JPH0942967A

JPH0942967A - 地磁気方位センサ

Info

Publication number: JPH0942967A
Application number: JP7193363A
Authority: JP
Inventors: Toshio Aizawa; 俊雄相澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】実用的な感度及び高い方位精度を有し、小型
化、低価格化が容易であり、しかも各ＭＲ素子の方位精
度が均一な地磁気方位センサを提供する。【解決手段】バイアス磁界量を各ＭＲ素子Ｍ₁，
Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄の抵抗変化微分値の差が最小となるよ
うに設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
を用いた地磁気方位センサに関するものであり、特に強
磁性体コアと組み合わせて高感度化を図った新規な地磁
気方位センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、カラー陰極線管では、電子銃か
ら出射された電子ビームの軌道が、地磁気により曲げら
れ、蛍光面上でのビーム到達位置（ランディング）が変
化することがある。特に高精細度陰極線管においては、
ランディング余裕度が小さいために、前記ランディング
の変化（位置ずれ）が色純度の劣化等の問題を引き起こ
す。

【０００３】これを補正するために、通常、ランディン
グ補正コイルが陰極線管に取り付けられており、このラ
ンディング補正コイルに地磁気の方位に応じて自動的に
ランディング補正に必要な最適電流を流すことにより、
電子ビームの軌道を制御してミスランディングを防止す
るようにしている。

【０００４】したがって、前記ランディング補正に際し
ては、地磁気の方位を正確に検出する必要があり、いわ
ゆる地磁気方位センサが使用されている。

【０００５】あるいは、従来から用いられてきた磁石式
の方位計（磁気コンパス）の代替として、携帯型の方位
計としても地磁気方位センサが使用されている。

【０００６】上述のように、地磁気方位センサは、様々
な用途に使用されるが、その代表的な構造としては、い
わゆるフラックスゲート型のものと、磁気抵抗効果型
（ＭＲ型）のものが知られている。

【０００７】前者は、図２２に示すように、パーマロイ
コア１０１に電気信号出力用コイル１０２と励磁用コイ
ル１０３を巻回してなるもので、地磁気を前記パーマロ
イコアで集束し、これを電気信号出力用コイル１０２に
伝えるような構造とされている。

【０００８】そして、このフラックスゲート型の地磁気
方位センサでは、励磁コイル１０３により交流バイアス
磁界Ｈ_Bをパーマロイコア１０１中に発生させ、バイア
ス磁界が反転したときに発生するパルス状の電圧を信号
として検出する。このパルス状電圧の電圧値は、地磁気
の方位によって変化するので、地磁気センサとして利用
することができる。

【０００９】しかしながら、このフラックスゲート型の
地磁気方位センサは、コイルにより地磁気を電気信号に
変換するため、感度を上げるためには電気信号出力用コ
イル１０２の巻き数を極めて多くしたり、集束効果を高
めるためにパーマロイコア１０１の形状を大きくする必
要がある。したがって、小型化や低価格化は難しい。

【００１０】一方、後者（ＭＲ型）は、図２３に示すよ
うに、磁気抵抗効果素子（ＭＲセンサチップ）１１１を
形成したＭＲセンサチップ１１０を空心コイル１１２の
中に入れ、これらＭＲセンサチップ１１０に対して４５
゜方向の交流バイアス磁界Ｈ_Bを印加してなるものであ
る。この等価回路を図２４に示す。地磁気方位センサと
して使用する場合には、図２３に示す構造のものを空心
コイルの巻回方向が直交するするように１組使用する。

【００１１】このＭＲ型の地磁気方位センサは、磁気抵
抗効果素子を使用しているため、フラックスゲート型の
地磁気方位センサに比べて感度が高いが、ＭＲセンサチ
ップ１１０のみで地磁気を感知しているため、０．３ガ
ウス程度の地磁気の方位を検出するには不十分である。

【００１２】また、このＭＲ型の地磁気方位センサで
は、ＭＲセンサチップ１１０に対して４５゜方向のバイ
アス磁界Ｈ_Bを加えていること、感度向上のためにＭＲ
カーブを無理に急峻なものとしていることから、ＭＲ特
性にヒステリシスを持っており、これを解消するために
信号処理用回路が複雑なものとなったり、方位精度が±
１０゜と悪い等の不都合を有する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来知
られる地磁気方位センサでは、感度の点で不満を残して
おり、また小型化、低価格化も難しい。

【００１４】そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑み
て提案されたもので、実用的な感度及び高い方位精度を
有し、小型化、低価格化が容易であり、しかも各ＭＲ素
子の方位精度が均一な地磁気方位センサを提供すること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の地磁気方位セン
サは、地磁気を強磁性体コアで集束することにより大き
な磁束密度に変換し、これをコア間のギャップ内に配置
した磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）で検出するものであ
る。

【００１６】この地磁気方位センサは、地磁気を集束す
る複数の強磁性体コアがそれぞれ所定のギャップをもっ
て周方向に配され、ＭＲ素子がギャップ内に配されると
ともに、励磁用コイルが前記強磁性体コアに巻回されて
なり、当該励磁用コイルにバイアス電流Ｉ_Bを流すこと
によってバイアス磁界Ｈ_Bを発生させ、ＭＲ素子を磁界
感度が高く且つ直線性（リニアリティ）の良いところで
使用する。なお、バイアス磁界Ｈ_B（電流Ｉ_B）は、交
流であってもよいし、直流であってもよい。

【００１７】方位精度の高い地磁気方位センサを実現す
るには、各ＭＲ素子のＭＲ特性曲線が一致することが望
ましいが、実際には各ＭＲ素子のＭＲ特性を広範囲なバ
イアス磁界Ｈ_Bにおいて同一とすることは困難である。

【００１８】そこで、本発明の地磁気方位センサは、励
磁用コイルからＭＲ素子に印加されるバイアス磁界の強
度を、各ＭＲ素子の微小磁界変化に対する抵抗変化率
（抵抗変化微分値）の絶対値がそれぞれ０．０５％／ア
ンペア・ターン以上となり、且つ各ＭＲ素子間における
抵抗変化微分値の差がほぼ最小値となるように設定する
ことを特徴とするものである。

【００１９】上記ＭＲ素子を交流バイアスで使用した場
合、方位信号（低周波数）を交流信号（高周波数）に重
畳した電気信号として取り出すことができるため、ＭＲ
素子により発生するオフセット及び温度ドリフト等のノ
イズ成分をハイパスフィルタ（ＨＰＦ）等による回路処
理で取り除くことができ、高方位精度を得ることができ
る。

【００２０】ところで、上記ＭＲ素子は、その使用環境
の温度変化により出力値に変動が生じる場合がある。本
発明の地磁気方位センサにおいては、この出力変動を抑
止するために、温度特性補正用の磁気抵抗効果素子を設
ける。

【００２１】本発明においては、磁気抵抗効果素子（以
下、ＭＲ素子と称する。）は、互いに直交するＸ軸方向
とＹ軸方向での出力を得るため、最低でも２箇所に互い
に直交するように配置する。好ましくは、等角度間隔
（９０゜間隔）で４つのＭＲ素子を配置する。

【００２２】一方、強磁性体コアは、前記ＭＲ素子の配
置に応じて等角度間隔（例えば９０゜間隔）でギャップ
を有し、且つ閉磁路を構成するように、周方向に配列す
る。このとき、強磁性体コアの配列状態は、９０゜回転
させても対称となる構造とすることが好ましく、具体的
には、正方形状、或は円環状に配列する。

【００２３】上記強磁性体コアには、パーマロイ、珪素
鋼板、各種ソフトフェライト等、高透磁率、高飽和磁束
密度を有する軟磁性材（いわゆるソフト材）を用い、バ
イアス磁界の印加と地磁気の集束に利用する。

【００２４】また、本発明の地磁気方位センサにおいて
は、バイアス磁界が印加される磁気抵抗効果素子と温度
特性補正用の磁気抵抗効果素子とを直列に接続する。こ
のような構造とすることにより、出力の安定化が図ら
れ、高出力、高方位精度が実現される。

【００２５】本発明の地磁気方位センサにおいて、強磁
性体コアは、バイアス磁界の磁路を構成するとともに、
地磁気を集束するいわゆる集束ホーンとして機能する。
その結果、互いに直交するＭＲ素子に加わる地磁気の総
量は、それぞれ地磁気とＭＲ素子のなす角度に応じて決
まり、各ＭＲ素子から強磁性体コアにより構成される閉
磁路の中心を通る地磁気線に直角に引いた線に比例す
る。

【００２６】さらに、上記地磁気方位センサにおいて
は、各ＭＲ素子の抵抗変化微分値の絶対値が０．０５％
／アンペア・ターン以上となり、且つ各ＭＲ素子間にお
ける抵抗変化微分値の差がほぼ最小値となるようにバイ
アス磁界の強度を設定することにより、各ＭＲ素子間の
方位精度のばらつきがほぼ最小値となって当該方位精度
が均一化される。

【００２７】したがって、地磁気が効率的にＭＲ素子へ
磁気信号として供給されて高出力が得られ、高い検出感
度をもってその方位が高精度に検出されることになる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。

【００２９】図１は、本発明を適用した地磁気方位セン
サの基本構造の一例を示すものである。

【００３０】この地磁気方位センサは、パーマロイ等か
らなる４つの強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄が、
９０゜間隔で所定幅のギャップ（隙間）Ｇ₁，Ｇ₂，Ｇ
₃，Ｇ₄を形成するように正方形状に組合せて基板１上
に設けられ、これらギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄が
形成された強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の上部
にそれぞれＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄が配置され
たセンサチップ２が設置されてこれらＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ
₂，Ｍ₃，Ｍ₄が各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄上
に設置されたかたちとなり、さらにこのセンサチップ２
上に、地磁気方位センサを外部の電気回路とリフロー方
式にて結合させるためのリードフレーム３が設置されて
構成されている。なお、上記図１においては、上記地磁
気方位センサの主要部である各強磁性体コアＫ₁，
Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄及びセンサチップ２のみを図示してお
り、上記基板１及びリードフレーム３は省略（以下の図
４，図５及び図７，図８において示す）した。

【００３１】上記各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ
₄は、図２及び図３に示す（ここでは強磁性体コアＫ₁
のみを示す）ように、パーマロイ等の軟強磁性体金属か
らなる翼様の左右対称形状をなす部材である。各強磁性
体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄においては、その右翼部
ａ及び左翼部ｂには、上記基板１に設置する際の位置決
めを行うための基準孔ｅ，ｆがそれぞれ設けられるとも
に、これら右翼部ａと左翼部ｂの中央部ｃにて略々コ字
形状に屈曲され巻線部ｄが形成されている。強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄のうち、強磁性体コアＫ₁，
Ｋ₂には、これらの各巻線部ｄに励磁用コイルＣ₁，Ｃ
₂が巻回され設けられている。

【００３２】このとき、上記巻線部ｄは、上記の如く屈
曲構造として形成されているので、上記励磁用コイルＣ
₁，Ｃ₂が巻回されたことによる体積の増加が緩和され
ることになり、上記強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ
₄が各ＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄に密着され、励
磁用コイルの体積のばらつきがほぼ皆無となる。したが
って、４分割された強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ
₄を、それぞれの外形寸法のばらつきに影響されること
なく正確に位置決めして配設することが可能となり、各
ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄のセンターのばらつき
が抑制されることになる。

【００３３】上記基板１は、図４及び図５に示すよう
に、各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄を対称に配
置して各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄を同一とし且
つ各ギャップセンターの位置出しを行うための８本の固
定手段（位置決めピン）１１ａ〜１１ｈと、各強磁性体
コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄を設置する際に強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂に設けられた励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂を収
容するための十字形状の溝部１２と、上記センサチップ
２のセンサーセンシングパターンのセンターと各ギャッ
プＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄のセンターとの位置を規制す
るための４つの固定手段（位置決め枠）１３ａ〜１３ｄ
と、励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂の巻線端末を絡げるための
４本の端子ピン１４ａ〜１４ｄと、上記巻線端末を絡げ
る際に線材が各強磁性体コアの上を跨らないようにする
ための８本の線材規制ピン１５ａ〜１５ｈ（ここで、使
用されるものはこれらの線材規制ピンのうち４本、すな
わち線材規制ピン１５ａ，１５ｂ及び１５ｅ，１５ｆ）
と、センサチップ２上にリードフレーム３を設置する際
に取付の位置決めを行うための８本のリードフレーム規
制ピン１６ａ〜１６ｈ（これらリードフレーム規制ピン
１６ａ〜１６ｈは、それぞれ位置決めピン１１ａ〜１１
ｈ上に一体形成されている。）とが設けられて構成され
ている。

【００３４】上記センサチップ２は、図６に示すよう
に、その表面に配された各ＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，
Ｍ₄がそれぞれセンサチップ２の下部に形成されている
各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄に対応するように設
けられている。すなわち、センサチップ２を強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄上に配することにより、各ギ
ャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄の位置に各ＭＲ素子
Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄がそれぞれ配設されるかたちに
構成されることになる。同様に、センサチップ２の表面
には後述する温度特性補正用のＭＲ素子Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ
₇，Ｍ₈が配されており、ＭＲ素子Ｍ₅，Ｍ₆が平行に
強磁性体コアＫ₃の中央部位置に、ＭＲ素子Ｍ₇および
Ｍ₈が平行に強磁性体コアＫ₄の中央部位置に対応して
配設されるかたちとされている。また、上記各ＭＲ素子
Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄と外部電極とを接続するための
電極部が上記センサチップ２の表裏８箇所に設けられて
いる。

【００３５】上記リードフレーム３は、上記地磁気方位
センサを外部の電気回路とリフロー方式にて結合させる
ためのものであり、図７及び図８（図７中、一点鎖線Ａ
−Ａ’による断面図）に示すように、上記基板１上に設
けられたリードフレーム規制ピン１６ａ，１６ｂ及び１
４ｂ，１４ｃと嵌合して固定するための４つの係合部２
１ａ〜２１ｄを有している。なお、このリードフレーム
３については、上記地磁気方位センサの電気回路への組
み込みを面実装方式にて行う場合には不要である。

【００３６】上記センサチップ２に設けられたＭＲ素子
Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄は、例えばＸ軸方向検出用の２
つのＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₃と、これと直交するＹ軸方向検
出用の２つのＭＲ素子Ｍ₂，Ｍ₄に分類される。

【００３７】そして、各ＭＲ素子₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄
には、同様にセンサチップ２に設けられた温度特性（中
点電位等）補正用のＭＲ素子Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈が
直列に接続されている。

【００３８】ここで、温度特性補正用の各ＭＲ素子
Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈は、上述のようにＭＲ素子Ｍ₅
及びＭ₆が平行に強磁性体コアＫ₃の中央部位置に、Ｍ
Ｒ素子Ｍ₇およびＭ₈が平行に強磁性体コアＫ₄の中央
部位置に対応するようにセンサチップ２に配され、強磁
性体コアＫ₁，Ｋ₂に設けられた励磁用コイルＣ₁及び
Ｃ₂から発生するバイアス磁界の影響を受けないように
されているが、これは次のような理由による。

【００３９】例えば、温度特性補正用のＭＲ素子Ｍ₅，
Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈が上記励磁用コイルの下部に位置する
ようにセンサチップ２を構成すると、ギャップの外であ
っても漏れ磁界が温度特性補正用のＭＲ素子Ｍ₅，
Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈にバイアス磁界として印加される。そ
の結果、各ＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄のバイアス
特性を示す特性曲線に歪が発生し、Ｘ方向とＹ方向との
出力差及び出力のオフセットが増大して、Ｓ／Ｎ及び方
位精度の悪化の主な原因となる。

【００４０】これに対し、ＭＲ素子Ｍ₅及びＭ₆を平行
に強磁性体コアＫ₃の中央部位置に、ＭＲ素子Ｍ₇およ
びＭ₈を平行に強磁性体コアＫ₄の中央部位置に対応す
るようにセンサチップ２に配置すると、強磁性体コアＫ
₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄中の磁気信号に対してほとんど感
度を示さない。したがって、上記差動出力は大きく取
れ、高い方位精度が得られる。

【００４１】上記地磁気方位センサを作製するには、先
ず整列巻が可能な巻線機を用いて強磁性体コアＫ₁，Ｋ
₂に５０ターン程度の巻線を施す。このとき、上記地磁
気方位センサにおいて、繰り返し方位精度のみが重要で
あるときは、１つの強磁性体コアのみに１００ターン程
度の巻線を施せばよい。

【００４２】次いで、図９及び図１０（図９中、一点鎖
線Ｂ−Ｂ’による断面図）に示すように、各強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄をそれぞれ上記基板１上の位
置決めピン１１ａ〜１１ｈに設置し、加圧治具を用いて
これら強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄をそれぞれ
位置決めピン１１ａ〜１１ｈに圧入して基板１上に固定
する。その後、強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂に設けられた励
磁用コイルＣ₁，Ｃ₂の巻線端末の線材をそれぞれ線材
規制ピン１５ａ〜１５ｄを介して端子ピン１４ａ〜１４
ｄに絡げ、半田付けにより固定する。

【００４３】そして、図１１及び図１２（図１１中、一
点鎖線Ｃ−Ｃ’による断面図）に示すように、センサチ
ップ２を上記基板１上の位置決め枠１３ａ〜１３ｄに合
わせて設置して加圧挿入し固定した後、図１３及び図１
４（図１３中、一点鎖線Ｄ−’による断面図）に示すよ
うに、このセンサチップ２上にリードフレーム３を上記
基板１上のリードフレーム規制ピン１６ａ〜１６ｈに嵌
合し圧入することにより固定する。

【００４４】次いで、センサチップ２の上記電極部とリ
ードフレーム３とを半田付けにより固定し、センサチッ
プ２と上記基板１に接着剤を塗布して硬化することによ
り、上記地磁気方位センサが完成する。

【００４５】上述の構成を有する地磁気方位センサの等
価回路は、図１５に示す通りである。すなわち、Ｘ軸方
向検出用の２つのＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₃は、温度特性補正
用のＭＲ素子Ｍ₅，Ｍ₇と共にブリッジを構成し、差動
アンプＡ₁よりＸ出力が出力される。

【００４６】同様に、Ｙ軸方向検出用の２つのＭＲ素子
Ｍ₂，Ｍ₄は、温度特性補正用のＭＲ素子Ｍ₆，Ｍ₈と
共にブリッジを構成し、差動アンプＡ₂よりＹ出力が出
力される。

【００４７】地磁気検出用のＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，
Ｍ₃，Ｍ₄には、定電位電源Ｖ_CCが接続され、センス電
流Ｉ_Bが供給される。

【００４８】また、Ｘ軸方向検出用のＭＲ素子Ｍ₁とＭ
Ｒ素子Ｍ₃には、１８０゜方位の異なるバイアス磁界
（Ｈ_B及び−Ｈ_B）が印加され、同様にＹ軸方向検出用の
ＭＲ素子Ｍ₂とＭＲ素子Ｍ₄にも１８０゜方位の異なる
バイアス磁界（Ｈ_B及び−Ｈ_B）が印加される。

【００４９】上記構成の地磁気方位センサにおいて、Ｍ
Ｒ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄は、次のような特徴を持
っている。

【００５０】（１）磁界の強度により抵抗値が変化す
る。（磁気抵抗効果）（２）弱い磁界を感知する能力に優れている。（３）抵抗値変化を電気信号として取り出すことができ
る。

【００５１】本発明の地磁気方位センサにおいては、こ
の特徴を利用して地磁気による磁気信号を電気信号に変
換する。

【００５２】図１６は、ＭＲ素子のＭＲ特性曲線を示す
ものである。この図１６において、横軸はＭＲ素子に垂
直に加わる磁界の強さ、縦軸はＭＲ素子の抵抗値の変
化、あるいは出力電圧変化（ＭＲ素子に直流電流を流し
た場合）である。

【００５３】ＭＲ素子の抵抗値は、磁界零で最大とな
り、大きな磁界（ＭＲ素子のパターン形状等にもよるが
１００〜２００ガウス程度）を印加したときに約３％小
さくなる。

【００５４】ＭＲ素子出力のＳ／Ｎ（出力電圧振幅）及
び歪率向上のためには、図１６に示すように、バイアス
磁界Ｈ_Bが必要となる。このバイアス磁界Ｈ_Bは、先に
も述べたように、強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂に励磁用コイ
ルＣ₁，Ｃ₂を巻回し、これにバイアス電流Ｉ_Bを流す
ことによって与えられる。

【００５５】このとき、Ｘ軸方向検出用のＭＲ素子Ｍ₁
に印加されるバイアス磁界の方向とＭＲ素子Ｍ₃に印加
されるバイアス磁界の方向は、互いに１８０゜反転して
いる。同様に、Ｙ軸方向検出用のＭＲ素子Ｍ₂に印加さ
れるバイアス磁界の方向とＭＲ素子Ｍ₄に印加されるバ
イアス磁界の方向も、互いに１８０゜反転している。

【００５６】ここで、地磁気信号Ｈ_Eが入ってくると、
例えばＸ軸方向検出用のＭＲ素子Ｍ₁及びＭ₃に加わる
磁界の強さは以下のようになる。

【００５７】ＭＲ素子Ｍ₁：Ｈ_B＋Ｈ_E ＭＲ素子Ｍ₃： −Ｈ_B＋Ｈ_E 交流バイアス磁界印加とすると、ＭＲ素子Ｍ₁に印加さ
れる磁界は図１６中線Ａで示すように変化し、この磁界
の変化が図１６中線Ｂで示すように電圧変化として出力
される。一方、ＭＲ素子Ｍ₃に印加される磁界は図１６
中線Ｃで示すように変化し、この磁界の変化が図１６中
線Ｄで示すように電圧変化として出力される。

【００５８】このＭＲ素子Ｍ₁からの出力（線Ｂ）とＭ
Ｒ素子Ｍ₃からの出力（線Ｄ）の出力差Ｌが、差動信号
（Ｘ出力）として取り出される。Ｙ軸方向検出用のＭＲ
素子Ｍ₂，Ｍ₄についても同様であり、差動信号（Ｙ出
力）が取り出される。

【００５９】これら差動信号は地磁気Ｈ_Eの方位により
変化し、それぞれＨ_Eｓｉｎθ、Ｈ_Eｃｏｓθに比例す
る。したがって、横軸に方位θをとって出力電位をプロ
ットすると、Ｘ出力及びＹ出力は図１７に示すようなも
のとなる。

【００６０】したがって、これらＸ出力及びＹ出力か
ら、地磁気に対する方位θを算出することができる。

【００６１】すなわち、Ｘ出力とＹ出力の比Ｘ／Ｙは、
これら出力がＨ_Eｓｉｎθ、Ｈ_Eｃｏｓθに比例するこ
とから、ｓｉｎθ／ｃｏｓθで表わすことができる。

【００６２】Ｘ／Ｙ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ したがって、 θ＝ｔａｎ^-1（Ｘ／Ｙ）（ただし、０≦θ≦１８０゜のときＸ≧０、１８０゜＜
θ＜３６０゜のときＸ＜０である。）以上によって地磁気Ｈ_Eの方位θを知ることができる
が、次に強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄による地
磁気集束原理について説明する。

【００６３】先ず、図１８に、フェライト、パーマロイ
等からなる強磁性体コアＫが地磁気にどのような影響を
与えるのかを模式的に図示した。

【００６４】強磁性体は空気中に比べて磁気抵抗が小さ
いため、地磁気が吸い寄せられるように曲げられ、強磁
性体コアＫ中を通って再び外へ出る。

【００６５】したがって、上記強磁性体コアＫは、地磁
気を集束し、大きな磁束密度に変換する。（実際は、地
磁気は強磁性体コアＫを磁化し、ギャップに大きな磁界
を発生する。）。

【００６６】図１９は、円形の強磁性体コアＫを用いた
場合に地磁気がどのように各ＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，
Ｍ₃，Ｍ₄に伝わるのかを示したものであり、各ＭＲ素
子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄に磁気信号として印加される
地磁気の総量は、各ＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄か
ら強磁性体コアＫの中心を通る地磁気線Ｈ_EOに垂直に引
いた線の長さに相当する。

【００６７】Ｘ軸方向検出用ＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₃に印加さ
れる地磁気の総量：ｒｓｉｎθ Ｙ軸方向検出用ＭＲ素子Ｍ₂，Ｍ₄に印加される地磁気の
総量：ｒｃｏｓθ したがって、これら地磁気の総量に基づいて出力される
地磁気方位センサ出力（Ｘ出力，Ｙ出力）より、先の計
算式に従って地磁気Ｈ_Eの方位θが算出される。

【００６８】図２０に示すように強磁性体コアＫが正方
形の場合も同様であり、強磁性体コアＫの中心点を回転
中心として９０゜回転させたときに対称となる形状であ
れば、いずれの場合にも同様の出力を得ることができ
る。

【００６９】前述のように、励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂の
コアとして機能する強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂を軟磁性体
（ソフト強磁性体）とし、地磁気の集束ホーンとして使
用すると、空心コイルやマグネットを使用したときに比
べて出力が大きくなり、感度が向上する。

【００７０】さらに、上記地磁気方位センサにおいて
は、上記強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄及びＭＲ
素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄が設けられたセンサチップ
２を、基板１上の所定位置に設けられた各固定手段であ
る８本の位置決めピン１１ａ〜１１ｈ及び４つの位置決
め枠１３ａ〜１３ｄにそれぞれ加圧固定することにより
組み立てられる構造とされているので、組み立て時に、
強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄及びセンサチップ
２は各上記固定手段により容易且つ正確に位置決めがな
され、強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄及びセンサ
チップ２が上記基板１上において所望の設置位置に規制
される。したがって、ＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄
への正確なバイアス磁界の印加が可能となって安定した
ＭＲ特性を得ることができる。

【００７１】また、本実施例の地磁気方位センサにおい
ては、周囲の温度変化による上記ＭＲ素子の出力変化を
抑止する温度特性補正用のＭＲ素子Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，
Ｍ₈がバイアス磁界印加用の励磁用コイルを有しない強
磁性体コアＫ₃，Ｋ₄に配されているので、漏洩磁界
（すなわちバイアス磁界）により上記温度特性補正用の
ＭＲ素子Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈が影響を受けて発生し
がちな方位精度の劣化がほぼ完全に抑止されることにな
る。したがって、地磁気が効率的にＭＲ素子Ｍ₁，
Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄へ磁気信号として供給されるととも
に、上記ＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄には効率よく
温度補償が施され、地磁気の高出力及び高精度の検出が
可能となる。

【００７２】ところで、方位精度の高い地磁気方位セン
サを実現するには、各ＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄
のＭＲ特性曲線が一致することが望ましいが、実際には
各ＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄のＭＲ特性を広範囲
なバイアス磁界Ｈ_Bにおいて同一とすることは困難であ
る。

【００７３】そこで先ず、複数の上記地磁気方位センサ
を用いてそれぞれＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄のＭ
Ｒ特性曲線を求め、それに基づいて各バイアス磁界量
（アンペア・ターン）における抵抗変化微分値（％／ア
ンペア・ターン）を算出し、各地磁気方位センサにおけ
るＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄の抵抗変化微分値の
平均値とＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄間の抵抗変化
微分値の差を算出した。その結果を以下の表１，表２に
示す。ここで、表１には抵抗変化微分値の平均値を、表
２には抵抗変化微分値の差（最大値）を示す。

【００７４】

【表１】

【００７５】

【表２】

【００７６】このように、抵抗変化微分値の差の大きさ
に違いがあることがわかる。そこで、さらに各バイアス
磁界量におけるＸ出力，Ｙ出力，及びオフセット値のそ
れぞれについて、差動アンプＡ₁，Ａ₂により各出力値
を３００倍に増幅して測定し、方位精度を算出した。そ
の結果を以下の表３及び表４に示す。ここで、表３には
各平均値を、表２には各標準偏差値を示す。

【００７７】

【表３】

【００７８】

【表４】

【００７９】このように、バイアス磁界量により方位精
度に差が生じることがわかる。このことは、バイアス磁
界量をＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄の抵抗変化微分
値の差が小さいところ（ここでは、３．５アンペア・タ
ーン）に設定することにより、ＭＲ素子Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ
₃，Ｍ₄の方位精度のばらつきもまた小さくなることを
意味している。

【００８０】さらに、バイアス磁界量と方位精度規格に
対する歩留りとの関係を調べた結果を図２１に示す。こ
のように、バイアス磁界量により方位精度規格に対する
歩留りは大きく異なる。このことは、バイアス磁界量の
設定基準を、Ｓ／Ｎ比やパワーコンサプションに加え
て、方位精度を考慮して決定することにより、更に高精
度に地磁気方位を検出することが可能となることを意味
している。

【００８１】以上、本発明を適用した実施の形態につい
て説明してきたが、本発明がこの実施の形態に限定され
るわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で形
状、材質、寸法等、任意に変更することが可能である。

【００８２】

【発明の効果】本発明によれば、実用的な感度及び高い
方位精度を有し、小型化、低価格化が容易であり、しか
も各ＭＲ素子の方位精度が均一な地磁気方位センサを提
供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る地磁気方位センサの主要部を模
式的に示す平面図である。

【図２】上記地磁気方位センサの強磁性体コアを模式的
に示す平面図である。

【図３】上記地磁気方位センサの強磁性体コアを模式的
に示す側面図である。

【図４】上記地磁気方位センサの基板を模式的に示す平
面図である。

【図５】上記地磁気方位センサの基板を模式的に示す側
面図である。

【図６】上記地磁気方位センサのセンサチップを模式的
に示す平面図である。

【図７】上記地磁気方位センサのリードフレームを模式
的に示す平面図である。

【図８】図７中、一点鎖線Ａ−Ａ’による断面図であ
る。

【図９】基板上に各強磁性体コアが固定された様子を模
式的に示す平面図である。

【図１０】図９中、一点鎖線Ｂ−Ｂ’による断面図であ
る。

【図１１】各強磁性体コアが固定された基板上にセンサ
チップが固定された様子を模式的に示す平面図である。

【図１２】図１１中、一点鎖線Ｃ−Ｃ’による断面図で
ある。

【図１３】センサチップが固定された基板上にリードフ
レームが固定された様子を模式的に示す平面図である。

【図１４】図１３中、一点鎖線Ｄ−Ｄ’による断面図で
ある。

【図１５】図１に示す地磁気方位センサの等価回路図で
ある。

【図１６】ＭＲ素子のＭＲ特性曲線を示す特性図であ
る。

【図１７】出力電圧と方位との関係を示す特性図であ
る。

【図１８】強磁性体コアによる地磁気の集束状態を示す
模式図である。

【図１９】円形コアを用いた場合に各ＭＲ素子のに印加
される地磁気の総量を示す模式図である。

【図２０】正方形コアを用いた場合に各ＭＲ素子のに印
加される地磁気の総量を示す模式図である。

【図２１】バイアス磁界量と方位精度規格に対する歩留
りとの関係を示す特性図である。

【図２２】従来のフラックスゲート型の地磁気方位セン
サの一例を模式的に示す概略平面図である。

【図２３】従来のＭＲ型の地磁気方位センサの一例を模
式的に示す概略平面図である。

【図２４】図２３に示す地磁気方位センサの等価回路図
である。

【符号の説明】

Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄ ＭＲ素子Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈ 温度特性補正用のＭＲ素子Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄ 強磁性体コアＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄ ギャップＣ₁，Ｃ₂ 励磁用コイル１，３１基板２，３４センサチップ３リードフレーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地磁気を集束する複数の強磁性体コアが
それぞれ所定のギャップをもって周方向に配され、磁気
抵抗効果素子がギャップ内に配されるとともに、バイア
ス電流の供給によりバイアス磁界が発生する励磁用コイ
ルが前記強磁性体コアに巻回されてなる地磁気方位セン
サであって、励磁用コイルから磁気抵抗効果素子に印加されるバイア
ス磁界の強度が、微小磁界変化に対する各磁気抵抗効果
素子の抵抗変化率の絶対値がそれぞれ０．０５％／アン
ペア・ターン以上となり、且つ微小磁界変化に対する各
磁気抵抗効果素子間における抵抗変化率の差がほぼ最小
値となるように設定されることを特徴とする地磁気方位
センサ。
【請求項２】略直交する少なくとも一対の磁気抵抗効
果素子を有することを特徴とする請求項１記載の地磁気
方位センサ。
【請求項３】磁気抵抗効果素子の温度変化による出力
変動を抑止するための温度特性補正用の磁気抵抗効果素
子が上記磁気抵抗効果素子と直列に接続されていること
を特徴とする請求項１記載の地磁気方位センサ。