(57)【要約】【課題】センシングポイントにおける磁束密度の低下を抑制することができる磁気センサ装置及び磁性体を提供する。【解決手段】磁気センサ装置１は、磁場７５の変化を検出する磁気センサ３と、磁気センサ３が磁極と磁極の間に配置されたバイアス磁石７と、接近によりバイアス磁石７と対向する対向面８５がバイアス磁石７の磁極間の距離Ｌ以下となる幅Ｗを有すると共に、磁極間の距離Ｌよりも長い幅を有するものと比べて、バイアス磁石７の磁極と磁極に囲まれた内部領域７３の磁場７５を引き込む形状を有する磁性体８と、を備えて概略構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場の変化を検出する磁気センサと、
前記磁気センサが磁極と磁極の間に配置されたバイアス磁石と、
接近により前記バイアス磁石と対向する対向面が前記バイアス磁石の磁極間の距離以下となる幅を有すると共に、前記磁極間の距離よりも長い幅を有するものと比べて前記バイアス磁石の磁極と磁極に囲まれた領域の磁場を引き込む形状を有する磁性体と、
を備えた磁気センサ装置。
【請求項２】
前記対向面は、前記幅が前記磁極間の距離以下、前記磁極間の距離の半分以上である、
請求項１に記載の磁気センサ装置。
【請求項３】
前記対向面は、先端が鋭角形状を有する、
請求項１又は２に記載の磁気センサ装置。
【請求項４】
前記対向面は、凸状の曲面形状を有する、
請求項１又は２に記載の磁気センサ装置。
【請求項５】
接近によりバイアス磁石と対向する対向面が前記バイアス磁石の磁極間の距離以下となる幅を有すると共に、前記磁極間の距離よりも長い幅を有するものと比べて、前記バイアス磁石の磁極と磁極に囲まれた領域の磁場を引き込む形状を有する磁性体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサ装置及び磁性体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、磁気抵抗素子を有するセンシングチップと、該センシングチップの磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与する磁石と、を備え、磁石が扁平筒状の形状を有し、その中空部にセンシングチップが収容され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、センシングチップの近傍にて検出対象とする磁性体が運動するときに磁石から付与されるバイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して検出対象の運動態様を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１４７４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような磁気センサの中には、磁性体の接近によってセンシングチップの近傍の磁束密度が低下する領域が大きく、検出感度の低下を招く問題がある。
【０００６】
従って本発明の目的は、センシングポイントにおける磁束密度の低下を抑制することができる磁気センサ装置及び磁性体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、磁場の変化を検出する磁気センサと、磁気センサが磁極と磁極の間に配置されたバイアス磁石と、接近によりバイアス磁石と対向する対向面がバイアス磁石の磁極間の距離以下となる幅を有し、磁極間の距離よりも長い幅を有するものと比べて、バイアス磁石の磁極と磁極に囲まれた領域の磁場を引き込む磁性体と、を備えた磁気センサ装置を提供する。
【０００８】
また本発明の他の態様は、接近によりバイアス磁石と対向する対向面がバイアス磁石の磁極間の距離以下となる幅を有し、磁極間の距離よりも長い幅を有するものと比べて、バイアス磁石の磁極と磁極に囲まれた領域の磁場を引き込む磁性体を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、センシングポイントにおける磁束密度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の一例を示す要部断面図であり、図１（ｂ）は、磁気センサ装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置のバイアス磁石の一例を示す概略図であり、図２（ｂ）は、磁気センサ装置の第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの配置の一例を示す概略図である。
【図３】図３（ａ）は、比較例に係る磁性体の形状と低磁束密度領域の一例を示す要部断面図であり、図３（ｂ）は、他の比較例に係る磁性体の形状と低磁束密度領域の一例を示す要部断面図である。
【図４】図４（ａ）は、変形例１に係る磁性体の形状と低磁束密度領域の一例を示す要部断面図であり、図４（ｂ）は、変形例２に係る磁性体の形状と低磁束密度領域の一例を示す要部断面図である。
【図５】図５（ａ）は、変形例３に係る磁性体の形状と低磁束密度領域の一例を示す要部断面図であり、図５（ｂ）は、変形例４に係る磁性体の形状と低磁束密度領域の一例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態の要約）
実施の形態に係る磁気センサ装置は、磁場の変化を検出する磁気センサと、磁気センサが磁極と磁極の間に配置されたバイアス磁石と、接近によりバイアス磁石と対向する対向面がバイアス磁石の磁極間の距離以下となる幅を有し、磁極間の距離よりも長い幅を有するものと比べて、バイアス磁石の磁極と磁極に囲まれた領域の磁場を引き込む磁性体と、を備えて概略構成されている。
【００１２】
[実施の形態]
（磁気センサ装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の一例を示す要部断面図であり、図１（ｂ）は、磁気センサ装置の一例を示すブロック図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置のバイアス磁石の一例を示す概略図であり、図２（ｂ）は、磁気センサ装置の第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの配置の一例を示す概略図である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図１（ｂ）では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。
【００１３】
磁気センサ装置１は、例えば、図１（ａ）〜図２（ｂ）に示すように、磁場７５の変化を検出する磁気センサ３と、磁気センサ３が磁極と磁極の間に配置されたバイアス磁石７と、接近によりバイアス磁石７と対向する対向面８５がバイアス磁石７の磁極間の距離Ｌ以下となる幅Ｗを有し、磁極間の距離Ｌよりも長い幅を有するものと比べて、バイアス磁石７の磁極と磁極に囲まれた領域（内部領域７３）の磁場７５を引き込む磁性体８と、を備えて概略構成されている。
【００１４】
また対向面８５は、幅Ｗが磁極間の距離Ｌ以下、磁極間の距離の半分（Ｌ／２）以上である。
【００１５】
図１（ａ）に示す磁性体８の対向面８５の幅Ｗは、バイアス磁石７の貫通孔７２の幅（距離Ｌ）と同じである。また磁性体８は、第１の面７０側がＳ極、第２の面７１側がＮ極に着磁されている。なお磁性体８は、例えば、四角柱形状を有し、対向面８５が平面であるものとする。以下では、磁極間の距離を貫通孔７２の幅Ｌと記載する。
【００１６】
磁気センサ装置１は、例えば、検出対象の接近と離脱を検出するセンサである。この磁気センサ装置１は、一例として、接近をオン、離脱をオフとする非接触スイッチ装置、シートベルト装置のバックルの装着の検出装置などの電子機器に用いられるがこれに限定されない。
【００１７】
（磁気センサ３の構成）
磁気センサ３は、一例として、図１（ｂ）に示すように、第１の磁気センサ素子Ｒ１〜第４の磁気センサ素子Ｒ４を備えている。第１の磁気センサ素子Ｒ１及び第２の磁気センサ素子Ｒ２は、ハーフブリッジ回路である第１の磁気センサ４を構成している。また第３の磁気センサ素子Ｒ３及び第４の磁気センサ素子Ｒ４は、ハーフブリッジ回路である第２の磁気センサ５を構成している。
【００１８】
第１の磁気センサ素子Ｒ１〜第４の磁気センサ素子Ｒ４は、一例として、磁場７５が作用して抵抗値（磁気抵抗値）が変化する感磁部３０がＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの強磁性体金属を主成分とした膜を用いて形成される。磁場７５が作用していない場合の第１の磁気センサ素子Ｒ１〜第４の磁気センサ素子Ｒ４の抵抗値は、等しいものとする。
【００１９】
第１の磁気センサ素子Ｒ１及び第３の磁気センサ素子Ｒ３は、例えば、感磁部３０が図１（ｂ）の紙面の左右方向から時計回りに４５°傾いて等間隔で並んでいる。
【００２０】
第２の磁気センサ素子Ｒ２及び第４の磁気センサ素子Ｒ４は、例えば、感磁部３０が図１（ｂ）の紙面の左右方向から反時計回りに４５°傾いて等間隔で並んでいる。
【００２１】
第１の磁気センサ素子Ｒ１の一方端部は、第２の磁気センサ素子Ｒ２の一方端部と電気的に接続されている。また第１の磁気センサ素子Ｒ１の他方端部は、例えば、電源回路に電気的に接続され、基準電圧ＶＣＣが供給されている。また第２の磁気センサ素子Ｒ２の他方端部は、例えば、接地回路（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。第１の磁気センサ４は、第１の磁気センサ素子Ｒ１と第２の磁気センサ素子Ｒ２の中点電位Ｖ１を制御部６に出力する。
【００２２】
第３の磁気センサ素子Ｒ３の一方端部は、第４の磁気センサ素子Ｒ４の一方端部と電気的に接続されている。また第３の磁気センサ素子Ｒ３の他方端部は、例えば、電源回路に電気的に接続され、基準電圧ＶＣＣが供給されている。また第４の磁気センサ素子Ｒ４の他方端部は、例えば、接地回路（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。第２の磁気センサ５は、第３の磁気センサ素子Ｒ３と第４の磁気センサ素子Ｒ４の中点電位Ｖ２を制御部６に出力する。
【００２３】
制御部６は、入力した中点電位Ｖ１及び中点電位Ｖ２を作動増幅し、しきい値６０と比較することで検出対象に取り付けられた磁性体８の接近を判定する。
【００２４】
第１の磁気センサ４と第２の磁気センサ５とは、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、細長い基板２の両端に離れて配置され、センサチップ１０としてチップ化されている。なお図２（ｂ）に示すセンサ中心２３とは、第１の磁気センサ４と第２の磁気センサ５間の中心である。またセンシングポイントＰ４は、例えば、図１（ｂ）に示すように、第１の磁気センサ４の第１の磁気センサ素子Ｒ１及び第２の磁気センサ素子Ｒ２の素子中心３１を結んだ直線の中点である。さらにセンシングポイントＰ５は、例えば、図１（ｂ）に示すように、第２の磁気センサ５の第３の磁気センサ素子Ｒ３及び第４の磁気センサ素子Ｒ４の素子中心３１を結んだ直線の中点である。
【００２５】
（制御部６の構成）
制御部６は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部６が動作するためのプログラムと、しきい値６０と、が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。
【００２６】
しきい値６０は、例えば、図１（ａ）に示すように、磁性体８の接近を検出するために用いられるしきい値である。制御部６は、例えば、中点電位Ｖ１及び中点電位Ｖ２を差動増幅した電圧がしきい値６０以上となった場合、磁性体８を検出したと判定する。そして制御部６は、磁性体８を検出したことを示す検出情報Ｓを生成して接続された電子機器に出力する。
【００２７】
（バイアス磁石７の構成）
バイアス磁石７は、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石などの永久磁石、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などの磁性体材料と、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）などの合成樹脂材料と、を混合して所望の形状に成形したプラスチックマグネットである。
【００２８】
バイアス磁石７は、一例として、図２（ａ）に示すように、円柱形を有しているがこれに限定されず、Ｕ字形状などであっても良い。またバイアス磁石７は、第１の面７０側がＮ極、第２の面７１側がＳ極となるように着磁されているがＮ極とＳ極が逆であっても良い。バイアス磁石７は、Ｎ極から湧き出し、Ｓ極に吸い込まれる磁場７５を形成する。
【００２９】
バイアス磁石７は、第１の面７０から第２の面７１に貫通する貫通孔７２を有する。この貫通孔７２は、一例として、八角形形状を有し、対向する一対の辺が他の辺より長い形状を有しているがこの形状に限定されない。このバイアス磁石７は、例えば、図２（ａ）に示すように、貫通孔７２の長手方向をＸ軸、短手方向をＹ軸、ＸＹ軸に直交する方向をＺ軸とすると、磁気センサ装置１がＺ軸に沿って貫通孔７２内に配置される。
【００３０】
貫通孔７２には、例えば、図１（ａ）に示すように、磁性体８の接近によって磁束密度が低下する低磁束密度領域７４が発生する。この低磁束密度領域７４は、貫通孔７２内の磁場７５が磁性体８に引き寄せられることにより、第２の面７１側に生じる。
【００３１】
貫通孔７２の中央は、同じ磁極同士で反発し合うので、Ｚ軸に沿って磁束密度が低い状態となる。そこで磁気センサ３は、第１の磁気センサ４及び第２の磁気センサ５が中央より磁束密度が高い領域に位置するように離れている。
【００３２】
（磁性体８の構成）
磁性体８は、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの強磁性体金属を主成分として構成されている。この磁性体８は、例えば、図１（ａ）に示すように、磁気センサ装置１に接近する方向である矢印Ａ方向、及び離脱する方向である矢印Ｂ方向に移動可能に構成されている。
【００３３】
この磁性体８は、例えば、検出対象に取り付けられている。そして磁気センサ装置１は、この磁性体８を介して検出対象の接近と離脱を検出するように構成されている。
【００３４】
（磁性体８の形状と低磁束密度領域７４について）
図３（ａ）は、比較例に係る磁性体の形状と低磁束密度領域の一例を示す要部断面図であり、図３（ｂ）は、他の比較例に係る磁性体の形状と低磁束密度領域の一例を示す要部断面図である。まず図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照しながら比較例の一例について説明する。
【００３５】
・比較例の磁性体９ａ及び磁性体９ｂについて
図３（ａ）に示す比較例の磁性体９ａは、対向面９５ａの幅Ｗａが貫通孔７２の距離Ｌよりも、またバイアス磁石７の幅（直径）よりも長くなっている。
【００３６】
この比較例の磁場７５は、第２の面７１から湧き出した磁束が磁性体９ａに吸い込まれ、低磁束密度領域７４がＸ軸の左右に広がる。従ってこの比較例では、磁性体９ａの接近に伴って第１の磁気センサ４及び第２の磁気センサ５に作用する磁束密度が低下し、検出感度が低下する可能性がある。
【００３７】
図３（ｂ）に示す比較例の磁性体９ｂは、対向面９５ｂの幅Ｗｂが貫通孔７２の距離Ｌの幅の半分より狭くなっている（Ｗｂ＜Ｌ／２）。
【００３８】
この比較例の磁場７５は、第２の面７１から湧き出した磁束が磁性体９ｂに吸い込まれ、図３（ａ）の比較例と比べて、低磁束密度領域７４のＸ軸の左右の広がりが抑えられるものの幅が狭いため、磁束を十分引き付けられない。従ってこの比較例では、磁性体９ｂの接近に伴って第１の磁気センサ４及び第２の磁気センサ５に作用する磁場７５の方向の変化が小さくなり、検出感度が低下する可能性がある。
【００３９】
・実施の形態の磁性体８について
本実施の形態の磁性体８は、上述のように、対向面８５が貫通孔７２の幅Ｌと同じ幅Ｗを有している。その結果、低磁束密度領域７４は、磁性体８が貫通孔７２の磁場７５を引き付け、左右に広がらず、またその面積も比較例と比べて小さくなる。以下では、さらに磁性体８の変形例について説明する。
【００４０】
・変形例１〜変形例４の磁性体８ａ〜磁性体８ｄについて
図４（ａ）は、変形例１に係る磁性体の形状と低磁束密度領域の一例を示す要部断面図であり、図４（ｂ）は、変形例２に係る磁性体の形状と低磁束密度領域の一例を示す要部断面図である。図５（ａ）は、変形例３に係る磁性体の形状と低磁束密度領域の一例を示す要部断面図であり、図５（ｂ）は、変形例４に係る磁性体の形状と低磁束密度領域の一例を示す要部断面図である。
【００４１】
図４（ａ）に示す変形例１の磁性体８ａは、対向面８５ａの幅Ｗ１が貫通孔７２の幅Ｌ以下である。そして変形例１の対向面８５ａは、先端８６ａが鋭角形状を有する、つまり２つの面のなす角が鋭角となる形状を有している。この磁性体８ａは、例えば、図４（ａ）に示すように、基部８０と、先端部８１と、を備えている。
【００４２】
この先端部８１は、例えば、三角柱形状を有している。なお先端部８１は、例えば、三角錐形状であっても良い。
【００４３】
変形例１の磁性体８ａは、対向面８５ａの先端８６ａが鋭角になっているので、貫通孔７２の内部領域７３の中央近傍の磁場７５を引き込み易い。従って磁場７５が対向面８５ａの先端８６ａの近傍に集まり、低磁束密度領域７４が左右方向に広がらず、面積が小さくなる。
【００４４】
図４（ｂ）に示す変形例２の磁性体８ｂは、対向面８５ｂの幅Ｗ２が貫通孔７２の幅Ｌ以下である。そして変形例２の対向面８５ｂは、凸状の曲面形状を有している。
【００４５】
この磁性体８ｂの先端部８１は、例えば、円柱形状を有している。なお先端部８１は、例えば、半球形状であっても良い。
【００４６】
変形例２の磁性体８ｂは、対向面８５ｂが曲面になっているので、貫通孔７２の内部領域７３の中央近傍の磁場７５を引き込み易い。従って磁場７５が対向面８５ｂの先端８６ｂの近傍に集まり、低磁束密度領域７４が左右方向に広がらず、面積が小さくなる。
【００４７】
図５（ａ）に示す変形例３の磁性体８ｃは、対向面８５ｃの幅Ｗ３が貫通孔７２の幅Ｌの半分である。この変形例３の対向面８５ｃは、平面形状を有している。
【００４８】
変形例３の磁性体８ｃは、対向面８５ｃの幅Ｗ３が貫通孔７２の幅Ｌの半分（Ｌ／２）なので、貫通孔７２の内部領域７３の中央近傍の磁場７５を引き込み易い。従って磁場７５が対向面８５ｃに集まり、低磁束密度領域７４が左右方向に広がらず、面積が小さくなる。
【００４９】
図５（ｂ）に示す変形例４の磁性体８ｄは、基部８０の幅と先端部８１の幅が異なっている。対向面８５ｄの幅Ｗ４は、貫通孔７２の幅Ｌ以下、Ｌ／２以上である。この変形例４は、実施の形態や他の変形例と同様に、対向面８５ｄに貫通孔７２の内部領域７３の中央近傍の磁場７５を引き込み易い。従って磁場７５が対向面８５ｄに集まり、低磁束密度領域７４が左右方向に広がらず、面積が小さくなる。
【００５０】
（実施の形態の効果）
本実施の形態の磁気センサ装置１は、センシングポイントにおける磁束密度の低下を抑制することができる。具体的には、磁気センサ装置１は、磁性体８の対向面８５の幅Ｗがバイアス磁石７の貫通孔７２の幅Ｌ以下、Ｌ／２以上であるので、この構成を採用しない場合と比べて、低磁束密度領域７４の左右の広がりや面積を抑制し、センシングポイントＰ４及びセンシングポイントＰ５における磁束密度の低下を抑制することができる。また磁気センサ装置１は、磁束密度の低下を抑制するので、磁気センサ３の検出感度を向上させることができる。
【００５１】
磁気センサ装置１は、対向面８５の幅Ｗが貫通孔７２の幅Ｌ以下、Ｌ／２以上である他に、先端部８１の先端８６ａが鋭角であったり、先端部８１の先端８６ｂが凸状の曲面であったりすることにより、より貫通孔７２の内部領域７３の磁場７５を引き込むので、この構成を採用しない場合と比べて、低磁束密度領域７４の左右の広がりや面積を抑制し、センシングポイントＰ４及びセンシングポイントＰ５における磁束密度の低下を抑制することができる。
【００５２】
磁気センサ装置１は、磁性体８の形状によって貫通孔７２の内部領域７３の磁場７５を引き込んで、内部領域７３の中央の磁束密度を向上させるので、中央に近い場所で磁場７５の変化を検出可能となり、磁気センサ３を搭載したセンサチップ１０を小型化することができる。
【００５３】
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、変更など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共に、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】
【００５４】
１…磁気センサ装置、２…基板、３…磁気センサ、４…第１の磁気センサ、５…第２の磁気センサ、６…制御部、７…バイアス磁石、８，８ａ〜８ｄ，９ａ，９ｂ…磁性体、１０…センサチップ、２３…センサ中心、３０…感磁部、３１…素子中心、６０…しきい値、７０…第１の面、７１…第２の面、７２…貫通孔、７３…内部領域、７４…低磁束密度領域、７５…磁場、８０…基部、８１…先端部、８５，８５ａ〜８５ｄ…対向面、８６ａ，８６ｂ…先端、９５ａ，９５ｂ…対向面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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