(57)【要約】      （修正有）【課題】各磁電変換素子に印可される応力をなるべく均一にすることで、精度高く磁場の方向を検出できる磁場方向計測装置及び回転角度計測装置を提供する。【解決手段】略矩形の回転角度計測用チップ１と、回転角度計測用チップ１の面上の所定の点を円中心点９とする略円周上に配置され、第１の方向の磁気成分を検出する第１の磁電変換素子、及び、第１の方向と異なる方向の第２の方向の磁気成分を検出する第２の磁電変換素子とをそれぞれ１つずつ備え、第１の磁電変換素子及び第２の磁電変換素子の出力信号強度に基づいて磁場の方向を計測する磁場方向計測装置であって、第１の磁電変換素子及び第２の磁電変換素子は、回転角度計測用チップ１の長手方向又は回転角度計測用チップ１の短手方向に平行な回転角度計測用チップ１の面上の直線を対称軸とした線対称の位置に配置。【選択図】図４
2013224921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略矩形の基板と、前記基板面上の所定の点を円中心点とする略円周上に配置され、第１
の方向の磁気成分を検出する第１の磁電変換素子、及び、前記第１の方向と異なる方向の
第２の方向の磁気成分を検出する第２の磁電変換素子とをそれぞれ少なくとも１つずつ備え、前記第１の磁電変換素子及び前記第２の磁電変換素子の出力信号強度に基づいて磁場の方向を計測する磁場方向計測装置であって、
前記第１の磁電変換素子及び前記第２の磁電変換素子は、前記基板の長手方向又は前記
基板の短手方向に平行な前記基板面上の直線を対称軸とした線対称の位置に配置されてい
ることを特徴とする磁場方向計測装置。
【請求項２】
前記第１の磁電変換素子及び前記第２の磁電変換素子は、前記基板の長手方向又は前記
基板の短手方向に平行且つ前記基板面の中心を通る直線を対称軸とした線対称の位置に配
置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁場方向計測装置。
【請求項３】
前記第１の磁電変換素子及び前記第２の磁電変換素子は、前記円中心点を中心に相互に
９０度回転した位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁場方向
計測装置。
【請求項４】
前記円中心点に対して前記第１の磁電変換素子と点対称の位置に配置される第３の磁電
変換素子と、前記円中心点に対して前記第２の磁電変換素子と点対称の位置に配置される
第４の磁電変換素子と、を備えることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の
磁場方向計測装置。
【請求項５】
演算処理によって前記磁場の方向を前記基板の長手方向又は前記基板の短手方向に平行な方向を基準とした出力に変換することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の磁場方向計測装置。
【請求項６】
前記基板の短手方向の長さに対する前記基板の長手方向の長さの割合が１．３以上であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の磁場方向計測装置。
【請求項７】
略矩形の基板と、前記基板の面に垂直な回転軸を有し磁極を発生する磁極回転体と、前
記基板の面上で、かつ、前記基板の面と前記回転軸の交点位置を円中心点とする略円周上
に配置され、第１の方向の磁気成分を検出する第１の磁電変換素子、及び、前記第１の方
向と異なる方向の第２の方向の磁気成分を検出する第２の磁電変換素子とをそれぞれ少なくとも１つずつ備え、前記第１の磁電変換素子及び前記第２の磁電変換素子の出力信号強度に基づいて前記磁極回転体の回転角度を算出する回転角度計測装置であって、
前記第１の磁電変換素子及び前記第２の磁電変換素子は、前記基板の長手方向又は前記
基板の短手方向に平行な前記基板面上の直線を対称軸とした線対称の位置に配置されてい
ることを特徴とする回転角度計測装置。
【請求項８】
前記第１の磁電変換素子及び前記第２の磁電変換素子は、前記基板の長手方向又は前記
基板の短手方向に平行且つ前記基板面の中心を通る直線を対称軸とした線対称の位置に配
置されていることを特徴とする請求項６に記載の回転角度計測装置。
【請求項９】
演算処理によって前記磁極回転体の回転角度を前記基板の長手方向又は前記基板の短手方向に平行な方向を基準とした出力に変換することを特徴とする請求項６又は７に記載の回転角度計測装置。
【請求項１０】
前記基板の短手方向の長さに対する前記基板の長手方向の長さの割合が１．３以上であることを特徴とする請求項７から９の何れか１項に記載の磁場方向計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気成分を検出する複数の磁電変換素子を備え、磁場の方向を計測する磁場
方向計測装置と回転角度計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁場の方向を計測する磁場方向計測装置は、日常生活の至るところで使用されている。
例えば、乗用車の走行中に車両の向きを変えるための装置として、ステアリング（操舵装
置）が車両に備えられている。このときのステアリングやタイヤの回転を制御するために
、回転角度を計測する回転角度計測装置が用いられている。回転角度計測装置は、物体が
回転する角度を計測するものであり、少なくとも２つの磁電変換素子を備えている。
【０００３】
また、地磁気を検出し、方位角を計測する方位角計測装置が、カーナビゲーションや携
帯電話に搭載されている。方位角計測装置は、地磁気の方向を検出するものであり、少な
くとも２つの磁電変換素子を備えている。
【０００４】
この回転角度計測装置及び方位角計測装置は共に一種の磁場方向計測装置であり、回転
角度計測装置は検出した磁場の方向を回転角度に、方位角計測装置は検出した磁場の方向
を方位角に変換をして出力をする。
【０００５】
従来の磁場の方向を計測する方法として、磁電変換素子であるホール素子と磁気収束板を用いてセンサチップの表面に対して水平な磁場を検出する方法がある。
【０００６】
図１は、従来の回転角度計測用チップ５１を説明するための図である。矩形の回転角度
計測用チップ５１の面の中央部に、円形の例えば軟磁性体薄膜の磁気収束板７を設けてい
る。回転角度計測用チップ５１の面上には、回転角度計測用チップ５１と磁気収束板７の
回転軸との交点である円中心点９を設けている。円中心点９を中心とし、半径が磁気収束
板７の半径と同様の長さである円の円周上には、Ｘ軸用ホール素子５３ａ、５３ｂ及びＹ
軸用ホール素子５５ａ、５５ｂが、それぞれ円中心点９に対して点対称の位置に設置され
ている。
【０００７】
すなわち、Ｘ軸用ホール素子５３同士及びＹ軸用ホール素子５５同士を結ぶ２つの線分
は、それぞれ回転角度計測用チップ５１の短手方向及び長手方向と平行であり、かつ、こ
れら２つの線分は円中心点９で交わる。さらに、円中心点９からＸ軸用ホール素子５３ａ
までの距離と円中心点９からＸ軸用ホール素子５３ｂまでの距離は等しく、円中心点９か
らＹ軸用ホール素子５５ａまでの距離と円中心点９からＹ軸用ホール素子５５ｂまでの距
離は等しい。ここで、Ｘ軸用ホール素子５３ｂから５３ａの向き及びＹ軸用ホール素子５
５ｂから５５ａの向きを、それぞれＸ軸の正方向及びＹ軸の正方向とする。
【０００８】
図１において、回転角度計測用チップ５１に磁場５７が印加された際、各ホール素子５
３ａ、５３ｂ、５５ａ、５５ｂからの出力差動電圧Ｖ（Ｘ＋）、Ｖ（Ｘ−）、Ｖ（Ｙ＋）
、Ｖ（Ｙ−）は、次式（１）に従う正弦波電圧及び余弦波電圧である。
Ｖ（Ｘ＋）＝  Ａ１×cosθ
Ｖ（Ｘ−）＝−Ａ２×cosθ          
Ｖ（Ｙ＋）＝  Ａ３×sinθ
Ｖ（Ｙ−）＝−Ａ４×sinθ      ・・・（１）
【０００９】
ここで、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は比例定数、θは図１におけるＸ軸方向と磁場５７の
方向との反時計回りのなす角度（磁場印加角度）である。これらの出力電圧を次式（２）
のように差分をとることにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の出力電圧Ｖｘ、Ｖｙを導出する。
Ｖｘ＝Ｖ（Ｘ＋）−Ｖ（Ｘ−）＝（Ａ１＋Ａ２）×cosθ        
Ｖｙ＝Ｖ（Ｙ＋）−Ｖ（Ｙ−）＝（Ａ３＋Ａ４）×sinθ      ・・・（２）
これら出力電圧Ｖｘ、Ｖｙを用いて回転角度を算出する。
【００１０】
具体的には、各ホール素子５３ａ、５３ｂ、５５ａ、５５ｂの出力特性が揃っていると
仮定し、つまり、Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝Ａ４であると仮定し、下記式（３）から回転角度を
算出できる。
Ｖｙ／Ｖｘ＝｛（Ａ３＋Ａ４）×sinθ ｝／｛（Ａ１＋Ａ２）×cosθ ｝
＝｛（Ａ３＋Ａ４）／（Ａ１＋Ａ２）｝×tanθ
ここで、Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝Ａ４とすると、
θ＝arctan（Ｖｙ／Ｖｘ）      ・・・（３）
【００１１】
ところで、従来の計測方法では、一つのホール素子の出力信号ごとに既定のデジタル処
理を施していき、最後に角度情報を得るための演算処理を行なうこと等が必要になるので
、回路規模の拡大並びに生産コストの上昇は避けられないし、回路構成の簡略化及び装置
全体の小型化がしにくいという問題があった。この問題を解決して、簡易な回路構成にも
拘わらず、正確な角度計測を可能とする技術が、特許文献１において提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第０７／１１６８２３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、パッケージ材料とチップの熱膨張率が異なるため、チップの長手方向と短手方
向の応力は異なる。したがって、従来のチップの長手方向と短手方向のうち、一方をＸ軸
方向、他方をＹ軸方向として、Ｘ軸上及びＹ軸上に設置するホール素子の配置では、Ｘ軸
用ホール素子及びＹ軸用ホール素子に印加される応力が異なる。この応力の影響により、
Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝Ａ４とはならず、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の値にばらつきが生じる。
よって、Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝Ａ４であると仮定して算出した回転角度θには、実際には誤
差が生じており、回転角度の検出精度が低くなってしまうという問題があった。
【００１４】
本発明は、各磁電変換素子に印可される応力をなるべく均一にすることで、精度高く磁
場の方向を検出できる磁場方向計測装置及び回転角度計測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】
このような目的を達成するために、本発明の磁場方向計測装置は、略矩形の基板と、基
板面上の所定の点を円中心点とする略円周上に配置され、第１の方向の磁気成分を検出す
る第１の磁電変換素子、及び、第１の方向と異なる方向の第２の方向の磁気成分を検出す
る第２の磁電変換素子とをそれぞれ少なくとも１つずつ備え、第１の磁電変換素子及び第２の磁電変換素子の出力信号強度に基づいて磁場の方向を計測する磁場方向計測装置であって、第１の磁電変換素子及び第２の磁電変換素子は、基板の長手方向又は基板の短手方向に平行な基板面上の直線を対称軸とした線対称の位置に配置されていることを特徴としている。
【００１６】
この構成によれば、第１の磁電変換素子と第２の磁電変換素子に印加される応力をほぼ
等しくすることができるので、第１の磁電変換素子と第２の磁電変換素子の出力信号強度
の係数を等しくすることが可能となる。これにより、精度高く磁場方向を計測することが
できる。
【００１７】
更に本発明の磁場方向計測装置は、第１の磁電変換素子及び第２の磁電変換素子が、基
板の長手方向又は基板の短手方向に平行且つ基板面の中心を通る直線を対称軸とした線対
称の位置に配置されていてもよい。
【００１８】
この構成によれば、線対称の位置にある第１の磁電変換素子と第２の磁電変換素子に印
加される応力をより均等にすることができるので、更に精度高く磁場方向を計測すること
ができる。
【００１９】
また、別の形態として、本発明の回転角度計測装置は、略矩形の基板と、基板の面に垂
直な回転軸を有し磁極を発生する磁極回転体と、基板の面上で、かつ、基板の面と回転軸
の交点位置を円中心点とする略円周上に配置され、第１の方向の磁気成分を検出する第１
の磁電変換素子、及び、第１の方向と異なる方向の第２の方向の磁気成分を検出する第２
の磁電変換素子とをそれぞれ少なくとも１つずつ備え、第１の磁電変換素子及び第２の磁電変換素子の出力信号強度に基づいて磁極回転体の回転角度を算出する回転角度計測装置であって、第１の磁電変換素子及び第２の磁電変換素子は、基板の長手方向又は基板の短手方向に平行な基板面上の直線を対称軸とした線対称の位置に配置されていることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、第１の磁電変換素子と第２の磁電変換素子に印加される応力をほぼ
等しくすることができるので、第１の磁電変換素子と第２の磁電変換素子の出力信号強度
の係数を等しくすることが可能となり、これにより、精度高く回転角度を計測することが
できる。
【００２１】
更に、本発明の回転角度計測装置は、第１の磁電変換素子及び第２の磁電変換素子が、
基板の長手方向又は基板の短手方向に平行且つ基板面の中心を通る直線を対称軸とした線
対称の位置に配置されていてもよい。
【００２２】
この構成によれば、線対称の位置にある第１の磁電変換素子と第２の磁電変換素子に印
加される応力をより均等にすることができるので、更に精度高く回転角度を計測すること
ができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、各磁電変換素子に印加される応力をほぼ等しく
することができるため、精度高く磁場の方向を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の回転角度計測用チップを説明するための図である。
【図２】本実施形態の回転角度計測用チップを用いた回転角度計測装置を説明するための底面図である。
【図３】本実施形態の回転角度計測用チップを用いた回転角度計測装置を説明するための断面図である。
【図４】実施形態１の回転角度計測用チップを説明するための図である。
【図５】本実施形態の回転角度計測用チップを用いた回転角度計測装置を説明するための側面図である。
【図６】ホール素子の出力信号の正常時と誤差発生時との比較を表す図である。
【図７】ホール素子の出力信号の正常時と誤差発生時との比較を表す図である。
【図８】回転角度計測用チップの形状と応力計測位置を示す図である。
【図９】計測位置と応力との関係を表す図である。
【図１０】実施形態２の回転角度計測用チップを説明するための図である。
【図１１】実施形態３の回転角度計測用チップを説明するための図である。
【図１２】実施形態３の回転角度計測用チップを説明するための図である。
【図１３】実施形態４の回転角度計測用チップを説明するための図である。
【図１４】Ｘ‘軸及びＹ’軸のなす角をθ度とした場合を表す図である。
【図１５】実施形態５の回転角度計測用チップを説明するための図である。
【図１６】実施形態５と比較した従来のホール素子の配置を表す図である。
【図１７】従来の回転角度計測用チップ上の磁気収束板とホール素子の配置を表す図である。
【図１８】従来の回転角度計測用チップを用いた回転角度計測装置の断面図である。
【図１９】従来の回転角度計測用チップの長手方向と短手方向との応力の比較を説明するための図である。
【図２０】従来の回転角度計測用チップの長手方向と短手方向との応力の比較を説明するための図である。
【図２１】従来の回転角度計測用チップの長手方向と短手方向との応力の比較を説明するための図である。
【図２２】従来の回転角度計測用チップの中心から等距離にあるＸ軸上の応力とＹ軸上の応力との応力比を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２６】
（実施形態１）
図２及び図３は、本発明の回転角度計測用チップ１を用いた回転角度計測装置を説明す
るための底面図及び断面図である。図２及び図３において、矩形の回転角度計測用チップ
１を設置する矩形のチップ実装基板３は、その長手方向の両側面に複数の端子５が接続さ
れている。基板３の面上の中央部には、長手方向が基板３の長手方向と垂直方向である回転角度計測用チップ１が設置されている。回転角度計測用チップ１の面上の中央部には、円板状の磁気収束板７が設置されている。さらに、チップ実装基板３全体を樹脂モールド８で覆っている。  
【００２７】
図４は、本発明の実施形態１の回転角度計測用チップ１を説明するための図である。回
転角度計測用チップ１の面上に、回転角度計測用チップ１と磁極回転体の回転軸との交点
である円中心点９を設けている。円中心点９を中心とし、半径が磁気収束板の半径と同様
の長さである円の円周上には、Ｘ軸用ホール素子１１ａ及び１１ｂ、Ｙ軸用ホール素子１
３ａ及び１３ｂが、それぞれ円中心点９に対して点対称の位置に設置されている。すなわ
ち、Ｘ軸用ホール素子１１同士及びＹ軸用ホール素子１３同士を結ぶ２つの線分１２ａ、
１２ｂは、円中心点９で交わる。さらに、円中心点９からＸ軸用ホール素子１１ａまでの
距離と円中心点９からＸ軸用ホール素子１１ｂまでの距離は等しく、円中心点９からＹ軸
用ホール素子１３ａまでの距離と円中心点９からＹ軸用ホール素子１３ｂまでの距離は等
しい。
【００２８】
加えて、Ｘ軸用ホール素子１１ａ及びＹ軸用ホール素子１３ｂ、Ｘ軸用ホール素子１１
ｂ及びＹ軸用ホール素子１３ａは、それぞれ円中心点９を通る回転角度計測用チップ１の
長手方向に平行な対称軸１５に対して線対称の位置に配置されている。すなわち、Ｘ軸用
ホール素子１１ｂ及びＹ軸用ホール素子１３ａを結ぶ線分１４ａと、Ｘ軸用ホール素子１
１ａ及びＹ軸用ホール素子１３ｂを結ぶ線分１４ｂは、それぞれ対称軸１５と直交する。
さらに、線分１４ａと対称軸１５との交点を交点１６ａとし、線分１４ｂと対称軸１５と
の交点を交点１６ｂとする。このとき、交点１６ａからＸ軸用ホール素子１１ｂまでの距
離と交点１６ａからＹ軸用ホール素子１３ａまでの距離は等しい。また、交点１６ｂから
Ｘ軸用ホール素子１１ａまでの距離と交点１６ｂからＹ軸用ホール素子１３ｂまでの距離
は等しい。ここで、Ｘ軸用ホール素子１１ｂから１１ａの向き及びＹ軸用ホール素子１３
ｂから１３ａの向きを、それぞれＸ軸の正方向及びＹ軸の正方向とする。
【００２９】
図４を用いて回転角度の検出方法を説明する。図４のように磁場１７が印加された際、
各ホール素子１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂからの出力差動電圧Ｖ（Ｘ＋）、Ｖ（Ｘ−
）、Ｖ（Ｙ＋）、Ｖ（Ｙ−）は、次式（４）のような正弦波電圧及び余弦波電圧である。
Ｖ（Ｘ＋）＝  Ａ１×cosθ
Ｖ（Ｘ−）＝−Ａ２×cosθ          
Ｖ（Ｙ＋）＝  Ａ３×sinθ
Ｖ（Ｙ−）＝−Ａ４×sinθ      ・・・（４）
【００３０】
ここで、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は比例定数、θは図１におけるＸ軸方向と磁場１７の
方向との反時計回りのなす角度（磁場印加角度）である。
【００３１】
このとき、ホール素子１１ｂ、１３ａが対称軸１５に対し線対称の位置にあり、印可さ
れる応力が略同じとなるため、Ａ２＝Ａ３となる。同様に、ホール素子１１ａ、１３ｂが
対称軸１５に対し線対称の位置にあり、印可される応力が略同じとなるため、Ａ１＝Ａ４
となる。以上より、式（４）は下記式（４）´のように近似できる。
Ｖ（Ｘ＋）＝  Ａ１×cosθ
Ｖ（Ｘ−）＝−Ａ２×cosθ          
Ｖ（Ｙ＋）＝  Ａ２×sinθ
Ｖ（Ｙ−）＝−Ａ１×sinθ      ・・・（４）´
【００３２】
これらの出力電圧を次式（５）のように差分をとることにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の
出力電圧Ｖｘ、Ｖｙを導出する。
Ｖｘ＝Ｖ１（Ｘ＋）−Ｖ２（Ｘ−）＝（Ａ１＋Ａ２）×cosθ    
Ｖｙ＝Ｖ１（Ｙ＋）−Ｖ２（Ｙ−）＝（Ａ１＋Ａ２）×sinθ      ・・・（５）
【００３３】
ここで作り出される出力電圧Ｖｘ、Ｖｙを用いて相対角度を算出する。
【００３４】
信号処理としては、２つの磁電変換素子が回転軸を中心として直交する２軸で磁場を検
知し、これらの磁電変換素子から出力される２種類の位相の異なる正弦波信号が正弦と余
弦の関係である場合、次式（６）のように除算し、アークタンジェントをとることにより
回転角度を算出できる。
ｔａｎθ＝Ｖｙ／Ｖｘ
∴  θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖｙ／Ｖｘ）      ・・・（６）
【００３５】
以上のことから、本実施形態１のように、ホール素子を配置すれば、各ホール素子に印
可される応力の影響を緩和することができ、結果として、Ｘ軸方向とＹ軸方向の出力電圧
の係数が等しくなるため、角度誤差を低減することができる。これにより、角度検出の誤
差を低減し、精度高く回転角度を検出できる。
【００３６】
さらに、本実施形態１において、Ｘ軸用ホール素子１１ａ及びＹ軸用ホール素子１３ａ
、Ｘ軸用ホール素子１１ｂ及びＹ軸用ホール素子１３ｂは、それぞれ円中心点９を通る回
転角度計測用チップ１の短手方向に平行な対称軸１９に対して線対称の位置に配置するこ
とができる。すなわち、Ｘ軸用ホール素子同士を結ぶ線分とＹ軸用ホール素子同士を結ぶ
線分が、円中心点９で直角に交わるようにすることができる。これにより、Ｘ軸方向とＹ
軸方向の出力電圧を等しくすることができるため、より精度高く回転角度を検出すること
ができる。
【００３７】
なお、Ｘ軸用ホール素子１１ｂ及びＹ軸用ホール素子１３ａのみ、又はＸ軸用ホール素
子１１ａ及びＹ軸用ホール素子１３ｂのみを用いることもできる。ただし、Ｘ軸用ホール
素子及びＹ軸用ホール素子をそれぞれ複数用いることにより、オフセットの影響を低減す
ることができる。また、線対称の対称軸１５、１９は、回転角度計測用チップの中心部を
通る場合に限らず、中心部からずれた位置を線対称の対称軸としてもよい。
【００３８】
ただし、チップに発生する応力のうち主なものは、チップの長手方向に平行でチップの
中心部を通る直線に線対称に発生し、更に、チップの短手方向に平行でチップの中心部を
通る直線に線対称に発生するため、Ｘ軸用ホール素子及びＹ軸用ホール素子の応力をより
均一にするために線対称の対称軸１５、１９は、回転角度計測用チップの中心部を通る直
線であることが好ましい。
【００３９】
図５は、本実施形態１の回転角度計測用チップ１を用いて回転角度を検出する際の、Ｘ
軸方向に水平な磁場１７が印加された際の磁力線を表わしている。水平方向の磁場１７を
、磁気収束板７がホール素子１１ａ、１１ｂで感じることのできるホール素子感磁面に垂
直な磁場１７に変換している。
【００４０】
図６及び図７は、ホール素子の出力信号の正常時と誤差発生時との比較を表す図である
。図６において、Ｘ軸方向の出力信号強度２１とＹ軸方向の出力信号強度２９が等しいときは、図７の正常時である円形の波形２５となる。しかし、図６において、Ｘ軸方向の出力信号強度２７とＹ軸方向の出力信号強度２３とに角度誤差が生じたときは、図７の誤差発生時である楕円形の波形３１となる。上記説明のように、本実施形態１では、この角度誤差を低減し、精度高く回転角度を検出できる。
【００４１】
図８は、回転角度計測用チップ１の形状と応力計測位置を示す図であり、回転角度計測
用チップ１の長手方向をＸ´軸方向とし、短手方向をＹ´軸方向としている。磁気収束板
７の樹脂モールド８のようなパッケージ樹脂の厚み、パッケージ樹脂とチップの熱膨張率
の違い、基板の切り出し加工等により、回転角度計測用チップ１の中心と端側とには、面
上に加わる応力が異なることが考えられる。更に、上記理由により、中心からＸ´軸方向
に長さＬだけ離れた位置の応力と、中心からＹ´軸方向に同じ長さＬだけ離れた位置の応
力も大きく異なっており、中心から等距離の位置であってもそのＸ´軸方向の座標値とＹ
´軸方向の座標値によって応力は大きく異なる。
【００４２】
この応力の差異は回転角度計測用チップ１の形状が正方形であっても生じるが、特に、
回転角度計測用チップ１の形状が一方の辺が他方の辺よりも長い長方形であると、その傾
向が顕著となり得る。そこで、回転角度計測用チップ１の長手方向をＸ´軸方向とし、短
手方向をＹ´軸方向として、それぞれの中心からの距離と応力との関係を計測している。
【００４３】
図９は、上記計測位置と応力との関係を表す図である。黒丸３３がＸ´軸方向を示し、
白丸３５がＹ´軸方向を示す。図９から、Ｘ´軸方向は、中心に近いほど応力が高く、中
心から離れるほど応力が低くなるが、中心からの距離が２００μｍ辺りから応力はほぼ一
定となっている。Ｙ´軸方向も同様に、中心に近いほど応力が高く、中心から離れるほど
応力がおおむね低くなっているが、応力が一定となりつつあるのは、中心からの距離が３
００μｍ辺りとなっている。
【００４４】
（実施形態２）
図１０は、本発明の実施形態２の回転角度計測用チップ４１を説明するための図である
。実施形態２の回転角度計測用チップ４１が実施形態１の回転角度計測用チップ１と相違
する点は、ホール素子がＸ軸用ホール素子４３ａ〜ｄ及びＹ軸用ホール素子４５ａ〜ｄと
、それぞれ４個ずつ設置されている点である。本実施形態２のホール素子は、Ｘ軸用ホー
ル素子４３及びＹ軸用ホール素子４５ごとに２個ずつを１組とし、実施形態１のホール素
子１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂが設置されている位置にそれぞれ１組のホール素子（
４３ａ、４３ｂ）、（４３ｃ、４３ｄ）、（４５ａ、４５ｂ）、（４５ｃ、４５ｄ）を設
置している。
【００４５】
すなわち、Ｘ軸用ホール素子４３ｃ及びＹ軸用ホール素子４５ａの位置は、回転角度計測用チップ４１の長手方向に平行で円中心点９を通る対称軸４６からの距離が等しく、これら２つのホール素子４３ｃ及び４５ａを結ぶ線分４４ａは、対称軸４６と直行する。上記対称軸４６に対し線対称の位置にあるＸ軸用ホール素子４３ｃ及びＹ軸用ホール素子４５ｄと同様に、Ｘ軸用及びＹ軸用のホール素子の組み合わせであるホール素子４３ｄ及び４５ｂ、４３ａ及び４５ｃ、４３ｂ及び４５ｄ、のそれぞれの位置は、対称軸４６からの距離が等しい。加えて、それぞれ２つのホール素子を結ぶ線分４４ｂ、４４ｃ、４４ｄは、対称軸４６と直交するため、対称軸４６に対し線対称の位置にある。
【００４６】
さらに、Ｘ軸用ホール素子４３ｂ及び４３ｃの位置は円中心点９からの距離が等しく、
これら２つのホール素子４３ｂ及び４３ｃを結ぶ線分は円中心点９を通る。上記円中心点
９に対し点対称の位置にあるＸ軸用ホール素子４３ｂ及び４３ｃと同様に、Ｘ軸用ホール
素子４３ａ及び４３ｄ、Ｙ軸用ホール素子４５ａ及び４５ｄ、Ｙ軸用ホール素子４５ｂ及
び４５ｃ、のそれぞれは、円中心点９に対し点対称の位置にある。これにより、出力信号
をより多く検出できるため、実施形態１の回転角度計測用チップ１に比べて、回転角度の
検出精度を高めることができる。
【００４７】
図１０を用いて回転角度の検出方法を説明する。図１０のように磁場４７が印加された
際、Ｘ軸用ホール素子（４３ａ、４３ｂ）、（４３ｃ、４３ｄ）からの出力差動電圧をそ
れぞれＶ（Ｘ１＋）、Ｖ（Ｘ２＋）、Ｖ（Ｘ１−）、Ｖ（Ｘ２−）とする。Ｙ軸用ホール
素子（４５ａ、４５ｂ）、（４５ｃ、４５ｄ）からの出力差動電圧をそれぞれＶ（Ｙ１＋）、Ｖ（Ｙ２＋）、Ｖ（Ｙ１−）、Ｖ（Ｙ２−）とする。これらの出力差動電圧は、次式（７）のような正弦波電圧及び余弦波電圧である。ここで、Ｘ軸用ホール素子４３及びＹ軸用ホール素子４５は、それぞれＸ軸及びＹ軸から角度α離れているものとする。
Ｖ（Ｘ１＋）＋Ｖ（Ｘ２＋）＝  Ａ１×cos（θ−α）＋Ａ１×cos（θ＋α）
Ｖ（Ｘ１−）＋Ｖ（Ｘ２−）＝−Ａ２×cos（θ＋α）−Ａ２×cos（θ−α）
Ｖ（Ｙ１＋）＋Ｖ（Ｙ２＋）＝  Ａ３×sin（θ−α）＋Ａ３×sin（θ＋α）
Ｖ（Ｙ１−）＋Ｖ（Ｙ２−）＝−Ａ４×sin（θ＋α）−Ａ４×sin（θ−α）
・・・（７）
【００４８】
ここで、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は比例定数であり、θは図１０におけるＸ軸方向と磁
場４７の方向との反時計回りのなす角度（磁場印加角度）である。
【００４９】
このとき、ホール素子（４３ｃ、４３ｄ）及び（４５ａ、４５ｂ）が対称軸４６に対し
線対称の位置にあり、印可される応力が略同じとなるため、Ａ２＝Ａ３となる。同様に、
ホール素子（４５ｃ、４５ｄ）及び（４３ａ、４３ｂ）が対称軸４６に対し線対称の位置
にあり、印可される応力が略同じとなるため、Ａ１＝Ａ４となる。以上より、式（７）は
下記式（７）´のように近似できる。
Ｖ（Ｘ１＋）＋Ｖ（Ｘ２＋）＝  Ａ１×cos（θ−α）＋Ａ１×cos（θ＋α）
Ｖ（Ｘ１−）＋Ｖ（Ｘ２−）＝−Ａ２×cos（θ＋α）−Ａ２×cos（θ−α）
Ｖ（Ｙ１＋）＋Ｖ（Ｙ２＋）＝  Ａ２×sin（θ−α）＋Ａ２×sin（θ＋α）
Ｖ（Ｙ１−）＋Ｖ（Ｙ２−）＝−Ａ１×sin（θ＋α）−Ａ１×sin（θ−α）
・・・（７）´
【００５０】
これらの出力電圧を次式（８）のように差分をとることにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の
出力電圧Ｖｘ、Ｖｙを導出する。
Ｖｘ＝（Ｖ（Ｘ１＋）＋Ｖ（Ｘ２＋））−（Ｖ（Ｘ１−）＋Ｖ（Ｘ２−））
＝２×Ａ１×cosθcosα＋２×Ａ２×cosθcosα＝２（Ａ１＋Ａ２）cosθcosα
Ｖｙ＝（Ｖ（Ｙ１＋）＋Ｖ（Ｙ２＋））−（Ｖ（Ｙ１−）＋Ｖ（Ｙ２−））
＝２×Ａ２×sinθcosα＋２×Ａ１×sinθcosα＝２（Ａ１＋Ａ２）sinθcosα
・・・（８）
Ｖｘ＝２（Ａ１＋Ａ２）cosθcosα
Ｖｙ＝２（Ａ１＋Ａ２）sinθcosα          ・・・（９）
これより、求める回転角度θは、
ｔａｎθ＝Ｖｙ／Ｖｘ
∴  θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖｙ／Ｖｘ）      ・・・（１０）
【００５１】
本実施形態２のように、ホール素子を配置すれば、ホール素子が２組以上の場合であっ
ても、各ホール素子に印可される応力の影響を緩和することができ、Ｘ軸方向とＹ軸方向
の出力電圧の係数が等しくなるため、角度誤差を低減することができる。これにより、Ｘ
軸用とＹ軸用のホール素子がそれぞれ複数配置されている場合であっても、精度高く回転
角度を検出することができる。
【００５２】
なお、円中心点９を通る回転角度計測用チップ４１の短手方向に平行な対称軸４８を
対称軸として、ホール素子を配置することもできる。また、磁電変換素子には、縦型ホー
ル素子、磁気抵抗素子等を用いることもできる。
【００５３】
（実施形態３）
図１１及び図１２は、本発明の実施形態３の回転角度計測用チップ６１を説明するため
の図である。実施形態３の回転角度計測用チップ６１が実施形態１及び２の回転角度計測
用チップ１及び４１と相違する点は、隣接する２個のホール素子の組が（６３ａ、６３ｂ
）及び（６５ａ、６５ｂ）の２組であり、これら２組間の中心点９の周りの回転角が直角
以外となる点である。また、ホール素子にＸ軸用又はＹ軸用の区分けがない点も相違点で
ある。本実施形態３では、出力電圧を導出するＸ軸方向及びＹ軸方向をそれぞれ回転角度
計測用チップ６１の短手方向及び長手方向とし、円中心点９を通るＹ軸を対称軸として、
線対称の位置に２組のホール素子（６３ａ、６３ｂ）及び（６５ａ、６５ｂ）をそれぞれ
設置する。
【００５４】
すなわち、ホール素子６３ａ及び６５ｂ、６３ｂ及び６５ａの位置は、それぞれ対称軸
であるＹ軸からの距離が等しく、ホール素子６３ａ及び６５ｂ、６３ｂ及び６５ａを結ぶ
線分６４ａ、６４ｂは、それぞれＹ軸と直行する。また、円中心点９を通り、ホール素子
６３ａ及び６３ｂの接点６６ａを通る直線を直線Ｌとし、円中心点９を通り、ホール素子
６５ａ及び６５ｂの接点６６ｂを通る直線を直線Ｍとする。
【００５５】
図１１及び図１２を用いて回転角度の検出方法を説明する。図１１のように磁場６７が
印加された際、ホール素子６３ａ、６３ｂ、６５ａ、６５ｂからの出力信号を検出するこ
とにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の出力電圧Ｖｘ、Ｖｙを導出する。ここで、計算を簡略化
するため、図１２のように、ホール素子（６３ａ、６３ｂ）及び（６５ａ、６５ｂ）を、
それぞれの組の接点６６ａ、６６ｂをホール素子の中心とする直線Ｌ上及び直線Ｍ上にあ
るホール素子６３ｃ及び６５ｃに置き換える。このとき、ホール素子６３ｃ及び６５ｃは
、上記同様にＹ軸を対称軸とする線対称の位置にある。
【００５６】
まず、ホール素子６３ａ、６３ｂ、６５ａ、６５ｂにおける出力信号強度の比例定数を
それぞれＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４とし、ホール素子６３ａ及び６３ｂ、６５ａ及び６５ｂ
は、それぞれ直線Ｌ、直線Ｍから角度α離れているものとする。このとき、ホール素子６
３ｃ及び６５ｃにおける出力信号強度の比例定数をそれぞれＡ１２及びＡ３４とすると、
Ａ１２≡Ａ１×cosα＋Ａ２×cosα＝（Ａ１＋Ａ２）cosα
Ａ３４≡Ａ３×cosα＋Ａ４×cosα＝（Ａ３＋Ａ４）cosα
として、ホール素子（６３ａ、６３ｂ）及び（６５ａ、６５ｂ）を、ホール素子６３ｃ及
び６５ｃに置き換えることができる。
【００５７】
次に、ホール素子６３ｃ及び６５ｃからの出力差動電圧をそれぞれＶ（６３ｃ）及びＶ
（６５ｃ）とする。また、Ｘ軸方向と直線Ｌの方向との反時計回りのなす角度をθHとし
、Ｘ軸方向と磁場６７の方向との反時計回りのなす角度（磁場印加角度）をθBとする。
これらの出力差動電圧は、次式（１１）のような正弦波電圧及び余弦波電圧である。
Ｖ（６３ｃ）＝  Ａ１２×cos（θH−θB）
Ｖ（６５ｃ）＝−Ａ３４×cos（θH＋θB）      ・・・（１１）
【００５８】
したがって、以下の計算により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の出力電圧Ｖｘ、Ｖｙを導出して
、回転角度θBを求める。
Ｖｘ＝Ｖ（６３ｃ）cosθH＋Ｖ（６５ｃ）cosθH
＝Ａ１２×cos（θH−θB）cosθH＋Ａ３４×cos（θH＋θB）cosθH
＝cosθH｛Ａ１２（cosθHcosθB＋sinθHsinθB）
＋Ａ３４（cosθHcosθB−sinθHsinθB）｝
Ｖｙ＝Ｖ（６３ｃ）sinθH−Ｖ（６５ｃ）sinθH 
＝Ａ１２×cos（θH−θB）sinθH−Ａ３４×cos（θH＋θB）sinθH 
＝sinθH｛Ａ１２（cosθHcosθB＋sinθHsinθB）
−Ａ３４（cosθHcosθB−sinθHsinθB）｝
・・・（１２）
【００５９】
このとき、ホール素子６３ｃ及び６５ｃがＹ軸に対して線対称の位置にあり、印可され
る応力が略同じとなるため、Ａ１２＝Ａ３４＝Ａとなる。以上より、式（１２）は下記式
（１３）のように近似できる。
Ｖｘ＝２Ａ×cos2θHcosθB
Ｖｙ＝２Ａ×sin2θHsinθB        ・・・（１３）
これより、求める回転角度θBは、
Ｖｙ／Ｖｘ＝sin2θHsinθB／cos2θHcosθB
＝γ(θH)×tanθB
∴  θB＝ａｒｃｔａｎ（Ｖｙ／γ(θH)Ｖｘ）      ・・・（１４）
ただし、γ(θH)は、任意の設定値θHより求められる既知である。
【００６０】
本実施形態３のように、ホール素子を配置すれば、ホール素子が２組間の中心点９の周
りの回転角が直角以外であっても、各ホール素子に印可される応力の影響を緩和すること
ができ、Ｘ軸方向とＹ軸方向の出力電圧の係数が等しくすることができる。これにより、
角度誤差を低減することができるため、精度高く回転角度を検出することができる。
【００６１】
（実施形態４）
図１３は、本発明の実施形態４の回転角度計測用チップ１３０１を説明するための構成図で、シリコン基板で形成された回転角度計測用チップ１３０１上の磁気収束板１３０３とホール素子Ｘ及びＹとの位置関係を説明するための構成図である。図１３において、矩形の回転角度計測用チップ１３０１の長辺の中点を通り短辺に平行な線分を線分１、回転角度計測用チップ１３０１の短辺の中点を通り長辺に平行な線分を線分２とすると、線分１及び線分２の直交点が回転角度計測用チップ１３０１の中心点１３０５となる。また、回転角度計測用チップ１３０１の面上にある円板状の磁気収束板１３０３の円中心点１３０７を通り、かつ線分１に平行な線分を線分３とする。
【００６２】
実施形態４の回転角度計測用チップ１３０１が実施形態１乃至３の回転角度計測用チップ１、４１、及び６１と相違する点は、磁気収束板１３０３の円中心点１３０７が線分２上にあるが、線分１上にない点である。すなわち、実施形態４は、回転角度計測用チップ１３０１の中心点１３０５と磁気収束板１３０３の円中心点１３０７とが一致しない場合を例示している。
【００６３】
磁気収束板１３０３の円周上には、実施形態１と同様に、４個のホール素子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、及びＹ２が、円中心点１３０７から等距離に配置されている。ホール素子Ｘ１及びＹ１と、Ｘ２及びＹ２は、それぞれ線分２に対して線対称の位置に配置され、ホール素子Ｘ１及びＹ２と、Ｘ２及びＹ１は、それぞれ線分３に対して線対称の位置に配置されている。
【００６４】
また、回転角度計測用チップ１３０１を形成するシリコン基板とパッケージ材料（モールド樹脂等）の線膨張係数が異なるために、回転角度計測用チップ１３０１の表面の各点で応力が発生している。各点の応力の方向を図１３中の矢印（σ0、σ45、σ90、σ135）で定義する。σ0は回転角度計測用チップ１３０１の短辺に平行な方向の応力であり、σ90は回転角度計測用チップ１３０１の長辺に平行な方向の応力である。さらに、σ45及びσ135は、回転角度計測用チップ１３０１の短辺及び長辺に対して４５度の方向の応力である。また、Ｘ軸及びＹ軸は、それぞれ回転角度計測用チップ１３０１の短辺及び長辺に対して平行な方向で定義する。さらに、Ｘ軸を０度方向としたとき、反時計回りに４５度方向をＸ‘軸、反時計回りに１３５度方向をＹ’軸と定義し、Ｘ‘軸方向とＹ’軸方向との反時計回りのなす角度をθと定義する。Ｘ‘軸はホール素子Ｘ１とＸ２を結ぶ線分１３０９に平行であり、Ｙ’軸はホール素子Ｙ１とＹ２を結ぶ線分１３１１に平行である。なお、線分１３０９と線分１３１１は、円中心点１３０７で直交する。    
ここで、回転角度計測用チップ１３０１に対して水平な方向に磁場Ｂが存在するとき、Ｘ‘軸に平行な磁場成分をＢX'、Ｙ‘軸に平行な磁場成分をＢY'とし、Ｘ‘軸方向と磁場Ｂの方向との反時計回りのなす角度をθBとする。つまり、Ｘ軸及びＹ軸のなす角は９０度であり、Ｘ‘軸及びＹ’軸のなす角も９０度である。
【００６５】
ホール素子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、及びＹ２のそれぞれの出力電圧Ｖ（Ｘ１）、Ｖ（Ｘ２）、Ｖ（Ｙ１）、及びＶ（Ｙ２）は、次式（１５）で表される。ここで、磁気収束板１３０３に流れる電流をＩとし、ホール素子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、及びＹ２のホール素子の磁気感度をそれぞれＳＩX1、ＳＩX2、ＳＩY1、及びＳＩY2とし、オフセットをそれぞれＯｆｆｓｅｔx1、Ｏｆｆｓｅｔx2、Ｏｆｆｓｅｔy1、及びＯｆｆｓｅｔy2とする。次式（１５）を用いて、回転角度計測用チップ１３０１表面に水平な磁場Ｂの方向を精度よく算出するには、次式（１６）に示したように、オフセットＯｆｆｓｅｔx1乃至Ｏｆｆｓｅｔy2が磁場Ｂに比例した信号と比較して十分に小さく、かつ、ホール素子Ｘ１とＸ２の磁気感度の和が、ホール素子Ｙ１とＹ２の磁気感度の和と等しくする必要がある。
【００６６】
【数１】
2013224921.tif 000003
【００６７】
【数２】
2013224921.tif 000004
【００６８】
ホール素子の磁気感度ＳＩX1乃至ＳＩY2は、応力の影響を受ける。この効果は、ピエゾホール効果と呼ばれ、ピエゾホール係数Ｐ12を用いて、次式（１７）で表される。
「ホール素子Ｘ１とＸ２の磁気感度の和が、ホール素子Ｙ１とＹ２の磁気感度の和が略等しい」となる条件は、（ｉ）応力がないときの磁気感度が全てのホール素子において略等しく、かつ（ｉｉ）ホール素子Ｘ１とＹ１の応力が略等しく、かつ（ｉｉｉ）ホール素子Ｘ２とＹ２の応力が略等しいときに精度よく達成することができる。（ｉ）の条件は、全てのホール素子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、及びＹ２を同一形状・同一条件で作製することで達成できる。（ｉｉ）の条件は、シリコン基板の中心点を通り、シリコン基板の長辺に平行な線分２に対して、ホール素子Ｘ１とＹ１を線対称の位置に配置することで達成できる。これは、対称性のある形状の場合、応力にも対称性が成り立つことから説明できる。（ｉｉｉ）の条件も同様で、線分２に対して、ホール素子Ｘ２とＹ２を線対称の位置に配置することで達成できる。
【００６９】
【数３】
2013224921.tif 000005
【００７０】
線分１もしくは線分２に対して、線対称な位置に配置されたホール素子の受ける応力はほぼ等しい。ピエゾホール効果は、ホール素子の数によらない。そのため、この効果は、線対称な位置にそれぞれ２個１組のホール素子で形成されたホール素子群を考えた場合、線分１もしくは線分２に対して、線対称な位置に配置された少なくとも１組以上のホール素子群に対して有効となる。また、上記の効果は、磁気収束板が不要な磁場計測装置についても有効となる。
【００７１】
図１４は、図１３におけるＸ‘軸及びＹ’軸のなす角を９０度に限らず、θ度とした場合を表す図である。図１３では、Ｘ‘軸及びＹ’軸のなす角を９０度としたが、設計による既知の角度であれば９０度でなくてもよい。図１４のようにＸ‘軸及びＹ’軸のなす角をθ度として設計した場合でも、Ｘ‘軸に垂直なＹ２軸方向の磁場強度は、Ｙ’軸方向の磁場強度から容易に算出できるためである。
【００７２】
本実施形態では、中心点１３０７が線分２上にある場合を例示しているが、線分１にあって線分２上にない場合にも本発明を実施することができる。
【００７３】
（実施形態５）
図１５は、本発明の実施形態５の回転角度計測用チップ１５０１を説明するための構成図で、シリコン基板で形成された回転角度計測用チップ１５０１上の磁気収束板１５０３とホール素子Ｘ及びＹとの位置関係を説明するための構成図である。図１５において、図１３と同様に、線分１と線分２を設け、線分１及び線分２の直交点を回転角度計測用チップ１５０１の中心点１５０５とする。また、磁気収束板１５０３の円中心点１５０７を通りかつ線分１に平行な線分を線分３とし、円中心点１５０７を通りかつ線分２に平行な線分を線分４とする。
【００７４】
実施形態５の回転角度計測用チップ１５０１が実施形態４の回転角度計測用チップ１３０１と相違する点は、磁気収束板１５０３の円中心点１５０７が線分１上にも線分２上にもない点である。磁気収束板１５０３の円周上には、実施形態４と同様に、４個のホール素子Ｘ３、Ｘ４、Ｙ３、及びＹ４が、円中心点１５０７から等距離に配置されている。ホール素子Ｘ３及びＹ３と、Ｘ４及びＹ４は、それぞれ線分４に対して線対称の位置に配置され、ホール素子Ｘ３及びＹ４と、Ｘ４及びＹ３は、それぞれ線分３に対して線対称の位置に配置されている。
【００７５】
回転角度計測用チップ１５０１上の中心点１５０５付近では、回転角度計測用チップ１５０１に対して垂直な方向の応力は、回転角度計測用チップ１５０１に対して平行な方向の応力に比べて十分小さい。そのため、回転角度計測用チップ１５０１に対して垂直な方向の応力はほぼ無視することができる。一方、回転角度計測用チップ１５０１上の端部付近では、回転角度計測用チップ１５０１に対して垂直な方向の応力が、回転角度計測用チップ１５０１に対して平行な方向の応力に比べて無視できない量となり、回転角度計測用チップ１５０１に対して垂直な方向の応力がホール素子の磁気感度及びオフセットに大きな影響を与える。
【００７６】
図１６は、図１５の実施形態５におけるホール素子の配置と比較して、従来技術におけるホール素子の配置を表す図である。図１６において、図１５と同様に、回転角度計測用チップ１６０１上に磁気収束板１６０３が設置され、磁気収束板１６０３の円周上に４個のホール素子Ｘ５、Ｘ６、Ｙ５、及びＹ６が、円中心点１３０７から等距離に配置されている。また、図１５と同様に、線分１及び線分２の直交点を回転角度計測用チップ１６０１の中心点１６０５とし、磁気収束板１６０３の円中心点１５０７を通りかつ線分１に平行な線分を線分３、円中心点１５０７を通りかつ線分２に平行な線分を線分４とする。なお、ホール素子Ｘ５、Ｘ６、Ｙ５、及びＹ６は、それぞれホール素子Ｘ３、Ｘ４、Ｙ３、及びＹ４に対応している。
【００７７】
図１６の回転角度計測用チップ１６０１が実施形態５の回転角度計測用チップ１５０１と相違する点は、ホール素子Ｘ５及びＸ６が線分３上にあり、ホール素子Ｙ５及びＹ６が線分４上にある点である。
【００７８】
図１６の場合、４個のホール素子の内、ホール素子Ｘ５のみが回転角度計測用チップ１６０１の端部に近く、回転角度計測用チップ１６０１に対して垂直な方向の応力の影響を受ける。そのため、数式（１５）において、Ｘ１をＸ５として演算を行うと、ホール素子Ｘ５の磁気感度ＳＩX5とオフセット
【００７９】
【数４】
2013224921.tif 000006
【００８０】
が、他のホール素子の磁気感度及びオフセットと大きく異なるため、数式（１６）により磁場Ｂの角度θBを求める際に誤差を生じる。
【００８１】
一方、図１５の本実施形態のホール素子の配置の場合、ホール素子Ｘ３とＹ４が回転角度計測用チップ１６０１の端部に近い。そのため、ホール素子Ｘ３とＹ４の磁気感度とオフセットは、回転角度計測用チップ１６０１に対して垂直な方向の応力の影響を受けるが、比（Ｙ／Ｘ）もしくは差（Ｙ−Ｘ）の演算では、Ｘ３とＹ４の磁気感度とオフセットの影響が相殺して、結果的に数式（１５）及び（１６）により磁場Ｂの角度θBを求める際に誤差を生じにくい構成となっている。ここで、本実施形態では、数式（１５）及び（１６）のＸ１、Ｘ２、Ｙ１、及びＹ２を、それぞれＸ３、Ｘ４、Ｙ３、及びＹ４として演算する。
【００８２】
図１７は、従来の回転角度計測用チップ１７０１上の磁気収束板１７０３とホール素子の配置を表す図である。図１７において、回転角度計測用チップ１７０１上に磁気収束板１６０３が設置され、磁気収束板１７０３の円周上に４個のホール素子Ｘ７、Ｘ８、Ｙ７、及びＹ８が、円中心点１７０７から等距離に配置されている。図１７の回転角度計測用チップ１７０１が図１６の回転角度計測用チップ１６０１と相違する点は、回転角度計測用チップ１７０１の中心点１７０５と磁気収束板１７０３の円中心点１７０７とが一致し、ホール素子Ｘ７及びＸ８が線分１上にあり、ホール素子Ｙ７及びＹ８が線分２上にある点である。
【００８３】
図１８は、従来の回転角度計測用チップ１７０１を用いた回転角度計測装置の断面図である。回転角度計測用チップ１７０１を設置する矩形のチップ実装基板であるリードフレーム１８０３がパッケージ外形１８０５で覆われている。回転角度計測用チップ１７０１は、その各辺がリードフレーム１８０３の対応する辺と平行な向きで、リードフレーム１８０３上面の中央部に設置されている。
【００８４】
図１９乃至図２１は、従来の回転角度計測用チップ１７０１の長手方向と短手方向との応力の比較を説明するための図である。本発明の効果を明確にするために、回転角度計測用チップ１７０１の短手方向の長さを変えて回転角度計測用チップ１７０１上の応力のシミュレーション計算を行った。なお、図１９乃至図２１では、一例としてリードフレーム１８０３が正方形の場合を表している。
【００８５】
図１９は、回転角度計測用チップ１７０１の長手方向（Ｘ軸方向）の長さが２．０ｍｍで、短手方向（Ｙ軸方向）の長さが２．０ｍｍの場合を表している。
【００８６】
図２０は、回転角度計測用チップ１７０１の長手方向（Ｘ軸方向）の長さが２．０ｍｍで、短手方向（Ｙ軸方向）の長さが１．６ｍｍの場合を表している。
【００８７】
図２１は、回転角度計測用チップ１７０１の長手方向（Ｘ軸方向）の長さが２．０ｍｍで、短手方向（Ｙ軸方向）の長さが１．２ｍｍの場合を表している。
【００８８】
図１９乃至図２１の回転角度計測用チップ１７０１の中心付近のプロットが、応力を算出したポイントであり、回転角度計測用チップ１７０１の中心からＸ軸方向及びＹ軸方向の１００μｍごとの応力を算出している。回転角度計測用チップ１７０１の中心から等距離にあるＸ軸上のポイントの応力とＹ軸上のポイントの応力とを比較することで、図１７におけるＸ軸用ホール素子Ｘ７及びＸ８と、Ｙ軸用ホール素子Ｙ７及びＹ８とが受ける応力の比較をすることが出来る。
【００８９】
図２２は、図１９乃至図２１における従来の回転角度計測用チップ１７０１の中心から等距離にあるＸ軸上のポイントの応力とＹ軸上のポイントの応力との応力比を表す図である。図２２の折れ線グラフ２２０１、２２０３、及び２２０５は、それぞれ図１９、図２０、及び図２１の回転角度計測用チップ１７０１の中心からＸ軸方向とＹ軸方向に等距離だけ離れた場所のＸ軸上の応力とＹ軸上の応力との応力比（Ｘ軸上の応力／Ｙ軸上の応力）を算出した結果を示す。なお、本実施形態では、Ｘ軸上の応力／Ｙ軸上の応力として応力比を算出したが、Ｙ軸上の応力／Ｘ軸上の応力として応力比を算出してもよい。
【００９０】
図２２の結果より、回転角度計測用チップ１７０１の短辺と長辺の比が大きくなるほど、Ｙ軸用のホール素子とＸ軸用のホール素子が受ける応力が顕著に異なることがわかる。この応力の差によって発生する求める磁場の角度誤差が、本発明のホール素子の位置に配置した場合は発生しない。つまり、回転角度計測用チップの短辺と長辺の比が大きくなるほど、本発明の効果が顕著になることが分かる。
【００９１】
本発明によれば、回転角度計測用チップの短辺と長辺の比（長辺の長さ／短辺の長さ）を１．３以上にしてもよく、１．５以上にしてもよく、１．８以上にしてもよく、２．０以上にしてもよい。すなわち、回転角度計測用チップ１７０１の短辺と長辺の比の値の大きさにかかわらず本発明の実施が可能となる。
【００９２】
上記各実施形態において回転角度計測装置（回転角センサ）が算出した磁場印加角度θ１は、回転角度計測用チップの長手方向又は短手方向を基準とした角度に変換されることが好ましい。即ち、回転角度計測用チップの長手方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向とＸ’軸方向とのなす角度をθ２とした時に、上記各実施形態の回転角度計測装置（回転角センサ）は、磁場印加角度をθ１＋θ２であると算出し、回転角度計測用チップの長手方向を基準とした角度に変換して算出する。
【００９３】
磁場印加角度の変換方法は、特に限定はないが演算処理（ソフト変換）で行うことが好ましい。演算処理（ソフト変換）前で角度θ１であったものをソフト変換により変換後の角度θ１＋θ２となるようにしておけば、つまり、磁場印加角度の基準をソフト変換で回転角度計測用チップの長手方向に変換するようにしておけば、ユーザは使いやすくなる。なお、上記各実施形態では、回転角度計測用チップの長手方向をＸ軸方向としたが、短手方向をＸ軸方向としてもよい。
【００９４】
上記各実施形態では、ホール素子が４個の例を示したが、ホール素子の数が増えても同様の効果を生じさせることができる。つまり、例えば、線対称な位置のホール素子２個を１組のホール素子群と考えた場合、最もホール素子と回転角度計測用チップ１５０１の端部との距離が近い回転角度計測用チップ１５０１の１辺に対して垂直な線分３もしくは線分４に対して、線対称な位置に配置された少なくとも１組以上のホール素子群に対して有効な効果を生じさせることができる。
【００９５】
上記各実施形態では磁気収束板の形状が円形状であるとして説明したが、多角形形状、楕円形状、扇形形状のいずれであってもよい。また、磁気収束板とホール素子との距離は任意の距離であり、ホール素子が磁気収束板の直下であってもよく、さらにホール素子と磁気収束板が平面視したときに重なっていなくてもよい。
【００９６】
また、上記各実施形態では磁電変換素子としてホール素子を用いて説明したが、縦型ホール素子、磁気抵抗素子等を用いることもできる。
【００９７】
本実施形態１乃至５は、回転角度計測装置を例としているが、回転角度計測装置におけ
る磁極回転体の磁場を、地磁気に置き換えると全て方位角検出装置の実施例となる。同様
に、電流が生み出す磁場の方向を計測する際も精度高く磁場の方向を計測し、電流の方向
を計測することが可能である。
【００９８】
また、本発明は、チップに対して水平な磁場の向きを検出する際に特に極めて有効であ
る。
【００９９】
また、本発明は基板の形状が一方の辺が他方の辺よりも長い長方形であると、従来技術
に対する優位性がより顕著なものとなる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明の磁場方向計測装置は、回転角度計測装置や方位角計測装置に利用することがで
きる。また、回転角度計測装置は、乗用車のステアリングの回転を制御することや、モー
タに取り付ける回転軸の回転角度の測定に用いることができ、方位角計測装置はナビゲー
ションシステム等に用いることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１、４１、５１、６１、１３０１、１５０１、１６０１、１７０１  回転角度計測用チップ
３    チップ実装基板
５    端子  
７、１３０３、１５０３、１６０３、１７０３    磁気収束板
８    樹脂モールド  
９、１３０７、１５０７、１６０７、１７０７    円中心点
１１ａ〜１１ｂ、４３ａ〜４３ｄ、５３ａ〜５３ｂ、Ｘ１〜Ｘ８  Ｘ軸用ホール素子
１２ａ〜１２ｂ、１４ａ〜１４ｂ、４４ａ〜４４ｄ、１３０９、１３１１、１５０９、１５１１  線分
１３ａ〜１３ｂ、４５ａ〜４５ｄ、５５ａ〜５５ｂ、Ｙ１〜Ｙ８  Ｙ軸用ホール素子
１５、１９、４６、４８  対称軸
１６ａ、１６ｂ  交点
１７、４７、５７、６７  磁場
２１、２７  Ｘ軸方向の出力信号強度
２３、２９  Ｙ軸方向の出力信号強度
２５  円形の波形
３１  楕円形の波形
３３  黒丸
３５  白丸
６３ａ〜６３ｃ、６５ａ〜６５ｃ  ホール素子
６４、６６  接点  
１８０３  リードフレーム
１８０５  パッケージ外形
２２０１、２２０３、２２０５  折れ線グラフ
Ｌ、Ｍ  直線
【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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