(57)【要約】【課題】  特に、検出感度を向上させることができるとともに、磁気センサと磁石間のギャップのばらつきに対して出力誤差を小さくできる磁気検出装置用の磁石、及び前記磁石を用いた磁気検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本実施形態は、磁気センサと高さ方向にギャップを介して配置される磁気検出装置用の磁石１３において、  前記磁気センサを構成する磁気検出素子１６との対向面（第１面１３ａ）に複数の凸部１７が、前記磁気センサとの相対移動方向に間隔を空けて形成されており、各凸部１７が夫々、前記対向面にて前記相対移動方向に交互に着磁されたＮ極とＳ極とにニ分割されていることを特徴とする。【選択図】図４
2012251843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気センサと高さ方向にギャップを介して配置される磁気検出装置用の磁石において、
前記磁気センサとの対向面に複数の凸部が、前記磁気センサとの相対移動方向に間隔を空けて形成されており、
各凸部が夫々、前記対向面にて前記相対移動方向に交互に着磁されたＮ極とＳ極とにニ分割されていることを特徴とする磁気検出装置用の磁石。
【請求項２】
請求項１に記載された磁石と、前記磁石の前記対向面に高さ方向にギャップを介して配置された磁気センサとを有し、前記磁気センサは前記磁石に対して、前記磁石の各凸部を二分割し交互に着磁された前記Ｎ極と前記Ｓ極との並び方向に相対移動可能に支持されていることを特徴とする磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサと非接触にて配置され、磁気センサとの対向面に、Ｎ極とＳ極とが前記磁気センサの相対移動方向に交互に着磁されてなる磁石の形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６（ａ）は、従来における磁気検出装置用の磁石の分解斜視図、図６（ｂ）は、図６（ａ）の磁石Ａ及び磁石Ｂを組み合わせた磁石の斜視図（（ａ）よりもやや大きく図示した）、図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示す着磁面を円周方向に沿って切断した磁石と磁気センサとを備える磁気検出装置の部分拡大縦断面図である。
【０００３】
図６（ａ）に示すように例えば、磁石Ａの表面はＮ極に着磁され、磁石Ｂの表面はＳ極に着磁されている。したがって図６（ｂ）に示すように磁石Ａと磁石Ｂとを組み立てた磁石１の表面（磁気センサ２との対向面；着磁面）１ａは、円周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に並んでいる。
【０００４】
図６（ｃ）に示すように、磁気センサ２は、磁石１の表面１ａに対して高さ方向（Ｚ）にギャップＧ0を空けて支持されている。例えば磁石１が回転して、磁気センサ２が磁石１の表面１ａと非接触にて相対移動する。磁気センサ２は、磁石１の表面１ａから生じた磁場Ｍ0を検知し、磁気検出装置では、センサ出力に基づいて回転情報を知ることができる。
【０００５】
図７は、図６に示す磁石の回転角度と磁気センサ２に作用する磁場（磁束密度）との関係を示すシミュレーション結果である。なお横軸の単位はｍｍである。
【０００６】
図７に示すように磁場は、回転角度に対して略ＳＩＮ波を描く。図６（ｃ）のように磁石Ａ，Ｂを二枚重ねると、磁気センサに作用する磁場Ｍ0を、磁石が一枚の構成に比べて大きくできる。また磁場の大きさは、磁石１と磁気センサ２との間のギャップＧ0によって変化する。図７では、図６（ｃ）に示した磁石１と磁気センサ２との間のギャップＧ0を０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍと変化させて実験を行っている。図７に示すようにギャップＧ0が小さくなれば、磁気センサ２に作用する磁場を大きくできることがわかる。
【０００７】
図８は、回転角度に対する磁場の波形とＯＮ／ＯＦＦ閾値を示すイメージ図である。ＯＮ／ＯＦＦ閾値は、磁場曲線における最大磁場と最小磁場の間に設定される。図８に示すように、磁気センサ２に作用する磁場は回転角度に対して略ＳＩＮ波となるため、ＯＮ／ＯＦＦ閾値（図示しないが、スレッショルドレベルは高い値（ＯＮ）と低い値（ＯＦＦ）とに設定されている）は、磁場曲線の傾斜領域に設定され、ＯＮ／ＯＦＦの切換が安定しない。例えば磁石を時計方向に回転させたときと反時計方向に回転させたときとで、ＯＮ／ＯＦＦの切換がばらつき、検出感度が低下する問題があった。
【０００８】
図７，図８に示すように、ギャップＧ0を小さくすれば、磁場曲線の傾斜角度を大きく（急勾配に）できるが、磁場が略ＳＩＮ波の波形ではそれにも限界があった。加えて磁気センサ２と磁石１間のギャップＧ0がばらつくと、ＯＮ／ＯＦＦ閾値での磁場の傾きが変化することに起因して、図８に示すように、ＯＮ／ＯＦＦ点ａ，ｂが変化し、ギャップＧ0のばらつきにより出力誤差が生じる問題があった。
【０００９】
特許文献１に開示された磁石は、図６に示す磁石１と同様に複数の磁石を組み合わせた構成で、側面がＮ極とＳ極とに交互に着磁されている。特許文献１の構成では上記した従来課題を解決できない。
【００１０】
また、特許文献２及び特許文献３では、表面に複数の凹凸部が形成された磁石が開示されている。特許文献２に記載された磁石は各凸部がＮ極とＳ極に交互に着磁されている。特許文献２は着磁精度の向上を図る発明であり、上記した従来課題を解決するためのものではない。
【００１１】
また特許文献３に記載された磁石は、各凸部がＮ極に、凸部間の各凹部がＳ極に夫々、着磁されている。特許文献３には、Ｎ極とＳ極との間で段差を有するため急峻な磁界が得られるとの記載がある（特許文献３の［００２７］欄参照）。
【００１２】
しかしながら特許文献３に記載された発明では、磁気センサと磁石間のギャップ変化に対するＯＮ／ＯＦＦ点のばらつきを抑制するための磁石構造に関しては提示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平８−２３３５０７号公報
【特許文献２】特開２０１０−４０９１４号公報
【特許文献３】特開２００４−３１７４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、検出感度を向上させることができるとともに、磁気センサと磁石間のギャップのばらつきに対して出力誤差を小さくできる磁気検出装置用の磁石、及び前記磁石を用いた磁気検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、磁気センサと高さ方向にギャップを介して配置される磁気検出装置用の磁石において、
前記磁気センサとの対向面に複数の凸部が、前記磁気センサとの相対移動方向に間隔を空けて形成されており、
各凸部が夫々、前記対向面にて前記相対移動方向に交互に着磁されたＮ極とＳ極とにニ分割されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明における磁気検出装置は、上記の磁石と、前記磁石の前記対向面に高さ方向にギャップを介して配置された磁気センサとを有し、前記磁気センサは前記磁石に対して、前記磁石の各凸部を二分割し交互に着磁された前記Ｎ極と前記Ｓ極との並び方向に相対移動可能に支持されていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明では、各凸部を前記相対移動方向に交互に着磁されるＮ極とＳ極とに二分割した。これにより磁石の形状効果で磁気センサに作用する磁場変化を急峻にでき、検出感度を向上させることができるとともに、磁石と磁気センサ間のギャップ変化に対する出力誤差を小さくできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、磁気センサに作用する磁場変化を急峻にでき、検出感度を向上させることができるとともに、磁石と磁気センサ間のギャップ変化に対する出力誤差を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態の磁気検出装置の斜視図、
【図２】図１に示す磁気検出装置の分解斜視図、
【図３】本実施形態における磁石の斜視図、
【図４】図３に示す磁石と磁気センサを構成する磁気検出素子とを示す側面図、
【図５】（ａ）は、本実施例における磁気検出装置を構成する磁石の回転角度と磁気検出素子に作用する磁場（磁束密度）との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、磁石の回転角度とセンサ出力との関係を示すグラフ、
【図６】（ａ）は、従来における磁気検出装置用の磁石の分解斜視図、（ｂ）は、（ａ）の磁石Ａ及び磁石Ｂを組み合わせた磁石の斜視図（（ａ）よりもやや大きく図示した）、（ｃ）は、（ｂ）に示す着磁面を円周方向に沿って切断した磁石と磁気センサとを備える磁気検出装置の部分拡大縦断面図、
【図７】磁石の回転角度と磁気センサに作用する磁場（磁束密度）との関係を示すグラフ、
【図８】磁石の回転角度と磁気センサに作用する磁場及びＯＮ／ＯＦＦ閾値との関係を示すイメージ図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本実施形態の磁気検出装置の斜視図であり、図２は、図１に示す磁気検出装置の分解斜視図であり、図３は、本実施形態における磁石の斜視図であり、図４は、図３に示す磁石と磁気センサを構成する磁気検出素子とを示す側面図である。
【００２１】
図１，図２に示す磁気検出装置１０は、カバー１１、シャフト１２、磁石１３、磁気センサ１４及びケース１５等を有して構成される。このうち、磁石１３と磁気センサ１４は磁気検出装置１０として必須部品であるが、それ以外の構成については特に限定しない。すなわち本実施形態の磁気検出装置１０は、車載用、電子機器用等、使用用途を限定するものでなく、各使用用途に合わせて構成部品が決められる。
【００２２】
図３に示すように磁石１３は、リング状に形成され、高さ方向にて対向する第１面１３ａと、第２面１３ｂ、及び第１面１３ａと第２面１３ｂ間を繋ぐ外側面１３ｃ及び内側面１３ｄと、を備える。図４に示すように、磁気センサ１４を構成する磁気検出素子１６は磁石１３と高さ方向（Ｚ）にてギャップＧ1を有して対向する。ここでいうギャップＧ１とは、図４に示すように磁気検出素子１６と磁石１３を構成する凸部１７の頂面１７ａとの間の間隔を指す。
【００２３】
図３、図４に示すように第１面１３ａには円周方向に沿って複数の凸部１７が間隔を空けて形成されている。各凸部１７は、図３に示すように、磁石１３の外側面１３ｃから内側面１３ｄにまで至って形成される。図１に示す実施形態では、凸部１７は、磁石１３の全周でなく一部にのみ形成されているが、使用用途によって凸部１７を磁石１３のどの領域まで形成するか決めることが出来る。
【００２４】
図４に示すように、凸部１７は高さ寸法Ｈ１を備える。高さ寸法Ｈ１は、１．０〜１．５ｍｍ程度である。図４に示すように凸部１７の円周方向にて対向する壁面１７ｂ，１７ｃは高さ方向（Ｚ）に平行な垂直面で形成されているが多少、傾きがあってもよい。ただし垂直面としたほうが好ましい。
【００２５】
図３，図４に示すように、各凸部１７，１７の間は、前記凸部１７よりも薄い薄肉部１８を構成している。すなわち円周方向に沿って凸部１７と薄肉部１８とが交互に形成されている。図４に示すように、凸部１７の円周方向への幅寸法Ｔ１は、各凸部１７において略一定である。幅寸法Ｔ1は、１．５ｍｍ程度である。また、薄肉部１８の円周方向への幅寸法Ｔ２は、各薄肉部１８において略一定である。幅寸法Ｔ２は、３〜４ｍｍ程度である。また、薄肉部１８の厚さ寸法Ｈ２は、１．０〜１．５ｍｍ程度である。また磁石１３の内径は、１５ｍｍ程度、磁石１３の外径は３０ｍｍ程度に設定することができる。
【００２６】
図３，図４に示す凸部１７と薄肉部１８とが交互に形成された円周領域の第１面１３ａが、磁気検出素子１６と対向する対向面である。磁石１３あるいは磁気センサ１４の少なくとも一方が回転可能に支持されている。図１，図２に示す実施形態では、磁石１３が回転可能に支持されており、磁気センサ１４が固定されている。磁石１３が回転すると磁気センサ１４は、磁石１３と非接触状態を保ちながら磁石１３の円周方向に沿って相対移動する。
【００２７】
図３，図４に示す磁石１３は、凸部１７と薄肉部１８とが交互に形成された円周領域が、Ｎ極とＳ極とに磁気センサ１４の相対移動方向に沿って交互に着磁されたアキシャル着磁磁石である。各磁極幅Ｔ３は略一定である。
【００２８】
磁気センサ１４を構成する磁気検出素子１６は、相対移動により、磁石１３のＮ極からＳ極にかけて生じる磁場を受けて電気特性が変化する。前記磁気検出素子１６の電気特性変化に基づいて回転状態（回転角度や回転方向）を知ることができる。図２に示すように磁気センサ１４には複数の磁気検出素子１６が設けられている。このうちの一つの磁気検出素子１６が、図３，図４に示す磁石１３の凸部１７と薄肉部１８との円周領域と非接触で対向している。残りの磁気検出素子１６は、凸部１７と薄肉部１８との円周領域以外の着磁領域（図示しない）にて非接触で対向している。そして各磁気検出素子１６の検出信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）に基づいて、回転状態を検知することが出来る。
【００２９】
なお磁気検出素子１６はホール素子、磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）等、特に限定するものでない。
【００３０】
図３，図４に示すように本実施形態では、各凸部１７が夫々、相対移動方向（円周方向）に交互に着磁されたＮ極とＳ極とに二分割されている。また図３，図４に示すように各薄肉部１８が夫々、一方の凸部１７のＮ極から連続するＮ極と、他方の凸部１７のＳ極から連続するＳ極とに二分割されている。各凸部１７及び薄肉部１８は、夫々、円周方向のほぼ中央にてＮ極とＳ極とに二分されている。
【００３１】
図５（ａ）は、磁石１３の回転角度と磁気検出素子１６に作用する磁場（磁束密度）との関係を示すシミュレーション結果である。実験は、磁気検出素子１６と磁石１３間のギャップＧ1を０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍに変化させて行った。なお、磁石１３の内径を、１２．５ｍｍ、外径を３０ｍｍ、凸部１７の高さ寸法Ｈ１を１．５ｍｍ、凸部１７の幅寸法Ｔ1を、１．５ｍｍ、薄肉部１８の幅寸法Ｔ２を３．５ｍｍとした。図５（ａ）に示すＯＮ／ＯＦＦ閾値（スレッショルドレベル）は、磁気センサ１４にて設定される。スレッショルドレベルは高い値（ＯＮ）と低い値（ＯＦＦ）を備える。図５（ｂ）は、磁石１３の回転角度とセンサ出力との関係を示している。磁場を受けて磁気検出素子１６のセンサ出力は図５（ｂ）のような矩形波となり、高いスレッショルドレベルを超える磁場を受けるとＯＮ信号を出力し、低いスレッショルドレベルを下回る磁場を受けるとＯＦＦ信号を出力する。
【００３２】
図５（ａ）に示すように、本実施形態では図７の従来例に比べて磁場が急峻に変化しており、従来のＳＩＮ波とは異なる波形となることがわかった。またギャップＧ1が変わると、磁場の大きさは変化するものの、最小磁場（最大磁場）から最大磁場（最小磁場）へ至るまでの磁場曲線の傾きはギャップＧ1に係らずほぼ同じとなることがわかった。図５（ａ）に示す磁場の波形は、磁石１３の形状効果に起因する。すなわち、Ｎ極とＳ極間に形成される磁場は、高さ方向（Ｚ）に長く形成された凸部１７をＮ極とＳ極とに二分したことにより高さ方向（Ｚ）に略平行に生じやすくなっている。また凸部１７と同様に薄肉部１８もＮ極とＳ極とに二分して着磁することで、図５（ａ）に示すように磁場が落ち込む底部を略平坦にでき、図５（ａ）に示す波形を得ることが可能となっている。
【００３３】
図５（ａ）に示すようにギャップＧ1が１．２ｍｍ程度まで大きくなり磁場の大きさが小さくなっても、磁場曲線内に適切にＯＮ／ＯＦＦ閾値の設定が可能な程度の磁場を確保でき、図６の従来のように複数枚の磁石を組み合わせて磁場を大きくしなくても検出不能になることはない。実験ではギャップＧ1を０．８ｍｍ〜１．２ｍｍに設定したが、もう少しギャップＧ1が大きくなっても磁気検出は可能である。また磁場曲線の傾きはギャップＧ1が変わってもほぼ同じであるため、図５（ｂ）のように、センサ出力は各ギャップＧ1に対してほぼ同じとなる。図５（ｂ）に示す幅Ｔ４がギャップＧ1の相違に基づくオン／オフ点のばらつきになるが、この幅Ｔ４を本実施形態では従来に比べて十分に小さくすることが可能である。
【００３４】
以上のように本実施形態では磁石１３の形状効果で磁場変化を急峻にでき、検出感度を向上させることができるとともに、ギャップＧ1変化に対する出力誤差を小さくすることが可能である。よって本実施形態では、磁石１３と磁気センサ１４との取り付け誤差が比較的大きくなっても、出力誤差を小さくすることが可能である。
【００３５】
また磁気センサが磁石に対して相対直線移動する形態にも本実施形態を適用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  磁気検出装置
１３  磁石
１４  磁気センサ
１６  磁気検出素子
１７  凸部
１８  薄肉部
【図１】
2012251843.tif 000003
【図２】
2012251843.tif 000004
【図３】
2012251843.tif 000005
【図４】
2012251843.tif 000006
【図５】
2012251843.tif 000007
【図６】
2012251843.tif 000008
【図７】
2012251843.tif 000009
【図８】
2012251843.tif 000010