JP2001159542A - Rotation angle sensor and rotation angle sensor unit - Google Patents

Rotation angle sensor and rotation angle sensor unit

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JP2001159542A
JP2001159542A JP34401699A JP34401699A JP2001159542A JP 2001159542 A JP2001159542 A JP 2001159542A JP 34401699 A JP34401699 A JP 34401699A JP 34401699 A JP34401699 A JP 34401699A JP 2001159542 A JP2001159542 A JP 2001159542A
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angle sensor
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magnetoresistive element
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弘光 板橋
Yukimasa Moronowaki
幸昌 諸野脇
Osamu Shimoe
治 下江
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation angle sensor detecting a 360-degree absolute position, allowing easy distinction of element orientation, and allowing improve ment of a manufacturing yield by a simple manufacturing method. SOLUTION: This rotation angle sensor has substrates each provided with a magnetoresistive elements, a wiring board connecting the magnetoresistive elements to form a bridge circuit, and a sensor holder provided with the substrates and the wiring board. The sensor holder has the substrates in multiples of four, while at least one pair of the substrates is disposed on the wiring board such that the substrates are inclined by 80-100 degrees.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は磁界センサーに係
り、特に外部磁界の方向を検出する回転角度センサーあ
るいは回転角度センサーユニットに係わる。
The present invention relates to a magnetic field sensor, and more particularly to a rotation angle sensor or a rotation angle sensor unit for detecting the direction of an external magnetic field.

【0002】[0002]

【従来の技術】回転角度センサーは、回転する磁界の回
転角度を検出する用途に使われている。AMR素子を用
いた回転角度センサーは、異方性磁気抵抗効果(AMR
効果)を利用するNiFe、NiCo等の強磁性体の薄
膜からなる磁気センサーであって、一般に磁気抵抗変化
率が3%程度であり、出力が小さい。より大きい出力を
得るために、AMR素子に代えて、巨大磁気抵抗効果
(GMR効果)を利用したGMR素子を用いることが考
えられる。GMR素子は、所定の膜厚を持つ強磁性体層
と非磁性体層を交互に積層した薄膜で構成され、磁気抵
抗変化率が70%程度まで上げられる。AMRに比べて
著しく大きな磁気抵抗効果を得ることができる。但し、
従来技術の各々には次に述べる課題がある。
2. Description of the Related Art A rotation angle sensor is used for detecting a rotation angle of a rotating magnetic field. A rotation angle sensor using an AMR element has an anisotropic magnetoresistance effect (AMR).
Effect), a magnetic sensor comprising a thin film of a ferromagnetic material such as NiFe or NiCo, which generally has a magnetoresistance change rate of about 3% and a small output. In order to obtain a larger output, a GMR element using a giant magnetoresistance effect (GMR effect) may be used instead of the AMR element. The GMR element is composed of a thin film in which ferromagnetic layers and non-magnetic layers having a predetermined thickness are alternately laminated, and the magnetoresistance ratio can be increased to about 70%. An extremely large magnetoresistance effect can be obtained as compared with AMR. However,
Each of the prior arts has the following problems.

【0003】[0003]

【発明の解決しようとする課題】AMR素子の回転角度
センサーは、出力が低いため高感度の回転角度センサー
には十分な出力を得ることが難しい。効率的な検出をす
るには1周期の出力で使用可能であることが望ましい
が、AMR素子の回転角度センサーは、外部磁界が36
0°の変化を示す外部磁界を検出する用途について、2
周期の出力を要する。2周期の出力は、1周期の出力に
比べて検出信号の処理回路が複雑になる。
Since the output of the rotation angle sensor of the AMR element is low, it is difficult to obtain a sufficient output from a high-sensitivity rotation angle sensor. For efficient detection, it is desirable that the sensor can be used with one cycle of output. However, the rotation angle sensor of the AMR element has an external magnetic field of 36.
For the purpose of detecting an external magnetic field showing a change of 0 °, 2
Requires periodic output. A two-cycle output requires a more complicated detection signal processing circuit than a one-cycle output.

【0004】GMR素子の回転角度センサーは、磁気抵
抗効果膜の面内に進入する磁界の大きさに対して回転角
が変化する。外部磁界の強度が一定である場合、回転角
の検出を行うことは困難である。この点を補うために、
GMR素子に沿って電流バイアス膜を設けることが検討
されている。電流バイアス膜は、電流を流すための導電
体であり、電流による磁界でGMR素子に磁気的なバイ
アスを印加することができる。このような構成は、特開
平11−194161号公報に開示されている。また、
特公平11−505931号公報には電流バイアスのM
R素子が開示されている。しかし、これらの構成は電流
バイアス膜から均一なバイアス磁界をGMR素子あるい
はMR素子に印加することが難しい。
The rotation angle of a rotation angle sensor of a GMR element changes with the magnitude of a magnetic field that enters the plane of a magnetoresistive film. If the strength of the external magnetic field is constant, it is difficult to detect the rotation angle. To make up for this,
It has been studied to provide a current bias film along the GMR element. The current bias film is a conductor through which a current flows, and can apply a magnetic bias to the GMR element by a magnetic field caused by the current. Such a configuration is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-194161. Also,
Japanese Patent Publication No. 11-505931 discloses that the current bias M
An R element is disclosed. However, these configurations make it difficult to apply a uniform bias magnetic field from the current bias film to the GMR element or the MR element.

【0005】他の構成としては、反強磁性層バイアスが
検討されている。これは、反強磁性層で磁化を固定した
強磁性層と、非磁性の中間層と、磁気的に自由な強磁性
層を組み合わせたGMR素子を用いた回転角度センサー
である。ブリッジ回路を構成するGMR素子を一つの基
板上に一括成膜で設ける構成となっている。しかし、ブ
リッジ回路を構成する場合、異なるバイアスの向きを設
定する必要があり、一括成膜による製法では難しい。す
なわち、一方のバイアス方向を設定するために熱処理を
行うと、他方のバイアス方向がずれてしまうという問題
がある。このように、反強磁性層に要求される磁化の温
度、磁界に対して十分に対応することは難しく、GMR
素子の性能を十分に引出して、360°の角度の絶対位
置検出に向かない。そこで、本発明の目的は、360°
の角度の絶対位置検出を可能とし、組立コストの低減を
行うとともに組立時の素子の方向性を容易に判別できる
ような回転角センサーを提供することにある。
As another structure, an antiferromagnetic layer bias has been studied. This is a rotation angle sensor using a GMR element in which a ferromagnetic layer whose magnetization is fixed by an antiferromagnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer, and a magnetically free ferromagnetic layer are combined. In this configuration, a GMR element constituting a bridge circuit is provided on a single substrate by batch deposition. However, when forming a bridge circuit, it is necessary to set different bias directions, which is difficult with a manufacturing method using batch film formation. That is, when heat treatment is performed to set one bias direction, there is a problem that the other bias direction is shifted. As described above, it is difficult to sufficiently cope with the magnetization temperature and the magnetic field required for the antiferromagnetic layer.
It is not suitable for detecting the absolute position at an angle of 360 ° by sufficiently extracting the performance of the element. Therefore, the object of the present invention is 360 °
It is an object of the present invention to provide a rotation angle sensor capable of detecting the absolute position of the angle, reducing the assembly cost, and easily determining the direction of the element at the time of assembly.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の回転角度センサ
ーは、磁気抵抗素子を有する基板と、前記磁気抵抗素子
を接続してブリッジ回路を構成する配線基板と、前記基
板と配線基板を備えたセンサーホルダーを有し、前記セ
ンサーホルダー上に前記基板を4の倍数有するととも
に、少なくとも2つの前記基板が配線基板面上で80°
〜100°傾けて配置されることを特徴とする。この構
成は、予めバイアス方向を設定した磁気抵抗素子をセン
サーホルダー上で所定の向きに配列することにより、磁
気抵抗素子の向きを設定するものである。
A rotation angle sensor according to the present invention includes a substrate having a magnetoresistive element, a wiring board connecting the magnetoresistive elements to form a bridge circuit, and the substrate and the wiring board. A sensor holder, wherein the substrate has a multiple of 4 on the sensor holder, and at least two of the substrates have an angle of 80 °
It is characterized by being arranged at an inclination of 100100 °. In this configuration, the direction of the magnetoresistive element is set by arranging the magnetoresistive element in which the bias direction is set in advance in a predetermined direction on the sensor holder.

【0007】本発明の他の回転角度センサーは、磁気抵
抗素子を有する基板と、前記基板を配置する配線基板
と、前記配線基板と前記基板間を接続してブリッジ回路
を構成する導電部材を有し、前記配線基板上に前記基板
を4の倍数有するとともに、少なくとも2つの前記基板
が配線基板の面上で80°〜100°傾けて配置され、
前記基板と前記導電部材を被覆する封止部材を設けるこ
とを特徴とする。この構成は、予めバイアス方向を設定
した磁気抵抗素子つきの基板を、所定の向きに配線基板
上に配列することにより、磁気抵抗素子の向きを設定す
るものである。この構成は、前記配線基板に電極ピンを
設け、表面をモールドで被覆する際に、電極ピンのみを
モールドの外に露出させることが好ましい。
Another rotation angle sensor according to the present invention includes a substrate having a magnetoresistive element, a wiring substrate on which the substrate is arranged, and a conductive member that connects the wiring substrate and the substrate to form a bridge circuit. And the substrate has a multiple of 4 on the wiring substrate, and at least two of the substrates are arranged at an angle of 80 ° to 100 ° on the surface of the wiring substrate,
A sealing member for covering the substrate and the conductive member is provided. In this configuration, the direction of the magnetoresistive element is set by arranging the substrate with the magnetoresistive element in which the bias direction is set in advance on the wiring board in a predetermined direction. In this configuration, it is preferable that electrode pins are provided on the wiring board and only the electrode pins are exposed outside the mold when the surface is covered with the mold.

【0008】上記本発明において、前記基板に設ける磁
気抵抗素子は、磁界が付加されない時、回転可能な磁化
軸を有する自由な強磁性層(自由層)と、非磁性層と、
磁化軸が固定された強磁性層(固定層)と、前記固定層
の磁化軸を固定するバイアス層の少なくとも4層を積層
する。前記バイアス層は、反強磁性層、もしくは積層フ
ェリ層とする。少なくとも4層を積層した多層膜で磁気
抵抗素子を構成する。いわゆる、スピンバルブ素子を用
いることが望ましい。また、上記本発明のいずれかにお
いて、前記磁気抵抗素子は、前記基板上に1ないし2素
子を設けた構成とすることができる。ここで、素子ある
いは磁気抵抗素子とは1対の電極部および前記電極部間
を結ぶパターニングした磁気抵抗効果膜を含む。また、
配線基板上に配置する磁気抵抗素子はそれぞれが基板上
に1ないし2素子を含み、それぞれを配線基板上の任意
の位置に配置することにより、磁気抵抗素子の形状を小
型化し、同一形状とすることで、磁気抵抗素子の歩留り
の向上を行う。
In the present invention, the magnetoresistive element provided on the substrate includes a free ferromagnetic layer (free layer) having a rotatable magnetization axis when no magnetic field is applied, a nonmagnetic layer,
At least four layers of a ferromagnetic layer having a fixed magnetization axis (fixed layer) and a bias layer for fixing the magnetization axis of the fixed layer are stacked. The bias layer is an antiferromagnetic layer or a laminated ferrilayer. A magnetoresistive element is composed of a multilayer film in which at least four layers are stacked. It is desirable to use a so-called spin valve element. In any of the above aspects of the present invention, the magnetoresistive element may have a structure in which one or two elements are provided on the substrate. Here, the element or the magnetoresistive element includes a pair of electrode parts and a patterned magnetoresistive film connecting between the electrode parts. Also,
Each of the magnetoresistive elements arranged on the wiring board includes one or two elements on the board, and by arranging each at an arbitrary position on the wiring board, the shape of the magnetoresistive element is reduced in size and made the same. This improves the yield of the magnetoresistive element.

【0009】上記本発明の回転角度センサーにおいて、
前記磁気抵抗素子は第1の磁気抵抗素子と第3の磁気抵
抗素子は160〜200°で配置し、第2の磁気抵抗素
子と第4の磁気抵抗素子は160〜200°で配置し、
第1の磁気抵抗素子に対して第2の磁気抵抗素子は80
°〜100°傾けて配置する構成とすることができる。
好ましくは、前記の80°〜100°という傾斜角度の
範囲を90°と同等及び、前記の160°〜200°と
いう傾斜角度の範囲を180°と同等にすることで、回
転角度センサーの出力信号の対称性を高めることができ
る。これらの角度は配線基板の面上で比較した傾斜の度
合いである。また、上記本発明において、前記磁気抵抗
素子は、第1の磁気抵抗素子に対して第2の磁気抵抗素
子は、前記固定層の向きが80°〜100°傾いてお
り、第2の磁気抵抗素子に対して第3の磁気抵抗素子
は、前記固定層の向きが80°〜100°傾いており、
第3の磁気抵抗素子に対して第4の磁気抵抗素子は、前
記固定層の向きが80°〜100°傾いている構成とす
ることで、同様の効果を得ることが可能である。
In the rotation angle sensor according to the present invention,
The first and third magneto-resistive elements are arranged at 160 to 200 degrees, the second and fourth magneto-resistive elements are arranged at 160 to 200 degrees,
The second magnetoresistive element is 80 with respect to the first magnetoresistive element.
It is possible to adopt a configuration in which the components are arranged at an angle of ° to 100 °.
Preferably, the range of the inclination angle of 80 ° to 100 ° is equivalent to 90 ° and the range of the inclination angle of 160 ° to 200 ° is equivalent to 180 °, so that the output signal of the rotation angle sensor is Can be increased in symmetry. These angles are degrees of inclination compared on the surface of the wiring board. In the present invention, the direction of the fixed layer of the second magnetoresistive element is inclined by 80 ° to 100 ° with respect to the first magnetoresistive element. In the third magnetoresistive element with respect to the element, the orientation of the fixed layer is inclined by 80 ° to 100 °,
The same effect can be obtained in the fourth magnetoresistive element having a configuration in which the orientation of the fixed layer is inclined by 80 ° to 100 ° with respect to the third magnetoresistive element.

【0010】上記本発明において、前記磁気抵抗素子あ
るいは基板の表面あるいは裏面には、固定層の磁化の向
きを判別するための目印を付加することができる。ま
た、磁気抵抗素子の形状を非対称にしたり、素子面に位
置検出パターンを形成することで組立時の素子の方向性
を認識することもできる。ここで、前記目印は、磁気的
あるいは電気的に磁気抵抗効果膜と離隔して配置され、
判別可能な形状を備え、基板中心に対して対象な位置に
前記目印と同等なものや判別しにくいものを設けない構
成とすることが望ましい。また、上記本発明において、
スピンバルブ素子を配置する際に、前記センサーホルダ
ー上に回転角度センサーの出力信号を処理する処理回路
を設ける構成とすることができる。こうすると、処理回
路の組立性が向上される。また、スピンバルブ素子の配
置面の反対側に処理回路を設け、さらに小型化すること
も可能である。
In the present invention, a mark for discriminating the magnetization direction of the fixed layer can be added to the front or back surface of the magnetoresistive element or the substrate. Also, the directionality of the element at the time of assembly can be recognized by making the shape of the magnetoresistive element asymmetric or forming a position detection pattern on the element surface. Here, the mark is magnetically or electrically disposed apart from the magnetoresistive film,
It is desirable to provide a configuration that has a shape that can be distinguished and that is not provided with an object equivalent to the mark or an object that is difficult to distinguish from the center of the substrate. In the present invention,
When arranging the spin valve element, a processing circuit for processing an output signal of a rotation angle sensor may be provided on the sensor holder. This improves the assemblability of the processing circuit. In addition, a processing circuit can be provided on the opposite side of the surface on which the spin valve element is arranged to further reduce the size.

【0011】本発明は、上記のいずれかの回転角度セン
サーと、この回転角度センサー中のセンサーホルダーの
周囲に磁界発生手段として配置した永久磁石を備え、前
記永久磁石は前記回転軸に設けられて回転可能であると
ともに、前記センサーホルダーに対して基板の面に沿っ
た回転磁界を印加することを特徴とする回転軸の回転角
を検出する回転角度センサーユニットである。回転磁界
とは、一様な向きを有する磁界を前記回転軸とともに回
転させたものを指す。磁気抵抗素子が受ける回転磁界
は、一様な磁界(磁力線がほぼ平行な磁界)であること
が望ましい。また、前記本発明の回転角度センサーユニ
ットにおいて、前記永久磁石に磁気ヨークを設けて磁気
回路を構成し、この磁気回路によって前記センサーホル
ダーの面に平行な磁界を印加するとともに、前記永久磁
石の幅が前記磁気抵抗素子群の外接円の0.8倍以上と
することが好ましい。ここで、磁気抵抗素子群とは、全
ての磁気抵抗素子を一つのグループとして見たものであ
り、外接円はその中に磁気抵抗素子群が接する最小の仮
想的な円の領域を指す。
According to the present invention, there is provided any one of the rotation angle sensors described above, and a permanent magnet disposed as a magnetic field generating means around a sensor holder in the rotation angle sensor, wherein the permanent magnet is provided on the rotation shaft. A rotation angle sensor unit for detecting a rotation angle of a rotation shaft, wherein the rotation angle sensor unit is rotatable and applies a rotating magnetic field along a surface of a substrate to the sensor holder. The rotating magnetic field refers to a magnetic field having a uniform direction rotated with the rotation axis. It is desirable that the rotating magnetic field received by the magnetoresistive element is a uniform magnetic field (a magnetic field having substantially parallel lines of magnetic force). Further, in the rotation angle sensor unit of the present invention, a magnetic circuit is formed by providing a magnetic yoke on the permanent magnet, and a magnetic field parallel to a surface of the sensor holder is applied by the magnetic circuit, and the width of the permanent magnet is adjusted. Is preferably at least 0.8 times the circumscribed circle of the magnetoresistive element group. Here, the magnetoresistive element group is a view in which all the magnetoresistive elements are viewed as one group, and the circumscribed circle indicates a minimum virtual circle area in which the magnetoresistive element group contacts.

【0012】(作用)本発明の回転角度センサーで用い
るスピンバルブ素子は、その磁気抵抗変化が〜10%を
示し、NiFe等の強磁性薄膜を用いた異方性磁気抵抗
素子と比べて、大幅にその出力が大きくなる。その原理
は、自由層の方向と固定層の磁化の角度差が抵抗変化と
して現れることを利用する。その変化dRは(1)式の
様になる。 dR=k(1−cos(θ))・・・(1)式 (1)式の各パラメータは(k:定数、θ:自由層と固
定層のなす角)とした。適切な外部磁界の強度を設定す
ると、自由層と固定層のなす角が、ほぼ外部磁界と固定
層のなす角に等しくなることにより、角度に応じた抵抗
変化(再生出力)を得ることができる。このとき、固定
層が外部磁界の影響を受け難いようにする為に、固定層
の向きを固定するための反強磁性層には、保磁力が大き
なものを用いることが望ましい。また、耐熱性を向上さ
せるためには、ブロッキング温度の高い反強磁性層を用
いる。
(Operation) The spin valve element used in the rotation angle sensor of the present invention exhibits a change in magnetoresistance of 10%, which is much larger than that of an anisotropic magnetoresistance element using a ferromagnetic thin film such as NiFe. The output increases. The principle utilizes that the angle difference between the direction of the free layer and the magnetization of the fixed layer appears as a resistance change. The change dR is as shown in equation (1). dR = k (1−cos (θ)) (1) Equations (1) Each parameter of equation (1) is (k: constant, θ: angle between free layer and fixed layer). When an appropriate external magnetic field strength is set, the angle between the free layer and the fixed layer becomes substantially equal to the angle between the external magnetic field and the fixed layer, so that a resistance change (reproduction output) according to the angle can be obtained. . At this time, in order to make the fixed layer hard to be affected by an external magnetic field, it is desirable to use an antiferromagnetic layer for fixing the orientation of the fixed layer having a large coercive force. In order to improve heat resistance, an antiferromagnetic layer having a high blocking temperature is used.

【0013】スピンバルブ素子が形成される基板とし
て、ガラス基板などの透明な基板を用いた場合、基板越
しにセンサー面の向きを判別することができるため、セ
ンサー面を配線基板側(下面)にしてセンサーホルダー
上に配置することが可能となる。このように検出面(電
極面)を下向きにすることで、ワイヤーボンディングを
する必要がなくなり、組立工数の減少が可能となる。ス
ピンバルブ素子が形成された基板に、シリコン基板など
の不透明な基板を用いた場合、センサー裏面に固定用端
子を設けることもしくは、裏面の適切な位置に目印を設
けることでで、配線基板への配置を容易にすることがで
きる。
When a transparent substrate such as a glass substrate is used as the substrate on which the spin valve element is formed, the orientation of the sensor surface can be determined through the substrate. Can be arranged on the sensor holder. By setting the detection surface (electrode surface) downward as described above, it is not necessary to perform wire bonding, and the number of assembling steps can be reduced. When an opaque substrate such as a silicon substrate is used for the substrate on which the spin valve element is formed, a fixing terminal is provided on the back surface of the sensor, or a mark is provided at an appropriate position on the back surface, so that the wiring substrate can be formed. The arrangement can be facilitated.

【0014】また、固定層の向きが相対している磁気抵
抗素子同士は、配線基板の予め用意されている配線によ
って、電気的に直列に接続し、この電気回路の一方の端
を電源の(+)側に、他端を(−)側に接続し、中点の
電圧変化を出力として利用する。また、もう一方の組合
せから、同様に出力が得られ、両者の出力の比較を行う
ことにより、回転角度が得られる。
The magneto-resistive elements having the fixed layers facing each other are electrically connected in series by a wiring prepared in advance on a wiring board, and one end of this electric circuit is connected to the power supply ( The other end is connected to the (+) side and the (-) side, and the voltage change at the middle point is used as an output. In addition, an output is similarly obtained from the other combination, and a rotation angle is obtained by comparing the two outputs.

【0015】磁気抵抗素子あるいは基板は、成膜した基
板から切り離された後、配線基板上に配置すべく固定層
の方向性、すなわち基板の向きを任意の角度傾けて配置
する必要がある。このために、基板の表面に固定層の磁
化の向きを判別するための目印を付加する。この目印
は、磁気的または電気的に磁気抵抗素子と分離された箇
所にあり、判別可能な形状を備え、基板中心に対して対
象な位置に前記目印と判別しにくいものがないことを特
徴とする。
After the magnetoresistive element or substrate is separated from the substrate on which the film is formed, it is necessary to arrange the direction of the fixed layer, that is, the direction of the substrate at an arbitrary angle in order to arrange it on the wiring substrate. For this purpose, a mark for determining the direction of magnetization of the fixed layer is added to the surface of the substrate. This mark is located at a location magnetically or electrically separated from the magnetoresistive element, has a shape that can be distinguished, and there is no object that is difficult to distinguish from the mark at a target position with respect to the center of the substrate. I do.

【0016】また、この目印は、磁気抵抗素子のパター
ンと容易に区別が付く形状であればよい。その形状とし
ては、○型、△型、☆型、□型等とすることができる。
この目印のパターンを素子基板上において方向性の判別
が容易な箇所に配置することが望ましい。また、この目
印の材質は、スピンバルブ膜、磁性膜、非磁性膜のいず
れでも問題はないが、非磁性膜を用いることがより望ま
しい。また、目印は、金属膜でなく、インクなどで印刷
してもよい。
The mark may have any shape as long as it can be easily distinguished from the pattern of the magnetoresistive element. The shape can be a circle, a triangle, a circle, a square, or the like.
It is desirable to arrange the mark pattern at a location on the element substrate where the directionality can be easily determined. The material of the mark may be any of a spin valve film, a magnetic film, and a non-magnetic film, but it is more preferable to use a non-magnetic film. The mark may be printed with ink or the like instead of the metal film.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の回転
角度センサーを説明する。図1に本発明の回転角度セン
サーと回転外部磁界の関係を説明する斜視図を示す。図
2は、図1中のスピンバルブ素子を説明する斜視図であ
る。図3は、スピンバルブ素子と配線基板を結線したブ
リッジ回路を説明する回路図である。図4は、図3の回
路の出力波形のグラフである。図5は、本発明の基板上
に形成したスピンバルブ膜の構成を断面で説明する斜視
図である。図6は、スピンバルブ素子の磁気抵抗変化特
性のグラフである。図7は、本発明の他の回転角度セン
サーの斜視図である。図8は、本発明に用いるスピンバ
ルブ素子の変形例を説明する平面図である。図9は、本
発明に係る回転角度センサーユニットの断面図である。
図10は、本発明に係る他の回転角度センサーユニット
の断面図である。図11は、本発明の他の回転角度セン
サーの斜視図である。図12は、図11の構成に用いる
スピンバルブ素子の斜視図である。図13は、図11の
構成における電気的な結線を説明する回路図である。図
14は、図11の回路の出力波形のグラフである。図1
5は、スピンバルブ素子の固定層の磁化の向きの相関関
係を示す。図16は、本発明の他の回転角度センサーの
模式図である。図17は、図16の構成を基にした回転
角度センサーの斜視図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A rotation angle sensor according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view illustrating the relationship between the rotation angle sensor of the present invention and a rotating external magnetic field. FIG. 2 is a perspective view illustrating the spin valve element in FIG. FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a bridge circuit connecting a spin valve element and a wiring board. FIG. 4 is a graph of the output waveform of the circuit of FIG. FIG. 5 is a perspective view illustrating a cross section of the configuration of the spin valve film formed on the substrate of the present invention. FIG. 6 is a graph of a magnetoresistance change characteristic of the spin valve element. FIG. 7 is a perspective view of another rotation angle sensor of the present invention. FIG. 8 is a plan view illustrating a modification of the spin valve element used in the present invention. FIG. 9 is a sectional view of the rotation angle sensor unit according to the present invention.
FIG. 10 is a sectional view of another rotation angle sensor unit according to the present invention. FIG. 11 is a perspective view of another rotation angle sensor of the present invention. FIG. 12 is a perspective view of a spin valve element used in the configuration of FIG. FIG. 13 is a circuit diagram illustrating electrical connection in the configuration of FIG. FIG. 14 is a graph of the output waveform of the circuit of FIG. FIG.
5 shows the correlation between the magnetization directions of the fixed layer of the spin valve element. FIG. 16 is a schematic diagram of another rotation angle sensor of the present invention. FIG. 17 is a perspective view of a rotation angle sensor based on the configuration of FIG.

【0018】(実施例1)まず、図1に本発明の回転角
度センサーと回転外部磁界の関係を説明する斜視図を示
す。この回転角度センサーは、センサーホルダー12上
に、4つのスピンバルブ素子10と、これらのスピンバ
ルブ素子を電気的に接続してブリッジ回路とするための
配線基板11を設けた構成である。スピンバルブ素子1
0に回転外部磁界を加えたとき、回転外部磁界の回転角
θに応じた出力信号をブリッジ回路から得ることができ
た。図1中、x軸とy軸とz軸は、回転外部磁界の向き
などを示す仮想的な座標である。金属製の円柱状のセン
サーホルダー12は、その軸がz軸と平行である。x−
y平面にほぼ平行な回転外部磁界は、z軸を中心にして
回転させた。点線で表示した矢印13とx軸の為す角度
θは、回転外部磁界の回転角度である。
(Embodiment 1) First, FIG. 1 is a perspective view for explaining the relationship between the rotation angle sensor of the present invention and a rotating external magnetic field. This rotation angle sensor has a configuration in which four spin valve elements 10 and a wiring board 11 for electrically connecting these spin valve elements to form a bridge circuit are provided on a sensor holder 12. Spin valve element 1
When a rotating external magnetic field was applied to 0, an output signal corresponding to the rotation angle θ of the rotating external magnetic field could be obtained from the bridge circuit. In FIG. 1, the x-axis, the y-axis, and the z-axis are virtual coordinates indicating the direction of the rotating external magnetic field and the like. The axis of the metal cylindrical sensor holder 12 is parallel to the z-axis. x-
A rotating external magnetic field substantially parallel to the y-plane was rotated about the z-axis. The angle θ between the arrow 13 indicated by the dotted line and the x-axis is the rotation angle of the rotating external magnetic field.

【0019】次に、図1中のスピンバルブ素子10の配
置と回転外部磁界の関係を説明する。4つのスピンバル
ブ素子10は、x−y平面に平行に配置させると共に、
隣り合うもの同士を90゜ずつ傾けるようにして、配線
基板上に配置した。各々のスピンバルブ素子10につい
て、固定層の磁化の向き4や、その長手方向を次のよう
に設定した。抵抗R1に相当するスピンバルブ素子10
は、固定層の磁化の向きがy軸と平行であり、素子の長
手方向がx軸の向きに平行とした。抵抗R2に相当する
スピンバルブ素子10は、固定層の磁化の向きがx軸と
反平行であり、素子の長手方向がy軸の向きに平行とし
た。抵抗R3に相当するスピンバルブ素子10は、固定
層の磁化の向きがy軸と反平行であり、素子の長手方向
がx軸の向きに平行とした。抵抗R4に相当するスピン
バルブ素子10は、固定層の磁化の向きがx軸と平行で
あり、素子の長手方向がy軸の向きに平行とした。これ
らのスピンバルブ素子10は、図2に示すように、基板
上に磁気抵抗パターン2が形成され、磁気抵抗パターン
の両端には、配線基板11との接続を行うための電極膜
を設けた。
Next, the relationship between the arrangement of the spin valve element 10 in FIG. 1 and the rotating external magnetic field will be described. The four spin valve elements 10 are arranged parallel to the xy plane,
Adjacent objects were arranged on the wiring board so as to be inclined by 90 °. For each of the spin valve elements 10, the magnetization direction 4 of the fixed layer and the longitudinal direction thereof were set as follows. Spin valve element 10 corresponding to resistance R1
The direction of magnetization of the fixed layer was parallel to the y-axis, and the longitudinal direction of the element was parallel to the direction of the x-axis. In the spin valve element 10 corresponding to the resistance R2, the magnetization direction of the fixed layer was antiparallel to the x-axis, and the longitudinal direction of the element was parallel to the y-axis direction. In the spin valve element 10 corresponding to the resistor R3, the magnetization direction of the fixed layer was antiparallel to the y-axis, and the longitudinal direction of the element was parallel to the x-axis direction. In the spin valve element 10 corresponding to the resistor R4, the magnetization direction of the fixed layer was parallel to the x-axis, and the longitudinal direction of the element was parallel to the y-axis direction. As shown in FIG. 2, in these spin valve elements 10, a magnetoresistive pattern 2 is formed on a substrate, and electrode films for connection to a wiring substrate 11 are provided at both ends of the magnetoresistive pattern.

【0020】次に、図1に用いた配線基板11の構成を
説明する。配線基板11は、円盤状のガラス板の上に、
Cuの薄膜配線11a,11b,11c,11dを有す
る。これらの薄膜配線は、4つのスピンバルブ素子10
を電気的に接続するものであり、その一部はハンダを介
して図2に示す電極膜3と接合させる端子として機能す
る。このように配線基板11で結合したスピンバルブ素
子10のブリッジ回路について、概念的な回路図を図3
に示す。R1とR2を結合する薄膜配線11aは、定電
圧源Vccを印加する端子とした。R1とR3を結合す
る薄膜配線11bは、出力Aの端子とした。R2とR4
を結合する薄膜配線11cは、出力端子Bとした。R3
とR4を結合する薄膜配線11dは、接地端子(GN
D)とした。図1において、薄膜電極11bと薄膜電極
11cの交差部分は絶縁膜を介して積層させた。図4に
回転角度センサーの出力を示す。スピンバルブ素子の膜
面方向に対して水平方向に与えられる外部磁界が回転す
ると、同図のような出力Aおよび出力Bを得る。それぞ
れの回転角度に応じた正弦波状の出力を得ることができ
る。これらの出力は、この場合、π/2の位相差を持っ
ているので、適切な信号処理を行うことで磁界の角度を
検出することが出来る。
Next, the configuration of the wiring board 11 used in FIG. 1 will be described. The wiring board 11 is placed on a disc-shaped glass plate,
It has Cu thin film wirings 11a, 11b, 11c and 11d. These thin-film wirings include four spin valve elements 10
Are electrically connected, and some of them function as terminals to be joined to the electrode film 3 shown in FIG. 2 via solder. FIG. 3 is a conceptual circuit diagram of the bridge circuit of the spin valve element 10 connected by the wiring board 11 in this manner.
Shown in The thin film wiring 11a connecting R1 and R2 was a terminal to which a constant voltage source Vcc was applied. The thin-film wiring 11b connecting R1 and R3 was used as an output A terminal. R2 and R4
Was used as the output terminal B. R3
The thin film wiring 11d connecting R4 and R4 is connected to a ground terminal (GN
D). In FIG. 1, the intersection of the thin-film electrode 11b and the thin-film electrode 11c is laminated via an insulating film. FIG. 4 shows the output of the rotation angle sensor. When an external magnetic field applied in the horizontal direction with respect to the film surface direction of the spin valve element rotates, an output A and an output B as shown in FIG. A sinusoidal output corresponding to each rotation angle can be obtained. Since these outputs have a phase difference of π / 2 in this case, the angle of the magnetic field can be detected by performing appropriate signal processing.

【0021】次に、配線基板とスピンバルブ素子の接合
工程を説明する。まず、配線基板上の端子に相当する箇
所にハンダを盛った。このハンダに対してハンダ付きの
電極膜を合わせるようにして、各々のスピンバルブ素子
を配線基板上に置いた。この工程では、透明なガラス板
を通して方向性目印を認識することができた。この方向
性目印に従って、配線基板上でスピンバルブ素子の向き
を位置決めした。続けて、この構成をリフローオーブン
内で熱処理した後、自然冷却した。熱処理によって溶融
されたハンダ同士は一体化して、自然冷却の際に固化
し、薄膜配線の端子と電極膜とを接合させることができ
た。この配線基板について、薄膜配線を付けていない方
の面を耐熱性のよい接着剤を介してセンサーホルダーに
固定して、回転角度センサーを作製した。センサーホル
ダーに一括で配線基板の貼付けを行うため、従来技術に
比べて組立工数の減少が可能となった。
Next, the step of joining the wiring substrate and the spin valve element will be described. First, solder was applied to a portion corresponding to a terminal on a wiring board. Each spin-valve element was placed on a wiring board so that the soldered electrode film was fitted to the solder. In this step, the directional marks could be recognized through the transparent glass plate. The direction of the spin valve element was positioned on the wiring board according to the direction mark. Subsequently, the structure was heat-treated in a reflow oven and then cooled naturally. The solder melted by the heat treatment was integrated, solidified during natural cooling, and the terminal of the thin film wiring and the electrode film could be joined. With respect to this wiring board, the surface on which the thin film wiring was not attached was fixed to a sensor holder via an adhesive having good heat resistance, and a rotation angle sensor was produced. Since the wiring board is attached to the sensor holder at one time, the number of assembly steps can be reduced compared to the conventional technology.

【0022】図2において、図1の回転角度センサーに
搭載したスピンバルブ素子10の構成を説明する。この
スピンバルブ素子は、ガラスあるいはシリコンの平板で
構成した基板1上に、磁気抵抗パターン2と、その両端
に接続する電極膜3と、磁気抵抗パターン2の向きを示
す方向性目印5を、薄膜で形成した。図2中の矢印は、
磁気抵抗パターン2中において、固定層の磁化の向き4
を示すものである。磁気抵抗パターン2はパターニング
した磁気抵抗効果膜であり、その積層構成を図5で説明
する。同図は、図2の磁気抵抗パターンを矢印4の向き
で切断して観た一部断面図に相当する。この磁気抵抗パ
ターンの膜構成自体は公知の構成であり、基板1上に多
層膜を形成し、これを1本のストライプにパターニング
したものである。この多層膜はスピンバルブ素子であ
り、外部磁界に対して回転可能な強磁性膜である自由層
10aと、スペーサとなる非磁性層10bと、外部磁界
によって磁化が動かない強磁性膜である固定層10c
と、この固定層の磁化の向きを固定する反強磁性層10
dと、反強磁性層を保護するCAP層10eを含む。反
強磁性層10dは、真空磁場中熱処理工程を経て一定の
方向に磁化させた。各々のスピンバルブ素子には、固定
層の向きが基板切り出し後も判別可能なように丸印の形
状の薄膜を方向性目印5として設けた。このスピンバル
ブ素子の磁気特性を図6に示す。同図において、横軸は
外部からスピンバルブ素子に印加する磁界であり、縦軸
は磁気抵抗変化率とした。これらのスピンバルブ素子は
10、スピンバルブ膜と電極膜3と方向性目印5の組を
一括成膜で多数作製したウェファーを、ダイシングソー
で個々のスピンバルブ素子に切り分けたものを用いた。
これらのスピンバルブ素子の仕様は同じである。
Referring to FIG. 2, the structure of the spin valve element 10 mounted on the rotation angle sensor of FIG. 1 will be described. In this spin valve element, a magnetoresistive pattern 2, electrode films 3 connected to both ends thereof, and a directional mark 5 indicating the direction of the magnetoresistive pattern 2 are formed on a substrate 1 made of a flat plate of glass or silicon. Formed. The arrow in FIG.
In the magnetoresistive pattern 2, the magnetization direction 4 of the fixed layer
It shows. The magnetoresistive pattern 2 is a patterned magnetoresistive effect film, and the laminated structure thereof will be described with reference to FIG. This figure corresponds to a partial cross-sectional view of the magnetoresistive pattern of FIG. The film configuration of the magnetoresistive pattern itself is a known configuration, and a multilayer film is formed on the substrate 1 and is patterned into one stripe. This multilayer film is a spin-valve element, and includes a free layer 10a, which is a ferromagnetic film rotatable with respect to an external magnetic field, a nonmagnetic layer 10b, which serves as a spacer, and a fixed ferromagnetic film, whose magnetization is not moved by an external magnetic field. Layer 10c
And an antiferromagnetic layer 10 for fixing the magnetization direction of the fixed layer.
d and a CAP layer 10e for protecting the antiferromagnetic layer. The antiferromagnetic layer 10d was magnetized in a certain direction through a heat treatment step in a vacuum magnetic field. Each spin valve element was provided with a thin film in the shape of a circle as a directional mark 5 so that the orientation of the fixed layer could be determined even after the substrate was cut out. FIG. 6 shows the magnetic characteristics of this spin valve element. In the figure, the horizontal axis represents the magnetic field applied to the spin valve element from the outside, and the vertical axis represents the magnetoresistance change rate. These spin-valve elements used were wafers in which a large number of sets of a spin-valve film, an electrode film 3 and a directional mark 5 were formed by batch deposition and cut into individual spin-valve elements with a dicing saw.
The specifications of these spin valve elements are the same.

【0023】(実施例2)図7に他の実施形態の回転角
度センサーを示す。同図は、図1の構成において、スピ
ンバルブ素子10の配置と、薄膜基板11e上の配線形
状を変更した構成であり、電気的なブリッジ回路は、図
3と同様の構成とした。4つのスピンバルブ素子10
は、十字型を構成するように配置させた。この配置に合
わせるように、配線基板上に薄膜配線11a,11b,
11c,11dを設けるものとした。本実施例のよう
に、配線基板11の形状を変えることで、容易にスピン
バルブ素子のレイアウトを変えることができる。
(Embodiment 2) FIG. 7 shows a rotation angle sensor according to another embodiment. This figure is a configuration in which the arrangement of the spin valve element 10 and the wiring shape on the thin film substrate 11e are changed in the configuration of FIG. 1, and the electrical bridge circuit has the same configuration as that of FIG. Four spin valve elements 10
Were arranged so as to form a cross shape. In accordance with this arrangement, the thin film wirings 11a, 11b,
11c and 11d are provided. By changing the shape of the wiring board 11 as in this embodiment, the layout of the spin valve element can be easily changed.

【0024】図8に磁気抵抗パターンの他の形状を説明
する。磁気抵抗パターンや方向性目印は薄膜で構成さ
れ、所望の形状とすることができる。(a)は一対の電
極膜の間に磁気抵抗パターン2と方向性目印5を設けた
構成である。スピンバルブ素子中の固定層の磁化の向き
は方向性目印5を設けた側に向かせた。同図中、(b)
と(c)は方向性目印の配置を変えた実施例である。
(d)は、(a)等における方向性目印の形状を四角型
□、三角型△あるいは星型☆とした変形例である。これ
らの変形例のいずれを選択することも可能である。判別
容易な形状(パターン)であれば、(e)のように文字
パターン5eを用いてもよい。さらには、薄膜パターン
に代えて、基板に切欠きなどを方向性目印として設けて
も良い。また、(f)や(g)に示すように、スピンバ
ルブ素子の形状を電極膜間で非対称にすることで、スピ
ンバルブ素子の方向性認識を行ってもよい。(h)は、
電極膜の形状を非対称にして方向性を認識する例であ
り、一方の電極膜3hを丸いパターンとした。
FIG. 8 illustrates another shape of the magnetoresistive pattern. The magnetoresistive pattern and the directional mark are formed of a thin film and can have a desired shape. (A) shows a configuration in which a magnetoresistive pattern 2 and a directional mark 5 are provided between a pair of electrode films. The magnetization direction of the fixed layer in the spin valve element was directed to the side where the direction mark 5 was provided. In the figure, (b)
(C) is an embodiment in which the arrangement of the direction marks is changed.
(D) is a modified example in which the shape of the directional mark in (a) or the like is square, triangular, or star. Any of these modifications can be selected. If the shape (pattern) is easy to determine, the character pattern 5e may be used as shown in FIG. Further, a notch or the like may be provided on the substrate as a directional mark instead of the thin film pattern. Further, as shown in (f) and (g), the direction of the spin valve element may be recognized by making the shape of the spin valve element asymmetric between the electrode films. (H)
This is an example in which the shape of the electrode film is asymmetric and the direction is recognized, and one electrode film 3h has a round pattern.

【0025】図9(a)は、図7の回転角度センサーを
用いた回転角度センサーユニットの断面図であり、回転
軸に設けた磁気回路の中に回転角度センサーを配置し、
回転軸の回転角度を検出する構成とした。すなわち、こ
の回転角度センサーユニットは、センサーホルダー12
を含む回転角度センサーを固定側として、永久磁石14
bを有するヨーク14と回転軸15を可動側とし、固定
側と可動型の間をベアリング16でつないでいる。図9
(b)には、z軸側から見たヨーク14と永久磁石14
bの位置関係を示す断面図である。各々の構成を順に説
明する。まず、センサーホルダー12の上には、スピン
バルブ素子10と信号処理回路(図示を省略した)を搭
載し、これらの電気配線を有する配線基板を設けた。配
線基板と外部の電気的な接続にはセンサーホルダー12
の側面に埋めたフラットケーブル17を用いた。回転軸
15には、一対の永久磁石14bを含むヨーク14をそ
の先端に設けた。対向して配置された永久磁石14bの
間には、実質的に平行な磁界H19が形成された。同図
中、磁界H19のイメージを点線の矢印で示した。さら
に、ヨーク14の先端には、センサーホルダー12を内
周に支持するベアリング16を設けた。永久磁石14b
は直方体であり、対向して配置した各々の面が異なる極
となるようにヨーク14に取り付けた。そして、回転軸
をz軸を中心に回転させると、スピンバルブ素子10の
面に平行に入射する磁界H19も回転して、回転角度セ
ンサーの出力が回転角度θに応じて変化した。このよう
にして回転軸の回転角度を360°にわたって絶対位置
の検出をすることが可能となる。スピンバルブ素子が受
ける磁界H19は、望ましくは50〜100(Oe)で
あることが望ましい。
FIG. 9A is a cross-sectional view of a rotation angle sensor unit using the rotation angle sensor of FIG. 7, in which a rotation angle sensor is arranged in a magnetic circuit provided on a rotation shaft.
The rotation angle of the rotating shaft is detected. That is, this rotation angle sensor unit is
The rotation angle sensor including
The yoke 14 having b and the rotating shaft 15 are on the movable side, and the fixed side and the movable mold are connected by a bearing 16. FIG.
(B) shows the yoke 14 and the permanent magnet 14 viewed from the z-axis side.
It is sectional drawing which shows the positional relationship of b. Each configuration will be described in order. First, the spin valve element 10 and a signal processing circuit (not shown) were mounted on the sensor holder 12, and a wiring board having these electrical wirings was provided. The sensor holder 12 is used for electrical connection between the wiring board and the outside.
The flat cable 17 buried in the side surface of was used. A yoke 14 including a pair of permanent magnets 14b is provided at the tip of the rotating shaft 15. A substantially parallel magnetic field H19 was formed between the opposed permanent magnets 14b. In the figure, the image of the magnetic field H19 is indicated by a dotted arrow. Further, a bearing 16 for supporting the sensor holder 12 on the inner periphery is provided at the tip of the yoke 14. Permanent magnet 14b
Is a rectangular parallelepiped, and is attached to the yoke 14 such that each of the opposing surfaces has a different pole. When the rotation axis was rotated around the z-axis, the magnetic field H19 incident parallel to the surface of the spin valve element 10 was also rotated, and the output of the rotation angle sensor changed according to the rotation angle θ. In this way, it is possible to detect the absolute position over a rotation angle of the rotation shaft of 360 °. The magnetic field H19 received by the spin valve element is desirably 50 to 100 (Oe).

【0026】図10に、本発明に係る他の回転角度セン
サーユニットの断面図を示す。この構成は図9において
回転側の構成を変更したものである。永久磁石14cを
ヨークの中央部に配置した点、およびヨークとベアリン
グを別個に保持するフレームを有する点で図9の構成と
異なる。すなわち、(a)の回転角度センサーユニット
は、ヨーク14とベアリング16を備えるケース15b
を回転軸15に設けた。ベアリングの内周には回転角度
センサーのセンサーホルダー12を設けた。この際、ス
ピンバルブ素子10をヨーク14の先端の間に配置する
ようにセンサーホルダーを挿入した。図10の(b)に
一個の永久磁石14cを含むヨーク14を、円筒形のケ
ース15b内に嵌めた様子を示す。(b)はz軸に沿っ
た向きで円筒形ケース15bを見たものである。円筒形
ケース15bは、その内周に一対の溝を有する。この溝
にヨーク14を嵌めて固定した後、円筒形ケース15b
に回転軸のフランジを接合させた。こうすることで回転
軸15とともにヨーク14から発生する磁界Hを回転さ
せた。対向して配置された永久磁石14cの間には、実
質的に平行な磁界H19が形成された。同図中、磁界H
19のイメージを点線の矢印で示した。永久磁石14c
の出す磁界はヨーク14を伝わって、スピンバルブ素子
10に印加された。そして、回転軸15をz軸を中心に
回転させると、スピンバルブ素子10の面に平行に入射
する磁界H19も回転して、回転角度センサーの出力が
回転角度θに応じて変化した。
FIG. 10 is a sectional view of another rotation angle sensor unit according to the present invention. This configuration is a modification of the configuration on the rotating side in FIG. It differs from the configuration in FIG. 9 in that the permanent magnet 14c is arranged at the center of the yoke and that a frame for separately holding the yoke and the bearing is provided. That is, the rotation angle sensor unit shown in FIG.
Was provided on the rotating shaft 15. A sensor holder 12 for a rotation angle sensor was provided on the inner periphery of the bearing. At this time, the sensor holder was inserted so that the spin valve element 10 was arranged between the tips of the yoke 14. FIG. 10B shows a state in which the yoke 14 including one permanent magnet 14c is fitted in a cylindrical case 15b. (B) is a view of the cylindrical case 15b in a direction along the z-axis. The cylindrical case 15b has a pair of grooves on its inner periphery. After fitting the yoke 14 in this groove and fixing it, the cylindrical case 15b
The flange of the rotating shaft was joined to the. By doing so, the magnetic field H generated from the yoke 14 together with the rotating shaft 15 was rotated. A substantially parallel magnetic field H19 was formed between the opposed permanent magnets 14c. In FIG.
The 19 images were indicated by dotted arrows. Permanent magnet 14c
The magnetic field generated by the magnetic field transmitted through the yoke 14 was applied to the spin valve element 10. When the rotating shaft 15 was rotated around the z-axis, the magnetic field H19 incident parallel to the surface of the spin valve element 10 was also rotated, and the output of the rotation angle sensor changed according to the rotation angle θ.

【0027】上記の実施例の回転角度センサーにおい
て、センサーホルダー側が必ずしも固定部である必要は
なく、回転軸側が固定され、センサーホルダー側が回転
するように構成してもよい。本発明の回転角度センサー
は相対的な変位を検出するものである。また、永久磁石
の配置や形状は、上記実施例に構成に限らない。磁石と
ヨークの組合せによって磁路を形成して、所望の平行な
磁界を回転角度センサーに与えることができればよい。
In the rotation angle sensor of the above-described embodiment, the sensor holder side does not necessarily need to be a fixed portion, and the rotation shaft side may be fixed and the sensor holder side may rotate. The rotation angle sensor according to the present invention detects a relative displacement. Further, the arrangement and shape of the permanent magnet are not limited to the configuration in the above embodiment. It suffices if a magnetic path is formed by a combination of the magnet and the yoke, and a desired parallel magnetic field can be applied to the rotation angle sensor.

【0028】(実施例3)図11に本発明の他の回転角
度センサーの斜視図を示す。この構成は、2本のスピン
バルブ膜を有するスピンバルブ素子を用いて、フルブリ
ッジ回路を組んだ回転角度センサーである。実施例1に
比べて、配線基板上に設ける薄膜配線の回路配置を変更
することで、基板の数を増やすことなく、出力信号の倍
増を行うことが可能である。回転角度センサーの概略構
成は、センサーホルダー12上に配線基板11fと、配
線基板上に形成する薄膜配線と接続することでフルブリ
ッジ回路を為す4つのスピンバルブ素子20を設けた構
成である。同図中、配線基板上の薄膜配線の詳細構成は
省略する。
(Embodiment 3) FIG. 11 is a perspective view of another rotation angle sensor of the present invention. This configuration is a rotation angle sensor in which a full bridge circuit is formed using a spin valve element having two spin valve films. By changing the circuit arrangement of the thin film wiring provided on the wiring board as compared with the first embodiment, it is possible to double the output signal without increasing the number of boards. The schematic configuration of the rotation angle sensor is a configuration in which a wiring board 11f is provided on a sensor holder 12 and four spin valve elements 20 that form a full bridge circuit by being connected to a thin film wiring formed on the wiring board. In the figure, the detailed configuration of the thin film wiring on the wiring board is omitted.

【0029】図12に、図11に用いるスピンバルブ素
子20の斜視図を示す。このスピンバルブ素子20は、
ガラスあるいはシリコンの平板で構成した基板1上に、
2本の磁気抵抗パターン2a及び2bと、その両端に接
続する電極膜3a及び3bと、磁気抵抗パターンの向き
を示す方向性目印5を、薄膜で形成した。便宜上、磁気
抵抗パターン2aを抵抗R(N)とし、磁気抵抗パター
ン2bを抵抗R(N+4)とした。図12に示すよう
に、抵抗R1とR5を有するスピンバルブ素子20は、
その長手方向をx軸に平行とし、固定層の磁化の向き4
をy軸と平行にした。抵抗R2とR6を有するスピンバ
ルブ素子は、その長手方向をy軸に平行とし、固定層の
磁化の向き4をx軸に反平行とした。抵抗R3とR7を
有するスピンバルブ素子は、その長手方向をx軸に平行
とし、固定層の磁化の向き4をy軸に反平行とした。抵
抗R4とR8を有するスピンバルブ素子は、その長手方
向をy軸と平行とし、固定層の磁化の向き4をx軸に平
行とした。なお、磁気抵抗パターンを構成するスピンバ
ルブ素子の積層構造や、その固定層の磁化の向き4や、
方向性目印などは実施例1と同様にした。
FIG. 12 is a perspective view of the spin valve element 20 used in FIG. This spin valve element 20
On a substrate 1 made of a flat plate of glass or silicon,
The two magnetoresistive patterns 2a and 2b, the electrode films 3a and 3b connected to both ends thereof, and the directional mark 5 indicating the direction of the magnetoresistive pattern were formed as thin films. For convenience, the magnetoresistive pattern 2a is referred to as a resistor R (N), and the magnetoresistive pattern 2b is referred to as a resistor R (N + 4). As shown in FIG. 12, the spin valve element 20 having the resistors R1 and R5
Its longitudinal direction is parallel to the x-axis, and the direction of magnetization 4 of the fixed layer is
Was parallel to the y-axis. In the spin valve element having the resistors R2 and R6, the longitudinal direction was parallel to the y-axis, and the magnetization direction 4 of the fixed layer was antiparallel to the x-axis. In the spin valve element having the resistors R3 and R7, the longitudinal direction was parallel to the x-axis, and the magnetization direction 4 of the fixed layer was antiparallel to the y-axis. In the spin valve element having the resistors R4 and R8, the longitudinal direction was parallel to the y-axis, and the magnetization direction 4 of the fixed layer was parallel to the x-axis. In addition, the laminated structure of the spin valve element forming the magnetoresistive pattern, the magnetization direction 4 of the fixed layer,
The direction marks and the like were the same as in Example 1.

【0030】図12に係るスピンバルブ素子のブリッジ
回路について、概念的な回路図を図13に示す。一枚の
基板上に形成したスピンバルブ膜は別個のブリッジ回路
を構成する。一方のブリッジ回路はR2とR8を接続し
て定電圧源Vccを印加する端子とし、R4とR6を接
続して接地端子とし、R2とR4を接続して出力Bの端
子とし、R6とR8を接続して出力B’の端子とした。
他方のブリッジ回廊は、R1とR7を接続して定電圧源
Vccを印加する端子とし、R3とR5を接続して接地
端子とし、R1とR3を接続して出力Aの端子とし、R
5とR7を接続して出力A’の端子とした。
FIG. 13 is a conceptual circuit diagram of the bridge circuit of the spin valve element shown in FIG. The spin valve film formed on one substrate constitutes a separate bridge circuit. One bridge circuit connects R2 and R8 to provide a terminal to which a constant voltage source Vcc is applied, connects R4 and R6 to provide a ground terminal, connects R2 and R4 to provide a terminal for output B, and connects R6 and R8 to a terminal for output B. Connected to output B 'terminal.
The other bridge corridor connects R1 and R7 to serve as a terminal for applying a constant voltage source Vcc, connects R3 and R5 to serve as a ground terminal, connects R1 and R3 to serve as an output A terminal,
5 and R7 were connected to form an output A 'terminal.

【0031】この回転角度センサーは、端子A−A’間
の信号出力と、端子B−B’間の信号出力を回路処理す
ることにより、実施例1に比べて2倍大きい振幅の出力
信号を得ることができた。この出力信号の波形を図14
に示す。このようにして、出力が大きく安定した角度検
出を行うことが可能となった。また、基板1の配置方法
は、4つのスピンバルブ素子の固定層の磁化の向き4を
図15(a)〜(d)に示すいずれの様においても同様
の効果を得ることができる。
This rotation angle sensor performs circuit processing on the signal output between the terminals AA ′ and the signal output between the terminals BB ′ to output an output signal having an amplitude twice as large as that of the first embodiment. I got it. The waveform of this output signal is shown in FIG.
Shown in In this way, it is possible to perform stable angle detection with a large output. In addition, the same effect can be obtained by arranging the substrate 1 regardless of the magnetization direction 4 of the fixed layer of the four spin valve elements shown in FIGS. 15 (a) to 15 (d).

【0032】図16に、回転角度センサーの他の実施の
形態を説明する。この回転角度センサーは配線基板31
上に、4個のスピンバルブ素子の基板1と複数の薄膜配
線32および33とを接着で設け、基板1と薄膜配線の
間をワイヤーボンディングの結線で接続することによ
り、ブリッジ回路を構成した。ここで、基板とその配置
は図1の構成と同様とした。結線としては金の細線を用
いた。薄膜配線の数は合計8本となったが、R2とR1
の薄膜配線を共通化し、R3とR4の薄膜配線を共通化
することによって、薄膜配線の数を6本とすることが可
能である。
FIG. 16 illustrates another embodiment of the rotation angle sensor. This rotation angle sensor is a wiring board 31
A bridge circuit was formed by providing a substrate 1 of four spin valve elements and a plurality of thin film wirings 32 and 33 by bonding, and connecting the substrate 1 and the thin film wiring by wire bonding. Here, the substrates and their arrangement were the same as in the configuration of FIG. As the connection, a thin gold wire was used. Although the total number of thin film wirings is eight, R2 and R1
By sharing the thin film wiring of R3 and R4 and R4, it is possible to reduce the number of thin film wirings to six.

【0033】続けて、図16の構成を封止材料でモール
ドした外観を図17に示す。モールドした後、封止部材
35から薄膜配線32,33の先端側が露出されてい
て、その他の部材は封止部材35内に封止する構成とし
た。この外観はICチップに似ているものとなった。封
止部材35としては、絶縁樹脂を用いた。なお、図16
では配線基板と薄膜配線を用いたが、それらに代えてリ
ードフレームを用いることにより、他に実施の形態とす
ることも可能である。具体的には、リードフレーム上に
4個の基板1を配列し、基板とリードフレームの電極ピ
ンの間を結線34を介して接続した後、封止部材でモー
ルドする構成とした。図17の回転角度センサーは汎用
性があり、所望の配線を設けたプリント基板上に実装す
ることが可能である。例えば、センサホルダー上にプリ
ント基板を結合し、このプリント基板上に図17の構成
を設けることもできた。
Next, FIG. 17 shows an appearance in which the structure of FIG. 16 is molded with a sealing material. After the molding, the distal ends of the thin film wirings 32 and 33 are exposed from the sealing member 35, and the other members are sealed in the sealing member 35. This appearance resembled an IC chip. As the sealing member 35, an insulating resin was used. Note that FIG.
In the above, the wiring board and the thin film wiring are used, but other embodiments can be made by using a lead frame instead. Specifically, four substrates 1 are arranged on a lead frame, and the substrate and the electrode pins of the lead frame are connected via a connection 34 and then molded with a sealing member. The rotation angle sensor shown in FIG. 17 is versatile and can be mounted on a printed circuit board provided with desired wiring. For example, a printed circuit board was connected to a sensor holder, and the configuration shown in FIG. 17 could be provided on the printed circuit board.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の回転角度
センサーを用いることで、0〜360°の回転角度に対
して絶対位置検出を行うことが可能となる。また、一形
状のスピンバルブ素子を用い、これを本発明のように配
置することで、歩留りの向上を図ることができる。
As described above, by using the rotation angle sensor of the present invention, it is possible to detect an absolute position for a rotation angle of 0 to 360 °. Further, by using a single-shaped spin valve element and disposing it as in the present invention, the yield can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の回転角度センサーの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a rotation angle sensor according to the present invention.

【図2】本発明に用いるスピンバルブ素子の斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view of a spin valve element used in the present invention.

【図3】図1の構成における結線を説明する回路図であ
る。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating connection in the configuration of FIG. 1;

【図4】図3の回路の出力波形を説明するグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph illustrating an output waveform of the circuit of FIG. 3;

【図5】本発明のスピンバルブ素子の膜構成を説明する
斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view illustrating a film configuration of a spin valve element of the present invention.

【図6】スピンバルブ素子の磁気抵抗変化特性を説明す
るグラフである。
FIG. 6 is a graph illustrating a magnetoresistance change characteristic of a spin valve element.

【図7】本発明の他の回転角度センサーの斜視図であ
る。
FIG. 7 is a perspective view of another rotation angle sensor of the present invention.

【図8】本発明に用いるスピンバルブ素子の変形例を説
明する平面図である。
FIG. 8 is a plan view illustrating a modification of the spin valve element used in the present invention.

【図9】本発明に係る回転角度センサーユニットの断面
図である。
FIG. 9 is a sectional view of a rotation angle sensor unit according to the present invention.

【図10】本発明に係る他の回転角度センサーユニット
の断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of another rotation angle sensor unit according to the present invention.

【図11】本発明の他の回転角度センサーの斜視図であ
る。
FIG. 11 is a perspective view of another rotation angle sensor of the present invention.

【図12】図11の構成に用いるスピンバルブ素子の斜
視図である。
FIG. 12 is a perspective view of a spin valve element used in the configuration of FIG. 11;

【図13】図11の構成における結線を説明する回路図
である。
FIG. 13 is a circuit diagram illustrating connection in the configuration of FIG. 11;

【図14】図11の回路の出力波形を説明するグラフで
ある。
FIG. 14 is a graph illustrating an output waveform of the circuit in FIG. 11;

【図15】スピンバルブ素子の固定層の磁化の向きの相
関関係を示す模式図である。
FIG. 15 is a schematic diagram showing a correlation between the magnetization directions of the fixed layer of the spin valve element.

【図16】本発明の他の回転角度センサーの内部を説明
する模式図である。
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating the inside of another rotation angle sensor according to the present invention.

【図17】図16の構成を基にした回転角度センサーの
斜視図である。
17 is a perspective view of a rotation angle sensor based on the configuration of FIG.

【符号の説明】 1 基板、2 磁気抵抗パターン、2a 2b 磁気抵
抗パターン、3a 3b 電極膜、3 電極膜、3h
電極膜、4 固定層の磁化の向き、5 方向性目印、5
e 文字パターン、10 スピンバルブ素子、10a
自由層、10b 非磁性層、10c 固定層、10d
反強磁性層、10e CAP層、11 配線基板、11
a 11b 11c 11d 薄膜配線、11f 配線
基板、12 センサーホルダー、13 角度θを示す矢
印、14 ヨーク、14b 永久磁石、14c 永久磁
石、15 回転軸、15b ケース、16 ベアリン
グ、17 フラットケーブル、19 磁界H、20 ス
ピンバルブ素子、31 配線基板、32 33 薄膜配
線、34 結線、35 封止部材
[Description of Signs] 1 substrate, 2 magnetoresistive pattern, 2a 2b magnetoresistive pattern, 3a 3b electrode film, 3 electrode film, 3h
Electrode film, 4 magnetization direction of pinned layer, 5 direction mark, 5
e Character pattern, 10 Spin valve element, 10a
Free layer, 10b Non-magnetic layer, 10c Fixed layer, 10d
Antiferromagnetic layer, 10e CAP layer, 11 wiring board, 11
a 11b 11c 11d Thin film wiring, 11f wiring board, 12 sensor holder, 13 Arrow showing angle θ, 14 yoke, 14b permanent magnet, 14c permanent magnet, 15 rotation axis, 15b case, 16 bearing, 17 flat cable, 19 magnetic field H , 20 spin valve element, 31 wiring board, 32 33 thin film wiring, 34 connection, 35 sealing member

フロントページの続き Fターム(参考) 2F063 AA35 BB03 BD16 CA34 DA05 DD05 EA03 GA55 LA01 LA02 2F077 AA30 AA49 CC02 JJ10 JJ23 JJ24 TT16 TT51 VV02 VV10 VV11 VV30 VV31 2G017 AA03 AC06 AC09 AD55 AD63 AD65 BA09 BA15 Continued on the front page F-term (reference) 2F063 AA35 BB03 BD16 CA34 DA05 DD05 EA03 GA55 LA01 LA02 2F077 AA30 AA49 CC02 JJ10 JJ23 JJ24 TT16 TT51 VV02 VV10 VV11 VV30 VV31 2G017 AA03 AC06 AC09 AD55 AD63 AD09 BA09

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁気抵抗素子を有する基板と、前記磁気
抵抗素子を接続してブリッジ回路を構成する配線基板
と、前記基板と配線基板を備えたセンサーホルダーを有
し、前記センサーホルダー上に前記基板を4の倍数有す
るとともに、少なくとも2つの前記基板が配線基板面上
で80°〜100°傾けて配置されることを特徴とする
回転角度センサー。
A substrate having a magneto-resistive element, a wiring board connecting the magneto-resistive elements to form a bridge circuit, and a sensor holder having the substrate and the wiring board; A rotation angle sensor having a multiple of four substrates and at least two of said substrates being arranged at an angle of 80 ° to 100 ° on a wiring board surface.
【請求項2】 磁気抵抗素子を有する基板と、前記基板
を配置する配線基板と、前記配線基板と前記基板間を接
続してブリッジ回路を構成する導電部材を有し、前記配
線基板上に前記基板を4の倍数有するとともに、少なく
とも2つの前記基板が配線基板の面上で80°〜100
°傾けて配置され、前記基板と前記導電部材を被覆する
封止部材を設けることを特徴とする回転角度センサー。
A substrate having a magnetoresistive element, a wiring substrate on which the substrate is arranged, and a conductive member that connects the wiring substrate and the substrate to form a bridge circuit; The substrate has a multiple of 4 and at least two of the substrates are 80 ° to 100 ° on the surface of the wiring substrate.
A rotation angle sensor provided with a sealing member that is disposed at an angle and covers the substrate and the conductive member.
【請求項3】 前記基板に設ける磁気抵抗素子は、磁界
が付加されない時、回転可能な磁化軸を有する自由な強
磁性層(自由層)と、非磁性層と、磁化軸が固定された
強磁性層(固定層)と、前記固定層の磁化軸を固定する
バイアス層の少なくとも4層を積層したことを特徴とす
る請求項1または2に記載の回転角度センサー。
3. A magnetoresistive element provided on the substrate, wherein when a magnetic field is not applied, a free ferromagnetic layer (free layer) having a rotatable magnetization axis, a non-magnetic layer, and a strong magnetic axis having a fixed magnetization axis. 3. The rotation angle sensor according to claim 1, wherein at least four layers of a magnetic layer (fixed layer) and a bias layer for fixing a magnetization axis of the fixed layer are stacked.
【請求項4】 前記磁気抵抗素子は前記基板上に1ない
し2素子有することを特徴とする請求項3に記載の回転
角度センサー。
4. The rotation angle sensor according to claim 3, wherein the magnetoresistive element has one or two elements on the substrate.
【請求項5】 前記磁気抵抗素子について、第1の磁気
抵抗素子と第3の磁気抵抗素子は配線基板面上で160
〜200°傾けて配置し、第2の磁気抵抗素子と第4の
磁気抵抗素子は160〜200°傾けて配置し、第1の
磁気抵抗素子に対して第2の磁気抵抗素子は80°〜1
00°傾けて配置することを特徴とする請求項1ないし
4のいずれかに記載の回転角度センサー。
5. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the first magnetoresistive element and the third magnetoresistive element are 160
The second and fourth magnetoresistive elements are disposed at an angle of 160 to 200 °, and the second magnetoresistive element is disposed at an angle of 80 ° to the first magnetoresistive element. 1
The rotation angle sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotation angle sensor is disposed at an angle of 00 °.
【請求項6】 前記磁気抵抗素子について、 第1の磁
気抵抗素子に対して第2の磁気抵抗素子は、前記固定層
の向きが80°〜100°傾いており、第2の磁気抵抗
素子に対して第3の磁気抵抗素子は、前記固定層の向き
が80°〜100°傾いており、 第3の磁気抵抗素子
に対して第4の磁気抵抗素子は、前記固定層の向きが8
0°〜100°傾いていることを特徴とする請求項1な
いし5のいずれかに記載の回転角度センサー。
6. The magnetoresistive element, wherein the direction of the fixed layer of the second magnetoresistive element is inclined by 80 ° to 100 ° with respect to the first magnetoresistive element, and On the other hand, in the third magnetoresistive element, the direction of the fixed layer is inclined by 80 ° to 100 °, and in the fourth magnetoresistive element, the direction of the fixed layer is 8 ° with respect to the third magnetoresistive element.
The rotation angle sensor according to claim 1, wherein the rotation angle sensor is inclined by 0 ° to 100 °.
【請求項7】 前記磁気抵抗素子あるいは基板の表面に
は、固定層の磁化の向きを判別するための目印を付加し
たことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載
の回転角度センサー。
7. The rotation angle sensor according to claim 1, wherein a mark for determining the direction of magnetization of the fixed layer is added to a surface of the magnetoresistive element or the substrate. .
【請求項8】 前記目印は、磁気的あるいは電気的に前
記磁気抵抗素子と離隔して配置され、判別可能な形状を
備え、基板中心に対して対象な位置に前記目印と同等な
ものがないことを特徴とする請求項7に記載の回転角度
センサー。
8. The mark is magnetically or electrically separated from the magnetoresistive element, has a shape that can be distinguished, and has no equivalent to the mark at a target position with respect to the center of the substrate. The rotation angle sensor according to claim 7, wherein:
【請求項9】 前記センサーホルダー上に回転角度セン
サーの出力信号を処理する処理回路を設けることを特徴
とする請求項1、3ないし8のいずれかに記載の回転角
度センサー。
9. The rotation angle sensor according to claim 1, wherein a processing circuit for processing an output signal of the rotation angle sensor is provided on the sensor holder.
【請求項10】 回転軸の回転角を検出する回転角度セ
ンサーユニットであって、請求項1、3ないし9のいず
れかに記載の回転角度センサーと、この回転角度センサ
ー中のセンサーホルダーの周囲に磁界発生手段として配
置した永久磁石を備え、前記永久磁石は前記回転軸に設
けられて回転可能であるとともに、前記センサーホルダ
ーに対して基板の面に沿った回転磁界を印加することを
特徴とする回転角度センサーユニット。
10. A rotation angle sensor unit for detecting a rotation angle of a rotation shaft, comprising: a rotation angle sensor according to claim 1, and a sensor holder in the rotation angle sensor. A permanent magnet arranged as a magnetic field generating means, wherein the permanent magnet is provided on the rotating shaft and is rotatable, and applies a rotating magnetic field along the surface of the substrate to the sensor holder. Rotation angle sensor unit.
【請求項11】 前記永久磁石に磁気ヨークを設けるこ
とで磁気回路を構成し、この磁気回路によって前記セン
サーホルダーの面に平行な磁界を印加するとともに、前
記永久磁石の幅が前記磁気抵抗素子群の外接円の0.8
倍以上であることを特徴とする請求項10に記載の回転
角度センサーユニット。
11. A magnetic circuit is formed by providing a magnetic yoke on the permanent magnet, and a magnetic field parallel to a surface of the sensor holder is applied by the magnetic circuit. 0.8 of the circumcircle of
The rotation angle sensor unit according to claim 10, wherein the rotation angle is at least twice.
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