(57)【要約】      （修正有）【課題】磁性膜の磁気抵抗効果とバイアス磁界の温度特性を打ち消し合わせることで、より細かく温度による感度の変化を抑制できる磁気センサを用いた電力測定装置を提供する。【解決手段】磁気抵抗効果を有する磁性膜１２と磁性膜１２に電流を流すための磁性膜１２を介して対向した一対の電極１４ａ、１４ｂと、電極１４ａ、１４ｂの対向方向に第１のバイアス磁界を発生させる縦バイアス磁界付加磁石２０と、縦バイアス磁界付加磁石２０に直角方向に第２のバイアス磁界を発生させる横バイアス磁界付加磁石１８を有し、縦バイアス磁界付加磁石２０の温度特性が横バイアス磁界付加磁石１８の温度特性より大きいことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗効果を有する磁性膜と
前記磁性膜に電流を流すための前記磁性膜を介して対向した一対の電極と、
前記磁性膜の縦方向に対して斜め方向のバイアス磁界を発生させる温度特性を有する斜めバイアス磁界付加磁石を有することを特徴とするセンサ素子。
【請求項２】
前記斜め方向のバイアス磁界に対して、前記磁性膜と逆方向に傾斜し、
それぞれが並列に接続されるように、前記一対の電極を共有する電極を有した第２の磁性膜を有することを特徴とする請求項１に記載されたセンサ素子。
【請求項３】
前記斜め方向のバイアス磁界に対して、前記磁性膜と前記斜め方向のバイアス磁界がなす角度と同じ角度であって、前記磁性膜と逆方向に傾斜することを特徴とする請求項１または２の何れかに記載されたセンサ素子。
【請求項４】
磁界を検出する磁気センサであって、
請求項１乃至３のいずれかのセンサ素子と、
前記センサ素子の両端電極間に電流を流す電流源と、
前記センサ素子の前記両端電極間の電圧を計測する電圧計を有することを特徴とする磁気センサ。
【請求項５】
電源と負荷が接続線によって接続された回路において前記負荷で消費される電力を計測
する電力測定装置であって、
前記接続線に隣接配置される請求項１乃至３のいずれかのセンサ素子と、
前記センサ素子の両端電圧を計測する電圧計と、
前記センサ素子の一端に一端が接続されたセンサ抵抗と、
前記電源に対して前記負荷と並列に接続するために、前記センサ素子の他端に設けられた第１の接続端子と、前記センサ抵抗の他端に設けられた第２の接続端子を有することを特徴とする電力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温度補償機能が付与されたセンサ素子と、それを用いた磁気センサおよび電力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型の磁気センサの用途はますます拡大することが予想される。特に電力測定装置は、石化燃料から電気エネルギー利用を目指す上で、必須のデバイスと考えられる。特許文献１には、磁気センサとセンサ抵抗を直列に接続し、電気回路中の負荷と並列にしかも、電気回路の配線に隣接して設置することで、負荷における消費電力を計測することができる電力測定装置が開示されている。
【０００３】
このような電力測定装置は、ほとんど磁性薄膜の大きさで形成することができるため、素子全体が数ｍｍ四方程度の大きさで作製することができる。したがって、大規模なシステムの様々な箇所毎に設置することで、細かな消費電力の監視が可能になる。
【０００４】
一方、用途が広がれば、使用が予定される環境も苛酷な環境が想定される。特に温度は磁気特性を変化させることが知られており、センサ感度の精度向上のためにも、磁気センサにとって温度補償は不可欠な技術となる。
【０００５】
この課題に鑑みて、特許文献２には、温度の異なる環境での磁気抵抗効果が、印加される磁界に対して、所定の関係を有することで、一定の温度補償が可能になる技術が開示されている。
【０００６】
磁気を利用した磁気センサの中でも、磁気抵抗効果を利用する磁気センサを特に磁気抵抗効果型磁気センサと呼ぶ。この磁気抵抗効果型磁気センサは、電流を流す方向に対して直角方向に加えられた被測定磁界の大きさを検出するものである。そして、その検出のために被測定磁界と同じ方向に予め加えられる磁界をバイアス磁界と呼ぶ。
【０００７】
特許文献２は、バイアス磁界の大きさと磁気抵抗効果の関係について言及はしている。しかしながら、特許文献２でのバイアス磁界とは、測定対象物の回転子の凹部が接近したときは、磁気センサに加えられる磁界が小さくなり、凸部が接近したときには、磁気センサに加えられる磁界が大きくなる。つまり、特許文献２でいうところのバイアス磁界は、実質的に磁気センサに対する印加磁界（被測定磁界）のことであって、磁気センサの動作点を決めるためのバイアス磁界ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ２０１２／１０５４５９
【特許文献２】特開２００５−０４９２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
磁気抵抗効果型磁気センサにとっては、周囲の温度が上がることによって、磁性膜自身の磁気特性が低下するために、センサとしての感度が低下するという問題を解決しなければならない。通常はこれを温度補償回路が行っていた。しかしながら、温度補償回路は磁気センサが配設されている箇所の温度情報を得る必要があり、磁気センサの設置箇所に何らかの温度センサを取り付ける必要がある。
【００１０】
これは装置の大型化および設置の手間の増大につながる。磁気センサ自体が温度変化をキャンセルできるような温度補償（自律的補償）手段が、磁気抵抗効果型磁気センサを初めとする磁気センサには必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑みて想到されたものであり、磁気センサを構成するセンサ素子に温度補償機能を付与したものである。より具体的に本発明に係るセンサ素子は、
磁気抵抗効果を有する磁性膜と
前記磁性膜に電流を流すための前記磁性膜を介して対向した一対の電極と、
前記電極の対向方向に第１のバイアス磁界を発生させる縦バイアス磁界付加磁石と、
前記縦バイアス磁界付加磁石に直角方向に第２のバイアス磁界を発生させる横バイアス磁界付加磁石を有し、
前記縦バイアス磁界付加磁石の温度特性が前記横バイアス磁界付加磁石の温度特性より大きいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るセンサ素子は、
磁気抵抗効果を有する磁性膜と
前記磁性膜に電流を流すための前記磁性膜を介して対向した一対の電極と、
前記磁性膜の縦方向に対して斜め方向のバイアス磁界を発生させる温度特性を有する斜めバイアス磁界付加磁石を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る磁気センサは上記のセンサ素子を用いたものである。具体的に本発明に係る磁気センサは、上記のセンサ素子と、
前記センサ素子の両端電極間に電流を流す電流源と、
前記センサ素子の前記両端電極間の電圧を計測する電圧計を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る電力測定装置は、上記のセンサ素子を用いたものである。より具体的には、
電源と負荷が接続線によって接続された回路において前記負荷で消費される電力を計測する電力測定装置であって、
前記接続線に隣接配置される上記のセンサ素子と、
前記センサ素子の両端電圧を計測する電圧計と、
前記センサ素子の一端に一端が接続されたセンサ抵抗と、
前記電源に対して前記負荷と並列に接続するために、前記センサ素子の他端に設けられた第１の接続端子と、前記センサ抵抗の他端に設けられた第２の接続端子を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るセンサ素子は、予め磁気抵抗効果を抑制するような縦バイアス磁界を素子に印加しておく。そして、この縦バイアス磁界付加磁石は、磁性膜同様に温度特性を有しており、温度の上昇とともに、縦バイアス磁界が減少するように働く。その結果、磁性膜の磁気抵抗効果は、温度上昇によって感度が低下するが、抑制要因であった縦バイアスも低下するため、感度を維持することができる。
【００１６】
また、本発明に係るセンサ素子は、磁性膜の磁気抵抗効果と縦バイアス磁界の温度特性を打ち消し合わせるだけでなく、磁気抵抗効果と縦バイアス磁界と横バイアス磁界を打ち消し合わせることで、より細かく温度による感度の変化を抑制することができる。
【００１７】
特に、斜めバイアス磁界を利用したセンサ素子は、磁性膜を磁性膜だけを用いて作製することができるので、インピーダンスを大きくできる、作製が容易、感度を斜めバイアス磁界との角度で調節できるといった効果を有する。
【００１８】
また、この磁気センサを用いた磁気センサおよび電力測定装置は、過酷な温度変化下であっても、感度の精度を維持することができ、信頼性の高いシステム構築に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】センサ素子の構成および磁気抵抗効果を表す図である。
【図２】温度および縦バイアス磁界が磁気抵抗効果に表す影響を示すグラフである。
【図３】本発明に係るセンサ素子の温度補償の原理を説明する図である。
【図４】本発明に係るセンサ素子の構成を示す図である。
【図５】本発明に係るセンサ素子の他の実施形態を示す図である。
【図６】温度補償される際の、磁界を示す図である。
【図７】他の温度補償の方法を説明するための磁気抵抗効果を示す図である。
【図８】斜めバイアス磁界を使うセンサ素子の構成を示す図である。
【図９】斜めバイアス磁界を用い、磁性膜を一対使用する場合の構成を示す図である。
【図１０】Ｃ型磁石を斜めバイアス磁界付加磁石としたセンサ素子の構成を示す図である。
【図１１】本発明に係るセンサ素子を用いた電力測定装置の構成を示す図である。
【図１２】一対のセンサ素子をブリッジ回路に組み込んだものを用いた電力測定装置の構成を示す図である。
【図１３】斜めバイアス磁界を使うセンサ素子を用いた電力測定装置の構成を示す図である。
【図１４】斜めバイアス磁界を使うセンサ素子を一対用いた電力測定装置の構成を示す図である。
【図１５】実施例の実験装置の構成を示す図である。
【図１６】磁気抵抗効果素子の感度と温度の関係を示す実験結果を示す図である。
【図１７】縦バイアス磁界が変化した時の感度の変化を示す図である。
【図１８】温度補償を行う際に必要な縦バイアス磁界の温度に対する変化分を示す図である。
【図１９】実際に温度補償を測定した実験結果を示すグラフである。
【図２０】斜めバイアス磁界を用いる一対のセンサ素子を斜めバイアス磁界に対して対称に配置し、角度を変化させた時の動作点の動きを調べた結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
まず、本発明のセンサ素子の原理について説明し、次に具体的な構成などを説明する。図１には、まず、磁気抵抗効果を利用した磁気センサ１の原理を示す。図１（ａ）を参照して、基板１０上に設けられた磁性膜１２を短冊状に成形する。両端は電極１４ａ、１４ｂが設けられる。この対向する電極１４ａ、１４ｂ間に電源９によって電流が流される。対抗する電極１４ａ、１４ｂ間の方向または、短冊の長手方向を「縦方向」と呼ぶ。また、縦方向に直角な方向を「横方向」と呼ぶ。短冊状の磁性膜１２の場合は、短冊の幅方向が「横方向」となる。
【００２１】
なお、本発明においては磁性膜１２は成膜法によって形成された膜状磁性体だけでなく、縦方向と横方向が識別できれば、バルク材料であってもよい。すなわち、断面が円であっても、方形であってもよい。
【００２２】
この短冊状の磁気センサ１は、横方向から磁界Ｈが印加されると、電極１４ａ、１４ｂ間の抵抗値Ｒｍｒが変化する。これを磁気抵抗効果とよび、磁気抵抗効果を用いたセンサを磁気抵抗効果型磁気センサと呼ぶ。図１（ｂ）には、磁気抵抗効果をグラフで表す。横軸は横方向から加えられる磁界Ｈの強さで、縦軸は磁性膜１２の縦方向における抵抗値Ｒｍｒである。
【００２３】
図１（ｂ）のグラフの左半分を参照して、よく知られているように、磁気抵抗効果は、横方向からの磁界Ｈが増える（Ｈ１）と、磁性膜１２の縦方向の抵抗値Ｒｍｒ（Ｒｍｒ１）が減少する。なお、増加するものもあるが、ここでは横方向磁界Ｈの増加とともに抵抗値Ｒｍｒは減少するとして説明する。
【００２４】
磁気抵抗効果型磁気センサは、横方向からの磁界Ｈに対しては、方向に係らず、同じだけの抵抗値変化量ΔＲｍｒ（ΔＲｍｒ１）を生ずる。つまり、横方向で右から左に磁界Ｈがかかっても、左から右に磁界Ｈがかかっても、抵抗値変化量ΔＲｍｒは同じである。つまり、磁気抵抗効果は、横方向から加えられる磁界Ｈに対しては偶関数の特性を有する。
【００２５】
しかし、これでは、磁気センサ１は、磁界Ｈの方向に関する情報を検出することができない。そこで、図１（ｂ）のグラフの右半分を参照して、横方向に、ある程度のバイアス磁界Ｈｂｉａｓを加える。これを横バイアス磁界Ｈｔｂと呼ぶ。横バイアス磁界Ｈｔｂは、磁気抵抗効果の動作点Ｈｐを偶関数の傾斜部分に沿ってずらすので、磁気センサ１は、バイアス磁界Ｈｂｉａｓと同じ方向（Ｈ２）か、逆方向（−Ｈ２）かといった、印加された磁界Ｈの方向の抵抗値変化量の情報（ΔＲｍｒ２、−ΔＲｍｒ２）まで検出することができる。
【００２６】
ここで、磁性膜１２の温度が上がったとする。磁性体は、一般的にキュリー温度になると磁性を失う。そして、磁性体はキュリー温度までは温度が上がるに従って、飽和磁化、保磁力といった磁気特性が低下する。磁気抵抗効果は、磁性膜１２の磁化が関係すると考えられるので、温度の上昇によって磁気抵抗効果は低下する。
【００２７】
図２（ａ）には、磁気抵抗効果の温度変化を示している。磁気抵抗効果を表すグラフの右半分だけを示す。横軸は横方向からの磁界Ｈであり、縦軸は磁性膜１２の縦方向の抵抗値Ｒｍｒである。低温ｔ０から高温ｔ２に向かうに従って、特性曲線は、急峻な山形からブロードな山形に変わる。横バイアス磁界Ｈｔｂが変化しないとすると、磁気センサ１のダイナミックレンジＳは、温度の上昇に従い、Ｓ０からＳ２に減少する。すなわち、感度が低下する。
【００２８】
ところで、磁性膜１２の縦方向に加えるバイアス磁界Ｈｂｉａｓを縦バイアス磁界Ｈｏｂと呼ぶ。磁性膜１２に縦バイアス磁界Ｈｏｂを印加すると、縦バイアス磁界Ｈｏｂが大きくなるに従って、磁気抵抗効果が抑制される。
【００２９】
図２（ｂ）に縦バイアス磁界Ｈｏｂを変えた時の磁気抵抗効果を示す。横軸は横方向の磁界Ｈであり、縦軸は磁性膜１２の縦方向の抵抗値Ｒｍｒである。縦バイアス磁界ＨｏｂがＨｏｂ０からＨｏｂ２と大きくなると、磁気抵抗効果は、急峻な山形からブロードな山形に変わる。すなわち、磁気センサ１の感度がＳ０からＳ２に低下する。
【００３０】
磁気抵抗効果は、磁性膜１２の磁化の向きと電流の向きに依存すると考えられる。縦バイアス磁界Ｈｏｂは、磁性膜１２の磁化を縦方向に拘束する働きがある。したがって、横方向から印加された磁界Ｈによって磁化の方向が変化しにくく、その結果磁気抵抗効果が抑制されると考えられる。
【００３１】
縦バイアス磁界Ｈｏｂを、温度特性を有する磁石で印加すると、周囲の温度が上昇すると縦バイアス磁界Ｈｏｂは減少する。縦バイアス磁界Ｈｏｂを発生する磁石自体が温度の上昇とともに、磁気特性を低下させるからである。すなわち、磁気抵抗効果のダイナミックレンジＳは大きくなる。
【００３２】
そこで、温度が上昇すると感度が低下する磁性膜１２と、温度が上昇すると感度を上げることができる縦バイアス磁界Ｈｏｂを組み合わせることで、磁気センサ１の温度補償を行うことができる。
【００３３】
図３を参照する。図３は、磁気抵抗効果の半分だけを示した。温度ｔ０の時に、Ｃ１の磁気抵抗効果を有する磁性膜１２に対して、予め縦バイアス磁界Ｈｏｂ２を印加し、磁気抵抗効果をブロードな山形Ｃ１にしておく。この磁気センサ１の温度がｔ１に上がると、磁性膜１２の特性により磁気抵抗効果はさらにブロードになろうとする（Ｃ２）。しかし、このとき、温度上昇に応じて縦バイアス磁界もＨｏｂ２からＨｏｂ１に減少するので、磁気抵抗効果は急峻な山形に戻る（Ｃ３）。すなわち、温度が変化しても、磁気抵抗効果は変化しない。
【００３４】
ここで、重要なのは、横バイアス磁界Ｈｔｂ（Ｈｂｉａｓ）は、磁性膜１２および縦バイアス磁界Ｈｏｂの変化に対して、ほぼ一定であることが必要である。すなわち、縦バイアス磁界Ｈｏｂは横バイアス磁界Ｈｔｂよりも大きな温度特性を有している。
【００３５】
（実施の形態１）
次に図４を参照して、この原理に基づく温度補償機能付磁気センサの構成を示す。図４（ａ）は、温度補償機能付磁気センサ２の構成を示し、図４（ｂ）は、センサ素子１３の組立図を示す。温度補償機能付磁気センサ２は、基板１０上に形成された短冊状の磁性膜１２と、磁性膜１２の両端に設けられた電極１４ａ、１４ｂと、電極１４ａ、１４ｂ間に電流を流す電流源１６と、横バイアス磁界付加磁石１８と、縦バイアス磁界付加磁石２０と、電極１４ａ、１４ｂ間の電圧を計測する電圧計２２を含む。
【００３６】
磁性膜１２は、ガラスやセラミックといった基板１０上に形成されてよい。材質は磁気抵抗効果を発現する材料であれば、特に限定されない。大きさは、磁気センサとして設置される箇所に応じて変更することができる。例えば、回路基板上での使用をする場合、回路パターンと共に回路基板上若しくは回路基板内に作り込んでもよい。
【００３７】
形状は短冊状であるのが好ましい。磁気抵抗効果は電流を流す距離（抵抗値）によって感度が高くなるので、電流を流す方向（縦方向）にはある程度の長さがあるのが好ましい。一方、電流を流す方向に直角な方向（横方向）は、短くてもよいからである。なお、電流が流れる方向に長ければ、短冊状を折り返して直列に接合した九十九折れ状であってもよい。
【００３８】
電極１４ａ、１４ｂは、磁性膜１２よりも導電性が高い材料であるのが望ましい。例えば、銅、アルミニウム、銀、金といった良導電性物質若しくはこれらの合金が好適に利用できる。なお、電極１４ａ、１４ｂも磁性膜１２で形成してもよい。
【００３９】
電流源１６は、磁性膜１２に電流を流すための電源である。磁気抵抗効果は、電気抵抗値が変化するので、電流を流し、磁性膜１２の両端電圧で検出するためである。電流源１６は、定電圧源であってもよいし、定電流源であってもよい。電流源１６は、磁性膜１２の両電極１４ａ、１４ｂに接続され、磁性膜１２の縦方向に電流を流す。
【００４０】
横バイアス磁界付加磁石１８は、磁性膜１２の横方向（電流を流す方向と直角方向）に横バイアス磁界Ｈｔｂを印加する磁石である。磁性膜１２の横方向に磁極１８ａ、１８ｂを有するＣ字型の永久磁石が好適に利用することができる。永久磁石の磁界強度は予め磁性膜１２の磁気抵抗効果の大きさに応じた横バイアス磁界Ｈｔｂの大きさに調節される。より具体的には、永久磁石の組成を変えて発生磁界を調節することができる。また、厚みを薄くするなど体積を小さくするといった方法でも調節が可能である。もちろん、これらを併用してもよい。
【００４１】
なお、横バイアス磁界付加磁石１８は、磁性膜１２の縦方向の磁化と磁性膜１２に流れる電流の向きを変えることができればよい。したがって、永久磁石であっても、電磁石であってもよい。また、磁性膜１２上のパターン形成によって、実質的に横バイアス磁界Ｈｔｂがかかった状況をつくり出せる構造であってもよい。すなわち、横バイアス磁界付加磁石１８は、磁界発生源以外の構成を含む。ただし、後述する縦バイアス磁界付加磁石２０よりも温度特性が小さいことが必要である。
【００４２】
温度特性が小さいとは、温度の変化によって磁界強度が変化しないということである。例えば、使用される温度範囲において、温度特性の小さい永久磁石、定電流源に接続された電磁石、横バイアス磁界Ｈｔｂがかかった状況をつくり出せる構造などである。
【００４３】
特に、横バイアス磁界Ｈｔｂがかかった状況をつくり出せる構造は、温度特性はゼロであり、横バイアス磁界付加磁石１８としてのスペースも小さくてよいので、好適に利用できる。具体的な構造は特許文献１に紹介されているバーバーポール構造であるが、詳細は改めて後述する。
【００４４】
縦バイアス磁界付加磁石２０は、磁性膜１２の縦方向に磁界を付加する磁石である。図４では、電極１４ａ、１４ｂより外側に磁極２０ａ、２０ｂを有するＣ字型磁石である。縦バイアス磁界付加磁石２０は、磁性膜１２の温度特性と共に変化する必要がある。従って磁性膜１２程度若しくはそれ以上の温度特性を有するものが好ましい。
【００４５】
通常バルクの磁性体の温度特性は小さく、キュリー温度付近で急激に磁化を喪失する特性が多い。しかし、磁気抵抗効果自体が数パーセント程度の変化であるため、磁性膜１２の磁気特性の微小変化の補償が必要であること、また縦バイアス磁界Ｈｏｂ自体は、数十Ｏｅ程度の発生磁界を数十Ｏｅ程度変化させる必要があることから、比較的小さな出力磁界に対して、大きな温度特性を有する永久磁石等が望ましい。
【００４６】
例えば、フェライトの組成比を変えたり、添加物を入れる等することによって、数Ｏｅ／℃の変化が可能な感温磁性体が好適に利用できる。また、感温磁性体は複数の種類を用いても良い。少なくとも、磁性膜１２、横バイアス磁界付加磁石１８、縦バイアス磁界付加磁石２０を含めてセンサ素子１３と呼ぶ。センサ素子１３には、基板１０が含まれていても良い。
【００４７】
電圧計２２は、磁性膜１２の両端の電圧を計測するためのものである。電圧計であれば、特に構成に限定されるものはない。単にアンプ回路が接続されるだけであってもよい。なお、磁気抵抗効果は電気抵抗値の変化で横方向に印加される被測定磁界の大きさを測定するものであるので、被測定磁界がない時の磁性膜１２の両端の電圧値を保持する手段があるのが望ましい。例えば、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  Ｕｎｉｔ）を用いた制御部が計測結果を表示する表示部を伴ってさらに付加されているのが望ましい。
【００４８】
また、磁性膜１２の両端の電圧を計測するとは、複数の磁性膜１２が直列若しくは並列に接続されている場合の両端電圧であってもよい。また、抵抗を介した両端であってもよい。さらに、磁性膜１２がブリッジ回路の一部に組み込まれている場合は、ブリッジ回路のバランス点（図１２の符号５３、５４参照）であってもよい。ブリッジ回路のバランス点は、抵抗若しくは磁性膜１２を介した両端と言えるからである。
【００４９】
以上の構成を有する温度補償機能付磁気センサ２は、被測定磁界中に感応部であるセンサ素子１３を入れると、被測定磁界の磁性膜１２の横方向成分の強さに応じて、磁性膜１２の電気抵抗値Ｒｍｒが変化するため、被測定磁界の大きさを直接的に検知することができる。この被測定磁界は、永久磁石からの磁界だけでなく、流れる電流が発生する磁界でも検出することができるため、温度補償機能付磁気センサ２は、電力測定装置にも好適に利用することができる。
【００５０】
また、周囲の温度が変化すると、磁性膜１２の磁気抵抗効果は、図２（ａ）に示したようにブロードな方向に変化する。しかし、同様に縦バイアス磁界付加磁石２０も温度の変化によって、発生磁界が減少する。これによって、図３で示したように、磁気抵抗効果は急峻な山形の形状に戻り、結果として磁気センサの感度は温度が変わってもほぼ同じ状態を維持することができる。
【００５１】
（実施の形態２）
図５に、本実施の形態に係る温度補償機能付磁気センサ３の構成を示す。実施の形態１で示した温度補償機能付磁気センサ２と同じ部分については、同じ符号を付し、説明は省略する。温度補償機能付磁気センサ３は、横バイアス磁界付加磁石１８が磁性膜１２上の導電体２４のパターンによって構成される。
【００５２】
磁性膜１２上には、電極１４ａ、１４ｂ間にストライプ状の導電体２４のパターンが形成されている。導電体２４は電極１４ａ、１４ｂ同様、磁性膜１２より導電性の高い材料が用いられる。電極１４ａ、１４ｂ間に流された電流はストライプ状の導電体２４間を最短距離で流れるため、ストライプの角度θだけ磁性膜１２中に流れる電流Ｉの角度は電極１４ａ、１４ｂ間（縦方向）の軸からずれる。
【００５３】
言い換えると、縦バイアス磁界Ｈｏｂによって磁化Ｍは縦方向に向いているので、電流Ｉと磁化Ｍの向きが異なる。結果、横バイアス磁界Ｈｔｂが付加されているのと同等の効果を生みだす。このように磁性膜１２の磁化Ｍと流れる電流Ｉの向きを磁性膜１２上に設けられた導電体２４のパターンによって変更する構造であっても、横バイアス磁界付加磁石１８と呼ぶのは、すでに説明した通りである。
【００５４】
また、ストライプ状の導電体２４は、傾斜の方向が異なるパターンが磁性膜１２状に形成されている。これらのパターンの会合部には、共通電極２４ｃが形成される。これは、方向が異なる横バイアス磁界付加磁石１８を持つセンサ素子が、直列に接続されたのと同じである。共通電極２４ｃを接地し、センサ素子同士の両端電極１４ａ、１４ｂを出力とすると、２つのセンサ素子の出力を合成することができ、感度が倍になる。
【００５５】
また、接地されていることで、出力のドリフトが抑制される。このように、実質的に複数のセンサ素子が１つのパターンとして一体的に作製されているものもセンサ素子１３と呼んでよい。
【００５６】
なお、電圧計２２は、このようなセンサ素子１３に対応するため、両端電極１４ａ、１４ｂを合成するための抵抗２２ｒ１、２２ｒ２を介する入力と、共通電極２４ｃを接地して入力とする２つの入力を有するアンプ２２Ａで構成された例を示す。
【００５７】
また、縦バイアス磁界付加磁石２０は、薄い永久磁石２０ｃに感温磁性体２０ｄ、２０ｅを連結したものである。ここで薄い永久磁石２０ｃとは、面方向に磁極が形成されている磁石であって、磁極間が、磁極面を構成する縦横の少なくともいずれかの長さより短いものをいう。感温磁性体２０ｄ、２０ｅは、透磁率が高く、温度特性が異なるものを複数種類使用し、薄い永久磁石２０ｃに近い方から遠い方に向かって温度特性が大きくなるように設定する。
【００５８】
図５では２種類の感温磁性体２０ｄ、２０ｅを使用した。薄い永久磁石２０ｃに近い感温磁性体２０ｄの温度特性は、遠い感温磁性体２０ｅの温度特性より小さい。また、薄い永久磁石２０ｃは温度特性が、温度補償機能付磁気センサ３が用いられる温度領域で小さくてよい。
【００５９】
以上の構成の温度補償機能付磁気センサ３の動作について図６を参照して説明する。図６（ａ）を参照して、薄い永久磁石２０ｃは、反磁界の影響で、もれ磁界は小さい。この薄い永久磁石２０ｃを高透磁率の感温磁性体２０ｄ、２０ｅで挟持すると、磁極Ｎ、Ｓは、感温磁性体２０ｅ側（２０ａ、２０ｂ）に発現する。
【００６０】
図６（ｂ）を参照して、ここで周囲の温度が上がると、磁性膜１２の磁気抵抗効果はブロードとなる。一方、温度特性の大きな感温磁性体２０ｄ、２０ｅは、薄い永久磁石２０ｃに遠い感温磁性体２０ｅから透磁率を喪失する。すると、磁極Ｎ、Ｓは、次の感温磁性体２０ｄの端部２０ｄａ、２０ｄｂ間に発現する。この時の磁界は、磁性膜１２から見ると、磁極２０ａ、２０ｂ間に発現していた縦バイアス磁界Ｈｏｂが小さくなったのと同様になる。
【００６１】
また磁界が発生しなくなった磁極２０ａ、２０ｂ付近の磁性膜１２ａ、１２ｂには縦バイアス磁界Ｈｏｂが印加されなくなったと見ることもできる。結果、磁性膜１２の磁気抵抗効果は、磁化Ｍの縦バイアス磁界Ｈｏｂによる拘束が小さくなり、急峻な山形へと移行し、磁気センサとしての感度は変化しない（図４参照）。
【００６２】
なお、図６（ｃ）を参照して、縦バイアス磁界Ｈｏｂを発生させるのは、実施の形態１でも説明した感温磁性体の磁石であってもよい。この場合は、磁極の移動はないが、磁石の発する磁界自体が減少する。
【００６３】
（実施の形態３）
実施の形態１および２では、縦バイアス磁界付加磁石２０の温度特性を横バイアス磁界付加磁石１８の温度特性より大きくすることで、センサ素子１３全体としての温度特性を一定にする構成を説明した。これは、磁性膜１２の温度特性と縦バイアス磁界付加磁石２０の温度特性を打ち消し合わせるという技術思想である。本発明に係るセンサ素子１３は、これだけに限定されるものではなく、磁性膜１２の温度特性と、縦バイアス磁界付加磁石２０および横バイアス磁界付加磁石１８の温度特性を打ち消し合わせるように構成してもよい。
【００６４】
図７には、その原理を示す。図７には、磁気抵抗効果のグラフを示す。横軸は、磁性膜１２の横方向に印加される磁界Ｈであり、縦軸は磁性膜１２の抵抗値Ｒｍｒである。すでに述べたように、最初に曲線Ｃ１０であった磁気抵抗効果は、磁性膜１２の温度特性により、温度が上がると、はブロードになる方向に変化する（Ｃ１１）。一方、縦バイアス磁界Ｈｏｂが温度上昇によって、小さくなると、磁気抵抗効果は、急峻になる方向に変化する。実施の形態１および２はこれらの効果を打ち消し合わせる。
【００６５】
しかし、後述する実施例に示すように、縦バイアス磁界Ｈｏｂが減少すると、磁気抵抗効果は指数関数的に急峻な方向に変化する（Ｃ１２）。つまり、磁性膜１２の磁気抵抗効果が温度上昇によってブロードになる程度（Ｃ１１）より、縦バイアス磁界Ｈｏｂが減少することによる磁気抵抗効果が急峻になる程度（Ｃ１２）が大きい場合がある。
【００６６】
このような場合、動作点Ｈｐは、磁気抵抗効果を示す曲線Ｃ１５の裾野の部分Ｈｐ１５になってしまい、センサ素子１３としての感度は著しく減少する。そこで、横バイアス磁界Ｈｔｂも同時に減少させ（Ｈｔｂ１６）、動作点Ｈｐをより感度が高い部分Ｈｐ１６に移動させる。なお、図７では、感度を磁気抵抗効果を表す曲線の接線として示した。すなわち、動作点Ｈｐにおける傾き（矢印で示した。）は、動作点Ｈｐ１５における傾きより急な傾斜であり、動作点Ｈｐ１６での傾きは、動作点Ｈｐでの傾きとほぼおなじである。
【００６７】
図８には、具体的な方法を示す。図８（ａ）を参照して、磁性膜１２に対して斜め方向のバイアス磁界（斜めバイアス磁界Ｈｓｂ）を印加する。この斜めバイアス磁界Ｈｓｂを磁性膜１２に印加する磁石を斜めバイアス磁界付加磁石４０と呼ぶ。斜めバイアス磁界付加磁石４０は、温度特性が同じ程度の磁石を複数個組み合わせても良いし、電磁石であってもよい。
【００６８】
すなわち、温度上昇と共に磁気特性が低下する縦バイアス磁界付加磁石２０と、縦バイアス磁界付加磁石２０の磁気特性の変化に伴って、動作点Ｈｐでの感度があまり変化しないように横バイアス磁界を低下させる横バイアス磁界付加磁石１８を組み合わせて使用してもよい。また、温度によって、出力磁界を変化させるように制御された、電磁石を用いてもよい。また、これらの永久磁石および、電磁石を組み合わせて斜めバイアス磁界付加磁石４０を構成してもよい。
【００６９】
例えば、一対の磁極によって発生する磁界を磁性膜１２の縦方向に対して斜めの方向に印加すれば構成として単純で好適である。例えば、図２で示したＣ字型磁石（縦バイアス磁界付加磁石２０）を磁性膜１２に対して斜めに配置するなどである。
【００７０】
磁界はベクトルであるので、斜めバイアス磁界Ｈｓｂは、縦バイアス磁界成分と横バイアス磁界成分に分けて考えることができる。ここでは、縦バイアス磁界成分を等価縦バイアス磁界Ｈｓｂｖと呼び、横バイアス磁界成分を等価横バイアス磁界Ｈｓｂｈと呼ぶ。
【００７１】
等価横バイアス磁界Ｈｓｂｈは、磁性膜１２の横方向（縦方向に直角な方向）に印加されたとみなせる磁界である。すなわち、磁気抵抗効果の動作点Ｈｐを移動させる効果を有する。図５で示したバーバーポール構造を同じ効果を示すといってもよい。斜めバイアス磁界付加磁石４０は、等価縦バイアス磁界Ｈｓｂｖと等価横バイアス磁界Ｈｓｂｈによって、縦バイアス磁界付与磁石２０と横バイアス磁界付与磁石１８を有していると同等と考えられる。したがって、図８のような構成もセンサ素子１３と呼んでよい。
【００７２】
図８（ｂ）には、斜めバイアス磁界Ｈｓｂに対して縦方向が傾斜した磁性膜であって、互いに斜めバイアス磁界Ｈｓｂの方向を線対称軸として対称な位置に配置された第１磁性膜１２と第２磁性膜４２を示す。それぞれの磁性膜１２、４２において、等価縦バイアス磁界Ｈｓｂｖと等価横バイアス磁界Ｈｓｂｈを考える。第１磁性膜１２および第２磁性膜４２が、斜めバイアス磁界Ｈｓｂが印加されている方向とのなす角はそれぞれφであるとする。
【００７３】
磁性膜１２の等価縦バイアス磁界Ｈｓｂｖを符号１２（Ｈｓｂｖ）、等価横バイアス磁界Ｈｓｂｈを符号１２（Ｈｓｂｈ）とする。また、磁性膜４２の等価縦バイアス磁界Ｈｓｂｖと等価横バイアス磁界Ｈｓｂｈをそれぞれ符号４２（Ｈｓｂｖ）、４２（Ｈｓｂｈ）とする。
【００７４】
第１磁性膜１２と第２磁性膜４２の等価縦バイアス磁界Ｈｓｂｖと等価横バイアス磁界Ｈｓｂｈは、斜めバイアス磁界Ｈｓｂの方向を対称軸として線対称の関係にあることがわかる。つまり、第１磁性膜１２と第２磁性膜４２の縦バイアス磁界Ｈｏｂに対して、第１磁性膜１２と第２磁性膜４２の横バイアス磁界Ｈｔｂの方向は互いに逆向きに印加されている。
【００７５】
図８では第１磁性膜１２の横バイアス磁界とは、等価横バイアス磁界１２（Ｈｓｂｈ）であり、第２磁性膜４２の横バイアス磁界とは、等価横バイアス磁界４２（Ｈｓｂｈ）である。これらは、それぞれの縦バイアス磁界（１２（Ｈｓｂｖ）と４２（Ｈｓｂｖ））に対してそれぞれ右側と左側になっている。
【００７６】
図９（ａ）には、図８（ｂ）の第１磁性膜１２と第２磁性膜４２を並列に接続した構成を示す。この時の第１磁性膜１２と第２磁性膜４２の磁気抵抗効果を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）において、横軸は、斜めバイアス磁界Ｈｓｂ方向に直角な方向から印加された磁界Ｈであり、縦軸は電極１４ａ、１４ｂ間の抵抗値Ｒｍｒである。
【００７７】
第１磁性膜１２の磁気抵抗効果ＣＭＲ１２は、等価横バイアス磁界１２（Ｈｓｂｈ）によって、マイナス方向にバイアスされている。また、第２磁性膜４２の磁気抵抗効果ＣＭＲ４２は、等価横バイアス磁界４２（Ｈｓｂｈ）によって、プラス方向にバイアスされている。
【００７８】
電極１４ａ、１４ｂ間の抵抗値Ｒｍｒはこれらの差分として観測される。すなわち、外部から斜めバイアス磁界Ｈｓｂ方向に直角な方向に外部磁界ΔＨが印加されると、抵抗値の変化ΔＲｍｒは、それぞれの磁気抵抗効果の曲線の差分の分として得られる。もし、磁性膜１２だけであれば、ΔＨによる抵抗変化は、動作点Ｈｐから磁気抵抗効果ＣＭＲ１２の点までの変化ΔＲｍｒ１２でしかない。したがって、出力のゲインが高くなる。
【００７９】
このような構成の利点として、出力のゲインが高くなるという効果に加えて、バーバーポール構造のように、磁性膜１２の縦方向に対して斜め方向に流れる電流が部分的でないため、インピーダンスを大きく取れる。インピーダンスを大きく取れると、大きな出力電圧を得ることができる。斜めバイアス磁界Ｈｓｂの方向に対する磁性膜１２の傾斜角度φ（図９（ａ）、図８（ｂ）参照）を調節することで、センサ素子１３自体としての感度を調節することができる。
【００８０】
また、導電体２４を形成する必要がないので、製造が簡単になるといった効果がある。また、斜めバイアス磁界付加磁石４０が温度特性を有していれば、センサ素子１３自体の温度特性を補償することもできる。
【００８１】
図１０には、Ｃ型磁石を斜めバイアス磁界付加磁石４０としたセンサ素子１３の構成を示す。符号４ａ、４０ｂは斜めバイアス磁界付加磁石４０の磁極である。なお、ここでは磁性膜１２はそれぞれ複数個ずつ配置した例を示す。このように、磁性膜は複数個であることを排除しない。隣接する磁性膜（例えば磁性膜１２ｍと磁性膜１２ｎ）の接続箇所１２ｊは、導電体で接続してもよいが、短い磁性膜自体で直列に接続してもよい。
【００８２】
接続箇所１２ｊの磁性膜は、短くすることで、センサ素子１３全体への影響はほとんどない。電極１４ａ、１４ｂは、基本的に図１、図４と同様に設けられる。なお、図１０（ａ）において、磁性膜１２の長さをＭｒＬ、幅をＭｒＷ、磁性膜１２同士のすきまをＭｅＳ、磁性膜と斜めバイアス磁界Ｈｓｂとのなす角度をφとする。
【００８３】
磁性膜１２は斜めバイアス磁界Ｈｓｂの方向に対して、全て同じ角度で傾斜している。そのため、斜めバイアス磁界付加磁石４０はセンサ素子１３の全ての磁性膜１２の磁化を同じ方向に傾ける。つまり、図１０（ａ）の全ての磁性膜１２は、同じ方向に横バイアス磁界が印加されているのに等しい。
【００８４】
図１０（ｂ）には、斜めバイアス磁界Ｈｓｂの方向に対して対称の位置に配置した第１磁性膜１２と第２磁性膜４２を有する構成例を示す。第１磁性膜１２と第２磁性膜４２は、それぞれの磁性膜が並列に接続されるように電極１４ａ、１４ｂを共有しているといってよい。
【００８５】
このようなセンサ素子１３は、斜めバイアス磁界Ｈｓｂの向きが、測定対象とする電流と同じ方向になるように配置するのが好適である。斜めバイアス磁界Ｈｓｂに直角方向に測定対象から外部磁界がセンサ素子１３に印加されるからである。なお、磁性膜１２および磁性膜４２がそれぞれ別のセンサ素子と考えれば、図１０（ｂ）には、センサ素子１３とセンサ素子４３が形成されていると言ってもよい。また、１０（ａ）、（ｂ）のセンサ素子とも、図４に示すように、電流源１６と電圧計２２を付加することで、磁気センサとなる。
【００８６】
（実施の形態４）
実施の形態１及び２で示した磁気センサは、電力測定装置として応用できる。まず、電力測定装置における測定原理を図１１を参照しつつ説明する。この回路構成は、電源９１（Ｖｉｎ）からの電流を電流Ｉ１とＩ２とに分けた並列回路である。電源９１（Ｖｉｎ）からの電流は、消費電力が測定される負荷９２（Ｒ１）に電流Ｉ１を流す搬送経路と、センサ素子１３とセンサ抵抗３４（Ｒ２）とに電流Ｉ２を流す計測経路に並列に流される。なお、ここでセンサ抵抗３４（Ｒ２）は、磁性膜１２の抵抗値Ｒｍｒより十分に大きいとする。センサ抵抗３４は、センサ素子１３の磁性膜１２に定電流を流すための抵抗である。
【００８７】
負荷９２に流れる電流Ｉ１は導線の周囲に磁界Ｈを発生させる。この磁界Ｈによって、磁性膜１２は、磁気抵抗効果を示し、磁性膜１２両端の電圧Ｖｍｒも変化する。この出力電圧Ｖｍｒは、負荷９２での消費電力に比例する。したがって、出力電圧Ｖｍｒを測定すれば、負荷９２での消費電力を測定することができる。
【００８８】
磁性膜１２両端の電圧Ｖｍｒが、負荷９２の消費電力を表すのは、以下のように説明できる。まず、負荷９２に流れる電流Ｉ１によって発生する磁界Ｈは、比例定数をαとして（１）式のように表される。
Ｈ＝αＩ１        ・・・（１）
【００８９】
磁気抵抗効果によって変化する抵抗値ΔＲｍｒは、この磁界Ｈに比例するので、比例定数をβとして（２）式のように表される。
ΔＲｍｒ＝βＨ＝β（αＩ１）        ・・・（２）
【００９０】
磁性膜１２の全抵抗値Ｒｍｒは、磁界Ｈが印加されていない時の抵抗をＲｍｒ０とすると（３）式のように表される。
Ｒｍｒ＝Ｒｍｒ０＋ΔＲｍｒ＝Ｒｍｒ０＋αβＩ１      ・・・（３）
【００９１】
磁性膜１２に電流Ｉ２が流れた時の磁性膜１２の両端電圧Ｖｍｒは（４）式のように表される。
Ｖｍｒ＝Ｒｍｒ＊Ｉ２＝（Ｒｍｒ０＋ΔＲｍｒ）＊Ｉ２
＝（Ｒｍｒ０＋αβＩ１）＊Ｉ２            ・・・（４）
【００９２】
電源９１の交流出力をＶｉｎとし、振幅をＶ１、各周波数をω、時間をｔとすると、電源９１の出力は（５）式のようになる。また、負荷９２に流れる電流Ｉ１およびセンサ素子に流れる電流Ｉ２は（６）式、（７）式のように表される。
【００９３】
【数１】
2018185315.tif 000003
【００９４】
磁性膜１２に電流Ｉ２が流れた時の磁性膜１２の両端電圧Ｖｍｒは、（８）式のように求められる。
【００９５】
【数２】
2018185315.tif 000004
【００９６】
（８）式は、ＡＣ成分とＤＣ成分の和となっている。つまり、磁性膜１２の縦方向の出力電圧Ｖｍｒには、交流電圧と直流電圧とが重畳されて現れる。したがって、磁性膜１２の縦方向の直流電圧成分のみを計測すれば電源９１に対する負荷９２の消費電力（Ｐ＝Ｉ１＊Ｖ１＝Ｖ１２／Ｒ１）を測定することができる。なお、上記最終式中のＤＣ成分は（Ｖ１２／Ｒ１）ｃｏｓθに比例している。つまり、Ｖｍｒを測定することは、力率ｃｏｓθを含んだ有効電力を測定することになる。
【００９７】
以上のような測定原理に基づき、電力測定装置４の構成を説明する。図１１を参照して、磁性膜１２を含むセンサ素子１３とセンサ抵抗３４とセンサ素子１３の電圧を計測する電圧計２７とを含む。電圧計２７は、アンプ２５とフィルタ２６で構成されている。フィルタ２６でアンプ２５の出力の直流成分だけを計測することができる。さらに、これらの構成を電力が計測される搬送回路に接続するための一対の接続端子（３０ａ、３０ｂ）を有する。なお、被測定回路が直流の場合は、磁性膜１２の両端は直流電圧しか生じないので、フィルタ２６はなくてもよい。
【００９８】
センサ素子１３は、実施の形態１および２で説明したセンサ素子１３であり、横バイアス磁界付加磁石１８（図示せず）と縦バイアス磁界付加磁石２０を有する。図１１のセンサ素子１３の横バイアス磁界付加磁石１８は、１種類のストライプ状の導電体２４が形成された構造として実現されている。縦バイアス磁界付加磁石２０は、永久磁石であり、図４で示したように温度特性を有する。
【００９９】
電力測定装置４は、センサ素子１３が温度補償機能を有しているので、使用される箇所での温度が変化し、磁性膜１２の磁気抵抗効果が変化しても、安定した精度を維持することができる。
【０１００】
図１２には、センサ素子１３、４３を２つブリッジ回路に組み込んだものを用いた例を示す。電圧計２７は、センサ素子１３、４３がブリッジ抵抗５１、５２との接続点５４、５５（バランス点）に接続される。このようにセンサ素子を２つ、並列にブリッジ回路に組み込み、バランス点から出力を取ることで、出力の感度を上げることができる。
【０１０１】
センサ素子４３は、センサ素子１３と同様の構造で、縦バイアス磁界付加磁石２０の縦バイアス磁界の方向（縦方向）に対して逆向きの傾斜に導電体２７が形成されているものを用いる。このように構成すると図９（ｂ）に示したように、センサ素子１３とセンサ素子４３の磁気抵抗効果は、逆方向にバイアスされ、出力のゲインが高くなる。
【０１０２】
なお、センサ素子１３、４３の縦バイアス磁界付加磁石２０は同じ温度特性を有するものを用いる。また、このように接続しても、電圧計２７は、センサ素子１３の両端の電圧を測定すると言って良い。電圧計２７は、センサ素子１３の両端電圧をセンサ素子４３を介して測定しているからである。
【０１０３】
（実施の形態５）
実施の形態４で示した電力測定装置５には、斜めバイアス磁界付加磁石４０を有するセンサ素子１３を搭載することができる。図１３には、そのような構成の電力測定装置５の構成例を示す。図１１のバーバーポール型構造を有するセンサ素子の代わりに図１０（ａ）で示した斜めバイアス磁界付加磁石４０を有するセンサ素子を用いた例である。なお、符号４０ａ、４０ｂは斜めバイアス磁界付加磁石４０の磁極を表す。
【０１０４】
また、図１４には、第１磁性膜１２と第２磁性膜４２を有するセンサ素子１３、４３を用いた場合について例示する。なお、斜めバイアス磁界付加磁石４０は、センサ１３、１４で共有している。センサ素子１３、４３はそれぞれブリッジ抵抗５１、５２を介して電極１４ａを共有している。また電極１４ｂは直接共有している。また、電圧計２７は、センサ素子１３、４３とブリッジ抵抗５１、５２との接続点５３、５４の電圧を測定する。図１２で述べたように、この場合も電圧計２７はセンサ素子の両端電圧を計測していると言っても良い。
【０１０５】
これらの電力測定装置５も、それぞれのセンサ素子１３、４３が温度特性補償機能を有しているので、使用される箇所での温度が変化し、第１磁性膜１２および第２磁性膜４２の磁気抵抗効果が変化しても、安定した精度を維持することができる。
【実施例】
【０１０６】
以下に磁気抵抗効果の温度補償に関する実施例を示す。図１５に実験回路を示す。磁性膜１２は７９パーマロイのスパッタ膜をガラス基板上に成膜した。膜厚は０．３μｍであった。この膜を、長さ１０ｍｍ、幅１ｍｍの短冊状にフォトリソグラフィで形成した。両端には、厚さ０．１μｍの銅膜を蒸着で電極１４ａ、１４ｂを形成した。
【０１０７】
ガラス基板上の磁性膜１２は、ペルチェ素子上に載置した熱伝導板６０上に配置させ、真空チャンバー６２中に入れた。外部磁界発生用磁石６５および縦バイアス磁界付加磁石２０として電磁石を真空チャンバー６２の外側に配置した。磁性膜１２の端子電圧１４ａ、１４ｂはデジタルマルチメータ６４で抵抗値を測定した。
【０１０８】
熱伝導版６０の温度はデータロガーで測定し記録した。熱伝導板６０の温度を磁性膜１２の温度とした。測定は、まず真空チャンバー中を０．１気圧まで減圧し、熱伝導板６０の温度をペルチェ素子で変化させ、磁性膜１２の温度を変化させた。測定する温度で熱伝導板の温度が安定したのを確認し、縦バイアス磁界付加磁石２０で所定の縦バイアス磁界を印加した後、外部磁界発生用磁石６５で磁性膜１２にかかる外部磁界を変えながら、電気抵抗値をデジタルマルチメータ６４で測定した。
【０１０９】
この測定によって、所定温度、所定縦バイアス磁界における磁気抵抗効果のグラフを得ることができた。得られた磁気抵抗効果のグラフより、ピーク値の半分の抵抗値となる点を動作点Ｈｐとし、動作点Ｈｐにおける傾き（Ω／Ｏｅ）を求めた。感度は、この傾きをピーク値の抵抗値で規格化し、磁界をＳＩ単位系（Ａ／ｍ）に換算することで、「％／（Ａ／ｍ）」の単位で表した。
【０１１０】
測定結果を図１６に示す。横軸は磁性膜１２の温度（℃）で、縦軸は感度（％／（Ａ／ｍ））である。磁性膜１２の温度が上昇するに従い、感度は直線的に減少した。
【０１１１】
次に磁性膜の温度を２５℃一定とし、縦バイアス磁界を変化させながら、磁気特性効果を測定した。図１７に結果を示す。図１７（ａ）は磁気抵抗効果の測定結果の一例を示す。横軸は外部磁界の強度（Ｏｅ）であり、縦軸は磁性膜１２の両端の抵抗値（Ω）である。
【０１１２】
縦バイアス磁界Ｈｏｂが０、４０、８０（Ｏｅ）と変化するに従い、磁気抵抗効果の形状は大きく変化した。図１７（ｂ）には、縦バイアス磁界と感度の関係を示す。横軸は縦バイアス磁界（Ｏｅ）であり、縦軸は感度（％／（Ａ／ｍ））である。縦バイアス磁界の強度に対して感度は指数関数的に変化した。
【０１１３】
これらのことから、磁性膜１２の感度は温度が上昇すると低下し、（温度が上昇して）縦バイアス磁界が減少すると上昇することが確認された。また磁性膜１２自体の温度特性による感度の低下の程度が直線的であるのに対して、縦バイアス磁界の減少による感度の上昇の程度は指数関数的であることが確認された。
【０１１４】
図１８に、上記の結果を基に、センサ感度を一定にするために必要な縦バイアス磁界の変化を計算したグラフを示す。横軸は室温からの温度変化量Δｔ（℃）であり、縦軸は縦バイアス磁界ΔＨ（Ｏｅ）である。室温から±１００℃の範囲でおよそ±４（Ｏｅ）の縦バイアス磁界の変化が必要である。なお、グラフの原点は室温（２０℃）で、縦バイアス磁界として４０Ｏｅの磁界を印加しているとした。
【０１１５】
図１８の結果より−２０℃では縦バイアス磁界を４０．７５（Ｏｅ）にし、１２０℃では３６．５（Ｏｅ）の縦バイアス磁界を印加すれば温度補償ができる。これに基づいて実際に温度補償を確認した。
【０１１６】
図１９に測定結果を示す。横軸は磁性膜の温度であり、縦軸は感度（％／（Ａ／ｍ））である。図１６で示した特性を有する磁性膜１２に図１８で求めた補償のための縦バイアス磁界を印加することで、感度の温度特性をほぼゼロにすることができた。つまり、温度によって変化した感度は、縦バイアス磁界を変更することで、補償されていることが確認できた。
【０１１７】
図２０には、図１０（ｂ）に示したタイプのセンサ素子１３についての磁気抵抗効果について測定した結果を示す。作製したセンサ素子１３は、第１磁性膜１２および第２磁性膜４２をパーマロイのスパッタ膜でガラス基板上に膜厚０．３μｍの厚さで成膜した。これを図１０（ｂ）のように形成した。より詳しくは磁性膜１２の長さＭｒＬは、４００μｍ、幅ＭｒＷは２０μｍである。第１磁性膜１２および第２磁性膜とも１７本の磁性膜を直列に接続した形状になっている。
【０１１８】
なお、斜めバイアス磁界との角度（図１０（ａ）のφ）は３５、４５、５５度の３種類を作製した。図２０（ａ）〜（ｃ）を参照して、横軸は斜めバイアス磁界に対して直角方向の外部磁界強度Ｈ（Ｏｅ）であり、縦軸は電極１４ａ、１４ｂ間の抵抗（Ω）である。測定時の縦バイアス磁界は２５（Ｏｅ）、温度は２５℃であった。
【０１１９】
それぞれのグラフには、第１磁性膜１２による磁気抵抗効果と、第２磁性膜４２による磁気抵抗効果の測定結果を示した。第１磁性膜１２はマイナス方向にバイアスされているのに対して、第２磁性膜４２は、プラス方向にバイアスされているのが分かる。それぞれの会合点（外部磁界がゼロの時の点）は、角度φが小さい時は高いにあり、角度が大きくなると低くなった。ちょうど４５度の時に、磁気抵抗効果の全幅ＭｒＤに対する中間の位置になった。つまり、会合点は、磁気抵抗効果の振幅に対して変化するのが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明に係る磁気センサは、使用環境の温度が変化して磁性素子の磁気抵抗効果が変化しても、安定した精度を維持することができる。したがって、さまざまな場所に利用する電力計や電池システム等に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２１】
１  磁気センサ
２、３  温度補償機能付磁気センサ
４  電力測定装置
９  電源
１０  基板
１２  磁性膜
１２ａ、１２ｂ  （磁極付近の）磁性膜
１２ｊ  磁性膜同士の接続箇所
１３  センサ素子
１４ａ、１４ｂ  電極
１６  電流源
１８  横バイアス磁界付加磁石
１８ａ、１８ｂ  磁極
２０  縦バイアス磁界付加磁石
２０ａ、２０ｂ  磁極
２０ｃ  薄い永久磁石
２０ｄ、２０ｅ  感温磁性体
２２  電圧計
２２Ａ  アンプ
２２ｒ１、２２ｒ２  抵抗
２４  導電体
２４ｃ  共通電極
２５  アンプ
２６  フィルタ
２７  電圧計
３０ａ、３０ｂ  接続端子
３４  センサ抵抗
４０斜めバイアス磁界付加磁石
５１、５ブリッジ抵抗２
９１  電源
９２  負荷
Ｉ  電流
Ｍ  磁化
Ｒｍｒ  磁性膜の縦方向の抵抗値
ΔＲｍｒ  抵抗変化量
Ｈｔｂ  横バイアス磁界
Ｈｏｂ  縦バイアス磁界
Ｓ  ダイナミックレンジ
Ｈｓｂ  斜めバイアス磁界
【図１】
2018185315.tif 000005
【図２】
2018185315.tif 000006
【図３】
2018185315.tif 000007
【図４】
2018185315.tif 000008
【図５】
2018185315.tif 000009
【図６】
2018185315.tif 000010
【図７】
2018185315.tif 000011
【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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