(57)【要約】【課題】検出精度の向上が図られる回転角センサと、その製造方法と、回転角センサの製造装置とを提供する。【解決手段】回転角センサ１では、回転軸ＡＸの周りに回転するシャフト２に、支持部１３を介してリング磁石３が装着されている。また、軸受１４を介してチップ支持部４が装着されている。チップ支持部４にはチップ５が搭載され、そのチップ５の上面に少なくとも一つの磁界検出素子６が配置されている。磁界検出素子６のピンド層の磁化が、シャフト２の回転軸ＡＸを中心として放射状に延びる仮想の直線Ｌに沿って規定されている。【選択図】図２
2016014585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するシャフトに装着されて、前記シャフトとともに回転する回転磁性体と、
前記回転磁性体の磁界に配置されて、前記回転磁性体の前記磁界を検知する磁界検出素子を含むチップと、
前記チップを搭載するチップ支持部と
を有し、
前記磁界検出素子は、
前記回転磁性体の前記磁界に基づいて磁化の向きが変化する第１強磁性体層と、
磁化の向きが固定された第２強磁性体層と、
前記第１強磁性体層と前記第２強磁性体層との間に形成された非磁性体層と
前記第２強磁性体層に対して、前記非磁性体層が位置する側とは反対側に形成された反強磁性体層と
を備え、
前記第２強磁性体層における前記磁化は、前記シャフトの回転軸を中心として放射状に延びる仮想の直線に沿って規定された第１配置および前記シャフトの回転軸を中心とする仮想の同心円に沿って規定された第２配置のいずれかの配置とされ、
前記チップ支持部は、前記チップ支持部の材料として、融解を始める融点、軟化を始める軟化温度および質量の減少が始まる熱分解温度のうち、最も低い温度が、前記反強磁性体層のブロッキング温度よりも高い材料によって形成された、回転角センサ。
【請求項２】
外周部と内周部を有し、前記内周部に前記シャフトが嵌め込まれるように装着された軸受部を有し、
前記チップ支持部には、前記軸受部の前記外周部が嵌め込まれて前記外周部に当接する当接部を有する開口部が形成された、請求項１記載の回転角センサ。
【請求項３】
前記軸受部の前記外周部では、前記外周部の直径が、前記シャフトの前記回転軸の方向に沿って単調に増加しており、
前記チップ支持部では、前記当接部が前記外周部に対応するように、前記開口部の直径が前記回転軸の方向に沿って単調に増加している、請求項２記載の回転角センサ。
【請求項４】
前記シャフトおよび前記回転磁性体の一方には凸部が形成され、
前記シャフトおよび前記回転磁性体の他方には、前記凸部が嵌め込まれる凹部が形成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転角センサ。
【請求項５】
前記チップ支持部は、前記軸受を支持する支持部を有する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の回転角センサ。
【請求項６】
外周部と内周部を有し、前記内周部に前記シャフトが嵌め込まれるように装着された軸受部を有し、
前記チップ支持部は、前記外周部の全周のうちの一部に沿って当接する当接部を有する、請求項１記載の回転角センサ。
【請求項７】
前記チップ支持部は、銅（Ｃｕ）、ステンレス、熱硬化性樹脂材料およびアルミナから選ばれる少なくともいずれかの材料から形成された、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転角センサ。
【請求項８】
磁化の向きが変化する第１強磁性体層、非磁性体層、磁化の向きが固定された第２強磁性体層および反強磁性体層を有する磁界検出素子を含み、シャフトとともに回転する回転磁性体の磁界を検知するチップと、前記チップを搭載したチップ支持部とを備えた回転角センサの製造方法であって、
前記シャフトの回転軸に対応する位置を基準位置として、前記基準位置から距離を隔てられた位置に前記チップ支持部を配置した状態で、前記基準位置に基づいて磁界を発生させ、前記磁界検出素子を、前記反強磁性体層のブロッキング温度まで加熱して冷却することにより、前記第２強磁性体層の磁化を前記磁界に沿って規定する工程と、
前記シャフトに前記回転磁性体を装着する工程と、
前記シャフトに軸受部を介して前記チップ支持部を装着する工程と
を備えた、回転角センサの製造方法。
【請求項９】
前記磁界は、前記基準位置を中心として放射状に延びる仮想の直線に沿って形成された、請求項８記載の回転角センサの製造方法。
【請求項１０】
前記磁界は、前記基準位置を中心とする仮想の同心円に沿って形成された、請求項８記載の回転角センサの製造方法。
【請求項１１】
磁化の向きが変化する第１強磁性体層、非磁性体層、磁化の向きが固定された第２強磁性体層および反強磁性体層を有する磁界検出素子を含み、シャフトとともに回転する回転磁性体の磁界を検知するチップと、前記チップを搭載したチップ支持部とを備えた回転角センサの製造装置であって、
前記シャフトの回転軸に対応する位置を基準位置として、前記基準位置から距離を隔てられた位置に前記チップ支持部を配置する内ヨークと、
前記チップ支持部を前記内ヨークとで挟み込むように配置された外ヨークと、
前記内ヨークと前記外ヨークとを磁気的に接続し、前記基準位置に対して回転対称に配置された磁石と、
前記磁界検出素子を、前記反強磁性体層のブロッキング温度まで加熱する加熱部と
を備えた、回転角センサの製造装置。
【請求項１２】
磁化の向きが変化する第１強磁性体層、非磁性体層、磁化の向きが固定された第２強磁性体層および反強磁性体層を有する磁界検出素子を含み、シャフトとともに回転する回転磁性体の磁界を検知するチップと、前記チップを搭載したチップ支持部とを備えた回転角センサの製造装置であって、
前記シャフトの回転軸に対応する位置を基準位置として、前記基準位置から距離を隔てられた位置に前記チップ支持部を配置する電流線と、
前記磁界検出素子を、前記反強磁性体層のブロッキング温度まで加熱する加熱部と
を備えた、回転角センサの製造装置。
【請求項１３】
前記電流線は超電導線を含む、請求項１２記載の回転角センサの製造装置。
【請求項１４】
前記加熱部は赤外線ランプを含む、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の回転角センサの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角センサおよびその製造方法ならびに回転角センサの製造装置に関し、特に、磁界検出素子を備えた回転角センサと、そのような回転角センサの製造方法と、その製造装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
外部から印加された磁界を検出する磁電変換素子の一つに、ホール効果を利用して磁界を検出するホール素子がある。ホール素子の他には、導体の電気抵抗が磁場中で変化する現象を利用した磁気抵抗効果素子が知られている。
【０００３】
その磁気抵抗効果素子には、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto-Resistance）素子、ＧＭＲ（Giant Magneto-Resistance）素子、およびＴＭＲ（Tunnel Magneto-Resistance）素子等がある。ＡＭＲ素子は、金属の磁気抵抗効果を利用した素子である。ＧＭＲ素子は、巨大磁気抵抗効果を利用した素子である。ＴＭＲ素子は、トンネル磁気抵抗効果を利用した素子である。
【０００４】
磁性体の回転角を検出する回転角センサには、このような磁気抵抗効果素子が適用されている。たとえば、特許文献１では、スピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果素子（以下、「磁界検出素子」と記す。）を備えた回転角センサが提案されている。
【０００５】
磁界検出素子は、フリー層とピンド層とで非磁性体層を挟み込んだ構造を有する。フリー層は、外部からの磁界に応じて磁化方向が変化する強磁性体層である。ピンド層は、磁界に因らず磁化の方向が一定とされる強磁性体層である。特許文献１において提案されている回転角センサでは、そのような磁界検出素子を一つのチップに複数配置させた回転角センサによって、磁性体の回転角度が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２５３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
磁界検出素子を備えた従来の回転角センサは、次のように製造される。まず、チップ上に形成された磁界検出素子では、ピンド層の磁化方向があらかじめ規定される。次に、そのチップを、ピンド層の磁化の方向が所望の方向となるように、回転角センサにおける所定の部材に配置される。
【０００８】
しかしながら、チップを回転角センサにおける所定の部材に配置する際に、位置ずれが生じると、回転角センサの検出精度が低下するという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、検出精度の向上が図られる回転角センサを提供することであり、他の目的は、そのような回転角センサの製造方法を提供することであり、さらに他の目的は、そのような回転角センサの製造に用いられる回転角センサの製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る回転角センサは、回転磁性体とチップとチップ支持部とを有する。回転磁性体は、回転するシャフトに装着されて、シャフトとともに回転する。チップは、回転磁性体の磁界に配置されて、回転磁性体の磁界を検知する磁界検出素子を含む。チップ支持部はチップを搭載する。磁界検出素子は、第１強磁性体層と第２強磁性体層と反強磁性体層とを備えている。第１強磁性体層は、回転磁性体の磁界に基づいて磁化の向きが変化する。第２強磁性体層は、磁化の向きが固定されている。反強磁性体層は、第１強磁性層と第２強磁性層との間に配置されている。第２強磁性体層における磁化は、シャフトの回転軸を中心として放射状に延びる仮想の直線に沿って規定された第１配置およびシャフトの回転軸を中心とする仮想の同心円に沿って規定された第２配置のいずれかの配置とされる。チップ支持部は、チップ支持部の材料として、融解を始める融点、軟化を始める軟化温度および質量の減少が始まる熱分解温度のうち、最も低い温度が、反強磁性体層のブロッキング温度よりも高い材料によって形成されている。
【００１１】
本発明に係る回転角センサの製造方法は、磁化の向きが変化する第１強磁性体層、非磁性体層、磁化の向きが固定された第２強磁性体層および反強磁性体層を有する磁界検出素子を含み、シャフトとともに回転する回転磁性体の磁界を検知するチップと、チップを搭載したチップ支持部とを備えた回転角センサの製造方法であって、以下の工程を備えている。シャフトの回転軸に対応する位置を基準位置として、基準位置から距離を隔てられた位置にチップ支持部を配置した状態で、基準位置に基づいて磁界を発生させ、磁界検出素子を、反強磁性体層のブロッキング温度まで加熱して冷却することにより、第２強磁性体層（ピンド層）の磁化を磁界に沿って規定する。シャフトに回転磁性体を装着する。シャフトに軸受部を介してチップ支持部を装着する。
【００１２】
本発明に係る回転角センサの製造装置は、磁化の向きが変化する第１強磁性体層、非磁性体層、磁化の向きが固定された第２強磁性体層および反強磁性体層を有する磁界検出素子を含み、シャフトとともに回転する回転磁性体の磁界を検知するチップと、前記チップを搭載したチップ支持部とを備えた回転角センサの製造装置であって、内ヨークと外ヨークと磁石と加熱部とを備えている。内ヨークは、シャフトの回転軸に対応する位置を基準位置として、基準位置から距離を隔てられた位置にチップ支持部を配置する。外ヨークは、チップ支持部を内ヨークとで挟み込むように配置されている。磁石は、内ヨークと外ヨークとを磁気的に接続し、基準位置に対して回転対称に配置されている。加熱部は、磁界検出素子を反強磁性体層のブロッキング温度まで加熱する。
【００１３】
本発明に係る他の回転角センサの製造装置は、磁化の向きが変化する第１強磁性体層、非磁性体層、磁化の向きが固定された第２強磁性体層および反強磁性体層を有する磁界検出素子を含み、シャフトとともに回転する回転磁性体の磁界を検知するチップと、チップを搭載したチップ支持部とを備えた回転角センサの製造装置であって、電流線と加熱部とを備えている。電流線は、シャフトの回転軸に対応する位置を基準位置として、基準位置から距離を隔てられた位置にチップ支持部を配置する。加熱部は、磁界検出素子を反強磁性体層のブロッキング温度まで加熱する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る回転角センサによれば、磁界検出素子の第２強磁性体層における磁化は、シャフトの回転軸を中心として放射状に延びる仮想の直線に沿って規定された第１配置およびシャフトの回転軸を中心とする同心円に沿って規定された第２配置のいずれかの配置とされる。これにより、回転角センサの検出精度の向上を図ることができる。
【００１５】
本発明に係る回転角センサの製造方法によれば、シャフトの回転軸に対応する位置を基準位置として、基準位置から距離を隔てられた位置にチップ搭載部を配置した状態で、基準位置に基づいて磁界を発生させ、磁界検出素子を、反磁性体層のブロッキング温度まで加熱して冷却することにより、第２強磁性体層（ピンド層）の磁化を磁界に沿って規定する。これにより、回転角センサの検出精度の向上を図ることができる。
【００１６】
本発明に係る回転角センサの製造装置によれば、内ヨークと外ヨークと磁石と加熱部とを備え、内ヨークは、シャフトの回転軸に対応する位置を基準位置として、基準位置から距離を隔てられた位置にチップ搭載部を配置する。外ヨークは、チップ搭載部を内ヨークとで挟み込むように配置されている。磁石は、内ヨークと外ヨークとを磁気的に接続し、基準位置に対して回転対称に配置されている。加熱部は、磁界検出素子を反強磁性体層のブロッキング温度まで加熱する。これにより、回転角センサの検出精度の向上を図ることができる。
【００１７】
本発明に係る他の回転角センサの製造装置によれば、電流線と加熱部とを備えている。電流線は、シャフトの回転軸に対応する位置を基準位置として、基準位置から距離を隔てられた位置にチップ搭載部を配置する。加熱部は、磁界検出素子を反強磁性体層のブロッキング温度まで加熱する。これにより、回転角センサの検出精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回転角センサの分解斜視図である。
【図２】同実施の形態において、図１に示す回転角センサの平面図である。
【図３】同実施の形態において、図１に示す回転角センサの断面図である。
【図４】同実施の形態において、磁界検出素子の構造を示す斜視図である。
【図５】同実施の形態において、回転角センサにおける磁界を示す平面図である。
【図６】同実施の形態において、磁界検出素子の一例としてＴＭＲ素子の機能を説明するための図であり、図６（Ａ）は、第１の斜視図であり、図６（Ｂ）は第２の斜視図である。
【図７】同実施の形態において、磁界検出素子の他の例としてＧＭＲ素子の機能を説明するための図であり、図７（Ａ）は、第１の斜視図であり、図７（Ｂ）は第２の斜視図である。
【図８】同実施の形態において、回転角センサの製造装置の分解斜視図である。
【図９】同実施の形態において、図８に示す製造装置の断面図である。
【図１０】同実施の形態において、図８に示す製造装置によって発生する磁界を示す平面図である。
【図１１】同実施の形態において、磁界検出素子のピンド層の磁化の向きを示す平面図である。
【図１２】比較例に係る磁界検出素子のピンド層の磁化の向きを示す第１の平面図である。
【図１３】比較例に係る磁界検出素子のピンド層の磁化の向きを示す第２の平面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る回転角センサの製造装置の分解斜視図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る回転角センサの断面図である。
【図１６】同実施の形態において、回転角センサの製造装置を示す断面図である。
【図１７】同実施の形態において、変形例に係る回転角センサの断面図である。
【図１８】同実施の形態において、変形例に係る回転角センサの製造装置を示す断面図である。
【図１９】同実施の形態において、軸受とチップ搭載部の支持関係の変形例を示す斜視図である。
【図２０】本発明の実施の形態４に係る回転角センサの分解斜視図である。
【図２１】同実施の形態において、回転角センサの製造装置を示す分解斜視図である。
【図２２】本発明の実施の形態５に係る、回転角センサの製造装置を示す分解斜視図である。
【図２３】同実施の形態において、図２２に示す製造装置によって発生する磁界を示す平面図である。
【図２４】同実施の形態において、製造された回転角センサの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１
実施の形態１に係る回転角センサとその製造装置について説明する。図１に回転角センサの分解斜視図を示し、図２に回転角センサの平面構造を示し、図３に回転角センサの断面構造を示す。
【００２０】
図１〜図３に示すように、回転角センサ１では、回転軸ＡＸの周りに回転するシャフト２に、支持部１３を介してリング磁石３（回転磁性部）が装着されており、シャフト２の回転とともにリング磁石３が回転する。リング磁石３は、シャフト２の回転軸ＡＸに対して回転対称に配置されている。リング磁石３は多極着磁されている。リング磁石３とシャフト２とは、シャフト２の回転によってリング磁石３がずれないように、たとえば、リング磁石３を支持する支持部１３およびシャフト２の一方に凸部が形成され、他方に、その凸部が嵌め込まれる凹部が形成されていてもよい。
【００２１】
また、シャフト２には、軸受１４を介してチップ支持部４が装着されている。チップ支持部４にはチップ５が搭載され、そのチップ５の上面に少なくとも一つの磁界検出素子６が配置されている。磁界検出素子６は、シャフト２とともに回転するリング磁石３の磁界を検出する。なお、複数の磁界検出素子６がチップ５に配置されていてもよいし、配置された磁界検出素子６がチップ５の表面において互いに電気的に接続されていてもよい。
【００２２】
チップ支持部４には開口部１０が設けられている。その開口部１０の開口側面１０ａ（当接面）が軸受１４の外周部に当接する。開口側面１０ａが軸受１４の外周部に当接することで、磁界検出素子６のピンド層の磁化が、シャフト２の回転軸ＡＸ（軸心）を中心として放射状に延びる仮想の直線Ｌに沿って規定される（図２参照）。軸受１４とリング磁石３との間には、スペーサ１５が配置されている。
【００２３】
リング磁石３では、チップ５の表面に平行になるように着磁（片面着磁）されている。磁界検出素子６が配置されたチップ５の表面に平行に、リング磁石３が着磁されていることで、磁界検出素子６が配置された面内において、リング磁石３の磁界（磁場）がシャフト２の回転とともに回転する。たとえば、４極磁石であれば、シャフト２が１回転する間に２回転し、また、６極磁石であれば、３回転することになる。なお、リング磁石としては、周面を着磁したリング磁石も適用することが可能である。
【００２４】
回転角センサ１では、リング磁石３、軸受１４およびチップ支持部４等を取り囲むように、下カバー１６が取り付けられ、その下カバー１６の開放端を覆うように上カバー１７が取り付けられている。また、軸受１４等を固定する固定具１８が取り付けられている。
【００２５】
次に、磁界検出素子６と、磁界検出素子６を搭載したチップ支持部４について説明する。磁界検出素子６として、たとえば、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子等が用いられる。図４に示すように、磁界検出素子６は、フリー層７ａ、非磁性体層９、ピンド層７ｂおよび反強磁性体層８によって構成される。フリー層７ａでは、外部からの磁界の方向に応じて変化して磁化ＦＭの向きが変化する。ピンド層７ｂでは、外部からの磁界の方向に因らずに、磁化ＰＭの向きがほぼ一定とされる。非磁性体層９は、フリー層７ａとピンド層７ｂとの間に介在する。反強磁性体層８は、ピンド層７ｂにおける、非磁性体層９が接している面とは反対側の面に接している。
【００２６】
ピンド層７ｂでは、熱によってピンド層７ｂの磁化ＰＭの方向を規定することが可能とされる。ピンド層７ｂとして、反強磁性体層８に接するように堆積された強磁性体層であれば、所望の方向に磁界を印加しながらブロッキング温度以上に加熱することによって、ピンド層７ｂの磁化ＰＭの方向を、印加された磁界の方向に規定することができる。ここで、ブロッキング温度とは、ピンド層を加熱した後冷却する際に、磁化の向きが固定されるときの温度をいう。
【００２７】
たとえば、反強磁性体層８の材料として、ＩｒＭｎを用い、ピンド層７ｂ（強磁性体層）の材料としてＣｏＦｅを用いた場合には、ＣｏＦｅが磁気飽和するのに十分な磁界を印加しながら２６０℃以上の温度条件のもとで加熱し、その後冷却することで、ピンド層７ｂの磁化ＰＭの方向を、印加した磁界の方向に規定（固定）することができる。一方、フリー層７ａでは、外部から印加される磁界に対して磁化ＦＭの方向が回転するように、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ等を含む強磁性体材料等から形成されていることが好ましい。
【００２８】
このように、ピンド層７ｂの磁化の向きを規定する際には加熱されるため、磁界検出素子６が配置されるチップ支持部４は、その加熱に耐え得る（耐熱性）材料から形成される必要がある。たとえば、反強磁性体層８によってピンド層７ｂの磁化の向きを規定する場合には、チップ支持部４はブロッキング温度以上の耐熱性を有する必要がある。
【００２９】
具体的には、チップ支持部４は、その材料として、融解を始める融点、軟化を始める軟化温度および質量の減少が始まる熱分解温度のうち、最も低い温度がブロッキング温度よりも高い材料によって形成されている。さらに具体的には、たとえば、反強磁性体層８として、ＩｒＭｎを使用している場合には、チップ支持部４は、そのブロッキング温度２６０℃に耐え得る材料として、たとえば、銅（Ｃｕ）、ステンレス等の金属材料、エポキシ等の熱硬化性樹脂材料、アルミナ等のセラミック材料によって形成されている。
【００３０】
次に、上述した回転角センサ１による回転角の測定原理について説明する。図５に示すように、シャフト２の回転に伴って、シャフト２に装着されたリング磁石３の磁界（磁場）が回転する（矢印参照）。一方、静止しているチップ支持部４に配置された磁界検出素子６では、その磁界の回転に対応するように、磁界検出素子６のフリー層７ａの磁化の向きが時々刻々変化する（図４参照）。
【００３１】
磁界検出素子６では、ピンド層７ｂの磁化の向きと、フリー層７ａの磁化の向きとの関係によって、磁界検出素子６の抵抗値が変化することになる。まず、磁界検出素子６としてＴＭＲ素子を用いた場合には、図６（Ａ）に示すように、ピンド層７ｂの磁化の向きと、フリー層７ａの磁化の向きとが同じ向きの場合には、磁界検出素子６の抵抗値が最小となって、磁界検出素子６を流れる電流が最大になる。一方、図６（Ｂ）に示すように、ピンド層７ｂの磁化の向きと、フリー層７ａの磁化の向きとが反対向きの場合には、磁界検出素子６の抵抗値が最大となって、磁界検出素子６を流れる電流が最小になる。
【００３２】
また、磁界検出素子６としてＧＭＲ素子を用いた場合には、図７（Ａ）に示すように、ピンド層７ｂの磁化の向きと、フリー層７ａの磁化の向きとが同じ向きの場合には、磁界検出素子６の抵抗値が最小となって、磁界検出素子６を流れる電流が最大になる。一方、図７（Ｂ）に示すように、ピンド層７ｂの磁化の向きと、フリー層７ａの磁化の向きとが反対向きの場合には、磁界検出素子６の抵抗値が最大となって、磁界検出素子６を流れる電流が最小になる。
【００３３】
ここで、ピンド層７ｂの磁化ＰＭの向きとフリー層７ａの磁化ＦＭの向きとのなす角度をθ、抵抗値をＲ、電流をＡとすると、１／Ｒ＝Ａ・ｃｏｓ（θ）の関係がある。したがって、磁界検出素子６を流れる電流値を測定することで、ピンド層７ｂの磁化ＰＭの向きとフリー層７ａの磁化の向きとがなす角度θがわかり、その角度θに基づいてシャフト２の回転角を検出することができる。
【００３４】
後述するように、上述した回転角センサ１では、角度θの基準となるピンド層７ｂの磁化ＰＭの向きが、シャフト２の回転軸ＡＸ（軸心）を基準（中心）として放射状に延びる仮想の直線Ｌに沿って規定されていることで、回転角の検出精度を向上させることができる（図２参照）。
【００３５】
次に、上述した回転角センサ１の製造装置として、磁界検出素子６のピンド層７ｂの磁化（の向き）を規定する製造装置の一例について説明する。図８に製造装置の分解斜視図を示し、図９に製造装置の断面構造を示す。
【００３６】
図８および図９に示すように、製造装置３１では、磁界検出素子がそれぞれ搭載された複数のチップ支持部４を所定の位置に配置するための内ヨーク３２および外ヨーク３３と、磁界検出素子に所定の温度のもとで磁化を印加する磁石３４およびヒータ３５が配置されている。
【００３７】
内ヨーク３２および外ヨーク３３は、円筒状に形成されており、内ヨーク３２の中心軸と外ヨーク３３の中心軸とが、共通の軸ＬＡＸに一致するように配置されている。軸ＬＡＸは、回転角センサのシャフトの回転軸ＡＸ（図１参照）に対応する。内ヨーク３２および外ヨーク３３の材料としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等を含み、反強磁性体層８のブロッキング温度よりもキュリー点の高い強磁性体の材料が好ましい。
【００３８】
チップ支持部４の開口部１０に内ヨーク３２が挿通される態様で、複数のチップ支持部４が配置される。内ヨーク３２の外周面は、複数のチップ支持部４のそれぞれの開口側面１０ａに当接する。チップ支持部４の開口側面１０ａが内ヨーク３２の外周面に当接することで、チップ支持部４が軸ＬＡＸに対して位置決めされる。すなわち、シャフトの回転軸ＡＸ（軸心）に対応する軸ＬＡＸを基準位置として、その基準位置から距離を隔てられた所定の位置にチップ支持部４（磁界検出素子６）が配置される。一方、外ヨーク３３の内周面は、複数のチップ支持部４のそれぞれの外周面に当接する。その外ヨーク３３を取り囲むように、筒状のヒータ３５が配置されている。
【００３９】
磁石３４は、軸ＬＡＸ方向の磁界分布を均一にするために、内ヨーク３２と外ヨーク３３との間の領域における一方の開口端側と他方の開口端側とに、それぞれ配置されている。磁界を印加する磁石としては、周方向の磁界分布を均一にするために、複数の磁石３４を、軸ＬＡＸに対して回転対称に配置させることが好ましい。
【００４０】
なお、磁石としては、図示される扇型状の磁石の他に、ドーナツ型の磁石を用いてもよく、この場合には、内周面と外周面とで逆極性を有するように着磁することで、周方向の磁界分布をさらに均一にすることができる。また、一方の開口端側と他方の開口端側との間に、軸ＬＡＸに沿って磁石をさらに配置することで、軸ＬＡＸ方向の磁界分布をさらに均一にすることができる。
【００４１】
次に、磁界検出素子６（ピンド層７ｂ）の磁化（の向き）を規定する方法について説明する。まず、上述した磁石３４、内ヨーク３２および外ヨーク３３の配置によって、図１０に示すように、内ヨーク３２と外ヨーク３３との間の領域では、軸ＬＡＸから放射状に延びる仮想の直線Ｌに沿って、磁界ＭＦ（磁場）が形成される。磁界検出素子が搭載されたチップ支持部４はその領域に配置されることになる。なお、図１０では、図面の簡略化のために、仮想の直線Ｌの一部を示す。
【００４２】
このような磁界ＭＦが形成された状態で、ヒータ３５によって、磁界検出素子６が搭載されたチップ支持部４を、反磁性体層のブロッキング温度よりも高い温度に加熱し、その後冷却する。磁界検出素子６を冷却する際に、ピンド層７ｂの磁化（の向き）が磁界ＭＦに沿って規定される。すなわち、図１１に示すように、ピンド層７ｂの磁化の向きが、シャフトの回転軸ＡＸ（軸心）に対応する軸ＬＡＸを中心として放射状に延びる仮想の直線Ｌに沿って規定される。ピンド層の磁化の向きは、回転角センサにおける各磁界検出素子６の位置にのみ依存することになるので、各磁界検出素子６の出力は、磁界検出素子６の位置のみに対応した位相をもつことになる。
【００４３】
これに対して、図１２に示すように、ピンド層１０７ｂの磁化の向きを磁界中でアニール等によってあらかじめ規定した磁界検出素子１０６（チップ）を、チップ支持基板に貼り付けた場合には、その貼り付ける際のばらつきによって、磁化ＣＰＭの向きが、シャフトの回転軸ＡＸを中心として放射状に延びる仮想の直線に沿っていないことがある。このため、回転軸ＡＸを中心として回転する磁界によって磁化の向きが変化するフリー層の磁化の向きと、ピンド層の磁化の向きとのなす角度が、本来の角度からずれてしまい、回転角の検出精度が低下してしまう。
【００４４】
また、図１３に示すように、ピンド層１０７ｂにおいて、たとえば、磁化の向きを規定する際のばらつき等によって、回転軸ＡＸを中心として放射状に延びる仮想の直線に沿っていない磁化の向きが含まれるような場合も、回転角の検出精度を低下させる要因の一つになる。
【００４５】
このような比較例に対して、上述した製造装置３１によって磁化された回転角センサでは、シャフトの回転軸ＡＸ（軸ＬＡＸ）（軸心）を中心として放射状に延びる仮想の直線Ｌに沿って、磁界検出素子６のピンド層７ｂの磁化ＰＭが規定される。複数の磁界検出素子６に対応した、複数の位相の異なる出力信号を取得したとき、それぞれの信号の位相差は、チップ支持部４上に貼り付けられたチップ５に搭載された磁界検出素子６の位置によってのみ規定される。
【００４６】
このため、磁界検出素子６の相対的な位置関係を厳密にコントロールすると、これら複数の信号の位相関係も厳密にコントロールすることができる。これにより、位相の異なる複数の出力信号を比較して角度を演算する場合に、たとえば、位相の異なる出力信号を重ね合わせて高調波成分を除く演算を行う場合でも、磁界検出素子６のピンド層７ｂの磁化の向きのばらつきに起因した誤差の影響を少なくすることができるので、演算の結果得られる出力信号の誤差を小さくすることができる。
【００４７】
また、意図せずにチップ５の貼り付け位置がずれることでピンド層７ｂの磁化の向きが設計された位置からずれた場合には、たとえば、チップ５の貼り付け位置を光学的にモニタすることで、ずれを容易に検知できるので、製品の不良品の検査が容易になる。
【００４８】
なお、図８および図９に示された製造装置３１では、外ヨーク３３を取り囲むように配置されたヒータ３５によって加熱する場合が示されているが、外ヨーク、内ヨーク、磁石およびチップ支持基板を組み合わせ、その組み合わせた状態で、オーブン等の加熱装置の中に配置して加熱するようにしてもよい。
【００４９】
実施の形態２
実施の形態１では、複数のチップ支持部のそれぞれに搭載された磁界検出素子のピンド層の磁化の向きを一括して規定する製造装置について説明した。ここでは、一つのチップ支持部に搭載された磁界検出素子のピンド層の磁化の向きを規定する製造装置について説明する。
【００５０】
図１４に、製造装置３１の分解斜視図を示す。図１４に示すように、製造装置３１では、磁界検出素子が搭載された単体のチップ支持部４を、シャフトの回転軸ＡＸに対応する軸ＬＡＸ（基準位置）に対して所定の位置に配置するための内ヨーク３２と、外ヨーク３３と、磁界検出素子に所定の温度のもとで磁化を印加する磁石３４およびヒータ３５とが配置されている。
【００５１】
内ヨーク３２および外ヨーク３３は、円筒状に形成されており、内ヨーク３２の中心軸と外ヨーク３３の中心軸とが、共通の軸ＬＡＸに一致するように配置されている。軸ＬＡＸは、回転角センサのシャフトの回転軸ＡＸに対応する。
【００５２】
チップ支持部４の開口部に内ヨーク３２が挿通される態様で、単体のチップ支持部４が配置される。内ヨーク３２の外周面は、チップ支持部４の開口側面１０ａに当接する。チップ支持部４の開口側面１０ａが内ヨーク３２の外周面に当接することで、チップ支持部４が軸ＬＡＸに対して位置決めされる。一方、外ヨーク３３の内周面は、チップ支持部４の外周面に当接する。
【００５３】
ヒータ３５は、チップ支持部４においてチップ５が搭載されている側と対向するように配置されている。そのヒータ３５として、たとえば、赤外線ランプ等を用いることができる。一方、磁石３４は、チップ支持部４を挟んでヒータ３５と対向するように配置されている。なお、これ以外の構成については、図８等に示す製造装置と同様なので、必要である場合を除き、その説明を繰り返さないこととする。
【００５４】
上述した製造装置３１によって、磁界検出素子６（ピンド層７ｂ）の磁化の向きを規定する方法は、図８等に示す製造装置３１によって磁化（の向き）を規定する方法と同じである。磁石３４による磁界が形成された状態で、ヒータ３５によって、磁界検出素子６が搭載されたチップ支持部４を、反磁性体層のブロッキング温度よりも高い温度に加熱した後冷却することで、ピンド層７ｂの磁化の向きが、軸ＬＡＸを中心として放射状に延びる仮想の直線Ｌに沿って規定される。
【００５５】
上述した製造装置３１では、図８等に示す製造装置によって得られる効果に加えて、次のような効果を得ることができる。まず、ヒータ３５として、赤外線ランプを適用することで、急加熱と急冷却が容易になる。また、磁石３４が、チップ支持部４を挟んでヒータ３５と対向するように配置されていることで、ヒータ３５の熱によって磁石３４が劣化するのを抑制することができる。
【００５６】
実施の形態３
実施の形態３に係る回転角センサとその製造装置について説明する。図１５に示すように、回転角センサ１では、回転軸ＡＸの周りに回転するシャフト２に、軸受１４を介してチップ支持部４が装着されている。チップ支持部４には開口部１０が設けられており、その開口部１０の開口側面１０ｂ（当接面）が、軸受１４の外周部に当接する。
【００５７】
この回転角センサ１の軸受１４の外周部では、円錐台形状となるようにテーパがつけられている。つまり、回転軸ＡＸの方向に沿って、直径が単調に増加するように形成されている。一方、チップ支持部４における開口部１０の開口側面１０ｂでは、円錐台形状の軸受１４の外周部に対応するようにテーパがつけられている。なお、これ以外の構成については、図３等に示す回転角センサ１と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除き、その説明を繰り返さないこととする。
【００５８】
次に、上述した回転角センサ１の製造装置として、磁界検出素子６のピンド層７ｂの磁化（の向き）を規定する製造装置の一例について説明する。図１６に示すように、製造装置３１では、磁界検出素子が搭載されたチップ支持部４を所定の位置に配置するための内ヨーク３２と、外ヨーク３３と、磁界検出素子に所定の温度のもとで磁化を印加する磁石３４およびヒータ３５とが配置されている。
【００５９】
内ヨーク３２は、相対的に直径の小さい小径部３２ａ、相対的に直径の大きい大径部３２ｂ、小径部３２ａと大径部３２ｂとを繋ぐ円錐台部３２ｃによって構成される。円錐台部３２ｃは、回転角センサの軸受１４の外周部に対応した形状とされる。外ヨーク３３には、内側に向かって突出した突出部３３ａが設けられている。磁石３４は、外ヨーク３３と内ヨーク３２の大径部３２ｂとの間の領域に配置されている。
【００６０】
チップ支持部４の開口部１０に内ヨーク３２が挿通されて、開口側面１０ｂが円錐台部３２ｃの側面に当接することで、チップ支持部４が軸ＬＡＸに対して位置決めされる。チップ支持部４が内ヨーク３２に配置された状態で、チップ支持部において磁界検出素子６が搭載されている面が、軸ＬＡＸ（回転軸ＡＸ）にほぼ直交する。また、チップ支持部に搭載されたチップ５（磁界検出素子６）が、内ヨーク３２の小径部３２ａと外ヨーク３３の突出部３３ａとの間の領域に配置される。なお、各部材の材料等については、図８等に示す製造装置において対応する部材の材料等と同様なので、その説明を繰り返さないこととする。
【００６１】
次に、磁界検出素子６（ピンド層７ｂ）の磁化（の向き）を規定する方法について説明する。まず、上述した磁石３４、内ヨーク３２および外ヨーク３３の配置によって、特に、磁界検出素子が配置されたチップ５が位置する、内ヨーク３２の小径部３２ａと外ヨーク３３の突出部３３ａとの間の領域では、軸ＬＡＸから放射状に延びる仮想の直線（図示せず）に沿って、磁界ＭＦ（磁力線）が形成される。
【００６２】
その磁界ＭＦが形成された状態で、ヒータ３５によって、チップ支持部４を反磁性体層のブロッキング温度よりも高い温度に加熱した後冷却することで、ピンド層７ｂの磁化の向きが、軸ＬＡＸを中心として放射状に延びる仮想の直線に沿って規定される。このようにして、ピンド層の磁化（の向き）が規定されたチップ（磁界検出素子）を搭載したチップ支持部４を、軸受１４を介してシャフト２に装着することで、回転角センサ１（図１５参照）が得られる。
【００６３】
上述した製造装置３１では、図８等に示す製造装置によって得られる効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、内ヨーク３２の円錐台部３２ｃは、回転角センサの軸受１４の外周部に対応したテーパがつけられた形状とされている。これにより、内ヨーク３２の上方からチップ支持部４の開口部１０に内ヨーク３２を挿通させる動作によって、チップ支持部４を所定の位置に配置させることができ、円錐台部を備えていない場合と比べて、磁化の向きを規定する作業に要する時間をより短くすることができる。
【００６４】
また、上述した回転角センサ１では、図１等に示す回転角センサによって得られる効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、回転角センサ１のチップ支持部４の開口部１０では、円錐台形状の軸受１４の外周部に対応するテーパがつけられた開口側面１０ｂが形成されている。これにより、シャフト２に挿通されたチップ支持部４に対して、リング磁石３とは反対側から軸受１４を装着することで、チップ支持部４を軸受１４を介してシャフト２に容易に取り付けることができる。
【００６５】
変形例
変形例に係る回転角センサと製造装置について説明する。図１７に示すように、回転角センサ１では、回転軸ＡＸの周りに回転するシャフト２に、軸受１４を介してチップ支持部４が装着されている。チップ支持部４には開口部１０が設けられている。その開口部１０には、テーパがつけられた軸受１４の外周部に当接する開口側面１０ｂに加えて、そのテーパと逆向きのテーパがつけられた開口側面１０ｃが形成されている。
【００６６】
開口側面１０ｃと軸受１４の外周部との隙間に嵌め込まれるように締め付けリング１２が取り付けられている。なお、チップ支持部４には、図１５に示される回転角センサのチップ支持部４のように、チップ５が搭載されている、回転軸ＡＸの方向に突出した部分は形成されていない。これ以外の構成については、図１５に示す回転角センサと同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除き、その説明を繰り返さないこととする。
【００６７】
次に、ピンド層の磁化を規定する製造装置について説明する。製造装置の構成は、図１６に示す製造装置の構成と同様である。図１８に示すように、製造装置３１では、チップ支持部４を所定の位置に配置するための内ヨーク３２と、外ヨーク３３と、所定の温度のもとで磁化を印加する磁石３４およびヒータ３５とが配置されている。チップ支持部４の開口部１０に内ヨーク３２が挿通されて、開口側面１０ｂが円錐台部３２ｃの側面に当接した状態で、ピンド層の磁化が規定される。
【００６８】
上述した製造装置３１では、図１６に示す製造装置と同様に、チップ支持部４の開口部１０に、テーパがつけられた開口側面１０ｂが形成されていることで、磁化の向きを規定する作業に要する時間をより短くすることができる。
【００６９】
また、上述した回転角センサ１では、図１５に示す回転角センサによって得られる効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、チップ支持部４の開口部１０に、軸受１４の外周部のテーパとは逆向きのテーパがつけられた開口側面１０ｃが形成されている。これにより、一方から、開口側面１０ｃと軸受１４の外周部との隙間に締め付けリング１２を嵌め込み、他方から、軸受１４を装着してスペーサ（図示せず）によって押えて固定することで、軸受１４とチップ支持部４とをより正確に位置決めすることができる。
【００７０】
また、チップ支持部４には、チップ５が搭載される部分に回転軸ＡＸの方向に突出した部分が形成されていない。このため、リング磁石３が回転した際に磁界検出素子にかかる磁界は多少歪むものの、チップ支持部４としては、形状がよりシンプルとなって、チップ支持部４をより容易に製造することができる。
【００７１】
なお、チップ支持部４の開口部１０の開口側面１０ｂは、位置規定部として開口部１０の全周にわたって軸受１４の外周部に接触する場合について説明した。開口側面としては、この種ものに限られない。たとえば、回転軸ＡＸを含み、チップの配置されている面に垂直な、いかなる仮想平面によってチップ支持部４を切り分けた場合に、その切り分けられた２つのチップ支持部の部分のいずれにも、軸受１４の外周部に接触する開口側面の部分が配置されるのであれば、たとえば、図１９に示すように、開口側面１０ｂの全周のうちの一部を軸受１４の外周部に接触させるようにしてもよい。
【００７２】
さらに、軸受１４の外周部に接触する開口側面１０ｂの部分では、軸受１４を支えるための支持部１９（図１９参照）を設けてもよい。軸受１４を取り付ける際に、軸受１４の回転軸ＡＸ方向の一方はチップ支持部４の開口側面１０ｂに接することで位置決めされる。軸受１４の回転軸ＡＸ方向の他方は支持部１９によって位置決めされる。これにより、軸受１４が、軸受１４の外周部に接触する開口側面１０ｂの部分によって規定された位置からずれにくくなり、回転角センサ１の検出精度の向上に寄与することができる。
【００７３】
実施の形態４
実施の形態４に係る回転角センサとその製造装置について説明する。図２０に示すように、回転角センサ１では、回転軸ＡＸの周りに回転するシャフト２に、軸受１４が装着され、その軸受１４と下カバー１６との間にチップ支持部４が配置されている。チップ支持部４は、軸受１４の全周のうちの所定の円周角に相当する扇型状に形成されており、そのチップ支持部４の内周側面１１が軸受１４の外周部に当接する。
【００７４】
なお、チップ支持部４には２つのチップ５が搭載された構造が示されているが、チップとしては２つ以上搭載されていればよい。これ以外の構成については、図１等に示す回転角センサと同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除き、その説明を繰り返さないこととする。
【００７５】
次に、上述した回転角センサ１の製造装置として、磁界検出素子６のピンド層７ｂの磁化（の向き）を規定する製造装置の一例について説明する。図２１に示すように、製造装置３１では、図１４に示す製造装置３１と同様に、内ヨーク３２、外ヨーク３３、磁石３４およびヒータ３５が配置されている。
【００７６】
この製造装置３１では、チップ支持部４を配置する際に、複数の扇型状のチップ支持部４を、所定の治具（図示せず）によって、内ヨーク３２の全周を取り囲むように配置させるようにしてもよい。
【００７７】
上述した製造装置３１では、図１４等に示す製造装置によって得られる効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、チップ支持部４を配置する際に、複数の扇型状のチップ支持部４を、内ヨーク３２の全周を取り囲むように配置させることで、内ヨークを、チップ支持部の開口部に挿通させる手間を省くことができる。これにより、磁化の向きを規定する作業を容易にすることができる。
【００７８】
また、上述した回転角センサ１では、図１等に示す回転角センサによって得られる効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、チップ支持部４が、軸受１４の全周のうちの所定の円周角に相当する扇型状に形成されていることで、回転角センサ１の軽量化に寄与することができる。
【００７９】
実施の形態５
上述した各実施の形態では、磁石による磁界を利用してピンド層の磁化（の向き）を規定する製造装置について説明した。ここでは、電流を流すことによって生じる磁界を利用した製造装置と、その製造装置によって得られるチップ支持部を備えた回転角センサについて説明する。
【００８０】
図２２に、製造装置３１の分解斜視図を示す。図２２に示すように、製造装置３１では、電流によって磁界を発生させて、磁界検出素子に所定の温度のもとで磁界を印加する電流線３６およびヒータ３５が配置されている。
【００８１】
電流線３６としては、通常の電流線でもよいが、超電導線であることが好ましい。その電流線３６は、電流線３６の中心軸が、シャフトの回転軸に対応する軸ＬＡＸに一致するように配置されている。それぞれのチップ支持部４の開口部１０に電流線３６が挿通される態様で、複数のチップ支持部４が配置される。電流線３６の外周面は、チップ支持部４の開口側面１０ａに当接する。チップ支持部４の開口側面１０ａが電流線３６の外周面に当接することで、複数のチップ支持部４が軸ＬＡＸに対して位置決めされる。筒状のヒータ３５は、複数のチップ支持部４を取り囲むように配置されている。
【００８２】
次に、磁界検出素子６（ピンド層７ｂ）の磁化（の向き）を規定する方法について説明する。複数のチップ支持部４を配置させた後、図２３に示すように、電流線３６に電流（紙面奥から手前に向かう方向）を流すことによって、電流線３６の周りには、軸ＬＡＸを中心として同心円状に磁界ＭＦが形成される。
【００８３】
このような磁界ＭＦが形成された状態で、ヒータ３５によって、磁界検出素子６が搭載されたチップ支持部４を、反磁性体層のブロッキング温度よりも高い温度に加熱した後冷却する際に、ピンド層７ｂの磁化（の向き）が磁界ＭＦに沿って規定される。すなわち、図２３に示すように、ピンド層７ｂの磁化ＰＭの向きが、シャフトの回転軸ＡＸ（軸心）に対応する軸ＬＡＸを中心とする仮想の同心円Ｃに沿って規定される。
【００８４】
次に、このようにしてピンド層の磁化が規定されたチップ支持部を備えた回転角センサを図２４に示す。図２４に示すように、回転角センサ１では、シャフト２に軸受１４を介してチップ支持部４が装着されている。チップ支持部４に搭載されたチップ５の磁界検出素子６のピンド層では、磁化の向きがシャフト２の回転軸ＡＸ（軸心）を中心とする仮想の同心円Ｃに沿って規定されている。なお、これ以外の構成については、図１等に示す回転角センサと同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除き、その説明を繰り返さないこととする。
【００８５】
実施の形態１において説明したように、磁界検出素子６では、ピンド層７ｂの磁化ＰＭの向きとフリー層７ａの磁化ＦＭの向きとのなす角度θに基づいてシャフト２の回転角を検出することができる。上述した回転角センサ１では、角度θの基準となるピンド層７ｂの磁化ＰＭの向きが、シャフト２の回転軸ＡＸ（軸心）を中心とする仮想の同心円Ｃに沿って規定されている。これにより、ピンド層の磁化が回転軸ＡＸ（軸心）を中心として放射状に延びる仮想の直線に沿って規定されている場合と同様に、回転角の検出精度を向上させることができる。
【００８６】
また、上述した製造装置３１では、ピンド層の磁化を規定するときに電流を流して磁界を発生させることができる。これにより、複数のチップ支持部を装着する作業が完了してから電流を流して磁場を発生させればよく、磁石を用いて磁化する場合よりも作業を容易にすることができる。
【００８７】
なお、上述した各実施の形態において説明した各構成は、適宜、必要に応じて組み合わせることが可能である。
【００８８】
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、磁界検出素子によって回転角を検出するセンサ等に有効に利用される。
【符号の説明】
【００９０】
１  回転角センサ、２  シャフト、３  リング磁石、４  チップ支持部、５  チップ、６  磁界検出素子、７ａ  フリー層、７ｂ  ピンド層、８  反強磁性体層、９  非磁性体層、１０  開口部、１０ａ  開口側面、１０ｂ  開口側面、１０ｃ  開口側面、１１  内周側面、１２  締め付けリング、１３  支持部、１４  軸受、１５  スペーサ、１６  下カバー、１７  上カバー、１８  固定具、１９  支持部、ＡＸ  回転軸、ＦＭ  磁化、３１  回転角センサ製造装置、３２  内ヨーク、３３  外ヨーク、３４  磁石、３５  ヒータ、３６  電流線、ＬＡＸ  軸、ＭＦ  磁界、ＰＭ  磁化、Ｌ  直線、Ｃ  同心円。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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