JPS6011181A - Magnetic field sensor - Google Patents
Magnetic field sensorInfo
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- JPS6011181A JPS6011181A JP59028014A JP2801484A JPS6011181A JP S6011181 A JPS6011181 A JP S6011181A JP 59028014 A JP59028014 A JP 59028014A JP 2801484 A JP2801484 A JP 2801484A JP S6011181 A JPS6011181 A JP S6011181A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、磁気汝方性を有し、その磁化容易方向が表面
に治った方向である溝型性薄層で形成されたセンサ表面
を有する磁界センサおよびそのよう外磁界センサを用い
た位置センサに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention has a sensor surface formed of a groove-shaped thin layer having magnetic orientation and whose easy magnetization direction is a direction on the surface. The present invention relates to a magnetic field sensor and a position sensor using such an external magnetic field sensor.
従来よりホール効果は磁界の測定に使用されている。電
流が導体を流れ、同時に磁界が電流に垂直にこの導体に
作用するとこれら電流および磁界の両者の方向に対して
垂直な方向に起電力が発生し、それは電圧として導体の
表面から取り出すことができる。もしもこの導体が磁気
異方性を示し、その磁化容易方向が電流の方向と一致し
ているならば、付加的な起電力が発生され、その方向は
磁界および電流の方向によって決定される平面にある。The Hall effect has traditionally been used to measure magnetic fields. When a current flows through a conductor and at the same time a magnetic field acts on the conductor perpendicular to the current, an electromotive force is generated perpendicular to the direction of both the current and the magnetic field, which can be extracted from the surface of the conductor as a voltage. . If this conductor exhibits magnetic anisotropy and its direction of easy magnetization coincides with the direction of the current, an additional emf is generated whose direction is in the plane determined by the magnetic field and the direction of the current. be.
この効果は[プレーナポール効果」と呼ばれている。This effect is called the "planar pole effect."
この効果を利用した磁界センナは例えば磁気異方性を示
す円板状金属薄板から成り、その磁化容易方向は金属薄
板の平面に沿った方向にある。このセンサは4個の端子
を備え、それらはその周辺に等間隔で配置され、互いに
交叉する2つの電流路が形成され、その一方は磁気異方
性の磁化容易方向にある。そのようか磁界センサを薄膜
技術を使用して製作することも知られている(例えばP
hys、5tat、Sol、第26巻第565頁のV、
D、Ky氏の論文rP1anar Hall FJff
ect inFerromagnetic Fi1ms
’、 1968年参照)。A magnetic field sensor that utilizes this effect is made of, for example, a disc-shaped thin metal plate that exhibits magnetic anisotropy, and the direction of easy magnetization is along the plane of the thin metal plate. This sensor has four terminals, equally spaced around its periphery, forming two current paths that intersect with each other, one in the easy magnetization direction of the magnetic anisotropy. It is also known to fabricate such magnetic field sensors using thin film technology (e.g. P
hys, 5tat, Sol, Vol. 26, p. 565,
D, Ky's paper rP1anar Hall FJff
ect inFerromagnetic Fi1ms
', 1968).
このような磁界センサは弱い、特に空間的に制限された
磁界を測定するのに非常に適したものである。その感度
は略々保磁力に比例しており、したがって下隅を有する
。従来のセンサは金属合金、好ましくはニッケル、鉄お
よびコバルトの合金を使用する。このような合金によっ
て得るととができる最小保磁力は約100 mA/mで
ある。Such magnetic field sensors are very suitable for measuring weak, especially spatially restricted, magnetic fields. Its sensitivity is approximately proportional to the coercivity and therefore has a lower corner. Conventional sensors use metal alloys, preferably nickel, iron and cobalt alloys. The minimum coercive force that can be obtained with such alloys is about 100 mA/m.
磁界の存在は導体を横切って発生されるホール電圧を生
じるだけではなく、この導体の電気抵抗を変化させる。The presence of a magnetic field not only causes a Hall voltage to be generated across a conductor, but also changes the electrical resistance of this conductor.
この効果もまた磁界強度の測定に利用できる。しかし表
から弱い磁界がこの方法で測定されるとき、導体の電気
抵抗は他の因子、特に温度変化によっても影響を受けて
擾乱される。This effect can also be used to measure magnetic field strength. However, it can be seen from the table that when weak magnetic fields are measured in this way, the electrical resistance of the conductor is also influenced and perturbed by other factors, especially temperature changes.
本発明の目的は、非常に弱い磁界でも測定することので
きる磁界センサを提供することである。An object of the present invention is to provide a magnetic field sensor that can measure even very weak magnetic fields.
本発明によればセンサ表面(薄膜または薄層状のセンサ
体を以下センサ表面と呼ぶ)は強磁性アモルファス金属
で作られる。その好ましい実施態様については特許請求
の範囲第2項乃至第8項に記載されている。According to the invention, the sensor surface (the thin film or layered sensor body is hereinafter referred to as sensor surface) is made of a ferromagnetic amorphous metal. Preferred embodiments thereof are described in claims 2 to 8.
本発明による磁界センサの有利な特性は非常に高い分解
能を有する位置検出装置を可能にする。The advantageous properties of the magnetic field sensor according to the invention enable a position detection device with very high resolution.
以下添付図面を参照に実施例で詳細−説明する。 Embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
プレーナホール効果に基づく磁界センサの感度はそれに
作用する異方性磁界強度が減少するに従って増加する。The sensitivity of a magnetic field sensor based on the planar Hall effect increases as the anisotropic magnetic field strength acting on it decreases.
最低の可能々異方性磁界強度は材料の保磁力に等しい。The lowest possible anisotropic field strength is equal to the coercivity of the material.
強磁性アモルファス金属はその保磁力が約100 mA
7cm より小さいよう製造されることができる。この
約]00m)v−と云う値は結晶金属合金における最小
の達成し得る保磁力の値である。アモルファス金属は主
として薄い条帯(100μmの厚さlでのもの)の形態
で製造され、それから小さい円板が打抜かれ、或いは薄
い層(5μmの厚さまでのもの)の形態で製造される。Ferromagnetic amorphous metal has a coercive force of about 100 mA
Can be manufactured to be smaller than 7 cm. This value of approximately ]00 m)v- is the minimum achievable coercive force value in crystalline metal alloys. Amorphous metals are mainly produced in the form of thin strips (with a thickness of 100 μm), from which small disks are punched out, or in the form of thin layers (with a thickness of up to 5 μm).
この薄層は蒸着或いはカッーFスパ、タリングによって
製造されることができる。This thin layer can be produced by vapor deposition or by coating.
磁界センサに適したアモルファス金属は鉄族の遷移元素
に基づく合金である。アモルファス金属はまたB 、
C、Si 、Ge、Pより成る群から得られた半金属お
よび、或いはTi 、 Zr 、 )If 、Nbから
成る群から得られた遷移金属を含んでいてもよい0アモ
ルファス金属の5 i+−セント(原子裂)まで他の元
素が含まれていてもよい。特に適しているのはCo−F
eベースの合金、好ましくはCozFeyBl 0n−
x−yで、70<x<80.4<:y<10(ただしx
、yは原子チ)であるアモルファス金属である。Amorphous metals suitable for magnetic field sensors are alloys based on transition elements of the iron group. Amorphous metals are also B,
5i+- cents of 0 amorphous metals which may contain metalloids from the group consisting of C, Si, Ge, P and/or transition metals from the group consisting of Ti, Zr, )If, Nb. Other elements may be included up to (atomic fission). Especially suitable is Co-F
e-based alloy, preferably CozFeyBl On-
x-y, 70<x<80.4<:y<10 (where x
, y is an amorphous metal.
磁気異方性における磁化容易方向は例えば磁界中におけ
る焼入れ(temper)によって得られる。The easy magnetization direction in magnetic anisotropy can be obtained, for example, by tempering in a magnetic field.
すず本発明において使用されるプレーナホール効果を第
1図を用いて説明する。図は方形のセンサ表面、例えば
厚さd XIl’1ili bおよび任意であるが充分
な(後述する)長さの金属薄片部材或いは基体上に伺着
された薄膜を示す。変化しない異方性磁界■■には長手
方向にセンサ表面に与えられる。図示されない電極を通
って与えられ、取り出される電流密度Jの電流は異方性
磁界瓜と平行に図示し々い電極を介して流れる。測定さ
れるべき外部磁界Hはセンサ表面に沿った方向で異方性
磁界■(kに垂直な方向にあ・る。磁化Mは異方性磁界
Hkの方向から外部磁界Hの方向へ角度ψ回転した方向
である。異方性磁j%Hkの方向はまた「磁化容易方向
」と呼ばれ、それと垂直の方向は「磁化困難方向」と呼
ばれる。プレーナホール効果は、理想的な場合には均一
で異方性磁界Hkおよび密度jの電流の方向に垂直の方
向でかつセンサ平面にある電界を生成する。この電界に
よって生じるホール電圧Ul(はセンサ表面の長手方向
の両側に対向して位置する2個の電極から取り出すとと
ができる。The planar hole effect used in the present invention will be explained with reference to FIG. The figure shows a rectangular sensor surface, for example a thin film deposited on a metal foil member or substrate of thickness d XIl'1ili b and an optional but sufficient length (described below). An unchanging anisotropic magnetic field ■■ is applied to the sensor surface in the longitudinal direction. A current of current density J applied and extracted through the electrodes not shown flows through the electrodes not shown parallel to the anisotropic magnetic field. The external magnetic field H to be measured lies along the sensor surface in the direction perpendicular to the anisotropic magnetic field (k).The magnetization M is at an angle ψ from the direction of the anisotropic magnetic field Hk to the direction of the external magnetic field H. The direction of the anisotropic magnetization j%Hk is also called the "easy magnetization direction," and the direction perpendicular to it is called the "hard magnetization direction."The planar Hall effect is It generates a uniform, anisotropic magnetic field Hk and an electric field oriented perpendicular to the direction of the current of density j and in the sensor plane. If you take it out from the two electrodes, you will get a.
電流密度jの電流Iは長手方向の両端に位置する短い辺
に対向して取り伺けられた2個の電極を介して流通する
。もしもこれらの電極が短い辺の幅全体に亘って存在す
るならば、ホール電圧はそれら電イウによって小なくと
も一部は短絡される。また、もしもそれらの電流供給電
極が辺の幅全体に亘って存在しないならばセンサ表面に
流れる電流は均一ではなくなる。測定は一ホール電圧を
測定するだめの電極によって、および測定の目的でこれ
らの電極から何等かの電流を取り出すことによって行わ
れる。もしもセンサ表面およびそれに取付けられた電極
の幾何学的形状寸法がホール電圧を与える電極の間の領
域において電流密度jおよびプレーナホール効果で生じ
る電、界強度の両者が均質であるように整合されるなら
ばセンサは理想的のものと考えることができる。A current I having a current density j flows through two electrodes facing each other on the short sides located at both ends in the longitudinal direction. If these electrodes are present over the entire width of the short side, the Hall voltage will be at least partially shorted by these electrodes. Furthermore, if these current supply electrodes are not present over the entire width of the side, the current flowing across the sensor surface will not be uniform. Measurements are made by means of electrodes that measure the Hall voltage and by drawing some current from these electrodes for the purpose of measurement. If the geometry of the sensor surface and the electrodes attached to it are matched such that both the current density j and the electric field strength produced by the planar Hall effect are homogeneous in the region between the electrodes providing the Hall voltage. In that case, the sensor can be considered ideal.
その場合には、
(2)
U、、 =−、Z p −j Ib 0sln2ψUn
′++slnψ°匹Φ、 、 (3)ここで、pii′
fレーナホール定数である。In that case, (2) U,, =-, Z p −j Ib 0sln2ψUn
′++slnψ° Φ, , (3) Here, pii′
f is Lehnerhall constant.
そのようなセンサ表面、例えば製造中或いはそれに続く
温度処理中に所望の方向(印加される異方性磁界によっ
て特徴付けられる磁化容易方向)を与えられた薄層が異
方性磁界)Ikに垂直でセ/す平面にある外部磁界H中
に置かれる時、bsln2ψ(2式)がその時電極間に
生じる。電圧Unはまたsinψ・魚ψ・百に比例する
(3式)ものである。それらの式から明ら−かなように
UHはHkが減少するに従って増加する。すなわちセン
サの感度はHkの減少に従って増加する。Hlcに対す
る下限は保持力Heである。結晶金属では約100mA
/cm より小さい保磁力は得られない。強磁性アモル
ファス金属、特にCo −Feをベースとする合金では
著しく低い値を得ることができる。それ故そのようなア
モルファス金属はプレーナホール効果を利用する磁界セ
ンサで使用するのに特に適している。この目的に特に適
していることが立証された合金はC0XFeyB1oo
−ニー7 で、70<x<、80 、4<:y<10
(x 、 yは原子%)の合金である。実験でけC7s
F e s B 2 oおよびC080B20が好ま
しい結果を与えた。Such a sensor surface, for example a thin layer that has been given a desired orientation (easily magnetized direction characterized by an applied anisotropic field) during fabrication or subsequent temperature treatment (anisotropic field) perpendicular to Ik When placed in an external magnetic field H lying in the plane of C/S, bsln2ψ (equation 2) then occurs between the electrodes. The voltage Un is also proportional to sin ψ, fish ψ, and 100 (equation 3). As is clear from these equations, UH increases as Hk decreases. That is, the sensitivity of the sensor increases as Hk decreases. The lower limit for Hlc is the holding force He. Approximately 100mA for crystalline metals
A coercive force smaller than /cm2 cannot be obtained. Significantly lower values can be obtained with ferromagnetic amorphous metals, especially alloys based on Co--Fe. Such amorphous metals are therefore particularly suitable for use in magnetic field sensors that utilize the planar Hall effect. An alloy that has proven particularly suitable for this purpose is C0XFeyB1oo
-knee 7, 70<x<, 80, 4<:y<10
(x, y are atomic %). Experiment with C7s
F e s B 2 o and C080B20 gave favorable results.
鉄族の遷移元素に基づく合金である他のアモルファス金
属を使用することも可能でちる。そのような合金はまた
B 、 C、Si、Ge、Pより成る群から選ばれた半
金属および、或いはTi 。It is also possible to use other amorphous metals, which are alloys based on transition elements of the iron group. Such alloys may also include semimetals selected from the group consisting of B, C, Si, Ge, P, and/or Ti.
Zr 、 T(f 、 Nb から成る群から選ばれた
遷移金属を含んでいてもよい。アモルファス金属の5チ
(原子チ)まで他の元素を含んでいてもよい。It may contain a transition metal selected from the group consisting of Zr, T(f, and Nb). It may also contain other elements up to 5 atoms (atomic atoms) of the amorphous metal.
以下第2図によって磁界センサの実施例を説明する。第
2図はセンサの上面図および断面図を示す。4個の電極
13が円板状石英基体11の上面に付着されている。電
極13は円板の外側領域に半径方向に90度の間隔で配
置されている。それらはクロームの接着層を備えた金よ
り成る。円形のセンサ表面12が石英基体ll上に同心
状に、電極を一部汐うように付着されている。それはC
07sF85B2o より成9、スパッタリングによっ
て厚さ100乃至500 nm の層として形成されて
いる。直径は約5乃至20腿である。この層はまた蒸着
によって形成されてもよい。センサ表面12は磁気異方
性を示し、その磁化容易方向はセンサ表面において2個
の対向する電極13を結ぶ線に平行である。この磁化容
易方向は磁界中での焼入i′1. (350℃、400
A/mにおいて30分)によってセンサ表面に与えら
れる。それは異方性磁界強度Hk として示されている
。全センサ表面12は磁化が磁化容易方向に平行である
単一の磁区を表わす。An embodiment of the magnetic field sensor will be described below with reference to FIG. FIG. 2 shows a top view and a cross-sectional view of the sensor. Four electrodes 13 are attached to the top surface of the disc-shaped quartz substrate 11. The electrodes 13 are arranged in the outer region of the disk at radial intervals of 90 degrees. They are made of gold with an adhesive layer of chrome. A circular sensor surface 12 is deposited concentrically on the quartz substrate 11, partially overlapping the electrodes. That is C
The layer is made of 07sF85B2o and is formed by sputtering to a thickness of 100 to 500 nm. The diameter is about 5 to 20 thighs. This layer may also be formed by vapor deposition. The sensor surface 12 exhibits magnetic anisotropy, the direction of easy magnetization being parallel to a line connecting two opposing electrodes 13 on the sensor surface. This direction of easy magnetization is determined by hardening i'1 in a magnetic field. (350℃, 400℃
A/m for 30 minutes) is applied to the sensor surface. It is indicated as the anisotropic field strength Hk. The entire sensor surface 12 represents a single magnetic domain with magnetization parallel to the easy magnetization direction.
原理的に磁気異方性はまた製造処理中にすてに得ること
ができる。すなわち石英基体1ノがス・フッタリング或
いは蒸着処理中磁界中にある時には磁気異方性を得るこ
とができる。薄層の代りにセンサ表面12は上述のアモ
ルファス金属で作られた薄片であってもよい。In principle, magnetic anisotropy can also be obtained already during the manufacturing process. That is, magnetic anisotropy can be obtained when the quartz substrate 1 is placed in a magnetic field during the footing or vapor deposition process. Instead of a thin layer, the sensor surface 12 may also be a flake made of the amorphous metal mentioned above.
異方性磁界Hkの方向において互いに対向して配置され
たこの磁界センサの2個の電極は質流Iを供給する電源
に接続される。この電流を流しているセンサが磁化困難
方向(磁化容易方向に垂直の方向)の外部磁界H中に置
かれる時、センサ表面12中の磁化Mは磁化容易方向か
ら困難方向の互いに対向した電極間にsinψ・いψ・
iに比νげるホール電圧が発生する。ここでdはセンサ
表面12の層の厚さである。外部磁界が磁化困難方向を
向いていない時でさえも、磁化Mは磁化容易方向から正
確に定められた角度だけ回転する。この場合にもまた、
ホール電圧が発生L2、磁界の大きさおよび方向は、た
とえ2個の磁界センサの磁化容易方向が互いに垂直でな
い場合であっても2個の磁界センサによって正確に決定
できる。これは適当に分布した電極を有する単一の基体
を使用して両センサを構成することを可能にする。The two electrodes of this magnetic field sensor, which are arranged opposite to each other in the direction of the anisotropic magnetic field Hk, are connected to a power supply supplying a mass flow I. When the sensor through which this current is flowing is placed in an external magnetic field H in the direction of difficult magnetization (perpendicular to the direction of easy magnetization), the magnetization M in the sensor surface 12 is between the mutually opposing electrodes in the direction of hard magnetization from the direction of easy magnetization. ni sinψ・iψ・
A Hall voltage compared to i is generated. Here d is the layer thickness of the sensor surface 12. Even when the external magnetic field is not pointing in the hard direction, the magnetization M is rotated by a precisely defined angle from the easy direction. Also in this case,
When the Hall voltage is generated L2, the magnitude and direction of the magnetic field can be accurately determined by the two magnetic field sensors even if the easy magnetization directions of the two magnetic field sensors are not perpendicular to each other. This allows both sensors to be constructed using a single substrate with appropriately distributed electrodes.
石英の代りに基体としてガラス、半導体材料或いはセラ
ミック材料も使用可能である。Instead of quartz, it is also possible to use glass, semiconductor materials or ceramic materials as the substrate.
第3図は磁界センサ(、? 7 、32 、33で構成
されている)と永久磁石34と2個の中間マスク(それ
ぞれ35.37および36.38で構成されている)か
ら成る位置センサの断面図を示す。各マスクは非導電性
で強磁性まだはフェリ磁性ではない支持体35.36と
その上に付着された軟磁性体層37.38とより成る。Figure 3 shows a position sensor consisting of a magnetic field sensor (consisting of ?7, 32, 33), a permanent magnet 34 and two intermediate masks (consisting of 35.37 and 36.38, respectively). A cross-sectional view is shown. Each mask consists of a non-conductive, ferromagnetic but not yet ferrimagnetic support 35,36 and a soft magnetic layer 37,38 deposited thereon.
2個のマスクは相対的に移動可能であり、軟磁 ・性体
層は開口39を有しく第4図番・照)、それは全体とし
て2個のマスクの位置の相互関係に応じてセンサを永久
磁石の磁界から遮蔽し、或いはセンサに磁界の一部を通
過させるように設計されている。2個のマスクの一方だ
けが可動であり検知されるべき位「、を示し、一方他方
のし
直方向に離れて)位置札、磁石がセンサ表面に平行にな
っているように配信される。その時永久磁石の磁力線は
センサ表面に垂直々平面にある。2個のマスクによって
構成されたシャッターが開かれると、磁力線の一部はセ
ンサ表面に到達する。磁界センサはその磁気異方性磁界
Hkの磁化容易方向がこれらの磁力線に垂直である(第
3図で紙面に垂直である)ように方向を定められている
。ホール電圧UHは2個の電イ詣、?3によって取り出
される。これらの電極33お・よび永久磁石34の2(
jilの磁柿は略々センサ表面に垂直な平面(図の紙面
)にある。電流■は異方性磁界Hkに平行に流れる。The two masks are movable relative to each other and the soft magnetic material layer has an aperture 39 (see Figure 4), which permanently positions the sensor depending on the relative position of the two masks as a whole. It is designed to shield from the magnetic field of the magnet or to allow a portion of the magnetic field to pass through to the sensor. Only one of the two masks is movable and indicates the position to be detected, while the position tag (at a distance in the direction of the other) is distributed such that the magnet is parallel to the sensor surface. At that time, the magnetic field lines of the permanent magnet are in a plane perpendicular to the sensor surface. When the shutter made up of two masks is opened, a part of the magnetic field lines reaches the sensor surface. The magnetic field sensor uses the magnetic anisotropic magnetic field Hk are oriented such that the easy magnetization direction of is perpendicular to these magnetic field lines (perpendicular to the plane of the paper in Figure 3).The Hall voltage UH is extracted by two electric currents, ?3. electrode 33 and permanent magnet 34 (2)
Jil's magnetic persimmon lies on a plane (plane of paper in the figure) approximately perpendicular to the sensor surface. The current ■ flows parallel to the anisotropic magnetic field Hk.
第4図は2個のマスクの一方の一部の土面図および断面
図を示し、そのマスクは支持体35゜軟磁性体層37か
も成り、開0.39を有する。FIG. 4 shows a top view and a cross-sectional view of a portion of one of the two masks, which also consists of a support 35° and a soft magnetic layer 37, and has an opening of 0.39.
他方のマスクも同じ設計である。The other mask is of the same design.
第5図は、ブレーナホール効果を利用した磁界センサを
有する位置センサの別の実施例を示す。磁界センサlは
マスク3の、一方の側に設けられた支持体2内に配置さ
れている。マスク3のそれと反対側には磁界センサlと
対向して永久磁石4が配置されている。永久磁石4の両
磁析を通る軸はマスク3に平行である。マスク3はこの
永久磁石4の軸に平行なスリットを備えている。磁界セ
ンサIはセンサ表面がマスク3に垂直で永久磁石4の軸
を含む平面にある。異方性磁界Hkによって特徴付けら
れる磁化容易方向はマスク3に垂直である。2個の電極
は電流■が異方性磁界■■にと平行に流れることができ
るように磁界センサ1に設けられる(これらの電極の一
方はマスク3に面しており、他方は反対側にある)。さ
らに別の2個の電極が磁界センサ1のセンサ表面の頂部
および底部に設けられ、それらの電極6からホール電圧
を得ることができる。主としてスリット5を通って永久
磁石の磁界は磁界センサ1中にその端縁から侵入する。FIG. 5 shows another embodiment of a position sensor having a magnetic field sensor using the Brehner-Hall effect. The magnetic field sensor l is arranged in a support 2 provided on one side of the mask 3. On the opposite side of the mask 3, a permanent magnet 4 is arranged facing the magnetic field sensor l. The axis passing through both magnetizations of the permanent magnet 4 is parallel to the mask 3. The mask 3 has a slit parallel to the axis of the permanent magnet 4. The magnetic field sensor I has a sensor surface on a plane perpendicular to the mask 3 and including the axis of the permanent magnet 4. The easy magnetization direction, characterized by the anisotropic field Hk, is perpendicular to the mask 3. Two electrodes are provided in the magnetic field sensor 1 such that the current ■ can flow parallel to the anisotropic magnetic field ■■ (one of these electrodes faces the mask 3, the other faces the opposite side) be). Two further electrodes are provided at the top and bottom of the sensor surface of the magnetic field sensor 1, from which the Hall voltage can be obtained. The magnetic field of the permanent magnet enters the magnetic field sensor 1 mainly through the slit 5 from its edge.
その時ホール電圧は信号7として上下の電極6から取り
出され、マスク3が永久磁石4と磁界センサ1との間で
移動するとその信号70大きさはスリット5と中間の金
属条帯橋絡体8とのシーケンスに従って変化する。At that time, the Hall voltage is extracted from the upper and lower electrodes 6 as a signal 7, and when the mask 3 moves between the permanent magnet 4 and the magnetic field sensor 1, the magnitude of the signal 70 changes between the slit 5 and the intermediate metal strip bridge 8. changes according to the sequence of
第6a図乃至第6c図は第5図の装置を3方向から見た
図である。−参照記号NおよびSは永久磁石4の磁極を
示し、その他の参照記号は第5図のものと対応している
。6a to 6c are views of the apparatus of FIG. 5 from three directions. - Reference symbols N and S designate the magnetic poles of the permanent magnet 4; the other reference symbols correspond to those in FIG.
第7図は、磁界センサlがマスク3のパターンの前を距
離Xだけ平行に移動し、定常磁界がマスク3の背後に存
在する場合の磁界センサ1の出力として得られる信号7
の交流電圧成分Wを示す。第5図および第6a図乃至第
6c図の装置によって同じ出力信号が移動するマスク3
により得られる。FIG. 7 shows the signal 7 obtained as the output of the magnetic field sensor 1 when the magnetic field sensor 1 moves parallel to the pattern of the mask 3 by a distance X and a steady magnetic field exists behind the mask 3.
shows the AC voltage component W of . A mask 3 in which the same output signal is transferred by the apparatus of FIGS. 5 and 6a to 6c.
It is obtained by
第5図の装置において、プレーナポール効果を利用して
いる磁界センサの表面は磁力線の方向にある。2次元セ
ンサの代りに「線形」センサが形成される。磁界感知表
面の代りに磁界感知線があり、それによって磁界は磁界
に垂直な方向に走査され、したがってこの線に垂直な方
向に走査される。もしも磁界がマスク3のような「磁気
格子」によって変調される々らば、この変調はセンサの
薄層の縁部により、すなわち磁力線に平行な紛により、
高度か位置の精確度で走査されることができる。In the device of FIG. 5, the surface of the magnetic field sensor utilizing the planar pole effect is in the direction of the magnetic field lines. Instead of a two-dimensional sensor, a "linear" sensor is formed. Instead of a magnetic field sensitive surface there is a magnetic field sensitive line, by means of which the magnetic field is scanned in a direction perpendicular to the magnetic field and thus in a direction perpendicular to this line. If the magnetic field is modulated by a "magnetic grating" such as the mask 3, this modulation is caused by the edges of the thin layers of the sensor, i.e. by the particles parallel to the magnetic field lines.
Can be scanned with altitude or position accuracy.
位置センサは主として位置を決定するため、或いは自動
装置中の機械部品の速度或いは加速度を測定するために
使用される。Position sensors are primarily used to determine position or to measure the velocity or acceleration of mechanical parts in automatic equipment.
もしも目的物の位置が観測されるべきであれば、この目
的物によって影響を受ける磁界の変化が目的物の位置を
決定するために利用されるととができる。もしも目的物
が強磁性体でなければ、磁石と磁界センサとの間に延在
する磁気的に滲透するマスクが割当てられる。そのよう
な装置は簡単で頑丈で、多くの用途に容易に適応される
。しかしながら、もしも運動中の小さな変化が正確に記
録されるべきであるならば、通常の磁界検知性センサの
空間的大きさはそめような装置の分解能を制限する。そ
のような場合には通常光学的装置が使用され、それにお
いて例えば開ロバターン或いは格子を設けられた1個或
いは2個のマスクが放射線源と放射線検出器との間で移
動される。そのような格子が光学的に走査されて運動す
る部品の位置、速度、或いは加速度を正確に決定する時
、2つの要求が対立する。すなわち、運動の分解能(パ
ルス数/路長)および輝度に依存する装置の感度であり
、したがって例えば光ビームの直径によって決定される
。光ビームの直径が小さくなる程分解能は増加するが、
得られる感度は低下する。If the position of an object is to be observed, the changes in the magnetic field affected by this object can be used to determine the position of the object. If the object is not ferromagnetic, a magnetically transparent mask is assigned that extends between the magnet and the magnetic field sensor. Such devices are simple, robust and easily adapted to many applications. However, if small changes in motion are to be accurately recorded, the spatial size of conventional magnetic field sensitive sensors limits the resolution of such devices. In such cases, optical devices are usually used, in which one or two masks, for example provided with an open pattern or a grating, are moved between the radiation source and the radiation detector. When such gratings are optically scanned to accurately determine the position, velocity, or acceleration of a moving part, two demands conflict. That is, the sensitivity of the device depends on the resolution of motion (number of pulses/path length) and the brightness, and thus is determined, for example, by the diameter of the light beam. As the diameter of the light beam becomes smaller, the resolution increases.
The sensitivity obtained is reduced.
もしもビームがあまりにも細過ぎるならば評価は明らか
に不可能になるであろう。もしも信頼できる評価ができ
るように充分太いビームにすれば分解能は低下する。光
学走査においてはとれらの置部は固定された格子および
類似の移動格子を使用することによって克服されている
。If the beam was too narrow, evaluation would obviously be impossible. If the beam is made thick enough for reliable evaluation, the resolution will be reduced. In optical scanning these constraints have been overcome by the use of fixed gratings and similar moving gratings.
その場合には光の束が使用されることができ、それにも
拘らず高い解像度が得られる。何故ならば全体の輝度は
2個の格子の相対的な位置に依存するからである。しか
しながらこれは2個の格子を互いに非常に接近して配置
するという新しい要求を生じることになり、それは機械
的公差の問題からしばしば不可能である。さらにそのよ
うな光学的位置センサの解像度が高くなる程、それらは
汚染に対して敏感になる。In that case a beam of light can be used and a high resolution is nevertheless obtained. This is because the overall brightness depends on the relative positions of the two gratings. However, this creates a new requirement to place the two gratings very close to each other, which is often not possible due to mechanical tolerance problems. Furthermore, the higher the resolution of such optical position sensors, the more sensitive they become to contamination.
本発明による位置センサによれば、発生する可能性のあ
る汚染は何の問題もなく、高い解像度と高い感度の両者
が達成される。With the position sensor according to the invention, possible contamination is not a problem and both high resolution and high sensitivity are achieved.
本発明による位置センサの場合には高い解像度と高い感
度は両立する。もしも本発明の実施例に従ってセンサが
アモルファス金属の薄層を備え、その薄層の端縁がマス
クのスリットに平行に位置するならば、そしてもしもマ
スクの層と反対側に永久磁石が配置されてその磁力線も
スリットに平行であり、スリットを充分な強さの磁界強
度で貫通し、それ故スリット間を橋絡する金属薄片が飽
和されるならば、センサが薄い程その感度および解像度
は高くなる。スリットの背後では全磁界強度が作用し、
金属橋絡片の背後では全磁界強度と飽和磁界強度との間
の差が作用する。これらの磁界強度の変化は電圧変化の
形態で信号を発生し、それは増幅器中で増幅され、周波
数および位相について評価され、或いはカウンタ中で計
数されることができる。In the case of the position sensor according to the invention, high resolution and high sensitivity go hand in hand. If, according to an embodiment of the invention, the sensor comprises a thin layer of amorphous metal, the edges of which are located parallel to the slits of the mask, and if a permanent magnet is arranged on the side opposite the layer of the mask, The magnetic field lines are also parallel to the slits, and the thinner the sensor, the higher its sensitivity and resolution, provided that the slits are penetrated with a strong enough magnetic field strength, and therefore the metal flakes bridging between the slits are saturated. . The total magnetic field strength acts behind the slit,
Behind the metal bridge there is a difference between the total magnetic field strength and the saturation field strength. These changes in magnetic field strength generate signals in the form of voltage changes, which can be amplified in an amplifier, evaluated in frequency and phase, or counted in a counter.
アモルファス金属薄層の1端縁はマスクに面しており、
スリットおよび金属a絡片に平行である。したがって磁
力腺は頂部で薄層の端縁に入り、薄層中を通ってその底
部から出て、プレーナホール効果の結果として頂部およ
び底部端縣の電極間に電圧が発生する。one edge of the thin amorphous metal layer faces the mask;
It is parallel to the slit and the metal a-tangle. The magnetic glands thus enter the edge of the lamina at the top, pass through the lamina and exit at its bottom, creating a voltage between the electrodes at the top and bottom edges as a result of the planar hole effect.
永久磁石の代りに電磁石を使用するととももちろん可能
である。It is of course possible to use electromagnets instead of permanent magnets.
第1図はプレーナホール効果を説明する図であり、第2
図は本発明の一実施例の磁界センサの上面図および断面
図である。第3図は磁界センサと、永久磁石と、2個の
相対運動可能なマスクとを備えた本発明の一実施例の位
置センサのUr’Uii図であり、第4図は第3図の位
置センサ用のマスクの一部分の上面図および断面図であ
る。第5図は磁界センサと永久磁石と1個のマスクとよ
り成る本発明の一実施例の位置センサの斜視図であり、
第6a図、第6b図および第6c図は第5図の位置セン
サの異なる3方向から見た図であり、第7図は第5図の
位置センサにより得られる信号の波形を示す。
1・・・センナ表面、2・・・支持体、3・・・マスク
、4・・・永久磁石、5・・・スリット、11・・・基
体、12・・・センサ表面、13・・・電柘、31・・
・基体、32・・・センサ表面、33・・・電極、34
・・・永久磁石、315.36・・支持体、37 、3
8・・・軟磁性体層。
出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦Fig、7
第1頁の続き
優先権主張 @ 1983年6月28日■西ド(DE)
■P3323197.4
@発明者 ゲルハルトーゲー・ガスマ
ドイツ連邦共和国7300エス
ゲン・トーマゼツカーベー
0発 明 者 ジ−グツリード・ミュラードイツ連邦共
和国7440ニユ
インゲン・プファイフエル
トラーセ19
−42(
)−Figure 1 is a diagram explaining the planar hole effect, and the second
The figures are a top view and a sectional view of a magnetic field sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is an Ur'Uii diagram of a position sensor according to an embodiment of the present invention, which includes a magnetic field sensor, a permanent magnet, and two relatively movable masks, and FIG. 4 shows the position of the position sensor shown in FIG. FIG. 3 is a top view and a cross-sectional view of a portion of a mask for a sensor. FIG. 5 is a perspective view of a position sensor according to an embodiment of the present invention, which includes a magnetic field sensor, a permanent magnet, and one mask;
6a, 6b, and 6c are views of the position sensor of FIG. 5 from three different directions, and FIG. 7 shows the waveform of a signal obtained by the position sensor of FIG. 5. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Senna surface, 2...Support, 3...Mask, 4...Permanent magnet, 5...Slit, 11...Base, 12...Sensor surface, 13... Dentsu, 31...
・Substrate, 32...Sensor surface, 33...Electrode, 34
...Permanent magnet, 315.36...Support, 37, 3
8...Soft magnetic layer. Applicant's agent Patent attorney Takehiko SuzueFig, 7 Continuation of page 1 Priority claim @ June 28, 1983■ West Germany (DE)
■P3323197.4 @ Inventor Gerhardge Gasma Federal Republic of Germany 7300 Esgen Tomasetskabe 0 Inventor Siegzlied Müller Federal Republic of Germany 7440 Newgen Pfeifeltrasse 19 -42 ( ) -
Claims (1)
面にある導電性の金属薄板または薄層よ多形成されたセ
ンサ表面と3個以上の端子とを具備し、とのセンサ表面
が強磁性アモルファス金属により作られていることを特
徴とする磁界センサ。 (2) アモルファス金属が鉄族の遷移元素をペースと
する合金であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の磁界センサ。 (3) アモルファス金属がB 、 C、St 、Ge
、Pから成る群から選択された半金属を含んでいること
を特徴とする特許請求の範囲第2項記載の磁界センサ。 (4) アモルファス金属がTi 、 Zr 、 Hf
、 Nbから成る群から選択された遷移金属を含んで
いることを特徴とする特許請求の範囲第2項または第3
項記載の磁界センサ。 (5)アモルファス金属の5チ(原子チ)壕での他の元
素を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第2項
乃至第4項の何れか1項記載の磁界センサ。 (6) アモルファス金属がCO〜Feをペースとする
合金であることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載
の磁界センサ。 (7) アモルファス金属がCoxFeyBl 0O−
x−y であり、それにおいて原子係で表わすとXは7
Q < x < 80であり、yは4 りy < 1
0であることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の
磁界センサ。 (8) センサ表面は略々円形または正方形であり、2
個の端子が電流がそれらの端子を通って磁気異方性の磁
化容易方向に略々平行にセンサ表面を流れる如くセンサ
表面の周辺に取り付けられ、別の2個の端子がそれらを
結ぶ直線が磁気異方性の磁化容易方向に垂直であ”るよ
うにセンサ表面の周辺に取り付けられていることを特徴
とする特許請求の範囲第1項乃至第7項の何れか1項記
載の磁界センサ。 (9)磁気異方性を示し、その磁化容易方向がセンサ表
面にある導電性の金属薄板又は薄層より形成されたセン
サ表面を備え、仁のセンサ表面が強磁性アモルファス金
属により作られ、3個以上の電極が取付けられており、
とのセンサ表面の付近に永久磁石が配置され、磁界セン
サと永久磁石との間に可動マスクが配置されていること
を特徴とする位置検出装置として構成された磁界センサ
。 (1c) アモルファス金属が鉄族の遷移元素をペース
とする合金であることを特徴とする特許請求の範囲第9
項記載の磁界センサ。 0η アモルファス金属がB 、 C、81,Ge 、
Pから成る群から選択された半金属を含んでいることを
特徴とする特許請求の範囲第10項記載の磁界センサ。 (6) アモルファス金属がTi 、 Zr 、 Hf
、Nb から成る群から選択された遷移金属を含んで
いることを特徴とする特許請求の範囲第10項または第
11項記載の磁界センサ。 (1つ アモルファス金属の5%(原子%)tでの他の
元素を含んでい2ことを特徴とする特許請求の範囲第1
0項乃至第12項の倒れか1項記載の磁界センサ。 0→ アモルファス金属がCo−Feを4−スとする合
金であることを特徴とする特許請求の範囲第10項記載
の磁界センサ。 (1つ アモルファス金属がCoxFeyBloo−x
−y テあり、それにおいて原子係で表わすとXは70
<Xく80であり、yは4<y<toであることを特徴
とする特許請求の範囲第11項記載の磁界センサ。 αQ センサ表面は略々円形または正方形であり、2個
の端子が電流がそれらの端子を通って磁気異方性の磁化
容易方向に略々平行にセンサ表面を流れる如くセンナ表
面の周辺に取り付けられ、別の2個の端子がそれらを結
ぶ直線が磁気異方性の磁化容易方向に垂直であるように
センサ表面の周辺に取り付けられていることを特徴とす
る特許請求の範囲第9項乃至第15項の何れか1項記載
の磁界センサ。 a′I) 前記永久磁石の両磁極を含む平面がセンサ表
面に垂直であり、センサ表面の磁気異方性の磁化容易方
向が前記平面に垂直であり、センサ表面と永久磁石との
間に2個の相対的に可動な位置指示マスクがセンサ表面
と本質的に平行に配置され、それらマスクはそれらの相
互位置に応じて磁界を完全に遮蔽し或いは磁界の一部を
通過させる如く構成されていることを特徴とする特許請
求の範囲第9項乃至第16項の倒れか1項記載の磁界セ
ンサ。 Oe センサ表面が永久磁石の2個の磁極を含む面上に
あり、センサ表面の磁気異方性の磁化容易方向が永久磁
石の磁力線の方向に垂直であり、可動泣顔指示マスクは
磁界を盪、斯する区域と磁界を遮断しない区域とを有し
、磁界センサと永久磁石との間に配置されていることを
特徴とする特許請求の範囲第9項乃至第16項の伺れか
1項記載の磁界センサ。[Claims] (1) A sensor surface that exhibits magnetic anisotropy and has a plurality of conductive metal plates or thin layers whose direction of easy magnetization is on the sensor surface, and three or more terminals. A magnetic field sensor characterized in that the sensor surface is made of ferromagnetic amorphous metal. (2) The magnetic field sensor according to claim 1, wherein the amorphous metal is an alloy based on an iron group transition element. (3) Amorphous metal is B, C, St, Ge
, P. The magnetic field sensor according to claim 2, further comprising a metalloid selected from the group consisting of , P. (4) Amorphous metal is Ti, Zr, Hf
, Nb.
Magnetic field sensor described in section. (5) The magnetic field sensor according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the amorphous metal contains another element in the 5-atomic trench. (6) The magnetic field sensor according to claim 2, wherein the amorphous metal is an alloy based on CO to Fe. (7) Amorphous metal is CoxFeyBl 0O−
x-y, where X is 7 when expressed in terms of atoms
Q < x < 80 and y is 4 y < 1
4. The magnetic field sensor according to claim 3, wherein the magnetic field sensor is 0. (8) The sensor surface is approximately circular or square, and 2
two terminals are attached to the periphery of the sensor surface such that the current flows through them and across the sensor surface approximately parallel to the direction of easy magnetization of the magnetic anisotropy, and two other terminals are attached to the sensor surface so that a straight line connecting them is The magnetic field sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the magnetic field sensor is attached to the periphery of the sensor surface so as to be perpendicular to the direction of easy magnetization of the magnetic anisotropy. (9) A sensor surface formed from a conductive thin metal plate or thin layer exhibiting magnetic anisotropy and whose easy magnetization direction is on the sensor surface, the outer sensor surface being made of a ferromagnetic amorphous metal, Three or more electrodes are attached,
A magnetic field sensor configured as a position detection device, characterized in that a permanent magnet is arranged near the sensor surface, and a movable mask is arranged between the magnetic field sensor and the permanent magnet. (1c) Claim 9, characterized in that the amorphous metal is an alloy based on an iron group transition element.
Magnetic field sensor described in section. 0η Amorphous metal is B, C, 81, Ge,
11. The magnetic field sensor of claim 10, further comprising a metalloid selected from the group consisting of P. (6) Amorphous metal is Ti, Zr, Hf
, Nb. The magnetic field sensor according to claim 10 or 11, characterized in that the magnetic field sensor contains a transition metal selected from the group consisting of , Nb. (1) Containing other elements at 5% (atomic %) of the amorphous metal (2)
The magnetic field sensor according to Items 0 to 12 or Item 1. 11. The magnetic field sensor according to claim 10, wherein the amorphous metal is a Co--Fe 4-based alloy. (One amorphous metal is CoxFeyBloo-x
-y There is Te, and X is 70 in terms of atoms.
12. The magnetic field sensor according to claim 11, wherein <X<80, and y satisfies 4<y<to. The αQ sensor surface is generally circular or square, and two terminals are attached around the periphery of the sensor surface such that current flows through those terminals and across the sensor surface approximately parallel to the easy magnetization direction of the magnetic anisotropy. , the other two terminals are attached around the sensor surface so that the straight line connecting them is perpendicular to the direction of easy magnetization of the magnetic anisotropy. The magnetic field sensor according to any one of Item 15. a'I) A plane containing both magnetic poles of the permanent magnet is perpendicular to the sensor surface, the direction of easy magnetization of the magnetic anisotropy of the sensor surface is perpendicular to the plane, and there is a space between the sensor surface and the permanent magnet. Relatively movable position-indicating masks are arranged essentially parallel to the sensor surface, the masks being configured to completely block the magnetic field or to pass a portion of the magnetic field, depending on their mutual position. A magnetic field sensor according to any one of claims 9 to 16, characterized in that: Oe, the sensor surface is on the plane containing two magnetic poles of the permanent magnet, the easy magnetization direction of the magnetic anisotropy of the sensor surface is perpendicular to the direction of the magnetic field lines of the permanent magnet, and the movable crying face indicating mask moves the magnetic field, Claims 9 to 16 are characterized in that the sensor has such a region and a region that does not block the magnetic field, and is disposed between the magnetic field sensor and the permanent magnet. magnetic field sensor.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3305628 | 1983-02-18 | ||
DE3305628.5 | 1983-02-18 | ||
DE3323197.4 | 1983-06-28 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6011181A true JPS6011181A (en) | 1985-01-21 |
Family
ID=6191185
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59028014A Pending JPS6011181A (en) | 1983-02-18 | 1984-02-18 | Magnetic field sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6011181A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6073914A (en) * | 1983-09-30 | 1985-04-26 | Umezawa Eng:Kk | Sheathing device |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS53104897A (en) * | 1977-02-25 | 1978-09-12 | Toshiba Corp | Magnetic head |
JPS5718018A (en) * | 1980-07-07 | 1982-01-29 | Olympus Optical Co Ltd | Magnetic head |
-
1984
- 1984-02-18 JP JP59028014A patent/JPS6011181A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS53104897A (en) * | 1977-02-25 | 1978-09-12 | Toshiba Corp | Magnetic head |
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