(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向を固定したピンド層と、磁化方向を自由に変化させるようにしたフリー層との間に絶縁層を挟んで構成した磁気トンネル接合構造を有する素子と、
前記素子に磁界を印加させるために配置された磁石と、
前記磁界を変化させる凹凸形状を有し、回転する磁性移動体と
を備え、
前記素子を基準とし、前記ピンド層の磁化方向をＸ軸方向、前記Ｘ軸方向に垂直で前記ピンド層の平面に垂直な方向をＺ軸方向、前記Ｘ軸方向と前記Ｚ軸方向からなるＸＺ平面に垂直な方向をＹ軸方向とした場合に、前記Ｙ軸方向において、前記素子に対してある間隙を有して対向配置された前記磁性移動体が、前記対向配置された部分が前記Ｘ軸方向と平行方向に移動するように回転軸を中心に回転し、回転することで変化する磁気抵抗から前記対向配置された部分の前記凹凸形状を検知する磁気検出装置であって、
前記磁石は、前記Ｚ軸方向に着磁されており、前記Ｚ軸方向において、前記素子に対してある間隙を有して配置される
磁気検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気検出装置において、
前記素子は、２つで構成され、
前記２つで構成された素子は、前記磁石の前記Ｙ軸方向寸法を２等分し、かつ前記Ｘ軸方向に平行な線と、前記Ｚ軸方向と、で規定される平面を挟むように、前記Ｙ軸方向に並べて配置され、
前記２つで構成された素子にてブリッジ回路を構成することで前記凹凸形状を検知する
磁気検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気検出装置において、
前記２つで構成された素子は、前記平面を挟んで対称となるように、前記Ｙ軸方向に並べて配置される
磁気検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の磁気検出装置において、
前記素子は、２つで構成され、
前記２つで構成された素子は、前記磁石の前記Ｘ軸方向寸法を２等分し、かつ前記Ｙ軸方向に平行な線と、前記Ｚ軸方向と、で規定される平面を挟んで対称になるように、前記Ｘ軸方向に並べて配置され、
前記２つで構成された素子にてブリッジ回路を構成することで前記凹凸形状を検知する
磁気検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気検出装置において、
前記素子は、２対からなる４つで構成され、
１対目を構成する２つの素子および２対目を構成する２つの素子のそれぞれは、前記磁石の前記Ｘ軸方向寸法を２等分し、かつ前記Ｙ軸方向に平行な線と、前記Ｚ軸方向と、で規定される平面を挟んで対称になるように、前記Ｘ軸方向に並べて配置され、
前記２対は、前記Ｙ軸方向寸法を２等分し、かつ前記Ｘ軸方向に平行な線と、前記Ｚ軸方向と、で規定される平面を挟んで対称となるように配置され、
１対目を構成する２つの素子にて構成されたブリッジ回路と、２対目を構成する２つの素子にて構成されたブリッジ回路により差動信号を得ることで前記凹凸形状を検知する
磁気検出装置。
【請求項６】
請求項４に記載の磁気検出装置において、
前記素子は、２対からなる４つで構成され、
１対目を構成する２つの素子および２対目を構成する２つの素子のそれぞれは、前記磁石の前記Ｙ軸方向寸法を２等分し、かつ前記Ｘ軸方向に平行な線と、前記Ｚ軸方向と、で規定される平面を挟んで対称になるように、前記Ｙ軸方向に並べて配置され、
前記２対は、前記Ｘ軸方向寸法を２等分し、かつ前記Ｙ軸方向に平行な線と、前記Ｚ軸方向と、で規定される平面を挟んで対称となるように配置され、
１対目を構成する２つの素子にて構成されたブリッジ回路と、２対目を構成する２つの素子にて構成されたブリッジ回路により差動信号を得ることで前記凹凸形状を検知する
磁気検出装置。
【請求項７】
請求項２または請求項３に記載の前記素子からなる第１磁気検出回路と、請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載の前記素子からなる第２磁気検出回路を、同一基板上に形成し、第１磁気検出回路により検知した凹凸形状と前記第２磁気検出回路により検知した凹凸形状から、前記磁性移動体の回転方向を検出する
磁気検出装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気検出装置において、
前記素子に印加される磁界を調整する手段として、前記Ｚ軸方向において、前記素子と前記磁石との間に配置され、前記素子側に突起した１対の突起部を有する磁性体ガイド
をさらに備える磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性移動体の凹凸を磁気抵抗素子に印加される外部磁界の変化により検知できる磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁性移動体の凹凸を検知する磁気抵抗素子として、印加磁界に応じてトンネル効果により抵抗変化を生じるＴＭＲ素子（トンネル磁気抵抗素子）が使用されるようになった。ここで、ＴＭＲ素子には、強磁性体からなる磁化の向きを固定したピンド層、絶縁層からなるトンネル膜、および強磁性体からなる磁化の向きを外部磁界によって自由に変化させるようにしたフリー層が形成されている。【０００３】
図４４は、ＴＭＲ素子のＲ−Ｈ特性図である。具体的には、この図４４は、ＴＭＲ素子のピンド層の磁化方向に対して平行な外部磁界が印加された場合の抵抗変化を示している。図４４のようにピンド層の磁化方向に、ある値以上の平行磁界が印加されると、ＴＭＲの抵抗値は、最小に変化し、飽和する。また、ある値以上の反平行磁界が印加されると、ＴＭＲの抵抗値は、最大に変化し、飽和する。【０００４】
図４５は、ＴＭＲ素子のＲ−θ特性図である。具体的には、この図４５は、ＴＭＲ素子に、図４４において抵抗値が飽和する磁界を印加し、ピンド層の磁化方向に対して角度変化をもたせた場合の抵抗変化を示している。図４５のように、ピンド層の磁化方向と印加磁界方向（フリー層の磁化方向）のなす角に応じて、３６０ｄｅｇを１周期として、抵抗値が変化する。【０００５】
図４５からわかるように、ピンド層磁化方向とフリー層磁化方向のなす角度の変化による抵抗値変化を利用した磁気検出装置では、なす角による抵抗変化が最も大きくなる９０ｄｇｅ近傍で使用することが望ましい。従って、ＴＭＲ素子へ印加される飽和磁界以上のバイアス磁界の方向（フリー層の磁化方向）は、ピンド層の磁化方向に対して９０ｄｅｇ近傍に設定される。【０００６】
図４６は、ＴＭＲ素子を用いた従来の磁気検出装置の磁気回路構成図である。また、図４７は、図４６に示した磁気回路構成図の部分拡大図である。図４６には、ＴＭＲ素子１、磁石２、磁界変化をさせる形状を具備した磁性移動体３、および回転軸４が示されている。そして、回転軸４が回転することで、磁性移動体３も同期して回転する。また、図４７には、ＴＭＲ素子が搭載される回路基板あるいは処理回路を含めたＩＣ５が示されている。【０００７】
ＴＭＲ素子１のピンド層の磁化方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に垂直でピンド層平面に垂直な方向をＺ軸方向、ＸＺ平面に垂直な方向をＹ軸方向とした場合、磁性移動体３は、ＴＭＲ素子１のＹ軸方向の一方に配置され、Ｘ軸方向とほぼ平行に移動する。磁石２は、Ｙ軸方向において、ＴＭＲ素子１を間にして、磁性移動体３と反対側に配置されている。そして、磁石２は、Ｙ軸方向に着磁されることにより、ＴＭＲ素子１のピンド層の磁化方向に対してほぼ９０ｄｅｇの磁界をＴＭＲ素子に印加する。【０００８】
図４８は、従来の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角度に関する説明図であり、磁性移動体３が回転した時のＴＭＲ素子への印加磁界角度を示している。この図４８において、（ａ）は、磁性移動体３の突起がＸ軸方向の一方で近接した時、（ｂ）は、磁性移動体３の突起がＹ軸方向にＴＭＲ素子と対向した時、（ｃ）は、磁性移動体３の突起がＸ軸方向のもう一方で近接した時を示している。【０００９】
図４９は、従来の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角の変化を示す図である。具体的には、この図４９は、磁性移動体３が回転した時の凹凸に対応したＴＭＲ素子への印加磁界角度変化の磁界シミュレーション結果を示している。また、図５０は、従来の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子のＲ−θ特性図であり、図４９のような印加磁界角度変化により生じる抵抗変化を示している。さらに、図５１は、従来の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子の抵抗変化図である。具体的には、この図５１は、図４９のような印加磁界角度変化により得られる、磁性移動体３の凹凸に対応したＴＭＲ素子の抵抗変化を示している。【００１０】
また、図５２は、従来の磁気検出装置で用いられる、ＴＭＲ素子の抵抗変化を処理するための回路図である。そして、図５３は、従来の磁気検出装置による動作波形図であり、図５２に示した回路により得られる、磁性移動体３の凹凸に対応した差動出力電圧および最終出力を示している。図５２に示した処理回路は、図５３に示した作動出力電圧を、基準電圧Ｖｒｅｆと比較することにより、磁性移動体３の凸部中心および凹部中心で反転する最終出力信号を生成することができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１-２１７４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
図４６、図４７に示す従来の磁気検出装置における磁気回路は、図４９で示すような、磁性移動体の凹凸に対応したＴＭＲ素子への印加磁界角度変化が大きい程、検出精度を向上させることができる。すなわち、検出精度を向上させるためには、ＴＭＲ素子への印加磁界角度変化をいかに大きくするかが課題として挙げられる。【００１３】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、従来装置と比較して、ＴＭＲ素子への印加磁界角度変化を大きくし、検出精度を向上させることのできる磁気検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る磁気検出装置は、磁化方向を固定したピンド層と、磁化方向を自由に変化させるようにしたフリー層との間に絶縁層を挟んで構成した磁気トンネル接合構造を有する素子と、素子に磁界を印加させるために配置された磁石と、磁界を変化させる凹凸形状を有し、回転する磁性移動体とを備え、素子を基準とし、ピンド層の磁化方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に垂直でピンド層の平面に垂直な方向をＺ軸方向、Ｘ軸方向とＺ軸方向からなるＸＺ平面に垂直な方向をＹ軸方向とした場合に、Ｙ軸方向において、素子に対してある間隙を有して対向配置された磁性移動体が、対向配置された部分がＸ軸方向と平行方向に移動するように回転軸を中心に回転し、回転することで変化する磁気抵抗から対向配置された部分の凹凸形状を検知する磁気検出装置であって、磁石は、Ｚ軸方向に着磁されており、Ｚ軸方向において、素子に対してある間隙を有して配置されるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、磁石を、素子に対してＺ軸方向（素子のピンド層の磁化方向に垂直で、かつピンド層平面に垂直な方向）に配置することにより、従来装置と比較して、ＴＭＲ素子への印加磁界角度変化を大きくし、検出精度を向上させることのできる磁気検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における磁気検出装置の磁気回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における図１に示した磁気回路構成の部分拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態１の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角度に関する説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角の変化を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子のＲ−θ特性図である。
【図６】本発明の実施の形態１の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子の抵抗変化図である。
【図７】本発明の実施の形態１の磁気検出装置による動作波形図である。
【図８】本発明の先の実施の形態１の磁気検出装置による動作波形の温度依存性を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２における磁気回路構成の部分拡大図である。
【図１０】本発明の実施の形態２の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角度に関する説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態２の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角の変化を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子のＲ−θ特性図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子の抵抗変化図である。
【図１４】本発明の実施の形態２の磁気検出装置で用いられる、ＴＭＲ素子の抵抗変化を処理するための回路図である。
【図１５】本発明の実施の形態２の磁気検出装置による動作波形の温度依存性を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態３における磁気回路構成の部分拡大図である。
【図１７】本発明の実施の形態３の磁気検出装置における、図１６に示した配置のＴＭＲ素子のＲ−θ特性図である。
【図１８】本発明の実施の形態３における磁気回路構成の部分拡大図である。
【図１９】本発明の実施の形態３の磁気検出装置における、図１８に示した配置のＴＭＲ素子のＲ−θ特性図である。
【図２０】本発明の実施の形態４における磁気回路構成の部分拡大図である。
【図２１】本発明の実施の形態４の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角の変化を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態４の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角の変化を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態４の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子のＲ−θ特性図である。
【図２４】本発明の実施の形態４の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子の抵抗変化図である。
【図２５】本発明の実施の形態４の磁気検出装置で用いられる、ＴＭＲ素子の抵抗変化を処理するための回路図である。
【図２６】本発明の実施の形態４の磁気検出装置による動作波形を示す図である。
【図２７】本発明の実施の形態４の磁気検出装置による動作波形の温度依存性を示す図である。
【図２８】本発明の実施の形態５における磁気回路構成の部分拡大図である。
【図２９】本発明の実施の形態５の磁気検出装置における新たに追加されたＴＭＲ素子の、ＴＭＲ印加磁界角の変化を示す図である。
【図３０】本発明の実施の形態５の磁気検出装置における新たに追加されたＴＭＲ素子の、ＴＭＲ印加磁界角の変化を示す図である。
【図３１】本発明の実施の形態５の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子のＲ−θ特性図である。
【図３２】本発明の実施の形態５の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子の抵抗変化図である。
【図３３】本発明の実施の形態５の磁気検出装置で用いられる、ＴＭＲ素子の抵抗変化を処理するための回路図である。
【図３４】本発明の実施の形態５の磁気検出装置で用いられる、ＴＭＲ素子の抵抗変化を処理するための別の回路図である。
【図３５】本発明の実施の形態５の磁気検出装置による動作波形の温度依存性を示す図である。
【図３６】本発明の実施の形態６における磁気回路構成の部分拡大図である。
【図３７】本発明の実施の形態３および実施の形態５のそれぞれの磁気検出装置による動作波形図を合わせて表したものである。
【図３８】本発明の実施の形態６の磁気検出装置で用いられる、ＴＭＲ素子の抵抗変化を処理するための回路図である。
【図３９】本発明の実施の形態６の磁気検出装置によって得られる正回転時および逆回転時における最終出力、最終出力１、最終出力２のタイミングチャートを示した図である。
【図４０】本発明の実施の形態７における磁気回路構成の部分拡大図である。
【図４１】本発明の実施の形態７の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子のＲ−θ特性図である。
【図４２】本発明の実施の形態７の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子の抵抗変化図である。
【図４３】本発明の実施の形態７の磁気検出装置による動作波形の温度依存性を示す図である。
【図４４】ＴＭＲ素子のＲ−Ｈ特性図である。
【図４５】ＴＭＲ素子のＲ−θ特性図である。
【図４６】ＴＭＲ素子を用いた従来の磁気検出装置の磁気回路構成図である。
【図４７】図４６に示した磁気回路構成図の部分拡大図である。
【図４８】従来の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角度に関する説明図である。
【図４９】従来の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角の変化を示す図である。
【図５０】従来の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子のＲ−θ特性図である。
【図５１】従来の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子の抵抗変化図である。
【図５２】従来の磁気検出装置で用いられる、ＴＭＲ素子の抵抗変化を処理するための回路図である。
【図５３】従来の磁気検出装置による動作波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の磁気検出装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における磁気検出装置の磁気回路構成図である。また、図２は、本発明の実施の形態１における図１に示した磁気回路構成の部分拡大図である。図１には、ＴＭＲ素子１１、磁石１２、磁界変化をさせる形状を具備した磁性移動体１３、および回転軸１４が示されている。そして、回転軸１４が回転することで、磁性移動体１３も同期して回転する。また、図２には、ＴＭＲ素子１１が搭載される回路基板あるいは処理回路を含めたＩＣ１５が示されている。
【００１９】
ＴＭＲ素子１１のピンド層の磁化方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に垂直でピンド層平面に垂直な方向をＺ軸方向とし、ＸＺ平面に垂直な方向をＹ軸方向とした場合、磁性移動体１３は、ＴＭＲ素子１１のＹ軸方向の一方に配置され、Ｘ軸方向とほぼ平行に移動する。磁石１２は、ＴＭＲ素子１１に対してＺ軸方向に配置され、Ｚ軸方向に着磁されている。ＴＭＲ素子１１に印加されるＸＹ平面に平行な磁界成分は、ピンド層の磁化方向に対して９０ｄｅｇになるよう構成されている。
【００２０】
図３は、本発明の実施の形態１の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角度に関する説明図であり、磁性移動体１３が回転した時のＴＭＲ素子１１への印加磁界角度を示している。この図３において、（ａ）は、磁性移動体１３の突起がＸ軸方向の一方で近接した時、（ｂ）は、磁性移動体１３の突起がＹ軸方向にＴＭＲ素子と対向した時、（ｃ）は、磁性移動体１３の突起がＸ軸方向のもう一方で近接した時を示している。
【００２１】
図４は、本発明の実施の形態１の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角の変化を示す図である。具体的には、この図４は、磁性移動体１３が回転した時の凹凸に対応したＴＭＲ素子１１への印加磁界角度変化の磁界シミュレーション結果を示している。
【００２２】
また、図５は、本発明の実施の形態１の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子のＲ−θ特性図であり、図４のような印加磁界角度変化により生じる抵抗変化を示している。さらに、図６は、本発明の実施の形態１の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子の抵抗変化図である。具体的には、この図６は、図４のような印加磁界角度変化により得られる、磁性移動体１３の凹凸に対応したＴＭＲ素子の抵抗変化を示している。
【００２３】
なお、図４および図６において、実線は、本実施の形態１の磁気検出装置によって得られる波形を示しており、点線は、従来の磁気検出装置によって得られる波形を示している。
【００２４】
本実施の形態１における磁気回路構成は、図４に示すように、ＴＭＲ素子１１への印加磁界角の振れ幅が、従来の磁気回路構成に比べ飛躍的にアップしている。この結果、本実施の形態１における磁気検出装置では、図５に示すような抵抗変化が生じ、図６に示すように、磁性移動体１３の凹凸に対応して、従来よりも大振幅なＴＭＲ素子の抵抗変化を得ることができる。
【００２５】
また、図７は、本発明の実施の形態１の磁気検出装置による動作波形図であり、先の図５２に示した回路により得られる、磁性移動体３の凹凸に対応した差動出力電圧および最終出力を示している。なお、図７において、実線は、本実施の形態１の磁気検出装置によって得られる波形を示しており、点線は、従来の磁気検出装置によって得られる波形を示している。
【００２６】
本実施の形態１の磁気検出装置は、従来と同様の図５２に示す回路を用いて信号処理を行うが、図７に示すように、磁性移動体１３の凹凸に対応して、従来よりも大振幅な差動出力電圧を得ることができる。このため、基準電圧Ｖｒｅｆと比較することにより得られる磁性移動体１３の凸部中心および凹部中心で反転する最終出力信号は、従来よりも高精度な値となる。
【００２７】
以上のように、実施の形態１によれば、磁石を、ＴＭＲ素子に対してＺ軸方向（すなわち、ＴＭＲ素子のピンド層の磁化方向に垂直で、かつピンド層平面に垂直な方向）に配置して、磁気回路を構成している。この結果、ＴＭＲ素子への印加磁界角度変化を大きくして最終出力信号を得ることができ、検出精度を向上させた磁気検出装置を実現できる。
【００２８】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、ＩＣ上に、１個のＴＭＲ素子が搭載されている場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、ＴＭＲ素子を２個以上搭載することで、さらなる検出精度の向上を図る場合について説明する。
【００２９】
図８は、本発明の先の実施の形態１の磁気検出装置による動作波形の温度依存性を示す図である。具体的には、先の図７に示した差動出力電圧波形に関し、検出回路の温度が２５℃の場合の波形を点線、検出回路の温度が１５０℃の場合の波形を実線で示している。
【００３０】
先の実施の形態１の図２の磁気回路構成においては、ＴＭＲ素子１１とブリッジを構成する抵抗体は、ＴＭＲ素子１１以外で構成される。このため、抵抗値の温度係数が一致せず、図８に示すように、差動出力電圧において温度オフセットを生じてしまい、その影響で、最終出力も温度に依存してずれてしまう結果となる。そこで、本実施の形態２では、このような温度オフセットの問題を解決する具体的な構成について説明する。
【００３１】
図９は、本発明の実施の形態２における磁気回路構成の部分拡大図である。図９には、２個のＴＭＲ素子２１ａ、２１ｂ、磁石２２、そしてＴＭＲ素子２１ａ、２１ｂが搭載される回路基板あるいは処理回路を含めたＩＣ２５が示されている。
【００３２】
本実施の形態２の磁気回路構成は、先の実施の形態１の磁気回路構成図である図１において、磁石２２のＹ軸方向寸法を２等分するＸ軸方向に平行な線（図９中の「Ｙ軸方向寸法２等分線」に相当）と、Ｚ軸方向と、からなる平面を挟むようにして、２つ以上のＴＭＲ素子をＹ軸方向に並べて配置し、ブリッジ回路を構成するものである。図９においては、２個のＴＭＲ素子２１ａ、２１ｂを並べて配置した場合を例示している。
【００３３】
図９に示すように、ＴＭＲ素子のピンド層磁化方向に対して、ＴＭＲ素子２１ａにはθ２１ａ＝９０ｄｅｇのバイアス磁界、ＴＭＲ素子２１ｂにはθ２１ｂ＝−９０ｄｅｇ（２７０ｄｅｇ）のバイアス磁界が印加されている。
【００３４】
図１０は、本発明の実施の形態２の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角度に関する説明図であり、磁性移動体１３が回転した時のＴＭＲ素子２１ａ、２１ｂへの印加磁界を示している。この図１０において、（ａ）は、磁性移動体１３の突起がＸ軸方向の一方で近接した時、（ｂ）は、磁性移動体１３の突起がＹ軸方向にＴＭＲ素子と対向した時、（ｃ）は、磁性移動体１３の突起がＸ軸方向のもう一方で近接した時を示している。
【００３５】
図１１は、本発明の実施の形態２の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角の変化を示す図である。具体的には、この図１１は、磁性移動体１３が回転した時の凹凸に対応したＴＭＲ素子への印加磁界角度変化の磁界シミュレーション結果を示している。
【００３６】
また、図１２は、本発明の実施の形態２の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子のＲ−θ特性図であり、図１１のような印加磁界角度変化により生じる抵抗変化を示している。さらに、図１３は、本発明の実施の形態２の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子の抵抗変化図である。具体的には、この図１３は、図１１のような印加磁界角度変化により得られる、磁性移動体１３の凹凸に対応したＴＭＲ素子の抵抗変化を示している。
【００３７】
なお、図１１および図１３において、実線は、１個目のＴＭＲ素子２１ａによって得られる波形を示しており、点線は、２個目のＴＭＲ素子２１ｂによって得られる波形を示している。
【００３８】
本実施の形態２における磁気回路構成は、図１１に示すように、ＴＭＲ素子への印加磁界の振れ角は、ＴＭＲ２１ａは、９０ｄｅｇ中心に振幅し、ＴＭＲ２１ｂは、−９０ｄｅｇ（２７０ｄｅｇ）中心に振幅し、ＴＭＲ２１ａ≫ＴＭＲ２１ｂの磁界振幅となる。この結果、図１２に示すように、この磁界振幅に対応し抵抗値が変化し、図１３に示すように、磁性移動体１３の凹凸に対応して、抵抗変化が得られる。
【００３９】
図１４は、本発明の実施の形態２の磁気検出装置で用いられる、ＴＭＲ素子の抵抗変化を処理するための回路図である。また、図１５は、本発明の実施の形態２の磁気検出装置による動作波形の温度依存性を示す図である。具体的には、先の図１３の１個目のＴＭＲ素子２１ａによる差動出力電圧波形に関し、検出回路の温度が２５℃の場合の波形を点線、検出回路の温度が１５０℃の場合の波形を実線で示している。
【００４０】
本実施の形態２では、図１４に示すように、ＴＭＲ素子２１ａとＴＭＲ素子２１ｂでブリッジを構成して差動出力電圧を生成している。このため、図１５で示すように、差動出力電圧の温度オフセットが小さくなり、最終出力が、温度の影響によるばらつきが軽減され、温度に依存せず安定することとなる。
【００４１】
以上のように、実施の形態２によれば、差動出力電圧を求めるブリッジ回路の抵抗体として、複数のＴＭＲ素子を用いている。この結果、先の実施の形態１の効果に加え、差動出力電圧の温度オフセットを軽減し、ＩＣの温度に依存せずに、検出精度を安定化させた磁気検出装置を実現できる。
【００４２】
実施の形態３．
先の実施の形態２では、２個のＴＭＲ素子２１ａ、２１ｂをＩＣ上の適切な位置に配置することで、温度に依存せずに検出精度を安定化させる場合について説明した。これに対して、本実施の形態３では、これら２個のＴＭＲ素子２１ａ、２１ｂの最適な位置に関して説明する。
【００４３】
具体的には、本実施の形態３では、ＴＭＲ素子２１ａ、２１ｂを、磁石２２のＹ軸方向寸法を２等分するＸ軸方向に平行な線と、Ｚ軸方向と、からなる平面を挟むとともに、対称性を持たせ、Ｙ軸方向に並べて配置している。図１６は、本発明の実施の形態３における磁気回路構成の部分拡大図であり、ＴＭＲ素子２１ａ、２１ｂがＸ軸方向に位置ズレしていない場合のＴＭＲ素子配置を示す。
【００４４】
また、図１６に示すように、ＴＭＲ素子２１ａとＴＭＲ素子２１ｂは、磁石のＹ軸方向寸法を２等分するＸ軸方向に平行な線と、Ｚ軸方向と、からなる平面に関してほぼ対称に配置されており、３個目のＴＭＲ素子２１ｃは、ＴＭＲ２１ａに対して非対称に配置されている。
【００４５】
図１７は、本発明の実施の形態３の磁気検出装置における、図１６に示した配置のＴＭＲ素子のＲ−θ特性図であり、Ｘ軸方向に位置ズレしていない３個のＴＭＲ素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃに印加されているバイアス磁界角と抵抗値を示している。図１６に示すように、ＴＭＲ素子２１ｂとＴＭＲ素子２１ｃに印加されているバイアス磁界角は、ＴＭＲ素子のピンド層の磁化方向に対して９０ｄｅｇと−９０ｄｅｇとなり同じ抵抗値である。
【００４６】
これに対して、図１８は、本発明の実施の形態３における磁気回路構成の部分拡大図であり、ＴＭＲ素子２１ａ、２１ｂがＸ軸方向に位置ズレしている場合のＴＭＲ素子配置を示す。すなわち、図１８における３個のＴＭＲ素子の配置は、先の図１６における３個のＴＭＲ素子がＸ軸方向に位置ズレして配置されている場合に相当している。
【００４７】
図１９は、本発明の実施の形態３の磁気検出装置における、図１８に示した配置のＴＭＲ素子のＲ−θ特性図であり、Ｘ軸方向に位置ズレしている３個のＴＭＲ素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃに印加されているバイアス磁界角と抵抗値を示している。図１８に示す配置の場合には、図１９に示すように、磁石のＹ軸方向寸法を２等分するＸ軸方向に平行な線と、Ｚ軸方向と、からなる平面にほぼ対称に配置されているＴＭＲ素子２１ａとＴＭＲ素子２１ｂに印加されているバイアス磁界角は、±θとなり同じ抵抗値になる。
【００４８】
しかしながら、対称配置されていないＴＭＲ素子２１ｃに印加されているバイアス磁界角は、−θ＋αとなり、ＴＭＲ素子２１ａ、ＴＭＲ素子２１ｂとは異なる抵抗値となる。従って、図１６および図１７と、図１８および図１９との比較から、ＴＭＲ素子２１ａとＴＭＲ２１ｂに対称性を持たせて、かつ、Ｘ軸方向の位置ズレがない状態で、Ｙ軸方向に並べて配置することで、最終出力の検出精度を向上させることができる。
【００４９】
以上のように、実施の形態３によれば、差動出力電圧を求めるブリッジ回路の抵抗体として、２個のＴＭＲ素子を用いている。さらに、それら２個のＴＭＲ素子は、対称性を有するとともに、Ｘ軸方向に位置ズレしないように配置されている。この結果、先の実施の形態２の効果をさらに向上させることができる。
【００５０】
実施の形態４．
本実施の形態４では、２個のＴＭＲ素子を配置することで、先の実施の形態１の場合と比較して、最終出力電圧の位相を１／４周期ずらす場合について説明する。なお、本実施の形態４の磁気回路構成は、ＴＭＲ素子配置を除いては、先の実施の形態１と同様である。
【００５１】
図２０は、本発明の実施の形態４における磁気回路構成の部分拡大図である。図２０には、２個のＴＭＲ素子３１ａ、３１ｂ、磁石３２、そしてＴＭＲ素子３１ａ、３１ｂが搭載される回路基板あるいは処理回路を含めたＩＣ３５が示されている。
【００５２】
本実施の形態４の磁気回路構成は、先の実施の形態１の磁気回路構成図である図１において、磁石２２のＸ軸方向寸法を２等分するＹ軸方向に平行な線（図２０中の「Ｘ軸方向寸法２等分線」に相当）と、Ｚ軸方向と、からなる平面を挟むようにして、２つ以上のＴＭＲ素子をＸ軸方向に並べて配置し、ブリッジ回路を構成するものである。図２０においては、２個のＴＭＲ素子３１ａ、３１ｂを並べて配置した場合を例示している。
【００５３】
図２０に示すように、ＴＭＲ素子のピンド層磁化方向に対して、ＴＭＲ素子３１ａにはθ３１ａ＝１８０ｄｅｇ−θ３１ｂのバイアス磁界角で磁界が印加されている。
【００５４】
図２１、図２２は、本発明の実施の形態４の磁気検出装置におけるＴＭＲ印加磁界角の変化を示す図である。具体的には、図２１は、磁性移動体１３が回転した時の凹凸に対応したＴＭＲ素子３１ａへの印加磁界角度変化の磁界シミュレーション結果を示しており、図２２は、磁性移動体１３が回転した時の凹凸に対応したＴＭＲ素子３１ｂへの印加磁界角度変化の磁界シミュレーション結果を示している。
【００５５】
また、図２３は、本発明の実施の形態４の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子のＲ−θ特性図であり、図２１、図２２のような印加磁界角度変化により生じる抵抗変化を示している。さらに、図２４は、本発明の実施の形態４の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子の抵抗変化図である。具体的には、この図２４は、図２１、図２２のような印加磁界角度変化により得られる、磁性移動体１３の凹凸に対応したＴＭＲ素子３１ａ、３１ｂの抵抗変化を示している。
【００５６】
図２５は、本発明の実施の形態４の磁気検出装置で用いられる、ＴＭＲ素子の抵抗変化を処理するための回路図である。また、図２６は、本発明の実施の形態４の磁気検出装置による動作波形を示す図である。
【００５７】
図２４で示した抵抗変化を図２５の処理回路で処理することにより、図２６に示すように、磁性移動体の凹凸に対応した差動出力電圧が得られる。そして、この差動出力電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと比較することにより、先の実施の形態１の図７で示した最終出力信号とは、１／４周期位相が異なり、磁性移動体の凹部中心と凸部中心のほぼ中心で反転する最終出力信号が得られる。
【００５８】
以上のように、実施の形態４によれば、図２０に示したような配置を有する２個のＴＭＲ素子を用いている。このような配置によれば、最終出力信号が先の実施の形態１とは１／４周期位相がずれた形で、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
実施の形態５．
本実施の形態４では、先の実施の形態４の構成に対して、差動出力電圧の温度オフセットを軽減し、ＩＣの温度に依存せずに、検出精度を安定化させるための構成をさらに備えた場合について説明する。
【００６０】
図２７は、本発明の先の実施の形態４の磁気検出装置による動作波形の温度依存性を示す図である。具体的には、先の図２６に示した差動出力電圧波形に関し、検出回路の温度が２５℃の場合の波形を点線、検出回路の温度が１５０℃の場合の波形を実線で示している。
【００６１】
先の実施の形態４においては、図２３、図２４で示すように、ブリッジを構成するＴＭＲ素子３１ａとＴＭＲ素子３１ｂの抵抗値がズレており、抵抗値の温度係数が一致していない。この結果、図２７に示すように、差動出力電圧において、温度オフセットを生じてしまい、その影響で、最終出力も温度に依存してずれてしまう結果となる。そこで、本実施の形態５では、このような温度オフセットの問題を解決する具体的な構成について説明する。
【００６２】
図２８は、本発明の実施の形態５における磁気回路構成の部分拡大図である。図２８には、４個のＴＭＲ素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、磁石３２、そしてＴＭＲ素子３１ａ〜３１ｄが搭載される回路基板あるいは処理回路を含めたＩＣ３５が示されている。
【００６３】
本実施の形態５の磁気回路構成は、先の実施の形態４の図２０に示した構成に対して、２つのＴＭＲ素子３１ｃ、３１ｄをさらに追加したものであり、同じものには同符号を記し、説明を省略する。
【００６４】
図２８において、４つのＴＭＲ素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、磁石のＸ軸方向寸法を２等分するＹ軸方向に平行な線と、Ｚ軸方向と、からなる平面にほぼ対称となるように、Ｘ軸方向に並べて配置されたＴＭＲ素子３１ａ、３１ｂとＴＭＲ素子３１ｃ、３１ｄの２対からなる。図２８に示すように、ＴＭＲ素子のピンド層の磁化方向に対し、各ＴＭＲ素子へθ３１ａ＝１８０−θ３１ｂ、θ３１ｃ＝−θ３１ａ、θ３１ｄ＝−θ３１ｂのバイアス磁界角で磁界が印加されている。
【００６５】
図２９、図３０は、本発明の実施の形態５の磁気検出装置における新たに追加されたＴＭＲ素子の、ＴＭＲ印加磁界角の変化を示す図である。具体的には、図２９は、磁性移動体１３が回転した時の凹凸に対応したＴＭＲ素子３１ｃへの印加磁界角度変化の磁界シミュレーション結果を示しており、図３０は、磁性移動体１３が回転した時の凹凸に対応したＴＭＲ素子３１ｄへの印加磁界角度変化の磁界シミュレーション結果を示している。なお、ＴＭＲ素子３１ａへの印加磁界角度変化は、先の図２１と同じであり、ＴＭＲ素子３１ｂへの印加磁界角度変化は、先の図２２と同じである。
【００６６】
また、図３１は、本発明の実施の形態５の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子のＲ−θ特性図であり、図２１、図２２、図２９、図３０のような印加磁界角度変化により生じる抵抗変化を示している。さらに、図３２は、本発明の実施の形態５の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子の抵抗変化図である。具体的には、この図３２は、図２１、図２２、図２９、図３０のような印加磁界角度変化により得られる、磁性移動体１３の凹凸に対応したＴＭＲ素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの抵抗変化を示している。
【００６７】
図３２に示すように、ＴＭＲ素子３１ａとＴＭＲ素子３１ｃが、ほぼ同じ抵抗変化中心で動作し、ＴＭＲ素子３１ｄとＴＭＲ素子３１ｂが、ほぼ同じ抵抗変化中心で動作する、磁性移動体の凹凸に対応した抵抗変化が得られる。
【００６８】
図３３は、本発明の実施の形態５の磁気検出装置で用いられる、ＴＭＲ素子の抵抗変化を処理するための回路図である。また、図３４は、本発明の実施の形態５の磁気検出装置で用いられる、ＴＭＲ素子の抵抗変化を処理するための別の回路図である。さらに、図３５は、本発明の実施の形態５の磁気検出装置による動作波形の温度依存性を示す図である。具体的には、図３３あるいは図３４に示した処理回路によって得られる差動増幅電圧波形に関し、検出回路の温度が２５℃の場合の波形を点線、検出回路の温度が１５０℃の場合の波形を実線で示している。
【００６９】
本実施の形態５では、図３３あるいは図３４に示すようなブリッジを構成して差動増幅電圧を生成している。このため、図３５で示すように、差動増幅電圧の温度オフセットが小さくなり、最終出力が、温度の影響によるばらつきが軽減され、温度に依存せず安定することとなる。
【００７０】
以上のように、実施の形態５によれば、差動増幅電圧を求めるブリッジ回路の抵抗体として、２対のＴＭＲ素子を用いている。この結果、先の実施の形態４の効果に加え、差動増幅電圧の温度オフセットを軽減し、ＩＣの温度に依存せずに、検出精度を安定化させた磁気検出装置を実現できる。
【００７１】
実施の形態６．
本実施の形態６では、上述した実施の形態を２つ組み合わせることで、磁性移動体の逆転を検知可能とする場合について説明する。具体的には、先の実施の形態２あるいは実施の形態３のＴＭＲ素子と、先の実施の形態４あるいは実施の形態５のＴＭＲ素子とを同一基板上で形成する構成とする。このような構成とすることで、前者から第１の最終出力信号を得るとともに、後者から、前者と１／４周期位相の異なる第２の最終出力信号を得ることができる。そして、これら２つの最終出力信号を同時に得ることで、その位相関係から、磁性移動体の逆転を検知可能としている。
【００７２】
図３６は、本発明の実施の形態６における磁気回路構成の部分拡大図であり、実施の形態３に示した構成と実施の形態５に示した構成とを組み合わせたものに相当する。図３６における各符号は、実施の形態３および実施の形態５で説明した符号と対応しており、説明は省略する。また、図３７は、本発明の実施の形態３および実施の形態５のそれぞれの磁気検出装置による動作波形図を合わせて表したものである。
【００７３】
図３８は、本発明の実施の形態６の磁気検出装置で用いられる、ＴＭＲ素子の抵抗変化を処理するための回路図である。本実施の形態６では、実施の形態３から得られる最終出力１と、実施の形態５から得られる最終出力２を、図３８の処理回路を利用して処理することで、磁性移動体の逆転を検知可能としている。
【００７４】
図３９は、本発明の実施の形態６の磁気検出装置によって得られる正回転時および逆回転時における最終出力、最終出力１、最終出力２のタイミングチャートを示した図である。図３９に示すように、正回転の場合には、最終出力１の立上りタイミングで最終出力２がＬｏｗレベルになり、移動方向検出出力は、Ｈｉｇｈレベルとなる。
【００７５】
一方、逆回転の場合、最終出力１の立上りタイミングで最終出力２がＨｉｇｈレベルになり、移動方向検出出力は、Ｌｏｗレベルとなる。このようにして、本実施の形態１の磁気検出装置は、通常の磁性移動体の凹凸に対応した高精度の最終出力信号とともに、磁性移動体の回転方向を同時に検出できる。
【００７６】
以上のように、実施の形態６によれば、１／４周期位相の異なる最終出力が得られる２つの回路を組み合わせて用いることで、磁性移動体の回転方向を同時に検出することが可能となる。
【００７７】
実施の形態７．
本実施の形態７では、先の実施の形態１〜６の磁気回路構成において、ＴＭＲ素子と磁石とのＺ軸方向の間に、１対の突起部をＴＭＲ素子側にもつ磁性体ガイドを配置し、ＴＭＲ素子に最適なバイアス磁界を印加するように工夫した場合について説明する。
【００７８】
図４０は、本発明の実施の形態７における磁気回路構成の部分拡大図である。図４０には、ＴＭＲ素子３１ａ、３１ｂ、磁石３２、ＴＭＲ素子３１ａ、３１ｂが搭載される回路基板あるいは処理回路を含めたＩＣ３５とともに、新たな構成である磁性体ガイド３６が示されている。この磁性体ガイド３６は、ＴＭＲ素子３１ａ、３１ｂに最適なバイアス磁界を印加するためのものである。磁性体ガイド３６以外は、先の実施の形態４と同じであり、同符号を記して説明を省略する。
【００７９】
磁性体ガイド３６がない場合(先の実施の形態４の場合に相当)には、ＴＭＲ３１ａとＴＭＲ素子３１ｂにはＴＭＲのピンド層の磁化方向に対して異なる角度のバイアス磁界が印加されていた。これに対して、磁性体ガイド３６を設けることで、ＴＭＲ素子３１ａとＴＭＲ素子３１ｂの両方に、ＴＭＲのピンド層の磁化方向に対してほぼ９０ｄｅｇのバイアス磁界が印加される。
【００８０】
図４１は、本発明の実施の形態７の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子のＲ−θ特性図である。また、図４２は、本発明の実施の形態７の磁気検出装置におけるＴＭＲ素子の抵抗変化図である。さらに、図４３は、本発明の実施の形態７の磁気検出装置による動作波形の温度依存性を示す図である。
【００８１】
磁性体ガイド３６を備えることで、図４１に示すような抵抗変化が生じる。この結果、図４２に示すように、ＴＭＲ素子３１ａとＴＭＲ素子３１ｂは、磁性移動体の凹凸に対応して、ほぼ同じ抵抗変化中心で動作する抵抗値変化が得られる。そして、この抵抗値変化は、先の実施の形態４で示した図２５の処理回路で処理することができる。
【００８２】
磁性体ガイド３６がない場合には、先の図２７に示したように、差動出力電圧に温度オフセットが生じ、その影響で、最終出力も温度に依存してずれてしまう結果となる。これに対して、磁性体ガイド３６を設けることにより、図４３に示すように、先の実施の形態５の効果と同様に、差動増幅電圧の温度オフセットを軽減することができる。
【００８３】
以上のように、実施の形態７によれば、ＴＭＲ素子と磁石との間に、磁性体ガイドを設けることで、同じバイアス磁界が印加されたＴＭＲ素子でブリッジ回路を構成することができる。この結果、差動増幅電圧の温度オフセットを軽減し、ＩＣの温度に依存せずに、検出精度を安定化させるという、先の実施の形態５と同様の効果を実現できる。
【００８４】
なお、上述した実施の形態では、複数のＴＭＲ素子として、２個、４個、６個のＴＭＲ素子を用いる場合を例示したが、その他の個数による複数のＴＭＲ素子を用いることによっても、同等の効果を得ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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