JP2001141514A - 磁気抵抗素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁石と磁気抵抗素子とのギャップが小さい場
合でも信号出力端子の中心付近の出力波形が歪むという
ことはなく、回転速度および回転角度を正確に検出する
ことができるとともに、ギャップが大きいというところ
でも高い出力が得られる磁気抵抗素子を提供することを
目的とする。 【解決手段】 強磁性層と非磁性層とを交互に複数層積
層してなる人工格子膜からなる磁気抵抗膜２２を磁石３
２のＮ極およびＳ極の並び方向の中心軸上を境にして、
上側の磁気抵抗膜２２の感磁パターンユニット２５，２
６による出力層と、下側の磁気抵抗膜２２の感磁パター
ンユニット２７，２８による出力層とに分離して設けた
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁界の変化を電気
信号に変換し、位置等の制御を行う磁気抵抗素子に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の磁気抵抗素子としては、
回転する磁石の回転速度および回転角度を知り得ること
ができるものとして、図２０に示すような磁気抵抗素子
が知られている。

【０００３】図２０は従来の磁気抵抗素子の平面図、図
２１は同磁気抵抗素子のつづら折り感磁パターンユニッ
トの拡大概略図である。

【０００４】図２０、図２１において、１はアルミナ等
からなる方形の絶縁基板である。２は絶縁基板１上にス
パッタ蒸着、フォトリソグラフィー、エッチングの工法
により、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金からなる磁性層とＣｕか
らなる非磁性層を交互に複数層積層してなる人工格子膜
により所望のパターンを有するように設けられた磁気抵
抗膜である。３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄはそれぞれ絶縁基
板１の四隅に形成された磁気抵抗膜２の配線電極であ
る。４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄはそれぞれ配線電極３ａ，
３ｂ，３ｃ，３ｄから分岐される補助電極である。５，
６，７，８はそれぞれ磁界の変化を効率よく抵抗値の変
化に変換するために形成された２重つづら折り感磁パタ
ーンユニットであり、２重つづら折り感磁パターンユニ
ット５は補助電極４ａと４ｂに連結されている。また、
同様に２重つづら折り感磁パターンユニット６は補助電
極４ｂと４ｃに、２重つづら折り感磁パターンユニット
７は補助電極４ａと４ｄに、２重つづら折り感磁パター
ンユニット８は補助電極４ｃと４ｄにそれぞれ連結され
ている。９は２重つづら折り感磁パターンユニット５の
長手方向（矢印方向）と垂直な感磁パターンである主感
磁部であり、長さをｌとし、複数個互いに平行に配置さ
れている。１０は主感磁部９をつなぐ幅をｍとする副感
磁部で、この副感磁部１０は前記主感磁部９を挟んで交
互に斜めに対向するように、つづら折り感磁パターンユ
ニット１１ａ，１１ｂを形成し、そしてそれぞれがスペ
ースｓを介して直列に接続されて２重つづら折り感磁パ
ターンユニット５を形成している。ここで、最も外側に
ある副感磁部１０で挟まれる主感磁部９の長手方向の長
さをｄとすると、この２重つづら折り感磁パターンユニ
ットではｄ＝ｌ＋ｍ＋ｓとなる。

【０００５】なお、補足であるが、２重つづら折り感磁
パターンユニットを形成する理由は下記の通りである。
人工格子膜を用いた磁気抵抗素子は、パーマロイのよう
な強磁性薄膜を用いた磁気抵抗素子と比べ磁界に対する
抵抗値の変化の絶対量が３倍以上もあり、そして強磁性
薄膜のように磁気異方性はなく等方性であることが知ら
れている。また、図２２（ａ）に示すように磁界と感磁
パターンの長手方向が平行な場合は、図２２（ｂ）に示
す磁界と感磁パターンの長手方向が垂直の場合に比べ
て、異方性磁界Ｈｋが小さく磁気感度が高くなることが
知られている。従って、磁気感度を最も生かすパターン
設計は、磁界と２重つづら折り感磁パターンユニットの
主感磁部９が平行となるように配置し、しかも感磁パタ
ーンの抵抗値の向上を図るために、主感磁部９を複数個
互いに平行に配置し、副感磁部１０で主感磁部９をつづ
ら折りさせ、２つのつづら折りパターンユニットを形成
し、さらにそれらの２つのつづら折りパターンユニット
を直列に接続することが必要であると考えられる。この
ため、感磁パターンユニットとして、２重つづら折り感
磁パターンユニットを採用している。

【０００６】以上のように構成された磁気抵抗素子につ
いて、次にその動作を説明する。

【０００７】図２３は従来の磁気抵抗素子の使用例を示
す斜視図、図２４は同磁気抵抗素子における磁気抵抗膜
と磁石との位置関係を表した模式図、図２５は同磁気抵
抗素子における磁気抵抗膜の等価回路図である。

【０００８】図２３において、１２はＮ極から隣接する
Ｎ極までの距離をλとして等間隔に複数連続して着磁し
た磁石である。１３は磁気センサで、この磁気センサ１
３は磁気抵抗素子１４と、この磁気抵抗素子１４を組み
込んだケース１５と、前記磁気抵抗素子１４の配線電極
に接続された外部接続端子１６とにより構成されてい
る。そして前記磁気抵抗素子１４と磁石１２とはギャッ
プｇを隔てて面対向するように配置されている。

【０００９】図２４において、磁気抵抗膜２を構成する
２重つづら折り感磁パターンユニット５と６、７と８は
どちらも３λ／４隔てて配置され、かつ前記２重つづら
折り感磁パターンユニット５と７、６と８はどちらもλ
／８隔てて配置されている。また、図２５に示すよう
に、２重つづら折り感磁パターンユニット５，６，７，
８はブリッジ回路を構成しており、そしてそれぞれの２
重つづら折り感磁パターンユニットの抵抗値をＲ５，Ｒ
６，Ｒ７，Ｒ８としている。そしてまた、配線電極３ａ
には電源電圧（Ｖｃｃ）端子が、配線電極３ｃには接地
（Ｇｎｄ）端子がそれぞれ接続され、かつこの配線電極
３ｂ，３ｄをそれぞれ信号出力端子Ｓ１，Ｓ２としてい
る。

【００１０】図２３において、磁石１２が回転すること
により、漏れ磁界が印加される。これにより、図２４、
図２５における各種２重つづら折り感磁パターンユニッ
ト５，６，７，８の抵抗値Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８が変
動する。この場合、配線電極３ａ，３ｃには電源電圧Ｖ
ｃｃが印加されているため、２重つづら折り感磁パター
ンユニット５と６の抵抗の分圧比、２重つづら折り感磁
パターンユニット７と８の抵抗の分圧比が変動する。こ
の漏れ磁界の強度が変動すると、信号出力端子Ｓ１およ
びＳ２の出力電圧が漏れ磁界の強度に応じて、正弦波的
に位相差がそれぞれ９０゜ずれて変動する。この出力電
圧の変動を検出することにより、磁石１２の回転速度お
よび回転角度を検出して制御していた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の磁気抵抗素子においては、隣接する２重つづら折り
感磁パターンユニット５，７間および６，８間の距離が
λ／８と短いため、２重つづら折り感磁パターンユニッ
ト５，６，７，８の最も外側にある副感磁部１０で挟ま
れる主感磁部９の長手方向の長さｄはλ／８未満で形成
しなければ、隣接する感磁パターンユニット同士が干渉
し、パターンを形成することができなかった。そのた
め、磁石１２と磁気抵抗素子１４とのギャップｇを小さ
くして接近させると、２重つづら折り感磁パターンユニ
ット５，６，７，８の抵抗値が磁気飽和し、これによ
り、信号出力が端子Ｓ１，Ｓ２の中心付近の出力波形が
図２６のように歪み、その結果、回転速度および回転角
度を正確に検出することができないという課題を有して
いた。

【００１２】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、磁石と磁気抵抗素子とのギャップが小さい場合でも
信号出力端子の中心付近の出力波形が歪むということは
なく、回転速度および回転角度を正確に検出することが
できるとともに、ギャップが大きいところでも高い出力
が得られる磁気抵抗素子を提供することを目的とするも
のである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の磁気抵抗素子は、所定の磁極幅でＮ極および
Ｓ極とを等間隔に複数連続して着磁した磁石と面対向す
るように配置され、前記磁石と磁気抵抗膜との相対的な
位置の移動変化による磁界の変化を前記磁気抵抗膜で検
出し、電圧の変化として少なくとも２相の信号出力を出
力する磁気抵抗素子において、前記磁気抵抗膜は強磁性
層と非磁性層とを交互に複数層積層してなる人工格子膜
からなり、かつ前記磁気抵抗膜は前記磁石のＮ極および
Ｓ極の並び方向の中心軸上を境にして、上側の磁気抵抗
膜の感磁パターンユニットによる出力相と、下側の磁気
抵抗膜の感磁パターンユニットによる出力相とに分離し
て設け、それぞれの磁気抵抗膜の感磁パターンユニット
の形状は、前記磁石の着磁方向と平行に配置される主感
磁部と、主感磁部同士をつなぐ副感磁部とがつづら折り
状に接続された感磁パターンユニットで、さらに前記主
感磁部は、λ／４×０．８＜ｄ＜λ／４×１．０（但
し、λは磁石のＮ極から隣接するＮ極までの距離、ｄは
最も外側にある副感磁部で挟まれる主感磁部の長手方向
の長さ）の関係に設けたもので、この構成によれば、磁
石と磁気抵抗素子とのギャップが小さい場合でも信号出
力端子の中心付近の出力波形が歪むということはなく、
回転速度および回転角度を正確に検出することができる
とともに、ギャップが大きいところでも高い出力が得ら
れるものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、所定の磁極幅でＮ極およびＳ極とを等間隔に複数連
続して着磁した磁石と面対向するように配置され、前記
磁石と磁気抵抗膜との相対的な位置の移動変化による磁
界の変化を前記磁気抵抗膜で検出し、電圧の変化として
少なくとも２相の信号出力を出力する磁気抵抗素子にお
いて、前記磁気抵抗膜は強磁性層と非磁性層とを交互に
複数層積層してなる人工格子膜からなり、かつ前記磁気
抵抗膜は前記磁石のＮ極およびＳ極の並び方向の中心軸
上を境にして、上側の磁気抵抗膜の感磁パターンユニッ
トによる出力相と、下側の磁気抵抗膜の感磁パターンユ
ニットによる出力相とに分離して設け、それぞれの磁気
抵抗膜の感磁パターンユニットの形状は、前記磁石の着
磁方向と平行に配置される主感磁部と、主感磁部同士を
つなぐ副感磁部とがつづら折り状に接続された感磁パタ
ーンユニットで、さらに前記主感磁部は、λ／４×０．
８＜ｄ＜λ／４×１．０（但し、λは磁石のＮ極から隣
接するＮ極までの距離、ｄは最も外側にある副感磁部で
挟まれる主感磁部の長手方向の長さ）の関係に設けたも
ので、この構成によれば、磁気抵抗膜を磁石のＮ極およ
びＳ極の並び方向の中心軸上を境にして、上側の磁気抵
抗膜の感磁パターンユニットによる出力層と、下側の磁
気抵抗膜の感磁パターンユニットによる出力層とに分離
して設けているため、磁気抵抗膜の感磁パターンユニッ
トにおける最も外側にある副感磁部で挟まれる主感磁部
の長手方向の長さｄを長くすることができ、これによ
り、磁石と磁気抵抗素子とのギャップが小さい場合でも
信号出力端子の中心付近の出力波形が歪むということは
なく、その結果、回転速度および回転角度を正確に検出
することができるとともに、前記ギャップが大きいとこ
ろでも、磁気抵抗膜が強磁性層と非磁性層とを交互に複
数層積層してなる人工格子膜であるため、高い出力が得
られるという作用を有するものである。

【００１５】請求項２に記載の発明は、主感磁部と、主
感磁部同士をつなぐ副感磁部とがつづら折り状に接続さ
れた感磁パターンユニットを、λ／２の整数倍に間隔を
おいて配置するとともに、すべて直列に接続するように
したもので、この構成によれば、外乱磁界の影響を受け
た場合の出力波形の大小の繰り返しを改善することがで
きるとともに、抵抗値を大きくでき、これにより、磁気
抵抗素子による消費電力を小さくできるという作用を有
するものである。

【００１６】請求項３に記載の発明は、主感磁部の幅を
副感磁部の幅より狭くしたもので、この構成によれば、
外乱磁界の影響を受けた場合の出力の低下を低減するこ
とができるため、安定した出力波形が得られるという作
用を有するものである。

【００１７】請求項４に記載の発明は、磁気抵抗素子が
３相以上の信号出力を出力するようにしたもので、この
構成によれば、磁気抵抗素子が３相以上の信号出力を出
力するようにしているため、信号出力が２相であるもの
に比べ、さらに高精度に位置制御を行うことができると
いう作用を有するものである。

【００１８】（実施の形態１）以下、本発明の実施の形
態１における磁気抵抗素子について、図面を参照しなが
ら説明する。

【００１９】図１は本発明の実施の形態１における磁気
抵抗素子の平面図、図２は同磁気抵抗素子の２重つづら
折り感磁パターンユニットの拡大概略図である。

【００２０】図１、図２において、２１はアルミナ等か
らなる長方形の絶縁基板である。２２は絶縁基板２１上
にスパッタ蒸着、フォトリソグラフィー、エッチングの
工法により、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金からなる磁性層とＣ
ｕからなる非磁性層を交互に複数層積層してなる人工格
子膜により所望のパターンを有するように設けられた磁
気抵抗膜である。２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄはそ
れぞれ絶縁基板１の四隅に形成された磁気抵抗膜２２の
配線電極である。２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄはそ
れぞれ配線電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄから分
岐される補助電極である。２５，２６，２７，２８はそ
れぞれ磁界の変化を効率よく抵抗値の変化に変換するた
めに形成された２重つづら折り感磁パターンユニットで
あり、２５，２６は絶縁基板２１の上側に、２７，２８
は絶縁基板２１の下側にそれぞれ形成されている。ま
た、２重つづら折り感磁パターンユニット２５は補助電
極２４ａと２４ｂに連結され、同様に２重つづら折り感
磁パターンユニット２６は補助電極２４ｂと２４ｃに、
２重つづら折り感磁パターンユニット２７は補助電極２
４ａと２４ｄに、２重つづら折り感磁パターンユニット
２８は補助電極２４ｃと２４ｄにそれぞれ連結されてい
る。２９は２重つづら折り感磁パターンユニット２５の
長手方向（矢印方向）と垂直方向の感磁パターンである
主感磁部であり、長さをｌ、幅をｎとして複数個互いに
平行に配置されている。３０は主感磁部２９同士をつな
ぐ幅をｍとする副感磁部で、この副感磁部３０は主感磁
部２９を挟んで交互に斜めに対向するように、つづら折
り感磁パターンユニット３１ａ，３１ｂを形成し、そし
てそれぞれがスペースｓを介して直列に接続されて２重
つづら折り感磁パターンユニット２５を形成している。
ここで、最も外側にある副感磁部３０で挟まれる主感磁
部２９の長手方向の長さをｄとすると、この２重つづら
折り感磁パターンユニットではｄ＝ｌ＋ｍ＋ｓとなる。

【００２１】以上のように構成された磁気抵抗素子につ
いて、次にその動作を説明する。

【００２２】図３は本発明の実施の形態１における磁気
抵抗素子の使用例を示す斜視図、図４は同磁気抵抗素子
における磁気抵抗膜と磁石との位置関係を表した模式
図、図５は磁気抵抗素子における磁気抵抗膜の等価回路
図である。

【００２３】図３において、３２はＮ極から隣接するＮ
極までの距離をλとして等間隔に複数連続して着磁した
磁石である。３３は磁気センサで、この磁気センサ３３
は磁気抵抗素子３４と、この磁気抵抗素子３４を組み込
んだケース３５と、前記磁気抵抗素子３４の配線電極に
接続された外部接続端子３６とにより構成されている。
そして前記磁気抵抗素子３４と磁石３２とはギャップｇ
を隔てて面対向するように配置されている。

【００２４】前記磁気抵抗膜２２を構成する２重つづら
折り感磁パターンユニット２５と２６は図４に示すよう
に磁石３２のＮ極およびＳ極の並び方向の中心軸上を境
にして、上側の部分で３λ／４隔てて配置され、また２
重つづら折り感磁パターンユニット２７と２８は磁石３
２のＮ極およびＳ極の並び方向の中心軸上を境にして、
下側の部分で３λ／４隔てて配置され、かつ前記２重つ
づら折り感磁パターンユニット２５と２７および２重つ
づら折り感磁パターンユニット２６と２８はいずれもλ
／８隔てて配置されている。さらに、図２に示す２重つ
づら折り感磁パターンユニットの最も外側にある副感磁
部３０で挟まれる主感磁部２９の長手方向の長さｄはｄ
＝λ／４×０．９の関係で形成されている。また、図５
に示すように、２重つづら折り感磁パターンユニット２
５，２６，２７，２８はブリッジ回路を構成しており、
そしてそれぞれの２重つづら折り感磁パターンユニット
の抵抗値をＲ２５，Ｒ２６，Ｒ２７，Ｒ２８としてい
る。そしてまた、配線電極２３ａには電源電圧（Ｖｃ
ｃ）端子が、配線電極２３ｃには接地（Ｇｎｄ）端子が
それぞれ接続され、かつこの配線電極２３ｂ，２３ｄを
それぞれ信号出力端子Ｓ１，Ｓ２としている。

【００２５】図３において、磁石３２が回転することに
より、漏れ磁界が印加される。これにより、図４、図５
における各種２重つづら折り感磁パターンユニット２
５，２６，２７，２８の抵抗値Ｒ２５，Ｒ２６，Ｒ２
７，Ｒ２８が変動する。この場合、配線電極２３ａ，２
３ｃには電源電圧Ｖｃｃが印加されているため、２重つ
づら折り感磁パターンユニット２５と２６の抵抗の分圧
比および２重つづら折り感磁パターンユニット２７と２
８の抵抗の分圧比が変動する。この漏れ磁界の強度が変
動すると、信号出力端子Ｓ１およびＳ２の出力電圧が漏
れ磁界の強度に応じて、正弦波的に位相差がそれぞれ９
０゜ずれて変動する。この出力電圧の変動を検出するこ
とにより、磁石３２の回転速度および回転角度を検出し
て制御する。

【００２６】このようにパターン配置された磁気抵抗素
子においては、磁石３２とのギャップｇを２０μｍと接
近させても、図６のように信号出力端子Ｓ１，Ｓ２の中
心付近の出力波形に歪みは生じなかった。

【００２７】さて、ここで、この磁気抵抗素子の２重つ
づら折り感磁パターンユニットの最も外側にある副感磁
部３０で挟まれる主感磁部２９の長さｄと磁石３２のピ
ッチλとの関係について述べる。図７（ａ）〜（ｆ）は
それぞれ主感磁部２９の長さｄを変化させたときのギャ
ップｇ＝２０μｍにおける信号出力端子Ｓ１の出力波形
図、図８は主感磁部２９の長さｄを変化させたときのギ
ャップｇと、信号出力端子Ｓ１の出力電圧との関係を示
した図である。

【００２８】図７に示すように、（ａ）ｄ＝λ／４×
０．２，（ｂ）ｄ＝λ／４×０．４，（ｃ）ｄ＝λ／４
×０．６，（ｄ）ｄ＝λ／４×０．８，（ｅ）ｄ＝λ／
４×１．０，（ｆ）ｄ＝λ／４×１．２という具合に最
も外側にある副感磁部３０で挟まれる主感磁部２９の長
さｄを大きくするにしたがって、信号出力端子Ｓ１の中
心付近の出力波形の歪みは少なくなっていくもので、ｄ
＝λ／４×０．８以上にすると、ギャップｇを２０μｍ
としても歪みが生じないことがわかる。また、図８から
も明らかなように、主感磁部２９の長さｄを大きくする
にしたがって、同じギャップでの出力電圧は小さくなる
もので、ｄ＝λ／４×１．０以上にすると、出力電圧の
大きさが急激に低下することがわかる。したがって、主
感磁部２９の長さｄは、λ／４×０．８＜ｄ＜λ／４×
１．０の関係で形成することが望ましい。

【００２９】以上のように本発明の実施の形態１におけ
る磁気抵抗素子は、磁石３２と磁気抵抗素子のギャップ
ｇが小さい場合でも信号出力端子Ｓ１の中に中心付近の
出力波形に歪みが生じるということはなく、その結果、
磁石３２の回転速度および回転角度を正確に検出するこ
とができ、一方、前記ギャップｇが大きいところでも人
工格子膜を用いているため、高い出力が得られるという
効果を有するものである。

【００３０】（実施の形態２）以下、本発明の実施の形
態２における磁気抵抗素子について、図面を参照しなが
ら説明する。

【００３１】図９は本発明の実施の形態２における磁気
抵抗素子における磁気抵抗膜と磁石との位置関係を表し
た模式図、図１０は磁気抵抗素子における磁気抵抗膜の
等価回路図である。

【００３２】本発明の実施の形態２と上記本発明の実施
の形態１との相違点は、本発明の実施の形態１では４本
の２重つづら折り感磁パターンユニット２５，２６，２
７，２８を設けたものについて説明したが、本発明の実
施の形態２では８本の２重つづら折り感磁パターンユニ
ット３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７
ｂ，３８ａ，３８ｂを設け、そして３５ａと３５ｂ、３
６ａと３６ｂ、３７ａと３７ｂ、３８ａと３８ｂはそれ
ぞれλ／２の整数倍に間隔をおいて配置するとともに、
すべて直列に接続するようにしている点である。

【００３３】したがって、これらの２重つづら折り感磁
パターンユニット３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂ，３
７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂの抵抗値をそれぞれ、Ｒ
３５ａ，Ｒ３５ｂ，Ｒ３６ａ，Ｒ３６ｂ，Ｒ３７ａ，Ｒ
３７ｂ，Ｒ３８ａ，Ｒ３８ｂとすると、等価回路図は図
１０のようになる。

【００３４】上記本発明の実施の形態１のようなパター
ン配置では、２重つづら折り感磁パターンユニットが、
磁石からの漏れ磁界の他に、磁石からの漏れ磁界と平行
方向に外乱磁界の影響を受けた場合、図１１のように出
力波形に大小の繰り返しが生じる場合があったが、本発
明の実施の形態２のように、各種２重つづら折り感磁パ
ターンユニットを、λ／２の整数倍に間隔をおいて配置
するとともに、すべて直列に接続するようにすることに
より、上記本発明の実施の形態１の効果に加え、外乱磁
界の影響を受けた場合の出力波形の大小の繰り返しを改
善することができるとともに、抵抗値を大きくでき、こ
れにより、磁気抵抗素子による消費電力を小さくできる
という効果を有するものである。

【００３５】なお、上記本発明の実施の形態２において
は、各種２重つづら折り感磁パターンユニットを、λ／
２の整数倍に間隔をおいて配置するとともに、すべて直
列に接続するようにしたものについて説明したが、図１
２のように直列接続した１重のつづら折り感磁パターン
ユニットを、λ／２の整数倍に間隔をおいて配置するよ
うに本発明の実施の形態２と同様の効果が得られること
は言うまでもない。

【００３６】（実施の形態３）以下、本発明の実施の形
態３における磁気抵抗素子について、図面を参照しなが
ら説明する。

【００３７】図１３は本発明の実施の形態３における磁
気抵抗素子の２重つづら折り感磁パターンユニットの拡
大概略図である。

【００３８】この本発明の実施の形態３における２重つ
づら折り感磁パターンユニットでは、主感磁部２９のパ
ターン幅ｍを副感磁部３０のパターン幅ｎより狭くして
いるものである。

【００３９】このような構成とすることにより、本発明
の実施の形態３においては、上記本発明の実施の形態１
または２の効果に加え、つづら折りの折り返し部分の抵
抗値が小さくなるため、磁石からの漏れ磁界の他に、外
乱磁界の影響を受けた場合においても、出力の低下を低
減することができ、これにより、安定した出力波形が得
られるという効果を有するものである。

【００４０】（実施の形態４）以下、本発明の実施の形
態４における磁気抵抗素子について、図面を参照しなが
ら説明する。

【００４１】図１４は本発明の実施の形態４における磁
気抵抗素子の平面図、図１５は同磁気抵抗素子の２重つ
づら折り感磁パターンユニットの拡大概略図である。

【００４２】図１４、図１５において、４１はアルミナ
等からなる長方形の絶縁基板である。４２は絶縁基板４
１上にスパッタ蒸着、フォトリソグラフィー、エッチン
グの工法により、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金からなる磁性層
とＣｕからなる非磁性層を交互に複数層積層してなる人
工格子膜により所望のパターンを有するように設けられ
た磁気抵抗膜である。４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３
ｄ，４３ｅ，４３ｆ，４３ｇはそれぞれ絶縁基板４１の
長辺端部に形成された磁気抵抗膜４２の配線電極であ
る。４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅ，４４
ｆ，４４ｇ，４４ｈはそれぞれ配線電極４３ａ，４３
ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆ，４３ｇから分岐
される補助電極であり、配線電極４３ｄのみ２組の補助
電極４４ｄ，４４ｈを分岐している。４５，４６，４
７，４８，４９，５０，５１，５２はそれぞれ磁界の変
化を効率よく抵抗値の変化に変換するために形成された
２重つづら折り感磁パターンユニットであり、４５，４
６，４９，５０は絶縁基板４１の上側に、４７，４８，
５１，５２は絶縁基板４１の下側にそれぞれ形成されて
いる。また、２重つづら折り感磁パターンユニット４５
は補助電極４４ａと４４ｂに連結され、同様に２重つづ
ら折り感磁パターンユニット４６は補助電極４４ａと４
４ｈに、２重つづら折り感磁パターンユニット４７は補
助電極４４ｂと４４ｃに、２重つづら折り感磁パターン
ユニット４８は補助電極４４ｃと４４ｄに、２重つづら
折り感磁パターンユニット４９は補助電極４４ｇと４４
ｈに、２重つづら折り感磁パターンユニット５０は補助
電極４４ｆと４４ｇに、２重つづら折り感磁パターンユ
ニット５１は補助電極４４ｄと４４ｅに、２重つづら折
り感磁パターンユニット５２は補助電極４４ｅと４４ｆ
にそれぞれ連結されている。５３は２重つづら折り感磁
パターンユニット４５の長手方向（矢印方向）と垂直方
向の感磁パターンである主感磁部であり、長さをｌ、幅
をｎとして複数個互いに平行に配置されている。５４は
主感磁部５３同士をつなぐ幅をｍとする副感磁部で、こ
の副感磁部５４は主感磁部５３を挟んで交互に斜めに対
向するように、つづら折り感磁パターンユニット５５
ａ，５５ｂを形成し、そしてそれぞれがスペースｓを介
して直列に接続されて２重つづら折り感磁パターンユニ
ット４５を形成している。ここで、最も外側にある副感
磁部５４で挟まれる主感磁部５３の長手方向の長さをｄ
とすると、この２重つづら折り感磁パターンユニットで
はｄ＝ｌ＋ｍ＋ｓとなる。

【００４３】以上のように構成された磁気抵抗素子につ
いて、次にその動作を説明する。

【００４４】図１６は本発明の実施の形態４における磁
気抵抗素子の使用例を示す斜視図、図１７は同磁気抵抗
素子における磁気抵抗膜と磁石との位置関係を表した模
式図、図１８は磁気抵抗素子における磁気抵抗膜の等価
回路図である。

【００４５】図１６において、５６はＮ極から隣接する
Ｎ極までの距離をλとして等間隔に複数連続して着磁し
た磁石である。５７は磁気センサで、この磁気センサ５
７は磁気抵抗素子５８と、この磁気抵抗素子５８を組み
込んだケース５９と、前記磁気抵抗素子５８の配線電極
に接続された外部接続端子６０とにより構成されてい
る。そして前記磁気抵抗素子５８と磁石５６とはギャッ
プｇを隔てて面対向するように配置されている。

【００４６】前記磁気抵抗膜４２を構成する２重つづら
折り感磁パターンユニット４５と４６、４９と５０は図
１７に示すように、磁石５６のＮ極およびＳ極の並び方
向の中心軸上を境にして、上側の部分でどちらも３λ／
４隔てて配置され、また２重つづら折り感磁パターンユ
ニット４７と４８および２重つづら折り感磁パターンユ
ニット５１と５２は磁石５６のＮ極およびＳ極の並び方
向の中心軸上を境にして、下側の部分でいずれも３λ／
４隔てて配置され、かつ前記２重つづら折り感磁パター
ンユニット４５と４７、４６と４８、４９と５１および
５０と５２はいずれもλ／８隔てて配置され、さらに前
記２重つづら折り感磁パターンユニット４６と４９は７
λ／８、そしてまた前記２重つづら折り感磁パターンユ
ニット４６と５１は３／４λ隔てて配置されている。ま
た、図１５に示す２重つづら折り感磁パターンユニット
の最も外側にある副感磁部５４で挟まれる主感磁部５３
の長手方向の長さｄはλ／４×０．８＜ｄ＜λ／４×
１．０の関係で形成されている。そしてまた、図１８に
示すように、２重つづら折り感磁パターンユニット４５
〜５２はブリッジ回路を構成しており、それぞれの２重
つづら折り感磁パターンユニットの抵抗値をＲ４５，Ｒ
４６，Ｒ４７，Ｒ４８，Ｒ４９，Ｒ５０，Ｒ５１，Ｒ５
２としている。さらに配線電極４３ｄには電源電圧（Ｖ
ｃｃ）端子が、配線電極４３ｂおよび４３ｆには接地
（Ｇｎｄ）端子がそれぞれ接続され、そして配線電極４
３ａ，４３ｃ，４３ｅ，４３ｇをそれぞれ信号出力端子
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４としている。

【００４７】図１６において、磁石５６が回転すること
により、漏れ磁界が印加される。これにより、図１７、
図１８における各種２重つづら折り感磁パターンユニッ
ト４５〜５２の抵抗値Ｒ４５〜Ｒ５２が変動する。この
場合、配線電極４３ｄには電源電圧（Ｖｃｃ）端子が接
続され、かつ配線電極４３ｂ，４３ｆには接地（Ｇｎ
ｄ）端子が接続されているため、２重つづら折り感磁パ
ターンユニット４６と４５の抵抗の分圧比、４８と４７
の抵抗の分圧比、４９と５０の抵抗の分圧比、５１と５
２の抵抗の分圧比がそれぞれ変動する。この漏れ磁界の
強度が変動すると、信号出力端子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３およ
びＳ４の出力電圧が漏れ磁界の強度に応じて、正弦波的
に位相差がそれぞれ９０゜ずつずれて変動する。この出
力電圧の変動を検出することにより、磁石５６の回転速
度および回転角度を検出して制御する。

【００４８】このようにパターン配置された磁気抵抗素
子においても、磁石５６とのギャップｇを２０μｍと接
近させても、図１９のように信号出力端子Ｓ１，Ｓ２，
Ｓ３およびＳ４の中心付近の出力波形に歪みが生じるこ
とはなく、しかもギャップｇが大きいところでも人工格
子膜を用いているため、高い出力が得られ、その結果、
磁石５６と磁気抵抗素子のギャップｇの調節も容易に行
うことができ、さらに４相の出力波形が得られるため、
２相の場合よりもさらに高精度に位置制御を行うことが
できるものである。

【００４９】なお、上記本発明の実施の形態４において
は、４相の信号出力を出力する磁気抵抗素子について説
明したが、３相以上の信号出力を出力する磁気抵抗素子
を用いた場合でも、本発明の実施の形態４と同様の効果
が得られることは言うまでもない。また、上記本発明の
実施の形態２および３の効果を組み合わせることも可能
であることは言うまでもない。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明の磁気抵抗素子は、
所定の磁極幅でＮ極およびＳ極とを等間隔に複数連続し
て着磁した磁石と面対向するように配置され、前記磁石
と磁気抵抗膜との相対的な位置の移動変化による磁界の
変化を前記磁気抵抗膜で検出し、電圧の変化として少な
くとも２相の信号出力を出力する磁気抵抗素子におい
て、前記磁気抵抗膜は強磁性層と非磁性層とを交互に複
数層積層してなる人工格子膜からなり、かつ前記磁気抵
抗膜は前記磁石のＮ極およびＳ極の並び方向の中心軸上
を境にして、上側の磁気抵抗膜の感磁パターンユニット
による出力相と、下側の磁気抵抗膜の感磁パターンユニ
ットによる出力相とに分離して設け、それぞれの磁気抵
抗膜の感磁パターンユニットの形状は、前記磁石の着磁
方向と平行に配置される主感磁部と、主感磁部同士をつ
なぐ副感磁部とがつづら折り状に接続された感磁パター
ンユニットで、さらに前記主感磁部は、λ／４×０．８
＜ｄ＜λ／４×１．０（但し、λは磁石のＮ極から隣接
するＮ極までの距離、ｄは最も外側にある副感磁部で挟
まれる主感磁部の長手方向の長さ）の関係に設けたもの
で、この構成によれば、磁気抵抗膜を磁石のＮ極および
Ｓ極の並び方向の中心軸上を境にして、上側の磁気抵抗
膜の感磁パターンユニットによる出力層と、下側の磁気
抵抗膜の感磁パターンユニットによる出力層とに分離し
て設けているため、磁気抵抗膜の感磁パターンユニット
における最も外側にある副感磁部で挟まれる主感磁部の
長手方向の長さｄを長くすることができ、これにより、
磁石と磁気抵抗素子とのギャップが小さい場合でも信号
出力端子の中心付近の出力波形が歪むということはな
く、その結果、回転速度および回転角度を正確に検出す
ることができるとともに、前記ギャップが大きいところ
でも、磁気抵抗膜が強磁性層と非磁性層とを交互に複数
層積層してなる人工格子膜であるため、高い出力が得ら
れるというすぐれた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における磁気抵抗素子の
平面図

【図２】同磁気抵抗素子の２重つづら折り感磁パターン
ユニットの拡大概略図

【図３】同磁気抵抗素子の使用例を示す斜視図

【図４】同磁気抵抗素子における磁気抵抗膜と磁石との
位置関係を表した模式図

【図５】同磁気抵抗素子における磁気抵抗膜の等価回路
図

【図６】同磁気抵抗素子の出力波形図

【図７】（ａ）〜（ｆ）同磁気抵抗素子の最も外側にあ
る副感磁部で挟まれる主感磁部の長さｄを変化させたと
きの出力波形図

【図８】同磁気抵抗素子のギャップと出力電圧の関係を
表した特性図

【図９】本発明の実施の形態２における磁気抵抗素子の
磁気抵抗膜と磁石との位置関係を表した模式図

【図１０】同磁気抵抗素子における磁気抵抗膜の等価回
路図

【図１１】本発明の実施の形態１における磁気抵抗素子
が外乱磁界の影響を受けた場合の出力波形図

【図１２】本発明の実施の形態２における磁気抵抗素子
の１重つづら折り感磁パターンユニットと磁石との位置
関係を表した模式図

【図１３】本発明の実施の形態３における磁気抵抗素子
の２重つづら折り感磁パターンユニットの拡大概略図

【図１４】本発明の実施の形態４における磁気抵抗素子
の平面図

【図１５】同磁気抵抗素子の２重つづら折り感磁パター
ンユニットの拡大概略図

【図１６】同磁気抵抗素子の使用例を示す斜視図

【図１７】同磁気抵抗素子における磁気抵抗膜と磁石と
の位置関係を表した模式図

【図１８】同磁気抵抗素子における磁気抵抗膜の等価回
路図

【図１９】同磁気抵抗素子の出力波形図

【図２０】従来の磁気抵抗素子の平面図

【図２１】同磁気抵抗素子のつづら折り感磁パターンユ
ニットの拡大概略図

【図２２】（ａ）磁界と感磁パターンの長手方向が平行
な場合の磁気感度を示す特性図 （ｂ）磁界と感磁パターンの長手方向が垂直の場合の磁
気感度を示す特性図

【図２３】従来の磁気抵抗素子の使用例を示す斜視図

【図２４】同磁気抵抗素子における磁気抵抗膜と磁石と
の位置関係を表した模式図

【図２５】同磁気抵抗素子における磁気抵抗膜の等価回
路図

【図２６】同磁気抵抗素子の出力波形図

【符号の説明】

２２ 磁気抵抗膜 ２５，２６，２７，２８ ２重つづら折り感磁パターン
ユニット ２９ 主感磁部 ３０ 副感磁部 ３２ 磁石 ３３ 磁気センサ ３４ 磁気抵抗素子 ３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ，３
８ａ，３８ｂ ２重つづら折り感磁パターンユニット ４２ 磁気抵抗膜 ４５，４６，４７，４８，４９，５０，５１，５２ ２
重つづら折り感磁パターンユニット ５３ 主感磁部 ５４ 副感磁部 ５６ 磁石 ５７ 磁気センサ ５８ 磁気抵抗素子

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/08 Ｇ０１Ｐ 3/487 Ｄ // Ｇ０１Ｐ 3/487 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の磁極幅でＮ極およびＳ極とを等間
   隔に複数連続して着磁した磁石と面対向するように配置
   され、前記磁石と磁気抵抗膜との相対的な位置の移動変
   化による磁界の変化を前記磁気抵抗膜で検出し、電圧の
   変化として少なくとも２相の信号出力を出力する磁気抵
   抗素子において、前記磁気抵抗膜は強磁性層と非磁性層
   とを交互に複数層積層してなる人工格子膜からなり、か
   つ前記磁気抵抗膜は前記磁石のＮ極およびＳ極の並び方
   向の中心軸上を境にして、上側の磁気抵抗膜の感磁パタ
   ーンユニットによる出力相と、下側の磁気抵抗膜の感磁
   パターンユニットによる出力相とに分離して設け、それ
   ぞれの磁気抵抗膜の感磁パターンユニットの形状は、前
   記磁石の着磁方向と平行に配置される主感磁部と、主感
   磁部同士をつなぐ副感磁部とがつづら折り状に接続され
   た感磁パターンユニットで、さらに前記主感磁部は、λ
   ／４×０．８＜ｄ＜λ／４×１．０（但し、λは磁石の
   Ｎ極から隣接するＮ極までの距離、ｄは最も外側にある
   副感磁部で挟まれる主感磁部の長手方向の長さ）の関係
   に設けた磁気抵抗素子。
2. 【請求項２】 主感磁部と、主感磁部同士をつなぐ副感
   磁部とがつづら折り状に接続された感磁パターンユニッ
   トを、λ／２の整数倍に間隔をおいて配置するととも
   に、すべて直列に接続するようにした請求項１記載の磁
   気抵抗素子。
3. 【請求項３】 主感磁部の幅を副感磁部の幅より狭くし
   た請求項１または２記載の磁気抵抗素子。
4. 【請求項４】 磁気抵抗素子が３相以上の信号出力を出
   力するようにした請求項１〜３のいずれかに記載の磁気
   抵抗素子。