JP2016170166A - Magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気センサにかかり、特に磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor, and more particularly to a magnetic sensor using a magnetoresistive effect element.
計測装置として、磁界の変化を検出可能な磁気センサが開発されており、例えば、電流計、磁気エンコーダなど、種々の用途に用いられている。このような磁気センサの一例が下記特許文献1に開示されており、磁界の変化を検出する素子としてGMR素子(巨大磁気抵抗効果素子(Giant Magneto Resistive effect 素子)を用いている。なお、GMR素子は、入力される磁気に応じて出力される抵抗値が変化する素子であり、この出力される抵抗値に基づいて、検出された磁界の変化を計測することができる。 As a measuring device, a magnetic sensor capable of detecting a change in a magnetic field has been developed, and is used for various applications such as an ammeter and a magnetic encoder. An example of such a magnetic sensor is disclosed in Patent Document 1 below, which uses a GMR element (Giant Magneto Resistive Effect Element) as an element for detecting a change in a magnetic field. Is an element whose resistance value that is output changes in accordance with the input magnetism, and the change in the detected magnetic field can be measured based on the output resistance value.
そして、GMR素子を用いた磁気センサの具体的な構成の一例としては、特許文献1に示すように、基板上に4つのGMR素子を配置し、ブリッジ回路を構成する。そして、ブリッジ回路の差動電圧を検出することで、検出対象となる磁界が変化することに伴うGMR素子の抵抗値の変化を検出する。これにより、磁界の変化に高感度なセンサを構成することができる。 And as an example of the concrete structure of the magnetic sensor using a GMR element, as shown in patent document 1, four GMR elements are arrange | positioned on a board | substrate and a bridge circuit is comprised. Then, by detecting the differential voltage of the bridge circuit, a change in the resistance value of the GMR element due to a change in the magnetic field to be detected is detected. As a result, a sensor that is highly sensitive to changes in the magnetic field can be configured.
具体的に、特許文献1に開示されている磁気センサは、磁界の変化を検出する素子として、入力される磁界の向きに応じて出力される抵抗値が変化するスピンバルブ型のGMR素子(巨大磁気抵抗効果素子)を用いたGMRチップ(磁界検出チップ)を備えている。そして、GMR素子は、それぞれの一面に、所定の方向の磁界を検出可能なよう所定方向に磁化固定されている。このとき、GMRチップの小型化、及び、個々の抵抗値のばらつきを小さくするために、1つのGMRチップ上にブリッジ回路を形成する4つのGMR素子を形成している。このため、4つ全てのGMR素子の磁化固定方向は全て同一方向である。 Specifically, the magnetic sensor disclosed in Patent Document 1 is a spin valve type GMR element (giant to change in output resistance value according to the direction of an input magnetic field, as an element for detecting a change in a magnetic field. A GMR chip (magnetic field detection chip) using a magnetoresistive element is provided. The GMR elements are fixedly magnetized in a predetermined direction on one surface so that a magnetic field in a predetermined direction can be detected. At this time, in order to reduce the size of the GMR chip and reduce variations in individual resistance values, four GMR elements forming a bridge circuit are formed on one GMR chip. For this reason, the magnetization fixed directions of all four GMR elements are all the same direction.
図1、図2はGMR素子の特性を説明する図である。まず、本発明にて用いられるGMR素子の特性について、図1、図2を参照して説明する。GMR素子は、入力される磁界の向きに応じて出力される抵抗値が変化するスピンバルブ型のGMR素子(巨大磁気抵抗効果素子)である。そして、図1および図2に、GMR素子に対する磁界Hの侵入角と、抵抗値との関係について示す。 1 and 2 are diagrams for explaining the characteristics of the GMR element. First, characteristics of the GMR element used in the present invention will be described with reference to FIGS. The GMR element is a spin valve type GMR element (giant magnetoresistive effect element) in which the output resistance value changes according to the direction of the input magnetic field. 1 and 2 show the relationship between the penetration angle of the magnetic field H with respect to the GMR element and the resistance value.
図1の例におけるGMRチップ1は、その上面にGMR素子が形成されている。このGMR素子は、矢印A方向の磁界を検出可能なよう当該矢印A方向に磁化固定されて、構成されていることとする。 The GMR chip 1 in the example of FIG. 1 has a GMR element formed on the upper surface thereof. This GMR element is configured to be fixed in the direction of arrow A so that a magnetic field in the direction of arrow A can be detected.
そして、図1において、GMR素子は、当該GMR素子の形成面に対して垂直に入射する磁界H中に配置されている。この場合に、GMR素子の抵抗値は、図2に示すように、「Ro」となる。これに対し、磁界Hの向きが傾くと、図1の点線にて示すように、GMR素子面に対する磁界Hの入射角が、垂直方向から−△θ(△(デルタ):変化量を表すこととして用いる)、あるいは、+△θの角度だけ傾く。すると、GMR素子は、上述したように一方向に磁化固定されているため、その方向において磁界の向きが変化することとなり、図2に示すように、GMR抵抗値が変化する。このように、GMR素子は、入射する磁界の向きが垂直な状態にて抵抗値をRoと設定したときに、磁界Hの向きが微小角度だけ傾いたときに特に抵抗値が大きく変化するという特性を有する。 In FIG. 1, the GMR element is disposed in a magnetic field H that is incident perpendicular to the formation surface of the GMR element. In this case, the resistance value of the GMR element is “Ro” as shown in FIG. On the other hand, when the direction of the magnetic field H is inclined, as shown by the dotted line in FIG. 1, the incident angle of the magnetic field H with respect to the GMR element surface represents −Δθ (Δ (delta): change amount from the vertical direction. Or tilted by an angle of + Δθ. Then, since the GMR element is magnetized and fixed in one direction as described above, the direction of the magnetic field changes in that direction, and the GMR resistance value changes as shown in FIG. As described above, the GMR element has such a characteristic that when the resistance value is set to Ro in a state where the direction of the incident magnetic field is vertical, the resistance value changes greatly when the direction of the magnetic field H is inclined by a minute angle. Have
図3、図4は従来の磁気センサの構成図である。前記のようなブリッジ回路を形成するGMRチップを用いて一方向の磁界を検出する場合、特許文献1では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GMR素子をほぼ同一箇所に形成した素子形成部の近傍に、GMR素子に入力される磁界の向きを変化させる磁性体21を配置している。
3 and 4 are configuration diagrams of a conventional magnetic sensor. When a unidirectional magnetic field is detected using the GMR chip forming the bridge circuit as described above, in Patent Document 1, a pair of GMR elements that are not connected to each other in the bridge circuit are arranged at substantially the same location. A
さらに前記磁性体21は、一方向の外部磁界を、GMR素子間で異なる方向に変化させることが出来る。これにより、ブリッジ回路以内の4つのGMR素子に対し、一方に対しては磁化固定方向に、他方に対してはその反対方向に、磁界が導出されるように配置されている。これによりブリッジ回路から大きな差動電圧を出力し、一方向の磁界の検出精度の向上を図っている。
Furthermore, the
図5は特許文献1における、磁性体21によってGMR素子部11、12へ導入される磁界Hの概略図である。磁性体21により磁界Hが曲げられ、GMR素子部11、12に於いて、GMR素子部11、12の感磁方向への磁界成分(X軸方向磁界)が発生し、前述のとおりGMR抵抗値が変化する。これにより、磁界の変化に高感度なセンサを構成することができる。なお、以下の全ての説明に於いて、GMR素子の磁化固定方向と平行な方向をX軸方向、GMR素子形成面内における、GMR素子の磁化固定方向と直交する方向をY軸方向、GMR素子形成面と直交する方向をZ軸方向と定義する。
FIG. 5 is a schematic diagram of the magnetic field H introduced into the
また、特許文献2においては、磁気抵抗効果素子に対し、外部からの垂直磁界を水平方向への磁界成分に変換して与える磁性体を複数配置して、垂直磁界成分を検出するセンサが開示されている。 Further, Patent Document 2 discloses a sensor that detects a vertical magnetic field component by arranging a plurality of magnetic bodies to be applied to a magnetoresistive effect element by converting an external vertical magnetic field into a horizontal magnetic field component. ing.
しかしながら、上記特許文献1、特許文献2に開示の技術では、微弱な磁界を検出する為には、素子部に導出される磁界の量が不十分であり、磁気検出精度を向上させる必要があるという問題があった。 However, in the techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, the amount of the magnetic field derived to the element portion is insufficient to detect a weak magnetic field, and it is necessary to improve the magnetic detection accuracy. There was a problem.
このため、本発明の目的は、上述した課題である、磁気センサの磁気検出精度の向上を簡便な構成にて図ることにある。 Therefore, an object of the present invention is to improve the magnetic detection accuracy of the magnetic sensor, which is the above-described problem, with a simple configuration.
そこで、本発明の一形態である磁気センサは、入力される磁界の向きに応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子の近傍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、その磁性体に少なくとも1つ以上の突起部を有することで、検出磁界を磁気抵抗素子に効率よく導出する事により、磁気検出精度を向上させることが出来る。 Therefore, a magnetic sensor according to one embodiment of the present invention is a magnetic body that changes the direction of a magnetic field input to the magnetoresistive effect element in the vicinity of the magnetoresistive effect element whose resistance value changes according to the direction of the input magnetic field. The magnetic detection accuracy can be improved by efficiently deriving the detection magnetic field to the magnetoresistive element by arranging at least one protrusion on the magnetic body.
また、磁性体の突起部の突出方向は、磁気抵抗効果素子の磁化固定方向と略平行方向である事で、検出磁界を磁気抵抗素子に効率よく導出する事により、磁気検出精度を向上させることが出来る。 In addition, since the protruding direction of the protrusion of the magnetic body is substantially parallel to the magnetization fixed direction of the magnetoresistive element, the detection magnetic field is efficiently derived to the magnetoresistive element, thereby improving the magnetic detection accuracy. I can do it.
磁性体の突起部の突出方向における端部は、磁気抵抗効果素子における磁性体の中心側と反対側端部よりも、磁性体中心側になるよう配置されている事が望ましく、さらに、磁性体と磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果素子配置面と垂直な方向に於いて重なる領域が無い事が望ましい。 The end of the protrusion of the magnetic body in the protruding direction is preferably arranged to be closer to the center of the magnetic body than the end of the magnetoresistive element opposite to the center of the magnetic body. It is desirable that the magnetoresistive element does not have an overlapping region in a direction perpendicular to the magnetoresistive element arrangement surface.
磁性体の突起部の少なくとも一部は、磁性体の配置面に接している事が望ましい。 It is desirable that at least a part of the protrusion of the magnetic body is in contact with the magnetic material placement surface.
さらに、磁性体は軟磁性体である事が望ましい。 Furthermore, the magnetic material is preferably a soft magnetic material.
上記の発明によると、上記磁性体の上記突起部により、検出磁界を磁気抵抗素子に効率よく導出する事により、磁気センサの磁気検出精度を向上させることが出来る。 According to the above invention, the magnetic detection accuracy of the magnetic sensor can be improved by efficiently deriving the detection magnetic field to the magnetoresistive element by the protrusion of the magnetic body.
本発明の具体的な構成を、実施形態にて説明する。以下、実施形態1では、本発明における磁気センサの基本構成を説明し、実施形態2乃至5では、本発明における磁気センサの応用構成を説明する。 A specific configuration of the present invention will be described in the embodiment. Hereinafter, in Embodiment 1, the basic configuration of the magnetic sensor in the present invention will be described, and in Embodiments 2 to 5, the applied configuration of the magnetic sensor in the present invention will be described.
なお、磁気抵抗素子としてGMRを例にして説明するが、TMR、AMR等を含めた磁気抵抗効果を持つ素子にも適用可能である。 In addition, although GMR is demonstrated as an example as a magnetoresistive element, it is applicable also to an element with a magnetoresistive effect including TMR, AMR, etc.
(実施形態1)
本発明の第1の実施形態を、図6乃至図11を参照して説明する。図6は本実施形態における磁気センサにおける、X−Z軸方向に於ける構成図である。図7は本実施形態における磁気センサにおける、X−Y軸方向に於ける構成図である。図8は本実施形態における、磁性体によってGMR素子部へ入射される磁界の概略図である。図9は従来例における、磁性体によってGMR素子部に入射される磁界の概略図のうち、GMR素子部における拡大図である。図10は本実施形態における、磁性体によってGMR素子部に入射される磁界の概略図のうち、GMR素子部における拡大図である。図11は従来例と本実施形態における、磁気抵抗素子部のX軸方向の磁界量のシミュレーション結果である。
(Embodiment 1)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a configuration diagram in the XZ axis direction of the magnetic sensor according to the present embodiment. FIG. 7 is a configuration diagram in the XY axis direction in the magnetic sensor according to the present embodiment. FIG. 8 is a schematic diagram of a magnetic field incident on the GMR element portion by the magnetic material in the present embodiment. FIG. 9 is an enlarged view of the GMR element portion in the schematic diagram of the magnetic field incident on the GMR element portion by the magnetic material in the conventional example. FIG. 10 is an enlarged view of the GMR element portion in the schematic view of the magnetic field incident on the GMR element portion by the magnetic material in the present embodiment. FIG. 11 is a simulation result of the magnetic field amount in the X-axis direction of the magnetoresistive element portion in the conventional example and this embodiment.
[構成]
図6、図7を参照して、本実施形態の軟磁性体の形状について説明する。GMRチップ110にはGMR素子111,112が形成されている。さらにこれらGMR素子はブリッジ回路を構成しており、そのブリッジ回路の近傍に、磁気抵抗素子に入力される磁界の向き変化させる磁性体121が配置されている。また磁性体121には磁気抵抗素子の感磁方向Aと略平行な方向に突起部122a、122bを有している。
[Constitution]
With reference to FIG. 6 and FIG. 7, the shape of the soft magnetic body of this embodiment is demonstrated.
さらに、磁性体121の突起部122のX軸方向に於ける端部は、GMR素子111、112のX軸方向に於ける、磁性体中心側と反対側端部よりも、磁性体121の中心寄り、つまり内側に配置されている事が望ましく、さらに、磁性体と磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果素子配置面と垂直な方向に於いて重なる領域が無い事が望ましい。
Further, the end portion in the X-axis direction of the protrusion 122 of the
磁性体121は、例えば、フェライト、パーマロイ(Ni−Fe合金)やセンダスト(Fe−Si−Al合金)などの軟磁性体であるが、上記磁性体121の機能として、上記磁界Hの向きを変化させることが出来る範囲においてはその材料について限定されない。
The
さらに磁性体121を構成するに当たり、1つの部品で構成されることが望ましいが、上記磁性体121の機能として上記磁界Hの向きを変化させることが出来る範囲においてはその部品数は限定されない。
Further, in configuring the
[動作]
次に、図8乃至図10を参照して、上記構成によるGMR素子部111、112へ導入される磁界Hについて説明する。磁性体121に入射されるZ軸方向に於ける紙面、上方向からの磁界は、従来例の作用と同様に磁性体121により曲げられ、磁性体121内部に導入される。
[Operation]
Next, the magnetic field H introduced into the
磁性体121内部に導入された磁界Hは、磁性体121の突起部122近辺ではその突起形状により磁性体121のX軸方向における外側方向へ導出される。これにより、結果的にGMR素子111、112近辺へ集磁された磁界Hが入射される事で、検出する磁界量が増加する。さらに図9、図10を参照して、従来例および本実施例におけるGMR素子部の拡大図から、上記の作用による、GMR素子部に入射される磁界Hの入射角の比較をすると、本実施形態では、磁界HはX軸方向へ大きく曲げられる事が確認できる。この事により、GMR素子111へ入射される磁界Hは、磁界量の増加だけでなく、磁性体121および突起部122aの作用により、磁界Hが曲げられる事で、GMR素子の感磁方向である磁界HのX軸方向成分が増加し、磁気センサの検出精度を向上させることが出来る。図示はしていないが、X軸上反対側に於いても、磁性体121および突起部122bの作用により、GMR素子112へ入射される磁界Hは、同様の作用が働き、GMR素子の感磁方向である、磁界HのX軸方向成分が増加する事で、磁気センサの検出精度を向上させることが出来る。
The magnetic field H introduced into the
図11を参照して、上記構成によるGMR素子部111、112へ導入される磁界Hの強さをシミュレーションにより、従来例と比較した結果について説明する。実施形態1では、従来例に比べGMR素子部111、112へ導入される磁界Hの強さが増していることが確認できる。
With reference to FIG. 11, the result of comparing the strength of the magnetic field H introduced into the
以上のように作用する為、結果的にGMR素子部の磁界量が増加する事で磁気センサの磁気検出精度を向上させる事が出来る。 Since it acts as described above, the magnetic detection accuracy of the magnetic sensor can be improved by increasing the amount of magnetic field in the GMR element as a result.
(実施形態2)
本発明の第2の実施形態を、図12乃至図15を参照して説明する。図12は本実施形態における磁気センサにおける、X−Z軸方向に於ける構成図である。図13は本実施形態における磁気センサにおける、X−Y軸方向に於ける構成図である。図14は本実施形態における、磁性体によってGMR素子部へ入射される磁界の概略図である。図15は従来例と本実施形態における、磁気抵抗素子部のX軸方向の磁界量のシミュレーション結果である。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a configuration diagram in the XZ axis direction of the magnetic sensor according to the present embodiment. FIG. 13 is a configuration diagram in the XY axis direction in the magnetic sensor according to the present embodiment. FIG. 14 is a schematic diagram of a magnetic field incident on the GMR element portion by the magnetic material in the present embodiment. FIG. 15 is a simulation result of the magnetic field amount in the X-axis direction of the magnetoresistive element portion in the conventional example and this embodiment.
[構成]
図12、図13を参照して、本実施形態の軟磁性体の形状について説明する。GMRチップ210にはGMR素子211、212が形成されている。さらにこれらGMR素子はブリッジ回路を構成しており、そのブリッジ回路の近傍に、磁気抵抗素子に入力される磁界の向き変化させる磁性体221が配置されている。また磁性体221には磁気抵抗素子の感磁方向Aと略平行な方向に突起部222a、222bを有している。
[Constitution]
The shape of the soft magnetic material of this embodiment will be described with reference to FIGS.
さらに、磁性体221の突起部222の先端は、GMR素子配置面へ向けた突起部先端面取り部223a、223bを有している。
Further, the tip of the protrusion 222 of the
さらに、磁性体221の突起部222のX軸方向に於ける端部は、GMR素子211、212のX軸方向に於ける、磁性体中心側と反対側端部よりも、磁性体221の中心寄り、つまり内側に配置されている事が望ましく、さらに、磁性体と磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果素子配置面と垂直な方向に於いて重なる領域が無い事が望ましい。
Further, the end portion in the X-axis direction of the protrusion 222 of the
磁性体221は、例えば、フェライト、パーマロイ(Ni−Fe合金)やセンダスト(Fe−Si−Al合金)などの軟磁性体であるが、上記磁性体221の機能として、上記磁界Hの向きを変化させることが出来る範囲においてはその材料について限定されない。
The
さらに磁性体221を構成するに当たり、1つの部品で構成されることが望ましいが、上記磁性体221の機能として上記磁界Hの向きを変化させることが出来る範囲においてはその部品数は限定されない。
Further, in configuring the
[動作]
次に、図14を参照して、上記構成によるGMR素子部211、212へ導入される磁界Hについて説明する。磁性体221に入射されるZ軸方向に於ける紙面、上方向からの磁界は、従来例の作用と同様に磁性体221により曲げられ、磁性体221内部に導入される。
[Operation]
Next, with reference to FIG. 14, the magnetic field H introduced into the
磁性体221内部に導入された磁界Hは、磁性体221の突起部222近辺ではその突起形状により磁性体221のX軸方向における外側方向へ導出される。さらに、突起部先端面取り部223a、223bの作用により、磁界Hは突起部222のY軸方向での端部において集磁される。これにより、結果的にGMR素子211、212近辺へ集磁された磁界Hが入射される事で、検出する磁界量が増加する。さらに、本実施形態においても実施形態1と同様にGMR素子部に入射される磁界Hの入射角が、GMR素子の感磁方向(X軸方向)に大きく曲げられる。この事により、GMR素子211へ入射される磁界Hは、磁界量の増加だけでなく、磁性体221および突起部222の作用により、磁界Hが曲げられる事により、GMR素子の感磁方向である磁界HのX軸方向成分が増加する事で、磁気センサの検出精度を向上させることが出来る。
The magnetic field H introduced into the
図15を参照して、上記構成によるGMR素子部211、212へ導入される磁界Hの強さをシミュレーションにより、従来例と比較した結果について説明する。実施形態2では、従来例に比べGMR素子部211、212へ導入される磁界Hの強さが増していることが確認できる。
With reference to FIG. 15, the result of comparing the strength of the magnetic field H introduced into the
以上のように作用する為、結果的にGMR素子部の磁界量が増加する事で磁気センサの磁気検出精度を向上させる事が出来る。 Since it acts as described above, the magnetic detection accuracy of the magnetic sensor can be improved by increasing the amount of magnetic field in the GMR element as a result.
(実施形態3)
本発明の第3の実施形態を、図16乃至図19を参照して説明する。図16は本実施形態における磁気センサにおける、X−Z軸方向に於ける構成図である。図17は本実施形態における磁気センサにおける、X−Y軸方向に於ける構成図である。図18は本実施形態における、磁性体によってGMR素子部へ入射される磁界の概略図である。図19は従来例と本実施形態における、磁気抵抗素子部のX軸方向の磁界量のシミュレーション結果である。
(Embodiment 3)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is a configuration diagram in the XZ axis direction of the magnetic sensor according to the present embodiment. FIG. 17 is a configuration diagram in the XY axis direction in the magnetic sensor according to the present embodiment. FIG. 18 is a schematic diagram of a magnetic field incident on the GMR element portion by the magnetic material in the present embodiment. FIG. 19 is a simulation result of the magnetic field amount in the X-axis direction of the magnetoresistive element portion in the conventional example and this embodiment.
[構成]
図16、図17を参照して、本実施形態の軟磁性体の形状について説明する。GMRチップ310にはGMR素子311、312が形成されている。さらにこれらGMR素子はブリッジ回路を構成しており、そのブリッジ回路の近傍に、磁気抵抗素子に入力される磁界の向き変化させる磁性体321が配置されている。また磁性体321には磁気抵抗素子の感磁方向Aと略平行な方向に突起部322a、322bを有している。
[Constitution]
The shape of the soft magnetic body of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
さらに、磁性体321と突起部322は傾斜を持った突起部傾斜接続部324a、324bにより接続されている。
Further, the
さらに、磁性体321の突起部322のX軸方向に於ける端部は、GMR素子311、312のX軸方向に於ける、磁性体中心側と反対側端部よりも、磁性体321の中心寄り、つまり内側に配置されている事が望ましく、さらに、磁性体と磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果素子配置面と垂直な方向に於いて重なる領域が無い事が望ましい。
Further, the end of the protrusion 322 of the
磁性体321は、例えば、フェライト、パーマロイ(Ni−Fe合金)やセンダスト(Fe−Si−Al合金)などの軟磁性体であるが、上記磁性体321の機能として、上記磁界Hの向きを変化させることが出来る範囲においてはその材料について限定されない。
The
さらに磁性体321を構成するに当たり、1つの部品で構成されることが望ましいが、上記磁性体321の機能として上記磁界Hの向きを変化させることが出来る範囲においてはその部品数は限定されない。
Further, in configuring the
[動作]
次に、図18を参照して、上記構成によるGMR素子部311、312へ導入される磁界Hについて説明する。磁性体321に入射されるZ軸方向に於ける紙面、上方向からの磁界は、従来例の作用と同様に磁性体321により曲げられ、磁性体321内部に導入される。
[Operation]
Next, the magnetic field H introduced into the
磁性体321内部に導入された磁界Hは、磁性体321の突起部322近辺ではその突起形状により磁性体321のX軸方向における外側方向へ導出される。さらに、突起部傾斜接続部324a、324bの作用により、磁界Hは突起部322のY軸方向での端部において集磁される。これにより、結果的にGMR素子311、312近辺へ集磁された磁界Hが入射される事で、検出する磁界量が増加する。さらに、本実施形態においても実施形態1と同様にGMR素子部に入射される磁界Hの入射角が、GMR素子の感磁方向(X軸方向)に大きく曲げられる。この事により、GMR素子311へ入射される磁界Hは、磁界量の増加だけでなく、磁性体321および突起部322の作用により、磁界Hが曲げられるにより、GMR素子の感磁方向である磁界HのX軸方向成分が増加する事で、磁気センサの検出精度を向上させることが出来る。
The magnetic field H introduced into the
図19を参照して、上記構成によるGMR素子部311、312へ導入される磁界Hの強さをシミュレーションにより、従来例と比較した結果について説明する。実施形態3では、従来例に比べGMR素子部311、312へ導入される磁界Hの強さが増していることが確認できる。
With reference to FIG. 19, the result of comparing the strength of the magnetic field H introduced into the
以上のように作用する為、結果的にGMR素子部の磁界量が増加する事で磁気センサの磁気検出精度を向上させる事が出来る。 Since it acts as described above, the magnetic detection accuracy of the magnetic sensor can be improved by increasing the amount of magnetic field in the GMR element as a result.
(実施形態4)
本発明の第4の実施形態を、図20乃至図23を参照して説明する。図20は本実施形態における磁気センサにおける、X−Z軸方向に於ける構成図である。図21は本実施形態における磁気センサにおける、X−Y軸方向に於ける構成図である。図22は本実施形態における、磁性体によってGMR素子部へ入射される磁界の概略図である。図23は従来例と本実施形態における、磁気抵抗素子部のX軸方向の磁界量のシミュレーション結果である。
(Embodiment 4)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 20 is a configuration diagram in the XZ axis direction of the magnetic sensor according to the present embodiment. FIG. 21 is a configuration diagram in the XY axis direction in the magnetic sensor according to the present embodiment. FIG. 22 is a schematic diagram of a magnetic field incident on the GMR element portion by the magnetic material in the present embodiment. FIG. 23 is a simulation result of the magnetic field amount in the X-axis direction of the magnetoresistive element portion in the conventional example and this embodiment.
[構成]
図20、図21を参照して、本実施形態の軟磁性体の形状について説明する。GMRチップ410にはGMR素子411、412が形成されている。さらにこれらGMR素子はブリッジ回路を構成しており、そのブリッジ回路の近傍に、磁気抵抗素子に入力される磁界の向き変化させる磁性体421が配置されている。また磁性体421には磁気抵抗素子の感磁方向Aと略平行な方向に突起部422a、422bを有している。
[Constitution]
The shape of the soft magnetic material of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
さらに、磁性体421の突起部422の先端は、磁性体421、412の突起部422の突起方向に向けた突起部先端絞り部425a、425b、425c、425dを有している。
Furthermore, the tip of the protrusion 422 of the
さらに、磁性体421の突起部422のX軸方向に於ける端部は、GMR素子411、412のX軸方向に於ける、磁性体中心側と反対側端部よりも、磁性体421の中心寄り、つまり内側に配置されている事が望ましく、さらに、磁性体と磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果素子配置面と垂直な方向に於いて重なる領域が無い事が望ましい。
Further, the end portion in the X-axis direction of the protrusion 422 of the
磁性体421は、例えば、フェライト、パーマロイ(Ni−Fe合金)やセンダスト(Fe−Si−Al合金)などの軟磁性体であるが、上記磁性体421の機能として、上記磁界Hの向きを変化させることが出来る範囲においてはその材料について限定されない。
The
さらに磁性体421を構成するに当たり、1つの部品で構成されることが望ましいが、上記磁性体421の機能として上記磁界Hの向きを変化させることが出来る範囲においてはその部品数は限定されない。
Further, in configuring the
[動作]
次に、図22を参照して、上記構成によるGMR素子部411へ導入される磁界Hについて説明する。磁性体421に入射されるZ軸方向に於ける紙面、上方向からの磁界は、従来例の作用と同様に磁性体421により曲げられ、磁性体421内部に導入される。
[Operation]
Next, with reference to FIG. 22, the magnetic field H introduced to the
磁性体421内部に導入された磁界Hは、磁性体421の突起部422近辺ではその突起形状により磁性体421のX軸方向における外側方向へ導出される。さらに、突起部先端絞り部425a、425b、425c、425dの作用により、磁界Hは突起部422のY軸方向での端部において集磁される。これにより、結果的にGMR素子411、412近辺へ集磁された磁界Hが入射される事で、検出する磁界量が増加する。さらに、本実施形態においても実施形態1と同様にGMR素子部に入射される磁界Hの入射角が、GMR素子の感磁方向(X軸方向)に大きく曲げられる。この事により、GMR素子411へ入射される磁界Hは、磁界量の増加だけでなく、磁性体421および突起部422の作用により、磁界Hが曲げられる事により、GMR素子の感磁方向である磁界HのX軸方向成分が増加する事で、磁気センサの検出精度を向上させることが出来る。
The magnetic field H introduced into the
図23を参照して、上記構成によるGMR素子部411、412へ導入される磁界Hの強さをシミュレーションにより、従来例と比較した結果について説明する。実施形態4では、従来例に比べGMR素子部411、412へ導入される磁界Hの強さが増していることが確認できる。
With reference to FIG. 23, the result of comparing the strength of the magnetic field H introduced into the
以上のように作用する為、結果的にGMR素子部の磁界量が増加する事で磁気センサの磁気検出精度を向上させる事が出来る。 Since it acts as described above, the magnetic detection accuracy of the magnetic sensor can be improved by increasing the amount of magnetic field in the GMR element as a result.
(実施形態5)
本発明の第5の実施形態を、図24乃至図27を参照して説明する。図24は本実施形態における磁気センサにおける、X−Z軸方向に於ける構成図である。図25は本実施形態における磁気センサにおける、X−Y軸方向に於ける構成図である。図26は本実施形態における、磁性体によってGMR素子部へ入射される磁界の概略図である。図27は従来例と本実施形態における、磁気抵抗素子部のX軸方向の磁界量のシミュレーション結果である。
(Embodiment 5)
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 24 is a configuration diagram in the XZ axis direction of the magnetic sensor according to the present embodiment. FIG. 25 is a configuration diagram in the XY axis direction in the magnetic sensor according to the present embodiment. FIG. 26 is a schematic diagram of a magnetic field incident on the GMR element portion by the magnetic material in the present embodiment. FIG. 27 is a simulation result of the magnetic field amount in the X-axis direction of the magnetoresistive element portion in the conventional example and this embodiment.
[構成]
図24、図25を参照して、本実施形態の軟磁性体の形状について説明する。GMRチップ510にはGMR素子511、512が形成されている。さらにこれらGMR素子はブリッジ回路を構成しており、そのブリッジ回路の近傍に、磁気抵抗素子に入力される磁界の向き変化させる磁性体521が配置されている。また磁性体521には磁気抵抗素子の感磁方向Aと略平行な方向に突起部522a、522bを有している。
[Constitution]
With reference to FIG. 24 and FIG. 25, the shape of the soft magnetic body of this embodiment is demonstrated.
さらに、磁性体521は、そのX−Y軸平面に於ける断面積が、突起部522の突出開始部よりも、突起部522を有する面と反対側の面の方が広くなるように磁性体傾斜部526a、526bを有している。また、図示していないが、磁性体傾斜部526は、図24に示す様なX軸方向に広がる形状に限らず、Y軸方向に広がる形状でもよく、さらにX軸、Y軸の両方または一部の方向を含む形状であってもよい。
Further, the
さらに、磁性体521の突起部522のX軸方向に於ける端部は、GMR素子511、512のX軸方向に於ける、磁性体中心側と反対側端部よりも、磁性体521の中心寄り、つまり内側に配置されている事が望ましく、さらに、磁性体と磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果素子配置面と垂直な方向に於いて重なる領域が無い事が望ましい。
Further, the end portion in the X-axis direction of the protrusion 522 of the
磁性体521は、例えば、フェライト、パーマロイ(Ni−Fe合金)やセンダスト(Fe−Si−Al合金)などの軟磁性体であるが、上記磁性体521の機能として、上記磁界Hの向きを変化させることが出来る範囲においてはその材料について限定されない。
The
さらに磁性体521を構成するに当たり、1つの部品で構成されることが望ましいが、上記磁性体521の機能として上記磁界Hの向きを変化させることが出来る範囲においてはその部品数は限定されない。
Further, in configuring the
[動作]
次に、図26を参照して、上記構成によるGMR素子部511、512へ導入される磁界Hについて説明する。磁性体521に入射されるZ軸方向に於ける紙面、上方向からの磁界は、従来例の作用と同様に磁性体321により曲げられ、磁性体521内部に導入される。
[Operation]
Next, the magnetic field H introduced into the
磁性体521内部に導入された磁界Hは、磁性体521の突起部522近辺ではその突起形状により磁性体521のX軸方向における外側方向へ導出される。さらに、磁性体傾斜部526の作用により、磁性体521に入射される磁界Hは、突起部522に向かう過程で、一度磁性体521のX軸方向の中心に収束されることで磁界Hが強められる作用が働く。そして、磁性体521のX軸方向の中心に収束された磁界Hは、突起部522のY軸方向での端部において集磁される。これにより、結果的にGMR素子511、512へ集磁された磁界Hが入射される事で、検出する磁界量が増加する。さらに、本実施形態においても実施形態1と同様にGMR素子部に入射される磁界Hの入射角が、GMR素子の感磁方向(X軸方向)に大きく曲げられる。この事により、GMR素子511へ入射される磁界Hは、磁界量の増加だけでなく、磁性体521および突起部522の作用により、磁界Hが曲げられる事により、GMR素子の感磁方向である磁界HのX軸方向成分が増加する事で、磁気センサの検出精度を向上させることが出来る。
The magnetic field H introduced into the
図27を参照して、上記構成によるGMR素子部511、512へ導入される磁界Hの強さをシミュレーションにより、従来例と比較した結果について説明する。実施形態5では、従来例に比べGMR素子部511、512へ導入される磁界Hの強さが増していることが確認できる。
With reference to FIG. 27, the result of comparing the strength of the magnetic field H introduced into the
以上のように作用する為、結果的にGMR素子部の磁界量が増加する事で磁気センサの磁気検出精度を向上させる事が出来る。 Since it acts as described above, the magnetic detection accuracy of the magnetic sensor can be improved by increasing the amount of magnetic field in the GMR element as a result.
本発明は、磁気センサ、電流計、エンコーダなど、様々な計測機器に利用することができ、産業上の利用可能性を有する。 The present invention can be used for various measuring devices such as a magnetic sensor, an ammeter, an encoder, and has industrial applicability.
1 GMRチップ
10 従来例におけるGMRチップ
11,12 従来例における素子形成部
21 従来例における磁性体
110 実施形態1におけるGMRチップ
111,112 実施形態1における素子形成部
121 実施形態1における磁性体
122 実施形態1における突起部
210 実施形態2におけるGMRチップ
211,212 実施形態2における素子形成部
221 実施形態2における磁性体
222 実施形態2における突起部
222 実施形態2における突起部先端面取り部
310 実施形態3におけるGMRチップ
311,312 実施形態3における素子形成部
321 実施形態3における磁性体
322 実施形態3における突起部
324 実施形態3における突起部傾斜接続部
410 実施形態4におけるGMRチップ
411,412 実施形態4における素子形成部
421 実施形態4における磁性体
422 実施形態4における突起部
425 実施形態4における突起部先端絞り部
510 実施形態5におけるGMRチップ
511,512 実施形態5における素子形成部
521 実施形態5における磁性体
522 実施形態5における突起部
526 実施形態5における磁性体傾斜部
A 磁化固定方向
H 磁界
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