JPH0426047B2

JPH0426047B2 -

Info

Publication number: JPH0426047B2
Application number: JP59012302A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Onodera; Noriaki Wakabayashi; Taiji Sugizaki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-01-25
Filing date: 1984-01-25
Publication date: 1992-05-06
Also published as: JPS60155917A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、直線運動する物体の移動距離や、回
転運動する物体の回転角の検出等に使用される、
磁気的異方性効果を有する強磁性薄膜抵抗素子
（以下、MR素子と略す。）を使用した検出装置に
関するものである。

従来例の構成とその問題点第１図Ａ，Ｂは、MR素子の一例を示す平面図
と正面図である。

第１図において、MR素子よりなる感磁部２お
よび外部接続用端子部３，４は基板１の表面に形
成されており、感磁部２は第１図中、±Ｘ方向の
磁界強度の変化に応じて抵抗値が変化し、他の方
向の磁界強度の変化に対しては、抵抗値がほとん
ど変化しない、いわゆる磁気的異方性効果を有し
ている。

第２図は前記MR素子の特性図であり、前記±
Ｘ方向の磁界強度の変化に対する前記感磁部２の
抵抗値変化を示す。図中ａ，ｃ，ｅは磁界強度に
対する抵抗値変化が非直線な領域であり、図中
ｂ，ｄは比較的直線性の良い領域である。

以下に第１図および第２図で説明したMR素子
の特性を利用した検出装置について説明する。

第３図はMR素子を使用した従来の検出装置の
一例を示し、第３図のＡは平面図、ＢはＡのＡ−
Ａ線断面図である。また、第３図Ａ，Ｂにおい
て、第１図と同一の部分については同一の符号を
付している。

さて、この従来の検出装置は、可動部８が固定
部９に沿つて直線的に移動する際の両者の相対位
置関係を検出するものであり、可動部８は、表面
に感磁部２および端子部３，４を形成した基板１
と、バイアス磁界を供給する役目を持つ永久磁石
７とで構成されている。一方、固定部９は、可動
部８と対向する面に、磁性材より成る多数の歯状
の凹凸（以後、磁極歯と称す）を含んでいる。ま
た、可動部８と固定部９の対向する面は、図示は
しないが、ベアリング等の走行保持系により、両
者が一定の間隙を維持しながら平行移動できるよ
う保持されている。

今、感磁部２が、第３図Ａに示されるように、
端子部３，４を通して外部の定電流源１０，固定
抵抗器５，接地１１，出力端子６に接続された状
態で、可動部８が固定部９に沿つて定速で移動す
ると、出力端子６からは、固定部９の磁極歯のき
ざみ周期の２分の１周期の正弦波様の出力が得ら
れることは、一般に知られている。これは、永久
磁石７の発生する磁界が、固定部９の磁極歯の凹
凸な形状に影響を受け、周期的に曲げられ、可動
部８の感磁部２に対してその感磁方向（±Ｘ方
向）の成分を発生する為であり、感磁部２の抵抗
値は、第２図で説明したように、受けた磁界強度
に応じて変化する為、出力端子６には、周期的な
正弦波様の出力が現われる。これを第４図を用い
てさらに詳しく説明する。但し、第３図と同一の
部分は、同一符号を付し、重複する説明は省略す
る。

第４図中、１０１，１０２，１０３，１０４，
１０５は、永久磁石７の発生する磁力線のうち、
代表的なものを示している。第４図では、感磁部
２が磁力線１０３の通過する位置にあり、この
時、磁力線１０３は感磁部２に対して垂直に通過
する為、±Ｘ方向の成分はなく、第２図の特性図
で示すところの磁界Ｏの位置になり、感磁部２の
抵抗値は最大を示す。可動部８が移動して、感磁
部２が磁力線１０１，１０５の位置に来たときも
同じように抵抗値は最大を示す。

次に可動部８が移動して感磁部２が磁力線１０
２の位置に来た場合について考えると、磁力線１
０２は、感磁部２を斜めに通過することになる。
この磁力線１０２を直交成分に分けると、感磁部
２を垂直に通過する成分と、−Ｘ方向の成分に分
解することができ、前記の−Ｘ方向成分の磁界に
より、感磁部の抵抗値は磁界強度に応じて変化す
る。同様にして、磁力線１０４については、＋Ｘ
方向成分の磁界が生じる。ここで第２図に示すよ
うに、感磁部２の特性は、磁界Ｏを中心にして左
右対称な形を示すので、可動部８が定速で移動し
て、感磁部２が磁力線１０１から１０５の位置ま
で（磁極歯の１周期分）移動すると、その時の抵
抗値変化は、１０１から１０３までと、１０３か
ら１０５までとで、磁力線１０３の位置を中心に
左右対称になる。言い換えれば、磁極歯のきざみ
周期の２分の１の周期の出力が得られることにな
る。

しかしながら上記のような構成の検出装置にお
いては、第２図に示すMR特性のうち磁界Ｏを中
心にプラス，マイナス両方向で使用する為、非線
形領域ｃの影響で出力信号の歪が大きいという欠
点があつた。特に、高精度，高分解能な検出装置
が必要な場合、固定部９の磁極歯のきざみ周期を
細かくしてゆけば、ある程度対応できるが、信号
検出が困難になるので、一般的には電気的内挿法
等を用いて信号の高分解能化を図ることも多い。
その場合、信号処理の立場から見て、出力波形は
正弦波に近い方が望ましいが、従来の検出装置で
は、上記の歪の為に、リニアリテイーが悪く、高
分解能化も困難であつた。

以上述べてきた従来の欠点は、第２図に示す
MR素子の特性の内、非線形領域ｃを使用してい
る事に起因するので、この欠点を取り除くには、
同図の特性の内、比較的直線性（リニアリテイ
ー）の良い領域ｂまたはｄを使用すれば良いのは
明らかであるが、その為には、第１図の感磁部２
に常時、＋Ｘまたは−Ｘ方向のある一定（第２図
中ｂの領域の中心またはｄの領域の中心）の磁界
をかけておく必要があり、このような磁界（以
下、オフセツト磁界と称す）を安定して供給する
のが困難であつた。

発明の目的本発明の目的は、前述のような欠点を除去する
ものであり、部品点数を増すことなく、簡単な構
成で、MR素子に安定したオフセツト磁界を供給
することを可能とし、高精度で、応用範囲も広い
検出装置を提供することである。

発明の構成本発明の検出装置は、一定の間隙を維持しなが
ら相対運動を行う第１の手段と第２の手段とを含
めて構成され、前記第１の手段は、磁気的異方性
効果を有する強磁性薄膜抵抗素子と、これに磁界
を与える永久磁石を含み、前記第２の手段は、前
記第１の手段と対向する面に、磁性材よりなる歯
状の凹凸をその相対運動方向に多数含んでおり、
前記強磁性薄膜抵抗素子は、前記永久磁石と前記
歯状の凹凸との間の磁界中に配置されるとともに
強磁性薄膜抵抗素子の磁界感磁方向は前記相対運
動方向になるよう配置され、かつ、強磁性薄膜抵
抗素子の薄膜面は前記第２の手段の凹凸が形成さ
れた磁性材の表面に対して一定の傾斜角度をもつ
て配置されるように構成したものであり、これに
より精度の高い検出装置が実現できる。

実施例の説明以下、本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

第５図は本発明の一実施例に係るMR素子を使
用した検出装置の要部断面図を示し、Ａは平面
図、ＢはＡのＢ−Ｂ線断面図である。

この検出装置は、可動部２１が固定部２０に沿
つて直線的に移動する際の両者の相対位置を検出
するものであり、可動部２１は、表面にMR素子
よりなる感磁部１３および端子部１４，１５を形
成した基板１２と、バイアス磁界を供給する為の
永久磁石１６とで構成されている。

一方、固定部２０は、可動部２１と対向する面
に一定のきざみ周期の磁極歯を形成している。さ
らに、可動部２１と固定部２０とは、第５図のよ
うに配置され、特に基板１２と固定部２０は、角
度α゜傾けてあり、永久磁石１６と固定部２０とは
平行に配置されている。なお、図面においては説
明の都合上、可動部２１を固定部２０に沿つて移
動可能に保持する為の走行保持系は省略してい
る。また、前記感磁部１３は、第５図Ａに示すよ
うに端子部１４，１５を通して定電流源１８，固
定抵抗器１７，接地２５，出力端子１９に接続さ
れているものとする。

以上のように構成された本実施例の検出装置に
ついて、以下その動作を説明する。第５図におい
て可動部２１が固定部２０に沿つて±X′方向に
移動すると、永久磁石１６から固定子２０（−Ｚ
方向）に向かう磁力線は、第４図の従来例と同様
に、磁極歯の凹凸な形状に応じてその方向が変化
する。その様子を示したのが第６図であり、同図
中１０６，１０７，１０８，１０９，１１０は、
永久磁石１６より発生した磁力線の内、その代表
的なものを示している。

また、第７図は感磁部１３が磁力線１０６の通
過する位置にある時の要部断面図を示している。
この図において、永久磁石１６の発生するバイア
ス磁界Ｈ→_Oが、感磁部１３を斜めに通過する為、
感磁部１３には、その感磁方向（＋Ｘ方向）のオ
フセツト磁界Ｈ→_Xが与えられる事になり、そのオ
フセツト磁界Ｈ→_Xの強さは、｜Ｈ→_X｜＝｜Ｈ→_O｜〓α゜ ……(1) で与えられる。これにより、第２図に示すMR素
子の特性図の内、従来磁界Ｏを中心に磁界の±両
方向で使用していたのを、一定のオフセツト磁界
Ｈ→_Xを中心に＋又は−のどちらか一方向で使用す
ることができる様になる。感磁部１３が磁力線１
０８又は１１０の通過する位置にある時も同様で
ある。また、前述の(1)式から明らかな様に、｜Ｈ→_X
｜は永久磁石の発生するバイアス磁界｜Ｈ→_O｜の
強さを変えるか、もしくは感磁部の傾き角α゜を変
えることにより自由に設計することができるの
で、第２図に示すMR素子の特性のうち非線形な
領域ｃを避けて、比較的直線性の良い領域ｂ又は
ｄで使用することが容易で、これにより従来問題
とされた出力波形の歪も大幅に改善され精度の良
い検出装置を実現している。

次に本発明の他の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

第８図は本発明の他の実施例に係るMR素子を
使用した検出装置の要部断面図を示し、Ａは平面
図、ＢはＡのＣ−Ｃ線断面図である。なお、構成
部品は第５図に示す本発明の第１の実施例と同一
の部品を用いており、対応するものには同一の符
号を付すことにより、ここでの説明は省略する。

この検出装置は、可動部２２が固定部２０に沿
つて直線的に移動する際の両者の相対位置を検出
するものであり、基板２１と永久磁石１６を固着
して両者を一体で固定部２０に対してα゜傾けたと
いう点で第５図に示す本発明の第１の実施例とは
異なる。

以上のように構成された本実施例の検出装置に
おいても、第５図に示す第１の実施例と同様、感
磁部１３は永久磁石１６によりオフセツト磁界を
与えられる。よつて第２図に示すMR素子の特性
のうち比較的直線性の領域ｂ又はｄで使用するこ
とができ、出力端子１９からは歪の少ない正弦波
様信号が得られることが確認された。

次に本発明の更に別の実施例について図面を参
照しながら説明する。

第９図は本発明の他の実施例に係るMR素子を
使用した検出装置の主要部を示し、第９図のＡは
平面図、Ｂは正面図である。なお、第５図に示し
た本発明の実施例と同一の部品については同一の
符号を付し、ここでの説明を省略する。

この検出装置は、回転運動する歯車２４の回転
位置を検出するものであり、磁性材より成る歯車
２４と、基板１２及び永久磁石１６より成るセン
サブロツク２３とで構成され、センサブロツク２
３は、第９図に示す様に歯車２４の側面に対して
角度α゜傾けて配置しており、歯車２４の歯の側面
部で回転位置を検出するものである。この場合、
MR素子は、図中の矢印±Ｘ方向の磁界の強さに
応じて抵抗値が変化する。

以上のように構成された本実施例の検出装置に
おいても、その動作・原理は第５図に示す本発明
の第１の実施例と同様であり、ただ異なるのは、
検出の対象が直線運動から回転運動に変わつてい
る点であり、やはり歯車２４の歯の凹凸に対して
第９図Ａの様に角度α゜傾けてセンサブロツクを傾
けることにより、感磁部１３にオフセツト磁界を
与えて、第２図に示すMR特性の内、比較的直線
性の良い領域を使用し、結果として歪の少ない正
弦波様の出力を得ている。

次に本発明のもう一つの別の実施例について図
面を参照しながら説明する。

第１０図は本発明の別の実施例に係るMR素子
を使用した検出装置の主要部を示し、第１０図の
Ａは平面図、ＢはＡのＤ−Ｄ線断面図である。な
お、第５図に示す本発明の実施例と同一の部品
は、同一の番号を付し説明を省略する。

この検出装置は、回転運動する歯車２４の回転
位置を検出するものであり、センサブロツク２３
は、図に示す様に歯車２４の外周の接線Ｅ−Ｅに
対して角度α゜傾斜させて配置している。

以上のように構成した本実施例の検出装置にお
いても、第９図の実施例と同様の効果が得られ
る。

なお、以上本発明の各実施例について各々図面
を用いて説明してきたが、この中で用いたMR素
子の素子数，形状は、本発明の主旨を逸脱しない
範囲で自由に設計できることは言うまでもない。

またMR素子の使用方法についても、本発明の
各実施例において、定電流源１８，固定抵抗器１
７，接地２５のような回路構成にしているが、回
路構成はこれに限定されるものではなく、例えば
定電圧源を使用した回路構成等も考えられる。

発明の効果以上の説明から明らかなように、本発明は永久
磁石と磁極歯の間の磁界中にMR素子を配置し、
従来平行にしていた磁極歯の表面とMR素子の感
磁方向を角度α゜傾けることにより、永久磁石のつ
くる磁界をバイアス磁界として利用するだけでな
くオフセツト磁界としても利用しているので、部
品点数を増やすことなく、容易に安定なオフセツ
ト磁界が得られるようになつた。これにより、
MR特性の非線形な領域を避けて、比較的直線性
の良い領域を使用することができ、その為に従来
問題とされた出力波形の歪も大幅に改善されると
いう効果が得られる。その効果により、出力信号
を信号処理して、より高分解能な検出装置の実現
が可能となると共に高精度な検出装置の実現でき
るという優れた効果が得られるものである。ま
た、オフセツト磁界の強さは、前記角度α゜を変え
るか、もしくは永久磁石の磁界の強さを変えるこ
とにより自由に設計できるので、様々な特性の
MR素子にも容易に応用できるという効果も得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは従来例及び本発明の各実施例で
使用されるMR素子の一例を示す平面図と正面
図、第２図は第１図のMR素子の特性図、第３図
Ａ，ＢはMR素子を使用した従来の検出装置の一
例を示す要部平面図と要部断面図、第４図は第３
図に示す従来の検出装置の要部拡大断面図、第５
図Ａ，ＢはMR素子を使用した本発明の検出装置
の一実施例の要部平面図と要部断面図、第６図お
よび第７図は第５図に示す本発明の実施例の要部
拡大断面図、第８図，第９図および第１０図の各
Ａ，Ｂは各々本発明の他の実施例の要部平面図と
要部断面図である。１２……基板、１３……感磁部、１４，１５…
…端子部、１６……永久磁石、１７……固定抵抗
器、１８……定電流源、１９……出力端子、２０
……固定部、２１，２２……可動部、２３……セ
ンサ部、２４……歯車、２５……接地、１０６，
１０７，１０８，１０９，１１０……磁力線。

Claims

【特許請求の範囲】

１一定の間隔を維持しながら相対運動を行う第
１の手段と第２の手段とを含めて構成され、前記
第１の手段は、磁気的異方性効果を有する強磁性
薄膜抵抗素子と、これに磁界を与える永久磁石を
含み、前記第２の手段は、前記第１の手段と対向
する面に、磁性材よりなる歯状の凹凸をその相対
運動方向に多数含んでなり、前記強磁性薄膜抵抗
素子は、前記永久磁石と前記歯状の凹凸との間の
磁界中に配置されるとともに強磁性薄膜抵抗素子
の磁界感磁方向は前記相対運動方向になるように
配置され、かつ、強磁性薄膜抵抗素子の薄膜面は
前記第２の手段の凹凸が形成された磁性材の表面
に対して一定の傾斜角度をもつて配置されている
事を特徴とする検出装置。