JP6874782B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサに関する。

ノートＰＣモード及びタブレットＰＣモードの２種のモードで使用可能なコンバーチブル型ＰＣと呼ばれる携帯型情報処理装置が知られている。コンバーチブル型ＰＣは、一般に、タッチスクリーンが配置されるディスプレイ側筐体と、キーボード及びタッチパッドを有する本体側筐体と、それらを回動可能に接続するヒンジとを備える。ディスプレイ側筐体を本体側筐体に対してヒンジにより水平軸に略３６０度回転させることでノートＰＣモードからタブレットモードに切り替えることができる。ノートＰＣモードからタブレットモードに切り替えると、本体側筐体のキーボード及びタッチパッドの配置面が背面に位置し、キーボード及びタッチパッドが外部に露出することになる。そのため、タブレットモードにおいてキーボード及びタッチパッドの誤操作を防止するため、キーボード及びタッチパッドの機能を無効化する必要がある。ノートＰＣモード時にはキーボード及びタッチパッドの機能を有効化し、タブレットモード時にはキーボード及びタッチパッドの機能を無効化するために、ノートＰＣモードとタブレットモードとの切り替わりを正確に検知する必要がある。従来、ディスプレイ側筐体及び本体側筐体の一方に内蔵された磁石と、他方に内蔵された磁気検出素子とを有する磁気センサ（磁気スイッチ）を用いて両モードの切り替わりを検知する方法が採用されている。

ロボットアーム等を有する産業用ロボット等、従来であれば作業者が行っていた作業を当該作業者に代わって行うことのできる各種ロボットの開発が進められ、種々の製品を製造する工場等に導入されている。作業者が長年培った、熟練された技能を学習させた産業用ロボット等の各種ロボットが活用されることで、長期間にわたり、製品の安定的な製造が可能となる。このようなロボットにおいて、作業者の技能を学習させ、当該作業者に代わって作業を行うためには、ロボットアーム等の関節部を軸とした回転動作等を精密に制御することが望ましい。当該関節部の回転動作等を精密に制御するために、従来、当該回転動作に伴う回転角度等を検出することのできる磁気センサが用いられている。

特開２０１８−１０２９９５号公報 特開２００３−５８８７号公報

上記コンバーチブル型ＰＣにおけるノートＰＣモードとタブレットモードとを切り替えるためのヒンジや、回転動作等を行うロボットアームの関節部等、少なくとも１つの軸を中心として回動する機構を有する製品等において、当該機構による回動を精密に検出することができ、かつ高い利便性を有するセンサの新たな提案が求められている。

上記課題に鑑みて、本発明は、少なくとも１つの軸を中心として回動する機構を有する製品等に用いられ得る、当該機構による回動を精密に検出することができ、かつ高い利便性を有する磁気センサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、基材と、前記基材に所定の間隔をあけて設けられてなる複数の磁石と、前記複数の磁石のそれぞれの近傍に設けられてなる複数の磁気検出部とを備え、前記複数の磁石は、所定の平面内における第１方向に沿って並列するように、かつ前記第１方向において隣接する２つの前記磁石の互いの異極を対向させるようにして前記基材に設けられており、前記磁気検出部は、前記第１方向に沿って並列する前記複数の磁石のうちの隣接する２つの前記磁石の対向する前記異極のそれぞれの近傍に設けられており、前記複数の磁気検出部は、それぞれ、前記基材の変形に伴う磁場の変化に応じた信号を出力することを特徴とする磁気センサを提供する。

前記複数の磁石は、複数の第１磁石を含む第１磁石群及び複数の第２磁石を含む第２磁石群を有し、前記第１磁石群に含まれる複数の第１磁石は、前記第１方向に沿って並列し、かつ前記第１方向において隣接する２つの前記第１磁石の互いの異極を対向させるようにして前記基材に設けられており、前記第２磁石群に含まれる複数の第２磁石は、前記第１方向に対して交差する方向である第２方向に沿って磁極を位置させるようにして前記基材に設けられていてもよい。

前記複数の磁石は、複数の第３磁石を含む第３磁石群をさらに有し、前記第３磁石群に含まれる複数の第３磁石は、前記第１方向及び前記第２方向に対して交差する方向である第３方向に沿って磁極を位置させるようにして前記基材に設けられていてもよい。

前記磁気検出部は、磁化方向が固定されてなる磁化固定層を含む磁気検出素子を一又は複数含むことができ、複数の前記磁気検出素子を含む場合には、前記磁気検出部に含まれる一の前記磁気検出素子の前記磁化固定層の前記磁化方向と、他の前記磁気検出素子の前記磁化固定層の磁化方向とは、互いに異なる方向であればよく、実質的に反平行であればよい。

前記隣接する２つの磁石の対向する前記異極のそれぞれの近傍に、複数の前記磁気検出部が設けられていてもよく、前記磁気検出部は、磁化方向が固定されてなる磁化固定層を含む磁気検出素子を含み、前記複数の磁気検出部のうちの一の磁気検出部に含まれる前記磁気検出素子の前記磁化固定層の前記磁化方向と、他の磁気検出部に含まれる前記磁気検出素子の前記磁化固定層の磁化方向とは、互いに交差していればよく、互いに実質的に直交していればよい。
前記磁気検出素子としては、ＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子を用いることができる。

本発明によれば、少なくとも１つの軸を中心として回動する機構を有する製品等に用いられ得る、当該機構による回動を精密に検出することができ、かつ高い利便性を有する磁気センサを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの概略構成を示す平面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの概略構成を示す斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの概略構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る磁気センサが有する回路構成の一態様の概略構成を示す回路図である。 図５は、本発明の一実施形態における磁気検出素子の概略構成を示す斜視図である。 図６Ａは、本発明の一実施形態に係る磁気センサのイニシャル状態（基材が変形していない状態）における磁石間の磁力線と、磁気検出素子との位置関係を概念的に示す側面図である。 図６Ｂは、図６Ａにおける磁石のＮ極と、その近傍の磁気検出素子の位置関係と、当該磁気検出素子の磁化固定層及び磁化自由層の磁化方向との関係を概念的に示す、磁気検出素子側から見た図である。 図６Ｃは、図６Ａにおける磁石のＳ極と、その近傍の磁気検出素子の位置関係と、当該磁気検出素子の磁化固定層及び磁化自由層の磁化方向との関係を概念的に示す、磁気検出素子側から見た図である。 図７Ａは、本発明の一実施形態に係る磁気センサにおいて、基材が変形した状態における磁石間の磁力線と、磁気検出素子との位置関係を概念的に示す側面図である。 図７Ｂは、図７Ａにおける磁石のＮ極と、その近傍の磁気検出素子の位置関係と、当該磁気検出素子の磁化固定層及び磁化自由層の磁化方向との関係を概念的に示す、磁気検出素子側から見た図である。 図７Ｃは、図７Ａにおける磁石のＳ極と、その近傍の磁気検出素子の位置関係と、当該磁気検出素子の磁化固定層及び磁化自由層の磁化方向との関係を概念的に示す、磁気検出素子側から見た図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの他の態様（その１）の概略構成を示す平面図である。 図９は、図８に示す態様の磁気センサが有する回路構成の一態様の概略構成を示す回路図である。 図１０は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの他の態様（その２）の概略構成を示す平面図である。 図１１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの他の態様（その３）の概略構成を示す平面図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る磁気センサの概略構成を示す平面図であり、図２は、本実施形態に係る磁気センサ装置の概略構成を示す斜視図である。

なお、本実施形態に係る磁気センサにおいて、必要に応じ、いくつかの図面中、「Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向」を規定している。ここで、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、本実施形態における基材の第１面及び第２面と実質的に平行な平面内における互いに直交する方向であり、Ｚ軸方向は、基材の厚さ方向（基材の第１面及び第２面に直交する方向）である。

本実施形態に係る磁気センサ１は、第１面２１及びそれに対向する第２面２２を有する基材２と、基材２の第１面２１上に設けられている複数の磁石３及び複数の磁気検出部４と、各磁気検出部４からの出力信号に基づいて物理量を算出する演算処理部５とを備える。

基材２としては、可撓性を有する可撓性基材であって、磁石３及び磁気検出部４を設置可能なものであればよく、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル又はポリエチレン等のポリオレフィン；セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料；紙又は合成紙等の紙材料；ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属箔の表面に絶縁性材料をコーティング又はラミネートしたもの等の複合材料等により構成される基材が挙げられる。これら以外にも、基材２は、可撓性を有する限りにおいて、石英等のガラス基材、ステンレス等の金属基材等であってもよい。

本実施形態に係る磁気センサ１において、基材２は、第１方向（Ｘ軸方向）を長手方向とする長尺方形状を有している（図１〜図２参照）。しかし、当該基材２の形状は特に限定されるものではなく、磁気センサ１の用途等に応じて適宜設定され得るものである。

本実施形態に係る磁気センサ１において、複数の磁石３は、基材２の第１面２１における第１方向（Ｘ軸方向）に磁極を向けて、所定の間隔をあけて並列されている（図１参照）。第１方向（Ｘ軸方向）において隣接する２つの磁石３の対向する磁極は、互いに極性の異なる磁極（Ｎ極及びＳ極）である。本実施形態において、磁石３の形状は、略円柱状であるが、この態様に限定されるものではない。磁石３の形状は、略直方体状等であってもよいし、平面視略長方形のフィルム状やシート状等であってもよい。第１方向（Ｘ軸方向）に並列する各磁石３の間隔や大きさ等は、特に限定されるものではなく、本実施形態に係る磁気センサ１の用途等に応じて適宜設定され得る。図１及び図２に示す態様において、５個の磁石３が第１面２１上に設けられているが、磁石３の数はこれに限定されるものではない。磁石３の数は、磁気センサ１の用途等に応じて適宜設定され得るものであり、少なくとも２個であればよい。

複数の磁気検出部４は、それぞれ、第１方向（Ｘ軸方向）において隣接する２つの磁石３の対向する磁極（一方の磁石３のＮ極及び他方の磁石３のＳ極）の近傍に設けられている。磁気検出部４は、磁石３のＮ極の近傍に位置する第１磁気検出部４１と、磁石３のＳ極の近傍に位置する第２磁気検出部４２とを含む。第１磁気検出部４１及び第２磁気検出部４２は、隣接する２つの磁石３の対向する磁極（Ｎ極及びＳ極）間の磁場（磁束）が印加されることにより、それぞれ第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２を出力する（図４参照）。後述するように、第１磁気検出部４１から出力される第１センサ信号Ｓ１と第２磁気検出部４２から出力される第２センサ信号Ｓ２とに基づいて、基材２の変形（たわみ）方向及び変形（たわみ）量を示すセンサ信号Ｓが出力される。したがって、第１磁気検出部４１及び第２磁気検出部４２は、それぞれ、基材２の変形に伴う印加磁場の変化に対応した適切な第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２を出力可能なように、各磁石３のＮ極及びＳ極の近傍に設けられている。すなわち、第１磁気検出部４１及び第２磁気検出部４２は、それぞれ、印加磁場の変化により基材２の変形（たわみ）方向及び変形（たわみ）量を検知するための第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２を出力可能な位置に設けられている。例えば、第１磁気検出部４１及び第２磁気検出部４２は、それぞれ、各磁石３のＮ極及びＳ極から第１方向（Ｘ軸方向）に沿って０．１〜５．０ｍｍ程度離間して設けられていればよいが、磁石３の大きさや磁場の強さ等に応じて、第１磁気検出部４１及び第２磁気検出部４２と磁石３（Ｎ極又はＳ極）との間隔は適宜設定されればよい。第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２は、差分検出器６を介してセンサ信号Ｓとして演算処理部５に出力される。なお、基材２の厚さにもよるが、２つの磁石３の対向する磁極（Ｎ極及びＳ極）間の磁場が磁気検出部４に印加され得る限りにおいて、磁気検出部４は、磁石３の設けられる面（例えば基材２の第１面２１）と異なる面（例えば基材２の第２面２２）に設けられていてもよい。

磁気検出部４（第１磁気検出部４１及び第２磁気検出部４２）は、第１磁気検出素子部４Ａ及び第２磁気検出素子部４Ｂを有する。磁気検出部４が有する第１磁気検出素子部４Ａ及び第２磁気検出素子部４Ｂは、それぞれ、少なくとも１つの磁気検出素子を含み、複数の磁気検出素子が直列に接続された構成を有していてもよい。本実施形態において、第１磁気検出部４１及び第２磁気検出部４２は、それぞれ、直列に接続された一対の磁気検出素子を含むハーフブリッジ回路を有する。

図４に示すように、第１磁気検出部４１及び第２磁気検出部４２が有するハーフブリッジ回路は、電源ポートＶと、グランドポートＧと、出力ポートＥと、直列に接続された第１磁気検出素子部４Ａ及び第２磁気検出素子部４Ｂとを含む。第１磁気検出素子部４Ａの一端は、電源ポートＶに接続される。第１磁気検出素子部４Ａの他端は、第２磁気検出素子部４Ｂの一端と出力ポートＥとに接続される。第２磁気検出素子部４Ｂの各他端は、グランドポートＧに接続される。電源ポートＶには、所定の大きさの電源電圧（定電流）が印加され、グランドポートＧはグランドに接続される。

本実施形態において、ハーフブリッジ回路に含まれる第１磁気検出素子部４Ａ及び第２磁気検出素子部４Ｂを構成する磁気検出素子として、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子等のＭＲ素子を用いることができ、特にＴＭＲ素子を用いるのが好ましい。

図５に示すように、ＭＲ素子は、複数の下部電極６１と、複数のＭＲ膜７０と、複数の上部電極６２とを有する。複数の下部電極６１は、基板（図示せず）上に設けられている。各下部電極６１は細長い形状を有する。下部電極６１の長手方向に隣接する２つの下部電極６１の間には、間隙が形成されている。下部電極６１の上面における、長手方向の両端近傍にそれぞれＭＲ膜７０が設けられている。ＭＲ膜７０は、平面視略円形状であり、下部電極６１側から順に積層された自由層７１、非磁性層７２、磁化固定層７３及び反強磁性層７４を含む。自由層７１は、下部電極６１に電気的に接続されている。反強磁性層７４は、反強磁性材料により構成され、磁化固定層７３との間で交換結合を生じさせることで、磁化固定層７３の磁化の方向を固定する役割を果たす。複数の上部電極６２は、複数のＭＲ膜７０上に設けられている。各上部電極６２は細長い形状を有し、下部電極６１の長手方向に隣接する２つの下部電極６１上に配置され、隣接する２つのＭＲ膜７０の反強磁性層７４同士を電気的に接続する。なお、ＭＲ膜７０は、上部電極６２側から順に自由層７１、非磁性層７２、磁化固定層７３及び反強磁性層７４が積層されてなる構成を有していてもよい。また、磁化固定層７３を、強磁性層／非磁性中間層／強磁性層の積層フェリ構造とし、両強磁性層を反強磁性的に結合させてなる、いわゆるセルフピン止め型の固定層（Synthetic Ferri Pinned層，ＳＦＰ層）とすることで、反強磁性層７４が省略されていてもよい。

ＴＭＲ素子においては、非磁性層７２はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子においては、非磁性層７２は非磁性導電層である。ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子において、自由層７１の磁化の方向が磁化固定層７３の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°（互いの磁化方向が平行）のときに抵抗値が最小となり、１８０°（互いの磁化方向が反平行）のときに抵抗値が最大となる。

本実施形態において、ＭＲ素子における積層方向（自由層７１から反強磁性層７４に向かう方向）は、基材２の第１面２１に直交し（第１方向（Ｘ軸方向）に平行）、磁化固定層７３の磁化方向（図６Ｂ及び図６Ｃに示される黒塗り矢印）は、第１方向（Ｘ軸方向）に直交する（Ｚ軸方向に平行）。第１磁気検出素子部４Ａにおける磁気検出素子の磁化固定層７３の磁化方向と、第２磁気検出素子部４Ｂにおける磁化検出素子の磁化固定層７３の磁化方向とは、互いに反平行である。イニシャル状態（基材２が変形していない（たわんでいない）状態）における自由層７１の磁化方向（図６Ｂ及び図６Ｃに示される白抜き矢印）は、第２方向（Ｙ軸方向）に実質的に平行である（図６Ｂ及び図６Ｃ参照）。本実施形態において、第１磁気検出部４１は、当該第１磁気検出部４１側からＸ軸方向に沿って見たときに、その近傍に位置する磁石３（Ｎ極）の幾何学的中心Ｃ₃からオフセットされた位置（例えば、Ｙ軸方向にオフセットされた位置）に設けられている（図６Ｂ参照）。第２磁気検出部４２は、当該第２磁気検出部４２側からＸ軸方向に沿って見たときに、その近傍に位置する磁石３（Ｓ極）の幾何学的中心Ｃ₃からオフセットされた位置（例えば、Ｙ軸方向にオフセットされた位置）に設けられている（図６Ｃ参照）。具体的には、第１磁気検出素子部４Ａの中心と第２磁気検出素子部４Ｂの中心とを結ぶ線分上に磁石３の幾何学的中心Ｃ₃が位置していなければよい。第１磁気検出部４１及び第２磁気検出部４２が、それぞれ磁石３の幾何学的中心Ｃ₃からオフセットされた位置に設けられ、かつ磁化固定層７３及び自由層７１の磁化方向が上記方向であることで、基材２の変形（たわみ）方向及び変形（たわみ）量に関する第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２が出力され得る。図６Ａにおける破線は、対向する２つの磁石３，３間の磁力線を表す。第１磁気検出部４１及び第２磁気検出部４２の磁石３の幾何学的中心Ｃ₃からのオフセット量は、磁石３から発生する磁場が第１磁気検出部４１及び第２磁気検出部４２に所望とする傾斜角度で印加され、基材２の変形（たわみ）方向及び変形（たわみ）量に関する第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２が所望の信号強度で出力され得る範囲で適宜設定されればよい。なお、図６Ｂ及び図６Ｃにおいて、第１磁気検出部４１及び第２磁気検出部４２は、第１磁気検出素子部４Ａ及び第２磁気検出素子部４ＢがＺ軸方向に沿って並列し、Ｙ軸方向にオフセットしているが、これに限定されるものではない。例えば、第１磁気検出素子部４Ａの中心と第２磁気検出素子部４Ｂの中心とを結ぶ線分上に磁石３の幾何学的中心Ｃ₃が位置していない限りにおいて、Ｚ軸方向にオフセットしていてもよいし、第１磁気検出素子部４Ａ及び第２磁気検出素子部４ＢがＹ軸方向に沿って並列し、Ｙ軸方向及び／又はＺ軸方向にオフセットしていてもよい。

例えば、基材２の第１面２１が凹状に屈曲するように変形した場合、第１磁気検出部４１においては、第１磁気検出素子部４Ａの自由層７１の磁化方向（図７Ｂに示される白抜き矢印）が、磁化固定層７３の磁化方向（図７Ｂに示される黒塗り矢印）と平行に近付くように変化して抵抗値が小さくなるが、第２磁気検出素子部４Ｂの自由層７１の磁化方向（図７Ｂに示される白抜き矢印）はほぼ変化せずに抵抗値もほぼ変化しない。一方、第２磁気検出部４２においては、第１磁気検出素子部４Ａの自由層７１の磁化方向（図７Ｃに示される白抜き矢印）はほぼ変化せずに抵抗値もほぼ変化しないが、第２磁気検出素子部４Ｂの自由層７１の磁化方向（図７Ｃに示される白抜き矢印）は磁化固定層７３の磁化方向（図７Ｃに示される黒塗り矢印）と反平行に近付くように変化して抵抗値が大きくなる（図７Ｃ参照）。これによる出力ポートＥの電位差の変化としての第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２が出力される。図７Ａにおける破線は、対向する２つの磁石３，３間の磁力線を表す。

基材２の第２面２２が凹状に屈曲するように変形した場合、第１磁気検出部４１においては、第２磁気検出素子部４Ｂの自由層７１の磁化方向が、磁化固定層７３の磁化方向と平行に近付くように変化して抵抗値が小さくなるが、第１磁気検出素子部４Ａの自由層７１の磁化方向はほぼ変化せずに抵抗値もほぼ変化しない。一方、第２磁気検出部４２においては、第２磁気検出素子部４Ｂの自由層７１の磁化方向はほぼ変化せずに抵抗値もほぼ変化しないが、第１磁気検出素子部４Ａの自由層７１の磁化方向は磁化固定層の磁化方向と反平行に近付くように変化して抵抗値が大きくなる。これによる出力ポートＥの電位差の変化としての第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２が出力される。差分検出器６は、出力ポートＥ，Ｅの電位差に対応する信号をセンサ信号Ｓとして演算処理部５のＡ／Ｄ変換部５１（図３参照）に出力する。

演算処理部５は、磁気検出部４から出力されるアナログ信号（センサ信号Ｓ）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換部５１と、Ａ／Ｄ変換部５１によりデジタル変換されたデジタル信号を演算処理する演算部５２とを含む。演算部５２による演算結果として、基材２の変形（たわみ）方向及び変形（たわみ）量に関する信号が出力され得る。

Ａ／Ｄ変換部５１は、磁気検出部４から出力されるセンサ信号Ｓ（基材２の変形（たわみ）方向及び変形（たわみ）量に関するアナログ信号）をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号が演算部５２に入力される。演算部５２は、Ａ／Ｄ変換部５１によりアナログ信号から変換されたデジタル信号についての演算処理を行う。この演算部５２は、例えば、マイクロコンピュータ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等により構成される。

上述したように、本実施形態において、基材２の第１面２１が凹状に屈曲変形した場合と、凸状に屈曲変形した場合（第２面２２が凹状に屈曲変形した場合）とにおいて、第１磁気検出素子部４Ａへの印加磁場の方向と第２磁気検出素子部４Ｂへの印加磁場の方向とが相違する。それにより、出力ポートＥの電位差に対応して出力されるセンサ信号Ｓの符号が相違する。よって、本実施形態に係る磁気センサ１によれば、基材２の屈曲変形（たわみ）の方向と屈曲変形（たわみ）の量とを精確に検出することができる。

したがって、上述した構成を有する磁気センサ１は、基材２における隣接する２つの磁石３間で屈曲する変形（たわみ）方向及び変形（たわみ）量を直接的に検出することができるため、例えばコンバーチブル型ＰＣのヒンジ部に内蔵させることで、ノートＰＣモードとタブレットモードとの切り替わりを検知するために利用することができ、当該コンバーチブル型ＰＣの筐体に磁石や磁気センサ（磁気スイッチ）を内蔵させる必要がないために利便性を高めることができる。また、３個以上の磁石３を第１方向（Ｘ軸方向）に沿って並列させることで、２箇所以上で屈曲する変形（たわみ）方向及び変形（たわみ）量を検出することができるため、２箇所以上で屈曲変形するロボットアーム等を有する産業用ロボットやヘビ型ロボット等における形状制御に本実施形態に係る磁気センサ１を好適に用いることができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

上記実施形態においては、可撓性を有する基材２の第１面２１上に複数の磁石３及び複数の磁気検出部４が設けられている態様を例に挙げて説明したが、この態様に限定されるものではない。磁石３及び磁気検出部４が設けられる基材２には、当該磁石３及び磁気検出部４が備えられる製品の部材等であってもよい。例えば、コンバーチブル型ＰＣにおいて、ヒンジ等を挟んで対向させるようにしてディスプレイ側筐体（ディスプレイを有する筐体）及び本体側筐体（キーボード及びタッチパッドを有する筐体）のそれぞれに、磁石３及び磁気検出部４が設けられていてもよく、この場合におけるディスプレイ側筐体や本体側筐体が、上記実施形態における基材２として概念され得る。この場合において、磁石３及び磁気検出部４は、例えばリジッドな基板（シリコン基板等）に搭載された状態でディスプレイ側筐体や本体側筐体に設けられていればよい。また、例えば、第１アーム部と第２アーム部とが関節部を介して回動可能に接続されているロボットアームにおいて、関節部を挟んで対向させるようにして第１アーム部及び第２アーム部のそれぞれに、磁石３及び磁気検出部４が設けられていてもよく、この場合における第１アーム部や第２アーム部が、上記実施形態における基材２として概念され得る。この場合において、磁石３及び磁気検出部４は、例えばリジッドな基板（シリコン基板等）に搭載された状態で第１アーム部や第２アーム部に設けられていればよい。

上記実施形態においては、可撓性を有する基材２の第１面２１上に複数の磁石３及び複数の磁気検出部４が第１方向（Ｘ軸方向）に並列して設けられ、第１方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｙ軸方向）を軸として屈曲するようにして変形する態様を例に挙げて説明したが（図６及び図７参照）、この態様に限定されるものではない。例えば、可撓性を有する管状の基材２内に複数の磁石３及び複数の磁気検出部４が並列して設けられていてもよいし、可撓性を有する柱状の基材２に複数の磁石３及び複数の磁気検出部４が並列するようにして内蔵されていてもよい。

上記実施形態においては、複数の磁石３が、基材２の第１面２１上に第１方向（Ｘ軸方向）に沿って並列する態様を例に挙げて説明したが、この態様に限定されるものではない。例えば、基材２の第２面２２にも複数の磁石３及び複数の磁気検出部４が設けられていてもよい。

上記実施形態においては、各磁石３の磁極（Ｎ極又はＳ極）の近傍に１個の磁気検出部４が設けられている態様を例に挙げて説明したが、この態様に限定されるものではない。例えば、図８に示すように、各磁石３のＮ極の近傍に２個の第１磁気検出部４１，４１’がＹ軸方向に並列して設けられ、Ｓ極の近傍に２個の第２磁気検出部４２，４２’がＹ軸方向に並列して設けられていてもよい。この態様において、図９に示すように、各磁石３のＮ極の近傍に設けられている一方の第１磁気検出部４１における第１磁気検出素子部４Ａ及び第２磁気検出素子部４Ｂの磁化固定層７３の磁化方向（図９に示す黒塗り矢印）と、他方の第１磁気検出部４１’における第１磁気検出素子部４Ａ及び第２磁気検出素子部４Ｂの磁化固定層７３の磁化方向（図９に示す黒塗り矢印）とを直交させるのが望ましい。また、各磁石３のＳ極の近傍に設けられている一方の第２磁気検出部４２における第１磁気検出素子部４Ａ及び第２磁気検出素子部４Ｂの磁化固定層７３の磁化方向（図９に示す黒塗り矢印）と、他方の第２磁気検出部４２’における第１磁気検出素子部４Ａ及び第２磁気検出素子部４Ｂの磁化固定層７３の磁化方向（図９に示す黒塗り矢印）とを直交させるのが望ましい。これにより、直交する２つの回転軸のそれぞれを中心として回動する機構（例えば人型ロボットのロボットアームにおける肩関節部のような水平方向の回転軸を中心とする上下方向への回動機構及びそれに直交する方向の回転軸を中心とする前後方向への回動機構等）において、例えば、第１磁気検出部４１及び第２磁気検出素子部４２の出力ポートＥ，Ｅの電位差（第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２）に対応する信号として差分検出器６から出力されるセンサ信号Ｓに基づいて一方の回転軸を中心とする回動方向及び回動量（回転角度）を検知することができる。また、第１磁気検出部４１’及び第２磁気検出素子部４２’の出力ポートＥ，Ｅの電位差（第１センサ信号Ｓ１’及び第２センサ信号Ｓ２’）に対応する信号として差分検出器６’から出力されるセンサ信号Ｓ’に基づいて他方の回転軸を中心とする回動方向及び回動量（回転角度）を検知することができる。

また、各磁石３のＮ極の近傍に２個の第１磁気検出部４１，４１’がＸ軸方向に並列して設けられ、Ｓ極の近傍に２個の第２磁気検出部４２，４２’がＸ軸方向に並列して設けられていてもよい。この場合において、この態様において、各磁石３のＮ極の近傍に設けられている一方の第１磁気検出部４１における第１磁気検出素子部４Ａ及び第２磁気検出素子部４Ｂの磁化固定層７３の磁化方向と、他方の第１磁気検出部４１’における第１磁気検出素子部４Ａ及び第２磁気検出素子部４Ｂの磁化固定層７３の磁化方向とを平行にし、各磁石３のＳ極の近傍に設けられている一方の第２磁気検出部４２における第１磁気検出素子部４Ａ及び第２磁気検出素子部４Ｂの磁化固定層７３の磁化方向と、他方の第２磁気検出部４２’における第１磁気検出素子部４Ａ及び第２磁気検出素子部４Ｂの磁化固定層７３の磁化方向とを平行にすればよい。これにより、センサ信号の信号強度を増大させることができる。

上記実施形態においては、複数の磁石３が基材２の第１面２１上に第１方向（Ｘ軸方向）に沿って並列する態様を例に挙げて説明したが、この態様に限定されるものではない。例えば、複数の磁石３は、第１方向（Ｘ軸方向）に沿って並列する第１磁石群と、第１方向（Ｘ軸方向）に交差する方向である第２方向に沿って並列する第２磁石群とを含み、第２磁石群に含まれる複数の磁石は、第２方向に沿って磁極（Ｎ極及びＳ極）を位置させるようにして第１面２１上に設けられていてもよい。

より具体的には、図１０に示すように、磁気センサ１は、基材２の第１面２１上において第１方向（Ｘ軸方向）に沿って並列する複数の磁石３（例えば２個の磁石３）を含む第１磁石群と、第１面２１上において第１方向（Ｘ軸方向）に直交する第２方向（Ｙ軸方向）に沿って並列する複数の磁石３（例えば２個の磁石３）を含む第２磁石群と、第１磁石群及び第２磁石群に含まれる各磁石３の磁極の近傍に位置する磁気検出部４とを備えていればよい。それに加え、第３方向（Ｚ軸方向）に沿って並列する複数の磁石３（例えば２個の磁石３）を含む第３磁石群と、第３磁石群に含まれる各磁石３の磁極の近傍に位置する磁気検出部とをさらに備えていてもよい。図１０に示す態様によれば、第１方向（Ｘ軸方向）及び第２方向（Ｙ軸方向）を軸とする屈曲変形（たわみ）方向及び屈曲変形（たわみ）量を検知することができる。

また、図１１に示すように、磁気センサ１は、基材２の第１面２１上において第１方向（Ｘ軸方向）に沿って並列する複数の磁石３を含む第１磁石群３Ａと、第１面２１上において第１方向に対しほぼ４５度（４５度±１５度の範囲）の角度で傾斜して交差する第２方向に沿って並列する複数の磁石３を含む第２磁石群３Ｂと、第１面２１上において第２方向に対しほぼ直交（９０度±３０度の範囲）する第３方向に沿って並列する複数の磁石３を含む第３磁石群３Ｃと、第１〜第３磁石群に含まれる各磁石３の磁極の近傍に位置する磁気検出部４（第１磁気検出部４１及び第２磁気検出部４２）とを備えていてもよい。

図１１に示す態様によれば、第１磁石群３Ａの磁石３の近傍に位置する磁気検出部４により第１方向（Ｘ軸方向）に直交するＹ軸方向を軸とする屈曲変形（たわみ）方向及び屈曲変形（たわみ）量を検知することができるとともに、第２磁石群３Ｂの磁石３の近傍に位置する磁気検出部４、並びに第３磁石群３Ｃの磁石３の近傍に位置する磁気検出部４により第１方向（Ｘ軸方向）を軸とするねじれ変形方向及びねじれ変形量を検出することができる。したがって、例えば人型ロボットのロボットアームにおける肘関節部のような一方向（第１方向（Ｘ軸方向）に直交する方向）の回転軸を中心とする回動機構における回動方向及び回動量（回転角度）、並びにそれに直交する方向（第１方向（Ｘ軸方向））を軸とする捻れ機構等における捻れ方向及び捻れ量を検知することができる。

１…磁気センサ
２…基材
２１…第１面
２２…第２面
３…磁石
４…磁気検出部

Claims (10)

1. 基材と、
   前記基材に所定の間隔をあけて設けられてなる複数の磁石と、
   前記複数の磁石のそれぞれの近傍に設けられてなる複数の磁気検出部と
   を備え、
   前記複数の磁石は、所定の平面内における第１方向に沿って並列するように、かつ前記第１方向において隣接する２つの前記磁石の互いの異極を対向させるようにして前記基材に設けられており、
   前記磁気検出部は、前記第１方向に沿って並列する前記複数の磁石のうちの隣接する２つの前記磁石の対向する前記異極のそれぞれの近傍に設けられており、
   前記複数の磁気検出部は、それぞれ、前記基材の変形に伴う磁場の変化に応じた信号を出力することを特徴とする磁気センサ。
2. 前記複数の磁石は、複数の第１磁石を含む第１磁石群及び複数の第２磁石を含む第２磁石群を有し、
   前記第１磁石群に含まれる複数の第１磁石は、前記第１方向に沿って並列し、かつ前記第１方向において隣接する２つの前記第１磁石の互いの異極を対向させるようにして前記基材に設けられており、
   前記第２磁石群に含まれる複数の第２磁石は、前記第１方向に対して交差する方向である第２方向に沿って磁極を位置させるようにして前記基材に設けら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。
3. 前記複数の磁石は、複数の第３磁石を含む第３磁石群をさらに有し、
   前記第３磁石群に含まれる複数の第３磁石は、前記第１方向及び前記第２方向に対して交差する方向である第３方向に沿って磁極を位置させるようにして前記基材に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
4. 前記隣接する２つの磁石の対向する前記異極のそれぞれの近傍に、複数の前記磁気検出部が設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気センサ。
5. 前記磁気検出部は、磁化方向が固定されてなる磁化固定層を含む磁気検出素子を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気センサ。
6. 前記磁気検出部は、複数の前記磁気検出素子を含み、
   前記磁気検出部に含まれる一の前記磁気検出素子の前記磁化固定層の前記磁化方向と、他の前記磁気検出素子の前記磁化固定層の磁化方向とは、互いに異なる方向であることを特徴とする請求項５に記載の磁気センサ。
7. 前記磁気検出部に含まれる前記一の磁気検出素子の前記磁化固定層の前記磁化方向と、前記他の磁気検出素子の前記磁化固定層の磁化方向とは、実質的に反平行であることを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ。
8. 前記磁気検出部は、磁化方向が固定されてなる磁化固定層を含む磁気検出素子を含み、
   前記複数の磁気検出部のうちの一の磁気検出部に含まれる前記磁気検出素子の前記磁化固定層の前記磁化方向と、他の磁気検出部に含まれる前記磁気検出素子の前記磁化固定層の磁化方向とは、互いに交差することを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ。
9. 前記複数の磁気検出部のうちの一の磁気検出部に含まれる前記磁気検出素子の前記磁化固定層の前記磁化方向と、前記他の磁気検出部に含まれる磁気検出素子の前記磁化固定層の磁化方向とは、互いに実質的に直交することを特徴とする請求項８に記載の磁気センサ。
10. 前記磁気検出素子は、ＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子であることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の磁気センサ。

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