JPS6211032Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は磁界により抵抗値が変化する磁気抵
抗効果装置に関する。

従来の磁気抵抗効果装置は第１図に示すように
セラミツクやガラス等の絶縁基板１１上にインジ
ウムアンチモン（InSb）等の磁気抵抗効果素子
１２及び１３が配列形成され、その磁気抵抗効果
素子１２及び１３の内端が互に接続され、外端よ
り端子１４，１５、両素子の接続点より端子１６
がそれぞれ導出されている。基板１１の磁気抵抗
効果素子１２，１３の形成面と反対側の面に永久
磁石１７の一端が対接されて、一方の磁極Ｓ極に
よる磁界が両素子１２，１３に印加されている。

この従来の磁気抵抗効果装置において磁気抵抗
効果素子１２，１３の配列方向の一方側より例え
ば矢印１８で示すように、即ち磁気抵抗効果素子
１２側より磁性体１０が近ずくと、その近ずいた
方の磁気抵抗効果素子１２の抵抗値が大きくな
る。

従つて端子１４，１５の間に一定電圧を印加し
端子１６よりその一定電圧の分圧値を取り出すよ
うにし、かつ磁気抵抗効果素子１２，１３として
同一特性のものを用いれば、磁性体１０が近づか
ない状態においては端子１６の電圧は端子１４，
１５の両端電圧の1/2である。磁性体１０が一方
から近ずくとそれに応じて端子１６の電圧値が変
化する。この変化により磁性体１０の接近を検出
することができる。或いは逆にこの磁気抵抗効果
装置を移動体に付けることによつてこれが磁性体
１０に接近したことを検出することができる。

この従来の磁気抵抗効果装置においてはこれに
対して平等磁界が与えられてもこの磁界を検出す
ることはできなかつた。つまり磁気抵抗効果素子
１２，１３に対して同時に同一の大きさ及び極性
の磁界が与えられると両素子１２，１３の抵抗値
は同一方向に同一値変化するから、端子１６の電
圧は変化しない。従つて磁気抵抗効果素子１２，
１３の中心位置付近でＮ極、Ｓ極の一方が両素子
１２，１３に対し同時に近ずいたり離れたりして
もその磁極と磁気抵抗効果装置との相対的移動を
検出することも、その磁極の磁性を判別すること
もできない。更にこの従来の装置は小型化するこ
とが比較的困難であつた。

この考案の目的は平等磁界の大きさを精度よく
検出することができ、かつ小型に構成することが
でき、更に微少磁界に対しても感度が高く、直線
的な出力が得られ、製作技術上も有利な磁気抵抗
効果装置を提供することにある。

第２図及び第３図に構成を示すのは、この考案
の基礎となる磁気抵抗効果装置であり、磁気抵抗
効果素子１２及び１３が配列される。その場合一
平面内で配列されることが好ましく、その配列の
互に隣接する側が接続され、その接続の両端より
端子１４，１５が導出され、素子１２，１３の接
続点より端子１６が導出される。実際には素子１
２，１３は一つの素子として形成され、その両端
より端子１４，１５が導出され、中間の点より端
子１６が導出されて、これ等端子１４，１６間及
び１５，１６間がそれぞれ磁気抵抗効果素子１２
及び１３とされる。

この磁気抵抗効果素子１２，１３に対して互に
逆方向の磁界をほゞ平行に与える第１磁極及び第
２磁極が設けられる。例えば永久磁石２１が配さ
れ、その磁石２１のＮ極及びＳ極が磁気抵抗素子
１２，１３とそれぞれ対向するように、永久磁石
２１上にこれ等素子１２，１３が形成される。素
子１２，１３は接着剤２２より磁石２１に接着さ
れ、又、素子１２，１３の上には接着剤２３を介
してガラス、セラミツク等の保護板或いは保護層
２４が取り付けられる。

磁気抵抗効果素子１２，１３は例えばインジウ
ムアンチモン（InSb）の薄膜、例えば約１μ程
度の厚さのものである。このような薄膜の形成は
例えば雲母の結晶劈開面のように著しく平滑な面
に対して磁気抵抗効果素子を蒸着により薄膜とし
て形成し、その上に接着剤層２３を界して保護板
２４を付け、その後平滑面から薄膜磁気抵抗効果
素子１２，１３を剥し、その剥された面側から接
着剤２２を介して素子１２，１３を磁石２１に接
着する。即ちいわゆる転写技術でこのような磁気
抵抗効果装置を作ることができる。

このような構成において、例えば端子１４，１
５間に一定電圧が与えられ、端子１６より出力が
取出すようにされる。この装置に対して平等磁界
が与えられた時、例えばＮ極の一様な磁界が加え
られると磁気抵抗効果素子１２の抵抗値が小さく
なり、磁気抵抗効果素子１３の抵抗値が大きくな
つてこれ等抵抗値の変化により端子１６の電圧が
変化する。この端子１６の電圧は磁界の強さに応
じた値となる。更に印加される平等磁界がＳ極の
場合は逆に磁気抵抗効果素子１２の抵抗値が大き
くなり、磁気抵抗効果素子１３の抵抗値が小さく
なる。従つて磁界の極性も判別できる。

例えば第４図に示すように磁界の大きさ及び極
性に応じた出力特性になる。この特性曲線より小
さな磁界付近で直線的に変化する出力が得られる
ことがわかる。この第４図においては入力電圧、
つまり端子１４，１５間の電圧は５Ｖであつて出
力電圧△Ｖは端子１６の電圧より2.5Vを引いた
値であり、つまり磁界印加による端子１６の電圧
の変化分である。

このようにこの考案の基礎となる磁気抵抗効果
装置によれば平等磁界の大きさ及びその極性も検
出することができ、しかも或る範囲内においては
直線的に変化するため、磁界を測定することがで
きる。因みに従来の第１図に示した磁気抵抗効果
装置においては先に述べたように平等磁界の測定
はできず又、磁気抵抗効果素子１個のみについて
見ればそれ自体抵抗値の変化によつて平等磁界の
測定が不可能とは言えないが、感度が非常に悪
く、特に微弱な磁界に対して非直線的であつて磁
界測定には全く不適当であつた。よつて従来磁気
抵抗効果素子を用いる磁界測定は行なわれていな
い。この考案の基礎となる磁気抵抗効果装置の一
例によれば例えば1Kgussで700mV程度の出力が
得られ、高感度であり、従来の高感度ホール素子
の３倍以上の出力が得られる。しかもホール素子
においては電流を流す必要があり、その電流値に
比例した出力となるため消費電力が大きい。しか
しこの考案の基礎となる磁気抵抗効果装置におい
ては電流としてではなく、電圧で取り出すもので
あり、消費電力の少ない装置が得られる。更にこ
の考案の装置においては磁石２１を使用している
が、両極をそれぞれ磁気抵抗効果素子に対向させ
ているため小型化することができる。更に温度係
数が極めて小さい特徴がある。しかし、この考案
の基礎となる磁気抵抗効果装置では、第１及び第
２磁気抵抗効果素子１２，１３に直接永久磁石２
１が対接配設されているために、永久磁石２１の
各磁区ごとの磁化容易軸の不揃いによる永久磁石
２１の特性のばらつきにより、第１及び第２の磁
気抵抗効果素子１２，１３内での磁界の方向性及
び強度上でのばらつきと第１及び第２の磁気抵抗
効果素子の境界位置の不安定性が生じている。

さらに、永久磁石２１に対して第１及び第２の
磁気抵抗効果素子を転写した構成では、転写後に
第１及び第２の磁気抵抗効果素子側にホトエツチ
ング加工を施す場合に、永久磁石２１が腐蝕され
るという製作上の難点がある。

以下に順次説明するようにこの考案の基礎とな
る磁気抵抗効果装置でのこれらの諸難点は、この
考案の構成をとることにより、すべて解決するこ
とが出来る。

第５図は、この考案の磁気抵抗効果装置の実施
例を構成を示すもので、すでに説明したこの考案
の基礎となる磁気抵抗効果装置に対して、磁石２
１と磁気抵抗効果素子１２及び１３との間にソフ
トフエライト等のような軟質磁性体２６を接着剤
層２２，２７を介して介在させたものである。更
に必要に応じて磁石２１の軟質磁性体２６と反対
側に同様な軟質磁性体２８を接着剤２９により接
着することもできる。このようにすると磁石２１
が外部磁界によつて減磁されるのを防止すること
ができる。なおこのような軟質磁性体２６を利用
してもこれが十分薄ければ磁石２１による磁界は
磁性体２６が飽和していて磁気抵抗効果素子１
２，１３側に漏れてこれら素子に印加される。軟
質磁性体２６としては例えば0.5mm程度の厚さと
すれば良い。軟質磁性体２６を設けることによ
り、永久磁石２１の特性のばらつきを緩和するこ
とが可能となり、また第１及び第２磁気抵抗効果
素子１２，１３の境界位置の変動をなくすること
が出来る。例えばSmCoなどの希土類金属とコバ
ルトの合金材で形成される永久磁石２１では、一
般に結晶粒径が大きく数100μｍにも達してい
る。このために永久磁石２１の各結晶粒の磁化容
易軸が、少しずつ方向を異ならせて存在する。

この考案の磁気抵抗効果装置は例えば１辺が１
mm程度の立方体状に形成され、永久磁石２１の磁
極面積も１辺が１mm以下の正方形状である。この
ために使用される永久磁石２１は、SmCoなどの
エネルギ積の大きな希土類金属とコバルトの合金
材で形成される。磁極面積が小さいために、各結
晶粒が形成する磁区での磁界のばらつきが、第１
及び第２磁気抵抗効果素子１２，１３内での磁界
に大きな影響を与える。

永久磁石２１と第１及び第２磁気抵抗効果素子
１２，１３間に軟質磁性体２６を設けることによ
り、永久磁石２１内の各磁区ごとに少しずつ方向
を異にする磁化容易軸に沿う磁界が、この軟質磁
性体２６により、そのばらつきが緩和され、第１
及び第２の磁気抵抗効果素子１２，１３位置で
は、それぞれの磁界の方向性及び強度が均一化さ
れる。さらに第１及び第２の磁気抵抗効果素子１
２，１３の境界位置において、永久磁石２１によ
る磁界方向をきれいに反転させて、第１及び第２
の磁気抵抗効果素子１２，１３の境界位置を変動
なく一定位置に設定することが可能となる。この
ために、この考案の磁気抵抗効果装置では、平等
磁界の大きさを高精度で検出することが可能とな
る。

第６図は、この考案の磁気抵抗効果装置の実施
例と、この実施例と同一条件で作成した軟質磁性
体２６を具備しないこの考案の基礎となる磁気抵
抗効果装置とで測定された磁界と電圧変化分との
関係を示す特性曲線である。

この考案の基礎となる磁気抵抗効果装置では、
第６図に点線で示すように、製品ごとに特性のば
らつきが見られる。これに対してこの考案の実施
例では第６図に実線で示すような特性を有し、製
品ごとの特性のばらつきは認められない。

また、第１及び第２磁気抵抗効果素子１２，１
３はInSb薄膜の転写技術で作製されるが、第１
及び第２磁気抵抗効果素子１２，１３がこの考案
のように軟質磁性体２６に転写されていると、転
写後に第１及び第２の磁気抵抗効果素子１２，１
３側に対してホトエツチングなどの加工を施す場
合に軟質磁性体２６のエツチング速度がおそいた
めに軟質磁性体２６側での腐蝕のおそれがない。

すでに説明したこの考案の基礎となる磁気抵抗
効果装置のように、希土類金属とコバルトの合金
材で形成される永久磁石２１に直接転写されてい
ると、第１及び第２の磁気抵抗効果素子１２，１
３側に対してホトエツチングの加工を施す際に、
永久磁石２１に腐蝕が生じるおそれがあり望まし
くない。

なお、この考案の磁気抵抗効果装置は、その基
礎となる構成の磁気抵抗効果装置では得られない
高精度での平等磁界の成度のよい直線的検出が可
能であると共に、少ない消費電力での測定、温度
係数が少なく温度の影響のない測定が可能である
こと、装置の小型化などの諸効果も、当然のこと
ながら実現し得るものである。磁気抵抗効果素子
１２，１３に対する磁界の印加は永久磁石２１の
両磁極を印加する場合に限らず、例えば電磁石に
よつて与えても良くつまり二つのコイルをこれ等
素子に近接し、それに電流を流して、その時発生
する磁界を素子１２，１３に印加すればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁気抵抗効果装置を示す斜視
図、第２図はこの考案の基礎となる磁気抵抗効果
素子の構成を示す断面図、第３図はその平面図、
第４図はこの考案の基礎となる磁気抵抗効果素子
の磁界に対する出力特性曲線図、第５図はこの考
案による磁気抵抗効果装置の実施例の構成を示す
断面図、第６図はこの考案の磁気抵抗効果装置の
実施例の磁界に対する出力特性曲線図である。 １２，１３：磁気抵抗効果素子、１４，１５，
１６：端子、２１：永久磁石、２２，２３：接着
剤、２６，２８：軟質磁性体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 第１磁気抵抗効果素子と、これと直列に接続さ
   れた第２磁気抵抗効果素子と、その直列接続の両
   端及び上記第１及び第２磁気抵抗効果素子の接続
   点よりそれぞれ導出された第１、第２及び第３端
   子と、上記第１磁気抵抗効果素子に磁界を与える
   第１磁極と、上記第２磁気抵抗効果素子に上記第
   １磁極による磁界と逆の極性の磁界を与える第２
   磁極と、上記第１及び第２磁気抵抗効果素子と上
   記第１及び第２磁極間に挟持固定される軟質磁性
   体とを具備する磁気抵抗効果装置。