特開 2022-152036 磁気センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022152036

(43)【公開日】2022-10-12

(54)【発明の名称】磁気センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/02 20060101AFI20221004BHJP

【ＦＩ】

G01R33/02 V

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021054651

(22)【出願日】2021-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(72)【発明者】

【氏名】悪七 泰樹

(72)【発明者】

【氏名】笠島 多聞

【テーマコード（参考）】

2G017

【Ｆターム（参考）】

2G017AA02

2G017AC07

2G017AD55

2G017BA09

2G017CB02

2G017CB10

2G017CB20

(57)【要約】

【課題】微小領域の磁束を検出可能な磁気センサを提供する。
【解決手段】磁気センサ１は、磁性体１０，２０と、磁性体１０の一端１１と磁性体２０の一端２１の間を通る磁束φを検出する磁気検出部３０とを備える。磁性体１０の他端１２と磁性体２０の他端２２は、互いに近接することにより検出プローブＰを構成する。このように、２つの磁性体１０，２０の先端が検出プローブＰを構成していることから、微小領域の磁束を検出することが可能となる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１及び第２の磁性体と、
前記第１の磁性体の一端と前記第２の磁性体の一端の間を通る磁束を検出する磁気検出部と、を備え、
前記第１の磁性体の他端と前記第２の磁性体の他端は、互いに近接することを特徴とする磁気センサ。

【請求項2】

前記第１の磁性体の前記他端と前記第２の磁性体の前記他端は、同一平面上に位置していることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。

【請求項3】

前記第１及び第２の磁性体は、前記他端に向かうにつれて断面積が小さくなる形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。

【請求項4】

前記第１の磁性体の前記他端側における延在方向と、前記第２の磁性体の前記他端側における延在方向が成す角度は、鈍角であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は磁気センサに関し、特に、微小領域の磁束を検出可能な磁気センサに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、棒状の磁性体を用いてセンサチップに磁束を集めることにより検出感度を高めた磁気センサが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許６６１０１７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の磁気センサは、比較的広範囲の磁束に対して感度を有することから、微小領域の磁束を検出することは容易ではなかった。

【0005】

したがって、本発明は、微小領域の磁束を検出可能な磁気センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明による磁気センサは、第１及び第２の磁性体と、第１の磁性体の一端と第２の磁性体の一端の間を通る磁束を検出する磁気検出部とを備え、第１の磁性体の他端と第２の磁性体の他端は、互いに近接することを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、２つの磁性体の先端が検出プローブを構成していることから、微小領域の磁束を検出することが可能となる。

【0008】

本発明において、第１の磁性体の他端と第２の磁性体の他端は、同一平面上に位置していても構わない。これによれば、検出対象物の平坦な表面に検出プローブを近づけやすくなる。

【0009】

本発明において、第１及び第２の磁性体は、他端に向かうにつれて断面積が小さくなる形状を有していても構わない。これによれば、検出プローブをより微細化することが可能となる。

【0010】

本発明において、第１の磁性体の他端側における延在方向と、第２の磁性体の他端側における延在方向が成す角度は、鈍角であっても構わない。これによれば、水平方向の磁束をより効率よく集磁することが可能となる。

【発明の効果】

【0011】

このように、本発明によれば、微小領域の磁束を検出可能な磁気センサを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態による磁気センサ１の構造を説明するための模式図である。

【図2】図２は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ２の構造を説明するための模式図である。

【図3】図３は、本発明の第３の実施形態による磁気センサ３の構造を説明するための模式図である。

【図4】図４は、本発明の第４の実施形態による磁気センサ４の構造を説明するための略斜視図である。

【図5】図５は、磁気検出部３０を構成するセンサチップと磁性体１０，２０を分離した状態を示す略分解斜視図である。

【図6】図６は、磁気検出部３０を構成するセンサチップの略平面図である。

【図7】図７は、図６のＢ－Ｂ線に沿った略断面図である。

【図8】図８は、本発明の第５の実施形態による磁気センサ５の構造を説明するための略斜視図である。

【図9】図９は、本発明の第６の実施形態による磁気センサ６の構造を説明するための略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

【0014】

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による磁気センサ１の構造を説明するための模式図である。

【0015】

図１に示すように、第１の実施形態による磁気センサ１は、磁性体１０，２０と磁気検出部３０とを備えている。磁性体１０，２０は、フェライトなどの高透磁率材料によって構成され、いずれもｙ方向を長手方向とする略棒状体である。磁気検出部３０は、磁性体１０の一端１１と磁性体２０の一端２１の間に配置され、これにより磁性体１０の一端１１と磁性体２０の一端２１の間を通る磁束φの向き及び強度を検出する。

【0016】

磁性体１０の他端１２と磁性体２０の他端２２は、互いに向かい合うようｘ方向に折り曲げられ、これにより互いに近接する検出プローブＰを構成する。検出プローブＰは、検出対象物Ａから生じる磁束を集磁する役割を果たす。検出対象物Ａは、例えば、磁性体１０の他端１２と磁性体２０の他端２２の間あるいはその近傍に配置される。これにより、検出対象物Ａから生じるｘ方向の磁束φが磁性体１０，２０によって集磁され、磁気検出部３０に印加される。つまり、検出プローブＰを介して磁性体１０，２０及び磁気検出部３０が磁気ループを構成することから、検出プローブＰの近傍に位置する検出対象物Ａから生じる磁束を高感度に検出することが可能となる。

【0017】

このように、本実施形態による磁気センサ１は、磁性体１０の他端１２と磁性体２０の他端２２が検出プローブＰを構成していることから、微小領域の磁束を高感度に検出することが可能となる。

【0018】

＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ２の構造を説明するための模式図である。

【0019】

図２に示すように、第２の実施形態による磁気センサ２は、磁性体１０の他端１２と磁性体２０の他端２２の間に樹脂などからなる非磁性体４０が配置されている点において、第１の実施形態による磁気センサ１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態による磁気センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0020】

非磁性体４０は、磁性体１０の他端１２と磁性体２０の他端２２に接着されており、これにより両者を位置決め固定する役割を果たす。このような非磁性体４０を用いれば、検出プローブＰのｘ方向における間隔が固定されるだけでなく、検出プローブＰの機械的強度を高めることが可能となる。

【0021】

＜第３の実施形態＞
図３は、本発明の第３の実施形態による磁気センサ３の構造を説明するための模式図である。

【0022】

図３に示すように、第３の実施形態による磁気センサ３は、磁性体１０，２０の断面積が検出プローブＰに向かうにつれて小さくなる形状を有する点において、第１の実施形態による磁気センサ１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態による磁気センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0023】

磁性体１０，２０をこのような形状とすれば、検出プローブＰの先端が微細化されるため、検出プローブＰの先端を検出対象物Ａに近づけやすくなるとともに、より微細な領域の磁束を検出することが可能となる。

【0024】

＜第４の実施形態＞
図４は、本発明の第４の実施形態による磁気センサ４の構造を説明するための略斜視図である。

【0025】

図４に示すように、第４の実施形態による磁気センサ４は、磁性体１０，２０がカギ型に折れ曲がった形状を有するとともに、磁気検出部３０としてセンサチップが用いられている点において、第３の実施形態による磁気センサ３と相違している。その他の基本的な構成は第３の実施形態による磁気センサ３と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0026】

磁性体１０は、一端１１から他端１２に向かって直角及び鈍角に２回折れ曲がる形状を有している。また、磁性体２０は、一端２１ａ，２１ｂが２つに分割され、且つ、一端２１ａ，２１ｂから他端２２に向かって直角及び鈍角に２回折れ曲がる形状を有している。検出プローブＰを構成する磁性体１０の他端１２と磁性体２０の他端２２は、いずれもｘｚ平面を構成し、且つ、同一平面上に位置している。これにより、検出プローブＰを検出対象物Ａのｘｚ平面に近づけやすくなるだけでなく、検出対象物Ａのｘｚ平面に接触させることも可能となる。

【0027】

また、本実施形態においては、磁性体１０の他端１２側における延在方向と、磁性体２０の他端２２側における延在方向が成す角度θが鈍角である。これにより、検出対象物Ａから生じるｘ方向の磁束をより効率よく集磁することが可能である。

【0028】

図５は、磁気検出部３０を構成するセンサチップと磁性体１０，２０を分離した状態を示す略分解斜視図である。

【0029】

図５に示すように、磁気検出部３０を構成するセンサチップは、ｙｚ面を構成する素子形成面３１及び裏面３２と、ｘｙ面を構成する側面３３，３４と、ｘｚ面を構成する側面３５，３６とを有している。センサチップの素子形成面３１上には、後述する感磁素子及び磁性体層Ｍ１～Ｍ３が形成されている。磁性体１０の一端１１を構成する部分はｘ方向を長手方向とする棒状体であり、そのｘ方向における一端１１は、磁性体層Ｍ１の一部を覆うよう素子形成面３１のｚ方向における略中央部に位置決めされている。磁性体２０は、ｘ方向を長手方向とする棒状の領域２３を有している。領域２３のセンサチップ側における端部は、２つに分割されてｘ方向に延在し、さらに互いに向かい合うようｚ方向に折れ曲がる形状を有している。ｚ方向に折れ曲がった部分は、磁性体２０の一端２１ａ，２１ｂを構成する。一端２１ａ，２１ｂは、それぞれ磁性体層Ｍ２，Ｍ３の一部を覆う。

【0030】

図６は磁気検出部３０を構成するセンサチップの略平面図であり、図７は図６のＢ－Ｂ線に沿った略断面図である。

【0031】

図６及び図７に示すように、センサチップの素子形成面３１には、４つの感磁素子Ｒ１～Ｒ４が形成されている。感磁素子Ｒ１～Ｒ４は、磁束の向きによって電気抵抗が変化する素子であれば特に限定されず、例えばＭＲ素子などを用いることができる。感磁素子Ｒ１～Ｒ４の固定磁化方向は、互いに同じ向き（例えばｚ方向におけるプラス側）に揃えられている。感磁素子Ｒ１～Ｒ４は絶縁層３７で覆われており、絶縁層３７の表面には、パーマロイなどからなる磁性体層Ｍ１～Ｍ３が形成されている。磁性体層Ｍ１～Ｍ３は絶縁層３８で覆われている。そして、磁性体層Ｍ１～Ｍ３のうち、ｙ方向における一方側（図７における上側）に位置する部分を磁性体層Ｍ１１，Ｍ２１，Ｍ３１と定義し、ｙ方向における他方側（図７における下側）に位置する部分を磁性体層Ｍ１２，Ｍ２２，Ｍ３２と定義した場合、平面視で（ｘ方向から見て）、感磁素子Ｒ１は磁性体層Ｍ１１と磁性体層Ｍ２１の間に位置し、感磁素子Ｒ２は磁性体層Ｍ１２と磁性体層Ｍ２２の間に位置し、感磁素子Ｒ３は磁性体層Ｍ１１と磁性体層Ｍ３１の間に位置し、感磁素子Ｒ４は磁性体層Ｍ１２と磁性体層Ｍ３２の間に位置している。これにより、磁気ギャップＧ１～Ｇ４を通過する磁界が感磁素子Ｒ１～Ｒ４に印加される。ここで、感磁素子Ｒ１，Ｒ２に印加される磁界の向きと、感磁素子Ｒ３，Ｒ４に印加される磁界の向きは、互いに１８０°異なることから、感磁素子Ｒ１～Ｒ４をブリッジ接続することにより、磁性体１０を介して印加される磁束の向き及び強度を検出することができる。

【0032】

但し、本発明において、各感磁素子Ｒ１～Ｒ４を２つの磁性体層間に配置することは必須でなく、２つの磁性体層からなる磁気ギャップＧ１～Ｇ４の近傍、つまり、磁気ギャップＧ１～Ｇ４によって形成される磁路上に各感磁素子Ｒ１～Ｒ４が配置されていれば足りる。また、磁気ギャップＧ１～Ｇ４の幅が感磁素子Ｒ１～Ｒ４の幅よりも広い必要はなく、磁気ギャップＧ１～Ｇ４の幅が感磁素子Ｒ１～Ｒ４よりも狭くても構わない。

【0033】

図６及び図７において、符号１１で示す領域は磁性体１０の一端１１によって覆われる領域を示し、符号２１ａ，２１ｂで示す領域は磁性体２０の一端２１ａ，２１ｂによって覆われる領域を示している。図６及び図７に示すように、磁性体１０の一端１１は磁性体層Ｍ１を覆い、磁性体２０の一端２１ａ，２１ｂは磁性体層Ｍ２，Ｍ３を覆う。

【0034】

このような構成により、検出プローブＰを介して磁性体１０，２０及び磁性体層Ｍ１～Ｍ３が磁気ループを構成し、磁気ループに含まれる磁気ギャップＧ１～Ｇ４に感磁素子Ｒ１～Ｒ４が配置されることから、検出プローブＰの近傍に位置する検出対象物Ａから生じる磁束を高感度に検出することが可能となる。

【0035】

＜第５の実施形態＞
図８は、本発明の第５の実施形態による磁気センサ５の構造を説明するための略斜視図である。

【0036】

図８に示すように、第５の実施形態による磁気センサ５は、磁性体１０，２０が鋭角に１回折れ曲がった形状を有している点において、第４の実施形態による磁気センサ４と相違している。その他の基本的な構成は第４の実施形態による磁気センサ４と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0037】

図８に示す磁気センサ５が例示するように、磁性体１０，２０を鋭角に１回折れ曲がった形状とすれば、全体のｙ方向におけるサイズを小型化することができる。

【0038】

＜第６の実施形態＞
図９は、本発明の第６の実施形態による磁気センサ６の構造を説明するための略斜視図である。

【0039】

図９に示すように、第６の実施形態による磁気センサ６は、磁性体１０が直角に１回折れ曲がった形状を有し、磁性体２０が直角及び鈍角に２回折れ曲がる形状を有している点において、第４の実施形態による磁気センサ４と相違している。その他の基本的な構成は第４の実施形態による磁気センサ４と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0040】

本実施形態においては、磁性体１０については、他端１２の近傍における断面積が一定であり、より単純な形状を有している。図９に示す磁気センサ６が例示するように、本発明において、磁性体１０，２０の形状は特に限定されない。

【0041】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0042】

１～６ 磁気センサ
１０，２０ 磁性体
１１，２１，２１ａ，２１ｂ 磁性体の一端
１２，２２ 磁性体の他端
２３ 領域
３０ 磁気検出部
３１ 素子形成面
３２ 裏面
３３～３６ 側面
３７，３８ 絶縁層
４０ 非磁性体
Ａ 検出対象物
Ｇ１～Ｇ４ 磁気ギャップ
Ｍ１～Ｍ３，Ｍ１１，Ｍ２１，Ｍ３１，Ｍ１２，Ｍ２２，Ｍ３２ 磁性体層
Ｐ 検出プローブ
Ｒ１～Ｒ４ 感磁素子
φ 磁束

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】