KR101825313B1

KR101825313B1 - 자기 검출 장치

Info

Publication number: KR101825313B1
Application number: KR1020167009910A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 요코타니; 히데키 시마우치
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2018-02-02
Also published as: US10337891B2; US20160223360A1; JP5989257B2; WO2015056346A1; KR20160057451A; DE112013007512T5; JPWO2015056346A1

Abstract

자화 방향을 고정한 핀드층과, 자화 방향을 자유롭게 변화시키도록 한 프리층과의 사이에 절연층을 끼우고 구성한 자기 터널 접합 구조를 갖는 소자와, 소자에 자계를 인가시키기 위해 배치된 자석과, 자계를 변화시키는 요철 형상을 가지며, 회전하는 자성 이동체를 구비하고, 소자를 기준으로 하고, 핀드층의 자화 방향을 X축방향, X축방향에 수직하며 핀드층의 평면에 수직한 방향을 Z축방향, X축방향과 Z축방향으로 이루어지는 XZ 평면에 수직한 방향을 Y축방향으로 한 경우에, Y축방향에서, 소자에 대해 어느 간극을 갖고서 자성 이동체가 대향 배치되어 있다.

Description

자기 검출 장치{MAGNETIC DETECTION APPARATUS}

본 발명은, 자성 이동체의 요철을 자기 저항 소자에 인가되는 외부 자계의 변화에 의해 검지할 수 있는 자기(磁氣) 검출 장치에 관한 것이다.

근래, 자성(磁性) 이동체의 요철을 검지하는 자기 저항 소자로서, 인가 자계에 응하여 터널 효과에 의해 저항 변화가 생기는 TMR 소자(터널 자기 저항 소자)가 사용되게 되었다. 여기서, TMR 소자에는, 강자성체로 이루어지는 자화 방향을 고정한 핀드층(pinned layer), 절연층으로 이루어지는 터널막, 및 강자성체로 이루어지는 자화 방향을 외부 자계에 의해 자유롭게 변화시키도록 한 프리층(free layer)이 형성되어 있다.

도 44는, TMR 소자의 R-H 특성도이다. 구체적으로는, 이 도 44는, TMR 소자의 핀드층의 자화 방향에 대해 평행한 외부 자계가 인가된 경우의 저항 변화를 나타내고 있다. 도 44와 같이 핀드층의 자화 방향에, 어느 값 이상의 평행 자계가 인가되면, TMR의 저항치는, 최소로 변화하고, 포화한다. 또한, 어느 값 이상의 반(反)평행 자계가 인가되면, TMR의 저항치는, 최대로 변화하고, 포화한다.

도 45는, TMR 소자의 R-θ 특성도이다. 구체적으로는, 이 도 45는, TMR 소자에, 도 44에서 저항치가 포화하는 자계를 인가하고, 핀드층의 자화 방향에 대해 각도 변화를 갖게 한 경우의 저항 변화를 나타내고 있다. 도 45와 같이, 핀드층의 자화 방향과 인가 자계 방향(프리층의 자화 방향)이 이루는 각에 응하여, 360deg를 1주기로 하여, 저항치가 변화한다.

도 45로부터 알 수 있는 바와 같이, 핀드층 자화 방향과 프리층 자화 방향이 이루어지는 각도의 변화에 의한 저항치 변화를 이용한 자기 검출 장치에서는, 이루는 각에 의한 저항 변화가 가장 커지는 90dge 부근에서 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, TMR 소자에 인가된 포화 자계 이상의 바이어스 자계의 방향(프리층의 자화 방향)은, 핀드층의 자화 방향에 대해 90deg 부근에 설정된다.

도 46은, TMR 소자를 이용한 종래의 자기 검출 장치의 자기 회로 구성도이다. 또한, 도 47은, 도 46에 도시한 자기 회로 구성도의 부분 확대도이다. 도 46에는, TMR 소자(1), 자석(2), 자계 변화를 시키는 형상을 구비한 자성 이동체(3), 및 회전축(4)이 도시되어 있다. 그리고, 회전축(4)이 회전함으로써, 자성 이동체(3)도 동기하여 회전한다. 또한, 도 47에는, TMR 소자가 탑재된 회로 기판 또는 처리 회로를 포함하는 IC(5)가 도시되어 있다.

TMR 소자(1)의 핀드층의 자화 방향을 X축방향으로 하고, X축방향에 수직하며 핀드층 평면에 수직한 방향을 Z축방향, XZ 평면에 수직한 방향을 Y축방향으로 한 경우, 자성 이동체(3)는, TMR 소자(1)의 Y축방향의 일방에 배치되고, X축방향과 거의 평행하게 이동한다. 자석(2)은, Y축방향에서, TMR 소자(1)를 사이에 두고, 자성 이동체(3)와 반대측에 배치되어 있다. 그리고, 자석(2)은, Y축방향으로 착자(着磁)됨에 의해, TMR 소자(1)의 핀드층의 자화 방향에 대해 거의 90deg의 자계를 TMR 소자에 인가한다.

도 48은, 종래의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각도에 관한 설명도이고, 자성 이동체(3)가 회전한 때의 TMR 소자에의 인가 자계각도를 도시하고 있다. 이 도 48에서, (a)는, 자성 이동체(3)의 돌기가 X축방향의 일방으로 근접한 때, (b)는, 자성 이동체(3)의 돌기가 Y축방향에 TMR 소자와 대향한 때, (c)는, 자성 이동체(3)의 돌기가 X축방향의 또한 일방으로 근접한 때를 나타내고 있다.

도 49는, 종래의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각의 변화를 도시하는 도면이다. 구체적으로는, 이 도 49는, 자성 이동체(3)가 회전한 때의 요철에 대응한 TMR 소자에의 인가 자계각도 변화의 자계 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다. 또한, 도 50은, 종래의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 R-θ 특성도이고, 도 49와 같은 인가 자계각도 변화에 의해 생기는 저항 변화를 나타내고 있다. 또한, 도 51은, 종래의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 저항 변화도이다. 구체적으로는, 이 도 51은, 도 49와 같은 인가 자계각도 변화에 의해 얻어지는, 자성 이동체(3)의 요철에 대응한 TMR 소자의 저항 변화를 나타내고 있다.

또한, 도 52는, 종래의 자기 검출 장치에서 이용되는, TMR 소자의 저항 변화를 처리하기 위한 회로도이다. 그리고, 도 53은, 종래의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형도이고, 도 52에 도시한 회로에 의해 얻어지는, 자성 이동체(3)의 요철에 대응한 차동 출력 전압 및 최종 출력을 나타내고 있다. 도 52에 도시한 처리 회로는, 도 53에 도시한 작동 출력 전압을, 기준 전압(Vref)과 비교함에 의해, 자성 이동체(3)의 볼록부 중심 및 오목부 중심에서 반전하는 최종 출력 신호를 생성할 수 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

일본 특개2001-217478호 공보

그러나, 종래 기술에는, 이하와 같은 과제가 있다.

도 46, 도 47에 나타내는 종래의 자기 검출 장치에서의 자기 회로는, 도 49에서 도시하는 바와 같은, 자성 이동체의 요철에 대응한 TMR 소자에의 인가 자계각도 변화가 클수록, 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 즉, 검출 정밀도를 향상시키기 위해서는, TMR 소자에의 인가 자계각도 변화를 어떻게 크게 하는지가 과제로서 들어진다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 종래 장치와 비교하여, TMR 소자에의 인가 자계각도 변화를 크게 하여, 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 자기 검출 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 자기 검출 장치는, 자화 방향을 고정한 핀드층과, 자화 방향을 자유롭게 변화시키도록 한 프리층과의 사이에 절연층을 끼우고 구성한 자기 터널 접합 구조를 갖는 소자와, 소자에 자계를 인가시키기 위해 배치된 자석과, 자계를 변화시키는 요철 형상을 가지며, 회전하는 자성 이동체를 구비하고, 소자를 기준으로 하고, 핀드층의 자화 방향을 X축방향, X축방향에 수직하며 핀드층의 평면에 수직한 방향을 Z축방향, X축방향과 Z축방향으로 이루어지는 XZ 평면에 수직한 방향을 Y축방향으로 한 경우에, Y축방향에서, 소자에 대해 어느 간극을 갖고서 대향 배치된 자성 이동체가, 대향 배치된 부분이 X축방향과 평행 방향으로 이동하도록 회전축을 중심으로 회전하고, 회전함으로써 변화하는 자기 저항으로부터 대향 배치된 부분의 요철 형상을 검지하는 자기 검출 장치로서, 자석은, Z축방향으로 착자되어 있고, Z축방향에서, 소자에 대해 어느 간극을 갖고서 배치된 것이다.

본 발명에 의하면, 자석을, 소자에 대해 Z축방향(소자의 핀드층의 자화 방향에 수직하며, 또한 핀드층 평면에 수직한 방향)으로 배치함에 의해, 종래 장치와 비교하여, TMR 소자에의 인가 자계각도 변화를 크게 하여, 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 자기 검출 장치를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에서의 자기 검출 장치의 자기 회로 구성도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에서의 도 1에 도시한 자기 회로 구성의 부분 확대도.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각도에 관한 설명도.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각의 변화를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 R-θ 특성도.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 1의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 저항 변화도.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 1의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형도.
도 8은 본 발명의 앞서의 실시의 형태 1의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형의 온도 의존성을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 2에서의 자기 회로 구성의 부분 확대도.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 2의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각도에 관한 설명도.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 2의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각의 변화를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 2의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 R-θ 특성도.
도 13은 본 발명의 실시의 형태 2의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 저항 변화도.
도 14는 본 발명의 실시의 형태 2의 자기 검출 장치에서 사용되는, TMR 소자의 저항 변화를 처리하기 위한 회로도.
도 15는 본 발명의 실시의 형태 2의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형의 온도 의존성을 도시하는 도면.
도 16은 본 발명의 실시의 형태 3에서의 자기 회로 구성의 부분 확대도.
도 17은 본 발명의 실시의 형태 3의 자기 검출 장치에서의, 도 16에 도시한 배치의 TMR 소자의 R-θ 특성도.
도 18은 본 발명의 실시의 형태 3에서의 자기 회로 구성의 부분 확대도.
도 19는 본 발명의 실시의 형태 3의 자기 검출 장치에서의, 도 18에 도시한 배치의 TMR 소자의 R-θ 특성도.
도 20은 본 발명의 실시의 형태 4에서의 자기 회로 구성의 부분 확대도.
도 21은 본 발명의 실시의 형태 4의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각의 변화를 도시하는 도면.
도 22는 본 발명의 실시의 형태 4의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각의 변화를 도시하는 도면.
도 23은 본 발명의 실시의 형태 4의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 R-θ 특성도.
도 24는 본 발명의 실시의 형태 4의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 저항 변화도.
도 25는 본 발명의 실시의 형태 4의 자기 검출 장치에서 사용되는, TMR 소자의 저항 변화를 처리하기 위한 회로도.
도 26은 본 발명의 실시의 형태 4의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형을 도시하는 도면.
도 27은 본 발명의 실시의 형태 4의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형의 온도 의존성을 도시하는 도면.
도 28은 본 발명의 실시의 형태 5에서의 자기 회로 구성의 부분 확대도.
도 29는 본 발명의 실시의 형태 5의 자기 검출 장치에서의 새롭게 추가된 TMR 소자의, TMR 인가 자계각의 변화를 도시하는 도면.
도 30은 본 발명의 실시의 형태 5의 자기 검출 장치에서의 새롭게 추가된 TMR 소자의, TMR 인가 자계각의 변화를 도시하는 도면.
도 31은 본 발명의 실시의 형태 5의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 R-θ 특성도.
도 32는 본 발명의 실시의 형태 5의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 저항 변화도.
도 33은 본 발명의 실시의 형태 5의 자기 검출 장치에서 사용되는, TMR 소자의 저항 변화를 처리하기 위한 회로도.
도 34는 본 발명의 실시의 형태 5의 자기 검출 장치에서 사용되는, TMR 소자의 저항 변화를 처리하기 위한 다른 회로도.
도 35는 본 발명의 실시의 형태 5의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형의 온도 의존성을 도시하는 도면.
도 36은 본 발명의 실시의 형태 6에서의 자기 회로 구성의 부분 확대도.
도 37은 본 발명의 실시의 형태 3 및 실시의 형태 5의 각각의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형도를 아울러서 도시한 것.
도 38은 본 발명의 실시의 형태 6의 자기 검출 장치에서 사용되는, TMR 소자의 저항 변화를 처리하기 위한 회로도.
도 39는 본 발명의 실시의 형태 6의 자기 검출 장치에 의해 얻어지는 정회전시 및 역회전시에 있어서의 최종 출력, 최종 출력(1), 최종 출력(2)의 타이밍 차트를 도시한 도면.
도 40은 본 발명의 실시의 형태 7에서의 자기 회로 구성의 부분 확대도.
도 41은 본 발명의 실시의 형태 7의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 R-θ 특성도.
도 42는 본 발명의 실시의 형태 7의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 저항 변화도.
도 43은 본 발명의 실시의 형태 7의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형의 온도 의존성을 도시하는 도면.
도 44는 TMR 소자의 R-H 특성도.
도 45는 TMR 소자의 R-θ 특성도.
도 46은 TMR 소자를 이용한 종래의 자기 검출 장치의 자기 회로 구성도.
도 47은 도 46에 도시한 자기 회로 구성도의 부분 확대도.
도 48은 종래의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각도에 관한 설명도.
도 49는 종래의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각의 변화를 도시하는 도면.
도 50은 종래의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 R-θ 특성도.
도 51은 종래의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 저항 변화도.
도 52는 종래의 자기 검출 장치에서 사용되는, TMR 소자의 저항 변화를 처리하기 위한 회로도.
도 53은 종래의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형도.

이하, 본 발명의 자기 검출 장치의 알맞은 실시의 형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다.

실시의 형태 1.

도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에서의 자기 검출 장치의 자기 회로 구성도이다. 또한, 도 2는, 본 발명의 실시의 형태 1에서의 도 1에 도시한 자기 회로 구성의 부분 확대도이다. 도 1에는, TMR 소자(11), 자석(12), 자계 변화를 시키는 형상을 구비한 자성 이동체(13), 및 회전축(14)이 도시되어 있다. 그리고, 회전축(14)이 회전함으로써, 자성 이동체(13)도 동기하여 회전한다. 또한, 도 2에는, TMR 소자(11)가 탑재된 회로 기판 또는 처리 회로를 포함한 IC(15)가 도시되어 있다.

TMR 소자(11)의 핀드층의 자화 방향을 X축방향으로 하고, X축방향에 수직하며 핀드층 평면에 수직한 방향을 Z축방향으로 하고, XZ 평면에 수직한 방향을 Y축방향으로 한 경우, 자성 이동체(13)는, TMR 소자(11)의 Y축방향의 일방에 배치되고, X축방향과 거의 평행하게 이동한다. 자석(12)은, TMR 소자(11)에 대해 Z축방향으로 배치되고, Z축방향으로 착자되어 있다. TMR 소자(11)에 인가되는 XY 평면에 평행한 자계 성분은, 핀드층의 자화 방향에 대해 90deg가 되도록 구성되어 있다.

도 3은, 본 발명의 실시의 형태 1의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각도에 관한 설명도이고, 자성 이동체(13)가 회전한 때의 TMR 소자(11)에의 인가 자계각도를 나타내고 있다. 이 도 3에서, (a)는, 자성 이동체(13)의 돌기가 X축방향의 일방으로 근접한 때, (b)는, 자성 이동체(13)의 돌기가 Y축방향으로 TMR 소자와 대향한 때, (c)는, 자성 이동체(13)의 돌기가 X축방향의 또 일방으로 근접한 때를 나타내고 있다.

도 4는, 본 발명의 실시의 형태 1의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각의 변화를 도시하는 도면이다. 구체적으로는, 이 도 4는, 자성 이동체(13)가 회전한 때의 요철에 대응한 TMR 소자(11)에의 인가 자계각도 변화의 자계 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다.

또한, 도 5는, 본 발명의 실시의 형태 1의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 R-θ 특성도이고, 도 4와 같은 인가 자계각도 변화에 의해 생기는 저항 변화를 나타내고 있다. 또한, 도 6은, 본 발명의 실시의 형태 1의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 저항 변화도이다. 구체적으로는, 이 도 6은, 도 4와 같은 인가 자계각도 변화에 의해 얻어지는, 자성 이동체(13)의 요철에 대응한 TMR 소자의 저항 변화를 나타내고 있다.

또한, 도 4 및 도 6에서, 실선은, 본 실시의 형태 1의 자기 검출 장치에 의해 얻어지는 파형을 나타내고 있고, 점선은, 종래의 자기 검출 장치에 의해 얻어지는 파형을 나타내고 있다.

본 실시의 형태 1에서의 자기 회로 구성은, 도 4에 도시하는 바와 같이, TMR 소자(11)에의 인가 자계각의 흔들림 폭이, 종래의 자기 회로 구성과 비교하여 비약적으로 크다. 이 결과, 본 실시의 형태 1에서의 자기 검출 장치에서는, 도 5에 도시하는 바와 같은 저항 변화가 생기고, 도 6에 도시하는 바와 같이, 자성 이동체(13)의 요철에 대응하여, 종래보다도 대진폭의 TMR 소자의 저항 변화가 얻어진다.

또한, 도 7은, 본 발명의 실시의 형태 1의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형도이고, 앞서의 도 52에 도시한 회로에 의해 얻어지는, 자성 이동체(3)의 요철에 대응한 차동 출력 전압 및 최종 출력을 나타내고 있다. 또한, 도 7에서, 실선은, 본 실시의 형태 1의 자기 검출 장치에 의해 얻어지는 파형을 나타내고 있고, 점선은, 종래의 자기 검출 장치에 의해 얻어지는 파형을 나타내고 있다.

본 실시의 형태 1의 자기 검출 장치는, 종래와 같은 도 52에 도시하는 회로를 이용하여 신호 처리를 행하지만, 도 7에 도시하는 바와 같이, 자성 이동체(13)의 요철에 대응하여, 종래보다도 대진폭의 차동 출력 전압을 얻을 수 있다. 이 때문에, 기준 전압(Vref)과 비교함에 의해 얻어지는 자성 이동체(13)의 볼록부 중심 및 오목부 중심에서 반전하는 최종 출력 신호는, 종래보다도 고정밀도의 값으로 된다.

이상과 같이, 실시의 형태 1에 의하면, 자석을, TMR 소자에 대해 Z축방향(즉, TMR 소자의 핀드층의 자화 방향에 수직하며, 또한 핀드층 평면에 수직한 방향)으로 배치하여, 자기 회로를 구성하고 있다. 이 결과, TMR 소자에의 인가 자계각도 변화를 크게 하여 최종 출력 신호를 얻을 수 있고, 검출 정밀도를 향상시킨 자기 검출 장치를 실현할 수 있다.

실시의 형태 2.

앞서의 실시의 형태 1에서는, IC상에, 1개의 TMR 소자가 탑재되어 있는 경우에 관해 설명하였다. 이에 대해, 본 실시의 형태 2에서는, TMR 소자를 2개 이상 탑재함으로써, 더한층의 검출 정밀도의 향상을 도모하는 경우에 관해 설명한다.

도 8은, 본 발명의 앞서의 실시의 형태 1의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형의 온도 의존성을 도시하는 도면이다. 구체적으로는, 앞서의 도 7에 도시한 차동 출력 전압 파형에 관해, 검출 회로의 온도가 25℃인 경우의 파형을 점선, 검출 회로의 온도가 150℃인 경우의 파형을 실선으로 도시하고 있다.

앞서의 실시의 형태 1의 도 2의 자기 회로 구성에서는, TMR 소자(11)와 브리지를 구성하는 저항체는, TMR 소자(11) 이외에서 구성된다. 이 때문에, 저항치의 온도 계수가 일치하지 않고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 차동 출력 전압에서 온도 오프셋이 생겨 버리고, 그 영향으로, 최종 출력도 온도에 의존하여 어긋나 버리는 결과가 된다. 그래서, 본 실시의 형태 2에서는, 이와 같은 온도 오프셋의 문제를 해결하는 구체적인 구성에 관해 설명한다.

도 9는, 본 발명의 실시의 형태 2에서의 자기 회로 구성의 부분 확대도이다. 도 9에는, 2개의 TMR 소자(21a, 21b), 자석(22), 그리고 TMR 소자(21a, 21b)가 탑재된 회로 기판 또는 처리 회로를 포함한 IC(25)가 도시되어 있다.

본 실시의 형태 2의 자기 회로 구성은, 앞서의 실시의 형태 1의 자기 회로 구성도인 도 1에서, 자석(22)의 Y축방향 치수를 2등분하는 X축방향에 평행한 선(도 9 중의 「Y축방향 치수 2등분선」에 상당)과, Z축방향으로 이루어지는 평면을 끼우도록 하여, 2개 이상의 TMR 소자를 Y축방향으로 나열하여 배치하고, 브리지 회로를 구성하는 것이다. 도 9에서는, 2개의 TMR 소자(21a, 21b)를 나열하여 배치한 경우를 예시하고 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, TMR 소자의 핀드층 자화 방향에 대해, TMR 소자(21a)에는 θ21a=90deg의 바이어스 자계, TMR 소자(21b)에는 θ21b=-90deg(270deg)의 바이어스 자계가 인가되어 있다.

도 10은, 본 발명의 실시의 형태 2의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각도에 관한 설명도이고, 자성 이동체(13)가 회전한 때의 TMR 소자(21a, 21b)에의 인가 자계를 나타내고 있다. 이 도 10에서, (a)는, 자성 이동체(13)의 돌기가 X축방향의 일방으로 근접한 때, (b)는, 자성 이동체(13)의 돌기가 Y축방향으로 TMR 소자와 대향한 때, (c)는, 자성 이동체(13)의 돌기가 X축방향의 또 일방으로 근접한 때를 나타내고 있다.

도 11은, 본 발명의 실시의 형태 2의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각의 변화를 도시하는 도면이다. 구체적으로는, 이 도 11은, 자성 이동체(13)가 회전한 때의 요철에 대응한 TMR 소자에의 인가 자계각도 변화의 자계 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다.

또한, 도 12는, 본 발명의 실시의 형태 2의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 R-θ 특성도이고, 도 11와 같은 인가 자계각도 변화에 의해 생기는 저항 변화를 나타내고 있다. 또한, 도 13은, 본 발명의 실시의 형태 2의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 저항 변화도이다. 구체적으로는, 이 도 13은, 도 11와 같은 인가 자계각도 변화에 의해 얻어지는, 자성 이동체(13)의 요철에 대응한 TMR 소자의 저항 변화를 나타내고 있다.

또한, 도 11 및 도 13에서, 실선은, 1개째의 TMR 소자(21a)에 의해 얻어지는 파형을 나타내고 있고, 점선은, 2개째의 TMR 소자(21b)에 의해 얻어지는 파형을 나타내고 있다.

본 실시의 형태 2에서의 자기 회로 구성은, 도 11에 도시하는 바와 같이, TMR 소자에의 인가 자계의 흔들림 각은, TMR(21a)은, 90deg 중심으로 진폭하고, TMR(21b)은, -90deg(270deg) 중심으로 진폭하여, TMR(21a)≫TMR(21b)의 자계 진폭이 된다. 이 결과, 도 12에 도시하는 바와 같이, 이 자계 진폭에 대응하여 저항치가 변화하고, 도 13에 도시하는 바와 같이, 자성 이동체(13)의 요철에 대응하여, 저항 변화가 얻어진다.

도 14는, 본 발명의 실시의 형태 2의 자기 검출 장치에서 사용되는, TMR 소자의 저항 변화를 처리하기 위한 회로도이다. 또한, 도 15는, 본 발명의 실시의 형태 2의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형의 온도 의존성을 도시하는 도면이다. 구체적으로는, 앞서의 도 13의 1개째의 TMR 소자(21a)에 의한 차동 출력 전압 파형에 관해, 검출 회로의 온도가 25℃인 경우의 파형을 점선, 검출 회로의 온도가 150℃인 경우의 파형을 실선으로 도시하고 있다.

본 실시의 형태 2에서는, 도 14에 도시하는 바와 같이, TMR 소자(21a)와 TMR 소자(21b)로 브리지를 구성하여 차동 출력 전압을 생성하고 있다. 이 때문에, 도 15에서 도시하는 바와 같이, 차동 출력 전압의 온도 오프셋이 작아지고, 최종 출력이, 온도의 영향에 의한 편차가 경감되고, 온도에 의존하지 않고 안정되게 된다.

이상과 같이, 실시의 형태 2에 의하면, 차동 출력 전압을 구한 브리지 회로의 저항체로서, 복수의 TMR 소자를 이용하여 있다. 이 결과, 앞서의 실시의 형태 1의 효과에 더하여, 차동 출력 전압의 온도 오프셋을 경감하고, IC의 온도에 의존하지 않고, 검출 정밀도를 안정화시킨 자기 검출 장치를 실현할 수 있다.

실시의 형태 3.

앞서의 실시의 형태 2에서는, 2개의 TMR 소자(21a, 21b)를 IC상의 적절한 위치에 배치함으로써, 온도에 의존하지 않고서 검출 정밀도를 안정화시키는 경우에 관해 설명하였다. 이에 대해, 본 실시의 형태 3에서는, 이들 2개의 TMR 소자(21a, 21b)의 최적 위치에 관해 설명한다.

구체적으로는, 본 실시의 형태 3에서는, TMR 소자(21a, 21b)를, 자석(22)의 Y축방향 치수를 2등분하는 X축방향에 평행한 선과, Z축방향으로 이루어지는 평면을 끼움과 함께, 대칭성을 갖게 하여, Y축방향으로 나열하여 배치하고 있다. 도 16은, 본 발명의 실시의 형태 3에서의 자기 회로 구성의 부분 확대도이고, TMR 소자(21a, 21b)가 X축방향으로 위치 벗어나지 않은 경우의 TMR 소자 배치를 나타낸다.

또한, 도 16에 도시하는 바와 같이, TMR 소자(21a)와 TMR 소자(21b)는, 자석의 Y축방향 치수를 2등분하는 X축방향에 평행한 선과, Z축방향으로 이루어지는 평면에 관해 거의 대칭으로 배치되어 있고, 3개째의 TMR 소자(21c)는, TMR(21a)에 대해 비대칭으로 배치되어 있다.

도 17은, 본 발명의 실시의 형태 3의 자기 검출 장치에서의, 도 16에 도시한 배치의 TMR 소자의 R-θ 특성도이고, X축방향으로 위치 벗어나지 않은 3개의 TMR 소자(21a, 21b, 21c)에 인가되어 있는 바이어스 자계각과 저항치를 나타내고 있다. 도 16에 도시하는 바와 같이, TMR 소자(21b)와 TMR 소자(21c)에 인가되어 있는 바이어스 자계각은, TMR 소자의 핀드층의 자화 방향에 대해 90deg와 -90deg로 되어 같은 저항치이다.

이에 대해, 도 18은, 본 발명의 실시의 형태 3에서의 자기 회로 구성의 부분 확대도이고, TMR 소자(21a, 21b)가 X축방향으로 위치 어긋나 있는 경우의 TMR 소자 배치를 나타낸다. 즉, 도 18에서의 3개의 TMR 소자의 배치는, 앞서의 도 16에서의 3개의 TMR 소자가 X축방향으로 위치 어긋나서 배치되어 있는 경우에 상당하고 있다.

도 19는, 본 발명의 실시의 형태 3의 자기 검출 장치에서의, 도 18에 도시한 배치의 TMR 소자의 R-θ 특성도이고, X축방향으로 위치 어긋나 있는 3개의 TMR 소자(21a, 21b, 21c)에 인가되어 있는 바이어스 자계각과 저항치를 나타내고 있다. 도 18에 도시하는 배치의 경우에는, 도 19에 도시하는 바와 같이, 자석의 Y축방향 치수를 2등분하는 X축방향에 평행한 선과, Z축방향으로 이루어지는 평면에 거의 대칭으로 배치되어 있는 TMR 소자(21a)와 TMR 소자(21b)에 인가되어 있는 바이어스 자계각은, ±θ가 되어 같은 저항치가 된다.

그러나, 대칭 배치되지 않은 TMR 소자(21c)에 인가되어 있는 바이어스 자계각은, -θ+α가 되어, TMR 소자(21a), TMR 소자(21b)와는 다른 저항치가 된다. 따라서, 도 16 및 도 17과, 도 18 및 도 19와의 비교로부터, TMR 소자(21a)와 TMR(21b)에 대칭성을 갖게 하고, 또한, X축방향의 위치 벗어남이 없는 상태에서, Y축방향으로 나열하여 배치함으로써, 최종 출력의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 실시의 형태 3에 의하면, 차동 출력 전압을 구하는 브리지 회로의 저항체로서, 2개의 TMR 소자를 이용하고 있다. 또한, 그들 2개의 TMR 소자는, 대칭성을 가짐과 함께, X축방향으로 위치 어긋나지 않도록 배치되어 있다. 이 결과, 앞서의 실시의 형태 2의 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

실시의 형태 4.

본 실시의 형태 4에서는, 2개의 TMR 소자를 배치함으로써, 앞서의 실시의 형태 1의 경우와 비교하여, 최종 출력 전압의 위상을 1/4주기 어긋내는 경우에 관해 설명한다. 또한, 본 실시의 형태 4의 자기 회로 구성은, TMR 소자 배치를 제외하고는, 앞서의 실시의 형태 1과 마찬가지이다.

도 20은, 본 발명의 실시의 형태 4에서의 자기 회로 구성의 부분 확대도이다. 도 20에는, 2개의 TMR 소자(31a, 31b), 자석(32), 그리고 TMR 소자(31a, 31b)가 탑재된 회로 기판 또는 처리 회로를 포함한 IC(35)가 도시되어 있다.

본 실시의 형태 4의 자기 회로 구성은, 앞서의 실시의 형태 1의 자기 회로 구성도인 도 1에서, 자석(22)의 X축방향 치수를 2등분하는 Y축방향에 평행한 선(도 20 중의 「X축방향 치수 2등분선」에 상당)과, Z축방향으로 이루어지는 평면을 끼우도록 하여, 2개 이상의 TMR 소자를 X축방향으로 나열하여 배치하고, 브리지 회로를 구성하는 것이다. 도 20에서는, 2개의 TMR 소자(31a, 31b)를 나열하여 배치한 경우를 예시하고 있다.

도 20에 도시하는 바와 같이, TMR 소자의 핀드층 자화 방향에 대해, TMR 소자(31a)에는 θ31a=180deg-θ31b의 바이어스 자계각으로 자계가 인가되어 있다.

도 21, 도 22는, 본 발명의 실시의 형태 4의 자기 검출 장치에서의 TMR 인가 자계각의 변화를 도시하는 도면이다. 구체적으로는, 도 21은, 자성 이동체(13)가 회전한 때의 요철에 대응한 TMR 소자(31a)에의 인가 자계각도 변화의 자계 시뮬레이션 결과를 나타내고 있고, 도 22는, 자성 이동체(13)가 회전한 때의 요철에 대응한 TMR 소자(31b)에의 인가 자계각도 변화의 자계 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다.

또한, 도 23은, 본 발명의 실시의 형태 4의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 R-θ 특성도이고, 도 21, 도 22와 같은 인가 자계각도 변화에 의해 생기는 저항 변화를 나타내고 있다. 또한, 도 24는, 본 발명의 실시의 형태 4의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 저항 변화도이다. 구체적으로는, 이 도 24는, 도 21, 도 22와 같은 인가 자계각도 변화에 의해 얻어지는, 자성 이동체(13)의 요철에 대응한 TMR 소자(31a, 31b)의 저항 변화를 나타내고 있다.

도 25는, 본 발명의 실시의 형태 4의 자기 검출 장치에서 사용되는, TMR 소자의 저항 변화를 처리하기 위한 회로도이다. 또한, 도 26은, 본 발명의 실시의 형태 4의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형을 도시하는 도면이다.

도 24에서 도시한 저항 변화를 도 25의 처리 회로에서 처리함에 의해, 도 26에 도시하는 바와 같이, 자성 이동체의 요철에 대응한 차동 출력 전압을 얻을 수 있다. 그리고, 이 차동 출력 전압을 기준 전압(Vref)과 비교함에 의해, 앞서의 실시의 형태 1의 도 7에서 도시한 최종 출력 신호와는, 1/4주기 위상이 다르고, 자성 이동체의 오목부 중심과 볼록부 중심의 거의 중심에서 반전하는 최종 출력 신호를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 실시의 형태 4에 의하면, 도 20에 나타내 바와 같은 배치를 갖는 2개의 TMR 소자를 이용하고 있다. 이와 같은 배치에 의하면, 최종 출력 신호가 앞서의 실시의 형태 1과는 1/4주기 위상이 어긋난 형태로, 앞서의 실시의 형태 1과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

실시의 형태 5.

본 실시의 형태 4에서는, 앞서의 실시의 형태 4의 구성에 대해, 차동 출력 전압의 온도 오프셋을 경감하고, IC의 온도에 의존하지 않고, 검출 정밀도를 안정화시키기 위한 구성을 더욱 구비한 경우에 관해 설명한다.

도 27은, 본 발명의 앞서의 실시의 형태 4의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형의 온도 의존성을 도시하는 도면이다. 구체적으로는, 앞서의 도 26에 도시한 차동 출력 전압 파형에 관해, 검출 회로의 온도가 25℃인 경우의 파형을 점선, 검출 회로의 온도가 150℃인 경우의 파형을 실선으로 도시하고 있다.

앞서의 실시의 형태 4에서는, 도 23, 도 24에서 도시하는 바와 같이, 브리지를 구성하는 TMR 소자(31a)와 TMR 소자(31b)의 저항치가 어긋나 있고, 저항치의 온도 계수가 일치하지 않는다. 이 결과, 도 27에 도시하는 바와 같이, 차동 출력 전압에서, 온도 오프셋이 생겨 버리고, 그 영향으로, 최종 출력도 온도에 의존하여 어긋나 버리는 결과가 된다. 그래서, 본 실시의 형태 5에서는, 이와 같은 온도 오프셋의 문제를 해결하는 구체적인 구성에 관해 설명한다.

도 28은, 본 발명의 실시의 형태 5에서의 자기 회로 구성의 부분 확대도이다. 도 28에는, 4개의 TMR 소자(31a, 31b, 31c, 31d), 자석(32), 그리고 TMR 소자(31a∼31d)가 탑재되는 회로 기판 또는 처리 회로를 포함한 IC(35)가 도시되어 있다.

본 실시의 형태 5의 자기 회로 구성은, 앞서의 실시의 형태 4의 도 20에 도시한 구성에 대해, 2개의 TMR 소자(31c, 31d)를 더욱 추가한 것이고, 같은 것에는 같은 부호를 기재하고, 설명을 생략한다.

도 28에서, 4개의 TMR 소자(31a, 31b, 31c, 31d)는, 자석의 X축방향 치수를 2등분하는 Y축방향에 평행한 선과, Z축방향으로 이루어지는 평면에 거의 대칭이 되도록, X축방향으로 나열하여 배치된 TMR 소자(31a, 31b)와 TMR 소자(31c, 31d)의 2 쌍으로 이루어진다. 도 28에 도시하는 바와 같이, TMR 소자의 핀드층의 자화 방향에 대해, 각 TMR 소자에 θ31a=180-θ31b, θ31c=-θ31a, θ31d=-θ31b의 바이어스 자계각으로 자계가 인가되어 있다.

도 29, 도 30은, 본 발명의 실시의 형태 5의 자기 검출 장치에서의 새롭게 추가된 TMR 소자의, TMR 인가 자계각의 변화를 도시하는 도면이다. 구체적으로는, 도 29는, 자성 이동체(13)가 회전한 때의 요철에 대응한 TMR 소자(31c)에의 인가 자계각도 변화의 자계 시뮬레이션 결과를 나타내고 있고, 도 30은, 자성 이동체(13)가 회전한 때의 요철에 대응한 TMR 소자(31d)에의 인가 자계각도 변화의 자계 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 또한, TMR 소자(31a)에의 인가 자계각도 변화는, 앞서의 도 21과 같고, TMR 소자(31b)에의 인가 자계각도 변화는, 앞서의 도 22와 같다.

또한, 도 31은, 본 발명의 실시의 형태 5의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 R-θ 특성도이고, 도 21, 도 22, 도 29, 도 30와 같은 인가 자계각도 변화에 의해 생기는 저항 변화를 나타내고 있다. 또한, 도 32는, 본 발명의 실시의 형태 5의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 저항 변화도이다. 구체적으로는, 이 도 32는, 도 21, 도 22, 도 29, 도 30와 같은 인가 자계각도 변화에 의해 얻어지는, 자성 이동체(13)의 요철에 대응한 TMR 소자(31a, 31b, 31c, 31d)의 저항 변화를 나타내고 있다.

도 32에 도시하는 바와 같이, TMR 소자(31a)와 TMR 소자(31c)가, 거의 같은 저항 변화 중심으로 동작하고, TMR 소자(31d)와 TMR 소자(31b)가, 거의 동일한 저항 변화 중심으로 동작한, 자성 이동체의 요철에 대응한 저항 변화가 얻어진다.

도 33은, 본 발명의 실시의 형태 5의 자기 검출 장치에서 사용되는, TMR 소자의 저항 변화를 처리하기 위한 회로도이다. 또한, 도 34는, 본 발명의 실시의 형태 5의 자기 검출 장치에서 사용되는, TMR 소자의 저항 변화를 처리하기 위한 다른 회로도이다. 또한, 도 35는, 본 발명의 실시의 형태 5의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형의 온도 의존성을 도시하는 도면이다. 구체적으로는, 도 33 또는 도 34에 도시한 처리 회로에 의해 얻어지는 차동 증폭 전압 파형에 관해, 검출 회로의 온도가 25℃인 경우의 파형을 점선, 검출 회로의 온도가 150℃인 경우의 파형을 실선으로 도시하고 있다.

본 실시의 형태 5에서는, 도 33 또는 도 34에 도시하는 바와 같은 브리지를 구성하여 차동 증폭 전압을 생성하고 있다. 이 때문에, 도 35에서 도시하는 바와 같이, 차동 증폭 전압의 온도 오프셋이 작아지고, 최종 출력이, 온도의 영향에 의한 편차가 경감되고, 온도에 의존하지 않고 안정되게 된다.

이상과 같이, 실시의 형태 5에 의하면, 차동 증폭 전압을 구하는 브리지 회로의 저항체로서, 2 쌍의 TMR 소자를 이용하고 있다. 이 결과, 앞서의 실시의 형태 4의 효과에 더하여, 차동 증폭 전압의 온도 오프셋을 경감하고, IC의 온도에 의존하지 않고, 검출 정밀도를 안정화시킨 자기 검출 장치를 실현할 수 있다.

실시의 형태 6.

본 실시의 형태 6에서는, 상술한 실시의 형태를 2개 조합시킴으로써, 자성 이동체의 역전을 검지 가능하게 하는 경우에 관해 설명한다. 구체적으로는, 앞서의 실시의 형태 2 또는 실시의 형태 3의 TMR 소자와, 앞서의 실시의 형태 4 또는 실시의 형태 5의 TMR 소자를 동일 기판상에서 형성하는 구성으로 한다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 전자(前者)로부터 제1의 최종 출력 신호를 얻음과 함께, 후자로부터, 전자와 1/4주기 위상이 다른 제2의 최종 출력 신호를 얻을 수 있다. 그리고, 이들 2개의 최종 출력 신호를 동시에 얻음으로써, 그 위상 관계로부터, 자성 이동체의 역전(逆轉)을 검지 가능하게 하고 있다.

도 36은, 본 발명의 실시의 형태 6에서의 자기 회로 구성의 부분 확대도이고, 실시의 형태 3에 도시한 구성과 실시의 형태 5에 도시한 구성을 조합시킨 것에 상당한다. 도 36에서의 각 부호는, 실시의 형태 3 및 실시의 형태 5에서 설명한 부호와 대응하여 있고, 설명은 생략한다. 또한, 도 37은, 본 발명의 실시의 형태 3 및 실시의 형태 5의 각각의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형도를 아울러서 도시한 것이다.

도 38은, 본 발명의 실시의 형태 6의 자기 검출 장치에서 사용되는, TMR 소자의 저항 변화를 처리하기 위한 회로도이다. 본 실시의 형태 6에서는, 실시의 형태 3에서 얻어지는 최종 출력(1)과, 실시의 형태 5에서 얻어지는 최종 출력(2)을, 도 38의 처리 회로를 이용하여 처리함으로써, 자성 이동체의 역전을 검지 가능하게 하고 있다.

도 39는, 본 발명의 실시의 형태 6의 자기 검출 장치에 의해 얻어지는 정회전시 및 역회전시에 있어서의 최종 출력, 최종 출력(1), 최종 출력(2)의 타이밍 차트를 도시한 도면이다. 도 39에 도시하는 바와 같이, 정회전인 경우에는, 최종 출력(1)의 상승 타이밍에서 최종 출력(2)이 Low 레벨이 되고, 이동 방향 검출 출력은, High 레벨이 된다.

일방, 역회전인 경우, 최종 출력(1)의 상승 타이밍에서 최종 출력(2)이 High 레벨이 되고, 이동 방향 검출 출력은, Low 레벨이 된다. 이와 같이 하여, 본 실시의 형태 1의 자기 검출 장치는, 통상의 자성 이동체의 요철에 대응한 고정밀도의 최종 출력 신호와 함께, 자성 이동체의 회전 방향을 동시에 검출할 수 있다.

이상과 같이, 실시의 형태 6에 의하면, 1/4주기 위상이 다른 최종 출력을 얻을 수 있는 2개의 회로를 조합시켜서 이용함으로써, 자성 이동체의 회전 방향을 동시에 검출하는 것이 가능해진다.

실시의 형태 7.

본 실시의 형태 7에서는, 앞서의 실시의 형태 1∼6의 자기 회로 구성에서, TMR 소자와 자석과의 Z축방향의 사이에, 한 쌍의 돌기부를 TMR 소자측에 갖는 자성체 가이드를 배치하고, TMR 소자에 최적의 바이어스 자계를 인가하도록 궁리한 경우에 관해 설명한다.

도 40은, 본 발명의 실시의 형태 7에서의 자기 회로 구성의 부분 확대도이다. 도 40에는, TMR 소자(31a, 31b), 자석(32), TMR 소자(31a, 31b)가 탑재된 회로 기판 또는 처리 회로를 포함한 IC(35)와 동시에, 새로운 구성인 자성체 가이드(36)가 도시되어 있다. 이 자성체 가이드(36)는, TMR 소자(31a, 31b)에 최적의 바이어스 자계를 인가하기 위한 것이다. 자성체 가이드(36) 이외는, 앞서의 실시의 형태 4와 같고, 같은 부호를 기재하여 설명을 생략한다.

자성체 가이드(36)가 없는 경우(앞서의 실시의 형태 4의 경우에 상당)에는, TMR(31a)과 TMR 소자(31b)에는 TMR의 핀드층의 자화 방향에 대해 다른 각도의 바이어스 자계가 인가되어 있다. 이에 대해, 자성체 가이드(36)를 마련함으로써, TMR 소자(31a)와 TMR 소자(31b)의 양방에, TMR의 핀드층의 자화 방향에 대해 거의 90deg의 바이어스 자계가 인가된다.

도 41은, 본 발명의 실시의 형태 7의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 R-θ 특성도이다. 또한, 도 42는, 본 발명의 실시의 형태 7의 자기 검출 장치에서의 TMR 소자의 저항 변화도이다. 또한, 도 43은, 본 발명의 실시의 형태 7의 자기 검출 장치에 의한 동작 파형의 온도 의존성을 도시하는 도면이다.

자성체 가이드(36)를 구비함으로써, 도 41에 도시하는 바와 같은 저항 변화가 생긴다. 이 결과, 도 42에 도시하는 바와 같이, TMR 소자(31a)와 TMR 소자(31b)는, 자성 이동체의 요철에 대응하여, 거의 동일한 저항 변화 중심으로 동작하는 저항치 변화가 얻어진다. 그리고, 이 저항치 변화는, 앞서의 실시의 형태 4에서 도시한 도 25의 처리 회로에서 처리할 수 있다.

자성체 가이드(36)가 없는 경우에는, 앞서의 도 27에 도시한 바와 같이, 차동 출력 전압에 온도 오프셋이 생기고, 그 영향으로, 최종 출력도 온도에 의존해 어긋나 버리는 결과가 된다. 이에 대해, 자성체 가이드(36)를 마련함에 의해, 도 43에 도시하는 바와 같이, 앞서의 실시의 형태 5의 효과와 마찬가지로, 차동 증폭 전압의 온도 오프셋을 경감할 수 있다.

이상과 같이, 실시의 형태 7에 의하면, TMR 소자와 자석과의 사이에, 자성체 가이드를 마련함으로써, 같은 바이어스 자계가 인가된 TMR 소자로 브리지 회로를 구성할 수 있다. 이 결과, 차동 증폭 전압의 온도 오프셋을 경감하고, IC의 온도에 의존하지 않고서, 검출 정밀도를 안정화시킨다는, 앞서의 실시의 형태 5와 같은 효과를 실현할 수 있다.

또한, 상술한 실시의 형태에서는, 복수의 TMR 소자로서, 2개, 4개, 6개의 TMR 소자를 이용하는 경우를 예시하였지만, 그 밖의 개수에 의한 복수의 TMR 소자를 이용함에 의해서도, 동등한 효과를 얻을 수 있다.

Claims

자화 방향을 고정한 핀드층과, 자화 방향을 자유롭게 변화시키도록 한 프리층과의 사이에 절연층을 끼우고 구성한 자기 터널 접합 구조를 갖는 소자와,
상기 소자에 자계를 인가시키기 위해 배치된 자석과,
상기 자계를 변화시키는 요철 형상을 가지며, 회전하는 자성 이동체를 구비하고,
상기 소자를 기준으로 하고, 상기 핀드층의 자화 방향을 X축방향, 상기 X축방향에 수직하며 상기 핀드층의 평면에 수직한 방향을 Z축방향, 상기 X축방향과 상기 Z축방향으로 이루어지는 XZ 평면에 수직한 방향을 Y축방향으로 한 경우에, 상기 Y축방향에서, 상기 소자에 대해 어느 간극을 갖고서 대향 배치된 상기 자성 이동체가, 상기 대향 배치된 부분이 상기 X축방향과 평행 방향으로 이동하도록 회전축을 중심으로 회전하고, 회전함으로써 변화하는 자기 저항으로부터 상기 대향 배치된 부분의 상기 요철 형상을 검지하는 자기 검출 장치로서,
상기 자석은, 상기 Z축방향으로 착자되어 있고, 상기 Z축방향에서, 상기 소자에 대해 어느 간극을 갖고서 배치되며, 상기 자석의 상기 X축방향의 폭이 상기 소자의 상기 X축방향의 폭보다도 큰 관계에 있는 것을 특징으로 하는 자기 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 소자는, 2개로 구성되고,
상기 2개로 구성된 소자는, 상기 자석의 상기 Y축방향 치수를 2등분하고, 또한 상기 X축방향에 평행한 선과, 상기 Z축방향으로 규정되는 평면을 끼우도록, 상기 Y축방향으로 나열하여 배치되고,
상기 2개로 구성된 소자로 브리지 회로를 구성함으로써 상기 요철 형상을 검지하는 것을 특징으로 하는 자기 검출 장치.
제2항에 있어서,
상기 2개로 구성된 소자는, 상기 평면을 끼우고 대칭이 되도록, 상기 Y축방향으로 나열하여 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 소자는, 2개로 구성되고,
상기 2개로 구성된 소자는, 상기 자석의 상기 X축방향 치수를 2등분하고, 또한 상기 Y축방향에 평행한 선과, 상기 Z축방향으로 규정되는 평면을 끼우고 대칭이 되도록, 상기 X축방향으로 나열하여 배치되고,
상기 2개로 구성된 소자로 브리지 회로를 구성함으로써 상기 요철 형상을 검지하는 것을 특징으로 하는 자기 검출 장치.
제4항에 있어서,
상기 소자는, 2쌍으로 이루어지는 4개로 구성되고,
1쌍째를 구성하는 2개의 소자 및 2쌍째를 구성하는 2개의 소자의 각각은, 상기 자석의 상기 X축방향 치수를 2등분하고, 또한 상기 Y축방향에 평행한 선과, 상기 Z축방향으로 규정되는 평면을 끼우고 대칭이 되도록, 상기 X축방향으로 나열하여 배치되고,
상기 2쌍은, 상기 Y축방향 치수를 2등분하고, 또한 상기 X축방향에 평행한 선과, 상기 Z축방향으로 규정되는 평면을 끼우고 대칭이 되도록 배치되고,
1쌍째를 구성하는 2개의 소자로 구성된 브리지 회로와, 2쌍째를 구성하는 2개의 소자로 구성된 브리지 회로에 의해 차동 신호를 얻음으로써 상기 요철 형상을 검지하는 것을 특징으로 하는 자기 검출 장치.
제4항에 있어서,
상기 소자는, 2쌍으로 이루어지는 4개로 구성되고,
1쌍째를 구성하는 2개의 소자 및 2쌍째를 구성하는 2개의 소자의 각각은, 상기 자석의 상기 Y축방향 치수를 2등분하고, 또한 상기 X축방향에 평행한 선과, 상기 Z축방향으로 규정되는 평면을 끼우고 대칭이 되도록, 상기 Y축방향으로 나열하여 배치되고,
상기 2쌍은, 상기 X축방향 치수를 2등분하고, 또한 상기 Y축방향에 평행한 선과, 상기 Z축방향으로 규정되는 평면을 끼우고 대칭이 되도록 배치되고,
1쌍째를 구성하는 2개의 소자로 구성된 브리지 회로와, 2쌍째를 구성하는 2개의 소자로 구성된 브리지 회로에 의해 차동 신호를 얻음으로써 상기 요철 형상을 검지하는 것을 특징으로 하는 자기 검출 장치.
제2항 또는 제3항에 기재된 상기 소자로 이루어지는 제1 자기 검출 회로와, 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 상기 소자로 이루어지는 제2 자기 검출 회로를, 동일 기판상에 형성하고, 제1 자기 검출 회로에 의해 검지한 요철 형상과 상기 제2 자기 검출 회로에 의해 검지한 요철 형상으로부터, 상기 자성 이동체의 회전 방향을 검출하는 것을 특징으로 하는 자기 검출 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소자에 인가되는 자계를 조정하는 수단으로서, 상기 Z축방향에서, 상기 소자와 상기 자석과의 사이에 배치되고, 상기 소자측에 돌기한 한 쌍의 돌기부를 갖는 자성체 가이드를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 검출 장치.
제7항에 있어서,
상기 소자에 인가되는 자계를 조정하는 수단으로서, 상기 Z축방향에서, 상기 소자와 상기 자석과의 사이에 배치되고, 상기 소자측에 돌기한 한 쌍의 돌기부를 갖는 자성체 가이드를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 검출 장치.