• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1992004639A1
    申请号:PCT/JP1991/001156
    申请日:1991-08-30
    公开日:1992-03-19
    发明作者:Taku Murakami；Hiroshi Yamamoto
    申请人:Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho；
    IPC主号:G01R33-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 窨 強磁性薄膜磁気センサ 技 術 分 野
    [0002] 本発明は、 温度を補僙する強磁性薄膜磁気セ ンサに関する。 背 景 技 術 '
    [0003] 従来、 強磁性薄膜磁気センサは、 一般に第 9図に示すように、 磁束発生手段 （ 本例では永久磁石） 5 2の一端面に磁軸と略直交するように基板 5 3が備えられ 、 この基板 5 3の表面に強磁性薄膜素子 5 4が着膜されたセ ンサ本体と、 このセ ンサ本体を収納する非磁性部材のケース 5 1 とで構成されている。 強磁性薄膜素 子 5 4は、 第 1 0図に示すように、 基板 5 3上に強磁性材が薄膜蒸着され、 次い でレーザ光などによりパターン化されて製作されている。 その数は基板 5 3上に 組まれる面路形式 （例えば半プリ ッジ、 全プリ ッジ） や分解能などに基づき決定 されると共に、 これらの配置闋係は図示しない磁気スケールのような被検体の磁 気マーク数、 ピッチ又は形式などに基づき決定される。 即ち、 基板 5 3上には多 くの端子 5 8が設けられ、 その先に強磁性薄膜素子 5 4が備えられている。
    [0004] 次に、 ケース 5 1が非磁性部材である主な理由を説明する。 第 1 1図は強磁性 薄膜素子 5 4を形成する強磁性薄膜ライ ン 5 4 a , 5 4 b , 5 4 (·, · · * の内の 一本 5 4 a の斜視図である。 電流が強磁性薄膜ライ ンの一本 5 4 a の中を Y方向 に流れる場合、 磁束方向が Xのときにのみ、 その電気抵抗は変化する （以下 「感 磁する」 という） 。 例えば、 磁束方向が Zである場合は感磁せず、 また磁束方向 が Yである場合は磁束方向が Xである場合の 1ノ1 0程度しか感磁しない。 かか る性質を利用して強磁性薄膜磁気センサは被検体によって変化せしめられる前記 X方向の磁束の変化を検出している。 それ故、 強磁性薄膜素子 5 4の外周に位置 するケース 5 1が仮に強磁性部材で構成される場合は、 磁束発生手段 5 2からの — —
    [0005] 磁束 Gは前記強磁性部材により X方向に予め曲げられるので、 強磁性薄膜素子 5 4が感磁する範囲は感磁状態から飽和するまでの狭い範囲となる。 これに対し、 ケース 5 1が非磁性部材で搆成される場合は、 磁束 Gが X方向に予め曲げられな いので、 強磁性薄膜素子 5 4が感磁する範囲はほぼ感磁ゼロの状態から飽和する までの広い範囲となる。
    [0006] しかしながら、 従来の強磁性薄膜磁気センサ 5 0はケース 5 1からの漏れ磁束 Gが大きく （第 9図の磁束 G参照） 、 磁束発生手段を大き く しなければならない ため、 その場積が大きくなるという不具合がある。 加えて、 外部からの電磁気な どの影響を受け易いという不具合も生ずる。
    [0007] また、 この種の強磁性薄膜磁気センサ 5 0は、 例えば第 1 2図に示すように、 磁石 5 2と基板 5 3 と強磁性薄膜素子 5 4の集合体でなる感磁部とを内装する非 磁性部材の筐体 5 5 , 5 6と、 前記感磁部から外部の図示しない処理回路へ導出 されるリード線 5 8とから構成されている。 詳しく は、 磁石 5 2の磁極の一端面 に、 磁軸と略直交するように基板 5 3が備えられ、 この基板 5 3の表面に強磁性 体や半導体などが例えば蒸着などにより着膜され、 さらに例えばレーザ光加工な どが施されて所望形状の集合体にパターユングされ、 感磁部となる。 この強磁性 薄膜素子 5 は幾つかがセッ トで組み合わされて複数個の差動面路ゃプリ ッジ面 路を構成する。 これらの面路は検出時の温度補俊に寄与する。 また、 感磁都の表 面は劣化予防と外部からの直接衝擊による損傷を防止するため、 非磁性樹脂など でコーティ ングされている。 さらに、 ギヤップ管理を容易に行うため感磁部の表 面から筐体 5 5までの間には所定空隙 5 7が設けられている。
    [0008] しかしながら、 かかる強磁性薄膜磁気センサ 5 0の検出精度向上に寄与する温 度補俊としては、 単に面路を構成する単素子の抵抗値の温度特性を互いにキヤン セルして温度係数を低減させているに過ぎない。 このため局部における熱分布む らが生じ、 温度ドリフ トを增大するという不具合がある。
    [0009] この温度係数をさらに改善する手段として、 例えば特公昭 5 7— 4 6 0 0 2号 に開示された技術がある。 即ち、 磁気抵抗素子を用いてなるポテンショメ ータに おいて、 これに正特性のサーミ スタを用いて基板上にある点の温度を検出し、 そ のサーミ スタの抵抗値の減少によつて電流量を制御して ト ラ ンジスタのべ一ス電 流を調整し、 磁気抵抗素子への供袷電流量を制御するという温度補復面路を備え ている。
    [0010] それでもなお、 プリ ッジ回路の単素子間 （例えば全プリ ッジであるならば 4単 素子間） 又は素子間 （例えば 2ブリ ッジ面路であるならば 2ブリ ッジ間） での温 度むらは補正することができないという欠点がある。 即ち、 サーミ スタが検出す る温度は基板上のある点の温度に過ぎないので、 単素 ¥間又は素子間の温度むら を補正することができない。 このことは、 例えば温度差が急激に変化するような 璟境においては出力精度の低下原因となる。 また、 補僙面路を追設しただけ応答 が遅れるという不具合もある。
    [0011] 本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、 小型で、 外乱の影響を受けること なく温度補僙を簡単確実に実施し、 且つ応答性も早い強磁生薄膜磁気セ ンサを提 供することを目的としている。
    [0012] 発 明 の 開 示
    [0013] 本発明に係る強磁生薄膜磁気セ ンサは、 磁石の一端面に設けた基板と、 この基 '板表面に強磁性薄膜素子を着膜した感磁部と、 これらの構成部品を収納する強磁 性部材で形成されたケースとからなる。 かかる構成によれば、 ケースからの磁束 漏れが減少し、 外乱、 即ち外部からの電磁気などに対してシールド効果が発揮さ れる。
    [0014] 尚、 従来技術の特徵であるケースが非磁生部材である場合の感磁範囲の広がり については、 実質上の検出域がゼロ感磁付近は磁束変化に対して感磁度が小さい ため、 前述の建前論のようにほぼゼロ感磁から飽和するまでの広い範囲とはなら ず、 ある感磁状態から飽和するまでという制約された範囲になっている。 従って 、 ケースを強磁性部材としても感磁範囲の広がりに顕著な差は生じない。
    [0015] また、 本発明に係る強磁生薄膜磁気セ ンサは、 この感磁部表面を接触被覆する 良導体の部材で形成された筐体を設けている。 強磁生薄膜磁気センサにおける溫度補償とは、 強磁生薄膜素子の微小感磁部間 の熱分布むらによつて生ずる温度ドリフ 卜の低減である。 この熱分布むらは、 主 として感磁部の微小部位の発熱、 及び被検体からの伝導熱， 反射熱， 輻射熱、 又 は被検体との摩擦熱によって生ずる感磁部の温度勾配である。 詳しくは、 感磁部 は総てが同時に発熱するのではなく、 感磁している各薄膜素子のみが発熱する。 そこで各薄膜素子藺に熱分布むらが生じ、 温度勾配が起こる。 また、 このセンサ が、 例えば油圧シリ ンダのように局部熱流或いは不安定な温度変化がるような雰 囲気で使用されるとき、 盛んな熱伝導， 熱反射， 熱輻 を受ける。 さらに接触部 には摩擦熱が生ずる。 これらは温度勾配発生の元となり、 温度ドリフ トをもたら す。 高温であっても低温であっても、 温度が均一であれば、 温度勾配は小さ く温 度ドリフ トは小さい。 逆に、 温度が不均一であれば、 温度勾配が大きく温度ドリ フ トは大きくなる。 これに対し本構成によれば、 かかる発熱、 及び伝導熱， 反射 熱， 輻射熱、 又は摩擦熱などがあっても、 直ちに感磁部全体が均温化され、 温度 勾配を小さく抑えることができる。
    [0016] 更に、 本発明に係る強磁性薄膜磁気センサは、 磁石の一端面に設けた基板と、 この基板表面に強磁性薄膜素子を着膜した後その薄膜の一部をヱッチングして形 成したプリ ッジ回路と、 このプリ ッジ面路を取り囲むように形成した発熱体とか らなり、 基板表面には複数個のブリ ッジ面路を形成し、 これらブリ ッジ回路の各 々を取り囲むように発熱体を形成してもよい。
    [0017] 基板上にプリ ッジ面路を形成してセンサとした場合、 センサで計測中は単素子 又は素子が集中するところ程温度が上昇する。 従って、 単素子又は素子が過疎に なるところの温度係数と、 単素子又は素子が集中するところの温度係数とに差が 生じ、 センサの検出精度が低下する。 これに対し本構成によれば、 温度係数の差 をなく して温度むらの発生を防止できる。 特別の補償面路も使用していないため 応答速度が早い。 図面の簡単な説明 第 1図は本発明の第 1実施例である強磁性薄膜磁気センサの断面図、 第 2図は 第 2実施例の強磁性薄膜磁気セ ンサの断面図、 第 3図は第 2実施例の応用例の断 面図、 第 4図は第 2実施例における温度変化と温度ドリ フ トの比較図表、 第 5図 は第 3実施例の強磁性薄膜磁気センサの正面図、 第 6図は第 5図の温度分布を示 す比較図表、 第 7図は第 3実施例の全体構成図、 第 8図は第 3実施例における温 度変化と出力電圧の比較図表、 第 9図は従来技術である強磁性薄膜磁気セ ンサの 断面図、 第 1 0図は基盤上の強磁性薄膜素子の配置説明図、 第 1 1図は第 1 0図 はにおける素子の感磁方向の説明図、 第 1 2図は従来技'術であるその他の強磁性 薄膜磁気セ ンサの断面図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0018] 本発明に係る第 1実施例について、 第 1図を参照して説明する。 強磁性薄膜磁 気セ ンサ 1 0は、 永久磁石のような磁束発生手段 2の一端面に磁軸と略直交する ように基板 3が備えられ、 この基板 3の表面に強磁性薄膜素子 4が着膜されてな るセ ンサ本体と、 このセ ンサ本体を収納するフ ライ 卜で形成されたケース 1 と で構成されている。 強磁性薄膜素子 4の構成及び感磁方向などは、 従来技術のも のと同一構成であり、 説明は省略する。 ケース 1は強磁性部材で形成されるため 、 ケース 1からの磁束漏れが少なく、 整磁材としての役割を果たしている （第 1 図の磁束 G参照） 。 従って、 磁束発生手段 2を小型化でき、 場積を小さくするこ とができる。 さらに、 外乱に対するシール ド効果により、 外部環境に影響される こ とがない。 ケース 1は F e , N i , C ο系などの強磁性部材であればよく、 あ るいは樹脂などに F e , N Ϊ , C ο系の粉末を添加した後、 ケース 1に成形する 構成としてもよい。 また、 その添加量を加減したり、 ケース 1 の形状を調整、 例 えばケ—ス 1 の端面 1 aの凹凸量 ± を調整することにより、 X方向の磁束成分 とその感磁範囲を制御することができる。
    [0019] 以上説明したように、 第 1実施例ではケース 1からの漏れ磁束を少なくでき、 この結果、 セ ンサを小型化できる。 また、 強磁性ケースのシール ド効果により、 外部環境に影響されてない。 さらに、 感磁範囲はケース 1 の材¾や形状などを調 整し、 自在に制御することが可能となる。
    [0020] 次に、 本発明の第 2実施例を第 2図〜第 4図を参照して説明する。 強磁性薄膜 磁気セ ンサ 2 0は、 磁石 2 1 と、 基板 2 3と、 強磁性薄膜素子 2 の集合体であ る慼磁部と、 これを接触被覆した筐体 2 5と、 感磁部から外部の処理面路 （図示 せず） へ導出されるリード線 2 2 とから構成されている。 本実施例の特徵は、 慼 磁部表面を筐体 2 5で接触被覆している点にある。 また、 筐体 2 5は C u製であ り、 強磁性薄膜磁気センサ 2 0の外周ケースともなつている。
    [0021] 第 2実施例の応用例を第 2図に示す。 この応用例では、 慼磁部の表面に接触被 覆せしめるのは C u製のキャップ 2 5であり、 キャ ップ 2 5の上側は別途準備さ れた樹脂製ケース 2 6に嵌合されている。
    [0022] 第 2実施例とその応用例の効果を次に説明する。 これらの例は、 従来技術にお ける所定空隙がないので、 それだけギヤップ管理が疎かになったように見える。 ところが、 筐体 2 5又はキャップ 2 5の厚みがギャ ップとなっているため、 従来 技術の利点が損なわれることはない。 しかも感磁部の温度勾配の減少化は確実に 促進されている。 即ち、 感磁部の微小部位の発熱及び被検体からの伝導熱， 放射 熱， 輻射熱、 又は被検体との摩擦熱は、 筐体 2 5を伝わって速やかに外部に放出 され、 感磁部の温度勾配を减少している。 また、 樹脂製ケース 2 6を嵌合した場 合は感磁部の温度は放出されず、 感磁部自体は直ちに均温化される。 更に、 図示 はしないがこの樹脂製ケース 2 6の感磁部側の一端を突出させて被検体に接触摺 動させるようにすれば、 温度ドリ フ トはさらに低下する。 これは、 樹脂製ケース 2 6の突出部が被検体との接触摺動により摩擦熱を生ずるが、 この摩擦熱はキヤ ップ 2 5へ伝熱し難く、 感磁部の温度上昇を抑制するためである。
    [0023] 第 実施例の効果を確認するために、 ロッ ド 2 8の表面に所定ピッチの磁気マ ーク 2 9を施し、 筐体 2 5 の表面が摺動接触するように支持体 2 7でこれを挟持 し、 ロ ッ ド 2 8を往復させて温度ドリ フ トを測定した c その結果を、 第 4図の温 度変化に対する温度ドリフ トの比較図表に示す。 第 2実施例の温度ドリフ ト曲線 S 02は、 従来技術の温度ドリ フ ト曲線 S 01と比較して 6 0 %〜 7 0 %低減してい る。 このように簡単な構成であるが、 従来技術では得られない確実な温度補償を 行うこ とができる。
    [0024] 本発明に係る第 3実施例を、 第 5図〜第 7図を参照して説明する。 本実施例は 、 外形 9. 0 X 7. 0 m mのガラス基板 3 3上に、 スパッタ リ ングにより 2 0 0 O Aの 8 0 N i — 2 0 F eを着膜した後、 その薄膜をエツチングしてブリ ッジ面 路 3 4 (3 4 a〜 3 4 d ) を形成している。 尚、 ェッチングの際にブリ ッジ面路 3 4の外周の強磁性薄膜素子を残して、 発熱体 3 5 ( 3 5 a . 3 5 b ) を設けて いる。 発熱体 3 5は、 第 7図に示すように電源から電圧が印加されて発熱する。 本実施例では 1 2 Vの電圧を印加しており、 この場合に測定した基板 3 3の温度 分布を第 6図に示す。 本実施例の温度分布曲線 S12は、 発熱体 3 5により外周温 度が高められたことを示している。 比較のために示した従来技術の温度分布曲線 S nでは、 この外周温度が低い。 換言すれば、 測定中に単素子又は素子が集中す る中央の温度が上昇しても、 単素子又は素子が過疎の外周温度は発熱体 3 5によ り高められるため、 温度係数の差をなくすことができる。
    [0025] 次に本実施例の温度補復効果を具体的に述べる。 第 8図は— 3 0〜 8 O 'Cの瘟 度範囲における出力電圧の測定結果であって、 本実施例に基づく直線 S 22の温度 係数は I p p mZ'Cであるのに対し、 比較のために示した従来技術に基づく直線 S ZIの温度係数は 2 0 p p mZ'Cである。 即ち、 温度係数は 1 Z2 0に改善され て温度むらが殆どなくなるため、 温度変化が激しいところでも使用可能となる。 さらに、 出力の温度ドリフ トが少なくなるので、 センサ取付け部の精度の許容範 囲が広くなるという設計及び組立上の効果も得られる。
    [0026] また、 第 3実施例の応用例として、 ブリ ッジ回路の内部にも図示しない発熱体 を備えるこ '-できる。 即ち、 複数個のブリ ッジ面路を基板上に構成する場合、 そのパターン面積が大き くなり過ぎるこ とがある。 このため、 外周に設けた発熱 体だけでは温度補 ができなかったり、 各プリ ッジ間が離間するか或いは接近し 過ぎる場合互いに影響し合って温度係数に差が生じるため、 温度補僙ができなか つたりする。 このようなときに、 複数個のプリ ッジ面路の各々を取り囲むように 発熱体を備えるのである。
    [0027] 上記第 3実施例とその応用例によれば、 簡単容易に薄膜磁気センサを製造する ことができ、 応答性もよい。 産業上の利用可能性 本発明は小型で、 外乱の影響を受けることなく温度ネ 僙を簡単確実に実施でき る強磁性薄膜磁気センサとして有用であり、 特に温度変化の激しいところでの使 用に適している。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . 磁石の一端面にその磁軸と略直交するように設けた基板と、 この基板表面に 強磁性薄膜素子を着膜した感磁部と、 これらの構成部品を収納する強磁性部材で 形成されたケースとからなることを特徵とする強磁性薄膜磁気センサ。
    2 . 前記ケースは F e , C o , N i系の部材で形成されたこ とを特徴とする請求 の範囲 1記載の強磁性薄膜磁気セ ンサ。
    3 . fcl石の一端面にその磁軸と略直交するように設けた基板と . この基板表面に 強磁性薄膜素子を着膜した感磁部と、 この感磁部表面を接触被覆する良導体の部 材で形成された筐体とからなることを特徴とする強磁性薄膜磁気セ ンサ。
    4 . 前記筐体は C u系の部材で形成されたこ とを特徵とする請求の範囲 3記載の 強磁性薄膜磁気セ ンサ。
    5 . 磁石の一端面にその磁軸と略直交するように設けた基板と、 この基板表面に 強 ¾性薄膜素子を着膜した後その薄膜の一部をェッチ ングして形成したブリ ッ ジ 回路と、 このプリ ッ ジ面路を取り囲むように形成した発熱体とからなることを特 徴とする強磁性薄膜磁気セ ンサ。
    6 . 前記基板表面には複数個のブリ ッ ジ面路を形成し、 これらブリ ッ ジ面路の各 々を取り囲むように発熱体を形成したことを特徴とする請求の範囲 5記載の強磁 性薄膜磁気セ ンサ。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    JP5639212B2|2014-12-10|所定の温度係数を有する抵抗器
    US8593134B2|2013-11-26|Current sensor
    US6252390B1|2001-06-26|Magnetically coupled signal isolator
    US6577124B2|2003-06-10|Magnetic field sensor with perpendicular axis sensitivity, comprising a giant magnetoresistance material or a spin tunnel junction
    US7737678B2|2010-06-15|Magnetic sensor and current sensor
    EP1677119B1|2013-01-16|Current sensor
    DE19580095C2|1998-02-19|Sensor mit magnetoresistiven Elementen
    JP3368964B2|2003-01-20|磁化切換え形閉ループ磁力計
    EP1110094B1|2002-11-20|Vorrichtung und verfahren zur bildung eines oder mehrerer magnetfeldgradienten durch einen geraden leiter
    JP4298691B2|2009-07-22|電流センサおよびその製造方法
    JP4415923B2|2010-02-17|電流センサ
    EP1399748B1|2009-10-07|Semimanufacture for a sensor for measuring a magnetic field
    US8080994B2|2011-12-20|Integrated current sensor
    US7474093B2|2009-01-06|Magnetic field sensor apparatus
    US8378674B2|2013-02-19|Magnetic field detection device
    JP4649600B2|2011-03-09|磁気抵抗センサーを用いた磁場測定方法および磁場測定装置
    US7646196B2|2010-01-12|Current sensor and method of manufacturing current sensor
    TWI333554B|2010-11-21|Magnetic sensor, production method thereof, rotation detection device, and position detection device
    EP2304447B1|2016-06-29|Magnetoresistive sensor arrangement for current measurement
    TW584735B|2004-04-21|Sensor for measuring a magnetic field and method of regulating said sensor
    DE2911733C2|1989-03-23|
    US6667682B2|2003-12-23|System and method for using magneto-resistive sensors as dual purpose sensors
    US7037604B2|2006-05-02|Magnetic sensing device
    DE4319146C2|1999-02-04|Magnetfeldsensor, aufgebaut aus einer Ummagnetisierungsleitung und einem oder mehreren magnetoresistiven Widerständen
    EP0286079B1|1993-02-10|Sensing devices utilizing magneto electric transducers
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPH04110726A|1992-04-13|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1992-03-19| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1992-03-19| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB IT |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    [返回顶部]