JPH07324933A

JPH07324933A - 地磁気方位センサ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH07324933A
Application number: JP6117884A
Authority: JP
Inventors: Toshio Aizawa; 俊雄相澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】実用的な感度及び高い方位精度を有し、構造
が簡素であってしかも小型化、低価格化を可能とする。【構成】センサ基板１上において、フェライトからな
る４つの強磁性体コアＫ ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄を、９０
゜間隔で所定幅ｇのギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄を
形成するように正方形状に組み合わされて成膜形成し、
各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄内にそれぞれＭＲセ
ンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄を成膜形成して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気抵抗効果素子を用
いた地磁気方位センサに関するものであり、特に強磁性
体コアと組み合わせて高感度化を図った新規な地磁気方
位センサ及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、カラー陰極線管では、電子銃か
ら出射された電子ビームの軌道が、地磁気により曲げら
れ、蛍光面上でのビーム到達位置（ランディング）が変
化することがある。特に高精細度陰極線管においては、
ランディング余裕度が小さいために、前記ランディング
の変化（位置ずれ）が色純度の劣化等の問題を引き起こ
す。

【０００３】これを補正するために、通常、ランディン
グ補正コイルが陰極線管に取り付けられており、このラ
ンディング補正コイルに地磁気の方位に応じて自動的に
ランディング補正に必要な最適電流を流すことにより、
電子ビームの軌道を制御してミスランディングを防止す
るようにしている。

【０００４】したがって、前記ランディング補正に際し
ては、地磁気の方位を正確に検出する必要があり、いわ
ゆる地磁気方位センサが使用されている。あるいは、従
来から用いられてきた磁石式の方位計（磁気コンパス）
の代替として、携帯型の方位計としても地磁気方位セン
サが使用されている。

【０００５】上述のように、地磁気方位センサは、様々
な用途に使用されるが、その代表的な構造としては、い
わゆるフラックスゲート型のものと、磁気抵抗効果型
（ＭＲ型）のものが知られている。

【０００６】前者は、図１３に示すように、パーマロイ
コア１０１に電気信号出力用コイル１０２と励磁用コイ
ル１０３を巻回してなるもので、地磁気を前記パーマロ
イコアで集束し、これを電気信号出力用コイル１０２に
伝えるような構造とされている。

【０００７】そして、このフラックスゲート型の地磁気
方位センサでは、励磁コイル１０３により交流バイアス
磁界Ｈ_Bをパーマロイコア１０１中に発生させ、バイア
ス磁界が反転したときに発生するパルス状の電圧を信号
として検出する。このパルス状電圧の電圧値は、地磁気
の方位によって変化するので、地磁気センサとして利用
することができる。

【０００８】しかしながら、このフラックスゲート型の
地磁気方位センサは、コイルにより地磁気を電気信号に
変換するため、感度を上げるためには電気信号出力用コ
イル１０２の巻き数を多くしたり、集束効果を高めるた
めにパーマロイコア１０１の形状を大きくする必要があ
る。したがって、小型化や低価格化は難しい。

【０００９】一方、後者（ＭＲ型）は、図１４に示すよ
うに、磁気抵抗効果素子（ＭＲセンサチップ）１１１を
形成したＭＲセンサチップ１１０を空心コイル１１２の
中に入れ、これらＭＲセンサチップ１１０に対して４５
゜方向の交流バイアス磁界Ｈ _Bを印加してなるものであ
る。等価回路を図１５に示す。地磁気方位センサとして
使用する場合には、図１４に示す構造のものを空心コイ
ルの巻回方向が直交するするように１組使用する。

【００１０】このＭＲ型の地磁気方位センサは、ＭＲセ
ンサを使用しているため、フラックスゲート型の地磁気
方位センサに比べて感度が高いが、ＭＲセンサチップ１
１０のみで地磁気を感知しているため、０．３ガウス程
度の地磁気の方位を検出するには不十分である。

【００１１】また、このＭＲ型の地磁気方位センサで
は、ＭＲセンサチップ１１０に対して４５゜方向のバイ
アス磁界Ｈ_Bを加えていること、感度向上のためにＭＲ
カーブを無理に急峻なものとしていることから、ＭＲ特
性にヒステリシスを持っており、これを解消するために
信号処理用回路が複雑なものとなったり、方位精度が±
１０゜と悪い等の不都合を有する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来知
られる地磁気方位センサでは、感度の点で不満を残して
おり、また小型化、低価格化も難しい。そこで本発明
は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたもので、実用
的な感度を有し、しかも小型且つ簡素な形状をなし、組
み立てが容易な地磁気方位センサ及びその製造方法を提
供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の地磁気方位セン
サは、地磁気を強磁性体コアで集束することにより大き
な磁束密度に変換し、これをコア間のギャップ内に成膜
したＭＲ素子で検出するものである。

【００１４】すなわち、本発明の地磁気方位センサは、
センサ基板と、所定のギャップをもって周方向に配され
てなる地磁気を集束する複数の強磁性体コアと、上記ギ
ャップにおける磁界方向に対して略直交するようにこれ
らギャップ内に配されてなるＭＲセンサとを有し、強磁
性体コア及びＭＲセンサがそれぞれ前記センサ基板上に
成膜形成されてなることを特徴とするものである。

【００１５】このとき、各強磁性体コアは真空成膜法或
はスクリーン印刷法によりセンサ基板上に成膜形成する
ものとする。

【００１６】上記真空成膜法の場合、具体的な成膜法と
しては、膜厚の精度等に対する要請から蒸着法或はスパ
ッタ法を用いることが好ましい。

【００１７】本発明の地磁気方位センサにおいては、Ｍ
Ｒセンサ（以下、ＭＲセンサと称する。）は、互いに直
交するＸ軸方向とＹ軸方向での出力を得るため、最低で
も２箇所に互いに直交するように配置する。好ましく
は、等角度間隔（９０゜間隔）で４つのＭＲセンサを配
置する。

【００１８】一方、強磁性体コアは、前記ＭＲセンサの
配置に応じて等角度間隔（例えば９０゜間隔）でギャッ
プを有し、且つ閉磁路を構成するように、周方向に配列
する。このとき、強磁性体コアの配列状態は、９０゜回
転させても対称となる構造とすることが好ましく、具体
的には、円環状、あるいは正方形状に配列する。

【００１９】上記強磁性体コアには、パーマロイ、セン
ダスト、強磁性材を含有したインク等、高透磁率、高飽
和磁束密度を有する軟磁性材（いわゆるソフト材）を用
い、バイアス磁界の印加と地磁気の集束に利用する。

【００２０】したがって、上記強磁性体コアには、励磁
用コイルを巻回し、それに電流Ｉ_Bを流すことによって
バイアス磁界Ｈ_Bを発生させ、ＭＲセンサを磁界感度が
高く且つ直線性（リニアリティ）の良いところで使用す
る。なお、バイアス磁界Ｈ_B（電流Ｉ_B）は、交流であ
ってもよいし、直流であってもよい。

【００２１】ただし、電流Ｉ_Bの電流値は、バイアス磁
界Ｈ_Bが強磁性体系部（強磁性体コアによって構成され
る閉磁路）の飽和磁束密度以下で透磁率値の前後までと
し、回転磁化範囲を避けるとともに、強磁性体系部の磁
化量に余裕を持たせ、地磁気の集束にも利用する。

【００２２】ここで具体的には、センサ基板に上記励磁
用コイル用の巻線部を設け、この巻線部に強磁性体コア
を介して巻線を施して上記励磁用コイルを形成する。

【００２３】ＭＲセンサを交流バイアスで使用した場
合、方位信号（低周波数）を交流信号（高周波数）に重
畳した電気信号として取り出すことができるため、ＭＲ
センサにより発生するオフセット及び温度ドリフト等の
ノイズ成分をハイパスフィルタ（ＨＰＦ）等による回路
処理で取り除くことができ、高方位精度を得ることがで
きる。

【００２４】上記地磁気方位センサを作製するに際して
は、先ず第１の工程において、原板に設けられた各セン
サ基板上にＭＲセンサ材料を真空成膜法により成膜し、
フォトリソ技術により、レジスト層を形成し所定のマス
クを介して露光、現像、及びエッチングを施すことで所
定形状にＭＲセンサを形成して、前記レジスト層を除去
することによりＭＲセンサを作製した後、保護膜として
ＳｉＯ₂或はＳｉＯ等を被膜する。次いで第２の工程に
おいて、上記各センサ基板上に強磁性体コア材料を真空
成膜法により成膜し、レジスト層を形成して所定のマス
クを介して露光した後に、現像、及びエッチングを施し
て、ＭＲセンサが各ギャップ内の所定箇所に位置するよ
うに所定形状に各強磁性体コアを形成して、前記レジス
ト層を除去することにより各強磁性体コアを形成するこ
とにより作製する。

【００２５】上記地磁気方位センサを作製する他の方法
としては、先ず第１の工程において、原板に設けられた
各センサ基板上にＭＲセンサ材料を真空成膜法により成
膜し、フォトリソ技術により、レジスト層を形成し、所
定のマスクを介して露光した後、現像、及びエッチング
を施すことで所定形状にＭＲセンサを形成して、前記レ
ジスト層を除去することによりＭＲセンサを作製した
後、保護膜としてＳｉＯ ₂或はＳｉＯ等を被膜する。次
いで第２の工程において、上記各センサ基板上に所定の
印刷スクリーンを用いて強磁性体コア材料を印刷し、Ｍ
Ｒセンサが各ギャップ内の所定箇所に位置するように所
定形状に各強磁性体コアを形成することにより作製す
る。

【００２６】このとき、センサ基板に強磁性体コア及び
ＭＲセンサの位置決めを行うための規制手段を設けこの
規制手段を基準として強磁性体コア及びＭＲセンサを形
成する。具体的な規制手段としては、所定数のセンサ基
板を有するこれらセンサ基板の原板の中央部に設けた孔
部とこの原板の側面に設けた切欠部とがあり、これらを
基準として強磁性体コア及びＭＲセンサの露光を施すこ
とにより、上記原板の外形寸法のばらつきや作業者の設
定のばらつきに影響されることなく強磁性体コア及びＭ
Ｒセンサの位置精度を高度に確保して上記地磁気方位セ
ンサを作製することが可能となる。

【００２７】

【作用】本発明の地磁気方位センサにおいて、強磁性体
コアは、バイアス磁界の磁路を構成するとともに、地磁
気を集束するいわゆる集束ホーンとして機能する。その
結果、互いに直交するＭＲセンサに加わる地磁気の総量
は、それぞれ地磁気とＭＲセンサのなす角度に応じて決
まり、各ＭＲセンサから強磁性体コアにより構成される
閉磁路の中心を通る地磁気線に直角に引いた線に比例す
る。

【００２８】また、上記地磁気方位センサは、各強磁性
体コア及びＭＲセンサがそれぞれセンサ基板上に成膜形
成された構造とされている。すなわち、本発明において
は、強磁性体コアとＭＲセンサとの間に生じがちな隙間
が皆無となり、全体として非常に簡素且つ小型の形状に
構成されている。

【００２９】したがって、強磁性体コアとＭＲセンサと
の相対的な位置精度が向上してＭＲセンサへの正確なバ
イアス磁界の印加が可能となって安定したＭＲ特性を得
ることが可能となり、地磁気が効率的にＭＲセンサへ磁
気信号として供給されて、高出力が得られ、その方位が
高精度に検出される。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００３１】図１及び図２は、本発明を適用した地磁気
方位センサの基本構造の一例を示すものである。この地
磁気方位センサは、センサ基板１上において、４つの強
磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄が、９０゜間隔で所
定幅ｇのギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ ₄を形成するよ
うに正方形状に組み合わされて成膜形成され、各ギャッ
プＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄内にそれぞれＭＲセンサ
Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄が成膜形成され構成されてい
る。

【００３２】上記センサ基板１は、Ａｌ₂Ｏ₃を材料と
するものであり、その四隅にＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ
₃，Ｍ₄及び各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄と外
部電極とを接続するためのＡｇ／Ｐｄよりなる電極４ａ
〜４ｈがそれぞれ設けられており、さらに上記センサ基
板１の中心部及びその両側には、各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ
₂，Ｍ₃，Ｍ₄に所定のバイアス磁界を印加するための
後述する励磁用コイルを強磁性体コアを介して巻線する
ための巻線部として、センサ基板１を貫通する空孔部２
及び３ａ，３ｂが形成され、上記励磁用コイルの巻線端
末の線材を固定するための４つの端子５ａ〜５ｄがそれ
ぞれ設けられている。

【００３３】上記各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄
は、真空成膜法、ここでは蒸着法により成膜され、エッ
チングにより所定の形状に形成されてなるものである。
ここで、各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄上には、
これらを保護するための酸化物よりなる保護膜が数μｍ
厚に形成されている。

【００３４】上記各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ
₄は、パーマロイ等の軟磁気特性を有する強磁性材料か
らなり、各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄と同様
に、蒸着法により成膜されエッチングにより所定の形状
に形成されてなるものである。このとき、各強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄は、各ギャップＧ₁，Ｇ₂，
Ｇ₃，Ｇ₄をもって配され、各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，
Ｍ₃，Ｍ₄がこれらギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄内
の所定位置にそれぞれ位置するように成膜形成されてい
る。

【００３５】各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の
うち、強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂にはそれぞれ励磁用コイ
ルＣ₁，Ｃ₂が設けられ、ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，
Ｇ₄上に配置される各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ
₄に対してバイアス磁界Ｈ_Bを直角に印加するようにな
っている。なお、各ＭＲセンサＭ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ ₈
には、これらの膜面に対して略平行にバイアス磁界Ｈ_B
が印加される。

【００３６】ここで、各励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂は、セ
ンサ基板１に設けられた巻線部である空穴部２及び３
ａ，３ｂに巻回されてなる。すなわち、励磁用コイルＣ
₁は空穴部２と空穴部３ａに強磁性体コアＫ₁を介し
て、励磁用コイルＣ₂は空穴部２と空穴部３ｂに強磁性
体コアＫ₂を介して巻線が施されて形成され、各励磁用
コイルＣ₁，Ｃ₂の巻線の端末の線材はセンサ基板１に
設けられた端子５ａ，５ｂ及び端子５ｃ，５ｄにそれぞ
れ半田付けにより固定されている。そして、各励磁用コ
イルＣ₁，Ｃ₂及び端子５ａ〜５ｄ上にはこれらの保護
のために樹脂６が塗布形成されている。

【００３７】上記ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ
₄は、例えばＸ軸方向検出用の２つのＭＲセンサＭ₁，
Ｍ₃と、これと直交するＹ軸方向検出用の２つのＭＲセ
ンサＭ₂，Ｍ₄に分類される。なお、本実施例において
は、各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄に、温度特性
（中点電位等）補正用のＭＲセンサ（図示は省略す
る。）を接続してもよい。この場合、Ｓ／Ｎ及び方位精
度を向上させるために、温度特性補正用の各ＭＲセンサ
は、ギャップの外（したがって強磁性体コアＫ₁，
Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄上）にＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，
Ｍ₄に対して直交するように、すなわち強磁性体コアＫ
₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄中の磁気信号に対して平行になる
ように配置することが好ましい。

【００３８】上記地磁気方位センサを作製するには、図
３に示すように、Ａｌ₂Ｏ₃を材料とし、その一主面に
図４に示すような所定組の上記電極４ａ〜４ｈとなる電
極部１４が形成された原板１１を用いる。なお、図３に
おいては、上記原板１１の四隅に形成された電極部１４
等のパターンのみが示されている。

【００３９】先ず第１の工程において、各ＭＲセンサＭ
₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄を成膜形成する。すなわち、図５
及び図６（図５中、１センサ基板に該当する箇所の拡大
図）に示すように、フォトリソ技術により、上記原板１
１の上記主面上に各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄
の材料を蒸着して成膜した後、レジスト層を形成する。
そして、所定のガラスマスク（金属マスクでもよい）を
介して露光を施して、現像及びエッチングを施した後
に、上記レジスト層を除去することにより所定形状に各
ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄を形成する。その
後、これらＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄上に酸化
物よりなる保護膜を数μｍ厚に蒸着成膜する。

【００４０】次いで、第２の工程において、強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄を成膜形成する。すなわち、
上記各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄の場合と同様
に、フォトリソ技術により、上記原板１１の上記主面上
に各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の材料である
軟磁気特性を有する強磁性材を蒸着して厚み１０μｍ程
度に成膜した後、レジスト層を形成する。そして、所定
のガラスマスク（金属マスクでもよい）を介して露光を
施して、現像及びエッチングを施した後に、上記レジス
ト層を除去することにより各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ
₃，Ｍ₄が各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄内の所定
箇所に位置するように所定形状に各強磁性体コアＫ₁，
Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄を形成する。その後、これら強磁性体
コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄上に酸化物よりなる保護膜
を数μｍ厚に蒸着成膜する。

【００４１】ここで、上記原板１１には強磁性体コアＫ
₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄及びＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，
Ｍ₃，Ｍ₄の位置決めを行うための規制手段が設けられ
ている。前記規制手段としては、上記原板１１の中央部
に設けた穴部１２とこの原板の側面に設けた切欠部１３
とが設けられており、ＭＲセンサの材料を蒸着した後に
露光を施す際に、これらの規制手段を基準として露光を
行う。このとき、上記原板１１の外形寸法のばらつきや
作業者の設定のばらつきに影響されることなく強磁性体
コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄及びＭＲセンサＭ₁，
Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄の位置精度を高度に確保して上記地磁
気方位センサを作製することが可能となる。

【００４２】その後、各地磁気方位センサを上記原板１
１から各センサ基板１毎に切り出し、各地磁気方位セン
サのセンサ基板１に形成された空穴部２と空穴部３ａに
対して強磁性体コアＫ₁を介して巻線を施すことにより
励磁用コイルＣ₁を形成し、同様に空穴部２と空穴部３
ｂに強磁性体コアＫ₂を介して巻線を施すことにより励
磁用コイルＣ₂を形成する。そして、各励磁用コイルＣ
₁，Ｃ₂の巻線の端末の線材をセンサ基板１に設けられ
た端子５ａ，５ｂ及び端子５ｃ，５ｄにそれぞれ半田付
けにより固定し、各励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂及び端子５
ａ〜５ｄ上にこれらの保護のための樹脂６を塗布し硬化
させることにより、上記各地磁気方位センサが完成す
る。

【００４３】上述の構成を有する地磁気方位センサの等
価回路は、図７に示す通りである。すなわち、Ｘ軸方向
検出用の２つのＭＲセンサＭ₁，Ｍ₃においては、差動
アンプＡ₁よりＸ出力が出力される。同様に、Ｙ軸方向
検出用の２つのＭＲセンサＭ₂，Ｍ₄においては、差動
アンプＡ₂よりＹ出力が出力される。

【００４４】地磁気検出用のＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ
₃，Ｍ₄には、定電位電源Ｖ_CCが接続され、センス電流
Ｉ_Bが供給される。また、Ｘ軸方向検出用のＭＲセンサ
Ｍ₁とＭＲセンサＭ₃には、１８０゜方位の異なるバイ
アス磁界（Ｈ_B及び−Ｈ_B）が印加され、同様にＹ軸方向
検出用のＭＲセンサＭ₂とＭＲセンサＭ₄にも１８０゜
方位の異なるバイアス磁界（Ｈ_B及び−Ｈ_B）が印加され
る。

【００４５】上記構成の地磁気方位センサにおいて、Ｍ
ＲＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄センサは、次のような特徴を
持っている。（１）磁界の強度により抵抗値が変化する。（磁気抵抗
効果）（２）弱い磁界を感知する能力に優れている。（３）抵抗値変化を電気信号として取り出すことができ
る。

【００４６】本発明の地磁気方位センサにおいては、こ
の特徴を利用して地磁気による磁気信号を電気信号に変
換する。図８は、ＭＲセンサのＭＲ特性曲線を示すもの
である。この図８において、横軸はＭＲセンサに垂直に
加わる磁界の強さ、縦軸はＭＲセンサの抵抗値の変化、
あるいは出力電圧変化（ＭＲセンサに直流電流を流した
場合）である。

【００４７】ＭＲセンサの抵抗値は、磁界零で最大とな
り、大きな磁界（ＭＲセンサのパターン形状等にもよる
が１００〜２００ガウス程度）を印加したときに約３％
小さくなる。ＭＲセンサ出力のＳ／Ｎ（出力電圧振幅）
及び歪率向上のためには、図８に示すように、バイアス
磁界Ｈ_Bが必要となる。このバイアス磁界Ｈ_Bは、先に
も述べたように、強磁性体コアにＫ₁，Ｋ₂励磁用コイ
ルＣ₁，Ｃ₂を巻き、これに電流Ｉ_Bを流すことによっ
て与えられる。

【００４８】このとき、Ｘ軸方向検出用のＭＲセンサＭ
₁に印加されるバイアス磁界の方向とＭＲセンサＭ₃に
印加されるバイアス磁界の方向は、互いに１８０゜反転
している。同様に、Ｙ軸方向検出用のＭＲセンサＭ₂に
印加されるバイアス磁界の方向とＭＲセンサＭ₄に印加
されるバイアス磁界の方向も、互いに１８０゜反転して
いる。

【００４９】ここで、地磁気信号Ｈ_Eが入ってくると、
例えばＸ軸方向検出用のＭＲセンサＭ₁及びＭ₃に加わ
る磁界の強さは以下のようになる。ＭＲセンサＭ₁：Ｈ_B＋Ｈ_E ＭＲセンサＭ₃： −Ｈ_B＋Ｈ_E

【００５０】交流バイアス磁界印加とすると、ＭＲセン
サＭ₁に印加される磁界は図８中線Ａで示すように変化
し、この磁界の変化が図８中線Ｂで示すように電圧変化
として出力される。一方、ＭＲセンサＭ₃に印加される
磁界は図８中線Ｃで示すように変化し、この磁界の変化
が図８中線Ｄで示すように電圧変化として出力される。

【００５１】このＭＲセンサＭ₁からの出力（線Ｂ）と
ＭＲセンサＭ₃からの出力（線Ｄ）の出力差Ｌが、差動
信号（Ｘ出力）として取り出される。Ｙ軸方向検出用の
ＭＲセンサＭ₂，Ｍ₄についても同様であり、差動信号
（Ｙ出力）が取り出される。

【００５２】これら差動信号は地磁気Ｈ_Eの方位により
変化し、それぞれＨ_Eｓｉｎθ、Ｈ _Eｃｏｓθに比例す
る。したがって、横軸に方位θをとって出力電位をプロ
ットすると、Ｘ出力及びＹ出力は図９に示すようなもの
となる。したがって、これらＸ出力及びＹ出力から、地
磁気に対する方位θを算出することができる。

【００５３】すなわち、Ｘ出力とＹ出力の比Ｘ／Ｙは、
これら出力がＨ_Eｓｉｎθ、Ｈ_Eｃｏｓθに比例するこ
とから、ｓｉｎθ／ｃｏｓθで表わすことができる。Ｘ／Ｙ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ したがって、 θ＝ｔａｎ^-1（Ｘ／Ｙ）（ただし、０≦θ≦１８０゜のときＸ≧０、１８０゜＜
θ＜３６０゜のときＸ＜０である。）

【００５４】以上によって地磁気Ｈ_Eの方位θを知るこ
とができるが、次に強磁性体コアＫ ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ
₄による地磁気集束原理について説明する。

【００５５】先ず、図１０に、フェライト、パーマロイ
等からなる強磁性体コアＫが地磁気にどのような影響を
与えるのかを模式的に図示した。強磁性体は空気中に比
べて磁気抵抗が小さいため、地磁気が吸い寄せられるよ
うに曲げられ、強磁性体コアＫ中を通って再び外へ出
る。

【００５６】したがって、上記強磁性体コアＫは、地磁
気を集束し、大きな磁束密度に変換する。（実際は、地
磁気は強磁性体コアＫを磁化し、ギャップに大きな磁界
を発生する。）図１１は、円形の強磁性体コアＫを用いた場合に地磁気
がどのように各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄に伝
わるのかを示したものであり、各ＭＲセンサＭ ₁，
Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄に磁気信号として印加される地磁気の
総量は、各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄から強磁
性体コアＫの中心を通る地磁気線Ｈ_EOに垂直に引いた線
の長さに相当する。

【００５７】Ｘ軸方向検出用ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₃に印
加される地磁気の総量：ｒｓｉｎθ Ｙ軸方向検出用ＭＲセンサＭ₂，Ｍ₄に印加される地磁
気の総量：ｒｃｏｓθ したがって、これら地磁気の総量に基づいて出力される
地磁気方位センサ出力（Ｘ出力，Ｙ出力）より、先の計
算式に従って地磁気Ｈ_Eの方位θが算出される。

【００５８】図１２に示すように強磁性体コアＫが正方
形の場合も同様であり、強磁性体コアＫの中心点を回転
中心として９０゜回転させたときに対称となる形状であ
れば、いずれの場合にも同様の出力を得ることができ
る。

【００５９】前述のように、励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂の
コアとして機能する強磁性体コアＫ ₁，Ｋ₂を軟磁性体
（ソフト強磁性体）とし、地磁気の集束ホーンとして使
用すると、空心コイルやマグネットを使用したときに比
べて出力が大きくなり、感度が向上する。

【００６０】さらに、上記地磁気方位センサは、各強磁
性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄及びＭＲセンサＭ₁，
Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄がそれぞれセンサ基板１上に成膜形成
された構造とされている。すなわち、本発明において
は、強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄とＭＲセンサ
Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄との間に生じがちな隙間が皆無
となり、全体として非常に簡素且つ小型の形状に構成さ
れている。

【００６１】したがって、強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ
₃，Ｋ₄とＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄との相対
的な位置精度が向上して各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，
Ｍ₃，Ｍ ₄への正確なバイアス磁界の印加が可能となっ
て安定したＭＲ特性を得ることが可能となり、地磁気が
効率的にＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄へ磁気信号
として供給されて、高出力が得られ、その方位が高精度
に検出される。

【００６２】ここで、上記実施例の変形例について説明
する。この変形例に係る地磁気方位センサは、上記実施
例のそれとほぼ同様の構成を有するものであるが、各強
磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄がスクリーン印刷法
により印刷成膜されたものである点で異なる。なお、こ
の変形例においては、上記実施例と対応する部材等につ
いては同符号を付して説明は省略する。

【００６３】すなわち、上記変形例の地磁気方位センサ
においては、その構成要素である上記各強磁性体コアＫ
₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄が所定の印刷スクリーンにより、
軟磁性粉、例えばフェライト粉を含有するインクを用い
て印刷成膜され形成されている。この場合、強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の成膜精度は、上記印刷スク
リーンの所定パターンにより決定されるので、成膜位置
のばらつきを最小限に抑えることが可能となり、強磁性
体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄とＭＲセンサＭ ₁，
Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄との間に生じがちな隙間が皆無となっ
て、全体として非常に簡素且つ小型の形状に構成され
る。

【００６４】したがって、強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ
₃，Ｋ₄とＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄との相対
的な位置精度が向上して各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，
Ｍ₃，Ｍ ₄への正確なバイアス磁界の印加が可能となっ
て安定したＭＲ特性を得ることが可能となり、地磁気が
効率的にＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄へ磁気信号
として供給されて、高出力が得られ、その方位が高精度
に検出される。

【００６５】以上、本発明を適用した実施例について説
明してきたが、本発明がこれら実施例に限定されるわけ
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で形状、材
質、寸法等、任意に変更することが可能である。

【００６６】

【発明の効果】以上の説明からも明かなように、本発明
によれば、実用的な感度を有し、しかも小型且つ簡素な
形状をなし、組み立てが容易な地磁気方位センサを提供
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した地磁気方位センサの一構成例
を模式的に示す平面図である。

【図２】本発明を適用した地磁気方位センサの一構成例
を模式的に示す側面図である。

【図３】各センサ基板の原板を模式的に示す平面図であ
る。

【図４】図３中、１センサ基板の該当箇所を拡大して示
す平面図である。

【図５】原板上にＭＲセンサが成膜された様子を模式的
に示す平面図である。

【図６】図５中、１センサ基板の該当箇所を拡大して示
す平面図である。

【図７】図１に示す地磁気方位センサの等価回路図であ
る。

【図８】ＭＲセンサのＭＲ特性曲線を示す特性図であ
る。

【図９】出力電圧と方位との関係を示す特性図である。

【図１０】強磁性体コアによる地磁気の集束状態を示す
模式図である。

【図１１】円形コアを用いた場合に各ＭＲセンサのに印
加される地磁気の総量を示す模式図である。

【図１２】正方形コアを用いた場合に各ＭＲセンサのに
印加される地磁気の総量を示す模式図である。

【図１３】従来のフラックスゲート型の地磁気方位セン
サの一例を模式的に示す概略平面図である。

【図１４】従来のＭＲ型の地磁気方位センサの一例を模
式的に示す概略平面図である。

【図１５】図１４に示す地磁気方位センサの等価回路図
である。

【符号の説明】

Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄ ＭＲセンサＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄ 強磁性体コアＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄ ギャップＣ₁，Ｃ₂ 励磁用コイル１センサ基板２，３ａ，３ｂ空穴部４ａ〜４ｈ電極５ａ〜５ｄ端子１１原板１２穴部１３切欠部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センサ基板と、所定のギャップをもって周方向に配されてなる地磁気を
集束する複数の強磁性体コアと、上記ギャップにおける磁界方向に対して略直交するよう
にこれらギャップ内に配されてなる磁気抵抗効果素子と
を有し、強磁性体コア及び磁気抵抗効果素子がそれぞれ前記セン
サ基板上に成膜形成されてなることを特徴とする地磁気
方位センサ。
【請求項２】各強磁性体コアが真空成膜法によりセン
サ基板上に成膜されてなることを特徴とする請求項１記
載の地磁気方位センサ。
【請求項３】真空成膜法が蒸着法であることを特徴と
する請求項２記載の地磁気方位センサ。
【請求項４】各強磁性体コアがスクリーン印刷法によ
りセンサ基板上に印刷成膜されてなることを特徴とする
請求項１記載の地磁気方位センサ。
【請求項５】略直交する少なくとも一対の磁気抵抗効
果素子を有することを特徴とする請求項１記載の地磁気
方位センサ。
【請求項６】強磁性体コアが軟磁気特性を有する強磁
性体よりなることを特徴とする請求項１記載の地磁気方
位センサ。
【請求項７】少なくとも１つの強磁性体コアに励磁用
コイルが設けられ、この励磁用コイルに電流を供給する
ことでギャップ内の磁気抵抗効果素子にバイアス磁界が
印加されることを特徴とする請求項１記載の地磁気方位
センサ。
【請求項８】センサ基板には巻線部が設けられ、この
巻線部に強磁性体コアを介して巻線が施されて励磁用コ
イルが形成されていることを特徴とする請求項７記載の
地磁気方位センサ。
【請求項９】センサ基板上に磁気抵抗効果素子材料を
真空成膜法により成膜し、フォトリソ技術により所定形
状の磁気抵抗効果素子を形成する第１の工程と、上記各センサ基板上に強磁性体コア材料を真空成膜法に
より成膜し、フォトリソ技術により磁気抵抗効果素子が
各ギャップ内の所定箇所に位置するように所定形状の各
強磁性体コアを形成する第２の工程とにより請求項１又
は２記載の地磁気方位センサを作製することを特徴とす
る地磁気方位センサの製造方法。
【請求項１０】センサ基板上に磁気抵抗効果素子材料
を真空成膜法により成膜し、フォトリソ技術により所定
形状の磁気抵抗効果素子を形成する第１の工程と、上記各センサ基板上に所定の印刷スクリーンを用いて強
磁性体コア材料を印刷し、磁気抵抗効果素子が各ギャッ
プ内の所定箇所に位置するように所定形状の各強磁性体
コアを形成する第２の工程とにより請求項１又は４記載
の地磁気方位センサを作製することを特徴とする地磁気
方位センサの製造方法。
【請求項１１】センサ基板に強磁性体コア及び磁気抵
抗効果素子の位置決めを行うための規制手段を設け、こ
の規制手段を基準として強磁性体コア及び磁気抵抗効果
素子を位置決め形成することを特徴とする請求項９又は
１０記載の地磁気方位センサの製造方法。