JP2007309671A - 磁気デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な製造工程により低コストに製造できるとともに、小型化も可能な磁気デバイスを提供する。
【解決手段】磁気デバイス１０は、第一磁界印加手段１１、第二磁界印加手段１２、および磁気センサ１３とを有する。第一磁界印加手段１１は一面１１ａから他面１１ｂに向かう方向に磁界ＭＬが形成される。また、第二磁界印加手段１２は、他面１２ｂから一面１２ａに向かう方向に磁界ＭＲが形成される。こうした磁界ＭＬおよびＭＲにより、互いに隣接して配された第一磁界印加手段１１と第二磁界印加手段１２との間には、略環状のバイアス磁界ＭＢが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサと磁界印加手段とを備えた磁気デバイスに関する。

近年、コスト低減やチップ部品の削減を目的に、磁性薄膜を用いた磁気インピーダンス素子等の小型、軽量の磁気センサが提案されている。例えば、特許文献１に記載された発明には、基板の一面に直線状に形成した軟磁性薄膜からなる感磁部を複数本並列に並べ、これらの感磁部を覆うようにシート状の薄膜磁石を配して、複数の感磁部にバイアス磁界を印加する構成とした磁気インピーダンス効果素子が記載されている。また、特許文献２には、プリント基板の表面に沿って磁性膜が形成され、この磁性膜を取り囲むように形成されたコイルによって磁性膜にバイアス磁界を印加する構成とした磁気検出素子が記載されている。

また、特許文献３には、電気的に直列に接続された２つの薄膜磁気コアを、基板の上に並列に配し、また、これら２つの薄膜磁気コアのそれぞれを取り巻くように薄膜バイアスコイルを形成し、この薄膜バイアスコイルによって薄膜磁気コアにバイアス磁界を印加する構成とした磁気センサ素子が記載されている。
特許第３６５０５７５号公報 特許第３０９６４１３号公報 特許第３３４１２３７号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載された発明では、いずれも、バイアス磁界を印加するためのバイアス磁界印加手段を磁気センサに隣接して形成する必要があり、バイアス磁界印加手段と磁気センサの配置が限定され、小型化が困難であるという課題があった。また、バイアス磁界印加手段を含む磁気センサ全体の構造が複雑であり、製造コストがかかるという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、簡易な製造工程により低コストに製造できるとともに、小型化も可能な磁気デバイスを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の磁気デバイスは、第一磁界印加手段、第二磁界印加手段、および磁気センサを少なくとも備えてなる磁気デバイスであって、前記第一磁界印加手段と前記第二磁界印加手段は、１つの環状をなすバイアス磁界を形成し、前記磁気センサは、その感磁方向が前記バイアス磁界の方向に沿うように配したことを特徴とする。
本発明の請求項２に係る磁気デバイスは、請求項１において、前記磁気センサの感磁方向は、前記バイアス磁界の環状中心領域に配されることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る磁気デバイスは、請求項１において、前記第一磁界印加手段および第二磁界印加手段の一部と重なるように磁性体がさらに配されることを特徴とする。
本発明の請求項４に係る磁気デバイスは、請求項１において、前記第一磁界印加手段と前記第二磁界印加手段は、面状をなすスパイラルコイルであることを特徴とする。

本発明の磁気デバイスによれば、第一磁界印加手段および第二磁界印加手段の２つの磁界印加手段を備えることで、一方向に流れる略環状の一連の磁束を形成でき、この略環状の磁束に沿って磁気センサを配することで、第一磁界印加手段および第二磁界印加手段に対して磁気センサの感磁方向が垂直以外のどのような角度を成していても、感磁方向に沿った磁界強度を検出することが可能になる。

また、第一磁界印加手段および第二磁界印加手段によって形成される略環状の一連の磁束に沿って磁気センサを配すれば、第一磁界印加手段、第二磁界印加手段および磁気センサは互いに離れていてもよいので、２つの磁場印加手段を立体的に配するなど磁気デバイスの設計上の自由度を広げることが可能になるとともに、２つの磁場印加手段の配置位置に応じて、形成されるバイアス磁界の広がりを制御することができるので、磁気センサの配置位置に応じて最適なバイアス磁界を磁気センサに印加することが可能になる。さらに、それぞれを別個に形成して組み合わせて磁気センサを構成してもよいので、簡易な製造工程により低コストに製造が可能な磁気デバイスを提供できる。さらに、２つの磁場印加手段の相対的な位置を変える事ができるので、自在にレイアウトすることができ、設計上の自由度が向上する。

以下、本発明に係る磁気デバイスの一例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。図１は、本発明の磁気デバイスの一例を示す斜視図および上面図である。本発明の磁気デバイス１０は、第一磁界印加手段１１、第二磁界印加手段１２、および磁気センサ１３とを有する。第一磁界印加手段１１は、図１（ａ）に示す一面１１ａから他面１１ｂに向かう方向に磁界ＭＬが形成される。また、第二磁界印加手段１２は、他面１２ｂから一面１２ａに向かう方向に磁界ＭＲが形成される。

こうした磁界ＭＬおよびＭＲにより、互いに隣接して配された第一磁界印加手段１１と第二磁界印加手段１２との間には、略環状のバイアス磁界ＭＢが形成される。バイアス磁界ＭＢは、第二磁界印加手段１２の一面１２ａから第一磁界印加手段１１の一面１１ａに向かい、第一磁界印加手段１１の他面１１ｂから第二磁界印加手段１２の他面１２ｂに戻る一方向に流れる略環状の一連の磁束をなす。

磁気センサ１３は、感磁方向Ｓの磁界強度を検出する。この磁気センサ１３は、感磁方向Ｓがバイアス磁界ＭＢをなす磁束の向いた方向Ｆに沿うように、第一磁界印加手段１１および第二磁界印加手段１２に対して配される。これによって、磁気センサ１３には感磁方向Ｓに沿ったバイアス磁界ＭＢが印加される。

以上のような構成の本発明の磁気デバイスによれば、第一磁界印加手段１１および第二磁界印加手段１２によって、磁気センサ１３にバイアス磁界ＭＢが印加され、感磁方向Ｓに沿った磁界の強度を正確に検出できる。

そして、第一磁界印加手段１１および第二磁界印加手段１２の２つの磁界印加手段を備えることで、一方向に流れる略環状の一連の磁束を形成でき、この略環状の磁束に沿って磁気センサ１３を配することで、第一磁界印加手段１１および第二磁界印加手段１２に対して磁気センサ１３の感磁方向Ｓがどのような角度を成していても、感磁方向Ｓに沿った磁界強度を検出することが可能になる。

また、第一磁界印加手段１１および第二磁界印加手段１２によって形成される略環状の一連の磁束に沿って磁気センサ１３を配すれば、第一磁界印加手段１１、第二磁界印加手段１２および磁気センサ１３は互いに離れていてもよいので、それぞれを別個に形成して組み合わせて磁気センサ１３を構成すればよく、製造工程を簡略化して低コストに磁気センサ１３を製造することが可能になる。

第一磁界印加手段１１および第二磁界印加手段１２は、磁界を発生可能なものであればどのようなものであってもよい。例えば、永久磁石や、コイル状の導電体からなる電磁石であればよい。第一磁界印加手段１１および第二磁界印加手段１２は、互いに同一面上に配される必要はなく、互いに異なる面に配されていてもよい。

磁気センサ１３は、磁界強度に応じてその出力が変化するものであれば良く、例えば、絶縁体の上に軟磁性膜を感磁方向に沿ってメアンダ状に延在させたものであればよい。また、これら第一磁界印加手段１１、第二磁界印加手段１２および磁気センサ１３は、多層基板など任意の形状の支持体上に形成されていれば良い。

図２は、本発明の磁気デバイスの他の一例を示す斜視図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ線における断面図である。磁気デバイス２０は、基板２４の一面（下面）２４ａに形成された第一磁界印加手段２１および第二磁界印加手段２２と、基板２４の他面（上面）２４ｂに配された磁気センサ２３とを有する。基板２４は、絶縁性の樹脂などから構成されていれば良い。

第一磁界印加手段２１および第二磁界印加手段２２は、例えば、金属などの導電膜を基板２４の一面２４ａに沿って平面状に広がるように形成したスパイラルコイル２１ａ，２２ａであればよい。そして、それぞれのスパイラルコイル２１ａ，２２ａの巻き方向は、互いに逆向きになるように形成され、かつ、それぞれのスパイラルコイル２１ａ，２２ａの一端どうしは電気的に接続されている。

こうした構成によって、スパイラルコイル２１ａ，２２ａの端子２１ｂ，２２ｂの間に電流を流すことによって、第一磁界印加手段２１および第二磁界印加手段２２は、互いに逆向きの磁界を発生させる。そして、第一磁界印加手段２１および第二磁界印加手段２２の間には、一方向に流れる略環状の一連の磁束からなるバイアス磁界ＭＢが形成される。

磁気センサ２３は、例えば、絶縁体２３ａの一面に軟磁性膜２３ｂを形成したものであれば良い。こうした軟磁性膜２３ｂは、例えばメアンダ形状（つづら折り形状）に形成され、その長手方向が感磁方向Ｓとされる。こうした構成の磁気センサ２３は、第一磁界印加手段２１および第二磁界印加手段２２によって形成されるバイアス磁界ＭＢをなす略環状の磁束の向きに感磁方向Ｓが沿うように配される。これにより、磁気センサ２３には、感磁方向Ｓに沿ったバイアス磁界ＭＢが印加され、感磁方向Ｓの磁界強度を高精度に検出可能となる。

磁気センサ２３と基板２４の他面２４ｂとの間には、磁性体２５ａ，２５ｂがそれぞれ配される。こうした磁性体２５ａ，２５ｂは、スパイラルコイル２１ａ，２２ａの外側領域に重ねて配されていれば良い。磁性体２５ａ，２５ｂによってスパイラルコイル２１ａ，２２ａの外側領域を覆うことによって、それぞれのスパイラルコイル２１ａ，２２ａの中心付近から内側に位置するように配された磁気センサ２３に対して、スパイラルコイル２１ａ，２２ａで生じたバイアス磁界ＭＢ以外の余分な漏れ磁界の影響を遮断することができる。また、磁気センサ２３と基板２４の他面２４ｂとの間には、磁気センサ２３の軟磁性膜２３ｂに電気的に接続される電極２６ａ，２６ｂが形成されていても良い。

以上のような構成の磁気デバイス２０は、２つの磁界印加手段である第一磁界印加手段２１および第二磁界印加手段２２によって、略環状の一連の磁束からなるバイアス磁界ＭＢを形成でき、このバイアス磁界ＭＢの磁束の向きに沿って磁気センサ２３の感磁方向Ｓを揃えることによって、感磁方向Ｓの磁界強度を高精度に検出可能となる。

そして、このような第一磁界印加手段２１および第二磁界印加手段２２を基板２４に沿った平面状に広がるスパイラルコイル２１ａ，２２ａから構成することによって、磁気デバイス２０全体を小型化、薄型化することができる。さらに、磁性体２５ａ，２５ｂによってスパイラルコイル２１ａ，２２ａの外側領域を覆うことによって、磁気センサ２３に対して、スパイラルコイル２１ａ，２２ａで生じたバイアス磁界ＭＢ以外の余分な漏れ磁界の影響を遮断することができ、磁気センサ２３の磁界検出精度をより一層高めることが可能になる。

２つの磁界印加手段は、互いの位置や磁界発生力を変えることによって、発生させるバイアス磁界をなす磁束の方向を偏向させたりすることもできる。図４（ａ）では第一磁界印加手段３１および第二磁界印加手段３２を、基板３３の一面に沿って同一平面上に、互いに同じ巻き数のスパイラルコイルから構成している。これにより、基板３３に対して均等でほぼ円形の一連の磁束からなるバイアス磁界を発生させることができる。

一方、図４（ｂ）では第一磁界印加手段４１および第二磁界印加手段４２を、段差のある基板４３の一面に沿って、互いに異なる平面上にずらして配している。これにより、基板４３に対して偏向した楕円形の磁束からなるバイアス磁界を発生させることができる。また、図４（ｃ）では第一磁界印加手段５１および第二磁界印加手段５２を、互いに異なる巻き数のスパイラルコイルから構成している。これにより、磁束密度が変化した磁束からなるバイアス磁界を発生させることができる。

２つの磁界印加手段は、それぞれ別な基板に形成し、電気的に接続されない構成であっても良い。図５（ａ）では、第一基板６１にスパイラルコイルからなる第一磁界印加手段６３を、第二基板６２にスパイラルコイルからなる第二磁界印加手段６４をそれぞれ配した。これによって、第一基板６１と第二基板６２とを別々に製造して組み合わせることができ、製造が容易になる。また、第一磁界印加手段６３と第二磁界印加手段６４との間隔を自在に調整して、発生させるバイアス磁界をなす磁束の流れを調節することができる。

また、図５（ｂ）では、第一基板７１と第二基板７２のそれぞれにスパイラルコイルからなる第一磁界印加手段７３、第二磁界印加手段７４をそれぞれ配し、かつ、第一基板７１と第二基板７２とを互いにずらすことよって、第一磁界印加手段７３と第二磁界印加手段７４とが互いに異なる面に配される。これにより、第一磁界印加手段７３と第二磁界印加手段７４とを、互いの位置が自在にレイアウトすることができ、磁気デバイスの設計上の自由度が増す。

本発明の磁気デバイスの一例を示す斜視図および断面図である。 本発明の磁気デバイスの他の一例を示す斜視図である。 図２に示す磁気デバイスのＡ−Ａ線における断面図である。 本発明の磁気デバイスの他の一例を示す斜視図である。 本発明の磁気デバイスの他の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 磁気デバイス、１１ 第一磁界印加手段、１２ 第二磁界印加手段、１３ 磁気センサ、２１ａ，２２ａ スパイラルコイル、２５ａ，２５ｂ 磁性体。

Claims (4)

1. 第一磁界印加手段、第二磁界印加手段、および磁気センサを少なくとも備えてなる磁気デバイスであって、
   前記第一磁界印加手段と前記第二磁界印加手段は、１つの環状をなすバイアス磁界を形成し、前記磁気センサは、その感磁方向が前記バイアス磁界の方向に沿うように配したことを特徴とする磁気デバイス。
2. 前記磁気センサの感磁方向は、前記バイアス磁界の環状中心領域に配されることを特徴とする請求項１に記載の磁気デバイス。
3. 前記第一磁界印加手段および第二磁界印加手段の一部と重なるように磁性体がさらに配されることを特徴とする請求項１に記載の磁気デバイス。
4. 前記第一磁界印加手段と前記第二磁界印加手段は、面状をなすスパイラルコイルであることを特徴とする請求項１に記載の磁気デバイス。
   

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