JP2005069744A

JP2005069744A - 磁気検出素子

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Publication number: JP2005069744A
Application number: JP2003297072A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Nakaaki; 喜代志仲秋; Jun Morita; 純森田
Original assignee: Kohden Co Ltd
Current assignee: Kohden Co Ltd
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】
軸受けなどの機構的制約から生じる磁石との位置関係のばらつきに影響を受けない磁気検出素子を提供すること。
【解決手段】
磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記一方の第１素子と第２素子とを基板の上面に設けた一方の磁気検出素子と、前記他方の第１素子と第２素子とを補助基板の下面に設けた他方の磁気検出素子とを形成し、前記一方の磁気検出素子の第１素子と第２素子に前記他方の磁気検出素子の第２素子と第１素子をそれぞれ基板の厚さ方向に重ね合わせて構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯車などの軸に取り付けた磁石が回転することによる磁束の変化を検出して回転又は流量を計測したり、磁石が直線運動することによる磁束の変化を検出したりするときに用いられる磁気検出素子に関するものである。

従来より、回転計や流量計では、歯車などの軸に磁石を取り付け、この磁石が回転することによる磁束の変化を磁気検出素子にて検出して回転又は流量を計測する方法が用いられてきた。図６は、従来の磁気検出素子１２の構成を示したものであり、この図６において磁気検出素子１２は、基板１７の上に、第１素子１３と第２素子１６とを２個１対とし、第１素子１４と第２素子１５を２個１対とする２組の磁気抵抗素子を配置する。これらのうち対角線の位置にある第１素子１３と第１素子１４は、磁束方向に対する感度が同一で、他の対角線の位置にある第２素子１５と第２素子１６が磁束方向に対する感度が９０°ずれて配置されている。すなわち、磁束方向が図中の点線方向Ｂであって、第１素子１３と第１素子１４が最大感度を持つように磁束に対して垂直に配置されているものとすると、第２素子１５と第２素子１６が磁束方向に感度を持たないように平行に配置されている。そして、検出素子としての第１素子１３とリファレンス素子としての第２素子１６を一方の対となるように直列に接続し、また同様に、第１素子１４と第２素子１５を他方の対となるように直列に接続し、これらをブリッジ接続することにより磁石１１のＮ極とＳ極の磁界方向の切り替わりによる抵抗値の変化を電圧値に変換して検出するものである。この図６に示すような磁気検出素子１２の例として、特許文献１に示すものがある。
特開平０７−０３８１７４号公報

一般に、磁石１１を回転させる機構を持った回転計や流量計においては、軸受けの機械精度の制約から磁石表面と磁気検出素子との位置関係を一定に保つことが難しい。例えば、図７（ａ）の磁気検出素子１２と磁石１１の表面とのギャップＧ０の関係が望ましい位置関係であるとすると、図７（ｂ）のように平行度がずれてしまったり、図７（ｃ）のようにギャップＧ１が標準状態Ｇ０よりも長くなってしまったりする。このような機械精度の問題は、２組の素子が基板の同一平面上に形成されていることにより、磁気検出素子１２のそれぞれの組の素子に加わる磁力線の角度や密度が異なってしまうという状態が生じ、その結果、電圧値に変換した波形から生成した矩形波のｌｏｗ期間４４とｈｉｇｈ期間４５の比率が変化してしまい、計測精度を悪化させる要因となっていた。
具体的には、一方の組の出力波形が図８（ａ）の実線のように変化するのに対して、他方の組の出力波形が同図（ｂ）の点線のように変化することで、これらの差動出力波形が同図（ｃ）のようになり、ｌｏｗ期間４４とｈｉｇｈ期間４５のデューティ比が変化してしまっていた（図３の従来品）。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、軸受けなどの機構的制約から生じる磁石との位置関係のばらつきに影響を受けない磁気検出素子を形成し、計測精度を向上させることを目的としたものである。

請求項１記載の発明は、磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記第１素子と第２素子とがそれぞれ基板の厚さ方向に重なるように構成したことを特徴とする磁気検出素子である。

請求項２記載の発明は、磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記一方の第１素子と第２素子とを基板の上面に設けた一方の磁気検出素子と、前記他方の第１素子と第２素子とを補助基板の下面に設けた他方の磁気検出素子とを形成し、前記一方の磁気検出素子の第１素子と第２素子に前記他方の磁気検出素子の第２素子と第１素子をそれぞれ基板の厚さ方向に重ね合わせたことを特徴とする磁気検出素子である。

請求項３記載の発明は、磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記一方の第１素子と第２素子とを基板の上面に設けた一方の磁気検出素子を形成し、この一方の磁気検出素子の第１素子と第２素子の上面に絶縁層を形成し、前記一方の第１素子及び第２素子、並びに、他方の第２素子及び第１素子がそれぞれ基板の厚さ方向に重なるようにして、前記他方の第１素子と第２素子とを前記絶縁層の上に形成して構成したことを特徴とする磁気検出素子である。

請求項４記載の発明は、磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記一方の第１素子と第２素子とを前記基板の一方の面に設けて一方の磁気検出素子を形成し、前記一方の第１素子及び第２素子、並びに、他方の第２素子及び第１素子がそれぞれ基板の厚さ方向に重なるようにして、前記他方の第１素子と第２素子を前記基板の他方の面に設けて他方の磁気検出素子を形成したことを特徴とする磁気検出素子である。

請求項５記載の発明は、各組の第１素子と第２素子は、基板の同一面上に互いに並んで設けられたことを特徴とする請求項１記載の磁気検出素子である。

請求項６記載の発明は、各組の第１素子と第２素子は、互いに基板の厚さ方向に重ねて設けられたことを特徴とする請求項１記載の磁気検出素子である。

請求項７記載の発明は、磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記第１素子と第２素子との２個を１対とした２組を第１素子同士及び第２素子同士が互いに対角線に配置されるように基板上に形成し、この２組の上面に絶縁層を形成し、この絶縁層の上に前記第１素子と磁力線に対する感度方向が４５°異なる第３素子と前記第２素子と磁力線に対する感度方向が４５°異なる第４素子とを一対とした２組を基板の厚さ方向に重なるように形成したことを特徴とする磁気検出素子である。

請求項８記載の発明は、第１素子、第２素子、第３素子及び第４素子はそれぞれ、素子の形状を正方形で形成し、磁力線に対する感度方向が正方形の辺と平行となるように構成したことを特徴とする請求項７記載の磁気検出素子である。

請求項９記載の発明は、第１素子、第２素子、第３素子及び第４素子はそれぞれ、素子の形状を正方形で形成し、磁力線に対する感度方向が正方形の対角線と平行となるように構成したことを特徴とする請求項７記載の磁気検出素子である。

請求項１０記載の発明は、第１素子及び第２素子はそれぞれ、素子の形状を正方形で形成し、磁力線に対する感度方向が正方形の辺と平行となるように構成し、また、第３素子及び第４素子はそれぞれ、素子の形状を正方形で形成し、磁力線に対する感度方向が正方形の対角線と平行となるように構成したことを特徴とする請求項７記載の磁気検出素子である。

請求項１記載の発明によれば、磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記第１素子と第２素子とがそれぞれ基板の厚さ方向に重なるように構成したので、重ねることによって２次元的に同じ位置に配置された２つの素子は、磁石からの磁力線が同一の角度と密度となり、軸受けなどの機構的制約から生じる磁石との位置関係のばらつきに影響を受けない磁気検出素子を得ることができる。

請求項２記載の発明によれば、磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記一方の第１素子と第２素子とを基板の上面に設けた一方の磁気検出素子と、前記他方の第１素子と第２素子とを補助基板の下面に設けた他方の磁気検出素子とを形成し、前記一方の磁気検出素子の第１素子と第２素子に前記他方の磁気検出素子の第２素子と第１素子をそれぞれ基板の厚さ方向に重ね合わせたので、一方の磁気検出素子と他方の磁気検出素子とを厚さ方向に重ねることによって２次元的に同じ位置に配置された２つの素子は、磁石からの磁力線が同一の角度と密度となり、軸受けなどの機構的制約から生じる磁石との位置関係のばらつきに影響を受けない磁気検出素子を得ることができる。

請求項３記載の発明によれば、磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記一方の第１素子と第２素子とを基板の上面に設けた一方の磁気検出素子を形成し、この一方の磁気検出素子の第１素子と第２素子の上面に絶縁層を形成し、前記一方の第１素子及び第２素子、並びに、他方の第２素子及び第１素子がそれぞれ基板の厚さ方向に重なるようにして、前記他方の第１素子と第２素子とを前記絶縁層の上に形成して構成したので、絶縁層を介して厚さ方向に重ねることによって２次元的に同じ位置に配置された２つの素子は、磁石からの磁力線が同一の角度と密度となり、軸受けなどの機構的制約から生じる磁石との位置関係のばらつきに影響を受けない磁気検出素子を得ることができる。

請求項４記載の発明によれば、磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記一方の第１素子と第２素子とを前記基板の一方の面に設けて一方の磁気検出素子を形成し、前記一方の第１素子及び第２素子、並びに、他方の第２素子及び第１素子がそれぞれ基板の厚さ方向に重なるようにして、前記他方の第１素子と第２素子を前記基板の他方の面に設けて他方の磁気検出素子を形成したので、上面と下面で厚さ方向に重ねることによって２次元的に同じ位置に配置された２つの素子は、磁石からの磁力線が同一の角度と密度となり、軸受けなどの機構的制約から生じる磁石との位置関係のばらつきに影響を受けない磁気検出素子を得ることができる。

請求項５記載の発明によれば、各組の第１素子と第２素子は、基板の同一面上に互いに並んで設けたので、同一面上の素子は互いに感度方向が異なり、かつ、厚さ方向に重なった素子も感度方向が異なるように構成されるため、２次元的に同じ位置に配置された２つの素子は、磁石からの磁力線が同一の角度と密度となり、軸受けなどの機構的制約から生じる磁石との位置関係のばらつきに影響を受けない磁気検出素子を得ることができる。

請求項６記載の発明によれば、各組の第１素子と第２素子は、互いに基板の厚さ方向に重ねて設けたので、厚さ方向に重ねることによって２次元的に同じ位置に配置された２つの素子は、磁石からの磁力線が同一の角度と密度となり、軸受けなどの機構的制約から生じる磁石との位置関係のばらつきに影響を受けない磁気検出素子を得ることができる。

請求項７、８、９及び１０記載の発明によれば、第１素子と第２素子で形成した層の上に、絶縁層を介して前記第１素子と磁力線に対する感度方向が４５°異なる第３素子と前記第２素子と磁力線に対する感度方向が４５°異なる第４素子とで形成した層を形成したので、第１素子と第２素子とで構成するブリッジ回路で生成する波形と、第３素子と第４素子とで構成するブリッジ回路で生成する波形とでは、位相差が変化することがなく、安定した波形を得ることができるため、磁気の方向の検出を正確に行うことができる。

本発明は、磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記第１素子と第２素子とがそれぞれ基板の厚さ方向に重なるように構成することで、２次元的に同じ位置に配置された２つの素子は、磁石からの磁力線が同一の角度と密度となり、軸受けなどの機構的制約から生じる磁石との位置関係のばらつきに影響を受けない磁気検出素子を得ることを目的としたものであり、詳しくは、以下の実施例を用いて説明する。

図１は、本発明による磁気検出素子２０の構成を示した斜視図であり、この図１を用いて説明する。図１（ａ）に示すものは、一方の磁気検出素子１８であり、この一方の磁気検出素子１８は、図中における０．３〜１．０ｍｍの厚さの補助基板２１の下面に、図の点線方向の磁力線Ｂに最大感度を持つ検出素子としての第１素子２２と、第１素子２２と磁力線に対する最大感度の方向が９０°異なるリファレンス素子としての第２素子２３とが２個１対として設けてある。ここで、第１素子２２と第２素子２３は、どちらも強磁性体磁気抵抗薄膜による多数の短冊部の直列接続で構成されており、第１素子２２と第２素子２３とでは短冊部の方向が９０°異なる点以外は共通の構成である。第１素子２２の一方端には電極２４が接続され、第１素子２２の他方端と第２素子２３の一方端の接続点には共通の電極２５が接続され、第２素子２３の他方端には電極２６が接続されている。また、この一方の磁気検出素子１８の第１素子２２と第２素子２３を設けた側の面には、電極２４、２５、２６を除いた部分に薄く絶縁コーティングが施される。なお、一方の磁気検出素子１８の下面に設けた第１素子２２と第２素子２３、及び、電極２４、２５、２６は、図面の角度からは本来見えない角度であるが、図面を分かり易くするため実線で記載した。

図１（ｂ）に示すものは、他方の磁気検出素子１９であり、この他方の磁気検出素子１９には、図中における基板２７の上側の面に、前記第１素子２２の感度方向と同様に図の点線方向の磁力線Ｂに最大感度を持つ第１素子２８と、この第１素子２８と磁力線に対する最大感度の方向が９０°異なる第２素子２９とが２個１対として設けてある。ここで、一方の磁気検出素子１８の下面と他方の磁気検出素子１９の上面を合わせたときに、一方の組の第２素子２３の位置に他方の組の第１素子２８が重なるように設けてあり、また、一方の組の第１素子２２の位置に他方の組の第２素子２９が重なるように設けてある。第２素子２９の一方端には電極３０が接続され、第２素子２９の他方端と第１素子２８の一方端の接続点には共通の電極３１が接続され、第１素子２８の他方端には電極３２が接続されている。また、一方の磁気検出素子１８の下面と他方の磁気検出素子１９の上面を合わせたときに、電極２４、２５、２６と重なるそれぞれの位置に、電極３３、３４、３５が設けてあり、この電極３３、３４、３５には、電極３６、３７、３８が接続されている。なお、この他方の磁気検出素子１９の第１素子２８と第２素子２９を設けた側の面には、電極部分を除いて薄く絶縁コーティングが施される。

このように構成した図１（ａ）に示す一方の磁気検出素子１８と図１（ｂ）に示す他方の磁気検出素子１９とを、一方の組の第２素子２３と他方の組の第１素子２８が重なり、一方の組の第１素子２２と他方の組の第２素子２９が重なるようにして接合することにより、図１（ｃ）に示すような、磁力線に対する感度方向が９０°異なる２つの素子同士が厚さ方向に重なった磁気検出素子２０を構成する。

次に、本発明による磁気検出素子２０の作用を図面に基づいて説明する。
図２は、図１（ｃ）に示す磁気検出素子２０を実際に使用する場合の回路構成を示した図である。この図２において、磁気検出素子２０の電極３６と電極３０の接続点をＶｃｃ入力端子４１に接続する。同様に、電極３８と電極３２の接続点をＧＮＤ端子４２に接続する。電極３７は、比較回路３９の＋入力に接続され、電極３１は、比較回路３９の−入力に接続され、また、比較回路３９の＋入力と出力端子４３との間には、抵抗４０が接続されている。このような接続状態において、比較回路３９にはＶｃｃが供給され、比較結果を出力端子４３から出力する構成となっている。図２の回路図からも分かるように、一方の組の第１素子２２と第２素子２３、他方の組の第１素子２８と第２素子２９はホイートストーンブリッジ型に接続されており、このブリッジ部分に磁力線を受けることによって各素子の抵抗値が変化して、比較回路３９から出力される電圧値が変化する。

さらに図２の回路の作用について詳しく説明する。図２の回路図において、一方の組の検出素子である第１素子２２とリファレンス素子である第２素子２３の接続点に設けた電極３７における電圧は比較回路３９の＋入力に入力され、他方の組における第１素子２８と第２素子２９の接続点に設けた電極３１における電圧は比較回路３９の−入力に入力される。ここで、電極３７における電圧と、電極３１における出力電圧は、磁石１１の回転に伴って、図８（ａ）（ｂ）に示すようなサイン波形となる。

図１（ａ）に示す点線Ｂと同じ方向から磁力線を受けると、ブリッジ接続において対角線に配置した一方の第１素子２２、及び、他方の第１素子２８の抵抗値が変化するため、電極３７における電圧と電極３１における電圧は、一方が増加し他方が減少する。ここで、磁石１１が９０°回転すると、一方の第１素子２２、及び、他方の第１素子２８は、磁力線に対して感度を持たない方向となるため抵抗値が減少し、一方の第２素子２３、及び、他方の第２素子２９は、磁力線に対して最大感度を持つ方向となるため抵抗値が増加し、これによって、９０°回転前とは逆に、電極３７における電圧と電極３１における電圧は、一方が減少し他方が増加する。このように、電極３７における電圧と電極３１における電圧は、それぞれ、磁石１１が９０°回転する毎に最大値と最小値が入れ替わる波形であり、これは図８（ａ）（ｂ）に示すように、互いに位相関係が１８０°ずれているサイン波のような波形となる。この２つの信号を比較回路３９から見るときは差動的に受け取るため、１８０°位相が異なる同一振幅の２つの波形は、図８（ｃ）に示すような２倍の振幅を持つサイン波のように処理される。このような２つの信号を差動的にとらえることによって生成された波形に基づいて、比較回路３９において、図８（ｄ）に示すような矩形波が生成される。本発明の磁気検出素子２０は、この矩形波を用いて磁石の回転の計測や磁石の位置の検出等を行うときに利用される。なお、上記のような矩形波におけるｌｏｗ期間４４とｈｉｇｈ期間４５の時間の比率をデューティ比と呼ぶ。

ここで、図３に示すグラフは、図６に示す磁気検出素子１２と図１に示す本発明の磁気検出素子２０について、それぞれ図２に示す回路接続を行って、それぞれの磁気検出素子でギャップの長さを５ｍｍ〜９ｍｍまで変化させた場合のデューティ比の変化を調べたものである。この図３からも分かるように、従来の磁気検出素子１２では、ギャップの長さを５ｍｍ〜９ｍｍまで変化させると、デューティ比は６０％〜９６％まで大幅に変化している。これに対して、本発明の磁気検出素子２０では、ギャップの長さを５ｍｍ〜９ｍｍまで変化させても、デューティ比は５０％〜５３％に留まっており、ギャップ長の変化の影響を受けていないことが分かる。

このように、従来の磁気検出素子１２がギャップ長の変化の影響を大きく受けているのに対して、本発明による磁気検出素子２０は、磁力線方向に感度を持つ一方の組の第１素子２２と磁力線方向に感度を持たない他方の組の第２素子２９が重なり、同様に、磁力線方向に感度を持たない一方の組の第２素子２３と磁力線方向に感度を持つ他方の組の第１素子２８が重なるように構成されており、重ねることによって２次元的に同じ位置に配置された（基板の厚さ方向に重なるようにして配置された）２つの素子は、磁石からの磁力線が同一の角度と密度となるため、磁石との平行度やギャップの間隔に左右されることがなくデューティ比は安定したものとなる。

前記実施例では、一方の組の第１素子２２と第２素子２３とを一方の磁気検出素子１８の補助基板２１の下面に設け、他方の組の第１素子２８と第２素子２９とを他方の磁気検出素子１９の基板２７の上面に設け、この一方の磁気検出素子１８と他方の磁気検出素子１９とを素子面を対向させて貼り合わせることによって、一方の第１素子２２と他方の第２素子２９、一方の第２素子２３と他方の第１素子２８とを重なるようにすることで磁気検出素子２０を構成したが、本発明はこれに限られるものではない。

例えば、一方の磁気検出素子１８と他方の磁気検出素子１９とを重ね合わせる替わりに、図４（ａ）に示すように、他方の組の第１素子２８と第２素子２９とが形成された他方の磁気検出素子１９の同一の基板上に極薄い絶縁層４６を形成し、この絶縁層４６の上に、他方の第２素子２９と重なる位置に一方の第１素子２２を形成し、他方の第１素子２８と重なる位置に一方の第２素子２３を形成するようにしてもよい。この場合、絶縁層４６は、酸化膜を蒸着などの手段によって他方の磁気検出素子１９の上に形成し、この絶縁層４６の上に一方の組の第１素子２２及び第２素子２３を形成するようにする。このようにして形成した図４（ｂ）に示す磁気検出素子４７は、前記実施例による磁気検出素子２０と同様に、重ねることによって２次元的に同じ位置に配置された２つの素子に対する磁石からの磁力線は同一の角度と密度となるため、磁石との平行度やギャップの間隔に左右されることがなくデューティ比は安定したものとなる。

また、図５に示すように、他方の組の第１素子２８と第２素子２９とを基板の上面に形成し、その裏面に、他方の第２素子２９の下に重なる位置に一方の組の第１素子２２を形成し、他方の第１素子２８の下に重なる位置に一方の組の第２素子２３を形成する。このようにして形成した磁気検出素子４８は、磁気検出素子２０、磁気検出素子４７に比べて、基板の厚さの分だけ素子の間隔が広くなっているが、実際の基板の厚さは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍと非常に薄いものであるため、図６に示す従来の磁気検出素子１２に比べれば、磁石からの磁力線が略同一の角度と密度となり、２次元的に同じ位置に配置された２つの素子は、磁石との平行度やギャップの間隔に左右されることがなくデューティ比は安定したものとなる。

前記実施例では、第１素子２２と第２素子２３を隣接して同一層に配置したものを一方の組とし、第１素子２８と第２素子２９を隣接して同一層に配置したものを他方の組となるようにしたが、本発明はこれに限られるものではない。本発明では、磁力線に対する感度方向が９０°異なる２つの素子が２次元的に同じ位置に配置されることが重要であり、これを満たす配置であれば、例えば、上下に配置した第１素子２２と第１素子２８を一方の組とし、同様に、上下に配置した第２素子２３と第２素子２９を他方の組とするように電極と配線をしても、同様の効果を持つ磁気検出素子を得ることができる。
また、磁力線に対する感度方向が同じ第１素子２２と第１素子２８を同一層に配置し、同様に、第２素子２３と第２素子２９を同一層に配置し、これらの２つの層を厚さ方向に重ね合わせるような構成であっても、同様の効果を持つ磁気検出素子を得ることができる。

前記実施例では、２個１対とする２組の素子は、磁力線に対する感度方向が同一の第１素子２２と第１素子２８と、磁力線に対する感度方向が９０°異なる第２素子２３と第３素子２９とで構成し、これらの素子は全て同一面積であるように構成したが、本発明はこれに限られるものではない。磁気抵抗素子は、太くて長い素子と細くて短い素子とが同一の抵抗値となるように構成することも可能であるため、互いに同一の抵抗値であるが磁力線を感知するための面積が異なる素子を形成して、感度を変えた素子をそれぞれの層に配置して必要な波形だけを取り出すような構成にしてもよい。この場合、面積の大きな素子を磁気検出用抵抗とし、面積の小さな素子をリファレンス用抵抗として用いるようにしてもよい。
また、前記実施例では、第１素子と第２素子の磁力線に対する感度方向を９０°異ならせて構成したが、必ずしも９０°である必要はなく、４５°など適宜の角度とすることもできる。

前記実施例１、２及び３では、磁気検出素子は、磁力線方向に感度を持つ一方の組の第１素子と磁力線方向に感度を持たない他方の組の第２素子が基板の厚さ方向に重なり、同様に、磁力線方向に感度を持たない一方の組の第２素子と磁力線方向に感度を持つ他方の組の第１素子が基板の厚さ方向に重なるように構成し、この磁気検出素子を用いて図２に示すようなブリッジ回路を構成することにより、軸受けなどの機構的制約から生じる磁石との位置関係のばらつきによってもデューティ精度が悪化せず、常にディーティ比の安定した磁気検出素子を構成したが、本発明はこれに限られるものではない。前記の例ではディーティ比を安定させるための構成として説明したが、この他にも、磁気の方向を検出する機能を実現するにあたって、Ａ相（ｓｉｎ波）及びＡ層と９０°位相差を持つＢ相（ｃｏｓ波）の２つの波形を使用するが、このＡ相及びＢ相の位相関係が軸受けなどの機構的制約から生じる磁石との位置関係のばらつきに影響を受けず、常に位相差が変化しない磁気検出素子を構成することもできる。

図９（ａ）は、本発明の第４実施例としての磁気検出素子５９の組立て前の構成を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、組立て後の磁気検出素子５９を示す斜視図である。この図９（ａ）において、基板５７の上には、磁力線に対する感度方向が同一の一方の第１素子４９及び他方の第１素子５０と、前記第１素子４９、５０と感度方向が９０°異なる一方の第２素子５１及び他方の第２素子５２とが、対角線上にそれぞれ第１素子同士及び第２素子同士となるように配置して設けられている。この基板５７の上に設けられた４つの素子４９、５０、５１、５２の上には、これらの素子を覆うように絶縁層５８が設けられ、この絶縁層の上からさらに、磁力線に対する感度方向が同一の一方の第３素子５３及び他方の第３素子５４と、前記第３素子５３、５４と感度方向が９０°異なる一方の第４素子５５及び他方の第４素子５６とが、対角線上にそれぞれ第３素子同士及び第４素子同士となるようにし、かつ、前記第１素子４９、５０及び第２素子５１、５２の磁力線に対する感度方向と４５°ずつずれるように配置して設けられている。このようにして磁気検出素子５９が構成され、図９（ｂ）に示すように、前記第１素子４９、５０及び第２素子５１、５２からなる層と、前記第３素子５３、５４及び前記第４素子５５、５６からなる層とが中心を同じにして４５°ずれた状態で形成されている。

前記磁気検出素子５９を使用する際の回路構成を図１０に基づいて説明する。図１０（ａ）は、前記第１素子４９、５０及び第２素子５１、５２を用いてブリッジ回路を構成する場合の回路図を示したもので、前記実施例１で説明した図２に示すブリッジ回路と同様の構成である。このような構成において、ブリッジの一方端からＡ相の波形を得て、他方端からＡ´相の波形を得る。同様に、図１０（ｂ）は、前記第３素子５３、５４及び前記第４素子５５、５６を用いてブリッジ回路を構成する場合の回路図を示したもので、このような構成において、ブリッジの一方端からＢ相の波形を得て、他方端からＢ´相の波形を得る。

図１０（ａ）に示すブリッジ回路、及び、図１０（ｂ）に示すブリッジ回路は、それぞれ磁束の変化を検出して回転又は流量を計測することが可能であるが、これらを組み合わせることによって、軸受けなどの機構的制約から生じる磁石との位置関係のばらつきに影響を受けず、常に位相差が変化しない磁気検出素子を構成することができる。前記磁気検出素子５９は、第１素子４９、５０及び第２素子５１、５２からなる層と第３素子５３、５４及び前記第４素子５５、５６からなる層とが基板の厚さ方向に重なっており、この状態でそれぞれブリッジ回路を構成すると、図１０（ｃ）に示すように、２つのブリッジ回路の各素子が重なった状態となり、この状態で得られるＡ相の波形とＢ相の波形、及び、Ａ´相の波形とＢ´相の波形は、磁石との位置関係のばらつきに影響を受けず、常に位相差が変化しない。この位相差の安定したＡ相の波形とＢ相の波形、又は、Ａ´相の波形とＢ´相の波形を用いることで、磁石の回転方向や移動方向を正確に判別することができる。

ここで、図１０（ｃ）に示す２つのブリッジ回路における各素子の構成の具体例としては、次のようなものが挙げられる。１つ目としては、図１１（ａ−１）のように正方形方の素子を均等に配置した配置パターン６０と、図１１（ａ−２）のように前記配置パターン６０を４５°回転させた配置パターン６１とを基板の厚さ方向に重ね合わせることで、図１１（ａ−３）に示すような構成の磁気検出素子６２を構成することができる。また、２つ目としては、図１１（ｂ−１）と図１１（ｂ−２）のように、占領する面積は同一であるが、素子の磁力線に対する感度方向が４５°ずつずれて構成された配置パターン６３と配置パターン６４とを重ね合わせることによって、図１１（ｂ−３）に示すような構成の磁気検出素子６５を構成することができる。

前記実施例では、磁気検出素子２０を用いて歯車などの軸に取り付けた磁石が回転することによる磁束の変化を検出して回転又は流量を計測する場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、磁石が直線運動することによる磁束の変化を検出して、磁石の位置検出として用いるようにしてもよい。

本発明による磁気検出素子２０の構成を示した斜視図である。本発明による磁気検出素子２０を実際に使用する場合の回路構成を示した回路図である。本発明による磁気検出素子２０と従来の磁気検出素子１２とを用いて、磁石とのギャップの長さを５ｍｍ〜９ｍｍまで変化させた場合のデューティ比の変化を調べた特性図である。本発明の他の実施例としての磁気検出素子４７を示した斜視図である。本発明の他の実施例としての磁気検出素子４８を示した斜視図である。従来の磁気検出素子を示した斜視図である。軸受けなどの機構的制約から生じる磁石との位置関係のばらつきの例を示した模式図であり、（ａ）を標準状態とすると、（ｂ）は、平行度が悪い状態を示したもので、（ｃ）は、ギャップが長い状態を示したものである。図２の回路構成を用いた場合の各部の波形を示した波形図である。本発明の他の実施例としての磁気検出素子５９を示した斜視図である。図９における磁気検出素子５９を実際に使用する場合の回路構成を示した回路図である。図９における磁気検出素子５９に用いられる各素子の構成を説明した模式図である。

符号の説明

１１…磁石、１２…磁気検出素子、１３…第１素子、１４…第２素子、１５…第１素子、１６…第２素子、１７…基板、１８…一方の磁気検出素子、１９…他方の磁気検出素子、２０…磁気検出素子、２１…補助基板、２２…第１素子、２３…第２素子、２４〜２６…電極、２７…基板、２８…第１素子、２９…第２素子、３０…〜３８…電極、３９…比較回路、４０…抵抗、４１…Ｖｃｃ入力端子、４２…ＧＮＤ端子、４３…出力端子、４４…ｌｏｗ期間、４５…ｈｉｇｈ期間、４６…絶縁層、４７…磁気検出素子、４８…磁気検出素子、４９…第１素子、５０…第１素子、５１…第２素子、５２…第２素子、５３…第３素子、５４…第３素子、５５…第４素子、５６…第４素子、５７…基板、５８…絶縁層、５９…磁気検出素子、６０〜６５…配置パターン。

Claims

磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記第１素子と第２素子とがそれぞれ基板の厚さ方向に重なるように構成したことを特徴とする磁気検出素子。
磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記一方の第１素子と第２素子とを基板の上面に設けた一方の磁気検出素子と、前記他方の第１素子と第２素子とを補助基板の下面に設けた他方の磁気検出素子とを形成し、前記一方の磁気検出素子の第１素子と第２素子に前記他方の磁気検出素子の第２素子と第１素子をそれぞれ基板の厚さ方向に重ね合わせたことを特徴とする磁気検出素子。
磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記一方の第１素子と第２素子とを基板の上面に設けた一方の磁気検出素子を形成し、この一方の磁気検出素子の第１素子と第２素子の上面に絶縁層を形成し、前記一方の第１素子及び第２素子、並びに、他方の第２素子及び第１素子がそれぞれ基板の厚さ方向に重なるようにして、前記他方の第１素子と第２素子とを前記絶縁層の上に形成して構成したことを特徴とする磁気検出素子。
磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記一方の第１素子と第２素子とを前記基板の一方の面に設けて一方の磁気検出素子を形成し、前記一方の第１素子及び第２素子、並びに、他方の第２素子及び第１素子がそれぞれ基板の厚さ方向に重なるようにして、前記他方の第１素子と第２素子を前記基板の他方の面に設けて他方の磁気検出素子を形成したことを特徴とする磁気検出素子。
各組の第１素子と第２素子は、基板の同一面上に互いに並んで設けられたことを特徴とする請求項１記載の磁気検出素子。
各組の第１素子と第２素子は、互いに基板の厚さ方向に重ねて設けられたことを特徴とする請求項１記載の磁気検出素子。
磁力線により抵抗値の変化する磁気抵抗素子であって、磁力線に対する感度方向が互いに異なる第１素子と第２素子との２個を１対として２組を基板に形成してなる磁気検出素子において、前記第１素子と第２素子との２個を１対とした２組を第１素子同士及び第２素子同士が互いに対角線に配置されるように基板上に形成し、さらに、この２組の上面に絶縁層を形成し、この絶縁層の上に前記第１素子と磁力線に対する感度方向が４５°異なる第３素子と前記第２素子と磁力線に対する感度方向が４５°異なる第４素子とを一対とした２組を基板の厚さ方向に重なるように形成したことを特徴とする磁気検出素子。
第１素子、第２素子、第３素子及び第４素子はそれぞれ、素子の形状を正方形で形成し、磁力線に対する感度方向が正方形の辺と平行となるように構成したことを特徴とする請求項７記載の磁気検出素子。
第１素子、第２素子、第３素子及び第４素子はそれぞれ、素子の形状を正方形で形成し、磁力線に対する感度方向が正方形の対角線と平行となるように構成したことを特徴とする請求項７記載の磁気検出素子。
第１素子及び第２素子はそれぞれ、素子の形状を正方形で形成し、磁力線に対する感度方向が正方形の辺と平行となるように構成し、また、第３素子及び第４素子はそれぞれ、素子の形状を正方形で形成し、磁力線に対する感度方向が正方形の対角線と平行となるように構成したことを特徴とする請求項７記載の磁気検出素子。