センサモジュール及びそれを用いた角度検出装置
【課題】 特に、完全停止状態及びアイドリング状態等の基本状態において、磁気抵抗素子を構成するピン層の固定磁化方向を適正化することで、回転角度の検出精度を向上させることが可能な角度検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 エンジンを切った完全停止状態、及びエンジンはかけているが自動車を停止させているアイドリング状態（これらを基本状態という）では、スロットルバルブシャフト４の軸心Ｏと交差する外部磁界Ｈの方向から、複数個の磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８のピン層の磁化方向をすべて４５度傾ける。これにより前記基本状態にて各ピン層の磁化が前記外部磁界Ｈにより揺らぐ現象を抑制でき、検出精度に優れたスロットルポジションセンサを製造することができる。
【解決手段】 エンジンを切った完全停止状態、及びエンジンはかけているが自動車を停止させているアイドリング状態（これらを基本状態という）では、スロットルバルブシャフト４の軸心Ｏと交差する外部磁界Ｈの方向から、複数個の磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８のピン層の磁化方向をすべて４５度傾ける。これにより前記基本状態にて各ピン層の磁化が前記外部磁界Ｈにより揺らぐ現象を抑制でき、検出精度に優れたスロットルポジションセンサを製造することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスロットルポジションセンサ等に用いられるセンサモジュールに係り、特にアイドリング状態等の基本状態において、磁気抵抗素子を構成するピン層の固定磁化方向を適正化することで回転角度の検出精度を向上させることが可能なセンサモジュール及びそれを用いた角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１，２には、いずれもスロットルポジションセンサに関する発明が開示されている。特許文献１では、回転体の回転角度を検出する素子としてホール素子を用いている。一方、特許文献２では、強磁性磁気抵抗素子を用いている。なお特許文献２は、前記強磁性磁気抵抗素子の構造について詳しく説明してしない。
【０００３】
特許文献１，２はいずれも非接触式のスロットルポジションセンサであるため、接触式のスロットルポジションセンサのように摺動する部分がなく耐久性等を向上させることができると期待されている。
【特許文献１】特許第２５４６０９６号公報
【特許文献２】特開平５―３２２５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで非接触式のスロットルポジションセンサを用いた場合、磁気抵抗効果素子等の回転角度検出素子と対向する回転体側には、前記回転角度検出素子に対し回転磁界を付与するための磁石が取り付けられている。
【０００５】
自動車等の電子式燃料噴射装置の一部として用いられるスロットルポジションセンサは、運転者がアクセルペダルを踏むと、それに連動してスロットルバルブが開き、シリンダーへの流入空気の量が増加する。また前記スロットルバルブと連動したスロットルポジションセンサで前記スロットルバルブの開閉角度を検出し、この開閉角度を示すデータを制御装置に送る。そして、前記制御装置はこのデータを含む多数のデータを分析してフィードバックすることにより、常に適正な空気量がシリンダーに送り込まれるようにスロットルバルブの開閉角度の調節を行っている。
【０００６】
上記のように運転者がアクセルペダルを踏んでいるときは、自動車を走らせている間であり、前記アクセルペダルを踏んでいる時間は、一日の中でさほど長いわけでない。すなわち、ほとんどは自動車のエンジンを切った状態（完全停止状態）か、エンジンは掛けているが、自動車を停止させている状態（アイドリング状態）の前記アクセルペダルを踏んでいない時間である。そして、前記完全停止状態及びアイドリング状態（以下、この２つの状態を基本状態と呼ぶ）では、前記スロットルバルブは閉じた状態になっているが、かかる基本状態であっても前記回転角度検出素子には前記磁石からの外部磁界が掛かりつづけている。
【０００７】
前記回転角度検出素子として、例えば、反強磁性層、ピン層、非磁性材料層、フリー層の４層構造を基本構造とし、ピン層の固定磁化と、フリー層の変動磁化との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜素子を使用した場合、常に、前記ピン層とフリー層に前記基本状態であっても前記外部磁界がかかり続けることになる。このとき、前記ピン層の磁化は前記外部磁界の影響を受けて揺らいだりしてはいけないが、長い時間、同じ方向から外部磁界がかかり続けるため、前記ピン層の磁化が前記外部磁界により揺らぎ、前記ピン層の磁化が前記外部磁界の方向に倣うという現象が生じやすくなっていた。そしてこのような現象は特に高温下で使用されることで顕著に発生した。これは前記反強磁性層とピン層間で生じる交換結合磁界が小さくなることで前記ピン層の固定磁化強度が低下するためである。このようにピン層の磁化方向が揺らぐことで、前記スロットルポジションセンサにおける回転角度の検出精度が低下するといった問題があった。
【０００８】
また特許文献１，２では共に、前記回転角度検出素子は複数個、設けられる。前記回転角度検出素子が１個であると、出力電圧が小さすぎたり、あるいは波形歪みにより正確な角度検出を行い難いため、前記回転角度検出素子を複数個設けることで、検出精度を高めることが行われている。しかし、このように複数個、前記回転角度検出素子が設けられている場合、すべてのピン層に対し同じように前記外部磁界の影響を低減させる必要性があった。
【０００９】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に、完全停止状態及びアイドリング状態等の基本状態において、磁気抵抗素子を構成するピン層の固定磁化方向を適正化することで、回転角度の検出精度を向上させることが可能な角度検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、駆動軸と一緒に回転し、磁石が取り付けられた回転体の回転角度を検出するための磁気抵抗素子を少なくとも２つ以上備えたセンサモジュールであって、
前記磁気抵抗素子は、少なくとも磁化方向が一方向に固定されるピン層と、前記ピン層に非磁性材料層を介して対向し前記磁石からの外部磁界を受けて磁化方向が変動するフリー層とを有し、
基本状態では、各ピン層の磁化方向は、前記駆動軸の軸心と交差する前記外部磁界の方向に対し４５度傾いていることを特徴とするものである。
【００１１】
基本状態とは、通常、時間的にもっとも長い姿勢状態をいう。そして本発明では、このような基本状態で、複数の磁気抵抗効果素子の各ピン層の磁化方向と、前記磁石からの外部磁界方向とを４５度ずらすことで、すべてのピン層において前記外部磁界の影響を一律に弱くでき、前記ピン層の磁化が前記外部磁界の影響を受けて揺らぐ現象をすべてのピン層において同じように抑制でき、検出精度を従来よりも向上させることが可能になる。
【００１２】
また本発明では、ＳＩＮ信号を生成するための第１の磁気抵抗効果素子と、ＣＯＳ信号を生成するための第２の磁気抵抗効果素子と、を有し、前記第１の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向は、前記第２の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向と直交していることが好ましい。これにより、より検出精度を向上させることができる。
【００１３】
また、前記センサモジュールには、さらに前記磁石が装備されている構成であってもよい。
【００１４】
また本発明における角度検出装置は、上記したセンサモジュール（磁石の装備なし）と、前記磁石及び回転体とを有し、あるいは上記したセンサモジュール（磁石の装備あり）と前記回転体とを有してなることを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記角度検出装置は車載用として用いられ、前記基本状態とは、エンジンを切った状態とアイドリング状態をいう。
【００１６】
また、前記角度検出装置は、例えば、スロットルバルブの開閉角度を検出するためのスロットルポジションセンサであり、あるいは、アクセルペダルのアクセル量を前記回転体の回転角度から検出するためのアクセルポジションセンサである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、基本状態で、複数の磁気抵抗効果素子の各ピン層の磁化方向が、前記磁石からの外部磁界方向に対し４５度傾く関係にすることで、すべてのピン層において前記外部磁界の影響を一律に弱くでき、前記ピン層の磁化が前記外部磁界の影響を受けて揺らぐ現象をすべてのピン層において同じように抑制でき、検出精度を従来よりも向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本実施の形態のスロットルポジションセンサを備えた車載用センサを説明するための概略構成図（部分断面図）、図２は、基本状態における磁石と磁気抵抗効果素子との関係を示す前記スロットルポジションセンサの部分平面図、図３は、図２におけるスロットルポジションセンサの構成を示すブロック構成図、図４ａは、図２と異なる形態であり、基本状態における磁石と磁気抵抗効果素子との関係を示す前記スロットルポジションセンサの部分平面図、図４ｂは、図４ａに示すスロットルポジションセンサのブロック構成図、図５は、本実施の形態のアクセルポジションセンサを備えたアクセルモジュールの部分側面図、である。なお図２，図４ａの平面図では、スロットルポジションセンサ１０を構成する回転板２０、取付板１８等を図面上除き、磁石２４と、磁気抵抗効果素子が取り付けられた基板２１との配置関係のみを真上から図示している。
【００１９】
図中においてＺ１―Ｚ２方向とは高さ方向をさす。Ｘ１―Ｘ２方向は幅方向、Ｙ１―Ｙ２方向は長さ方向を指し、一つの方向は残り２つの方向に対して直交する関係を持っている。
【００２０】
図１に示す車載用センサ１は、スロットルバルブ３を除いて、Ｚ１―Ｚ２方向及びＸ１―Ｘ２方向の２方向からなる面と平行な面方向から切断した断面図で示される。なお前記スロットルバルブ３及びアクセル５は部分側面図で示される。
【００２１】
前記車載用センサ１は、スロットルバルブ３、吸気通路２、スロットルポジションセンサ１０を有して構成される。前記車載用センサ１は、電子式燃料噴射装置の一部を構成する。
【００２２】
図１に示すように、前記車載用センサ１には、図示しない吸気口とエンジンとの間の吸気通路２内に円盤状のスロットルバルブ３が設けられている。前記スロットルバルブ３はエンジンに流入する空気の流量の調整を行うものである。
【００２３】
前記スロットルバルブ３は、駆動軸（スロットルバルブシャフト）４に対し回転自在に支持されている。前記スロットルバルブ３の直径は吸気通路２よりもわずかに小さく形成されている。スロットルバルブ３の面が空気の流入方向（図示矢印方向）に対して平行な姿勢にあるときがスロットルバルブ３としては全開の状態であり、前記空気の流入方向に対して垂直な姿勢にあるときがスロットルバルブ３としては全閉の状態である。
【００２４】
前記スロットルバルブシャフトの一方の端部（図示Ｚ１方向の端部）には、図示しないリンク部材が設けられており、前記リンク部材と、アクセル５のレバー部６とが図示しないワイヤにより繋がっている。また前記スロットルバルブシャフトの他方の端部（図示Ｚ２方向の端部）には図示しない付勢部材が取り付けられており、前記スロットルバルブシャフトは、前記スロットルバルブ３を閉じる方向に、前記付勢部材により付勢されている。前記アクセル５のアクセルペダル７を踏むと、これに連動してワイヤーが前記付勢部材の付勢方向に抗して引かれ、前記スロットルバルブシャフトが回転し、スロットルバルブ３を開かせることが可能とされている。
【００２５】
前記スロットルポジションセンサ１０には、例えば円盤状の回転板２０が設けられ、前記回転板２０の上面の中心には前記スロットルバルブシャフト４を挿入するための貫通孔２０ａが設けられている。前記回転板２０が前記スロットルバルブシャフト４に取り付けられているので、前記スロットルバルブシャフト４が回転することで、前記回転板２０も一緒に回転する。また前記スロットルバルブシャフト４にはギア等で構成される駆動部１９から駆動力が与えられるようになっている。前記スロットルポジションセンサ１０には、前記回転板２０と高さ方向（図示Ｚ１―Ｚ２方向）にて相対向する位置に基板（固定部材）２１が設けられ、前記基板２１の表面２１ａには、磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８が設けられている（センサモジュール）。前記基板２１の平面形状は図２ａに示すように、例えば四角形状であり、前記基板２１の裏面２１ｂには、前記磁気抵抗効果素子からの電圧変化から前記スロットルバルブ３の開閉角度を演算するＣＰＵやメモリ等の半導体装置（図示しない）が実装されている。
【００２６】
図１に示すように前記基板２１は前記スロットルポジションセンサ１０の外枠を構成する下側筐体１０ｂ内に設けられる。前記下側筐体１０ｂは凹部形状で形成され前記凹部内の表面に前記基板２１が取り付けられる。前記下側筐体１０ｂには、前記下側筐体１０ｂ内に装備された前記基板２１の上方（図示Ｚ１方向）に、前記回転板２０を取り付けるための板状の取付板１８が設けられ、前記取付板１８に設けられた貫通孔に前記回転板２０の取付部２０ｄが取り付けられ、前記回転板２０が前記取付板１８に回転自在に支持される。前記取付板１８に形成された前記貫通孔の中心は、前記スロットルバルブシャフト４の軸心Ｏと高さ方向（図示Ｚ１―Ｚ２方向）にて一致している。上記のように磁気抵抗効果素子を有する基板２１を備えた下側筐体１０ｂは、前記スロットルポジションセンサ１０の外枠を構成する上側筐体１０ａに係合される。
【００２７】
図１に示すように、前記回転板２０と前記基板２１は高さ方向（図示Ｚ方向）にて相対向し、前記回転板２０と前記基板２１との間は所定距離離されている。図１に示すように前記回転板２０の外周にはリング形状の磁石２４が取り付けられている。前記磁石２４は例えば図２に示すように平面（Ｘ―Ｙ平面）から見るとリング形状である。前記磁石２４は、リング形状であることに限定されない。例えば長方形等、中空形状以外の形状であってもよく、例えば前記回転板２０の下面（前記基板２１との対向面）に前記磁石２４が取り付けられていてもよい。前記磁石２４は複数設けられてもよい。
【００２８】
図２に示すように、前記回転板２０と高さ方向（図示Ｚ方向）にて対向する位置にある基板２１の表面２１ａには８つの磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８が設けられている。
【００２９】
前記磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８は、スピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構造であり、基本膜構成は、反強磁性層、ピン層、非磁性材料層、及びフリー層が積層された構成である。前記反強磁性層は、ＩｒＭｎ合金あるいはＰｔＭｎ合金等の反強磁性材料で形成される。前記ピン層は、ＣｏＦｅ合金等の強磁性材料で形成される。前記非磁性材料層はＣｕ等の非磁性材料で形成される。前記フリー層はＮｉＦｅ合金等の軟磁性材料で形成される。前記反強磁性層とピン層は接して形成され、熱処理により前記反強磁性層とピン層との界面に交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じ、前記ピン層の磁化が所定方向に固定される。
【００３０】
図２に示すように、磁気抵抗効果素子Ｇ１，Ｇ４のピン層は図示Ｘ２方向に、磁気抵抗効果素子Ｇ２，Ｇ３のピン層は図示Ｘ１方向に、磁気抵抗効果素子Ｇ５，Ｇ８のピン層は図示Ｙ１方向に、磁気抵抗効果素子Ｇ６，Ｇ７のピン層は図示Ｙ２方向に、それぞれ磁化固定されている。前記フリー層の磁化は図示しないバイアス層からのバイアス磁界により一方向に揃えられる。各磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８のフリー層の磁化は各磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８の各ピン層の磁化方向と直交する方向に揃えられる。前記フリー層の磁化は前記ピン層ほど強く磁化されておらず、したがって外部磁界の影響を受けて容易に磁化変動できるようになっている。また前記スピンバルブ型薄膜素子Ｇ１〜Ｇ８には主に、ピン層、非磁性材料層、及びフリー層の３層に電流を流すための電極層も形成されている。また前記磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８は、前記反強磁性層が形成されていないスピンバルブ型薄膜素子であってもよい。このようなスピンバルブ型薄膜素子は、前記ピン層自体の一軸異方性によってピン層の磁化が固定される。上記のスピンバルブ型薄膜素子の構成は特に一例であって上記以外の構成で形成されたスピンバルブ型薄膜素子であっても当然よい。
【００３１】
図３に示すように、スロットルポジションセンサ１０は、センサ部１１と前記センサ部１１から出力される出力信号の処理を行う信号処理部１２を有している。なお、図３に示す一点鎖線の左側がセンサ部１１を示し、右側が信号処理部１２を示している。
【００３２】
各磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８は、磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ４が第１の磁気抵抗効果素子として群Ａ１（以下、第１の磁気抵抗効果素子群Ａ１と称する）を形成し、第１のブリッジ回路ＷＢ１を構成している。また、磁気抵抗効果素子Ｇ５〜Ｇ８が第２の磁気抵抗効果素子として群Ａ２（以下、第２の磁気抵抗効果素子群Ａ２と称する）を形成し、第２のブリッジ回路ＷＢ２を構成している。前記第１のブリッジ回路ＷＢ１は、前記磁気抵抗効果素子Ｇ１と磁気抵抗効果素子Ｇ２とを直列に接続した回路と、前記磁気抵抗効果素子Ｇ３と磁気抵抗効果素子Ｇ４とを直列に接続した回路とが、並列に接続されて形成されている。同様に第２のブリッジ回路ＷＢ２は前記磁気抵抗効果素子Ｇ５と磁気抵抗効果素子Ｇ６とを直列に接続した回路と、前記磁気抵抗効果素子Ｇ７と磁気抵抗効果素子Ｇ８とを直列に接続した回路とが、並列に接続されて形成されている。
【００３３】
そして、前記並列に接続された第１のブリッジ回路ＷＢ１と第２のブリッジ回路ＷＢ２の一方の端部が電源Ｖccに接続され、他方の端部がグランドＧＮＤに接地されている。
【００３４】
運転者が前記アクセルペダル７を踏み、前記スロットルバルブ４が開くと、前記回転体２０が回転し、これにより前記磁石２４からの回転磁界により各磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８を形成するフリー層の磁化の向きが変化させられる。これにより前記各磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８の抵抗値が、前記フリー層の磁化の向きと前記ピン層の磁化の向きとのなす角に応じて変化する。よって、前記第１のブリッジ回路ＷＢ１を構成する磁気抵抗効果素子Ｇ１と磁気抵抗効果素子Ｇ２との接続部と、磁気抵抗効果素子Ｇ３と磁気抵抗効果素子Ｇ４との接続部とから互いの位相が１８０度異なる正弦波状の２つの信号が出力される。同時に前記第２のブリッジ回路を構成する磁気抵抗効果素子Ｇ５と磁気抵抗効果素子Ｇ６との接続部と、磁気抵抗効果素子Ｇ７と磁気抵抗効果素子Ｇ８との接続部とからも互いの位相が１８０度異なる正弦波状の２つの信号が出力される。
【００３５】
このとき、磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ４のピン層の磁化方向と、磁気抵抗効果素子Ｇ５〜Ｇ８のピン層の磁化方向は直交関係にあるため、前記第１のブリッジ回路ＷＢ１から出力される２つの信号を＋ｓｉｎ信号，−ｓｉｎ信号とすると、前記第２のブリッジ回路ＷＢ２から出力される２つの信号は＋ｃｏｓ信号，−ｃｏｓ信号となる。
【００３６】
この実施の形態に示すように、前記第１のブリッジ回路ＷＢ１の磁気抵抗効果素子Ｇ３と磁気抵抗効果素子Ｇ４の接続部から出力される正弦波状の信号を＋ｓｉｎ信号とすると、前記磁気抵抗効果素子Ｇ１と磁気抵抗効果素子Ｇ２の接続部からは−ｓｉｎ信号が出力される。また前記第２のブリッジ回路ＷＢ２の前記磁気抵抗効果素子Ｇ５と磁気抵抗効果素子Ｇ６の接続部からは＋ｃｏｓ信号が出力され、前記磁気抵抗効果素子Ｇ７と磁気抵抗効果素子Ｇ８の接続部からは−ｃｏｓ信号が出力される。
【００３７】
信号処理部１２は、主として制御手段１５と、第１の信号変換手段１２Ａおよび第２の信号変換手段１２Ｂと、信号調整手段１３と、第１の関数演算手段１４とを有している。
【００３８】
前記制御手段１５はＣＰＵやメモリ手段などの半導体装置を備えており、前記信号調整手段１３、第１の関数演算手段１４などにおける一連の信号処理を統括する機能を有している。前記第１の信号変換手段１２Ａは、前記第１のブリッジ回路ＷＢ１から出力される前記２種類の＋ｓｉｎ信号と−ｓｉｎ信号との差をとってＳＩＮ信号を生成するとともに、増幅後の信号をＡ／Ｄ変換してデジタルデータに変換する機能を有している。同様に前記第２の信号変換手段１２Ｂは、前記第１のブリッジ回路ＷＢ１から出力される前記２種類の＋ｃｏｓ信号と−ｃｏｓ信号との差をとってＣＯＳ信号を生成するとともに、増幅後の信号をＡ／Ｄ変換してデジタルデータ信号に変換する機能を有している。
【００３９】
ここで、例えばＡ１，Ａ２，Ｂ１およびＢ２を振幅係数、ａ１，ａ２，ｂ１およびｂ２をオフセット係数とし、前記＋ｓｉｎ信号を＋Ａ１・ｓｉｎθ＋ａ１、前記−ｓｉｎ信号を−Ａ２・ｓｉｎθ−ａ２、前記＋ｃｏｓ信号を＋Ｂ１・ｃｏｓθ＋ｂ1、前記−ｃｏｓ信号を−Ｂ２・ｃｏｓθ−ｂ２で表わすと、前記第１の信号変換手段１２Ａで生成される前記ＳＩＮ信号は、（＋Ａ１・ｓｉｎθ＋ａ１）−（−Ａ２・ｓｉｎθ−ａ２）＝（Ａ１＋Ａ２）・ｓｉｎθ＋（ａ１＋ａ２）となる。同様に前記第２の信号変換手段１２Ｂで生成されるＣＯＳ信号は、（＋Ｂ１・ｃｏｓθ＋ｂ1）−（−Ｂ２・ｃｏｓθ−ｂ２）＝（Ｂ１＋Ｂ２）・ｃｏｓθ＋（ｂ1＋ｂ２）となる。
【００４０】
前記信号調整手段１３は、前記ＳＩＮ信号とＣＯＳ信号のオフセット調整や利得調整を行い、両信号の振幅方向の基準（０点）と量（振幅量）とを一致させる機能を有している。すなわち、上記の例でいえば、利得調整とはＡ１＋Ａ２＝Ｂ１＋Ｂ２とすることにより、前記ＳＩＮ信号とＣＯＳ信号の振幅係数を同じ値にすることを意味し、オフセット調整とはａ１＋ａ２＝ｂ1＋ｂ２＝０として原点位置（０点）からの振幅の基準のずれを無くすことを意味している。
【００４１】
前記第１の関数演算手段１４は、ｓｉｎ，ｃｏｓ，ｔａｎ，ｔａｎ−１＝ａｒｃｔａｎ，ｓｉｎｈ，ｃｏｓｈ，ｅｘｐ，ｌｏｇなどの関数値の計算を行うソフトウェア、例えば周知のＣＯＲＤＩＣ（Coordinate Rotation Digital Computer）アルゴリズムを用いた数値計算ソフトウェアを搭載しており、ここでは前記ＳＩＮ信号のデジタルデータを前記ＣＯＳ信号のデジタルデータで除して正接値（ｔａｎ＝ＳＩＮ信号／ＣＯＳ信号）を計算するＴＡＮ処理と、前記ＴＡＮ処理で求めた値から逆正接値（ａｒｃｔａｎ（ＳＩＮ信号／ＣＯＳ信号））を計算して回転板２０の回転角度φを求めるＡＴＡＮ処理とを有している。
【００４２】
図２は前記スロットルポジションセンサ１０の基本状態における前記磁石２４の着磁方向を示している。図２に示すように前記磁石２４の図示斜め左上側がＮ極、図示斜め右下側がＳ極となっており、外部磁界Ｈは、図示Ｘ１方向及び図示Ｙ２方向の双方に対して４５度傾いた方向に生じている。
【００４３】
上記したように、磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８の各ピン層は、図示Ｘ１―Ｘ２方向と平行な方向か、あるいは図示Ｙ１―Ｙ２方向と平行な方向に磁化固定されているので、基本状態では、各ピン層の磁化方向と前記外部磁界Ｈの方向は４５度の関係にある。
【００４４】
まず「基本状態」について説明する。この実施の形態でいう「基本状態」とは、自動車のエンジンを切った状態（完全停止状態）及び、エンジンは掛けているが、自動車を停止させている状態（アイドリング状態）の双方を意味している。この双方の状態は、運転者が前記アクセルペダル７を踏み込んでいないため、前記スロットルバルブ４が閉じた状態となっている。ここで、通常、前記アイドリング状態からアクセルペダル７を踏み込んだとき、それに連動してスムーズに前記スロットルバルブ４を開かせるために、上記した完全停止状態及びアイドリング状態であっても、若干、前記スロットルバルブ４は開いた状態になっているため、厳密に言えば完全に閉じた状態ではないが、この実施の形態では、前記完全停止状態及びアイドリング状態における前記スロットルバルブ４の状態を「閉じた状態」と表現している。また、前記完全停止状態とアイドリング状態におけるスロットルバルブ４の状態が異なる状態にあるとき、例えば前記完全停止状態におけるスロットルバルブ４の開閉角度より、前記アイドリング状態におけるスロットルバルブ４の開閉角度のほうが大きい等の違いがあるときは、前記完全停止状態か前記アイドリング状態のどちらか一方を、前記基本状態と定めるか、あるいは、前記完全停止状態におけるスロットルバルブ４の開閉角度と、前記アイドリング状態におけるスロットルバルブ４の開閉角度の中間の開閉角度を基本状態と定めることもできる。
【００４５】
次に、外部磁界Ｈについて考察する。図２に示すように、磁石２４のＮ極、Ｓ極、及び前記スロットルバルブシャフト４の軸心Ｏは、Ｘ２方向とＹ１方向からそれぞれ４５度傾いたライン上にあるため、ちょうど前記軸心Ｏと交差する外部磁界Ｈ（あるいは磁力線と表現してもよい）は、Ｘ２方向とＹ１方向からそれぞれ４５度傾いた直線方向に向けて生じている。ところで磁石２４から生じるあらゆる外部磁界の方向を考えると、前記外部磁界の方向は場所によって異なる。例えば図２に示す軸心Ｏと交差しない外部磁界（軸心ＯからＹ１―Ｙ２方向に離れた位置等で生じる外部磁界）は、曲線的に生じ、前記Ｘ２方向とＹ１方向からそれぞれ４５度傾いた直線方向を向いていない。本実施の形態では、基本状態において、各ピン層の磁化方向と前記外部磁界Ｈの方向とを４５度ずらすというものであるが、上記のように前記外部磁界の方向は場所によって直線的であったり曲線的であったり一律ではないから、前記磁石２４及び磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８を真上から見たときに、前記スロットルバルブシャフト４の軸心Ｏと交差する直線状の外部磁界Ｈを基本状態における基準方向とし、基本状態にて、前記基準方向の外部磁界Ｈの方向と前記ピン層２２の磁化方向とを４５度ずらす。あるいは前記磁石２４のＮ極、軸心Ｏ、前記磁石２４のＳ極を通る直線方向と前記ピン層２２の磁化方向とを４５度ずらすと定義しても同じことである。
【００４６】
なお、ピン層の磁化が図示Ｘ１―Ｘ２方向と平行な方向に固定されている磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ４と、ピン層の磁化が図示Ｙ１―Ｙ２方向と平行な方向に固定されている磁気抵抗効果素子Ｇ５〜Ｇ８とが、前記軸心Ｏを対称軸として点対称関係にあることが好ましい。前記磁気抵抗効果素子Ｇ１と磁気抵抗効果素子Ｇ８は軸心Ｏを対称軸として点対称の関係にあり、前記磁気抵抗効果素子Ｇ１と磁気抵抗効果素子Ｇ８は軸心Ｏを対称軸として点対称の関係にあり、前記磁気抵抗効果素子Ｇ２と磁気抵抗効果素子Ｇ６は軸心Ｏを対称軸として点対称の関係にあり、前記磁気抵抗効果素子Ｇ３と磁気抵抗効果素子Ｇ７は軸心Ｏを対称軸として点対称の関係にあり、前記磁気抵抗効果素子Ｇ４と磁気抵抗効果素子Ｇ５は軸心Ｏを対称軸として点対称の関係にある。これにより前記第１磁気抵抗効果素子群Ａ１及び第２磁気抵抗効果素子群Ａ２に対する外部磁界Ｈの影響をほぼ同じようにできる。
【００４７】
以上のように、基本状態にて、各ピン層の磁化方向Ａを前記外部磁界Ｈの方向から４５度傾く関係にすることで、各ピン層に対する前記外部磁界Ｈを影響を同じように、弱めることができ、前記ピン層の固定磁化が前記外部磁界Ｈによって揺らぐ現象を適切に抑制でき、よって本実施の形態では、前記スロットルポジションセンサ１０の検出精度を精度良く保つことができる。
【００４８】
ところで図２の実施の形態では各ピン層の磁化方向は、外部磁界Ｈの方向と同じではないから、基本状態において、各ピン層の磁化が前記外部磁界Ｈの影響を受けて若干揺らぐ可能性はある。しかし、例えば、前記外部磁界Ｈに対し直交する方向にピン層の磁化を向けた場合は、前記ピン層に対する前記外部磁界Ｈの影響が最も強く、ピン層の磁化が外部磁界Ｈの方向にならされて、所定の方向から９０度まで傾く危険性があった。また、図２に示す実施の形態では、磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８は複数個存在し、しかもすべてのピン層が同じ方向に磁化されていないから、すべてのピン層の磁化方向と同一方向に外部磁界Ｈが及ぶように磁化制御はできない。一方、例えば前記外部磁界ＨをＸ１―Ｘ２方向と平行な方向に及ぼすと、磁気抵抗効果素子Ｇ１〜G４のピン層は所定の磁化方向を適切に保てるが、磁気抵抗効果素子Ｇ５〜Ｇ８のピン層の磁化方向は、前記外部磁界Ｈの方向緒と直交する関係となるため、前記磁気抵抗効果素子Ｇ５〜Ｇ８のピン層の磁化は、外部磁界Ｈの方向にならされ、Ｙ１―Ｙ２方向からＸ１―Ｘ２方向へ傾く可能性が強くなる。そして、上記したように、第１磁気抵抗効果素子郡Ａ１を構成する４つの磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ４により第１のブリッジ回路ＷＢ１を形成し、前記第１のブリッジ回路ＷＢ１から出力信号（＋ｓｉｎ信号、―ｓｉｎ信号）を取り出し、第２磁気抵抗効果素子郡Ａ２を構成する４つの磁気抵抗効果素子Ｇ５〜Ｇ８により第２のブリッジ回路ＷＢ２を形成し、前記第２のブリッジ回路ＷＢ２から出力信号（＋ＣＯＳ信号、―ＣＯＳ信号）を取り出した場合、＋ＣＯＳ信号、―ＣＯＳ信号は、＋ｓｉｎ信号、―ｓｉｎ信号に比べて波形歪（誤差信号）が大きく重畳してしまい、これにより正確に前記スロットルバルブ４の開閉角度を検出できない。これに対し、図２の実施の形態のようにすべてのピン層の磁化方向が前記外部磁界Ｈの方向から４５度傾いている場合、ある特定のピン層だけが非常に強く外部磁界Ｈの影響を受けて前記外部磁界Ｈ方向にならされる現象を回避でき、すべてのピン層に対して、同じように外部磁界Ｈの影響を弱めることができる。このためピン層の磁化が、前記外部磁界Ｈにより揺らぐ現象を適切に抑制でき、したがって精度良く前記スロットルバルブ４の開閉角度を検出できる。
【００４９】
図４ａは図２とは別の実施の形態である。図４ａでは、前記基板２１上に２つの磁気抵抗効果素子４０，４１が設けられている。前記磁気抵抗効果素４０，４１の素子構造は図２の磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８と変わるところがないので、そちらを参照されたい。
【００５０】
前記磁気抵抗効果素子４０のピン層の磁化方向Ｄは、図示Ｘ２方向に向いており、前記磁気抵抗効果素子４１のピン層の磁化方向Ｅは、図示Ｘ１方向に向いており、前記ピン層の磁化方向Ｄ，Ｅは反平行状態となっている。
【００５１】
図４ａにおける磁気抵抗効果素子４０，４１は、図２と同様に、基本状態にて、前記ピン層の磁化方向Ｄ，Ｅが前記磁石２４から生じる外部磁界Ｈの方向に対し４５度傾いている。このため、前記磁気抵抗効果素子４０，４１の各ピン層に対する前記外部磁界Ｈを影響を同じように弱めることができ、前記ピン層の磁化が磁石２４からの外部磁界の影響を受けて揺らぐといった現象を適切に抑制できる。図４ｂに示すように、前記磁気抵抗効果素子４０，４１は直列接続されており、例えば電源Ｖｃｃが前記磁気抵抗効果素子４１と、グランドＧＮＤが前記磁気抵抗効果素子４０と接続されている。前記磁気抵抗効果素子４０と前記磁気抵抗効果素子４１との接続部から電圧が出力され、前記電圧値を基に前記半導体装置２３で構成される制御部にて、前記スロットルバルブ４の開閉角度が検出される。
【００５２】
運転者が前記アクセルペダル７を踏み、前記スロットルバルブ４が開くと、前記回転体２０が回転し、これにより前記磁石２４からの回転する外部磁界により前記磁気抵抗効果素子４０，４１のフリー層の磁化方向が変動し、前記磁気抵抗効果素子４０，４１の前記ピン層の固定磁化方向と前記フリー層の磁化方向との関係に基づき、抵抗値が変化する。これにより前記磁気抵抗効果素子４０と前記磁気抵抗効果素子４１との接続部から出力される電圧値が変動し、前記制御にて前記電圧変化を基に、前記スロットルバルブ４の開閉角度が検出される。図４ｂでは、前記磁気抵抗効果素子４０，４１のピン層の磁化方向Ｄ，Ｅが逆向きなので、磁気抵抗効果素子４０の抵抗変化と、磁気抵抗効果素子４１の抵抗変化は、逆位相となる（位相が１８０°異なる）ので、前記磁気抵抗効果素子４０の抵抗値が最小となったとき、前記磁気抵抗効果素子４１の抵抗値は最大となり、前記磁気抵抗効果素子４０の抵抗値が最大となったとき、前記磁気抵抗効果素子４１の抵抗値は最小なる関係となっている。このため磁気抵抗効果素子を一つだけ設ける場合に比べて、大きい抵抗変化を得ることができ、前記制御部にて、精度良く、前記スロットルバルブ４の開閉角度を検出することが可能である。
【００５３】
なお図４ａに示すように、前記軸心Ｏから前記磁気抵抗効果素子４０までの距離L１、及び前記軸心Ｏから前記磁気抵抗効果素子４１までの距離Ｌ２が同じであることが好ましい。また、前記磁気抵抗効果素子４０の幅方向（図示Ｘ１―Ｘ２方向）の中心線と長さ方向（図示Ｙ１―Ｙ２方向）の中心線とが交わる前記磁気抵抗効果素子４０の中心Ｆと、前記磁気抵抗効果素子４１の幅方向の中心線と長さ方向の中心線とが交わる前記磁気抵抗効果素子４１の中心Ｇとが基本状態において前記軸心Ｏを対称軸として点対称であることが好ましい。これにより、前記磁気抵抗効果素子４０，４１に対する外部磁界の影響を同じにでき、検出精度を向上させることができる。
【００５４】
ところで本実施の形態におけるスロットルポジションセンサ１０は、図１に示すように、基板２１、磁気抵抗効果素子、磁石２４、回転板２０等これらの部品をすべて備えたものとして構成される。ここで、前記スロットルバルブシャフト４を、前記スロットルポジションセンサ１０の一構成部品とするか否かは任意である。また、前記磁気抵抗効果素子を有する基板２１、さらには前記基板２１を備えた下側筐体１０ｂをセンサモジュールとして製造し販売するとき、前記センサモジュールに磁石２４をセットして販売するか否かは任意である。前記センサモジュールに磁石２４をセットで販売しない場合、前記センサモジュールを購入したセットメーカーが、実際に前記センサモジュールを前記スロットルポジションセンサ１０に用いるとき、後で前記スロットルポジションセンサ１０内に磁石２４を取り付けることになる。このとき基本状態にて前記磁石２４から生じる外部磁界Ｈと前記磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向とが４５度傾く関係になるように前記磁石２４の取り付けを行うことが必要である。このときピン層の磁化方向を見ることはできないため、磁石２４の取り付け方（どちら側にＮ極，Ｓ極を置くか等）を予め表示等しておき、たとえば前記センサモジュールの目に見える位置に「Ｎ極側」、「Ｓ極側」と明記しておく等の表示をしておくことがよい。
【００５５】
また前記スロットルポジションセンサ１０の構造が、アクセル５のレバー６の前記アクセルペダル７と逆側の端部に、アクセルポジションセンサ５０として用いられてもよい（図５）。前記アクセルポジションセンサ５０は、運転者が前記アクセルペダル７を踏んだときのアクセル量を検出するためのものであり、前記アクセルペダルを踏み、前記レバー６が押されると、前記アクセルポジションセンサ５０に設けられている回転体が回転する。このとき図１の場合と同じように、前記磁石２４からの外部磁界Ｈが回転磁場となり、磁気抵抗効果素子を構成するフリー層の磁化方向が前記回転磁場により変動する。前記フリー磁性層の磁化方向と前記固定磁性層の固定磁化方向に基づく抵抗変化を電圧変化として捉え、これにより前記回転体がどの程度回転したかを検出し、ひいては、そこから前記アクセルペダル７のアクセル量を検出する。前記アクセルポジションセンサ５０における基本状態とは、前記スロットルポジションセンサ１０における基本状態と変わらない。すなわち前記アクセルポジションセンサ５０における基本状態とは、自動車のエンジンを切った状態（完全停止状態）及び、エンジンは掛けているが、自動車を停止させている状態（アイドリング状態）の双方を意味している。この双方の状態では、運転者が前記アクセルペダル７を踏み込んでいない（ペダル７に足は載せているかもしれない）。そして図２，図４で説明したように図５における実施の形態でも、前記基本状態において、複数個の磁気抵抗効果素子のすべてのピン層の磁化方向を外部磁界Ｈの方向から４５度傾く関係にすることで、各ピン層の磁化が、基本状態にて、前記外部磁界Ｈの影響を受けて揺らぐ現象を適切に低減でき、検出精度に優れた前記アクセルポジションセンサ５０を提供することが可能になる。
【００５６】
本実施の形態におけるスロットルポジションセンサ１０と同じ構造を成す角度検出装置は、前記スロットルポジションセンサ１０及びアクセルポジションセンサ５０以外の形態として使用されてもよい。特に車載用として使用する場合は、前記基本状態とは、前記完全停止状態及びアイドリング状態をさす。また前記角度検出装置が車載用以外の用途として使用される場合、前記基本状態とは、通常、時間的にもっとも長い姿勢状態として定義される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施の形態のスロットルポジションセンサを備えた車載用センサを説明するための概略構成図（部分断面図）、
【図２】基本状態における磁石と磁気抵抗効果素子との関係を示す前記スロットルポジションセンサの部分平面図、
【図３】図２におけるスロットルポジションセンサの構成を示すブロック構成図、
【図４ａ】図２と異なる形態であり、基本状態における磁石と磁気抵抗効果素子との関係を示す前記スロットルポジションセンサの部分平面図、
【図４ｂ】図４ａに示すスロットルポジションセンサのブロック構成図、
【図５】本実施の形態のアクセルポジションセンサを備えたアクセルモジュールの部分側面図、
【符号の説明】
【００５８】
１ 車載用センサ
３ スロットルバルブ
４ スロットルバルブシャフト
５ アクセル
７ アクセルペダル
１０ スロットルポジションセンサ
２０ 回転板
２１ 基板
４０、４１、Ｇ１〜Ｇ８ 磁気抵抗効果素子
２４ 磁石
５０ アクセルポジションセンサ
Ｏ 軸心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスロットルポジションセンサ等に用いられるセンサモジュールに係り、特にアイドリング状態等の基本状態において、磁気抵抗素子を構成するピン層の固定磁化方向を適正化することで回転角度の検出精度を向上させることが可能なセンサモジュール及びそれを用いた角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１，２には、いずれもスロットルポジションセンサに関する発明が開示されている。特許文献１では、回転体の回転角度を検出する素子としてホール素子を用いている。一方、特許文献２では、強磁性磁気抵抗素子を用いている。なお特許文献２は、前記強磁性磁気抵抗素子の構造について詳しく説明してしない。
【０００３】
特許文献１，２はいずれも非接触式のスロットルポジションセンサであるため、接触式のスロットルポジションセンサのように摺動する部分がなく耐久性等を向上させることができると期待されている。
【特許文献１】特許第２５４６０９６号公報
【特許文献２】特開平５―３２２５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで非接触式のスロットルポジションセンサを用いた場合、磁気抵抗効果素子等の回転角度検出素子と対向する回転体側には、前記回転角度検出素子に対し回転磁界を付与するための磁石が取り付けられている。
【０００５】
自動車等の電子式燃料噴射装置の一部として用いられるスロットルポジションセンサは、運転者がアクセルペダルを踏むと、それに連動してスロットルバルブが開き、シリンダーへの流入空気の量が増加する。また前記スロットルバルブと連動したスロットルポジションセンサで前記スロットルバルブの開閉角度を検出し、この開閉角度を示すデータを制御装置に送る。そして、前記制御装置はこのデータを含む多数のデータを分析してフィードバックすることにより、常に適正な空気量がシリンダーに送り込まれるようにスロットルバルブの開閉角度の調節を行っている。
【０００６】
上記のように運転者がアクセルペダルを踏んでいるときは、自動車を走らせている間であり、前記アクセルペダルを踏んでいる時間は、一日の中でさほど長いわけでない。すなわち、ほとんどは自動車のエンジンを切った状態（完全停止状態）か、エンジンは掛けているが、自動車を停止させている状態（アイドリング状態）の前記アクセルペダルを踏んでいない時間である。そして、前記完全停止状態及びアイドリング状態（以下、この２つの状態を基本状態と呼ぶ）では、前記スロットルバルブは閉じた状態になっているが、かかる基本状態であっても前記回転角度検出素子には前記磁石からの外部磁界が掛かりつづけている。
【０００７】
前記回転角度検出素子として、例えば、反強磁性層、ピン層、非磁性材料層、フリー層の４層構造を基本構造とし、ピン層の固定磁化と、フリー層の変動磁化との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜素子を使用した場合、常に、前記ピン層とフリー層に前記基本状態であっても前記外部磁界がかかり続けることになる。このとき、前記ピン層の磁化は前記外部磁界の影響を受けて揺らいだりしてはいけないが、長い時間、同じ方向から外部磁界がかかり続けるため、前記ピン層の磁化が前記外部磁界により揺らぎ、前記ピン層の磁化が前記外部磁界の方向に倣うという現象が生じやすくなっていた。そしてこのような現象は特に高温下で使用されることで顕著に発生した。これは前記反強磁性層とピン層間で生じる交換結合磁界が小さくなることで前記ピン層の固定磁化強度が低下するためである。このようにピン層の磁化方向が揺らぐことで、前記スロットルポジションセンサにおける回転角度の検出精度が低下するといった問題があった。
【０００８】
また特許文献１，２では共に、前記回転角度検出素子は複数個、設けられる。前記回転角度検出素子が１個であると、出力電圧が小さすぎたり、あるいは波形歪みにより正確な角度検出を行い難いため、前記回転角度検出素子を複数個設けることで、検出精度を高めることが行われている。しかし、このように複数個、前記回転角度検出素子が設けられている場合、すべてのピン層に対し同じように前記外部磁界の影響を低減させる必要性があった。
【０００９】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に、完全停止状態及びアイドリング状態等の基本状態において、磁気抵抗素子を構成するピン層の固定磁化方向を適正化することで、回転角度の検出精度を向上させることが可能な角度検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、駆動軸と一緒に回転し、磁石が取り付けられた回転体の回転角度を検出するための磁気抵抗素子を少なくとも２つ以上備えたセンサモジュールであって、
前記磁気抵抗素子は、少なくとも磁化方向が一方向に固定されるピン層と、前記ピン層に非磁性材料層を介して対向し前記磁石からの外部磁界を受けて磁化方向が変動するフリー層とを有し、
基本状態では、各ピン層の磁化方向は、前記駆動軸の軸心と交差する前記外部磁界の方向に対し４５度傾いていることを特徴とするものである。
【００１１】
基本状態とは、通常、時間的にもっとも長い姿勢状態をいう。そして本発明では、このような基本状態で、複数の磁気抵抗効果素子の各ピン層の磁化方向と、前記磁石からの外部磁界方向とを４５度ずらすことで、すべてのピン層において前記外部磁界の影響を一律に弱くでき、前記ピン層の磁化が前記外部磁界の影響を受けて揺らぐ現象をすべてのピン層において同じように抑制でき、検出精度を従来よりも向上させることが可能になる。
【００１２】
また本発明では、ＳＩＮ信号を生成するための第１の磁気抵抗効果素子と、ＣＯＳ信号を生成するための第２の磁気抵抗効果素子と、を有し、前記第１の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向は、前記第２の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向と直交していることが好ましい。これにより、より検出精度を向上させることができる。
【００１３】
また、前記センサモジュールには、さらに前記磁石が装備されている構成であってもよい。
【００１４】
また本発明における角度検出装置は、上記したセンサモジュール（磁石の装備なし）と、前記磁石及び回転体とを有し、あるいは上記したセンサモジュール（磁石の装備あり）と前記回転体とを有してなることを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記角度検出装置は車載用として用いられ、前記基本状態とは、エンジンを切った状態とアイドリング状態をいう。
【００１６】
また、前記角度検出装置は、例えば、スロットルバルブの開閉角度を検出するためのスロットルポジションセンサであり、あるいは、アクセルペダルのアクセル量を前記回転体の回転角度から検出するためのアクセルポジションセンサである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、基本状態で、複数の磁気抵抗効果素子の各ピン層の磁化方向が、前記磁石からの外部磁界方向に対し４５度傾く関係にすることで、すべてのピン層において前記外部磁界の影響を一律に弱くでき、前記ピン層の磁化が前記外部磁界の影響を受けて揺らぐ現象をすべてのピン層において同じように抑制でき、検出精度を従来よりも向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本実施の形態のスロットルポジションセンサを備えた車載用センサを説明するための概略構成図（部分断面図）、図２は、基本状態における磁石と磁気抵抗効果素子との関係を示す前記スロットルポジションセンサの部分平面図、図３は、図２におけるスロットルポジションセンサの構成を示すブロック構成図、図４ａは、図２と異なる形態であり、基本状態における磁石と磁気抵抗効果素子との関係を示す前記スロットルポジションセンサの部分平面図、図４ｂは、図４ａに示すスロットルポジションセンサのブロック構成図、図５は、本実施の形態のアクセルポジションセンサを備えたアクセルモジュールの部分側面図、である。なお図２，図４ａの平面図では、スロットルポジションセンサ１０を構成する回転板２０、取付板１８等を図面上除き、磁石２４と、磁気抵抗効果素子が取り付けられた基板２１との配置関係のみを真上から図示している。
【００１９】
図中においてＺ１―Ｚ２方向とは高さ方向をさす。Ｘ１―Ｘ２方向は幅方向、Ｙ１―Ｙ２方向は長さ方向を指し、一つの方向は残り２つの方向に対して直交する関係を持っている。
【００２０】
図１に示す車載用センサ１は、スロットルバルブ３を除いて、Ｚ１―Ｚ２方向及びＸ１―Ｘ２方向の２方向からなる面と平行な面方向から切断した断面図で示される。なお前記スロットルバルブ３及びアクセル５は部分側面図で示される。
【００２１】
前記車載用センサ１は、スロットルバルブ３、吸気通路２、スロットルポジションセンサ１０を有して構成される。前記車載用センサ１は、電子式燃料噴射装置の一部を構成する。
【００２２】
図１に示すように、前記車載用センサ１には、図示しない吸気口とエンジンとの間の吸気通路２内に円盤状のスロットルバルブ３が設けられている。前記スロットルバルブ３はエンジンに流入する空気の流量の調整を行うものである。
【００２３】
前記スロットルバルブ３は、駆動軸（スロットルバルブシャフト）４に対し回転自在に支持されている。前記スロットルバルブ３の直径は吸気通路２よりもわずかに小さく形成されている。スロットルバルブ３の面が空気の流入方向（図示矢印方向）に対して平行な姿勢にあるときがスロットルバルブ３としては全開の状態であり、前記空気の流入方向に対して垂直な姿勢にあるときがスロットルバルブ３としては全閉の状態である。
【００２４】
前記スロットルバルブシャフトの一方の端部（図示Ｚ１方向の端部）には、図示しないリンク部材が設けられており、前記リンク部材と、アクセル５のレバー部６とが図示しないワイヤにより繋がっている。また前記スロットルバルブシャフトの他方の端部（図示Ｚ２方向の端部）には図示しない付勢部材が取り付けられており、前記スロットルバルブシャフトは、前記スロットルバルブ３を閉じる方向に、前記付勢部材により付勢されている。前記アクセル５のアクセルペダル７を踏むと、これに連動してワイヤーが前記付勢部材の付勢方向に抗して引かれ、前記スロットルバルブシャフトが回転し、スロットルバルブ３を開かせることが可能とされている。
【００２５】
前記スロットルポジションセンサ１０には、例えば円盤状の回転板２０が設けられ、前記回転板２０の上面の中心には前記スロットルバルブシャフト４を挿入するための貫通孔２０ａが設けられている。前記回転板２０が前記スロットルバルブシャフト４に取り付けられているので、前記スロットルバルブシャフト４が回転することで、前記回転板２０も一緒に回転する。また前記スロットルバルブシャフト４にはギア等で構成される駆動部１９から駆動力が与えられるようになっている。前記スロットルポジションセンサ１０には、前記回転板２０と高さ方向（図示Ｚ１―Ｚ２方向）にて相対向する位置に基板（固定部材）２１が設けられ、前記基板２１の表面２１ａには、磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８が設けられている（センサモジュール）。前記基板２１の平面形状は図２ａに示すように、例えば四角形状であり、前記基板２１の裏面２１ｂには、前記磁気抵抗効果素子からの電圧変化から前記スロットルバルブ３の開閉角度を演算するＣＰＵやメモリ等の半導体装置（図示しない）が実装されている。
【００２６】
図１に示すように前記基板２１は前記スロットルポジションセンサ１０の外枠を構成する下側筐体１０ｂ内に設けられる。前記下側筐体１０ｂは凹部形状で形成され前記凹部内の表面に前記基板２１が取り付けられる。前記下側筐体１０ｂには、前記下側筐体１０ｂ内に装備された前記基板２１の上方（図示Ｚ１方向）に、前記回転板２０を取り付けるための板状の取付板１８が設けられ、前記取付板１８に設けられた貫通孔に前記回転板２０の取付部２０ｄが取り付けられ、前記回転板２０が前記取付板１８に回転自在に支持される。前記取付板１８に形成された前記貫通孔の中心は、前記スロットルバルブシャフト４の軸心Ｏと高さ方向（図示Ｚ１―Ｚ２方向）にて一致している。上記のように磁気抵抗効果素子を有する基板２１を備えた下側筐体１０ｂは、前記スロットルポジションセンサ１０の外枠を構成する上側筐体１０ａに係合される。
【００２７】
図１に示すように、前記回転板２０と前記基板２１は高さ方向（図示Ｚ方向）にて相対向し、前記回転板２０と前記基板２１との間は所定距離離されている。図１に示すように前記回転板２０の外周にはリング形状の磁石２４が取り付けられている。前記磁石２４は例えば図２に示すように平面（Ｘ―Ｙ平面）から見るとリング形状である。前記磁石２４は、リング形状であることに限定されない。例えば長方形等、中空形状以外の形状であってもよく、例えば前記回転板２０の下面（前記基板２１との対向面）に前記磁石２４が取り付けられていてもよい。前記磁石２４は複数設けられてもよい。
【００２８】
図２に示すように、前記回転板２０と高さ方向（図示Ｚ方向）にて対向する位置にある基板２１の表面２１ａには８つの磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８が設けられている。
【００２９】
前記磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８は、スピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構造であり、基本膜構成は、反強磁性層、ピン層、非磁性材料層、及びフリー層が積層された構成である。前記反強磁性層は、ＩｒＭｎ合金あるいはＰｔＭｎ合金等の反強磁性材料で形成される。前記ピン層は、ＣｏＦｅ合金等の強磁性材料で形成される。前記非磁性材料層はＣｕ等の非磁性材料で形成される。前記フリー層はＮｉＦｅ合金等の軟磁性材料で形成される。前記反強磁性層とピン層は接して形成され、熱処理により前記反強磁性層とピン層との界面に交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じ、前記ピン層の磁化が所定方向に固定される。
【００３０】
図２に示すように、磁気抵抗効果素子Ｇ１，Ｇ４のピン層は図示Ｘ２方向に、磁気抵抗効果素子Ｇ２，Ｇ３のピン層は図示Ｘ１方向に、磁気抵抗効果素子Ｇ５，Ｇ８のピン層は図示Ｙ１方向に、磁気抵抗効果素子Ｇ６，Ｇ７のピン層は図示Ｙ２方向に、それぞれ磁化固定されている。前記フリー層の磁化は図示しないバイアス層からのバイアス磁界により一方向に揃えられる。各磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８のフリー層の磁化は各磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８の各ピン層の磁化方向と直交する方向に揃えられる。前記フリー層の磁化は前記ピン層ほど強く磁化されておらず、したがって外部磁界の影響を受けて容易に磁化変動できるようになっている。また前記スピンバルブ型薄膜素子Ｇ１〜Ｇ８には主に、ピン層、非磁性材料層、及びフリー層の３層に電流を流すための電極層も形成されている。また前記磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８は、前記反強磁性層が形成されていないスピンバルブ型薄膜素子であってもよい。このようなスピンバルブ型薄膜素子は、前記ピン層自体の一軸異方性によってピン層の磁化が固定される。上記のスピンバルブ型薄膜素子の構成は特に一例であって上記以外の構成で形成されたスピンバルブ型薄膜素子であっても当然よい。
【００３１】
図３に示すように、スロットルポジションセンサ１０は、センサ部１１と前記センサ部１１から出力される出力信号の処理を行う信号処理部１２を有している。なお、図３に示す一点鎖線の左側がセンサ部１１を示し、右側が信号処理部１２を示している。
【００３２】
各磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８は、磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ４が第１の磁気抵抗効果素子として群Ａ１（以下、第１の磁気抵抗効果素子群Ａ１と称する）を形成し、第１のブリッジ回路ＷＢ１を構成している。また、磁気抵抗効果素子Ｇ５〜Ｇ８が第２の磁気抵抗効果素子として群Ａ２（以下、第２の磁気抵抗効果素子群Ａ２と称する）を形成し、第２のブリッジ回路ＷＢ２を構成している。前記第１のブリッジ回路ＷＢ１は、前記磁気抵抗効果素子Ｇ１と磁気抵抗効果素子Ｇ２とを直列に接続した回路と、前記磁気抵抗効果素子Ｇ３と磁気抵抗効果素子Ｇ４とを直列に接続した回路とが、並列に接続されて形成されている。同様に第２のブリッジ回路ＷＢ２は前記磁気抵抗効果素子Ｇ５と磁気抵抗効果素子Ｇ６とを直列に接続した回路と、前記磁気抵抗効果素子Ｇ７と磁気抵抗効果素子Ｇ８とを直列に接続した回路とが、並列に接続されて形成されている。
【００３３】
そして、前記並列に接続された第１のブリッジ回路ＷＢ１と第２のブリッジ回路ＷＢ２の一方の端部が電源Ｖccに接続され、他方の端部がグランドＧＮＤに接地されている。
【００３４】
運転者が前記アクセルペダル７を踏み、前記スロットルバルブ４が開くと、前記回転体２０が回転し、これにより前記磁石２４からの回転磁界により各磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８を形成するフリー層の磁化の向きが変化させられる。これにより前記各磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８の抵抗値が、前記フリー層の磁化の向きと前記ピン層の磁化の向きとのなす角に応じて変化する。よって、前記第１のブリッジ回路ＷＢ１を構成する磁気抵抗効果素子Ｇ１と磁気抵抗効果素子Ｇ２との接続部と、磁気抵抗効果素子Ｇ３と磁気抵抗効果素子Ｇ４との接続部とから互いの位相が１８０度異なる正弦波状の２つの信号が出力される。同時に前記第２のブリッジ回路を構成する磁気抵抗効果素子Ｇ５と磁気抵抗効果素子Ｇ６との接続部と、磁気抵抗効果素子Ｇ７と磁気抵抗効果素子Ｇ８との接続部とからも互いの位相が１８０度異なる正弦波状の２つの信号が出力される。
【００３５】
このとき、磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ４のピン層の磁化方向と、磁気抵抗効果素子Ｇ５〜Ｇ８のピン層の磁化方向は直交関係にあるため、前記第１のブリッジ回路ＷＢ１から出力される２つの信号を＋ｓｉｎ信号，−ｓｉｎ信号とすると、前記第２のブリッジ回路ＷＢ２から出力される２つの信号は＋ｃｏｓ信号，−ｃｏｓ信号となる。
【００３６】
この実施の形態に示すように、前記第１のブリッジ回路ＷＢ１の磁気抵抗効果素子Ｇ３と磁気抵抗効果素子Ｇ４の接続部から出力される正弦波状の信号を＋ｓｉｎ信号とすると、前記磁気抵抗効果素子Ｇ１と磁気抵抗効果素子Ｇ２の接続部からは−ｓｉｎ信号が出力される。また前記第２のブリッジ回路ＷＢ２の前記磁気抵抗効果素子Ｇ５と磁気抵抗効果素子Ｇ６の接続部からは＋ｃｏｓ信号が出力され、前記磁気抵抗効果素子Ｇ７と磁気抵抗効果素子Ｇ８の接続部からは−ｃｏｓ信号が出力される。
【００３７】
信号処理部１２は、主として制御手段１５と、第１の信号変換手段１２Ａおよび第２の信号変換手段１２Ｂと、信号調整手段１３と、第１の関数演算手段１４とを有している。
【００３８】
前記制御手段１５はＣＰＵやメモリ手段などの半導体装置を備えており、前記信号調整手段１３、第１の関数演算手段１４などにおける一連の信号処理を統括する機能を有している。前記第１の信号変換手段１２Ａは、前記第１のブリッジ回路ＷＢ１から出力される前記２種類の＋ｓｉｎ信号と−ｓｉｎ信号との差をとってＳＩＮ信号を生成するとともに、増幅後の信号をＡ／Ｄ変換してデジタルデータに変換する機能を有している。同様に前記第２の信号変換手段１２Ｂは、前記第１のブリッジ回路ＷＢ１から出力される前記２種類の＋ｃｏｓ信号と−ｃｏｓ信号との差をとってＣＯＳ信号を生成するとともに、増幅後の信号をＡ／Ｄ変換してデジタルデータ信号に変換する機能を有している。
【００３９】
ここで、例えばＡ１，Ａ２，Ｂ１およびＢ２を振幅係数、ａ１，ａ２，ｂ１およびｂ２をオフセット係数とし、前記＋ｓｉｎ信号を＋Ａ１・ｓｉｎθ＋ａ１、前記−ｓｉｎ信号を−Ａ２・ｓｉｎθ−ａ２、前記＋ｃｏｓ信号を＋Ｂ１・ｃｏｓθ＋ｂ1、前記−ｃｏｓ信号を−Ｂ２・ｃｏｓθ−ｂ２で表わすと、前記第１の信号変換手段１２Ａで生成される前記ＳＩＮ信号は、（＋Ａ１・ｓｉｎθ＋ａ１）−（−Ａ２・ｓｉｎθ−ａ２）＝（Ａ１＋Ａ２）・ｓｉｎθ＋（ａ１＋ａ２）となる。同様に前記第２の信号変換手段１２Ｂで生成されるＣＯＳ信号は、（＋Ｂ１・ｃｏｓθ＋ｂ1）−（−Ｂ２・ｃｏｓθ−ｂ２）＝（Ｂ１＋Ｂ２）・ｃｏｓθ＋（ｂ1＋ｂ２）となる。
【００４０】
前記信号調整手段１３は、前記ＳＩＮ信号とＣＯＳ信号のオフセット調整や利得調整を行い、両信号の振幅方向の基準（０点）と量（振幅量）とを一致させる機能を有している。すなわち、上記の例でいえば、利得調整とはＡ１＋Ａ２＝Ｂ１＋Ｂ２とすることにより、前記ＳＩＮ信号とＣＯＳ信号の振幅係数を同じ値にすることを意味し、オフセット調整とはａ１＋ａ２＝ｂ1＋ｂ２＝０として原点位置（０点）からの振幅の基準のずれを無くすことを意味している。
【００４１】
前記第１の関数演算手段１４は、ｓｉｎ，ｃｏｓ，ｔａｎ，ｔａｎ−１＝ａｒｃｔａｎ，ｓｉｎｈ，ｃｏｓｈ，ｅｘｐ，ｌｏｇなどの関数値の計算を行うソフトウェア、例えば周知のＣＯＲＤＩＣ（Coordinate Rotation Digital Computer）アルゴリズムを用いた数値計算ソフトウェアを搭載しており、ここでは前記ＳＩＮ信号のデジタルデータを前記ＣＯＳ信号のデジタルデータで除して正接値（ｔａｎ＝ＳＩＮ信号／ＣＯＳ信号）を計算するＴＡＮ処理と、前記ＴＡＮ処理で求めた値から逆正接値（ａｒｃｔａｎ（ＳＩＮ信号／ＣＯＳ信号））を計算して回転板２０の回転角度φを求めるＡＴＡＮ処理とを有している。
【００４２】
図２は前記スロットルポジションセンサ１０の基本状態における前記磁石２４の着磁方向を示している。図２に示すように前記磁石２４の図示斜め左上側がＮ極、図示斜め右下側がＳ極となっており、外部磁界Ｈは、図示Ｘ１方向及び図示Ｙ２方向の双方に対して４５度傾いた方向に生じている。
【００４３】
上記したように、磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８の各ピン層は、図示Ｘ１―Ｘ２方向と平行な方向か、あるいは図示Ｙ１―Ｙ２方向と平行な方向に磁化固定されているので、基本状態では、各ピン層の磁化方向と前記外部磁界Ｈの方向は４５度の関係にある。
【００４４】
まず「基本状態」について説明する。この実施の形態でいう「基本状態」とは、自動車のエンジンを切った状態（完全停止状態）及び、エンジンは掛けているが、自動車を停止させている状態（アイドリング状態）の双方を意味している。この双方の状態は、運転者が前記アクセルペダル７を踏み込んでいないため、前記スロットルバルブ４が閉じた状態となっている。ここで、通常、前記アイドリング状態からアクセルペダル７を踏み込んだとき、それに連動してスムーズに前記スロットルバルブ４を開かせるために、上記した完全停止状態及びアイドリング状態であっても、若干、前記スロットルバルブ４は開いた状態になっているため、厳密に言えば完全に閉じた状態ではないが、この実施の形態では、前記完全停止状態及びアイドリング状態における前記スロットルバルブ４の状態を「閉じた状態」と表現している。また、前記完全停止状態とアイドリング状態におけるスロットルバルブ４の状態が異なる状態にあるとき、例えば前記完全停止状態におけるスロットルバルブ４の開閉角度より、前記アイドリング状態におけるスロットルバルブ４の開閉角度のほうが大きい等の違いがあるときは、前記完全停止状態か前記アイドリング状態のどちらか一方を、前記基本状態と定めるか、あるいは、前記完全停止状態におけるスロットルバルブ４の開閉角度と、前記アイドリング状態におけるスロットルバルブ４の開閉角度の中間の開閉角度を基本状態と定めることもできる。
【００４５】
次に、外部磁界Ｈについて考察する。図２に示すように、磁石２４のＮ極、Ｓ極、及び前記スロットルバルブシャフト４の軸心Ｏは、Ｘ２方向とＹ１方向からそれぞれ４５度傾いたライン上にあるため、ちょうど前記軸心Ｏと交差する外部磁界Ｈ（あるいは磁力線と表現してもよい）は、Ｘ２方向とＹ１方向からそれぞれ４５度傾いた直線方向に向けて生じている。ところで磁石２４から生じるあらゆる外部磁界の方向を考えると、前記外部磁界の方向は場所によって異なる。例えば図２に示す軸心Ｏと交差しない外部磁界（軸心ＯからＹ１―Ｙ２方向に離れた位置等で生じる外部磁界）は、曲線的に生じ、前記Ｘ２方向とＹ１方向からそれぞれ４５度傾いた直線方向を向いていない。本実施の形態では、基本状態において、各ピン層の磁化方向と前記外部磁界Ｈの方向とを４５度ずらすというものであるが、上記のように前記外部磁界の方向は場所によって直線的であったり曲線的であったり一律ではないから、前記磁石２４及び磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８を真上から見たときに、前記スロットルバルブシャフト４の軸心Ｏと交差する直線状の外部磁界Ｈを基本状態における基準方向とし、基本状態にて、前記基準方向の外部磁界Ｈの方向と前記ピン層２２の磁化方向とを４５度ずらす。あるいは前記磁石２４のＮ極、軸心Ｏ、前記磁石２４のＳ極を通る直線方向と前記ピン層２２の磁化方向とを４５度ずらすと定義しても同じことである。
【００４６】
なお、ピン層の磁化が図示Ｘ１―Ｘ２方向と平行な方向に固定されている磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ４と、ピン層の磁化が図示Ｙ１―Ｙ２方向と平行な方向に固定されている磁気抵抗効果素子Ｇ５〜Ｇ８とが、前記軸心Ｏを対称軸として点対称関係にあることが好ましい。前記磁気抵抗効果素子Ｇ１と磁気抵抗効果素子Ｇ８は軸心Ｏを対称軸として点対称の関係にあり、前記磁気抵抗効果素子Ｇ１と磁気抵抗効果素子Ｇ８は軸心Ｏを対称軸として点対称の関係にあり、前記磁気抵抗効果素子Ｇ２と磁気抵抗効果素子Ｇ６は軸心Ｏを対称軸として点対称の関係にあり、前記磁気抵抗効果素子Ｇ３と磁気抵抗効果素子Ｇ７は軸心Ｏを対称軸として点対称の関係にあり、前記磁気抵抗効果素子Ｇ４と磁気抵抗効果素子Ｇ５は軸心Ｏを対称軸として点対称の関係にある。これにより前記第１磁気抵抗効果素子群Ａ１及び第２磁気抵抗効果素子群Ａ２に対する外部磁界Ｈの影響をほぼ同じようにできる。
【００４７】
以上のように、基本状態にて、各ピン層の磁化方向Ａを前記外部磁界Ｈの方向から４５度傾く関係にすることで、各ピン層に対する前記外部磁界Ｈを影響を同じように、弱めることができ、前記ピン層の固定磁化が前記外部磁界Ｈによって揺らぐ現象を適切に抑制でき、よって本実施の形態では、前記スロットルポジションセンサ１０の検出精度を精度良く保つことができる。
【００４８】
ところで図２の実施の形態では各ピン層の磁化方向は、外部磁界Ｈの方向と同じではないから、基本状態において、各ピン層の磁化が前記外部磁界Ｈの影響を受けて若干揺らぐ可能性はある。しかし、例えば、前記外部磁界Ｈに対し直交する方向にピン層の磁化を向けた場合は、前記ピン層に対する前記外部磁界Ｈの影響が最も強く、ピン層の磁化が外部磁界Ｈの方向にならされて、所定の方向から９０度まで傾く危険性があった。また、図２に示す実施の形態では、磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８は複数個存在し、しかもすべてのピン層が同じ方向に磁化されていないから、すべてのピン層の磁化方向と同一方向に外部磁界Ｈが及ぶように磁化制御はできない。一方、例えば前記外部磁界ＨをＸ１―Ｘ２方向と平行な方向に及ぼすと、磁気抵抗効果素子Ｇ１〜G４のピン層は所定の磁化方向を適切に保てるが、磁気抵抗効果素子Ｇ５〜Ｇ８のピン層の磁化方向は、前記外部磁界Ｈの方向緒と直交する関係となるため、前記磁気抵抗効果素子Ｇ５〜Ｇ８のピン層の磁化は、外部磁界Ｈの方向にならされ、Ｙ１―Ｙ２方向からＸ１―Ｘ２方向へ傾く可能性が強くなる。そして、上記したように、第１磁気抵抗効果素子郡Ａ１を構成する４つの磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ４により第１のブリッジ回路ＷＢ１を形成し、前記第１のブリッジ回路ＷＢ１から出力信号（＋ｓｉｎ信号、―ｓｉｎ信号）を取り出し、第２磁気抵抗効果素子郡Ａ２を構成する４つの磁気抵抗効果素子Ｇ５〜Ｇ８により第２のブリッジ回路ＷＢ２を形成し、前記第２のブリッジ回路ＷＢ２から出力信号（＋ＣＯＳ信号、―ＣＯＳ信号）を取り出した場合、＋ＣＯＳ信号、―ＣＯＳ信号は、＋ｓｉｎ信号、―ｓｉｎ信号に比べて波形歪（誤差信号）が大きく重畳してしまい、これにより正確に前記スロットルバルブ４の開閉角度を検出できない。これに対し、図２の実施の形態のようにすべてのピン層の磁化方向が前記外部磁界Ｈの方向から４５度傾いている場合、ある特定のピン層だけが非常に強く外部磁界Ｈの影響を受けて前記外部磁界Ｈ方向にならされる現象を回避でき、すべてのピン層に対して、同じように外部磁界Ｈの影響を弱めることができる。このためピン層の磁化が、前記外部磁界Ｈにより揺らぐ現象を適切に抑制でき、したがって精度良く前記スロットルバルブ４の開閉角度を検出できる。
【００４９】
図４ａは図２とは別の実施の形態である。図４ａでは、前記基板２１上に２つの磁気抵抗効果素子４０，４１が設けられている。前記磁気抵抗効果素４０，４１の素子構造は図２の磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８と変わるところがないので、そちらを参照されたい。
【００５０】
前記磁気抵抗効果素子４０のピン層の磁化方向Ｄは、図示Ｘ２方向に向いており、前記磁気抵抗効果素子４１のピン層の磁化方向Ｅは、図示Ｘ１方向に向いており、前記ピン層の磁化方向Ｄ，Ｅは反平行状態となっている。
【００５１】
図４ａにおける磁気抵抗効果素子４０，４１は、図２と同様に、基本状態にて、前記ピン層の磁化方向Ｄ，Ｅが前記磁石２４から生じる外部磁界Ｈの方向に対し４５度傾いている。このため、前記磁気抵抗効果素子４０，４１の各ピン層に対する前記外部磁界Ｈを影響を同じように弱めることができ、前記ピン層の磁化が磁石２４からの外部磁界の影響を受けて揺らぐといった現象を適切に抑制できる。図４ｂに示すように、前記磁気抵抗効果素子４０，４１は直列接続されており、例えば電源Ｖｃｃが前記磁気抵抗効果素子４１と、グランドＧＮＤが前記磁気抵抗効果素子４０と接続されている。前記磁気抵抗効果素子４０と前記磁気抵抗効果素子４１との接続部から電圧が出力され、前記電圧値を基に前記半導体装置２３で構成される制御部にて、前記スロットルバルブ４の開閉角度が検出される。
【００５２】
運転者が前記アクセルペダル７を踏み、前記スロットルバルブ４が開くと、前記回転体２０が回転し、これにより前記磁石２４からの回転する外部磁界により前記磁気抵抗効果素子４０，４１のフリー層の磁化方向が変動し、前記磁気抵抗効果素子４０，４１の前記ピン層の固定磁化方向と前記フリー層の磁化方向との関係に基づき、抵抗値が変化する。これにより前記磁気抵抗効果素子４０と前記磁気抵抗効果素子４１との接続部から出力される電圧値が変動し、前記制御にて前記電圧変化を基に、前記スロットルバルブ４の開閉角度が検出される。図４ｂでは、前記磁気抵抗効果素子４０，４１のピン層の磁化方向Ｄ，Ｅが逆向きなので、磁気抵抗効果素子４０の抵抗変化と、磁気抵抗効果素子４１の抵抗変化は、逆位相となる（位相が１８０°異なる）ので、前記磁気抵抗効果素子４０の抵抗値が最小となったとき、前記磁気抵抗効果素子４１の抵抗値は最大となり、前記磁気抵抗効果素子４０の抵抗値が最大となったとき、前記磁気抵抗効果素子４１の抵抗値は最小なる関係となっている。このため磁気抵抗効果素子を一つだけ設ける場合に比べて、大きい抵抗変化を得ることができ、前記制御部にて、精度良く、前記スロットルバルブ４の開閉角度を検出することが可能である。
【００５３】
なお図４ａに示すように、前記軸心Ｏから前記磁気抵抗効果素子４０までの距離L１、及び前記軸心Ｏから前記磁気抵抗効果素子４１までの距離Ｌ２が同じであることが好ましい。また、前記磁気抵抗効果素子４０の幅方向（図示Ｘ１―Ｘ２方向）の中心線と長さ方向（図示Ｙ１―Ｙ２方向）の中心線とが交わる前記磁気抵抗効果素子４０の中心Ｆと、前記磁気抵抗効果素子４１の幅方向の中心線と長さ方向の中心線とが交わる前記磁気抵抗効果素子４１の中心Ｇとが基本状態において前記軸心Ｏを対称軸として点対称であることが好ましい。これにより、前記磁気抵抗効果素子４０，４１に対する外部磁界の影響を同じにでき、検出精度を向上させることができる。
【００５４】
ところで本実施の形態におけるスロットルポジションセンサ１０は、図１に示すように、基板２１、磁気抵抗効果素子、磁石２４、回転板２０等これらの部品をすべて備えたものとして構成される。ここで、前記スロットルバルブシャフト４を、前記スロットルポジションセンサ１０の一構成部品とするか否かは任意である。また、前記磁気抵抗効果素子を有する基板２１、さらには前記基板２１を備えた下側筐体１０ｂをセンサモジュールとして製造し販売するとき、前記センサモジュールに磁石２４をセットして販売するか否かは任意である。前記センサモジュールに磁石２４をセットで販売しない場合、前記センサモジュールを購入したセットメーカーが、実際に前記センサモジュールを前記スロットルポジションセンサ１０に用いるとき、後で前記スロットルポジションセンサ１０内に磁石２４を取り付けることになる。このとき基本状態にて前記磁石２４から生じる外部磁界Ｈと前記磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向とが４５度傾く関係になるように前記磁石２４の取り付けを行うことが必要である。このときピン層の磁化方向を見ることはできないため、磁石２４の取り付け方（どちら側にＮ極，Ｓ極を置くか等）を予め表示等しておき、たとえば前記センサモジュールの目に見える位置に「Ｎ極側」、「Ｓ極側」と明記しておく等の表示をしておくことがよい。
【００５５】
また前記スロットルポジションセンサ１０の構造が、アクセル５のレバー６の前記アクセルペダル７と逆側の端部に、アクセルポジションセンサ５０として用いられてもよい（図５）。前記アクセルポジションセンサ５０は、運転者が前記アクセルペダル７を踏んだときのアクセル量を検出するためのものであり、前記アクセルペダルを踏み、前記レバー６が押されると、前記アクセルポジションセンサ５０に設けられている回転体が回転する。このとき図１の場合と同じように、前記磁石２４からの外部磁界Ｈが回転磁場となり、磁気抵抗効果素子を構成するフリー層の磁化方向が前記回転磁場により変動する。前記フリー磁性層の磁化方向と前記固定磁性層の固定磁化方向に基づく抵抗変化を電圧変化として捉え、これにより前記回転体がどの程度回転したかを検出し、ひいては、そこから前記アクセルペダル７のアクセル量を検出する。前記アクセルポジションセンサ５０における基本状態とは、前記スロットルポジションセンサ１０における基本状態と変わらない。すなわち前記アクセルポジションセンサ５０における基本状態とは、自動車のエンジンを切った状態（完全停止状態）及び、エンジンは掛けているが、自動車を停止させている状態（アイドリング状態）の双方を意味している。この双方の状態では、運転者が前記アクセルペダル７を踏み込んでいない（ペダル７に足は載せているかもしれない）。そして図２，図４で説明したように図５における実施の形態でも、前記基本状態において、複数個の磁気抵抗効果素子のすべてのピン層の磁化方向を外部磁界Ｈの方向から４５度傾く関係にすることで、各ピン層の磁化が、基本状態にて、前記外部磁界Ｈの影響を受けて揺らぐ現象を適切に低減でき、検出精度に優れた前記アクセルポジションセンサ５０を提供することが可能になる。
【００５６】
本実施の形態におけるスロットルポジションセンサ１０と同じ構造を成す角度検出装置は、前記スロットルポジションセンサ１０及びアクセルポジションセンサ５０以外の形態として使用されてもよい。特に車載用として使用する場合は、前記基本状態とは、前記完全停止状態及びアイドリング状態をさす。また前記角度検出装置が車載用以外の用途として使用される場合、前記基本状態とは、通常、時間的にもっとも長い姿勢状態として定義される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施の形態のスロットルポジションセンサを備えた車載用センサを説明するための概略構成図（部分断面図）、
【図２】基本状態における磁石と磁気抵抗効果素子との関係を示す前記スロットルポジションセンサの部分平面図、
【図３】図２におけるスロットルポジションセンサの構成を示すブロック構成図、
【図４ａ】図２と異なる形態であり、基本状態における磁石と磁気抵抗効果素子との関係を示す前記スロットルポジションセンサの部分平面図、
【図４ｂ】図４ａに示すスロットルポジションセンサのブロック構成図、
【図５】本実施の形態のアクセルポジションセンサを備えたアクセルモジュールの部分側面図、
【符号の説明】
【００５８】
１ 車載用センサ
３ スロットルバルブ
４ スロットルバルブシャフト
５ アクセル
７ アクセルペダル
１０ スロットルポジションセンサ
２０ 回転板
２１ 基板
４０、４１、Ｇ１〜Ｇ８ 磁気抵抗効果素子
２４ 磁石
５０ アクセルポジションセンサ
Ｏ 軸心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸と一緒に回転し、磁石が取り付けられた回転体の回転角度を検出するための磁気抵抗素子を少なくとも２つ以上備えたセンサモジュールであって、
前記磁気抵抗素子は、少なくとも磁化方向が一方向に固定されるピン層と、前記ピン層に非磁性材料層を介して対向し前記磁石からの外部磁界を受けて磁化方向が変動するフリー層とを有し、
基本状態では、各ピン層の磁化方向は、前記駆動軸の軸心と交差する前記外部磁界の方向に対し４５度傾いていることを特徴とするセンサモジュール。
【請求項２】
ＳＩＮ信号を生成するための第１の磁気抵抗効果素子と、ＣＯＳ信号を生成するための第２の磁気抵抗効果素子と、を有し、前記第１の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向は、前記第２の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向と直交している請求項１機記載のセンサモジュール。
【請求項３】
前記センサモジュールには、さらに前記磁石が装備されている請求項１または２に記載のセンサモジュール。
【請求項４】
請求項１または２に記載されたセンサモジュールと、前記磁石及び回転体とを有し、あるいは請求項３に記載されたセンサモジュールと前記回転体とを有してなることを特徴とする角度検出装置。
【請求項５】
前記角度検出装置は車載用として用いられ、前記基本状態とは、エンジンを切った状態とアイドリング状態をいう請求項４記載の角度検出装置。
【請求項６】
前記角度検出装置は、スロットルバルブの開閉角度を検出するためのスロットルポジションセンサである請求項４記載の角度検出装置。
【請求項７】
前記角度検出装置は、アクセルペダルのアクセル量を前記回転体の回転角度から検出するためのアクセルポジションセンサである請求項４記載の角度検出装置。
【請求項１】
駆動軸と一緒に回転し、磁石が取り付けられた回転体の回転角度を検出するための磁気抵抗素子を少なくとも２つ以上備えたセンサモジュールであって、
前記磁気抵抗素子は、少なくとも磁化方向が一方向に固定されるピン層と、前記ピン層に非磁性材料層を介して対向し前記磁石からの外部磁界を受けて磁化方向が変動するフリー層とを有し、
基本状態では、各ピン層の磁化方向は、前記駆動軸の軸心と交差する前記外部磁界の方向に対し４５度傾いていることを特徴とするセンサモジュール。
【請求項２】
ＳＩＮ信号を生成するための第１の磁気抵抗効果素子と、ＣＯＳ信号を生成するための第２の磁気抵抗効果素子と、を有し、前記第１の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向は、前記第２の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向と直交している請求項１機記載のセンサモジュール。
【請求項３】
前記センサモジュールには、さらに前記磁石が装備されている請求項１または２に記載のセンサモジュール。
【請求項４】
請求項１または２に記載されたセンサモジュールと、前記磁石及び回転体とを有し、あるいは請求項３に記載されたセンサモジュールと前記回転体とを有してなることを特徴とする角度検出装置。
【請求項５】
前記角度検出装置は車載用として用いられ、前記基本状態とは、エンジンを切った状態とアイドリング状態をいう請求項４記載の角度検出装置。
【請求項６】
前記角度検出装置は、スロットルバルブの開閉角度を検出するためのスロットルポジションセンサである請求項４記載の角度検出装置。
【請求項７】
前記角度検出装置は、アクセルペダルのアクセル量を前記回転体の回転角度から検出するためのアクセルポジションセンサである請求項４記載の角度検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【公開番号】特開２００６−３１７２０３（Ｐ２００６−３１７２０３Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３８０１２（Ｐ２００５−１３８０１２）
【出願日】平成１７年５月１１日（２００５．５．１１）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１１日（２００５．５．１１）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]