JP4617762B2 - 回転検出装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気ベクトルの変化を磁気抵抗素子の抵抗値の変化として感知してロータの回転態様を検出する回転検出装置の製造方法に関するものである。

従来、このように磁気抵抗素子の抵抗値変化を利用して回転検出を行う回転検出装置としては、例えば特許文献１に記載された装置が知られている。図７に、この特許文献１に記載されている回転検出装置も含めて、例えばエンジンのクランク角センサ等の回転検出装置として従来一般に採用されている回転検出装置の平面構造を示す。

この図７に示されるように、この回転検出装置は、磁気抵抗素子ＭＲＥ１およびＭＲＥ２からなる磁気抵抗素子対１と磁気抵抗素子ＭＲＥ３およびＭＲＥ４からなる磁気抵抗素子対２とを備えるセンサチップ１１が、被検出対象であるロータＲＴと対向するように配設されている。このセンサチップ１１は、その処理回路とともに集積回路化され、モールド部材１２により一体に樹脂モールドされている。具体的には、上記センサチップ１１は、上記モールド部材１２内部で図示しないリードフレームの一端に搭載され、その他端から電源端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、およびＧＮＤ（接地）端子Ｔ３といった各端子が引き出される構造となっている。

また、上記センサチップ１１の近傍には、上記磁気抵抗素子対１および２にバイアス磁界を付与するバイアス磁石１３が上記モールド部材１２を囲繞するかたちで配設されている。すなわちこのバイアス磁石１３は、図８にその詳細を示すように、長手方向に中空部１４を備える中空円柱形状に構成され、この中空部１４内に上記センサチップ１１を含むモールド部材１２が収容されて所定の位置で接着剤等により固定されている。なお、このバイアス磁石１３としては、その成形性から、磁粉と樹脂とを混合して成形固化した磁石が一般に使用される。

そして、こうした構成からなる回転検出装置では、上記ロータＲＴが回転するときに上記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化が上記各磁気抵抗素子ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４の抵抗値変化として感知され、その対応する電気信号が上記センサチップ１１から出力される。ちなみにこの回転検出装置においては、磁気抵抗素子対１を構成する磁気抵抗素子ＭＲＥ１およびＭＲＥ２と、磁気抵抗素子対２を構成する磁気抵抗素子ＭＲＥ３およびＭＲＥ４とは共に、電気的にはハーフブリッジ回路を構成しており、それら各中点電位の変化が上記処理回路に与えられて、差動増幅、２値化などの各種処理が施された後、上記出力端子Ｔ２から取り出される。
特開２００２−３５７４５４号公報

ところで、上述した回転検出装置に使用されるバイアス磁石は、検出対象であるロータの形状や回転検出装置の仕様等に応じて所望とする特性（磁束密度、磁束開き角度等）が得られるようにその形状や材料等の成形条件が設定され、その設定された条件に基づき成形される。そして、こうしてバイアス磁石が成形された後、その成形されたバイアス磁石が上記所望とする特性を満たすか否かを測定し、同特性を満たす場合、すなわち良品と判断される場合に、このバイアス磁石と上記モールド部材１２とが一体に組み付けられる。なお、上記所望とする特性を満たすか否かの測定は、例えば上記バイアス磁石１３の中空部１４内に検査用チップを挿入して磁束の開き角度を測定したり、上記バイアス磁石１３の中空部１４内にプローブを挿入して磁束密度を測定したりすることにより行われる。

ところが、上述の成形条件を設定してバイアス磁石を成形したとしても、その成形されたバイアス磁石の示す磁界特性が上記所望とする特性からずれることがある。また近年、上記ロータの微細化や回転検出装置の高精度化などに伴い、バイアス磁石自体にも高い精度が要求されており、その公差の縮小が強く望まれている。そして、こうした実情が回転検出装置を製造するにあたっての歩留まりを低下させる要因の１つとなっている。

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであって、その目的は、バイアス磁石の成形精度に起因する歩留まりの低下を抑制することのできる回転検出装置の製造方法を提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、長手方向に中空部を備える中空円柱形状に構成されたバイアス磁石の成形後、前記中空部に収容された磁気抵抗素子にこのバイアス磁石によって付与されるバイアス磁界の特性を測定しつつ、この磁界特性が所望の特性となるまで同バイアス磁石の長手方向の長さを縮小することによってトリミングし、このトリミングしたバイアス磁石にセンサチップを一体に組み付けることとした。

こうした製造方法によれば、所望とする特性からずれた磁界特性を示すバイアス磁石が成形された場合であれ、同バイアス磁石のトリミングを通じて上記所望とする特性に合わせ込むことが可能となる。このため、回転検出装置の製造に際しても、バイアス磁石の成形精度に起因する歩留まりの低下を好適に抑制することができるようになる。

そして、前記磁界特性の測定を、前記バイアス磁石から発せられる磁束の開き角度および磁束密度の測定として行うこととすれば、回転検出装置の仕様を決定するうえで重要な特性である磁束の開き角度に加えて、同じく重要な特性の１つである上記磁束密度に関しても良好な特性を示すバイアス磁石が的確に得られるようになる。また、前記バイアス磁石の磁束密度の測定を、同バイアス磁石内に挿入したプローブの出力に基づいて行うこととすれば、このプローブの出力に基づき前記バイアス磁石の磁束密度を的確かつスムーズに測定することができ、これによって的確なトリミングを行うことができるようになる。

さらに、請求項２に記載の発明によるように、前記バイアス磁石から発せられる磁束の開き角度の測定を、同バイアス磁石内に挿入した検査用チップの出力と、同検査用チップに対して様々な磁束の開き角度の磁界を付与して予め採取しておいた前記検査用チップの出力データとを照らし合わせることによって行うこととすれば、この検査用チップの出力に基づき上記バイアス磁石の磁束の開き角度も的確かつスムーズに測定することができ、これによってより的確なトリミングを行うことができるようになる。また、こうした請求項１または２に記載の回転検出装置の検出方法において、請求項３に記載の発明によるように、前記センサチップの近傍にて回転するロータの形状および当該回転検出装置の仕様の少なくとも一方に応じて前記重要な特性である磁束の開き角度および磁束密度を調整することとした。これにより、前記重要な特性である磁束の開き角度および磁束密度をより好適な値に調整することができるようになる。

なお、これらの製造方法は、請求項４に記載の発明によるように、前記センサチップとして予め樹脂モールドされたものを用いるタイプの回転検出装置、すなわち従来例として例示したような回転検出装置の製造方法に適用して特に有効である。

以下、本発明にかかる回転検出装置の製造方法の一実施の形態について図１〜図４を参照して説明する。なお、この方法によって製造される回転検出装置は、先に述べた従来の回転検出装置と基本的に同様であるため、同じ構成要素については同じ符号を付すとともに、その詳細な説明は割愛する。

図１は、バイアス磁石の成形から実際に回転検出装置の完成に至るまでの製造工程フローを示すものである。この図１に示されるように、まず工程Ｓ１では、バイアス磁石１３（図８）の成形が行われる。このバイアス磁石１３の成形は、上述したようにロータの形状や回転検出装置の仕様等に応じて所望とする磁界特性、本実施の形態では所望とする磁束の開き角度及び磁束密度を狙って予めその形状や材料等が設定されて成形される。なお、このバイアス磁石１３の成形は、例えば金型を用いて磁粉と樹脂とを混合した磁石材料を固化させることにより行われる。

次に、工程Ｓ２において、先の工程Ｓ１にて成形されたバイアス磁石１３の磁束の開き角度及び磁束密度を以下に示す態様で測定する。
上記磁束の開き角度の測定は、成形されたバイアス磁石１３の中空部１４内に検査用チップを挿入し、その検査用チップから出力される信号に基づき行われる。詳しくは、図２に示されるように、上記磁気抵抗素子対１および２に対応した磁気抵抗素子ＭＲＥａおよびＭＲＥｂからなる磁気抵抗素子対Ａ１および磁気抵抗素子ＭＲＥｃおよびＭＲＥｄからなる磁気抵抗素子対Ａ２を有する検査用チップＣを用い、この検査用チップＣを上記バイアス磁石１３の中空部１４内に挿入する。そして、実際に上記磁気抵抗素子対１および２が配置される位置での磁束の開き角度を上記磁気抵抗素子対Ａ１およびＡ２それぞれが示す電圧値ＶａおよびＶｂに基づいて測定する。なお、この測定にあたっては、予め磁気抵抗素子対Ａ１およびＡ２に対して様々な磁束の開き角度の磁界を付与して各磁界ごとに示す電圧値ＶａおよびＶｂのデータを多数採取しておき、上記測定された電圧値ＶａおよびＶｂをこの採取されたデータと照らし合わせることにより行う。

一方、上記磁束密度の測定は、成形されたバイアス磁石１３の中空部１４内に磁束密度測定用のプローブを挿入し、実際に上記磁気抵抗素子対１および２が配置される位置での磁束密度を測定することにより行われる。なお、この磁束密度の測定は周知のプローブを用いて行われ、そのプローブから出力される信号に基づき磁束密度が測定される。

次に、工程Ｓ３においては、先の工程Ｓ２において測定された磁束の開き角度及び磁束密度が所望とする磁束の開き角度及び磁束密度であるか否かについて判断する。ここで、先の工程Ｓ２において測定された磁束の開き角度及び磁束密度のそれぞれが所望とする磁束の開き角度及び磁束密度であると判断されるときには、工程Ｓ４に進む。そして、この工程Ｓ４において、実際に上記バイアス磁石１３と上記センサチップ１１がモールドされた状態にあるモールド部材１２とが一体に組み付けられる。

一方、先の工程Ｓ２において測定された磁束の開き角度及び磁束密度が所望とする磁束の開き角度及び磁束密度でないと判断されるときには工程Ｓ５に進む。そして、この工程Ｓ５において、所望とする磁束の開き角度及び磁束密度となるまでバイアス磁石１３の一部をトリミングする。なお、このトリミングは、例えばレーザトリミングにより行われる。

ここで、バイアス磁石１３のトリミングとそれによって変化する磁束の開き角度及び磁束密度との関係について説明する。なお本実施の形態では、図３に示されるように、バイアス磁石１３をその長さ方向においてトリミング（同図３の斜線部がトリミング部分）することとしている。

図４は、このトリミングにより変化する磁束の開き角度及び磁束密度を示すものである。この図４に示されるように、磁束の開き角度は、バイアス磁石１３のトリミング量が多いほど、すなわちバイアス磁石１３の長さが短くなるほど小さくなる。これは、バイアス磁石１３が短くなることでＮ極とＳ極との間の距離が縮まり、Ｎ極からＳ極に向かう磁束が開く方向ではなく閉じる方向に作用することに起因する。このため、バイアス磁石１３の長さ方向におけるトリミング量を調整することにより磁束の開き角度を所望とする磁束の開き角度に抑えることが可能である。一方、磁束密度については、バイアス磁石１３のトリミング量が多いほど、すなわちバイアス磁石１３の長さが短くなるほど大きくなる。このため、バイアス磁石１３の長さ方向におけるトリミング量を調整することにより磁束密度を所望とする磁束密度に合わせることが可能である。

そこで本実施の形態では、上記工程Ｓ５において、バイアス磁石１３の長さをトリミングにより調整して、同バイアス磁石１３の磁束の開き角度及び磁束密度を調整することとしている。ただし、磁束の開き角度及び磁束密度は、上述の通り相反する関係にあるため、バイアス磁石１３の長さのみをもって両者を好適な値に調整することは困難なこともある。このため、検出対象であるロータの形状や回転検出装置の仕様等に応じてそれらを比較考量し、適宜好適な値にそれらを調整する。

そして、上記工程Ｓ２、Ｓ３およびＳ５を繰り返し行い、工程Ｓ３において磁束の開き角度及び磁束密度が上記所望とする磁束の開き角度及び磁束密度となったと判断されると、工程Ｓ４に進む。そして、磁束の開き角度等が調整されたバイアス磁石１３と上記モールド部材１２とが一体に組み付けられる。

そして、工程Ｓ６において、先の工程Ｓ４において一体に組み付けられた上記モールド部材１２およびバイアス磁石１３と図示しない本体ケースが一体に成形されて回転検出装置が製造される。

以上説明した実施の形態によれば、以下に列記する効果が得られるようになる。
（１）成形したバイアス磁石１３の磁束の開き角度及び磁束密度を測定しつつ、それらが所望とする磁束の開き角度及び磁束密度になるまでトリミングすることとした。このため、所望とする磁束の開き角度及び磁束密度からずれた特性を示すバイアス磁石１３が成形された場合であれ、同バイアス磁石１３のトリミングを通じて上記所望とする磁束の開き角度及び磁束密度に合わせ込むことが可能となる。このため、いわゆる不良品の発生が抑えられることとなり、回転検出装置の製造に際しても、バイアス磁石１３の成形精度に起因する歩留まりの低下を好適に抑制することができるようになる。

（２）上記検査用チップＣおよびプローブを用いて実際に磁気抵抗素子対１および２が配置される位置での磁束の開き角度及び磁束密度を測定しつつ、バイアス磁石１３のトリミングを行うこととした。このため、磁束の開き角度および磁束密度を的確に測定することができ、その測定結果に基づき行われるトリミングにより、上記磁束の開き角度および磁束密度を上記所望とするものに的確に合わせ込むことができるようになる。

（３）検査用チップＣを用いた磁束の開き角度の測定にあたって、予め磁気抵抗素子対Ａ１およびＡ２に対して様々な磁束の開き角度の磁界を付与して各磁界ごとに示す電圧値Ｖａ，Ｖｂのデータを採取しておき、そのデータを参照して磁束の開き角度を測定することとした。このため、工程Ｓ２をスムーズに行うことができるようになる。

なお、上記実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、バイアス磁石１３の長さを短くする態様で同バイアス磁石１３をトリミングして磁束の開き角度及び磁束密度を調整することとしたが、例えば図５（ａ）〜（ｃ）に示すような各態様でバイアス磁石１３をトリミングして磁束の開き角度や磁束密度を調整してもよい。なお、これらの図においても、斜線で表す部分がトリミング部分である。すなわち、図５（ａ）に示すように、バイアス磁石１３の上面から側面にかけてトリミングしたり、図５（ｂ）に示すように、バイアス磁石１３の上面部にＶ字溝等の溝を形成する態様でトリミングしたり、図５（ｃ）に示すように、バイアス磁石１３の径を縮める態様でトリミングしたりしてもよい。このように、バイアス磁石１３の磁束の開き角度及び磁束密度を測定しつつトリミングするのであれば、そのトリミング態様がいかなる場合であれ、バイアス磁石１３の磁束の開き角度や磁束密度といった磁界特性を所望とする特性に調整することは可能であり、これにより上記実施の形態とほぼ同等の効果を得ることができる。

・上記実施の形態では、モールド部材１２を囲繞する態様からなるバイアス磁石１３を備える回転検出装置の製造に際して本発明を適用することとしたが、図６（ａ）および（ｂ）に示される回転検出装置の製造に際して本発明を適用してもよい。この図６に示す回転検出装置は、センサチップ２１ａ及び処理回路チップ２１ｂとバイアス磁界を発生するバイアス磁石２２とがリードフレーム２３の表裏にそれぞれ組み付けられ、それらがモールド部材２４により一体に樹脂モールドされて構成されている。上記センサチップ２１ａは、上記実施の形態と同じく磁気抵抗素子ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４により構成される磁気抵抗素子対１および２を備えて構成されている。また、上記処理回路チップ２１ｂは、上記センサチップ２１ａと配線２５ａを介して電気的に接続されており、センサチップ２１ａから出力される電気信号の差動増幅、２値化等の信号処理を行うものである。上記バイアス磁石２２は、直方体形状からなり、上記センサチップ２１ａに近い側がＮ極、その反対側がＳ極に着磁されている。そして、この回転検出装置では、上記センサチップ２１ａからの信号が上記処理回路チップ２１ｂにおいて差動増幅や２値化などの処理が施された後、その信号が配線２５ｂを介して端子ＴａおよびＴｂから取り出されるようになっている。なお、この回転検出装置では、バイアス磁石２２が上記実施の形態と異なり直方体形状からなっているものの、そのトリミングによって上記磁束の開き角度や磁束密度を調整することは可能である。すなわち、このようなタイプの回転検出装置にも本発明の適用は可能であり、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、図示は割愛するが、例えばＵ字型のバイアス磁石にセンサチップを直接取り付けるタイプの回転検出装置にも、この発明は同様に適用可能である。

・上記実施の形態では、バイアス磁石１３の磁束の開き角度を測定する検査用チップとして磁気抵抗素子対Ａ１およびＡ２を有する検査用チップＣを用いていたが、この磁気抵抗素子対Ａ１およびＡ２に代えて、例えばホール素子を有する検査用チップを用いて磁束の開き角度を測定してもよい。すなわち、上記磁気抵抗素子対１および２が配置される位置での磁束の開き角度が測定できるものであれば、検査用チップとしては他の構成からなるものを採用してもよい。また、必ずしも上記磁気抵抗素子対１および２が配置される位置での磁束の開き角度を測定する必要はなく、それらと異なる位置での磁束の開き角度を測定して上記位置での磁束の開き角度を推定するようにしてもよい。これは磁束密度を測定する際にも同様である。

・上記実施の形態では、バイアス磁石１３の磁界特性として磁束の開き角度及び磁束密度をトリミングにより調整することとしたが、他の磁界特性をトリミングにより調整することも可能である。また、単に成形したバイアス磁石の寸法が設計寸法と異なるような場合にトリミングにより上記設計寸法に合わることもできる。

この発明にかかる回転検出装置の製造方法の一実施の形態についてその製造工程を示すフローチャート。 同実施の形態の回転検出装置の製造に使用されるバイアス磁石の磁束の開き角度を測定する際に用いられる検査用チップについてその構成の一部を示す回路図。 同実施の形態の回転検出装置の製造に使用されるバイアス磁石についてそのトリミング態様を示す斜視図。 同実施の形態の回転検出装置の製造に使用されるバイアス磁石の長さと、磁束開き角度及び磁束密度との関係を示すグラフ。 （ａ）〜（ｃ）は、同実施の形態の変形例としてバイアス磁石の各種トリミング態様を示す斜視図。 （ａ）は、上記実施の形態の変形例として別のタイプの回転検出装置の内部構造を示す側面図。（ｂ）は、（ａ）に示した回転検出装置の内部構造を示す平面図。 従来の回転検出装置についてその回転の検出態様を示す図。 従来の回転検出装置についてその構成の一部を示す斜視図。

符号の説明

１，２…磁気抵抗素子対、１１…センサチップ、１２…モールド部材、１３…バイアス磁石、１４…中空部、２１ａ…センサチップ、２１ｂ…処理回路チップ、２２…バイアス磁石、２３…リードフレーム、２４…モールド部材、２５ａ…配線、２５ｂ…配線、Ｃ…検査用チップ、ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４…磁気抵抗素子、Ｔ１…電源端子、Ｔ２…出力端子、Ｔ３…接地（ＧＮＤ）端子、ＲＴ…ロータ、Ｔａ，Ｔｂ…端子。

Claims (4)

1. 長手方向に中空部を備える中空円柱形状に構成されたバイアス磁石と、前記中空部に収容されてこのバイアス磁石によるバイアス磁界が付与される磁気抵抗素子を備えるセンサチップとを有し、前記センサチップの近傍にてロータが回転するときに前記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を前記磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して前記ロータの回転態様を検出する回転検出装置の製造方法であって、
   前記バイアス磁石の成形後、前記中空部に検査用チップを挿入して前記磁気抵抗素子が配設される位置での同バイアス磁石から発せられる磁束の開き角度を測定するとともに、同じく前記中空部に磁束密度測定用のプローブを挿入して前記バイアス磁石から発せられる前記磁気抵抗素子が配設される位置での磁束密度を測定しつつ、これら測定される磁束の開き角度および磁束密度の値が所望の値となるまで同バイアス磁石の長手方向の長さをトリミングによって縮小する工程と、このトリミングしたバイアス磁石に前記センサチップを一体に組み付ける工程とを備える
   ことを特徴とする回転検出装置の製造方法。
2. 前記磁束の開き角度の測定を、前記中空部に挿入した前記検査用チップから出力される信号と、その検査用チップに対して様々な磁束の開き角度の磁界を付与することによって予め採取しておいた前記各磁界に対する前記検査用チップの出力データとを照らし合わせることによって行う
   請求項１に記載の回転検出装置の製造方法。
3. 前記ロータの形状および前記回転検出装置の仕様の少なくとも一方に応じて前記所望の値を調整する
   請求項１または２に記載の回転検出装置の製造方法。
4. 前記センサチップとして予め樹脂モールドされたものを用いる
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転検出装置の製造方法。

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