JP2013178226A - 磁気センサ及びその磁気検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一方の磁気収束板52,62及び他方の磁気収束板53,63は、お互いに対向するように設けられ、片側に等間隔で複数の突起状部材が形成された櫛状である。磁気抵抗素子51,61は、一方及び他方の磁気収束板の突起状部材に沿ってつづら折り状に配置されている。つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接する一方のコ字状部分の内側には、一方の磁気収束板と他方の磁気収束板が配置され、つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接する他方のコ字状部分の外側には、一方の磁気収束板と他方の磁気収束板が配置されている第1の配置パターンと第3の配置パターンとを有している。
【選択図】図9
Description
図1は、従来のGMR素子の動作原理を説明するための斜視図で、図2は、図1の部分断面図である。図中符号1は反強磁性層、2はピンド層(固定層)、3はCu層(スペーサ層)、4はフリー層(自由回転層)を示している。磁性材料の磁化の向きで電子のスピン散乱が変わり抵抗が変化する。つまり、ΔR=(RAP−RP)RP(RAP;上下の磁化の向きが反平行のとき、RP;上下の磁化の向きが反平行のとき)で表される。
図3は、従来のGMR素子の積層構造を説明するための構成図で、図中符号11は絶縁膜、12はフリー層(自由回転層)、13は導電層、14はピンド層(固定層)、15は反強磁性層、16は絶縁膜から構成され、フリー層(自由回転層)12は自由に磁化の向きが回転する層で、NiFe又はCoFe/NiFeから構成され、導電層13は電流を流し、スピン散乱が起きる層で、Cuから構成され、ピンド層(固定層)14は磁化の向きが一定方向に固定された層で、CoFe又はCoFe/Ru/CoFeから構成され、反強磁性層15はピンド層14の磁化の向きを固定するための層で、PtMn又はIrMnから構成され、絶縁膜11,16はTaやCr、NiFeCr、AlOから構成されている。またピンド層は反強磁性層を用いずにセルフバイアス構造を用いても良い。
また、3次元の磁場ベクトルを検知する地磁気センサとして、ホール素子を用いた磁気センサが提案されている。この種のホール素子は、素子面に垂直な方向の磁場を検出でき、素子を平面に配置した場合はZ方向の磁場を検出することができる。例えば、特許文献2では、円形の磁気収束板の下部に対称中心に対し、上下、左右に十字形状のホール素子が配置されており、水平方向の磁場が磁気収束板の端でZ軸方向に変換されることを利用して、ホール素子の感磁方向であるZ方向だけでなく、水平方向の磁場を検出することで同一基板上におけるX、Y、Z軸方向の磁場を検知できることが示されている。
また、特許文献2に記載のセンサでは、ホール素子の感度が低いため、地磁気を精度良く検知するために後段での増幅信号処理が必要となり、消費電流の増大を招くことが考えられる。
また、特許文献5に記載のGMR素子は、GMRチップ上に対して一本の折れ線状をなすパターンにて形成されたものが開示されているものの、本発明の磁気センサのような磁気抵抗素子と磁気収束板とを組み合わせた配置パターンについては何ら開示されていなく、しかも、スピン・バルブ構造を有していないため、磁場の極性を判別出来ず、磁気センサとしては使い辛いという問題がある。
また、請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載の発明において、前記第1の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第2の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行であることを特徴とする。
また、請求項6に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、前記第1の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第2の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ異なる軸上に設けられていることを特徴とする。
また、請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の発明において、前記第5の磁気検出部には、前記単一配置パターンが複数個隣接して配置されているとともに、前記第6の磁気検出部には、前記単一配置パターンが複数個隣接して配置されていることを特徴とする。
また、請求項14に記載の発明は、請求項13に記載の発明において、前記第5の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第6の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ同軸上に設けられていることを特徴とする。
また、請求項18に記載の発明は、請求項8に記載の発明において、前記X軸センサ及び前記Y軸センサの第1及び第3の磁気検出部と第2及び第4の磁気検出部の配置パターンが互いに対向するように折り畳まれて組み込まれていることを特徴とする。
また、請求項19に記載の発明は、請求項1乃至18のいずれかに記載の発明において、前記磁気抵抗素子が、巨大磁気抵抗素子であることを特徴とする。
また、請求項21に記載の発明は、請求項1乃至20のいずれかに記載の磁気センサにおける磁気検出方法において、前記X軸センサと前記Y軸センサ及び前記X軸センサと前記Z軸センサとを互いに直交する位置で同一基板上に配置することで、前記X軸方向と前記Y軸方向と前記Z軸方向とに磁場をかけた時に、各軸センサの抵抗変化の差を取り、前記X軸方向と前記Y軸方向と前記Z軸方向の磁場をそれぞれ干渉なく検知できるようにすることを特徴とする。
また、請求項27に記載の発明は、請求項25又は26に記載の発明において、前記磁気収束板(172,173)を取り除いた場合に、前記磁気収束板(172,173)の前記第1部分(172a)及び前記第2部分(173a)が、前記磁気抵抗素子よりも突出していることを特徴とする。(図17(b))
また、請求項28に記載の発明は、請求項25,26又は27に記載の発明において、前記磁気抵抗素子(171)の感磁部(171a,171b)を挟む前記一方の磁気収束板(172)の第1部分(172a)と、前記他方の磁気収束板(173)の第1部分(173a)との距離(E)は、配置パターン間の磁気収束板間の距離(F)よりも狭いことを特徴とする。(図17(b))
また、請求項30に記載の発明は、請求項25乃至29のいずれかに記載の発明において、前記一方の磁気収束板(172)の第1部分(172a)と、前記他方の磁気収束板(173)の第1部分(173a)に、T字状の磁気収束部材(172c,173c)を設けるとともに、前記磁気収束部材(172c,173c)と隣接する前記磁気収束材との距離(A)が配置パターン内における2つの磁気収束材間の距離(B)よりも遠い位置関係に配置されていることを特徴とする。(図17(d))
また、請求項31に記載の発明は、請求項25乃至30のいずれかに記載の発明において、前記単一配置パターン(G,H)が、X軸方向に位置ずれして配置されていることを特徴とする。(図17(e))
また、請求項35に記載の発明は、基板平面に対して垂直方向の磁場を検知できるようにした磁気センサにおいて、等間隔で複数の突起状部材が形成された櫛状の一方の磁気収束板(172)と、該一方の磁気収束板に対向するように設けられ、等間隔で複数の突起状部材の突起が形成された櫛状の他方の磁気収束板(173)と、前記一方及び他方の磁気収束板の前記突起状部材に沿ってつづら折り状に配置された磁気抵抗素子とを備え、該磁気抵抗素子(171)のコ字状部分の一方の内側には、前記他方の磁気収束板(173)の第1部分(173a)が接しており、前記磁気抵抗素子(171)のコ字状部分の他方の外側には、前記一方の磁気収束板(172)の第1部分(172a)が接している単一配置パターン(I,J)を有することを特徴とする。(図19(a))
また、請求項37に記載の発明は、請求項35又は36に記載の発明において、前記単一配置パターンの前記磁気収束板間の距離(E)が、隣接する同一の単一配置パターン間の距離(F)よりも狭いことを特徴とする。(図19(b))
また、請求項38に記載の発明は、請求項35,36又は37に記載の発明において、前記磁気収束板(172,173)を取り除いた場合に、前記磁気収束板(172,173)の前記第1部分(172a)及び前記第2部分(173a)が、前記磁気抵抗素子よりも突出していることを特徴とする。(図19(c))
図4は発明に係る磁気センサの前提となる磁気センサを説明するための構成図で、磁気抵抗素子としてのGMR素子と磁気収束板の基本的な配置パターンを説明するための構成図である。
図5(a),(b)乃至図7(a),(b)は、本発明に係る磁気センサの前提となる磁気センサを説明するための構成図で、磁気抵抗素子としてのGMR素子と磁気収束板の基本的な配置パターンを説明するための構成図である。図5(a),(b)は、磁気収束板によるX軸方向の磁場変換の様子を説明するための図で、図6(a),(b)は、磁気収束板によるY軸方向の磁場変換の様子を説明するための図で、図7(a),(b)は、磁気収束板によるZ軸方向の磁場変換の様子を説明するための図である。
なお、磁気抵抗素子としてGMR素子を用いているが、GMR素子に限定されるものではなく、トンネル磁気抵抗(TMR)素子やその他磁気抵抗変化素子を用いても何ら構わない。また磁気収束板はNiFe、NiFeB乃至NiFeCo、CoFeなどの軟磁気特性を示す磁性材料であれば良い。
また、GMR素子の幅もセンサの感度や動作磁場範囲を決めるため、最適化する必要がある。GMR素子の単手方向であるピンド層方向の幅は0.1〜20μmであることが好ましいが、幅が大きいと素子サイズが大きくなりすぎてしまい、かつ狭すぎると感度が低下するため0.1〜10μmの範囲がよりが好ましい。
紙面の右方向を+X軸方向、上方向を+Y方向、紙面に垂直な方向を+Z方向と定義する。このような構成により、GMR21にX,Y、Zの磁場が掛かった時の抵抗変化について説明する。
ΔRx=aHx(aは磁性体による磁場変換効率)
磁場変換効率は、磁気収束板の形状やGMRと磁気収束板の相対位置により任意に調整でき、特に限定されるものではない。
ΔRy=cHy (cは磁性体による磁場変換効率)
ΔRz=dHz (dはZ軸磁場の変換効率)
このような構成により、磁場によりGMR素子の抵抗が変化した場合の抵抗変変化は、以下の関係式で表される。
R’=R(1+ΔR/R)
R1=R(1+(ΔRx1+ΔRy1+ΔRz1)/R)
R2=R(1+(ΔRx2+ΔRy2+ΔRz2)/R
ΔR=R2−R1
=R(1+(ΔRx2+ΔRx2+ΔRz2)/R)
−R(1+(ΔRx2+ΔRy1+ΔRz1)/R)
=(ΔRx2−ΔRx2)+(ΔRx2−ΔRy1)+(ΔRz2
−ΔRz1)
Vout=(ΔR/R)×R1=ΔR×I
この実施形態では定電流駆動の例を示しているが、駆動方式はこれに限定されるものではない。
<実施形態1>
図9は、本発明に係る磁気センサの実施形態1を説明するための構成図で、X軸磁気センサのGMR素子と磁気収束板の配置パターンを説明するための構成図である。
また、第1の磁気センサ部50には、第1のパターン内で接続された感磁部の一方の端と他方の端を直列に繋ぐことで第1のパターンを複数個隣接して配置出来るよう、GMR素子51eとGMR素子51d、GMR素子51cとGMR素子51bは直線的に接続されている。
また、第2の磁気センサ部60には、第2のパターン内で接続された感磁部の一方の端と他方の端を直列に繋ぐことで第2のパターンを複数個隣接して配置出来るよう、GMR素子61bとGMR素子61c、GMR素子61dとGMR素子61e直線的に接続されている。
また、第1の磁気センサ部50の長手方向の軸と、第2の磁気検出部60の長手方向の軸とが互いに平行である。また、第1の磁気センサ部50の長手方向の軸と、第2の磁気センサ部60の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ同軸上に設けられている。
ΔRx=aHx
ΔRy=cHy
ΔRz=dHz−dHz=0
X1=ΔRx+ΔRy+ΔRz=aHx+Hy
ΔRx=−aHx
ΔRy=cHy
ΔRz=dHz−dHz=0
X2=ΔRx+ΔRy+ΔRz=−aHx+Hy
したがって、X1とX2を演算すると、X2−X1=2aHxとなる。
同様に、磁気センサの櫛状の磁気収束板により、X軸方向とY軸方向とZ軸方向が変換され、Y軸方向の磁場は、第1及び第2のGMR素子に対し反対の向きで磁場がかかるように磁場変換され、X軸方向の磁場は、同一方向に変換されるのに対し、Z軸方向の磁場はコ字状部分の磁気収束板の内側に配置された第1及び第2のGMR素子で+/−になるように磁場が掛かるため相殺され、第1のGMR素子と第2のGMR素子の抵抗の差を演算することで、X軸方向の磁場を消去し、Y軸方向の磁場を2倍に増幅する。
図12は、本発明に係る磁気センサの実施形態2を説明するための構成図で、Z軸磁気センサのGMR素子と磁気収束板の配置パターンを説明するための構成図である。また、Z軸磁気センサについて説明するための図である。
このような構成により、感磁部であるGMR素子91eの長手方向に櫛歯状の磁気収束板93bが隣接され、GMR素子91eの中点よりも、櫛歯状の磁気収束板93bの中点が外側に配置された第3の磁気感知部をもち、また感磁部であるGMR素子91fの長手方向に櫛歯状の磁気収束板92bが隣接され、GMR素子91fの中点よりも、櫛歯状の磁気収束板92bの中点が外側に配置された第四の磁気感知部をもち、第3の磁気感知部と第四の磁気感知部の感磁部同士が直列接合されている単一パターンである第3のパターンを有している。
また、第3のパターンを有する第5の磁気センサ部90には、第3のパターン内で接続された感磁部の一方の端と他方の端を直列に繋ぐことで第3のパターンを複数個隣接して配置出来るよう、GMR91eとGMR91bは直線的に接続されている。
また、第2のパターンを有する第2の磁気センサ部100には、第2のパターン内で接続された感磁部の一方の端と他方の端を直列に繋ぐことで第2のパターンを複数個隣接して配置出来るよう、GMR101bとGMR101eは直線的に接続されている。
このような構成により、第5のセンサ部90における抵抗変化Z1は、以下のよう関係式を有している。
ΔRx=cHx
ΔRy=aHy
ΔRz=−dHz
Z1=ΔRx+ΔRy+ΔRz=Hx+aHy−dHz
ΔRx=cHx
ΔRy=aHy
ΔRz=dHz
Z2=ΔRx+ΔRy+ΔRz=Hx+aHy+dHz
したがって、Z1とZ2を演算すると、Z2−Z1=2dHzとなる。
図13は、本発明に係る磁気センサの実施形態2の他の例を説明するための構成図である。なお、図13に示すようにGMR91bと91eの間にGMR91cと91dを配置することや、GMR101bと101eの間にGMR101cと101dを配置することで、GMRの抵抗を調整することも可能である。
また、第5の磁気センサ部90の長手方向の軸と、第6の磁気センサ部100の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ異なる軸上に設けることも出来る。
このような各X、Y、Z軸のセンサからの検出出力は組立体両端の抵抗を測定し、抵抗を後段のIC回路等で演算することで算出出来る。
また、Y軸センサ160の第3の磁気センサ部70の電極115−116間の抵抗変化はY1はcHx+aHy、Y軸センサ160の第4の磁気センサ部80の電極117―118間の抵抗変化Y2はcHx−aHyで、Y軸センサ140の検出出力は、磁気センサ部70と80の抵抗変化を後段のIC等で差を演算することで、Y2−Y1=2aHyとなる。
また、本実施例では各GMR素子の両端に電極パッドを接続させているが、GND端子など共通出来る端子は共用することも可能である。
図16は、図15に示されたX軸センサの更に他のセンサ配置パターンを説明するための構成図である。
また、図15に磁気センサ部90と100のGND端子を電極パッド120で共有化し、磁気センサ部50と60のGND端子を電極パッド113で共有化し、磁気センサ部70と80のGND端子を電極パッド117で共有化することで、電極パッド数を減らしコンパクト化を図ることが可能になる。
図17(a)乃至(e)は、本発明に係る磁気センサの実施形態3を説明するための構成図で、X軸及びY軸磁気センサのGMR素子と磁気収束板の配置パターンを説明するための構成図である。
単一配置パターンG,Hは、図17(a)に示すように、互いに線対称の配置パターンになっている。単一配置パターンGの構成は、GMR素子(感磁部171a,171b)171のコ字状部分の一方の外側には、磁気収束板172の第1部分172aが接しており、GMR素子171のコ字状部分の他方の外側には、磁気収束板173の第1部分173aが接している。この配置パターンの2パターン以上の繰り返し構造で、単一配置パターンGと単一配置パターンHとは、互いに線対称の配置パターンになっている。なお、磁気収束板(梁)は必須ではないが、あった方が効率的に磁気収束可能となる。
図17(a)においては、単一配置パターンG,Hは、繋がっていたが、図17(e)においては、位置ずれして配置されている。
図18(a)乃至(c)は、本発明に係る磁気センサの実施形態4を説明するための構成図で、X軸及びY軸磁気センサのGMR素子と磁気収束板の配置パターンを説明するための構成図である。
図17(a)においては、GMR素子(感磁部171a,171b)171のコ字状部分の一方の外側には、磁気収束板172の第1部分172aが接しており、GMR素子171のコ字状部分の他方の外側には、磁気収束板173の第1部分173aが接しているが、図18(a)に示すように、磁気収束板172の第1部分172aと感磁部171a、磁気収束板173の第1部分173aと感磁部171baとは必ずしも接していなくても良い。磁気収束板172の第1部分172aと磁気収束板173の第1部分173aとを、2つの感磁部171a,171bと等距離に配置されていれば、磁気収束板は感磁部と接触していなくともよい。
図18(c)に示すように、梁と繋がっていない磁気収束板の先端形状は、半円のような角がない形状であってもよいし、三角形状でもよい。四角形(長方形や矩形)である必要はない。
図19(a)乃至(d)は、本発明に係る磁気センサの実施形態5を説明するための構成図で、Z軸磁気センサのGMR素子と磁気収束板の配置パターンを説明するための構成図である。
単一配置パターンI,Jは、図19(a)に示すように、互いに点対称の配置パターンになっている。単一配置パターンIの構成は、GMR素子(感磁部171a,171b)171のコ字状部分の一方の内側には、磁気収束板173の第1部分173aが接しており、GMR素子171のコ字状部分の他方の外側には、磁気収束板172の第1部分172aが接している。この配置パターンの2パターン以上の繰り返し構造で、単一配置パターンIと単一配置パターンJとは、互いに点対称の配置パターンになっている。
2 ピンド層(固定層)
3 Cu層(スペーサ層)
4 フリー層(自由回転層)
21,31,41,51,61,71,81,91,101,171 GMR素子
22,52,62,72,82,92,102 一方の磁気収束板
23,53,63,73,83,93,103 他方の磁気収束板
32,33,42,43 磁気収束板
50 第1の磁気センサ部
51a GMR素子51の第1部分
51b GMR素子51の第2部分
51c GMR素子51の第3部分
51d GMR素子51の第4部分
51e GMR素子51の第5部分
51f GMR素子51の第6部分
52a 一方の磁気収束板52の櫛歯の第1部分
52b 一方の磁気収束板52の櫛歯の第2部分
52c 一方の磁気収束板52の櫛歯の第3部分
53a 他方の磁気収束板53の櫛歯の第1部分
53b 他方の磁気収束板53の櫛歯の第2部分
53c 他方の磁気収束板53の櫛歯の第3部分
60 第2の磁気センサ部
61a GMR素子61の第1部分
61b GMR素子61の第2部分
61c GMR素子61の第3部分
61d GMR素子61の第4部分
61e GMR素子61の第5部分
61f GMR素子61の第6部分
62a 一方の磁気収束板62の櫛歯の第1部分
62b 一方の磁気収束板62の櫛歯の第2部分
62c 一方の磁気収束板62の櫛歯の第3部分
63a 他方の磁気収束板63の櫛歯の第1部分
63b 他方の磁気収束板63の櫛歯の第2部分
63c 他方の磁気収束板63の櫛歯の第3部分
90 第5の磁気センサ部
91a GMR素子91の第1部分
91b GMR素子91の第2部分
91e GMR素子91の第3部分
91f GMR素子91の第4部分
92a 一方の磁気収束板92の第1部分
92b 一方の磁気収束板92の第2部分
93a 他方の磁気収束板93の第1部分
93b 他方の磁気収束板93の第2部分
100 第6の磁気センサ部
101a GMR素子101の第1部分
101b GMR素子101の第2部分
101e GMR素子101の第3部分
101f GMR素子101の第4部分
102a 一方の磁気収束板102の第1部分
102b 一方の磁気収束板102の第2部分
103a 他方の磁気収束板103の第1部分
103b 他方の磁気収束板103の第2部分
110,200 同一平面基板
111乃至122 電極パッド
112,113,115,116,117,118,119,120,121,122 電極
131乃至142 配線
150,180 X軸センサ
160,190 Y軸センサ
170 Z軸センサ
171a,171b 感磁部
172,173 磁気収束板
172a 磁気収束板172の第1部分
173a 磁気収束板173の第1部分
Claims (39)
- 同一基板上でX軸方向とY軸方向とZ軸方向の磁場を検知できるようにした磁気センサにおいて、
一方の梁状部材に直交する向きに、該一方の梁状部材から片側に等間隔で複数の突起状部材が形成された櫛状の一方の磁気収束板と、
該一方の磁気収束板に対向するように設けられ、他方の梁状部材に直交する向きに、該他方の梁状部材から片側に等間隔で複数の突起状部材の突起が形成された櫛状の他方の磁気収束板と、
前記一方及び他方の磁気収束板の前記突起状部材に沿ってつづら折り状に配置された磁気抵抗素子とを備え、
前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接する一方のコ字状部分の内側には、前記一方の磁気収束板及び前記他方の磁気収束板が配置されているとともに、前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接する他方のコ字状部分の外側には、前記一方の磁気収束板及び前記他方の磁気収束板が配置されている単一配置パターンを有することを特徴とする磁気センサ。 - 前記単一配置パターンを有する第1の磁気検出部と、前記単一配置パターンを有する第2の磁気検出部とを備え、前記第1の磁気検出部の前記単一配置パターンと前記第2の磁気検出部の前記単一配置パターンとが互いに線対称になっていることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。
- 前記第1の磁気検出部には、前記単一配置パターンが複数個隣接して配置されているとともに、前記第2の磁気検出部には、前記単一配置パターンが複数個隣接して配置されていることを特徴とする請求項2に記載の磁気センサ。
- 前記第1の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第2の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行であることを特徴とする請求項2又は3に記載の磁気センサ。
- 前記第1の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第2の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ同軸上に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の磁気センサ。
- 前記第1の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第2の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ異なる軸上に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の磁気センサ。
- 前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の第1の磁気検出部は、第1部分乃至と第6部分とからなる連続体で、前記第1部分と前記第2部分とからなる第1のコ字状部分と、前記第2部分と前記第3部分とからなる第2のコ字状部分と、前記第3部分と前記第4部分とからなる第3のコ字状部分と、前記第4部分と前記第5部分とからなる第4のコ字状部分と、前記第5部分と前記第6部分とからなる第5のコ字状部分とから構成され、
前記一方の磁気収束板は、前記磁気抵抗素子の第2のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第1部分と対向して配置されている突起状の第1の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第4のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第4部分と対向して配置されている突起状の第2の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第5のコ字状部分の凹部分の外側で前記磁気抵抗素子の第6部分と対向して配置されている突起状の第3の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、
前記他方の磁気収束板は、前記一方の磁気収束板と対向するように配置され、前記磁気抵抗素子の第1のコ字状部分の凹部分の外側で前記磁気抵抗素子の第1部分と対向して配置されている突起状の第1の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第2のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第2部分と対向して配置されている突起状の第2の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第4のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第4部分と対向して配置されている突起状の第3の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、
前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の第2の磁気検出部は、第1部分と第2部分と第3部分からなる連続体で、前記第1部分と前記第2部分とからなる第1のコ字状部分と、前記第2部分と前記第3部分とからなる第2のコ字状部分と、前記第3部分と前記第4部分とからなる第3のコ字状部分と、前記第4部分と前記第5部分とからなる第4のコ字状部分と、前記第5部分と前記第6部分とからなる第5のコ字状部分とから構成され、
前記一方の磁気収束板は、前記磁気抵抗素子の第1のコ字状部分の凹部分の外側で前記磁気抵抗素子の第1部分と対向して配置されている突起状の第1の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第2のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第3部分と対向して配置されている突起状の第2の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第4のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第5部分と対向して配置されている突起状の第3の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、
前記他方の磁気収束板は、前記一方の磁気収束板と対向するように配置され、前記磁気抵抗素子の第2のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第2部分と対向して配置されている突起状の第1の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第4のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第4部分と対向して配置されている突起状の第2の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第5のコ字状部分の凹部分の外側で前記磁気抵抗素子の第6部分と対向して配置されている突起状の第3の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成されていることを特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載の磁気センサ。 - 前記第1の磁気検出部と前記第2の磁気検出部とを備えたX軸センサと、該X軸センサを90度回転させた位置に配置され、第3の磁気検出部と第4の磁気検出部とを備えたY軸センサと、該X軸センサを90度回転させた位置で、前記Y軸センサに対向して配置され、第5の磁気検出部と第6の磁気検出部とを備えたZ軸センサとを備えていることを特徴とする請求項2乃至7のいずれかに記載の磁気センサ。
- 前記Z軸センサが、前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接するコ字状部分の内側には、各々別個に前記一方の磁気収束板と前記他方の磁気収束板が配置されている単一配置パターンを有することを特徴とする請求項8に記載の磁気センサ。
- 前記Z軸センサが、前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接するコ字状部分の内側には、各々別個に前記一方の磁気収束板と前記他方の磁気収束板が配置され、さらに隣接するコ字状部分の内側には、前記一方の磁気収束板と前記他方の磁気収束板が配置されていない単一配置パターンを有することを特徴とする請求項8に記載の磁気センサ。
- 前記単一配置パターンを有する前記第5の磁気検出部と、前記単一配置パターンを有する前記第6の磁気検出部とを備え、前記第5の磁気検出部の前記単一配置パターンと前記第6の磁気検出部の前記単一配置パターンとが互いに点対称になっていることを特徴とする請求項9又は10に記載の磁気センサ。
- 前記第5の磁気検出部には、前記単一配置パターンが複数個隣接して配置されているとともに、前記第6の磁気検出部には、前記単一配置パターンが複数個隣接して配置されていることを特徴とする請求項11に記載の磁気センサ。
- 前記第5の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第6の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行であることを特徴とする請求項9乃至12のいずれかに記載の磁気センサ。
- 前記第5の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第6の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ同軸上に設けられていることを特徴とする請求項13に記載の磁気センサ。
- 前記第5の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第6の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ異なる軸上に設けられていることを特徴とする請求項13に記載の磁気センサ。
- 前記第5の磁気検出部を構成する第5の磁気抵抗素子は、第1部分乃至と第6部分とからなる連続体で、第1部分と第2部分とからなる第1のコ字状部分と、第2部分と第3部分とからなる第2のコ字状部分と、第3部分と第4部分とからなる第3のコ字状部分と、第4部分と第5部分とからなる第4のコ字状部分と、第5部分と第6部分とからなる第5のコ字状部分とから構成され、
前記一方の磁気収束板は、前記第5の磁気抵抗素子の第2のコ字状部分の凹部分の内側で前記第5の磁気抵抗素子の第2部分と対向して配置されている突起状の第1の櫛状部分と、前記第5の磁気抵抗素子の第5のコ字状部分の凹部分の外側で前記第1の磁気抵抗素子の第6部分と対向して配置されている突起状の第2の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、
前記他方の磁気収束板は、前記一方の磁気収束板と対向するように配置され、前記第5の磁気抵抗素子の第1のコ字状部分の凹部分の内側で前記第5の磁気抵抗素子の第1部分と対向して配置されている突起状の第1の櫛状部分と、前記第5の磁気抵抗素子の第5のコ字状部分の凹部分の内側で前記第5の磁気抵抗素子の第5部分と対向して配置されている突起状の第2の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、
前記第2の磁気検出部を構成する第6の磁気抵抗素子は、第1部分乃至第6部分とからなる連続体で、第1部分と第2部分とからなる第1のコ字状部分と、第2部分と第3部分とからなる第2のコ字状部分と、第3部分と第4部分とからなる第3のコ字状部分と、第4部分と第5部分とからなる第4のコ字状部分と、第5部分と第6部分とからなる第5のコ字状部分とから構成され、
前記一方の磁気収束板は、前記第6の磁気抵抗素子の第1のコ字状部分の凹部分の内側で前記第6の磁気抵抗素子の第2部分と対向して配置されている突起状の第1の櫛状部分と、前記第6の磁気抵抗素子の第5のコ字状部分の凹部分の内側で前記第6の磁気抵抗素子の第6部分と対向して配置されている突起状の第2の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、
前記他方の磁気収束板は、前記一方の磁気収束板と対向するように配置され、前記第6の磁気抵抗素子の第1のコ字状部分の凹部分の外側で前記第6の磁気抵抗素子の前記第1部分と対向して配置されている突起状の第1の櫛状部分と、前記第6の磁気抵抗素子の第4のコ字状部分の凹部分の内側で前記第6の磁気抵抗素子の第5部分と対向して配置されている突起状の第2の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成されていることを特徴とする請求項9乃至15のいずれかに記載の磁気センサ。 - 前記磁気抵抗素子と前記一方及び他方の磁気収束板とが互いに間隔を有して配置されていることを特徴とする請求項9乃至16のいずれかに記載の磁気センサ。
- 前記X軸センサ及び前記Y軸センサの第1及び第3の磁気検出部と第2及び第4の磁気検出部の配置パターンが互いに対向するように折り畳まれて組み込まれていることを特徴とする請求項8に記載の磁気センサ。
- 前記磁気抵抗素子が、巨大磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項1乃至18のいずれかに記載の磁気センサ。
- 前記磁気抵抗素子が、トンネル磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項1乃至18のいずれかに記載の磁気センサ。
- 請求項1乃至20のいずれかに記載の磁気センサにおける磁気検出方法において、
前記X軸センサと前記Y軸センサ及び前記X軸センサと前記Z軸センサとを互いに直交する位置で同一基板上に配置することで、前記X軸方向と前記Y軸方向と前記Z軸方向とに磁場をかけた時に、各軸センサの抵抗変化の差を取り、前記X軸方向と前記Y軸方向と前記Z軸方向の磁場をそれぞれ干渉なく検知できるようにすることを特徴とする磁気センサの磁気検出方法。 - 前記磁気センサの前記櫛状の磁気収束板により、前記X軸方向と前記Y軸方向とZ軸方向が変換され、前記X軸方向の磁場は、前記第1及び第2の磁気抵抗素子に対し反対の向きで磁場がかかるように磁場変換され、前記Y軸方向の磁場は、同一方向に変換されるのに対し、前記Z軸方向の磁場はコ字状部分の磁気収束板の内側に配置された前記第1及び第2の磁気抵抗素子で+/−になるように磁場が掛かるため相殺され、前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子の抵抗の差を演算することで、前記Y軸方向の磁場を消去し、前記X軸方向の磁場を2倍に増幅することを特徴とする請求項21に記載の磁気センサの磁気検出方法。
- 前記磁気センサの前記櫛状の磁気収束板により、前記X軸方向と前記Y軸方向とZ軸方向が変換され、前記Y軸方向の磁場は、前記第1及び第2の磁気抵抗素子に対し反対の向きで磁場がかかるように磁場変換され、前記X軸方向の磁場は、同一方向に変換されるのに対し、前記Z軸方向の磁場はコ字状部分の磁気収束板の内側に配置された前記第1及び第2の磁気抵抗素子で+/−になるように磁場が掛かるため相殺され、前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子の抵抗の差を演算することで、前記X軸方向の磁場を消去し、前記Y軸方向の磁場を2倍に増幅することを特徴とする請求項21に記載の磁気センサの磁気検出方法。
- 前記磁気センサの前記櫛状の磁気収束板により、前記X軸方向と前記Y軸方向とZ軸方向が変換され、前記第5及び第6の磁気抵抗素子に対し、前記X軸方向乃至前記Y軸方向の磁場が同一方向に変換されるのに対し、前記Z軸方向の磁場は、前記第1及び2の磁気抵抗素子に反対の向きで磁場がかかるように磁場変換され、前記第5の磁気抵抗素子と前記第6の磁気抵抗素子の抵抗の差を演算することで、前記X軸方向及び前記Y軸方向の磁場を消去し、前記Z軸方向の磁場を2倍に増幅することを特徴とする請求項21に記載の磁気センサの磁気検出方法。
- 基板平面に対して平行な任意の軸方向の磁場を検知できるようにした磁気センサにおいて、
等間隔で複数の突起状部材が形成された櫛状の一方の磁気収束板と、
該一方の磁気収束板に対向するように設けられ、等間隔で複数の突起状部材の突起が形成された櫛状の他方の磁気収束板と、
前記一方及び他方の磁気収束板の前記突起状部材に沿ってつづら折り状に配置された磁気抵抗素子とを備え、
該磁気抵抗素子のコ字状部分の一方の外側には、前記一方の磁気収束板の第1部分が配置されており、前記磁気抵抗素子のコ字状部分の他方の外側には、前記他方の磁気収束板の第1部分が配置されている単一配置パターンを有することを特徴とする磁気センサ。 - 前記単一配置パターンが、互いに線対称になっていることを特徴とする請求項25に記載の磁気センサ。
- 前記磁気収束板を取り除いた場合に、前記磁気収束板の前記第1部分及び前記第2部分が、前記磁気抵抗素子よりも突出していることを特徴とする請求項25又は26に記載の磁気センサ。
- 前記磁気抵抗素子の感磁部を挟む前記一方の磁気収束板の第1部分と、前記他方の磁気収束板の第1部分との距離は、配置パターン間の磁気収束板間の距離よりも狭いことを特徴とする請求項25,26又は27に記載の磁気センサ。
- 前記磁気抵抗素子の感磁部の接続部が、前記感磁部同じ材質ではないことを特徴とする請求項25乃至28のいずれかに記載の磁気センサ。
- 前記一方の磁気収束板の第1部分と、前記他方の磁気収束板の第1部分に、T字状の磁気収束部材を設けるとともに、前記磁気収束部材と隣接する前記磁気収束材との距離が配置パターン内における2つの磁気収束材間の距離よりも遠い位置関係に配置されていることを特徴とする請求項25乃至29のいずれかに記載の磁気センサ。
- 前記単一配置パターンが、位置ずれして配置されていることを特徴とする請求項25乃至30のいずれかに記載の磁気センサ。
- 前記一方の磁気収束板の第1部分と前記感磁部及び前記他方の磁気収束板の第1部分と前記感磁部とが接触することなく、前記一方の磁気収束板の第1部分と前記他方の磁気収束板の第1部分とを、前記感磁部と等距離に配置されていることを特徴とする請求項25乃至31のいずれかに記載の磁気センサ。
- 前記感磁部が、断面において、前記一方の磁気収束板の第1部分と前記他方の磁気収束板の第1部分の下側に配置され、かつ前記磁気収束板の中線を越えていないことを特徴とする請求項25乃至32のいずれかに記載の磁気センサ。
- 前記磁気収束板に繋がっていない前記第1部分の先端形状が、長方形であることを特徴とする請求項25乃至33のいずれかに記載の磁気センサ。
- 基板平面に対して垂直方向の磁場を検知できるようにした磁気センサにおいて、
等間隔で複数の突起状部材が形成された櫛状の一方の磁気収束板と、
該一方の磁気収束板に対向するように設けられ、等間隔で複数の突起状部材の突起が形成された櫛状の他方の磁気収束板と、
前記一方及び他方の磁気収束板の前記突起状部材に沿ってつづら折り状に配置された磁気抵抗素子とを備え、
該磁気抵抗素子のコ字状部分の一方の内側には、前記他方の磁気収束板の第1部分が接しており、前記磁気抵抗素子のコ字状部分の他方の外側には、前記一方の磁気収束板の第1部分が接している単一配置パターンを有することを特徴とする磁気センサ。 - 前記単一配置パターンが、互いに点対称になっていることを特徴とする請求項35に記載の磁気センサ。
- 前記単一配置パターンの前記磁気収束板間の距離が、隣接する同一の単一配置パターン間の距離よりも狭いことを特徴とする請求項35又は36に記載の磁気センサ。
- 前記磁気収束板を取り除いた場合に、前記磁気収束板の前記第1部分及び前記第2部分が、前記磁気抵抗素子よりも突出していることを特徴とする請求項35,36又は37に記載の磁気センサ。
- 前記一方の磁気収束板の第1部分と、前記他方の磁気収束板の第1部分に、T字状の磁気収束部材を設けるとともに、前記磁気収束部材と隣接する前記磁気収束材との距離が配置パターン内における2つの磁気収束材間の距離よりも遠い位置関係に配置されていることを特徴とする請求項35乃至38のいずれかに記載の磁気センサ。
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