(57)【要約】【課題】感磁パターンを構成する磁気抵抗パターンの形状のみで感磁パターンを磁界から離した構造とすることによるセンサ特性の悪化を回避する。【解決手段】磁気抵抗パターン１−１〜１−４の形状を、第１のぺアの磁気抵抗パターン１−１および１−３における、距離ｚの増大による磁界強度低下による抵抗値の変化分と湾曲磁界による抵抗値の変化分の和と、第２のペアの磁気抵抗パターン１−２および１−４における、距離ｚの増大による磁界強度低下による抵抗値の変化分と湾曲磁界による抵抗値の変化分の和との差分が小さくなるような形状とする。【選択図】  図１
2014109482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方から他方へ向かう磁界を発生させる磁界発生手段と、前記磁界発生手段が発生する磁界内に設置され、ブリッジ接続された４つの磁気抵抗パターンよりなる感磁パターンが基板面に形成された磁気センサとを備え、前記磁気センサの出力に基づいて前記感磁パターンの中心を軸心として相対的に回転する前記磁界の方向を回転角度として検出する回転角度検出器において、
前記磁界発生手段は、
前記一方から他方へ向かう磁界の中心線を含む平面を前記感磁パターンが形成されている面に対して直交する方向に所定距離ずらした位置に設置され、
前記感磁パターンは、
強磁性体からなる線状電極をつづら折りで連なるように形成され、回転ずれを９０゜としてその辺同士を対向させて隣接して配置された第１〜第４の磁気抵抗パターンからなり、前記第１および第３の磁気抵抗パターンが第１のペアとして、前記第２および第４の磁気抵抗パターンが第２のペアとして、前記感磁パターンの中心を挟んで対向して設けられ、
前記第１のペアおよび第２のペアの磁気抵抗パターンの少なくとも１つのペアは、前記一方から他方へ向かう磁界の相対的な回転中、その磁界が作る前記基板面上の磁場において湾曲磁界が印加される領域にはみ出す部分を有し、
前記第１〜第４の磁気抵抗パターンは、
前記第１のペアの磁気抵抗パターンにおける、前記一方から他方へ向かう磁界の中心線を含む平面を前記感磁パターンが形成されている面に対して直交する方向に所定距離ずらした位置に設置されたことによる抵抗値の変化分と前記湾曲磁界による抵抗値の変化分の和と、前記第２のペアの磁気抵抗パターンにおける、前記一方から他方へ向かう磁界の中心線を含む平面を前記感磁パターンが形成されている面に対して直交する方向に所定距離ずらした位置に設置されによる抵抗値の変化分と前記湾曲磁界による抵抗値の変化分の和との差分が小さくなるような形状とされている
ことを特徴とする回転角度検出器。
【請求項２】
請求項１に記載された回転角度検出器において、
前記第１の磁気抵抗パターンと前記第３の磁気抵抗パターンとが対称とされ、
前記第２の磁気抵抗パターンと前記第４の磁気抵抗パターンとが対称とされ、
前記第１の磁気抵抗パターンと前記第２の磁気抵抗パターンとが非対称とされ、
前記第３の磁気抵抗パターンと前記第４の磁気抵抗パターンとが非対称とされている
ことを特徴とする回転角度検出器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された回転角度検出器において、
前記第１〜第４の磁気抵抗パターンは、
前記磁界の方向が回転角度０゜を示す位置において、その抵抗値が全て等しい
ことを特徴とする回転角度検出器。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載された回転角度検出器において、
前記湾曲磁界が印加される領域にはみ出す部分を有する磁気抵抗パターンのペアは、
前記磁界の方向が回転角度０゜を示す位置において、前記湾曲磁界が印加される領域にはみ出していない
ことを特徴とする回転角度検出器。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載された回転角度検出器において、
前記湾曲磁界が印加される領域にはみ出す部分を有する磁気抵抗パターンのペアは、
前記磁界の方向が回転角度０゜を示す位置において、前記湾曲磁界が印加される領域にはみ出している
ことを特徴とする回転角度検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種部材間の相対的な回転角度を非接触で検出する回転角度検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種部材間の相対的な回転角度を非接触で検出する回転角度検出器として、磁気センサを利用したものがある。磁気センサは基板面に感磁パターンを備え、この感磁パターンが配置されている基板面と平行な磁界の方向が変化すると、それに応じて感磁パターンを構成する磁気抵抗パターンの抵抗値が変化する。この磁気抵抗パターンの抵抗値の変化から磁界の方向を検出することができ、この磁界の方向から各種部材間の相対的な回転角度を検出することが可能となる。
【０００３】
図９は従来の回転角度検出器の回路構成の要部を示す図（例えば、特許文献１参照）である。同図において、１００は磁気センサであり、ブリッジ接続された強磁性体の薄膜抵抗１−１〜１−４によって構成されている。強磁性体の薄膜抵抗１−１〜１−４は基板面に磁気抵抗パターンとして形成されている。
【０００４】
以下、強磁性体の薄膜抵抗１−１〜１−４を磁気抵抗パターンと呼ぶ。また、ブリッジ接続された磁気抵抗パターン１−１〜１−４を符号ＭＲで示し、感磁パターンと呼ぶ。
【０００５】
この磁気センサ１００は、定電流Ｉによって駆動され、磁気抵抗パターン１−１と１−４との接続点と磁気抵抗パターン１−２と１−３との接続点との間に生じる電圧をＶｏｕｔとして検出する。この場合、磁気抵抗パターン１−１の抵抗値をＲ１、磁気抵抗パターン１−２の抵抗値をＲ２、磁気抵抗パターン１−３の抵抗値をＲ３、磁気抵抗パターン１−４の抵抗値をＲ４とすると、検出電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝Ｉ×（Ｒ２×Ｒ４−Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）・・（１）
として表される。
【０００６】
この磁気センサ１００において、基板面に形成された感磁パターンＭＲに対して平行な磁界をＢとし、この磁界Ｂが感磁パターンＭＲの中心を軸心Ｏ１として回転するものとする。この場合、磁気抵抗パターン１−１〜１−４の抵抗値が変化し、検出電圧Ｖｏｕｔが変化する。この検出出力Ｖｏｕｔの変化から磁界Ｂの方向を検出することができ、磁界Ｂが部材間の回転に伴って回転するものとすれば、この磁界Ｂの方向から部材間の回転角度を検出することができる。
【０００７】
このような磁気センサ１００において、ブリッジ接続された４つの磁気抵抗パターン１−１〜１−４よりなる感磁パターンＭＲは、通常、図１０に示されるように、強磁性体からなる線状電極をつづら折りで連なるようにほゞ角形に形成した抵抗パターンを１つの磁気抵抗パターンとし、４つの磁気抵抗パターンをブリッジ接続した形とされる（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
なお、図１０において、２は磁気抵抗パターン１−１〜１−４よりなる感磁パターンＭＲが形成された基板、３−１，３−２は磁界Ｂを発生する磁石（磁界発生手段）である。この例において、磁石３−１と磁石３−２はＮ極とＳ極とが向かい合うように配置され、磁石３−１から磁石３−２の方向へ向かう磁界Ｂを発生させている。また、Ｐ１〜Ｐ４は感磁パターンＭＲから引き出された電極であり、基板２および磁石３−１，３−２は相対的に回転する部材の一方および他方に保持されている。
【０００９】
また、感磁パターンＭＲにおいて、磁気抵抗パターン１−１〜１−４の内の対をなす磁気抵抗パターン１−１，１−４および磁気抵抗パターン１−２，１−３の線状電極は、それぞれの各つづら折れ方向が互いに直交し（互いに隣接する磁気抵抗パターン１の回転ずれを９０゜とし）、磁気抵抗パターン１−１〜１−４のレイアウトの中心が感磁パターンＭＲの中心Ｏ１として、磁石３−１と３−２の磁極間を結ぶ中心線上に位置するように、磁気抵抗パターン１−１〜１−４の辺同士を対向させて配置されている。磁界Ｂはこの感磁パターンＭＲの中心Ｏ１を軸心として相対的に回転する。
【００１０】
この磁気センサ１００を用いた回転角度検出器において、理想的な出力特性を得るためには、感磁パターンＭＲの抵抗変化が飽和する十分強い磁場中で駆動させる必要がある。このため、一般的な構造として、図１１に示すように、基板２に台座４を設け、この台座４上に感磁パターンＭＲを形成することにより、感磁パターンＭＲを磁石３−１，３−２間の強い磁場中に位置させるようにしている。なお、５は磁石３−１，３−２を保持する部材であり、６は磁気センサ１００を保持する部材であり、例えば部材５が可動部材、部材６が固定部材とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１１８５１６号公報
【特許文献２】特開平６−１７７４５４号公報
【特許文献３】特開２００４−１８３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、このようなタイプの回転角度検出器を実際の機器に搭載する場合、機器の内部には他の部材や機構も限られたスペースに搭載するため、感磁パターンＭＲを磁石３−１，３−２間から離さざるを得ないケースがある。例えば、図１２に示すように、感磁パターンＭＲを磁石３−１，３−２間から離した構造とせざるを得ないケースがある。
【００１３】
図１２に示した例では、台座４を省略し、基板２の面上に感磁パターンＭＲを形成することにより、磁石３−１から磁石３−２に向かう磁界Ｂの中心線を含む平面ＰＬ１を感磁パターンＭＲが形成されている面ＰＬ２に対して直交する方向（Ｚ方向）に距離ｚだけずらしている。
【００１４】
このように、磁界Ｂの中心線を含む平面ＰＬ１と感磁パターンＭＲの形成面ＰＬ２とをＺ方向にずらすと、すなわち感磁パターンＭＲを磁界Ｂから離した構造とすると、距離ｚの増大により、磁気抵抗パターン１−１〜１−４にかかる磁界強度が極端に低下し、センサ特性が悪化してしまい、検出精度が悪くなる。
【００１５】
なお、距離ｚの増大によるセンサ特性の悪化を回避するために、磁界Ｂの中心線を含む平面ＰＬ１と感磁パターンＭＲの形成面ＰＬ２との間に集磁用バイアス磁石（例えば、特許文献３参照）や磁性体などを配置するという解決手段がある。しかし、集磁用バイアス磁石や磁性体という部品が新たに必要となり、部品点数が増加し、コストアップを招くし、それら集磁用バイアス磁石や磁性体が機器の他の部材や機構に影響を与える場合もあり、望ましいことではない。
【００１６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、集磁用バイアス磁石や磁性体というような別部材を用いることなく、感磁パターンを構成する磁気抵抗パターンの形状のみで、感磁パターンを磁界から離した構造とすることによるセンサ特性の悪化を回避することが可能な回転角度検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような目的を達成するために本発明は、一方から他方へ向かう磁界を発生させる磁界発生手段と、磁界発生手段が発生する磁界内に設置され、ブリッジ接続された４つの磁気抵抗パターンよりなる感磁パターンが基板面に形成された磁気センサとを備え、磁気センサの出力に基づいて感磁パターンの中心を軸心として相対的に回転する磁界の方向を回転角度として検出する回転角度検出器において、磁界発生手段は、一方から他方へ向かう磁界の中心線を含む平面を感磁パターンが形成されている面に対して直交する方向に所定距離ずらした位置に設置され、感磁パターンは、強磁性体からなる線状電極をつづら折りで連なるように形成され、回転ずれを９０゜としてその辺同士を対向させて隣接して配置された第１〜第４の磁気抵抗パターンからなり、第１および第３の磁気抵抗パターンが第１のペアとして、第２および第４の磁気抵抗パターンが第２のペアとして、感磁パターンの中心を挟んで対向して設けられ、第１のペアおよび第２のペアの磁気抵抗パターンの少なくとも１つのペアは、一方から他方へ向かう磁界の相対的な回転中、その磁界が作る基板面上の磁場において湾曲磁界が印加される領域にはみ出す部分を有し、第１〜第４の磁気抵抗パターンは、第１のペアの磁気抵抗パターンにおける、距離ｚの増大による磁界強度低下による抵抗値の変化分と湾曲磁界による抵抗値の変化分の和と、第２のペアの磁気抵抗パターンにおける、距離ｚの増大による磁界強度低下による抵抗値の変化分と湾曲磁界による抵抗値の変化分の和との差分が小さくなるような形状とされていることを特徴とする。
【００１８】
本発明において、第１のペアおよび第２のペアの磁気抵抗パターンの少なくとも１つのペアは、一方から他方へ向かう磁界の相対的な回転中、その磁界が作る基板面上の磁場において湾曲磁界が印加される領域にはみ出す部分を有している。また、第１〜第４の磁気抵抗パターンは、磁界強度低下による第２の磁気抵抗パターンの抵抗値の変化分（＋ΔSｒ２）と湾曲磁界による第２の磁気抵抗パターンの抵抗値の変化分（＋ΔAｒ２または−ΔAｒ２）の和（＋ΔSｒ２＋ΔAｒ２または＋ΔSｒ２−ΔAｒ２）と、磁界強度低下による第１の磁気抵抗パターンの抵抗値の変化分（＋ΔSｒ１）と湾曲磁界による第１の磁気抵抗パターンの抵抗値の変化分（＋ΔAｒ１または−ΔAｒ１）の和（＋ΔSｒ１＋ΔAｒ１または＋ΔSｒ１−ΔAｒ１）との差分が小さくなり、磁界強度低下による第４の磁気抵抗パターンの抵抗値の変化分（＋ΔSｒ４）と湾曲磁界による第２の磁気抵抗パターンの抵抗値の変化分（＋ΔAｒ４または−ΔAｒ４）の和（＋ΔSｒ４＋ΔAｒ４または＋ΔSｒ４−ΔAｒ４）と、磁界強度低下による第３の磁気抵抗パターンの抵抗値の変化分（＋ΔSｒ３）と湾曲磁界による第３の磁気抵抗パターンの抵抗値の変化分（＋ΔAｒ３または−ΔAｒ３）の和（＋ΔSｒ３＋ΔAｒ３または＋ΔSｒ３−ΔAｒ３）との差分が小さくなるような形状とされている。これにより、本発明では、磁界強度低下による磁気抵抗パターンの抵抗値の変化分が、湾曲磁界による磁気抵抗パターンの抵抗値の変化分によって相殺され、感磁パターンを磁界から離した構造とすることによる（距離ｚの増大による）、センサ出力の変化分が相殺されるものとなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、第１のペアおよび第２のペアの磁気抵抗パターンの少なくとも１つのペアは、一方から他方へ向かう磁界の相対的な回転中、その磁界が作る基板面上の磁場において湾曲磁界が印加される領域にはみ出す部分を有するものとし、第１〜第４の磁気抵抗パターンの形状を、第１のペアの磁気抵抗パターンにおける、距離ｚの増大による磁界強度低下による抵抗値の変化分と湾曲磁界による抵抗値の変化分の和と、第２のペアの磁気抵抗パターンにおける、距離ｚの増大による磁界強度低下による抵抗値の変化分と湾曲磁界による抵抗値の変化分の和との差分が小さくなるような形状としたので、距離ｚの増大による磁界強度低下によるセンサ出力の変化分が相殺されるものとなり、集磁用バイアス磁石や磁性体というような別部材を用いることなく、感磁パターンを構成する磁気抵抗パターンの形状のみで、感磁パターンを磁界から離した構造とすることによる（距離ｚの増大による）センサ特性の悪化を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る回転角度検出器の一実施の形態の要部を示す図である。
【図２】この回転角度検出器の要部を示す側面図である。
【図３】この回転角度検出器の磁石回転角が０゜、＋２０゜、−２０゜の時の感磁パターンと湾曲磁界が印加される領域との関係を示す図である。
【図４】この回転角度検出器のセンサ特性を理想的なセンサ特性と比較して示す図である。
【図５】本発明に係る回転角検出器を使用した調節弁制御システムのシステム構成図である。
【図６】電空ポジショナの角度センサと調節弁の配置関係を示す図である。
【図７】角度センサの要部を示す平面図および側面図である。
【図８】角度センサの要部を示す斜視図である。
【図９】従来の回転角度検出器の回路構成の要部を示す図である。
【図１０】従来の回転角度検出器の要部を示す図である。
【図１１】従来の回転角度検出器の要部を示す側面図である。
【図１２】従来の回転角度検出器において感磁パターンを磁石間から離した構造とした例を示す図である。
【図１３】従来の回転角度検出器において感磁パターンを磁石間から離した構造とした場合の基板面上の磁場の方位分布を示す図である。
【図１４】理想的な平行磁場中における磁石回転角と磁気抵抗パターンの抵抗値の関係、および、磁界強度低下時における磁石回転角と磁気抵抗パターンの抵抗値の関係を示す図である。
【図１５】従来の回転角度検出器において感磁パターンを磁石間から離した構造とした場合の感磁パターンと湾曲磁界が印加される領域との関係を示す図である。
【図１６】感磁パターンを磁石間から離した構造とした従来の回転角度検出器の磁石回転角が０゜、＋２０゜、−２０゜の時の感磁パターンと湾曲磁界が印加される領域との関係を示す図である。
【図１７】感磁パターンを磁石間から離した構造とした従来の回転角度検出器のセンサ特性を理想的なセンサ特性と比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
〔センサ特性が悪化するメカニズム〕
まず、本発明の実施の形態を説明する前に、従来の磁気センサ１００（図１０）における磁気抵抗パターン１−１〜１−４の形状について、図１２に示したような構造とした場合に、センサ特性が悪化するメカニズムについて説明する。
【００２３】
図１１に示したような構造とした場合、すなわち磁界Ｂの中心線を含む平面ＰＬ１と同一平面に感磁パターンＭＲを置いた場合、感磁パターンＭＲには十分強い磁場が印加され、磁石回転角と磁気抵抗パターンの抵抗値の関係は図１４のＩおよびIIに示すようになる。磁石回転角が０゜の時、磁気抵抗パターン１−１〜１−４の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４はＲ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４となり、磁石回転角が正方向へ変化すると、抵抗値Ｒ２，Ｒ４がＲ２＝Ｒ４の状態を保って増大し、抵抗値Ｒ１，Ｒ３がＲ１＝Ｒ３の状態を保って減少する。逆に、磁石回転角が負方向へ変化すると、抵抗値Ｒ２，Ｒ４がＲ２＝Ｒ４の状態を保って減少し、抵抗値Ｒ１，Ｒ３がＲ１＝Ｒ３の状態を保って増大する。
【００２４】
一方、図１２に示したような構造とした場合、すなわち磁界Ｂの中心線を含む平面ＰＬ１と感磁パターンＭＲの形成面ＰＬ２との間の距離ｚを増大させた場合、感磁パターンＭＲに印加される磁界の強度が低下し、磁石回転角と磁気抵抗パターンの抵抗値の関係は図１４のIIIおよびIVに示すようになる。
【００２５】
飽和磁界が印加された場合の磁気抵抗パターン１−１〜１−４の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４に対し、磁気抵抗パターン１−１の感磁パターンに印加される磁界強度の低下による抵抗値変化分をΔSＲ１、磁気抵抗パターン１−２の感磁パターンに印加される磁界強度の低下による抵抗値変化分をΔSＲ２、磁気抵抗パターン１−３の感磁パターンに印加される磁界強度の低下による抵抗値変化分をΔSＲ３、磁気抵抗パターン１−４の感磁パターンに印加される磁界強度の低下による抵抗値変化分をΔSＲ４とすると、磁気抵抗パターン１−１の抵抗値はＲ１’＝Ｒ１＋ΔSＲ１となり、磁気抵抗パターン１−２の抵抗値はＲ２’＝Ｒ２＋ΔSＲ２となり、磁気抵抗パターン１−３の抵抗値はＲ３’＝Ｒ３＋ΔSＲ３となり、磁気抵抗パターン１−４の抵抗値はＲ４’＝Ｒ４＋ΔSＲ４となり、いずれの磁石回転角においても、ΔSＲ１＝ΔSＲ３およびΔSＲ２＝ΔSＲ４となる。
【００２６】
ここで、前記（１）式中の（Ｒ２×Ｒ４−Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）の項を、磁界Ｂの中心線を含む平面ＰＬ１と同一平面に感磁パターンＭＲを置いた場合でのブリッジ抵抗Ｒとし、感磁パターンを磁石間から離した場合のブリッジ抵抗Ｒ’すなわち｛（Ｒ２＋ΔSＲ２）×（Ｒ４＋ΔSＲ４）−（Ｒ１＋ΔSＲ１）×（Ｒ３＋ΔSＲ３）｝／{（Ｒ１＋ΔSＲ１）＋（Ｒ２＋ΔSＲ２）＋（Ｒ３＋ΔSＲ３）＋（Ｒ４＋ΔSＲ４）｝において、Ｒ１＝Ｒ３、Ｒ２＝Ｒ４およびΔSＲ１＝ΔSＲ３、ΔSＲ２＝ΔSＲ４が成り立ち、ΔSＲ１＝ΔSＲ３＝ΔSＲ２＝ΔSＲ４のとき、感磁パターンを磁石間から離した場合のブリッジ抵抗Ｒ’は理想値と等しくなり、ΔSＲ１＝ΔSＲ３＜ΔSＲ２＝ΔSＲ４のときは、理想値より大きくなる。逆に、ΔSＲ１＝ΔSＲ３＞ΔSＲ２＝ΔSＲ４のときは理想値より小さくなり、これがセンサ出力の変化分として現れる。
【００２７】
このように、感磁パターンに印加される磁界強度の低下による抵抗値変化分の絶対値ΔSＲ１、ΔSＲ２、ΔSＲ３、ΔSＲ４の大小に起因して、ブリッジ抵抗、すなわち（Ｒ２×Ｒ４−Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）に対応して計算される（Ｒ２’×Ｒ４’−Ｒ１’×Ｒ３’）／（Ｒ１’＋Ｒ２’＋Ｒ３’＋Ｒ４’）が理想値に対して変化するため、図１７にシミュレーションした結果を示すように、磁気センサ１００のセンサ特性（磁石回転角度−出力特性）IIが理想的なセンサ特性Ｉに対して変化し、センサ特性が悪化してしまう。
【００２８】
ところで、磁石３−１から磁石３−２に向かう磁界Ｂが作る基板２の面上における磁場の方位分布は、図１３に示すようになる。また、基板２の面上における磁場の方位分布は、磁界Ｂの中心線を含む平面ＰＬ１と感磁パターンＭＲの形成面ＰＬ２との間の距離ｚによらず、図１３に示す分布と同様になる。すなわち、図１２に示すように、磁界Ｂの中心線を含む平面ＰＬ１と感磁パターンＭＲの形成面ＰＬ２との間の距離ｚを増大させた場合に、磁石３−１から磁石３−２に向かう磁界Ｂが作る基板２の面上における磁場の方位分布と、図１１に示すように、感磁パターンＭＲを磁石３−１，３−２間の強い磁場中に位置させた場合に、磁石３−１から磁石３−２に向かう磁界Ｂが作る基板２の面上における磁場の方位分布とは、ほぼ同様になる。
【００２９】
この基板２の面上における磁場の方位分布において、図１３に示すように、ラインＬ１〜Ｌ４の内側の領域は平行磁界が印加されると見なせる領域であり、外側の領域は湾曲磁界が印加される領域である。ラインＬ１〜Ｌ４の外側の領域において、ラインＬ１〜Ｌ４から外側に離れた領域ほど磁界の湾曲角度、すなわち理想平行磁界方位との角度差が大きくなる。
【００３０】
〔実施の形態〕
図１は本発明に係る回転角度検出器の一実施の形態の要部を示す図である。同図において、図１０と同一符号は図１０を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００３１】
図１では、従来の回転角度検出器における磁気センサ１００と区別するために、磁気センサを符号２００で示している。また、この回転角度検出器においても、図２に示すように、感磁パターンＭＲを磁石３−１，３−２間から離した構造としている。すなわち、図１２に示した構造と同様、磁石３−１から磁石３−２に向かう磁界Ｂの中心線を含む平面ＰＬ１を感磁パターンＭＲの形成面ＰＬ２に対して直交する方向（Ｚ方向）に距離ｚだけずらしている。
【００３２】
この回転角度検出器において、磁気センサ２００の感磁パターンＭＲは、その磁気抵抗パターン１−２，１−４の形状が従来の磁気センサ１００の感磁パターンＭＲにおける磁気抵抗パターン１−２，１−４の形状と異なっている。この例において、磁気抵抗パターン１−２，１−４の形状は、磁石回転角が０゜の位置において、湾曲磁界が印加される領域と平行磁界が印加される領域との境界線であるラインＬ１，Ｌ２の内側の領域に全てが入り、ラインＬＸについて対称な形状とされ、ラインＬ１，Ｌ２に沿って外側（感磁パターンＭＲの中心Ｏ１から離れる方向）に延びる延出部１−２ａ，１−４ａを有している。磁気抵抗パターン１−１，１−３の形状は、従来の磁気抵抗パターン１−１，１−３の形状と同じであり、磁石回転角が０゜の位置において、ラインＬＹについて対称な一部が湾曲磁界が印加される領域に位置している。
【００３３】
また、この磁気センサ２００の感磁パターンＭＲにおいて、磁気抵抗パターン１−１〜１−４の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は、磁石回転角が０゜の位置においてＲ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４となるように定められている。また、磁気抵抗パターン１−１，１−３の形状は、磁気抵抗パターン１−１と１−３とが対称、磁気抵抗パターン１−２と１−４とが対称、磁気抵抗パターン１−１と１−２とが非対称、磁気抵抗パターン１−３と１−４とが非対称とされている。また、感磁パターンＭＲの中心Ｏ１を挟んで対向する磁気抵抗パターン１−１と１−３とが第１のペアとされ、感磁パターンＭＲの中心Ｏ１を挟んで対向する磁気抵抗パターン１−２と１−４とが第２のペアとされている。この例では、第１のペア、第２のペアとも、そのペアの磁気抵抗パターンは、磁界Ｂの相対的な回転中、磁界Ｂが作る基板１の面上の磁場において湾曲磁界が印加される領域へはみ出す部分を有している。
【００３４】
〔センサ特性が改善されるメカニズム〕
この磁気センサ２００または磁気センサ１００を用いた回転角度検出器において、磁気抵抗パターンに湾曲磁界が印加された場合の磁気抵抗パターンの抵抗値は、平行磁場が印加された場合の磁気抵抗パターンの抵抗値と異なる。その抵抗値の差分の絶対値は、湾曲磁界が印加される磁気抵抗パターンの抵抗値の大きさに比例し、磁気抵抗パターンに印加される湾曲磁界の方位に依存する。
【００３５】
磁気抵抗パターン１−１〜１−４のうち、湾曲磁界が印加された部分の磁気抵抗パターンの抵抗値は、図１４に示す磁石回転角と磁気抵抗パターンの抵抗値の関係に従う。磁気抵抗パターンに印加される湾曲磁界の磁場方位が、平行磁場の磁場方位に対して正側にある場合、すなわち、磁石回転角度に対して正側にある場合には、磁気抵抗パターン１−１または１−３に湾曲磁界が印加されたとき、抵抗値は理想値よりも減少し、磁気抵抗パターン１−２または１−４に湾曲磁界が印加されたとき、抵抗値は理想値よりも増加する。逆に、磁気抵抗パターンに印加される湾曲磁界の磁場方位が、平行磁場の磁場方位に対して負側にある場合には、磁気抵抗パターン１−１または１−３に湾曲磁界が印加されたとき、抵抗値は理想値よりも増加し、磁気抵抗パターン１−２または１−４に湾曲磁界が印加されたとき、抵抗値は理想値よりも減少する。
【００３６】
従来の磁気センサ１００を用いた場合の、磁気抵抗パターン１−１に印加される湾曲磁界による抵抗値の変化分と、本実施の形態の磁気センサ２００を用いた場合の、磁気抵抗パターン１−１に印加される湾曲磁界による抵抗値の変化分との差分の絶対値をΔAｒ１とし、磁気センサ１００を用いた場合の、磁気抵抗パターン１−２に印加される湾曲磁界による抵抗値の変化分と、磁気センサ２００を用いた場合の、磁気抵抗パターン１−２に印加される湾曲磁界による抵抗値の変化分との差分の絶対値をΔAｒ２とし、磁気センサ１００を用いた場合の、磁気抵抗パターン１−３に印加される湾曲磁界による抵抗値の変化分と、磁気センサ２００を用いた場合の、磁気抵抗パターン１−３に印加される湾曲磁界による抵抗値の変化分との差分の絶対値をΔAｒ３とし、磁気センサ１００を用いた場合の、磁気抵抗パターン１−４に印加される湾曲磁界による抵抗値の変化分と、磁気センサ２００を用いた場合の、磁気抵抗パターン１−４に印加される湾曲磁界による抵抗値の変化分との差分の絶対値をΔAｒ４とする。本実施の形態においては、磁気抵抗パターン１−１と１−３とを対称とし、磁気抵抗パターン１−２と１−４とを対称としているため、いずれの磁石回転角度においても、ΔAｒ１＝ΔAｒ３およびΔAｒ２＝ΔAｒ４が成立する。
【００３７】
実施の形態である磁気センサ２００を用いた回転角度検出器について、磁石回転角が０゜の時の状態を図３（ａ）に、磁石回転角が＋２０゜の時の状態を図３（ｂ）に、磁石回転角が−２０゜の時の状態を図３（ｃ）に示す。また、従来の磁気センサ１００を用いた回転角度検出器について、磁石回転角が０゜の時の状態を図１６（ａ）に、磁石回転角が＋２０゜の時の状態を図１６（ｂ）に、磁石回転角が−２０゜の時の状態を図１６（ｃ）に示す。
【００３８】
磁石回転角が＋２０゜の場合、延出部１−２ａの作用により前記ΔAｒ２が増加し、湾曲磁界の方位は磁石回転角度に対し正側にあるため、湾曲磁界の印加による磁気抵抗パターン１−２の抵抗値変化は、従来の磁気センサ１００の磁気抵抗パターン１−２の抵抗値変化に対し、＋ΔAｒ２となる。また、延出部１−４ａの作用により前記ΔAｒ４が増加し、湾曲磁界の方位は磁石回転角度に対し正側にあるため、湾曲磁界の印加による磁気抵抗パターン１−４の抵抗値変化は、従来の磁気センサ１００の磁気抵抗パターン１−４の抵抗値変化に対し、＋ΔAｒ４となる。また、磁気センサ２００の磁気抵抗パターン１−１および１−３は、磁気センサ１００の磁気抵抗パターン１−１および１−３と同じであるため、ΔAｒ１＝０およびΔAｒ３＝０となる。
【００３９】
ここで、前記ΔAｒ１〜ΔAｒ４および前記ΔSｒ１〜ΔSｒ４を用いて磁気抵抗パターン１−１〜１−４の各抵抗値Ｒ１”〜 Ｒ４”を表すと、磁気抵抗パターン１−１の抵抗値Ｒ１”＝Ｒ１＋ΔSｒ１、磁気抵抗パターン１−２の抵抗値Ｒ２”＝Ｒ２＋ΔSｒ２＋ΔAｒ２、磁気抵抗パターン１−３の抵抗値Ｒ３”＝Ｒ３＋ΔSｒ３、磁気抵抗パターン１−４の抵抗値Ｒ４”＝Ｒ４＋ΔSｒ４＋ΔAｒ４となる。
【００４０】
そして、図１４のIIIおよびIVに示す印加磁界強度が低下した場合の磁石回転角度と抵抗値変化の関係から、磁気抵抗パターン１−２の抵抗値Ｒ２”＝Ｒ２＋ΔSｒ２＋ΔAｒ２において、ΔSｒ２≒０であるので、Ｒ２”≒Ｒ２＋ΔAｒ２となり、磁気抵抗パターン１−４の抵抗値Ｒ４”＝Ｒ４＋ΔSｒ４＋ΔAｒ４において、ΔSｒ４≒０であるので、Ｒ４”≒Ｒ４＋ΔAｒ４となる。
【００４１】
前記（１）式のブリッジ抵抗Ｒを表す（Ｒ２×Ｒ４−Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）の項において、Ｒ１＝Ｒ３且つＲ２＝Ｒ４が成り立つとき、ブリッジ抵抗Ｒ＝（Ｒ２−Ｒ１）／２と表される。本実施の形態の磁石回転角度が＋２０°の場合に、ブリッジ抵抗Ｒ”＝（Ｒ２”×Ｒ４”−Ｒ１”×Ｒ３”）／（Ｒ１”＋Ｒ２”＋Ｒ３”＋Ｒ４”）の項において、Ｒ１”＝Ｒ３”且つＲ２”＝Ｒ４”が成り立ち、Ｒ”＝（Ｒ２”−Ｒ１”）／２と表される。すなわち、前述のとおりＲ”≒｛（Ｒ２＋ΔAｒ２）−（Ｒ１＋ΔSｒ１）｝／２となり、また、このうちΔAｒ２とΔSｒ１が相殺されるので、その結果、ブリッジ抵抗Ｒ” ≒（Ｒ２−Ｒ１）／２となり、従来の磁気センサ１００を十分強い磁界下で駆動させたときの結果と一致する。
【００４２】
次に、磁石回転角が−２０゜の場合、延出部１−２ａの作用により前記ΔAｒ２が増加し、湾曲磁界の方位は磁石回転角度に対し負側にあるため、湾曲磁界の印加による磁気抵抗パターン１−２の抵抗値変化は、従来の磁気センサ１００の磁気抵抗パターン１−２の抵抗値変化に対し、−ΔAｒ２となる。また、延出部１−４ａの作用により前記ΔAｒ４が増加し、湾曲磁界の方位は磁石回転角度に対し負側にあるため、湾曲磁界の印加による磁気抵抗パターン１−４の抵抗値変化は、従来の磁気センサ１００の磁気抵抗パターン１−４の抵抗値変化に対し、−ΔAｒ４となる。また、磁気センサ２００の磁気抵抗パターン１−１および１−３は、磁気センサ１００の磁気抵抗パターン１−１および１−３と同じであるため、ΔAｒ１＝０およびΔAｒ３＝０となる。
【００４３】
ここで、前記ΔAｒ１〜ΔAｒ４および前記ΔSｒ１〜ΔSｒ４を用いて磁気抵抗パターン１−１〜１−４の各抵抗値Ｒ１”〜 Ｒ４”を表すと、磁気抵抗パターン１−１の抵抗値Ｒ１”＝Ｒ１＋ΔSｒ１、磁気抵抗パターン１−２の抵抗値Ｒ２”＝Ｒ２＋ΔSｒ２−ΔAｒ２、磁気抵抗パターン１−３の抵抗値Ｒ３”＝Ｒ３＋ΔSｒ３、磁気抵抗パターン１−４の抵抗値Ｒ４”＝Ｒ４＋ΔSｒ４−ΔAｒ４となる。
【００４４】
そして、図１４のIIIおよびIVに示す印加磁界強度が低下した場合の磁石回転角度と抵抗値変化の関係から、磁気抵抗パターン１−１の抵抗値Ｒ１”＝Ｒ１＋ΔSｒ１において、ΔSｒ１≒０であるので、Ｒ１”≒Ｒ１となり、磁気抵抗パターン１−３の抵抗値Ｒ３”＝Ｒ３＋ΔSｒ３において、ΔSｒ３≒０であるので、Ｒ３”≒Ｒ３となる。
【００４５】
前記（１）式のブリッジ抵抗Ｒを表す（Ｒ２×Ｒ４−Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）の項において、Ｒ１＝Ｒ３且つＲ２＝Ｒ４が成り立つとき、ブリッジ抵抗Ｒ＝（Ｒ２−Ｒ１）／２と表される。本実施の形態の磁石回転角度が−２０°の場合、ブリッジ抵抗Ｒ”＝（Ｒ２”×Ｒ４”−Ｒ１”×Ｒ３”）／（Ｒ１”＋Ｒ２”＋Ｒ３”＋Ｒ４”）の項において、Ｒ１”＝Ｒ３”且つＲ２”＝Ｒ４”が成り立ち、Ｒ”＝（Ｒ２”−Ｒ１”）／２と表される。すなわち、前述のとおりＲ”≒｛（Ｒ２＋ΔSｒ２−ΔAｒ２）−（Ｒ１）｝／２となり、また、ΔSｒ２とΔAｒ２が相殺されるので、その結果、ブリッジ抵抗Ｒ” ≒（Ｒ２−Ｒ１）／２となり、従来の磁気センサ１００を十分強い磁界下で駆動させたときの結果と一致する。
【００４６】
このように、本実施の形態では、距離ｚの増大による磁界強度低下による抵抗値の変化分が、湾曲磁界による抵抗値の変化分により相殺されて、ブリッジ抵抗Ｒ”の値が、十分強い磁界下で駆動させた場合のプリッジ抵抗Ｒの値に近づくので、図４にシミュレーションした結果を示すように、磁気センサ２００のセンサ特性（磁石回転角度−出力特性）IIが理想的なセンサ特性Ｉに近づくものとなり、センサ特性の悪化が改善される。
【００４７】
このようにして、本実施の形態では、感磁パターンＭＲを磁石３−１，３−２間に位置させなくても良好な直線性を得ることができ、集磁用バイアス磁石や磁性体というような別部材を用いることなく、感磁パターンＭＲを構成する磁気抵抗パターン１−１〜１−４の形状のみで、距離ｚの増大によるセンサ特性の悪化を回避することができるようになり、磁気センサ２００の搭載精度も緩和することができるようになる。
【００４８】
なお、上述した実施の形態では、磁気抵抗素子１−２，１−４の形状を、磁石回転角が０゜の位置において、ラインＬ１，Ｌ２の内側の領域に全てが入る形状としたが、すなわち湾曲磁界が印加される領域にはみ出さない形状としたが、湾曲磁界が印加される領域にはみ出していてもよい。
【００４９】
また、磁気抵抗パターン１−１〜１−４は、第１のペアおよび第２のペアの磁気抵抗パターンの少なくとも１つのペアが、磁界Ｂの相対的な回転中、磁界Ｂが作る基板面上の磁場において湾曲磁界が印加される領域にはみ出す部分を有していればよく、第１のペアの磁気抵抗パターンにおける、距離ｚの増大による磁界強度低下による抵抗値の変化分と湾曲磁界による抵抗値の変化分の和と、第２のペアの磁気抵抗パターンにおける、距離ｚの増大による磁界強度低下による抵抗値の変化分と湾曲磁界による抵抗値の変化分の和との差分が小さくなるような形状とされていれば、どのような形状であってもよい。
【００５０】
〔調節弁制御システム〕
図５は本発明に係る回転角検出器を使用した調節弁制御システムのシステム構成図である。同図において、７は上位コントローラ、８は調節弁、９は調節弁８の弁開度を制御する電空ポジショナである。
【００５１】
電空ポジショナ９は、電空変換部９−１とパイロットリレー９−２と角度センサ９−３を備えており、上位コントローラ５からの設定開度情報および調節弁８からの角度センサ９−３を介する実開度情報に基づいて駆動制御信号を生成し、この駆動制御信号を電空変換部９−１にて空気圧信号に変換し、パイロットリレー９−２を介して調節弁８へ与え、調節弁８の開度を制御する。
【００５２】
角度センサ９−３は、調節弁８の弁開度をフィードバックレバー（図７に示す１０）の回転角度位置として検出するセンサであり、この角度センサ９−３の主要構成部品として本発明に係る回転角度検出器を用いている。
【００５３】
図６は電空ポジショナ９の角度センサ９−３と調節弁８との配置関係を示す図である。調節弁８は駆動部８Ａと弁軸８Ｂと弁８Ｃとを備えている。駆動部８Ａは、ダイアフラムを有してなり、電空ポジショナ９からの導入空気圧に応じ弁軸８Ｂを上下動させて、弁８Ｃの開度を調整する。
【００５４】
この弁軸８Ｂのリフト位置、すなわち弁８Ｃの開度を検出するべく、角度センサ９−３と弁軸８Ｂとの間にフィードバックレバー１０が連結されている。フィードバックレバー１０は、弁軸８Ｂのリフト位置に応じて角度センサ９−３の中心Ｏ１を軸心として、回動する。このフィードバックレバー１０の回転角度位置から弁８Ｃの開度を知ることができる。
【００５５】
図７（ａ）および（ｂ）は角度センサ９−３の要部を示す平面図および側面図である。この角度センサ９−３において、フィードバックレバー１０は回転軸９に軸支されており、この回転軸９との軸支部に磁石３−１，３−２およびヨーク３−３からなる磁界発生手段３が固定されている。磁界発生手段３はフィードバックレバー１０と一体となって回動する。そして、この磁界発生手段３が発生する磁界Ｂに対し、磁気抵抗素子ＭＲが形成された基板面を平行として、磁気センサ２００が配置されている。この磁気センサ２００は、センサ取付部材１２に固定的に配置されており、フィードバックレバー１０とは一体となって回動しない。図８に角度センサ９−３の要部を斜視図として示す。
【００５６】
なお、この調節弁制御システムでは、磁界発生手段３が可動部材（フィードバックレバー１０）に保持され、磁気センサ２００が固定部材（センサ取付部材１２）に保持されているが、磁界発生手段３を固定部材に保持し、磁気センサ２００を可動部材に保持するような構成とされる場合もある。
【００５７】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１−１〜１−４…強磁性体の薄膜抵抗（磁気抵抗パターン）、２…基板、ＭＲ…磁気抵抗素子、３…磁界発生手段、３−１，３−２…磁石、３−３…ヨーク、５…可動部材、６…固定部材、７…上位コントローラ、８…調節弁、８Ａ…駆動部、８Ｂ…弁軸、８Ｃ…弁、９…電空ポジショナ、９−１…電空変換部、９−２…パイロットリレー、９−３…角度センサ、１０…フィードバックレバー、１１…回転軸、１２…センサ取付部、２００…磁気センサ。
【図１】
2014109482.tif 000003
【図２】
2014109482.tif 000004
【図３】
2014109482.tif 000005
【図４】
2014109482.tif 000006
【図５】
2014109482.tif 000007
【図６】
2014109482.tif 000008
【図７】
2014109482.tif 000009
【図８】
2014109482.tif 000010
【図９】
2014109482.tif 000011
【図１０】
2014109482.tif 000012
【図１１】
2014109482.tif 000013
【図１２】
2014109482.tif 000014
【図１３】
2014109482.tif 000015
【図１４】
2014109482.tif 000016
【図１５】
2014109482.tif 000017
【図１６】
2014109482.tif 000018
【図１７】
2014109482.tif 000019