JP7341454B2 - magnetic sensor - Google Patents
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Description
本発明は、磁性体との距離に応じた信号を出力する磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor that outputs a signal depending on the distance to a magnetic body.
例えば、下記特許文献1に示されているように、例えば、凸部及び凹部の移動(さらに具体的には、歯車の回転速度、回転角度など)を検出する磁気センサMSは知られている(図24参照)。この磁気センサMSは、センサチップSC、チップパッケージCP及びバイアス磁石BMを備える。
For example, as shown in
センサチップSCは、磁界強度検知型の4つのGMR素子(巨大磁気抵抗効果素子)Ra~Rdを備えている。これらのGMR素子Ra~Rdがフルブリッジ接続されている。GMR素子Ra~Rdは、絶縁基板SC1に形成された線状のグラニュラ薄膜又は線状の人工格子膜でそれぞれ構成されている。GMR素子Ra~Rdの構成は同一である。GMR素子Ra,Rb及びGMR素子Rc,Rdがそれぞれ接続されてハーフブリッジ回路が形成されている。そして、これらの2つのハーフブリッジ回路が接続されてフルブリッジ回路が形成されている。GMR素子Ra,RdとGMR素子Rb,Rcは、絶縁基板SC1の表面内にて、図示上下方向に延びる中心線CL11を対称軸として左右対称位置に配置されている。そして、GMR素子Ra~Rdを構成する線状のグラニュラ薄膜又は線状の人工格子膜の長手方向が中心線CL11の延設方向に対して平行になるように配置されている。 The sensor chip SC includes four magnetic field strength sensing type GMR elements (giant magnetoresistive elements) Ra to Rd. These GMR elements Ra to Rd are connected in a full bridge manner. The GMR elements Ra to Rd are each composed of a linear granular thin film or a linear artificial lattice film formed on an insulating substrate SC1. The configurations of GMR elements Ra to Rd are the same. GMR elements Ra, Rb and GMR elements Rc, Rd are connected to each other to form a half bridge circuit. These two half-bridge circuits are connected to form a full-bridge circuit. The GMR elements Ra, Rd and the GMR elements Rb, Rc are arranged at symmetrical positions within the surface of the insulating substrate SC1 with a center line CL11 extending in the vertical direction in the figure as an axis of symmetry. The GMR elements Ra to Rd are arranged so that the longitudinal direction of the linear granular thin film or the linear artificial lattice film is parallel to the extending direction of the center line CL11.
絶縁基板SC1にはフルブリッジ接続されたGMR素子Ra~Rdに電気的に接続された複数の電極Pa~Pdが設けられている。GMR素子Ra~Rd、絶縁基板SC1は、樹脂により成型されたチップパッケージCP内に収容(封止)され、かつ複数の電極Pa~Pdに電気的に接続された複数の導電性のリードフレーム部Fa~FdがチップパッケージCPから突出している。 The insulating substrate SC1 is provided with a plurality of electrodes Pa to Pd electrically connected to the GMR elements Ra to Rd connected in a full bridge manner. The GMR elements Ra to Rd and the insulating substrate SC1 are housed (sealed) in a chip package CP molded with resin, and include a plurality of conductive lead frame parts electrically connected to the plurality of electrodes Pa to Pd. Fa to Fd protrude from the chip package CP.
バイアス磁石BMは、直方体状であって長尺状に構成され、その第1面がN極に磁化されるとともに、第1面の反対側の第2面がS極に磁化されている。このバイアス磁石BMは、第1面(又は第2面)をGMR素子Ra~Rdに対向させ、かつGMR素子Ra~Rdに対向した第1面(又は第2面)における2つの長辺間の中心線CL13が、GMR素子Ra,RdとGMR素子Rb,Rcとの中心を結ぶ中心線CL12に対して所定角度(例えば、45度)だけ傾いている。中心線CL12上であってGMR素子Ra,RdとGMR素子Rb,Rcとの間の中点O11が、中心線CL13上の点であるバイアス磁石BMの第1面(又は第2面)の中心点に対向するように配置される。これにより、GMR素子Ra~GMR素子Rdの平面内において、中心線CL11,CL12に対して所定角度だけ傾いた方向であって、反対向きの等しい強度のバイアス磁界がGMR素子Ra,RdとGMR素子Rb,Rcとにそれぞれ印加される。 The bias magnet BM has an elongated rectangular parallelepiped shape, and its first surface is magnetized to the north pole, and the second surface opposite to the first surface is magnetized to the south pole. This bias magnet BM has a first surface (or second surface) facing the GMR elements Ra to Rd, and a gap between two long sides on the first surface (or second surface) facing the GMR elements Ra to Rd. Center line CL13 is inclined by a predetermined angle (for example, 45 degrees) with respect to center line CL12 connecting the centers of GMR elements Ra, Rd and GMR elements Rb, Rc. The middle point O11 between the GMR elements Ra, Rd and the GMR elements Rb, Rc, which is on the center line CL12, is the center of the first surface (or second surface) of the bias magnet BM, which is a point on the center line CL13. placed opposite the point. As a result, in the plane of GMR elements Ra to GMR elements Rd, bias magnetic fields of equal strength and opposite directions are applied to the GMR elements Ra, Rd and the GMR elements in a direction inclined by a predetermined angle with respect to the center lines CL11 and CL12. It is applied to Rb and Rc, respectively.
このように構成した磁気センサは、移動方向に対して直交する方向に延設された凸部(歯)及び凹部を有して磁性体で形成された歯車の外周面上に、中心線CL12が歯車の回転方向(歯の移動方向)に直交するように配置される。そして、歯車を回転させれば、GMR素子Ra,RdとGMR素子Rb,Rcとには、中心線CL11の方向に反対向きの正弦波状に変化するバイアス磁界がそれぞれ印加され、GMR素子Ra,Rdの電気抵抗値とGMR素子Rb,Rcの電気抵抗値は磁性体の移動に応じて、正弦波状に互いに逆方向に変化する。これにより、GMR素子Ra~Rdからなるブリッジ回路から、歯車の回転に応じた正弦波状の差動信号が得られる。 The magnetic sensor configured in this manner has a center line CL12 on the outer circumferential surface of a gear made of a magnetic material and having convex portions (teeth) and concave portions extending in a direction perpendicular to the direction of movement. It is arranged perpendicular to the direction of rotation of the gear (direction of tooth movement). Then, when the gears are rotated, a bias magnetic field that changes sinusoidally in opposite directions in the direction of the center line CL11 is applied to the GMR elements Ra, Rd and GMR elements Rb, Rc, and the GMR elements Ra, Rd The electrical resistance values of the GMR elements Rb and Rc change sinusoidally in opposite directions in accordance with the movement of the magnetic body. As a result, a sinusoidal differential signal corresponding to the rotation of the gear can be obtained from the bridge circuit made up of the GMR elements Ra to Rd.
上記従来の磁気センサMSにおいて、中点O11が、バイアス磁石BMの第1面(又は第2面)の中心点に対向していない場合(両者がずれている場合)には、GMR素子Ra~Rdの平面内において、GMR素子Ra,Rdに印加されるバイアス磁界の強度と、GMR素子Rb,Rcに印加されるバイアス磁界の強度が異なる。そのため、歯車が回転した際のブリッジ回路の出力信号の波形が正弦波状ではなく、少し歪んでしまう。歯車の回転の検出精度を高くするために、GMR素子Ra~Rdに対するバイアス磁石BMの配置精度を高く保つ必要があり、磁気センサMSの製造コストが高い。 In the above-described conventional magnetic sensor MS, if the midpoint O11 does not face the center point of the first surface (or second surface) of the bias magnet BM (if both are shifted), the GMR elements Ra to In the plane of Rd, the intensity of the bias magnetic field applied to the GMR elements Ra and Rd is different from the intensity of the bias magnetic field applied to the GMR elements Rb and Rc. Therefore, when the gear rotates, the waveform of the output signal from the bridge circuit is not sinusoidal, but slightly distorted. In order to increase the accuracy of detecting the rotation of the gear, it is necessary to maintain high accuracy in the arrangement of the bias magnets BM with respect to the GMR elements Ra to Rd, which increases the manufacturing cost of the magnetic sensor MS.
また、一般に、GMR素子Ra~GMR素子Rdの電気抵抗値は、印加された磁界の強度が「0」であるとき最も大きい(図12参照)。そして、磁界の強度が大きくなるに従って徐々に電気抵抗値が減少する。同図に示すように、磁界の強度の所定の範囲において、電気抵抗値の変化率は略一定である。すなわち、磁界の強度の変化に対する電気抵抗値の変化が直線的(線形)である。磁界の強度が前記所定値を超えると、電気抵抗値の変化率が徐々に減少し、磁界強度を変化させても電気抵抗値がほとんど変化しなくなる(飽和する)。 Furthermore, in general, the electrical resistance values of GMR elements Ra to GMR elements Rd are highest when the intensity of the applied magnetic field is "0" (see FIG. 12). Then, as the strength of the magnetic field increases, the electrical resistance value gradually decreases. As shown in the figure, the rate of change in the electrical resistance value is approximately constant within a predetermined range of magnetic field strength. That is, the change in electrical resistance value with respect to the change in magnetic field strength is linear. When the strength of the magnetic field exceeds the predetermined value, the rate of change in the electrical resistance value gradually decreases, and even if the magnetic field strength is changed, the electrical resistance value hardly changes (saturates).
上記のように、特許文献1の磁気センサMSにおいては、GMR素子Ra~Rdにバイアス磁界を印加している。すなわち、GMR素子Ra~Rdの電気抵抗値が、その変化範囲の中間値(最大値と最小値の間の値)に設定されている。そして、歯車の回転に伴い、バイアス磁界の強度が変化し、GMR素子Ra~Rdの電気抵抗値が略正弦波状に変化して、前記フルブリッジ回路から正弦波状の電気信号(電圧)が出力される。
As described above, in the magnetic sensor MS of
ここで、GMR素子Ra~Rdに印加されるバイアス磁界の強度の変化を大きくすれば、出力信号の振幅が大きくなる。たとえば、GMR素子Ra~Rdと磁性体とのギャップを比較的小さく設定すると、出力信号の振幅が大きくなる。ただし、GMR素子Ra~Rdに印加されるバイアス磁界の強度が変化した際に、電気抵抗値があまり変化しない領域(飽和領域)では、出力信号が正弦波状ではなく、その波形が歪む。したがって、この場合には、歯車の回転検出精度が低下する。 Here, if the change in the intensity of the bias magnetic field applied to the GMR elements Ra to Rd is increased, the amplitude of the output signal is increased. For example, if the gap between the GMR elements Ra to Rd and the magnetic material is set relatively small, the amplitude of the output signal becomes large. However, when the intensity of the bias magnetic field applied to the GMR elements Ra to Rd changes, in a region where the electrical resistance value does not change much (saturation region), the output signal is not sinusoidal and its waveform is distorted. Therefore, in this case, the accuracy of detecting the rotation of the gear decreases.
本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、その目的は、製造コストを低減するとともに、検出精度を良好にした磁気センサを提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。 The present invention has been made to address such problems, and its purpose is to provide a magnetic sensor with reduced manufacturing costs and improved detection accuracy. In addition, in the following description of each component of the present invention, in order to facilitate understanding of the present invention, the reference numerals of corresponding parts in the embodiment are written in parentheses, but each component of the present invention is as follows: It should not be interpreted as being limited to the configuration of corresponding parts indicated by the reference numerals in the embodiments.
前述した目的を達成するため、本発明に係る磁気センサ(1、2)は、所定の第1方向に平行且つ当該第1方向に直交する第2方向に平行な平板状の一対の永久磁石であって、前記第1方向に垂直且つ前記第2方向に垂直な第3方向に離間していて、前記第2方向における一端部がN極に磁化され、前記第2方向における他端部がS極に磁化されている一対の永久磁石を含み、前記一端部又は前記他端部から離間していて前記第1方向へ延びる所定の空間の磁界強度が、その周囲の領域の磁界強度よりも小さくなるように、前記所定の空間に互いに反対方向へ向かう磁界を印加する磁界形成手段(13)と、少なくとも一対の巨大磁気抵抗効果素子(122a~122d、222a~222d)であって、印加された磁界の強度が増大するに従って、その電気抵抗値が減少する巨大磁気抵抗効果素子が、前記所定の空間内における前記第3方向に対して垂直な所定の平面内にて所定の第1方向へ所定の第1距離だけ隔てて配置されるとともにブリッジ接続された電気回路と、を備え、磁性体(G)との距離に応じた信号を出力する。
In order to achieve the above object, the magnetic sensors (1, 2) according to the present invention include a pair of flat permanent magnets that are parallel to a predetermined first direction and parallel to a second direction orthogonal to the first direction. and are spaced apart in a third direction perpendicular to the first direction and perpendicular to the second direction, one end in the second direction is magnetized to the north pole, and the other end in the second direction is magnetized to the south pole. A magnetic field strength in a predetermined space that includes a pair of permanent magnets that are magnetized as poles and that is spaced apart from the one end or the other end and extends in the first direction is smaller than the magnetic field strength in the surrounding area. a magnetic field forming means (13) for applying magnetic fields in opposite directions to the predetermined space; and at least a pair of giant magnetoresistive elements (122a to 122d, 222a to 222d), A giant magnetoresistive element whose electrical resistance value decreases as the strength of the magnetic field increases is positioned in a predetermined first direction within a predetermined plane perpendicular to the third direction within the predetermined space. and an electrical circuit arranged at a distance from the magnetic body (G) and connected in a bridge manner, and outputs a signal according to the distance to the magnetic body (G).
本発明の一態様において、 前記磁界形成手段は、前記第2方向に延びる、角筒状の永久磁石であって、その軸方向における一端面がN極に磁化され、他端面がS極に磁化されている永久磁石であり、前記電気回路が、前記筒状に形成された磁界形成手段の内側に収容されている。
In one aspect of the present invention, the magnetic field forming means is a rectangular cylindrical permanent magnet extending in the second direction, one end surface of which in the axial direction is magnetized to a north pole, and the other end surface is magnetized to a south pole. It is a magnetized permanent magnet, and the electric circuit is housed inside the cylindrical magnetic field forming means.
本発明の一態様において、前記一対の巨大磁気抵抗効果素子は、前記第2方向に延びる線状部を有するグラニュラ薄膜から構成されている。 In one aspect of the present invention, the pair of giant magnetoresistive elements are composed of a granular thin film having a linear portion extending in the second direction.
本発明の一態様において、前記第1方向に移動する少なくとも1つの凸部又は凹部を有する磁性体の動作の検出に適用される。 In one aspect of the present invention, the present invention is applied to detecting the operation of a magnetic body having at least one convex portion or concave portion that moves in the first direction.
上記の本発明に係る磁気センサが磁性体の近傍に配置されていない状態において、巨大磁気抵抗効果素子に印加される磁界強度が比較的小さく、巨大磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が比較的大きい。そのため、磁気センサに磁性体が近づけられ、そのギャップ(距離)が比較的小さくなったとしても、巨大磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が飽和し難い。よって、本発明に係る磁気センサを用いた場合には、出力信号波形が歪み難く、磁性体を高精度に検出できる。 In a state where the magnetic sensor according to the present invention described above is not placed near a magnetic body, the magnetic field strength applied to the giant magnetoresistive element is relatively small, and the electrical resistance value of the giant magnetoresistive element is relatively large. . Therefore, even if a magnetic body is brought close to the magnetic sensor and the gap (distance) therebetween becomes relatively small, the electrical resistance value of the giant magnetoresistive element is difficult to saturate. Therefore, when the magnetic sensor according to the present invention is used, the output signal waveform is less likely to be distorted, and a magnetic substance can be detected with high precision.
また、磁気センサの近傍に磁性体が配置された場合には、磁気センサに対して印加される磁界であって磁性体の方向へ向かう磁界の強度がより大きくなる。その結果、磁気センサと磁性体との距離(ギャップ)が小さいほど、磁気センサの大きな出力が得られる。 Further, when a magnetic body is placed near the magnetic sensor, the intensity of the magnetic field applied to the magnetic sensor and directed toward the magnetic body becomes larger. As a result, the smaller the distance (gap) between the magnetic sensor and the magnetic body, the greater the output of the magnetic sensor can be obtained.
また、磁界形成手段として永久磁石を用いた場合に、反対方向へ向かう磁界によって磁力が弱められた領域内では、位置に応じて磁界の向きが大きく異なるが、その強度が略同一になる傾向にある。したがって、印加された磁界の強度が増大するに従って、その電気抵抗値が減少するという特性を有する巨大磁気抵抗効果素子に対しては、磁界形成手段の配置精度が多少低くても、電気抵抗値の変動(ずれ)を抑制できるため、磁気センサによる磁性体の検出精度を高く保つことができる。よって、磁気センサの製造コストを低減できる。 Furthermore, when a permanent magnet is used as a magnetic field forming means, in a region where the magnetic force is weakened by a magnetic field directed in the opposite direction, the direction of the magnetic field varies greatly depending on the position, but the strength tends to be approximately the same. be. Therefore, for a giant magnetoresistive element that has the characteristic that its electrical resistance value decreases as the intensity of the applied magnetic field increases, even if the arrangement precision of the magnetic field forming means is somewhat low, the electrical resistance value will decrease. Since the fluctuation (shift) can be suppressed, the detection accuracy of the magnetic body by the magnetic sensor can be kept high. Therefore, the manufacturing cost of the magnetic sensor can be reduced.
本発明の一態様において、前記所定の平面内にそれぞれ配置された、2組の前記電気回路を備え、前記2組の電気回路が前記第1方向へ所定の第2距離だけずれるように配置されている。 One aspect of the present invention includes two sets of the electric circuits respectively arranged within the predetermined plane, and the two sets of electric circuits are arranged so as to be shifted by a predetermined second distance in the first direction. ing.
これによれば、磁性体で構成された凹凸部を前記第1方向に平行な方向へ移動させた場合、位相のずれた2つ(2相)の出力信号波形が得られる。この2つの信号波形に基づく演算処理により、前記凹凸部の位置を高精度に検出可能である。 According to this, when the uneven portion made of a magnetic material is moved in a direction parallel to the first direction, two (two-phase) output signal waveforms with shifted phases are obtained. By arithmetic processing based on these two signal waveforms, the position of the uneven portion can be detected with high precision.
また、本発明の一態様において、前記電気回路の電気抵抗値が極大となるように、前記磁界形成手段に対して前記電気回路が配置されている。
Further, in one aspect of the present invention, the electric circuit is arranged with respect to the magnetic field forming means so that the electric resistance value of the electric circuit is maximized .
前記電気回路を構成する巨大磁気抵抗効果素子に印加される磁力の強さに応じて、前記電気回路の電気抵抗値が変化する。そのため、磁界形成手段の近傍にて、前記電気回路を移動させると、前記電気回路の電気抵抗値が変化する。その電気抵抗値の変化に基づいて、磁界形成手段における磁力が弱められた領域を容易に検出できる。これによれば、磁界形成手段に対する前記電気回路の位置及び姿勢を容易に決定できる。 The electrical resistance value of the electrical circuit changes depending on the strength of the magnetic force applied to the giant magnetoresistive element constituting the electrical circuit. Therefore, when the electric circuit is moved near the magnetic field forming means, the electric resistance value of the electric circuit changes. Based on the change in the electrical resistance value, a region where the magnetic force in the magnetic field forming means is weakened can be easily detected. According to this, the position and orientation of the electric circuit with respect to the magnetic field forming means can be easily determined.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図面を用いて説明する。本発明の第1実施形態に係る磁気センサ1は、図1乃至図3に示すように、チップパッケージ11、センサチップ12及びバイアス磁石13を備える。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described using the drawings. The
チップパッケージ11は、エポキシ樹脂により、略長方形の板状に構成された樹脂封止部を含む。以下の説明において、チップパッケージ11の長辺の延設方向を前後方向と呼び、チップパッケージ11の短辺の延設方向を上下方向と呼ぶ。さらに、チップパッケージ11の板厚方向を左右方向と呼ぶ。
The
チップパッケージ11は、図3及び図4に示すように、アイランド部111、及びリードフレーム部112a~112dを含む。これらの部位は、左右方向に対して略垂直な薄板部である。これらの部位は、非磁性の導電体材料(例えば、銅板)で形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
アイランド部111は、前後方向に延びる長方形を呈し、チップパッケージ11の下半部に配置されている。アイランド部111の長辺及び短辺は、チップパッケージ11の長辺及び短辺に対してそれぞれ平行である。
The
リードフレーム部112a~112dは、鉤型形状を呈し、それらの下縁部をアイランド部111の上縁部より少し上方に位置させ、それらの上端部をチップパッケージ11の上面から上方へ突出させている。なお、図1乃至図3において、リードフレーム部112a~112dの形状を簡略化している。
The
アイランド部111の表面(右面)に、センサチップ12が固定されている。センサチップ12は、シリコン、ガラス、セラミックなどの絶縁体材料で略長方形の板状に構成された絶縁基板121を備えている。絶縁基板121の短辺の長さL1が1.05mmに設定され、長辺の長さL2が1.8mmに設定されている(図5参照)。また、絶縁基板121の厚みが0.25mmに設定されている。この絶縁基板121は、その長辺及び短辺をチップパッケージ11の長辺及び短辺とそれぞれ平行にして、ダイボンド材によりアイランド部111の上面に固着されている。
The
絶縁基板121の表面には、GMR素子(巨大磁気抵抗効果素子)122a~122d及び電極123a~123dが配置されている。GMR素子122a~122dは、Ag-FeCoからなる線状のグラニュラ薄膜で構成されており、絶縁基板121の表面にスパッタリング法を用いてグラニュラ薄膜を成膜することにより、絶縁基板121上に形成されている。GMR素子122a,122dは絶縁基板121の表面における後側部分に設けた長方形領域121aに成膜され、GMR素子122b,122cは絶縁基板121の表面における前側部分に設けた長方形領域121bに成膜されている。長方形領域121a,121bの形状及び大きさは同一であり、上下方向の長さが前後方向の長さよりも大きく設定されている。長方形領域121a,121bの上下方向の位置は同一である。すなわち長方形領域121a,121bの下辺から絶縁基板121及びチップパッケージ11の下辺までの距離は同一であり、長方形領域121a,121bは絶縁基板121の前後方向における中心を通り上下方向に延びる中心線CL1に関して前後対称位置に配置されている。これらの長方形領域121a,121bの長辺の長さL3が0.48mmに設定され、短辺の長さL4が0.3mmに設定されている。また、長方形領域121a及び長方形領域121bの対向する長辺の距離L5は、0.92mmに設定されている。そして、長方形領域121aの中心と長方形領域121bの中心との間の距離L6は、1.25mmである。
On the surface of the insulating
GMR素子122a,122dは、長方形領域121a上に、形成されている。GMR素子122a,122dは全体として上下方向に延びる長方形を呈する。GMR素子122a,122dは、それぞれ複数の折り返し部がある線状に形成されている。より具体的には、GMR素子122a,122dは、長方形領域121aにて、上下方向に一直線状に一定長さ(長さL3よりも若干短い長さ)延び、その上端又は下端から前方へ折り返すように湾曲し、再び上下方向に直線状に前記一定長さだけ延びるように構成された部位が連続するように構成されている。
また、GMR素子122a,122dは、隣り合う線状部分の前後方向の間隔を大きくした部分と、隣り合う線状部分の前後方向の間隔を小さくした部分とを有する。そして、GMR素子122aにおける隣り合う線状部分の前後方向の間隔を大きくした部分に、GMR素子122dにおける隣り合う線状部分の前後方向の間隔を小さくした部分を侵入させるとともに、GMR素子122dにおける隣り合う線状部分の前後方向の間隔を大きくした部分に、GMR素子122aにおける隣り合う線状部分の前後方向の間隔を小さくした部分を侵入させている。なお、これらのGMR素子122a,122dの折り返し回数は、例えば、GMR素子122a,122dの上下方向に延設された直線部分の本数が17本となるように設定されている。
Furthermore, the
GMR素子122b,122cは、長方形領域121b上にて、GMR素子122a,122dと同様に構成されている。そして、GMR素子122bは、前記中心線CL1を対称軸として、GMR素子122aと前後対称になるように配置されている。また、GMR素子122cは、前記中心線CL1を対称軸として、GMR素子122dと前後対称になるように配置されている。
電極123a~123dは、薄板状に非磁性の導電体材料(例えば、アルミニウム)で、絶縁基板121上に正方形状にパターン形成されている。電極123aはGMR素子122b,122cの上方に位置し、電極123bはGMR素子122a,122dの上方に位置する。電極123a,123bは、前記中心線CL1に関して前後対称に配置されている。電極123cはGMR素子122b,122cの後方であって前記中心線CL1とGMR素子122b,122cの間に位置し、電極123dはGMR素子122a,122dの前方であって前記中心線CL1とGMR素子122a,122dの間に位置する。電極123c,123dは、前記中心線CL1に関して前後対称に配置されている。
The
また、図5に示すように、絶縁基板121上には、GMR素子122a~122dと電極123a~123dとをそれぞれ電気接続するための配線パターン124が形成されている。この配線パターン124も、薄板状の非磁性の導電体材料(例えば、アルミニウム)で構成されている。GMR素子122aの一端は配線パターン124により電極123aに電気接続され、GMR素子122aの他端は配線パターン124により電極123cに接続されている。GMR素子122bの一端は配線パターン124により電極123bに電気接続され、GMR素子122bの他端は配線パターン124により電極123cに接続されている。これにより、GMR素子122a,122bはハーフブリッジ接続されている(図6参照)。また、GMR素子122cの一端は配線パターン124により電極123aに電気接続され、GMR素子122cの他端は配線パターン124により電極123dに接続されている。GMR素子122dの一端は配線パターン124により電極123bに電気接続され、GMR素子122dの他端は配線パターン124により電極123dに接続されている。これにより、GMR素子122c,122dもハーフブリッジ接続されている。
Further, as shown in FIG. 5,
電極123a~123dは、導電線(例えば、金線)からなるワイヤ113a~113dを介して、リードフレーム部112a~112dにそれぞれ電気的に接続されている(図4参照)。リードフレーム部112aは、外部に設けた電気回路装置の電力供給端子に接続されている。リードフレーム部112bは前記電気回路装置の接地端子に接続されている(図6参照)。これにより、リードフレーム部112aとリードフレーム部112bとの間に一定電圧Vが印加される。リードフレーム部112cは、前記電気回路装置に、GMR素子122aとGMR素子122bとの接続点の電圧Vo1を出力する。リードフレーム部112dは、前記電気回路装置に、GMR素子122cとGMR素子122dとの接続点の電圧Vo2を出力する。このように、GMR素子122a~122dはフルブリッジ回路を構成している。また、前記電気回路装置は差動増幅器125を備えており、差動増幅器125は電圧,Vo1,Vo2の差分電圧を出力信号として出力する。
The
バイアス磁石13は、ネオジウムと鉄を主原料としたネオジウム磁石である。バイアス磁石13は、上下方向に延びる筒状を呈する(図1参照)。すなわち、バイアス磁石13は、上下方向に貫通する貫通孔TH13を有する。バイアス磁石13の平面視において、バイアス磁石13は前後方向に延びる略長方形を呈する(図7参照)。同図において、バイアス磁石13の外形の長辺の長さL7及び短辺の長さL8がそれぞれ7.5mm及び2.7mmに設定されている。また、貫通孔TH13の長辺の長さL9及び貫通孔TH13の短辺の長さL10は、それぞれ6.0mm及び1.5mmに設定されている。
The
また、バイアス磁石13の高さL11(図1参照)が3.0mmに設定されている。また、バイアス磁石13は、その高さ方向を2等分する面を境界として分極され、その境界面に対して垂直方向に2極に着磁されており、下側がN極に磁化されるとともに、上側がS極に磁化されている。
Further, the height L11 (see FIG. 1) of the
上記のように構成されたバイアス磁石13のN極からS極へ向かう磁力線のうちの一部が、貫通孔TH13内を通る。それらの磁力線のうち、互いに反対方向へ向かう磁力線同士が互いに打ち消し合う。これにより、バイアス磁石13の貫通孔TH13の少し下方に、その周囲に比べて磁力が弱められた領域Zが形成されている(図8参照)。領域Zは、貫通孔TH13の少し下方にて前後方向に延びている。領域Zの中心軸は、貫通孔TH13の幅方向(左右方向)における中央部(又はその少し下方)に位置している。なお、領域Zの中心軸からの距離が同一である2点であって、領域Zの中心軸まわりに少し離間した2点の磁気ベクトルの大きさは同等であるが、磁気ベクトルの向きが大きく異なる。
A portion of the magnetic lines of force directed from the N pole to the S pole of the
なお、図8は、バイアス磁石13の周囲に磁性体が存在しない場合の磁界(磁気ベクトル)を示している。バイアス磁石13の周囲に磁性体が存在する場合には、磁界は、図8とは異なる状態になる。例えば、図9に示すシミュレーション結果のように、領域Zの下方にて歯車が回転した場合に、領域Zの磁界が周期的に変化する。なお、このシミュレーションにおいて、磁性体としてのS45C鋼材インボリュート歯車をバイアス磁石の下方にて回転させた状態を想定している。この場合の歯車の歯のピッチは、2.5mmに設定されている。また、バイアス磁石として、筒状の磁石ではなく、簡易的に、2枚の角板状の磁石を対面配置した状態を想定している。この2枚の各板状の磁石の構成は同一としている。両磁石の板厚方向が左右方向に一致している。両磁石の隙間が1.5mmに設定されている。両磁石の辺のうち、上下方向に延びる辺の長さが5.0mmに設定され、前後方向に延びる辺の長さが6.0mmに設定されている。また、両磁石の厚さが0.6mmに設定されている。そして、両磁石の下方にて、歯車の回転軸が左右方向に一致するように配置されている状態を想定している。このような条件下にて、歯車を回転させた際、両磁石の下面間の中央位置における磁気ベクトルの上下方向の成分が主に変化する。図9は、その成分の強度(磁界強度)の変化を示している。同図において、歯車の歯の天面と両永久磁石の下面との距離(ギャップ)を0.5mm~1.5mmの範囲内におけるいずれかの値に設定した際の磁界強度の変化をそれぞれ示している。なお、同図において、ギャップを0.5mmに設定した際の磁界強度を基準とし、他のギャップにおける磁界強度は、上記の基準に対する相対値である。
Note that FIG. 8 shows the magnetic field (magnetic vector) when no magnetic material exists around the
同図に示すように、歯の移動(歯車の回転)に伴う磁界強度の変化は略正弦波状を呈する。また、歯と磁石のギャップが小さくなるに従って、磁界強度が全体的に大きくなるとともに、その振幅が大きくなる。なお、バイアス磁石13を用いた場合も、図9と同様の特性を示す。
As shown in the figure, the change in magnetic field strength due to the movement of the teeth (rotation of the gear) has a substantially sinusoidal shape. Furthermore, as the gap between the teeth and the magnet becomes smaller, the overall magnetic field strength increases and its amplitude increases. Note that even when the
上記のように構成されたチップパッケージ11及びセンサチップ12からなる本体部M1が、バイアス磁石13の貫通孔TH13内に収容されている(図1参照)。GMR素子122a,122dの中心とGMR素子122b,122cの中心とを通る中心線CL2(図5参照)と領域Zの中心軸とが同軸配置されている(図7及び図10参照)。なお、実際には、バイアス磁石13の周囲に磁性体が存在しない状態にて、本体部M1が移動され、各GMR素子122a~122dが接続されて構成された電気回路の電気抵抗値が最大になるように、バイアス磁石13に対する本体部M1の位置及び姿勢が調整される。そして、中心線CL2と中心線CL1との交点O1(すなわちGMR素子122a,122dとGMR素子122b,122cの中心間の中央位置)が、貫通孔TH13の前後方向における中央位置の下方に位置している。なお、図7及び図10において、チップパッケージCPの樹脂封止部を省略している。
The main body M1 consisting of the
つぎに、磁気センサ1を用いて、磁性体である歯車Gの回転を検出した例(実測値)について説明する。まず、歯車Gの構成について説明する。歯車Gは、円形の外周面上にそれぞれ同じ形状及び大きさの方形状の凸部(歯)G1と凹部G2を交互に配置させている。歯車Gの凸部G1の間隔(ピッチ)が、長さL6の2倍に一致している。歯車Gは磁性体材料で構成されていれば、種々の磁性体材料で種々の形状に構成され得る。また、歯車Gの形状に関しても、凸部G1及び凹部G2を有していれば、種々の形状に構成され得る。本実施形態の歯車Gは、S45C鋼材インボリュート形状歯車である。なお、各種実験で用いられる本発明に関する歯車Gも、背景技術の項で説明した従来の歯車Gも、S45C鋼材インボリュート形状歯車である。
Next, an example (actually measured value) in which the rotation of the gear G, which is a magnetic material, is detected using the
磁気センサ1は、図示しない固定部品を用いて歯車Gの近傍に固定される。本体部M1の下端面が歯車Gの凸部G1の天面に平行に対向し、かつ本体部M1(センサチップ12)の前後方向が歯車Gの回転方向(凸部G1の移動方向)に一致するように、磁気センサ1及び歯車Gが配置される(図10及び図11参照)。そして、チップパッケージ11の下端から前記一つの凸部G1の天面までの距離(ギャップ)は、例えば、0.1mm~1.0mmの範囲内のいずれかの値に設定される。
The
歯車Gに対して磁気センサ1を上記のように配置した状態で、歯車Gを回転させると、GMR素子122a,122dの素子面に対して平行(上下方向)に通過する磁界と、GMR素子122b,122cの素子面に対して平行(上下方向)に通過する磁界の磁界強度は、180°の位相差をもってそれぞれほぼ正弦波状に変化する。
When the gear G is rotated with the
具体的には、GMR素子122a,122dの素子面に対して平行(下方)に通過する磁界強度Hadは、GMR素子122a,122dが隣り合う2つの凸部G1の中間位置にあるとき第1強度である。このとき、GMR素子122b,122cは、1つの凸部G1に対向している。そして、GMR素子122b,122cの素子面に対して平行(下方)に通過する磁界強度Hbcが、第1強度より大きな第2強度になっている。
Specifically, when the
歯車Gの回転に従って、磁界強度Hadは、前記第1強度から徐々に大きくなるとともに、磁界強度Hbcが前記第2強度から徐々に小さくなる。GMR素子122a,122dが1つの凸部G1に対向した状態では、磁界強度Hadが前記第2強度になる。このとき、GMR素子122b,122cは、隣り合う2つの凸部G1の中間位置にあり、磁界強度Hbcが前記第1強度になっている。
As the gear G rotates, the magnetic field strength H ad gradually increases from the first strength, and the magnetic field strength H bc gradually decreases from the second strength. When the
歯車Gがさらに回転すると、磁界強度Hadが前記第2強度から徐々に小さくなるとともに、磁界強度Hbcが前記第1強度から徐々に大きくなる。GMR素子122a,122dが隣り合う2つの凸部G1の中間位置にある状態になると、磁界強度Hadは、前記第1強度に戻る。このとき、GMR素子122b,122cが一つの凸部G1に対向しており、磁界強度Hbcが前記第2強度に戻る。なお、磁界強度Had,Hbcの変化は、略正弦波状を呈する。
As the gear G rotates further, the magnetic field strength H ad gradually decreases from the second strength, and the magnetic field strength H bc gradually increases from the first strength. When the
ここで、GMR素子122a~122dに印加された磁界強度の変化に対し、GMR素子122a~122dの電気抵抗値は、図12に示すように変化する。したがって、上記のような磁界強度Had,Hbcの変化により、GMR素子122a~122dの電気抵抗値はほぼ正弦波状に変化する。そして、GMR素子122b,122cの電気抵抗値の変化の位相が、GMR素子122a,122dの電気抵抗値変化に対して、180°(歯車Gの凸部G1の1/2ピッチ)だけ異なっている。
Here, in response to a change in the magnetic field strength applied to the
GMR素子122a~122dがフルブリッジ接続され手形成されたフルブリッジ回路の電圧Vo1,Vo2の差分電圧が、出力信号として、差動増幅器125から出力される。すなわち、比較的大きな振幅値を有する歯車Gの回転検出信号を得ることができる(図13参照)。
A differential voltage between voltages Vo1 and Vo2 of a hand-formed full-bridge circuit in which the
ここで、GMR素子122a~122dの長手方向を磁界の印加方向とする場合と、GMR素子122a~122dの短手方向を磁界の印加方向とする場合とについて説明しておく。図12の実線は、GMR素子の長手方向を磁界の印加方向としたときにおける、印加磁界強度に対するGMR素子の電気抵抗値の変化特性を示す。図12の破線は、GMR素子の短手方向を磁界の印加方向としたときにおける、印加磁界強度に対するGMR素子の電気抵抗値の変化特性を示す。すなわち、磁界感度異方性に関しては、前記長手方向を磁界の印加方向とする場合の方が、前記短手方向を磁界の印加方向とする場合よりも、磁界強度が「0」である状態からのGMR素子の電気抵抗値の変化が直線的且つ大きくなり、歪みが少なく且つ大きな出力電圧が得られる。したがって、上記実施形態のように、GMR素子122a~122dの長手方向を磁界の印加方向とすることが、GMR素子122a~122dの短手方向を磁界の印加方向とすることよりも好ましい。すなわち、上記実施形態のように、GMR素子122a~122dの長手方向が歯車Gの径方向(歯たけ方向)に対して平行になるように、磁気センサ1を歯車Gに対して配置することが好ましい。その結果、図13に示すように、上記実施形態の歯車Gの回転検出においては、振幅の大きくかつ高精度な正弦波状の出力電圧を得ることができる。
Here, a case will be described in which the longitudinal direction of the
また、ここで、特許文献1の磁気センサMSにおいて、バイアス磁石BMを、素子短手方向にずらした際の出力電圧のオフセットの変化を図25に示す。また、磁気センサMSにおいて、バイアス磁石BMを、素子長手方向にずらした際の出力電圧のオフセットの変化を図26に示す。また、本実施形態の磁気センサ1において、本体部M1に対し、バイアス磁石13を左右方向にずらした際の出力電圧のオフセットの変化を図14に示す。さらに、磁気センサ1において、本体部M1に対し、バイアス磁石13を前後方向にずらした際の出力電圧のオフセットの変化を図15に示す。
Further, FIG. 25 shows a change in the offset of the output voltage when the bias magnet BM is shifted in the lateral direction of the element in the magnetic sensor MS of
図25及び図26に示したように、磁気センサMSにおいて、GMR素子Ra~Rdに対するバイアス磁石BMの位置が少しずれると、出力電圧のオフセットが大きく変化する。よって、磁気センサMSによる歯車Gの回転検出精度を高く保つためには、バイアス磁石BMの配置精度を高く保つ必要がある。これに対し、図14及び図15に示したように、磁気センサ1において、GMR素子122a~122dに対するバイアス磁石13の位置が多少ずれても、出力電圧のオフセットはそれほど変化しない。よって、バイアス磁石13の配置精度が多少低くても、磁気センサ1による歯車Gの回転検出精度を高く保つことができる。
As shown in FIGS. 25 and 26, in the magnetic sensor MS, if the position of the bias magnet BM with respect to the GMR elements Ra to Rd is slightly shifted, the offset of the output voltage changes significantly. Therefore, in order to maintain high precision in detecting the rotation of gear G by magnetic sensor MS, it is necessary to maintain high precision in the arrangement of bias magnet BM. On the other hand, as shown in FIGS. 14 and 15, in the
また、ここで、特許文献1の磁気センサMSを用いて歯車Gの回転を検出した例を図27に示す。同図に示すように、この場合には、ギャップを小さくすると(例えば、0.1mmであるとき)、出力信号波形が歪む。この要因は、磁気センサMSにおいては、磁気センサMSが歯車G(磁性体)の近傍に配置されていない状態において、GMR素子Ra~Rdに印加されるバイアス磁石BMの磁界強度が比較的大きい状態にあるためである。すなわち、歯車Gの近傍に磁気センサMSが配置され、そのギャップが小さい場合には、GMR素子Ra~Rdに印加される磁界強度が大きく、その変化に対して電気抵抗値が直線的に変化しない(感度が低下する)ためである。
FIG. 27 shows an example in which the rotation of the gear G is detected using the magnetic sensor MS of
これに対し、本実施形態では、磁気センサ1が歯車G(磁性体)の近傍に配置されていない状態において、GMR素子122a~122dに印加されるバイアス磁石13の磁界強度が比較的小さい状態(略「0」)にある。よって、歯車Gの近傍に磁気センサ1が配置され、そのギャップが小さい場合であっても、GMR素子122a~122dに印加される磁界強度の変化に対して電気抵抗値が直線的に変化する(電気抵抗値が飽和し難い)。よって、本実施形態に係る磁気センサ1を用いた場合には、図13において実線で示したように、同ギャップ(0.1mm)においても、出力信号波形は歪むことなく、正弦波状を呈する。
In contrast, in this embodiment, when the
このように、磁気センサ1によれば、歯車Gの回転を精度良く検出できる。さらに、本体部M1に対するバイアス磁石13の配置精度が多少低くても、歯車Gの回転の検出精度が低下し難い。よって、磁気センサ1の製造コストを削減できる。
Thus, according to the
(第2実施形態)
以下、本発明の第2実施形態について図面を用いて説明する。本発明の第2実施形態に係る磁気センサ2の構成は、第1実施形態と略同一である。磁気センサ2の外観は、磁気センサ1と同一である(図1参照)。ただし、センサチップ12に代えて、センサチップ22が用いられる(図16参照)。
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The configuration of the
チップパッケージ11の構成は、第1実施形態と同一である。第2実施形態においても、チップパッケージ11の長辺の延設方向を前後方向と呼び、チップパッケージ11の短辺の延設方向を上下方向と呼ぶ。さらに、チップパッケージ11の板厚方向を左右方向と呼ぶ。
The configuration of the
アイランド部111の表面(左面)に、センサチップ22が固定されている。センサチップ22は、第1実施形態の絶縁基板121と同様の絶縁基板221を備えている。絶縁基板221の表面(右面)には、GMR素子(巨大磁気抵抗効果素子)222a~222d及び電極223a~223dが配置されている。
A
GMR素子222a~222dは、絶縁基板221の上縁部に沿って前後方向に等間隔に配置されている。前後方向に隣り合う2つのGMR素子の中央部同士の間隔は、歯車Gの歯のピッチの1/4(=0.625mm)である。GMR素子222a~222dの構成は、GMR素子122a~122dの構成と略同一である。上記のように、GMR素子122a~122dは、隣り合う線状部分の前後方向の間隔を大きくした部分と、隣り合う線状部分の前後方向の間隔を小さくした部分とを有する。これに対し、GMR素子222a~222dにおいては、隣り合う線状部分の前後方向の間隔は一定である。
The
電極223a~223dの構成も、電極123a~123dの構成と同一である。さらに、第1実施形態と同様に、GMR素子222a~222dと電極223a~223dとが配線パターン224により、それぞれ電気的に接続されている。これにより、GMR素子222a,222cがハーフブリッジ接続され、GMR素子222b,222dがハーフブリッジ接続されている(図17参照)。
The configurations of the
電極223a~223dは、導電線(例えば、金線)からなるワイヤ113a~113dを介して、リードフレーム部112a~112dにそれぞれ電気的に接続されている。リードフレーム部112aは、外部に設けた電気回路装置の電力供給端子に接続されている。リードフレーム部112cは前記電気回路装置の接地端子に接続されている。これにより、リードフレーム部112aとリードフレーム部112cとの間に一定電圧Vが印加される。リードフレーム部112bは、GMR素子222aとGMR素子222cとの接続点の電圧VoAを前記電気回路装置に出力する。リードフレーム部112dは、GMR素子222bとGMR素子222dとの接続点の電圧VoBを前記電気回路装置にそれぞれ出力する。
The
上記のように構成されたチップパッケージ11及びセンサチップ22からなる本体部M2が、第1実施形態と同様に、バイアス磁石13の貫通孔TH13内に収容されている。その下方にて歯車Gが回転される(図18参照)。本実施形態では、GMR素子222aとGMR素子222cとの前後方向の間隔が歯車Gの凸部G1のピッチの1/2に設定されている。したがって、歯車Gが回転すると、第1実施形態と同様に、電圧VoAが正弦波状に変化する。一方、GMR素子222bとGMR素子222dとの前後方向の間隔も歯車Gの凸部G1のピッチの1/2に設定されている。したがって、歯車Gが回転すると、第1実施形態と同様に、電圧VoBが正弦波状に変化する。ただし、本実施形態では、GMR素子222aとGMR素子222bとの前後方向の間隔が、歯車Gの凸部G1のピッチの1/4に設定され、GMR素子222cとGMR素子222dとの前後方向の間隔が、歯車Gの凸部G1のピッチの1/4に設定されている。したがって、電圧VoAと電圧VoAの波形の位相差は90°である(図19参照)。
The main body M2 consisting of the
これによれば、第1実施形態と同様に、歯車Gの回転を精度良く検出できる。さらに、歯車Gの回転を表す、高精度な正弦波状の出力信号A(電圧VoA)及び余弦波状の出力B(電圧VoB)を得ることができ、出力信号A,Bを用いた逆正接(アークタンジェント)演算により、歯車Gの回転角度を簡単に計算することができる。 According to this, as in the first embodiment, the rotation of the gear G can be detected with high accuracy. Furthermore, highly accurate sinusoidal output signal A (voltage VoA) and cosine waveform output B (voltage VoB) representing the rotation of gear G can be obtained, and arc tangent (arc tangent) using output signals A and B can be obtained. The rotation angle of the gear G can be easily calculated by the tangent) calculation.
なお、特許文献1には、2組のセンサチップSCA,SCBを備えた磁気センサMSが記載されている(図28参照)。この例において、2組のセンサチップSCA,SCBが、歯車Gの回転方向及び歯車Gの歯幅方向にずれて配置されている。この場合、センサチップSCA,SCBのGMR素子Ra,Rdにそれぞれ印加されるバイアス磁界の強度が、センサチップSCA,SCBのGMR素子Rb,Rcにそれぞれ印加されるバイアス磁界の強度と略同一であり、且つそれらの方向が略反対になるように、バイアス磁石BMが配置される。このように構成された磁気センサMSによっても、センサチップSCA,SCBから、90°だけ位相のずれた正弦波状の出力信号が得られ、これらの出力信号を用いて、歯車Gの回転角度を計算できる。
Note that
ここで、図28の磁気センサMSにおいて、バイアス磁石BMを、その長手方向にずらした際のセンサチップSCA,SCBのそれぞれの出力電圧のオフセットの変化を図29に示す。また、磁気センサMSにおいて、バイアス磁石BMを、その短手方向にずらした際の出力電圧のオフセットの変化を図30に示す。また、本発明の第2実施形態の磁気センサ2において、本体部MBに対し、バイアス磁石13を左右方向にずらした際の出力電圧のオフセットの変化を図20に示す。さらに、磁気センサ1において、本体部MBに対し、バイアス磁石13を前後方向にずらした際の出力電圧のオフセットの変化を図21に示す。
Here, in the magnetic sensor MS of FIG. 28, FIG. 29 shows changes in the offset of the output voltages of the sensor chips SCA and SCB when the bias magnet BM is shifted in its longitudinal direction. Further, in the magnetic sensor MS, FIG. 30 shows a change in the offset of the output voltage when the bias magnet BM is shifted in the lateral direction. Further, in the
図29及び図30に示したように、磁気センサMSにおいて、両センサチップSCA,SCBのGMR素子Ra~Rdに対するバイアス磁石BMの位置がずれると、センサチップSCA,SCBの出力電圧が大きく変化する。しかも、センサチップSCA,SCBの出力電圧の変化の態様(方向)が反対である。よって、バイアス磁石BMの配置精度を高く保つことが困難である。これに対し、図20及び図21に示したように、磁気センサ2において、GMR素子222a~222dに対するバイアス磁石13の位置が多少ずれても、出力電圧はそれほど変化しない。よって、バイアス磁石13の配置精度が多少低くても、磁気センサ2による歯車Gの回転検出精度を高く保つことができる。したがって、磁気センサ2の製造コストを低減できる。
As shown in FIGS. 29 and 30, in the magnetic sensor MS, when the position of the bias magnet BM with respect to the GMR elements Ra to Rd of both sensor chips SCA and SCB shifts, the output voltages of the sensor chips SCA and SCB change greatly. . Furthermore, the manner (direction) of change in the output voltages of the sensor chips SCA and SCB is opposite. Therefore, it is difficult to maintain high precision in the arrangement of the bias magnets BM. On the other hand, as shown in FIGS. 20 and 21, in the
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 Furthermore, the implementation of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the purpose of the present invention.
例えば、図22に示すように、2つの本体部M1を向かい合わせるとともに、歯車Gの凸部G1のピッチの1/4に相当する距離だけ前後方向にずらして配置し、これらの一組の本体部M1,M1をバイアス磁石13の貫通孔TH13に収容してもよい。これによっても、第2実施形態と略同一の効果が得られる。
For example, as shown in FIG. 22, two main bodies M1 are placed facing each other and shifted in the front-rear direction by a distance corresponding to 1/4 of the pitch of the convex parts G1 of the gear G, and a pair of these main bodies The portions M1, M1 may be accommodated in the through hole TH13 of the
また、上記実施形態では、筒状の磁石をバイアス磁石13として採用しているが、これに代えて、図23に示すように、2枚の平板状の永久磁石13A,13Aからなるバイアス磁石を採用しても良い。
Further, in the above embodiment, a cylindrical magnet is used as the
上記実施形態においては、各種長さ及び距離L1~L11を所定の値に設定したが、この値は適宜変更され得る。また、上記実施形態においては、バイアス磁石13の下側(歯車Gに対面する側)をN極にして反対側をS極に磁化したが、このN極とS極を逆にしてもよい。また、上記実施形態では、アイランド部111を、リードフレーム部112a~112dと同様な非磁性の導電板で構成した。しかし、アイランド部は導電性を必要としないので、非磁性体であれば、導電性を有さない材料の薄板を用いてもよい。
In the above embodiment, the various lengths and distances L1 to L11 are set to predetermined values, but these values may be changed as appropriate. Further, in the embodiment described above, the lower side of the bias magnet 13 (the side facing the gear G) is magnetized as a north pole and the opposite side is magnetized as an south pole, but the north and south poles may be reversed. Furthermore, in the embodiment described above, the
また、上記第1実施形態においては、4個のGMR素子122a~122dでフルブリッジ回路を構成し、フルブリッジ回路から正弦波状の出力信号を得て、歯車Gの回転を検出するようにした。しかし、出力振幅値は小さくなるが、2個のGMR素子122a,122b(又はGMR素子122c,122d)でハーフブリッジ回路を構成し、ハーフブリッジ回路から正弦波状の出力信号を得て、歯車Gの回転を検出するようにしてもよい。
Further, in the first embodiment, the four
また、上記実施形態においては、面内感磁素子である磁界強度検知型のGMR素子として、グラニュラ薄膜を用いたGMR素子を用いた。しかし、これに代えて、面内感磁素子である磁界強度検知型のGMR素子として、人工格子型のGMR素子を用いることができる。この人工格子型のGMR素子は、例えば、日本応用磁気学会誌Vol.15,No51991,P813~821の「人工格子の磁気抵抗効果」と題する論文に記載されている数オングストロームから数十オングストロームの厚さの磁性層と非磁性層とを交互に積層させた積層体、いわゆる人工格子膜((Fe/Cr)n,(パーマロイ/Cu/Co/Cu)n,(Co/Cu)nなど)で構成される。 Further, in the above embodiment, a GMR element using a granular thin film is used as a magnetic field intensity sensing type GMR element which is an in-plane magnetic sensing element. However, instead of this, an artificial lattice type GMR element can be used as a magnetic field strength detection type GMR element which is an in-plane magnetic sensing element. This artificial lattice type GMR element is described in, for example, the Journal of the Japanese Society of Applied Magnetics Vol. 15, No. 51991, P813-821, a laminate in which magnetic layers and nonmagnetic layers with a thickness of several angstroms to several tens of angstroms are alternately laminated, as described in the paper entitled "Magnetoresistance effect of artificial lattice", It is composed of a so-called artificial lattice film ((Fe/Cr)n, (Permalloy/Cu/Co/Cu)n, (Co/Cu)n, etc.).
また、上記実施形態では、GMR素子として、グラニュラ薄膜を折り返しながら直線状に延設させたGMR素子122a~122d、又はGMR素子222a~222dを用いた。しかし、これらのGMR素子122a~122d、又はGMR素子222a~222dに代えて、渦巻き状のGMR素子を用いてもよい。これらの渦巻き状のGMR素子とは、絶縁基板上に、外側から内側に渦巻き状に線状のグラニュラ薄膜(又は人工格子膜)を延設させ、内側端から外側に渦巻き状に線状のグラニュラ薄膜(又は人工格子膜)を延設させたものである。
Further, in the above embodiments, the
また、上記実施形態では、磁気センサ1及び磁気センサ2を磁性体からなる歯車Gの回転を検出する検出装置に適用した。しかし、上述した磁気センサ1は、歯車Gでなくても、また、円盤状部材の外周面に一つ以上の凹部を有する円盤状部材の回転検出にも適用され得る。さらには、回転体でなくても、磁性体からなり凸部(歯)又は凹部を有していて直線的に移動する移動体の検出にも、上述した磁気センサ1及び磁気センサ2は適用され得る。この場合も、移動体の凹凸部に対向させて上述した磁気センサ1及び磁気センサ2を配置すればよい。
Further, in the above embodiment, the
1…磁気センサ、2…磁気センサ、11…チップパッケージ、12…センサチップ、13…バイアス磁石、13A…バイアス磁石、22…センサチップ、121…絶縁基板、122a…GMR素子、122b…GMR素子、122c…GMR素子、122d…GMR素子、124…配線パターン、125…差動増幅器、221…絶縁基板、222a…GMR素子、222b…GMR素子、222c…GMR素子、222d…GMR素子、224…配線パターン、G…歯車、G1…凸部、G2…凹部、Had…磁界強度、Hbc…磁界強度、Z…領域
DESCRIPTION OF
Claims (6)
所定の第1方向に平行且つ当該第1方向に直交する第2方向に平行な平板状の一対の永久磁石であって、前記第1方向に垂直且つ前記第2方向に垂直な第3方向に離間していて、前記第2方向における一端部がN極に磁化され、前記第2方向における他端部がS極に磁化されている一対の永久磁石を含み、前記一端部又は前記他端部から離間していて前記第1方向へ延びる所定の空間の磁界強度が、その周囲の領域の磁界強度よりも小さくなるように、前記所定の空間に互いに反対方向へ向かう磁界を印加する磁界形成手段と、
少なくとも一対の巨大磁気抵抗効果素子であって、印加された磁界の強度が増大するに従って、その電気抵抗値が減少する巨大磁気抵抗効果素子が、前記所定の空間内における前記第3方向に対して垂直な所定の平面内にて所定の第1方向へ所定の第1距離だけ隔てて配置されるとともにブリッジ接続された電気回路と、
を備えた磁気センサ。 A magnetic sensor that outputs a signal according to the distance to a magnetic body,
A pair of flat permanent magnets parallel to a predetermined first direction and parallel to a second direction perpendicular to the first direction, and arranged in a third direction perpendicular to the first direction and perpendicular to the second direction. a pair of permanent magnets that are spaced apart and have one end in the second direction magnetized as a north pole and the other end in the second direction as a south pole, the one end or the other end; magnetic field forming means for applying magnetic fields directed in opposite directions to the predetermined space so that the magnetic field strength in the predetermined space extending in the first direction is smaller than the magnetic field strength in the surrounding area; and,
At least a pair of giant magnetoresistive elements, the giant magnetoresistive elements whose electric resistance value decreases as the intensity of the applied magnetic field increases, are arranged with respect to the third direction in the predetermined space. an electric circuit arranged in a predetermined vertical plane, spaced apart by a predetermined first distance in a predetermined first direction, and connected in a bridge manner;
Magnetic sensor with.
前記所定の平面内にそれぞれ配置された、2組の前記電気回路を備え、
前記2組の電気回路が前記第1方向へ所定の第2距離だけずれるように配置されている、磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 1,
comprising two sets of the electric circuits, each arranged within the predetermined plane;
A magnetic sensor, wherein the two sets of electric circuits are arranged so as to be shifted by a predetermined second distance in the first direction.
前記磁界形成手段は、前記第2方向に延びる、角筒状の永久磁石であって、その軸方向における一端面がN極に磁化され、他端面がS極に磁化されている永久磁石であり、
前記電気回路が、前記筒状に形成された磁界形成手段の内側に収容されている、磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 1 or 2,
The magnetic field forming means is a rectangular cylindrical permanent magnet extending in the second direction, one end surface of which in the axial direction is magnetized to a north pole, and the other end surface is magnetized to a south pole. ,
A magnetic sensor, wherein the electric circuit is housed inside the cylindrical magnetic field forming means.
前記一対の巨大磁気抵抗効果素子は、前記第2方向に延びる線状部を有するグラニュラ薄膜から構成されている、磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 3 ,
The pair of giant magnetoresistive elements are configured of a granular thin film having a linear portion extending in the second direction.
前記電気回路の電気抵抗値が極大となるように、前記磁界形成手段に対して前記電気回路が配置されている、磁気センサ。 The magnetic sensor according to any one of claims 1 to 4,
A magnetic sensor, wherein the electric circuit is arranged with respect to the magnetic field forming means so that the electric resistance value of the electric circuit is maximized.
前記第1方向に移動する少なくとも1つの凸部又は凹部を有する磁性体の動作の検出に適用される磁気センサ。 The magnetic sensor according to any one of claims 1 to 5,
A magnetic sensor applied to detecting the operation of a magnetic body having at least one convex portion or concave portion that moves in the first direction.
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