JP2003107140A - Magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、主として産業機
器、家電機器等の使用に好適な、磁気を高感度・高精度
に検出する磁気センサであって、特に外部磁場に対する
インピーダンス変化を検出原理とする磁気センサに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic sensor for detecting magnetism with high sensitivity and high accuracy, which is suitable mainly for use in industrial equipment, home electric appliances, etc. Magnetic sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の磁気センサの中で、磁気インピー
ダンス素子ＭＩを構成要素とする磁気センサがある。こ
の磁気インピーダンス素子は、磁性体に数ＭＨｚ以上の
高周波電圧を印加した場合に生ずる表皮効果の表皮深さ
が透磁率の平方の逆数に比例すること、および前記磁性
体の透磁率が、外部磁場により大きく変動することに起
因して、磁性体のインピーダンスが外部磁場によって変
動する性質を利用した素子である。2. Description of the Related Art Among conventional magnetic sensors, there is a magnetic sensor having a magnetic impedance element MI as a constituent element. In this magneto-impedance element, the skin depth of the skin effect produced when a high frequency voltage of several MHz or more is applied to the magnetic body is proportional to the reciprocal of the square of the magnetic permeability, and the magnetic permeability of the magnetic body is equal to the external magnetic field. It is an element that utilizes the property that the impedance of the magnetic material fluctuates due to an external magnetic field due to a large fluctuation due to.
【０００３】磁性体のインピーダンス変動を利用した磁
気センサとしての応用の試みは、特開昭５９−２２０４
により始まる。さらに、１９８９年に第１３回日本応用
磁気学会において、加茂芳邦氏、島田寛氏により、磁性
体を薄膜と、ワイヤに形成し、それぞれの高周波電気抵
抗の外部磁場による変化についての研究が発表された。An attempt to apply it as a magnetic sensor utilizing the impedance variation of a magnetic material is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-2204.
Begins with. In 1989, Yoshikuni Kamo and Hiroshi Shimada presented a study on the change of high-frequency electric resistance by an external magnetic field by forming a magnetic material into a thin film and a wire at the 13th Japan Society for Applied Magnetics. It was
【０００４】その後、１９９２年に電気学会マグネティ
ックス研究会にて毛利佳年雄氏らによってワイヤ形状で
の開発が提案され、従来のＭＲ素子の１０倍のインピー
ダンス変化率を持つ素子として、開発が始められた。Thereafter, in 1992, at the Institute of Electrical Engineers of Japan, Magnetics Study Group, Yoshitoshi Mohri et al. Proposed the development of a wire shape, which was developed as an element having an impedance change rate 10 times that of a conventional MR element. I was started.
【０００５】薄膜形状での開発も行われており、特開平
８−７５８３５においては、磁性膜により固定磁気バイ
アスを加え、被検出磁界の変動によるインピーダンス変
動を線形的に検出することに成功している。A thin film has been developed, and in Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-75835, a fixed magnetic bias is applied by a magnetic film to succeed in linearly detecting the impedance fluctuation due to the fluctuation of the magnetic field to be detected. There is.
【０００６】本出願人は、特願平９−７５１７２にて、
磁気インピーダンスセンサ素子基板上に、磁気検出コア
を２辺組み入れたブリッジ回路を取り込み、抵抗辺と磁
気検出コアのインピーダンスをほぼ等しくした構成を提
供した。このようにすることで、磁気検出コアのインピ
ーダンス変動を電圧変動として検出し、磁気検出感度の
向上と、オフセット削減の機能を持たせることに成功し
た。The applicant of the present invention has filed Japanese Patent Application No. 9-75172.
On the magnetic impedance sensor element substrate, a bridge circuit incorporating two sides of the magnetic detection core is incorporated to provide a configuration in which the impedances of the resistance side and the magnetic detection core are substantially equal. By doing so, the impedance variation of the magnetic detection core was detected as a voltage variation, and the magnetic detection sensitivity was improved and the offset reduction function was successfully achieved.
【０００７】さらに特願平１１−３０９８において、抵
抗辺を非磁性体にして小型化し、渦巻きコイル、薄膜コ
イル、磁性膜による磁気バイアス手段を提供している。Further, Japanese Patent Application No. 11-3098 provides a magnetic bias means using a spiral coil, a thin film coil, and a magnetic film by reducing the resistance side to a non-magnetic body to reduce the size.
【０００８】非磁性基板上に高透磁率磁性膜を形成して
構成され、直線が途中で複数回平行に折り返されて長手
方向に対し垂直な方向となるように磁気異方性が付けら
れた素子が特開平７−２８５４７６において提供されて
いる。このように、複数回折り返すことで、磁性膜の総
延長を長くしても素子全体を短くし小型化できる。ま
た、高インピーダンスになり消費電力が軽減され、かつ
高い電圧シグナルを磁気インピーダンス素子より得るこ
とが可能となり、信号検出回路、増幅回路へのコスト負
担も軽減され使用しやすい素子となる。A high-permeability magnetic film is formed on a non-magnetic substrate, and magnetic anisotropy is applied so that a straight line is folded back in parallel a plurality of times in the middle to be a direction perpendicular to the longitudinal direction. A device is provided in JP-A-7-285476. As described above, by folding back a plurality of times, the entire element can be shortened and downsized even if the total extension of the magnetic film is lengthened. Further, the impedance becomes high, the power consumption is reduced, and a high voltage signal can be obtained from the magneto-impedance element, the cost burden on the signal detection circuit and the amplification circuit is reduced, and the element is easy to use.
【０００９】ここで、磁気インピーダンス素子について
説明する。図５は、従来の磁気センサの説明図である。
誘電体基板を洗浄し、フォトレジストにてマスキングし
て磁性膜をスパッタする。リフトオフによりパターニン
グを行うことで、図５の形状のアモルファス磁性薄膜に
よる磁性コアが形成される。真空中で熱処理を行う。前
記の熱処理によって磁性膜の横方向に磁化容易軸が形成
され、磁気センサとしての感度が向上する。その後、電
極も同様にリフトオフで形成することで磁気インピーダ
ンスセンサが得られる。The magneto-impedance element will be described below. FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional magnetic sensor.
The dielectric substrate is washed, masked with a photoresist, and the magnetic film is sputtered. By performing patterning by lift-off, a magnetic core made of an amorphous magnetic thin film having the shape shown in FIG. 5 is formed. Heat treatment is performed in vacuum. By the heat treatment, the easy axis of magnetization is formed in the lateral direction of the magnetic film, and the sensitivity as a magnetic sensor is improved. After that, the electrodes are similarly formed by lift-off to obtain a magnetic impedance sensor.
【００１０】図６は、従来の他の例を示す磁気センサの
説明図である。図６は、非磁性導体膜３１により磁性コ
アを接続したつづら型素子を構成する磁気センサであ
る。素子をより小型にする場合、磁性体によって接続を
行うと磁性コア間の距離が短くなったときに、接続部磁
性体による磁区への影響が大きくなる。一方、接続部を
非磁性導体膜３１とすることで磁区の乱れが生じにく
い。FIG. 6 is an explanatory diagram of another conventional magnetic sensor. FIG. 6 shows a magnetic sensor forming a zigzag type element in which a magnetic core is connected by a non-magnetic conductor film 31. When the element is made smaller, when the distance between the magnetic cores is shortened when the connection is made by the magnetic material, the influence of the magnetic material at the connection portion on the magnetic domain becomes large. On the other hand, by using the non-magnetic conductor film 31 as the connecting portion, the disorder of the magnetic domain is unlikely to occur.
【００１１】図７は、磁性コア単体とつづら折型素子の
ＭＩ特性の比較図である。図７に示すように、短冊の素
子に比べて磁気感度一定の線形範囲が広がる一方で、磁
気感度が低下する。FIG. 7 is a comparison diagram of the MI characteristics of the magnetic core alone and the zigzag folded element. As shown in FIG. 7, the magnetic sensitivity is reduced while the linear range of constant magnetic sensitivity is widened as compared with the strip element.
【００１２】また、図８は、つづら折型素子の１本ごと
の磁性コアのＭＩ特性の説明図である。図８の結果が示
すように、中央部に近づくにしたがって磁気バイアスポ
イントが上昇している。FIG. 8 is an explanatory diagram of the MI characteristic of each magnetic core of the zigzag folded element. As the result of FIG. 8 shows, the magnetic bias point increases as it approaches the center.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】従来の磁気センサを構
成する磁気インピーダンス素子では、短冊形及びつづら
折れ構造とした磁性コアの磁気インピーダンス効果を利
用しているが、磁気インピーダンス特性は、磁性材料の
磁気異方性等の磁気特性に依存しており、材料の製法、
材料そのものによって制約があり、望ましいＭＩ特性を
設計する際に制限されるという問題点があった。また、
磁気インピーダンス素子を、つづら折れ構造とすること
で各辺の磁性コアのＭＩ特性のばらつきが平均化され、
その結果磁気感度が低下するという問題点があった。In the conventional magneto-impedance element constituting the magnetic sensor, the magneto-impedance effect of the magnetic core having the strip shape and the zigzag structure is utilized. Depending on the magnetic properties such as magnetic anisotropy,
There is a problem that there is a limitation due to the material itself, and it is limited when designing a desired MI characteristic. Also,
By making the magneto-impedance element into a zigzag structure, variations in MI characteristics of the magnetic cores on each side are averaged,
As a result, there is a problem that the magnetic sensitivity is lowered.
【００１４】 従って、本発明の目的は、外部磁界に
対する感度の直線範囲の広い、また磁気感度を向上した
磁気センサを提供することである。Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetic sensor having a wide linear range of sensitivity to an external magnetic field and improved magnetic sensitivity.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の磁気センサは、
以下の構成により上記問題点を解決する。すなわち、磁
性体のインピーダンスが変動する原理を利用した磁気イ
ンピーダンス素子の磁性コアが折り返されたつづら折り
構造である磁気センサにおいて各々の磁性コア間の離間
幅が異なる磁気センサとする。The magnetic sensor of the present invention comprises:
The above problem is solved by the following configuration. That is, in the magnetic sensor having a zigzag structure in which the magnetic cores of the magneto-impedance element that utilize the principle that the impedance of the magnetic material fluctuates are folded, the magnetic sensors have different gaps between the magnetic cores.
【００１６】ここで、磁気インピーダンス素子の各辺の
磁性コア離間幅により、磁性コア間の反磁場の相互作用
が調整でき、磁性コアのＭＩ特性を制御して望むＭＩ特
性を従来よりも高いインピーダンスで実現できる。ま
た、磁性体に高周波電圧を印加した際に生じる表皮効果
の表皮深さが外部磁場に対して変化することにより、磁
性体のインピーダンスが変動する原理を利用した磁気イ
ンピーダンスセンサの磁性コアが折り返されたつづら折
り構造である磁気センサにおいて、磁性コアの側部に細
長い磁性体を１本以上配した磁気センサとすることによ
り、側部に配した磁性体が不均一な反磁場を吸収し、短
冊と同等の磁気感度を持ち、かつ、より高いインピーダ
ンス特性を持った磁気センサが得られる。Here, the interaction of the demagnetizing field between the magnetic cores can be adjusted by the magnetic core separation width of each side of the magneto-impedance element, and the MI characteristic of the magnetic core can be controlled to obtain a desired MI characteristic higher than the conventional impedance. Can be achieved with. In addition, the magnetic core of the magneto-impedance sensor that uses the principle that the impedance of the magnetic material changes due to the change in the skin depth of the skin effect that occurs when a high-frequency voltage is applied to the magnetic material is folded back. In a magnetic sensor having a zigzag fold structure, by providing one or more elongated magnetic bodies on the sides of the magnetic core, the magnetic bodies arranged on the sides absorb a non-uniform demagnetizing field, and A magnetic sensor having equivalent magnetic sensitivity and higher impedance characteristics can be obtained.
【００１７】さらに、本発明の磁気センサにおいて、離
間幅の狭い磁気センサの側部により広い離間幅を介して
離間幅の狭い磁気センサを配することを複数行い、各々
を直列に接続した磁気センサが得られる。反磁場解析の
容易な構成とすることで、設計がより容易となる。ま
た、本発明の磁気センサにおいて、離間幅のほぼ一定な
磁気センサの両側部に離間幅がほぼ等しく、ほぼ等しい
形状の磁性コアを複数配した磁気センサが得られる。両
側部に形成することで、反磁場の分布がより均一化され
る。Further, in the magnetic sensor of the present invention, a plurality of magnetic sensors having a small separation width are arranged on a side portion of the magnetic sensor having a small separation width via a wide separation width, and the magnetic sensors are connected in series. Is obtained. Design becomes easier by adopting a configuration that facilitates demagnetization analysis. Further, in the magnetic sensor of the present invention, it is possible to obtain a magnetic sensor in which a plurality of magnetic cores having substantially the same separation width and substantially the same shape are arranged on both sides of the magnetic sensor having a substantially constant separation width. By forming on both sides, the distribution of the demagnetizing field becomes more uniform.
【００１８】さらに、本発明の磁気センサにおいて、離
間幅Ｇは磁性コアの長さをＬとするとＬ／Ｇは１以下で
ある磁気センサが得られるＬ／Ｇが１より大きいと、磁
性コアのインピーダンスが低すぎるために、消費電流が
数十ｍＡを超えてしまい、実用性がなくなってしまう。
また、本発明の磁気センサにおいて、離間幅Ｇの差分の
最大値ΔＧはＧ／ΔＧは１０以下である磁気センサが得
られるＧ／ΔＧが１０以上では、従来のつづら折型素子
との特性差は認められなくなる。Further, in the magnetic sensor of the present invention, the separation width G is L / G is 1 or less when the length of the magnetic core is L. When L / G is larger than 1, a magnetic sensor of L / G is obtained. Since the impedance is too low, the current consumption exceeds several tens of mA, which makes it impractical.
Further, in the magnetic sensor of the present invention, the maximum value ΔG of the difference between the separation widths G is G / ΔG of 10 or less. A magnetic sensor having a G / ΔG of 10 or more is obtained. Will not be accepted.
【００１９】また、本発明の磁気センサにおいて、磁性
コア同士が導体膜で接続されていることを特徴とする磁
気センサが得られる。導体膜で接続することで、磁区及
び磁束の解析困難な乱れを取り除くことができる。Further, in the magnetic sensor of the present invention, a magnetic sensor is obtained in which the magnetic cores are connected to each other by a conductor film. By connecting with a conductor film, it is possible to remove disturbances that are difficult to analyze in magnetic domains and magnetic flux.
【００２０】即ち、本発明は、磁性体に高周波電圧を印
加した際に生じる表皮効果の表皮深さが外部磁場に対し
て変化することにより、磁性体のインピーダンスが変動
する原理を利用した磁気センサにおいて、前記センサの
磁気インピーダンス素子は、磁性コアが折り返されたつ
づら折り構造であり、各々の磁性コア間の離間幅が異な
る磁気センサである。That is, according to the present invention, the magnetic sensor utilizing the principle that the impedance of the magnetic material fluctuates when the skin depth of the skin effect generated when a high frequency voltage is applied to the magnetic material changes with respect to the external magnetic field. The magnetic impedance element of the sensor is a magnetic sensor having a zigzag structure in which magnetic cores are folded back, and the distance between the magnetic cores is different.
【００２１】また、本発明は、前記磁気センサにおい
て、離間幅の狭い磁気インピーダンス素子の側部により
広い離間幅を介して離間幅の狭い磁気インピーダンス素
子を配することを複数行い、各々を直列に接続した磁気
センサである。Further, in the magnetic sensor of the present invention, a plurality of magneto-impedance elements having a narrow separation width are arranged on a side portion of the magneto-impedance element having a narrow separation width via a wide separation width, and the magneto-impedance elements are arranged in series. The connected magnetic sensor.
【００２２】また、本発明は、磁性体に高周波電圧を印
加した際に生じる表皮効果の表皮深さが外部磁場に対し
て変化することにより、磁性体のインピーダンスが変動
する原理を利用した磁気センサにおいて、前記センサの
磁気インピーダンス素子は、磁性コアが折り返されたつ
づら折り構造であり、前記磁性コアの側部に磁気インピ
ーダンス素子として使用しないダミーの磁性コアを１本
以上配した磁気センサである。Further, according to the present invention, a magnetic sensor utilizing the principle that the impedance of the magnetic material fluctuates when the skin depth of the skin effect generated when a high frequency voltage is applied to the magnetic material changes with respect to an external magnetic field. The magnetic impedance element of the sensor has a zigzag structure in which a magnetic core is folded back, and is a magnetic sensor in which one or more dummy magnetic cores not used as magnetic impedance elements are arranged on the side of the magnetic core.
【００２３】また、本発明は、前記磁気センサにおい
て、離間幅のほぼ一定な磁気インピーダンス素子の両側
部に離間幅がほぼ等しくほぼ等しい形状の磁性コアを複
数配した磁気センサである。Further, the present invention is the above magnetic sensor, wherein a plurality of magnetic cores having substantially the same separation width are arranged on both sides of a magneto-impedance element having a substantially constant separation width.
【００２４】また、本発明は、前記磁気センサにおい
て、磁気インピーダンス素子の離間幅Ｇは磁性コアの長
さをＬとするとＬ／Ｇは１以下とする磁気センサであ
る。Further, the present invention is the above magnetic sensor, wherein the separation width G of the magneto-impedance element is such that L / G is 1 or less when the length of the magnetic core is L.
【００２５】また、本発明は、前記磁気センサにおい
て、最も小さい磁気インピーダンス素子の離間幅と、最
も大きい磁気インピーダンス素子の離間幅の差分ΔＧ
は、平均の磁気インピーダンス素子の離間幅をＧとし、
Ｇ／ΔＧが１０以下とする磁気センサである。Further, according to the present invention, in the magnetic sensor, the difference ΔG between the separation width of the smallest magneto-impedance element and the separation width of the largest magneto-impedance element.
Is the average magneto-impedance element separation width is G,
The magnetic sensor has G / ΔG of 10 or less.
【００２６】また、本発明は、前記磁気センサにおい
て、磁気インピーダンス素子の磁性コア同士が導体膜で
接続されている磁気センサである。Further, the present invention is the above magnetic sensor, wherein the magnetic cores of the magnetic impedance element are connected to each other by a conductor film.
【００２７】[0027]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による磁気セ
ンサについて、以下に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A magnetic sensor according to an embodiment of the present invention will be described below.
【００２８】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１による磁気センサの説明図である。本発明の磁気
センサは、磁気インピーダンス素子２と、導体膜３とで
構成されており、全体は、つづら折形状となっている。
ここで、磁気インピーダンス素子２は、７本の磁性コア
にて形成されているが、左から３番目の磁性コアと、４
番目の磁性コアとの間隔４は、他の磁性コアの間隔より
も大幅に大としている。(Embodiment 1) FIG. 1 is an explanatory diagram of a magnetic sensor according to Embodiment 1 of the present invention. The magnetic sensor of the present invention is composed of a magnetic impedance element 2 and a conductor film 3, and has a zigzag shape as a whole.
Here, the magneto-impedance element 2 is formed of seven magnetic cores.
The distance 4 from the second magnetic core is set to be significantly larger than the distance from the other magnetic cores.
【００２９】図２は、本発明の実施の形態１の磁気セン
サのＭＩ特性の特性図である。図２には、従来の磁気セ
ンサのＭＩ特性も、比較のために示している。本発明の
磁気センサの磁気センサのＭＩ特性の直線範囲は、従来
の磁気センサのＭＩ特性の直線範囲よりも、広がってい
る。FIG. 2 is a characteristic diagram of MI characteristics of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 also shows the MI characteristic of the conventional magnetic sensor for comparison. The linear range of the MI characteristic of the magnetic sensor of the present invention is wider than the linear range of the MI characteristic of the conventional magnetic sensor.
【００３０】即ち、本発明の実施の磁気センサは、磁気
感度一定の範囲が広いＭＩ特性を持つことがわかる。That is, it can be seen that the magnetic sensor of the present invention has a wide MI characteristic with a wide range of constant magnetic sensitivity.
【００３１】ここで、磁性コアの間隔、他についての理
論的な検討経過を以下に示す。外部磁界が印加された際
に、磁性コアの長手方向両端に、磁性コア内部の磁化が
外部磁場の方向に向いたために発生する磁荷により、反
磁場が発生する。外部磁界Ｈにより発生した磁化を比例
定数をｍとして、ｍ・Ｈとおくと、任意の膜面内位置
（ｘ，ｙ）における反磁場ＨＮは、磁性コアの幅方向中
央、長手方向両端の座標を、それぞれ、（０，０）、
（０，Ｌ）とおくと、以下のように表される。Here, theoretical progress of the magnetic core spacing and others will be shown below. When an external magnetic field is applied, a demagnetizing field is generated at both ends in the longitudinal direction of the magnetic core due to magnetic charges generated because the magnetization inside the magnetic core is oriented in the direction of the external magnetic field. When the magnetization generated by the external magnetic field H is m · H, where the proportional constant is m, the demagnetizing field HN at an arbitrary in-plane position (x, y) is the coordinate of the widthwise center of the magnetic core and both ends in the longitudinal direction. Respectively (0,0),
If (0, L) is set, it is expressed as follows.
【００３２】 ＨＮ＝ｍ・Ｈ・（ｙ／（（ｘ）2＋（ｙ）2）3/2＋（Ｌ−ｙ）／（（ｘ）2＋（ Ｌ−ｙ）2）3/2） ・・・・・（１）HN = m · H · (y / ((x) 2 + (y) 2 ) 3/2 + (L−y) / ((x) 2 + (L−y) 2 ) 3/2 ) (1)
【００３３】そのため、実効的に磁性コア内部に発生す
る磁界はＨ−ＨＮとなり、磁性コアが、たとえば十分に
細長い等の条件下で、反磁場の影響がほとんどない場合
のＭＩ特性の磁気感度が最大となる外部磁界の値、すな
わちバイアスポイントをＨｂとおくと、反磁場の影響下
では、反磁場を考慮したバイアスポイントＨｂｎは、以
下のように表される。Therefore, the magnetic field effectively generated inside the magnetic core is H-HN, and the magnetic sensitivity of the MI characteristic when the magnetic core has little influence of the demagnetizing field under the condition that the magnetic core is sufficiently long and slender, for example. When the value of the maximum external magnetic field, that is, the bias point is set to Hb, the bias point Hbn considering the demagnetizing field is expressed as follows under the influence of the demagnetizing field.
【００３４】 Ｈｂｎ＝Ｈｂ／（Ｈｂ−ＨＮ）・Ｈｂ ・・・・・・（２）[0034] Hbn = Hb / (Hb-HN) · Hb (2)
【００３５】離間幅が均一なつづら折型素子を作製し、
以上の式により求まるＨｂｎと実測値とを比較してｍ、
Ｈｂを求め、磁性コアの中心におけるつづら折型素子の
全ての磁性コアからの反磁場を基に近似的にバイアスポ
イントを計算し、離間幅を調整することでつづら折型素
子のＭＩ特性の設計が可能となる。A zigzag folded element having a uniform separation width was prepared,
Comparing Hbn obtained by the above equation with the actual measurement value, m,
Hb is calculated, the bias point is approximately calculated based on the demagnetizing field from all the magnetic cores of the zigzag folded element at the center of the magnetic core, and the spacing width is adjusted to design the MI characteristics of the zigzag folded element. Is possible.
【００３６】図２は、本発明の実施の形態１の磁気セン
サのＭＩ特性の特性図である。図２より、離間幅が狭い
部分と、離間幅の広い部分に分けることで、ＭＩ特性の
分布ができて、磁気感度一定の範囲が広いＭＩ特性を持
つ、つづら折れ磁気センサが得られる。FIG. 2 is a characteristic diagram of MI characteristics of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. From FIG. 2, it is possible to obtain a zigzag magnetic sensor having an MI characteristic distribution with a wide MI characteristic in which the MI characteristic can be distributed by dividing into a portion having a small spacing width and a portion having a large separation width.
【００３７】また、離間幅が、ほぼ均一なつづら折型素
子を仮定して各々の磁性コアのバイアスポイントを式
（１）、式（２）により計算し、中央付近の磁気バイア
スポイントのずれの少ない磁性コア同士を、図１のよう
に、つづら折型素子として構成すると、図２に示すＭＩ
特性が得られ、短冊の素子と同等の磁気感度を持つ磁気
センサが得られる。Further, the bias points of the respective magnetic cores are calculated by the equations (1) and (2) on the assumption that the zigzag-shaped element having a substantially uniform spacing is used, and the deviation of the magnetic bias points near the center is calculated. If a small number of magnetic cores are formed as a zigzag folded element as shown in FIG. 1, the MI shown in FIG.
The characteristics are obtained, and a magnetic sensor having the same magnetic sensitivity as the strip element is obtained.
【００３８】（実施の形態２）図３は、本発明の実施の
形態２による磁気センサの説明図である。本発明の磁気
センサは、磁気インピーダンス素子２と、導体膜３とで
構成されており、全体は、つづら折形状となっている。
ここで、磁気インピーダンス素子２は、７本の磁性コア
にて形成されていて、各磁性コアの間隔は、同一として
いる。ここで、前記磁性コアの両側の側部に、磁気イン
ピーダンス素子として使用しないダミーの（細長い）磁
性コア２１を、各２本配置している。(Second Embodiment) FIG. 3 is an explanatory diagram of a magnetic sensor according to a second embodiment of the present invention. The magnetic sensor of the present invention is composed of a magnetic impedance element 2 and a conductor film 3, and has a zigzag shape as a whole.
Here, the magneto-impedance element 2 is formed of seven magnetic cores, and the intervals between the magnetic cores are the same. Two dummy (elongated) magnetic cores 21 that are not used as magneto-impedance elements are arranged on both sides of the magnetic core.
【００３９】図４は、本発明の実施の形態２の磁気セン
サのＭＩ特性の特性図である。図４には、従来の磁気セ
ンサのＭＩ特性も、比較のために示している。本発明の
磁気センサの磁気センサのＭＩ特性の直線範囲は、従来
の磁気センサのＭＩ特性の直線範囲よりも、広がってい
る。FIG. 4 is a characteristic diagram of the MI characteristic of the magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 also shows the MI characteristics of the conventional magnetic sensor for comparison. The linear range of the MI characteristic of the magnetic sensor of the present invention is wider than the linear range of the MI characteristic of the conventional magnetic sensor.
【００４０】即ち、本発明の実施の形態の磁気センサ
は、磁気感度一定の範囲が広いＭＩ特性を持つことがわ
かる。That is, it can be seen that the magnetic sensor according to the embodiment of the present invention has MI characteristics with a wide range of constant magnetic sensitivity.
【００４１】ここで、磁性コアの間隔、他についての理
論的な検討経過を以下に示す。外部磁界が印加された際
に、磁性コアの長手方向両端に、磁性コア内部の磁化が
外部磁場の方向に向いたために発生する磁荷により、反
磁場が発生する。外部磁界Ｈにより発生した磁化を比例
定数をｍとして、ｍ・Ｈとおくと、任意の膜面内位置
（ｘ，ｙ）における反磁場ＨＮは、磁性コアの幅方向中
央、長手方向両端の座標を、それぞれ、（０，０）、
（０，Ｌ）とおくと、式（１）のように表される。Here, the theoretical examination process of the distance between the magnetic cores and others will be shown below. When an external magnetic field is applied, a demagnetizing field is generated at both ends in the longitudinal direction of the magnetic core due to magnetic charges generated because the magnetization inside the magnetic core is oriented in the direction of the external magnetic field. When the magnetization generated by the external magnetic field H is m · H, where the proportional constant is m, the demagnetizing field HN at an arbitrary in-plane position (x, y) is the coordinate of the widthwise center of the magnetic core and both ends in the longitudinal direction. Respectively (0,0),
If (0, L) is set, it is expressed as in Expression (1).
【００４２】そのため、実効的に磁性コア内部に発生す
る磁界はＨ−ＨＮとなり、磁性コアがたとえば十分に細
長い等の条件下で、反磁場の影響がほとんどない場合の
ＭＩ特性の磁気感度が最大となる外部磁界の値、すなわ
ちバイアスポイントをＨｂとおくと、反磁場の影響下で
は、反磁場を考慮したバイアスポイントＨｂｎは、式
（２）のように表される。Therefore, the magnetic field effectively generated inside the magnetic core is H-HN, and the magnetic sensitivity of the MI characteristic is maximum when there is almost no influence of the demagnetizing field under the condition that the magnetic core is sufficiently elongated. When the value of the external magnetic field, that is, the bias point is set to Hb, the bias point Hbn considering the demagnetizing field is represented by the equation (2) under the influence of the demagnetizing field.
【００４３】離間幅が均一なつづら折型素子を作製し、
以上の式により求まるＨｂｎと実測値とを比較してｍ、
Ｈｂを求め、磁性コアの中心におけるつづら折型素子の
全ての磁性コアからの反磁場を基に近似的にバイアスポ
イントを計算し、離間幅を調整することでつづら折型素
子のＭＩ特性の設計が可能となる。A zigzag folded element having a uniform separation width was prepared,
Comparing Hbn obtained by the above equation with the actual measurement value, m,
Hb is calculated, the bias point is approximately calculated based on the demagnetizing field from all the magnetic cores of the zigzag folded element at the center of the magnetic core, and the spacing width is adjusted to design the MI characteristics of the zigzag folded element. Is possible.
【００４４】図１は、離間幅を調整した一例である。離
間幅が狭い部分と、離間幅の広い部分に分けることでＭ
Ｉ特性の分布が出来て、図２に示す磁気感度一定の範囲
が広いＭＩ特性を持つ、つづら折れ磁気センサが得られ
る。また、離間幅がほぼ均一なつづら折型素子を仮定し
て各々の磁性コアのバイアスポイントを式（１）、式
（２）により計算し、中央付近の磁気バイアスポイント
のずれの少ない磁性コア同士を図３のように、つづら折
型素子として構成すると、図８に示すＭＩ特性が得ら
れ、短冊の素子と同等の磁気感度を持つ磁気センサが得
られる。FIG. 1 shows an example in which the separation width is adjusted. By dividing into a part with a narrow gap and a part with a wide gap, M
A zigzag magnetic sensor having an I characteristic distribution and a MI characteristic having a wide range of constant magnetic sensitivity shown in FIG. 2 can be obtained. In addition, assuming that the zigzag-shaped element has a substantially uniform spacing, the bias points of the respective magnetic cores are calculated by the equations (1) and (2), and the magnetic cores with a small deviation of the magnetic bias points near the center are 3 is configured as a zigzag element as shown in FIG. 3, the MI characteristic shown in FIG. 8 is obtained, and a magnetic sensor having the same magnetic sensitivity as the strip element is obtained.
【００４５】（実施の形態３）本発明の実施の形態によ
る磁気センサの製造方法について、説明する。まず、誘
電体基板を洗浄し，磁性膜をスパッタする。フォトレジ
ストにてマスキングしてイオンミリング装置および他方
式の湿式エッチングにてパターニングを行うことで図６
の形状のアモルファス磁性薄膜による磁性コアが形成さ
れる。真空中で熱処理を行う。前記の熱処理によって磁
性膜の横方向に磁化容易軸が形成され、磁気センサのと
しての感度が向上する。その後、フォトレジストにてマ
スキングして非磁性導体膜をスパッタする。リフトオフ
によりパターニングを行うことで電極が形成される。こ
のようにして磁気インピーダンスセンサが得られる。(Embodiment 3) A method of manufacturing a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention will be described. First, the dielectric substrate is washed and the magnetic film is sputtered. By masking with a photoresist and performing patterning with an ion milling apparatus and another type of wet etching, FIG.
A magnetic core is formed from the amorphous magnetic thin film having the shape of. Heat treatment is performed in vacuum. By the heat treatment, the easy axis of magnetization is formed in the lateral direction of the magnetic film, and the sensitivity of the magnetic sensor is improved. After that, the non-magnetic conductor film is sputtered by masking with a photoresist. An electrode is formed by performing patterning by lift-off. In this way, the magnetic impedance sensor is obtained.
【００４６】上記の方法によって作製したつづら折型素
子の特性は、図３に示すように、短冊の素子に比べて磁
気感度一定の線形範囲が広がる一方で、磁気感度が低下
する。そこで、つづら折型素子の各々の磁性コアのＭＩ
特性（磁気インピーダンス特性）を測定すると、図４の
結果が示すように、中央部に近づくにしたがって磁気バ
イアスポイントが上昇している。As for the characteristics of the zigzag folded element manufactured by the above method, as shown in FIG. 3, the linear range in which the magnetic sensitivity is constant is expanded as compared with the strip element, but the magnetic sensitivity is lowered. Therefore, the MI of each magnetic core of the zigzag folding element is
When the characteristic (magnetic impedance characteristic) is measured, as shown in the result of FIG. 4, the magnetic bias point rises toward the central portion.
【００４７】次に、リフトオフによる製造方法について
説明する。まず誘電体基板を洗浄し，フォトレジストに
てマスキングし、磁性膜を無電解めっきにて生成する。
リフトオフによりパターニングを行うことで、図２の形
状のアモルファス磁性薄膜による磁性コアが形成され
る。真空中で熱処理を行う。前記の熱処理によって磁性
膜の横方向に磁化容易軸が形成され、磁気センサのとし
ての感度が向上する。その後、フォトレジストにてマス
キングして非磁性導体膜をスパッタする。リフトオフに
よりパターニングを行うことで電極が形成される。この
ようにして磁気インピーダンスセンサが得られる。Next, a manufacturing method by lift-off will be described. First, the dielectric substrate is washed, masked with a photoresist, and a magnetic film is formed by electroless plating.
By performing patterning by lift-off, a magnetic core made of the amorphous magnetic thin film having the shape shown in FIG. 2 is formed. Heat treatment is performed in vacuum. By the heat treatment, the easy axis of magnetization is formed in the lateral direction of the magnetic film, and the sensitivity of the magnetic sensor is improved. After that, the non-magnetic conductor film is sputtered by masking with a photoresist. An electrode is formed by performing patterning by lift-off. In this way, the magnetic impedance sensor is obtained.
【００４８】上記の方法によって作製したつづら折型素
子の特性は、図３に示すように、短冊の素子に比べて磁
気感度一定の線形範囲が広がる一方で、磁気感度が低下
する。そこで、つづら折型素子の各々の磁性コアのＭＩ
特性（磁気インピーダンスＭＩ特性）を測定すると、図
４の結果が示すように、中央部に近づくにしたがって磁
気バイアスポイントが上昇している。As for the characteristics of the zigzag folded element manufactured by the above method, as shown in FIG. 3, the linear range of constant magnetic sensitivity is widened, while the magnetic sensitivity is lowered, as compared with the strip-shaped element. Therefore, the MI of each magnetic core of the zigzag folding element is
When the characteristic (magnetic impedance MI characteristic) is measured, as shown in the result of FIG. 4, the magnetic bias point increases as it approaches the central portion.
【００４９】[0049]
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
つづら折型素子の磁性コアの離間幅を調整することで、
用途に応じて、磁気感度、線形範囲を望む値に設計でき
る磁気センサを提供できる。As described above, according to the present invention,
By adjusting the separation width of the magnetic core of the zigzag folding element,
It is possible to provide a magnetic sensor whose magnetic sensitivity and linear range can be designed to have desired values according to the application.
【図１】本発明の実施の形態１による磁気センサの説明
図。FIG. 1 is an explanatory diagram of a magnetic sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態１の磁気センサのＭＩ特性
の特性図。FIG. 2 is a characteristic diagram of MI characteristics of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施の形態２による磁気センサの説明
図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a magnetic sensor according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施の形態２の磁気センサ明のＭＩ特
性の特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram of MI characteristics of the magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention.
【図５】従来の磁気センサの説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional magnetic sensor.
【図６】従来の他の例の磁気センサの説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of another conventional magnetic sensor.
【図７】磁性コア単体とつづら折型素子のＭＩ特性の比
較図。FIG. 7 is a comparison diagram of MI characteristics of a magnetic core alone and a zigzag folded element.
【図８】つづら折型素子の１本ごとの磁性コアのＭＩ特
性の説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram of the MI characteristic of each magnetic core of the zigzag folded element.
１ 磁気センサ ２ 磁気インピーダンス素子 ３ 導体膜 ４ 間隔 ２１ ダミーの磁性コア ３１ 非磁性導体膜 1 Magnetic sensor 2 Magnetic impedance element 3 Conductor film 4 intervals 21 Dummy magnetic core 31 Non-magnetic conductor film
Claims (7)
る表皮効果の表皮深さが外部磁場に対して変化すること
により、磁性体のインピーダンスが変動する原理を利用
した磁気センサにおいて、前記センサの磁気インピーダ
ンス素子は、磁性コアが折り返されたつづら折り構造で
あり、各々の磁性コア間の離間幅が異なることを特徴と
する磁気センサ。1. A magnetic sensor utilizing the principle that the impedance of a magnetic material changes when the skin depth of the skin effect generated when a high frequency voltage is applied to the magnetic material changes with respect to an external magnetic field. The magnetic sensor of (1) has a zigzag structure in which magnetic cores are folded back, and the gap width between the magnetic cores is different.
磁気インピーダンス素子の側部により広い離間幅を介し
て離間幅の狭い磁気インピーダンス素子を配することを
複数行い、各々を直列に接続したことを特徴とする請求
項１に記載の磁気センサ。2. In the magnetic sensor, a plurality of magneto-impedance elements having a narrow separation width are arranged on a side portion of the magneto-impedance element having a narrow separation width via a wide separation width, and the magneto-impedance elements are connected in series. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic sensor is a magnetic sensor.
る表皮効果の表皮深さが外部磁場に対して変化すること
により、磁性体のインピーダンスが変動する原理を利用
した磁気センサにおいて、前記センサの磁気インピーダ
ンス素子は、磁性コアが折り返されたつづら折り構造で
あり、前記磁性コアの側部に磁気インピーダンス素子と
して使用しないダミーの磁性コアを１本以上配したこと
を特徴とする磁気センサ。3. A magnetic sensor utilizing the principle that the impedance of a magnetic material changes when the skin depth of the skin effect generated when a high frequency voltage is applied to the magnetic material changes with respect to an external magnetic field. The magnetic sensor according to (1) has a meandering structure in which a magnetic core is folded back, and one or more dummy magnetic cores not used as magnetic impedance elements are arranged on the side of the magnetic core.
一定な磁気インピーダンス素子の両側部に離間幅がほぼ
等しくほぼ等しい形状の磁性コアを複数配したことを特
徴とする請求項３に記載の磁気センサ。4. The magnetic sensor according to claim 3, wherein, in the magnetic sensor, a plurality of magnetic cores having substantially the same separation width are arranged on both sides of a magneto-impedance element having a substantially constant separation width. Sensor.
ダンス素子の離間幅Ｇは磁性コアの長さをＬとすると、
Ｌ／Ｇは１以下であることを特徴とする請求項１ないし
４のいずれかに記載の磁気センサ。5. In the magnetic sensor, the separation width G of the magneto-impedance element is L when the length of the magnetic core is L.
L / G is 1 or less, The magnetic sensor in any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned.
気インピーダンス素子の離間幅と、最も大きい磁気イン
ピーダンス素子の離間幅の差分ΔＧは、平均の磁気イン
ピーダンス素子の離間幅をＧとし、Ｇ／ΔＧが１０以下
であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに
記載の磁気センサ。6. In the magnetic sensor, the difference ΔG between the minimum magnetic impedance element separation width and the largest magnetic impedance element separation width is G, where G / ΔG is 10 and the average magnetic impedance element separation width is G. The magnetic sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein:
ダンス素子の磁性コア同士が導体膜で接続されているこ
とを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の磁
気センサ。7. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic cores of the magneto-impedance element are connected to each other by a conductor film in the magnetic sensor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001303193A JP2003107140A (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Magnetic sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001303193A JP2003107140A (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Magnetic sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003107140A true JP2003107140A (en) | 2003-04-09 |
Family
ID=19123321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001303193A Pending JP2003107140A (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Magnetic sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003107140A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012093342A (en) * | 2010-09-28 | 2012-05-17 | Murata Mfg Co Ltd | Long type magnetic sensor |
| EP2685272A4 (en) * | 2011-03-11 | 2016-01-06 | Qu Bingjun | Magnetic sensor chip and magnetic sensor |
| JP2018063204A (en) * | 2016-10-14 | 2018-04-19 | 株式会社デンソー | Magnetism detection element |
| JP2018080988A (en) * | 2016-11-16 | 2018-05-24 | Tdk株式会社 | Inductance element for magnetic sensor and magnetic sensor including the same |
-
2001
- 2001-09-28 JP JP2001303193A patent/JP2003107140A/en active Pending
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