JP2007294679A - 磁気検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】基板を保持するケース上における基板と、この基板上における素子との位置精度を確保して高い精度で検出対象となる情報を検出すること。
【解決手段】磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を実装する際に利用される位置決め穴が形成された基板２と、この基板２を固定する際の基準となる突出部が形成されたケース１とを具備する磁気検出センサであって、基板２をケース１に固定する際、基板２に形成された位置決め穴に、ケース１に形成された突出部を挿入して基板２の位置決めを行うことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気検出センサに関し、特に、巨大磁気抵抗効果を発揮するＧＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）を用いた磁気検出センサに関する。

自動車などに搭載されるセンサ装置においては、高度な検出精度を確保すべく、装置を構成する各部品の位置精度が要求されている。具体的には、基板上における素子の位置精度や、基板を保持するケース上における基板の位置精度が要求される。このような要求に対応できるように、例えば、ケースの所定位置に突部を設け、この突部を基準に基板の位置決めを行うセンサ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、磁気抵抗型センサを備え、磁石の磁化方向の角度変位を検出するセンサ装置も知られているが（例えば、特許文献２参照）、このようなセンサ装置においては、磁気抵抗型センサと磁石との位置精度も要求される。特に、装置の小型化・軽量化を実現すべく、磁石を小型化する場合には、より高い位置精度が要求されることとなる。
特開平８−８６８００号公報 特開２００５−１８０９５９号公報

しかしながら、上述のような従来のセンサ装置においては、ケース上における基板の位置と、基板上における素子の位置とがそれぞれ別々に決定されているため、ケース上における基板とこの基板上における素子との位置精度を確保することができず、装置における検出精度が悪化するという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、基板を保持するケース上における基板と、この基板上における素子との位置精度を確保して高い精度で検出対象となる情報を検出することができる磁気検出センサを提供することを目的とする。

本発明の磁気検出センサは、磁気抵抗効果素子を実装する際に利用される位置決め穴が形成された基板と、前記基板を固定する際の基準となる突出部が形成されたケースとを具備する磁気検出センサであって、前記基板を前記ケースに固定する際、前記位置決め穴に前記突出部を挿入して前記基板の位置決めを行うことを特徴とする。

この構成によれば、ケース上における基板の位置決めを行う際に、基板上における磁気抵抗効果素子の実装に利用される位置決め穴を利用するようにしたので、ケース上における基板とこの基板上における磁気抵抗効果素子との位置精度を確保することができ、高い精度で検出対象となる情報を検出することが可能となる。

また、上記磁気検出センサにおいて、前記ケースに、前記基板を固定する位置を決めるための他の突出部を形成するようにしても良い。この場合には、他の突出部により基板の位置決めが補助されるため、容易にケース上における基板の位置決めを行うことが可能となる。また、ケースに対して基板を固定した後、突出部及び他の突出部により基板の移動が規制されるため、検出対象となる情報の検出精度を高度に維持することが可能となる。

特に、前記他の突出部を複数形成することが好ましい。この場合には、より効果的に基板の移動が規制することができるため、検出対象となる情報の検出精度を長期間に亘って高度に維持することが可能となる。

また、前記基板に、前記他の突出部を収容する収容部を形成することが好ましい。この場合には、収容部に他の突出部が収容されるので、基板の位置決めを適確に行うことができ、また、適確な位置で位置決めされた状態で基板と他の突出部との位置関係を維持することが可能となる。

例えば、前記収容部を切り欠きで構成することが考えられる。この場合には、収容部に他の突出部を収容し易くなるので、容易にケース上における基板の位置決めを行うと共に、基板の位置決めを適確に行うことが可能となる。

また、上記磁気検出センサにおいて、前記突出部又は他の突出部を変形させて前記基板を前記ケースに固定するようにしても良い。この場合には、基板の位置決めに利用される突出部又は他の突出部を用いて基板がケースに固定されることから、基板をケースに固定するための部材を別途用意する必要がなくなるので、装置の部品点数を低減できると共に、その製造コストを低減することが可能となる。

例えば、前記突出部又は他の突出部を、超音波溶着又は熱カシメにより変形させることが考えられる。この場合には、突出部又は他の突出部における基板を保持する部分に影響を与えることなく変形させることができるので、装置における検出精度を悪化させることなく、基板をケースに対して固定することが可能となる。

本発明によれば、基板を保持するケース上における基板と、この基板上における素子との位置精度を確保して高い精度で検出対象となる情報を検出することが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、本発明に係る磁気検出センサが、自動車などに搭載されるスロットルバルブポジションセンサ（以下、単に「スロットルポジションセンサ」という）に適用される場合について説明する。しかし、本発明に係る磁気検出センサは、これに限定されるものではなく、その他の検出対象を検出するセンサにも適用することが可能である。

図１は、本実施の形態に係る磁気検出センサが適用されるスロットルポジションセンサの上面図である。図２は、図１に示す一点鎖線Ａに沿った断面図である。なお、図１においては、説明の便宜上、図２に示すケースの開口部を蓋閉する蓋体を省略している。

図１及び図２に示すように、本実施の形態に係るスロットルポジションセンサにおいては、上方に開口部を有するケース１内に、後述するＧＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）を実装する基板２が固定される。そして、上記開口部は、ケース１の一部を構成する蓋体３により蓋閉される。なお、基板２は、後述するように、ケース１の底面に形成されたボスを基準に位置決めが行われた後、熱カシメなどによりケース１の底面に固定される。

本実施の形態に係るスロットルポジションセンサは、自動車などのアクセルペダルへの操作に応じて開閉するバルブの回転軸に取り付けられた磁石の回転角度を検出することで、スロットルバルブの位置を検出するものである。具体的には、図２に示すように、基板２上のＧＭＲ素子に対向して配設される磁石４の回転角度をＧＭＲ素子で検出する。そして、後述するＡＳＩＣで計算される角度データを、自動車における各種制御を行う制御装置に出力し、当該制御装置で角度データに基づいてスロットルバルブの位置を検出するものである。

すなわち、本実施の形態に係るスロットルポジションセンサにおいては、磁石４による外部磁界をＧＭＲ素子に作用させる。そして、ＧＭＲ素子の電気抵抗値の変化を、磁石４による外部磁界の向きにより生じさせ、当該ＧＭＲ素子の出力信号からＧＭＲ素子と磁石４との相対移動量を検出する。制御装置は、この相対移動量に基づいて、磁石４の回転角度を検出することが可能となる。

ここで、本実施の形態に係るスロットルポジションセンサを構成する各部品について図３〜図５を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係るスロットルポジションセンサが有する基板２の上面図である。図４は、本実施の形態に係るスロットルポジションセンサが有するケース１の上面図であり、図５は、図４に示す一点鎖線Ｂに沿った断面図である。なお、図４においては、説明の便宜上、図５に示すケース１の開口部を蓋閉する蓋体３を省略している。

図３に示すように、基板２は、長方形状を有し、中央部分に各種素子が実装される領域（以下、「素子領域」という）２０が設けられている。素子領域２０においては、中央部よりも右方側にＧＭＲ素子２１が実装される一方、左方側にＡＳＩＣ２２、２３が実装される。なお、基板２は、略矩形であれば長方形に限らず、さらにまたＧＭＲ素子２１及びＡＳＩＣ２２、２３が実装される領域は左右どちらでも構わない。

ＧＭＲ素子２１は、磁石４からの磁気に感応して出力信号を出力する。基本的構成として、交換バイアス層（反強磁石層）、固定層（ピン止め磁性層）、非磁性層及び自由層（フリー磁性層）を基板上に積層して形成されている。なお、ＧＭＲ素子２１が巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を発揮するためには、例えば、交換バイアス層がα−Ｆｅ２Ｏ３層、固定層がＮｉＦｅ層、非磁性層がＣｕ層、自由層がＮｉＦｅ層から形成されることが好ましいが、これらのものに限定されるものではなく、巨大磁気抵抗効果を発揮するものであれば、いずれのものであってもよい。また、ＧＭＲ素子２１は、巨大磁気抵抗効果を発揮するものであれば、上記の積層構造のものに限定されるものではない。

ＡＳＩＣ２２、２３は、ＧＭＲ素子２１からの出力信号を受け取り、この出力信号から磁石４の回転角度を示す角度データを求める。なお、本実施の形態に係るスロットルポジションセンサにおいては、２つのＡＳＩＣ２２、２３を基板２に実装する場合について示しているが、ＡＳＩＣ２２の数量については適宜変更が可能である。

基板２における素子領域２０の右方側の中央部分には、位置決め穴２４が形成されている。位置決め穴２４は、基板２上にＧＭＲ素子２１を実装する際に利用されるものである。例えば、この位置決め穴２４を基準としてＧＭＲ素子２１の実装位置が決定される。また、位置決め穴２４は、ケース１に対して基板２を固定する際の基準として利用される。すなわち、この位置決め穴２４及び後述する切り欠き部を基準としてケース１上における基板２の固定位置が決定される。

基板２における素子領域２０の左方側の上端部及び下端部には、収容部としての切り欠き部２５、２６が形成されている。切り欠き部２５、２６は、半円弧形状に形成されている。これらの切り欠き部２５、２６は、位置決め穴２４と同様に、ケース１に対して基板２を固定する際の基準として利用される。すなわち、これらの切り欠き部２５、２６及び位置決め穴２４を基準としてケース１上における基板２の固定位置が決定される。

また、基板２における左方側端部には、複数の端子接続部２７が形成されている。端子接続部２７は、ケース１にインサート成型されたスロットルポジションセンサの出力端子と接続される。当該ケース１の出力端子と端子接続部２７とは、アルミ線等により接続される。

ケース１は、図４及び図５に示すように、上方に開口部を有する基板収納部１１と、コネクタ収容部１２とを有している。図４に示すように、基板収納部１１は、平面視円盤形状を有している。また、図５に示すように、蓋体３で蓋閉する状態において、その内側部分に基板２を収納可能な空間が形成される。

基板収納部１１の底面部１３には、基板２に対応する位置に穴部１４が形成されている。穴部１４は、図４に示すように、平面視略正方形状を有している。また、図５（より具体的には図２）に示すように、基板２の裏面に配設される素子を収容可能な深さに設けられている。

穴部１４における右方側の辺の中央近傍の位置には、機能する第１ボス１５が形成されている。また、穴部１４のうち、図４に示す左方側端部近傍であって上方側及び下方側の位置には、それぞれ第２ボス１６及び第３ボス１７が形成されている。第２ボス１６及び第３ボス１７は、第１ボス１５を通る一点鎖線Ｂを基準として上下に対称の位置に形成されている。第１〜第３ボス１５〜１７は、それぞれ円筒形状を有し、上方に向かって突出形成されている。なお、第１ボス１５が突出部として機能し、第２ボス１６及び第３ボス１７が他の突出部として機能する。

底面部１３からせり上がる基板収納部１１の内壁には、蓋体３を支持する蓋体支持部１７が形成されている。蓋体支持部１７は、上方に向けて広くなる傾斜を有し、その上端部で蓋体３が支持される。蓋体支持部１７で蓋体３を支持した状態で、例えば、蓋体３近傍の基板収納部１１の部分に対して超音波溶着を行うことで蓋体３を基板収納部１１に一体化させることが可能となる。

コネクタ収容部１２は、図４及び図５に示す左方側に開口した形状を有する。また、その内部には、インサート成型された出力端子１８の一端が配設されている。一方、出力端子１８の他端は、図５に示すように、基板収納部１１の内側に入り込み、上方側が露出した状態となっている。

以下、これらの部品を用いてスロットルポジションセンサを製造する場合の処理について説明する。以下においては、先の工程によって基板２には、既に位置決め穴２４及び切り欠き部２５、２６が形成され、端子接続部２７が設けられているものとする。

まず、基板２上に素子（ＧＭＲ素子２１及びＡＳＩＣ２２、２３）を実装する処理が行われる。この際、本実施の形態においては、基板２上に形成された位置決め穴２４を基準としてＧＭＲ素子２１を実装する。同様に、位置決め穴２４を基準としてＡＳＩＣ２２、２３を実装する。これにより、図３に示す素子を実装した基板２が完成する。なお、ＡＳＩＣ２２、２３を実装する際には、必ずしも位置決め穴２４を基準とする必要はなく、ＧＭＲ素子２１を基準に実装するようにしても良い。また、基板２にＧＭＲ素子２１を実装する際に、位置決め穴２４を基準として基板２にパターンを形成し、このパターンを基準にＧＭＲ素子２１を実装してもよい。この後、素子を保護するため、モールドにより保護層を形成し、その後、電子部品(チップコンデンサ等)の実装を素子の裏面側に行う。

次に、この基板２をケース１の基板収納部１１に固定する処理が行われる。この際、本実施の形態においては、底面部１３に形成された第１ボス１５が、基板２の位置決め穴２４に挿入されると共に、第２ボス１６及び第３ボス１７が切り欠き部２５、２６に収容されるように、基板２を上方から取り付ける。そして、基板２の下面が底面部１３まで到達するまで基板２を下方に押し込む。なお、底面部１３まで基板２が到達すると、基板２の上面よりも第１ボス１５〜第３ボス１７の先端が上方に突出した状態となる。

基板２の下面が底面部１３まで到達したならば、基板２の上面から露出している第１ボス１５〜第３ボス１７の先端を、熱カシメや超音波溶着等により変形させ、基板２をケース１に固定する。具体的には、第１ボス１５を変形させ、基板２が上方に抜けないように固定すると共に、第２ボス１６及び第３ボス１７を変形させ、第２ボス１６及び第３ボス１７で基板２と底面部１３とを接続するように固定する。なお、第１ボス１５〜第３ボス１７の３つを同時に変形させるようにしてもよい。

このように、基板２の位置決めに利用される第１ボス１５〜第３ボス１７を用いて基板２がケース１に固定することにより、基板２をケース１に固定するための部材を別途用意する必要がなくなる。これにより、装置の部品点数を低減すると共に、その製造コストを低減している。特に、第１ボス１５〜第３ボス１７を、超音波溶着又は熱カシメにより変形させることにより、第１ボス１５〜第３ボス１７における基板２を保持する部分に影響を与えることなく変形させている。これにより、装置における検出精度を悪化させることなく、基板２をケースに対して固定可能としている。

最後に、基板２上の端子接続部２７と、ケース１内で露出している出力端子１８の端部とをワイヤ等により連結する。なお、ワイヤ等は、例えば、基板２上に実装された素子のパッドと端子の露出部を基準として基板２に取り付けられる。このようにワイヤ等を取り付けることで、図１及び図２に示すスロットルポジションセンサが完成する。

このように本実施の形態に係る磁気検出センサによれば、ケース１上における基板２の位置決めを行う際に、基板２上におけるＧＭＲ素子２１の実装に利用される位置決め穴２４を利用するようにしたので、ケース１上における基板２とこの基板２上におけるＧＭＲ素子２１との位置精度を確保することができ、高い精度で検出対象となる情報を検出することが可能となる。

また、ケース１の底面部１３に第２ボス１６及び第３ボス１７を形成し、基板２の位置決めを補助するようにしている。これにより、ケース１上における基板２の位置決めを容易に行うことが可能となる。また、ケース１に対して基板２を固定した後、第１ボス１５〜第３ボス１７により基板２の移動が規制されるため、検出対象となる情報の検出精度を高度に維持することが可能となる。

なお、上記実施の形態においては、基板２の位置決めを補助する２つの第２ボス１６及び第３ボス１７を形成しているが、かかる役割を果たすボスの数については、適宜変更が可能であり、例えば、１つのボスであっても良い。但し、上記実施の形態に係る磁気検出センサのように、複数のボスを形成した場合には、より効果的に基板２の移動が規制することができるため、検出対象となる情報の検出精度を長期間に亘って高度に維持することが可能となる。

また、本実施の形態に係る磁気検出センサにおいては、基板２に、第２ボス１６及び第３ボス１７を収容する切り欠き部２５、２６を形成している。このように第２ボス１６等を収容する切り欠き部２５等を形成することにより、基板２の位置決めを適確に行うことが可能となる。また、適確な位置で位置決めされた状態で基板２と第２ボス１６等との位置関係を維持することが可能となる。

特に、基板２の端部に切り欠き部２５、２６を形成し、第２ボス１６及び第３ボス１７を収容し易くしているので、容易にケース１上における基板２の位置決めを行うと共に、基板２の位置決めを適確に行うことが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記実施の形態においては、ケース１上における基板２の位置決めを行う際に、基板２上におけるＧＭＲ素子２１の実装位置の基準となる位置決め穴２４を利用することで、ケース１上における基板２とこの基板２上におけるＧＭＲ素子２１との位置精度を確保する場合について示している。しかし、これに限定されず、装置における検出精度を向上させることを目的とする変更が可能である。例えば、基板２上に形成された位置決め穴２４を利用して、ＧＭＲ素子２１による検出対象とされる磁石４の位置決めを行うことは実施の形態として好ましい。この場合には、ケース１上における基板２、基板２上におけるＧＭＲ素子２１、並びに、ＧＭＲ素子２１による検出対象とされる磁石４における位置精度を確保することが可能となるので、高い精度で検出対象となる情報を検出することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係るセンサ装置が適用されるスロットルポジションセンサの上面図である。 図１に示す一点鎖線Ａに沿った断面図である。 上記実施の形態に係るスロットルポジションセンサが有する基板の上面図である。 上記実施の形態に係るスロットルポジションセンサが有するケースの上面図である。 図４に示す一点鎖線Ｂに沿った断面図である。

符号の説明

１ ケース
１５ 第１ボス
１６ 第２ボス
１７ 第３ボス
２ 基板
２１ ＧＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）
２２、２３ ＡＳＩＣ
２４ 位置決め穴
２５、２６ 切り欠き部

Claims (7)

1. 磁気抵抗効果素子を実装する際に利用される位置決め穴が形成された基板と、前記基板を固定する際の基準となる突出部が形成されたケースとを具備する磁気検出センサであって、前記基板を前記ケースに固定する際、前記位置決め穴に前記突出部を挿入して前記基板の位置決めを行うことを特徴とする磁気検出センサ。
2. 前記ケースに、前記基板を固定する位置を決めるための他の突出部を形成したことを特徴とする請求項１記載の磁気検出センサ。
3. 前記他の突出部を複数形成したことを特徴とする請求項２記載の磁気検出センサ。
4. 前記基板に、前記他の突出部を収容する収容部を形成したことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の磁気検出センサ。
5. 前記収容部を切り欠きで構成したことを特徴とする請求項４記載の磁気検出センサ。
6. 前記突出部又は他の突出部を変形させて前記基板を前記ケースに固定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の磁気検出センサ。
7. 前記突出部又は他の突出部を、超音波溶着又は熱カシメにより変形させることを特徴とする請求項６記載の磁気検出センサ。

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