(57)【要約】【課題】磁界発生部材との間の相対変位に基づいてその相対変位を示す複数の周期信号を出力できる小型な磁気センサを提供する。【解決手段】磁気センサ素子２２は、共通の基板２８上に固着された、軟磁性材料からなり且つ所定の間隙を介して配置された一対の薄膜ヨーク３０、３２と、その一対の薄膜ヨーク３０、３２間の間隙においてその一対の薄膜ヨーク３０、３２を電気的に接続するように形成されたＧＭＲ膜３４とから成る磁気抵抗素子２６を複数個備えている。それら複数個の磁気抵抗素子２６は、個々に異なる磁化方向を予め与える強磁性層（固定層）を備える必要がない。このため、共通の基板２８上において薄膜ヨーク３０、３２、ＧＭＲ膜３４、電気配線を共通の薄膜形成およびホトリソグラフィーを用いて同時に複数の磁気抵抗素子２６を一体的に構成することができ、集積化により一層小型化することが可能となる。【選択図】図２
2008101954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に固着された、軟磁性材料からなり且つ所定の間隙を介して配置された一対の薄膜ヨークと、該一対の薄膜ヨーク間の間隙において該一対の薄膜ヨークを電気的に接続するように形成されたＧＭＲ膜とから成る磁気抵抗素子を複数個備え、磁界発生部材との間の相対変位に基づいて該相対変位を示す複数の周期信号を出力する磁気センサ素子であって、
前記複数個の磁気抵抗素子は、前記複数の周期信号に含まれる一対の周期信号の相互の位相差が１８０／ｎ（ｎは周期信号の数を示す整数）度となるように配置されていることを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項２】
前記磁界発生部材は、複数の磁極が等角度間隔で配置された円周部を有し、前記基板に対して１軸心まわりに相対回転させられる円板状回転体であり、
前記複数の磁気抵抗素子は、その感磁方向が前記基板上において前記１軸心を中心として放射状に配置されることを特徴とする請求項１の磁気センサ素子。
【請求項３】
前記磁界発生部材は、複数の磁極が等角度間隔で配置された円周部を有し、前記基板に対して１軸心まわりに相対回転させられる円板状回転体であり、
前記複数の磁気抵抗素子は、その感磁方向が前記基板上において前記１軸心を中心として放射線に対して４５°を成し且つ互いに直交する状態で、電気的に直列接続された１対の磁気抵抗素子を、複数対有するものである請求項１の磁気センサ素子。
【請求項４】
前記複数の磁気抵抗素子は、前記１対の周期信号をそれぞれ出力する２組のブリッジ回路をそれぞれ構成する、感磁方向が相互に直交する１対の磁気抵抗素子を少なくとも含むものである請求項１乃至３のいずれかの磁気センサ素子。
【請求項５】
前記磁界発生部材は、複数の磁極が等間隔で配列された直線状の側縁を有し、該側縁と平行な方向に前記基板に対して相対移動させられる部材であり、
前記複数の磁気抵抗素子は、その感磁方向が前記基板において前記側縁と平行な方向に直交した状態で且つ該平行な方向に所定の間隔で配置されることを特徴とする請求項１の磁気センサ素子。
【請求項６】
前記複数の磁気抵抗素子は、前記磁極の配列間隔よりも短い配列長さで配置され、且つ該磁極の配列間隔を該磁気抵抗素子の数またはその倍数で割ったピッチで配列されたものである請求項５の磁気センサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界発生部材との間の相対変位に基づいてその相対変位を示す複数の周期信号を出力する磁気センサ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗素子を用いた角度センサ素子では、相互にπ／２の位相差を有する２つの正弦波のアナログ信号すなわちＡ相信号およびＢ相信号が得られる。これらのＡ相信号およびＢ相信号はπ／２の位相差を持っているので、適切な信号処理を行うことで、磁界の角度を検出することができる。たとえば、特許文献１に示す回転角度センサ素子がそれである。
【特許文献１】特開２００１−１５９５４２号公報
【０００３】
上記特許文献１のような角度センサ素子では、それに用いられる磁気抵抗素子は、磁界が付与されていないときに回転可能な磁化軸を有する自由な強磁性相（自由層）と、非磁性層と、磁化軸が固定された強磁性層（固定層）と、その固定層の磁化軸を固定するバイアス層との少なくとも４層が積層されることにより構成される、所謂スピンバルブ素子である。このような磁気抵抗素子を複数個基板上に配置してなる角度センサ素子は、素子形状をある程度小型化できる特徴がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、共通の基板上に配置された複数の磁気抵抗素子をそれぞれ構成する強磁性層（固定層）の磁化方向を、たとえば特許文献１の図１に示すように、相互に異なる方向に設定しなければならないため、薄膜により複数の強磁性層を形成してそれらに異なる方向の磁化を付与する段階では、別々の基板上に個々に形成して磁化を付与する必要がある。このため、薄膜形成およびホトリソグラフィーを用いて複数の磁気抵抗素子を共通の基板上に一体的に構成することが困難であって、共通の基板内に集積化できず、一層小型化することが困難であるという欠点があった。
【０００５】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、磁界発生部材との間の相対変位に基づいてその相対変位を示す複数の周期信号を出力できる小型な磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するための請求項１に係る発明の要旨とするところは、基板上に固着された、軟磁性材料からなり且つ所定の間隙を介して配置された一対の薄膜ヨークと、その一対の薄膜ヨーク間の間隙においてその一対の薄膜ヨークを電気的に接続するように形成されたＧＭＲ膜とから成る磁気抵抗素子を複数個備え、磁界発生部材との間の相対変位に基づいてその相対変位を示す複数の周期信号を出力する磁気センサ素子であって、前記複数個の磁気抵抗素子は、前記複数の周期信号に含まれる一対の周期信号の相互の位相差が１８０／ｎ（ｎは周期信号の数を示す整数）度となるように配置されていることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、(a) 前記磁界発生部材は、複数の磁極が等角度間隔で配置された円周部を有し、その前記基板に対して１軸心まわりに相対回転させられる円板状回転体であり、(b) 前記複数の磁気抵抗素子は、その感磁方向が前記基板上において前記１軸心を中心として放射状に配置されることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、(a) 前記磁界発生部材は、複数の磁極が等角度間隔で配置された円周部を有し、前記基板に対して１軸心まわりに相対回転させられる円板状回転体であり、(b) 前記複数の磁気抵抗素子は、その感磁方向が前記基板上において前記１軸心を中心として放射線に対して４５°を成し且つ互いに直交する状態で、電気的に直列接続された１対の磁気抵抗素子を、複数対有するものであることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかの発明において、前記複数の磁気抵抗素子は、前記１対の周期信号をそれぞれ出力する２組のブリッジ回路をそれぞれ構成する、感磁方向が相互に直交する１対の磁気抵抗素子を少なくとも含むことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に係る発明は、前記請求項１に係る発明において、(a) 前記磁界発生部材は、複数の磁極が等間隔で配列された直線状の側縁を有し、その側縁と平行な方向に前記基板に対して相対移動させられる部材であり、(b) 前記複数の磁気抵抗素子は、その感磁方向が前記基板において前記側縁と平行な方向に直交した状態で且つその平行な方向に所定の間隔で配置されることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明において、前記複数の磁気抵抗素子は、前記磁極の配列間隔よりも短い配列長さで配置され、且つその磁極の配列間隔をその磁気抵抗素子の数またはその倍数で割ったピッチで配列されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明は、基板上に固着された、軟磁性材料からなり且つ所定の間隙を介して配置された一対の薄膜ヨークと、その一対の薄膜ヨーク間の間隙においてその一対の薄膜ヨークを電気的に接続するように形成されたＧＭＲ膜とから成る磁気抵抗素子を複数個備え、磁界発生部材との間の相対変位に基づいてその相対変位を示す複数の周期信号を出力する磁気センサ素子であって、前記複数個の磁気抵抗素子は、前記複数の周期信号に含まれる一対の周期信号の相互の位相差が１８０／ｎ（ｎは周期信号の数を示す整数）度となるように配置されていることから、それら複数個の磁気抵抗素子は、個々に異なる磁化方向を予め与える強磁性層（固定層）を備える必要がないので、基板上において薄膜ヨーク、ＧＭＲ膜、電気配線を共通の薄膜形成およびホトリソグラフィーを用いて同時に複数の磁気抵抗素子を一体的に構成することができ、集積化により一層小型化することが可能となる。
【００１３】
また、請求項２に係る発明の磁気センサ素子によれば、(a) 前記磁界発生部材は、複数の磁極が等角度間隔で配置された円周部を有し、その前記基板に対して１軸心まわりに相対回転させられる円板状回転体であり、(b) 前記複数の磁気抵抗素子は、その感磁方向が前記基板上において前記１軸心を中心として放射状に配置されることから、磁界発生部材との間の相対回転角度に基づいてその相対回転角度を示す複数の周期信号を出力する磁気センサ素子が得られる。
【００１４】
また、請求項３に係る発明の磁気センサ素子によれば、(a) 前記磁界発生部材は、複数の磁極が等角度間隔で配置された円周部を有し、前記基板に対して１軸心まわりに相対回転させられる円板状回転体であり、(b) 前記複数の磁気抵抗素子は、その感磁方向が前記基板上において前記１軸心を中心として放射線に対して４５°を成し且つ互いに直交する状態で、電気的に直列接続された１対の磁気抵抗素子を、複数対有するものであることから、磁界発生部材との間の相対回転角度に基づいてその相対回転角度を示す複数の周期信号を出力する磁気センサ素子が得られる。
【００１５】
また、請求項４に係る発明の磁気センサ素子によれば、前記複数の磁気抵抗素子は、前記１対の周期信号をそれぞれ出力する２組のブリッジ回路をそれぞれ構成する、感磁方向が相互に直交する１対の磁気抵抗素子を少なくとも含むことから、簡単且つ小型な構成で磁界発生部材との間の相対回転角度を示す１対の周期信号が得られる。
【００１６】
また、請求項５に係る発明の磁気センサ素子によれば、(a) 前記磁界発生部材は、複数の磁極が等間隔で配列された直線状の側縁を有し、その側縁と平行な方向に前記基板に対して相対移動させられる部材であり、(b) 前記複数の磁気抵抗素子は、その感磁方向が前記基板において前記側縁と平行な方向に直交した状態で且つその平行な方向に所定の間隔で配置されることから、磁界発生部材との間の相対変位に基づいてその相対変位量を示す複数の周期信号を出力する磁気センサ素子が得られる。ここで、上記直線状の側縁とは、大きな曲率を持つが磁気センサにとっては、位置検出可能な実質的に直線とみなせる形状を含む概念である。
【００１７】
また、請求項６に係る発明の磁気センサ素子によれば、前記複数の磁気抵抗素子は、前記磁極の配列間隔よりも短い配列長さで配置され、且つその磁極の配列間隔をその磁気抵抗素子の数またはその倍数で割ったピッチで配列されたものであることから、簡単且つ小型な構成で磁界発生部材との間の相対変位量が検出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
ここで、好適には、前記ＧＭＲ薄膜は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を示す材料が蒸着或いはスパッタによって基板上の一対の薄膜ヨークの間に薄膜状に固着されたものである。そのＧＭＲ薄膜に用いられる巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を示す材料としては、パーマロイ等の強磁性材料層とCu、Ag、Au等の非磁性材料層との多層膜、或いは、半強磁性材料層、強磁性材料層( 固定層) 、非磁性材料層および強磁性材料層( 自由層) の4 層構造を備えた多層膜から構成される人工格子[ 所謂スピンバルブ] 、パーマロイ等の強磁性金属からなるnmサイズの微粒子と非磁性金属から成る粒界層とを備えた金属−金属系ナノグラニュラー材料、スピン依存トンネル効果によってＭＲ（Magneto-Resistivity ）効果が生じるトンネル接合膜、nmサイズの強磁性金属合金微粒子と非磁性・絶縁材料からなる粒界層とを備えた金属−酸化物系ナノグラニュラー材料、金属−フッ化物系ナノグラニュラー材料等が、知られている。
【００１９】
また、前記基板は、ガラス、磁器で代表されるセラミックス等の絶縁体基板が好適に用いられるが、Ｃｕ、Ａｌ等の金属から成る導電性基板であっても絶縁性下地層を介して薄膜ヨークおよびＧＭＲ薄膜が固着されることにより用いられる。また、上記基板には非磁性材料又は非磁性絶縁材料が好適に用いられる。
【００２０】
また、前記薄膜ヨークは、外部磁束を集めてＧＭＲ薄膜に集中させることによりＧＭＲ薄膜の磁界感度を高めるためのものであり、軟磁性材料が蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、或いはＰＶＤ等によって基板上に薄膜状に固着され、ホトリソグラフィーを用いて所定のパターンに形成されたものである。弱磁界に対する高い感度を得るためには、好適には１００以上、さらに好適には１０００以上の透磁率μを有する材料を用いることが望ましい。また、好適には、５（kGauss）以上、さらに好適には１０（kGauss）以上飽和磁化Ｍｓを有する材料を用いることが望ましい。この前記薄膜ヨークとしては、パーマロイ（４０〜９０％Ｎｉ−Ｆｅ合金）、センダスト（Ｆｅ７４Ｓｉ９Ａｌ１７）、ハードパーム（Ｆｅ１２Ｎｉ８２Ｎｂ６）、Ｃｏ８８Ｎｂ６Ｚｒ６アモルファス合金、（Ｃｏ９４Ｆｅ６）７０Ｓｉ１５Ｂ１５アモルファス合金、ファインメット（Ｆｅ７５．６Ｓｉ１３．２Ｂ８．５Ｎｂ１．９Ｃｕ０．８）、ナノマックス（Ｆｅ８３ＨＦ６Ｃ１１）、Ｆｅ８５Ｚｒ１０Ｂ５合金、Ｆｅ９３Ｓｉ３Ｎ４合金、Ｆｅ７１Ｂ１１Ｎ１８合金、Ｆｂ７１．３Ｎｄ９．６Ｏ１９．１ナノグラニュラー合金、Ｃｏ６５Ｆｅ５Ａｌ１０Ｏ２０合金等が、好適に用いられる。
【００２１】
また、好適には、前記一対の薄膜ヨークは、その長手寸法よりも幅寸法が小さくなる矩形形状を備えるものであって、前記複数の磁気抵抗素子は、上記一対の薄膜ヨークが連ねられることによって全体として長手状を成し、その長手方向の感磁方向を備えるものである。
【００２２】
また、好適には、前記一対の周期信号は、相互の位相差が９０度である一対の三角波信号である。この一対の三角波信号は、好適には、前記複数の磁気抵抗素子を含む第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路から出力される。これらの第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路は、ハーフブリッジであってもよいし、フルブリッジであってもよい。また、それらハーフブリッジおよびフルブリッジに含まれる抵抗器のうちの一部に固定抵抗器が用いられてもよい。したがって、第１ブリッジ回路に設けられる磁気抵抗素子および第２ブリッジ回路に設けられる磁気抵抗素子は、相互に異なる機械角４５°で配置された少なくとも２個含まれればよい。
【００２３】
また、好適には、前記一対の三角波信号の絶対値を算出する絶対値算出部と、その絶対値算出部で算出された前記一対の三角波信号の絶対値を相互に加算する加算部と、その一対の三角波信号の絶対値を予め設定された基準電圧とするように前記ブリッジ電源を調圧する電圧制御回路とが設けられる。これらの演算は、アナログ回路でも構成され得るが、デジタル回路、或いはマイクロコンピュータでの演算処理ステップにより構成され得る。
【実施例１】
【００２４】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は概念を示すために、適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【００２５】
図１は、本発明の一実施例である回転角度センサ１０のセンサ部１２を示す斜視図である。センサ部１２は、円筒状のケース１４と、そのケース１４の一端面に設けられた軸受部１５により回転可能に支持された検出軸１６と、径方向の磁界を発生させるように複数の磁極たとえばＮ極およびＳ極の２つの磁極を有し、検出軸１６の端部に固定された磁界発生部材１８と、ケース１４の他端に固定された底板２０に固定された磁気センサ素子２２とを備えている。
【００２６】
上記磁気センサ素子２２は、底板２０に固定されるために突き出す複数本の接続端子２４と、その複数本の接続端子２４の内部においてたとえば図２に示すように結線された薄膜により構成された複数の磁気抵抗素子２６と、それら複数の磁気抵抗素子２６を支持する共通の比較的小さな基板２８とをリードフレーム上に集積化して備え、そのリードフレームの先端である接続端子２４を除いて樹脂モールドにより保護されている。
【００２７】
図３は、上記基板２８の一面に配設された複数の磁気抵抗素子２６を示している。基板２８の一面において、複数個（本実施例では８個）の磁気抵抗素子２６が上記磁界発生部材１８およびそれから発生させられる磁界の回転中心Ｃから等角度（４５度）間隔で放射状に配置されている。４個の磁気抵抗素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの回転中心Ｃ側（内周側）の一端部は一方の共通端子ＴＣ１に接続され、他の４個の磁気抵抗素子２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈの回転中心Ｃ側の一端部は他方の共通端子ＴＣ２に接続されている。
【００２８】
図３に示すように、磁気抵抗素子２６ｂおよび２６ｈの外周側の端子が第１ブリッジＢ１の一方の出力端子Ｂ１ａに接続され且つ磁気抵抗素子２６ｄおよび２６ｆの外周側の端子が第１ブリッジＢ１の他の出力端子Ｂ１ｂに接続されることにより、第１ブリッジＢ１が構成され、磁気抵抗素子２６ａおよび２６ｇの外周側の端子が第２ブリッジＢ２の一方の出力端子Ｂ２ａに接続され且つ磁気抵抗素子２６ｃおよび２６ｅの外周側の端子が第２ブリッジＢ２の他方の出力端子Ｂ２ｂに接続されることにより、第２ブリッジＢ２が構成されている。磁気センサ素子２２は、２つのフルブリッジから２相の出力信号Ｘ、Ｙが出力されるように構成されている。
【００２９】
上記２つの第１ブリッジＢ１および第２ブリッジＢ２は、図６に示すように、検出角度が機械角（磁界発生部材１８の回転角）で４５度だけ相違するように配置されている。上記一方の共通端子ＴＣ１および他方の共通端子ＴＣ２の間にブリッジ電源ｅｏが印加されると、磁界発生部材１８の回転角に応じて、第１ブリッジＢ１の出力端子Ｂ１ａおよびＢ１ｂからは第１ブリッジ出力信号Ｘが出力されるとともに、第２ブリッジＢ２の出力端子Ｂ２ａおよびＢ２ｂからは第２ブリッジ出力信号Ｙが出力される。上記第１ブリッジ出力信号Ｘおよび第２ブリッジ出力信号Ｙは、磁界発生部材１８の回転に伴って三角波が周期的に繰り返される一対の周期信号であって、それらの間の相互の位相差は９０度、すなわち１８０／ｎ（ｎは出力される周期信号の数を示す整数）である。磁気抵抗素子２６ｂ、２６ｄ、２６ｆ、２６ｈおよび磁気抵抗素子２６ａ、２６ｃ、２６ｅ、２６ｇは、それら第１ブリッジ出力信号Ｘおよび第２ブリッジ出力信号Ｙの間の位相差が９０度となるように基板２８上に配置されている。
【００３０】
上記磁気抵抗素子２６は、図４に示すように、たとえばガラス、磁器で代表されるセラミックス等の電気絶縁性材料から成る１．６ｍｍ×１．６ｍｍ程度の基板２８上において、１直線上に１μｍ前後の所定の間隙を隔てて形成された軟磁性材料製の一対の薄膜ヨーク３０および３２と、それら一対の薄膜ヨーク３０および３２の間隙においてそれらの一対の薄膜ヨーク３０および３２を相互に接続するように設けられた、上記軟磁性材料よりも高い電気比抵抗を有し且つ巨大磁気抵抗効果を有するＧＭＲ薄膜３４とからそれぞれ構成されている。これらのＧＭＲ薄膜３４、一対の薄膜ヨーク３０および３２、図示しない導体配線は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等により１乃至３μｍ程度の厚みで固着され且つホトリソグラフィーにより幅寸法が７５μｍ、一対の長さ寸法が１５０μｍ程度の所定のパターンとされた薄膜であり、このましくは、ＧＭＲ薄膜３４よりも、薄膜ヨーク３０および３２が厚く形成されている。図４において、厚膜或いは薄膜で構成された導体パターン３６が上記薄膜ヨーク３０および３２に接続されている。なお、基板２８とＧＭＲ薄膜３４や一対の薄膜ヨーク３０および３２との間には、絶縁や平滑性を確保するためなどの必要に応じて下地層が形成され、上記ＧＭＲ薄膜３４や一対の薄膜ヨーク３０および３２の上には、耐久性向上等の必要に応じて保護層が形成される。
【００３１】
上記ＧＭＲ薄膜３４は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を示す材料，たとえば、パーマロイ等の強磁性金属からなるnmサイズの微粒子と非磁性金属から成る粒界層とを備えた金属−金属系ナノグラニュラー材料、スピン依存トンネル効果によってＭＲ（Magneto-Resistivity ）効果が生じるトンネル接合膜、nmサイズの強磁性金属合金微粒子と非磁性・絶縁材料からなる粒界層とを備えた金属−酸化物系ナノグラニュラー材料、金属−フッ化物系ナノグラニュラー材料等の等方性材料が用いられる。このＧＭＲ薄膜３４は、一対の薄膜ヨーク３０および３２の間の微小面積に設けられるため、検出面積が極めて微小な点状とされている。
【００３２】
また、上記薄膜ヨーク３０および３２は、外部磁束を集めてＧＭＲ薄膜３４に集中させることによりそのＧＭＲ薄膜３４の磁界感度を高めるための前記軸中心Ｃを通る放射線に沿って長手状に形成されている。その薄膜ヨーク３０および３２は、長手寸法よりも幅寸法が小さく、それら薄膜ヨーク３０および３２を含む磁気抵抗素子２６は、上記一対の薄膜ヨーク３０および３２が連ねられることによって全体として長手状を成し、その長手方向が磁気抵抗素子２６の感磁方向となる。この薄膜ヨーク３０および３２は、たとえば、パーマロイ（４０〜９０％Ｎｉ−Ｆｅ合金）、センダスト（Ｆｅ７４Ｓｉ９Ａｌ１７）、ハードパーム（Ｆｅ１２Ｎｉ８２Ｎｂ６）、Ｃｏ８８Ｎｂ６Ｚｒ６アモルファス合金等の透磁率μが１０００以上の軟磁性材料から構成される。上記薄膜磁気センサ素子２６は、図４に示すように、ホトリソグラフィを用いて所定の小さなパターンに形成された薄膜から構成されるので、ＧＭＲ素子、ＡＭＲ素子等の他の磁気センサに比較して大幅に小型化されている。
【００３３】
上記磁気センサ素子２６は、単体では、図５に示す特性を備えている。すなわち、ＧＭＲ薄膜３４を構成する磁性材料は微細化された等方的性質を示し、無磁界ではランダムな磁化方向となって電子の通過の妨げとなって抵抗値が高くなるが、磁界が付与されると磁化方向が一定となって電子の通過が容易となり抵抗値が低くなる性質がある。このため、図５に示すように、感磁方向の外部磁界Ｈ（Ｏｅ）が零であれば最大抵抗値を示すが、外部磁界Ｈが正方向および負方向に大きくなるにしたがって抵抗値がそれぞれ低下する磁気抵抗特性を備えている。上記抵抗値の変化は本来は指数関数的であるが、極性が反転する微小磁界領域では磁界強度に対して著しく変化することとなり、先端が尖った特性となる。このため、磁界発生部材１８の回転角に応じて感磁方向の外部磁界Ｈ（Ｏｅ）が正弦波状に増減すると、磁気センサ素子２６の抵抗値が２等辺三角形状のややなまった擬似的な三角波の波形に示されるように上記磁界発生部材１８の回転周期の２倍の周期で周期的に変化する。前記擬似的な三角波とは、完全な直線から成るピン角の三角波ではなく、たとえば頂部および底部付近が丸くなまった歪みのある三角波であり、たとえば、位相差９０°の２信号でリサージュ曲線を画かせたときに４点の頂点をもつとみなせる信号波形を言う。したがって、前記第１ブリッジＢ１の出力端子Ｂ１ａおよびＢ１ｂと、第２ブリッジＢ２の出力端子Ｂ２ａおよびＢ２ｂとから、第１ブリッジ出力信号Ｘおよび第２ブリッジ出力信号Ｙがそれぞれ出力される。これら第１ブリッジＢ１および第２ブリッジＢ２は、三角波信号出力部として機能している。なお、それら第１ブリッジＢ１および第２ブリッジＢ２において、それを構成する４つの磁気抵抗素子２６のうちの一部、たとえば第２ブリッジＢ２では磁気抵抗素子２６ｃおよび２６ｅが固定抵抗器であってもよいし、第１ブリッジＢ１および第２ブリッジＢ２は感磁方向が９０度異なるように配置された２個の磁気抵抗素子２６から構成されたハーフブリッジであってもよい。このハーフブリッジにおいても２個の磁気抵抗素子２６ｃおよび２６ｅのうちの一方が固定抵抗器であってもよい。
【００３４】
図６に示すように、回転角度センサ１０には、上記センサ部１２に加えて、第１ブリッジＢ１および第２ブリッジＢ２へ印加するブリッジ電源電圧ｅｏを出力するブリッジ電源制御回路４０と、それに加算値信号｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜等を算出する演算回路４２と、三角波出力信号Ｓを出力する三角波出力端子Ｔout および極性信号出力端子Ｔk とが設けられている。演算回路４２は、第１ブリッジＢ１および第２ブリッジＢ２から出力される第１ブリッジ出力信号Ｘおよび第２ブリッジ出力信号Ｙをそれぞれ増幅する第１増幅器４４および第２増幅器４６と、それら第１ブリッジ出力信号Ｘおよび第２ブリッジ出力信号Ｙの絶対値である第１絶対値信号｜Ｘ｜および第２絶対値信号｜Ｙ｜をそれぞれ算出する第１絶対値演算器４８および第２絶対値演算器５０と、それら第１絶対値演算器４８および第２絶対値演算器５０からそれぞれ出力される第１ブリッジ出力信号Ｘおよび第２ブリッジ出力信号Ｙの絶対値である第１絶対値信号｜Ｘ｜および第２絶対値信号｜Ｙ｜を加算して加算値信号｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜を出力する加算器５２とを備えている。また、比較器５６は、増幅器４６から出力される第２ブリッジ出力信号Ｙを接地電圧と比較し、高い場合区間においてパルス状の極性信号Ｋを発生させ、極性信号出力端子Ｔk から出力させる。この極性信号Ｋは、第２ブリッジ出力信号Ｙの正電圧区間、すなわち第１ブリッジ出力信号Ｘの上昇区間を示し、三角波出力信号Ｓから回転位相を決定するに際して用いられる。
【００３５】
図７には、その上段から、上記第１ブリッジ出力信号Ｘ、第２ブリッジ出力信号Ｙ、第１絶対値信号｜Ｘ｜、第２絶対値信号｜Ｙ｜、加算値信号｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜、三角波出力信号Ｓ、極性信号Ｋが順次示されている。加算値信号｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜は実線に示す一定値であるが、そこに示された１点鎖線は第１絶対値信号｜Ｘ｜を示し、破線は第２絶対値信号｜Ｙ｜を示している。
【００３６】
ブリッジ電源制御回路４０は、基準電圧発生器５４から出力された一定の基準電圧ｅｉと上記加算値信号｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜とが一致するように、たとえば（１）式に示すフィードバック制御式に従って電圧補正値Δｅｏを算出し、（２）式にしたがって前回の制御サイクルのブリッジ電源電圧ｅ０−１に電圧補正値Δｅ０を加算することにより今回の制御サイクルのそのブリッジ電源電圧ｅ０として第１ブリッジＢ１および第２ブリッジＢ２の電源端子の一方へ供給する。反転回路５７は、そのブリッジ電源電圧ｅ０を反転させた−ｅ０を出力し、第１ブリッジＢ１および第２ブリッジＢ２の電源端子の他方へ供給する。
【００３７】
Δｅ０＝Ｋｐ・Δｅ＋Ｋｉ ・∫Δｅｄｔ＋Ｋｄ・ｄΔｅ／ｄｔ・・・（１）
但し、Ｋｐは比例定数、Ｋｉは積分定数、Ｋｄは微分定数
【００３８】
ｅ０＝ｅ０−１＋Δｅ０・・・（２）
【００３９】
ブリッジ電源制御回路４０は、上記のようなブリッジ電源電圧制御を極めて短いサイクルで繰り返し実行する。すなわち、ブリッジ電源制御回路４０は、基準電圧ｅｉと上記加算値信号｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜との間の偏差Δｅ（＝｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜−ｅｉ）が解消されるようにブリッジ電源電圧ｅ０を補正する。これにより、図７の下部に示すように、第１増幅器４４から三角波出力端子Ｔout を経て出力される三角波出力信号Ｓの振幅は一定の基準電圧ｅｉと一致させられる。すなわち、上記ブリッジ電源制御回路４０は、三角波出力信号Ｓの波形整形部或いはフィードバック制御部として機能している。
【００４０】
図８は、本発明者等が行った外部磁界が５０Ｇ（ガウス）の場合の実験結果を示している。図８の上段は、第１ブリッジＢ１および第２ブリッジＢ２の電源電圧が補正されず一定の場合における第１ブリッジ出力信号Ｘおよび第２ブリッジ出力信号Ｙを示している。図８の中段は、上記フィードバック制御が実行されている時の基準電圧ｅｉと上記加算値信号｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜との間の偏差Δｅ（＝｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜−ｅｉ）を示し、図８の下段は上記フィードバック制御が実行されている時の第１ブリッジ出力信号Ｘ、第２ブリッジ出力信号Ｙを示している。この時の第１ブリッジ出力信号Ｘ、第２ブリッジ出力信号Ｙは、上記フィードバック制御により加算値信号｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜が基準電圧ｅｉと一致させられるので、上ピークおよび下ピーク付近においてピン角とされ、正確な三角波波形とされている。つまり、フィードバック制御により、一層正確な三角波とされる。
【００４１】
本実施例の回転角度センサ１０に備えられた磁気センサ素子２２は、共通の基板２８上に固着された、軟磁性材料からなり且つ所定の間隙を介して配置された一対の薄膜ヨーク３０、３２と、その一対の薄膜ヨーク３０、３２間の間隙においてその一対の薄膜ヨーク３０、３２を電気的に接続するように形成されたＧＭＲ膜３４とから成る磁気抵抗素子２６を複数個備え、磁界発生部材１８との間の相対変位に基づいてその相対変位を示す一対（複数）の周期信号である第１ブリッジ出力信号Ｘおよび第２ブリッジ出力信号Ｙを出力するものであって、上記複数個の磁気抵抗素子２６は、一対の第１ブリッジ出力信号Ｘおよび第２ブリッジ出力信号Ｙの相互の位相差が９０度すなわち１８０／ｎ（ｎは出力される周期信号の数を示す整数）度となるように配置されていることから、それら複数個の磁気抵抗素子２６は、個々に異なる磁化方向を予め与える強磁性層（固定層）を備える必要がない。このため、共通の基板２８上において薄膜ヨーク３０、３２、ＧＭＲ膜３４、電気配線を共通の薄膜形成およびホトリソグラフィーを用いて同時に複数の磁気抵抗素子２６を一体的に構成することができ、集積化により一層小型化することが可能となる。
【００４２】
また、本実施例では、(a) 磁界発生部材１８は、複数の磁極が等角度間隔で配置された円周部を有し、基板２８に対して１軸心まわりに相対回転させられる円板状回転体であり、(b) 磁気センサ素子２２は、感磁方向が基板２８上において前記１軸心を中心として放射状に配置された複数の磁気抵抗素子２６を有するものであることから、磁界発生部材１８との間の相対回転角度に基づいてその相対回転角度を示す一対の第１ブリッジ出力信号Ｘおよび第２ブリッジ出力信号Ｙを出力する磁気センサ素子２２が得られる。
【００４３】
また、本実施例では、(a) 磁界発生部材１８は、複数の磁極が等角度間隔で配置された円周部を有し、基板２８に対して１軸心まわりに相対回転させられる円板状回転体であり、(b) 磁気センサ素子２２は、感磁方向が基板２８上において前記１軸心を中心として放射線に対して４５°を成し且つ互いに直交する状態で、電気的に直列接続された１対の磁気抵抗素子２６を、複数対有するものであることから、磁界発生部材１８との間の相対回転角度に基づいてその相対回転角度を示す一対の第１ブリッジ出力信号Ｘおよび第２ブリッジ出力信号Ｙを出力する磁気センサ素子２２が得られる。
【００４４】
また、本実施例では、複数の磁気抵抗素子２６は、１対の第１ブリッジ出力信号Ｘおよび第２ブリッジ出力信号Ｙをそれぞれ出力する２組の第１ブリッジ回路Ｂ１および第２ブリッジ回路Ｂ２をそれぞれ構成する、感磁方向が相互に直交する１対の磁気抵抗素子２６を少なくとも含むことから、簡単且つ小型な構成で磁界発生部材１８との間の相対回転角度を示す１対の第１ブリッジ出力信号Ｘおよび第２ブリッジ出力信号Ｙが得られる。
【００４５】
また、本実施例の回転角度センサ１０によれば、三角波出力端子Ｔout から出力される三角波出力信号Ｓの大きさと極性信号Ｋとに基づいて、磁界発生部材１８の回転角が簡単且つ容易に求められる。特に、本実施例では、(a) 磁界発生部材１８の相対回転に伴って、その磁界発生部材１８から発生させられた磁界の変化に基づいて相互の位相差が９０度（機械角で４５°）である一対の第１ブリッジ出力信号（第１三角波信号）Ｘおよび第２ブリッジ出力信号（第２三角波信号）Ｙをそれぞれ出力する一対の第１ブリッジ（第１三角波信号出力部）Ｂ１および第２ブリッジ（第２三角波信号出力部）Ｂ２と、(b) 一対の第１ブリッジ出力信号Ｘおよび第２ブリッジ出力信号Ｙの絶対値である第１絶対値信号｜Ｘ｜および第２絶対値信号｜Ｙ｜をそれぞれ算出する第１絶対値演算器（絶対値算出部）４８および第２絶対値演算器（絶対値算出部）５０と、(c) その第１絶対値演算器４８および第２絶対値演算器５０で算出された前記一対の第１絶対値信号｜Ｘ｜および第２絶対値信号｜Ｙ｜を相互に加算する加算器（加算部）５２と、(d) その加算器５２によって算出された前記一対の第１絶対値信号｜Ｘ｜および第２絶対値信号｜Ｙ｜の加算値｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜に基づいて前記三角波出力信号Ｓの振幅を予め設定された基準電圧値ｅｉとしてその三角波出力信号Ｓの波形を整形するブリッジ電源制御回路（波形整形部）４０とが、含まれることから、波形整形された一定振幅の正確な三角波出力信号Ｓが出力されるので、その三角波出力信号Ｓから磁界発生部材の回転角を、複雑な三角関数式を用いないで比較的簡単な比例式（一次式）により算出できる。したがって、正弦波が出力される従来の回転角度センサに比較して、構造が簡単となるので安価且つ低消費電力となるとともに、応答性が高い回転角度センサが得られる。
【００４６】
また、本実施例の回転角度センサ１０によれば、(a) 第１ブリッジ（第１三角波信号出力部）Ｂ１は、第１の磁気抵抗素子２６ｂ、２６ｄ、２６ｆ、２６ｈを含む第１ブリッジ回路を備えたものであり、(b) 第２ブリッジ（第２三角波信号出力部）Ｂ２は、第１の磁気抵抗素子２６ｂ、２６ｄ、２６ｆ、２６ｈの感磁方向とは異なる感磁方向を有する第２磁気抵抗素子２６ａ、２６ｃ、２６ｅ、２６ｇを含む第２ブリッジ回路を備えたものであり、(c) 磁界発生部材１８の基板２８に対する相対回転に伴って、一対の第１ブリッジ出力信号（第１三角波信号）Ｘおよび第２ブリッジ出力信号（第２三角波信号）Ｙが上記第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路からそれぞれ出力されることから、第１三角波信号出力部および第２三角波信号出力部が比較的簡単に構成される。
【００４７】
また、本実施例の回転角度センサ１０によれば、第１の磁気抵抗素子２６ｂ、２６ｄ、２６ｆ、２６ｈおよび第２の磁気抵抗素子２６ａ、２６ｃ、２６e、２６ｇは、共通の基板２８上において磁界発生部材１８の回転中心Ｃから４５度の線上において放射状に配置されていることから、磁界発生部材１８と共に回転する磁界を検出するための磁気抵抗素子２６およびそれを支持する基板２８が一層小型となる。
【００４８】
また、本実施例の回転角度センサ１０によれば、第１の磁気抵抗素子２６ｂ、２６ｄ、２６ｆ、２６ｈおよび第２の磁気抵抗素子２６ａ、２６ｃ、２６ｅ、２６ｇは、基板２８上において１直線上に所定の間隙を隔てて形成された軟磁性材料製の一対の薄膜ヨーク３０、３２と、それら一対の薄膜ヨーク３０、３２の間隙においてその一対の薄膜ヨーク３０、３２を相互に接続するように設けられた、前記軟磁性材料よりも高い電気比抵抗を有し且つ巨大磁気抵抗効果を有するＧＭＲ薄膜３４とからそれぞれ構成された磁気センサ素子２２から成るものであることから、一層簡単に三角波信号が生成される。
【００４９】
また、本実施例の回転角度センサ１０によれば、ブリッジ電源制御回路（波形整形部）４０は、前記加算器（加算部）５２によって算出された前記一対の三角波信号の絶対値の加算値｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜に基づいて前記三角波出力信号Ｓの振幅を予め設定された一定の基準電圧値ｅｉとなるように第１ブリッジＢ１および第２ブリッジＢ２の電源電圧を調整して、一対の第１ブリッジ出力信号（第１三角波信号）Ｘおよび第２ブリッジ出力信号（第２三角波信号）Ｙのうちの少なくとも一方、たとえば第１ブリッジ出力信号Ｘを三角波出力信号Ｓとして出力させるものであるので、波形整形された一定振幅の正確な三角波出力信号Ｓが得られる。
【００５０】
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において実施例相互に共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【実施例２】
【００５１】
図９乃至図１２は、本発明の他の実施例における回転角度センサ６０の構成を示すものであり、図９は、回転角度センサ６０に用いられる磁気センサ素子６２における基板２８上の複数の磁気抵抗素子２６の配置を示す平面図であり、図１０は、それら複数の磁気抵抗素子２６の接続によって４つのブリッジＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を構成する回路図であり、図１１は回転角度センサ６０の回路図であり、図１２は回転角度センサ６０の作動を説明するタイムチャートである。
【００５２】
図９において、磁気センサ素子６２の円形の基板２８は、前述の図１に示すように、磁界発生部材１８に近接してその軸中心Ｃ上に配置されている。基板２８上には、感磁方向が軸中心Ｃを中心とする放射線に対して４５°を成し且つ互いに直交する状態で、電気的に直列接続された各１対の磁気抵抗素子が集積化した状態で８箇所に設けられている。これにより、図１０に示すように、１対の磁気抵抗素子２６ａと２６ｂ、２６ｉと２６ｊ、２６ｋと２６ｌ、２６ｃと２６ｄ、２６ｅと２６ｆ、２６ｍと２６ｎ、２６ｇと２６ｈ、２６ｏと２６ｐが、４５°、４５°、４５°、２２．５°、４５°、４５°、４５°の角度間隔で配置されており、４つの磁気抵抗素子２６ａと２６ｂおよび２６ｋと２６ｌにより第１ブリッジＢ１を、４つの磁気抵抗素子２６ｅと２６ｆおよび２６ｇと２６ｈが第２ブリッジＢ２を、４つの磁気抵抗素子２６ｉと２６ｊおよび２６ｃと２６ｄが第３ブリッジＢ３を、４つの磁気抵抗素子２６ｍと２６ｎおよび２６ｏと２６ｐが第４ブリッジＢ４をそれぞれ構成している。本実施例の磁気センサ素子６２は、４つのフルブリッジから４相の出力信号Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２が出力されるように構成されている。
【００５３】
図１１および図１２において、磁界発生部材１８が回転させられると、第１ブリッジＢ１の出力端子Ｂ１ａおよびＢ１ｂからは第１ブリッジ信号Ｘ１が、第２ブリッジＢ２の出力端子Ｂ２ａおよびＢ２ｂからは第２ブリッジ信号Ｘ２が、第３ブリッジＢ３の出力端子Ｂ３ａおよびＢ３ｂからは第３ブリッジ信号Ｙ１が、第４ブリッジＢ４の出力端子Ｂ４ａおよびＢ４ｂからは第４ブリッジ信号Ｙ２が、図１２に示すようにそれぞれ出力されるとともに、第１比較器６４は第１ブリッジＢ１の出力端子Ｂ１ａおよびＢ１ｂの端子電圧を比較して第１パルス信号Ｓ１を出力し、第２比較器６６は第２ブリッジＢ２の出力端子Ｂ２ａおよびＢ２ｂの端子電圧を比較して第２パルス信号Ｓ２を出力し、第３比較器６８は第３ブリッジＢ３の出力端子Ｂ３ａおよびＢ３ｂの端子電圧を比較して第３パルス信号Ｓ３を出力し、第４比較器７０は第４ブリッジＢ４の出力端子Ｂ４ａおよびＢ４ｂの端子電圧を比較して第４パルス信号Ｓ４を出力する。上記第１パルス信号Ｓ１および第３パルス信号Ｓ３が入力される第１ＸＯＲ回路７２は第１相（Ａ相）パルス信号Ａを出力し、上記第２パルス信号Ｓ２および第４パルス信号Ｓ４が入力される第２ＸＯＲ回路７４は第２相（Ｂ相）パルス信号Ｂを出力する。これらの第１相パルス信号Ａおよび第２相パルス信号Ｂに基づいて、検出軸１６および磁界発生部材１８の回転角が検出される。上記第１ブリッジ信号Ｘ１、第２ブリッジ信号Ｘ２、第３ブリッジ信号Ｙ１、第４ブリッジ信号Ｙ２は、磁界発生部材１８の回転に伴って三角波が周期的に繰り返される一対の周期信号であって、それらの間の相互の位相差は４５度すなわち１８０／ｎ（ｎは出力される周期信号の数を示す整数）度である。前記磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｐは、それら第１ブリッジ信号Ｘ１乃至第４ブリッジ出力信号Ｙ２の間の位相差が４５度となるように基板２８上に配置されている。
【実施例３】
【００５４】
図１３乃至図１５は、本発明の他の実施例における回転角度センサ８０の構成を示すものであり、図１３は、回転角度センサ８０に用いられる磁気センサ素子８２における基板２８上の複数の磁気抵抗素子２６の配置を示す平面図であり、図１４は、それら複数の磁気抵抗素子２６の接続によって４つのハーフブリッジＨＢ１、ＨＢ２、ＨＢ３、ＨＢ４を構成する回路図であり、図１５は回転角度センサ８０の構成を説明する回路図である。
【００５５】
図１３において、磁気センサ素子８２の矩形状の基板２８は、前述の図１に示すように、磁界発生部材１８に近接してその軸中心Ｃ上に配置されている。基板２８上には、感磁方向が軸心Ｃを中心として半円状に広がる径方向の線に沿って８個の磁気抵抗素子が集積化した状態で半円状に設けられている。すなわち、磁気抵抗素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈが２２．５°の等角度間隔で放射状に配置されている。これにより、図１４に示すように、一対の磁気抵抗素子２６ａと２６ｅが第１ハーフブリッジＨＢ１を、一対の磁気抵抗素子２６ｂと２６ｆが第２ハーフブリッジＨＢ２を、一対の磁気抵抗素子２６ｃと２６ｇが第３ハーフブリッジＨＢ３を、一対の磁気抵抗素子２６ｄと２６ｈが第４ハーフブリッジＨＢ４を、それぞれ構成している。本実施例の磁気センサ素子８２は、４つのハーフブリッジＨＢ１乃至ＨＢ４から図１２に示すような４相の出力信号Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２が出力されるように構成されている。
【００５６】
図１５においては、図１１と同様に、磁界発生部材１８が回転させられると、第１ハーフブリッジＨＢ１からは第１ブリッジ信号Ｘ１が、第２ハーフブリッジＨＢ２からは第２ブリッジ信号Ｘ２が、第３ハーフブリッジＨＢ３からは第３ブリッジ信号Ｙ１が、第４ハーフブリッジＨＢ４からは第４ブリッジ信号Ｙ２が、図１２に示すものと同様に、それぞれ出力されるとともに、第１比較器６４は第１ハーフブリッジＨＢ１の第１ブリッジ信号Ｘ１と参照電圧Ｖｒｅｆとを比較して第１パルス信号Ｓ１を出力し、第２比較器６６は第２ハーフブリッジＨＢ２の第２ブリッジ信号Ｘ２と参照電圧Ｖｒｅｆとを比較して第２パルス信号Ｓ２を出力し、第３比較器６８は第３ハーフブリッジＨＢ３の第３ブリッジ信号Ｙ１と参照電圧Ｖｒｅｆとを比較して第３パルス信号Ｓ３を出力し、第４比較器７０は第４ハーフブリッジＨＢ４の第４ブリッジ信号Ｙ２と参照電圧Ｖｒｅｆとを比較して第４パルス信号Ｓ４を出力する。上記参照電圧ＶｒｅｆはハーフブリッジＨＢからの出力信号の振幅の半分程度の大きさに設定されている。
【００５７】
上記第１パルス信号Ｓ１および第３パルス信号Ｓ３が入力される第１ＸＯＲ回路７２は第１相（Ａ相）パルス信号Ａを出力し、上記第２パルス信号Ｓ２および第４パルス信号Ｓ４が入力される第２ＸＯＲ回路７４は第２相（Ｂ相）パルス信号Ｂを出力する。これらの第１相パルス信号Ａおよび第２相パルス信号Ｂに基づいて、検出軸１６および磁界発生部材１８の回転角が検出される。上記第１ブリッジ信号Ｘ１、第２ブリッジ信号Ｘ２、第３ブリッジ信号Ｙ１、第４ブリッジ信号Ｙ２は、磁界発生部材１８の回転に伴って三角波が周期的に繰り返される一対の周期信号であって、それらの間の相互の位相差は４５度すなわち１８０／ｎ（ｎは出力される周期信号の数を示す整数）度である。前記磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｈは、それら第１ブリッジ信号Ｘ１乃至第４ブリッジ出力信号Ｙ２の間の位相差が４５度となるように基板２８上に配置されている。
【実施例４】
【００５８】
図１６および図１７は、本発明の他の実施例における磁気センサ素子８４の構成を示すものであり、図１６は、磁気センサ素子８４における基板２８上の複数の磁気抵抗素子２６の配置を示す平面図であり、図１７は、それら複数の磁気抵抗素子２６の接続によって４つのフルブリッジＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を構成する回路図である。本実施例の磁気センサ素子８４は４相出力であるため、図１１の磁気センサ素子６２或いは図１５の磁気センサ素子８２に替えて用いられ得る。
【００５９】
図１６において、磁気センサ素子８４の矩形の基板２８上には、感磁方向が軸心Ｃを中心とする放射線に沿って位置するものとそれに対して９０°を成す状態で電気的に直列接続された各１対の磁気抵抗素子が集積化した状態で８箇所に設けられている。これにより、図１７に示すように、１対の磁気抵抗素子２６ａと２６ｂ、２６ｃと２６ｄ、２６ｅと２６ｆ、２６ｇと２６ｈ、２６ｉと２６ｊ、２６ｋと２６ｌ、２６ｍと２６ｎ、２６ｏと２６ｐが２２．５°の等角度間隔で配置されており、４つの磁気抵抗素子２６ａ、２６ｂ、２６ｉ、２６ｊが第１ブリッジＢ１を、４つの磁気抵抗素子２６ｃ、２６ｄ、２６ｋ、２６ｌが第２ブリッジＢ２を、４つの磁気抵抗素子２６ｅ、２６ｆ、２６ｍ、２６ｎが第３ブリッジＢ３を、４つの磁気抵抗素子２６ｇ、２６ｈ、２６ｏ、２６ｐが第４ブリッジＢ４をそれぞれ構成している。本実施例の磁気センサ素子８４は、図１２に示すように、４つのフルブリッジから４相の出力信号Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２が出力されるように構成されている。上記第１ブリッジ信号Ｘ１、第２ブリッジ信号Ｘ２、第３ブリッジ信号Ｙ１、第４ブリッジ信号Ｙ２は、磁界発生部材１８の回転に伴って三角波が周期的に繰り返される一対の周期信号であって、それらの間の相互の位相差は４５度すなわち１８０／ｎ（ｎは出力信号の数を示す整数）度である。前記磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｐは、それら第１ブリッジ信号Ｘ１乃至第４ブリッジ出力信号Ｙ２の間の位相差が４５度となるように基板２８上に配置されている。
【実施例５】
【００６０】
図１８および図１９は、本発明の他の実施例における磁気センサ素子８６の構成を示すものであり、図１８は、磁気センサ素子８６における基板２８上の複数の磁気抵抗素子２６の配置を示す平面図であり、図１９は、それら複数の磁気抵抗素子２６の接続によって４つのフルブリッジＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を構成する回路図である。本実施例の磁気センサ素子８６も４相出力であるため、図１１の磁気センサ素子６２或いは図１５の磁気センサ素子８２に替えて用いられ得る。
【００６１】
図１８において、磁気センサ素子８６の矩形の基板２８上には、感磁方向が軸心Ｃを中心とする２２．５度の等角度間隔の線に沿った方向に位置する１６個の磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｐが集積化した状態で放射状に設けられている。これにより、図１９に示すように、４つの磁気抵抗素子２６ａ、２６ｅ、２６ｉ、２６ｍが第１ブリッジＢ１を、４つの磁気抵抗素子２６ｂ、２６ｆ、２６ｊ、２６ｎが第２ブリッジＢ２を、４つの磁気抵抗素子２６ｃ、２６ｇ、２６ｋ、２６ｏが第３ブリッジＢ３を、４つの磁気抵抗素子２６ｄ、２６ｈ、２６ｌ、２６ｐが第４ブリッジＢ４をそれぞれ構成している。本実施例の磁気センサ素子８６は、図１２に示すように、４つのフルブリッジから４相の出力信号Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２が出力されるように構成されている。上記第１ブリッジ信号Ｘ１、第２ブリッジ信号Ｘ２、第３ブリッジ信号Ｙ１、第４ブリッジ信号Ｙ２は、磁界発生部材１８の回転に伴って三角波が周期的に繰り返される一対の周期信号であって、それらの間の相互の位相差は４５度すなわち１８０／ｎ（ｎは出力される周期信号の数を示す整数）度である。前記磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｐは、それら第１ブリッジ信号Ｘ１乃至第４ブリッジ出力信号Ｙ２の間の位相差が４５度となるように基板２８上に配置されている。
【実施例６】
【００６２】
図２０および図２１は、本発明の他の実施例における磁気センサ素子８８の構成を示すものであり、図２０は、磁気センサ素子８８における基板２８上の複数の磁気抵抗素子２６の配置を示す平面図であり、図２１は、それら複数の磁気抵抗素子２６の接続によって２つのフルブリッジＢ１、Ｂ２を構成する回路図である。本実施例の磁気センサ素子８８は２相出力であるため、図６の磁気センサ素子２２に替えて用いられ得る。
【００６３】
図２０において、磁気センサ素子８８の矩形の基板２８上には、感磁方向が軸心Ｃを中心とする４５度の等角度間隔の線に沿った方向に位置する８個の磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｈが集積化した状態で放射状に設けられている。これにより、図２１に示すように、４つの磁気抵抗素子２６ａ、２６ｃ、２６ｅ、２６ｇが第１ブリッジＢ１を、４つの磁気抵抗素子２６ｂ、２６ｄ、２６ｆ、２６ｈが第２ブリッジＢ２をそれぞれ構成している。本実施例の磁気センサ素子８８は、図６に示すように、２つのフルブリッジから２相の出力信号Ｘ、Ｙが出力されるように構成されている。上記第１ブリッジ信号Ｘ、第２ブリッジ信号Ｙは、図７に示すように、磁界発生部材１８の回転に伴って三角波が周期的に繰り返される一対の周期信号であって、それらの間の相互の位相差は９０度すなわち１８０／ｎ（ｎは出力信号の数を示す整数）度である。前記磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｈは、それら第１ブリッジ信号Ｘ乃至第２ブリッジ出力信号Ｙの間の位相差が９０度となるように基板２８上に配置されている。
【実施例７】
【００６４】
図２２および図２３は、本発明の他の実施例における磁気センサ素子９０の構成を示すものであり、図２２は、磁気センサ素子９０における基板２８上の複数の磁気抵抗素子２６の配置を示す平面図であり、図２３は、それら複数の磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｌに固定抵抗器９２ａ乃至９２ｌを直列にそれぞれ接続することによって１２個の分圧器Ｄ１乃至Ｄ１２を構成する回路図である。本実施例の磁気センサ素子９０は単一素子毎による１２相出力である。
【００６５】
図２２において、磁気センサ素子９０の矩形の基板２８上には、感磁方向が軸心Ｃを中心とする３７．５°、３０°、３０°、３７．５°、３０°、３７．５°、３０°、３０°、２２．５°、１５°、３０°、３０°の角度間隔の１２本の放射線に沿った方向に位置する１２個の磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｌが集積化した状態で放射状に設けられている。これにより、図２３に示すように、各磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｌと各固定抵抗器９２ａ乃至９２ｌとがそれぞれ直列に接続されたことにより分圧器Ｄ１乃至Ｄ１２が構成され、各分圧器Ｄ１乃至Ｄ１２からは、磁界発生部材１８の回転に伴って１２相の出力信号がそれぞれ出力される。上記１２相の出力信号は、磁界発生部材１８の回転に伴って三角波が周期的に繰り返される１２の周期信号であって、それらの間の相互の位相差は１５度すなわち１８０／ｎ（ｎは出力される周期信号の数を示す整数）度である。前記磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｌは、上記１２個の出力信号間の位相差が１５度となるように基板２８上に配置されている。
【実施例８】
【００６６】
図２４は、本発明の他の実施例における磁気センサ素子１００の構成を示すものである。この磁気センサ素子１００は、１直線Ｌに沿って移動する磁界発生部材１０２の近傍に配設されて、その磁界発生部材１０２との間の相対変位（相対移動量）を検出するためのものである。磁界発生部材１０２には、上記１直線Ｌに平行な方向に複数の磁極（Ｎ極およびＳ極）が一定の間隔Ｋで交互に配設されている直線Ｌに平行な直線状の側縁を有している。磁気センサ素子１００の矩形の基板２８上には、感磁方向が直線Ｌに平行な方向に直交した状態で且つその平行な方向に一定の間隔（１／８）×Ｋで８個の磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｈが集積化した状態で順に配設されている。それら８個の磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｈの配列長さは、磁極の間隔Ｋよりも短く、（７／８）×Ｋとなるように設定されている。各磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｈに対しては、破線間の中央位置である磁極中心に対応する位置になると上記直線Ｌに直交する方向すなわち感磁方向の磁界が作用させられるが、破線に示す位置である磁極間に対応する位置になると上記直線Ｌに平行な方向の磁界が作用させられる。
【００６７】
図２４においては、磁気抵抗素子２６ａ、２６ｃ、２６ｅ、２６ｇが第１ブリッジＢ１を構成するように結線され、磁気抵抗素子２６ｂ、２６ｄ、２６ｆ、２６ｈが第２ブリッジＢ２を構成するように結線されている。このため、磁界発生部材１０２の直線移動に伴って、第１ブリッジＢ１の出力端子、および第２ブリッジＢ２の出力端子から、たとえば図７に示すように、２相の第１ブリッジ信号Ｘおよび第２ブリッジ信号Ｙが出力される。これら第１ブリッジ信号Ｘ、第２ブリッジ信号Ｙも、磁界発生部材１０２の移動に伴って三角波が周期的に繰り返される一対の周期信号であって、それらの間の相互の位相差は９０度すなわち１８０／ｎ（ｎは出力信号の数を示す整数）度である。前記磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｈは、それら第１ブリッジ信号Ｘ乃至第２ブリッジ出力信号Ｙの間の位相差が９０度となるように基板２８上に配置されている。本磁気センサ素子１００には、たとえば図６に示す回路が用いられる。
【実施例９】
【００６８】
図２５は、本発明の他の実施例における磁気センサ素子１０４の構成を示すものである。この磁気センサ素子１０４も、１直線Ｌに沿って移動する磁界発生部材１０２の近傍に配設されて、その磁界発生部材１０２との間の相対変位（相対移動量）を検出するためのものである。磁気センサ素子１０４の矩形の基板２８上には、感磁方向が直線Ｌに平行な方向に直交した状態で且つその平行な方向に一定の間隔（１／１６）×Ｋで８個の磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｈが集積化した状態で順に配設されている。それら８個の磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｈの配列長さは、磁極の間隔Ｋよりも短く、（７／１６）×Ｋとなるように設定されている。
【００６９】
図２５においては、磁気抵抗素子２６ａと２６ｅが第１ハーフブリッジＨＢ１を構成するように結線され、磁気抵抗素子２６ｂと２６ｆが第２ハーフブリッジＨＢ２を構成するように結線され、磁気抵抗素子２６ｃと２６ｇが第３ハーフブリッジＨＢ３を構成するように結線され、磁気抵抗素子２６ｄと２６ｈが第４ハーフブリッジＨＢ４を構成するように結線されている。このため、磁界発生部材１０２の直線移動に伴って、第１ハーフブリッジＨＢ１の出力端子、第２ハーフブリッジＨＢ２の出力端子、第３ハーフブリッジＨＢ３、および第４ハーフブリッジＨＢ４の出力端子から、たとえば図１２に示すように、４相の出力信号Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２が出力される。これらの出力信号Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２も、磁界発生部材１０２の移動に伴って三角波が周期的に繰り返される一対の周期信号であって、それらの間の相互の位相差は４５度すなわち１８０／ｎ（ｎは出力信号の数を示す整数）度である。前記磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｈは、それら出力信号Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２の間の位相差が４５度となるように基板２８上に配置されている。本磁気センサ素子１０４には、たとえば図１５に示す回路が用いられる。
【実施例１０】
【００７０】
図２６は、本発明の他の実施例における磁気センサ素子１０６の構成を示すものである。この磁気センサ素子１０６も、１直線Ｌに沿って移動する磁界発生部材１０２の近傍に配設されて、その磁界発生部材１０２との間の相対変位（相対移動量）を検出するためのものである。磁気センサ素子１０６の矩形の基板２８上には、感磁方向が直線Ｌに平行な方向に直交した状態で且つその平行な方向に一定の間隔（１／１６）×Ｋで８個の磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｈが集積化した状態で順に配設されている。それら８個の磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｈの配列長さは、磁極の間隔Ｋよりも短く、（７／１６）×Ｋとなるように設定されている。
【００７１】
図２６においては、磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｈと各固定抵抗器１０６ａ乃至１０６ｈとがそれぞれ直列に接続されたことにより分圧器Ｄ１乃至Ｄ８が構成され、各分圧器Ｄ１乃至Ｄ８からは、磁界発生部材１０２の移動に伴って８相の出力信号がそれぞれ出力される。上記８相の出力信号は、磁界発生部材１０２の移動に伴って三角波が周期的に繰り返される８つの周期信号であって、それらの間の相互の位相差は２２．５度すなわち１８０／ｎ（ｎは出力される周期信号の数を示す整数）度である。前記磁気抵抗素子２６ａ乃至２６ｈは、上記８個の出力信号間の位相差が２２．５度となるように基板２８上に配置されている。
【００７２】
以上、本発明を詳細に説明したが、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施例である回転角度センサに備えられる磁気センサ素子を示す斜視図である。
【図２】図１の磁気センサ素子内の基板上に配置された複数個の磁気抵抗素子を示す図である。
【図３】図１の磁気センサ素子において、図２の基板に配置された磁気抵抗素子を接続することにより構成された２つのフルブリッジを示す回路図である。
【図４】図２の基板上に配置された磁気抵抗素子の構造を拡大して説明する図である。
【図５】図４に示す磁気抵抗素子の感磁方向の外部磁界と抵抗値との関係を示す特性図である。
【図６】図１の磁気センサ素子部を含む回転角度センサの回路構成を説明する図である。
【図７】図６の回路の作動を説明するために各部の波形を位相或いは機械角と関連して示す図である。
【図８】図６の偏差および出力波形を、従来の出力波形と対比して説明する図である。
【図９】本発明の他の実施例の磁気センサ素子の基板を説明する図であって、図２に相当する図である。
【図１０】図９の実施例の磁気センサ素子に備えられた磁気抵抗素子を接続することにより構成された４つのフルブリッジを示す回路図であって、図３に相当する図である。
【図１１】図９の実施例の磁気センサ素子を含む回転角度センサの回路構成を説明する図であって、図６に相当する図である。
【図１２】図１１の回路の作動を説明するために各部の波形を位相或いは機械角と関連して示す図である。
【図１３】本発明の他の実施例の磁気センサ素子の基板を説明する図であって図２に相当する図である。
【図１４】図１３の実施例の磁気センサ素子に備えられた磁気抵抗素子を接続することにより構成された４つのハーフブリッジを示す回路図であって、図３に相当する図である。
【図１５】図１３の実施例の磁気センサ素子を含む回転角度センサの回路構成を説明する図であって、図６に相当する図である。
【図１６】本発明の他の実施例の磁気センサ素子の基板を説明する図であって、図２に相当する図である。
【図１７】図１６の実施例の磁気センサ素子に備えられた磁気抵抗素子を接続することにより構成された４つのフルブリッジを示す回路図であって、図３に相当する図である。
【図１８】本発明の他の実施例の磁気センサ素子の基板を説明する図であって、図２に相当する図である。
【図１９】図１８の実施例の磁気センサ素子に備えられた磁気抵抗素子を接続することにより構成された４つのフルブリッジを示す回路図であって、図３に相当する図である。
【図２０】本発明の他の実施例の磁気センサ素子の基板を説明する図であって、図２に相当する図である。
【図２１】図２０の実施例の磁気センサ素子に備えられた磁気抵抗素子を接続することにより構成された２つのフルブリッジを示す回路図であって、図３に相当する図である。
【図２２】本発明の他の実施例の磁気センサ素子の基板を説明する図であって、図２に相当する図である。
【図２３】図２２の実施例の磁気センサ素子に備えられた磁気抵抗素子を接続することにより構成された１２の分圧器を示す回路図であって、図３に相当する図である。
【図２４】本発明の他の実施例の磁気センサ素子が直線移動する磁界発生部材の近傍に配置されたときの、その基板と、その基板内の磁気抵抗素子を接続することにより構成された２つのフルブリッジを示す回路とを示す図である。
【図２５】本発明の他の実施例の磁気センサ素子が直線移動する磁界発生部材の近傍に配置されたときの、その基板と、その基板内の磁気抵抗素子を接続することにより構成された４つのハーフブリッジを示す回路とを示す図である。
【図２６】本発明の他の実施例の磁気センサ素子が直線移動する磁界発生部材の近傍に配置されたときの、その基板と、その基板内の磁気抵抗素子を接続することにより構成された８つの分圧器を示す回路とを示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０：回転角度センサ
１８、１０２：磁界発生部材
２２、６２、８２、８４、８６、８８、９０、１００、１０４、１０６：磁気センサ素子
２６：磁気抵抗素子
２８：基板
３０、３２：薄膜ヨーク
３４：ＧＭＲ薄膜
３６：導体パターン（電気配線）
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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