JP6605570B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサに関する。

移動体の位置を検出するためのセンサとして、磁気抵抗効果を有する素子を備えた磁気センサが知られている（特許文献１参照）。磁気センサは、磁石に対して相対移動することで磁石が発生する外部磁場の変化を検出し、更に検出した外部磁場の変化に基づいて移動体の移動量を算出する。

特許文献１に開示されている磁気センサは、その図１に示すように、磁気抵抗効果を有する巨大磁気抵抗薄膜と、一対の軟磁性薄膜とを備えている。この磁気センサでは、巨大磁気抵抗薄膜は長尺とされ、一対の軟磁性薄膜は巨大磁気抵抗薄膜の短手方向の両側に配置されている。また、各軟磁性薄膜は、巨大磁気抵抗薄膜の膜厚方向から見ると、矩形とされている。すなわち、巨大磁気抵抗薄膜の膜厚方向から見ると、各軟磁性薄膜のすべての角部には頂部（尖った部分）が形成されている。そして、この磁気センサでは、磁界感度の悪い巨大磁気抵抗薄膜を軟磁性薄膜と複合化することにより、磁界感度を高くしている。

特開平１１−８７８０４号公報

特許文献１の磁気センサの場合、巨大磁気抵抗薄膜の両側に軟磁性薄膜を配置することにより、巨大磁気抵抗薄膜の感度軸方向以外の方向に向く磁場はある程度遮蔽される。しかしながら、磁気センサには、軟磁性体の形状等を工夫することにより、さらに感度軸方向以外の方向に向く磁場の遮蔽性の向上が望まれている。

本発明は、軟磁性体をシールドとして用いる場合には感度軸方向以外の方向の磁場遮蔽性が高く、軟磁性体をヨークとして用いる場合にはヒステリシス値が小さい磁気センサの提供を目的とする。

本発明の磁気センサは、積層構造と磁場の変化を検出する方向に沿った感度軸とを有し、前記積層構造の積層方向及び前記感度軸と直交する方向に配列した複数の磁気抵抗効果素子と、各々が前記磁気抵抗効果素子の前記積層方向の両側に前記磁気抵抗効果素子と対向して配置され、前記直交する方向に配列した、前記磁気抵抗効果素子に入力する磁場を遮蔽する複数対の軟磁性体とを備え、前記積層方向から見て、各軟磁性体は矩形状であり且つ少なくとも１つの角部が面取り形状とされている。

本発明の磁気センサによれば、軟磁性体をシールドとして用いる場合には感度軸方向以外の方向の磁場遮蔽性が高く、軟磁性体をヨークとして用いる場合にはヒステリシス値が小さい。

第１実施形態の磁気センサの要部の斜視図である。 第１実施形態の磁気センサの回路構成図である。 第１実施形態の磁気センサの要部を構成する素子部の断面図である。 第１実施形態の磁気センサを構成する軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図である。 第１比較形態の磁気センサを構成する軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図である。 面取り面積と、不要磁区に起因する他軸方向の磁場のシールド率との関係を示すグラフである。 面取り面積と、軟磁性体の長手方向の端部領域の体積に起因する他軸方向の磁場のシールド率との関係を示すグラフである。 面取り面積と、総合的な（図３Ａのグラフ及び図３Ｂのグラフから導かれた）他軸方向の磁場のシールド率との関係を示すグラフである。 第１実施形態の場合における軟磁性体の他軸方向の各位置での他軸方向の磁場の透過率と、第１比較形態の場合における軟磁性体の他軸方向の各位置での他軸方向の磁場の透過率とを示すグラフである。 第２実施形態の磁気センサを構成する軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図である。 第１実施形態の軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図であって、第１実施形態が有し第２実施形態が有していない部分の磁区を説明するための図である。 第３実施形態の磁気センサを構成する軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図である。 第１応用例の磁気センサの要部の平面図である。 第１応用例の磁気センサの要部の側面図である。 面取り面積と、ヒステリシス値との関係を示すグラフである。 面取り面積と、Ｑ値（エネルギー変換効率）との関係を示すグラフである。 面取り面積と、Ｑ値／ヒステリシス値との関係を示すグラフである。 第２応用例の磁気センサの要部の平面図である。 第２応用例の磁気センサの要部の側面図である。 第１変形例の軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図である。 第２変形例の軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図である。 第３変形例の軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図である。 第４変形例の軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図である。 第５変形例の軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図である。 第６変形例の軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図である。 第７変形例の軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図である。 第８変形例の軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図である。 第９変形例の軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図である。 第１０変形例の軟磁性体の長手方向の端部領域の拡大図である。

≪概要≫
以下、第１〜第３実施形態について説明する。次いで、第１〜第３実施形態の応用例である第１及び第２応用例について説明する。次いで、各実施形態及び各応用例の変形例について説明する。

≪第１実施形態≫
＜構成及び作用＞
本実施形態の磁気センサ１０（図１Ａ〜図１Ｄ参照）は、一例として、磁石を有する移動体（図示省略）の位置を検出するためのセンサ、すなわち、位置センサとされている。本実施形態の磁気センサ１０は、上記磁石に対して相対移動することで磁石が発生する外部磁場の変化を検出し、更に検出した当該変化に基づいて移動体の移動量を算出するようになっている。この場合、本実施形態の磁気センサ１０は、後述するＹ軸（図１Ａ等参照）を感度軸として、Ｙ軸方向からの磁場の変化を検出するようになっている。なお、以下の説明では、後述する各素子部２０の上下方向をＺ軸方向（図１Ａ参照）、Ｚ軸方向と直交しかつＹ軸方向と直交する方向をＸ軸方向（図１Ａ参照）とする。
本実施形態の磁気センサ１０は、例えば、携帯情報端末向けカメラのオートフォーカス機構又は光学式手振れ補正機構を構成するレンズ位置検知機構その他の機構に用いられる。

本実施形態の磁気センサ１０は、複数の素子部２０（磁気抵抗効果素子の一例）と、複数の上部シールド３２（軟磁性体の一例）と、複数の下部シールド３４（軟磁性体の他の一例）とで構成される磁気抵抗効果素子部１００を備えている（図１Ａ及び図１Ｂ参照）。なお、上部シールド３２と、下部シールド３４とは、後述するように一対のシールド３０を構成している。また、一対のシールド３０は複数とされ、複数の一対のシールド３０は、それぞれ後述する姿勢でＸ軸方向に沿って並べられている（図１Ａ参照）。
本実施形態の磁気センサ１０は、図１Ｂに示すように、複数の磁気抵抗効果素子部１００と複数の固定抵抗素子１１０とがブリッジ接続されているセンサ部２００と、センサ部２００と電気接続された入力端子３１０、グランド端子３２０、差動増幅器３３０、外部出力端子３４０等を有する集積回路３００とを備えている。

〔素子部〕
本実施形態の各素子部２０は、後述するように複数の膜が積層されている膜構成（積層構造）を有している（図１Ｃ参照）。ここで、Ｚ軸方向は、積層方向の一例である。また、各素子部２０は、後述する磁気抵抗効果を有している。
複数の素子部２０は、一例として、Ｙ軸方向に定められた間隔で並べられた群を形成している（図１Ａ参照）。そして、複数の当該群は、一例として、Ｘ軸方向に沿って定められた間隔で並べられている。上記の各群を構成する複数の素子部２０は互いに隣接する素子部２０がそれぞれ電極（図示省略）により連結されており、上記の各群と各電極との組み合せはミアンダ形状を構成している。また、上記の各群と各電極との組み合せは、Ｘ軸方向において隣接する他の組み合せと電極（図示省略）で連結されている。以上より、本実施形態の複数の素子部２０は、複数の電極により直列に連結されている。
なお、前述のとおり、複数の素子部２０で形成されている前記群は一例としてＸ軸方向に沿って定められた間隔で並べられているとしたが、前記群はＸ軸方向以外の方向に沿って並べられていてもよい。

本実施形態の各素子部２０は、図１Ｃに示すように、一例として、一般的なスピンバルブ型の膜構成を有している。具体的には、各素子部２０は、外部磁場に応じて磁化方向が変化するフリー層１５１と、外部磁場に対して磁化方向が固定されたピンド層１５３と、フリー層１５１とピンド層１５３との間に位置し、フリー層１５１及びピンド層１５３に接するスペーサ層１５２と、スペーサ層１５２の反対側でピンド層１５３に隣接する反強磁性層１５４と、を有している。フリー層１５１、スペーサ層１５２、ピンド層１５３及び反強磁性層１５４は、基板（図示省略）上に積層されている。反強磁性層１５４は、ピンド層１５３との交換結合によってピンド層１５３の磁化方向を固定している。ピンド層１５３は、非磁性中間層を挟んで２つの強磁性層が設けられたシンセティック構造を有していてもよい。スペーサ層１５２は、Ａｌ２Ｏ３等の非磁性絶縁体からなるトンネルバリア層とされている。以上より、本実施形態の各素子部２０は、トンネル磁気抵抗効果を有するトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）とされている。なお、ＴＭＲ素子は、例えば、ＧＭＲ素子に比べて、ＭＲ変化率が大きく、ブリッジ回路の出力電圧を大きくすることができるという点で有利となる。

〔一対のシールド〕
本実施形態の一対のシールド３０は、各素子部２０の近傍に配置されて、Ｘ軸方向に向く磁場を遮断する（Ｘ軸方向から作用する外部磁場を吸収する）機能を有する。一対のシールド３０は、図１Ａに示すように、素子部２０の上側に配置されている上部シールド３２と、素子部２０の下側に配置されている下部シールド３４とで構成される。上部シールド３２と下部シールド３４とは、一例として、互いに同形状とされている。上部シールド３２と下部シールド３４とは、それぞれ長尺状とされ、互いの長手方向をＹ軸方向に沿わせた状態でＺ軸方向から見て重なるように配置されている。すなわち、本実施形態において、Ｙ軸方向とは上部シールド３２及び下部シールド３４の長手方向を意味し、Ｘ軸方向とは上部シールド３２及び下部シールド３４の短手方向を意味する。上部シールド３２と下部シールド３４とは、Ｚ軸方向から見て、矩形状とされている。そして、上部シールド３２と下部シールド３４とは、Ｙ軸方向に沿って並べられている複数の素子部２０の群を挟んで各群の上下に配置されている。各一対のシールド３０は、Ｘ軸方向に沿って並ぶ各群を挟んでいる。なお、各上部シールド３２及び各下部シールド３４は、一例として、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＺｒＮｂ等で形成されている。
以上の構成により、Ｘ軸方向に沿って並べられている複数の一対のシールド３０は、Ｘ軸方向の磁場を吸収することで、複数の素子部２０が配置されている部分へのＸ軸方向からの磁場を遮断するようになっている。

次に、本実施形態の各上部シールド３２及び各下部シールド３４の長手方向の両方向の端部領域３５の形状について図１Ａ及び図１Ｄを参照しつつ説明する。なお、前述のとおり、下部シールド３４は上部シールド３２と同じ形状、同じ材料で構成されていることから、以下の説明では上部シールド３２についてのみ行う。下部シールド３４については後述する上部シールド３２の説明を援用されたい。また、一方の端部領域３５と他方の端部領域３５とはＺ軸方向から見てＸ軸方向に沿う仮想直線に対して線対称とされていることから、図１Ｄでは他方の端部領域３５の図示を省略する。

各上部シールド３２は、前述のとおり、Ｚ軸方向から見て、矩形状とされている（図１Ａ参照）。そして、各上部シールド３２は、Ｚ軸方向から見て、すべての角部３６、すなわち、４つの角部３６が面取りされたような形状とされている。本明細書では、面取りされたような形状を面取り形状という。すなわち、Ｚ軸方向から見た各上部シールド３２の４つの角部３６の形状は、元々存在していた頂部３７（図２参照。図１Ｄ中において一点線と角部３６の実線とで囲まれた二等辺三角形の部分）が削られて形成されたような、いわゆるＣ面取り形状、すなわち、４５°面取り形状とされている。なお、本実施形態の各シールド３２、３４のＺ軸方向に垂直な断面は、各シールド３２、３４をＺ軸方向から見た形状と同じである。

ここで、本実施形態の場合、Ｚ軸方向から見た頂部３７の面取り面積Ｓは、Ｓ１（μｍ²）以上Ｓ２（μｍ²）以下の範囲とされている。本実施形態の場合、Ｓ１は１．０×１０^-3、Ｓ２は２．５×１０とされている。また、面取り面積Ｓは、以下のようにして求められる。すなわち、図１Ｄに示すように、上部シールド３２をＺ軸方向から見た場合に、上部シールド３２の長手方向に沿った長辺を辺３０Ｙ（任意の線分の一例）、短手方向に沿った短辺を辺３０Ｘ（任意の線分に対して角度を有する他の線分の一例）、辺３０Ｙの延長線と辺３０Ｘの延長線との交点を交点ＩＳとする。ここで、「任意の線分に対して角度を有する」とは、任意の線分に対して非平行であることを意味する。そのうえで、辺３０Ｙの延長線における辺３０Ｙと交点ＩＳとを結ぶ仮想線分を仮想線分３０ＹＡ、辺３０Ｘの延長線における辺３０Ｘと交点ＩＳとを結ぶ仮想線分を仮想線分３０ＸＡとする。そして、Ｚ軸方向から見た場合に、仮想線分３０ＹＡと、仮想線分３０ＸＡと、角部３６とで囲まれた部分の面積を面取り面積Ｓとする。なお、前述のとおり、Ｚ軸方向から見た各シールド３２、３４は４つの角部３６が４５°面取り形状とされる六角形であるから、Ｚ軸方向から見た各角はそれぞれ１３５°、すなわち鈍角とされている。そのため、本実施形態において、Ｚ軸方向から見た各シールド３２、３４は、少なくとも一部に鈍角の周縁を有する形状とされている。なお、前述では、辺３０Ｙを任意の線分の一例、辺３０Ｘを任意の線分に対して角度を有する他の線分の一例としたが、辺３０Ｘを任意の線分の一例、辺３０Ｙを任意の線分に対して角度を有する他の線分の一例としてもよい。また、前述では、任意の線分及び他の線分の一方が長辺で他方が短辺であるとしたが、そうでなくてもよい。例えば、任意の線分及び他の線分の両方が同等の長さであってもよい。

以上が、本実施形態の磁気センサ１０の構成及び作用についての説明である。

＜効果＞
次に、本実施形態の効果（第１及び第２の効果）について図面を参照しながら説明する。以下、必要に応じて本実施形態を第１比較形態（図２参照）と比較して行うが、第１比較形態で本実施形態と同じ要素を用いる場合、本実施形態と同じ名称及び符号を用いて行うこととする。

〔第１の効果〕
第１の効果は、上部シールド３２又は下部シールド３４の少なくとも１つの角部３６が面取り形状とされていることの効果である（図１Ａ及び図１Ｄ参照）。第１の効果については、本実施形態を後述する第１比較形態（図２参照）と比較して説明する。なお、第１比較形態における本実施形態と同じ要素については、本実施形態と同じ名称及び符号を用いて説明する。

第１比較形態の磁気センサ１０Ａの各シールド３２Ａ、３４Ａは、すべての角部３６が面取り形状ではなく、頂部３７が残った状態の形状とされている（図２参照）。第１比較形態の磁気センサ１０Ａは、上記の点以外は本実施形態の磁気センサ１０と同様の構成とされている。

第１比較形態の磁気センサ１０Ａの場合、図２に示すように、端部領域３５の角部において、Ｘ軸方向を向く不安定な磁場成分Ｂｘが発生する。すなわち、各シールド３２Ａ、３４Ａが遮蔽したい磁場の向きに沿った磁区が発生する。その結果、第１比較形態の磁気センサ１０Ａの場合、不安定な磁場成分Ｂｘにより各シールド３２、３４による磁場遮蔽性が阻害される。

これに対して、本実施形態の磁気センサ１０の各シールド３２、３４（図１Ａ及び図１Ｄ参照）は、第１比較形態の各シールド３２Ａ、３４Ａ（図２参照）に対して角部３６に頂部３７に相当する部分がない面取り形状とされている。すなわち、本実施形態の各シールド３２、３４は、第１比較形態の各シールド３２Ａ、３４Ａに対して頂部３７がない。

したがって、本実施形態の磁気センサ１０によれば、第１比較形態の磁気センサ１０Ａの場合に発生する不安定な磁場成分Ｂｘが発生しない又は発生し難い。これに伴い、本実施形態の磁気センサ１０によれば、第１比較形態の磁気センサ１０Ａに比べて、感度軸方向以外の方向の磁場遮蔽性が高い。なお、本実施形態の場合、各シールド３２、３４のすべての角部３６が面取り形状とされている。そのため、本実施形態の場合、各シールド３２、３４のすべての角部３６のうちの一部が面取り形状とされ、残りが頂部３７で形成されている形状である場合に比べて、感度軸方向以外の方向の磁場遮蔽性が高いといえる。

〔第２の効果〕
第２の効果は、Ｚ軸方向から見た各シールド３２、３４の角部３６の面取り面積ＳがＳ１（μｍ²）以上Ｓ２（μｍ²）以下の範囲とされていることの効果である。ここで、Ｓ１は１．０×１０^-3、Ｓ２は２．５×１０である。第２の効果については、本実施形態を後述する第２及び第３比較形態（図示省略）と比較して説明する。なお、第２及び第３比較形態における本実施形態と同じ要素については、本実施形態と同じ名称及び符号を用いて説明する。

第２比較形態は、各シールドの面取り面積ＳがＳ１（μｍ²）よりも小さい点で本実施形態の場合と異なる。また、第３比較形態は、各シールドの面取り面積ＳがＳ２（μｍ²）よりも大きい点で本実施形態の場合と異なる。ここで、Ｓ１は１．０×１０^-3、Ｓ２は２．５×１０である。第２及び第３比較形態の磁気センサは、それぞれ、上記の点以外は本実施形態の磁気センサ１０と同様の構成とされている。

図３Ａのグラフは、面取り面積Ｓと、不要磁区（前述の磁場成分Ｂｘを発生させる領域という意味）に起因するＸ軸方向における、各シールド３２、３４による磁場のシールド率（以下、第１シールド率という。）との関係を示している。図３Ａのグラフが示すように、面取り面積Ｓが大きいほど、より正確にはＺ軸方向から見た面取り面積Ｓの部分の体積が大きいほど、すなわち、不要磁区の面積（より正確には、不要磁区の体積）が大きいほど第１シールド率が高くなる。ここで、本実施形態におけるＸ軸方向は、磁気センサ１０において磁場を遮断したい方向とされている。なお、本明細書では、「Ｘ軸方向」を「他軸方向」とする。
これに対して、図３Ｂのグラフは、面取り面積Ｓと、各シールド３２、３４の長手方向の端部領域３５における（Ｚ軸方向から見た）面積に起因する他軸方向における、各シールド３２、３４による磁場のシールド率（以下、第２シールド率という。）との関係を示している。図３Ｂのグラフが示すように、面取り面積Ｓが大きいほど、より正確にはＺ軸方向から見た面取り面積Ｓの部分の体積が大きくなるほど第２シールド率が低くなる。
図３Ｃのグラフは、面取り面積Ｓに対する、第１シールド率及び第２シールド率の平均との関係を示している。すなわち、図３Ｃのグラフは、面取り面積Ｓと、総合的な（図３Ａのグラフ及び図３Ｂのグラフから導かれた）他軸方向の磁場のシールド率との関係を示している。そして、図３Ｃでは、第１比較形態（図２参照、面取り面積Ｓ＝０）、第２比較形態（面取り面積Ｓ＜Ｓ１）及び第３比較形態（Ｓ２＜面取り面積Ｓ）のシールド率は、本実施形態（Ｓ１≦面取り面積Ｓ≦Ｓ２）のシールド率よりも、低かった。ここで、Ｓ１は１．０×１０^-3、Ｓ２は２．５×１０である。

したがって、本実施形態の磁気センサ１０によれば、第１〜第３比較形態の場合に比べて、感度軸方向以外の方向の磁場遮蔽性が高い。

なお、図４のグラフは、本実施形態の場合（図１Ｄ参照）における各シールド３２、３４のＸ軸方向の各位置での磁場の透過率と、第１比較形態の場合（図２参照）における軟磁性体のＸ軸方向の各位置での磁場の透過率とについてのシミュレーション結果を示している。図４のグラフが示すように、本実施形態は、第１比較形態に比べて、各シールド３２、３４の短手方向の中央における磁場の透過率が低い。そのため、本実施形態は、第１比較形態に比べて、感度軸方向以外の方向の磁場遮断性が高い。この理由は、前述の不要磁区の有無、大きさに起因すると考えられる。

以上が第１実施形態についての説明である。

≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態の磁気センサ１０Ｂについて図５Ａ及び図５Ｂを参照しつつ説明する。以下の説明では、本実施形態における第１実施形態と異なる部分について説明する。また、本実施形態で第１実施形態と同じ要素を用いる場合、第１実施形態と同じ名称及び符号を用いて行うこととする。

本実施形態の磁気センサ１０Ｂの各シールド３２Ｂ、３４Ｂ（軟磁性体の他の一例）は、図５Ａに示すように、第１実施形態におけるＣ面取り形状の角部３６（図１Ｄ参照）の長辺３０Ｙ及び短辺３０Ｘとの各繋ぎ部分がＲ面取り形状（図中の矢視Ｒの部分の形状）とされている。すなわち、本実施形態の角部３６の周縁は、Ｚ軸方向から見ると、Ｒ面取り形状部分に相当する曲線と、Ｃ面取り形状部分に相当する直線とを組み合せた線とされている。そのため、Ｚ軸方向から見た各シールド３２Ｂ、３４Ｂは、周縁の一部に上記各繋ぎ部分を有することから、少なくとも一部に曲線の周縁を有する形状とされている。本実施形態の磁気センサ１０Ｂは、上記の点以外は第１実施形態の磁気センサ１０と同様の構成とされている。

ここで、図５Ｂは、第１実施形態の各シールド３２、３４の端部領域３５をＺ軸方向から見た拡大図である。第１実施形態の各シールド３２、３４の場合、Ｃ面取り形状の角部３６の長辺３０Ｙ及び短辺３０Ｘとの各繋ぎ部分に角となる部分（磁区）が残っているため、当該磁区に起因する不安定な磁場成分Ｂｘが発生し得る。

これに対して、本実施形態の場合、前述のとおり角部３６に角がないため、上記磁場成分Ｂｘが発生することがない。

したがって、本実施形態の磁気センサ１０Ｂによれば、第１実施形態の磁気センサ１０Ｂに比べて、感度軸方向以外の方向の磁場遮蔽性が高い。

以上が第２実施形態についての説明である。

≪第３実施形態≫
次に、第３実施形態の磁気センサ１０Ｃについて図６を参照しつつ説明する。以下の説明では、本実施形態における第１実施形態と異なる部分について説明する。また、本実施形態で第１実施形態と同じ要素を用いる場合、第１実施形態と同じ名称及び符号を用いて行うこととする。

本実施形態の磁気センサ１０Ｃの各シールド３２Ｃ、３４Ｃ（軟磁性体の他の一例）は、第１実施形態の角部３６におけるＣ面取り形状の部分がＲ面取り形状とされている。すなわち、本実施形態の角部３６の周縁は、Ｚ軸方向から見ると、Ｒ面取り形状部分に相当する曲線（図中の矢視Ｒの部分の曲線）とされている。そのため、Ｚ軸方向から見た各シールド３２Ｂ、３４Ｂは、周縁の一部に上記Ｒ面取り形状部分に相当する曲線を有することから、少なくとも一部に曲線の周縁を有する形状とされている。本実施形態の磁気センサ１０Ｃは、上記の点以外は第１実施形態の磁気センサ１０と同様の構成とされている。

本実施形態の効果は、第１実施形態の効果及び第２実施形態の効果と同様である。

以上が第３実施形態についての説明である。

≪第１応用例≫
次に、第１応用例の磁気センサ１０Ｄ（図７Ａ及び図７Ｂ参照）について説明する。以下の説明では、本応用例における第１実施形態と異なる部分について説明する。また、本応用例で第１実施形態と同じ要素を用いる場合、第１実施形態と同じ名称及び符号を用いて行うこととする。

＜構成及び作用＞
本応用例の磁気センサ１０Ｄは、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、素子部２０と、一対のヨーク３０Ｄ（ヨーク３２Ｄ、３４Ｄ）とを備えている。各ヨーク３２Ｄ、３４Ｄ（軟磁性体の他の一例）は、前述の上部シールド３２（図１Ａ及び図１Ｄ参照）と同じ形状、同じ材料で構成されている。そして、各ヨーク３２Ｄ、３４Ｄは、それぞれの長手方向をＹ軸方向に沿わせた姿勢で素子部２０を挟んでＹ軸方向に並んでいる。また、素子部２０はその感度軸方向をＹ軸方向に向けている。すなわち、本応用例では、素子部２０は、その積層方向とされるＺ軸方向に交差する方向に、より具体的にはＺ軸方向にほぼ直交する方向にその感度軸方向がある。また、本応用例において、Ｙ軸方向とは各ヨーク３２Ｄ、３４Ｄの長手方向を意味し、Ｘ軸方向とは各ヨーク３２Ｄ、３４Ｄの短手方向を意味する。本応用例の各ヨーク３２Ｄ、３４Ｄは、Ｙ軸方向の磁場を集磁しつつ、集磁した磁場をＹ軸方向に沿って流すようになっている。本応用例は、上記の点以外は第１実施形態の磁気センサ１０と同様の構成とされている。なお、以上のとおりであるから、Ｚ軸方向から見た各ヨーク３２Ｄ、３４Ｄは、少なくとも一部に鈍角の周縁を有する形状とされている。

＜効果＞
次に、本応用例の効果について図８Ａ〜図８Ｃを参照しながら説明する。ここで、本応用例の効果は、Ｚ軸方向から見た各ヨーク３２Ｄ、３４Ｄの角部３６が面取り形状とされており、かつ、面取り面積ＳがＳ１（μｍ ² ）以上Ｓ２（μｍ ² ）以下の範囲とされていることの効果である。ここで、Ｓ１は１．０×１０^-3、Ｓ２は２．５×１０である。本応用例の効果については、本応用例を後述する第４〜第６比較形態（図示省略）と比較して説明する。なお、第４〜第６比較形態における本応用例と同じ要素については、本応用例と同じ名称及び符号を用いて説明する。

第４比較形態は、各ヨークがそれぞれ第１比較形態の各シールド３２Ａ、３４Ａ（図２参照）とされている。すなわち、第４比較形態の各ヨークの角部は面取りされていない。第５比較形態は、各ヨークの面取り面積ＳがＳ１（μｍ ² ）よりも小さい点で本応用例の場合と異なる。第６比較形態は、各ヨークの面取り面積ＳがＳ２（μｍ ² ）よりも大きい点で本応用例の場合と異なる。ここで、Ｓ１は１．０×１０^-3、Ｓ２は２．５×１０である。第４〜第６比較形態の磁気センサは、それぞれ、上記の点以外は本応用例の磁気センサ１０Ｄと同様の構成とされている。

図８Ａのグラフは、面取り面積Ｓと、ヒステリシス値との関係を示している。別言すると、図８Ａのグラフは、不要磁区に起因するヒステリシス値を示している。ここで、ヒステリシス値とは、ヒステリシス曲線により囲まれた面積の大きさに比例する値をいう。ヒステリシス値は小さいほどその磁気センサの性能はよい。そして、図８Ａのグラフが示すように、面取り面積Ｓが小さいほど、ヒステリシス値は大きくなる。この理由は、面取り面積Ｓが小さいほど、不要磁区に起因する不安定な磁場成分Ｂｘ（図２参照）が発生し得るためと考えられる。
これに対して、図８Ｂのグラフは、面取り面積Ｓと、各ヨークにより集磁される磁場のエネルギー変換効率（Ｑ値）との関係を示している。図８Ｂのグラフが示すように、面取り面積Ｓが大きくなるほど、すなわち、端部領域３５が小さくなくなるほど、Ｑ値は低くなる。
図８Ｃのグラフは、面取り面積Ｓと、Ｑ値／ヒステリシス値との関係を示している。そして、図８Ｃでは、第４比較形態（面取り面積Ｓ＝０）、第５比較形態（面取り面積Ｓ＜Ｓ１）及び第６比較形態（Ｓ２＜面取り面積Ｓ）のＱ値／ヒステリシス値は、本実施形態（Ｓ１≦面取り面積Ｓ≦Ｓ２）のＱ値／ヒステリシス値よりも、低かった。ここで、Ｓ１は１．０×１０^-3、Ｓ２は２．５×１０である。

したがって、本応用例の磁気センサ１０Ｄによれば、第４〜第６比較形態の場合に比べて、Ｑ値を維持しつつヒステリシス値を小さくできる。これに伴い、本応用例の磁気センサ１０Ｄは、Ｑ値を維持しつつヒステリシス曲線の直線性（リニアリティ性）を高くすることができる。

以上が第１応用例（その変形例も含む）についての説明である。

＜第１応用例の変形例＞
なお、本応用例の場合、前述のとおり、各ヨーク３２Ｄ、３４Ｄの形状は第１実施形態のシールドと同じとしたが、第２実施形態（図５Ａ参照）及び第３実施形態（図６参照）のシールドと同じにしてもよい。これらの変形例の各ヨークの端部領域３５の形状は、図５Ａのような形状（Ｚ軸方向から見た角部３６の縁が曲線と直線とを組み合せた線で構成される形状）又は図６の場合のような形状（Ｚ軸方向から見た角部３６の縁が曲線で構成される形状）となることから、不要磁区に起因する不安定な磁場成分Ｂｘ（図５Ｂ参照）が発生し難くなると考えられる。
したがって、本応用例の変形例によれば、本応用例の場合に比べて、更にヒステリシス値を小さくできる。これに伴い、本応用例の変形例は、更にヒステリシス曲線の直線性（リニアリティ性）を高くすることができる。

≪第２応用例≫
次に、第２応用例の磁気センサ１０Ｅ（図９Ａ及び図９Ｂ参照）について説明する。以下の説明では、本応用例における第１応用例と異なる部分について説明する。また、本応用例で第１応用例と同じ要素を用いる場合、第１応用例と同じ名称及び符号を用いて行うこととする。

＜構成及び作用＞
本応用例の磁気センサ１０Ｅは、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、素子部２０と、一対のヨーク３０Ｅ（ヨーク３２Ｅ、３４Ｅ）とを備えている。各ヨーク３２Ｅ、３４Ｅ（軟磁性体の他の一例）は、前述の上部シールド３２（図１Ａ及び図１Ｄ参照）と同じ材料で構成されている。また、各ヨーク３２Ｅ、３４Ｅは、Ｚ軸方向から見ると四隅が面取り形状の正方形状とされ、Ｘ軸方向又はＹ軸方向から見るとＺ軸方向を長手方向とする矩形状とされる直方体とされている。ヨーク３４Ｅは、Ｚ軸方向から見たヨーク３２Ｅに対して、Ｘ軸方向の下流側かつＹ軸方向の下流側の定められた位置に配置されている（図９Ａ参照）。Ｚ軸方向から見たヨーク３２Ｅ、３４Ｅは、素子部２０を挟んでいる。素子部２０は、Ｙ軸方向に感度軸方向を向けている。また、Ｘ軸方向から見た素子部２０及び各ヨーク３２Ｅ、３４Ｅは、素子部２０を基準として、ヨーク３２ＥがＺ軸方向上側に、ヨーク３４ＥがＺ軸方向下側に位置している（図９Ｂ参照）。そして、本応用例の各ヨーク３２Ｅ、３４Ｅは、Ｚ軸方向の磁場を集磁しつつ、集磁した磁場をＹ軸方向に沿って流すようになっている。本応用例は、上記の点以外は第１応用例の磁気センサ１０Ｄと同様の構成とされている。
なお、以上のとおりであるから、Ｚ軸方向から見た各ヨーク３２Ｅ、３４Ｅは、少なくとも一部に鈍角の周縁を有する形状とされている。また、本応用例の場合も、第１応用例の変形例のように角部３６の形状を第２実施形態（図５Ａ参照）及び第３実施形態（図６参照）の角部３６の形状にしてもよい（第２応用例の変形例）。

＜効果＞
本応用例の効果は、第１応用例の効果と同様である。

以上が第２応用例（その変形例も含む）についての説明である。

以上のとおり、本発明について各実施形態（第１実施形態、第２実施形態及びこれらの変形例）及び各応用例（第１応用例、第２応用例及びこれらの変形例）を用いて説明したが、本発明は前述した各例に限定されるものではない。本発明の技術的範囲には、例えば、下記のような形態（変形例）も含まれる。

例えば、各実施形態では、上部シールド３２及び下部シールド３４は一例としてＸ軸方向、すなわち短手方向からの磁場を遮蔽するとして説明した。しかしながら、上部シールド３２及び下部シールド３４がＹ軸方向、すなわち長手方向からの磁場を遮蔽するような構成であっても、当該構成が本発明の技術的範囲に含まれることはいうまでもない。

また、第１実施形態では各シールド３２、３２の角部３６をＣ面取りした形状とし（図１Ｄ参照）、第２実施形態では各シールド３２Ａ、３４Ａの角部３６をＣ面取り形状の両側をＲ面取りしたような形状（図５Ａ参照）とした。しかしながら、端部領域３５の不要磁区が削除されることで前述の効果を奏する構成であれば、端部領域３５の形状は各実施形態等と異なる形状であってもよい。例えば、図１０Ａの第１変形例のシールド３２Ｆのように、Ｚ軸方向から見て長手方向の端部領域３５が短手方向全域に亘ってＲ面取り形状となっていてもよい。本変形例の場合、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｆは、面取り形状とされる角部を有するといえる。また、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｆは、少なくとも一部に曲線の周縁を有するといえる。

また、端部領域３５の不要磁区が削除されることで前述の効果を奏する構成であれば、例えば、図１０Ｂの第２変形例のシールド３２Ｇのように、Ｚ軸方向から見て、短辺３０Ｘがなくなる（またはほとんどなくなる）ような各角部３６の形状としてもよい。本変形例の場合、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｇは、面取り形状とされる角部を有するといえる。また、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｇは、少なくとも一部に鈍角の周縁を有するといえる。

また、端部領域３５の不要磁区が削除されることで前述の効果を奏する構成であれば、例えば、図１０Ｃの第３変形例のシールド３２Ｈのように、Ｚ軸方向から見て、面取り形状部分の縁が曲線のみ（この場合は、変曲点を有する曲線）で構成されていてもよい。本変形例の場合、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｈは、面取り形状とされる角部を有するといえる。また、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｈは、少なくとも一部に曲線の周縁を有するといえる。

また、端部領域３５の不要磁区が削除されることで前述の効果を奏する構成であれば、例えば、図１０Ｄの第４変形例のシールド３２Ｉのように、Ｚ軸方向から見て、少なくとも１つの角部３６が面取り形状ではなく（頂部３７を有し）、少なくとも１つの角部３６が面取り形状であってもよい。本変形例の場合、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｉは、面取り形状とされる，少なくとも１つの角部を有するといえる。また、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｉは、少なくとも一部に鈍角の周縁を有するといえる。

また、端部領域３５の不要磁区が削除されることで前述の効果を奏する構成であれば、例えば、図１０Ｅの第５変形例のシールド３２Ｊのように、Ｚ軸方向から見て、第１実施形態における短辺３０Ｘ及び長辺３０Ｙがなくなるように面取りされたような菱形形状としてもよい。本変形例の場合、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｊは、面取り形状とされる角部を有するといえる。また、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｊは、少なくとも一部に鈍角の周縁を有するといえる。なお、本変形例の場合の面取り面積Ｓは、各角を通る矩形、すなわち、図中の一点鎖線で形成される矩形と、シールド３２Ｊとで囲まれた部分の面積をいう。

また、端部領域３５の不要磁区が削除されることで前述の効果を奏する構成であれば、例えば、図１０Ｆの第６変形例のシールド３２Ｋのように、Ｚ軸方向から見て、第１実施形態における短辺３０Ｘがなくなるように面取りされたような平行四辺形状としてもよい。本変形例の場合、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｋは、面取り形状とされる角部を有するといえる。また、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｋは、少なくとも一部に鈍角の周縁を有するといえる。なお、本変形例の場合の面取り面積Ｓは、シールド３２ＫのＹ軸方向の一端から他端に亘る線分とＸ軸方向の一端から他端に亘る線分とで形成される矩形、すなわち、図中の一点鎖線で形成される矩形と、シールド３２Ｋとで囲まれた部分の面積をいう。

また、端部領域３５の不要磁区が削除されることで前述の効果を奏する構成であれば、例えば、図１０Ｇの第７変形例のシールド３２Ｌのように、Ｚ軸方向から見て、第１実施形態における短辺３０Ｘがなくなるように面取りされたような台形状としてもよい。本変形例の場合、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｌは、面取り形状とされる角部を有するといえる。また、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｌは、少なくとも一部に鈍角の周縁を有するといえる。なお、本変形例の場合の面取り面積Ｓは、シールド３２ＬのＹ軸方向の一端から他端に亘る線分（上底又は下底のうち長い方の線分）とＸ軸方向の一端から他端に亘る線分（台形の高さ方向の線分）とで形成される矩形、すなわち、図中の一点鎖線で形成される矩形と、シールド３２Ｌとで囲まれた部分の面積をいう。

また、端部領域３５の不要磁区が削除されることで前述の効果を奏する構成であれば、例えば、図１０Ｈの第８変形例のシールド３２Ｍのように、Ｚ軸方向から見て、第１実施形態における短辺３０Ｘ及び長辺３０Ｙがなくなるように面取りされたような楕円形状としてもよい。本変形例の場合、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｍは、面取り形状とされる角部を有するといえる。また、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｍは、少なくとも一部に曲線の周縁を有するといえる。なお、本変形例の場合の面取り面積Ｓは、シールド３２Ｍの長軸と短軸とで形成される矩形、すなわち、図中の一点鎖線で形成される矩形と、シールド３２Ｍとで囲まれた部分の面積をいう。

また、各実施形態及び上記各変形例では、各シールドが長尺状であるとして説明した。しかしながら、周縁付近の不要磁区が削除されることで前述の効果を奏する構成であれば、例えば、図１０Ｉの第９変形例のシールド３２Ｎのように、Ｚ軸方向から見て、Ｘ軸方向及びＹ軸方向が同等の長さとされる正方形状でもよい。すなわち、長尺状でなくてもよい。本変形例の場合、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｎは、面取り形状とされる角部を有するといえる。また、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｎは、少なくとも一部に曲線の周縁を有するといえる。なお、本変形例の場合、面取り面積Ｓは、本実施形態の場合に準じて求めることができる。

また、各実施形態及び上記各変形例では、各シールドが矩形状であるとして説明した。しかしながら、周縁付近の不要磁区が削除されることで前述の効果を奏する構成であれば、例えば、図１０Ｊの第１０変形例のシールド３２Ｏのように、Ｚ軸方向から見て、Ｘ軸方向及びＹ軸方向が同等の長さとされる円形状でもよい。すなわち、矩形状でなくてもよい。本変形例の場合、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｏは、面取り形状とされる角部を有するといえる。また、Ｚ軸方向から見たシールド３２Ｏは、曲線の周縁を有するといえる。なお、本変形例の場合、面取り面積Ｓは、シールド３２Ｏの直径に相当する長さの４つの線分で囲まれた正方形、すなわち、図中の一点鎖線で形成される矩形と、シールド３２Ｏとで囲まれた部分の面積をいう。

なお、第１〜第１０変形例については、各応用例のヨーク３２Ｄ、３２Ｅ等に適用してもよい。

また、各実施形態及び各応用例では、本明細書において定義した面取り面積ＳがＳ１（μｍ²）以上Ｓ２（μｍ²）以下の範囲であることを説明した。ここで、Ｓ１は１．０×１０^-3、Ｓ２は２．５×１０である。例えば、Ｚ軸方向から見た交点ＩＳ（図１Ｄ参照）と角部３６とを通る法線のうち交点ＩＳと角部３６とを結ぶ線分の長さ（交点ＩＳと角部３６との距離）を距離ｄと定義する。そのうえで、面取り面積Ｓ１（μｍ²）に相当する距離ｄを距離ｄ１（μｍ）、面取り面積Ｓ２（μｍ²）に相当する距離ｄを距離ｄ２（μｍ）とすれば、各実施形態及び各応用例における距離ｄはｄ１（μｍ）以上ｄ２（μｍ）以下の範囲といえる。なお、距離ｄ１は１．０×１０^-3、距離ｄ２は５．０である。

また、第１応用例では、各ヨーク３２Ｄ、３４ＤがＹ軸方向の磁場を集磁しつつ、集磁した磁場をＹ軸方向に沿って流すとして説明した（図７Ａ及び図７Ｂ参照）。また、第２応用例では、各ヨーク３２Ｅ、３４ＥがＺ軸方向の磁場を集磁しつつ、集磁した磁場をＹ軸方向に沿って流すとして説明した（図９Ａ及び図９Ｂ参照）。しかしながら、各ヨーク３２Ｄ、３４Ｄ及び各ヨーク３２Ｅ、３４ＥがＸ軸方向の磁場を集磁しつつ、集磁した磁場をＸ軸方向に流す場合等、各応用例と異なる方向の磁場を集磁しつつ集磁した磁場を異なる方向に流すような構成であっても、当該構成が本発明の技術的範囲に含まれることはいうまでもない。

また、各実施形態等（各応用例も含む）では、素子部２０を構成するスペーサ層をトンネルバリア層とし、素子部２０をＴＭＲ素子であるとして説明した。しかしながら、素子部２０を構成するスペーサ層をＣｕなどの非磁性金属からなる非磁性導電層とし、素子部２０を巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）としてもよい。また、素子部２０を異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ素子）としてもよい。

また、各実施形態等（各応用例も含む）では、一例として、位置センサであるとして説明した。しかしながら、磁気センサは位置センサでなくてもよい。例えば、磁気センサは、地磁気を検知するコンパス、角度センサ、エンコーダその他のセンサであってもよい。

なお、各実施形態並びにこれらの変形例及び第１〜第４変形例のうちの一形態に他の形態の要素（又は思想）を組み合せた形態も、本発明の技術的範囲に含まれることはいうまでもない。応用例の場合についても同様である。

１０ 磁気センサ
１０Ｂ 磁気センサ
１０Ｃ 磁気センサ
１０Ｄ 磁気センサ
１０Ｅ 磁気センサ
２０ 素子部
３０ 一対のシールド
３０Ｘ 辺（任意の線分と交差する他の線分の一例）
３０Ｙ 辺（任意の線分の一例）
３０Ｄ 一対のヨーク
３０Ｅ 一対のヨーク
３２ 上部シールド（軟磁性体の一例）
３２Ｂ 上部シールド（軟磁性体の一例）
３２Ｃ 上部シールド（軟磁性体の一例）
３２Ｄ ヨーク（軟磁性体の一例）
３２Ｅ ヨーク（軟磁性体の一例）
３２Ｆ シールド（軟磁性体の一例）
３２Ｇ シールド（軟磁性体の一例）
３２Ｈ シールド（軟磁性体の一例）
３２Ｉ シールド（軟磁性体の一例）
３２Ｊ シールド（軟磁性体の一例）
３２Ｋ シールド（軟磁性体の一例）
３２Ｌ シールド（軟磁性体の一例）
３２Ｍ シールド（軟磁性体の一例）
３２Ｎ シールド（軟磁性体の一例）
３２Ｏ シールド（軟磁性体の一例）
３４ 下部シールド（軟磁性体の一例）
３４Ｅ ヨーク（軟磁性体の一例）
３４Ｂ 下部シールド（軟磁性体の一例）
３４Ｃ 下部シールド（軟磁性体の一例）
３４Ｄ ヨーク（軟磁性体の一例）
３４Ｅ ヨーク（軟磁性体の一例）
３５ 端部領域
３６ 角部
３７ 頂部
１００ 磁気抵抗効果素子部
１１０ 固定抵抗素子
１５１ フリー層
１５２ スペーサ層
１５３ ピンド層
１５４ 反強磁性層
２００ センサ部
３００ 集積回路
３１０ 入力端子
３２０ グランド端子
３３０ 差動増幅器
３４０ 外部出力端子
Ｂｘ 不要磁区の磁場成分
ＩＳ 交点
Ｓ 面取り面積

Claims (12)

1. 積層構造と磁場の変化を検出する方向に沿った感度軸とを有し、前記積層構造の積層方向及び前記感度軸と直交する方向に配列した複数の磁気抵抗効果素子と、
   各々が前記磁気抵抗効果素子の前記積層方向の両側に前記磁気抵抗効果素子と対向して配置され、前記直交する方向に配列した、前記磁気抵抗効果素子に入力する磁場を遮蔽する複数対の軟磁性体と、を備え、
   前記積層方向から見て、各軟磁性体は矩形状であり且つ少なくとも１つの角部が面取り形状とされている、磁気センサ。
2. 前記軟磁性体のすべての角部は、前記積層方向から見て面取り形状とされている、請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記積層方向から見た前記角部の縁は、曲線のみで構成されている、請求項１または２に記載の磁気センサ。
4. 前記積層方向から見た前記角部の縁は、曲線と直線とを組み合せた線で構成されている、請求項１または２に記載の磁気センサ。
5. 前記積層方向から見た前記角部の面取り面積は、１．０×１０^-3（μｍ²）以上２．５×１０（μｍ²）以下とされている、請求項１〜４の何れか１項に記載の磁気センサ。
6. 積層構造を有する磁気抵抗効果素子と、
   前記磁気抵抗効果素子の前記積層構造の積層方向と直交する方向の両側に前記磁気抵抗効果素子と対向して配置され、前記磁気抵抗効果素子に入力する磁場を集磁する一対の軟磁性体と、を備え、
   前記磁気抵抗効果素子は磁場の変化を検出する方向に沿った感度軸を有し、前記一対の軟磁性体は前記感度軸の両側に配置されており、
   前記積層方向から見て、各軟磁性体は矩形状であり且つ少なくとも１つの角部が面取り形状とされている、磁気センサ。
7. 前記積層方向から見た前記角部の面取り面積は、１．０×１０^-3（μｍ²）以上２．５×１０（μｍ²）以下とされている、請求項６に記載の磁気センサ。
8. 前記軟磁性体のすべての角部は、前記積層方向から見て面取り形状とされている、請求項６または７に記載の磁気センサ。
9. 前記積層方向から見た前記角部の縁は、曲線のみで構成されている、請求項６〜８の何れか１項に記載の磁気センサ。
10. 前記積層方向から見た前記角部の縁は、曲線と直線とを組み合せた線で構成されている、請求項６〜８に記載の磁気センサ。
11. 前記磁気抵抗効果素子は、トンネル磁気抵抗効果を有する、
    請求項１〜１０の何れか１項に記載の磁気センサ。
12. 前記磁気抵抗効果素子は、巨大磁気抵抗効果を有する、
    請求項１〜１０の何れか１項に記載の磁気センサ。

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