JP4561613B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

この発明は、付与される磁気ベクトルの変化に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子（ＭＲＥ）を利用して磁性体からなる検出対象の移動、回転などの運動を検出する磁気センサに関する。

磁気抵抗素子（ＭＲＥ）を利用した磁気センサは、ロータなどの検出対象の運動を検出するセンサとして広く利用されている。この種の磁気センサは通常、磁性体からなる検出対象に向けてバイアス磁界を発するバイアス磁石を備えるとともに、このバイアス磁石と検出対象との間に磁気抵抗素子を備えるセンサチップを有している。そして、検出対象が運動するときに上記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化をこの磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して、検出対象の運動態様を検出する。

図９に、こうした磁気センサを回転検出装置に適用した一例、例えば車載エンジンのクランク角センサとして従来一般に用いられている回転検出装置の一例についてその平面構造を示す（例えば特許文献１あるいは特許文献２参照）。

同図９に示されるように、この磁気センサは、磁気抵抗素子ＭＲＥ１およびＭＲＥ２からなる磁気抵抗素子対１と磁気抵抗素子ＭＲＥ３およびＭＲＥ４からなる磁気抵抗素子対２とを備えるセンサチップ１０１が、検出対象であるロータＲＴと対向するように配設される。上記センサチップ１０１はその処理回路とともに集積回路化され、モールド樹脂１０２にて一体にモールドされている。具体的には、上記センサチップ１０１は、上記モールド樹脂１０２の内部で図示しないリードフレームの一端に搭載され、その他端から給電端子Ｔ１、出力端子Ｔ２およびＧＮＤ（接地）端子Ｔ３といった各端子がそれぞれ外部へと引き出される構造となっている。また、上記センサチップ１０１の近傍には、モールド樹脂１０２を囲繞するように、上記磁気抵抗素子対１および２にバイアス磁界を付与する磁石（バイアス磁石）１３０が配設されている。上記磁石１３０は、その長手方向に矩形状の透孔１３１を有する中空円筒状に形成されており、その透孔（中空部）１３１に、上記センサチップ１０１を内蔵するモールド樹脂１０２が挿入されるかたちとなる。

また、こうした構成からなる磁気センサの実用に際しては一般に、上記センサチップ１０１などをモールドしたモールド樹脂１０２と磁石１３０とを適宜のケース部材に収容した状態でエンジンなどに搭載される。図１０に、このような構造を有してエンジンなどに搭載される磁気センサについてその一例を示す。なお、この図１０において、先の図９に示した各要素と機能的に同一の要素については、便宜上、それぞれ同一の符号を付して示している。

図１０に示されるように、この磁気センサは、上記モールド樹脂１０２および磁石１３０が有底筒状のキャップ部材１４０に収容された状態で、センサ本体となるハウジング樹脂１２０と一体に形成されている。このハウジング樹脂１２０は、例えばエンジン本体への装着に用いられるフランジ１２３を備えるとともに、このフランジ１２３から延設される部分には外部の電子制御装置などとのワイヤリングによる接続コネクタとして機能するコネクタ部１２４を備えている。また、上記各端子Ｔ１〜Ｔ３は、このハウジング樹脂１２０内に一体に設けられて上記コネクタとしての端子をも兼ねる金属ターミナル１００ａ〜１００ｃにそれぞれ電気的に接続されている。

一方、上記センサチップ１０１と対向するロータＲＴは、例えば歯車状の磁性体からなり、このロータＲＴが回転するときその回転に伴い上記磁石１３０から発せられる磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化が上記磁気抵抗素子ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４（図９参照）の抵抗値の変化としてセンサチップ１０１にて感知されることで回転検出信号が得られる。そして、この検出信号が差動増幅器や比較器などの各種処理回路を経て得られる上記ロータＲＴの回転情報が、上記出力端子Ｔ２を介して図示しない外部の電子制御装置などに伝達されるようになる。

このように、磁石１３０を中空円筒構造とし、その透孔１３１にセンサチップ１０１を挿入することで、磁気センサとしての感度が高められるとともに、磁気センサ自体をコンパクトに形成することもできる。
特開２００１−１１６８１５公報 特許第３１０２２６８号公報

ところで、上記磁気センサを例えば上述したエンジンのクランク角センサとして用いるような場合、次のような不都合も無視できないものとなっている。
すなわち、エンジンにあっては通常、その出力軸であるクランクシャフトの端部に上記回転の検出対象となるロータＲＴが設けられるとともに、このロータＲＴの回転態様（角度）を検出すべく、上記磁気センサ自体も装着スペースとして比較的余裕のあるエンジン本体の端部に装着されることが多い。このため、クランクシャフトの撓みに起因したロータＲＴの回転中心からの偏心やねじれが上記磁気センサによる回転の検出精度に直接影響を及ぼすこととなる。

そこで近年は、例えばクランクシャフトの中央部など、上記偏心やねじれなどの生じにくい箇所にロータＲＴを配設するとともに、このロータＲＴと対向する箇所に上記磁気センサを装着するなどの要求もある。しかし実情としては、クランクシャフトとして偏心やねじれなどの生じにくい箇所にロータＲＴを配設することが可能であったとしても、そのような箇所はエンジン自体が複雑な形状となっていることが多く、図１０に例示したような形状を有する磁気センサをそうした箇所に装着するとなると、今度はスペース的な制約が無視できなくなる。

なお、エンジンのクランク角を検出対象とする磁気センサに限らず、複雑な形状を有する工作機械やその他の機械にあって、検出対象とする磁性体の運動をより安定した位置で高精度に検出しようとする磁気センサにあってはこうした実情も概ね共通したものとなっている。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、磁気センサとしての検出精度を維持しつつ、その装着にかかるスペース的な自由度をより高めることのできる磁気センサを提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１、４に記載の発明では、磁気抵抗素子を有するセンシングチップと、該センシングチップの前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与する磁石とを備え、前記センシングチップの近傍にて検出対象とする磁性体が運動するときに前記磁石から付与されるバイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を前記磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して前記検出対象の運動態様を検出する磁気センサとして、前記磁石を扁平筒状の形状とし、その中空部に前記センシングチップを収容する構造としている。

磁気センサとしてのこのような構造により、同センサ自体を扁平に形成することが可能となり、たとえスペース的に制約のあるような箇所に対しても、より高い自由度をもって同センサを装着することができるようになる。

そして、こうした磁石としては、同請求項１、４に記載の発明によるように、前記検出対象に対向する先端側から見て、前記センシングチップの表面と垂直な方向の幅を同センシングチップの表面に沿った方向の幅の１／４〜１／３の長さに設定するといったかたちでその寸法の関係を設定することとなる。

こうした磁気センサとして、請求項１に記載の発明によるように、
・前記センシングチップは、その給電端子および出力端子がリードフレームに接続された状態で非磁性体材料からなるケース本体の舌部に一体に配設される。
・前記磁石は前記センシングチップと共々前記ケース本体の舌部を覆う態様で同ケース本体の舌部に装着されてなる。
といった構造を採用することで、当該磁気センサの製造自体が容易になるとともに、検出対象に対向するセンシング部分の長さを短縮するなど、その設計にかかる自由度も大きく改善されるようになる。

また、同磁気センサは、請求項２に記載の発明によるように、前記磁石の形状に対応した有底筒状の非磁性体材料からなるキャップ部材を備え、前記ケース本体の舌部導出部を塞ぐ態様で該キャップ部材の開口端を前記ケース本体に接合することによって、前記センシングチップと共々、前記舌部および前記磁石を外部雰囲気から保護することができるようにもなる。
また、前記センシングチップが、前記磁気抵抗素子が配設されたセンサチップと、前記磁気抵抗素子による磁気検出信号を電気的に処理する処理回路チップとからなる場合、特に請求項３に記載の発明によるように、それらセンサチップおよび処理回路チップをベアチップの状態で前記ケース本体の舌部に搭載することとすれば、前記従来の磁気センサのようにそれらチップを樹脂モールドする必要がなくなり、ひいてはそれらチップを樹脂モールドする際に生じる応力歪みによって上記センサチップや処理回路チップとしての特性が変化してしまうなどの不都合も好適に解消されるようになる。

一方、同磁気センサは、請求項４に記載の発明によるように、
・前記センシングチップは、その給電端子および出力端子がリードフレームに接続された状態で樹脂モールドされる。
・該樹脂モールドされたセンシングチップと前記磁石とが同磁石の形状に対応した有底筒状の非磁性体材料からなるキャップ部材に収容された状態で非磁性体材料からなるケース本体に一体に組み付けられる。
といった前記従来の磁気センサの構造に準じた構造を採用することも可能であり、この場合であれ、上記扁平筒状の形状を有する磁石の採用によって、同磁気センサとしての装着
にかかるスペース的な自由度は良好に確保される。

そしてこの場合にも、前記センシングチップが前記磁気抵抗素子が配設されたセンサチップと前記磁気抵抗素子による磁気検出信号を電気的に処理する処理回路チップとからなる場合には、その製造の利便性からして、請求項５に記載の発明によるように、それらセンサチップおよび処理回路チップについてはこれを一体に樹脂モールドしておくことが望ましい。

また、こうした扁平筒状の形状を有する磁石の前記検出対象に対向する先端側から見た外周形状としては、例えば請求項６に記載の発明によるように、
・楕円形状、および多角形形状、およびこれら形状を組み合わせた形状。
のいずれかの形状とすることが有効である。

他方、上記請求項１〜６のいずれかに記載の磁気センサにおいて、例えば請求項７に記載の発明によるように、前記センシングチップおよび前記磁石を保持するケース本体に、前記磁石の扁平方向と同一方向に当該磁気センサを装着するためのフランジをさらに延設する構造とすれば、同磁気センサとしての装着部も含めてその形状を扁平形状とすることが可能となり、その装着にかかるスペース的な自由度もさらに高められるようになる。

そして、このような磁気センサも、例えば請求項８に記載の発明によるように、前記検出対象とする磁性体が適宜の回転軸に設けられたロータであるとし、前記磁気抵抗素子の近傍にてロータが回転するときに前記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を同磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して前記ロータの回転態様を検出する用途に適用して特に有効である。

以下、この発明にかかる磁気センサを回転センサ（回転検出装置）に適用した一実施の形態について図１〜図６に基づき説明する。なおこれらの図において、先の図１０に示した従来の磁気センサの各要素と基本的に同一の機能を有する要素については、便宜上、それぞれ同一もしくは対応する符号を付して示している。

この実施の形態では、以下に詳述するように、センサチップに配された磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与する磁石として、扁平筒状の形状を有する磁石を採用し、その中空部に同センシングチップを収容することで、磁気センサとしての検出精度を維持しつつも、その装着にかかるスペース的な自由度を高めようとしている。

図１は、この実施の形態にかかる磁気センサが、先の図１０に例示したセンサと同様、例えば車載エンジンのクランク角センサなどの回転検出に用いられる回転検出装置に適用される場合について、その側面断面構造を模式的に示したものである。

図１に示されるように、この実施の形態にかかる磁気センサは、ベアチップからなるセンシングチップ１０および磁石（バイアス磁石）３０がケース本体２０およびキャップ部材４０により構成されるハウジング内に密閉されて外部雰囲気から保護される構造となっている。

このうち、上記センシングチップ１０は、磁気抵抗素子対１および２を有するセンサチップ１１と、集積回路化されてこれら磁気抵抗素子対１および２により検出される信号の各種処理を行う処理回路チップ１２とから構成されている。

また、上記ケース本体２０は、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）樹脂やセラミックスなどの非磁性体材料からなり、その側壁に例えば図示しないエンジンに当該磁気センサを装着するためのフランジ２３を備えるとともに、上記フランジ２３から延設される部分には外部の電子制御装置などと接続されるコネクタ部２４を備えている。

一方、同ケース本体２０は、上記キャップ部材４０の内方に突出する態様で延設される板状の舌部２１を備えている。この舌部２１には、リードフレーム１３をはじめ、センサチップ１１や処理回路チップ１２の実装面が一体に鋳込まれている。そしてこの舌部２１に、これらセンサチップ１１および処理回路チップ１２が上記リードフレーム１３と電気的に接続されるかたちでそれぞれ実装（搭載）されている。具体的には、上記センサチップ１１と処理回路チップ１２とはボンディングワイヤＷ１によって、また上記処理回路チップ１２とリードフレーム１３の一端とはボンディングワイヤＷ２によってそれぞれ電気的に接続されている。なおこの実施の形態において、上記リードフレーム１３は、上記コネクタ部２４の端子をも兼ねる金属ターミナルの一部として形成されており、これら金属ターミナルがそれぞれ、センシングチップ１０の給電端子Ｔ１、出力端子Ｔ２およびＧＮＤ（接地）端子（給電端子）Ｔ３となる。

また一方、上記磁石３０は、磁気センサの先端側から見た外周形状が矩形状に形成されるとともにその中央部には同じく矩形状の透孔（中空部）３１が形成された扁平筒状（扁平角筒状）に形成されており、上記センシングチップ１０共々、ケース本体２０の舌部２１を覆う態様で挿入されている。この磁石３０は、センサチップ１１に組み込まれている上記磁気抵抗素子対１および２に対してバイアス磁界を付与するものであり、先の図１０に例示したロータの回転時にこのバイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化が上記磁気抵抗素子対１および２の抵抗値変化として感知される。なお、この磁石３０の外形の寸法、およびその設定方法についての詳細な説明は、図４〜図６を参照して後述する。

また、上記キャップ部材４０は磁石３０の形状に対応した有底筒状（有底角筒状）に形成されており、例えば樹脂やセラミックスなどの非磁性体材料からなる。そして、このキャップ部材４０は、上記ケース本体２０の上記舌部２１が導出される舌部導出面（舌部導出部）２２を塞ぐ態様で同キャップ部材４０の開口端４１が上記ケース本体２０に接合されて一体に組み付けられることで、上記センシングチップ１０共々、舌部２１および磁石３０を外部雰囲気から保護する。

図２に、この磁気センサを構成する各部品を分解した斜視図を示す。先の図１、およびこの図２に併せ示すように、この実施の形態にかかる磁気センサでは、上記磁石３０の端面３２に、同磁石３０の外周形状とほぼ相似な形状に凹部５０が形成されており、上記端面３２と接合されるケース本体２０の舌部導出面２２には、上記凹部５０と対応するかたちで凸部６０が形成されている。そして、これら凹部５０と凸部６０とが嵌合部として互いに嵌合されることにより、磁石３０の上記舌部導出面２２からの変位が規制されている。

一方、上記ケース本体２０の舌部２１に搭載されているセンシングチップ１０、特にセンサチップ１１は、その実装に際して高い精度をもって位置決めされている。このため、上記凹部５０と凸部６０とからなる嵌合機構により上記磁石３０とケース本体２０とが接合されることで、センサチップ１１に対する上記磁石３０の偏倚も規制されることとなり、結局は、これら磁石３０とセンサチップ１１内の磁気抵抗素子対１および２との相対位置も高い精度をもって設定されるようになる。

図３に、上記センシングチップ１０内の等価回路の一例を示す。以下、この図３を参照して、上記磁気センサの電気的な構成、主に信号処理回路の構成について説明する。
同図３に示されるように、そして上述のように、センシングチップ１０はセンサチップ１１とその処理回路である処理回路チップ１２とを備えて構成される。このうち、センサチップ１１は、上述のように磁気抵抗素子対１および２を備え、これら磁気抵抗素子対１および２は、電気的にはそれぞれ磁気抵抗素子ＭＲＥ１およびＭＲＥ２、あるいは磁気抵抗素子ＭＲＥ３およびＭＲＥ４が各々直列接続されたハーフブリッジとして構成されている。そして、磁気抵抗素子ＭＲＥ１とＭＲＥ３との共通接続部には定電圧「＋Ｖ」が印加され、磁気抵抗素子ＭＲＥ２とＭＲＥ４の共通接続部は接地されている。

ここで、上記ブリッジ接続されている磁気抵抗素子対１の中点電位Ｖａと磁気抵抗素子対２の中点電位Ｖｂとはそれぞれ処理回路チップ１２内の差動増幅器１２ａに入力される。そして、この差動増幅器１２ａの出力である上記中点電位Ｖａと中点電位Ｖｂとの差動増幅出力はさらに比較器１２ｂを通じて２値化処理される。こうして２値化処理された２値化信号（パルス信号）が、当該磁気センサによる回転検出信号として上記出力端子Ｔ２を介して出力される。なお、この比較器１２ｂでは、上記定電圧「＋Ｖ」の抵抗Ｒ１およびＲ２による分圧電圧である閾値電圧Ｖｔｈを基準として上記差動増幅出力の２値化が行われる。

図４は、この実施の形態で採用される磁石３０の外周形状、並びに透孔３１の形状を前記ロータＲＴ（図９）と対向する先端側（磁気センサの先端側）から見た形状として模式的に示したものであり、次にこの図４を参照して、同磁石３０およびその透孔３１の寸法設定にかかる一例について説明する。

同図４に示されるように、また上述のように、この磁石３０は、磁気センサの先端側から見た外周形状が例えば矩形状にて形成されるとともにその中央部には同じく矩形状の透孔（中空部）３１が形成された扁平筒状にて形成されており、センシングチップ１０（図２）がこの透孔３１に収容される。そしてこの磁石３０は、収容されるセンシングチップ１０の表面と垂直な方向の幅（厚さ）ｔ１が、同センシングチップ１０の表面に沿った方向の幅ｗ１のおよそ１／４の長さに設定されている。また、透孔３１は、収容されるセンシングチップ１０の表面と垂直な方向（縦方向）の長さｔ２が、センシングチップ１０の表面と平行な方向（横方向）の長さｗ２のおよそ１／２の長さに設定されている。

このような磁石３０の幅ｗ１および厚さｔ１の寸法については、例えば実験やシミュレーションなどを通じて得られる図５（ａ）および（ｂ）に示されるようなグラフに基づき決定される。ここで、図５（ａ）は、先の差動増幅器１２ａ（図３）の出力が比較器１２ｂ（図３）の閾値電圧Ｖｔｈを超える側の余裕度である山余裕度について、磁石３０の幅ｗ１の別に、磁石３０の厚さｔ１と振れ角差（正確には振れ角差に相当する電圧の大きさ）との関係を示したものである。また、図５（ｂ）は、差動増幅器１２ａの出力が比較器１２ｂの閾値電圧Ｖｔｈに達しない側の余裕度である谷余裕度について、磁石３０の幅ｗ１の別に、磁石３０の厚さｔ１と振れ角差との関係を示したものである。次に、これら図５（ａ）および（ｂ）を併せ参照して磁石３０の幅ｗ１および厚さｔ１の設定方法について詳述する。

一般に、透孔３１の縦方向の長さｔ２は、同透孔３１に収容する先のセンシングチップ１０の厚さおよび舌部２１（図１、図２）の厚さに依存し、透孔３１の横方向の長さｗ２は、同透孔３１に収容する同じくセンシングチップ１０の幅および舌部２１（図２）の幅に依存する。また、磁石３０の幅ｗ１は、透孔３１の横方向の長さｗ２、必要な飽和磁界の大きさ、および必要な磁気振れ角の大きさに依存し、磁石３０の厚さｔ１は、透孔３１の縦方向の長さｔ１、必要な飽和磁界の大きさ、必要な磁気振れ角の大きさ、およびそうした磁石の製造可能性に依存する。

一方、先の差動増幅器１２ａ（図３）の出力である差動増幅出力の変化量は、上記磁気抵抗素子ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４（図３）に付与される磁界強度が大きくなるにつれて大きくなる。ただし、この磁界強度が所定の大きさを超えると差動増幅出力の変化量は略一定になって飽和することから、磁気センサとしての検出精度を好適に維持するには、この差動増幅出力の変化量が飽和し得るレベルまで磁界強度を高めておくことが実用上望ましい。したがって、磁石３０の幅ｗ１および厚さｔ１は、上記差動増幅出力の変化量を飽和させるに足るだけの磁界強度が維持されるように設定される。

他方、差動増幅器１２ａの出力である差動増幅出力は上述のように、比較器１２ｂ（図３）を通じて閾値電圧Ｖｔｈを基準に２値化処理される。この際、差動増幅出力が閾値電圧Ｖｔｈをわずかに超える大きさである場合、あるいは、差動増幅出力が閾値電圧Ｖｔｈよりもわずかに小さい場合にあっては、例えば定電圧「＋Ｖ」の変動やノイズの重畳などにより２値化処理が適正になされないことが懸念される。したがって、２値化処理を適正に実行するためには、差動増幅出力が閾値電圧を超える側の余裕度である山余裕度、および同差動増幅出力が閾値電圧に到達しない側の余裕度である谷余裕度をそれぞれ十分にとっておくことが望ましい。そこで、磁石３０の幅ｗ１および厚さｔ１も、このように山余裕度および谷余裕度が十分にとれるだけの磁界強度が確保される態様をもって設定される。

このような磁石３０の幅ｗ１および厚さｔ１の寸法を規律する要因に鑑みて、例えば実験やシミュレーションなどを通じて図５（ａ）および（ｂ）に示されるグラフを取得する。なお、磁石３０を形成する材料としては、例えば異方性フェライトプラスチックマグネットを採用しており、その諸元値の一例は、残留磁束密度が「３００［ｍＴ］」、保持力が「１７０［ｋＡ／ｍ］」、および最大エネルギー積が「１６［ＫＪ／ｍ^３］」である。また、これら図５（ａ）および（ｂ）においては、磁石３０の幅ｗ１を「１２［ｍｍ］」に形成した際の磁石の厚さｔ１［ｍｍ］と振れ角差［度］との関係を「◆」にて、磁石３０の幅ｗ１を「１５［ｍｍ］」に形成した際の磁石の厚さｔ１［ｍｍ］と振れ角差［度］との関係を「■」にて、磁石３０の幅ｗ１を「１８［ｍｍ］」に形成した際の磁石３０の厚さ［ｍｍ］と振れ角差［度］との関係を「▲」にて、それぞれ示している。

これら図５（ａ）および（ｂ）から明らかなように、磁石３０の幅ｗ１に拘わらず、磁石３０の厚さｔ１が「４．５［ｍｍ］」から「５．０［ｍｍ］」、「６．０［ｍｍ］」へと徐々に厚くなるに伴い、振れ角差［度］は大きくなる。そこで、この実施の形態では、磁石３０の外形寸法を、先の山余裕度および谷余裕度の双方が例えば「２［度］」を超える厚さのうち最も薄く、かつ、最も幅の狭い外形寸法に設定している。

すなわち、図６にその外形寸法の一覧を示すように、磁石３０の外形寸法は、その厚さｔ１が「５［ｍｍ］」に、またその幅ｗ１が「１８［ｍｍ］」にそれぞれ設定されることとなる。一方、透孔３１の寸法は、その縦方向の長さｔ２を「２．５［ｍｍ］」に、その横方向の長さｗ２を「４．６［ｍｍ］」にそれぞれ設定している。磁石３０としてのこのような寸法の設定により、中空円筒状の磁石を採用した従来の磁気センサと同等の検出感度が得られることが発明者によって確認されている。

以上説明したように、この実施の形態にかかる磁気センサによれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）センシングチップ１０に設けられた磁気抵抗素子対１および２にバイアス磁界を付与する磁石３０として、当該磁気センサの先端側から見た外周形状が矩形状にて形成されるとともにその中央部には同じく矩形状の透孔３１が形成された扁平筒状にて形成された磁石３０を採用し、該透孔３１にセンシングチップ１０を収容することとした。これにより、同センサ自体を扁平に形成することが可能となり、たとえスペース的に制約のあるような箇所に対しても、より高い自由度をもって同センサを装着することができるようになる。

（２）外周形状が矩形状に形成された磁石３０の外形寸法として、その中央部の透孔３１に収容されるセンシングチップ１０の表面と垂直な方向の幅ｔ１を、同センシングチップ１０の表面に沿った方向の幅ｗ１のおよそ１／４の長さに設定することとした。これにより、閾値電圧Ｖｔｈに対する差動増幅出力の山余裕度および谷余裕度を十分に確保することができるようになる。

（３）給電端子Ｔ１および出力端子Ｔ２がリードフレーム１３に接続された状態でケース本体２０の舌部２１にセンシングチップ１０を一体に配設するとともに、ケース本体２０の舌部２１を覆う態様で同センシングチップ１０と共々、磁石３０を挿入した。そして、ケース本体２０の舌部導出面２２をキャップ部材４０が塞ぐ態様で、同ケース本体２０に開口端４１を接合させることで、センシングチップ１０と共々、舌部２１および磁石３０を外部雰囲気から保護することとした。これにより、当該磁気センサの製造自体が容易になるとともに、検出対象に対向するセンシング部分の長さを短縮するなど、その設計にかかる自由度も大きく改善されるようになる。

（４）センシングチップ１０、特に上記センサチップ１１を、上記ケース本体２０の舌部２１にいわゆるベアチップの状態で実装することとした。このようにベアチップ構造を採用したことで、上記舌部２１上でのセンサチップ１１の実装位置を高精度に位置決めすることができるようになる。また、従来の磁気センサのように、このセンサチップ１１を樹脂モールドした場合には、モールド時の内部応力による応力歪みも無視できない。この点、この実施の形態のように、少なくともセンサチップ１１をベアチップとして舌部２１上に実装するようにしたことで、このような応力歪みに起因するセンシング特性への影響も回避されるようになる。

（５）こうしてセンシングチップ１０をベアチップとして舌部２１に実装しつつも、同センシングチップ１０や磁石３０は舌部２１と共々、ケース本体２０およびキャップ部材４０により密閉された状態におかれるため、外部雰囲気との遮断性も好適に確保されるようになる。

（６）センシングチップ１０および磁石３０を保持するケース本体２０に、磁石３０の扁平方向と同一方向に当該磁気センサを装着するためのフランジ２３を延設する構造とした。これにより、磁気センサとしての装着部も含めてその形状を扁平形状とすることが可能となり、その装着にかかるスペース的な自由度もさらに高められるようになる。

（７）磁石３０の端面３２には凹部５０を、またケース本体２０の舌部導出面２２には凸部６０をそれぞれ設けて、これら凹部５０および凸部６０を互いに嵌合させるようにした。これにより、磁石３０の上記舌部導出面２２からの変位が規制されるため、舌部２１に搭載されているセンサチップ１１に対する磁石３０の偏倚も規制されるようになる。ひいては、磁石３０とセンサチップ１１内の磁気抵抗素子対１および２との相対位置も高精度に設定されるようになる。

なお、この発明にかかる磁気センサは上記実施の形態にて例示した構成に限定されるものではなく、同実施の形態を適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記実施の形態では、磁石３０の端面３２には凹部５０を、ケース本体２０の舌部導出面２２には凸部６０をそれぞれ設けて、これら凹部５０および凸部６０を互いに嵌合させるようにしたが、逆に、磁石３０の端面３２には凸部を、舌部導出面２２には凹部をそれぞれ設けて、これら凸部および凹部を互いに嵌合させるようにしてもよい。また、舌部２１に搭載されているセンサチップ１１に対して磁石３０が正確に位置決めされる場合、あるいは同センサチップ１１に対する磁石３０のへ２が無視できる場合には、このような嵌合機構を割愛した構成としてもよい。

・上記実施の形態では、センシングチップ１０、特に上記センサチップ１１を、上記ケース本体２０の舌部２１にいわゆるベアチップの状態で実装するベアチップ構造を採用したが、これに限られない。図２に対応する図として図７（ａ）に示すように、センシングチップ１０を、その給電端子Ｔ１、Ｔ３および出力端子Ｔ２がリードフレームに接続された状態で樹脂モールドする。そして、この樹脂モールドされたセンシングチップＭＤＩＣと磁石３０ａとを、磁石３０ａの形状に対応した有底筒状の非磁性体材料からなるキャップ部材に収容された状態で非磁性体材料からなるケース本体２０ａに一体に組み付けるといった、従来の磁気センサの構造に準じた構造を採用することもできる。また、磁気抵抗素子が配されたセンサチップ１１と磁気抵抗素子による磁気検出信号を電気的に処理する処理回路チップ１２とによってセンシングチップ１０を構成する場合には、それらセンサチップ１１および処理回路チップ１２についてはこれを一体に樹脂モールドしてもよい。

・上記実施の形態（その変形例も含む）では、センサチップ１１および処理回路チップ１２をそれぞれ別の半導体基板に作り込み、これら両チップ１１、１２によってセンシングチップ１０を構成することとしたが、センシングチップ１０の構造はこれに限られない。センシングチップ１０の構造としては、両チップ１１、１２を同一の半導体基板上に作り込んだ、いわゆる集積化１チップ構造を採用することとしてもよい。

・上記実施の形態（その変形例も含む）では、先の図２および図７（ａ）に示されるように、センシングチップ１０および磁石３０、３０ａを保持するケース本体２０、２０ａには、磁石３０、３０ａの扁平方向と同一方向に当該磁気センサを装着するためのフランジ２３を延設することとしたが、その延設方向はその装着対象に応じて任意である。装着対象によっては例えば図７（ｂ）に示すように、磁石３０、３０ａの扁平方向と垂直な方向に当該磁気センサを装着するためのフランジ２３ａを延設することとしてもよい。

・上記実施の形態（その変形例も含む）では、センサチップ１１に配された磁気抵抗素子対１および２による磁気検出信号を電気的に処理する処理回路チップ１２としてこれを、これら磁気抵抗素子対１および２の中点電位ＶａおよびＶｂをそれぞれ取り込む差動増幅器１２ａ、およびこの差動増幅器１２ａの増幅信号を２値化処理する比較器１２ｂを中心に構成していた。これに加えて、例えばＥＰＲＯＭなどからなる書き換え可能な不揮発性メモリと、この不揮発性メモリに調整用のデータを書き込むデータ用端子とを、処理回路チップ１２中に備えることとしてもよい。ちなみにこの調整用のデータとしては、
ａ．処理回路チップ１２中に組み込まれる差動増幅器の室温オフセット調整のためのデータ。
ｂ．処理回路チップ１２中に組み込まれる差動増幅器の高温オフセット調整のためのデータ。
等々があり、これら調整用のデータによって各々該当する値を補正（補償）することとすれば、センシングチップ１０全体としての検出精度の改善が図られるようになる。

・上記実施の形態（その変形例も含む）では、磁気センサの先端側から見た外周形状が矩形状となるように磁石３０を形成することとしたが、磁気センサの先端側から見た外周形状は矩形状に限られない。他にも、図４に対応する図として図８（ａ）に示すように、磁気センサの先端側から見た外周形状が楕円形状および多角形形状を組み合わせた形状となるように磁石３０ｂを形成してもよい。同じく、図４に対応する図として図８（ｂ）に示すように、磁気センサの先端側から見た外周形状が楕円形状および多角形形状を組み合わせた形状となるように磁石３０ｃを形成してもよい。さらに、図４に対応する図として図８（ｃ）に示すように、磁気センサの先端側から見た外周形状が楕円形状となるように磁石３０ｄを形成してもよい。要は、磁気センサの先端側から見た外周形状が、楕円形状、および多角形形状、およびこれら形状を組み合わせた形状のいずれかの形状となるように磁石を形成することで、上記実施の形態に準じた効果が得られるようになる。

・上記実施の形態（その変形例も含む）では、当該磁気センサの先端側から見て、収容されるセンシングチップ１０の表面と垂直な方向の幅ｔ１が、同センシングチップ１０の表面に沿った方向の幅ｗ１のおよそ１／４の長さとなるように、磁石３０、３０ａの外周形状を設定することとしたが、これに限られない。幅ｔ１が幅ｗ１のおよそ１／４〜１／３の長さとなるように磁石３０、３０ａの外周形状を設定すれば、上記（２）の効果を得ることはできる。また、そうした幅ｔ１と幅ｗ１との比も限られない。要は、磁石３０を、当該磁気センサの先端側から見て、センシングチップ１０の表面と垂直な方向の幅が同センシングチップ１０の表面に沿った方向の幅よりも短く設定すれば、すなわち、扁平筒状の形状に形成すれば、上記（１）の効果を得ることはでき、所期の目的を達成することはできる。

・上記実施の形態（その変形例も含む）では、磁気センサを回転センサとしてロータなどの検出対象の回転態様（回転態様）を検出することとしたが、これに限らず、磁性体からなる検出対象の直線運動などを含む任意の運動態様の検出に用いることができる。

この発明にかかる磁気センサの一実施の形態についてその全体構造を側面方向から模式的に示す断面図。 同実施の形態の磁気センサについて各要素を分解して示す斜視図。 同実施の形態にかかる磁気センサを構成するセンシングチップ内部の等価回路を示す回路図。 同実施の形態で採用される磁石の正面図。 （ａ）および（ｂ）は、閾値電圧に対する差動増幅出力の山余裕度および谷余裕度について、同実施の形態で採用される磁石の幅の別に、磁石の厚さと振れ角差との関係をそれぞれ示すグラフ。 同実施の形態で採用される磁石の外形および透孔について、その設定寸法をそれぞれ示す図。 （ａ）および（ｂ）は、同実施の形態の磁気センサの変形例についてその全体構造を模式的に示す斜視図。 （ａ）〜（ｃ）は、同実施の形態の磁気センサの他の変形例についてその磁石構造を模式的に示す正面図。 従来の磁気センサの平面構造を、被検出体との関係も含めてその概要を模式的に示す平面図。 同従来の磁気センサの一例についてその断面構造を模式的に示す断面図。

符号の説明

１、２…磁気抵抗素子対、１０…センシングチップ、１１…センサチップ、１２…処理回路チップ、１２ａ…差動増幅器、１２ｂ…比較器、１３…リードフレーム、２０、２０ａ…ケース本体、２１…舌部、２２…舌部導出面（舌部導出部）、２３、２３ａ…フランジ、２４…コネクタ部、３０、３０ａ〜３０ｄ、１３０…磁石（バイアス磁石）、３１、１３１…透孔（中空部）、３２…端面、４０、１４０…キャップ部材、４１…開口端、５０…凹部、６０…凸部、１００ａ〜１００ｃ…金属ターミナル、１０１…センサチップ、１０２…モールド樹脂、１２３…フランジ、１２４…コネクタ部、ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４…磁気抵抗素子、ＲＴ…ロータ、Ｔ１…給電端子、Ｔ２…出力端子、Ｔ３…ＧＮＤ（接地）端子、Ｗ１、Ｗ２…ボンディングワイヤ、ＭＤＩＣ…モールドＩＣ。

Claims (8)

1. 磁気抵抗素子を有するセンシングチップと、該センシングチップの前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与する磁石とを備え、前記センシングチップの近傍にて検出対象とする磁性体が運動するときに前記磁石から付与されるバイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を前記磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して前記検出対象の運動態様を検出する磁気センサであって、
   前記磁石は扁平筒状の形状を有してなり、その中空部に前記センシングチップが収容されてなるとともに、前記検出対象に対向する先端側から見て、前記センシングチップの表面と垂直な方向の幅が同センシングチップの表面に沿った方向の幅の１／４〜１／３の長さに設定されてなり、
   前記センシングチップはその給電端子および出力端子がリードフレームに接続された状態で非磁性体材料からなるケース本体の舌部に一体に配設されるとともに、前記磁石は前記センシングチップと共々前記ケース本体の舌部を覆う態様で同ケース本体の舌部に装着されてなる
   ことを特徴とする磁気センサ。
2. 前記磁石の形状に対応した有底筒状の非磁性体材料からなるキャップ部材を有し、該キャップ部材が前記ケース本体の舌部導出部を塞ぐ態様で同キャップ部材の開口端が前記ケース本体に接合されることによって、前記センシングチップと共々前記舌部および前記磁石が外部雰囲気から保護される
   請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記センシングチップは、前記磁気抵抗素子が配設されたセンサチップと、前記磁気抵抗素子による磁気検出信号を電気的に処理する処理回路チップとからなり、それらセンサチップおよび処理回路チップがベアチップの状態で前記ケース本体の舌部に搭載されてなる
   請求項１または２に記載の磁気センサ。
4. 磁気抵抗素子を有するセンシングチップと、該センシングチップの前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与する磁石とを備え、前記センシングチップの近傍にて検出対象とする磁性体が運動するときに前記磁石から付与されるバイアス磁界と協働して生じる磁気ベクト
   ルの変化を前記磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して前記検出対象の運動態様を検出する磁気センサであって、
   前記磁石は扁平筒状の形状を有してなり、その中空部に前記センシングチップが収容されてなるとともに、前記検出対象に対向する先端側から見て、前記センシングチップの表面と垂直な方向の幅が同センシングチップの表面に沿った方向の幅の１／４〜１／３の長さに設定されてなり、
   前記センシングチップはその給電端子および出力端子がリードフレームに接続された状態で樹脂モールドされてなるとともに、該樹脂モールドされたセンシングチップと前記磁石とが同磁石の形状に対応した有底筒状の非磁性体材料からなるキャップ部材に収容された状態で非磁性体材料からなるケース本体に一体に組み付けられてなる
   ことを特徴とする磁気センサ。
5. 前記センシングチップは、前記磁気抵抗素子が配設されたセンサチップと、前記磁気抵抗素子による磁気検出信号を電気的に処理する処理回路チップとからなり、それらセンサチップおよび処理回路チップが一体に樹脂モールドされてなる
   請求項４に記載の磁気センサ。
6. 前記磁石は、前記検出対象に対向する先端側から見た外周形状が、楕円形状、および多角形形状、およびこれら形状を組み合わせた形状のいずれかの形状にて形成されてなる
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気センサにおいて、
   前記センシングチップおよび前記磁石を保持するケース本体には、前記磁石の扁平方向と同一方向に当該磁気センサを装着するためのフランジがさらに延設されてなる
   ことを特徴とする磁気センサ。
8. 前記検出対象とする磁性体が適宜の回転軸に設けられたロータであり、当該磁気センサは、前記磁気抵抗素子の近傍にてロータが回転するときに前記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を同磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して前記ロータの回転態様を検出するものである
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気センサ。

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