JP3496655B2 - 方位計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気抵抗素子を用い
た方位計、特に磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加しな
がら方位を測定する方位計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗素子はその磁化容易軸方向に電
流を流したときに、それに直角な方向に磁界を印加する
と、電流の方向での抵抗は磁界の大きさによって減少す
る磁気抵抗効果を持つ。抵抗と印加する磁界強度との関
係はほぼ２次関数で近似することが出来て、図１３のよ
うに Ｒ＝Ｒ0 （１−α（Ｈ／Ｈk ）² ） となっている。ここで、Ｒ0 は無磁界時の抵抗、αは抵
抗率変化率、Ｈｋは飽和磁界である。

【０００３】磁気抵抗素子に１／２・Ｈｋ程度のバイア
ス磁界を印加した状態では、外部磁界と抵抗とはほぼ直
線関係にある。地磁気の水平成分は最大０．４Ｏｅであ
るから、適当なバイアスを印加すると方位を測定するこ
とができる。

【０００４】４個の直交する磁気抵抗素子９１，９２，
９３，９４を図１４のようにフルブリッジに組み、磁気
抵抗素子の電流方向に対して４５°の角度になるように
２つの直交するバイアス磁界を印加できるように２個の
バイアスコイル１０１，１０２を磁気抵抗素子の外部に
付けたホルダーに巻き付けた方位計が用いられている。
それを図１５に断面模式図、図１６に外観図で示してい
る。

【０００５】方位を測定する際には、一方のバイアスコ
イル１０１（ｘ方向コイルとする）によって、フルブリ
ッジになった４個の磁気抵抗素子９１，９２，９３，９
４に＋ｘ方向バイアスを印加しながら、フルブリッジに
なった磁気抵抗素子間の中間電位差を測定し、次に同じ
バイアスコイル１０１によって磁気抵抗素子に−ｘ方向
バイアスを印加しながら、磁気抵抗素子間の中間電位差
を測定する。＋ｘ方向バイアス印加時と−ｘ方向バイア
ス印加時の中間電位差同士の差を求めると、この差が地
磁気の水平分力とｘ軸方向との角度θの正弦と比例した
ものになる。

【０００６】次に他方のバイアスコイル１０２（ｙ方向
コイルとする）によって、フルブリッジになった４個の
磁気抵抗素子９１，９２，９３，９４に＋ｙ方向バイア
スを印加しながら、フルブリッジになった磁気抵抗素子
間の中間電位差を測定し、次いで同じバイアスコイル１
０２によって磁気抵抗素子に−ｙ方向バイアスを印加し
ながら磁気抵抗素子間の中間電位差を測定する。＋ｙ方
向バイアス印加時と−ｙ方向バイアス印加時の中間電位
差同士の差を求めると、この差が地磁気の水平分力の方
向θとはｓｉｎ（π／２−θ）に、すなわち角度θの余
弦と比例する。

【０００７】これらｙ方向出力Ｖｙとｘ方向出力Ｖｘか
ら地磁気の水平分力の方向 θ＝ａｔａｎＶｘ／Ｖｙ として、方位が測定出来る。

【０００８】以上のことは原理として正しいのである
が、磁気抵抗素子への印加磁界と抵抗との関係にはヒス
テリシスがあり、図１３に示したものよりも、むしろ図
１７のようになる。印加磁界強度を上げていくと図１７
の上のカーブを辿り飽和となる、そこから印加磁界を下
げていくと下のカーブを辿ると言われている。

【０００９】そこで、方位を測定する際に、このヒステ
リシスの影響を考慮して、バイアス磁界を印加する前に
飽和磁界を印加しておくことが行われている。

【００１０】例えば、特開平5-157565号公報にあるよう
に、上で説明した磁気抵抗素子と２つの直交するバイア
スコイルからなる方位計を用いて方位を測定する際に、
＋ｘ方向に飽和磁界Ｈｋを印加し、次いで＋ｘ方向バイ
アス磁界Ｈｂを印加しながら磁気抵抗素子間の中間電位
差を測定する。そして同じバイアスコイルによって−ｘ
方向に飽和磁界−Ｈｋを印加し、次いで−ｘ方向バイア
ス磁界−Ｈｂを印加しながら磁気抵抗素子間の中間電位
差を測定する。このようにして求めた＋ｘ方向バイアス
印加時と−ｘ方向バイアス印加時の中間電位差同士の差
をｘ方向出力Ｖｘとする。

【００１１】次に他方のバイアスコイルによって、＋ｙ
方向に飽和磁界を印加し、次いで＋ｙ方向バイアスを印
加しながら磁気抵抗素子間の中間電位差を測定する。そ
して同じバイアスコイルによって−ｙ方向に飽和磁界を
印加し、次いで−ｙ方向バイアスを印加しながら磁気抵
抗素子間の中間電位差を測定する。このようにして求め
た＋ｙ方向バイアス印加時と−ｙ方向バイアス印加時の
中間電位差同士の差をｙ方向出力Ｖｙとする。これらＶ
ｘとＶｙから上記と同じように方位を測定するものであ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上で説明したフルブリ
ッジに組み立てた４個の直交する磁気抵抗素子は一枚の
セラミック基板上にＮｉ系合金膜を蒸着し、エッチング
によってつづら折り状の各磁気抵抗素子を形成すること
ができる。そのために極めて小さく、また薄いものとす
ることができる。しかし、それをｘ方向、ｙ方向に取り
巻いて形成した２個のバイアスコイルは磁気抵抗素子ブ
リッジの外周に設けられているために、厚さが３ｍｍ程
度で面積が１０ｍｍ×１０ｍｍ程度の物となっていた。
このように厚さが大きいために、電子方位計を組み込ん
だリストウオッチが大きなものとなっていた。

【００１３】方位を測定する手順を上で説明したが、ｘ
方向コイルで＋ｘ方向と−ｘ方向のバイアスを印加して
測定し、ｙ方向コイルで＋ｙ方向と−ｙ方向のバイアス
を印加して測定し、その後演算するので、４回の測定が
必要なものであった。

【００１４】更に、ヒステリシスの影響をなくすため
に、バイアス磁界を印加する前にバイアス磁界と同じ方
向の飽和磁界を印加することが行われている。飽和磁界
を印加した後にバイアス磁界を印加すると磁気抵抗素子
の抵抗と磁界曲線（図１７参照）の勾配が小さくなっ
て、測定する出力が低くなってしまっている。

【００１５】そこで、本発明の目的とするところは、厚
さを極めて薄く且つ面積を小さくすることのできる方位
計を提供することである。

【００１６】また、本発明の他の目的は、従来よりもコ
イルへの通電回数を減らし、測定回数を少なくすること
のできる方位計を提供することである。

【００１７】本発明の更に他の目的は、本出願人が前に
出願している方位計（特願２００１−２９０１１号）よ
りも、磁気抵抗素子部分の面積を増加させることができ
磁気抵抗素子の抵抗を増すことができるので、更に小型
化のできる方位計を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の方位計は、互い
に平行となっている対辺対を２組有し、それら２組の対
辺対が長方形の４辺を少なくとも部分的に構成している
平面コイルと、その平面コイル面の両側にそれぞれ平行
に設けられた磁気抵抗素子面からなり、各磁気抵抗素子
面には、前記平面コイルの対辺対の各辺のみと３０°よ
りも大きく９０°未満で交差している長手方向を持った
４個の磁気抵抗素子を有し、１組の対辺対の辺と交差し
ている磁気抵抗素子のうち、辺に流れる電流によって反
対方向の磁界が印加される磁気抵抗素子は互いにその長
手方向が非平行となっているとともに、そのうちの２個
の磁気抵抗素子で１組の磁気抵抗素子対を構成し、各磁
気抵抗素子対の磁気抵抗素子の一方の端部同士は接続さ
れているとともに、他方の端部間に測定用電圧が印加さ
れるようになっていて、前記一方の端部から中間電位出
力を取り出すようになっていることを特徴とするもので
ある。

【００１９】この方位計で、各磁気抵抗素子対を構成す
る磁気抵抗素子は同じ磁気抵抗素子面に設けられている
ことができる。

【００２０】上記方位計において、前記各磁気抵抗素子
の長手方向が平面コイルの各辺と交差する角度が４５°
以上で90°未満であることが好ましく、その交差角のば
らつきが±５°以内であるのがよい。またその交差する
角度が４５°であることが更に好ましい。

【００２１】本発明の方位計は、互いに平行となってい
る対辺対を２組有し、それら２組の対辺対が長方形の４
辺を少なくとも部分的に構成している平面コイルと、そ
の平面コイル面の両側にそれぞれ平行に設けられた磁気
抵抗素子面からなり、各磁気抵抗素子面には、前記平面
コイルの対辺対の各辺のみと４５°で交差している長手
方向を持った４個の磁気抵抗素子を有し、各磁気抵抗素
子面にある４個の磁気抵抗素子のうち各対辺対の各辺と
交差している長手方向を持った２個の磁気抵抗素子で１
組の磁気抵抗素子対を構成し、各磁気抵抗素子対の磁気
抵抗素子の長手方向が互いに直角となっているととも
に、前記対辺対の各辺の両側にある磁気抵抗素子の長手
方向が互いに直交しており、各磁気抵抗素子対の磁気抵
抗素子の平面コイル内側にある端部同士は接続されてい
るとともに、平面コイル外側にある端部間に測定用電圧
が印加されるようになっていて、前記内側にある端部か
ら中間電位出力を取り出すようになっていることが好ま
しい。

【００２２】本発明の方位計において、各磁気抵抗素子
対を構成する磁気抵抗素子は対辺対の各辺の両側にある
磁気抵抗素子であることができる。その場合、前記各磁
気抵抗素子の長手方向が平面コイルの各辺と交差する角
度が４５°以上で９０°未満であることが好ましく、そ
の交差角のばらつきが±５°以内であるのがよい。また
その交差する角度が４５°であることが更に好ましい。

【００２３】本発明の方位計は、互いに平行となってい
る対辺対を２組有し、それら２組の対辺対が長方形の４
辺を少なくとも部分的に構成している平面コイルと、そ
の平面コイル面の両側にそれぞれ平行に設けられた磁気
抵抗素子面からなり、各磁気抵抗素子面には、前記平面
コイルの対辺対の各辺のみと４５°で交差している長手
方向を持った４個の磁気抵抗素子を有し、前記対辺対の
各辺の両側にある２個の磁気抵抗素子で１組の磁気抵抗
素子対を構成し、その各磁気抵抗素子対の磁気抵抗素子
の長手方向が互いに直交しており、また各磁気抵抗素子
対の磁気抵抗素子の平面コイル内側にある端部同士は接
続されているとともに、平面コイル外側にある端部間に
測定用電圧が印加されるようになっていて、前記内側に
ある端部から中間電位出力を取り出すようになっている
ことが好ましい。

【００２４】本発明の方位計では、２組の対辺対が長方
形の４辺を少なくとも部分的に構成している平面コイル
の両側に磁気抵抗素子面を有し、各磁気抵抗素子面は４
個の磁気抵抗素子を持つ。そのため１つのコイル辺に対
して各面で１個の磁気抵抗素子のみが交差しているの
で、大きな磁気抵抗素子を持つことができる。本出願人
が特願２００１−２９０１１号で出願している方位計で
は、１つのコイル辺に対して２個の磁気抵抗素子が交差
していたのに比べると、倍の面積を持った磁気抵抗素子
を用いることができる。

【００２５】また１つのコイル辺を挟むように配置され
た２個の磁気抵抗素子で１組の磁気抵抗素子対を構成し
ている場合には、各磁気抵抗素子面にある４個の磁気抵
抗素子の長手方向を同じ向きにそろえることができるの
で、磁気抵抗素子を形成する際に形状異方性だけでなく
磁気異方性もつけることができる。そのために、安定し
て磁気異方性を制御することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明による方位計の第一実施例
を図１，２に示している。図１は展開斜視図であり、互
いに平行になっている対辺対１１と１２，１３と１４を
２組有し、それら２組の対辺対が長方形の４辺（ここで
は正方形の４辺）を少なくとも部分的に構成している平
面コイル１と、その平面コイルの両側に近接してそれぞ
れ平行に設けられた磁気抵抗素子面とからなっている方
位計を示している。平面コイル１はコイルが数十回巻か
れている。平面コイル面の下側の磁気抵抗素子面には４
個の磁気抵抗素子２１，２２，５１，５２を有し、上側
の磁気抵抗素子面には４個の磁気抵抗素子３１，３２，
４１，４２を有している。これらの各磁気抵抗素子の長
手方向は平面コイルの対辺対の各辺のみと３０°よりも
大きく９０°未満で交差している。この関係を理解しや
すいように図２に回路を模式的に示している。平面コイ
ル１にＩｂ方向の電流が流れると１組の対辺対の辺１１
と１２とに交差している磁気抵抗素子のうち、磁気抵抗
素子２１と３２にはｘ方向の磁界が印加され、磁気抵抗
素子３１と２２には−ｘ方向の磁界が印加される。また
辺１３と１４とに交差している磁気抵抗素子のうち、磁
気抵抗素子４１と５２にはｙ方向の磁界が印加され、磁
気抵抗素子５１と４２にには−ｙ方向の磁界が印加され
る。ここで、反対方向の磁界が印加される磁気抵抗素子
２１と２２，３１と３２，４１と４２，５１と５２はそ
れぞれ磁気抵抗素子対２，３，４，５を構成している。
各磁気抵抗素子対の磁気抵抗素子の一方の端部同士が接
続されているとともに、他方の端部間に測定用電圧Ｖｃ
ｃが印加されるようになっていて、接続されている端部
から中間電位出力を取り出すようになっている。この例
では、中間電位出力差を取り出している。

【００２７】ここで第一実施例の働きを説明するに当た
り、本出願人の出願している特願２００１−２９０１１
号に示している方位計の働きをまず説明して、それと比
較しながら本例を説明する。既出願の方位計を説明する
ための展開斜視図を図１１に、またその回路を模式的に
図１２に示している。図１１，１２に示している既出願
の平面コイル１は図１，２に用いている平面コイル１と
同じ構造をしている。平面コイル面の同じ側に、図では
下側に、平面コイル面と平行な平面内に磁気抵抗素子対
２′，３′，４′，５′が４組設けられている。磁気抵
抗素子対２′，３′，４′，５′それぞれは２個の磁気
抵抗素子２１′と２２′，３１′と３２′，４１′と４
２′，５１′と５２′からなっている。

【００２８】平面コイル１の平行な対辺対の１辺１１に
は、磁気抵抗素子２１′と３２′がその長手方向を３０
°よりも大きく９０°未満で、好ましくは４５°以上で
９０°未満で、この実施例では４５°で交差している。
対辺対の向かい側の１辺１２には、磁気抵抗素子３１′
と２２′がその長手方向を３０°よりも大きく９０°未
満で、好ましくは４５°以上で９０°未満で、この実施
例では４５°で交差している。その対辺対と直交してい
る平行な対辺対の１辺１３には、磁気抵抗素子４１′と
５２′がその長手方向を３０°よりも大きく９０°未満
で、好ましくは４５°以上で９０°未満で、この実施例
では４５°で交差している。辺１３の向かい側の辺１４
には、磁気抵抗素子５１′と４２′がその長手方向を３
０°よりも大きく９０°未満で、好ましくは４５°以上
で９０°未満で、この実施例では４５°で交差してい
る。平面コイル１の各辺と交差している磁気抵抗素子２
１′と３２′，３１′と２２′，４１′と５２′，５
１′と４２′は、それぞれそれらの長手方向が互いに非
平行、この図では直交している。また、平行な対辺対の
辺と長手方向が交差している磁気抵抗素子２１′と２
２′とで磁気抵抗素子対２′を構成していて、磁気抵抗
素子２１′と２２′はそれらの長手方向が互いに非平
行、この図では直交している。同様に、平行な対辺対の
各辺と長手方向が交差している磁気抵抗素子３１′と３
２′，４１′と４２′，５１′と５２′はそれぞれ磁気
抵抗素子対３′，４′，５′を構成していて、磁気抵抗
素子３１′と３２′，４１′と４２′，５１′と５２′
はそれらの長手方向が互いに非平行、この図では直交し
ている。各磁気抵抗素子対２′，３′，４′，５′を構
成している磁気抵抗素子同士の一方の端部、この図では
平面コイル１の内側にある端部同士がそれぞれ結合され
ている。そして、各磁気抵抗素子対の他端部間に測定用
電圧Ｖｃｃが印加されて、先ほどの結合されている端部
の電位差を測定するようになっている。

【００２９】磁気抵抗素子は平面コイル１と近接した平
行な面に設けられている。平面コイル１に直流電流を流
したとき、平面コイル面に平行な面には、コイルの内側
から外へ、あるいは外から内側へ向いた直流磁界が生じ
るので、磁気抵抗素子対に直流磁界が印加されることに
なる。図１１，１２で平面コイル１に時計廻りの電流Ｉ
ｂが流れると磁気抵抗素子２１′，３２′にはｘ方向の
磁界が、磁気抵抗素子２２′，３１′には−ｘ方向の磁
界が、磁気抵抗素子４１′，５２′にはｙ方向の磁界
が、磁気抵抗素子４２′，５１′には−ｙ方向の磁界が
印加される。平面コイル１にそれとは反対方向の電流−
Ｉｂが流されると各磁気抵抗素子には先ほどと反対方向
の磁界が印加される。

【００３０】磁気抵抗素子の長手方向に電流を流すとき
に、磁気抵抗素子面で長手方向と直角方向に磁界を印加
した場合、磁気抵抗素子の抵抗は図１３のように磁界の
大きさに応じて減少し、その磁界の印加方向によって図
１７のようにヒステリシスがある。

【００３１】磁気抵抗素子が平面コイルの辺と４５°で
交差している場合は、長手方向の直角方向に対して４５
°の方向に外部磁界が印加されることになる。その場合
磁気抵抗素子は長手方向に形状磁気異方性があり、形状
磁気異方性磁界と外部磁界の合成ベクトルが磁気抵抗素
子に印加されたのと同じになる。そのために、磁気抵抗
素子に外部磁界を印加したときの外部磁界と抵抗の関係
は図３に示すグラフのようになる。図３では正方向に大
きな磁界を掛けておいて、徐々にその掛けている磁界の
大きさを小さくしていったときの抵抗の変化を示してい
る。印加磁界が負になったときに極小の抵抗を持つの
で、負で所定の大きさの磁界を印加しているときに、印
加磁界の変化に対する抵抗の変化率が最も大きくなる。
この抵抗と磁界との関係グラフは、負方向に大きな磁界
を掛けておいて、次第に印加磁界を大きくしていった場
合には、図３のグラフと磁界０の線に対して対称のグラ
フとなる。

【００３２】図１１，１２に示す方位計を用いて方位を
測定するに際して、平面コイル１に直流電流を図１１，
１２で時計廻りに流して、磁気抵抗素子２１′〜５２′
の磁化が少なくとも長手方向に飽和するのに十分な大き
さの直流磁界を磁気抵抗素子２１′〜５２′に印加し、
次にその直流電流と反対向き（図１１，１２で反時計廻
り）で所定の大きさの直流電流をその平面コイル１に流
して磁気抵抗素子の長手方向と直角方向にバイアス直流
磁界を印加している間に、磁気抵抗素子対の各磁気抵抗
素子の他方の端部間に測定用電圧Ｖｃｃを印加して、接
続されている端部から中間電位出力を取り出す。時計廻
りに直流電流を流して、磁気抵抗素子２１′〜５２′の
長手方向と直角方向に飽和するのに十分な大きさの直流
磁界を磁気抵抗素子２１′〜５２′に印加すると、いず
れの磁気抵抗素子も図３のグラフの右端の状態となる。
直流電流を減少させるか、あるいは切って、その直流電
流とは反対向きで、印加磁界に対する抵抗変化率が最大
となる付近の大きさの磁界、すなわち所定の大きさの直
流電流による直流磁界を印加しておいて、磁気抵抗素子
同士の接続されている端部から中間電位出力を取り出
す。いま地磁気の水平成分の大きさをＨｅとして、その
地磁気の水平成分Ｈｅのｘ軸となす角度をθとする。磁
気抵抗素子２１′と磁気抵抗素子２２′の中間電位出力
は、 Vcc ・（1/2 −1/(2・Rb) ・βHecos θ） となる。なお、ここでβは抵抗の磁界に対する変化率で
あって、Rbはバイアス磁界Ｈｂのみが印加されていると
きの磁気抵抗素子の抵抗である。

【００３３】磁気抵抗素子対２′と磁気抵抗素子対３′
の接続されている端部の中間電位出力の間の差を図１
１，１２のＶｘとして取りだしているので、中間電位出
力差Ｖｘは Vx(+)= Vcc・((1/2 −1/(2・Rb) ・βHecos θ) −(1/2+1/(2 ・Rb) ・βHecos θ)) = −Vcc ・1/Rb・βHecos θ となる。

【００３４】同様にして、磁気抵抗素子対４′と磁気抵
抗素子対５′の接続されている端部の中間電位出力の間
の差を図１１，１２のＶｙとして取りだしているので、
中間電位出力差Ｖｙは Vy(+)= Vcc・((1/2 −1/(2・Rb) ・βHesin θ) −(1/2+1/(2 ・Rb) ・βHesin θ)) = −Vcc ・1/Rb・βHesin θ となる。

【００３５】次に、平面コイル１に上とは反対向きに直
流電流を流して、磁気抵抗素子２１′〜５２′が長手方
向と直角方向に飽和する大きさの直流磁界を磁気抵抗素
子２１′〜５２′に印加し、その直流電流とは反対向き
で所定の大きさの直流電流をその平面コイル１に流して
磁気抵抗素子の長手方向と直角方向にバイアス直流磁界
を印加している間に、上と同様に磁気抵抗素子対の各磁
気抵抗素子の他の端部同士間に測定用電圧Ｖｃｃを印加
して、接続されている端部から中間電位出力を取り出
す。このときに印加する磁界の大きさは、絶対値で上と
ほぼ同じ大きさの磁界とすると、印加磁界に対する抵抗
変化率が最大となる。

【００３６】この場合の磁気抵抗素子対２′と磁気抵抗
素子対３′の接続されている部分の中間電位出力の間の
差を図１１，１２のＶｘとして取り出すと、中間電位出
力差Ｖｘは Vx(-)=Vcc ・1/Rb・βHecos θ となる。また、磁気抵抗素子対４′と磁気抵抗素子対
５′の接続されている端部の中間電位出力の間の差を図
１１，１２のＶｙとして取り出すと、中間電位出力差Ｖ
ｙは Vy(-)=Vcc ・1/Rb・βHesin θ となる。

【００３７】これらの両中間電位出力差をｘ方向とｙ方
向について差を求めると、 ｘ方向のＶ=Vx(+)−Vx(-) ＝−2Vcc・1/Rb・βHecos θ ｙ方向のＶ=Vy(+)−Vy(-) ＝−2Vcc・1/Rb・βHesin θ となるので、地磁気の水平成分がｘ軸となす角度θは θ=atan （ｙ方向のＶ/ ｘ方向のＶ） として求めることができる。

【００３８】上の説明から明らかなようにある方向に直
流電流を流しているときに、磁気抵抗素子対２′と３′
及び磁気抵抗素子対４′と５′の２組ずつにｘ方向とｙ
方向のバイアス磁界を印加したときの中間電位出力差を
同時に求めることができるとともに、反対方向に直流電
流を流しているときに、磁気抵抗素子対２′と３′及び
磁気抵抗素子対４′と５′の２組ずつに−ｘ方向と−ｙ
方向のバイアス磁界を印加したときの中間電位出力差を
同時に求めることができる。

【００３９】本発明の第一実施例による方位計で、上と
同様に地磁気の水平成分の大きさをＨｅとして、その地
磁気の水平成分がｘ軸となす角度をθ、磁気抵抗素子の
抵抗の磁界に対する変化率をβ、バイアス磁界のみが印
加されているときの磁気抵抗素子の抵抗をＲｂとする。
平面コイル１に時計廻り及び反時計回りにバイアス磁界
を印加しているときの中間電位出力差をｘ方向とｙ方向
についてそれぞれ差を求めると、 ｘ方向のＶ=Vx(+)−Vx(-) ＝−2Vcc・1/Rb・βHecos θ ｙ方向のＶ=Vy(+)−Vy(-) ＝−2Vcc・1/Rb・βHesin θ となるので、地磁気の水平成分がｘ軸となす角度θは θ=atan （ｙ方向のＶ/ ｘ方向のＶ） として求めることができる。

【００４０】この式は、図１１，１２に示した方位計の
場合と全く同じである。しかし、図１と図１１を比較し
て容易にわかることであるが、方位計の平面の大きさが
同じであると、図１に用いている磁気抵抗素子の面積は
図１１の場合の倍となっている。そのために素子幅を同
じとすると、磁気抵抗素子の抵抗もそれだけ大きくする
ことができるので、磁気抵抗素子での消費電力を小さく
できる。また、磁気抵抗素子１個あたりの面積を同じに
する場合、平面コイル１の大きさを小さくすることがで
きて、コイルでの消費電力を小さくすることができる。
また磁気抵抗素子を構成している長い短冊状の部分が多
くなるので、形状異方性が安定する。などの利点があ
る。

【００４１】上に述べた第一実施例においては平面コイ
ルとして平行四辺形状のものを用いて説明したが、図
４，５に平面模式図で示す平面コイルを用いることがで
きる。図４に示している平面コイル１′では、互いに平
行となっている対辺対が２組あり、平面コイル１′の辺
１１′と１２′が平行でまた辺１３′と１４′とが平行
となっている。辺１１′と辺１３′の間には斜めになっ
たコイル部分１５′、辺１１′と辺１４′の間には斜め
になったコイル部分１６′、辺１４′と辺１２′の間に
は斜めになったコイル部分１７′、辺１２′と辺１３′
の間には斜めになったコイル部分１８′がそれぞれあ
る。４辺１１′、１２′、１３′、１４′は長方形ここ
では正方形の４辺を部分的に構成している。平行になっ
た対辺対を作っている辺１１′と１２′には図２に示し
たものと同様に磁気抵抗素子対２と３がそれらの長手方
向をほぼ４５°にして交差している。同様に平行になっ
た対辺対を作っている辺１３′と１４′には磁気抵抗素
子対４と５がそれらの長手方向をほぼ４５°にして交差
している。平面コイルの磁気抵抗素子と交差している部
分では直線となっているので、コイル１′に時計廻りに
電流が流れると、コイル面の下側に磁気抵抗素子面があ
る場合、いずれの磁気抵抗素子にも外へ向かう磁界を磁
気抵抗素子の長手方向から４５°に印加することができ
る。そのために上で説明したのと全く同じように図４に
示す平面コイルを方位計に用いることができる。

【００４２】図５に示す平面コイル１″でも、２組の対
辺対が互いに平行となっている。辺１１″と１２″が平
行で、辺１３″と１４″が平行となっている。平行とな
った直線上の辺の間には曲がったコイル部分が設けられ
ているが、４辺１１″，１２″，１３″，１４″は長方
形ここでは正方形の４辺を部分的に構成している。平行
になった対辺対を構成している各辺には磁気抵抗素子が
それらの長手方向をほぼ４５°にして交差している。平
面コイル１″の磁気抵抗素子と交差している部分では直
線となっているので、この平面コイル１″も方位計に用
いることができるのが理解されるであろう。

【００４３】平行四辺形状あるいは長方形、特に正方形
の平面コイルを用いて本発明を以上説明したが、更に他
の形状の平面コイル１を図６に平面模式図で示す。偶数
の辺を有し、各辺が対辺と平行である平面コイルとし
て、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれも用いることがで
きる。

【００４４】本発明の第二実施例を図７，８に示してい
る。図７は展開斜視図であり、平面コイル１は図１のも
のとまったくおなじである。平面コイル１の両側に近接
してそれぞれ平行に設けられた磁気抵抗素子面がある。
上下の磁気抵抗素子面にある磁気抵抗素子の並び方は図
１のものと同じである。ここでは平面コイルの各辺を挟
んでいる２個の磁気抵抗素子２１と２２，３１と３２，
４１と４２，５１と５２がそれぞれ磁気抵抗素子対２，
３，４，５を構成している。磁気抵抗素子対２の２個の
磁気抵抗素子２１と２２はコイル辺１１の下面と上面に
それぞれ配置されているので、コイルに直流電流を流し
たときに、反対方向の磁界が印加される。同様に、磁気
抵抗素子対３，４，５のそれぞれの磁気抵抗素子３１と
３２，４１と４２，５１と５２にそれぞれ反対方向の磁
界が印加される。また各磁気抵抗素子対の２個の磁気抵
抗素子の長手方向はこの図では直交している。

【００４５】この方位計においても地磁気の水平成分Ｈ
ｅがｘ軸とθの角度で印加されているとき、中間電位出
力差は第一実施例と全く同じになるので、地磁気の水平
成分Ｈｅがｘ軸となす角度θは θ=atan （ｙ方向のＶ/ ｘ方向のＶ） として求めることができる。

【００４６】本発明の第三実施例を図９，１０に示して
いる。図９は展開斜視図であり、平面コイル１は図１の
ものと全く同じである。上側の磁気抵抗素子面にある４
個の磁気抵抗素子２２，３１，４２，５１はそれぞれの
長手方向が平行に並んでいるとともに、下側の磁気抵抗
素子面にある４個の磁気抵抗素子２１，３２，４１，５
２はそれぞれの長手方向が平行に並んでいる。この長手
方向は各コイル辺と４５°に交差している。平面コイル
の各辺を挟んでいる２個の磁気抵抗素子２１と２２，３
１と３２，４１と４２，５１と５２がそれぞれ磁気抵抗
素子対２，３，４，５を構成している。磁気抵抗素子対
２の２個の磁気抵抗素子２１と２２はコイル辺１１の下
面と上面にそれぞれ配置されているので、コイルに直流
電流を流したときに、反対方向の磁界が印加される。同
様に、磁気抵抗素子対３，４，５のそれぞれの磁気抵抗
素子３１と３２，４１と４２，５１と５２にそれぞれ反
対方向の磁界が印加される。また各磁気抵抗素子対の２
個の磁気抵抗素子の長手方向はこの図では直交してい
る。

【００４７】この方位計においても地磁気の水平成分Ｈ
ｅがｘ軸とθの角度で印加されているとき、中間電位出
力差は第一実施例と全く同じになるので、地磁気の水平
成分Ｈｅがｘ軸となす角度θは θ=atan （ｙ方向のＶ/ ｘ方向のＶ） として求めることができる。

【００４８】この実施例では各磁気抵抗素子面にある磁
気抵抗素子の長手方向が揃っているので、磁気抵抗素子
面を形成するときに磁界を印加することができる。その
ために形状異方性とともに、磁気異方性をつけることが
できる。

【００４９】第一から第三実施例の説明では、磁気抵抗
素子と平面コイルの各辺とが交差する角度をπ／４すな
わち４５°として説明したが、この交差する角度は３０
°よりも大きく９０°未満であれば方位を測定出来る。
この角度内でも４５°以上で９０°未満であれば抵抗の
磁界に対する変化が大きいので好ましいが、角度が大き
すぎると図４の極小値近傍で抵抗の磁界に対する変化の
大きい領域が狭まり、適当なバイアス磁界の設定が難し
くなるため、４５°のときが最も取り扱いやすい。

【００５０】また、平面コイル１の１辺と交差している
２個の磁気抵抗素子の長手方向が互いに直角になってい
るもの、１組の磁気抵抗素子対の２個の磁気抵抗素子の
長手方向が互いに直角となっているものについて上の実
施例では説明したが、お互いが非平行であればよい。し
かし、直角となっているものが最も扱いやすい。なお、
磁気抵抗素子と辺の交差角度は、素子対においてミラー
（鏡像）の関係にすることが好ましい。一方が１０°で
他方が６０°ではブリッジ回路の出力がばらつく。ミラ
ーの関係に近づけると出力のバラツキが低減されて正弦
波状になる。そこで、磁気抵抗素子対において、磁気抵
抗素子が各辺と交差する角度の差は±５°以内とする。
さらに好ましくは、方位計の全ての磁気抵抗素子につい
て、各々の磁気抵抗素子が各辺と交差する角度のバラツ
キを±５°以内とする。

【００５１】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明では
平面コイルを磁気抵抗素子に飽和磁界とバイアス磁界を
印加するのに用いているので、薄膜でコイルを作製する
ことが出来て、方位計を薄く且つ面積を小さくすること
ができる。

【００５２】更に本発明の方位計によれば、電流センサ
ー、地磁気以外の弱磁界センサーとしても使用すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例による方位計の展開斜視図
である。

【図２】本発明の第一実施例による方位計の回路図であ
る。

【図３】抵抗と印加磁界強度との関係を示すグラフであ
る。

【図４】本発明の第一実施例で平面コイルの変形例を用
いたものの回路図である。

【図５】本発明の第一実施例で平面コイルの変形例を用
いたものの回路図である。

【図６】平面コイルの更に他の変形例を示す平面図であ
る。

【図７】本発明の第二実施例による方位計の展開斜視図
である。

【図８】本発明の第二実施例による方位計の回路図であ
る。

【図９】本発明の第三実施例による方位計の展開斜視図
である。

【図１０】本発明の第三実施例による方位計の回路図で
ある。

【図１１】既出願の方位計の展開斜視図である。

【図１２】既出願の方位計の回路図である。

【図１３】抵抗と印加磁界強度との関係を示す一般的な
グラフである。

【図１４】一般的な方位計の回路図である。

【図１５】従来の方位計の断面模式図である。

【図１６】従来の方位計の斜視図である。

【図１７】抵抗と印加磁界強度との関係のヒステリシス
を示すグラフである。

【符号の説明】

１，１′，１″ 平面コイル １１，１１′，１１″，１２，１２′，１２″，１３，
１３′，１３″，１４，１４′，１４″，１５′，１
６′，１７′，１８′ （コイルの）辺 ２，２′，３，３′，４，４′，５，５′ 磁
気抵抗素子対 ２１，２１′，２２，２２′，３１，３１′，３２，３
２′，４１，４１′，４２，４２′，５１，５１′，５
２，５２′，９１，９２，９３，９４ 磁気抵抗素子 １０１，１０２ コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古市 眞治 栃木県真岡市松山町18番地 日立金属株 式会社 ＯＥデバイス部内 (56)参考文献 特開 平５−126577（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−102638（ＪＰ，Ａ) 特開2002−228447（ＪＰ，Ａ) 特開2002−310659（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 17/30 G01C 17/32 G01R 33/00 - 33/26

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに平行となっている対辺対を２組有
   し、それら２組の対辺対が長方形の４辺を少なくとも部
   分的に構成している平面コイルと、 その平面コイル面の両側にそれぞれ平行に設けられた磁
   気抵抗素子面からなり、 各磁気抵抗素子面には、前記平面コイルの対辺対の各辺
   のみと３０°よりも大きく９０°未満で交差している長
   手方向を持った４個の磁気抵抗素子を有し、 １組の対辺対の辺と交差している磁気抵抗素子のうち、
   辺に流れる電流によって反対方向の磁界が印加される磁
   気抵抗素子は互いにその長手方向が非平行となっている
   とともに、そのうちの２個の磁気抵抗素子で１組の磁気
   抵抗素子対を構成し、 各磁気抵抗素子対の磁気抵抗素子の一方の端部同士は接
   続されているとともに、他方の端部間に測定用電圧が印
   加されるようになっていて、前記一方の端部から中間電
   位出力を取り出すようになっていることを特徴とする方
   位計。
2. 【請求項２】 各磁気抵抗素子対を構成する磁気抵抗素
   子は同じ磁気抵抗素子面に設けられていることを特徴と
   する請求項１記載の方位計。
3. 【請求項３】 前記各磁気抵抗素子の長手方向が平面コ
   イルの対辺対の各１辺と交差する角度が４５°以上で９
   ０°未満であることを特徴とする請求項１または２記載
   の方位計。
4. 【請求項４】 前記各磁気抵抗素子の長手方向が平面コ
   イルの対辺対の各辺と交差する角度のばらつきが±５°
   以内であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載
   の方位計。
5. 【請求項５】 前記各磁気抵抗素子の長手方向が平面コ
   イルの対辺対の各１辺と交差する角度が４５°であるこ
   とを特徴とする請求項３記載の方位計。
6. 【請求項６】 互いに平行となっている対辺対を２組有
   し、それら２組の対辺対が長方形の４辺を少なくとも部
   分的に構成している平面コイルと、 その平面コイル面の両側にそれぞれ平行に設けられた磁
   気抵抗素子面からなり、 各磁気抵抗素子面には、前記平面コイルの対辺対の各辺
   のみと４５°で交差している長手方向を持った４個の磁
   気抵抗素子を有し、 各磁気抵抗素子面にある４個の磁気抵抗素子のうち各対
   辺対の各辺と交差している長手方向を持った２個の磁気
   抵抗素子で１組の磁気抵抗素子対を構成し、 各磁気抵抗素子対の磁気抵抗素子の長手方向が互いに直
   角となっているとともに、前記対辺対の各辺の両側にあ
   る磁気抵抗素子の長手方向が互いに直交しており、 各磁気抵抗素子対の磁気抵抗素子の平面コイル内側にあ
   る端部同士は接続されているとともに、平面コイル外側
   にある端部間に測定用電圧が印加されるようになってい
   て、前記内側にある端部から中間電位出力を取り出すよ
   うになっていることを特徴とする方位計。
7. 【請求項７】 各磁気抵抗素子対を構成する磁気抵抗素
   子は対辺対の各辺の両側にある磁気抵抗素子であること
   を特徴とする請求項１記載の方位計。
8. 【請求項８】 前記各磁気抵抗素子の長手方向が平面コ
   イルの対辺対の各１辺と交差する角度が４５°以上で９
   ０°未満であることを特徴とする請求項７記載の方位
   計。
9. 【請求項９】 前記各磁気抵抗素子の長手方向が平面コ
   イルの対辺対の各辺と交差する角度のばらつきが±５°
   以内であることを特徴とする請求項７あるいは８記載の
   方位計。
10. 【請求項１０】 前記各磁気抵抗素子の長手方向が平面
    コイルの対辺対の各１辺と交差する角度が４５°である
    ことを特徴とする請求項８記載の方位計。
11. 【請求項１１】 互いに平行となっている対辺対を２組
    有し、それら２組の対辺対が長方形の４辺を少なくとも
    部分的に構成している平面コイルと、 その平面コイル面の両側にそれぞれ平行に設けられた磁
    気抵抗素子面からなり、 各磁気抵抗素子面には、前記平面コイルの対辺対の各辺
    のみと４５°で交差している長手方向を持った４個の磁
    気抵抗素子を有し、 前記対辺対の各辺の両側にある２個の磁気抵抗素子で１
    組の磁気抵抗素子対を構成し、その各磁気抵抗素子対の
    磁気抵抗素子の長手方向が互いに直交しており、 また各磁気抵抗素子対の磁気抵抗素子の平面コイル内側
    にある端部同士は接続されているとともに、平面コイル
    外側にある端部間に測定用電圧が印加されるようになっ
    ていて、前記内側にある端部から中間電位出力を取り出
    すようになっていることを特徴とする方位計。
12. 【請求項１２】 各磁気抵抗素子面に設けられている磁
    気抵抗素子の長手方向同士が平行となっていることを特
    徴とする請求項７〜１１記載の方位計。