JP4881041B2 - 磁気センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気抵抗素子をホルダ内に有する磁気センサ装置に関するものである。

工作機械などにおいて可動部材の位置検出などを行う場合には、例えば、可動部材側に磁気スケールを固定し、磁気スケールの位置を磁気センサ装置によって検出する方法が採用される。このような用途に使用される磁気センサ装置では、剛性基板に形成された磁気抵抗パターンにより磁気抵抗素子が構成され、剛性基板は、ホルダのセンサ面に形成された開口部内に磁気抵抗素子が位置するようにホルダ内に配置される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２４９７７４号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、磁気抵抗素子に対する電気的な遮蔽がないため、外乱ノイズが侵入し易く、検出精度が低いという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、磁気抵抗素子に外乱ノイズが侵入することを防止した磁気センサ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、磁気抵抗素子と、磁気スケールと対向するセンサ面に形成された開口部内に前記磁気抵抗素子が位置するように当該磁気抵抗素子を保持するホルダとを有する磁気センサ装置において、導電性粘着材層と当該導電性粘着材層に積層された非磁性の金属層からなる電波シールド用導電層とを備え、前記導電性粘着材層を利用して前記ホルダの外側から前記開口部を覆う状態で当該ホルダに接着固定されているフィルムを有し、前記ホルダは、導電性を有し、前記センサ面は、少なくとも前記磁気抵抗素子が位置する領域が前記電波シールド用導電層で覆われ、当該電波シールド用導電層は、前記導電性粘着材層を介して前記ホルダに電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明では、磁気抵抗素子が位置する領域が電波シールド用導電層で覆われ、この電波シールド用導電層は、導電性を有するホルダに電気的に接続されているため、磁気抵抗素子に侵入しようとする外乱ノイズは、電波シールド用導電層を介してホルダに放出される。従って、本発明によれば、外乱ノイズの影響を受けずに磁気スケールからの情報を検出できるので、検出精度が高い。

本発明において、前記フィルムは、前記電波シールド用導電層の前記導電性粘着材層とは反対側に積層された樹脂保護層を備えていることが好ましい。このように構成すると、金属層の外表面が可動部材と接触するなどして破損することを防止することができる。

本発明において、前記磁気抵抗素子は、１枚の剛性基板の主面に形成された磁気抵抗パターンにより構成されているとともに、当該剛性基板は、磁気スケールの側に前記磁気抵抗素子を向けた姿勢で前記ホルダに保持されている構成を採用することができる。

この場合、前記磁気抵抗素子は、表面が絶縁樹脂層で覆われていることが好ましい。

本発明において、前記剛性基板の主面には、前記磁気抵抗素子を間に挟む一方側端部および他方側端部の各々に第１の端子部および第２の端子部が形成され、前記剛性基板の前記一方側端部に第１の可撓性基板が接続され、前記他方側端部に第２の可撓性基板が接続され、前記絶縁樹脂層は、前記第１の可撓性基板と前記第２の可撓性基板との間に形成されていることが好ましい。また、本発明において、前記第１の可撓性基板と前記第２の可撓性基板は、１枚の可撓性基板の一部により構成されており、前記第１の可撓性基板と前記第２の可撓性基板との間では、ベースフィルムの厚さおよび当該ベースフィルム上に形成された導電パターンの厚さが同一であることが望ましい。このように構成すると、剛性基板において、磁気抵抗素子が形成されている領域の両側は略同一の構成であるため、第１の可撓性基板および第２の可撓性基板において剛性基板に接続されている箇所を基準に剛性基板の姿勢を決めるだけで、磁気抵抗素子が傾くことを防止することができる。

本発明において、前記磁気抵抗素子は、対向配置された第１の剛性基板と第２の剛性基板の各対向面に形成された磁気抵抗パターンにより構成されている構成を採用してもよい。

本発明の磁気センサ装置では、磁気抵抗素子が電波シールド用導電層で覆われ、この電波シールド用導電層は、導電性を有するホルダに電気的に接続されている。このため、磁気抵抗素子に侵入しようとする外乱ノイズは、電波シールド用導電層を介してホルダに放出される。従って、本発明によれば、外乱ノイズの影響を受けずに磁気スケールからの情報を検出できるので、検出精度が高い。

図面を参照して、本発明を適用した磁気センサ装置について説明する。

（全体構成）
図１は、本発明を適用した磁気センサ装置を用いたエンコーダの説明図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図１に示す磁気センサ装置の底面図、要部の縦断面図、および磁気抵抗素子の周辺を拡大して示す断面図である。

図１に示すように、本形態における磁気センサ装置１を磁気式リニアエンコーダに用いた場合には、磁気センサ装置１の底面（センサ面）に対して、可動部材（図示せず）に固定された磁気スケール３を対向させる。磁気スケール３には、例えば、長手方向（移動方向）に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配列されている。従って、可動部材が磁気スケール３とともに磁気スケール３の長手方向に移動した際の磁気センサ装置１からの出力信号を検出すれば、可動部材の位置や移動速度などを検出することができる。

磁気センサ装置１は、略直方体形状のアルミニウムダイカスト品からなるホルダ６と、このホルダ６の開口を覆う矩形のカバー６８と、ホルダ６から延びたケーブル７とを備えている。ホルダ６にはその側面にケーブル挿通穴６９が形成されており、このケーブル挿通穴６９からケーブル７が引き出されている。

図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ホルダ６には、磁気スケール３と対向する底面に、段差を介してホルダ６の底面から突出した平坦面からなるセンサ面６０が形成されている。このセンサ面６０には開口部６５が形成されており、開口部６５に対して、シリコン基板やセラミックグレース基板などの剛性基板１０上に形成された磁気抵抗素子２５が配置される。

（剛性基板および可撓性基板の構成）
図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用した磁気センサ装置において、剛性基板に可撓性基板が接続されている様子を示す平面図、その縦断面図、および剛性基板に樹脂保護層を形成した状態を示す断面図である。

図２（Ｂ）、（Ｃ）および図３（Ａ）、（Ｂ）において、本形態の磁気センサ装置１では、剛性基板１０の一方側の面からなる主面に、磁気抵抗パターンにより形成された磁気抵抗素子２５が形成されている。ここで、磁気抵抗素子２５は、剛性基板１０における走査方向（図１に示す磁気スケール３の長手方向）の略中央領域に形成されている。また、剛性基板１０の主面には、磁気抵抗素子２５を走査方向の両側から挟む両端部のうち、一方側端部１１には、磁気抵抗パターンの一方端が接続された複数の端子を備えた第１の端子部２１が形成され、他方側端部１２には、磁気抵抗パターンの他方端が接続された複数の端子を備えた第２の端子部２２が形成されている。磁気抵抗パターンは、剛性基板１０の主面に半導体プロセスにより形成された強磁性体ＮｉＦｅ等の磁性体膜からなり、ホイートストン・ブリッジなどを構成している。端子は、磁気抵抗パターンと同時形成された導電膜などからなる。

このように構成した剛性基板１０に対しては、その一方側端部１１に第１の可撓性基板３１が接続され、この第１の可撓性基板３１においてベースフィルム３６上に形成された導電パターン３７（信号線）の端部は第１の端子部２１にハンダ接合、合金接合、異方性導電膜などを用いた接合などの方法で接続されている。また、剛性基板１０において、その他方側端部１２には第２の可撓性基板３２が接続され、この第２の可撓性基板３２においてベースフィルム３６上に形成された導電パターン３７（信号線）の端部は第２の端子部２２にハンダ接合、合金接合、異方性導電膜などを用いた接合などの方法で接続されている。ここで、第１の可撓性基板３１および第２の可撓性基板３２においてベースフィルム３６上に形成された導電パターン３７のうち、第１の端子部２１および第２の端子部２２に接合される部分にはＳｎ−Ｃｕ系のメッキなどが施されている。

本形態において、第１の可撓性基板３１と第２の可撓性基板３２は、図３（Ａ）に示すように、１枚の可撓性基板３０の一部により構成されている。すなわち、可撓性基板３０は、図１に示すケーブル７との接続が行われる矩形部３３と、この矩形部３３の下端縁から左右両側に延びた一対のコの字形状の延設部分３４、３５とを備えており、一対の延設部分３４、３５のうち、一方の延設部分３４によって第１の可撓性基板３１が構成され、他方の延設部分３５によって第２の可撓性基板３２が構成されている。このため、第１の可撓性基板３１と第２の可撓性基板３２との間では、ベースフィルム３６の厚さおよび導電パターン３７の厚さが同一である。また、可撓性基板３０は左右対称であり、第１の可撓性基板３１と第２の可撓性基板３２は同一の平面形状を有している。

なお、可撓性基板３０において、一対の延設部分３４、３５の幅方向に位置する両端縁には、半円形の小さな切り欠き３９が複数、形成されており、かかる切り欠き３９が形成されている部分を谷折部分（一点鎖線で示す）および山折部分（二点鎖線で示す）として折り曲げた状態で、可撓性基板および剛性基板１０は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、剛性基板１０の主面を外側（下向き）にしてホルダ６の底面に配置される。

このように構成した磁気センサ装置１において、磁気抵抗素子２５は、表面が絶縁樹脂層４０、導電性粘着材層８１、非磁性の金属層８２、および樹脂保護層８３で覆われ、かつ、金属層８２は、導電性粘着材層８１を介してホルダ６に接着固定されている。従って、金属層８２は、導電性粘着材層８１を介してホルダ６に電気的に接続され、かかる金属層８２は、磁気抵抗素子２５の表面を覆う電波シールド用導電層として機能する。

ここで、樹脂保護層８３、金属層８２、および導電性粘着材層８１は、アルミニウム箔や銅箔などからなる金属層８２の両面に樹脂保護層８３および導電性粘着材層８１が各々、積層されたフィルム８０を、導電性粘着材層８１を介してホルダ６に接着固定したものである。また、樹脂保護層８３、金属層８２、および導電性粘着材層８１は、ＰＥＴなどのフィルム基材からなる樹脂保護層８３の表面に、アルミニウム膜や銅膜などからなる金属層８２、および導電性粘着材層８１を積層したフィルム８０を、導電性粘着材層８１を介してホルダ６に接着固定したものである。導電性粘着材層８１としては、各種粘着材にカーボン粒子、アルミニウム粒子、銀粒子、銅粒子などを分散させたものである。かかるフィルム８０の厚さは約５０μｍであり、極めて薄い。それ故、磁気抵抗素子２５と磁気スケール３とのギャップを３００μｍ以下にまで狭めることができる。また、樹脂保護層８３は、金属層８２を保護するという観点からすればあった方がよいが、金属層８２を構成する金属の種類や使用形態によっては樹脂保護層８３を省略してもよい。

このような構成の磁気センサ装置１の製造方法を、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して説明しながら、本形態の磁気センサ装置１の構成をさらに詳述する。

本形態では、まず、半導体プロセスにより剛性基板１０の主面に対して磁気抵抗素子２５、第１の端子部２１、および第２の端子部２２を形成した後、剛性基板１０の一方側端部１１に第１の可撓性基板３１を接続し、剛性基板１０の他方側端部１２に第２の可撓性基板３２を接続する。

次に、剛性基板１０の主面と第１の可撓性基板３１との間、および剛性基板１０の主面と第２の可撓性基板３２との間には、可撓性基板３０において導電パターンが形成されていない部分、および剛性基板１０において端子が形成されていない部分に起因して隙間３８ａ、３８ｂが発生しているので、かかる隙間３８ａ、３８ｂに対しては、エポキシ樹脂などの封止樹脂４１を充填する。なお、剛性基板１０に対して第１の可撓性基板３１および第２の可撓性基板３２の接合に異方性導電膜を用いた場合には、その樹脂部分で隙間を埋めることができるので、隙間に対する樹脂の充填を別途、行う必要はない。

次に、可撓性基板３０を図３（Ａ）に一点鎖線で示す谷折部分、および二点鎖線で示す山折部分に沿って折り曲げた後、剛性基板１０の主面を外側（下向き）にして、可撓性基板３０および剛性基板１０をホルダ６内の底部に配置する。その際、第１の可撓性基板３１および第２の可撓性基板３２において、剛性基板１０と接続されている部分のベースフィルム３６の裏面側３６１をホルダ６のセンサ面６０と一致するように、ホルダ６内に剛性基板１０、第１の可撓性基板３１および第２の可撓性基板３２を固定する。

次に、図３（Ｃ）に示すように、剛性基板１０の主面において、第１の可撓性基板３１と第２の可撓性基板３２とによって挟まれた領域にエポキシ樹脂などの樹脂を充填した後、硬化させ、図３（Ａ）に右上がりの点線で示すように、磁気抵抗素子２５を覆う絶縁樹脂層４０を形成する。その際、ホルダ６の開口部６５において、第１の可撓性基板３１および第２の可撓性基板３２と開口部６５との間の隙間にも樹脂を充填してもよい。以上の工程により、磁気センサ装置１において、ホルダ６への剛性基板１０の固定が完了する。

次に、図２（Ｃ）に示すように、樹脂保護層８３、金属層８２、および導電性粘着材層８１がこの順に形成されたフィルム８０を、導電性粘着材層８１をセンサ面６０に向けて貼る。

このようにして本形態では、磁気抵抗素子２５の表面を絶縁樹脂層４０、導電性粘着材層８１、金属層８２、および樹脂保護層８３で覆い、かつ、金属層８２は、導電性粘着材層８１を介してホルダ６に接着固定する。従って、金属層８２は、導電性粘着材層８１を介してホルダ６に電気的に接続される。以上の工程により、磁気センサ装置１において、金属層８２からなる電波シールド用導電層によって磁気抵抗素子２５の表面を覆うことができる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の磁気センサ装置１では、センサ面６０において、少なくとも磁気抵抗素子２５が位置する領域が非磁性の金属層８２（電波シールド用導電層）で覆われ、この金属層８２は、導電性を有するホルダ６に電気的に接続されている。このため、磁気抵抗素子２５に侵入しようとする外乱ノイズは、金属層８２を介してホルダ６に放出される。従って、外乱ノイズは、磁気抵抗素子２５に届かないため、外乱ノイズの影響を受けずに磁気スケール３からの情報を検出でき、検出精度が高い。

また、本形態では、剛性基板１０の一方側端部１１および他方側端部２２の各々に第１の端子部２１と第２の端子部２２とを形成し、剛性基板１０の一方側端部１１に第１の可撓性基板３１を接続し、他方側端部２２に第２の可撓性基板３２を接続している。このため、磁気抵抗素子２５の両側は略同一の構成であるため、第１の可撓性基板３１および第２の可撓性基板３２において剛性基板１０に接続されている箇所のベースフィルム３６の裏面側３６１をホルダ６のセンサ面６０と一致するように剛性基板１０の姿勢を決めるだけで、磁気抵抗素子２５をセンサ面６０に平行に配置することができる。それ故、ホルダ６の底面を磁気スケール３に対向配置した際、磁気抵抗素子２５と磁気スケール３とを平行、かつ、近接した状態に配置できるので、感度を向上することができる。

ここで、本形態の磁気センサ装置１は、磁気スケール３での一定方向の磁界の強弱変化を検出して位置検出するエンコーダ、および略飽和感度以上の磁界感度で回転磁界の方向を検出するタイプのエンコーダのいずれにも適用することができる。但し、回転磁界の方向を検出するタイプのエンコーダでは、略飽和感度以上の磁界感度を必要とするため、磁気スケール３と磁気センサ装置１のセンサ面６０との間隔を狭めて検出感度を高める必要があることから、本形態の磁気センサ装置１は、回転磁界の方向を検出するタイプのエンコーダを構成するのに適している。

また、本形態では、磁気抵抗素子２５の表面を第１の可撓性基板３１と第２の可撓性基板３２との間に塗布した絶縁樹脂層４０で覆ったため、磁気抵抗素子２５の耐湿性能などを向上することができる。

さらに、本形態では、剛性基板１０の主面と第１の可撓性基板３１との隙間３８ａ、および剛性基板１０の主面と第２の可撓性基板３２との隙間３８ｂに封止樹脂４１を充填したので、剛性基板１０と可撓性基板３０との接着強度の向上を図ることができ、さらに、剛性基板１０上に形成された端子部２１、２２などを水分などから保護することができる。

[その他の実施の形態]
上記形態では、１枚の剛性基板１０の主面に形成された磁気抵抗パターンにより磁気抵抗素子２５が構成されていたが、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、対向配置された第１の剛性基板１０ａと第２の剛性基板１０ｂの各対向面に形成された磁気抵抗パターンにより磁気抵抗素子２５が構成された磁気センサ装置１に本発明を適用してもよい。この場合も、第１の剛性基板１０ａおよび第２の基板１０ｂは、可撓性基板３１、３２が接続された状態でアルミニウム製のホルダ６内に保持される。この状態で、磁気抵抗素子２５は、ホルダ６のセンサ面６０に形成された開口部６５内に位置し、かつ、磁気抵抗素子２５は、絶縁樹脂層４０、導電性粘着材層８１、非磁性の金属層８２、および樹脂保護層８３で覆われた状態にある。また、金属層８２は、導電性粘着材層８１を介してホルダ６に接着固定されている。従って、金属層８２は、導電性粘着材層８１を介してホルダ６に電気的に接続され、かかる金属層８２は、磁気抵抗素子２５の表面を覆う電波シールド用導電層として機能する。この場合も、樹脂保護層８３、金属層８２、および導電性粘着材層８１は、アルミニウム箔などからなる金属層８２の両面に樹脂保護層８３および導電性粘着材層８１が各々、積層されたフィルム８０などを、導電性粘着材層８１を介してホルダ６に接着固定したものである。

なお、本形態の磁気センサ装置１は、図１に示す磁気式リニアエンコーダの他、回転ドラム（可動部材）の外周面や端面に配置された磁気スケールにセンサ面が対向するように配置される磁気式ロータリエンコーダとして用いることができる。

本発明を適用した磁気センサ装置を用いたエンコーダの説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図１に示す磁気センサ装置の底面図、要部の縦断面図、および磁気抵抗素子の周辺を拡大して示す断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明を適用した磁気センサ装置において、剛性基板に可撓性基板が接続されている様子を示す平面図、その縦断面図、および剛性基板に樹脂層を形成した状態を示す断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した別の磁気センサ装置の要部の縦断面図、および磁気抵抗素子の周辺を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１ 磁気センサ装置
３ 磁気スケール
６ ホルダ
１０ 剛性基板
４０ 絶縁樹脂層
４１ 封止樹脂
６０ ホルダのセンサ面
６５ 開口部
８０ フィルム
８１ 導電性粘着材層
８２ 金属層（電波シールド用導電層）
８３ 樹脂保護層

Claims (7)

1. 磁気抵抗素子と、磁気スケールと対向するセンサ面に形成された開口部内に前記磁気抵抗素子が位置するように当該磁気抵抗素子を保持するホルダとを有する磁気センサ装置において、
   導電性粘着材層と当該導電性粘着材層に積層された非磁性の金属層からなる電波シールド用導電層とを備え、前記導電性粘着材層を利用して前記ホルダの外側から前記開口部を覆う状態で当該ホルダに接着固定されているフィルムを有し、
   前記ホルダは、導電性を有し、
   前記センサ面は、少なくとも前記磁気抵抗素子が位置する領域が前記電波シールド用導電層で覆われ、
   当該電波シールド用導電層は、前記導電性粘着材層を介して前記ホルダに電気的に接続されていることを特徴とする磁気センサ装置。
2. 請求項１において、
   前記フィルムは、前記電波シールド用導電層の前記導電性粘着材層とは反対側に積層された樹脂保護層を備えていることを特徴とする磁気センサ装置。
3. 請求項１または２において、
   前記磁気抵抗素子は、１枚の剛性基板の主面に形成された磁気抵抗パターンにより構成され、
   当該剛性基板は、磁気スケールの側に前記磁気抵抗素子を向けた姿勢で前記ホルダに保持されていることを特徴とする磁気センサ装置。
4. 請求項３において、前記磁気抵抗素子は、表面が絶縁樹脂層で覆われていることを特徴とする磁気センサ装置。
5. 請求項４において、
   前記剛性基板の主面には、前記磁気抵抗素子を間に挟む一方側端部および他方側端部の各々に第１の端子部および第２の端子部が形成され、
   前記剛性基板の前記一方側端部に第１の可撓性基板が接続され、前記他方側端部に第２の可撓性基板が接続され、
   前記絶縁樹脂層は、前記剛性基板上の前記第１の可撓性基板と前記第２の可撓性基板との間に形成されていることを特徴とする磁気センサ装置。
6. 請求項５において、
   前記第１の可撓性基板と前記第２の可撓性基板は、１枚の可撓性基板の一部により構成されており、
   前記第１の可撓性基板と前記第２の可撓性基板との間では、ベースフィルムの厚さおよび当該ベースフィルム上に形成された導電パターンの厚さが同一であることを特徴とする磁気センサ装置。
7. 請求項１または２において、
   前記磁気抵抗素子は、対向配置された第１の剛性基板と第２の剛性基板の各対向面に形成された磁気抵抗パターンにより構成されていることを特徴とする磁気センサ装置。

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