JP2005024287A - 角度検出センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】特にＡＭＲ効果や形状磁気異方性磁界の影響を抑制して、出力電圧の波形歪みを従来に比べて小さくすることが可能な角度検出センサを提供することを目的としている。
【解決手段】磁気抵抗効果素子Ｒ１は、Ｘ軸配列片（１）〜（５）が互い違いに接続されて葛折り状を構成するＸ軸配列部４２と、Ｙ軸配列片（６）〜（１０）が互い違いに接続されて葛折り状を構成するＹ軸配列部４３とで構成され、前記Ｙ軸配列部４３は、前記Ｘ軸配列部４２を９０度回転させた配置である。これによってＡＭＲ効果による抵抗値変化をキャンセルできるため、出力電圧波形の歪みを低減できる。
【選択図】 図２
【解決手段】磁気抵抗効果素子Ｒ１は、Ｘ軸配列片（１）〜（５）が互い違いに接続されて葛折り状を構成するＸ軸配列部４２と、Ｙ軸配列片（６）〜（１０）が互い違いに接続されて葛折り状を構成するＹ軸配列部４３とで構成され、前記Ｙ軸配列部４３は、前記Ｘ軸配列部４２を９０度回転させた配置である。これによってＡＭＲ効果による抵抗値変化をキャンセルできるため、出力電圧波形の歪みを低減できる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＭＲ素子に代表される磁気抵抗効果素子を用いた角度検出センサに係り、特に出力電圧の波形歪みを従来に比べて小さくすることが可能な角度検出センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気抵抗効果素子を用いた角度検出センサは、下記の特許文献１などで既に公知化されている。
【０００３】
前記磁気抵抗効果素子は、その基本的な構造として反強磁性層、固定磁性層（ピン磁性層）、非磁性材料層、及びフリー磁性層の４層の積層体からなる。前記固定磁性層は前記反強磁性層との間で生じる交換結合磁界によって磁化方向が一方向に固定されている。一方、前記フリー磁性層は外部磁界に対し磁化変動する。
【０００４】
前記角度検出センサには、例えば前記磁気抵抗効果素子の上方に磁石を有する回転部が設けられ、前記回転部が回転することで前記磁石から前記積層体に流入する磁束方向が変化する。
【０００５】
前記フリー磁性層の磁化は前記磁束変化に伴って変動し、これによって磁気抵抗効果素子の素子抵抗値が変化し、この素子抵抗値の変化から出力電圧を求め、前記出力電圧の変化から角度を検出するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３０３５３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図７は、従来の角度検出センサに使用される磁気抵抗効果素子の形状を示す部分平面図である。
【０００８】
符号１は基板で、この基板１上に２つの磁気抵抗効果素子２，３が設けられている。各磁気抵抗効果素子２，３の両側端部にはそれぞれＡｕ等で形成されたリード部４，５，６，７が接続されており、各リード部４，５，６，７の端部に端子部８〜１５が形成されている。
【０００９】
前記角度検出センサを構成する磁石を有する回転部の下方には、図７に示す基板１が例えば４つ設けられ、各基板１に設けられた任意の磁気抵抗効果素子どうしがそれぞれ接続されてホイートストーンブリッジ回路が構成されている。
【００１０】
図７に示す基板１に設けられた各磁気抵抗効果素子２，３は、Ｘ軸方向（基板１の幅方向と規定する）に長く延びるとともに、Ｙ軸方向（基板１の奥行き方向と規定する）に蛇行しながら１本の連続形状を成す葛折り形状となっている。
【００１１】
ところで、上記したように前記磁気抵抗効果素子２，３を構成するフリー磁性層の磁化は磁石を有する回転部の回転により変動し、これによって磁気抵抗効果素子２，３の素子抵抗値は変化するが、磁気抵抗効果素子２，３の素子抵抗値を式で示せば以下の通りである。
【００１２】
【数１】
【００１３】
ここでＲｇは、磁気抵抗効果素子の抵抗値、Ｒｇ０は、中心抵抗値、ΔＲｇは抵抗値変化の振幅、θは、固定磁性層の固定磁化方向とフリー磁性層の変動磁化方向との成す角度である。
【００１４】
理想的な出力電圧波形を得るには、前記固定磁性層の固定磁化方向が外部磁界によって変動せず、一方、前記フリー磁性層の変動磁化方向は外部磁界の方向と同一であることが求められるが、実際には前記フリー磁性層の磁化変動方向は外部磁界の方向と完全に同一にはならず、また他の要因も加わり、実際に得られる出力電圧の波形は、理論値から求めた出力電圧の波形から若干ずれることがわかった。
【００１５】
図８は、図７に示す２つの磁気抵抗効果素子２，３が設けられた基板１を用い、前記基板１の上方に磁石を有する回転部を対向させ、前記回転部を回転させたときに、得られた出力電圧の波形である。
【００１６】
図８に示すように実際に得られた出力電圧の波形は、理論値から求めた出力電圧の波形から若干ずれることがわかる。
【００１７】
このように波形に歪みが生じる要因の一つにＡＭＲ（異方性磁気抵抗）効果がある。
【００１８】
上記ＡＭＲ効果に関し図９を用いて説明する。図９に示すようにＸ軸方向に配置されているＧＭＲ素子に対し、Ｘ軸方向から電流が流れ、その電流方向に対し、フリー磁性層の磁化がθ′だけ傾いているとすると、前記ＡＭＲ効果は次式によって表される。
【００１９】
【数２】
【００２０】
ここでＲＡはＡＭＲ効果による寄与抵抗値、ＲＡ０は中心抵抗、ΔＲＡは寄与抵抗値変化の振幅、θ′は電流方向とフリー磁性層の磁化方向との成す角度である。
【００２１】
数２を見てわかるように、ＲＡは、θ′によって変動する値であるため、上記数１で示したＲｇは、ＡＭＲ効果による抵抗値変化によって変動し波形歪みを低減できない。
【００２２】
次に、波形に歪みが生じる別の要因に形状磁気異方性磁界がある。図７に示すように、各磁気抵抗効果素子２，３はＸ軸方向に長く延びて形成されているが、このように長く延びる方向に磁化が向きやすい性質を形状磁気異方性と言う。
【００２３】
図１０は前記形状磁気異方性磁界によるフリー磁性層の磁化のずれを説明するための図である。形状磁気異方性磁界Ｈｋを加味したフリー磁性層の磁化方向θ″は次式で示される。
【００２４】
【数３】
【００２５】
ここでＨｏは外部磁界、Ｈｋは形状磁気異方性磁界、Ｈｂｆは、バイアス磁界、θは外部磁界の方向、θ″はフリー磁性層の磁化方向である。
【００２６】
上記したように前記フリー磁性層の磁化方向は外部磁界Ｈｏの方向と同一であることが理想的であるが、図１０に示すように、形状磁気異方性磁界Ｈｋや、さらにはバイアス磁界Ｈｂｆも加わって前記フリー磁性層の磁化の成す角θ″（ここで成す角θ″はＹ軸方向からの傾きで示す）は、外部磁界Ｈｏの成す角度θとは一致しない。
【００２７】
よって前記フリー磁性層の磁化方向と外部磁界Ｈｏの方向とをできる限り一致させるには、前記形状磁気異方性磁界Ｈｋが小さくなるようにすることが好ましい。
【００２８】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特にＡＭＲ効果や形状磁気異方性磁界の影響を抑制して、出力電圧の波形歪みを従来に比べて小さくすることが可能な角度検出センサを提供することを目的としている。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁化の向きが固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を支持する基板と、磁場を形成して前記磁気抵抗効果素子に対面して回転する回転部とを有する角度検出センサにおいて、
前記基板の幅方向をＸ軸方向、前記Ｘ軸方向から直角に傾く前記基板の奥行き方向をＹ軸方向としたときに、
前記磁気抵抗効果素子は、Ｘ軸配列部とＹ軸配列部とからなり、
前記Ｘ軸配列部は、Ｙ軸方向に所定間隔を空けながらＸ軸方向に延びる複数本のＸ軸配列片が配置され、前記所定間隔は前記Ｘ軸配列片の長さ寸法に比べて小さく、隣り合う前記Ｘ軸配列片の同じ方向に向く端部どうしが交互に繋げられて、一本の蛇行した形状で構成され、
前記Ｙ軸配列部は、Ｘ軸方向に所定間隔を空けながらＹ軸方向に延びる複数本のＹ軸配列片が配置され、前記所定間隔は前記Ｘ軸配列片の長さ寸法に比べて小さく、隣り合う前記Ｙ軸配列片の同じ方向に向く端部どうしが交互に繋げられて、一本の蛇行した形状で構成され、
前記磁気抵抗効果素子は、前記Ｘ軸配列部とＹ軸配列部との端部どうしが繋げられた一本の連続形状で構成されることを特徴とするものである。
【００３０】
上記発明では、Ｘ軸配列部とＹ軸配列部とがそれぞれ葛折り形状で形成され、前記Ｙ軸配列部は例えば前記Ｘ軸配列部をちょうど９０度回転させた形状である。
【００３１】
上記の構成にすることでフリー磁性層の磁化の傾きによるＡＭＲ効果としての抵抗値変化をキャンセルでき、従来に比べて出力電圧の波形歪みを低減しやすい構造にできる。
【００３２】
また本発明では、前記Ｘ軸配列片と前記Ｙ軸配列片は共に同じ長さ寸法で且つ同じ幅寸法で形成されることが、前記フリー磁性層の磁化の傾きによるＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値の変動量をより効果的に小さくできて好ましい。
【００３３】
または本発明は、磁化の向きが固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を支持する基板と、磁場を形成して前記磁気抵抗効果素子に対面して回転する回転部とを有する角度検出センサにおいて、
前記基板の幅方向をＸ軸方向、前記Ｘ軸方向から直角に傾く前記基板の奥行き方向をＹ軸方向としたときに、
前記磁気抵抗効果素子は、Ｘ軸方向に延びるＸ軸小片と、Ｙ軸方向に延びる小片とがそれぞれ複数個設けられ、前記Ｘ軸小片とＹ軸小片とが交互に接続された一本の連続形状で構成され、
前記Ｘ軸小片とＹ軸小片は共に長さ寸法が同じ寸法であり、且つ幅寸法が同じ寸法で形成されることを特徴とするものである。
【００３４】
上記のように、磁気抵抗効果素子をＸ軸小片と、前記Ｘ軸小片に対して９０度傾いたＹ軸小片とで構成し、また前記Ｘ軸小片とＹ軸小片とを共に同じ長さ寸法で且つ同じ幅寸法で形成しているため、フリー磁性層の磁化の傾きによるＡＭＲ効果としての抵抗値変化をキャンセルでき、従来に比べて出力電圧の波形歪みを低減しやすい構造を提供できる。
【００３５】
また本発明では、前記Ｙ軸小片は、前記Ｘ軸小片のＸ軸方向に向く端面に、前記Ｘ軸小片は、前記Ｙ軸小片のＹ軸方向に向く端面にそれぞれ規則的に接続されて、
前記磁気抵抗効果素子は、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向に延びる列を構成し、前記列が複数あるときは、それぞれの列の同じ方向に向く端部どうしが交互に接続されて、一本の連続形状を構成していることが好ましい。
【００３６】
上記のように構成することで、基板の限られた大きさの範囲内に、効率良く、前記磁気抵抗効果素子を形成できる。使用状況により前記基板の大きさは予め決められており、しかも前記基板上に形成される磁気抵抗効果素子の素子抵抗値（ここでは固定磁性層の磁化方向の直角方向の外部磁界印加状態を指す。）もある一定値となるように規格されているのが一般的である。このような中で、ＡＭＲ効果に起因する寄与抵抗値の変動量を小さくすべく、上記のようにＸ軸小片とＹ軸小片とで構成された磁気抵抗効果素子を前記基板上に設けるには、前記磁気抵抗効果素子を複数の前記列の端部どうしを接続した一本の連続形状として形成することが望ましい。
【００３７】
さらには本発明は、磁化の向きが固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を支持する基板と、磁場を形成して前記磁気抵抗効果素子に対面して回転する回転部とを有する角度検出センサにおいて、
前記基板の幅方向をＸ軸方向、前記Ｘ軸方向から直角に傾く前記基板の奥行き方向をＹ軸方向としたときに、
前記磁気抵抗効果素子は、Ｘ軸方向に所定間隔を空けながらＹ軸方向に複数本配置されたＹ軸配列片と、Ｙ軸方向に所定間隔を空けながらＸ軸方向に複数本配置されたＸ軸配列片と、からなり、
前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片は同数であり、しかも前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片の長さ寸法は同じ寸法で且つ幅寸法が同じ寸法で形成されることを特徴とするものである。
【００３８】
上記の構成にすることでフリー磁性層の磁化の傾きによるＡＭＲ効果としての抵抗値変化をキャンセルでき、従来に比べて出力電圧の波形歪みを低減しやすい構造を提供できる。
【００３９】
また本発明では、前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片、あるいは前記列は、その幅寸法が２０μｍ以上であって、且つ（長さ寸法／幅寸法）が、１１よりも小さいことが好ましい。
【００４０】
あるいは本発明では、前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片、あるいは前記列は、その幅寸法が２０μｍよりも大きく、且つ（長さ寸法／幅寸法）が、１１以下であることが好ましい。
【００４１】
上記のように磁気抵抗効果素子の長さ寸法及び幅寸法を規制することで形状磁気異方性磁界Ｈｋによるフリー磁性層の磁化の傾きの変動を抑え、前記フリー磁性層の磁化を外部磁界方向により近づけることができ、出力電圧の波形歪みを従来に比べて低減することが可能になる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の回転角検出センサの断面図、図２は、本発明の回転角検出センサに搭載される磁気抵抗効果素子が設けられた基板を示す拡大平面図、図３は図２とは別の実施形態の磁気抵抗効果素子が設けられた基板を示す拡大平面図、図４は、各基板上に設けられた磁気抵抗効果素子の配置関係を説明するための平面図、図５は、前記回転角検出センサの回路図、図６は磁気抵抗効果素子の一部分を切断し、その切断面を含む部分斜視図である。
【００４３】
本発明の回転角検出センサは、図１に示すように、ケース２０内に、ケース２０に固定された非磁性材料からなる平板状の支持部材（固定部）２１と、支持部材２１の上方に位置し、前記固定部２１と面対向するフェライト等からなる円板状の磁石２２を有する回転部とを有している。回転部に設けられた磁石２２は、支持部材２１の対向面にＮ極とＳ極が分極されて着磁されており、Ｎ極とＳ極を結ぶ方向が径方向である。前記磁石２２は、厚さが数ｍｍ、径が数ｃｍ程度である。
【００４４】
非磁性材料からなる回転軸２３は、回転部に固定され、ケース２０の外側に突出し、回転軸２３は前記ケース２０に回転自在に支持されている。
【００４５】
支持部材２１の磁石２２と対向する面には、例えば図４に示す４つの基板Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４が設けられており、各基板上にはそれぞれ２個づつ磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２が設けられている。
【００４６】
前記磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２は、例えば図６に示す積層構造であり、下からＰｔＭｎ合金等からなる反強磁性層３０，ＮｉＦｅ合金等からなる固定磁性層（ピン磁性層）３１、Ｃｕ等の非磁性導電材料からなる非磁性材料層３２及びＮｉＦｅ合金等からなるフリー磁性層３３の順に積層された構造である。
【００４７】
図６に示す磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２ではフリー磁性層３３は外部磁界（図１に示す磁石２２からの磁束Ｆ）に対し磁化変動を起こす層である。一方、前記固定磁性層３１の磁化は反強磁性層３０との間で生じる交換結合磁界によってある所定方向に固定されている。
【００４８】
なお磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の積層構造に関しては図６のような４層構造ではなくさらなる多層構造であってもよいし、また図６に示す磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２はいわゆるスピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構造であるが、前記フリー磁性層３３のように外部磁界に対し磁化が変動する層と、固定磁性層３１のように外部磁界の流入によっても磁化方向が変動しない層とを持ち、磁化変動層と磁化固定層との磁化の成す角度の変動によって素子抵抗値の変動する構造であれば、どのような構造であってもかまわない。
【００４９】
図４に示す各基板Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４上にそれぞれ２個づつ配置された磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２は同じ積層構造で形成されている。
【００５０】
図２に示すように各磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の両側端部には前記磁気抵抗効果素子５，６に電流を供給するためのＡｕやＣｕで形成されたリード部４０，４１が接続されている。
【００５１】
図４に示すように、各リード部４０，４１の端部には、前記リード部４０と一体に、あるいは別体で形成された端子部Ａ〜Ｐが設けられている。
【００５２】
これら端子部Ａ〜Ｐは例えば、図５のように接続され、２つのホイートストーンブリッジ回路を構成している。
【００５３】
各基板Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４上に設けられた磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の構造（形状）に関し以下に詳しく説明する。
【００５４】
図２に示す基板は、図４に示す右下に図示された符号Ｋ４の基板である。図２に示すように基板Ｋ４上には、２つの磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２がＹ軸方向に所定の間隔をおいて並設されている。
【００５５】
以下において「Ｘ軸方向」とは基板Ｋ４の幅方向を、「Ｙ軸方向」とは前記Ｘ軸方向から直角に傾く前記基板Ｋ４の奥行き方向を指す。
【００５６】
前記磁気抵抗効果素子Ｒ１は、Ｘ軸配列部４２とＹ軸配列部４３とで構成され、前記Ｘ軸配列部４２とＹ軸配列部４３はちょうど境界Ｓを境にして分けられる。境界Ｓの図示右側に配置されたＸ軸配列部４２は、Ｙ軸方向に所定間隔Ｔ２を空けながらＸ軸方向に５本のＸ軸配列片（１）（２）（３）（４）（５）（以下では（１）〜（５）全てを表現するときは、「Ｘ軸配列片（１）〜（５）」と表記する）が配置されている。前記所定間隔Ｔ２は、前記Ｘ軸配列片（１）〜（５）の長さ寸法Ｌ１に比べて十分に小さく、例えば十数μｍ程度で形成される。
【００５７】
図２に示すように、隣り合う前記Ｘ軸配列片（（１）と（２）、（２）と（３）、（３）と（４）、（４）と（５）のそれぞれのＸ軸配列片）は、その同じ方向に向く端部４２ａどうしが互い違いに繋げられており、これにより前記Ｘ軸配列部４２は一本の蛇行形状として構成される。
【００５８】
一方、前記Ｙ軸配列部４３は、Ｘ軸方向に所定間隔Ｔ２を空けながらＹ軸方向に５本のＹ軸配列片（６）（７）（８）（９）（１０）（以下では（６）〜（１０）全てを表現するときは、「Ｙ軸配列片（６）〜（１０）」と表記する）が配置されている。前記所定間隔Ｔ２は、前記Ｙ軸配列片（６）〜（１０）の長さ寸法Ｌ１に比べて十分に小さい。
【００５９】
図２に示すように、隣り合う前記Ｙ軸配列片（（６）と（７）、（７）と（８）、（８）と（９）、（９）と（１０）のそれぞれのＹ軸配列片）は、その同じ方向に向く端部４３ａどうしが互い違いに繋げられており、これにより前記Ｙ軸配列部４３は一本の蛇行形状として構成される。
【００６０】
そして前記磁気抵抗効果素子Ｒ１は、前記Ｘ軸配列部４２とＹ軸配列部４３との端部どうしがちょうど境界Ｓの部分で繋げられた一本の連続形状として構成されている。
【００６１】
なお、上記した境界Ｓや端部４２ａ，４３ａは便宜上、わかりやすく説明するために図示したもので、実際の製品において、このような境界や端部を示す線が現れているわけではない。前記Ｘ軸配列部４２及びＹ軸配列部４３は同時にスパッタ法等を用いてパターン形成されたものである。
【００６２】
図２に示すように、前記Ｙ軸配列部４３は、前記Ｘ軸配列部４２をちょうど９０度回転させた形状である。
【００６３】
図２では前記Ｘ軸配列部４２とＹ軸配列部４３はともに５本づつの配列片（１）〜（５），（６）〜（１０）を有し、また各配列片（１）〜（５），（６）〜（１０）の幅寸法Ｔ１はそれぞれ同じ寸法で形成され、且つ長さ寸法Ｌ１もそれぞれ同じ寸法で形成されている。
【００６４】
このため外部磁界を与えない状態で、前記Ｘ軸配列部４２及びＹ軸配列部４３に電流を流すと、前記Ｘ軸配列部４２とＹ軸配列部４３はほぼ同じ素子抵抗値を有していることになる。
【００６５】
ここで前記磁気抵抗効果素子Ｒ１のＡＭＲ効果に起因する寄与抵抗値ついて考察する。まず前記磁気抵抗効果素子Ｒ１を構成するＸ軸配列部４２でのＡＭＲ効果に起因する寄与抵抗値ＲＸは次式によって示される。
【００６６】
【数４】
【００６７】
数４は図９で説明したＡＭＲ効果と同理論によって求められた式である。ＲＸは、Ｘ軸配列部４２におけるＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値であり、ＲＢ０が中心抵抗、ΔＲＢが寄与抵抗値変化の振幅、θ′が、電流方向とフリー磁性層３３の磁化方向との成す角度である。
【００６８】
一方、Ｙ軸配列部４３では、Ｙ軸配列片（６）〜（１０）がＸ軸配列片（１）〜（５）の配置方向から９０度回転して配置された関係にあるため、前記Ｙ軸配列片（６）〜（１０）に流れる電流方向は、前記Ｘ軸配列片（１）〜（５）に流れる電流方向に対して９０度傾いた方向である。
【００６９】
このためＹ軸配列部４３でのＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値ＲＹは、上記した数４の「ΔＲＢＣＯＳ２θ′」の部分が「ΔＣＯＳ２（θ＋９０）′＝ΔＳＩＮ２θ′」に変わった次式で示される。
【００７０】
【数５】
【００７１】
ここでＲＹは、Ｙ軸配列部４３におけるＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値であり、ＲＢ０が中心抵抗、ΔＲＢが寄与抵抗値変化の振幅、θ′が、電流方向とフリー磁性層１０の磁化方向との成す角度である。
そして数４と数５とを足すと、ＣＯＳ２θ′＋ＳＩＮ２θ′＝１だから、
【００７２】
【数６】
【００７３】
となる。
数６からわかるように、磁気抵抗効果素子Ｒ１のＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値を求める際にＣＯＳ２θ′やＳＩＮ２θ′の項を消去できるため、θ′によって変動する値が消え、ＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値（ＲＸ＋ＲＹ）をある所定値に収めることが可能になる。
【００７４】
よってＡＭＲ効果による抵抗値変化をキャンセルできるため、出力電圧波形の歪みを低減できる。
【００７５】
なお図２では磁気抵抗効果素子５を構成するＸ軸配列部４２とＹ軸配列部４３とがともに５本の配列片（１）〜（５），（６）〜（１０）からなり、しかも前記Ｘ軸配列片（１）〜（５）とＹ軸配列片（６）〜（１０）の幅は同じ幅寸法Ｔ１で、且つ長さも同じ長さ寸法Ｌ１で、前記Ｘ軸配列部４２とＹ軸配列部４３とが同じ中心抵抗ＲＢ０、同じ寄与抵抗値変化の振幅ΔＲＢを有するとの前提の下に、数４〜数６の式が成り立っている。
【００７６】
このため、例えばＸ軸配列部４２を構成するＸ軸配列片（１）〜（５）の本数と、Ｙ軸配列部４３を構成するＹ軸配列片（６）〜（１０）の本数とが異なっているなどの要因があるときは、前記Ｘ軸配列部４２とＹ軸配列部４３とが同じ中心抵抗ＲＢ０、同じ寄与抵抗値変化の振幅ΔＲＢを有することにはならない。
【００７７】
しかしながら、数４を構成する「ΔＲＢ１ＣＯＳ２θ′」の項（ここでは数４のΔＲＢをΔＲＢ１に変更した）と、数５を構成する「ΔＲＢ２ＳＩＮ２θ′」（ここでは数５のΔＲＢをΔＲＢ２に変更した）とを足したときのθ′の変動による変動量（ΔＲＢ１ＣＯＳ２θ′＋ΔＲＢ２ＳＩＮ２θ′）を、従来に比べて小さくすることが可能であり、従ってθ′の変動によるＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値の変動量を小さくできる。
【００７８】
次に形状磁気異方性磁界Ｈｋの低減について以下に説明する。図２に示すように、Ｘ軸配列部４２を構成する各Ｘ軸配列片（１）〜（５）の幅寸法をＴ１、長さ寸法をＬ１とする。なお前記Ｙ軸配列部４３を構成する各Ｙ軸配列片（６）〜（１０）の幅寸法もＴ１で、長さ寸法もＬ１である。
【００７９】
ここでＸ軸方向の寸法及びＹ軸方向の寸法がそれぞれ７００μｍとされた基板上に図７に示す従来構造の磁気抵抗効果素子２，３を形成し、前記磁気抵抗効果素子２，３構成する各配列片の長さ寸法を２２０μｍ、幅寸法を２０μｍとしたときの形状磁気異方性磁界Ｈｋの値を基準（基準値１と置く）とする。
【００８０】
次に、前記磁気抵抗効果素子２，３と同じ素子抵抗値（外部磁界の印加がない状態での素子抵抗値）を有するように、図２に示す前記磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の前記幅寸法Ｔ１及び長さ寸法Ｌ１を変動させて、前記基準から見た前記磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の形状磁気異方性磁界Ｈｋの変動率を求めた。それが以下の表１である。
【００８１】
【表１】
【００８２】
表１に示す括弧書きは（長さ寸法／幅寸法）である。長さ寸法を２２０μｍとし、幅寸法を２０μｍとした基準値１では、（長さ寸法／幅寸法）は１１である。
【００８３】
表１に示すように、幅寸法を２０μｍ以上にするとともに、（長さ寸法／幅寸法）を１１よりも小さくすると、形状磁気異方性磁界Ｈｋを基準値１に比べて低くできることがわかる。
【００８４】
あるいは前記幅寸法を２０μｍよりも大きくするとともに、（長さ寸法／幅寸法）を１１以下にすれば、形状磁気異方性磁界Ｈｋを基準値１よりも低くできることがわかる。
【００８５】
そこで、本発明では磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２を構成する配列片（１）〜（５），（６）〜（１０）の幅寸法Ｔ１を２０μｍ以上にし、且つ（長さ寸法Ｌ１／幅寸法Ｔ１）を１１よりも小さくするか、あるいは前記幅寸法Ｔ１を２０μｍよりも大きくし、且つ（長さ寸法Ｌ１／幅寸法Ｔ１）を１１以下にして形状磁気異方性磁界Ｈｋを低減させることとした。
【００８６】
図２では、磁気抵抗効果素子Ｒ２も磁気抵抗効果素子Ｒ１と全く同じ形状であり、上記と同様の効果を有するものである。
【００８７】
また図４に示すように基板Ｋ４以外の基板Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３に設けられた各磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２は、前記基板Ｋ４上に設けられた磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２を９０度あるいは１８０度回転させた配置関係にあり、磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の形状及び構造そのものは基板Ｋ４のものと変わりが無い。
【００８８】
また図２に示すように磁気抵抗効果素子Ｒ１は、一つのＸ軸配列部４２と一つのＹ軸配列部４３とで構成されているが、Ｘ軸配列部４２及びＹ軸配列部４３がそれぞれ複数設けられていてもよい。ただしかかる場合、Ｘ軸配列部４２の数とＹ軸配列部４３の数は同じであることが好ましい。また複数のＸ軸配列部４２及びＹ軸配列部４３が設けられている場合の各配列部の配置は、Ｘ配列部４２とＹ軸配列部４３とが交互に接続された配置であってもよいし、Ｘ軸配列部４２が続けて接続され、次にＹ軸配列部４３が接続された配置など、どのような配置であってもかまわない。
【００８９】
また図２に示すように、前記磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の両側端部に接続されるリード部４０，４１では、屈曲する部分の外側端面及び内側端面４０ａ，４１ａが直角で形成されることなく、前記端面４０ａ，４１ａはＲ形状や面取り形状で形成されることが好ましい。
【００９０】
このように屈曲部分の端面４０ａ，４１ａに角を無くすことで、前記角に電界が集中することを抑制でき、この部分から他のリード部や磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２に放電がおきるのを抑制できる。このため耐ＥＳＤ（耐静電気放電）を向上させることが可能である。
【００９１】
図３に示す本発明における別の実施形態について以下に説明する。
図３では、図４に示す基板Ｋ４上に２つの磁気抵抗効果素子Ｒ３，Ｒ４が配置されている。前記磁気抵抗効果素子Ｒ３，Ｒ４の積層構造は例えば図６と同じである。前記磁気抵抗効果素子Ｒ３は、Ｘ軸方向に向くＸ軸小片（１），（３），（５），（７），（９），（１１）（以下、これらを全て含むときは、Ｘ軸小片「（１）等」と表現する）とＹ軸方向に向くＹ軸小片（２），（４），（６），（８），（１０），（１２）（以下、これらを全て含むときは、Ｙ軸小片「（２）等」と表現する）とで構成され、前記Ｙ軸小片「（２）等」は、前記Ｘ軸小片「（１）等」のＸ軸方向に向く端面５０に接続されるとともに、前記Ｘ軸小片「（１）等」は、前記Ｙ軸小片「（２）等」のＹ軸方向に向く端面５１と接続される。図３に示すように、前記Ｘ軸小片「（１）等」とＹ軸小片「（２）等」は規則的に接続され、前記磁気抵抗効果素子Ｒ３は葛折り状に蛇行する形状となっている。なお図３に示されている端面５０，５１は実際の製品に当然現れない。前記端面を表す線はわかりやすく説明するために便宜上図示したものである。前記磁気抵抗効果素子Ｒ３を構成するＸ軸小片「（１）等」及びＹ軸小片「（２）等」はスパッタ法等で同時にパターン形成される。
【００９２】
図３に示す磁気検出素子Ｒ３には、前記Ｘ軸小片「（１）等」とＹ軸小片「（２）等」とが規則的に接続されてＸ軸の図示左方向に延びる第１列が形成され、この第１列の端部から、今度はＸ軸の図示右方向に向けて延びる第２列、及び前記第２列の端部から、今度はＸ軸の図示左方向に向けて延びる第３列が形成されて構成されている。なお前記第２列及び第２列も当然、前記Ｘ軸小片及びＹ軸小片の規則的な組み合わせで形成されたものである。
【００９３】
図３では前記Ｘ軸小片「（１）等」とＹ軸小片「（２）等」とが同じ幅寸法で形成され、且つ同じ長さ寸法で形成されている。
【００９４】
図３では前記磁気検出素子Ｒ３，Ｒ４が、Ｘ軸小片「（１）等」と、このＸ軸小片「（１）等」から９０度傾いたＹ軸小片「（２）等」との連続構造で形成され、しかも前記Ｘ軸小片「（１）等」とＹ軸小片「（２）等」とが同じ幅寸法で、且つ同じ長さ寸法で形成され、さらに図３では、前記第１列から第３列までを構成するＸ軸小片「（１）等」とＹ軸小片「（２）等」とが同じ個数で構成されているため、既に説明した数４〜数６と同じ関係が成り立ち、θ′の変動によっても、ＡＭＲ効果による抵抗値変化をキャンセルできるため、出力電圧波形の歪みを低減できる。
【００９５】
図３では、各列の長さ寸法が、図２で説明したＸ軸配列部４２及びＹ軸配列部４３の長さ寸法Ｌ１に対応する。図３では、図２で説明した幅寸法Ｔ１は、Ｘ軸小片「（１）等」及びＹ軸小片「（２）等」の幅寸法に対応する。ここで各列の長さ寸法とは、図３の第３列に図示したように、列の中心線を辿る長さ寸法である。
【００９６】
またリード部４０，４１の屈曲部分での端面４０ａ，４１ａはＲ形状あるいは面取り加工されている。
【００９７】
なお磁気抵抗効果素子Ｒ１〜Ｒ４の形状は、図２及び図３に示す素子パターンに限られるものではない。
【００９８】
上記したＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値をθ′の変動によっても変動しない所定値に収めるには、磁気抵抗効果素子が、Ｘ軸方向に所定間隔を空けながらＹ軸方向に複数本配置されたＹ軸配列片と、Ｙ軸方向に所定間隔を空けながらＸ軸方向に複数本配置されたＸ軸配列片と、からなり、前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片は同数であり、しかも前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片の幅寸法は同じ寸法で、且つ同じ長さ寸法で形成されている形態であれば、前記磁気抵抗効果素子はどのようなパターンで構成されていてもよい。
【００９９】
本発明における角度検出センサは、傾斜角や回転角を検出するためのものである。一般産業機械・産業用ロボット・医療機器・建設機械・掘削機・測定機器・輸送機器・自動車・船舶などあらゆる分野で使用可能であり、一例を挙げると例えば自動車のステアリングの回転角を検出するための回転角検出センサとして使用される。
【０１００】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明によれば、特にＡＭＲ効果や形状磁気異方性磁界の影響を抑制して、出力電圧の波形歪みを従来に比べて小さくすることが可能な角度検出センサを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転角検出センサの断面図、
【図２】図１のセンサに搭載される磁気抵抗効果素子が設けられた基板を示す拡大平面図、
【図３】図２とは別の実施形態の磁気抵抗効果素子が設けられた基板を示す拡大平面図、
【図４】各基板上に設けられた磁気抵抗効果素子の配置関係を説明するための平面図、
【図５】本発明における回転角検出角センサの回路図、
【図６】磁気抵抗効果素子の一部分を切断し、その切断面を含む部分斜視図、
【図７】従来の回転角検出センサに搭載された磁気検出素子の構造を説明するための平面図、
【図８】図７に示す磁気抵抗効果素子を用いて測定した出力電圧波形と、理論値から求めた出力電圧波形との関係を示すグラフ、
【図９】ＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値を説明するための図、
【図１０】形状磁気異方性磁界Ｈｋによるフリー磁性層の磁化方向のずれを説明するための図、
【符号の説明】
４０、４１ リード部
４２ Ｘ軸配列部
４３ Ｙ軸配列部
Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４ 基板
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 磁気抵抗効果素子
３１ 固定磁性層
３３ フリー磁性層
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＭＲ素子に代表される磁気抵抗効果素子を用いた角度検出センサに係り、特に出力電圧の波形歪みを従来に比べて小さくすることが可能な角度検出センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気抵抗効果素子を用いた角度検出センサは、下記の特許文献１などで既に公知化されている。
【０００３】
前記磁気抵抗効果素子は、その基本的な構造として反強磁性層、固定磁性層（ピン磁性層）、非磁性材料層、及びフリー磁性層の４層の積層体からなる。前記固定磁性層は前記反強磁性層との間で生じる交換結合磁界によって磁化方向が一方向に固定されている。一方、前記フリー磁性層は外部磁界に対し磁化変動する。
【０００４】
前記角度検出センサには、例えば前記磁気抵抗効果素子の上方に磁石を有する回転部が設けられ、前記回転部が回転することで前記磁石から前記積層体に流入する磁束方向が変化する。
【０００５】
前記フリー磁性層の磁化は前記磁束変化に伴って変動し、これによって磁気抵抗効果素子の素子抵抗値が変化し、この素子抵抗値の変化から出力電圧を求め、前記出力電圧の変化から角度を検出するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３０３５３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図７は、従来の角度検出センサに使用される磁気抵抗効果素子の形状を示す部分平面図である。
【０００８】
符号１は基板で、この基板１上に２つの磁気抵抗効果素子２，３が設けられている。各磁気抵抗効果素子２，３の両側端部にはそれぞれＡｕ等で形成されたリード部４，５，６，７が接続されており、各リード部４，５，６，７の端部に端子部８〜１５が形成されている。
【０００９】
前記角度検出センサを構成する磁石を有する回転部の下方には、図７に示す基板１が例えば４つ設けられ、各基板１に設けられた任意の磁気抵抗効果素子どうしがそれぞれ接続されてホイートストーンブリッジ回路が構成されている。
【００１０】
図７に示す基板１に設けられた各磁気抵抗効果素子２，３は、Ｘ軸方向（基板１の幅方向と規定する）に長く延びるとともに、Ｙ軸方向（基板１の奥行き方向と規定する）に蛇行しながら１本の連続形状を成す葛折り形状となっている。
【００１１】
ところで、上記したように前記磁気抵抗効果素子２，３を構成するフリー磁性層の磁化は磁石を有する回転部の回転により変動し、これによって磁気抵抗効果素子２，３の素子抵抗値は変化するが、磁気抵抗効果素子２，３の素子抵抗値を式で示せば以下の通りである。
【００１２】
【数１】
ここでＲｇは、磁気抵抗効果素子の抵抗値、Ｒｇ０は、中心抵抗値、ΔＲｇは抵抗値変化の振幅、θは、固定磁性層の固定磁化方向とフリー磁性層の変動磁化方向との成す角度である。
【００１４】
理想的な出力電圧波形を得るには、前記固定磁性層の固定磁化方向が外部磁界によって変動せず、一方、前記フリー磁性層の変動磁化方向は外部磁界の方向と同一であることが求められるが、実際には前記フリー磁性層の磁化変動方向は外部磁界の方向と完全に同一にはならず、また他の要因も加わり、実際に得られる出力電圧の波形は、理論値から求めた出力電圧の波形から若干ずれることがわかった。
【００１５】
図８は、図７に示す２つの磁気抵抗効果素子２，３が設けられた基板１を用い、前記基板１の上方に磁石を有する回転部を対向させ、前記回転部を回転させたときに、得られた出力電圧の波形である。
【００１６】
図８に示すように実際に得られた出力電圧の波形は、理論値から求めた出力電圧の波形から若干ずれることがわかる。
【００１７】
このように波形に歪みが生じる要因の一つにＡＭＲ（異方性磁気抵抗）効果がある。
【００１８】
上記ＡＭＲ効果に関し図９を用いて説明する。図９に示すようにＸ軸方向に配置されているＧＭＲ素子に対し、Ｘ軸方向から電流が流れ、その電流方向に対し、フリー磁性層の磁化がθ′だけ傾いているとすると、前記ＡＭＲ効果は次式によって表される。
【００１９】
【数２】
ここでＲＡはＡＭＲ効果による寄与抵抗値、ＲＡ０は中心抵抗、ΔＲＡは寄与抵抗値変化の振幅、θ′は電流方向とフリー磁性層の磁化方向との成す角度である。
【００２１】
数２を見てわかるように、ＲＡは、θ′によって変動する値であるため、上記数１で示したＲｇは、ＡＭＲ効果による抵抗値変化によって変動し波形歪みを低減できない。
【００２２】
次に、波形に歪みが生じる別の要因に形状磁気異方性磁界がある。図７に示すように、各磁気抵抗効果素子２，３はＸ軸方向に長く延びて形成されているが、このように長く延びる方向に磁化が向きやすい性質を形状磁気異方性と言う。
【００２３】
図１０は前記形状磁気異方性磁界によるフリー磁性層の磁化のずれを説明するための図である。形状磁気異方性磁界Ｈｋを加味したフリー磁性層の磁化方向θ″は次式で示される。
【００２４】
【数３】
ここでＨｏは外部磁界、Ｈｋは形状磁気異方性磁界、Ｈｂｆは、バイアス磁界、θは外部磁界の方向、θ″はフリー磁性層の磁化方向である。
【００２６】
上記したように前記フリー磁性層の磁化方向は外部磁界Ｈｏの方向と同一であることが理想的であるが、図１０に示すように、形状磁気異方性磁界Ｈｋや、さらにはバイアス磁界Ｈｂｆも加わって前記フリー磁性層の磁化の成す角θ″（ここで成す角θ″はＹ軸方向からの傾きで示す）は、外部磁界Ｈｏの成す角度θとは一致しない。
【００２７】
よって前記フリー磁性層の磁化方向と外部磁界Ｈｏの方向とをできる限り一致させるには、前記形状磁気異方性磁界Ｈｋが小さくなるようにすることが好ましい。
【００２８】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特にＡＭＲ効果や形状磁気異方性磁界の影響を抑制して、出力電圧の波形歪みを従来に比べて小さくすることが可能な角度検出センサを提供することを目的としている。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁化の向きが固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を支持する基板と、磁場を形成して前記磁気抵抗効果素子に対面して回転する回転部とを有する角度検出センサにおいて、
前記基板の幅方向をＸ軸方向、前記Ｘ軸方向から直角に傾く前記基板の奥行き方向をＹ軸方向としたときに、
前記磁気抵抗効果素子は、Ｘ軸配列部とＹ軸配列部とからなり、
前記Ｘ軸配列部は、Ｙ軸方向に所定間隔を空けながらＸ軸方向に延びる複数本のＸ軸配列片が配置され、前記所定間隔は前記Ｘ軸配列片の長さ寸法に比べて小さく、隣り合う前記Ｘ軸配列片の同じ方向に向く端部どうしが交互に繋げられて、一本の蛇行した形状で構成され、
前記Ｙ軸配列部は、Ｘ軸方向に所定間隔を空けながらＹ軸方向に延びる複数本のＹ軸配列片が配置され、前記所定間隔は前記Ｘ軸配列片の長さ寸法に比べて小さく、隣り合う前記Ｙ軸配列片の同じ方向に向く端部どうしが交互に繋げられて、一本の蛇行した形状で構成され、
前記磁気抵抗効果素子は、前記Ｘ軸配列部とＹ軸配列部との端部どうしが繋げられた一本の連続形状で構成されることを特徴とするものである。
【００３０】
上記発明では、Ｘ軸配列部とＹ軸配列部とがそれぞれ葛折り形状で形成され、前記Ｙ軸配列部は例えば前記Ｘ軸配列部をちょうど９０度回転させた形状である。
【００３１】
上記の構成にすることでフリー磁性層の磁化の傾きによるＡＭＲ効果としての抵抗値変化をキャンセルでき、従来に比べて出力電圧の波形歪みを低減しやすい構造にできる。
【００３２】
また本発明では、前記Ｘ軸配列片と前記Ｙ軸配列片は共に同じ長さ寸法で且つ同じ幅寸法で形成されることが、前記フリー磁性層の磁化の傾きによるＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値の変動量をより効果的に小さくできて好ましい。
【００３３】
または本発明は、磁化の向きが固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を支持する基板と、磁場を形成して前記磁気抵抗効果素子に対面して回転する回転部とを有する角度検出センサにおいて、
前記基板の幅方向をＸ軸方向、前記Ｘ軸方向から直角に傾く前記基板の奥行き方向をＹ軸方向としたときに、
前記磁気抵抗効果素子は、Ｘ軸方向に延びるＸ軸小片と、Ｙ軸方向に延びる小片とがそれぞれ複数個設けられ、前記Ｘ軸小片とＹ軸小片とが交互に接続された一本の連続形状で構成され、
前記Ｘ軸小片とＹ軸小片は共に長さ寸法が同じ寸法であり、且つ幅寸法が同じ寸法で形成されることを特徴とするものである。
【００３４】
上記のように、磁気抵抗効果素子をＸ軸小片と、前記Ｘ軸小片に対して９０度傾いたＹ軸小片とで構成し、また前記Ｘ軸小片とＹ軸小片とを共に同じ長さ寸法で且つ同じ幅寸法で形成しているため、フリー磁性層の磁化の傾きによるＡＭＲ効果としての抵抗値変化をキャンセルでき、従来に比べて出力電圧の波形歪みを低減しやすい構造を提供できる。
【００３５】
また本発明では、前記Ｙ軸小片は、前記Ｘ軸小片のＸ軸方向に向く端面に、前記Ｘ軸小片は、前記Ｙ軸小片のＹ軸方向に向く端面にそれぞれ規則的に接続されて、
前記磁気抵抗効果素子は、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向に延びる列を構成し、前記列が複数あるときは、それぞれの列の同じ方向に向く端部どうしが交互に接続されて、一本の連続形状を構成していることが好ましい。
【００３６】
上記のように構成することで、基板の限られた大きさの範囲内に、効率良く、前記磁気抵抗効果素子を形成できる。使用状況により前記基板の大きさは予め決められており、しかも前記基板上に形成される磁気抵抗効果素子の素子抵抗値（ここでは固定磁性層の磁化方向の直角方向の外部磁界印加状態を指す。）もある一定値となるように規格されているのが一般的である。このような中で、ＡＭＲ効果に起因する寄与抵抗値の変動量を小さくすべく、上記のようにＸ軸小片とＹ軸小片とで構成された磁気抵抗効果素子を前記基板上に設けるには、前記磁気抵抗効果素子を複数の前記列の端部どうしを接続した一本の連続形状として形成することが望ましい。
【００３７】
さらには本発明は、磁化の向きが固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を支持する基板と、磁場を形成して前記磁気抵抗効果素子に対面して回転する回転部とを有する角度検出センサにおいて、
前記基板の幅方向をＸ軸方向、前記Ｘ軸方向から直角に傾く前記基板の奥行き方向をＹ軸方向としたときに、
前記磁気抵抗効果素子は、Ｘ軸方向に所定間隔を空けながらＹ軸方向に複数本配置されたＹ軸配列片と、Ｙ軸方向に所定間隔を空けながらＸ軸方向に複数本配置されたＸ軸配列片と、からなり、
前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片は同数であり、しかも前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片の長さ寸法は同じ寸法で且つ幅寸法が同じ寸法で形成されることを特徴とするものである。
【００３８】
上記の構成にすることでフリー磁性層の磁化の傾きによるＡＭＲ効果としての抵抗値変化をキャンセルでき、従来に比べて出力電圧の波形歪みを低減しやすい構造を提供できる。
【００３９】
また本発明では、前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片、あるいは前記列は、その幅寸法が２０μｍ以上であって、且つ（長さ寸法／幅寸法）が、１１よりも小さいことが好ましい。
【００４０】
あるいは本発明では、前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片、あるいは前記列は、その幅寸法が２０μｍよりも大きく、且つ（長さ寸法／幅寸法）が、１１以下であることが好ましい。
【００４１】
上記のように磁気抵抗効果素子の長さ寸法及び幅寸法を規制することで形状磁気異方性磁界Ｈｋによるフリー磁性層の磁化の傾きの変動を抑え、前記フリー磁性層の磁化を外部磁界方向により近づけることができ、出力電圧の波形歪みを従来に比べて低減することが可能になる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の回転角検出センサの断面図、図２は、本発明の回転角検出センサに搭載される磁気抵抗効果素子が設けられた基板を示す拡大平面図、図３は図２とは別の実施形態の磁気抵抗効果素子が設けられた基板を示す拡大平面図、図４は、各基板上に設けられた磁気抵抗効果素子の配置関係を説明するための平面図、図５は、前記回転角検出センサの回路図、図６は磁気抵抗効果素子の一部分を切断し、その切断面を含む部分斜視図である。
【００４３】
本発明の回転角検出センサは、図１に示すように、ケース２０内に、ケース２０に固定された非磁性材料からなる平板状の支持部材（固定部）２１と、支持部材２１の上方に位置し、前記固定部２１と面対向するフェライト等からなる円板状の磁石２２を有する回転部とを有している。回転部に設けられた磁石２２は、支持部材２１の対向面にＮ極とＳ極が分極されて着磁されており、Ｎ極とＳ極を結ぶ方向が径方向である。前記磁石２２は、厚さが数ｍｍ、径が数ｃｍ程度である。
【００４４】
非磁性材料からなる回転軸２３は、回転部に固定され、ケース２０の外側に突出し、回転軸２３は前記ケース２０に回転自在に支持されている。
【００４５】
支持部材２１の磁石２２と対向する面には、例えば図４に示す４つの基板Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４が設けられており、各基板上にはそれぞれ２個づつ磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２が設けられている。
【００４６】
前記磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２は、例えば図６に示す積層構造であり、下からＰｔＭｎ合金等からなる反強磁性層３０，ＮｉＦｅ合金等からなる固定磁性層（ピン磁性層）３１、Ｃｕ等の非磁性導電材料からなる非磁性材料層３２及びＮｉＦｅ合金等からなるフリー磁性層３３の順に積層された構造である。
【００４７】
図６に示す磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２ではフリー磁性層３３は外部磁界（図１に示す磁石２２からの磁束Ｆ）に対し磁化変動を起こす層である。一方、前記固定磁性層３１の磁化は反強磁性層３０との間で生じる交換結合磁界によってある所定方向に固定されている。
【００４８】
なお磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の積層構造に関しては図６のような４層構造ではなくさらなる多層構造であってもよいし、また図６に示す磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２はいわゆるスピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構造であるが、前記フリー磁性層３３のように外部磁界に対し磁化が変動する層と、固定磁性層３１のように外部磁界の流入によっても磁化方向が変動しない層とを持ち、磁化変動層と磁化固定層との磁化の成す角度の変動によって素子抵抗値の変動する構造であれば、どのような構造であってもかまわない。
【００４９】
図４に示す各基板Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４上にそれぞれ２個づつ配置された磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２は同じ積層構造で形成されている。
【００５０】
図２に示すように各磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の両側端部には前記磁気抵抗効果素子５，６に電流を供給するためのＡｕやＣｕで形成されたリード部４０，４１が接続されている。
【００５１】
図４に示すように、各リード部４０，４１の端部には、前記リード部４０と一体に、あるいは別体で形成された端子部Ａ〜Ｐが設けられている。
【００５２】
これら端子部Ａ〜Ｐは例えば、図５のように接続され、２つのホイートストーンブリッジ回路を構成している。
【００５３】
各基板Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４上に設けられた磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の構造（形状）に関し以下に詳しく説明する。
【００５４】
図２に示す基板は、図４に示す右下に図示された符号Ｋ４の基板である。図２に示すように基板Ｋ４上には、２つの磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２がＹ軸方向に所定の間隔をおいて並設されている。
【００５５】
以下において「Ｘ軸方向」とは基板Ｋ４の幅方向を、「Ｙ軸方向」とは前記Ｘ軸方向から直角に傾く前記基板Ｋ４の奥行き方向を指す。
【００５６】
前記磁気抵抗効果素子Ｒ１は、Ｘ軸配列部４２とＹ軸配列部４３とで構成され、前記Ｘ軸配列部４２とＹ軸配列部４３はちょうど境界Ｓを境にして分けられる。境界Ｓの図示右側に配置されたＸ軸配列部４２は、Ｙ軸方向に所定間隔Ｔ２を空けながらＸ軸方向に５本のＸ軸配列片（１）（２）（３）（４）（５）（以下では（１）〜（５）全てを表現するときは、「Ｘ軸配列片（１）〜（５）」と表記する）が配置されている。前記所定間隔Ｔ２は、前記Ｘ軸配列片（１）〜（５）の長さ寸法Ｌ１に比べて十分に小さく、例えば十数μｍ程度で形成される。
【００５７】
図２に示すように、隣り合う前記Ｘ軸配列片（（１）と（２）、（２）と（３）、（３）と（４）、（４）と（５）のそれぞれのＸ軸配列片）は、その同じ方向に向く端部４２ａどうしが互い違いに繋げられており、これにより前記Ｘ軸配列部４２は一本の蛇行形状として構成される。
【００５８】
一方、前記Ｙ軸配列部４３は、Ｘ軸方向に所定間隔Ｔ２を空けながらＹ軸方向に５本のＹ軸配列片（６）（７）（８）（９）（１０）（以下では（６）〜（１０）全てを表現するときは、「Ｙ軸配列片（６）〜（１０）」と表記する）が配置されている。前記所定間隔Ｔ２は、前記Ｙ軸配列片（６）〜（１０）の長さ寸法Ｌ１に比べて十分に小さい。
【００５９】
図２に示すように、隣り合う前記Ｙ軸配列片（（６）と（７）、（７）と（８）、（８）と（９）、（９）と（１０）のそれぞれのＹ軸配列片）は、その同じ方向に向く端部４３ａどうしが互い違いに繋げられており、これにより前記Ｙ軸配列部４３は一本の蛇行形状として構成される。
【００６０】
そして前記磁気抵抗効果素子Ｒ１は、前記Ｘ軸配列部４２とＹ軸配列部４３との端部どうしがちょうど境界Ｓの部分で繋げられた一本の連続形状として構成されている。
【００６１】
なお、上記した境界Ｓや端部４２ａ，４３ａは便宜上、わかりやすく説明するために図示したもので、実際の製品において、このような境界や端部を示す線が現れているわけではない。前記Ｘ軸配列部４２及びＹ軸配列部４３は同時にスパッタ法等を用いてパターン形成されたものである。
【００６２】
図２に示すように、前記Ｙ軸配列部４３は、前記Ｘ軸配列部４２をちょうど９０度回転させた形状である。
【００６３】
図２では前記Ｘ軸配列部４２とＹ軸配列部４３はともに５本づつの配列片（１）〜（５），（６）〜（１０）を有し、また各配列片（１）〜（５），（６）〜（１０）の幅寸法Ｔ１はそれぞれ同じ寸法で形成され、且つ長さ寸法Ｌ１もそれぞれ同じ寸法で形成されている。
【００６４】
このため外部磁界を与えない状態で、前記Ｘ軸配列部４２及びＹ軸配列部４３に電流を流すと、前記Ｘ軸配列部４２とＹ軸配列部４３はほぼ同じ素子抵抗値を有していることになる。
【００６５】
ここで前記磁気抵抗効果素子Ｒ１のＡＭＲ効果に起因する寄与抵抗値ついて考察する。まず前記磁気抵抗効果素子Ｒ１を構成するＸ軸配列部４２でのＡＭＲ効果に起因する寄与抵抗値ＲＸは次式によって示される。
【００６６】
【数４】
数４は図９で説明したＡＭＲ効果と同理論によって求められた式である。ＲＸは、Ｘ軸配列部４２におけるＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値であり、ＲＢ０が中心抵抗、ΔＲＢが寄与抵抗値変化の振幅、θ′が、電流方向とフリー磁性層３３の磁化方向との成す角度である。
【００６８】
一方、Ｙ軸配列部４３では、Ｙ軸配列片（６）〜（１０）がＸ軸配列片（１）〜（５）の配置方向から９０度回転して配置された関係にあるため、前記Ｙ軸配列片（６）〜（１０）に流れる電流方向は、前記Ｘ軸配列片（１）〜（５）に流れる電流方向に対して９０度傾いた方向である。
【００６９】
このためＹ軸配列部４３でのＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値ＲＹは、上記した数４の「ΔＲＢＣＯＳ２θ′」の部分が「ΔＣＯＳ２（θ＋９０）′＝ΔＳＩＮ２θ′」に変わった次式で示される。
【００７０】
【数５】
ここでＲＹは、Ｙ軸配列部４３におけるＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値であり、ＲＢ０が中心抵抗、ΔＲＢが寄与抵抗値変化の振幅、θ′が、電流方向とフリー磁性層１０の磁化方向との成す角度である。
そして数４と数５とを足すと、ＣＯＳ２θ′＋ＳＩＮ２θ′＝１だから、
【００７２】
【数６】
となる。
数６からわかるように、磁気抵抗効果素子Ｒ１のＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値を求める際にＣＯＳ２θ′やＳＩＮ２θ′の項を消去できるため、θ′によって変動する値が消え、ＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値（ＲＸ＋ＲＹ）をある所定値に収めることが可能になる。
【００７４】
よってＡＭＲ効果による抵抗値変化をキャンセルできるため、出力電圧波形の歪みを低減できる。
【００７５】
なお図２では磁気抵抗効果素子５を構成するＸ軸配列部４２とＹ軸配列部４３とがともに５本の配列片（１）〜（５），（６）〜（１０）からなり、しかも前記Ｘ軸配列片（１）〜（５）とＹ軸配列片（６）〜（１０）の幅は同じ幅寸法Ｔ１で、且つ長さも同じ長さ寸法Ｌ１で、前記Ｘ軸配列部４２とＹ軸配列部４３とが同じ中心抵抗ＲＢ０、同じ寄与抵抗値変化の振幅ΔＲＢを有するとの前提の下に、数４〜数６の式が成り立っている。
【００７６】
このため、例えばＸ軸配列部４２を構成するＸ軸配列片（１）〜（５）の本数と、Ｙ軸配列部４３を構成するＹ軸配列片（６）〜（１０）の本数とが異なっているなどの要因があるときは、前記Ｘ軸配列部４２とＹ軸配列部４３とが同じ中心抵抗ＲＢ０、同じ寄与抵抗値変化の振幅ΔＲＢを有することにはならない。
【００７７】
しかしながら、数４を構成する「ΔＲＢ１ＣＯＳ２θ′」の項（ここでは数４のΔＲＢをΔＲＢ１に変更した）と、数５を構成する「ΔＲＢ２ＳＩＮ２θ′」（ここでは数５のΔＲＢをΔＲＢ２に変更した）とを足したときのθ′の変動による変動量（ΔＲＢ１ＣＯＳ２θ′＋ΔＲＢ２ＳＩＮ２θ′）を、従来に比べて小さくすることが可能であり、従ってθ′の変動によるＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値の変動量を小さくできる。
【００７８】
次に形状磁気異方性磁界Ｈｋの低減について以下に説明する。図２に示すように、Ｘ軸配列部４２を構成する各Ｘ軸配列片（１）〜（５）の幅寸法をＴ１、長さ寸法をＬ１とする。なお前記Ｙ軸配列部４３を構成する各Ｙ軸配列片（６）〜（１０）の幅寸法もＴ１で、長さ寸法もＬ１である。
【００７９】
ここでＸ軸方向の寸法及びＹ軸方向の寸法がそれぞれ７００μｍとされた基板上に図７に示す従来構造の磁気抵抗効果素子２，３を形成し、前記磁気抵抗効果素子２，３構成する各配列片の長さ寸法を２２０μｍ、幅寸法を２０μｍとしたときの形状磁気異方性磁界Ｈｋの値を基準（基準値１と置く）とする。
【００８０】
次に、前記磁気抵抗効果素子２，３と同じ素子抵抗値（外部磁界の印加がない状態での素子抵抗値）を有するように、図２に示す前記磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の前記幅寸法Ｔ１及び長さ寸法Ｌ１を変動させて、前記基準から見た前記磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の形状磁気異方性磁界Ｈｋの変動率を求めた。それが以下の表１である。
【００８１】
【表１】
表１に示す括弧書きは（長さ寸法／幅寸法）である。長さ寸法を２２０μｍとし、幅寸法を２０μｍとした基準値１では、（長さ寸法／幅寸法）は１１である。
【００８３】
表１に示すように、幅寸法を２０μｍ以上にするとともに、（長さ寸法／幅寸法）を１１よりも小さくすると、形状磁気異方性磁界Ｈｋを基準値１に比べて低くできることがわかる。
【００８４】
あるいは前記幅寸法を２０μｍよりも大きくするとともに、（長さ寸法／幅寸法）を１１以下にすれば、形状磁気異方性磁界Ｈｋを基準値１よりも低くできることがわかる。
【００８５】
そこで、本発明では磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２を構成する配列片（１）〜（５），（６）〜（１０）の幅寸法Ｔ１を２０μｍ以上にし、且つ（長さ寸法Ｌ１／幅寸法Ｔ１）を１１よりも小さくするか、あるいは前記幅寸法Ｔ１を２０μｍよりも大きくし、且つ（長さ寸法Ｌ１／幅寸法Ｔ１）を１１以下にして形状磁気異方性磁界Ｈｋを低減させることとした。
【００８６】
図２では、磁気抵抗効果素子Ｒ２も磁気抵抗効果素子Ｒ１と全く同じ形状であり、上記と同様の効果を有するものである。
【００８７】
また図４に示すように基板Ｋ４以外の基板Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３に設けられた各磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２は、前記基板Ｋ４上に設けられた磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２を９０度あるいは１８０度回転させた配置関係にあり、磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の形状及び構造そのものは基板Ｋ４のものと変わりが無い。
【００８８】
また図２に示すように磁気抵抗効果素子Ｒ１は、一つのＸ軸配列部４２と一つのＹ軸配列部４３とで構成されているが、Ｘ軸配列部４２及びＹ軸配列部４３がそれぞれ複数設けられていてもよい。ただしかかる場合、Ｘ軸配列部４２の数とＹ軸配列部４３の数は同じであることが好ましい。また複数のＸ軸配列部４２及びＹ軸配列部４３が設けられている場合の各配列部の配置は、Ｘ配列部４２とＹ軸配列部４３とが交互に接続された配置であってもよいし、Ｘ軸配列部４２が続けて接続され、次にＹ軸配列部４３が接続された配置など、どのような配置であってもかまわない。
【００８９】
また図２に示すように、前記磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の両側端部に接続されるリード部４０，４１では、屈曲する部分の外側端面及び内側端面４０ａ，４１ａが直角で形成されることなく、前記端面４０ａ，４１ａはＲ形状や面取り形状で形成されることが好ましい。
【００９０】
このように屈曲部分の端面４０ａ，４１ａに角を無くすことで、前記角に電界が集中することを抑制でき、この部分から他のリード部や磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２に放電がおきるのを抑制できる。このため耐ＥＳＤ（耐静電気放電）を向上させることが可能である。
【００９１】
図３に示す本発明における別の実施形態について以下に説明する。
図３では、図４に示す基板Ｋ４上に２つの磁気抵抗効果素子Ｒ３，Ｒ４が配置されている。前記磁気抵抗効果素子Ｒ３，Ｒ４の積層構造は例えば図６と同じである。前記磁気抵抗効果素子Ｒ３は、Ｘ軸方向に向くＸ軸小片（１），（３），（５），（７），（９），（１１）（以下、これらを全て含むときは、Ｘ軸小片「（１）等」と表現する）とＹ軸方向に向くＹ軸小片（２），（４），（６），（８），（１０），（１２）（以下、これらを全て含むときは、Ｙ軸小片「（２）等」と表現する）とで構成され、前記Ｙ軸小片「（２）等」は、前記Ｘ軸小片「（１）等」のＸ軸方向に向く端面５０に接続されるとともに、前記Ｘ軸小片「（１）等」は、前記Ｙ軸小片「（２）等」のＹ軸方向に向く端面５１と接続される。図３に示すように、前記Ｘ軸小片「（１）等」とＹ軸小片「（２）等」は規則的に接続され、前記磁気抵抗効果素子Ｒ３は葛折り状に蛇行する形状となっている。なお図３に示されている端面５０，５１は実際の製品に当然現れない。前記端面を表す線はわかりやすく説明するために便宜上図示したものである。前記磁気抵抗効果素子Ｒ３を構成するＸ軸小片「（１）等」及びＹ軸小片「（２）等」はスパッタ法等で同時にパターン形成される。
【００９２】
図３に示す磁気検出素子Ｒ３には、前記Ｘ軸小片「（１）等」とＹ軸小片「（２）等」とが規則的に接続されてＸ軸の図示左方向に延びる第１列が形成され、この第１列の端部から、今度はＸ軸の図示右方向に向けて延びる第２列、及び前記第２列の端部から、今度はＸ軸の図示左方向に向けて延びる第３列が形成されて構成されている。なお前記第２列及び第２列も当然、前記Ｘ軸小片及びＹ軸小片の規則的な組み合わせで形成されたものである。
【００９３】
図３では前記Ｘ軸小片「（１）等」とＹ軸小片「（２）等」とが同じ幅寸法で形成され、且つ同じ長さ寸法で形成されている。
【００９４】
図３では前記磁気検出素子Ｒ３，Ｒ４が、Ｘ軸小片「（１）等」と、このＸ軸小片「（１）等」から９０度傾いたＹ軸小片「（２）等」との連続構造で形成され、しかも前記Ｘ軸小片「（１）等」とＹ軸小片「（２）等」とが同じ幅寸法で、且つ同じ長さ寸法で形成され、さらに図３では、前記第１列から第３列までを構成するＸ軸小片「（１）等」とＹ軸小片「（２）等」とが同じ個数で構成されているため、既に説明した数４〜数６と同じ関係が成り立ち、θ′の変動によっても、ＡＭＲ効果による抵抗値変化をキャンセルできるため、出力電圧波形の歪みを低減できる。
【００９５】
図３では、各列の長さ寸法が、図２で説明したＸ軸配列部４２及びＹ軸配列部４３の長さ寸法Ｌ１に対応する。図３では、図２で説明した幅寸法Ｔ１は、Ｘ軸小片「（１）等」及びＹ軸小片「（２）等」の幅寸法に対応する。ここで各列の長さ寸法とは、図３の第３列に図示したように、列の中心線を辿る長さ寸法である。
【００９６】
またリード部４０，４１の屈曲部分での端面４０ａ，４１ａはＲ形状あるいは面取り加工されている。
【００９７】
なお磁気抵抗効果素子Ｒ１〜Ｒ４の形状は、図２及び図３に示す素子パターンに限られるものではない。
【００９８】
上記したＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値をθ′の変動によっても変動しない所定値に収めるには、磁気抵抗効果素子が、Ｘ軸方向に所定間隔を空けながらＹ軸方向に複数本配置されたＹ軸配列片と、Ｙ軸方向に所定間隔を空けながらＸ軸方向に複数本配置されたＸ軸配列片と、からなり、前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片は同数であり、しかも前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片の幅寸法は同じ寸法で、且つ同じ長さ寸法で形成されている形態であれば、前記磁気抵抗効果素子はどのようなパターンで構成されていてもよい。
【００９９】
本発明における角度検出センサは、傾斜角や回転角を検出するためのものである。一般産業機械・産業用ロボット・医療機器・建設機械・掘削機・測定機器・輸送機器・自動車・船舶などあらゆる分野で使用可能であり、一例を挙げると例えば自動車のステアリングの回転角を検出するための回転角検出センサとして使用される。
【０１００】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明によれば、特にＡＭＲ効果や形状磁気異方性磁界の影響を抑制して、出力電圧の波形歪みを従来に比べて小さくすることが可能な角度検出センサを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転角検出センサの断面図、
【図２】図１のセンサに搭載される磁気抵抗効果素子が設けられた基板を示す拡大平面図、
【図３】図２とは別の実施形態の磁気抵抗効果素子が設けられた基板を示す拡大平面図、
【図４】各基板上に設けられた磁気抵抗効果素子の配置関係を説明するための平面図、
【図５】本発明における回転角検出角センサの回路図、
【図６】磁気抵抗効果素子の一部分を切断し、その切断面を含む部分斜視図、
【図７】従来の回転角検出センサに搭載された磁気検出素子の構造を説明するための平面図、
【図８】図７に示す磁気抵抗効果素子を用いて測定した出力電圧波形と、理論値から求めた出力電圧波形との関係を示すグラフ、
【図９】ＡＭＲ効果に起因した寄与抵抗値を説明するための図、
【図１０】形状磁気異方性磁界Ｈｋによるフリー磁性層の磁化方向のずれを説明するための図、
【符号の説明】
４０、４１ リード部
４２ Ｘ軸配列部
４３ Ｙ軸配列部
Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４ 基板
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 磁気抵抗効果素子
３１ 固定磁性層
３３ フリー磁性層
Claims (7)
- 磁化の向きが固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を支持する基板と、磁場を形成して前記磁気抵抗効果素子に対面して回転する回転部とを有する角度検出センサにおいて、
前記基板の幅方向をＸ軸方向、前記Ｘ軸方向から直角に傾く前記基板の奥行き方向をＹ軸方向としたときに、
前記磁気抵抗効果素子は、Ｘ軸配列部とＹ軸配列部とからなり、
前記Ｘ軸配列部は、Ｙ軸方向に所定間隔を空けながらＸ軸方向に延びる複数本のＸ軸配列片が配置され、前記所定間隔は前記Ｘ軸配列片の長さ寸法に比べて小さく、隣り合う前記Ｘ軸配列片の同じ方向に向く端部どうしが交互に繋げられて、一本の蛇行した形状で構成され、
前記Ｙ軸配列部は、Ｘ軸方向に所定間隔を空けながらＹ軸方向に延びる複数本のＹ軸配列片が配置され、前記所定間隔は前記Ｘ軸配列片の長さ寸法に比べて小さく、隣り合う前記Ｙ軸配列片の同じ方向に向く端部どうしが交互に繋げられて、一本の蛇行した形状で構成され、
前記磁気抵抗効果素子は、前記Ｘ軸配列部とＹ軸配列部との端部どうしが繋げられた一本の連続形状で構成されることを特徴とする角度検出センサ。 - 前記Ｘ軸配列片と前記Ｙ軸配列片は共に同じ長さ寸法で且つ同じ幅寸法で形成される請求項１記載の角度検出センサ。
- 磁化の向きが固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を支持する基板と、磁場を形成して前記磁気抵抗効果素子に対面して回転する回転部とを有する角度検出センサにおいて、
前記基板の幅方向をＸ軸方向、前記Ｘ軸方向から直角に傾く前記基板の奥行き方向をＹ軸方向としたときに、
前記磁気抵抗効果素子は、Ｘ軸方向に延びるＸ軸小片と、Ｙ軸方向に延びる小片とがそれぞれ複数個設けられ、前記Ｘ軸小片とＹ軸小片とが交互に接続された一本の連続形状で構成され、
前記Ｘ軸小片とＹ軸小片は共に長さ寸法が同じ寸法であり、且つ幅寸法が同じ寸法で形成されることを特徴とする角度検出センサ。 - 前記Ｙ軸小片は、前記Ｘ軸小片のＸ軸方向に向く端面に、前記Ｘ軸小片は、前記Ｙ軸小片のＹ軸方向に向く端面にそれぞれ規則的に接続されて、
前記磁気抵抗効果素子は、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向に延びる列を構成し、前記列が複数あるときは、それぞれの列の同じ方向に向く端部どうしが交互に接続されて、一本の連続形状を構成している請求項３記載の角度検出センサ。 - 磁化の向きが固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を支持する基板と、磁場を形成して前記磁気抵抗効果素子に対面して回転する回転部とを有する角度検出センサにおいて、
前記基板の幅方向をＸ軸方向、前記Ｘ軸方向から直角に傾く前記基板の奥行き方向をＹ軸方向としたときに、
前記磁気抵抗効果素子は、Ｘ軸方向に所定間隔を空けながらＹ軸方向に複数本配置されたＹ軸配列片と、Ｙ軸方向に所定間隔を空けながらＸ軸方向に複数本配置されたＸ軸配列片と、からなり、
前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片は同数であり、しかも前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片の長さ寸法は同じ寸法で且つ幅寸法が同じ寸法で形成されることを特徴とする角度検出センサ。 - 前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片、あるいは前記列は、その幅寸法が２０μｍ以上であって、且つ（長さ寸法／幅寸法）が、１１よりも小さい請求項１ないし５のいずれかに記載の角度検出センサ。
- 前記Ｘ軸配列片とＹ軸配列片、あるいは前記列は、その幅寸法が２０μｍよりも大きく、且つ（長さ寸法／幅寸法）が、１１以下である請求項１ないし５のいずれかに記載の角度検出センサ。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008107266A (ja) * | 2006-10-27 | 2008-05-08 | Tdk Corp | 移動体検出装置 |
| JP2008134215A (ja) * | 2006-10-30 | 2008-06-12 | Hitachi Ltd | Ｇｍｒ素子を用いた変位センサ，ｇｍｒ素子を用いた角度検出センサ及びそれらに用いる半導体装置 |
| DE102009006144A1 (de) | 2008-01-29 | 2009-10-08 | Hitachi Metals, Ltd. | Magnetischer Sensor und Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung |
| JP2010197318A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Hitachi Ltd | 磁界検出装置および計測装置 |
| WO2010113820A1 (ja) | 2009-03-30 | 2010-10-07 | 日立金属株式会社 | 回転角度検出装置 |
| CN102867909A (zh) * | 2011-07-04 | 2013-01-09 | 山梨日本电气株式会社 | 磁阻元件和使用磁阻元件的磁传感器 |
| JPWO2013171977A1 (ja) * | 2012-05-16 | 2016-01-12 | 株式会社村田製作所 | ブリッジ回路、及びこれを有する磁気センサ |
| CN106197246A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-07 | 沈阳艾克申机器人技术开发有限责任公司 | 一种用于差速轮平面运动机构的定位系统 |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7990978B1 (en) | 2004-12-17 | 2011-08-02 | Verizon Services Corp. | Dynamic bandwidth queue allocation |
| WO2006131134A1 (en) * | 2005-06-08 | 2006-12-14 | Ecolab Inc. | Oval gear meter |
| JP4288676B2 (ja) * | 2005-09-30 | 2009-07-01 | 日立金属株式会社 | 磁気エンコーダー |
| DE102006049955A1 (de) * | 2006-03-11 | 2007-09-13 | Kracht Gmbh | Volumenmessvorrichtung mit Sensor |
| DE102007021903A1 (de) * | 2006-10-31 | 2008-05-08 | Siemens Ag | Bedienvorrichtung |
| WO2008114615A1 (ja) * | 2007-03-20 | 2008-09-25 | Alps Electric Co., Ltd. | 磁気抵抗効果素子を用いた位置検知装置 |
| EP2153165B1 (en) * | 2007-05-29 | 2012-06-20 | Nxp B.V. | External magnetic field angle determination |
| US9207291B2 (en) | 2007-11-16 | 2015-12-08 | Infineon Technologies Ag | XMR angle sensors |
| US8857464B2 (en) | 2008-01-30 | 2014-10-14 | Flowserve Management Company | Valve actuators having magnetic angle sensors |
| JP5597637B2 (ja) * | 2008-09-23 | 2014-10-01 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 自動リセットを有する電源、例えばｌｅｄドライバ、のための電流制限制御 |
| US8564286B2 (en) * | 2010-06-28 | 2013-10-22 | Infineon Technologies Ag | GMR sensors having reduced AMR effects |
| JP5177197B2 (ja) * | 2010-10-13 | 2013-04-03 | Ｔｄｋ株式会社 | 回転磁界センサ |
| JP5131339B2 (ja) * | 2010-11-17 | 2013-01-30 | Ｔｄｋ株式会社 | 回転磁界センサ |
| JP5141780B2 (ja) * | 2011-01-12 | 2013-02-13 | Ｔｄｋ株式会社 | 回転角度センサ |
| US8884616B2 (en) | 2011-06-22 | 2014-11-11 | Infineon Technologies Ag | XMR angle sensors |
| JP5854920B2 (ja) * | 2012-05-10 | 2016-02-09 | アルプス電気株式会社 | 磁気センサ |
| US9529060B2 (en) | 2014-01-09 | 2016-12-27 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistance element with improved response to magnetic fields |
| US9435662B2 (en) | 2014-04-08 | 2016-09-06 | Infineon Technologies Ag | Magneto-resistive angle sensor and sensor system using the same |
| US9812637B2 (en) | 2015-06-05 | 2017-11-07 | Allegro Microsystems, Llc | Spin valve magnetoresistance element with improved response to magnetic fields |
| CN207007092U (zh) * | 2017-04-27 | 2018-02-13 | 江苏多维科技有限公司 | 一种磁电阻线性位置传感器 |
| US10620279B2 (en) | 2017-05-19 | 2020-04-14 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistance element with increased operational range |
| US11022661B2 (en) | 2017-05-19 | 2021-06-01 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistance element with increased operational range |
| US10365123B2 (en) * | 2017-07-21 | 2019-07-30 | Texas Instruments Incorporated | Anisotropic magneto-resistive (AMR) angle sensor |
| CN111765841A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-13 | 清华四川能源互联网研究院 | 一种基于巨磁阻效应的非接触角位移传感器及测量方法 |
| US11719771B1 (en) | 2022-06-02 | 2023-08-08 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistive sensor having seed layer hysteresis suppression |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1015300B (de) | 1956-03-03 | 1957-09-05 | Hydraulik Gmbh | Einspannvorrichtung an Zugkoepfen von Maschinen, insbesondere von Reckmaschinen |
| DE4301704A1 (de) * | 1993-01-22 | 1994-07-28 | Siemens Ag | Vorrichtung zum Erfassen einer Winkelposition eines Objektes |
| EP0905523B1 (de) * | 1997-09-24 | 2004-11-10 | Infineon Technologies AG | Sensoreinrichtung zur Richtungserfassung eines äu eren Magnetfeldes mittels eines magnetoresistiven Sensorelementes |
| JP3623367B2 (ja) * | 1998-07-17 | 2005-02-23 | アルプス電気株式会社 | 巨大磁気抵抗効果素子を備えたポテンショメータ |
| WO2000079298A2 (en) * | 1999-06-18 | 2000-12-28 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Magnetic systems with irreversible characteristics and a method of manufacturing and repairing and operating such systems |
| JP3506078B2 (ja) * | 1999-11-25 | 2004-03-15 | 株式会社デンソー | 回転検出装置 |
| JP3895556B2 (ja) | 2001-04-03 | 2007-03-22 | アルプス電気株式会社 | 回転角検出センサ |
| US6946834B2 (en) * | 2001-06-01 | 2005-09-20 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of orienting an axis of magnetization of a first magnetic element with respect to a second magnetic element, semimanufacture for obtaining a sensor, sensor for measuring a magnetic field |
| JP3839697B2 (ja) * | 2001-10-17 | 2006-11-01 | アルプス電気株式会社 | 回転角度センサ |
| AU2003250275B2 (en) * | 2002-07-26 | 2008-01-31 | Robert Bosch Gmbh | GMR sensor element and use thereof |
-
2003
- 2003-06-30 JP JP2003187161A patent/JP4259937B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-06-28 US US10/879,674 patent/US7265540B2/en active Active
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-
2006
- 2006-05-31 US US11/445,124 patent/US7193411B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008107266A (ja) * | 2006-10-27 | 2008-05-08 | Tdk Corp | 移動体検出装置 |
| JP2008134215A (ja) * | 2006-10-30 | 2008-06-12 | Hitachi Ltd | Ｇｍｒ素子を用いた変位センサ，ｇｍｒ素子を用いた角度検出センサ及びそれらに用いる半導体装置 |
| US7852070B2 (en) | 2006-10-30 | 2010-12-14 | Hitachi, Ltd. | GMR sensor device having AC power supply |
| US8054067B2 (en) | 2008-01-29 | 2011-11-08 | Hitachi Metals Ltd. | Magnetic sensor and rotation-angle-detecting apparatus with a bridge circuit |
| DE102009006144A1 (de) | 2008-01-29 | 2009-10-08 | Hitachi Metals, Ltd. | Magnetischer Sensor und Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung |
| JP2010197318A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Hitachi Ltd | 磁界検出装置および計測装置 |
| US8717017B2 (en) | 2009-02-27 | 2014-05-06 | Hitachi, Ltd. | Magnetic field detection apparatus and measurement apparatus |
| US8093886B2 (en) | 2009-03-30 | 2012-01-10 | Hitachi Metals, Ltd. | Rotation-angle-detecting apparatus |
| CN102016513A (zh) * | 2009-03-30 | 2011-04-13 | 日立金属株式会社 | 旋转角度检测装置 |
| CN102016513B (zh) * | 2009-03-30 | 2013-04-10 | 日立金属株式会社 | 旋转角度检测装置 |
| JP5387583B2 (ja) * | 2009-03-30 | 2014-01-15 | 日立金属株式会社 | 回転角度検出装置 |
| WO2010113820A1 (ja) | 2009-03-30 | 2010-10-07 | 日立金属株式会社 | 回転角度検出装置 |
| CN102867909A (zh) * | 2011-07-04 | 2013-01-09 | 山梨日本电气株式会社 | 磁阻元件和使用磁阻元件的磁传感器 |
| JP2013016630A (ja) * | 2011-07-04 | 2013-01-24 | Yamanashi Nippon Denki Kk | 磁気抵抗効果素子及びこれを用いた磁気センサ |
| JPWO2013171977A1 (ja) * | 2012-05-16 | 2016-01-12 | 株式会社村田製作所 | ブリッジ回路、及びこれを有する磁気センサ |
| CN106197246A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-07 | 沈阳艾克申机器人技术开发有限责任公司 | 一种用于差速轮平面运动机构的定位系统 |
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