(57)【要約】【課題】  従来に比べてギャップ依存性を小さくし、安定した検出精度を得ることが可能な磁気センサを提供することを目的とする。【解決手段】  磁気センサ１２は、外部磁界を生じる磁石（磁界発生手段）１３と非接触に設けられ、前記外部磁界を検知する磁気検出素子を備えている。磁気センサ１２と磁石１３間にはギャップＧが設けられている。磁気センサ１２には、前記磁気検出素子と非接触の位置に、前記磁気検出素子に外部から作用する磁束密度を制御する軟磁性体１４が設けられている。これにより、従来に比べてギャップ依存性を小さくし、安定した検出精度を得ることができる。【選択図】図１
2011007685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界を生じる磁界発生手段と非接触に設けられ、前記外部磁界を検知する磁気検出素子を備えた磁気センサにおいて、
前記磁気検出素子と非接触の位置には、前記磁気検出素子に外部から作用する磁束密度を制御する軟磁性体が設けられていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記軟磁性体は、前記磁気検出素子に作用する磁束密度を前記外部磁界の弱磁場領域でほぼゼロにし、前記弱磁場領域から前記外部磁界の磁束密度の増大に対して前記磁気検出素子に作用する磁束密度を急峻に増大させる請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記軟磁性体は、前記外部磁界の磁束密度が小さいと前記外部磁界をほぼ吸収でき、前記外部磁界の磁束密度が大きくなると、前記軟磁性体から前記磁気検出素子への漏れ磁界が増大する請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
正方向の前記外部磁界と、前記正方向とは逆方向の負方向の前記外部磁界とが交互に磁気検出素子に作用し、
このとき、前記正方向の前記外部磁界に対して前記磁気検出素子に作用する磁束密度変化は波形Ｗ１で現れ、前記負方向の前記外部磁界に対して前記磁気検出素子に作用する磁束密度変化は波形Ｗ２で現れ、
前記波形Ｗ１と前記波形Ｗ２とが、間欠部を介して現れる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記磁気検出素子は、前記正方向の外部磁界を検知するための第１磁気検出素子と、前記負方向の外部磁界を検知するための第２磁気検出素子とを有して構成され、
前記正方向及び前記負方向の外部磁界の検知に対して、夫々検知信号を出力する請求項４記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記磁気検出素子により外部磁界が検知されて出力される検知信号のデューティ比は４０％〜６０％の範囲内に設定される請求項１ないし５のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記軟磁性体は、前記磁気検出素子の膜厚方向に間隔を空けて対向し、平面視にて前記軟磁性体の面積範囲内に前記磁気検出素子が配置されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界発生手段と非接触の位置に設けられ、前記磁界発生手段から生じる外部磁界を検知するための磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に示すように、磁気センサは磁気検出素子により外部磁界を検出して、可動体の移動距離や回転角等を検知することが可能である。
【０００３】
磁気センサ及び外部磁界を生じる磁石のうち、一方は固定部側に取り付けられ他方は可動側に取り付けられる。磁石と磁気センサは非接触であり、磁石と磁気センサとの間には所定のギャップが設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４９３７０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、ギャップ長にばらつきがあると、磁気検出素子に作用する磁束密度がばらつくことで、検出精度が低下し、安定した検出精度を得ることができない問題があった。
【０００６】
例えば磁石を回転させ、固定側である磁気検出素子にＮ極及びＳ極から生じる外部磁界を交互に作用させる形態では、あるギャップ長のときに検出信号のデューティ比が５０％になるように調整されても、ギャップ長にばらつきがあるとデューティ比が５０％から大きく外れてしまい、従来の磁気センサではギャップ依存性が大きく、磁石及び磁気センサを比較的ラフなギャップ長で取り付ける形態では検出精度にばらつきが生じやすかった。
【０００７】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、従来に比べてギャップ依存性を小さくし、安定した検出精度を得ることが可能な磁気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】
【０００８】
本発明は、外部磁界を生じる磁界発生手段と非接触に設けられ、前記外部磁界を検知する磁気検出素子を備えた磁気センサにおいて、
前記磁気検出素子と非接触の位置には、前記磁気検出素子に外部から作用する磁束密度を制御する軟磁性体が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
これにより、従来に比べて磁気センサと磁石間のギャップ依存性を小さくでき、安定した検出精度を得ることが出来る。
【００１０】
本発明では、前記軟磁性体は、前記磁気検出素子に作用する磁束密度を前記外部磁界の弱磁場領域でほぼゼロにし、前記弱磁場領域から前記外部磁界の磁束密度の増大に対して前記磁気検出素子に作用する磁束密度を急峻に増大させることが好ましい。
【００１１】
また本発明では、前記軟磁性体は、前記外部磁界の磁束密度が小さいと前記外部磁界をほぼ吸収でき、前記外部磁界の磁束密度が大きくなると、前記軟磁性体から前記磁気検出素子への漏れ磁界が増大することが好ましい。
【００１２】
本発明では、前記外部磁界が弱磁場では、外部磁界を軟磁性体が優先的に吸収するので、上記のように磁気検出素子に作用する磁束密度はほぼゼロになる。外部磁界の磁束密度が大きくなると、やがて軟磁性体が磁気飽和に達し、軟磁性体側から磁気検出素子に磁束が漏れやすくなり、前記磁気検出素子に作用する磁束密度が急峻な変化を見せる。このように外部磁界の弱磁場に対する見かけ上の不感領域の形成と、磁気検出素子に作用する急峻な磁束密度変化により、効果的にギャップ依存性を小さくできる。
【００１３】
また本発明では、正方向の前記外部磁界と、前記正方向とは逆方向の負方向の前記外部磁界とが交互に磁気検出素子に作用し、
このとき、前記正方向の前記外部磁界に対して前記磁気検出素子に作用する磁束密度変化は波形Ｗ１で現れ、前記負方向の前記外部磁界に対して前記磁気検出素子に作用する磁束密度変化は波形Ｗ２で現れ、
前記波形Ｗ１と前記波形Ｗ２とが、間欠部を介して現れることが好ましい。これによりギャップ依存性を効果的に小さくでき、ギャップ長の変動に対するディーティ比のばらつきを小さくできる。
【００１４】
また本発明では、前記磁気検出素子は、前記正方向の外部磁界を検知するための第１磁気検出素子と、前記負方向の外部磁界を検知するための第２磁気検出素子とを有して構成され、
前記正方向及び前記負方向の外部磁界の検知に対して、夫々検知信号を出力することが好ましい。
【００１５】
また本発明では、前記磁気検出素子により外部磁界が検知されて出力される検知信号のデューティ比は４０％〜６０％の範囲内に設定されることが好ましい。
【００１６】
また本発明では、前記軟磁性体は、前記磁気検出素子の膜厚方向に間隔を空けて対向し、平面視にて前記軟磁性体の範囲内に前記磁気検出素子が配置されていることが好ましい。
これにより磁気検出素子に外部から作用する磁束密度を適切に制御することが出来る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来に比べて磁気センサと磁石間のギャップ依存性を小さくでき、安定した検出精度を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態における磁気検出装置の斜視図、
【図２】本実施形態における磁気検出装置の斜視図であり、図１の状態から磁石が９０度回転した状態を示す図、
【図３】本実施形態における磁気センサを拡大して示した斜視図、
【図４】本実施形態における磁気センサを構成する磁気検出素子と軟磁性体との配置関係を示す平面図、
【図５】磁石から磁気センサに作用する外部磁界の状態を示す模式図（側面方向から見た図）、
【図６】本実施形態における磁気検出素子の積層構造を示す断面図、
【図７】本実施形態における磁気センサの回路構成図、
【図８】磁気センサに軟磁性体を設けた本実施例において、磁石から生じる外部磁界Ｈの磁束密度と、各磁気検出素子に作用する磁束密度との関係を示すシミュレーション結果、
【図９】従来例（軟磁性体が設けられていない構成）におけるシミュレーション結果であり、（ａ）は、磁石の回転角度と、磁気検出素子に作用する磁束密度変化との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、磁石の回転角度とセンサ出力との関係を示すグラフ、
【図１０】実施例（軟磁性体が設けられている構成）におけるシミュレーション結果であり、（ａ）は、磁石の回転角度と、磁気検出素子に作用する磁束密度変化との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、磁石の回転角度とセンサ出力との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１、図２は本実施形態における磁気検出装置の斜視図であり、図２は図１の状態から磁石が９０度回転した状態を示している。図３は本実施形態における磁気センサを拡大して示した斜視図である。図４は本実施形態における磁気センサを構成する磁気検出素子と軟磁性体との配置関係を示す平面図である。図５は、磁石から磁気センサに作用する外部磁界の状態を示す模式図（側面方向から見た図）である。図６は、本実施形態における磁気検出素子の積層構造を示す断面図である。図７は本実施形態における磁気センサの回路構成図である。
【００２０】
各図において、Ｘ方向とＹ方向とで形成されるＸ−Ｙ平面は、磁気検出素子の膜面と平行な面方向であり、Ｘ方向は感度方向である。Ｚ方向は高さ方向及び膜厚方向を指す。
【００２１】
図１及び図２に示す本実施形態の磁気検出装置１０は、磁気センサ１２と、外部磁界発生手段としての磁石１３とを有して構成される。
【００２２】
図１及び図２に示すように、磁石１３は円状であるが、形状は特に限定されるものではない。図１及び図２に示すように磁石１３は９０度間隔で着磁されており、Ｎ極及びＳ極を合わせて４極に着磁されているが、着磁数も限定されない。
【００２３】
図１では、磁石１３のＮ極が磁気センサ１２と対向した状態であり、磁石１３から外部磁界Ｈ１が磁気センサ１２に対し矢印方向に作用している。一方、図１の状態から磁石１３が中心Ｏを回転の中心軸として９０度回転すると図２の状態になり、図２では、磁石１３から図１とは逆方向の外部磁界Ｈ２が磁気センサ１２に対して作用する。
【００２４】
この実施形態では可動側を磁石１３、固定側を磁気センサ１２としているが逆であってもよい。
【００２５】
図１，図２に示すように磁気センサ１２と磁石１３は非接触状態であり、磁気センサ１２と磁石１３との間にはギャップＧが設けられている。
【００２６】
図３に示すように本実施形態における磁気センサ１２の上面部１２ａには、軟磁性体１４が設けられている。軟磁性体１４の材質は問わないが例えばＮｉＦｅ合金膜で形成される。例えば軟磁性体１４は上面部１２ａに接着されている。上面部１２ａのうち軟磁性体１４を設置する領域はその周囲領域と略同一の平面であってもよいし、軟磁性体１４を設置する部分に凹部や凸部を設け、その凹部内や凸部上に軟磁性体１４を設置するようにしてもよい。また軟磁性体１４の設置面は磁気センサ１２の上面部１２ａに限定されるものでない。
【００２７】
軟磁性体１４は、図４に示すように平面視にて、軟磁性体１４の面積範囲内に磁気センサ１２を構成する複数の磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２が全て収まる大きさで形成される。
【００２８】
また図５に示すように、軟磁性体１４は、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２と高さ方向（膜厚方向；Ｚ方向）に間隔Ｔ１を空けて対向している。なお図５に示すように各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２は基板１５上に形成される。基板１５の上面（形成面）はＸ−Ｙ平面と平行な平面である。
【００２９】
磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２の平面形状は例えば図４に示すようにミアンダ形状であるが、形状を限定するものでない。また図４に示すように磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２以外に固定抵抗素子Ｆ１，Ｆ２を備えるが、固定抵抗素子Ｆ１，Ｆ２を全て磁気検出素子に変更することも可能である。
【００３０】
図５（ａ）に示す模式図は、磁石１３から生じた外部磁界Ｈが軟磁性体１４に吸収される様子を示す。外部磁界Ｈの磁束密度が小さいと、外部磁界Ｈが優先的に軟磁性体１４に吸収され、このとき、軟磁性体１４は磁気飽和に達せず磁界が外部へ漏れにくい結果、磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に外部から作用する磁束密度がほぼゼロ状態になる。
【００３１】
一方、図５（ｂ）に示すように、磁石１３から作用する外部磁界Ｈが徐々に強まり、軟磁性体１４が磁気飽和に到達すると軟磁性体１４から漏れ磁界Ｈ３が発生し、前記漏れ磁界Ｈ３が各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する。また、軟磁性体１４に吸収しきれない外部磁界Ｈの一部が直接、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用することもある。
【００３２】
図８は、磁気センサ１２に軟磁性体１４を設けた本実施例において、磁石１３から生じる外部磁界Ｈの磁束密度と、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度との関係を示すシミュレーション結果である。
【００３３】
図８に示すシミュレーション実験では、図３に示す軟磁性体１４をＮｉＦｅ合金膜とし、Ｘ方向及びＹ方向の長さ寸法を４００μｍ、膜厚寸法を１μｍとした。また、図３に示す磁気センサ１２の外周面のＸ方向及びＹ方向の長さ寸法を６００μｍとし、高さ寸法を２００μｍとした。また図５に示す各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２と軟磁性体１４との間隔Ｔ１を４０００Åとした。また各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２を図４に示す軟磁性体１４の中心１４ａからＸ方向及びＹ方向に１００μｍずつ離れた位置に形成した。
【００３４】
そしてＸ方向（図１に示す外部磁界Ｈ１と同方向）の外部磁界Ｈの磁束密度を徐々に大きくしていったときに、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度の変化を測定したのが図８のシミュレーション結果である。
【００３５】
図８に示すように外部磁界Ｈの磁束密度を徐々に大きくしていっても外部磁界Ｈの磁束密度自体が小さいと（低磁場であると）、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度はほぼゼロである。これは図５（ａ）に示すように外部磁界Ｈが優先的に軟磁性体１４に吸収され、このとき軟磁性体１４から磁界が磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２方向に漏れにくいためである。
【００３６】
図８に示すように外部磁界Ｈの磁束密度を約２０Ｏｅ以上にすると、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度が大きくなり始め、外部磁界Ｈの磁束密度を約５０Ｏｅにすると各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に外部から作用する磁束密度は約４０Ｏｅにまで達する。なお１Ｏｅは約７９Ａ／ｍである。
【００３７】
図８に示すように、外部磁界Ｈの磁束密度が所定以下（この実験では約２０Ｏｅ）であれば、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に外部から作用する磁束密度はほぼゼロであるが、外部磁界Ｈの磁束密度が所定値（この実験では約２０Ｏｅ）を越えると、軟磁性体１４で全ての外部磁界Ｈを吸収しきれずに漏れ始め、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度が増大することがわかった。
【００３８】
図８の実験に示すように、外部磁界Ｈの磁束密度が約２０Ｏｅ〜５０Ｏｅの範囲では、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度は約０Ｏｅ〜４０Ｏｅで変化し、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度の変化量のほうが、外部磁界Ｈの磁束密度の変化量よりも大きくなる。軟磁性体１４が設けられていない形態では、外部磁界Ｈの磁束密度変化に対して、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度変化はほぼリニアな直線を示すが、本実施形態のように磁気センサ１２に軟磁性体１４を設けることで、外部磁界Ｈの弱磁場に対しては見かけ上、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２が感領を持たない領域にでき、この不感領域から外部磁界Ｈの磁束密度を大きくしていくと磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度を急峻に変化させることが出来る。
【００３９】
磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２の構成について説明する。図６に示すように、磁気検出素子Ｓ１は、例えば、基板１５上に、下から下地層６０、反強磁性層６１、固定磁性層６２、非磁性材料層６３、フリー磁性層６４及び保護層６５の順に積層されて成るＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）である。下地層６０は例えばＴａ、反強磁性層６１は例えばＩｒＭｎ、固定磁性層６２は例えばＣｏＦｅ、非磁性材料層６３は例えばＣｕ、フリー磁性層６４は例えばＮｉＦｅ、保護層６５は例えばＴａで形成される。また、積層順を逆にしたり、固定磁性層６２を積層フェリ構造で形成する等、図６の積層構造から変更が可能であるが、ＧＭＲ素子を構成する場合、少なくとも固定磁性層６２、非磁性材料層６３、及びフリー磁性層６４の３層構造を有していなければならない。
【００４０】
反強磁性層６１と固定磁性層６２の間には交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じて固定磁性層６２の磁化方向（ＰＩＮ方向）は一方向に固定される。
【００４１】
一方、フリー磁性層６４の磁化方向は固定されず、作用する水平磁場成分の方向に向けられる。
【００４２】
なお、第１磁気検出素子Ｓ１と第２磁気検出素子Ｓ２の固定磁性層６２の磁化方向（ＰＩＮ方向）を同一方向としてもよいし反対方向としておいてもよい。
【００４３】
また、固定抵抗素子Ｆ１，Ｆ２の構成は特に限定しない。
図７は、本実施形態における磁気センサの回路構成図である。図７に示すように、磁気センサは、センサ部１０１と集積回路（ＩＣ）１０２とを有して構成される。
【００４４】
センサ部１０１には、第１磁気検出素子Ｓ１と固定抵抗素子Ｆ１とが第１出力取り出し部１０５を介して直列接続された第１直列回路１０６、及び、第２磁気検出素子Ｓ２と固定抵抗素子Ｆ２とが第２出力取り出し部１０９を介して直列接続された第２直列回路１１０が設けられる。
【００４５】
集積回路１０２には、固定抵抗素子Ｆ３と固定抵抗素子Ｆ４が第３出力取り出し部１１３を介して直列接続された第３直列回路１１４が設けられる。
【００４６】
第３直列回路１１４は、共通回路として第１直列回路１０６及び第２直列回路１１０と夫々ブリッジ回路を構成している。
【００４７】
図７に示すように集積回路１０２には入力端子（電源）１１９、グランド端子１２０及び２つの外部出力端子１２１，１２２が設けられている。
【００４８】
図７に示すように集積回路１０２内には、１つの差動増幅器１２５が設けられ、差動増幅器１２５の＋入力部、−入力部のどちらかに、第３直列回路１１４の第３出力取り出し部１１３が接続されている。
【００４９】
第１直列回路１０６の第１出力取り出し部１０５及び第２直列回路１１０の第２出力取り出し部１０９は夫々第１スイッチ回路１２６の入力部に接続され、第１スイッチ回路１２６の出力部は差動増幅器３５の−入力部、＋入力部のどちらか（前記第３出力取り出し部１１３が接続されていない側の入力部）に接続されている。
【００５０】
図７に示すように、差動増幅器１２５の出力部はシュミットトリガー型のコンパレータ１２８に接続され、さらにコンパレータ１２８の出力部は第２スイッチ回路１２９の入力部に接続され、さらに第２スイッチ回路１２９の出力部側は２つのラッチ回路及びＦＥＴ回路を経て第１外部出力端子１２１及び第２外部出力端子１２２に夫々接続される。
【００５１】
さらに図７に示すように、集積回路１０２内には第３スイッチ回路１３０が設けられている。第３スイッチ回路１３０の出力部は、グランド端子１２０に接続され、第３スイッチ回路１３０の入力部には、第１直列回路１０６及び第２直列回路１１０の一端部が接続されている。
【００５２】
さらに図７に示すように、集積回路１０２内には、インターバルスイッチ回路１３１及びクロック回路１３３が設けられている。インターバルスイッチ回路１３１のスイッチがオフされると集積回路１０２内への通電が停止するようになっている。インターバルスイッチ回路１３１のスイッチのオン・オフは、クロック回路１３３からのクロック信号に連動しており、インターバルスイッチ回路１３１は通電状態を間欠的に行う節電機能を有している。
【００５３】
クロック回路１３３からのクロック信号は、第１スイッチ回路１２６、第２スイッチ回路１２９、及び第３スイッチ回路１３０にも出力される。
【００５４】
第１磁気検出素子Ｓ１は、例えば図１に示す外部磁界Ｈ１の強度変化に基づいて磁気抵抗効果を発揮するＧＭＲ素子であり、一方、第２磁気検出素子Ｓ２は、図２に示す外部磁界Ｈ２の磁界強度変化に基づいて磁気抵抗効果を発揮するＧＭＲ素子である。
【００５５】
外部磁界Ｈ１が作用すると、第１磁気検出素子Ｓ１の抵抗値は変動するが、第２磁気検出素子Ｓ２の抵抗値は変動しない（すなわち固定抵抗として作用する）。
【００５６】
一方、外部磁界Ｈ２が作用すると、第２磁気検出素子Ｓ２の抵抗値は変動するが、第１磁気検出素子Ｓ１の抵抗値は変動しない（すなわち固定抵抗として作用する）。
【００５７】
図７は、第１磁気検出素子Ｓ１の抵抗変化により第１の外部出力端子１２１から出力が得られる状態を示している。図７の状態から各スイッチ回路１２６，１２９，１３０の接続状態が切り換えられると、第２磁気検出素子Ｓ２の抵抗変化に基づいて、第２の外部出力端子１２２から出力が得られる状態となる。
【００５８】
図７の検出回路を備えることで、図１の外部磁界Ｈ１及び図２の外部磁界Ｈ２の検知に対して、夫々、第１外部出力端子１２１又は第２外部出力端子１２２から検知信号を出力できる。したがって、図１，図２に示す実施形態では、１周に４極が着磁されているので、磁石１３が３６０度回転すると４パルス分の検知信号を得ることが出来る。
【００５９】
続いて、本実施形態の磁気センサ１２を用いて、図１，図２に示す磁石１３を３６０度回転させ、そのとき、磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に外部から作用する磁束密度変化と、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２の抵抗変化に基づいて得られる検知信号とを測定した。
【００６０】
図９は、軟磁性体１４が磁気センサに設けられていない従来例のシミュレーション結果、図１０は本実施例におけるシミュレーション結果を示す。
【００６１】
実験では、磁気センサ１２と磁石１３間のギャップＧを５ｍｍ及び６ｍｍとした。また磁石１３には、ネオジウム磁石を用いた。その他の実験条件は図８と同様である。
【００６２】
各図において実線がギャップ長を５ｍｍとしたときの実験結果、点線がギャップ長を６ｍｍとしたときの実験結果である。
【００６３】
図９（ａ）は、従来構成における磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度変化を示している。ここで正値の外部磁界は、図１に示す外部磁界Ｈ１の方向を指し、負値の外部磁界は、図２に示す外部磁界Ｈ２の方向を指す。図１０も同じである。
【００６４】
磁石１３から生じる外部磁界の磁束密度は図１の状態で正値に最も大きい状態であり、図１の状態から磁石１３が回転すると図１に示す外部磁界Ｈ１の方向成分が徐々に小さくなっていき、外部磁界Ｈ１及び外部磁界Ｈ２の方向成分はゼロになる。さらに磁石１３が回転すると徐々に外部磁界Ｈ２の方向成分が大きくなっていき、図２の状態で外部磁界Ｈ２の方向成分、すなわち負値の磁束密度が最も大きい状態になる。
【００６５】
図９（ａ）に示すようにギャップＧが大きくなると、磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度は小さくなるが、磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度変化はギャップ長の大きさに関わらず連続した正弦波形となる。
【００６６】
図９（ａ）のグラフに閾値Ｌ１，Ｌ２を掲載した。閾値は、図７に示すコンパレータ１２８にて設定される。よって閾値は出力電圧に対して設定されるものであるが、ここでは閾値に到達した際の出力電圧から、そのとき磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度を算出し、その磁束密度を閾値Ｌ１，Ｌ２として図９（ａ）に示すこととした。
【００６７】
図９（ａ）に示す、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度が閾値Ｌ１，Ｌ２間にあるとき、ＯＮ信号を出力し、各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度が閾値Ｌ１，Ｌ２を越えるとＯＦＦ信号を出力する。
【００６８】
図９（ｂ）は、従来例のセンサ出力を示す。実線のセンサ出力と点線のセンサ出力に示されるように、ギャップ長が変化すると検出信号のデューティ比のばらつきが大きくなることがわかった。
【００６９】
図１０（ａ）は、磁気センサ１２に軟磁性体１４を設けた本実施例のシミュレーション結果であるが、図１０（ａ）に示すように、正方向の外部磁界Ｈ１に対して磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度変化は波形Ｗ１で示され、負方向の外部磁界Ｈ２に対して磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度変化は波形Ｗ２で示される。ここで各波形Ｗ１，Ｗ２は湾曲状（より具体的にはＶ字あるいはＵ字状）の波形として現れるが、波形Ｗ１と波形Ｗ２との間に磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度がほぼゼロとなる領域が線状で現れ、波形Ｗ１と波形Ｗ２とが間欠部３０を介して交互に現れることがわかった。
【００７０】
間欠部３０が現れるのは、図５（ａ）及び図８で説明したように外部磁界Ｈの磁束密度が小さい状態では、外部磁界Ｈが軟磁性体１４に優先的に吸収され、このとき軟磁性体１４から磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に磁界が漏れにくいためである。
【００７１】
図８と図１０とでは同じ実験条件としているため、間欠部３０では、外部磁界Ｈの磁束密度が約２０Ｏｅ以下となっている。外部磁界Ｈの磁束密度が約２０Ｏｅを越えると各磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度は急峻に変化して波形Ｗ１，Ｗ２を形成する。波形Ｗ１，Ｗ２の傾きは、図９（ａ）に示す従来例の波形の傾きよりも大きくなる。
【００７２】
図１０（ｂ）は本実施例のセンサ出力を示す。図１０（ｂ）に示すように、ギャップ長がばらついても、センサ出力のデューティ比はあまり変化せず、検知精度を安定したものに出来ることがわかった。
【００７３】
ここで本実施形態では、５０％のデューティ比が得られるように調整したとき、ギャップ長が多少ばらついても、前記ディーティ比を４０％〜６０％の範囲内に簡単且つ適切に収めることが出来る。
【００７４】
本実施形態では、磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２に作用する磁束密度がほぼゼロとなる間欠部３０を波形Ｗ１，Ｗ２間に形成することで、各波形Ｗ１，Ｗ２を急峻な傾きで形成できる。このため、従来例に比べ閾値Ｌ１，Ｌ２上にある波形Ｗ１，Ｗ２の磁束密度はギャップ長のばらつきに対してあまり変化しなくなる。その結果、本実施形態では、ギャップ依存性を小さくでき、安定した検知精度、具体的にはギャップ長のばらつきに対しても４０％〜６０％のデューティ比にて検知信号を簡単且つ適切に生成することが出来る。
【００７５】
なおギャップ長は、４〜６ｍｍの範囲内であることが好ましく、またギャプ長のばらつき（最大ギャップ長−最小ギャプ長）が、２ｍｍ以内である構成に本実施形態を好ましく使用できる。
【００７６】
また、磁気センサ１２に使用される磁気検出素子Ｓ１，Ｓ２としてＧＭＲ素子を提示したが、ＡＭＲ素子、ＴＭＲ素子及びホール素子等の磁気検出素子を使用することも可能である。
【００７７】
また、図７以外の検出回路であってもよい。図７の検出回路は、双極対応型であるが、Ｎ極あるいはＳ極のどちらか一方の磁極に対してのみ感度を持って信号を生成する検出回路であってもよい。ただしかかる場合、磁石１３が一回転した間に得られる検出信号（パルス信号）数は半分となる。
【００７８】
本実施形態の磁気センサ１２、及び磁気センサ１２と磁石１３とを有する磁気検出装置１０の使用用途は限定されない。また出力をデジタルでなくアナログとして取り出す用途にも好ましく適用できる。具体的には給湯器等に内蔵される液量検知器、ポテンショメータ、磁気エンコーダ、磁気スイッチ等として使用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１０  磁気検出装置
１２  磁気センサ
１３  磁石
１４  軟磁性体
３０  間欠部
６１  反強磁性層
６２  固定磁性層
６３  非磁性材料層
６４  フリー磁性層
１０１  センサ部
１０２  集積回路（ＩＣ）
１２１、１２２  外部出力端子
１２５  差動増幅器
１２８  コンパレータ
Ｆ１〜Ｆ４  固定抵抗素子
Ｇ  ギャップ
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２  外部磁界
Ｈ３  漏れ磁界
Ｌ１、Ｌ２  閾値
Ｓ１  第１磁気検出素子
Ｓ２  第２磁気検出素子
【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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【図１０】
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