(57)【要約】【課題】非対称形状の磁気抵抗パターンＭＲＰを用いた場合における中点電位の温度特性を安定化させることを可能とする。【解決手段】基板１１１上に形成された磁性膜１１２に設けられた非対称な熱分布を有する磁気抵抗パターンＭＲＰ上に、高熱伝導率を有する非磁性材料からなる温度分布緩和部材１１５を、絶縁層１１４を介して前記被検出体と対面する最外層を形成するように設け、当該温度分布緩和部材１１５の厚さを比較的自由に厚肉化することを可能として熱伝導特性を高め、通電時等の発熱によって生じた局所的な発熱を早期に拡散させることによって、簡易な構成で、不均一な温度分布を直ちに均一化させるとともに、高い生産性を維持することを可能としたもの。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された磁性膜に非対称な熱分布を有する磁気抵抗パターンが配線され、その非対称な熱分布を有する磁気抵抗パターンが、被検出体と対面するように配置される構成になされた磁気抵抗素子を用いた磁気センサにおいて、
上記磁気抵抗パターン上には、高熱伝導率を有する非磁性材料からなる温度分布緩和部材が絶縁層を介して設けられ、
上記温度分布緩和部材は、前記被検出体と対面する最外層を形成するように設けられていることを特徴とする磁気抵抗素子を用いた磁気センサ。
【請求項２】
前記温度分布緩和部材が、アルミ、銅、非磁性ステンレスにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗素子を用いた磁気センサ。
【請求項３】
前記絶縁層が、前記磁気抵抗パターンを覆う保護膜により形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗素子を用いた磁気センサ。
【請求項４】
前記絶縁層が、前記温度分布緩和部材の片側表面に対する絶縁処理により形成され、
当該絶縁処理された温度分布緩和部材が、前記磁性膜に対して直接的に貼着されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗素子を用いた磁気センサ。
【請求項５】
前記温度分布緩和部材の外部露出側の表面には、放熱面積を拡大する凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗素子を用いた磁気センサ。
【請求項６】
前記温度分布緩和部材が、金属粉末を混入させた有機膜として形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗素子を用いた磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成された磁性膜に非対称形状をなす磁気抵抗パターンが配線された磁気抵抗素子を用いた磁気センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、磁気式エンコーダなどにおいて、磁気抵抗素子を用いた磁気センサが広く採用されている。この磁気抵抗素子を用いた磁気センサは、例えば図１１に示されているような構造を有しており、ガラスまたはガラスセラミックス等からなる基板１上に磁性膜２が蒸着されているとともに、その磁性膜２に対して、図１２又は図１５に示されているような磁気抵抗パターン（ＭＲパターン）ＭＲＰが配線されている。さらに、その磁気抵抗パターンＭＲＰ上には、１μｍより薄い厚さの無機保護膜３と、２０μｍ程度の厚さの有機保護膜４とが覆うように設けられており、これらの両保護層３，４によって上記磁気抵抗パターンＭＲＰの保護が行われている。
【０００３】
また、上記基板１の裏面側には図示を省略した電極が設けられており、その電極は、上記基板１を厚さ方向に向かって貫通するように設けられたスルーホール（図示省略）を通して、上記磁気抵抗パターンＭＲＰの端部に電気的に接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような磁気センサに用いられている磁気抵抗パターンＭＲＰは、抵抗値の温度依存性が強いことが一般に知られている。例えば、磁気抵抗パターンＭＲＰと被検出体との間のギャップに発生する冷却風によって、その磁気抵抗パターンＭＲＰの一部のみが冷やされると、当該磁気抵抗パターンＭＲＰの一部分のみの抵抗値が減少してしまい、図１２や図１５に示されたようなＶｏ１，Ｖｏ２からそれぞれ引き出される中点電位にズレが発生することがある。
【０００５】
また、磁気抵抗パターンＭＲＰには、図１２に示されているような中心線ＣＬに対して対称な形状を有するように形成された磁気抵抗パターンＭＲＰａと、図１５に示されているような中心線ＣＬに対して非対称な形状に形成された磁気抵抗パターンＭＲＰｂとがあるが、特に、図１５の非対称形状の磁気抵抗パターンＭＲＰｂが用いられた場合には、通電時等における発熱によってパターン間の温度分布に偏りを生じて、パターン全体の熱分布が「非対称な熱分布」となり、その偏った「非対称な熱分布」に対応して抵抗値にも局所的なバラツキを発生してしまうという問題がある。そのような抵抗値のバラツキが存在していると、中点電位が、例えば電源電圧の１／２に設定されている目標値からズレてしまい、温度特性に影響が出てしまう。
【０００６】
具体的に、図１６に示されている場合では、磁気抵抗パターンの温度（横軸）を基準温度の３０℃から７０℃まで昇温させたときに、各パターンの端部どうしの間部分の中点電位（縦軸）に約０．４ｍＶのズレを生じている。なお、図１２のように形状が対称の場合には、同図に模式的に示されているような対称的な熱分布となるが、図１３のように、形状が対称な磁気抵抗パターンＭＲＰａであっても左右に並べて配置した場合には、熱分布は同図に模式的に示すようになり、１つの磁気抵抗パターンＭＲＰａについてみると、「非対称な熱分布」となる。また、図１４のように上下に並べて配置した場合等においても、１つの磁気抵抗パターンＭＲＰａについてみると、同様に非対称な熱分布となる。
【０００７】
このような磁気抵抗パターンＭＲＰにおける抵抗値の温度依存性の問題点に対する対策として、例えば特開昭６３−３０５５７５号公報に記載された磁気センサでは、有機保護膜中に放熱層を設けることによって局部的加熱の影響を受けないようにしている。しかしながら実際には、有機保護膜の厚さとの関係から放熱層の厚さには制限があり、十分な厚さ、つまり十分な機能を有する放熱層を設けることは困難になっており、良好な放熱効率も得られない。その結果、上述した通電等による発熱分布を早期に均一化することはできず、また、薄膜工程が追加されるために複雑な工程になってしまい、生産性を低下させるとともに、構造上からしても、既存の磁気センサに直ちに採用することはできないという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、簡易な構成で、磁気抵抗パターンの偏った温度分布を早期に均一化することができるとともに、高い生産性を維持することができ、また、既存の磁気センサに対しても直ちに採用することができるようにした磁気抵抗素子を用いた磁気センサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサでは、基板上に形成された磁性膜に設けられた非対称な熱分布を有する磁気抵抗パターン上に、高熱伝導率を有する非磁性材料からなる温度分布緩和部材が絶縁層を介して設けられ、上記温度分布緩和部材は、前記被検出体と対面する最外層を形成するように設けられている。
このような構成を有する請求項１にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサによれば、温度分布緩和部材が最外層に配置されているため、当該温度分布緩和部材の厚さを比較的自由に厚肉化することが可能となり、その分、熱伝導特性が高められることとなって、通電時等の発熱によって生じた局所的な発熱が、上記高熱伝導率を有する温度分布緩和部材によって早期に拡散されることとなり、パターン間において生じようとする不均一な温度分布が直ちに均一化されるようになっている。
【００１０】
また、本発明の請求項２にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサでは、上記請求項１における温度分布緩和部材が、アルミ、銅、非磁性ステンレスにより形成されていることから、これらの容易に入手可能な材料を用いることによって、上記温度分布緩和部材が安価に製造されるようになっている。
【００１１】
さらに、本発明の請求項３にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサでは、上記請求項１における絶縁層が、磁気抵抗パターンを覆う保護膜により形成されている。
このような構成を有する請求項３にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサによれば、保護膜が絶縁層を兼用している分、生産性を高めることが可能となるとともに、既存の磁気センサに対しても直ちに採用することが可能となる。
【００１２】
さらにまた、本発明の請求項４にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサでは、上記請求項１における絶縁層が、温度分布緩和部材の片側表面に対する絶縁処理により形成され、当該絶縁処理された温度分布緩和部材が、前記磁性膜に対して直接的に貼着されている。
このような構成を有する請求項４にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサによれば、保護膜が温度分布緩和部材と一体化されて実質的に省略されるため、その分、生産性を高めることが可能となる。
【００１３】
一方、本発明の請求項５にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサでは、上記請求項１における温度分布緩和部材の外部露出側の表面に放熱面積を拡大する凹凸部が形成されている。
このような構成を有する請求項４にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサによれば、温度分布緩和部材に凹凸部が形成されている分だけ、熱伝導特性が更に高められることとなり、その結果、パターン間に生じようとする不均一な温度分布が極めて早期に均一化されるようになっている。
【００１４】
また、本発明の請求項６にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサでは、上記請求項１における温度分布緩和部材が、金属粉末を混入させた有機膜から形成されている。
このような構成を有する請求項６にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサによれば、有機保護膜が温度分布緩和部材と一体化されることにより実質的に省略されるため、その分、生産性を高めることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
まず、例えば図１及び図２に示されている実施形態では、中空箱状に形成されたセンサユニット１０内に、本発明にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサ１１が設けられており、その磁気センサ１１が、図示を省略した磁気ドラムや磁気スケールなどの被検出体に近接して対面するように上記センサユニット１０の取付けが行われる。そして、その磁気センサ１１から出力される検出信号が、上記センサユニット１０の背面側に配置された回路基板１２を通して、図示を省略した外部ユニット側に発せられるようになっている。
【００１６】
上記磁気センサ１１は、特に図３に示されているような構造になされており、ガラスまたはガラスセラミックス等からなる基板１１１上に、磁性膜１１２が蒸着により形成されているとともに、その磁性膜１１２には、前述した図１２ｂ、図１２ｃに示されているような非対称な熱分布を有する磁気抵抗パターン（ＭＲパターン）ＭＲＰが配線されている。さらに、その磁気抵抗パターンＭＲＰ上からは、当該磁気抵抗パターンＭＲＰを保護するための無機保護膜１１３が、１μｍより薄い厚さで覆うように層状に蒸着されているとともに、その無機保護膜１１３の上からは、２０μｍ程度の厚さの有機保護膜１１４が層状に覆うように印刷形成されている。
【００１７】
なお、上記磁気抵抗パターンＭＲＰは、前記基板１１１を貫通するように設けられたスルーホール（図示省略）を介して、上記基板１１１の裏面側に設けられた電極（図示省略）側に接続されている。
【００１８】
このとき、上述した有機保護膜１１４は、絶縁性の材料から形成されており、その絶縁層としての有機保護膜１１４を介して、温度分布緩和部材としての高熱伝導箔１１５が接着剤等により密着して貼り付けられている。この高熱伝導箔１１５は、磁気センサ１０の最外層を形成するように配置されており、図示を省略した磁気ドラムなどの被検出体に対して、例えば０．３５ｍｍ以内の適宜のギャップを介して近接・対面するように配置される。
【００１９】
このような高熱伝導箔１１５は、高熱伝導率を有する材料から形成されているとともに、被検出体からの磁気信号に影響を与えることのないように非磁性の材料から形成されており、磁気信号の検出にあたっては、その高熱伝導箔１１５が存在しないのと同様な状態が維持されている。より具体的には、当該高熱伝導箔１１５として、アルミ、銅、非磁性ステンレス等の材料が用いられており、これらの容易に入手可能な材料を用いることによって、上記温度分布緩和部材としての高熱伝導箔１１５が安価に製造されるようにしている。
【００２０】
なお、上述したように電極は、高熱伝導箔１１５と反対側の基板１１１の裏面側に設けられているため、上記高熱伝導箔１１５による電極への影響はない。
【００２１】
上述したように高熱伝導箔１１５は、磁気ドラムなどの被検出体と適宜のギャップを介して近接・対面するように配置されることとなるが、そのときに、被検出体と接触しない程度の厚さをなすように形成されている。すなわち、上述した磁気抵抗パターンＭＲＰと被検出体との間に画成されている例えば０．３５ｍｍのギャップを越えることのないように、当該高熱伝導箔１１５の厚さが、例えば０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲に設定されている。なお、この高熱伝導箔１１５の材料として、耐摩耗性を有するものを採用した場合には、被検出体に接触するように配置することも可能である。
【００２２】
このような構成を有する本実施形態では、温度分布緩和部材としての高熱伝導箔１１５が、磁気センサの最外層を構成するように配置されているため、当該高熱伝導箔１１５の厚さを比較的自由に厚肉化することが可能となり、その分、熱伝導特性が高められることとなる。その結果、磁気抵抗パターンＭＲＰへの通電時等の発熱によって生じた局所的な発熱が、高熱伝導率を有する温度分布緩和部材としての高熱伝導箔１１５によって早期に拡散されることとなり、パターン間において生じようとする不均一な温度分布が、直ちに均一化されるようになっている。
【００２３】
例えば、実際にアルミニュウム箔からなる高熱伝導箔を用いて製造した磁気センサの中点電位を測定してみたところ、図４に示されているようになった。すなわち、高熱伝導箔が設けられておらず、高熱伝導箔の膜厚（図４横軸）が「０」の場合には、４０℃の温度差で約０．４ｍＶの中点電位差を生じていたものが、０．００９ｍｍの膜厚の高熱伝導箔を貼り付けたことによって、約０．２ｍＶの中点電位差に低減された。
【００２４】
さらに、このような実験結果を指数プロットして推定してたところ、例えば図５に示されているような結果となった。すなわち、温度分布緩和部材としての高熱伝導箔の膜厚（図５横軸）を０．０５ｍｍ以上に設定することで、中点電位差（図５縦軸）をほぼ「０」の状態にすることが可能となり、また回路側のアンプゲインを３０倍としたときには、図６に示されているように、０．０２ｍｍ以上の膜厚（図６横軸）とすることによって中点電位差（図６縦軸）を、必要な温度特性を満足させるレベルにすることが可能となった。
【００２５】
加えて、上述した実施形態では、絶縁層が、磁気抵抗パターンを覆う有機保護膜１１４により形成されており、その有機保護膜１１４が絶縁層を兼用している分、生産性を高めることが可能となるとともに、既存の磁気センサに対しても直ちに採用することが可能となっている。
【００２６】
一方、上述した実施形態と同一の構成物に対して同一の符号を付した図７に示されている実施形態に用いられている温度分布緩和部材１１６では、当該温度分布緩和部材１１６の片側表面が絶縁処理されており、その絶縁処理された温度分布緩和部材１１６が、磁性膜１１２に対して別個の絶縁層を介することなく直接的に貼着されている。
【００２７】
このような構成を有する実施形態によれば、保護膜が温度分布緩和部材１１６と一体化されて実質的に省略されるため、その分、生産性を高めることが可能となる。
【００２８】
また、図８に示された実施形態に用いられている温度分布緩和部材１１７は、当該温度分布緩和部材１１７の外部露出側の表面に、放熱面積を拡大するための凹凸部１１７ａが形成されたものであって、このような実施形態によれば、温度分布緩和部材１１７に凹凸部１１７ａが形成されている分だけ、熱伝導特性が更に高められることとなり、その結果、パターン間に生じようとする不均一な温度分布が極めて早期に均一化されるようになっている。
【００２９】
さらに、図９に示された実施形態に用いられている温度分布緩和部材１１８は、金属粉末を混入させた有機膜から形成されたものであって、このような実施形態によれば、温度分布緩和部材１１８が有機保護膜と一体化されており、それによって有機保護膜が実質的に省略されることとなるため、その分、生産性を高めることが可能となる。
【００３０】
以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもない。
【００３１】
例えば、上述した各実施形態では、特に図１に示されているように、磁気センサ１１の表面のみに温度分布緩和部材を貼り付ける構成が採用されているが、図１０に示されているように、センサユニット１０のユニット基板の全面に温度分布緩和部材１１９を貼り付けるように構成することも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１記載にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサは、基板上に形成された磁性膜に設けられた非対称な熱分布を有する磁気抵抗パターン上に、高熱伝導率を有する非磁性材料からなる温度分布緩和部材を絶縁層を介して前記被検出体と対面する最外層を形成するように設け、当該温度分布緩和部材の厚さを比較的自由に厚肉化することを可能として熱伝導特性を高め、通電時等の発熱によって生じた局所的な発熱を早期に拡散させることによって、簡易な構成で、不均一な温度分布を直ちに均一化させるとともに、高い生産性を維持することを可能としたものであるから、非対称形状の磁気抵抗パターンを用いた場合における中点電位の温度特性を安定化させることができ、安価で信頼性の高い磁気センサを得ることができる。
【００３３】
また、本発明の請求項２にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサは、上記請求項１における温度分布緩和部材を、容易に入手可能なアルミ、銅、非磁性ステンレスにより形成し、これらの材料を用いることによって温度分布緩和部材を安価に製造可能としたものであるから、上述した効果を更に向上させることができる。
【００３４】
さらに、本発明の請求項３にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサは、上記請求項１における絶縁層を磁気抵抗パターンを覆う保護膜により形成し、保護膜が絶縁層を兼用している分だけ生産性を高めることを可能とするとともに、既存の磁気センサに対しても直ちに採用することを可能としたものであるから、上述した効果を更に向上させつつ、本発明の有用性を一層高めることができる。
【００３５】
さらにまた、本発明の請求項４にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサは、温度分布緩和部材の片側表面に対する絶縁処理により絶縁層を形成し、当該絶縁処理された温度分布緩和部材を磁性膜に対して直接的に貼着したことによって、保護膜を温度分布緩和部材と一体化して実質的に省略し、その分生産性を高めることを可能としたものであるから、上述した効果を更に高めることができる。
【００３６】
一方、本発明の請求項５にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサは、温度分布緩和部材の外部露出側の表面に放熱面積を拡大する凹凸部を形成し、温度分布緩和部材に凹凸部を形成した分だけ熱伝導特性を更に高めて、不均一な温度分布を極めて早期に均一化させるように構成したものであるから、上述した効果をより一層向上させることができる。
【００３７】
また、本発明の請求項６にかかる磁気抵抗素子を用いた磁気センサは、金属粉末を混入させた有機膜から温度分布緩和部材を形成し、有機保護膜を温度分布緩和部材と一体化して実質的に省略した分だけ、生産性を高めることを可能としたものであるから、上述した効果をより更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における磁気センサを備えたセンサユニットの全体構造を表した正面説明図である。
【図２】図１に表したセンサユニットの構造を表した側面説明図である。
【図３】図１及び図２に表したセンサユニット内に設けられている本発明の一実施形態における磁気センサの概略構造を表した縦断面説明図である。
【図４】温度分布緩和部材の膜厚と、磁気抵抗パターンの中点電位との関係を実際に測定した線図である。
【図５】温度分布緩和部材の膜厚と磁気抵抗パターンの中点電位との関係を、指数プロットして推定した結果を表した線図である。
【図６】温度分布緩和部材の膜厚と磁気抵抗パターンの中点電位との関係を、アンプゲイン（３０倍）を考慮しつつ指数プロットして推定した結果を表した線図である。
【図７】本発明の他の実施形態における磁気センサの概略構造を表した縦断面説明図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態における磁気センサの概略構造を表した縦断面説明図である。
【図９】本発明の更に他の実施形態における磁気センサの概略構造を表した縦断面説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態における磁気センサを備えたセンサユニットの全体構造を表した正面説明図である。
【図１１】一般に用いられている磁気センサの概略構造を表した縦断面説明図である。
【図１２】対称形状を有する磁気抵抗パターンの構造を表した平面説明図である。
【図１３】対称形状を有する磁気抵抗パターンを左右に並べて配置した場合の状態を表した平面説明図である。
【図１４】対称形状を有する磁気抵抗パターンを上下にに並べて配置した場合の状態を表した平面説明図である。
【図１５】非対称形状を有する磁気抵抗パターンの構造を表した平面説明図である。
【図１６】一般の磁気抵抗パターンにおける基板の温度と、磁気抵抗パターンの中点電位との関係を測定した線図である。
【符号の説明】
１０  センサユニット
１１  磁気センサ
１１１  基板
１１２  磁性膜
１１３  無機保護膜
１１４  有機保護膜
１１５，１１６，１１７，１１８，１１９  高熱伝導箔（温度分布緩和部材）
ＭＲＰ  磁気抵抗パターン（ＭＲパターン）
【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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【図１６】
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