特開 2022-152037 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】P2022152037

(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】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021054652

(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

2G017CB01

(57)【要約】

【課題】微弱な磁界を磁場源から離れた位置で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、集磁面１１ａ，２１ａが互いに反対側を向くよう配置された磁性体１０，２０と、磁性体１０，２０間を通る磁束を検出する磁気検出部３０とを備える。これにより、磁性体１０の集磁面１１ａから集磁した磁束が磁気検出部３０を介して磁性体２０の集磁面２１ａを通ることから、空間に広がる磁界を効率良く集磁することができる。これにより、磁場源からの距離が離れていても、磁場の一様性が高い条件で集磁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】

集磁面が互いに反対側を向くよう配置された第１及び第２の磁性体と、
前記第１及び第２の磁性体間を通る磁束を検出する磁気検出部と、を備えることを特徴とする磁気センサ。

【請求項2】

前記第１の磁性体の前記集磁面と前記第２の磁性体の前記集磁面が互いに平行であ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】

前記集磁面は、第１の方向及び前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に延在し、
前記第１及び第２の磁性体は、前記磁気検出部と磁気結合する磁気結合部と、前記磁気結合部から前記第１の方向に延在し、前記集磁面を構成する集磁部とをそれぞれ含むことを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。

【請求項4】

前記第１及び第２の磁性体の前記集磁部は、前記磁気結合部から前記第１の方向の両側に延在することを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。

【請求項5】

前記第１及び第２の磁性体の前記集磁部は、前記磁気結合部から前記第２の方向に延在する部分を有することを特徴とする請求項３又は４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、微弱な磁界を磁場源から離れた位置から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、集磁体を磁場源に近づけることによって測定を行う必要があり、微弱な磁界を磁場源から離れた位置で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、微弱な磁界を磁場源から離れた位置で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、集磁面が互いに反対側を向くよう配置された第１及び第２の磁性体と、第１及び第２の磁性体間を通る磁束を検出する磁気検出部とを備えることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、第１の磁性体の集磁面から集磁した磁束が磁気検出部を介して第２の磁性体の集磁面を通ることから、空間に広がる磁界を効率良く集磁することができる。これにより、磁場源からの距離が離れていても、磁場の一様性が高い条件で集磁することが可能となる。

【0008】

本発明において、第１の磁性体の集磁面と第２の磁性体の集磁面が互いに平行であっても構わない。これによれば、第１及び第２の磁性体の集磁面を磁束に対して垂直とすることにより、微弱な磁界を感度良く検出することが可能となる。

【0009】

この場合、集磁面は、第１の方向及び第１の方向に対して垂直な第２の方向に延在し、第１及び第２の磁性体は、磁気検出部と磁気結合する磁気結合部と、磁気結合部から第１の方向に延在し、集磁面を構成する集磁部とをそれぞれ含むものであっても構わない。これによれば、集磁部のサイズを調整することによって集磁効率を調整することが可能となる。さらにこの場合、第１及び第２の磁性体の集磁部は、磁気結合部から第１の方向の両側に延在していても構わない。これによれば、集磁効率をより高めることが可能となる。また、第１及び第２の磁性体の集磁部は、磁気結合部から第２の方向に延在する部分を有していても構わない。この場合も、集磁効率をより高めることが可能となる。

【発明の効果】

【0010】

このように、本発明によれば、微弱な磁界を磁場源から離れた位置で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】

【0011】

【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り、（ａ）はｘｙ平面図、（ｂ）はｙｚ平面図である。

【図2】図２（ａ）は、磁気センサ１を用いた磁界の検出方法を説明するための模式図であり、図２（ｂ）はその拡大図である。

【図3】図３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略斜視図である。

【図4】図４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略斜視図である。

【図9】図９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。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

＜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り、（ａ）はｘｙ平面図、（ｂ）はｙｚ平面図である。

【0014】

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、検出対象となる磁界を集磁する集磁部１１，２１と、磁気検出部３０と磁気結合し、集磁した磁束を磁気検出部３０に印加する磁気結合部１２，２２をそれぞれ有している。

【0015】

集磁部１１はｙｚ平面を構成する集磁面１１ａとその反対側に位置する裏面１１ｂを有し、集磁部１２はｙｚ平面を構成する集磁面２１ａとその反対側に位置する裏面２１ｂを有する。集磁面１１ａ，２１ａは互いに反対側を向き、裏面１１ｂ，２１ｂは互いに向かい合っている。このように、集磁面１１ａ，２１ａは互いに平行である。磁気検出部３０は、磁性体１０の磁気結合部１２と磁性体２０の磁気結合部２２の間においてｘ方向に挟まれるように配置され、これにより磁性体１０の磁気結合部１２と磁性体２０の磁気結合部２２の間を通る磁束の向き及び強度を検出する。

【0016】

図２（ａ）は、磁気センサ１を用いた磁界の検出方法を説明するための模式図であり、図２（ｂ）はその拡大図である。

【0017】

図２に示すように、本実施形態による磁気センサ１は、磁場源Ａから離れた位置で磁束φを検出する。磁場源Ａから離れた位置においては、磁場源Ａの近傍と比べて磁束密度は低いものの、磁場の一様性が高い。このような一様性の高い磁束φを集磁面１１ａ，２１ａを用いて集磁し、集磁した磁束φを磁気検出部３０に印加する。これにより、磁場源Ａから離れた空間に広がる磁界を効率良く検出することが可能となる。

【0018】

このように、本実施形態による磁気センサ１は、互いに反対側を向いた集磁面１１ａ，２１ａを用いて空間に広がる磁界を集磁していることから、例えば、障害物の存在により磁場源Ａに近接させることが困難な場合であっても、微弱な磁界を磁場源Ａから離れた位置で検出することが可能となる。

【0019】

＜第２の実施形態＞
図３及び図４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略斜視図である。

【0020】

図３及び図４に示すように、第２の実施形態による磁気センサ２は、磁気検出部３０としてセンサチップが用いられているとともに、センサチップを搭載する基板４０と、基板４０及び磁性体２０を支持する支持体５０を備えている点において、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。

【0021】

基板４０はｘｚ面を主面とし、その主面に磁気検出部３０を構成するセンサチップと、磁性体１０の磁気結合部１２及び磁性体２０の磁気結合部２２ａ，２２ｂが載置される。磁性体２０は、磁気結合部２２ａ，２２ｂが２つに分割されている。支持体５０はｘｙ面を主面とし、主面に基板４０及び磁性体２０が支持される。

【0022】

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。

【0023】

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。センサチップの側面３６は、基板４０と向かい合う面である。

【0024】

磁性体１０の磁気結合部１２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方向に延在する領域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の磁気結合部２２ａ，２２ｂを構成する。磁気結合部２２ａ，２２ｂは、それぞれ磁性体層Ｍ２，Ｍ３の一部を覆う。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

図６及び図７において、符号１２で示す領域は磁性体１０の磁気結合部１２によって覆われる領域を示し、符号２２ａ，２２ｂで示す領域は磁性体２０の磁気結合部２２ａ，２２ｂ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の磁気結合部１２は磁性体層Ｍ１を覆い、磁性体２０の磁気結合部２２ａ，２２ｂは磁性体層Ｍ２，Ｍ３を覆う。

【0029】

このような構成により、磁性体１０の集磁面１１ａを介して集磁した磁束は、磁性体層Ｍ１～Ｍ３を介して磁性体２０の集磁面２１ａへと通る。そして、磁性体層Ｍ１～Ｍ３によって構成される磁気ギャップＧ１～Ｇ４に感磁素子Ｒ１～Ｒ４が配置されることから、磁場源Ａから離れた空間に広がる磁界を効率良く検出することが可能となる。

【0030】

＜第３の実施形態＞
図８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略斜視図である。

【0031】

図８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の集磁部１１，２１が磁気結合部１２，２２からｙ方向の両側に延在する点において、第２の実施形態による磁気センサ２と相違している。その他の基本的な構成は第２の実施形態による磁気センサ２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。

【0032】

図８に示す磁気センサ２が例示するように、磁性体１０，２０の集磁部１１，２１をｙ方向の両側に延在させれば、集磁面１１ａ，２１ａの面積が増大することから、磁場源Ａから離れた空間に広がる磁界をより高感度に検出することが可能となる。

【0033】

＜第４の実施形態＞
図９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。

【0034】

図９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の集磁部１１，２１が磁気結合部１２，２２からｙ方向だけでなく、ｚ方向にも延在する点において、第２の実施形態による磁気センサ２と相違している。その他の基本的な構成は第２の実施形態による磁気センサ２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。

【0035】

図９に示す磁気センサ４が例示するように、磁性体１０，２０の集磁部１１，２１のｚ方向における幅を拡大すれば、集磁面１１ａ，２１ａの面積が増大することから、磁場源Ａから離れた空間に広がる磁界をより高感度に検出することが可能となる。

【0036】

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】

【0037】

１～４ 磁気センサ
１０，２０ 磁性体
１１，２１ 集磁部
１１ａ，２１ａ 集磁面
１１ｂ，２１ｂ 裏面
１２，２２，２２ａ，２２ｂ 磁気結合部
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 基板
５０ 支持体
Ａ 磁場源
Ｇ１～Ｇ４ 磁気ギャップ
Ｍ１～Ｍ３，Ｍ１１，Ｍ２１，Ｍ３１，Ｍ１２，Ｍ２２，Ｍ３２ 磁性体層
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】