JP2009276159A - 磁気センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁気センサは、入力される磁界の向きに応じて出力する抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子が接続され、所定の接続点間の差動電圧を検出可能なよう構成されたブリッジ回路を備えている。そして、上記磁気抵抗効果素子は、当該磁気抵抗効果素子の磁化固定方向が全て同一方向を向いて配置されている。さらに、上記ブリッジ回路の周囲に、磁気抵抗効果素子に入力される磁界の向きを変化させる磁性体を配置している。
【選択図】図7
Description
本発明の第1の実施形態を、図1乃至図7を参照して説明する。図1は、GMR素子の特性を説明する図である。図2乃至図5は、GMRチップの一例を示す図である。図6乃至図7は、本実施形態における磁気センサの一例を示す図である。
次に、図2乃至図5を参照して、本実施形態の磁気センサ1に用いるGMRチップ10の構成について説明する。GMRチップ10は、図2に示すように、略直方体形状であり、その一面(上面)に、4つのGMR素子R1,R2,R3,R4が形成されている。これらGMR素子R1,R2,R3,R4は、図4に示すように接続され、ブリッジ回路を構成している。つまり、GMR素子R1,R3と、GMR素子R2,R4がそれぞれ直列に接続されており、当該直列接続されたGMR素子R1,R3とR2,R4とは、電源に対して並列に接続され、閉回路を構成している。これにより、GMR素子R1とR3の接続点Vaと、GMR素子R2とR4の接続点Vbと、の間における差動電圧を検出することが可能である。なお、ブリッジ回路は、予めGMRチップ10に、上述したように差動電圧が検出可能なよう形成されていることとする。
次に、上記構成の磁気センサ1の動作を、図7を参照して説明する。図7は、上述した図5の例と同様に、GMR素子R1,R2,R3,R4の素子面に対してほぼ垂直な磁界H中に磁気センサ1が配置されている場合を示している。すると、本実施形態においては、この図に示すように、磁性体21よりも上方から当該磁性体21の中心付近にかけては、磁界Hは磁性体21に対して引き寄せられ、また、磁性体21の中心付近から各素子形成部11,12が形成された下方においては、磁界Hは磁性体21から離れる方向に曲折される。すると、磁性体21を挟んで位置する各素子形成部11,12(GMR素子(R1とR4、R2とR3))に対しては、それぞれ反対方向の磁界Hが入射することとなる。具体的には、図7の点線矢印Y1,Y2に示すように、素子形成部11のGMR素子R1,R4に対しては、磁化固定方向Aと同一方向の向きに変化した磁界Hが入射し、素子形成部12のGMR素子R2,R3に対しては、磁化固定方向Aとは反対方向の向きに変化した磁界Hが入射することとなる。
次に、上述した磁気センサ1の製造方法について説明する。まず、上述したようにブリッジ回路を構成し、各素子形成部11,12に配置されるよう、4つのGMR素子R1,R2,R3,R4をGMRチップ10上に形成する(第一の工程)。続いて、このGMRチップ10上に、つまり、各素子形成部11,12の間に、磁性体21を載置して配置する(第二の工程)。なお、必要に応じて、任意のタイミングにて、GMRチップ10を基板上に配置し、また、各種配線を接続する。
次に、本発明の第2の実施形態を、図8乃至図9を参照して説明する。
図8に示すように、本実施形態における磁気センサ1は、上述した実施形態1におけるGMRチップ10上に配置された磁性体21に加えて、さらに別の磁性体22,23(例えば、ソフトフェライト(軟磁性体))を2つ備えている。具体的には、GMRチップ10の両端側に、つまり、上記各素子形成部11,12のさらに外側に、それぞれ磁性体22,23が配置されている。換言すると、素子形成部11に対して素子形成部12側とは反対側に位置するGMRチップ10の端部と、素子形成部12に対して素子形成部11側とは反対側に位置するGMRチップ10の端部と、にそれぞれ磁性体22,23が配置されている。これにより、図9に示すように、各磁性体22,23は、上記各素子形成部11,12に形成されたGMR素子R1,R2,R3,R4の素子面の下方に配置された状態となっている。
次に、上記構成の磁気センサ1の動作を、図9を参照して説明する。図9は、上述した図7の例と同様に、GMR素子R1,R2,R3,R4の素子面に対してほぼ垂直な磁界H中に磁気センサ1が配置されている場合を示している。すると、磁性体21の中心付近から各素子形成部11,12が形成された下方においては、上述同様に、磁界Hは、磁性体21から離れる方向に曲折され、さらに、GMRチップ10の両端部に設けられた各磁性体22,23に引き寄せられる。従って、上述した実施形態1の場合と比較して、各素子形成部11,12(GMR素子(R1とR4、R2とR3))に対しては、それぞれ反対方向により大きな角度を有して磁界Hが入射することとなる。具体的には、図9の点線矢印Y1,Y2に示すように、素子形成部11のGMR素子R1,R4に対しては、磁化固定方向Aと同一方向の向きに変化した磁界Hが入射し、素子形成部12のGMR素子R2,R3に対しては、磁化固定方向Aとは反対方向の向きに変化した磁界Hが入射することとなる。
なお、上述した磁気センサ1の製造方法は、上記実施形態1と同様である。つまり、まず、上述したようにブリッジ回路を構成した4つのGMR素子R1,R2,R3,R4をGMRチップ10上に形成する(第一の工程)。続いて、このGMRチップ10上に、及び、GMRチップ10の両端部に、磁性体21,22,23をそれぞれ配置する(第二の工程)。なお、必要に応じて、任意のタイミングにて、GMRチップ10を基板B上に配置し、また、各種配線を接続する。
次に、本発明の第3の実施形態を、図10乃至図11を参照して説明する。図10に示すように、本実施形態における磁気センサ1は、上述した実施形態1におけるGMRチップ10上に配置された磁性体21を備えておらず、上記実施形態2で説明した磁性体22,23(例えば、ソフトフェライト(軟磁性体))を、GMRチップ10の両端側にそれぞれ備えた構成を採っている。
次に、本発明の第4の実施形態を、図12乃至図13を参照して説明する。本実施形態は、上述した磁気センサ1を利用した計測機器の一例として、電流計を説明する。
次に、本発明の第5の実施形態を、図14乃至図15を参照して説明する。本実施形態は、上述した磁気センサ1を利用した計測機器の一例として、エンコーダ(角度センサ)を説明する。
10 GMRチップ
11,12 素子形成部
21,22,23 磁性体
3 磁性体コア
30 ギャップ
31 導線
4 磁石
5 計測部
R1,R2,R3,R4 GMR素子
A 磁化固定方向
H 磁界
Claims (19)
- 入力される磁界の向きに応じて出力する抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子が接続され、所定の接続点間の差動電圧を検出可能なよう構成されたブリッジ回路を備え、
前記磁気抵抗効果素子は、当該磁気抵抗効果素子の磁化固定方向が全て同一方向を向いて配置されており、
前記ブリッジ回路の周囲に、前記磁気抵抗効果素子に入力される磁界の向きを変化させる磁性体を配置した、
ことを特徴とする磁気センサ。 - 前記磁性体は、軟磁性体である、
ことを特徴とする請求項1記載の磁気センサ。 - 前記磁気抵抗効果素子と前記磁性体とは、前記磁気抵抗効果素子の磁化固定方向に沿って同一直線上に配置されている、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の磁気センサ。 - 前記ブリッジ回路は、4つの前記磁気抵抗効果素子を備えると共に、当該ブリッジ回路にて相互に隣り合って接続されていない対となる2つの前記磁気抵抗効果素子をほぼ同一箇所に形成した素子形成部を、当該磁気抵抗効果素子の各対に対応して2箇所に形成し、当該2箇所の素子形成部の間に前記磁性体を配置した、
ことを特徴とする請求項1,2又は3記載の磁気センサ。 - 前記磁性体を、前記磁気抵抗効果素子が形成されている面上に載置して設けた、
ことを特徴とする請求項4記載の磁気センサ。 - 前記各素子形成部に対して他の素子形成部側とは反対側に、他の磁性体をそれぞれ備えた、
ことを特徴とする請求項4又は5記載の磁気センサ。 - 前記各他の磁性体を、前記磁気抵抗効果素子が形成された面の下方に配置した、
ことを特徴とする請求項6記載の磁気センサ。 - 前記ブリッジ回路は、4つの前記磁気抵抗効果素子を備えると共に、当該ブリッジ回路にて相互に隣り合って接続されていない対となる2つの前記磁気抵抗効果素子をほぼ同一箇所に形成した素子形成部を、当該磁気抵抗効果素子の各対に対応して2箇所に形成し、当該各素子形成部に対して他の素子形成部側とは反対側に、前記磁性体をそれぞれ備えた、
ことを特徴とする請求項1,2又は3記載の磁気センサ。 - 請求項1乃至8に記載の前記磁気センサを備えた、ことを特徴とする計測機器。
- 前記磁気抵抗効果素子が形成されている面に対して垂直に入射する磁界を発生させる磁界発生手段を備えた、
ことを特徴とする請求項9記載の計測機器。 - 一部に切断された空隙部を有する略環状の磁性体コアと、当該磁性体コアのほぼ中心を貫通する導体と、を備え、前記導体に流れる電流を、当該電流によって前記磁性体コアに生じる磁界を検出して計測する電流計であって、
前記空隙部に、請求項1乃至8記載の前記磁気センサを配置した、
ことを特徴とする電流計。 - 前記磁気センサを、当該磁気センサが備える前記磁気抵抗効果素子が形成されている面が前記空隙部を形成する前記磁性体コアの断面に対向するよう配置した、
ことを特徴とする請求項11記載の電流計。 - 所定の方向に磁界を発生する磁界発生手段と、請求項1乃至8記載の前記磁気センサと、を備え、
前記磁界発生手段を、回転可能に設けると共に、
前記磁界検出センサを、前記磁界発生手段の回転周囲に、当該磁界発生手段の回転円の半径方向と前記磁気抵抗効果素子の磁化固定方向とが一致するよう配置した、
ことを特徴とする回転角センサ。 - 前記磁界発生手段は、略円柱形状であり、当該磁界発生手段の外周面の半分がN極にて形成されている、
ことを特徴とする請求項13記載の回転角センサ。 - 少なくとも2つの前記磁気センサを、前記磁界発生手段の回転周囲に、当該磁界発生手段の回転中心から相互に90度の角度を有するよう配置した、
ことを特徴とする請求項14記載の回転角センサ。 - 入力される磁界の向きに応じて出力する抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子が接続され、当該磁気抵抗効果素子の磁化固定方向が全て同一方向を向いて配置されており、所定の接続点間の差動電圧を検出可能なよう構成されたブリッジ回路を形成する第一の工程と、
前記ブリッジ回路の周囲に、前記磁気抵抗効果素子に入力される磁界の向きを変化させる磁性体を配置する第二の工程と、
を有することを特徴とする磁気センサの製造方法。 - 前記第一の工程は、前記ブリッジ回路を4つの前記磁気抵抗効果素子にて形成すると共に、当該ブリッジ回路にて相互に隣り合って接続されていない対となる2つの前記磁気抵抗効果素子をほぼ同一箇所に形成した素子形成部を、当該磁気抵抗効果素子の各対に対応して2箇所に形成することにより前記ブリッジ回路を形成し、
前記第二の工程は、前記2箇所の素子形成部の間に前記磁性体を配置する、
ことを特徴とする請求項16記載の磁気センサの製造方法。 - 前記第二の工程は、前記各素子形成部に対して他の素子形成部側とは反対側に、他の磁性体をそれぞれ配置する、
ことを特徴とする請求項17記載の磁気センサの製造方法。 - 前記第一の工程は、前記ブリッジ回路を4つの前記磁気抵抗効果素子にて形成すると共に、当該ブリッジ回路にて相互に隣り合って接続されていない対となる2つの前記磁気抵抗効果素子をほぼ同一箇所に形成した素子形成部を、当該磁気抵抗効果素子の各対に対応して2箇所に形成することにより前記ブリッジ回路を形成し、
前記第二の工程は、前記各素子形成部に対して他の素子形成部側とは反対側に、前記磁性体をそれぞれ配置する、
ことを特徴とする請求項16記載の磁気センサの製造方法。
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