(57)【要約】【課題】同一基板上でＸとＹとＺ軸方向の磁場を検知できる磁気センサを提供すること。【解決手段】一方の磁気収束板５２，６２及び他方の磁気収束板５３，６３は、お互いに対向するように設けられ、片側に等間隔で複数の突起状部材が形成された櫛状である。磁気抵抗素子５１，６１は、一方及び他方の磁気収束板の突起状部材に沿ってつづら折り状に配置されている。つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接する一方のコ字状部分の内側には、一方の磁気収束板と他方の磁気収束板が配置され、つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接する他方のコ字状部分の外側には、一方の磁気収束板と他方の磁気収束板が配置されている第１の配置パターンと第３の配置パターンとを有している。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一基板上でＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の磁場を検知できるようにした磁気センサにおいて、
一方の梁状部材に直交する向きに、該一方の梁状部材から片側に等間隔で複数の突起状部材が形成された櫛状の一方の磁気収束板と、
該一方の磁気収束板に対向するように設けられ、他方の梁状部材に直交する向きに、該他方の梁状部材から片側に等間隔で複数の突起状部材の突起が形成された櫛状の他方の磁気収束板と、
前記一方及び他方の磁気収束板の前記突起状部材に沿ってつづら折り状に配置された磁気抵抗素子とを備え、
前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接する一方のコ字状部分の内側には、前記一方の磁気収束板及び前記他方の磁気収束板が配置されているとともに、前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接する他方のコ字状部分の外側には、前記一方の磁気収束板及び前記他方の磁気収束板が配置されている単一配置パターンを有することを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記単一配置パターンを有する第１の磁気検出部と、前記単一配置パターンを有する第２の磁気検出部とを備え、前記第１の磁気検出部の前記単一配置パターンと前記第２の磁気検出部の前記単一配置パターンとが互いに線対称になってい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】
前記第１の磁気検出部には、前記単一配置パターンが複数個隣接して配置されているとともに、前記第２の磁気検出部には、前記単一配置パターンが複数個隣接して配置されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第２の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行であることを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第１の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第２の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ同軸上に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第１の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第２の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ異なる軸上に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の第１の磁気検出部は、第１部分乃至と第６部分とからなる連続体で、前記第１部分と前記第２部分とからなる第１のコ字状部分と、前記第２部分と前記第３部分とからなる第２のコ字状部分と、前記第３部分と前記第４部分とからなる第３のコ字状部分と、前記第４部分と前記第５部分とからなる第４のコ字状部分と、前記第５部分と前記第６部分とからなる第５のコ字状部分とから構成され、
前記一方の磁気収束板は、前記磁気抵抗素子の第２のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第１部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第４のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第４部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第５のコ字状部分の凹部分の外側で前記磁気抵抗素子の第６部分と対向して配置されている突起状の第３の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、
前記他方の磁気収束板は、前記一方の磁気収束板と対向するように配置され、前記磁気抵抗素子の第１のコ字状部分の凹部分の外側で前記磁気抵抗素子の第１部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第２のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第２部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第４のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第４部分と対向して配置されている突起状の第３の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、
前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の第２の磁気検出部は、第１部分と第２部分と第３部分からなる連続体で、前記第１部分と前記第２部分とからなる第１のコ字状部分と、前記第２部分と前記第３部分とからなる第２のコ字状部分と、前記第３部分と前記第４部分とからなる第３のコ字状部分と、前記第４部分と前記第５部分とからなる第４のコ字状部分と、前記第５部分と前記第６部分とからなる第５のコ字状部分とから構成され、
前記一方の磁気収束板は、前記磁気抵抗素子の第１のコ字状部分の凹部分の外側で前記磁気抵抗素子の第１部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第２のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第３部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第４のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第５部分と対向して配置されている突起状の第３の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、
前記他方の磁気収束板は、前記一方の磁気収束板と対向するように配置され、前記磁気抵抗素子の第２のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第２部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第４のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第４部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第５のコ字状部分の凹部分の外側で前記磁気抵抗素子の第６部分と対向して配置されている突起状の第３の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１の磁気検出部と前記第２の磁気検出部とを備えたＸ軸センサと、該Ｘ軸センサを９０度回転させた位置に配置され、第３の磁気検出部と第４の磁気検出部とを備えたＹ軸センサと、該Ｘ軸センサを９０度回転させた位置で、前記Ｙ軸センサに対向して配置され、第５の磁気検出部と第６の磁気検出部とを備えたＺ軸センサとを備えていることを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記Ｚ軸センサが、前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接するコ字状部分の内側には、各々別個に前記一方の磁気収束板と前記他方の磁気収束板が配置されている単一配置パターンを有することを特徴とする請求項８に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記Ｚ軸センサが、前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接するコ字状部分の内側には、各々別個に前記一方の磁気収束板と前記他方の磁気収束板が配置され、さらに隣接するコ字状部分の内側には、前記一方の磁気収束板と前記他方の磁気収束板が配置されていない単一配置パターンを有することを特徴とする請求項８に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記単一配置パターンを有する前記第５の磁気検出部と、前記単一配置パターンを有する前記第６の磁気検出部とを備え、前記第５の磁気検出部の前記単一配置パターンと前記第６の磁気検出部の前記単一配置パターンとが互いに点対称になっていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記第５の磁気検出部には、前記単一配置パターンが複数個隣接して配置されているとともに、前記第６の磁気検出部には、前記単一配置パターンが複数個隣接して配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記第５の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第６の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記第５の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第６の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ同軸上に設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記第５の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第６の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ異なる軸上に設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の磁気センサ。
【請求項１６】
前記第５の磁気検出部を構成する第５の磁気抵抗素子は、第１部分乃至と第６部分とからなる連続体で、第１部分と第２部分とからなる第１のコ字状部分と、第２部分と第３部分とからなる第２のコ字状部分と、第３部分と第４部分とからなる第３のコ字状部分と、第４部分と第５部分とからなる第４のコ字状部分と、第５部分と第６部分とからなる第５のコ字状部分とから構成され、
前記一方の磁気収束板は、前記第５の磁気抵抗素子の第２のコ字状部分の凹部分の内側で前記第５の磁気抵抗素子の第２部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記第５の磁気抵抗素子の第５のコ字状部分の凹部分の外側で前記第１の磁気抵抗素子の第６部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、
前記他方の磁気収束板は、前記一方の磁気収束板と対向するように配置され、前記第５の磁気抵抗素子の第１のコ字状部分の凹部分の内側で前記第５の磁気抵抗素子の第１部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記第５の磁気抵抗素子の第５のコ字状部分の凹部分の内側で前記第５の磁気抵抗素子の第５部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、
前記第２の磁気検出部を構成する第６の磁気抵抗素子は、第１部分乃至第６部分とからなる連続体で、第１部分と第２部分とからなる第１のコ字状部分と、第２部分と第３部分とからなる第２のコ字状部分と、第３部分と第４部分とからなる第３のコ字状部分と、第４部分と第５部分とからなる第４のコ字状部分と、第５部分と第６部分とからなる第５のコ字状部分とから構成され、
前記一方の磁気収束板は、前記第６の磁気抵抗素子の第１のコ字状部分の凹部分の内側で前記第６の磁気抵抗素子の第２部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記第６の磁気抵抗素子の第５のコ字状部分の凹部分の内側で前記第６の磁気抵抗素子の第６部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、
前記他方の磁気収束板は、前記一方の磁気収束板と対向するように配置され、前記第６の磁気抵抗素子の第１のコ字状部分の凹部分の外側で前記第６の磁気抵抗素子の前記第１部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記第６の磁気抵抗素子の第４のコ字状部分の凹部分の内側で前記第６の磁気抵抗素子の第５部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成されていることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項１７】
前記磁気抵抗素子と前記一方及び他方の磁気収束板とが互いに間隔を有して配置されていることを特徴とする請求項９乃至１６のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項１８】
前記Ｘ軸センサ及び前記Ｙ軸センサの第１及び第３の磁気検出部と第２及び第４の磁気検出部の配置パターンが互いに対向するように折り畳まれて組み込まれていることを特徴とする請求項８に記載の磁気センサ。
【請求項１９】
前記磁気抵抗素子が、巨大磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項２０】
前記磁気抵抗素子が、トンネル磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項２１】
請求項１乃至２０のいずれかに記載の磁気センサにおける磁気検出方法において、
前記Ｘ軸センサと前記Ｙ軸センサ及び前記Ｘ軸センサと前記Ｚ軸センサとを互いに直交する位置で同一基板上に配置することで、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向と前記Ｚ軸方向とに磁場をかけた時に、各軸センサの抵抗変化の差を取り、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向と前記Ｚ軸方向の磁場をそれぞれ干渉なく検知できるようにすることを特徴とする磁気センサの磁気検出方法。
【請求項２２】
前記磁気センサの前記櫛状の磁気収束板により、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とＺ軸方向が変換され、前記Ｘ軸方向の磁場は、前記第１及び第２の磁気抵抗素子に対し反対の向きで磁場がかかるように磁場変換され、前記Ｙ軸方向の磁場は、同一方向に変換されるのに対し、前記Ｚ軸方向の磁場はコ字状部分の磁気収束板の内側に配置された前記第１及び第２の磁気抵抗素子で＋／−になるように磁場が掛かるため相殺され、前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子の抵抗の差を演算することで、前記Ｙ軸方向の磁場を消去し、前記Ｘ軸方向の磁場を２倍に増幅することを特徴とする請求項２１に記載の磁気センサの磁気検出方法。
【請求項２３】
前記磁気センサの前記櫛状の磁気収束板により、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とＺ軸方向が変換され、前記Ｙ軸方向の磁場は、前記第１及び第２の磁気抵抗素子に対し反対の向きで磁場がかかるように磁場変換され、前記Ｘ軸方向の磁場は、同一方向に変換されるのに対し、前記Ｚ軸方向の磁場はコ字状部分の磁気収束板の内側に配置された前記第１及び第２の磁気抵抗素子で＋／−になるように磁場が掛かるため相殺され、前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子の抵抗の差を演算することで、前記Ｘ軸方向の磁場を消去し、前記Ｙ軸方向の磁場を２倍に増幅することを特徴とする請求項２１に記載の磁気センサの磁気検出方法。
【請求項２４】
前記磁気センサの前記櫛状の磁気収束板により、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とＺ軸方向が変換され、前記第５及び第６の磁気抵抗素子に対し、前記Ｘ軸方向乃至前記Ｙ軸方向の磁場が同一方向に変換されるのに対し、前記Ｚ軸方向の磁場は、前記第１及び２の磁気抵抗素子に反対の向きで磁場がかかるように磁場変換され、前記第５の磁気抵抗素子と前記第６の磁気抵抗素子の抵抗の差を演算することで、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向の磁場を消去し、前記Ｚ軸方向の磁場を２倍に増幅することを特徴とする請求項２１に記載の磁気センサの磁気検出方法。
【請求項２５】
基板平面に対して平行な任意の軸方向の磁場を検知できるようにした磁気センサにおいて、
等間隔で複数の突起状部材が形成された櫛状の一方の磁気収束板と、
該一方の磁気収束板に対向するように設けられ、等間隔で複数の突起状部材の突起が形成された櫛状の他方の磁気収束板と、
前記一方及び他方の磁気収束板の前記突起状部材に沿ってつづら折り状に配置された磁気抵抗素子とを備え、
該磁気抵抗素子のコ字状部分の一方の外側には、前記一方の磁気収束板の第１部分が配置されており、前記磁気抵抗素子のコ字状部分の他方の外側には、前記他方の磁気収束板の第１部分が配置されている単一配置パターンを有することを特徴とする磁気センサ。
【請求項２６】
前記単一配置パターンが、互いに線対称になっていることを特徴とする請求項２５に記載の磁気センサ。
【請求項２７】
前記磁気収束板を取り除いた場合に、前記磁気収束板の前記第１部分及び前記第２部分が、前記磁気抵抗素子よりも突出していることを特徴とする請求項２５又は２６に記載の磁気センサ。
【請求項２８】
前記磁気抵抗素子の感磁部を挟む前記一方の磁気収束板の第１部分と、前記他方の磁気収束板の第１部分との距離は、配置パターン間の磁気収束板間の距離よりも狭いことを特徴とする請求項２５，２６又は２７に記載の磁気センサ。
【請求項２９】
前記磁気抵抗素子の感磁部の接続部が、前記感磁部同じ材質ではないことを特徴とする請求項２５乃至２８のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項３０】
前記一方の磁気収束板の第１部分と、前記他方の磁気収束板の第１部分に、Ｔ字状の磁気収束部材を設けるとともに、前記磁気収束部材と隣接する前記磁気収束材との距離が配置パターン内における２つの磁気収束材間の距離よりも遠い位置関係に配置されていることを特徴とする請求項２５乃至２９のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項３１】
前記単一配置パターンが、位置ずれして配置されていることを特徴とする請求項２５乃至３０のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項３２】
前記一方の磁気収束板の第１部分と前記感磁部及び前記他方の磁気収束板の第１部分と前記感磁部とが接触することなく、前記一方の磁気収束板の第１部分と前記他方の磁気収束板の第１部分とを、前記感磁部と等距離に配置されていることを特徴とする請求項２５乃至３１のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項３３】
前記感磁部が、断面において、前記一方の磁気収束板の第１部分と前記他方の磁気収束板の第１部分の下側に配置され、かつ前記磁気収束板の中線を越えていないことを特徴とする請求項２５乃至３２のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項３４】
前記磁気収束板に繋がっていない前記第１部分の先端形状が、長方形であることを特徴とする請求項２５乃至３３のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項３５】
基板平面に対して垂直方向の磁場を検知できるようにした磁気センサにおいて、
等間隔で複数の突起状部材が形成された櫛状の一方の磁気収束板と、
該一方の磁気収束板に対向するように設けられ、等間隔で複数の突起状部材の突起が形成された櫛状の他方の磁気収束板と、
前記一方及び他方の磁気収束板の前記突起状部材に沿ってつづら折り状に配置された磁気抵抗素子とを備え、
該磁気抵抗素子のコ字状部分の一方の内側には、前記他方の磁気収束板の第１部分が接しており、前記磁気抵抗素子のコ字状部分の他方の外側には、前記一方の磁気収束板の第１部分が接している単一配置パターンを有することを特徴とする磁気センサ。
【請求項３６】
前記単一配置パターンが、互いに点対称になっていることを特徴とする請求項３５に記載の磁気センサ。
【請求項３７】
前記単一配置パターンの前記磁気収束板間の距離が、隣接する同一の単一配置パターン間の距離よりも狭いことを特徴とする請求項３５又は３６に記載の磁気センサ。
【請求項３８】
前記磁気収束板を取り除いた場合に、前記磁気収束板の前記第１部分及び前記第２部分が、前記磁気抵抗素子よりも突出していることを特徴とする請求項３５，３６又は３７に記載の磁気センサ。
【請求項３９】
前記一方の磁気収束板の第１部分と、前記他方の磁気収束板の第１部分に、Ｔ字状の磁気収束部材を設けるとともに、前記磁気収束部材と隣接する前記磁気収束材との距離が配置パターン内における２つの磁気収束材間の距離よりも遠い位置関係に配置されていることを特徴とする請求項３５乃至３８のいずれか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、磁気センサ及びその磁気検出方法に関し、より詳細には、磁気抵抗素子を備え、消費電流の増大を招くことなく同一基板上でＸとＹとＺ軸方向の磁場を検知できる磁気センサ及びその磁気検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に磁気の有無を検出する巨大磁気抵抗（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ＧＭＲ）素子は広く知られている。磁場をかけると電気抵抗率が増加する現象を磁気抵抗効果というが、一般の物質では変化率は数％であるが、このＧＭＲ素子では数１０％に達することから、ハードディスクのヘッドに広く用いられている。
図１は、従来のＧＭＲ素子の動作原理を説明するための斜視図で、図２は、図１の部分断面図である。図中符号１は反強磁性層、２はピンド層（固定層）、３はＣｕ層（スペーサ層）、４はフリー層（自由回転層）を示している。磁性材料の磁化の向きで電子のスピン散乱が変わり抵抗が変化する。つまり、ΔＲ＝（ＲＡＰ−ＲＰ）ＲＰ（ＲＡＰ；上下の磁化の向きが反平行のとき、ＲＰ；上下の磁化の向きが反平行のとき）で表される。
【０００３】
固定層２の磁気モーメントは、反強磁性層１との磁気結合により方向が固定されている。漏れ磁場により磁化自由回転層４の磁気モーメントの方向が変化すると、Ｃｕ層３を流れる電流が変化し、漏れ磁場の変化が読み取れる。
図３は、従来のＧＭＲ素子の積層構造を説明するための構成図で、図中符号１１は絶縁膜、１２はフリー層（自由回転層）、１３は導電層、１４はピンド層（固定層）、１５は反強磁性層、１６は絶縁膜から構成され、フリー層（自由回転層）１２は自由に磁化の向きが回転する層で、ＮｉＦｅ又はＣｏＦｅ／ＮｉＦｅから構成され、導電層１３は電流を流し、スピン散乱が起きる層で、Ｃｕから構成され、ピンド層（固定層）１４は磁化の向きが一定方向に固定された層で、ＣｏＦｅ又はＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅから構成され、反強磁性層１５はピンド層１４の磁化の向きを固定するための層で、ＰｔＭｎ又はＩｒＭｎから構成され、絶縁膜１１，１６はＴａやＣｒ、ＮｉＦｅＣｒ、ＡｌＯから構成されている。またピンド層は反強磁性層を用いずにセルフバイアス構造を用いても良い。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載のものは、ＧＭＲ素子を用いた磁気記録システムに関するもので、自由強磁性体層の静磁気結合が最小となるよう改良された固定強磁性体層を有するスピン・バルブ磁気抵抗（ＭＲ）センサで、その図４には、自由強磁性体層と固定強磁性体層とを有する積層構造が記載されている。
また、３次元の磁場ベクトルを検知する地磁気センサとして、ホール素子を用いた磁気センサが提案されている。この種のホール素子は、素子面に垂直な方向の磁場を検出でき、素子を平面に配置した場合はＺ方向の磁場を検出することができる。例えば、特許文献２では、円形の磁気収束板の下部に対称中心に対し、上下、左右に十字形状のホール素子が配置されており、水平方向の磁場が磁気収束板の端でＺ軸方向に変換されることを利用して、ホール素子の感磁方向であるＺ方向だけでなく、水平方向の磁場を検出することで同一基板上におけるＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の磁場を検知できることが示されている。
【０００５】
また、例えば、特許文献３に記載のものは、単一の基板上に３次元方向に交差するように配置された磁気抵抗効果素子を有する磁気センサに関するもので、ピンド層とフリー層とを含んでなる磁気抵抗素子を用いた磁気センサであって、特に、磁気センサの表面に垂直な方向の磁場を測定する高感度の磁気センサが記載されており、水平方向の磁場を検出する磁気抵抗素子を用いて、斜め斜面上に形成することで、本来検知出来ない垂直方向に掛かるＺ磁場をベクトル分解することで、同一基板でＸ、Ｙ、Ｚの磁場を検知出来ることが提案されている。
【０００６】
また、例えば、特許文献４に記載のものは、方位検出に関して高い感度を有し、小型で量産性にも優れた３軸磁気センサに関するもので、基板表面に平行で互いに直交するように設定した２軸（Ｘ、Ｙ軸）方向で地磁気成分を検知する２軸磁気センサ部と、２軸磁気センサ部上に配置され前記２軸を含む面に対して垂直方向（Ｚ軸）の磁界を集める磁性部材とを備えており、磁気抵抗素子上にコイルを形成し、コイルに電流を流して発生する磁場で磁化の向きを制御させたまま４回対称の磁性部体で、磁場方向変換させて、同一基板でＸ、Ｙ、Ｚの磁場を検知出来ることが提案されている。
【０００７】
また、例えば、特許文献５に記載のものは、磁界の方向の影響を受けることが少なく磁界の大きさを精度よく検出できる巨大磁気抵抗素子に関するもので、このＧＭＲ素子は、ＧＭＲチップ上に対して一本の折れ線状をなすパターンにて形成され、そのＧＭＲチップは基板に実装されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１６９０２６号公報
【特許文献２】特開２００２−７１３８１号公報
【特許文献３】特開２００４−６７５２号公報
【特許文献４】特開２００６−３１１６号公報
【特許文献５】特開２００３−２８２９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載のものは、自由強磁性体層と固定強磁性体層とを有する積層構造を備えたＧＭＲ素子が開示されているものの、本発明の磁気センサのような磁気抵抗素子と磁気収束板とを組み合わせた配置パターンについては何ら開示されていない。
また、特許文献２に記載のセンサでは、ホール素子の感度が低いため、地磁気を精度良く検知するために後段での増幅信号処理が必要となり、消費電流の増大を招くことが考えられる。
【００１０】
また、特許文献３及び４の磁気センサは、磁気抵抗素子を用いているためホール素子よりも感度が高いため、後段での複雑な信号処理をする必要はないが、基板を斜めに形成したり、コイルを形成するなど量産性が課題となり、かつ特許文献４ではコイルによる消費電流の増大が懸念させる。
また、特許文献５に記載のＧＭＲ素子は、ＧＭＲチップ上に対して一本の折れ線状をなすパターンにて形成されたものが開示されているものの、本発明の磁気センサのような磁気抵抗素子と磁気収束板とを組み合わせた配置パターンについては何ら開示されていなく、しかも、スピン・バルブ構造を有していないため、磁場の極性を判別出来ず、磁気センサとしては使い辛いという問題がある。
【００１１】
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、磁気抵抗素子を備え、消費電流の増大を招くことなく同一基板上でＸとＹとＺ軸方向の磁場を検知できる磁気センサ及びその磁気検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、同一基板上でＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の磁場を検知できるようにした磁気センサにおいて、一方の梁状部材に直交する向きに、該一方の梁状部材から片側に等間隔で複数の突起状部材が形成された櫛状の一方の磁気収束板と、該一方の磁気収束板に対向するように設けられ、他方の梁状部材に直交する向きに、該他方の梁状部材から片側に等間隔で複数の突起状部材の突起が形成された櫛状の他方の磁気収束板と、前記一方及び他方の磁気収束板の前記突起状部材に沿ってつづら折り状に配置された磁気抵抗素子とを備え、前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接する一方のコ字状部分の内側には、前記一方の磁気収束板及び前記他方の磁気収束板が配置されているとともに、前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接する他方のコ字状部分の外側には、前記一方の磁気収束板及び前記他方の磁気収束板が配置されている単一配置パターンを有することを特徴とする。（図９）
【００１３】
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、前記単一配置パターンを有する第１の磁気検出部と、前記単一配置パターンを有する第２の磁気検出部とを備え、前記第１の磁気検出部の前記単一配置パターンと前記第２の磁気検出部の前記単一配置パターンとが互いに線対称になっていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記第１の磁気検出部には、前記単一配置パターンが複数個隣接して配置されているとともに、前記第２の磁気検出部には、前記単一配置パターンが複数個隣接して配置されていることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記第１の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第２の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記第１の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第２の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ同軸上に設けられていることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記第１の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第２の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ異なる軸上に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７に記載の発明は、請求項２乃至６のいずれかに記載の発明において、前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の第１の磁気検出部は、第１部分乃至と第６部分とからなる連続体で、前記第１部分と前記第２部分とからなる第１のコ字状部分と、前記第２部分と前記第３部分とからなる第２のコ字状部分と、前記第３部分と前記第４部分とからなる第３のコ字状部分と、前記第４部分と前記第５部分とからなる第４のコ字状部分と、前記第５部分と前記第６部分とからなる第５のコ字状部分とから構成され、前記一方の磁気収束板は、前記磁気抵抗素子の第２のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第１部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第４のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第４部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第５のコ字状部分の凹部分の外側で前記磁気抵抗素子の第６部分と対向して配置されている突起状の第３の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、前記他方の磁気収束板は、前記一方の磁気収束板と対向するように配置され、前記磁気抵抗素子の第１のコ字状部分の凹部分の外側で前記磁気抵抗素子の第１部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第２のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第２部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第４のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第４部分と対向して配置されている突起状の第３の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の第２の磁気検出部は、第１部分と第２部分と第３部分からなる連続体で、前記第１部分と前記第２部分とからなる第１のコ字状部分と、前記第２部分と前記第３部分とからなる第２のコ字状部分と、前記第３部分と前記第４部分とからなる第３のコ字状部分と、前記第４部分と前記第５部分とからなる第４のコ字状部分と、前記第５部分と前記第６部分とからなる第５のコ字状部分とから構成され、前記一方の磁気収束板は、前記磁気抵抗素子の第１のコ字状部分の凹部分の外側で前記磁気抵抗素子の第１部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第２のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第３部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第４のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第５部分と対向して配置されている突起状の第３の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、前記他方の磁気収束板は、前記一方の磁気収束板と対向するように配置され、前記磁気抵抗素子の第２のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第２部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第４のコ字状部分の凹部分の内側で前記磁気抵抗素子の第４部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分と、前記磁気抵抗素子の第５のコ字状部分の凹部分の外側で前記磁気抵抗素子の第６部分と対向して配置されている突起状の第３の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成されていることを特徴とする。（図９）
【００１７】
また、請求項８に記載の発明は、請求項２乃至７のいずれかに記載の発明において、前記第１の磁気検出部と前記第２の磁気検出部とを備えたＸ軸センサと、該Ｘ軸センサを９０度回転させた位置に配置され、第３の磁気検出部と第４の磁気検出部とを備えたＹ軸センサと、該Ｘ軸センサを９０度回転させた位置で、前記Ｙ軸センサに対向して配置され、第５の磁気検出部と第６の磁気検出部とを備えたＺ軸センサとを備えていることを特徴とする。（図１４）
【００１８】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記Ｚ軸センサが、前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接するコ字状部分の内側には、各々別個に前記一方の磁気収束板と前記他方の磁気収束板が配置されている単一配置パターンを有することを特徴とする。（図１３）
【００１９】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記Ｚ軸センサが、前記つづら折り状に配置された磁気抵抗素子の隣接するコ字状部分の内側には、各々別個に前記一方の磁気収束板と前記他方の磁気収束板が配置され、さらに隣接するコ字状部分の内側には、前記一方の磁気収束板と前記他方の磁気収束板が配置されていない単一配置パターンを有することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記単一配置パターンを有する前記第５の磁気検出部と、前記単一配置パターンを有する前記第６の磁気検出部とを備え、前記第５の磁気検出部の前記単一配置パターンと前記第６の磁気検出部の前記単一配置パターンとが互いに点対称になっていることを特徴とする。（図１２）
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記第５の磁気検出部には、前記単一配置パターンが複数個隣接して配置されているとともに、前記第６の磁気検出部には、前記単一配置パターンが複数個隣接して配置されていることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項９乃至１２のいずれかに記載の発明において、前記第５の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第６の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行であることを特徴とする。
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記第５の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第６の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ同軸上に設けられていることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記第５の磁気検出部の長手方向の軸と、前記第６の磁気検出部の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ異なる軸上に設けられていることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項９乃至１５のいずれかに記載の発明において、前記第５の磁気検出部を構成する第５の磁気抵抗素子は、第１部分乃至と第６部分とからなる連続体で、第１部分と第２部分とからなる第１のコ字状部分と、第２部分と第３部分とからなる第２のコ字状部分と、第３部分と第４部分とからなる第３のコ字状部分と、第４部分と第５部分とからなる第４のコ字状部分と、第５部分と第６部分とからなる第５のコ字状部分とから構成され、前記一方の磁気収束板は、前記第５の磁気抵抗素子の第２のコ字状部分の凹部分の内側で前記第５の磁気抵抗素子の第２部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記第５の磁気抵抗素子の第５のコ字状部分の凹部分の外側で前記第１の磁気抵抗素子の第６部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、前記他方の磁気収束板は、前記一方の磁気収束板と対向するように配置され、前記第５の磁気抵抗素子の第１のコ字状部分の凹部分の内側で前記第５の磁気抵抗素子の第１部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記第５の磁気抵抗素子の第５のコ字状部分の凹部分の内側で前記第５の磁気抵抗素子の第５部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、前記第２の磁気検出部を構成する第６の磁気抵抗素子は、第１部分乃至第６部分とからなる連続体で、第１部分と第２部分とからなる第１のコ字状部分と、第２部分と第３部分とからなる第２のコ字状部分と、第３部分と第４部分とからなる第３のコ字状部分と、第４部分と第５部分とからなる第４のコ字状部分と、第５部分と第６部分とからなる第５のコ字状部分とから構成され、前記一方の磁気収束板は、前記第６の磁気抵抗素子の第１のコ字状部分の凹部分の内側で前記第６の磁気抵抗素子の第２部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記第６の磁気抵抗素子の第５のコ字状部分の凹部分の内側で前記第６の磁気抵抗素子の第６部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成され、前記他方の磁気収束板は、前記一方の磁気収束板と対向するように配置され、前記第６の磁気抵抗素子の第１のコ字状部分の凹部分の外側で前記第６の磁気抵抗素子の前記第１部分と対向して配置されている突起状の第１の櫛状部分と、前記第６の磁気抵抗素子の第４のコ字状部分の凹部分の内側で前記第６の磁気抵抗素子の第５部分と対向して配置されている突起状の第２の櫛状部分とからなる櫛型形状で構成されていることを特徴とする。（図１２）
【００２４】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項９乃至１６のいずれかに記載の発明において、前記磁気抵抗素子と前記一方及び他方の磁気収束板とが互いに間隔を有して配置されていることを特徴とする。
また、請求項１８に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記Ｘ軸センサ及び前記Ｙ軸センサの第１及び第３の磁気検出部と第２及び第４の磁気検出部の配置パターンが互いに対向するように折り畳まれて組み込まれていることを特徴とする。
また、請求項１９に記載の発明は、請求項１乃至１８のいずれかに記載の発明において、前記磁気抵抗素子が、巨大磁気抵抗素子であることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項２０に記載の発明は、請求項１乃至１８のいずれかに記載の発明において、前記磁気抵抗素子が、トンネル磁気抵抗素子であることを特徴とする。
また、請求項２１に記載の発明は、請求項１乃至２０のいずれかに記載の磁気センサにおける磁気検出方法において、前記Ｘ軸センサと前記Ｙ軸センサ及び前記Ｘ軸センサと前記Ｚ軸センサとを互いに直交する位置で同一基板上に配置することで、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向と前記Ｚ軸方向とに磁場をかけた時に、各軸センサの抵抗変化の差を取り、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向と前記Ｚ軸方向の磁場をそれぞれ干渉なく検知できるようにすることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項２２に記載の発明は、請求項２１に記載の発明において、前記磁気センサの前記櫛状の磁気収束板により、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とＺ軸方向が変換され、前記Ｘ軸方向の磁場は、前記第１及び第２の磁気抵抗素子に対し反対の向きで磁場がかかるように磁場変換され、前記Ｙ軸方向の磁場は、同一方向に変換されるのに対し、前記Ｚ軸方向の磁場はコ字状部分の磁気収束板の内側に配置された前記第１及び第２の磁気抵抗素子で＋／−になるように磁場が掛かるため相殺され、前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子の抵抗の差を演算することで、前記Ｙ軸方向の磁場を消去し、前記Ｘ軸方向の磁場を２倍に増幅することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項２３に記載の発明は、請求項２１に記載の発明において、前記磁気センサの前記櫛状の磁気収束板により、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とＺ軸方向が変換され、前記Ｙ軸方向の磁場は、前記第１及び第２の磁気抵抗素子に対し反対の向きで磁場がかかるように磁場変換され、前記Ｘ軸方向の磁場は、同一方向に変換されるのに対し、前記Ｚ軸方向の磁場はコ字状部分の磁気収束板の内側に配置された前記第１及び第２の磁気抵抗素子で＋／−になるように磁場が掛かるため相殺され、前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子の抵抗の差を演算することで、前記Ｘ軸方向の磁場を消去し、前記Ｙ軸方向の磁場を２倍に増幅することを特徴とする。
【００２８】
また、請求項２４に記載の発明は、請求項２１に記載の発明において、前記磁気センサの前記櫛状の磁気収束板により、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とＺ軸方向が変換され、前記第５及び第６の磁気抵抗素子に対し、前記Ｘ軸方向乃至前記Ｙ軸方向の磁場が同一方向に変換されるのに対し、前記Ｚ軸方向の磁場は、前記第１及び２の磁気抵抗素子に反対の向きで磁場がかかるように磁場変換され、前記第５の磁気抵抗素子と前記第６の磁気抵抗素子の抵抗の差を演算することで、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向の磁場を消去し、前記Ｚ軸方向の磁場を２倍に増幅することを特徴とする。
【００２９】
また、請求項２５に記載の発明は、基板平面に対して平行な任意の軸方向の磁場を検知できるようにした磁気センサにおいて、等間隔で複数の突起状部材が形成された櫛状の一方の磁気収束板（１７２）と、該一方の磁気収束板に対向するように設けられ、等間隔で複数の突起状部材の突起が形成された櫛状の他方の磁気収束板（１７３）と、前記一方及び他方の磁気収束板の前記突起状部材に沿ってつづら折り状に配置された磁気抵抗素子（１７１）とを備え、該磁気抵抗素子（１７１）のコ字状部分の一方の外側には、前記一方の磁気収束板（１７２）の第１部分（１７２ａ）が配置されており、前記磁気抵抗素子（１７１）のコ字状部分の他方の外側には、前記他方の磁気収束板（１７３）の第１部分（１７３ａ）が配置されている単一配置パターン（Ｇ，Ｈ）を有することを特徴とする。（図１７（ａ））
【００３０】
また、請求項２６に記載の発明は、請求項２５に記載の発明において、前記単一配置パターン（Ｇ，Ｈ）が、互いに線対称になっていることを特徴とする。（図１７（ａ））
また、請求項２７に記載の発明は、請求項２５又は２６に記載の発明において、前記磁気収束板（１７２，１７３）を取り除いた場合に、前記磁気収束板（１７２，１７３）の前記第１部分（１７２ａ）及び前記第２部分（１７３ａ）が、前記磁気抵抗素子よりも突出していることを特徴とする。（図１７（ｂ））
また、請求項２８に記載の発明は、請求項２５，２６又は２７に記載の発明において、前記磁気抵抗素子（１７１）の感磁部（１７１ａ，１７１ｂ）を挟む前記一方の磁気収束板（１７２）の第１部分（１７２ａ）と、前記他方の磁気収束板（１７３）の第１部分（１７３ａ）との距離（Ｅ）は、配置パターン間の磁気収束板間の距離（Ｆ）よりも狭いことを特徴とする。（図１７（ｂ））
【００３１】
また、請求項２９に記載の発明は、請求項２５乃至２８のいずれかに記載の発明において、前記磁気抵抗素子（１７１）の感磁部（１７１ａ，１７１ｂ）の接続部が、前記感磁部（１７１ａ，１７１ｂ）同じ材質ではないことを特徴とする。（図１７（ｃ））
また、請求項３０に記載の発明は、請求項２５乃至２９のいずれかに記載の発明において、前記一方の磁気収束板（１７２）の第１部分（１７２ａ）と、前記他方の磁気収束板（１７３）の第１部分（１７３ａ）に、Ｔ字状の磁気収束部材（１７２ｃ，１７３ｃ）を設けるとともに、前記磁気収束部材（１７２ｃ，１７３ｃ）と隣接する前記磁気収束材との距離（Ａ）が配置パターン内における２つの磁気収束材間の距離（Ｂ）よりも遠い位置関係に配置されていることを特徴とする。（図１７（ｄ））
また、請求項３１に記載の発明は、請求項２５乃至３０のいずれかに記載の発明において、前記単一配置パターン（Ｇ，Ｈ）が、Ｘ軸方向に位置ずれして配置されていることを特徴とする。（図１７（ｅ））
【００３２】
また、請求項３２に記載の発明は、請求項２５乃至３１のいずれかに記載の発明において、前記一方の磁気収束板（１７２）の第１部分（１７２ａ）と前記感磁部（１７１ａ）及び前記他方の磁気収束板（１７３）の第１部分（１７３ａ）と前記感磁部（１７１ｂ）とが接触することなく、前記一方の磁気収束板（１７２）の第１部分（１７２ａ）と前記他方の磁気収束板（１７３）の第１部分（１７３ａ）とを、前記感磁部（１７１ａ，１７１ｂ）と等距離に配置されていることを特徴とする。（図１８（ａ））
【００３３】
また、請求項３３に記載の発明は、請求項２５乃至３２のいずれかに記載の発明において、前記感磁部（１７１ａ，１７１ｂ）が、断面において、前記一方の磁気収束板（１７２）の第１部分（１７２ａ）と前記他方の磁気収束板（１７３）の第１部分（１７３ａ）の下側に配置され、かつ前記磁気収束板の中線を越えていないことを特徴とする。（図１８（ｂ））
【００３４】
また、請求項３４に記載の発明は、請求項２５乃至３３のいずれかに記載の発明において、前記磁気収束板（１７２，１７３）に繋がっていない前記第１部分（１７２ａ，１７３ａ）の先端形状が、長方形であることを特徴とする。（図１８（ｃ））
また、請求項３５に記載の発明は、基板平面に対して垂直方向の磁場を検知できるようにした磁気センサにおいて、等間隔で複数の突起状部材が形成された櫛状の一方の磁気収束板（１７２）と、該一方の磁気収束板に対向するように設けられ、等間隔で複数の突起状部材の突起が形成された櫛状の他方の磁気収束板（１７３）と、前記一方及び他方の磁気収束板の前記突起状部材に沿ってつづら折り状に配置された磁気抵抗素子とを備え、該磁気抵抗素子（１７１）のコ字状部分の一方の内側には、前記他方の磁気収束板（１７３）の第１部分（１７３ａ）が接しており、前記磁気抵抗素子（１７１）のコ字状部分の他方の外側には、前記一方の磁気収束板（１７２）の第１部分（１７２ａ）が接している単一配置パターン（Ｉ，Ｊ）を有することを特徴とする。（図１９（ａ））
【００３５】
また、請求項３６に記載の発明は、請求項３５に記載の発明において、前記単一配置パターン（Ｉ，Ｊ）が、互いに点対称になっていることを特徴とする。（図１９（ａ））
また、請求項３７に記載の発明は、請求項３５又は３６に記載の発明において、前記単一配置パターンの前記磁気収束板間の距離（Ｅ）が、隣接する同一の単一配置パターン間の距離（Ｆ）よりも狭いことを特徴とする。（図１９（ｂ））
また、請求項３８に記載の発明は、請求項３５，３６又は３７に記載の発明において、前記磁気収束板（１７２，１７３）を取り除いた場合に、前記磁気収束板（１７２，１７３）の前記第１部分（１７２ａ）及び前記第２部分（１７３ａ）が、前記磁気抵抗素子よりも突出していることを特徴とする。（図１９（ｃ））
【００３６】
また、請求項３９に記載の発明は、請求項３５乃至３８のいずれかに記載の発明において、前記一方の磁気収束板（１７２）の第１部分（１７２ａ）と、前記他方の磁気収束板（１７３）の第１部分（１７３ａ）に、Ｔ字状の磁気収束部材（１７２ｃ，１７３ｃ）を設けるとともに、前記磁気収束部材（１７２ｃ，１７３ｃ）と隣接する前記磁気収束材との距離（Ａ）が配置パターン内における２つの磁気収束材間の距離（Ｂ）よりも遠い位置関係に配置されていることを特徴とする。（図１９（ｄ））
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、磁気抵抗素子を備え、消費電流の増大を招くことなく同一基板上でＸとＹとＺ軸方向の磁場を検知できる磁気センサ及びその磁気検出方法を実現することができる。また、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の混成信号から各軸の磁場を演算で出力を算出するためブリッジ回路を形成する必要がなく小型な磁気センサを提供することが出来る。加えて磁気収束板の磁気増幅効果により高感度化をはかれる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来のＧＭＲ素子の動作原理を説明するための斜視図である。
【図２】図１の部分断面図である。
【図３】従来のＧＭＲ素子の積層構造を説明するための構成図である。
【図４】ＧＭＲのパターン形状を説明するための平面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る磁気センサの前提となる磁気センサを説明するための構成図で、ＧＭＲ素子と磁気収束板の配置パターンを説明（Ｘ軸方向の磁場変換）するための構成図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る磁気センサの前提となる磁気センサを説明するための構成図で、ＧＭＲ素子と磁気収束板の配置パターンを説明（Ｙ軸方向の磁場変換）するための構成図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る磁気センサの前提となる磁気センサを説明するための構成図で、ＧＭＲ素子と磁気収束板の配置パターンを説明（Ｚ軸方向の磁場変換）するための構成図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る磁気センサの前提となる磁気センサを説明するための構成図である。
【図９】本発明に係る磁気センサの実施形態１を説明するための構成図である。
【図１０】本発明に係る磁気センサの実施形態１を説明するための構成図である。
【図１１】図９に示した本発明に係る磁気センサの実施形態１の他の例を説明するための構成図である。
【図１２】本発明に係る磁気センサの実施形態２の例を説明するための構成図である。
【図１３】本発明に係る磁気センサの実施形態２の他の例を説明するための構成図である。
【図１４】本発明に係る磁気センサの実施例１におけるセンサ配置パターン及びその配置パターンによる検出出力を説明するための構成図である。
【図１５】本発明に係る磁気センサの実施例２におけるセンサ配置パターンを説明するための構成図である。
【図１６】図１５に示されたＸ軸センサの更に他のセンサ配置パターンを説明するための構成図である。
【図１７】（ａ）乃至（ｅ）は、本発明に係る磁気センサの実施形態３を説明するための構成図である。
【図１８】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明に係る磁気センサの実施形態４を説明するための構成図である。
【図１９】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明に係る磁気センサの実施形態５を説明するための構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
まず、以下に本発明に係る磁気センサの前提となる磁気センサの磁気抵抗素子としてのＧＭＲ素子と磁気収束板の基本的な配置パターンについて説明する。
図４は発明に係る磁気センサの前提となる磁気センサを説明するための構成図で、磁気抵抗素子としてのＧＭＲ素子と磁気収束板の基本的な配置パターンを説明するための構成図である。
【００４０】
ＧＭＲ素子はミアンダ構造をもち、複数回折り返された構造をもつ。ＧＭＲ素子の折り返し回数は限定されるものではなく、ＧＭＲ素子の折り返しの長さで抵抗値が決まるため、狙いの抵抗値にあわせ、任意に設計出来る。また折り返し部は図中ではコの字型に折り返されているが、先端部に突起を加えることや、永久磁石やＣｕ等の配線層で接続することも可能である。
【００４１】
また、ミアンダ状のＧＭＲ素子の短手方向がピンド層の磁化の方向で、長手方向がフリー層の磁化の向きで、ピンド層の磁化の向き、つまりＧＭＲ素子の短手方向が感度軸方向と平行になる。
図５（ａ），（ｂ）乃至図７（ａ），（ｂ）は、本発明に係る磁気センサの前提となる磁気センサを説明するための構成図で、磁気抵抗素子としてのＧＭＲ素子と磁気収束板の基本的な配置パターンを説明するための構成図である。図５（ａ），（ｂ）は、磁気収束板によるＸ軸方向の磁場変換の様子を説明するための図で、図６（ａ），（ｂ）は、磁気収束板によるＹ軸方向の磁場変換の様子を説明するための図で、図７（ａ），（ｂ）は、磁気収束板によるＺ軸方向の磁場変換の様子を説明するための図である。
【００４２】
磁気抵抗素子を形成する基板としては、シリコン基板や化合物半導体基板、セラミック基板など特に限定されず、基板上に回路が形成されていても何ら構わない。
なお、磁気抵抗素子としてＧＭＲ素子を用いているが、ＧＭＲ素子に限定されるものではなく、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子やその他磁気抵抗変化素子を用いても何ら構わない。また磁気収束板はＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＢ乃至ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅなどの軟磁気特性を示す磁性材料であれば良い。
【００４３】
まず、図５（ａ），（ｂ）に基づいて、磁気収束板によるＸ軸方向の磁場変換の様子を説明する。図５（ａ）は、ＧＭＲ素子と磁気収束部の配置パターンを説明するための構成図で、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。図中符号２１はＧＭＲ素子、２２は一方の磁気収束部を示し、他方の磁気収束板２３は、一方の磁気収束板２２と対向するように配置される。
【００４４】
ＧＭＲ素子２１は、ＧＭＲ素子の幅、長さはＧＭＲ素子の抵抗や感度に合わせて任意に調整出来るが、ＧＭＲの間に磁気収束板を配置する構造をとるためつづら折りのピッチは磁気収束板の幅よりも大きいことが好ましい。
また、ＧＭＲ素子の幅もセンサの感度や動作磁場範囲を決めるため、最適化する必要がある。ＧＭＲ素子の単手方向であるピンド層方向の幅は０．１〜２０μｍであることが好ましいが、幅が大きいと素子サイズが大きくなりすぎてしまい、かつ狭すぎると感度が低下するため０．１〜１０μｍの範囲がよりが好ましい。
【００４５】
また、一方の磁気収束部２２は、ＧＭＲ素子を挟む位置に配置される、互いに独立した２つの磁気収束部と、それに直交して結合する磁気収束部から成る。本明細書ではＧＭＲ素子を挟む位置に配置される磁気収束部を櫛歯状磁気収束板、櫛馬状磁気収束板に直交して結合する部分を梁状磁気収束板と定義する。
【００４６】
また、好ましいＧＭＲ素子と櫛歯状の磁気収束板の位置関係を図５（ｂ）に示す。ＧＭＲ２１（ｂ）と磁気収束部２３の水平方向の位置関係は、ＧＭＲ２１（ｂ）の右端が磁気収束部２２と２３の中間点よりも右側に配置され、また、ＧＭＲ２１（ｂ）の左端が、磁気収束部２３の左端よりも左側に配置されることが望ましいが、ＧＭＲ２１（ｂ）の右端と磁気収束部２３が接することがより好ましい。ＧＭＲ２１（ｂ）と磁気収束部２３の断面方向の位置関係は、ＧＭＲ２１（ｂ）の底面が磁気収束部２３の底面より下にあることが望ましいが、ＧＭＲ２１（ｂ）の上面が磁気収束板２３の底面より下に配置されることがより好ましく、具体的には２ミクロン以内の高さ間隔で配置されることがより好ましい。
【００４７】
櫛歯状磁気収束板の幅が細く、磁気収束板の厚みが厚いほど、磁気増幅効果を向上することが出来る。磁気収束板の厚みを磁気収束板の幅で割ったアスペクト比は１以上であることが望ましく、櫛歯状磁気収束板の幅は１〜４０μｍであることが好ましい。
紙面の右方向を＋Ｘ軸方向、上方向を＋Ｙ方向、紙面に垂直な方向を＋Ｚ方向と定義する。このような構成により、ＧＭＲ２１にＸ，Ｙ、Ｚの磁場が掛かった時の抵抗変化について説明する。
【００４８】
Ｘ磁場が印加された時、磁気収束板２２にかかる磁場は−Ｙ方向に曲がられ、ＧＭＲ素子２１は極性が逆向きの磁場を受ける。そのときの抵抗変化は、以下の関係式を有している。
ΔＲｘ＝ａＨｘ（ａは磁性体による磁場変換効率）
磁場変換効率は、磁気収束板の形状やＧＭＲと磁気収束板の相対位置により任意に調整でき、特に限定されるものではない。
【００４９】
次に、図６（ａ），（ｂ）に基づいて、磁気収束板によるＹ軸方向の磁場変換の様子を説明する。図６（ａ）は、ＧＭＲ素子と磁気収束板の配置パターンを説明するための構成図で、図６（ｂ）は、図５（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。すべてのＧＭＲ素子２１に外部磁場と同じ向きの磁場がかかる。つまり、以下のような関係式を有している。
ΔＲｙ＝ｃＨｙ  （ｃは磁性体による磁場変換効率）
【００５０】
次に、図７（ａ），（ｂ）に基づいて、磁気収束板によるＺ軸方向の磁場変換の様子を説明する。図７（ａ）は、ＧＭＲ素子と磁気収束板の配置パターンを説明するための構成図で、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である磁気収束板２３の櫛状磁気収束板によりＢｚ磁場が±Ｙ軸方向に曲げられるが、櫛歯状磁気収束板直近のＧＭＲ素子２１は片側（＋Ｙ軸方向）の磁場しか検知しない。つまり、以下のような関係式を有している。
ΔＲｚ＝ｄＨｚ  （ｄはＺ軸磁場の変換効率）
【００５１】
図８（ａ），（ｂ）は、本発明に係る磁気センサの前提となる磁気センサを説明するための構成図で、ＧＭＲ素子と磁気収束板の配置パターンを説明（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の磁場変換）するための構成図である。図８におけるＧＭＲ素子と磁気収束板の配置パターンは、図５（ａ）に示した配置パターンと同様の構造を有している。
【００５２】
ＧＭＲ３１と磁気収束板３２、３３からなる磁気検出部をＲ１、ＧＭＲ４１と磁気収束板４２、４３からなる磁気検出部をＲ２とし、それぞれ磁場がかからない時の抵抗値をＲとする。
このような構成により、磁場によりＧＭＲ素子の抵抗が変化した場合の抵抗変変化は、以下の関係式で表される。
Ｒ’＝Ｒ（１＋ΔＲ／Ｒ）
【００５３】
Ｒ１，Ｒ２にＺ／Ｙ／Ｚの磁場が同時に印加されたときのＲ１とＲ２の差が、以下の関係式で表される。
Ｒ１＝Ｒ（１＋（ΔＲｘ１＋ΔＲｙ１＋ΔＲｚ１）／Ｒ）
Ｒ２＝Ｒ（１＋（ΔＲｘ２＋ΔＲｙ２＋ΔＲｚ２）／Ｒ
ΔＲ＝Ｒ２−Ｒ１
＝Ｒ（１＋（ΔＲｘ２＋ΔＲｘ２＋ΔＲｚ２）／Ｒ）
−Ｒ（１＋（ΔＲｘ２＋ΔＲｙ１＋ΔＲｚ１）／Ｒ）
＝（ΔＲｘ２−ΔＲｘ２）＋（ΔＲｘ２−ΔＲｙ１）＋（ΔＲｚ２
−ΔＲｚ１）
【００５４】
２つの抵抗差をとることで、定数項は消え、磁場による抵抗変化量の差のみで抵抗変化量がわかる。定電流駆動の場合の出力は、以下の式で表されるので、出力から抵抗変化量（＝磁場強度）を算出できる。
Ｖｏｕｔ＝（ΔＲ／Ｒ）×Ｒ１＝ΔＲ×Ｉ
この実施形態では定電流駆動の例を示しているが、駆動方式はこれに限定されるものではない。
【００５５】
以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。
＜実施形態１＞
図９は、本発明に係る磁気センサの実施形態１を説明するための構成図で、Ｘ軸磁気センサのＧＭＲ素子と磁気収束板の配置パターンを説明するための構成図である。
【００５６】
図中符号５０は第１の磁気センサ部、５１はＧＭＲ素子、５１ａはＧＭＲ素子５１の第１部分、５１ｂはＧＭＲ素子５１の第２部分、５１ｃはＧＭＲ素子５１の第３部分、５１ｄはＧＭＲ素子５１の第４部分、５１ｅはＧＭＲ素子５１の第５部分、５１ｆはＧＭＲ素子５１の第６部分、５２は一方の磁気収束板、５２ａは一方の磁気収束板５２の櫛歯の第１部分、５２ｂは一方の磁気収束板５２の櫛歯の第２部分、５２ｃは一方の磁気収束板５２の櫛歯の第３部分、５３は他方の磁気収束板、５３ａは他方の磁気収束板５３の櫛歯の第１部分、５３ｂは他方の磁気収束板５３の櫛歯の第２部分、５３ｃは他方の磁気収束板５３の櫛歯の第３部分を示している。
【００５７】
また、図中符号６０は第２の磁気センサ部、６１はＧＭＲ素子、６１ａはＧＭＲ素子６１の第１部分、６１ｂはＧＭＲ素子６１の第２部分、６１ｃはＧＭＲ素子６１の第３部分、６１ｄはＧＭＲ素子６１の第４部分、６１ｅはＧＭＲ素子６１の第５部分、６１ｆはＧＭＲ素子６１の第６部分、６２は一方の磁気収束板、６２ａは一方の磁気収束板６２の櫛歯の第１部分、６２ｂは一方の磁気収束板６２の櫛歯の第２部分、６２ｃは一方の磁気収束板６２の櫛歯の第３部分、６３は他方の磁気収束板、６３ａは他方の磁気収束板６３の櫛歯の第１部分、６３ｂは他方の磁気収束板６３の櫛歯の第２部分、６３ｃは他方の磁気収束板６３の櫛歯の第３部分を示している。
【００５８】
一方の磁気収束板５２，６２は、一方の梁状部材に直交する向きに、この一方の梁状部材から片側に等間隔で複数の櫛歯状磁気収束板が形成されたものである。また、他方の磁気収束板５３，６３は、一方の磁気収束板５２に対向するように設けられ、他方の梁状部材に直交する向きに、この他方の梁状部材から片側に等間隔で複数の磁気収束板が形成されたものである。また、ＧＭＲ素子５１，６１は、一方及び他方の磁気収束板の突起状磁気収束板に沿ってミアンダ状に配置され、櫛歯状の磁気収束板の長辺に接するように配置されたものである。
【００５９】
このような構成により、感磁部であるＧＭＲ素子５１ｅの長手方向に櫛歯状の磁気収束板５３ｃが隣接され、ＧＭＲ素子５１ｅの中点よりも、櫛歯状の磁気収束板５３ｃの中点が外側に配置された第１の磁気感知部をもち、また感磁部であるＧＭＲ素子５１ｆの長手方向に櫛歯状の磁気収束板５３ｄが隣接され、ＧＭＲ素子５１ｆの中点よりも、櫛歯状の磁気収束板５３ｄの中点が外側に配置された第２の磁気感知部をもち、第１の磁気検出部と第２の磁気検出部の感磁部同士が直列接合されている単一パターンである第１のパターンを有している。
【００６０】
更に、第１のパターンに対し点対称な位置に感磁部であるＧＭＲ素子６１ａの長手方向に櫛歯状の磁気収束板６２ａが隣接され、ＧＭＲ素子６１ａの中点よりも、櫛歯状の磁気収束板６２ａの中点が外側に配置された第１の磁気感知部をもち、また感磁部であるＧＭＲ素子６１ｂの長手方向に櫛歯状の磁気収束板６３ａが隣接され、ＧＭＲ素子６１ｂの中点よりも、櫛歯状の磁気収束板６３ａの中点が外側に配置された第１の磁気感知部をもち、第１の磁気検出部と第２の磁気検出部の感磁部同士が直列接合されている単一パターンである第３のパターンを有している。
【００６１】
また、第１のパターンを有する第１の磁気センサ５０と、第２のパターンを有する第２の磁気センサ６０とを備え、第１の磁気検出部５０の第１パターンと第２の磁気検出部６０の第３パターンとが互いに線対称になっている。
また、第１の磁気センサ部５０には、第１のパターン内で接続された感磁部の一方の端と他方の端を直列に繋ぐことで第１のパターンを複数個隣接して配置出来るよう、ＧＭＲ素子５１ｅとＧＭＲ素子５１ｄ、ＧＭＲ素子５１ｃとＧＭＲ素子５１ｂは直線的に接続されている。
【００６２】
梁状磁気収束板の長手方向の長さは、櫛歯状の磁気収束板５２ｃと５３ｃの間隔とよりも長くなるように配置されている。また、櫛歯状の磁気収束板５２ｃと５３ｃの間隔が櫛歯状の磁気収束板５２ｂと５３ｃの間隔よりも短くなるように配置されている。
また、第２の磁気センサ部６０には、第２のパターン内で接続された感磁部の一方の端と他方の端を直列に繋ぐことで第２のパターンを複数個隣接して配置出来るよう、ＧＭＲ素子６１ｂとＧＭＲ素子６１ｃ、ＧＭＲ素子６１ｄとＧＭＲ素子６１ｅ直線的に接続されている。
【００６３】
梁状磁気収束板の長手方向の長さは、櫛歯状の磁気収束板６２ａと６３ａの間隔とよりも長くなるように配置されている。また、櫛歯状の磁気収束板６２ａと６３ａの間隔が櫛歯状の磁気収束板６２ｂと６３ａの間隔よりも短くなるように配置されている。
また、第１の磁気センサ部５０の長手方向の軸と、第２の磁気検出部６０の長手方向の軸とが互いに平行である。また、第１の磁気センサ部５０の長手方向の軸と、第２の磁気センサ部６０の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ同軸上に設けられている。
【００６４】
つまり、本発明に係る磁気センサにおけるＸ軸磁気センサは、第１の磁気センサ部５０と第２の磁気センサ部６０とからなり、この第１の磁気センサ部５０と第２の磁気センサ部６０とはお互いにＢ−Ｂ線において線対称、つまり、対称軸Ｂ−Ｂ線を境に２つの部分に分けられた第１のセンサ部５０と第２の磁気センサ６０の一方を折り返すともう一方に重なるように配置されている。
【００６５】
図９に基づいて、Ｘ軸方向の磁場の独立検出方法について説明する。上述したような構成により、磁場によりＧＭＲ素子の抵抗が変化した場合の抵抗変変化は、以下の関係式で表される。つまり、図９における第１の磁気センサ部５０の抵抗変化をＸ１、第２の磁気センサ部６０の抵抗変化Ｘ２とすると、第１の磁気センサ部５０の抵抗変化Ｘ１は、以下の関係式を有する。
ΔＲｘ＝ａＨｘ
ΔＲｙ＝ｃＨｙ
ΔＲｚ＝ｄＨｚ−ｄＨｚ＝０
Ｘ１＝ΔＲｘ＋ΔＲｙ＋ΔＲｚ＝ａＨｘ＋Ｈｙ
【００６６】
同様に、第２の磁気センサ６０の抵抗変化Ｘ２は、以下の関係式を有する。
ΔＲｘ＝−ａＨｘ
ΔＲｙ＝ｃＨｙ
ΔＲｚ＝ｄＨｚ−ｄＨｚ＝０
Ｘ２＝ΔＲｘ＋ΔＲｙ＋ΔＲｚ＝−ａＨｘ＋Ｈｙ
したがって、Ｘ１とＸ２を演算すると、Ｘ２−Ｘ１＝２ａＨｘとなる。
【００６７】
このように、Ｚ軸方向は、＋−で相殺できる。１素子内でＸ軸方向の磁場が同じ方向に向くようにＧＭＲ素子を１ビット飛ばしで配置することで演算してＨｘ成分単独での信号を抽出できる。つまり、磁気センサの櫛状の磁気収束板により、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向が変換され、Ｘ軸方向の磁場は、第１及び第２のＧＭＲ素子に対し反対の向きで磁場がかかるように磁場変換され、Ｙ軸方向の磁場は、同一方向に変換されるのに対し、Ｚ軸方向の磁場はコ字状部分の磁気収束板の内側に配置された第１及び第２のＧＭＲ素子で＋／−になるように磁場が掛かるため相殺され、第１のＧＭＲ素子と第２のＧＭＲ素子の抵抗の差を演算することで、Ｙ軸方向の磁場を消去し、Ｘ軸方向の磁場を２倍に増幅する。
【００６８】
なお、Ｙ軸方向の磁場の独立検出方法については、図１０に示すようにＸ軸検出センサを９０度回転させて配置された、第３の磁気センサ部７０と第４の磁気センサ部８０を備えたＹ軸検出センサを用いれば検出可能であることは明らかである。なお、符号７１，８１はＧＭＲ素子、７２，８２は一方の磁気収束板、７３，８３は他方の磁気収束板を示している。
【００６９】
また、第１のパターンを有する第３の磁気センサ部７０と、第３のパターンを有する第４の磁気センサ部８０とを備え、第３の磁気センサ部７０の第１のパターンと第３の磁気センサ部８０の第３のパターンとが互いに線対称になっている。
同様に、磁気センサの櫛状の磁気収束板により、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向が変換され、Ｙ軸方向の磁場は、第１及び第２のＧＭＲ素子に対し反対の向きで磁場がかかるように磁場変換され、Ｘ軸方向の磁場は、同一方向に変換されるのに対し、Ｚ軸方向の磁場はコ字状部分の磁気収束板の内側に配置された第１及び第２のＧＭＲ素子で＋／−になるように磁場が掛かるため相殺され、第１のＧＭＲ素子と第２のＧＭＲ素子の抵抗の差を演算することで、Ｘ軸方向の磁場を消去し、Ｙ軸方向の磁場を２倍に増幅する。
【００７０】
図１１は、図９に示した本発明に係る磁気センサの実施形態１の他の例を説明するための構成図で、第１の磁気センサ部５０と第２の磁気センサ部６０とを分離して互いに平行に配置したものである。つまり、第１の磁気センサ部５０の長手方向の軸と、第２の磁気センサ部６０の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ異なる軸上に設けられている。
【００７１】
＜実施形態２＞
図１２は、本発明に係る磁気センサの実施形態２を説明するための構成図で、Ｚ軸磁気センサのＧＭＲ素子と磁気収束板の配置パターンを説明するための構成図である。また、Ｚ軸磁気センサについて説明するための図である。
【００７２】
図中符号９０は第５の磁気センサ部、９１はＧＭＲ素子、９１ａはＧＭＲ素子９１の第１部分、９１ｂはＧＭＲ素子９１の第２部分、９１ｅはＧＭＲ素子９１の第３部分、９１ｆはＧＭＲ素子９１の第４部分、９２は一方の磁気収束板、９２ａは一方の磁気収束板９２の第１部分、９２ｂは一方の磁気収束板９２の第２部分、９３は他方の磁気収束板、９３ａは他方の磁気収束板９３の第１部分、９３ｂは他方の磁気収束板９３の第２部分を示している。
【００７３】
また、図中符号１００は第６の磁気センサ部、１０１はＧＭＲ素子、１０１ａはＧＭＲ素子１０１の第１部分、１０１ｂはＧＭＲ素子１０１の第２部分、１０１ｅはＧＭＲ素子１０１の第３部分、１０１ｆはＧＭＲ素子１０１の第４部分、１０２は一方の磁気収束板、１０２ａは一方の磁気収束板１０２の第１部分、１０２ｂは一方の磁気収束板１０２の第２部分、１０３は他方の磁気収束板、１０３ａは他方の磁気収束板１０３の第１部分、１０３ｂは他方の磁気収束板１０３の第２部分を示している。
【００７４】
本発明に係る磁気センサにおけるＺ軸磁気センサは、第５の磁気センサ部９０と第６の磁気センサ部１００とからなり、この第５の磁気センサ部９０と第６の磁気センサ部１００とはお互いに中心点Ｐにおいて点対称（回転対称）の構造を有している。
このような構成により、感磁部であるＧＭＲ素子９１ｅの長手方向に櫛歯状の磁気収束板９３ｂが隣接され、ＧＭＲ素子９１ｅの中点よりも、櫛歯状の磁気収束板９３ｂの中点が外側に配置された第３の磁気感知部をもち、また感磁部であるＧＭＲ素子９１ｆの長手方向に櫛歯状の磁気収束板９２ｂが隣接され、ＧＭＲ素子９１ｆの中点よりも、櫛歯状の磁気収束板９２ｂの中点が外側に配置された第四の磁気感知部をもち、第３の磁気感知部と第四の磁気感知部の感磁部同士が直列接合されている単一パターンである第３のパターンを有している。
【００７５】
このような構成により、感磁部であるＧＭＲ素子１０１ｂの長手方向に櫛歯状の磁気収束板１０２ａが隣接され、ＧＭＲ素子１０１ｂの中点よりも、櫛歯状の磁気収束板１０２ａが外側に配置された第３の磁気感知部をもち、また、第３の磁気感知部と線対称の位置に感磁部であるＧＭＲ素子１０１ａの長手方向に櫛歯状の磁気収束板１０３ａが隣接され、ＧＭＲ素子１０１ａの中点よりも、櫛歯状の磁気収束板１０３ａの中点が外側に配置された第四の磁気感知部をもち、第３の磁気感知部と第４の磁気感知部の感磁部同士が直列接合されている単一パターンである第２のパターンを有している。
【００７６】
また、第３のパターンを有する第五の磁気センサ部９０と、第２のパターンを有する第６の磁気センサ部１００とを備え、第５の磁気検出部９０の第５パターンと第６の磁気検出部１００の第６パターンとが互いに点対称になっている。
また、第３のパターンを有する第５の磁気センサ部９０には、第３のパターン内で接続された感磁部の一方の端と他方の端を直列に繋ぐことで第３のパターンを複数個隣接して配置出来るよう、ＧＭＲ９１ｅとＧＭＲ９１ｂは直線的に接続されている。
【００７７】
梁状磁気収束板の長手方向の長さは、櫛歯状の磁気収束板９１ｅと９１ｆの間隔とよりも長くなるように配置されている。また、櫛歯状の磁気収束板９１ｅと９１ｆの間隔が櫛歯状の磁気収束板９１ｅと９１ｂの間隔よりも短くなるように配置されている。
また、第２のパターンを有する第２の磁気センサ部１００には、第２のパターン内で接続された感磁部の一方の端と他方の端を直列に繋ぐことで第２のパターンを複数個隣接して配置出来るよう、ＧＭＲ１０１ｂとＧＭＲ１０１ｅは直線的に接続されている。
【００７８】
梁状磁気収束板の長手方向の長さは、櫛歯状の磁気収束板１０２ａと１０３ａの間隔とよりも長くなるように配置されている。また、櫛歯状の磁気収束板１０２ａと１０３ａの間隔が櫛歯状の磁気収束板１０２ａと１０３ｂの間隔よりも短くなるように配置されている。
このような構成により、第５のセンサ部９０における抵抗変化Ｚ１は、以下のよう関係式を有している。
ΔＲｘ＝ｃＨｘ
ΔＲｙ＝ａＨｙ
ΔＲｚ＝−ｄＨｚ
Ｚ１＝ΔＲｘ＋ΔＲｙ＋ΔＲｚ＝Ｈｘ＋ａＨｙ−ｄＨｚ
【００７９】
同様に、第６の磁気センサ部１００における抵抗変化Ｚ２は、以下の関係式を有する。
ΔＲｘ＝ｃＨｘ
ΔＲｙ＝ａＨｙ
ΔＲｚ＝ｄＨｚ
Ｚ２＝ΔＲｘ＋ΔＲｙ＋ΔＲｚ＝Ｈｘ＋ａＨｙ＋ｄＨｚ
したがって、Ｚ１とＺ２を演算すると、Ｚ２−Ｚ１＝２ｄＨｚとなる。
【００８０】
このように、ＢｙのＸ軸方向への変換を１方向にするため突起状の櫛状部分を１ピッチ以上広げた間隔にすると、演算でＢｚ成分単独で信号を抽出することができる。
図１３は、本発明に係る磁気センサの実施形態２の他の例を説明するための構成図である。なお、図１３に示すようにＧＭＲ９１ｂと９１ｅの間にＧＭＲ９１ｃと９１ｄを配置することや、ＧＭＲ１０１ｂと１０１ｅの間にＧＭＲ１０１ｃと１０１ｄを配置することで、ＧＭＲの抵抗を調整することも可能である。
また、第５の磁気センサ部９０の長手方向の軸と、第６の磁気センサ部１００の長手方向の軸とが互いに平行で、かつ異なる軸上に設けることも出来る。
【実施例１】
【００８１】
図１４は、本発明に係る磁気センサの実施例１におけるセンサ配置パターン及びその配置パターンによる検出出力を説明するための構成図で、本発明に係る磁気センサの実施形態１と実施形態２を同一平面基板１１０上に配置したセンサ配置パターン及びその配置パターンによる検出出力を説明するための構成図である。図中符号１１０は各軸センサを搭載した基板、１１１乃至１２２は電極パッド、１３１乃至１４２は各ＧＭＲ素子と電極パッドを電気的に接続するための配線である。
【００８２】
また、１５０は第１の磁気センサ部５０と第２の磁気センサ部６０からなるＸ軸センサ、１６０は第３の磁気センサ部７０と第４の磁気センサ部８０からなるＹ軸センサ、１７０は第５の磁気センサ部９０と第６の磁気センサ部１００からなるＺ軸センサを示している。
このような各Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のセンサからの検出出力は組立体両端の抵抗を測定し、抵抗を後段のＩＣ回路等で演算することで算出出来る。
【００８３】
Ｘ軸センサ１５０の第１の磁気センサ部５０の電極１１２−１１３間での抵抗変化Ｘ１はａＨｘ＋ｃＨｙ、Ｘ軸センサ１５０の第２の磁気センサ部６０の１１３−１１４間での抵抗変化Ｘ２は−ａＨｘ＋ｃＨｙで、Ｘ軸センサ１５０の検出出力は、磁気センサ部５０と６０の抵抗変化を後段のＩＣ等で差を演算することで、Ｘ２−Ｘ１＝２ａＨｘとなる。
また、Ｙ軸センサ１６０の第３の磁気センサ部７０の電極１１５−１１６間の抵抗変化はＹ１はｃＨｘ＋ａＨｙ、Ｙ軸センサ１６０の第４の磁気センサ部８０の電極１１７―１１８間の抵抗変化Ｙ２はｃＨｘ−ａＨｙで、Ｙ軸センサ１４０の検出出力は、磁気センサ部７０と８０の抵抗変化を後段のＩＣ等で差を演算することで、Ｙ２−Ｙ１＝２ａＨｙとなる。
【００８４】
また、Ｚ軸センサ１７０の第５磁気センサ部９０の電極１２１―１２２の抵抗変化Ｚ１はｃＨｘ＋ａＨｙ−ｄＨｚ、Ｚ軸センサ１７０の第６の磁気センサ部１００の電極１１９−１２０間の抵抗変化Ｚ２はｃＨｘ＋ａＨｙ＋ｄＨｚで、Ｚ軸センサ１７０の検出出力は、磁気センサ部９０と１００の抵抗変化を後段のＩＣ等で差を演算することで、Ｚ２−Ｚ１＝２ｄＨｚとなる。
【００８５】
つまり、磁気センサの櫛状の磁気収束板により、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向が変換され、第１及び第２のＧＭＲ素子に対し、Ｘ軸方向乃至Ｙ軸方向の磁場が同一方向に変換されるのに対し、Ｚ軸方向の磁場は、第１及び２のＧＭＲ素子に反対の向きで磁場がかかるように磁場変換され、第１のＧＭＲ素子と第２のＧＭＲ素子の抵抗の差及び第３のＧＭＲ素子と第４のＧＭＲ素子の抵抗の差を演算することで、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の磁場を消去し、第５のＧＭＲ素子と第６のＧＭＲ素子の抵抗の差を演算することで、Ｚ軸方向の磁場を２倍に増幅することができる。
また、本実施例では各ＧＭＲ素子の両端に電極パッドを接続させているが、ＧＮＤ端子など共通出来る端子は共用することも可能である。
【実施例２】
【００８６】
図１５は、本発明に係る磁気センサの実施例２におけるセンサ配置パターンを説明するための構成図で、本発明に係る磁気センサの実施例２における同一平面基板２００上に配置したセンサ配置パターンを説明するための構成図である。図中符号は各軸センサを搭載したチップで、図１３と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付している。図１４におけるセンサ配置パターンとは、Ｘ軸センサ１８０、およびＹ軸センサ１９０が異なっており、Ｚ軸センサ１７０とは図１４におけるものと同一である
図１６は、図１５に示されたＸ軸センサの更に他のセンサ配置パターンを説明するための構成図である。
【００８７】
図１６を用いてＸ軸センサ１８０の構造を説明した図であるＸセンサ１８０はＧＭＲ素子５１および、一方の磁気収束板５２、および他方の磁気収束板５３からなり、前記第一のパターンから成っている。更に、第一のパターンが有する櫛歯状磁気収束板５２ａの構造中心点を通り、櫛歯状磁気収束板の５２ａの構造中心線に対し、線対称な位置に配置されるＧＭＲ素子６１が配置されている。ＧＭＲ素子６１はＧＭＲ素子６２と同じ一方の磁気収束板５２、および他方の磁気収束板５３に隣接され、ＧＭＲ素子６１は、ＧＭＲ素子６１ｃ、６１ｄを電気的に接合する接合部が、第１のパターンと逆方向に配置される第６のパターンからなる。
【００８８】
更に、図１６に示すように第１のパターン、第６のパターンはそれぞれ交互に複数個配置され、第１のパターン同士、および第６のパターン同士が電気的な直列配列になるように配列されている。また、第１のパターン内における磁気収束板５２ａと５３ａの間隔と５２ａと５３ｂの間隔は等しくなるように配置されている。また、Ｙ軸センサは１９０はＸ軸センサ１８０と同じ構造をもち９０°回転させたＸ軸センサ１８０と別の磁気センサからなる。
【００８９】
このようにすることにより、Ｘ軸センサとＹ軸センサの投影面積が小さくなるため、チップのセンサ搭載面積が少なくなり、磁気センサのコンパクト化を図ることができる。
また、図１５に磁気センサ部９０と１００のＧＮＤ端子を電極パッド１２０で共有化し、磁気センサ部５０と６０のＧＮＤ端子を電極パッド１１３で共有化し、磁気センサ部７０と８０のＧＮＤ端子を電極パッド１１７で共有化することで、電極パッド数を減らしコンパクト化を図ることが可能になる。
【００９０】
＜実施形態３＞
図１７（ａ）乃至（ｅ）は、本発明に係る磁気センサの実施形態３を説明するための構成図で、Ｘ軸及びＹ軸磁気センサのＧＭＲ素子と磁気収束板の配置パターンを説明するための構成図である。
単一配置パターンＧ，Ｈは、図１７（ａ）に示すように、互いに線対称の配置パターンになっている。単一配置パターンＧの構成は、ＧＭＲ素子（感磁部１７１ａ，１７１ｂ）１７１のコ字状部分の一方の外側には、磁気収束板１７２の第１部分１７２ａが接しており、ＧＭＲ素子１７１のコ字状部分の他方の外側には、磁気収束板１７３の第１部分１７３ａが接している。この配置パターンの２パターン以上の繰り返し構造で、単一配置パターンＧと単一配置パターンＨとは、互いに線対称の配置パターンになっている。なお、磁気収束板（梁）は必須ではないが、あった方が効率的に磁気収束可能となる。
【００９１】
図１７（ｂ）は、図１７（ａ）における磁気収束板（梁）１７２，１７３を除いた構成を示す図で、磁気収束板１７２の第１部分１７２ａは、磁気収束板１７２側に突出している。同様に、磁気収束板１７３の第１部分１７３ａは、磁気収束板１７３側に突出している。この単一配置パターンは、複数接続されていた方が感度はアップする。また、磁気収束板１７２の第１部分１７２ａと磁気収束板１７３の第１部分１７３ａとは、２つの感磁部１７１ａ，１７１ｂを挟む位置になければならない。また、感磁部１７１ａ，１７１ｂを挟む磁気収束板１７２の第１部分１７２ａと磁気収束板１７３の第１部分１７３ａとの距離Ｅは、配置パターン間の磁気収束板間の距離Ｆよりも狭くなければならない。
【００９２】
図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）に示した単一配置パターンを示す図で、左側に示す図のように、磁気収束板１７２の第１部分１７２ａは、磁気収束板１７２側に突出している。同様に、磁気収束板１７３の第１部分１７３ａは、磁気収束板１７３側に突出している。この場合、右側に示す図のように、感磁部１７１ａ，１７１ｂの繋ぐ接続部分は、電気的に接続されていればよいので、感磁部１７１ａ，１７１ｂと一体構成である必要はない。
【００９３】
図１７（ｄ）は、図１７（ｃ）における磁気収束板１７２の第１部分１７２ａと、磁気収束板１７３の第１部分１７３ａに、Ｔ字状の磁気収束部材１７２ｃ，１７３ｃが取り付けられている。この場合、磁気収束部材１７２ｃ，１７３ｃと隣接する磁気収束材との距離Ａが配置パターン内における２つの磁気収束材間の距離Ｂよりも遠い位置関係に配置されている。距離Ａは梁の端と櫛歯の最短距離である。
図１７（ａ）においては、単一配置パターンＧ，Ｈは、繋がっていたが、図１７（ｅ）においては、位置ずれして配置されている。
【００９４】
＜実施形態４＞
図１８（ａ）乃至（ｃ）は、本発明に係る磁気センサの実施形態４を説明するための構成図で、Ｘ軸及びＹ軸磁気センサのＧＭＲ素子と磁気収束板の配置パターンを説明するための構成図である。
図１７（ａ）においては、ＧＭＲ素子（感磁部１７１ａ，１７１ｂ）１７１のコ字状部分の一方の外側には、磁気収束板１７２の第１部分１７２ａが接しており、ＧＭＲ素子１７１のコ字状部分の他方の外側には、磁気収束板１７３の第１部分１７３ａが接しているが、図１８（ａ）に示すように、磁気収束板１７２の第１部分１７２ａと感磁部１７１ａ、磁気収束板１７３の第１部分１７３ａと感磁部１７１ｂａとは必ずしも接していなくても良い。磁気収束板１７２の第１部分１７２ａと磁気収束板１７３の第１部分１７３ａとを、２つの感磁部１７１ａ，１７１ｂと等距離に配置されていれば、磁気収束板は感磁部と接触していなくともよい。
【００９５】
図１８（ｂ）に示すように、２つの感磁部１７１ａ，１７１ｂは、断面において、磁気収束板１７２の第１部分１７２ａと磁気収束板１７３の第１部分１７３ａの下側に配置されていればよい。その場合、感磁部１７１ａ，１７１ｂは磁気収束板の中線を越えてはならない。このようにすることにより、磁気収束板の間隔を広くすることが出来る。
図１８（ｃ）に示すように、梁と繋がっていない磁気収束板の先端形状は、半円のような角がない形状であってもよいし、三角形状でもよい。四角形（長方形や矩形）である必要はない。
【００９６】
＜実施形態５＞
図１９（ａ）乃至（ｄ）は、本発明に係る磁気センサの実施形態５を説明するための構成図で、Ｚ軸磁気センサのＧＭＲ素子と磁気収束板の配置パターンを説明するための構成図である。
単一配置パターンＩ，Ｊは、図１９（ａ）に示すように、互いに点対称の配置パターンになっている。単一配置パターンＩの構成は、ＧＭＲ素子（感磁部１７１ａ，１７１ｂ）１７１のコ字状部分の一方の内側には、磁気収束板１７３の第１部分１７３ａが接しており、ＧＭＲ素子１７１のコ字状部分の他方の外側には、磁気収束板１７２の第１部分１７２ａが接している。この配置パターンの２パターン以上の繰り返し構造で、単一配置パターンＩと単一配置パターンＪとは、互いに点対称の配置パターンになっている。
【００９７】
図１９（ｂ）に示すように、図１９（ａ）に示す単一配置パターンＩの隣接する中間部の感磁部は省略することができる。つまり、単一配置パターンＩの磁気収束板間の距離Ｂは、隣接する単一配置パターンＩ間の距離Ａよりも狭くなければならない。
【００９８】
図１９（ｃ）に示すように、図１９（ａ）における磁気収束板（梁）７２，７３を除いた構成を示す図で、磁気収束板１７２の第１部分１７２ａは、磁気収束板１７２側に突出している。同様に、磁気収束板１７３の第１部分１７３ａは、磁気収束板１７３側に突出している。この単一配置パターンは、複数接続されていた方が感度はアップする。図１９（ｃ）における磁気収束板１７２の第１部分１７２ａと、磁気収束板１７３の第１部分１７３ａに、Ｔ字状の磁気収束部材１７２ｃ，１７３ｃが取り付けられている。この場合、磁気収束部材１７２ｃ，１７３ｃと隣接する磁気収束材との距離Ａが配置パターン内における２つの磁気収束材間の距離Ｂよりも遠い位置関係に配置されている。距離Ａは梁の端と櫛歯の最短距離である。
【符号の説明】
【００９９】
１  反強磁性層
２  ピンド層（固定層）
３  Ｃｕ層（スペーサ層）
４  フリー層（自由回転層）
２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１７１  ＧＭＲ素子
２２，５２，６２，７２，８２，９２，１０２  一方の磁気収束板
２３，５３，６３，７３，８３，９３，１０３  他方の磁気収束板
３２，３３，４２，４３  磁気収束板
５０  第１の磁気センサ部
５１ａ  ＧＭＲ素子５１の第１部分
５１ｂ  ＧＭＲ素子５１の第２部分
５１ｃ  ＧＭＲ素子５１の第３部分
５１ｄ  ＧＭＲ素子５１の第４部分
５１ｅ  ＧＭＲ素子５１の第５部分
５１ｆ  ＧＭＲ素子５１の第６部分
５２ａ  一方の磁気収束板５２の櫛歯の第１部分
５２ｂ  一方の磁気収束板５２の櫛歯の第２部分
５２ｃ  一方の磁気収束板５２の櫛歯の第３部分
５３ａ  他方の磁気収束板５３の櫛歯の第１部分
５３ｂ  他方の磁気収束板５３の櫛歯の第２部分
５３ｃ  他方の磁気収束板５３の櫛歯の第３部分
６０  第２の磁気センサ部
６１ａ  ＧＭＲ素子６１の第１部分
６１ｂ  ＧＭＲ素子６１の第２部分
６１ｃ  ＧＭＲ素子６１の第３部分
６１ｄ  ＧＭＲ素子６１の第４部分
６１ｅ  ＧＭＲ素子６１の第５部分
６１ｆ  ＧＭＲ素子６１の第６部分
６２ａ  一方の磁気収束板６２の櫛歯の第１部分
６２ｂ  一方の磁気収束板６２の櫛歯の第２部分
６２ｃ  一方の磁気収束板６２の櫛歯の第３部分
６３ａ  他方の磁気収束板６３の櫛歯の第１部分
６３ｂ  他方の磁気収束板６３の櫛歯の第２部分
６３ｃ  他方の磁気収束板６３の櫛歯の第３部分
９０  第５の磁気センサ部
９１ａ  ＧＭＲ素子９１の第１部分
９１ｂ  ＧＭＲ素子９１の第２部分
９１ｅ  ＧＭＲ素子９１の第３部分
９１ｆ  ＧＭＲ素子９１の第４部分
９２ａ  一方の磁気収束板９２の第１部分
９２ｂ  一方の磁気収束板９２の第２部分
９３ａ  他方の磁気収束板９３の第１部分
９３ｂ  他方の磁気収束板９３の第２部分
１００  第６の磁気センサ部
１０１ａ  ＧＭＲ素子１０１の第１部分
１０１ｂ  ＧＭＲ素子１０１の第２部分
１０１ｅ  ＧＭＲ素子１０１の第３部分
１０１ｆ  ＧＭＲ素子１０１の第４部分
１０２ａ  一方の磁気収束板１０２の第１部分
１０２ｂ  一方の磁気収束板１０２の第２部分
１０３ａ  他方の磁気収束板１０３の第１部分
１０３ｂ  他方の磁気収束板１０３の第２部分
１１０，２００  同一平面基板
１１１乃至１２２  電極パッド
１１２，１１３，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９，１２０，１２１，１２２  電極
１３１乃至１４２  配線
１５０，１８０  Ｘ軸センサ
１６０，１９０  Ｙ軸センサ
１７０  Ｚ軸センサ
１７１ａ，１７１ｂ  感磁部
１７２，１７３  磁気収束板
１７２ａ  磁気収束板１７２の第１部分
１７３ａ  磁気収束板１７３の第１部分
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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