DE102019129019A1

DE102019129019A1 - Magnetsensor und positionserfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102019129019A1
Application number: DE102019129019.8A
Authority: DE
Inventors: Yongfu CAI
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2039-10-29
Also published as: CN111198341A; US11555869B2; CN111198341B; US20200158794A1; DE102019129019B4; JP2020085480A; US11125839B2; JP6996478B2; US20210382121A1

Abstract

Ein Magnetsensor, der durch ein Störmagnetfeld verursachtes Rauschen verringern und ein hochgenaues Signal in Übereinstimmung mit Änderungen eines erfassten Magnetfelds ausgegeben kann, umfasst ein magnetisches Erfassungselement, einen ersten magnetischen Körper mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist, und einen zweiten magnetischen Körper, der ungefähr in der Mitte des ersten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung auf der ersten Oberfläche des ersten magnetischen Körpers positioniert ist. Das magnetische Erfassungselement ist derart vorgesehen, dass es dem zweiten magnetischen Körper gegenüberliegt, wobei der erste magnetische Körper dazwischen eingefügt ist, und ungefähr in der Mitte des ersten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung positioniert ist. Die Magneterfassungsrichtung des magnetischen Erfassungselements ist eine Richtung, die annähernd parallel zur kurzen Richtung des ersten magnetischen Körpers und des zweiten magnetischen Körpers ist, und eine Breite W1 des ersten magnetischen Körpers ist größer als eine Breite W2 des zweiten magnetischen Körpers.

Description

[TECHNISCHES GEBIET]
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetsensor und eine Positionserfassungsvorrichtung.
VERWANDTE TECHNIK
In den vergangenen Jahren wurden Vorrichtungen zum Erfassen einer physikalischen Größe (Positionserfassungsvorrichtungen) in verschiedensten Anwendungen zum Erfassen physikalischer Größen (beispielsweise Position und Bewegungsbetrag (Änderungsbetrag) oder dergleichen aufgrund einer Dreh- oder Linearbewegung eines bewegten Körpers) verwendet. Als eine derartige Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe ist eine bekannt, die mit einem Magnetsensor ausgestattet ist, der eine Änderung eines äußeren Magnetfelds erfassen kann, und ein der Änderung des äußeren Magnetfelds entsprechendes Signal wird von dem Magnetsensor ausgegeben.
Der Magnetsensor umfasst ein Magnetsensorelement zum Erfassen des erfassten Magnetfelds, und als das Magnetsensorelement ist schon ein Magnetowiderstandseffekt-Element (AMR-Element, GMR-Element, TMR-Element oder dergleichen), bei dem sich der Widerstand in Übereinstimmung mit einer Änderung des äußeren Magnetfelds ändert, oder ein Hall-Element, das den sogenannten Hall-Effekt nutzt, oder dergleichen bekannt.
Diese Art von Magnetsensorelement sieht einen vorgegebenen verwendeten Magnetfeldbereich vor, und wenn die magnetische Feldstärke des Magnetfelds, das an das Magnetfeldelement angelegt ist, außerhalb des verwendeten Magnetfeldbereichs liegt, muss folglich die magnetische Feldstärke dieses Magnetfelds im Rahmen des verwendeten Magnetfeldbereichs angepasst werden. Zum Anpassen der magnetischen Feldstärke des Magnetfelds, das an das Magnetsensorelement angelegt ist, ist ein Magnetsensor allgemein bekannt, der eine magnetische Abschirmung zum Abschwächen der magnetischen Feldstärke aufweist (siehe Patentliteratur 1 und 2).
[EINSCHLÄGIGE LITERATUR]
[PATENTLITERATUR]

[PATENTLITERATUR 1] Nationale Patentveröffentlichung Nr. 2016-535845
[PATENTLITERATUR 2] Nationale Patentveröffentlichung Nr. 2017-502298

[KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG]
[DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM]
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird ein Signal in Übereinstimmung mit einer Änderung des erfassten Magnetfelds ausgegeben, indem die Magnetfeldrichtung des zu erfassenden Magnetfelds (erfasstes Magnetfeld) und die Magneterfassungsrichtung des Magnetsensorelements abgeglichen werden. Eine Positionserfassungsvorrichtung, die den Magnetsensor beinhaltet, hat einen Magnetfeldgenerator (beispielsweise einen Magneten oder dergleichen), der das erfasste Magnetfeld erzeugen kann. Doch wird von dem Magnetfeldgenerator nicht nur das erfasste Magnetfeld, sondern auch ein Magnetfeld (Störmagnetfeld) mit einer davon abweichenden Magnetfeldrichtung erzeugt. Dieses Störmagnetfeld kann dem erfassten Magnetfeld überlagert und an das Magnetsensorelement angelegt sein, während die Magnetfeldrichtung geändert wird. Infolgedessen tritt in dem Signal in Übereinstimmung mit einer Änderung des erfassten Magnetfelds Rauschen auf, das einen Messfehler bewirkt. Insbesondere ist wegen der Forderung nach Miniaturisierung von Positionserfassungsvorrichtungen eine größere Kompaktheit von Magnetsensoren (Magnetsensor-Gehäusen) erforderlich, sodass der Abstand zwischen dem Magnetsensorelement und dem Magnetfeldgenerator kleiner wird, und infolgedessen besteht das Risiko, dass ein durch das Störmagnetfeld verursachtes Rauschen groß wird.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird die magnetische Feldstärke des an das Magnetsensorelement angelegten Magnetfelds im Rahmen des verwendeten Magnetfeldbereichs des Magnetsensorelements angepasst, doch wird nicht nur die magnetische Feldstärke des Magnetfelds angepasst, das wirklich erfasst werden soll, wodurch ein Problem mit dem Rauschwiderstand entsteht, der durch des Störmagnetfeld bewirkt wird.
In Anbetracht des Vorangehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetsensor und eine Positionserfassungsvorrichtung bereitzustellen, die das durch das Störmagnetfeld verursachte Rauschen verringern können und imstande sind, ein hochgenaues Signal in Übereinstimmung mit Änderungen des erfassten Magnetfelds auszugeben.
[MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS]
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung einen Magnetsensor vor, der Folgendes umfasst: ein magnetisches Erfassungselement; einen ersten magnetischen Körper mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei der erste magnetische Körper in Draufsicht eine annähernd rechteckige Form hat; und einen zweiten magnetischen Körper auf der ersten Oberfläche des ersten magnetischen Körpers, wobei der zweite magnetische Körper in der Draufsicht eine annähernd rechteckige Form hat und ungefähr in der Mitte des ersten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung in der Draufsicht positioniert ist. Das magnetische Erfassungselement ist derart vorgesehen, dass es dem zweiten magnetischen Körper gegenüberliegt, wobei der erste magnetische Körper zwischen den zweiten magnetischen Körper und das magnetische Erfassungselement eingefügt ist, und das magnetische Erfassungselement ist ungefähr in der Mitte des ersten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung in der Draufsicht positioniert. Eine Magneterfassungsrichtung des magnetischen Erfassungselements ist eine Richtung, die annähernd parallel zur kurzen Richtung des ersten magnetischen Körpers und des zweiten magnetischen Körpers ist, und eine Breite W1 des ersten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung ist größer als eine Breite W2 des zweiten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung.
Bei diesem Magnetsensor ist die Beziehung zwischen der Breite W1 des ersten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung und der Breite W2 des zweiten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung vorzugsweise eine derartige Beziehung, dass ein äußeres Magnetfeld in einer Richtung, die orthogonal zur Magneterfassungsrichtung des magnetischen Erfassungselements und parallel zur Richtung der Dicke des ersten magnetischen Körpers und des zweiten magnetischen Körpers ist, praktisch nicht in ein Magnetfeld in der Magneterfassungsrichtung umgewandelt wird.
Bei diesem Magnetsensor kann ein Verhältnis W2/W1 der Breite W2 des zweiten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung zur Breite W1 des ersten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung 0,2 ~ 0,8 betragen, die Dicke T1 des ersten magnetischen Körpers kann geringer als die Dicke T2 des zweiten magnetischen Körpers sein und ein Verhältnis T2/T1 der Dicke T2 des zweiten magnetischen Körpers zur Dicke T1 des ersten magnetischen Körpers kann 2 - 20 betragen.
Bei diesem Magnetsensor kann die Querschnittsform des zweiten magnetischen Körpers entlang der Richtung der Dicke annähernd trapezförmig oder annähernd umgekehrt trapezförmig sein, die Breite W2 des zweiten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung kann mindestens 15 µm und weniger als 30 µm betragen und die Dicke T2 des zweiten magnetischen Körpers kann 3 - 20 µm betragen.
Bei diesem Magnetsensor kann der zweite magnetische Körper in Kontakt mit der ersten Oberfläche des ersten magnetischen Körpers vorgesehen sein, oder der zweite magnetische Körper kann in einem vorgegebenen Abstand von der ersten Oberfläche des ersten magnetischen Körpers vorgesehen sein.
Bei diesem Magnetsensor können die magnetischen Erfassungselemente nebeneinander mit einem vorgegebenen Abstand entlang der Längsrichtung des ersten magnetischen Körpers vorgesehen und elektrisch in Reihe geschaltet sein, oder die magnetischen Erfassungselemente können nebeneinander mit einem vorgegebenen Abstand entlang der kurzen Richtung des ersten magnetischen Körpers vorgesehen und elektrisch in Reihe geschaltet sein. Im letztgenannten Fall kann eine Gruppe, die aus den nebeneinander entlang der kurzen Richtung des ersten magnetischen Körpers in der Draufsicht vorgesehenen magnetischen Erfassungselementen besteht, ungefähr in der Mitte des ersten magnetischen Körpers positioniert sein. Außerdem können die magnetischen Erfassungselemente bei diesem Magnetsensor nebeneinander in einer Matrixanordnung in vorgegebenen Abständen entlang der Längsrichtung und der kurzen Richtung des ersten magnetischen Körpers vorgesehen und elektrisch in Reihe geschaltet sein.
Bei diesem Magnetsensor können die ersten magnetischen Körper nebeneinander mit einem vorgegebenen Abstand entlang der kurzen Richtung des ersten magnetischen Körpers vorgesehen sein, der zweite magnetische Körper kann auf der ersten Oberfläche von jedem der ersten magnetischen Körper positioniert sein und das magnetische Erfassungselement kann gegenüber von jedem der zweiten magnetischen Körper positioniert sein, wobei jeder der ersten magnetischen Körper dazwischen eingefügt ist.
Zudem stellt die vorliegende Erfindung eine Positionserfassungsvorrichtung bereit, die ein magnetisches Erfassungsbauelement, das ein Erfassungssignal auf der Grundlage der mit der Bewegung eines bewegten Körpers einhergehenden Änderung eines äußeren Magnetfelds ausgibt, und ein Positionserfassungsbauelement umfasst, das die Position des bewegten Körpers auf der Grundlage des von dem magnetischen Erfassungsbauelement ausgegebenen Erfassungssignals erfasst. Das magnetische Erfassungsbauelement umfasst den oben beschriebenen Magnetsensor.
[WIRKSAMKEIT DER ERFINDUNG]
Mit der vorliegenden Erfindung können ein Magnetsensor und eine Positionserfassungsvorrichtung bereitgestellt werden, die ein Rauschen verringern können, das durch Störmagnetfelder verursacht wird, und die imstande sind, ein hochgenaues Signal in Übereinstimmung mit Änderungen des erfassten Magnetfelds auszugeben.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines Magnetsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines Magnetsensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist eine Seitenansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines Magnetsensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines Magnetsensorelementteils bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines Magnetsensorelements bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ist ein Blockschaltbild, das eine schematische Ausgestaltung des Magnetsensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 ist ein Schaltbild, das eine schematische Ausgestaltung eines Aspekts der Schaltungsanordnung des Magnetsensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
8 ist ein Schaltbild, das eine schematische Ausgestaltung eines anderen Aspekts der Schaltungsanordnung des Magnetsensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
9 ist eine Seitenansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines Magnetsensors gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
10 ist eine Seitenansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines Magnetsensors gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Ausgestaltung des Magnetsensorelementteils in dem in 10 gezeigten Magnetsensor darstellt.
12 ist eine Seitenansicht, die eine schematische Ausgestaltung einer Positionserfassungsvorrichtung bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
13 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse in Testbeispiel 1 darstellt.
14 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse in Testbeispiel 2 darstellt.

[AUSFÜHRUNGSFORM(EN) DER ERFINDUNG]
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Seitenansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines Magnetsensors gemäß dieser Ausführungsform darstellt, 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines Magnetsensors gemäß dieser Ausführungsform darstellt, 3 ist eine Seitenansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines Magnetsensors gemäß dieser Ausführungsform darstellt, 4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines Magnetsensorelementteils bei dieser Ausführungsform darstellt, 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines Magnetsensorelementteils bei dieser Ausführungsform darstellt, 6 ist ein Blockschaltbild, das eine schematische Ausgestaltung des Magnetsensors gemäß dieser Ausführungsform darstellt, 7 ist ein Schaltbild, das eine schematische Ausgestaltung eines Aspekts der Schaltungsanordnung des Magnetsensors gemäß dieser Ausführungsform darstellt, und 8 ist ein Schaltbild, das eine schematische Ausgestaltung eines anderen Aspekts der Schaltungsanordnung des Magnetsensors gemäß dieser Ausführungsform darstellt.
Bei dem Magnetsensor gemäß dieser Ausführungsform sind die „X-Achsenrichtung“, die „Y-Achsenrichtung“ und die „Z-Achsenrichtung“ in einigen Zeichnungen wie erforderlich definiert. Hier sind die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung zueinander orthogonale Richtungen in der Ebene des Magnetsensorteils, und die Z-Achsenrichtung ist die Richtung der Dicke des Magnetsensorteils.
Der Magnetsensor 1 gemäß dieser Ausführungsform ist mit mindestens einem magnetischen Erfassungselementteil 2, das ein auf der Änderung eines äußeren Magnetfelds basierendes Sensorsignal S ausgibt, einer magnetischen Abschirmung 3, die auf der Oberseite des magnetischen Erfassungselementteils 2 in der Z-Achsenrichtung vorgesehen ist, und einem Berechnungsteil 4 versehen, das eine physikalische Größe auf der Grundlage des Sensorsignals S berechnet.
Die magnetische Abschirmung 3 weist eine erste magnetische Abschirmung 31, die in der Draufsicht eine annähernd rechteckige Form hat und eine erste Oberfläche 31A und eine zweite Oberfläche 31B, die der ersten Oberfläche 31A entgegengesetzt ist, umfasst, und eine zweite magnetische Abschirmung 32 auf, die auf der ersten Oberfläche 31A der ersten magnetischen Abschirmung 31 positioniert ist und ungefähr in der Mitte der ersten magnetischen Abschirmung 31 in der kurzen Richtung positioniert ist. Die erste magnetische Abschirmung 31 und die zweite magnetische Abschirmung 32 können integriert oder einzeln sein.
Die magnetische Abschirmung 3 (die erste magnetische Abschirmung 31 und die zweite magnetische Abschirmung 32) ist vorzugsweise mit einem weichmagnetischen Material ausgestaltet, das eine relativ hohe magnetische Permeabilität aufweist (beispielsweise eine magnetische Permeabilität von 2 x 10-5 - 8 x 10-4 (H/m)). Beispielsweise kann Folgendes angeführt werden: Spinell-Ferrite wie MnZn-Ferrit, NiZn-Ferrit, CuZn-Ferrit oder dergleichen; hexagonale Ferrite wie Bariumferrit, Strontiumferrit oder dergleichen; Granatferrite wie Yttrium-Eisengranat- (YIG) -Ferrit oder dergleichen; y-Fe2O3 (Maghemit); Mu-Metall (NiFe); CoFe, CoFeSiB; CoZrNb; oder dergleichen.
Bei der magnetischen Abschirmung 3 kann eine Breite W1 der ersten magnetischen Abschirmung 31 in der kurzen Richtung größer als eine Breite W2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32 in der kurzen Richtung sein, und die Beziehung zwischen diesen Breiten W1 und W2 kann vorzugsweise eine derartige Beziehung sein, dass das Magnetfeld (Störmagnetfeld) in der Z-Achsenrichtung des äußeren Magnetfelds im Wesentlichen nicht in ein Magnetfeld in der X-Achsenrichtung (der Magneterfassungsrichtung des Magnetsensorelements) umgewandelt wird. Hier bedeutet „dass das Magnetfeld in der Z-Achsenrichtung im Wesentlichen nicht in ein Magnetfeld in der X-Achsenrichtung überführt wird“, dass der Grad der Umwandlung des Magnetfelds in der Z-Achsenrichtung in ein Magnetfeld in der X-Achsenrichtung 1,1% oder weniger beträgt, und dieser Umwandlungsgrad beträgt vorzugsweise 0,8% oder weniger und insbesondere vorzugsweise 0,5% oder weniger. Hier ist der „Grad der Umwandlung des Magnetfelds in der Z-Achsenrichtung in ein Magnetfeld in der X-Achsenrichtung“ der als Prozentsatz der magnetischen Feldstärke des in der Z-Achsenrichtung angelegten Magnetfelds gefundene Wert der magnetischen Feldstärke in der X-Achsenrichtung, die von dem magnetischen Erfassungselementteil 2, das ein magnetisches Erfassungselement 20 mit einer Magneterfassungsrichtung in der X-Achsenrichtung aufweist, erfasst wird, wenn ein Magnetfeld in der Z-Achsenrichtung mit einer vorgegebenen magnetischen Feldstärke an den Magnetsensor 1 angelegt wird.
Das Verhältnis (W2/W1) der Breite W2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32 in der kurzen Richtung zur Breite W1 der ersten magnetischen Abschirmung 31 in der kurzen Richtung beträgt vorzugsweise 0,2 - 0,8 und noch bevorzugter 0,2 - 0,7. Wenn das Verhältnis (W2/W1) 0,2 - 0,8 beträgt, kann ein Grad der Umwandlung des Magnetfelds in der Z-Achsenrichtung in das Magnetfeld in der X-Achsenrichtung von 0,8% oder weniger erzielt werden, sodass von dem magnetischen Erfassungselementteil 2 ein hochgenaues Signal in Übereinstimmung mit einer Änderung des Magnetfelds in X-Achsenrichtung (des erfassten Magnetfelds), das von dem Magnetsensor 1 erfasst werden soll, ausgegeben werden kann. Wenn das oben beschriebene Verhältnis (W2/W1) andererseits 0,8 überschreitet, tendiert der Grad der Umwandlung des Magnetfelds in der Z-Achsenrichtung in das Magnetfeld in X-Achsenrichtung dazu, groß zu werden, sodass zu befürchten ist, dass das vom magnetischen Erfassungselementteil 2 ausgegebene Signal Rauschen beinhaltet.
Die Breite W2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32 in der kurzen Richtung beträgt vorzugsweise 15 µm oder mehr, jedoch weniger als 30 µm und noch bevorzugter 22 - 26 µm. Wenn die Breite W2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32 in der kurzen Richtung weniger als 15 µm beträgt, besteht das Problem, dass die Eigenschaften des Magnetsensors 1 aufgrund eines Ausrichtungsfehlers in der X-Achsenrichtung der magnetischen Abschirmung 3 und des magnetischen Erfassungselementteils 2 (magnetisches Erfassungselement 20) (Ausrichtungsfehler, der durch Schwankungen zur Zeit der Herstellung verursacht wird) stark schwanken könnten, und wenn sie mindestens 30 µm beträgt, besteht die Befürchtung, dass die magnetische Abschirmung 3 gesättigt sein wird.
Die Dicke T1 der ersten magnetischen Abschirmung 31 ist vorzugsweise geringer als die Dicke T2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32, und das Verhältnis (T2/T1) der Dicke T2 zur Dicke T1 beträgt vorzugsweise 2 - 20 und insbesondere vorzugsweise 2 - 16,7. Wenn die Dicke T1 geringer als die Dicke T2 ist und das oben beschriebene Verhältnis (T2/T1) 2 - 20 beträgt, ist es möglich, dass das Magnetfeld in der Z-Achsenrichtung praktisch nicht in das Magnetfeld in der X-Achsenrichtung umgewandelt wird, sodass von dem magnetischen Erfassungselementteil 2 ein hochgenaues Signal in Übereinstimmung mit Änderungen des Magnetfelds in der X-Achsenrichtung (erfasstes Magnetfeld), das von dem Magnetsensor 1 erfasst werden soll, ausgegeben werden kann. Wenn das oben beschriebene Verhältnis (T2/T1) andererseits weniger als 2 beträgt oder 20 überschreitet, wird der Grad der Umwandlung des Magnetfelds in der Z-Achsenrichtung in das Magnetfeld in der X-Achsenrichtung leicht groß, sodass zu befürchten ist, dass Rauschen im Signal enthalten sein wird, das von dem magnetischen Erfassungselementteil 2 ausgegeben wird.
Die Dicke T2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32 beträgt vorzugsweise 3 - 20 µm und noch bevorzugter 6 - 15 µm. Wenn die Dicke T2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32 weniger als 3 µm beträgt, besteht die Befürchtung, dass die zweite magnetische Abschirmung 32 durch das Magnetfeld in der X-Achsenrichtung gesättigt wird, und die Funktion der zweiten magnetischen Abschirmung 32 als Abschirmung gegen das Magnetfeld in der X-Achsenrichtung wird abnehmen. Wenn 20 µm überschritten wird, besteht die Befürchtung, dass es schwierig wird, die zweite magnetische Abschirmung 32 unter Verwendung eines typischen Waferverfahrens bei der Halbleiterherstellung zu erzeugen.
Die Länge der magnetischen Abschirmung 3 (der ersten magnetischen Abschirmung 31 und der zweiten magnetischen Abschirmung 32) in der Längsrichtung unterliegt keinen besonderen Beschränkungen und kann beispielsweise ungefähr 30 - 300 µm betragen. Bei der vorliegenden Ausführungsform haben die erste magnetische Abschirmung 31 und die zweite magnetische Abschirmung 32 die gleiche Länge in der Längsrichtung (siehe 2), doch soll dies der Veranschaulichung dienen und nicht einschränkend sein. Die Länge der ersten magnetischen Abschirmung 31 in der Längsrichtung kann größer als die Länge der zweiten magnetischen Abschirmung 32 in der Längsrichtung sein, wenn die Wirksamkeit der magnetischen Abschirmung 3 bei der vorliegenden Ausführungsform vorgewiesen werden kann.
Betrachtet man die Seitenfläche der kurzen Seite der zweiten magnetischen Abschirmung 32, beträgt der Winkel θ, der von beiden Seitenflächen der zweiten magnetischen Abschirmung 32 (beide Seitenflächen in der Längsrichtung) und der unteren Oberfläche (der ersten Oberfläche 31Ader ersten magnetischen Abschirmung 31) gebildet wird, ungefähr 80 - 100° und vorzugsweise ungefähr 85 - 95°.
Bei der vorliegenden Ausführungsform liegt das magnetische Erfassungselementteil 2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32 derart gegenüber, dass die erste magnetische Abschirmung 31 dazwischen eingefügt ist, wobei ein vorgegebener Spalt G1 zur ersten magnetischen Abschirmung 31 vorgesehen ist, und es ist in Draufsicht ungefähr in der Mitte der ersten magnetischen Abschirmung 31 in der kurzen Richtung (der X-Achsenrichtung) positioniert. Der Spalt G1 ist die Länge in der Z-Achsenrichtung zwischen der zweiten Oberfläche 31B der ersten magnetischen Abschirmung 31 und dem magnetischen Erfassungselementteil 2 (dem magnetischen Erfassungselement 20).
Das magnetische Erfassungselementteil 2 ist mit einer Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen 20 ausgestaltet (in dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel einem ersten magnetischen Erfassungselement 21, einem zweiten magnetischen Erfassungselement 22 und einem dritten magnetischen Erfassungselement), die entlang der Längsrichtung (Y-Achsenrichtung) der magnetischen Abschirmung 3 aufgereiht und über eine obere Elektrode 62 und eine untere Elektrode 61 elektrisch in Reihe geschaltet sind (siehe 2).
MR-Elemente wie etwa TMR-Elemente, GMR-Elemente, AMR-Elemente oder dergleichen können als die verschiedenen magnetischen Erfassungselemente 20 (das erste magnetische Erfassungselement 21, das zweite magnetische Erfassungselement 22 und das dritte magnetische Erfassungselement 23) verwendet werden, die das magnetische Erfassungselementteil 2 bilden, und die Verwendung von TMR-Elementen ist besonders bevorzugt. TMR-Elemente und GMR-Elemente haben eine in der Magnetisierung fixierte Schicht, bei der die Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, bei der sich die Magnetisierungsrichtung in Übereinstimmung mit der Richtung eines angelegten Magnetfelds ändert, und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der in der Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist.
Die MR-Elemente sind als jedes der magnetischen Erfassungselemente 20 (erstes magnetisches Erfassungselement 21, zweites magnetisches Erfassungselement 22 und drittes magnetisches Erfassungselement 23) vorgesehen, eines in der Nähe von jedem Ende in der Längsrichtung auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 61, die auf einem Substrat vorgesehen ist (nicht dargestellt). Die MR-Elemente als jedes der magnetischen Erfassungselemente 20 (erstes magnetisches Erfassungselement 21, zweites magnetisches Erfassungselement 22 und drittes magnetisches Erfassungselement 23) umfassen eine freie Schicht 51, eine nichtmagnetische Schicht 52, eine in der Magnetisierung fixierte Schicht 53 und eine antiferromagnetische Schicht 54, die in dieser Reihenfolge ausgehend von der Seite der unteren Elektrode 61 geschichtet sind. Die freie Schicht 51 ist mit der unteren Elektrode 61 elektrisch verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 54 wird von einem antiferromagnetischen Material gebildet und erfüllt die Funktion, die Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 festzulegen, indem sie eine Austauschkopplung mit der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 bewirkt. Die oberen Elektroden 62 sind auf der Vielzahl von MR-Elementen (magnetische Erfassungselemente 20 (erstes magnetisches Erfassungselement 21, zweites magnetisches Erfassungselement 22 und drittes magnetisches Erfassungselement 23)) vorgesehen. Die MR-Elemente (magnetische Erfassungselemente 20 (erstes magnetisches Erfassungselement 21, zweites magnetisches Erfassungselement 22 und drittes magnetisches Erfassungselement 23)) können eine Ausgestaltung aufweisen, bei der die freie Schicht 51, die nichtmagnetische Schicht 52, die in der Magnetisierung fixierte Schicht 53 und die antiferromagnetische Schicht 54 in dieser Reihenfolge ausgehend von der Seite der oberen Elektrode 62 geschichtet sind.
Bei einem TMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht 52 eine Tunnelsperrschicht. Bei einem GMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine nichtmagnetische leitende Schicht. Bei einem TMR-Element oder einem GMR-Element ändert sich der Widerstandswert in Übereinstimmung mit dem Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 51 und der Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53. Der Widerstandswert ist ein kleinster Wert, wenn dieser Winkel 0° beträgt (wenn die Magnetisierungsrichtungen zueinander parallel sind), und der Widerstandswert ist ein größter Wert, wenn der Winkel 180° beträgt (wenn die Magnetisierungsrichtungen zueinander antiparallel sind).
Als die Schaltungsanordnung des Magnetsensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise eine Wheatstone-Brückenschaltung C10 (siehe 7) genannt werden, die ein Paar von Magnetsensorelementteilen umfasst, die in Reihe geschaltet sind. Die Wheatstone-Brückenschaltung C10 umfasst einen Stromquellenanschluss V10, einen Masseanschluss G10, zwei Ausgangsanschlüsse E11 und E12, ein erstes Paar von Magnetsensorelementteilen R11 und R12, die in Reihe geschaltet sind, und ein zweites Paar von Magnetsensorelementteilen R13 und R14, die in Reihe geschaltet sind. Ein Ende von jedem der Magnetsensorelementteile R11 und R13 ist mit dem Stromquellenanschluss V10 verbunden. Das andere Ende des Magnetsensorelementteils R11 ist mit einem Ende des Magnetsensorelementteils R12 und dem Ausgangsanschluss E11 verbunden. Das andere Ende des Magnetsensorelementteils R13 ist mit einem Ende des Magnetsensorelementteils R14 und dem Ausgangsanschluss E12 verbunden. Ein Ende von jedem der Magnetsensorelementteile R12 und R14 ist mit dem Masseanschluss G10 verbunden. Eine Stromquellenspannung einer vorgegebenen Größenordnung ist an den Stromquellenanschluss V10 angelegt, und der Masseanschluss G10 ist mit Masse verbunden. Jedes der Magnetsensorelementteile R11- R14 wird von magnetischen Erfassungselementteilen 2 (einer Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen 20) gebildet. Die Schaltungsanordnung, die der Magnetsensor 1 aufweist, kann eine Halbbrückenschaltung C10' sein, die nur das erste Paar von Magnetsensorelementteilen R11 und R12 umfasst und nicht das zweite Paar von Magnetsensorelementteilen R13 und R14 umfasst (siehe 8).
Wenn jedes der magnetischen Erfassungselemente 20, welche die Magnetsensorelementteile R11-R14 bilden, ein TMR-Element oder ein GMR-Element ist, werden die Richtungen der Magnetisierung der in der Magnetisierung fixierten Schichten derselben durch die ausgefüllten Pfeile angegeben. Die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der Magnetsensorelementteile R11 - R14 sind parallel zu einer ersten Richtung D1 (siehe 7), und die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der Magnetsensorelementteile R11 und R14 und die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der Magnetsensorelementteile R12 und R13 sind zueinander antiparallele Richtungen.
Bei der Wheatstone-Brückenschaltung C10 wird ein Sensorsignal S von den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 als ein Signal ausgegeben, das die magnetische Feldstärke in Übereinstimmung mit Änderungen des äußeren Magnetfelds angibt. Ein Differenzdetektor DD gibt ein Signal, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 entspricht, als das Sensorsignal S an das Berechnungsteil 4 aus.
Die Empfindlichkeitsachse (Magneterfassungsrichtung) von jedem der magnetischen Erfassungselemente 20. welche die Magnetsensorelementteile R11 - R14 bilden, ist eine Richtung, die ungefähr parallel zur kurzen Richtung (X-Achsenrichtung) der ersten magnetischen Abschirmung 31 und der zweiten magnetische Abschirmung 32 in der Draufsicht ist. Wie unten beschrieben, kann bei der vorliegenden Ausführungsform durch die magnetische Abschirmung 3 (erste magnetische Abschirmung 31 und zweite magnetische Abschirmung 32) verhindert werden, dass das Magnetfeld in der Z-Achsenrichtung (Störmagnetfeld) vom äußeren Magnetfeld wirksam in ein Magnetfeld in der X-Achsenrichtung umgewandelt wird. Demzufolge tritt die Änderung des Widerstandswerts, der auf der Stärke des Magnetfelds in der X-Achsenrichtung (des erfassten Magnetfelds) basiert, die von dem Magnetsensor 1 erfasst werden sollte, in den Magnetsensorelementteilen R11 - R14 auf, sodass ein hochgenaues Signal in Übereinstimmung mit Änderungen des erfassten Magnetfelds vom Magnetsensor 1 ausgegeben wird.
Der Abstand (Spalt) G1 zwischen der zweiten Oberfläche 31B der ersten magnetischen Abschirmung 31 und dem magnetischen Erfassungselementteil 2 beträgt ungefähr 0,5 - 5 µm und vorzugsweise ungefähr 0,5 - 3 µm. Wenn dieser Spalt G1 weniger als 0,5 µm beträgt, ist zu befürchten, dass das durch die erste magnetische Abschirmung 31 verlaufende Magnetfeld eine Wirkung auf die Eigenschaften des magnetischen Erfassungselementteils 2 haben wird, und wenn dieser Spalt 5 µm überschreitet, ist zu befürchten, dass die Wirksamkeit der magnetischen Abschirmung 3 (erste magnetische Abschirmung 31) als Abschirmung vermindert wird.
Die zweite magnetische Abschirmung 32 kann unmittelbar auf der ersten Oberfläche 31A der ersten magnetischen Abschirmung 31 (siehe 1) vorgesehen sein, oder sie kann derart vorgesehen sein, dass durch eine Isolierschicht zwischen der zweiten magnetischen Abschirmung 32 und der ersten Oberfläche 31A der ersten magnetischen Abschirmung 31 ein vorgegebener Spalt G2 gebildet wird (siehe 9). In diesem Fall kann der Spalt G2 zwischen der ersten Oberfläche 31A der ersten magnetischen Abschirmung 31 und der zweiten magnetischen Abschirmung 32 beispielsweise ungefähr 0,05 - 4 µm betragen. Wenn der Spalt G2 4 µm überschreitet, ist zu befürchten, dass die Wirksamkeit der zweiten magnetischen Abschirmung 32 als Abschirmung vermindert wird. Zudem ist es sehr schwierig, die magnetische Abschirmung 3 herzustellen, bei der der Spalt G2 weniger als 0,05 µm beträgt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann das magnetische Erfassungselementteil 2, mit dem der Magnetsensor 1 versehen ist, magnetische Erfassungselementteile 2A und 2B aufweisen, die nebeneinander entlang der kurzen Richtung der ersten magnetischen Abschirmung 31 vorgesehen sind. Wie in 10 und 11 dargestellt, kann beispielsweise das magnetische Erfassungselementteil 2 ein erstes magnetisches Erfassungselementteil 2A, bei dem magnetische Erfassungselemente 20 (erstes magnetisches Erfassungselement 21, zweites magnetisches Erfassungselement 22 und drittes magnetisches Erfassungselement 23) elektrisch in Reihe geschaltet sind, und ein zweites magnetisches Erfassungselementteil 2B aufweisen, bei dem magnetische Erfassungselemente 20 (erstes magnetisches Erfassungselement 21, zweites magnetisches Erfassungselement 22 und drittes magnetisches Erfassungselement 23) elektrisch in Reihe geschaltet sind, und das erste magnetische Erfassungselementteil 2A und das zweite magnetische Erfassungselementteil 2B können nebeneinander entlang der kurzen Richtung der ersten magnetischen Abschirmung 31 vorgesehen sein. Das heißt, dass die magnetischen Erfassungselemente 20 nebeneinander in Form einer Matrix vorgesehen sein können. Bei dieser Ausgestaltung können das erste magnetische Erfassungselementteil 2A und das zweite magnetische Erfassungselementteil 2B elektrisch in Reihe geschaltet sein oder elektrisch parallelgeschaltet sein. In diesem Fall stimmen, wenn man die Seitenfläche der kurzen Seite der magnetischen Abschirmung 3 betrachtet, die Mittenposition der Gruppe, die aus dem ersten magnetischen Erfassungselementteil 2A und dem zweiten magnetischen Erfassungselementteil 2B besteht, (die Mittenposition in der kurzen Richtung der magnetischen Abschirmung 3) und die Mitte der ersten magnetischen Abschirmung 31 in der kurzen Richtung vorzugsweise ungefähr überein. Wenn die Mitten ungefähr miteinander übereinstimmen und das erste magnetische Erfassungselementteil 2A und das zweite magnetische Erfassungselementteil 2B elektrisch in Reihe geschaltet sind, sind das Vorzeichen der magnetischen Feldstärke des Magnetfelds in der Z-Achsenrichtung, das an das erste magnetische Erfassungselementteil 2A angelegt ist (das in die X-Achsenrichtung umgewandelte und angelegte Magnetfeld) und das Vorzeichen der magnetischen Feldstärke des Magnetfelds in der Z-Achsenrichtung, das an das zweite magnetische Erfassungselementteil 2B angelegt ist (das in die X-Achsenrichtung umgewandelte und angelegte Magnetfeld) entgegengesetzt, sodass die Wirkung der magnetischen Feldstärke des Magnetfelds in der Z-Achsenrichtung in dem von dem magnetischen Erfassungselementteil 2 ausgegebenen Signal aufgehoben werden kann.
Das Berechnungsteil 4 umfasst einen A/D- (analog/digital) -Wandler 41, der das analoge Signal (Sensorsignal S), das von dem magnetischen Erfassungselementteil 2 ausgegeben wird, in ein digitales Signal umwandelt, und einen Rechenprozessor 42, der eine Rechenverarbeitung des vom A/D-Wandler 41 digital umgewandelten digitalen Signals ausführt und die physikalische Größe berechnet.
Der A/D-Wandler 41 wandelt das Sensorsignal S (analoges Signal, das auf die physikalische Größe bezogen ist), das vom magnetischen Erfassungselementteil 2 ausgegeben wird, in ein digitales Signal um, und dieses digitale Signal wird in den Rechenprozessor 42 eingegeben.
Der Rechenprozessor 42 nimmt eine Rechenverarbeitung an dem digitalen Signal, das vom A/D-Wandler 41 vom analogen Signal umgewandelt wurde, vor und berechnet die physikalische Größe. Der Rechenprozessor 42 wird beispielsweise von einem Mikrocomputer oder dergleichen gebildet.
Der Magnetsensor 1 mit der oben beschriebenen Ausgestaltung kann als ein Bauelement einer Positionserfassungsvorrichtung verwendet werden. 12 ist eine Seitenansicht, die eine schematische Ausgestaltung einer Positionserfassungsvorrichtung, bei der der Magnetsensor verwendet wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Die Positionserfassungsvorrichtung 10 in der vorliegenden Ausführungsform ist mit dem Magnetsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und einem gegenüber dem Magnetsensor 1 vorgesehenen Magneten 70 (magnetische Abschirmung 3) versehen, der in der X-Achsenrichtung magnetisiert ist. Da der Magnet 70 in einem bewegten Körper (nicht dargestellt) vorgesehen ist, wird von dem Magnetsensor 1 ein vorgegebenes Signal in Übereinstimmung mit Änderungen des Magnetfelds, die durch die Bewegung des bewegten Körpers bewirkt werden, ausgegeben. Die Positionserfassungsvorrichtung 10 in der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise in einem Linsenantriebsmechanismus (optischer Kameraverwackelungskorrekturmechanismus) oder dergleichen in einem Bildgebungsgerät wie etwa einer Kamera oder dergleichen verwendet werden.
Der Rechenprozessor 42 in dem Magnetsensor 1 (siehe 6) nimmt eine Rechenverarbeitung an dem digitalen Signal, das vom A/D-Wandler 41 vom analogen Signal umgewandelt wurde, vor (siehe 6) und gibt den Betrag der Relativbewegung des bewegten Körpers als die physikalische Größe aus.
Wenn sich bei der Positionserfassungsvorrichtung 10 in der vorliegenden Ausführungsform mit der oben beschriebenen Ausgestaltung das äußere Magnetfeld einhergehend mit einer Bewegung des bewegten Körpers (Magnet 70) relativ zum Magnetsensor 1 ändert, ändern sich, einhergehend mit dieser Änderung des äußeren Magnetfelds, die Widerstandswerte der Magnetsensorelementteile R11 - R14 der Wheatstone-Brückenschaltung C10 und wird das Sensorsignal S in Übereinstimmung mit der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 ausgegeben.
Der vom Rechenprozessor 42 berechnete Betrag der Relativbewegung wird an die elektronische Steuereinheit (ECU) der Anwendung (z.B. Digitalkamera oder dergleichen) ausgegeben, in die die Positionserfassungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform eingebaut ist. In der elektronischen Steuereinheit wird der Betrieb der Anwendung (beispielsweise ein Kameraverwackelungskorrekturmechanismus eines optischen Systems oder dergleichen) auf der Grundlage des oben beschriebenen Betrags der Relativbewegung gesteuert.
Bei der Positionserfassungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform kann die magnetische Abschirmung 3 des Magnetsensors 1 verhindern, dass das Magnetfeld in der Z-Achsenrichtung (Störmagnetfeld) wirksam in ein Magnetfeld in der X-Achsenrichtung umgewandelt wird, sodass das von der Wheatstone-Brückenschaltung C10 ausgegebene Sensorsignal S auf das zu erfassende Magnetfeld in der X-Achsenrichtung reagiert, ohne von dem Magnetfeld in der Z-Achsenrichtung beeinflusst zu werden. Folglich kann der Betrag der Relativbewegung des bewegten Körpers (Magnet 70) genau berechnet werden.
Die oben beschriebene Ausführungsform wurde beschrieben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern und soll der Veranschaulichung dienen und nicht einschränkend sein. Dementsprechend umfassen die verschiedenen Bestandteile, die bei der oben beschriebenen Ausführungsform offenbart wurden, alle Änderungen der Gestaltung und Äquivalente, die in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wurde in der Erläuterung als Beispiel ein Aspekt angeführt, in dem die magnetischen Erfassungselemente 20 (erstes magnetisches Erfassungselement 21, zweites magnetisches Erfassungselement 22 und drittes magnetisches Erfassungselement 23), die das magnetische Erfassungselementteil 2 bilden, nebeneinander entlang der Längsrichtung (Y-Achsenrichtung) der magnetischen Abschirmung 3 vorgesehen sind, doch soll dies der Veranschaulichung dienen und nicht einschränkend sein. Beispielsweise können die magnetischen Erfassungselemente 20 nebeneinander entlang der kurzen Richtung (X-Achsenrichtung) der magnetischen Abschirmung 3 vorgesehen sein. In diesem Fall stimmen, wenn man die Seitenfläche der kurzen Seite der magnetischen Abschirmung 3 betrachtet, vorzugsweise die Mittenposition des magnetischen Erfassungselementteils 2 mit der Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen 20 (die Mittenposition der magnetischen Abschirmung 3 in der kurzen Richtung) und die Mittenposition der ersten magnetischen Abschirmung 31 in der kurzen Richtung ungefähr überein. Hierdurch sind das Vorzeichen der magnetischen Feldstärke des Magnetfelds in der Z-Achsenrichtung, das an das magnetische Erfassungselement 20 angelegt ist, das auf der -X-Seite von der Mittenposition des magnetischen Erfassungselementteils 2 positioniert ist, (das in die X-Achsenrichtung umgewandelte und angelegte Magnetfeld) und das Vorzeichen der magnetischen Feldstärke des Magnetfelds in der Z-Achsenrichtung, das an das magnetische Erfassungselement 20 angelegt ist, das auf der +X-Seite von der Mittenposition des magnetischen Erfassungselementteils 2 positioniert ist, (das in die X-Achsenrichtung umgewandelte und angelegte Magnetfeld) entgegengesetzt, sodass die Wirkungen der magnetischen Feldstärke des Magnetfelds in der Z-Achsenrichtung in dem Signal, das von dem magnetischen Erfassungselementteil 2 ausgegeben wird, aufgehoben werden können.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wurde in der Beschreibung als Beispiel ein Aspekt angeführt, in dem der Magnetsensor 1 mit einem magnetischen Erfassungselementteil 2 und einer magnetischen Abschirmung 3 versehen ist, doch ist sie nicht auf diesen Aspekt beschränkt. Beispielsweise können eine Vielzahl von magnetischen Erfassungselementteilen 2 und eine Vielzahl von magnetischen Abschirmungen 3 (erste magnetische Abschirmung 31 und zweite magnetische Abschirmung 32), die jeweils über der Vielzahl von magnetischen Erfassungselementteilen 2 in der Z-Achsenrichtung vorgesehen sind, vorgesehen werden. In diesem Fall kann der Magnetsensor beispielsweise mit vier magnetischen Erfassungselementteilen 2 und vier magnetischen Abschirmungen 3 versehen sein, und jedes der Magnetsensorelementteile R11 - R14 in der Wheatstone-Brückenschaltung C10 (siehe 7) kann durch jedes der vier magnetischen Erfassungselementteile 2 als der Schaltungsanordnung des Magnetsensors 1 vorgesehen sein. Zudem kann jedes der Magnetsensorelementteile R11- R14 von einer Vielzahl von magnetischen Erfassungselementteilen 2 gebildet werden, die elektrisch in Reihe geschaltet oder parallelgeschaltet sind.
[Ausführungsform(en)]
Unten wird die vorliegende Erfindung in weiteren Einzelheiten beschrieben, indem Testbeispiele und dergleichen angeführt werden, doch wird die vorliegende Erfindung nicht durch irgendeines der Testbeispiele und dergleichen eingeschränkt.
[Testbeispiel 1]

Bei dem in 1 dargestellten Magnetsensor 1, der mit dem magnetischen Erfassungselementteil 2 (erstes magnetisches Erfassungselement 21, zweites magnetisches Erfassungselement 22 und drittes magnetisches Erfassungselement 23) und der magnetischen Abschirmung 3 (erste magnetische Abschirmung 31 und zweite magnetische Abschirmung 32) versehen ist, wurde der Grad CR_Z-X (%) der Umwandlung des Magnetfelds Bz in ein Magnetfeld Bx in der X-Achsenrichtung, wenn ein Magnetfeld Bz (Bz = 100 mT) in der Z-Achsenrichtung angelegt wurde, durch Simulation ermittelt. Bei dieser Simulation wurde die Breite W2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32 in der kurzen Richtung mit 23 um angesetzt, und die Breite W1 der ersten magnetischen Abschirmung 31 in der kurzen Richtung wurde mit 23 -115 µm angesetzt (Breitenverhältnis W2/W1 = 0,2 -1,0). Außerdem wurde die Dicke T2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32 mit 10 µm angesetzt, und die Dicke T1 der ersten magnetischen Abschirmung 31 wurde mit 0,5 - 5 µm angesetzt (Dickenverhältnis T2/T1 = 0,5 - 5). Des Weiteren wurde der Abstand (Spalt) G1 zwischen der zweiten Oberfläche 31B der ersten magnetischen Abschirmung 31 und dem magnetischen Erfassungselementteil 2 mit 1 µm angesetzt. Die Ergebnisse sind in 13 und in Tabelle 1 dargestellt. [Tabelle 1]

W1 (µm)	W2 (µm)	W2/W1	CR_Z-X (%)
23,0	23,0	1,0	1,13	1,13	1,11	1,23	1,31	1,18	1,39	1,43
25,6	23,0	0,9	0,90	0,89	0,85	0,87	0,88	0,93	0,95	1,01
28,8	23,0	0,8	0,60	0,59	0,61	0,64	0,68	0,70	0,68	0,74
32,9	23,0	0,7	0,39	0,43	0,40	0,44	0,41	0,50	0,46	0,49
38,3	23,0	0,6	0,41	0,26	0,24	0,23	0,26	0,32	0,26	0,33
46,0	23,0	0,5	0,40	0,24	0,17	0,19	0,16	0,21	0,16	0,21
57,5	23,0	0,4	0,41	0,36	0,15	0,10	0,10	0,16	0,13	0,11
76,7	23,0	0,3	0,45	0,36	0,21	0,09	0,06	0,10	0,08	0,11
115,0	23,0	0,2	0,51	0,38	0,22	0,09	0,10	0,09	0,10	0,07
T1 (µm)			0,5	0,6	0,7	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0
T2 (µm)			10,0	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0
T2/T1			20,0	16,7	14,3	10,0	5,0	3,3	2,5	2,0

[Testbeispiel 2]

Der Transmissionsgrad TRx (%) des Magnetfelds Bx in der X-Achsenrichtung wurde durch Simulation unter den gleichen Bedingungen wie im Testbeispiel 1 ermittelt, mit der Ausnahme jedoch, dass anstelle des Magnetfelds Bz (Bz = 100 mT) in der Z-Achsenrichtung ein Magnetfeld Bx (Bx = 350 mT) in der X-Achsenrichtung angelegt wurde. Die Ergebnisse sind in 14 und in Tabelle 2 dargestellt. Wenn ein Magnetfeld Bx in der X-Achsenrichtung mit einer vorgegebenen magnetischen Feldstärke angelegt wird, ist der Transmissionsgrad TRx (%) ein Wert, der als die magnetische Feldstärke gefunden wird, die unter Verwendung des von dem magnetischen Erfassungselementteil 2 ausgegebenen Signals als ein Prozentsatz der magnetischen Feldstärke des angelegten Magnetfelds Bx berechnet wird (die magnetische Feldstärke des wirklichen Magnetfelds, das tatsächlich an das magnetische Erfassungselementteil 2 angelegt ist). [Tabelle 2]

W1 (µm)	W2 (µm)	W2/W1	TRx (%)
23,0	23,0	1,0	10,80	10,53	10,69	10,76	10,73	10,48	10,39	10,33
25,6	23,0	0,9	10,48	10,38	10,46	10,28	9,75	9,67	9,45	9,46
28,8	23,0	0,8	10,27	10,26	10,16	10,13	9,69	9,10	9,04	8,49
32,9	23,0	0,7	10,28	10,26	10,11	10,12	9,39	9,08	8,85	8,35
38,3	23,0	0,6	10,12	9,99	9,90	9,71	9,40	9,03	8,68	8,61
46,0	23,0	0,5	9,96	9,92	10,05	9,81	9,66	9,41	9,13	8,99
57,5	23,0	0,4	9,93	10,08	9,80	9,74	9,65	9,54	9,36	9,26
76,7	23,0	0,3	9,98	9,82	9,91	9,92	9,72	9,90	9,94	10,16
115,0	23,0	0,2	9,97	9,97	9,87	10,09	10,23	10,38	10,69	10,87
T1 (µm)			0,5	0,6	0,7	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0
T2 (µm)			10,0	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0
T2/T1			20,0	16,7	14,3	10,0	5,0	3,3	2,5	2,0

[Testbeispiel 3]
Der Grad CR_Z-X (%) der Umwandlung des Magnetfelds Bz in der Z-Achsenrichtung in das Magnetfeld Bx in der X-Achsenrichtung und der Transmissionsgrad TRx (%) des Magnetfelds Bx in der X-Achsenrichtung wurden durch Simulation wie in Testbeispiel 1 und Testbeispiel 2 ermittelt, mit der Ausnahme jedoch, dass die Breiten W2 der ersten magnetischen Abschirmung 31 und der zweiten magnetische Abschirmung 32 in der kurzen Richtung beide mit 40 µm angesetzt wurden. Daher betrug der Umwandlungsgrad CR_Z-X (%) 0,6%, und der Transmissionsgrad TRx (%) betrug 60%.
Wie in 13 und in Tabelle 1 dargestellt, wird, wenn das Verhältnis W2/W1 der Breite W2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32 in der kurzen Richtung zur Breite W1 der ersten magnetischen Abschirmung 31 in der kurzen Richtung 1,0 beträgt, wenn also die Breite W1 der ersten magnetischen Abschirmung 31 und die Breite W2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32 gleich sind und die magnetische Abschirmung 3 insgesamt eine rechteckige Form hat, vermutet, dass der Grad der Umwandlung des Magnetfelds Bz in der Z-Achsenrichtung in das Magnetfeld Bx in der X-Achsenrichtung relativ groß wird, und das Rauschen, das in dem Signal enthalten ist, das von dem Magnetsensor 1 ausgegeben wird, wird groß.
Wenn jedoch das oben beschriebene Verhältnis W2/W1 weniger als 1,0 (0,2 - 0,9) betrug und die Breite W1 der ersten magnetischen Abschirmung 31 größer als die Breite W2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32 war, war offenkundig, dass eine Verringerung des oben beschriebenen Umwandlungsgrads möglich war. Wenn zudem das oben beschriebene Verhältnis W2/W1 0,2 - 0,8 betrug, war offenkundig, dass erreicht werden konnte, dass der oben beschriebene Umwandlungsgrad 0,8% oder weniger betrug. Indem ferner bewerkstelligt wurde, dass das oben beschriebene Verhältnis W2/W1 0,2 - 0,7 betrug und das Dickenverhältnis T2/T1 der Dicke T2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32 zur Dicke T1 der ersten magnetischen Abschirmung 312,0 -16,7 betrug, war offenkundig, dass der oben beschriebene Umwandlungsgrad auf 0,5% oder weniger verringert werden konnte.
Wie in 14 und in Tabelle 2 dargestellt, wurde offenkundig, dass der Umwandlungsgrad des Magnetfelds Bx in der X-Achsenrichtung unabhängig vom Verhältnis T2/T1 der Dicke T2 der zweiten magnetischen Abschirmung 32 zur Dicke T1 der ersten magnetischen Abschirmung 31 annähernd konstant war. Indem dies ferner den Simulationsergebnissen für den Transmissionsgrad von Testbeispiel 3 gegenübergestellt wurde, wurde bestätigt, dass der Transmissionsgrad im Testbeispiel 2 niedrig gehalten wurde. Im Allgemeinen erhöht sich der oben beschriebene Transmissionsgrad, wenn die magnetische Abschirmung 3 gesättigt ist, doch in Testbeispiel 2 ist der oben beschriebene Transmissionsgrad mit einem niedrigen Wert im Vergleich zum Testbeispiel 3 annähernd konstant, sodass offenkundig wurde, dass die Sättigung der magnetischen Abschirmung 3 ungeachtet des oben beschriebenen Verhältnisses T2/T1 unterdrückt wird. Andererseits kann auf der Grundlage der Ergebnisse von Testbeispiel 3 die Vermutung angestellt werden, dass bei einer magnetischen Abschirmung mit einer rechteckigen Form, indem deren Dicke relativ dick gemacht wird, die magnetische Abschirmung 3 gesättigt ist, obwohl der oben beschriebene Umwandlungsgrad verringert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Magnetsensor
2: Magnetisches Erfassungselementteil
20: Magnetisches Erfassungselement
21: Erstes magnetisches Erfassungselement
22: Zweites magnetisches Erfassungselement
23: Drittes magnetisches Erfassungselement
3: Magnetische Abschirmung
31: Erste magnetische Abschirmung
32: Zweite magnetische Abschirmung
10: Positionserfassungsvorrichtung

Claims

Magnetsensor, umfassend: ein magnetisches Erfassungselement; einen ersten magnetischen Körper mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei der erste magnetische Körper in Draufsicht eine annähernd rechteckige Form hat; und einen zweiten magnetischen Körper auf der ersten Oberfläche des ersten magnetischen Körpers, wobei der zweite magnetische Körper in der Draufsicht eine annähernd rechteckige Form hat und ungefähr in der Mitte des ersten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung in der Draufsicht positioniert ist; wobei das magnetische Erfassungselement derart vorgesehen ist, dass es dem zweiten magnetischen Körper gegenüberliegt, wobei der erste magnetische Körper zwischen den zweiten magnetischen Körper und das magnetische Erfassungselement eingefügt ist, und das magnetische Erfassungselement ungefähr in der Mitte des ersten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung in der Draufsicht positioniert ist; eine Magneterfassungsrichtung des magnetischen Erfassungselements eine Richtung ist, die annähernd parallel zur kurzen Richtung des ersten magnetischen Körpers und des zweiten magnetischen Körper ist; und eine Breite W1 des ersten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung größer als eine Breite W2 des zweiten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung ist.
Magnetsensor nach Anspruch 1, wobei die Beziehung zwischen der Breite W1 des ersten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung und der Breite W2 des zweiten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung eine derartige Beziehung ist, dass ein äußeres Magnetfeld in einer Richtung, die orthogonal zur Magneterfassungsrichtung des magnetischen Erfassungselements und parallel zur Richtung der Dicke des ersten magnetischen Körpers und des zweiten magnetischen Körpers ist, praktisch nicht in ein Magnetfeld in der Magneterfassungsrichtung umgewandelt wird.
Magnetsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verhältnis W2/W1 der Breite W2 des zweiten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung zur Breite W1 des ersten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung 0,2 - 0,8 beträgt.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dicke T1 des ersten magnetischen Körpers geringer als die Dicke T2 des zweiten magnetischen Körpers ist.
Magnetsensor nach Anspruch 4, wobei ein Verhältnis T2/T1 der Dicke T2 des zweiten magnetischen Körpers zur Dicke T1 des ersten magnetischen Körpers 2 - 20 beträgt.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Querschnittsform des zweiten magnetischen Körpers entlang der Dickenrichtung annähernd trapezförmig oder annähernd umgekehrt trapezförmig ist.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Breite W2 des zweiten magnetischen Körpers in der kurzen Richtung mindestens 15 µm und weniger als 30 µm beträgt.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Dicke T2 des zweiten magnetischen Körpers 3 - 20 µm beträgt.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der zweite magnetische Körper in Kontakt mit der ersten Oberfläche des ersten magnetischen Körpers vorgesehen ist.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der zweite magnetische Körper in einem vorgegebenen Abstand zur ersten Oberfläche des ersten magnetischen Körpers vorgesehen ist.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Vielzahl der magnetischen Erfassungselemente nebeneinander mit einem vorgegebenen Abstand entlang der Längsrichtung des ersten magnetischen Körpers vorgesehen und elektrisch in Reihe geschaltet ist.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei: die magnetischen Erfassungselemente nebeneinander mit einem vorgegebenen Abstand entlang der kurzen Richtung des ersten magnetischen Körpers vorgesehen und elektrisch in Reihe geschaltet sind; und eine Gruppe, die aus den nebeneinander entlang der kurzen Richtung des ersten magnetischen Körpers in der Draufsicht vorgesehenen magnetischen Erfassungselementen besteht, ungefähr in der Mitte des ersten magnetischen Körpers positioniert ist.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Vielzahl der magnetischen Erfassungselemente nebeneinander in einer Matrixanordnung in vorgegebenen Abständen entlang der Längsrichtung und der kurzen Richtung des ersten magnetischen Körpers vorgesehen und elektrisch in Reihe geschaltet ist.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei: eine Vielzahl der ersten magnetischen Körper nebeneinander mit einem vorgegebenen Abstand entlang der kurzen Richtung des ersten magnetischen Körpers vorgesehen ist; der zweite magnetische Körper auf der ersten Oberfläche von jedem der ersten magnetischen Körper positioniert ist; und das magnetische Erfassungselement gegenüber von jedem der zweiten magnetischen Körper positioniert ist, wobei jeder der ersten magnetischen Körper dazwischen eingefügt ist.
Positionserfassungsvorrichtung, umfassend: ein magnetisches Erfassungsbauelement, das ein Erfassungssignal ausgibt, das auf der mit einer Bewegung eines bewegten Körpers einhergehenden Änderung eines äußeren Magnetfelds basiert; und ein Positionserfassungsbauelement, das die Position des bewegten Körpers auf der Grundlage des Erfassungssignals erfasst, das von dem magnetischen Erfassungsbauelement ausgegeben wird; wobei das magnetische Erfassungsbauelement einen Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14 umfasst.