(57)【要約】【課題】磁気抵抗パターンの集積配置と磁気抵抗パターン間の雷サージ対策とを高いレベルで両立させる。【解決手段】磁気抵抗パターン１の辺同士を均一な間隔を設けて対向させるのではなく、外部から電圧が入力されたときに最も電位差の生じる磁気抵抗パターン１−１〜１−４のレイアウトの中心（基板２の中心）付近のみ間隔を広くして対向させ、磁気抵抗パターン１−１〜１−４のレイアウトの中心付近に面積の広い空領域Ｇ１を形成する。なお、磁気抵抗パターン１の辺同士の間隔を磁気抵抗パターン１−１〜１−４のレイアウトの中心から外に向かって漸次狭めるようにしたギャップＧ２（図２）を形成するようにしてもよい。【選択図】  図１
2014033065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性体からなる線状電極をつづら折りでほぼ角形になるよう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すると共に、隣接する磁気抵抗パターンの辺同士を間隔を設けて対向させて方形状とする一方、互いに隣接する磁気抵抗パターンの回転ずれを９０゜とした磁気抵抗素子を基板上に備えた磁気センサにおいて、
前記磁気抵抗素子は、
前記４つの磁気抵抗パターンのレイアウトの中心付近の隣接する磁気抵抗パターンの辺同士の間隔がそれ以外の間隔よりも広く形成されている
ことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
請求項１に記載された磁気センサにおいて、
前記磁気抵抗素子は、
前記磁気抵抗パターンの辺同士の間隔が前記４つの磁気抵抗パターンのレイアウトの中心から外に向かって漸次狭められている
ことを特徴とする磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁界の向きによって抵抗値が変化する磁気抵抗素子の特性を利用した磁気センサ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磁気抵抗素子を備え、この磁気抵抗素子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、それに応じて磁気抵抗素子の抵抗値が変化する。この磁気抵抗素子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７は従来の磁気センサ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、磁気抵抗素子と呼ぶ。
【０００５】
この磁気センサ１００は、定電流ｉｄによって駆動され、磁気抵抗パターン１−１と１−４との接続点に生じる電圧ｅ１と磁気抵抗パターン１−３と１−２との接続点に生じる電圧ｅ２との差を検出出力Ｖｏｕｔとする。なお、磁気センサ１００を定電流ｉｄの代わりに定電圧Ｖｄで駆動することも可能である。
【０００６】
この磁気センサ１００において、基板面に形成された磁気抵抗素子ＭＲに対して平行な磁界をＢとし、この磁界Ｂが図示矢印方向へ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、検出出力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よりなる磁気抵抗素子ＭＲは、通常、図８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ほぼ角形になるよう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８において、２は磁気抵抗パターン１−１〜１−４よりなる磁気抵抗素子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は磁気抵抗素子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、磁気抵抗素子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な方形状に整列配置されている。
【００１０】
なお、図８に示した例では、隣接する磁気抵抗パターン１の辺同士を均一な間隔ｄを設けて対向させているが、図９に示す磁気センサ１０１のように、磁気抵抗パターン１−１，１−３と磁気抵抗パターン１−２，１−４とを磁石３−１と３−２の磁極間を結ぶ中心線の両側の対象位置に配置する構成とされる場合もある。
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような磁気センサを設計するうえで考慮しなければならない事項として、センサの小型化（磁気抵抗パターンの集積配置）と、各磁気抵抗パターン間で発生する雷サージ対策（高電圧ノイズ対策）がある。
【００１３】
外部から雷サージなどの高電圧ノイズが侵入すると、磁気抵抗素子の端子間に異常な電圧が印加され、隣接する磁気抵抗パターン間で絶縁破壊によるスパークが発生し、磁気抵抗パターンを焼損することがある。
【００１４】
〔センサの小型化〕
第１に、センサの小型化を図るためには、図９よりは図８のようなレイアウトで各磁気抵抗パターンを配置する方が有利であり、図９のレイアウトは図８のレイアウトに比べてスペースをとるため不利である。
【００１５】
〔雷サージ対策〕
第２に、雷サージによって引き起こされる絶縁破壊による異常放電（スパーク）は隣接する磁気抵抗パターンが近接していると発生しやすく、また、このスパークは４つの磁気抵抗パターンのレイアウトの中心付近（電位差が大きくなる中心付近）が最も発生しやすく、中心から外に向かうにつれ発生し難くなる。そこで、雷サージ対策としては、磁気抵抗パターン間のギャップを広くとることが望ましい。
【００１６】
したがって、雷サージ対策を図るためには、図８よりは図９のようなレイアウトで各磁気抵抗パターンを配置する方が有利であり、図８のレイアウトは図９のレイアウトに比べて磁気抵抗パターン間のギャップが狭い（特にレイアウト中心付近）のでスパークが発生しやすく不利である。
【００１７】
このように、センサの小型化を指向した磁気抵抗パターンの集積配置と磁気抵抗パターン間の雷サージ対策は二律背反であるが、磁気抵抗パターンの集積配置と磁気抵抗パターン間の雷サージ対策とを、何れか一方を犠牲にすることなく、高いレベルで両立させることが望まれる。
【００１８】
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、磁気抵抗パターンの集積配置と磁気抵抗パターン間の雷サージ対策とを高いレベルで両立させることが可能な磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような目的を達成するために本発明は、強磁性体からなる線状電極をつづら折りでほぼ角形になるよう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すると共に、隣接する磁気抵抗パターンの辺同士を間隔を設けて対向させて方形状とする一方、互いに隣接する磁気抵抗パターンの回転ずれを９０゜とした磁気抵抗素子を基板上に備えた磁気センサにおいて、磁気抵抗素子は、４つの磁気抵抗パターンのレイアウトの中心付近の隣接する磁気抵抗パターンの辺同士の間隔がそれ以外の間隔よりも広く形成されていることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、４つの磁気抵抗パターンを隣接する磁気抵抗パターンの辺同士を間隔を設けて対向させて方形状とすることにより、磁気抵抗パターンの集積配置が実現される一方、スパークが発生しやすい４つの磁気抵抗パターンのレイアウトの中心付近の隣接する磁気抵抗パターンの辺同士の間隔をそれ以外の間隔よりも広く形成することによって、雷サージの影響を受け難くなる。
【００２１】
本発明では、４つの磁気抵抗パターンのレイアウトの中心付近の隣接する磁気抵抗パターンの辺同士の間隔をそれ以外の間隔よりも広く形成するが、その一例として、磁気抵抗パターンの辺同士の間隔を４つの磁気抵抗パターンのレイアウトの中心付近のみ広くするようにしたり、磁気抵抗パターンの辺同士の間隔を４つの磁気抵抗パターンのレイアウトの中心から外に向かって漸次狭めるようにすることが考えられる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、４つの磁気抵抗パターンのレイアウトの中心付近の隣接する磁気抵抗パターンの辺同士の間隔をそれ以外の間隔よりも広く形成するようにしたので、雷サージの影響を受け難くなり、磁気抵抗パターンの集積配置と磁気抵抗パターン間の雷サージ対策とを、何れか一方を犠牲にすることなく、高いレベルで両立させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る磁気センサの一実施の形態（実施の形態１）の要部を示す図である。
【図２】本発明に係る磁気センサの他の実施の形態（実施の形態２）の要部を示す図である。
【図３】本発明に係る磁気センサを用いた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４】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５】角度センサの要部を示す平面図および側面図である。
【図６】角度センサの要部を示す斜視図である。
【図７】従来の磁気センサの回路構成の要部を示す図である。
【図８】従来の磁気センサにおける磁気抵抗パターンのレイアウトの一例を示す図である。
【図９】従来の磁気センサにおける磁気抵抗パターンのレイアウトの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
〔実施の形態１〕
図１はこの発明に係る磁気センサの一実施の形態（実施の形態１）の要部を示す図である。同図において、図８と同一符号は図８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。
【００２６】
実施の形態１の磁気センサを符号２００で示す。この磁気センサ２００も、図８に示した磁気センサ１００と同様、磁石３−１と３−２との間に配置され、回転角度検出器の主要構成部品として用いられる。
【００２７】
この磁気センサ２００では、磁気抵抗パターン１の辺同士の間隔を磁気抵抗パターン１−１〜１−４のレイアウトの中心付近のみ広くしている。すなわち、磁気抵抗パターン１の辺同士を均一な間隔を設けて対向させるのではなく、スパークが発生しやすい磁気抵抗パターン１−１〜１−４のレイアウトの中心付近のみ間隔を広くして対向させ、磁気抵抗パターン１−１〜１−４のレイアウトの中心付近に面積の広い空領域Ｇ１を形成している。なお、この実施の形態において、キャップＧ１は円形とされているが、矩形としたりしてもよい。
【００２８】
本実施の形態の磁気センサ２００では、４つの磁気抵抗パターン１を隣接する磁気抵抗パターン１の辺同士を間隔を設けて対向させて方形状とすることにより、磁気抵抗パターン１の集積配置が実現される。また、磁気抵抗パターン１−１〜１−４のレイアウトの中心付近の磁気抵抗パターン１の辺同士の間隔を広くし、磁気抵抗パターン１−１〜１−４のレイアウトの中心付近に面積の広い空領域Ｇ１を形成することによって、雷サージによるスパークが発生し難くなり、雷サージの影響を受け難くなる。これにより、磁気抵抗パターンの集積配置と磁気抵抗パターン間の雷サージ対策とを、何れか一方を犠牲にすることなく、高いレベルで両立させることができるようになる。
【００２９】
〔実施の形態２〕
実施の形態１の磁気センサ２００では、磁気抵抗パターン１−１〜１−４のレイアウトの中心付近にのみ面積の広い空領域Ｇ１を形成するようにしたが、実施の形態２として図２に示す磁気センサ２０１のように、磁気抵抗パターン１の辺同士の間隔を磁気抵抗パターン１−１〜１−４のレイアウトの中心から外に向かって漸次狭めるようにした空領域Ｇ２を形成するようにしてもよい。
【００３０】
この実施の形態２の磁気センサ２０１では、磁気抵抗パターン１−１〜１−４のレイアウトの中心付近にスパークが発生しやすく、中心から外に向かうにつれ電位差が小さくなりスパークが発生し難くなるという特性が考慮され、更に合理的に磁気抵抗パターンの集積配置と磁気抵抗パターン間の雷サージ対策とを高いレベルで両立させることができるようになる。
【００３１】
〔調節弁制御システム〕
図３は本発明に係る磁気センサを用いた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、５は上位コントローラ、６は調節弁、７は調節弁６の弁開度を制御する電空ポジショナである。
【００３２】
電空ポジショナ７は、電空変換部７−１とパイロットリレー７−２と角度センサ７−３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６からの角度センサ７−３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７−１にて空気圧信号に変換し、パイロットリレー７−２を介して調節弁６へ与え、調節弁６の開度を制御する。
【００３３】
角度センサ７−３は、調節弁６の弁開度をフィードバックレバー（図５に示す８）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７−３の主要構成部品として本発明に係る磁気センサを用いている。
【００３４】
図４は電空ポジショナ７の角度センサ７−３と調節弁６との配置関係を示す図である。調節弁６は駆動部６Ａと弁軸６Ｂと弁６Ｃとを備えている。駆動部６Ａは、ダイアフラムを有してなり、電空ポジショナ７からの導入空気圧に応じ弁軸６Ｂを上下動させて、弁６Ｃの開度を調整する。
【００３５】
この弁軸６Ｂのリフト位置、すなわち弁６Ｃの開度を検出するべく、角度センサ７−３と弁軸６Ｂとの間にフィードバックレバー８が連結されている。フィードバックレバー８は、弁軸６Ｂのリフト位置に応じて角度センサ７−３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８の回転角度位置から弁６Ｃの開度を知ることができる。
【００３６】
図５（ａ）および（ｂ）は角度センサ７−３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７−３において、フィードバックレバー８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８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（２０１）が配置されている。この磁気センサ２００（２０１）は、センサ取付部材１０に固定的に配置されており、フィードバックレバー８とは一体となって回動しない。図６に角度センサ７−３の要部を斜視図として示す。
【００３７】
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８）に保持され、磁気センサ２００（２０１）が固定部材（センサ取付部材１０）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（２０１）を可動部材に保持するような構成とされる場合もある。
【００３８】
〔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】
【００３９】
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、Ｐ１〜Ｐ４…電極、Ｇ１，Ｇ２…空領域、３…磁界発生手段、３−１，３−２…磁石、３−３…ヨーク、５…上位コントローラ、６…調節弁、６Ａ…駆動部、６Ｂ…弁軸、６Ｃ…弁、７…電空ポジショナ、７−１…電空変換部、７−２…パイロットリレー、７−３…角度センサ、８…フィードバックレバー、９…回転軸、１０…センサ取付部、２００，２０１…磁気センサ。
【図１】
2014033065.tif 000003
【図２】
2014033065.tif 000004
【図３】
2014033065.tif 000005
【図４】
2014033065.tif 000006
【図５】
2014033065.tif 000007
【図６】
2014033065.tif 000008
【図７】
2014033065.tif 000009
【図８】
2014033065.tif 000010
【図９】
2014033065.tif 000011