特許 7186481 磁気センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-01

(45)【発行日】2022-12-09

(54)【発明の名称】磁気センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/16 20060101AFI20221202BHJP

【ＦＩ】

G01D5/16 M

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018095927

(22)【出願日】2018-05-18

(65)【公開番号】P2019200170

(43)【公開日】2019-11-21

【審査請求日】2020-11-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000003551

【氏名又は名称】株式会社東海理化電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002583

【氏名又は名称】弁理士法人平田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】磯部 直希

【審査官】吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１０１９５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／００－５／２５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射状の磁場を生成する磁石のストローク方向に設定され、状態の切り替わり開始位置と終了位置により規定される切替範囲、及び前記ストローク方向と交差する方向に設定され、前記磁石の位置のばらつきの範囲であるばらつき範囲により規定される切替領域と、
前記切替領域内の前記磁石の前記磁場に対して前記開始位置から前記終了位置において磁気抵抗値の変化が大きくなるように第１の円形磁気抵抗素子を分割した複数の第１の分割素子を連続的に回転させて前記切替領域の周囲に再配置した磁気センサと、
を備えた磁気センサ装置。

【請求項2】

前記ストローク方向と平行なＸ軸の正の領域に前記切替範囲が設定されると共にＹ軸の正と負の領域に跨って前記ばらつき範囲が設定されるように、前記第１の円形磁気抵抗素子の中心を原点とする直交座標系を設けた場合、
前記切替領域は、前記直交座標系の第１象限及び第４象限に２つの頂点を有した矩形状となり、
前記磁気センサは、前記第１象限の移動前の前記第１の分割素子の中心点を通る接線と、前記第１の分割素子の中心点を通ってその接線と直交する垂線と、を前記切替領域の前記第１象限の２つの頂点を通るように移動させると共に、前記第４象限の移動前の前記第１の分割素子の中心点を通る接線と、その接線と直交する垂線と、を前記第４象限の２つの頂点を通るよう移動させ、それら移動した接線と移動した垂線の交点に、前記移動した接線が接線となるように前記第１の分割素子を再配置して構成される、
請求項１に記載の磁気センサ装置。

【請求項3】

前記磁気センサは、再配置された前記第１の分割素子の中心点を通る前記移動した垂線上に配置された第１の直線素子を有し、
前記第１の分割素子と前記第１の直線素子からなる複数の単位素子が前記交点に配置され、
複数の前記第１の分割素子が直列に電気的に接続されると共に、複数の前記第１の直線素子が直列に電気的に接続されてハーフブリッジ回路が形成された、
請求項２に記載の磁気センサ装置。

【請求項4】

前記磁気センサは、再配置された前記第１の分割素子の中心点を通る前記移動した垂線と平行に配置された第１の直線素子、前記第１の円形磁気抵抗素子と同心円であって異なる半径を有する第２の円形磁気抵抗素子を前記第１の円形磁気抵抗素子と同様に分割及び再配置して得られた第２の分割素子、及び前記第１の直線素子と平行となる第２の直線素子を有し、
前記第１の分割素子、前記第２の分割素子、前記第１の直線素子及び前記第２の直線素子からなる複数の単位素子が前記交点に配置された、
請求項２に記載の磁気センサ装置。

【請求項5】

複数の前記第１の分割素子が直列に電気的に接続されると共に、複数の前記第１の直線素子が直列に電気的に接続されて第１のハーフブリッジ回路が形成され、
複数の前記第２の分割素子が直列に電気的に接続されると共に、複数の前記第２の直線素子が直列に電気的に接続されて第２のハーフブリッジ回路が形成され、
前記第１のハーフブリッジ回路及び前記第２のハーフブリッジ回路によってフルブリッジ回路が形成された、
請求項４に記載の磁気センサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気センサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の技術として、ハウジングの所定位置に配置されて外部の圧力によって動作し、一端部に磁性体が形成されているボタンと、ハウジングに収納されて磁性体と向き合っており、磁性体との間隔に応じて誘導電圧を発生させる磁界センサ素子と、を備えた非接触スイッチが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

この従来の非接触スイッチは、既存のスイッチが接触式構造を採用するのとは異なり、磁界センサ素子などを用いて非接触式構造を実現することにより、既存のスイッチに比べて耐久性を向上させると共に、スイッチの動作時に発生し得る騷音を除去することができる。この磁界センサ素子としては、磁気抵抗素子などが用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２０１５－５０７８７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような磁界センサ素子として、円形の磁気抵抗素子を有するＭＲ（Magneto Resistive）センサが知られている。このＭＲセンサは、放射状の磁場を生成する磁石が中心に位置すると、磁場と磁気抵抗素子との角度が直角となるので、磁石が外にある場合に比べて磁気抵抗値が小さくなり、オンとオフなどの状態の切り替わりを検出することができる。しかしこのＭＲセンサは、磁石の位置のばらつきを考慮した場合、状態の切り替わりの精度を保つためには、円形の磁気抵抗素子のサイズを大きくする必要がある。

【0006】

従って本発明の目的は、外乱磁場に対する耐性を備えつつ小型化することができる磁気センサ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、放射状の磁場を生成する磁石のストローク方向に設定され、状態の切り替わり開始位置と終了位置により規定される切替範囲、及びストローク方向と交差する方向に設定され、磁石の位置のばらつきの範囲であるばらつき範囲、により規定される切替領域と、切替領域内の磁石の磁場に対して開始位置から終了位置において磁気抵抗値の変化が大きくなるように第１の円形磁気抵抗素子を分割した複数の第１の分割素子を連続的に回転させて切替領域の周囲に再配置した磁気センサと、を備えた磁気センサ装置を提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、外乱磁場に対する耐性を備えつつ小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサ装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、再配置前の磁気センサの一例を示す概略図であり、図１（ｃ）は、磁気センサ装置の等価回路図の一例である。

【図2】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサ装置の円形磁気抵抗素子の再配置の一例を説明するための概略図である。

【図3】図３（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサ装置の円形磁気抵抗素子の再配置における接線と垂線の関係の一例を説明するための概略図であり、図３（ｂ）は、分割素子の回転の一例を示す概略図である。

【図4】図４（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサ装置の再配置前の中心の一例を示すグラフであり、図４（ｂ）は、再配置後の中心の一例を示すグラフである。

【図5】図５（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサ装置のストロークと出力電圧の関係を示すグラフであり、図５（ｂ）は、変形例に係る単位素子の一例を示す概略図である。

【図6】図６（ａ）は、第２の実施の形態に係る磁気センサ装置の一例を示す概略図であり、図６（ｂ）は、単位素子の一例を示す概略図である。

【図7】図７（ａ）は、第２の実施の形態に係る磁気センサ装置の再配置前の磁気センサの一例を示す概略図であり、図７（ｂ）は、磁気センサ装置の等価回路図の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る磁気センサ装置は、放射状の磁場を生成する磁石のストローク方向に設定され、状態の切り替わり開始位置と終了位置により規定される切替範囲、及びストローク方向と交差する方向に設定され、磁石の位置のばらつきの範囲であるばらつき範囲、により規定される切替領域と、切替領域内の磁石の磁場に対して開始位置から終了位置において磁気抵抗値の変化が大きくなるように第１の円形磁気抵抗素子を分割した複数の第１の分割素子を連続的に回転させて切替領域の周囲に再配置した磁気センサと、を備えて概略構成されている。

【0011】

実施の形態の磁気センサ装置は、磁気抵抗値の変化量が大きいので、分割して再配置しても小型でありながら切り替わり精度が高い。また磁気センサ装置は、円形の磁気抵抗素子を分割して再配置しているので、外乱磁場に対する耐性が高い。従って磁気センサ装置は、分割しない場合と比べて、外乱磁場に対する耐性を備えつつ小型化することができる。

【0012】

[第１の実施の形態]
（磁気センサ装置１の概要）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサ装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、再配置前の磁気センサの一例を示す概略図であり、図１（ｃ）は、磁気センサ装置の等価回路図の一例である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサ装置の円形磁気抵抗素子の再配置の一例を説明するための概略図である。図３（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサ装置の円形磁気抵抗素子の再配置における接線と垂線の関係の一例を説明するための概略図であり、図３（ｂ）は、分割素子の回転の一例を示す概略図である。

【0013】

なお以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図１（ｃ）及び図７（ｂ）では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。

【0014】

磁気センサ装置１は、例えば、磁気センサ装置１に対する磁石５の接近と離脱を検出するものである。この磁気センサ装置１は、一例として、オンとオフを検出する非接触スイッチ、操作部の操作の有無を検出する操作装置などの２つの状態の検出するものに用いられる。本実施の形態の磁気センサ装置１は、一例として、磁石５の接近をオン、離脱をオフと判定する非接触スイッチに用いられるものとする。

【0015】

この磁気センサ装置１は、例えば、図１（ａ）～図１（ｃ）に示すように、放射状の磁場５０を生成する磁石５のストローク方向に設定され、状態の切り替わり開始位置３１と終了位置３２により規定される切替範囲Ｌ、及びストローク方向と交差する方向に設定され、磁石５の位置のばらつきの範囲であるばらつき範囲Ｈ、により規定される切替領域３と、切替領域３内の磁石５の磁場５０に対して開始位置３１から終了位置３２において磁気抵抗値の変化が大きくなるように円形磁気抵抗素子８０（第１の円形磁気抵抗素子）を分割した複数の分割素子２１（第１の分割素子）を連続的に回転させて切替領域３の周囲に再配置した磁気センサ２と、を備えて概略構成されている。

【0016】

本実施の形態では、分割素子２１は、磁石５の中心５１が開始位置３１に一致する場合、磁場５０と平行となり、終了位置３２に一致する場合、磁場５０と垂直となるように再配置されているがこれに限定されず、開始位置３１において垂直となり、終了位置３２において平行となるように再配置されても良い。逆に再配置された場合、磁気センサ装置１は、例えば、磁気センサ２から出力される出力電圧Ｖが後述するしきい値Ｔｈ_１以下となった場合、オンからオフに切り替わったと判定するように構成される。

【0017】

なお磁石５の中心５１が開始位置３１に一致するなどの記載は、例えば、中心５１をＸＹ座標系に投影した点が開始位置３１に一致することなどを示している。つまり磁石５は、ＸＹ座標系が作る平面の上方に位置している。

【0018】

ストローク方向とは、例えば、図１（ａ）に矢印で示す方向である。切替範囲Ｌは、例えば、図１（ａ）に一点鎖線で示す開始位置３１と終了位置３２の間の範囲である。磁気センサ装置１は、磁石５の中心５１が開始位置３１から終了位置３２の間にある状態でオフからオンなどの状態が切り替わるように構成されている。ばらつき範囲Ｈは、磁石５と磁気センサ２との相対的な位置ずれの範囲を示している。図１（ａ）に示すばらつき範囲Ｈは、磁気センサ２に対するストローク方向に交差する方向の磁石５の位置ずれの範囲を示している。切替領域３は、例えば、図１（ａ）において一点鎖線で囲まれた領域である。なお磁石５は、例えば、中心５１がばらつき範囲Ｈに位置するものとする。

【0019】

円形磁気抵抗素子８０は、例えば、図１（ｂ）に示すように、円形に形成された磁気抵抗素子である。本実施の形態の磁気センサ２は、この円形磁気抵抗素子８０を等分割した分割素子２１が再配置されて構成されている。なお円形磁気抵抗素子８０が使用される場合、一部を切り欠いて配線が接続される。

【0020】

また磁気センサ装置１は、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ストローク方向と平行なＸ軸の正の領域に切替範囲Ｌが設定されると共にＹ軸の正と負の領域に跨ってばらつき範囲Ｈが設定されるように、円形磁気抵抗素子８０の中心を原点とする直交座標系を設けた場合、磁気センサ２は、移動前の分割素子２１の中心点６（点Ａ）の接線６０と接線６０と直交する垂線６１とを切替領域３の第１象限の２つの頂点（点Ｃ及び点Ｂ）を通るように移動させると共に、第４象限の２つの頂点（点Ｄ及び点Ｅ）を通るよう移動させ、移動した接線６０と垂線６１の交点６ａに、移動した接線６０ａが接線となるように分割素子２１を再配置して構成されている。

【0021】

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す切替範囲Ｌは、（０，０）～（ｃ、０）である。またばらつき範囲Ｈは、（－ａ，０）～（＋ａ，０）である。ただしｃ＞０及びａ＞０である。

【0022】

また円形磁気抵抗素子８０の半径をｒ、Ｘ軸と垂線６１とのなす角度をθとすると、中心点６の座標は、極座標表示で（ｒ・ｃｏｓθ，ｒ・ｓｉｎθ）となる。点Ｂは、（ｃ，ａ）である。点Ｃは、（０，ａ）である。点Ｄは、（ｃ，－ａ）である。点Ｅは、（０，－ａ）である。

【0023】

磁気センサ２は、例えば、図１（ａ）、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、分割素子２１の中心点６を通る移動した垂線６１ａ上に配置された直線素子２２を有している。そして磁気センサ２は、分割素子２１と直線素子２２からなる複数の単位素子２０が交点６ａに配置され、複数の分割素子２１が直列に電気的に接続されると共に、複数の直線素子２２が直列に電気的に接続されてハーフブリッジ回路１０が形成されている。

【0024】

この直線素子２２は、例えば、図１（ｂ）に示す放射状磁気抵抗素子８１（第１の放射状磁気抵抗素子）と同様の役割を有する。

【0025】

この放射状磁気抵抗素子８１は、円形磁気抵抗素子８０と共にハーフブリッジ回路を形成し、磁石の接近と離脱を検出する。そのため、放射状磁気抵抗素子８１は、円形磁気抵抗素子８０の接線と直交する垂線に沿って配置されると共に、磁場が作用しない場合の抵抗値が円形磁気抵抗素子８０と等しい。従って磁気センサ８は、放射状磁気抵抗素子８１が円形磁気抵抗素子８０の垂線となるように配置されているので、配置が９０°異なり、取りうる磁気抵抗値の変化量が最大となる。

【0026】

磁気センサ装置１のハーフブリッジ回路１０は、例えば、図１（ｃ）に示すように、制御部１５に中点電位として出力電圧Ｖを出力する。直列に接続された複数の分割素子２１の一方のノード１０ａは、電源電圧Ｖ_ＣＣに電気的に接続される。直列に接続された複数の直線素子２２の一方のノード１０ｃは、ＧＮＤと電気的に接続される。ハーフブリッジ回路１０は、直列に接続された複数の分割素子２１と直列に接続された複数の直線素子２２のノード１０ｂにおける出力電圧Ｖを出力する。

【0027】

（磁気センサ２の構成）
磁気センサ２は、分割素子２１及び直線素子２２からなる複数の単位素子２０を備えて概略構成されている。この分割素子２１は、後述する交点６ａが半径ｒを含まない形で表されるので、円弧である必要がなく、直線でも良い。

【0028】

分割素子２１及び直線素子２２は、例えば、Ｎｉ、Ｆｅなどの強磁性金属を主成分とする合金の薄膜として形成されている。分割素子２１及び直線素子２２は、磁場５０の方向の変化によって抵抗値が変化しない銅などの金属材料により、同種で直列接続となるようにそれぞれの端部が接続されている。

【0029】

分割素子２１及び直線素子２２は、磁場５０が作用しても変化しない抵抗成分と、磁場５０の作用によって変化する磁気抵抗成分と、がそれぞれ等しく、また合計の抵抗値が等しい。

【0030】

（磁石５の構成）
磁石５は、例えば、図１（ａ）に示すように、放射状の磁場５０を生成する、球体、円柱や四角柱などの形状を有している。本実施の形態の磁石５は、例えば、四角柱形状を有している。

【0031】

磁石５は、例えば、図１（ａ）に示すように、磁気センサ２側がＮ極、他方がＳ極となるように着磁されている。従って磁気センサ２が設置された面では、内から外に向かった磁場５０が作用する。なお磁石５は、着磁が逆であっても良い。

【0032】

磁石５は、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石などの永久磁石を所望の形状に成形したもの、又はフェライト系、ネオジム系、サマコバ系、サマリウム鉄窒素系などの磁性体材料と合成樹脂材料とを混合して所望の形状に成形したものである。本実施の形態の磁石５は、一例として、永久磁石である。なお磁石５は、電磁石であっても良い。

【0033】

（制御部１５の構成）
制御部１５は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部１５が動作するためのプログラムと、しきい値Ｔｈ_１と、が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。

【0034】

制御部１５は、例えば、ハーフブリッジ回路１０から出力された出力電圧Ｖと、しきい値Ｔｈ_１と、を比較して磁石５が接近したか否かを判定する。このしきい値Ｔｈ_１は、例えば、磁石５の位置ずれがない場合の磁石５の中心５１が開始位置３１に位置する際の出力電圧Ｖ、及び磁石５の位置が最もばらついた場合の点Ｃ及び点Ｅに位置する際の出力電圧Ｖに基づいて設定されている。つまり、しきい値Ｔｈ_１は、磁石５の位置ずれがない場合、開始位置３１より切替領域３の内側で状態が切り替わり、磁石５の位置が最もずれた場合、終了位置３２より切替領域３の内側で状態が切り替わるように定められる。

【0035】

ここで外乱磁場９が磁気センサ装置１に作用した場合、分割素子２１及び直線素子２２には、例えば、同じ方向の磁場が作用する。

【0036】

従って分割素子２１及び直線素子２２は、磁石５が磁気センサ２の外に位置する場合に近い磁気抵抗値となるので、オン判定し難い。つまり磁気センサ装置１は、外乱磁場９の作用によってオン判定する誤判定を抑制することができる。

【0037】

・円形磁気抵抗素子８０の再配置について
図４（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサ装置の再配置前の中心の一例を示すグラフであり、図４（ｂ）は、再配置後の中心の一例を示すグラフである。図５（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサ装置のストロークと出力電圧の関係を示すグラフであり、図５（ｂ）は、変形例に係る単位素子の一例を示す概略図である。

【0038】

円形磁気抵抗素子８０は、例えば、磁石５の中心５１が図２（ａ）に示すＸ軸上に一致すると共に切替位置となる円形磁気抵抗素子８０の中心（原点）と一致した場合、磁場５０が垂直に作用するので、磁気抵抗値が最小となる。

【0039】

しかし磁石５の配置がＸ軸からずれ、磁石５の中心５１が終了位置３２となるＹ軸上に到達した場合、Ｙ軸に沿う磁場５０が円形磁気抵抗素子８０と垂直となるものの、その他の磁場５０と円形磁気抵抗素子８０との角度が垂直からずれる。その結果、磁気抵抗値がオン判定されるほどに十分下がらない可能性がある。

【0040】

そこで磁石５が位置ずれしても切替領域３内で十分磁気抵抗値が下がるようにするためには、円形磁気抵抗素子８０の直径を大きくする必要があり、装置が大型化する問題がある。

【0041】

本実施の形態の磁気センサ装置１は、円形磁気抵抗素子８０を分割し、その分割した分割素子２１をこれから示す式に従って再配置することにより、切替精度の向上と小型化を両立させることが可能となる。

【0042】

まず磁石５の理想的な配置位置は、例えば、中心５１を投影した点がＸ軸上にあるものとする。この際、磁石５の中心５１の位置がばらつく、ばらつき範囲Ｈを＋ａ、－ａ、Ｘ軸上の切替範囲Ｌの開始位置３１をｃ、終了位置３２を原点とした場合、例えば、図２（ａ）～図３（ａ）に示すように、切替領域３が規定される。

【0043】

磁石５の中心５１は、最も配置位置がばらついた場合、切替領域３のＸＹ座標系の第１象限の点Ｂ及び点Ｃ、ＸＹ座標系の第４象限の点Ｄ及び点Ｅを通る。この点Ｂ～点Ｅは、切替領域３の４つの頂点である。

【0044】

磁気センサ装置１は、磁石５がＸ軸を基準に最もばらついた点Ｂ及び点Ｃ、又は点Ｄ及び点Ｅにおいて磁場５０の作用による磁気抵抗値の変化量が最大となるように再配置されれば、切替精度が向上する。つまり磁気センサ装置１は、切替領域３における出力電圧Ｖの変化量が大きいので、切替精度が向上する。

【0045】

そこで、円形磁気抵抗素子８０上の点（点Ａ）を通る接線６０が点Ｂを通り、垂線６１が点Ｃを通るように、接線６０及び垂線６１を平行移動する。
接線６０及び垂線６１の式は、以下の式（１）及び式（２）となる。
Ｙ＝－（ｃｏｓθ／ｓｉｎθ）Ｘ＋ｒ／ｓｉｎθ・・・（１）
Ｙ＝（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）Ｘ・・・（２）
接線６０は、傾きが固定された状態で点Ｂ（ｃ，ａ）を通るので、平行移動した後の接線６０ａの式は、以下の式（３）となる。
Ｙ＝－（ｃｏｓθ／ｓｉｎθ）Ｘ＋ａ＋ｃ（ｃｏｓθ／ｓｉｎθ）・・・（３）
垂線６１は、傾きが固定された状態で点Ｃ（０，ａ）を通るので、平行移動した後の垂線６１ａの式は、以下の式（４）となる。
Ｙ＝（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）Ｘ＋ａ・・・（４）

【0046】

単位素子２０は、この式（３）及び式（４）の接線６０ａと垂線６１ａの交点６ａに再配置される。円形磁気抵抗素子８０の半径をｒ、垂線６１とＸ軸とのなす角度をθとすると交点６ａの座標は、（ｃ・ｃｏｓ^２θ，ｃ・ｓｉｎθ・ｃｏｓθ＋ａ）となる。

【0047】

なお単位素子２０は、例えば、図３（ｂ）に示すように、分割素子２１が移動後の垂線６１ａと直交するように、分割素子２１が回転して配置される。そして直線素子２２は、分割素子２１と直交するように、回転して配置される。

【0048】

ここで交点６ａ（ｃ・ｃｏｓ^２θ，ｃ・ｓｉｎθ・ｃｏｓθ＋ａ）は、計算上は、切替領域３の周囲だけではなく、その内部にも存在する。具体的には、円形磁気抵抗素子８０の第２象限及び第３象限の分割素子２１は、その交点６ａが切替領域３内となる。しかし、一例として、磁石５がＸ軸上を通る場合、対向する単位素子２０に作用する磁場５０の方向が等しくなって抵抗値の変化が打ち消しあうので、切替領域３内に配置されない。つまり再配置は、切替領域３が第１象限と第４象限に位置する場合、円形磁気抵抗素子８０の第１象限及び第４象限の分割素子２１に対してのみ行われる。

【0049】

図４（ａ）は、円形磁気抵抗素子８０の半径ｒが１．４ｍｍ（直径が２．８ｍｍ）、切替範囲Ｌの開始位置３１のＸ座標ｃが１．２（ｍｍ）、終了位置３２のＸ座標が０（ｍｍ）、磁石５のばらつきａが０．７ｍｍであり、３６個に等分割された分割素子２１の再配置の一例を示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す四角のマークは、分割素子２１の中心を示している。

【0050】

この円形磁気抵抗素子８０の外形は、再配置前が２．８ｍｍ×２．８ｍｍ（Ｘ×Ｙ）である。従ってその専有面積は、円形磁気抵抗素子８０が内接する矩形の面積としては７．８ｍｍ^２（＝２．８ｍｍ×２．８ｍｍ）、円の面積としては６．２ｍｍ^２（＝１．４ｍｍ×１．４ｍｍ×π）となる。

【0051】

また再配置により形成された磁気センサ２の外形は、Ｘ軸方向の幅が交点６ａの幅であるから１．２ｍｍであり、Ｙ軸方向の幅が交点６ａの頂点間の距離である２．６ｍｍ（＝１．３ｍｍ×２：θ＝４５°、３１５°）となる。従って磁気センサ２の専有面積は、磁気センサ２が内接する矩形の面積としては３．１ｍｍ^２（＝１．２ｍｍ×２．６ｍｍ）、磁気センサ２の面積としては２．８ｍｍ^２（＝１．２ｍｍ×０．７ｍｍ×２＋０．６ｍｍ×０．６ｍｍ×π）となる。

【0052】

なお磁気センサ２の面積は、切替領域３の面積（１．２ｍｍ×１．４ｍｍ）と、切替領域３の外の面積と、を加算したものである。この切替領域３の外の面積は、頂点が１．３ｍｍ（－１．３ｍｍ）で切替領域３（０．７ｍｍ、－０．７ｍｍ）からの高さが０．６ｍｍ、幅が１．２ｍｍであるので、近似的に半径が０．６ｍｍの円として算出した。

【0053】

その結果、磁気センサ２は、再配置前の円形磁気抵抗素子８０の専有面積と比べて、矩形でみると約４０％、内部の面積でみると約４５％の専有面積となり、約６０％小型化されている。なお磁気センサ２の専有面積は、切替領域３の設定によって変化する。

【0054】

図５（ａ）は、磁石５の位置を変えて磁気センサ２に近づけたとして算出された出力電圧のグラフである。図５（ａ）は、横軸が磁石５のストローク（ｍｍ）であり、縦軸が測定された出力電圧（Ｖ）である。

【0055】

この図５（ａ）では、Ｘ軸に垂直な方向に磁石５の位置を、Ｘ軸を基準として±０．７ｍｍずつずらしている。こうして測定された出力電圧は、開始位置３１から終了位置３２まで設定された切替領域３内において、しきい値Ｔｈ_１を超えている。つまり磁気センサ装置１は、磁石５の位置がずれても切替領域３内でオンとオフが切り替わっている。

【0056】

また磁気センサ装置１は、位置ずれが生じても切替幅がおよそ０．５ｍｍとなっている。これは、設定された開始位置３１（１．２ｍｍ）、終了位置３２（０ｍｍ）の間隔（１．２ｍｍ）よりも短くなっている。なお再配置前の磁気センサ８は、同じしきい値Ｔｈ_１を用いて測定した結果、切替幅がおよそ０．８９ｍｍであった。従って磁気センサ装置１は、再配置前の磁気センサ８と比べて、０．３９ｍｍ精度が向上している。

【0057】

また図５（ａ）の二重丸は、磁石５の磁場５０よりも強い外乱磁場９を印加した場合の出力電圧を示している。外乱磁場９は、磁気センサ２に対して同じ方向から作用する。例えば、図１（ａ）に示すように、切替領域３の点Ｂの分割素子２１に作用する外乱磁場９の方向と、点Ｅの直線素子２２に作用する外乱磁場９の方向は、等しい。また点Ｂの直線素子２２に作用する外乱磁場９の方向と、点Ｅの分割素子２１に作用する外乱磁場９の方向とは、等しい。従って点Ｂの分割素子２１と点Ｅの直線素子２２との抵抗値が等しくなると共に点Ｂの直線素子２２と点Ｅの分割素子２１との抵抗値が等しくなる。これは、他の単位素子２０においても同様である。従って磁気センサ装置１は、ハーフブリッジ回路１０の中点電位（出力電圧Ｖ）が保たれて出力が反転しない。

【0058】

以上より、磁気センサ装置１は、外乱磁場９が作用してもオン判定し難いので、この構成を採用しない場合と比べて、車両などの外乱磁場９が発生し易い環境で好適に使用することができる。

【0059】

ここで図５（ｂ）は、変形例に係る単位素子の一例を示す概略図である。変形例の単位素子２０ａは、例えば、図５（ｂ）に示すように、分割素子２１を境に２つの直線素子２２ａ及び直線素子２２ｂが分割素子２１の中心点（交点６ａ）を通る垂線６１ａ上に並んで配置されている。この場合、直線素子２２ａ及び直線素子２２ｂの磁気抵抗値を含む抵抗値は、分割素子２１の磁気抵抗値を含む抵抗値と同じとされる。

【0060】

以下に本実施の形態の磁気センサ装置１の動作の一例を説明する。

【0061】

（動作）
磁気センサ装置１の制御部１５は、電源が投入されると、出力電圧Ｖを監視する。制御部１５は、出力電圧Ｖがしきい値Ｔｈ_１以上となると、磁石５が切替領域３内に位置する、つまりオンであると判定する。

【0062】

制御部１５は、判定した結果に基づいてオンと判定したことを示す検出情報Ｓを生成して接続された電子機器に出力する。

【0063】

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る磁気センサ装置１は、外乱磁場９に対する耐性を備えつつ小型化することができる。具体的には、磁気センサ装置１は、切替領域３の開始位置３１では磁場５０と分割素子２１とが平行となり、終了位置３２では垂直となり、取りうる磁気抵抗値の変化量としては最大であるので、分割して再配置しても小型でありながら切り替わり精度が高い。また磁気センサ装置１は、円形磁気抵抗素子８０を分割して再配置しているので、外乱磁場９に対する耐性が高い。従って磁気センサ装置は、分割しない場合と比べて、外乱磁場９に対する耐性を備えつつ小型化することができる。

【0064】

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、磁気センサ装置１がフルブリッジ回路を有する点で他の実施の形態と異なっている。

【0065】

図６（ａ）は、第２の実施の形態に係る磁気センサ装置の一例を示す概略図であり、図６（ｂ）は、単位素子の一例を示す概略図である。図７（ａ）は、第２の実施の形態に係る磁気センサ装置の再配置前の磁気センサの一例を示す概略図であり、図７（ｂ）は、磁気センサ装置の等価回路図の一例である。なお以下に記載する実施の形態において、第１の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。

【0066】

本実施の形態の磁気センサ装置１の磁気センサ２は、例えば、図６（ａ）～図７（ｂ）に示すように、第１の分割素子（分割素子２１ａ）の中心点（交点６ａ）を通る垂線６１ａと平行に配置された第１の直線素子（直線素子２２ｃ）、第１の円形磁気抵抗素子（円形磁気抵抗素子８０ａ）と同心円であって異なる半径を有する第２の円形磁気抵抗素子（円形磁気抵抗素子８０ｂ）を第１の円形磁気抵抗素子と同様に分割して得られた第２の分割素子（分割素子２１ｂ）、及び第１の直線素子と平行となる第２の直線素子（直線素子２２ｄ）を備えている。

【0067】

また複数の第１の分割素子（分割素子２１ａ）が直列に電気的に接続されると共に、複数の第１の直線素子（直線素子２２ｃ）が直列に電気的に接続されて第１のハーフブリッジ回路１１ａが形成されている。さらに複数の第２の分割素子（分割素子２１ｂ）が直列に電気的に接続されると共に、複数の第２の直線素子（直線素子２２ｄ）が直列に電気的に接続されて第２のハーフブリッジ回路１１ｂが形成されている。そして第１のハーフブリッジ回路１１ａ及び第２のハーフブリッジ回路１１ｂによってフルブリッジ回路１１が形成されている。

【0068】

この直線素子２２ｃ及び直線素子２２ｄは、例えば、図７（ａ）に示す放射状磁気抵抗素子８１ａ及び放射状磁気抵抗素子８１ｂと同様の役割を有する。なお分割素子と直線素子の組み合わせは、分割素子２１ａと分割素子２１ｂ、直線素子２２ｃと直線素子２２ｄでハーフブリッジ回路を構成しなければ自由である。

【0069】

第１のハーフブリッジ回路１１ａは、直線素子２２ｃの一方のノード１２ａが電源電圧Ｖ_ＣＣと電気的に接続され、分割素子２１ａの一方のノード１２ｃがＧＮＤと電気的に接続されている。そして第１のハーフブリッジ回路１１ａは、直線素子２２ｃと分割素子２１ａのノード１２ｂにおける中点電位Ｖ_１をオペアンプＯＰの非反転入力端子（＋側）に出力する。

【0070】

第２のハーフブリッジ回路１１ｂは、分割素子２１ｂの一方のノード１２ａが電源電圧Ｖ_ＣＣと電気的に接続され、直線素子２２ｄの一方のノード１２ｃがＧＮＤと電気的に接続されている。そして第２のハーフブリッジ回路１１ｂは、分割素子２１ｂと直線素子２２ｄのノード１２ｄにおける中点電位Ｖ_２をオペアンプＯＰの反転入力端子（－側）に出力する。

【0071】

オペアンプＯＰは、非反転入力端子に入力した中点電位Ｖ_１と反転入力端子に入力した中点電位Ｖ_２とを差動増幅した出力信号Ｓ_１を制御部１５に出力する。

【0072】

制御部１５は、オペアンプＯＰから出力された出力信号Ｓ_１としきい値Ｔｈ_２とを比較してオンとオフを判定する。制御部１５は、例えば、オフからオンに切り替わったことを示す検出情報Ｓ_２を生成して出力する。

【0073】

分割素子２１ａ及び分割素子２１ｂは、第１の実施の形態と同様の方法を用いて円形磁気抵抗素子８０ａ及び円形磁気抵抗素子８０ｂを再配置したものである。そして直線素子２２ｃ及び直線素子２２ｄは、例えば、図６（ｂ）に示すように、分割素子２１ａ及び分割素子２１ｂの中心点（交点６ａ）を通る垂線６１ａ上に配置すると重なるので、垂線６１ａと平行に並べている。なお直線素子２２ｃ及び直線素子２２ｄの配置は、これに限定されず、例えば、図５（ｂ）の変形例のように、垂線６１ａ上で、かつ分割素子２１ａ及び分割素子２１ｂを挟んで配置されても良い。

【0074】

フルブリッジ回路１１は、磁石５が磁気センサ２の切替領域３の外に位置する場合、ほぼ同じ方向から磁場５０が作用するので、中点電位Ｖ_１及び中点電位Ｖ_２がほぼ等しくなり、出力信号Ｓ_１がゼロに近い値となる。制御部１５は、この出力信号Ｓ_１としきい値Ｔｈ_２とを比較し、出力信号Ｓ_１がしきい値Ｔｈ_２より低い場合、オフであると判定する。

【0075】

またフルブリッジ回路１１は、磁石５が磁気センサ２の切替領域３に位置する場合、分割素子２１ａ及び分割素子２１ｂと、直線素子２２ｃと直線素子２２ｄと、には異なる角度で磁場５０が作用するので、中点電位Ｖ_１及び中点電位Ｖ_２が異なる。従って制御部１５は、出力信号Ｓ_１がしきい値Ｔｈ_２以上となる場合、オンであると判定する。

【0076】

この磁気センサ装置１は、第１の実施の形態と同様に、外乱磁場９が作用しても磁石５が切替領域３の外に位置する場合のように、同じ方向の磁場が作用するので、出力信号Ｓ_１がゼロに近い値となり、オンと誤判定することが抑制される。

【0077】

（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態の磁気センサ装置１は、円形磁気抵抗素子８０ａ及び円形磁気抵抗素子８０ｂが分割素子２１ａ及び分割素子２１ｂとして再配置されると共に、放射状磁気抵抗素子８１ａ及び放射状磁気抵抗素子８１ｂと同様の役割となる直線素子２２ｃ及び直線素子２２ｃが配置されて構成される。従って磁気センサ装置１は、円形磁気抵抗素子８０ａ、円形磁気抵抗素子８０ｂ、放射状磁気抵抗素子８１ａ及び放射状磁気抵抗素子８１ｂによって磁気センサ８ａを構成する場合と比べて、小型化することができる。

【0078】

以上述べた少なくとも１つの実施の形態の磁気センサ装置１によれば、外乱磁場９に対する耐性を備えつつ小型化することが可能となる。

【0079】

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0080】

１…磁気センサ装置、２…磁気センサ、３…切替領域、５…磁石、６…中心点、６ａ…交点、８，８ａ…磁気センサ、９…外乱磁場、１０…ハーフブリッジ回路、１０ａ～１０ｃ…ノード、１１…フルブリッジ回路、１１ａ…第１のハーフブリッジ回路、１１ｂ…第２のハーフブリッジ回路、１２ａ～１２ｄ…ノード、１５…制御部、２０，２０ａ…単位素子、２１，２１ａ，２１ｂ…分割素子、２２，２２ａ～２２ｄ…直線素子、３１…開始位置、３２…終了位置、５０…磁場、５１…中心、６０，６０ａ…接線、６１，６１ａ…垂線、８０，８０ａ，８０ｂ…円形磁気抵抗素子、８１，８１ａ，８１ｂ…放射状磁気抵抗素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】