JPS5970978A - 磁気センサおよび位相・変位量検出装置 - Google Patents

磁気センサおよび位相・変位量検出装置

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JPS5970978A
JPS5970978A JP57180561A JP18056182A JPS5970978A JP S5970978 A JPS5970978 A JP S5970978A JP 57180561 A JP57180561 A JP 57180561A JP 18056182 A JP18056182 A JP 18056182A JP S5970978 A JPS5970978 A JP S5970978A
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magnetic
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magnetic sensor
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Masaru Motokawa
元川 勝
Kunihiro Matsuda
邦宏 松田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices

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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、二、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1
〜たことを特徴とする磁気セン丈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1Iに示したように、Ni −FeやNi−
Coなどの二、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 、15向に磁化容易
側1をもつことから、X方向あるいはX−Y面1で平行
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1−だ場合の磁界強度
と抵抗値の関係を示しており、また、第3図id 、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−C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1(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1di(B3XとI]B4えである。
このときの抵抗値変化量は第12図に示しだように、後
述する本発明実施例に比較して大変小さいものであった
これは次の理由によるものである。従来例では、第5図
に示すエアーギヤラフ0g1とg3の増減によって生じ
る磁気回路のZm磁気損失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太
きくしてセンサ素子に印加される磁界強度をOにするこ
とは不可能に近い。すなわちH03はOにはなりえない
、まだ、磁気回路に11杵気損失を有することからバイ
アス磁界を犬きくとらなくてはならず、この腸合もれ磁
路りを形成してト■83Xは増大の傾向上たどる。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。このだめ第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、二、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、は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ットを有する磁性材料、若し
くは磁気的(C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ぜた、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上に形成さ汎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に被検出体とした図が第8図Cfi、)、 
(B)であり、それぞれの磁気センサに作用ずべき磁界
強度はHBjXとHB2Xである。これらの磁界はセン
サに作用するS界Hn1とHB2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)においてば■]
、1が薄11〜に垂直なためHlllx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(H)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HB2となり、従って、第9図(B)
に示したように、ベクトル分解されたI(B2Xを生じ
せしめる。す力わち、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HI12X捷でのきわめて
大きな値をとることがわかる。従って第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犬であること
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わ、、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
6てはほとんど感知せず、また2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
った場合には、第10図において本発明実施例を、寸た
第11図には従来例をそれぞれ永しだが、被検体が鉄の
ごとき磁性材料5であっ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otたは極めて0に近い状態を容易に作りう
ることか明らかである。
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HR2Xの磁界成分を増大することがmに磁石の
発生する磁界を増すことによって簡単に得られるのに対
し、従来例によるところの■(R4Xはもれ磁路の影響
を考慮せねばならず、さらZで磁気回路の撰失を考慮す
る必要があることから、簡単にH114X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・変位膿検出装
置を形成した場合について述べる。第13図はもっとも
簡易な位相・変位一層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、Ibと2ケの固定抵
抗器Rとをブリッジ状にくみ、固定抵抗k Rの中点と
強磁性薄膜抵抗素子1a、Ibの中点との2点から差動
1」4力を得だものが出力信号電圧(Vout )であ
り、他のブリッジ端の2点に電源(Vo)とアースを接
続1−だものであり、バイアス方式(−1: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イ
1とする。ただし、被検体は複数個の凹凸を持った状態
もしくは、複数個のN極とS極を持った状態とする。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
に考えうろことを付記する。
(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i¥1−1個々の麦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じせしめた構造。
(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
とを混在ぜしめた構造。
(4)  ブリツノを構成する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」二に
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ったものであり、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、エアーギャップが0.5
 mmの場合、出力信号IIておいて28 dB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ば、その材質がNi −
FeやNi −CoあるいはN1に他種の複数の原素で
含有する強磁性薄膜抵抗素子であり、磁界感知方向が膜
面に平行々方向に有するもの(で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界感知方向としてイ
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i、−1
,面に垂直なパ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h¥ff
zの磁気損失を減少ぜ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
、凹凸全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ブ対量カ電圧の関係
を比較して示した図である。 1、 、1 a 、 1 b・・・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。 第1図 第2図 岬 力0 期成 ズト 第3図 第4図 第6図 (Al    tBl 第5図 (A1 (81 第7図 375− 第8図 (A1 第10図 6 第11図 第12図 第13図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  ニッケル合金の強磁性薄膜からなる磁電変換
    素子と、該磁電変換素子の膜面に対してほぼ垂直な磁界
    を発生させ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. (2)  ニッケル合金の強磁性薄膜からなる磁電変換
    素子および該磁電変換素子の膜面に対してほぼ垂直な磁
    界を発生させる磁界発生手段からなる磁気センサと、凹
    凸あるいはスリットを有する磁性材料とを組み合わ伊て
    彦り、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ットの移動に応
    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. (3)  ニッケル合金の強磁性薄膜からなる磁電変換
    素子および該磁電変換素子の膜面に対してほぼ垂直な磁
    界を発生させ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 r@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。
JP57180561A 1982-10-16 1982-10-16 磁気センサおよび位相・変位量検出装置 Granted JPS5970978A (ja)

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Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63205516A (ja) * 1987-02-23 1988-08-25 Nippon Denso Co Ltd 近接センサ
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WO2006123758A1 (ja) * 2005-05-19 2006-11-23 Uchiyama Manufacturing Corp. 磁気エンコーダ及び被検出部材

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JPS51100568U (ja) * 1975-02-10 1976-08-12

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