JP2002267692A

JP2002267692A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2002267692A
Application number: JP2001064857A
Authority: JP
Inventors: Hajime Takada; 肇高田; Isamu Tei; 偉鄭
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2002-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】広範囲の電流に対しても検出感度を低下せず
に電流を検出する簡易な構造で且つ小型な構成の電流セ
ンサを提供する。【解決手段】プリント基板１上に形成され、被測定電
流を分流するように電流分流路３２，３３が形成された
バスバ３と、プリント基板１と略平行に配置されたセラ
ミクス基板７の一方の面に形成され、電流分流路３２に
接触又は接合された導電膜１６と、セラミクス基板７の
他方の面に形成され、磁性層と非磁性層とが交互に複数
回積層された多層膜を有し、該多層膜に印加される磁界
の変化に応じて抵抗値が変化するＧＭＲ膜９と、このＧ
ＭＲ膜９に一定のバイアス磁界を印加するバイアス磁石
１３とを備え、１つの電流分流路３２に流れる電流の検
出結果に基づいてバスバ３に流れる電流を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、巨大磁気抵抗（Ｇ
ＭＲ）素子と分流したバスバ形状との組み合わせで、広
範囲の電流に対しても検出感度を低下せずに電流を検出
する簡易な構造で且つ小型な構成の電流センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的に磁性体コアとホール素子とを用
いた電流センサの検出特性は、図１５に示すような特性
となっている。従って、通常では検知電流に対して出力
電圧が直線的に変化する線形領域が使用される。しか
し、大きな電流に対しては、線形領域を超えるため、検
出精度の悪化を招くことになる。

【０００３】この問題を解決するために、例えば車両の
電源線（バスバ）に流れる負荷電流を検出する場合に
は、図１６に示すようなバスバ２１０（金属板）を用い
る。このバスバ２１０には矩形状の切欠部２１１が形成
され、この切欠部２１１によりバスバ２１０には２つの
電流分流路２１２，２１３が形成されている。電流分流
路２１２は幅がＬ１で電流Ｉ１が流れ、電流分流路２１
３は幅がＬ２で電流Ｉ２が流れている。そして、図１７
に示すように、バスバ２１０に磁性体コア２１４とホー
ル素子２１５とを組み付けて電流センサを構成する。

【０００４】この電流センサは、バスバ２１０に流れる
電流を２つの電流分流路２１２，２１３により分流し、
分流した一部の電流、すなわち電流分流路２１２に流れ
る電流をホール素子２１５からの出力により検出し、検
出出力とバスバ２１０の幅Ｌ１，Ｌ２とに基づいてバス
バ２１０に流れる総電流値を算出している。この電流セ
ンサによれば、バスバ２１０を流れる電流が大きくて
も、ホール素子の線形領域を利用でき、ホール素子の検
出精度を改善でき、また、組み立てやレイアウトの自由
度についても改善することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、検出素
子としてホール素子を用いているため、低電流（低磁
界）での感度及び出力が小さい。また、ホール素子の感
度及び出力特性を向上させるために、ホール素子方式で
は、磁性体コアが必要である。すなわち、この磁性体コ
アにより電流センサが大型化するという問題もある。

【０００６】本発明は、広範囲の電流に対しても検出感
度を低下せずに電流を検出する簡易な構造で且つ小型な
構成の電流センサを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電流センサは、
前記課題を解決するために以下の構成とした。請求項１
の発明の電流センサは、第１の基板上に形成され、被測
定電流を分流するように複数の電流分流路が形成された
金属板と、前記第１の基板と略平行に配置された第２の
基板の一方の面に形成され、前記複数の電流分流路の内
の１つの電流分流路に接触又は接合された導電膜と、前
記第２の基板の他方の面に形成され、磁性層と非磁性層
とが交互に複数回積層された多層膜を有し、該多層膜に
印加される磁界の変化に応じて抵抗値が変化する磁気抵
抗手段と、この磁気抵抗手段に一定のバイアス磁界を印
加するバイアス磁界印加手段とを備え、前記１つの電流
分流路に流れる電流の検出結果に基づいて前記金属板に
流れる電流を検出することを特徴とする。

【０００８】請求項１の発明によれば、複数の電流分流
路の内の１つの電流分流路に接触又は接合された導電膜
に流れる被測定電流により生ずる被測定磁界とバイアス
磁界印加手段による一定のバイアス磁界とが磁気抵抗手
段に印加され、バイアス磁界と被測定磁界との合成磁界
の変化に応じて抵抗値が大きく変化するため、１つの電
流分流路に流れる電流を検出でき、該電流の検出結果に
基づいて金属板に流れる電流を検出できる。従って、広
範囲の電流に対しても検出感度が低下せず、簡易な構造
で且つ小型な電流センサを提供することができる。ま
た、第２の基板の一方の面に導電膜が形成され、他方の
面に磁気抵抗手段が形成され、被測定磁界の発生箇所が
導電膜で、磁界検知箇所が磁気抵抗手段であるので、磁
界発生箇所と磁界検知箇所とのギャップが一定となる。
従って、精密実装も不要となり、基板の歪み等でギャッ
プが変化することがなくなり、検知精度が向上する。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の電流セ
ンサにおいて、前記金属板の、電流が流れる方向に対し
て平行な両側辺からそれぞれ所定の距離だけ離れた位置
に切欠部を形成することにより、前記金属板上に２つの
前記電流分流路を形成したことを特徴とする。

【００１０】請求項２の発明によれば、切欠部により金
属板上に２つの前記電流分流路が形成され、一方の電流
電流路に流れる電流の検出結果に基づいて金属板に流れ
る電流を検出することができる。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
記載の電流センサにおいて、前記磁気抵抗手段は、前記
多層膜表面が前記金属板に流れる被測定電流によって発
生される磁界と略平行となるように配置されていること
を特徴とする。請求項３の発明によれば、磁界が多層膜
に多く入るから、より大きなセンサ出力を得ることがで
きる。

【００１２】請求項４の発明の電流センサは、請求項１
乃至請求項３のいずれか１項記載の電流センサにおい
て、前記非磁性層の膜厚の変化に対して磁気抵抗変化率
が複数のピークを持つ場合に、複数のピークの中から前
記膜厚が２番目に小さいときの第２ピークを選択し、前
記非磁性層の膜厚を、選択された第２ピークにおける膜
厚に決定することを特徴とする。

【００１３】請求項４の発明によれば、非磁性層の膜厚
を、選択された第２ピークにおける膜厚としたので、金
属板に流れる広範囲の電流を高感度に検出できる。

【００１４】請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４
のいずれか１項記載の電流センサにおいて、前記第２の
基板の一方の面と前記導電膜との間、及び前記第２の基
板の他方の面と前記磁気抵抗手段との間のそれぞれに
は、絶縁膜が形成されていることを特徴とする。請求項
５の発明によれば、絶縁膜により導電膜と磁気抵抗手段
との間の電気的絶縁性が向上し、検知精度がさらに向上
する。

【００１５】請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５
のいずれか１項記載の電流センサにおいて、前記磁性層
は、ＣｏＦｅ薄膜であり、前記非磁性層は、Ｃｕ薄膜で
あることを特徴とする。請求項６の発明によれば、金属
板に流れる電流の検出範囲を広げることができる。

【００１６】請求項７の発明は、請求項１乃至請求項５
のいずれか１項記載の電流センサにおいて、前記磁性層
は、ＮｉＦｅＣｏ薄膜であり、前記非磁性層は、Ｃｕ薄
膜であることを特徴とする。請求項７の発明によれば、
電流における電流変化に対する検出感度を向上させるこ
とができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電流センサの実施
の形態を図面を参照して詳細に説明する。

【００１８】まず、実施の形態の電流センサの説明に先
立って、図７及び図８を用いて、第１の実施の形態の電
流センサを採用した理由について説明する。

【００１９】まず、図７に示すように、ホール素子５０
だけを用いて電流センサを構成した場合、ホール素子５
０は、センサ出力を大きくするために、バスバ３（本発
明の金属板に対応）を流れる電流により生ずる磁界が素
子面（感磁面）に対して略垂直方向から入るように配置
する必要がある。

【００２０】すなわち、バスバ３の表面に対して素子面
が略垂直となるように配置する。このため、ホール素子
５０を用いた場合には、バスバ３からホール素子５０の
素子面が遠くなるため、素子面に入る磁界の強さが小さ
くなる。従って、小さな電流により生ずる小さい磁界に
対しては出力がとれない。また、磁性体コアで磁界を高
める場合は、センサの大型化につながる。

【００２１】一方、図８に示すように、ＧＭＲ素子５を
用いて電流センサを構成した場合、ＧＭＲ素子５は、セ
ンサ出力を大きくするために、バスバ３を流れる電流に
より生ずる磁界が素子面と略平行となるように配置する
必要がある。このため、図８に示すＧＭＲ素子５の方
が、バスバ３の近傍の強い（電流値による変化割合の大
きい）磁界を検出できるとともに、センサを小型化でき
る。そこで、実施の形態の電流センサは、図８に示すよ
うな基本的な構成を採用している。

【００２２】次に、実施の形態の電流センサの具体的な
構成を説明する。図１に実施の形態の電流センサの構成
図を示す。図２に実施の形態の電流センサの断面図を示
す。

【００２３】図１に示す電流センサは、バスバ３に流れ
る電流により生ずる磁界を測定することにより該磁界に
基づいて前記電流を検出するもので、プリント基板１
と、このプリント基板１の表面側上に形成され、被測定
電流を分流するように２つの電流分流路３２，３３が形
成されたバスバ３と、プリント基板１と略平行に配置さ
れたガラス、アルミナ等の絶縁性基板からなるセラミク
ス基板７と、このセラミクス基板７の一方の面（バスバ
３と向き合う面）に形成され、２つの電流分流路３２，
３３の内の１つの電流分流路３２に接合面６を介して接
触又は接合された導電膜１６と、セラミクス基板７の他
方の面に形成され、磁性層と非磁性層とが交互に複数回
積層された多層膜を有し、該多層膜に印加される磁界の
変化に応じて抵抗値が変化するＧＭＲ膜（本発明の磁気
抵抗手段に対応）９と、このＧＭＲ膜９に一定のバイア
ス磁界を印加するバイアス磁石１３とを備えている。導
電膜１６、ＧＭＲ膜９及びバイアス磁石１３がセラミク
ス基板７に実装され、これらの素子でＧＭＲ素子５を構
成する。

【００２４】また、バスバ３は、図３に示すように構成
されている。すなわち、バスバ３には矩形状の切欠部３
１が形成され、この切欠部３１によりバスバ３には２つ
の電流分流路３２，３３が形成されている。電流分流路
３２は幅がＬ１で電流Ｉ１が流れ、電流分流路３３は幅
がＬ２で電流Ｉ２が流れている。

【００２５】この電流センサは、バスバ３に流れる電流
を２つの電流分流路３２，３３により分流し、分流した
一部の電流、すなわち電流分流路３２に流れる電流をＧ
ＭＲ膜９からの出力により検出し、検出出力とバスバ３
の幅Ｌ１，Ｌ２とに基づいてバスバ３に流れる総電流値
を算出するようになっている。

【００２６】導電膜１６は、銅、黄銅、アルミニウム、
金、白金、銀、鉄、ニッケル、タンタル、チタン又はそ
れらの合金からなる。セラミクス基板７は、０．２ｍｍ
〜０．３ｍｍ程度であり、導電膜１６は、数十μｍ程度
（具体的には３０μｍ〜４０μｍ程度）である。ＧＭＲ
膜９は、通常では１００ｎｍ程度であり、最大でも数百
ｎｍである。

【００２７】ＧＭＲ膜９と導電膜１６とは、セラミクス
基板７を挟んで略対向する位置に配置されており、該Ｇ
ＭＲ膜９は、多層膜表面がバスバ３に流れる被測定電流
によって発生される磁界と略平行となるように配置され
ている。また、バイアス磁石１３は、セラミクス基板７
の他方の面上で且つＧＭＲ膜９の近傍に配置されてい
る。なお、接合面６の接合方法は超音波接合又は半田接
合を用いても良く、あるいはその他の方法を用いても良
い。超音波接合方法については、後で図を用いて詳細に
説明する。

【００２８】図４に実施の形態のＧＭＲ素子のパターン
形状図を示す。ＧＭＲ素子５は、両側に設けられたＧＭ
Ｒ電極１１ａ，１１ｂと、櫛状の電極パターンからなり
且つ多層膜からなるＧＭＲ膜９とを有している。

【００２９】ＧＭＲ膜９は、印加された磁界の変化によ
り抵抗変化を生ずるもので、図５に示すように、Ｓｉか
らなる基板７の表面上に形成されたＳｉＯ_２薄膜２１、
このＳｉＯ_２薄膜２１上に積層されたＣｏＦｅ薄膜２３
（本発明の磁性層に対応）、このＣｏＦｅ薄膜２３上に
積層されたＣｕ薄膜２５（本発明の非磁性層に対応）を
有するとともに、ＣｏＦｅ薄膜２３及びＣｕ薄膜２５を
交互に各々３０層分積層（これをＳｉ／ＳｉＯ_２／［Ｃ
ｏＦｅ／Ｃｕ］３０と表す。）して構成されている。Ｃ
ｏＦｅ薄膜２３の膜厚は、１０〜３０Åであり、Ｃｕ薄
膜２５の膜厚は２１Å±１Åである。

【００３０】ＧＭＲ素子５のＭＲ比（本発明の磁気抵抗
変化率（％）に対応）の特性は、非磁性層の膜厚に敏感
で、図６に示すように、ＧＭＲ素子のＣｕ層の厚さによ
りＭＲ比にピークが発生する。Ｃｕ層の厚さが約９Åの
ときにＭＲ比の第１ピークが発生し、Ｃｕ層の厚さが約
２１ÅのときにＭＲ比の第２ピークが発生する。通常、
ＧＭＲ膜を回転センサなどのセンサ素子として使用する
場合は、１００Ｏｅ前後の磁界変化で、１０〜２０％程
度のＭＲ比を示す特性を利用する。このため、第１の実
施の形態では、ＭＲ比の第２ピークを用い、Ｃｕ層の厚
さを約２１Åに設定する。

【００３１】また、ＭＲ比の大きさは積層周期数に依存
し、積層周期数の増大とともにＭＲ比は増加傾向を示
す。しかし、積層周波数が５０周期（１００層）程度と
なると、周期構造が乱れてくるため、ＭＲ比は低下傾向
に転じる。この現象は作製上の問題であり、一般的な作
製法（スパッタなど）では、ＧＭＲ効果に寄与する界面
の生成に限界がある。スパッタ法では、１０〜４５周期
（２０〜９０層）程度の積層周期が適当である。今回は
積層周期を３０周期（６０層）とした。

【００３２】また、基板７の表面左側で且つＧＭＲ膜９
の近傍には左右方向の両端部が両磁極となるように着磁
された平板状のバイアス磁石１３が固着されており、こ
のバイアス磁石１３は、本発明のバイアス磁界印加手段
に相当し、磁化方向が電流方向に対して直角方向（図２
の水平方向）であり、ＧＭＲ膜９に向けてバイアス磁界
を発生する。電流方向は、図２の紙面に対して垂直方向
である。

【００３３】また、ＧＭＲ電極１１ｂは、接地され、Ｇ
ＭＲ電極１１ａにはＧＭＲ素子５に定電流を供給するた
めの定電流源１５が接続されている。このため、ＧＭＲ
電極１１ａ，１１ｂの両端電圧がセンサ出力として取り
出されて、図示しないセンサ信号処理部に出力され、こ
のセンサ信号処理部が、電流分流路３２に流れる電流を
検出し、この検出出力とバスバ３の幅Ｌ１，Ｌ２とに基
づいてバスバ３に流れる総電流値を算出するようになっ
ている。

【００３４】次に、このように構成された実施の形態の
電流センサの動作を図面を参照しながら説明する。

【００３５】まず、プリント基板１に形成されたバスバ
３に被測定電流が流れると、被測定電流は、切欠部３１
により、電流電流路３２と電流分流路３３とに分流され
る。このとき、電流分流路３２に接触又は接合された導
電膜１６にも電流が流れる。なお、導電膜１６と電流電
流路３２とは接合または充分な接着により両者の電流値
の差はない。

【００３６】すると、導電膜１６に流れる被測定電流に
より生ずる被測定磁界とバイアス磁石１３による一定の
バイアス磁界とがＧＭＲ膜９に印加される。このため、
バイアス磁界と被測定磁界との合成磁界の変化に応じて
ＧＭＲ膜９の抵抗値が大きく変化するため、１つの電流
分流路３２に流れる電流Ｉ１を検出できる。

【００３７】また、センサ信号処理部（図示せず）は、
１つの電流分流路３２に流れる電流Ｉ１とバスバ３の幅
Ｌ１，Ｌ２の比（Ｌ２／Ｌ１）とに基づいて電流分流路
３３に流れる電流Ｉ２を算出する。ここで、Ｉ１とＩ２
とは分割したバスバ３の幅に依存した値となり、Ｉ１：
Ｉ２＝Ｌ１：Ｌ２の関係があるからである。そして、得
られた電流Ｉ１と電流Ｉ２とを合計することにより、バ
スバ３に流れる総電流値を算出する。

【００３８】すなわち、分流した一部の電流を検出する
ことで、バスバ３に流れる大電流を検出することができ
る。また、検出素子としてＧＭＲ素子５を用いているの
で、低電流（低磁界）でも高感度で電流を検出すること
ができる。また、ホール素子を用いていないので、磁性
体コアが不要となった。従って、広範囲の電流に対して
も検出感度が低下せず、簡易な構造で且つ小型な電流セ
ンサを提供することができる。

【００３９】ここで、バスバ３及びＧＭＲ膜９間の距離
（間隔）は、ＧＭＲ膜９に印加される磁界強度と密接な
関係がある。図９にバスバ３及びＧＭＲ膜９間の距離と
バスバ３に流れる電流により生ずる磁界Ｈの強さとの関
係を示す。図９において、磁界Ｈ（磁束密度Ｘ方向成
分、すなわち、ＧＭＲ膜９の面方向成分）は、バスバ３
及びＧＭＲ膜９間の距離に反比例して減少しており、ま
た、磁界Ｈは、バスバ３に流れる電流Ｉの大きさに比例
して増加している。これは、アンペアの周回定理から、
磁界Ｈが、（１）式で表されるからである。

【００４０】Ｈ＝Ｉ／２πｒ・・・・（１）ここで、ｒは前記距離である。

【００４１】以上のことから、実施の形態の電流センサ
では、ＧＭＲ膜９をバスバ３の近傍に配置し、より強い
磁界ＨをＧＭＲ膜９に印加している。これによって、よ
り大きなセンサ出力が得られるから、バスバ３上の電流
を精度良く検出することができる。

【００４２】また、ＧＭＲ素子５の磁気抵抗曲線等の特
性は、ＧＭＲ膜９の材料やその構造等に大きく依存して
いる。図１０にＧＭＲ膜９の構造をＳｉ／ＳｉＯ_２／
［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］３０（周期が３０で６０層）とした
場合の磁気抵抗曲線を示す。図１０において、横軸は印
加磁界であり、縦軸はＧＭＲ素子の抵抗値である。ＭＲ
比は２４％である。

【００４３】図１０に示す例では、バイアス磁石１３に
よりＧＭＲ膜９に約８０エルステッド（０ｅ）のバイア
ス磁界を印加するとともに、バスバ３及びＧＭＲ膜９間
のギャップ（距離）を約２００μｍ程度に保持した。

【００４４】また、このときの電流値と抵抗値との関係
を図１１に示す。図１１に示すように、電流値を０→５
Ａに変化した場合と、電流値を５→０Ａに変化した場合
とのそれぞれについて、電流の変化に対して抵抗値が直
線的に変化しており、１Ａ当たりの抵抗変化は５Ω以上
である。このＧＭＲ素子５に定電流源１５から１ｍＡの
電流を流した場合、５ｍＶ以上の電圧変化が出力として
得られる。この出力変化は、直線的である。この出力を
図示しないセンサ信号処理部で処理して、１Ａの差異を
判断する。これにより、０〜５Ａの範囲で１Ａの差異を
確実に判断できる出力を得た。

【００４５】さらに、バスバ３に１０Ａの電流を流した
とき、ＧＭＲ膜９に印加される磁界（被測定磁界）は、
図９からもわかるように、５０エルステッド（Ｏｅ）弱
である。バイアス磁界が約８０エルステッド（Ｏｅ）だ
け印加されており、図１０において、バイアス磁界に対
応する抵抗値をＱとする。

【００４６】また、バイアス磁界８０（Ｏｅ）＋被測定
磁界５０（Ｏｅ）に対応する抵抗値Ｓと、バイアス磁界
８０（Ｏｅ）−被測定磁界５０（Ｏｅ）に対応する抵抗
値Ｒとの間は、磁界変化に対して抵抗が直線的に変化し
ており、感度の良い領域である。

【００４７】すなわち、このような構成のＧＭＲ膜９を
用い且つ一定のバイアス磁界を印加することで、バスバ
３に流れる０〜１０Ａ程度の範囲（バイアス磁界内にお
いて磁界が発生する電流範囲）の電流値を、確実に検出
することができる。また、抵抗値がＱを中心としてＲ−
Ｓ間で変化するので、抵抗値により電流方向も検出する
ことができる。

【００４８】また、前述した図１０の例では、ＧＭＲ膜
９として、Ｓｉ／ＳｉＯ_２／［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］３０を
用いたが、ＧＭＲ膜９として、例えば、Ｓｉ／ＳｉＯ_２
／ＮｉＦｅＣｏ［ＮｉＦｅＣｏ／Ｃｕ］２０を用いても
良い。図１２にＧＭＲ膜の構造をＳｉ／ＳｉＯ_２／Ｎｉ
ＦｅＣｏ［ＮｉＦｅＣｏ／Ｃｕ］２０とした場合の磁気
抵抗曲線を示す。図１２において、横軸は印加磁界であ
り、縦軸はＧＭＲ素子の抵抗値である。ＭＲ比は７．６
％である。

【００４９】このＧＭＲ膜９は、基板上にＳｉＯ_２薄
膜、このＳｉＯ_２薄膜上に積層されるＮｉＦｅＣｏ薄
膜、このＮｉＦｅＣｏ薄膜上に、さらにＮｉＦｅＣｏ薄
膜（本発明の磁性層に対応）とＣｕ薄膜（本発明の非磁
性層に対応）とが交互に２０層分積層されて構成されて
いる。

【００５０】図１０に示す磁気抵抗曲線と図１２に示す
磁気抵抗曲線とを比較すると、図１２に示す磁気抵抗曲
線の方が、低磁界領域での感度（磁界の変化に対する抵
抗値の変化割合）に優れている。すなわち、ＧＭＲ膜９
の構造をＳｉ／ＳｉＯ_２／ＮｉＦｅＣｏ［ＮｉＦｅＣｏ
／Ｃｕ］２０とした場合には、低磁界領域において、電
流変化に対する検出感度を向上させることができる。

【００５１】但し、ＧＭＲ膜９の構造をＳｉ／ＳｉＯ_２
／ＮｉＦｅＣｏ［ＮｉＦｅＣｏ／Ｃｕ］２０とした場合
には、高感度を有する範囲は、ＧＭＲ膜９の構造をＳｉ
／ＳｉＯ_２／［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］３０とした場合よりも
狭いため、これに伴って、検出電流範囲も小さくなる。

【００５２】また、ＭＲ比の第２ピークを用い、Ｃｕ層
の厚さを約２１Åに設定したので、分流後の電流分流路
３２に流れるバスバ電流、すなわち、０〜１０Ａ程度の
範囲の電流値を高感度に検出することができる。

【００５３】また、図４に示すように、ＧＭＲ膜９の長
手方向の電極パターンが、バスバ３に流れる電流により
生ずる磁界Ｈに対して、略垂直となるように配置されて
いる。このように電極パターンを配置することで、より
大きなセンサ出力を取り出すことができる。

【００５４】また、ＧＭＲ膜９は、ＧＭＲ膜表面がバス
バ３に流れる被測定電流によって発生される磁界と略平
行となるように配置されているので、磁界がＧＭＲ膜９
に多く入るから、より大きなセンサ出力を得ることがで
きる。また、セラミクス基板７の他方の面には、ＧＭＲ
膜９の近傍にバイアス磁石１３が配置されているので、
バイアス磁界がＧＭＲ膜９に多く入るから、より大きな
センサ出力を得ることができる。

【００５５】また、セラミクス基板７の一方の面に導電
膜１６が形成され、他方の面にＧＭＲ膜９が形成され、
被測定磁界の発生箇所が導電膜１６で、磁界検知箇所が
ＧＭＲ膜９であるので、磁界発生箇所と磁界検知箇所と
のギャップが一定となる。従って、精密実装も不要とな
り、基板の歪み等でギャップが変化することがなくな
り、検知精度が向上する。また、コストを大幅に低減す
ることができる。

【００５６】次に、図１３を参照しながら、超音波接合
方法を説明する。まず、図１３（ａ）に示すように、金
属部材６１ａ（導電膜１６に対応）と金属部材６１ｂ
（バスバ３に対応）とのそれぞれの表面６３ａ，６３ｂ
には、微細な凹凸が形成され、且つ酸化膜６２ａ，６２
ｂが形成されている。これらの金属部材６１ａ，６１ｂ
に、図示しない超音波振動子により、振幅が数十μｍで
約０．１ＭＰａ前後の圧力を印加させて数十ｋＨｚの超
音波振動を加える。

【００５７】すると、超音波振動により、図１３（ｂ）
に示すように、酸化膜６２ａ，６２ｂが破壊され、さら
に、超音波振動を加えると、図１３（ｃ）に示すよう
に、表面の凹凸がなくなる。さらに、図１３（ｄ）に示
すように、原子間力が働くほどの距離に近づくと、金属
部材６１ａと金属部材６１ｂとが接合面６５を介して接
合される。

【００５８】また、実施の形態の電流センサは、図１４
に示すような変形例としてもよい。この変形例では、セ
ラミクス基板７に代えて、導電性基板又は半導体基板７
ａを用い、該基板７ａの両面に絶縁膜１７を形成したも
ので、その他の構成は図２に示す構成と同一である。

【００５９】このような変形例によれば、基板７ａの一
方の面と導電膜１６との間、及び基板７ａの他方の面と
ＧＭＲ膜９との間のそれぞれには、絶縁膜１７が形成さ
れているので、絶縁膜１７により導電膜１６とＧＭＲ膜
９との間の電気的絶縁性が向上し、検知精度がさらに向
上する。

【００６０】なお、本発明は前述した実施の形態の電流
センサに限定されるものではない。上述した実施の形態
では、被測定電流を１つの切欠部３１により２方向に分
流したが、例えば、被測定電流を３方向以上に分流して
も良く、３以上の電流分流路のいずれか１つの電流分流
路にＧＭＲ素子９を配置し、この電流分流路に流れる電
流を検出し、該検出結果と各電流分流路の幅とに基づい
てバスバ３に流れる総電流値を算出しても良い。

【００６１】また、上述した実施の形態では、ＧＭＲ膜
９として、Ｓｉ／ＳｉＯ_２／ＮｉＦｅＣｏ［ＮｉＦｅＣ
ｏ／Ｃｕ］２０、Ｓｉ／ＳｉＯ_２／［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］
３０を例示したが、これらのＧＭＲ膜９に限定されるこ
となく、その他のＧＭＲ膜９を用いても良い。

【００６２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、複数の電流分
流路の内の１つの電流分流路に接触又は接合された導電
膜に流れる被測定電流により生ずる被測定磁界とバイア
ス磁界印加手段による一定のバイアス磁界とが磁気抵抗
手段に印加され、バイアス磁界と被測定磁界との合成磁
界の変化に応じて抵抗値が大きく変化するため、１つの
電流分流路に流れる電流を検出でき、該電流の検出結果
に基づいて金属板に流れる電流を検出できる。従って、
広範囲の電流に対しても検出感度が低下せず、簡易な構
造で且つ小型な電流センサを提供することができる。ま
た、第２の基板の一方の面に導電膜が形成され、他方の
面に磁気抵抗手段が形成され、被測定磁界の発生箇所が
導電膜で、磁界検知箇所が磁気抵抗手段であるので、磁
界発生箇所と磁界検知箇所とのギャップが一定となる。
従って、精密実装も不要となり、基板の歪み等でギャッ
プが変化することがなくなり、検知精度が向上する。

【００６３】請求項２の発明によれば、切欠部により金
属板上に２つの前記電流分流路が形成され、一方の電流
電流路に流れる電流の検出結果に基づいて金属板に流れ
る電流を検出することができる。

【００６４】請求項３の発明によれば、磁気抵抗手段
は、多層膜表面が金属板に流れる被測定電流によって発
生される磁界と略平行となるように配置されているの
で、磁界が多層膜に多く入るから、より大きなセンサ出
力を得ることができる。

【００６５】請求項４の発明によれば、非磁性層の膜厚
を、選択された第２ピークにおける膜厚としたので、金
属板に流れる広範囲の電流を高感度に検出できる。

【００６６】請求項５の発明によれば、第２の基板の一
方の面と導電膜との間、及び第２の基板の他方の面と磁
気抵抗手段との間のそれぞれに絶縁膜が形成されている
ので、絶縁膜により導電膜と磁気抵抗手段との間の電気
的絶縁性が向上し、検知精度がさらに向上する。

【００６７】請求項６の発明によれば、磁性層がＣｏＦ
ｅ薄膜であり、非磁性層がＣｕ薄膜であるので、金属板
に流れる電流の検出範囲を広げることができる。

【００６８】請求項７の発明によれば、磁性層がＮｉＦ
ｅＣｏ薄膜であり、非磁性層がＣｕ薄膜であるので、電
流における電流変化に対する検出感度を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の電流センサの構成図である。

【図２】実施の形態の電流センサの断面図である。

【図３】実施の形態のバスバーの平面図である。

【図４】実施の形態のＧＭＲ素子のパターン形状図であ
る。

【図５】ＧＭＲ膜の詳細な構造図である。

【図６】ＧＭＲ素子のＣｕ層の厚さとＭＲ比との関係を
示す図である。

【図７】ホール素子を用いて構成した電流センサを示す
図である。

【図８】ＧＭＲ素子を用いて構成した電流センサを示す
図である。

【図９】バスバ及びＧＭＲ膜間の距離とバスバに流れる
電流により生ずる磁界の強さとの関係を示す図である。

【図１０】ＧＭＲ膜の構造をＳｉ／ＳｉＯ_２／［ＣｏＦ
ｅ／Ｃｕ］３０とした場合の磁気抵抗曲線を示す図であ
る。

【図１１】電流値と抵抗値との関係を示す図である。

【図１２】ＧＭＲ膜の構造をＳｉ／ＳｉＯ_２／ＮｉＦｅ
Ｃｏ［ＮｉＦｅＣｏ／Ｃｕ］２０とした場合の磁気抵抗
曲線を示す図である。

【図１３】超音波接合を説明する図である。

【図１４】実施の形態の電流センサの変形例の構成図で
ある。

【図１５】ホール素子を用いた従来の電流センサの電流
検出特性を示す図である。

【図１６】従来のバスバーの平面図である。

【図１７】従来のバスバーを有する電流検出装置の一例
の構成図である。

【符号の説明】

１プリント基板３バスバー５，５ａＧＭＲ素子６接合面７セラミクス基板７ａ導電性基板又は半導体基板９ＧＭＲ膜１１ａ，１１ｂＧＭＲ電極１３バイアス磁石１５定電流源１６導電膜１７絶縁膜２１ＳｉＯ_２薄膜２３ＣＯＦｅ薄膜２５Ｃｕ薄膜３１切欠部３２，３３電流分流路５０ホール素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板上に形成され、被測定電流を
分流するように複数の電流分流路が形成された金属板
と、前記第１の基板と略平行に配置された第２の基板の一方
の面に形成され、前記複数の電流分流路の内の１つの電
流分流路に接触又は接合された導電膜と、前記第２の基板の他方の面に形成され、磁性層と非磁性
層とが交互に複数回積層された多層膜を有し、該多層膜
に印加される磁界の変化に応じて抵抗値が変化する磁気
抵抗手段と、この磁気抵抗手段に一定のバイアス磁界を印加するバイ
アス磁界印加手段とを備え、前記１つの電流分流路に流れる電流の検出結果に基づい
て前記金属板に流れる電流を検出することを特徴とする
電流センサ。
【請求項２】前記金属板の、電流が流れる方向に対し
て平行な両側辺からそれぞれ所定の距離だけ離れた位置
に切欠部を形成することにより、前記金属板上に２つの
前記電流分流路を形成したことを特徴とする請求項１記
載の電流センサ。
【請求項３】前記磁気抵抗手段は、前記多層膜表面が
前記金属板に流れる被測定電流によって発生される磁界
と略平行となるように配置されていることを特徴とする
請求項１又は請求項２記載の電流センサ。
【請求項４】前記非磁性層の膜厚の変化に対して磁気
抵抗変化率が複数のピークを持つ場合に、複数のピーク
の中から前記膜厚が２番目に小さいときの第２ピークを
選択し、前記非磁性層の膜厚を、選択された第２ピーク
における膜厚に決定することを特徴とする請求項１乃至
請求項３のいずれか１項記載の電流センサ。
【請求項５】前記第２の基板の一方の面と前記導電膜
との間、及び前記第２の基板の他方の面と前記磁気抵抗
手段との間のそれぞれには、絶縁膜が形成されているこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記
載の電流センサ。
【請求項６】前記磁性層は、ＣｏＦｅ薄膜であり、前
記非磁性層は、Ｃｕ薄膜であることを特徴とする請求項
１乃至請求項５のいずれか１項記載の電流センサ。
【請求項７】前記磁性層は、ＮｉＦｅＣｏ薄膜であ
り、前記非磁性層は、Ｃｕ薄膜であることを特徴とする
請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の電流セン
サ。