JP2007232616A - Magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気抵抗素子をホルダ内に有する磁気センサ装置に関するものである。 The present invention relates to a magnetic sensor device having a magnetoresistive element in a holder.
工作機械などにおいて可動部材の位置検出などを行う場合には、例えば、可動部材側に磁気スケールを固定し、磁気スケールの位置を磁気センサ装置によって検出する方法が採用される。このような用途に使用される磁気センサ装置では、剛性基板に形成された磁気抵抗パターンにより磁気抵抗素子が構成され、剛性基板は、ホルダのセンサ面に形成された開口部内に磁気抵抗素子が位置するようにホルダ内に配置される(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に開示の構成では、磁気抵抗素子に対する電気的な遮蔽がないため、外乱ノイズが侵入し易く、検出精度が低いという問題点がある。
However, the configuration disclosed in
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、磁気抵抗素子に外乱ノイズが侵入することを防止した磁気センサ装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a magnetic sensor device that prevents disturbance noise from entering a magnetoresistive element.
上記課題を解決するために、本発明では、磁気抵抗素子と、磁気スケールと対向するセンサ面内に前記磁気抵抗素子が位置するように当該磁気抵抗素子を保持するホルダとを有する磁気センサ装置において、前記ホルダは導電性を有し、前記センサ面は、少なくとも前記磁気抵抗素子が位置する領域が電波シールド用導電層で覆われ、当該電波シールド用導電層は、前記ホルダに電気的に接続されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the present invention, in a magnetic sensor device having a magnetoresistive element and a holder for holding the magnetoresistive element so that the magnetoresistive element is positioned in a sensor surface facing the magnetic scale. The holder has conductivity, and at least a region where the magnetoresistive element is located is covered with a radio wave shielding conductive layer, and the radio wave shield conductive layer is electrically connected to the holder. It is characterized by.
本発明では、磁気抵抗素子が位置する領域が電波シールド用導電層で覆われ、この電波シールド用導電層は、導電性を有するホルダに電気的に接続されているため、磁気抵抗素子に侵入しようとする外乱ノイズは、電波シールド用導電層を介してホルダに放出される。従って、本発明によれば、外乱ノイズの影響を受けずに磁気スケールからの情報を検出できるので、検出精度が高い。 In the present invention, the region where the magnetoresistive element is located is covered with the radio wave shielding conductive layer, and this radio wave shield conductive layer is electrically connected to the holder having conductivity, so that it will enter the magnetoresistive element. The disturbance noise is emitted to the holder through the radio wave shielding conductive layer. Therefore, according to the present invention, information from the magnetic scale can be detected without being affected by disturbance noise, and thus the detection accuracy is high.
本発明において、前記電波シールド用導電層は、前記センサ面に導電性接着材層により接着固定された非磁性の金属層であり、当該金属層は、前記導電性接着材層を介して前記ホルダに電気的に接続されている構成を採用することができる。本発明において、「接着」とは「粘着」も含む意味である。 In the present invention, the radio wave shielding conductive layer is a nonmagnetic metal layer bonded and fixed to the sensor surface with a conductive adhesive layer, and the metal layer is interposed between the holder and the holder through the conductive adhesive layer. It is possible to adopt a configuration that is electrically connected to the. In the present invention, “adhesion” also means “adhesion”.
本発明において、前記金属層の外表面は、樹脂保護層で被覆されていることが好ましい。このように構成すると、金属層の外表面が可動部材と接触するなどして破損することを防止することができる。 In the present invention, the outer surface of the metal layer is preferably covered with a resin protective layer. If comprised in this way, it can prevent that the outer surface of a metal layer contacts with a movable member, and is damaged.
本発明において、前記磁気抵抗素子は、1枚の剛性基板の主面に形成された磁気抵抗パターンにより構成されているとともに、当該剛性基板は、磁気スケールの側に前記磁気抵抗素子を向けた姿勢で前記ホルダに保持されている構成を採用することができる。 In the present invention, the magnetoresistive element is composed of a magnetoresistive pattern formed on the main surface of a single rigid substrate, and the rigid substrate is oriented such that the magnetoresistive element faces the magnetic scale side. The configuration held by the holder can be employed.
この場合、前記磁気抵抗素子は、表面が絶縁樹脂層で覆われていることが好ましい。 In this case, it is preferable that the surface of the magnetoresistive element is covered with an insulating resin layer.
本発明において、前記剛性基板の主面には、前記磁気抵抗素子を間に挟む一方側端部および他方側端部の各々に第1の端子部および第2の端子部が形成され、前記剛性基板の前記一方側端部に第1の可撓性基板が接続され、前記他方側端部に第2の可撓性基板が接続され、前記絶縁樹脂層は、前記第1の可撓性基板と前記第2の可撓性基板との間に形成されていることが好ましい。このように構成すると、剛性基板において、磁気抵抗素子が形成されている領域の両側は略同一の構成であるため、第1の可撓性基板および第2の可撓性基板において剛性基板に接続されている箇所を基準に剛性基板の姿勢を決めるだけで、磁気抵抗素子が傾くことを防止することができる。 In the present invention, a first terminal portion and a second terminal portion are formed on the principal surface of the rigid substrate at each of one end and the other end sandwiching the magnetoresistive element therebetween, and the rigidity A first flexible substrate is connected to the one end of the substrate, a second flexible substrate is connected to the other end, and the insulating resin layer is formed of the first flexible substrate. And the second flexible substrate. With this configuration, since both sides of the region where the magnetoresistive element is formed in the rigid substrate have substantially the same configuration, the first flexible substrate and the second flexible substrate are connected to the rigid substrate. It is possible to prevent the magnetoresistive element from being tilted only by determining the posture of the rigid substrate with reference to the position where it is applied.
本発明において、前記磁気抵抗素子は、対向配置された第1の剛性基板と第2の剛性基板の各対向面に形成された磁気抵抗パターンにより構成されている構成を採用してもよい。 In the present invention, the magnetoresistive element may be configured by a magnetoresistive pattern formed on each facing surface of the first rigid substrate and the second rigid substrate arranged to face each other.
本発明の磁気センサ装置では、磁気抵抗素子が電波シールド用導電層で覆われ、この電波シールド用導電層は、導電性を有するホルダに電気的に接続されている。このため、磁気抵抗素子に侵入しようとする外乱ノイズは、電波シールド用導電層を介してホルダに放出される。従って、本発明によれば、外乱ノイズの影響を受けずに磁気スケールからの情報を検出できるので、検出精度が高い。 In the magnetic sensor device of the present invention, the magnetoresistive element is covered with a radio wave shield conductive layer, and the radio wave shield conductive layer is electrically connected to a conductive holder. For this reason, disturbance noise that tries to enter the magnetoresistive element is emitted to the holder via the radio wave shielding conductive layer. Therefore, according to the present invention, information from the magnetic scale can be detected without being affected by disturbance noise, and thus the detection accuracy is high.
図面を参照して、本発明を適用した磁気センサ装置について説明する。 A magnetic sensor device to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
(全体構成)
図1は、本発明を適用した磁気センサ装置を用いたエンコーダの説明図である。図2(A)、(B)、(C)は、図1に示す磁気センサ装置の底面図、要部の縦断面図、および磁気抵抗素子の周辺を拡大して示す断面図である。
(overall structure)
FIG. 1 is an explanatory diagram of an encoder using a magnetic sensor device to which the present invention is applied. 2A, 2 </ b> B, and 2 </ b> C are a bottom view of the magnetic sensor device shown in FIG. 1, a vertical cross-sectional view of the main part, and a cross-sectional view showing the periphery of the magnetoresistive element in an enlarged manner.
図1に示すように、本形態における磁気センサ装置1を磁気式リニアエンコーダに用いた場合には、磁気センサ装置1の底面(センサ面)に対して、可動部材(図示せず)に固定された磁気スケール3を対向させる。磁気スケール3には、例えば、長手方向(移動方向)に沿ってN極とS極とが交互に配列されている。従って、可動部材が磁気スケール3とともに磁気スケール3の長手方向に移動した際の磁気センサ装置1からの出力信号を検出すれば、可動部材の位置や移動速度などを検出することができる。
As shown in FIG. 1, when the
磁気センサ装置1は、略直方体形状のアルミニウムダイカスト品からなるホルダ6と、このホルダ6の開口を覆う矩形のカバー68と、ホルダ6から延びたケーブル7とを備えている。ホルダ6にはその側面にケーブル挿通穴69が形成されており、このケーブル挿通穴69からケーブル7が引き出されている。
The
図2(A)、(B)、(C)に示すように、ホルダ6には、磁気スケール3と対向する底面に、段差を介してホルダ6の底面から突出した平坦面からなるセンサ面60が形成されている。このセンサ面60には開口部65が形成されており、開口部65に対して、シリコン基板やセラミックグレース基板などの剛性基板10上に形成された磁気抵抗素子25が配置される。
2A, 2B, and 2C, the
(剛性基板および可撓性基板の構成)
図3(A)、(B)、(C)はそれぞれ、本発明を適用した磁気センサ装置において、剛性基板に可撓性基板が接続されている様子を示す平面図、その縦断面図、および剛性基板に樹脂保護層を形成した状態を示す断面図である。
(Configuration of rigid substrate and flexible substrate)
3A, 3B, and 3C are a plan view showing a state in which a flexible substrate is connected to a rigid substrate, a longitudinal sectional view thereof, and a magnetic sensor device to which the present invention is applied, and It is sectional drawing which shows the state which formed the resin protective layer in the rigid board | substrate.
図2(B)、(C)および図3(A)、(B)において、本形態の磁気センサ装置1では、剛性基板10の一方側の面からなる主面に、磁気抵抗パターンにより形成された磁気抵抗素子25が形成されている。ここで、磁気抵抗素子25は、剛性基板10における走査方向(図1に示す磁気スケール3の長手方向)の略中央領域に形成されている。また、剛性基板10の主面には、磁気抵抗素子25を走査方向の両側から挟む両端部のうち、一方側端部11には、磁気抵抗パターンの一方端が接続された複数の端子を備えた第1の端子部21が形成され、他方側端部12には、磁気抵抗パターンの他方端が接続された複数の端子を備えた第2の端子部22が形成されている。磁気抵抗パターンは、剛性基板10の主面に半導体プロセスにより形成された強磁性体NiFe等の磁性体膜からなり、ホイートストン・ブリッジなどを構成している。端子は、磁気抵抗パターンと同時形成された導電膜などからなる。
2B, 3C, 3A, and 3B, the
このように構成した剛性基板10に対しては、その一方側端部11に第1の可撓性基板31が接続され、この第1の可撓性基板31においてベースフィルム36上に形成された導電パターン37(信号線)の端部は第1の端子部21にハンダ接合、合金接合、異方性導電膜などを用いた接合などの方法で接続されている。また、剛性基板10において、その他方側端部12には第2の可撓性基板32が接続され、この第2の可撓性基板32においてベースフィルム36上に形成された導電パターン37(信号線)の端部は第2の端子部22にハンダ接合、合金接合、異方性導電膜などを用いた接合などの方法で接続されている。ここで、第1の可撓性基板31および第2の可撓性基板32においてベースフィルム36上に形成された導電パターン37のうち、第1の端子部21および第2の端子部22に接合される部分にはSn−Cu系のメッキなどが施されている。
The first
本形態において、第1の可撓性基板31と第2の可撓性基板32は、図3(A)に示すように、1枚の可撓性基板30の一部により構成されている。すなわち、可撓性基板30は、図1に示すケーブル7との接続が行われる矩形部33と、この矩形部33の下端縁から左右両側に延びた一対のコの字形状の延設部分34、35とを備えており、一対の延設部分34、35のうち、一方の延設部分34によって第1の可撓性基板31が構成され、他方の延設部分35によって第2の可撓性基板32が構成されている。このため、第1の可撓性基板31と第2の可撓性基板32との間では、ベースフィルム36の厚さおよび導電パターン37の厚さが同一である。また、可撓性基板30は左右対称であり、第1の可撓性基板31と第2の可撓性基板32は同一の平面形状を有している。
In this embodiment, the first
なお、可撓性基板30において、一対の延設部分34、35の幅方向に位置する両端縁には、半円形の小さな切り欠き39が複数、形成されており、かかる切り欠き39が形成されている部分を谷折部分(一点鎖線で示す)および山折部分(二点鎖線で示す)として折り曲げた状態で、可撓性基板および剛性基板10は、図2(A)、(B)に示すように、剛性基板10の主面を外側(下向き)にしてホルダ6の底面に配置される。
In the
このように構成した磁気センサ装置1において、磁気抵抗素子25は、表面が絶縁樹脂層40、導電性粘着材層81、非磁性の金属層82、および樹脂保護層83で覆われ、かつ、金属層82は、導電性粘着材層81を介してホルダ6に接着固定されている。従って、金属層82は、導電性粘着材層81を介してホルダ6に電気的に接続され、かかる金属層82は、磁気抵抗素子25の表面を覆う電波シールド用導電層として機能する。
In the
ここで、樹脂保護層83、金属層82、および導電性粘着材層81は、アルミニウム箔や銅箔などからなる金属層82の両面に樹脂保護層83および導電性粘着材層81が各々、積層されたフィルム80を、導電性粘着材層81を介してホルダ6に接着固定したものである。また、樹脂保護層83、金属層82、および導電性粘着材層81は、PETなどのフィルム基材からなる樹脂保護層83の表面に、アルミニウム膜や銅膜などからなる金属層82、および導電性粘着材層81を積層したフィルム80を、導電性粘着材層81を介してホルダ6に接着固定したものである。導電性粘着材層81としては、各種粘着材にカーボン粒子、アルミニウム粒子、銀粒子、銅粒子などを分散させたものである。かかるフィルム80の厚さは約50μmであり、極めて薄い。それ故、磁気抵抗素子25と磁気スケール3とのギャップを300μm以下にまで狭めることができる。また、樹脂保護層83は、金属層82を保護するという観点からすればあった方がよいが、金属層82を構成する金属の種類や使用形態によっては樹脂保護層83を省略してもよい。
Here, the resin
このような構成の磁気センサ装置1の製造方法を、図2(A)、(B)、(C)および図3(A)、(B)、(C)を参照して説明しながら、本形態の磁気センサ装置1の構成をさらに詳述する。
A method of manufacturing the
本形態では、まず、半導体プロセスにより剛性基板10の主面に対して磁気抵抗素子25、第1の端子部21、および第2の端子部22を形成した後、剛性基板10の一方側端部11に第1の可撓性基板31を接続し、剛性基板10の他方側端部12に第2の可撓性基板32を接続する。
In this embodiment, first, after forming the
次に、剛性基板10の主面と第1の可撓性基板31との間、および剛性基板10の主面と第2の可撓性基板32との間には、可撓性基板30において導電パターンが形成されていない部分、および剛性基板10において端子が形成されていない部分に起因して隙間38a、38bが発生しているので、かかる隙間38a、38bに対しては、エポキシ樹脂などの封止樹脂41を充填する。なお、剛性基板10に対して第1の可撓性基板31および第2の可撓性基板32の接合に異方性導電膜を用いた場合には、その樹脂部分で隙間を埋めることができるので、隙間に対する樹脂の充填を別途、行う必要はない。
Next, between the main surface of the
次に、可撓性基板30を図3(A)に一点鎖線で示す谷折部分、および二点鎖線で示す山折部分に沿って折り曲げた後、剛性基板10の主面を外側(下向き)にして、可撓性基板30および剛性基板10をホルダ6内の底部に配置する。その際、第1の可撓性基板31および第2の可撓性基板32において、剛性基板10と接続されている部分のベースフィルム36の裏面側361をホルダ6のセンサ面60と一致するように、ホルダ6内に剛性基板10、第1の可撓性基板31および第2の可撓性基板32を固定する。
Next, after bending the
次に、図3(C)に示すように、剛性基板10の主面において、第1の可撓性基板31と第2の可撓性基板32とによって挟まれた領域にエポキシ樹脂などの樹脂を充填した後、硬化させ、図3(A)に右上がりの点線で示すように、磁気抵抗素子25を覆う絶縁樹脂層40を形成する。その際、ホルダ6の開口部65において、第1の可撓性基板31および第2の可撓性基板32と開口部65との間の隙間にも樹脂を充填してもよい。以上の工程により、磁気センサ装置1において、ホルダ6への剛性基板10の固定が完了する。
Next, as shown in FIG. 3C, a resin such as an epoxy resin is provided in a region sandwiched between the first
次に、図2(C)に示すように、樹脂保護層83、金属層82、および導電性粘着材層81がこの順に形成されたフィルム80を、導電性粘着材層81をセンサ面60に向けて貼る。
Next, as shown in FIG. 2C, a
このようにして本形態では、磁気抵抗素子25の表面を絶縁樹脂層40、導電性粘着材層81、金属層82、および樹脂保護層83で覆い、かつ、金属層82は、導電性粘着材層81を介してホルダ6に接着固定する。従って、金属層82は、導電性粘着材層81を介してホルダ6に電気的に接続される。以上の工程により、磁気センサ装置1において、金属層82からなる電波シールド用導電層によって磁気抵抗素子25の表面を覆うことができる。
Thus, in this embodiment, the surface of the
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態の磁気センサ装置1では、センサ面60において、少なくとも磁気抵抗素子25が位置する領域が非磁性の金属層82(電波シールド用導電層)で覆われ、この金属層82は、導電性を有するホルダ6に電気的に接続されている。このため、磁気抵抗素子25に侵入しようとする外乱ノイズは、金属層82を介してホルダ6に放出される。従って、外乱ノイズは、磁気抵抗素子25に届かないため、外乱ノイズの影響を受けずに磁気スケール3からの情報を検出でき、検出精度が高い。
(Main effects of this form)
As described above, in the
また、本形態では、剛性基板10の一方側端部11および他方側端部22の各々に第1の端子部21と第2の端子部22とを形成し、剛性基板10の一方側端部11に第1の可撓性基板31を接続し、他方側端部22に第2の可撓性基板32を接続している。このため、磁気抵抗素子25の両側は略同一の構成であるため、第1の可撓性基板31および第2の可撓性基板32において剛性基板10に接続されている箇所のベースフィルム36の裏面側361をホルダ6のセンサ面60と一致するように剛性基板10の姿勢を決めるだけで、磁気抵抗素子25をセンサ面60に平行に配置することができる。それ故、ホルダ6の底面を磁気スケール3に対向配置した際、磁気抵抗素子25と磁気スケール3とを平行、かつ、近接した状態に配置できるので、感度を向上することができる。
Further, in this embodiment, the first
ここで、本形態の磁気センサ装置1は、磁気スケール3での一定方向の磁界の強弱変化を検出して位置検出するエンコーダ、および略飽和感度以上の磁界感度で回転磁界の方向を検出するタイプのエンコーダのいずれにも適用することができる。但し、回転磁界の方向を検出するタイプのエンコーダでは、略飽和感度以上の磁界感度を必要とするため、磁気スケール3と磁気センサ装置1のセンサ面60との間隔を狭めて検出感度を高める必要があることから、本形態の磁気センサ装置1は、回転磁界の方向を検出するタイプのエンコーダを構成するのに適している。
Here, the
また、本形態では、磁気抵抗素子25の表面を第1の可撓性基板31と第2の可撓性基板32との間に塗布した絶縁樹脂層40で覆ったため、磁気抵抗素子25の耐湿性能などを向上することができる。
In this embodiment, since the surface of the
さらに、本形態では、剛性基板10の主面と第1の可撓性基板31との隙間38a、および剛性基板10の主面と第2の可撓性基板32との隙間38bに封止樹脂41を充填したので、剛性基板10と可撓性基板30との接着強度の向上を図ることができ、さらに、剛性基板10上に形成された端子部21、22などを水分などから保護することができる。
Further, in this embodiment, the sealing resin is formed in the
[その他の実施の形態]
上記形態では、1枚の剛性基板10の主面に形成された磁気抵抗パターンにより磁気抵抗素子25が構成されていたが、図4(A)、(B)に示すように、対向配置された第1の剛性基板10aと第2の剛性基板10bの各対向面に形成された磁気抵抗パターンにより磁気抵抗素子25が構成された磁気センサ装置1に本発明を適用してもよい。この場合も、第1の剛性基板10aおよび第2の基板10bは、可撓性基板31、32が接続された状態でアルミニウム製のホルダ6内に保持される。この状態で、磁気抵抗素子25は、ホルダ6のセンサ面60に形成された開口部65内に位置し、かつ、磁気抵抗素子25は、絶縁樹脂層40、導電性粘着材層81、非磁性の金属層82、および樹脂保護層83で覆われた状態にある。また、金属層82は、導電性粘着材層81を介してホルダ6に接着固定されている。従って、金属層82は、導電性粘着材層81を介してホルダ6に電気的に接続され、かかる金属層82は、磁気抵抗素子25の表面を覆う電波シールド用導電層として機能する。この場合も、樹脂保護層83、金属層82、および導電性粘着材層81は、アルミニウム箔などからなる金属層82の両面に樹脂保護層83および導電性粘着材層81が各々、積層されたフィルム80などを、導電性粘着材層81を介してホルダ6に接着固定したものである。
[Other embodiments]
In the above embodiment, the
なお、本形態の磁気センサ装置1は、図1に示す磁気式リニアエンコーダの他、回転ドラム(可動部材)の外周面や端面に配置された磁気スケールにセンサ面が対向するように配置される磁気式ロータリエンコーダとして用いることができる。
In addition to the magnetic linear encoder shown in FIG. 1, the
1 磁気センサ装置
3 磁気スケール
6 ホルダ
10 剛性基板
40 絶縁樹脂層
41 封止樹脂
60 ホルダのセンサ面
65 開口部
80 フィルム
81 導電性粘着材層(導電性接着材層)
82 金属層(電波シールド用導電層)
83 樹脂保護層
1
82 Metal layer (conductive layer for radio wave shield)
83 Resin protective layer
Claims (7)
前記ホルダは導電性を有し、
前記センサ面は、少なくとも前記磁気抵抗素子が位置する領域が電波シールド用導電層で覆われ、
当該電波シールド用導電層は、前記ホルダに電気的に接続されていることを特徴とする磁気センサ装置。 In a magnetic sensor device having a magnetoresistive element and a holder for holding the magnetoresistive element so that the magnetoresistive element is positioned on a sensor surface facing the magnetic scale.
The holder has electrical conductivity;
The sensor surface is covered with a radio wave shielding conductive layer at least in a region where the magnetoresistive element is located,
The radio wave shielding conductive layer is electrically connected to the holder.
当該金属層は、前記導電性接着材層を介して前記ホルダに電気的に接続されていることを特徴とする磁気センサ装置。 In Claim 1, the radio wave shielding conductive layer is a nonmagnetic metal layer bonded and fixed to the sensor surface by a conductive adhesive layer,
The magnetic sensor device, wherein the metal layer is electrically connected to the holder through the conductive adhesive layer.
当該剛性基板は、磁気スケールの側に前記磁気抵抗素子を向けた姿勢で前記ホルダに保持されていることを特徴とする磁気センサ装置。 In any one of Claim 1 thru | or 3, the said magnetoresistive element is comprised by the magnetoresistive pattern formed in the main surface of one rigid board | substrate,
The rigid sensor is held by the holder in a posture in which the magnetoresistive element faces the magnetic scale side.
前記剛性基板の前記一方側端部に第1の可撓性基板が接続され、前記他方側端部に第2の可撓性基板が接続され、
前記絶縁樹脂層は、前記剛性基板上の前記第1の可撓性基板と前記第2の可撓性基板との間に形成されていることを特徴とする磁気センサ装置。 In Claim 5, the main surface of the rigid substrate is formed with a first terminal portion and a second terminal portion on each of one end and the other end sandwiching the magnetoresistive element therebetween,
A first flexible substrate is connected to the one end of the rigid substrate, and a second flexible substrate is connected to the other end.
The magnetic sensor device, wherein the insulating resin layer is formed between the first flexible substrate and the second flexible substrate on the rigid substrate.
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