度で検出することができる。

なお、本発明に係る磁気センサは、歯車以外の磁性体の移動の検出にも利用できる。ただし、この場合の出力は正弦波状には変化しない。また、本発明の磁気センサにおいては、磁界強度検知型の一対のＧＭＲ素子を同一に構成して平面内に配置すればよいので、例えば同一構成の一対のＧＭＲ素子を絶縁基板などの基体上に形成すればよく、磁気センサを簡単に構成できる。

また、本発明の他の特徴は、一対のＧＭＲ素子は、長手方向と短手方向の形状異方性を有し、かつ一対のＧＭＲ素子を、長手方向が前記第１直線に直交するように配置したことにある。これによれば、後述する図８の説明からも分かるように、長手方向が一対のＧＭＲ素子の中心を結ぶ直線に平行になるように配置した場合に比べて、優れた磁界感度異方性が得られ、大きな出力を得ることができる。

本発明の実施形態に係る磁気センサのチップパッケージ内の概略構成を示す平面図である。 図１の磁気センサにおけるセンサチップの拡大平面図である。 図１の磁気センサの斜視図である。 図１の磁気センサのブリッジ回路図である。 （A）は、ＧＭＲ素子に印加されるバイアス磁界を説明するために、一方のバイアス磁石のみを設けた図１に対応した磁気センサの平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の状態でＧＭＲ素子に印加されるバイアス磁界を示す図である。 （A）は、ＧＭＲ素子に印加されるバイアス磁界を説明するために、他方のバイアス磁石のみを設けた図１に対応した磁気センサの平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の状態でＧＭＲ素子に印加されるバイアス磁界を示す図である。 図１の磁気センサによる磁性体歯車の回転の検出状態を示す斜視図である。 印加磁界強度に対するＧＭＲ素子の抵抗値の変化特性を示すグラフである。 ブリッジ接続したＧＭＲ素子のバイアス磁界方向による磁界感度異方性を示すグラフである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、異なる歯車ピッチを有する３種類の磁性体歯車の回転を、図１の磁気センサにより検出した検出信号の波形図である。 （Ａ）（Ｂ）は、磁気センサの歯車の歯幅方向のずれに対する、図１の磁気センサ（本実施形態に係る磁気センサ）の出力電圧と、図１４の磁気センサ（比較例に係る従来の磁気センサ）の出力電圧との比較例を示す波形図である。 磁性体歯車の歯車ピッチに対する、図１の磁気センサ（本実施形態に係る磁気センサ）の出力値と、図１４の磁気センサ（比較例に係る従来の磁気センサ）の出力値との比較例を示すグラフである。 歯車以外の磁性体の移動の検出に磁気センサを適用した例を示す概略図である。 比較例に係る従来の磁気センサのチップパッケージ内の概略構成を示す平面図である。 図１４の磁気センサによる磁性体歯車の回転の検出状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、実施形態に係る磁気センサのチップパッケージ１０内の概略構成を示す平面図である。図２は図１の磁気センサにおけるセンサチップ２０の拡大平面図であり、図３は図１の磁気センサの斜視図である。なお、本明細書においては、図１の上下方向を磁気センサの前後方向（図１の下側を磁気センサの前側、図１の上側を磁気センサの後側）とし、図１の左右方向を磁気センサの左右方向とし、かつ図１における紙面の表裏方向を磁気センサの上下方向として説明する。

チップパッケージ１０は、エポキシ樹脂により、直方体状に構成されている。チップパッケージ１０内には、チップパッケージ１０の上下方向のほぼ中央位置にて上下面に平行にして、薄板状に非磁性の導電体材料（例えば、銅板）で形成されたアイランド部１１、突出部１２ａ，１２ｂ及びリードフレーム部１３ａ〜１３ｄが組み込まれている。チップパッケージ１０の厚みは、１．０ｍｍである。

アイランド部１１は、平面視で長方形状に構成され、チップパッケージ１０の左右方向の中央位置かつ前後方向の若干後方位置に配置されている。アイランド部１１の左右辺及び前後辺は、チップパッケージ１０の左右辺及び前後辺とそれぞれ平行である。突出部１２ａ，１２ｂは、平面視で鉤型形状にアイランド部１１と一体形成され、内側端部の後端をアイランド部１１の前端にそれぞれ接続させ、外側端部の前端をチップパッケージ１０の前面から突出させている。なお、突出部１２ａ，１２ｂは、アイランド部１１の周囲にエポキシ樹脂を流し込んで、アイランド部１１、突出部１２ａ，１２ｂ及びリードフレーム部１３ａ〜１３ｄをチップパッケージ１０内に固定する際に、アイランド部１１を支持するために設けられている。リードフレーム部１３ａ〜１３ｄも、平面視で鉤型形状を有し、それらの前端部をアイランド部１１の前部近傍に位置させ、それらの後端部をチップパッケージ１０の後面から突出させている。

アイランド部１１の前部上面には、センサチップ２０が固定されている。センサチップ２０は、シリコン、ガラス、セラミック等の絶縁体材料で長方形の板状に構成された絶縁基板２１を備えている。絶縁基板２１は、本実施形態では、前後方向の長さＬ１が１．０５mmに設定され、左右方向の長さＬ２がそれぞれ１．８mmに設定され、厚みが０．２５mmに設定されている。この絶縁基板２１は、その左右辺及び前後辺をチップパッケージ１０の左右辺及び前後辺とそれぞれ平行にして、ダイボンド材によりアイランド部１１の上面に固着されている。

絶縁基板２１の上面には、ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）２２ａ〜２２ｄ及び電極２３ａ〜２３ｄが配置されている。ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄは、Ａｇ−ＦｅＣｏからなる線状のグラニュラ薄膜で構成されており、絶縁基板２１の上面上にスパッタリング法を用いてグラニュラ薄膜を成膜することにより、絶縁基板２１上に形成されている。ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄは絶縁基板２１の上面における左側かつ前側部分に設けた長方形領域２１ａに成膜され、ＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃは絶縁基板２１の上面における右側かつ前側部分に設けた長方形領域２１ｂに成膜されている。長方形領域２１ａ，２１ｂの形状及び大きさは同じであり、前後方向の長さを左右方向の長さよりも大きくしている。長方形領域２１ａ，２１ｂの左右辺は絶縁基板２１及びチップパッケージ１０の左右辺とそれぞれ平行であるとともに、長方形領域２１ａ，２１ｂの前後辺は絶縁基板２１及びチップパッケージ１０の前後辺とそれぞれ平行である。また、長方形領域２１ａ，２１ｂの前後方向の位置は同じであり、すなわち長方形領域２１ａ，２１ｂの前辺から絶縁基板２１及びチップパッケージ１０の前辺までの距離は同じであり、長方形領域２１ａ，２１ｂは絶縁基板２１の左右方向の中心線ＣＬ１に対して左右対称に位置する。これらの長方形領域２１ａ，２１ｂにおいては、本実施形態では、前後方向の長さＬ３が０．４８２５mmに設定され、左右方向の長さＬ４が０．３mmに設定されている。また、長方形領域２１ａの右端から長方形領域２１ｂの左端までの長さＬ５は、本実施形態では０．９２mmに設定されている。そして、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄの中心とＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃの中心との間の距離Ｌ６は、１．２２mmである。

ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄは、長方形領域２１ａ上に、長手方向を前後方向にするとともに短手方向を左右方向にして、それぞれ複数の折り返し部がある線状に形成されている。より具体的には、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄは、長方形領域にて、前後方向に一直線状に一定長さ（長さＬ３よりも若干短い長さ）延設させた後に折り返して、前記一直線状に延びた前端部又は後端部を湾曲させて若干長さだけ左右方向に延設して、さらに前記一直線状に延設させた方向と反対方向に一直線状に延設することを繰返す。

また、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄは、隣合う線状部分の左右方向の間隔を大きくした部分と、隣合う線状部分の左右方向の間隔を小さくした部分とを有するように、折り返して構成されている。そして、ＧＭＲ素子２２ａにおける隣合う線状部分の左右方向の間隔を大きくした部分に、ＧＭＲ素子２２ｄにおける隣合う線状部分の左右方向の間隔を小さくした部分を侵入させるとともに、ＧＭＲ素子２２ｄにおける隣合う線状部分の左右方向の間隔を大きくした部分に、ＧＭＲ素子２２ａにおける隣合う線状部分の左右方向の間隔を小さくした部分を侵入させる。なお、これらのＧＭＲ素子２２ａ，２２ｂの折り返し回数は、例えば、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄの前後方向に延設された直線部分の本数が１７本となるように設定されている。

ＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃは、長方形領域２１ｂ上に、長手方向を前後方向にするとともに短手方向を左右方向にして、それぞれ複数の折り返し部がある線状に形成されている。ＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃも、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄと同様に構成されている。そして、ＧＭＲ素子２２ｂは、前記中心線ＣＬ１に対して、ＧＭＲ素子２２ａと左右対称になるように配置されている。また、ＧＭＲ素子２２ｃは、前記中心線ＣＬ１に対して、ＧＭＲ素子２２ｄと左右対称になるように配置されている。

電極２３ａ〜２３ｄは、薄板状に非磁性の導電体材料（例えば、アルミニウム）で、絶縁基板２１上に平面視で正方形状にパターン形成されている。電極２３ａはＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃの後方に位置し、電極２３ｂはＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄの後方に位置する。電極２３ａ，２３ｂは、前記中心線ＣＬ１に対して左右対称に配置されている。電極２３ｃはＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃの左方であって前記中心線ＣＬ１とＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃの間に位置し、電極２３ｄはＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄの右方であって前記中心線ＣＬ１とＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄの間に位置する。電極２３ｃ，２３ｄは、前記中心線ＣＬ１に対して左右対称に配置されている。

また、絶縁基板２１上には、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄと電極２３ａ〜２３ｄとをそれぞれ電気接続するための配線パターン２４が形成されている。この配線パターン２４も、薄板状の非磁性の導電体材料（例えば、アルミニウム）で構成されている。ＧＭＲ素子２２ａの一端（右上端）は配線パターン２４により電極２３ａに電気接続され、ＧＭＲ素子２２ａの他端（左下端）は配線パターン２４により電極２３ｃに接続されている。ＧＭＲ素子２２ｂの一端（右下端）は配線パターン２４により電極２３ｂに電気接続され、ＧＭＲ素子２２ｂの他端（左上端）は配線パターン２４により電極２３ｃに接続されている。これにより、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｂはハーフブリッジ接続されている。また、ＧＭＲ素子２２ｃの一端（左上端）は配線パターン２４により電極２３ａに電気接続され、ＧＭＲ素子２２ｃの他端（右下端）は配線パターン２４により電極２３ｄに接続されている。ＧＭＲ素子２２ｄの一端（左下端）は配線パターン２４により電極２３ｂに電気接続され、ＧＭＲ素子２２ｄの他端（右上端）は配線パターン２４により電極２３ｄに接続されている。これにより、ＧＭＲ素子２２ｃ，２２ｄもハーフブリッジ接続されている。

電極２３ａ〜２３ｄは、導電線（例えば、金線）からなるワイヤ１４ａ〜１４ｄを介して、リードフレーム部１３ａ〜１３ｄにそれぞれ電気接続されている。リードフレーム部１３ａには外部に設けた電気回路装置から電圧Ｖが供給され、リードフレーム部１３ｂは前記電気回路装置により接地されている。リードフレーム１３ｃ，１３ｄは、前記電気回路装置に電圧Ｖo1，Ｖo2をそれぞれ出力する。これにより、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄは図４に示すように、フルブリッジ回路を構成している。また、前記電気回路装置は差動増幅器２５を備えており、差動増幅器２５は出力電圧Ｖo1，Ｖo2の差分電圧を出力する。

チップパッケージ１０の下面には、永久磁石である直方体の一対のバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂの上面がダイボンド材により固着されている。一対のバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂは、本実施形態では、ネオジウムと鉄を主原料としたネオジウム磁石からなり、同一の形状及び寸法を有する同一の永久磁石である。バイアス磁石３０Ａ，３０Ｂの上面及び下面の長辺及び短辺の長さＬ７，Ｌ８がそれぞれ３mm、２mmに設定され、厚み（高さ）Ｌ９が３mmにそれぞれ設定されている。また、バイアス磁石３０Ａ，３０Ｂは、厚み方向を２等分する面を境界として分極されて境界面に対して垂直方向に２極に着磁されており、上側がＮ極になっているとともに、下側がＳ極になっている。

そして、バイアス磁石３０Ａ，３０Ｂは、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄとＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃの中心を通る中心線ＣＬ２と前記中心線ＣＬ１との交点位置Ｏ１（すなわちＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄとＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃの中心間の中央位置Ｏ１）を挟んで、０．６ｍｍ隔てて平行、かつ上面の長辺を中心線ＣＬ２に対して３０度傾けて配置されている。なお、バイアス磁石３０Ａ，３０Ｂの上面の各長辺は平行であるが、バイアス磁石３０Ａの上面の長辺はバイアス磁石３０Ｂの上面の長辺に対して図１の左下方向にずれており、バイアス磁石３０Ａの上面の図示右上側の長辺の中央位置はＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄの中心位置付近に対向しており、バイアス磁石３０Ｂの上面の図示左下側の長辺の中央位置はＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃの中心位置付近に対向している。

このバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂの配置について詳しく説明すると、一対のバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂは、チップパッケージ１０に固着された各上面が、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄが配置された平面に対してそれぞれ同一距離だけ隔ててそれぞれ平行に対向するとともに、前記平面内にて所定の距離だけ隔てて上面の各長辺を平行に延設させるように配置されている。バイアス磁石３０Ａ，３０Ｂの上面からＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄが配置された平面までの距離は０．７mmである。そして、バイアス磁石３０Ａ，３０Ｂの各上面における各２つの長辺間の２つの中心線ＣＬ３Ａ，ＣＬ３Ｂは、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄに対向する平面内にて、中心線ＣＬ２に対して３０度それぞれ傾いている。また、中心線ＣＬ２上であってＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの中心間の中点Ｏ１は中心線ＣＬ３Ａ，ＣＬ３Ｂ間の中心線上の所定位置に対向している。すなわち、中点Ｏ１からバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂの各上面における中点Ｏ１側の各長辺までの距離（並びにバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂの各上面における各２つの長辺間の２つの中心線までの距離、及びバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂの各上面における中点Ｏ１側とは反対側の各長辺までの距離）は同じである。

そして、前記構成により、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄ及びＧＭＲ素子２２ｂ、２２ｃに対して、図１に太い矢印で示すように、中心線ＣＬ１の方向に反対向きの等しい強度のバイアス磁界がそれぞれ印加されるようになっている。この点について、図５及び図６を用いて説明する。図５（Ａ）は、バイアス磁石３０Ｂを省略して、バイアス磁石３０Ａのみを設けた状態を示している。この状態では、図５（Ｂ）に示すように、バイアス磁石３０Ａからの磁界により、ＧＭＲ２２ａ，２２ｄには中心線ＣＬ２に対して６０度傾いて図示右上方向を向いたバイアス磁界Ｈ１Ａが印加され、ＧＭＲ２２ｂ，２２ｃには中心線ＣＬ２に対して６０度より小さい角度（例えば、４０度程度）傾いて図示右上方向を向いたバイアス磁界Ｈ２Ａが印加される。

また、図６（Ａ）は、バイアス磁石３０Ａを省略して、バイアス磁石３０Ｂのみを設けた状態を示している。この状態では、図６（Ｂ）に示すように、バイアス磁石３０Ｂからの磁界により、ＧＭＲ２２ｂ，２２ｃには中心線ＣＬ２に対して、前記バイアス磁界Ｈ１Ａと同じである６０度傾いて図示左下方向を向いたバイアス磁界Ｈ２Ｂが印加され、ＧＭＲ２２ａ、２２ｄには中心線ＣＬ２に対して、前記バイアス磁界Ｈ２Ａと同一角度である６０度より小さい角度（例えば、４０度程度）傾いて図示左下方向を向いたバイアス磁界Ｈ１Ｂが印加される。この場合、バイアス磁界Ｈ１Ａとバイアス磁界Ｈ２Ｂとは反対方向であるが、それらの磁界強度は等しい。また、バイアス磁界Ｈ２Ａとバイアス磁界Ｈ１Ｂとは反対方向であるが、それらの磁界強度は等しい。

そして、実際には、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄには、バイアス磁界Ｈ１Ａとバイアス磁界Ｈ１Ｂとを合成したバイアス磁界が印加されることになる。また、ＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃには、バイアス磁界Ｈ２Ａとバイアス磁界Ｈ２Ｂとを合成したバイアス磁界が印加されることになる。この場合、バイアス磁石３０Ａ，３０Ｂの形状及び大きさ、並びにバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂの中心線ＣＬ２に対する傾き角度などにより変わるが、本実施形態の場合、バイアス磁界Ｈ１Ａの中心線ＣＬ２の方向の磁界成分ｘ１ａの大きさと、バイアス磁界Ｈ１Ｂの中心線ＣＬ２の方向の磁界成分ｘ１ｂの大きさとが一致し、かつバイアス磁界Ｈ２Ａの中心線ＣＬ２の方向の磁界成分ｘ２ａの大きさと、バイアス磁界Ｈ２Ｂの中心線ＣＬ２の方向の磁界成分ｘ２ｂの大きさとが一致するように調整されている。なお、これらの一致を実現できない場合には、バイアス磁石３０Ａ，３０Ｂの形状及び大きさ、及びバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂの中心線ＣＬ２に対する傾き角度などを調整して、前記一致を実現すればよい。

磁界成分ｘ１ａ，ｘ１ｂの方向は反対であるので、磁界成分ｘ１ａ，ｘ１ｂの大きさの一致により、磁界成分ｘ１ａ，ｘ１ｂは互いに打ち消し合って、ＧＭＲ素子２２ａ,２２ｄに対するバイアス磁石３０Ａ,３０Ｂによる中心線ＣＬ２の方向の磁界成分が相殺されて、ＧＭＲ素子２２ａ,２２ｄには中心線ＣＬ２の方向のバイアス磁界が印加されない。また、磁界成分ｘ２ａ，ｘ２ｂの方向は反対であるので、磁界成分ｘ２ａ，ｘ２ｂの大きさの一致により、磁界成分ｘ２ａ，ｘ２ｂは互いに打ち消し合って、ＧＭＲ素子２２ｂ、２２ｃに対するバイアス磁石３０Ａ,３０Ｂによる中心線ＣＬ２の方向の磁界成分が相殺されて、ＧＭＲ素子２２ｂ,２２ｃには中心線ＣＬ２の方向のバイアス磁界が印加されない。

一方、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄに印加される中心線ＣＬ２と直交する方向へのバイアス磁界は、磁界成分ｙ１ａと磁界成分ｙ１ｂとを合成したものであり、磁界成分ｙ１ａの磁界強度は磁界成分ｙ１ｂの磁界強度よりも大きいので、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄには図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）の上方向を向いたバイアス磁界が印加される。また、ＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃに印加される中心線ＣＬ２と直交する方向へのバイアス磁界は、磁界成分ｙ２ａと磁界成分ｙ２ｂとを合成したものであり、磁界成分ｙ２ｂの磁界強度は磁界成分ｙ２ａの磁界強度よりも大きいので、ＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃには図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）の下方向を向いたバイアス磁界が印加される。そして、磁界成分ｙ１ａの磁界強度は磁界成分ｙ２ｂの磁界強度に等しく、かつ磁界成分ｙ２ａの磁界強度は磁界成分ｙ１ｂの磁界強度に等しい。したがって、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄとＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃとには、中心線ＣＬ２に直交する方向であって反対方向に等しい強度のバイアス磁界が印加されることになる（図１参照）。

前記のように構成した磁気センサは次のようにして製造される。まず、電極２３ａ〜２３ｄ及び配線パターン２４を、絶縁基板２１上にパターン形成する。そして、絶縁基板２１の上面上にスパッタリング法を用いてグラニュラ薄膜を成膜することにより、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄを形成する。なお、前記とは逆に、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄを形成した後に、電極２３ａ〜２３ｄ及び配線パターン２４を形成してもよい。これにより、絶縁基板２１上にＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄ、電極２３ａ〜２３ｄ及び配線パターン２４を設けたセンサチップ２０が完成する。

次に、アイランド部１１、突出部１２ａ，１２ｂ及びリードフレーム部１３ａ〜１３ｄを図１に示す位置に配置し、アイランド部１１部の上面上に絶縁基板２１の下面をダイボンド材により接着することにより、アイランド部１１上にセンサチップ２０を固着する。なお、この場合も、前記とは逆に、アイランド部１１上にセンサチップ２０を固着した後に、アイランド部１１、突出部１２ａ，１２ｂ及びリードフレーム部１３ａ〜１３ｄを図１に示す位置に配置してもよい。次に、電極２３ａ〜２３ｄとリードフレーム部１３ａ〜１３ｄにワイヤ１４ａ〜１４ｄの両端をそれぞれワイヤボンディング（超音波加熱接続）により接続して、電極２３ａ〜２３ｄとリードフレーム部１３ａ〜１３ｄとをワイヤ１４ａ〜１４ｄを介して電気接続する。

その後、エポキシ樹脂を用いて、センサチップ２０、アイランド部１１、突出部１２ａ，１２ｂの後部、リードフレーム部１３ａ〜１３ｄの前部、及びワイヤ１４ａ〜１４ｄを内部に収容するとともに、突出部１２ａ，１２ｂの前部及びリードフレーム部１３ａ〜１３ｄの後部を突出させたチップパッケージ１０をモールド成型する。次に、チップパッケージ１０の下面に、事前に着磁したバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂの上面をダイボンド材により接着することにより、チップパッケージ１０及びバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂが一体となった磁気センサが完成する。

このようにして製造される磁気センサにおいては、電極２３ａ〜２３ｄ及び配線パターン２４を絶縁基板２１上にパターン形成するとともに、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄを絶縁基板２１上にグラニュラ薄膜を成膜形成するだけで、センサチップ２０が製造される。そして、センサチップ２０をアイランド部１１に固着するとともに、電極２３ａ〜２３ｄとリードフレーム部１３ａ〜１３ｄとをワイヤ１４ａ〜１４ｄにより電気接続し、かつモールド成型によりセンサチップ２０、アイランド部１１、突出部１２ａ，１２ｂ、リードフレーム部１３ａ〜１３ｄ及びワイヤ１４ａ〜１４ｄを含むチップパッケージ１０が製造される。そして、チップパッケージ１０にバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂを固着するだけで磁気センサが完成するので、磁気センサを簡単に製造できる。

次に、このようにして製造された磁気センサを用いて磁性体である歯車４０の回転を検出する磁性体の移動検出装置について説明する。歯車４０は、図７に示すように、円形の外周面上にそれぞれ同じ形状及び大きさの方形状の凸部（歯）４１と凹部４２を交互に配置させている。歯車４０は磁性体材料で構成されていれば、種々の磁性体材料で種々の形状に構成され得る。また、歯車４０の形状に関しても、凸部４１及び凹部４２を有していれば、種々の形状に構成され得る。本実施形態の歯車４０は、Ｓ４５Ｃ鋼材インボリュート形状歯車である。なお、各種実験で用いられる本発明に関する歯車４０も、背景技術の項で説明した従来の歯車１４０も、Ｓ４５Ｃ鋼材インボリュート形状歯車である。

磁気センサは、チップパッケージ１０の上面が歯車４０の凸部４１の外周面に平行に対向し、かつチップパッケージ１０（センサチップ２０）の前後方向（図１の中心線ＣＬ１の方向）が歯車４０の回転方向（凸部４１の移動方向）に一致、すなわちＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの長手方向が歯車４０の回転方向に一致するように、図示しない固定部品により歯車４０に対して配置される。そして、この実施形態では、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの上表面から前記一つの凸部４１の外周面までの距離は０．８mmに設定されている。歯車４０の回転方向は、図１においてチップパッケージ１０の右側に矢印で示す方向であり、図７において歯車４０の下側に示す矢印の方向である。

このように磁気センサを歯車４０に対して配置した状態で、歯車４０を回転させると、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄをそれらの素子面に対して平行に通過する磁界と、ＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃをそれらの素子面に対して平行に通過する磁界は互いに反対方向であって、それらの磁界強度は、１８０度の位相差をもってそれぞれほぼ正弦波状に変化する。具体的には、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄをそれらの素子面に対して平行に通過する磁界であって歯車４０の回転方向と反対方向成分を有する磁界強度（この磁界強度を正の印加磁界強度とする）は、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄが隣合う２つの凸部４１の中間位置にあるとき正の所定強度であり、歯車４０の回転に従って前記正の所定強度から徐々に大きくなった後、小さくなって、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄが一つの凸部４１に対向する位置に来ると、ほぼ前記正の所定強度に戻る。歯車４０がさらに回転すると、前記正の印加磁界強度はほぼ前記正の所定値より徐々に小さくなった後、大きくなって、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄが隣合う２つの凸部４１の中間位置に来ると、前記正の所定強度に戻る。なお、前記正の印加磁界強度の変化は、ほぼ正弦波状である。

一方、ＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃをそれらの素子面に対して平行に通過する磁界であって歯車４０の回転方向と同一方向成分を有する磁界強度（この磁界強度を負の印加磁界強度とする）は、ＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃが隣合う２つの凸部４１の中間位置にあるとき負の所定強度であり、歯車４０の回転に従って前記負の所定強度から徐々に小さくなった後、大きくなって、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄが一つの凸部４１に対向する位置に来ると、ほぼ前記負の所定強度に戻る。歯車４０がさらに回転すると、前記負の印加磁界強度はほぼ前記負の所定強度より徐々に大きくなった後、小さくなって、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄが隣合う２つの凸部４１の中間位置に来ると、前記負の所定強度に戻る。なお、前記負の印加磁界強度の変化も、ほぼ正弦波状である。また、前記正の所定強度と前記負の所定強度の絶対値は等しい。

前記正の印加磁界強度の変化により、図８に実線で示す印加磁界強度に対するＧＭＲ素子の抵抗値の変化特性からも理解できるように、歯車４０が凸部４１の１ピッチ分だけ回転する時間を１周期として、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの抵抗値はほぼ正弦波状に変化する。そして、ＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃの抵抗値変化は、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄの抵抗値変化に対して、１８０度（歯車４０の凸部４１の１／２ピッチ）だけ位相を異ならせる。

したがって、図４に示す電気回路装置から、磁性体からなる歯車４０の回転を表し、凸部４１の１ピッチ分を１周期とする正弦波信号からなる、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すような出力電圧信号が取り出される。この場合、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄはフルブリッジ接続され、出力電圧Ｖo1，Ｖo2の差分電圧が差動増幅器２５から出力されるので、大きな振幅値を有する歯車４０の回転検出信号を得ることができる。

ここで、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの長手方向を中心線ＣＬ１の方向とする場合と、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの短手方向を中心線ＣＬ１の方向とする場合とについて説明しておく。図８の実線は、ＧＭＲ素子の長手方向を磁界の印加方向としたときにおける、印加磁界強度に対するＧＭＲ素子の抵抗値の変化特性を示す一般的なグラフである。図８の破線は、ＧＭＲ素子の短手方向を磁界の印加方向としたときにおける、印加磁界強度に対するＧＭＲ素子の抵抗値の変化特性を示す一般的なグラフである。すなわち、磁界感度異方性に関しては、前記長手方向を磁界の印加方向とする場合の方が、前記短手方向を磁界の印加方向とする場合よりも、印加磁界強度に対するＧＭＲ素子の抵抗値の変化が大きくなり、大きな出力電圧が得られる。したがって、上記実施形態のように、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの長手方向を中心線ＣＬ１の方向とすることが、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの短手方向を中心線ＣＬ１の方向とすることよりも好ましい。すなわち、上記実施形態のように、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの長手方向が歯車４０の回転方向に一致するように、磁気センサを歯車４０に対して配置することが好ましい。その結果、上記実施形態の歯車４０の回転検出においては、振幅の大きくかつ高精度な正弦波状の出力電圧を得ることができる。

次に、上記実施形態の磁気センサを用いた歯車４０の回転検出による効果について、実験結果に基づいて説明する。

ａ１．第１実験
まず、チップパッケージ１０にバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂを固着した上記実施形態の磁気センサに外部磁界を印加して、上記電気回路装置の差動増幅器２５の出力電圧（差分電圧）を測定した。この場合、外部磁界の印加方向を中心線ＣＬ１（図１参照）の方向すなわちＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの長手方向にして、磁界強度を正負に変化させてＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄに外部磁界を印加した。なお、この外部磁界の方向は、図１に矢印で示す歯車４０の回転方向と反対方向（図１の上方向）を正方向として、前記回転方向（図１の下方向）を負方向とする。具体的には、外部磁界強度を、０KA/mから約２２KA/mまで徐々に上昇させた後に、約−２２KA/mまで徐々に下降させ、その後に０KA/mまで上昇させた。なお、この外部磁界の印加は、上述した歯車４０の回転によるＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄに対する印加磁界の変化に対応する。

そして、外部磁界強度の所定値ずつの変化ごとに、差動増幅器２５の出力電圧値を測定した。この測定結果を図９のグラフに実線で示す。これによれば、広動作磁界範囲で、高いリニア特性を有し、ヒステリシスの無い出力特性が得られたことが分かる。

次に、前記測定と同じ上記実施形態の磁気センサを用いて、外部磁界の印加方向を中心線ＣＬ２（図１参照）の方向すなわちＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの短手方向に、磁界強度を正負に変化させてＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄに外部磁界を印加した。なお、この外部磁界の方向は、図１の左方向を正方向として、図１の右方向を負方向とする。そして、外部磁界強度を、前記場合と同様に、０KA/mから約２２KA/mまで徐々に上昇させた後に、約−２２KA/mまで徐々に下降させ、その後に０KA/mまで上昇させた。

そして、外部磁界強度の所定値ずつの変化ごとに、差動増幅器２５の出力電圧値を測定した。この測定結果を図９のグラフに破線で示す。この場合、出力電圧値の変化はほぼ「０」である。これは、バイアス磁石３０Ａ，３０ＢによってＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄとＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃとに印加されているバイアス磁界におけるＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの短手方向の磁界成分は相殺されており、ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄとＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃとにそれぞれ印加される外部磁界は常に同じであるからである。

このように、中心線ＣＬ１の方向（ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの長手方向）の外部磁界が変化した場合には、広動作磁界範囲で、高いリニア特性を有し、ヒステリシスの無い出力電圧が得られる。そして、中心線ＣＬ２の方向（ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの短手方向）の外部磁界が変化した場合には、出力電圧が得られない。その結果、この第１実験結果から、上記実施形態の磁気センサは優れた磁界感度異方性をもつことが確認される。

ａ２．第２実験
次に、歯車ピッチの異なる３種類の歯車４０に対して、上記実施形態のように磁気センサをそれぞれ配置して、歯車４０を回転させて出力電圧をそれぞれ測定した。なお、３種類の歯車４０はいずれも、Ｓ４５Ｃ鋼材インボリュート形状歯車である。また、ここで言う歯車ピッチとは、隣合う２つの凸部４１の回転方向幅の中心と歯車４０の回転中心を結ぶ２つの直線が前記隣合う凸部４１の外周面と交差する２点間の円周方向の長さ、すなわち直線距離ではなく前記２点間の円弧の長さである。また、次の図１０のおける電気角とは、１歯車ピッチを３６０度に対応させたものである。

図１０（Ａ）は、歯車ピッチが１．５７mmであり、歯幅が５mmである歯車４０を用いた場合の測定結果である。図１０（Ｂ）は、歯車ピッチが２．５１mmであり、歯幅が８mmである歯車４０を用いた場合の測定結果である。図１０（Ｃ）は、歯車ピッチが３．１４mmであり、歯幅が１０mmである歯車４０を用いた場合の測定結果である。図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）においては、測定結果である出力電圧の変化を実線で示し、出力電圧波形と正弦波形との比較のために正弦波形を破線で示している。

この第２実験結果によれば、歯車ピッチが小さくなると、出力電圧の振幅値は低下するものの、いずれの場合でも、出力電圧はほぼ正弦波状に変化する。その結果、上記実施形態のように構成した磁気センサを用いて、上記実施形態のように歯車４０に対して磁気センサを配置すれば、歯車ピッチが変化しても、高精度の正弦波信号を出力電圧として得ることができ、歯車４０の回転位置を高精度で検出することができる。

ａ３．第３実験
次に、上記実施形態の磁気センサと、従来の磁気センサとを用いて、両磁気センサを歯車４０（１４０）の歯幅方向にずらして位置させ、歯車４０（１４０）を回転させて出力電圧をそれぞれ測定した。従来の磁気センサは、図１４及び図１５を用いて背景技術の項で説明したものであり、次の点を除いて、上記実施形態の磁気センサとは全く同じである。第１の異なる点は、チップパッケージ１１０の厚みが１．５mmであり、かつセンサチップ１２０の厚みが０．４mmであって、バイアス磁石１３０の上面から一対のＧＭＲ素子１２２ａ，１２２ｂが配置された平面までの距離は１mmである。第２の異なる点は、上述したように、直方体であるバイアス磁石１３０は一つのみであり、その中心線ＣＬ１３を中心線ＣＬ１１，ＣＬ１２に対して４５度傾けて、その中心位置を中心線ＣＬ１１，ＣＬ１２の交点Ｏ１１と対向させている。このバイアス磁石１３０においては、図１４に示す長辺の長さＬ１１は７mmであり、短辺の長さＬ１２，Ｌ１３は３mmである。また、この場合も、両歯車４０，１４０は、それぞれＳ４５Ｃ鋼材インボリュート形状歯車で構成され、歯車ピッチが２．５１mmであり、歯幅が８mmである。歯車４０，１４０の外周面から一対のＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄ，１２２ａ〜１２２ｄが配置された平面までの距離はそれぞれ０．８mmである。

そして、両磁気センサの各中心線ＣＬ１、ＣＬ１１（ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄ，１２２ａ，１２２ｄとＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃ，１２２ｂ，１２２ｃとの間の各中央位置Ｏ１，Ｏ１１）を、歯車４０，１４０の幅方向中心に位置させた状態及び前記幅方向中心から左右に所定距離だけずらした状態で、歯車４０，１４０をそれぞれ回転させて出力電圧をそれぞれ測定した。図１１（Ａ）は、上記実施形態の磁気センサの測定結果であり、上述した電気角に対する出力電圧値の変化を示している。図１１（Ｂ）は、上記従来例の磁気センサの測定結果であり、図１１（Ａ）と同様に、上述した電気角に対する出力電圧値の変化を示している。図１１（Ａ）（Ｂ）においては、各中心線ＣＬ１，ＣＬ１１が歯車４０，１４０の幅方向中心にある場合（±０mm）を実線で表している。なお、以下の説明では、この場合を、オフセット量が±０mmであるとする。また、各中心線ＣＬ１、ＣＬ１１が歯車４０，１４０の幅方向中心から左右に１mm（±１mm）、２mm（±２mm）、３mm（±３mm）ずれている場合を、破線、一点鎖線及び二点鎖線でそれぞれ示している。なお、これらの場合を、オフセット量が１mm（±１mm）、２mm（±２mm）、３mm（±３mm）であるとして以下では説明する。このずれ量の表示においては、前記各中心線ＣＬ１，ＣＬ１１が歯車４０，１４０の幅方向中心から左方向にずれている場合を正として、前記各中心線ＣＬ１，ＣＬ１１が歯車４０，１４０の幅方向中心から右方向にずれている場合を負としている。そして、図１１（Ａ）（Ｂ）においては、実線の上側にある出力電圧波形が正（前記左方向ずらし）のずれ量の場合を示しており、実線の下側にある出力電圧波形が負（前記右方向ずらし）のずれ量の場合を示している。

この第３実験によれば、従来の磁気センサにおいては、オフセット量が±０mmであれば、出力電圧波形は「０」を中心に正負に正弦波状に変化する（図１１（Ｂ）の実線参照）。しかし、オフセット量が＋１mm、＋２mm、＋３mmであれば、出力電圧波形は、前記オフセット量が「０」の場合の出力電圧波形に対して、正側にずれる。そして、オフセット量が大きくなるに従って、正側へのずれ量は大きくなる（図１１（Ｂ）の破線、一点鎖線及び二点鎖線参照）。また、オフセット量が−１mm、−２mm、−３mmであれば、出力電圧波形は、前記オフセット量が「０」の場合の出力電圧波形に対して、負側にずれる。そして、オフセット量の絶対値が大きくなるに従って、負側へのずれ量は大きくなる（図１１（Ｂ）の破線、一点鎖線及び二点鎖線参照）。このことは、オフセット量の絶対値が大きくなるに従って、出力電圧波形の正負のずれ量が大きくなることを意味する。

一方、上記実施形態の磁気センサにおいては、オフセット量が±０mmであれば、出力電圧波形は「０」を中心に正負に正弦波状に変化する（図１１（Ａ）の実線参照）。そして、オフセット量が＋１mm、＋２mm、＋３mmであれば、出力電圧波形は、前記オフセット量が「０」の場合の出力電圧波形に対して若干量だけ正側にずれる。そして、この場合も、オフセット量が大きくなるに従って、正側へのずれ量は大きくなる（図１１（Ａ）の破線、一点鎖線及び二点鎖線参照）。また、オフセット量が−１mm、−２mm、−３mmであれば、出力電圧波形は、前記オフセット量が「０」の場合の出力電圧波形に対して、若干量だけ負側にずれる。そして、この場合も、オフセット量の絶対値が大きくなるに従って、負側へのずれ量は大きくなる（図１１（Ａ）の破線、一点鎖線及び二点鎖線参照）。しかし、これらの場合における出力電圧波形の正負側へのずれ量は、前記従来の磁気センサに比べれば極めて小さく、特に、オフセット量が±１mm、±２mmである場合の出力電圧波形は、オフセット量が±０mmである場合の出力電圧波形とほぼ同じである。なお、オフセット量が±３mmである場合の出力電圧波形は、オフセット量が±０mmである場合の出力電圧波形からは若干ずれるが、このずれ量は許容範囲内である。

したがって、上記実施形態の磁気センサによれば、歯車４０の幅方向に正確に配置されていなくても、すなわちＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄとＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃの中心間の中点Ｏ１が歯車４０の幅方向の中央位置からずれていても、磁気センサの出力電圧波形は大きく変動することなく、磁気センサからの出力の精度が良好になる。この磁気センサからの出力の精度が良好になる理由について考察すると、次の点が考えられる。上記実施形態に係る磁気センサにおいては、磁気センサを歯車４０に対向させていない状態においては、バイアス磁石３０Ａ，３０Ｂによる中心線ＣＬ２の方向へのバイアス磁界は相殺され、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄには、バイアス磁石３０Ａ，３０Ｂによる中心線ＣＬ１へのバイアス磁界のみが印加されている。すなわち、上記実施形態に係る磁気センサは、優れた磁界感度異方性をもつ。そして、磁気センサを歯車４０の幅方向にずらして対向させた場合には、前記中心線ＣＬ１の方向へのバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂによるバイアス磁界は、前記中心線ＣＬ１の方向から傾くが、その傾き量は小さく、また一対のＧＭＲ素子に対して同程度となる。したがって、磁気センサの歯車４０の幅方向のずれがあっても、バイアス磁石３０Ａ，３０Ｂによる中心線ＣＬ２の方向へのバイアス磁界に対する、磁気センサの歯車の幅方向へのずれによる影響は極めて小さい。すなわち、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄは、優れた磁界感度異方性のために、中心線ＣＬ２の方向には同程度のバイアス磁界しか印加されず、中心線ＣＬ２の方向のバイアス磁界の影響を受け難いためであると考えられる。

また、図１１（Ａ）（Ｂ）から分かるように、上記実施形態の磁気センサの出力電圧のピーク間電圧差は、従来の磁気センサの出力電圧のピーク間電圧差に比べて大きい。したがって、上記実施形態の磁気センサの出力は、従来の磁気センサの出力よりも向上していることも確認される。

ａ４．第４実験
次に、上記実施形態の磁気センサと、従来の磁気センサとを用いて、歯車ピッチの異なる歯車４０，１４０をそれぞれ回転させて出力電圧をそれぞれ測定した。従来の磁気センサは、上記第３実験の場合と同じ磁気センサである。この場合も、両歯車４０，１４０は、それぞれＳ４５Ｃ鋼材インボリュート形状歯車で構成され、一対のＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄ，１２２ａ〜１２２ｄが配置された平面までの距離はそれぞれ０．８mmであり、かつ歯車４０，１４０に対するオフセット量はそれぞれ±０mmである。

図１２は、上記実施形態の磁気センサの出力電圧のピーク間電圧差を実線で示し、従来の磁気センサの磁気センサの出力電圧ピーク間電圧差を破線で示している。この第４実験によれば、両ピーク間電圧差は、歯車４０，１４０の歯車ピッチが小さくなるに従ってそれぞれ小さくなる。しかし、本実施形態の磁気センサにおける出力電圧のピーク間電圧差は、従来の磁気センサにおける出力電圧のピーク間電圧差よりも常に大きい。また、本実施形態の磁気センサにおける出力電圧のピーク間電圧差の低下傾向は、従来の磁気センサにおける出力電圧のピーク間電圧差の低下傾向よりも少ない。そして、特に、本実施形態の磁気センサにおける出力電圧のピーク間電圧差は、歯車ピッチが１．５mm程度の小さな領域では、従来の磁気センサにおける出力電圧のピーク間電圧差の２倍よりも大きい。

したがって、上記実施形態の磁気センサによれば、上記従来の磁気センサによる場合に比べて、大きな出力電圧を得ることができる。特に、歯車ピッチが小さな領域で大きな出力電圧を得ることができる。

ｂ．変形例
上記実施形態においては、各種長さ及び距離Ｌ１〜Ｌ１１を所定の値に設定したが、この値は適宜変更され得る。また、上記実施形態においては、バイアス磁石３０Ａ，３０Ｂのチップパッケージ１０側をＮ極にして反対側をＳ極に磁化したが、このＮ極とＳ極を逆にしてもよい。また、上記実施形態では、アイランド部１１及び突出部１２ａ，１２ｂを、リードフレーム部１３ａ〜１３ｄと同様な非磁性の導電板で構成した。しかし、アイランド部１１及び突出部１２ａ，１２ｂは導電性を必要としないので、非磁性体であれば、導電性を有さない材料の薄板を用いてもよい。

また、上記実施形態においては、４個のＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄでフルブリッジ回路を構成し、フルブリッジ回路から正弦波状の出力信号を得て、歯車４０の回転を検出するようにした。しかし、出力値は小さくなるが、２個のＧＭＲ素子２２ａ，２２ｂ（又はＧＭＲ素子２２ｃ，２２ｄ）でハーフブリッジ回路を構成し、ハーフブリッジ回路から正弦波状の出力信号を得て、歯車４０の回転を検出するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、バイアス磁石３０Ａ，３０Ｂによるバイアス磁界の方向が歯車４０の中心線ＣＬ２に対して３０度だけ傾斜させるようにした。しかし、センサチップ２０におけるＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄとＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃに対して、中心線ＣＬ２の方向にバイアス磁界が印加されずに、中心線ＣＬ１の方向に反対向きのバイアス磁界が印加され、かつ歯車４０の回転によりＧＭＲ素子２２ａ，２２ｄとＧＭＲ素子２２ｂ，２２ｃとにおける磁界強度の逆方向の変化を得ることができれば、前記３０度の傾斜角度を異ならせてもよい。

また、上記実施形態においては、面内感磁素子である磁界強度検知型のＧＭＲ素子として、グラニュラ薄膜を用いたＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄを用いた。しかし、これに代えて、面内感磁素子である磁界強度検知型のＧＭＲ素子として、人工格子型のＧＭＲ素子を用いることができる。この人工格子型のＧＭＲ素子は、例えば、日本応用磁気学会誌Vol.15,No51991,P813〜821の「人工格子の磁気抵抗効果」と題する論文に記載されている数オングストロームから数十オングストロームの厚さの磁性層と非磁性層とを交互に積層させた積層体、いわゆる人工格子膜（(Ｆｅ／Ｃｒ)ｎ,(パーマロイ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ)ｎ,(Ｃｏ／Ｃｕ)ｎなど）で構成される。

また、上記実施形態では、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの長手方向を歯車４０の回転方向に一致させて、歯車４０の回転によりＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの長手方向の磁界強度を変化させるようにした。しかし、ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの短手方向を歯車４０の回転方向に一致させて、歯車４０の回転によりＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの短手方向の磁界強度を変化させてもよい。これによっても、振幅は多少減少するものの、歯車４０の回転に応じた正弦波状の出力信号を得ることができる。

また、上記実施形態では、ＧＭＲ素子として、グラニュラ薄膜を折り返しながら直線状に延設させたＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄを用いた。しかし、このＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄに代えて、渦巻き状のＧＭＲ素子を用いてもよい。この渦巻き状のＧＭＲ素子とは、絶縁基板上に、外側から内側に渦巻き状に線状のグラニュラ薄膜（又は人工格子膜）を延設させ、内側端から外側に渦巻き状に線状のグラニュラ薄膜（又は人工格子膜）を延設させたものである。

また、上記実施形態では、バイアス磁界印加手段として、永久磁石であるバイアス磁石３０Ａ，３０Ｂを用いているが、これに代えて磁気コイルを用い、磁気コイルに電流を流すことによりバイアス磁界を発生させてもよい。

また、上記実施形態では、磁気センサを磁性体からなる歯車４０の回転を検出する検出装置に適用した。しかし、上述した磁気センサは、歯車４０でなくても、図１３に示すように、磁性体からなる円盤状部材５０の外周面に凹凸を形成した一つ以上の凸部（歯）５１を有するような円盤状部材の回転の検出にも適用され得る。また、円盤状部材の外周面に一つ以上の凹部を有する円盤状部材の回転検出にも適用され得る。この場合も、上記実施形態の場合と同様に、凸部５１の外周面に対向させて上述した磁気センサを配置すればよい。さらには、回転体でなくても、磁性体からなり凸部（歯）又は凹部を有していて直線的に移動する移動体の検出にも、上述した磁気センサは適用され得る。この場合も、移動体の凹凸部に対向させて上述した磁気センサを配置すればよい。

１０…チップパッケージ、１１…アイランド部、１２ａ，１２ｂ…突出部、１３ａ〜１３ｄ…リードフレーム部、１４ａ〜１４ｄ…ワイヤ、２０…センサチップ、２１…絶縁基板、２２ａ〜２２ｄ…ＧＭＲ素子、２３ａ〜２３ｄ…電極、２４…配線パターン、２５…差動増幅器、３０Ａ，３０Ｂ…バイアス磁石、４０…歯車、５０…円盤状部材、５１…凸部

Claims (5)

1. 同一に構成されてブリッジ接続された磁界強度検知型の少なくとも一対のＧＭＲ素子と、
   前記一対のＧＭＲ素子に対してバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段とを備え、磁性体の移動を検出する磁気センサであって、
   前記一対のＧＭＲ素子を同一の平面内に所定間隔を隔てて配置し、かつ
   前記バイアス磁界印加手段を、直方体状であって長尺状にそれぞれ構成し、第１面をＮ極にそれぞれ磁化するとともに前記第１面の反対側の第２面をＳ極にそれぞれ磁化した一対の磁石で構成し、
   前記一対の磁石は、前記第１面又は前記第２面を、前記一対のＧＭＲ素子が配置された平面に対向させて配置され、
   前記一対の磁石による磁界成分であって、前記一対のＧＭＲ素子の中心を結ぶ第１直線の方向の磁界成分を互いに相殺させて、前記一対のＧＭＲ素子に対して前記第１直線の方向にバイアス磁界が印加されないようにし、かつ
   前記一対の磁石による磁界成分であって、前記第１直線に直交する第２直線の方向の磁界成分を合成させて、前記一対のＧＭＲ素子に対して前記第２直線の方向に反対向きの等しい強度のバイアス磁界が印加されるようにした磁気センサ。
2. 請求項１に記載した磁気センサにおいて、
   前記磁石は、永久磁石である、磁気センサ。
3. 請求項２に記載した磁気センサにおいて、
   前記一対の永久磁石は同一の構成であり、
   前記一対の永久磁石は、
   前記一対の永久磁石の前記第１面又は前記第２面が、前記一対のＧＭＲ素子が配置された平面に対してそれぞれ同一距離だけ隔ててそれぞれ平行に対向するとともに、前記一対のＧＭＲ素子に対向する平面内にて所定の距離だけ隔てて平行に延設されており、
   前記一対の永久磁石の前記第１面又は前記第２面における各２つの長辺間の２つの中心線が、前記一対のＧＭＲ素子に対向する平面内にて、前記第１直線に対して所定角度だけそれぞれ傾き、かつ
   前記第１直線上であって前記一対のＧＭＲ素子の中心間の中点が前記２つの中心線間の中心線上の所定位置に対向するように、
   配置されている磁気センサ。
4. 請求項１乃至３のうちのいずれか一つに記載の磁気センサにおいて、
   前記一対のＧＭＲ素子は、長手方向と短手方向の形状異方性を有し、かつ
   前記一対のＧＭＲ素子を、長手方向が前記第１直線に直交するように配置した磁気センサ。
5. 請求項１乃至４のうちのいずれか一つに記載の磁気センサにおいて、
   移動方向に対して直交する方向に延設された少なくとも１つの凸部又は凹部を有する磁性体の移動の検出に適用され、
   前記一対のＧＭＲ素子を、前記第１直線が前記磁性体の移動方向に直交するように配置した磁気センサ。

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