(57)【要約】【課題】信頼性に優れ、かつ小型化、ローコスト化も容易な磁気デバイスを提供する。【解決手段】磁気デバイス１０は、弾性体からなる第一基材１１と、この第一基材１１を挟むように配される磁場検出手段１２および磁場印加手段１３とを備えている。第一基材１１は、圧力変化によって伸縮可能な弾性体によって構成され、例えば一面１１ａ側に磁場検出手段１２が、他面１１ｂ側に磁場印加手段１３が配される。磁場検出手段１２は、磁場の変動によって抵抗値などが変化する磁気素子であればよい。また、磁場印加手段１３は、第一基材１１を介して磁場検出手段１２に対して磁場を印加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体からなる第一基材と、該第一基材を挟むように配される磁場検出手段と磁場印加手段とを少なくとも備えたことを特徴とする磁気デバイス。
【請求項２】
剛性体からなる第二基材が、前記第一基材の磁場検出手段側に配されることを特徴とする請求項１記載の磁気デバイス。
【請求項３】
剛性体からなる第三基材が、前記第一基材の磁場印加手段側に配されることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気デバイス。
【請求項４】
前記磁場検出手段は、前記第一基材および／または前記第二基材の内部に配されることを特徴とする請求項２記載の磁気デバイス。
【請求項５】
前記磁場印加手段は、前記第一基材および／または前記第三基材の内部に配されることを特徴とする請求項３記載の磁気デバイス。
【請求項６】
前記第一基材は、内部空間を備えることを特徴とする請求項１記載の磁気デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサを備えた磁気デバイス、詳しくは、圧力センサとして適用可能な磁気デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力を検出するための装置として、ブルドン管を利用した機械式の圧力センサが知られている。こうした機械式の圧力センサは、構成が複雑で、かつ大型であるという課題があった。そこで、機械式の圧力センサに代えて、近年では電子式の圧力センサが主流になりつつある。
【０００３】
この電子式の圧力センサとしては、半導体基板などに圧力によって湾曲するダイアフラムを形成し、このダイアフラムの湾曲を検出することによって、圧力変化を検知するものが挙げられる。こうした電子式の圧力センサは、半導体微細加工技術を用いて形成することができ、機械的な可動部分が少なく、小型化も容易である。例えば、特許文献１には、金属製のダイアフラムの一面側と他面側のそれぞれに区画された空間を形成し、圧力変動によるダイアフラムの湾曲をホール素子によって検出する構成の圧力センサが記載されている。
【特許文献１】特開平７−９２０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような従来の電子式の圧力センサは、均一な厚みのダイアフラムを得るために、半導体基板を両面とも正確に位置合わせして異方性エッチングを行ってダイアフラムを形成するなど、製造コストがかるという課題があった。また、こうした半導体基板を薄板化したダイアフラムは過度の圧力によって破損しやすく、強度や耐久性の面でも課題があった。さらに、圧力に対する出力電圧のばらつきの補正や、温度変動による補正を行うための補償回路も必要となるなど、構成が複雑で高価であるという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ダイアフラムを不要にすることによって、機械的な耐久性に優れた構造を持ち、かつ構造が簡略で信頼性の高い磁気デバイス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】
本発明の請求項１に記載の磁気デバイスは、弾性体からなる第一基材と、該第一基材を挟むように配される磁場検出手段と磁場印加手段とを少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の磁気デバイスは、請求項１において、剛性体からなる第二基材が、前記第一基材の磁場検出手段側に配されることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の磁気デバイスは、請求項１または２において、剛性体からなる第三基材が、前記第一基材の磁場印加手段側に配されることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の磁気デバイスは、請求項２において、前記磁場検出手段は、前記第一基材および／または前記第二基材の内部に配されることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の磁気デバイスは、請求項３において、前記磁場印加手段は、前記第一基材および／または前記第三基材の内部に配されることを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の磁気デバイスは、請求項１において、前記第一基材は、内部空間を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の磁気デバイスによれば、第一基材を挟むように磁場検出手段と磁場印加手段とを配することによって、弾性体である第一基材が圧力によって押し縮められると、磁場検出手段と磁場印加手段との距離が接近し、磁場印加手段から磁場検出手段に印加される磁場強度が変化する。この磁場強度の変化による磁場検出手段の抵抗値変化を検出することによって、第一基材に加わった圧力の変化を確実に検出することができるものである。
【０００８】
こうした磁気デバイスは、弾性体である第一基材に磁場検出手段と磁場印加手段とを配するだけで製造できるので、製造コストを低減できる。また、ダイアフラムを不要にすることで、機械的な耐久性に優れている。さらに、補償回路を不要にすることによって、構造が簡略でかつ信頼性の高い、圧力センサとして適用可能な磁気デバイスを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る磁気デバイスを圧力センサとして用いた場合の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。
【００１０】
図１（ａ）は、本発明の磁気デバイス（圧力センサ）の一例を示す断面図である。本発明の磁気デバイス１０は、弾性体からなる第一基材１１と、この第一基材１１を挟むように配される磁場検出手段１２および磁場印加手段１３とを備えている。第一基材１１は、圧力変化によって伸縮可能な弾性体によって構成され、例えば一面１１ａ側に磁場検出手段１２が、他面１１ｂ側に磁場印加手段１３が配される。
【００１１】
磁場検出手段１２は、磁場の変動によって抵抗値などが変化する磁気素子であればよい。また、磁場印加手段１３は、第一基材１１を介して磁場検出手段１２に対して磁場を印加する。
【００１２】
このような構成の磁気デバイス（圧力センサ）によれば、図１（ａ）に示す状態の磁気デバイス１０に対して、例えば第一基材１１の一面１１ａに圧力がかかると、図１（ｂ）に示すように、弾性体からなる第一基材１１は、圧力Ｐによって押し縮められ、磁場印加手段１３と磁場検出手段１２との間隔Ｔは狭められる。
【００１３】
図２（ａ）に示すように、第一基材１１が押し縮められる前には、磁場印加手段１３から磁場強度Ｍ１の磁場が磁場検出手段１２に印加されていたとすると、圧力が加えられて第一基材１１が押し縮められ磁場印加手段１３が磁場検出手段１２に接近すると、図２（ｂ）に示すように、磁場印加手段１３から磁場検出手段１２に印加される磁場強度Ｍ２は、圧力が加えられる前の磁場強度Ｍ１よりも大きくなる。
【００１４】
この時、磁場検出手段１２に一定のセンス電流Ａを流しておくと、磁場印加手段１３と磁場検出手段１２との間隔Ｔの変化（接近）によって磁場強度が増大すれば、磁場検出手段１２の抵抗値Ｒが変化する。この磁場検出手段１２の抵抗値Ｒの変化をセンス電流Ａの変化として検出することで、第一基材１１が押し縮められたこと、すなわち第一基材１１にかかった圧力を検出することができる。
【００１５】
このように、本発明の磁気デバイス１０によれば、第一基材１１を挟むように磁場検出手段１２と磁場印加手段１３とを配することによって、弾性体である第一基材１１が圧力によって押し縮められると、磁場検出手段１２と磁場印加手段１３との距離が接近し、磁場印加手段１３から磁場検出手段１２に印加される磁場強度が変化する。この磁場強度の変化による磁場検出手段１２の抵抗値変化を検出することによって、第一基材１１に加わった圧力の変化を確実に検出することができる。
【００１６】
磁気デバイス１０は、弾性体である第一基材１１の一面側と他面側にそれぞれ磁場検出手段１２と磁場印加手段１３とが配された簡易な構成であるので、ローコストに圧力を検出するセンサを構成できる。また、機械的な可動部分が少ないので、不具合の発生が少なく信頼性の高い圧力センサとして適用可能な磁気デバイス１０を提供することができる。
【００１７】
第一基材１１は、弾性体、例えば、スポンジなど多孔質の樹脂、ゴムなどから構成されれば良い。特に、シリコンゴムなどの耐熱性、耐寒性、撥水性に優れた弾性体を第一基材１１に用いることによって、高温環境、屋外環境など、様々な環境下で確実に圧力を検出することができる。
【００１８】
磁場印加手段１３は、一定強度の磁場を安定して発生し、磁場検出手段１２に向けて磁場を印加できるものであればどのようなものでもよい。磁場印加手段１３としては、例えば、コイルなどの電磁石、永久磁石などから構成されれば良い。特に、永久磁石を用いることによって、外部の電源などを用いることなく、安定した一定強度の磁場をローコストに形成することができる。
【００１９】
磁場検出手段１２は、外部磁場（磁場印加手段によって印加される磁場）の強度変化を検出できるものであれば、どのようなものであってもよいが、例えば、磁気効果（ＭＲ）素子が好適に用いられる。こうした磁気効果（ＭＲ）素子は、半導体プロセスなどによってローコストに製造でき、かつ高精度に磁場の変化を検出可能である。
【００２０】
磁場検出手段１２として磁気効果（ＭＲ）素子を用いた場合、図２（ａ）に示すような第一基材１１に圧力がかかっていない状態では、磁場検出手段１２の磁化方向Ｂは、例えば、垂直方向Ｌに沿っている。そして、図２（ｂ）に示すように、第一基材１１に圧力が印加されて第一基材１１が押し縮められ、磁場印加手段１３が磁場検出手段１２に接近すると、磁場検出手段１２にかかる磁場の増加によって、磁場検出手段１２の磁化方向Ｂが垂直方向Ｌに対して傾く。磁場検出手段１２は、この磁化方向Ｂの傾きθに応じて抵抗値Ｒがほぼ定量的に変化するので、磁場検出手段１２の抵抗値Ｒを測定することによって、第一基材１１にかかる圧力値を検出することができる。
【００２１】
磁気効果（ＭＲ）素子を磁場検出手段１２として用いる場合には、図３に示すように、第一基材１１を段階的に縮めて（圧縮して）いき、それぞれの圧縮段階での第一基材１１の厚みＴと、磁場検出手段１２の抵抗値Ｒを測定していく。こうした第一基材１１の厚みＴと、磁場検出手段１２の抵抗値Ｒとの関係をプロットした例が図４に示すグラフである。
【００２２】
こうしたグラフから、ある材質の第一基材１１の縮み量と磁場検出手段１２の抵抗値Ｒとの関数を得ることができる。そして、弾性体の圧力による縮み量は、同一材質、同一寸法のものであれば同じと考えられるので、弾性体の圧力による縮み量がわかっていれば、磁場検出手段１２の抵抗値Ｒにこうした関数を適用することで、第一基材１１に加わった圧力値を容易に得ることができる。
【００２３】
図５は、本発明の磁気デバイスの他の実施形態を示す斜視図である。なお、この図５では第一基材は透過状態で表現している。この実施形態における磁気デバイス２０では、弾性体からなる第一基材２１の一面２１ａ側に磁場印加手段２３と、第三基材２６とが配されている。また、第一基材２１の他面２１ｂ側に磁場検出手段２２と、第二基材２５とが配されている。第二基材２５や第三基材２６は剛性体からなり、例えば、硬質樹脂や金属の基板などであればよい。
【００２４】
こうした第二基材２５や第三基材２６を第一基材２１に接して備えることによって、第一基材２１に加わる圧力をより正確に受け止めることができる。また、圧力を受け止めて測定する範囲を、第二基材２５や第三基材２６の大きさを変えることによって任意に設定することができる。さらには、剛性体からなる第二基材２５や第三基材２６で第一基材２１を覆うことで、磁気デバイス２０全体の強度や耐久性を向上させることができる。
【００２５】
また、この実施形態では、磁場検出手段２２として、絶縁性の基板２２ａ上にメアンダ形状を成す導電体２２ｂを形成した磁気抵抗素子を用いている。こうしたメアンダ形状の導電体２２ｂをもつ磁気抵抗素子は、ローコストに製造が可能で、かつ磁場の変化を確実に検出することができる。
【００２６】
以下、本発明の磁気デバイスの好ましい構成例を列記する。図６に示す磁気デバイス３０では、弾性体からなる第一基材３１の一面３１ａ側に第三基材３２が配され、この第三基材３２の内部に磁場印加手段３３が配されている。また、第一基材３１の他面３１ｂ側に第二基材３４が配され、この第二基材３４の内部に磁場検出手段３５が配されている。
【００２７】
図７に示す磁気デバイス４０では、弾性体からなる第一基材４１の一面４１ａ側に第三基材４２が配され、この第三基材４２の内部に磁場印加手段４３が配されている。また、第一基材４１の他面４１ｂ側に第二基材４４が配されるとともに、第一基材４１の他面４１ｂ寄りで第一基材４１の内部に磁場検出手段４５が配されている。
【００２８】
図８に示す磁気デバイス５０では、弾性体からなる第一基材５１の一面５１ａ側に第三基材５２が配されるとともに、第一基材５１の一面５１ａ寄りで第一基材５１の内部に磁場印加手段５３が配されている。また、第一基材５１の他面５１ｂ側に第二基材５４が配され、この第二基材５４の内部に磁場検出手段５５が配されている。
【００２９】
図９に示す磁気デバイス６０では、弾性体からなる第一基材６１の一面６１ａ側に第三基材６２が配されるとともに、第一基材６１の一面６１ａ寄りで第一基材６１の内部に磁場印加手段６３が配されている。また、第一基材６１の他面６１ｂ側に第二基材６４が配されるとともに、第一基材６１の他面６１ｂ寄りで第一基材６１の内部に磁場検出手段６５が配されている。
【００３０】
図１０に示す磁気デバイス７０では、弾性体からなる第一基材７１の一面７１ａ側に第三基材７２が配され、この第三基材７２の内部に磁場印加手段７３が配されている。また、第一基材７１の他面７１ｂ寄りで第一基材７１の内部に磁場検出手段７５が配されている。
【００３１】
図１１に示す磁気デバイス８０では、弾性体からなる第一基材８１の一面８１ａ寄りで第一基材８１の内部に磁場印加手段８３が配されている。また、第一基材８１の他面８１ｂ側に第二基材８４が配され、この第二基材８４の内部に磁場検出手段８５が配されている。
【００３２】
図１２に示す磁気デバイス９０では、弾性体からなる第一基材９１の一面９１ａ寄りで第一基材９１の内部に磁場印加手段９３が配されている。また、第一基材９１の他面９１ｂ寄りで第一基材９１の内部に磁場検出手段９５が配されている。
【００３３】
図１３に示す磁気デバイス１００では、弾性体からなる第一基材１０１の一面１０１ａ寄りで第一基材１０１の内部に、複数の磁場印加手段１０３ａ，１０３ｂが配されている。また、第一基材１０１の他面１０１ｂ寄りで第一基材１０１の内部に磁場検出手段１０５が配されている。複数の磁場印加手段１０３ａ，１０３ｂを設けることによって、磁場検出手段１０５により強い磁場を安定して印加することができる。
【００３４】
図１４に示す磁気デバイス１１０では、弾性体からなる第一基材１１１の一面１１１ａ側に第三基材１１２が配され、この第三基材１１２の内部に磁場印加手段１１３が配されている。また、第一基材１１１の他面１１１ｂ側に第二基材１１４が配され、この第二基材１１４の内部に磁場検出手段１１５が配されている。そして、第一基材１１１は内部空間１１１ａを備えている。第一基材１１１に内部空間１１１ａを形成することによって、磁気デバイス１１０を軽量化できる。また、内部空間１１１ａを気密空間にすれば、封入されるガスの圧力を調節することによって、外部圧力による第一基材１１１の収縮量を自在に調節することもできる。
【００３５】
図１５に示す磁気デバイス１２０では、弾性体からなる第一基材１２１の一面１２１ａ側に第三基材１２２が配され、この第三基材１２２の内部および第一基材１２１の内部に跨るように磁場印加手段１２３が配されている。また、第一基材１２１の他面１２１ｂ側に第二基材１２４が配され、この第二基材１２４の内部および第二基材１２４の内部に跨るように磁場検出手段１２５が配されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の磁気デバイスの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の磁気デバイスの作用を示す説明図である。
【図３】第一基材の厚みと磁場検出手段の抵抗値との関係の測定例を示す説明図である。
【図４】第一基材の厚みと磁場検出手段の抵抗値との関係を示したグラフである。
【図５】本発明の磁気デバイスの他の一例を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の磁気デバイスの他の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の磁気デバイスの他の一例を示す断面図である。
【図８】本発明の磁気デバイスの他の一例を示す断面図である。
【図９】本発明の磁気デバイスの他の一例を示す断面図である。
【図１０】本発明の磁気デバイスの他の一例を示す断面図である。
【図１１】本発明の磁気デバイスの他の一例を示す断面図である。
【図１２】本発明の磁気デバイスの他の一例を示す断面図である。
【図１３】本発明の磁気デバイスの他の一例を示す断面図である。
【図１４】本発明の磁気デバイスの他の一例を示す断面図である。
【図１５】本発明の磁気デバイスの他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  磁気デバイス（圧力センサ）、１１  第一基材、１２  磁場検出手段、１３  磁場印加手段。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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