(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の異方性磁気抵抗効果素子と、
前記第１の異方性磁気抵抗効果素子の感磁方向および容易磁化方向の両方に直交する方向に見て、前記第１の異方性磁気抵抗効果素子の中心を通り、前記容易磁化方向となす角度が１／２直角以下で前記容易磁化方向から傾斜する方向に延び、前記感磁方向および前記容易磁化方向を含む平面に平行で、前記感磁方向および前記容易磁化方向の両方に直交する方向に見て、前記第１の異方性磁気抵抗効果素子の全体を覆う幅を有する、導体の第１のリセットラインと、
前記第１の異方性磁気抵抗効果素子の感磁方向および容易磁化方向を含む平面内で、前記第１の異方性磁気抵抗効果素子の前記第１のリセットラインの延びる方向に直交する方向に、前記第１の異方性磁気抵抗効果素子と平行に配置される、第２の異方性磁気抵抗効果素子と、
前記第１の異方性磁気抵抗効果素子の感磁方向および容易磁化方向の両方に直交する方向に見て、前記第２の異方性磁気抵抗効果素子の中心を通り、前記第１のリセットラインに平行で、かつ、前記第２の異方性磁気抵抗効果素子の全体を覆う幅を有する、導体の第２のリセットラインと、
を備え、
前記第１の異方性磁気抵抗効果素子と前記第２の異方性磁気抵抗効果素子は、ブリッジ接続されている、
磁気抵抗効果素子デバイス。
【請求項２】
第１の異方性磁気抵抗効果素子と、
前記第１の異方性磁気抵抗効果素子の感磁方向および容易磁化方向の両方に直交する方向に見て、前記第１の異方性磁気抵抗効果素子の中心を通り、前記容易磁化方向となす角度が１／２直角以下で前記容易磁化方向から傾斜する方向に延び、前記感磁方向および前記容易磁化方向を含む平面に平行で、前記感磁方向および前記容易磁化方向の両方に直交する方向に見て、前記第１の異方性磁気抵抗効果素子の全体を覆う幅を有する、導体の第１のリセットラインと、
前記第１の異方性磁気抵抗効果素子の感磁方向および容易磁化方向を含む平面内で、前記第１の異方性磁気抵抗効果素子の前記第１のリセットラインの延びる方向に直交する方向に、前記第１のリセットラインの延びる方向に平行な面に関して前記第１の異方性磁気抵抗効果素子と対称に配置される、第２の異方性磁気抵抗効果素子と、
前記第１の異方性磁気抵抗効果素子の感磁方向および容易磁化方向の両方に直交する方向に見て、前記第２の異方性磁気抵抗効果素子の中心を通り、前記第１のリセットラインに平行で、かつ、前記第２の異方性磁気抵抗効果素子の全体を覆う幅を有する、導体の第２のリセットラインと、
を備え、
前記第１の異方性磁気抵抗効果素子と前記第２の異方性磁気抵抗効果素子は、ブリッジ接続されている、
磁気抵抗効果素子デバイス。
【請求項３】
２以上の前記第１の異方性磁気抵抗効果素子が前記第１のリセットラインの延びる方向に互いに平行に配列され、前記２以上の第１の異方性磁気抵抗効果素子の前記第１のリセットラインが直線上に連続し、
２以上の前記第２の異方性磁気抵抗効果素子が前記第２のリセットラインの延びる方向に互いに平行に配列され、前記２以上の第２の異方性磁気抵抗効果素子の前記第２のリセットラインが直線上に連続している、
請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子デバイス。
【請求項４】
前記異方性磁気抵抗効果素子は、折り返しラインの抵抗パターンで構成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子デバイス。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子デバイスを２以上備え、前記磁気抵抗効果素子デバイスは、それぞれの前記リセットラインが相互に接続されている、磁気抵抗効果素子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁性パターンを検出する磁気抵抗効果素子デバイスおよび磁気抵抗効果素子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
異方性磁気抵抗効果素子を利用する磁気センサにおいて、素子が強磁界にさらされた場合に、素子の磁化方向が乱れて出力への影響が懸念される。素子の磁化方向を規定の方向に向けるため、測定前にリセット電流により強制的に素子の磁化方向を揃えることが行われている（非特許文献１）。【０００３】
例えば、特許文献１には、ブリッジ回路として構成された磁界検出素子を有する集積型磁界検出デバイスが記載されている。特許文献１の集積型磁界検出デバイスでは、第１のらせん状コイルはセット／リセット機能を有する。第２のコイルおよび第３のコイルは、試験、補償、較正およびフィードバックに利用可能な磁界を発生するよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５１６０３１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日立金属技報  Ｖｏｌ．１８（２００２）、Ｐ３７−４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の集積型磁界検出デバイスは、リセットコイルとして、磁気抵抗素子の上に外周から中心に向かって時計回り方向に引かれたらせん形状の導体を備える。特許文献１では、リセットコイルに電流を流すことでチップ中心部に向かう方向の磁界を生じさせ、磁気抵抗素子のリセットを行っている。しかしこの構成では、リセットコイルの線幅を、磁気抵抗素子長さに比べかなり小さくする必要があり、さらにリセットコイルをらせん形状に配置するため、リセットコイルのパターン抵抗が大きくなり、リセットのための電流を流すには、１素子あたりのリセット電圧を大きくしなければならないという課題がある。【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するために、異方性磁気抵抗効果素子あたりのリセット電圧を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る磁気抵抗効果素子デバイスは、第１の異方性磁気抵抗効果素子と、第１の異方性磁気抵抗効果素子の感磁方向および容易磁化方向の両方に直交する方向に見て、第１の異方性磁気抵抗効果素子の中心を通り、容易磁化方向となす角度が１／２直角以下で容易磁化方向から傾斜する方向に延び、感磁方向および容易磁化方向を含む平面に平行で、感磁方向および容易磁化方向の両方に直交する方向に見て、第１の異方性磁気抵抗効果素子の全体を覆う幅を有する、導体の第１のリセットラインと、を備える。さらに、第１の異方性磁気抵抗効果素子の感磁方向および容易磁化方向を含む平面内で、第１の異方性磁気抵抗効果素子の第１のリセットラインの延びる方向に直交する方向に、第１の異方性磁気抵抗効果素子と平行に配置される、第２の異方性磁気抵抗効果素子と、第１の異方性磁気抵抗効果素子の感磁方向および容易磁化方向の両方に直交する方向に見て、第２の異方性磁気抵抗効果素子の中心を通り、第１のリセットラインに平行で、かつ、第２の異方性磁気抵抗効果素子の全体を覆う幅を有する、導体の第２のリセットラインと、を備え、第１の異方性磁気抵抗効果素子と第２の異方性磁気抵抗効果素子は、ブリッジ接続されている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、異方性磁気抵抗効果素子の感磁方向および容易磁化方向の両方に直交する方向に見て、異方性磁気抵抗効果素子の中心を通り、異方性磁気抵抗効果素子の容易磁化方向に対して１／２直角以下の角度で傾斜する方向に延びるリセットラインを備え、リセットラインは、異方性磁気抵抗効果素子の全体を覆う幅を有するので、異方性磁気抵抗効果素子に対してリセットラインに直交する方向のリセット磁界をかけることができ、異方性磁気抵抗効果素子あたりのリセット電圧を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスの平面図
【図２Ａ】実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスの層構成を示す図
【図２Ｂ】実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスの異なる層構成を示す図
【図３】実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスが折り返しラインの抵抗パターンで構成される場合を示す図
【図４】実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスのバイアス磁束ベクトルを示す図
【図５Ａ】実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスにバイアス磁界を印加する磁気回路の例を示す側面図
【図５Ｂ】実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスにバイアス磁界を印加する磁気回路の例を示す平面図
【図６】異方性磁気抵抗効果素子のＭＲ特性の例を示すグラフ
【図７】異方性磁気抵抗効果素子の容易磁化方向の磁化特性の例を示す図
【図８】実施の形態１に係る異方性磁気抵抗効果素子の、バイアス条件を満たす磁化の向きを示す図
【図９】実施の形態１に係る異方性磁気抵抗効果素子に、バイアス磁束に直交する強い外乱磁界が印加された状態の磁化の向きを示す図
【図１０】図９の状態から外乱磁界がなくなった後の異方性磁気抵抗効果素子の磁化の向きを示す図
【図１１】図１０の状態における異方性磁気抵抗効果素子の容易磁化方向のバイアス点を示す図
【図１２】図１０の状態における磁気抵抗効果素子デバイスにリセット磁界を印加した状態の磁化の向きを示す図
【図１３】図１２の状態から、リセット磁界がなくなった後の異方性磁気抵抗効果素子の磁化の向きを示す図
【図１４】実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスにリセット電流を印加するタイミングを示す図
【図１５】実施の形態１に係る異方性磁気抵抗効果素子を複数配列した場合の平面図
【図１６】この発明の実施の形態２に係る磁気抵抗効果素子デバイスの平面図
【図１７】実施の形態２に係る異方性磁気抵抗効果素子を複数配列した場合の平面図
【図１８】実施の形態２に係る磁気抵抗効果素子デバイスのバイアス磁束ベクトルとリセット電流を示す図
【図１９Ａ】実施の形態２に係る磁気抵抗効果素子デバイスにバイアス磁界を印加する磁気回路の例を示す側面図
【図１９Ｂ】実施の形態２に係る磁気抵抗効果素子デバイスにバイアス磁界を印加する磁気回路の例を示す平面図
【図２０】この発明の実施の形態３に係る磁気抵抗効果素子デバイスの平面図
【図２１】実施の形態３に係る異方性磁気抵抗効果素子を複数配列した場合の平面図
【図２２Ａ】実施の形態３に係る磁気抵抗効果素子デバイスにバイアス磁界を印加する磁気回路の例を示す側面図
【図２２Ｂ】実施の形態３に係る磁気抵抗効果素子デバイスにバイアス磁界を印加する磁気回路の例を示す平面図
【図２３】実施の形態３に係る磁気抵抗効果素子デバイスのバイアス磁束ベクトルとリセット電流を示す図
【図２４】この発明の実施の形態１〜３に係る磁気抵抗効果素子デバイスを用いる磁気センサ装置の、主走査方向に直交する断面図
【図２５】図２４の磁気センサ装置を、被検知物の排出方向からみた断面図
【図２６】この発明の実施の形態２または３に係る磁気抵抗効果素子デバイスと外部回路との接続状態を示す接続図
【図２７】図２４の磁気センサ装置における磁石とヨークから生成される磁力線図
【図２８Ａ】図２４の磁気センサ装置の下流側の磁気抵抗効果素子における磁界ベクトル図
【図２８Ｂ】被読取媒体が下流側の磁気抵抗効果素子に近づくときの磁界ベクトル図
【図２８Ｃ】被読取媒体が下流側の磁気抵抗効果素子から離れるときの磁界ベクトル図
【図２９Ａ】図２４の磁気センサ装置の上流側の磁気抵抗効果素子における磁界ベクトル図
【図２９Ｂ】被読取媒体が上流側の磁気抵抗効果素子に近づくときの磁界ベクトル図
【図２９Ｃ】被読取媒体が上流側の磁気抵抗効果素子から離れるときの磁界ベクトル図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスの平面図である。磁気抵抗効果素子デバイス１は、異方性磁気抵抗効果素子２およびリセットライン３を備える。以下、磁気抵抗効果素子デバイス１を、単にデバイス１といい、異方性磁気抵抗効果素子２を、単に素子２ということがある。
【００１２】
素子２は一般的に細長い矩形形状となっており、形状異方性により、感磁方向x’と、容易磁化方向y’を持つ。図１の場合、平面図で長手方向に直交する向き、すなわち短手方向が感磁方向ｘ’であり、長手方向が容易磁化方向ｙ’である。図１は、素子２の感磁方向ｘ’および容易磁化方向ｙ’の両方に直交する方向に見た図である。
【００１３】
リセットライン３は、導体で形成され、素子２の感磁方向ｘ’および容易磁化方向ｙ’の両方に直交する方向、すなわち図１の紙面に直交する方向に見て、素子２の中心を通り、容易磁化方向ｙ’となす角度が１／２直角以下で容易磁化方向ｙ’から傾斜する方向に延びている。リセットライン３は、感磁方向ｘ’および容易磁化方向ｙ’を含む平面に平行である。素子２の感磁方向ｘ’および容易磁化方向ｙ’の両方に直交する方向に見て、リセットライン３は、素子２の全体を覆う幅を有する。
【００１４】
ここで、リセットライン３の延びる方向をｙ軸とし、感磁方向ｘ’および容易磁化方向ｙ’を含む平面に平行で、ｙ軸に直交する方向をｘ軸とする。ｘ軸およびｙ軸の両方に直交する方向、すなわち、素子２の感磁方向ｘ’および容易磁化方向ｙ’の両方に直交する方向はｚ軸である。図１のとおり、上向きをｘ軸の正方向、右向きをｙ軸の正方向、紙面の背面から手前に向かってｚ軸の正方向をとる。
【００１５】
図１では、デバイス１の素子２に電圧を印加するための端子、および、リセットライン３に電流を供給する端子が省略されている。リセットライン３には、その延びる方向すなわちｙ軸方向に流れる電流が供給される。
【００１６】
図２Ａは、実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスの層構成を示す図である。デバイス１は、ガラスまたはシリコンで形成されている基板、例えば、シリコンウェハの上に、下から順に、熱酸化膜、素子２を形成するＮｉＦｅ、ＮｉＦｅと配線層を絶縁する絶縁層、例えばアルミで形成され、リセットライン３を構成する配線層、および、保護膜が積層されて形成されている。図１は、保護膜を除去した状態で、配線層の側から見た図である。なお図２Ａでは、デバイス１の素子２に電圧を印加するための端子、および、リセットライン３に電流を供給する端子部分の層が省略されている。
【００１７】
図２Ｂは、実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスの異なる層構成を示す図である。図２Ｂは、図２Ａの積層のうち、ＮｉＦｅと配線層を入れ替えた構成である。図２Ｂの層構成の場合、図１は素子２が実線で、リセットライン３が破線で表されることになる。以下、実施の形態１の磁気抵抗効果素子デバイスについて、図２Ａの層構成で説明する。
【００１８】
図３は、実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスが折り返しラインの抵抗パターンで構成される場合を示す図である。素子２は、折り返して屈曲するラインの抵抗パターンで構成されている。折り返しラインの長く延びる線状パターン１５に直交する方向が感磁方向ｘ’であり、線状パターン１５の延びる方向が容易磁化方向ｙ’である。図３のデバイス１は、図２Ｂの層構成である。
【００１９】
図３の素子２は、一定の幅で容易磁化方向ｙ’に直線状に延びる複数の線状パターン１５と、隣合う線状パターン１５どうしを互い違いにそれらの端で接続する短い連結パターン１７から構成されている。隣合う２本の線状パターン１５どうしの間隔は、一定である。線状パターン１５の長さは、例えば、４００μｍ程度である。図３の例では、素子２は、７本の線状パターン１５と、６つの連結パターン１７から構成されている。素子２を構成する線状パターン１５の数は、７本に限らない。
【００２０】
図４は、実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスのバイアス磁束ベクトルを示す図である。デバイス１には、例えば、ｘ軸の方向にバイアス磁界が印加される。このとき、バイアス磁束ベクトル４は、素子２の感磁方向ｘ’のｘ’成分５と、容易磁化方向ｙ’のｙ’成分６に分解できる。
【００２１】
図５Ａは、実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスにバイアス磁界を印加する磁気回路の例を示す側面図である。図５Ｂは、実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスにバイアス磁界を印加する磁気回路の例を示す平面図である。デバイス１の下側に、ｘ軸方向に着磁された磁石８０を配置することで、素子２に図４に示すバイアス磁界を印加することができる。図５Ａおよび図５Ｂではｘ軸方向に着磁された磁石８０をデバイス１の下に配置する構成を一例として示したが、バイアス磁束ベクトル４で表されるバイアス磁界を印加することができれば、この配置に限定されない。例えば、ｚ軸方向に着磁された磁石をデバイス１の下にｘ軸方向中心をずらして配置しても同様の効果が得られる。
【００２２】
図６は、異方性磁気抵抗効果素子のＭＲ特性の例を示すグラフである。図６の横軸は、感磁方向ｘ’に印加された磁界の強さＢｘ’、縦軸は素子２の抵抗変化率を示す。一般に、紙幣または有価証券の磁気パターンを検知するためのセンサとして磁気抵抗効果素子を使用する場合、磁気抵抗効果素子の感度が最も高い範囲でバイアス磁界を印加して、読み取りを実施する。図６で傾きが最も大きくなる範囲、すなわち印加磁界の強さが１〜６ｍＴの範囲で、バイアス磁界を印加する。例えば、バイアス点７ｘ’で示されるバイアス磁界が印加される。
【００２３】
図７は、異方性磁気抵抗効果素子の容易磁化方向の磁化特性の例を示す図である。素子２は磁性体であるため、磁化特性にヒステリシスがある。例えば、印加磁界の強さを０から正の方向に増加して飽和磁界に到り、印加磁界を減少させると、飽和磁化の後の磁化は、図７の上の曲線をたどる。印加磁界の強さが飽和磁界から減少して正の範囲にある間は、磁化は図７の上の曲線上に位置する。素子２の容易磁化方向ｙ’に対しては、磁化特性の飽和磁化から戻る曲線上にバイアス磁化を設定する必要がある。例えば、図７の上の曲線のバイアス点７ｙ’にバイアス磁化を設定する。
【００２４】
上述のバイアス磁界とバイアス磁化の条件を満たすために、図４に示すように、素子２をバイアス磁束ベクトル４に対して角度をつけて配置する。図４のように配置することで、素子２に対して感磁方向ｘ’にバイアス磁界を印加するとともに、容易磁化方向ｙ’に決まった方向に磁界を印加して、バイアス条件を満たすことが可能となる。
【００２５】
図８は、実施の形態１に係る異方性磁気抵抗効果素子の、バイアス条件を満たす磁化の向きを示す図である。図８の磁化８ａは、バイアス点７ｘ’とバイアス点７ｙ’を満たす条件での素子２の磁化の向きを示す。
【００２６】
図９は、実施の形態１に係る異方性磁気抵抗効果素子に、バイアス磁束に直交する強い外乱磁界が印加された状態の磁化の向きを示す図である。図８の状態から、強い外乱磁界９がｙ軸の負方向に印加されると、素子２の磁化の向きは、磁化８ｂになる。
【００２７】
図１０は、図９の状態から外乱磁界がなくなった後の異方性磁気抵抗効果素子の磁化の向きを示す図である。図９の状態から外乱磁界９がなくなると、素子２の磁化の向きは磁化８ａよりｙ軸負方向に傾いた磁化８ｃに留まる。
【００２８】
図１１は、図１０の状態における異方性磁気抵抗効果素子の容易磁化方向のバイアス点を示す図である。図１０の状態では、バイアス磁界は同じでも、磁化８ｃの容易磁化方向ｙ’のバイアス磁化は、磁化特性の下の曲線上でバイアス磁化７ｙ”に位置する。この状態では、磁気パターンが搬送されるたびに素子２の磁化の大きさ（抵抗値）が変わり、安定した正確な出力が得られない。安定した正確な出力を得るためには、外部からどのような強磁場が印加されても、もとのバイアス点（図７）に戻す処置を実施する必要がある。そこで、図１１で、一旦飽和磁化まで持って行って、磁化を上の曲線上に戻す必要がある。
【００２９】
図１２は、図１０の状態における磁気抵抗効果素子デバイスにリセット磁界を印加した状態の磁化の向きを示す図である。リセットライン３に、例えば数百ｍＡ〜数Ａのｙ軸負方向のリセット電流１０を流すと、リセットライン３の周りにリセット電流１０の方向に見て時計回りの磁界１１が発生する。素子２はリセットライン３の下側にあるから、素子２には、磁界１１によってｘ軸負方向のリセット磁界が印加される。このとき、素子２の磁化は、図１０の磁化８ｃからｙ軸正方向に近づくように回転し、磁化８ａを超えて、容易磁化方向ｙ’の飽和磁化である磁化８ｄに到る。
【００３０】
図１３は、図１２の状態から、リセット磁界がなくなった後の異方性磁気抵抗効果素子の磁化の向きを示す図である。磁界１１が消滅すると、素子２の磁化は、図８のバイアス条件を満たす磁化８ａに戻る。素子２の容易磁化方向の磁化は、一旦正の飽和磁化になるから、図７で上の曲線上のバイアス点７ｙ’に戻る。
【００３１】
図２Ｂに示すようなデバイス１の層構成の場合は、素子２の背面側にリセットライン３が配置されるから、同じバイアス磁界とバイアス条件では、ｘ軸負方向にリセット磁界を印加するためのリセット電流１０の向きは、図１２とは逆に、ｙ軸正方向である。
【００３２】
このように異常状態になった場合に、リセットライン３にリセット電流１０を流すことで、素子２の容易磁化方向ｙ’のバイアス点を飽和磁化から戻る曲線上に位置させて、素子２をバイアス条件を満たす磁化に設定できる。その結果、常に安定した正確な出力を得ることが可能となる。リセットライン３は、少なくとも素子２の幅より大きいから、リセット電流１０を流すための電圧は、特許文献１のリセットコイルにリセット電流を流す電圧より小さい。
【００３３】
なお、リセット電流１０として一瞬でも必要電流を流すことができればよい。また、正常なバイアス点７ｙ’に位置している場合は、リセット電流１０を流した後もバイアス点７ｙ’に戻るため、リセット電流１０の影響を受けない。
【００３４】
図１４は、実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子デバイスにリセット電流を印加するタイミングを示す図である。リセット電流１０をパルス電流として、例えば、図１４に示すようにデータ読取期間の前に毎回リセット電流を流すような構成にすることで、常に検出時には正確な出力を得られる状態にすることが可能となる。
【００３５】
図１５は、実施の形態１に係る異方性磁気抵抗効果素子を複数配列した場合の平面図である。図１５のデバイス１は、２以上の素子２がリセットライン３の方向に互いに平行に配列されている。そして、２以上の素子２のリセットライン３が直線上に連続している構成である。素子２が３以上の場合、一般の用途には隣り合う素子２の間隔を等しくすることが好ましい。用途によっては、対象の磁気パターンに合わせて、素子２の間隔に変化をつけてもよい。
【００３６】
図１５のデバイス１では、すべての素子２に同じようにバイアス磁界が印加され、バイアス条件は同じである。素子２をリセットするためのリセット電流１０は、すべての素子２で同じである。リセットライン３は、すべての素子２で連続しているから、リセットライン３に１回リセット電流１０を流せば、すべての素子２がリセットされる。すなわち、素子２ごとにリセットする必要はなく、デバイス１全体で１回、リセット電流１０を流すだけで、バイアス条件を満たす磁化に設定できる。素子２の数が多くなれば、それだけリセットライン３は長くなるから、リセット電流１０を流すための電圧は大きくなるが、素子２あたりの電圧は、素子２が１つの場合と変わらない。
【００３７】
さらに、複数の磁気抵抗効果素子デバイス１を接続して、磁気抵抗効果素子装置を構成することができる。その場合、例えば、各デバイス１のリセットライン３を並列もしくは直列または並列と直列の組み合わせで接続して、同時にリセット電流を流すことができる。磁気抵抗効果素子装置では、用途に合わせて任意にデバイス１を配置することができる。例えば、各デバイス１の素子２が同一直線上に並ぶように、デバイス１を配置することができる。複数のデバイス１を例えば２つの群に分けて、２つの群のデバイス１を互いに平行に配置したり、互い違いに配置したりすることができる。
【００３８】
実施の形態２．
図１６は、この発明の実施の形態２に係る磁気抵抗効果素子デバイスの平面図である。実施の形態２の磁気抵抗効果素子デバイス１は、ブリッジ接続される２つの異方性磁気抵抗効果素子２ａ、２ｂを備える。素子２ａ、２ｂそれぞれに、リセットライン３ａ、３ｂが設けられる。素子２ａとリセットライン３ａの関係、および素子２ｂとリセットライン３ｂの関係は、それぞれ、実施の形態１の素子２とリセットライン３の関係と同じである。
【００３９】
第２の異方性磁気抵抗効果素子２ｂは、第１の磁気抵抗効果素子２ａの感磁方向ｘ’および容易磁化方向ｙ’を含む平面内で、素子２ａのリセットライン３ａに直交する方向に配置される。素子２ｂのリセットライン３ｂは、素子２ａのリセットライン３ａに平行であり、素子２ａと素子２ｂは、互いに平行である。実施の形態２では、素子２ａと素子２ｂをブリッジ接続して使用することで、温度変動の影響、および外乱ノイズを低減する効果がある。
【００４０】
実施の形態２においても、デバイス１は、図２Ａまたは図２Ｂの層構成である。図１６では、図２Ａの層構成が想定されている。素子２ａおよび素子２ｂは、図３に示す、折り返して屈曲するラインの抵抗パターンで構成される場合がある。
【００４１】
図１７は、実施の形態２に係る異方性磁気抵抗効果素子を複数配列した場合の平面図である。図１７のデバイス１では、２以上の第１の異方性磁気抵抗効果素子２ａがリセットライン３ａの方向に互いに平行に配列され、２以上の素子２ａのリセットライン３ａが直線上に連続している。また、２以上の第２の異方性磁気抵抗効果素子２ｂがリセットライン３ｂの方向に互いに平行に配列され、２以上の素子２ｂのリセットライン３ｂが直線上に連続している。リセットライン３ａに直交する方向に位置する素子２ａと素子２ｂは対をなし、ブリッジ接続されている。素子２ａ、２ｂがそれぞれ３以上の場合、一般の用途には隣り合う素子２ａまたは２ｂの間隔を等しくすることが好ましい。用途によっては、対象の磁気パターンに合わせて、素子２ａまたは２ｂの間隔に変化をつけてもよい。
【００４２】
図１８は、実施の形態２に係る磁気抵抗効果素子デバイスのバイアス磁束ベクトルとリセット電流を示す図である。図１８では、素子２ａと素子２ｂを接続するブリッジ配線が省略されている。
【００４３】
実施の形態２では、デバイス１のすべての素子２ａ、２ｂに同じバイアス磁界が印加される。図１８では、線が重複するのを避けて、理解を容易にするため、上側の素子２ａと下側の素子２ｂそれぞれ１つにしか、バイアス磁束ベクトル４が記載されていないが、すべての素子２ａ、２ｂに印加されるバイアス磁束ベクトル４は同じである。図１８は、素子２ａおよび素子２ｂがそれぞれ２以上の場合を記載しているが、図１６のように素子２ａおよび素子２ｂがそれぞれ１つの場合でも、バイアス磁束ベクトル４は同じである。バイアス磁束ベクトル４が、感磁方向ｘ’のｘ’成分５と、容易磁化方向ｙ’のｙ’成分６に分解できることは、実施の形態１と同様である。
【００４４】
図１９Ａは、実施の形態２に係る磁気抵抗効果素子デバイスにバイアス磁界を印加する磁気回路の例を示す側面図である。図１９Ｂは、実施の形態２に係る磁気抵抗効果素子デバイスにバイアス磁界を印加する磁気回路の例を示す平面図である。実施の形態１と同様に、デバイス１の下側にｘ軸方向に着磁された磁石８０を配置することで、素子２ａおよび素子２ｂの両方に、図１８に示すバイアス磁界を印加することができる。ここではｘ軸方向に着磁された磁石８０をデバイス１の下に配置する構成を一例として示したが、図１８に示すバイアス磁界を印加することができれば、図１９Ａおよび図１９Ｂの構成に限定されない。例えば、ｚ方向に着磁された磁石をデバイス１の下にｘ軸方向中心をずらして配置しても同様の効果が得られる。
【００４５】
図１８の構成で、外乱磁界９が加わった場合の素子２ａ、２ｂごとの磁化の挙動は、図９および図１０と同じである。素子２ａおよび素子２ｂのバイアス条件が、実施の形態１の素子２のバイアス条件と同じであるとすると、素子２ａおよび素子２ｂをバイアス条件の磁化に設定するためのリセット電流１０ａおよびリセット電流１０ｂは、それぞれ、図１２のリセット電流１０と同じである。
【００４６】
素子２ａに対して、リセットライン３ａに例えば数百ｍＡ〜数Ａのｙ軸負方向のリセット電流１０ａを流すと、リセットライン３ａの周りにリセット電流１０ａの方向に見て時計回りの磁界１１ａが発生する。素子２ａはリセットライン３ａの下側にあるから、素子２ａには、磁界１１ａによってｘ軸負方向のリセット磁界が印加される。このとき、素子２ａの磁化は、図１０の磁化８ｃからｙ軸正方向に近づくように回転し、磁化８ａを超えて、容易磁化方向ｙ’の飽和磁化である図１２の磁化８ｄに到る。
【００４７】
磁界１１ａが消滅すると、素子２ａの磁化は、図８のバイアス条件を満たす磁化８ａに戻る。素子２ａの容易磁化方向の磁化は、一旦正の飽和磁化になるから、図７で上の曲線上のバイアス点７ｙ’に戻る。
【００４８】
素子２ｂに対しては、リセットライン３ｂにリセット電流１０ｂを流して、磁界１１ｂを発生させ、素子２ｂにｘ軸負方向のリセット磁界を印加することができる。素子２ｂの磁化も、素子２ａと同様に、図８のバイアス条件を満たす磁化８ａに戻り、素子２ｂの容易磁化方向の磁化は、図７で上の曲線上のバイアス点７ｙ’に戻る。
【００４９】
このように異常状態になった場合に、リセットライン３ａおよびリセットライン３ｂに、リセット電流１０ａおよびリセット電流１０ｂをそれぞれ流すことで、素子２ａおよび素子２ｂの容易磁化方向ｙ’のバイアス点を飽和磁化から戻る曲線上に位置させて、素子２ａおよび素子２ｂをバイアス条件を満たす磁化に設定できる。その結果、常に安定した正確な出力を得ることが可能となる。リセットライン３ａおよびリセットライン３ｂは、少なくとも素子２ａおよび素子２ｂの幅よりそれぞれ大きいから、リセット電流１０を流すための電圧は、特許文献１のリセットコイルにリセット電流を流す電圧より小さい。
【００５０】
なお、リセット電流１０ａ、１０ｂとして一瞬でも必要電流を流すことができればよい。また、正常なバイアス点７ｙ’に位置している場合は、リセット電流１０ａ、１０ｂを流した後もバイアス点７ｙ’に戻るため、リセット電流１０ａ、１０ｂの影響を受けない。
【００５１】
実施の形態２においても、例えば、図１４に示すようにデータ読取期間の前に毎回リセット電流１０ａ、１０ｂを流すような構成にすることで、常に検出時には正確な出力を得られる状態にすることが可能となる。
【００５２】
図１６および図１７では上側のリセットライン３ａと下側のリセットライン３ｂがそれぞれ独立しているが、リセットライン３ａとリセットライン３ｂを並列に接続して同時にリセット電流１０ａ、１０ｂを流すことも可能である。
【００５３】
実施の形態２においても、複数の磁気抵抗効果素子デバイス１を接続して、磁気抵抗効果素子装置を構成することができる。その場合、例えば、各デバイス１のリセットライン３を並列もしくは直列または並列と直列の組み合わせで接続して、同時にリセット電流を流すことができる。磁気抵抗効果素子装置では、用途に合わせて任意にデバイス１を配置することができる。
【００５４】
実施の形態３．
図２０は、この発明の実施の形態３に係る磁気抵抗効果素子デバイスの平面図である。実施の形態３の磁気抵抗効果素子デバイス１は、ブリッジ接続される２つの異方性磁気抵抗効果素子２ａ、２ｂを備える。素子２ａ、２ｂそれぞれに、リセットライン３ａ、３ｂが設けられる。素子２ａとリセットライン３ａの関係は、実施の形態１の素子２とリセットライン３の関係と同じである。素子２ｂとリセットライン３ｂは、素子２ａとリセットライン３ａの鏡像の関係にある。
【００５５】
実施の形態３では、第２の異方性磁気抵抗効果素子２ｂは、第１の磁気抵抗効果素子２ａの感磁方向ｘａ’および容易磁化方向ｙａ’を含む平面内で、素子２ａのリセットライン３ａに直交する方向に配置される。素子２ｂのリセットライン３ｂは、素子２ａのリセットライン３ａに平行である。素子２ａの感磁方向ｘａ’および容易磁化方向ｙａ’の両方に直交する方向に見て、素子２ａの容易磁化方向ｘａ’と素子２ａのリセットライン３ａとのなす角度は、素子２ｂの容易磁化方向ｘｂ’と素子２ｂのリセットライン３ｂとのなす角度に、絶対値が等しく符号が反対である。つまり、素子２ａと素子２ｂは、リセットライン３ａの延びる方向に平行な面に関して対称である。実施の形態３でも、素子２ａと素子２ｂをブリッジ接続して使用することで、温度変動の影響、および外乱ノイズを低減する効果がある。
【００５６】
実施の形態３においても、デバイス１は、図２Ａまたは図２Ｂの層構成である。図２０では、図２Ａの層構成が想定されている。また、素子２ａおよび素子２ｂは、図３に示す、折り返して屈曲するラインの抵抗パターンで構成される場合がある。
【００５７】
図２１は、実施の形態３に係る異方性磁気抵抗効果素子を複数配列した場合の平面図である。図２１のデバイス１では、２以上の第１の異方性磁気抵抗効果素子２ａがリセットライン３ａの方向に互いに平行に配列され、２以上の素子２ａのリセットライン３ａが直線上に連続している。また、２以上の第２の異方性磁気抵抗効果素子２ｂがリセットライン３ｂの方向に互いに平行に配列され、２以上の素子２ｂのリセットライン３ｂが直線上に連続している。リセットライン３ａに直交する方向に位置する素子２ａと素子２ｂは対をなし、ブリッジ接続されている。素子２ａ、２ｂがそれぞれ３以上の場合、一般の用途には隣り合う素子２ａまたは２ｂの間隔を等しくすることが好ましい。用途によっては、対象の磁気パターンに合わせて、素子２ａまたは２ｂの間隔に変化をつけてもよい。
【００５８】
図２２Ａは、実施の形態３に係る磁気抵抗効果素子デバイスにバイアス磁界を印加する磁気回路の例を示す側面図である。図２２Ｂは、実施の形態３に係る磁気抵抗効果素子デバイスにバイアス磁界を印加する磁気回路の例を示す平面図である。デバイス１の下側にｚ軸方向に着磁された磁石８０を、素子２ａと素子２ｂの中心が磁石８０の中心と揃うように配置することで、上側の素子２ａにはｘ軸正方向のバイアス磁界を印加し、下側の素子２ｂにはｘ軸負方向のバイアス磁界を印加する。ここではｚ軸方向に着磁された磁石８０をデバイス１の下に配置する構成を一例として示したが、上側の素子２ａと下側の素子２ｂに、ｘ軸方向で互いに逆向きの上側のバイアス磁界と下側のバイアス磁界を印加することができればこの構成に限定はされない。例えば、ｘ軸正方向に着磁された磁石とｘ軸負方向に着磁された磁石を組合せて、デバイス１の下にその中心とｘ軸方向中心を合わせるように配置しても同様の効果が得られる。
【００５９】
図２３は、実施の形態３に係る磁気抵抗効果素子デバイスのバイアス磁束ベクトルとリセット電流を示す図である。図２３では、素子２ａと素子２ｂを接続するブリッジ配線が省略されている。
【００６０】
実施の形態３では、図２２Ａおよび図２２Ｂに示す磁気回路によって、素子２ａには、バイアス磁束ベクトル４ａで表されるｘ軸正方向のバイアス磁界が印加され、素子２ｂには、バイアス磁束ベクトル４ｂで表されるｘ軸負方向のバイアス磁界が印加される。図２３は、素子２ａおよび素子２ｂがそれぞれ２以上の場合を記載しているが、図２０のように素子２ａおよび素子２ｂがそれぞれ１つの場合でも、バイアス磁束ベクトル４ａおよびバイアス磁束ベクトル４ｂは同じである。
【００６１】
バイアス磁束ベクトル４ａは、素子２ａの感磁方向ｘａ’のｘａ’成分５ａと容易磁化方向ｙａ’のｙａ’成分６ａに分解できる。バイアス磁束ベクトル４ｂは、素子２ｂの感磁方向ｘｂ’のｘｂ’成分５ｂと容易磁化方向ｙｂ’のｙｂ’成分６ｂに分解できる。素子２ａおよびバイアス磁束ベクトル４ａと、素子２ｂおよび磁束ベクトル４ｂとは、互いに鏡像の関係である。
【００６２】
上側の素子２ａについて、図２３の構成で、外乱磁界９が加わった場合の素子２ａの磁化の挙動は、図９および図１０と同じである。素子２ａのバイアス条件が、実施の形態１の素子２のバイアス条件と同じであるとすると、素子２ａをバイアス条件の磁化に設定するためのリセット電流１０ａは、図１２のリセット電流１０と同じである。
【００６３】
素子２ａに対して、リセットライン３ａに例えば数百ｍＡ〜数Ａのｙ軸負方向のリセット電流１０ａを流すと、リセットライン３ａの周りにリセット電流１０ａの方向に見て時計回りの磁界１１ａが発生する。素子２ａはリセットライン３ａの下側にあるから、素子２ａには、磁界１１ａによってｘ軸負方向のリセット磁界が印加される。このとき、素子２ａの磁化は、図１０の磁化８ｃからｙ軸正方向に近づくように回転し、磁化８ａを超えて、容易磁化方向ｙ’の飽和磁化である図１２の磁化８ｄに到る。
【００６４】
磁界１１ａが消滅すると、素子２ａの磁化は、図８のバイアス条件を満たす磁化８ａに戻る。素子２ａの容易磁化方向の磁化は、一旦正の飽和磁化になるから、図７で上の曲線上のバイアス点７ｙ’に戻る。
【００６５】
素子２ｂおよびバイアス磁束ベクトル４ｂは、素子２ａおよびバイアス磁束ベクトル４ａの鏡像であるから、素子２ｂに必要なリセット磁界はｘ軸正方向である。リセットライン３ｂは、素子２ｂのｚ軸正方向に配置されているから、素子２ｂにリセット磁界を印加するためのリセット電流１０ｂは、リセット電流１０ａとは逆向きのｙ軸正方向である。
【００６６】
図２３に示すように、リセットライン３ｂにリセット電流１０ｂを流して、磁界１１ｂを発生させ、素子２ｂにｘ軸正方向のリセット磁界を印加することができる。素子２ｂの磁化も、素子２ａと同様に、図８のバイアス条件を満たす磁化８ａに戻り、素子２ｂの容易磁化方向の磁化は、図７で上の曲線上のバイアス点７ｙ’に戻る。
【００６７】
このように異常状態になった場合に、リセットライン３ａおよびリセットライン３ｂに、リセット電流１０ａおよびリセット電流１０ｂをそれぞれ流すことで、素子２ａおよび素子２ｂの容易磁化方向ｙ’のバイアス点を飽和磁化から戻る曲線上に位置させて、素子２ａおよび素子２ｂをバイアス条件を満たす磁化に設定できる。その結果、常に安定した正確な出力を得ることが可能となる。リセットライン３ａおよびリセットライン３ｂは、少なくとも素子２ａおよび素子２ｂの幅よりそれぞれ大きいから、リセット電流１０ａ、１０ｂを流すための電圧は、特許文献１のリセットコイルにリセット電流を流す電圧より小さい。
【００６８】
なお、リセット電流１０ａ、１０ｂとして一瞬でも必要電流を流すことができればよい。また、正常なバイアス点７ｙ’に位置している場合は、リセット電流１０ａ、１０ｂを流した後もバイアス点７ｙ’に戻るため、リセット電流１０ａ、１０ｂの影響を受けない。
【００６９】
実施の形態３においても、例えば、図１４に示すようにデータ読取期間の前に毎回リセット電流１０ａ、１０ｂを流すような構成にすることで、常に検出時には正確な出力を得られる状態にすることが可能となる。
【００７０】
図２０および図２１では上側のリセットライン３ａと下側のリセットライン３ｂがそれぞれ独立しているが、リセットライン３ａとリセットライン３ｂを逆並列に接続して同時にリセット電流１０ａ、１０ｂを流すことも可能である。また、リセットライン３ａとリセットライン３ｂを、電流１０ａおよび電流１０ｂが順次連続する向きに直列に接続して、同時にリセット電流１０ａおよび１０ｂを流すことも可能である。
【００７１】
実施の形態３においても、複数の磁気抵抗効果素子デバイス１を接続して、磁気抵抗効果素子装置を構成することができる。その場合、例えば、各デバイス１のリセットライン３を並列もしくは直列または並列と直列の組み合わせで接続して、同時にリセット電流を流すことができる。磁気抵抗効果素子装置では、用途に合わせて任意にデバイス１を配置することができる。
【００７２】
上述の実施の形態は、さまざまに変形可能である。例えば、実施の形態２において、図２２Ａおよび図２２Ｂに示すように、上側の素子２ａと下側の素子２ｂにそれぞれ逆向きのバイアス磁界を印加してもよい。その場合、素子２ａと素子２ｂは、ｚ軸を中心に回転対称であるから、リセット磁界は逆向きであり、リセット電流１０ａとリセット電流１０ｂは互いに逆の向きである。
【００７３】
さらに、実施の形態３において、図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、上側の素子２ａと下側の素子２ｂにそれぞれ同じ向き、例えば、ｘ軸正方向のバイアス磁界を印加してもよい。その場合、素子２ｂとバイアス磁界の関係は、図２３で素子２ａをｚ軸の負の側から、すなわち、紙面の裏から見たのと同じであるから、素子２ｂのリセット磁界はｘ軸負方向であり、リセット電流１０ｂはリセット電流１０ａと同じ向きである。
【００７４】
上述の実施の形態では、図７の磁化特性において印加磁界が正の範囲でデバイス１を使用することを想定しているが、印加磁界の正負は入れ替え可能であり、印加磁界が負の範囲で使用することもできる。その場合、各図におけるベクトルの向きを反転させて考えればよい。
【００７５】
図２４は、この発明の実施の形態１〜３に係る磁気抵抗効果素子デバイスを用いる磁気センサ装置の、主走査方向に直交する断面図である。図２５は、図２４の磁気センサ装置を、被検知物の排出方向からみた断面図である。
【００７６】
被検知物２４は、例えば、磁気インクなどの磁性体で印字された紙幣または有価証券であり、例えば、微小磁性パターンが形成された紙葉状の印刷媒体である。磁気センサ装置は、例えば、紙幣に印字された微小磁性パターンを検出する装置である。磁気センサ装置は、実施の形態１、２または３のいずれかの磁気抵抗効果素子デバイス１を備える。被検知物２４は、図２４のｘ軸正方向に搬送される。デバイス１に対するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の向きは、図１５、図１７または図２１の座標系の向きと同じである。磁気センサ装置が備えるデバイス１は、１つとは限らず、複数のデバイス１を接続した磁気抵抗効果素子装置を備えてもよい。
【００７７】
磁石８０は、ｚ軸方向に磁化された永久磁石であり、磁界生成部を形成する。磁石８０は、例えば、被検知物２４の搬送路の側にＮ極を有し、被検知物２４の側とは反対側にＳ極を有する。中心線２５は、磁石８０のｘ軸方向の中心を示す。図２４および図２５では、図２２Ａおよび図２２Ｂに示す磁極の配置であるが、図１９Ａおよび図１９Ｂの磁極の配置の場合もあり得る。
【００７８】
ヨーク２２ａおよびヨーク２２ｂは、軟磁性体で形成されている。ヨーク２２ａは、磁石８０の被検知物２４の側である上面に設置され、ヨーク２２ｂは、磁石８０の被検知物２４の側とは反対側の下面に設置されている。ヨーク２２ａおよびヨーク２２ｂは、磁界生成部の一部を構成している。ヨーク２２ｂは、磁石８０の磁束を集中させることを目的として配置されるものであるが、ヨーク２２ｂはなくてもよい。ヨーク２２ａは磁石８０の磁束の向きを安定させる目的として配置されるものであるが、ヨーク２２ａもなくてもよい。
【００７９】
ヨーク２２ａの被検知物２４の側である上面には、磁束の変化を抵抗値の変化として出力する異方性磁気抵抗効果素子２を備える、磁気抵抗効果素子デバイス１が載置される。デバイス１を囲んで、樹脂で形成された基板２９が、ヨーク２２ａの上面に載置されている。ヨーク２２ａは、デバイス１を支持する役目も果たす。ヨーク２２ａをデバイス１を支持する役目として配置する場合、デバイス１の支持体としては非磁性体でもよい。デバイス１の支持体は、非磁性金属で構成されたり、樹脂で形成された基板２９の一部で構成することも可能である。また、ヨーク２２ａが配置されない場合は、磁石８０の上に直接デバイス１が配置される場合もある。基板２９とデバイス１の電源／接地／信号線の端子は、金属ワイヤ２８で接続されている。基板２９とデバイス１の、被検知物２４が搬送される搬送路側は、金属シールド板２７で被覆される。金属シールド板２７は、それ自体は磁化することなく、磁力線を透過する。筐体２６の被検知物２４の側とは反対側である下部に、信号処理基板２０が配置される。基板２９と信号処理回路基板２０は、ケーブル２１で接続される。
【００８０】
デバイス１は、基板２９に囲まれるように、ヨーク２２ａの表面に接着剤等で固定されている。デバイス１の電極は、基板２９に設けられた電極とそれぞれ金属ワイヤ２８で接続される。デバイス１および金属ワイヤ２８を保護するために、樹脂でそれらを封止することもある。デバイス１のリセットライン３、３ａ、３ｂが延びる方向が、読み取り幅方向すなわち主走査方向になるように、デバイス１が配置される。実施の形態２または３のデバイス１の場合、ブリッジ接続される素子２ａおよび素子２ｂが、被検知物２４の搬送方向に並ぶように配置される。
【００８１】
被検知物２４の搬送方向に隣接する素子２ａと素子２ｂは、それぞれの一端を共通接続して直列接続されており、素子２ａと素子２ｂとの直列接続点は、信号処理基板２０に実装された信号処理回路に接続される。素子２ａの他端は、例えば直流電源電圧Ｖｃｃに接続され、素子２ｂの他端は、直流接地ＧＮＤに接続される。素子２ａと素子２ｂのブリッジ中心は、図２４に示す中心線２５の上に配置される。
【００８２】
図２６は、この発明の実施の形態２または３に係る磁気抵抗効果素子デバイスと外部回路との接続状態を示す接続図である。図２６では、素子２ａと素子２ｂはともに縦に垂直に描かれているが、いずれも主走査方向に対して傾斜して配置されている。実施の形態２では、素子２ａと素子２ｂは平行であり、実施の形態３では、素子２ａと素子２ｂは主走査方向に平行な線に関して対称である。
【００８３】
素子２ａおよび素子２ｂは、直流電源電圧Ｖｃｃと直流接地ＧＮＤとの間に直列接続されている。素子２ａと素子２ｂとの直列接続点に、信号を処理する信号処理基板２０に実装された信号処理回路２０ａが接続されている。直流電源電圧Ｖｃｃは外部パッド９２ａに、信号処理回路２０ａは外部パッド９２ｂに、直流接地ＧＮＤは外部パッド９２ｃにそれぞれ接続されている。すなわち、被検知物２４の搬送方向に隣接する素子２ａと素子２ｂとの直列接続点は、外部パッド９２ｂを介して信号処理回路２０ａに接続されている。素子２ａの他端は、外部パッド９２ａを介して直流電源電圧Ｖｃｃに接続されている。素子２ｂの他端は、外部パッド９２ｃを介して直流接地ＧＮＤに接続されている。
【００８４】
図２７は、図２４の磁気センサ装置における磁石とヨークから生成される磁力線図である。なお、図２７には磁力線と素子との関係を説明するために必要な構成要素が記載され、他は省略されている。
【００８５】
図２７において、ｘｚ平面で見たとき、磁石のＮ極から発した磁力線３０は、磁石のＮ極側に設けられたヨーク２２ａを通り、ヨーク２２ａのｘｙ面およびｙｚ面から磁石およびヨーク２２ａの外部へ流出する。磁石およびヨーク２２ａの外部へ流出した磁力線３０は、磁石のＳ極側に設けられたヨーク２２ｂのｘｙ面およびｙｚ面からヨーク２２ｂに流入する。ヨーク２２ｂに流入した磁力線３０は、ヨーク２２ｂを通って、磁石のＳ極に流入する。
【００８６】
磁力線は磁性体の磁極面に対して垂直に流入するという特性から、図２７に示すように、ヨーク２２ａの表面付近では、ｘ軸方向の磁束密度成分Ｂｘが極めて小さく、磁石の磁化方向であるｚ方向の磁束密度成分Ｂｚが主成分である。デバイス１は、ｘ方向の磁束密度成分Ｂｘが小さく、ｚ軸方向の磁束密度成分Ｂｚが強磁界強度であるヨーク２２ａの表面に配置される。被検知物２４は、磁石の磁化方向の磁束密度成分Ｂｚが強磁界強度である位置を、磁石の磁化方向の磁界を交差するように通過する。
【００８７】
デバイス１の素子２ａと素子２ｂとの間の中心は、磁石８０およびヨーク２２ａの中心線２５の上に配置される。図２７において、磁力線３０は、デバイス１上の素子２ａおよび素子２ｂが配置されている付近では、搬送方向に交差する交差磁界である磁石のＮ極からｚ軸へと向かう成分が主成分となっている。
【００８８】
図２８Ａは、図２４の磁気センサ装置の下流側の磁気抵抗効果素子における磁界ベクトル図である。図２８Ａは、素子２ｂに対応している。磁力線３０の各点における磁界ベクトルは、その点における磁力線３０の接線方向ベクトルであるから、磁界ベクトルを磁力線３０と同じ符号３０で示す。磁界ベクトル３０は、素子２ｂの上で、図２７に示すようにｚ軸方向から少し搬送方向のｘ軸正方向に傾いているため、磁束の搬送方向と反対のｘ軸正方向成分Ｂｘが素子２ｂのバイアス磁束として作用している。
【００８９】
図２８Ｂは、被読取媒体が下流側の磁気抵抗効果素子に近づくときの磁界ベクトル図である。図２８Ｃは、被読取媒体が下流側の磁気抵抗効果素子から離れるときの磁界ベクトル図である。図２８Ｂおよび図２８Ｃにおいて、一点鎖線矢印は、被検知物２４が接近してくる前の磁界ベクトル、すなわち、図２８Ａの磁界ベクトル３０を示す。
【００９０】
素子２ｂにおいて、磁性パターンを有する被検知物２４が素子２ｂに近づいてくると、図２８Ｂに示すように、磁界ベクトル３０が磁性パターンの側、すなわち搬送方向と反対向きのｘ軸負方向に傾くため、搬送方向の磁束密度成分Ｂｘが小さくなる。被検知物２４が素子２ｂから離れていくと、図２８Ｃに示すように、磁界ベクトル３０が磁性パターンの側、すなわち搬送方向のｘ軸正方向に傾くため、搬送方向の磁束密度成分Ｂｘが大きくなる。そのため、ｘ軸方向成分を感磁する素子２ｂの抵抗値が変化し、磁性パターンを検知することができる。
【００９１】
図２９Ａは、図２４の磁気センサ装置の上流側の磁気抵抗効果素子における磁界ベクトル図である。図２９Ａは、デバイス１の素子２ａに対応している。磁界ベクトル３０は、素子２ａの上で、図２９Ａに示すように、ｚ軸方向から少しだけ搬送方向と反対向きのｘ軸負方向に傾いているため、磁界ベクトル３０で示される磁束密度の搬送方向と反対側（ｘ軸負方向）の磁束密度成分−Ｂｘが素子２ａのバイアス磁束として作用している。
【００９２】
図２９Ｂは、被読取媒体が上流側の磁気抵抗効果素子に近づくときの磁界ベクトル図である。図２９Ｃは、被読取媒体が上流側の磁気抵抗効果素子から離れるときの磁界ベクトル図である。図２９Ｂおよび図２９Ｃにおいて、一点鎖線矢印は、被検知物２４が接近してくる前の磁界ベクトル、すなわち、図２９Ａの磁界ベクトル３０を示す。
【００９３】
素子２ａにおいて、磁性パターンを有する被検知物２４が素子２ａに近づいてくると、図２９Ｂに示すように、磁界ベクトルは磁性パターンの側、すなわち搬送方向と反対向きのｘ軸負方向に傾くため、搬送方向と反対向きの磁束密度成分−Ｂｘが大きくなる。被検知物２４が素子２ａから離れていくと、図２９Ｃに示すように、磁界ベクトル３０は磁性パターンの側、すなわち搬送方向のｘ軸正方向に傾くため、搬送方向と反対向きの磁束密度成分−Ｂｘが小さくなる。その結果、磁性パターンが通過するに従って、ｘ軸方向成分を感磁する素子２ａの抵抗値が変化し、磁性パターンを検知することができる。
【００９４】
素子２ａと素子２ｂとの直列接続点が中心線２５の上にあり、素子２ａと素子２ｂとは中心線２５を基準に対称の位置に配置されているため、上述のように素子２ａは素子２ｂと反対に作用する。そのため、素子２ａと素子２ｂとのブリッジ出力は、２倍の変化となり、素子２が一列の場合に比べて２倍の出力が得られる。
【００９５】
実施の形態１の、素子２が一列のデバイス１の場合は、素子２を図２８Ａまたは図２９Ａの位置に配置する。すなわち、素子２を、磁石８０およびヨーク２２ａの中心線２５に対して搬送方向の下流側にずらして配置、または磁石８０およびヨーク２２ａの中心線２５に対して搬送方向の上流側にずらして配置する。実施の形態１〜３のデバイス１を、リセットライン３、３ａ、３ｂが主走査方向に平行になるように配置する場合、素子２、２ａおよび２ｂの容易磁化方向ｙ’、ｙａ’、ｙｂ’は、主走査方向のｙ軸から傾いている。この場合、図４、図１８および図２３に示すように、搬送方向であるｘ軸方向に印加されたバイアス磁界４、４ａおよび４ｂにより、素子２、２ａおよび２ｂには、容易磁化方向ｙ、ｙａ’、ｙｂ’に安定した磁界、すなわちｙ’成分６、ｙａ’成分６ａおよびｙｂ’成分６ｂがそれぞれ印加される。そのため、図７に示すように、素子２、２ａ、２ｂのヒステリシス特性が抑制され、安定した出力を得ることができる。
【００９６】
磁気抵抗効果素子２、２ａ、２ｂが、図３に示すミアンダ形状のパターンの場合、矩形形状のものより素子２、２ａ、２ｂの抵抗値が増加するので、消費電流が低下する効果がある。さらに、素子２、２ａ、２ｂの感磁方向における見かけ上のパターン幅が広がるので、磁気抵抗効果素子デバイスの検出感度が増加する効果がある。
【００９７】
磁気センサ装置は、被検知物２４の搬送に同期して、被検知物２４が規定の距離搬送されるごとに、主走査１ラインについてデバイス１の素子２、２ａ、２ｂの抵抗値の変化を読み取り、抵抗値の変化分から算出された磁界変化を磁気パターンの磁気出力として出力する。主走査１ラインについて抵抗値を読み取る動作は、例えば、図１４のデータ読取期間に行われる。例えば、主走査１ラインについて抵抗値を読み取るごとに、デバイス１にリセット電流１０、１０ａ、１０ｂを供給して、素子２、２ａ、２ｂをリセットする。その結果、常に安定した正確な出力を得ることが可能となる。
【００９８】
デバイス１にリセット電流１０、１０ａ、１０ｂを供給するタイミングは、主走査１ラインごととは限らず、規定のライン数を読み取るごとにリセットしてもよいし、１枚の被検知物２４を読み取るごとに１回リセットする方法でもよい。
【００９９】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【０１００】
本出願は、２０１７年１月２７日に出願された、日本国特許出願特願２０１７−０１２６８９号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１７−０１２６８９号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【符号の説明】
【０１０１】
１  磁気抵抗効果素子デバイス、２，２ａ，２ｂ  異方性磁気抵抗効果素子、３，３ａ，３ｂ  リセットライン、４，４ａ，４ｂ  バイアス磁束ベクトル、５  ｘ’成分、５ａ  ｘａ’成分、５ｂ  ｘｂ’成分、６  ｙ’成分、６ａ  ｙａ’成分、６ｂ  ｙｂ’成分、７ｘ’，７ｙ’  バイアス点、７ｙ”  バイアス磁化、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ  磁化、９  外乱磁界、１０，１０ａ，１０ｂ  リセット電流、１１，１１ａ，１１ｂ  磁界、１５  線状パターン、１７  連結パターン、２０  信号処理基板、２０ａ  信号処理回路、２１  ケーブル、２２ａ、２２ｂ  ヨーク、２４  被検知物、２５  中心線、２６  筐体、２７  金属シールド板、２８  金属ワイヤ、２９  基板、３０  磁力線（磁界ベクトル）、８０  磁石、９２ａ，９２ｂ，９２ｃ  外部パッド。
【要約】
本発明は、磁気抵抗効果素子デバイス（１）において、異方性磁気抵抗効果素子（２）あたりのリセット電圧を小さくすることを目的とする。磁気抵抗効果素子デバイス（１）は、異方性磁気抵抗効果素子（２）と、異方性磁気抵抗効果素子（２）の感磁方向ｘ’および容易磁化方向ｙ’の両方に直交する方向に見て、異方性磁気抵抗効果素子（２）の中心を通り、容易磁化方向ｙ’となす角度が１／２直角以下で容易磁化方向ｙ’から傾斜する方向に延び、感磁方向ｘ’および容易磁化方向ｙ’を含む平面に平行な、導体のリセットライン（３）と、を備える。感磁方向ｘ’および容易磁化方向ｙ’の両方に直交する方向に見て、リセットライン（３）は、異方性磁気抵抗効果素子（２）の全体を覆う幅を有する。【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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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２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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