(57)【要約】【課題】  限定された回転角度範囲、たとえば全領域で約９０ｄｅｇ．における磁気センサの出力の直線性を改善し、回転角度に対する出力の精度が高く、位置ずれを許容できる角度検出装置およびバルブ装置を提供する。【解決手段】  ２極磁石を有する磁石回転子と、前記２極磁石から印加される磁束に応じて角度を検出する磁気センサとを備える角度検出装置であって、前記２極磁石は前記磁石回転子の回転軸線と直交する向きに着磁されており、前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子で構成された感磁面を有し、前記感磁面内で直交する磁束密度成分同士の振幅の大きさが異なるように、前記２極磁石に対して前記磁気センサが配置されていることを特徴とする角度検出装置。【選択図】図１
2008281556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２極磁石を有する磁石回転子と、前記２極磁石からの磁束の向きを検出する磁気センサとを備える角度検出装置であって、
前記２極磁石は前記磁石回転子の回転軸線と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁束の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）で構成された感磁面を有し、
磁束を前記感磁面と交差させて、前記感磁面内で直交する磁束密度成分同士の振幅の大きさが異なるように、
前記磁石回転子に対して前記磁気センサが設けられていることを特徴とする角度検出装置。
【請求項２】
２極磁石を有する磁石回転子と、前記２極磁石からの磁束の向きを検出する磁気センサとを備える角度検出装置であって、
前記２極磁石は前記磁石回転子の回転軸線と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁束の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）で構成された感磁面を有し、
磁束を前記感磁面と交差させて、前記感磁面内で直交する実効磁束密度の振幅比Ｋｅｆｆ＝Ｂ⊥ｅｆｆ０／Ｂ//ｅｆｆ０が０．６〜０．９又は１．１〜１．５となるように、前記磁石回転子に対して前記磁気センサが設けられていることを特徴とする角度検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の角度検出装置であって、
前記磁気センサの中心と前記磁石回転子の回転軸線の距離は、前記磁石回転子の半径よりも大きく、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジ回路接続されたセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記固定層磁化方向を含む感磁面が前記磁石回転子の回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることを特徴とする角度検出装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の角度検出装置であって、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記磁石回転子の回転軸線の距離は、前記磁石回転子の半径以下であり、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジ回路接続されたセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記固定層磁化方向を含む感磁面が前記磁石回転子の回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることを特徴とする角度検出装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の角度検出装置であって、
前記磁石回転子はリング磁石であり、
前記磁気センサは前記リング磁石の内周側に配置されており、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジ回路接続されたセンサブリッジを構成しており、前記センサブリッジにおいて電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記固定層磁化方向を含む感磁面が前記磁石回転子の回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることを特徴とする角度検出装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の角度検出装置であって、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記磁石回転子の回転軸線の距離は、前記磁石回転子の半径よりも大きく、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジ回路接続されたセンサブリッジを構成しており、前記センサブリッジにおいて電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記磁石回転子の厚み中心点を通り且つ回転軸線に垂直な平面から、前記磁気センサの感磁面の中心は磁石回転子の回転軸線方向に離れており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることを特徴とする角度検出装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の角度検出装置であって、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記磁石回転子の回転軸線の距離は、前記磁石回転子の半径以下であり、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジ回路接続されたセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記磁石回転子の厚み中心点を通り且つ回転軸線に垂直な平面から、前記磁気センサの感磁面の中心は磁石回転子の回転軸線方向に離れており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることを特徴とする角度検出装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の角度検出装置であって、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジ回路接続されたセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記磁石回転子の厚み中心点と前記磁気センサの感磁面の中心を結ぶ線が、前記磁石回転子の厚み中心点を通り且つ回転軸線に垂直な平面に対して為す角度をセンサ配置角φとし、
前記磁石回転子の厚み中心点を通り且つ回転軸線に垂直な平面が前記感磁面と為す角度を傾き角χとし、
φとχが次のいずれかの範囲内となるように前記磁気センサを配置し、
φ＝２３．１〜３３．５ｄｅｇ．且つχ＝−７．７〜１３．６ｄｅｇ．である範囲、
φ＝−５．９〜５．９ｄｅｇ．且つχ＝３９．８〜５７．２ｄｅｇ．である範囲、
φ＝２３．２〜４４．０ｄｅｇ．且つχ＝７６．７〜９７．８ｄｅｇである範囲、
φ＝４７．８〜６６．３ｄｅｇ．且つχ＝５３．５〜１２８．５ｄｅｇ．である範囲、
φ＝３６．５．〜４２．２ｄｅｇ．且つχ＝−５．２〜５．３ｄｅｇ．である範囲、
φ＝−２．７〜２．９ｄｅｇ．且つχ＝６２．７〜７１．１ｄｅｇ．である範囲、
φ＝１２．８．〜１８．９ｄｅｇ．且つχ＝８５．７〜９４．４ｄｅｇ．である範囲、
φ＝７１．１〜７７．２ｄｅｇ．且つχ＝８１．７〜１０２．２ｄｅｇ．である範囲、
φ＝８５．３〜９３．８ｄｅｇ．且つχ＝１３０．６〜１５６．９ｄｅｇ．である範囲、
およびφ＝７０．０〜８０．６ｄｅｇ．且つχ＝１６８．８〜１８９．３ｄｅｇ．である範囲、
前記磁気センサより、角度信号を得ることを特徴とする角度検出装置。
【請求項９】
２極磁石を有する磁石回転子と、前記２極磁石から印加される磁束に応じて角度を検出する磁気センサとを備える角度検出装置であって、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子で構成された感磁面を有し、
前記２極磁石は前記磁石回転子の回転軸線と直交する向きに着磁されており、回転軸線方向の長さｔと回転軸線に直交する断面の最大寸法Ｄの比ｔ／Ｄが３以上であり、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記磁石回転子の回転軸線の距離は、ｔ／３以下であり、
前記感磁面内で直交する実効磁束密度の振幅比Ｋｅｆｆ＝Ｂ⊥ｅｆｆ０／Ｂ//ｅｆｆ０が０．６〜０．９又は１．１〜１．５となるように、
前記２極磁石に対して前記磁気センサが配置されていることを特徴とする角度検出装置。
【請求項１０】
前記磁気センサは前記センサブリッジを２個有し、一方のセンサブリッジと他方のセンサブリッジは互いに固定層磁化方向が感磁面内で直交することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１１】
前記磁石回転子の回転可能な範囲が１８０ｄｅｇ．未満となるように、前記磁石回転子にストッパーを設けたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１２】
２極磁石を有する磁石回転子と、前記２極磁石から印加される磁束に応じて角度を検出する磁気センサとを備えるバルブ装置であって、
前記２極磁石は前記磁石回転子の回転軸と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁場の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）を含む感磁面を有し、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記磁石回転子の回転軸線の距離は、前記磁石回転子の半径よりも大きく、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジに回路接続されてセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記固定層磁化方向を含む感磁面が前記磁石回転子の回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることを特徴とするバルブ装置。
【請求項１３】
２極磁石を有する磁石回転子と、前記２極磁石から印加される磁束に応じて角度を検出する磁気センサとを備えるバルブ装置であって、
前記２極磁石は前記磁石回転子の回転軸と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁場の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）を含む感磁面を有し、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記磁石回転子の回転軸線の距離は、前記磁石回転子の半径以下であり、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジに回路接続されてセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記固定層磁化方向を含む感磁面が前記磁石回転子の回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることを特徴とするバルブ装置。
【請求項１４】
２極リング磁石を有する磁石回転子と、前記２極リング磁石から印加される磁束に応じて角度を検出する磁気センサとを備えるバルブ装置であって、
前記２極磁石は前記磁石回転子の回転軸と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁場の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）を含む感磁面を有し、
前記磁気センサは前記２極リング磁石の内周側に配置されており、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジに回路接続されてセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記固定層磁化方向を含む感磁面が前記磁石回転子の回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることを特徴とするバルブ装置。
【請求項１５】
２極磁石を有するハンドルと、前記２極磁石からの磁束の向きを検出する磁気センサとを備える非接触式ボリュームであって、
前記２極磁石は前記ハンドルの回転軸と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁束の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）を含む感磁面を有し、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記ハンドルの回転軸線の距離は、前記２極磁石の半径よりも大きく、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジに回路接続されてセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記感磁面が前記ハンドルの回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、ハンドルの角度信号を得ることを特徴とする非接触式ボリューム。
【請求項１６】
２極磁石を有するハンドルと、前記２極磁石からの磁束の向きを検出する磁気センサとを備える非接触式ボリュームであって、
前記２極磁石は前記ハンドルの回転軸と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁束の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）を含む感磁面を有し、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記ハンドルの回転軸線の距離は、前記２極磁石の半径以下であり、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジに回路接続されてセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記感磁面が前記ハンドルの回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、ハンドルの角度信号を得ることを特徴とする非接触式ボリューム。
【請求項１７】
２極リング磁石を有するハンドルと、前記２極リング磁石からの磁束の向きを検出する磁気センサとを備える非接触式ボリュームであって、
前記２極磁石は前記ハンドルの回転軸と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁束の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）を含む感磁面を有し、
前記磁気センサは前記２極リング磁石の内周側に配置されており、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジに回路接続されてセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記感磁面が前記ハンドルの回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、ハンドルの角度信号を得ることを特徴とする非接触式ボリューム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度範囲の限定された回転物（バルブなど）の回転角度検出或いは回転角度範囲の限定されたハンドル（ボリュームなど）の回転角度検出を非接触で行う装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の、ガソリンエンジン等に用いられるスロットル開度センサ等、回転角度が約９０ｄｅｇ．程度に限定されたバルブにおいて、回転角度検出には回転する軸にとりつけられたブラシが回転軸の回転に伴い固定された抵抗体をしゅう動する事により抵抗体端部とブラシとの間の抵抗値が変化し、この抵抗変化値を回転角度に読み替える、いわゆるポテンショメータ方式が主流であった。
この方式は回路が簡便である反面、しゅう動部分の経時変化に伴う信号の不安定さが問題になり、非接触式の回転角センサとして、回転軸に磁石、固定部分に磁気センサを配置して、回転角に応じて磁気センサが検知する磁場強度を変化させる例が特許文献１〜３で示されている。また、これに対して磁場強度ではなく、磁場の方向を検知する例が特許文献４〜６で示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４７９２６号公報
【特許文献２】特開２００４−２４５８２３号公報
【特許文献３】特開２００１−１８３１６６号公報
【特許文献４】特開２００６−２０８２５２号公報
【特許文献５】特開２００６−０１０３４６号公報
【特許文献６】特開２００６−２０８０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の場合、磁石から発生した磁束を固定側及び回転側に設置したヨークによって、磁気センサに印加される磁束密度が回転軸の回転角に対して直線的に変化するように調整されている。しかし、円弧状のヨーク又は半円形のヨークを、正確な加工が困難で保持の難しい永久磁石と共に正確に組み立てる必要があり、部品点数が多くなり、かつヨークや永久磁石などの異形状部品の加工精度を高くする必要がある。特許文献２の場合、ヨーク（磁性体）は、鉄板の曲げ加工や切削加工によるものであり、加工精度を高くする必要がある。特許文献１及び２では、ヨーク形状によって磁束密度変化の直線性を得ようとしているが、磁束密度変化は磁石とヨークの材質や着磁ムラ等の材料特性に依存する。従って、回転角を高い精度で再現性よく検出することは難しい。特許文献３は螺旋状傾斜面を形成した磁石とホール素子を用いたボリューム型の回転角検出装置であるが、上述のヨークと同様に、加工精度や着磁ムラ等の問題がある。
【０００５】
特許文献１では磁気センサとしてホール素子を用いている。しかし、ホール素子は磁場強度を感知する素子であり、素子自身の温度特性による検出角度のずれの他に、永久磁石の温度変化、製造過程での永久磁石特性のばらつき等に影響される。このため磁気センサと永久磁石を組み合わせた全体システムとしての評価調整が事前に必要となる。ホール素子を用いる場合、ヨークを設けると共にその複雑な形状を工夫しないと、出力のリニアリティー領域を伸ばすことが難しい。さらに、永久磁石と磁気センサの間隔を大きくすると、急激に出力が小さくなるという問題がある。
【０００６】
特許文献４の場合、回転角度を磁気センサで検出しているが、平行磁場を単純に回転させて、その回転角度を検出するので磁気センサの出力がいわゆる正弦波状になる。出力の最大値と最小値に対して中点付近の直線性が比較的良い領域を用いたとしても角度誤差の増加が免れない事を考慮し、必要な回転角度範囲の約９０ｄｅｇ．（−４５ｄｅｇ．〜＋４５ｄｅｇ．）において、回転角度に対する出力電圧の直線性を確保するために、特許文献４の図１にあるように有限要素法を用いて異形状の磁場調整部品、すなわち異形状のヨークを取り付けている。このヨークによって磁場分布が調整され、中心位置からわずかにずれた場所で、磁場の向きを検出することにより中点付近の直線性が改善される。特許文献４の図１にあるような異形状のヨーク、を配置し、有限要素法を用いて、必要な回転角度範囲の約９０ｄｅｇ．（−４５°〜＋４５°）では、回転角度に対する出力電圧の直線性をある程度確保できている。
【０００７】
しかし、特許文献４の場合においても、加工の難しく、有限要素法解析を用いるような単品毎の設計が必要な異形状の磁場調整部品が必要となる。さらに、センサの取り付け位置が理想状態からわずかにずれると、磁場調整部品による磁場分布調整効果が得られなくなり、結果的に直線性が低下する問題がある。また、センサの取付位置がずれなくても、磁石に設けられるシャフト（回転軸）が回転軸線方向にわずかにずれると、同様に磁場調整部品による磁場分布調整効果が得られなくなり、結果的に直線性が低下する問題がある（位置ずれの問題）。
【０００８】
特許文献５には、回転部材に配置された磁石を回転させることによって生じる磁束変化を磁気抵抗素子を介して検出し、外部運動子の移動量を測定する磁気検出方式のポジションセンサが開示されている。しかし、特許文献５の図３及び図４には、磁石(4)の中心軸から磁気抵抗素子(7)が矢印Ｌの向きにずれると、出力の角度誤差は増大してしまうことが示されている。
【０００９】
特許文献６には、信号磁石の１回転で１周期となりかつ１／４周期の位相差を持つ余弦波と正弦波を出力する磁気抵抗素子からなる磁気センサが開示されている。しかし、特許文献６の出力は、信号磁石を１回転させるものであり、所定の範囲に限定された角度を検知する磁気センサではない。出力は余弦波と正弦波であるから、約９０ｄｅｇ．の角度範囲において直線性を得ることは困難である。また、ＭＲ素子にバイアス磁場を印加するバイアス用磁石を磁気センサ内に備える方式であるため、信号磁石の磁場が乱されてしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を踏まえ、限定された回転角度範囲、たとえば約９０ｄｅｇ．の範囲（−４５ｄｅｇ．〜＋４５ｄｅｇ．の範囲）における磁気センサの出力の直線性を改善し、回転角度に対する出力の精度が高い角度検出装置、バルブ装置および非接触式ボリュームを実現する事を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の角度検出装置は、２極磁石を有する磁石回転子と、前記２極磁石からの磁束の向きを検出する磁気センサとを備える角度検出装置であって、
前記２極磁石は前記磁石回転子の回転軸線と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁束の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）で構成された感磁面を有し、
磁束を前記感磁面と交差させて、前記感磁面内で直交する磁束密度成分同士の振幅の大きさが異なるように、前記磁石回転子に対して前記磁気センサが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の角度検出装置は、より好ましくは、２極磁石を有する磁石回転子と、前記２極磁石からの磁束の向きを検出する磁気センサとを備える角度検出装置であって、
前記２極磁石は前記磁石回転子の回転軸線と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁束の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）で構成された感磁面を有し、
磁束を前記感磁面と交差させて、前記感磁面内で直交する実効磁束密度の振幅比Ｋｅｆｆ＝Ｂ⊥ｅｆｆ０／Ｂ//ｅｆｆ０が０．６〜０．９又は１．１〜１．５となるように、前記磁石回転子に対して前記磁気センサが設けられていることを特徴とする。
【００１３】
磁気センサの中心において、Ｂ//０は磁石回転子若しくは磁石の回転方向（円周方向）における磁束密度の成分の振幅（数式に示すように０−Ｐ値（ｚｅｒｏ  ｔｏ  ｐｅａｋ）の振幅）に相当し、Ｂ⊥０はＢ//０に直交する磁束密度成分の振幅に相当する。Ｂ⊥ｅｆｆ０は、磁気センサの基板の面内（すなわち感磁面内）にＢ⊥０を投影したときの磁束密度成分の振幅に相当する。Ｂ//ｅｆｆ０は、磁気センサの基板の面内（すなわち感磁面内）にＢ//０を投影したときの磁束密度成分の振幅に相当するが、Ｂ//０と同じになる。スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子のセンサブリッジは角度信号を出力するために、Ｂ⊥ｅｆｆ０とＢ//ｅｆｆ０を検知するように配置する。ここで、Ｂ⊥ｅｆｆ０とＢ//ｅｆｆ０を測定したい場合、角度検出装置から磁気センサを取り除き、磁気センサの中心が配置されていた箇所において、ガウスメータで測定する。
【００１４】
上記の角度検出装置において、
前記磁気センサの中心と前記磁石回転子の回転軸線の距離は、前記磁石回転子の半径よりも大きく、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジ回路接続されたセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記固定層磁化方向を含む感磁面が前記磁石回転子の回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることができる。
【００１５】
上記の角度検出装置において、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記磁石回転子の回転軸線の距離は、前記磁石回転子の半径以下であり、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジ回路接続されたセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記固定層磁化方向を含む感磁面が前記磁石回転子の回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることができる。
【００１６】
上記の角度検出装置において、
前記磁石回転子はリング磁石であり、
前記磁気センサは前記リング磁石の内周側に配置されており、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジ回路接続されたセンサブリッジを構成しており、  前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記固定層磁化方向を含む感磁面が前記磁石回転子の回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることができる。
【００１７】
上記の角度検出装置において、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記磁石回転子の回転軸線の距離は、前記磁石回転子の半径よりも大きく、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジ回路接続されたセンサブリッジを構成しており、前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記磁石回転子の厚み中心点を通り且つ回転軸線に垂直な平面から、前記磁気センサの感磁面の中心は磁石回転子の回転軸線方向に離れており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることができる。
【００１８】
上記の角度検出装置において、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記磁石回転子の回転軸線の距離は、前記磁石回転子の半径以下であり、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジ回路接続されたセンサブリッジを構成しており、前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記磁石回転子の厚み中心点を通り且つ回転軸線に垂直な平面から、前記磁気センサの感磁面の中心は磁石回転子の回転軸線方向に離れており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることができる。
【００１９】
上記の角度検出装置において、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジ回路接続されたセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記磁石回転子の厚み中心点と前記磁気センサの感磁面の中心を結ぶ線が、前記磁石回転子の厚み中心点を通り且つ回転軸線に垂直な平面に対して為す角度をセンサ配置角φとし、
前記磁石回転子の厚み中心点を通り且つ回転軸線に垂直な平面が前記感磁面と為す角度を傾き角χとし、
φとχが次のいずれかの範囲内となるように前記磁気センサを配置し、
φ＝２３．１〜３３．５ｄｅｇ．且つχ＝−７．７〜１３．６ｄｅｇ．である範囲、
φ＝−５．９〜５．９ｄｅｇ．且つχ＝３９．８〜５７．２ｄｅｇ．である範囲、
φ＝２３．２〜４４．０ｄｅｇ．且つχ＝７６．７〜９７．８ｄｅｇである範囲、
φ＝４７．８〜６６．３ｄｅｇ．且つχ＝５３．５〜１２８．５ｄｅｇ．である範囲、
φ＝３６．５．〜４２．２ｄｅｇ．且つχ＝−５．２〜５．３ｄｅｇ．である範囲、
φ＝−２．７〜２．９ｄｅｇ．且つχ＝６２．７〜７１．１ｄｅｇ．である範囲、
φ＝１２．８．〜１８．９ｄｅｇ．且つχ＝８５．７〜９４．４ｄｅｇ．である範囲、
φ＝７１．１〜７７．２ｄｅｇ．且つχ＝８１．７〜１０２．２ｄｅｇ．である範囲、
φ＝８５．３〜９３．８ｄｅｇ．且つχ＝１３０．６〜１５６．９ｄｅｇ．である範囲、
およびφ＝７０．０〜８０．６ｄｅｇ．且つχ＝１６８．８〜１８９．３ｄｅｇ．である範囲、
前記磁気センサより、角度信号を得ることができる。
【００２０】
本発明の他の角度検出装置は、２極磁石を有する磁石回転子と、前記２極磁石から印加される磁束に応じて角度を検出する磁気センサとを備える角度検出装置であって、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子で構成された感磁面を有し、
前記２極磁石は前記磁石回転子の回転軸線と直交する向きに着磁されており、回転軸線方向の長さｔと回転軸線に直交する断面の最大寸法Ｄの比ｔ／Ｄが３以上であり、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記磁石回転子の回転軸線の距離は、ｔ／３以下であり、
前記感磁面内で直交する実効磁束密度の振幅比Ｋｅｆｆ＝Ｂ⊥ｅｆｆ０／Ｂ//ｅｆｆ０が１．１〜１．５となるように、前記２極磁石に対して前記磁気センサが配置されていることを特徴とする。
【００２１】
上記の角度検出装置のいずれかにおいて、前記磁気センサは前記センサブリッジを２個有し、一方のセンサブリッジと他方のセンサブリッジは互いに固定層磁化方向が感磁面内で直交することを特徴とする。この直交する関係とは、例えば後述する図２３でいうと、一方のセンサブリッジＸ０１内のＶｃｃｘとＶｘ１間の素子の固定層磁化方向と、他方のセンサブリッジＹ０１内のＶｃｃｙとＶｙ１間の素子の固定層磁化方向とが、直交関係となるように配置されていることを示す。双方のセンサブリッジの感磁面は平行の関係にあり、一つの面内に双方の感磁面を配置することがより望ましい。
【００２２】
上記の角度検出装置のいずれかにおいて、前記磁石回転子の回転可能な範囲が１８０ｄｅｇ．未満となるように、前記磁石回転子にストッパーを設けたことを特徴とする。磁石回転子において、ストッパーは磁石または回転軸のいずれに付いていてもよい。
【００２３】
本発明のバルブ装置は、２極磁石を有する磁石回転子と、前記２極磁石から印加される磁束に応じて角度を検出する磁気センサとを備えるバルブ装置であって、
前記２極磁石は前記磁石回転子の回転軸と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁場の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）を含む感磁面を有し、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記磁石回転子の回転軸線の距離は、前記磁石回転子の半径よりも大きく、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジに回路接続されてセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記固定層磁化方向を含む感磁面が前記磁石回転子の回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることを特徴とする。
【００２４】
本発明の他のバルブ装置は、２極磁石を有する磁石回転子と、前記２極磁石から印加される磁束に応じて角度を検出する磁気センサとを備えるバルブ装置であって、
前記２極磁石は前記磁石回転子の回転軸と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁場の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）を含む感磁面を有し、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記磁石回転子の回転軸線の距離は、前記磁石回転子の半径以下であり、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジに回路接続されてセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記固定層磁化方向を含む感磁面が前記磁石回転子の回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることを特徴とする。
【００２５】
本発明の他のバルブ装置は、２極リング磁石を有する磁石回転子と、前記２極リング磁石から印加される磁束に応じて角度を検出する磁気センサとを備えるバルブ装置であって、
前記２極磁石は前記磁石回転子の回転軸と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁場の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）を含む感磁面を有し、
前記磁気センサは前記２極リング磁石の内周側に配置されており、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジに回路接続されてセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記固定層磁化方向を含む感磁面が前記磁石回転子の回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、角度信号を得ることを特徴とする。
なお、上述のバルブ装置は、流路と、前記流路における流量を制御する揺動型のバルブも備えることが望ましい。前記揺動型のバルブにおいて揺動する軸に設ける２極磁石と、前記２極磁石の回転磁場を検知する磁気センサとは、角度検出装置として用いる。
【００２６】
本発明の非接触式ボリュームは、２極磁石を有するハンドルと、前記２極磁石からの磁束の向きを検出する磁気センサとを備える非接触式ボリュームであって、
前記２極磁石は前記ハンドルの回転軸と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁束の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）を含む感磁面を有し、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記ハンドルの回転軸線の距離は、前記２極磁石の半径よりも大きく、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジに回路接続されてセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記感磁面が前記ハンドルの回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、ハンドルの角度信号を得ることを特徴とする。
【００２７】
本発明の他の非接触式ボリュームは、２極磁石を有するハンドルと、前記２極磁石からの磁束の向きを検出する磁気センサとを備える非接触式ボリュームであって、
前記２極磁石は前記ハンドルの回転軸と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁束の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）を含む感磁面を有し、
前記磁気センサの感磁面の中心と前記ハンドルの回転軸線の距離は、前記２極磁石の半径以下であり、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジに回路接続されてセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記感磁面が前記ハンドルの回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、ハンドルの角度信号を得ることを特徴とする。
【００２８】
本発明の他の非接触式ボリュームは、２極リング磁石を有するハンドルと、前記２極リング磁石からの磁束の向きを検出する磁気センサとを備える非接触式ボリュームであって、
前記２極磁石は前記ハンドルの回転軸と直交する向きに着磁されており、
前記磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（固定層と自由層を有し、固定層磁化方向が固定されており、自由層磁化方向が磁束の向きに応じて回転する磁気抵抗素子）を含む感磁面を有し、
前記磁気センサは前記２極リング磁石の内周側に配置されており、
前記複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子はブリッジに回路接続されてセンサブリッジを構成しており、
前記センサブリッジにおいて、電気的に隣り合う辺のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層磁化方向が反平行であり、
前記感磁面が前記ハンドルの回転軸線に対して傾いており、
前記磁気センサより、ハンドルの角度信号を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
約９０ｄｅｇ．の範囲（−４５ｄｅｇ．〜＋４５ｄｅｇ．の範囲）における磁気センサの出力の直線性を改善し、回転角度に対する出力の精度が高い角度検出装置、バルブ装置および非接触式ボリュームを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明による最良の形態を説明するために、まず、回転する磁石が発生する磁場（すなわち回転磁場）と、その磁場による磁束密度分布、およびスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の感磁メカニズムに関する説明を行う。
【００３１】
（検出角度の定義）
本発明に用いる磁気センサは、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子で構成したセンサブリッジである。各々のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子は固定層磁化方向を１方向に揃えている。この「１方向」とは、平行方向と反平行方向の両方を含む向きに相当する。本発明では、磁気センサの出力が、磁石の限定された回転角度（たとえば約９０ｄｅｇ．）に対してほぼ線形の出力電圧もしくは抵抗変化特性を示すようにする。出力信号の線形領域を直接的に角度信号として使用する。出力−角度演算を行わずに、角度を検出できる。
【００３２】
磁束密度の大きさを検出するホールセンサ（ホール素子を用いた磁気センサ）や、磁束の方向を検出するスピンバルブセンサ（スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ）では、回転磁場１周期に対応して１周期の出力を得ることができる。出力波形を理想的な三角波にすることができれば、最大±９０ｄｅｇ．の角度を検出することが可能となる。しかしながら、磁石回転子による磁場強度が略正弦波であるため、磁場強度を検出するホールセンサの出力は略正弦波となり、リニアリティー領域が狭く、角度誤差も大きくなってしまう。これに対して、スピンバルブセンサは後述するように、磁石回転子とスピンバルブセンサとの位置関係によって出力波形を調整することが可能であり、広いリニアリティー領域を得ることができ、角度誤差を抑えることができる。
【００３３】
磁束の方向を検出するスピンバルブセンサでは、回転磁場１周期に対応して１周期の出力を得ることができる。その出力波形を理想的な三角波にすることができれば、最大±９０ｄｅｇ．の角度を検出することが可能となる。これに対してＡＭＲセンサや積層ＧＭＲセンサでは回転磁場１周期に対応して２周期の出力が得られ、最大のリニアリティー領域が±４５ｄｅｇ．しかない。
【００３４】
本発明の角度検出装置は、自動車用スロットルバルブ、自動車用アクセルペダル、ロボットの関節、ダイヤル、バタフライバルブ、ポジションセンサなどに用いて高い精度で角度を検出することができる。限定された範囲の角度（望ましくは１００ｄｅｇ．以内）の検出に用いる。このような角度として、バルブの開度（開閉角度）や揺動する部材の動作角度（揺動角度）が挙げられる。また、本発明の角度検出装置は、微小領域の直線運動を検知するポジションセンサ、揺動モータ（半導体装置や測定装置の駆動用。リニアモータやθステージ。）、内燃機関（エンジン）と接続される管路及び弁、操舵装置、傾斜検出装置、ミラー駆動装置（画像読取装置やスキャナ）、角度検出方法、およびバルブ駆動方法等に適用できる。磁石回転子の限定された回転角度に応じて変化するセンサ出力のリニアな領域を捉えるので、３６０ｄｅｇ．の範囲（１回転に相当する範囲）にわたって回転角度を検知する回転角度検出装置とは異なる。
【００３５】
本発明の角度検出装置をボリュームとして用いる場合は、信号となる交流電圧を図２９あるいは図３１のようにセンサブリッジに印加する事で直接交流電圧の出力振幅を調整する事が可能である。すなわち、ボリュームのハンドルを回す事でしゅう動抵抗と同じように入力電圧に対する出力電圧の比を変化させる事が可能となる。しゅう動抵抗とは異なり非接触での出力振幅調整である事から信頼性の高い長寿命のボリュームを実現可能である。
【００３６】
本発明によれば回転物の限定された範囲の回転角度を検出するシステムを構築する上で、必要な要素としては、回転物に設置された永久磁石（２極の磁石）と、磁場方向を検知する磁気センサ（１個）が挙げられる。スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサから直接的に角度に対応した出力が得られるので、磁気センサの出力を電子回路で処理して角度信号に変換する必要がなく、角度検出装置の構造を簡単にできる。位置ずれがあっても最適な姿勢をとることができ、磁石及び磁気センサの位置関係に関わる設計の自由度が高い。故に高精度の角度検出器およびバルブ装置を実現できる。
【００３７】
（磁石外周近傍にセンサを配置する場合）
次に、図１に示す如く、磁気センサを、原点にある永久磁石の外周近傍に設置する場合について、その最適配置を説明する。磁石回転子の中心を原点とする座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、磁石の回転角をθｍとし、Ｘ−Ｙ平面と、前記磁石の原点と磁気センサの中心とを結ぶ線と為す角をセンサ配置角φとすると、磁石回転子の外周（Ｘ，０，Ｚ）に図２で示すように内部に平行反平行方向の固定層磁化方向を有するスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されている磁気センサを図３のように配置する（ただし、図３においてはＺ＝０とした）。図３では、固定層磁化方向が前記磁気センサの感磁面を磁石回転子の回転軸に対して垂直で、磁気センサの固定層磁化方向を、Ｙ軸と平行に配置したとき（磁石回転の接線方向になるように設置したとき）、上記磁石回転子が円周方向にθｍ回転すると、各方向の磁束成分ＢＸ，ＢＹ、ＢＺは［数１］であらわされる。ただし、磁石回転子を１個の磁気モーメントｍに近似して考えた。
【００３８】
【数１】
2008281556.tif 000003
【００３９】
このとき、ＢＹをＢ//とするとき、残りのＹ軸に直交する成分をＢ⊥と表すと、［数２］となる。
【００４０】
【数２】
2008281556.tif 000004
【００４１】
Ｂ//０はＢ//の振幅であり、Ｂ⊥０はＢ⊥の振幅である。これらの振幅比である、空間磁束密度振幅比Ｋ０は［数３］で表される。
【００４２】
【数３】
2008281556.tif 000005
【００４３】
Ｚ＝０の場合は、Ｂ//とＢ⊥はともにＸ−Ｙ平面内に存在する（ＢＺ＝０）。
Ｚ≠０の場合、すなわちセンサ配置角φの位置にセンサを設置すると、センサの中心では、Ｘ−Ｙ平面からε傾いた平面（以下、ε面と称する。）内で空間磁束密度振幅比Ｋ０の回転磁場が得られる。
【００４４】
図３のようにφ＝０ｄｅｇ．の場合、[数２]は簡略化され、空間磁束密度振幅比Ｋ０＝Ｂ⊥０／Ｂ//０＝２の振幅比で、９０ｄｅｇ．位相の異なる磁束を受けることとなり、センサ出力は正弦波とはならず、図４の上のグラフで示されるように頂点が凸となる三角状の波形となる。このとき、磁気センサの固定層磁化方向を回転軸としてχ傾けたとき、磁気センサ内のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子が実効的に受ける磁束密度のＹ方向成分Ｂ//ｅｆｆと、それに直交する方向の成分Ｂ⊥ｅｆｆと実効磁束密度振幅比Ｋｅｆｆは［数４］で表される。Ｂ//ｅｆｆ０はＢ//ｅｆｆの振幅であり、Ｂ⊥ｅｆｆ０はＢ⊥ｅｆｆの振幅である。
【００４５】
【数４】
2008281556.tif 000006
【００４６】
（実施例１）
これは、磁気センサをχ傾けることで、任意の実効磁束密度振幅比を得られることを示している。たとえば、χ＝５０．４ｄｅｇ．としたとき、Ｂ⊥ｅｆｆとＢ//ｅｆｆの実効磁束密度振幅比Ｋｅｆｆは１．２７となる。このとき、磁気センサの出力は略三角波となり、リニアリティー領域（直線状の領域）が正弦波と比較して格段に増加する。図１の構成においてχ＝５０ｄｅｇ．とした場合の測定結果を図５に示す。図４と図５を比較すると、傾き角χ＝５０ｄｅｇ．とした図５の場合の方が誤差を低減できている事がわかった。
【００４７】
図１のように、永久磁石の外周側面の近傍（φ＝０ｄｅｇ．）に磁気センサを配置し、傾き角χを変化させた場合の、回転角１００ｄｅｇ.の範囲、すなわち±５０ｄｅｇ．の領域における最大角度誤差を測定した結果を図６に示す。
【００４８】
一般的に角度誤差を１ｄｅｇ．程度に抑えると、正確な回転角度測定が行えていると言え、傾き角χは５０．４ｄｅｇ．一点に限定される事なく、約４７ｄｅｇ．から５４ｄｅｇ．にわたる広い傾き角範囲を取る事が可能である。従って傾き角に対して広い許容度を有していると言える。なお、図１４及び図１８についても同様の傾向が認められる。
【００４９】
（端面中心配置）
磁気センサを端面中心に配置する場合を説明する。図７は比較例の角度検出装置を示す（ａ）上面図及び（ｂ）側面図である。図８は図７に係る実施例の出力のグラフである。“端面中心”とは、磁石の端面から離隔し且つ回転軸線上に在る位置に相当し、［数２］にφ＝９０ｄｅｇ．を代入したときの磁束密度が得られる。このとき、空間磁束密度振幅比Ｋ０＝１となり、回転する平行磁場中に磁気センサを設置した場合と同様になる。磁気センサの出力は、正弦波となり、リニアリティー領域が狭く、精度よく回転角を検出することは出来ない。
【００５０】
そこで、図９に示すように、固定層磁化方向と直交する軸を回転軸として磁気センサ２ａをχ傾けると、上記スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の感磁面がＸ−Ｙ平面に対してχ傾く。このとき、磁気センサ２ａが実効的に受ける磁束密度のＹ方向成分Ｂ//ｅｆｆと、それに直交する方向の成分Ｂ⊥ｅｆｆは［数４］であらわされる。［数４］は、磁気センサを傾斜させることで、磁束密度の振幅比を変化させることができることを示している。たとえば、χ＝３８．３ｄｅｇ．としたとき、実効磁束密度振幅比Ｋｅｆｆは０．７８５となる。χ＝１４１．７ｄｅｇ．としたとき（角度の正負が逆で前のχと等価なχ）、Ｋｅｆｆは０．７８５となる。このとき、磁気センサの出力は略三角波となり、回転角に対する出力電圧の直線領域がＫｅｆｆ＝１（正弦波）の場合と比較して格段に増加する。
【００５１】
（比較例）
図７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、センサ配置角φ＝９０ｄｅｇ．の位置に、傾き角χ＝０ｄｅｇ．で磁気センサ２ｂを設置した。磁気センサ２ｂの中心と磁石回転子１１ａの中心との距離はｈである。磁石回転子は回転シャフトの端に円板状磁石を固定したものであるが、回転シャフトの図示は省略する。図７中、回転シャフトの回転軸線は横向きの点線に相当する。このとき、上述したように、センサ配置角φ＝９０ｄｅｇ．、傾き角χ＝１８０ｄｅｇ．（χ＝０ｄｅｇ．と等価）では、空間磁束密度振幅比と実効磁束密度振幅比は等しくなり、Ｋ０＝Ｋｅｆｆ＝１であるため、図８の上のグラフに示すように、磁石回転子の回転する角度（グラフの横軸）と磁気センサの出力（グラフの縦軸）の関係は正弦波となった。よって、図８の下のグラフに示すように、磁石回転子の回転する角度と検出角の関係は実測値と理論値（−５０ｄｅｇ．と＋５０ｄｅｇ．の時の出力を直線で結んだ値）の間にずれを生じ、磁石回転子の回転する角度の角度誤差は６ｄｅｇ．となり、大きくなってしまった。なお、磁気センサ２ｂは、図２の磁気センサ２ａと同じように、平行及び反平行方向の固定層磁化方向を有するスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子をブリッジ接続したセンサブリッジを内蔵する。
【００５２】
（実施例２）
図１０は、図９においてｈ＝１５ｍｍ且つ傾き角χ＝４０ｄｅｇ．とした場合であり、出力、出力から換算した検出角度（実測）、理想的な検出角度（理論）、角度誤差（誤差）を示す。図８と図１０を比較すると、傾き角χ＝４０ｄｅｇ．とした場合、誤差は１ｄｅｇ．程度であり、角度誤差が格段に低減されたことがわかった。
【００５３】
図１１には、図９の構成で傾き角χを変化させたとき、±５０ｄｅｇ．の領域での最大角度誤差の変化を示している。一般的に角度誤差を１ｄｅｇ．程度に抑えると、角度測定を良好に行っていると言え、傾き角χは３８．３ｄｅｇ．の一点に限定される事なく、約３２ｄｅｇ．から４４ｄｅｇ．にわたる広い傾き角範囲を取る事が可能であることがわかった。従って、傾き角χに対して広い許容度を有していると言える。なお、図９、図１７及び図１９の角度検出装置についても同様の傾向が認められた。傾き角χは、Ｘ−Ｙ平面に対する感磁面の傾斜であるから、Ｘ−Ｙ平面を基準にして磁気センサの表裏を反転した状態は、反転する前の状態と等価になる（すなわち、磁気センサの出力は同じになる。）。よって、χ＝０ｄｅｇ．の状態とχ＝１８０ｄｅｇ．の状態は磁気センサにとって等価となる。そこで、図９では、横軸を１８０〜１００ｄｅｇ．の範囲で表示するところを、分かり易くするため、等価な０〜８０ｄｅｇ．の範囲に置換えて表示した。
【００５４】
（実施例３）
また、［数３］から容易に判明するように、Ｋ０は１より大きい。よって、図１の構成において、χ＝６６．９ｄｅｇ．とし、磁気センサを感磁面内で９０ｄｅｇ．回転させて検出することで、Ｋｅｆｆ＝０．７８５となり、同様の結果を得ることができた。しかしながら、Ｂ⊥ｅｆｆは実施例（図５）と比較して、０．６２倍に低下した。
【００５５】
ここで、磁石回転子を磁気モーメントｍに近似したが、実際に使用される磁石は、回転軸方向に薄い扁平形状をした円板状磁石が多く用いられる。このような場合、磁石回転子の反磁場係数や、センサの取り付け位置に依存して、空間磁束密度振幅比Ｋ０は変化する。しかしながら、磁気センサの取り付け位置を磁石回転子表面から数ｍｍ離せば、磁気モーメントｍで近似可能となり、上述したように実効磁束密度振幅比Ｋｅｆｆは１．１５〜１．４３または、０．７０〜０．８７の範囲内に収めることができる。
【００５６】
また、上記では、Ｋｅｆｆを１．２７または０．７８５とするために傾き角χを用いたが、磁気センサをＺ方向に移動させることで、χ傾けた場合と同様の効果を得ることも可能である。これは、Ｚ方向の移動によって磁束の方向と、回転軸との為す角が変化するためχ傾けることと同様の効果が得られるためである。そこで、この移動量を軸ずらし量ｈと呼ぶ。この移動量は、磁気センサの感磁面と、感磁面と交差する磁束とのなす角から容易に計算が可能であり、通常は永久磁石の厚みをｔとすると、０．５ｔ＜ｈ＜５ｔの範囲にある。
【００５７】
また、上述のように磁気センサをＺ方向に移動させることで磁気センサの感磁面を傾ける事と同様な効果を得る事が可能であるという事から類推されるように、磁気センサをＺ方向に移動させ、かつ、磁気センサの感磁面を永久磁石の回転面（Ｘ−Ｙ平面）から傾ける事で、同様な効果を得る事も可能である。以上のように、本発明では、磁気センサが受ける磁束密度成分を調整することにより、磁石回転子の角度を正確に検出することが出来る。
【００５８】
以上、代表的な実施例について具体的な説明を行ったが、本発明の効果を発揮する構成例は以上に留まる物ではない。以下、幾つかの実施例を示す。
【００５９】
図１は、永久磁石が円板状磁石１１ａであり、磁気センサ２ａが永久磁石の半径より外側（外周面に対向して）に傾けて設置されている例である。磁石の厚み中心に磁気センサを取り付けるため、角度検出装置の厚さ（回転軸線に沿った向きにおける厚さ）を他の実施例に比べて最も薄くすることができる。
【００６０】
図９は、永久磁石が円板状磁石１１ａであり、磁気センサ２ａが永久磁石の回転軸線上に設置され、磁気センサ２ａの感磁面（即ち、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子が形成された基板面）が円板状磁石の端面に対してχ傾いている例である。Ｚ方向においてｈが若干ずれたとしても、出力の角度誤差はほとんど変化しない。
【００６１】
（実施例４）
図１２は、永久磁石が円板状磁石１１ａであり、磁気センサ２ａの中心が磁石の厚み中心よりもＺ方向にｈ移動されており、磁気センサ２ａの感磁面（基板面）が円板状磁石の端面に対して傾いていない例である。感磁面に磁束を交差させるので、図１の構成と同様に、感磁面内の直交する実効磁束密度振幅比Ｋｅｆｆを最適化できる。図１２の場合、実効磁束密度振幅比を１．２７とする。また、円板状磁石の回転軸線と磁気センサの感磁面が直交するため、角度検出装置を構成する際に磁気センサの取り付けが図１よりも容易である。図１２でｈ＝１０ｍｍとした結果を図１３に示す。理論値と実測値のずれはほとんとなく、角度誤差は０．５ｄｅｇになった。
【００６２】
（実施例５）
図１４は、永久磁石が中空のリング状磁石１１ｂであり、磁気センサ２ａが永久磁石の半径より外側に設置されている例である。Ｋ０＝２であり、磁気センサをχ傾けることで、リニアリティー領域を広げることができる。この構成は、リング状磁石の孔にシャフト（図示を省略する）を挿入して磁石回転子とすることができる。
【００６３】
（実施例６）
図１５は、２個の扇形ヨーク１２ａ，１２ｂがあり、２個の磁石１１ｃ，１１ｄが片一方の扇形ヨーク１２ａをＮ極、もう一方の扇形ヨーク１２ｂをＳ極に着磁する構成であり、磁気センサ２ａはこれらのヨーク及び磁石からなる磁気回路の中心軸線上に配置されている。さらに磁気センサは感磁面内における固定層磁化方向と直交する軸を回転軸としてχ傾けている。この場合空間磁束密度振幅比Ｋ０は１であり。磁気回路内はほぼ平行な磁場が形成されるので、磁気センサの感磁面の中心を磁気回路の中心軸線上で少々移動させても、出力の角度誤差はほとんど変化しない。図１４等の実施例に比べて磁石の使用量を少なくすることができる。
【００６４】
（実施例７）
図１６は、永久磁石が矩形板状磁石１１ｅであり、磁気センサ２ａが永久磁石の幅より外側に傾けて設置されている例である。磁気センサを近くに配置すると、図１の円板状磁石の場合よりも磁石による磁場分布の歪みの影響を強く受けるので、ある程度、ギャップを広げて設置することが、角度を精度よく検出する上で好ましい。ギャップを十分に広げると最適な傾き角χは図１と同様になる。
【００６５】
（実施例８）
図１７は、永久磁石が中空のリング状磁石１１ｂであり、磁気センサ２ａは永久磁石の回転軸線上に設定されており、感磁面内における固定層磁化方向と直交する軸を回転軸としてχ傾けている。前記リング状磁石の外側にリング状ヨーク１２ｃを設置し、永久磁石からの漏れ磁束が外部に影響する事を避けると共に、外部磁場が本発明の角度検出装置へ影響する事を避けるものである。この場合はＫ０＝１のため、Ｚ軸方向（すなわち回転軸線上）で磁気センサの中心を少々移動させてｈを変えたとしても、磁束密度の振幅は減少するが、磁束の方向は同じであるため、出力の角度精度はほとんど変化しない。
【００６６】
（実施例９）
他の実施例として、図１７の構成でリング状ヨークを省いた構成とすることもできる。即ち、永久磁石が中空のリング状であり、磁気センサが永久磁石の回転中心軸上に設置されている例である。この場合は図１７と同様の磁束密度分布が適用される。
【００６７】
（実施例１０）
図１８は、リング状磁石１１ｂ’の内側にリング状ヨーク１２ｃ’が形成されており、磁気センサ２ａが永久磁石の半径より外側に設置されている例である。Ｋ０＝２であり、磁気センサをχ傾けることで、リニアリティー領域を広げることができる。リング状ヨークがバックヨークとなるので磁気センサに印加される磁場の強さを大きくすることができ、磁気センサと磁石回転子間のギャップを大きくすることができる。
【００６８】
（実施例１１）
図１９は、永久磁石が中空のリング状磁石１１ｂ’であり、磁気センサ２ａが永久磁石の回転中心軸上に設置されており、磁気センサの感磁面がＸ−Ｙ平面に対してχ傾いている例である。この場合、Ｋ０＝１のため、磁気センサの中心をＺ軸方向に少々移動させても出力の角度誤差はほとんど変化しない。
【００６９】
図２０は、実効磁束密度振幅比Ｋｅｆｆと角度誤差の関係を示すグラフであり、角度誤差が最も小さくなるＫｅｆｆを示す。配置Ａは感磁面内で固定層磁化方向と直交する向きを軸として磁気センサを傾けて測定したデータである。配置Ｂは固定層磁化方向を軸として磁気センサを傾けて測定したデータである。微小ダイポールで近似可能な磁石（側面近傍において、Ｋ０＝２。）において、磁石回転子の回転軸線上では（φ＝９０ｄｅｇ．）、空間磁束密度振幅比は１となる。そのため、Ｋｅｆｆ＝１．２７となる配置Ｂは実現できず、配置Ａだけ実現できる。一方、磁石の側面（φ＝０ｄｅｇ．）では、上述したようにＫ０＝２であるため、配置Ａ、配置Ｂの双方を構成できる。図１は配置Ｂに相当する。これを配置Ａに変更するときは固定層磁化方向と磁石を各々９０ｄｅｇ．まわす。しかし、磁気センサが受ける磁束が低下するため、磁石側面近傍に磁気センサを設置する場合には、配置Ｂが好ましい。ただし、角度検出装置を組み込む装置（例えば、自動車用スロットルバルブ）の構造に制限があり、配置Ｂを適用できない場合はこの限りでない。図２０では配置Ａのデータを●印、配置Ｂのデータを○印であらわす。
【００７０】
図２１の（ａ）は、Ｘ−Ｙ平面から傾いた位置に設置したセンサ配置角φと最適傾き角χの関係、およびセンサ配置角φと空間磁束密度振幅比Ｋ０の関係を示すグラフである。空間磁束密度振幅比Ｋ０が１．２７以上を満たしていれば、図２１中の配置Ａ（○印）と配置Ｂ（●印）のいずれの構成も実現することができる。
【００７１】
図２１の（ａ）のグラフは、図２６に定義された座標における、各φで最もリニアリティー領域が伸び（即ち広く）、±５０ｄｅｇ．での角度誤差が小さくなる最適な傾き角χを示す。φ＝０ｄｅｇ．は２極磁石の側面（ｈ＝０ｍｍ）に磁気センサの中心が配置された状態に相当し、φ＝９０ｄｅｇ．は２極磁石の回転軸線上に磁気センサの中心が配置された状態に相当する。△印は比較例（図７）に対応するφ＝９０ｄｅｇ．且つχ＝１８０ｄｅｇ．の配置であり、角度誤差が大きく、本発明の実施例のように角度誤差を低減することはできない。同じセンサ配置角φで最適傾き角χが４点あるのは、最適な実効磁束密度振幅比Ｋｅｆｆの違い（○と●の違い）と、ε面に対して磁気センサの感磁面の傾きは正負の両方をとることが出来ることに起因する。図２１のグラフは、磁気センサを如何なるセンサ配置角φに配置しても角度誤差を最小にする条件があることを示している。
【００７２】
なお、図２１の（ａ）は角度誤差が最小になる１点をプロットしている。図２１の（ｂ）は、角度誤差１ｄｅｇ．以内に収めるセンサ配置角φと最適傾き角χの関係を表わす。例えば角度誤差を１ｄｅｇ．以下に抑えたい場合には、χの各点で少なくとも２〜５ｄｅｇ．程度の許容範囲を得られることを示す。傾き角χを固定する場合、センサ配置角φは少なくとも１〜３ｄｅｇ．程度の許容範囲を得られることを示す。図２１の（ｃ）は、角度誤差２ｄｅｇ．以内に収めるセンサ配置角φと最適傾き角χの関係を表わす。許容範囲はさらに帯状に広がる。（ｂ）及び（ｃ）では、淡色の領域が配置Ｂであり、濃色の領域が配置Ａである。なお、傾き角χは、Ｘ−Ｙ平面に対する感磁面の傾斜であるから、Ｘ−Ｙ平面を基準にして磁気センサの表裏を反転した状態は、反転する前の状態と等価になる（すなわち、磁気センサの出力は同じになる。）。よって、χ＝０ｄｅｇ．の状態とχ＝１８０ｄｅｇ．の状態は磁気センサにとって等価となる。そこで、１８０ｄｅｇ．毎に繰り返される領域については図示を省略する。
【００７３】
図２２は図２１に係る角度誤差、実効磁束密度振幅比Ｋｅｆｆ、最適傾き角χ及び最適センサ配置角φの関係を示す表である。図２２は、図２１の代表的な点を抽出しており、磁気センサと２極磁石の関係は、側面配置（φ＝０ｄｅｇ．）、端面配置（φ＝９０ｄｅｇ．）、磁石の回転面（Ｘ−Ｙ平面）と感磁面が平行になる配置、磁石の回転面（Ｘ−Ｙ平面）と感磁面が垂直になる配置など１０点を抽出した。これらは角度検出装置を構成する上で磁気センサを取り付け又は固定し易い配置である。それぞれの点に対し、誤差が最小となる一点と、角度誤差が１ｄｅｇ．以内で動作する角度領域と、角度誤差が２ｄｅｇ.以内で動作する角度領域を併せて示している。φ及びχの組合せを上記の角度領域内に収めれば、精度の良好な角度検出装置を構成することができた。
【００７４】
図２３は、磁気センサ２ａについて、内部のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（以下、素子と称する。）の配置を示す概略図である。図２３（Ａ）の上面図に示す通り、１つの磁気センサ２ａ内には、素子としてＸ，Ｙ，−Ｘ，−Ｙ方向のいずれかを固定層磁化方向としたスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子が８個内蔵されている。図中の太い矢印は１個の素子における固定層磁化方向を表す。（Ａ）では、一つのパッケージ２５内に固定層磁化方向が同じである２個のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及び２２ｄを形成したものを４個用いた。これら８個の素子について、Ｘ，−Ｘ方向を固定層磁化方向とする素子は（Ｂ）の回路図のようにブリッジ接続し、センサブリッジＸ０１を構成した。同様にＹ，−Ｙ方向を固定層磁化方向とする素子は（Ｃ）の回路図のようにブリッジ接続し、センサブリッジＹ０１を構成した。Ｘ，−Ｘ方向は反平行の関係にあり、Ｙ，−Ｙ方向は反平行の関係にあり、Ｘ及び−Ｘ方向は、Ｙ及び−Ｙ方向と直交するように形成した。
【００７５】
センサブリッジＹ０１の固定層磁化方向は、磁石回転子の回転方向に沿って設置した。前記センサブリッジＹ０１の固定層磁化方向を回転軸として、センサブリッジＸ０１をχ傾けて設置した。φ＝０ｄｅｇ．のときは、磁石回転子の厚み中心点を通り且つ回転軸に垂直な平面上に、磁気センサの感磁面の中心を設置した。ここで、感磁面は複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の固定層を形成した基板の面に相当し、複数の素子に囲まれた中心点２６（図２３（Ａ）ではパッケージ２５の中央）を感磁面の中心とした。角度検出の際は、Ｘ０１、Ｙ０１いずれか一方の出力を検出した。たとえば、Ｘ０１を角度検出に使用する場合は、Ｙ０１はフェールセーフや、温度補償に使用する。
【００７６】
図２３（Ａ）では、２個のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及び２２ｄを（Ｂ）及び（Ｃ）のように結線し、リードフレームによる６本の端子２３と接続し、樹脂で一体にモールドして磁気センサ２ａを形成した。スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子２２ａ及び２２ｄの太矢印は、図１の磁石回転子の中心を指す向きと平行となるように用いた。（Ｂ）のブリッジ回路では、一定の直流電圧Ｖｃｃｘを印加して、ブリッジ接続の中点からＶｘ１とをＶｘ２を出力する。Ｇｎｄｘ１、Ｇｎｄｘ２、Ｇｎｄｙ１及びＧｎｄｙ２は接地（アース電位）とした。なお、（Ａ）では、固定層磁化方向が同じである２個の素子を一体に形成したものを４個用いたが、８つの素子を一つの共通基板に形成したものや１つの素子を形成した個別基板８個用いてもよい。固定層磁化方向をすべて同じ向きに形成したウェハから、素子を１個づつ切り出し、（Ａ）のように配列し、ブリッジを組むように配線を施すこともできる。セルフピン構造のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子を用いて、素子の固定層磁化方向を決定することもできる。
【００７７】
このように、磁気センサは固定層磁化方向が直交した２個のセンサブリッジを内蔵しており、それぞれのセンサブリッジの固定層磁化方向は、リソグラフィ手法あるいは超精密な位置決め精度を有する機械による部品配置で素子を形成することにより、磁気センサ同士をプリント基板等に実装する場合に比べ、より高精度な位置決めを行う。
【００７８】
（フェールセーフ）
なお、Ｋ０＝１の場合、磁気センサ内に固定層磁化方向が直交する２つのセンサブリッジＸ０１及びＹ０２を設ける事により、磁石１回転に対して、それぞれ、９０ｄｅｇ．位相の異なる１周期の信号を得る事が可能である。これら２つの磁気センサからの出力ＸｏｕｔとＹｏｕｔとを電子回路又はマイクロコンピュータ内部で［数５］の演算処理を行えば、全ての素子が正常である場合には一定のセンサ出力を得る事が可能である。
【００７９】
【数５】
2008281556.tif 000007
【００８０】
（実施例１２）
出力ＸｏｕｔとＹｏｕｔがいくら歪んでも上式を満足することができるため、［数５］の右辺は磁石の角度によらず一定となる。極端に歪んだ例として、角度検出装置の構成を図２４（ａ）（ｂ）に示し、そのときの出力波形を図２５に示す。磁気センサ内の任意のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子が断線等の故障を生じた場合には上記［数５］の磁気センサが正常な場合の出力値から大きく逸脱した値を示す事になり、磁気センサの故障監視を行う事が可能である。さらに、この右辺の値は素子の抵抗変化率を反映した温度の関数であるため、温度補正も同時に可能となる。
【００８１】
さらに、磁石を1回転させないので、図２５のような１周期の出力信号得ることが出来ない。しかし、［数５］のように、回転角度に依存することなく、各センサブリッジの出力の振幅を知ることができる。この出力の振幅を知ることによって、温度補償を行うことができる。なお、図２５は図２４（ａ）及び（ｂ）のような磁気センサ１ｂと円板状磁石１１ａを備える角度検出装置で得るものである。
【００８２】
図２６は、磁石の磁束と磁気センサの位置関係を示す（ａ）上面図及び（ｂ）断面図である。図２６（ａ）では磁石回転子の２極の円板状磁石１１ａについて、磁極表面から発生する磁力線を曲線状の矢印で表わす。磁石の磁化方向はＸ方向であり、磁気センサは磁石表面からｒ１離れたＸ軸上にある。このとき、磁気センサ２ｃはB⊥を受けている。θｍは磁石回転子の回転角度に相当する。円板状磁石１１ａを円周方向にθｍで９０ｄｅｇ．だけ回転させると、磁気センサは今度はＢ//を受けるようになる。Ｚ軸は、中心ｏで円板状磁石と直交し、磁石回転子の回転軸線の方向に相当する。
【００８３】
図２６（ｂ）は３通りの磁気センサの配置を示したものである。磁気センサ２ｃは、Ｚ＝０のＸ−Ｙ平面上に磁気センサの中心を配置し、その感磁面をＸ−Ｙ平面に対してχ傾けた。磁気センサ２ｃ’は、センサ配置角φ’の位置にあり、Ｘ−Ｙ平面に対してχ’傾けた。磁気センサ２ｃ’の中心は、円板状磁石の中心を通り且つ回転軸線に垂直な平面からｈ’離れている。磁気センサ２ｃ’の位置において、磁束の方向はＸ軸からε’傾いている。磁気センサ２ｃ’’は、その中心が磁石回転子の円板状磁石の回転軸線上にあり（φ’’＝９０ｄｅｇ．）、感磁面がＸ−Ｙ平面に平行（χ’’＝１８０ｄｅｇ．かつε’’＝１８０ｄｅｇ．）である。なお、円板状磁石１１ａを、厚みｔを大きくした円柱状磁石や中心に貫通孔を形成したリング状磁石に置き換えても、２極であれば、上述の角度等の定義は同様である。
【００８４】
（実施例１３）
図２７は、軸方向長さｔが径Ｄに比べて長い磁石１１ｆを示す。ｔが長くなるにつれて、空間磁束密度振幅比Ｋ０は１に近づき、あるところで１．２７となる。そのときは図１のように磁気センサを傾けて角度検出装置を構成する必要がないこともある（ただし、磁石寸法の制限はある。）。もし、感磁面内でのＫ０が１．２７であれば、図２７（ｂ）に点線で示すように磁気センサ２ｄが磁石１１ｆの軸方向の中央近傍に配置されていれば、磁気センサ２ｄを傾ける必要はない。逆に、ｔが小さくなって磁石が円板状になった場合は反磁場係数の影響でＫ０が大きくなり、傾けることにより外周の４つのχで好ましい実効磁束密度振幅比Ｋｅｆｆとなる位置がある。しかし、距離（ｒ１）がある程度（例えば、Ｄ／３程度以上）離れると、微小ダイポールで近似できるので図１の実施例と同様になる。
【００８５】
図２７の構成において、ｔとＤの組合せを下記のようにして角度検出装置を作製した。
ｔ／Ｄ＝６、ｔ＝１２ｍｍ、Ｄ＝２ｍｍ、ギャップ＝２．２ｍｍであるときに、Ｋｅｆｆ＝１．２５が得られ、磁気センサを傾けたりＺ軸方向に移動させずに済んだ。
ｔ／Ｄ＝３．０、ｔ＝２４ｍｍ、Ｄ＝８ｍｍ、ギャップ＝２．０ｍｍであるときに、Ｋｅｆｆ＝１．２７が得られた。
【００８６】
図２８は、バルブ装置の１例の部分断面を示す概略図である。スロットルバルブ３０は、ギヤ３８ａ，３８ｂを介して駆動モータ（図示省略）によって、軸受３４で支持されたシャフト３３を回し、管部３６ａ中の弁３１の開度をスロットル操作量に対応して制御するものである。弁３５の開度（開閉角度）は、シャフト３３の端に固定された円柱状２極磁石３１の磁束の向きを、磁気センサ２ａによって検出し、信号処理回路（Ａ−Ｄ変換部及び角度演算部）で角度データに換算して求めた。円柱状２極磁石３１の着磁方向はシャフト３３の軸線に直交させた。磁気センサ２ａのチップの面は、実施例１のように磁石３１及びシャフト３３の軸線に対して角度χ傾斜させた状態とし、への字状に曲げた支持板３７とボルトナットを用いて蓋３６ｃに固定した。蓋３６ｃは枠部３６ｂを介して管部３６ａで支持した。
【００８７】
（実施例１４）
図２９は、磁気センサにおけるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の結線を示す交流回路図である。センサブリッジ５０には交流電源５１から交流電圧信号を印加し、ブリッジの２つの出力端から得られる信号を、コンデンサを介してＯＰアンプ５３に入力した。ＯＰアンプの出力端子を信号処理回路（Ａ−Ｄ変換回路および角度演算回路）に接続し、角度データを求めた。この回路を、図３０の非接触式ボリューム中の磁気センサに適用した。
【００８８】
図３０は、図９における磁気センサ２ａ及び円板状磁石１１ａの組み合わせを用いて作製した非接触式ボリューム６０である。２極に着磁された円板状磁石１１ａは、シャフト６３の端に接続された固定部に接着剤を介して固着した。シャフト６３は、軸受６５を介して筐体６８ａで支持した。Ｏリング６４が軸受６５とシャフト６３の間に挿入されて適当な摩擦力を与えるので、軸端に設けたハンドル６６を手で所定の角度回した後、ハンドル６６は静止し、自然にずれることはなかった。磁気センサ２ａは、への字状に折り曲げた金属製の支持板６７を用いて底板６８ｂに固定した。底板６８ｂを筐体６８ａの開口部に挿入すると、円板状磁石１１ａの軸線に対して磁気センサの面が角度χ傾斜されるように形成した。配線６２は底板に形成した貫通孔を通して筐体外の信号処理回路（Ａ−Ｄ変換回路および角度演算回路）に導いた。この構成によって、ハンドルを所定の角度回したところ、角度ずれを抑制した角度信号を得ることができた。
【００８９】
（実施例１５）
図３１は、磁気センサにおけるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の結線を示す他の交流回路図である。コンデンサをＯＰアンプ５３の前から電源の片側に移した以外は、図２９の構成と同じにした。そして、この回路を図３０の非接触式ボリューム中の磁気センサに適用した。特定周波数の交流を印加し、センサブリッジ出力電圧及びその後段のＯＰアンプからの出力電圧を、前記特定周波数での同期検波を行う事で前記特定周波数以外の周波数成分のノイズを削減できる。
【００９０】
（実施例１６）
図３２は、磁気センサにおけるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の結線を示す直流回路図である。交流電源５１を直流電源５２に置換し、コンデンサを無くしたこと以外は、図２９の構成と同じにした。そして、この回路を図３０の非接触式ボリューム中の磁気センサに適用した。直流電圧をセンサブリッジに印加する事で、出力は角度信号がセンサブリッジ及びその後段のＯＰアンプから直接出力される為に後段の回路が簡素化できる。
【００９１】
図３３の（Ａ）に、直径３２ｍｍの多極円板磁石４２の表面からの距離(スペーシング：単位ｍｍ)を横軸にとったときのセンサデバイス（ＳＶ）及びホールＩＣ（Ｈａｌｌ）による各々の出力電圧特性を示す。図３３の（Ｂ）に、磁束密度に対するセンサデバイスのセンサブリッジ出力特性を示す。センサデバイスの場合は、円板磁石の表面からセンサデバイスまでの距離が１０ｍｍを超えてもほぼ一定の出力が得られるのに対し、ホールＩＣを用いた場合には、円板磁石近傍では出力が飽和して出力波形にひずみが起きている。逆に円板磁石の表面からホールＩＣまでの距離が大きくなると、円板磁石からの磁束密度が急速に減少するため、出力電圧が低下している。このセンサブリッジを用いた本発明の回転角度検出装置においては、上記のように出力電圧の変動、及び出力波形の印加磁界に対する出力波形の変動が少ない。よって、円板磁石／軸／ハンドルの芯ぶれ、円板磁石の温度変化等による特性変動、センサの取り付け誤差等に対する耐性が強いことがこの測定結果から言える。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】角度検出装置の実施態様を示す（ａ）上面図及び（ｂ）側面図である。
【図２】図１に係る磁気センサの（Ａ）上面図と、前記磁気センサにおけるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の結線を示す（Ｂ）回路図である。
【図３】他の角度検出装置の実施態様を示す（ａ）上面図及び（ｂ）側面図である。
【図４】図３に係る実施例の出力のグラフである。
【図５】図１に係る実施例のグラフである。
【図６】傾き角χと角度誤差の関係を示す他のグラフである。
【図７】比較例の角度検出装置を示す（ａ）上面図及び（ｂ）側面図である。
【図８】図７に係る実施例の出力のグラフである。
【図９】他の角度検出装置の実施態様を示す（ａ）上面図及び（ｂ）断面図である。
【図１０】図９に係る実施例のグラフである。
【図１１】傾き角χと角度誤差の関係を示すグラフである。
【図１２】他の角度検出装置の実施態様を示す（ａ）上面図及び（ｂ）側面図である。
【図１３】図１２に係る実施例のグラフである。
【図１４】他の角度検出装置の実施態様を示す（ａ）上面図及び（ｂ）側面図である。
【図１５】他の角度検出装置の実施態様を示す（ａ）上面図及び（ｂ）断面図である。
【図１６】他の角度検出装置の実施態様を示す（ａ）上面図及び（ｂ）側面図である。
【図１７】他の角度検出装置の実施態様を示す（ａ）上面図及び（ｂ）側面図である。
【図１８】他の角度検出装置の実施態様を示す（ａ）上面図及び（ｂ）側面図である。
【図１９】他の角度検出装置の実施態様を示す（ａ）上面図及び（ｂ）断面図である。
【図２０】実効磁束密度振幅比Ｋｅｆｆと角度誤差の関係を示すグラフである。
【図２１】センサ配置角φと最適傾き角χの関係を示すグラフである。
【図２２】Ｋｅｆｆと、χ及びφとの関係を示す表である。
【図２３】他の磁気センサの（Ａ）上面図と、前記磁気センサにおけるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の結線を示す（Ｂ）（Ｃ）回路図である。
【図２４】他の角度検出装置を示す（ａ）上面図及び（ｂ）側面図である。
【図２５】図２３に係る出力のグラフである。
【図２６】磁石の磁束と磁気センサの位置関係を示す（ａ）上面図及び（ｂ）断面図である。
【図２７】他の角度検出装置に用いる磁石の（ａ）上面図及び（ｂ）側面図である。
【図２８】バルブ装置の１例の部分断面を示す概略図である。
【図２９】磁気センサにおけるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の結線を示す交流回路図である。
【図３０】非接触式ボリュームの一部断面を示す概略図である。
【図３１】磁気センサにおけるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の結線を示す他の交流回路図である。
【図３２】磁気センサにおけるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の結線を示す他の直流回路図である。
【図３３】スペーシングと出力電圧特性の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９３】
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｃ’，２ｃ’’，２ｄ：磁気センサ、
１１ａ，円板状磁石、
１１ｂ，１１ｂ’：リング状磁石、
１１ｃ，１１ｄ：磁石、
１１ｅ：矩形板状磁石、１１ｆ：磁石、
１２ａ，１２ｂ：扇形ヨーク、
１２ｃ，１２ｃ’：リング状ヨーク、
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ：２個のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子、
２３：端子、  ２５：パッケージ、  ２６：中心点（感磁面の中心）、
３０：スロットルバルブ、  ３１：磁石、  ３３：シャフト、
３４：軸受、  ３５：弁、
３６ａ：管部、  ３６ｂ：枠部、  ３６ｃ：蓋、
３７：支持板、  ３８ａ：ギヤ、  ３８ｂ：ギヤ、
５０：センサブリッジ、  ５１：交流電源、  ５２：直流電源、
５３：オペアンプ、
６０：非接触式ボリューム、  ６２：配線、  ６３：シャフト、
６４：Ｏリング、  ６５：軸受、  ６６：ハンドル、
６７：支持板、  ６８ａ：筐体、  ６８ｂ：底板
【図１】
2008281556.tif 000008
【図２】
2008281556.tif 000009
【図３】
2008281556.tif 000010
【図４】
2008281556.tif 000011
【図５】
2008281556.tif 000012
【図６】
2008281556.tif 000013
【図７】
2008281556.tif 000014
【図８】
2008281556.tif 000015
【図９】
2008281556.tif 000016
【図１０】
2008281556.tif 000017
【図１１】
2008281556.tif 000018
【図１２】
2008281556.tif 000019
【図１３】
2008281556.tif 000020
【図１４】
2008281556.tif 000021
【図１５】
2008281556.tif 000022
【図１６】
2008281556.tif 000023
【図１７】
2008281556.tif 000024
【図１８】
2008281556.tif 000025
【図１９】
2008281556.tif 000026
【図２０】
2008281556.tif 000027
【図２１】
2008281556.tif 000028
【図２２】
2008281556.tif 000029
【図２３】
2008281556.tif 000030
【図２４】
2008281556.tif 000031
【図２５】
2008281556.tif 000032
【図２６】
2008281556.tif 000033
【図２７】
2008281556.tif 000034
【図２８】
2008281556.tif 000035
【図２９】
2008281556.tif 000036
【図３０】
2008281556.tif 000037
【図３１】
2008281556.tif 000038
【図３２】
2008281556.tif 000039
【図３３】
2008281556.tif 000040