JPH02214177A - 磁気抵抗素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高精度の非接触位置センサ、非接触ポテンシ
ョメータ等に利用される磁気抵抗素子に関する。

（従来の技術） 印加する磁界の強弱により抵抗値が変化する半導体素子
である磁気抵抗素子が周知であり、磁性体で構成された
可動体（磁石）を磁気抵抗素子に近接してその長平方向
に摺動させ、この磁気抵抗素子から電気的な検出信号を
取り出し、これによって可動体の変位置を検出すること
ができる。

しかしながら、こうした磁気検出器の出力；ま。

磁気抵抗素子あるいは磁性体として用いられる永久磁石
の経時変化や環境温度等に少なからず影響を受けること
が知られている。このため、単純な磁気抵抗体を複数個
直列接続してこれに所定ギャップを介して可動体の永久
磁石を摺動させるという構成では、前記特性変動に起因
する誤差の影響を受ける結果、所望の変位量の分解能が
得られないとう問題がある。

こうした不具合に対処するため、特開昭５８−１６７９
１４号公報には基板上における複数個の磁気抵抗体相互
の配置及び接続関係を改善することにより温度変化及び
時間経過にかかわりなく高精度の検出機能を保持可能に
した磁気抵抗素子が開示されている。

第７図（Ａ）にその構成例を示す、すなわち、絶縁基板
ｌ上に磁気抵抗体２．３がその長手方向に沿って配設さ
れている。前記各磁気抵抗体２，３間に磁気抵抗体４が
、この両紙抗体２．３の両外側に磁気抵抗体５．６が基
板ｌ上に、それぞれ形成されている。

抵抗体２，３の内端は配線７により互いに接続され、抵
抗体５．６は配線８で直列に接続され、その直列接続の
一端は配置ｉ１９に通じて抵抗体４の一端に接続されて
互いに直列接続される。

抵抗体４の他端と抵抗体３の外端とは配線１０で接続さ
れ、抵抗体２の外端は抵抗体６の他端と配！ｔ１１１で
接続される。すなわち、抵抗体２．３が直列に接続され
、抵抗体５．６の直列接続と抵抗体４とが直列に接続さ
れ、これら両直列接続は互いに並列に接続される。

更に、基板ｌ上に端子１２．１３．１４．１５が形成さ
れ、抵抗体２．６の接続点が端子１２に、抵抗体２．３
の接続点が端子１３に、抵抗体３．４の接続点が端子１
４に、抵抗体４．５の接続点が端子１５にそれぞれ接続
される。

第７図（＾）の磁気抵抗素子１６の等価回路を同図＋８
）に示す。

第８図に示すように、前記第７図（Ａ）に示した磁気抵
抗素子１６上において、磁石１７は磁気抵抗素子１６の
抵抗体２，３の配列方向に沿って相第７図ｆｃ）のよう
に、永久磁石１７と磁気抵抗素子１６との変位によって
第９図のような出力特性が得られる。

この場合、第７図ＴＣ）に示すように、抵抗体４には磁
石１７の磁界が常に印加され、抵抗体５．６には磁石１
７の磁界は常に印加されない。

次に、上記構成の磁気抵抗素子１６を実際に使用する場
合の作用について説明する。

第１Ｏ図の回路構成図に示すように、磁気抵抗素子１６
の端子１３．１５を差動増幅器１８．１９の一方の入力
端に接続し、端子１２、Ｉ４を電圧＋Ｅ、〜Ｅの電源端
子２０．２１に接続し、該端子２０．２１間に直列抵抗
２２．２３を接続する。そして、直列抵抗２２．２３の
接続点を差動増幅器１８．１９の各他方の入力端に接続
し１割算回路２４において、差動増幅器１８の出力を差
動増幅器１９の出力で割算して出力端子２５に出力する
。

ここで、差動増幅器１８．１９の利得をそれぞれＡ、、
Ａ、とすると、その出力電圧Ｅ、、Ｅ。

は次式で表される。

Ｅ、＝Ａ、−ｋ、−ｆ　（Ｔ、Ｙ）ＩＸＩＥ、　＝Ａ！
　　−ｋｌ　−ｆ　（Ｔ、ＹｌｔＸａｆ　（Ｔ、Ｙｌ、
＝　　ｆ（Ｔ、Ｙ）！αε（に＊−Ｋｔ）Ｔ十α、（Ｙ
）−α、　（Ｙｌｉ十αε（に３−に１）′「＋α８（
Ｙ）−α、（Ｙ）ここで、ａは磁界の関数である。

上述のように、抵抗体４には常に磁界が加わり、抵抗体
５．６には常に磁界が加わらないように構成されている
ので、ｘ２は常数となる。

この結果、 Ｈ＊　＝　Ａｍ　・ｋ　＊　・ｆ　（Ｔ、ＹｌｉＸｓ”
　ｋ　ａ　・ｆ　（Ｔ、Ｙ） ”　ｋ　４　　Ｘ　ｔ となり、出力電圧Ｅ０は温度変化、経過時間に無関係な
定数に４と変化ｘｌとの積になることが理解される。従
って、こうした変動要因の影響は除去され、正確な変位
量の検出が可能となる。

なお、Ｅ　ｌ　／　Ｅ　ｘの演算は割算回路２４で行な
われる。

しかしながら、上記公報に開示の磁気抵抗素子構造にお
いて、第７図＋８）の抵抗体４を同図（Ｃ）に示すよう
に、常時一定の磁界が印加される位置に、そして抵抗体
５．６を常時磁界のかからない位置に配置すれば、実際
の磁気抵抗素子パターンは、第７図（Ａ）のようにない
、同大パターンだけでもかなりの面積を占めることにな
る。また、抵抗体を５個配設して各接続用配線を相互に
絶縁状態を保持したまま引き回すには、どうしても基板
寸法を大型化せざるを得ないという不都合があった。

更に、上記従来の磁気抵抗素子では５抵抗体の配設位置
の関係上永久磁石の寸法が制約されるので、変位検出距
離を大きくとることができない。

第７図（＾）の磁気抵抗素子において、最大の変位検出
距離を得るには、本来ならば抵抗体２．３双方を覆う寸
法の永久磁石を用いることが望ましい。

しかし、このような寸法の永久磁石を用いた場合、磁石
が変位したときに磁界がかかってはいけない抵抗体５．
６にも磁気作用が及ぶことになり、正確な検出作用が得
られなくなる。

このため、永久磁石１７は第７図［Ｃ）に示すように、
各抵抗体２．３の約半分の長さが同時に覆われる程度の
寸法とするのが精−杯で、変位検出距離は著しく小さく
ならざるを得ないというのが実状であった。

（発明の目的） 本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、
その目的は磁気抵抗体及び永久磁石の温度変化及び経時
変化が検出変位量に及ぼす影響を自動的に補償でき、か
つ変位検出距離をその構造上最大限に設定でき、しかも
小型構成可能な磁気抵抗素子を提供することにある。

（発明の概要） 上記目的を達成するため、本発明は同一基板上に形成さ
れ、２個ずつ直列に接続され、これら２個の直列接続は
互いに並列接続された４個の磁気抵抗体と、前記各抵抗
体の接続部へそれぞれ固定された複数の端子とを含む磁
気抵抗素子において、前記４個の磁気抵抗体のうち少な
くとも１個の磁気抵抗体の磁気感度は、残余の他の磁気
抵抗体の磁気感度と異なる磁気感度を有することを特徴
とする。

このように構成すれば、４つの端子の出力を適当に取り
出して処理することにより ＋１）　Ｉｄｉ気抵抗抵抗素子気感度の温度変化の自動
補償 （２ン磁気抵抗素子の経時変化の自動補償（３）使用す
る磁石の温度変化の自動補償（４）使用する磁石の経時
変化の自動補償（５）上記の自動補償と同時に磁気抵抗
素子の小型化 （６）磁石と磁気抵抗素子との相対的変位の検知幅の拡
大 が以下の実施例に述べるように可能となる。

（実施例） 以下１図面に基づき本発明の好適な実施例を説明する。

第１図（Ａ）に本発明に係る磁気抵抗素子の構成を示す
。

本発明において特徴的なことは、その温度係数が互いに
等しく、磁気抵抗変化率の異なる２個の磁気抵抗体を設
け、かつ該両紙抗体と永久磁石との相対変位がいかなる
状態であっても、常に変位検出信号が出力される特定の
端子を配設したことにある。

第１図（Ａ）において、抵抗体３２．３４及び３６は、
ラスター電極と呼ばれるショートバーの本数に差のある
素子を含み、これは互いに磁気に対する感度（磁気抵抗
変化率）が異なる。そして、抵抗体３０にはラスター電
極は含まれない、抵抗体３２．３４及び３６のラスター
電極は互いに等しい寸法比で形成される。

第２図に抵抗体上に配設されたラスター電極の本数によ
る磁気抵抗変化への形状効果の原理を示す。

同図（Ａ）に示すように、画電極５０間にラスク−電極
５２を３本配設した場合（パターンａ）には、電子ｅの
流路は狭くなるので、矢示のように、抵抗体内の通過速
度が速く、磁気に対する感度は高くなる。

これに対し、同図（Ｂ）のように、画電極５０間のラス
ター電極５２が１本だけの場合（パターンｂ）には、電
子ｅは蛇行して速やかに移動しないので、＆Ｉｉ気抵抗
抵抗感度下することになる。

本発明における磁気抵抗素子の抵抗体の材質としては５
電ｆ８動度が５．０００ｃｒｎ’　／Ｖｓｅｃ以１であ
るものが望ましく、具体的には、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、
　ＧａＡｓ等のＩ’１ｌ−ｖ族化合物やこれら化合物半
導体に１ｎ、Ｇａ、　Ｓｎ、　Ｂｉ等の第三の元素が混
入されて成る三元化合物が用いられる。

第！図ＴＡ）にその構成を示す、絶縁基板３７上に抵抗
体３４．３６がその長手方向に沿って配設されている。

前記各抵抗体３４．３６間に抵抗体３０．３２が基板３
７上にそれぞれ形成されている。

抵抗体３４．３６の内端は配線４８により互いに直列接
続され、抵抗体３０．３２は配線４７で直列に接続され
、抵抗体３０の他端は、配線４５を通じて抵抗体３４の
外端に接続され、抵抗体３２の他端と抵抗体３６の外端
とは配線４６で接続される。

すなわち、抵抗体３０と３２が直列に接続され、抵抗体
３４と３６が直列に接続され５これら両直列接続は互い
に並列に接続される。

更に、基板３７上に端子３８．４０．４２，４４が形成
され、抵抗体３０．３４の接続点が端子３８に、抵抗体
３４．３６の接続点が端子４０に、抵抗体３２．３６の
接続点が端子４２に、抵抗体３０．３２の接続点が端子
４４にそれぞれ接続される。

第１図１８）は同図（＾）の等価回路図である。

以上の構成により、抵抗体３４．３６は、永久磁石４９
との変位によって抵抗体の抵抗値が変り、端子４０から
抵抗体３４．３６による分圧比に従って出力が得られる
。

この結果、例えば第１図（Ｃ）のように永久磁石４９と
磁気抵抗素子３９との変位によって第３図のように出力
特性が得られる。

ここで、抵抗体３０と３２は、ラスター電極の本数（抵
抗体３０はラスター電極なし）が異なり、寸法比Ａ　／
　ｗが異なるため、第４図に示すように、磁気抵抗変化
率（パターンａ、パターンｂ）に差が生じる。この差の
分だけ端子４４から変位によらない出力が得られること
になる。

前２端子４．０．４４からの出力は、共に例えば第５図
のような温度特性をもつ４例えば、第３図に示す特性曲
線のポイントへの出力が温度によりどのように値が変化
するかを示す、これを第６図のような回路により端子４
０．４４からの出力をそれぞれ増幅回路５４．５６で増
幅し、割算回路５日で加工すれば、この素子のもつ温度
変化特性を後段の回路で補償することも可能である。

また、このとき永久磁石４９自体の温度変化、磁気抵抗
素子の磁気感度の温度変化、磁気抵抗素子及び磁石の経
時変化を含めて補償することが可能となる。すなわち、
これらの変化は、共に端子４０．４４より変化が含まれ
た状態で出力されるが１割算回路５８にてキャンセルさ
れることになるからである。

なお、上記寅施例において、抵抗体３０．３２は、どの
ような永久磁石に対しても同じ出力が得られるという条
件さえ満たされていれば、その範囲内で任意に構成を変
えることがてきる。

また、抵抗体３０は抵抗体３２に対して異なる磁気抵抗
変化率を有するから、抵抗体３０を２分割してそれぞれ
を磁気抵抗素子の両側に配設することも可能である。

（発明の効果） 以上説明したように１本発明によれば、磁気抵抗効果に
よる一定の出力が得られる端子をもつように構成したの
で、簡単な小型の構造で最大の変位検出距離を得つつ、
磁気抵抗素子及び永久磁石の温度変化並びに経時変化を
自動的に補償することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　ｆＢ）　（Ｃ１は本発明に係る磁気抵抗
素子の構成図、第２図＋Ａｌ　ｆＢｌは本発明の磁気抵
抗素子におけラスター電極が配設された抵抗体の構成図
、第３図は本発明の磁気抵抗素子の出力特性図、第４図
は第２図に示す各抵抗体の磁気抵抗変化率を示す特性図
、第５図は本発明の磁気抵抗素子の出力電圧−温度特性
図、第６図は本発明の磁気抵抗素子を用いた磁気検出器
の構成図、第７図（Ａ）（Ｂ）　ｆｃ）は従来の磁気抵
抗素子の構成図、第８図は従来の磁気検出器の外観斜視
図、第９図は従来の磁気抵抗素子の出力特性図、第１０
図は従来の磁気検出器の回路構成図である。 ３０．３２．３４．３６・・・磁気抵抗体、３８．４０
．４２．４４・・・端子、３９・・・磁気抵抗素子、４
９・・・永久磁石、５０・・・電極、５２・−・ラスタ
ー電極特許出願人　　東洋通信機株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一基板上に４個の磁気抵抗体が形成されこれら
   磁気抵抗体は２個ずつ直列に接続されその各接続接点は
   各別の端子に接続されこれら２個の直列接続は互いに並
   列接続されその各接続点は各別の端子に接続されて成る
   磁気抵抗素子において、前記４個の磁気抵抗体のうち少
   なくとも１個の磁気抵抗体の磁気感度は残余の他の磁気
   抵抗体の磁気感度と異なるように構成されたことを特徴
   とする磁気抵抗素子。
2. （２）請求項（１）記載の磁気抵抗素子において、前記
   各磁気抵抗体はＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ等のＩＩ
   Ｉ−Ｖ族化合物又は該ＩＩＩ−Ｖ族化合物の半導体に更
   にＩｎ、Ｇａ、Ｓｎ等の他の第三の元素を混入した三元
   化合物から成り、電子移動度が５，０００ｃｍ＾２／Ｖ
   ｓｅｃ以上であることを特徴とする磁気抵抗素子。
3. （３）請求項（１）記載の磁気抵抗素子において、前記
   磁気抵抗体間の互いの磁気感度の差は、磁気抵抗体の形
   状効果に基づき構成されることを特徴とする磁気抵抗素
   子。
4. （４）請求項（３）記載の磁気抵抗素子において、前記
   磁気抵抗体の大部分がラスター電極を含むことを特徴と
   する磁気抵抗素子。