(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出体である磁性体歯車に対しその歯方向からバイアス磁界を印加するバイアス磁石と、
このバイアス磁界内に、前記歯車の歯に対向して同歯と平行に、且つ前記歯車の回転方向に沿って複数配されて、それらが電気的に直列接続された磁気抵抗素子と、
該直列接続された磁気抵抗素子の一方端から他方端に流れる電流を供給する給電手段とを具え、
前記歯車の回転に伴い変化する前記バイアス磁界の磁気ベクトルを、前記直列接続された各磁気抵抗素子における抵抗値変化の合成値に基づき検出する非接触型回転センサであって、
前記磁気抵抗素子は、その各々の抵抗値変化波形に生じる波形割れをその合成波形によって吸収することのできる間隔をもって、同吸収することのできる数だけ複数配設される
ことを特徴とする非接触型回転センサ。
【請求項２】
前記磁気抵抗素子は、前記歯車における各歯の山の長さの０．５〜１．５倍の長さの範囲に、前記間隔をもって、前記数だけ複数配設される
請求項１記載の非接触型回転センサ。
【請求項３】
前記磁気抵抗素子は、前記歯車における歯ピッチの２５〜７５％の長さの範囲に、前記間隔をもって、前記数だけ複数配設される
請求項１記載の非接触型回転センサ。
【請求項４】
前記給電手段は、直列接続された磁気抵抗素子を定電流駆動するものである
請求項１乃至３の何れかに記載の非接触型回転センサ。
【請求項５】
前記磁気抵抗素子は更に、適宜の抵抗体と直列接続されて電気的にハーフブリッジ回路を構成し、
前記給電手段は、該ハーフブリッジ回路を駆動すべくその一方端を接地し、他方端に所定の電圧を印加するものである
請求項１乃至３の何れかに記載の非接触型回転センサ。
【請求項６】
前記抵抗体は、前記バイアス磁界内に、前記歯車の歯に対向して、且つ、同歯と直角に１乃至複数配された磁気抵抗素子である
請求項５記載の非接触型回転センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、被検出体である歯車等の回転を非接触にて検出する非接触型回転センサに関し、特に磁性体歯車の歯方向からバイアス磁界を印加するとともに、そのバイアス磁界中におかれた磁気抵抗素子の歯車回転に伴う抵抗値変化を利用して同歯車の回転運動を検出するセンサにあって、その検出精度を高めるためのセンサ構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の非接触型回転センサにあっては、図１２に示されるような磁気抵抗素子の抵抗値変化を利用して、被検出体である歯車等の回転を検出するようにしている。
【０００３】
すなわち、適宜の絶縁基板上に配設された磁気抵抗素子ＭＲＥに対し、図１２（ａ）に示される態様で電流を流すと、その電流方向に平行な磁界Ｂｘの強度を増加させていった場合には、磁気抵抗素子ＭＲＥの抵抗値は約０．３％増加し、また電流方向に垂直な磁界Ｂｙの強度を増加させていった場合には、同抵抗値は４．０％ほど減少する。一方、上記基板に垂直な磁界Ｂｚを印加しても、同磁気抵抗素子ＭＲＥの抵抗値は変化しない。これら磁界強度（磁束密度）と抵抗値変化率との関係をまとめると図１２（ｂ）のようになる。
【０００４】
このため、同回転センサにあっても、上記抵抗値変化の大きい磁界を利用する例えば図１３に示されるような配置、すなわち歯車Ｇの各歯に平行となるように上記磁気抵抗素子ＭＲＥを配置するいわゆる「平行配置」によって、同歯車Ｇの回転を検出することが検討されていた。なお、同図１３において、符号ＢＭは、磁性体からなる歯車Ｇの歯方向からバイアス磁界を印加するバイアス磁石を示している。
【０００５】
このように、磁気抵抗素子ＭＲＥを平行配置することにより、歯車Ｇの回転に伴う磁気ベクトルの角度推移に応じた同磁気抵抗素子ＭＲＥの抵抗値変化率は、図１４に示される態様となる。
【０００６】
すなわち、磁気抵抗素子ＭＲＥの取付ずれのないときの磁気ベクトルの振れ角は、図１４（ａ）に「振れ角１」として示す領域で変化するため、そのときの同磁気抵抗素子ＭＲＥの抵抗値変化波形は、図１４（ｂ）に示されるように大きな変化を示すようになる。なおこのとき、上記抵抗値変化率特性の急峻な傾き部分を利用すべく、図１３に示される態様で、上記バイアス磁石ＢＭの中心を同磁気抵抗素子ＭＲＥの中心からずらしている。
【０００７】
一方、磁気抵抗素子ＭＲＥの取付ずれが「＋１ｍｍ」となると、磁気ベクトルの振れ角は、図１４（ａ）に「振れ角２」として示す領域に移動する。このため同磁気抵抗素子ＭＲＥの抵抗値変化は、同図１４（ｃ）に示されるように極端に減少するようになる。
【０００８】
また逆に、磁気抵抗素子ＭＲＥの取付ずれが「−０．４ｍｍ」となると、磁気ベクトルの振れ角は、図１４（ａ）に「振れ角３」として示す領域に移動する。そしてこの場合には、上記磁気ベクトルが最大に（２２°）振れると、一旦増加した抵抗値が同特性波形のピークを超えて減少し、図１４（ｄ）に示されるようないわゆる「波形割れ」を起こしてしまう。すなわちこの場合、上記取付ずれのないときに比べて２倍の数のパルスが出力されるようになり、実用上、大きな不都合を招くこととなる。
【０００９】
なお、磁気抵抗素子ＭＲＥを平行配置するこうしたセンサ構成にあっては、同磁気抵抗素子ＭＲＥの感磁面と歯車Ｇの山部分とのエアギャップが小さい場合にも、磁気ベクトルが振れすぎて、上記「波形割れ」が起こり易くなる。
【００１０】
そこで従来は、例えば特開平３−１９５９７０号公報にみられるように、上記磁界Ｂｘと磁界Ｂｙとの合成磁界によって磁気抵抗素子ＭＲＥの抵抗値が変化するように、同磁気抵抗素子ＭＲＥを上記磁気ベクトルの振れ角に対し４５°傾けて且つ、磁石面に垂直に配置するセンサ構成が採用されている。
【００１１】
こうしたセンサ構成は、上述した「平行配置」に対していわゆる「垂直配置」と称され、基本的には図１５に示される構成となる。
すなわちこの垂直配置にあっては、同図１５に示されるように、バイアス磁石ＢＭに垂直に配設される基板上に第１及び第２の磁気抵抗素子ＭＲＥが各々磁気ベクトルの振れ角に対し４５°傾けて配置される。そして、歯車Ｇの回転に伴う磁気ベクトルの角度推移に応じたそれら磁気抵抗素子ＭＲＥの抵抗値変化率は、図１６に示される態様となる。
【００１２】
因みにこの場合、磁気抵抗素子ＭＲＥの取付ずれが「−１ｍｍ」であれば、図１６（ａ）に「振れ角１」として示す領域でその抵抗値が変化し、また同磁気抵抗素子ＭＲＥの取付ずれが「＋１ｍｍ」であれば、図１６（ａ）に「振れ角２」として示す領域でその抵抗値が変化する。これら何れの場合であれ、磁気ベクトルの振れ角が同抵抗値変化率波形のピークを超えることはないため、図１６（ｂ）或いは（ｃ）に示されるように、上記「波形割れ」が起こる懸念もない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、同非接触型回転センサにおける磁気抵抗素子の配置を垂直配置とすれば、それら磁気抵抗素子から上記波形割れのない安定した抵抗値変化波形が得られるようになる。
【００１４】
しかしこの場合、図１６（ｂ）及び（ｃ）に併せ示されるように、それら磁気抵抗素子の取付ずれによる抵抗値のオフセットが発生することとなり、その出力を処理する回路としても、該オフセットを吸収することのできる精度の高い回路が必要となる。
【００１５】
またこの場合、磁気抵抗素子の感度も低下する。例えば上述したエアギャップが１．５ｍｍ程度まで大きくなると、抵抗値の変化は約０．５％までに下がり、電圧を比較する等の簡単な回路では、該抵抗値変化を正確に捕らえることはできなくなる。
【００１６】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、波形割れを起こすことなく、しかも高い感度のもとに正確に歯車の回転運動を検出することのできる非接触型回転センサを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
こうした目的を達成するため、請求項１記載の発明では、被検出体である磁性体歯車に対しその歯方向からバイアス磁界を印加するバイアス磁石と、このバイアス磁界内に、前記歯車の歯に対向して同歯と平行に、且つ前記歯車の回転方向に沿って複数配されて、それらが電気的に直列接続された磁気抵抗素子と、該直列接続された磁気抵抗素子の一方端から他方端に流れる電流を供給する給電手段とを具え、前記歯車の回転に伴い変化する前記バイアス磁界の磁気ベクトルを、前記直列接続された各磁気抵抗素子における抵抗値変化の合成値に基づき検出する非接触型回転センサとして、前記磁気抵抗素子が、その各々の抵抗値変化波形に生じる波形割れをその合成波形によって吸収することのできる間隔をもって、同吸収することのできる数だけ複数配設されるものとして非接触型回転センサを構成する。
【００１９】
また、請求項２記載の発明では、該請求項１記載の発明の構成において、前記磁気抵抗素子は、前記歯車における各歯の山の長さの０．５〜１．５倍の長さの範囲に、前記間隔をもって、前記数だけ複数配設されるものとする。
【００２０】
また、請求項３記載の発明では、同請求項１記載の発明の構成において、前記磁気抵抗素子は、前記歯車における歯ピッチの２５〜７５％の長さの範囲に、前記間隔をもって、前記数だけ複数配設されるものとする。
【００２１】
また、請求項４記載の発明では、これら請求項１乃至３の何れかに記載の発明の構成において、前記給電手段を、直列接続された磁気抵抗素子を定電流駆動するものとして構成する。
【００２２】
また、請求項５記載の発明では、同じくこれら請求項１乃至３の何れかに記載の発明の構成において、前記磁気抵抗素子は更に、適宜の抵抗体と直列接続されて電気的にハーフブリッジ回路を構成するものとし、前記給電手段を、該ハーフブリッジ回路を駆動すべくその一方端を接地し、他方端に所定の電圧を印加するものとして構成する。
【００２３】
また、請求項６記載の発明では、この請求項５記載の発明の構成において、前記抵抗体を、前記バイアス磁界内に、前記歯車の歯に対向して、且つ、同歯と直角に１乃至複数配された磁気抵抗素子によって構成する。
【００２４】
【作用】
前述したように、磁気抵抗素子を「平行配置」とするセンサにあっては、前記磁界Ｂｙに基づく大きな抵抗値変化を利用した感度の高い回転検出が可能となるものの、取付ずれやエアギャップによっては抵抗値変化波形の波形割れを招き、実用に耐えないものとなる。
【００２５】
そこで、請求項１記載の発明では、磁気抵抗素子を「平行配置」とはするものの、同磁気抵抗素子を上記の如く複数配設してこれを電気的に直列接続し、歯車の回転に伴い変化するバイアス磁界の磁気ベクトルを、この直列接続した各磁気抵抗素子における抵抗値変化の合成値に基づき検出するようにする。
【００２６】
すなわち、上記磁気抵抗素子各々の抵抗値変化波形が波形割れを生じる場合であれ、歯車の歯と平行に、しかもその回転方向にずれるかたちで複数配設される磁気抵抗素子の上記抵抗値変化合成波形によれば、それら波形割れの生じる部分が互いに補われ、歯車の各歯に対応して、波形割れのない好適な波形として上記磁気ベクトルの変化が検出されるようになる。
【００２７】
しかも同センサ構造によれば、それら直列接続される各磁気抵抗素子は何れも上記「平行配置」にて配置されるものであることから、前記磁界Ｂｙに基づく大きな抵抗値変化を利用した感度の高い回転検出が行われることともなる。
【００２８】
またこの場合、同複数の磁気抵抗素子は上述のように、歯車の回転方向に順次ずれるかたちで配設されるものであるため、前述した取付ずれ等の影響も少なく、その位置的な制限が大幅に緩和されるようにもなる。
【００２９】
さらにこの請求項１記載の発明では、
・前記磁気抵抗素子は、その各々の抵抗値変化波形に生じる波形割れをその合成波形によって吸収することのできる間隔（配置も含む）をもって、同吸収することのできる数だけ複数配設される。といった構成を採用するため、合成波形による上記波形割れ部分の補間吸収が更に確実に実現され、より高い精度で上記歯車の回転検出が行われるようになる。
【００３０】
そしてこの場合、例えば請求項２記載の発明によるように、
・前記磁気抵抗素子は、前記歯車における各歯の山の長さの０．５〜１．５倍の長さの範囲に、前記間隔をもって、前記数だけ複数配設される。といった構成、或いは請求項３記載の発明によるように、
・前記磁気抵抗素子は、前記歯車における歯ピッチの２５〜７５％の長さの範囲に、前記間隔をもって、前記数だけ複数配設される。
といった構成が、如何なる形状の歯車を被検出体とする場合にも、それら各歯に対応した波形割れのない抵抗値変化合成波形を得る上で有効であることが発明者等により確認されている。因みに、請求項２記載の発明の上記構成は、被検出体となる歯車が四角形若しくはそれに準じた形状の歯を具える場合に有効であり、また請求項３記載の発明の上記構成は、同被検出体となる歯車が三角形若しくはそれに準じた形状の歯を具える場合に有効である。
【００３１】
また以上の各構成において、請求項４記載の発明によるように、前記給電手段を、
・直列接続された磁気抵抗素子を定電流駆動するもの。
として構成すれば、ブリッジ回路を併用する場合などと比べて、同回転センサの構成をより簡素なものとすることができるようになる。すなわちこの場合、上記バイアス磁石と上記直列接続された複数の磁気抵抗素子とを基本的に具えることで、それら磁気抵抗素子の抵抗値変化合成値に対応した出力を得ることができ、該得られる出力に基づいて、被検出体である歯車の回転を的確に検出することができる。
【００３２】
もっとも、同回転センサの上記センサ構造によれば、磁気抵抗素子の平行配置に基づく感度の高い抵抗値変化が得られることから、ブリッジ回路を併用する構成であっても、上記歯車の回転についての十分に精度の高い検出を行うことはできる。
【００３３】
すなわち、請求項５記載の発明によるように、
・前記磁気抵抗素子は、適宜の抵抗体と直列接続されて電気的にハーフブリッジ回路を構成する。
・前記給電手段は、該ハーフブリッジ回路を駆動すべくその一方端を接地し、他方端に所定の電圧を印加する。
といった構成によっても、同ブリッジ回路を通じて上記磁気抵抗素子の抵抗値変化合成値に対応した高感度の出力を得ることができ、該得られる出力に基づいて、被検出体である歯車の回転を的確に検出することができる。
【００３４】
なおこの場合、請求項６記載の発明によるように、前記抵抗体を、
・前記バイアス磁界内に、前記歯車の歯に対向して、且つ、同歯と直角に１乃至複数配された磁気抵抗素子。
によって構成するようにすれば、上記ハーフブリッジ回路を構成する各抵抗要素が共に同等の温度特性を持つようになり、その周囲温度が変化する場合であっても、同ブリッジ回路としての出力精度は好適に維持されるようになる。
【００３５】
【実施例】
（第１実施例）
図１に、この発明にかかる非接触型回転センサの第１の実施例を示す。
【００３６】
同図１に示されるように、この実施例の回転センサは、被検出体である磁性体からなる歯車２に対しその歯方向からバイアス磁界を印加するバイアス磁石３と、該印加されるバイアス磁界内におかれて歯車２の回転運動を検出するセンサ部１とを基本的に具えて構成される。
【００３７】
センサ部１は、歯車２の回転に伴い変化するバイアス磁界の磁気ベクトルを、いわゆる「平行配置」された磁気抵抗素子の抵抗値変化に基づいて検出するものであり、その平面構成は図２に示されるようになっている。
【００３８】
すなわち同センサ部１は、図２に示されるように、歯車２の歯面に対向して配される絶縁基板１１と、該基板１１上に歯車２の歯に対向して同歯と平行に、且つ歯車２の回転方向に沿って配列されて電気的に直列接続された６本の磁気抵抗素子１２（１２ａ〜１２ｆ）とを有して構成されている。
【００３９】
また、同図２に併せ示されるように、このセンサ部１において、そのＡ端子は定電流源４に接続され、Ｂ端子は接地される。また、Ｃ端子は出力端子であり、歯車２が回転するなか、上記バイアス磁界中におかれた磁気抵抗素子１２が定電流駆動されることにより、このＣ端子からは、
（１）バイアス磁界の磁気ベクトルが歯車２の回転に伴って角度変化する。すなわち、バイアス磁石３から発せられる磁界の磁気ベクトルは、歯車２の最も近接する歯に向かうようになるため、歯車２が例えば図１に矢指する方向（図中右方向）に回転するものとすると、同磁気ベクトルも、各歯の「近接→離間」に対応して、「図中左下方向→図中右下方向」への角度変化を繰り返すようになる。
（２）この磁気ベクトルの角度変化に応じて、上記磁気抵抗素子１２の抵抗値が変化する。すなわち、磁気抵抗素子１２ａから磁気抵抗素子１２ｆに亘って順に前述した「４．０％の抵抗値減少」に対応する抵抗値変化が繰り返される。
（３）ただし、それら磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆは、電気的に直列接続されているため、同Ｃ端子からみれば、こうした磁気抵抗素子個々の抵抗値変化が加算合成されたものとなる。
といった磁気抵抗素子１２（１２ａ〜１２ｆ）の磁気抵抗効果に対応した電圧Ｖｏｕｔが出力されるようになる。
【００４０】
図３は、同第１の実施例の回転センサによる波形割れ吸収原理を模式的に示したものである。
上記歯車２の回転に伴って変化するバイアス磁界の磁気ベクトルが、こうして直列接続された磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆの抵抗値変化合成値に基づき検出されることにより、上記「平行配置」にあって従来懸念されていた抵抗値変化波形の波形割れは、同図３に示される如く好適に吸収、回避されるようになる。
【００４１】
すなわち、この「平行配置」された磁気抵抗素子が１本だけのときには、歯車２の歯ピッチに対応した周期Ｔ毎に、出力Ｖｏｕｔの波形に換算して図３（ａ）に示されるような波形割れＤＷが生じる場合でも、上記直列接続された６本の磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆがそれら波形割れを互いに補間できる間隔をもって配設される場合には、同出力Ｖｏｕｔの波形に換算して図３（ｂ）に示されるように、それら波形Ｖａ〜Ｖｆの合成波形Ｖａｄｄによって、同波形割れＤＷの発生は好適に回避されるようになる。
【００４２】
なお、磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆは、上記歯車２の回転方向にずれるかたちで配設されていることから、実際には、それら各磁気抵抗素子での磁気ベクトルの振れ角のずれに起因する抵抗値変化分が上記合成波形Ｖａｄｄに加味され、同波形Ｖａｄｄの瞬時瞬時の変化はより複雑なものとなる。
【００４３】
実際に、同第１の実施例にかかる回転センサを試作し、その試作したセンサの出力特性についてその測定を試みたので、その結果を以下に示す。
この試作では、被検出体となる歯車２として、最大径「φ８５ｍｍ」に４８個の歯がデューティ（歯のピッチに対する山の長さの比率）２５％にて設けられている歯車を使用した。この場合、先の図１に併せ示されるように、歯のピッチは「５．６ｍｍ」、山の長さは「１．４ｍｍ」となる。なお、同歯車の厚さは「３ｍｍ」である。
【００４４】
こうした歯車２に対し、センサ部１としては、これも図２に併せ示されるように、長さ「２ｍｍ」の磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆを、「０．４ｍｍ」間隔で、「２ｍｍ」の幅に亘って基板１１上に平行に配設したものを使用した。
【００４５】
そして、歯車２の歯面とセンサ部１の底面（正確には、磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆの表面：実際にはこれら磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆの表面が歯車２と対向するよう配設される）とのエアギャップを、「０ｍｍ」、「０．２５ｍｍ」、「０．５ｍｍ」、「０．７５ｍｍ」、及び「１．０ｍｍ」にそれぞれ設定して、上記Ｃ端子に取り付けた電圧計（オシロスコープ）５にて出力Ｖｏｕｔを測定したところ、図４（ａ）〜（ｅ）に示す特性を得ることができた。
【００４６】
なお同図４において、それぞれ特性線Ｖ１は、上記直列接続された６本の磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆを全て用いた場合の出力特性を示し、特性線Ｖ２は、それら磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆのうちの１本のみ（例えば磁気抵抗素子１２ａのみ）を用いた場合の出力特性を示す。また、周期Ｔは上述のように、歯車２の歯ピッチに対応した期間を示す。
【００４７】
これら図４（ａ）〜（ｅ）から明らかなように、少なくとも上記エアギャップ「０ｍｍ」〜「１．０ｍｍ」の範囲では、磁気抵抗素子を１本のみ使用した場合に生じた波形割れＤＭが、同第１の実施例のセンサの如く直列接続された６本の磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆを使用することで好適に吸収されている。
【００４８】
また、同直列接続された６本の磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆを使用することで、出力波形のダイナミックレンジも大きく改善されており、通常その後に施される２値化波形整形処理も、極めて容易且つ正確に実行されるようになる。
【００４９】
このように、同第１の実施例の回転センサによれば、上記直列接続された６本の磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆの抵抗値変化合成波形に基づき、歯車２の各歯に対応して、波形割れのない好適な波形として上記磁気ベクトルの変化が検出されるようになる。
【００５０】
なお、上記試作例では、６本の磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆを０．４ｍｍ間隔で幅２ｍｍに亘り配設するようにしたが、波形割れを生じる限界エアギャップとそれら磁気抵抗素子の配設間隔、若しくは配設幅との関係は図５に示される関係にあることが実験により確認されている。
【００５１】
すなわち同図５において、斜線にて示す領域が波形割れの生じる領域であり、これによれば、上記エアギャップが小さくとも、磁気抵抗素子の配設個数が多ければ波形割れは回避されるようになることが判る。また逆に、エアギャップを大きくとれる場合には、同磁気抵抗素子の配設個数は少なくともよい。
【００５２】
因みに、該磁気抵抗素子を「０．４ｍｍ」間隔で配設するこの例においては、歯車２の山の長さ「１．４ｍｍ」は、同磁気抵抗素子の「３．５本」分の配設幅にあたる。図５においては、この配設幅をＭＷとして示している。
【００５３】
したがって具体的には、上記エアギャップを「１ｍｍ」程度とれる場合には、上記山の長さの約０．５倍の幅に約２本の磁気抵抗素子が配設されることで上記波形割れは回避される。また同エアギャップが「０．５ｍｍ」程度の場合には、上記山の長さの約１〜１．５倍の幅に約４〜５本の磁気抵抗素子が配設されることで、同様に上記波形割れは回避される。上記実施例のセンサでは、これよりも多い６本の磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆを具えることで、こうしたエアギャップの大小によることなく、上記波形割れが確実に回避されるようにしている。
【００５４】
なお同図５において、「ＤＧ」は、上記回転センサを実装するときの「死ギャップ」を示している。同センサとしてのハウジング構造等の制限から、実際には、この死ギャップＤＧにあたる約「０．５ｍｍ」未満のエアギャップに設定することはできない。換言すれば、該死ギャップＤＧにより失われる約「０．５ｍｍ」ほどのエアギャップを見込んで、上記山の長さ以上の幅に亘り磁気抵抗素子を配設するようにすれば、上記波形割れの発生を回避することはできる。
【００５５】
一方、同実施例の回転センサによって出力波形のダイナミックレンジが大きく改善されるようになることは上述した通りであるが、具体的には図６に示されるように、そのレンジ、すなわち感度は上記エアギャップに大きく依存する。
【００５６】
因みに図６は、上記実施例の回転センサにおける磁気抵抗素子の抵抗値変化率と上記エアギャップとの関係を示しており、歯車２のデューティにより多少の違いはあるものの、特にエアギャップ「０．５〜１．０ｍｍ」の範囲では、極めて高い感度が得られることが同図６から明らかである。そしてこの感度は、図６に併せ示す従来の「４５°垂直配置」による回転センサの感度の約２〜３倍にも達している。このことからも、該センサ出力に対してその後に施される２値化波形整形処理が容易且つ正確に実行されるようになることが判る。
【００５７】
また、同実施例の回転センサにあっては上述したように、磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆの各々が、歯車２の回転方向に順次ずれるかたちで配設されるものであるため、前述した取付ずれ等の影響も少なく、その位置的な制限が大幅に緩和されるようにもなる。
【００５８】
（第２実施例）
図７に、この発明にかかる非接触型回転センサの第２の実施例を示す。
同図７に示されるように、この実施例の回転センサも、被検出体である磁性体からなる歯車７に対しその歯方向からバイアス磁界を印加するバイアス磁石８と、該印加されるバイアス磁界内におかれて歯車７の回転運動を検出するセンサ部６とを基本的に具えて構成される。
【００５９】
センサ部６は、ここでも歯車７の回転に伴い変化するバイアス磁界の磁気ベクトルを、いわゆる「平行配置」された磁気抵抗素子の抵抗値変化に基づいて検出するものであり、その平面構成は図８に示されるものとなっている。
【００６０】
すなわち同センサ部６は、図８に示されるように、歯車７の歯面に対向して配される絶縁基板６１と、該基板６１上に歯車７の歯に対向して同歯と平行に、且つ歯車７の回転方向に沿って配列されて電気的に直列接続された４本の磁気抵抗素子６２（６２ａ〜６２ｄ）とを有して構成されている。
【００６１】
また、同図８に併せ示されるように、このセンサ部６においても、そのＡ端子は定電流源４に接続され、Ｂ端子は接地される。またＣ端子は出力端子である。なお、このＣ端子から上記磁気抵抗素子６２の磁気抵抗効果に対応して出力される電圧Ｖｏｕｔの態様も、先の第１の実施例のセンサから出力される電圧に準じたものとなっており、ここでの重複する説明は割愛する。
【００６２】
該第２の実施例にかかる回転センサについても実際にこれを試作し、その試作したセンサの出力特性についてその測定を試みた。以下にその結果を示す。
この試作では、被検出体となる歯車７として、最大径「φ８５ｍｍ」に６４個の歯がデューティ（歯のピッチに対する山の長さの比率）５０％にて設けられている歯車を使用した。この場合、先の図７に併せ示されるように、歯のピッチは「２．０８ｍｍ」、山の長さは「１．０４ｍｍ」となる。なお、同歯車の厚さは「３ｍｍ」である。
【００６３】
こうした歯車７に対し、センサ部６としては、これも図８に併せ示されるように、長さ「２ｍｍ」の磁気抵抗素子６２ａ〜６２ｄを、「０．４ｍｍ」間隔で、「１．２ｍｍ」の幅に亘って基板６１上に平行に配設したものを使用した。
【００６４】
そして、歯車７の歯面とセンサ部６の底面（正確には、磁気抵抗素子６２ａ〜６２ｄの表面：これも実際にはこれら磁気抵抗素子６２ａ〜６２ｄの表面が歯車７と対向するよう配設される）とのエアギャップを、「０ｍｍ」、「０．２５ｍｍ」、「０．５ｍｍ」、「０．７５ｍｍ」、及び「１．０ｍｍ」にそれぞれ設定して、上記Ｃ端子に取り付けた電圧計（オシロスコープ）５にて出力Ｖｏｕｔを測定したところ、図９（ａ）〜（ｅ）に示す特性を得ることができた。
【００６５】
なお同図９においても、それぞれ特性線Ｖ１は、上記直列接続された４本の磁気抵抗素子６２ａ〜６２ｄを全て用いた場合の出力特性を示し、特性線Ｖ２は、それら磁気抵抗素子６２ａ〜６２ｄのうちの１本のみ（例えば磁気抵抗素子６２ａのみ）を用いた場合の出力特性を示す。また、周期Ｔは、歯車７の歯ピッチに対応した期間を示す。
【００６６】
同図９から明らかなように、磁気抵抗素子を１本のみ使用した場合には、図９（ａ）〜（ｂ）に示されるエアギャップ「０ｍｍ」〜「０．２５ｍｍ」の範囲で認識可能な出力が得られるものの、図９（ｃ）〜（ｅ）に示されるように、エアギャップが「０．５ｍｍ」〜「１．０ｍｍ」となると、歯車７の回転（磁気ベクトルの変化）を認識できるだけの出力は殆ど得られなくなる。
【００６７】
また、該磁気抵抗素子を１本のみ使用した場合、上記エアギャップ「０ｍｍ」〜「０．２５ｍｍ」の範囲で、歯車７の回転を認識することのできる出力が得られるとはいえ、何れも、波形割れＤＭの発生は避け難いものとなっている。
【００６８】
これに対し、同第２の実施例のセンサの如く直列接続された４本の磁気抵抗素子６２ａ〜６２ｄを使用した場合には、上記エアギャップ「０ｍｍ」〜「１．０ｍｍ」の全ての範囲で、波形割れのない、しかも歯車７の回転（磁気ベクトルの変化）を認識する上で好適なレベルの出力が得られている。
【００６９】
すなわち、同第２の実施例のセンサによっても、波形割れの発生は好適に回避され、また出力波形のダイナミックレンジも大きく改善されることが、同図９の測定結果から明らかである。
【００７０】
なお、上記試作例では、山の長さが１．０４ｍｍである歯車７に対向して４本の磁気抵抗素子６２ａ〜６２ｄを０．４ｍｍ間隔で幅１．２ｍｍに亘り配設するようにしたが、先の図５に示される波形割れの生じない条件は、これによっても明らかに満たされる。すなわちこの場合も、死ギャップＤＧにより失われる約「０．５ｍｍ」ほどのエアギャップを見込んで、上記山の長さ以上の幅に亘り磁気抵抗素子を配設するようにしており、これによって、上記波形割れの発生は良好に回避されるようになる。そして、同図５に示される
・エアギャップが小さくとも、磁気抵抗素子の配設個数が多ければ、波形割れは回避される。
・逆に、エアギャップを大きくとれる場合には、磁気抵抗素子の配設個数は少なくともよい。
といった条件は、この第２の実施例においても同様である。
【００７１】
また、同第２の実施例の回転センサにあっても上述したように、磁気抵抗素子６２ａ〜６２ｄの各々が歯車７の回転方向に順次ずれるかたちで配設されるものであるため、取付ずれ等の影響は少なく、その位置的な制限が大幅に緩和されるようになる。
【００７２】
ところで、上記第１及び第２の実施例においては何れも、上記直列接続された磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆ、或いは６２ａ〜６２ｄを、定電流源４によって定電流駆動するようにした。
【００７３】
このため、例えば先の特開平３−１９５９７０号公報にみられるようなブリッジ回路を併用する場合に比べて、同回転センサとしての構成をより簡素なものとすることができるようになる。
【００７４】
ただし、波形割れの発生を防いで且つ十分な感度を得ることのできる上記実施例のセンサ構造によれば、ブリッジ回路を併用する構成であっても、上記歯車の回転についての十分に精度の高い検出を行うことはできる。
【００７５】
すなわち、上記第１の実施例の構成に関しては、例えば図１０に示される態様でこれを実現することもできる。
因みに、同図１０に示す回転センサにおいて、そのセンサ部１’は、絶縁基板１１上に配された前記６本の磁気抵抗素子１２と直角に、すなわち歯車２における各歯の並びと直角に配された磁気抵抗素子１３を具えて構成されている。この磁気抵抗素子１３も上記磁気抵抗素子１２と電気的に直列接続されるもので、これら磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１３とは、上記基板１１上においてハーフブリッジ回路を構成する。図１１に、その等価回路を示す。
【００７６】
すなわち図１１に示されるように、このセンサ部１’において、磁気抵抗素子１２の解放端であるＡ端子には適宜の電源電圧Ｖｃｃが印加され、磁気抵抗素子１３の解放端であるＢ端子は接地される。そして、これら磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１３との接続点から出力端子であるＣ端子が導出され、上記電源電圧Ｖｃｃのそれら各磁気抵抗素子の抵抗値１２Ｒ及び１３Ｒによる分圧値が、当該回転センサの出力ＶｏｕｔとしてこのＣ端子から出力されるようになる。
【００７７】
なおこの場合、歯車２の各歯の並びと直角に配された磁気抵抗素子１３の抵抗値１３Ｒはほぼ一定に保たれ、同各歯の並びに平行に配された磁気抵抗素子１２の抵抗値１２Ｒのみが、例えば先の図３に対応する態様で、歯車２の回転に伴い変化する。
【００７８】
ところで、ハーフブリッジ回路を構成する同センサの場合、上述したように、磁気抵抗素子１３の抵抗値１３Ｒは歯車２の回転に拘わらずにほぼ一定に保たれるものであるため、基本的には、この磁気抵抗素子１３に代えて固定抵抗器を用いることもできる。
【００７９】
もっとも、同センサとしての温度補償を考える上では、図１０に示される上記構成が望ましい。すなわち、同センサとしての図１０に示される構成によれば、上記ハーフブリッジ回路を構成する各抵抗要素が共に同等の温度特性を持つようになり、その周囲温度が変化する場合であっても、該ブリッジ回路としての出力精度は好適に維持されるようになる。
【００８０】
また、第１或いは第２の実施例では、上記直列接続される６本の磁気抵抗素子１２ａ〜１２ｆ、或いは４本の磁気抵抗素子６２ａ〜６２ｄが、何れも等間隔に配設されるものとしているが、それら磁気抵抗素子の配設態様、配設数等は任意である。
【００８１】
すなわち、それら直列接続される磁気抵抗素子は、その各々の抵抗値変化波形に生じる波形割れをその合成波形により吸収することのできる間隔をもって、同吸収することのできる数だけ複数配設されるものであればよい。
【００８２】
そして、それら磁気抵抗素子１本１本の配設される位置によって、被検出体である歯車が回転するときの抵抗値変化率が微妙に異なってくることに鑑みれば、それら歯車の形状やデューティに応じて同磁気抵抗素子の配設間隔を意図的に変え、或いは配設数を調節したりすることで、その出力波形の最適化を図ることができるようにもなる。
【００８３】
また、第１或いは第２の実施例では何れも、上記被検出体である歯車２或いは７が四角形若しくはそれに準じた形状の歯を有している場合について、それら歯の山の長さに適した磁気抵抗素子の配設幅を考察した。しかし、この発明にかかる回転センサとしての上述した構造は、三角形若しくはそれに準じた形状の歯を具える歯車が被検出体となる場合でも同様に適用することはできる。
【００８４】
三角形若しくはそれに準じた形状の歯を具える歯車については、同歯車における歯ピッチの２５〜７５％の長さに対応する幅に上記直列接続された複数の磁気抵抗素子を配設することで、波形割れのない、しかも十分に感度の高い出力波形が得られることが確認されている。
【００８５】
なお、これら何れのタイプの歯車であれ、そのデューティが大きい場合には磁気ベクトルが変化し難くなるため、通常は、それら歯車としてもデューティ２５〜５０％程度のものが多く使用されている。
【００８６】
したがって、このように歯ピッチに換算する場合であれ、実用上は、歯ピッチの２５〜５０％の長さに対応する幅に上記複数の磁気抵抗素子を配設することで十分でもある。
【００８７】
また、歯車の回転に伴って変化するバイアス磁界の磁気ベクトルを、上記直列接続された各磁気抵抗素子における抵抗値変化の合成値に基づき検出するこの発明のセンサ構造にあっては、たとえ出力に波形割れが生じる場合であれ、その波形割れにかかる振幅は、同出力信号としての絶対的な信号振幅に比べれば極めて小さなものとなる。
【００８８】
すなわち、所定の閾値に基づき２値化する上記波形整形処理がこの出力信号に対して施される以上、こうした波形割れの存在自体が、殆ど無視できるようにもなる。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、各磁気抵抗素子の抵抗値変化波形に波形割れの生じる部分が互いに補われ、歯車の各歯に対応して、波形割れのない、若しくは波形割れがあってもこれを無視できる好適な波形として、同歯車の回転に伴う磁気ベクトル変化を検出することができるようになる。
【００９０】
またこの発明によれば、各磁気抵抗素子は何れも「平行配置」にて配置されるものであることから、大きな抵抗値変化を利用した感度の高い回転検出（同回転に伴う磁気ベクトル変化の検出）が行われることともなる。
【００９１】
更にこの発明によれば、上記各磁気抵抗素子は、歯車の回転方向に順次ずれるかたちで配設されることから、取付ずれ等の影響も少なく、その位置的な制限が大幅に緩和されるようにもなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる回転センサの第１実施例の構成を示す斜視図。
【図２】同第１実施例のセンサ部の磁気抵抗素子配設構造を示す平面図。
【図３】同第１実施例による波形割れの吸収原理を示すタイムチャート。
【図４】同第１実施例の試作センサの出力特性を示すタイムチャート。
【図５】波形割れを起こす限界エアギャップ−素子配置特性を示すグラフ。
【図６】磁気抵抗素子の抵抗値変化率−エアギャップ特性を示すグラフ。
【図７】この発明にかかる回転センサの第２実施例の構成を示す斜視図。
【図８】同第２実施例のセンサ部の磁気抵抗素子配設構造を示す平面図。
【図９】同第２実施例の試作センサの出力特性を示すタイムチャート。
【図１０】第１実施例のセンサについてその変形例を示す斜視図。
【図１１】同変形例のセンサ部の等価回路を示す回路図。
【図１２】磁気抵抗素子の抵抗値変化特性を示す斜視図及びグラフ。
【図１３】磁気抵抗素子の平行配置によるセンサ構成を示す斜視図。
【図１４】同構成による磁気抵抗素子の抵抗値変化特性を示すグラフ。
【図１５】磁気抵抗素子の垂直配置によるセンサ構成を示す斜視図。
【図１６】同構成による磁気抵抗素子の抵抗値変化特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１、１’、６…センサ部、１１、６１…絶縁基板、１２（１２ａ〜１２ｆ）、１３、６２（６２ａ〜６２ｄ）…磁気抵抗素子、２、７…歯車、３、８…バイアス磁石、４…定電流源、５…電圧計（オシロスコープ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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