JP2020071095A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサチップよりもサイズの大きい磁性体を用いた磁気センサにおいて、検出感度の空間的なムラを低減する。【解決手段】磁気センサ１０Ａは、センサチップ３０と、磁束φをセンサチップ３０の磁気検出素子に集める磁性体４０Ａとを備え、磁性体４０Ａのｘ方向における長さは、センサチップ３０のｘ方向における長さよりも大きく、磁性体４０Ａのｙ方向における厚みは、ｘ方向における位置によって異なる。本発明によれば、磁性体４０Ａの厚みの厚い部分の集磁能力が相対的に高くなり、厚みの薄い部分の集磁能力が相対的に低くなる。したがって、磁性体の厚みが一定である場合に感度が低下する部分の厚みを厚くし、或いは、磁性体の厚みが一定である場合に感度が過剰となる部分の厚みを薄くすれば、検出感度の空間的なムラを低減することが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は磁気センサに関し、特に、磁気検出素子に磁束を集めるための磁性体を備えた磁気センサに関する。

磁気センサは、電流計、磁気エンコーダ、紙幣センサなどに広く用いられている。特許文献１及び２に記載されているように、磁気センサには、磁気検出素子に磁束を集めるための磁性体が設けられることがある。磁気センサに磁性体を設けると、磁気の検出感度が高められるとともに、指向性を持たせることも可能となる。

特許第５５００７８５号公報 特開２０１６−１７００２８号公報

しかしながら、磁性体の集磁能力は必ずしも均一ではなく、場合によっては局所的に集磁能力が高かったり、局所的に集磁能力が低かったりすることがあり、この場合には、検出感度に空間的なムラが生じてしまう。このような現象は、センサチップよりもサイズの大きい磁性体を用いた場合において特に顕著となる。

したがって、本発明は、センサチップよりもサイズの大きい磁性体を用いた磁気センサにおいて、検出感度の空間的なムラを低減することを目的とする。

本発明による磁気センサは、磁気検出素子が形成された素子形成面を有するセンサチップと、素子形成面と平行な第１の方向を長手方向とし、素子形成面と平行且つ第１の方向と直交する第２の方向を厚み方向とする板状部材であり、磁束を磁気検出素子に集める磁性体とを備え、磁性体の第１の方向における長さは、センサチップの第１の方向における長さよりも大きく、磁性体の第２の方向における厚みは、第１の方向における位置によって異なることを特徴とする。

本発明によれば、磁性体の厚みが第１の方向における位置によって異なっていることから、厚みの厚い部分の集磁能力が相対的に高くなり、厚みの薄い部分の集磁能力が相対的に低くなる。したがって、磁性体の厚みが一定である場合に感度が低下する部分の厚みを厚くし、或いは、磁性体の厚みが一定である場合に感度が過剰となる部分の厚みを薄くすれば、検出感度の空間的なムラを低減することが可能となる。

本発明において、磁性体の第２の方向における厚みは、素子形成面と直交する第３の方向から見てセンサチップと重なる第１の領域における厚みの方が、センサチップと重ならない第２の領域における厚みよりも厚くても構わない。これによれば、センサチップと重なる略中央部における集磁能力を高めることが可能となる。

この場合、磁性体の第１の領域における第２の方向における厚みは、素子形成面に近い下端部の厚みよりも、素子形成面から離れた上端部の厚みの方が大きくても構わない。これによれば、センサチップのチップサイズをより小型化することが可能となる。さらにこの場合、第３の方向から見て、磁気検出素子は磁性体の下端部と重なりを有しておらず、且つ、磁性体の上端部と重なりを有していても構わない。これによれば、センサチップのチップサイズをよりいっそう小型化することが可能となる。

本発明による磁気センサは、センサチップ及び磁性体を覆う磁気シールドをさらに備え、磁気シールドは、第２の方向からセンサチップを挟み込む第１及び第２の側壁部と、第１の側壁部の一端に接続され、磁性体に向けて第２の方向に延在する第１の天板部と、第２の側壁部の一端に接続され、磁性体に向けて第２の方向に延在する第２の天板部とを含み、磁性体は、第１及び第２の天板部と接することなく、第１の天板部の先端と第２の天板部の先端によって形成されるギャップ内に配置されていても構わない。これによれば、磁性体の直下（又は直上）に位置する磁気パターンに対する検出選択性を高めることが可能となる。したがって、例えば第２の方向に被測定部材をスキャンすれば、特にスキャン方向における分解能を高めることが可能となる。

この場合、磁性体の第２の方向における厚みは、素子形成面と直交する第３の方向から見てセンサチップと重なる第１の領域における厚みよりも、センサチップと重ならない第３の領域における厚みの方が厚くても構わない。これによれば、磁気シールドの存在によって集磁能力が低下しやすい第１の方向における端部の集磁能力を高めることが可能となる。

このように、本発明によれば、センサチップよりもサイズの大きい磁性体を用いた磁気センサにおいて、検出感度の空間的なムラを低減することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態による磁気センサ１０Ａの構造を説明するための略斜視図である。 図２は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ１０Ａの構造を説明するための略上面図である。 図３は、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４の接続関係を説明するための回路図である。 図４は、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａのｘ方向における感度分布を示すグラフである。 図５は、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａをｘ方向に複数配列した長尺型の磁気センサを示す図であり、（ａ）はｙ方向から見た略側面図、（ｂ）はｚ方向から見た略上面図である。 図６は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂの構造を説明するための略斜視図である。 図７は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂの構造を説明するための略上面図である。 図８は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂの構造を説明するためのｙｚ断面図である。 図９は、第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂのｘ方向における感度分布を示すグラフである。 図１０は、本発明の第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃの外観を示す略斜視図である。 図１１は、磁気センサ１０Ｃから磁気シールド５０Ｃを削除した状態を示す略斜視図である。 図１２は、第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃのｙｚ断面図である。 図１３は、第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃの効果を説明するためのグラフである。 図１４は、第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃのｘ方向における感度分布を示すグラフである。 図１５は、第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃを用いた長尺型の磁気センサを示す略斜視図である。 図１６は、本発明の第４の実施形態による磁気センサ１０Ｄの構造を説明するための略斜視図である。 図１７は、本発明の第４の実施形態による磁気センサ１０Ｄの構造を説明するための略上面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１及び図２は本発明の第１の実施形態による磁気センサ１０Ａの構造を説明するための図であり、図１は略斜視図、図２は略上面図である。

図１及び図２に示すように、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａは、略直方体形状を有し、基板２０の実装領域２１に実装されたセンサチップ３０と、ｘ方向を長手方向とする板状の磁性体４０Ａからなる。センサチップ３０の上面である素子形成面３１上には、４つの磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４と複数の端子電極３２が形成されており、これら端子電極３２は、ボンディングワイヤＢＷを介して基板２０に設けられた端子電極２２に接続されている。磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４としては、磁界の向きに応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いることが好ましい。磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４の磁化固定方向は、図２の矢印Ｐが示す方向（ｙ方向）に全て揃えられている。

センサチップ３０の素子形成面３１上には、フェライトなどの高透磁率材料からなる磁性体４０Ａが固定されている。磁性体４０Ａは、ｘ方向を長手方向とし、ｙ方向を厚み方向とする板状部材であり、磁束φをセンサチップ３０に集める役割を果たす。磁性体４０Ａのｘ方向における長さＬ１は、センサチップ３０のｘ方向における長さＬ０よりも長く、磁性体４０Ａのｙ方向における厚みＴ１，Ｔ２は、センサチップ３０のｙ方向における幅Ｔ０よりも薄い。磁性体４０Ａは、ｚ方向から見てセンサチップ３０と重なる第１の領域４１と、ｚ方向から見てセンサチップ３０と重ならない第２の領域４２を有し、第１の領域４１におけるｙ方向の厚みＴ１の方が第２の領域４２におけるｙ方向の厚みＴ２よりも厚い。

図１及び図２に示す例では、厚みがＴ１である領域がセンサチップ３０と重ならない位置まで拡大されているが、本発明においてこの点は必須でない。逆に、厚みがＴ２である領域がセンサチップ３０と重なる位置まで拡大されていても構わない。つまり、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４が設けられたｘ方向における中央部の厚みがＴ１であり、ｘ方向における両端部の厚みがＴ２（＜Ｔ１）であれば良い。

磁性体４０Ａの第１の領域４１は、磁気検出素子Ｒ１，Ｒ３と磁気検出素子Ｒ２，Ｒ４との間に配置される。ここで、磁気検出素子Ｒ１，Ｒ３はｙ方向における位置が等しく、磁気検出素子Ｒ２，Ｒ４はｙ方向における位置が等しい。また、磁気検出素子Ｒ１，Ｒ４はｘ方向における位置が等しく、磁気検出素子Ｒ２，Ｒ３はｘ方向における位置が等しい。磁性体４０Ａは、垂直方向（ｚ方向）の磁束φを集める役割を果たし、磁性体４０Ａによって集磁された磁束φは、ｙ方向にほぼ均等に分配される。このため、垂直方向の磁束φは、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に対してほぼ均等に与えられることになる。

図３は、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４の接続関係を説明するための回路図である。

図３に示すように、磁気検出素子Ｒ２，Ｒ１は、電源電位Ｖｄｄが供給される端子電極３２と接地電位Ｇｎｄが供給される端子電極３２との間に直列に接続される。同様に、磁気検出素子Ｒ３，Ｒ４も、電源電位Ｖｄｄが供給される端子電極３２と接地電位Ｇｎｄが供給される端子電極３２との間に直列に接続される。そして、磁気検出素子Ｒ１と磁気検出素子Ｒ２の接続点の電位Ｖａは所定の端子電極３２を介して外部に出力され、磁気検出素子Ｒ３と磁気検出素子Ｒ４の接続点の電位Ｖｂは別の端子電極３２を介して外部に出力される。

そして、磁気検出素子Ｒ１，Ｒ３は平面視で磁性体４０Ａからみて一方側（図２では上側）に配置され、磁気検出素子Ｒ２，Ｒ４は平面視で磁性体４０Ａからみて他方側（図２では下側）に配置されていることから、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４は差動ブリッジ回路を構成し、磁束密度に応じた磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４の電気抵抗の変化を高感度に検出することが可能となる。つまり、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４は、全て同一の磁化固定方向を有していることから、平面視で磁性体４０Ａからみて一方側に位置する磁気検出素子Ｒ１，Ｒ３の抵抗変化量と、平面視で磁性体４０Ａからみて他方側に位置する磁気検出素子Ｒ２，Ｒ４の抵抗変化量との間には差が生じる。この差は、図３に示した差動ブリッジ回路によって増幅される。但し、本発明において４つの磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４を用いることは必須ではなく、例えば２つの磁気検出素子（Ｒ１とＲ４）を用いても構わない。

上述の通り、磁性体４０Ａはｚ方向の磁束φを集める役割を果たすが、図１に示すように、磁性体４０Ａのｘ方向における両端部には、周囲からより多くの磁束φが集まるため、この部分における磁気の検出感度が局所的に高くなってしまうことがある。しかしながら、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａは、磁性体４０Ａのｘ方向における中央部に位置する第１の領域４１の厚みＴ１を選択的に拡大し、これによってこの部分の集磁能力を高めていることから、集磁能力がより均一化される。その結果、検出感度の空間的なムラが低減される。

図４は、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａのｘ方向における感度分布を示すグラフであり、磁性体４０Ａのｘ方向における長さＬ１が８．０ｍｍ、ｙ方向における厚さＴ１，Ｔ２がそれぞれ０．４５ｍｍ及び０．１５ｍｍ、ｚ方向における高さが１．３ｍｍであり、第１の領域４１のｘ方向における幅Ｗ１が０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ及び２ｍｍである場合のシミュレーション結果を示している。センサチップ３０のｘ方向における長さＬ０は、１ｍｍである。グラフの横軸は磁性体４０Ａのｘ方向における中心部を０とした場合のｘ方向位置を示し、グラフの縦軸は最も高い感度を１００％とした場合における検出感度である。この点は、以下のグラフにおいても同様である。

図４に示すように、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａは、ｘ方向における中央部で感度がやや低下しているが、その低下量は第１の領域４１のｘ方向における幅Ｗ１が多くなるほど緩和されることが分かる。特に、第１の領域４１のｘ方向における幅Ｗ１がセンサチップ３０のｘ方向における長さＬ０よりも大きい場合、よりフラットな特性が得られることが分かる。

以上説明したように、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａは、磁性体４０Ａのｘ方向における略中央部に位置する第１の領域４１の厚みＴ１を選択的に拡大していることから、中央部における磁気の検出感度の低下を補うことが可能となる。その結果、よりフラットな特性を得ることが可能となる。また、第１の実施形態において用いる磁性体４０Ａは比較的シンプルな形状を有していることから、製造コストの増大を抑制することが可能となる。磁性体４０Ａの作製方法としては、フェライトなどを用いて一体成形しても構わないし、フェライトなどからなる単純な板状体を用意し、第１の領域４１に相当する部分に別のフェライト部材を貼り付けることによって作製しても構わない。

第１の実施形態による磁気センサ１０Ａは、図５に示すように、ｘ方向に複数配列することによって長尺型の磁気センサを構成することが可能である。これによれば、ｙ方向に移動する被測定部材（図示せず）に設けられた磁気パターンをスキャンすることができる。特に限定されるものではないが、被測定部材としては紙幣が挙げられる。紙幣のスキャン方向は、短辺方向および長辺方向のいずれであっても構わない。磁気センサ１０Ａをｘ方向に複数配列する場合、図５に示すように、ｘ方向に隣接する２つの磁性体４０Ａを接触させることなく、僅かなギャップＧｘを介して分離する必要がある、一方、センサチップ３０のｘ方向における長さは、磁性体４０Ａのｘ方向における長さよりも十分に小さく、したがって、ｘ方向に隣接する２つのセンサチップ３０同士は十分に離間している。

ギャップＧｘは、磁気パターンを検出することができない、或いは、検出感度が大幅に低下する部分である。したがって、ギャップＧｘのｘ方向における幅は、できるだけ狭く設計することが好ましい。但し、ｘ方向に隣接する２つの磁性体４０Ａが接触すると、隣接する磁気センサ１０Ａ間において磁気的な干渉が生じることから、両者が直接接触しないようレイアウトする必要がある。

＜第２の実施形態＞
図６〜図８は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂの構造を説明するための図であり、図６は略斜視図、図７は略上面図、図８はｙｚ断面図である。

図６〜図８に示すように、第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂは、磁性体４０Ａが磁性体４０Ｂに置き換えられている点において、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第２の実施形態において使用する磁性体４０Ｂは、第１の領域４１の厚みがｚ方向に一定ではなく、素子形成面３１に近い下端部４１ｂの厚みが第２の領域４２の厚みＴ２と同じ厚みとされている。素子形成面３１から離れた上端部４１ａの厚みは、第１の実施形態と同じＴ１（＞Ｔ２）である。かかる構成により、磁気検出素子Ｒ１，Ｒ４と磁気検出素子Ｒ２，Ｒ３のｙ方向における距離を短縮できることから、センサチップ３０のｙ方向におけるサイズをより小型化することが可能となる。特に、図８に示すように、ｚ方向から見て磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４が下端部４１ｂと重ならず、且つ、ｚ方向から見て磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４が上端部４１ａと重なることが好ましい。つまり、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４は、上端部４１ａと下端部４１ｂの境界によって構成されるオーバーハング部分で覆われることが好ましい。これによれば、センサチップ３０のｙ方向におけるサイズをよりいっそう小型化することが可能となる。

図９は、第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂのｘ方向における感度分布を示すグラフであり、磁性体４０Ｂの上端部４１ａのｚ方向における高さが１．２ｍｍ、磁性体４０Ｂの下端部４１ｂのｚ方向における高さが０．１ｍｍである他は、図４のシミュレーション条件と同じである。

図９に示すように、第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂによれば、ｘ方向の中央部における感度の低下がより緩和されることが分かる。特に、第１の領域４１の上端部４１ａのｘ方向における幅Ｗ１が多くなるほど感度の低下が緩和され、幅Ｗ１が１ｍｍ以上である場合には、中央部における感度の低下が４％以下に抑制されている。

＜第３の実施形態＞
図１０は、本発明の第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃの外観を示す略斜視図である。

図１０に示すように、第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃは、磁性体４０Ａが磁性体４０Ｃに置き換えられているとともに、基板２０、センサチップ３０及び磁性体４０Ｃを覆う磁気シールド５０Ｃを備えている点において、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。磁気シールド５０Ｃは、ノイズとなる磁束を遮断することによって磁気センサ１０Ｃの指向性を高めるための部材であり、パーマロイなど透磁率の高い磁性金属材料を用いることが好ましい。

図１１は、磁気センサ１０Ｃから磁気シールド５０Ｃを削除した状態を示す略斜視図である。

図１１に示すように、磁気センサ１０Ｃに含まれる磁性体４０Ｃは、ｚ方向から見てセンサチップ３０と重なる第１の領域４１と、ｚ方向から見てセンサチップ３０と重ならない第３の領域４３を有し、第１の領域４１における厚みＴ１よりも、第３の領域４３のｘ方向における両端部における厚みＴ３の方が厚くなっている。特に限定されるものではないが、第３の実施形態においては、第３の領域４３の厚みがｚ方向に一定ではなく、磁気シールド５０Ｃのギャップ間に位置する上端部の厚みがＴ３（＞Ｔ１）であり、下端部の厚みは第１の領域４１と同じＴ１である。但し、第３の領域４３は、上端部から下端部に亘って厚みがＴ３であっても構わない。

図１２は、第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃのｙｚ断面図である。

図１２に示すように、磁気センサ１０Ｃを構成する基板２０、センサチップ３０及び磁性体４０Ｃは、磁気シールド５０Ｃによって大部分が覆われる。磁気シールド５０Ｃは、ｙ方向からセンサチップ３０を挟み込む第１及び第２の側壁部５１，５２と、第１の側壁部５１のｚ方向における一端に接続され、磁性体４０Ｃに向けてｙ方向に延在する第１の天板部５３と、第２の側壁部５２のｚ方向における一端に接続され、磁性体４０Ｃに向けてｙ方向に延在する第２の天板部５４と、第１の側壁部５１のｚ方向における他端と第２の側壁部５２のｚ方向における他端を接続する底板部５５を有している。第１及び第２の側壁部５１，５２はｘｚ平面を構成し、第１及び第２の天板部５３，５４と底板部５５はｘｙ平面を構成する。

そして、磁気シールド５０Ｃの材料としてパーマロイなどの磁性金属材料を用いれば、１枚の磁性金属板を折り曲げることにより、磁気シールド５０Ｃを作製することが可能となる。但し、磁気シールド５０Ｃが一体的である必要はなく、複数の磁性部材を接着したものであっても構わない。また、磁気シールド５０Ｃと基板２０に囲まれた空間を樹脂材料でモールドしても構わない。このように、磁気シールド５０Ｃは略筒状体であることから、センサチップ３０及び磁性体４０Ｃが搭載された基板２０を筒状の磁気シールド５０Ｃに挿入することによって磁気センサ１０Ｃを作製することができる。この場合、磁気シールド５０Ｃ自体を磁気センサ１０Ｃの筐体として使用することも可能である。但し、磁気シールド５０Ｃが略筒状体である必要はなく、底板部５５を省略し、第１の側壁部５１と第１の天板部５３からなる部分と、第２の側壁部５２と第２の天板部５４からなる部分を別部材によって構成しても構わない。

図１２に示すように、第３の実施形態においては、第１の天板部５３の先端と第２の天板部５４の先端によって形成されるギャップＧ内に磁性体４０Ｃが配置される。特に限定されるものではないが、磁性体４０Ｃの上面は、第１及び第２の天板部５３，５４と同一平面に位置することが好ましい。これは、第１及び第２の天板部５３，５４から見て、磁性体４０Ｃの上面が奥側に引っ込むほど磁界の検出感度が低下する一方、磁性体４０Ｃの上面の突出量が大きくなるほどノイズの影響を受けやすくなるからである。また、磁性体４０Ｃは、第１及び第２の天板部５３，５４と接しておらず、第１及び第２の天板部５３，５４に対して所定の間隔Ｓを有している。磁性体４０Ｃと第１及び第２の天板部５３，５４の間には、樹脂などの非磁性部材が介在していても構わない。

図１２には、被測定部材６０も示されている。被測定部材６０はｙ方向に配列された磁気パターンＭ１，Ｍ２を有しており、被測定部材６０をｙ方向にスキャンすると、磁気パターンＭ１，Ｍ２が磁性体４０Ｃの直下をｙ方向に通過することになる。尚、被測定部材６０のスキャンは、磁気センサ１０Ｃを固定した状態で被測定部材６０をｙ方向に移動させても構わないし、逆に、被測定部材６０を固定した状態で磁気センサ１０Ｃをｙ方向に移動させても構わない。また、磁気センサ１０Ｃと被測定部材６０の上下位置は逆であっても構わない。そして、磁気パターンＭ１，Ｍ２が磁性体４０Ｃの直下をｙ方向に通過する際、磁気パターンＭ１，Ｍ２によって生じる磁束が磁性体４０Ｃを介して磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に与えられ、これによって磁気パターンＭ１，Ｍ２が読み取られる。

図１２においては、磁気パターンＭ１が磁性体４０Ｃの直下に位置しているため、このタイミングでは、磁気パターンＭ１によって生じる磁束が読み取られる。しかしながら、磁気パターンＭ１のｙ方向における近傍には別の磁気パターンＭ２が存在しているため、この磁気パターンＭ２によって生じる磁束の一部も同じタイミングで読み取られてしまう。磁気パターンＭ２によって生じる磁束は、磁気パターンＭ１を読み取るタイミングにおいてはノイズである。

しかしながら、第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃは磁気シールド５０Ｃを備えており、磁性体４０Ｃの直下に位置しない磁気パターン（図１２においてはＭ２）の磁束を磁気シールド５０Ｃによって遮断することができる。つまり、ノイズとなるｙ方向の磁束については、ｘｚ平面を有する第１及び第２の側壁部５１，５２によって遮断され、ノイズとなるｚ方向の磁束については、ｘｙ平面を有する第１及び第２の天板部５３，５４によって遮断される。これにより、磁性体４０Ｃの直下に位置する磁気パターン（図１２においてはＭ１）から生じる磁束をより選択的に読み取ることができ、空間分解能が高められる。

図１３は、第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃの効果を説明するためのグラフであり、横軸は磁性体４０Ｃを基準とした磁気パターンのｙ方向における位置を示し、縦軸は検出磁界の強度を示している。検出磁界の強度は、ピーク値を１として規格化している。図１３に示すように、磁気シールド５０Ｃを備える磁気センサ１０Ｃは、磁気シールド５０Ｃを備えない磁気センサ１０Ａ，１０Ｂに比べて検出磁界の波形がシャープとなり、空間分解能が向上していることが分かる。

図１４は、第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃのｘ方向における感度分布を示すグラフであり、磁性体４０Ｃのｘ方向における長さＬ１が８．０ｍｍ、ｙ方向における厚さＴ１，Ｔ３がそれぞれ０．１５ｍｍ及び０．４５ｍｍ、ｚ方向における高さが１．３ｍｍであり、第３の領域４３のｘ方向における幅Ｗ２が０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ及び２ｍｍである場合のシミュレーション結果を示している。

図１４に示すように、第３の領域４３の幅Ｗ２が０ｍｍである場合、つまり、磁性体４０Ｃが単純な板状体であり、ｙ方向における厚みが完全に一定である場合、ｘ方向における両端部において感度が低下する。そして、第３の領域４３の幅Ｗ２を大きくするにしたがい、ｘ方向における両端部の感度が向上するが、第３の領域４３の幅Ｗ２が大きすぎると、ｘ方向における両端部の感度が高くなりすぎ、ｘ方向における中央部の感度が相対的に低くなってしまう。上記のシミュレーション条件では、第３の領域４３の幅Ｗ２が１ｍｍである場合に最もフラットな特性が得られている。一般化すると、磁性体４０Ｃのｘ方向における長さに対し、第３の領域４３の幅Ｗ２を１０％〜１５％の範囲に設定すれば、最もフラットな特性が得られる。

以上説明したように、第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃは、磁性体４０Ｃのｘ方向における両端部における厚みを選択的に拡大していることから、両端部における磁気の検出感度の低下を補うことが可能となる。

単純な板状体である磁性体４０を用いた場合に両端部における感度が低下する理由は次の通りである。

単純な板状体である磁性体４０に対してｚ方向の磁束φが存在する場合、磁束φは磁性体４０と磁気シールド５０Ｃに流れ込む。さらに、磁束φが磁性体４０と磁気シールド５０Ｃに流れ込む割合はｘ方向に位置において一定ではなく、磁性体４０の両端部においては磁性体４０の中央部よりも減少する傾向がある。これは、磁気パターンＭ１から発生する磁束のｘ方向の領域に対して、磁性体４０の中央部に磁気パターンＭ１が位置するときにはおおよそ全領域の磁束φが磁性体４０に流れ込むが、磁性体４０の両端部に磁気パターンＭ１が位置するときには磁性体４０に流れ込む磁束φが全領域よりも狭い領域となり結果的に磁性体４０を通過し磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に与えられる磁束の量が減るためである。このようなメカニズムにより、単純な板状体である磁性体４０を用いた場合には、両端部における感度が大幅に低下してしまう。

これに対し、第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃにおいては、ｘ方向における両端部における厚みが選択的に拡大された磁性体４０Ｃを用いていることから、両端部における感度の低下が補われる。その結果、よりフラットな特性を得ることが可能となる。

また、図１５に示すように、磁気シールド５０Ｃの内部にセンサチップ３０及び磁性体４０Ｃをｘ方向に複数配列すれば、長尺型の磁気センサを構成することが可能である。これによれば、ｙ方向に移動する紙幣などの被測定部材（図示せず）に設けられた磁気パターンをスキャンすることができる。

＜第４の実施形態＞
図１６及び図１７は本発明の第４の実施形態による磁気センサ１０Ｄの構造を説明するための図であり、図１６は略斜視図、図１７は略上面図である。

図１６及び図１７に示すように、第４の実施形態による磁気センサ１０Ｄは、磁気シールド５０Ｃが磁気シールド５０Ｄに置き換えられている点において、第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃと相違している。その他の基本的な構成は第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第４の実施形態において用いる磁気シールド５０Ｄは、ギャップＧのｙ方向における幅が一定ではなく、磁性体４０Ｃの厚みに合わせたギャップ幅を有している。つまり、磁性体４０Ｃの厚みが薄い部分（厚みがＴ１である部分）を挟む位置においては、ギャップＧの幅も狭く、磁性体４０Ｃの厚みが厚い部分（厚みがＴ３である部分）を挟む位置においては、ギャップＧの幅も広くなっている。これにより、図１２に示す間隔Ｓを狭くする（理想的には均一とする）ことができるため、磁気シールド５０Ｄによるシールド効果を高めることが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 磁気センサ
２０ 基板
２１ 実装領域
２２ 端子電極
３０ センサチップ
３１ 素子形成面
３２ 端子電極
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ 磁性体
４１ 第１の領域
４１ａ 上端部
４１ｂ 下端部
４２ 第２の領域
４３ 第３の領域
５０Ｃ，５０Ｄ 磁気シールド
５１ 第１の側壁部
５２ 第２の側壁部
５３ 第１の天板部
５４ 第２の天板部
５５ 底板部
６０ 被測定部材
ＢＷ ボンディングワイヤ
Ｇ，Ｇｘ ギャップ
Ｍ１，Ｍ２ 磁気パターン
Ｒ１〜Ｒ４ 磁気検出素子
Ｓ 間隔
φ 磁束

Claims (7)

1. 磁気検出素子が形成された素子形成面を有するセンサチップと、
   前記素子形成面と平行な第１の方向を長手方向とし、前記素子形成面と平行且つ前記第１の方向と直交する第２の方向を厚み方向とする板状部材であり、磁束を前記磁気検出素子に集める磁性体と、を備え、
   前記磁性体の前記第１の方向における長さは、前記センサチップの前記第１の方向における長さよりも大きく、
   前記磁性体の前記第２の方向における厚みは、前記第１の方向における位置によって異なることを特徴とする磁気センサ。
2. 前記磁性体の前記第２の方向における厚みは、前記素子形成面と直交する第３の方向から見て前記センサチップと重なる第１の領域における厚みの方が、前記センサチップと重ならない第２の領域における厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記磁性体の前記第１の領域における前記第２の方向における厚みは、前記素子形成面に近い下端部の厚みよりも、前記素子形成面から離れた上端部の厚みの方が大きいことを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
4. 前記第３の方向から見て、前記磁気検出素子は前記磁性体の前記下端部と重なりを有しておらず、且つ、前記磁性体の前記上端部と重なりを有していることを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。
5. 前記センサチップ及び前記磁性体を覆う磁気シールドをさらに備え、
   前記磁気シールドは、前記第２の方向から前記センサチップを挟み込む第１及び第２の側壁部と、前記第１の側壁部の一端に接続され、前記磁性体に向けて前記第２の方向に延在する第１の天板部と、前記第２の側壁部の一端に接続され、前記磁性体に向けて前記第２の方向に延在する第２の天板部とを含み、
   前記磁性体は、前記第１及び第２の天板部と接することなく、前記第１の天板部の先端と前記第２の天板部の先端によって形成されるギャップ内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。
6. 前記磁性体の前記第２の方向における厚みは、前記素子形成面と直交する第３の方向から見て前記センサチップと重なる第１の領域における厚みよりも、前記センサチップと重ならない第３の領域における厚みの方が厚いことを特徴とする請求項５に記載の磁気センサ。
7. 前記第２の方向は、被測定部材のスキャン方向であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の磁気センサ。

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