角度センサ

【課題】高精度の角度センサを低コストで提供する。
【解決手段】角度センサ（１０）は、回転軸（２１）の軸芯方向に対して斜向する主面（２２Ａ，２２Ｂ）を有し、回転軸（２１）の軸芯回りの回転に連動して回転するロータ（２２）と、ロータ（２２）の回転時に生じるロータ（２２）の面ブレに伴い磁界強度及び磁界方向が周期的に変化する磁界を検出し、回転軸（２１）の回転角の情報を含む検出信号を出力する磁気センサ（３０）と、検出信号に基づいて回転軸（２１）の回転角を算出する信号処理回路（４０）を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転軸の回転角を検出する角度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
外部磁界を検出するための磁気センサとして、巨大磁気抵抗効果素子や磁気トンネル効果素子等の磁気抵抗効果素子が利用されている。磁気抵抗効果素子は、磁化方向が特定の方向に設定されていて、外部磁界の変位に対して磁化状態（例えば、磁化方向や磁化の強さ）が影響を受けないように構成された磁化固定層（ピン磁性層）と、外部磁界の変化によって磁化状態が変位する磁化自由層（フリー磁性層）とを備えている。磁気抵抗効果素子に外部磁界が作用すると、磁化自由層の磁化状態が変動し、磁化状態が固定されている磁化固定層の磁化状態と、磁化状態が変動する磁化自由層との間に磁化状態の変位差が発生する。この磁化状態の変位差は、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗の変化として現れる。この種の磁気抵抗効果素子の応用例として、例えば、特開２００６−２１４８６２号公報には、磁気トラックを一様な幅と強度でＮＳ着磁し、磁気トラックの円周面に対向するように配置された磁気抵抗効果素子から出力される磁気強度信号に基づいて回転体の回転角度位置を検出する位置検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１４８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、磁気トラックを一様な幅と強度でＮＳ着磁することは技術的に困難であり、コスト上昇の要因となる。
【０００５】
そこで、本発明は高精度の角度センサを低コストで提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明に係わる角度センサは、回転軸の軸芯方向に対して斜向する主面を有し、回転軸の軸芯回りの回転に連動して回転するロータと、ロータの回転時に生じるロータの面ブレに伴い磁界強度及び磁界方向が周期的に変化する磁界を検出し、回転軸の回転角の情報を含む検出信号を出力する磁気センサと、検出信号に基づいて回転軸の回転角を算出する信号処理回路と、を備える。回転軸の回転に伴うロータの面ブレにより、磁気センサに作用する磁界の振れ角を増大できるので、検出分解能を向上できる。また、回転軸が回転するときにロータが面ブレするように構成されているため、角度検出の分解能を低下させることなく、ロータ形状を小型化できる。これにより、角度センサ全体の小型化を実現できる。
【０００７】
磁気センサは、磁化方向が固定されている磁化固定層と、磁界の作用を受けて磁化方向が変化する磁化自由層とを備える磁気抵抗効果素子を含む。磁化固定層の磁化方向の軸芯方向に直交する二成分が磁化固定層の磁化方向の軸芯方向に平行な一成分よりも磁界の作用を強く受けるように磁化固定層の磁化方向を調整し、磁気センサをロータの面ブレの最高点と最低点との間の位置に配置してもよい。これにより、磁気センサから出力される検出信号は、ロータの一回転につき極大及び極小をそれぞれ二つ有する信号波形となる。
【０００８】
検出信号が回転軸の一回転につき非対称な二つの信号波形を出力する信号となるように、ロータの回転中心からずれた位置に磁気センサを配置してもよく、磁化固定層の磁化方向の軸芯方向に平行な一成分の値がゼロより大きくなるように調整してもよく、或いは、ロータを軸芯方向に平行な平面で切断した断面の形状をロータの回転中心に関して点対称となる形状以外の形状に調整してもよい。これにより、角度検出精度を向上できる。
【０００９】
磁化固定層の磁化方向の軸芯方向に直交する二成分が磁化固定層の磁化方向の軸芯方向に平行な一成分よりも磁界の作用を強く受けるように磁化固定層の磁化方向を調整し、磁気センサをロータの面ブレの最高点より高い位置、又はロータの面ブレの最低点より低い位置に配置してもよい。これにより、磁気センサから出力される検出信号は、ロータの一回転につき最大及び最小をそれぞれ一つ有する信号波形となる。
【００１０】
磁化固定層の磁化方向の軸芯方向に平行な一成分が磁化固定層の磁化方向の軸芯方向に直交する二成分よりも磁界の作用を強く受けるように磁化固定層の磁化方向を調整してもよい。これにより、磁気センサから出力される検出信号は、ロータの一回転につき最大及び最小をそれぞれ一つ有する信号波形となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高精度の角度センサを低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係わる角度センサの概略構成図である。
【図２】本実施形態に係わる角度センサの概略構成図である。
【図３】本実施形態に係わる磁気抵抗効果素子の断面図である。
【図４】磁化固定層の磁化方向の各成分を示す説明図である。
【図５】検出信号の変化を示すグラフである。
【図６】検出信号の変化を示すグラフである。
【図７】検出信号の変化を示すグラフである。
【図８】検出信号の変化を示すグラフである。
【図９】検出信号の変化を示すグラフである。
【図１０】本実施形態に係わるロータの構成図である。
【図１１】本実施形態に係わる角度センサの概略構成図である。
【図１２】本実施形態に係わるロータの構成図である。
【図１３】本実施形態に係わる角度センサの概略構成図である。
【図１４】本実施形態に係わる角度センサの概略構成図である。
【図１５】本実施形態に係わる角度センサの概略構成図である。
【図１６】本実施形態に係わる角度センサの概略構成図である。
【図１７】本実施形態に係わる磁気センサの構成図である。
【図１８】本実施形態に係わる磁化固定層の磁化方向の説明図である。
【図１９】本実施形態に係わる磁気センサの構成図である。
【図２０】本実施形態に係わる磁化固定層の磁化方向の説明図である。
【図２１】本実施形態に係わる磁気センサの構成図である。
【図２２】本実施形態に係わる磁化固定層の磁化方向の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施形態について説明する。同一の部材については、同一の符号を付すものとし、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は本実施形態に係わる角度センサ１０の概略構成を示す。角度センサ１０は、所定の基準位置からの回転軸２１の一回転以内の回転角（０ｄｅｇ〜３６０ｄｅｇ）を検出するための角度検出装置である。回転軸２１として、例えば、ステアリングシャフトを挙げることができるが、これに限定されるものではない。角度センサ１０は、回転軸２１の軸芯回りの回転に連動して回転するロータ２２と、回転軸２１の回転角の情報を含む検出信号を出力する磁気センサ３０と、磁気センサ３０から出力される検出信号に基づいて回転軸２１の回転角を算出する信号処理回路４０とを備える。ロータ２２は、強磁性材質（例えば、鉄、コバルト、ニッケル等）から成る回転部材であり、その平面形状（ロータ２２の厚み方向に垂直な平面で切断した断面形状）は、例えば、円、楕円等が好適であるが、特定の形状に限定されるものではなく、様々な形状を採り得る。ロータ２２は、第一の主面２２Ａ及びその裏面である第二の主面２２Ｂを有しており、これらの主面２２Ａ，２２Ｂが回転軸２１の軸芯方向に対して斜向するように、ロータ２２が回転軸２１に取り付けられている。ロータ２２は、回転軸２１に固定してもよく、或いはセレーション結合してもよい。回転軸２１の軸芯方向をＺ方向とすると、回転軸２１の回転に伴い、ロータ２２はＺ軸方向に面ブレしながら回転する。図１において、Ｚ０はロータ２２の回転中心のＺ座標を示し、Ｚ１はロータ２２の面ブレの最高点のＺ座標を示し、Ｚ２はロータ２２の面ブレの最低点のＺ座標を示す。
【００１５】
磁気センサ３０は、外部磁界５０を発生させるための磁界発生手段として機能する磁石３２と、ロータ２２の回転時に生じるロータ２２の面ブレに伴い磁界強度及び磁界方向が周期的に変化する外部磁界５０の変化を電圧変化として検出する磁気抵抗効果素子３１とを主要構成として備える。磁気センサ３０の実装形態として、例えば、図１７に示すように、磁石３２の中心点と磁気抵抗効果素子３１の中心点とを結ぶ線がＸ方向に平行になるようにプリント配線基板３３の表面に磁気抵抗効果素子３１を配置し、プリント配線基板３３の裏面に磁石３２を配置してもよい。このような配置構成の場合、図１８に示すように、磁気抵抗効果素子３１の磁化固定層の磁化方向６３Ａは、ＹＺ平面内の任意の方向を向く。また例えば、図１９に示すように、磁気抵抗効果素子３１の中心点とプリント配線基板３３の中心点とを結ぶ線がＺ方向に平行になるようにプリント配線基板３３の裏面に磁気抵抗効果素子３１を配置してもよい。このような配置構成の場合、図２０に示すように、磁気抵抗効果素子３１の磁化固定層の磁化方向６３Ａは、ＸＹ平面内の任意の方向を向く。また例えば、図２１に示すように、磁気抵抗効果素子３１の中心点とプリント配線基板３３の中心点とを結ぶ線がＹ方向に平行になるようにプリント配線基板３３の表面に磁気抵抗効果素子３１を配置してもよい（プリント配線基板３３は磁気抵抗効果素子３１の裏面に配置されているため図示されていない点に留意されたい）。このような配置構成の場合、図２２に示すように、磁気抵抗効果素子３１の磁化固定層の磁化方向６３Ａは、ＺＸ平面内の任意の方向を向く。また、磁石３２から発生する外部磁界５０を効率よく集磁するために磁石３２の両極にヨーク（図示せず）を配置するのが好ましい。磁気抵抗効果素子３１として、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）型、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）型、弾道磁気抵抗（ＢＭＲ）型、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）型等の公知の磁気抵抗効果素子を用いることができる。
【００１６】
図３は磁気抵抗効果素子３１の断面構造を示す。磁気抵抗効果素子３１は、下地層６１、反強磁性層６２、磁化固定層６３、非磁性導電層６４、磁化自由層６５、及び保護層６６を積層してなる構造を有している。磁化固定層６３の磁化方向６３Ａは、反強磁性層６２の磁化方向６２Ａと強固に磁気カップリングしているため、外部磁界５０の影響を殆ど受けない。一方、磁化自由層６５の磁化方向６５Ａは、外部磁界５０の磁界方向に追随するように変化する。磁気抵抗効果素子３１の磁気抵抗は、磁気抵抗効果素子３１が検出する外部磁界５０の磁界強度とその磁界方向に依存して変化することが知られている。仮に外部磁界５０の磁界強度が一定である場合には、磁気抵抗効果素子３１の磁気抵抗は、磁化固定層６３の磁化方向６３Ａと磁化自由層６５の磁化方向６５Ａとの角度差（ξ）に依存して変化する。より詳細には、磁気抵抗効果素子３１の磁気抵抗は、（１−ｃｏｓξ）に比例して変化する特性を有しており、磁化固定層６３の磁化方向６３Ａと磁化自由層６５の磁化方向６５Ａとが同一方向かつ平行であるときに磁気抵抗は最小となり、磁化固定層６３の磁化方向６３Ａと磁化自由層６５の磁化方向６５Ａとが逆方向かつ平行であるときに磁気抵抗は最大になる。上述の如く、ロータ２２は回転軸２１の回転時に面ブレが生じるように回転軸２１に取り付けられているので、ロータ２２の縁部と磁気センサ３０との間の距離、及び磁石３２からロータ２２の縁部に向かう外部磁界５０の方向は周期的に変化し、これに伴い、磁気抵抗効果素子３１に作用する外部磁界５０の磁界強度及び磁界方向は周期的に変化する。磁気抵抗効果素子３１には、プリント配線基板３３からセンス電流が供給されており、磁気抵抗効果素子３１の磁気抵抗の変化は、出力電圧の変化として検出される。磁気抵抗効果素子３１の出力電圧は、回転軸２１の回転角の情報を含む検出信号として信号処理される。回転軸２１の回転に伴い、ロータ２２はＺ軸方向に面ブレしながら回転するため、単位角度変化あたりの検出信号の変化量は大きくなる。このため、ロータ２２の直径を短くしても、実用上十分な角度検出の分解能を得ることができ、角度センサ１０全体の小型化及びロータ２２の高速回転対応が可能になる。
【００１７】
説明の便宜上、図１では、一つの磁気抵抗効果素子３１を図示したが、検出信号の一つの値に対応する回転軸２１の回転角が複数存在し得るので、図２に示すように、回転軸２１の中心に関して二つの磁気センサ３０を角度θで配置し、所定の位相差（例えば９０ｄｅｇ）を有する二つの検出信号に基づいて回転軸２１の回転角を求めるのが好ましい。磁気抵抗効果素子３１から出力される検出信号は、（１）磁化固定層６３の磁化方向６３Ａ、（２）磁気センサ３０の位置、（３）ロータ２２の形状等の各種の要因の影響を受けて、回転軸２１の一回転につき一波形又は二波形の周期信号となる。検出信号が回転軸２１の一回転につき一波形の周期信号となる場合は、図２において、θ＝９０ｄｅｇで二つの磁気センサ３０を配置すればよい。検出信号が回転軸２１の一回転につき二波形の周期信号となる場合は、図２において、θ＝４５ｄｅｇで二つの磁気センサ３０を配置すればよい。信号処理回路４０は、それぞれの磁気センサ３０から出力される検出信号と回転軸２１の回転角との対応関係を示すデータテーブル（又は関数）をメモリ（図示せず）に保持しており、それぞれの磁気センサ３０から出力される検出信号とデータテーブル（又は関数）とを比較して回転軸２１の回転角を求める。
【００１８】
次に、図４乃至図９を参照しながら、磁化固定層６３の磁化方向６３Ａと磁気センサ３０の検出信号との関係について説明する。図４に示すＰｘ，Ｐｙ，Ｐｚは、それぞれ磁化固定層６３の磁化方向６３ＡのＸ成分、Ｙ成分、及びＺ成分を示す。Ｐｚは回転軸２１の軸芯方向に平行であるので、磁気抵抗効果素子３１のＰｚに起因する磁気抵抗成分は、ロータ２２の一回転につき最大及び最小をそれぞれ一つ有する。一方、Ｐｘ，Ｐｙは回転軸２１の軸芯方向に直交するので、磁気抵抗効果素子３１のＰｘ，Ｐｙに起因する磁気抵抗成分は、ロータ２２の一回転につき極大及び極小をそれぞれ二つ有する。
【００１９】
磁気抵抗効果素子３１から出力される検出信号の波形は、以下の三つの場合に分けることができる。
【００２０】
まず、第一の場合として、磁化固定層６３の磁化方向６３ＡのＺ方向に直交する二成分（Ｐｘ，Ｐｙ）が磁化固定層６３の磁化方向６３ＡのＺ方向に平行な一成分（Ｐｚ）よりも外部磁界５０の作用を強く受けるように磁化固定層６３の磁化方向６３Ａが調整されており、且つ、磁気センサ３０のＺ座標がロータ２２の面ブレの最高点（Ｚ１）と最低点（Ｚ２）との間に位置する場合には、磁気センサ３０から出力される検出信号は、ロータ２２の一回転につき極大及び極小をそれぞれ二つ有する信号波形となる。
【００２１】
次に、第二の場合として、磁化固定層６３の磁化方向６３ＡのＺ方向に直交する二成分（Ｐｘ，Ｐｙ）が磁化固定層６３の磁化方向６３ＡのＺ方向に平行な一成分（Ｐｚ）よりも外部磁界５０の作用を強く受けるように磁化固定層６３の磁化方向６３Ａが調整されており、且つ、磁気センサ３０のＺ座標がロータ２２の面ブレの最高点（Ｚ１）より高い位置又はロータ２２の面ブレの最低点（Ｚ２）より低い位置にある場合には、磁気センサ３０から出力される検出信号は、ロータ２２の一回転につき最大及び最小をそれぞれ一つ有する信号波形となる。
【００２２】
最後に、第三の場合として、磁化固定層６３の磁化方向６３ＡのＺ方向に平行な一成分（Ｐｚ）が磁化固定層６３の磁化方向６３ＡのＺ方向に直交する二成分（Ｐｘ，Ｐｙ）よりも外部磁界５０の作用を強く受けるように磁化固定層６３の磁化方向６３Ａが調整されている場合には、磁気センサ３０から出力される検出信号は、ロータ２２の一回転につき最大及び最小をそれぞれ一つ有する信号波形となる。
【００２３】
例えば、円形状のロータ２２を使用し、回転中心を含み回転軸２１を法線ベクトルとする面内に磁界抵抗素子３１が存在する場合、磁気抵抗効果素子３１のＰｚに起因する磁気抵抗成分をｓｉｎφとし、磁気抵抗効果素子３１のＰｘ，Ｐｙに起因する磁気抵抗成分をｓｉｎ２φとし、ａ，ｂを定数とすると、磁気抵抗効果素子３１から出力される検出信号は、ｂ×ｓｉｎφ＋ａ×ｓｉｎ２φと記述することができる。図５はａ＝１，ｂ＝１とし、且つ、磁気センサ３０のＺ座標＝Ｚ０としたときに、ロータ２２一回転あたりの検出信号の変化を示すグラフである。この場合、検出信号は電圧０を跨いで極大及び極小をそれぞれ二つ有する信号波形となる。図６はａ＝０．５，ｂ＝１とし、且つ、磁気センサ３０のＺ座標＝Ｚ０としたときに、ロータ２２一回転あたりの検出信号の変化を示すグラフである。この場合、検出信号は電圧０を跨いで最大及び最小をそれぞれ一つ有し、且つ、電圧０で変曲点を有する信号波形となる。図７はａ＝０．２５，ｂ＝１とし、且つ、且つ、磁気センサ３０のＺ座標＝Ｚ０としたときに、ロータ２２一回転あたりの検出信号の変化を示すグラフである。この場合、検出信号は電圧０を跨いで最大及び最小をそれぞれ一つ有する信号波形となる。従って、磁気抵抗効果素子３１のＰｘ，Ｐｙ, Ｐｚ成分の影響によって、ロータ２２の一回転における検出信号が変化することがわかる。つまり、実際には更に磁気抵抗素子３１の配置場所の影響も受けることになるので、検出信号は結果として、対称性が崩れることになる。
【００２４】
磁気センサ３０から出力される検出信号がロータ２２の一回転につき極大及び極小をそれぞれ二つ有する信号波形となる場合には、ロータ２２の一回転につき二つの非対称な信号波形が検出信号として出力されるように、磁気センサ３０の位置（Ｚ座標）、磁化固定層６３の磁化方向６３ＡのＺ方向に平行な一成分（Ｐｚ）の値、又はロータ２２の形状を調整するのが好ましい。これらの三つの要因のうち何れか一つのみを調整してもよく、或いは二つないし三つの要因を調整してもよい。これらの要因が相互に影響し合うことにより、検出信号は電圧０を中心としてその対称性が崩れ、ロータ２２の一回転につき二つの非対称な信号波形となる。例えば、二つの磁気センサ３０のうち一方の検出信号をｆ（ψ）とし、他方の検出信号をｆ（ψ＋α）とする。ここで、ψは回転軸２１の回転角（０〜３６０ｄｅｇ）を示し、αは二つの検出信号の位相差を示す。回転軸２１の任意の回転角度をβとし、ｆ（ψ）＝ｆ（β）のときに、ｆ（ψ＋α）＝ｆ（β＋α）とならないようにするためには、ロータ２２の一回転につき二つの非対称な信号波形となる検出信号を利用するのが好適である。二つの磁気センサ３０から出力される二つの検出信号に所定の位相差を持たせて回転軸２１の回転角度を検出する場合、ロータ２２の一回転につき二つの非対称な信号波形となる検出信号を利用することで、高精度な角度検出性能を得ることができる。上述の説明は、回転軸２１の一回転につき二つ以上の波形信号が出力される場合にも適用される。但し、上述の説明で対応できない場合には、角度センサ１０を新たに追加し、組み合わせの数を増やすことで角度検出は可能となる。例えば、ｎ個の角度センサ１０のそれぞれの検出信号は、ｆ（φ）、ｆ（φ+α１）、ｆ（φ+α2）…、ｆ（φ+αｎ）となる。任意の角度βのときのｎ個の角度センサ１０のそれぞれの検出信号は、ｆ（β）、ｆ（β+α１）、ｆ（β+α2）…、ｆ（β+αｎ）となる。もし、ｆ（φ）＝ｆ（β）のとき、ｆ（φ+α１）＝ｆ（β+α１）、…ｆ（φ+αｍ）≠ｆ（β+αｍ）、…ｆ（φ+αｎ）＝ｆ（β+αｎ）のように、一つでも異なる検出信号の値が存在すれば、角度検出が可能となる。
【００２５】
尚、ｆ（ψ）＝ｆ（β）のときに、ｆ（ψ＋α）＝ｆ（β＋α）となる例として、例えば、図８及び図９に示す検出信号を取り上げることができる。図８はａ＝１，ｂ＝０とし、且つ、磁気センサ３０のＺ座標＝Ｚ０としたときに、ロータ２２一回転あたりの検出信号の変化を示すグラフである。図９はある一定期間にわたり同一の電圧値をとる検出信号のグラフである。図８及び図９に示す検出信号は、二つの磁気センサ３０から出力される二つの検出信号に所定の位相差を持たせて回転軸２１の回転角度を検出する場合に不向きであるため、好ましくない。なお、ｆ（ψ）が回転軸２１の一回転につき極大及び極小がそれぞれ二つ有する場合には、曲率の符号が変化しない信号波形となることが好ましい。曲率の符号が変化すると、同一の回転角に対応するｆ（ψ）の値が最大二つ存在し、角度検出ができなくなるためである。
【００２６】
ロータ２２の一回転につき二つの非対称な信号波形が検出信号として出力されるためには、磁気センサ３０の位置（Ｚ座標）をロータ２２の回転中心（Ｚ０）からＺ方向に所定距離（ΔＺ）だけずれた位置に設定するか（図１参照）、或いは磁化固定層６３の磁化方向６３ＡのＺ方向に平行な一成分（Ｐｚ）の値がゼロより大きくなるように磁化方向６３Ａを調整するのが好ましい。これにより、検出信号は電圧０に対してオフセットした位置にずれるので、ロータ２２の一回転につき二つの非対称な信号波形となる。但し、磁気センサ３０のＺ座標は、ロータ２２の面ブレの最高点（Ｚ１）と最低点（Ｚ２）との間にあるものとする。
【００２７】
ロータ２２の一回転につき二つの非対称な信号波形が検出信号として出力されるためには、図１０乃至図１６に示すように、ロータ２２の形状やその取り付け構造を工夫してもよい。
【００２８】
図１０及び図１１は、ロータ２２の主面２２Ａ，２２Ｂが回転軸２１の軸芯方向に対して斜向するように、肉厚一定の円形状のロータ２２の中心点Ｐから所定距離ずれた位置Ｑに回転軸２１を取り付ける例を示す。この例では、磁気センサ３０のＺ座標は、ロータ２２の面ブレの最高点（Ｚ１）と最低点（Ｚ２）との間にあればよい。回転軸２１へのロータ２２の取り付け位置が偏心しているため、磁気センサ３０から出力される検出信号は、ロータ２２の一回転につき二つの非対称な信号波形となる。
【００２９】
図１２及び図１３は、ロータ２２の主面２２Ａ，２２Ｂが回転軸２１の軸芯方向に対して斜向するように、肉厚一定の楕円形状のロータ２２の中心点Ｒに回転軸２１を取り付ける例を示す。この例では、磁気センサ３０のＺ座標は、ロータ２２の面ブレの最高点（Ｚ１）と最低点（Ｚ２）との間にあればよい。ロータ２２の平面形状が楕円であるため、磁気センサ３０から出力される検出信号は、ロータ２２の一回転につき二つの非対称な信号波形となる。
【００３０】
図１４乃至図１６に示すように、ロータ２２を回転軸２１の軸芯方向に平行な平面で切断した断面の形状は、ロータ２２の回転中心に関して点対称となる形状以外の形状としてもよい。ロータ２２の断面形状をこのような形状に加工することにより、磁気センサ３０に作用する外部磁界５０の角度が不均等に変化するため、磁気センサ３０から出力される検出信号は、ロータ２２の一回転につき二つの非対称な信号波形となる。例えば、図１４に示すロータ２２の断面形状は、線対称となるように加工されており、図１５に示すロータ２２の断面形状は、両側の縁部が異なる形状となるように加工されており、図１６に示すロータ２２の断面形状は、ロータ２２の肉厚が変化するように加工されている。
【００３１】
尚、磁気センサ３０から出力される検出信号がロータ２２の一回転につき最大及び最小をそれぞれ一つ有する信号波形となる場合には、検出信号を非対称とするための調整は不要となる。
【００３２】
本実施形態に係わる角度センサ１０によれば、回転軸２１の回転に伴うロータ２２の面ブレにより、磁気センサ３０に作用する外部磁界５０の振れ角を増大できるので、検出分解能を向上できる。また、磁気センサ３０から出力される検出信号がロータ２２の一回転につき極大及び極小をそれぞれ二つ有する信号波形となる場合には、磁気センサ３０の位置やロータ２２の形状に誤差が生じたとしても、検出信号は非対称であればよいので、低い加工精度で十分な検出精度を得ることができる。また、二つの磁気センサ３０を回転軸２１に関して４５ｄｅｇの角度で配置すればよいので、角度センサ１０を小型化できる。また、ロータ２２を小型化することで角度センサ１０を更に小型化することができる。
【００３３】
なお、本実施例において、磁気抵抗効果素子３１を使用する場合、磁化自由層６５の長手方向は、回転中心方向に直交する方向であって、かつ、回転中心を含む面内方向を向く方向が好ましい。磁化自由層６５の長手方向が回転中心方向に直交する方向であって、かつ、回転中心を含む面内方向を向くことにより、磁化自由層６５は長手方向での反転がなくヒステリシスが存在しないので、検出精度の向上が望める。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係わる角度センサは、ステアリングシャフトや回転角度差を利用したトルク検出機等のさまざまな回転軸の回転角の検出に利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１０…角度センサ
２１…回転軸
２２…ロータ
２２Ａ，２２Ｂ…主面
３０…磁気センサ
３１…磁気抵抗効果素子
３２…磁石
３３…プリント配線基板
４０…信号処理回路
５０…外部磁界
６１…下地層
６２…反強磁性層
６３…磁化固定層
６４…非磁性導電層
６５…磁化自由層
６６…保護層

【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の軸芯方向に対して斜向する主面を有し、前記回転軸の軸芯回りの回転に連動して回転するロータと、
前記ロータの回転時に生じる前記ロータの面ブレに伴い磁界強度及び磁界方向が周期的に変化する磁界を検出し、前記回転軸の回転角の情報を含む検出信号を出力する磁気センサと、
前記検出信号に基づいて前記回転軸の回転角を算出する信号処理回路と、
を備える角度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の角度センサであって、
前記磁気センサは、磁化方向が固定されている磁化固定層と、前記磁界の作用を受けて磁化方向が変化する磁化自由層とを備える磁気抵抗効果素子を含み、
前記磁化固定層の磁化方向の前記軸芯方向に直交する二成分は、前記磁化固定層の磁化方向の前記軸芯方向に平行な一成分よりも前記磁界の作用を強く受けるように前記磁化固定層の磁化方向が調整されており、
前記磁気センサは、前記ロータの面ブレの最高点と最低点との間の位置に配置されている、角度センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の角度センサであって、
前記検出信号が前記回転軸の一回転につき非対称な二つの信号波形を出力する信号となるように、前記磁気センサの位置、前記磁化固定層の磁化方向の前記軸芯方向に平行な一成分の値、又は前記ロータの形状が調整されている、角度センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の角度センサであって、
前記磁気センサは、前記ロータの回転中心からずれた位置に配置されている、角度センサ。
【請求項５】
請求項３に記載の角度センサであって、
前記磁化固定層の磁化方向の前記軸芯方向に平行な一成分の値はゼロより大きい、角度センサ。
【請求項６】
請求項３に記載の角度センサであって、
前記ロータを前記軸芯方向に平行な平面で切断した断面の形状は、前記ロータの回転中心に関して点対称となる形状以外の形状である、角度センサ。
【請求項７】
請求項１に記載の角度センサであって、
前記磁気センサは、磁化方向が固定されている磁化固定層と、前記磁界の作用を受けて磁化方向が変化する磁化自由層とを備える磁気抵抗効果素子を含み、
前記磁化固定層の磁化方向の前記軸芯方向に直交する二成分は、前記磁化固定層の磁化方向の前記軸芯方向に平行な一成分よりも前記磁界の作用を強く受けるように前記磁化固定層の磁化方向が調整されており、
前記磁気センサは、前記ロータの面ブレの最高点より高い位置、又は前記ロータの面ブレの最低点より低い位置に配置されている、角度センサ。
【請求項８】
請求項１に記載の角度センサであって、
前記磁気センサは、磁化方向が固定されている磁化固定層と、前記磁界の作用を受けて磁化方向が変化する磁化自由層とを備える磁気抵抗効果素子を含み、
前記磁化固定層の磁化方向の前記軸芯方向に平行な一成分は、前記磁化固定層の磁化方向の前記軸芯方向に直交する二成分よりも前記磁界の作用を強く受けるように前記磁化固定層の磁化方向が調整されている、角度センサ。

【図１】