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JP6210596B2 - Rotation detector - Google Patents
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JP6210596B2 - Rotation detector - Google Patents

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Description

本発明は、ギア状磁性体の回転を検出する回転検出装置に関する。   The present invention relates to a rotation detection device that detects rotation of a gear-like magnetic body.

下記特許文献1には、ギア状磁性体と、磁石と、磁気センサとを有して構成される回転検出装置が開示されている。図16は、特許文献1に記載されている従来例の回転検出装置の斜視図である。   Patent Document 1 listed below discloses a rotation detection device configured to include a gear-shaped magnetic body, a magnet, and a magnetic sensor. FIG. 16 is a perspective view of a conventional rotation detection device described in Patent Document 1. In FIG.

図16に示すように、ギア状磁性体161は、リング状磁性体167と、リング状磁性体167の外周に設けられた複数の凸部162とを有する。複数の凸部162同士の間に位置して凹部163が設けられており、凸部162または凹部163の上面側には磁石133が配置され、凸部162または凹部163の下面側には磁気センサ112が配置されている。   As shown in FIG. 16, the gear-shaped magnetic body 161 includes a ring-shaped magnetic body 167 and a plurality of convex portions 162 provided on the outer periphery of the ring-shaped magnetic body 167. A concave portion 163 is provided between the plurality of convex portions 162, a magnet 133 is disposed on the upper surface side of the convex portion 162 or the concave portion 163, and a magnetic sensor is disposed on the lower surface side of the convex portion 162 or the concave portion 163. 112 is arranged.

磁気センサ112は、巨大磁気抵抗効果(GMR(Gianto Magneto Resistance)効果)を利用した磁気抵抗効果素子が用いられており、磁気センサ112の磁界検知方向がギア状磁性体161の半径方向または回転軸方向(図16に示すY方向またはZ方向)になるように配置されている。   The magnetic sensor 112 uses a magnetoresistive effect element using a giant magnetoresistive effect (GMR (Gianto Magneto Resistance) effect), and the magnetic field detection direction of the magnetic sensor 112 is the radial direction of the gear-like magnetic body 161 or the rotation axis. It arrange | positions so that it may become a direction (Y direction or Z direction shown in FIG. 16).

ギア状磁性体161が回転したときに、磁気センサ112に凸部162が対向する場合と、凹部163が対向する場合とで、磁気センサ112に作用する磁界の方向及び強度が変化することにより、回転検出を行うことができる。   When the gear-shaped magnetic body 161 rotates, the direction and strength of the magnetic field acting on the magnetic sensor 112 change between when the convex portion 162 faces the magnetic sensor 112 and when the concave portion 163 faces. Rotation detection can be performed.

特許第5144803号公報Japanese Patent No. 5144803

しかしながら、磁気センサ112に作用する磁界の強度は、磁気センサ112とギア状磁性体161とのギャップの大きさ、及び磁気センサ112と磁石133との距離に依存する。そのため、従来例の回転検出装置101において、ギア状磁性体161の上下方向のずれや磁気センサ112の設置ばらつきによってギャップの大きさが変化した場合、磁気センサ112に作用する磁界の強度が変化し、検出精度が低下するという課題が生じる。   However, the intensity of the magnetic field acting on the magnetic sensor 112 depends on the size of the gap between the magnetic sensor 112 and the gear-like magnetic body 161 and the distance between the magnetic sensor 112 and the magnet 133. Therefore, in the rotation detection device 101 of the conventional example, when the gap size changes due to the vertical displacement of the gear-like magnetic body 161 or the variation in the installation of the magnetic sensor 112, the strength of the magnetic field acting on the magnetic sensor 112 changes. The problem that detection accuracy falls arises.

さらに、磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果を発揮する磁気抵抗効果膜面内における磁界を検知するため、磁界検知方向を高さ方向(回転軸方向)に向けて磁気センサ112を設置することが困難である。磁界検知方向を高さ方向にするためには磁気抵抗効果膜を成膜した基板をギア状磁性体161が構成する面に対して垂直に立てなければならない。このように垂直に立てると装置全体の厚さが厚くなり、垂直に立てる精度も課題となる。磁気センサ112として、ホール素子を用いたものも知られているが、ホール素子は感磁面に対して垂直成分の磁界強度を検出する磁気センサ素子である。よって、従来例の回転検出装置101と同様にホール素子とギア状磁性体とのギャップのばらつきによって、ホール素子に作用する磁界強度が変化するため、精度良く回転を検出することができない。   Furthermore, since the magnetoresistive effect element detects a magnetic field in the magnetoresistive effect film surface that exhibits the magnetoresistive effect, the magnetic sensor 112 can be installed with the magnetic field detection direction directed in the height direction (rotational axis direction). Have difficulty. In order to set the magnetic field detection direction to the height direction, the substrate on which the magnetoresistive film is formed must be set up vertically with respect to the surface formed by the gear-like magnetic body 161. Thus, when it stands upright, the thickness of the whole apparatus will become thick, and the accuracy which stands upright will also be a subject. A magnetic element using a Hall element is also known as the magnetic sensor 112. The Hall element is a magnetic sensor element that detects a magnetic field intensity having a component perpendicular to the magnetic sensitive surface. Therefore, similarly to the rotation detection device 101 of the conventional example, the magnetic field strength acting on the Hall element changes due to the variation in the gap between the Hall element and the gear-like magnetic body, so that the rotation cannot be detected with high accuracy.

また、図16に示すように、従来例の回転検出装置101において、凸部162及び凹部163の上面側に磁石133が配置され、下面側に磁気センサ112を配置されている。さらに、検出精度の低下を防ぐために磁気センサ112及び磁石133を設置する位置精度を確保する必要がある。そのため、凸部162及び凹部163を上下方向に挟むような筐体110を用いて、筐体110の内部に磁石133と磁気センサ素子112とが収納されている。この場合高さ方向の厚みが増して、小型なセンサを作製できない。   As shown in FIG. 16, in the rotation detection device 101 of the conventional example, the magnet 133 is disposed on the upper surface side of the convex portion 162 and the concave portion 163, and the magnetic sensor 112 is disposed on the lower surface side. Furthermore, it is necessary to ensure the positional accuracy of installing the magnetic sensor 112 and the magnet 133 in order to prevent a decrease in detection accuracy. Therefore, the magnet 133 and the magnetic sensor element 112 are housed inside the housing 110 using the housing 110 that sandwiches the convex portion 162 and the concave portion 163 in the vertical direction. In this case, the thickness in the height direction increases and a small sensor cannot be manufactured.

以上のように、従来例の回転検出装置101において、磁気センサ112及び磁石133を設置する際の制約が大きく、磁気センサ112及び磁石133を容易に設置することが困難であるという課題が生じる。また、ギア状磁性体161の上下面に亘って形成された筐体110を用いることは回転検出装置101の小型化に反する。   As described above, in the rotation detection device 101 of the conventional example, there is a problem that it is difficult to easily install the magnetic sensor 112 and the magnet 133 because the restrictions when installing the magnetic sensor 112 and the magnet 133 are large. Further, using the casing 110 formed over the upper and lower surfaces of the gear-like magnetic body 161 is contrary to the size reduction of the rotation detecting device 101.

本発明は、上記課題を解決して、磁気センサ及び磁石を容易に設置することができるとともに、ギア状磁性体の回転を精度良く検出することができる回転検出装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a rotation detection device that can easily install a magnetic sensor and a magnet and can accurately detect the rotation of a gear-like magnetic body. .

本発明の回転検出装置は、上面と、下面と、前記上面及び前記下面の外周縁部間を繋ぐ外周側面と、前記外周側面の回転方向に連続して設けられた凹凸部とを有し、前記凹凸部は前記外周側面から外方に突出する複数の凸部と、前記複数の凸部同士の間の凹部とからなるギア状磁性体の回転を検出する回転検出装置であって、前記凹凸部の前記上面側または前記下面側のいずれか一方において、前記凹凸部と間隔を設けて配置された磁石と、前記磁石と前記凹凸部との間に配置された磁気センサとを有し、前記磁気センサは、2つの磁気センサ素子と軟磁性体とを備え、前記2つの磁気センサ素子は、磁化が固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化が変化する自由磁性層とをそれぞれ有し、前記自由磁性層の磁化は前記磁石によって飽和されるとともに、前記2つの磁気センサ素子の前記固定磁性層の磁化方向は、前記上面または前記下面と略平行に互いに同じ方向に向けられており、前記下面から前記上面に向かう方向を高さ方向としたときに、前記軟磁性体は、前記2つの磁気センサ素子の間に設けられるとともに前記2つの磁気センサ素子よりも前記高さ方向に突出して設けられており、前記2つの磁気センサ素子によりブリッジ回路が構成されていることを特徴とする。   The rotation detection device of the present invention has an upper surface, a lower surface, an outer peripheral side surface connecting between the outer peripheral edge portions of the upper surface and the lower surface, and an uneven portion provided continuously in the rotation direction of the outer peripheral side surface, The concavo-convex portion is a rotation detecting device that detects rotation of a gear-like magnetic body including a plurality of convex portions projecting outward from the outer peripheral side surface and a concave portion between the plurality of convex portions. A magnet disposed on the upper surface side or the lower surface side of a portion with a gap between the uneven portion and a magnetic sensor disposed between the magnet and the uneven portion, The magnetic sensor includes two magnetic sensor elements and a soft magnetic material, and each of the two magnetic sensor elements has a fixed magnetic layer whose magnetization is fixed and a free magnetic layer whose magnetization is changed by an external magnetic field. The magnetization of the free magnetic layer is saturated by the magnet. The magnetization directions of the pinned magnetic layers of the two magnetic sensor elements are oriented in the same direction substantially parallel to the upper surface or the lower surface, and the direction from the lower surface toward the upper surface is the height direction. The soft magnetic body is provided between the two magnetic sensor elements and protrudes in the height direction from the two magnetic sensor elements. A bridge circuit is configured.

これによれば、ギア状磁性体の回転に応じて磁気センサに凸部が対向する場合と、凹部が対向する場合とで磁気センサに作用する磁界の方向が変化し、磁気センサに凸部が対向するときには、凸部に集められた磁界成分が磁気センサの高さ方向に作用する。そして、軟磁性体と磁気センサ素子とで高さ方向の磁界成分を面内方向に変換する磁路が形成されているため、高さ方向の磁界成分は2つの磁気センサ素子の面内方向にそれぞれに分岐されて磁界の方向を検出することができる。   According to this, the direction of the magnetic field acting on the magnetic sensor changes between when the convex portion faces the magnetic sensor according to the rotation of the gear-shaped magnetic body and when the concave portion faces, and the convex portion When facing each other, the magnetic field components collected at the convex portions act in the height direction of the magnetic sensor. Since the magnetic path for converting the magnetic field component in the height direction into the in-plane direction is formed by the soft magnetic material and the magnetic sensor element, the magnetic field component in the height direction is in the in-plane direction of the two magnetic sensor elements. The direction of the magnetic field can be detected by branching to each.

よって、高さ方向の磁界成分を検出するために磁気センサを垂直に設ける必要が無く、固定磁性層の磁化方向が、ギア状磁性体の上面または下面と略平行になるように磁気センサを設置することができる。また、ギア状磁性体の上面側または下面側のいずれか一方に磁石及び磁気センサが設けられているため、特殊な形状の筐体を用いることなく容易に磁石及び磁気センサを配置することができる。   Therefore, it is not necessary to install a magnetic sensor vertically to detect the magnetic field component in the height direction, and the magnetic sensor is installed so that the magnetization direction of the pinned magnetic layer is substantially parallel to the upper or lower surface of the gear-like magnetic body. can do. Moreover, since the magnet and the magnetic sensor are provided on either the upper surface side or the lower surface side of the gear-like magnetic body, the magnet and the magnetic sensor can be easily arranged without using a specially-shaped housing. .

さらに、磁石から生じる磁束が2つの磁気センサ素子の自由磁性層の磁化を飽和するように磁石が設けられているため、自由磁性層の磁化は磁界強度に依存せず磁気センサ素子に作用する磁界の方向のみに依存する。よって、磁気センサとギア状磁性体とのギャップが変動した場合や、磁気センサと磁石との距離がずれた場合であっても、磁界強度は変化するが2つの磁気センサ素子に作用する磁界の方向の変化は小さいため、凹凸部を検出する際の誤差の発生が抑制され、精度良く回転を検出することができる。   Furthermore, since the magnet is provided so that the magnetic flux generated from the magnets saturates the magnetization of the free magnetic layers of the two magnetic sensor elements, the magnetization of the free magnetic layer does not depend on the magnetic field strength and acts on the magnetic sensor element. Depends only on the direction. Therefore, even when the gap between the magnetic sensor and the gear-shaped magnetic body fluctuates or when the distance between the magnetic sensor and the magnet is shifted, the magnetic field strength changes, but the magnetic field acting on the two magnetic sensor elements changes. Since the change in direction is small, the occurrence of an error when detecting the concavo-convex portion is suppressed, and rotation can be detected with high accuracy.

本発明の回転検出装置によれば、磁気センサ及び磁石を容易に設置することができるとともに、ギア状磁性体の回転を精度良く検出することができる。   According to the rotation detection device of the present invention, the magnetic sensor and the magnet can be easily installed, and the rotation of the gear-like magnetic body can be detected with high accuracy.

前記上面または前記下面と略平行な前記面内において直交する方向を第1の方向及び第2の方向としたとき、前記2つの磁気センサ素子及び前記軟磁性体は前記第1の方向に延在して設けられており、前記2つの磁気センサ素子の前記固定磁性層の磁化方向はいずれも前記第2の方向に向いており、前記第1の方向は前記外周側面の回転方向と一致することが好適である。これによれば、磁気センサ素子によりブリッジ回路が構成されており、固定磁性層の磁化方向が同じであるため、磁気センサが磁石に対して第2の方向に位置がずれた場合であっても、磁石から発生する磁界の第2の方向の成分を相殺して検出誤差の発生を抑制することができる。   The two magnetic sensor elements and the soft magnetic body extend in the first direction when the directions orthogonal to each other in the plane substantially parallel to the upper surface or the lower surface are defined as a first direction and a second direction. The magnetization directions of the pinned magnetic layers of the two magnetic sensor elements are both directed to the second direction, and the first direction matches the rotational direction of the outer peripheral side surface. Is preferred. According to this, since the bridge circuit is configured by the magnetic sensor element and the magnetization direction of the fixed magnetic layer is the same, even if the magnetic sensor is displaced in the second direction with respect to the magnet, The occurrence of detection errors can be suppressed by canceling out the second direction component of the magnetic field generated from the magnet.

前記第1の方向において、前記磁気センサは前記磁石に対してずらして配置されていることが好適である。これによれば、凹部が磁気センサに対向する場合において、磁石から発生する磁界が磁気センサの第1の方向に作用して高さ方向の磁界は作用しないため、凹凸部を確実に検出することができる。   In the first direction, the magnetic sensor is preferably arranged so as to be shifted with respect to the magnet. According to this, when the concave portion faces the magnetic sensor, the magnetic field generated from the magnet acts in the first direction of the magnetic sensor and the magnetic field in the height direction does not act. Can do.

基板の表裏面の一方の面に前記磁気センサが配置され、他方の面に前記磁石が配置されていることが好ましい。これによれば、回転検出装置の小型化が可能となり、磁石及び磁気センサを凹凸部に対向して容易に位置合わせして設置することができる。   It is preferable that the magnetic sensor is disposed on one surface of the front and back surfaces of the substrate, and the magnet is disposed on the other surface. According to this, it becomes possible to reduce the size of the rotation detection device, and the magnet and the magnetic sensor can be easily aligned and installed facing the concavo-convex portion.

前記軟磁性体は、前記高さ方向において対向する端部を有しており、前記2つの磁気センサ素子側に位置する前記端部は、前記2つの磁気センサ素子の一部に重なって配置されていることが好ましい。これによれば、凸部が磁気センサに対向する場合において、磁気センサに作用する高さの方向の磁界成分は、軟磁性体に収束され、磁気センサ素子の一部と軟磁性体とが重なる部分を通って磁気センサ素子の第2の方向に磁路が変換される。よって、高さの方向の磁界成分を確実に第2の方向に変換することができるため、凹凸部を確実に検出することができる。   The soft magnetic body has end portions facing each other in the height direction, and the end portions located on the two magnetic sensor element sides are arranged to overlap a part of the two magnetic sensor elements. It is preferable. According to this, when the convex part faces the magnetic sensor, the magnetic field component in the height direction acting on the magnetic sensor is converged on the soft magnetic body, and a part of the magnetic sensor element and the soft magnetic body overlap. The magnetic path is converted through the portion in the second direction of the magnetic sensor element. Therefore, since the magnetic field component in the height direction can be reliably converted to the second direction, the uneven portion can be detected reliably.

前記磁気センサ素子の幅方向の中心が、前記軟磁性体よりも外側に位置することが好ましい。これによれば、高さ方向の磁界成分を確実に第2の方向へ磁路変換することができる。   It is preferable that the center of the magnetic sensor element in the width direction is located outside the soft magnetic body. According to this, the magnetic field component in the height direction can be reliably converted into the second direction.

さらに2つの磁気センサ素子を有し、4つの前記磁気センサ素子によりフルブリッジ回路を構成することが好ましい。これによれば、磁気センサ素子の抵抗変化により差動出力を得ることができ、凹凸部の検出を精度良く行うことができる。   Furthermore, it is preferable to have two magnetic sensor elements and to form a full bridge circuit with the four magnetic sensor elements. According to this, a differential output can be obtained by the resistance change of the magnetic sensor element, and the uneven portion can be detected with high accuracy.

前記ギア状磁性体に設けられた複数の前記凹凸部の一部には回転基準部が設けられており、前記回転基準部には、前記凸部及び前記凹部と異なる幅を有する回転基準凸部または回転基準凹部が設けられていることが好ましい。これによれば、回転の原点を規定しやすくなり、また回転方向を知ることができる。   A rotation reference part is provided in a part of the plurality of uneven parts provided in the gear-like magnetic body, and the rotation reference part has a width different from that of the protrusion and the recess. Or it is preferable that the rotation reference | standard recessed part is provided. According to this, it becomes easy to define the origin of rotation and the direction of rotation can be known.

本発明の回転検出装置によれば、磁気センサ及び磁石を容易に設置することができるとともに、ギア状磁性体の回転を精度良く検出することができる。   According to the rotation detection device of the present invention, the magnetic sensor and the magnet can be easily installed, and the rotation of the gear-like magnetic body can be detected with high accuracy.

本発明の第1の実施形態における回転検出装置の部分拡大斜視図である。It is a partial expansion perspective view of the rotation detector in the 1st embodiment of the present invention. ギア状磁性体の平面図である。It is a top view of a gear-like magnetic body. 本実施形態の回転検出装置の(a)部分拡大正面図及び(b)部分拡大側面図である。It is the (a) partial expansion front view and (b) partial expansion side view of the rotation detection apparatus of this embodiment. 本実施形態における磁気センサの平面図である。It is a top view of the magnetic sensor in this embodiment. 図4のV−V線で切断して矢印方向から見たときの磁気センサの断面図である。It is sectional drawing of a magnetic sensor when it cut | disconnects by the VV line | wire of FIG. 4, and it sees from the arrow direction. 本実施形態における磁気センサを構成する磁気センサ素子の模式部分拡大断面図である。It is a typical partial expanded sectional view of the magnetic sensor element which comprises the magnetic sensor in this embodiment. ギア状磁性体の凹部の検出方法を説明するための、回転検出装置の部分拡大正面図である。It is a partial expanded front view of a rotation detection device for explaining a detection method of a concave part of a gear-like magnetic body. ギア状磁性体の凹部の検出方法を説明するための、磁気センサの平面図である。It is a top view of the magnetic sensor for demonstrating the detection method of the recessed part of a gear-shaped magnetic body. 4つの磁気センサ素子から構成されるフルブリッジ回路である。It is a full bridge circuit composed of four magnetic sensor elements. ギア状磁性体の凸部の検出方法を説明するための、回転検出装置の部分拡大正面図である。It is a partial enlarged front view of a rotation detecting device for explaining a method for detecting a convex portion of a gear-like magnetic body. ギア状磁性体の凸部の検出方法を説明するための、(a)磁気センサの平面図及び(b)部分拡大断面図である。It is (a) a top view of a magnetic sensor and (b) a partial expanded sectional view for explaining a detecting method of a convex part of a gear-like magnetic body. 4つの磁気センサ素子から構成されるフルブリッジ回路である。It is a full bridge circuit composed of four magnetic sensor elements. 本実施形態の回転検出装置において磁気センサの位置ずれが発生した場合の、ギア状磁性体の凹部の検出方法を説明するための、(a)回転検出装置の部分拡大平面図、及び(b)磁気センサの平面図である。(A) A partially enlarged plan view of the rotation detection device, and (b) for explaining a method of detecting the concave portion of the gear-like magnetic body when the magnetic sensor is displaced in the rotation detection device of the present embodiment. It is a top view of a magnetic sensor. 本実施形態の回転検出装置において磁気センサの位置ずれが発生した場合の、ギア状磁性体の凸部の検出方法を説明するための、(a)回転検出装置の部分拡大平面図、及び(b)磁気センサの平面図である。(A) Partially enlarged plan view of the rotation detection device, and (b) for explaining a method of detecting the convex portion of the gear-like magnetic body when the magnetic sensor is displaced in the rotation detection device of the present embodiment. FIG. 3 is a plan view of a magnetic sensor. 第2の実施形態における回転検出装置の(a)正面図、及び(b)側面図である。It is (a) front view and (b) side view of the rotation detection apparatus in 2nd Embodiment. 従来例の回転検出装置の部分拡大斜視図である。It is a partial expansion perspective view of the rotation detection apparatus of a prior art example.

以下、図面を参照して、本発明の具体的な実施形態の回転検出装置について説明をする。なお、各図面の寸法は適宜変更して示している。   Hereinafter, a rotation detection device according to a specific embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the dimension of each drawing is changed and shown suitably.

図1は、第1の実施形態の回転検出装置の部分拡大斜視図である。図2は、ギア状磁性体の平面図である。また、図3(a)は、本実施形態の回転検出装置の正面図、及び(b)回転検出装置の側面図である。   FIG. 1 is a partially enlarged perspective view of the rotation detection device of the first embodiment. FIG. 2 is a plan view of the gear-like magnetic body. FIG. 3A is a front view of the rotation detection device of the present embodiment, and FIG. 3B is a side view of the rotation detection device.

図1に示すように、本実施形態の回転検出装置10は、ギア状磁性体61と、磁石33と、磁気センサ12とを有して構成される。   As shown in FIG. 1, the rotation detection device 10 of this embodiment includes a gear-shaped magnetic body 61, a magnet 33, and a magnetic sensor 12.

図1及び図2に示すギア状磁性体61は、リング状部67と、リング状部67から外方に突出する複数の凸部62とを有する。図1に示すように、リング状部67は、上面67aと、下面67bと、上面67a及び下面67bの外周縁部間を繋ぐ外周側面67cとを有している。凸部62は、外周側面67cに設けられており、ギア状磁性体61の半径方向D1に突出している。   The gear-like magnetic body 61 shown in FIGS. 1 and 2 has a ring-shaped portion 67 and a plurality of convex portions 62 that protrude outward from the ring-shaped portion 67. As shown in FIG. 1, the ring-shaped portion 67 has an upper surface 67a, a lower surface 67b, and an outer peripheral side surface 67c that connects the outer peripheral edge portions of the upper surface 67a and the lower surface 67b. The convex portion 62 is provided on the outer peripheral side surface 67 c and protrudes in the radial direction D1 of the gear-like magnetic body 61.

図2に示すように、ギア状磁性体61の中心が回転中心Oであり、ギア状磁性体61は回転中心Oを回転軸として時計方向(CW)及び反時計方向(CCW)に回転可能に支持されている。   As shown in FIG. 2, the center of the gear-like magnetic body 61 is the rotation center O, and the gear-like magnetic body 61 can rotate clockwise (CW) and counterclockwise (CCW) with the rotation center O as the rotation axis. It is supported.

複数の凸部62は回転方向CW、CCWに間隔を空けて配置されており、隣り合う凸部62同士の間に位置して凹部63が設けられている。複数の凸部62と複数の凹部63とはそれぞれ一定の幅で設けられている。このように、凸部62と凹部63とが回転方向CW、CCWに交互に連続して並んだ凹凸部64が設けられている。また、凸部62の一部である幅広凸部62aの幅寸法T1は、他の凸部62に比べて幅広に形成されており、幅広凸部62aに隣り合う幅広凹部63a、63bの幅寸法T2、T3は他の凹部63に比べて幅広に形成されている。なお、幅広凹部63aの幅寸法T2と幅広凹部63bの幅寸法T3は異なる大きさに形成されている。   The plurality of convex portions 62 are arranged at intervals in the rotation directions CW and CCW, and a concave portion 63 is provided between the adjacent convex portions 62. The plurality of convex portions 62 and the plurality of concave portions 63 are each provided with a constant width. Thus, the uneven part 64 in which the convex part 62 and the concave part 63 are arranged alternately and continuously in the rotation directions CW and CCW is provided. Moreover, the width dimension T1 of the wide convex part 62a which is a part of the convex part 62 is formed wider than the other convex parts 62, and the width dimension of the wide concave parts 63a and 63b adjacent to the wide convex part 62a. T2 and T3 are formed wider than the other recesses 63. In addition, the width dimension T2 of the wide recessed part 63a and the width dimension T3 of the wide recessed part 63b are formed in different sizes.

幅広凸部62a及び幅広凹部63a、63bは、他の凸部62、凹部63とは異なる幅寸法で形成されているため、幅広凸部62a及び幅広凹部63a、63bを回転基準部65として検出することにより、ギア状磁性体61の回転の原点を規定しやすくなり、また回転方向を知ることができる。   Since the wide convex portion 62a and the wide concave portions 63a and 63b are formed with different width dimensions from the other convex portions 62 and concave portions 63, the wide convex portion 62a and the wide concave portions 63a and 63b are detected as the rotation reference portion 65. As a result, the origin of rotation of the gear-like magnetic body 61 can be easily defined, and the rotation direction can be known.

図1に示すようにギア状磁性体61の下面67b側には、凹凸部64と間隔を設けて磁石33が配置されており、磁石33と凹凸部64との間に磁気センサ12が配置されている。本実施形態において、磁石33は上下方向に着磁されており、例えば磁石33の下面側(Z2方向の面)がN極に着磁され、上面側(Z1方向の面)がS極に着磁されている。また、ギア状磁性体61は、例えばFe系の軟磁性体で形成される。   As shown in FIG. 1, the magnet 33 is disposed on the lower surface 67 b side of the gear-like magnetic body 61 with a space between the uneven portion 64 and the magnetic sensor 12 is disposed between the magnet 33 and the uneven portion 64. ing. In the present embodiment, the magnet 33 is magnetized in the vertical direction. For example, the lower surface side (the surface in the Z2 direction) of the magnet 33 is magnetized to the N pole, and the upper surface side (the surface in the Z1 direction) is magnetized to the S pole. It is magnetized. The gear-like magnetic body 61 is made of, for example, an Fe-based soft magnetic body.

図3(a)は、図1のY2方向からY1方向に向かって見たときの、本実施形態の回転検出装置10の部分拡大正面図であり、図3(b)は、図1のX1方向からX2方向に向かって見たときの、部分拡大側面図である。   FIG. 3A is a partially enlarged front view of the rotation detection device 10 of the present embodiment when viewed from the Y2 direction in FIG. 1 toward the Y1 direction, and FIG. 3B is X1 in FIG. It is a partial enlarged side view when it sees toward X2 direction from a direction.

図3(a)及び図3(b)に示すように、磁石33と磁気センサ12とは同一の基板15に設けられており、磁石33は基板15の下面に配置されるとともに、磁気センサ12は基板15の上面に配置される。図3(a)及び図3(b)に示すように、高さ方向(Z1−Z2方向)において、磁気センサ12は、凹凸部64とギャップを設けて配置されるとともに、磁石33に対してギャップを設けて配置される。また、図3(a)に示すように、X1−X2方向において、磁気センサ12は磁石33に対してずらして配置されている。なお、図3(b)に示すように、Y1−Y2方向において、磁気センサ12は磁石33と重なる位置に配置される。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the magnet 33 and the magnetic sensor 12 are provided on the same substrate 15, and the magnet 33 is disposed on the lower surface of the substrate 15 and the magnetic sensor 12. Is disposed on the upper surface of the substrate 15. 3A and 3B, in the height direction (Z1-Z2 direction), the magnetic sensor 12 is arranged with a concavo-convex portion 64 and a gap, and with respect to the magnet 33. Arranged with a gap. Further, as shown in FIG. 3A, the magnetic sensor 12 is arranged so as to be shifted from the magnet 33 in the X1-X2 direction. Note that, as shown in FIG. 3B, the magnetic sensor 12 is disposed at a position overlapping the magnet 33 in the Y1-Y2 direction.

本実施形態において、磁石33と磁気センサ12とは同一の基板15に設けることにより、回転検出装置10の小型化が可能となり、磁石33及び磁気センサ12を凹凸部64に対向して容易に位置合わせして設置することができる。また、従来例の回転検出装置101のように、ギア状磁性体61の上下面に磁石33と磁気センサ12とを分けて配置する場合や、磁石33と磁気センサ12とを別々の基板に搭載する場合に比べて、磁石33と磁気センサ12との距離を制御して磁石33及び磁気センサ12を配置することが容易である。   In the present embodiment, by providing the magnet 33 and the magnetic sensor 12 on the same substrate 15, the rotation detecting device 10 can be reduced in size, and the magnet 33 and the magnetic sensor 12 can be easily positioned facing the uneven portion 64. Can be installed together. Further, when the magnet 33 and the magnetic sensor 12 are separately arranged on the upper and lower surfaces of the gear-like magnetic body 61 as in the conventional rotation detection device 101, or the magnet 33 and the magnetic sensor 12 are mounted on different substrates. Compared with the case where it does, it is easy to control the distance of the magnet 33 and the magnetic sensor 12, and to arrange | position the magnet 33 and the magnetic sensor 12. FIG.

磁気センサ12は、磁界の方向によりオン・オフ信号を生成する磁気スイッチである。磁気センサ12に対向して凸部62が位置する場合と、凹部63が位置する場合とで、磁気センサ12に作用する磁界の方向が変化し、これによりギア状磁性体61の回転及び回転方向を検知することができる。   The magnetic sensor 12 is a magnetic switch that generates an on / off signal according to the direction of the magnetic field. The direction of the magnetic field acting on the magnetic sensor 12 changes depending on whether the convex portion 62 is positioned facing the magnetic sensor 12 or the concave portion 63 is positioned, thereby rotating and rotating the gear-shaped magnetic body 61. Can be detected.

図4は、本実施形態における磁気センサの平面図である。図5は、図4のV−V線で切断して矢印方向から見たときの磁気センサの断面図である。図4及び図5に示すように、本実施形態における磁気センサ12は、複数の磁気センサ素子21a〜21dから構成される磁気センサ素子群21と、軟磁性体31とを有する。なお、本実施形態において4つの磁気センサ素子21a〜21dを示しているが、これに限定されず、少なくとも2つの磁気センサ素子により検出は可能であり、または、さらに多くの磁気センサ素子を設けることも可能である。   FIG. 4 is a plan view of the magnetic sensor in the present embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional view of the magnetic sensor as viewed from the direction of the arrow cut along the line VV in FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, the magnetic sensor 12 in the present embodiment includes a magnetic sensor element group 21 including a plurality of magnetic sensor elements 21 a to 21 d and a soft magnetic body 31. In the present embodiment, four magnetic sensor elements 21a to 21d are shown. However, the present invention is not limited to this, and detection is possible with at least two magnetic sensor elements, or more magnetic sensor elements are provided. Is also possible.

図4に示すように、複数の磁気センサ素子21a〜21dは、それぞれX1−X2方向に延在し、かつ、Y1−Y2方向において互いに間隔を有して配置されている。また、軟磁性体31は、磁気センサ素子21a〜21dと同様に、それぞれX1−X2方向に延在し、かつ、Y1−Y2方向において互いに間隔を有して配置されている。軟磁性体31のX1−X2方向の両端には接続部32が接続されており、接続部32は、複数の軟磁性体31同士をY1−Y2方向に接続する。   As shown in FIG. 4, the plurality of magnetic sensor elements 21a to 21d extend in the X1-X2 direction, and are spaced from each other in the Y1-Y2 direction. The soft magnetic bodies 31 extend in the X1-X2 direction and are spaced from each other in the Y1-Y2 direction, like the magnetic sensor elements 21a to 21d. Connection portions 32 are connected to both ends of the soft magnetic body 31 in the X1-X2 direction, and the connection portion 32 connects the plurality of soft magnetic bodies 31 to each other in the Y1-Y2 direction.

図4に示すように、軟磁性体31は、Y1−Y2方向において、2つの磁気センサ素子21aと磁気センサ素子21bとの間、及び2つの磁気センサ素子21cと磁気センサ素子21dとの間にそれぞれ設けられている。   As shown in FIG. 4, the soft magnetic body 31 is between the two magnetic sensor elements 21a and 21b and between the two magnetic sensor elements 21c and 21d in the Y1-Y2 direction. Each is provided.

図5に示すように、磁気センサ素子群21は基板30の上に設けられている。そして、軟磁性体31及び接続部32は磁気センサ素子群21の上に設けられており、軟磁性体31は磁気センサ素子21a〜21dのそれぞれの一部に重なって配置されている。図5に示すように、軟磁性体31は、Y1−Y2方向において磁気センサ素子21a〜21d同士の間に設けられるとともに、磁気センサ素子21a〜21dよりも高さ方向(Z1方向)に突出して設けられる。   As shown in FIG. 5, the magnetic sensor element group 21 is provided on the substrate 30. The soft magnetic body 31 and the connecting portion 32 are provided on the magnetic sensor element group 21, and the soft magnetic body 31 is disposed so as to overlap each part of the magnetic sensor elements 21a to 21d. As shown in FIG. 5, the soft magnetic body 31 is provided between the magnetic sensor elements 21a to 21d in the Y1-Y2 direction, and protrudes in the height direction (Z1 direction) from the magnetic sensor elements 21a to 21d. Provided.

本実施形態において、軟磁性体31と接続部32とは、同じ材料を用いて一体に形成されている。軟磁性体31及び接続部32は、NiFe、CoFe、CoFeSiB、CoZrTi、CoZrNb等の軟磁性の磁性材料から選ばれた少なくとも1つの材料が含まれる軟磁性材料から形成される。   In this embodiment, the soft magnetic body 31 and the connection part 32 are integrally formed using the same material. The soft magnetic body 31 and the connection portion 32 are formed of a soft magnetic material containing at least one material selected from soft magnetic materials such as NiFe, CoFe, CoFeSiB, CoZrTi, and CoZrNb.

図6は、図4のV−V線で切断して矢印方向から見たときの磁気センサ素子の積層構成を示す模式部分拡大断面図である。本実施形態において、磁気センサ素子21a〜21dとして巨大磁気抵抗効果(GMR(Giant Magneto Resistance))素子が用いられる。図6は、複数の磁気センサ素子21a〜21dのうち1つの磁気センサ素子(例えば21a)について、磁気センサ素子21aを構成する磁気抵抗効果膜43の積層構造を示している。   FIG. 6 is a schematic partial enlarged cross-sectional view showing the laminated structure of the magnetic sensor element as viewed from the direction of the arrow cut along the line VV in FIG. In this embodiment, giant magnetoresistive (GMR (Giant Magneto Resistance)) elements are used as the magnetic sensor elements 21a to 21d. FIG. 6 shows a laminated structure of the magnetoresistive film 43 constituting the magnetic sensor element 21a for one magnetic sensor element (for example, 21a) among the plurality of magnetic sensor elements 21a to 21d.

磁気抵抗効果膜43は、絶縁膜42及びシード層49を介してシリコン基板41の上面に形成されている。図4に示すように、磁気抵抗効果膜43は、反強磁性層44、固定磁性層45、非磁性層46、及び自由磁性層47の順に積層されており、自由磁性層47の表面が保護層48で覆われて構成されている。   The magnetoresistive film 43 is formed on the upper surface of the silicon substrate 41 with the insulating film 42 and the seed layer 49 interposed therebetween. As shown in FIG. 4, the magnetoresistive film 43 is formed by laminating an antiferromagnetic layer 44, a pinned magnetic layer 45, a nonmagnetic layer 46, and a free magnetic layer 47 in this order, and the surface of the free magnetic layer 47 is protected. It is configured to be covered with a layer 48.

磁気抵抗効果膜43において、反強磁性層44と固定磁性層45との交換結合により、固定磁性層45の磁化方向45aが固定されている。図6に示すように、磁化方向45aは、シリコン基板41に平行な状態でY1方向に向いている。また、自由磁性層47の磁化方向47aは外部から印加される磁界によって変化する。なお、以下の説明では、「固定磁性層45の磁化方向45a」を「固定磁化方向45a」と表す。また、「自由磁性層47の磁化方向47a」を「自由磁化方向47a」と表す。   In the magnetoresistive effect film 43, the magnetization direction 45 a of the pinned magnetic layer 45 is fixed by exchange coupling between the antiferromagnetic layer 44 and the pinned magnetic layer 45. As shown in FIG. 6, the magnetization direction 45 a faces the Y1 direction in a state parallel to the silicon substrate 41. Further, the magnetization direction 47a of the free magnetic layer 47 changes depending on the magnetic field applied from the outside. In the following description, “the magnetization direction 45a of the pinned magnetic layer 45” is represented as “the pinned magnetization direction 45a”. The “magnetization direction 47a of the free magnetic layer 47” is expressed as “free magnetization direction 47a”.

本実施形態において、絶縁膜42はシリコン基板41を熱酸化したシリコン酸化膜や、スパッタ法等で成膜したアルミナ膜、酸化膜等であってもよい。反強磁性層44は、Ir−Mn合金(イリジウム−マンガン合金)などの反強磁性材料で形成されている。固定磁性層45は、Co−Fe合金(コバルト−鉄合金)などの軟磁性材料などで形成されている。非磁性層46は、Cu(銅)などである。自由磁性層47は、保磁力が小さく透磁率が大きいNi−Fe合金(ニッケル−鉄合金)などの軟磁性材料で形成されている。保護層48は、Ta(タンタル)などの層である。シード層49は、NiFeCrで構成される。この層によりその上の反強磁性層44の結晶の配向が(111)に整えられる。なお、図6に示す磁気抵抗効果膜43の積層構造及び用いられる材料は一例であって、他の積層構成であってもよい。反強磁性層44を省いてさらに固定磁性層45を第1強磁性層/非磁性結合層/第2強磁性層からなるいわゆるセルフピン型の構成にしても良い。この場合は第1強磁性層がシード層49と直接接する。また、第2強磁性層が非磁性層46と直接接する。非磁性結合層は導電性のRu等を用いる。第1強磁性層と第2強磁性層の磁化は導電電子により間接的な交換相互作用(RKKY的相互作用)により180°異なる方向に向けられている。   In the present embodiment, the insulating film 42 may be a silicon oxide film obtained by thermally oxidizing the silicon substrate 41, an alumina film formed by sputtering or the like, an oxide film, or the like. The antiferromagnetic layer 44 is made of an antiferromagnetic material such as an Ir—Mn alloy (iridium-manganese alloy). The pinned magnetic layer 45 is made of a soft magnetic material such as a Co—Fe alloy (cobalt-iron alloy). The nonmagnetic layer 46 is made of Cu (copper) or the like. The free magnetic layer 47 is made of a soft magnetic material such as a Ni—Fe alloy (nickel-iron alloy) having a small coercive force and a large magnetic permeability. The protective layer 48 is a layer such as Ta (tantalum). The seed layer 49 is made of NiFeCr. With this layer, the crystal orientation of the antiferromagnetic layer 44 thereon is adjusted to (111). Note that the laminated structure of the magnetoresistive film 43 shown in FIG. 6 and the materials used are examples, and other laminated structures may be used. The antiferromagnetic layer 44 may be omitted, and the pinned magnetic layer 45 may be of a so-called self-pin type structure including a first ferromagnetic layer / nonmagnetic coupling layer / second ferromagnetic layer. In this case, the first ferromagnetic layer is in direct contact with the seed layer 49. Further, the second ferromagnetic layer is in direct contact with the nonmagnetic layer 46. The nonmagnetic coupling layer uses conductive Ru or the like. The magnetizations of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer are directed in directions different by 180 ° due to indirect exchange interaction (RKKY-like interaction) due to conductive electrons.

図4に示すように、磁気センサ素子21a〜21dの固定磁化方向45aはいずれもY1方向に固定され同一方向に向けられている。また、自由磁化方向47aは、外部から印加される磁界により変化する。例えば、磁石33、ギア状磁性体61等が配置されず外部磁界が印加されていない状態では、自由磁化方向47aは磁気センサ素子21a〜21dの形状異方性によりX1−X2方向に向き、固定磁化方向45aと自由磁化方向47aとは直交する。本実施形態において、固定磁化方向45a及び自由磁化方向47aは、磁気抵抗効果膜43の面内方向に設けられており、磁気センサ12は膜面内の磁界成分を検知する。   As shown in FIG. 4, the fixed magnetization directions 45a of the magnetic sensor elements 21a to 21d are all fixed in the Y1 direction and directed in the same direction. Moreover, the free magnetization direction 47a changes with the magnetic field applied from the outside. For example, in a state where the magnet 33, the gear-like magnetic body 61, etc. are not arranged and no external magnetic field is applied, the free magnetization direction 47a is oriented in the X1-X2 direction due to the shape anisotropy of the magnetic sensor elements 21a to 21d and fixed. The magnetization direction 45a and the free magnetization direction 47a are orthogonal to each other. In the present embodiment, the fixed magnetization direction 45a and the free magnetization direction 47a are provided in the in-plane direction of the magnetoresistive effect film 43, and the magnetic sensor 12 detects a magnetic field component in the film plane.

図4に示すように、自由磁化方向47aと固定磁化方向45aとのなす角度をθとする。磁気センサ素子21a〜21dに磁界が印加されて自由磁化方向47aが固定磁化方向45aと平行に近づくと、角度θが小さくなり電気抵抗が低下する。一方、自由磁化方向47aが固定磁化方向45aと反平行に近づくと、角度θが大きくなり電気抵抗値が増大する。   As shown in FIG. 4, the angle formed by the free magnetization direction 47a and the fixed magnetization direction 45a is θ. When a magnetic field is applied to the magnetic sensor elements 21a to 21d and the free magnetization direction 47a approaches parallel to the fixed magnetization direction 45a, the angle θ decreases and the electrical resistance decreases. On the other hand, when the free magnetization direction 47a approaches antiparallel to the fixed magnetization direction 45a, the angle θ increases and the electrical resistance value increases.

また、本実施形態において、磁石33の残留磁束密度は充分に大きく設定されており、磁気センサ素子21a〜21dの自由磁性層47の磁化は磁石33により飽和されている。すなわち、自由磁化方向47aは、磁石33の磁界強度に依存せずに、磁石33の磁界34の方向のみに依存して変化する。そのため、本実施形態においては、磁石33は、ネオジム磁石や、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石、プラスチック磁石などの大きい残留磁束密度を有するものが好適である。磁石33には、例えば残留磁束密度100〜1500mTを有するものが選ばれている。   In the present embodiment, the residual magnetic flux density of the magnet 33 is set sufficiently high, and the magnetization of the free magnetic layer 47 of the magnetic sensor elements 21 a to 21 d is saturated by the magnet 33. In other words, the free magnetization direction 47 a changes depending on only the direction of the magnetic field 34 of the magnet 33 without depending on the magnetic field strength of the magnet 33. Therefore, in this embodiment, the magnet 33 having a large residual magnetic flux density such as a neodymium magnet, a samarium cobalt magnet, an alnico magnet, a ferrite magnet, or a plastic magnet is suitable. As the magnet 33, for example, a magnet having a residual magnetic flux density of 100 to 1500 mT is selected.

本実施形態の回転検出装置10は、ギア状磁性体61の回転に伴って磁気センサ12に作用する磁界の方向が変化し、磁気センサ素子21a〜21dの抵抗が変化する。この抵抗変化に基づいて、ギア状磁性体61の回転を検出することができる。   In the rotation detection device 10 of the present embodiment, the direction of the magnetic field acting on the magnetic sensor 12 changes as the gear-like magnetic body 61 rotates, and the resistances of the magnetic sensor elements 21a to 21d change. Based on this resistance change, the rotation of the gear-shaped magnetic body 61 can be detected.

図7は、ギア状磁性体の凹部の検出方法を説明するための、回転検出装置の部分拡大正面図である。図8は、ギア状磁性体の凹部の検出方法を説明するための、磁気センサの平面図である。また、図9は4つの磁気センサ素子から構成されるフルブリッジ回路である。   FIG. 7 is a partially enlarged front view of the rotation detecting device for explaining a method of detecting the concave portion of the gear-like magnetic body. FIG. 8 is a plan view of a magnetic sensor for explaining a method of detecting a recess in the gear-like magnetic body. FIG. 9 shows a full bridge circuit composed of four magnetic sensor elements.

図7に示すように、磁気センサ12と対向して上方(Z1方向)に凹部63が位置する場合において、磁気センサ12は磁石33に対してX1−X2方向にずらして配置されているため、磁石33から発生する磁界34は、磁気センサ12に対してX1−X2方向に作用する。また、凸部62が磁石33から離れているため、磁石33から発生する磁界34がギア状磁性体61の凸部62に集中することが抑制され、磁気センサ12にはZ1−Z2方向の磁界成分はほとんど作用しない。   As shown in FIG. 7, when the concave portion 63 is positioned upward (Z1 direction) facing the magnetic sensor 12, the magnetic sensor 12 is arranged to be shifted in the X1-X2 direction with respect to the magnet 33. A magnetic field 34 generated from the magnet 33 acts on the magnetic sensor 12 in the X1-X2 direction. Moreover, since the convex part 62 is separated from the magnet 33, the magnetic field 34 generated from the magnet 33 is suppressed from concentrating on the convex part 62 of the gear-like magnetic body 61, and the magnetic sensor 12 has a magnetic field in the Z1-Z2 direction. The ingredient has little effect.

よって、図8に示すように、磁石33から発生する磁界34のx成分34aが磁気センサ12に作用する。図8に示すように、x成分34aは、各磁気センサ素子21a〜21dに対して同じ方向(X1方向)に作用し、それぞれの自由磁化方向47aは、x成分34aの方向に沿って、X1方向に向けられる。すなわち、自由磁化方向47aは、固定磁化方向45aに対して直交する方向に向けられる。よって、磁気センサ素子21a〜21dにおいて固定磁化方向45aと自由磁化方向47aとの角度θはいずれも同じ角度となり、磁気センサ素子21a〜21dの抵抗値はほぼ等しい値となる。   Therefore, as shown in FIG. 8, the x component 34 a of the magnetic field 34 generated from the magnet 33 acts on the magnetic sensor 12. As shown in FIG. 8, the x component 34a acts on the magnetic sensor elements 21a to 21d in the same direction (X1 direction), and each free magnetization direction 47a is X1 along the direction of the x component 34a. Directed in the direction. That is, the free magnetization direction 47a is oriented in a direction orthogonal to the fixed magnetization direction 45a. Therefore, in the magnetic sensor elements 21a to 21d, the angle θ between the fixed magnetization direction 45a and the free magnetization direction 47a is the same, and the resistance values of the magnetic sensor elements 21a to 21d are substantially equal.

図9に示すように、4つの磁気センサ素子21a〜21dが電気的に接続されて、フルブリッジ回路53を構成する。図9に示すように、入力端子(Vdd)とグラウンド端子(GND)との間に、直列接続された磁気センサ素子21aと磁気センサ素子21b、及び直列接続された磁気センサ素子21cと磁気センサ素子21dが、並列接続されてフルブリッジ回路53を構成している。直列接続された磁気センサ素子21aと磁気センサ素子21bとの間から中点電圧(V)が取り出され、また磁気センサ素子21cと磁気センサ素子21dとの間から中点電圧(V)が取り出される。中点電圧(V)と中点電圧(V)との差分(V−V)が、差動増幅器54により増幅されて出力電圧(Vout)として出力される。 As shown in FIG. 9, four magnetic sensor elements 21 a to 21 d are electrically connected to form a full bridge circuit 53. As shown in FIG. 9, the magnetic sensor element 21a and the magnetic sensor element 21b connected in series between the input terminal (V dd ) and the ground terminal (GND), and the magnetic sensor element 21c and the magnetic sensor connected in series are connected. Elements 21d are connected in parallel to form a full bridge circuit 53. Series-connected magnetic sensor element 21a and the midpoint voltage from between the magnetic sensor element 21b (V 1) is taken out, also the magnetic sensor element 21c and the midpoint voltage from between the magnetic sensor element 21d (V 2) is It is taken out. The difference between the midpoint voltage (V 1) and the midpoint voltage (V 2) (V 1 -V 2) is output as amplified output voltage (V out) by the differential amplifier 54.

図7に示すように、磁気センサ12の上方に凹部63が位置する場合において、磁気センサ素子21a〜21dのそれぞれの抵抗値がほぼ同じであるため、図9に示す中点電圧(V)と中点電圧(V)とは同じ値となり、差分(V−V)は0Vである。以上の様に、本実施形態の回転検出装置10において凹部63を検出することができる。 As shown in FIG. 7, when the concave portion 63 is located above the magnetic sensor 12, the resistance values of the magnetic sensor elements 21 a to 21 d are substantially the same, so the midpoint voltage (V 1 ) shown in FIG. 9. And the midpoint voltage (V 2 ) have the same value, and the difference (V 1 −V 2 ) is 0V. As described above, the recess 63 can be detected in the rotation detection device 10 of the present embodiment.

本実施形態の磁気センサ12において、自由磁性層47の磁化は磁石33により飽和されており、磁界強度に依存せずに磁界方向によって各磁気センサ素子21a〜21dの抵抗値が変化する。例えば、ギア状磁性体61、磁気センサ12及び磁石33を設置する際などに、磁気センサ12と磁石33との高さ方向(Z方向)の距離、または磁気センサ12と凹凸部64との高さ方向(Z方向)の距離のばらつきが発生する場合がある。この場合であっても、磁気センサ12に作用する磁界34の強度は変化するが、磁界34の方向の変化は小さいため、磁気センサ12の出力の変化が抑制される。したがって、凹部63を精度良く検出することができる。また、磁気センサ12と磁石33との高さ方向(Z方向)の距離や磁気センサ12と凹凸部64との高さ方向(Z方向)の距離の制約が少ないため、磁気センサ12及び磁石33を容易に設置可能となる。   In the magnetic sensor 12 of the present embodiment, the magnetization of the free magnetic layer 47 is saturated by the magnet 33, and the resistance values of the magnetic sensor elements 21a to 21d vary depending on the magnetic field direction without depending on the magnetic field strength. For example, when installing the gear-shaped magnetic body 61, the magnetic sensor 12, and the magnet 33, the height direction (Z direction) distance between the magnetic sensor 12 and the magnet 33, or the height between the magnetic sensor 12 and the concave and convex portion 64. Variations in distance in the vertical direction (Z direction) may occur. Even in this case, although the intensity of the magnetic field 34 acting on the magnetic sensor 12 changes, the change in the direction of the magnetic field 34 is small, so that the change in the output of the magnetic sensor 12 is suppressed. Therefore, the concave portion 63 can be detected with high accuracy. In addition, since there are few restrictions on the distance in the height direction (Z direction) between the magnetic sensor 12 and the magnet 33 and the distance in the height direction (Z direction) between the magnetic sensor 12 and the concavo-convex portion 64, the magnetic sensor 12 and the magnet 33. Can be easily installed.

図10は、ギア状磁性体の凸部の検出方法を説明するための、回転検出装置の部分拡大正面図である。図11(a)は、ギア状磁性体の凸部の検出方法を説明するための、磁気センサの平面図であり、図11(b)は、磁気センサの部分拡大断面図である。また、図12は4つの磁気センサ素子から構成されるフルブリッジ回路である。   FIG. 10 is a partially enlarged front view of the rotation detecting device for explaining a method of detecting the convex portion of the gear-like magnetic body. FIG. 11A is a plan view of a magnetic sensor for explaining a method of detecting a convex portion of the gear-like magnetic body, and FIG. 11B is a partial enlarged cross-sectional view of the magnetic sensor. FIG. 12 shows a full bridge circuit composed of four magnetic sensor elements.

図10に示すように、磁気センサ12に対向して上方(Z1方向)に凸部62が位置する場合において、磁石33から発生する磁界34が上方(Z1方向)のギア状磁性体61の凸部62に集中し、磁界34の方向が曲げられる。そして、磁気センサ12は磁石33に対してX1−X2方向にずらして配置されているため、磁石33から発生し凸部62方向に曲げられた磁界34は、磁気センサ12に対して斜め方向に作用し、X1−X2方向の磁界成分及びZ1−Z2方向の磁界成分が磁気センサ12に作用する。   As shown in FIG. 10, when the convex portion 62 is positioned upward (Z1 direction) facing the magnetic sensor 12, the magnetic field 34 generated from the magnet 33 is convex on the gear-shaped magnetic body 61 upward (Z1 direction). Concentrating on the part 62, the direction of the magnetic field 34 is bent. Since the magnetic sensor 12 is arranged so as to be shifted in the X1-X2 direction with respect to the magnet 33, the magnetic field 34 generated from the magnet 33 and bent in the direction of the convex portion 62 is inclined with respect to the magnetic sensor 12. The magnetic field component in the X1-X2 direction and the magnetic field component in the Z1-Z2 direction act on the magnetic sensor 12.

図11(a)に示すように、磁石33から発生する磁界34のx成分34aは、各磁気センサ素子21a〜21dに対して同じ方向(X1方向)に作用する。図11(b)に示すように、2つの磁気センサ素子21a及び磁気センサ素子21bに関して、軟磁性体31は、Z1−Z2方向において、2つの磁気センサ素子21a及び磁気センサ素子21bの上に設けられている。すなわち、軟磁性体31は2つの磁気センサ素子21a及び磁気センサ素子21bと、凹凸部64(図8(b)には図示しない)との間に設けられている。また、軟磁性体31はY1−Y2方向において2つの磁気センサ素子21aと磁気センサ素子21bとの間に設けられており、2つの磁気センサ素子21a、21b側に位置する端部31aは、2つの磁気センサ素子21a、21bのそれぞれの一部に重なって配置されている。図11(b)に示すように、2つの磁気センサ素子21c及び磁気センサ素子21dについても同様に軟磁性体31が設けられている。   As shown in FIG. 11A, the x component 34a of the magnetic field 34 generated from the magnet 33 acts on the magnetic sensor elements 21a to 21d in the same direction (X1 direction). As shown in FIG. 11B, regarding the two magnetic sensor elements 21a and 21b, the soft magnetic body 31 is provided on the two magnetic sensor elements 21a and 21b in the Z1-Z2 direction. It has been. That is, the soft magnetic body 31 is provided between the two magnetic sensor elements 21a and 21b and the concavo-convex portion 64 (not shown in FIG. 8B). The soft magnetic body 31 is provided between the two magnetic sensor elements 21a and 21b in the Y1-Y2 direction, and the end 31a located on the two magnetic sensor elements 21a and 21b side has 2 The two magnetic sensor elements 21a and 21b are arranged so as to overlap each part. As shown in FIG. 11B, the soft magnetic body 31 is similarly provided for the two magnetic sensor elements 21c and 21d.

これにより、軟磁性体31と磁気センサ素子21aとでZ1−Z2方向からY2方向に曲がる磁路が形成され、軟磁性体31と磁気センサ素子21bとでZ1−Z2方向からY1方向に曲がる磁路が形成される。したがって、磁界34のz成分34cの磁束は軟磁性体31に収束されて、軟磁性体31の磁気センサ素子21a、21b側の端部31aへ流出する。そして、磁界34のz成分34cの磁束は、磁気センサ素子21a及び磁気センサ素子21bの幅方向に沿って、Y1方向とY2方向の磁界成分に変換される。これにより、磁石33から発生する磁界34のz成分34cは、磁気センサ素子21aのY2方向に作用し、磁気センサ素子21bのY1方向に作用する。また、磁気センサ素子21c、21dについても同様に、磁界34のz成分34cは、磁気センサ素子21cのY2方向に作用し、磁気センサ素子21dのY1方向に作用する。 Thereby, a magnetic path that bends from the Z1-Z2 direction to the Y2 direction is formed by the soft magnetic body 31 and the magnetic sensor element 21a, and a magnetic path that curves from the Z1-Z2 direction to the Y1 direction is formed by the soft magnetic body 31 and the magnetic sensor element 21b. A path is formed. Therefore, the magnetic flux of the z component 34c of the magnetic field 34 is converged on the soft magnetic body 31 and flows out to the end 31a of the soft magnetic body 31 on the magnetic sensor elements 21a and 21b side. The magnetic flux of the z component 34c of the magnetic field 34 is converted into magnetic field components in the Y1 direction and the Y2 direction along the width direction of the magnetic sensor element 21a and the magnetic sensor element 21b. Thus, the z component 34c of the magnetic field 34 generated from the magnet 33 acts in the Y2 direction of the magnetic sensor element 21a and acts in the Y1 direction of the magnetic sensor element 21b. Similarly, for the magnetic sensor elements 21c and 21d, the z component 34c of the magnetic field 34 acts in the Y2 direction of the magnetic sensor element 21c and acts in the Y1 direction of the magnetic sensor element 21d.

したがって、図11(a)に示すように、磁界34のx成分34aが磁気センサ素子21aのX1方向に作用し、磁界34のz成分34cが軟磁性体31により磁路変更されて、磁気センサ素子21aのY2方向に作用する。この2つの磁界成分を重ね合わせた磁界35の方向に沿って自由磁化方向47aが向けられ、固定磁化方向45aと自由磁化方向47aとのなす角度が大きくなる方向に変化する。磁気センサ素子21bには、磁界34のz成分34cがY1方向に印加されるため、磁気センサ素子21aとは逆に、固定磁化方向45aと自由磁化方向47aとのなす角度が小さくなる方向に自由磁化方向47aが変化する。また、磁気センサ素子21cには、磁気センサ素子21aと同様に磁石33からの磁界34が作用し、磁気センサ素子21dには磁気センサ素子21bと同様に磁石33からの磁界34が作用する。   Accordingly, as shown in FIG. 11A, the x component 34a of the magnetic field 34 acts in the X1 direction of the magnetic sensor element 21a, and the z component 34c of the magnetic field 34 is changed in magnetic path by the soft magnetic body 31, so that the magnetic sensor It acts in the Y2 direction of the element 21a. The free magnetization direction 47a is directed along the direction of the magnetic field 35 obtained by superimposing the two magnetic field components, and the angle between the fixed magnetization direction 45a and the free magnetization direction 47a changes. Since the z component 34c of the magnetic field 34 is applied to the magnetic sensor element 21b in the Y1 direction, the magnetic sensor element 21b is free so that the angle between the fixed magnetization direction 45a and the free magnetization direction 47a becomes smaller, contrary to the magnetic sensor element 21a. The magnetization direction 47a changes. Similarly to the magnetic sensor element 21a, the magnetic field 34 from the magnet 33 acts on the magnetic sensor element 21c, and the magnetic field 34 from the magnet 33 acts on the magnetic sensor element 21d similarly to the magnetic sensor element 21b.

図12は、凸部62を検出する際のフルブリッジ回路53である。図9に示す凹部63を検出する際のフルブリッジ回路53の出力に比較して、磁気センサ素子21a及び磁気センサ素子21cの抵抗値は大きくなり、磁気センサ素子21b及び磁気センサ素子21dの抵抗値は小さくなる。したがって、磁気センサ素子21aと磁気センサ素子21bとの中点電圧(V)は小さくなり、磁気センサ素子21cと磁気センサ素子21dとの中点電圧(V)は大きくなる。そして、各中点電圧の差(V−V)が差動増幅器54により増幅されて、出力電圧(Vout)が出力される。この出力電圧(Vout)により凸部62を精度良く検出することができる。 FIG. 12 shows the full bridge circuit 53 when the convex portion 62 is detected. The resistance values of the magnetic sensor element 21a and the magnetic sensor element 21c are larger than the output of the full bridge circuit 53 when detecting the recess 63 shown in FIG. 9, and the resistance values of the magnetic sensor element 21b and the magnetic sensor element 21d are increased. Becomes smaller. Therefore, the midpoint voltage (V 1 ) between the magnetic sensor element 21a and the magnetic sensor element 21b decreases, and the midpoint voltage (V 2 ) between the magnetic sensor element 21c and the magnetic sensor element 21d increases. Then, the difference (V 1 −V 2 ) between the midpoint voltages is amplified by the differential amplifier 54, and the output voltage (V out ) is output. The convex portion 62 can be detected with high accuracy by this output voltage (V out ).

また、本実施形態の回転検出装置10において、図11(b)に示すように、磁気センサ素子21a、21bのそれぞれの幅方向(Y1−Y2方向)の中心位置23(図8(b)において二点鎖線23で示す)が、軟磁性体31よりも外側に位置している。こうすれば、軟磁性体31の側面31bよりもY2方向に延びる21a、及びY1方向に延びる磁気センサ素子21bの長さを長くすることができるため、磁石33から発生する磁界34のz成分34cが確実にY1−Y2方向に変換される。   Moreover, in the rotation detection apparatus 10 of this embodiment, as shown in FIG.11 (b), in the center position 23 (FIG.8 (b)) of each width direction (Y1-Y2 direction) of the magnetic sensor elements 21a and 21b. (Shown by a two-dot chain line 23) is located outside the soft magnetic body 31. By doing so, the length of the magnetic sensor element 21b extending in the Y2 direction and the magnetic sensor element 21b extending in the Y1 direction can be made longer than the side surface 31b of the soft magnetic body 31, and therefore, the z component 34c of the magnetic field 34 generated from the magnet 33. Is reliably converted in the Y1-Y2 direction.

本実施形態において、磁気センサ素子21a、21bの幅寸法(Y1−Y2方向の寸法)は5μm〜15μm程度、軟磁性体31の幅寸法は10μm〜20μm、軟磁性体31の高さ寸法は10μm〜30μm程度に形成することができる。そして、磁気センサ素子21a、21bの幅方向の中心位置23は軟磁性体31の側面31bよりも0.5μm以上外側に位置する。図11(b)に示すように、軟磁性体31の断面形状は矩形状であり、磁石33からの磁界34のz成分34cを効率的に収束させるために、軟磁性体31の幅寸法よりも高さ寸法を大きくすることが好ましい。   In this embodiment, the width dimension (dimension in the Y1-Y2 direction) of the magnetic sensor elements 21a and 21b is about 5 μm to 15 μm, the width dimension of the soft magnetic body 31 is 10 μm to 20 μm, and the height dimension of the soft magnetic body 31 is 10 μm. It can be formed to about 30 μm. The center position 23 in the width direction of the magnetic sensor elements 21 a and 21 b is located 0.5 μm or more outside the side surface 31 b of the soft magnetic body 31. As shown in FIG. 11B, the cross-sectional shape of the soft magnetic body 31 is rectangular, and in order to efficiently converge the z component 34c of the magnetic field 34 from the magnet 33, the width dimension of the soft magnetic body 31 is larger. However, it is preferable to increase the height dimension.

以上のように、磁気センサ12に凸部62が対向する場合と、凹部63が対向する場合とで磁気センサ12に作用する磁界34の方向が変化し、磁気センサ12に凸部62が対向するときには磁気センサ12の面内方向の磁界成分に加えて、凸部62に集められた磁界成分が磁気センサ12の高さ方向に作用する。そして、軟磁性体31と磁気センサ素子21a〜21dとで高さ方向の磁界成分を面内方向に変換する磁路が形成されているため、高さ方向の磁界成分は2つの磁気センサ素子21a〜21dの面内方向にそれぞれに分岐されて磁界34の方向を検出することができる。   As described above, the direction of the magnetic field 34 acting on the magnetic sensor 12 changes between when the convex portion 62 faces the magnetic sensor 12 and when the concave portion 63 faces, and the convex portion 62 faces the magnetic sensor 12. Sometimes, in addition to the magnetic field component in the in-plane direction of the magnetic sensor 12, the magnetic field component collected at the convex portion 62 acts in the height direction of the magnetic sensor 12. Since the magnetic path for converting the magnetic field component in the height direction into the in-plane direction is formed by the soft magnetic body 31 and the magnetic sensor elements 21a to 21d, the magnetic field component in the height direction has two magnetic sensor elements 21a. The direction of the magnetic field 34 can be detected by branching in the in-plane direction of ˜21d.

よって、高さ方向の磁界成分を検出するために磁気センサ12を垂直に設ける必要が無く、固定磁性層45の磁化方向45aが、ギア状磁性体61の上面67aまたは下面67bと略平行になるように磁気センサ12を設置することができる。また、ギア状磁性体61の上面67a側または下面67b側のいずれか一方に磁石33及び磁気センサ12が設けられているため、図16に示す従来例の回転検出装置101において用いられる特殊な形状の筐体110を用いることなく、容易に磁石33及び磁気センサ12を配置することができる。   Therefore, it is not necessary to provide the magnetic sensor 12 vertically in order to detect the magnetic field component in the height direction, and the magnetization direction 45a of the pinned magnetic layer 45 is substantially parallel to the upper surface 67a or the lower surface 67b of the gear-like magnetic body 61. Thus, the magnetic sensor 12 can be installed. Further, since the magnet 33 and the magnetic sensor 12 are provided on either the upper surface 67a side or the lower surface 67b side of the gear-like magnetic body 61, a special shape used in the conventional rotation detection device 101 shown in FIG. The magnet 33 and the magnetic sensor 12 can be easily arranged without using the casing 110.

さらに、磁石33から生じる磁束が2つの磁気センサ素子21a〜21dの自由磁性層47の磁化を飽和するように磁石33が設けられているため、自由磁性層47の磁化は磁界強度に依存せず磁気センサ素子21a〜21dに作用する磁界の方向のみに依存する。よって、磁気センサ12とギア状磁性体61とのギャップが変動した場合や、磁気センサ12と磁石33との相対位置関係がずれた場合であっても、磁界強度は変化するが2つの磁気センサ素子21a〜21dに作用する磁界の方向の変化は小さいため、凹凸部64を検出する際の誤差の発生が抑制され、精度良く回転を検出することができる。   Furthermore, since the magnet 33 is provided so that the magnetic flux generated from the magnet 33 saturates the magnetization of the free magnetic layer 47 of the two magnetic sensor elements 21a to 21d, the magnetization of the free magnetic layer 47 does not depend on the magnetic field strength. It depends only on the direction of the magnetic field acting on the magnetic sensor elements 21a to 21d. Therefore, even when the gap between the magnetic sensor 12 and the gear-like magnetic body 61 fluctuates or when the relative positional relationship between the magnetic sensor 12 and the magnet 33 deviates, the magnetic field strength changes, but the two magnetic sensors. Since the change in the direction of the magnetic field acting on the elements 21a to 21d is small, the occurrence of an error when detecting the uneven portion 64 is suppressed, and the rotation can be detected with high accuracy.

したがって、本実施形態の回転検出装置10によれば、磁気センサ12及び磁石33を容易に設置することができるとともに、ギア状磁性体61の回転を精度良く検出することができる。   Therefore, according to the rotation detection device 10 of the present embodiment, the magnetic sensor 12 and the magnet 33 can be easily installed, and the rotation of the gear-like magnetic body 61 can be detected with high accuracy.

図7〜図12に示す凹凸部64の検出方法では、磁気センサ12に磁界34のx成分34aまたはz成分34cが作用する場合を示しているが、本実施形態の回転検出装置10によれば、y成分34bが作用する場合であっても、誤差の発生を抑制して精度良く検出することが可能である。図13(a)は、本実施形態の回転検出装置において磁気センサの位置ずれが発生した場合の、ギア状磁性体の凹部の検出方法を説明するための、回転検出装置の部分拡大平面図であり、図13(b)は、磁気センサの平面図である。   7 to 12 show the case where the x component 34a or the z component 34c of the magnetic field 34 acts on the magnetic sensor 12, but according to the rotation detection device 10 of the present embodiment. Even when the y component 34b acts, it is possible to detect with high accuracy while suppressing the occurrence of errors. FIG. 13A is a partially enlarged plan view of the rotation detection device for explaining a method of detecting the concave portion of the gear-like magnetic body when the magnetic sensor is displaced in the rotation detection device of the present embodiment. FIG. 13B is a plan view of the magnetic sensor.

図13(a)に示すように、磁気センサ12がY1方向にずれて配置された場合において、磁気センサ12に凹部63が対向すると、磁石33からの磁界34は磁気センサ12に対して平面視で斜め方向に作用する。つまり磁界34のx成分34aとy成分34bが磁気センサ12に作用し、磁界34のz成分34cは作用しない。   As shown in FIG. 13A, when the magnetic sensor 12 is arranged so as to be shifted in the Y1 direction, when the concave portion 63 faces the magnetic sensor 12, the magnetic field 34 from the magnet 33 is viewed in plan with respect to the magnetic sensor 12. Acts diagonally. That is, the x component 34a and the y component 34b of the magnetic field 34 act on the magnetic sensor 12, and the z component 34c of the magnetic field 34 does not act.

図13(b)に示すように、磁界34のy成分34bは、各磁気センサ素子21a〜21dに対して同じ方向(Y2方向)に、かつ同じ大きさで作用する。よって、各磁気センサ素子21a〜21dの自由磁化方向47aはいずれも同じ方向に回転して、角度θが大きくなる方向に向けられる。したがって、y成分34bが各磁気センサ素子21a〜21dに作用した場合であっても、いずれも同様の抵抗変化を示すため、図9に示すフルブリッジ回路53の中点電位(V1、V2)はほとんど変化しない。よって、y成分34bによる誤差の発生が抑制されて精度良く凹部63を検出することができる。   As shown in FIG. 13B, the y component 34b of the magnetic field 34 acts on the magnetic sensor elements 21a to 21d in the same direction (Y2 direction) and with the same magnitude. Accordingly, the free magnetization directions 47a of the magnetic sensor elements 21a to 21d are all rotated in the same direction and are directed in the direction in which the angle θ is increased. Therefore, even when the y component 34b acts on each of the magnetic sensor elements 21a to 21d, all show the same resistance change, so that the midpoint potentials (V1, V2) of the full bridge circuit 53 shown in FIG. Almost no change. Therefore, the occurrence of an error due to the y component 34b is suppressed, and the recess 63 can be detected with high accuracy.

図14(a)は、本実施形態の回転検出装置において磁気センサの位置ずれが発生した場合の、ギア状磁性体の凸部の検出方法を説明するための、回転検出装置の部分拡大平面図であり、図14(b)は、磁気センサの平面図である。   FIG. 14A is a partially enlarged plan view of the rotation detection device for explaining a method of detecting the convex portion of the gear-like magnetic body when the magnetic sensor is displaced in the rotation detection device of the present embodiment. FIG. 14B is a plan view of the magnetic sensor.

図14(a)に示すように、磁気センサ12がY1方向にずれて配置された場合において、磁気センサ12に凸部62が対向すると、磁界34のx成分34aとy成分34bが磁気センサ12に作用するとともに、図10と同様に磁界34のz成分34cが磁気センサ12に作用する。   As shown in FIG. 14A, when the magnetic sensor 12 is arranged so as to be shifted in the Y1 direction and the convex portion 62 faces the magnetic sensor 12, the x component 34 a and the y component 34 b of the magnetic field 34 are changed to the magnetic sensor 12. 10 and the z component 34c of the magnetic field 34 acts on the magnetic sensor 12 as in FIG.

磁界34のz成分34cは、図11(b)と同様に、軟磁性体31によってY1方向及びY2方向の磁界に変換される。よって、図14(b)に示すように、磁界34のz成分34cは、磁気センサ素子21aに対してY2方向に作用し、磁気センサ素子21bに対して逆方向のY1方向に作用する。磁界の各成分34a〜34cを合成した磁界35が、磁気センサ素子21a、21bにそれぞれ作用し、自由磁化方向47aは合成磁界35に沿った方向に向けられる。図14(b)に示すように、磁気センサ素子21aにおいて抵抗が大きくなる方向に自由磁化方向47aが変化し、磁気センサ素子21bにおいて抵抗が小さくなる方向に自由磁化方向47aが変化する。磁気センサ素子21c、21dにおいても同様に、磁気センサ素子21cの抵抗が大きくなる方向に自由磁化方向47aが変化し、磁気センサ素子21dの抵抗が小さくなる方向に自由磁化方向47aが変化する。これにより、フルブリッジ回路53からの差動出力が得られ、精度良く凸部62を検出することができる。   The z component 34c of the magnetic field 34 is converted into a magnetic field in the Y1 direction and the Y2 direction by the soft magnetic body 31, as in FIG. Therefore, as shown in FIG. 14B, the z component 34c of the magnetic field 34 acts on the magnetic sensor element 21a in the Y2 direction and acts on the magnetic sensor element 21b in the opposite Y1 direction. A magnetic field 35 obtained by combining the magnetic field components 34 a to 34 c acts on the magnetic sensor elements 21 a and 21 b, and the free magnetization direction 47 a is directed in a direction along the combined magnetic field 35. As shown in FIG. 14B, the free magnetization direction 47a changes in the direction in which the resistance increases in the magnetic sensor element 21a, and the free magnetization direction 47a changes in the direction in which the resistance decreases in the magnetic sensor element 21b. Similarly, in the magnetic sensor elements 21c and 21d, the free magnetization direction 47a changes in the direction in which the resistance of the magnetic sensor element 21c increases, and the free magnetization direction 47a changes in the direction in which the resistance of the magnetic sensor element 21d decreases. Thereby, the differential output from the full bridge circuit 53 is obtained, and the convex portion 62 can be detected with high accuracy.

以上のように、磁気センサ12にY方向の磁界34が作用した場合であっても、各磁気センサ素子21a〜21dに同じ方向に磁界34のy成分34bが作用する。よって、y成分34bによる各磁気センサ素子21a〜21dの抵抗値は同様に変化するため、フルブリッジ回路53により磁界34のy成分34bによる誤差はキャンセルされる。したがって、本実施形態の回転検出装置10において、磁石33に対する磁気センサ12の位置ずれが生じた場合であっても、誤差の発生を抑制して精度良く凹凸部64を検出することができる。   As described above, even if the magnetic field 34 in the Y direction acts on the magnetic sensor 12, the y component 34b of the magnetic field 34 acts on the magnetic sensor elements 21a to 21d in the same direction. Therefore, since the resistance values of the magnetic sensor elements 21a to 21d due to the y component 34b change in the same manner, the error due to the y component 34b of the magnetic field 34 is canceled by the full bridge circuit 53. Therefore, in the rotation detection device 10 of the present embodiment, even when the magnetic sensor 12 is misaligned with respect to the magnet 33, it is possible to detect the concavo-convex portion 64 with high accuracy while suppressing the occurrence of an error.

図15は、第2の実施形態における回転検出装置の(a)正面図、及び(b)側面図である。本実施形態の回転検出装置11は、磁気センサ12と磁石33との相対位置は図1及び図3に示す第1の実施形態と同様であり、ギア状磁性体61に対する、磁気センサ12及び磁石33の配置が異なっている。図15に示すように、本実施形態の回転検出装置11において、磁気センサ12及び磁石33はギア状磁性体61に対して90°回転して配置されている。   FIG. 15 is a (a) front view and (b) side view of a rotation detection device according to the second embodiment. In the rotation detection device 11 of the present embodiment, the relative position of the magnetic sensor 12 and the magnet 33 is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 3, and the magnetic sensor 12 and the magnet with respect to the gear-like magnetic body 61. The arrangement of 33 is different. As shown in FIG. 15, in the rotation detection device 11 of the present embodiment, the magnetic sensor 12 and the magnet 33 are arranged by being rotated by 90 ° with respect to the gear-like magnetic body 61.

本実施形態の回転検出装置11は、図15(a)に示すように、X1−X2方向において磁気センサ12が磁石33に重なる位置に配置されるとともに、図15(b)に示すように、Y1−Y2方向において磁気センサ12が磁石33に対してずらして配置されている。本実施形態において、磁気センサ12を構成する磁気センサ素子21a〜21d及び軟磁性体31も90°回転して配置されており、磁気センサ素子21a〜21d及び軟磁性体31はY1−Y2方向に延在して設けられる。   As shown in FIG. 15A, the rotation detection device 11 of the present embodiment is disposed at a position where the magnetic sensor 12 overlaps the magnet 33 in the X1-X2 direction, and as shown in FIG. The magnetic sensor 12 is arranged to be shifted with respect to the magnet 33 in the Y1-Y2 direction. In the present embodiment, the magnetic sensor elements 21a to 21d and the soft magnetic body 31 constituting the magnetic sensor 12 are also rotated by 90 °, and the magnetic sensor elements 21a to 21d and the soft magnetic body 31 are arranged in the Y1-Y2 direction. It is extended and provided.

このような配置であっても、第1の実施形態と同様に、磁気センサ12に凹部63が対向する場合と、凸部62が対向する場合とで、磁気センサ12に作用する磁界34の方向が変化し、凸部62及び凹部63を精度良く検出可能である。なお、本実施形態に限定されず、ギア状磁性体61に対する磁石33及び磁気センサ12の位置、距離などは適宜変更することができる。   Even in such an arrangement, as in the first embodiment, the direction of the magnetic field 34 acting on the magnetic sensor 12 between the case where the concave portion 63 faces the magnetic sensor 12 and the case where the convex portion 62 faces. Changes, and the convex portion 62 and the concave portion 63 can be detected with high accuracy. In addition, it is not limited to this embodiment, The position of the magnet 33 and the magnetic sensor 12 with respect to the gear-shaped magnetic body 61, a distance, etc. can be changed suitably.

10、11 回転検出装置
12 磁気センサ
15 基板
21 磁気センサ素子群
21a〜21d 磁気センサ素子
23 磁気センサ素子の幅方向の中心位置
30 基板
31 軟磁性体
31a 端部
32 接続部
33 磁石
34 磁石から発生する磁界
34a 磁石から発生する磁界のx成分
34b 磁石から発生する磁界のy成分
34c 磁石から発生する磁界のz成分
35 磁気センサ素子に作用する磁界
43 磁気抵抗効果膜
45 固定磁性層
45a 固定磁化方向(固定磁性層の磁化方向)
47 自由磁性層
47a 自由磁化方向(自由磁性層の磁化方向)
53 フルブリッジ回路
61 ギア状磁性体
62 凸部
62a 幅広凸部(回転基準凸部)
63 凹部
63a、63b 幅広凹部(回転基準凹部)
64 凹凸部
65 回転基準部
CW、CCW 回転方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 11 Rotation detection apparatus 12 Magnetic sensor 15 Board | substrate 21 Magnetic sensor element group 21a-21d Magnetic sensor element 23 Center position of the width direction of a magnetic sensor element 30 Board | substrate 31 Soft magnetic body 31a End part 32 Connection part 33 Magnet 34 Generated from magnet Magnetic field 34a x component of magnetic field generated from magnet 34b y component of magnetic field generated from magnet 34c z component of magnetic field generated from magnet 35 Magnetic field acting on magnetic sensor element 43 magnetoresistive film 45 fixed magnetic layer 45a fixed magnetization direction (Magnetization direction of pinned magnetic layer)
47 Free magnetic layer 47a Free magnetization direction (magnetization direction of free magnetic layer)
53 Full bridge circuit 61 Gear-like magnetic body 62 Protruding part 62a Wide convex part (rotation reference convex part)
63 recess 63a, 63b wide recess (rotation reference recess)
64 Concavity and convexity 65 Rotation reference part CW, CCW Rotation direction

Claims (8)

上面と、下面と、前記上面及び前記下面の外周縁部間を繋ぐ外周側面と、前記外周側面の回転方向に連続して設けられた凹凸部とを有し、前記凹凸部は前記外周側面から外方に突出する複数の凸部と、前記複数の凸部同士の間の凹部とからなるギア状磁性体の回転を検出する回転検出装置であって、
前記凹凸部の前記上面側または前記下面側のいずれか一方において、前記凹凸部と間隔を設けて配置された磁石と、前記磁石と前記凹凸部との間に配置された磁気センサとを有し、
前記磁気センサは、2つの磁気センサ素子と軟磁性体とを備え、
前記2つの磁気センサ素子は、磁化が固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化が変化する自由磁性層とをそれぞれ有し、前記自由磁性層の磁化は前記磁石によって飽和されると共に、前記2つの磁気センサ素子の前記固定磁性層の磁化方向は、前記上面または前記下面と略平行に互いに同じ方向に向けられており、
前記下面から前記上面に向かう方向を高さ方向としたときに、前記軟磁性体は、前記2つの磁気センサ素子の間に設けられるとともに前記2つの磁気センサ素子よりも前記高さ方向に突出して設けられており、
前記2つの磁気センサ素子によりブリッジ回路が構成されていることを特徴とする回転検出装置。
An upper surface, a lower surface, an outer peripheral side surface connecting between the outer peripheral edge portions of the upper surface and the lower surface, and an uneven portion provided continuously in a rotation direction of the outer peripheral side surface, the uneven portion from the outer peripheral side surface A rotation detection device that detects rotation of a gear-like magnetic body composed of a plurality of convex portions projecting outward and a concave portion between the plurality of convex portions,
On either the upper surface side or the lower surface side of the concavo-convex portion, the magnet has a magnet disposed with a gap from the concavo-convex portion, and a magnetic sensor disposed between the magnet and the concavo-convex portion. ,
The magnetic sensor includes two magnetic sensor elements and a soft magnetic material,
The two magnetic sensor elements each have a fixed magnetic layer whose magnetization is fixed and a free magnetic layer whose magnetization is changed by an external magnetic field, and the magnetization of the free magnetic layer is saturated by the magnet, The magnetization directions of the fixed magnetic layers of the two magnetic sensor elements are oriented in the same direction substantially parallel to the upper surface or the lower surface,
When the direction from the lower surface toward the upper surface is the height direction, the soft magnetic body is provided between the two magnetic sensor elements and protrudes in the height direction from the two magnetic sensor elements. Provided,
A rotation detection apparatus, wherein a bridge circuit is constituted by the two magnetic sensor elements.
前記上面または前記下面と略平行な前記面内において直交する方向を第1の方向及び第2の方向としたとき、前記2つの磁気センサ素子及び前記軟磁性体は前記第1の方向に延在して設けられており、前記2つの磁気センサ素子の前記固定磁性層の磁化方向はいずれも前記第2の方向に向いており、前記第1の方向は前記外周側面の回転方向と一致することを特徴とする請求項1に記載の回転検出装置。   The two magnetic sensor elements and the soft magnetic body extend in the first direction when the directions orthogonal to each other in the plane substantially parallel to the upper surface or the lower surface are defined as a first direction and a second direction. The magnetization directions of the pinned magnetic layers of the two magnetic sensor elements are both directed to the second direction, and the first direction matches the rotational direction of the outer peripheral side surface. The rotation detection device according to claim 1. 前記第1の方向において、前記磁気センサは前記磁石に対してずらして配置されていることを特徴とする請求項2に記載の回転検出装置。   The rotation detection device according to claim 2, wherein in the first direction, the magnetic sensor is arranged to be shifted with respect to the magnet. 基板の表裏面の一方の面に前記磁気センサが配置され、他方の面に前記磁石が配置されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の回転検出装置。   The rotation detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic sensor is disposed on one surface of the front and back surfaces of the substrate, and the magnet is disposed on the other surface. . 前記軟磁性体は、前記高さ方向において対向する端部を有しており、
前記2つの磁気センサ素子側に位置する前記端部は、前記2つの磁気センサ素子の一部に重なって配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の回転検出装置。
The soft magnetic body has ends facing each other in the height direction,
The said edge part located in the said two magnetic sensor element side is arrange | positioned so that it may overlap with a part of said two magnetic sensor elements, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Rotation detection device.
前記磁気センサ素子の幅方向の中心が、前記軟磁性体よりも外側に位置することを特徴とする請求項4に記載の回転検出装置。   The rotation detection device according to claim 4, wherein the center of the magnetic sensor element in the width direction is located outside the soft magnetic body. さらに2つの磁気センサ素子を有し、4つの前記磁気センサ素子によりフルブリッジ回路を構成することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の回転検出装置。   The rotation detection device according to any one of claims 1 to 6, further comprising two magnetic sensor elements, wherein a full bridge circuit is configured by the four magnetic sensor elements. 前記ギア状磁性体に設けられた複数の前記凹凸部の一部には回転基準部が設けられており、前記回転基準部には、前記凸部及び前記凹部と異なる幅を有する回転基準凸部または回転基準凹部が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の回転検出装置。   A rotation reference part is provided in a part of the plurality of uneven parts provided in the gear-like magnetic body, and the rotation reference part has a width different from that of the protrusion and the recess. Or the rotation reference recessed part is provided, The rotation detection apparatus of any one of Claim 1 to 7 characterized by the above-mentioned.
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