JP2018036140A - 磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置決め精度を向上させることができる磁気センサ装置を提供する。
【解決手段】磁気センサ装置１の磁気センサＩＣ２は、複数のリードフレームと複数のリードフレームのいずれかのリードフレームに配置されて磁石４が生成する磁場４０の変化を検出する磁気センサ３０とを含んで形成された電子回路部３、複数のリードフレームの端部が露出するように電子回路部３を封止する封止体２０、及び複数のリードフレームのうち少なくとも１つのリードフレームから封止体２０の第１の側面２３と反対側の第２の側面２４から突出し、磁石４の第１の被挿入部４３０と第２の被挿入部４４０の端面４３０ａ及び端面４４０ａに接触するまで挿入されて磁石４との相対的な位置を決める第１の突出部２５１及び第２の突出部２５２を備えて概略構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサ装置に関する。

従来の技術として、筒形状を有する磁石の中空部内に、磁気抵抗素子が形成されたセンサチップが収容された磁気センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この磁石の端面には、磁石の外周形状とほぼ相似な形状に凹部が形成されている。またセンサチップは、ケース本体の舌部導出面から突出する舌部に配置されている。この舌部導出面には、凹部と対応する形で凸部が形成されている。磁気センサは、磁石の凹部とケース本体の凸部の嵌め合いによって磁石とセンサチップが位置決めされている。

特開２００７−１４７４６１号公報

しかし従来の磁気センサは、舌部の成形の精度、舌部に対するセンサチップの位置の精度、ケース本体の凸部と磁石の凹部の成形の精度などが高くないと、センサチップと磁石の相対的な位置決めを高い精度で行うことが難しい問題がある。

従って本発明の目的は、位置決め精度を向上させることができる磁気センサ装置を提供することにある。

本発明の一態様は、検出対象側となる前面から後面に貫通する貫通孔、及び前面側の貫通孔の対向する側面に設けられた第１の被挿入部及び第２の被挿入部を有する磁石と、複数のリードフレームと複数のリードフレームのいずれかのリードフレームに配置されて磁石が生成する磁場の変化を検出する磁気センサとを含んで形成された電子回路部、複数のリードフレームの端部が露出するように電子回路部を封止する封止体、及び複数のリードフレームのうち少なくとも１つのリードフレームから封止体の第１の側面と反対側の第２の側面から突出し、第１の被挿入部と第２の被挿入部の端面に接触するまで挿入されて磁石との相対的な位置を決める第１の突出部及び第２の突出部を有する磁気センサ素子と、を備えた磁気センサ装置を提供する。

本発明によれば、位置決め精度を向上させることができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、磁気センサの一例を示す上面図であり、図１（ｃ）は、磁気センサの一例を示す正面図である。 図２（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の磁石の一例を示す側面図であり、図２（ｂ）は、磁石の一例を示す正面図であり、図２（ｃ）は、変形例に係る磁石の一例を示す正面図である。 図３（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の電子回路部の一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの一例を示す概略図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る磁気センサ装置は、検出対象側となる前面から後面に貫通する貫通孔、及び前面側の貫通孔の対向する側面に設けられた第１の被挿入部及び第２の被挿入部を有する磁石と、複数のリードフレームと複数のリードフレームのいずれかのリードフレームに配置されて磁石が生成する磁場の変化を検出する磁気センサとを含んで形成された電子回路部、複数のリードフレームの端部が露出するように電子回路部を封止する封止体、及び複数のリードフレームのうち少なくとも１つのリードフレームから封止体の第１の側面と反対側の第２の側面から突出し、第１の被挿入部と第２の被挿入部の端面に接触するまで挿入されて磁石との相対的な位置を決める第１の突出部及び第２の突出部を有する磁気センサ素子と、を備えて概略構成されている。

この磁気センサ装置は、リードフレームの第１の突出部及び第２の突出部によってリードフレームと磁石との相対的な位置が決まると共に、複数のリードフレームのいずれかに配置された磁気センサと磁石との相対的な位置が決まるので、封止体と磁石の位置決めによって磁気センサと磁石の位置決めを行う場合と比べて、複数のリードフレームと封止体の位置決めの公差を考慮する必要がなく、位置決め精度を向上させることができる。

[実施の形態]
（磁気センサ装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、磁気センサの一例を示す上面図であり、図１（ｃ）は、磁気センサの一例を示す正面図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の磁石の一例を示す側面図であり、図２（ｂ）は、磁石の一例を示す正面図であり、図２（ｃ）は、変形例に係る磁石の一例を示す正面図である。図３（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の電子回路部の一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの一例を示す概略図である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。

磁気センサ装置１は、一例として、検出対象が接近したり、離れたりするのを検出する非接触スイッチとして構成されている。

磁気センサ装置１は、図１（ａ）に示すように、磁気センサ素子としての磁気センサＩＣ（Integrated circuit）２と、磁石４と、を備えて概略構成されている。この磁気センサ装置１は、例えば、磁気センサＩＣ２と磁石４とを組み付けた後、端子群２８が露出するように二次モールドされる。

磁気センサＩＣ２は、図１（ａ）〜図３（ｂ）に示すように、複数のリードフレームと複数のリードフレームのいずれかのリードフレームに配置されて磁石４が生成する磁場４０の変化を検出する磁気センサ３０とを含んで形成された電子回路部３、複数のリードフレームの端部が露出するように電子回路部３を封止する封止体２０、及び複数のリードフレームのうち少なくとも１つのリードフレームから封止体２０の第１の側面２３と反対側の第２の側面２４から突出し、後述する磁石４の第１の被挿入部４３０と第２の被挿入部４４０の端面４３０ａ及び端面４４０ａに接触するまで挿入されて磁石４との相対的な位置を決める第１の突出部２５１及び第２の突出部２５２を備えて概略構成されている。

本実施の形態では、電子回路部３は、複数のリードフレームとしてリードフレーム２５〜リードフレーム２７を有しているがこれに限定されず、磁気センサ装置１の仕様によって変更可能である。

また磁石４は、検出対象５側となる前面４１から後面４２に貫通する貫通孔４５、及び前面４１側の貫通孔４５の対向する側面４５０及び側面４５１に設けられた第１の被挿入部４３０及び第２の被挿入部４４０を備えて概略構成されている。

（磁気センサＩＣ２の構成）
磁気センサＩＣ２の封止体２０は、封止樹脂を用いて形成される。この封止樹脂は、例えば、エポキシ樹脂を主成分に、シリカ充填材などを加えた熱硬化性成形材料である。封止体２０は、貫通孔４５の形状に応じた角柱であると共に、第１の側面２３及び第２の側面２４の上下が面取りされたような形状を有している。

電子回路部３は、一例として、図３（ａ）に示すように、磁気センサ３０と、ツェナーダイオード３３及びツェナーダイオード３４と、制御ＩＣ３５と、を備え、リードフレーム２５〜リードフレーム２７を配線としている。

リードフレーム２５〜リードフレーム２７は、例えば、細長い板形状に形成されている。またリードフレーム２５〜リードフレーム２７は、例えば、アルミニウム、銅などの導電性を有する金属材料、又は真鍮などの合金材料を用いて、プレスやエッチングなどによって形成されている。磁気センサＩＣ２は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、リードフレーム２５〜リードフレーム２７の順に並んで配置されている。

リードフレーム２５の先端には、図３（ａ）に示すように、リードフレーム２６側の側面２５ｂから突出する搭載部２５０が設けられている。またリードフレーム２６の先端には、それまでよりも幅が広くされたパッド２６０が設けられている。さらにリードフレーム２７の先端には、リードフレーム２６と同様に、幅が広くされたパッド２７０が設けられている。

リードフレーム２５〜リードフレーム２７は、磁石４から突出する端部が端子群２８となる。この端子群２８は、接続先のコネクタと接続される。リードフレーム２５は、接続先の回路と接続されてＧＮＤ端子となる。リードフレーム２６は、接続先の回路に後述する出力電圧Ｖ_ｏｕｔを出力する端子となる。リードフレーム２７は、接続先の回路から基準電圧Ｖ_ｃｃが供給される端子となる。

第１のリードフレームとしてのリードフレーム２５は、図３（ａ）に示すように、磁石４の貫通孔４５の側面４５０に対向する搭載部２５０の側面２５ａから突出するように第１の突出部２５１が形成されている。またリードフレーム２５は、貫通孔４５の側面４５１に対向する搭載部２５０の側面２５０ａから突出するように第２の突出部２５２が形成されている。言い換えるならリードフレーム２５は、搭載部２５０の両側面（側面２５ａ及び側面２５０ａ）から突出する第１の突出部２５１及び第２の突出部２５２を備えている。

この第１の突出部２５１は、上述のように、さらに封止体２０の側面２３から突出している。また第２の突出部２５２は、さらに封止体２０の側面２４から突出している。ここで磁気センサＩＣ２は、リードフレームの材料となる一枚の板に複数形成される。磁気センサＩＣ２は、１つの枠の中に形成され、この枠から切り出される前、リードフレームの一部を繋ぐタイバーによって枠と繋がっている。磁気センサＩＣ２は、このタイバーが切断されることで切り出される。第１の突出部２５１及び第２の突出部２５２は、一例として、このタイバーである。つまり第１の突出部２５１及び第２の突出部２５２は、タイバーを切断して磁気センサＩＣ２を切り離す際、搭載部２５０のタイバーの枠側を切り離すことで形成される。

第１の突出部２５１は、図３（ａ）に示すように、端子群２８側の側面が接触面２５１ａとなり、磁石４の第１の被挿入部４３０の端面４３０ａと接触する。また第２の突出部２５２は、端子群２８側の側面が接触面２５２ａとなり、磁石４の第２の被挿入部４４０の端面４４０ａと接触する。

なお変形例として第１の突出部２５１及び第２の突出部２５２は、同じリードフレームではなく異なるリードフレームに形成されても良い。例えば、第１の突出部２５１及び第２の突出部２５２は、最も外側にある２つのリードフレームに形成される。

磁気センサ３０は、リードフレーム２５の搭載部２５０に配置されている。この磁気センサ３０は、例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第１の磁気センサ３１及び第２の磁気センサ３２を備えている。第１の磁気センサ３１は、例えば、図３（ｂ）に示すように、第１の磁気抵抗素子３１０及び第２の磁気抵抗素子３１１を有し、それぞれが電気的に接続されてハーフブリッジ回路が形成されている。第２の磁気センサ３２は、例えば、第１の磁気抵抗素子３２０及び第２の磁気抵抗素子３２１を有し、それぞれが電気的に接続されてハーフブリッジ回路が形成されている。なお第１の磁気センサ３１及び第２の磁気センサ３２は、ハーフブリッジ回路に限定されず、それぞれがフルブリッジ回路であっても良い。

第１の磁気抵抗素子３１０及び第２の磁気抵抗素子３１１は、図３（ｂ）に示すように、角度が９０°となるように配置されている。そして第１の磁気抵抗素子３１０の端部には、基準電圧Ｖ_ｃｃが印加される。そして第２の磁気抵抗素子３１１の端部は、ＧＮＤと電気的に接続される。第１の磁気抵抗素子３１０と第２の磁気抵抗素子３１１は、互いが電気的に接続されたノードにおける電位である中点電位Ｖ_１を、ワイヤ３６を介して制御ＩＣ３５に出力するように構成されている。

第１の磁気抵抗素子３２０及び第２の磁気抵抗素子３２１は、図３（ｂ）に示すように、角度が９０°となるように配置されている。そして第１の磁気抵抗素子３２０の端部には、基準電圧Ｖ_ｃｃが印加される。そして第２の磁気抵抗素子３２１の端部は、ＧＮＤと電気的に接続される。第１の磁気抵抗素子３２０と第２の磁気抵抗素子３２１は、互いが電気的に接続されたノードにおける電位である中点電位Ｖ_２を、ワイヤ３６を介して制御ＩＣ３５に出力するように構成されている。

第１の磁気センサ３１と第２の磁気センサ３２は、図３（ｂ）に示すように、互いの中心を通る線を対称軸３０５として線対称となるように配置されている。第１の磁気センサ３１及び第２の磁気センサ３２は、例えば、ベース３００を介してリードフレーム２５の搭載部２５０に配置されている。ハーフブリッジ回路のＧＮＤ側は、ベース３００を介してリードフレーム２５と電気的に接続されている。

ツェナーダイオード３３は、例えば、図３（ａ）に示すように、リードフレーム２５の搭載部２５０、及びリードフレーム２６のパッド２６０に跨って配置されると共に、電気的に接続されている。またツェナーダイオード３４は、例えば、リードフレーム２５の搭載部２５０、及びリードフレーム２７のパッド２７０に跨って配置されると共に、電気的に接続されている。

制御ＩＣ３５は、図３（ａ）に示すように、リードフレーム２５の搭載部２５０に配置されている。この制御ＩＣ３５は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御ＩＣ３５が動作するためのプログラムが格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。

制御ＩＣ３５は、例えば、ワイヤ３７を介してリードフレーム２６のパッド２６０に電気的に接続され、リードフレーム２７のパッド２７０に電気的に接続され、リードフレーム２５の搭載部２５０に電気的に接続されている。

制御ＩＣ３５は、第１の磁気センサ３１の中点電位Ｖ_１と第２の磁気センサ３２の中点電位Ｖ_２の差分を算出し、この差分に基づいて検出対象５の接近を検出する。制御ＩＣ３５は、例えば、検出対象５を検出したと判定した場合、Ｈｉとなる出力電圧Ｖ_ｏｕｔを、リードフレーム２６を介して接続先の回路に出力する。また制御ＩＣ３５は、例えば、検出対象５を検出するまでは、Ｌｏとなる出力電圧Ｖ_ｏｕｔを、リードフレーム２６を介して接続先の回路に出力する。

（磁石４の構成）
磁石４は、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石などの永久磁石、又はフェライト系、ネオジム系、サマコバ系、サマリウム鉄窒素系などの磁性体材料と、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）などの合成樹脂材料と、を混合して所望の形状に成形したプラスチックマグネットである。本実施の形態の磁石４は、一例として、プラスチックマグネットである。

磁石４は、図１（ａ）、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、貫通孔４５を備えた細長い角柱形状を有している。この磁石４は、前面４１側がＮ極、後面４２側がＳ極となるように着磁されている。そして磁石４は、図２（ａ）に示すように、Ｎ極からＳ極に向かう磁場４０を生成する。なお着磁の方向は、これに限定されず、逆方向に着磁されても良い。

貫通孔４５は、図２（ｂ）に示すように、開口部の形が長方形状である。この貫通孔４５の対向する短手方向の側面４５０及び側面４５１には、上述のように、第１の被挿入部４３０及び第２の被挿入部４４０が形成されている。

第１の被挿入部４３０は、磁石４の前面４１から後面４２に向かって第１の側面４３を細く切り欠いたようなスリットとなっている。同様に、第２の被挿入部４４０は、磁石４の前面４１から後面４２に向かって第２の側面４４を細く切り欠いたようなスリットとなっている。

なお変形例として第１の被挿入部４３０は、図２（ｃ）に示すように、第１の側面４３側には突き抜けず、貫通孔４５の側面４５０に溝として形成されても良い。同様に、第２の被挿入部４４０は、貫通孔４５の側面４５１に溝として形成されても良い。

（磁気センサＩＣ２と磁石４の組み付けについて）
磁気センサＩＣ２は、端子群２８が磁石４の貫通孔４５の前面４１側から挿入される。この際、第１の突出部２５１が磁石４の第１の被挿入部４３０に挿入されると共に、第２の突出部２５２が磁石４の第２の被挿入部４４０に挿入される。

そして第１の突出部２５１の接触面２５１ａが第１の被挿入部４３０の端面４３０ａと接触すると共に、第２の突出部２５２の接触面２５２ａが第２の被挿入部４４０の端面４４０ａと接触する。この接触によって磁気センサＩＣ２と磁石４との相対的な位置が決まる。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、磁気センサ３０のセンサ中心線３０１から第１の突出部２５１の接触面２５１ａ、又は第２の突出部２５２の接触面２５２ａまでの距離Ｄ_１は、主にリードフレーム２５の加工の精度、及び磁気センサ３０の配置の精度に依存している。なおセンサ中心線３０１は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、２つのハーフブリッジ回路の中心を通る直線である。

またセンサ中心線３０１から磁石４の前面４１までの距離Ｄ_２は、図３（ａ）に示すように、接触面２５１ａと端面４３０ａの接触、及び接触面２５２ａと端面４４０ａの接触によって定まる距離である。従って距離Ｄ_２は、主に第１の被挿入部４３０及び第２の被挿入部４４０の成形の精度に依存している。

つまり挿入方向に対する磁気センサ３０と磁石４の位置決めの精度は、主に距離Ｄ_１と距離Ｄ_２に依存しており、封止体２０の成形によって生じる誤差に依存しない。

封止体に設けられた部位によって磁石との位置決めが行われる場合、磁気センサが封止体に覆われているので、磁気センサと磁石の位置を目視しながら組み付けることができない。従って封止体と磁石の相対的な位置によって磁気センサと磁石の位置決めがなされるので、位置決めの精度は、リードフレームに対する磁気センサの配置の精度、封止体とリードフレームの位置の精度、封止体の成形の精度、及び磁石の成形の精度に依存する。

本実施の形態の磁気センサ装置１は、上述のように、封止体２０に依存せずに磁気センサＩＣ２と磁石４の位置決めができるので、高い精度で位置決めを行うことができる。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る磁気センサ装置１は、位置決め精度を向上させることができる。具体的には、この磁気センサ装置１は、リードフレーム２５の第１の突出部２５１及び第２の突出部２５２によってリードフレーム２５と磁石４との相対的な位置が決まると共に、リードフレーム２５に配置された磁気センサ３０と磁石４との相対的な位置が決まるので、封止体と磁石の位置決めによって磁気センサと磁石の位置決めを行う場合と比べて、リードフレーム２５と封止体２０の位置決めの公差を考慮する必要がなく、位置決め精度を向上させることができる。そして磁気センサ装置１は、位置決め精度が高いので、検出対象５の検出精度が高くなる。

磁気センサ装置１は、磁気センサＩＣ２を磁石４に接触するまで挿入することで組み付けが終了するので、交差経路を短縮することができて精度の高い位置決めを行うことができる。

磁気センサ装置１は、挿入方向の位置決め精度が高いので、位置がずれることによって必要となる磁気センサ３０の調整を行う工程を削減することができ、製造コストを抑制することができる。

磁気センサ装置１は、第１の突出部２５１及び第２の突出部２５２をタイバーを流用して形成するので、この構成を採用しない場合と比べて、タイバーと別に第１の突出部２５１及び第２の突出部２５２を形成する必要がなく、製造コストが抑制される。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…磁気センサ装置、３…電子回路部、４…磁石、５…検出対象、２０…封止体、２３…第１の側面、２４…第２の側面、２５…リードフレーム、２５ａ…側面、２５ｂ…側面、２６…リードフレーム、２７…リードフレーム、２８…端子群、３０…磁気センサ、３１…第１の磁気センサ、３２…第２の磁気センサ、３３，３４…ツェナーダイオード、３５…制御ＩＣ、３６，３７…ワイヤ、４０…磁場、４１…前面、４２…後面、４３…第１の側面、４４…第２の側面、４５…貫通孔、２５０…搭載部、２５０ａ…側面、２５１…第１の突出部、２５１ａ…接触面、２５２…第２の突出部、２５２ａ…接触面、２６０，２７０…パッド、３００…ベース、３０１…センサ中心線、３０５…対称軸、３１０…第１の磁気抵抗素子、３１１…第２の磁気抵抗素子、３２０…第１の磁気抵抗素子、３２１…第２の磁気抵抗素子、４３０…第１の被挿入部、４３０ａ…端面、４４０…第２の被挿入部、４４０ａ…端面、４５０…側面、４５１…側面

Claims (3)

1. 検出対象側となる前面から後面に貫通する貫通孔、及び前記前面側の前記貫通孔の対向する側面に設けられた第１の被挿入部及び第２の被挿入部を有する磁石と、
   複数のリードフレームと前記複数のリードフレームのいずれかのリードフレームに配置されて前記磁石が生成する磁場の変化を検出する磁気センサとを含んで形成された電子回路部、前記複数のリードフレームの端部が露出するように前記電子回路部を封止する封止体、及び前記複数のリードフレームのうち少なくとも１つのリードフレームから前記封止体の第１の側面と反対側の第２の側面から突出し、前記第１の被挿入部と前記第２の被挿入部の端面に接触するまで挿入されて前記磁石との相対的な位置を決める第１の突出部及び第２の突出部を有する磁気センサ素子と、
   を備えた磁気センサ装置。
2. 前記磁気センサは、第１のリードフレームの搭載部に配置され、
   前記第１のリードフレームは、前記搭載部の両側面から突出する前記第１の突出部及び前記第２の突出部を有する、
   請求項１に記載の磁気センサ装置。
3. 前記第１の突出部及び前記第２の突出部は、タイバーである、
   請求項１又は２に記載の磁気センサ装置。

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