(57)【要約】【課題】検出範囲を狭めなくても磁気部材を小さく(短く)することができ、コストダウンを図ることが可能な、磁気式位置検出装置を提供する。【解決手段】磁気式位置検出装置１００は、磁気部材１０１と、磁気センサ１０２とを備える。磁気部材１０１は、Ｎ極とＳ極が交互に配列されたものであり、ここでは４極着磁としている。また、磁極配列方向の両端の磁極の前記磁極配列方向に関する長さＰ１(両端の磁極長Ｐ１)は、前記両端以外の磁極の前記磁極配列方向に関する長さＰ２(両端以外の磁極長Ｐ２)よりも短い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極とＳ極が交互に配列された磁気部材と、
前記磁気部材の磁極配列面に対向する位置に存在する一対又は複数対のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子とを備え、
前記磁気部材は、磁極配列方向の両端の磁極の前記磁極配列方向に関する長さが、前記両端以外の磁極の前記磁極配列方向に関する長さよりも短いことを特徴とする、磁気式位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気式位置検出装置において、前記両端の磁極の前記磁極配列方向に関する長さをＰ１、前記両端以外の磁極の前記磁極配列方向に関する長さをＰ２としたとき、Ｐ２／Ｐ１≦２であることを特徴とする、磁気式位置検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気式位置検出装置において、前記両端の磁極の前記磁極配列方向に関する長さをＰ１、前記両端以外の磁極の前記磁極配列方向に関する長さをＰ２としたとき、Ｐ２／Ｐ１≦７／５であることを特徴とする、磁気式位置検出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の磁気式位置検出装置において、前記磁気部材の磁極配列面が平面又は曲面である、磁気式位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子を用いた磁気式位置検出装置に関し、特に磁気式のスケールやロータリーエンコーダ等に用いて好適な磁気式位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気式位置検出装置としては、従来から、図６(Ａ)に示されるような、Ｎ極とＳ極が交互に着磁された磁気部材１の磁極配列方向に対して同一位置に４個のスピンバルブ型磁気抵抗素子(ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４)を配置したものが知られている(下記特許文献１参照)。４個のスピンバルブ型磁気抵抗素子(ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４)のうち、１対の２個(ＳＶ-ＧＭＲ１及びＳＶ-ＧＭＲ２)はピン層磁化方向が９０°ずれて配置され、残りの対の２個(ＳＶ-ＧＭＲ３及びＳＶ-ＧＭＲ４)は前記１対の２個に対してピン層磁化方向が１８０°ずれて配置されている。ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４は図６(Ｂ)のように接続され、磁極配列方向への磁気部材１の相対移動に伴って、この回路から互いに位相が９０°ずれた２相の出力信号Ｖout１,Ｖout２が得られる。また、図７(Ａ)に示すようにスピンバルブ型磁気抵抗素子を２個(ＳＶ-ＧＭＲ１及びＳＶ-ＧＭＲ２)とし、それらと抵抗Ｒ３,Ｒ４を図７(Ｂ)に示すように接続した回路からも、互いに位相が９０°ずれた２相の出力信号Ｖout１,Ｖout２が得られる(下記特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、磁極配列方向への磁気部材の相対移動に伴ってスピンバルブ型磁気抵抗素子に回転磁場(磁界)を発生させるために、全長に渡ってＮ極とＳ極が交互に等ピッチで配列されたものを磁気部材としている。つまり、全ての磁極は磁極配列方向に関する長さが等しい。この場合、磁極配列方向に関する磁極の長さを短くする(例：１４ｍｍ→１０ｍｍ)ことで、磁気部材の全長を短くすることができる(例：４極着磁の場合、５６ｍｍ→４０ｍｍ)。しかし、そうすると磁気部材の全長だけでなく検出範囲(センシング範囲)すなわち両端の磁極を除いた磁気部材の長さの合計も同様に短くなる(例：２８ｍｍ→２０ｍｍ)という課題がある。
【０００５】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、検出範囲を狭めなくても磁気部材を小さく(短く)することができ、コストダウンを図ることが可能な、磁気式位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、磁気式位置検出装置である。この磁気式位置検出装置は、
Ｎ極とＳ極が交互に配列された磁気部材と、
前記磁気部材の磁極配列面に対向する位置に存在する一対又は複数対のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子とを備え、
前記磁気部材は、磁極配列方向の両端の磁極の前記磁極配列方向に関する長さが、前記両端以外の磁極の前記磁極配列方向に関する長さよりも短いことを特徴としている。
【０００７】
ある態様の磁気式位置検出装置において、前記両端の磁極の前記磁極配列方向に関する長さをＰ１、前記両端以外の磁極の前記磁極配列方向に関する長さをＰ２としたとき、Ｐ２／Ｐ１≦２であるとよい。
【０００８】
ある態様の磁気式位置検出装置において、前記両端の磁極の前記磁極配列方向に関する長さをＰ１、前記両端以外の磁極の前記磁極配列方向に関する長さをＰ２としたとき、Ｐ２／Ｐ１≦７／５であるとよい。
【０００９】
ある態様の磁気式位置検出装置において、前記磁気部材の磁極配列面が平面又は曲面であるとよい。
【００１０】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、磁気部材は磁極配列方向の両端の磁極の前記磁極配列方向に関する長さが前記両端以外の磁極の前記磁極配列方向に関する長さよりも短いため、磁極配列方向の両端の磁極の前記磁極配列方向に関する長さが前記両端以外の磁極の前記磁極配列方向に関する長さと同じだけ長い場合と比較して、磁気式位置装置としての検出範囲を狭めなくても磁気部材を小さく(短く)することができ、コストダウンを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気式位置検出装置の概略斜視図。
【図２】磁気部材の両端以外の磁極長を一定とし、両端の磁極長を変化させた場合の磁界シミュレーション結果の説明図（その１）。
【図３】磁気部材の両端以外の磁極長を一定とし、両端の磁極長を変化させた場合の磁界シミュレーション結果の説明図（その２）。
【図４】磁気部材の両端以外の磁極長を一定とし、両端の磁極長を変化させた場合の、検出範囲内の位置と位置誤差との関係を示す誤差グラフ。
【図５】磁気部材の両端の磁極長の各場合における、図４に示した検出範囲内の位置誤差の最大値を示す特性図。
【図６】(Ａ)は特許文献１の磁気式位置検出装置の概略的構成図（その１）、(Ｂ)は同磁気式位置検出装置におけるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続関係を示す回路図。
【図７】(Ａ)は特許文献１の磁気式位置検出装置の概略的構成図（その２）、(Ｂ)は同磁気式位置検出装置におけるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続関係を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る磁気式位置検出装置１００の概略斜視図である。磁気式位置検出装置１００は、磁気部材１０１と、磁気センサ１０２とを備える。磁気部材１０１は、その磁極配列面１０１ａにＮ極とＳ極が交互に配列されたものであり、ここでは４極着磁としている。また、磁極配列方向の両端の磁極の前記磁極配列方向に関する長さＰ１(両端の磁極長Ｐ１)は、前記両端以外の磁極の前記磁極配列方向に関する長さＰ２(両端以外の磁極長Ｐ２)よりも短い。Ｐ１,Ｐ２の関係についての詳細は後述する。磁気センサ１０２は、一対又は二対のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を磁気部材１０１の磁極配列面１０１ａに対向する位置に配置したものである。これについては、図６(Ａ),(Ｂ)又は図７(Ａ),(Ｂ)に示した従来の技術を適用することができる。
【００１５】
図２及び図３は、磁気部材１０１の両端以外の磁極長Ｐ２を一定(Ｐ２＝１４ｍｍ)とし、両端の磁極長Ｐ１を変化させた場合の磁界シミュレーション結果の説明図であり、図２の(Ａ)はＰ１＝１４ｍｍ、(Ｂ)はＰ１＝１２ｍｍ、(Ｃ)はＰ１＝１０ｍｍ、(Ｄ)はＰ１＝８ｍｍの場合をそれぞれ示し、図３の(Ａ)はＰ１＝６ｍｍ、(Ｂ)はＰ１＝４ｍｍ、(Ｃ)はＰ１＝２ｍｍ、(Ｄ)はＰ１＝０ｍｍ(２極着磁)の場合をそれぞれ示す。シミュレーションの範囲は、中央の２つの磁極の境界から左右(磁極配列方向)にそれぞれ１４ｍｍとし、磁極配列面１０１ａから垂直に５ｍｍ離れた位置での磁界の計算結果を０.５ｍｍ間隔でベクトル表記した。これらの図より、両端の磁極長Ｐ１が４ｍｍ以下まで短くなると、検出範囲の両端において磁界の角度ずれが大きいことが分かる(この種の磁気部材では、Ｎ極とＳ極の境界上では磁界は磁極配列面と平行であることが要求される)。
【００１６】
図４は、磁気部材１０１の両端以外の磁極長Ｐ２を一定(Ｐ２＝１４ｍｍ)とし、両端の磁極長Ｐ１を変化させた場合の、検出範囲内の位置と位置誤差との関係を示す誤差グラフである。両端の磁極長Ｐ１は、図２及び図３と同様にＰ１＝１４ｍｍ,１２ｍｍ,１０ｍｍ,８ｍｍ,６ｍｍ,４ｍｍ,２ｍｍ,０ｍｍとした。本図は、図２及び図３のシミュレーションにおける検出範囲内の各位置の磁界の角度ずれを位置誤差に換算したものに相当する。本図より、磁気部材１０１の両端の磁極長Ｐ１が６ｍｍ以上であれば、位置誤差が概ね１ｍｍ程度以内に収まっていることが分かる。
【００１７】
図５は、磁気部材１０１の両端の磁極長Ｐ１の各場合における、図４に示した検出範囲内の位置誤差の最大値を示す特性図である。本図より、磁気部材１０１の両端の磁極長Ｐ１が１０ｍｍ〜１４ｍｍの範囲(Ｐ２／Ｐ１≦７／５)では最大位置誤差は殆ど一定であることが分かる。また、Ｐ１が７ｍｍ以上(Ｐ２／Ｐ１≦２)であれば最大位置誤差は１ｍｍを超えないことが分かる。また、Ｐ１が６ｍｍ(Ｐ２／Ｐ１＝７／３)の場合も最大位置誤差は概ね１ｍｍ程度となることが分かる。一方、Ｐ１が６ｍｍ未満では最大位置誤差が急増する傾向にある。
【００１８】
以上より、磁気部材１０１の両端の磁極長Ｐ１を両端以外の磁極長Ｐ２よりも短くしても、Ｐ２／Ｐ１の範囲を適切に定めることで、等長複数極着磁(Ｐ１＝Ｐ２)の場合と遜色ない精度を得ることが可能である、又は同場合ほどではなくても位置誤差を十分小さく抑えることが可能であるといえる。つまり、等長複数極着磁(Ｐ１＝Ｐ２)の場合と同様に、磁極配列方向への磁気部材１０１の相対移動に伴って磁気センサ１０２(素子位置)に安定した回転磁場(磁界)を発生させることができる。
【００１９】
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
【００２０】
(1) 磁気部材１０１は両端の磁極長Ｐ１が両端以外の磁極長Ｐ２よりも短いため、両端の磁極長Ｐ１が両端以外の磁極長Ｐ２と同じだけ長い場合と比較して、磁気部材１０１の全長を短くして小型化を図ることができ、また、これに伴ってコスト低減を図ることが可能となる。一方、同場合と比較して検出範囲は同じである。つまり、磁気式位置装置としての検出範囲を狭めなくても磁気部材を小さく(短く)することができ、コストダウンを図ることが可能となる。
【００２１】
(2) 磁気部材１０１の両端の磁極長Ｐ１を両端以外の磁極長Ｐ２よりも短くしても位置誤差を十分小さく抑えることが可能であり、小型化及びコストダウンを図るに当たって精度が大きく低下することもない。
【００２２】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素には請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
【００２３】
実施の形態では磁気部材１０１の磁極配列面１０１ａが平面である場合を説明したが、変形例では磁極配列面１０１ａは円弧面等の曲面であってもよい。
【００２４】
実施の形態では磁気部材１０１が４極着磁である場合を説明したが、変形例では磁気部材１０１を５極以上の多極着磁としてもよい。また、磁気部材１０１は、一つの磁性体に多極着磁したものであっても、複数の永久磁石を組み合わせたものであってもよい。
【００２５】
スピンバルブ型磁気抵抗素子としては、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子(ＳＶ-ＧＭＲ)の他、トンネル効果型磁気抵抗効果素子(ＳＶ-ＴＭＲ)を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１００  磁気式位置検出装置
１０１  磁気部材
１０２  磁気センサ
【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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