(57)【要約】【課題】自動車のステアリングの回転角度検出等に用いられる異方性磁気抵抗素子及びこれを用いた回転角度検出装置に関し、隣合う端子間の短絡を確実に検出することが可能で、省電力化が図れるものを提供することを目的とする。【解決手段】出力端子２２Ｆや２２Ｈ、２３Ｆ、２３Ｈの隣に電源端子またはアース端子を配置してＡＭＲ素子２５を形成すると共に、このＡＭＲ素子２５を用いて回転角度検出装置を構成することによって、隣合う端子間が短絡した場合には、アース電位または電源電位の出力信号が制御手段３１に入力されるため、隣合う端子間の短絡を確実に検出することが可能で、省電力化が図れるものを得ることができる。【選択図】図１
2006029792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４つの磁気抵抗素子が略矩形状に接続された第一のホイートストンブリッジと、この第一のホイートストンブリッジの近傍に４５度傾けて配置された第二のホイートストンブリッジと、前記第一及び前記第二のホイートストンブリッジの対角位置の結合点から導出した複数の出力端子と、他の結合点の一つから導出した電源端子と、前記電源端子の対角位置の結合点から導出したアース端子と、前記第一及び前記第二のホイートストンブリッジを覆うモールド部からなり、前記出力端子の隣に前記電源端子または前記アース端子を配置した異方性磁気抵抗素子。
【請求項２】
ステアリングに連動して回転する回転体と、この回転体の回転に連動して回転する検出体と、前記検出体の中央に配置された磁石と、この磁石に対向して配置された請求項１記載の異方性磁気抵抗素子と、この異方性磁気抵抗素子からの出力信号によって前記回転体の回転角度を検出する制御手段からなる回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に自動車のステアリングなどの回転体の回転角度検出に用いられる異方性磁気抵抗素子及びこれを用いた回転角度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の高機能化が進む中、各種制御のためステアリングの回転角度を検出する回転角度検出装置において、磁界の回転を検出する異方性磁気抵抗素子（以降、ＡＭＲ素子と呼ぶ）を用いたものが増えている。
【０００３】
このような、従来のＡＭＲ素子及びこれを用いた回転角度検出装置について、図６〜図９を用いて説明する。
【０００４】
図６は従来のＡＭＲ素子の構成図であり、同図において、２は４つの磁気抵抗素子１が略矩形状に接続された第一のホイートストンブリッジ、３は同じく４つの磁気抵抗素子１が略矩形状に接続された第二のホイートストンブリッジで、この第二のホイートストンブリッジ３は第一のホイートストンブリッジ２近傍に、４５度傾けて配置されている。
【０００５】
そして、ホイートストンブリッジ２の磁気抵抗素子１同士が結合した結合点２Ａ、２Ｂ、２Ｃ及び２Ｄは、ワイヤーボンディング等により、各々アース端子２Ｅ、出力端子２Ｆ、電源端子２Ｇ及び出力端子２Ｈに接続されている。
【０００６】
また、ホイートストンブリッジ３の結合点３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄからは、各々アース端子３Ｅ、出力端子３Ｆ、電源端子３Ｇ及び出力端子３Ｈが同じく導出されている。
【０００７】
さらに、４は絶縁樹脂製のモールド部であり、シリコンウエハー上に形成されたホイートストンブリッジ２や３、及び各種端子２Ｅ〜２Ｈ、３Ｅ〜３Ｈの一部を覆っている。
【０００８】
そして、モールド部４外周の上方左側から順に、アース端子２Ｅ、３Ｅ、出力端子３Ｆ及び２Ｆが、所定の間隔で並んでモールド部４から延出すると共に、モールド部４外周の下方左側からは順に、出力端子２Ｈ、３Ｈ、電源端子３Ｇ及び２Ｇが、所定の間隔で並んでモールド部４から延出し配置されて、ＡＭＲ素子５が構成されている。
【０００９】
次に、このようなＡＭＲ素子５を用いた回転角度検出装置について説明する。
【００１０】
図７は回転角度検出装置の分解斜視図であり、同図において、６は外周に平歯車部６Ａが形成された回転体で、中央部には挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部６Ｂが設けられている。
【００１１】
そして、７は検出体で、この外周の平歯車部７Ａが回転体６の平歯車部６Ａに噛合すると共に、検出体７の中央には、略円柱形状の磁石８が接着等により装着されている。
【００１２】
また、９は検出体７下面にほぼ平行に配置された配線基板で、両面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、検出体７との対向面にはＡＭＲ素子５が装着され、この対向した磁石８とＡＭＲ素子５によって検出手段１０が形成されている。
【００１３】
さらに、配線基板９にはマイコン等の電子部品によって、検出手段１０に接続された制御手段１１が形成されると共に、ＡＭＲ素子５の出力端子２Ｆ、３Ｆ、２Ｈ及び３Ｈが制御手段１１に、電源端子２Ｇ及び３Ｇが供給電源に、アース端子２Ｅ及び３Ｅがアース回路に各々接続されて、回転角度検出装置が構成されている。
【００１４】
そして、このような回転角度検出装置は、制御手段１１がコネクタ（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体６中央部の係合部６Ｂにはステアリング軸（図示せず）が挿通されて、自動車に装着される。
【００１５】
以上の構成において、運転時、イグニッションスイッチ（図示せず）がＯＮの状態で、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体６が回転し、この外周の平歯車部６Ａに平歯車部７Ａが噛合した検出対７も回転する。
【００１６】
そして、この検出体７の回転に伴って、検出体７中央に装着された磁石８の磁界が変化し、この変化する磁界をＡＭＲ素子５が検出して、図８の電圧波形図に示すように、電圧が約２．４Ｖ〜２．６Ｖの範囲の、余弦波の出力信号１２と正弦波の出力信号１３が、制御手段１１に入力される。
【００１７】
つまり、回転に伴って変化する磁石８の磁界に応じて、ホイートストンブリッジ２の出力端子２Ｆと２Ｈからは余弦波の出力信号１２が出力され、これに対し４５度傾いたホイートストンブリッジ３の出力端子３Ｆと３Ｈからは、位相が４５度ずれた正弦波の出力信号１３が制御手段１１へ出力される。
【００１８】
そして、この入力された出力信号１２と出力信号１３を制御手段１１が演算し、回転するステアリングの回転角度を検出するようにして回転角度検出装置が構成されている。
【００１９】
なお、このような回転角度検出装置において、ＡＭＲ素子５のモールド部４から延出した各種端子２Ｅ〜２Ｈや３Ｅ〜３Ｈの隣合う端子間に、金属粉等の導電性の異物等が侵入し、例えば出力端子２Ｈと３Ｈが短絡した場合には、図９の電圧波形図に示すように、出力信号１２と出力信号１３は出力信号１４に変化するため、制御手段１１がこの出力信号１４によって、回路に何らかの異常が生じたと判定する。
【００２０】
また、出力端子３Ｈと右隣の電源端子３Ｇが短絡した場合には、出力端子３Ｈが約５Ｖの電源電位となるため、図９に示すような、出力信号１５が制御手段１１に入力され、出力端子３Ｆと左隣のアース端子３Ｅが短絡した場合には、出力端子３Ｆがアース電位と同電位となるため、０Ｖの出力信号１６が制御手段１１に入力される。
【００２１】
そして、制御手段１１は閾値として０．５Ｖ以下または４．５Ｖ以上の入力電圧を異常と判定するように構成されているため、こうした閾値を超えた出力信号１５や１６が入力された場合には、上記と同様に、回路に異常が生じたと判定する。
【００２２】
さらに、運転時ではなく、イグニッションスイッチがＯＦＦで、検出手段１０や制御手段１１に電源が供給されていない状態で、上記のような隣合う端子間の短絡が生じた場合、例えば出力端子３Ｈと電源端子３Ｇ、或いは出力端子３Ｆとアース端子３Ｅが短絡した場合には、イグニッションスイッチをＯＮにし検出手段１０や制御手段１１が作動すると、上記のように、電源電位の約５Ｖの出力信号１５やアース電位の０Ｖの出力信号１６が出力されるため、制御手段１１がこれらから異常の判定を行う。
【００２３】
しかし、出力端子２Ｈと３Ｈが短絡した場合には、イグニッションスイッチをＯＮにした時、最初から上記のように、閾値の０．５Ｖから４．５Ｖの範囲内で出力信号１２や１３に類似した波形の出力信号１４が出力されるため、制御手段１１がこれを出力信号１２と１３が変化した波形と判定することができず、誤った回転角度の検出を行ってしまう。
【００２４】
従って、このような回転角度検出装置は、イグニッションスイッチがＯＦＦの状態でも、通常、バッテリーから検出手段１０や制御手段１１に間欠的に電源を供給し、上記のような、出力端子間の短絡に伴うＡＭＲ素子５からの出力信号の変化がないかどうかを、常に検出するように構成されているものであった。
【００２５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００２−２１３９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかしながら、上記従来の回転角度検出装置においては、ＡＭＲ素子５の隣合った出力端子２Ｆと３Ｆ、あるいは出力端子２Ｈと３Ｈが短絡したことを検出するため、イグニッションスイッチのＯＦＦ時にも、バッテリーから電源を間欠的に検出手段１０や制御手段１１に供給する必要があり、消費電力が大きくなるという課題があった。
【００２７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、ＡＭＲ素子の出力端子と隣合う端子との短絡を、容易かつ確実に検出することが可能で、省電力化が図れるＡＭＲ素子、及びこれを用いた回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【００２９】
本発明の請求項１に記載の発明は、出力端子の隣に電源端子またはアース端子を配置して異方性磁気抵抗素子を構成したものであり、出力端子と隣合う他の端子が短絡した場合、ＡＭＲ素子の出力端子からアース電位または電源電位の信号が出力されるため、端子間の短絡を確実に検出することが可能なＡＭＲ素子を得ることができるという作用を有する。
【００３０】
請求項２に記載の発明は、回転体に連動して回転する検出体の中央に磁石を配置すると共に、この磁石に対向して請求項１記載のＡＭＲ素子を配置して回転角度検出装置を構成したものであり、端子間の短絡を確実に検出することができるため、イグニッションスイッチＯＦＦ時の制御手段や検出手段への電源供給が不要となり、省電力化が図れる回転角度検出装置を実現することができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように本発明によれば、端子間の短絡を確実に検出することができ、省電力化が図れるＡＭＲ素子、及びこれを用いた回転角度検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。
【００３３】
なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。
【００３４】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態によるＡＭＲ素子の構成図であり、同図において、２１はニッケル−鉄合金製の磁気抵抗素子、２２はシリコーンウェハー上に４つの磁気抵抗素子２１が略矩形状に接続された第一のホイートストンブリッジ、２３は同じく４つの磁気抵抗素子２１が略矩形状に接続された第二のホイートストンブリッジで、この第二のホイートストンブリッジ２３は第一のホイートストンブリッジ２２近傍に、４５度傾けて配置されている。
【００３５】
なお、図１では判り易いように、ホイートストンブリッジ２２とホイートストンブリッジ２３を左右に並べて記載しているが、実際は、例えばホイートストンブリッジ２２の上方にホイートストンブリッジ２３が、互いに同軸心で４５度傾けた状態で配置されている。
【００３６】
そして、ホイートストンブリッジ２２の磁気抵抗素子２１同士が結合した結合点２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ及び２２Ｄは、ワイヤーボンディング等により、各々銅合金製で略平板状のアース端子２２Ｅ、出力端子２２Ｆ、電源端子２２Ｇ及び出力端子２２Ｈに接続されている。
【００３７】
また、同じくホイートストンブリッジ２３の結合点２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ及び２３Ｄからは、各々アース端子２３Ｅ、出力端子２３Ｆ、電源端子２３Ｇ及び出力端子２３Ｈが導出されている。
【００３８】
さらに、２４はエポキシ樹脂等の絶縁樹脂製のモールド部であり、シリコンウエハーとその上に形成されたホイートストンブリッジ２２や２３、及び各種端子２２Ｅ〜２２Ｈ、２３Ｅ〜２３Ｈの一部を覆っている。
【００３９】
そして、モールド部２４外周の上方左側から順に、アース端子２２Ｅ、出力端子２３Ｆ、アース端子２３Ｅ、及び出力端子２２Ｆが、所定の間隔で並んでモールド部２４から延出すると共に、モールド部２４外周の下方左側からは順に、出力端子２２Ｈ、電源端子２３Ｇ、出力端子２３Ｈ及び電源端子２２Ｇが、所定の間隔で並んでモールド部２４から延出し配置されて、ＡＭＲ素子２５が構成されている。
【００４０】
次に、このようなＡＭＲ素子２５を用いた回転角度検出装置について説明する。
【００４１】
図２は回転角度検出装置の分解斜視図、図３は同断面図であり、同図において、６は外周に平歯車部６Ａが形成された回転体で、中央部には挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部６Ｂが設けられている。
【００４２】
そして、７は検出体で、この外周の平歯車部７Ａが回転体６の平歯車部６Ａに噛合すると共に、検出体７の中央には、略円柱形状の磁石８が接着等により装着されている。
【００４３】
また、２９は検出体７上面にほぼ平行に配置された配線基板で、両面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、検出体７との対向面にはＡＭＲ素子２５が装着され、この対向した磁石８とＡＭＲ素子２５によって検出手段３０が形成されている。
【００４４】
さらに、配線基板２９にはマイコン等の電子部品によって、検出手段３０に接続された制御手段３１が形成されると共に、ＡＭＲ素子２５の出力端子２２Ｆ、２３Ｆ、２２Ｈ及び２３Ｈが制御手段３１に、電源端子２２Ｇ及び２３Ｇが供給電源に、アース端子２２Ｅ及び２３Ｅがアースに各々配線パターンを介して接続されて、回転角度検出装置が構成されている。
【００４５】
そして、このような回転角度検出装置は、制御手段３１がコネクタ（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体６中央部の係合部６Ｂにはステアリング軸（図示せず）が挿通されて、自動車に装着される。
【００４６】
以上の構成において、運転時、イグニッションスイッチ（図示せず）がＯＮの状態で、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体６が回転し、この外周の平歯車部６Ａに平歯車部７Ａが噛合した検出体７も回転する。
【００４７】
そして、この検出体７の回転に伴って、検出体７中央に装着された磁石８の磁界が変化し、この変化する磁界をＡＭＲ素子２５が検出して、図４の電圧波形図に示すように、電圧が約２．４Ｖ〜２．６Ｖの範囲の、余弦波の出力信号３２と正弦波の出力信号３３が、制御手段３１に入力される。
【００４８】
つまり、回転に伴って変化する磁石８の磁界に応じて、ホイートストンブリッジ２２の出力端子２２Ｆと２２Ｈからは余弦波の出力信号３２が出力され、これに対し４５度傾いたホイートストンブリッジ２３の出力端子２３Ｆと２３Ｈからは、位相が４５度ずれた正弦波の出力信号３３が制御手段３１へ出力される。
【００４９】
そして、この入力された出力信号３２と出力信号３３を制御手段３１が演算し、回転するステアリングの回転角度を検出するようにして回転角度検出装置が構成されている。
【００５０】
なお、このような回転角度検出装置において、ＡＭＲ素子２５のモールド部２４から延出した各種端子２２Ｅ〜２２Ｈや２３Ｅ〜２３Ｈの隣合う端子間に、金属粉等の導電性の異物等が侵入し、例えば出力端子２３Ｈと隣合う電源端子２２Ｇが短絡した場合には、図５の電圧波形図に示すように、出力端子２３Ｈからの出力信号が正弦波の出力信号３３から、電源端子２２Ｇへの供給電源の電位である約５Ｖの出力信号３５に変化する。
【００５１】
そして、制御手段３１は閾値として０．５Ｖ以下または４．５Ｖ以上の入力電力を異常と判定するように構成されているため、こうした閾値を超えた出力信号３５が入力された場合には、回路に何らかの異常が生じたと判定する。
【００５２】
また、例えば、出力端子２２Ｆと隣合うアース端子２３Ｅが短絡した場合には、出力端子２３Ｆから制御手段３１へ、アース電位である０Ｖの出力信号３６が入力されるため、制御手段３１が同様に回路の異常を判定する。
【００５３】
さらに、運転時ではなく、イグニッションスイッチがＯＦＦで、検出手段３０や制御手段３１に電源が供給されていない状態で、上記のような隣合う端子間の短絡が生じた場合、例えば出力端子２３Ｈと電源端子２２Ｇ、或いは出力端子２２Ｆとアース端子２３Ｅが短絡した場合には、イグニッションスイッチをＯＮにし検出手段３０や制御手段３１が作動すると、上記のように、電源電位の約５Ｖの出力信号３５やアース電位の０Ｖの出力信号３６が出力されるため、制御手段３１がこれらから異常の判定を行う。
【００５４】
なお、出力端子２３Ｈと隣合う電源端子２３Ｇ、或いは出力端子２２Ｈと電源端子２３Ｇが短絡した場合には、同様に電源電位の約５Ｖの出力信号３５が、また、出力端子２３Ｆと隣合うアース端子２３Ｅ、或いは出力端子２３Ｆとアース端子２２Ｅが短絡した場合には、アース電位の０Ｖの出力信号３６が制御手段３１へ入力される。
【００５５】
つまり、出力端子２２Ｆや２２Ｈ、２３Ｆ、２３Ｈの隣には電源端子またはアース端子が配置されているため、これら出力端子と隣合う他の端子が短絡した場合には、ＡＭＲ素子の出力端子から電源電位の出力信号３５またはアース電位の出力信号３６が出力され、制御手段３１が隣合う端子間の短絡を確実に検出することが可能なように構成されている。
【００５６】
従って、イグニッションスイッチがＯＦＦの状態で、隣合う端子間の短絡が生じた場合にも、イグニッションスイッチをＯＮにし検出手段３０や制御手段３１が作動すると、上記のように直ちに出力信号３５や出力信号３６が出力され、制御手段３１が異常の判定を行うため、イグニッションスイッチＯＦＦ時に、バッテリーから電源を間欠的に検出手段３０や制御手段３１に供給する必要がなく、省電力化を図ることが可能となる。
【００５７】
このように本実施の形態によれば、出力端子２２Ｆや２２Ｈ、２３Ｆ、２３Ｈの隣に電源端子またはアース端子を配置してＡＭＲ素子２５を形成すると共に、このＡＭＲ素子２５を用いて回転角度検出装置を構成することによって、隣合う端子間の短絡を確実に検出することが可能で、省電力化が図れるＡＭＲ素子、及びこれを用いた回転角度検出装置を得ることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明による異方性磁気抵抗素子及びこれを用いた回転角度検出装置は、隣合う端子間の短絡を確実に検出することが可能で、省電力化が図れるものが得られ、自動車のステアリングの回転角度検出等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施の形態による異方性磁気抵抗素子の構成図
【図２】同回転角度検出装置の分解斜視図
【図３】同断面図
【図４】同電圧波形図
【図５】同異常時の電圧波形図
【図６】従来の異方性磁気抵抗素子の構成図
【図７】同回転角度検出装置の分解斜視図
【図８】同電圧波形図
【図９】同異常時の電圧波形図
【符号の説明】
【００６０】
６  回転体
６Ａ、７Ａ  平歯車部
６Ｂ  係合部
７  検出体
８  磁石
２１  磁気抵抗素子
２２  第一のホイートストンブリッジ
２３  第二のホイートストンブリッジ
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ  結合点
２２Ｅ、２３Ｅ  アース端子
２２Ｆ、２３Ｆ、２２Ｈ、２３Ｈ  出力端子
２２Ｇ、２３Ｇ  電源端子
２４  モールド部
２５  異方性磁気抵抗素子
２９  配線基板
３０  検出手段
３１  制御手段
３２、３３、３５、３６  出力信号
【図１】
2006029792.tif 000003
【図２】
2006029792.tif 000004
【図３】
2006029792.tif 000005
【図４】
2006029792.tif 000006
【図５】
2006029792.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006029792.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006029792.tif 000011