JPH0141226B2

JPH0141226B2 -

Info

Publication number: JPH0141226B2
Application number: JP57180561A
Authority: JP
Inventors: Masaru Motokawa; Kunihiro Matsuda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-10-16
Filing date: 1982-10-16
Publication date: 1989-09-04
Also published as: JPS5970978A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ニツケル合金の強磁性薄膜からなる
磁電変換素子において、バイアス磁界を用いた場
合の磁気回路の損失を減少せしめ、かつ磁電変換
素子の機能を有効に活用するために、バイアス磁
界を薄膜の膜厚方向に印加したことを特徴とする
磁気センサに関するものであり、また、この磁気
センサを用いて位相や変位量などの位置情報を検
出する位相・変位量検出装置に関するものであ
る。

（従来例の構成とその問題点）従来は、第１図に示したように、Ni―FeやNi
―Coなどのニツケル合金からなる強磁性薄膜抵
抗素子１が素子の膜面に平行でかつ矢印Ｘ方向に
磁化容易軸をもつことから、Ｘ方向あるいはＸ―
Ｙ面に平行にバイアス磁界を形成して検知対称物
あるいは外部磁界の検出がなされていた。なお、
第２図は、強磁性薄膜抵抗素子１において、Ｘ、
Ｙ、Ｚ方向にそれぞれ外部磁界を印加した場合の
磁界強度と抵抗値の関係を示しており、また、第
３図は、バイアス磁界を有する磁気センサの従来
例の構造を示している。ここで、１は強磁性薄膜
抵抗素子、２は基板、３はバイアス用磁石であ
る。

この場合の考え方としては、Ｘ方向に加わる磁
界強度に応じた抵抗値減少を強磁性薄膜抵抗素子
に生じせしめ、バイアス磁界（Ｘ―Ｙ面方向）は
外部磁界をＸ―Ｙ面内においてＹ方向に回転させ
るべく作用せしめ、ベクトル分解された外部磁界
のＸ成分の変化を増大して磁気センサとしての機
能を上昇させたものである。

しかしながら、これら従来例の磁気センサにお
いては、例えば第４図に示されるような、磁気回
路を形成する磁性材料からなるツメ４を有するも
のを用いて、鉄などの磁性材料５の凹凸を検出し
た状態が第５図Ａ，Ｂであり、このときの強磁性
薄膜抵抗素子１に印加された磁界の状態がそれぞ
れ第６図Ａ，Ｂであり、Ｘ方向の磁界すなわち磁
気センサーに作用する磁界はH_B3XとH_B4Xである。
このときの抵抗値変化量は第１２図に示したよう
に、後述する本発明実施例に比較して大変小さい
ものであつた。

これは次の理由によるものである。従来例で
は、第５図に示すエアーギヤツプｇ１とｇ３の増
減によつて生じる磁気回路の磁気損失を変化せし
めて磁気センサを通過する磁界強度に変化を生じ
せしめたものであるが、この図からもわかるよう
に磁気回路の磁気損失を無限に大きくしてセンサ
素子に印加される磁界強度を０にすることは不可
能に近い。すなわちH_B3は０にはなりえない、ま
た、磁気回路に磁気損失を有することからバイア
ス磁界を大きくとらなくてはならず、この場合も
れ磁路Ｌを形成してH_B3Xは増大の傾向をたどる。
すなわち、磁気センサの薄膜に生じる磁界強度変
化はきわめて小さくなる。このため第１２図に示
されるごとく抵抗値変化量が小さい状態となる。

（発明の目的）そこで本発明は、ニツケル合金からなる強磁性
薄膜磁電変換素子の膜面に対して、ほぼ垂直な磁
界を形成させる磁界発生手段を配置し、磁電変換
範囲を広くとり得る磁気センサを提供するととも
に、この磁気センサと歯車のごとき凹凸あるいは
スリツトを有する磁性材料、若しくは磁気的に分
極してＮ極とＳ極が交互に多極配置された磁性材
料とを組み合わせた、高効率の位相・変位量検出
装置を提供するものである。以下、図面により実
施例を詳細に説明する。

（実施例の説明）第７図は、本発明の一実施例の磁気センサを示
したものであり、基板２上に形成された強磁性薄
膜抵抗素子１の膜面に対しほぼ垂直な磁界を発生
させるバイアス用の永久磁石３を設けたものであ
る。これを用いて、鉄などの磁性材料５を被検出
体とした図が第８図Ａ，Ｂであり、それぞれの磁
気センサに作用すべき磁界強度はH_B1XとH_B2Xで
ある。これらの磁界はセンサに作用する磁界H_B1
とH_B2からベクトル分解されて得られるものであ
るが、第８図ＡにおいてはH_B1が薄膜に垂直なた
めH_B1Xは第９図Ａに示したように０となる。さ
らに被検体が移動した第８図Ｂの状態では、セン
サに作用する磁路が被検体により傾けられてH_B2
となり、従つて、第９図Ｂに示したように、ベク
トル分解されたH_B2Xを生じせしめる。すなわち、
磁気センサに生じる磁界強度変化はＸ方向成分に
おいて無からH_B2Xまでのきわめて大きな値をと
ることがわかる。従つて第１２図に示されるごと
く磁気センサの抵抗値変化は極めて大であること
がわかる。

これらの特性が生じる原因は、強磁性薄膜の持
つ固有の磁界感知方向を持つことによるものであ
り、第２図にその特性が示されるごとく、センサ
膜面上Ｘ方向（第１図参照）における磁界感度が
きわめて大であり、Ｙ方向にはほとんど感知せ
ず、またＺ方向には全く感知しないことによるも
のである。

同様に、被検体が磁石のごとき分極した磁性材
料６であつた場合には、第１０図において本発明
実施例を、また第１１図には従来例をそれぞれ示
したが、被検体が鉄のごとき磁性材料５であつた
場合と同じ考え方があてはまる。すなわち従来例
が感知方向に常時ある値以上の磁界成分を有して
いるのに対して本発明実施例が感知方向の磁界成
分を０または極めて０に近い状態を容易に作りう
ることが明らかである。

本発明実施例のバイアス方式による磁気センサ
と従来例のバイアス方式による磁気センサとにお
ける抵抗値変化の度合を比較したのが第１２図で
あり、本発明によるところのH_B2Xの磁界成分を
増大することが単に磁石の発生する磁界を増すこ
とによつて簡単に得られるのに対し、従来例によ
るところのH_B4Xはもれ磁路の影響を考慮せねば
ならず、さらに磁気回路の損失を考慮する必要が
あることから、簡単にH_B4Xを増すことはできな
い。

次に、本発明の磁気センサを用いて位相・変位
量検出装置を形成した場合について述べる。第１
３図はもつとも簡易な位相・変位量検出装置の概
念を示した図であり、２ケの強磁性薄膜抵抗素子
１ａ，１ｂと２ケの固定抵抗器Ｒとをブリツジ状
にくみ、固定抵抗器Ｒの中点と強磁性薄膜抵抗素
子１ａ，１ｂの中点との２点から差動出力を得た
ものが出力信号電圧V_putであり、他のブリツジ端
の２点に電源V_cとアースを接続したものであり、
バイアス方式は本発明による薄膜に垂直に印加し
た磁界とし、被検体は鉄などの磁性材料もしくは
磁石のごとき磁気的に分極した極性材料とする。
ただし、被検体は複数個の凹凸を持つた状態もし
くは、複数個のＮ極とＳ極を持つた状態とする。
なお本発明では次のような構造及び方法も本特許
から容易に考えうることを付記する。

(1) 強磁性薄膜抵抗素子を複数個用いた構造。

(2) 個々の強磁性薄膜抵抗素子を基板上で任意の
角度を持たせて配置し、個々の素子の磁界感度
に差を生じせしめた構造、ならびに素子に均質
にあるいは一部のみに磁界感度に差を生ぜしめ
た構造。

(3) 強磁性薄膜抵抗素子を基板の両面あるいは端
面にも形成して、磁界強度と抵抗値の関係に負
特性と正特性とを混在せしめた構造。

(4) ブリツジを構成する４辺全部を強磁性薄膜抵
抗素子で形成した構造。

(5) 複数個の強磁性薄膜抵抗素子を定電流で駆動
したことを特徴とする構造。

(6) 被検体が、鉄などの磁性材料において平面上
に凹凸を連続もしくは不連続に有する被検体あ
るいは歯車のごとく回転する物体に凹凸を連続
もしくは不連続に有する被検体からなる構造。

(7) 被検体が、非磁性の材料と磁性材料とが複数
個交互に配置された被検体からなる構造。

(8) 被検体が、連続あるいは不連続に分極磁化し
た状態を混在した被検体からなる構造。

本発明では、上記(1)〜(8)のごとき応用が簡単に
なしうるものであることは明らかである。

ところで第１４図は、第１３図に設定された回
路により測定された結果をまとめたものである。
従来例は本発明実施例と同等の磁界を発生しうる
磁石を用いて本発明実施例との比較を行なつたも
のであり、その差は本発明が出力電圧において明
らかに優位であることを示すものである。例え
ば、エアーギヤツプが0.5mmの場合、出力信号に
おいて28dB増加している。またここに示された
出力電圧は従来例、本発明実施例ともにピーク・
ツー・ピークの値である。

なお、本発明による磁気センサは、その材質が
Ni―FeやNi―CoあるいはNiに他種の複数の原
素を含有する強磁性薄膜抵抗素子であり、磁界感
知方向が膜面に平行な方向に有するものに対して
バイアスを膜面に垂直に印加した磁気センサであ
ることは前述のとおりである。この磁気センサに
類似の磁気感知材料としてインジウムアンチモン
（InSb）やガリウムヒソ（GaAs）などの半導体
材料があるが、これらの材料を用いた磁電変換素
子はNi合金の強磁性薄膜抵抗素子と異なり、そ
の面に垂直な方向に磁界感知方向が存在すること
から、半導体材料による磁電変換素子には面に垂
直なバイアス磁界を有する。このバイアス方向は
本発明の目的とするところと共通点はない。これ
らの半導体材料による磁電変換素子に本発明の考
え方を応用すれば、半導体材料磁電変換素子が膜
面に平行な磁界に対して不感であることから、膜
面に平行なバイアス磁界を有することを特徴とす
る構造になることは明らかである。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、磁気回
路の磁気損失を減少せしめて抵抗値変化量を大き
くとることのできる磁気センサを提供することが
できるとともに、この磁気センサを応用して高性
能の位相・変位量検出装置を構成することができ
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、強磁性薄膜抵抗素子とこれに設定し
た座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚを示す図、第２図は、強磁性
薄膜抵抗素子のＸ、Ｙ、Ｚ方向にそれぞれ外部磁
界を印加した場合の磁界強度と抵抗値との関係を
示す図、第３図は、従来のバイアス磁界を有する
磁気センサの構造図、第４図は、磁気回路を形成
する磁性材料のツメを有する従来の磁気センサの
構造図、第５図は、第４図の磁気センサの近傍
を、凹凸を有する被検体を相対移動させたときの
磁路を示す図、第６図は、第５図の状態における
強磁性薄膜抵抗素子に作用する磁界ベクトルを示
す図、第７図は、本発明の一実施例の磁気センサ
の構造図、第８図は、第７図の磁気センサの近傍
を、凹凸を有する被検体を相対移動させたときの
磁路を示す図、第９図は、第８図の状態における
強磁性薄膜抵抗素子に作用する磁界ベクトルを示
す図、第１０図は、第７図の磁気センサの近傍
を、複数個磁化分極した被検体を相対移動させた
ときの磁路を示す図、第１１図は、従来の磁気セ
ンサの近傍を、複数個磁化分極した被検体を相対
移動させたときの磁路を示す図、第１２図は、強
磁性薄膜抵抗素子に作用する磁界H_Xと抵抗値と
の関係を、本発明実施例と従来例とを比較して示
した図、第１３図は、位相・変位量検出装置の基
本的概念図、第１４図は、第１３図の構成による
位相・変位量検出装置において、バイアス方法を
異にした本発明実施例と従来例とのエアーギヤツ
プ対出力電圧の関係を比較して示した図である。１，１ａ，１ｂ…強磁性薄膜抵抗素子、２…基
板、３…磁石、５…凹凸を有する磁性材料、６…
複数個に磁化分極された磁性材料。

Claims

【特許請求の範囲】１基板の表面に形成されたニツケル合金の強磁
性薄膜からなり膜面に対してほぼ水平方向に磁界
の感知方向を有する磁電変換素子と、前記基板の
裏面に配置され前記磁電変換素子の膜面に対して
ほぼ垂直な磁界を発生する磁界発生手段とからな
ることを特徴とする磁気センサ。２基板の表面に形成されたニツケル合金の強磁
性薄膜からなり膜面に対してほぼ水平方向に磁界
の感知方向を有する磁電変換素子および前記基板
の裏面に配置され前記磁電変換素子の膜面に対し
てほぼ垂直な磁界を発生する磁界発生手段からな
る磁気センサと、凹凸あるいはスリツトを有する
磁性材料とを組み合わせてなり、前記磁性材料を
前記磁気センサの近傍で移動させたとき前記磁性
材料の凹凸あるいはスリツトの移動に応じた位置
情報を検出することを特徴とする位相・変位量検
出装置。３基板の表面に形成されたニツケル合金の強磁
性薄膜からなり膜面に対してほぼ水平方向に磁界
の感知方向を有する磁電変換素子および前記基板
の裏面に配置され前記磁電変換素子の膜面に対し
てほぼ垂直な磁界を発生する磁界発生手段からな
る磁気センサと、磁気的に分極してＮ極とＳ極と
が交互に多極配置された磁性材料とを組み合わせ
てなり、前記磁性材料を前記磁気センサの近傍で
移動させたとき前記磁気的に分極した極の移動に
応じた位置情報を検出することを特徴とする位
相・変位量検出装置。