WO2014155886A1

WO2014155886A1 - 磁気センサ装置およびロータリエンコーダ

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Publication number: WO2014155886A1
Application number: PCT/JP2013/084906
Authority: WO
Inventors: 奥村宏克; 海老根徹; 小田切秀行; 常田晴弘; 川手浩
Original assignee: 日本電産サンキョー株式会社
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-10-02
Also published as: JP6151544B2; CN105074392A; JP2014194360A; KR20150135373A; CN105074392B

Abstract

　環境温度が変化しても安定した検出精度を得ることのできる磁気センサ装置、および当該磁気センサ装置を備えたロータリエンコーダを提供すること。磁気センサ装置１０では、磁気抵抗膜からなる感磁膜４１～４４が形成された基板４０に、チタン等からなる温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８が形成されている。このため、設定温度との温度差や温度変化を温度監視用抵抗膜４７の抵抗値によって監視し、その監視結果に基づいて加熱用抵抗膜４８に給電し、感磁膜４１～４４を設定温度にまで加熱することができる。従って、環境温度が変化しても安定した検出精度を得ることができる。

Description

磁気センサ装置およびロータリエンコーダ

　本発明は、基板に形成された感磁膜を利用した磁気センサ装置、および当該磁気センサ装置を備えたロータリエンコーダに関するものである。

　固定体に対する回転体の回転を検出するロータリエンコーダでは、例えば、回転体の側にマグネットを設け、固定体の側に磁気抵抗素子やホール素子を備えた磁気センサ装置が設けられる。かかる磁気センサ装置のうち、例えば、磁気抵抗素子を備えた磁気センサ装置では、基板の一方面に磁気抵抗膜からなる感磁膜が形成されており、感磁膜によって構成した２相（Ａ相およびＢ相）のブリッジ回路から出力された出力に基づいて、回転体の角度速度や角度位置等を検出する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－１１８０００号公報

　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。なお、磁気抵抗素子に用いられる磁気抵抗膜としてパーマロイを用いた場合、ＩｎＳｂやＩｎＡｓ等の半導体材料を用いた場合に比して温度に起因する抵抗変化が小さいが、それでも、温度が変化すると抵抗値が変動する。但し、感磁膜によってブリッジ回路を構成した場合、各感磁膜において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、基板に形成された感磁膜を利用した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、検出誤差が大きくなるという知見を得た。かかる原因は明確になっていないが、温度変化に伴う膨張収縮が基板等と感磁膜との間で相違することに起因する応力が各感磁膜によって異なることの影響や、基板に感磁膜を成膜した際の各感磁膜の膜質の差に起因するものと推測される。

　以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、環境温度が変化しても安定した検出精度を得ることのできる磁気センサ装置、および当該磁気センサ装置を備えたロータリエンコーダを提供することにある。

　上記の課題を解決するために、本発明に係る磁気センサ装置は、基板と、該基板に形成され、ブリッジ回路を構成する感磁膜を備えた感磁領域と、前記基板に形成された温度監視用抵抗膜と、前記基板に形成された加熱用抵抗膜と、を有することを特徴とする。

　本発明では、感磁膜が形成された基板に、温度監視用抵抗膜および加熱用抵抗膜が形成されている。このため、設定温度との温度差や温度変化を温度監視用抵抗膜の抵抗値によって監視し、その監視結果に基づいて加熱用抵抗膜に給電すれば、感磁膜を設定温度にまで加熱することができる。それ故、設定温度で高い精度が得られるように、感磁膜の抵抗バランスを設定しておけば、温度変化が発生しても安定した検出精度を得ることができる。

　本発明において、前記感磁膜、前記温度監視用抵抗膜、および前記加熱用抵抗膜は、前記基板の一方面側に形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、成膜等を基板の一方面側に対して行えばよいので、基板の両面を利用する場合に比して、製造しやすいという利点がある。

　本発明において、平面視で、前記加熱用抵抗膜は、前記感磁領域を囲む閉ループ状に形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、感磁領域全体を適正に加熱することができる。

　本発明において、前記温度監視用抵抗膜は、磁気抵抗効果を示さない導電膜であることが好ましい。かかる構成によれば、温度監視用抵抗膜に対する磁束密度が変化しても、温度を正確に監視することができる。

　本発明において、前記加熱用抵抗膜と前記感磁膜とは、前記基板の面内方向でずれた領域に形成されて平面視で重なっておらず、前記加熱用抵抗膜と前記温度監視用抵抗膜とは、前記基板の面内方向でずれた領域に形成されて平面視で重なっていないことが好ましい。かかる構成によれば、加熱用抵抗膜と感磁膜との短絡や、加熱用抵抗膜と温度監視用抵抗膜との短絡等を防止することができる。また、加熱用抵抗膜と感磁膜とが平面視で重なっていないので、感磁膜が局所的に加熱されることを防止することができる。また、加熱用抵抗膜と温度監視用抵抗膜とが重なっていないので、温度監視用抵抗膜が局部的に加熱されることがないので、加熱用抵抗膜に対する給電を適正に行うことができる。

　本発明において、平面視で、前記温度監視用抵抗膜は、前記加熱用抵抗膜と前記感磁領域との間に形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、温度監視用抵抗膜によって感磁領域の温度を適正に監視することができる。

　本発明において、前記感磁膜と前記加熱用抵抗膜とは、絶縁膜を介して別の層に形成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、感磁膜と加熱用抵抗膜とを種類が異なる膜によって形成するのに都合がよい。

　本発明において、前記感磁膜と前記温度監視用抵抗膜とは、絶縁膜を介して別の層に形成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、感磁膜と温度監視用抵抗膜とを種類が異なる膜によって形成するのに都合がよい。

　本発明において、前記温度監視用抵抗膜と前記加熱用抵抗膜とは、同一の層に形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、温度監視用抵抗膜と加熱用抵抗膜とを同一種類の膜によって構成するのに都合がよい。

　本発明において、前記感磁膜、前記温度監視用抵抗膜、および前記加熱用抵抗膜のうち、前記感磁膜は、最も前記基板側の層に形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、感磁膜を段差の少ない平坦面に形成することができる。それ故、感磁膜に不要な応力が加わることを防止することができる。

　本発明において、前記温度監視用抵抗膜の抵抗変化に基づいて前記加熱用抵抗膜への給電を制御する温度制御部を有することが好ましい。すなわち、温度制御部が磁気センサ装置に設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、温度制御部を別途、設ける必要がないという利点がある。

　本発明に係る磁気センサ装置は、例えばロータリエンコーダに用いられる。この場合、ロータリエンコーダは、前記基板に対向配置された着磁面がＮＳ一極着磁されたマグネットを有し、前記ブリッジ回路により得られたＡ相とＢ相の２相出力に基づいて、前記基板と前記マグネットとの相対的な角度位置を検出する。

　この場合、前記ブリッジ回路は、前記感磁膜によって前記着磁面の面内方向の磁界変化を検出した結果に基づいて前記２相出力を生成することが好ましい。

　本発明では、感磁膜が形成された基板に、温度監視用抵抗膜および加熱用抵抗膜が形成されている。このため、設定温度との温度差や温度変化を温度監視用抵抗膜の抵抗値によって監視し、その監視結果に基づいて加熱用抵抗膜に給電すれば、感磁膜を設定温度にまで加熱することができる。それ故、設定温度で高い精度が得られるように設定しておけば、温度変化が発生しても安定した検出精度を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置およびロータリエンコーダにおける原理を示す説明図である。本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置およびロータリエンコーダに用いた感磁素子の感磁膜（磁気抵抗膜）の電気的な接続構造の説明図である。本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置およびロータリエンコーダに用いた感磁素子の説明図である。本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置の制御部に構成した温度制御部の概略構成を示す説明図である。本発明の実施の形態２に係る磁気センサ装置およびロータリエンコーダに用いた感磁素子の説明図である。

１・・ロータリエンコーダ
２・・回転体
４・・感磁素子
４０・・基板
４１～４４・・感磁膜
４７・・温度監視用抵抗膜
４８・・加熱用抵抗膜

　以下に、図面を参照して、本発明を適用した磁気センサ装置、およびロータリエンコーダの実施の形態を説明する。なお、ロータリエンコーダにおいて、固定体に対する回転体の回転を検出するにあたっては、固定体にマグネットを設け、回転体に感磁素子を設けた構成、および固定体に感磁素子を設け、回転体にマグネットを設けた構成のいずれの構成を採用してもよいが、以下の説明では、固定体に磁気センサ装置を設け、回転体にマグネットを設けた構成を中心に説明する。

　［実施の形態１］
　図１は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置１０およびロータリエンコーダ１における原理を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は感磁素子４等に対する信号処理系の説明図、感磁素子４から出力される信号の説明図、およびかかる信号と回転体２の角度位置（電気角）との関係を示す説明図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置１０およびロータリエンコーダ１に用いた感磁素子４の感磁膜４１～４４（磁気抵抗膜）の電気的な接続構造の説明図である。

　図１に示すロータリエンコーダ１は、固定体（図示せず）に対する回転体２の軸線周り（回転軸線周り）の回転を磁気センサ装置１０によって磁気的に検出する装置であり、固定体は、モータ装置のフレーム等に固定され、回転体２は、モータ装置の回転出力軸等に連結された状態で使用される。回転体２の側には、Ｎ極とＳ極とが周方向において１極ずつ着磁された着磁面２１を回転軸線方向Ｌの一方側に向けるマグネット２０が保持されており、マグネット２０は回転体２と一体に回転軸線周りに回転する。

　固定体の側には、マグネット２０の着磁面２１に対して回転軸線方向Ｌの一方側で対向する感磁素子４、および後述する処理を行う制御部９０等を備えた磁気センサ装置１０が設けられている。また、磁気センサ装置１０は、マグネット２０に対向する位置に、第１ホール素子６１と、第１ホール素子６１に対して周方向において機械角で９０°ずれた箇所に位置する第２ホール素子６２とを備えている。

　感磁素子４は、基板４０と、マグネット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、およびＢ相（ＣＯＳ）の感磁膜）とを備えた磁気抵抗素子である。かかる感磁素子４において、Ａ相の感磁膜は、１８０°の位相差をもって回転体２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°の位相差をもって回転体２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２（ａ）に示すブリッジ回路を構成しており、一方端がＡ相用の電源端子ＶｃｃＡに接続され、他方端がＡ相用のグランド端子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２（ｂ）に示すブリッジ回路を構成しており、一方端がＢ相用の電源端子ＶｃｃＢに接続され、他方端がＢ相用のグランド端子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２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２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。

　かかる構成の感磁素子４は、図１（ａ）に示すように、マグネット２０において着磁境界部分に回転軸線方向Ｌで重なる位置に配置されている。このため、感磁素子４の感磁膜４１～４４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ことができる。すなわち、着磁境界線部分では、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面内方向の向きが変化する回転磁界が発生する。ここで、飽和感度領域とは、一般的に、抵抗値変化量ｋが、磁界強度Ｈと近似的に「ｋ∝Ｈ²」の式で表すことができる領域以外の領域をいう。また、飽和感度領域以上の磁界強度で回転磁界（磁気ベクトルの回転）の方向を検出する際の原理は、感磁膜４１～４４に通電した状態で、抵抗値が飽和する磁界強度を印加したとき、磁界と電流方向がなす角度θと、感磁膜４１～４４の抵抗値Ｒとの間には、下式
　　Ｒ＝Ｒ０－ｋ×ｓｉｎ２θ
　Ｒ０：無磁界中での抵抗値
　ｋ：抵抗値変化量（飽和感度領域以上のときは定数）
で示す関係があることを利用するものである。このような原理に基づいて回転磁界を検出すれば、角度θが変化すると抵抗値Ｒが正弦波に沿って変化するので、波形品質の高いＡ相出力およびＢ相出力を得ることができる。

　本形態の磁気センサ装置１０およびロータリエンコーダ１において、感磁素子４、第１ホール素子６１、および第２ホール素子６２には、増幅回路９１、９２、９５、９６や、これらの増幅回路９１、９２，９５、９６から出力される正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓに補間処理や各種演算処理を行うＣＰＵ（演算回路）等を備えた制御部９０が構成されており、感磁素子４、第１ホール素子６１、および第２ホール素子６２からの出力に基づいて、固定体に対する回転体２の回転角度位置が求められる。

　より具体的には、ロータリエンコーダ１において、回転体２が１回転すると、感磁素子４（磁気抵抗素子）からは、図１（ｂ）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を増幅回路９１、９２により増幅した後、制御部９０において、図１（ｃ）に示すリサージュ図を求め、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓからθ＝ｔａｎ^-1（ｓｉｎ／ｃｏｓ）を求めれば、回転出力軸の角度位置θが分かる。また、本形態では、マグネット２０の中心からみて９０°ずれた位置に第１ホール素子６１および第２ホール素子６２が配置されている。このため、第１ホール素子６１および第２ホール素子６２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、ロータリエンコーダ１は、感磁素子４での検出結果、第１ホール素子６１での検出結果、および第２ホール素子６２での検出結果に基づいて回転体２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。

　（感磁素子４の平面構成）
　図３は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置１０およびロータリエンコーダ１に用いた感磁素子４の説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は感磁素子４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３（ｂ）、（ｃ）では、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３（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３（ａ）に示すように、本形態の磁気センサ装置１０およびロータリエンコーダ１において、感磁素子４は、基板４０と、基板４０の一方面４０ａに形成された感磁膜４１～４４とを備えており、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、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、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、本形態の感磁素子４では、基板４０の一方面４０ａに温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８が形成されている。ここで、加熱用抵抗膜４８は、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、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。

　（感磁素子４の断面構成）
　本形態の感磁素子４は、図３（ｂ）に示す断面構造、あるいは図３（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３（ｂ）に示すように、まず、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５１、シリコン酸化膜からなる第２絶縁膜５２、およびポリイミド樹脂等からなる第３絶縁膜５３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、基板４０と第１絶縁膜５１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５１と第２絶縁膜５２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、基板４０と第１絶縁膜５１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５１を介して別の層に形成されている。

　図３（ｃ）に示す形態でも、感磁膜４１～４４は、基板４０と第１絶縁膜５１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５１と第２絶縁膜５２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５１と第２絶縁膜５２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５１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。

　（感磁素子４の温度調節）
　図４は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置１０の制御部９０に構成した温度制御部の概略構成を示す説明図である。

　図４に示すように、本形態の磁気センサ装置１０の制御部９０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温度制御部が構成されている。より具体的には、温度監視用抵抗膜４７には抵抗８１が直列に接続されており、抵抗８１において温度監視用抵抗膜４７が接続されている側とは反対側は温度監視用の電源端子に接続され、温度監視用抵抗膜４７において抵抗８１が接続されている側とは反対側は温度監視用のグランド端子ＧＮＤＳに接続されている。

　加熱用抵抗膜４８にはバイポーラトランジスタからなるスイッチング素子８３が直列に接続されており、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は反対側は加熱用の電源端子に接続され、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は反対側は加熱用のグランド端子ＧＮＤＨに接続されている。

　ここで、温度監視用抵抗膜４７と抵抗８１との接続点は、オペアンプ８２の一方の端子に入力されており、オペアンプ８２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電圧Voが入力されている。この状態で、基板４０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、抵抗８１とで分圧された接続点の電圧が下がる。そのときオペアンプ８２の他方の端子に入力されている閾値Voより低くなるとオペアンプ８２がオン状態となりスイッチング素子８３をオンするので加熱用抵抗膜４８へ給電される。

　この状態で、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、抵抗８１との接続点の電圧が上昇する。そのときオペアンプ８２の他方の端子に入力されている閾値Voより高くなるとオペアンプ８２がオフ状態となりスイッチング素子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、感磁素子４（感磁膜４１～４４）の温度は、温度監視用抵抗膜４７および抵抗８１の抵抗値等によって規定された所定の温度に維持される。

　（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、感磁膜４１～４４が形成された基板４０に、温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８が形成されている。このため、設定温度との温度差や温度変化を温度監視用抵抗膜４７の抵抗値によって監視し、その監視結果に基づいて加熱用抵抗膜４８に給電し、感磁膜４１～４４を設定温度にまで加熱することができる。従って、各感磁膜４１～４４において、温度変化が発生した際、応力の影響に起因する抵抗変化や、膜質の差に起因する抵抗変化が相違している場合でも、設定温度で高い精度が得られるように、感磁膜４１～４４の抵抗バランスを設定しておけば、環境温度の変化が発生しても安定した検出精度を得ることができる。すなわち、温度変化が発生しても、図１（ｃ）に示すリサージュ図の原点位置が移動しないので、回転体２の回転角度位置を精度よく検出することができる。

　また、感磁膜４１～４４、温度監視用抵抗膜４７、および加熱用抵抗膜４８は、基板４０の一方面４０ａ側に形成されている。このため、成膜等を基板４０の一方面４０ａ側に対して行えばよいので、基板４０の両面を利用する場合に比して、製造しやすいという利点がある。

　また、温度監視用抵抗膜４７は、磁気抵抗効果を示さない導電膜である。このため、温度監視用抵抗膜４７に対する磁束密度が変化しても、温度を正確に監視することができる。

　また、加熱用抵抗膜４８と感磁膜４１～４４とは、基板４０の面内方向でずれた領域に形成されて平面視で重なっておらず、加熱用抵抗膜４８と温度監視用抵抗膜４７とは、基板４０の面内方向でずれた領域に形成されて平面視で重なっていない。このため、加熱用抵抗膜４８と感磁膜４１～４４との短絡や、加熱用抵抗膜４８と温度監視用抵抗膜４７との短絡等を防止することができる。また、加熱用抵抗膜４８と感磁膜４１～４４とが平面視で重なっていないので、感磁膜４１～４４が局所的に加熱されることを防止することができる。また、加熱用抵抗膜４８と温度監視用抵抗膜４７とが重なっていないので、温度監視用抵抗膜４７が局部的に加熱されることがない。従って、加熱用抵抗膜４８に対する給電を適正に行うことができる。

　また、加熱用抵抗膜４８は、感磁領域４５を囲む閉ループ状に形成されている。このため、感磁領域４５全体を適正に加熱することができる。

　また、平面視で、温度監視用抵抗膜４７は、加熱用抵抗膜４８と感磁領域４５との間に形成されている。このため、温度監視用抵抗膜４７によって感磁領域４５の温度を適正に監視することができる。

　また、図３（ｃ）に示す構成では、感磁膜４１～４４と加熱用抵抗膜４８とは、第１絶縁膜５１を介して別の層に形成されている。また、感磁膜４１～４４と温度監視用抵抗膜４７とは、第１絶縁膜５１を介して別の層に形成されている。このため、感磁膜４１～４４と、温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８とを種類が異なる膜によって形成するのに都合がよい。また、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。このため、温度監視用抵抗膜４７と加熱用抵抗膜４８とを同一種類の膜によって構成するのに都合がよい。

　また、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は、最も基板４０側の層に形成されている。このため、感磁膜４１～４４を段差の少ない平坦面に形成することができるので、感磁膜４１～４４に不要な応力が加わることを防止することができる。

　［実施の形態２］
　図５は、本発明の実施の形態２に係る磁気センサ装置１０およびロータリエンコーダ１に用いた感磁素子４の説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は感磁素子４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５（ｂ）、（ｃ）では、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５（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。また、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

　図５（ａ）に示すように、本形態の磁気センサ装置１０においても、実施の形態１と同様、感磁素子４は、基板４０と、基板４０の一方面４０ａに形成された感磁膜４１～４４とを備えており、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、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、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、本形態の感磁素子４では、基板４０の一方面４０ａに温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８が形成されている。ここで、加熱用抵抗膜４８は、感磁領域４５を囲むように感磁領域４５と同心状の円形枠状に延在して閉ループを構成している。このため、加熱用抵抗膜４８は、平面視で感磁膜４１～４４の配線部分と部分的に重なっている。また、感磁領域４５に対して点対称位置からは配線部分４８１、４８２が延在している。配線部分４８１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、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が形成されている領域を囲むように矩形枠状に延在している。このため、温度監視用抵抗膜４７は、感磁膜４１～４４とは基板４０の面内方向でずれた領域に形成されており、感磁膜４１～４４が形成されている領域とは重なっていない。ここで、温度監視用抵抗膜４７は、Ａ相用のグランド端子ＧＮＤＡが形成されている領域で途切れており、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。

　本形態の感磁素子４は、図５（ｂ）に示す断面構造、あるいは図５（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５（ｂ）に示すように、まず、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５１、シリコン酸化膜からなる第２絶縁膜５２、およびポリイミド樹脂等からなる第３絶縁膜５３が形成されている。本形態において、感磁膜４１～４４は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、基板４０と第１絶縁膜５１との層間に形成されている。温度監視用抵抗膜４７は、感磁膜４１～４４と同様、基板４０と第１絶縁膜５１との層間に形成されている。加熱用抵抗膜４８は、第１絶縁膜５１と第２絶縁膜５２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と同一の層に形成され、加熱用抵抗膜４８とは、第１絶縁膜５１を介して別の層に形成されている。

　図５（ｃ）に示す形態でも、感磁膜４１～４４は、基板４０と第１絶縁膜５１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５１と第２絶縁膜５２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５１と第２絶縁膜５２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５１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。

　このように構成した磁気センサ装置１０でも、実施の形態１と同様、感磁膜４１～４４が形成された基板４０に、温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８が形成されているため、設定温度との温度差や温度変化を温度監視用抵抗膜４７の抵抗値によって監視し、その監視結果に基づいて加熱用抵抗膜４８に給電し、感磁膜４１～４４を設定温度にまで加熱することができる。それ故、設定温度で高い精度が得られるように、感磁膜４１～４４の抵抗バランスを設定しておけば、温度変化が発生しても安定した検出精度を得ることができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。

　［他の実施の形態］
　上記実施の形態では、２つの電源端子ＶｃｃＡ、ＶｃｃＢを別々に形成したが、これらの２つをまとめて１つの端子としてもよい。また、上記実施の形態では、２つのグランド端子ＧＮＤＡ、ＧＮＤＢを別々に形成したが、これらの２つをまとめて１つの端子としてもよい。

　上記実施の形態では、感磁膜４１～４４としてパーマロイを用いた場合を例示したが、感磁膜４１～４４としてＩｎＳｂやＩｎＡｓ等の半導体材料を用いた場合に本発明を適用してもよい。かかる半導体材料は、パーマロイに比して抵抗の温度係数が大きいので、本発明を適用した場合の効果が顕著である。また、上記実施の形態では、感磁素子４として磁気抵抗素子を例示したが、感磁素子４としてホール素子を構成した場合に本発明を適用してもよい。

　上記実施の形態では、帯状に延在する加熱用抵抗膜４８を用いたが、感磁領域４５全体を覆う面状の加熱用抵抗膜４８を形成してもよい。また、上記実施の形態では、感磁膜４１～４４、温度監視用抵抗膜４７、および加熱用抵抗膜４８を全て、基板４０の一方面４０ａに形成したが、温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８の一方を基板４０の他方面に印刷等の方法で形成してもよい。

Claims

　基板と、
　該基板に形成され、ブリッジ回路を構成する感磁膜を備えた感磁領域と、
　前記基板に形成された温度監視用抵抗膜と、
　前記基板に形成された加熱用抵抗膜と、
　を有することを特徴とする磁気センサ装置。
　前記感磁膜、前記温度監視用抵抗膜、および前記加熱用抵抗膜は、前記基板の一方面側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ装置。
　平面視で、前記加熱用抵抗膜は、前記感磁領域を囲む閉ループ状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ装置。
　前記温度監視用抵抗膜は、磁気抵抗効果を示さない導電膜であ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磁気センサ装置。
　前記加熱用抵抗膜と前記感磁膜とは、前記基板の面内方向でずれた領域に形成されて平面視で重なっておらず、
　前記加熱用抵抗膜と前記温度監視用抵抗膜とは、前記基板の面内方向でずれた領域に形成されて平面視で重なっていない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磁気センサ装置。
　平面視で、前記温度監視用抵抗膜は、前記加熱用抵抗膜と前記感磁領域との間に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の磁気センサ装置。
　前記感磁膜と前記加熱用抵抗膜とは、絶縁膜を介して別の層に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の磁気センサ装置。
　前記感磁膜と前記温度監視用抵抗膜とは、絶縁膜を介して別の層に形成されてい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磁気センサ装置。
　前記温度監視用抵抗膜と前記加熱用抵抗膜とは、同一の層に形成されていることを特徴とする請求項７または８に記載の磁気センサ装置。
　前記感磁膜、前記温度監視用抵抗膜、および前記加熱用抵抗膜のうち、前記感磁膜は、最も前記基板側の層に形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の磁気センサ装置。
　前記温度監視用抵抗膜の抵抗変化に基づいて前記加熱用抵抗膜への給電を制御する温度制御部を有す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磁気センサ装置。
　請求項１乃至１１の何れか一項に記載の磁気センサ装置を有するロータリエンコーダであって、
　前記基板に対向配置された着磁面がＮＳ一極着磁されたマグネットを有し、
　前記ブリッジ回路により得られたＡ相とＢ相の２相出力に基づいて、前記基板と前記マグネットとの相対的な角度位置を検出することを特徴とするロータリエンコーダ。
　前記ブリッジ回路は、前記感磁膜によって前記着磁面の面内方向の磁界変化を検出した結果に基づいて前記２相出力を生成することを特徴とする請求項１２に記載のロータリエンコーダ。