(57)【要約】【課題】温度が変化した際の出力変動を抑制することができる位置センサを提供する。【解決手段】第１磁気抵抗素子３０の抵抗値は、検出対象１００が磁石２０に引きつけられないことにより第１領域３２に発生する第１の向きの磁気ベクトルに対応した第１抵抗値と、検出対象１００が磁石２０に引きつけられることにより第２領域３３に発生する第２の向きの磁気ベクトルに対応した第２抵抗値と、の割合によって決まる。信号処理部５０は、第１磁気抵抗素子３０の抵抗値と、磁界の影響を受けないと共に第１磁気抵抗素子３０と同じ構成の第２磁気抵抗素子４０の抵抗値と、の抵抗比に対応した検出信号を取得する。これにより、温度が変化した際に第１磁気抵抗素子３０の抵抗値に含まれる抵抗値温度係数及び抵抗変化率温度係数が相殺されるので、温度が変化した際の出力変動を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面（１１）及び裏面（１２）を有する支持基板（１０）と、
前記表面に設けられ、磁界を発生させる磁界発生部（２０）と、
前記裏面のうちの前記磁界の透過範囲に設けられ、前記磁界によって発生する磁気ベクトルの向きに応じて抵抗値が変化する第１磁気抵抗素子（３０）と、
前記第１磁気抵抗素子に対して電流の上流側に電気的に直列接続されており、前記第１磁気抵抗素子と同じ材料で構成された第２磁気抵抗素子（４０）を含み、前記第２磁気抵抗素子に流れる前記電流を前記第１磁気抵抗素子に供給する電流供給部（４０、７０）と、
前記第１磁気抵抗素子と前記電流供給部との接続点の電圧を検出信号として取得する信号処理部（５０）と、
を備え、
前記第１磁気抵抗素子の抵抗値は、磁性体で構成された検出対象（１００）のうちの前記裏面の面方向の先端部（１１０）が前記第１磁気抵抗素子から離れていると共に基準位置から当該面方向のうちの一つの方向である移動方向に移動する位置に応じて、前記検出対象が前記磁界発生部に引きつけられないことにより前記第１磁気抵抗素子の第１領域（３２）に発生する第１の向きの磁気ベクトルに対応した第１抵抗値と、前記検出対象が前記磁界発生部に引きつけられることにより前記第１磁気抵抗素子の第２領域（３３）に発生する第２の向きの磁気ベクトルに対応した第２抵抗値と、の割合によって決まる位置センサ。
【請求項２】
前記第２磁気抵抗素子は、前記支持基板のうち前記磁界の影響を受けない位置に配置され、
前記信号処理部は、前記第１磁気抵抗素子の抵抗値と、前記第２磁気抵抗素子の抵抗値と、の抵抗比に対応した検出信号を取得する請求項１に記載の位置センサ。
【請求項３】
前記電流供給部は、前記第２磁気抵抗素子のみで構成されている請求項２に記載の位置センサ。
【請求項４】
前記電流供給部は、前記第２磁気抵抗素子を含んだカレントミラー回路部（７０）を有して構成されており、
前記第２磁気抵抗素子は、前記第１の向きの磁気ベクトルの磁界が印加され、前記カレントミラー回路部から出力される前記電流の電流値を決定する素子として機能する請求項１に記載の位置センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象の位置を検出する位置センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、直線上の位置を検出する位置センサが、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、位置センサは、厚さ方向に着磁された磁石の片面に当該磁石の長さ方向に対する幅が当該長さ方向の位置によって異なる磁性板が設けられたセンサ本体を備えている。また、位置センサは、センサ本体の磁性板の上方に一定のギャップを空けて長手方向に沿って移動する磁気変換素子を備えている。
【０００３】
このような構成によると、磁石から出る磁界が幅の異なる磁性板によって遮蔽されるので、磁性板の表面の磁界強さが磁石の長さ方向の位置によって変化する。したがって、移動する磁気変換素子からの出力を検知することで、磁気変換素子の磁石に対する位置を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２６４３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、例えば位置センサの温度が変化する等の問題が起こった際に磁気変換素子の出力が変化してしまう。このため、検出対象の位置検出の誤差が発生してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、温度が変化した際の出力変動を抑制することができる位置センサ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】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、位置センサは、表面（１１）及び裏面（１２）を有する支持基板（１０）と、表面に設けられ、磁界を発生させる磁界発生部（２０）と、裏面のうちの磁界の透過範囲に設けられ、磁界によって発生する磁気ベクトルの向きに応じて抵抗値が変化する第１磁気抵抗素子（３０）と、を備えている。
【０００８】
また、位置センサは、第１磁気抵抗素子に対して電流の上流側に電気的に直列接続されており、第１磁気抵抗素子と同じ材料で構成された第２磁気抵抗素子（４０）を含み、第２磁気抵抗素子に流れる電流を第１磁気抵抗素子に供給する電流供給部（４０、７０）と、第１磁気抵抗素子と電流供給部との接続点の電圧を検出信号として取得する信号処理部（５０）と、を備えている。
【０００９】
第１磁気抵抗素子の抵抗値は、磁性体で構成された検出対象（１００）のうちの裏面の面方向の先端部（１１０）が第１磁気抵抗素子から離れていると共に基準位置から当該面方向のうちの一つの方向である移動方向に移動する位置に応じて、検出対象が磁界発生部に引きつけられないことにより第１磁気抵抗素子の第１領域（３２）に発生する第１の向きの磁気ベクトルに対応した第１抵抗値と、検出対象が磁界発生部に引きつけられることにより第１磁気抵抗素子の第２領域（３３）に発生する第２の向きの磁気ベクトルに対応した第２抵抗値と、の割合によって決まる。
【００１０】
これによると、第１磁気抵抗素子及び第２磁気抵抗素子が同じ材料で構成されている。また、第２磁気抵抗素子に流れた電流が第１磁気抵抗素子に流れる。このため、各磁気抵抗素子（３０、４０）が温度の影響を受けた際に、第１磁気抵抗素子の抵抗値に含まれる抵抗値温度係数及び抵抗変化率温度係数が相殺され、信号成分のみが得られる。したがって、温度が変化した際の出力変動を抑制することができる。
【００１１】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る位置センサの側面図である。
【図２】第１磁気抵抗素子及び第２磁気抵抗素子のハーフブリッジ回路を示した図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】図１のIV−IV断面図である。
【図５】第１磁気抵抗素子に印加される磁界のＢｙ成分とＢｚ成分とを説明するための図である。
【図６】磁界強度に対する抵抗変化率を示した図である。
【図７】検出対象移動量に対する信号処理後の出力を示した図である。
【図８】第２実施形態に係るカレントミラー回路部及び第１磁気抵抗素子を示した回路図である。
【図９】カレントミラー回路部の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る位置センサは、検出対象の位置を検出するものである。図１及び図２に示されるように、位置センサ１は、支持基板１０、磁石２０、第１磁気抵抗素子３０、第２磁気抵抗素子４０、及び信号処理部５０を備えて構成されている。
【００１５】
支持基板１０は、表面１１及び裏面１２を有する板状に構成された部品である。支持基板１０は、図示しないパッドや配線パターンが形成された回路基板である。支持基板１０として、プリント基板等の磁界を透過するものが用いられる。
【００１６】
磁石２０は、磁界を発生させる部品である。磁石２０は、検出対象１００の有無に応じて磁気ベクトルの向きが変化する磁界を第１磁気抵抗素子３０に印加する役割を果たす。磁石２０は、支持基板１０の表面１１に直交する方向に磁界が発生するように当該表面１１に固定されている。例えば、磁石２０のＮ極が支持基板１０の表面１１側に向けられている。これにより、磁界の向きが支持基板１０の表面１１側から裏面１２側となる。なお、磁石２０のＳ極が支持基板１０の表面１１側に向けられていても良い。
【００１７】
ここで、検出対象１００は、板状の磁性体によって構成されている。検出対象１００は、支持基板１０の裏面１２から離れて位置する。また、検出対象１００は、支持基板１０の裏面１２（表面１１）の面方向に基準位置から移動する。具体的には、検出対象１００のうち支持基板１０の裏面１２の面方向の先端部１１０が、当該裏面１２の上方の空間部２００を基準位置から当該面方向の一方向である移動方向に移動する。磁石２０は、この移動方向に延設されている。
【００１８】
第１磁気抵抗素子３０及び第２磁気抵抗素子４０は、磁界によって発生する磁気ベクトルの向きに応じて抵抗値が変化する素子である。各磁気抵抗素子３０、４０は、同じ材料で構成されている。
【００１９】
例えば、各磁気抵抗素子３０、４０は、下部電極の上にピン磁性層、非磁性層、フリー磁性層、及び上部電極が順に形成されたＧＭＲ素子として構成されている。ピン磁性層は磁化の向きが固定された強磁性金属層である。非磁性層はフリー磁性層からピン磁性層に電流を流すための層である。フリー磁性層は、外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化する強磁性金属層である。なお、各磁気抵抗素子３０、４０は、ＧＭＲ素子に限られず、ＴＭＲ素子、ＡＭＲ素子として構成されていても良い。
【００２０】
第１磁気抵抗素子３０は、支持基板１０の裏面１２のうち磁界が貫通する位置に設けられている。すなわち、第１磁気抵抗素子３０は、支持基板１０の裏面１２のうち磁石２０に対応した磁界の透過範囲に設けられている。したがって、裏面１２に投影された第１磁気抵抗素子３０の平面サイズが、裏面１２に投影された磁石２０の平面サイズ以下になっている。第１磁気抵抗素子３０は、移動方向に延設されている。
【００２１】
また、図３に示されるように、第１磁気抵抗素子３０は、支持基板１０の裏面１２の面方向のうち移動方向に垂直な幅方向の中心位置３１が磁石２０における幅方向の中心位置２１から当該幅方向のうちの一方向にずらされている。これにより、第１磁気抵抗素子３０には磁石２０の解放磁界（Ｂｙ成分）が充分に印加される。
【００２２】
一方、第２磁気抵抗素子４０は、支持基板１０のうち磁界が貫通しない位置に設けられている。すなわち、第２磁気抵抗素子４０は、支持基板１０の裏面１２のうち上記の磁気範囲から離れた位置に配置されている。本実施形態では、第２磁気抵抗素子４０は、信号処理部５０に設けられている。
【００２３】
なお、第２磁気抵抗素子４０は、信号処理部５０とは別体として支持基板１０に設けられていても良い。この場合、第２磁気抵抗素子４０は、支持基板１０のうち磁界の影響を受けない位置に実装される。
【００２４】
そして、図２に示されるように、各磁気抵抗素子３０、４０はハーフブリッジ回路部６０を構成している。第２磁気抵抗素子４０は、第１磁気抵抗素子３０に対して電流の上流側に電気的に直列接続されている。これにより、第２磁気抵抗素子４０は、当該第２磁気抵抗素子４０に流れる電流を第１磁気抵抗素子３０に供給する電流供給部としての役割を果たす。
【００２５】
第１磁気抵抗素子３０の抵抗値をＲａとし、第２磁気抵抗素子４０の抵抗値をＲｆとする。Ｒｆは一定値であるが、Ｒａは変化する。つまり、第２磁気抵抗素子４０は基準抵抗として機能する。そして、各磁気抵抗素子３０、４０の接続点の電圧が検出信号となる。すなわち、検出信号は、第１磁気抵抗素子３０の抵抗値と、第２磁気抵抗素子４０の抵抗値と、の抵抗比に対応した電圧となる。
【００２６】
信号処理部５０は、検出信号を取得して感度やオフセット等の信号処理を行う回路部である。信号処理部５０は電圧検出部５１を有している。電圧検出部５１は、各磁気抵抗素子３０、４０の接続点の電圧を検出する。これにより、信号処理部５０は、当該電圧を検出信号として取得する。
【００２７】
信号処理部５０は、例えばＩＣチップとして構成されている。また、信号処理部５０は、支持基板１０の裏面１２のうち磁石２０の磁界の影響を受けない位置に実装されている。信号処理部５０は、支持基板１０の表面１１に実装されていても良い。
【００２８】
以上が、位置センサ１の構成である。なお、位置センサ１は、上記各構成を収容する筐体や、他の装置と電気的接続を行うための端子等を備えている。
【００２９】
次に、位置センサ１の作動について説明する。まず、図１に示されるように、検出対象１００は、先端部１１０が磁気範囲に対応する空間部２００を基準位置から移動方向に移動する。これにより、空間部２００での先端部１１０に位置に応じて、第１磁気抵抗素子３０が受ける磁界の磁気ベクトルの向きが当該第１磁気抵抗素子３０の領域毎に異なる。検出対象１００が第１磁気抵抗素子３０に近づくと、磁気ベクトルの向きが変化して第１磁気抵抗素子３０の全体の抵抗値が変化する。
【００３０】
具体的には、支持基板１０の表面１１に直交する方向に検出対象１００が位置しない場合、検出対象１００は磁石２０に引きつけられない。このため、図３に示された第１磁気抵抗素子３０の第１領域３２には、上述のように磁界のＢｙ成分が印加される。磁界のＢｙ成分を第１の向きの磁気ベクトルとする。また、当該第１領域３２は、第１の向きの磁気ベクトルに対応した第１抵抗値となる。
【００３１】
一方、支持基板１０の表面１１に直交する方向に検出対象１００が位置する場合、検出対象１００は磁石２０に引きつけられる。このため、図４に示された第１磁気抵抗素子３０の第２領域３３には磁界のＢｚ成分が印加される。磁界のＢｚ成分を第２の向きの磁気ベクトルとする。また、当該第２領域３３は、第２の向きの磁気ベクトルに対応した第２抵抗値となる。
【００３２】
例えば、図５に示されるように、先端部１１０が第１磁気抵抗素子３０の途中まで移動したとする。そして、第１磁気抵抗素子３０の正面のうち検出対象１００が位置しない第１領域３２では、当該第１領域３２に印加される磁界の磁気ベクトルの向きは第１の向きが維持される。このため、第１領域３２では、図６に示された磁界のＢｙ成分の抵抗変化率に従った第１抵抗値となる。
【００３３】
一方、第１磁気抵抗素子３０の正面のうち検出対象１００が位置する第２領域３３では、当該第２領域３３に印加される磁界の磁気ベクトルの向きは第２の向きに変化する。このため、第２領域３３では、図６に示された磁界のＢｚ成分の抵抗変化率に従った第２抵抗値となる。したがって、第１領域３２はＢｙ成分に基づいた小さい抵抗値となる。第２領域３３は抵抗変化がほぼ無い部分となる。
【００３４】
なお、検出対象１００が第１磁気抵抗素子３０の全体に対向しない場合、第１磁気抵抗素子３０の全体が第１領域３２となる。一方、検出対象１００が第１磁気抵抗素子３０の全体に対向する場合、第１磁気抵抗素子３０の全体が第２領域３３となる。また、図６に示された磁界のＢｘ成分は移動方向に沿った成分であり、第１磁気抵抗素子３０の抵抗値の変化には影響しない。
【００３５】
以上のことから、ハーフブリッジ回路部６０の第１磁気抵抗素子３０の総抵抗Ｒａは、検出対象１００の先端部１１０の位置により決まる。すなわち、第１磁気抵抗素子３０の第１領域３２の第１抵抗値と、第２領域３３の第２抵抗値と、の割合によって決まる。つまり、総抵抗Ｒａは、磁界のＢｙ成分の抵抗値の割合に応じて決まる。したがって、ハーフブリッジ回路部６０は、検出対象１００の先端部１１０の位置に応じた検出信号を出力する。
【００３６】
具体的には、第１磁気抵抗素子３０のうち第１領域３２の割合をαとし、第２領域３３の割合をβとする。α及びβは各領域３２、３３の割合であるので、α＋β＝１となる。また、第１領域３２の第１抵抗値をＲＢｙとし、第２領域３３の第２抵抗値をＲＢｚとする。これらの定義により、各磁気抵抗素子３０、４０の接続点の電圧Ｖｏｕｔは、以下の数１から得られる。
（数１）
Ｖｏｕｔ＝Ｒａ／（Ｒｆ＋Ｒａ）＝（α・ＲＢｙ＋β・ＲＢｚ）／｛Ｒｆ＋（α・ＲＢｙ＋β・ＲＢｚ）｝
検出対象１００の全体が第１磁気抵抗素子３０の正面に位置しない場合、β＝０、Ｒａ＝ＲＢｙとなるので、電圧Ｖｏｕｔ（ｍｉｎ）は以下の数２から得られる。
（数２）
Ｖｏｕｔ（ｍｉｎ）＝ＲＢｙ／（Ｒｆ＋ＲＢｙ）
各磁気抵抗素子３０、４０が同じ材料によって構成されているので、Ｖｏｕｔのオフセットの温度特性はキャンセルされる。また、Ｖｏｕｔの感度の温度特性はＲｆ∝ＲＢｙのときにキャンセルされる。
【００３７】
検出対象１００が第１磁気抵抗素子３０の正面の全体に位置する場合、α＝０、Ｒａ＝ＲＢｚとなるので、電圧Ｖｏｕｔ（ｍａｘ）は以下の数３から得られる。
（数３）
Ｖｏｕｔ（ｍａｘ）＝ＲＢｚ／（Ｒｆ＋ＲＢｚ）
この場合、上記と同様にオフセットの温度特性はキャンセルされる。また、Ｖｏｕｔの感度の温度特性はＲｆ∝ＲＢｚのときにキャンセルされる。
【００３８】
なお、第１磁気抵抗素子３０の抵抗値の変化に寄与する成分は第１抵抗値（ＲＢｙ）であるので、Ｒｆ＜＜Ｒａ、かつ、Ｒｆ∝ＲＢｙの条件を満たすことが好ましい。
【００３９】
電圧検出部５１は、上記の数１に従って、第２磁気抵抗素子４０の抵抗値（Ｒｆ）と第１磁気抵抗素子３０の総抵抗値（Ｒａ）との抵抗比に応じた電圧を検出信号として取得する。また、信号処理部５０は、検出信号の感度とオフセットを調整する。これにより、図７に示されるように、信号処理部５０は、検出対象１００の移動量に対して比例して変化する出力を得ることができる。検出対象１００が磁性体であれば磁気ベクトルの向きを変化させることができるので、検出対象１００が磁石でなくても良いというメリットがある。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態では、検出信号を取得するための各磁気抵抗素子３０、４０が同じ材料で構成されている。このため、磁気ベクトルの向きに応じて抵抗値が変化する第１磁気抵抗素子３０だけでなく、磁界の影響を受けない第２磁気抵抗素子４０も温度に応じて抵抗値が変動する。したがって、検出信号に含まれる信号成分のうち第１磁気抵抗素子３０の総抵抗値Ｒａの誤差要因となる抵抗値温度係数（＋３０００ｐｐｍ／℃）及び抵抗変化率温度係数（−３５００ｐｐｍ／℃）を相殺することが可能となる。つまり、検出信号に含まれる信号成分のみが得られるので、温度が変化した際の出力変動を抑制することができる。
【００４１】
位置センサ１は、例えば、自動車ドライブシャフト、カムシャフト、ギヤ等の回転体の軸方向の移動位置検出、シフトポジション検出、ピストンやバルブ等の位置検出に適用される。もちろん、位置センサ１は自動車以外の他の用途に適用されても良い。
【００４２】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、磁石２０が特許請求の範囲の「磁界発生部」に対応し、第２磁気抵抗素子４０が特許請求の範囲の「電流供給部」に対応する。
【００４３】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、位置センサ１は第１磁気抵抗素子３０を定電流駆動する構成を有している。具体的には、図８に示されるように、位置センサ１は、カレントミラー回路部７０を有している。
【００４４】
なお、カレントミラー回路部７０は、信号処理部５０に内蔵されていても良いし、信号処理部５０とは別体として支持基板１０に設けられていても良い。
【００４５】
カレントミラー回路部７０は、第１磁気抵抗素子３０に供給する電流を生成する回路部である。図９に示されるように、カレントミラー回路部７０は、電流源７１、トランジスタ７２、７３、及び第２磁気抵抗素子４０を有して構成されている。電流源７１は定電流ｉＢｙを発生させる。第２磁気抵抗素子４０は、第１の向きの磁気ベクトルの磁界が常に印加されている。
【００４６】
そして、カレントミラー回路部７０は、電流源７１から流れる定電流ｉＢｙをトランジスタ７２、７３によって第２磁気抵抗素子４０側に複製する。したがって、第２磁気抵抗素子４０は、カレントミラー回路部７０から出力される電流の電流値を決定する素子として機能する。
【００４７】
上記の構成によると、先端部１１０の移動に応じて第１磁気抵抗素子３０における第１領域３２の第１抵抗値と第２領域３３の第２抵抗値との割合が変化する。第１磁気抵抗素子３０に流れる電流は一定値であるので、第１抵抗値と第２抵抗値との割合の変化に応じて電圧Ｖｏｕｔが変化する。したがって、信号処理部５０は、第１実施形態と同様に、検出対象１００の移動量に対して比例して変化する出力を得ることができる。
【００４８】
カレントミラー回路部７０の第２磁気抵抗素子４０が固定抵抗として構成された場合、感度温度特性（−３５００ｐｐｍ／℃）の出力低下が発生する。しかしながら、本実施形態では、定電流値を決定する第２磁気抵抗素子４０も第１磁気抵抗素子３０と同様に温度特性に従って抵抗が変化するので、感度増減分の逆相分の電流が減増する。それにより、検出信号の感度低下分を補償することができる。また、感度補償が不要な場合、抵抗値温度特性分（＋３０００ｐｐｍ／℃）のみを補償することもできる。
【００４９】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、カレントミラー回路部７０が特許請求の範囲の「電流供給部」に対応する。
【００５０】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された位置センサ１の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、検出対象１００は板状に構成されていたが、これは形状の一例である。したがって、検出対象１００は板状に限られず、他の形状でも良い。
【００５１】
上記各実施形態では、磁束を発生させるものとして磁石２０が用いられていたが、これは構成の一例である。例えば、電磁石等の磁束発生手段が用いられても良い。
【００５２】
第１実施形態では、第１磁気抵抗素子３０に電流を供給する電流供給部は第２磁気抵抗素子４０のみで構成されていたが、これは構成の一例である。したがって、電流供給部は第２磁気抵抗素子４０以外の他の回路素子を含んで構成されていても良い。
【００５３】
第２実施形態で示されたカレントミラー回路部７０の回路構成は一例である。したがって、カレントミラー回路部７０として、第２磁気抵抗素子７０を含んだ他の回路構成を採用しても構わない。
【符号の説明】
【００５４】
１０  支持基板
１１  表面
１２  裏面
２０  磁石（磁界発生部）
３０  第１磁気抵抗素子
３２  第１領域
３３  第２領域
４０  第２磁気抵抗素子（電流供給部）
５０  信号処理部
【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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