JP2024026033A - 磁気検出装置、磁気検出ユニット、磁気検出システム、および、磁気検出ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】一方の主面側から磁石が挿入される穴部と、穴部に挿入された磁石を他方の主面側から係止して他方の主面側へと突出するのを抑止するための係止部とを有する基板と、他方の主面における穴部に対応する位置に実装された磁気センサとを備える磁気検出装置を提供する。基板は、第１基板と、他方の主面側から第１基板に貼り合わされた第２基板とを含んでもよい。穴部は、第１基板に形成された第１貫通孔であってもよい。係止部は、第２基板における第１貫通孔を塞ぐ領域を含んでもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気検出装置、磁気検出ユニット、磁気検出システム、および、磁気検出ユニットの製造方法に関する。

特許文献１には、「組付けられて一体化されたパッケージ８と磁石１０とホルダ１１とからなる磁気検出体３をケース２内に位置決めして配置した状態で、磁気検出体３を樹脂４により封止する」（段落００１４）と記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００５－３３７８６５号公報

本発明の第１の態様においては、磁気検出装置を提供する。磁気検出装置は、一方の主面側から磁石が挿入される穴部と、前記穴部に挿入された前記磁石を他方の主面側から係止して前記他方の主面側へと突出するのを抑止するための係止部とを有する基板と、前記他方の主面における前記穴部に対応する位置に実装された磁気センサとを備える。

上記の磁気検出装置において、前記基板は、第１基板と、前記他方の主面側から前記第１基板に貼り合わされた第２基板とを含んでもよい。上記の磁気検出装置において、前記穴部は、前記第１基板に形成された第１貫通孔であってもよい。上記の磁気検出装置において、前記係止部は、前記第２基板における前記第１貫通孔を塞ぐ領域を含んでもよい。

上記何れかの磁気検出装置において、前記第２基板は、前記第１基板よりも薄くてもよい。

上記何れかの磁気検出装置において、前記第２基板における前記第１貫通孔を塞ぐ領域の厚みは０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であってもよい。

上記何れかの磁気検出装置において、前記第２基板における前記第１貫通孔を塞ぐ領域は、前記磁石が通り抜けることができない第２貫通孔を含んでもよい。

上記何れかの磁気検出装置において、前記第１基板および前記第２基板は、接着剤で互いに接着されていてもよい。

上記何れかの磁気検出装置において、前記第１基板および前記第２基板は、粘着シートによって互いに接着されていてもよい。

上記何れかの磁気検出装置において、前記第１基板および前記第２基板のそれぞれの主面の外形を成す輪郭は、実質的に同一であってもよい。

上記何れかの磁気検出装置において、前記第２基板は、少なくとも一部が強磁性体によって形成されていてもよい。上記何れかの磁気検出装置において、前記第２基板の主面の外形を成す輪郭は、前記第１基板の主面の外形を成す輪郭と実質的に同一またはそれよりも小さくてもよい。

上記何れかの磁気検出装置において、前記係止部は、前記磁石を前記他方の主面側から係止する傾斜面を含んでもよい。

上記何れかの磁気検出装置において、前記係止部は、前記磁石を前記他方の主面側から係止する段差を含んでもよい。

上記何れかの磁気検出装置において、前記磁気センサは、磁気抵抗素子であってもよい。

上記何れかの磁気検出装置において、前記磁気センサは、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）を用いた半導体磁気抵抗素子（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ：ＳＭＲ）であってもよい。

上記何れかの磁気検出装置において、前記磁気センサは、前記一方の主面側から見た場合に、前記磁石の外形を成す輪郭で囲まれる範囲内に配置されてもよい。

上記何れかの磁気検出装置において、前記磁石によって前記磁気センサに印加される磁束密度は、４００ｍＴ以上であってもよい。

本発明の第２の態様においては、磁気検出ユニットを提供する。磁気検出ユニットは、上記何れかの磁気検出装置を備えてもよい。磁気検出ユニットは、前記磁石を備えてもよい。磁気検出ユニットにおいて、前記磁石は、磁極の作用面を除く面の少なくとも一部が、前記穴部の側面に接着剤で固定されていてもよい。

本発明の第３の態様においては、磁気検出システムを提供する。磁気検出システムは、被検出ユニットと、前記被検出ユニットに対向して設けられ、前記被検出ユニットの相対移動に伴う磁束密度の変化を検出する磁気検出ユニットとを備え、前記磁気検出ユニットは、前記被検出ユニットに対向する側の反対側に設けられる磁石と、前記反対側から前記磁石が挿入される穴部と、前記穴部に挿入された前記磁石を前記対向する側から係止して前記対向する側へと突出するのを抑止するための係止部とを有する基板と、前記基板の前記対向する側における前記穴部に対応する位置に実装される磁気センサとを有する。

上記の磁気検出システムにおいて、前記磁石は、磁極の作用面を除く面の少なくとも一部が、前記穴部の側面に接着剤で固定されていてもよい。

上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記磁石によって前記磁気センサに印加される磁束密度は、４００ｍＴ以上であってもよい。

上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記被検出ユニットは、前記磁気検出ユニット側に前記相対移動方向に沿って交互に配列された凹部および凸部を有してもよい。

上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記被検出ユニットは歯車であってもよい。

上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記穴部は、前記反対側から見た場合に、前記磁石の外形を成す角形状の輪郭と相補的な角形状の輪郭を有してもよい。上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記反対側から見た場合に、前記穴部の前記角形状の輪郭における複数の角部のうちの少なくとも１つは、前記穴部の前記角形状の主たる輪郭よりも外側に向かって凹んでいてもよい。

上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記基板は、第１基板と、前記被検出ユニットに対向する側から前記第１基板に貼り合わされた第２基板とを含んでもよい。上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記穴部は、前記第１基板に形成された第１貫通孔であってもよい。上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記係止部は、前記第２基板における前記第１貫通孔を塞ぐ領域を含んでもよい。上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記第１基板および前記第２基板は、接着剤で互いに接着されていてもよい。上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記第１貫通孔の周囲には、前記第１基板および前記第２基板の間からはみ出る前記接着剤を受け入れる受け部が形成されていてもよい。

上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記基板は、第１基板と、前記被検出ユニットに対向する側から前記第１基板に貼り合わされた第２基板とを含んでもよい。上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記穴部は、前記第１基板に形成された第１貫通孔であってもよい。上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記係止部は、前記第２基板における前記第１貫通孔を塞ぐ領域を含んでもよい。上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記第１基板および前記第２基板は、接着剤で互いに接着されていてもよい。上記何れかの磁気検出システムにおいて、前記反対側から見た場合に、前記第１基板および前記第２基板の間から前記第１貫通孔の内側に向かう前記接着剤のはみ出し範囲は、前記第１貫通孔の輪郭から０．２ｍｍ以内であってもよい。

本発明の第４の態様においては、磁気検出ユニットの製造方法を提供する。磁気検出システムの製造方法は、一方の主面側から磁石が挿入される穴部と、前記穴部に挿入された前記磁石を他方の主面側から係止して前記他方の主面側へと突出するのを抑止するための係止部とを有する基板に対して、前記基板の前記他方の主面における前記穴部に対応する位置に磁気センサを実装することと、前記基板の前記他方の主面側において、前記磁気センサに強磁性体または他の磁石を接近または接触させた状態で、前記穴部に前記磁石を挿入することにより、前記磁石の磁極の作用面を前記磁気センサに対して平行にすることと、前記磁石の前記作用面を除く面の少なくとも一部と、前記穴部の側面との間に接着剤を注入して硬化させることにより、前記磁石を前記穴部の前記側面に固定することとを備える。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

第１実施形態による磁気検出システム１０の模式的な側面図である。 図１に示す磁気検出システム１０の部分拡大図である。 第１実施形態による磁気検出装置１００の模式的な平面図である。 第１実施形態による磁気検出ユニット３０の製造方法の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態による磁気検出装置２００の模式的な側面図である。 第３実施形態による磁気検出装置３００の模式的な側面図である。 第４実施形態による磁気検出装置４００の模式的な側面図である。 第５実施形態による磁気検出装置５００の模式的な側面図である。 第６実施形態による磁気検出装置６００の模式的な平面図である。 図９に示す領域１０００の拡大図である。 図９の線Ｉ－Ｉにおいて磁気検出装置６００を仮想的に切断した模式的なＹＺ断面図である。 第６実施形態による磁気検出装置６００における第１基板６１１の第１貫通孔６１２を形成する方法の一例を示すフローチャートである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、第１実施形態による磁気検出システム１０の模式図である。図１の紙面に向かって左方向をＺ軸正方向、上方向をＹ軸正方向、手前方向をＸ軸正方向と定義する。なお、図１において、磁気検出ユニット３０を破線の枠で示す。

磁気検出システム１０は、回転体２０と、磁気検出ユニット３０とを備える。本実施形態による磁気検出システム１０は、磁気検出ユニット３０によって回転体２０の回転角度、回転速度、回転方向、または回転数の少なくとも１つ等の回転動作を検出する。

回転体２０は、磁性体であって、凸部および／または凹部を有し、Ｘ軸方向に沿う回転軸を中心に回転する。回転体２０は、例えば、回転軸に対して略直交する断面形状において凸部の頂点が回転軸を中心とする円周上に位置する。

回転体２０は、磁気検出ユニット３０側に相対移動方向に沿って交互に配列された凹部および凸部を有してよい。回転体２０は、例えば、歯車であってよく、歯車状の部品であってもよい。図１は、回転体２０が円盤状の形状を有し、当該円盤の円周における回転の移動方向に沿って凹部および凸部が交互に配列された例を示す。なお、回転体２０は、被検出ユニットの一例である。

磁気検出ユニット３０は、回転体２０のＺ軸負側で回転体２０に対向して設けられ、回転体２０の相対移動に伴う磁束密度の変化を検出する。磁気検出ユニット３０は、回転体２０に対向する側の反対側に設けられる磁石Ｍと、回転体２０に対向する側に設けられる磁気検出装置１００とを備える。換言すると、磁気検出ユニット３０において、Ｚ軸負側から順に、磁石Ｍ、磁気検出装置１００が配置される。なお、図１においては、単に説明のため、磁石Ｍの側面全体が見えるよう磁気検出装置１００の一部を透かして示し、以降の図においても同様とする。

磁石Ｍは、予め定められた略一定の磁場を発生させる。磁石Ｍは、一例として、サマリウムコバルトを含む永久磁石であってもよく、永久磁石の残留磁束密度は約８００ｍＴであってもよい。

磁石Ｍは、Ｎ極またはＳ極の磁極の作用面が回転体２０の方向を向くように配置される。磁石Ｍは、回転体２０が有する凸部および／または凹部に対して、発生させた磁場が届く程度に、回転体２０に近接して配置される。

磁気検出装置１００は、回転体２０と磁石Ｍとの間で磁石Ｍよりも回転体２０に近接して配置され、回転体２０が有する凸部および／または凹部に対向する。磁気検出装置１００は、磁石Ｍから発生する磁力の磁束密度が、回転体２０の凸部および／または凹部で変化するのを検出する。磁気検出装置１００は、回転体２０の回転に応じて変化する磁束密度に基づいて、回転体２０の回転動作を検出する。

図２は、図１に示す磁気検出システム１０の部分拡大図であり、図３は、第１実施形態による磁気検出装置１００の模式的な平面図である。なお、図２では、図１と同様に、磁気検出ユニット３０を破線の枠で示す。

磁気検出装置１００は、基板１１０と、回転体２０に対向する側に設けられる磁気センサ１２０とを備える。本実施形態において、基板１１０は、非磁性体の板状部材である。図２に示すように、基板１１０は、第１基板１１１と、回転体２０に対向する側から第１基板１１１に貼り合わされた第２基板１１４とを有する。

本実施形態における第１基板１１１および第２基板１１４は、接着剤、例えば薄膜粘着フィルムのような粘着シートによって互いに接着されていてもよい。第１基板１１１および第２基板１１４は、粘着シートに代えてまたは加えて、液体の接着剤で互いに接着されていてもよい。図２および図３に示すように、第１基板１１１および第２基板１１４のそれぞれの主面の外形を成す輪郭は、実質的に同一であってもよい。これにより、第１基板１１１および第２基板１１４は、互いに向かい合う面の全体に亘って、互いに接着されていてもよい。

第１基板１１１には、第１貫通孔１１２が形成されている。第１貫通孔１１２には、磁石Ｍが挿入されている。図３では、第２基板１１４の側から視認できない第１貫通孔１１２および磁石Ｍをそれぞれ破線で示す。

図２に示すように、磁石Ｍは、一例として、磁極の作用面を除く面の少なくとも一部が、第１貫通孔１１２の側面に接着剤Ｇで固定されている。なお、磁気検出システム１０の動作時においては、磁性体である回転体２０が常に磁気センサ１２０側に位置し、磁石Ｍは自身の磁力によって第２基板１１４に吸着したような状態にあるため、磁石Ｍを接着剤Ｇで第１貫通孔１１２の側面に固定しなくてもよい。なお、磁石Ｍは、接着剤Ｇ以外の他の手段によって第１貫通孔１１２の側面に固定されていてもよい。なお、第１貫通孔１１２は、基板１１０の一方の主面側から磁石Ｍが挿入される穴部の一例である。

第２基板１１４は、係止部１１５を有する。係止部１１５は、第１基板１１１の第１貫通孔１１２に挿入された磁石Ｍを、第１基板１１１の回転体２０に対向する側から係止する。これにより、係止部１１５は、磁石Ｍが第２基板１１４の回転体２０に対向する側へと突出するのを抑止する。

基板１１０において、係止部１１５と、上述の穴部の一例である第１貫通孔１１２との組み合わせは、磁石Ｍが基板１１０の回転体２０に対向する側の反対側、すなわちＺ軸負側の主面よりも、基板１１０の回転体２０に対向する側、すなわちＺ軸正側の主面に寄って位置することを可能にする一方で、磁石Ｍが磁気センサ１２０を回転体２０側に押すことを防止する機能を有する、と定義してもよい。

一例として、本実施形態における係止部１１５は、第２基板１１４における、第１基板１１１の第１貫通孔１１２を塞ぐ領域を含む。換言すると、第２基板１１４における第１基板１１１の第１貫通孔１１２を塞ぐ領域は、第１基板１１１の第１貫通孔１１２に挿入された磁石Ｍを第１基板１１１の回転体２０に対向する側から係止する係止部１１５として機能する。より具体的には、第２基板１１４における第１基板１１１の第１貫通孔１１２に対応する領域には貫通孔が形成されておらず、第２基板１１４の係止部１１５は、磁石Ｍと磁気センサ１２０とを隔離する壁として、磁気センサ１２０が磁石Ｍによって回転体２０側に押されることを不可能にしている。図２および図３には、係止部１１５に含まれる当該領域を破線の枠で示す。以降の図においても同様とする。

第２基板１１４の回転体２０に対向する側における当該位置には、磁気センサ１２０が実装されている。磁気センサ１２０は、第２基板１１４上に形成されている不図示の電極にはんだ付けされており、当該電極は、図３に示す、第２基板１１４上に形成された導体パターン１１６に電気的に接続されている。なお、磁気センサ１２０は、電極および導体パターン１１６を介して不図示の電源に接続され、電源から電圧を供給される。なお、磁気センサ１２０は、当該導体パターン１１６に代えてまたは加えて、例えば導線や電気配線などの他の電気的導通手段によって電源に接続されていてもよい。

磁気センサ１２０は、感磁部１２１を有する。感磁部１２１は、磁石Ｍが発する磁場の大きさと向きを検知する。感磁部１２１は、例えば、磁気抵抗素子、ホール素子、コイル、リードスイッチなどを含んでもよい。図２および図３には、感磁部１２１を破線の枠で示し、以降の図においては図示を省略する。

一例として、本実施形態における磁気センサ１２０の感磁部１２１は、磁気抵抗素子であってもよく、例えばアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）を用いた半導体磁気抵抗素子（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ：ＳＭＲ）である。磁気センサ１２０の感磁部１２１は、ＳＭＲに代えてまたは加えて、他の磁気抵抗素子、例えば異方性磁気抵抗素子（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ：ＡＭＲ）、巨大磁気抵抗素子（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ：ＧＭＲ）、トンネル磁気抵抗素子（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ：ＴＭＲ）などであってもよい。この場合、感磁部１２１は、回転体２０の凸部および／または凹部の移動方向に沿って配列された、ＩｎＳｂから成る複数の抵抗体を含む。当該複数の抵抗体の間隔は、回転体２０の凸部および／または凹部のピッチに応じて決定されたものであってもよい。なお、上述のＩｎＳｂは、インジウムヒ素（ＩｎＡｓ）やアルミインジウムアンチモン（ＡｌＩｎＳｂ）などに比べて移動度が高く、ＳＭＲの材料として好適である。

以上の説明から理解される通り、本実施形態の磁気検出ユニット３０においては、Ｚ軸負側から、磁石Ｍ、第１基板１１１、第２基板１１４、磁気センサ１２０の順に配置されている。図２および図３に示すように、磁気センサ１２０は、基板１１０一方の主面側から見た場合に、磁石Ｍの外形を成す輪郭で囲まれる範囲内に配置されてもよい。本実施形態において、磁石Ｍの大きさは、磁気センサ１２０に対して予め定められた大きさ以上の磁力を印加するために予め定められたサイズ以上とすることが必要とされるが、その一方で、磁気センサ１２０の大きさの下限に制約はないので、設計需要に応じて磁気センサ１２０を相対的に小型化することができる。磁気センサ１２０を小型化することにより、製造コストを下げることもでき、基板１１０上の磁気センサ１２０による専有面積が縮小することで他の部品の実装スペースを拡張することもできる。

この場合、図２および図３に示すように、感磁部１２１は、基板１１０の一方の主面側から見た場合に、磁石Ｍの面内に含まれる。これにより、磁石Ｍの磁場を感磁部１２１の全体に亘って均等に印加することができる。なお、磁気センサ１２０は、基板１１０の一方の主面側から見た場合に、感磁部１２１を除く外周側の少なくとも一部の領域が磁石Ｍの面内に含まれていなくてもよい。

第１基板１１１および第２基板１１４のＺ軸方向の厚みはそれぞれ、略一定であってもよく、ＸＹ平面内の任意の箇所で部分的に変化していてもよい。図２は、第１基板１１１の主たる厚みをＴ１で示し、第２基板１１４の主たる厚みをＴ２で示す。

第２基板１１４は、第１基板１１１よりも薄くてよい。一例として、第２基板１１４における、第１基板１１１の第１貫通孔１１２を塞ぐ領域の厚みは、０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であってもよい。全体的にまたは部分的に０．１ｍｍ未満の厚みを有する第２基板１１４を製造することは困難であってもよい。第２基板１１４の当該領域の厚みを０．６ｍｍ以下にして、且つ、磁石Ｍとして例えば残留磁束密度が約８００ｍＴのサマリウムコバルトを含む永久磁石を用いることにより、磁石Ｍによって磁気センサ１２０に印加される磁束密度を４００ｍＴ以上とすることができる。これにより、磁気センサ１２０の出力信号振幅（Ｖｐｐ）を予め定められた大きさ以上とすることができ、よって、磁気センサ１２０による磁束密度変化の検出精度を予め定められた閾値以上とすることができる。

なお、図２においてＤ１で示す回転体２０と磁気センサ１２０との間の距離は、例えば約０．２ｍｍであってもよい。なお、当該距離をエアーギャップと称する場合がある。

なお、図３に示すように、略方形の外形を有する第１基板１１１および第２基板１１４の各主面の四隅には、第１基板１１１および第２基板１１４を他の装置やフレームなどに固定するための手段が挿通される孔が、両基板を貫通して形成されていてもよい。なお、基板１１０の外形、例えば第１基板１１１および第２基板１１４の外形は、上述の略方形に限られず、例えば円形、楕円形など任意の他の形状であってもよい。なお、図３に示すように、第２基板１１４の回転体２０に対向する側の主面に形成された複数の導体パターン１１６はそれぞれ、一端が磁気センサ１２０に接続され、他端が基板１１０の電源用電極に接続され、これによって磁気センサ１２０と上述の電源とを電気的に接続してもよい。

ここで、本実施形態による磁気検出ユニット３０との第１比較例として、基板に形成された貫通孔を覆うように磁気センサを配置し、当該貫通孔に磁石を挿入した磁気検出装置を想定する。当該磁気検出装置において、磁気センサは、磁気抵抗素子が樹脂パッケージによってパッケージングされた構成を有し、樹脂パッケージの裏面の中央領域にはリードフレームが露出している。磁気センサのリードフレームは、リードフレームの外縁側の数か所を基板上の電極にはんだ付けされている。磁気センサの基板側の主面における、基板の貫通孔を塞ぐ領域には、磁石が接着剤で固定されている。すなわち、磁気センサの基板側の主面に露出しているリードフレームの中央領域は、磁石によって覆われている。基板は、他の装置やフレームなどに固定されている。

このような第１比較例によれば、固定された基板に対して相対移動する被検出ユニットに磁気センサを対向させた状態で磁気検出装置を使用する場合、被検出ユニットを引き付けようとする磁石の磁力によって、磁気センサには被検出ユニット側に押す力が加わる。その結果、磁気センサを基板に固定している部分が断裂し、磁気センサが磁石と被検出ユニットとの間に挟まれるように被検出ユニット上に打ち付けられる事態が生じ得る。

このような第１比較例によれば、また、磁気センサの基板側の主面に露出しているリードフレームの中央領域が磁石によって覆われているため、当該中央領域が電極などの熱伝導率が高い部材によって覆われている場合に比べて、磁気センサの放熱性が低い。

本実施形態による磁気検出装置１００との第２比較例として、貫通孔が形成されていない基板の一方の主面上に磁気センサを配置し、基板の他方の主面上の対応する位置に磁石を配置した磁気検出装置を想定する。当該磁気検出装置において、磁気センサは、数か所を基板上の電極にはんだ付けされている。磁石は、基板上に接着剤で固定されている。基板は、他の装置やフレームなどに固定されている。

このような第２比較例によれば、基板の厚みは、強度を担保するために、１．４ｍｍ程度に設定される。すなわち、磁気センサと磁石との間の距離は１．４ｍｍ程度となる。このような距離を介して磁石から４００ｍＴ以上の磁束密度を磁気センサに印加するためには、磁石として、永久磁石の中で磁力が最大のネオジウム磁石を用いたり、サイズの大きなサマリウムコバルト磁石を用いたりすることが必要とされる。

しかしながら、ネオジウム磁石は、サマリウムコバルト磁石に比べて温度特性が悪く、磁気検出装置の周囲環境における発熱体、例えば磁気検出装置が取り付けられる工作機械のモータの温度が高くなるほど磁場が弱まり、これによって出力信号振幅（Ｖｐｐ）が小さくなる。その結果、例えば被検出ユニットの非検出面の凹凸形状に起因する磁気検出装置と被検出ユニットとの間のエアーギャップ変動に対する角度誤差が大きくなり得、誤差を補正することが困難になり、磁束密度変化の検出精度が低下し得る。

一方で、サイズの大きなサマリウムコバルト磁石を使う場合には、１．４ｍｍ程度の距離を介して４００ｍＴ以上の磁束密度を磁気センサに印加するために、サマリウムコバルト磁石をかなり大型化する必要がある。このような大型のサマリウムコバルト磁石を備えた磁気検出装置は、大きさに制約があるエンコーダに搭載することが困難である。

これに対して、本実施形態による磁気検出装置１００によれば、一方の主面側から磁石Ｍが挿入される第１貫通孔１１２と、第１貫通孔１１２に挿入された磁石Ｍを他方の主面側から係止して当該他方の主面側へと突出するのを抑止するための係止部１１５とを有する基板１１０を備える。本実施形態による磁気検出装置１００によれば、当該基板１１０の他方の主面における第１貫通孔１１２に対応する位置に実装された磁気センサ１２０を備える。

このような構成を備える磁気検出装置１００によれば、磁石Ｍと磁気センサ１２０との間の距離を、基板１１０の主たる厚み、例えば１．４ｍｍ程度よりも短くすること、例えば０．２ｍｍ程度にすることができる。磁石Ｍと磁気センサ１２０との間の距離を予め定められた長さよりも短くすることで、磁石Ｍとしてエンコーダに適用可能なサイズのサマリウムコバルト磁石を用いた場合であっても、磁石Ｍによって磁気センサ１２０に印加される磁束密度を４００ｍＴ以上とすることができる。これにより、磁気センサ１２０の出力信号振幅（Ｖｐｐ）を予め定められた大きさ以上とすることができ、その結果、上述の角度誤差を抑止して、磁気センサ１２０による磁束密度変化の検出精度を予め定められた閾値以上とすることができる。

その一方で、磁気検出装置１００によれば、磁石Ｍが基板１１０の被検出ユニットに対向する側へと突出するのを抑止することにより、磁気センサ１２０が被検出ユニット側へと押されるのを防止することができ、磁気センサ１２０が被検出ユニットに打ち付けられる事態を回避できる。

また、本実施形態による磁気検出装置１００において、基板１１０は、第１基板１１１と、回転体２０に対向する側から第１基板１１１に貼り合わされた第２基板１１４とを有してもよく、第２基板１１４における第１基板１１１の第１貫通孔１１２を塞ぐ領域は係止部１１５として機能してもよい。この場合、第２基板１１４の回転体２０に対向する側における当該領域には電極が設けられ、当該電極に磁気センサ１２０のリードフレームがはんだ付けされる。この場合にまた、磁気センサ１２０は、基板１１０一方の主面側から見た場合に、磁石Ｍの外形を成す輪郭で囲まれる範囲内に配置されてもよい。

このような構成を備える磁気検出装置１００によれば、上述の第１比較例と比べて、磁気センサ１２０の放熱性を向上することができる。このような構成を備える磁気検出装置１００によればまた、磁気センサ１２０の大きさの下限に制約はないので、設計需要に応じて磁気センサ１２０を小型化することができ、磁気センサ１２０を小型化することにより、製造コストを下げることもでき、基板１１０上の磁気センサ１２０による専有面積を縮小することもでき、これにより他の部品の実装スペースを拡張することもできる。

本出願の発明者等は、本実施形態による磁気検出装置１００によって当該効果が得られることを検証するべく、それぞれの主面の外形を成す輪郭が実質的に同一の、互いに粘着シートによって貼り合わされた第１基板１１１および第２基板１１４を備える磁気検出装置１００を用意し、プッシュプルゲージを用いて、第１基板１１１の第１貫通孔１１２に挿入した磁石Ｍに応力を印加する試験を行った。本出願の発明者等はまた、上述の第１比較例による磁気検出装置についても同様に試験を行った。

試験の結果、第１比較例による磁気検出装置では、１０Ｎ程度を印加した時点で、磁気センサを基板に固定するはんだ部分が剥がれて破壊され、本実施形態による磁気検出装置１００では、３０Ｎ程度を印加した時点でも、第１基板１１１と第２基板１１４とが剥がれないことが確認された。

図４は、第１実施形態による磁気検出ユニット３０の製造方法の一例を示すフローチャートである。図４のフローは、それぞれの主面の外形を成す輪郭が実質的に同一の、互いに粘着シートによって貼り合わされた第１基板１１１および第２基板１１４から成る基板１１０を用意することにより開始してもよい。

基板１１０に対して、基板１１０のＺ軸正側の主面における第１貫通孔１１２に対応する位置に磁気センサ１２０を実装する（ステップＳ１０１）。基板１１０のＺ軸正側において、磁気センサ１２０に強磁性体または他の磁石Ｍ－１を接近または接触させた状態で、第１貫通孔１１２に磁石Ｍを挿入することにより、磁石Ｍの磁極の作用面を磁気センサ１２０に対して平行にする（ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１０２においては、他の磁石Ｍ－１に代えて、鉄などの強磁性体を用いてもよい。また、磁気センサ１２０に他の磁石Ｍ－１を接触させることに代えて、磁気センサ１２０に他の磁石Ｍ－１を接近させてもよい。

磁石Ｍの作用面を除く面の少なくとも一部と、第１貫通孔１１２の側面との間に接着剤Ｇを注入して硬化させることにより、磁石Ｍを第１貫通孔１１２の側面に固定し（ステップＳ１０３）、これによって磁気検出ユニット３０を完成させ、当該フローは終了する。なお、ステップＳ１０３においては、例えば、接着剤Ｇが硬化して磁石Ｍが第１貫通孔１１２の側面に固定された後に他の磁石Ｍ－１を取り除いてもよい。

以上の第１実施形態による磁気検出装置１００では、上述の穴部と係止部とを有する基板として、第１貫通孔１１２を有する第１基板１１１と、第１基板１１１の回転体２０側に貼り合わされる薄い第２基板１１４との組み合わせを有する基板１１０を説明した。また、第１貫通孔１１２および第２基板１１４は、それぞれの主面の外形を成す輪郭が実質的に同一であるものとして説明した。上述の穴部と係止部とを有する基板の構造はこれらに限定されない。例えば、貼り合わせる２枚の基板は、それぞれの主面の外形を成す輪郭が互いに異なっていてもよい。上述の穴部と係止部とを有する基板は、単一の基板であってもよい。上述の穴部は、磁石ＭをＺ軸負側から基板内部に挿入できる限りにおいて、連続的にまたは段階的に大きさが変化している貫通孔であってもよく、基板を貫通しない窪みまたは凹みであってもよい。

図５は、第２実施形態による磁気検出装置２００の模式的な側面図である。磁気検出装置２００は、第１実施形態による磁気検出装置１００と異なる点として、第２基板１１４を有する基板１１０に代えて、第２基板２１４を有する基板２１０を備える。磁気検出装置２００における他の構成は、第１実施形態による磁気検出装置１００の対応する構成と同様であってもよく、第１実施形態の対応する構成で用いた参照番号を用いて重複する説明を省略する。また、図５においては、磁気検出装置２００に含まれない磁石Ｍを破線で示す。これらは、以降の複数の実施形態における説明についても同様とする。

基板２１０は、第１基板１１１と、第１基板１１１に貼り合わされる第２基板２１４を有する。第２基板２１４における係止部２１５は、第２基板１１４における、第１基板１１１の第１貫通孔１１２を塞ぐ領域を含み、当該領域は、磁石Ｍが通り抜けることができない第２貫通孔２１７を含む。このような構造の基板２１０を備える第２実施形態の磁気検出装置２００によっても、第１実施形態の磁気検出装置１００と同様の効果を奏する。

図６は、第３実施形態による磁気検出装置３００の模式的な側面図である。磁気検出装置３００は、第１実施形態による磁気検出装置１００と異なる点として、第２基板１１４を有する基板１１０に代えて、第２基板３１４を有する基板３１０を備える。

基板３１０は、第１基板１１１と、第１基板１１１に貼り合わされる第２基板３１４を有する。第２基板３１４は、少なくとも一部が強磁性体によって形成されており、第２基板３１４の主面の外形を成す輪郭は、第１基板１１１の主面の外形を成す輪郭と実質的に同一またはそれよりも小さくてもよい。第２基板３１４は、一例として、鉄などの透磁率が高い材料を含む強磁性体によって形成されており、磁気センサ１２０と導通しないよう、表面が絶縁されていてもよい。図６に示すように、一例として、第２基板３１４の当該輪郭は、第１基板１１１の当該輪郭よりも小さく、第２基板３１４の係止部３１５が第１基板１１１の第１貫通孔１１２を塞ぐ領域を含む限りにおいて、第２基板３１４自体が第１貫通孔１１２を塞ぐ程度の大きさであってもよい。このような構造の基板３１０を備える第３実施形態の磁気検出装置３００によっても、第１実施形態の磁気検出装置１００と同様の効果を奏する。第３実施形態の磁気検出装置３００では更に、透磁率が高い材料を含む強磁性材料によって形成された第２基板３１４の集磁効果によって、磁石Ｍから発生する磁力の磁束密度の変化量が増加するため、第１実施形態の磁気検出装置１００と比べて、磁気センサ１２０の出力信号振幅（Ｖｐｐ）をより一層高めることができる。

図７は、第４実施形態による磁気検出装置４００の模式的な側面図である。磁気検出装置４００は、第１実施形態による磁気検出装置１００と異なる点として、第２基板１１４を有する基板１１０に代えて、単一の基板４１０を備える。

基板４１０は、基板４１０のＺ軸負側から磁石Ｍが挿入される貫通孔４１２と、貫通孔４１２に挿入された磁石ＭをＺ軸正側から係止する係止部４１５とを含む。係止部４１５は、磁石ＭをＺ軸正側から係止する傾斜面４１８を含む。貫通孔４１２と傾斜面４１８を含む係止部４１５との組み合わせは、連続的に大きさが変化している貫通孔、と定義してもよい。本実施形態における磁石Ｍは、係止部４１５の傾斜面４１８と相補的な形状を有する。すなわち、本実施形態における磁石Ｍは、少なくとも基板４１０の内部へ挿入される部分において、ＹＺ平面内の断面形状がテーパー形状である。このような構造の基板４１０を備える第４実施形態の磁気検出装置４００によっても、第１実施形態の磁気検出装置１００と同様の効果を奏する。第４実施形態の磁気検出装置４００では更に、第１実施形態の磁気検出装置１００と比べて、基板４１０と磁石Ｍとの接着面積を拡大することができる。なお、磁石Ｍは、係止部４１５の傾斜面４１８と相補的な形状を有さなくてもよく、例えば他の実施形態と同様に、直方体形状を有してもよい。この場合でも、基板４１０の係止部４１５が傾斜面４１８を含むことにより、第１実施形態の磁気検出装置１００と比べて、基板４１０と磁石Ｍとの接着面積を拡大することができる。

図８は、第５実施形態による磁気検出装置５００の模式的な側面図である。磁気検出装置５００は、第１実施形態による磁気検出装置１００と異なる点として、第２基板１１４を有する基板１１０に代えて、単一の基板５１０を備える。

基板５１０は、基板５１０のＺ軸負側から磁石Ｍが挿入される貫通孔５１２と、貫通孔５１２に挿入された磁石ＭをＺ軸正側から係止する係止部５１５とを含む。係止部５１５は、磁石ＭをＺ軸正側から係止する段差５１９を含む。貫通孔５１２と段差５１９を含む係止部５１５との組み合わせは、段階的に大きさが変化している貫通孔、と定義してもよい。このような構造の基板５１０を備える第５実施形態の磁気検出装置５００によっても、第１実施形態の磁気検出装置１００と同様の効果を奏する。

図９は、第６実施形態による磁気検出装置６００の模式的な平面図である。第６実施形態による磁気検出装置６００は、第１実施形態による磁気検出装置１００と異なる点として、基板１１０に代えて、第１基板６１１および第２基板１１４を有する基板６１０を備える。本実施形態における第１基板６１１および第２基板１１４は、液体もしくはフィルム状の接着剤で互いに接着されている。

本実施形態の第１基板６１１は、第１実施形態の第１基板１１１と異なる点として、第１貫通孔１１２に代えて、第１貫通孔６１２が形成されている。第１貫通孔６１２には、磁石Ｍが挿入されている。図９では、第１基板６１１の側から視認できない磁気センサ１２０および導体パターン１１６をそれぞれ破線で示す。

図９に示すように、第１貫通孔６１２は、一方の主面側から見た場合に、磁石Ｍの外形を成す角形状の輪郭と相補的な角形状の輪郭を有してもよい。一方の主面側から見た場合に、第１貫通孔６１２の角形状の輪郭における複数の角部６１３のうちの少なくとも１つは、第１貫通孔６１２の角形状の主たる輪郭よりも外側に向かって凹んでいてもよい。図示の例では、第１貫通孔６１２は、一方の主面側から見た場合に、略方形の輪郭を有し、当輪郭における４つの角部６１３が、第１貫通孔６１２の略方形の主たる輪郭よりも外側に向かって凹んでいる。なお、上述の角形状という用語は、略方形や略矩形などを指してもよい。

各角部６１３は、第１貫通孔６１２の周囲に形成されている受け部の一例であってもよい。当該受け部は、第１基板６１１および第２基板１１４の間からはみ出る接着剤を受け入れる。

図１０は、図９に示す領域１０００の拡大図である。図１０において、第１基板６１１および第２基板１１４の間からはみ出る接着剤を斜線領域Ｒで示す。図１０においては、単に説明を明確にするために、磁石Ｍ、磁気センサ１２０および導体パターン１１６の図示を省略し、第１基板６１１の第１貫通孔６１２の内部に第２基板１１４が露出した状態を示す。

図１０に示すように、一方の主面側から見た場合に、第１基板６１１および第２基板１１４の間から第１貫通孔６１２の内側に向かう接着剤のはみ出し範囲Ｄは、予め定められた範囲内になるように収められてもよく、例えば第１貫通孔６１２の輪郭から０．２ｍｍ以内である。

図１１は、図９の線Ｉ－Ｉにおいて磁気検出装置６００を仮想的に切断した模式的なＹＺ断面図である。図１１は、図２と同様に、第１基板６１１の主たる厚みをＴ１で示し、第２基板１１４の主たる厚みをＴ２で示す。図１１においては更に、第１貫通孔６１２のＹ軸方向の幅をＤ２で示す。本実施形態において、一例として、Ｔ１は１．４ｍｍであってもよく、Ｔ２は０．２ｍｍであってもよく、Ｄ２は４．６ｍｍであってもよい。

図１２は、第６実施形態による磁気検出装置６００における第１基板６１１の第１貫通孔６１２を形成する方法の一例を示すフローチャートである。図１２のフローは、第１貫通孔６１２が形成されていない第１基板６１１を用意することにより開始してもよい。

ルーター等の第１の切削工具を使用して、第１基板６１１のＺ軸負側の主面の中央領域、すなわち、第１基板６１１に貼り合わされる第２基板１１４に磁気センサ１２０が実装される位置に対応する位置に、貫通孔６１５を形成する（ステップＳ２０１）。貫通孔６１５は、第１基板６１１の一方の主面側から見た場合に、磁石Ｍの外形を成す略方形の輪郭と相補的な略方形の輪郭を有する。ただし、ルーターの仕様上、貫通孔６１５の各角部を直角に仕上げることが困難である場合があり、貫通孔６１５に磁石Ｍを挿入する際に磁石Ｍの角が干渉して磁石Ｍを挿入できない可能性がある。そこで、第１の切削工具よりも小さな切削刃を有する第２の切削工具を使用して、貫通孔６１５の４つの角部を丸く仕上げ（ステップＳ２０２）、これによって、４つの角部６１３を有する第１貫通孔６１２を完成させ、当該フローは終了する。第１基板６１１は、４つの角部６１３を有する第１貫通孔６１２を備えることにより、磁石Ｍが干渉することを防止できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 磁気検出システム
２０ 回転体
３０ 磁気検出ユニット
１００、２００、３００、４００、５００ 磁気検出装置
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０ 基板
１１１、６１１ 第１基板
１１２、６１２ 第１貫通孔
１１４、２１４、３１４ 第２基板
１１５、２１５、３１５、４１５、５１５ 係止部
１１６ 導体パターン
１２０ 磁気センサ
１２１ 感磁部
２１７ 第２貫通孔
４１２、５１２ 貫通孔
４１８ 傾斜面
５１９ 段差
Ｇ 接着剤
Ｍ 磁石
６１３ 角部
６１５ 貫通孔

Claims (25)

1. 一方の主面側から磁石が挿入される穴部と、前記穴部に挿入された前記磁石を他方の主面側から係止して前記他方の主面側へと突出するのを抑止するための係止部とを有する基板と、
   前記他方の主面における前記穴部に対応する位置に実装された磁気センサと
   を備える磁気検出装置。
2. 前記基板は、第１基板と、前記他方の主面側から前記第１基板に貼り合わされた第２基板とを含み、
   前記穴部は、前記第１基板に形成された第１貫通孔であり、
   前記係止部は、前記第２基板における前記第１貫通孔を塞ぐ領域を含む、
   請求項１に記載の磁気検出装置。
3. 前記第２基板は、前記第１基板よりも薄い、
   請求項２に記載の磁気検出装置。
4. 前記第２基板における前記第１貫通孔を塞ぐ領域の厚みは０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である、
   請求項３に記載の磁気検出装置。
5. 前記第２基板における前記第１貫通孔を塞ぐ領域は、前記磁石が通り抜けることができない第２貫通孔を含む、
   請求項２に記載の磁気検出装置。
6. 前記第１基板および前記第２基板は、接着剤で互いに接着されている、
   請求項２に記載の磁気検出装置。
7. 前記第１基板および前記第２基板は、粘着シートによって互いに接着されている、
   請求項６に記載の磁気検出装置。
8. 前記第１基板および前記第２基板のそれぞれの主面の外形を成す輪郭は、実質的に同一である、
   請求項２に記載の磁気検出装置。
9. 前記第２基板は、少なくとも一部が強磁性体によって形成されており、
   前記第２基板の主面の外形を成す輪郭は、前記第１基板の主面の外形を成す輪郭と実質的に同一またはそれよりも小さい、
   請求項２に記載の磁気検出装置。
10. 前記係止部は、前記磁石を前記他方の主面側から係止する傾斜面を含む、
    請求項１に記載の磁気検出装置。
11. 前記係止部は、前記磁石を前記他方の主面側から係止する段差を含む、
    請求項１に記載の磁気検出装置。
12. 前記磁気センサは、磁気抵抗素子である、
    請求項１に記載の磁気検出装置。
13. 前記磁気センサは、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）を用いた半導体磁気抵抗素子（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ：ＳＭＲ）である、
    請求項１２に記載の磁気検出装置。
14. 前記磁気センサは、前記一方の主面側から見た場合に、前記磁石の外形を成す輪郭で囲まれる範囲内に配置される、
    請求項１に記載の磁気検出装置。
15. 前記磁石によって前記磁気センサに印加される磁束密度は、４００ｍＴ以上である、
    請求項１に記載の磁気検出装置。
16. 請求項１に記載の磁気検出装置と、
    前記磁石と
    を備え、
    前記磁石は、磁極の作用面を除く面の少なくとも一部が、前記穴部の側面に接着剤で固定されている、
    磁気検出ユニット。
17. 被検出ユニットと、
    前記被検出ユニットに対向して設けられ、前記被検出ユニットの相対移動に伴う磁束密度の変化を検出する磁気検出ユニットと
    を備え、
    前記磁気検出ユニットは、
    前記被検出ユニットに対向する側の反対側に設けられる磁石と、
    前記反対側から前記磁石が挿入される穴部と、前記穴部に挿入された前記磁石を前記対向する側から係止して前記対向する側へと突出するのを抑止するための係止部とを有する基板と、
    前記基板の前記対向する側における前記穴部に対応する位置に実装される磁気センサと
    を有する、
    磁気検出システム。
18. 前記磁石は、磁極の作用面を除く面の少なくとも一部が、前記穴部の側面に接着剤で固定されている、
    請求項１７に記載の磁気検出システム。
19. 前記磁石によって前記磁気センサに印加される磁束密度は、４００ｍＴ以上である、
    請求項１７に記載の磁気検出システム。
20. 前記被検出ユニットは、前記磁気検出ユニット側に前記相対移動方向に沿って交互に配列された凹部および凸部を有する、
    請求項１７に記載の磁気検出システム。
21. 前記被検出ユニットは歯車である、
    請求項２０に記載の磁気検出システム。
22. 前記穴部は、前記反対側から見た場合に、前記磁石の外形を成す角形状の輪郭と相補的な角形状の輪郭を有し、
    前記反対側から見た場合に、前記穴部の前記角形状の輪郭における複数の角部のうちの少なくとも１つは、前記穴部の前記角形状の主たる輪郭よりも外側に向かって凹んでいる、
    請求項１７に記載の磁気検出システム。
23. 前記基板は、第１基板と、前記被検出ユニットに対向する側から前記第１基板に貼り合わされた第２基板とを含み、
    前記穴部は、前記第１基板に形成された第１貫通孔であり、
    前記係止部は、前記第２基板における前記第１貫通孔を塞ぐ領域を含み、
    前記第１基板および前記第２基板は、接着剤で互いに接着されており、
    前記第１貫通孔の周囲には、前記第１基板および前記第２基板の間からはみ出る前記接着剤を受け入れる受け部が形成されている、
    請求項１７に記載の磁気検出システム。
24. 前記基板は、第１基板と、前記被検出ユニットに対向する側から前記第１基板に貼り合わされた第２基板とを含み、
    前記穴部は、前記第１基板に形成された第１貫通孔であり、
    前記係止部は、前記第２基板における前記第１貫通孔を塞ぐ領域を含み、
    前記第１基板および前記第２基板は、接着剤で互いに接着されており、
    前記反対側から見た場合に、前記第１基板および前記第２基板の間から前記第１貫通孔の内側に向かう前記接着剤のはみ出し範囲は、前記第１貫通孔の輪郭から０．２ｍｍ以内である、
    請求項１７に記載の磁気検出システム。
25. 一方の主面側から磁石が挿入される穴部と、前記穴部に挿入された前記磁石を他方の主面側から係止して前記他方の主面側へと突出するのを抑止するための係止部とを有する基板に対して、前記基板の前記他方の主面における前記穴部に対応する位置に磁気センサを実装することと、
    前記基板の前記他方の主面側において、前記磁気センサに強磁性体または他の磁石を接近または接触させた状態で、前記穴部に前記磁石を挿入することにより、前記磁石の磁極の作用面を前記磁気センサに対して平行にすることと、
    前記磁石の前記作用面を除く面の少なくとも一部と、前記穴部の側面との間に接着剤を注入して硬化させることにより、前記磁石を前記穴部の前記側面に固定することと
    を備える磁気検出ユニットの製造方法。

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