(57)【要約】      （修正有）【課題】距離特性に優れ、且つ、検知部の保護が容易な小型化された回動検出装置を提供すること。【解決手段】回動する回動部材１１０と、回動部材１１０と一体的に形成された磁性構造体１１１と、磁石１２１と、磁石１２１周辺の磁場変化を検出する磁気検出素子１３２と、を備え、回動部材１１０の回転軸から近い順に、磁気検出素子１３２、磁石１２１、磁性構造体１１１が配された構造を有することを特徴とする回動検出装置である。【選択図】図２
2017129468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動する回動部材と、
前記回動部材と一体的に形成された磁性構造体と、
磁石と、
前記磁石周辺の磁場変化を検出する磁気検出素子と、
を備え、
前記回動部材の回転軸から近い順に、前記磁気検出素子、前記磁石、前記磁性構造体が配された構造を有することを特徴とする回動検出装置。
【請求項２】
前記回動部材は円筒構造を有し、
前記磁性構造体は、前記回動部材の内周部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の回動検出装置。
【請求項３】
前記回動部材の内周部に形成された磁性構造体は、１または複数であることを特徴とする請求項２に記載の回動検出装置。
【請求項４】
前記回動部材は円筒構造を有し、外周部に他部材とかみ合い、力と運動との少なくとも一方を伝達するための構造が設けられたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の回動検出装置。
【請求項５】
前記回動部材が前記回転軸の周りを１周回転すると、前記磁性構造体も前記回転軸の周りを回転することにより、前記磁石周辺の磁場変化が１回以上発生することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の回動検出装置。
【請求項６】
前記磁性構造体は、前記回動部材の回転方向と同一方向に等間隔に複数設けられ、前記磁性構造体による周期構造を形成することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の回動検出装置。
【請求項７】
前記磁性構造体は、前記回動部材の内周部に凹部と凸部とから成る凹凸形状を構成し、
前記凹部に、前記回動部材および前記磁性構造体より大きな透磁率を有する補助磁性構造体が嵌め込まれていることを特徴とする請求項６に記載の回動検出装置。
【請求項８】
前記磁性構造体は、前記回動部材の内周部に凹部と凸部とから成る凹凸形状を構成し、
前記複数設けられた磁性構造体のうち１つの凸部の高さは、他の凸部の高さとは異なることを特徴とする請求項６に記載の回動検出装置。
【請求項９】
前記周期構造は、前記回転軸方向における異なる位置に、各々の位相が異なるように複数のパターンを設けることで形成されることを特徴とする請求項６に記載の回動検出装置。
【請求項１０】
前記回動部材を回動可能に支持する円筒構造の固定軸をさらに備え、
前記磁気検出素子は、前記固定軸の円筒内で内周部に近い位置に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の回動検出装置。
【請求項１１】
前記固定軸に設けられ、前記磁石を保持するための磁石保持部をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の回動検出装置。
【請求項１２】
前記磁石保持部は、前記固定軸に設けた穴に装着され、前記穴の径より大きい径を有する鍔を備え、
前記磁石保持部が装着された前記穴の隙間は、充填剤で塞がれていることを特徴とする請求項１１に記載の回動検出装置。
【請求項１３】
前記磁石保持部は、前記固定軸に設けた溝そのものであるか、或いは、前記固定軸に設けた溝に装着されることを特徴とする請求項１１に記載の回動検出装置。
【請求項１４】
前記磁気検出素子を駆動する駆動手段と、
前記磁気検出素子における感磁結果を電圧変換して出力する検出手段と、
前記検出手段における電圧変換により得られた信号を増幅して出力する出力手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の回動検出装置。
【請求項１５】
前記回動部材と一体的に形成された磁性構造体とは、
前記回動部材の一部として前記回動部材と一体不可分に形成される磁性構造体と、
前記回動部材とは別個の部材であって、前記回動部材に取り付けられる磁性構造体と
を含むことを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の回動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回動を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ギアなどの回転部材の回転状態を検出するための技術が開発されている。磁気検出素子を用いた回動を検出する装置を構成する場合、例えばギア歯のように磁性体で構成される凹凸構造を用いて、検知対象物の回転に伴う磁場変化を検出することが一般的である。ギア等の回転部材の回転状態を検知するセンサに求められる性能として、小型であること、距離特性、耐環境性が挙げられる。例えばギア等の回転部材であれば、回転部材が組み込まれる系の小型化に伴い、検出系自体の小型化が求められる。さらに、検出系の小型化に伴い、バイアス磁石も小さくする必要が生じる。
【０００３】
ただし、バイアス磁石を小さくすると、検出対象に対するバイアス効率が落ちる。従って、磁気抵抗効果素子やホール素子等の磁気検出素子の磁気検知部を被検出対象により接近させてバイアス効率を補填することが考えられ、距離特性は悪化することが容易に考えられる。
【０００４】
また、回動によって生じるギア歯同士の接触による摩耗粉や、潤滑油や汚泥、その他異物からの隔離を目的とした保護構造を設ける必要があり、磁気検知部と被検出対象との間の距離はある程度離すことが求められる。
【０００５】
つまり、距離特性および耐環境性を両立しつつ検出装置を小型化することが求められている。
【０００６】
特許文献１は、被検出体となる凹凸状の磁性構造体が、前記磁性構造体と対向するようにバイアス磁界を印加する磁石を設けた磁気センサを用いて、被検出体の回動を検出する技術について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2009−156589号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されているように回動検出装置を構成した場合、回動体の外周部に検出系を配置することになり、検出系が外に拡張した構成を取らざるを得ず、回動検出装置全体としての小型化が難しいという課題がある。
【０００９】
本発明はこうした状況を鑑みてなされるものであり、その目的は、距離特性に優れ且つ摩耗粉や粉塵、水分等の異物からの検知部の保護が容易な小型化された回動検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、回動する回動部材と、前記回動部材と一体的に形成された磁性構造体と、磁石と、前記磁石周辺の磁場変化を検出する磁気検出素子と、を備え、前記回動部材の回転軸から近い順に、前記磁気検出素子、前記磁石、前記磁性構造体が配された構造を有することを特徴とする回動検出装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、距離特性に優れ且つ検知部の保護が容易な小型化された回動検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１に係る回動検出装置の全体概略構成を説明する図
【図２】実施例１に係る回動検知装置の部分概略構造を説明する図
【図３】回動部材の回動によって引き起こされる磁場変化を説明する図
【図４】磁性構造体の周期構造を説明する図
【図５】磁性構造体の周期構造を説明する図
【図６】補助磁性構造体を嵌合した回動部材を説明する図
【図７】磁性構造体の周期構造を説明する図
【図８】磁界の経時変化の位相が異なる磁性構造体の周期構造を説明する図
【図９】回動検出部のブロック図
【図１０】回動検出部の具体例を示す回路図
【図１１】回動検出部のブロック図
【図１２】実施例２に係る回動検出装置の概略構成を説明する図
【図１３】実施例２に係る回動検出装置の概略構成を説明する図
【図１４】実施例３に係る回動検出装置を説明する図
【図１５】実施例４に係る回動検出装置の具体的構成を説明する図
【図１６】実施例４に係る位置ｚごとの磁束密度のｚ方向成分（Ｂｚ）変化を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は本発明を限定するものではなく、また、以下で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決に必須のものとは限らない。なお、以下の説明において参照する各図では、原則として、他の図と同等の要素に同一の符号を付与している。
【００１４】
［実施例１］
＜全体概略構成＞
図１は、本実施例に係る回動検出装置の全体概略構成を説明するための図であり、回動検出装置を分解した様子を示す斜視図である。なお、図示するように座標軸を設定する。
【００１５】
回動検出装置は、回動部材１１０と、固定軸１２０と、回動検出部１３０とから構成される。
【００１６】
回動部材１１０は、回転軸１００の周りを時計回りまたは反時計周りに回転可能な、外周部で他部材とかみ合って力や運動を伝達する為の外歯ギアであり、円筒構造を有する。この外歯ギアの外周に被測定対象となる他部材をかみ合わせることにより、被測定対象の回転を回動部材１１０に伝達して回動検出を行う。回動部材１１０の内周部には回転軸１００方向に沿って伸長する短冊状の磁性構造体１１１が設けられている。図１では、回動部材１１０の内周部に１６個の磁性構造体１１１が設けられ、凹凸形状を構成する。なお、被測定対象の回動を検出する際に凹凸形状が周期的に現れればよく、外歯ギアと凹凸形状の個数の比率等は任意に設定することができる。
【００１７】
固定軸１２０は、円筒構造を有する自身は回動しない部材であり、例えば外歯ギアの円筒内にあって外歯ギアを回動可能に支持するためのシャフトである。固定軸１２０は非磁性体であることが望ましいが、少なくとも、回動部材１１０および磁性構造体１１１より十分に低磁性であれば良い。なお簡単のため、図１では、回転軸１００方向に沿って伸長する固定軸１２０の一部のみ表示している。また、固定軸１２０は、軸受（ベアリング）により回動部材１１０と連結しているが、簡単のため図示していない。軸受（ベアリング）は、磁石１２１等が配置される位置から回動部材１１０の軸方向に避けた位置に磁石１２１を挟むような位置に配置されているのが好ましく、回動検出に対する影響が小さくなるようにされている。固定軸１２０には磁石保持部１２２として機能する溝が設けられ、磁石１２１が、磁石保持部１２２に接着材などを用いて固定されている。
【００１８】
回動検出部１３０は基板１３１を含み、磁気検出素子（図示せず）が、基板１３１に実装される。本実施例では、磁気検出素子の感磁部に印加されている磁界の変化（大きさや向き）により物理特性が変化し、その変化を夫々適した回路構成で検出する（詳細は後述する）。例えば、磁気検出素子として磁気抵抗効果素子を用いるのであれば抵抗値の変化を検出し、ホール素子を用いるのであれば両端電圧の変化を検出し、磁気インピーダンス素子を用いるのであればインピーダンスの変化を検出する。なお本明細書では、磁界印加時、或いは、磁界変化時に磁気検出素子に生じる物理特性の変化の検知を、「磁界（変化）の検知」とする。
【００１９】
本実施例に係る回動検出装置では、回動部材１１０に設けた磁性構造体１１１の回動によって引き起こされる磁石１２１周辺の磁場変化を、磁気検出素子を備える回動検出部１３０で検出する。
【００２０】
＜回動検出装置の部分概略構造＞
図２（ａ）は、本実施例の回動検出装置の部分概略構造を説明する斜視図であり、図２（ｂ）は、回動検出装置をz軸手前側から見たときの正面図である。なお、図示するように座標軸を設定する。
【００２１】
本実施例の回動検出装置は、回動部材１１０と、磁性構造体１１１と、磁石１２１と、磁気検出素子１３２とを備える。
【００２２】
回動部材１１０は、回転軸１００を中心に図中の矢印方向に回動可能であり、円筒構造を有し、内周部に磁性構造体１１１を備える。磁性構造体１１１は、磁性体の構造物である。磁性構造体１１１は、回動部材１１０の一部として、回動部材１１０と一体不可分に形成され、回動部材１１０と同一物質で構成される。
【００２３】
磁石１２１は、固定軸１２０に設けられた溝（図示せず）に備え付けられ、固定される。固定軸１２０は、円筒構造を有する自身は回動しない部材であり、回動部材１１０の円筒内にあって回動部材１１０を回動可能に支持するためのシャフトである。
【００２４】
磁気検出素子１３２は、磁場（磁界）の大きさ、方向を計測するためのセンサ素子である。磁気検出素子１３２は、回動部材１１０の円筒内部、かつ、固定軸１２０の円筒内部に、固定具（不図示）により備え付けられ、固定される。
【００２５】
図２に示すように、回動検出装置は、回転軸１００から回動径方向に沿って近い順に、磁気検出素子１３２、磁石１２１、磁性構造体１１１が配された構造を有する。このような構造を有する回動検出装置は、回動部材１１０の回動に関する情報を、回動部材１１０に設けた磁性構造体１１１の回動によって引き起こされる磁石１２１周辺の磁場変化を磁気検出素子１３２により検出することで、取得する。
【００２６】
＜磁場変化の様子＞
図３は、図２に示す回動検出装置における回動部材および磁性構造体の回動によって引き起こされる磁石周辺の磁場変化の様子を示す図である。なお図３では、図２と同様に座標軸を設定しており、例示的に、回動部材１１０および磁性構造体１１１の回動方向はｘｙ平面における反時計回りであり、また、磁石１２１の磁界方向はｙ軸正方向の場合を示している。また図３では、簡単のため固定軸１２０を省略して図示する。
【００２７】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、回動部材１１０が回動する様子を時系列順に示している。即ち、図３（ａ）は、回動部材１１０の回動により磁性構造体１１１が磁石１２１に接近している様子を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態の後、回動部材１１０の回動により磁性構造体１１１が磁石１２１のｙ軸方向における直上にあって、磁性構造体１１１と磁石１２１とが最も接近する様子を示す。図３（ｃ）は、図３（ｂ）の状態の後、回動部材１１０の回動により磁性構造体１１１が磁石１２１から離れていく様子を示す。
【００２８】
図３（ａ）では、磁性構造体１１１が磁石１２１に接近したことで、図中に矢印で示すように磁束がy軸方向から空気よりも透磁率の大きい磁性構造体１１１側に傾いている。図３（ｂ）では、磁性構造体１１１が磁石１２１に対してy軸方向における直上に存在し、図中に破線矢印で示す磁束曲線が概ねy軸正方向を向いている。図３（ｃ）では、磁性構造体１１１が磁石１２１から離れたことで、図中に矢印で示すように磁束がy軸方向から磁性構造体１１１側に傾いている。
【００２９】
このとき、図３（ｂ）の状態を基準にすると、図３（ａ）では、x軸正方向の磁界が増加し、y軸正方向の磁界が減少している。一方、図３（ｃ）では、x軸正方向の磁界は減少（x座標におけるマイナス成分が増加）し、y軸正方向の磁界も減少している。つまり、磁性構造体１１１が磁石１２１周辺を移動することに起因して、磁性構造体１１１と磁石１２１を挟んで反対側の空間において、磁場変化が生じる。本実施例では、該空間に設置した磁気検出素子１３２を備える回動検出部を用いてこの磁場変化を検出することで、回動部材１１０の回動を検出する。なお、回動検出部の詳細については、後で説明する。
【００３０】
＜磁性構造体によって構成される周期構造＞
図２および図３では、磁性構造体１１１は、回動部材１１０の内周部に、回転軸方向に沿って伸長し、かつ、回転軸方向に向けて隆起する凸部を１個形成することで実現されている。しかし、本実施例の回動検出装置は、回動部材が回転軸の周りを１周回転するにあたり、磁性構造体の移動によって引き起こされる磁場変化が少なくとも１回以上発生するような構造を有していれば良い。ここで述べる「１回の磁場変化」とは、例えば図２の磁性構造体１１１（１個の凸部）が磁石１２１の近傍を通過することで生じる一連の磁場変化を意味し、より具体的には図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すような１セットの磁場変化を意味する。なお、図２において回動部材１１０の内周部に設けた磁性構造体１１１は他内周に対する凸部であるが、凸部の代わりに他内周に対する凹部を設けても良い。即ち、回動部材の回動に伴い、回動部材の内周部に設けられた構造が磁石に対して相対的に移動し、固定軸に備え付けられた磁石周辺の磁場変化を促す構造であれば良い。
【００３１】
ただし、回動部材の内周部に１または複数の磁性構造体を設ける場合、磁性構造体は周期的に配置されることが望ましい。以下、磁性構造体の周期構造について説明する。
【００３２】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、上記の磁性構造体とは別の磁性構造体の例を説明するための図であり、各図とも図１と同様に座標軸を設定している。図４（ａ）では、xy平面において、磁性構造体１１１各々の断面が三角形であり、回動部材１１０の内周部に等間隔で磁性構造体１１１が複数設けられている。このとき、各磁性構造体の形状は、図２（ａ）と同様に凸部が回転軸方向に沿って伸長する形状であっても良いし、或いは、凸部が円錐形状などであっても良い。
【００３３】
図４（ｂ）では、ｘｙ平面において、磁性構造体１１１各々の断面が略長方形であり、回動部材１１０の内周部に等間隔で磁性構造体１１１が設けられている。なお、図４（ａ）の構造と図４（ｂ）の構造とでは、図４（ｂ）の構造の方が、凸部のエッジが急峻に立つことから、回動部材の回動によって引き起こされる磁石周辺の磁場変化がより明確に現れるので、検出のし易さという観点からは好適である。
【００３４】
また、磁性構造体が構成する周期構造に関して、内周部の全区間において等間隔に磁性構造体を設ける必要はない。例えば図４（ｃ）のように、回動部材１１０の内周部で、磁性構造体１１１を等間隔に設ける区間と、磁性構造体を設けない区間とが交互となるように構成しても良い。
【００３５】
図５（ａ）は、上記の磁性構造体とは別の磁性構造体の例を説明するための図であり、図１と同様に座標軸を設定している。図５（ａ）では、回動部材１１０の内周部に、８個の磁性構造体１１１が設けられている。また、磁性構造体１１１の各々は、回転軸方向に沿って伸長して短冊形状を構成するものとする。
【００３６】
図５（ａ）に示すように、内周部に対する凸部として磁性構造体１１１が等間隔に形成された結果、凸部と凹部とが交互に出現し、凸部同士の間隔と凹部同士の間隔とが等しい。つまり、凸部の中心角θ凸および凹部の中心角θ凹は、２２．５（＝３６０／１６）度である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す回動部材１１０が１回転したときの、磁石周辺の磁界の経時変化を示すグラフである。図５（ｂ）に示すように、回動部材１１０が１回転すると、８周期の磁界変化が現れる。本実施例では、このような磁界変化を磁気検出素子で感磁し、後述する回動検出部で電圧変換して出力する。因みに図５の例では、回動部材１１０の１回転あたり、８回の電圧変化が検出される。
【００３７】
図６は、図５（ａ）に示す回動部材の凹部に、回動部材１１０や磁性構造体１１１を構成する物質よりも十分大きな透磁率を有する補助磁性構造体６０１を嵌め込んで設置した場合を示す。このような構成にすることで、図５（ａ）の場合とは逆に補助磁性構造体６０１側に磁束が傾くこととなる。補助磁性構造体６０１の透磁率を磁性構造体１１１の透磁率と比べて十分に大きなものとすることによって、回動部材１１０の回動によって引き起こされる磁石周辺の磁場変化がさらに急峻になり、Ｓ／Ｎ比の良い検出が可能となる。尚、使用する磁気検出素子１３２の感度などに合わせた適切な透磁率を選択することによって、検出感度の調整が可能となり、好適な検出を行うことができる。
【００３８】
図７は、上記の磁性構造体とは別の磁性構造体の例を説明するための図であり、図７（ａ）では、図１と同様に座標軸を設定している。図７（ａ）では、回動部材１１０の内周部に、７個の磁性構造体１１１と１個の磁性構造体７０１とが等間隔に設けられている。このとき、磁性構造体１１１と磁性構造体７０１とでは径方向の高さが異なり、磁性構造体７０１の方が高い。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す回動部材１１０が１回転したときの、磁石周辺の磁界の経時変化を示すグラフである。図７（ｂ）に示すように、回動部材１１０が１回転すると、８周期の磁界変化が現れるが、この中で１周期だけ波形が大きくなる。これは、磁性構造体７０１は磁性構造体１１１より磁石に接近できることから、磁性構造体７０１の回動による磁石との相対距離変化によって生じる磁界変化は、磁性構造体１１１による磁界変化よりも大きくなるためである。なお、このとき磁束が磁性構造体７０１側に傾いている時間も両隣の磁性構造体１１１に比べて長くなる。すなわち、磁束のピークに近い値の検出時間が増えることとなる。このような構成を採用することで、１箇所、ピークの異なる磁界変化に伴う電圧変化を検出することが可能となり、例えば、磁性構造体７０１が磁石近傍を通過するタイミングを基準として取得し、回転数などの検出に利用することが可能となる。なお図７では、磁性構造体７０１の高さが磁性構造体１１１の高さより高い場合を示したが、磁性構造体７０１の高さが磁性構造体１１１の高さより低い場合も、１箇所、ピークの異なる磁界変化に伴う電圧変化を検出できるので、基準となり得る。
【００３９】
さらに、回転軸方向（ｚ軸方向）の異なる２つ以上の位置において、回動部材の内周部に磁性構造体を等間隔に設けることで、同一周期で位相の異なる周期構造を２パターン以上形成しても良い。図８は、この一例を説明するための図であり、図８（ａ）は、同一周期で位相の異なるパターンを２個形成した回動部材内周部の概略を示す展開図である。図８（ａ）に示すように、第一の位相（基準位相）を与えるパターン８１に対して、ｚ軸方向における異なる位置に、第二の位相を与えるパターン８２が設けられている。このとき、パターン８２を構成する磁性構造体１１１は夫々、パターン８１を構成する磁性構造体１１１夫々の設置位置から、１／４周期（９０°）だけ位相がずれる位置に配される。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す構造を有する回動部材が１回転したときの、磁石周辺の磁界の経時変化を示すグラフである。このような回動部材を用い、それぞれの磁性構造体に対して後述する回動検出部を設けることで、インクリメンタルエンコーダー状に２相出力が得られる。例として、２相出力は夫々、後段の回路で２値化（High／Low）されたパルス信号として取り出すことが可能である（詳細は、後述の項目＜磁気検出素子を含む回動検出部の構成＞で説明する）。図８の例では、パターン８１による出力信号と、パターン８２による出力信号とでは、位相は９０度ずれているが、両信号とも等角度で（４５度間隔で）パルスが立ち上がる。このとき、パルスの立ち上がりの間隔で、パターン８１の相と、パターン８２の相とのHigh／Low状態を見ると、４通りの状態（即ち、H/L,H/H,L/H,L/L）が存在する。従って、図８の構成を採用することで、一般的なインクリメンタルエンコーダー同様、２値化した１パルスに対して４倍の分解能を得ることができ、パルス計数を開始する任意の基準位置からの回転量の検出が、単一パターンの場合と比較して高精度に可能となる。
【００４０】
以上説明したように、本実施例では、円筒構造を有する回動部材の内周部に磁性構造体を形成して周期構造を形成する。このような磁性構造体を形成することで、回動部材の回動に応じた磁場変化が現れるようになり、当該磁場変化を磁気検出素子で検出することで、回動に関する情報（例えば回転速度、回転方向、回転数）の取得が可能となる。磁気検出素子として、磁気抵抗効果素子、強磁性磁気抵抗効果素子、ホール素子、薄膜磁気インピーダンス素子、薄膜直交フラックスゲート素子などを採用することができ、夫々の磁気検出素子に適した回動検出部が構成される。さらに、本実施例に係る磁性構造体は検出用に設けた構造であり、例えばギア歯のように他の部品と接触することがないため、摩耗による形状の劣化がほとんどなく、長期的に安定した回動の検出が可能となる。
【００４１】
＜磁気検出素子を含む回動検出部の構成＞
図９は、本実施例の回動検出部１３０のブロック図である。回動検出部１３０は、駆動部９０１と、磁気検出素子１３２と、検出部９０２と、出力部９０３とを備える。
【００４２】
駆動部９０１から供給される電流により磁気検出素子１３２が駆動される。磁気検出素子１３２での感磁結果は検出部９０２によって電圧変換される。つまり、磁気検出素子の感磁部に印加されている磁界の変化により物理特性が変化することは上で述べたが、検出部９０２によって、変化した状態の物理特性値に基づいた電圧出力値を得ているのである。検出部９０２での変換により得られた信号は、出力部９０３によって、必要に応じて増幅され、または、後段回路での処理に適した信号に適宜変換されて出力される。
【００４３】
図１０は、図９の構成の具体例であり、磁気検出素子として磁気抵抗効果素子を用いた場合の回路図である。駆動部９０１にて磁気検出素子１３２に定電圧が印加され、検出部９０２にて差動検出され、さらに必要に応じて増幅される。検出部９０２での増幅後、さらにアナログ出力をＤＣ増幅しても良く、図１０のように、出力部９０３のコンパレータにてＨ／Ｌの２値化信号に変換され出力（Vout）されても良い。ここで、磁気検出素子は、回動検出部の他の構成要素と同一基板上に存在する必要はない。例えば、磁気検出素子のみフレキシブルプリント基板（以下ＦＰＣともいう）上に実装され、かつ、上記で説明した回動に伴い磁石の磁場変化が生じる固定軸内の所定の位置に固定される場合、このＦＰＣが駆動部９０１及び検出部９０２と電気的に接続されても良い。
【００４４】
図１１は、図９に示す回動検出部とは別の回動検出部の例を説明するためのブロック図である。図１１に示す回動検出部１３０は、図９に示した要素に加えて、カウンタ部１１０１と、判定部１１０２とを備える。上述の通り、出力部９０３からの出力は、例えばコンパレータにより変換された２値化信号であり、当該２値化信号が後段のカウンタ部１１０１に入力される。カウンタ部１１０１からの出力はさらに後段の判定部１１０２に入力され、判定部１１０２は、入力された信号に基づき所定の判定を行う。例えば図１に示した回動部材（外歯および内歯を１６個ずつ有するギア）の回動を検出するのであれば、回動部材が１周回転するにつき、１６回のパルスが検出される。従ってこの場合、パルスが１６回立ち上がるまで（パルスのカウント値が所定の閾値を超えるまで）の時間を判定部１１０２で計測することで、回動部材の回転速度を検出できる。
【００４５】
回動検出部は、固定軸内の中空のうち磁石に近接する位置に、ＦＰＣに実装された磁気検出素子を固定具等で固定した構造を有する。このような構成を採用することで、磁気検出素子は感度を落とすことなく、回動部材の回動によって引き起こされる磁石周辺の磁場変化を効率良く検出できる。なお、磁気検出素子を実装する基板はＦＰＣに限らず、一般的なガラスエポキシ樹脂製回路基板に磁気検出素子を実装し、ケーブル等による配線を施すことで代用しても良い。
【００４６】
本実施例では、磁気検出素子と磁石とを接近させることができるため、磁石を小さくすることができる。よって、回動検出装置の小型化に資する。また、回動検出部が固定軸内部で実現されるため、歯車同士の接触による摩耗粉やグリスなどの油分から必然的に保護され、耐環境性が非常に強い。
【００４７】
さらに、本実施例では、回動を検出する際に、検知対象となる磁性構造体が他の構造体と接触することを要しない。従って、長期間使用しても磁性構造体の摩耗が起こり得ず、磁性構造体の形状変化に伴う出力変化も生じない。よって、本実施例は回動検出装置の長寿命化に寄与し得る。
【００４８】
上記の通り、本実施例では、磁性構造体の回動に伴い生じる磁石の磁場変化を、磁石よりもさらに回転軸中心方向に近い場所に配置した磁気検出素子を用いた回動検出部で検出する。かかる構成により、検出系を検知対象から離すことが可能であることから距離特性に優れ、且つ、保護構造を備えることが可能であることから耐環境性に優れる。さらに、回動部の外周に回動検出部を拡張することなく内周部に回動検出部を設けることで、装置全体の小型化も実現できる。
【００４９】
［実施例２］
実施例１では、磁性構造体は回動部材の一部として形成され、磁性構造体と回動部材とを分離することはできない。本実施例では、磁性構造体は回動部材とは別個の部材であり、回転部材の内周部などに磁性構造体を取り付ける等して、回転部材と磁性構造体とを一体的に形成する場合について説明する。ただし、以下の説明において、実施例１と共通する内容については、説明を簡略化または割愛する。
【００５０】
図１２（ａ）は、本実施例に係る回動検出装置を分解した様子を示す斜視図である。なお、図１２（ａ）では、図示するように座標軸を設定し、また、回動部材１１０は外歯ギアであるが、簡単のため、外歯を省略して図示している。
【００５１】
回動検出装置は、回動部材（外歯ギア）１１０と、固定軸１２０と、固定軸に固定される磁石１２１と、磁気検出素子１３２と、磁性構造体１２０１とから構成される。
【００５２】
図１２（ａ）に示すように、磁性構造体１２０１は、回動部材１１０に後付け可能である。磁性構造体１２０１を回動部材１１０に取り付けることで、回動部材１１０は内周物に周期構造（即ち、回動部材の回転方向と同一方向に沿って凸部が等間隔に存在し、凹部と凸部とから成る凹凸形状）を有することになる。このような構造にすることで、回動部材に予め磁性構造体を設けておかなくとも、検出対象を回動部材に後付けで付与することが可能となる。
【００５３】
図１２（ｂ）は、図１２（ａ）とは別の磁性構造体の例を説明するための図であり、図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）に示す磁性構造体の展開図である。
【００５４】
図１２（ｂ）に示すように、後付けする磁性構造体は、凹部が等間隔に存在する磁性構造体１２０２であっても良い。このような構造を有する磁性構造体１２０２は、図１２（ｃ）に示すように、板材に凹部形成加工（例えばプレス抜き）を施すことで容易に得ることができ、コスト面からも優位である。また、ばね性のある磁性体を用いて磁性構造体１２０２を作成すれば、回動部材１１０内周部に設置する際に、ばね性により内周に貼りつくように固定されるため、磁性構造体１２０２を回動部材１１０の内周部に容易に固定できる。
【００５５】
なお、上述の説明では、磁性構造体を回動部材の内周部に後付けする場合について説明した。しかし図１３に示すように、磁性構造体１３０１を回動部材１１０の側面に後付けして、回動部材と連動するようにしても良い。このとき、磁石および磁気検出素子（図示せず）は、回動しないよう固定されていれば良く、回動部材の内周部や磁性構造体の内周部に、選択的に設置可能である。
【００５６】
［実施例３］
本実施例では、外部からの磁界ノイズ等の回動検出部に対する同相磁界を相殺するために、磁気検出素子を２個使用して差動検出を行う場合について説明する。
【００５７】
図１４（ａ）は、実施例１および実施例２で説明した、磁気検出素子が１個の場合の回動検出装置の一例を示す図である。なお、図１４（ａ）では、図示するように座標軸を設定する。回動部材１１０の回動によって磁石１２１周辺において磁場変化が生じ、該磁場変化を固定軸１２０内部に備え付けた磁気検出素子１３２を含む回動検出部で検出することは前述の通りである。しかし、図１４（ａ）に示すような検出系において、検出対象以外の磁界が存在し（例えば地磁気）、または、ギアを駆動するモータ（磁石を有する）が極近傍に存在するなどした場合、検出結果に誤差が生じる恐れがある。
【００５８】
本実施例では図１４（ｂ）に示すように、磁気検出素子１３３、１３４を設置する。これにより、夫々の磁気検出素子に同相に印加される外乱成分を差動検出することが可能となる。このとき、磁気検出素子１３３および磁気検出素子１３４は固定軸内に備え付けられるので、概ね同環境に設置されることとなる。また、磁石１２１と磁気検出素子１３３との間の距離は、磁石１２１と磁気検出素子１３４との間の距離と等しいことが望ましい。
【００５９】
図１４（ｂ）では、ｙ軸方向において磁石と磁気検出措置とを極近接できる利点を活かすため、磁気検出素子をｚ軸方向に２個並べて設置している。この他に磁気検出素子を並べる方法として、ｙ軸方向に２個並べて設置する方法を利用しても良い。
【００６０】
ただし、２個の磁気検出素子をｙ軸方向に並べる場合、固定軸の径の長さによっては磁気検出が難しくなってしまう恐れがある。例えば固定軸の径が短く、磁気検出素子１３４を磁気検出素子１３３よりも回転軸側に設置するとき、磁気検出素子１３４は図１４（ｂ）の場合と比較すると相対的に回転中心に近くなるため、磁石１２１周辺の磁場変化を検出できない可能性が懸念される。
【００６１】
上記の懸念を考慮すると、差動検出を行う場合、図１４（ｂ）に示すような２個の磁気検出素子を回転軸方向に並べる方が、回転軸の長手方向を活かした配置を実現できるため優位である。
【００６２】
［実施例４］
本実施例では、回動検出装置の具体的な構成の一例について説明する。図１５（ａ）は、本実施例に係る回動検出装置を分解した様子を示す斜視図であり、図１５（ｂ）は、本実施例に係る回動検出装置を組み立てた様子を示す斜視図である。なお、図１５（ａ）および図１５（ｂ）では、図示していないが上記図１４（ａ）等と同様に座標軸を設定し、また簡単のため、回動部材および磁性構造体を省略して図示している。
【００６３】
＜磁気検出素子周辺の構成＞
磁気検出素子１３２は、ＦＰＣ等の磁気検出素子実装基板１５０１上に実装（電気的に接続）される。磁気検出素子実装基板１５０１から伸びる配線部は、駆動部、検出部、及び出力部が実装されるプリント基板（ＰＣＢともいう）等のメイン基板１５０２のコネクタ１５０３に接続される。図１５（ａ）では、磁気検出素子１３２を固定軸１２０内部の所定の位置で固定するために、基板ホルダ上部１５０４の上面に凹部を設けている。磁気検出素子１３２として、本実施例では例示的に、出願人によって開発された薄膜直交フラックスゲート素子を用いている。図１５（ｃ）に薄膜直交フラックスゲート素子の構造の一例を示す。薄膜直交フラックスゲート素子１５１０は、基材１５１１と、その上面に形成される磁性薄膜１５１２と、絶縁層（不図示）を介して薄膜平面コイル１５１３と、が積層されて成り、接続用に４つの電極（接続電極）１５１４を有する。基材１５１１は、セラミックやガラス等の非磁性基材である。磁性薄膜１５１２は、基材１５１１の上面につづら折れ状に形成される、パーマロイ、アモルファス、微結晶構造等の高透磁率の薄膜である。薄膜平面コイル１５１３は、銅やアルミ等の導電性金属薄膜によって形成される。該磁気検出素子は、磁性薄膜１５１２のパターンの長手方向に他方向よりも磁気検知感度の高い磁気検出方向を有する。また、該磁気検出素子は、第一象限と第三象限を通過する原点対称な磁気感知特性を有し、プラス方向とマイナス方向の磁界変化を感知することができる。
【００６４】
磁気検出素子１３２は基材１５１１とＦＰＣ実装面との間に磁性薄膜１５１２層や薄膜平面コイル１５１３層が存在するように接続電極１５１４によってＦＰＣ実装面と接続される。接続電極１５１４のうち磁性薄膜１５１２の両端と接続された２個の電極は磁性薄膜１５１２に高周波電流を印加する駆動部９０１が接続される。また同様に誘導出力変化を検出するための薄膜平面コイル両端と接続された接続電極１５１４は、その出力をピークシフト検出する検出部９０２が接続される。さらに、検出部（回路）９０２で取り出された出力信号は、適宜増幅され、アナログ信号として出力される。得られたアナログ信号は他の実施例同様に出力部９０３でコンパレータ等により２値化されて良い。上述の磁気検出素子は、外部磁界変化により発生磁束が変化する磁性体部位と検出コイルとまでがワンチップとなった小型かつ軽量な磁気検出素子であり、ＦＰＣへの実装が容易である等の理由により、本実施例に好適である。
【００６５】
また、図１５（ａ）の例では、実施例３同様に磁石１個に対して磁気検出素子１３２を２個使用しており、差動検出を行う構成となっている。差動検出による非検出対象の磁界をキャンセルするためには上記２個の磁気検出素子１３２は夫々の磁性薄膜１５１２平面が概ね同一平面上に配置されるのが良い。つまり、同一のＦＰＣ実装面上に磁気検出素子１３２が実装されることによって、前記同一平面性が実用上十分な範囲で確保される。
【００６６】
磁気検出素子実装基板１５０１は、基板ホルダ上部１５０４および基板ホルダ下部１５０５を組み合わせて成る基板ホルダの上面に設置され、固定軸１２０内の所定位置で固定されるよう支持される。メイン基板１５０２は、基板ホルダ上部１５０４および基板ホルダ下部１５０５によって挟み込むようにして保持される。
【００６７】
このとき、磁気検出素子実装基板１５０１から伸びる配線部は、固定軸１２０内部での引き回しを考慮して柔軟性を有する部材で構成されることが望ましい。配線部が柔軟性を有する部材で構成されていれば、固定軸１２０内周や保持部品に沿って配線することが可能となる。例えば磁気検出素子実装基板１５０１がＦＰＣである場合、ＦＰＣの接続用電極部はメイン基板１５０２のコネクタ１５０３に接続する必要があるが、配線部が基板ホルダ外周に沿って屈曲可能であることから、ＦＰＣを基板ホルダ上に設置する構成を実現できる。
【００６８】
本実施例の場合、磁気検出素子は回動を支持するシャフト内に配置され、磁石と、磁石保持部と、等によって回転部と隔絶される。そのため、粉塵や摩耗粉、回動の潤滑油等、磁気検出素子及び回動検出装置にとっての異物から、磁気検出素子や接続される回路部を保護することが容易となり、耐環境性の向上に寄与する。
【００６９】
＜磁石周辺の構成＞
磁石１２１は磁石保持部１２２に固定されることで、固定軸１２０に対して相対的に、且つ、ｘ軸方向（回転方向）に磁化方向を向けて固定されている。このとき、回動部材の回動に伴う磁石１２１の磁場変化のうち、回転軸と、磁石の概中心を通過するｙ軸との平行線との交点をｚ＝０とし、ｙ方向の内側から見たｚ位置ごとのＢｚ（磁束密度のｚ方向成分）変化を図１６に示す。図１６に示す「周期回転」とは、磁性構造体の凸部あるいは凹部が存在する角度周期を表し、例えば内周部を８分割している場合は、３６０°÷８＝４５°となり、このとき「１／４周期回転」は１１．２５°回転したことを意味する。図１６では便宜的にｚ方向から見た時に左回り（半時計回り）に回転した場合のＢｚ変化を示している。Ｂｚは回転角度によって第一象限と第三象限を通る原点対称の変化をするため、極性（プラスマイナスの磁界）を感知可能な薄膜直交フラックスゲート素子を使用した回動検出部は、本実施例での磁界変化を検出するのに適する。
【００７０】
図１６に示すように、対称な位置関係にある位置ｚｐ及び位置ｚｍにおけるＢｚは、絶対値が同じで極性が異なる値となっている。従って、本実施例のように差動増幅を行う場合、出力が２倍となり、同相の外乱磁界に関しては、従来同様にキャンセルされる。よってＳ／Ｎ比の向上が可能となる。図１６において極値を示す位置ｚｐ及び位置ｚｍが磁気検出素子の概中心となるように磁気検出素子を配置すると、最大感度を引き出すことができる。
【００７１】
磁石保持部１２２は、基板ホルダに装着される。磁石保持部１２２には、固定軸１２０に設けた穴１５０６より径が大きい鍔（つば）が設けられている。このような鍔を設けることで、固定軸１２０外部から内部への異物侵入を防ぐことができる。さらに外部からの異物侵入が懸念されるようであれば、磁石保持部１２２を基板ホルダに取り付けた後で、固定軸１２０の穴１５０６の隙間を充填剤で塞いでしまっても良い。なお、図１５（ａ）の例では、固定軸１２０に貫通する穴１５０６を設け、穴１５０６に磁石保持部１２２を取り付けたが、固定軸に貫通しない溝を設け、この溝に磁石保持部を取り付けても良い。
【００７２】
＜回動検出装置の取付け方法＞
以下、取付け方法について説明する。まず、基板ホルダを用いて組み立て可能な、磁石保持部１２２と、磁気検出素子１３２が実装された磁気検出素子実装基板１５０１と、該基板と接続されたメイン基板１５０２と、から成るユニットを、シャフトの一方向から挿入する。次いで、当該ユニットを穴１５０６とは反対側からネジ１５０７を用いて固定する。最後に、磁石１２１を磁石保持部１２２に接着剤などを用いて固定する。
【符号の説明】
【００７３】
回転軸：１００
回動部材：１１０
磁性構造体：１１１
磁石：１２１
磁気検出素子：１３２
【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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