(57)【要約】【課題】  特に、完全停止状態及びアイドリング状態等の基本状態において、磁気抵抗素子を構成するピン層の固定磁化方向を適正化することで、回転角度の検出精度を向上させることが可能な角度検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】  エンジンを切った完全停止状態、及びエンジンはかけているが自動車を停止させているアイドリング状態（これらを基本状態という）では、スロットルバルブシャフト４の軸心Ｏと交差する外部磁界Ｈの方向と、磁気抵抗効果素子２２のピン層の磁化方向とを一致させている。これにより前記基本状態にて前記ピン層の磁化が前記外部磁界Ｈにより揺らぐ現象を抑制でき、検出精度に優れたスロットルポジションセンサを製造することができる。【選択図】図２ａ
2006317202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸と一緒に回転し、磁石が取り付けられた回転体の回転角度を検出するための磁気抵抗素子を備えたセンサモジュールであって、
前記磁気抵抗素子は、少なくとも磁化方向が一方向に固定されるピン層と、前記ピン層に非磁性材料層を介して対向し前記磁石からの外部磁界を受けて磁化方向が変動するフリー層とを有し、
基本状態では、前記ピン層の磁化方向は、前記駆動軸の軸心と交差する前記外部磁界の方向と一致していることを特徴とするセンサモジュール。
【請求項２】
前記磁気抵抗素子は複数設けられ、このうち、いくつかの磁気抵抗素子の前記ピン層の磁化方向は前記外部磁界の方向と一致しており、残りの磁気抵抗素子の前記ピン層の磁化方向は前記外部磁界の方向と逆方向に向いている請求項１記載のセンサモジュール。
【請求項３】
前記センサモジュールには、さらに前記磁石が装備されている請求項１または２に記載のセンサモジュール。
【請求項４】
請求項１または２に記載されたセンサモジュールと、前記磁石及び回転体とを有し、あるいは請求項３に記載されたセンサモジュールと前記回転体とを有してなることを特徴とする角度検出装置。
【請求項５】
前記角度検出装置は車載用として用いられ、前記基本状態とは、エンジンを切った状態とアイドリング状態をいう請求項４記載の角度検出装置。
【請求項６】
前記角度検出装置は、スロットルバルブの開閉角度を検出するためのスロットルポジションセンサである請求項４記載の角度検出装置。
【請求項７】
前記角度検出装置は、アクセルペダルのアクセル量を前記回転体の回転角度から検出するためのアクセルポジションセンサである請求項４記載の角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスロットルポジションセンサ等に用いられるセンサモジュールに係り、特にアイドリング状態等の基本状態において、磁気抵抗素子を構成するピン層の固定磁化方向を適正化することで回転角度の検出精度を向上させることが可能なセンサモジュール及びそれを用いた角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１，２には、いずれもスロットルポジションセンサに関する発明が開示されている。特許文献１では、回転体の回転角度を検出する素子としてホール素子を用いている。一方、特許文献２では、強磁性磁気抵抗素子を用いている。なお特許文献２は、前記強磁性磁気抵抗素子の構造について詳しく説明してしない。
【０００３】
特許文献１，２はいずれも非接触式のスロットルポジションセンサであるため、接触式のスロットルポジションセンサのように摺動する部分がなく耐久性等を向上させることができると期待されている。
【特許文献１】特許第２５４６０９６号公報
【特許文献２】特開平５―３２２５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで非接触式のスロットルポジションセンサを用いた場合、磁気抵抗効果素子等の回転角度検出素子と対向する回転体側には、前記回転角度検出素子に対し回転磁界を付与するための磁石が取り付けられている。
【０００５】
自動車等の電子式燃料噴射装置の一部として用いられるスロットルポジションセンサは、運転者がアクセルペダルを踏むと、それに連動してスロットルバルブが開き、シリンダーへの流入空気の量が増加する。また前記スロットルバルブと連動したスロットルポジションセンサで前記スロットルバルブの開閉角度を検出し、この開閉角度を示すデータを制御装置に送る。そして、前記制御装置はこのデータを含む多数のデータを分析してフィードバックすることにより、常に適正な空気量がシリンダーに送り込まれるようにスロットルバルブの開閉角度の調節を行っている。
【０００６】
上記のように運転者がアクセルペダルを踏んでいるときは、自動車を走らせている間であり、前記アクセルペダルを踏んでいる時間は、一日の中でさほど長いわけでない。すなわち、ほとんどは自動車のエンジンを切った状態（完全停止状態）か、エンジンは掛けているが、自動車を停止させている状態（アイドリング状態）の前記アクセルペダルを踏んでいない時間である。そして、前記完全停止状態及びアイドリング状態（以下、この２つの状態を基本状態と呼ぶ）では、前記スロットルバルブは閉じた状態になっているが、かかる基本状態であっても前記回転角度検出素子には前記磁石からの外部磁界が掛かりつづけている。
【０００７】
前記回転角度検出素子として、例えば、反強磁性層、ピン層、非磁性材料層、フリー層の４層構造を基本構造とし、ピン層の固定磁化と、フリー層の変動磁化との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜素子を使用した場合、常に、前記ピン層とフリー層に前記基本状態であっても前記外部磁界がかかり続けることになる。このとき、前記ピン層の磁化は前記外部磁界の影響を受けて揺らいだりしてはいけないが、長い時間、同じ方向から外部磁界がかかり続けるため、前記ピン層の磁化が前記外部磁界により揺らぎ、前記ピン層の磁化が前記外部磁界の方向に倣うという現象が生じやすくなっていた。そしてこのような現象は特に高温下で使用されることで顕著に発生した。これは前記反強磁性層とピン層間で生じる交換結合磁界が小さくなることで前記ピン層の固定磁化強度が低下するためである。このようにピン層の磁化方向が揺らぐことで、前記スロットルポジションセンサにおける回転角度の検出精度が低下するといった問題があった。
【０００８】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に、完全停止状態及びアイドリング状態等の基本状態において、磁気抵抗素子を構成するピン層の固定磁化方向を適正化することで、回転角度の検出精度を向上させることが可能な角度検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、駆動軸と一緒に回転し、一端部側に磁石が取り付けられた回転体の回転角度を検出するための磁気抵抗素子を備えたセンサモジュールであって、
前記磁気抵抗素子は、少なくとも磁化方向が一方向に固定されるピン層と、前記ピン層に非磁性材料層を介して対向し前記磁石からの外部磁界を受けて磁化方向が変動するフリー層とを有し、
基本状態では、前記ピン層の磁化方向は、前記駆動軸の軸心と交差する前記外部磁界の方向と一致していることを特徴とするものである。
【００１０】
基本状態とは、通常、時間的にもっとも長い姿勢状態をいう。そして本発明では、このような基本状態で、前記ピン層の磁化方向と、前記磁石からの外部磁界方向とを一致させることで、前記ピン層の磁化が基本状態において、外部磁界の影響を受けて揺らぐ現象を抑制でき、検出精度を従来よりも向上させることが可能になる。
【００１１】
また本発明では、前記磁気抵抗素子は複数設けられ、このうち、いくつかの磁気抵抗素子の前記ピン層の磁化方向は前記外部磁界の方向と一致しており、残りの磁気抵抗素子の前記ピン層の磁化方向は前記外部磁界の方向と逆方向に向いている形態であってもよい。本発明ではこのように複数の磁気検出素子を用いることで出力電圧を大きくできる。ところで、前記磁気抵抗素子のうち、ピン層の磁化方向が前記外部磁界の方向と逆向きである磁気抵抗効果素子は、前記ピン層の磁化方向が前記外部磁界の方向と一致している場合に比べて前記外部磁界の影響を受け磁化が揺らぎやすくなっているが、前記外部磁界の方向と逆向きであることで、前記外部磁界の方向と同一の方向に向かせる（すなわちピン層の磁化を反転させる）にはかなり強い磁界が必要となり、例えば前記ピン層の磁化方向に対し９０度の方向に外部磁界が生じている場合等に比べて、ピン層の磁化は前記外部磁界により揺らぎにくい。したがって上記の構成により出力電圧を大きくできるとともに、検出精度の向上を図ることが可能である。
また、前記センサモジュールには、さらに前記磁石が装備されていてもよい。
【００１２】
また本発明における角度検出装置は、上記したセンサモジュール（磁石の装備なし）と、前記磁石及び回転体とを有し、あるいは上記したセンサモジュール（磁石の装備あり）と前記回転体とを有してなることを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記角度検出装置は車載用として用いられ、前記基本状態とは、エンジンを切った状態とアイドリング状態をいう。
【００１４】
また、前記角度検出装置は、例えば、スロットルバルブの開閉角度を検出するためのスロットルポジションセンサであり、あるいは、アクセルペダルのアクセル量を前記回転体の回転角度から検出するためのアクセルポジションセンサである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、基本状態で、磁気抵抗効果素子を構成するピン層の磁化方向と、磁石からの外部磁界方向とを一致させることで、前記ピン層の磁化が基本状態において、外部磁界の影響を受けて揺らぐ現象を抑制でき、検出精度を従来よりも向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本実施の形態のスロットルポジションセンサを備えた車載用センサを説明するための概略構成図（部分断面図）、図２ａは、基本状態における磁石と磁気抵抗効果素子との関係を示す前記スロットルポジションセンサの部分平面図、図２ｂは、図２ａに示すスロットルポジションセンサの回路図、図３ａは、図２ａと異なる形態であり、基本状態における磁石と磁気抵抗効果素子との関係を示す前記スロットルポジションセンサの部分平面図、図３ｂは、図３ａに示すスロットルポジションセンサの回路図、図４は、本実施の形態のアクセルポジションセンサを備えたアクセルモジュールの部分側面図、である。なお図２ａ，図３ａの平面図では、スロットルポジションセンサ１０を構成する回転板２０、取付板１８等を図面上除き、磁石２４と、磁気抵抗効果素子２２が取り付けられた基板２１との配置関係のみを真上から図示している。
【００１７】
図中においてＺ１―Ｚ２方向とは高さ方向をさす。Ｘ１―Ｘ２方向は幅方向、Ｙ１―Ｙ２方向は長さ方向を指し、一つの方向は残り２つの方向に対して直交する関係を持っている。
【００１８】
図１に示す車載用センサ１は、スロットルバルブ３を除いて、Ｚ１―Ｚ２方向及びＸ１―Ｘ２方向の２方向からなる面と平行な面方向から切断した断面図で示される。なお前記スロットルバルブ３及びアクセル５は部分側面図で示される。
【００１９】
前記車載用センサ１は、スロットルバルブ３、吸気通路２、スロットルポジションセンサ１０を有して構成される。前記車載用センサ１は、電子式燃料噴射装置の一部を構成する。
【００２０】
図１に示すように、前記車載用センサ１には、図示しない吸気口とエンジンとの間の吸気通路２内に円盤状のスロットルバルブ３が設けられている。前記スロットルバルブ３はエンジンに流入する空気の流量の調整を行うものである。
【００２１】
前記スロットルバルブ３は、駆動軸（スロットルバルブシャフト）４に対し回転自在に支持されている。前記スロットルバルブ３の直径は吸気通路２よりもわずかに小さく形成されている。スロットルバルブ３の面が空気の流入方向（図示矢印方向）に対して平行な姿勢にあるときがスロットルバルブ３としては全開の状態であり、前記空気の流入方向に対して垂直な姿勢にあるときがスロットルバルブ３としては全閉の状態である。
【００２２】
前記スロットルバルブシャフトの一方の端部（図示Ｚ１方向の端部）には、図示しないリンク部材が設けられており、前記リンク部材と、アクセル５のレバー部６とが図示しないワイヤにより繋がっている。また前記スロットルバルブシャフトの他方の端部（図示Ｚ２方向の端部）には図示しない付勢部材が取り付けられており、前記スロットルバルブシャフトは、前記スロットルバルブ３を閉じる方向に、前記付勢部材により付勢されている。前記アクセル５のアクセルペダル７を踏むと、これに連動してワイヤーが前記付勢部材の付勢方向に抗して引かれ、前記スロットルバルブシャフトが回転し、スロットルバルブ３を開かせることが可能とされている。
【００２３】
前記スロットルポジションセンサ１０には、例えば円盤状の回転板２０が設けられ、前記回転板２０の上面の中心には前記スロットルバルブシャフト４を挿入するための貫通孔２０ａが設けられている。前記回転板２０が前記スロットルバルブシャフト４に取り付けられているので、前記スロットルバルブシャフト４が回転することで、前記回転板２０も一緒に回転する。また前記スロットルバルブシャフト４にはギア等で構成される駆動部１９から駆動力が与えられるようになっている。前記スロットルポジションセンサ１０には、前記回転板２０と高さ方向（図示Ｚ１―Ｚ２方向）にて相対向する位置に基板（固定部材）２１が設けられ、前記基板２１の表面２１ａには、磁気抵抗効果素子２２が設けられている（センサモジュール）。前記基板２１の平面形状は図２ａに示すように、例えば四角形状であり、前記基板２１の裏面２１ｂには、前記磁気抵抗効果素子２２からの電圧変化から前記スロットルバルブ３の開閉角度を演算するＣＰＵやメモリ等の半導体装置（図示しない）が実装されている。
【００２４】
図１に示すように前記基板２１は前記スロットルポジションセンサ１０の外枠を構成する下側筐体１０ｂ内に設けられる。前記下側筐体１０ｂは凹部形状で形成され前記凹部内の表面に前記基板２１が取り付けられる。前記下側筐体１０ｂには、前記下側筐体１０ｂ内に装備された前記基板２１の上方（図示Ｚ１方向）に、前記回転板２０を取り付けるための板状の取付板１８が設けられ、前記取付板１８に設けられた貫通孔に前記回転板２０の取付部２０ｄが取り付けられ、前記回転板２０が前記取付板１８に回転自在に支持される。前記取付板１８に形成された前記貫通孔の中心は、前記スロットルバルブシャフト４の軸心Ｏと高さ方向（図示Ｚ１―Ｚ２方向）にて一致している。上記のように磁気抵抗効果素子２２を有する基板２１を備えた下側筐体１０ｂは、前記スロットルポジションセンサ１０の外枠を構成する上側筐体１０ａに係合される。
【００２５】
図１に示すように、前記回転板２０と前記基板２１は高さ方向（図示Ｚ方向）にて相対向し、前記回転板２０と前記基板２１との間は所定距離離されている。図１に示すように前記回転板２０の外周にはリング状の磁石２４が取り付けられている。前記磁石２４は、リング形状であることに限定されない。例えば長方形等、中空形状以外の形状であってもよく、例えば前記回転板２０の下面（前記基板２１との対向面）に前記磁石２４が取り付けられていてもよい。前記磁石２４は複数設けられてもよい。
【００２６】
図１，図２ａに示すように、前記回転板２０と高さ方向（図示Ｚ方向）にて対向する位置にある基板２１の表面２１ａには一つの磁気抵抗効果素子２２が設けられている。
【００２７】
前記磁気抵抗効果素子２２は、スピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構造であり、基本膜構成は、反強磁性層、ピン層、非磁性材料層、及びフリー層が積層された構成である。前記反強磁性層は、ＩｒＭｎ合金あるいはＰｔＭｎ合金等の反強磁性材料で形成される。前記ピン層は、ＣｏＦｅ合金等の強磁性材料で形成される。前記非磁性材料層はＣｕ等の非磁性材料で形成される。前記フリー層はＮｉＦｅ合金等の軟磁性材料で形成される。前記反強磁性層とピン層は接して形成され、熱処理により前記反強磁性層とピン層との界面に交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じ、前記ピン層の磁化が所定方向に固定される。図２ａに示す符号Ａの方向は前記ピン層の磁化固定方向を表している。前記ピン層の磁化固定方向Ａは、図示Ｘ１―Ｘ２方向と平行な方向である。前記フリー層の磁化は図示しないバイアス層からのバイアス磁界により一方向に揃えられる。例えば前記フリー層の磁化は図示Ｙ１―Ｙ２方向と平行な方向に揃えられる。前記フリー層の磁化は前記ピン層ほど強く磁化されておらず、したがって外部磁界の影響を受けて容易に磁化変動できるようになっている。また前記スピンバルブ型薄膜素子には主に、ピン層、非磁性材料層、及びフリー層の３層に電流を流すための電極層も形成されている。また前記磁気抵抗効果素子は、前記反強磁性層が形成されていないスピンバルブ型薄膜素子であってもよい。このようなスピンバルブ型薄膜素子は、前記ピン層自体の一軸異方性によってピン層の磁化が固定される。上記のスピンバルブ型薄膜素子の構成は特に一例であって上記以外の構成で形成されたスピンバルブ型薄膜素子であっても当然よい。
【００２８】
図２ａに示すように、前記磁石２４は着磁されている。図２ａに示すように前記磁石２４の図示左側がＮ極、図示右側がＳ極となっており、図示左側から図示右側にかけて外部磁界が生じている。そして図２ａに示す実施の形態では、基本状態にて、前記外部磁界Ｈの方向と、前記磁気抵抗効果素子２２のピン層の磁化方向Ａとを一致させている。
【００２９】
まず基本状態について説明する。この実施の形態でいう「基本状態」とは、自動車のエンジンを切った状態（完全停止状態）及び、エンジンは掛けているが、自動車を停止させている状態（アイドリング状態）の双方を意味している。この双方の状態は、運転者が前記アクセルペダル７を踏み込んでいないため、前記スロットルバルブ４が閉じた状態となっている。ここで、通常、前記アイドリング状態からアクセルペダル７を踏み込んだとき、それに連動してスムーズに前記スロットルバルブ４を開かせるために、上記した完全停止状態及びアイドリング状態であっても、若干、前記スロットルバルブ４は開いた状態になっているため、厳密に言えば完全に閉じた状態ではないが、この実施の形態では、前記完全停止状態及びアイドリング状態における前記スロットルバルブ４の状態を「閉じた状態」と表現している。また、前記完全停止状態とアイドリング状態におけるスロットルバルブ４の状態が異なる状態にあるとき、例えば前記完全停止状態におけるスロットルバルブ４の開閉角度より、前記アイドリング状態におけるスロットルバルブ４の開閉角度のほうが大きい等の違いがあるときは、前記完全停止状態か前記アイドリング状態のどちらか一方を、前記基本状態と定めるか、あるいは、前記完全停止状態におけるスロットルバルブ４の開閉角度と、前記アイドリング状態におけるスロットルバルブ４の開閉角度の中間の開閉角度を基本状態と定めることもできる。
【００３０】
次に、外部磁界Ｈについて考察する。図２ａに示すように、磁石２４のＮ極、Ｓ極、及び前記スロットルバルブシャフト４の軸心Ｏは、Ｘ１―Ｘ２方向と平行な一直線上にあるため、ちょうど前記軸心Ｏと交差する外部磁界Ｈ（あるいは磁力線と表現してもよい）は、Ｘ１―Ｘ２方向と平行な直線方向に向けて生じている。ところで磁石２４から生じるあらゆる外部磁界の方向を考えると、前記外部磁界の方向は場所によって異なる。例えば、図２ａに示す軸心Ｏと交差しない外部磁界（軸心ＯからＹ１―Ｙ２方向に離れた位置等で生じる外部磁界）は、曲線的に生じ、前記Ｘ１―Ｘ２方向と平行な直線方向を向いていない。本実施の形態では、基本状態において、前記ピン層の磁化方向Ａと前記外部磁界Ｈの方向を一致させるものであるが、上記のように前記外部磁界の方向は場所によって直線的であったり曲線的であったり一律ではないから、前記磁石２４及び磁気抵抗効果素子２２を真上から見たときに、前記スロットルバルブシャフト４の軸心Ｏと交差する直線状の外部磁界Ｈを基本状態における基準方向とし、基本状態にて、前記基準方向の外部磁界Ｈの方向と前記ピン層２２の磁化方向Ａとを一致させる。あるいは前記磁石２４のＮ極、軸心Ｏ、前記磁石２４のＳ極を通る直線方向と前記ピン層２２の磁化方向Ａとを一致させると定義しても同じことである。
【００３１】
図２ａに示すように、前記外部磁界Ｈ及びピン層の磁化方向Ａはいずれも図示Ｘ１方向から図示Ｘ２方向に向いている。このとき、前記磁気抵抗効果素子２２の幅方向（図示Ｘ１―Ｘ２方向）の中心及び長さ方向（図示Ｙ１―Ｙ２方向）の中心が前記軸心Ｏと一致していることが最も好ましい。あるいは前記磁気抵抗効果素子２２の中心が、前記外部磁界Ｈ上に位置していてもよい。これにより直線状の外部磁界Ｈが前記ピン層に有効に作用する。
【００３２】
以上のように、基本状態にて、前記ピン層の磁化方向Ａと前記外部磁界Ｈの方向とを一致させることで、前記ピン層の固定磁化が前記外部磁界Ｈによって揺らぐことがなく、むしろ、前記ピン層の磁化方向Ａと前記外部磁界Ｈとが一致しているから、前記外部磁界Ｈが前記ピン層の磁化をより強く所定方向に固定するためのバイアスとして作用する。よって本実施の形態では、前記スロットルポジションセンサ１０の検出精度を精度良く保つことができる。
【００３３】
図２ｂに示すように、前記磁気抵抗効果素子２２には固定抵抗３０が直列接続されており、回路の一端部には電源Ｖｃｃが接続され、他方の端部がグランドＧＮＤとなっている。前記磁気抵抗効果素子２２と固定抵抗３０との接続部から電圧が出力され、前記電圧値を基に前記基板２１の裏面２１ｂ等に実装されている半導体装置で構成される制御部にて、前記スロットルバルブ４の開閉角度が検出される。
【００３４】
運転者が前記アクセルペダル７を踏み、前記スロットルバルブ４が開くと、前記回転板２０が回転し、これにより前記磁石２４からの回転する外部磁界により前記磁気抵抗効果素子２２のフリー層の磁化方向が変動し、前記磁気抵抗効果素子２２の前記ピン層の固定磁化方向と前記フリー層の磁化方向との関係に基づき、抵抗値が変化する。これにより前記磁気抵抗効果素子２２と前記固定抵抗３０との接続部から出力される電圧値が変動し、前記制御にて前記電圧変化を基に、前記スロットルバルブ４の開閉角度が検出される。本実施の形態では前記ピン層の固定磁化方向Ａが、揺らぐことなく所定方向に適切に保持されているから、出力電圧の波形に歪みが生じにくく、精度良く前記スロットルバルブ４の開閉角度を検出することが可能である。
【００３５】
図３ａは図２ａとは別の実施の形態である。図３ａでは、前記固定部材２１上に２つの磁気抵抗効果素子４０，４１が設けられている。前記磁気抵抗効果素４０，４１の素子構造は図２ａの磁気抵抗効果素子２２と変わるところがないので、そちらを参照されたい。
【００３６】
図３ａにおける磁気抵抗効果素子４０は、図２ａと同様に、基本状態にて、前記磁気抵抗効果素子４０のピン層の磁化方向Ｄが、前記軸心Ｏと交差する直線状の外部磁界Ｈの方向と一致している。したがって基本状態にて前記磁気抵抗効果素子４０のピン層の磁化が磁石２４からの外部磁界の影響を受けて揺らぐといった現象を適切に抑制できる。一方、前記磁気抵抗効果素子４１のピン層の磁化方向Ｅは、基本状態において前記外部磁界Ｈの方向と逆方向を向いている。このため前記磁気抵抗効果素子４１のピン層の磁化は、前記磁気抵抗効果素子４０に比べて外部磁界Ｈの影響を受けて揺らぐ可能性があるが、前記外部磁界Ｈの方向と正反対の方向を向いている前記ピン層の磁化方向Ｅを前記外部磁界Ｈの方向に向けるには相当に強い磁界強度が必要である。また前記ピン層の保磁力が前記外部磁界Ｈの大きさよりも大きくなる高保磁力の磁性材料でピン層は形成されている。さらには前記反強磁性層との間で生じる交換結合磁界を、前記反強磁性層の材質等を適正化して大きくしたり、前記ピン層を２層の磁性層とその間にＲｕ等の非磁性中間層の３層構造からなる積層フェリ構造とすると、より前記ピン層の固定磁化強度を強めることができる。図３ａのように複数ある磁気抵抗効果素子４０，４１のピン層どうしが反平行に磁化されている形態にあっては、例えば各ピン層の磁化方向に対して直交する方向から前記外部磁界をかけると、各ピン層が前記外部磁界の方向に倣いやすくなり、むしろピン層の磁化方向に対し逆方向に外部磁界をかける場合よりもピン層の磁化が揺らぎやすくなる。以上から、図３ａのスロットルポジションセンサ１０では、前記ピン層の磁化方向Ｅが前記外部磁界Ｈの影響を受けて揺らぎにくい構造となっている。図３ｂに示すように、前記磁気抵抗効果素子４０，４１は直列接続されており、例えば電源Ｖｃｃが前記磁気抵抗効果素子４１と、グランドＧＮＤが前記磁気抵抗効果素子４０と接続されている。前記磁気抵抗効果素子４０と前記磁気抵抗効果素子４１との接続部から電圧が出力され、前記電圧値を基に前記基板２１の裏面に実装されている半導体装置で構成される制御部にて、前記スロットルバルブ４の開閉角度が検出される。
【００３７】
運転者が前記アクセルペダル７を踏み、前記スロットルバルブ４が開くと、前記回転体２０が回転し、これにより前記磁石２４からの回転する外部磁界により前記磁気抵抗効果素子４０，４１のフリー層の磁化方向が変動し、前記磁気抵抗効果素子４０，４１の前記ピン層の固定磁化方向と前記フリー層の磁化方向との関係に基づき、抵抗値が変化する。これにより前記磁気抵抗効果素子４０と前記磁気抵抗効果素子４１との接続部から出力される電圧値が変動し、前記制御にて前記電圧変化を基に、前記スロットルバルブ４の開閉角度が検出される。図３ｂでは、前記磁気抵抗効果素子４０，４１のピン層の磁化方向Ｄ，Ｅが逆向きなので、磁気抵抗効果素子４０の抵抗変化と、磁気抵抗効果素子４１の抵抗変化は、逆位相となる（位相が１８０°異なる）ので、前記磁気抵抗効果素子４０の抵抗値が最小となったとき、前記磁気抵抗効果素子４１の抵抗値は最大となり、前記磁気抵抗効果素子４０の抵抗値が最大となったとき、前記磁気抵抗効果素子４１の抵抗値は最小なる関係となっている。このため図２ｂの回路よりも大きい抵抗変化を得ることができ、前記制御部にて、より精度良く、前記スロットルバルブ４の開閉角度を検出することが可能である。
【００３８】
なお図３ａに示すように、前記軸心Ｏから前記磁気抵抗効果素子４０までの距離L１、及び前記軸心Ｏから前記磁気抵抗効果素子４１までの距離Ｌ２が同じであることが好ましい。また、前記磁気抵抗効果素子４０の幅方向（図示Ｘ１―Ｘ２方向）の中心線と長さ方向（図示Ｙ１―Ｙ２方向）の中心線とが交わる前記磁気抵抗効果素子４０の中心Ｆと、前記磁気抵抗効果素子４１の幅方向の中心線と長さ方向の中心線とが交わる前記磁気抵抗効果素子４１の中心Ｇとが基本状態において前記軸心Ｏ上を通る外部磁界Ｈの線上に位置することが、曲線的な外部磁界の影響を前記磁気抵抗効果素子４０，４１が受けにくく、適切にピン層の磁化を所定方向に固定でき、より好ましい。
【００３９】
また前記磁気抵抗効果素子は２つより多く設けられていてもよい。このうち、いくつかの磁気抵抗素子の前記ピン層の磁化方向は前記外部磁界Ｈの方向と一致しており、残りの磁気抵抗素子の前記ピン層の磁化方向は前記外部磁界Ｈの方向と逆方向に向いている。
【００４０】
ところで本実施の形態におけるスロットルポジションセンサ１０は、図１に示すように、基板２１、磁気抵抗効果素子２２、磁石２４、回転板２０等これらの部品をすべて備えたものとして構成される。ここで、前記スロットルバルブシャフト４を、前記スロットルポジションセンサ１０の一構成部品とするか否かは任意である。また、前記磁気抵抗効果素子２２を有する基板２１、さらには前記基板２１を備えた下側筐体１０ｂをセンサモジュールとして製造し販売するとき、前記センサモジュールに磁石２４をセットして販売するか否かは任意である。前記センサモジュールに磁石２４をセットで販売しない場合、前記センサモジュールを購入したセットメーカーが、実際に前記センサモジュールを前記スロットルポジションセンサ１０に用いるとき、後で前記スロットルポジションセンサ１０内に磁石２４を取り付けることになる。このとき基本状態にて前記磁石２４から生じる外部磁界Ｈと前記磁気抵抗効果素子２２のピン層の磁化方向とが一致するように前記磁石２４の取り付けを行うことが必要である。このときピン層の磁化方向を見ることはできないため、磁石２４の取り付け方（どちら側にＮ極，Ｓ極を置くか等）を予め表示等しておき、たとえば前記センサモジュールの目に見える位置に「Ｎ極側」、「Ｓ極側」と明記しておく等の表示をしておくことがよい。
【００４１】
また前記スロットルポジションセンサ１０の構造が、アクセル５のレバー６の前記アクセルペダル７と逆側の端部に、アクセルポジションセンサ５０として用いられてもよい（図４）。前記アクセルポジションセンサ５０は、運転者が前記アクセルペダル７を踏んだときのアクセル量を検出するためのものであり、前記アクセルペダルを踏み、前記レバー６が押されると、前記アクセルポジションセンサ５０に設けられている回転体が回転する。このとき図１の場合と同じように、前記磁石２４からの外部磁界Ｈが回転磁場となり、磁気抵抗効果素子２２を構成するフリー層の磁化方向が前記回転磁場により変動する。前記フリー磁性層の磁化方向と前記固定磁性層の固定磁化方向に基づく抵抗変化を電圧変化として捉え、これにより前記回転体がどの程度回転したかを検出し、ひいては、そこから前記アクセルペダル７のアクセル量を検出する。前記アクセルポジションセンサ５０における基本状態とは、前記スロットルポジションセンサ１０における基本状態と変わらない。すなわち前記アクセルポジションセンサ５０における基本状態とは、自動車のエンジンを切った状態（完全停止状態）及び、エンジンは掛けているが、自動車を停止させている状態（アイドリング状態）の双方を意味している。この双方の状態では、運転者が前記アクセルペダル７を踏み込んでいない（ペダル７に足は載せているかもしれない）。そして図２，図３で説明したように図４における実施の形態でも、前記基本状態における外部磁界Ｈの方向と磁気抵抗効果素子２２のピン層の磁化方向とを一致させておくことで、前記ピン層の磁化が基本状態にて、前記外部磁界Ｈの影響を受けて揺らぐ現象を抑制でき、検出精度に優れた前記アクセルポジションセンサ５０を提供することが可能になる。
【００４２】
本実施の形態におけるスロットルポジションセンサ１０と同じ構造を成す角度検出装置は、前記スロットルポジションセンサ１０及びアクセルポジションセンサ５０以外の形態として使用されてもよい。特に車載用として使用する場合は、前記基本状態とは、前記完全停止状態及びアイドリング状態をさす。また前記角度検出装置が車載用以外の用途として使用される場合、前記基本状態とは、通常、時間的にもっとも長い姿勢状態として定義される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施の形態のスロットルポジションセンサを備えた車載用センサを説明するための概略構成図（部分断面図）、
【図２ａ】基本状態における磁石と磁気抵抗効果素子との関係を示す前記スロットルポジションセンサの部分平面図、
【図２ｂ】図２ａに示すスロットルポジションセンサの回路図、
【図３ａ】図２ａと異なる形態であり、基本状態における磁石と磁気抵抗効果素子との関係を示す前記スロットルポジションセンサの部分平面図、
【図３ｂ】図３ａに示すスロットルポジションセンサの回路図、
【図４】本実施の形態のアクセルポジションセンサを備えたアクセルモジュールの部分側面図、
【符号の説明】
【００４４】
１  車載用センサ
３  スロットルバルブ
４  スロットルバルブシャフト
５  アクセル
７  アクセルペダル
１０  スロットルポジションセンサ
２０  回転板
２１  基板
２２、４０、４１  磁気抵抗効果素子
２４  磁石
５０  アクセルポジションセンサ
Ｏ  軸心
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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