JP5128403B2

JP5128403B2 - ４軸磁気センサ

Info

Publication number: JP5128403B2
Application number: JP2008191749A
Authority: JP
Inventors: 文浩鈴木
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-07-25
Also published as: JP2010032234A

Description

本発明は、４軸磁気センサに関する。

従来の技術として、シフトレバーの変位に連動して変位するマグネット板と、対面して配置された板状の磁性体である一対の磁性板を有する第１のヨーク及び第２のヨークと、マグネット板の磁石から生じる磁束密度の変化を計測するための磁気検出素子とを備えた位置センサが知られている（例えば、特許文献１）。

このマグネット板は、非磁性体である非磁性部分と、磁性体である磁石体とが、周方向に交互に配置された略扇状の板状部材からなっている。また、第１及び第２のヨークは、所定の間隙である第１及び第２の隙間を設けた状態で一対の磁性板を保持する第１及び第２のブリッジ部を備えている。

この位置センサによると、シフトレバーの変位によってマグネット板が変位し、第１又は第２のヨークに収容される磁石体の数に応じて磁気検出素子で検出される磁束密度が段階的に変化するので、検出された磁束密度に基づいたシフトレバーのシフトポジションを検出することが可能になる。
特開２００７−４０７２２号公報

しかし、従来の位置センサによると、磁気検出素子で検出される磁束密度の変化の幅が小さく、外部磁場の影響によって誤作動する可能性があった。

従って本発明の目的は、非接触によって、安定して４軸の操作位置を検出することができる４軸磁気センサを提供することにある。

（１）本発明は上記目的を達成するため、プッシュ操作、前記プッシュ操作方向を回転軸とする回転操作、及び傾倒操作可能に支持される操作部と、前記操作部に設けられ、第１の領域に第１の磁界を発生させる第１の磁界発生部と、前記回転軸上に中心が一致するように前記第１の磁界発生部に対向して設けられ、前記第１の磁界の磁束密度に基づいて異なる磁界感度を有する第１の磁界検出部及び第２の磁界検出部からなる第１の磁気センサと、前記傾倒操作に伴って発生する前記回転軸に直交する第１の方向成分に基づいて変位し、第２の領域に第２の磁界を発生させる第２の磁界発生部と、前記操作部が初期位置にあるとき、前記第２の領域内であり、かつ、前記第２の磁界発生部と対向する位置に設けられる第２の磁気センサと、前記第１の方向成分に直交する第２の方向成分に基づいて変位し、第３の領域に第３の磁界を発生させる第３の磁界発生部と、前記操作部が前記初期位置にあるとき、前記第３の領域内であり、かつ、前記第３の磁界発生部と対向する位置に設けられる第３の磁気センサと、を備えた４軸磁気センサを提供する。

（２）本発明は上記目的を達成するため、前記第１の磁界発生部と前記第１の磁気センサの距離は、前記第１の磁界発生部の変位に伴い前記第１の磁気センサに印加される前記第１の磁界の前記磁束密度の大きさに変化が生じたとき、前記第１の磁気検出部の磁気抵抗値が飽和した状態を維持すると共に、前記第２の磁気検出部の磁気抵抗値に変化が生じる距離である前記（１）に記載の４軸磁気センサを提供する。

（３）本発明は上記目的を達成するため、前記回転操作は、前記第１の磁気検出部によって検出される前記（２）に記載の４軸磁気センサを提供する。

（４）本発明は上記目的を達成するため、前記第１の磁気検出部は、磁気抵抗素子が４５°ずつ傾く形で環状に８つ配置され、前記第２の磁気検出部は、前記第１の磁気検出部の外側に位置して、同じく４５°ずつ傾く形で同心円状に環状に８つ配置され、前記第１の磁気検出部及び第２の磁気検出部は、それぞれ、４つの磁気抵抗素子により構成されるフルブリッジ回路を２つずつ有する前記（１）〜（３）の何れか１項に記載の４軸磁気センサを提供する。

（５）本発明は上記目的を達成するため、前記第２の磁気センサは、４つの磁気抵抗素子によって形成された第１のフルブリッジ回路と、感磁方向が前記第１のフルブリッジ回路の前記感磁方向と４５°異なるように配置された第２のフルブリッジ回路と、からなる前記（１）に記載の４軸磁気センサを提供する。

（６）本発明は上記目的を達成するため、前記第３の磁気センサは、前記第２の磁気センサと同様の構成を有する前記（５）に記載の４軸磁気センサを提供する。

（７）本発明は上記目的を達成するため、前記第１の磁界発生部、前記第２の磁界発生部及び前記第３の磁界発生部は、永久磁石である前記（１）〜（６）の何れか１項に記載の４軸磁気センサを提供する。

（８）本発明は上記目的を達成するため、前記傾倒操作に基づく前記第１の方向成分に応じて変位する第１の方向支持部と、前記傾倒操作に基づく前記第２の方向成分に応じて前記第１の方向支持部とは独立に変位する第２の方向支持部と、を備えた前記（１）〜（７）の何れか１項に記載の４軸磁気センサ。

（９）本発明は上記目的を達成するため、プッシュ操作、前記プッシュ操作方向を回転軸とする回転操作、及び傾倒操作可能に支持される操作部と、前記操作部に設けられ、第１の領域に第１の磁界を発生させる第１の磁界発生部と、前記回転軸上に中心が一致するように前記第１の磁界発生部に対向して設けられ、前記第１の磁界の磁束密度に基づいて異なる磁界感度を有する第１の磁界検出部及び第２の磁界検出部からなり、前記第１の磁界発生部に基づいて第１の出力信号を出力する第１の磁気センサと、前記傾倒操作に伴って発生する前記回転軸に直交する第１の方向成分に基づいて変位し、第２の領域に第２の磁界を発生させる第２の磁界発生部と、前記操作部が初期位置にあるとき、前記第２の領域内であり、かつ、前記第２の磁界発生部と対向する位置に設けられ、前記第２の磁界発生部に基づいて第２の出力信号を出力する第２の磁気センサと、前記第１の方向成分に直交する第２の方向成分に基づいて変位し、第３の領域に第３の磁界を発生させる第３の磁界発生部と、前記操作部が前記初期位置にあるとき、前記第３の領域内であり、かつ、前記第３の磁界発生部と対向する位置に設けられ、前記第３の磁界発生部に基づいて第３の出力信号を出力する第３の磁気センサと、前記第１の出力信号、前記第２の出力信号及び前記第３の出力信号に基づいて前記操作部の操作位置を検出する検出部と、を備えた４軸磁気センサを提供する。

（１０）本発明は上記目的を達成するため、前記検出部は、前記第１の出力信号、前記第２の出力信号及び前記第３の出力信号に対して角度変換処理を行う前記（９）に記載の４軸磁気センサを提供する。

（１１）本発明は上記目的を達成するため、前記検出部は、前記第１の磁界検出部及び前記第２の磁界検出部センサの感度の値の比を算出し、この算出された比の値に基づいて前記操作部の前記操作位置を検出する前記（９）に記載の４軸磁気センサを提供する。

このような発明によれば、非接触によって、安定して４軸の操作位置を検出することができる。

以下に、本発明の４軸磁気センサの実施の形態を図面を参考にして詳細に説明する。

[実施の形態]
（ポジションセンサの構成）
図１は、本発明の実施の形態に係るポジションセンサの概略図である。本発明の４軸磁気センサをポジションセンサとして、図１に示すようにＸＹＺ座標系を定め、Ｚ軸は、下側を正とするものとする。なお、４軸とは、Ｘ軸方向の操作位置（ポジション）、Ｙ軸方向の操作位置、Ｚ軸方向の操作位置に加え、Ｚ軸を回転軸とした回転操作位置を含めたものである。

ポジションセンサ１は、図１に示すように、固定部２と、プリント配線基板３と、操作部４と、Ｚ軸支持部５と、Ｘ軸支持部６と、Ｙ軸支持部７と、を備えて概略構成されている。

（固定部の構成）
固定部２は、図１に示すように、表面上部にプリント配線基板３が、ボルト等によって固定されている台座２０と、台座２０の短手方向の中央から上部に向かって突出した連結部２２を介して台座２０と一体となる支持部２１と、を備えて概略構成されている。

台座２０は、図１に示すように、短手方向に設けられた連結部２２が、対向する短手方向の上部に同様に設けられている。

支持部２１は、図１に示すように、中央に開口を備えた略ロ形状を有し、短手方向の開口側側面部にＹ軸支持部７を回転可能に支持するための開口２３が設けられ、また、対向する短手方向の側面部にも同様に開口２３が設けられている。

また、支持部２１は、図１に示すように、長手方向の開口側側面部にＸ軸支持部６を回転可能に支持するための開口２４が設けられ、また、対向する長手方向の側面部にも同様に開口２４が設けられている。

（プリント配線基板の構成）
プリント配線基板３は、図１に示すように、矩形状を有し、絶縁性部材によって形成され、表面に導電性の金属によって形成されたプリント配線を有して概略構成されている。

このプリント配線基板３は、上部に後述する磁気抵抗素子からなる磁気センサが搭載され、磁気センサは、プリント配線に電気的に接続されている。

（操作部の構成）
操作部４は、図１に示すように、略球形状を有する操作ノブ４０と、操作ノブ４０に設けられ、略円柱形状を有するレバー４１と、を備えて概略構成されている。

レバー４１は、後述するＺ軸支持部５の円筒形状を有する本体５０の開口にＺ軸に沿って平行移動可能に挿入され、レバー４１を介して操作ノブ４０と対向する端部には、Ｚ軸磁石４Ａが、設けられている。

（Ｚ軸支持部の構成）
図２は、本発明の実施の形態に係るポジションセンサの上面図である。なお、図２において固定部２は省略している。

Ｚ軸支持部５は、図１及び図２に示すように、円筒形状を有し、開口にレバー４１が挿入された本体５０と、アーチ形状を有し、アーチ形状の上部に本体５０が設けられた支持部５１と、アーチ形状の両端の側面部に設けられ凸部５２と、を備えて概略構成されている。

凸部５２は、図２に示すように、Ｘ軸支持部６に設けられた開口６２に挿入され、Ｚ軸支持部５は、凸部５２を支点としてＸ軸支持部６に対して回転可能に構成されている。

（Ｘ軸支持部の構成）
図３は、本発明の実施の形態に係るポジションセンサをＹ軸磁石側から見た側面図である。なお、図３において固定部２は省略している。

Ｘ軸支持部６は、図２及び図３に示すように、矩形状を有し、中央に設けられた開口にＺ軸支持部５の先端が挿入された本体６０と、短手方向の外側側部の中央に設けられ、固定部２の支持部２１の開口２４に挿入された凸部６１と、長手方向の側面部に設けられ、Ｚ軸支持部５の凸部５２が挿入された開口６２と、Ｘ軸磁石６Ａを保持する保持部６３と、を備えて概略構成されている。

Ｘ軸支持部６は、凸部６１を支点として支持部２１に対して回転可能に設けられている。

（Ｙ軸支持部の構成）
図４は、本発明の実施の形態に係るポジションセンサをＸ軸磁石側から見た側面図である。なお、図４において固定部２は省略している。

Ｙ軸支持部７は、図４に示すように、アーチ形状を有する本体７０と、Ｚ軸支持部５の本体５０が挿入され、操作部４のＸ軸方向の傾倒操作を案内する図１に示すＸ軸ガイド７１と、アーチ形状の先端の両端部に設けられた凸部７２と、を備えて概略構成されている。

凸部７２は、固定部２の開口２３に挿入され、Ｙ軸支持部７は、凸部７２を支点として支持部２１に対して回転可能に設けられている。

なお、操作部４の傾倒操作のとき、傾倒操作に基づいたＸ軸方向成分（第１の方向成分）に応じてＸ軸支持部６が、Ｙ軸方向成分（第２の方向成分）に応じてＹ軸支持部７が、独立に変位し、またＺ軸方向の操作も独立に行うことができるので、より正確にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸における操作部４の操作位置を検出することができる。

（Ｚ軸ＭＲセンサの構成）
図５は、本発明の実施の形態に係るＺ軸ＭＲセンサとＺ軸磁石の関係を示す概略図である。Ｚ軸ＭＲ（Magneto Resistance）センサ５００は、図５に示すように、プリント配線基板３上にＺ軸磁石４Ａと対向するように設けられている。

Ｚ軸磁石４Ａは、一例として、円柱形状を有する永久磁石で、回転軸ｍに対して垂直方向に磁化されており、磁界がＮ極からＳ極に向けて形成されている。なお、Ｚ軸磁石４Ａの形状は、これに限定されず、矩形状であっても良い。

操作部４のレバー４１は、図５に示すように、Ｚ軸磁石４Ａと共に、Ｚ軸支持部５の本体５０に対してｍを回転軸として回転し、また、本体５０に対して回転軸ｍ方向、すなわち操作部４のプッシュ操作方向である矢印ａ及びｂに変位する。なお、図５に示すｄ０は、操作部４の初期位置であり、ｄ１及びｄ２は、操作部４に対するプッシュ操作によってＺ軸磁石４Ａが変位する操作位置の一例である。

図６は、本発明の実施の形態に係る操作部の回転操作位置とＺ軸ＭＲセンサとの位置関係を示した概略図である。図６におけるｎ０は、回転に対する操作部４の初期位置を示しており、レバー４１の回転角度θは、初期位置ｎ０を境に、矢印ｃ方向を正、矢印ｄ方向を負とする。

Ｚ軸磁石（第１の磁界発生部）４Ａは、円柱形状を有する永久磁石で、下側をＮ極、上側をＳ極に磁化されており、Ｚ軸ＭＲセンサ５００が磁界（第１の磁界）を検出できる領域（第１の領域）にＮ極からＳ極に向けて磁界を形成するように、操作部４に設けられている。

図６に示すｎ１及びｎ２は、操作部４の回転操作位置の一例を示している。また、Ｚ軸磁石４Ａは、その中心が、回転軸ｍと一致するように設けられている。

図７は、本発明の実施の形態に係るＺ軸ＭＲセンサの平面図である。Ｚ軸ＭＲセンサ５００は、図７に示すように、Ｚ軸磁石４Ａによって形成される磁界の変化を感知する磁気感知面が各々４５°ずつ傾く形で同一のプリント配線基板３上にて回転軸ｍを中心として環状に８つの磁気抵抗素子Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４が設けられている。

また、磁気抵抗素子Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４の外側には、同じく４５°ずつ傾く形で回転軸ｍを中心として環状に配置される８つの磁気抵抗素子Ｍ３１〜Ｍ３４、Ｍ４１〜Ｍ４４が設けられている。

ここで、これら磁気抵抗素子Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４、Ｍ３１〜Ｍ３４、Ｍ４１〜Ｍ４４は、強磁性金属を主成分とする磁気抵抗膜からなり、印加される磁界に応じてその抵抗値が変化すると共に、所定の大きさを越える磁束密度が印加されることで、その抵抗値が飽和するといった物性を有している。

そして、磁気抵抗素子Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４、Ｍ３１〜Ｍ３４、Ｍ４１〜Ｍ４４が、外側に向かうほど、長く形成された複数の直線状の膜の端部が、交互に接続されることでじゃばら状のパターンが形成されている。

そして、このＺ軸ＭＲセンサ５００は、これら磁気抵抗素子Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４、Ｍ３１〜Ｍ３４、Ｍ４１〜Ｍ４４を形成する磁気抵抗膜の膜厚をそれぞれ一定の厚さに設定されると共に、外側に配置された８つの磁気抵抗素子Ｍ３１〜Ｍ３４、Ｍ４１〜Ｍ４４を形成する磁気抵抗膜の線幅を、内側に配置された８つの磁気抵抗素子Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４を形成する磁気抵抗膜の線幅よりも太く設定されている。

これによってＺ軸ＭＲセンサ５００は、内側に配置された８つの磁気抵抗素子Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４と、外側に配置された８つの磁気抵抗素子Ｍ３１〜Ｍ３４、Ｍ４１〜Ｍ４４とで、印加される磁界の磁束密度に対する抵抗変化率が互いに異なったものとなっている。

そして、このＺ軸ＭＲセンサ５００では、磁界の磁気ベクトル及び磁束密度の変化を検出する磁気検出部が、内部に配置された８つの磁気抵抗素子Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４からなる第１の磁気検出部と、外側に配置された８つの磁気抵抗素子Ｍ３１〜Ｍ３４、Ｍ４１〜Ｍ４４からなる第２の磁気検出部との２つの磁気検出部によって構成されている。

図８（ａ）は、本発明の実施の形態に係る第１の磁気検出部（Ｍ１１〜Ｍ１４）に関する等価回路図であり、（ｂ）は、第１の磁気検出部（Ｍ２１〜Ｍ２４）に関する等価回路図である。（ａ）は、第１の磁気検出部５０１の磁気抵抗素子Ｍ１１〜Ｍ１４の等価回路図を示し、（ｂ）は、第１の磁気検出部５０１の磁気抵抗素子Ｍ２１〜Ｍ２４の等価回路図を示している。

第１の磁気検出部５０１は、図８（ａ）に示すように、磁気抵抗素子Ｍ１１〜Ｍ１４によって１つのフルブリッジ回路が形成され、図８（ｂ）に示すように、磁気抵抗素子Ｍ２１〜Ｍ２４によってもう１つのフルブリッジ回路が形成されている。

この回路では、磁気抵抗素子Ｍ１１、Ｍ１３の間、及び磁気抵抗素子Ｍ２１、Ｍ２３の間に定電圧Ｖ_ｃｃが、それぞれ印加されると共に、磁気抵抗素子Ｍ１２、Ｍ１４の間、及び磁気抵抗素子Ｍ２２、Ｍ２４の間が、それぞれ接地されている。

そして、この回路には、磁気抵抗素子Ｍ１１、Ｍ１２の間の中点電位と、磁気抵抗素子Ｍ１３、Ｍ１４の間の中点電位とをそれぞれ取り込んで差動増幅を行う差動増幅器５０２が設けられている。

また、この回路には、磁気抵抗素子Ｍ２１、Ｍ２２の間の中点電位と、磁気抵抗素子Ｍ２３、Ｍ２４の間の中点電位とをそれぞれ取り込んで差動増幅を行う差動増幅器５０３が設けられている。

そして、この回路では、差動増幅器５０２、５０３による各差動増幅出力として、磁気抵抗素子Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４に印加される磁界の変化に応じて連続的に変化する第１の正弦信号Ｖ１１及び余弦信号Ｖ１２がそれぞれ出力される。なお、以下ではこれら第１の正弦信号Ｖ１１及び余弦信号Ｖ１２を第１の出力信号Ｖ１１、Ｖ１２と略記するものとする。

図９（ａ）は、本発明の実施の形態に係る第２の磁気検出部（Ｍ３１〜Ｍ３４）に関する等価回路図であり、（ｂ）は、第２の磁気検出部（Ｍ４１〜Ｍ４４）に関する等価回路図である。（ａ）は、第２の磁気検出部５０４の磁気抵抗素子Ｍ３１〜Ｍ３４の等価回路図を示し、（ｂ）は、第２の磁気検出部５０４の磁気抵抗素子Ｍ４１〜Ｍ４４の等価回路図を示している。

Ｚ軸ＭＲセンサ５００の第２の磁気検出部５０４からなる回路は、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の磁気検出部５０１と同様の回路構成を有している。

すなわち、この回路は、上記４つの磁気抵抗素子Ｍ３１〜Ｍ３４により１つのフルブリッジ回路が構成されると共に、上記４つの磁気抵抗素子Ｍ４１〜Ｍ４４によりもう１つのフルブリッジ回路が構成されている。

またこの回路では、磁気抵抗素子Ｍ３１、Ｍ３３の間、及び磁気抵抗素子Ｍ４１、Ｍ４３の間に定電圧Ｖ_ｃｃが、それぞれ印加されると共に、磁気抵抗素子Ｍ３２、Ｍ３４の間、及び磁気抵抗素子Ｍ４２、Ｍ４４の間が、それぞれ接地されている。

そして、この回路には、磁気抵抗素子Ｍ３１、Ｍ３２の間の中点電位と、磁気抵抗素子Ｍ３３、Ｍ３４の間の中点電位とをそれぞれ取り込んで差動増幅を行う差動増幅器５０５が設けられている。

また、この回路には、磁気抵抗素子Ｍ４１、Ｍ４２の間の中点電位と、磁気抵抗素子Ｍ４３、Ｍ４４の間の中点電位とをそれぞれ取り込んで差動増幅を行う差動増幅器５０６が設けられている。

そして、この回路では、差動増幅器５０５、５０６による各差動増幅出力として、磁気抵抗素子Ｍ３１〜Ｍ３４、Ｍ４１〜Ｍ４４に印加される磁界の変化に応じて連続的に変化する第２の正弦信号Ｖ２１及び余弦信号Ｖ２２がそれぞれ出力される。なお、以下ではこれら第２の正弦信号Ｖ２１及び余弦信号Ｖ２２を第２の出力信号Ｖ２１、Ｖ２２と略記するものとする。

（Ｘ軸ＭＲセンサの構成）
図１０は、本発明の実施の形態に係るＸ軸磁石とＸ軸ＭＲセンサとの関係を示す概略図である。図１０は、Ｘ軸ＭＲセンサ６００を等価回路図として示している。

Ｘ軸磁石（第２の磁界発生部）６Ａは、円柱形状を有する永久磁石で、下側をＮ極、上側をＳ極に磁化されており、Ｘ軸ＭＲセンサ６００が磁界（第２の磁界）を検出できる領域（第２の領域）にＮ極からＳ極に向けて磁界を形成するように、Ｘ軸支持部６の保持部６３に設けられている。

Ｘ軸磁石６Ａは、操作部４がＸ軸の正方向に操作されたとき、図１０に示す左側、すなわち、Ｘ軸の負方向に変位し、操作部４がＸ軸の負方向に操作されたとき、図１０に示す右側、すなわちＸ軸の正方向に変位する。なお、図１０に示す状態が、Ｘ軸支持部６の初期位置である。

第３の磁気検出部６０１は、図１０に示すように、磁気抵抗素子Ｍ５１〜Ｍ５４によって１つのフルブリッジ回路（第１のフルブリッジ回路）が形成され、磁気抵抗素子Ｍ５１〜Ｍ５４によって形成されるフルブリッジ回路の感磁方向とは、４５°異なるように配置された磁気抵抗素子Ｍ６１〜Ｍ６４によってもう１つのフルブリッジ回路（第２のフルブリッジ回路）が形成されている。

磁気抵抗素子Ｍ５１〜Ｍ５４、Ｍ６１〜Ｍ６４は、強磁性金属を主成分とする磁気抵抗膜からなり、印加される磁界に応じてその抵抗値が変化するものである。

この回路では、磁気抵抗素子Ｍ５１、Ｍ５３の間、及び磁気抵抗素子Ｍ６１、Ｍ６３の間に定電圧Ｖ_ｃｃが、それぞれ印加されると共に、磁気抵抗素子Ｍ５２、Ｍ５４の間、及び磁気抵抗素子Ｍ６２、Ｍ６４の間が、それぞれ接地されている。

そして、この回路には、磁気抵抗素子Ｍ５１、Ｍ５２の間の中点電位と、磁気抵抗素子Ｍ５３、Ｍ５４の間の中点電位とをそれぞれ取り込んで差動増幅を行う差動増幅器６０３が設けられている。

また、この回路には、磁気抵抗素子Ｍ６１、Ｍ６２の間の中点電位と、磁気抵抗素子Ｍ６３、Ｍ６４の間の中点電位とをそれぞれ取り込んで差動増幅を行う差動増幅器６０２が設けられている。

そして、この回路では、差動増幅器６０２、６０３による各差動増幅出力として、磁気抵抗素子Ｍ５１〜Ｍ５４、Ｍ６１〜Ｍ６４に印加される磁界の変化に応じて連続的に変化する第３の余弦信号Ｖ３１及び正弦信号Ｖ３２がそれぞれ出力される。なお、以下ではこれら第３の余弦信号Ｖ３１及び正弦信号Ｖ３２を第３の出力信号Ｖ３１、Ｖ３２と略記するものとする。

（Ｙ軸ＭＲセンサの構成）
図１１は、本発明の実施の形態に係るＹ軸磁石とＹ軸ＭＲセンサとの関係を示す概略図である。図１１は、Ｙ軸ＭＲセンサ７００を等価回路図として示している。

磁気抵抗素子Ｍ７１〜Ｍ７４、Ｍ８１〜Ｍ８４は、強磁性金属を主成分とする磁気抵抗膜からなり、印加される磁界に応じてその抵抗値が変化するものである。

Ｙ軸磁石（第３の磁界発生部）７Ａは、円柱形状を有する永久磁石で、下側をＮ極、上側をＳ極に磁化されており、Ｙ軸ＭＲセンサ７００が磁界（第３の磁界）を検出できる領域（第３の領域）にＮ極からＳ極に向けて磁界を形成するように、Ｙ軸支持部７の保持部７３に設けられている。

Ｙ軸磁石７Ａは、操作部４がＹ軸の正方向に操作されたとき、図１１に示す左側、すなわち、Ｙ軸の負方向に変位し、操作部４がＹ軸の負方向に操作されたとき、図１１に示す右側、すなわちＹ軸の正方向に変位する。なお、図１１に示す状態が、Ｙ軸支持部７の初期位置である。

第４の磁気検出部７０１は、図１１に示すように、磁気抵抗素子Ｍ７１〜Ｍ７４によって１つのフルブリッジ回路（第１のフルブリッジ回路）が形成され、磁気抵抗素子Ｍ７１〜Ｍ７４によって形成されるフルブリッジ回路の感磁方向とは、４５°異なるように配置された磁気抵抗素子Ｍ８１〜Ｍ８４によってもう１つのフルブリッジ回路（第２のフルブリッジ回路）が形成されている。

この回路では、磁気抵抗素子Ｍ７１、Ｍ７３の間、及び磁気抵抗素子Ｍ８１、Ｍ８３の間に定電圧Ｖ_ｃｃが、それぞれ印加されると共に、磁気抵抗素子Ｍ７２、Ｍ７４の間、及び磁気抵抗素子Ｍ８２、Ｍ８４の間が、それぞれ接地されている。

そして、この回路には、磁気抵抗素子Ｍ７１、Ｍ７２の間の中点電位と、磁気抵抗素子Ｍ８３、Ｍ８４の間の中点電位とをそれぞれ取り込んで差動増幅を行う差動増幅器７０３が設けられている。

また、この回路には、磁気抵抗素子Ｍ８１、Ｍ８２の間の中点電位と、磁気抵抗素子Ｍ８３、Ｍ８４の間の中点電位とをそれぞれ取り込んで差動増幅を行う差動増幅器７０２が設けられている。

そして、この回路では、差動増幅器７０２、７０３による各差動増幅出力として、磁気抵抗素子Ｍ７１〜Ｍ７４、Ｍ８１〜Ｍ８４に印加される磁界の変化に応じて連続的に変化する第４の余弦信号Ｖ４１及び正弦信号Ｖ４２がそれぞれ出力される。なお、以下ではこれら第４の余弦信号Ｖ４１及び正弦信号Ｖ４２を第４の出力信号Ｖ４１、Ｖ４２と略記するものとする。

図１２は、本発明の実施の形態に係るポジションセンサに関するブロック図である。ポジションセンサ１のＸ軸ＭＲセンサ６００、Ｙ軸ＭＲセンサ７００及びＺ軸ＭＲセンサ５００は、図１２に示すように、制御部（検出部）９０に接続される。

制御部９０は、第１の出力信号Ｖ１１、Ｖ１２、第２の出力信号Ｖ２１、Ｖ２２に基づいて操作部４の回転操作位置及びプッシュ操作位置を検出する。また、制御部９０は、第３の出力信号Ｖ３１、Ｖ３２に基づいて操作部４のＸ軸方向の操作位置を検出し、第４の出力信号Ｖ４１、Ｖ４２に基づいて操作部４のＹ軸方向の操作位置を検出する。

制御部９０は、図１２に示すように、被制御装置９１を制御しており、第１の出力信号Ｖ１１、Ｖ１２、第２の出力信号Ｖ２１、Ｖ２２、第３の出力信号Ｖ３１、Ｖ３２、及び第４の出力信号Ｖ４１、Ｖ４２に基づいて被制御装置９１を制御する。

（動作）
以下に、本実施の形態におけるポジションセンサに関する動作を各図を参照して詳細に説明する。まず、Ｚ軸におけるプッシュ操作位置と回転操作位置の検出方法について説明する。

（Ｚ軸におけるプッシュ操作位置と回転操作位置の検出について）
まず、第１の磁気検出部５０１から出力される第１の正弦信号Ｖ１１及び第１の余弦信号Ｖ１２は、それぞれ以下の（１）、（２）で表すことができる。

なお、これら（１）、（２）において、Ｖ１は第１の磁気検出部５０１のセンサ感度（出力電圧の大きさ）を、また、θは、Ｚ軸磁石４Ａの初期位置ｎ０からの角度を示す。

Ｖ１１＝Ｖ１ｓｉｎθ・・・（１）
Ｖ１２＝Ｖ１ｃｏｓθ・・・（２）
一方、第２の磁気検出部５０４から出力される第２の正弦信号Ｖ２１及び第２の余弦信号Ｖ２２は、それぞれ以下の（３）、（４）で表すことができる。

なお、（３）、（４）において、Ｖ２は第２の磁気検出部５０４のセンサ感度（出力電圧の大きさ）を示す。

Ｖ２１＝Ｖ２ｓｉｎθ・・・（３）
Ｖ２２＝Ｖ２ｃｏｓθ・・・（４）
ちなみに、第１及び第２の磁気検出部５０１、５０４のセンサ感度のそれぞれの値Ｖ１、Ｖ２は、第１及び第２の磁気検出部５０１、５０４をそれぞれ構成する磁気抵抗素子の抵抗値の大きさに基づいて変化する値である。

ここで、前述のように、第１及び第２の磁気検出部５０１、５０４をそれぞれ構成する磁気抵抗素子は、印加される磁界に応じてその抵抗値が変化すると共に、所定の大きさの磁束密度が印加されると、その値が飽和するといった物性を有している。

すなわち、これらセンサ感度Ｖ１、Ｖ２は、第１及び第２の磁気検出部５０１、５０４に印加される磁界の磁束密度の大きさに応じて変化すると共に、所定の大きさを超える磁束密度が、第１及び第２の磁気検出部５０１、５０４に印加されると飽和する値である。

ところで、前述のように、第１及び第２の磁気検出部５０１、５０４は、印加される磁界の磁束密度に対する抵抗変化率の異なる２種類の磁気抵抗素子により、それぞれ構成されているため、それぞれ同様の回路構成を有してはいるものの、Ｚ軸ＭＲセンサ５００に印加される磁界の磁束密度の変化に伴うセンサ感度の値Ｖ１、Ｖ２の変化態様は、それぞれ若干異なる。

そこで、本実施の形態に係るポジションセンサ１の制御部９０は、まず、第１の出力信号Ｖ１１、Ｖ１２から以下の（５）式に基づいて第１の磁気検出部５０１のセンサ感度の値Ｖ１を算出すると共に、第２の出力信号Ｖ２１、Ｖ２２から以下の（６）式に基づいて第２の磁気検出部５０４のセンサ感度の値Ｖ２を算出するようにしている。

Ｖ１＝√（Ｖ１１^２+Ｖ１２^２）・・・（５）
Ｖ２＝√（Ｖ２１^２+Ｖ２２^２）・・・（６）
そして、制御部９０は、第１及び第２の磁気検出部５０１、５０４のセンサ感度のそれぞれの値Ｖ１、Ｖ２の変化態様の違いを利用してＺ軸ＭＲセンサ５００の上記矢印ａ、ｂで示す方向の位置を検出し、これより操作部４のプッシュ操作位置を検出するようにしている。

図１３（ａ）は、本発明の実施の形態に係る回転軸方向とセンサ感度に関する図である。続いて図１３（ａ）を参照して、Ｚ軸ＭＲセンサ５００に印加される磁界の磁束密度の変化に伴う第１及び第２の磁気検出部５０１、５０４のセンサ感度のそれぞれの値Ｖ１、Ｖ２の変化の様子について説明する。

ここで、図１３（ａ）は、Ｚ軸磁石４Ａの上記矢印ａ、ｂで示す方向の位置と第１及び第２の磁気検出部５０１、５０４のセンサ感度のそれぞれの値Ｖ１、Ｖ２とについて、それぞれ横軸と縦軸とにとって両者の関係を示したグラフである。

なお、図１３（ａ）のグラフにおいて、実線は第１の磁気検出部５０１のセンサ感度の値Ｖ１の変化傾向を、また一点鎖線は第２の磁気検出部５０４のセンサ感度の値Ｖ２の変化傾向をそれぞれ示している。

例えばいま、図５に示すように、Ｚ軸磁石４Ａが、初期位置ｄ０よりも矢印ｂで示す方向に離間した操作位置ｄ２から、すなわちＺ軸ＭＲセンサ５００から十分に離間した位置から、矢印ａで示す方向に移動してＺ軸ＭＲセンサ５００に除々に近接したとする。

このとき、Ｚ軸ＭＲセンサ５００に印加される磁界の磁束密度は、除々に大きくなる態様にて変化し、図１３（ａ）に示すように、第１及び第２の磁気検出部５０１、５０４のセンサ感度のそれぞれの値Ｖ１、Ｖ２は、共に除々に大きくなると共に、次第に飽和して一定値に達する。

ここで、これらセンサ感度のそれぞれの値Ｖ１、Ｖ２の変化態様を比較すると、まずは、第１の磁気検出部５０１のセンサ感度の値Ｖ１が飽和した後、これに続くかたちで第２の磁気検出部５０４のセンサ感度の値Ｖ２が飽和する。

そして、本実施の形態に係るポジションセンサ１では、Ｚ軸磁石４Ａと、Ｚ軸ＭＲセンサ５００との間の距離を以下のように調整するようにしている。すなわち、Ｚ軸磁石４Ａが初期位置ｄ０から操作位置ｄ１まで移動してＺ軸ＭＲセンサ５００に印加される磁界の磁束密度に変化が生じた際に、第１の磁気検出部５０１のセンサ感度の値Ｖ１が、飽和した状態を維持すると共に、第２の磁気検出部５０４のセンサ感度の値Ｖ２に変化が生じる距離に設定するようにしている。

換言すれば、第１の磁気検出部５０１を構成する磁気抵抗素子Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４の抵抗値が飽和した状態に維持されると共に、第２の磁気検出部５０４を構成する磁気抵抗素子Ｍ３１〜Ｍ３４、Ｍ４１〜Ｍ４４の抵抗値に変化が生じる距離に設定するようにしている。

図１３（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るＺ軸磁石の軸方向の位置とＺ軸ＭＲセンサの第１及び第２の磁気検出部のそれぞれの値との関係を示すグラフである。

これにより、図１３（ｂ）に示すように、Ｚ軸磁石４Ａの矢印ａ、ｂで示す方向の位置が、初期位置ｄ０から操作位置ｄ１へ変化した際には、第１の磁気検出部５０１のセンサ感度の値Ｖ１は、一定値Ｖ１ｍａｘを示し、第２の磁気検出部５０４のセンサ感度の値Ｖ２は、Ｖ２（ｄ０）からＶ２（ｄ１）まで増加するようになる。

ところで、Ｚ軸磁石４Ａの位置が、初期位置ｄ０と操作位置ｄ１の間で変化する際には、Ｚ軸磁石４Ａの位置に応じて第２の磁気検出部５０４のセンサ感度の値Ｖ２が変化することから、例えばこのセンサ感度の値Ｖ２に基づいてＺ軸磁石４Ａの矢印ａ、ｂで示す方向の位置を検出することが可能であるとも考えられる。

しかしながら、前述のように、第１の磁気検出部５０１を構成する磁気抵抗素子Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４も含め、第２の磁気検出部５０４を構成する磁気抵抗素子Ｍ３１〜Ｍ３４、Ｍ４１〜Ｍ４４は、一般に、自身の有する温度等の影響を受けてその抵抗値が変化するため、第２の磁気検出部５０４の温度変化に伴ってそのセンサ感度の値Ｖ２も変化する。

図１４（ａ）は、本発明の実施の形態に係るＺ軸ＭＲセンサの温度変化に関するグラフである。図１４（ａ）は、Ｚ軸磁石４Ａの操作位置に応じた第２の磁気検出部５０４の温度変化について示している。

具体的には、例えば、図１４（ａ）に二点鎖線で併せ示すように、Ｚ軸ＭＲセンサ５００の温度の低下に伴い、第２の磁気検出部５０４の温度が低下した場合には、そのセンサ感度の値Ｖ２が、全体的に大きくなる方向にシフトする。したがって、センサ感度の値Ｖ２に変化が生じた場合に、その変化が同磁気抵抗素子の温度変化等に起因するものであるか、あるいはＺ軸磁石４Ａの矢印ａ、ｂで示す方向の位置の変化に起因するものであるかを区別することが困難であり、センサ感度の値Ｖ２に基づいたＺ軸磁石４Ａの位置の検出は、困難なものとなる。

そこで、本実施の形態に係るポジションセンサ１では、こうした磁気抵抗素子の温度変化等の影響が第１及び第２の磁気検出部５０１、５０４のセンサ感度のそれぞれの値Ｖ１、Ｖ２に反映されることに着目して、これらの比の値を算出することで、磁気抵抗素子の温度変化等の影響が相殺された値を得るようにしている。

具体的には、第１の磁気検出部５０１のセンサ感度の値Ｖ１を第２の磁気検出部５０４のセンサ感度の値Ｖ２で除算した値Ｖｒ１２（＝Ｖ１／Ｖ２）を制御部９０によって算出した上で、この算出されたセンサ感度比の値Ｖｒ１２に基づいてＺ軸磁石４Ａの矢印ａ、ｂで示す方向の位置、換言すれば、操作部４の操作位置を検出するようにしている。

図１４（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るＺ軸磁石の軸方向の位置と第１及び第２の磁気検出部のセンサ感度比の値との関係を示すグラフである。

図１４（ｂ）は、Ｚ軸磁石４Ａの矢印ａ、ｂで示す方向の位置とセンサ感度比の値Ｖｒ１２とについて、それぞれ横軸と縦軸とにとって両者の違いの関係を示したものである。

図１４（ｂ）に示すように、センサ感度比の値Ｖｒ１２は、Ｚ軸磁石４Ａの矢印ａ、ｂで示す方向の位置が、初期位置ｄ０から操作位置ｄ１へ変化したとすると、徐々に変化する態様で変化する。

ここで、このポジションセンサ１では、このセンサ感度比の値Ｖｒ１２に対し、Ｚ軸磁石４Ａが初期位置ｄ０に位置しているときのセンサ感度比の値Ｖｒ１２（ｄ０）、及び操作位置ｄ１に位置しているときのセンサ感度比の値Ｖｒ１２（ｄ１）の中間値Ｖｒｄ（＝（Ｖｒ１２（ｄ０）＋Ｖｒ１２（ｄ１））／２）がしきい値として設定されている。

そして、ポジションセンサ１の制御部９０は、第１の出力信号Ｖ１１、Ｖ１２及び第２の出力信号Ｖ２１、Ｖ２２からセンサ感度比の値Ｖｒ１２を算出した上で、このセンサ感度比の値Ｖｒ１２に基づいて以下のようにして操作部４の操作位置を検出するようにしている。

（１）センサ感度比の値Ｖｒ１２が、しきい値Ｖｒｄ以上である場合。
この場合には、Ｚ軸磁石４Ａの矢印ａ、ｂで示す方向の位置が、初期位置ｄ０であり、制御部９０は、操作部４の操作位置が初期位置ｄ０であると判定する。

（２）センサ感度比の値Ｖｒ１２が、しきい値Ｖｒｄより小さい値である場合。
この場合には、Ｚ軸磁石４Ａの矢印ａ、ｂで示す方向の位置が、操作位置ｄ１であり、制御部９０は、操作部４の操作位置が操作位置ｄ１であると判定する。

なお、上記の（１）及び（２）は、一例であって、制御部９０は、細かく設定されたしきい値に基づいて、さらに多くのプッシュ操作位置を検出するようにしても良い。

続いて操作部４の回転操作位置の検出方法について説明する。

本実施の形態におけるポジションセンサ１では、上記のように、Ｚ軸磁石４Ａの矢印ａ、ｂで示す方向の位置が、初期位置ｄ０と操作位置ｄ１との間で変化した際に、第１の磁気検出部５０１のセンサ感度の値Ｖ１は、飽和した状態を維持する。

すなわち、この第１の磁気検出部５０１から出力される第１の正弦信号Ｖ１１及び第１の余弦信号Ｖ１２には、Ｚ軸磁石４ＡからＺ軸ＭＲセンサ５００に印可される磁界の磁束密度の大きさの変化の影響、換言すれば、操作部４の操作位置の影響が及ばない。

そこで、本実施の形態に係るポジションセンサ１では、第１の正弦信号Ｖ１１及び第１の余弦信号Ｖ１２に基づいてＺ軸磁石４Ａの上記矢印ａ、ｂで示す方向の回転操作を検出し、制御部９０は、これによって操作部４の回転操作位置を検出するようにしている。

図１５（ａ）は、本発明の実施の形態に係る回転角度θと出力信号との関係を示したグラフである。図１５（ａ）は、Ｚ軸磁石４Ａの上記矢印ａ、ｂで示す方向への回転角度θと第１の出力信号Ｖ１１、Ｖ１２との関係をグラフとして示している。

図１５（ａ）に示すように、第１の正弦信号Ｖ１１及び第１の余弦信号Ｖ１２は、Ｚ軸磁石４Ａの上記矢印ａ、ｂで示す方向への回転角度θに応じて、それぞれ正弦波状及び余弦波状に変化する。

図１５（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る第１の正弦信号及び第１の余弦信号の逆正接値との関係を示したグラフである。図１５（ｂ）は、第１の正弦信号Ｖ１１及び第１の余弦信号Ｖ１２に基づいて制御部９０によって算出される逆正接値Ｖａｔ（＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ１２／Ｖ１１））の変化傾向を示している。

図１５（ｂ）に示すように、この逆正接値Ｖａｔは、回転角度に応じて正の値から負の値といった変化を繰り返し、その値が、ジグザグ状に変化する。

そして、本実施の形態に係るポジションセンサ１では、Ｚ軸磁石４ＡとＺ軸ＭＲセンサ５００との間の上記矢印ａ、ｂで示す方向の相対的な位置が、以下のように調整されている。

すなわち、Ｚ軸磁石４Ａが、図６に示すように、初期位置ｎ０から操作位置ｎ１を経て第２の操作位置ｎ２まで回転操作が行われた際に、逆正接値Ｖａｔが正の値Ｖａｔ１から「０」の値を経て負の値Ｖａｔ２直線状に変化するように、それらの間の相対的な位置が調整されている。

ここで、このポジションセンサ１では、この逆正接値Ｖａｔに対し、正の値Ｖａｔ１の半分の値（Ｖａｔ１／２）と負の値Ｖａｔ２の半分の値（Ｖａｔ２／２）とが、しきい値としてそれぞれ設定されている。

そして、ポジションセンサ１の制御部９０は、第１の正弦信号Ｖ１１及び第１の余弦信号Ｖ１２から逆正接値Ｖａｔを算出した上で、この正接値Ｖａｔに基づいて以下のようにして、操作部４の回転操作位置を検出する。

（１）逆正接値Ｖａｔがしきい値（Ｖａｔ１／２）以上の値であると判定された場合。
この場合には、Ｚ軸磁石４Ａの矢印ａ、ｂで示す方向の回転位置が、初期位置ｎ０であり、制御部９０は、操作部４の操作位置が初期位置ｎ０であると判定する。

（２）逆正接値Ｖａｔがしきい値（Ｖａｔ１／２）よりも小さい値であり、かつ、しきい値（Ｖａｔ２／２）以上の値であると判定された場合。
この場合には、Ｚ軸磁石４Ａの矢印ａ、ｂで示す方向の操作位置が、第１の操作位置ｎ１であり、制御部９０は、操作部４の操作位置が、第１の操作位置ｎ１であると判定する。

（３）逆正接値Ｖａｔが、しきい値（Ｖａｔ２／２）よりも小さい値であると判定された場合。
この場合には、Ｚ軸磁石４Ａの矢印ａ、ｂで示す方向の回転位置が、第２の操作位置ｎ２であり、制御部９０は、操作部４の操作位置が、第２の操作位置ｎ２であると判定する。

なお、上記の（１）〜（３）は、一例であって、制御部９０は、細かく設定されたしきい値に基づいて、さらに多くの回転操作位置を検出するようにしても良い。

ポジションセンサ１は、上記に示したように、Ｚ軸ＭＲセンサ５００の温度等の影響によって磁気抵抗素子Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４、Ｍ３１〜Ｍ３４、Ｍ４１〜Ｍ４４の抵抗値が変化した場合であっても、Ｚ軸磁石４Ａの矢印ａ、ｂで示す回転位置も検出することができる。

（Ｘ軸における操作位置の検出について）
続いてＸ軸における操作位置の検出について説明する。

図１６（ａ）は、本発明の実施の形態に係るＸ軸磁石の距離と出力電圧の関係を示すグラフである。図１６（ａ）における横軸は、操作部４のＸ軸に沿った操作位置を示しており、図１０に示すＸ軸磁石６Ａの中心、すなわち初期位置を横軸の原点とし、縦軸は、Ｘ軸ＭＲセンサ６００から出力される出力電圧を示している。

Ｘ軸ＭＲセンサ６００を構成する第３の磁気検出部６０１は、上記したように、第３の出力信号Ｖ３１、Ｖ３２をＸ軸磁石６Ａの操作位置に基づいて出力する。

Ｘ軸磁石６Ａの操作位置の検出は、図１６（ａ）に示す上記した第３の出力信号Ｖ３１、Ｖ３２のどちらか一方でも検出可能である。

しかし、上記したように、Ｘ軸ＭＲセンサ６００が温度等の影響によって磁気抵抗素子Ｍ５１〜Ｍ５４、Ｍ６１〜Ｍ６４の抵抗値が変化し、操作位置を誤検出する可能性がある。

そこで、制御部９０は、上記した角度変換を行い、温度等の影響を受けないように、出力を変換する。

図１６（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る逆正接値と角度θ_Ｘに関するグラフである。図１６（ｂ）は、第３の余弦信号Ｖ３１及び第３の正弦信号Ｖ３２に基づいて算出される逆正接値Ｖｂｔ（＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ３２／Ｖ３１）／２）の変化傾向を示している。

制御部９０は、操作部４の操作位置に基づいたＸ軸磁石６Ａの位置に応じて出力された第３の出力Ｖ３１、Ｖ３２に基づいて逆正接値Ｖｂｔ、すなわち、Ｘ軸ＭＲセンサ６００の第１の磁気検出部６０１を横切る磁界との角度を算出する。

なお、磁気抵抗値は、磁気抵抗素子を横切る磁界の角度θ_Ｘに依存するが、角度θ_Ｘが同じときの向きの正逆には、依存しないので、角度変換した値を２で除算している。

制御部９０は、図１６（ｂ）に示すこの逆正接値Ｖｂｔ、すなわち角度θ_Ｘを算出し、算出された角度θ_Ｘから操作部４の操作角度を算出し、操作部４の操作位置を検出する。さらに、制御部９０は、逆正接値Ｖｂｔの算出によって温度等の影響によって磁気抵抗素子Ｍ５１〜Ｍ５４、Ｍ６１〜Ｍ６４が変化しても正確に操作位置を検出することができる。

（Ｙ軸における操作位置の検出について）
続いてＹ軸における操作位置の検出について説明する。

図１７（ａ）は、本発明の実施の形態に係るＹ軸磁石の距離と出力電圧の関係を示すグラフである。図１７（ａ）における横軸は、操作部４のＹ軸に沿った操作位置を示しており、図１１に示すＹ軸磁石７Ａの中心、すなわち初期位置を横軸の原点とし、縦軸は、Ｙ軸ＭＲセンサ７００から出力される出力電圧を示している。

Ｙ軸ＭＲセンサ７００を構成する第４の磁気検出部７０１は、上記したように、第４の出力信号Ｖ４１、Ｖ４２をＹ軸磁石７Ａの操作位置に基づいて出力する。

Ｙ軸磁石７Ａの操作位置の検出は、上記した第４の出力信号Ｖ４１、Ｖ４２のどちらか一方でも検出可能である。

しかし、上記したように、Ｙ軸ＭＲセンサ７００が温度等の影響によって磁気抵抗素子Ｍ７１〜Ｍ７４、Ｍ８１〜Ｍ８４の抵抗値が変化し、操作位置を誤検出する可能性がある。

図１７（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る逆正接値と角度θ_Ｙに関するグラフである。図１７（ｂ）は、第４の余弦信号Ｖ４１及び第４の正弦信号Ｖ４２に基づいて算出される逆正接値Ｖｃｔ（＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ４２／Ｖ４１）／２）の変化傾向を示している。

制御部９０は、操作部４の操作位置に基づいたＹ軸磁石７Ａの位置に応じて出力された第４の出力Ｖ４１、Ｖ４２に基づいて逆正接値Ｖｃｔ、すなわち、Ｙ軸ＭＲセンサ７００の第４の磁気検出部７０１を横切る磁界との角度を算出する。

なお、上記した理由で角度変換した値を２で除算している。

制御部９０は、図１７（ｂ）に示すこの逆正接値Ｖｃｔ、すなわち角度θ_Ｙを算出し、算出された角度θ_Ｙから操作部４の操作角度を算出し、操作部４の操作位置を検出する。さらに、制御部９０は、逆正接値Ｖｃｔの算出によって温度等の影響によって磁気抵抗素子Ｍ７１〜Ｍ７４、Ｍ８１〜Ｍ８４が変化しても正確に操作位置を検出することができる。

また、制御部９０は、Ｘ軸及びＹ軸、独立に操作部４の操作位置を算出し、それらを組み合わせることによって操作部４の２次元的な操作位置を正確に検出することができる。

（効果）
（１）上記した実施の形態におけるポジションセンサ１によれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸に基づいた操作位置と、Ｚ軸周りの回転操作に基づく操作位置の計４軸の操作位置を検出することができる。

（２）上記した実施の形態におけるポジションセンサ１によれば、印加された磁界に基づいてＺ軸ＭＲセンサ５００を構成する第１の磁気検出部５０１の磁気抵抗値が飽和した状態となることを利用して、回転操作とプッシュ操作に基づく操作位置を検出することができる。

（３）上記した実施の形態におけるポジションセンサ１によると、磁気抵抗素子の磁気感知面を４５°回転させた構成を有する第１及び第２の磁気検出部５０１、５０４を配置し、さらにその出力信号に対して角度変換された逆正接値を用いて操作部４の操作位置を判定するので、温度変化等による磁気抵抗素子の抵抗値の変化による誤動作を防止することができる。

（４）上記した実施の形態におけるポジションセンサ１によると、Ｚ軸ＭＲセンサ５００は、磁気抵抗素子が４５°傾く形で環状に８つずつ配置された形状を有しているので、限られた場所に効果的に磁気抵抗素子を配置し、操作位置の検出精度を向上させることができる。

（５）上記した実施の形態におけるポジションセンサ１によれば、非接触で複数の操作位置を検出することができるので、長期間に渡って性能を維持することができる。

（６）上記した実施の形態におけるポジションセンサ１によれば、操作部４のＸ軸方向の傾倒操作と、Ｙ軸方向の傾倒操作は、互いに干渉せず、独立して動くので、Ｘ軸ＭＲセンサ６００及びＹ軸ＭＲセンサ７００に公知のＭＲセンサを用いることができ、コストを抑制することができる。

（７）上記した実施の形態におけるポジションセンサ１は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向と独立に操作位置を出力することができるので、クロストークの少ない正確な操作位置の検出を行うことができる。

（８）上記した実施の形態におけるポジションセンサ１によれば、磁界を発生させる部材を永久磁石で構成することができるので、コストを抑えることができる。

（９）上記した実施の形態におけるポジションセンサ１によれば、制御部９０を含めてＩＣ（Integrated Circuit）化することで、車両のＥＣＵ（Electronic Control Unit）に接続し、ＥＣＵを介して多様な非制御装置９１に対する情報入力等を行うことができる。

（１０）上記した実施の形態におけるポジションセンサ１によれば、制御部９０によって角度変換、及び感度の値の比を算出することができるので、

（他の実施の形態について）
（１）上記した実施の形態においてＺ軸ＭＲセンサ５００は、プリント配線基板３上に設けられたが、これに限定されず、例えば、どちらか一方をプリント配線基板３の裏面に設けても良い。

（２）上記した実施の形態においてＸ軸ＭＲセンサ６００及びＹ軸ＭＲセンサ７００は、４つのハーフブリッジ回路の組合せによって２つのフルブリッジ回路を形成したが、これに限定されず、ハーブブリッジ回路を１つずつ配置して、１つのフルブリッジ回路によってＸ軸及びＹ軸の操作位置を検出するようにしても良い。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。

本発明の実施の形態に係るポジションセンサの概略図である。本発明の実施の形態に係るポジションセンサの上面図である。本発明の実施の形態に係るポジションセンサをＹ軸磁石側から見た側面図である。本発明の実施の形態に係るポジションセンサをＸ軸磁石側から見た側面図である。本発明の実施の形態に係るＺ軸ＭＲセンサとＺ軸磁石の関係を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る操作部の回転操作位置とＺ軸ＭＲセンサとの位置関係を示した概略図である。本発明の実施の形態に係るＺ軸ＭＲセンサの平面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る第１の磁気検出部（Ｍ１１〜Ｍ１４）に関する等価回路図であり、（ｂ）は、第１の磁気検出部（Ｍ２１〜Ｍ２４）に関する等価回路図である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る第２の磁気検出部（Ｍ３１〜Ｍ３４）に関する等価回路図であり、（ｂ）は、第２の磁気検出部（Ｍ４１〜Ｍ４４）に関する等価回路図である。本発明の実施の形態に係るＸ軸磁石とＸ軸ＭＲセンサとの関係を示す概略図である。本発明の実施の形態に係るＹ軸磁石とＹ軸ＭＲセンサとの関係を示す概略図である。本発明の実施の形態に係るポジションセンサに関するブロック図である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る回転軸方向とセンサ感度に関する図であり、（ｂ）は、Ｚ軸磁石の軸方向の位置とＺ軸ＭＲセンサの第１及び第２の磁気検出部のそれぞれの値との関係を示すグラフである。（ａ）は、本発明の実施の形態に係るＺ軸ＭＲセンサの温度変化に関するグラフであり、（ｂ）は、Ｚ軸磁石の軸方向の位置と第１及び第２の磁気検出部のセンサ感度比の値との関係を示すグラフである。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る回転角度θと出力信号との関係を示したグラフであり、（ｂ）は、第１の正弦信号及び第１の余弦信号の逆正接値との関係を示したグラフである。（ａ）は、本発明の実施の形態に係るＸ軸磁石の距離と出力電圧の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、逆正接値と角度θ_Ｘに関するグラフである。（ａ）は、本発明の実施の形態に係るＹ軸磁石の距離と出力電圧の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、逆正接値と角度θ_Ｙに関するグラフである。

符号の説明

１…ポジションセンサ、２…固定部、３…プリント配線基板、４…操作部、４Ａ…Ｚ軸磁石、５…Ｚ軸支持部、６…Ｘ軸支持部、６Ａ…Ｘ軸磁石、７…Ｙ軸支持部、７Ａ…Ｙ軸磁石、２０…台座、２１…支持部、２２…連結部、２３…開口、２４…開口、４０…操作ノブ、４１…レバー、５０…本体、５１…支持部、５２…凸部、６０…本体、６１…凸部、６２…開口、６３…保持部、７０…本体、７１…Ｘ軸ガイド、７２…凸部、７３…保持部、９０…制御部、９１…被制御装置、５００…Ｚ軸ＭＲセンサ、５０１…第１の磁気検出部、５０２…差動増幅器、５０３…差動増幅器、５０４…第２の磁気検出部、５０５…差動増幅器、５０６…差動増幅器、６００…Ｘ軸ＭＲセンサ、６０１…第３の磁気検出部、６０２…差動増幅器、６０３…差動増幅器、７００…Ｙ軸ＭＲセンサ、７０１…第４の磁気検出部、７０２…差動増幅器、７０３…差動増幅器、Ｍ１１〜Ｍ１４…磁気抵抗素子、Ｍ２１〜Ｍ２４…磁気抵抗素子、Ｍ３１〜Ｍ３４…磁気抵抗素子、Ｍ４１〜Ｍ４４…磁気抵抗素子、Ｍ５１〜Ｍ５４…磁気抵抗素子、Ｍ６１〜Ｍ６４…磁気抵抗素子、Ｍ７１〜Ｍ７４…磁気抵抗素子、Ｍ８１〜Ｍ８４…磁気抵抗素子、Ｖ１…センサ感度の値、Ｖ１１…第１の正弦信号（第１の出力信号）、Ｖ１２…第１の余弦信号（第１の出力信号）、Ｖ２…センサ感度の値、Ｖ２１…第２の正弦信号（第２の出力信号）、Ｖ２２…第２の余弦信号（第２の出力信号）、Ｖ３１…第３の正弦信号（第３の出力信号）、Ｖ３２…第３の余弦信号（第３の出力信号）、Ｖ４１…第４の正弦信号（第４の出力信号）、Ｖ４２…第４の余弦信号（第４の出力信号）、Ｖａｔ…逆正接値、Ｖｂｔ…逆正接値、Ｖｃｔ…逆正接値、Ｖ_ｃｃ…定電圧、ｄ０…初期位置、ｄ１…操作位置、ｄ２…操作位置、ｍ…回転軸、ｎ０…初期位置、ｎ１…操作位置、ｎ２…操作位置、θ…回転角度、θ_Ｘ…角度、θ_Ｙ…角度、Ｖｒ１２…センサ感度比の値、Ｖｒｄ…しきい値、Ｖａｔ１／２…しきい値、Ｖａｔ２／２…しきい値

Claims

プッシュ操作、前記プッシュ操作方向を回転軸とする回転操作、及び傾倒操作可能に支持される操作部と、
前記操作部に設けられ、第１の領域に第１の磁界を発生させる第１の磁界発生部と、
前記回転軸上に中心が一致するように前記第１の磁界発生部に対向して設けられ、前記第１の磁界の磁束密度に基づいて異なる磁界感度を有する第１の磁界検出部及び第２の磁界検出部からなる第１の磁気センサと、
前記傾倒操作に伴って発生する前記回転軸に直交する第１の方向成分に基づいて変位し、第２の領域に第２の磁界を発生させる第２の磁界発生部と、
前記操作部が初期位置にあるとき、前記第２の領域内であり、かつ、前記第２の磁界発生部と対向する位置に設けられる第２の磁気センサと、
前記第１の方向成分に直交する第２の方向成分に基づいて変位し、第３の領域に第３の磁界を発生させる第３の磁界発生部と、
前記操作部が前記初期位置にあるとき、前記第３の領域内であり、かつ、前記第３の磁界発生部と対向する位置に設けられる第３の磁気センサと、
を備えた４軸磁気センサ。
前記第１の磁界発生部と前記第１の磁気センサの距離は、前記第１の磁界発生部の変位に伴い前記第１の磁気センサに印加される前記第１の磁界の前記磁束密度の大きさに変化が生じたとき、前記第１の磁気検出部の磁気抵抗値が飽和した状態を維持すると共に、前記第２の磁気検出部の磁気抵抗値に変化が生じる距離である請求項１に記載の４軸磁気センサ。
前記回転操作は、前記第１の磁気検出部によって検出される請求項２に記載の４軸磁気センサ。
前記第１の磁気検出部は、磁気抵抗素子が４５°ずつ傾く形で環状に８つ配置され、
前記第２の磁気検出部は、前記第１の磁気検出部の外側に位置して、同じく４５°ずつ傾く形で同心円状に環状に８つ配置され、
前記第１の磁気検出部及び第２の磁気検出部は、それぞれ、４つの磁気抵抗素子により構成されるフルブリッジ回路を２つずつ有する請求項１〜３の何れか１項に記載の４軸磁気センサ。
前記第２の磁気センサは、４つの磁気抵抗素子によって形成された第１のフルブリッジ回路と、感磁方向が前記第１のフルブリッジ回路の前記感磁方向と４５°異なるように配置された第２のフルブリッジ回路と、からなる請求項１に記載の４軸磁気センサ。
前記第３の磁気センサは、前記第２の磁気センサと同様の構成を有する請求項５に記載の４軸磁気センサ。
前記第１の磁界発生部、前記第２の磁界発生部及び前記第３の磁界発生部は、永久磁石である請求項１〜６の何れか１項に記載の４軸磁気センサ。
前記傾倒操作に基づく前記第１の方向成分に応じて変位する第１の方向支持部と、前記傾倒操作に基づく前記第２の方向成分に応じて前記第１の方向支持部とは独立に変位する第２の方向支持部と、
を備えた請求項１〜７の何れか１項に記載の４軸磁気センサ。
プッシュ操作、前記プッシュ操作方向を回転軸とする回転操作、及び傾倒操作可能に支持される操作部と、
前記操作部に設けられ、第１の領域に第１の磁界を発生させる第１の磁界発生部と、
前記回転軸上に中心が一致するように前記第１の磁界発生部に対向して設けられ、前記第１の磁界の磁束密度に基づいて異なる磁界感度を有する第１の磁界検出部及び第２の磁界検出部からなり、前記第１の磁界発生部に基づいて第１の出力信号を出力する第１の磁気センサと、
前記傾倒操作に伴って発生する前記回転軸に直交する第１の方向成分に基づいて変位し、第２の領域に第２の磁界を発生させる第２の磁界発生部と、
前記操作部が初期位置にあるとき、前記第２の領域内であり、かつ、前記第２の磁界発生部と対向する位置に設けられ、前記第２の磁界発生部に基づいて第２の出力信号を出力する第２の磁気センサと、
前記第１の方向成分に直交する第２の方向成分に基づいて変位し、第３の領域に第３の磁界を発生させる第３の磁界発生部と、
前記操作部が前記初期位置にあるとき、前記第３の領域内であり、かつ、前記第３の磁界発生部と対向する位置に設けられ、前記第３の磁界発生部に基づいて第３の出力信号を出力する第３の磁気センサと、
前記第１の出力信号、前記第２の出力信号及び前記第３の出力信号に基づいて前記操作部の操作位置を検出する検出部と、
を備えた４軸磁気センサ。
前記検出部は、前記第１の出力信号、前記第２の出力信号及び前記第３の出力信号に対して角度変換処理を行う請求項９に記載の４軸磁気センサ。
前記検出部は、前記第１の磁界検出部及び前記第２の磁界検出部センサの感度の値の比を算出し、この算出された比の値に基づいて前記操作部の前記操作位置を検出する請求項９に記載の４軸磁気センサ。