(57)【要約】【課題】検出対象物の検出精度を向上させると共に十分な出力を得ることができる磁気センサを提供する。【解決手段】この磁気センサ１は、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、対向するように基部２０に設けられた第１の脚部２１及び第２の脚部２２を有する第１の磁石２と、第１の脚部２１と第２の脚部２２とに挟まれた領域に設けられた第２の磁石４と、磁性体６の接近及び離脱により、第１の磁石２と第２の磁石４とにより形成された磁場が変化する挟まれた領域２５の外側で、かつ第１の脚部２１の端面２１１が下、第２の脚部２２の端面２２１が上に位置する場合において、左右の少なくともいずれかの領域に配置された磁気センサ素子と、を備えて概略構成されている。【選択図】図１
2014102181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向するように基部に設けられた第１の脚部及び第２の脚部を有する第１の磁石と、
前記第１の脚部と前記第２の脚部とに挟まれた領域に設けられた第２の磁石と、
検出対象物の接近及び離脱により、前記第１の磁石と前記第２の磁石とにより形成された磁場が変化する前記挟まれた領域の外側で、かつ前記第１の脚部の端面が下、前記第２の脚部の端面が上に位置する場合において、左右の少なくともいずれかの領域に配置された磁気センサ素子と、
を備えた磁気センサ。
【請求項２】
前記第２の磁石は、
前記第１の脚部と前記第２の脚部の間の中央に位置する仮想的な平面を境として、前記第１の脚部側又は前記第２の脚部側に配置される請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１の磁石は、
前記第１の脚部及び前記第２の脚部の先端部が第１の磁極であり、前記先端部の反対側の前記基部の端部が前記第１の磁極と異なる第２の磁極であり、
前記第２の磁石は、
前記仮想的な平面側が、前記第１の磁極であり、その反対側が前記第２の磁極である請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１の磁石は、
前記第１の脚部及び前記第２の脚部の先端部が第１の磁極であり、前記先端部の反対側の前記基部の端部が前記第１の磁極と異なる第２の磁極であり、
前記第２の磁石は、
前記第１の脚部の端面が下、前記第２の脚部の端面が上に位置する場合において、左右に磁極が分かれている請求項２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、磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、対向して配置され、かつ、被検出対象と対向する部位の磁極が同一の一対のバイアス磁石と、一対のバイアス磁石を連結し、各バイアス磁石と磁極の向きが同一の補助磁石と、一対のバイアス磁石間に配置され、複数の磁気抵抗素子を有するセンサチップと、を備えた磁気センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この磁気センサは、被検出対象と対向する各バイアス磁石及び補助磁石の着磁面が、面一になっているため、各バイアス磁石及び補助磁石から発生する磁場の強度のばらつきをなくすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１９６９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の磁気センサは、各バイアス磁石及び補助磁石により、磁気抵抗素子の周辺が反発し合う同一の磁極により囲まれているので、被検出対象の接近により被検出対象に磁場が向かい、磁気抵抗素子が検出する磁場の磁気ベクトルの大きさが小さくなって、出力が小さくなる可能性がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、検出対象物の検出精度を向上させると共に十分な出力を得ることができる磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、対向するように基部に設けられた第１の脚部及び第２の脚部を有する第１の磁石と、第１の脚部と第２の脚部とに挟まれた領域に設けられた第２の磁石と、検出対象物の接近及び離脱により、第１の磁石と第２の磁石とにより形成された磁場が変化する挟まれた領域の外側で、かつ第１の脚部の端面が下、第２の脚部の端面が上に位置する場合において、左右の少なくともいずれかの領域に配置された磁気センサ素子と、を備えた磁気センサを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、検出対象物の検出精度を向上させると共に十分な出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサの斜視図であり、（ｂ）は、磁気センサと磁性体とを側面から見た側面図、（ｃ）及び（ｄ）は、第２の磁石の着磁の方向を説明するための概略図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態に係る磁気センサの第１の磁石及び第２の磁石が形成する磁場の磁気ベクトルの概略図であり、（ｃ）は、配置領域を説明するための磁気センサの側面図であり、（ｄ）は、配置領域を説明するための磁気センサの正面図であり、（ｅ）は、第１の磁気センサ素子及び第２の磁気センサ素子の回路図であり、（ｆ）は、第１の磁気センサ素子及び第２の磁気センサ素子に基づく出力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態の要約）
実施の形態に係る磁気センサは、対向するように基部に設けられた第１の脚部及び第２の脚部を有する第１の磁石と、第１の脚部と第２の脚部とに挟まれた領域に設けられた第２の磁石と、検出対象物の接近及び離脱により、第１の磁石と第２の磁石とにより形成された磁場が変化する挟まれた領域の外側で、かつ第１の脚部の端面が下、第２の脚部の端面が上に位置する場合において、左右の少なくともいずれかの領域に配置された磁気センサ素子と、を備える。
【００１１】
磁気センサは、挟まれた領域に第２の磁石が配置されることから、検出対象物の接近及び離脱による磁場の磁気ベクトルの方向の変化が大きく、また磁気ベクトルの大きさの変化が小さい配置領域（左右の少なくともいずれかの領域）を作ることができるので、この配置領域に磁気センサ素子を配置することで、検出対象物の検出精度を向上させると共に十分な出力を得ることができる。
【００１２】
[実施の形態]
（磁気センサ１の構成）
図１（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサの斜視図であり、（ｂ）は、磁気センサと磁性体とを側面から見た側面図、（ｃ）及び（ｄ）は、第２の磁石の着磁の方向を説明するための概略図である。なお、実施の形態に係る各図において、描かれた画像と画像の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１３】
磁気センサ１は、例えば、検出対象物の接近及び離脱に基づく磁場の変化を電気信号として出力するように構成されている。本実施の形態に係る検出対象物は、例えば、磁性体６である。この磁性体６は、図１（ｂ）に矢印に示すように、磁気センサ１に接近及び離脱するように構成されている。
【００１４】
この磁気センサ１は、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、対向するように基部２０に設けられた第１の脚部２１及び第２の脚部２２を有する第１の磁石２と、第１の脚部２１と第２の脚部２２とに挟まれた領域に設けられた第２の磁石４と、磁性体６の接近及び離脱により、第１の磁石２と第２の磁石４とにより形成された磁場が変化する挟まれた領域２５の外側で、かつ第１の脚部２１の端面２１１が下、第２の脚部２２の端面２２１が上に位置する場合において、左右の少なくともいずれかの領域に配置された磁気センサ素子と、を備えて概略構成されている。
【００１５】
この磁気センサ素子は、例えば、第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２を備えて概略構成されている。なお、磁気センサ素子は、上述の左右の少なくともいずれかの領域に、一つの磁気センサ素子が配置される構成であっても良い。この左右の少なくともいずれかの領域とは、後述する配置領域５５及び配置領域５６である。
【００１６】
（第１の磁石２の構成）
図２（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態に係る磁気センサの第１の磁石及び第２の磁石が形成する磁場の磁気ベクトルの概略図であり、（ｃ）は、配置領域を説明するための磁気センサの側面図であり、（ｄ）は、配置領域を説明するための磁気センサの正面図であり、（ｅ）は、第１の磁気センサ素子及び第２の磁気センサ素子の回路図であり、（ｆ）は、第１の磁気センサ素子及び第２の磁気センサ素子に基づく出力を示すグラフである。
【００１７】
図２（ａ）及び（ｂ）は、第１の脚部２１及び第２の脚部２２の中央に位置する仮想的な平面２ａにおける磁気ベクトル３をシミュレーションした結果を示している。この平面２ａは、図２（ｃ）に一点鎖線で示した仮想の平面である。図２（ａ）及び（ｂ）では、紙面の手前側が第２の脚部２２であり、紙面の向こう側が第１の脚部２１である。また図２（ａ）は、磁性体６が検出されない程度に磁気センサ１から離れている場合の磁気ベクトル３を示している。図２（ｂ）は、磁性体６が検出される程度に磁気センサ１に接近している場合の磁気ベクトル３を示している。この磁気ベクトル３は、例えば、磁場の平面２ａの成分であり、長さは、磁気ベクトル３の大きさに比例している。
【００１８】
また図２（ｆ）は、縦軸が第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２に基づいて得られた出力（ｍＶ）であり、横軸が磁性体６と磁気センサ１との距離（ｍｍ）である。
【００１９】
第１の磁石２は、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石等の永久磁石を所望の形状に成形したもの、又は、フェライト系、ネオジム系、サマコバ系、サマリウム鉄窒素系等の磁性体材料と、合成樹脂材料と、を混合して所望の形状に成形したものである。
【００２０】
この第１の磁石２の基部２０は、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、四角柱形状を有している。この基部２０には、例えば、貫通孔２４が形成されている。貫通孔２４は、第１の脚部２１及び第２の脚部２２が設けられた内面２０３から後面２０１に貫通するように設けられている。
【００２１】
貫通孔２４は、一例として、後面２０１側又は内面２０３側から磁気センサＩＣ（Integrated Circuit）を挿入するために形成されたものである。この磁気センサＩＣとは、例えば、第１の磁気センサ素子５１、第２の磁気センサ素子５２、及び制御回路等が樹脂により封止されたものである。なお第１の磁石２は、貫通孔２４を備えない構成であっても良い。
【００２２】
第１の脚部２１及び第２の脚部２２は、例えば、細長い四角柱形状を有している。第２の磁石４が配置される領域２５には、第１の脚部２１の内面２１２、第２の脚部２２の内面２２２、及び基部２０の内面２０３が面している。
【００２３】
第１の磁石２は、例えば、図１（ｂ）に示すように、第１の脚部２１及び第２の脚部２２の先端部２１０及び先端部２２０が第１の磁極であり、先端部２１０及び先端部２２０の反対側の基部２０の端部２００が第１の磁極と異なる第２の磁極である。なお、第１の磁極が、Ｎ極である場合は、第２の磁極がＳ極となり、第１の磁極が、Ｓ極である場合は、第２の磁極がＮ極となる。本実施の形態では、一例として、第１の磁極をＮ極、第２の磁極をＳ極としている。
【００２４】
（第２の磁石４の構成）
第２の磁石４は、図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、第１の脚部２１と第２の脚部２２の間の中央に位置する仮想的な平面２ａを境として、第１の脚部２１側又は第２の脚部２２側に配置される。本実施の形態では、第２の磁石４は、第２の脚部２２側に配置されている。
【００２５】
この第２の磁石４は、例えば、四角柱形状を有している。第２の磁石４は、図１（ｃ）及び図２（ｃ）に示すように、仮想的な平面２ａ側が、第１の磁極であり、その反対側が第２の磁極である。図２（ｃ）では、第２の磁石４の第１の側面４１をＮ極、第１の側面４１の反対側の第２の側面４２をＳ極として図示している。
【００２６】
なお、変形例として、第２の磁石４は、例えば、図１（ｄ）及び図２（ｄ）に示すように、第１の脚部２１の端面２１１が下、第２の脚部２２の端面２２１が上に位置する場合において、左右に磁極が分かれている。この場合、第２の磁石４の磁極は、左右の一方が第１の磁極となり、他方が第２の磁極となり、逆でも良い。図２（ｄ）では、第２の磁石４の第３の側面４３をＮ極、第３の側面４３の反対側の第４の側面４４をＳ極として図示している。
【００２７】
ここで、仮想的な平面２ａでは、第１の脚部２１の磁場と、第２の脚部２２の磁場と、が反発し合い、磁気ベクトルの大きさが大きくなっている。さらに、この第２の磁石４が、第１の脚部２１の端面２１１と第２の脚部２２の端面２２１との中央に一致するように配置されることにより、図２（ａ）及び（ｂ）の中央近傍の磁気ベクトル３を変化させるので、第２の磁石４の磁場の影響を主に受けた領域の外の領域における磁気ベクトル３の変化が大きくなっている。この領域が、磁気センサ素子を配置するのに適した領域、つまり配置領域５５及び配置領域５６である。
【００２８】
（第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２の構成）
第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２は、例えば、磁気センサ１に対する磁性体６の接近及び離脱により変化する、磁場に基づく磁気ベクトル３の向きの変化を検出して電気信号を出力するように構成されている。
【００２９】
本実施の形態に係る第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２は、一例として磁気抵抗素子５０ａと磁気抵抗素子５０ｂとを直列に接続したハーフブリッジ回路５０を含んで構成されている。磁気抵抗素子５０ａ及び磁気抵抗素子５０ｂは、例えば、図２（ｅ）に示すように、磁気ベクトルの向きの変化に応じて磁気抵抗が変化する感磁部５００が直交するように配置されている。
【００３０】
なお、第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２の構成は、例えば、磁気抵抗素子５０ａ及び磁気抵抗素子５０ｂにより形成されるハーフブリッジ回路に限定されず、それぞれがフルブリッジ回路を有する構成であっても良い。この場合、磁気センサ１は、冗長性を備えた二重系の磁気センサとして構成される。
【００３１】
この磁気抵抗素子５０ａ及び磁気抵抗素子５０ｂは、一例として、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ等の強磁性体金属を主成分とした膜を用いて形成される。磁気ベクトルが作用していない場合の磁気抵抗素子５０ａ及び磁気抵抗素子５０ｂの抵抗値は、等しいものとする。
【００３２】
磁気抵抗素子５０ａは、例えば、図２（ｅ）に示すように、一方端部には基準電圧Ｖｃｃが印加され、他方端部が磁気抵抗素子５０ｂと電気的に接続されている。また磁気抵抗素子５０ｂは、例えば、図２（ｅ）に示すように、一方端部が磁気抵抗素子５０ａの他方端部と電気的に接続され、他方端部が接地回路に電気的に接続されている。この磁気抵抗素子５０ａ及び磁気抵抗素子５０ｂからは、中間電位が電気信号として出力される。ここで、第１の磁気センサ素子５１から出力される中間電位は、Ｖ１と記載し、第２の磁気センサ素子５２から出力される中間電位は、Ｖ２と記載するものとする。
【００３３】
第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２は、一例として、図２（ａ）及び（ｂ）示すように、磁石２の先端２３から少し外側に出た領域に配置される。また第１の磁気センサ素子５１のハーフブリッジ回路５０は、一例として、図２（ａ）及び（ｂ）に示す先端２３を投影した直線と、感磁部５００と、が４５°となり、また磁気抵抗素子５０ａと磁気抵抗素子５０ｂとの接続点が、図２（ａ）及び（ｂ）の紙面左方向に向くように配置される。また、第２の磁気センサ素子５２のハーフブリッジ回路５０は、例えば、第１の磁気センサ素子５２のハーフブリッジ回路５０と同じ方向で配置される。なお、ハーフブリッジ回路５０の向きは、上記の例に限定されない。また先端２３は、図１（ｂ）に一点鎖線で示し、それを投影したものが、図２（ａ）及び（ｂ）に示す先端２３である。
【００３４】
このように配置されることで、第１の磁気センサ素子５１が検出する磁気ベクトル３と、第２の磁気センサ素子５２が検出する磁気ベクトル３と、が、図２（ａ）及び（ｂ）の紙面に描かれた図に対して実質的に対称となる。しかし、磁気センサ１は、第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２のハーフブリッジ回路５０が同じ向きに配置されるので、磁気抵抗素子５０ａ及び磁気抵抗素子５０ｂが同じ磁気抵抗となる場合以外は、中間電位Ｖ１及び中間電位Ｖ２が異なる値となる。
【００３５】
磁気センサ１は、例えば、この中間電位Ｖ１及び中間電位Ｖ２を出力するように構成されている。磁気センサ１が電気的に接続された外部装置は、一例として、この中間電位Ｖ１及び中間電位Ｖ２から差分値を算出する。図２（ｆ）は、この算出された差分値をグラフ化したものである。外部装置は、一例として、図２（ｆ）に示すように、磁石２と磁性体６との距離が、ａ（ｍｍ）以下となった場合、つまり、差分値がゼロ（ｍＶ）以下となった場合、磁性体６を検出したと判定するように構成されている。なお、磁気センサ１は、差分値を算出して出力する構成であっても良い。
【００３６】
第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、磁性体６の接近及び離脱により、磁気ベクトル３の向きが大きく変化する領域に配置されることが好ましい。また、第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２は、第１の脚部２１と第２の脚部２２の間の仮想的な平面２ａの成分が大きい磁気ベクトル３が存在する領域に配置されることが好ましい。さらに、第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２は、配置位置のずれに影響され難いように、磁気ベクトルの向きが揃っている領域で、かつ配置位置がずれてもその領域に含まれるように、広い領域であることが好ましい。
【００３７】
上述の条件に合う領域は、一例として、図２（ａ）〜（ｄ）において一点鎖線で示す配置領域５５及び配置領域５６である。この配置領域５５及び配置領域５６は、対称の位置にある。この配置領域５５及び配置領域５６は、図２（ａ）及び（ｂ）に示す図の中央近傍の磁気ベクトルが変化する領域よりも大きい領域である。従って、第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２は、この配置領域５５及び配置領域５６に配置されることで、位置ずれに起因する検出精度の低下を抑制することが可能となる。
【００３８】
この磁気ベクトル３の変化は、第１の脚部２１及び第２の脚部２２の間に第２の磁石４が配置されたことが、影響している。例えば、第２の磁石４が配置されていない場合、第１の脚部２１の端面２１１、及び第２の脚部２２の端面２２１から湧き出した磁力線は、基部２０の後面２０１に吸い込まれる。この際、図２（ａ）に示す図の中央から左上、右上方向に向く磁気ベクトルが生じる。
【００３９】
一方、本実施の形態では、第２の磁石４が、配置されているので、図２（ａ）の図の中央近傍の磁場を上、左右方向に変形させている。従って、磁気センサ１は、第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２が配置される領域における磁気ベクトルの変化が、第２の磁石４が配置されない場合と比べて、大きくなるので、検出精度を向上させることが可能となる。なお、磁気ベクトルの変化は、配置位置が、図２（ｄ）の紙面の上下方向に移動しても大きく変わらない。従って、配置領域５５及び配置領域５６は、上下方向にも幅を持った領域となっている。
【００４０】
以下に、本実施の形態に係る磁気センサ１の動作について説明する。
【００４１】
（動作）
磁気センサ１は、基準電圧Ｖｃｃが印加されると、第１の磁気センサ素子５１が検出する磁気ベクトル３に応じた中間電位Ｖ１、及び第２の磁気センサ素子５２が検出する磁気ベクトル３に応じた中間電位Ｖ２を出力する。
【００４２】
磁気センサ１に電気的に接続された外部装置は、この中間電位Ｖ１及び中間電位Ｖ２に基づいて差分値を算出し、磁性体６を検出しているか否かを判定する。
【００４３】
なお、磁気センサ１が、中間電位Ｖ１及び中間電位Ｖ２に基づいて差分値を出力する構成であっても良い。
【００４４】
（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る磁気センサ１は、挟まれた領域２５に第２の磁石４が配置されることから、磁性体６の接近及び離脱による磁場の磁気ベクトルの方向の変化が大きく、また磁気ベクトルの大きさの変化が小さい配置領域５５及び配置領域５６を作ることができるので、この配置領域５５及び配置領域５６に第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２を配置することで、磁性体６の検出精度を向上させると共に十分な出力を得ることができる。
【００４５】
磁気センサ１は、第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２の配置を可能とする配置領域５５及び配置領域５６が、中央近傍の配置が可能な領域と比べて大きいので、第１の磁石２と第１の磁気センサ素子５１及び第２の磁気センサ素子５２との位置ずれに起因する精度の低下を抑制することができる。
【００４６】
また磁気センサ１は、第１の磁石２及び第２の磁石４の着磁の方向を変えることにより、磁気センサ素子が検出する磁気ベクトルの変化量、及び磁束密度を大きくすることができるので、磁気センサ素子が出力する信号の振幅を大きくすることができる。
【００４７】
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４８】
１…磁気センサ
２…第１の磁石
２ａ…平面
３…磁気ベクトル
４…第２の磁石
６…磁性体
２０…基部
２１…第１の脚部
２２…第２の脚部
２３…先端
２４…貫通孔
２５…領域
４１〜４４…第１の側面〜第４の側面
５０…ハーフブリッジ回路
５０ａ…磁気抵抗素子
５０ｂ…磁気抵抗素子
５１…第１の磁気センサ素子
５２…第２の磁気センサ素子
５５…配置領域
５６…配置領域
２００…端部
２０１…後面
２０３…内面
２１０…先端部
２１１…端面
２１２…内面
２２０…先端部
２２１…端面
２２２…内面
５００…感磁部
【図１】
2014102181.tif 000003
【図２】
2014102181.tif 000004