(57)【要約】【課題】強磁性材料からなる磁気収束板と、磁気収束板から漏洩する磁場を検出する磁電変換素子とからなり、特性バラツキの少ない磁気センサを提供する。【解決手段】強磁性材料からなる磁気収束板と、この磁気収束板から漏洩する磁場を検出する磁電変換素子であるホール素子４，５とから構成されている。磁気収束板は、被測定磁場方向に連続に配置された、３つの異なる飽和外部磁場強度を有する領域Ａ，Ｂ，Ｃからなっており、外部磁場強度ｘで飽和する領域Ａを有する第１の磁気収束板１と、外部磁場強度ｙで飽和する領域Ｂを有する第２の磁気収束板２と、外部磁場強度ｚで飽和する領域Ｃを有する第３の磁気収束板３とから構成されている。これらの外部磁場強度ｘ，ｙ，ｚの関係は、ｘ，ｚ＞ｙであり、第１の磁気収束板１と第３の磁気収束板３が、第２の磁気収束板２を介して接続された連続構造をなしている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性材料からなる磁気収束板と、該磁気収束板から漏洩する磁場を検知する磁電変換素子とからなる磁気センサにおいて、
前記磁気収束板が、被測定磁場方向に連続に配置された、少なくとも３つの異なる飽和外部磁場強度を有する磁気収束板群からなり、
前記飽和外部磁場強度の関係が、前記磁気収束板群の端部以外の領域にて最小となるように構成され、
前記磁電変換素子が、前記最小の飽和外部磁場強度を有する磁気収束板近傍から漏洩する磁場を検知できる位置に設けられている
ことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記磁気収束板群が、単一の磁気収束板による一体化構造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】
前記磁気収束板群が、外部磁場強度ｘで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が飽和する領域を有する第１の磁気収束板と、外部磁場強度ｙで飽和する領域を有する第２の磁気収束板と、外部磁場強度ｚで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が部分飽和する領域を有する第３の磁気収束板とからなり、飽和外部磁場強度の関係が、ｘ、ｚ＞ｙになっており、飽和外部磁場強度ｙに対し、ｘ及びｚがそれぞれ１００倍以上に設計され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】
前記磁気収束板が軟磁性材料からなることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記磁電変換素子がホール素子であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気センサに関し、より詳細には、強磁性材料からなる磁気収束板と、この磁気収束板から漏洩する磁場を検出する磁電変換素子とからなる磁気センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁場を高精度に検知する磁気センサとしては、一般にホール素子がよく用いられるが、例えば、増幅回路等との集積化が容易なシリコンを用いた場合、磁気感度が十分ではないため、増幅回路の設計が困難となり、必ずしも使い勝手は良くない。このような問題に対して、高透磁率を有する材料で作成した磁気収束板をホール素子と組み合わせることで、磁場を高感度に検出することが可能になることが知られている。例えば、空隙を介して配置された２個の独立した磁気収束板からなる磁気収束板対と、この空隙の外側に配置され、磁気収束板対より漏洩する磁場を検知するホール素子とからなる構造によって、高感度を有する磁気センサを得ることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第６，１８４，６７９号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、磁気収束板対より漏洩する磁場は、磁気収束板対により形成される空隙の間隔に依存するため、磁気センサを製造するにあたっては、２個の独立した磁気収束板を、所定の位置に正確に配置する手段と、配置後に各々の位置が変動しないように固定するための手段が必要となっていた。すなわち、これらの手段を講じるにあたって、２個の磁気収束板の位置について、配置の際のバラツキや固定の際のバラツキが加算されることから、結果として特性バラツキの少ない実用的な磁気センサの実現は困難であった。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、強磁性材料からなる磁気収束板と、この磁気収束板から漏洩する磁場を検出する磁電変換素子とからなり、特性バラツキの少ない磁気センサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、強磁性材料からなる磁気収束板と、該磁気収束板から漏洩する磁場を検知する磁電変換素子とからなる磁気センサにおいて、前記磁気収束板が、被測定磁場方向に連続に配置された、少なくとも３つの異なる飽和外部磁場強度を有する磁気収束板群からなり、前記飽和外部磁場強度の関係が、前記磁気収束板群の端部以外の領域にて最小となるように構成され、前記磁電変換素子が、前記最小の飽和外部磁場強度を有する磁気収束板近傍から漏洩する磁場を検知できる位置に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁気収束板群が、単一の磁気収束板による一体化構造であることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記磁気収束板群が、外部磁場強度ｘで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が飽和する領域を有する第１の磁気収束板と、外部磁場強度ｙで飽和する領域を有する第２の磁気収束板と、外部磁場強度ｚで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が部分飽和する領域を有する第３の磁気収束板とからなり、飽和外部磁場強度の関係が、ｘ、ｚ＞ｙになっており、飽和外部磁場強度ｙに対し、ｘ及びｚがそれぞれ１００倍以上に設計されていることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、前記磁気収束板が軟磁性材料からなることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の発明において、前記磁電変換素子がホール素子であることを特徴とする。
【００１１】
このような構成により、被測定外部磁場の範囲において磁気飽和することなく磁気収束効果を得られる領域が、被測定外部磁場の範囲において直ちに磁気飽和して磁気収束効果が極めて小さい部分で接続されることにより、磁気収束板の相対位置バラツキの影響を減少させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１は、本発明に係る磁気センサの第１実施例を説明するための構成図で、図中符号１は外部磁場強度ｘで飽和する領域Ａを有する第１の磁気収束板、２は外部磁場強度ｙで飽和する領域Ｂを有する第２の磁気収束板、３は外部磁場強度ｚで飽和する領域Ｃを有する第３の磁気収束板、４，５は磁電変換素子であるホール素子を示している。
【００１３】
本発明の磁気センサは、強磁性材料からなる磁気収束板と、この磁気収束板から漏洩する磁場を検出する磁電変換素子であるホール素子４，５とから構成されている。磁気収束板は、被測定磁場方向に連続に配置された、３つの異なる飽和外部磁場強度を有する領域Ａ，Ｂ，Ｃからなっており、外部磁場強度ｘで飽和する領域Ａを有する第１の磁気収束板１と、外部磁場強度ｙで飽和する領域Ｂを有する第２の磁気収束板２と、外部磁場強度ｚで飽和する領域Ｃを有する第３の磁気収束板３とから構成されている。
【００１４】
これらの外部磁場強度ｘ，ｙ，ｚの関係は、ｘ，ｚ＞ｙであり、第１の磁気収束板１と第３の磁気収束板３が、第２の磁気収束板２を介して接続された連続構造をなしている。
【００１５】
また、ホール素子４，５は、第２の磁気収束板の近傍に設けられ、しかも、第１の磁気収束板１又は第３の磁気収束板３から漏洩する磁場を検知できる位置に設けられている。
【００１６】
また、連続構造は、単一の磁気収束板による一体化構造であることが望ましい。つまり、第１の磁気収束板１と、第３の磁気収束板３と、これらを接続する第２の磁気収束板２とが、同一の磁気特性を有する単一の磁気収束板による一体形成された構造であることが望ましい。
【００１７】
磁気収束板の形状は、第１の磁気収束板１と第３の磁気収束板３が、図１に示されているように、棒状平板であることが好ましいが、この形状に限定されるものではない。例えば、台形平板とすることも可能であり、全体の形状を八角形とすることも可能であり、この他にも種々の形状が考えられる。
【００１８】
磁気収束板を構成する材料としては、強磁性材料であれば良く、好ましくは、高透磁率材料を用いると良く、さらに好ましくは保磁力の小さい軟磁性材料を用いるとなお良い。
【００１９】
磁電変換素子としては、磁気抵抗素子や磁気インダクタなどの様々な素子を用いることができるが、好ましくは、絶対磁場強度を得ることが容易なホール素子を用いると実用性が高くなる。
【００２０】
図２は、図１に示した磁気センサにおいて、磁電変換素子としてホール素子を用いた場合（ただし、磁気収束板は、その外部磁場強度をｘ＝ｚとして設計されている）の出力特性を示す図である。すなわち、図１に示した構成の場合、第１の磁気収束板１の外部磁場強度ｘと、第３の磁気収束板３の外部磁場強度ｚが、第２の磁気収束板２の外部磁場強度ｙ以下の場合は、有意な出力を得ることができないが、ｙ以上の場合で有意な出力を得ることができる。また、本実施例１では、外部磁場強度ｘとｚは等しくなるように設計しているが、等しくない場合でも、各々が下記のような条件を満足していれば良い。
【００２１】
すなわち、第１の磁気収束板１の外部磁場強度ｘで飽和する領域をＡ、第２の磁気収束板２の外部磁場強度ｙで飽和する領域をＢ、第３の磁気収束板３の外部磁場強度ｚで飽和する領域をＣとした場合、外部磁場強度に対して線形出力を得る様に磁気センサを設計する場合には、領域Ａの飽和外部磁場強度ｙに対し、領域Ｂの飽和外部磁場強度ｘ及び領域Ｃの飽和外部磁場強度ｚが、それぞれ１００倍以上に設計されていれば良い。
【００２２】
一方、ある所定の外部磁場強度を以って動作するように設計された磁気スイッチ等の用途の場合には、領域Ｂの飽和外部磁場強度ｙは、設計外部磁場強度の１／２以下に設計すれば良く、ｘ及びｚは、設計外部磁場強度の２倍以上に設計されていれば良い。
【００２３】
このような構成により、被測定外部磁場の範囲において磁気飽和することなく磁気収束効果を得られる領域が、被測定外部磁場の範囲において直ちに磁気飽和して磁気収束効果が極めて小さい部分で接続されることにより、磁気収束板の相対位置バラツキの影響を減少させることができる。
【００２４】
［実施例２］
図３は、本発明に係る磁気センサの第２実施例を説明するための構成図で、図中符号１１は外部磁場強度ｘで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が飽和する領域Ｄを有する第１の磁気収束板、１３は外部磁場強度ｚで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が部分飽和する領域Ｅを有する第３の磁気収束板を示している。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００２５】
上述した実施例１との相違は、感度の向上を図るために、第１の磁気収束板１１と第３の磁気収束板１３が、被測定磁場方向に連続に配置された２個以上の磁気収束板の連続構造体である点である。すなわち、磁気収束板の飽和外部磁場強度はその断面積に比例するため、厚みが一定の磁気収束板であれば、被測定磁場方向に直交する幅を変更することで、異なる飽和外部磁場強度を有する磁気収束板の連続構造を得ることは容易である。この場合、第１の磁気収束板１１は外部磁場強度ｘで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が飽和する領域Ｄを有し、第３の磁気収束板１３は外部磁場強度ｚで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が部分飽和する領域Ｅを有し、飽和外部磁場強度の関係が、ｘ、ｚ＞ｙになっており、領域Ｂの飽和外部磁場強度ｙに対し、ｘ及びｚがそれぞれ１００倍以上に設計されていれば良い。
【００２６】
このような構成により、被測定外部磁場に対する磁気センサの感度を高めることができる。すなわち、被測定外部磁場に対する第１の磁気収束板１１と第３の磁気収束板１３の投影断面積を大きくすることで、被測定外部磁場の磁束収束効率が高まる一方、第２の磁気収束板との接合部で断面積を小さくすることで、収束された被測定外部磁場の磁束が効率良く漏洩するという効果を奏する。
【００２７】
［実施例３］
図４は、本発明に係る磁気センサの第３実施例を説明するための構成図で、図中符号２１は外部磁場強度ｘで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が飽和する領域Ｆを有する第１の磁気収束板、２１ａは第１の磁気収束板２１の段差部、２３は外部磁場強度ｚで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が飽和する領域Ｇを有する第３の磁気収束板、２３ａは第３の磁気収束板２３の段差部を示している。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００２８】
上述した実施例２との相違点は、さらに感度の向上を図るために、第１の磁気収束板２１と第３の磁気収束板２３が、段差部２１ａ、２３ａを有する構造体である点である。すなわち、磁気収束板の飽和外部磁場強度はその断面積に比例するため、厚みを変更することで、異なる飽和外部磁場強度を有する磁気収束板の連続構造を得ることは容易である。
【００２９】
この場合、第１の磁気収束板２１は外部磁場強度ｘで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が飽和する領域Ｆを有し、第３の磁気収束板２３は外部磁場強度ｚで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が部分飽和する領域Ｇを有し、飽和外部磁場強度の関係が、ｘ、ｚ＞ｙになっており、領域Ｂの飽和外部磁場強度ｙに対し、ｘ及びｚがそれぞれ１００倍以上に設計されていれば良い。
【００３０】
このような構成により、さらに被測定外部磁場に対する磁気センサの感度を高めることができる。すなわち、被測定外部磁場に対する第１の磁気収束板２１と第３の磁気収束板２３の投影断面積をさらに大きくすることで、被測定外部磁場の磁束収束効率が一段と高まる一方、第２の磁気収束板との接合部で断面積を小さくすることで、収束された被測定外部磁場の磁束が効率良く漏洩するという効果を奏する。
【００３１】
以上のように、本発明における実施例を示したが、本発明は、さらに種々の形態で実現できることは明らかであり、上述した実施例に制約されるものではない。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、強磁性材料からなる磁気収束板と、この磁気収束板から漏洩する磁場を検出する磁電変換素子とからなる磁気センサにおいて、磁気収束板が、被測定磁場方向に連続に配置された、少なくとも３つの異なる飽和外部磁場強度を有する磁気収束板群からなり、飽和外部磁場強度の関係が、磁気収束板群の端部以外の領域にて最小となるように構成され、磁電変換素子が、最小の飽和外部磁場強度を有する磁気収束板近傍から漏洩する磁場を検知できる位置に設けられているので、磁気収束板の相対位置バラツキの影響を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気センサの第１実施例を説明するための構成図である。
【図２】図１に示した磁気センサにおいて、磁電変換素子としてホール素子を用いた場合（ただし、磁気収束板は、その外部磁場強度ｘ＝ｚとして設計されている）の出力特性を示す図である。
【図３】本発明に係る磁気センサの第２実施例を説明するための構成図である。
【図４】本発明に係る磁気センサの第３実施例を説明するための構成図である。
【符号の説明】
１  部磁場強度ｘで飽和する領域Ａを有する第１の磁気収束板
２  部磁場強度ｙで飽和する領域Ｂを有する第２の磁気収束板
３  部磁場強度ｚで飽和する領域Ｃを有する第３の磁気収束板
４，５  ホール素子
１１  外部磁場強度ｘで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が飽和する領域Ｄを有する第１の磁気収束板
１２  外部磁場強度ｚで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が飽和する領域Ｅを有する第３の磁気収束板
２１  外部磁場強度ｘで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が飽和する領域Ｆを有する第１の磁気収束板
２１ａ  第１の磁気収束板の段差部
２２ａ  第３の磁気収束板の段差部
２３  外部磁場強度ｚで少なくとも第２の磁気収束板と接合する部分が飽和する領域Ｇを有する第３の磁気収束板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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