(57)【要約】      （修正有）【課題】コンパクトで高い空間分解能を持ち、測定対象に磁気センサ用モジュールを設置する際の衝撃力・応力及び測定対象から伝わる振動等によって基板上に形成された磁気センサを破損する虞のない磁気センサ用モジュールを提供する。【解決手段】基板１１の主面上に形成された磁気を検出する磁気センサチップ１２と、前記磁気センサチップ近傍に設置された第一の磁性体１３と、前記第一の磁性体と離間して配置された第二の磁性体１４とを含む磁気センサ用モジュール１０において、前記第一の磁性体及び前記第二の磁性体の少なくとも一方の、前記第一の磁性体と前記第二の磁性体とが対向する面の一部に、切欠部１５が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面上に形成された磁気を検出する磁気センサチップと、
前記磁気センサチップ面上で、前記磁気センサチップ近傍に設置された第一の磁性体と、
前記第一の磁性体と離間して配置された第二の磁性体と、
を含む磁気センサ用モジュールにおいて、
前記第一の磁性体及び前記第二の磁性体の少なくとも一方の、前記第一の磁性体と前記第二の磁性体とが対向する面の一部に切欠部が設けられている
ことを特徴とする、磁気センサ用モジュール。
【請求項２】
前記基板の主面に垂直な軸から見て、
前記切欠部の内側に、前記切欠部と対向する前記第一の磁性体又は前記第二の磁性体の少なくとも端面が内包されるように配置されている
ことを特徴とする、請求項１に記載の磁気センサ用モジュール。
【請求項３】
前記基板の主面に平行な任意の軸から見て、
前記切欠部の一部に、
前記切欠部に対向する第一の磁性体または前記第二の磁性体の一部が重なり合っている
ことを特徴とする、請求項２に記載の磁気センサ用モジュール。
【請求項４】
前記基板の主面に平行な任意の軸から見て、
前記切欠部の断面形状が少なくとも３つ以上の辺を有する多角形を含む
ことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気センサ用モジュール。
【請求項５】
前記基板の主面に平行な任意の軸から見て、
前記切欠部の断面形状が少なくとも１つ以上の曲線を有する
ことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁気センサ用モジュール。
【請求項６】
前記基板の主面と反対側の面に、
第三の磁性体が設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁気センサ用モジュール。
【請求項７】
前記第一の磁性体、前記第二の磁性体、前記第三の磁性体のうち
少なくとも一つが軟磁性体を含有する
ことを特徴とする、請求項６に記載の磁気センサ用モジュール。
【請求項８】
前記第一の磁性体、前記第二の磁性体のうち
少なくとも一つが軟磁性体を含有する
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気センサ用モジュール。
【請求項９】
前記切欠部に、
前記第一の磁性体と前記第二の磁性体とに接するように
第四の磁性体が設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の磁気センサ用モジュール。
【請求項１０】
前記第四の磁性体が軟磁性体の粉体を含有する
ことを特徴とする請求項９に記載の磁気センサ用モジュール。
【請求項１１】
前記第四の磁性体が軟磁性体を含有するペースト状である
ことを特徴とする請求項９から請求項１０のいずれか１項に記載の磁気センサ用モジュール。
【請求項１２】
前記第四の磁性体が軟磁性体を含有する磁性流体である
ことを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の磁気センサ用モジュール。
【請求項１３】
前記磁気センサチップがホール素子、磁気インピーダンス素子、磁気抵抗素子のいずれかである
ことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の磁気センサ用モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物に接触させて微弱な磁気を検出する磁気測定素子を用いた
磁気センサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、測定対象に密着させて使用可能な、脳磁計測に代表される生体磁気計測などのために用いられる磁気センサ及びそれを用いる生体磁気計測装置について記載されている。
【０００３】
特許文献１では、入力初段で環境磁場を効率良く低減してＳ／Ｎ比を向上することができる磁気センサおよびそれを用いる生体磁気計測装置を提供することを目的とし、相互に等しい一対の磁気検出素子と出力端とを有する磁気センサであって、前記一対の磁気検出素子は、その磁化容易軸の方向が検出磁束に対して直交し、かつ互いの磁化容易軸が直交するように互いに感覚を開けて配置され、出力端は前記一対の磁気検出素子の検出結果の差分を得ることで、Ｓ／Ｎ比を向上する記載がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５２５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方で、特許文献１には、生体磁気センサ用の磁気抵抗素子を構成する膜構成、構造、抵抗値を規定することで磁気抵抗素子の高感度化を達成しているが、実際に生体に接触させる磁気センサ用モジュールの詳細な構成については記載されていない。
【０００６】
特許文献１にも記載されているように、磁気計測の空間分解能を向上させるためには、なるべく、磁気センサ用モジュールを測定対象の表面に接触させることが求められる。しかしながら、例えば磁気センサ用モジュールを測定対象に接触させて磁気測定を行う際などに、測定対象と接するセンサ表面に設けられた前記第二の磁性体を経由して、シリコン基板上に形成されたセンサに加わる応力・衝撃力・振動によって物理的に破壊される虞があった。
【０００７】
そこで本発明は、磁気センサ用モジュールのサイズをコンパクトに維持したまま、常温で測定対象表面に接触させて使用可能であり高い空間分解能を持ち、かつ測定対象表面に直接、接触した際にも磁気センサ本体に応力・衝撃力・振動が直接加わることを避け、磁気計測に供することのできる磁気センサ用モジュール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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る磁気センサ用モジュールは、コンパクトで高い空間分解能を持つ磁気センサ用モジュールの構成として、
基板の主面上に形成された磁気を検出する磁気センサチップと、
前記磁気センサチップ面上で、前記磁気センサチップ近傍に設置された第一の磁性体と、
前記第一の磁性体と離間して配置された第二の磁性体と、
を含み、
前記第一の磁性体及び前記第二の磁性体の少なくとも一方の、前記第一の磁性体と前記第二の磁性体とが対向する面の一部に切欠部が設けられている
ことを特徴とする。
【０００９】
測定対象に接触させる第二の磁性体と第一の磁性体との間に切欠部による間隙を持たせることで、磁気センサ用モジュール全体の寸法をコンパクトに維持したままで、第二の磁性体と第一の磁性体とを経由して磁気を効率よく磁気センサチップに導くことができ、かつ第二の磁性体から第一の磁性体へと伝わる衝撃力・応力・振動を防ぐことができる。第二の磁性体と第一の磁性体との間に切欠部を持たせずに衝撃力・応力・振動を防ごうとすると、前記間隙の分だけ磁気センサ用モジュール全体の寸法が大きくなってしまう。すなわち、第一の磁性体及び第二の磁性体の少なくとも一方に切欠部を設けることにより、コンパクトで高感度な磁気センサ用モジュールを提供することができる。
【００１０】
さらに、前記基板の主面に垂直な軸から見て、前記切欠部の内側に、前記切欠部と対向する前記第一の磁性体又は前記第二の磁性体の少なくとも端面が内包されるように配置されていることが望ましい。ここで、前記第一の磁性体又は前記第二の磁性体の端面とは、前記切欠部に対向する前記第一の磁性体又は前記第二の磁性体を構成する面のうち、前記切欠部に最も近い面を指す。
【００１１】
このような配置とすると、開口部が、第一、第二の磁性体の端面の一部よりも大きいので、より前記切欠部と前記切欠部に対向する第一の磁性体又は第二の磁性体のいずれかの端面の一部が接触することを回避できるため、前記切欠部による間隙で、第二の磁性体から第一の磁性体へと衝撃力・応力・振動が伝わることをより確実に阻止することができる。さらに、例えば外部からの強い衝撃が加わった場合でも、第一の磁性体と第二の磁性体との間に切欠部による間隙分以上の距離が離れているため第一の磁性体と第二の磁性体とが接触しづらくなり、より耐衝撃性を高めることができる。
【００１２】
このような配置とすると、開口部が、第一、第二の磁性体の端面の一部よりも大きいので、より前記切欠部と前記切欠部に対向する第一の磁性体又は第二の磁性体のいずれかの端面の一部が接触することを回避できるため、前記切欠部による間隙で、第二の磁性体から第一の磁性体へと衝撃力・応力・振動が伝わることをより確実に阻止することができる。さらに、例えば外部からの強い衝撃が加わった場合でも、第一の磁性体と第二の磁性体との間に切欠部による間隙分以上の距離が離れているため第一の磁性体と第二の磁性体とが接触しづらくなり、より耐衝撃性を高めることができる。
【００１３】
加えて、前記基板の主面に平行な任意の軸から見て、前記切欠部の一部に、前記切欠部に対向する第一又は第二の磁性体の一部が重なり合っていることが望ましい。
【００１４】
このような配置とすることで、第一の磁性体と第二の磁性体との磁気回路の結合がより密となり、結果として、外部からの微弱な磁気を第二の磁性体からより効率よく、磁気センサチップへと導くことができる。従って、磁気センサ用モジュールの感度が向上する。
【００１５】
さらに、前記基板の主面に平行な任意の軸から見て、前記切欠部の断面形状が少なくとも３つ以上の辺を有する多角形を含むことが望ましい。
【００１６】
切欠部を持つ磁性材料の整形方法としては、予め適当な形状に整形・焼成された磁性材料を、旋盤・フライス盤、マシニングセンター等で切削する切削プロセスによる方法と、金型を使用して磁性材料を含有した粉体を高圧プレス成型して焼成する方法とがある。
切欠部をこのような形状とすると、磁性材料を切削方式や金型を使用した粉体の高圧プレス処理後の焼成方式のいずれかの方式を使って比較的容易に整形することが可能となる。
【００１７】
また、前記基板の主面に平行な任意の軸から見て、切欠部の断面形状が、少なくとも１つ以上の曲線を有してもよい。
【００１８】
切削プロセスにて磁性材料に切欠部を設ける場合、切欠部をこのような形状とすることで、磁性材料を切削方式や金型を使用した粉体の高圧プレス処理後の焼成方式のいずれかの方式を使って容易に整形することが可能となる。
【００１９】
さらに少なくとも前記基板の主面と反対側の面に、第三の磁性体が配置されていることが望ましい。
【００２０】
このような配置とすると、磁気センサ周辺の磁気の流れが整えられ、結果として第二の磁性体で集めた磁気をさらに効率よく磁気センサチップに導くことができる。このため磁気センサとしての感度をさらに向上させることができる。更に、実施形態の項にて後述するが、副次的な効果として前記切欠部と第一の磁性体もしくは第二の磁性体との基板主面に垂直な方向への重なり合う深さをＯｆｆｓｅｔとしたときに、磁気センサチップでの平均磁界強度が強く維持されるＯｆｆｓｅｔ範囲が拡大されるという効果が得られる。
【００２１】
さらに、前記第一の磁性体、前記第二の磁性体、前記第三の磁性体のうち少なくとも一つが軟磁性体を含有することが望ましい。また、前記第一の磁性体、前記第二の磁性体のうち少なくとも一つが軟磁性体を含有することが望ましい。
【００２２】
軟磁性体は磁気を集める性質を持つため、第二の磁性体で測定対象から効率よく取りこんだ磁気を、同じく軟磁性体で作られた第一の磁性体に効率よく導くことができ、結果的に磁気センサチップに導かれる磁気を増やすことができる。また磁気センサチップからの磁気を第三の磁性体へと効率よく引き出すことができるため、磁気回路の効率が向上する。この結果、磁気センサ用モジュールとして感度をさらに向上させることができる。
【００２３】
さらに、前記切欠部に、第一の磁性体と第二の磁性体とに共に接するように第四の磁性体が設けられていることが望ましい。
【００２４】
切欠部に磁気を集める性質を持つ第四の磁性体を設けることで、第二の磁性体で集めた磁気をさらに効率よく磁気センサチップに導くことができる。その結果、磁気センサとしての感度がさらに向上する。
【００２５】
さらに、前記第四の磁性体が軟磁性体の粉体を含有することが望ましい。
【００２６】
この場合、第二の磁性体から伝わる衝撃力・応力や、測定対象から伝わる振動については軟磁性体の粉体を含有する第四の磁性体により、なるべく第一の磁性体に伝わらないようにした上で、第二の磁性体で集められた磁気をより効率よく第一の磁性体へと導くことができるようになる。その結果、磁気センサ用モジュールとしての感度がさらに向上する。
【００２７】
あるいは、前記第四の磁性体が軟磁性体を含有するペースト状であることが望ましい。
【００２８】
この場合、第二の磁性体から伝わる衝撃力・応力や、測定対象から伝わる振動を、軟磁性体を含有するペースト状の第四の磁性体により、なるべく第一の磁性体に伝わらないようにした上で、さらに磁気をより効率よく磁気センサチップに導くことができる。その結果、磁気センサとしての感度が向上する。
【００２９】
加えて、前記第四の磁性体をペースト状とすることで、第二の磁性体から第一の磁性体へと伝わる衝撃力・応力・振動をある程度、緩和することができると共に、ペーストの粘ちょう性によって、第一の磁性体と第二の磁性体との間に、前記ペーストを担持させることが容易になる。
【００３０】
あるいは、第四の磁性体が軟磁性体を含有する磁性流体であることが望ましい。
【００３１】
この場合、第二の磁性体から伝わる衝撃力・応力や、測定対象から伝わる振動を、粉体を含有するペースト状の第四の磁性体により、なるべく第一の磁性体に伝わらないようにした上で、さらに磁気をより効率よく磁気センサチップに導くことができる。その結果、磁気センサとしての感度が向上する。また、前記第四の磁性体を磁性流体とすることで、第二の磁性体から第一の磁性体へと伝わる衝撃力・応力・振動をある程度、緩和することができると共に、磁性流体の粘ちょう性によって、第一の磁性体と第二の磁性体との間に、前記ペーストを担持させることが容易になる。
【００３２】
さらに、本発明に係る磁気センサ用モジュールの磁気センサチップは、常温で駆動可能なホール素子、磁気インピーダンス素子、又は磁気抵抗素子であることが望ましい。
【００３３】
本願に係る磁気センサ用モジュールは、空間分解能をより高くするため、生体を含む測定対象に接触させて使用されることを想定している。磁気センサチップは常温動作可能なホール素子、磁気インピーダンス素子、又は磁気抵抗素子であることが、液体ヘリウムや液体窒素などの冷媒による冷却が必要となるＳＱＵＩＤや、高感度ではあるが微小磁界中でしか動作させることができないスピン交換光ポンピングを使う方式よりも好ましい。
【発明の効果】
【００３４】
以上に述べたように、本発明によれば、磁気センサ用モジュール全体のサイズをコンパクトに維持したまま、常温で生体表面に接触させて使用可能であることから高い空間分解能を持ち、かつ、測定対象表面に接触させた際にも、磁気センサ本体に応力・衝撃力や測定対象から伝わる振動が磁気センサに直接加わることで磁気センサを破損する虞がなく、磁気センサチップ周辺の磁性体の配置を工夫することで磁気回路の効率を向上させた結果、高感度な磁気計測に供することのできる磁気センサ用モジュールの構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る接触型磁気センサ用モジュールの断面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る接触型磁気センサ用モジュールの断面図である。
【図３】本発明の第三の実施形態に係る接触型磁気センサ用モジュールの断面図である。
【図４】本発明の第四の実施形態に係る接触型磁気センサ用モジュールの断面図である。
【図５ａ】本発明の切欠部の形状例を示す図である。
【図５ｂ】本発明の切欠部の形状例を示す図である。
【図５ｃ】本発明の切欠部の形状例を示す図である。
【図５ｄ】本発明の切欠部の形状例を示す図である。
【図５ｅ】本発明の切欠部の形状例を示す図である。
【図５ｆ】本発明の切欠部の形状例を示す図である。
【図５ｇ】本発明の切欠部の形状例を示す図である。
【図５ｈ】本発明の切欠部の形状例を示す図である。
【図５ｉ】本発明の切欠部の形状例を示す図である。
【図５ｊ】本発明の切欠部の形状例を示す図である。
【図５ｋ】本発明の切欠部の形状例を示す図である。
【図６】本発明の第五の実施形態に係る接触型磁気センサ用モジュールの断面図である。
【図７】本発明の第六の実施形態に係る接触型磁気センサ用モジュールの断面図である。
【図８】本発明の第七の実施形態に係る接触型磁気センサ用モジュールの断面図である。
【図９】本発明の第八の実施形態に係る接触型磁気センサ用モジュールの断面図である。
【図１０】本発明の第九の実施形態に係る接触型磁気センサ用モジュールの断面図である。
【図１１】本発明の第十の実施形態に係る接触型磁気センサ用モジュールの断面図である。
【図１２】本発明に係る第三の磁性体を設けることの効果を示す電磁界解析によるシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下に本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下は本発明の実施形態の一つであって本発明を限定するものではない。
また、以下の実施形態ではいずれも磁気センサチップの一例として磁気抵抗効果素子を用いた場合を想定している。薄膜形成された磁気抵抗効果素子は基板の主面に平行な磁化固定方向の磁界に対してのみ磁気センサとしての感度を持つ。換言すると、磁気抵抗効果素子は外部からの磁界のうち、磁化固定方向成分を検出する。このため、磁気センサチップとして磁気抵抗効果素子を使用する場合は、測定対象から第二の磁性体で引き寄せられた外部磁界を、磁気抵抗効果素子の感度軸方向に曲折させる必要がある。以下の実施形態では、いずれも第一の磁性体と磁気センサチップとは、第二の磁性体で測定対象から集められた磁気を効率よく磁気センサチップへと導く機能と同時に、磁気抵抗効果素子の感度軸方向へと磁気の方向を変換する機能とを両立できるように配置されている。
磁気センサチップと第一の磁性体との相対的な配置は、以下の実施形態に示した配置に限定されることはなく、磁気センサチップとして使用する磁気センサの種類・特性に応じて、適切に変更してもよい。本発明に係る磁気センサチップは、磁気抵抗効果素子の代替として、例えば磁気インピーダンス素子、ホール素子、フラックスゲート磁気センサなどが挙げられる。
【００３７】
図１に本発明に係る接触型の磁気センサ用モジュールの第一の実施形態を示す。
第一の実施形態は、基板１１の主面上に薄膜形成された磁気センサチップ１２と、前記磁気センサチップ近傍に設置された磁気を集める性質を持つ第一の磁性体１３、測定対象からの微弱な磁気を集める性質を持つ第二の磁性体１４とを含む。第一の実施形態では、前記第二の磁性体１４の、前記第一の磁性体１３に対向する面に切欠部１５が設けられている。
第一の実施形態では、前記切欠部１５は、前記基板１１の主面に垂直な軸から見て、前記切欠部１５と対向する前記第一の磁性体１３の少なくとも端面の一部と重なり合うように配置されており、かつ、前記切欠部１５の開口部が、前記切欠部１５と対向する第一の磁性体１３の少なくとも端面の一部よりも大きい。
【００３８】
本構成では、前記磁気センサチップ１２近傍に、磁気を集める性質を持つ第一の磁性体１３が、例えば接着剤１６によって設置されている。
前記第一の磁性体１３と離間して磁気を集める性質を持つ第二の磁性体１４が配置され、前記第二の磁性体１４は例えば磁気センサ用モジュール筐体１７を介して前記基板１１と相対的に位置が固定されている。
【００３９】
磁気センサ用モジュール１０の第二の磁性体１４の表面を測定対象に接触させて磁気測定に使用する。このようにすると、磁気センサ用モジュール１０の空間分解能を高めることができ、かつ、測定対象からの微弱な磁気を第二の磁性体１４で集め、さらに第一の磁性体１３へと導くことができる。こうして、第二の磁性体１４で測定対象から集められた微弱な磁気を磁気センサチップ１２に効率よく導くことができる。
【００４０】
図１には示されていないが、磁気センサチップ１２からの電気信号は、必要に応じて増幅された後、磁気センサ用モジュール１０から導線もしくは無線通信によってデータ計測系に伝送され、記録・解析される。
【００４１】
磁気センサ用モジュール１０を測定対象に設置する際の衝撃力・応力や、測定対象から磁気センサ用モジュール１０に伝わる振動が前記第二の磁性体１４、前記第一の磁性体１３を経由して基板１１上の磁気センサチップ１２に伝わると、薄膜形成されている磁気センサチップ１２を破壊してしまう虞がある。第一の実施形態では、第二の磁性体１４と第一の磁性体１３とが切欠部１５の近傍にて離間されているため、外部からの衝撃力・応力・振動が第二の磁性体１４から第一の磁性体１３に伝わることを阻止することができる。
【００４２】
切欠部１５を設けない場合は、第二の磁性体１４と第一の磁性体１３との間隙を広く設けることで測定対象に設置する際の衝撃力・応力や、測定対象から磁気センサ用モジュール１０に伝わる振動が磁気センサ用モジュールに伝わることを阻止することができる。一方で、図１のように第二の磁性体１４に切欠部１５を設ける構成とすると、外部からの衝撃力・応力や測定対象からの振動を受けた際に、第二の磁性体１４と第一の磁性体１３とがぶつからないようにするため、第二の磁性体１４と第一の磁性体１３との設計離間距離の少なくとも一部を切欠部１５の深さから割り当てることができるため、切欠部１５を設けない場合に比較して磁気センサ用モジュール１０のサイズをコンパクトにすることができる。さらに、基板１１の主面上に薄膜形成された前記磁気センサチップ１２が前記衝撃力・応力・振動によって物理的に破壊されることを防ぐことができる。
【００４３】
図２に本発明に係る第二の実施形態を示す。第二の実施形態以下に示す実施形態では図面を簡潔にするため、図１に示した磁気センサ用モジュール筐体は描かれていない。第二の実施形態では、前記第一の磁性体２３の、前記第二の磁性体２４に対向する面に切欠部２５が設けられている点が第一の実施形態と異なっている。
第二の実施形態では、前記切欠部２５は、前記基板２１の主面に垂直な軸から見て、前記切欠部２５と対向する前記第二の磁性体２４の少なくとも端面の一部と重なり合うように配置されており、かつ、前記切欠部２５の開口部が、前記切欠部２５と対向する第二の磁性体２４の少なくとも端面の一部よりも大きい。
第一の実施形態と同様に測定の空間分解能を高めるため、第二の磁性体２４の、前記第一の磁性体２３と反対側の面を測定対象に接触させて磁気測定を行う。
第二の実施形態では、第二の磁性体２４と第一の磁性体２３とが切欠部２５の近傍にて離間されているため、外部からの衝撃力・応力や、測定対象から磁気センサ用モジュール２０に伝わる振動が第二の磁性体２４から第一の磁性体２３に伝わることを阻止することができる。
【００４４】
このような構成とすると、外部からの衝撃力・応力や測定対象からの振動を受けた際に、第二の磁性体２４と第一の磁性体２３とがぶつからないようにするため、第二の磁性体２４と第一の磁性体２３との設計離間距離の少なくとも一部を切欠部２５の深さから割り当てることができるため、切欠部２５を設けない場合に比較して磁気センサ用モジュール２０のサイズをコンパクトにすることができる。さらに、基板２１の主面上に薄膜形成された前記磁気センサチップ２２が前記衝撃力・応力・振動によって物理的に破壊されることを防ぐことができる。
【００４５】
図３に本発明に係る第三の実施形態を示す。第三の実施形態では第一の実施形態と同様に、第二の磁性体３４の第一の磁性体３３と対向する面に切欠部３５が設けられているが、第二の磁性体３４に設けられた切欠部３５の一部に、第一の磁性体３３の一部が重なっている点で第一の実施形態と異なっている。
【００４６】
このような構成とすると、外部からの衝撃力・応力や測定対象からの振動を受けた際に、第二の磁性体３４と第一の磁性体３３とがぶつからないようにするため、第二の磁性体３４と第一の磁性体３３との設計離間距離の全部を切欠部３５の深さから割り当てることができるため、切欠部３５を設けない場合に比較して磁気センサ用モジュール３０のサイズをコンパクトにすることができる。さらに、第二の磁性体３４と第一の磁性体３３とが切欠部３５にて離間されているため、外部からの衝撃力・応力・振動が第二の磁性体３４から第一の磁性体３３に伝わることを阻止することができる。加えて、測定対象表面から磁気センサチップ３２までの磁気回路のうち、第二の磁性体３４から第一の磁性体３３への磁気の結合効率が上がるため、結果として磁気センサ用モジュール３０の感度が向上する。
【００４７】
図４に本発明に係る第四の実施形態を示す。第四の実施形態では第二の実施形態と同様に、第一の磁性体４３の第二の磁性体４４と対向する面に切欠部４５が設けられているが、第一の磁性体４３に設けられた切欠部４５の一部に、第二の磁性体４４の一部が重なっている点で第二の実施形態と異なっている。
【００４８】
このような構成とすると、外部からの衝撃力・応力や測定対象からの振動を受けた際に、第二の磁性体４４と第一の磁性体４３とがぶつからないようにするため、第二の磁性体４４と第一の磁性体４３との設計離間距離の全部を切欠部４５の深さから割り当てることができるため、切欠部４５を設けない場合に比較して磁気センサ用モジュール４０のサイズをコンパクトにすることができる。さらに、第二の磁性体４４と第一の磁性体４３とが切欠部４５にて離間されているため、外部からの衝撃力・応力・振動が第二の磁性体４４から第一の磁性体４３に伝わることを阻止することができる。加えて、測定対象表面から磁気センサチップ４２までの磁気回路のうち、第二の磁性体４４から第一の磁性体４３への磁気の結合効率が上がり、結果として磁気センサ用モジュール４０の感度が向上する。
【００４９】
図５ａから図５ｋに、本発明に係る第一もしくは第二の磁性体の切欠部の形状例を示す。いずれも、上段には基板の主面に垂直な軸から見た図が、下段に基板の主面に平行な任意の軸から見た図が示されている。図５ａから図５ｋに示した例では、第一もしくは第二の磁性体の概形として円柱型が描かれているが、第一もしくは第二の磁性体の概形は円柱型に限定されるものではない。また、図５では切欠部形状の例として半算盤玉型、半球型、三角錐型、四角錐型、円錐型、三角柱型、四角柱型、円柱型、三角錐台型、四角錐台型、円錐台型を取り上げているが、切欠部の形状はこれらの形状例に限定されるものではなく、基板の主面に平行な任意の軸から見て、切欠部の断面形状が三つ以上の辺を有する多角形であるか、あるいは１つ以上の曲線を有した多様な形状であっても良い。なお、この曲線は例えば媒介変数等によって記述可能な任意の曲線であってもよい。
【００５０】
切欠部の形状をこのようにすると、切欠部の形状を例えばデカルト座標系に代表される座標空間で表現することが容易となり、前記切削法によって、もしくは前記金型を作成し軟磁性体粉末を金型で高圧プレスして焼成する方法によって比較的容易に切欠部を持つ第一の磁性体又は切欠部を持つ第二の磁性体を整形することができる。
【００５１】
図６に本発明に係る第五の実施形態を示す。第五の実施形態では第一の実施形態、第三の実施形態と同様に、第二の磁性体６４の第一の磁性体６３と対向する面に切欠部６５が設けられているが、基板６１の少なくとも主面と反対側の面に、第三の磁性体６７が設けられている点で、第一の実施形態、第三の実施形態と異なっている。
【００５２】
このような構成とすると、外部からの衝撃力・応力や測定対象からの振動を受けた際に、第二の磁性体６４と第一の磁性体６３とがぶつからないようにするため、第二の磁性体６４と第一の磁性体６３との設計離間距離の全部を切欠部６５の深さから割り当てることができるため、切欠部６５を設けない場合に比較して磁気センサ用モジュール６０をコンパクトにすることができる。さらに、第二の磁性体６４と第一の磁性体６３とが切欠部６５にて離間されているため、外部からの衝撃力・応力・振動が第二の磁性体６４から第一の磁性体６３に伝わることを阻止することができる。加えて、第三の磁性体６７を配置することで磁気センサチップ６２の後段の磁気回路のうち、磁気センサチップ６２から第三の磁性体６７への磁気の結合効率がさらに上がり、結果として磁気センサ用モジュールの感度が一層、向上する。第三の磁性体６７がもたらす効果は後述するように電磁場解析によっても検証することができる。なお、本実施形態の第三の磁性体６７は、基板の側面を覆うように基板主面まで延出される延出部を有しているが、延出部は、主面まで達していなくても良い。また、延出部は、無くてもよい。 
【００５３】
図７に本発明に係る第六の実施形態を示す。第六の実施形態では、第二の実施形態、第四の実施形態と同様に、第一の磁性体７３の第二の磁性体７４と対向する面に切欠部７５が設けられているが、基板７１の少なくとも主面と反対側の面に、第三の磁性体７７が設けられている点で、第二の実施形態、第四の実施形態と異なっている。
【００５４】
このような構成とすると、外部からの衝撃力・応力や測定対象からの振動を受けた際に、第二の磁性体７４と第一の磁性体７３とがぶつからないようにするため、第二の磁性体７４と第一の磁性体７３との設計離間距離の全部を切欠部７５の深さから割り当てることができるため、切欠部７５を設けない場合に比較して磁気センサ用モジュール７０のサイズをコンパクトにすることができる。さらに、第二の磁性体７４と第一の磁性体７３とが切欠部７５にて離間されているため、外部からの衝撃力・応力・振動が第二の磁性体７４から第一の磁性体７３に伝わることを阻止することができる。加えて、第三の磁性体７７を配置することで磁気センサチップ７２の後段の磁気回路のうち、磁気センサチップ７２から第三の磁性体７７への磁気の結合効率がさらに上がり、結果として磁気センサ用モジュールの感度が一層、向上する。第三の磁性体７７がもたらす効果は後述するように電磁場解析によっても検証することができる。なお、本実施形態の第三の磁性体７７は、基板の側面を覆うように基板主面まで延出される延出部を有しているが、延出部は主面まで達していなくても良い。また、延出部は無くてもよい。 
【００５５】
図８に本発明に係る第七の実施形態を示す。第七の実施形態では第一の実施形態、第三の実施形態、第五の実施形態と同様に、第二の磁性体８４の第一の磁性体８３と対向する面に切欠部８５が設けられているが、第二の磁性体８４と第一の磁性体８３とに接するように磁気を集める性質を持つ第四の磁性体８８が設けられている点で、第一の実施形態、第三の実施形態、第五の実施形態と異なっている。なお、第七の実施形態では、第三の磁性体８７も描かれているが、本発明には必ずしも第三の磁性体が含まれる必要はない。
【００５６】
第四の磁性体８８が請求項９に記載されているように軟磁性体の粉体であるか、請求項１０に記載されているように軟磁性体を含有するペースト状であるか、あるいは請求項１１に記載されているように軟磁性体を含有する磁性流体である場合、測定対象に磁気センサ用モジュール８０を設置する際の衝撃力・応力や、測定対象から第二の磁性体８４に伝わる振動が基板８１の主面に薄膜形成された磁気センサチップ８２に伝わることを抑制することができる。この抑制の効果は、第四の磁性体８８が紛体である場合は、一般的には粉体を構成する粒子径分布が均一であるほど、空隙率が上がるため効果的となる。あるいはこの抑制の効果は、第四の磁性体８８がペースト状もしくは磁性流体の場合は、一般的にはその動粘度が小さいほどペーストもしくは磁性流体からの抵抗力が小さくなるために効果的となる。このように第四の磁性体８８を配置することで、磁気センサチップ８２が破壊されることを阻止しながら、磁気センサ用モジュール８０の感度をより一層高めることができる。
従って、第七の実施形態のような構成にすると、外部からの衝撃力・応力や測定対象からの振動を受けた際に、第二の磁性体８４と第一の磁性体８３とがぶつからないようにするため、第二の磁性体８４と第一の磁性体８３との設計離間距離の全部を切欠部８５の深さから割り当てることができるため、切欠部８５を設けない場合に比較して磁気センサ用モジュール８０のサイズをコンパクトにすることができる。さらに、第二の磁性体８４と第一の磁性体８３とが切欠部８５にて第四の磁性体８８を介して離間されているため、外部からの衝撃力・応力・振動が第二の磁性体８４から第一の磁性体８３に伝わることを抑制することができる。加えて、第四の磁性体８８を配置することで、測定対象表面から磁気センサチップ８２までの磁気回路のうち、第二の磁性体８４から第一の磁性体８３への磁気の結合効率が上がり、結果として磁気センサ用モジュール８０の感度が向上する。 
【００５７】
図９に本発明に係る第八の実施形態を示す。第八の実施形態では第二の実施形態、第四の実施形態、第六の実施形態と同様に、第一の磁性体９３の第二の磁性体９４と対向する面に切欠部９５が設けられているが、第一の磁性体９３と第二の磁性体９４とに接するように磁気を集める性質を持つ第四の磁性体９８が設けられている点で、第二の実施形態、第四の実施形態、第六の実施形態と異なっている。なお、第八の実施形態では、第三の磁性体９７も描かれているが、本発明には必ずしも第三の磁性体が含まれる必要はない。
【００５８】
第四の磁性体９８が請求項１０に記載されているように軟磁性体の粉体であるか、請求項１１に記載されているように軟磁性体を含有するペースト状であるか、あるいは請求項１２に記載されているように軟磁性体を含有する磁性流体である場合、測定対象に磁気センサ用モジュール９０を設置する際の衝撃力・応力や、測定対象から第二の磁性体９４に伝わる振動が第一の磁性体９３を経由して基板９１の主面に薄膜形成された磁気センサチップ９２へと伝達することを抑制することができる。この抑制の効果は、第四の磁性体９８が紛体である場合は、一般的には粉体を構成する粒子径が均一であるほど、また粉体を構成する粒子径が細かいほど、空隙率が上がるために効果的となる。あるいは、この抑制の効果は、第四の磁性体９８がペースト状もしくは磁性流体の場合は、一般的にはその動粘度が小さいほどペーストもしくは磁性流体からの抵抗力が小さくなるために効果的となる。このように第四の磁性体９８を配置することで、磁気センサチップ９２が破壊されることを阻止しながら、磁気センサ用モジュール９０の感度をより高めることができる。
従って、第八の実施形態のような構成とすると、外部からの衝撃力・応力や測定対象からの振動を受けた際に、第二の磁性体９４と第一の磁性体９３とがぶつからないようにするため、第二の磁性体９４と第一の磁性体９３との設計離間距離の全部を切欠部９５の深さから割り当てることができるため、切欠部９５を設けない場合に比較して磁気センサ用モジュール９０のサイズをコンパクトにすることができる。さらに第二の磁性体９４と第一の磁性体９３とが切欠部９５にて第四の磁性体９８を介して離間されているため、外部からの衝撃力・応力・振動が第二の磁性体９４から第一の磁性体９３に伝わることを低減することができる。加えて、測定対象表面から磁気センサチップ９２前段までの磁気回路のうち、第四の磁性体９８を設けたことで第二の磁性体９４から第一の磁性体９３への磁気の結合効率が上がり、結果として磁気センサ用モジュール９０の感度が向上する。 
【００５９】
図１０に本発明に係る第九の実施形態を示す。第九の実施形態では、第一の実施形態、第三の実施形態、第五の実施形態、第七の実施形態と同様に、第二の磁性体１０４の第一の磁性体１０３と対向する面に切欠部１０５が設けられているが、基板１０１と第二の磁性体１０４との間に、第一の磁性体１０３と第二の磁性体１０４とが一定以上に接近することができないようにする衝撃緩和用ダンパー１０９を備えている点で、第一の実施形態、第三の実施形態、第五の実施形態、第七の実施形態と異なっている。なお、第九の実施形態では第三の磁性体１０７及び第四の磁性体１０８が描かれているが、本発明には必ずしも第三の磁性体と第四の磁性体が設けられている必要はない。
【００６０】
このような構成とすると、外部からの衝撃力・応力や測定対象からの振動を受けた際に、第二の磁性体１０４と第一の磁性体１０３とがぶつからないようにするため、第二の磁性体１０４と第一の磁性体１０３との設計離間距離の全部を切欠部１０５の深さから割り当てることができるため、切欠部１０５を設けない場合に比較して磁気センサ用モジュール１００のサイズをコンパクトにすることができる。さらに、第二の磁性体１０４と第一の磁性体１０３とが切欠部１０５にて離間されているため、外部からの衝撃力・応力・振動が第二の磁性体１０４から第一の磁性体１０３に伝わることを低減することができる。加えて、例えば磁気センサ用モジュール１００を落下させてしまった場合のように、設計をはるかに上回る非常に強い衝撃力が第二の磁性体１０４に加わる場合であっても、衝撃緩和用ダンパー１０９の効果により第一の磁性体１０３が第二の磁性体１０４に衝突することを防ぐことができ、より強固に前記磁気センサチップ１０２を保護することができる。尚、ここで使われる衝撃緩和用ダンパー１０９は第二の磁性体１０４から第四の磁性体１０７、第一の磁性体１０３を経て磁気センサチップ１０２へと効率よく磁気を導くための磁気回路への影響を避けるため、非磁性体で構成されることが望ましい。
【００６１】
図１１に本発明に係る第十の実施形態を示す。第十の実施形態では、第二の実施形態、第四の実施形態、第六の実施形態、第八の実施形態と同様に、第一の磁性体１１３の第二の磁性体１１４と対向する面に切欠部１１５が設けられているが、基板１１１と第二の磁性体１１４との間に、第一の磁性体１１３と第二の磁性体１１４とが一定以上に接近することができないようにする衝撃緩和用ダンパー１１９を備えている点で、第二の実施形態、第四の実施形態、第六の実施形態、第八の実施形態と異なっている。なお、第十の実施形態では第三の磁性体１１７と第四の磁性体１１８とが描かれているが、本発明には必ずしも第三の磁性体と第四の磁性体とが設けられている必要はない。
【００６２】
このような構成とすると、外部からの衝撃力・応力や測定対象からの振動を受けた際に、第二の磁性体１１４と第一の磁性体１１３とがぶつからないようにするため、第二の磁性体１１４と第一の磁性体１１３との設計離間距離の全部を切欠部１１５の深さから割り当てることができるため、切欠部１１５を設けない場合に比較して磁気センサ用モジュール１１０のサイズをコンパクトにすることができる。さらに、第二の磁性体１１４と第一の磁性体１１３とが切欠部１１５にて離間されているため、外部からの衝撃力・応力・振動が第二の磁性体１１４から第一の磁性体１１３に伝わることを阻止することができる。加えて、例えば磁気センサ用モジュール１１０を落下させてしまった場合のように、設計をはるかに上回る非常に強い衝撃力が第二の磁性体１１４に加わる場合であっても、衝撃緩和用ダンパー１１９の効果により第一の磁性体１１３が第二の磁性体１１４に衝突することを防ぐことができ、より強固に前記磁気センサチップ１１２を保護することができる。尚、ここで使われる衝撃緩和用ダンパー１１９は第二の磁性体１１４から第四の磁性体１１７、第一の磁性体１１３を経て磁気センサチップ１１２へと効率よく磁気を導くための磁気回路への影響を避けるため、非磁性材料で構成されることが望ましい。
【００６３】
図１２は、電磁場解析ソフトを使って第三の磁性体の効果を有限要素法により静磁場解析した結果を示すグラフである。シミュレーションモデルは、第一の磁性体、切欠部が設けられた第二の磁性体、第三の磁性体と、シリコン製の基板、さらに基板上に設けられた磁気センサチップとから構成されており、このモデルに外部から微弱な静磁場を印加した場合の、磁気センサチップ領域に加わる磁界強度を縦軸に取っている。横軸には、モデルの切欠部と第一の磁性体との重なり合い深さ、すなわち基板主面に垂直なｚ軸方向成分を取っている。
モデルの例として、切欠部形状は深さ３［ｍｍ］の円錐台型とし、第一の磁性体の高さを２．４［ｍｍ］とした。第二の磁性体の第一の磁性体と対向する切欠部の設けられていない面を基準高さ          Ｏｆｆｓｅｔ＝０［ｍｍ］とし、第一の磁性体の第二の磁性体と対向する端面が上記基準高さから切欠部深さ方向に０．５［ｍｍ］間隔で配置をずらしていった場合の解析結果を示している。
【００６４】
切欠部ありの場合で、第三の磁性体ありのプロット（グラフ中の黒実線×）と第三の磁性体なしのプロット（グラフ中の黒点線◆）とを比較すると、第三の磁性体ありの場合、第三の磁性体なしの場合と比較して、磁気センサチップ部分に印加される平均磁界強度は約２倍となった。この結果から、第三の磁性体を配置することで磁気センサチップの感度を約２倍に向上させるという効果があることが分かる。
【００６５】
加えて、この条件では第三の磁性体ありのプロット（黒実線×）では、０≦Ｏｆｆｓｅｔ≦１．５［ｍｍ］の領域で磁気センサチップ部分に印加される平均磁界強度が一定値（１．９Ｅ−５［Ａ／ｍ］）に維持されている。このＯｆｆｓｅｔ範囲は、第一の磁性体高さ２．４［ｍｍ］の６２．５％に達する。一方、第三の磁性体なしのプロット（黒点線◆）では、０≦Ｏｆｆｓｅｔ≦１．０［ｍｍ］の領域で磁気センサチップ部分に印加される平均磁界強度が一定値（１．０Ｅ−５［Ａ／ｍ］）となっている。このＯｆｆｓｅｔ範囲は、第一の磁性体高さ２．４［ｍｍ］の４１．７％に過ぎない。すなわち、第三の磁性体を配置することで、磁気センサチップの感度が高まるＯｆｆｓｅｔ領域を拡大することができるという効果があることが分かる。
【符号の説明】
【００６６】
１０、２０、３０、４０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０：磁気センサ用モジュール
１１、２１、３１、４１、６１、７１、８１、９１、１０１、１１１：基板
１２、２２、３２、４２、６２、７２、８２、９２、１０２、１１２：磁気センサチップ
１３、２３、３３、４３、６３、７３、８３、９３、１０３、１１３：第一の磁性体
１４、２４、３４、４４、６４、７４、８４、９４、１０４、１１４：第二の磁性体
１５、２５、３５、４５、６５、７５、８５、９５、１０５、１１５：切欠部
１６、２６、３６、４６、６６、７６、８６、９６、１０６、１１６：接着剤
１７：  磁気センサ用モジュール筐体
６７、７７、８７、９７、１０７、１１７：第三の磁性体
８８、９８、１０８、１１８：第四の磁性体
１０９、１１９：衝撃緩和用ダンパー
【図１】
2017181059.tif 000003
【図２】
2017181059.tif 000004
【図３】
2017181059.tif 000005
【図４】
2017181059.tif 000006
【図５ａ】
2017181059.tif 000007
【図５ｂ】
2017181059.tif 000008
【図５ｃ】
2017181059.tif 000009
【図５ｄ】
2017181059.tif 000010
【図５ｅ】
2017181059.tif 000011
【図５ｆ】
2017181059.tif 000012
【図５ｇ】
2017181059.tif 000013
【図５ｈ】
2017181059.tif 000014
【図５ｉ】
2017181059.tif 000015
【図５ｊ】
2017181059.tif 000016
【図５ｋ】
2017181059.tif 000017
【図６】
2017181059.tif 000018
【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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