JP6597369B2 - 磁気センサ - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特許第５５００７８５号公報 特許第５５９７２０６号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

さらに、磁性体は軟磁性体である事が望ましい。

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。

ＧＭＲチップの構成を示す図である。 ＧＭＲ素子の特性を説明する図である。 従来の磁気センサ構成（Ｘ−Ｚ軸面）を示す図である。 従来の磁気センサ構成（Ｘ−Ｙ軸面）を示す図である。 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。 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。 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。 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。 従来例におけるＧＭＲ素子部の拡大図である。 実施形態１におけるＧＭＲ素子部の拡大図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 実施形態４における磁気センサの構成（Ｘ−Ｚ軸面）を示す図である。 実施形態４における磁気センサの構成（Ｘ−Ｙ軸面）を示す図である。 実施形態４におけるＧＭＲ素子部へ導入される磁束の概略図である。 従来例と実施形態４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。 実施形態５における磁気センサの構成（Ｘ−Ｚ軸面）を示す図である。 実施形態５における磁気センサの構成（Ｘ−Ｙ軸面）を示す図である。 実施形態５におけるＧＭＲ素子部へ導入される磁束の概略図である。 従来例と実施形態５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。

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。

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。

（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。

［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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

（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。

［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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

（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。

［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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

（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。

［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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

（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。

［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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (5)

1. 第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に延在する素子形成面に設けられ、前記第１の方向に配列された第１及び第２の磁気抵抗効果素子と、
   前記素子形成面に対して垂直な第３の方向から見て、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子の間に配置された磁性体と、を備え、
   前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子は、入力される磁界の向きに応じて抵抗値が変化するものであり、
   前記磁性体は、前記第１及び第２の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ものであり、
   前記磁性体は、第１の部分と、前記第１の部分から前記第１の磁気抵抗効果素子側に突出し、前記第１の部分よりも前記第３の方向における高さの低い第２の部分と、前記第１の部分から前記第２の磁気抵抗効果素子側に突出し、前記第１の部分よりも前記第３の方向における高さの低い第３の部分とを含むことを特徴とする磁気センサ。
2. 前記第１の磁気抵抗効果素子の前記第１の方向における端部は、前記磁性体側に位置する第１の端部と、前記第１の端部の反対側に位置する第２の端部を有し、
   前記第２の磁気抵抗効果素子の前記第１の方向における端部は、前記磁性体側に位置する第３の端部と、前記第３の端部の反対側に位置する第４の端部を有し、
   前記磁性体の前記第２の部分の突出方向における端部は、前記第１の磁気抵抗効果素子の前記第２の端部よりも、前記磁性体の前記第１の方向における中心側に位置し、
   前記磁性体の前記第３の部分の突出方向における端部は、前記第２の磁気抵抗効果素子の前記第４の端部よりも、前記磁性体の前記第１の方向における中心側に位置することを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記磁性体と前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子は、前記第３の方向から見て重ならないことを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
4. 前記磁性体の前記第２及び第３の部分の少なくとも一部は、前記磁性体の配置面に接している事を特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の磁気センサ。
5. 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１項に記載の磁気センサ。

Images