(57)【要約】【課題】隣り合う磁極面が接触している場合と比較して検出精度の良好な磁気式位置検出装置を提供する。【解決手段】磁気部材１ａ〜１ｄは、磁極面がＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４と対向して直線状に配列されている。隣り合う磁気部材は、ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４と対向する側の磁極面が相互に逆極である。磁気部材１ａ〜１ｄは等ピッチＰで配列され、隣り合う磁気部材は相互に接触しておらず離間配置されている。磁気部材１ａ〜１ｄの配列ピッチＰに対する磁気部材１ａ〜１ｄの各々の長さＸの割合は、例えば４０％乃至６０％とする。【選択図】図１Ａ
2011137796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気感知素子と、磁極面が前記磁気感知素子と対向して配列された複数の磁気部材とを備え、
隣り合う磁気部材は、前記磁気感知素子と対向する側の磁極面が相互に逆極であり、かつ相互に離間して配置されていることを特徴とする、磁気式位置検出装置。
【請求項２】
磁気感知素子と、磁極面が前記磁気感知素子と対向して配列された複数の磁気部材とを備え、
隣り合う磁気部材は、前記磁気感知素子と対向する側の磁極面が相互に逆極であり、かつ相互に離間して配置されていて、
前記複数の磁気部材が間に位置する一対の軟磁性部をさらに有し、
前記一対の軟磁性部は、隣り合う磁気部材に対して離間し、かつ相互に磁気的に接続されてい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又は２に記載の磁気式位置検出装置において、前記複数の磁気部材が等ピッチで配列されている、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、前記複数の磁気部材が希土類磁石である、磁気式位置検出装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の磁気式位置検出装置において、前記磁気感知素子が一対又は複数対あり、前記複数の磁気部材に対する前記磁気感知素子の位置を一意に特定可能である、磁気式位置検出装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の磁気式位置検出装置において、前記複数の磁気部材が直線状ないし円弧状に配列されている、磁気式位置検出装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の磁気式位置検出装置において、前記複数の磁気部材の配列ピッチをＰ、配列方向に関する各磁気部材の長さをＸとしたとき、Ｘ／Ｐが４０％乃至６０％である、磁気式位置検出装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の磁気式位置検出装置において、前記複数の磁気部材に対する前記磁気感知素子のストローク範囲内で、磁界が２００Ｏｅ〜７００Ｏｅ(但し、Ｏｅ＝(１０００／４π)Ａ／ｍ)である、磁気式位置検出装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気感知素子は、少なくとも２つのホール素子を含み、
少なくとも１つの前記ホール素子に対して磁性体ヨークが設けられ、
前記磁性体ヨークは、前記ホール素子に感磁面と平行な所定方向の外部磁界が印加されたとき、前記感磁面の位置における磁力線を前記感磁面と垂直な方向に曲げるように作用する、磁気式位置検出装置。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれかに記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気感知素子は、第１乃至第４のホール素子を含み、
前記第１乃至第４のホール素子の感磁面は、前記複数の磁気部材の発生磁界と略平行であり、
前記第１乃至第４のホール素子に対して磁性体ヨークが設けられ、
前記磁性体ヨークは、前記第１及び第３のホール素子に前記複数の磁気部材の配列方向と平行な方向の外部磁界が印加されたとき、前記第１及び第３のホール素子の前記感磁面の位置における磁力線を前記感磁面と垂直な方向に曲げるように作用し、かつ、前記第２及び第４のホール素子に前記複数の磁気部材の磁極面と垂直な方向の外部磁界が印加されたとき、前記第２及び第４のホール素子の前記感磁面の位置における磁力線を前記感磁面と垂直な方向に曲げるように作用する、磁気式位置検出装置。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれかに記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気感知素子は、第１乃至第４のホール素子を含み、
前記第１乃至第４のホール素子の感磁面は、前記複数の磁気部材の対向する磁極面と略平行であり、
少なくとも前記第１及び第３のホール素子に対して磁性体ヨークが設けられ、
前記磁性体ヨークは、前記第１及び第３のホール素子に前記複数の磁気部材の配列方向と平行な方向の外部磁界が印加されたとき、前記第１及び第３のホール素子の前記感磁面の位置における磁力線を前記感磁面と垂直な方向に曲げるように作用する、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、磁気感知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１４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８０１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。以下に説明するスピンバルブ型磁気抵抗素子の磁気特性より、磁気部材８０１に対するＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の相対移動に伴って、互いに位相が９０°ずれた２相の出力信号がＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の接続回路から得られる(例えば後述の図１Ｂ参照)。
【０００３】
スピンバルブ型磁気抵抗素子の磁気特性について説明する。スピンバルブ型磁気抵抗素子は、図１５Ａの膜構成に示すように、磁化方向が一方向に固定された強磁性体のピン層と、電流が主として流れる非磁性層と、磁化方向が外部磁界方向(外部磁束方向)に一致する強磁性体のフリー層とで構成されている。ピン層磁化方向と外部磁界のベクトル方向が一致するときは図１５Ｂの状態ａ(低抵抗状態)となり、ＳＶ-ＧＭＲの感磁面内において外部磁界のベクトル方向を回転させると、ピン層磁化方向となす角度により抵抗値が変化し、角度９０°では状態ｂ(中抵抗状態)で外部磁界による抵抗値変化が実質ゼロとなり、反対方向のときは状態ｃ(高抵抗状態)となる。図１５Ｃは、ＳＶ-ＧＭＲの面内磁気特性図であり、ＳＶ-ＧＭＲの感磁面(フリー層が存在する平面)に平行な外部磁界が存在する条件下で外部磁界を感磁面に垂直な回転中心軸にて回転させた場合のピン層磁化方向に対する回転角度と抵抗変化率(ΔＲ／Ｒ)との関係を示す。この場合、抵抗変化率(ΔＲ／Ｒ)は正弦波形でなだらかに変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
ところで、上記特許文献１の磁気式位置検出装置では、隣り合うＮ極面とＳ極面が接触しているものを磁気部材として用いている。この場合、詳細は実施の形態で後述するが、磁気感知素子の相対移動ストローク範囲内における磁界の、理想的な回転磁界と比較した誤差が大きいために、検出精度が悪いという問題があることを本発明者は見出した。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、隣り合う磁極面が接触している場合と比較して検出精度の良好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】
【０００７】
本発明の第１の態様は、磁気式位置検出装置である。この磁気式位置検出装置は、
磁気感知素子と、磁極面が前記磁気感知素子と対向して配列された複数の磁気部材とを備え、
隣り合う磁気部材は、前記磁気感知素子と対向する側の磁極面が相互に逆極であり、かつ相互に離間して配置されている。
【０００８】
本発明の第２の態様も、磁気式位置検出装置である。この磁気式位置検出装置は、
磁気感知素子と、磁極面が前記磁気感知素子と対向して配列された複数の磁気部材とを備え、
隣り合う磁気部材は、前記磁気感知素子と対向する側の磁極面が相互に逆極であり、かつ相互に離間して配置されていて、
前記複数の磁気部材が間に位置する一対の軟磁性部をさらに有し、
前記一対の軟磁性部は、隣り合う磁気部材に対して離間し、かつ相互に磁気的に接続されている。
【０００９】
第１又は第２の態様の磁気式位置検出装置において、前記複数の磁気部材が等ピッチで配列されているとよい。
【００１０】
第１又は第２の態様の磁気式位置検出装置において、前記複数の磁気部材が希土類磁石であるとよい。
【００１１】
第１又は第２の態様の磁気式位置検出装置において、前記磁気感知素子が一対又は複数対あり、前記複数の磁気部材に対する前記磁気感知素子の位置を一意に特定可能であるとよい。
【００１２】
第１又は第２の態様の磁気式位置検出装置において、前記複数の磁気部材が直線状ないし円弧状に配列されているとよい。
【００１３】
第１又は第２の態様の磁気式位置検出装置において、前記複数の磁気部材の配列ピッチをＰ、配列方向に関する各磁気部材の長さをＸとしたとき、Ｘ／Ｐが４０％乃至６０％であるとよい。
【００１４】
第１又は第２の態様の磁気式位置検出装置において、前記複数の磁気部材に対する前記磁気感知素子のストローク範囲内で、磁界が２００Ｏｅ〜７００Ｏｅ(但し、Ｏｅ＝(１０００／４π)Ａ／ｍ)であるとよい。
【００１５】
第１又は第２の態様の磁気式位置検出装置において、
前記磁気感知素子は、少なくとも２つのホール素子を含み、
少なくとも１つの前記ホール素子に対して磁性体ヨークが設けられ、
前記磁性体ヨークは、前記ホール素子に感磁面と平行な所定方向の外部磁界が印加されたとき、前記感磁面の位置における磁力線を前記感磁面と垂直な方向に曲げるように作用するとよい。
【００１６】
第１又は第２の態様の磁気式位置検出装置において、
前記磁気感知素子は、第１乃至第４のホール素子を含み、
前記第１乃至第４のホール素子の感磁面は、前記複数の磁気部材の発生磁界と略平行であり、
前記第１乃至第４のホール素子に対して磁性体ヨークが設けられ、
前記磁性体ヨークは、前記第１及び第３のホール素子に前記複数の磁気部材の配列方向と平行な方向の外部磁界が印加されたとき、前記第１及び第３のホール素子の前記感磁面の位置における磁力線を前記感磁面と垂直な方向に曲げるように作用し、かつ、前記第２及び第４のホール素子に前記複数の磁気部材の磁極面と垂直な方向の外部磁界が印加されたとき、前記第２及び第４のホール素子の前記感磁面の位置における磁力線を前記感磁面と垂直な方向に曲げるように作用するとよい。
【００１７】
第１又は第２の態様の磁気式位置検出装置において、
前記磁気感知素子は、第１乃至第４のホール素子を含み、
前記第１乃至第４のホール素子の感磁面は、前記複数の磁気部材の対向する磁極面と略平行であり、
少なくとも前記第１及び第３のホール素子に対して磁性体ヨークが設けられ、
前記磁性体ヨークは、前記第１及び第３のホール素子に前記複数の磁気部材の配列方向と平行な方向の外部磁界が印加されたとき、前記第１及び第３のホール素子の前記感磁面の位置における磁力線を前記感磁面と垂直な方向に曲げるように作用するとよい。
【００１８】
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】
【００１９】
本発明によれば、隣り合う磁気部材が相互に離間して配置されているので、隣り合う磁気部材が相互に接触して配置されている場合と比較して、検出精度を良好とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】本発明の第１の実施の形態に係る磁気式位置検出装置の概略的構成図。
【図１Ｂ】当該磁気式位置検出装置におけるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の接続関係を示す回路図。
【図１Ｃ】当該磁気式位置検出装置の出力信号Ｖout１,Ｖout２の波形図。
【図２Ａ】第１の実施の形態に関し、磁気部材１ａ〜１ｄを連続配置(接触配置)した場合及び磁石割合５０％で離間配置した場合の、ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の相対ストローク範囲内における磁界シミュレーション結果の対比説明図であり、磁気部材１ａ〜１ｄに対するＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４のストローク量を２０ｍｍとした場合の対比説明図。
【図２Ｂ】当該ストローク量を４０ｍｍとした場合の対比説明図。
【図２Ｃ】当該ストローク量を６０ｍｍとした場合の対比説明図。
【図２Ｄ】当該ストローク量を８０ｍｍとした場合の対比説明図。
【図３】第１の実施の形態に関し、図２Ａ〜図２Ｄの磁界シミュレーション結果を基にした、磁気部材１ａ〜１ｄを連続配置した場合及び磁石割合５０％で離間配置した場合におけるＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の位置と誤差との関係を、ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４のストローク量ごとに示す特性図。
【図４】第１の実施の形態に関し、磁気部材１ａ〜１ｄを連続配置した場合及び磁石割合５０％で離間配置した場合における、磁気部材１ａ〜１ｄに対するＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４のストローク量と図３に示した誤差の最大値との関係を示す特性図。
【図５】当該２つの場合におけるＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４のストローク量と精度(誤差の最大値／ストローク量)との関係を示す特性図。
【図６】第１の実施の形態に関し、磁気部材１ａ〜１ｄに対するＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４のストローク量を６０ｍｍ及び８０ｍｍとした場合における、磁石割合と誤差の最大値との関係を示す特性図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る磁気式位置検出装置の概略的構成図。
【図８】当該磁気式位置検出装置において磁気部材１ａ〜１ｅを磁石割合５０％で離間配置した場合のＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の相対ストローク範囲内における磁界シミュレーション結果の説明図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る磁気式位置検出装置の概略的構成図。
【図１０】当該磁気式位置検出装置において軟磁性部１ａ',１ｄ'及び磁気部材１ｂ,１ｃを磁石割合５０％で離間配置した場合のＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の相対ストローク範囲内における磁界シミュレーション結果の説明図。
【図１１Ａ】本発明の第４の実施の形態に係る磁気式位置検出装置の概略的構成図。
【図１１Ｂ】図１１Ａの磁気式位置検出装置の磁気感知ユニットの概略斜視図。
【図１１Ｃ】図１１Ｂの磁気感知ユニットにｙ方向の磁界を印加したときの磁力線の様子を示す模式的断面図。
【図１２Ａ】ｙ方向と平行な外部磁界を検出する場合のホール素子の接続例を示す回路図。
【図１２Ｂ】ｚ方向と平行な外部磁界を検出する場合のホール素子の接続例１を示す回路図。
【図１２Ｃ】ｚ方向と平行な外部磁界を検出する場合のホール素子の接続例２を示す回路図。
【図１３Ａ】磁気部材に対する磁気感知ユニットの配置例１を示す模式図。
【図１３Ｂ】磁気部材に対する磁気感知ユニットの配置例２を示す模式図。
【図１４】特許文献１の磁気式位置検出装置の概略的構成図。
【図１５Ａ】スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の膜構成の概略斜視図。
【図１５Ｂ】スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子が低抵抗状態、中抵抗状態及び高抵抗状態となるときのピン層磁化方向とフリー層磁化方向との関係を示す説明図。
【図１５Ｃ】スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の面内磁気特性(ピン層磁化方向とフリー層磁化方向の成す角度と抵抗変化率との関係)を示す波形図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
(第１の実施の形態)
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る磁気式位置検出装置の概略的構成図である。図１Ｂは、当該磁気式位置検出装置におけるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の接続関係を示す回路図である。図１Ｃは、当該磁気式位置検出装置の出力信号Ｖout１,Ｖout２の波形図である。
【００２３】
図１Ａに示すように、磁気式位置検出装置は、磁気感知素子としての４個のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子(ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４)と、４個の磁気部材１ａ〜１ｄとを備える。なお、本図では分かりやすくするために磁気部材１ａ〜１ｄとの関係で相対的にＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４を大きく図示しているが、実際には微小寸法である(他の図においても同様)。
【００２４】
磁気部材１ａ〜１ｄは、磁極面がＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４と対向して直線状に配列されている。隣り合う磁気部材は、ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４と対向する側の磁極面が相互に逆極である。図示の例では、磁気部材１ａ,１ｃはＳ極がＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４と対向し、磁気部材１ｂ,１ｄはＮ極がＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４と対向する。また、磁気部材１ａ〜１ｄは等ピッチＰで配列され、隣り合う磁気部材は相互に接触しておらず離間配置されている。磁気部材１ａ〜１ｄの配列ピッチＰに対する磁気部材１ａ〜１ｄの各々の長さＸの割合(以下「磁石割合」とも表記)すなわちＸ／Ｐは、例えば４０％乃至６０％とする。これについて詳細は後述する。
【００２５】
ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４は、磁気部材１ａ〜１ｄの配列方向に関して同一位置に配置され、図１Ｂに示すとおり接続される。すなわち、ＳＶ-ＧＭＲ１及びＳＶ-ＧＭＲ３は高電圧端子(電圧Ｖin)と低電圧端子(GND)との間に直列に接続され、ＳＶ-ＧＭＲ２及びＳＶ-ＧＭＲ４も高電圧端子(電圧Ｖin)と低電圧端子(GND)との間に直列に接続され、ＳＶ-ＧＭＲ１及びＳＶ-ＧＭＲ３の接続点並びにＳＶ-ＧＭＲ２及びＳＶ-ＧＭＲ４の接続点から２相の出力信号Ｖout１,Ｖout２(GND基準)が得られる。
【００２６】
ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の感磁面は、磁気部材１ａ〜１ｄの発生磁界に対して略平行(つまり磁気部材１ａ〜１ｄの磁極面と略垂直かつ磁気部材１ａ〜１ｄの配列方向と平行)である。ＳＶ-ＧＭＲ１及びＳＶ-ＧＭＲ３のピン層磁化方向は磁気部材１ａ〜１ｄの対向する磁極面と垂直で相互に逆向きであり、ＳＶ-ＧＭＲ２及びＳＶ-ＧＭＲ４のピン層磁化方向は磁気部材１ａ〜１ｄの配列方向と平行で相互に逆向きである。したがって、磁気部材１ａ〜１ｄに対するＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の相対移動に伴って、図１Ｃに示すような互いに位相が９０°ずれた２相の出力信号Ｖout１,Ｖout２が図１Ｂの回路から得られ、磁気部材１ａ〜１ｄに対するＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の位置(磁気部材１ａ〜１ｄを基準としたその配列方向に関する絶対位置)が一意に特定される。
【００２７】
磁気部材１ａ〜１ｄに対するＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４のストローク範囲(磁気部材１ａ〜１ｄの配列方向に関する相対移動範囲、すなわち位置検出範囲)は、図１Ａに示すとおり、磁気部材１ａ,１ｂ間の中央から磁気部材１ｃ,１ｄ間の中央までであり、磁気部材１ｂ,１ｃ間の中央がストローク中心である。なお、ストローク範囲の長さＳ(以下「ストローク量」とも表記)と磁気部材１ａ〜１ｄの配列ピッチＰとの間には、Ｓ＝Ｐ×２の関係がある。
【００２８】
磁気部材１ａ〜１ｄに対するＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４のストローク範囲内における磁界(ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の感磁面を通過する磁界)は、ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４が確実に正常動作可能なように、２００Ｏｅ〜７００Ｏｅ(但し、Ｏｅ＝(１０００／４π)Ａ／ｍ)となるようにすることが好ましい。本実施の形態では、隣り合う磁気部材が相互に離間配置されているため、離間距離にもよるが、磁気部材１ａ〜１ｄが一般的なフェライト磁石であると、ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４と磁気部材１ａ〜１ｄとの距離(以下「エアギャップ」とも表記)を調節しても上記の条件を満たすことが困難な場合もある。そのような場合、磁気部材１ａ〜１ｄとしては、ネオジム磁石その他の希土類磁石を用いることが好ましい。
【００２９】
以下、磁気部材１ａ〜１ｄが接触配置されている比較例と対比しながら、本実施の形態における離間配置の意義を説明する。
【００３０】
図２Ａ〜図２Ｄは、磁気部材１ａ〜１ｄを連続配置(接触配置)した場合及び磁石割合５０％で離間配置した場合の、ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の相対ストローク範囲内における磁界シミュレーション結果の対比説明図であり、磁気部材１ａ〜１ｄに対するＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４のストローク量を図２Ａでは２０ｍｍ、図２Ｂでは４０ｍｍ、図２Ｃでは６０ｍｍ、図２Ｄでは８０ｍｍとした場合をそれぞれ示す。なお、エアギャップは、ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の相対ストローク範囲内における磁界が２００Ｏｅ〜７００Ｏｅという条件を満たす８通りの場合について磁界をシミュレーションしている。また、磁気部材１ａ〜１ｄはネオジム磁石で厚みＴを４.５ｍｍで、幅Ｗを１０ｍｍとしている。
【００３１】
図３は、図２Ａ〜図２Ｄの磁界シミュレーション結果を基にした、磁気部材１ａ〜１ｄを連続配置した場合及び磁石割合５０％で離間配置した場合におけるＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の位置と誤差との関係を、ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４のストローク量ごとに示す特性図である。なお、位置の基準(横軸の０ｍｍ)は、ストローク範囲の中央としている。また、誤差は、８通りのエアギャップのうち最も位置誤差が小さかった(精度が良かった)場合の値である。
【００３２】
図４は、磁気部材１ａ〜１ｄを連続配置した場合及び磁石割合５０％で離間配置した場合における磁気部材１ａ〜１ｄに対するＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４のストローク量と図３に示した誤差の最大値との関係を示す特性図である。図５は、当該２つの場合におけるＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４のストローク量と精度(誤差の最大値／ストローク量)との関係を示す特性図である。
【００３３】
図２Ａ〜図５より、磁気部材１ａ〜１ｄを連続配置した場合よりも磁石割合５０％で離間配置した場合のほうが、いずれのストローク量においても誤差が小さい(精度が良い)ことが分かる。また、図５より、連続配置した場合はストローク量が大きくなると精度が悪くなるのに対し、磁石割合５０％で離間配置した場合はストローク量が大きくなっても高精度を維持できていることが分かる。これは、連続配置の場合、特にストローク量が大きくなると(つまり磁石の長さが長くなると)ストローク範囲内における磁界が理想的な回転磁界(ストローク範囲内で正弦波状に変化する磁界)とならず、矩形波状に変化する磁界に近くなるためと考えられる。一方、本実施の形態のように磁気部材１ａ〜１ｄを離間配置することにより、連続配置の場合と比較して、ストローク範囲内における磁界を理想的な回転磁界に近づけることが可能となり、上述のとおり誤差を小さくすることができる。
【００３４】
続いて、磁石割合と誤差との関係について説明する。
【００３５】
図６は、磁気部材１ａ〜１ｄに対するＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４のストローク量を６０ｍｍ及び８０ｍｍとした場合における、磁石割合と誤差の最大値との関係を示す特性図である。本図より、磁石割合６０％から、ストローク量６０ｍｍでは少なくとも磁石割合４０％までにおいて、ストローク量８０ｍｍでは少なくとも磁石割合４５％までにおいて、磁石割合が低くなるほど誤差が小さくなることが分かる。ここで、磁石割合が低いほど磁石使用量が少なくて好ましいのであるが、磁界強度の条件すなわちＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の相対ストローク範囲内における磁界が２００Ｏｅ〜７００Ｏｅという条件も考慮する必要がある。そうすると、磁石割合の好適な範囲は、例えば４０％以上あるいは４５％以上かつ６０％以下である。
【００３６】
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。
【００３７】
(1) 磁気部材１ａ〜１ｄを離間配置しているため、従来のような連続配置の場合と比較して、ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の相対ストローク範囲内における磁界を理想的な回転磁界に近づけることが可能となり、位置検出の誤差を小さくして検出精度の悪化を小さくすることができる。
【００３８】
(2) 同じストローク量であれば連続配置の場合よりも磁石の使用量が少なくて済むためコスト安である。
【００３９】
(3) 磁気部材としてネオジム磁石その他の希土類磁石を用いることで、離間配置においてもＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の相対ストローク範囲内における磁界が２００Ｏｅ〜７００Ｏｅという条件を満たすことが容易となる。
【００４０】
(第２の実施の形態)
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る磁気式位置検出装置の概略的構成図である。この磁気式位置検出装置は、第１の実施の形態と比較して、磁気部材１ｅが追加され、ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の相対ストローク範囲が磁気部材１ｂの中央から磁気部材１ｄの中央までで磁気部材１ｃの中央がストローク中心となっている点で相違し、その他の点では一致する。図８は、磁気部材１ａ〜１ｅを磁石割合５０％で離間配置した場合のＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の相対ストローク範囲内における磁界シミュレーション結果の説明図であり、磁気部材１ａ〜１ｄに対するＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４のストローク量を６０ｍｍとした場合を示す。本実施の形態も、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４１】
(第３の実施の形態)
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る磁気式位置検出装置の概略的構成図である。この磁気式位置検出装置は、第１の実施の形態と比較して、磁気部材１ａ,１ｄが同じ大きさの軟磁性部１ａ',１ｄ'に替わり、軟磁性部１ａ',１ｄ'が相互に磁気的に接続されている点で相違し、その他の点で一致する。ここでは、軟磁性部１ａ',１ｄ'を凸部として有しかつそれらを背後の平板状連絡部２ａにより接続した一体の軟磁性体２を設けた場合を示している。
【００４２】
図１０は、軟磁性部１ａ',１ｄ'及び磁気部材１ｂ,１ｃを磁石割合５０％で離間配置した場合のＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４の相対ストローク範囲内における磁界シミュレーション結果の説明図であり、磁気部材１ａ〜１ｄに対するＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４のストローク量を６０ｍｍとした場合を示す。本実施の形態も、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。また、第１の実施の形態と比較してさらに磁石使用量を少なくすることができる。
【００４３】
(第４の実施の形態)
本実施の形態では、磁気感知素子としてホール素子を用いる場合の一例を説明する。図１１Ａは、本発明の第４の実施の形態に係る磁気式位置検出装置の概略的構成図である。図１１Ｂは、図１１Ａの磁気式位置検出装置の磁気感知ユニット４０の概略斜視図である。本図において、直交３軸であるｘｙｚ軸を定義している。図１１Ｃは、図１１Ｂの磁気感知ユニット４０にｙ方向の磁界を印加したときの磁力線の様子を示す模式的断面図である。本実施の形態の磁気式位置検出装置は、第１の実施の形態のものと比較して、ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４が磁気感知ユニット４０に変わった点で主に相違する。なお、図１１Ａでは分かりやすくするために磁気部材１ａ〜１ｄとの関係で相対的に磁気感知ユニット４０を大きく図示しているが、実際には微小寸法である(他の図においても同様)。
【００４４】
図１１Ｂに示すように、磁気感知ユニット４０は、非磁性基板４１と、ホール素子Ｈ１〜Ｈ４と、磁性体ヨーク５８とを備える。ホール素子Ｈ１〜Ｈ４は非磁性基板４１に実装される。ホール素子Ｈ１〜Ｈ４の感磁面（ホール効果を生じる半導体薄膜が存在する面）は、非磁性基板４１の主面と平行（ｘｙ平面と平行）である。ホール素子Ｈ１,Ｈ３はｘ方向の位置が同じであり、ホール素子Ｈ２,Ｈ４はｙ方向の位置が同じである。また、ホール素子Ｈ１〜Ｈ４はｚ方向の位置が同じである。磁性体ヨーク５８は円板状であり、ホール素子Ｈ１〜Ｈ４間を渡すように非磁性基板４１上に載置、固定される。図示の例では、上から見て磁性体ヨーク５８の外周がホール素子Ｈ１〜Ｈ４上に位置する。なお、磁性体ヨーク５８は、円板状に限らず、角板状その他の板状であってもよい。
【００４５】
図１１Ｃに示すように、ｙ方向と平行な磁束密度Ｂ//の外部磁界を印加すると、磁性体ヨーク５８の作用により、磁力線はホール素子Ｈ１,Ｈ３の感磁面の位置においてｚ方向に曲げられる。ホール素子Ｈ１,Ｈ３の感磁面での磁界のｚ方向成分は互いに逆向きとなる（図中Ｂ⊥参照）。ｘ方向と平行な磁界を印加した場合も同様のことがいえる。すなわち、ｘ方向と平行な外部磁界を印加すると、磁力線はホール素子Ｈ２,Ｈ４の感磁面の位置においてｚ方向に曲げられる。ホール素子Ｈ２,Ｈ４の感磁面での磁界のｚ方向成分は互いに逆向きとなる。一方、ｚ方向と平行な磁界を印加した場合は、ホール素子Ｈ１〜Ｈ４の感磁面での磁界のｚ方向成分は同じ向きとなる。なお、ｚ方向と平行な磁界に限れば、磁性体ヨーク５８の存在は不要である。したがって、磁性体ヨーク５８は、ｚ方向と平行な磁界検出用のホール素子に対しては設けなくてもよい。
【００４６】
図１２Ａは、ｙ方向と平行な外部磁界を検出する場合のホール素子Ｈ１,Ｈ３の接続例を示す回路図である。なお、本図において、ホール素子Ｈ１,Ｈ３のブロック内に示す矢印は、ｙ方向と平行な外部磁界を印加した場合における、感磁面位置におけるｙｚ平面で見たときの磁力線の向きを模式的に示したものである。本図の例では、ホール素子Ｈ１,Ｈ３の出力端子の一端（端子ｄ）を共通とし、他端（端子ｂ）を差動増幅器６１に入力する。差動増幅器６１の出力電圧は、ｙ方向と平行な外部磁界の大きさと比例関係となる。ホール素子Ｈ２,Ｈ４も同様の接続とすることで、ｘ方向と平行な外部磁界を検出できる。
【００４７】
図１２Ｂは、ｚ方向と平行な外部磁界を検出する場合のホール素子Ｈ１,Ｈ３の接続例を示す回路図である。なお、本図において、ホール素子Ｈ１,Ｈ３のブロック内に示す矢印は、ｚ方向と平行な外部磁界を印加した場合における、感磁面位置におけるｙｚ平面で見たときの磁力線の向きを模式的に示したものである。本図の回路は、図１２Ａの回路と比較して、差動増幅器６１が加算器６２に変わった点が異なり、その他の点は同様である。加算器６２は、オペアンプ等を用いた基本的なものでよい。加算器６２の出力電圧は、ｚ方向と平行な外部磁界の大きさと比例関係となる。ホール素子Ｈ２,Ｈ４も同様の接続とすることで、ｚ方向と平行な外部磁界を同様に検出できる。なお、図１２Ｃのような接続としても同様に、ｚ方向と平行な外部磁界を検出できる。本図の回路は、図１２Ａにおいてホール素子Ｈ１の出力端子ｂ,ｄの接続先を相互に交換したものである。
【００４８】
図１３Ａは、磁気部材１ａ〜１ｄに対する磁気感知ユニット４０の配置例１を示す模式図である。ｘｙｚ方向は、図１１Ｂの定義に従う。この配置例では、ホール素子Ｈ１,Ｈ３をｙ方向と平行な磁界検出用、ホール素子Ｈ２,Ｈ４をｘ方向と平行な磁界検出用として用いる。磁気感知ユニット４０の非磁性基板４１の主面と、磁気部材１ａ〜１ｄの磁極面とが垂直である。また、ホール素子Ｈ１,Ｈ３の配列方向（ｙ方向）は、磁気部材１ａ〜１ｄの配列方向と平行である。また、ホール素子Ｈ２,Ｈ４の配列方向（ｘ方向）は、磁気部材１ａ〜１ｄの磁極面と垂直である。この配置例では、ホール素子Ｈ１,Ｈ３を図１２Ａのように接続し、磁気部材１ａ〜１ｄの配列方向と平行な方向（ｙ方向）の磁界を検出する。また、ホール素子Ｈ２,Ｈ４も同様に接続し、磁気部材１ａ〜１ｄの磁極面と垂直な方向（ｘ方向）の磁界を検出する。ホール素子Ｈ１,Ｈ３及びホール素子Ｈ２,Ｈ４から互いに位相が９０°ずれた２相の出力信号（図１Ｃ参照）が得られる。
【００４９】
図１３Ｂは、磁気部材１ａ〜１ｄに対する磁気感知ユニット４０の配置例２を示す模式図である。ｘｙｚ方向は、図１１Ｂの定義に従う。この配置例では、ホール素子Ｈ１,Ｈ３をｙ方向と平行な磁界検出用、ホール素子Ｈ２,Ｈ４をｚ方向と平行な磁界検出用として用いる。磁気感知ユニット４０の非磁性基板４１の主面と、磁気部材１ａ〜１ｄの磁極面とが平行である。また、ホール素子Ｈ１,Ｈ３の配列方向（ｙ方向）は、磁気部材１ａ〜１ｄの配列方向と平行である。また、ホール素子Ｈ２,Ｈ４の配列方向（ｘ方向）は、磁気部材１ａ〜１ｄの配列方向と垂直かつ磁気部材１ａ〜１ｄの磁極面と平行である。この配置例では、ホール素子Ｈ１,Ｈ３を図１２Ａのように接続し、磁気部材１ａ〜１ｄの配列方向と平行な方向（ｙ方向）の磁界を検出する。また、ホール素子Ｈ２,Ｈ４を図１２Ｂのように接続し、磁気部材１ａ〜１ｄの磁極面と垂直な方向（ｚ方向）の磁界を検出する。ホール素子Ｈ１,Ｈ３及びホール素子Ｈ２,Ｈ４から互いに位相が９０°ずれた２相の出力信号（図１Ｃ参照）が得られる。
【００５０】
本実施の形態も、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。また、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子と比較して安価なホール素子を用いたことで、コスト低減に有利である。さらに、図１３Ｂに示す配置例２の場合、非磁性基板４１の主面と磁気部材１ａ〜１ｄの磁極面とが平行であるため、両者が垂直等である場合と比較して、ホール素子Ｈ１〜Ｈ４を磁気部材１ａ〜１ｄの磁極面に一層近づけることができる。このため、磁気部材１ａ〜１ｄが高価な希土類磁石でなく、一般的なフェライト磁石であっても、検出に必要な磁界をホール素子Ｈ１〜Ｈ４の感磁面で比較的容易に得ることができる。
【００５１】
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。
【００５２】
第１〜第３の実施の形態ではＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４が磁気部材の対向する磁極面に垂直に並んでいる場合を説明したが、変形例ではＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４は前記磁極配列面と平行(縦方向への重ね合わせ)であってもよく、あるいは、前記磁極配列面と任意の角度を成していてもよい。
【００５３】
第１〜第３の実施の形態ではＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４が磁気部材の配列方向に関して同一位置に配置される場合を説明したが、ＳＶ-ＧＭＲ１及びＳＶ-ＧＭＲ２は磁気部材の配列方向に関してＰ／２だけ相互に離間し、ＳＶ-ＧＭＲ３は磁気部材の配列方向に関してＳＶ-ＧＭＲ１と同じ位置にあり、ＳＶ-ＧＭＲ４は磁気部材の配列方向に関してＳＶ-ＧＭＲ２と同じ位置にある構成としてもよい。この場合、ＳＶ-ＧＭＲ１及びＳＶ-ＧＭＲ２のピン層磁化方向は磁気部材１の対向する磁極面と略垂直かつ磁気部材の存在する側を向き、ＳＶ-ＧＭＲ３及びＳＶ-ＧＭＲ４のピン層磁化方向は前記磁極面と略垂直かつ磁気部材の存在しない側を向くようにするとよい。つまり、ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４は、ピン層磁化方向が磁気部材の前記磁極面と略垂直であり、かつ磁気部材の配列方向に関して同じ位置にあるものはピン層磁化方向が互いに逆向きであるとよい。また、磁気部材の数は５個ないし６個にするのが望ましい。
【００５４】
第１〜第３の実施の形態ではスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子が４個である場合を説明したが、変形例ではスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子は２個であってもよい。この場合、図１Ｂの回路において、ＳＶ-ＧＭＲ１及びＳＶ-ＧＭＲ３のいずれか、並びにＳＶ-ＧＭＲ２及びＳＶ-ＧＭＲ４のいずれかを、例えば固定抵抗器とする。本変形例では、第１〜第３の実施の形態と比較して磁界検出の感度は落ちるものの、それ以外の点では第１〜第３の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００５５】
第１〜第３の実施の形態では磁気感知素子がスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子である場合を説明したが、変形例では磁気感知素子はトンネル効果型磁気抵抗効果素子(ＳＶ-ＴＭＲ)又はホール素子その他であってもよい。なお、ＳＶ-ＴＭＲは、ピン層磁化方向と外部磁界のベクトル方向との角度に応じて、ＳＶ-ＧＭＲと同様の面内磁気特性を有し、ＳＶ-ＧＭＲの場合と比較して出力信号の振幅をより大きく取れるため磁界検出の感度を高めることができる。
【００５６】
第１の実施の形態では４個の磁気部材１ａ〜１ｄが直線状に配列されて各磁極面が平面である場合を説明したが、変形例では磁気部材１ａ〜１ｄは円弧状等に配列されて各磁極面は円弧面等であってもよい。他の実施の形態にも同様のことがいえる。
【００５７】
実施の形態における磁気部材の個数は例示であり、磁気部材は２個以上の任意の個数とすることができる。例えば、第１の実施の形態において、磁気部材１ａ，１ｄを省略して磁気部材を２個だけとしてもよい。ストローク範囲がＰ×２よりも短くてよい場合には、このようにすることでコスト低減を図ることができる。同様に、第２の実施の形態において、磁気部材１ａ，１ｅを省略して磁気部材を３個だけとしてもよい。磁気部材の個数は、必要なストローク量の条件等から適宜設定すればよい。
【符号の説明】
【００５８】
第４の実施の形態では、ホール素子が４個である場合を説明したが、変形例ではホール素子は２個であってもよい。この場合、第４の実施の形態の構成から、ホール素子Ｈ１,Ｈ３のいずれか１つと、ホール素子Ｈ２,Ｈ４のいずれか１つとを省略する。本変形例では、第４の実施の形態と比較して磁界検出の感度は落ちるものの、それ以外の点では同様の効果を奏することができる。
【００５９】
１ａ〜１ｄ  磁気部材
ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４  スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子
４０  磁気感知ユニット
４１  非磁性基板
５８  磁性体ヨーク
Ｈ１〜Ｈ４  ホール素子
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図７】
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【図９】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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８】
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【図１０】
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