【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗素子を備える磁気式位置センサに係わり、特に、温度変化に起因する磁気抵抗素子の抵抗値変化を補償し得る磁気式位置センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】車両には、スロットルバルブの開度やブレーキペダルのストローク等を検出するために位置センサが搭載される。 位置センサの耐久性を向上させる上で、非接触で移動体の移動位置を検出し得ることが望ましい。 このような非接触式位置センサとして、従来より、移動体の移動に応じた磁石の移動に伴う磁界の変化を、磁気抵抗素子を用いて検出することにより、移動体の移動位置を検出する磁気式位置センサが知られている。 例えば、特開平３−２３５００２号には、スロットルバルブ等の回転体の回転位置を検出する磁気式位置センサが開示されている。 上記従来の磁気式位置センサは、スロットルバルブ等の回転体の回転に応じて共に回転する磁石と、該磁石に対向するように配設され、ブリッジ接続されてブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子とを備えている。 磁気抵抗素子は、作用する磁界の、流通する電流の向きに対する角度に応じて抵抗値が変化する性質を備えている。 このため、磁気抵抗素子に電流を供給した状態で、回転体の回転に応じて磁石の発する磁界が回転すると、磁気抵抗素子の抵抗値が変化する。 上記従来の磁気式位置センサにおいては、ブリッジ回路に電流を供給し、かかる抵抗値の変化を電圧信号に変換することにより、回転体の回転位置を検出している。

【０００３】ところで、磁気抵抗素子は、温度変化に応じて抵抗値が変化する性質を備えている。 かかる温度変化の影響を補償するため、上記従来の磁気式位置センサは、一対の温度補償用磁気抵抗素子を更に備えている。
温度補償用磁気抵抗素子は、磁石の回転に伴う磁界の回転に起因する抵抗値変化が互いに相殺されるよう、互いに垂直な線状のパターンに形成されると共に、互いに直列に接続されている。 このため、温度補償用磁気抵抗素子の直列抵抗値は、回転体の回転によっては変化せず、
温度変化のみに応じて変化する。 上記従来の磁気式位置センサにおいては、かかる直列抵抗値の変化に基づいて、ブリッジ回路への供給電流を調整することにより、
温度変化に起因する磁気抵抗素子の抵抗値変化を補償している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、上記従来の磁気式位置センサにおいては、温度補償用磁気抵抗素子は、磁石の回転に伴う磁界の回転に起因する抵抗値変化が相殺されるよう、互いに垂直に形成されなければならない。 しかしながら、一般に、このように所要のパターンを所要の角度に高精度に形成することは困難であり、形成された角度には必然的に誤差が伴う。 上記従来の磁気式位置センサにおいて、温度補償用磁気抵抗素子間の角度に誤差が生ずると、回転体の回転に伴う各素子の抵抗値変化は完全には相殺されないことになる。 この場合、温度補償用磁気抵抗素子の直列抵抗値は磁石の回転によって変動し、従って、この直列抵抗値によっては、温度変化に起因する磁気抵抗素子の抵抗値変化を完全には補償することができない。 このように、上記従来の磁気式位置センサは、温度補償用磁気抵抗素子を所要の角度に高精度に形成することが困難であるために、温度補償が正確に行われない場合があるという問題を有するものであった。

【０００５】本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、温度変化に起因する測定用磁気抵抗素子の抵抗値変化を正確に補償し得る磁気式位置センサを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、移動体の移動に伴う磁石の相対移動に応じた抵抗値変化を示す検出用磁気抵抗素子と、温度変化に起因する前記検出用磁気抵抗素子の抵抗値の変化の補償に用いられる補償用磁気抵抗素子とを備える磁気式位置センサにおいて、前記補償用磁気抵抗素子を、その抵抗値が前記磁石の移動位置にかかわらず一定となるように構成すると共に、前記検出用磁気抵抗素子の抵抗値と、前記補償用磁気抵抗素子の抵抗値とに基づいて、前記移動体の移動位置を検出する移動位置検出手段を設けた磁気式位置センサにより達成される。

【０００７】本発明において、検出用磁気抵抗素子の抵抗値は、移動体の移動位置に係わらず一定とされる。 磁気抵抗素子の抵抗値は温度変化に応じて変化する。 このため、検出用磁気抵抗素子の抵抗値は、移動体の移動位置に応じて変化すると共に、温度変化に応じて変化し、
一方、補償用磁気抵抗素子の抵抗値は、温度変化のみに応じて変化する。 従って、移動位置検出手段が、検出用磁気抵抗素子の抵抗値と、補償用磁気抵抗素子の抵抗値とに基づいて移動体の移動位置を検出することにより、
温度変化に起因する測定用磁気抵抗素子の抵抗値の変化が補償される。

【０００８】また、上記の目的は、請求項２に記載する如く、移動体の移動に伴う磁石の相対移動に応じた抵抗値変化を示す検出用磁気抵抗素子と、温度変化に起因する前記検出用磁気抵抗素子の抵抗値の変化の補償に用いられる補償用磁気抵抗素子とを備える磁気式位置センサにおいて、前記補償用磁気抵抗素子を、前記磁石による磁界が作用する領域の面積が前記磁石の移動位置にかかわらず一定となるように構成すると共に、前記検出用磁気抵抗素子の抵抗値と、前記補償用磁気抵抗素子の抵抗値とに基づいて、前記移動体の移動位置を検出する移動位置検出手段を設けた磁気式位置センサによっても達成される。

【０００９】本発明において、検出用磁気抵抗素子の抵抗値は、移動体の移動位置に応じて変化する。 一方、補償用磁気抵抗素子の、磁石による磁界が作用する領域の面積は、磁石の移動位置にかかわらず一定であるため、
補償用磁気抵抗素子の抵抗値は移動体の移動位置にかかわらず一定である。 磁気抵抗素子の抵抗値は温度変化に応じて変化する。 このため、検出用磁気抵抗素子の抵抗値は、移動体の移動位置に応じて変化すると共に、温度変化に応じて変化し、一方、補償用磁気抵抗素子の抵抗値は、温度変化のみに応じて変化する。 従って、移動位置検出手段が、検出用磁気抵抗素子の抵抗値と、補償用磁気抵抗素子の抵抗値とに基づいて移動体の移動位置を検出することにより、温度変化に起因する測定用磁気抵抗素子の抵抗値の変化が補償される。

【００１０】また、上記の目的は、請求項３に記載する如く、請求項１又は２記載の磁気式位置センサにおいて、前記移動位置検出手段は、前記測定用磁気抵抗素子の抵抗値と、前記補償用磁気抵抗素子の抵抗値との比に基づいて前記移動体の移動位置を検出する磁気式位置センサによっても達成される。

【００１１】本発明において、移動位置検出手段は、測定用磁気抵抗素子の抵抗値と、補償用磁気抵抗素子の抵抗値との比に基づいて前記移動体の移動位置を検出する。 磁気抵抗素子に温度変化が生じた場合、磁気抵抗素子の抵抗値は、温度変化に応じた割合で変化する。 このため、温度変化が生じた場合、測定用磁気抵抗素子の抵抗値と、補償用磁気抵抗素子の抵抗値とは互いに等しい割合で変化する。 従って、移動位置検出手段が、測定用磁気抵抗素子の抵抗値と、補償用磁気抵抗素子の抵抗値との比に基づいて前記移動体の移動位置を検出することにより、温度変化に起因する測定用磁気抵抗素子の抵抗値の変化が補償される。

【００１２】また、上記の目的は、請求項４に記載する如く、磁気抵抗素子がブリッジ接続されてなるブリッジ回路であって、移動体の移動に伴う磁石の相対移動に応じた抵抗値変化を示す磁気抵抗素子を少なくとも一つ備えるブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の互いに対向する接続部位の対のうち一方の対に電圧を供給する電圧源と、前記ブリッジ回路の互いに対向する接続部位の前記一方の対とは他方の対の電位差を検出する電圧検出手段とを備える磁気式位置センサによっても達成される。

【００１３】本発明において、ブリッジ回路は磁気抵抗素子がブリッジ接続されて構成される。 ブリッジ回路の互いに対向する接続部位の対のうち一方の対の間には電圧源により電圧が供給される。 電圧検出手段は、ブリッジ回路の電圧が供給される接続部位の対（以下、入力端子と称す）とは他方の接続部位の対（以下、出力端子と称す）の電位差を検出する。 出力端子の各々は、入力端子間に互いに直列に接続された磁気抵抗素子の各組の接続部位に相当する。 このため、各出力端子には、電圧源により供給された電圧（以下、入力電圧と称す）が、入力端子間で互いに直列に接続された磁気抵抗素子により分圧された電位が生ずる。 従って、電圧検出手段が検出する出力端子の電位差（以下、出力電圧と称す）は、各磁気抵抗素子の抵抗値により定まる。 ブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子のうち少なくとも一つの磁気抵抗素子の抵抗値は、移動体の移動に伴う磁石の相対移動に応じて変化する。 従って、出力電圧は移動体の移動位置に応じて変化する。 ところで、温度変化が生ずると、各磁気抵抗素子の抵抗値は温度変化に応じた、互いに等しい割合で変化する。 このため、入力電圧が磁気抵抗素子に分圧されて生ずる各出力端子の電位は、温度変化が生じても変化しない。 従って、温度変化に応じて磁気抵抗素子の抵抗値が変化しても、出力電圧は変化しない。 このように、本発明によれば、温度変化に起因する磁気抵抗素子の抵抗値変化の影響を受けることなく移動体の移動位置が検出される。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施例である磁気式位置センサ１０を軸方向から見た際の構成を示す。 図１において、ロータ１２は、例えばスロットルシャフト等の回転体に連結されており、この回転体の回転に同期して回転する。 ロータ１２の外周部には磁石１
３が固定されている。 磁石１３はロータ１２の軸方向に分極されている。 ロータ１２の周囲には、円筒状のフレキシブル基板１４がロータ１２と同軸に配設されている。 フレキシブル基板１４は、例えば、ポリイミド等の樹脂から形成されており、柔軟性を有している。 図２はフレキシブル基板１４を平面状に延ばした状態を示す。
図２に示す如く、フレキシブル基板１４には巨大磁気抵抗素子（以下、ＧＭＲ素子と称す）１６及び１７が薄膜状に形成されている。

【００１５】ＧＭＲ素子１６及び１７は、強磁性層と非磁性層とが交互に成膜された人工格子膜により形成されＧＭＲ素子材料の薄膜をエッチングによりパターニングすることにより形成されている。 図３は、ＧＭＲ素子１
６、１７に作用する膜に平行な方向の磁界Ｈと、ＧＭＲ
素子１６、１７の単位面積当たりの抵抗値Ｒとの関係を示す。 図３に示す如く、ＧＭＲ素子１６、１７は、その膜に対して平行に作用する磁界Ｈの増大に応じて抵抗値が減少し、磁界Ｈが飽和磁界Ｈs を越えると、所定の飽和抵抗値Ｒs となるような性質を備えている。 図３からわかるように、ＧＭＲ素子１６、１７の抵抗値は磁界Ｈ
の大きさのみに依存し、膜に平行な方向内での磁界Ｈの向きには依存しない。

【００１６】後述する如く、ＧＭＲ素子１６はロータ１
２の回転位置の検出に用いられ、、ＧＭＲ素子１７は温度変化の影響を補償するために用いられる。 そこで、以下、ＧＭＲ素子１６を測定用ＧＭＲ素子１６と称し、Ｇ
ＭＲ素子１７を補償用ＧＭＲ素子１７と称する。

【００１７】図２に示す如く、フレキシブル基板１４は帯状の基板である。 上述の如く、フレキシブル基板１４
は柔軟性を有しているため、平面状のフレキシブル基板１４を図１に示す如く円筒状に配設することが可能とされている。 なお、図２における左から右に向かう方向が磁気式回転センサ１０の図１における時計周り方向に相当し、図２における上下方向が磁気式回転センサ１０の軸方向に相当している。

【００１８】図２に示す如く、測定用ＧＭＲ素子１６はフレキシブル基板１４の図２中左右方向に延びる三角波状のパターンに形成されている。 このパターンは図２中左方から右方にいくにつれて（従って、図１においては、時計周り方向にすすむにつれて）、その周期が次第に大きくなるように設けられている。 一方、補償用ＧＭ
Ｒ素子１７は図２中左右方向に延び、一定の幅を有する帯状に形成されている。 フレキシブル基板１４の図２中左端部近傍には電極１８及び１９が、また、右端部近傍には電極２０がそれぞれ形成されている。 電極１８及び１９はそれぞれ、測定用ＧＭＲ素子１６及び補償用ＧＭ
Ｒ素子１７の図２中左端に接続されている。 また、電極２０は、測定用ＧＭＲ素子１６及び補償用ＧＭＲ素子１
７の図２中右端に接続されている。

【００１９】かかる磁気式位置センサ１０の構成によれば、磁石１３はロータ１２の軸に対して平行な方向の磁界を発生し、図２に破線で示す如く、フレキシブル基板１４の磁石１３に対向する領域Ａにこの磁界を作用させる。 このため、測定用ＧＭＲ素子１６及び１７の領域Ａ
内にある部位には、磁界がＧＭＲ素子の膜に対して平行かつ図２における上下方向に作用する。 この場合、測定用ＧＭＲ素子１６の周期は周方向の位置に応じて変化されているため、測定用ＧＭＲ素子１６に磁界が作用する領域の面積は、磁石１３の回転位置に応じて変化する。
一方、補償用ＧＭＲ素子１７は軸方向の幅が一定となるように形成されているため、測定用ＧＭＲ素子１６に磁界が作用する領域の面積は、磁石１３の回転位置にかかわらず一定である。

【００２０】上述の如く、ＧＭＲ素子に磁界が作用することにより、その抵抗値は減少する。 このため、ロータ１２と共に磁石１３が回転することにより、測定用ＧＭ
Ｒ素子１６に磁界が作用する領域の面積が増加すると、
測定用ＧＭＲ素子１６全体の電気抵抗、即ち、電極１
８、２０間の抵抗値は減少する。 従って、電極１８、２
０間の抵抗はロータ１２の回転位置に応じて変化することになる。 図２に示す測定用ＧＭＲ素子１６のパターンにおいては、図中右方へ向かうほど、測定用ＧＭＲ素子１６のパターンの周期が増加され、従って、測定用ＧＭ
Ｒ素子１６に磁界が作用する領域の面積は減少されている。 このため、ロータ１２が図１中時計回り方向に回転するのに応じて、測定用ＧＭＲ素子１６の抵抗値は増加することになる。 一方、補償用ＧＭＲ素子１７に磁界が作用する領域の面積は磁石の回転にかかわらず一定であるため、補償用ＧＭＲ素子１７の抵抗値、すなわち、電極１９、２０間の抵抗値は、ロータ１２の回転位置にかかわらず一定である。

【００２１】磁石１３の中央部が図２中左端から距離ｘ
の位置、即ち、図１に示す回転角θの位置にある場合の、測定用ＧＭＲ素子１６に磁石１３による磁界が作用する領域の面積をＦ（ｘ）、測定用ＧＭＲ素子１６の全面積をＳ、測定用ＧＭＲ素子１６に磁界が作用しない状態での電極１８、２０間の抵抗をＲ ₁とし、、磁石１３
による磁界が作用することにより測定用ＧＭＲ素子１６
の抵抗値がα倍になるものとすると、電極１８、２０間の抵抗値Ｒ（θ）は、 Ｒ（θ）＝Ｒ ₁・（Ｓ−Ｆ（θ））／Ｓ＋Ｒ ₁・α・Ｆ（θ）／Ｓ ＝Ｒ ₁ ＋Ｒ ₁・（α−１）・Ｆ（θ）／Ｓ （１） と表される。 （１）式からわかるように、Ｆ（θ）がθ
の変化、即ち、ｘの変化に対して直線的に変化するように測定用ＧＭＲ素子１６を形成することにより，抵抗値Ｒ（θ）をロータ１２の回転角θに対して直線的に変化させることができる。 なお、ロータ１２の回転角の測定範囲は、測定用ＧＭＲ素子１６の周方向の存在角度（図１に示す角度ψ）により定められる。 従って、測定用Ｇ
ＭＲ素子１６の図２における左右方向の長さを調整して角度ψを適切に設けることにより、所要の測定範囲を得ることができる。

【００２２】ところで、一般に、ＧＭＲ素子の抵抗値は、ＧＭＲ素子の温度変化量に応じた割合で変化する（単位温度変化当たりのＧＭＲ素子の抵抗値の変化率を、以下、温度係数と称する）。 このため、測定用ＧＭ
Ｒ素子１６の抵抗値のみに基づいてロータ１２の回転位置を検出したのでは、検出値が温度変化に応じて変動し、正確な測定を行うことができない。 これに対して、
本実施例の磁気式位置センサ１０は、ロータ１２の回転によっては抵抗値が変化しない補償用ＧＭＲ素子１７を用いて、かかる温度変化の影響を補償し得る点に特徴を有している。

【００２３】上述の如く、測定用ＧＭＲ素子１６及び補償用ＧＭＲ素子１７は互いに隣接するように、同一のＧ
ＭＲ素子材料の薄膜から形成されている。 このため、測定用ＧＭＲ素子１６及び１７の温度は互いに等しく、かつ、同一の温度係数を有しているとみなすことができる。

【００２４】そこで、測定用ＧＭＲ素子１６及び補償用ＧＭＲ素子１７の温度係数をβ、所定の基準温度Ｔ ₀における測定用ＧＭＲ素子１６及び補償用ＧＭＲ素子１７
の抵抗値をそれぞれ、Ｒ ₀ （θ）及びＲ _c0とすると、温度（Ｔ ₀ ＋ΔＴ）における測定用ＧＭＲ素子１６の抵抗値Ｒ（θ）、及び、補償用ＧＭＲ素子１７の抵抗値Ｒ _c
はそれぞれ、 Ｒ（θ）＝Ｒ ₀ （θ）・（１＋β・ΔＴ） （２） Ｒ _c ＝Ｒ _c0・（１＋β・ΔＴ） （３） と表される。

【００２５】従って、Ｒ（θ）とＲ _cとの比Ｒ _s （θ）
は Ｒ _s （θ）＝Ｒ ₀ （θ）／ Ｒ _c0 （４） と表される。 （４）式からわかるように、Ｒ（θ）とＲ
_cとの比をとることにより、Ｒ（θ）の温度変化はＲ _c
の温度変化により打ち消される。 従って、Ｒ _s （θ）に基づいてロータ１２の回転位置を検出することにより、
温度変化の影響が補償された計測を行うことができる。

【００２６】図４はかかる計測を行うための回路の一例を示す。 図４に示す如く、定電流源３０により電極１
８、１９間に一定の電流Ｉを流すと、電極１８、２０
間、及び、電極２０、１９間にはそれぞれ、電圧Ｖ＝Ｒ
（θ）・Ｉ、及び、Ｖ _s ＝Ｒ _c・Ｉが生ずる。 これらの電圧ＶとＶ _sとの比は、Ｒ _s （θ）に一致する。 従って、電圧計３２及び３３により、それぞれ電極１８、２
０間、及び、電極２０、１９間の電圧Ｖ及びＶ _sを測定し、ＶとＶ _sとの比を磁気式位置センサ１０の出力信号とすることにより、温度変化に起因する測定用ＧＭＲ素子１６の抵抗値の温度変化の影響を受けることのない計測を行うことができる。

【００２７】上述の如く、本実施例においては、補償用ＧＭＲ素子１７に磁石１３による磁界が作用する領域の面積がロータ１２の回転位置にかかわらず一定となるように構成することにより、補償用ＧＭＲ素子１７による温度補償が実現されている。 かかる補償用ＧＭＲ素子１
７の構成は、単に、補償用ＧＭＲ素子１７を一定の幅を有する帯状に形成することのみにより実現されている。
このため、補償用ＧＭＲ素子１７を所要の形状に高精度に形成することができる。 従って、本実施例の磁気式位置センサ１０によれば、温度変化に起因する測定用ＧＭ
Ｒ素子１６の抵抗値の温度変化を正確に補償することが可能とされている。

【００２８】なお、補償用ＧＭＲ素子の抵抗値を磁石の位置にかかわらず一定とする構成は、上記実施例の如く、補償用ＧＭＲ素子１７に磁界が作用する面積を一定とする構成の他に、補償用ＧＭＲ素子に磁界が作用する面積を変化させると共に、この面積の変化に応じて補償用ＧＭＲ素子の断面積を変化させる、即ち、補償用ＧＭ
Ｒ素子の厚みを変化させる構成によっても実現することができる。

【００２９】また、上記実施例においては、測定用ＧＭ
Ｒ素子１６の抵抗値と、補償用ＧＭＲ素子１７の抵抗値との比を求めることにより、温度変化の影響を補償しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、補償用ＧＭＲ素子１７の所定の基準温度での抵抗値と、現在の抵抗値との比を求め、かかる比を測定用ＧＭＲ素子１６の抵抗値に乗算する方法、種々の温度において補償用ＧＭＲ素子１７の抵抗値の、基準温度での抵抗値に対する比の値を予め実験的に、または、理論的に求めて記憶しておき、補償用ＧＭＲ素子１７の現在の抵抗値に対応する記憶値を測定用ＧＭＲ素子１６の抵抗値に乗算する方法、等によって温度変化の影響を補償することとしてもよい。

【００３０】更に、上記実施例においては、磁石１３
を、その分極方向がロータ１２の軸方向となるように配置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁石１３を、その分極方向がロータ１２の径方向となるように配置してもよい。 この場合、測定用ＧＭＲ素子１６には、膜に平行、かつ周方向の磁界が作用することになる。 上述の如く、磁界が測定用ＧＭＲ素子１６の膜に対して平行に作用する限り、測定用ＧＭＲ素子１６
の抵抗変化率は磁界の方向に依存しない。 従って、前記の如く磁石１３を径方向に分極させることによっても上記実施例と同様の効果を得ることができる。

【００３１】また、上記実施例においては、測定用ＧＭ
Ｒ素子１６を、三角波状のパターンの周期を周方向の位置に応じて変化させることにより、磁石１３による磁界が測定用ＧＭＲ素子１６に作用する部位の面積Ｆ（ｘ）
をｘに応じて変化させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、測定用ＧＭＲ素子１６
を、周方向に延びる帯状に形成し、軸方向の幅を周方向の位置に応じて変化させることにより、Ｆ（ｘ）をｘに応じて変化させることとしてもよい。

【００３２】更に、上記実施例においては、測定用ＧＭ
Ｒ素子１６及び補償用ＧＭＲ素子１７をロータ１２の周囲に配置したフレキシブル基板上に形成し、磁石と測定用ＧＭＲ素子１６及び補償用ＧＭＲ素子１７を、ロータ１２の径方向に対向させているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらのＧＭＲ素子をロータと軸方向に対向する平面基板上に形成し、ＧＭＲ素子を磁石とをロータの軸方向に対向させることとしてもよい。

【００３３】次に、本発明の第２実施例について説明する。 図５は本発明の第２実施例である磁気式位置センサ４０の構成を示す。 本実施例の磁気式位置センサ４０
は、直線移動する移動体４２の移動位置を検出する直線位置センサとしての機能を有している。 図５に示す如く、磁石４３は移動体４２に固定されている。 基板４４
は、磁石４３と所定の間隔を隔てて対向し、かつ、移動体４２の移動方向に対して平行となるように配設されている。 基板４４には、測定用ＧＭＲ素子４５、補償用Ｇ
ＭＲ素子４６、及び電極４７、４８、４９が形成されている。 測定用ＧＭＲ素子４５、補償用ＧＭＲ素子４６、
及び電極４７、４８、４９はそれぞれ、図２に示す測定用ＧＭＲ素子１６、補償用ＧＭＲ素子１７、及び電極１
８、１９、２０と同一の形状に形成されている。

【００３４】かかる構成によれば、移動体４２が直線移動すると、磁石１３により生ずる磁界が移動する。 このため、上記第１実施例の場合と同様に、移動体４２の移動に応じて、測定用ＧＭＲ素子４５に磁石１３による磁界が作用する領域の面積が変化することにより、測定用ＧＭＲ素子４５の抵抗値が変化する。 一方、補償用ＧＭ
Ｒ素子４６の抵抗値は、移動体４２の移動によっては変化しない。 従って、図４に示す上記第１実施例の場合と同様に、電極４７に定電流源を接続し、電極４７、４９
間の電圧及び電極４９、４８間の電圧を、それぞれ、電圧計３２及び３３を用いて測定し、これら測定電圧の比を求めることにより、温度変化に起因する測定用ＧＭＲ
素子４５の抵抗値変化の影響を受けることなく、移動体４２の移動位置を正確に検出することができる。

【００３５】なお、上記第１及び第２実施例においては、電圧計３２及び３３により、それぞれ、電極１８、
２０間、及び電極２０、１９間、あるいは、電極４７、
４９間、及び電極４９、４８間の電位差を測定し、これら測定電圧の比を求めることにより、請求項１及び２に記載した移動位置検出手段が実現されている。

【００３６】次に、本発明の第３の実施例である磁気式位置センサの構成について説明する。 本実施例の磁気式位置センサは、フレキシブル基板上に形成されたＧＭＲ
素子及び電極のパターンを除き、第１実施例の磁気式位置センサ１０と同様の構成を有している。 このため、磁気式位置センサ１０と同様の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。

【００３７】図６は本実施例の磁気式位置センサを構成するフレキシブル基板１４を平面状に延ばした状態を示す。 図６に示す如く、フレキシブル基板１４には、図中上方から順に、測定用ＧＭＲ素子５１、補償用ＧＭＲ素子５２、測定用ＧＭＲ素子５３、及び、補償用ＧＭＲ素子５４が形成されている。 測定用ＧＭＲ素子５１及び５
３は、図６中左右に延びる三角波状に形成されており、
この三角波の周期は図６中左方から右方に向かうにつれて大きくなるように設けられている。 このパターンは測定用ＧＭＲ素子５１と５３とで、互いに同一かつ同位相となるように形成されている。 このため、測定用ＧＭＲ
素子５１及び５３に磁石１３による磁界が作用する領域の面積は互いに等しく維持されつつ、磁石１３の回転位置に応じて変化する。 従って、測定用ＧＭＲ素子５１及び５３の抵抗値は、互いに等しく維持されつつ、ロータ１２の回転位置に応じて変化する。

【００３８】一方、補償用ＧＭＲ素子５２及び５４は、
図６中左右に延び、互いに等しい一定の幅を有する帯状のパターンに形成されている。 このためＧＭＲ素子５２
及び５４に磁石１３による磁界が作用する領域の面積は、ロータ１２の回転位置にかかわらず一定かつ互いに等しく、従って、これらＧＭＲ素子の抵抗値は常に互いに等しく一定に保たれる。

【００３９】フレキシブル基板１４の図６中右端部近傍には、電極５５、５６、５７、及び５８が形成されている。 測定用ＧＭＲ素子５１及び５３の図６中左端部は配線５９により互いに接続され、更に、配線６０により電極５５に接続されている。 補償用ＧＭＲ素子５２及び５
４の図６中左端部は配線６１により互いに接続され、更に、配線６２により電極５７に接続されている。 また、
測定用ＧＭＲ素子５１及び補償用ＧＭＲ素子５２の図６
中右端部は配線６３により互いに接続され、更に、配線６４により電極５６に接続されている。 また、測定用Ｇ
ＭＲ素子５３及び補償用ＧＭＲ素子５４の図６中右端部は配線６５により互いに接続され、更に、配線６６により電極５８に接続されている。 電極５６には電圧Ｅを発生する定電圧源７０が接続されている。 また、電極５８
は接地されている。 更に、電極５５と電極５７との間には電圧計７２が接続されている。

【００４０】図７は、図６と等価な電気回路図を示す。
図７に示す如く、測定用ＧＭＲ素子５１、補償用ＧＭＲ
素子５２、測定用ＧＭＲ５３、補償用ＧＭＲ素子５４はこの順で図中時計周り方向にブリッジ接続され、ブリッジ回路を構成している。 そして、接続部位５６と５８、
及び、接続部位５５と５７とが、それぞれ、互いに対向し、これら互いに対向する接続部位間に、それぞれ、電圧源７０及び電圧計７２が接続されている。

【００４１】上述の如く、ＧＭＲ素子５１及び５３の抵抗値は、互いに等しく維持された状態でロータ１２の回転角θに応じて変化し、一方、ＧＭＲ素子５２及び５４
の抵抗値は、ロータ１２の回転角θにかかわらず互いに等しく一定に保たれる。 そこで、ＧＭＲ素子５１及び５
３の抵抗値をそれぞれＲ _A （θ）、ＧＭＲ素子５２及び５４の抵抗値をそれぞれＲ _Bとおくと、図７に示す如く、電極５５の電位Ｅ ₁及び電極５７の電位Ｅ ₂はそれぞれ、次式で表される。

【００４２】 Ｅ ₁ ＝Ｅ・Ｒ _B ／（Ｒ _A （θ）＋Ｒ _B ） ・・・（５） Ｅ ₂ ＝Ｅ・Ｒ _A （θ）／（Ｒ _A （θ）＋Ｒ _B ） ・・・（６） 従って、電圧計７２により検出される電極５５、５７間の電位差Ｅ _rは Ｅ _r ＝Ｅ・（Ｒ _A （θ）−Ｒ _B ）／（Ｒ _A （θ）＋Ｒ _B ）・・・（７） となる。

【００４３】（７）式からわかるように、Ｅ _rはロータ１２の回転角θに応じて変化する。 従って、電圧計７２
により測定されるＥ _rに基づいて、ロータ１２の回転角を検出することができる。 上述の如く、ＧＭＲ素子の抵抗値は温度変化に応じて変化する。 本実施例において、
測定用ＧＭＲ素子５１、５３と、補償用ＧＭＲ素子５
２、５４とは同一基板状に隣接して形成され、従って、
これらＧＭＲ素子は同一の温度条件下にあるとみなすことができる。 そこで、温度変化ΔＴが生じた場合の、Ｇ
ＭＲ素子５１及び５３の抵抗値をＲ _A '（θ）、ＧＭＲ
素子５２及び５４の抵抗値をＲ _B 'とおくと、Ｒ _A '
（θ）及びＲ _B 'はそれぞれ、次式で表される。

【００４４】 Ｒ _A '（θ）＝Ｒ _A （θ）・（１＋β・ΔＴ） ・・・（８） Ｒ _B ' ＝Ｒ _B・（１＋β・ΔＴ） ・・・（９） 従って、かかる温度変化が生じた場合の、電極５５、５
７間の電位差Ｅ _v 'は次式で表されることになる。

【００４５】 Ｅ _v '＝Ｅ・（Ｒ _A '（θ）−Ｒ _B ') ／（Ｒ _A '（θ）＋Ｒ _B '） ＝Ｅ・（Ｒ _A （θ）・（１＋β・ΔＴ）−Ｒ _B・（１＋β・ΔＴ））／ ／（Ｒ _A （θ）・（１＋β・ΔＴ）＋Ｒ _B・（１＋β・ΔＴ）） ＝Ｅ・（Ｒ _A （θ）−Ｒ _B ）／（Ｒ _A （θ）＋Ｒ _B ） ・・・（１０） （１０）式からわかるように、Ｅ _vの値は温度変化ΔＴ
に依存しない。 従って、本実施例の磁気式位置センサ５
０によれば、温度変化に起因するＧＭＲ素子の抵抗値に変化が補償された出力信号Ｅ _vが得られる。 このように、本実施例の磁気式位置センサによれば、抵抗値の比を求める等の演算を行う処理装置を設けることなく、直接、温度変化に起因する磁気抵抗素子の抵抗値変化が補償された、ロータ１２の回転角に応じた電圧信号を得ることができる。

【００４６】なお、上記実施例において、定電圧源７０
の代わりに、電流Ｉを発生する定電流源を用いた場合、
上記と同様にして、電極５５、５７間の電位差Ｅ _iは次式で表される。 Ｅ _i ＝Ｉ・（Ｒ _A （θ）−Ｒ _B ）／２ ・・・（１１） 従って、温度変化ΔＴが生じた場合の電位差Ｅ _i 'は次式で表される。

【００４７】 Ｅ _i '＝Ｉ・｛Ｒ _A （θ）・（１＋β・ΔＴ） −Ｒ _B・（１＋β・ΔＴ）｝／２ ・・・（１２） （１１）式からわかるように、Ｅ _i 'は温度変化ΔＴに依存する。 従って、定電圧源７０の代わりに定電流源を用いた場合には、温度変化の影響が補償された出力を得ることができない。 このように、本実施例の磁気式位置センサおいては、ブリッジ接続されたＧＭＲ素子５１〜
５４に定電圧源７０により定電圧を供給することにより、温度変化の影響が除去された出力電圧Ｅ _vを得ることが可能とされている。

【００４８】なお、ＧＭＲ素子５１〜５４の抵抗値をそれぞれ、ｒ ₁ 、ｒ ₂ 、ｒ ₃ 、ｒ ₄とおいた場合、出力電圧Ｅ _vは次式で表される。 Ｅ _v ＝Ｅ・（ｒ ₁・ｒ ₃ −ｒ ₂・ｒ ₄ ）／ ｛（ｒ ₂ ＋ｒ ₃ ）・（ｒ ₁ ＋ｒ ₄ ）｝・・・（１３） （１２）式からわかるように、Ｅ _vは、分母、分子が各ＧＭＲ素子の抵抗値の２次の項のみを含む形で表される。 従って、温度変化に起因して、ｒ ₁ 、ｒ ₂ 、ｒ ₃ 、
ｒ ₄に互いに等しい割合の変化が生じた場合にも、Ｅ _v
の値がかかる変化の影響を受けることはない。 従って、
ｒ ₁ 、ｒ ₂ 、ｒ ₃ 、ｒ ₄のうち少なくとも一つがロータ１２の回転に応じて変化するように構成することにより、温度変化の影響を受けない、ロータ１２の回転位置の検出を行うことができる。

【００４９】従って、上記実施例の如く、ＧＭＲ素子５
１及び５３を、ロータ１２の回転に対して同一の抵抗値変化を示すように構成する他に、例えば、ＧＭＲ素子５
１及び５３がロータ１２の回転に対して互いに異なる抵抗値変化を示すように構成してもよく、あるいは、いずれか一方をロータ１２の回転に応じて変化するように構成し、他方をロータ１２の回転にかかわらず、抵抗値が一定に保たれるように構成してもよい。 また、ＧＭＲ素子５２及び５４の抵抗値が互いに異なるように構成してもよい。

【００５０】なお、本実施例においては、ロータ１２の回転角を検出する回転角センサを実現しているが、図５
に示す第２実施例の場合と同様に、フレキシブル基板１
４を直線移動する移動体４２に固定された磁石４３に対向させて平面状に配設することにより、移動体４２の直線移動位置を検出する直線位置センサを実現することもできる。

【００５１】次に、図８〜図１１を参照して、本発明の第４実施例である磁気式位置センサ８０について説明する。 図８は磁気式位置センサ８０の軸方向断面図である。 ロータ８２は環状の部材であり、回転体に連結されている。 ロータ８２の図６中右側の部位には、ＧＭＲ基板８４が配設されている。 ＧＭＲ基板８４は環状の部材であり、ロータ８２に対して平行に配設されている。

【００５２】図９は、ロータ８２を図９中右側から見た図である。 図８及び図９に示す如く、ロータ８２のＧＭ
Ｒ基板８４に対向する面には磁石８６が固定されている。 磁石８６はロータ８２の中心角γの範囲にわたって設けられており、ロータ８２の径方向に、例えば外側がＮ極、内側がＳ極となるように分極されている。 磁石８
６のＮ極及びＳ極にはそれぞれヨーク８８及び９０が固定されている。 ヨーク８８及び９０はＵ字型の透磁性部材であり、その先端部が、ＧＭＲ基板８４のロータ８２
と対向する側の面を径方向両側から挟むように設けられている。

【００５３】ＧＭＲ基板８４の、ロータ８２と対向する側の面には、ＧＭＲ素子９２、９４、９６、及び９８が形成されている。 図１０は、ＧＭＲ基板８４のＧＭＲ素子９２〜９８形成面を軸方向から見た図である。 図１０
に示す如く、ＧＭＲ素子９２と９４、及び、ＧＭＲ素子９６と９８はそれぞれ、互いに近接する同一の矩形波状のパターンに形成されている。 ＧＭＲ素子９２及び９４
は、ＧＭＲ基板８４の外周縁に沿って、ほぼ全周にわたって延びるように設けられており、その矩形波状のパターンの周期が、基準位置（図１０中上部）からの図６中時計回り方向の角度が増加するのに応じて次第に減少するように形成されている。 また、ＧＭＲ素子９６及び９
８は、ＧＭＲ素子９２及び９４より内周側に、ＧＭＲ基板８４の周方向に、ほぼ全周にわたって延びるように設けられており、その矩形波状のパターンの周期が、基準位置からの図中時計回り方向の角度が増加するのに応じて次第に増加するように形成されている。

【００５４】ＧＭＲ基板８４の図１０中上部に位置する、ＧＭＲ素子９２〜９８の両端部の近傍には、電極１
０１〜１０８が形成されている。 電極１０１、１０２、
１０３、１０４にはそれぞれ、ＧＭＲ素子９２、９４、
９６、９８の一端部（図１０における左側の端部）が接続されている。 また、電極１０５、１０６、１０７、１
０８にはそれぞれ、ＧＭＲ素子９８、９６、９４、９２
の他端部が接続されている。 電極１０１と１０６、１０
２と１０３、１０４と１０７、及び、１０５と１０８
は、それぞれ接続部位１１０、１１２、１１４、１１６
において互いに接続されている。 これら電極間の接続は、ＧＭＲ基板８４上の配線パターンにより実現されてもよく、あるいは、外部配線により実現されてもよい。

【００５５】電極１０１及び１０６の接続部位１１０
と、電極１０４及び１０７の接続部位１１４との間には電圧計１２０が接続されている。 電圧計１２０は接続部位１１０に対する接続部位１１４の電位を検出するように設けられている。 電極１０２及び１０３の接続部位１
１２は接地されており、電極１０５及び１０８の接続部位１１６には、電圧Ｅ _gを発する定電圧源１２２が接続されている。

【００５６】上述の如く、磁石８６の両極に接続されたヨーク８８及び９０は、その先端部が、ＧＭＲ基板８４
のロータ８２に対向する側の面、即ち、ＧＭＲ素子９２
〜９８形成面を径方向両側から挟むように配設されている。 従って、磁石８６の発生する磁束は、ヨーク８８及び９０により、ＧＭＲ素子９２〜９８の膜に対して平行に導かれる。 図１０に斜線を付して示す領域Ｆは、磁石８３が基準位置から図中時計回り方向にφ回転した状態で、磁石８６による磁束が上述の如く作用する領域を示している。 この領域Ｆは、ロータ８２の回転に応じて、
ＧＭＲ基板８４の周方向に移動する。

【００５７】上述の如く、ＧＭＲ素子９２及び９４の矩形波パターンは、図１０中時計回り方向の角度の増加に応じて、その周期が次第に減少するように形成されており、また、ＧＭＲ素子９６及び９８のパターンは、図１
０中時計回り方向の角度の増加に応じてその周期が次第に増加するように形成されている。 従って、ロータ８２
と共に磁石８３が図６中時計回り方向に回転するのに応じて領域Ｆが移動すると、領域Ｆ内に存在するＧＭＲ素子の面積は、ＧＭＲ素子９２及び９４については、ロータ８２の図６中時計周り方向の回転角φの増加に対して増加し、ＧＭＲ素子９６及び９８についてはφの増加に対して減少する。 従って、ロータ８２の回転角φが増加するのに応じて、ＧＭＲ素子９２及び９４の抵抗値Ｒ _s
（φ）は減少し、ＧＭＲ素子９６及び９８の抵抗値Ｒ _t
（φ）は増加することになる。

【００５８】図１１は図１０と等価な電気回路図を示す。 図１１に示す如く、ＧＭＲ素子９２、９８、９４、
９６はこの順で図中時計周り方向にブリッジ接続され、
ブリッジ回路を構成している。 そして、接続部位１１６
と１１２、及び、接続部位１１０と１１４とが、それぞれ、互いに対向し、これら互いに対向する接続部位に、
それぞれ、電圧源１２２及び電圧計１２０が接続されている。

【００５９】ロータ８２の基準位置からの回転角度がφ
の場合の、ＧＭＲ素子９２及び９４の抵抗値をＲ
_s （φ）、ＧＭＲ素子９６及び９８の抵抗値をＲ
_t （φ）とすると、電圧計１２０が検出する接続部位１
１０、１１４間の電位差Ｖ _zは次式で表される。

【００６０】 Ｖ _z ＝Ｅ _g・（Ｒ _s （φ）−Ｒ _t （φ））／（Ｒ _s （φ）＋Ｒ _t （φ）） ・・・（１４） （１４）式からわかるように、Ｖ _zはロータ８２の回転角φに応じて変化する。 図１２に、Ｒ _s （φ）及びＲ _t
（φ）がφに対して直線的に変化するように、ＧＭＲ素子９２〜９８を構成した場合のφとＶ _zとの関係を、φ
とＲ _s （φ）及びＲ _t （φ）との関係と共に示す。 図１
２に示す如く、Ｒ _s （φ）及びＲ _t （φ）がφに対して直線的に変化するように構成することにより、Ｖ _zはφ
に対して略直線的に変化する。 従って、電圧計１２２の測定するＶ _zに基づいて、ロータ８２の回転角を正確に検出することができる。

【００６１】なお、上記実施例において、定電圧源７０
の代わりに、電流Ｉ _gを発生する定電流源を用いた場合、上記と同様にして、接続部位１１０、１１４間の電位差Ｖ _iは次式で表される。 Ｖ _i ＝Ｉ _g・（Ｒ _s （φ）−Ｒ _t （φ））／２ ・・・（１４） （１４）式からわかるように、Ｖ _iはロータの回転角φ
に応じて変化する。 従って、定電圧源１２２の代わりに定電流源を用いることによっても、ロータ８２の回転角φを検出することができる。

【００６２】ところで、上述の如く、ＧＭＲ素子の抵抗値は温度変化に応じて変化する。 上記実施例において、
温度変化ΔＴが生じた場合の、ＧＭＲ素子９２、９４及び９６、９８の抵抗値Ｒ _s '( φ）及びＲt '( φ）はそれぞれ、次式で表される。 Ｒ _s '（φ）＝Ｒ _s （φ）・（１＋β・ΔＴ） ・・・（１５） Ｒ _t '（φ）＝Ｒ _t （φ）・（１＋β・ΔＴ） ・・・（１６） 従って、接続部位１１８に定電圧源１２２を接続した場合、かかる温度変化が生じた際の、接続部位１１０、１
１４間の電位差Ｖ _Z 'は次式で表されることになる。

【００６３】 Ｖ _z '＝Ｅ _g・（Ｒ _s '（φ）−Ｒ _t '（φ）) ／ （Ｒ _s '（φ）−Ｒ _t '（φ）） ＝Ｅ _g・（Ｒ _s （φ）−Ｒ _t （φ））／（Ｒ _s （φ）＋Ｒ _t （φ）） ・・・（１７） （１７）式からわかるように、Ｖ _zは温度変化ΔＴに依存しない。 従って、本実施例の磁気式位置センサ５０においては、定電圧源１２２を用いることにより、温度変化に起因するＧＭＲ素子の抵抗値に変化を受けることのない、ロータ８２の回転位置検出を行うことが可能とされている。

【００６４】上述の如く、本実施例の磁気式位置センサ８０によれば、上記第３実施例の磁気式位置センサと同様に、抵抗値の比を求める等の演算を行う処理装置を設けることなく、直接、温度変化に起因する磁気抵抗素子の抵抗値変化が補償された、ロータ８２の回転角に応じた電圧信号を得ることが可能とされている。

【００６５】なお、図１３に示す如く、ＧＭＲ素子１２
１及び１２３を図中右方ほど周期が大きくなるような矩形波状に形成し、ＧＭＲ素子１２２及び１２４を図中左方ほど周期が大きくなるような矩形波状に形成すると共に、電極１２５〜１２８を図示の如く形成し、図１１と同様のブリッジ回路を構成することで、直線移動位置センサを実現することもできる。 この場合、基板１２０
を、移動体の直線移動方向と平行となるように、移動体に設けた磁石に対向させて配設する。 そして、磁石による磁界が作用する領域Ｇが、移動体の直線移動に伴って図１３中右方へ移動するのに応じて、ＧＭＲ素子１２１
及び１２３の抵抗値が互いに等しく維持されながら増加し、ＧＭＲ素子１２２及び１２４の抵抗値が、互いに等しく維持されながら減少することにより、上記実施例の磁気式位置センサ８０と同様に、温度変化の影響が補償された位置測定が実現される。

【００６６】

【発明の効果】上述の如く、請求項１〜３記載の発明によれば、温度変化に起因する測定用磁気抵抗素子の抵抗値変化を正確に補償し得る磁気式位置センサを実現することができる。

【００６７】また、請求項４記載の発明によれば、温度変化に起因する磁気抵抗素子の抵抗値変化が補償された測定電圧を出力し得る磁気式位置センサを実現することができる。 これにより、温度補償用の信号処理装置を不要とすることができ、磁気式位置センサを簡易な構成で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である磁気式位置センサの構成図である。

【図２】本実施例のフレキシブル基板を平面状に展開した状態を示す図である。

【図３】ＧＭＲ素子に作用する磁界と抵抗値との関係をを示す図である。

【図４】本実施例の磁気式位置センサの出力信号を得る回路の回路図である。

【図５】本発明の第２実施例である磁気式位置センサの構成図である。

【図６】本発明の第３の実施例である磁気式位置センサのフレキシブル基板を平面状に展開した状態を示す図である。

【図７】本実施例の磁気式位置センサと等価な電気回路を示す回路図である。

【図８】本発明の第４実施例の磁気式位置センサの軸方向断面図である。

【図９】本実施例の磁気式位置センサを軸方向から見た際の図である。

【図１０】本実施例の磁気式位置センサのＧＭＲ基板を示す図である。

【図１１】本実施例の磁気式位置センサと等価な電気回路の回路図である。

【図１２】本実施例の磁気式位置センサのロータの回転角と出力電圧との関係を、各ＧＭＲ素子の抵抗値の変化と共に示す図である。

【図１３】本実施例の磁気式位置センサの原理を直線移動位置センサに適用した場合のＧＭＲ基板を示す図である。

【符号の説明】

１０、４０、８０、１００ 磁気式回転センサ １２、８２ ロータ １３、４３、８６ 磁石 １４ フレキシブル基板 １６、４５、５１、５３ 測定用ＧＭＲ素子 １７、４６、５２、５４ 補償用ＧＭＲ素子 ９２、９４、９６、９８、１２１、１２２、１２３、１
２４ ＧＭＲ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷲見 隆 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内