(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に直交する平面上の磁場回転角を検出するためのシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサであって、
前記Ｚ−Ｘ角度センサは、
Ｘ−Ｙ平面上に配置された基板と、
前記基板表面に平行なＸ軸磁場成分を検出するための、前記基板上に配置された少なくとも１個のＸ軸磁気抵抗センサと、
前記基板表面に直交するZ軸磁場成分を検出するための、前記基板上に配置された少なくとも１個のＺ軸磁気抵抗センサと、を具備し、
前記Ｘ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｚ軸磁気抵抗センサ各々は、磁気抵抗センシングユニットおよび磁束コンセントレータを有し、前記磁束コンセントレータは長軸がＹ軸方向に平行で短軸がＸ軸方向に平行な細長い形状を有し、前記磁気抵抗センシングユニットの感度方向はＸ軸方向に平行であり、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニットおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニット各々は少なくとも２個のブリッジアームを含む磁気抵抗ブリッジと電気的に接続され、前記ブリッジアーム各々は１個または複数の前記磁気抵抗センシングユニットの電気的に接続によって形成される２ポート構成であり、かつ前記ブリッジアームにおける磁気抵抗センシングユニットはＹ軸に平行な方向に沿って複数の磁気抵抗ユニット列に配置され、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗ブリッジはプッシュプルブリッジであり、そのプッシュアームおよびプルアーム各々は前記Ｚ軸磁気抵抗センサにおける磁束コンセントレータの上側または下側のＹ軸中心線の異なる側であって、かつそれに対応する前記Ｙ軸中心線から等距離の位置に配置され、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗ブリッジは参照式ブリッジであり、参照アームは、前記Ｘ軸磁気抵抗センサにおける磁束コンセントレータの上側または下側のＹ軸中心線上に配置され、感度アームは、前記Ｘ軸磁気抵抗センサにおける磁束コンセントレータの上側または下側のＹ軸中心線から磁束コンセントレータ幅の半分よりも長い距離を離れた位置に配置され、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニットおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニットは前記Ｘ軸方向に沿って混在して配列され、前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは共通の前記磁束コンセントレータを有する、
ことを特徴とするシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項２】
前記磁束コンセントレータは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏのうちの１種類または複数種の元素を含む軟磁性合金材料により形成される、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項３】
前記磁気抵抗センシングユニットは、ＧＭＲまたはＴＭＲの磁気抵抗センシングユニットである、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項４】
前記Ｚ軸磁気抵抗センサは２個のＺ軸磁気抵抗センササブユニットを有し、それぞれの前記Ｚ軸磁気抵抗センササブユニットは前記Ｘ軸方向に沿って前記Ｘ軸磁気抵抗センサの両側に配置され、前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは、それぞれ異なる前記磁束コンセントレータに対応する、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項５】
前記Ｘ軸磁気抵抗センサは２個のＸ軸磁気抵抗センササブユニットを有し、それぞれの前記Ｘ軸磁気抵抗センササブユニットは前記Ｘ軸方向に沿って前記Ｚ軸磁気抵抗センサの両側に配置され、前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは、それぞれ異なる磁束コンセントレータに対応する、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項６】
前記Ｘ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサは、それぞれ複数のＸ軸磁気抵抗センササブユニットおよび複数のＺ軸磁気抵抗センササブユニットを有し、前記Ｘ軸磁気抵抗センササブユニットと前記Ｚ軸磁気抵抗センササブユニットはＸ軸方向に沿って交互に配置され、前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは、それぞれ異なる磁束コンセントレータに対応する、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項７】
前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは前記Ｙ軸方向に沿って配列され、前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは、それぞれ異なる前記磁束コンセントレータに対応する、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項８】
前記Ｚ軸磁気抵抗センサまたはＺ軸磁気抵抗センササブユニットは１個の前記磁束コンセントレータを備え、前記磁気抵抗センシングユニットは前記磁束コンセントレータに対応する、ことを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項９】
前記Ｚ軸磁気抵抗センサまたはＺ軸磁気抵抗センササブユニットは２個の前記磁束コンセントレータを備え、前記プッシュアームおよびプルアームは、それぞれ前記２個の磁束コンセントレータのＹ軸中心線の異なる側に配置される、ことを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項１０】
前記Ｚ軸磁気抵抗センサまたはＺ軸磁気抵抗センササブユニットは、Ｎ＋２個の前記磁束コンセントレータを有し、前記磁気抵抗センシングユニットは、中央部におけるＮ個の前記磁束コンセントレータに対応し、前記Ｎは正の整数である、ことを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項１１】
前記Ｘ軸磁気抵抗センサまたはＸ軸磁気抵抗センササブユニットは、２Ｎ個の磁気抵抗ユニット列を有し、前記Ｘ軸磁気抵抗センサにおいて隣接する２個の前記磁束コンセントレータ間の間隔はＬであり、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁束コンセントレータの個数は２Ｎ−２である場合は前記Ｘ軸磁気抵抗センサの中央部における２個の前記磁気抵抗ユニット列は互いに隣接して前記参照アームに対応すると共にその間隔は２Ｌであり、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁束コンセントレータの個数は２Ｎ−１である場合は前記Ｘ軸磁気抵抗センサの中央部における２個の前記磁気抵抗ユニット列は感度アームに対応すると共にその間隔は２Ｌであり、前記Ｌは自然数で、前記Ｎは１より大きい整数である、ことを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項１２】
前記Ｘ軸磁気抵抗センサまたはＸ軸磁気抵抗センササブユニットは２Ｎ個の磁気抵抗ユニット列および２Ｎ−１個の前記磁束コンセントレータを有し、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗ユニット列は、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの前記磁束コンセントレータの上側または下側に交互に分布されると共にその分布は前記Ｙ軸中心線から磁束コンセントレータ幅の半分よりも長い距離を離れた位置であり、前記Ｎは正の整数である、ことを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項１３】
前記磁束コンセントレータの個数が２Ｎ＋２である場合は、前記Ｚ軸磁気抵抗センサは４Ｎ個の磁気抵抗ユニット列を有すると共にその中央部は２Ｎ個の前記磁束コンセントレータに対応し、前記Ｘ軸磁気抵抗センサは２Ｎ＋２個の磁気抵抗ユニット列を有し、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの中央部の２個の磁気抵抗ユニット列の間隔は４Ｌであり、隣接する２個の前記磁束コンセントレータの間隔はＬであり、前記Ｌは自然数で、前記Ｎは１より大きい整数である、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項１４】
前記磁束コンセントレータの個数は２Ｎ＋２であり、前記Ｚ軸磁気抵抗センサは４Ｎ個の磁気抵抗ユニット列を有すると共にそれぞれその中央部は２Ｎ個の前記磁束コンセントレータに対応し、前記Ｘ軸磁気抵抗センサに含まれる磁気抵抗ユニット列の個数は４Ｎであり、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの中央部の２個の磁気抵抗ユニット列の間隔は２Ｌであり、隣接する２個の前記磁束コンセントレータの間隔はＬであり、前記Ｌは自然数で、前記Ｎは１より大きい整数である、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項１５】
前記磁束コンセントレータの個数はＮであり、前記Ｚ軸磁気抵抗センサに含まれる磁気抵抗ユニット列の個数は２（Ｎ−２）であってその中央部はＮ−２の前記磁束コンセントレータに対応し、前記Ｘ軸磁気抵抗センサに含まれる磁気抵抗ユニット列の個数は２（Ｎ−１）であってその一端上の一つの前記磁束コンセントレータのＹ軸中心線上に磁気抵抗ユニットが分布され、前記Ｎは３より大きい整数である、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項１６】
前記Ｘ軸磁気抵抗センサにおいて、前記参照アームに対応する前記磁気抵抗ユニット列の個数と前記感度アームに対応する前記磁気抵抗ユニット列の個数は同じであり、前記Ｚ軸磁気抵抗センサにおいて、前記プッシュアームに対応する前記磁場抵抗ユニット列の個数と前記プルアームに対応する前記磁場抵抗ユニット列の個数は同じである、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項１７】
前記Ｚ軸磁気抵抗センサに対応する前記磁束コンセントレータと前記Ｘ軸磁気抵抗センサに対応する前記磁束コンセントレータは同じ幅と厚さを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項１８】
前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁束コンセントレータ間のギャップでの磁気抵抗ユニット列の位置における磁場ゲイン係数Ａｓｎｓは１＜Ａｓｎｓ＜１００であり、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁束コンセントレータの上側または下側のＹ軸中心線での磁気抵抗ユニット列の位置における磁場減衰係数Ａｒｅｆは０＜Ａｒｅｆ＜１である、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項１９】
前記Ｚ軸磁気抵抗センサにおいて、隣接する２個の前記磁束コンセントレータの間隔Ｌは前記Ｚ軸磁気抵抗センサの磁束コンセントレータの幅Ｌｘ以上である、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項２０】
前記Ｚ軸磁気抵抗センサにおいて、隣接する２個の前記磁束コンセントレータの間隔ＬはＬ＞２Ｌｘであり、前記Ｌｘは前記Ｚ軸磁気抵抗センサにおける前記磁束コンセントレータの幅である、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項２１】
前記Ｘ軸磁気抵抗センサの参照式ブリッジおよび／または前記Ｚ軸磁気抵抗センサのプッシュプル式ブリッジはハーフブリッジ構成、またはフルブリッジ構成、あるいは準ブリッジ構成のうちの１種類である、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項２２】
前記Ｘ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニットはいずれも同じ磁場感度を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ。
【請求項２３】
請求項１に記載のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサを有するオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度計測器であって、
前記オフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度計測器はさらに円形永久磁石エンコーダディスクを有し、
前記円形永久磁石エンコーダディスクの磁化方向は、前記円形永久磁石エンコーダディスクの回転平面内に位置して前記円形永久磁石エンコーダディスクの円形中心を通過する直線に平行であり、
前記円形永久磁石エンコーダディスクの幅方向および回転軸方向は、いずれも前記Ｙ軸方向に沿ったものであり、
前記回転平面はＸ−Ｚ平面であり、
前記基板が前記円形永久磁石エンコーダディスクのエッジに配置されているＸ−Ｙ平面からの距離はＤｅｔであり、
Ｚ軸は前記シングルチップオフアクシスＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの中心および前記円形永久磁石エンコーダディスクの軸心を通過し、前記ＤｅｔはＤｅｔ＞０となる、ことを特徴とするオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度計測器。
【請求項２４】
前記Ｚ軸磁気抵抗センサは、それぞれ前記Ｘ軸方向に沿って前記Ｘ軸磁気抵抗センサの両側に配置される２個のＺ軸磁気抵抗センササブユニットを有し、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサはそれぞれ異なる前記磁束コンセントレータに対応し、前記Ｄｅｔは０．２〜０．３ｒであり、
前記Ｘ軸磁気抵抗センサと前記Ｚ軸磁気抵抗センササブユニットの間隔は０〜０．３ｒであり、
ｒは前記円形永久磁石エンコーダディスクの半径である、ことを特徴とする請求項２３に記載のオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度計測器。
【請求項２５】
Ｘ軸磁気抵抗センサは、それぞれがＸ軸方向に沿って前記Ｚ軸磁気抵抗センサの両側に位置される２個のＸ軸磁気抵抗センササブユニットを有し、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよびＸ軸磁気抵抗センサはそれぞれ異なる前記磁束コンセントレータに対応し、前記Ｄｅｔは０．６〜０．８ｒであり、
前記Ｘ軸磁気抵抗センササブユニットとＺ軸磁気抵抗センサの間隔は０．５〜０．７ｒであり、
ｒは前記円形永久磁石エンコーダディスクの半径である、ことを特徴とする請求項２３に記載のオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度計測器。
【請求項２６】
前記Ｘ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｚ軸磁気抵抗センサは、それぞれ複数のＸ軸磁気抵抗センササブユニットおよびＺ軸磁気抵抗センササブユニットを有し、
前記Ｘ軸磁気抵抗センササブユニットと前記Ｚ軸磁気抵抗センササブユニットは前記Ｘ軸方向に沿って交互に配列され、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサと前記Ｘ軸磁気抵抗センサはそれぞれ異なる前記磁束コンセントレータに対応し、
前記Ｄｅｔは０．５〜０．７ｒであり、
互いに隣接する前記Ｚ軸磁気抵抗センササブユニットと前記Ｘ軸磁気抵抗センササブユニットの間隔は０．６ｒであり、
ｒは前記円形永久磁石エンコーダディスク半径である、ことを特徴とする請求項２３に記載のオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度計測器。
【請求項２７】
前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは前記Ｙ軸方向に沿って配列され、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサはそれぞれ異なる前記磁束コンセントレータに対応し、
前記Ｄｅｔは０．５〜０．７ｒであり、
ｒは前記円形永久磁石エンコーダディスクの半径である、ことを特徴とする請求項２３に記載のオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度計測器。
【請求項２８】
前記Ｚ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニットおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニットは前記Ｘ軸方向に沿って混在して配列され、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは共通の前記磁束コンセントレータを有し、
前記Ｄｅｔは０．５−０．７ｒであり、
ｒは前記円形永久磁石エンコーダディスクの半径である、ことを特徴とする請求項２３に記載のオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度計測器。
【請求項２９】
前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは前記Ｙ軸方向に沿って配列され、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは共通の前記磁束コンセントレータを有せず、
前記シングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサは、前記円形永久磁石エンコーダディスクの幅方向に沿って前記円形永久磁石エンコーダディスクのＸ軸とＺ軸の磁場均一領域に配置される、ことを特徴とする請求項２３に記載のオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度計測器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサ分野に関し、特に、シングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサおよびこのセンサを用いたオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度計測器に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗角度センサおよび永久磁石エンコーダディスクによって構成される磁気抵抗角度計測器は、磁気エンコーダおよび回転位置センサ等の分野に応用可能である。一般には、ＴＭＲ、ＧＭＲのような磁気抵抗センサに対してはＸ−Ｙ平面型の磁気抵抗センサチップが採用され、Ｘ軸方向とＹ軸方向における磁場成分を測定し、角度を有する磁場を計算することによって、永久磁石エンコーダディスクの回転角度を測定することが実現される。しかしながら、以下のような問題が存在する。
【０００３】
（１）ＧＭＲとＴＭＲのそれぞれ一方向平面の磁場感度方向を有する磁気抵抗センシングユニットでは、共通して、Ｘ軸感度方向のセンサスライスを９０度回転させることによってＹ軸感度方向のセンサスライスを取得し、その２個のスライス間はバインディングによって接続されるが、そのようなＸ−Ｙ磁気抵抗角度センサチップでは、２個のスライス間の装着位置がパッキング時のスライス上の造作に関係するのでセンサの測定精度に影響を及ぼし、さらに、２個のスライス間のねじ接続に問題も存在するため、プロセスが比較的複雑である。
【０００４】
（２）ＧＭＲとＴＭＲの磁気抵抗センサユニットによって構成される線型Ｘ−Ｙ磁気抵抗センサのブリッジ構成に対して、プッシュプル方式の構成を採用する場合、プッシュアームスライスとプルアームスライスの磁場感度方向を互いに反対にするために、２個のブリッジアームによって形成されるスライスのうちの一方を他方に対して１８０度ずらし、２個のスライスはチップ上の異なる位置に配置される必要があり、スライス間の接続はバインディングにより実現されるが、それはセンサの測定精度に影響を及ぼし、プロセスの煩雑性を増加させる。
【０００５】
（３）Ｘ−Ｙ角度センサチップに対して、その動作位置は永久磁石エンコーダディスクに平行な回転平面領域よりも上の位置であり、永久磁石エンコーダディスクの装着空間はエンコーダディスクの大きさよりも小さくなるので、チップが大きな装着空間と大きな磁場均一領域を保証するために、エンコーダディスクの大きさを大きくする必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の問題に対して、Ｘ−Ｙ磁気抵抗角度センサに代わってシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサを提供するものであり、同一スライス上でＺ軸磁気抵抗センサおよびＸ軸磁気抵抗センサの同時製造を実現し、Ｘ軸磁気抵抗センサに関して磁束コンセントレータを磁気抵抗ユニット列の近傍に配置することにより磁気抵抗ユニット列に磁場が集中する効果を増強させ、磁束コンセントレータで磁気抵抗ユニット列をカバーすることにより磁気抵抗ユニット列に対して磁場の遮蔽効果を減衰させることにより参照式ブリッジの設計と製造を実現し、これによって高感度のＸ軸磁気抵抗センサを実現し、それとともにダブルスライスのプッシュプル式構成を回避すると共に、Ｚ軸磁気抵抗センサに関しては、磁束コンセントレータの中心位置からずれており、Ｚ磁場成分をＸ軸方向と−Ｘ軸方向に沿った磁場成分へ変換し、磁気抵抗センサによりそれらの磁場成分を測定する磁気抵抗ユニット列を磁束コンセントレータでカバーすることによりＸ軸方向の磁場を有するようにＺ磁場成分をツイストすることによってプッシュプルブリッジセンサを形成するようにし、更に、このシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサを円形永久磁石体エンコーダディスクのエッジに配置して、Ｘ磁場成分とＺ磁場成分とを測定することによってＺ−Ｘ平面における円形永久磁石エンコーダディスクの磁場回転角度上での測定を実現し、円形永久磁石エンコーダディスクのＸ−Ｚ平面上方のＸ−Ｙ角度センサの配置に関して更に大きな空間柔軟性を有し、Ｘ−Ｙ角度センサの欠点について全て解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態に係るシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサは、
基板表面に直交する平面上の磁場回転角を検出するためのシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサであって、
前記Ｚ−Ｘ角度センサは、
Ｘ−Ｙ平面上に配置された基板と、
前記基板表面に平行なＸ軸磁場成分を検出するための、前記基板上に配置された少なくとも１個のＸ軸磁気抵抗センサと、
前記基板表面に直交するZ軸磁場成分を検出するための、前記基板上に配置された少なくとも１個のＺ軸磁気抵抗センサと、を具備し、
前記Ｘ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｚ軸磁気抵抗センサ各々は、磁気抵抗センシングユニットおよび磁束コンセントレータを有し、前記磁束コンセントレータは長軸がＹ軸方向に平行で短軸がＸ軸方向に平行な細長い形状を有し、前記磁気抵抗センシングユニットの感度方向はＸ軸方向に平行であり、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニットおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニット各々は少なくとも２個のブリッジアームを含む磁気抵抗ブリッジと電気的に接続され、前記ブリッジアーム各々は１個または複数の前記磁気抵抗センシングユニットの電気的に接続によって形成される２ポート構成であり、かつ前記ブリッジアームにおける磁気抵抗センシングユニットはＹ軸に平行な方向に沿って複数の磁気抵抗ユニット列に配置され、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗ブリッジはプッシュプルブリッジであり、そのプッシュアームおよびプルアーム各々は前記Ｚ軸磁気抵抗センサにおける磁束コンセントレータの上側または下側のＹ軸中心線の異なる側であって、かつそれに対応する前記Ｙ軸中心線から等距離の位置に配置され、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗ブリッジは参照式ブリッジであり、参照アームは、前記Ｘ軸磁気抵抗センサにおける磁束コンセントレータの上側または下側のＹ軸中心線上に配置され、感度アームは、前記Ｘ軸磁気抵抗センサにおける磁束コンセントレータの上側または下側のＹ軸中心線から磁束コンセントレータ幅の半分よりも長い距離を離れた位置に配置され、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニットおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニットは前記Ｘ軸方向に沿って混在して配列され、前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは共通の前記磁束コンセントレータを有する、
ことを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、前記磁束コンセントレータは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏのうちの１種類または複数種の元素を含む軟磁性合金材料により形成される。
【０００９】
好ましくは、前記磁気抵抗センシングユニットは、ＧＭＲまたはＴＭＲの磁気抵抗センシングユニットである。
【００１０】
好ましくは、前記Ｚ軸磁気抵抗センサは２個のＺ軸磁気抵抗センササブユニットを有し、それぞれの前記Ｚ軸磁気抵抗センササブユニットは前記Ｘ軸方向に沿って前記Ｘ軸磁気抵抗センサの両側に配置され、前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは、それぞれ異なる前記磁束コンセントレータに対応する。
【００１１】
好ましくは、前記Ｘ軸磁気抵抗センサは２個のＸ軸磁気抵抗センササブユニットを有し、それぞれの前記Ｘ軸磁気抵抗センササブユニットは前記Ｘ軸方向に沿って前記Ｚ軸磁気抵抗センサの両側に配置され、前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは、それぞれ異なる磁束コンセントレータに対応する。
【００１２】
好ましくは、前記Ｘ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサは、それぞれ複数のＸ軸磁気抵抗センササブユニットおよび複数のＺ軸磁気抵抗センササブユニットを有し、前記Ｘ軸磁気抵抗センササブユニットと前記Ｚ軸磁気抵抗センササブユニットはＸ軸方向に沿って交互に配置され、前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは、それぞれ異なる磁束コンセントレータに対応する。
【００１３】
好ましくは、前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは前記Ｙ軸方向に沿って配列され、前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは、それぞれ異なる前記磁束コンセントレータに対応する。
【００１５】
好ましくは、前記Ｚ軸磁気抵抗センサまたはＺ軸磁気抵抗センササブユニットは１個の前記磁束コンセントレータを備え、前記磁気抵抗センシングユニットは前記磁束コンセントレータに対応する。
【００１６】
好ましくは、前記Ｚ軸磁気抵抗センサまたはＺ軸磁気抵抗センササブユニットは２個の前記磁束コンセントレータを備え、前記プッシュアームおよびプルアームは、それぞれ前記２個の磁束コンセントレータのＹ中心線の両側に配置される。
【００１７】
好ましくは、前記Ｚ軸磁気抵抗センサまたはＺ軸磁気抵抗センササブユニットは、Ｎ＋２個の前記磁束コンセントレータを有し、前記磁気抵抗センシングユニットは、中央部におけるＮ個の前記磁束コンセントレータに対応し、前記Ｎは正の整数である。
【００１８】
好ましくは、前記Ｘ軸磁気抵抗センサまたはＸ軸磁気抵抗センササブユニットは、２Ｎ個の磁気抵抗ユニット列を有し、前記Ｘ軸磁気抵抗センサにおいて隣接する２個の前記磁束コンセントレータ間の間隔はＬであり、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁束コンセントレータの個数は２Ｎ−２である場合は前記Ｘ軸磁気抵抗センサの中央部における２個の前記磁気抵抗ユニット列は互いに隣接して前記参照アームに対応すると共にその間隔は２Ｌであり、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁束コンセントレータの個数は２Ｎ−１である場合は前記Ｘ軸磁気抵抗センサの中央部における２個の前記磁気抵抗ユニット列は感度アームに対応すると共にその間隔は２Ｌであり、前記Ｌは自然数で、前記Ｎは１より大きい整数である。
【００１９】
好ましくは、前記Ｘ軸磁気抵抗センサまたはＸ軸磁気抵抗センササブユニットは２Ｎ個の磁気抵抗ユニット列および２Ｎ−１個の前記磁束コンセントレータを有し、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗ユニット列は、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの前記磁束コンセントレータの上側または下側に交互に分布されると共にその分布はＹ中心線から磁束コンセントレータ幅の半分よりも長い距離を離れた位置であり、前記Ｎは正の整数である。
【００２０】
好ましくは、前記磁束コンセントレータの個数が２Ｎ＋２である場合は、前記Ｚ軸磁気抵抗センサは４Ｎ個の磁気抵抗ユニット列を有すると共にその中央部は２Ｎ個の前記磁束コンセントレータに対応し、前記Ｘ軸磁気抵抗センサは２Ｎ＋２個の磁気抵抗ユニット列を有し、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの中央部の２個の磁気抵抗ユニット列の間隔は４Ｌであり、隣接する２個の前記磁束コンセントレータの間隔はＬであり、前記Ｌは自然数で、前記Ｎは１より大きい整数である。
【００２１】
好ましくは、前記磁束コンセントレータの個数は２Ｎ＋２であり、前記Ｚ軸磁気抵抗センサは４Ｎ個の磁気抵抗ユニット列を有すると共にそれぞれその中央部は２Ｎ個の前記磁束コンセントレータに対応し、前記Ｘ軸磁気抵抗センサに含まれる磁気抵抗ユニット列の個数は４Ｎであり、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの中央部の２個の磁気抵抗ユニット列の間隔は２Ｌであり、隣接する２個の前記磁束コンセントレータの間隔はＬであり、前記Ｌは自然数で、前記Ｎは１より大きい整数である。
【００２２】
好ましくは、前記磁束コンセントレータの個数はＮであり、前記Ｚ軸磁気抵抗センサに含まれる磁気抵抗ユニット列の個数は２（Ｎ−２）であって、中央部のＮ−２個の磁束コンセントレータに対応し、前記Ｘ軸磁気抵抗センサに含まれる磁気抵抗ユニット列の個数は２（Ｎ−１）であってその一端上の一つの前記磁束コンセントレータのＹ中心線上に磁気抵抗ユニットが分布され、Ｎは３より大きい整数である。
【００２３】
好ましくは、前記Ｘ軸磁気抵抗センサにおいて、前記参照アームに対応する前記磁気抵抗ユニット列の個数と前記感度アームに対応する前記磁気抵抗ユニット列の個数は同じであり、前記Ｚ軸磁気抵抗センサにおいて、前記プッシュアームに対応する前記磁場抵抗ユニット列の個数と前記プルアームに対応する前記磁場抵抗ユニット列の個数は同じである。
【００２４】
好ましくは、前記Ｚ軸磁気抵抗センサに対応する前記磁束コンセントレータと前記Ｘ軸磁気抵抗センサに対応する前記磁束コンセントレータは同じ幅と厚さを有する。
【００２５】
好ましくは、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁束コンセントレータ間のギャップでの磁気抵抗ユニット列の位置における磁場ゲイン係数Ａｓｎｓは１＜Ａｓｎｓ＜１００であり、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁束コンセントレータの上側または下側におけるＹ中心線上での磁気抵抗ユニット列の位置における磁場減衰係数Ａｒｅｆは０＜Ａｒｅｆ＜１である。
【００２６】
好ましくは、前記Ｚ軸磁気抵抗センサにおいて、隣接する２個の前記磁束コンセントレータの間隔Ｌは前記Ｚ軸磁気抵抗センサの磁束コンセントレータの幅Ｌｘ以上である。
【００２７】
好ましくは、前記Ｚ軸磁気抵抗センサにおいて、隣接する２個の前記磁束コンセントレータの間隔ＬはＬ＞２Ｌｘであり、前記Ｌｘは前記Ｚ軸磁気抵抗センサにおける前記磁束コンセントレータの幅である。
【００２９】
好ましくは、前記Ｘ軸磁気抵抗センサの参照式ブリッジおよび／または前記Ｚ軸磁気抵抗センサのプッシュプル式ブリッジはハーフブリッジ構成、フルブリッジ構成、準ブリッジ構成のいずれかである。
【００３０】
好ましくは、前記Ｘ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニットはいずれも同じ磁場感度を有する。
【００３１】
本実施形態に係るオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度計測器は、
前記シングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサを有するオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度計測器であって、
前記オフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度計測器はさらに円形永久磁石エンコーダディスクを有し、
前記円形永久磁石エンコーダディスクの磁化方向は、前記円形永久磁石エンコーダディスクの回転平面内に位置して前記円形永久磁石エンコーダディスクの円形中心を通過する直線に平行であり、
前記円形永久磁石エンコーダディスクの幅方向および回転軸方向は、いずれも前記Ｙ軸方向に沿ったものであり、
前記回転平面はＸ−Ｚ平面であり、
前記基板が前記円形永久磁石エンコーダディスクのエッジに配置されているＸ−Ｙ平面からの距離はＤｅｔであり、
Ｚ軸は前記シングルチップオフアクシスＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの中心および前記円形永久磁石エンコーダディスクの軸心を通過し、前記ＤｅｔはＤｅｔ＞０となることを特徴とする。
【００３２】
好ましくは、前記Ｚ軸磁気抵抗センサは、それぞれ前記Ｘ軸方向に沿って前記Ｘ軸磁気抵抗センサの両側に配置される２個のＺ軸磁気抵抗センササブユニットを有し、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサはそれぞれ異なる前記磁束コンセントレータに対応し、前記Ｄｅｔは０．２〜０．３ｒであり、
前記Ｘ軸磁気抵抗センサと前記Ｚ軸磁気抵抗センササブユニットの間隔は０〜０．３ｒであり、
ｒは前記円形永久磁石エンコーダディスクの半径である。
【００３３】
好ましくは、Ｘ軸磁気抵抗センサは、それぞれがＸ軸方向に沿って前記Ｚ軸磁気抵抗センサの両側に位置される２個のＸ軸磁気抵抗センササブユニットを有し、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよびＸ軸磁気抵抗センサはそれぞれ異なる前記磁束コンセントレータに対応し、前記Ｄｅｔは０．６〜０．８ｒであり、
前記Ｘ軸磁気抵抗センササブユニットとＺ軸磁気抵抗センサの間隔は０．５〜０．７ｒであり、
ｒは前記円形永久磁石エンコーダディスクの半径である。
【００３４】
好ましくは、前記Ｘ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｚ軸磁気抵抗センサは、それぞれ複数のＸ軸磁気抵抗センササブユニットおよびＺ軸磁気抵抗センササブユニットを有し、
前記Ｘ軸磁気抵抗センササブユニットと前記Ｚ軸磁気抵抗センササブユニットは前記Ｘ軸方向に沿って交互に配列され、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサと前記Ｘ軸磁気抵抗センサはそれぞれ異なる前記磁束コンセントレータに対応し、
前記Ｄｅｔは０．５〜０．７ｒであり、
互いに隣接する前記Ｚ軸磁気抵抗センササブユニットと前記Ｘ軸磁気抵抗センササブユニットの間隔は０．６ｒであり、
ｒは前記円形永久磁石エンコーダディスク半径である。
【００３５】
好ましくは、前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは前記Ｙ軸方向に沿って配列され、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサはそれぞれ異なる前記磁束コンセントレータに対応し、
前記Ｄｅｔは０．５〜０．７ｒであり、
ｒは前記円形永久磁石エンコーダディスクの半径である。
【００３６】
好ましくは、前記Ｚ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニットおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニットは前記Ｘ軸方向に沿って混在して配列され、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは共通の前記磁束コンセントレータを有し、
前記Ｄｅｔは０．５−０．７ｒであり、
ｒは前記円形永久磁石エンコーダディスクの半径である。
【００３７】
好ましくは、前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは前記Ｙ軸方向に沿って配列され、
前記Ｚ軸磁気抵抗センサおよび前記Ｘ軸磁気抵抗センサは共通の前記磁束コンセントレータを有せず、
前記シングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサは、前記円形永久磁石エンコーダディスクの幅方向に沿って前記円形永久磁石エンコーダディスクのＸ軸とＺ軸の磁場均一領域に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第１の構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第２の構成を示す図である。
【図３】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第３の構成を示す図である。
【図４】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第４の構成を示す図である。
【図５】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第５の構成を示す図である。
【図６】本実施形態に係るＸ軸磁気抵抗センサの第１の構成を示す図である。
【図７】本実施形態に係るＸ軸磁気抵抗センサの第２の構成を示す図である。
【図８】本実施形態に係るＸ軸磁気抵抗センサの第３の構成を示す図である。
【図９】本実施形態に係るＺ軸磁気抵抗センサの第１の構成を示す図である。
【図１０】本実施形態に係るＸ軸磁気抵抗センサの第２の構成を示す図である。
【図１１】本実施形態に係るＸ軸磁気抵抗センサの第３の構成を示す図である。
【図１２】本実施形態に係るＸ軸とＺ軸の磁気抵抗センサの第１のハイブリッド構成を示す図である。
【図１３】本実施形態に係るＸ軸とＺ軸の磁気抵抗センサの第２のハイブリッド構成を示す図である。
【図１４】本実施形態に係るＸ軸とＺ軸の磁気抵抗センサの第３のハイブリッド構成を示す図である。
【図１５】本実施形態に係るＸ軸磁気抵抗センサのＸ軸方向の磁場の測定原理を示す図である。
【図１６】本実施形態に係るＸ軸方向の外部磁場におけるＸ軸方向に沿うＸ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センサの磁場分布を示す図である。
【図１７】本実施形態に係るＺ軸磁気抵抗センサのＺ軸方向の磁場の測定原理を示す図である。
【図１８】本実施形態に係るＺ軸方向の外部磁場におけるＸ軸方向に沿うＺ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センサの磁場分布を示す図である。
【図１９】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第１の構成の典型的なトポロジカル構成を示す図である。
【図２０】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第２の構成の典型的なトポロジカル構成を示す図である。
【図２１】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第３の構成の典型的なトポロジカル構成を示す図である。
【図２２】本実施形態に係るフルブリッジ構成のＺ軸磁気抵抗センサの電気的に接続を示す図である。
【図２３】本実施形態に係るフルブリッジ構成のＺ軸磁気抵抗センサを示す概略図である。
【図２４】本実施形態に係るフルブリッジ構成のＸ軸磁気抵抗センサの電気的に接続を示す図である。
【図２５】本実施形態に係るフルブリッジ構成のＸ軸磁気抵抗センサを示す概略図である。
【図２６】本実施形態に係る第１のフルブリッジ構成のＸ軸とＺ軸のハイブリッド構成センサの電気的に接続を示す図である。
【図２７】本実施形態に係る第２のフルブリッジ構成のＸ軸とＺ軸のハイブリッド構成センサの電気的に接続を示す図である。
【図２８】本実施形態に係る第３のフルブリッジ構成のＸ軸とＺ軸のハイブリッド構成センサの電気的に接続を示す図である。
【図２９】本実施形態に係るシングルチップＸ−Ｚ磁気抵抗角度センサと円形永久磁石エンコーダディスクの角度測定を示す概略図である。
【図３０】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第１の構成における永久磁石エンコーダディスクの回転角と平均磁場測定角の典型的な関係を示す図である。
【図３１】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第２の構成における永久磁石エンコーダディスクの回転角と平均磁場測定角の典型的な関係を示す図である。
【図３２】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第３の構成における永久磁石エンコーダディスクの回転角と平均磁場測定角の典型的な関係を示す図である。
【図３３】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第１の構成におけるＺ軸とＸ軸の磁気抵抗センサの磁場測定信号を示す図である。
【図３４】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第２の構成におけるＺ軸とＸ軸の磁気抵抗センサの磁場測定信号を示す図である。
【図３５】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第３の構成におけるＺ軸とＸ軸の磁気抵抗センサの磁場測定信号を示す図である。
【図３６】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第１の構成における平均磁場測定角と永久磁石エンコーダディスクの回転角の線型近似曲線Ｒ２とエンコーダディスクエッジからチップの距離との関係を示す図である。
【図３７】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第２の構成における平均磁場測定角と永久磁石エンコーダディスクの回転角の線型近似曲線Ｒ２とエンコーダディスクエッジからチップの距離との関係を示す図である。
【図３８】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第３乃至５の構成における平均磁場測定角と永久磁石エンコーダディスクの回転角の線型近似曲線Ｒ２とエンコーダディスクエッジからチップの距離との関係を示す図である。
【図３９】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第１の構成における平均磁場測定角と永久磁石エンコーダディスクの回転角の線型近似曲線Ｒ２と、チップとＺ軸とＸ軸の磁気抵抗センサの間の距離との関係を示す図である。
【図４０】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第２の構成における平均磁場測定角と永久磁石エンコーダディスクの回転角の線型近似曲線Ｒ２と、チップとＺ軸とＸ軸の磁気抵抗センサの間の距離との関係を示す図である。
【図４１】本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第３の構成における平均磁場測定角と永久磁石エンコーダディスクの回転角の線型近似曲線Ｒ２と、チップとＺ軸とＸ軸の磁気抵抗センサの間の距離との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係るシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサおよびこのセンサを用いたオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度計測器について説明する。
【００４０】
［実施例１］
図１は、本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第１の構成を示す図であり、シングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサはＳｉ基板１と、Ｓｉ基板１上に配置されるＸ軸磁気抵抗センサ３と、Ｚ軸磁気抵抗センサ２とを有する。Ｘ軸磁気抵抗センサ３はＸ軸方向に沿ってＺ軸磁気抵抗センサ２の両側に配列される２個のＸ軸磁気抵抗センササブユニット３１，３２を含む。
【００４１】
図２は、本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第２の構成を示す図であり、シングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサはＳｉ基板１と、Ｓｉ基板１上に配置されるＸ軸磁気抵抗センサ３（１）と、Ｚ軸磁気抵抗センサ２（１）を有する。Ｚ軸磁気抵抗センサ２（１）はＸ軸方向に沿ってＸ軸磁気抵抗センサ３（１）の両側に配列される２個のＺ軸磁気抵抗センササブユニット２１，２２を含む。
【００４２】
図３は、本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第３の構成を示す図であり、シングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサはＳｉ基板１と、Ｓｉ基板１上に配置されるＸ軸磁気抵抗センサ３（２）と、Ｚ軸磁気抵抗センサ２（２）とを有する。Ｚ軸磁気抵抗センサ２（２）は複数のＺ軸磁気抵抗センササブユニット２３，２４，２５を有し、Ｘ軸磁気抵抗センサ３（２）は複数のＸ軸磁気抵抗センササブユニット３３，３４，３５を有する。Ｘ軸磁気抵抗センササブユニットとＺ軸磁気抵抗センササブユニットがＸ軸方向に沿って交互に配列される。
【００４３】
図４は、本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第４の構成を示す図であり、シングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサはＳｉ基板１と、Ｓｉ基板１上に配置されるＸ軸磁気抵抗センサ３（Ａ）と、Ｚ軸磁気抵抗センサ２（Ａ）とを有する。Ｚ軸磁気抵抗センサ２（Ａ）とＸ軸磁気抵抗センサ３（Ａ）とはＹ軸方向に沿って配列される。
【００４４】
図５は、本実施形態に係るシングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサの第５の構成を示す図であり、シングルチップＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサはＳｉ基板１と、Ｓｉ基板１上に配置されるＸ軸磁気抵抗センサ３（Ｂ）と、Ｚ軸磁気抵抗センサ２（Ｂ）とを有し、図１乃至図４における配列とは異なり、Ｘ軸磁気抵抗センサとＺ軸磁気抵抗センサとはハイブリッド構成を有すると共に同一空間範囲内に配列される。
【００４５】
［実施例２］
図６は、本実施形態に係るシングルチップ磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサの第１乃至第４の構成に対応するＸ軸磁気抵抗センサ及びそのサブユニットの第１のダイアグラム２（３）を示す。この構成は、磁束コンセントレータ４と磁気抵抗ユニット列５とを有する。磁気抵抗ユニット列５は、磁束コンセントレータ４１の上側または下側のＹ中心線上に配置される参照磁気抵抗ユニット列５２と、磁束コンセントレータ４１から磁束コンセントレータの幅の半分よりも長い距離を離れた位置に配置される感度磁気抵抗ユニット列５１とを有する。図６に示すＸ軸磁気抵抗センサの第１の構成において、隣接する２個の磁束コンセントレータの間隔はＬであり、Ｘ軸磁気抵抗センサまたはＸ軸磁気抵抗センササブユニットは２Ｎ個（Ｎは１よりも大きい整数）の磁気抵抗ユニット列を有し、磁束コンセントレータの個数は２Ｎ−２個の偶数であり、Ｘ軸磁気抵抗センサの中央部の２個の磁気抵抗ユニット列は互いに隣接し、参照磁気抵抗ユニット列に対応すると共に、その間隔は２Ｌである。
【００４６】
図７は、本実施形態に係るシングルチップ磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサの第１乃至第４の構成に対応するＸ軸磁気抵抗センサ及びそのサブユニットの第２のダイアグラム２（４）を示す。この構成は、磁束コンセントレータ４（１）と磁気抵抗ユニット列５（１）とを有する。磁気抵抗ユニット列５（１）は、磁束コンセントレータ４４の上側または下側のＹ中心線上に配置される参照磁気抵抗ユニット列５４と、磁束コンセントレータ４４から磁束コンセントレータ幅の半分よりも長い距離を離れた位置に配置される感度磁気抵抗ユニット列５３とを有する。図７に示すＸ軸磁気抵抗センサの第２の構成においては、隣接する２個の磁束コンセントレータの間隔はＬであり、Ｘ軸磁気抵抗センサまたはＸ軸磁気抵抗センササブユニットは２Ｎ個（Ｎは１より大きい整数）の磁気抵抗ユニット列を有し、磁束コンセントレータの個数は奇数の２Ｎ−１であり、Ｘ軸磁気抵抗センサの中心部の２個の磁気抵抗ユニット列は感度磁気抵抗ユニット列に対応しその間隔が２Ｌ（Ｌは自然数）である。
【００４７】
図８は、本実施形態に係るシングルチップ磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサの第１乃至第４の構成に対応するＸ軸磁気抵抗センサ及びそのサブユニットの構成２（５）を示す。この構成は、磁束コンセントレータ４（５）および磁気抵抗ユニット列５（５）を有し、磁気抵抗ユニット列５（５）は、磁束コンセントレータ４（５）の上側または下側であってＹ中心線上に配置される参照磁気抵抗ユニット列５８と、磁束コンセントレータ４（５）の中心線から磁束コンセントレータ幅の半分よりも長い距離を離れた位置に配置された感度磁気抵抗ユニット列５７とを有し、Ｘ軸磁気抵抗センサまたはＸ軸磁気抵抗センササブユニットは、２Ｎ個（Ｎは０より大きい整数）の磁気抵抗ユニット列と２Ｎ−１個の磁束コンセントレータとを有し、磁気抵抗ユニット列は、磁束コンセントレータの上側または下側であってＹ中心線上であって、且つ中心線から磁束コンセントレータ幅の半分よりも長い距離を離れた位置に交互に分布される。このため、Ｘ軸磁気抵抗センサまたはＸ軸磁気抵抗センササブユニットにおいてこの構成の両側上の位置に近づく磁束コンセントレータは参照磁気抵抗ユニット列を有しない。
【００４８】
［実施例３］
図９は、本実施形態に係るシングルチップ磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサの第１乃至第４の構成に対応するＺ軸磁気抵抗センサ及びそのＺ軸磁気抵抗センササブユニットの第１のダイアグラム３（３）を示す。この構成は、磁束コンセントレータ６と磁気抵抗ユニット列７とを有し、磁気抵抗ユニット列７は、磁束コンセントレータ６の上面上または下面上であってＹ中心線の両側に、その中心線から等距離の2箇所にプッシュアーム磁気抵抗ユニット列７１とプルアーム磁気抵抗ユニット列７２とを有し、Ｚ軸磁気抵抗センサまたはＺ軸磁気抵抗センササブユニットはＮ＋２個（Ｎは０よりも大きい整数）の磁束コンセントレータを有し、磁気抵抗ユニット列は中央部におけるＮ個の磁束コンセントレータに対応する。
【００４９】
図１０は、本実施形態に係るシングルチップ磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサの第１乃至第４の構成に対応するＺ軸磁気抵抗センサ及びそのＺ軸磁気抵抗センササブユニットの第２のダイアグラム３（４）を示す。この構成は、１個の磁束コンセントレータ７１９と、磁束コンセントレータ７１９に対応する磁気抵抗ユニット列６１９，６２０とを有する。
【００５０】
図１１は、本実施形態に係るシングルチップ磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサの第１乃至第４の構成に対応するＺ軸磁気抵抗センサ及びそのＺ軸磁気抵抗センササブユニットの第３のダイアグラム３（５）を示す。この構成は、２個の磁束コンセントレータ７２０と、２個の磁束コンセントレータ７２０に対応し、Ｙ中心線から等距離の互いに異なる側の位置に配置される２個の磁気抵抗ユニット列６２１とを有し、例えば、２個の磁気抵抗ユニット列６２１は、それぞれ２個の磁束コンセントレータのＹ中心線の左側と右側とに配置されるようにしてもよいし、それぞれ２個の磁束コンセントレータの中心線の右側と左側に配置されるようにしてもよい。
【００５１】
［実施例４］
図１２は、本実施形態に係るシングルチップ磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサの第５の構成に対応するＺ軸磁気抵抗センサおよびＸ軸磁気抵抗センサの第１のハイブリッド構成を示すダイアグラム２−３（１）である。Ｘ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサは、共通の磁束コンセントレータ４−６（３），４−６（１），４−６（２）を有し、Ｘ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニット５−７（３），５−７（４）とＺ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニット５−７（１），５−７（２）とに対応して混合配置される。その対応する磁束コンセントレータの個数は２×Ｎ＋２（Ｎは１より大きい整数）であり、Ｚ軸磁気抵抗センサは４×Ｎ個の磁気抵抗ユニット列を有し、４×Ｎ個の磁気抵抗ユニット列は中央部の２Ｎ個の磁束コンセントレータに対応する。Ｘ軸磁気抵抗センサは２×Ｎ＋２個の磁気抵抗ユニット列を有する。中央部の２個の磁気抵抗ユニット列の間隔は２×Ｌであり、隣接する２個の磁束コンセントレータの間隔はＬである。
【００５２】
図１３は、本実施形態に係るシングルチップ磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサの第５の構成に対応するＺ軸磁気抵抗センサおよびＸ軸磁気抵抗センサの第２のハイブリッド構成２−３（２）を示す。Ｘ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサは、共通の磁束コンセントレータ４−６（１１），４−６（１２），４−６（１３）を有し、Ｘ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニット５−７（１３），５−７（１４）とＺ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニット５−７（１１），５−７（１２）とに対応して混合配列される。磁束コンセントレータの個数は２×Ｎ＋２（Ｎが１より大きい整数である）であり、Ｚ軸磁気抵抗センサは、それぞれ中央部の２Ｎ個の磁束コンセントレータに対応する４×Ｎ個の磁気抵抗ユニット列を有し、Ｘ軸磁気抵抗センサは４×Ｎ個の磁気抵抗ユニット列を有し、中央部の２個の磁気抵抗ユニット列の間隔は２×Ｌであり、隣接する２個の磁束コンセントレータの間隔はＬである。
【００５３】
図１４は、実施形態に係るシングルチップ磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサの第５の構成に対応するＺ軸磁気抵抗センサおよびＸ軸磁気抵抗センサの第３のハイブリッド構成２−３（３）を示す。Ｘ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサは、共通の磁束コンセントレータ４−６（２１），４−６（２２），４−６（２３）を有し、Ｘ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニット５−７（２３），５−７（２４）と、Ｚ軸磁気抵抗センサの磁気抵抗センシングユニット５−７（２１），５−７（２２）とに対応して混合配列される。磁束コンセントレータ４−６（２１），４−６（２２），４−６（２３）の個数はＮ（Ｎは３より大きい整数）である。Ｚ軸磁気抵抗センサは、中央部のＮ−２個の磁束コンセントレータ４−６（２２）に対応する２×（Ｎ−２）個の磁気抵抗ユニット列を有する。Ｘ軸磁気抵抗センサは２×（Ｎ−１）個の磁気抵抗ユニット列を有する。両側の２個の磁束コンセントレータ４−６（２１），４−６（２３）のうちの１個の磁束コンセントレータのＹ軸中心線は１個の磁気抵抗ユニット列に対応する。
【００５４】
［実施例５］
図１５は、本実施形態に係るＸ軸磁気抵抗センサのＸ軸方向の磁場の測定原理を示す図である。図１５において、Ｘ軸方向の磁場が磁束コンセントレータ４（２）を通過することで磁場分布は変化する。磁束コンセントレータ４５の上側又は下側の中心における磁気抵抗参照ユニット列５６に対応する位置での磁力線の密度は疎になり、その強度が減少していることを示している。一方、隣接する２個の磁束コンセントレータの間の磁気抵抗感度ユニット列５５の位置での磁力線の密度は増加しており、その磁場強度が増加していることを示している。
【００５５】
図１６は、Ｘ軸方向磁場直線に沿う図１５に対応するＸ軸磁気抵抗センサのＸ軸方向磁場の磁気抵抗センサの磁場分布を示す図である。図１６によれば、図１５における７個の磁束コンセントレータｍ１乃至ｍ７に対応する、磁束コンセントレータの上面または下面の中心位置では、極めて小さな磁場強度を示し、一方、隣接する２個のＸ磁束コンセントレータの間の位置では極めて大きな磁場強度を示し、７個のＸ磁束コンセントレータの上面または下面の中心位置での極小値磁場は同じ振幅を有する。それにより磁気抵抗参照ユニット列は、両側の２個の磁束コンセントレータに対応可能で、Ｘ磁束コンセントレータの隣接するギャップでの磁場抵抗感度ユニットに対応する磁場振幅は非常に近いため、これらの位置にすべての磁気抵抗感度ユニット列を配置することが可能である。しかしながら、両側の位置でのＸ磁場強度は明らかに中央部での磁場強度よりも小さいため、両側のｍ１とｍ７のＸ磁束コンセントレータの外側に参照ユニット列を配置することができない。
【００５６】
図１７は、本実施形態に係るＺ軸磁気抵抗センサのＺ軸方向の磁場の測定原理を示す図である。図１７によれば、Ｚ軸方向磁場が磁束コンセントレータ６（１）を通過した後、その近傍の磁場方向が変化し、磁束コンセントレータの下表面における中心線の両側に位置する磁気抵抗ユニット列７（１）に対応するプッシュアーム７３の磁気抵抗センシングユニット列とプルアーム７４の磁気抵抗センシングユニット列では、磁場方向がツイストされ、Ｘ軸方向の磁場成分が出現する。
【００５７】
図１８は、図１７に対応するＺ軸磁束コンセントレータ６（１）の上面または下面の位置でのＺ磁気抵抗センシングユニット列の位置におけるＸ軸方向に沿う磁場分布を示す図である。図１８によれば、Ｚ磁束コンセントレータｎ１乃至ｎ７の中心線の両側では反対のＸ軸方向磁場成分を有し、中央部のＺ磁束コンセントレータ６３に対応する中心線の位置における両側のＸ軸方向磁場成分は同じ大きさであるが、両側の２個のＺ磁束コンセントレータ６４はその中心線の両側でのＸ軸方向磁場成分の方向は逆となるが、大きさが異なるため、明らかに外側の位置に近い磁場強度は内側の磁場強度よりも大きくなる。それゆえ両側の２個のＺ磁束コンセントレータにはＺ磁気抵抗センシングユニット列を配置することはできない。
【００５８】
Ｘ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサの磁場分布上の上述分析は、センサの設計と一致する。
【００５９】
［実施例６］
図１９乃至図２１は、シングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサの３種類の構成の典型的なトポロジカル構成図であって、図１９は、第１の構成のＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサのトポロジカル図であり、Ｚ軸磁気抵抗センサ２（７）は図９に対応する構成のものであるが、図１０または図１１に示す構成のものであってもよい。一方、両側に位置する２個のＸ軸磁気抵抗センササブユニット３（７）は、図６に対応する構成のものであるが、図７または図８に示す構成に対応するものであってもよい。図２０に対応する第２の構成のタイプのシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサは、図９、図１０又は図１１に示す構成の２個のＺ軸磁気抵抗センササブユニット２（８）と、中央部においては図６、図７又は図８に示すＸ軸磁気抵抗センサ３（８）の構成とを含む。図２１における第３の構成のタイプに対応するシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサは、Ｚ軸磁気抵抗センサとＸ軸磁気抵抗センサとが交互に組み合わされてなり、Ｚ軸磁気抵抗センササブユニット２（９）は、図９乃至図１１のうちの１つに示す構成のものであり、Ｘ軸磁気抵抗センササブユニット３（９）は、図６乃至図８に示す構成のうちのいずれかである。
【００６０】
［実施例７］
図２２は、シングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサに対応するＺ軸磁気抵抗センサの構成図であり、図２３は、Ｚ軸磁気抵抗センサに対応する電気的に接続を示す図である。磁気抵抗センシングユニットは、少なくとも２個のアームを有するプッシュプルブリッジ構成に電気的に接続される。各ブリッジアームは１個または複数個の磁気抵抗センシングユニットを接続することによって形成される２ポート構成を有する。磁気抵抗センシングユニットは複数の磁気抵抗ユニット列に配列される。図２２においてフルブリッジプッシュプル式構成が示され、電源入力端８２と、グランド入力端８３と、２個の信号出力端８４，８５と、両側に位置する磁束コンセントレータ７１７と、中央部に位置する磁束コンセントレータ７１８とを有する。プッシュアームとプルアームの磁気抵抗ユニット列６１７，６１８は、中央部の磁束コンセントレータ７１８の下方において中心線から離れて両側に配置されると共に電気接続線８１を介して接続され、それに対応するフルブリッジ構成は図１８に示される。
【００６１】
図２４は、Ｘ軸磁気抵抗センサに対応する電気的に接続の構成図である。磁気抵抗センシングユニットは、少なくとも２個のアームを含む参照式ブリッジに電気的に接続され、各ブリッジアームは１個または複数個の磁気抵抗センシングユニットを接続することによって形成される２ポート構成を有し、磁気抵抗センシングユニットは複数の磁気抵抗ユニット列に配列される。図２４に示す参照フルブリッジ構成は、電源入力端９２と、グランド端９４と、信号出力端９３および９５と、磁束コンセントレータの中央位置における参照磁気抵抗ユニット列５１７と、隣接する２個の磁束コンセントレータの間に位置するＸ磁気抵抗感度ユニット列５１８と、電気接続導体９１とを有する。それに対応する参照フルブリッジ構成は図２５に示す通りである。
【００６２】
ここで注意すべきは、上述は、Ｘ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサは複数のサブユニットを提供するものではない場合であり、第１の構成、第２の構成および第３の構成において複数のサブユニットが存在するような場合に対してであり、異なるサブユニット間で接続される導電ユニットを採用することが必要であって、これによって最終的に、Ｘ軸またはＺ軸の磁気抵抗センサ構成を形成するものである。
【００６３】
また、ここで注意すべきは、上述は、フルブリッジ構成を提供するものであり、実際には、Ｘ軸磁気抵抗センサかＺ軸磁気抵抗センサは、磁気抵抗参照ユニット列および磁気抵抗感度ユニット列のみならず、プッシュアームやプルアームをも含むハーフブリッジまたは準ブリッジ構成に電気的に接続される。
【００６４】
図２６乃至図２８は、それぞれＸ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサのハイブリッド構成に対応する磁気抵抗センシングユニットの電気的に接続を示す図である。図２６において、９２Ｂおよび９４Ｂは、それぞれＸ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサの電源端およびグランド端に対応する。本構成におけるＸ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサはいずれもフルブリッジ構成であり、８４Ｂおよび８５ＢはそれぞれＺ軸磁気抵抗センサの２個の信号出力端に対応し、９３Ｂおよび９５ＢはそれぞれＸ軸磁気抵抗センサの２個の信号出力端に対応し、８１Ｂは接続導線であり、７１８Ｂはエッジでの磁束コンセントレータであり、７１８Ｂは中央位置での磁束コンセントレータであり、Ｘ軸磁気抵抗センサに対して、５１７Ｂおよび５１８ＢはそれぞれＸ軸磁気抵抗センサの参照磁気抵抗ユニット列および感度磁気抵抗ユニット列に対応するものであり、Ｚ軸磁気抵抗センサに対しては、６１７Ｂおよび６１８Ｂはそれぞれ磁気抵抗ユニット列の２個のプッシュアームおよびプルアームに対応する。
【００６５】
図２７において、９２Ａと９４ＡはそれぞれＸ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサの電源端およびグランド入力端に対応する。同様に、本構成におけるＸ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサはいずれもフルブリッジ構成であり、８４Ａと８５ＡはそれぞれＺ軸磁気抵抗センサの２個の信号出力端に対応し、９３Ａと９５ＡはそれぞれＸ軸磁気抵抗センサの２個の信号出力端に対応し、７１７Ａはエッジでの磁束コンセントレータであり、７１８Ａは中央位置での磁束コンセントレータであり、Ｘ軸磁気抵抗センサに対して、５１８Ａは感度磁気抵抗ユニット列であり、５１７Ａは参照磁気抵抗ユニット列であり、６１７Ａと６１８Ａはプッシュアームおよびプルアームに対応する磁気抵抗ユニット列である。
【００６６】
図２８において、９２Ｃと９４ＣはそれぞれＸ軸磁気抵抗センサおよびＺ軸磁気抵抗センサの電源端およびグランド入力端である。本構成において、Ｚ軸磁気抵抗センサはハーフブリッジであるので１個のみの出力信号端８４Ｃが存在し、Ｘ軸磁気抵抗センサはフルブリッジであるので９３Ｃと９５Ｃの２個の信号出力端が存在し、８１Ｃは対応する中央部の接続導線に対応するものであり、７１７Ｃはエッジでの磁束コンセントレータであり、７１８Ｃは中央部での磁束コンセントレータであり、５１８Ｃと５１７Ｃはそれぞれ感度磁気抵抗ユニット列と参照磁気抵抗ユニット列に対応し、６１７Ｃと６１８Ｃはそれぞれプッシュアームとプルアームの磁気抵抗ユニット列に対応する。
【００６７】
図２６乃至図２８において、図によれば、Ｘ軸とＺ軸の磁気抵抗センサの磁気抵抗ユニット列を有効に接続し、かつ交差を回避するため、導線、出力端および入力端は配列され、導線は出力端と入力端を迂回する。
【００６８】
［実施例８］
図２９は、シングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘセンサ１０１を角度測定に適用した場合であり、円形永久磁石エンコーダディスク１００を有し、中心軸に沿って回転でき、軸方向および幅方向はＹ軸方向である。その磁化方向Ｍは直径を貫く一方向であり、シングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘセンサ１０１は、永久磁石エンコーダディスク１００のエッジと永久磁石エンコーダディスク断面１００１に平行する測定平面１００２に位置し、それとともに、その基板もＸＹ平面上に位置し、そのチップ中心とエンコーダディスクの中心との間の接続線はチップに対して直交すると共にＺ軸方向を通過し、チップ１０１中心から永久磁石エンコーダディスク１００のエッジまでの距離はＤｅｔであり、Ｘ軸方向は接平面上の永久磁石エンコーダディスクの回転速度方向に平行し、Ｚ軸はチップの法線方向であり、永久磁石エンコーダディスク１００の磁化方向とＺ軸が成す角度は回転角度θとして定義され、シングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘセンサ１０１でのＺ軸とＸ軸の磁気抵抗センサおよびそのサブユニットでの永久磁石エンコーダディスク１００によって形成されたＺ軸方向磁場成分とＸ軸方向磁場成分は、図１、図２および図３に示す通りであり、各位置ｉでの磁場は（Ｈｘｉ、Ｈｚｉ）であり、チップ１０１に対して、平均センサ磁場角φが構成され、３種類の構成のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサのφは、以下の通りに計算できる。
【００６９】
第１の構成に対して、図１に示すように、左から右へのＸ軸とＺ軸の磁気抵抗センサおよびそのサブユニットの位置での磁場は、それぞれ、１：Ｈ１（Ｈｘ１、Ｈｚ１）、２：Ｈ２（Ｈｘ、Ｈｚ）、３：（Ｈｘ２、Ｈｚ２）であり、したがって、以下のようになる。
【００７０】
φ＝ａｔａｎ（（Ｈｘ１＋Ｈｘ２）／Ｈｚ）、ＨＺ＞０
φ＝ａｔａｎ（（Ｈｘ１＋Ｈｘ２）／Ｈｚ）−Ｐｉ、ＨＺ＜０;Ｈｘ１＋Ｈｘ２＜０
φ＝ａｔａｎ（（Ｈｘ１＋Ｈｘ２）／Ｈｚ）＋Ｐｉ、Ｈｚ＜０;Ｈｘ１＋Ｈｘ２＞０
【００７１】
感度が決定され、Ｚ軸とＸ軸の磁気抵抗センサの出力信号は磁場信号に正比例のみしている場合では、Ｚ軸とＸ軸の磁気抵抗センサの磁場信号は、それぞれ以下のようになる。
Ｚ：Ｈｚ
Ｘ：Ｈｘ１＋Ｈｘ２
【００７２】
第２の構成に対して、図２に示すように、以下のようになる。
φ＝ａｔａｎ（Ｈｘ／（Ｈｚ１＋Ｈｚ２））、Ｈｚ１＋Ｈｚ２＞０
φ＝ａｔａｎ（Ｈｘ／（Ｈｚ１＋Ｈｚ２）−Ｐｉ、Ｈｚ１＋Ｈｚ２＜０、Ｈｘ＜０
φ＝ａｔａｎ（Ｈｘ／（Ｈｚ１＋Ｈｚ２）＋Ｐｉ、Ｈｚ１＋Ｈｚ２＜０、Ｈｘ＞０
【００７３】
この時、Ｚ軸とＸ軸の磁気抵抗センサの磁場信号は、それぞれ以下のようになる。
Ｚ:Ｈｚ１＋Ｈｚ２
Ｘ:Ｈｘ
【００７４】
第３乃至第５の構成に対して、図３乃至図５に示すように、以下のようになる。
φ＝ａｔａｎ（ΣＨｘｉ／ΣＨｚｉ）;ΣＨｚｉ＞０
φ＝ａｔａｎ（ΣＨｘｉ／ΣＨｚｉ）−Ｐｉ;ΣＨｚｉ＜０、ΣＨｘｉ＜０
φ＝ａｔａｎ（ΣＨｘｉ／ΣＨｚｉ）＋Ｐｉ;ΣＨｚｉ＞０、ΣＨｘｉ＞０
【００７５】
この時、Ｚ軸とＸ軸の磁気抵抗センサの磁場信号は、それぞれ以下のようになる。
Ｚ:ΣＨｚｉ
Ｘ:ΣＨｘｉ
θに従うφの変化関係は、シングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ１０１と永久磁石エンコーダディスク１００との間の間隔Ｄｅｔ、および隣接するＺ軸磁気抵抗センサとそのサブユニットとの間やＸ軸磁気抵抗センサとそのサブユニットとの間の間隔Ｓｐａｃｅと相関するものであり、θに従うφの変化関係が線型関係である場合に限り、シングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ１０１は永久磁石エンコーダディスク１００の回転角度を測定できる。それゆえ、チップが最適な角度測定機能を有するためには、シングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ１０１が距離ＳｐａｃｅとＤｅｔに従って変化し、ＳｐａｃｅとＤｅｔの間隔範囲が取得される必要がある。
【００７６】
図３０乃至図３２は、シングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサ１０１に対応する磁場平均角φと永久磁石エンコーダディスク１００の回転角度θとの間の関係を示す図である。円形永久磁石エンコーダディスク１００の半径はｒ＝８ｍｍであり、Ｄｅｔ＝１ｍｍの場合、図に示す通り、図３０に対応する第１の構成のタイプのシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサの関係曲線１０２は典型的な線型の特徴を有するが、図３１に対応する第２の構成のタイプのシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサの関係曲線１０３は非線型の特徴を有し、その変動振幅は、明らかに図３２に対応する第３の構成のタイプのＺ−Ｘ磁気抵抗角度センサ１０４の角度関係曲線よりも大きい。
【００７７】
図３３乃至図３５は、円形永久磁石エンコーダディスクの回転角度に伴う３種類のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサチップ１０１に対応するＺ軸とＸ軸の磁気抵抗センサの測定磁場の典型的な関係曲線を示す図である。図に示す通り、３種類の構成において、Ｚ軸とＸ軸の磁気抵抗センサの測定磁場の回転角度曲線１０５、１０７、１０９と１０６、１０８、１１０は、いずれもサインとコサインの曲線であり、両者間の相位差は９０度である。
【００７８】
図３６乃至図３８は、それぞれ３種類の構成のシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサの磁場角度関係の線形フィットされた特徴パラメータＲ２とＤｅｔ／ｒ比との関係を示す図である。図に示す通り、図３６に対応する第１の構成のＲ２曲線１１１は、Ｄｅｔ／ｒ比の増加に伴って次第に低減し、Ｄｅｔ＝０〜０．３ｒの距離の場合に最適な線型度を有する。図３７に対応する第２の構成のＲ２曲線１１２は、Ｄｅｔ／ｒ比の増加に伴って次第に増加し、かつＤｅｔが０．６〜０．８ｒの時に最大となった後で低減始める。図３８に対応する第３の構成のＲ２曲線１１３は、Ｄｅｔ増加に従って０．６ｒの近傍で最大値となる。
【００７９】
図３９乃至図４１は、シングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサの角度関係曲線の線形フィットされた特徴パラメータＲ２とＳｐａｃｅ／ｒ比との関係を示す図である。図３９は、第１の構成に対応するＲ２曲線１１７とＳｐａｃｅ／ｒ比との関係を示す図であり、図に示す通り、Ｓｐａｃｅの増加に従ってＲ２は次第に低減し、０〜０．３ｒの時に線型特徴が最大となる。図４０は、第２の構成に対応するＲ２曲線１１８とＳｐａｃｅ／ｒ比との関係を示す図であり、図に示す通り、Ｓｐａｃｅの増加に従ってＲ２は次第に増加し、０．５〜０．７ｒの時に線型特徴が最大となる。図４１に対応する第３の構成に対応するＲ２曲線１１９は０．６ｒ近傍で線型特徴が最大となる。
【００８０】
また、これらの３種類のタイプの磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサチップに関する図３９乃至図４１を縦方向に並べて比較すると、図からわかるように、第１のタイプのシングルチップオフアクシス磁気抵抗Ｚ−Ｘ角度センサが最適な機能特徴を有するものである。
【００８１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８２】
１  基板
２  Ｚ軸磁気抵抗センサ
３  Ｘ軸磁気抵抗センサ
４  磁束コンセントレータ
５  磁気抵抗センシングユニット
【図１】
0006663420.tif 000002
【図２】
0006663420.tif 000003
【図３】
0006663420.tif 000004
【図４】
0006663420.tif 000005
【図５】
0006663420.tif 000006
【図６】
0006663420.tif 000007
【図７】
0006663420.tif 000008
【図８】
0006663420.tif 000009
【図９】
0006663420.tif 000010
【図１０】
0006663420.tif 000011
【図１１】
0006663420.tif 000012
【図１２】
0006663420.tif 000013
【図１３】
0006663420.tif 000014
【図１４】
0006663420.tif 000015
【図１５】
0006663420.tif 000016
【図１６】
0006663420.tif 000017
【図１７】
0006663420.tif 000018
【図１８】
0006663420.tif 000019
【図１９】
0006663420.tif 000020
【図２０】
0006663420.tif 000021
【図２１】
0006663420.tif 000022
【図２２】
0006663420.tif 000023
【図２３】
0006663420.tif 000024
【図２４】
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【図２５】
0006663420.tif 000026
【図２６】
0006663420.tif 000027
【図２７】
0006663420.tif 000028
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
0006663420.tif 000032
【図３２】
0006663420.tif 000033
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
0006663420.tif 000036
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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