JPH11218569A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性が高く、応用範囲の広い磁気センサを
提供する。 【解決手段】 内部を真空にしたパッケージ内に、線状
の電子ビームを放出するように配置した電界放射型のエ
ミッタ電極と、エミッタ電極から放出される電子数を制
御するゲート電極と、基板９上に絶縁層６１，６２を介
して少なくとも２つに分割して設けた、電子ビームの電
子を捕集するアノード電極３１，３２と、電子ビームを
偏向させる偏向電極とを備え、測定対象の外部磁場によ
りアノード電極に入射する電子数が変化することに基づ
いて外部磁場の強度を検出する磁気センサにおいて、分
割されたアノード電極３１，３２間の絶縁層を除去し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明はブラシレスモータの制御素子など
に使用される磁気センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ホール素子を代表とする磁気セン
サは、ブラシレスモータにおける制御素子として家庭電
器、産業機械などの分野には欠かせない重要なセンサの
一つとなっており、より高感度で適用範囲の広い磁気セ
ンサの開発が望まれている。半導体磁気センサの感度は
半導体中の電子の移動度に依存することから、感度向上
の打開策として近年、電界放射の原理に基づく冷陰極型
固体真空装置を磁気センサとして利用しようとする試み
が行われている。また、この装置は高温や放射能環境で
も使用可能といわれており、適用範囲の拡大が期待でき
る。このような装置の代表的な例を図５に示す。絶縁性
または半絶縁性の基板５上に設けられ、電子を放射する
ための縦型の電界放射型のエミッタ電極１と、エミッタ
電極１から放射される電子数、即ちエミッタ電流を制御
するためのゲート電極２と、エミッタ電極１から放射さ
れた電子の軌道を制御するための偏向電極４、エミッタ
電極１から放射された電子を捕集するためのアノード電
極３により構成されている。なお、素子作製は半導体プ
ロセスを用いて行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような磁気センサ
は、分割されたアノード間の電極が絶縁されていること
で機能を満足する。ところが、実際に使用すると各アノ
ード間の絶縁が低下する。これは、電子ビームが絶縁層
の表面を改質するためと考えられる。各アノード間の絶
縁が低下すると、電子ビームの到達位置、すなわち、各
アノード電極に流入する電流の分離が不正確になり、セ
ンサの精度が低下し信頼性を損ね、適用範囲を狭くして
いた。また、前記のような磁気センサは、外部印加磁界
により偏向する位置を検出して磁界の情報を得ているの
であるが、分割したアノード電極間は絶縁のため間隙が
必要であることから、電子ビームが間隙を避け、分割し
たアノード電極にのみ流入する。このとき、磁界によっ
て電子ビームの位置が変動しても一定以上の移動が発生
するまで電子が流入するアノード電極が変わらないとい
う現象が発生し、このことは磁界に対して出力がステッ
プ状になることを意味する。したがって、センサの精度
が低下し、適用範囲を狭くしていた。そこで、本発明の
第１の目的は、分割された前記アノード電極間の絶縁層
を除去することで、信頼性を向上し、応用範囲の広い磁
気センサを提供することにある。また、本発明の第２の
目的は、分割された前記アノード電極間に同電位の補助
アノード電極を形成することで、精度を向上させ、応用
範囲の広い磁気センサを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るため、本発明の磁気センサは、内部を真空にしたパッ
ケージ内に、線状の電子ビームを放出するように配置し
た電界放射型のエミッタ電極と、前記エミッタ電極から
放出される電子数を制御するゲート電極と、基板上に絶
縁層を介して少なくとも２つに分割して設けた前記電子
ビームの電子を捕集するアノード電極と、前記電子ビー
ムを偏向させる偏向電極とを備え、測定対象の外部磁場
により前記アノード電極に入射する電子数が変化するこ
とに基づいて前記外部磁場の強度を検出する磁気センサ
において、前記分割されたアノード電極間の絶縁層が除
去されていることを特徴とするものである。本発明によ
れば、分割された前記アノード電極間の絶縁層を除去し
ているので、電流の配分が正確にわかるようになるの
で、磁気センサの信頼性が向上する。前記第２の目的を
達成するため、前記磁気センサは、分割された前記アノ
ード電極間に同電位の補助アノード電極をさらに有す
る。この補助アノード電極を設けることにより、電子ビ
ーム到達位置が外部磁界の印加によってのみ変動するの
で、出力がステップ状になることなく精度が向上する。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
の実施例を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施
例を説明するアノード電極部位付近の拡大断面図であ
る。外観は従来例である図５とほぼ同様である。本実施
例の磁気センサは、電子を放出するために設けられた電
界放射型のエミッタ電極１と、エミッタ電極１から放射
される電子数、即ち、エミッタ電流を制御するためのゲ
ート電極２と、エミッタ電極１から放射された電子を捕
集するためのアノード電極３と、エミッタ電極１から放
射された電子の軌道を制御するための偏向電極４により
構成されている。これらの構成要素は、パッケージ８の
内部に各々配設している。偏向電極４は、エミッタ電極
１を中心として、均等に９０度づつ４分割して配置して
いる。なお、これらの偏向電極４には同電位が加わるよ
うにしてある。また、アノード電極３はセンサ上部から
見て、偏向電極４と同様な位置でアノード電極３を４分
割している。各々のアノード電極３に到達する電流を計
測することにより、アノード電極３への十字状に偏向し
た電子ビームの到達位置がわかる。これらの構造の外周
に等電位の遮蔽電極７を設けている。これは、パッケー
ジ８の内壁に導電体を塗布したもので、電子の軌道がセ
ンサ外の電場の影響を受け、外部磁場Ｂと無関係に曲げ
られる危険性を防止するのに有効である。

【０００６】以上に述べた全ての電極は、十字状電子ビ
ームの中心から放射状、且つ対称に配設してあり電子の
軌道に異方性を持たせないようにしてある。ここで、ア
ノード電極３の断面図を用いてさらに詳細に本実施例を
説明する。このとき電子を放出するエミッタ素子は図の
上方に位置する。図２に示すような従来の構造では、絶
縁層６の暴露部分の絶縁劣化によって分割したアノード
電極３１、３２が電気的に共通になり電流を正確に分割
して計測できない。そこで、緩衝フッ酸等で暴露部分を
エッチングし図１のように絶縁層６を６１，６２の部分
に分けて形成することで、絶縁層の劣化を免れ、電流を
正確に分割して計測できるようになる。また、オーバー
ぎみにエッチングするほうが、より絶縁層の劣化を防止
できるので好ましい。

【０００７】図３は、本発明の第２実施例を説明するア
ノード電極部位付近の拡大断面図である。本図において
は、エミッタ素子は下方に位置する。外観は従来例であ
る図５とほぼ同様であり、磁気センサの構成も第１実施
例とほぼ同様である。ここで本実施例においては、基板
９を補助アノード電極としたもので、分割した各アノー
ド電極３から電流検出機構１１を通じて導出した配線に
接続し、電圧印加機器１２に接続している。ここで、図
４に示すように単にアノード電極３に電圧を印加した構
造では、間隙１０によって外部磁界による電子ビームの
移動がステップ状になる。そこで、図３のように、分割
した各アノード電極３１，３２から電流検出機構１１を
通じて導出した配線に基板９を接続し、電圧印加機器１
２に接続することで、電子ビーム到達位置が外部磁界の
印加によってのみ変動するので、出力がステップ状にな
ることなく、精度が向上する。

【０００８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
分割された前記アノード電極間の絶縁層を除去すること
により、電流の配分が正確にわかるようになるので、磁
気センサの信頼性が向上し、応用範囲の広い磁気センサ
を提供することができるようになる。また、分割された
前記アノード電極間に同電位の補助アノード電極を形成
することにより、電子ビーム到達位置が外部磁界の印加
によってのみ変動するので、出力がステップ状になるこ
となく、精度が向上し、応用範囲の広い磁気センサを提
供することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例を説明するアノード部位
の拡大断面図である。

【図２】 従来の磁気センサのアノード部位の拡大断面
図である。

【図３】 本発明の第２実施例を説明するアノード部位
の拡大断面図に配線および電気回路機器を付与したもの
である。

【図４】 本発明の磁気センサのアノード部位の拡大断
面図に配線および電気回路機器を付与したものである。

【図５】 従来の磁気センサの外観を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１ エミッタ電極 ２ ゲート電極 ３，３１，３２ アノード電極 ４ 偏向電極 ５ 基板 ６，６１，６２ 絶縁層 ７ 遮蔽電極 ８ パッケージ ９ 基板 １０ 間隙 １１ 電流検出機構 １２ 電圧印加機器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上村 浩司 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部を真空にしたパッケージ内に、線状
   の電子ビームを放出するように配置した電界放射型のエ
   ミッタ電極と、前記エミッタ電極から放出される電子数
   を制御するゲート電極と、基板上に絶縁層を介して少な
   くとも２つに分割して設けた前記電子ビームの電子を捕
   集するアノード電極と、前記電子ビームを偏向させる偏
   向電極とを備え、測定対象の外部磁場により前記アノー
   ド電極に入射する電子数が変化することに基づいて前記
   外部磁場の強度を検出する磁気センサにおいて、 前記分割されたアノード電極間の絶縁層が除去されてい
   ることを特徴とする磁気センサ。
2. 【請求項２】 前記アノード電極の近傍に同電位の補助
   アノード電極を設けた請求項１記載の磁気センサ。
3. 【請求項３】 前記補助アノード電極が、前記アノード
   電極を保持する基板を構成している基板からなることを
   特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。