【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗センサに関し、例えば磁気抵抗素子を用いて、回転ドラム等の回転周波数を検出するものに利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の磁気抵抗センサについて、図面を参照しながら説明する。
【０００３】
従来、磁気抵抗センサは、特開平８−５４００号公報に記載したものが知られている。
【０００４】
図１７は従来の磁気抵抗センサの模式図である。
図１７において、１は磁気抵抗センサ全体である。２は所定の磁極幅でＮ極およびＳ極とを等間隔に複数連続して着磁した磁気スケールである。３は磁気スケール２に面対向して配置される磁気抵抗素子である。この磁気抵抗素子３の両端にはそれぞれ電源電圧Ｖｃｃ端子４、接地端子５が設けられ、この電源電圧Ｖｃｃ端子４と接地端子５との中点に出力端子６が設けられている。また、７は信号磁界（メイン磁界）の方向を示し、Ｎ極から隣接するＮ極までの距離をλとする。
【０００５】
以上のように構成された従来の磁気抵抗センサについて、以下にその動作を説明する。
【０００６】
図１８は従来の磁気抵抗センサの使用例を説明する模式図である。
図１８において、９はＮ極およびＳ極とを等間隔で回転ドラムの側面に着磁した磁石でなる磁気スケールである。１０は磁気スケール９に面対向に配された磁気抵抗センサの要部である磁気抵抗素子である。１１は磁気スケール９と磁気センサの磁気抵抗素子１０との距離（以下、「ギャップ長ｇ」と記す。）を示す。
【０００７】
以上の構成において、磁気スケール９が回転することによって生じる磁界の変化を磁気センサの磁気抵抗素子１０で検出し、この結果得られる出力電圧（以下、ＭＲ出力ＶＭＲ」と記す。）を周波数信号として出力するようになされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように構成された従来の磁気抵抗センサは、磁気抵抗センサを組み立てる際の部品成形精度を向上させなくてはならず、磁気抵抗センサの動作中の温度の変化等が原因で磁気抵抗素子と磁気スケールとの間のギャップ長ｇが所定ギャップ長に対して狭くなった場合、図１９に示すように磁気抵抗センサの磁気抵抗素子３の電極から検出されるＭＲ出力ＶＭＲの中心付近の出力波形が湾曲してしまい、湾曲したＭＲ出力ＶＭＲと電源電圧Ｖｃｃの１／２の電圧値との交点でパルスを発生させ、これを位置信号として用いているため、出力波形の中心付近の湾曲はパルスの発生位置の精度をばらつかせてしまうため、磁気抵抗センサとして特性が劣るという課題を有していた。
【０００９】
また、従来の磁気抵抗素子ではＭＲ出力ＶＭＲの湾曲を防止するために、磁気スケールの磁極幅に対する磁気抵抗素子の検出領域幅を最適化する試みがなされているが、出力電圧の低下を伴うため回路処理上新たな解決手段を講じなければならないという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、磁気抵抗素子と磁気スケールとの間のギャップ長ｇが所定ギャップ長に対して狭くなった場合でも、出力波形が湾曲せず、またギャップ長ｇの変化に対して高い出力を安定して得られる磁気抵抗センサを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、磁性層と非磁性層とを交互に複数層積層してなる人工格子膜を使用し、検出方法の最適化を行い、従来に対して良好なる出力を得るものである。
【００１２】
以下に従来の磁気抵抗素子と比較しながら人工格子膜の磁気特性について説明する。
【００１３】
まず従来の磁気抵抗素子は強磁性金属で形成され、一般の強磁性金属に於いては、電気抵抗は磁化方向と電流方向とが平行の時最大、両者が直交したとき最小となる。異方性磁気抵抗効果の大きさを表す量としては、Δρ＝ρ（ＰＡＲＡＬＥＬＬ）−ρ（ＰＥＲＰＥＮＤＩＣＵＬＡＲ）と印加磁場０のときの抵抗値ρ０との比Δρ／ρ０（磁気抵抗変化率）が用いられる。室温におけるΔρ／ρ０が大きい材料としては、Ｎｉ−Ｃｏ系、Ｎｉ−Ｆｅ系合金が知られている。これらのΔρ／ρ０は３％程度である。
【００１４】
これに対して人工格子膜は、ＮｉＦｅＣｏ等の強磁性層とＣｕ等の非強磁性金属を交互に積層することにより成り、ＲＫＫＹ的磁気結合により隣接する磁性層が反強磁性的に結合したとき大きな磁性抵抗効果を示す。
【００１５】
人工格子膜と従来の強磁性金属膜との最大の違いは、その磁気抵抗変化率の大きさと、磁気異方性と抵抗値変化の方向にある。磁気抵抗変化率は強磁性金属膜の最大３％に対して人工格子膜では少なくとも１０％以上である。また磁気異方性と抵抗値変化をする方向に対しては、強磁性金属膜は磁化された方向と電流方向が垂直の場合抵抗値が小さくなるのに対し、人工格子膜では磁化されるとほぼ等方的に抵抗値が小さくなる。このため、磁気抵抗素子の飽和磁界を計算する際、必要な式は
Ｈｋ＝Ｈａ＋４πＩｓ・Ｔ／Ｗ
Ｈｋ：素子の異方性磁界
Ｈａ：磁性膜本来の異方性磁界
Ｉｓ：飽和磁化
Ｔ／Ｗ：反磁界定数
で表されるが、強磁性金属膜の場合、電流方向即ちパターン長手方向に対し磁界が垂直のため
Ｔ：膜厚、Ｗ：パターン幅
であり、人工格子膜の場合は、電流方向即ちパターン長手方向に対し磁界が平行でもよく、このとき
Ｔ：パターン幅、Ｗ：パターン長
で示される。
【００１６】
この為感磁パターン形状も信号磁界を最大限の効率で検出するパターン設計が必要である。人工格子膜の特性を踏まえ、磁界の方向と平行に感磁パターンを配置することにより、従来の強磁性金属膜を用いた磁性抵抗センサより大きい出力を効率よく得ることができる。
【００１７】
また中心付近の出力波形の湾曲を防止しようとするには、所定のＮ極及びＳ極を等間隔で複数連続して着磁した磁気スケールと磁気抵抗素子を面対向して配置し、磁気スケールと磁気抵抗素子との相対的な位置の移動変化による磁気の変化を磁気抵抗素子で検出し、電圧変化として出力する磁気抵抗センサにおいて、磁気抵抗素子は、磁気スケールのＮ極及びＳ極の並び方向に対して平行な方向に伸張し、かつＮ極及びＳ極の並び方向にλ／４の０．８〜１．０倍の感磁パターン幅（ｄ）を有する磁気抵抗素子の折り返し帯状パターンが形成された感磁パターンを、磁気スケールの並び方向にλ／４の間隔で並べてなる第１及び第２の感磁パターンをシリーズ接続し、当該第１および第２の感磁部の両端に直流電圧を印加すると共に、第１及び第２の感磁部の接続点を出力端子とするものにより構成するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、所定の磁極幅でＮ極およびＳ極とを等間隔に複数連続して着磁した磁気スケールと、磁気抵抗素子とを面対向して配置し、前記磁気スケールと前記磁気抵抗素子との相対的な位置の移動変化による磁界の変化を前記磁気抵抗素子で検出し、電圧の変化として出力する磁気抵抗センサにおいて、前記磁気抵抗素子はＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金からなる磁性層とＣｕからなる非磁性層とを複数層積層してなる人工格子膜からなり、前記磁気抵抗素子である人工格子膜は、概長方形のパターン形状に加工され、前記パターン形状の長手方向が電流の流れる方向と同一であるとともに前記磁気スケールの信号磁界に略平行に配置され、前記磁気スケールのＮ極およびＳ極の並び方向に対して前記人工格子膜の長手方向の中心線が一致するように設け、かつ前記人工格子膜のパターンは、「λ／４×０．８＜ｄ＜λ／４×１．０（ただし、λはＮ極から隣接するＮ極までの距離、ｄは人工格子膜の感磁パターンの磁気スケールのＮ極およびＳ極との並び方向の幅）」としたものであり、磁気抵抗素子と磁気スケールとの間のギャップ長ｇが所定ギャップ長に対して狭くなった場合でも出力波形が湾曲しにくいとともにさらに高いＭＲ出力ＶＭＲを得られるという作用を有するものである。
【００１９】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁気抵抗素子である人工格子膜のパターン形状を、磁気スケールのＮ極およびＳ極の並び方向に略直交する方向に、つづら折りにして設けたものであり、磁気抵抗素子を限られたスペース内でＮ極およびＳ極の並び方向に平行に感磁パターンを描画し、描画面積を増加させることにより、抵抗値を増加させることができるという作用を有するものである。
【００２０】
また請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の磁気抵抗素子である磁気抵抗素子の人工格子膜の感磁パターンは、磁気スケールのλ／２の整数倍に隔てて配置されるとともに、すべて直列に接続することにより、一対の感磁パターンのときに対してＡＭ変調率を改善することができるという作用を有するものである。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の磁気抵抗素子である磁気抵抗素子の人工格子膜の感磁パターンの電流の流れる方向に対して略直交する方向のパターン幅を、つづら折りの折り返し部分の電流の流れる方向に対して略直交する方向のパターン幅より狭くすることにより、漏洩磁界の影響を抑制し、ＡＭ変調率を抑制することができるという課題を有するものである。
【００２２】
（実施の形態）
以下、本発明の一実施の形態における磁気抵抗センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施の形態における磁気抵抗センサの模式図である。
図１において、２１は磁気抵抗センサ全体である。２５はＮ極およびＳ極とを等間隔で着磁した磁気スケールである。２６は磁気スケール２５に面対向するように設けられた磁気を検出する磁気抵抗素子である人工格子膜で、この磁気抵抗素子である人工格子膜２６は、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金からなる磁性層とＣｕからなる非磁性層とを複数層積層してなるものである（ｄは人工格子膜の感磁パターンの幅）。この磁気抵抗素子である人工格子膜２６は２つの概長方形の短形状の感磁パターン２７，２８をシリーズ接続して形成され、感磁パターン２７，２８のパターン形状の長手方向が電流の流れる方向３１と同一であるとともに、磁気スケール２５の信号磁界（メイン磁界）方向２９に略平行に配置されるとともに、この感磁パターン２７，２８のパターン形状の概長方形の短形部分の中心が磁気スケール２５のＮ極から隣接するＳ極までの距離である磁極幅λの１／４に設けられて磁気スケール２５のＮ極およびＳ極との並び方向と磁気抵抗素子である人工格子膜２６の長手方向の中心線が一致するように設けられかつ、磁気抵抗素子である人工格子膜２６のパターンは、「λ／４×０．８＜ｄ＜λ／４×１．０（ただし、λは磁気スケールのＮ極から隣接するＮ極までの距離、ｄは人工格子膜の感磁パターン（感磁パターンとは磁気抵抗素子を概長方形のパターン形状に加工された磁界感知部分）の磁気スケールのＮ極およびＳ極との方向の幅）」に設けられている。
【００２４】
磁気抵抗素子である人工格子膜２６の両端には、それぞれ電源電圧Ｖｃｃ端子２４、接地端子２２が設けられ、この電源電圧Ｖｃｃ端子２４と接地端子２２との中点に出力端子２３が設けられている。磁気抵抗センサ２１では、矢印３０で示される磁気スケール２５のＮ極とＳ極の磁極との並び方向に対して、感磁パターン２７，２８の長手方向が略平行に配置され、また所定のギャップ長ｇを保持して配される。磁気抵抗センサ２１は、この磁気抵抗素子である人工格子膜２６に電源電圧Ｖｃｃ（本実施の形態では、Ｖｃｃ＝５Ｖ印加）を印加し、磁気スケール２５を磁気抵抗素子である人工格子膜２６に対して相対的に移動させ、この磁気スケール２５の相対的な移動によって生じる磁界の変化を磁気抵抗素子２６によって検出し、出力端子２３より出力電圧（ＭＲ出力ＶＭＲ）として出力するものである。
【００２５】
図２は本発明の一実施の形態における要部である磁気抵抗素子部の断面図である。
【００２６】
図２において４１はアルミナ等からなる方形の基板である。４２は基板４１の上面と側面とを覆うように設けられたガラス等からなるグレーズ層である。４３はグレーズ層４２の上面に設けられた人工格子膜を用いた所望の感磁パターンで、図３に本発明の一実施の形態における要部である磁気抵抗素子である人工格子膜の感磁パターンの拡大した断面を模式した図に示す通り、磁気抵抗素子である人工格子膜４３は、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金からなる磁性層４８とＣｕからなる非磁性層４９とを交互に複数層積層して設けられるものである。
【００２７】
４６は方形の基板４１の角部に磁気抵抗素子である人工格子膜２６の感磁パターン４３と電気的に接続するように設けられた銀パラジウム等からなる電極層である。４５は磁気抵抗素子である人工格子膜２６の感磁パターン４３を覆うように設けられたフェノール形の樹脂等からなる保護膜である。４４は第１の保護膜４５の上面に設けられ第１の保護膜４５よりも面積が小さく、第１の保護膜４５より硬いフェノール系の樹脂等からなる第２の保護膜である。４７は基板４１の下面に電極層４６と電気的に接続するように設けられたリン青銅等からなるリード端子である。
【００２８】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における磁気センサの要部である磁気抵抗素子部について、以下にその製造方法を図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図４は本発明の一実施の形態における磁気抵抗センサの要部である磁気素子部の製造工程図である。
【００３０】
まず、図４（ａ）に示すように、アルミナ等からなる方形の基板４１の上面に必要に応じて印刷等の工程でガラスペースト等を塗布してグレーズ層４２を形成する。
【００３１】
次に、基板４１の角部に銀パラジウム等の金属ペーストを用いて電極層４６を形成するとともに、グレーズ層４２の上面に電極層４６と電気的に接続するようにスパッタ装置等で、フォトリソグラフィー等の工法を用いて概長方形の形状に加工した感磁パターンを有する磁気抵抗素子の人工格子膜４３を形成する。
【００３２】
次に、図４（ｂ）に示すように、少なくとも磁気抵抗素子の人工格子膜４３を覆うように前工程で得られた基板４１の上面に、フェノール系の樹脂等を印刷・乾燥させ、第１の保護膜４５を形成した後、この第１の保護膜４５の上面に第１の保護膜４５より面積が小さくなるように、第１の保護膜４５よりも硬いフェノール系の樹脂等の第２の保護膜４４を形成する。
【００３３】
次に、図４（ｃ）に示すように、素子５０の下面に電極層４６と電気的に接続するようにリン青銅等からなる金属をはんだ付けし、リード端子４７を形成し、磁気抵抗素子２６を製造する。
【００３４】
以下に、磁気抵抗素子２６の材料に従来の強磁性金属膜ではなく、人工格子膜を用いる利点の説明を磁気特性を踏まえて説明する。
【００３５】
一般に、磁気抵抗センサ２１として必要なパターニングによる磁気感度の向上は一般に異方性磁界強度（Ｈｋ）を小さくすることにより行う。
【００３６】
図５は本発明の一実施の形態における要部である人工格子膜の磁気抵抗変化率と磁気強度の関係（磁気特性）を示す。図で図５（ａ）は、信号磁界の方向と感磁パターンの長手方向が垂直の時の磁気抵抗変化率と磁界強度との関係を示したもの、図５（ｂ）は平行の時のものである。ここで図５（ｂ）の条件の方が、異方性磁界強度（Ｈｋ）が小さく磁気感度が高いのが確認できる。
【００３７】
また、図６は従来の磁気センサの要部である強磁性金属膜の磁気抵抗変化率と磁気強度の関係を示したもので、図６（ａ）は信号磁界３０の方向と感磁パターンの長手方向が垂直の時の磁気抵抗変化率と磁界強度との関係を示したもの、図６（ｂ）は平行の時のものである。
【００３８】
図５と図６とを比較すると、本実施の形態で用いる人工格子膜の方が従来の強磁性金属膜より、磁気抵抗変化率が約５倍以上あり、大きな出力が期待できる。また、信号磁界３０と感磁パターンの長手方向が平行な場合、強磁性金属膜では磁気抵抗変化率がほとんどないのに対して人工格子膜は信号磁界３０と感磁パターンの長手方向が垂直な場合より磁気感度が高い。
【００３９】
以上のように、本実施の形態で用いる人工格子膜と従来の強磁性金属膜とでは磁気特性が大きく異なり、人工格子膜の特徴を最大限に生かすには、独自のパターン形状が必要になるのが確認できる。
【００４０】
そこでパターニングによる磁気感度の向上は、人工格子膜の感磁パターン２７，２８において、Ｓ極およびＮ極の並び方向（信号磁界の方向）に平行に配置することにより磁気感度が向上することができる。
【００４１】
以下に、磁気抵抗センサ２１の出力波形の湾曲の防止と出力電圧について述べる。
【００４２】
まず、磁気抵抗素子である人工格子膜２６の「感磁パターン幅ｄ」を変化させ、その結果磁極幅との比「ｄ×４／λ」を変化させることによってＭＲ出力ＶＭＲを変化させ得る。以上の時の「ｄ×４／λ」とＭＲ出力ＶＭＲとの関係を図７に示す（「ギャップ長ｇ」は、２０μｍに固定）。
【００４３】
図７において、ｄ×４／λ＝０．２（Ａ）、ｄ×４／λ＝０．４（Ｂ）、ｄ×４／λ＝０．６（Ｃ）、ｄ×４／λ＝０．８（ｄ）、ｄ×４／λ＝１．０（Ｅ）、ｄ×４／λ＝１．２（Ｆ）とｄ×４／λの値を大きくするに従ってＭＲ出力ＶＭＲの中心部における出力波形の湾曲が少なくなっていき、ｄ×４／λが０．８においては、ギャップ長＝２０μｍにおいても湾曲が見られなくなるのが確認できる。またｄ×４／λをさらに大きくしても湾曲は現れなくなっているのが確認できる。
【００４４】
したがって感磁パターン幅ｄを０．８λ以上にすれば、ギャップ長ｇが狭くなった場合でも湾曲が発生せず精度の良い磁気抵抗素子である人工格子膜２６を実現することができる。
【００４５】
以下に、図８は各々の「ｄ×４／λ」の値におけるギャップ長と出力電圧の値の関係を示す。図８において、横軸は素子面から磁気スケール表面までの距離、縦軸は印加電圧５Ｖ時の出力電圧の値である。
【００４６】
図７より、「ｄ×４／λ」を０．８以上広げることにより出力の湾曲が防げることが確認できた。しかし、図８に示すように「ｄ×４／λ」の値が大きいほど同じギャップ長での出力電圧は小さくなり、「ｄ×４／λ＝１．０以上」の場合はＭＲ出力ＶＭＨの減少が著しくなる。出力電圧が小さいと処理回路上で問題点が生じてくるためｄ×４／λの値は１．０以下に規定することができる。
【００４７】
また、出力電圧は大きいほどＳ／Ｎ比の点から有利になることから、「ｄ×４／λ」の最適値は約０．８付近とすることができる。
【００４８】
以上の構成によれば、感磁パターンの材料に磁気抵抗素子である人工格子膜を用い、さらに磁気抵抗素子である人工格子膜２６と面対向する磁気スケール２５とのギャップ長ｇが狭く出力電圧の中心部分の出力波形に湾曲が発生するような場合、磁気スケール２５に面対向する磁気抵抗素子である人工格子膜２６の感磁パターン幅ｄを広げ、感磁パターン幅ｄと感磁幅λとの比「ｄ×４／λ」を約０．８にすることにより、ギャップ長ｇが狭い場合でもＭＲ出力ＶＭＲの中心付近の出力波形の湾曲が少ない精度の良い、高出力の磁気抵抗センサ２１を実現することができる。なお比較のため、図８のＡは従来の強磁性金属膜を用いた磁気抵抗素子のＭＲ出力ＶＭＲを示すが、これより明らかなように磁気抵抗素子である人工格子膜を用いた方が、従来の強磁性金属膜を用いた時より２〜６倍の出力を得ることができるのを確認できる。
【００４９】
図９は本発明の他の実施の形態における磁気センサの要部である磁気抵抗素子の模式図である。
【００５０】
図９において、６１は磁気スケール（本図では、図示せず）に面対向に配置される磁気抵抗素子である。この磁気抵抗素子６１の両端にはそれぞれ電源電圧Ｖｃｃ端子６２、接地端子６４が形成され、この電源電圧Ｖｃｃ端子６２と接地端子６４の中点に出力端子６３が形成されている。６５，６６は感磁パターンがつづら折りされた基礎感磁パターンを示す。所定の抵抗値を得るためには、図９のように人工格子膜のパターン形状は、磁気スケールのＮ極およびＳ極の並び方向に略直交する方向につづら折りすることにより、磁気抵抗素子６１において、限られたスペース内でＮ極およびＳ極の並び方向に平行に感磁パターンを描画し、描画面積を増加させることにより所定の抵抗値を得ることができる。
【００５１】
さらに上述の実施の形態においては、一対の感磁パターンをシリーズ接続し、その中点に１つの出力端子を形成した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、シリーズ接続した一対の感磁パターンを、λの所定整数倍の間隔を離した位置に複数個接続するようにしても良い。この場合、一対の感磁パターン単体のときに比して一層感度を上げる事ができる。図１０はキャプスタンモータに組み込んだ際の出力波形に及ぼすモータの駆動用マグネットの漏洩磁界の影響を調べたものである。横軸は素子面から磁気スケールまでのギャップ長、縦軸は出力電圧のＡＭ変調率（モータの回転子が一回転した時の（最大出力−最小出力）／最小出力の百分率であり値の小さい方が良い）を示す。図のＡは一対の感磁パターンの場合、Ｂは二対の感磁パターンの場合のＡＭ変調率で、両者を比較すると、二対の感磁パターンの方（Ｂ）がＡＭ変調率が小さく、漏洩磁界の影響を受け難いのが確認できる。
【００５２】
さらに、図１１、図１２は本発明の他の実施の形態における磁気センサの要部である磁気抵抗素子の模式図である。
【００５３】
図１１において、７１は磁気スケールに面対向に配置される磁気抵抗素子である。この磁気抵抗素子７１の両端にはそれぞれ電源電圧Ｖｃｃ端子７４、接地端子７２が形成され、この電源電圧Ｖｃｃ端子７４と接地端子７２との中点に出力端子７３が形成されている。７５，７６は感磁パターンがつづら折りされた基礎感磁パターンを示す。またａは感磁パターンの電流の流れる方向に対して略直交する方向の距離を示し、ｂはつづら折りの折り返し部分の電流の流れる方向に対して略直交する方向の距離を示す。
【００５４】
図１２において、７８は磁気スケールに面対向に配置される磁気抵抗素子である。この磁気抵抗素子７８の両端にはそれぞれ電源電圧Ｖｃｃ端子８１、接地端子７９が形成され、この電源電圧Ｖｃｃ端子８１と接地端子７９との中点に出力端子８０が形成されている。８２，８３は感磁パターンがつづら折りされた基礎感磁パターンを示す。またａは感磁パターンの電流の流れる方向に対して略直交する方向の距離を示し、ｂはつづら折りの折り返し部分の電流の流れる方向に対して略直交する方向の距離を示す。
【００５５】
ここで図１２はａ＝ｂの感磁パターンの磁気抵抗素子７８、図１１はａ＝２ｂにした感磁パターンの磁気抵抗素子７１であり、上述の２つの形状の感磁パターンを有する磁気抵抗素子においてのＡＭ変調率とギャップ長との関係を示したのが図１３である。
【００５６】
図１３において、横軸は素子面から磁気スケールまでのギャップ長、縦軸は出力電圧のＡＭ変調率を示し、Ａは図１２の磁気抵抗素子７８の場合のＡＭ変調率、Ｂは図１１の磁気抵抗素子７１の場合のＡＭ変調率を示す。図１３が示すようにＡ，Ｂを比較するとＢの方がＺＭ変調率が小さく、漏洩磁界の影響を受け難いのが確認できる。
【００５７】
なお、本実施の形態では、人工格子膜の磁気抵抗素子のパターン形状の基本模式図を図１，図９，図１１に示したが図１４に示すようなパターン形状にすると図１，図９，図１１の特長を生かした、狭いギャップでも波形に歪みが生じず、ヒステリシスをおさえ、所定の抵抗値を有し、ＡＭ変調率が小さいという特性がさらに得られる。図１４において、８０は磁気抵抗素子を示し、磁気抵抗素子８０にはそれぞれ電源電圧Ｖｃｃ端子８１、接地端子８２が形成され、この電源電圧Ｖｃｃ端子８１と接地端子８２との中点に出力端子８３，８４が形成されている。また８５は感磁パターンをつづら折りして形成された基礎感磁パターンであり、８６はその基礎感磁パターンを電気的に導通させ、直列接続させるための引き回し部分である。またｌは基礎感磁パターンの磁気スケールの並び方向に対して垂直な方向の長さを示す。
【００５８】
また、比較のために従来例として強磁性金属膜のパターン形状を図１５に示す。９０は磁気抵抗素子を示し、磁気抵抗素子９０にはそれぞれ電源電圧Ｖｃｃ端子９１、接地端子９２が形成され、この電源電圧Ｖｃｃ端子９１と接地端子９２との中点に出力端子９３，９４が形成されている。９５は感磁パターンをつづら折りして形成された基礎感磁パターンであり、９６はその基礎感磁パターンを電気的に導通させ、直列接続させるための引き回し部分である。
【００５９】
ここで上述の図１４と図１５の磁気抵抗素子の出力電圧とギャップ長との関係を図１６に示す。
【００６０】
図１６において、横軸は素子面から磁気スケール表面までの距離、縦軸は印加電圧５Ｖ時の出力電圧の値である。またＡは図１４の形状の磁気抵抗素子で材料は人工格子膜を用いた場合の出力特性で、Ｂは図１５の形状の磁気抵抗素子で材料は強磁性金属膜を用いた場合の出力特性である。
【００６１】
ＡとＢを比較するとＡの方が倍以上の出力が確認できる。
また図１４の磁気抵抗素子８０のように、ｌの長さを従来より短くし、漏洩磁界の影響の少ない方向に、基礎感磁パターン８５を配置することにより、ＡＭ変調率が小さくなる。
【００６２】
さらに上述の実施の形態においては、本発明を一相の磁気抵抗センサについて述べたが、本発明はこれに限らず、二相、三相等、多相の磁気抵抗センサに対して用いれば、出力の中心付近の直線性が改善され、検出精度を一層向上させ得る。
【００６３】
さらに上述の実施の形態においては、磁気スケールと磁気抵抗素子との相対的な位置移動を発生させるのに、回転ドラムでなる磁気スケールを回転させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばリニアモータにおける場合のように、直線運動による相対的な位置移動から、磁界の変化を検出するようにしても良い。また磁気スケールと磁気抵抗素子との位置移動は相対的なものではないので、磁気スケール又は磁気抵抗素子のどちらかが位置移動しても良い。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１に記載の発明は、人工格子膜を用い、なおかつ磁気抵抗素子の感磁パターンを磁気スケールの一定の磁極幅（λ／４）の０．８〜１．０倍の間に設定することにより、磁気抵抗素子と磁気スケールとの対向間隔を狭めても、出力波形に湾曲が発生せず安定した高出力を得ることができる磁気抵抗センサを提供できるものである。
【００６５】
また、本発明の請求項２に記載の発明は、所定の抵抗値を得るためには、磁気抵抗素子である人工格子膜のパターン形状をつづら折りすることにより、磁気抵抗素子を限られたスペース内でＮ極およびＳ極の並び方向に平行に感磁パターンを描画し、描画面積を増加させることにより、所定の抵抗値を得ることができる磁気センサを提供できるものである。
【００６６】
また、本発明の請求項３に記載の発明は、シリーズ接続した一対の感磁パターンを、λ／４の所定整数倍の間隔を離した位置に複数個接続することにより、一対の感磁パターン単体のときに比してＡＭ変調率を改善した磁気センサを提供できるものである。
【００６７】
また、本発明の請求項４に記載の発明は、感磁パターンの電流の流れる方向に対して略直交する方向のパターン幅を、つづら折りの折り返し部分の電流の流れる方向に対して略直交する方向のパターン幅より狭くすることにより、ＡＭ変調率を改善した磁気センサを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における磁気抵抗センサの模式図
【図２】同要部である磁気抵抗素子部の断面図
【図３】同要部である人工格子膜を拡大した断面図
【図４】同要部である磁気抵抗素子部の工程図
【図５】同要部である人工格子膜の磁気抵抗変化率と磁界強度との関係を説明する図
【図６】従来の強磁性金属膜の磁気抵抗変化率と磁界強度との関係を説明する図
【図７】本発明の一実施の形態における磁気センサの要部である磁気抵抗素子の感磁パターン幅とＭＲ出力ＶＭＲに発生する中心付近の湾曲との関係を示す信号波形図
【図８】本発明の一実施の形態に磁気センサおよび従来の磁気センサの要部である磁気抵抗素子のギャップ長と出力電圧との関係を説明する図
【図９】本発明の他の実施の形態における磁気センサの要部である磁気抵抗素子の模式図
【図１０】同要部である磁気抵抗素子におけるギャップ長と出力電圧との関係を説明する図
【図１１】本発明の他の実施の形態における磁気センサの要部である磁気抵抗素子の模式図
【図１２】本発明の他の実施の形態における磁気センサの要部である磁気抵抗素子の模式図
【図１３】本発明の他の実施の形態における磁気センサの要部である磁気抵抗素子のギャップ長とＡＭ変調率との関係を説明する図
【図１４】本発明の他の実施の形態における磁気センサの要部である磁気抵抗素子の模式図
【図１５】従来の磁気センサの要部である磁気抵抗素子の模式図
【図１６】本発明の他の実施の形態における磁気センサおよび従来の磁気センサの要部である磁気抵抗素子のギャップ長と出力電圧の関係を説明する図
【図１７】従来の磁気抵抗センサの模式図
【図１８】同使用例を説明する模式図
【図１９】同信号波形図
【符号の説明】
２５ 磁気スケール
２６ 人工格子膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetoresistive sensor, which is used for detecting a rotation frequency of a rotating drum or the like using, for example, a magnetoresistive element.
[0002]
[Prior art]
Hereinafter, a conventional magnetoresistive sensor will be described with reference to the drawings.
[0003]
Conventionally, a magnetoresistive sensor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-5400 has been known.
[0004]
FIG. 17 is a schematic diagram of a conventional magnetoresistive sensor.
In FIG. 17, reference numeral 1 denotes the entire magnetoresistive sensor. Reference numeral 2 denotes a magnetic scale in which a plurality of N poles and S poles are continuously magnetized at regular intervals with a predetermined magnetic pole width. Reference numeral 3 denotes a magnetoresistive element arranged to face the magnetic scale 2. A power supply voltage Vcc terminal 4 and a ground terminal 5 are provided at both ends of the magnetoresistive element 3, respectively. An output terminal 6 is provided at a midpoint between the power supply voltage Vcc terminal 4 and the ground terminal 5. Reference numeral 7 denotes the direction of the signal magnetic field (main magnetic field), and the distance from the N pole to the adjacent N pole is λ.
[0005]
The operation of the conventional magnetoresistive sensor configured as described above will be described below.
[0006]
FIG. 18 is a schematic diagram illustrating an example of use of a conventional magnetoresistive sensor.
In FIG. 18, reference numeral 9 denotes a magnetic scale made of a magnet having N and S poles magnetized on the side surface of the rotating drum at equal intervals. Reference numeral 10 denotes a magnetoresistive element which is a main part of a magnetoresistive sensor arranged to face the magnetic scale 9. Reference numeral 11 denotes a distance between the magnetic scale 9 and the magnetoresistive element 10 of the magnetic sensor (hereinafter, referred to as "gap length g").
[0007]
In the above configuration, a change in the magnetic field caused by the rotation of the magnetic scale 9 is detected by the magnetoresistive element 10 of the magnetic sensor, and the resulting output voltage (hereinafter, MR output V) is obtained. MR ". ) Is output as a frequency signal.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional magnetoresistive sensor configured as described above, it is necessary to improve the part forming accuracy when assembling the magnetoresistive sensor, and the magnetoresistive element is caused by a change in temperature during operation of the magnetoresistive sensor. When the gap length g between the gap and the magnetic scale becomes smaller than the predetermined gap length, the MR output V detected from the electrode of the magnetoresistive element 3 of the magnetoresistive sensor as shown in FIG. MR The output waveform near the center of the curve is curved, and the curved MR output V MR Since a pulse is generated at the intersection of the power supply voltage Vcc and a voltage value that is 1/2 of the power supply voltage Vcc, and this is used as a position signal, the curvature near the center of the output waveform varies the accuracy of the pulse generation position. Therefore, there is a problem that the characteristics are inferior as a magnetoresistive sensor.
[0009]
In the conventional magnetoresistive element, the MR output V MR Attempts have been made to optimize the detection area width of the magnetoresistive element with respect to the magnetic pole width of the magnetic scale in order to prevent the curvature of the magnetic scale.However, a new solution must be taken in circuit processing because the output voltage decreases. Had the problem of not being able to do so.
[0010]
The present invention solves the above-mentioned conventional problems. Even when the gap length g between the magnetoresistive element and the magnetic scale is narrower than a predetermined gap length, the output waveform does not bend and the gap length is reduced. It is an object of the present invention to provide a magnetoresistive sensor capable of stably obtaining a high output with respect to a change in g.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention uses an artificial lattice film formed by alternately laminating a plurality of magnetic layers and nonmagnetic layers, optimizes a detection method, and achieves a better output than conventional ones. What you get.
[0012]
Hereinafter, the magnetic characteristics of the artificial lattice film will be described in comparison with a conventional magnetoresistive element.
[0013]
First, a conventional magnetoresistive element is formed of a ferromagnetic metal. In a general ferromagnetic metal, the electric resistance becomes maximum when the magnetization direction and the current direction are parallel, and becomes minimum when both are orthogonal. The quantity representing the magnitude of the anisotropic magnetoresistance effect is Δρ = ρ (PARALLELL) −ρ (PERPENDICULAR) and the resistance value ρ when the applied magnetic field is 0. 0 Ratio Δρ / ρ 0 (Magnetoresistance change rate) is used. Δρ / ρ at room temperature 0 As a material having a large value, Ni-Co alloys and Ni-Fe alloys are known. These Δρ / ρ 0 Is about 3%.
[0014]
On the other hand, the artificial lattice film is formed by alternately laminating a ferromagnetic layer such as NiFeCo and a non-ferromagnetic metal such as Cu, and when the adjacent magnetic layers are antiferromagnetically coupled by RKKY-like magnetic coupling. It shows a large magnetoresistance effect.
[0015]
The biggest differences between the artificial lattice film and the conventional ferromagnetic metal film are in the magnitude of the magnetoresistance change rate, the direction of magnetic anisotropy and the change in resistance value. The rate of change in magnetoresistance is at least 10% or more in the artificial lattice film with respect to the maximum of 3% in the ferromagnetic metal film. In addition, in the direction in which the magnetic anisotropy and the resistance value change, the resistance value of the ferromagnetic metal film decreases when the current direction is perpendicular to the magnetized direction, whereas in the case of the artificial lattice film, the resistance value decreases. The resistance value decreases almost isotropically. Therefore, when calculating the saturation magnetic field of the magnetoresistive element, the necessary formula is
Hk = Ha + 4πIs · T / W
Hk: anisotropic magnetic field of the element
Ha: Original anisotropic magnetic field of the magnetic film
Is: saturation magnetization
T / W: demagnetizing field constant
In the case of a ferromagnetic metal film, the magnetic field is perpendicular to the current direction, that is, the pattern longitudinal direction.
T: film thickness, W: pattern width
In the case of an artificial lattice film, the magnetic field may be parallel to the current direction, that is, the longitudinal direction of the pattern.
T: pattern width, W: pattern length
Indicated by
[0016]
For this reason, it is necessary to design the pattern of the magnetosensitive pattern to detect the signal magnetic field with maximum efficiency. By arranging the magneto-sensitive pattern in parallel with the direction of the magnetic field in consideration of the characteristics of the artificial lattice film, an output larger than that of a conventional magnetoresistive sensor using a ferromagnetic metal film can be obtained efficiently.
[0017]
In order to prevent the output waveform from being curved near the center, a magnetic scale and a magnetoresistive element in which a plurality of predetermined N-poles and S-poles are continuously magnetized at equal intervals are arranged so as to face each other. In a magnetoresistive sensor that detects a change in magnetism due to a change in the relative position of the magnetic sensor and the magnetoresistive element with the magnetoresistive element and outputs the change as a voltage change, the magnetoresistive element has an arrangement of N poles and S poles on a magnetic scale. Folded band pattern of a magnetoresistive element extending in a direction parallel to the direction and having a magnetosensitive pattern width (d) of 0.8 to 1.0 times λ / 4 in the direction in which the N and S poles are arranged Are connected in series to the magnetic scale in the direction in which the magnetic scales are arranged at intervals of λ / 4, and a series connection is made between both ends of the first and second magnetic sensitive portions. While applying a DC voltage, the first and The connection point of the second magnetic sensing unit is used as an output terminal.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to claim 1 of the present invention is arranged such that a magnetic scale in which a plurality of N poles and S poles are continuously magnetized at a predetermined magnetic pole width at regular intervals and a magnetoresistive element are face-to-face, In a magnetoresistive sensor that detects a change in a magnetic field due to a change in the relative position of the magnetic scale and the magnetoresistive element with the magnetoresistive element and outputs the change as a voltage change, the magnetoresistive element is Ni-Fe- An artificial lattice film formed by laminating a plurality of magnetic layers made of a Co alloy and a non-magnetic layer made of Cu, wherein the artificial lattice film serving as the magnetoresistive element is processed into a substantially rectangular pattern shape. The longitudinal direction of the artificial lattice film is the same as the direction in which the current flows, and is disposed substantially parallel to the signal magnetic field of the magnetic scale, and the longitudinal direction of the artificial lattice film with respect to the arrangement direction of the N pole and the S pole of the magnetic scale. The artificial lattice film is provided so that the cores coincide with each other, and the pattern of the artificial lattice film is “λ / 4 × 0.8 <d <λ / 4 × 1.0 (where λ is from the N pole to the adjacent N pole). The distance d is the width of the magnetic sensing pattern of the artificial lattice film in the direction in which the N and S poles of the magnetic scale are aligned) ”, and the gap length g between the magnetoresistive element and the magnetic scale is a predetermined gap. Even when the width becomes narrower than the length, the output waveform is hardly curved and the MR output V is higher. MR Is obtained.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, the pattern shape of the artificial lattice film as the magnetoresistive element according to the first aspect is folded in a direction substantially perpendicular to the direction in which the N and S poles of the magnetic scale are arranged. The magnetoresistive element is drawn in a limited space in parallel with the arrangement direction of the N pole and the S pole, and the resistance value can be increased by increasing the drawing area by drawing the magnetosensitive pattern. It has the action of:
[0020]
According to a third aspect of the present invention, the magneto-sensitive pattern of the artificial lattice film of the magneto-resistive element according to the first aspect is arranged at an integer multiple of λ / 2 of the magnetic scale. By connecting them in series, the AM modulation rate can be improved with respect to the case of a pair of magneto-sensitive patterns.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, the pattern width of the magnetoresistive element of the magnetoresistive element according to the first aspect is substantially perpendicular to a direction in which a current flows in the magnetosensitive pattern of the artificial lattice film. By narrowing the pattern width in a direction substantially perpendicular to the direction in which the current flows in the folded portion of the zigzag fold, the influence of the leakage magnetic field can be suppressed and the AM modulation rate can be suppressed.
[0022]
(Embodiment)
Hereinafter, a magnetoresistive sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1 is a schematic diagram of a magnetoresistive sensor according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 21 denotes the entire magnetoresistive sensor. Reference numeral 25 denotes a magnetic scale in which N poles and S poles are magnetized at regular intervals. Reference numeral 26 denotes an artificial lattice film, which is a magnetoresistive element for detecting magnetism, provided so as to face the magnetic scale 25. The artificial lattice film 26, which is a magnetoresistive element, is a magnetic layer made of a Ni—Fe—Co alloy. And a plurality of non-magnetic layers made of Cu. (D is the width of the magneto-sensitive pattern of the artificial lattice film). The artificial lattice film 26, which is a magnetoresistive element, is formed by connecting two substantially rectangular short magnetic sensing patterns 27 and 28 in series, and the longitudinal direction of the magnetic sensing patterns 27 and 28 corresponds to the direction in which current flows. 31 and are arranged substantially parallel to the signal magnetic field (main magnetic field) direction 29 of the magnetic scale 25, and the center of the generally rectangular short part of the pattern shape of the magnetic sensing patterns 27 and 28 is The length of the artificial lattice film 26, which is provided at １ ／ of the magnetic pole width λ which is the distance from the N pole of the magnetic pole 25 to the adjacent S pole, is aligned with the N pole and the S pole of the magnetic scale 25, and the magnetoresistive element. The pattern of the artificial lattice film 26 which is provided so that the center lines in the directions coincide with each other and is a magnetoresistive element is “λ / 4 × 0.8 <d <λ / 4 × 1.0 (where λ is N pole of scale And d is the distance from the adjacent N pole, and d is the N pole and S pole of the magnetic scale of the magneto-sensitive pattern of the artificial lattice film (the magneto-sensitive pattern is a magnetic field sensing portion where the magnetoresistive element is processed into a substantially rectangular pattern shape). And the width in the direction).
[0024]
A power supply voltage Vcc terminal 24 and a ground terminal 22 are provided at both ends of the artificial lattice film 26, which is a magnetoresistive element. An output terminal 23 is provided at a midpoint between the power supply voltage Vcc terminal 24 and the ground terminal 22. I have. In the magnetoresistive sensor 21, the longitudinal directions of the magneto-sensitive patterns 27 and 28 are arranged substantially parallel to the arrangement direction of the N pole and the S pole of the magnetic scale 25 indicated by the arrow 30, and a predetermined gap is provided. It is arranged while maintaining the length g. The magnetoresistive sensor 21 applies a power supply voltage Vcc (in this embodiment, Vcc = 5 V applied) to the artificial lattice film 26 as the magnetoresistive element, and applies the magnetic scale 25 to the artificial lattice film 26 as the magnetoresistive element. Relative to the magnetic scale 25, a change in the magnetic field caused by the relative movement of the magnetic scale 25 is detected by the magnetoresistive element 26, and an output voltage (MR output V MR ).
[0025]
FIG. 2 is a cross-sectional view of a magnetoresistive element portion, which is a main portion in one embodiment of the present invention.
[0026]
In FIG. 2, reference numeral 41 denotes a rectangular substrate made of alumina or the like. Reference numeral 42 denotes a glaze layer made of glass or the like provided so as to cover the upper surface and side surfaces of the substrate 41. Reference numeral 43 denotes a desired magneto-sensitive pattern using an artificial lattice film provided on the upper surface of the glaze layer 42. FIG. 3 shows the magneto-sensitive pattern of the artificial lattice film which is a main part of the magnetoresistive element according to one embodiment of the present invention. As shown in a diagram schematically illustrating an enlarged cross section of the pattern, the artificial lattice film 43 as a magnetoresistive element is formed by alternately stacking a plurality of magnetic layers 48 made of a Ni—Fe—Co alloy and a nonmagnetic layer 49 made of Cu. It is provided as.
[0027]
Reference numeral 46 denotes an electrode layer made of silver palladium or the like provided at a corner of the rectangular substrate 41 so as to be electrically connected to the magneto-sensitive pattern 43 of the artificial lattice film 26 as a magnetoresistive element. Reference numeral 45 denotes a protective film made of a phenolic resin or the like provided so as to cover the magneto-sensitive pattern 43 of the artificial lattice film 26 which is a magnetoresistive element. Reference numeral 44 denotes a second protection film provided on the upper surface of the first protection film 45 and having a smaller area than the first protection film 45 and made of a phenolic resin or the like that is harder than the first protection film 45. Reference numeral 47 denotes a lead terminal made of phosphor bronze or the like provided on the lower surface of the substrate 41 so as to be electrically connected to the electrode layer 46.
[0028]
A method of manufacturing the magnetoresistive element, which is a main part of the magnetic sensor according to one embodiment of the present invention, will be described below with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 4 is a manufacturing process diagram of a magnetic element portion which is a main portion of the magnetoresistive sensor according to one embodiment of the present invention.
[0030]
First, as shown in FIG. 4A, a glaze layer 42 is formed by applying a glass paste or the like on a top surface of a rectangular substrate 41 made of alumina or the like by a printing process or the like as necessary.
[0031]
Next, an electrode layer 46 is formed on a corner of the substrate 41 using a metal paste such as silver palladium, and a photolithography method is performed on a top surface of the glaze layer 42 by a sputtering apparatus or the like so as to be electrically connected to the electrode layer 46. An artificial lattice film 43 of a magnetoresistive element having a magneto-sensitive pattern processed into a substantially rectangular shape using a method such as the above is formed.
[0032]
Next, as shown in FIG. 4B, a phenol-based resin or the like is printed and dried on the upper surface of the substrate 41 obtained in the previous step so as to cover at least the artificial lattice film 43 of the magnetoresistive element. After the first protective film 45 is formed, the first protective film 45 is formed on the upper surface of the first protective film 45 so as to have a smaller area than the first protective film 45, such as a phenolic resin harder than the first protective film 45. A second protective film 44 is formed.
[0033]
Next, as shown in FIG. 4C, a metal such as phosphor bronze is soldered to the lower surface of the element 50 so as to be electrically connected to the electrode layer 46, and a lead terminal 47 is formed. 26 is manufactured.
[0034]
Hereinafter, advantages of using an artificial lattice film instead of a conventional ferromagnetic metal film as a material of the magnetoresistive element 26 will be described based on magnetic characteristics.
[0035]
In general, the improvement of the magnetic sensitivity by the patterning required for the magnetoresistive sensor 21 is generally performed by reducing the anisotropic magnetic field strength (Hk).
[0036]
FIG. 5 shows the relationship (magnetic characteristic) between the magnetoresistance change rate and the magnetic intensity of the artificial lattice film, which is a main part in one embodiment of the present invention. FIG. 5A shows the relationship between the magnetoresistance change rate and the magnetic field strength when the direction of the signal magnetic field and the longitudinal direction of the magneto-sensitive pattern are perpendicular, and FIG. 5B shows the relationship when the direction is parallel. Things. Here, it can be confirmed that under the condition of FIG. 5B, the anisotropic magnetic field strength (Hk) is small and the magnetic sensitivity is high.
[0037]
FIG. 6 shows the relationship between the magnetic resistance change rate and the magnetic strength of a ferromagnetic metal film, which is a main part of the conventional magnetic sensor. FIG. 6A shows the direction of the signal magnetic field 30 and the magnetic sensitivity pattern. FIG. 6B shows the relationship between the magnetic resistance change rate and the magnetic field strength when the longitudinal direction is vertical, and FIG. 6B shows the relationship when the longitudinal direction is parallel.
[0038]
Comparing FIG. 5 with FIG. 6, the artificial lattice film used in the present embodiment has a magnetoresistance change rate of about 5 times or more as compared with the conventional ferromagnetic metal film, and a large output can be expected. When the signal magnetic field 30 is parallel to the longitudinal direction of the magneto-sensitive pattern, the ferromagnetic metal film has almost no change in magnetoresistance, whereas the artificial lattice film has the signal magnetic field 30 perpendicular to the longitudinal direction of the magneto-sensitive pattern. Higher magnetic sensitivity than normal.
[0039]
As described above, the magnetic characteristics of the artificial lattice film used in the present embodiment are significantly different from those of the conventional ferromagnetic metal film, and a unique pattern shape is required to make the best use of the characteristics of the artificial lattice film. Can be confirmed.
[0040]
Therefore, the magnetic sensitivity can be improved by patterning by arranging the magnetic sensitive patterns 27 and 28 of the artificial lattice film in parallel to the arrangement direction of the S pole and the N pole (the direction of the signal magnetic field). .
[0041]
Hereinafter, the prevention of the bending of the output waveform of the magnetoresistive sensor 21 and the output voltage will be described.
[0042]
First, the MR output V is changed by changing the “magnetic sensing pattern width d” of the artificial lattice film 26 which is a magnetoresistive element, and as a result, changing the ratio “d × 4 / λ” to the magnetic pole width. MR Can be changed. “D × 4 / λ” and MR output V MR Is shown in FIG. 7 (“gap length g” is fixed at 20 μm).
[0043]
In FIG. 7, d × 4 / λ = 0.2 (A), d × 4 / λ = 0.4 (B), d × 4 / λ = 0.6 (C), d × 4 / λ = 0. .8 (d), d × 4 / λ = 1.0 (E), d × 4 / λ = 1.2 (F), and the MR output V increases as the value of d × 4 / λ increases. MR It can be confirmed that the curve of the output waveform at the center of the curve becomes smaller, and when d × 4 / λ is 0.8, the curve is not observed even when the gap length is 20 μm. Further, it can be confirmed that the curve does not appear even when d × 4 / λ is further increased.
[0044]
Therefore, when the width d of the magnetosensitive pattern is set to 0.8λ or more, the artificial lattice film 26 which is a high-precision magnetoresistive element that does not generate a curve even when the gap length g becomes narrow can be realized.
[0045]
FIG. 8 shows the relationship between the gap length and the output voltage value at each value of “d × 4 / λ”. In FIG. 8, the horizontal axis represents the distance from the element surface to the magnetic scale surface, and the vertical axis represents the value of the output voltage when the applied voltage is 5V.
[0046]
From FIG. 7, it was confirmed that the curvature of the output could be prevented by expanding “d × 4 / λ” by 0.8 or more. However, as shown in FIG. 8, as the value of “d × 4 / λ” increases, the output voltage at the same gap length decreases, and when “d × 4 / λ = 1.0 or more”, the MR output V MH Is significantly reduced. If the output voltage is small, a problem occurs in the processing circuit, so the value of d × 4 / λ can be specified to be 1.0 or less.
[0047]
In addition, since the higher the output voltage, the more advantageous in terms of the S / N ratio, the optimum value of “d × 4 / λ” can be set to about 0.8.
[0048]
According to the above configuration, an artificial lattice film, which is a magnetoresistive element, is used as the material of the magneto-sensitive pattern, and the gap length g between the artificial lattice film 26, which is a magnetoresistive element, and the magnetic scale 25 facing the surface is narrow, and the output voltage is small. In the case where the output waveform at the center of the curve is curved, the magneto-sensitive pattern width d of the artificial lattice film 26, which is the magnetoresistive element facing the magnetic scale 25, is increased, and the magneto-sensitive pattern width d and the magneto-sensitive width λ are increased. By setting the ratio “d × 4 / λ” to about 0.8, even when the gap length g is narrow, the MR output V MR , A high-output magnetoresistive sensor 21 with little curvature of the output waveform near the center and high accuracy can be realized. For comparison, FIG. 8A shows the MR output V of a conventional magnetoresistive element using a ferromagnetic metal film. MR As is clear from this, it can be confirmed that an output of 2 to 6 times can be obtained by using the artificial lattice film which is a magnetoresistive element as compared with the case of using the conventional ferromagnetic metal film. .
[0049]
FIG. 9 is a schematic view of a magnetoresistive element as a main part of a magnetic sensor according to another embodiment of the present invention.
[0050]
In FIG. 9, reference numeral 61 denotes a magnetoresistive element arranged to face a magnetic scale (not shown in this drawing). A power supply voltage Vcc terminal 62 and a ground terminal 64 are formed at both ends of the magnetoresistive element 61, respectively. An output terminal 63 is formed at a midpoint between the power supply voltage Vcc terminal 62 and the ground terminal 64. Reference numerals 65 and 66 denote basic magnetic sensing patterns in which the magnetic sensing pattern is folded. In order to obtain a predetermined resistance value, as shown in FIG. 9, the pattern shape of the artificial lattice film is folded in a direction substantially orthogonal to the direction in which the N and S poles of the magnetic scale are arranged. A predetermined resistance value can be obtained by drawing a magneto-sensitive pattern in a limited space in parallel with the arrangement direction of the N pole and the S pole and increasing the drawing area.
[0051]
Further, in the above-described embodiment, a case has been described in which a pair of magneto-sensitive patterns are connected in series and one output terminal is formed at the midpoint. However, the present invention is not limited to this, and a pair of magneto-sensitive patterns connected in series is provided. A plurality of magnetic patterns may be connected at positions separated by a predetermined integer multiple of λ. In this case, the sensitivity can be further increased as compared with the case of a pair of magneto-sensitive patterns alone. FIG. 10 shows the effect of the leakage magnetic field of the driving magnet of the motor on the output waveform when incorporated in a capstan motor. The horizontal axis is the gap length from the element surface to the magnetic scale, and the vertical axis is the AM modulation rate of the output voltage ((maximum output-minimum output) / percentage of minimum output when the rotor of the motor makes one rotation, and the value is small. Is better). In the figure, A is the AM modulation rate for a pair of magneto-sensitive patterns, and B is the AM modulation rate for two pairs of magneto-sensitive patterns. Comparing the two, the AM modulation rate is lower for the two pairs of magneto-sensitive patterns (B). It can be confirmed that it is hardly affected by the leakage magnetic field.
[0052]
FIGS. 11 and 12 are schematic views of a magnetoresistive element which is a main part of a magnetic sensor according to another embodiment of the present invention.
[0053]
In FIG. 11, reference numeral 71 denotes a magnetoresistive element arranged to face the magnetic scale. A power supply voltage Vcc terminal 74 and a ground terminal 72 are formed at both ends of the magnetoresistive element 71, respectively, and an output terminal 73 is formed at the midpoint between the power supply voltage Vcc terminal 74 and the ground terminal 72. Reference numerals 75 and 76 denote basic magnetic sensing patterns in which the magnetic sensing pattern is folded. Further, a indicates a distance in a direction substantially perpendicular to a direction in which a current flows in the magneto-sensitive pattern, and b indicates a distance in a direction substantially perpendicular to a direction in which a current flows in a folded portion of the zigzag pattern.
[0054]
In FIG. 12, reference numeral 78 denotes a magnetoresistive element arranged to face the magnetic scale. A power supply voltage Vcc terminal 81 and a ground terminal 79 are formed at both ends of the magnetoresistive element 78, respectively. An output terminal 80 is formed at the midpoint between the power supply voltage Vcc terminal 81 and the ground terminal 79. Reference numerals 82 and 83 denote basic magnetic sensing patterns in which the magnetic sensing pattern is folded. Further, a indicates a distance in a direction substantially perpendicular to a direction in which a current flows in the magneto-sensitive pattern, and b indicates a distance in a direction substantially perpendicular to a direction in which a current flows in a folded portion of the zigzag pattern.
[0055]
Here, FIG. 12 shows a magnetoresistive element 78 of a magnetosensitive pattern of a = b, and FIG. 11 shows a magnetoresistive element 71 of a magnetosensitive pattern of a = 2b. FIG. 13 shows the relationship between the AM modulation rate and the gap length in the device.
[0056]
13, the horizontal axis represents the gap length from the element surface to the magnetic scale, the vertical axis represents the AM modulation rate of the output voltage, A is the AM modulation rate in the case of the magnetoresistive element 78 in FIG. 12, and B is FIG. 7 shows an AM modulation rate in the case of the magnetoresistive element 71. As shown in FIG. 13, comparing A and B, it can be confirmed that B has a smaller ZM modulation rate and is less susceptible to the leakage magnetic field.
[0057]
In this embodiment, the basic schematic diagrams of the pattern shape of the magnetoresistive element of the artificial lattice film are shown in FIGS. 1, 9 and 11, but when the pattern shape is as shown in FIG. By utilizing the features of FIG. 11, the waveform is not distorted even in a narrow gap, hysteresis is suppressed, a predetermined resistance value is obtained, and the AM modulation rate is further reduced. In FIG. 14, reference numeral 80 denotes a magnetoresistive element. A power supply voltage Vcc terminal 81 and a ground terminal 82 are formed on the magnetoresistive element 80, and an output terminal 83 is provided at a midpoint between the power supply voltage Vcc terminal 81 and the ground terminal 82. , 84 are formed. Reference numeral 85 denotes a basic magnetic sensing pattern formed by folding the magnetic sensing pattern, and reference numeral 86 denotes a routing portion for electrically connecting the basic magnetic sensing pattern and connecting them in series. Also, 1 indicates the length in the direction perpendicular to the arrangement direction of the magnetic scales of the basic magneto-sensitive pattern.
[0058]
FIG. 15 shows a pattern shape of a ferromagnetic metal film as a conventional example for comparison. Reference numeral 90 denotes a magneto-resistive element. The magneto-resistive element 90 has a power supply voltage Vcc terminal 91 and a ground terminal 92, respectively. Output terminals 93 and 94 are formed at the midpoint between the power supply voltage Vcc terminal 91 and the ground terminal 92. Have been. Reference numeral 95 denotes a basic magnetic sensing pattern formed by folding the magnetic sensing pattern, and reference numeral 96 denotes a routing portion for electrically connecting the basic magnetic sensing pattern and connecting them in series.
[0059]
FIG. 16 shows the relationship between the output voltage and the gap length of the magnetoresistive elements shown in FIGS. 14 and 15 described above.
[0060]
In FIG. 16, the horizontal axis represents the distance from the element surface to the magnetic scale surface, and the vertical axis represents the output voltage value when the applied voltage is 5V. A is the output characteristic when the artificial lattice film is used as the material of the magnetoresistive element having the shape of FIG. 14, and B is the output characteristic when the ferromagnetic metal film is used as the material of the magnetoresistive element having the shape of FIG. It is.
[0061]
When A and B are compared, the output of A can be confirmed to be twice or more.
Further, as in the case of the magnetoresistive element 80 in FIG. 14, the length of 1 is made shorter than in the related art, and the basic magnetic sensing pattern 85 is arranged in a direction less affected by the leakage magnetic field, so that the AM modulation rate is reduced.
[0062]
Further, in the above-described embodiment, the present invention has been described with respect to a single-phase magnetoresistive sensor. However, the present invention is not limited to this. , The linearity near the center is improved, and the detection accuracy can be further improved.
[0063]
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the magnetic scale formed of the rotating drum is rotated to generate the relative position movement between the magnetic scale and the magnetoresistive element, but the present invention is not limited to this. For example, as in the case of a linear motor, a change in a magnetic field may be detected from a relative position movement due to a linear motion. Also, since the position movement between the magnetic scale and the magnetoresistive element is not relative, either the magnetic scale or the magnetoresistive element may move.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, the invention according to claim 1 of the present invention uses an artificial lattice film, and sets the magneto-sensitive pattern of the magnetoresistive element to a constant magnetic pole width (λ / 4) of 0.8 to 1 of a magnetic scale. It is possible to provide a magnetoresistive sensor capable of obtaining a stable high output without curving the output waveform even if the distance between the magnetoresistive element and the magnetic scale is narrowed by setting the value to between 0.0. It is.
[0065]
Further, according to the second aspect of the present invention, in order to obtain a predetermined resistance value, the pattern shape of the artificial lattice film, which is a magnetoresistive element, is folded and folded so that the magnetoresistive element can be formed in a limited space. Thus, a magnetic sensor capable of obtaining a predetermined resistance value can be provided by drawing a magnetosensitive pattern in parallel with the arrangement direction of the N pole and the S pole and increasing the drawing area.
[0066]
According to a third aspect of the present invention, a plurality of series-connected magneto-sensitive patterns are connected at positions spaced apart by a predetermined integer multiple of λ / 4 to form a pair of magneto-sensitive patterns. It is possible to provide a magnetic sensor having an improved AM modulation rate as compared with a single unit.
[0067]
Further, according to the invention described in claim 4 of the present invention, the pattern width in the direction substantially perpendicular to the direction in which the current flows in the magneto-sensitive pattern is set in the direction substantially perpendicular to the direction in which the current flows in the zigzag folded portion. It is possible to provide a magnetic sensor with an improved AM modulation rate by making the pattern width narrower than the pattern width.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a magnetoresistive sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a magnetoresistive element, which is a main part of the same.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the artificial lattice film, which is the main part.
FIG. 4 is a process diagram of a magnetoresistive element portion, which is a main portion of the same.
FIG. 5 is a view for explaining the relationship between the magnetic resistance change rate and the magnetic field strength of the artificial lattice film, which is the main part.
FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the magnetoresistance change rate and the magnetic field strength of a conventional ferromagnetic metal film.
FIG. 7 shows a magneto-sensitive pattern width and an MR output V of a magnetoresistive element which is a main part of a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention. MR Signal waveform diagram showing the relationship with the curvature near the center that occurs in
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a gap length and an output voltage of a magnetoresistive element which is a main part of a magnetic sensor and a conventional magnetic sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic view of a magnetoresistive element as a main part of a magnetic sensor according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a view for explaining a relationship between a gap length and an output voltage in a magnetoresistive element which is a main part of the same.
FIG. 11 is a schematic view of a magnetoresistive element as a main part of a magnetic sensor according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic view of a magnetoresistive element as a main part of a magnetic sensor according to another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating a relationship between a gap length of a magnetoresistive element, which is a main part of a magnetic sensor, and an AM modulation rate according to another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic view of a magnetoresistive element as a main part of a magnetic sensor according to another embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic view of a magnetoresistive element which is a main part of a conventional magnetic sensor.
FIG. 16 is a view for explaining a relationship between a gap length and an output voltage of a magnetoresistive element which is a main part of a magnetic sensor according to another embodiment of the present invention and a conventional magnetic sensor.
FIG. 17 is a schematic view of a conventional magnetoresistive sensor.
FIG. 18 is a schematic view illustrating the usage example.
FIG. 19 is a signal waveform diagram of the same.
[Explanation of symbols]
25 Magnetic scale
26 Artificial lattice film
