WO2016170648A1

WO2016170648A1 - 回転検出装置および回転検出装置の製造方法

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Publication number: WO2016170648A1
Application number: PCT/JP2015/062407
Authority: WO
Inventors: 武史武舎; 芳直立井; 佳正渡邊
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2016-10-27
Also published as: KR101809425B1; TW201706573A; KR20170037671A; CN107076582A; JP5955490B1; US9869565B2; JPWO2016170648A1; CN107076582B; US20170227380A1; TWI621835B

Abstract

回転軸Ｘ₀を中心として回転する回転シャフト１００に取り付けられた検出用磁石２００と、検出用磁石２００に対向して配置され、回転シャフト１００の回転を検出する検出部３００とを備える。検出部３００は、多層の回路基板３０１と、回路基板３０１の中間層３２０内に設けられ、回転軸Ｘ₀の延長線上に、中心を有し回転軸Ｘ₀に直交する凹溝と、凹溝に内蔵された大バルクハウゼン効果を有する複合磁気ワイヤと、回路基板３０１上の配線導体とスルーホールＴＨに充填された導体とから形成され、複合磁気ワイヤを囲む、ピックアップコイル３６０とで構成される。

Description

回転検出装置および回転検出装置の製造方法

　本発明は、回転検出装置および回転検出装置の製造方法に係り、産業用ＦＡ機器向けあるいは車載用途をはじめとする様々な分野で用いられる回転検出装置であって、特に複合磁気ワイヤとピックアップコイルを用いた自己発電による回転検出装置に関する。

　複合磁気ワイヤは、コア部とシエル部とを有する二重構造の磁性体を固溶化し、線引き加工および熱処理を繰り返し、ねじり加工を施してなされたもので、磁石のＳ/Ｎ極境界付近で一斉に磁化反転する現象である、いわゆる大バルクハウゼン効果を持つものとして知られている。複合磁気ワイヤの磁化反転をピックアップコイルで検出することにより、モータ等の被検出物の回転速度に依らず常に一定の発電パルスを得ることができることから、複合磁気ワイヤは、回転検出装置に広く用いられている。

　複合磁気ワイヤとピックアップコイルを用いた自己発電による回転数検出器として、特許文献１から特許文献３に示す技術が開示されている。特許文献１の回転数検出器では、Ｓ/Ｎ各１極が着磁された磁石と、大バルクハウゼン効果を持つ複合磁気ワイヤとピックアップコイルとを組み合わせた発電装置を用い、発電装置からの電力供給で検出器の電源バックアップを行う技術が開示されている。発電装置では、１回転に対して９０度の位相差をもつ２個の発電素子を配置している。

　また、特許文献２の回転数検出器では、磁性線に巻線をした偶数個のエレメントを、磁石を中心として放射状に複数個配置して、磁石の垂直方向への変位に伴うエレメントのインダクタンス変化を電気信号に変換する技術が開示されている。

　特許文献３の回転数検出器では、回転方向を判別するために複数の複合磁気ワイヤとピックアップコイルを用いた発電素子を回転中心上で複合磁気ワイヤがクロスするように配置する技術が開示されている。

特開２００８－１４７９９号公報実開昭６３－１１７５０４号公報国際公開第２０１４－１２８９３７号

　特許文献１から３のいずれにおいても、発電素子は複合磁気ワイヤの周囲に金属線からなるコイルを巻回する形態をとっており、回転検出器としては回路基板上に発電素子を配置し、発電素子で生成された電流を検出するものである。特許文献１から３においてはいずれも、主に２点の課題がある。１点目は、一般的に複合磁気ワイヤの径は０．５ｍｍ程度、その周囲に巻回しているピックアップコイルの径は５ｍｍ程度であるため、特許文献１から３のいずれにおいても、回路基板上に５ｍｍ以上の厚さ分のスペースが必要となり、検出器の厚さが増大するという点である。２点目は、複合磁気ワイヤおよびピックアップコイルの長さは発電量を確保するために、一般的には発電素子の長さは１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下程度必要であり、回路基板上に発電素子を配置するためには回路基板上に５ｍｍ×１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下程度の搭載スペースを確保する必要がある点である。検出器は、年々工作機械などの装置の小型化、機器類の高密度配置に伴い小型化する必要があり、上記２点の課題は検出器の厚さあるいは外形寸法の小型化の障害となる。

　また、検出精度という観点からみると、位置精度を維持しつつ高密度配置を実現する必要があるが、位置精度についても高密度配置についても限界があり、小型でかつ検出精度の高い回転検出装置を得ることは困難であった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたもので、薄型でなおかつ、小型で検出精度の高い回転検出装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転軸を中心として回転する回転体に取り付けられた検出用磁石と、検出用磁石に対向して配置され、回転体の回転を検出する検出部とを備える。検出部は、多層の回路基板と、回路基板の中間層内に設けられ、回転軸の延長線上に、中心を有し回転軸に直交する溝部と、溝部に内蔵された大バルクハウゼン効果を有する複合磁気ワイヤと、回路基板上の配線導体とスルーホールに充填された導体とから形成され、複合磁気ワイヤを囲む、ピックアップコイルとで構成される。

　本発明によれば、薄型でなおかつ、小型で検出精度の高い回転検出装置を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１の回転検出装置の概略構成を示す斜視図実施の形態１の回転検出装置の分解斜視図実施の形態１の回転検出装置の回路基板の上層基板を示す上面図実施の形態１の回転検出装置の回路基板の中間層基板を示す上面図実施の形態１の回転検出装置の回路基板の下層基板を示す下面図実施の形態１の回転検出装置の回路基板の断面図実施の形態１の回転検出装置の複合磁気コイルの装着状態を示す図（ａ）から（ｆ）は、実施の形態１の回転検出装置の回路基板の製造工程を示す断面図実施の形態２の回転検出装置の回路基板の断面図実施の形態３の回転検出装置の概略構成を示す斜視図実施の形態３の回転検出装置の分解斜視図実施の形態３の回転検出装置の回路基板の断面図実施の形態４の回転検出装置の分解斜視図実施の形態５の回転検出装置の回路基板の断面図（ａ）および（ｂ）は、実施の形態５の回転検出装置の製造工程で用いられる複合磁気ワイヤの製造工程を示す工程断面図（ａ）から（ｅ）は、実施の形態５の回転検出装置の回路基板の製造工程を示す工程断面図

　以下に、本発明の実施の形態にかかる回転検出装置および回転検出装置の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各層あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、断面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付さない場合がある。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１における回転検出装置の概略構成の斜視図を示している。図２は、実施の形態１の回転検出装置の分解斜視図、図３は、実施の形態１の回転検出装置の回路基板の上層基板を示す上面図、図４は、実施の形態１の回転検出装置の回路基板の中間層層基板を示す上面図、図５は、実施の形態１の回転検出装置の回路基板の下層基板を示す下面図である。図６は、実施の形態１の回転検出装置の回路基板の断面図、図７は、実施の形態１の回転検出装置の複合磁気コイルの装着状態を示す図である。図８（ａ）から（ｆ）は、実施の形態１の回転検出装置の回路基板の製造工程を示す断面図である。

　図１および図６に示すように、本発明の回転検出装置は、回転軸Ｘ₀を中心として回転する回転体である回転シャフト１００に取り付けられた検出用磁石２００と、検出用磁石２００に対向して配置され、回転シャフト１００の回転数を検出する検出部３００とを備える。検出部３００は、上層部３１０と、中間層３２０と、下層部３３０とからなる３層構造の回路基板３０１で構成される。検出部３００は、回路基板３０１の中間層３２０内に設けられ、回転軸Ｘ₀の延長線上に、中心Ｏ₀を有し回転軸Ｘ₀に直交する凹溝３４０と、凹溝３４０に内蔵された大バルクハウゼン効果を有する複合磁気ワイヤ３５０と、複合磁気ワイヤ３５０を囲むピックアップコイル３６０とで構成される。ピックアップコイル３６０は、回路基板３０１上の配線３１２，３３２とスルーホールＴＨに充填された導体３３３とから形成される。なお回路基板３０１上には信号処理回路４００を構成する回路素子４１０が搭載されている。

　検出用磁石２００は、回転シャフト１００に取り付けられ、一体となって回転する。複合磁気ワイヤ３５０は、図６に示すように、パイカロイのコア部３５０ａとリメンダのシエル部３５０ｂとを有し、コア部３５０ａとシエル部３５０ｂとの接触部にニッケルメッキを施してなる二重構造の磁性体を固溶化し、線引き加工および熱処理を繰り返し、９６％の線引き加工と１メートルあたり５，６回転のねじり加工を施してなされたものを用いている。そして複合磁気ワイヤ３５０は、検出用磁石２００と対向して配置される回路基板３０１の内部に配置され、検出用磁石２００の回転に伴い大バルクハウゼン効果により磁化反転を起こす。

　ピックアップコイル３６０は、多層構造の配線基板内で配線とスルーホールＴＨとで形成された内蔵コイルであり、複合磁気ワイヤ３５０の磁化反転を電圧パルスに変換する。信号処理回路４００は、ピックアップコイル３６０からのパルス電圧を回路基板３０１上に搭載された回路素子４１０によって処理する。信号処理回路４００は、例えばピックアップコイル３６０から発生する電圧パルスを用いて回転方向を判別するための磁気センサ、ピックアップコイル３６０から発生したパルス電圧を処理して回転数をカウントするカウンタ、カウント値を記憶するためのメモリ、ピックアップコイル３６０から発生したパルス電圧の電力を用いてそれらの回路を駆動する電源生成回路などから構成される。

　検出用磁石２００はＳ極およびＮ極が各１極着磁された径方向着磁磁石であり、回転シャフト１００の回転軸Ｘ₀と検出用磁石２００の中心Ｏ₁がほぼ一致するように取付けられている。回路基板３０１は検出用磁石２００の上方に配置され、回路基板３０１の中央に配置された複合磁気ワイヤ３５０の中心Ｏ₀が回転シャフト１００の回転軸Ｘ₀の上方になるように位置決めされる。

　次に、実施の形態１の回転検出装置を実現するための検出部３００を構成する回路基板３０１、複合磁気ワイヤ３５０、ピックアップコイル３６０の詳細構成について図３から５を用いて説明する。図３から５は説明の便宜上、回路基板３０１を円盤状にしているが、四角形、八角形など多角形状の基板でもよい。回路基板３０１は３層からなる。図３から図５は、それぞれ上層基板である上層部３１０、中間層基板である中間層３２０、下層基板である下層部３３０を示す上面図である。回路基板３０１の１層目に相当する上層部３１０は、図３に示すように、絶縁性基板３１１であるガラスエポキシ基板と、絶縁性基板３１１上に形成された銅箔をパターニングして形成された配線３１２で構成される。２層目すなわち、中間層３２０は、図４に示すように、絶縁性基板３２１であるガラスエポキシ基板と、絶縁性基板３２１に形成された凹溝３４０と、凹溝３４０に装着された複合磁気ワイヤ３５０とを有する。そして、３層目に相当する下層部３３０は、図５に示すように、絶縁性基板３３１であるガラスエポキシ基板と、絶縁性基板３３１上に形成された銅箔をパターニングして形成された配線３３２で構成される。そして上層部３１０の配線３１２と、中間層３２０を経て、３層目の下層部３３０の下面に形成された配線３３２とを接続するためのスルーホールＴＨとから構成される。図３および図５に示すように、例えば上層部の配線３１２を構成する配線パターン３１２－１はスルーホールＴＨ－１およびＴＨ－２を繋ぎ、配線パターン３１２－２はスルーホールＴＨ－３、ＴＨ－４とを繋いでいる。下層部３３０の絶縁性基板３３１の配線３３２を構成する配線パターン３３２－１はスルーホールＴＨ－１とＴＨ－３とを繋いでいる。以上のようにして、１層目である上層部３１０と３層目である下層部３３０の配線パターンはスルーホールＴＨにより一つにつながり、ピックアップコイル３６０を形成する。

　図４は中間層基板である中間層の上面図である。２層目の回路基板３０１中央に断面コの字形状の凹溝３４０が形成されており、ここに複合磁気ワイヤ３５０を配置する。コの字形状は、中間層３２０の中心Ｏ₂から断面コの字状の凹溝３４０の長手方向の奥側の端面までが複合磁気ワイヤ３５０の長さＬの半分すなわちＬ/２となっており、複合磁気ワイヤ３５０をコの字状の凹溝３４０の長手方向の奥側の端面に突き当てることで、正確に基板中央と複合磁気ワイヤ３５０の長さ方向の中心を位置決めする事ができる。複合磁気ワイヤ３５０を２層目および３層目のコの字の奥に突き当てた後、残りの空間を樹脂等で埋めることで複合磁気ワイヤ３５０を固定する。

　これにより、回路基板３０１中央と検出用磁石２００の回転軸Ｘ₀を通る線をハウジング等の固定部材により位置決めすることで、磁石の回転中心上に複合磁気ワイヤ３５０を配置することが出来、最も発電効率が高く検出効率の高い回転検出装置を実現することが出来る。

　図６は、回路基板３０１の厚さ方向の断面を示す断面図である。１層目である上層部３１０の上面および３層目である下層部３３０の下面に配線３１２および３３２が形成され、１層目と３層目の配線３１２と３３２とをスルーホールＴＨにて接続してピックアップコイル３６０を形成する。２層目のコの字形状部分に複合磁気ワイヤ３５０が配置される。

　ピックアップコイル３６０は複合磁気ワイヤ３５０の直近に巻回するほうが取り出せるパルス電圧が大きいため、上層部３１０の絶縁性基板３１１および下層部３３０の絶縁性基板３３１は極力薄いことが望ましい。

　なお、図７に中間層３２０の変形例を示すようにピックアップコイル３６０の両端にフェライト等の軟磁性体からなるストッパ３７０を装着した構成としてもよい。後で複合磁気ワイヤ３５０を挿入する構成の場合には、一端にのみストッパ３７０を埋め込み形成しておき、複合磁気ワイヤ３５０を挿入する際のストッパとして用いることで、磁気収集効果を高めつつ、位置精度を高めることができる。なお他端側は複合磁気ワイヤ３５０を挿入した後、複合磁気ワイヤ３５０に到達するまで軟磁性体からなるストッパ３７０を挿入し蓋をすればよい。

　次に、実施の形態１の回転検出装置の製造方法について説明する。図８（ａ）から（ｆ）は実施の形態１の回転検出装置の製造工程を示す工程断面図である。まず図８（ａ）に示すように、ガラスエポキシ基板からなる絶縁性基板３１１に配線３１２となる銅箔３１２Ｓを貼着する。そして、図８（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィにより銅箔のパターニングを行い、配線３１２を形成する。図示はしないが、下層部３３０を構成する絶縁性基板３３１についても同様に、配線３３２となる銅箔３３２Ｓを貼着する。そしてフォトリソグラフィにより銅箔のパターニングを行い、配線３３２を形成する。

　一方、中間層３２０については、図８（ｃ）に示すように、ガラスエポキシ基板からなる絶縁性基板３２１を用意し、図８（ｄ）に示すようにレーザ加工により凹溝３４０を形成する。凹溝３４０は中間層３２０を貫通して形成されても良い。

　そして、図８（ｅ）に示すように、上層部３１０と中間層３２０と下層部３３０とを順次積層して熱処理を行う。

　そして、図８（ｆ）に示すように、上層部３１０と中間層３２０と下層部３３０とを貫通するように回路基板３０１に対しレーザ照射を照射し、スルーホールＴＨを形成する。そしてこのスルーホールＴＨ内に金属膜を充填する。

　このようにして形成された回路基板３０１の凹溝３４０内に、複合磁気コイル３５０を挿入する。挿入に際しては奥側のフェライトからなるストッパ３７０にあたるまで挿入し、開口側にフェライトからなるストッパ３７０を装着する。後は、回転シャフト１００の頂面に形成された検出用磁石２００に対して位置決めを行い、検出部を構成する回路基板３０１を図示しない固定具で固定し、図１に示した回転検出装置が得られる。

　前述したように複合磁気ワイヤ３５０は、線引きとねじりによって加工がなされているため、応力がかかると特性がくずれ易い。実施の形態１の回転検出装置では、多層配線構造の回路基板３０１を、凹溝３４０を形成した中間層３２０を用いて形成した後、凹溝３４０内に複合磁気ワイヤ３５０を挿通することで形成されるため、特性のくずれに起因する測定精度の低下なしに、信頼性の高い回転検出を行うことが可能となる。また、複合磁気ワイヤ３５０は凹溝３４０内に配されるため、製造時だけでなく使用中にも外力から保護され、特性劣化を抑制することができる。また、凹溝３４０に位置あわせをして複合磁気ワイヤ３５０を配するだけで、ピックアップコイル３６０との位置関係が確実に制御される。

　位置あわせが確実となるため、位置ずれに対応するためのマージンも不要となり、より小型で信頼性の高い回転検出装置を得ることが可能となる。

　また、ピックアップコイル３６０は、多層配線構造の回路基板３０１に配線パターンの組み合わせとして作りこまれた構成をとるため、固定された状態であり、位置精度をきわめて良好に維持することができる。

　また、回転検出装置を構成するために、回路基板３０１表面に多数の電子部品を実装する必要があるが、特許文献１から３に示した回転検出装置では、電子部品の実装面積を確保するのが極めて困難であった。これに対し、実施の形態１の回転検出装置では、回路基板３０１内にピックアップコイル３６０および複合磁気ワイヤ３５０を作りこむ構造であるため、表面に多数の実装部品を実装することが可能となり、薄型化、小型化を図ることが可能となる。

　以上のように、実施の形態１の回転検出装置によれば、従来の複合磁気ワイヤにコイルを巻回する検出部と比較して、大幅な薄型化が可能となる。ピックアップコイルが基板の配線パターンで形成されており、基板上の部品実装スペースが節約可能である。別途検出部としての発電素子を実装する必要が無く、実装不良要因が減るため信頼性が向上するという効果を奏する。

　本実施の形態では回路基板３０１は３層での形態を示しているが、本実施の形態は３層に限定されるものではなく、例えば４層以上の基板でも良い。

　信号処理回路４００を構成する回路素子４１０は一般的な電子部品から構成され、その電子部品を構成する半導体集積回路（ＩＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）の高さは１ｍｍ以上２ｍｍ未満程度が一般的である。従来の発電素子を用いた場合、外形５ｍｍ程度の発電素子を基板上に搭載するため、他の部品と比較して背が高い発電素子の影響で、回転検出装置の厚さ方向寸法が増加するという課題があったが、実施の形態１の回転検出装置では発電部分である検出部の厚さ方向寸法は基板厚さとほぼ同等であり、検出部の厚さ方向寸法を大幅に低減することができる。

　また、従来の検出部を構成する発電素子は回路基板上にはんだ付けにより固定されるが、サイズが大きく重量もあるため、振動等に対する信頼性低下などが懸念されるが、本実施の形態では、回路基板と発電部である検出部とが一体化しているため体積増加が殆ど無く、重量は複合磁気ワイヤ３５０のみの増加分であり、はんだ付けなどによる接続はほとんどなく、配線パターンの引き回しで実現できるため、振動や衝撃に対する信頼性の向上が実現できる。また、従来の発電素子では重量や体積の観点から面実装部品とする事が困難であるが、本実施の形態では回路基板３０１と一体化されるため、信号処理回路４００のＩＣをすべて面実装部品で構成することで、基板実装の簡素化を図ることができる。

　なお、磁石の回転中心線上に複合磁気ワイヤを配置するのが最も発電効率が高く、それを実現するために複合磁気ワイヤを配置する溝には突き当たり部分を設け、磁石と複合磁気ワイヤの位置決めを行う。具体的方法として、基板にコの字型の溝を設けてそこに複合磁気ワイヤを突き当てて位置決めするのが望ましい。しかしながら、必ずしも磁石の回転中心線上に複合磁気ワイヤを配置する必要は無く、他の部品を搭載する都合上、若干ずれてもよいことはいうまでもない。

　また、凹溝３４０の深さについては、適宜選択可能であるが、絶縁性基板３１１，３２１，３３１の３層の厚さの合計が複合磁気ワイヤの径になるように厚さを設定することで、複合磁気ワイヤのガタツキを低減することができる。この点については後述する。

実施の形態２．
　実施の形態２における回転検出装置の構成を図９を用いて以下に説明する。図９は、実施の形態２の回転検出装置の回路基板の断面図であり、特に検出部を構成する発電部の断面を示している。実施の形態２の回転検出装置は、検出部を構成する回路基板３０１Ｓが実施の形態１と異なる。

　実施の形態２の回転検出装置では、回路基板３０１Ｓは５層から構成され、１層目、２層目、４層目および５層目に配線が、３層目に複合磁気ワイヤ３５０が配置されている。複合磁気ワイヤ３５０に対して２層目および４層目で形成される内側ピックアップコイル３６０_iと１層目および５層目で形成される外側ピックアップコイル３６０_oがコイル端で図示しないスルーホールを通じて直列に接続されている。実施の形態２では、複合磁気ワイヤ３５０に対して２重にピックアップコイルを巻回することで、より大きなパルス電圧量を得るものである。複合磁気ワイヤ３５０は、コア部３５０ａとシェル部３５０ｂとで構成される。他の部分については実施の形態１の回転検出装置と同様に形成されており、ここでは説明は省略するが、同一部位には同一符号を付した。第２層が実施の形態１の上層部３１０、第３層が中間層３２０、第４層が下層部３３０、第１層が最上層部３８０、第５層が最下層部３９０に相当する。

　つまり、実施の形態１の回転検出装置の上層部３１０と下層部３３０の外側にさらに最上層部３８０と最下層部３９０とが積層されている。最上層部３８０は実施の形態１で用いた上層基板と同様、絶縁性基板３８１に形成された銅箔をパターニングして形成した配線３８２で構成される。また最下層部３９０は実施の形態１で用いた下層部３３０と同様、絶縁性基板３９１に形成された銅箔をパターニングして形成した配線３９２で構成される。そして更に最上層部３８０の配線３８２と最下層部３９０の配線３９２とを貫通する外側スルーホールＴＨ_O内に充填された金属導体３９３とによって外側ピックアップコイル３６０_oが形成されている。

　製造工程についても、図８の工程に加え、更に外側に２層の最上層部３８０および最下層部３９０を構成する材料基板を貼着する。そして、それぞれフォトグラフィによりパターニングする。この後、最上層部３８０から最下層部３９０まで貫通する外側スルーホールＴＨ_Oを形成する。そして最後に外側スルーホールＴＨ_O内に金属導体３９３を充填し、凹溝３４０に複合磁気ワイヤ３５０を挿入して図９に示した検出部が形成される。

　近年、熱可塑性樹脂を用いた多層プリント基板（ＰＡＬＡＰ：Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ　Ｐｒｅｐｒｅｇ　Ｌａｙ　Ｕｐ　Ｐｒｏｃｅｓｓ）といった多層プリント基板技術が開発されており１枚のプリント基板で１００層超の層数が実現可能である。これらの超多層構造のプリント基板を使用することで、実施の形態１と同様に容易に形成可能である。このようにしてピックアップコイルの巻数をより多くすることができ、従来の発電素子を用いた検出装置に比べて大きなパルス電圧を得ることができ、その結果大きな発電量を得ることが可能となり検出精度の向上をはかることが可能となる。

　なお、実施の形態２では、ピックアップコイルを二重コイルで構成したが、３重コイル、４重コイルなど多層コイルで構成することが可能である。コイルの重なり層数を大きくすることで、より発電量の増大を図り、検出精度の向上をはかることができる。

実施の形態３．
　本発明の実施の形態３における回転検出装置について説明する。図１０は、実施の形態３の回転検出装置の概略構成を示す斜視図、図１１は、実施の形態３の回転検出装置の分解斜視図、図１２は、実施の形態３の回転検出装置の回路基板の断面図である。実施の形態３の回転検出装置では、回路基板３０１ＳＳの中心軸上で直交する第１の複合磁気ワイヤ３５０Ａおよび第２の複合磁気ワイヤ３５０Ｂを内蔵している。これら第１の複合磁気ワイヤ３５０Ａおよび第２の複合磁気ワイヤ３５０Ｂを囲む回路基板３０１ＳＳは、回転軸Ｘ₀の延長線上に中心Ｏ₀を持つ、円盤状基板である。そして、回路基板３０１ＳＳ内の配線とスルーホールに充填された金属導体とで形成された、第１のピックアップコイル３６０Ａおよび第２のピックアップコイル３６０Ｂが、第１の複合磁気ワイヤ３５０Ａおよび第２の複合磁気ワイヤ３５０Ｂの長さ方向全体にわたって均一に巻回されている。

　実施の形態３では検出部が、２層構造となっており、実施の形態１で示した複合磁気ワイヤ３５０を持つ検出部の下層に、複合磁気ワイヤ３５０に直交するもうひとつの複合磁気ワイヤを積層した点が実施の形態１と異なる。つまり、第１の複合磁気ワイヤ３５０Ａと、第１の複合磁気ワイヤ３５０Ａの下層に第１の複合磁気ワイヤ３５０Ａに直交する第２の複合磁気ワイヤ３５０Ｂを積層している。他の部分については実施の形態１の回転検出装置と同様に形成されている。ここでは説明は省略するが同一部位には同一符号を付した。第１層が実施の形態１の上層部３１０、第２層が中間層３２０、第３層が下層部３３０、第４層が接続層５００、第５層が下側上層部５１０、第６層が下側中間層５２０、第７層が下側下層部５３０に相当する。

　本実施の形態では、回路基板３０１ＳＳは７層から構成され、１層目、３層目、５層目、７層目にパターン配線が、２層目、６層目に第１および第２の複合磁気ワイヤ３５０Ａ，３５０Ｂが配置されている。２層目にある第１の複合磁気ワイヤ３５０Ａの反転磁界を１層目および３層目の第１のピックアップコイル３６０Ａでパルス電圧に変換し、６層目にある第２の複合磁気ワイヤ３５０Ｂの反転磁界を５層目および７層目の第２のピックアップコイル３６０Ｂでパルス電圧に変換する。第１の複合磁気ワイヤ３５０Ａと第２の複合磁気ワイヤ３５０Ｂは上から見ると９０°直交するように配置されている。

　つまり、実施の形態３の回転検出装置では、実施の形態１の回転検出装置の検出部の下層部３３０の下側に接続層５００と、下側上層部５１０と、下側中間層５２０と、下側下層部５３０とが積層されている。接続層５００は絶縁性基板で構成されている。下側上層部５１０は実施の形態１で用いた上層基板と同様、絶縁性基板５１１に形成された銅箔をパターニングして形成した配線５１２で構成される。下側中間層５２０は、絶縁性基板５２１に凹溝５４０を形成したものである。また下側下層部５３０は実施の形態１で用いた下層部３３０と同様、絶縁性基板５３１に形成された銅箔をパターニングして形成した配線５３２で構成される。そして接続層５００を介して下側上層部５１０と下側中間層５２０と、下側下層部５３０との積層体を接続している。更に下側上層部５１０の配線５１２と下側下層部５３０の配線５３２とを貫通するスルーホールＴＨ内に充填された金属導体５３３とによって第２のピックアップコイル３６０Ｂが形成されている。また、上層側では実施の形態１と同様、上層部３１０の配線３１２と下層部３３０の配線３３２とを貫通するスルーホールＴＨ内に充填された金属導体３３３とによって第１のピックアップコイル３６０Ａが形成されている。これら上層側の第１のピックアップコイル３６０Ａと、下層側の第２のピックアップコイル３６０Ｂとは互いに直交する方向に配置されている。

　製造工程についても、図８の工程と同様にして形成された第１および第２の検出部を、接続層５００を介して直交する方向に接続することで得られた回路基板３０１ＳＳ内に複合磁気ワイヤ３５０Ａ，３５０Ｂを挿入して図１２に示した検出部が形成される。

　ところで磁石の回転方向には、時計回りと反時計回りとがある。検出部を構成する発電素子は磁石のＳ/Ｎ極境界付近でパルス電圧を発生させるが、発電素子のパルス電圧は磁石の回転方向に依らず常に同じパルスを出力する。このため、回転方向を判別するために、２つの発電素子を配置して２つのチャンネルから交互に発生するパルス電圧により回転方向を判別することができる。

　複数の発電素子を配置する場合、磁石の回転中心上方に発電素子を配置するのが最も得られる発電量が大きい。特許文献１から３に示した従来の検出装置では、２つのピックアップコイルが物理的に干渉するため、複合磁気ワイヤの中央付近にはピックアップコイルを巻回する事ができず、得られる発電パルスにロスが生じるという課題がある。

　これに対し実施の形態３の回転検出装置では、２本の第１および第２の複合磁気ワイヤ３５０Ａ，３５０Ｂに対して中心までピックアップコイルを巻回することができるため、複合磁気ワイヤの全ての磁化反転をピックアップコイルで拾うことができ、効率よく発電量を得るとともに、検出装置全体の厚さを低減することができる。

　実施の形態３の回転検出装置によれば、複数の複合磁気ワイヤを検出用磁石の回転中心の上方に配置することで効率的に複数の発電素子から発電パルスを得ることができ、容易に回転方向の検出を行うことができる。

　また、実施の形態３の回転検出装置によれば、実施の形態１のように回転方向を判別するためのホール素子などの磁気センサを配置して回転方向を判別する必要がなくなり、実装部品を節減することができる。

　本実施の形態では７層基板と２つの複合磁気ワイヤを用いた２チャンネル型の形態について説明したが、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、例えば特許文献３にあるようにパルス抜けに対する補正を実施するため、３本の複合磁気ワイヤと１１層基板を用いた３チャンネル型の形態も実現可能である。

　また、本実施の形態では２本の複合磁気ワイヤを直交するように配置したが、本実施の形態はこれに限るものではなく、２本の複合磁気ワイヤの相対位置関係が平行でなければ上記目的を達することが出来る。

実施の形態４．
　本発明の実施の形態４における回転検出装置の構成について図１３の分解斜視図を参照しつつ説明する。実施の形態４は検出部である発電部分が実施の形態１と異なる。回路基板３０１Ｎは、検出用磁石に対向する第２主面３０１Ｂおよび第２主面３０１Ｂに対向する第１主面３０１Ａに軟磁性層３７１を有する。また、中間層３２０においては、複合磁気ワイヤ３５０の両端に円筒状のフェライトなどの軟磁性体からなるストッパ３７０が設けられており、２層目である中間層３２０、３層目である下層部３３０は、コの字の開口が軟磁性体からなるストッパ３７０の外形に合わせた寸法で形成されている。

　本実施の形態は、複合磁気ワイヤの両端に円筒状の軟磁性体からなるストッパ３７０を取付けることにより、磁石からの磁界を集める効果によって、複合磁気ワイヤ単体と比較してより大きいパルス電圧を得ることができ発電量の増大を得ることができる。

　また、回路基板の両面に軟磁性層３７１を形成している。上記構成により、更により効率よく磁石からの磁界を集めることができ、検出感度を高めることが可能となる。

実施の形態５．
　図１４は、実施の形態５の回転検出装置の回路基板の断面図である。図１５（ａ）および（ｂ）は、実施の形態５の回転検出装置の製造工程で用いられる複合磁気ワイヤの製造工程を示す工程断面図である。図１６（ａ）から（ｅ）は、実施の形態５の回転検出装置の回路基板の製造工程を示す工程断面図である。実施の形態５の回転検出装置は、凹溝３４０の深さを調整し、複合磁気ワイヤ３５０とピックアップコイルとの距離を低減し発電効率を高める構成である。凹溝３４０の深さについては、適宜選択可能であるが、絶縁性基板３１１，３２１，３３１の３層の厚さの合計が複合磁気ワイヤ３５０の径になるように厚さを設定することで、複合磁気ワイヤ３５０のガタツキを低減するとともに、発電効率の高いセンサを得ることが可能となる。実施の形態５では、図１４に断面図を示すように、回路基板３０１Ｇをグリーンシートの積層体を、複合磁気ワイヤ３５０と同径のダミー棒Ｄの表面に離型剤ＤＲを塗布したものを焼成することによって形成した、複合磁気ワイヤ挿通用の凹溝３４０Ｓを形成したものを用いる。一方複合磁気ワイヤとしては、表面に絶縁層３５０ｉで被覆した被覆層付きの複合磁気ワイヤ３５０を用いる。なおダミー棒Ｄの径は、複合磁気ワイヤ３５０の径と同程度とし、ダミー棒Ｄを抜き出して複合磁気ワイヤ３５０を挿入する際、挿入できる程度に若干大きく形成するのが望ましい。

　回路基板３０１Ｇは、グリーンシートを積層し焼成したもので構成されるが、上層基板である上層部３１０と、中間層基板である中間層３２０と、下層基板である下層部３３０とを有する。そして、凹溝３４０Ｓは、上層部３１０、中層部３２０、下層部３３０にまたがって大きく形成されている。回路基板３０１Ｇの１層目に相当する上層部３１０は、絶縁性基板３１１であるセラミック基板と、絶縁性基板３１１上に形成された銅箔をパターニングして形成された配線３１２で構成される。２層目すなわち、中間層３２０は、絶縁性基板３２１であるセラミック基板で構成される。そして、３層目に相当する下層部３３０は、絶縁性基板３３１であるセラミック基板と、絶縁性基板３３１上に形成された銅箔をパターニングして形成された配線３３２で構成される。そして上層部３１０の配線３１２と、中間層３２０を経て、３層目の下層部３３０の下面に形成された配線３３２とを接続するためのスルーホールＴＨとから構成される。

　回路基板３０１Ｇを構成する各層の層構成については、実施の形態１の回路基板３０１と同様であるが、複合磁気ワイヤ挿通用の凹溝３４０Ｓが、ダミー棒Ｄの外径に沿った形状となっており、複合磁気ワイヤ３５０とピックアップコイル３６０との距離を最小限に抑えることができる。

　次に実施の形態５の回路基板３０１Ｇの製造方法について説明する。まず、図１５（ａ）に示すように、パイカロイのコア部３５０ａのまわりにリメンダのシエル部３５０ｂを形成し、コア部３５０ａとシエル部３５０ｂとの接触部にニッケルメッキを施し、二重構造の磁性体を固溶化し、線引き加工および熱処理を繰り返し、線引き加工とねじり加工を施して、複合磁気ワイヤ３５０を形成する。

　こののち図１５（ｂ）に示すように、複合磁気ワイヤ３５０の外側に絶縁性の被覆層つまり絶縁層３５０ｉを形成する。

　回路基板３０１Ｇについては、まず、セラミックグリーンシートからなる絶縁性層３１１ｎ上に、銀ペーストなどの導電性ペーストを用いた配線パターン３１２ｎを印刷し、図１６（ａ）に示すように、上層グリーンシート３１０ｎを形成する。

　次いで、セラミックグリーンシートからなる絶縁性層３２１ｎに凹溝形成用の凹部３４０Ｓを形成し所望の形状に形成し、図１６（ｂ）に示すように、中間層グリーンシート３２０ｎを形成する。

　次に、セラミックグリーンシートからなる絶縁性層３３１ｎ上に、銀ペーストなどの導電性ペーストを用いた配線パターン３３２ｎを印刷し、図１６（ｃ）に示すように、下層グリーンシート３３０ｎを形成する。

　そして、離型剤ＤＲを塗布したダミー棒Ｄを挟んで、次に、セラミックグリーンシートからなる下層グリーンシート３３０ｎ、中間層グリーンシート３２０ｎ、上層グリーンシート３１０ｎを積層し、加圧しながら焼成し、図１６（ｄ）に示す積層体を得る。

　そして、離型剤ＤＲを塗布したダミー棒Ｄを抜き、図１６（ｅ）に示すように、断面円形の複合磁気ワイヤ挿通用の穴Ｈを形成する。そして最後に図１５（ｂ）に示した、絶縁層３５０ｉで被覆された複合磁気ワイヤ３５０を複合磁気ワイヤ挿通用の穴Ｈに挿通する。このようにして図１４に示した回転検出装置を得ることができる。

　以上のように、実施の形態５では、積層体を形成する工程が、配線層の形成された複数のセラミックグリーンシートを、ダミー棒を挟んで積層し、焼成する工程と、焼成工程後に、ダミー棒を抜き、凹溝となる、抜き穴を形成する工程とを含む。そして複合磁気ワイヤを挿入する工程は、複合磁気ワイヤの周りを絶縁膜で被覆する工程と、絶縁膜で被覆された前記複合磁気ワイヤを抜き穴に挿入する工程とを含む。

　かかる構成によれば、ダミー棒の径を、複合磁気ワイヤ３５０の径と同程度とし、ダミー棒Ｄを抜き出して複合磁気ワイヤ３５０を挿入する際、複合磁気ワイヤ３５０を挿入できる程度にダミー棒Ｄの径を若干大きく形成しておくことで、複合磁気ワイヤ３５０の外周に沿った凹溝に絶縁層３５０ｉで覆われた複合磁気ワイヤ３５０を挿通することで、複合磁気ワイヤとピックアップコイルと距離を均一かつ最小限に抑えることができる。加えて、ピックアップコイルを形成するためのスルーホールの形成を、ダミー棒の位置にできるだけ近い位置としておくことで、さらに複合磁気ワイヤ３５０に近接したピックアップコイルを形成することが可能となる。

　実施の形態５の回転検出装置によれば、複合磁気ワイヤ３５０とピックアップコイルとの距離を最小限とすることができ、小型でかつ高精度で信頼の高い回転検出装置を得ることが可能となる。

　また、前記実施の形態１から５では、回転シャフト１００の回転軸の延長線上に、中心を有し回転軸に直交する溝部に複合磁気ワイヤ３５０を配設したが、複合磁気ワイヤ３５０は、若干偏心していてもよく、ずれは、処理回路で補償することが可能である。

　本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態およびその変形は、発明の範囲に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

　１００　回転シャフト、２００　検出用磁石、３００　検出部、３０１Ｓ，３０１ＳＳ，３０１Ｎ　回路基板、３１０　上層部、３１１　絶縁性基板、３１２　配線、３２０　中間層、３３０　下層部、３３１　絶縁性基板、３３２　配線、３４０　凹溝、３５０　複合磁気ワイヤ、３５０Ａ　第１の複合磁気ワイヤ、３５０Ｂ　第２の複合磁気ワイヤ、３５０ａ　コア部、３５０ｂ　シエル部、３５０ｉ　絶縁層、３６０　ピックアップコイル、３６０Ａ　第１のピックアップコイル、３６０Ｂ　第２のピックアップコイル、３６０_o　外側ピックアップコイル、３６０_i　内側ピックアップコイル、３７０　ストッパ、３７１　軟磁性層、３８０　最上層部、３８１　絶縁性基板、３８２　配線、３９０　最下層部、３９１　絶縁性基板、３９２　配線、４００　信号処理回路、４１０　回路素子、５００　接続層、５１０　下側上層部、５１１　絶縁性基板、５１２　配線、５２０　下側中間層、５３０　下側下層部、５３１　絶縁性基板、５３２　配線、ＴＨ　スルーホール、Ｘ₀　回転軸、Ｏ₀　中心、Ｏ₁　検出用磁石の中心。

Claims

　回転軸を中心として回転する回転体に取り付けられた検出用磁石と、
　前記検出用磁石に対向して配置され、前記回転体の回転を検出する検出部とを備え、
　前記検出部が、
　多層の回路基板と、
　前記回路基板の中間層内に設けられ、前記回転軸の延長線上に、中心を有し前記回転軸に直交する溝部と、
　前記溝部に内蔵された大バルクハウゼン効果を有する複合磁気ワイヤと、
　回路基板上の配線とスルーホールに充填された導体とから形成され、前記複合磁気ワイヤを囲む、ピックアップコイルと、
で、構成されることを特徴とする回転検出装置。
　前記ピックアップコイルは、
　前記回路基板上の配線とスルーホールに充填された導体とから形成され、前記複合磁気ワイヤを囲む、内層コイルと、
　前記回路基板上の配線とスルーホールに充填された導体とから形成され、前記内層コイルを囲む、外層コイルと、を備え、
　前記内層コイルと前記外層コイルとが、直列接続されたことを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
　前記溝部は、中心が前記回転軸の延長線上にあり、前記回転軸の延長線上で一定の間隔を隔てて形成され、互いに直交する方向に伸長する第１の溝部と第２の溝部とを備え、
　前記第１の溝部に内蔵された第１の複合磁気ワイヤと、
　前記第２の溝部に内蔵された第２の複合磁気ワイヤと、
　前記回路基板上の配線とスルーホールに充填された導体とから形成され、前記第１の複合磁気ワイヤを囲む、第１のピックアップコイルと、
　前記回路基板上の配線とスルーホールに充填された導体とから形成され、前記第２の複合磁気ワイヤを囲む、第２のピックアップコイルと、
　を備えた請求項１または２に記載の回転検出装置。
　前記回路基板は、配線層と絶縁層とが交互に積層された多層配線基板で構成され、
　前記溝部は、前記絶縁層に形成され、少なくとも一端にストッパが装着され、
　前記溝部の長さは複合磁気ワイヤの長さをＬとしたときに前記回路基板の中心から前記ストッパまでの長さがＬ/２であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転検出装置。
　前記ストッパは、フェライト埋め込み層であることを特徴とする請求項４に記載の回転検出装置。
　前記複合磁気ワイヤの両端に円筒状の軟磁性体が装着されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転検出装置。
　前記回路基板は、前記回転軸の延長線上に中心軸を持つ、円盤状基板であり、
　前記回路基板の中心軸上で直交する前記第１の複合磁気ワイヤおよび前記第２の複合磁気ワイヤを囲む、前記ピックアップコイルが、前記第１の複合磁気ワイヤおよび前記第２の複合磁気ワイヤの長さ方向全体にわたって均一に巻回されたことを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の回転検出装置。
　前記回路基板は、前記検出用磁石に対向する第１主面に軟磁性層を有することを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の回転検出装置。
　前記回路基板は、両面に軟磁性層を有することを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の回転検出装置。
　前記回路基板は、前記ピックアップコイルから発生したパルス電圧を処理して回転数をカウントする処理回路を搭載したことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の回転検出装置。
　回転軸を中心として回転する回転体に取り付けられた検出用磁石と、
　前記検出用磁石に対向して配置され、前記回転体の回転を検出する検出部とを備え、
　前記検出部が、
　多層の回路基板と、
　前記回路基板の中間層内に設けられ、前記回転軸の延長線上に、中心を有し前記回転軸に直交する溝部と、
　前記溝部に内蔵された大バルクハウゼン効果を有する複合磁気ワイヤと、
　前記回路基板上の配線とスルーホールに充填された導体とから形成され、前記複合磁気ワイヤを囲む、ピックアップコイルとで構成されることを特徴とする回転検出装置の製造方法であって、
　前記回路基板の製造工程が、
　配線とスルーホールに充填される導体とによってピックアップコイルを形成するとともに、前記複合磁気ワイヤを挿通する挿通用の凹溝を有する積層体を形成する工程と、
　前記積層体の前記凹溝に前記複合磁気ワイヤを挿入する工程とを含む回転検出装置の製造方法。
　前記積層体を形成する工程が、
　配線層の形成された複数のセラミックグリーンシートを、ダミー棒を挟んで積層し、焼成する工程と、
　前記焼成工程後に、前記ダミー棒を抜き、前記凹溝となる、抜き穴を形成する工程とを含む請求項１１に記載の回転検出装置の製造方法。
　前記複合磁気ワイヤを挿入する工程は、
　前記複合磁気ワイヤの周りを絶縁膜で被覆する工程と、
　前記絶縁膜で被覆された前記複合磁気ワイヤを前記抜き穴に挿入する工程とを含む請求項１２に記載の回転検出装置の製造方法。