JP5175350B2 - 磁気検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、同じ基板上に磁気抵抗効果素子を有する検知ユニットが複数設けられており、それぞれの検知ユニットから個別の検知出力が得られる磁気検知装置に関する。

以下の特許文献１に記載されているように、移動する磁石を検知する磁気エンコーダなどに、磁気抵抗効果素子を使用した磁気検知装置が使用されている。この磁気検知装置は、磁気抵抗効果素子を含むブリッジ回路を有しており、磁石のＮ極とＳ極が交互に移動する際に磁気抵抗効果素子に作用する磁界の強度変化に応じてブリッジ回路から電圧変化が得られる。この電圧変化と時間との関係は三角関数曲線に近似しており、前記電圧変化を検知することによって磁石の移動状態を認識することが可能になる。

また、複数の磁気抵抗効果素子を搭載し、それぞれの磁気抵抗効果素子から個別の検知出力を得る磁気検知装置も使用されている。例えば、磁気エンコーダにおいて、移動する磁石のＮ極とＳ極の変化の１周期を３６０度としたときに、磁気抵抗効果素子を、前記周期に対して９０度の位相差を有するように距離を開けて配置することで、磁石の移動方向の識別が可能になる。

この場合、１つの磁気抵抗効果素子と１つの回路を１つの基板上に実装して、それぞれの基板ごとに１つの磁気検知装置を構成し、この磁気検知装置を複数個並べて配置する構造が一般的である。しかし、このような構造では、個々の磁気検知装置を構成する基板を個別に取り付ける作業と基板どうしを位置決めする作業が必要となり、さらにそれぞれの基板上の検知回路への電源の供給を個別に配線することが必要になり、配線作業も煩雑になる。
特開２００７−２７１６０８号公報

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、それぞれが磁気抵抗効果素子と検知回路を有する複数の検知ユニットを同じ基板上に配置することで、複数の磁気抵抗効果素子の相互の位置決めを安定して高精度に行うことができる磁気検知装置を提供することを目的としている。

また本発明は、それぞれの検知ユニットに個別に設けられている端子部のいずれかを選択して電源に接続したり接地接続することによって、全ての検知ユニットに駆動電圧を供給できる磁気検知装置を提供することを目的としている。

本発明は、磁気抵抗効果素子とこの磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を検知する検知回路とを有する検知ユニットが、同じ基板に複数設けられ、
それぞれの検知ユニットが、正電位を与える電源端子部と、接地電位とする接地端子部、および前記抵抗値の変化に基づいて前記検知回路で生成された検知出力を得る出力端子部を個別に備えており、
複数の前記検知ユニットの正電位印加部どうしが電源配線部で接続され、複数の前記検知ユニットの接地部どうしが接地配線部で接続されて、いずれか１つの前記電源端子部を使用して全ての検知ユニットの正電位印加部に正電位を与えることができ、いずれか１つの前記接地端子部を使用して全ての検知ユニットの前記接地部を接地電位に設定でき、且つそれぞれの前記出力端子部から、検知ユニットごとの検知出力を得ることが可能とされたことを特徴とするものである。

本発明の磁気検知装置は、共通の基板に複数の検知ユニットが実装されているため、それぞれの検知ユニットに設けられている磁気抵抗効果素子どうしの位置関係を高精度に決めることができる。またそれぞれの検知ユニットが、電源端子部と接地端子部を有しているが、いずれか１つの電源端子部といずれか１つの接地端子部を選択して両端子部の間に電圧を与えるだけで、全ての検知ユニットに電力を与えることが可能になる。

またそれぞれの検知ユニットに設けられた出力端子部から、それぞれの磁気抵抗効果素子に作用する磁界の変化に応じた検知出力が各検知ユニットごとに個別に得られるため、全ての検知ユニットの出力を同時に使用することもできるし、またはいずれかの検知ユニットの検知出力だけを使用することも可能である。

本発明は、隣り合う検知ユニットの間には、前記磁気抵抗効果素子や前記検知回路が存在しない帯状の空白領域が設けられており、隣り合う検知ユニットの正電位印加部どうしを接続する前記電源配線部と、隣り合う検知ユニットの接地部どうしを接続する前記接地配線部が、前記空白領域を横断しているものが好ましい。

上記のように空白領域が設けられているものは、製造段階において、単一の検知ユニットとしての用途に適用するときには、前記空白領域で基板を切断することで、それぞれの検知ユニットを単独の磁気検知装置として使用することができる。

本発明は、それぞれの検知ユニットは、前記磁気抵抗効果素子と直列に接続される固定抵抗器を有し、直列に接続された前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗器の一方の端部が前記正電位印加部で、他方の端部が前記接地部とされ、前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗器の中間点の電位が前記検知回路に与えられるものである。

また本発明は、それぞれの検知ユニットは、前記検知回路を構成する回路構成層の上に、前記磁気抵抗効果素子および前記固定抵抗器と、前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗器の間を接続する電極層と、前記磁気抵抗効果素子の他端に接続された電極層と、前記固定抵抗器の他端に接続された電極層とが形成されており、それぞれの検知ユニット内では、前記電源配線部と前記接地配線部が、前記回路構成層の上に形成されているものとして構成できる。

上記構成では、基板上に複数の能動部品などを薄膜形成して検知回路を集積回路として構成した後に、集積回路を構成する回路構成層の上に磁気抵抗効果素子や固定抵抗器をパターニングして形成することができる。

上記において、本発明では、前記回路構成層の上に、電源用中継端子と接地用中継端子が設けられ、前記回路構成層の内部に設けられた接続ラインによって、前記電源端子部と前記電源用中継端子とが接続され、前記接地端子部と前記接地用中継端子とが接続されており、
前記電源用中継端子に前記電源配線部が接続され、前記接地用中継端子に前記接地配線部が接続されている構成とすることが可能である。

また本発明は、それぞれの検知ユニットには、検知ユニットの並び方向に向く一方の側部に右側の電源用連結端子と右側の接地用連結端子が設けられ、他方の側部に左側の電源用連結端子と左側の接地用連結端子が設けられ、前記電源端子部と右側および左側のそれぞれの前記電源用連結端子とが接続ラインで接続され、前記接地端子部と右側および左側のそれぞれの前記接地用連結端子とが接続ラインで接続されており、
隣り合う検知ユニット間では、一方の検知ユニットの右側の電源用連結端子と他方の検知ユニットの左側の電源用連結端子が前記電源配線部で接続され、一方の検知ユニットの右側の接地用連結端子と他方の検知ユニットの左側の接地用連結端子が前記接地配線部で接続されているものとして構成できる。

この場合に、本発明は、それぞれの検知ユニットは、前記検知回路を構成する回路構成層の上に、前記磁気抵抗効果素子および前記固定抵抗器と、前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗器の間を接続する電極層と、前記磁気抵抗効果素子の他端に接続された電極層と、前記固定抵抗器の他端に接続された電極層とが形成されており、
前記接続ラインが前記回路構成層の内部に配線され、右側と左側の前記電源用連結端子および右側と左側の前記接地用連結端子が、前記回路構成層の上に設けられている構成が好ましい。

上記のように、電源用連結端子と接地用連結端子を、それぞれの検知ユニットの両側部に配置することで、左右の検知ユニットを結ぶ電源配線部と接地配線部を最短に構成でき、電源配線部と接地配線部の抵抗値を低くできる。また、電源用連結端子と接地用連結端子を両側部に配置し、接続ラインを配線層の内部に設けることで、回路構成層の上に配線層を形成する必要がなくなる。そのために、回路構成層の上の広い領域を、前記磁気抵抗効果素子および前記固定抵抗器の形成領域として利用することができ、検知ユニットを小型化できる。

上記のように接続ラインを回路層の内部に形成すると、前記接続ラインの断面積を、前記電源配線部と前記接地配線部の断面よりも大きくでき、前記接続ラインの単位長さあたりの抵抗値を、前記電源配線部と前記接地配線部の単位長さあたりの抵抗値よりも低くできる。

さらに、本発明は、全ての検知ユニットで、前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗器、前記電源端子部と前記接地端子部および前記出力端子部の配置パターンが同じである。

あるいは、隣り合う検知ユニットは、前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗器、前記電源端子部と前記接地端子部および前記出力端子部の配置パターンが、検知ユニットの境界部を介して線対称である。

上記のように、複数の検知ユニットを同じ製造工程で同時に形成することが可能である。

さらに本発明は、全ての検知ユニットで、前記磁気抵抗効果素子が、前記固定抵抗器よりも、前記基板の所定の縁部に近づくように配置することができる。

この場合に、本発明は、回転方向に向けてＮ極とＳ極が交互に着磁された外周面を有する回転磁石を有し、２つの検知ユニットを有する前記基板の前記所定の縁部が前記回転磁石の外周面に対向しており、前記回転磁石が回転したときに、２つの検知ユニットの前記出力端子部から、互いに位相が相違する検知出力が得られるものとして構成できる。

上記構成では、回転磁石の外周面に基板を対向させたときに、磁気抵抗効果素子を、回転磁石の着磁面である外周面に接近させて配置でき、回転磁石からの磁界を検知する感度を高めることができる。

本発明は、複数の検知ユニットの磁気抵抗効果素子を互いに高精度に位置決めして配置することができる。また、それぞれの検知ユニットに設けられた電源端子部や接地端子部のいずれかを選択して電圧を与えることにより、全ての検知ユニットに駆動電力を供給することができる。そして、それぞれの検知ユニットから個別に検知出力を取り出すことができるので、全ての検知ユニットを一緒に使用したりまたは個別に使用することなどが可能になる。

さらに、個々の検知ユニットを小型に構成でき、また複数の検知ユニットを共通の基板上に配置した場合でも、外部へ配線するためのワイヤボンディングなどの数を減らすことができる。

図１は本発明の磁気検知装置を使用する機器の一例として磁気検知型エンコーダを示す平面図である。図２は第１の実施の形態の磁気検知装置を示す平面図、図３は図２の磁気検知装置をＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面拡大図である。図４は１つの検知ユニットの回路図である。図５は検知ユニットに設けられた磁気抵抗効果素子の平面図、図６は、図５に示す磁気抵抗効果素子をＶＩ線で切断した拡大断面図である。図７は、それぞれの検知ユニットに設けられた検知回路の動作説明図である。

図１に示す磁気検知型エンコーダ１は、回転軸Ｏを中心として回転可能な検知ローター２が設けられ、この検知ローター２の外周部に回転磁石３が設けられている。回転磁石３は回転軸Ｏの軸方向に沿う厚さ寸法が半径よりも小さい薄型のリング形状である。回転磁石３は、円周方向に向けて１６極に区分して着磁されており、外周面３ａと内周面３ｂとが相反する磁極である。外周面３ａでは、回転方向に向けてＮ極とＳ極が交互に着磁されており、Ｎ極とＳ極のそれぞれの磁極の着磁範囲の開き角度は２２．５度であり、Ｎ極からＳ極に変化する磁界の変化の１周期に相当する回転角度は４５度である。

図１に示すように、回転磁石３の外周面３ａに対向する領域では、回転軸Ｏと直交する平面内で磁界の向きが変化する漏れ磁界が発生している。この漏れ磁界は、外周面３ａのＮ極からＳ極に向かって時計方向へ変化する磁束φ１と、Ｎ極からＳ極に向かって反時計方向へ変化する磁束φ２を有している。

本発明の第１の実施の形態の磁気検知装置１０は、回転磁石３の外周面３ａに対向する位置に固定される。磁気検知装置１０は基板１１を有しているが、基板１１の表面は、回転軸Ｏと直交する平面と平行に配置される。

検知ローター２は、手動操作で回転させられ、または各種機械の動作部と共に回転させられる。この回転の際に、回転磁石３の外周面３ａからの漏れ磁界が、磁気検知装置１０によって検知される。

図１および図２に示すように、磁気検知装置１０は、基板１１の表面に２つの検知ユニット１５Ａと１５Ｂが設けられている。検知ユニット１５Ａと１５Ｂは、その平面形状が四角形であり、左側の検知ユニット１５Ａと右側の検知ユニット１５Ｂとの間には、帯状の空白領域１２が設けられている。空白領域１２には、検知ユニット１５Ａを構成する回路部品および配線パターンと、検知ユニット１５Ｂを構成する回路部品および配線パターンが設けられていない。ただし、左側の検知ユニット１５Ａと右側の検知ユニット１５Ｂを連結する電源配線部１７と接地配線部１８が空白領域１２を横断している。空白領域１２には、前記電源配線部１７と接地配線部１８以外の回路構成部材は存在していない。

図２に示すように、左側の検知ユニット１５Ａと右側の検知ユニット１５Ｂは、全く同じ構造であり、電源配線部１７と接地配線部１８を除いて各部品や各端子部の配置パターンが全く同じである。よって、左側の検知ユニット１５Ａと右側の検知ユニット１５Ｂのそれぞれの部品や端子部や配線パターンは、同じ工程で同時に形成される。

左側の検知ユニット１５Ａと右側の検知ユニット１５Ｂは、それぞれ回路構成層２０を有している。検知ユニット１５Ａに設けられた回路構成層２０と、検知ユニット１５Ｂに設けられた回路構成層２０は全く同じものである。図３に示すように、それぞれの回路構成層２０は集積回路を有しており、基板１１の表面において、各種導体層や半導体層および絶縁層を薄膜プロセスで形成することで構成されている。図２に示すように回路構成層２０の平面形状は、それぞれの検知ユニット１５Ａ，１５Ｂの平面形状とほぼ同じである。

図４に示す回路図では、実線の枠で囲まれた部分が、回路構成層２０の内部に設けられた回路である。回路構成層２０の内部に、磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化に応じた検知出力を得る検知回路２１が構成されている。

図３に示すように、回路構成層２０は、基板１１の表面に形成された集積回路２１が絶縁層で覆われており、この絶縁層の表面である回路構成層２０の上面２０ａに、検知回路２１に導通する複数の中継端子が設けられている。以下、図２と図４を対比しながら中継端子について説明する。

図２に示すように、それぞれの回路構成層２０の上面２０ａに、第１の電源用中継端子２２と接地用中継端子２３と入力中継端子２４および第２の電源用中継端子２５が現れている。これら中継端子２２，２３，２４，２５は、銀や金などの低抵抗の導電性金属材料で形成されており、回路構成層２０の上面２０ａに露出している。なお、図３には、入力中継端子２４が回路構成層２０の上面２０ａに露出し、且つ回路構成層２０の内部の検知回路２１と導通している状態が断面図で示されている。

図４の回路図に示すように、検知回路２１には、接地導通端子２６が設けられている。図３の断面図に示すように、接地導通端子２６は、回路構成層２０の上面２０ａに露出していると共に回路構成層２０内の検知回路２１の接続ライン４３に接続されている。図３に示すように、左側の検知ユニット１５Ａに形成された回路構成層２０の上と右側の検知ユニット１５Ｂに形成された回路構成層２０の上は、さらに共通の外部絶縁層１９で覆われている。この外部絶縁層１９は有機絶縁膜または無機絶縁膜である。前記接地導通端子２６の上には、接地端子部３１がバンプ状に形成されており、この接地端子部３１が接地導通端子２６に導通しているとともに、前記外部絶縁層１９の表面１９ａに露出している。

図４の回路図に示すように、検知回路２１には、電源導通端子２７と出力導通端子２８が設けられている。電源導通端子２７と出力導通端子２８は、前記接地導通端子２６と同様に、回路構成層２０の上面２０ａに露出しているとともに検知回路２１に接続されている。そして、電源導通端子２７の上にはバンプ状の電源端子部３２が設けられ、この電源端子部３２が電源導通端子２７に導通しているとともに外部絶縁層１９の表面１９ａに露出している。同様に、出力導通端子２８の上には出力端子部３３がバンプ状に形成され、出力端子部３３は出力導通端子２８に導通しているとともに外部絶縁層１９の表面１９ａに露出している。

接地端子部３１と電源端子部３２および出力端子部３３は、金属材料で形成されており、外部絶縁層１９の表面１９ａに露出している部分は酸化しにくい金などの導電性材料で形成されている。

左側の検知ユニット１５Ａと右側の検知ユニット１５Ｂとで、接地端子部３１と電源端子部３２および出力端子部３３は一緒の工程で形成される。図２に示すように、接地端子部３１と電源端子部３２および出力端子部３３の配置は、左側の検知ユニット１５Ａと右側の検知ユニット１５Ｂとで同じである。

図４に示すように、検知回路２１には、直列に接続された参照抵抗４１と参照抵抗４２が設けられている。参照抵抗４１の端部は第１の電源用中継端子２２に接続されており、参照抵抗４２の端部は接地用中継端子２３に接続されている。また、回路構成層２０の内部に配線された接続ライン４３によって、接地用中継端子２３と接地導通端子２６とが導通されている。図３には接続ライン４３の一部が断面で図示されている。

検知回路２１の内部には差動アンプ４４とシュミットトリガー回路４５およびラッチ回路４７が構成されている。参照抵抗４１と参照抵抗４２の接続中間点４６と、前記入力中継端子２４とが前記差動アンプ４４に接続されている。差動アンプ４４からの出力はシュミットトリガー回路４５を経てラッチ回路４７に与えられる。そして、ラッチ回路４７に保持されるハイまたはローの電圧値によって出力スイッチ部４８が切り替えられる。出力スイッチ部４８は、回路構成層２０内に設けられた２つのトランジスタ４８ａ，４８ｂで構成されている。一方のトランジスタ４８ａが電源導通端子２７に接続され、他方のトランジスタ４８ｂが接地導通端子２６に接続され、トランジスタ４８ａとトランジスタ４８ｂとの接続中間点が、出力導通端子２８に接続されている。

検知回路２１の内部にはクロック回路を含むタイミング回路４９が設けられている。タイミング回路４９は、制御導通端子２９に与えられる信号によって制御される。制御導通端子２９は回路構成層２０の表面に設けられ、その上にバンプ状の制御端子部が設けられて、その制御端子部が外部絶縁層１９の表面に露出している。なお、図２では制御端子部の図示を省略している。制御導通端子２９とタイミング回路４９は、回路構成層２０の内部に設けられた接続ライン２９ａで接続されている。第１の電源用中継端子２２と電源導通端子２７との間にはスイッチ回路５１が設けられており、タイミング回路４９で設定された一定の間隔の切り替えタイミングによってスイッチ回路５１が動作させられ、第１の電源用中継端子２２と電源導通端子２７との接続と遮断とが一定の周期で繰り返される。この検知回路２１は、スイッチ回路５１によって電源電圧ＶＤＤが間欠的に与えられることによって、消費電力が低減できるようにしている。

前記ラッチ回路４７はタイミング回路４９によって制御され、スイッチ回路５１が接続されているタイミングに合わせて、ラッチ回路４７が、シュミットトリガー回路４５からの出力を検知し、その出力を保持する。

図２と図４に示すように、回路構成層２０の内部に形成された接続ライン５２によって、第２の電源用中継端子２５と電源導通端子２７とが導通されている。

左側の検知ユニット１５Ａの回路構成層２０と右側の検知ユニット１５Ｂの回路構成層２０が形成された後に、それぞれの回路構成層２０の上面２０ａに、磁気抵抗効果素子５５と固定抵抗器５６が形成される。図２に示すように、磁気抵抗効果素子５５と固定抵抗器５６は、それぞれミアンダパターンとなるように形成されている。図３には、磁気抵抗効果素子５５が断面図で示されている。

図２に示すように、回路構成層２０の上面２０ａには、前記磁気抵抗効果素子５５の一端に接続される電極層５７が形成されている。この電極層５７は、回路構成層２０の上面２０ａに現れている接地用中継端子２３の上に延びており、この電極層５７によって、磁気抵抗効果素子５５と接地用中継端子２３とが接続されている。回路構成層２０の上面２０ａには、前記固定抵抗器５６の端部に接続される電極層５８が形成されており、この電極層５８が、第１の電源用中継端子２２の上に延びており、電極層５８によって、固定抵抗器５６と第１の電源用中継端子２２とが接続されている。前記電極層５７が接地部で、前記電極層５８が正電位印加部となっている。

図２に示すように、回路構成層２０の上面２０ａには、磁気抵抗効果素子５５と固定抵抗器５６とを直列に接続する中間電極層５９が形成されている。図２と図３に示すように、中間電極層５９は、入力中継端子２４の上に形成されており、磁気抵抗効果素子５５と固定抵抗器５６の中間接続点が、入力中継端子２４を介して前記差動アンプ４４に接続されている。

図２に示すように、左側の検知ユニット１５Ａの回路構成層２０の上面２０ａから空白領域１２を経て右側の検知ユニット１５Ｂの回路構成層２０の上面２０ａにかけて、電源配線部１７と接地配線部１８が形成されている。前記空白領域１２では、電源配線部１７と接地配線部１８が、回路構成層２０の上面２０ａよりも低い位置で基板１１の表面に形成されている。電源配線部１７によって、左側の検知ユニット１５Ａの回路構成層２０の上面２０ａに現れている第２の電源用中継端子２５と、右側の検知ユニット１５Ｂの回路構成層２０の上面２０ａに現れている第２の電源用中継端子２５とが接続されている。また、接地配線部１８によって、左側の検知ユニット１５Ａの回路構成層２０の上面２０ａに現れている接地用中継端子２３と、右側の検知ユニット１５Ｂの回路構成層２０の上面２０ａに現れている接地用中継端子２３とが接続されている。

この磁気検知装置１０の製造工程では、基板１１の上に複数の回路構成層２０が一定の間隔を空けて形成された後に、全ての回路構成層２０の上面２０ａに、同じ薄膜プロセスによって、磁気抵抗効果素子５５と固定抵抗器５６のそれぞれが同時に形成される。その後、同じく薄膜プロセスによって、全ての回路構成層２０の上面２０ａに、電極層５７と電極層５８および中間電極層５９が形成される。そして、これら電極層５７，５８，５９を形成するのと同じ工程で、隣り合う検知ユニット１５Ａと１５Ｂとの間を結ぶ、前記電源配線部１７と前記接地配線部１８が形成される。なお、それぞれの電極層５７，５８，５９を形成した後の他の工程で、前記電源配線部１７と前記接地配線部１８が形成されてもよい。

図３に示すように、電極層５７，５８と中間電極層５９および電源配線部１７と接地配線部１８が形成された後に、外部絶縁層１９が形成され、その後に、それぞれの検知ユニット１５Ａ，１５Ｂに、接地端子部３１と電源端子部３２および出力端子部３３が形成される。

図３に示す積層体が完成した後に、基板１１を隣り合う検知ユニットの中間の空白領域において切断し、図２に示すように、検知ユニット１５Ａと検知ユニット１５Ｂがペアとなった磁気検知装置１０が完成する。

次に、磁気抵抗効果素子５５の構造を図５および図６に基づいて説明する。
図５に示すように、磁気抵抗効果素子５５は、複数の素子部６１が互いに平行に形成され、個々の素子部６１の前後端部は、接続電極６２ａ，６２ｂによって２個ずつ接続されて、ミアンダパターンが構成されている。または、接続電極６２ａ、６２ｂを有することなく、図６に示す積層構造の素子部６１のみによってミアンダパターンに形成されていてもよい。

図６の断面図に示すように、個々の素子部６１は、回路構成層２０の上面２０ａに、反強磁性層６３、固定磁性層６４、非磁性導電層６５および自由磁性層６６の順に積層されて成膜され、自由磁性層６６の表面が保護層６７で覆われている。

反強磁性層６３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６４はＣｏ−Ｆｅ合金（コバルト−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。非磁性導電層６５はＣｕ（銅）などである。自由磁性層６６は、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６７はＴａ（タンタル）の層である。

素子部６１は、反強磁性層６３と固定磁性層６４との反強磁性結合により、固定磁性層６４の磁化の方向が固定されている。それぞれの素子部６１の固定磁性層６４の固定磁化の方向（Ｐ方向）は、素子部６１の長手方向と直交する向きである。

図２に示すように、検知ユニット１５Ａと検知ユニット１５Ｂでは、それぞれの磁気抵抗効果素子５５の素子部６１の長手方向が、基板１１の長辺１１ａと直交する向きに形成されている。よって、図５に示す磁気抵抗効果素子５５の固定磁化の方向（Ｐ方向）は、基板１１の長辺１１に平行な向きである。また、それぞれの検知ユニット１５Ａ，１５Ｂでは、磁気抵抗効果素子５５が、固定抵抗器５６よりも長辺１１ａに近い位置に形成されている。

図１に示すように、磁気検知装置１０は、基板１１の表面が、検知ローター２の回転軸Ｏと直交する平面と平行であり、基板１１の長辺１１ａが回転磁石３の外周面３ａに対向するように設置される。それぞれの検知ユニット１５Ａ，１５Ｂでは、磁気抵抗効果素子５５が長辺１１ａに近い位置に配置されているため、それぞれの素子部６１の自由磁性層６６の磁化が、回転磁石３の外周面３ａからの漏れ磁界によって常に飽和するようになる。

図１に示すように、回転磁石３は、外周面３ａにおいて隣り合う磁極間に磁束φ１とφ２が漏れ磁束として存在している。

ここで、回転磁石３の外周面３ａのＮ極の配列ピッチおよびＳ極の配列ピッチを１周期としたときに、検知ユニット１５Ａに設けられた磁気抵抗効果素子５５と検知ユニット１５Ｂに設けられた磁気抵抗効果素子５５の、外周面３ａの接線方向での間隔が、１／４周期となるように、基板１１での検知ユニット１５Ａと検知ユニット１５Ｂとの間隔が決められている。すなわち、磁気検知装置１０の前方をＮ極とＳ極が移動する周期を３６０度としたときに、検知ユニット１５Ａと検知ユニット１５Ｂのピッチは、周期の９０度に相当するように設定されている。

次に、図１に示す磁気検知型エンコーダ１の回転磁石３が回転したときの、磁気検知装置１０の検知動作を説明する。

磁気検知装置１０は、基板１１に２つの検知ユニット１５Ａと検知ユニット１５Ｂが並んで設けられ、それぞれが接地端子部３１と電源端子部３２および出力端子部３３を有している。ただし、検知ユニット１５Ａと検知ユニット１５Ｂでは、正電位印加部である第２の電源用中継端子２５どうしが電源配線部１７で接続され、接地部である接地用中継端子２３どうしが接地配線部１８で接続されている。そのため、図２に示す２つの電源端子部３２，３２のいずれか一方にのみ電源回路の正電位を与え、図２に示す２つの接地端子部３１，３１のいずれか一方のみを接地電位に接続することにより、２つの検知ユニット１５Ａ，１５Ｂのそれぞれの検知回路２１，２１に同時に電力を供給することが可能である。

しかも、検知ユニット１５Ａの出力端子部３３と検知ユニット１５Ｂの出力端子部３３からは、個別の検知出力を得ることができる。図１に示す回転磁石３の外周面３ａに対向する検知ユニット１５Ａと１５Ｂの配置間隔は、磁界の変化の１周期に対して１／４の周期に相当しているため、検知ユニット１５Ａの出力端子部３３と検知ユニット１５Ｂの出力端子部３３から、互いに位相が９０度相違した検知出力を個別に得ることができる。

検知ユニット１５Ａと検知ユニット１５Ｂとから、位相が９０度相違する検知出力を得ることで、検知ローター２の回転数のみならず回転方向も検知できる。

以下、一方の検知ユニット１５Ａでの検知動作を説明するが、他方の検知ユニット１５Ｂの検知動作も全く同じである。図７（Ａ）（Ｂ）の線図は、一方の検知ユニット１５Ａの検知動作を示しているが、他方の検知ユニット１５Ｂの検知動作は、検知ユニット１５Ａと波形の位相が９０度ずれているだけであり、検知動作そのものは検知ユニット１５Ａと同じである。

検知ローター２が回転し、回転磁石３の外周面３ａが磁気検知装置１０の側方を移動すると、磁気抵抗効果素子５５の自由磁性層６６を飽和している磁束成分φ１，φ２の向きが変わるため、自由磁性層６６の磁化のベクトルＦが、回転軸Ｏと直交する面内で回転する。回転磁石３が着磁の１ピッチ分の角度である４５度、すなわちＮ−Ｓ−Ｎと繰り返す交互着磁の一周期に相当する角度だけ回転すると、自由磁性層６６の磁化のベクトルＦが３６０度回転する。

磁気抵抗効果素子５５は、固定磁性層６４の固定磁化の方向（Ｐ方向）と、自由磁性層６６の磁化のベクトルＦの方向との関係で電気抵抗が変化する。自由磁性層６６の磁化のベクトルＦが固定磁化の方向（Ｐ方向）と平行になると電気抵抗が極小になり、ベクトルＦが固定磁化の方向（Ｐ方向）と反平行になると電気抵抗が極大になる。

図４に示す検知回路２１では、タイミング回路４９によってスイッチ回路５１が間欠的に接続されると、第１の電源用中継端子２２と接地用中継端子２３との間に電源電圧ＶＤＤが印加される。回転磁石３の回転に伴って、検知ユニット１５Ａに設けられた磁気抵抗効果素子５５の自由磁性層６６の磁化のベクトルＦの向きが回転するために、磁気抵抗効果素子５５の抵抗値が変化する。これに伴って、磁気抵抗効果素子５５と固定抵抗器５６との中間の電位が変化し、その電位の変化が、入力中継端子２４から差動アンプ４４に与えられる。また、参照抵抗４１と参照抵抗４２の接続中間点４６の電圧（ＶＤＤ／２）も差動アンプ４４に与えられる。

差動アンプ４４からは、参照抵抗４１，４２の接続中間点４６の電圧を基準とし、これに対する入力中継端子２４に与えられる電圧の増加分と減少分が出力され、この出力がシュミットトリガー回路４５に与えられる。図７（Ａ）は、差動アンプ４４からシュミットトリガー回路４５に与えられる電圧の変化を示している。この電圧の変化は、正弦波形または余弦波形に近似しており、図１に示す回転磁石３が４５度の角度だけ回転する間に、電圧の出力は、１周期だけ変化する。

シュミットトリガー回路４５では、差動アンプ４４で検出される電圧差が第１のしきい値Ｌ１を超えるとハイの出力がラッチ回路４０に与えられてハイの値が保持され、前記電圧差が第２のしきい値Ｌ２よりも下がるとローの出力がラッチ回路４０に与えられローの値が保持される。ラッチ回路４０では、シュミットトリガー回路４５からハイの出力を得られているときに出力スイッチ回路４８をＯＮにし、シュミットトリガー回路４５からの出力がローに切り替わると出力スイッチ回路４８をＯＦＦにする。

よって、出力端子部３３からは、図７（Ｂ）に示すように、差動アンプ４４からの出力電圧が第１のしきい値Ｌ１を超えると立ち下がり、第２のしきい値Ｌ２よりも低くなると立ち上がる矩形波が得られる。

また、前述のように、検知ユニット１５Ａの出力端子部３３と検知ユニット１５Ｂの出力端子部３３からは、それぞれ、図７（Ｂ）に示すのと同じ矩形波であって、位相が互いにＴ／４だけずれたものが得られる。

図８は本発明の第２の実施の形態の磁気検知装置１１０を示す平面図である。
この磁気検知装置１１０は、基板１１の上に２つの検知ユニット１５と１１５が設けられている。左側の検知ユニット１５は、図２に示した検知ユニット１５Ａ，１５Ｂと全く同じものである。右側の検知ユニット１１５は、２つの検知ユニット１５と１１５の中間の空白領域１２を幅方向に二分する線Ｌ０−Ｌ０を境として線対称形状となるように、各部材が配置されている。

検知ユニット１５と検知ユニット１１５の各構成部材は、配置が線対称なだけでその構造が同じであるため、同じ構成要素には同じ符号を付している。

そして、検知ユニット１５の第２の電源用中継端子２５と検知ユニット１１５の第２の電源用中継端子２５とが、電源配線部１１７で連結されており、検知ユニット１５の接地用中継端子２３と検知ユニット１１５の接地用中継端子２３とが接地配線部１１８によって連結されている。

なお、この磁気検知装置は、３個の検知ユニットやそれ以上の数の検知ユニットが同じ基板１１に実装されたものとして構成することができる。また、それぞれの検知ユニットは、図４および図８に示すようにそれぞれが単独の磁気検知装置として機構できる構造であるため、基板１１を空白領域１２において切断し、１個の検知ユニットを有する磁気検知装置として使用することもできる。

この場合、図１に示す磁気検知型エンコーダの回転磁石３の外周面３ａに対向させることで、検知ローター２の回転速度などを検知することができる。また、１個の検知ユニットを有する磁気検知装置で、近接スイッチなどを構成することができる。

図９は本発明の第３の実施の形態の磁気検知装置２１０を示す平面図である。
第３の実施の形態の磁気検知装置２１０は、基板２１１の上に検知ユニット２１５Ａと検知ユニット２１５Ｂが並んで設けられており、両検知ユニット２１５Ａと２１５Ｂの間に帯状の空白領域２１２が設けられている。

検知ユニット２１５Ａと検知ユニット２１５Ｂは同じ構造で同じプロセスで製造される。図９では、それぞれの検知ユニット２１５Ａ，２１５Ｂを構成する要素のうち、図２と図４に示す第１の実施の形態の磁気検知装置１０の構成部材と同じ部分に同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

検知ユニット２１５Ａと検知ユニット２１５Ｂには、それぞれ回路構成層２２０が設けられている。回路構成層２２０の内部には、図４に示すのと同じ検知回路２１が構成されている。

それぞれの回路構成層２２０の表面には、図４に示す接地導通端子２６と電源導通端子２７および出力導通端子２８が現れており、接地導通端子２６の上にバンプ状の接地端子部３１が形成され、電源導通端子２７の上にバンプ状の電源端子部３２が形成され、出力導通端子２８の上にバンプ状の出力端子部３３が形成されている。さらに、回路構成層２２０の表面に制御導通端子２９が現れており、その上にバンプ状の制御端子部３４が設けられている。

検知ユニット２１５Ａと検知ユニット２１５Ｂのそれぞれの右側の側部では、回路構成層２２０の上面に、右側の電源用連結端子２２１ａと接地用連結端子２２２ａおよび制御用連結端子２２３ａが設けられ、検知ユニット２１５Ａと検知ユニット２１５Ｂのそれぞれの左側の側部では、回路構成層２２０の上面に、左側の電源用連結端子２２１ｂと接地用連結端子２２２ｂおよび制御用連結端子２２３ｂが設けられている。

回路構成層２２０の内部に、接続ライン２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃが配線されている。前記第２の電源用中継端子２５と左右それぞれの電源用連結端子２２１ａ，２２１ｂとが接続ライン２２１ｃによって接続されている。また接地用中継端子２３と左右それぞれの接地用連結端子２２２ａ，２２２ｂとが接続ライン２２２ｃで接続されている。さらに、前記制御用導通端子２９と左右それぞれの制御用連結端子２２３ａ，２２３ｂとが接続ライン２２３ｃで形成されている。

検知ユニット２１５Ａと検知ユニット２１５Ｂでは、回路構成層２２０の表面に磁気抵抗効果素子５５と固定抵抗器５６および中間電極層５９などが形成されている。回路構成層２２０の上面では、右側部に右側の電源用連結端子２２１ａと接地用連結端子２２２ａおよび制御用連結端子２２３ａが設けられ、左側部に左側の電源用連結端子２２１ｂと接地用連結端子２２２ｂおよび制御用連結端子２２３ｂが設けられて、その中間の領域に配線層が存在せずに広く空いている。そのため、回路構成層２２０の上面に、磁気抵抗効果素子５５と固定抵抗器５６を自由に配置できる。例えば、図９に示すように、基板２１１の長辺２１１ａに接近した位置に磁気抵抗効果素子５５を配置し、固定抵抗器５６を少なくともその一部が磁気抵抗効果素子５５と重なるように、他方の長辺２１１ｂに接近する位置に配置することができ、その結果、検知ユニット２１５Ａ，２１５Ｂを小型に構成できる。

また、空白領域２１２には、検知ユニット２１５Ａの右側の電源用連結端子２２１ａと検知ユニット２１５Ｂの左側の電源用連結端子２２１ｂを導通させる電源配線部２１７が形成されており、検知ユニット２１５Ａの右側の接地用連結端子２２２ａと検知ユニット２１５Ｂの左側の接地用連結端子２２２ｂを導通させる接地配線部２１８が形成されている。また、検知ユニット２１５Ａの右側の制御用連結端子２２３ａと検知ユニット２１５Ｂの左側の制御用連結端子２２３ｂを導通させる制御配線部２１９が形成されている。

電源配線部２１７と接地配線部２１８および制御配線部２１９は、検知ユニット２１５Ａの回路構成層２２０の上面の右端から、空白領域２１２の基板２１１の上を経て、検知ユニット２１５Ｂの回路構成層２２０の上面の左端にかけて形成されている。図３に示したように、２つの検知ユニット２１５Ａ，２１５Ｂは外部絶縁層１９で覆われており、電源配線部２１７と接地配線部２１８および制御配線部２１９も、外部絶縁層１９で覆われて絶縁されている。また、接地端子部３１、電源端子部３２、出力端子部３３および制御端子部３４は外部絶縁層１９の表面に現れている。

電源配線部２１７と接地配線部２１８および制御配線部２１９の長さ寸法は、空白領域２１２を横断するだけでよいため、最短にでき、抵抗値を低減できる。また、右側の電源用連結端子２２１ａ，接地用連結端子２２２ａ，制御用連結端子２２３ａと、左側の電源用連結端子２２１ｂ，接地用連結端子２２２ｂ，制御用連結端子２２３ｂをそれぞれ接続する接続ライン２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃは、回路構成層２２０の内部に形成しているため、電源配線部２１７と接地配線部２１８および制御配線部２１９よりも厚く形成して断面積を大きくできる。そのため、接続ライン２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃの単位長さあたりの抵抗値を、電源配線部２１７，接地配線部２１８，制御配線部２１９の単位長さあたりの抵抗値よりも低くできる。したがって、電源配線部２１７と接地配線部２１８および制御配線部２１９を最短に形成することで、回路全体の抵抗値を低下できる。

図９に示す磁気検知装置２１０は、いずれか一方の電源端子部３２に電源を供給し、いずれか一方の接地端子部３１を接地電位とすることで、検知ユニット２１５Ａ，２１５Ｂの双方を駆動できる。また、２つの出力端子部３３から検知ユニット２１５Ａと検知ユニット２１５Ｂの個別の検知出力を得ることができる。また、いずれか一方の制御端子部３４に制御信号を与えることで、検知ユニット２１５Ａ，２１５Ｂの双方のタイミング回路４９を制御することができる。

本発明の磁気検知装置を称した磁気検知型エンコーダを示す平面図、 本発明の第１の実施の形態の磁気検知装置の平面図、 図２に示す磁気検知装置をＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面の拡大図、 磁気検知装置に設けられた一方の検知ユニットの回路構成を示す回路図、 磁気抵抗効果素子の平面図、 図５に示す磁気抵抗効果素子をＶＩ線で切断した断面の拡大図、 （Ａ）（Ｂ）は検知回路の動作を示す波形図、 本発明の第２の実施の形態の磁気検知装置の平面図、 本発明の第３の実施の形態の磁気検知装置の平面図、

１ 磁気検知型エンコーダ
２ 検知ローター
３ 回転磁石
３ａ 外周面
１０ 磁気検知装置
１１ 基板
１１ａ 基板の縁部
１２ 空白領域
１５Ａ，１５Ｂ 検知ユニット
１７ 電源配線部
１８ 接地配線部
２０ 回路構成層
２１ 検知回路
２２ 第１の電源用中継端子
２３ 接地用中継端子
２４ 入力中継端子
２５ 第２の電源用中継端子
２６ 接地導通端子
２７ 電源導通端子
２８ 出力導通端子
２９ 制御導通端子
３１ 接地端子部
３２ 電源端子部
３３ 出力端子部
３４ 制御端子部
４１，４２ 参照抵抗
４４ 差動アンプ
４５ シュミットトリガー回路
５５ 磁気抵抗効果素子
５６ 固定抵抗器
５７，５８ 電極層
５９ 中間電極層
２１７ 電源配線部
２１８ 接地配線部
２１９ 制御配線部
２２１ａ，２２１ｂ 電源用連結端子
２２２ａ，２２２ｂ 接地用連結端子
２２３ａ，２２３ｂ 制御用連結端子
２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃ 接続ライン

Claims (12)

1. 磁気抵抗効果素子とこの磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を検知する検知回路とを有する検知ユニットが、同じ基板に複数設けられ、
   それぞれの検知ユニットが、正電位を与える電源端子部と、接地電位とする接地端子部、および前記抵抗値の変化に基づいて前記検知回路で生成された検知出力を得る出力端子部を個別に備えており、
   複数の前記検知ユニットの正電位印加部どうしが電源配線部で接続され、複数の前記検知ユニットの接地部どうしが接地配線部で接続されて、いずれか１つの前記電源端子部を使用して全ての検知ユニットの正電位印加部に正電位を与えることができ、いずれか１つの前記接地端子部を使用して全ての検知ユニットの前記接地部を接地電位に設定でき、且つそれぞれの前記出力端子部から、検知ユニットごとの検知出力を得ることが可能とされたことを特徴とする磁気検知装置。
2. 隣り合う検知ユニットの間には、前記磁気抵抗効果素子や前記検知回路が存在しない帯状の空白領域が設けられており、隣り合う検知ユニットの正電位印加部どうしを接続する前記電源配線部と、隣り合う検知ユニットの接地部どうしを接続する前記接地配線部が、前記空白領域を横断している請求項１記載の磁気検知装置。
3. それぞれの検知ユニットは、前記磁気抵抗効果素子と直列に接続される固定抵抗器を有し、直列に接続された前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗器の一方の端部が前記正電位印加部で、他方の端部が前記接地部とされ、前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗器の中間点の電位が前記検知回路に与えられる請求項１または２記載の磁気検知装置。
4. それぞれの検知ユニットは、前記検知回路を構成する回路構成層の上に、前記磁気抵抗効果素子および前記固定抵抗器と、前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗器の間を接続する電極層と、前記磁気抵抗効果素子の他端に接続された電極層と、前記固定抵抗器の他端に接続された電極層とが形成されており、
   それぞれの検知ユニット内では、前記電源配線部と前記接地配線部が、前記回路構成層の上に形成されている請求項３記載の磁気検知装置。
5. 前記回路構成層の上に、電源用中継端子と接地用中継端子が設けられ、前記回路構成層の内部に設けられた接続ラインによって、前記電源端子部と前記電源用中継端子とが接続され、前記接地端子部と前記接地用中継端子とが接続されており、
   前記電源用中継端子に前記電源配線部が接続され、前記接地用中継端子に前記接地配線部が接続されている請求項４記載の磁気検知装置。
6. それぞれの検知ユニットには、検知ユニットの並び方向に向く一方の側部に右側の電源用連結端子と右側の接地用連結端子が設けられ、他方の側部に左側の電源用連結端子と左側の接地用連結端子が設けられ、前記電源端子部と右側および左側のそれぞれの前記電源用連結端子とが接続ラインで接続され、前記接地端子部と右側および左側のそれぞれの前記接地用連結端子とが接続ラインで接続されており、
   隣り合う検知ユニット間では、一方の検知ユニットの右側の電源用連結端子と他方の検知ユニットの左側の電源用連結端子が前記電源配線部で接続され、一方の検知ユニットの右側の接地用連結端子と他方の検知ユニットの左側の接地用連結端子が前記接地配線部で接続されている請求項１または２記載の磁気検知装置。
7. それぞれの検知ユニットは、前記検知回路を構成する回路構成層の上に、前記磁気抵抗効果素子および前記固定抵抗器と、前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗器の間を接続する電極層と、前記磁気抵抗効果素子の他端に接続された電極層と、前記固定抵抗器の他端に接続された電極層とが形成されており、
   前記接続ラインが前記回路構成層の内部に配線され、右側と左側の前記電源用連結端子および右側と左側の前記接地用連結端子が、前記回路構成層の上に設けられている請求項６記載の磁気検知装置。
8. 前記接続ラインの断面積が、前記電源配線部と前記接地配線部の断面よりも大きく、前記接続ラインの単位長さあたりの抵抗値が、前記電源配線部と前記接地配線部の単位長さあたりの抵抗値よりも低い請求項７記載の磁気検知装置。
9. 全ての検知ユニットで、前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗器、前記電源端子部と前記接地端子部および前記出力端子部の配置パターンが同じである請求項４，５，７，８のいずれかに記載の磁気検知装置。
10. 隣り合う検知ユニットは、前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗器、前記電源端子部と前記接地端子部および前記出力端子部の配置パターンが、検知ユニットの境界部を介して線対称である請求項４または５記載の磁気検知装置。
11. 全ての検知ユニットで、前記磁気抵抗効果素子が、前記固定抵抗器よりも、前記基板の所定の縁部に近づくように配置されている請求項４，５，７，８，９，１０のいずれかに記載の磁気検知装置。
12. 回転方向に向けてＮ極とＳ極が交互に着磁された外周面を有する回転磁石を有し、２つの検知ユニットを有する前記基板の前記所定の縁部が前記回転磁石の外周面に対向しており、前記回転磁石が回転したときに、２つの検知ユニットの前記出力端子部から、互いに位相が相違する検知出力が得られる請求項１１記載の磁気検知装置。

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