(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓ極に着磁された第１の磁極領域とＮ極に着磁された第２の磁極領域とを有し、自らの周囲に磁場を形成する磁石と、
前記磁石に対し第１の方向に沿って相対的に移動可能に設けられ、前記磁場の変化を検出することにより前記磁石の前記第１の方向への変位を検出する磁気検出部と
を備え、
前記磁石は、
前記第１の方向と直交する第２の方向における前記第１の磁極領域の磁気ボリュームに対する前記第２の磁極領域の磁気ボリュームの比が、前記第１の方向に沿って徐々に変化する遷移部分を含み、
前記磁気検出部は、前記第１の方向および前記第２の方向の双方と直交する第３の方向を含む感磁面内において回転可能に構成された磁化を含む磁気抵抗効果素子を有し、
前記感磁面は、前記第１の磁極領域と前記第２の磁極領域との境界の接線方向に対して９０°±６０°の範囲で傾斜している
変位検出装置。
【請求項２】
Ｓ極に着磁された第１の磁極領域とＮ極に着磁された第２の磁極領域とを有し、自らの周囲に磁場を形成する磁石と、
前記磁石に対し第１の方向に沿って相対的に移動可能に設けられ、前記磁場の変化を検出することにより前記磁石の前記第１の方向への変位を検出する磁気検出部と
を備え、
前記磁石は、
前記第１の方向と直交する第２の方向における前記第１の磁極領域の磁気ボリュームに対する前記第２の磁極領域の磁気ボリュームの比が、前記第１の方向に沿って徐々に変化する遷移部分を含むと共に、前記第１の方向を周回方向とする環状部材であり、前記第１の方向および前記第２の方向の双方と直交する第３の方向に伸びる第１の軸を中心として前記第１の方向へ回転可能に設けられており、
前記環状部材は、
外周縁および内周縁と、前記第１の磁極領域と前記第２の磁極領域とが当接する第１の境界線および第２の境界線とを有し、
前記第１の境界線と前記外周縁とが交差する第１の点と、前記第２の境界線と前記外周縁とが交差する第２の点との間に前記第１の軸が存在し、
前記第１の境界線と前記内周縁とが交差する第３の点と、前記第２の境界線と前記内周縁とが交差する第４の点との間に前記第１の軸が存在し、
前記第１の境界線は、前記第１の軸と直交する面内において、前記第１の点から前記第３の点に至るまで前記第２の方向に対し平行でも反平行でもない部分のみからなり、
前記第２の境界線は、前記第１の軸と直交する面内において、前記第２の点から前記第４の点に至るまで前記第２の方向に対し平行でも反平行でもない部分のみからなる
変位検出装置。
【請求項３】
前記磁石は、前記第１の方向および前記第２の方向の双方と直交する第３の方向において実質的に均一の厚さを有し、
前記遷移部分は、前記第３の方向と直交する面と平行な断面および表面の少なくとも一方において、前記第１の磁極領域における前記第２の方向に沿った線分の長さに対する前記第２の磁極領域における前記第２の方向に沿った線分の長さの比が前記第１の方向に沿って徐々に変化するようになっている
請求項１または請求項２記載の変位検出装置。
【請求項４】
前記第１の磁極領域と前記第２の磁極領域との境界が、前記第１の方向および前記第２の方向の双方に対して傾斜するように延在している
請求項１から請求項３に記載の変位検出装置。
【請求項５】
前記遷移部分は、前記第２の方向における前記第１の磁極領域の磁気ボリュームに対する前記第２の磁極領域の磁気ボリュームの比が、前記第１の方向に沿って単調増加し、または単調減少するように構成されている
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項６】
前記磁石における前記第１の方向と直交する断面は、前記第１の方向において実質的に同一の形状および面積を維持するように形成されている
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項７】
前記磁気検出部は、前記第１の方向および前記第２の方向の双方と直交する第３の方向において前記磁石と重複する位置に設けられている
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項８】
前記磁気検出部は、第１のセンサと第２のセンサと演算回路とを有し、
前記第１のセンサは、前記磁場の変化のうちの一方向成分を検出し、検出した前記一方向成分の変化を第１の信号として出力し、
前記第２のセンサは、前記一方向成分を検出し、検出した前記一方向成分の変化を第２の信号として出力し、
前記演算回路は、前記第１の信号および前記第２の信号に基づいて前記磁石の前記第１の方向への変位を算出する
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項９】
前記第１のセンサと前記第２のセンサとは、前記第１の方向に沿って互いに異なる位置に配置されている
請求項８に記載の変位検出装置。
【請求項１０】
前記第１のセンサおよび前記第２のセンサは、磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）膜を含むＭＴＪ素子または巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistive effect）膜を含むＧＭＲ素子である
請求項８または請求項９に記載の変位検出装置。
【請求項１１】
前記磁気検出部は、前記磁場のうち前記第１の軸と直交する直交成分の変化と、前記磁場のうち前記第１の軸に沿った平行成分の変化との双方を検出する
請求項２記載の変位検出装置。
【請求項１２】
前記磁気検出部は、前記直交成分として、前記第１の方向に沿った第１の方向成分の変化を検出する
請求項１１記載の変位検出装置。
【請求項１３】
前記磁気検出部は、前記直交成分として、前記第２の方向に沿った第２の方向成分の変化を検出する
請求項１１記載の変位検出装置。
【請求項１４】
Ｓ極に着磁された第１の磁極領域とＮ極に着磁された第２の磁極領域とを有し、自らの周囲に磁場を形成する磁石と、
前記磁石に対し第１の方向に沿って相対的に移動可能に設けられ、前記磁場の変化を検出することにより前記磁石の前記第１の方向への変位を検出する磁気検出部と
を備え、
前記磁石は、
前記第１の方向と直交する第２の方向における前記第１の磁極領域の磁気ボリュームに対する前記第２の磁極領域の磁気ボリュームの比が、前記第１の方向に沿って徐々に変化する遷移部分を含むものであって、前記第１の方向を周回方向とする環状部材または円板状部材であり、前記第１の方向および前記第２の方向の双方と直交する第３の方向に伸びる第１の軸を中心として前記第１の方向へ回転可能に設けられており、
下記の条件式（１）を満たす
変位検出装置。
Ｒ（θ）＝（θ／１８０）×（φ０−φｉ）／２＋（φｉ／２）  ……（１）
但し、
Ｒ（θ）：第１の磁極領域と第２の磁極領域との境界上の任意の点における、第１の軸からの距離
θ：境界の内周端と第１の軸とを結ぶ線を基準線（０°）としたときの、その基準線に対する境界上の任意の点と第１の軸とを結ぶ線がなす中心角（°）
φｉ：磁石の内径（直径）
φ０：磁石の外径（直径）
とする。
【請求項１５】
Ｓ極に着磁された第１の磁極領域とＮ極に着磁された第２の磁極領域とを有し、自らの周囲に磁場を形成する磁石と、
前記磁石に対し第１の方向に沿って相対的に移動可能に設けられ、前記磁場の変化を検出することにより前記磁石の前記第１の方向への変位を検出する磁気検出部と
を備え、
前記磁石は、
前記第１の方向と直交する第２の方向における前記第１の磁極領域の磁気ボリュームに対する前記第２の磁極領域の磁気ボリュームの比が、前記第１の方向に沿って徐々に変化する遷移部分を含むものであって、前記第１の方向を周回方向とする環状部材または円板状部材であり、前記第１の方向および前記第２の方向の双方と直交する第３の方向に伸びる第１の軸を中心として前記第１の方向へ回転可能に設けられており、
下記の条件式（２）を満たす
変位検出装置。
Ｒ（θ）＝−α・ｃｏｓ（２θ）−（θ／１８０）×（φ０−φｉ）／２＋（φ０／２）  ……（２）
但し、
Ｒ（θ）：第１の磁極領域と第２の磁極領域との境界上の任意の点における、第１の軸からの距離
θ：境界の内周端と第１の軸とを結ぶ線を基準線（０°）としたときの、その基準線に対する境界上の任意の点と第１の軸とを結ぶ線がなす中心角（°）
α：定数
φｉ：磁石の内径（直径）
φ０：磁石の外径（直径）
とする。
【請求項１６】
前記磁石は、前記第１の磁極領域と前記第２の磁極領域とが前記第１の方向に沿って交互に複数設けられたものである
請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項１７】
前記磁石は、前記第１の方向に沿って直線状に伸びる棒状もしくは板状部材である
請求項１に記載の変位検出装置。
【請求項１８】
前記磁石は、前記第１の方向に沿って前記第１の磁極領域と前記第２の磁極領域とが交互に複数配置されたものであり、前記第１の磁極領域と前記第２の磁極領域とが当接する複数の境界線を有し、
前記複数の境界線は、前記第１の方向および前記第２の方向の双方と交差する方向に延在している
請求項１７に記載の変位検出装置。
【請求項１９】
前記磁気検出部は、前記磁場のうち前記第１の方向および前記第２の方向の双方と直交する直交成分の変化と、前記磁場のうち前記第１の方向および前記第２の方向を含む面内の面内成分の変化とを検出する
請求項１７または請求項１８に記載の変位検出装置。
【請求項２０】
第１の方向に延在し、Ｓ極に着磁された第１の磁極領域とＮ極に着磁された第２の磁極領域とを有し、
前記第１の方向と直交する第２の方向における前記第１の磁極領域の磁気ボリュームと前記第２の磁極領域の磁気ボリュームとが、前記第１の方向に沿って徐々に変化する遷移部分を含むと共に、前記第１の方向を周回方向とする環状部材であり、
前記第１の方向および前記第２の方向の双方と直交する第３の方向に伸びる第１の軸を中心として前記第１の方向へ回転可能に設けられており、
前記環状部材は、
外周縁および内周縁と、前記第１の磁極領域と前記第２の磁極領域とが当接する第１の境界線および第２の境界線とを有し、
前記第１の境界線と前記外周縁とが交差する第１の点と、前記第２の境界線と前記外周縁とが交差する第２の点との間に前記第１の軸が存在し、
前記第１の境界線と前記内周縁とが交差する第３の点と、前記第２の境界線と前記内周縁とが交差する第４の点との間に前記第１の軸が存在し、
前記第１の境界線は、前記第１の軸と直交する面内において、前記第１の点から前記第３の点に至るまで前記第２の方向に対し平行でも反平行でもない部分のみからなり、
前記第２の境界線は、前記第１の軸と直交する面内において、前記第２の点から前記第４の点に至るまで前記第２の方向に対し平行でも反平行でもない部分のみからなる
磁石。
【請求項２１】
前記第１の磁極領域と前記第２の磁極領域との境界が、前記第１の方向および前記第２の方向の双方に対して傾斜するように延在している
請求項２０記載の磁石。
【請求項２２】
前記第１の磁極領域と前記第２の磁極領域とが前記第１の方向に沿って交互に複数設けられている
請求項２０または請求項２１に記載の磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気検出素子に対する磁石の変位を検出する変位検出装置、およびそれに用いられる磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンコーダやポテンショメータ等において回転体の回転動作を検出するものとして、例えばその回転体と共に回転する磁石と、その磁石の近傍に離間して配置された磁気検出素子とを備えた回転角検出装置（変位検出装置）が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０４８０５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４５１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の回転角検出装置（変位検出装置）では、検出可能な角度範囲が限定されていたり、検出角度によっては実際の回転角度との誤差が大きかったりするなどの問題があった。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、検出可能な角度範囲を狭めることなく、より高精度の角度検出が可能な変位検出装置、およびそれに好適な磁石を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施態様としての磁石は、第１の方向に延在し、Ｓ極に着磁された第１の磁極領域とＮ極に着磁された第２の磁極領域とを有し、自らの周囲に磁場を形成するものである。さらに、その磁石は、第１の方向と直交する第２の方向における第１の磁極領域の磁気ボリュームと第２の磁極領域の磁気ボリュームとが、第１の方向に沿って徐々に変化する遷移部分を含む。また、本発明の一実施態様としての変位検出装置は、上記本発明の一実施態様としての磁石と、その磁石に対し第１の方向に沿って相対的に移動可能に設けられ、磁場の変化を検出することにより磁石の第１の方向への変位を検出する磁気検出部とを備えたものである。
【０００７】
本発明の一実施の形態としての変位検出装置では、磁気検出部に対して第１の方向に移動可能に設けられた磁石を備えている。その磁石における遷移部分は、第１の方向に対し直交する第２の方向において、第１の磁極領域の磁気ボリュームに対する第２の磁極領域の磁気ボリュームの比が第１の方向に沿って徐々に変化するように構成されている。このため、磁石がそのような遷移部分を含まない場合と比較して、磁気検出部と磁石との相対位置の変化に応じた高精度の出力が磁気検出部から得られる。また、本発明の一実施の形態としての磁石は、上記の変位検出装置に好適に用いられる。
【０００８】
本発明の一実施の形態としての磁石および変位検出装置では、磁石は、第１の方向および第２の方向の双方と直交する第３の方向において実質的に均一の厚さを有するとよい。その場合、遷移部分は、第３の方向（厚さ方向）と直交する面と平行な断面および表面の少なくとも一方において、第１の磁極領域における第２の方向に沿った線分の長さに対する第２の磁極領域における第２の方向に沿った線分の長さの比が第１の方向に沿って徐々に変化するようになっていてもよい。すなわち、遷移部分は、第１の磁極領域における第１の方向と直交する断面の面積と、第２の磁極領域における第１の方向と直交する断面の面積との比が、第１の方向に沿って徐々に変化するようになっていてもよい。また、第１の磁極領域と第２の磁極領域との境界が、第１の方向および第２の方向の双方に対して傾斜するように延在しているとよい。また、遷移部分は、第２の方向における第１の磁極領域の磁気ボリュームに対する第２の磁極領域の磁気ボリュームの比が、第１の方向に沿って単調増加し、または単調減少するように構成されていてもよい。また、磁石における第１の方向と直交する断面は、第１の方向において実質的に同一の形状および面積を維持するように形成されているとよい。また、磁気検出部は、第１の方向および第２の方向の双方に対して直交する第３の方向において磁石と重複する位置に設けられているとよい。
【０００９】
本発明の一実施の形態としての磁石は、例えば第１の方向を周回方向とする外周縁および内周縁を含む環状部材であり、第１の方向および第２の方向の双方と直交する第３の方向に伸びる第１の軸を中心として第１の方向へ回転可能に設けられている。その場合、磁石は、第１の磁極領域と第２の磁極領域とが当接する第１の境界線および第２の境界線を有し、第１の境界線と外周縁とが交差する第１の点と、第２の境界線と外周縁とが交差する第２の点との間に第１の軸が存在し、第１の境界線と内周縁とが交差する第３の点と、第２の境界線と内周縁とが交差する第４の点との間に第１の軸が存在するとよい。
【００１０】
本発明の一実施の形態としての変位検出装置では、磁気検出部は、例えば磁場のうち第１の軸と直交する直交成分の変化と、磁場のうち第１の軸に沿った平行成分の変化との双方を検出する。あるいは、磁気検出部は、直交成分として、第１の方向に沿った第１の方向成分の変化を検出するようにしてもよい。また、磁気検出部は、直交成分として、第２の方向に沿った第２の方向成分の変化を検出するようにしてもよい。また磁気検出部は、回転面と直交する面内において回転可能に構成された磁化を含む磁気抵抗効果素子を有するとよい。
【００１１】
本発明の一実施の形態としての変位検出装置では、さらに下記の条件式（１）を満たすことが望ましい。
Ｒ（θ）＝（θ／１８０）×（φ０−φｉ）／２＋（φｉ／２）  ……（１）
但し、
Ｒ（θ）：境界上の任意の点における、第１の軸からの距離
θ：境界の内周端と第１の軸とを結ぶ線を基準線（０°）としたときの、その基準線に対する境界上の任意の点と第１の軸とを結ぶ線がなす中心角（°）
φｉ：磁石の内径（直径）
φ０：磁石の外径（直径）
とする。
【００１２】
本発明の一実施の形態としての変位検出装置では、さらに下記の条件式（２）を満たすことが望ましい。
Ｒ（θ）＝−α・ｃｏｓ（２θ）−（θ／１８０）×（φ０−φｉ）／２＋（φ０／２）  ……（２）
但し、
Ｒ（θ）：境界上の任意の点における、第１の軸からの距離
θ：境界の内周端と第１の軸とを結ぶ線を基準線（０°）としたときの、その基準線に対する境界上の任意の点と第１の軸とを結ぶ線がなす中心角（°）
α：定数
φｉ：磁石の内径（直径）
φ０：磁石の外径（直径）
とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の磁石および変位検出装置によれば、互いに極性の異なる磁極領域の磁気ボリュームの比が第１の方向に沿って徐々に変化する遷移部分を含むようにしたので、磁気検出部に対する磁石の相対的な移動、すなわち変位が高い精度で検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の第１の実施の形態としての変位検出装置の全体構成を表す正面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示した変位検出装置の全体構成を表す上面図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示した変位検出装置の全体構成を表す斜視図である。
【図２Ａ】図１Ａに示した磁石の境界を規定する式の説明図である。
【図２Ｂ】図１Ａに示した磁石における第１の磁極領域と第２の磁極領域との境界の、磁石の回転軸からの距離を表すグラフである。
【図３Ａ】図１Ａに示した磁気検出部の構成を表す斜視図である。
【図３Ｂ】図１Ａに示した磁気検出部の要部構成を拡大して表す分解斜視図である。
【図３Ｃ】図１Ａに示した磁気検出部の回路図である。
【図４Ａ】図１Ａに示した変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例１−１）。
【図４Ｂ】図１Ａに示した変位検出装置における、磁気検出部により検出される磁束密度の値から求めた回転角と磁石の実際の回転角との誤差を表す特性図である（実験例１−１）。
【図５】実験例１−２としての磁石を表す上面図である。
【図６】実験例１−３としての磁石を表す上面図である。
【図７】実験例１−４としての磁石を表す上面図である。
【図８Ａ】図５に示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例１−２）。
【図８Ｂ】図６に示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例１−３）。
【図８Ｃ】図７に示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例１−４）。
【図９Ａ】図５に示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例１−２）。
【図９Ｂ】図６に示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例１−３）。
【図９Ｃ】図７に示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例１−４）。
【図１０Ａ】実験例２−１としての磁石を表す上面図である。
【図１０Ｂ】実験例２−２としての磁石を表す上面図である。
【図１０Ｃ】実験例２−３としての磁石を表す上面図である。
【図１０Ｄ】実験例２−４としての磁石を表す上面図である。
【図１１Ａ】図１０Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例２−１）。
【図１１Ｂ】図１０Ｂに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例２−２）。
【図１１Ｃ】図１０Ｃに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例２−３）。
【図１１Ｄ】図１０Ｄに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例２−４）。
【図１２Ａ】図１０Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例２−１）。
【図１２Ｂ】図１０Ｂに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例２−２）。
【図１２Ｃ】図１０Ｃに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例２−３）。
【図１２Ｄ】図１０Ｄに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例２−４）。
【図１３Ａ】実験例２−１〜２−４における角度θと誤差ＡＥの最大値との関係を表す特性図である。
【図１３Ｂ】実験例２−１〜２−４における角度θと磁束密度の大きさＢａｂｓとの関係を表す特性図である。
【図１４Ａ】実験例３−１としての磁石を表す上面図である。
【図１４Ｂ】実験例３−２としての磁石を表す上面図である。
【図１４Ｃ】実験例３−３としての磁石を表す上面図である。
【図１４Ｄ】実験例３−４としての磁石を表す上面図である。
【図１５Ａ】図１４Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例３−１）。
【図１５Ｂ】図１４Ｂに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例３−２）。
【図１５Ｃ】図１４Ｃに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例３−３）。
【図１５Ｄ】図１４Ｄに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例３−４）。
【図１６Ａ】図１４Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例３−１）。
【図１６Ｂ】図１４Ｂに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例３−２）。
【図１６Ｃ】図１４Ｃに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例３−３）。
【図１６Ｄ】図１４Ｄに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例３−４）。
【図１７Ａ】実験例３−１〜３−４における角度θと誤差ＡＥの最大値との関係を表す特性図である。
【図１７Ｂ】実験例３−１〜３−４における角度θと磁束密度の大きさＢａｂｓとの関係を表す特性図である。
【図１８】第１の変形例としての磁石の境界の形状を表す説明図である。
【図１９Ａ】図１Ｂに示した形状の境界を有する磁石における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例４−１）。
【図１９Ｂ】図１Ｂに示した形状の境界を有する磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例４−１）。
【図２０Ａ】図１８に示した形状の境界を有する磁石における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例４−２）。
【図２０Ｂ】図１８に示した形状の境界を有する磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例４−２）。
【図２１Ａ】本発明の第２の実施の形態としての変位検出装置の全体構成を表す正面図である。
【図２１Ｂ】図２１Ａに示した変位検出装置の全体構成を表す上面図である。
【図２２】図２１Ａに示した変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例５）。
【図２３Ａ】図２１Ａに示した変位検出装置における、磁気検出部により検出される磁束密度の値から求めた回転角と磁石の実際の回転角との誤差を表す特性図である（実験例５−１）。
【図２３Ｂ】図２１Ａに示した変位検出装置における、磁気検出部により検出される磁束密度の値から求めた回転角と磁石の実際の回転角との誤差を表す特性図である（実験例５−２）。
【図２３Ｃ】図２１Ａに示した変位検出装置における、磁気検出部により検出される磁束密度の値から求めた回転角と磁石の実際の回転角との誤差を表す特性図である（実験例５−３）。
【図２４】図２１Ａに示した変位検出装置における、磁気検出部の感磁面と磁石の境界とのなす角度と検出誤差との関係を表す特性図である。
【図２５Ａ】図２１Ａに示した変位検出装置における、図２４の結果に基づいて境界を調整した場合の磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例６）。
【図２５Ｂ】図２５Ａの変位検出装置における、磁気検出部により検出される磁束密度の値から求めた回転角と磁石の実際の回転角との誤差を表す特性図である（実験例６）。
【図２６Ａ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例７−１）。
【図２６Ｂ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例７−２）。
【図２６Ｃ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例７−３）。
【図２６Ｄ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例７−４）。
【図２７Ａ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例７−１）。
【図２７Ｂ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例７−２）。
【図２７Ｃ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例７−３）。
【図２７Ｄ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例７−４）。
【図２８Ａ】実験例７−１〜７−４における角度θと誤差ＡＥの最大値との関係を表す特性図である。
【図２８Ｂ】実験例７−１〜７−４における角度θと磁束密度の大きさＢａｂｓとの関係を表す特性図である。
【図２９Ａ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例８−１）。
【図２９Ｂ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例８−２）。
【図２９Ｃ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例８−３）。
【図２９Ｄ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例８−４）。
【図３０Ａ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例８−１）。
【図３０Ｂ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例８−２）。
【図３０Ｃ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例８−３）。
【図３０Ｄ】図２１Ａに示した磁石を備えた変位検出装置における回転角の誤差を表す特性図である（実験例８−４）。
【図３１Ａ】実験例８−１〜８−４における角度θと誤差ＡＥの最大値との関係を表す特性図である。
【図３１Ｂ】実験例８−１〜８−４における角度θと磁束密度の大きさＢａｂｓとの関係を表す特性図である。
【図３２Ａ】本発明の第３の実施の形態としての変位検出装置の全体構成を表す上面図である。
【図３２Ｂ】図３２Ａに示した変位検出装置の全体構成を表す正面図である。
【図３３】図３２Ａに示した変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の変位量と磁束密度との関係を表す特性図である（実験例９）。
【図３４Ａ】図３２Ａに示した変位検出装置における、磁気検出部により検出される磁束密度の値から求めた変位量と磁石の実際の変位量との誤差を表す特性図である（実験例９−１）。
【図３４Ｂ】図３２Ａに示した変位検出装置における、磁気検出部により検出される磁束密度の値から求めた変位量と磁石の実際の変位量との誤差を表す特性図である（実験例９−２）。
【図３５】第１の比較例としての磁石の構成を表す概略図である。
【図３６Ａ】図３５に示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（比較例１）。
【図３６Ｂ】図３５に示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部により検出される磁束密度の値から求めた回転角と磁石の実際の回転角との誤差を表す特性図である（比較例１）。
【図３７】第２の比較例としての磁石の構成を表す概略図である。
【図３８Ａ】図３７に示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（比較例２）。
【図３８Ｂ】図３７に示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部により検出される磁束密度の値から求めた回転角と磁石の実際の回転角との誤差を表す特性図である（比較例２）。
【図３９】第３の比較例としての磁石の構成を表す概略図である。
【図４０Ａ】図３９に示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部に対する磁石の回転角と磁束密度との関係を表す特性図である（比較例３）。
【図４０Ｂ】図３９に示した磁石を備えた変位検出装置における、磁気検出部により検出される磁束密度の値から求めた回転角と磁石の実際の回転角との誤差を表す特性図である（比較例３）。
【図４１】本発明のその他の変形例としての変位検出装置の全体構成を表す正面図である。
【図４２】本発明の多極磁石の構成例を表す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
環状磁石の回転面に平行な面内における磁場成分を検出する変位検出装置。
２．第２の実施の形態
環状磁石の回転方向の磁場成分と、環状磁石の回転面に垂直な磁場成分とを検出する変位検出装置。
３．第３の実施の形態
直方体磁石の移動方向の磁場成分と、直方体磁石の移動方向に垂直な磁場成分とを検出する変位検出装置。
４．その他の変形例
【００１６】
＜１．第１の実施の形態＞
（１−１）境界が線形状である例
［変位検出装置１１の構成］
最初に、図１Ａ〜図１Ｃ、図２Ａ，図２Ｂ，図３Ａ〜図３Ｃを参照して、本発明における第１の実施の形態としての変位検出装置１１の構成について説明する。図１Ａ〜図１Ｃは、それぞれ変位検出装置１１の全体構成例を表す正面図、上面図および斜視図である。図２Ａは変位検出装置１１における磁石２（後に詳述）の構成を表す上面図であり、図２Ｂは磁石２における境界２１，２２の形状を表す特性図である。さらに、図３Ａは後出のセンサ部３における全体構成例を表す斜視図であり、図３Ｂはセンサ部３における後出の磁気抵抗効果素子４１，５１の構成を表す分解斜視図であり、図３Ｃはセンサ部３の回路図である。
【００１７】
変位検出装置１１は、例えば棒状や円盤状をなす被測定物としての回転体の回転角度の検出を行う回転検出装置である。変位検出装置１１は、例えば、シャフト１と、磁石２と、センサ部３とを備えている。なお、本実施の形態では、シャフト１（あるいは磁石２）の回転軸１J（後出）に沿った方向を回転軸方向ｚ（あるいはｚ方向）と記載し、シャフト１（あるいは磁石２）の回転方向を回転方向Θ（あるいはΘ方向）と記載し、シャフト１（あるいは磁石２）の回転軸１Ｊおよび回転方向Θの双方と直交する方向を径方向ｒ（あるいはｒ方向）と記載する。
【００１８】
シャフト１は、被測定物としての回転体に直接もしくは間接的に取り付けられており、その回転体と共に回転軸１Ｊを中心として回転可能に設けられた柱状もしくは筒状の部材である。
【００１９】
磁石２は本発明の「磁石」に対応する一具体例であり、外部の系に対してシャフト１と共に回転軸１Ｊを中心として回転するように設けられている。磁石２は、その回転軸１Ｊの近傍に開口２Ｋが設けられた、回転方向Θを周回方向とする外周縁および内周縁を含む環状部材である。磁石２は、例えばｚ方向において実質的に均一の寸法（厚さ）を有する強磁性体である。シャフト１は開口２Ｋを貫くように配置されており、開口２Ｋの内面がシャフト１の外面と当接して固定されている。
【００２０】
磁石２は、Ｓ極に着磁されたＳ極領域２ＳとＮ極に着磁されたＮ極領域２Ｎとを有する。Ｓ極領域２ＳとＮ極領域２Ｎとは、２つの境界２１，２２によって隔てられている。ここで、磁石２には、磁石２の回転方向Θと直交する径方向ｒにおいて、Ｓ極領域２ＳとＮ極領域２Ｎとが混在する遷移部分が設けられている。遷移部分とは、径方向ｒにおけるＳ極領域２Ｓの磁気ボリューム（以下、磁気ボリュームＶｓという。）とＮ極領域２Ｎの磁気ボリューム（以下、磁気ボリュームＶｎという。）とが、回転方向Θに沿って徐々に変化する部分である。すなわち、遷移部分には、径方向ｒおよび回転方向Θのいずれに対しても傾斜する境界２１，２２が存在する。但し、図１Ａ〜１Ｃに示した例では、境界２１の内周端２１Ｓ、境界２２の外周端２２Ｅおよび回転軸１Ｊを通る直線で規定される始端位置（θ＝０°）、ならびに境界２１の外周端２１Ｅ、境界２２の内周端２２Ｓおよび回転軸１Ｊを通る直線で規定される終端位置（θ＝１８０°）を除き、他は全て遷移部分となっている（図１Ｂ参照）。磁石２は、本実施の形態では実質的に均一の厚さを有しており、磁石２における回転方向Θと直交するｚ−ｒ断面が、回転方向Θにおいて実質的に同一の形状および面積を維持するように形成されている。このため、磁気ボリュームＶｓと磁気ボリュームＶｎとの比は、ｒ方向におけるＳ極領域の寸法とＮ極領域の寸法との比で求められる。本実施の形態では、磁石２の遷移部分は、＋Θ方向および−Θ方向に沿って始端位置（角度θ＝０°）から終端位置（角度θ＝１８０°）へ向かうに従い、Ｓ極領域２Ｓの磁気ボリュームＶｓが徐々に減少する一方、Ｎ極領域２Ｎの磁気ボリュームＶｎが徐々に増大するようになっている。上述したように、本実施の形態では磁石２が実質的に均一の厚さを有していることから、磁石２の遷移部分は、ｚ方向と直交する面（Θ−ｒ面）と平行な断面および表面の少なくとも一方において、Ｓ極領域におけるｒ方向に沿った線分の長さに対するＮ極領域におけるｒ方向に沿った線分の長さの比が回転方向Θに沿って徐々に変化するようになっている。すなわち、磁石２の遷移部分は、Ｓ極領域における回転方向Θと直交する断面（ｚ−ｒ断面）の面積と、Ｎ極領域における回転方向Θと直交する断面（ｚ−ｒ断面）の面積との比が、回転方向Θに沿って徐々に変化するようになっている。また、磁石２は、境界２１の外周端２１Ｅと境界２２の外周端２２Ｅとの間に回転軸１Ｊが存在し、内周端２１Ｓと内周端２２Ｓとの間に回転軸１Ｊが存在するように構成されているとよい。図１Ａ〜１Ｃの例では、外周端２１Ｅ，外周端２２Ｅ，内周端２１Ｓ，内周端２２Ｓおよび回転軸１Ｊがすべて同一直線上に存在する。
【００２１】
なお、Ｓ極領域２ＳおよびＮ極領域２Ｎに符号Ｙ２Ｓ，Ｙ２Ｎを付して記載した矢印は、磁石２が形成する主たる磁束の向きをそれぞれ表している。ここではＳ極領域２Ｓにおける磁束Ｙ２Ｓは＋ｚ方向に向いており、Ｎ極領域２Ｎにおける磁束Ｙ２Ｎは−ｚ方向に向いている例を示している。
【００２２】
上述したように、遷移部分は、径方向ｒにおけるＳ極領域の磁気ボリュームＶｓに対するＮ極領域の磁気ボリュームＶｎの比が、回転方向Θに沿って単調増加し、または単調減少するように構成されている。すなわち境界２１，２２は、図２Ａおよび図２Ｂに示したように、後述する境界線角度θ（以下、単に角度θという。）の増減に応じて回転軸１Ｊからの距離Ｒ（θ）が例えば単調増加（減少）するように湾曲している。より具体的には、境界２１，２２は、例えば下記の式（１）にしたがって角度θに対して線形に変化する。なお、図２Ａは式（１）を説明するための、磁石２の構成を表す上面図であり、図２Ｂは角度θと距離Ｒ（θ）との関係を表す特性図である。
【００２３】
Ｒ（θ）＝（θ／１８０）×（φ０−φｉ）／２＋（φｉ／２）  ……（１）
【００２４】
式（１）において、Ｒ（θ）は、境界２１，２２上の任意の点における、磁石２の中心である回転軸１Ｊからの距離であり、角度θは、境界２１，２２の内周端２１Ｓ，２２Ｓと回転軸１Ｊとを結ぶ線を基準線（θ＝０°）としたときの、その基準線に対する境界２１，２２上の任意の点と回転軸１Ｊとを結ぶ線がなす中心角（°）であり、φｉは磁石２の内径（直径）であり、φ０は磁石２の外径（直径）である。
【００２５】
磁石２は、例えばネオジウム（Ｎｄ），サマリウム（Ｓｍ），鉄（Ｆｅ），クロム（Ｃｒ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ）およびマンガン（Ｍｎ）のうちの少なくとも１種を含む強磁性材料を主たる構成材料として有している。但し、これらの元素に限定されるものではない。
【００２６】
センサ部３は、Θ−ｒ面において回転する磁石２によって形成される磁束密度の変化を検出し、磁石２のΘ方向への変位を検出するものである。センサ部３は本発明の「磁気検出部」に対応する一具体例であり、外部の系に対して静止するように設けられている。したがって、センサ部３に対し、磁石２が回転方向Θに沿って相対的に移動するように構成されている。センサ部３は、回転軸方向ｚにおいて磁石２と重複する位置に設けられていることが好ましい。
【００２７】
センサ部３は、図３Ａに示したように、例えば磁石２の回転面（Θ−ｒ面）に広がる基板３０に、２つの磁気検出素子４，５と演算回路６とが設けられたものである。
【００２８】
磁気検出素子４は、図３Ｃに示したように、４つの磁気抵抗効果（ＭＲ；Magneto-Resistive effect）素子４１（４１Ａ〜４１Ｄ）がブリッジ接続されたブリッジ回路４０と、差分検出器４２とを含んでいる。同様に、磁気検出素子５は、４つの磁気抵抗効果（ＭＲ；Magneto-Resistive effect）素子５１（５１Ａ〜５１Ｄ）がブリッジ接続されたブリッジ回路５０と、差分検出器５２とを含んでいる。ブリッジ回路４０は、ＭＲ素子４１ＡおよびＭＲ素子４１Ｂの一端同士が接続点Ｐ１において接続され、ＭＲ素子４１ＣおよびＭＲ素子４１Ｄの一端同士が接続点Ｐ２において接続され、ＭＲ素子４１Ａの他端とＭＲ素子４１Ｄの他端とが接続点Ｐ３において接続され、ＭＲ素子４１Ｂの他端とＭＲ素子４１Ｃの他端とが接続点Ｐ４において接続されている。ここで、接続点Ｐ３は電源Ｖｃｃと接続されており、接続点Ｐ４は接地されている。接続点Ｐ１，Ｐ２は、それぞれ差分検出器４２の入力側端子と接続されている。この差分検出器４２は、接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間に電圧が印加されたときの接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間の電位差（ＭＲ素子４１Ａ，４１Ｄのそれぞれに生ずる電圧降下の差分）を検出し、差分信号Ｓ１として演算回路６へ向けて出力するものである。同様に、ブリッジ回路５０は、ＭＲ素子５１ＡおよびＭＲ素子５１Ｂの一端同士が接続点Ｐ５において接続され、ＭＲ素子５１ＣおよびＭＲ素子５１Ｄの一端同士が接続点Ｐ６において接続され、ＭＲ素子５１Ａの他端とＭＲ素子５１Ｄの他端とが接続点Ｐ７において接続され、ＭＲ素子５１Ｂの他端とＭＲ素子５１Ｃの他端とが接続点Ｐ８において接続されている。ここで、接続点Ｐ７は電源Ｖｃｃと接続されており、接続点Ｐ８は接地されている。接続点Ｐ５，Ｐ６は、それぞれ差分検出器５２の入力側端子と接続されている。この差分検出器５２は、接続点Ｐ７と接続点Ｐ８との間に電圧が印加されたときの接続点Ｐ５と接続点Ｐ６との間の電位差（ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｄのそれぞれに生ずる電圧降下の差分）を検出し、差分信号Ｓ２として演算回路６へ向けて出力するものである。なお、図３Ｂにおいて符号Ｊ３１を付した矢印は、ＭＲ素子４１Ａ〜４１Ｄ，５１Ａ〜５１Ｄの各々における磁化固着層３１（後出）の磁化の向きを模式的に表している。すなわち、ＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃの各抵抗値は、外部からの信号磁場の変化に応じて互いに同じ向きに変化（増加もしくは減少）し、ＭＲ素子４１Ｂ，４１Ｄの各抵抗値は、いずれも、信号磁場の変化に応じてＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃとは反対向きに変化（減少もしくは増加）することを表している。また、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｃの各抵抗値の変化は、外部からの信号磁場の変化に応じてＭＲ素子４１Ａ〜４１Ｄの各抵抗値の変化に対して位相が９０°ずれている。ＭＲ素子５１Ｂ，５１Ｄの各抵抗値は、いずれも、信号磁場の変化に応じてＭＲ素子５１Ａ，５１Ｃとは反対向きに変化する。したがって例えば、磁石２が回転すると、ある角度範囲ではＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃでは抵抗値が増大し、ＭＲ素子４１Ｂ，４１Ｄでは抵抗値が減少するという挙動を示す関係にある。その際、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｃの抵抗値は、ＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃの抵抗値の変化に例えば９０°だけ遅れて（あるいは��んで）変化し、ＭＲ素子５１Ｂ，５１Ｄの抵抗値は、ＭＲ素子４１Ｂ，４１Ｄの抵抗値の変化に９０°だけ遅れて（あるいは進んで）変化することとなる。
【００２９】
４つのＭＲ素子４１は、例えば図３Ｂに示したように磁性層を含む複数の機能膜が積層されたスピンバルブ構造をなしている。具体的には、一定方向に固着された磁化Ｊ３１を有する磁化固着層３１と、特定の磁化方向を発現しない中間層３２と、信号磁場Ｈｍの磁束密度に応じて変化する磁化Ｊ３３を有する磁化自由層３３とが順にｚ軸方向に積層されてなるものである。磁化固着層３１、中間層３２および磁化自由層３３は、いずれもΘ−ｒ面内に広がる薄膜である。したがって、磁化自由層３３の磁化Ｊ３３の向きは、Θ−ｒ面内において回転可能となっている。なお、図３Ｂは、信号磁場Ｈｍが磁化Ｊ３３の向きに付与されている負荷状態を示している。また、ＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃにおける磁化固着層３１は、例えば＋Θ方向に固着された磁化Ｊ３１を有し、ＭＲ素子４１Ｂ，４１Ｄにおける磁化固着層３１は、−Θ方向に固着された磁化Ｊ３１を有する。なお、磁化固着層３１，中間層３２および磁化自由層３３は、いずれも単層構造であってもよいし、複数層からなる多層構造であってもよい。
【００３０】
磁化固着層３１は、例えばコバルト（Ｃｏ）やコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、コバルト鉄ボロン合金（ＣｏＦｅＢ）などの強磁性材料からなる。なお、磁化固着層３１と隣接するように、中間層３２と反対側に反強磁性層（図示せず）を設けるようにしてもよい。そのような反強磁性層は、白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）やイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）などの反強磁性材料により構成されるものである。反強磁性層は、例えば磁気検出素子４においては、＋Θ方向のスピン磁気モーメントと−Θ方向のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、隣接する磁化固着層３１の磁化Ｊ３１の向きを、＋Θ方向へ固定するように作用する。
【００３１】
スピンバルブ構造が磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）膜として機能するものである場合、中間層３２は、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる非磁性のトンネルバリア層であり、量子力学に基づくトンネル電流が通過可能な程度に厚みの薄いものである。ＭｇＯからなるトンネルバリア層は、例えば、ＭｇＯからなるターゲットを用いたスパッタリング処理のほか、マグネシウム（Ｍｇ）の薄膜の酸化処理、あるいは酸素雰囲気中でマグネシウムのスパッタリングを行う反応性スパッタリング処理などによって得られる。また、ＭｇＯのほか、アルミニウム（Ａｌ），タンタル（Ｔａ），ハフニウム（Ｈｆ）の各酸化物もしくは窒化物を用いて中間層３２を構成することも可能である。なお中間層３２は、例えばルテニウム（Ｒｕ）などの白金族元素や金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）などの非磁性金属により構成されていてもよい。その場合、スピンバルブ構造は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistive effect）膜として機能する。
【００３２】
磁化自由層３３は軟質強磁性層であり、例えばコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）あるいはコバルト鉄ボロン合金（ＣｏＦｅＢ）などによって構成される。
【００３３】
ブリッジ回路４０を構成するＭＲ素子４１Ａ〜４１Ｄには、それぞれ電源Ｖｃｃからの電流Ｉ１０が接続点Ｐ３において分流された電流Ｉ１もしくは電流Ｉ２が供給される。ブリッジ回路４０の接続点Ｐ１，Ｐ２からそれぞれ取り出された信号ｅ１，ｅ２が差分検出器４２に流入する。ここで、信号ｅ１は例えば磁化Ｊ３１と磁化Ｊ３３とのなす角度をγとしたときＡｃｏｓ（＋γ）＋Ｂ（Ａ，Ｂはいずれも定数）に従って変化する出力変化を表し、信号ｅ２はＡｃｏｓ（γ−１８０°）＋Ｂに従って変化する出力変化を表す。一方、ブリッジ回路５０を構成するＭＲ素子５１Ａ〜５１Ｄには、それぞれ電源Ｖｃｃからの電流Ｉ１０が接続点Ｐ７において分流された電流Ｉ３もしくは電流Ｉ４が供給される。ブリッジ回路５０の接続点Ｐ５，Ｐ６からそれぞれ取り出された信号ｅ３，ｅ４が差分検出器５２に流入する。ここで、信号ｅ３はＡｓｉｎ（＋γ）＋Ｂに従って変化する出力変化を表し、信号ｅ４はＡｓｉｎ（γ−１８０°）＋Ｂに従って変化する出力変化を表す。さらに、差分検出器４２からの差分信号Ｓ１および差分検出器５２からの差分信号Ｓ２が演算回路６に流入する。演算回路６では、ｔａｎγに応じた角度が算出される。ここで、γはセンサ部３に対する磁石２の回転角θｓに相当するので、回転角θｓが求められるようになっている。
【００３４】
［変位検出装置１１の動作および作用］
本実施の形態の変位検出装置１１では、Θ方向における磁石２の回転角θｓの大きさを、センサ部３によって検出することができる。
【００３５】
この変位検出装置１１では、磁石２が１回転すると、いずれもセンサ部３に及ぶｒ方向の磁界成分の変化およびΘ方向の磁界成分の変化がＭＲ素子４１によって検出され、ブリッジ回路４０からの出力として信号ｅ１，ｅ２が演算回路６へ流入する。具体的には、例えば図４Ａに曲線Ｃ２ｒおよび曲線Ｃ２Θで示した磁石２による磁束密度Ｂｒ（例えばαｓｉｎθｓ）および磁束密度ＢΘ（例えばβｃｏｓθｓ）の変化が磁気検出素子４により検出され、その信号ｅ１，ｅ２が演算回路６へ入力される。そののち、演算回路６において、計算式Ａｒｃｔａｎ（αｓｉｎθｓ／βｃｏｓθｓ）に基づいて磁石２の回転角θｓを求めることができる。なお図４Ａは、変位検出装置１１における、センサ部３に対する磁石２の回転角θｓと磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚとの関係を表す特性図である。図４Ａは、磁石２の厚さ（ｚ方向の寸法）が１０ｍｍであり、磁石２の外径φ０が１００ｍｍであり、磁石２の内径φｉが４０ｍｍであり、磁気検出素子４と回転軸１Ｊとの距離Ｒｓが２３ｍｍであり、ｚ方向における磁石２の表面と磁気検出素子４との距離Ｚｓが１ｍｍであり、角度θが１８０°であって境界２１，２２が上記の式（１）に従う場合のシミュレーションデータである（以下、実験例１−１とする。）。
【００３６】
図４Ｂは、上記のように磁気検出素子４により検出される磁束密度Ｂｒ，ＢΘの値から求めた回転角θｓ（便宜上θｓｓという。）と、磁石２の、実際の回転角θｓとの誤差ＡＥを表す特性図である（実験例１−１）。図４Ｂに示したように、実際の回転角θｓに対して誤差ＡＥの増減が周期的に発現する。このように実際の回転角θｓと、磁束密度の変化に基づいて算出される回転角θｓｓとの間に誤差ＡＥが生じるのは、図４Ａに示したように、回転角θｓに対する磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚの変化曲線において、磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚの変化が非常に緩やかな角度範囲と磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚの変化が非常に急峻である角度範囲とが存在するからである。
【００３７】
但し、本実施の形態の変位検出装置１１によれば、図３５に示した比較例１としての従来の磁石１０２を用いた場合（図３６Ａ，３６Ｂ）と比較して、センサ部３における誤差ＡＥは大幅に低減される。これは以下のように考えられる。すなわち従来の磁石１０２を用いた場合には、図３６Ａに示したように磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚの変化がほとんど生じない回転角θｓの範囲が存在する。これに対し本実施の形態の磁石２を用いた場合には、磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚの変化がほとんど生じない回転角θｓの範囲が極めて限定的になり、回転角θｓの変化に応じて磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚの変化が比較的大きく生じるようになっている。なお、図３５は、式（１）に従わず（この場合を角度θ＝０と表す）、境界１２１，１２２がｒ方向に沿うようにＳ極領域１０２ＳおよびＮ極領域１０２Ｎが設けられている磁石１０２の例である。図３６Ａは、センサ部３に対する磁石１０２の回転角θｓと、磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚとの関係を表す特性図であり、図３６Ｂは、磁気検出素子４により検出される磁束密度Ｂｒ，ＢΘの値から求めた回転角θｓｓと、磁石１０２の、実際の回転角θｓとの誤差ＡＥを表す特性図である。
【００３８】
［変位検出装置１１の効果］
このように本実施の形態によれば、磁石２が、ｒ方向におけるＳ極領域２Ｓの磁気ボリュームＶｓとＮ極領域２Ｎの磁気ボリュームＶｎとが、Θ方向に沿って徐々に変化する遷移部分を含むように構成されている。このため、磁石２がそのような遷移部分を含まない場合と比較して、センサ部３と磁石２との相対位置の変化に応じた高精度の出力がセンサ部３から得られる。その結果、センサ部３に対する磁石２の相対的な移動、すなわち変位（回転角θｓ）が高い精度で検出できる。さらに、磁石２の回転面（Θ−ｒ面）における磁束密度の変化をセンサ部３により検出し回転角θｓを算出するようにしたので、変位検出装置１１全体の寸法を縮小するのに有利となる。
【００３９】
［実験例１−２〜１−４］
なお、図５〜図７および図８Ａ〜図８Ｃに示した実験例１−２〜１−４のように、センサ部３に対する磁石２の回転角θｓと磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚとの関係は、角度θによって変化する。そのため、図９Ａ〜図９Ｃに示したように、誤差ＡＥも角度θによって変化する。具体的には、式（１）において角度θが大きくなるほど誤差ＡＥが小さくなる傾向にある。なお、図５〜図７は、それぞれ角度θが９０°，４５°，２５°であることを除き他は図１Ａ〜図１Ｃに示した磁石２と同じ構造の磁石２を表しており、図８Ａ〜図８Ｃは、それぞれ図５〜図７に示した磁石２を用いた変位検出装置における回転角θｓと磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚとの関係を表す特性図である。さらに図９Ａ〜図９Ｃは、それぞれ図５〜図７に示した磁石２を用いた変位検出装置における誤差ＡＥを表す特性図である。
【００４０】
［実験例２−１〜２−４］
図１０Ａ〜図１０Ｄにそれぞれ示した実験例２−１〜２−４としての磁石２Ａは、その内径φｉが６０ｍｍであり、磁気検出素子４と回転軸１Ｊとの距離Ｒｓが３２ｍｍであることを除き、他は図１Ｂに示した磁石２と実質的に同じ構成を有する。但し、図１０Ａ（実験例２−１）では角度θが２２５°であり、図１０Ｂ（実験例２−２）では角度θが１８０°であり、図１０Ｃ（実験例２−３）では角度θが４５°であり、図１０Ｄ（実験例２−４）では角度θが２５°である。また、図３７に示した比較例２としての磁石１０２Ａは、その内径φｉが６０ｍｍであることを除き、他は図３５に示した磁石１０２と実質的に同じ構成を有する。また、図１１Ａ〜図１１Ｄおよび図３８Ａは、センサ部３に対する磁石２Ａ（もしくは磁石１０２Ａ）の回転角θｓと、磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚとの関係を表す特性図である。さらに図１２Ａ〜図１２Ｄおよび図３８Ｂは、上記のように磁気検出素子４により検出される磁束密度Ｂｒ，ＢΘの値から求めた回転角θｓと、磁石２Ａ（もしくは磁石１０２Ａ）の、実際の回転角θｓとの誤差ＡＥを表す特性図である。
【００４１】
さらに、図１３Ａは、実験例２−１〜２−４における角度θと誤差ＡＥの最大値との関係を表す特性図である。また、図１３Ｂは、実験例２−１〜２−４における角度θと磁束密度の大きさＢａｂｓとの関係を表す特性図である。但し、図１３Ａおよび図１３Ｂでは、２５°，４５°，１８０°および２２５°以外の角度θについても、各々の角度θにおいて発現する誤差ＡＥの最大値ＡＥmaxをプロットしている。なお、磁束密度の大きさＢａｂｓとは、磁束密度Ｂｒおよび磁束密度ＢΘを用いた式（Ｂｒ2＋ＢΘ2）0.5で算出される値の最小値である。図１３Ａに示したように、角度θが９０°以上３１５°以下の範囲であれば、誤差ＡＥの最大値ＡＥmaxを比較的小さく抑えることができる。
【００４２】
［実験例３−１〜３−４］
図１４Ａ〜図１４Ｄにそれぞれ示した実験例３−１〜３−４としての磁石２Ｂは、その内径φｉが８０ｍｍであり、磁気検出素子４と回転軸１Ｊとの距離Ｒｓが４１ｍｍであることを除き、他は図１Ｂに示した磁石２と実質的に同じ構成を有する。但し、図１４Ａ（実験例３−１）では角度θが１８０°であり、図１４Ｂ（実験例３−２）では角度θが９０°であり、図１４Ｃ（実験例３−３）では角度θが４５°であり、図１４Ｄ（実験例３−４）では角度θが２５°である。また、図３９に示した比較例３としての磁石１０２Ｂは、その内径φｉが８０ｍｍであることを除き、他は図３５に示した磁石１０２と実質的に同じ構成を有する。また、図１５Ａ〜図１５Ｄおよび図４０Ａは、センサ部３に対する磁石２Ｂ（もしくは磁石１０２Ｂ）の回転角θｓと、磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚとの関係を表す特性図である。さらに図１６Ａ〜図１６Ｄおよび図４０Ｂは、上記のように磁気検出素子４により検出される磁束密度Ｂｒ，ＢΘの値から求めた回転角θｓと、磁石２Ｂ（もしくは磁石１０２Ｂ）の、実際の回転角θｓとの誤差ＡＥを表す特性図である。
【００４３】
さらに、図１７Ａは、実験例３−１〜３−４における角度θと誤差ＡＥの最大値との関係を表す特性図である。また、図１７Ｂは、実験例３−１〜３−４における角度θと磁束密度の大きさＢａｂｓとの関係を表す特性図である。但し、図１７Ａおよび図１７Ｂでは、２５°，４５°，９０°および１８０°以外の角度θについても、各々の角度θにおいて発現する誤差ＡＥの最大値ＡＥmaxをプロットしている。図１７Ａに示したように、角度θが９０°以上３１５°以下の範囲であれば、誤差ＡＥの最大値ＡＥmaxを比較的小さく抑えることができる。
【００４４】
また、実験例１−１〜１−４と実験例２−１〜２−４と実験例３−１〜３−４との比較から、外径φ０と内径φｉとの差が小さくなるほど回転角θｓに対する誤差ＡＥの変化が敏感になると考えられる。
【００４５】
（１−２）境界が非線形状である例
［第１の変形例としての磁石の構成］
上記第１の実施の形態では、磁石２が、式（１）を満たす境界２１，２２を有するようにした。すなわち、境界２１，２２上の任意の点における回転軸１Ｊからの距離Ｒ（θ）が角度θに対して線形に変化する場合について説明した。しかしながら、本発明はその場合に限定されるものではない。例えば図１８に示した本変形例のように、境界２１，２２が下記の式（２）を満たすようにしてもよい。すなわち、本変形例は、境界２１，２２上の任意の点における距離Ｒ（θ）が角度θに対して非線形の変化を示すものである。本変形例はその他の点については実質的に上記第１の実施の形態と同様の構成を有する。
【００４６】
Ｒ（θ）＝−α・ｃｏｓ（２θ）−（θ／１８０）×（φ０−φｉ）／２＋（φ０／２）  ……（２）
【００４７】
式（２）において、αは定数である。
【００４８】
本変形例では、境界２１，２２が上記の式（２）を満たすことにより、誤差ＡＥをより低減できる可能性がある。
【００４９】
図１９Ａは、磁石２が式（１）を満たす境界２１，２２を有する場合（図２Ｂ参照）における、磁石２の回転角θｓと磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚとの関係を表す特性図である。図１９Ａは、磁石２の厚さ（ｚ方向の寸法）が１０ｍｍであり、磁石２の外径φ０が１００ｍｍであり、磁石２の内径φｉが６０ｍｍであり、磁気検出素子４と回転軸１Ｊとの距離Ｒｓが３２ｍｍであり、ｚ方向における磁石２の表面と磁気検出素子４との距離Ｚｓが１０ｍｍであり、角度θが１８０°である場合のシミュレーションデータである（以下、実験例４−１とする。）。また、図１９Ｂは、上記のように磁気検出素子４により検出される磁束密度Ｂｒ，ＢΘの値から求めた回転角θｓ（便宜上θｓｓという。）と、磁石２の、実際の回転角θｓとの誤差ＡＥを表す特性図である（実験例４−１）。
【００５０】
これに対し図２０Ａは、磁石２が式（２）を満たす境界２１，２２を有する場合（図１８参照）における、磁石２の回転角θｓと磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚとの関係を表す特性図である（以下、実験例４−２とする。）。また図２０Ｂは、実験例４−２における誤差ＡＥを表す特性図である。なお、実験例４−２は境界２１，２２の形状が異なることを除き、他は実験例４−１と実質的に同じ条件である。
【００５１】
図１９Ｂと図２０Ｂとの比較により、実験例４−２では実験例４−１よりも全般的に誤差ＡＥが低減されている（誤差ＡＥが０により近い値を示している）ことがわかる。具体的には、実験例４−１において、回転角θｓが０°近傍および１８０°近傍の場合において誤差ＡＥが正の方向に増加し、回転角θｓが９０°近傍および２７０°近傍の場合において誤差ＡＥが負の方向に増加する。そこで実験例４−２では、回転角θｓが０°近傍および１８０°近傍である場合に、Ｓ極領域２ＳからＮ極領域２Ｎへの移行もしくはＮ極領域２ＮからＳ極領域２Ｓへの移行を遅らせると共に、回転角θｓが９０°近傍および２７０°近傍である場合に、Ｓ極領域２ＳからＮ極領域２Ｎへの移行もしくはＮ極領域２ＮからＳ極領域２Ｓへの移行を早めるように境界２１，２２の形状を変調するようにしている。そのような変調により、回転角θｓが０°近傍および１８０°近傍である場合の誤差ＡＥの正の方向への増加、および回転角θｓが９０°近傍および２７０°近傍である場合の誤差ＡＥの負の方向への増加を抑制することができる。
【００５２】
＜２．第２の実施の形態＞
［変位検出装置１２の構成］
次に、本発明における第２の実施の形態としての変位検出装置１２の構成について説明する。上記第１の実施の形態の変位検出装置１１では、回転軸１Jと直交する磁石２の回転面（Θ−ｒ面）における磁束密度の変化をセンサ部３により検出するようにした。これに対し本実施の形態の変位検出装置１２は、センサ部３によりΘ−ｒ面内における所望の方向の磁束密度Ｂipの変化とｚ方向の磁束密度Ｂｚの変化とを検出し、演算回路６において磁石２の回転角θｓを求めるようにしたものである。
【００５３】
具体的には、変位検出装置１２は、図２１Ａおよび図２１Ｂに示したように、センサ部３の基板３０を磁石２の回転面（Θ−ｒ面）と直交するように配置したものである。これにより、磁気検出素子４におけるＭＲ素子４１を構成する磁化固着層３１、中間層３２および磁化自由層３３が、いずれもΘ−ｒ面と直交する面内に広がることとなる。よって、磁化自由層３３の磁化Ｊ３３は、Θ−ｒ面と直交する面内（すなわちｚ方向に平行な面内）において回転可能となっている。
【００５４】
［変位検出装置１２の動作および作用］
（実験例５−１〜５−３）
本実施の形態の変位検出装置１２においても、上記第１の実施の形態の変位検出装置１１と同様、Θ方向における磁石２の回転角θｓの大きさをセンサ部３によって検出することができる。変位検出装置１２では、磁石２が１回転すると、いずれもセンサ部３に及ぶｒ方向の磁界成分の変化およびΘ方向の磁界成分の変化に加え、ｚ方向の磁界成分の変化もＭＲ素子４１によって検出され、ブリッジ回路４０からの出力として信号ｅ１，ｅ２が演算回路６へ流入する。具体的には、例えば図２２に曲線Ｃ２ｒ、曲線Ｃ２Θおよび曲線Ｃ２ｚで示した磁石２による磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚの変化が磁気検出素子４，５により検出され、その出力信号ｅ１〜ｅ４が演算回路６へ入力される（図３Ｃ参照）。そののち、演算回路６において磁石２の回転角θｓを求めることができる。なお、図２２は、変位検出装置１２における、センサ部３に対する磁石２の回転角θｓと、磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚとの関係を表す特性図である。図２２は、磁石２の厚さ（ｚ方向の寸法）が１０ｍｍであり、磁石２の外径φ０が１００ｍｍであり、磁石２の内径φｉが６０ｍｍであり、磁気検出素子４，５と回転軸１Ｊとの距離Ｒｓが４０ｍｍであり、ｚ方向における磁石２の表面と磁気検出素子４，５との距離Ｚｓが１０ｍｍであり、角度θが１８０°であって境界２１，２２が上記の式（１）に従う場合（図２Ｂ参照）のシミュレーションデータである（実験例５）。
【００５５】
図２３Ａ〜図２３Ｃは、上記のように磁気検出素子４，５により検出される磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚの値から求めた回転角θｓｓと、磁石２の、実際の回転角θｓとの誤差ＡＥを表す特性図である（実験例５−１〜５−３）。より具体的には、図２３Ａは磁束密度ＢΘの値および磁束密度Ｂｒの値を用いて算出した場合（実験例５−１）の誤差ＡＥを示し、図２３Ｂは磁束密度Ｂｚの値および磁束密度Ｂｒの値を用いて算出した場合（実験例５−２）の誤差ＡＥを示し、図２３Ｃは磁束密度Ｂｚの値および磁束密度ＢΘの値を用いて算出した場合（実験例５−３）の誤差ＡＥを示している。図２３Ａ〜図２３Ｃに示したように、いずれにおいても実際の回転角θｓに対して誤差ＡＥの増減が周期的に発現する。但し、磁束密度Ｂｚの値を用いて回転角θｓを算出した場合の誤差ＡＥ（実験例５−２，５−３）の絶対値は、磁束密度Ｂｚの値を用いなかった場合の誤差ＡＥ（実験例５−１）の絶対値よりも小さくなる。
【００５６】
ここで、磁化Ｊ３３の回転面（磁化自由層３３の膜面と実質的に同義であり、感磁面ともいう。）は、ｚ方向において境界２１，２２と重なり合う位置において、境界２１，２２と直交する方向に向いていることが望ましい。例えば図２４に示したように、磁化Ｊ３３の回転面（感磁面）が境界２１，２２と直交する方向に近づくほど誤差ＡＥをより低減できるからである。具体的には、図２４に示したように、磁化Ｊ３３の回転面（感磁面）が境界２１，２２に対してなす角度を９０°±６０°の範囲（３０°以上１５０°以下の範囲）とすれば誤差ＡＥを十分に低減でき、９０°±３０°の範囲（６０°以上１２０°以下の範囲）とすれば誤差ＡＥをよりいっそう低減できる。
【００５７】
（実験例６）
さらに、例えば図２４の結果に基づいて境界２１，２２の形状を調整することにより、磁気検出素子４，５において検出される磁石２による磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚの変化を適宜変更することができる。具体的には、境界２１，２２の形状を図２４の誤差ＡＥの波形に合致させるように歪ませて、磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚが例えば図２５Ａにおいて曲線Ｃ２ｒ、曲線Ｃ２Θおよび曲線Ｃ２ｚで示した変化を示すようにすると、図２５Ｂに示したように誤差ＡＥを極めて小さくすることができる（実験例６）。
【００５８】
（実験例７−１〜７−４）
実験例７−１〜７−４として、距離Ｒｓが３２ｍｍであると共に距離Ｚｓが１ｍｍであることを除いて他は実験例５と同様の構成を有する変位検出装置１２について評価（シミュレーション）を行った。その結果を図２６Ａ〜図２８Ｂに示す。但し、図２６Ａ，２７Ａ（実験例７−１）では角度θが３０°であり、図２６Ｂ，２７Ｂ（実験例７−２）では角度θが９０°であり、図２６Ｃ，２７Ｃ（実験例７−３）では角度θが１８０°であり、図２６Ｄ，２７Ｄ（実験例７−４）では角度θが３１５°である。ここで、図２６Ａ〜図２６Ｄは、センサ部３に対する磁石２の回転角θｓと、センサ部３により検出される磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚとの関係を表す特性図である。また、図２７Ａ〜図２７Ｄは、磁束密度Ｂｒ，Ｂｚの値から求めた回転角θｓと、磁石２の、実際の回転角θｓとの誤差ＡＥを表す特性図である。また、図２８Ａは、実験例７−１〜７−４における角度θと誤差ＡＥの最大値との関係を表す特性図であり、図２８Ｂは、実験例７−１〜７−４における角度θと磁束密度の大きさＢａｂｓとの関係を表す特性図である。図２８Ａに示したように、本実験例によれば、角度θが大きくなるほど誤差ＡＥを低減できる。但し、実際の製造性の観点から、角度θは３６０°以下とすることが望ましい。また、図２８Ｂに示したように、角度θを３０°以上とすれば磁束密度の大きさＢａｂｓを十分に高めることができる。なお、本実験例においても、実験例５と同様に、磁化Ｊ３３の回転面（感磁面）が境界２１，２２に対してなす角度を９０°±６０°の範囲（３０°以上１５０°以下の範囲）とすれば誤差ＡＥを十分に低減でき、９０°±３０°の範囲（６０°以上１２０°以下の範囲）とすれば誤差ＡＥをよりいっそう低減できることを確認した。
【００５９】
（実験例８−１〜８−４）
実験例８−１〜８−４として、磁石２の内径φｉが８０ｍｍであり、距離Ｒｓが３２ｍｍであり、距離Ｚｓが１ｍｍであることを除いて他は実験例５と同様の構成を有する変位検出装置１２について評価（シミュレーション）を行った。その結果を図２９Ａ〜図３１Ｂに示す。但し、図２９Ａ，３０Ａ（実験例８−１）では角度θが３０°であり、図２９Ｂ，３０Ｂ（実験例８−２）では角度θが９０°であり、図２９Ｃ，３０Ｃ（実験例８−３）では角度θが１８０°であり、図２９Ｄ，３０Ｄ（実験例８−４）では角度θが３１５°である。ここで、図２９Ａ〜図２９Ｄは、センサ部３に対する磁石２の回転角θｓと、センサ部３により検出される磁束密度Ｂｒ，ＢΘ，Ｂｚとの関係を表す特性図である。また、図３０Ａ〜図３０Ｄは、磁束密度Ｂｒ，Ｂｚの値から求めた回転角θｓと、磁石２の、実際の回転角θｓとの誤差ＡＥを表す特性図である。また、図３１Ａは、実験例８−１〜８−４における角度θと誤差ＡＥの最大値との関係を表す特性図であり、図３１Ｂは、実験例８−１〜８−４における角度θと磁束密度の大きさＢａｂｓとの関係を表す特性図である。図３１Ａに示したように、本実験例においても、角度θが大きくなるほど誤差ＡＥを低減できる。特に角度θが１８０°以上であれば、十分に誤差ＡＥを低減できる。但し、実際の製造性の観点から、角度θは３６０°以下とすることが望ましい。また、図３１Ｂに示したように、角度θを３０°以上とすれば磁束密度の大きさＢａｂｓを十分に高めることができる。なお、本実験例においても、実験例５と同様に、磁化Ｊ３３の回転面（感磁面）が境界２１，２２に対してなす角度を９０°±６０°の範囲（３０°以上１５０°以下の範囲）とすれば誤差ＡＥを十分に低減でき、９０°±３０°の範囲（６０°以上１２０°以下の範囲）とすれば誤差ＡＥをよりいっそう低減できることを確認した。
【００６０】
［変位検出装置１２の効果］
本実施の形態の変位検出装置１２によれば、磁石２が、ｒ方向におけるＳ極領域２Ｓの磁気ボリュームＶｓとＮ極領域の磁気ボリュームＶｎとが、Θ方向に沿って徐々に変化する遷移部分を含むように構成されている。このため、磁石２がそのような遷移部分を含まない場合と比較して、センサ部３と磁石２との相対位置の変化に応じた高精度の出力がセンサ部３から得られる。さらに、磁気検出素子４，５により検出されるｚ方向の磁束密度Ｂｚの値を用いて回転角θｓを算出するようにしたので、より検出精度を高めることができる。
【００６１】
＜３．第３の実施の形態＞
［変位検出装置１３の構成］
次に、図３２Ａおよび図３２Ｂを参照して、本発明における第３の実施の形態としての変位検出装置１３の構成について説明する。図３２Ａおよび図３２Ｂは、変位検出装置１３の全体構成例を表す正面図および上面図である。
【００６２】
上記第１および第２の実施の形態の変位検出装置１１，１２では、回転軸１Jを中心として回転する磁石２を備えるようにした。これに対し本実施の形態の変位検出装置１３は、長手方向（ｙ方向とする）に伸びる棒状（例えば直方体）の磁石７を備え、その磁石７とセンサ部３とのｙ方向の相対的な変位量を算出するようにしたものである。変位検出装置１３は、磁石２の代わりに磁石７を備えるようにしたことを除き、他の構成については変位検出装置１１，１２と実質的に同一である。したがって、他の構成要素の説明は省略する。なお、磁石７は本発明の「磁石」に対応する一具体例である。
【００６３】
磁石７は、Ｓ極に着磁されたＳ極領域７ＳとＮ極に着磁されたＮ極領域７Ｎとを有する。Ｓ極領域７ＳとＮ極領域７Ｎとは、２つの境界７１，７２によって隔てられ、ｙ方向において交互に配置されている。なお、Ｓ極領域７ＳおよびＮ極領域７Ｎに符号Ｙ７Ｓ，Ｙ７Ｎを付して記載した矢印は、磁石７が形成する主たる磁化の向きをそれぞれ表している。磁石７には、磁石７の長手方向であるｙ方向と直交する幅方向（以下ｘ方向という。）において、Ｓ極領域７ＳとＮ極領域７Ｎとが混在する遷移部分が設けられている。遷移部分とは、ｘ方向におけるＳ極領域７Ｓの磁気ボリュームＶｓとＮ極領域７Ｎの磁気ボリュームＶｎとが、ｙ方向に沿って徐々に変化する部分である。すなわち、遷移部分には、ｙ方向およびｘ方向のいずれに対しても傾斜する境界７１，７２が存在する。
【００６４】
変位検出装置１３では、センサ部３の基板３０が、ｘ−ｙ面に対して直交するように配置されている。すなわち、磁気検出素子４におけるＭＲ素子４１を構成する磁化固着層３１、中間層３２および磁化自由層３３が、いずれもｘ−ｙ面と直交する面内に広がるようになっている。したがって、磁化自由層３３の磁化Ｊ３３は、ｘ−ｙ面と直交する面内（すなわちｚ方向に平行な面内）において回転可能となっている。但し、磁化自由層３３の磁化Ｊ３３はｘ−ｙ面内における磁場変化にも反応して変化する。
【００６５】
［変位検出装置１３の動作および作用］
変位検出装置１３では、センサ部３によりｘ−ｙ面内における所望の方向の磁束密度Ｂipの変化とｚ方向の磁束密度Ｂｚの変化とを検出し、演算回路６において磁石７の変位量を求めることができる。変位検出装置１３では、例えば磁石７が＋ｙ方向に移動すると、センサ部３に及ぶｘ方向の磁界成分の変化およびｚ方向の磁界成分の変化がＭＲ素子４１によって検出され、ブリッジ回路４０からの出力として信号ｅ１，ｅ２が演算回路６へ流入する。具体的には、例えば図３３に曲線Ｃ７ｘ、曲線Ｃ７ｙおよび曲線Ｃ７ｚで示した磁石７による磁束密度Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの変化が生じ、それらのうち磁束密度Ｂｘ，Ｂｚの変化が磁気検出素子４により検出され、磁気検出素子４からの信号ｅ１，ｅ２が演算回路６へ入力される（図３Ｃ参照）。そののち、演算回路６において磁石７の変位量を求めることができる。なお、図３３は、変位検出装置１３における、センサ部３に対する磁石７の変位量Ｔｙと、磁束密度Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚとの関係を表す特性図である。図３３は、磁石７の厚さ（ｚ方向の寸法）が２ｍｍであり、磁石７の幅（ｘ方向の寸法）が１０ｍｍであり、磁石７の長さ（ｙ方向の寸法）が厚さや幅に比べて十分に大きい値（すなわちセンサ部３の作用に変動を及ぼさない程度の値をいい、具体的には例えば１００ｍｍ以上）であり、ｚ方向における磁石７の表面と磁気検出素子４との距離Ｚｓが０．２ｍｍであり、境界７１，７２のｙ方向に対する傾斜角が３０°である場合のシミュレーションデータである。
【００６６】
図３４Ａ，図３４Ｂは、上記の変位検出装置１３において磁気検出素子４により検出される磁束密度Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの値から求めた変位量Ｔｙ［ｍｍ］と、磁石７の実際の変位量Ｔｙ［ｍｍ］との誤差Ｅ［ｍｍ］を表す特性図である（実験例９−１〜９−２）。より具体的には、図３４Ａは磁束密度Ｂｚの値および磁束密度Ｂｘの値を用いて算出した場合（実験例９−１）の誤差Ｅ［ｍｍ］を示し、図３４Ｂは磁束密度Ｂｚの値および磁束密度Ｂｙの値を用いて算出した場合（実験例９−２）の誤差Ｅ［ｍｍ］を示している。図３４Ａ，図３４Ｂに示したように、いずれにおいても実際の変位量Ｔｙに対して誤差Ｅの増減が周期的に発現する。なお、磁束密度Ｂｙの値および磁束密度Ｂｘの値を用いて算出した場合も同様の傾向を示した。但し、磁束密度Ｂｚの値を用いて算出した場合（実験例９−１，９−２）のほうが、より誤差Ｅを低減できる傾向にある。
【００６７】
このように本実施の形態によれば、磁石７が、磁石７の幅方向（ｘ方向）において、Ｓ極領域７Ｓの磁気ボリュームＶｓとＮ極領域７Ｎの磁気ボリュームＶｎとが、ｙ方向に沿って徐々に変化する遷移部分を含むように構成されている。このため、磁石７がそのような遷移部分を含まない場合と比較して、センサ部３と磁石７との相対位置の変化に応じた高精度の出力がセンサ部３から得られる。その結果、センサ部３に対する磁石７のｙ方向の相対的な変位量が高い精度で検出できる。なお、磁石７においても磁石２と同様に、境界７１，７２を非線形状にしてもよい。例えば、図３４Ａに示した実験例９−１では、変位量Ｔｙが−９〜−８［ｍｍ］付近および＋１〜＋２［ｍｍ］付近において誤差Ｅが正の方向に大きく増加し、変位量Ｔｙが−２〜−１［ｍｍ］付近および＋７〜＋９［ｍｍ］付近において誤差Ｅが負の方向に増加している。そこで、例えば変位量Ｔｙが−９〜−８［ｍｍ］付近および＋１〜＋２［ｍｍ］付近では磁場の変化（Ｓ極からＮ極への変化もしくはＮ極からＳ極への変化）を遅らせるように境界７１，７２を歪ませ、変位量Ｔｙが−２〜−１［ｍｍ］付近および＋７〜＋９［ｍｍ］付近では磁場の変化を早めるように境界７１，７２を歪ませるとよい。そうすることにより、誤差Ｅをより低減できる可能性がある。
【００６８】
＜４．その他の変形例＞
以上、いくつかの実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では磁石の形状を円環状または棒状としたが、本発明の磁石の形状はこれに限定されるものではなく他の形状（円板状など）を取りうるものである。なお、磁石の一部に磁化されていない部分を設け、磁石全体として環状や円板状、あるいは棒状以外の形状をなすようにしてもよい。
【００６９】
また、上記実施の形態等では、第１の方向（磁石の長手方向）に沿ってＳ極領域とＮ極領域とが隙間なく交互に配列された場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の磁石では、例えばＳ極領域とＮ極領域との間に着磁されていない領域や磁性体を含まない領域が存在していてもよい。また、Ｓ極領域とＮ極領域との境界近傍において、磁石の厚さ方向（第３の方向）に沿ってＳ極領域とＮ極領域とが混在する部分を含むようにしてもよい。あるいは、Ｓ極領域とＮ極領域との境界近傍においてＮ極方向の磁化の大きさが徐々に増加（減少）する領域とＳ極方向の磁化の大きさが徐々に増加（減少）する領域とが連続していてもよい。
【００７０】
また、上記実施の形態等では、磁気検出部としてセンサ部３を１つのみ備えるようにしたが、本発明では、磁気検出部の数は１に限定されず、２以上備えるようにしてもよい。その場合、例えば図４１に示した変位検出装置１４のように、磁気検出素子４Ａと磁気検出素子５Ａとを、磁石２の回転方向（Θ方向）に沿って互いに異なる位置（例えば磁気検出素子４Ａが磁気検出素子５Ａに対して電気角９０°離間した位置）に配置するようにしてもよい。なお、磁気検出素子４Ａと磁気検出素子５Ａとのなす角は９０°に限定されるものではなく、任意に設定可能である。変位検出装置１４では、磁気検出素子４Ａが、例えばΘ−ｒ面内における任意の方向の磁場の成分の変化を検出し、検出した一方向成分の変化を第１の信号として出力する。一方、磁気検出素子５Ａもまたその一方向成分を検出するが、磁気検出素子４Ａの位置と異なる位置にあるので、その一方向成分の変化を第１の信号と位相の異なる第２の信号として出力する。演算回路６（図４１では図示せず）は、上記第１の信号および第２の信号に基づいて磁石２のΘ方向への変位を算出するようになっている。
【００７１】
また、上記第１および第２の実施の形態では、磁石がＳ極領域とＮ極領域とを１つずつ含むようにしたが、例えば図４２に示した磁石２ＣのようにＳ極領域およびＮ極領域をそれぞれ２以上含むようにしてもよい。具体的には、磁石２Ｃでは、Ｓ極領域２Ｓ１、Ｎ極領域２Ｎ１、Ｓ極領域２Ｓ２、およびＮ極領域２Ｎ２が回転方向Θに沿って順に配置されている。Ｓ極領域２Ｓ１とＮ極領域２Ｎ１とは境界２２によって仕切られ、Ｎ極領域２Ｎ１とＳ極領域２Ｓ２とは境界２３によって仕切られ、Ｓ極領域２Ｓ２とＮ極領域２Ｎ２とは境界２４によって仕切られ、Ｎ極領域２Ｎ２とＳ極領域２Ｓ１とは境界２１によって仕切られている。Ｓ極領域２Ｓ１、Ｎ極領域２Ｎ１、Ｓ極領域２Ｓ２およびＮ極領域２Ｎ２の各配列ピッチは等しいことが望ましい。
【符号の説明】
【００７２】
１１，１２，１３，１４…変位検出装置、１…シャフト、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，７…磁石、２Ｋ…開口、３…センサ部、３１…磁化固着層、３２…中間層、３３…磁化自由層、４…磁気検出素子、４０…ブリッジ回路、４１…磁気抵抗効果（ＭＲ）素子、４２…差分検出器、６…演算回路。
【図１Ａ】
0006512141.tif 000002
【図１Ｂ】
0006512141.tif 000003
【図１Ｃ】
0006512141.tif 000004
【図２Ａ】
0006512141.tif 000005
【図２Ｂ】
0006512141.tif 000006
【図３Ａ】
0006512141.tif 000007
【図３Ｂ】
0006512141.tif 000008
【図３Ｃ】
0006512141.tif 000009
【図４Ａ】
0006512141.tif 000010
【図４Ｂ】
0006512141.tif 000011
【図５】
0006512141.tif 000012
【図６】
0006512141.tif 000013
【図７】
0006512141.tif 000014
【図８Ａ】
0006512141.tif 000015
【図８Ｂ】
0006512141.tif 000016
【図８Ｃ】
0006512141.tif 000017
【図９Ａ】
0006512141.tif 000018
【図９Ｂ】
0006512141.tif 000019
【図９Ｃ】
0006512141.tif 000020
【図１０Ａ】
0006512141.tif 000021
【図１０Ｂ】
0006512141.tif 000022
【図１０Ｃ】
0006512141.tif 000023
【図１０Ｄ】
0006512141.tif 000024
【図１１Ａ】
0006512141.tif 000025
【図１１Ｂ】
0006512141.tif 000026
【図１１Ｃ】
0006512141.tif 000027
【図１１Ｄ】
0006512141.tif 000028
【図１２Ａ】
0006512141.tif 000029
【図１２Ｂ】
0006512141.tif 000030
【図１２Ｃ】
0006512141.tif 000031
【図１２Ｄ】
0006512141.tif 000032
【図１３Ａ】
0006512141.tif 000033
【図１３Ｂ】
0006512141.tif 000034
【図１４Ａ】
0006512141.tif 000035
【図１４Ｂ】
0006512141.tif 000036
【図１４Ｃ】
0006512141.tif 000037
【図１４Ｄ】
0006512141.tif 000038
【図１５Ａ】
0006512141.tif 000039
【図１５Ｂ】
0006512141.tif 000040
【図１５Ｃ】
0006512141.tif 000041
【図１５Ｄ】
0006512141.tif 000042
【図１６Ａ】
0006512141.tif 000043
【図１６Ｂ】
0006512141.tif 000044
【図１６Ｃ】
0006512141.tif 000045
【図１６Ｄ】
0006512141.tif 000046
【図１７Ａ】
0006512141.tif 000047
【図１７Ｂ】
0006512141.tif 000048
【図１８】
0006512141.tif 000049
【図１９Ａ】
0006512141.tif 000050
【図１９Ｂ】
0006512141.tif 000051
【図２０Ａ】
0006512141.tif 000052
【図２０Ｂ】
0006512141.tif 000053
【図２１Ａ】
0006512141.tif 000054
【図２１Ｂ】
0006512141.tif 000055
【図２２】
0006512141.tif 000056
【図２３Ａ】
0006512141.tif 000057
【図２３Ｂ】
0006512141.tif 000058
【図２３Ｃ】
0006512141.tif 000059
【図２４】
0006512141.tif 000060
【図２５Ａ】
0006512141.tif 000061
【図２５Ｂ】
0006512141.tif 000062
【図２６Ａ】
0006512141.tif 000063
【図２６Ｂ】
0006512141.tif 000064
【図２６Ｃ】
0006512141.tif 000065
【図２６Ｄ】
0006512141.tif 000066
【図２７Ａ】
0006512141.tif 000067
【図２７Ｂ】
0006512141.tif 000068
【図２７Ｃ】
0006512141.tif 000069
【図２７Ｄ】
0006512141.tif 000070
【図２８Ａ】
0006512141.tif 000071
【図２８Ｂ】
0006512141.tif 000072
【図２９Ａ】
0006512141.tif 000073
【図２９Ｂ】
0006512141.tif 000074
【図２９Ｃ】
0006512141.tif 000075
【図２９Ｄ】
0006512141.tif 000076
【図３０Ａ】
0006512141.tif 000077
【図３０Ｂ】
0006512141.tif 000078
【図３０Ｃ】
0006512141.tif 000079
【図３０Ｄ】
0006512141.tif 000080
【図３１Ａ】
0006512141.tif 000081
【図３１Ｂ】
0006512141.tif 000082
【図３２Ａ】
0006512141.tif 000083
【図３２Ｂ】
0006512141.tif 000084
【図３３】
0006512141.tif 000085
【図３４Ａ】
0006512141.tif 000086
【図３４Ｂ】
0006512141.tif 000087
【図３５】
0006512141.tif 000088
【図３６Ａ】
0006512141.tif 000089
【図３６Ｂ】
0006512141.tif 000090
【図３７】
0006512141.tif 000091
【図３８Ａ】
0006512141.tif 000092
【図３８Ｂ】
0006512141.tif 000093
【図３９】
0006512141.tif 000094
【図４０Ａ】
0006512141.tif 000095
【図４０Ｂ】
0006512141.tif 000096
【図４１】
0006512141.tif 000097
【図４２】
0006512141.tif 000098