JPH02246176A - 磁気センサ - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は温度特性に優れた磁気センサに関する。

〈口）従来の技術 ＩｎＳｂ　、　ＩｎＳｂ　−ＮｉＳｂ　、　ＩｎＡｓ等
のキャリア移動度が高い半導体はこれに磁界を作用させ
たときに抵抗値が変化するという性質を有しており、こ
の性質を利用して磁気の検出、磁性体の存在、移動の検
出を行う磁気センサが実用化されている。

例えば特開昭６１−４９８０号に示された従来の磁気検
出器の一例を第５図および第６図に従い説明する。磁気
抵抗体を使用した磁気センサは、第６図に示すように、
２個の磁気抵抗素子（４）（５）を直列に接続してこの
２つの端子（６）（７）間に重圧を印加しておき、２個
の磁気抵抗素子（４）（５）にはバイアス磁界を付与し
ておく。

そして、第６図に示すように、外周に凹部と凸部とが規
則的に並んだ凹凸部＜２）を有する磁性体＜１）、例え
ば歯車等の様な回転体に対して、一方の磁気抵抗素子（
４）が前記凹部に、他方の磁気抵抗素子（５）が前記凸
部に各々近接するように磁気センサー（３）を固定する
。

この状態で磁性体（１）が回転すると、磁気抵抗素子（
４）（５）の夫々が凹凸部（２）と対接しているので、
第７図の如く出力端子（９）から凹凸部（２）の交番的
移動に対応する周期と同一の周期の交流電圧を得るよう
になっている。

ところで、上記磁気抵抗素子（４）（５）は、製造プロ
セスのばらつきによ怜正確な抵抗比が崩れる場合がある
。すると、出力端子（９）の中点電圧が第７図点線の様
に正側又は負側にずれてしまい、正確な出力信号が得ら
れなくなる欠点があった。

その為、第６図に示す如く磁気抵抗素子（４）（５）と
直列又は並列に外付抵抗（１０）を挿入することにより
、前記抵抗比を調整して中点電圧を所望の値にコントロ
ールすることが成されていた。

（八）発明が解決しようとする課題 しかしながら、ＩｎＳｂ等の半導体は温度係数が２％／
℃程度と比較的大きく、一方外付抵抗として例えば一般
的な金属皮膜抵抗は温度係数が１０−’％／℃程度と極
めて小言い、その為、温度変化と共に端子（６）（８）
間の抵抗値と端子＜８）（７）間の抵抗値との抵抗比が
崩れ、やはり中点電圧が変動してしまう欠点があった。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は上記従来の課題に鑑み成きれたもので、外付抵
抗（１３）を磁気抵抗素子（１１）（１２）材料と同じ
材料で構成することにより、優れた温度特性を有する磁
気センサを提供するものである。

（ホ）作用 本発明によれば、磁気抵抗素子（１１）（１２）と外付
抵抗（１３）とが同じ温度係数を持つので、温度変化に
より抵抗比が崩れることを防止できる。

（へ）実施例 以下に本発明の一実施例を図面を参照しながら詳細に説
明する。

第１図において、（１１）（１２）はＩｎＳｂ、　Ｉｎ
Ｓｂ　−ＮｉＳｂ。

ＩｎＡｓ等の高移動度単結晶半導体から成る磁気抵抗素
子、（１３）は同じく工ｎｓｂ　、　ＩｎＳｂ　−１１
ｉＳｂ　、　ＩｎＡｓ等の高移動度単結晶半導体から成
る外付抵抗で、絶縁基板上に前記半導体材料を蒸着した
多結晶タイプのものか、又は磁気抵抗素子（１１）（１
２）と同じく単結晶のものとする。磁気抵抗素子（１１
）（１２）は端子＜１４）（１５）間に直列に接続され
、その接続点（１６）から出力端子（１７）を取り出す
、外付抵抗（１３）は、端子（１８）（１６）に磁気抵
抗素子（１１）と並列に挿入きれ、その結果接続点（１
６）の中点電位は、磁気抵抗素子（１１）の抵抗値（Ｒ
８）と外付抵抗（１３）の抵抗値（Ｒハとの並列合成抵
抗（Ｒｍ　Ｒ＋Ｒｔ／　Ｒｔ　＋　Ｒハと、磁気抵抗素
子（１２）の抵抗値（Ｒ８）との抵抗比で決定される。

従って、外付抵抗（１３）の抵抗値（Ｒ８）を変えるこ
とにより、接続点の中点電位を所望のレベルに調整する
ことができる。尚、外付抵抗（１３）は磁気抵抗素子（
１２）に対して並列接続でも良い。

上記構成において、温度係数を考慮した並列合成抵抗Ｒ
の値は、磁気抵抗素子（１１）（１２）の温度係数をα
、外付抵抗（１３）の温度係数をβ、温度をｔとして、 Ｒ−ＲｔＲｍ／　（Ｒｔ　＋　Ｒｇ） ＝［ＲｔＲｘ（１＋αｔバ１＋βｔ）］／［ｇ＊（ｉ＋
αｔ）＋ｉ＊（１＋β１）］ ■（ＲｔＲＪｔ＋（α＋β）ｔ−］）／　（Ｒｔ　＋　
Ｒｓ　＋　（Ｒ＋α＋Ｒｍβ）１） −Ａ（１＋（α＋β）ｔ）／　（１＋　［（Ｒｔα＋Ｒ
１β）／　（Ｒｓ　＋　Ｒｍ　）ｌｔ） −Ａ（１＋（α＋β）ｔ−［（Ｒｔα＋Ｒ１β）／（ｉ
＊＋ｉｎ）］ｌｔ 、７．　１−Ａ（１＋［（αＲ３＋βＲ１）／　（Ｒ１
＋　Ｒｍ　）］ｌｔ−Ａ（１＋７ｔ）　　　　　　　　
　・・・・・・・・・・・・・・・〈１）但し、α　１
．β　１　、　Ａ　＝　ＲｔＲｍ／　（Ｒｔ　＋　Ｒｍ
　）　。

７−（αＲ８＋βａｔ）／（ｉｔ＋Ｒｔ）合成抵抗Ｒの
温度係数７を磁気抵抗素子（１２）の温度係数αと等し
くするには、 ７−α （αＲ３＋βａｔ）／（Ｒｔ＋Ｒａ）−ααＲ１＋βＲ
ｔ−ｆｆ（Ｒｔ＋Ｒｍ） β−α　　　　　　　　　　・・・・・・・・・・・・
・・・（２）（２）式から、外付抵抗（１３）の温度係
数βと磁気抵抗素子（１１）（１２）の温度係数αを等
しくすることにより、合成抵抗Ｒと磁気抵抗素子（１２
）の温度係数７とαを等しくできる。

中点電圧Ｖ、は、両端電圧をＶａとして、Ｖ＠　”　Ｖ
ａ−Ｒｓ／　（Ｒｔ　Ｒｓ　）−ｖａ−［Ｒｓ（ｔ＋　
ａｔ）］／［Ａ（１＋　ｙｔ）＋Ｒｓ（１＋α１）］ ”Ｖａ［Ｒ８／＜Ａ＋Ｒｊ）］Ｘ　［１＋ｆｆｔ　−＜
ｒｘ　７　ｔ−Ｒｓαｔ）／（Ａ＋Ｒｓ）］ ＝　Ｖａ［Ｒａ／（Ｒａ　＋　Ａ）コＸ［１＋Ａ（αを
−αｔ）／（Ａ＋Ｒｎ）］　　　　　　　　・・・・・
・・・・・・・・・・（３）一方、 α−１−α−［（αＲ１＋βＲ＋）／（Ｒｔ＋ｉｎ）］
−（α＋β）Ｒｓ／（ｉｔ＋ｉｔ）・・・・・・・・・
（４）（４）式を（３）式へ代入して、 ｖｅ　−Ｖａ［Ｒ＊／　（Ｒｓ　＋　Ａ）］　Ｘ　（１
＋　［Ａ／　（Ａ＋　Ｒｓ　）］Ｘ　［Ｒ１／（Ｒ１＋
Ｒｆｆｉ）］（α−β）１）Ｖ＊＝Ｖ＊（１＋　［Ａ／
　（Ａ＋Ｒｍ）］Ｘ　［Ｒｔ／　（Ｒｔ＋Ｒ＊）］×（
α−β）１）　　　　　・・・・・・・・・・・・・・
・（５）〈５）式から、中点電圧Ｖ、の変動を抑えるに
は、（（）Ｒ１の値をＲ，の値に対して十分に大きくす
る。

（ロ）Ｒ３の値をＡの値に対して十分に大きくする。

（八）αの値とβの値を等しくする。

の３つの手法が判明する。しかしながら、上記（イ）（
ロ）の手段は中点電圧Ｖ、をある一定の値にする必要が
あることからおのずと限界があり、本願の如く（八）の
手段を採ることが最も適切であることが伺える。

第２図は磁気抵抗素子（１１）（１２）に対して、外付
抵抗（１３）（１３）を直列に挿入した例である。中点
電位を負側に調整するか正側に調整するかで夫々端子（
１４）（１６）間か端子（１６）（１５）間のどちらか
一方に外付抵抗（１３）が挿入される。又は、両方に挿
入して夫々の抵抗値を個別に調整しても良い。

上記磁気抵抗素子の実際の搭載例を第３図と第４図に示
す、同図において、（２１）は黄銅板等の筒状金属製筐
体、（２２）は筐体（２１）の開口部（２１ａ）を閉鎖
する保護板である。

筐体（２１）内にはこの保護板（２２）と適当な間隙を
隔てて検出器本体（２０）が配設されている。この検出
器本体（２０）はセンサユニット（２３）、マウント基
板（２８）及び永久磁石（２９）等にて構成されている
。

センサユニット（２３）はフェライト製の磁性体基板上
に接着用樹脂を用いて磁気抵抗素子を並設したものであ
り、回転角検出用と回転数検出用の２箇所に設けである
。この磁性体基板はガラスエポキシ製のマウント基板（
２８）に穿設した穴に嵌合され、マウント基板（２８）
下面のリン青銅製の底板（２８゛）を隔てて、その下面
を底板（２８’）下面に一磁板端面を固定した円柱状の
バイアス用永久磁石（２９〉に対向させである。マウン
ト基板（２８）上にはセンサユニット（２３）を囲繞す
る環状スペーサ（３０）が設けられており、保護板（２
２）の周縁に該スペーサ（３０）の上面を接触させて保
護板（２２）と磁気抵抗素子との間隔が所定値になるよ
うにしである。各センサユニット（２３）の磁気抵抗素
子はワイヤボンドによりマウント基板（２８）表面の導
電パターンに接続され、この導電パターンはマウント基
板（２８）裏面の接続電極と電気接続が成されている。

接続電極へは各リード（３１）が半田付けにより接続さ
れ、リード（３１）は筐体（２１）内を延在して外部へ
導出される。

組立ては、先ず保護板（２２）と検出器本体（２０）を
筐体（２１）内部に挿入しリード（３１）を半田付けし
た状態で筐体の半分をエポキシ樹脂で封止する。その状
態で磁気抵抗素子（１１）（１２）の抵抗比を確認し、
外部抵抗〈１３）を接続して中間電圧を確認すると共に
抵抗値を変えて最も適切な中間電圧を得る為の抵抗値を
決定する。この決定に基いて、適切な抵抗値を持つ外部
抵抗素子り３２）を別体のプリント基板（３３）上に固
定する。プリント基板（３３）には各抵抗素子（３２）
と電気接続が成された接続リード〈３４）が設けられ、
この接続リード（３４）は筐体（２１）内のリード（３
１）のピッチと合致するようなピッチに形成きれている
。

そして、前記抵抗素子（３２）が固定きれたプリント基
板（３３）を同図に示す如く筐体（２１）内に挿入し、
リード（３１）と接続リード（３４）とを半田付けした
後筐体（２１）内の残った空間をエポキシ樹脂で封止す
る。

この様に構成すれば、外付抵抗（１３）をも磁気センサ
内部に一体化できるので、中点電圧が正確に制御された
、信頼性の高い磁気センサを実現できる。また、外付抵
抗（１３）が永久磁石（２９）の後方に位置するので、
信号磁界の変化による影響を受けにくい、そして、外付
抵抗〈１３）を一体化したことにより磁気抵抗素子（１
１）＜１２）と外付抵抗（１３つとが同じ熱的影響を受
けるものの、本願によれば両者の温度係数が一致してい
るので、温度に対する中間電圧の変化が無い。

〈ト）発明の効果 以上に説明した如く、本発明によれば磁気抵抗素子（ｏ
）（１２）と外付抵抗（１３）とを同じ材料で構成する
ことにより、両者の温度係数を一致させたので、温度変
化による中間電圧の変動が無い、優れた温度特性を有す
る磁気センサを提供できる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明を説明する為の回路図、第３図
と第４図は磁気センサの構造を示す断面図、第５図から
第７図は夫々従来例を説明する為の斜視図、回路図及び
特性図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁気抵抗効果を有する磁気抵抗素子を直列に接続
   し、それらの接続点から出力信号を取り出すと共に、前
   記磁気抵抗素子と並列又は直列に挿入した抵抗体により
   前記接続点の中点電位を所定レベルにコントロールした
   磁気センサにおいて、前記抵抗体は前記磁気抵抗素子を
   形成する半導体材料と同じ材料又は近似した温度係数を
   持つ材料で構成したことを特徴とする磁気センサ。
2. （２）前記抵抗体の材料は、ＩｎＳｂ、ＩｎＳｂ−Ｎｉ
   Ｓｂ、ＩｎＡｓのうちいずれかであることを特徴とする
   請求項第１項に記載の磁気センサ。