JPH09105630A

JPH09105630A - 地磁気方位センサ

Info

Publication number: JPH09105630A
Application number: JP26307295A
Authority: JP
Inventors: Toshio Aizawa; 俊雄相澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-10-11
Filing date: 1995-10-11
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化を進めても、高い出力、高い方位精度
を得ることが可能な地磁気方位センサを提供する。【解決手段】所定のギャップをもって配された複数の
強磁性体コアと、上記ギャップ内における磁界方向に対
して略直交するように配された磁気抵抗効果素子とを備
えた地磁気方位センサにおいて、上記磁気抵抗効果素子
の長手方向の長さを、上記ギャップの長手方向の長さよ
りも長くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
を用いた地磁気方位センサに関するものであり、特に強
磁性体コアと磁気抵抗効果素子とを組み合わせて高感度
化を図った新規な地磁気方位センサに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、カラー陰極線管において、電子
銃から出射された電子ビームの軌道が、地磁気によって
曲げられ、蛍光面上でのビーム到達位置、すなわちラン
ディング位置が変化することがある。特に高精細度陰極
線管においては、ランディング位置の余裕度が小さいた
めに、前記ランディング位置の変化が色純度の劣化等の
問題を引き起こしてしまう。これを補正するために、通
常、陰極線管にはランディング補正コイルが取り付けら
れており、このランディング補正コイルに地磁気の方位
に応じて自動的にランディング補正に必要な最適電流を
流すことにより、電子ビームの軌道を補正して、ミスラ
ンディングを防止するようにしている。ここで、ランデ
ィング補正に際しては、当然の事ながら、地磁気の方位
を正確に検出する必要があり、このために、地磁気の方
位を検出する地磁気方位センサが使用されている。

【０００３】また、地磁気方位センサは、従来から用い
られてきた磁石式の方位計、すなわち磁気コンパスの代
替として、携帯型の方位計としても使用されている。

【０００４】このように地磁気方位センサは様々な用途
に使用されるが、その代表的な構造としては、いわゆる
フラックスゲート型のものと、磁気抵抗効果型のものが
知られている。

【０００５】フラックスゲート型地磁気方位センサは、
例えば、図２３に示すように、パーマロイコア１０１に
電気信号出力用コイル１０２と励磁用コイル１０３を巻
回してなるものであり、地磁気を前記パーマロイコア１
０１で集束し、これを電気信号出力用コイル１０２によ
って検出するような構造とされている。

【０００６】このようなフラックスゲート型地磁気方位
センサでは、励磁用コイル１０３によって交流バイアス
磁界をパーマロイコア１０１中に発生させ、このバイア
ス磁界が反転したときに発生するパルス状の電圧を信号
として検出する。ここで、このパルス状電圧の電圧値
は、地磁気の方位によって変化するので、このパルス状
電圧を検出することにより、地磁気の方位が検出される
こととなる。

【０００７】しかしながら、このフラックスゲート型地
磁気方位センサは、コイルによって地磁気を電気信号に
変換するため、感度を上げるためには、電気信号出力用
コイル１０２の巻き数を極めて多くしたり、地磁気の集
束効果を高めるためにパーマロイコア１０１の形状を大
きくする必要がある。したがって、フラックスゲート型
地磁気方位センサは、小型化や低価格化が難しかった。

【０００８】一方、磁気抵抗効果型地磁気方位センサ
は、例えば、図２４に示すように、４つの磁気抵抗効果
素子１１１が形成されたセンサチップ１１０を空芯コイ
ル１１２の中に挿入し、この空芯コイル１１２によって
各磁気抵抗効果素子１１１に対して４５゜方向の交流バ
イアス磁界Ｈ_Bを印加してなるものである。この等価回
路を図２５に示す。そして、地磁気方位センサとして使
用する場合には、図２４に示した構造のものを空芯コイ
ル１１２の巻回方向が互いに直交するように１組使用す
る。

【０００９】このような磁気抵抗効果型地磁気方位セン
サは、磁気抵抗効果素子を使用しているため、小型化し
てもフラックスゲート型地磁気方位センサに比べて高い
感度が得られるが、０．３ガウス程度の微弱な磁気であ
る地磁気の方位を検出するには不十分であった。

【００１０】また、このような磁気抵抗効果型地磁気方
位センサでは、センサチップ１１０上の磁気抵抗効果素
子１１１に対して４５゜方向のバイアス磁界Ｈ_Bを加え
ているため、また、感度向上のために磁気抵抗効果曲線
を無理に急峻なものとしているために、磁気抵抗効果素
子１１１の磁気抵抗効果特性にヒステリシスが生じてし
まう。そのため、このような磁気抵抗効果型地磁気方位
センサでは、磁気抵抗効果特性のヒステリシスを解消す
るために複雑な信号処理用回路を設ける必要があった
り、±１０゜程度の方位精度しか得られない等の問題が
あった。

【００１１】以上のように、従来の地磁気方位センサ
は、感度の点で不満を残しており、また、小型化や低価
格化を進めることも難しかった。

【００１２】そこで、近年、所定のギャップをもって配
された複数の強磁性体コアと、上記ギャップ内における
磁界方向に対して略直交するようにギャップ内に配され
た複数の磁気抵抗効果素子とを備えたタイプの地磁気方
位センサが提案されている。この地磁気方位センサで
は、地磁気を強磁性体コアで集束して大きな磁束密度に
変換した上で磁気抵抗効果素子によって検出するため、
上述のフラックスゲート型地磁気方位センサや磁気抵抗
効果型地磁気方位センサに比べて高い感度を得ることが
できる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
地磁気方位センサに用いられる磁気抵抗効果素子の磁気
抵抗効果特性は、地磁気方位センサの出力や精度を向上
させる上で、非常に重要な要件である。そして、一般に
磁気抵抗効果素子は、磁場中成膜を行うことにより、そ
の磁気抵抗効果特性を向上することができる。すなわ
ち、一般の磁気抵抗効果素子では、成膜時にＤＣ磁界を
印加しておき、これにより、異方性を付けて磁気抵抗効
果特性の改善を図っている。

【００１４】しかし、地磁気方位センサでは、地磁気の
方位を検出するために、複数の磁気抵抗効果素子を向き
が異なるようにして配置する必要があるので、上述のよ
うな磁場中成膜によって磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効
果特性を向上させることができない。

【００１５】そこで、地磁気方位センサでは、磁気抵抗
効果素子のパターン形状を改良することにより、磁気抵
抗効果特性を改善している。すなわち、地磁気方位セン
サでは、磁気抵抗効果素子の線幅に対する長さの比、す
なわちアスペクト比を大きくして、形状異方性を付ける
ことにより、磁気抵抗効果特性を向上させている。ここ
で、アスペクト比が小さく、磁気抵抗効果素子の形状異
方性が不十分であると、磁気抵抗効果特性が悪くなって
しまったり、また、各磁気抵抗効果素子の特性にばらつ
きが生じてしまったりするため、高方位精度を得ること
が困難になってしまう。

【００１６】ところで、磁気抵抗効果素子のアスペクト
比を大きくするには、地磁気方位センサが大型のときに
は磁気抵抗効果素子の長さを長くすればよい。しかし、
通常、地磁気方位センサには小型化が望まれるため、磁
気抵抗効果素子の線幅を細くすることにより、アスペク
ト比を大きくしている。しかし、磁気抵抗効果素子は、
線幅を細くすると、磁気抵抗効果素子に加わる磁界の変
化に対する抵抗の変化率（以下、抵抗変化微分値と称す
る。）が小さくなってしまうという現象、すなわち、い
わゆるＨｋが大きくなるという現象が生じる。そのた
め、磁気抵抗効果素子の線幅を細くしたときに、線幅の
太い磁気抵抗効果素子を用いたときと同レベルの出力が
得られるようにするには、バイアス磁界の強さをより大
きくする必要があった。このように、従来の地磁気方位
センサでは、小型化する際には、バイアス磁界の強さを
大きくする必要があり、また、バイアス磁界の強さを大
きくしても高い出力を得ることができなかった。

【００１７】そこで本発明はこのような従来の実情に鑑
みて提案されたものであり、小型化を進めても、高い出
力、高い方位精度を得ることが可能な地磁気方位センサ
を提供することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに完成された本発明に係る地磁気方位センサは、所定
のギャップをもって配された複数の強磁性体コアと、上
記ギャップ内における磁界方向に対して略直交するよう
に配された磁気抵抗効果素子とを備えた地磁気方位セン
サであって、上記磁気抵抗効果素子の長手方向の長さ
を、上記ギャップの長手方向の長さよりも長くしたこと
を特徴とするものである。

【００１９】この地磁気方位センサでは、磁気抵抗効果
素子の長手方向の長さを、ギャップの長手方向の長さよ
りも長くしているので、磁気抵抗効果素子の線幅を細く
することなく、磁気抵抗効果素子のアスペクト比を大き
くすることができる。

【００２０】上記地磁気方位センサにおいては、少なく
とも１つの強磁性体コアに励磁用コイルを設け、この励
磁用コイルに電流を供給して、磁気抵抗効果素子にバイ
アス磁界を印加することが好ましい。このようにバイア
ス磁界を印加することにより、磁気抵抗効果素子を、感
度が高く且つ直線性（リニアリティ）の良いところで使
用することができる。なお、磁気抵抗効果素子に印加す
るバイアス磁界は交流であっても直流であってもよく、
したがって、励磁用コイルに供給する電流は交流であっ
ても直流であってもよい。

【００２１】ここで、上記磁気抵抗効果素子に高周波の
交流バイアス磁界を印加したときには、低周波の方位信
号を、高周波の交流信号に重畳した電気信号として取り
出すことができるため、磁気抵抗効果素子の特性等に起
因して発生するオフセットや温度ドリフト等のノイズ成
分を、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）等を用いた回路処理
によって取り除くことができ、方位情報を高精度に得る
ことができる。

【００２２】なお、上記地磁気方位センサにおいて、磁
気抵抗効果素子は、互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向
での出力を得るために、少なくとも、互いに直交するよ
うに２つ設けられる。好ましくは、等角度間隔、すなわ
ち９０゜間隔で４つの磁気抵抗効果素子を配置する。

【００２３】一方、強磁性体コアは、例えば、磁気抵抗
効果素子の配置に応じて等角度間隔（例えば９０゜間
隔）に、各強磁性体コア間にギャップを有し、且つ強磁
性体コア全体で閉磁路を構成するように、周方向に配列
する。このとき、強磁性体コアの配列状態は、９０゜回
転させても対称となる構造とすることが好ましく、具体
的には例えば、正方形状、或は円環状に配列する。ここ
で、強磁性体コアは、パーマロイ、珪素鋼板、又は各種
ソフトフェライト等のような高透磁率且つ高飽和磁束密
度を有する軟磁性材（いわゆるソフト材）からなること
が好ましく、バイアス磁界の印加と地磁気の集束に利用
される。

【００２４】ところで、磁気抵抗効果素子は、その使用
環境の温度変化によって出力値に変動が生じる場合があ
る。そこで、上記地磁気方位センサは、磁気抵抗効果素
子の温度変化による出力変動を抑止するための温度特性
補正用磁気抵抗効果素子を備えていることが好ましい。
ここで、温度特性補正用磁気抵抗効果素子は、励磁用コ
イルによって生じるバイアス磁界による影響が受けない
ように、励磁用コイルを有していない強磁性体コアの近
傍に設けた方がよい。このように温度特性補正用磁気抵
抗効果素子を設けることにより、出力の安定化が図ら
れ、高出力、高方位精度が実現される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。

【００２６】本発明を適用した地磁気方位センサの基本
構造の一例を図１に示す。この図１に示すように、本実
施の形態に係る地磁気方位センサは、フェライトやパー
マロイ等からなる４つの強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，
Ｋ₃，Ｋ₄を備えている。ここで、これらの強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄は、それぞれ互いに成す角度
が９０゜となるように、且つそれぞれの間に所定幅のギ
ャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄を形成するように、略正
方形状に組み合わされて基板上に配されている。

【００２７】ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄が形成さ
れたこれらの強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の上
部には、各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄の位置に対
応するように４つの磁気抵抗効果素子Ｍ₁，Ｍ₂，
Ｍ₃，Ｍ₄が配置されたセンサチップ２が設置されてい
る。ここで、各磁気抵抗効果素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ
₄の長さは、各磁気抵抗効果素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ
₄に対応した各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄の長さ
よりも長く形成される。このように、各磁気抵抗効果素
子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄の長さを、各磁気抵抗効果素
子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄に対応した各ギャップＧ₁，
Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄の長さよりも長くすると、磁気抵抗効
果素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄の線幅を細くすることな
く、磁気抵抗効果素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄のアスペ
クト比を大きくとることが可能となる。

【００２８】そして、このセンサチップ２上には、地磁
気方位センサを外部の電気回路とリフロー方式にて結合
させるためのリードフレームが設置されている。なお、
図１では、地磁気方位センサの主要部である各強磁性体
コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄及びセンサチップ２のみを
図示しており、基板やリードフレーム等については省略
している。

【００２９】上記強磁性体コアＫ₁の平面図を図２に示
すと共に、その側面図を図３に示す。この強磁性体コア
Ｋ₁ は、パーマロイ等の軟磁気特性を有する強磁性体か
らなり、図２及び図３に示すように、翼様の左右対称形
状を成している。この強磁性体コアＫ₁の右翼部ａ及び
左翼部ｂには、この強磁性体コアＫ₁ を基板上に設置す
る際の位置決めに使用される基準孔ｅ，ｆがそれぞれ設
けられている。そして、これら右翼部ａと左翼部ｂの中
央部ｃは、略コ字形状に屈曲されており、この屈曲した
部分がコイルを巻回するための巻線部ｄとなっている。

【００３０】そして、他の強磁性体コアＫ₂，Ｋ₃，Ｋ
₄も、図２及び図３に示した強磁性体コアＫ₁と同一の
材質及び形状とされている。ただし、強磁性体コア
Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄のうち、互いに対抗するように
配される一対の強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂には、巻線部ｄ
に励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂が巻回されている。

【００３１】ここで、巻線部ｄは上記の如く屈曲構造と
なっているので、励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂が巻回されて
も、励磁用コイルＣ₁ ，Ｃ₂ が強磁性体コアＫ₁ ，Ｋ₂
の上面から盛り上がるようなことはない。したがって、
上述のように強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄上に
センサチップを配置したとき、センサチップ２は、強磁
性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄に密着するように配置
される。そして、このようにセンサチップ２を強磁性体
コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄に密着するように配置する
ことにより、励磁用コイルＣ₁ ，Ｃ₂ からのバイアス磁
界が各磁気抵抗効果素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄に効率
よく印加されるので、各磁気抵抗効果素子Ｍ₁，Ｍ₂，
Ｍ₃，Ｍ₄を効率よく励磁することが可能となる。

【００３２】また、励磁用コイルＣ₁ ，Ｃ₂ が強磁性体
コアＫ₁ ，Ｋ₂ の上面から盛り上がるようなことがな
く、センサチップ２が強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，
Ｋ₄に密着するように配置されるので、この地磁気方位
センサでは、４つの強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ
₄を、正確に位置決めして配置することができる。した
がって、この地磁気方位センサでは、各強磁性体コアＫ
₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の間に形成される各ギャップ
Ｇ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄の位置を正確に定めることが可
能であり、これらのギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄の
中心位置のばらつきを抑制することができる。

【００３３】以上のような強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ
₃，Ｋ₄が配される基板の平面図を図４に示すと共に、
その側面図を図５に示す。これら図４及び図５に示すよ
うに、基板１は、中央に形成された十字形状の溝部１２
と、十字形状の溝部１２の周囲に形成された８本の位置
決めピン１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１
１ｆ，１１ｇ，１１ｈ、４つの位置決め枠１３ａ，１３
ｂ，１３ｃ，１３ｄ、４本の端子ピン１４ａ，１４ｂ，
１４ｃ，１４ｄ、８本の線材規制ピン１５ａ，１５ｂ，
１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ、及
び８本のリードフレーム規制ピン１６ａ，１６ｂ，１６
ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ，１６ｈとを備え
ている。

【００３４】ここで、十字形状の溝部１２は、各強磁性
体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄を設置する際に強磁性体
コアＫ₁，Ｋ₂に設けられた励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂を
収容するためのものである。

【００３５】また、上記位置決めピン１１ａ〜１１ｈ
は、各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の位置を定
めるためのものである。すなわち、位置決めピン１１ａ
〜１１ｈは、各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄を
配置する際に、各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄の間
隙が同一となるようにすると共に、各ギャップＧ₁，Ｇ
₂，Ｇ₃，Ｇ₄の中心位置を正確に定めるためのもので
ある。

【００３６】また、上記位置決め枠１３ａ〜１３ｄは、
センサチップ２のセンサーセンシングパターンのセンタ
ーと、各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄のセンターと
の位置を規制するためのものであり、上記端子ピン１４
ａ〜１４ｄは、励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂の巻線端末を絡
げるためのものであり、上記線材規制ピン１５ａ〜１５
ｈは、巻線端末を絡げる際に線材が各強磁性体コア
Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の上を跨らないようにするため
のものである。ただし、本実施の形態に係る地磁気方位
センサにおいて、これらの線材規制ピンのうち、実際に
線材の規制に使用するのは線材規制ピン１５ａ，１５ｂ
及び線材規制ピン１５ｅ，１５ｆだけであり、他の４本
の線材規制ピン１５ｃ，１５ｄ及び線材規制ピン１５
ｇ，１５ｈは使用しない。

【００３７】そして、上記リードフレーム規制ピン１６
ａ〜１６ｈは、センサチップ２上にリードフレームを設
置する際に位置決めを行うためのものである。ここで、
これらのリードフレーム規制ピン１６ａ〜１６ｈは、そ
れぞれ位置決めピン１１ａ〜１１ｈ上に一体成形されて
いる。

【００３８】このような基板１上に強磁性体コアＫ₁，
Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄を介して配置されるセンサチップ２に
は、図６に示すように、基板１に対向する側の面に形成
された４つの磁気抵抗効果素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄
と、同様に基板１に対向する側の面に形成された４つの
温度特性補正用磁気抵抗効果素子Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ
₈とが設けられている。

【００３９】ここで、各磁気抵抗効果素子Ｍ₁，Ｍ₂，
Ｍ₃，Ｍ₄は、センサチップ２の下部に配される強磁性
体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄によって形成される各ギ
ャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄にそれぞれ対応するよう
に設けられている。すなわち、センサチップ２を強磁性
体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄上に配することにより、
各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄の位置に各磁気抵抗
効果素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄がそれぞれ配される。
ここで、センサチップ２には、これらの磁気抵抗効果素
子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄と外部電極とを接続するため
の電極部が表裏８箇所に設けられている。

【００４０】一方、温度特性補正用磁気抵抗効果素子Ｍ
₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈は、２つの温度特性補正用磁気抵
抗効果素子Ｍ₅，Ｍ₆が互いに平行に強磁性体コアＫ₃
の中央部に対応する位置に配されており、他の２つの温
度特性補正用磁気抵抗効果素子Ｍ₇，Ｍ₈が互いに平行
に強磁性体コアＫ₄の中央部に対応する位置に配されて
いる。ここで、温度特性補正用磁気抵抗効果素子Ｍ₅，
Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈は、励磁用コイルが巻回されていない
方の強磁性体コアＫ₃，Ｋ₄の中央部に対応する位置に
配されるので、これらの温度特性補正用磁気抵抗効果素
子Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈は励磁用コイルによって生じ
るバイアス磁界による影響が受けることがない。

【００４１】このようなセンサチップ２上に配されるリ
ードフレーム３について、平面図を図７に示すと共に、
図７中の一点鎖線Ａ−Ａ’における断面図を図８に示
す。このリードフレーム３は、地磁気方位センサを外部
の電気回路とリフロー方式にて結合させるためのもので
あり、図７及び図８に示すように、基板１上に設けられ
たリードフレーム規制ピン１６ａ〜１６ｈとそれぞれ嵌
合して固定するための８つの係合部２１ａ，２１ｂ，２
１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈを有し
ている。なお、このリードフレーム３は、地磁気方位セ
ンサの電気回路への組み込みを面実装方式によって行う
場合には不要である。

【００４２】ところで、上記センサチップ２に設けられ
た磁気抵抗効果素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄は、Ｘ軸方
向検出用の２つの磁気抵抗効果素子Ｍ₁，Ｍ₃と、これ
と直交するＹ軸方向検出用の２つの磁気抵抗効果素子Ｍ
₂，Ｍ₄とに分類される。そして、各磁気抵抗効果素子
₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄には、センサチップ２に設けられ
た温度特性補正用磁気抵抗効果素子Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，
Ｍ₈がそれぞれ直列に接続されている。

【００４３】ここで、温度特性補正用磁気抵抗効果素子
Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈は、磁気抵抗効果素子Ｍ₁，Ｍ
₂，Ｍ₃，Ｍ₄の中点電位等の温度特性を補正するため
のものである。そして、上述したように、温度特性補正
用磁気抵抗効果素子Ｍ₅，Ｍ₆が強磁性体コアＫ₃の中
央部に対応する位置に配され、温度特性補正用磁気抵抗
効果素子Ｍ₇，Ｍ₈が強磁性体コアＫ₄の中央部に対応
する位置に配されており、これらの温度特性補正用磁気
抵抗効果素子Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈が、強磁性体コア
Ｋ₁，Ｋ₂に設けられた励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂から発
生するバイアス磁界の影響を受けないようにされてい
る。

【００４４】以上のような地磁気方位センサを作製する
際は、先ず、整列巻が可能な巻線機を用いて強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂に５０ターン程度の巻線を施す。なお、地
磁気方位センサとして、繰り返し方位精度のみが重要で
あるときには、１つの強磁性体コアのみに１００ターン
程度の巻線を施すようにしてもよい。

【００４５】次に、４つの強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ
₃，Ｋ₄を、各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の
基準孔ｅ，ｆが基板１の位置決めピン１１ａ〜１１ｈに
それぞれ対応するように、基板１上に配する。そして、
加圧治具を用いて、これらの強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，
Ｋ₃，Ｋ₄に圧力を加え、位置決めピン１１ａ〜１１ｈ
を強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の基準孔ｅ，ｆ
に圧入する。これにより、図９、及び図９中の一点鎖線
Ｂ−Ｂ’における断面図である図１０に示すように、強
磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄が基板１上に固定さ
れる。

【００４６】次に、強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂に設けられ
た励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂の巻線端末の線材をそれぞれ
線材規制ピン１５ａ，１５ｂ及び線材規制ピン１５ｅ，
１５ｆを介して端子ピン１４ａ〜１４ｄに絡げ、半田付
けにより固定する。

【００４７】次に、図１１、及び図１１中の一点鎖線Ｃ
−Ｃ’における断面図である図１２に示すように、セン
サチップ２を基板１上の位置決め枠１３ａ〜１３ｄに対
応するように配した上で加圧挿入する。これにより、強
磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄を挟んで、基板１上
にセンサチップ２が固定される。

【００４８】次に、図１３、及び図１３中の一点鎖線Ｄ
−Ｄ’における断面図である図１４に示すように、リー
ドフレーム３を基板１のリードフレーム規制ピン１６ａ
〜１６ｈに嵌合し圧入することにより、リードフレーム
３をセンサチップ２上に固定する。

【００４９】最後に、センサチップ２の電極部とリード
フレーム３とを半田付けにより固定すると共に、センサ
チップ２及び基板１に接着剤を塗布して硬化させ確実に
固定して、地磁気方位センサが完成する。

【００５０】上述のような構成を有する地磁気方位セン
サの等価回路を図１５に示す。すなわち、この地磁気方
位センサにおいて、Ｘ軸方向検出用の２つの磁気抵抗効
果素子Ｍ₁，Ｍ₃は、温度特性補正用磁気抵抗効果素子
Ｍ₅，Ｍ₇と共にブリッジを構成している。そして、こ
のブリッジからの出力は、差動アンプＡ₁に入力され、
この差動アンプＡ₁によって差動が取られて、Ｘ軸方向
の地磁気の強さを示す信号であるＸ出力が出力される。
同様に、Ｙ軸方向検出用の２つの磁気抵抗効果素子
Ｍ₂，Ｍ₄は、温度特性補正用磁気抵抗効果素子Ｍ₆，
Ｍ₈と共にブリッジを構成している。そして、このブリ
ッジからの出力は、差動アンプＡ₂に入力され、この差
動アンプＡ₂によって差動が取られて、Ｙ軸方向の地磁
気の強さを示す信号であるＹ出力が出力される。

【００５１】ここで、地磁気検出用の磁気抵抗効果素子
Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄には、定電位電源Ｖ_CCが接続さ
れており、センス電流Ｉ_Bが供給される。また、強磁性
体コアＫ₁，Ｋ₂に巻回された励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂
により、Ｘ軸方向検出用の磁気抵抗効果素子Ｍ₁と磁気
抵抗効果素子Ｍ₃には１８０゜方位の異なるバイアス磁
界（Ｈ_B及び−Ｈ_B）が印加され、同様にＹ軸方向検出用
の磁気抵抗効果素子Ｍ₂と磁気抵抗効果素子Ｍ₄にも１
８０゜方位の異なるバイアス磁界（Ｈ_B及び−Ｈ_B）が印
加される。

【００５２】ところで、以上のような地磁気方位センサ
に使用される磁気抵抗効果素子は、次のような特徴を持
っている。

【００５３】（１）磁界の強度により抵抗値が変化す
る。

【００５４】（２）弱い磁界を感知する能力に優れてい
る。

【００５５】（３）抵抗値変化を電気信号として取り出
すことができる。

【００５６】そして、この地磁気方位センサでは、この
ような磁気抵抗効果素子の特徴を利用して地磁気による
磁気信号を電気信号に変換する。そこで、以下、このよ
うな磁気抵抗効果素子による磁気信号の電気信号への変
換について説明する。

【００５７】図１６は、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効
果特性曲線の一例を示すものである。この図１６におい
て、横軸は磁気抵抗効果素子に垂直に加わる磁界の強さ
を示しており、縦軸は磁気抵抗効果素子の抵抗値の変
化、あるいは磁気抵抗効果素子に直流電流を流した場合
の出力電圧の変化を示している。この図１６に示すよう
に、磁気抵抗効果素子の抵抗値は、磁界が零のときに最
大となり、大きな磁界（磁気抵抗効果素子のパターン形
状等にもよるが１００〜２００ガウス程度）を印加した
ときに約３％小さくなる。

【００５８】ここで、磁気抵抗効果素子からの出力のＳ
／Ｎ（出力電圧振幅）及び歪率を向上させるためには、
図１６に示すように、バイアス磁界Ｈ_Bが必要となる。
そして、本実施の形態に係る地磁気方位センサでは、先
にも述べたように、このようなバイアス磁界Ｈ_B を、強
磁性体コアＫ₁，Ｋ₂に励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂を巻回
し、この励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂にバイアス電流Ｉ_Bを
流すことによって与えている。ここで、上述したよう
に、Ｘ軸方向検出用の一方の磁気抵抗効果素子Ｍ₁に印
加されるバイアス磁界の方向と、Ｘ軸方向検出用の他方
の磁気抵抗効果素子Ｍ₃に印加されるバイアス磁界の方
向とは、逆方向、すなわち１８０゜方位が異なる方向と
されている。同様に、Ｙ軸方向検出用の一方の磁気抵抗
効果素子Ｍ₂に印加されるバイアス磁界の方向と、Ｙ軸
方向検出用の他方の磁気抵抗効果素子Ｍ₄に印加される
バイアス磁界の方向とも、逆方向、すなわち１８０゜方
位が異なる方向とされている。

【００５９】このとき、地磁気信号Ｈ_Eが入ってくる
と、例えばＸ軸方向検出用の磁気抵抗効果素子Ｍ₁及び
Ｍ₃に加わる磁界の強さは以下のようになる。

【００６０】磁気抵抗効果素子Ｍ₁に加わる磁界の強さ＝Ｈ_B＋Ｈ_E 磁気抵抗効果素子Ｍ₃に加わる磁界の強さ＝−Ｈ_B＋Ｈ_E したがって、交流バイアス磁界を印加とすると、Ｘ軸方
向検出用の一方の磁気抵抗効果素子Ｍ₁に印加される磁
界は、図１６中の線Ａで示すように変化し、この磁界の
変化が、図１６中の線Ｂで示すように電圧変化として出
力される。一方、Ｘ軸方向検出用の他方の磁気抵抗効果
素子Ｍ₃に印加される磁界は、図１６中の線Ｃで示すよ
うに変化し、この磁界の変化が、図１６中の線Ｄで示す
ように電圧変化として出力される。そして、この磁気抵
抗効果素子Ｍ₁からの出力、すなわち図１６中の線Ｂで
示される電圧変化と、磁気抵抗効果素子Ｍ₃からの出
力、すなわち図１６中の線Ｄで示される電圧変化との出
力差Ｌが、差動信号として取り出され、この差動信号が
Ｘ出力として出力される。また、Ｙ軸方向検出用の磁気
抵抗効果素子Ｍ₂，Ｍ₄からも同様にＹ出力が出力され
る。

【００６１】ここで、Ｘ出力は、地磁気Ｈ_Eの方位θに
依存しており、Ｈ_Eｓｉｎθに比例して変化する。同様
に、Ｙ出力も、地磁気Ｈ_Eの方位θに依存しており、Ｈ
_Eｃｏｓθに比例して変化する。したがって、横軸に方
位θをとって出力電位をプロットすると、Ｘ出力及びＹ
出力は図１７に示すようなものとなる。

【００６２】したがって、これらＸ出力及びＹ出力か
ら、地磁気の方位θを算出することができる。すなわ
ち、Ｘ出力とＹ出力の比Ｘ／Ｙは、これらの出力がＨ_E
ｓｉｎθ、Ｈ_Eｃｏｓθに比例することから、下記式
（１）に示すように、ｔａｎθで表わすことができる。

【００６３】Ｘ／Ｙ＝Ｈ_Eｓｉｎθ／Ｈ_Eｃｏｓθ＝ｔａｎθ ・・・（１）したがって、地磁気の方位θは、下記式（２）で表され
る。

【００６４】θ＝ｔａｎ^-1（Ｘ／Ｙ）・・・（２）ただし、上記式（２）において、Ｘ≧０のときは、０≦
θ≦１８０゜であり、Ｘ＜０のときは、１８０゜＜θ＜
３６０゜である。

【００６５】こうして、本実施の形態に係る地磁気方位
センサでは、地磁気Ｈ_Eによる磁気信号が電気信号に変
換され、地磁気Ｈ_Eの方位θが検出される。

【００６６】つぎに、本実施の形態に係る地磁気方位セ
ンサに使用される強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄
による地磁気集束原理について説明する。

【００６７】図１８に、フェライトやパーマロイ等から
なる強磁性体コアＫが地磁気にどのような影響を与える
のかを模式的に図示した。この図１８に示すように、強
磁性体は空気中に比べて磁気抵抗が小さいため、地磁気
は強磁性体コアＫに吸い寄せられるように曲げられ、強
磁性体コアＫ中を通って再び外へ出る。したがって、上
記強磁性体コアＫは、地磁気による磁束を集束し、大き
な磁束密度に変換する。すなわち、本実施の形態に係る
地磁気方位センサでは、強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，
Ｋ₃，Ｋ₄が地磁気によって磁化されて集束ホーンとし
て機能し、その結果、ギャップＧ₁ ，Ｇ₂ ，Ｇ₃ ，Ｇ₄
に大きな磁界が発生する。

【００６８】ここで、本実施の形態に係る地磁気方セン
サでは、強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂に励磁用コイルＣ₁，
Ｃ₂を巻回し、この励磁用コイルＣ₁ ，Ｃ₂ に電流を流
すことによって磁気抵抗効果素子Ｍ₁ ，Ｍ₂ ，Ｍ₃ ，Ｍ
₄ にバイアス磁界を印加しているが、この強磁性体コア
Ｋ₁ ，Ｋ₂ は、上述のように地磁気の集束ホーンとして
も機能する。したがって、本実施の形態に係る地磁気方
センサでは、空心コイルやマグネットを使用してバイア
ス磁界を印加するタイプの地磁気方位センサに比べて、
より大きな出力が得られ、感度を向上することができ
る。

【００６９】図１９は、円形の強磁性体コアを用いた場
合に地磁気がどのように各磁気抵抗効果素子Ｍ₁，
Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄に伝わるかを示したものであり、各磁
気抵抗効果素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄に磁気信号とし
て印加される地磁気の総量は、各磁気抵抗効果素子
Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄から強磁性体コアＫの中心を通
る地磁気Ｈ_EOに垂直に引いた線の長さに相当する。すな
わち、Ｘ軸方向検出用の磁気抵抗効果素子Ｍ₁，Ｍ₃に印
加される地磁気の総量は、ｒｓｉｎθとなり、Ｙ軸方向
検出用の磁気抵抗効果素子Ｍ₂，Ｍ₄に印加される地磁気
の総量は、ｒｃｏｓθとなる。したがって、これら地磁
気の総量に基づいて出力される地磁気方位センサからの
Ｘ出力及びＹ出力により、先の計算式に従って地磁気Ｈ
_Eの方位θが算出される。

【００７０】なお、図２０に示すように強磁性体コアが
正方形の場合にも同様であり、強磁性体コアの中心点を
回転中心として９０゜回転させたときに対称となる形状
であれば、いずれの場合にも同様の出力を得ることがで
きる。

【００７１】ところで、従来の地磁気方位センサでは、
小型化する際に、磁気抵抗効果素子のアスペクト比を維
持するために、磁気抵抗効果素子の線幅を細くしてい
た。しかし、磁気抵抗効果素子の線幅を細くすると、磁
気抵抗効果素子のＨｋが増大し、抵抗変化微分値が小さ
くなってしまっていた。そのため、従来の地磁気方位セ
ンサでは、小型化すると、磁気抵抗効果素子からの出力
が低下してしまい、これを補うためにはバイアス磁界を
増加させる必要あった。

【００７２】これに対して、上述したように、本実施の
形態に係る地磁気方位センサでは、磁気抵抗効果素子の
長さを、磁気抵抗効果素子に対応したギャップの長さよ
りも長くしているので、地磁気方位センサを小型化して
ギャップの長さが短くなっても、磁気抵抗効果素子の線
幅を細くすることなく、磁気抵抗効果素子のアスペクト
比を大きくとることが可能となる。したがって、本実施
の形態に係る地磁気方位センサでは、小型化を図って
も、バイアス磁界を増加させることなく、高い出力が得
られる。

【００７３】ここで、アスペクト比が７５で線幅が１０
μｍの磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果特性曲線、及び
アスペクト比が７５で線幅が２０μｍの磁気抵抗効果素
子の磁気抵抗効果特性曲線の一例を図２１に示す。この
図２１において、横軸は、励磁用コイルに供給されるバ
イアス電流の値であり、磁気抵抗効果素子に印加される
磁界の大きさを表しており、縦軸は、磁気抵抗効果素子
の抵抗変化率である。また、アスペクト比が７５で線幅
が１０μｍの磁気抵抗効果素子の抵抗変化微分値特性曲
線、及びアスペクト比が７５で線幅が２０μｍの磁気抵
抗効果素子の抵抗変化微分値特性曲線の一例を図２２に
示す。この図２２において、横軸は、励磁用コイルに供
給されるバイアス電流の値であり、磁気抵抗効果素子に
印加される磁界の大きさを表しており、縦軸は、磁気抵
抗効果素子の抵抗変化微分値である。

【００７４】図２１及び図２２から明らかなように、ア
スペクト比が同じでも線幅が細くなると、磁気抵抗効果
素子としての性能が低下することが分かる。したがっ
て、磁気抵抗効果素子の線幅を細くすることなく、磁気
抵抗効果素子のアスペクト比を大きくとることが可能な
本実施の形態に係る地磁気方位センサでは、小型化を図
っても、磁気抵抗効果素子の性能を高く維持することが
可能であり、高い出力が得られる。

【００７５】なお、本実施の形態に係る地磁気方位セン
サで使用される温度特性補正用磁気抵抗効果素子は、地
磁気を検出する素子としては機能しないので、線幅を細
くすることによってアスペクト比を大きくしても、地磁
気方位センサとしての性能を低下させるようなことはな
い。

【００７６】以上、本発明を適用した実施の形態につい
て説明してきたが、当然の事ながら、本発明は本実施の
形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で形状、材質、寸法等を任意に変更することが
可能である。

【００７７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る地磁気方位センサでは、更なる小型化を進めて
も、磁気抵抗効果素子の線幅を細くすることなく、アス
ペクト比を大きくすることが可能であり、高い感度及び
高い方位精度を得ることができる。したがって、本発明
によれば、小型化や低価格化が容易で、且つ実用的な高
い感度及び高い方位精度を有する地磁気方位センサを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した地磁気方位センサの一例につ
いて、その主要部を模式的に示す平面図である。

【図２】上記地磁気方位センサの強磁性体コアを模式的
に示す平面図である。

【図３】上記地磁気方位センサの強磁性体コアを模式的
に示す側面図である。

【図４】上記地磁気方位センサの基板を模式的に示す平
面図である。

【図５】上記地磁気方位センサの基板を模式的に示す側
面図である。

【図６】上記地磁気方位センサのセンサチップを模式的
に示す平面図である。

【図７】上記地磁気方位センサのリードフレームを模式
的に示す平面図である。

【図８】図７中の一点鎖線Ａ−Ａ’における断面図であ
る。

【図９】基板上に強磁性体コアが固定された状態を模式
的に示す平面図である。

【図１０】図９中の一点鎖線Ｂ−Ｂ’における断面図で
ある。

【図１１】強磁性体コアが固定された基板上にセンサチ
ップが固定された状態を模式的に示す平面図である。

【図１２】図１１中の一点鎖線Ｃ−Ｃ’における断面図
である。

【図１３】強磁性体コア及びセンサチップが固定された
基板上にリードフレームが固定された状態を模式的に示
す平面図である。

【図１４】図１３中の一点鎖線Ｄ−Ｄ’における断面図
である。

【図１５】図１に示した地磁気方位センサの等価回路図
である。

【図１６】磁気抵抗効果素子からの出力を説明するため
の図である。

【図１７】出力電圧と方位との関係を示す特性図であ
る。

【図１８】強磁性体コアによる地磁気の集束を示す模式
図である。

【図１９】円形コアを用いた場合に、各磁気抵抗効果素
子に印加される地磁気の総量を示す模式図である。

【図２０】正方形コアを用いた場合に、各磁気抵抗効果
素子に印加される地磁気の総量を示す模式図である。

【図２１】磁気抵抗効果特性曲線に対する磁気抵抗効果
素子の線幅の影響を示す特性図である。

【図２２】抵抗変化微分値特性曲線に対する磁気抵抗効
果素子の線幅の影響を示す特性図である。

【図２３】従来のフラックスゲート型地磁気方位センサ
を模式的に示す平面図である。

【図２４】従来の磁気抵抗効果型地磁気方位センサを模
式的に示す平面図である。

【図２５】図２４に示した磁気抵抗効果型地磁気方位セ
ンサの等価回路図である。

【符号の説明】

Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄ 磁気抵抗効果素子Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈ 温度特性補正用の磁気抵抗効
果素子Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄ 強磁性体コアＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄ ギャップＣ₁，Ｃ₂ 励磁用コイル１基板２センサチップ３リードフレーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のギャップをもって配された複数の
強磁性体コアと、上記ギャップ内における磁界方向に対
して略直交するように配された磁気抵抗効果素子とを備
えた地磁気方位センサにおいて、上記磁気抵抗効果素子の長手方向の長さを、上記ギャッ
プの長手方向の長さよりも長くしたことを特徴とする地
磁気方位センサ。
【請求項２】略直交する少なくとも一対の磁気抵抗効
果素子を有することを特徴とする請求項１記載の地磁気
方位センサ。
【請求項３】前記強磁性体コアが軟磁気特性を有する
強磁性体からなることを特徴とする請求項１記載の地磁
気方位センサ。
【請求項４】少なくとも１つの強磁性体コアに励磁用
コイルが設けられており、この励磁用コイルに電流を供
給することにより、前記ギャップ内に配された磁気抵抗
効果素子にバイアス磁界を印加することを特徴とする請
求項１記載の地磁気方位センサ。
【請求項５】前記磁気抵抗効果素子の温度変化による
出力変動を抑止するための温度特性補正用磁気抵抗効果
素子を備えていることを特徴とする請求項１記載の地磁
気方位センサ。