(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にリング状に多極着磁され、回転軸に同期して回転する円板状の移動体と、
前記回転する移動体の周囲に設けられ、前記移動体の磁界の変化を検出する磁気抵抗素子と、
前記磁界の変化による前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて、前記移動体の多極着磁に対応した信号を出力する処理回路部と、
前記磁気抵抗素子へバイアス磁界を印加する磁石とを備え、
前記処理回路部は、前記磁石の着磁方向の真上に設けられ、
前記磁気抵抗素子は、前記移動体の回転軸に平行な、前記磁石の着磁方向の中心線から前記移動体側に所定の距離だけ離れて前記処理回路部上に設けられ、
前記磁石が前記磁気抵抗素子へ印加するバイアス磁界は、前記移動体が前記磁気抵抗素子へ印加する磁界よりも大きい
ことを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
前記磁気抵抗素子は、ＧＭＲ素子である
ことを特徴とする請求項１記載の磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多極着磁された移動体を磁気抵抗素子（ＭＲ素子）で検出する場合、この磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加する磁気検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、磁気抵抗素子を構成する磁気抵抗セグメントの各端に電極を形成してブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路の対向する２つの電極間に定電圧、定電流の電源を接続し、磁気抵抗セグメントの抵抗値変化を電圧変化に変換して、この磁気抵抗素子に作用している磁界の変化を検出する方式がある。
【０００３】
従来の磁気検出装置について図面を参照しながら説明する。図４は、従来の磁気検出装置の構成を示す図である。同図において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図を示す。
【０００４】
図４において、１は例えば円盤の周囲に突起を設けた、磁界を変化させる形状を具備した磁性移動体、２は基板の表面に回路がプリントされた処理回路部、２ａ及び２ｄは磁気抵抗セグメント、２ｂ及び２ｃは磁気抵抗セグメント、３は磁石、４は磁性移動体１の回転軸である。この回転軸４が回転することで磁性移動体１も同期して回転する。なお、例えば、磁気抵抗セグメント２ａ及び２ｄは、一つの黒のブロックで図示しているが、各セグメントが密集し一つのセグメントを独立して表せないためである。
【０００５】
図５は、磁気抵抗素子を用いた従来の磁気検出装置の処理回路部の構成を示す図である。
【０００６】
図５において、磁気抵抗素子は磁気抵抗セグメント２ａ〜２ｄから構成されている。また、１２は差動増幅回路、１３は交流結合回路、１４は比較回路、１５は出力回路、１５Ｔはトランジスタ、１５Ｚは出力端子である。
【０００７】
図５において、磁気抵抗セグメント２ａ〜２ｄあるいは固定抵抗で構成されたブリッジ回路に定電圧ＶＣＣを印加し、磁界の変化による磁気抵抗セグメント２ａ〜２ｄの抵抗値変化を電圧変化に変換する。前記電圧変化された信号は差動増幅回路１２により増幅し、交流結合回路１３を介して比較回路１４に入力される。比較回路１４により所定の電圧と比較された信号は、出力回路１５のトランジスタ１５Ｔによって“０”または“１”（＝ＶＣＣ）の最終出力に変換され、出力端子１５Ｚから出力される。
【０００８】
つぎに、従来の磁気検出装置の動作について図面を参照しながら説明する。図６は、従来の磁気検出装置の動作を示すタイミングチャートである。図６において、（ａ）は磁性移動体１、（ｂ）は磁気抵抗セグメント２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄへの印加磁界、（ｃ）は磁気抵抗セグメント２ａ〜２ｄの抵抗値、（ｄ）は差動増幅回路１２の出力、（ｅ）は最終出力をそれぞれ示す。
【０００９】
図４に示す磁性移動体１が回転軸４を中心に、回転することで磁気抵抗セグメント２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄへの印加磁界が変化し、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、磁性移動体１の形状に対応して磁気抵抗セグメント２ａ〜２ｄに印加される磁界が変化する。
【００１０】
さらに、図６（ｃ）及び（ｄ）に示すように、磁界の変化により、磁気抵抗セグメント２ａ〜２ｄの抵抗値が変化し、差動増幅回路１２の出力が得られる。そして、図６（ｅ）に示すように、この差動増幅回路１２の出力を比較回路１４により波形整形し、磁性移動体１の形状に対応した最終出力信号“１”又は“０”を得ることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
近年、磁気検出装置においても高性能化のための高分解能化の要求がある。しかしながら、磁性移動体１の凹凸を増やして高分解能化するためには、磁気検出装置の最小検出の凹凸ピッチや、磁性移動体１の形状、加工の制約から限界がある。
【００１２】
そこで、高分解能化の有効な手段として、図７に示すような多極着磁された移動体を検出する方法がある。
【００１３】
図７は、別の従来の磁気検出装置の構成を示す図である。同図において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図を示す。
【００１４】
図７において、１０は多極着磁された移動体、２は基板の表面に回路がプリントされた処理回路部、２ａ及び２ｄは磁気抵抗セグメント、２ｂ及び２ｃは磁気抵抗セグメント、３は磁石、４は移動体１０の回転軸である。この回転軸４が回転することで移動体１０も同期して回転する。なお、例えば、磁気抵抗セグメント２ａ及び２ｄは、一つの黒のブロックで図示しているが、各セグメントが密集し一つのセグメントを独立して表せないためである。
【００１５】
図９は、図７の別の従来の磁気検出装置の動作を示すタイミングチャートである。図９において、（ａ）は移動体１０、（ｂ）は磁気抵抗セグメント２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄへの印加磁界、（ｃ）は磁気抵抗セグメント２ａ〜２ｄの抵抗値、（ｄ）は差動増幅回路１２の出力、（ｅ）は最終出力をそれぞれ示す。
【００１６】
ここで問題となるのが磁気抵抗素子（磁気抵抗セグメント２ａ〜２ｄ）の動作磁界範囲である。図８は、磁気抵抗素子の動作磁界範囲（ＭＲループ特性）を示す図である。図８において、横軸は印加磁界（Ａ／ｍ）、縦軸は抵抗変化率（％）である。
【００１７】
図８に示しているように、磁気抵抗素子は無磁界（印加磁界がゼロ）で抵抗値（抵抗変化率）が最大となり、磁界の方向に関係なく磁界の印加で抵抗値が小さくなるため、無磁界（ゼロ磁界）をまたぐことなく動作磁界範囲を設定する必要がある。
【００１８】
最初に説明した従来の磁気検出装置の場合、磁気抵抗素子（磁気抵抗セグメント２ａ〜２ｄ）に印加される磁界は、図６（ｂ）に示すようになっている。つまり、磁性移動体１の凹部対向時はゼロ磁界近傍で、凸部対向時に磁界が印加されるように磁気回路が構成されている。
【００１９】
そのため、２番目に説明した、図７に示すような多極着磁された移動体１０を検出しようとした場合、磁気抵抗セグメント２ａ〜２ｄに印加される磁界は、図９（ｂ）のようにゼロ磁界をまたいでしまう。その結果、図９（ｃ）〜（ｅ）に示すように、磁気抵抗セグメント２ａ、２ｄと２ｂ、２ｃは同様の抵抗値の変化をするようになり、その結果、差動増幅回路１２の出力が得られず、さらに最終出力も得られないという問題点があった。
【００２０】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加することにより磁気抵抗素子に印加される磁界がゼロ磁界をまたがないようにすることができ、ひいては多極着磁された移動体を精度よく検出することができる磁気検出装置を得ることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る磁気検出装置は、外周面にリング状に多極着磁され、回転軸に同期して回転する円板状の移動体と、前記回転する移動体の周囲に設けられ、前記移動体の磁界の変化を検出する磁気抵抗素子と、前記磁界の変化による前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて、前記移動体の多極着磁に対応した信号を出力する処理回路部と、前記磁気抵抗素子へバイアス磁界を印加する磁石とを備え、前記処理回路部は、前記磁石の着磁方向の真上に設けられ、前記磁気抵抗素子は、前記移動体の回転軸に平行な、前記磁石の着磁方向の中心線から前記移動体側に所定の距離だけ離れて前記処理回路部上に設けられ、前記磁石が前記磁気抵抗素子へ印加するバイアス磁界を、前記移動体が前記磁気抵抗素子へ印加する磁界よりも大きくしたものである。
【００２５】
この発明に係る磁気検出装置は、前記磁気抵抗素子を、ＧＭＲ素子としたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の構成等を示す図である。また、図２は、この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の動作を示すタイミングチャートである。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２７】
図１において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の視点Ｐからみた図、（ｃ）は（ｂ）の距離Ｌと磁気抵抗セグメントヘ印加されるバイアス磁界の関係を示す特性図である。
【００２８】
図１（ａ）において、１０は多極着磁された移動体、２は基板の表面に回路がプリントされた処理回路部、２ａ及び２ｄは磁気抵抗セグメント、２ｂ及び２ｃは磁気抵抗セグメント、３は磁石、４は移動体１０の回転軸、５は磁性体ガイドである。この回転軸４が回転することで移動体１０も同期して回転する。なお、例えば、磁気抵抗セグメント２ａ及び２ｄは、一つの黒のブロックで図示しているが、各セグメントが密集し一つのセグメントを独立して表せないためである。
【００２９】
図１（ｂ）において、磁気抵抗セグメント２ａ〜２ｄ（磁気抵抗素子）が、磁石３の着磁方向の中心線（回転軸４に平行）から距離Ｌだけ離れて移動体１０側の、処理回路部２上に設けられている。また、磁気抵抗素子は、磁石３の中心線から所定距離だけ離れて移動体１０の反対側の、処理回路部２上に設けてもよい。矢印を含む点線は、磁石３の磁界を表す。ちなみに、図４及び図７に示した従来例では、磁気抵抗素子が、磁石３の中心線上の、処理回路部２上に設けられている。
【００３０】
図１（ｃ）において、横軸は距離Ｌ（ｍｍ）、縦軸は印加磁界（バイアス磁界）（Ａ／ｍ）である。
【００３１】
図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、本実施の形態１に係る磁気検出装置の磁気回路においては、磁石３の中心線からの距離Ｌより、磁気抵抗セグメントヘの適切なバイアス磁界を調整することができる。
【００３２】
図２は、本実施の形態１に係る磁気検出装置の動作を示すタイミングチャートである。図２において、（ａ）は移動体１０、（ｂ）は磁気抵抗セグメント２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄへの印加磁界、（ｃ）は磁気抵抗セグメント２ａ〜２ｄの抵抗値、（ｄ）は差動増幅回路１２の出力、（ｅ）は最終出力をそれぞれ示す。
【００３３】
図２（ａ）及び（ｅ）に示すように、移動体１０の多極着磁と対応した信号（最終出力）を得ることができる。
【００３４】
実施の形態２．
この実施の形態２は、上記実施の形態１において磁気抵抗セグメント（磁気抵抗素子）へ印加されるバイアス磁界を、移動体１０が磁気抵抗セグメントヘ印加する磁界強度以上、あるいは最大磁界強度以上とするものである。
【００３５】
これにより、磁気抵抗セグメントヘ印加される磁界の変化は、必ずゼロ磁界をまたぐことがなく、良好な信号（最終出力）を得ることができる。
【００３６】
実施の形態３．
この実施の形態３は、磁気抵抗素子に巨大磁気抵抗素子（以下、ＧＭＲ素子と称する）を用いるものである。
【００３７】
このＧＭＲ素子は、数オングストロームから数十オングストロームの厚さの磁性層と非磁性層とを交互に積層させた積層体、いわゆる人工格子膜であり、（Ｆｅ／Ｃｒ）ｎ、（パーマロイ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ）ｎ、（Ｃｏ／Ｃｕ）ｎが知られている。なお、ｎは積層数である。
【００３８】
このＧＭＲ素子は、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）と比較して、格段に大きなＭＲ効果（ＭＲ変化率）を有するとともに、隣り合った磁性層の磁化の向きの相対角度にのみ依存するので、外部磁界の向きが電流に対してどのような角度差をもっていても同じ抵抗値変化が得られる面内感磁の素子である。
【００３９】
但し、磁気抵抗パターンの幅を狭くすることで異方性をつけることができる素子でもある。
【００４０】
また、印加磁界の変化による抵抗値変化にヒステリシスが存在するとともに、温度特性、特に温度係数が大きいという特徴を備えた素子である。
【００４１】
図３は、この発明の実施の形態３に係る磁気検出装置のＧＭＲ素子のＭＲループ特性を示す図である。
【００４２】
図３において、横軸は印加磁界（Ａ／ｍ）、縦軸は抵抗変化率（％）である。
【００４３】
このように、磁気抵抗素子にＧＭＲ素子を用いることにより、ＳＮ比を向上することができ、ノイズ耐量をアップできる。
【００４４】
【発明の効果】
この発明に係る磁気検出装置は、以上説明したとおり、外周面にリング状に多極着磁され、回転軸に同期して回転する円板状の移動体と、前記回転する移動体の周囲に設けられ、前記移動体の磁界の変化を検出する磁気抵抗素子と、前記磁界の変化による前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて、前記移動体の多極着磁に対応した信号を出力する処理回路部と、前記磁気抵抗素子へバイアス磁界を印加する磁石とを備え、前記処理回路部は、前記磁石の着磁方向の真上に設けられ、前記磁気抵抗素子は、前記移動体の回転軸に平行な、前記磁石の着磁方向の中心線から前記移動体側に所定の距離だけ離れて前記処理回路部上に設けられ、前記磁石が前記磁気抵抗素子へ印加するバイアス磁界を、前記移動体が前記磁気抵抗素子へ印加する磁界よりも大きくしたので、磁気抵抗素子に印加される磁界を、ゼロ磁界をまたがないようにすることができ、良好な検出ができるという効果を奏する。
【００４８】
この発明に係る磁気検出装置は、前記磁気抵抗素子を、ＧＭＲ素子としたので、信号振幅が増大し検出性能の向上とノイズ耐量の向上を計ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の構成を示す斜視図、斜視図の視点Ｐからみた図、及び距離Ｌとバイアス磁界の関係を示す特性図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】  この発明の実施の形態３に係る磁気検出装置のＧＭＲ素子のＭＲループ特性を示す図である。
【図４】  従来の磁気検出装置の構成を示す斜視図、及び上面図である。
【図５】  従来の磁気検出装置の処理回路部の構成を示す図である。
【図６】  従来の磁気検出装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】  別の従来の磁気検出装置の構成を示す斜視図、及び上面図である。
【図８】  従来の磁気検出装置の磁気抵抗素子の動作磁界範囲（ＭＲループ特性）を示す図である。
【図９】  別の従来の磁気検出装置の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
２  処理回路部、２ａ  磁気抵抗セグメント、２ｂ  磁気抵抗セグメント、２ｃ  磁気抵抗セグメント、２ｄ  磁気抵抗セグメント、３  磁石、４  回転軸、５  磁性体ガイド、１０  移動体。
【図１】
0003655897.tif 000002
【図２】
0003655897.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003655897.tif 000005
【図５】
0003655897.tif 000006
【図６】
0003655897.tif 000007
【図７】
0003655897.tif 000008
【図８】
0003655897.tif 000009
【図９】
0003655897.tif 000010