JPH0210181A - 磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば、鉄板等の磁性材料からなる被検出体
表面の傷や異物付着等の異常を磁気変化によって検出す
る磁気センサ装置に関するものである。

〔従来の技術］ 磁気センサはカード上に形成される磁性コードの読み取
り装置として、あるいはパルス発生器等として広く利用
されているが、まだ、鉄板等の幅の広い磁性材料表面の
傷や異物を走査検出する専用の装置としては開発されて
いない。

〔発明が解決しようとする課題〕

磁気センサは第１２図に示すようにマグネット１の磁極
面に一対の磁気抵抗素子２ａ、２ｂを配設してなるもの
が一般的である。この磁気センサの等価回路は第１３図
のように表され、磁気抵抗素子２ａの抵抗をＭｌ、同２
ｂの抵抗をＭ　２１入力端子をＶ　ＣＣ＋　出力電圧を
■。、とすれば、ｖ、、ｔ　＝　（Ｍ２／（Ｍ、＋Ｍ２
））　Ｖｃｃ−Ｎ）のように表される。

したがって、例えば、第１４図に示すように、磁気抵抗
素子２ａ、２ｂの表面側を傷３や異物が付いている鉄板
４を矢印の方向に移動した場合を考えると、まず、第１
４図（ａ）の状態では再磁気抵抗素子２ａ、２ｂは傷３
のない面と対向しているから、画素子２ａ、２ｂにはマ
グネット１からの磁界が等しく垂直に当たる結果、抵抗
は等しくＭ１＝Ｍ２となり、したがって磁気センサから
の出力電圧は■。ｕＬ＝■ｃｃ／２となる。次に、第１
４図（ｂ）に示すように、傷−３が磁気抵抗素子２ａに
対向した位置になると、素子２ｂにはマグネット１の磁
界が垂直に当たるが、素子２ａには磁界が斜めに当たる
から、素子２ａの抵抗Ｍ、が素子２ｂの抵抗Ｍ２よりも
小さくなり、出力電圧■。。

は第１５図のＡの如く低下する。次に第１４図（ｃ）に
示すように、傷３が画素子２ａ、２ｂの中間に来ると、
画素子２ａ、’２ｂは再び鉄板４の平坦面に対向するの
でＭ、＝Ｍ、となり、出力電圧■。ｕｔは第１５図のＢ
に示すように■ｃｃ／２となる。そして、第１４図（ｄ
）に示すように、傷３が素子２ｂに対向すると、Ｍ、＞
Ｍ２となり、出力電圧■。６゜は第１５図のＣに示すよ
うに増加する。また、鉄板４に傷３がない平坦面の場合
は、出力電圧Ｖ。ｕＬは第１６図に示すように、■。ｕ
Ｌ　−Ｖｃｃ／２の一定出力波形となる。

このように、磁気抵抗素子２ａ、２ｂに対向させて被検
出体としての鉄板４を走査移動するか、又は、鉄板４に
対して磁気センサ側を走査移動することにより、第１５
図、第１６図に示すような出力波形が得られ、鉄板表面
の傷３を検出できることになる。この場合、傷３が浅い
ときは出力電圧■ｏｕＬの波形のＢの部分が破線で示す
ように変化する。このように傷３の形態に応じて様々な
出力電圧波形が得られることとなり、したがって、この
出力波形を解析することにより、傷３の大きさ、深さ、
形状、位置、を求めることができ、さらに、鉄板４に付
着している異物の大きさ、形状等も同様に求めることが
できることとなる。

しかしながら、この種の磁気センサを用いて鉄板等の傷
３や異物を全表面に亘って検出する場合には磁気センサ
Ｅの検出幅が極めて狭いため、例えば、第１７図に示す
ように幅広の鉄板４を幅方向に複数の走査領域５ａ、５
ｂ、・・・、５ｎに分け、磁気センサＥ又は鉄板４のい
ずれか一方を移動して磁気センサＥを走査領域５ａから
５０まで次々に走査して行かなければならないという面
倒がある。また、このように各走査領域５８〜５ｎを繰
り返し走査して鉄板４の表面を検査する方式では各領域
５ａ〜５ｎで検出される傷３ａ〜３ｇの検出情報が時間
的にばらばらに得られるものであるため、その検出情報
を解析して傷３等の位置や大きさ、形状を求めるのが非
常に面倒になるという問題が生じる。

本発明は磁気センサを鉄板等の表面検査用の装置として
適用する場合に生じる上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、１回の走査で検出できる検
出幅の拡大を図り、被検出体の全表面に存在する傷や異
物の情報を例えば、−回の走査で正確に検出することが
できる磁気センサ装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため、次のように構成され
ている。すなわち、本発明は、磁性材料からなる被検出
体の表面を走査して磁界の変化に基づき異常を検出する
磁気センサ装置であって、磁気検出素子が走査方向と直
交する方向に所定のピンチ間隔で配列されてなる複数の
半導体チ・ノブエレメントと、走査方向と直交する方向
を長手方向とするエレメント収容部を備えてなる台座と
を有し、前記複数の半導体チップエレメントは互いに走
査方向に位置をずらしてエレメント収容部の長手方向に
沿って配設されるとともに、前記各半導体チップエレメ
ントの隣り合う端部側に配列されている１個以上の磁気
検出素子同志は走査方向に位置をだぶらせて配設されて
いることを特徴として構成されている。

〔作用〕 上記本発明において、例えば、台座のエレメント収容部
の長さを被検出体の幅寸法にほぼ等しく形成し、このエ
レメント収容部の長さ方向の全長にかけて半導体チップ
エレメントを配設すれば、磁気検出素子は被検出体の幅
方向の全域に亘って所定のピッチ間隔で対向することに
なる。

この状態で磁気センサ装置又は被検出体のいずれか一方
を走査方向（被検出体の長さ方向）に１回走査すれば、
被検出体の全表面における傷等の正確な情報が各磁気検
出素子からの検出信号によって一括して得られることに
なる。

〔実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
１図には本発明に係る磁気センサ装置の一実施例が平面
図で示されている。同図において、台座６は非磁性金属
、合成樹脂、ベークライト等の非磁性材料（本実施例で
はベークライト）からなり、第２図に示すように、この
台座６の中央部にはエレメント収容部としての長溝孔７
が中心線に沿って長手方向にあけられており、さらに、
この長溝孔７の両側には内壁８ａ、８ｂを介してスリッ
ト孔１０ａ、１０ｂが長溝孔７に平行にあけられている
。そして、前記内壁８ａ、８ｂの頂面は段差ｔを設けて
端縁壁１１の頂面よりも低くなっている。なお、このし
は後述のフレキシブル配線基板２１ａ、２１ｂの厚みよ
りは多少大きくなっている。

前記、長溝孔７には長形のマグネッＩ・１２が嵌合固定
され、さらに、このマグネット１２の磁極面には第３図
に示すように、複数の半導体チップエレメント１３がマ
グネット１２の長手方向に並べて配設される。第４図に
はこの半導体チップエレメント１３の詳細画が示されて
いる。この半導体チップニレメン目３はウェハ１４の表
面に磁気検出素子１５と、同素子１５を接続する導体パ
ターンとを印刷形成したものであり、磁気検出素子１５
は一対の磁気抵抗素子２ａ、２ｂを走査方向（図ではＸ
方向）に中心線を一致させて配列し、その画素子２ａ、
２ｂを導体部１６により直列接続することによって構成
されている。そして、この磁気検出素子１５はウェハ１
４の長手方向（図ではＸ方向）に所定のピンチ間隔Ｐ（
本実施例では０．２０の等ピンチ間隔）で複数（本実施
例では１０１個）配列されている。

一方、ウェハ１４の長手方向の両側にはＧＮＤ端子パタ
ーン１７と入力端子パターン１８が導体によって形成さ
れ、ＧＮＤ端子パターン１７は各磁気検出素子１５ａ〜
１５ｎの一端側端子（磁気抵抗素子２ａの端子）と接続
されており、入力端子パターン１８は各磁気検出素子１
５ａ　＝１５ｎの他端側端子（磁気抵抗素子２ｂの端子
）と接続されている。換言すれば、各磁気検出素子１５
ａ〜１５ｎは第８図の結線図に示すように、ＧＮＤ端子
パターン１７と入力端子パターン１８とによって並列接
続状態となっている。また、各磁気検出素子１５ａ〜１
５ｎを構成する一対の磁気抵抗素子２ａ、２ｂの接続用
の導体部１６からは導体の各出力端子パターン２ｏがＸ
方向に伸張されており、その先端部は接続端子部２０ａ
となっている。この各接続端子部２０ａはＸ方向に等間
隔ピッチ（本実施例では０．２　ｍｎの等間隔ピッチ）
で配列される。そして、このウェハ１４の表面は第５図
に示すように、前記接続端子部２０ａを残して絶縁材１
９によって被覆されている。

このように絶縁被覆された複数の半導体チップエレメン
ト１３ａ、　１３ｂ、　１３ｃ、　１３ｄは前記台座６
に挿入固定されている長尺マグネット１２の磁極面に第
３図に示す如く配設される。この場合、第９図に示すよ
うに、長尺マグネット１２にほぼ等しい長さの半導体チ
ップエレメント１３を用意し、これを磁極面に配設すれ
ば、第３図に示すように、複数のニレメンＨ３ａ〜１３
ｄを位置合わせして配設するよりは、その配設作業は容
易となる。しかし、周知のように、ウェハ１４は成分純
度が極めて高く、このような純度の高いウェハ１４を長
尺に亘って製作することは製造技術上極めて困難であり
、現在の製造技術では１インチ程度の長さが限度である
。

そこで、幅広の鉄板４等の被検出体を検査する場合は、
その鉄板４と同幅のマグネット１２が用意され、そのマ
グネッ目２の磁極面にほぼ１インチの長さの複数の半導
体チップエレメント１３ａ　＝１３ｄが並べて配設され
ることになる。この半導体チンプエレメン目３ａ〜１３
ｄの配設態様としては、第１０図に示すように、各エレ
メント１３ａ〜１３ｎをＸ方向に位置をずらさずにＸ方
向に縦列させることも考えられる。しかし、このように
すると、隣り同志の半導体チップエレメント１３８〜１
３ｎの磁気検出素子１５ｎ、１５ａを所定のピッチ間隔
に正しく位置合わせするのが難しく、その上、ピンチ間
隔が本実施例のように０．２　ｍｍと非常に小さい場合
は隣り合わせの各エレメント１３ａ〜１３ｄの端部同志
が重ならないように各エレメント１３８〜１３ｄの端部
を磁気検出素子１５ｎ、　１５ａの近接位置で切断しな
ければならず、その切断作業は非常に面倒なものとなる
。

本実施例はこのような面倒を回避する観点から、各半導
体チップエレメント１３ａ〜１３ｄをＸ方向（走査方向
）に位置をずらして配設し、しかも、各エレメント１３
ａ〜１３ｄの隣り合う端部の磁気検出素子同志の少なく
とも１個は走査方向に中心線が一致するように位置合わ
せしている。すなわち、第３図で、エレメント１３ａの
終端部の数個の磁気検出素子Ｚはニレメン目３ｂの始端
部の数個の対応する磁気検出素子Ａに対し走査方向に位
置をだぶらせて配設されており、同様に、エレメント１
３ｂの終端側の磁気検出素子Ｚはエレメント１３ｃの始
端側の磁気検出素子Ａに、エレメント１３ｃの終端側の
磁気検出素子Ｚはニレメンｌ−１３ｄの始端側の磁気検
出素子ＡにそれぞれＸ方向に位置をだぶらせて配設され
ている。このように各エレメント端部の磁気検出素子１
５を走査方向にだぶらせて位置合わせすれば、第１０図
に示すように各エレメント端部の磁気検出素子１５ｎ、
１５ａを所定ピッチ間隔に位置合わせするよりは容易で
あり、しかも、各対の磁気抵抗素子２ａ、２ｂを走査方
向に平行に正しく位置合わせできる　（各エレメントが
傾いたりしないで配設できる）こととなり、作業性の改
善と検出精度の向上を図ることができる。

ところで、本実施例では、第６図に示すように、前記台
座６の底面側からはフレキシブル配線基板２Ｌａ、２１
ｂがスリット孔１０ａ、　１０ｂを通して挿入され、そ
の挿入先端部は内壁８ａ、８ｂの頂面に載置状態で固定
されている。このフレキシブル配線基板２１ａ、２１ｂ
は内部にＧＮＤ配線パターンと、入力配線パターンと、
前記半導体チップエレメント１３ａ〜１３ｄの出力端子
パターン２０と同一ピンチの複数の出力配線パターンと
が形成されており、ＧＮＤ配線パターンは各エレメント
１３ａ〜１３ｄのＧＮＤ端子パターン１７に、入力配線
パターンはエレメント１３８〜１３ｄの入力端子パター
ン１８にそれぞれ接続されている。そして、フレキシブ
ル配線基板２Ｉａ側の出力配線パターンはボンディング
によってエレメント１３ａ、　１３ｃの出力端子パター
ンの接続端子部２０ａに接続され、同様に、配線基板２
１ｂ側の出力配線パターンはニレメン）１３ｂ、１３ｄ
側の出力端子パターンの接続端子部２０ａに接続されて
いる。また、フレキシブル配線基板２Ｌａ、２１ｂの他
端側にはコネクタ２２が接続され、このコネクタ２２を
介して入力端子パターン１８に入力電圧Ｖ　ｃｃが印加
されるとともに各磁気検出素子１５ａ〜１５ｎからの信
号の取り出しが行われている。

また、前記台座６の頂面側には耐摩耗性に優れた非磁性
材料からなるカバー２３、本実施例ではタングステン製
のカバー２３が半導体チップエレメント１３と一定の間
隙２４を形成して被せられている。

この間隙２４を形成しない場合には、被検出体の鉄板４
からカバー２３側に押圧力が加わると、カバー２３が撓
んで半導体チンプエレメン目３に圧力をおよぼし、磁気
抵抗素子２ａ、２ｂからピエゾ電圧が発生する。このピ
エゾ電圧はノイズとして作用し、磁気検出素子１５の信
頼性を害することになる。

本実施例はこのような弊害を避けるため、次の工夫をし
て適切な間隙２４を形成している。第７図にはこの間隙
２４を形成するためのマグネット１２の組み込み方法が
示されている。このマグネット１２の台座６への組み込
みに際しては、定盤２５の上に台座６を逆さにして（台
座６の頂面を定盤２５に当接して）載置するとともに、
内壁８ａ、８ｂの頂面と定盤２５との間にはスペーサ２
６を介設する。このスペーサ２６の板厚は半導体チップ
エレメント１３の厚さも、と、このエレメント１３とカ
バー２３との間に形成する適切な間隙Ｌ９との和１．＋
１．と等しい寸法に形成する。このように、スペーサ２
６を介設した状態で、マグネッ目２を台座６の底面側か
ら長溝孔７に挿入し、同マグネット１２の先端面がスペ
ーサ２６に当接するまで嵌め込み、この状態でマグネッ
ト１２の基端側（底面側）を台座６の内壁８ａ、８ｂに
接着する。この状態で、マグネット１２の上面（磁極面
）にニレメン）　１３ａ〜Ｌ３ｄを接着し、さらに、台
座６にカバー２３を被せれば、各エレメント１３ａ−Ｌ
３ｄとカバー２３との間に適切なｔ９の間隙２４が形成
されることになる。

上記のようにして構成された磁気センサ装置を用いて鉄
板４の表面を検査する場合は、第１１図に示すように、
鉄板４に対して磁気センサ装Ｗ２７のｘ、Ｙ方向の基準
位置が先ず定められる。この位置決め状態で磁気センサ
装置２７又は鉄板４のいずれか一方を走査方向（Ｘ方向
）に１回移動すれば、鉄板表面の傷３ａ〜３ｇや異物の
情報が各エレメント１３ａ〜１３ｄの磁気検出素子１５
ａ〜１５ｎによって検出され、この各エレメント１３８
〜１３ｄの各素子１５ａ〜１５ｎからの第・１５図に示
すような検出波形を解析することにより、鉄板表面の傷
３ａ〜３ｇや異物の大きさ、形状、位置が直ちに求めら
れることになる。

上記本実施例によれば、磁気検出素子１５ａ〜１５ｎを
半導体チップエレメント１３内に焼付は印刷によって形
成し、この磁気検出素子１５ａ〜１５ｎからの出力信号
をフレキシブル配線基板２１ａ、２１ｂによって取り出
すように構成したから、磁気検出素子１５ａ〜１５ｎと
端末部との微小ピッチ配列が共に可能となり、これに伴
い装置２７の検出精度を高め、かつ、端末部の実装密度
の効率化を図ることができる。

また、フレキシブル配線基１２１ａ、２１ｂを台座６の
底面側から長溝孔７に挿入し、内壁８ａ、８ｂの頂面に
固定するようにしており、同フレキシブル配線基板２１
ａ、２１ｂが台座６の上側に引き廻されることはないか
ら、各磁気検出素子１５ａ〜１５ｎと基板２１ａ、２１
ｂとのポンディング接続やカバー２３の取り付けに際し
、フレキシブル配線基板２１ａ、２１ｂが邪魔になると
いうことがな（、これらカバー取り付は等の作業の効率
化を図ることができる。

さらに、各半導体チップエレメント１３ａ〜１３ｄとカ
バー２３との間には適切な間隙２４が形成されるから、
装置使用中にカバー２３が被検出体に押されてたとえ撓
んでも、半導体チップニレメンｌ−１３ａ〜１３ｄに接
触してピエゾ電圧を発生させることばなく、これにより
、検出データの信顧性を十分に高めることができる。

さらに、上記実施例では半導体チップニレメン目３８〜
１３ｄの表面は出力端子パターン２０の接続端子部２０
ａを残して絶縁被覆されているから、この接続端子部２
０ａとフレキシブル配線基板２１ａ、　２１ｂの端末部
とのポンディング接続リードをこの絶縁被覆材を介して
各端子パターン１７．１８と交差配線することが可能と
なり、配線の集積効率は大幅に高められることとなる。

なお、本発明は上記実施例に限定されることはなく、様
々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施例では、
磁気検出素子１５を一対の磁気抵抗素子２ａ、２ｂによ
って構成したが、ホール素子を用いて磁気検出素子１５
を構成することもできる。

この場合はマグネット１２を省略しくしたがって長溝孔
７も省略できる）、ホール素子を印刷形成した半導体チ
ップエレメント１３を内壁８ａ、８ｂの頂面に固定する
ことになる。そして、この場合は被検出体の検査に際し
、該被検出体側に、例えば、コイルを巻いてバイアス磁
界をかけることになる。これに対し、本実施例のように
、磁気検出素子１５を磁気抵抗素子２ａ、２ｂによって
形成し、この素子２ａ、２ｂが印刷形成されている半導
体チップエレメント１３ａ　＝１３ｄをマグネット１２
の磁極面に配設すれば、このマグネット１２が磁気抵抗
素子２ａ、２ｂにバイアス磁界を与えることとなり、被
検出体側にバイアス磁界を加える必要はないので、取扱
い上非常に便利となる。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように、磁気検出素子が所定のピ
ッチ間隔で配列されてなる複数の半導体チップエレメン
トをエレメント収容部に沿うて、すなわち、走査方向と
直交する方向に配列してなるから、１回の走査で検出で
きる検出幅を十分に大きくすることができ、例えば、こ
の半導体チップエレメントを被検出体の幅と等しい長さ
に亘って配列すれば、幅が数メートルにもおよぶ大きな
被検出体であっても、１回の走査をするだけでその被検
出体の全表面の傷や異物の付着を検出することが可能と
なり、検査の時間短縮を大幅に図ることができる。

また、エレメント収容部に配列される各半導体チップエ
レメントの端部側の磁気検出素子同志は互いに走査方向
に位置をだぶらせて配置されているから、被検出体の幅
方向に途切れなく磁気検出素子が所定のピッチ間隔で配
置されることとなる。

したがって、被検出体に対して各磁気検出素子の走査位
置が正確に一対一に関係づけられることとなり、被検出
体に対して走査起点の基準位置を定め、その基準位置か
ら装置を走査すれば、１回の走査で被検出体表面の傷や
異物の、大きさ、形状、位置等の正確な情報を直ちに得
ることができる。

さらに、磁気検出素子は半導体チップエレメントに形成
されるものであるから、パターン印刷により磁気検出素
子を微小ピッチ間隔で配列できることとなり、これによ
り、装置の検出精度を十分に高めることができる。しか
も、各磁気検出素子の配線パターンも半導体チップエレ
メント上に同時印刷され得るから、各磁気検出素子の結
線がパターンの印刷工程で完了しており、したがって、
各磁気検出素子の端末接続処理は非常に簡易化されるこ
とになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す磁気センサ装置の平面
外観図、第２図＜ａ＞ば本実施例装置を構成する台座の
平面図、第２図（ｂ）は同台座の側面図、第３図は同実
施例における半導体チップエレメントの配置態様を示す
説明図、第４図は半導体チップエレメントのパターン形
態図、第５図は半導体チップエレメントの絶縁被覆状態
を示す説明図、第６図は同実施例装置の組立状態図、第
７図は台座とマグネットの組み立て方法を示す説明図、
第８図は磁気検出素子の結線図、第９図および第１０図
は半導体チップエレメントの他の配置例を示す説明図、
第１１図は本実施例装置の走査例を示す説明図、第１２
図は磁気センサの構成図、第１３図は磁気センサの等価
回路図、第１４図は磁気センサを用いた鉄板表面の傷検
出例を示す説明図、第１５図は磁気センサによる傷検出
の出力波形図、２　〇− 第１６図は傷がない状態における磁気センサの出力波形
図、第１７図は磁気センサを用いた幅広鉄板表面の走査
例を示す説明図である。 １・・・マグネット、２ａ、２ｂ・・・磁気抵抗素子、
３．３ａ〜３ｇ・・・傷、４・・・鉄板、５ａ〜５ｎ・
・・走査領域、６・・・台座、７・・・長溝孔、８ａ、
８ｂ・・・内壁、ｌＯａ、　１０ｂ・・・スリット孔、
１１・・・端縁壁、１２・・・マグネット、１３・・・
半導体チップエレメント、１４・・・ウェハ、１５・・
・磁気検出素子、１６・・・導体部、１７・・・ＧＮＤ
端子パターン、１８・・・入力端子パターン、１９・・
・絶縁材、２０・・・出力端子パターン、２０ａ・・・
接続端子部、２１ａ、２１ｂ・・・フレキシブル配線基
板、２２・・・コネクタ、２３・・・カバー、２４・・
・間隙、２５・・・定盤、２６・・・スペーサ、２７・
・・磁気センサ装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁性材料からなる被検出体の表面を走査して磁界の変化
   に基づき異常を検出する磁気センサ装置であって、磁気
   検出素子が走査方向と直交する方向に所定のピッチ間隔
   で配列されてなる複数の半導体チップエレメントと、走
   査方向と直交する方向を長手方向とするエレメント収容
   部を備えてなる台座とを有し、前記複数の半導体チップ
   エレメントは互いに走査方向に位置をずらしてエレメン
   ト収容部の長手方向に沿って配設されるとともに、前記
   各半導体チップエレメントの隣り合う端部側に配列され
   ている１個以上の磁気検出素子同志は走査方向に位置を
   だぶらせて配設されている磁気センサ装置。