JP2016170167A - Magnetic sensor - Google Patents

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    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/091—Constructional adaptation of the sensor to specific applications

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor having improved detection accuracy of a weak magnetic field.SOLUTION: In the magnetic sensor, a magnetic material which changes a direction of a magnetic field to be input to a magnetoresistance element is arranged nearby the magnetoresistance element whose resistance changes according to the direction of the magnetic field to be input. The magnetic material includes a concave part having a recessed shape on its face at a side where the magnetoresistance element is formed. The concave part of the magnetic material preferably coincides with the center of the magnetic material. Further, the concave part may include at least a polygon having three or more sides, and may include at least a circular arc shape.SELECTED DRAWING: Figure 6

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 magnetic body 21 that changes the direction of the magnetic field input to the GMR element is disposed in the vicinity of the element forming portion formed in the above.

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 magnetic body 21 can change an external magnetic field in one direction in different directions between the GMR elements. As a result, the four GMR elements in the bridge circuit are arranged so that the magnetic field is derived in the magnetization fixed direction for one and in the opposite direction for the other. As a result, a large differential voltage is output from the bridge circuit to improve the detection accuracy of the magnetic field in one direction.

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 GMR element portions 11 and 12 by the magnetic body 21 in Patent Document 1. The magnetic body 21 bends the magnetic field H and generates a magnetic field component (X-axis direction magnetic field) in the magnetic sensing direction of the GMR element units 11 and 12 in the GMR element units 11 and 12, and the GMR resistance value as described above. Changes. As a result, a sensor that is highly sensitive to changes in the magnetic field can be configured. In all of the following descriptions, the direction parallel to the magnetization fixed direction of the GMR element is the X-axis direction, and the direction perpendicular to the magnetization fixed direction of the GMR element in the GMR element forming surface is the Y-axis direction. The direction orthogonal to the formation surface is defined as the Z-axis direction.

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.

特許第５５００７８５号公報Japanese Patent No. 5500785 特許第５５９７２０６号公報Japanese Patent No. 5597206

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、その磁性体は前記磁気抵抗効果素子の形成されている側の面に凹部形状の凹部を有することで、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 body has a concave recess on the surface on which the magnetoresistive element is formed, thereby efficiently deriving the detection magnetic field to the magnetoresistive element, thereby improving the magnetic detection accuracy. It can be made.

さらに、磁性体の凹部は、磁性体の配置面側に配置されており、磁気抵抗効果素子の配置面の垂直方向において、凹部の中心と、磁性体の中心が略一致していることが望ましい。   Furthermore, it is desirable that the concave portion of the magnetic body is disposed on the magnetic material placement surface side, and that the center of the concave portion and the center of the magnetic material substantially coincide with each other in the direction perpendicular to the placement surface of the magnetoresistive element. .

また、前記凹部形状は、辺の数が３本以上の多角形を少なくとも含んでもよく、円弧形状を少なくとも含んでも良い。さらに、磁性体は軟磁性体である事が望ましい。
Further, the concave shape may include at least a polygon having three or more sides, or may include at least an arc shape. 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.

ＧＭＲチップの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a GMR chip | tip. ＧＭＲ素子の特性を説明する図である。It is a figure explaining the characteristic of a GMR element. 従来の磁気センサ構成（Ｘ−Ｚ軸面）を示す図である。It is a figure which shows the conventional magnetic sensor structure (XZ axial surface). 従来の磁気センサ構成（Ｘ−Ｙ軸面）を示す図である。It is a figure which shows the conventional magnetic sensor structure (XY axis surface). 従来例におけるＧＭＲ素子部へ導入される磁束の概略図である。It is the schematic of the magnetic flux introduced into the GMR element part in a prior art example. 実施形態１における磁気センサの構成（Ｘ−Ｚ軸面）を示す図である。It is a figure which shows the structure (XZ axial surface) of the magnetic sensor in Embodiment 1. FIG. 実施形態１における磁気センサの構成（Ｘ−Ｙ軸面）を示す図である。It is a figure which shows the structure (XY axis surface) of the magnetic sensor in Embodiment 1. FIG. 実施形態１におけるＧＭＲ素子部へ導入される磁束の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of magnetic flux introduced into the GMR element unit in the first embodiment. 従来例におけるＧＭＲ素子部の拡大図である。It is an enlarged view of the GMR element part in a prior art example. 実施形態１におけるＧＭＲ素子部の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a GMR element unit in the first embodiment. 従来例と実施形態１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。It is a simulation result of the magnetic field amount of the X-axis direction of the magnetoresistive element part in a prior art example and Embodiment 1. FIG. 実施形態２における磁気センサの構成（Ｘ−Ｚ軸面）を示す図である。It is a figure which shows the structure (XZ axial surface) of the magnetic sensor in Embodiment 2. FIG. 実施形態２における磁気センサの構成（Ｘ−Ｙ軸面）を示す図である。It is a figure which shows the structure (XY axis surface) of the magnetic sensor in Embodiment 2. FIG. 実施形態２におけるＧＭＲ素子部へ導入される磁束の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of magnetic flux introduced into the GMR element unit in the second embodiment. 従来例と実施形態２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。It is a simulation result of the magnetic field amount of the X-axis direction of the magnetoresistive element part in a prior art example and Embodiment 2. FIG. 実施形態３における磁気センサの構成（Ｘ−Ｚ軸面）を示す図である。It is a figure which shows the structure (XZ axial surface) of the magnetic sensor in Embodiment 3. FIG. 実施形態３における磁気センサの構成（Ｘ−Ｙ軸面）を示す図である。It is a figure which shows the structure (XY axis surface) of the magnetic sensor in Embodiment 3. FIG. 実施形態３におけるＧＭＲ素子部へ導入される磁束の概略図である。It is the schematic of the magnetic flux introduced into the GMR element part in Embodiment 3. 従来例と実施形態３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。It is a simulation result of the magnetic field amount of the X-axis direction of the magnetoresistive element part in a prior art example and Embodiment 3. FIG.

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３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 of the present invention will be described, and in Embodiments 2 to 3, the applied configuration of the magnetic sensor of 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ＧＭＲ素子１１１，１１２の形成されている側の面に磁界の向きを変化させる凹部形状の磁界変化作用凹部１３１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. GMR elements 111 and 112 are formed on the GMR chip 110. Further, these GMR elements constitute a bridge circuit, and a magnetic body 121 for changing the direction of a magnetic field input to the magnetoresistive element is disposed in the vicinity of the bridge circuit. The magnetic body 121 has a concave-shaped magnetic field changing concave portion 131 that changes the direction of the magnetic field on the surface on which the GMR elements 111 and 112 are formed.

さらに、磁性体１２１の磁界変化作用凹部１３１は、Ｘ軸とＺ軸で形成される平面に於ける形状が、素子配置面側を底辺とする三角形である事が望ましいが、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、辺の数が３本以上の多角形であってもよい。   Further, it is desirable that the magnetic field changing recess 131 of the magnetic body 121 has a shape in a plane formed by the X axis and the Z axis that is a triangle with the element arrangement surface side as a base, but the direction of the magnetic field H is changed. As long as it can be changed, it may be a polygon having three or more sides.

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 magnetic body 121 is, for example, a soft magnetic body such as ferrite, permalloy (Ni—Fe alloy), or sendust (Fe—Si—Al alloy). As a function of the magnetic body 121, the direction of the magnetic field H is changed. The material is not limited as long as it can be used.

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 magnetic body 121, it is desirable that the magnetic body 121 is composed of one component. However, the number of components is not limited as long as the direction of the magnetic field H can be changed as a function of the magnetic body 121.

［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 GMR element portions 111 and 112 having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. A magnetic field from the top of the drawing in the Z-axis direction that is incident on the magnetic body 121 is bent by the magnetic body 121 and introduced into the magnetic body 121 in the same manner as in the conventional example.

磁性体１２１内部に導入された磁界Ｈは、磁性体１２１の磁界変化作用凹部１３１近辺ではその凹部形状により、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、本実施形態では、磁界変化作用凹部１３１による作用により、ＧＭＲ素子部１１１における磁界Ｈは、磁界変化作用凹部１３１による集磁効果により磁界量が増加する事が確認できる。また、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、磁界変化作用凹部１３１による作用により、磁界Ｈは、Ｘ軸方向へ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および磁界変化作用凹部１３１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および磁界変化作用凹部１３１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 inside of the magnetic body 121 is led to the outer side in the X-axis direction of the magnetic body 121 due to the shape of the recess in the vicinity of the magnetic field changing action recess 131 of the magnetic body 121. As a result, the magnetic field H collected in the vicinity of the GMR elements 111 and 112 is incident, so that the amount of magnetic field to be detected increases. Further, referring to FIGS. 9 and 10, from the enlarged view of the GMR element part in the conventional example and the present example, in the present embodiment, the magnetic field H in the GMR element part 111 is expressed as a magnetic field by the action of the magnetic field changing action recess 131. It can be confirmed that the amount of magnetic field increases due to the magnetism collecting effect by the change action recess 131. Further, when the incident angle of the magnetic field H incident on the GMR element part is compared by the above action, in the present embodiment, the magnetic field H may be bent in the X-axis direction by the action of the magnetic field changing action recess 131. I can confirm. As a result, the magnetic field H incident on the GMR element 111 is not only increased in the amount of magnetic field but also bent by the action of the magnetic body 121 and the magnetic field changing action recess 131, so that the magnetic sensing direction of the GMR element is This increases the X-axis direction component of the magnetic field H and improves the detection accuracy of the magnetic sensor. Although not shown in the figure, even on the opposite side on the X axis, the magnetic field H incident on the GMR element 112 due to the action of the magnetic body 121 and the magnetic field changing action concave portion 131 has the same effect, and the GMR element The detection accuracy of the magnetic sensor can be improved by increasing the X-axis direction component of the magnetic field H, which is the magnetic sensing direction.

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 GMR element portions 111 and 112 having the above-described configuration with a conventional example will be described. In the first embodiment, it can be confirmed that the strength of the magnetic field H introduced into the GMR element portions 111 and 112 is increased as compared with the conventional example.

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ＧＭＲ素子２１１，２１２の形成されている側の面に磁界の向きを変化させる凹部形状の磁界変化作用凹部２３１を有している。 [Constitution]
The shape of the soft magnetic material of this embodiment will be described with reference to FIGS. GMR elements 211 and 212 are formed on the GMR chip 210. Further, these GMR elements constitute a bridge circuit, and a magnetic body 221 for changing the direction of a magnetic field input to the magnetoresistive element is disposed in the vicinity of the bridge circuit. The magnetic body 221 has a magnetic field changing action concave portion 231 having a concave shape for changing the direction of the magnetic field on the surface on which the GMR elements 211 and 212 are formed.

さらに、磁性体２２１の磁界変化作用凹部２３１は、Ｘ軸とＺ軸で形成される平面に於ける形状が、四角形である事が望ましいが、磁界変化作用凹部２３１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、辺の数が４本以上の多角形であってもよい。   Further, the magnetic field changing recess 231 of the magnetic body 221 preferably has a quadrangular shape in the plane formed by the X axis and the Z axis. However, as a function of the magnetic field changing recess 231, In a range in which the direction can be changed, a polygon having four or more sides may be used.

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 magnetic body 221 is a soft magnetic body such as ferrite, permalloy (Ni—Fe alloy), or sendust (Fe—Si—Al alloy), but the direction of the magnetic field H is changed as a function of the magnetic body 221. The material is not limited as long as it can be used.

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 magnetic body 221, it is desirable that the magnetic body 221 be configured by one component, but the number of components is not limited as long as the direction of the magnetic field H can be changed as a function of the magnetic body 221.

［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 GMR element sections 211 and 212 having the above configuration will be described. The magnetic field from the top of the paper surface in the Z-axis direction incident on the magnetic body 221 is bent by the magnetic body 221 and introduced into the magnetic body 221 in the same manner as in the conventional example.

磁性体２２１内部に導入された磁界Ｈは、磁性体２２１の磁界変化作用凹部２３１近辺ではその凹部形状により、磁性体２２１のＸ軸方向における外側方向へ導出される。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および磁界変化作用凹部２３１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 magnetic body 221 is led to the outer side in the X-axis direction of the magnetic body 221 due to the shape of the recess in the vicinity of the magnetic field changing action recess 231 of the magnetic body 221. As a result, the magnetic field H collected in the vicinity of the GMR elements 211 and 212 is incident, so that the amount of magnetic field to be detected increases. Further, also in the present embodiment, as in the first embodiment, the incident angle of the magnetic field H incident on the GMR element portion is greatly bent in the magnetosensitive direction (X-axis direction) of the GMR element. As a result, the magnetic field H incident on the GMR element 211 is not only increased in the amount of magnetic field, but is also bent by the action of the magnetic body 221 and the magnetic field changing action recess 231, so that the magnetic sensing direction of the GMR element is increased. By increasing the X-axis direction component of the magnetic field H, the detection accuracy of the magnetic sensor can be improved.

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 GMR element portions 211 and 212 having the above-described configuration with a conventional example will be described. In the second embodiment, it can be confirmed that the strength of the magnetic field H introduced into the GMR element portions 211 and 212 is increased as compared with the conventional example.

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ＧＭＲ素子３１１，３１２の形成されている側の面に磁界の向きを変化させる凹部形状の磁界変化作用凹部３３１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. GMR elements 311 and 312 are formed on the GMR chip 310. Further, these GMR elements constitute a bridge circuit, and a magnetic body 321 for changing the direction of a magnetic field input to the magnetoresistive element is disposed in the vicinity of the bridge circuit. Further, the magnetic body 321 has a concave portion-shaped magnetic field changing action concave portion 331 for changing the direction of the magnetic field on the surface on which the GMR elements 311 and 312 are formed.

さらに、磁性体３２１の磁界変化作用凹部３３１は、Ｘ軸とＺ軸で形成される平面に於ける形状が、半円形状である事が望ましいが、磁界変化作用凹部３３１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、一部または全部に円弧形状を含む形状であってもよく、さらに円弧形状と多角形を複合した合成形状であってもよい。   Further, it is desirable that the magnetic field changing action concave portion 331 of the magnetic body 321 has a semicircular shape on the plane formed by the X axis and the Z axis. In a range in which the direction of H can be changed, a part or all of the shape may include an arc shape, and may be a combined shape in which the arc shape and the polygon are combined.

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 magnetic body 321 is, for example, a soft magnetic body such as ferrite, permalloy (Ni—Fe alloy), or sendust (Fe—Si—Al alloy). As a function of the magnetic body 321, the direction of the magnetic field H is changed. The material is not limited as long as it can be used.

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 magnetic body 321, it is desirable that the magnetic body 321 is composed of one component. However, the number of components is not limited as long as the direction of the magnetic field H can be changed as a function of the magnetic body 321.

［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 GMR element units 311 and 312 having the above-described configuration will be described with reference to FIG. The magnetic field from the top of the drawing in the Z-axis direction that is incident on the magnetic body 321 is bent by the magnetic body 321 and introduced into the magnetic body 321 in the same manner as in the conventional example.

磁性体３２１内部に導入された磁界Ｈは、磁性体３２１の磁界変化作用凹部３３１近辺ではその凹部形状により、磁性体３２１のＸ軸方向における外側方向へ導出される。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および磁界変化作用凹部３３１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 magnetic body 321 is led outward in the X-axis direction of the magnetic body 321 due to the shape of the recess in the vicinity of the magnetic field changing action recess 331 of the magnetic body 321. As a result, the magnetic field H collected in the vicinity of the GMR elements 311 and 312 is incident, so that the amount of magnetic field to be detected increases. Further, also in the present embodiment, as in the first embodiment, the incident angle of the magnetic field H incident on the GMR element portion is greatly bent in the magnetosensitive direction (X-axis direction) of the GMR element. As a result, the magnetic field H incident on the GMR element 311 is not only increased in the amount of magnetic field, but also the magnetic field H is bent by the action of the magnetic body 321 and the magnetic field changing action concave portion 331, so that the magnetosensitive direction of the GMR element is increased. By increasing the X-axis direction component of the magnetic field H, the detection accuracy of the magnetic sensor can be improved.

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 GMR element units 311 and 312 having the above-described configuration with a conventional example will be described. In the third embodiment, it can be confirmed that the strength of the magnetic field H introduced into the GMR element portions 311 and 312 is increased as compared with the conventional example.

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
１３１ 実施形態１における磁界変化作用凹部
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
２３１ 実施形態２における磁界変化作用凹部
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
３３１ 実施形態３における磁界変化作用凹部
Ａ 磁化固定方向
Ｈ 磁界
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 GMR chip | tip 10 GMR chip | tip 11 in a prior art example 12, Element formation part 21 in a prior art example Magnetic body 110 in a prior art example GMR chip | tip 111, 112 in Embodiment 1 Element formation part 121 in Embodiment 1 Magnetic substance 131 in Embodiment 1 Implementation Magnetic field changing action recess 210 in embodiment 1 GMR chips 211 and 212 in embodiment 2 Element forming part 221 in embodiment 2 Magnetic body 231 in embodiment 2 Magnetic field changing action recess 310 in embodiment 2 GMR chips 311 and 312 in embodiment 3 Element Forming Section 321 in Embodiment 3 Magnetic Material 331 in Embodiment 3 Magnetic Field Change Action Recess A in Embodiment 3 Magnetization Fixed Direction H Magnetic Field

Claims (5)

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、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が配置されており、前記磁性体は前記磁気抵抗効果素子の形成されている側の面に、凹部形状の凹部を有することを特徴とする磁気センサ。 A magnetic body that changes the direction of the magnetic field input to the magnetoresistive effect element is disposed in the vicinity of the magnetoresistive effect element whose resistance value changes in accordance with the direction of the input magnetic field. A magnetic sensor having a concave portion on a surface on which a magnetoresistive effect element is formed. 前記磁性体の前記凹部は、前記磁性体の配置面側に配置されており、前記磁気抵抗効果素子の配置面の垂軸方向において、前記凹部の中心と、前記磁性体の中心が略一致していること、を特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。 The concave portion of the magnetic body is arranged on the arrangement surface side of the magnetic body, and the center of the concave portion and the center of the magnetic body substantially coincide with each other in the perpendicular direction of the arrangement surface of the magnetoresistive effect element. The magnetic sensor according to claim 1, wherein: 前記凹部形状は、辺の数が３本以上の多角形を少なくとも含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 1, wherein the concave shape includes at least a polygon having three or more sides. 前記凹部形状は、円弧形状を少なくとも含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 1, wherein the concave shape includes at least an arc shape. 前記磁性体は、軟磁性体である事を特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の磁気センサ。
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic body is a soft magnetic body.
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