JPH0544962B2

JPH0544962B2 -

Info

Publication number: JPH0544962B2
Application number: JP59243717A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Onodera; Noriaki Wakabayashi; Taiji Sugizaki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-11-19
Filing date: 1984-11-19
Publication date: 1993-07-07
Also published as: JPS61120902A

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、及び
回転運動する物体の回転角度の検出等に使用され
る検出装置に関するものであり、さらに言えば、
磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜抵抗素子（以下
MR素子と称す。）を使用して磁極歯（磁性材よ
りなる歯状の凹凸）を検出する装置に関するもの
である。

従来の技術近年、物体の変位量を精度良く検出する装置と
して、MR素子を利用したものが増えてきてい
る。このような動向の中で本発明者は、MR素子
を用いて、これと相対運動を行う磁極歯を検出す
る装置として、特願昭59−12302号明細書及び特
願昭59−205807号明細書で提案してきた。

以下図面を参照しながら、上述した先頭の技術
を従来の検出装置の一例として説明する。

第３図、第４図、第５図は従来の信号検出用
MR素子を用いた検出装置の一例を示すものであ
り、第３図はMRセンサの構成及び電気的な接続
関係の説明図、第４図は検出装置の要部構成図、
第５図は信号検出用MR素子の磁界−抵抗値特性
図である。なお、各図において同一の構成部品に
ついては同一の番号を付す。

第３図において、MRセンサ１は、基板３３の
表面に信号検出用MR素子２，３，４，５，６，
７と端子８，９，１０，１１，１２，１３，１
４，１５，１６，１７，１８，１９とを形成した
ものであり、各MR素子及び端子は第３図に示す
ように電気的に接続されており、特に端子８，１
０，１２は定電圧２０、端子９，１１，１３は定
電圧２１と接続されている。なお、各信号検出用
MR素子は、被検出物である磁極歯のピツチをＰ
として、一対となる信号検出用MR素子２と５
（又は３と６、又は４と７）とで、１／２・Ｐの間隔を隔てて配置され、信号検出用MR素子２と４及
び４と６（又は３と５及び５と７）とで１／３・Ｐの間隔を隔てて配置され、結果として出力端子２
２，２３，２４より120°ずつ位相のずれた３相出
力信号力が得られるように構成している。但し、
各信号検出用MR素子は図中±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。言わゆる磁気的異方性効果を有する。

第４図は第３図のMRセンサ１を用いた検出装
置を示し、第４図Ａは平面図、ＢはＡのＳ−Ｓ線
断面図である。

この検出装置は、可動部３４が固定部２５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３４は、MRセンサ１
とバイアス磁界を供給する為の永久磁石２６とを
含んで構成され、一方固定部２５は、可動部３４
と対向する面に、凹凸のピツチがＰの磁極歯が形
成されている。さらに可動部３４と固定部２５と
は、第４図に示す様に配置され、特に基板３３は
固定部２５に対して角度α°傾いており、永久磁石
２６は固定部２５に対して平行に配置されてい
る。なお、第３図に示す各信号検出用MR素子の
電気的な接続関係は、第４図において、図面が乱
雑になるので省略する。

以上のように構成された検出装置について、以
下のその動作について説明する。

まず第４図において可動部３４が固定部２５に
沿つて±X′方向へ移動する場合を考えると、永
久磁石２６から固定部２５に向かう磁力線は、固
定部２５上の磁極歯の凹凸な形状に影響を受け、
周期的にその方向が曲げられる。磁力線は方向が
曲げられた事により、各信号検出用MR素子に対
して、その感磁方向（±Ｘ方向）の成分を含むよ
うになる（以後、この成分を信号磁界と呼ぶ）。
かつ、各MR素子と磁極歯とは、この図に示す様
に、角度α°傾けてある為、永久磁石２６より発生
した磁力線は、最初から各信号検出用MR素子に
対して、一定の感磁方向成分（オフセツト磁界）
を与えている。これは、第５図に示す、磁界−抵
抗値特性図上では、次の様な事を意味する。MR
センサ１の各信号検出用MR素子は各々、与えら
れる±Ｘ方向の外部磁界に対して第５図の様な特
性を有している。図中ａ，ｃ，ｅは非線形な領
域、ｂ，ｄは直線性の良い領域を示す。角度α°が
零の時は、磁界Ｏを中心に上記信号磁界が変化す
る為、信号検出用MR素子の磁界一抵抗値特性
中、非線形な領域Ｃを使用する事になるが、角度
α°を適当な値に設定した時は、上記オフセツト磁
界の影響で各信号検出用MR素子の動作点は、図
中Ａ（抵抗値R_O、磁界の強さ｜ ―→ H_x｜）とな
り、動作点Ａを中心に上記信号磁界が変化する
為、信号検出用MR素子の磁界−抵抗値特性中、
直線性の良い領域ｄで使用する事になる。

発明が解決しようとする問題点前述の信号検出用MR素子の磁界−抵抗値特性
は、温度特性を有する。しかし、同一基板上に近
接して形成された複数の信号検出用MR素子の各
温度特性は良く揃う為、従来の検出装置の様に２
本の信号検出用MR素子をハーフブリツジで使用
する事により、周囲温度の変化に対しては、各出
力端子より直流ドリフトの小さい出力信号を得る
事ができた。

しかしながら、各信号検出用MR素子は、電流
による自己発熱を生じる。特に、第３図に示す従
来例のように多数の信号検出用MR素子を同一基
板上に配置すると、基板中央に近い信号検出用
MR素子４，５に対して外側に配置された信号検
出用MR素子２，７の方が温度が低い場合が多
く。これによる出力信号の直流ドリフトは、出力
信号振幅の10％程度にも及ぶ事があつた。

また、永久磁石２６より発生する磁力線は、磁
極歯の影響を受けて変化するが、その磁界中に配
置された磁性材である信号検出用MR素子の影響
も受ける。その為に各信号検出用MR素子は、バ
ランス良く等間隔で配置するのが望ましいが、第
３図の従来例を見てわかるように、両端の信号検
出用MR素子２と７は、それぞれ左右のバランス
が悪く、信号磁界の乱れが発生し易い。その結
果、出力信号に歪を生じるという問題点を有して
いた。

本発明は上記問題点に鑑み、信号検出用MR素
子の自己発熱による出力信号の直流ドリフトを改
善し、さらに信号検出用MR素子自身による信号
磁界の乱れから生じる歪みを軽減する事により、
高精度な磁気検出装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するために本発明の磁気検出
装置は、少なくとも１対の信号検出用MR素子を
挾んでその両側に少なくとも１対の補償用MR素
子を配置するという構成を備えたものである。

作用本発明は上記した補償用MR素子の電流による
自己発熱を利用し、これを一種の電熱器として用
いることにより、この１対の補償用MR素子の間
に挾まれた複数の信号検出用MR素子の温度分布
を均一にする事ができる。つまり、従来の同一基
板上に配置された複数の信号検出用MR素子は、
外側に配置されたものが内側に配置されたものよ
り温度が低いので、外側の信号検出用MR素子
を、そのさらに外側に配置された補償用MR素子
の発熱によつて温めて、各信号検出用MR素子の
温度分布を均一にするものである。これにより、
従来問題とされた出力信号の直流ドリフトは、軽
減することができる。

また、補償用MR素子は、外側に配置された信
号検出用MR素子のさらに外側に配置されるの
で、この信号検出用MR素子の左右の磁気的バラ
ンスが良くなり、ここでの磁界の乱れが少なくな
る。

その結果、従来問題とされた出力信号の歪を小
さくする事ができる。

実施例以下本発明の磁気検出装置の一実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例における磁気検出装
置に使用されるMRセンサの構成及び電気的な接
続関係の説明図である。なお、この図において第
３図の従来例と同一の構成部品については同一の
番号を付す。

第１図において、MRセンサ３５は、基板３３
の表面に信号検出用MR素子２，３，４，５，
６，７と、補償用MR素子２７，２８と端子８，
９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１
６，１７，１８，１９，２９，３０，３１，３２
とを形成したものであり、各信号検出用及び補償
用MR素子は、図に示す様に電気的に接続されて
おり、特に端子８，１０，１２，２９は定電圧２
０、端子９，１１，１３，３０は定電圧２１と接
続されている。なお、各信号検出用MR素子は被
検出物である磁極歯のピツチをＰとして、１対と
なる信号検出MR素子２と５（又は３と６、又は
４と７）とで１／２・Ｐの間隔を隔てて配置され、信号検出用MR素子２と４及び４と６（又は３と
５及び５と７）とで１／３・Ｐの間隔を隔てて配置され、結果として出力端子２２，２３，２４より
120°ずつ位相のずれた３相出力信号が得られるよ
うに構成している。また、補償用MR素子２７，
２８は、各信号検出用MR素子を挾んでその両側
に配置され、信号検出用MR素子２と補償用MR
素子２７との間隔は、この実施例では各信号検出
用MR素子の配置間隔と同じにしてある。さら
に、この実施例では、補償用MR素子２７，２８
は、各信号検出用XR素子と同一のものを使用す
る。

第２図は本発明の磁気検出装置の一実施例を示
し、第２図Ａは平面図、ＢはＡのＴ−Ｔ線断面図
である。なお、その磁気検出装置は、第１図で説
明したMRセンサ３５を使用しており、同一の構
成部品は部品番号を統一する。

第２図において、この検出装置は、可動部３６
が固定部２５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３６
は第１図で説明したMRセンサ３５とバイアス磁
界を供給する為の永久磁石２６とを含んで構成さ
れ、一方固定部２５は、可動部３６と対向する面
に凹凸のピツチがＰの磁極歯が形成されている。
さらに可動部３６と固定部２５とは、第２図に示
す様に配置され、特に基板３３（又は各信号検出
用MR素子の薄膜面）は、固定部２５に対して角
度α°傾いており、永久磁石２６は固定部２５に対
して平行に配置されている。また、図示はしない
が、可動部３６を固定部２５に沿つて移動可能に
保持する為の走行保持系を有する。なお、図面が
乱雑になるので、第１図に示す各信号検出用及び
補償用MR素子の電気的な接続関係は、第２図に
おいて省略する。

以上のように構成された磁気検出装置につい
て、以下第１図及び第２図を用いてその動作を説
明する。但し、この磁気検出装置の基本的な信号
検出（磁極歯検出）原理は、第３図、第４図、第
５図で示す従来例と同じであるので、ここでは省
略する。

本発明の磁気検出装置において、この実施例で
は補償用MR素子２７，２８は、信号検出用MR
素子２，３，４，５，６，７と同じ材料、同じ形
状を有し、同じ磁界−抵抗値特性を有する。ま
た、補償用MR素子２７，２８は、各信号検出用
MR素子と共通の定電圧２０，２１と接続する事
により各信号検出用MR素子とほぼ同様に自己発
熱する。これによつて、１対の補償用MR素子２
６，２７の間に配置された各信号用MR素子の温
度を均一とすることができる。具体的には、各信
号用MR素子のうち、外側に配置された２，７
が、内側に配置された４，５よりも温度が低いと
いう従来の問題点に対して、前述の補償用MR素
子２６，２７の自己発熱を利用して、信号検出用
MR素子２，７を加熱し、結果として各信号検出
用MR素子の温度の均一化を図るものである。こ
れによつて、出力端子２２，２３，２４より得ら
れる出力信号の温度ドリフトは減少し、精度の良
い磁気検出装置を実現できる。

また、磁性材としての各信号検出用MR素子の
中で、最も磁気的なバランスの悪い最も外側に配
置された２，７は、第１図及び第２図で示すよう
に、そのさらに外側に配置された補償用MR素子
２６，２７によつて、磁気的なバランスと悪さが
改善され、ここでの磁界の乱れが軽減される。こ
れによつて、出力端子２２，２３，２４より得ら
れる出力信号の歪みが改善される。

しかも、各信号検出用及び補償用MR素子と各
端子は、基板３３上に例えば蒸着等の方法で同時
に形成されるので、補償用MR素子を付加する事
で従来とコストは変わらない。

なお、本実施例において、補償用MR素子と信
頼検出用MR素子を全く同一の物とし、かつ電源
も同一の定電圧源を使用したが、これに限定され
るものではない。目的は、複数の信号検出用MR
素子の温度分布を均一にして、かつ磁気的バラン
スを改善する事にあり、例えば、補償用MR素子
の形状を変更し、その抵抗値を変えて、ここでの
発熱量を適当に調節する事も可能である。また、
同様の目的で、補償用MR素子から信号用MR素
子までの距離を変える。補償用MR素子の定電圧
電源の電圧をコントロールする事も可能である。

発明の効果以上のように本発明は、少なくとも１対の補償
用MR素子を設けるという簡単な構成で、各信号
検出用MR素子の温度を均一にし、かつ磁気的な
バランスを改善する事ができ、これにより、信号
検出用MR素子の検出信号の直流ドリフト、歪み
を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における磁気検出装
置に使用されるMRセンサの正面図、第２図Ａは
本発明の磁気検出装置の一実施例を示す平面図、
第２図Ｂは同図ＡのＴ−Ｔ線断面図、第３図は従
来の磁気検出装置に使用されるMRセンサの正面
図、第４図Ａは従来の磁気検出装置を示す平面
図、第４図Ｂは同図ＡのＳ−Ｓ線断面図、第５図
は磁界−抵抗値特性図である。２，３，４，５，６，７……信号検出用MR素
子（強磁性薄膜抵抗素子）、２０，２１……定電
圧、２７，２８……補償用MR素子（強磁性薄膜
抵抗素子）、２５……固定部、２６……永久磁石、
３３……基板、３５……MRセンサ、３６……可
動部、Ｐ……磁極歯ピツチ。

Claims

【特許請求の範囲】１一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の手段とを含んで構成され、前記
第１の手段は、磁性材よりなる一定のピツチで形
成された磁極歯を複数含み、前記第２の手段は、
同一基板上に形成された磁気的異方性効果を有す
る複数の強磁性薄膜抵抗素子と、これに磁界を与
える永久磁石とを含み、前記複数の強磁性薄膜抵
抗素子は、前記磁極歯と前記永久磁石との間の磁
界中に配置されると共に、前記磁極歯の形成面に
対して一定の傾斜角度をもつて配置され、さらに
前記複数の強磁性薄膜抵抗素子は、前記磁極歯の
ピツチをＰとして（ｎ＋１／２）・Ｐ（ｎ：整数）の間隔を隔てて配置された少なくとも１対の信号検
出用強磁性薄膜抵抗素子と、前記信号検出用強磁
性薄膜抵抗素子を挾んでその両側に配置された少
なくとも１対の補償用強磁性薄膜抵抗素子とを含
み、各１対の信号検出用強磁性薄膜抵抗素子は、
一端で直列接続され、その接続点より出力信号を
得ると共に、残りの２端で定電圧E1、定電圧E2
に接続され、前記少なくとも１対の補償用強磁性
薄膜抵抗素子は、一端で直列接続され、残りの２
端で定電圧E3、定電圧E4に接続された事を特徴
とする磁気検出装置。２定電圧E1と定電圧E3は等しく、定電圧E2と
定電圧E4は等しい事を特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の磁気検出装置。３補償用強磁性薄膜抵抗素子は、信号検出用強
磁性薄膜抵抗素子と同一の材料より成り、同一の
形状を有する事を特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の磁気検出装置。