(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料からなる被検出対象部材に向けてバイアス磁界を発生する磁石と、
前記バイアス磁界が交差するように前記バイアス磁界中に置かれ、前記被検出対象部材の運動によって、前記バイアス磁界の方向が変化すると、その方向変化に応じた抵抗変化を生じる磁気抵抗素子と、を有する磁気検出装置であって、
前記磁気抵抗素子は、基板上において、相互に平行となるように複数形成された、矩形状の薄膜からなり、各々の薄膜における抵抗変化を示す電気信号を独立して取出すための配線が、前記基板に形成されており、
前記基板は、その基板表面に傾斜部が設けられており、前記磁気抵抗素子をなす複数の矩形状薄膜は、前記傾斜部上に形成されており、
前記被検出対象部材は、回転可能に設けられた円盤状のロータであって、その外周表面には、回転軸に平行な方向に対して所定の角度を付けて斜めに山部と谷部とが形成されており、
前記ロータの外周表面に形成された山部に引き寄せられるバイアス磁界が、前記ロータの回転に伴って、その方向を前記基板の厚さ方向に変化させることで、前記磁気抵抗素子をなす複数の矩形状薄膜とバイアス磁界との交差角度が変化して、各々の矩形状薄膜に抵抗変化が生じることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
前記ロータの外周表面に形成される山部は、先端側が、根元側よりも細く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項３】
前記磁性材料として、前記ロータの外周表面に形成される山部に、磁性膜を形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気検出装置。
【請求項４】
前記ロータの外周表面に形成される山部が、前記磁石が発生するバイアス磁界を引き付ける極性に磁化されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気検出装置。
【請求項５】
前記磁気抵抗素子をなす複数の矩形状薄膜は、前記基板上において等間隔に形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の磁気検出装置。
【請求項６】
前記磁気抵抗素子をなす複数の矩形状薄膜の形成材料として、磁気抵抗の異方性効果を有するＮｉ合金が用いられることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗素子の抵抗変化に基づいて、被検出対象部材の回転等の運動を検出する磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁気検出装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載れた磁気検出装置は、板状の磁性薄膜を平行に複数本並べつつ、それら複数本の磁性薄膜を直列に繋ぐことによって磁気センサ（磁気検出素子）を構成している。このとき、中央部の磁性薄膜の幅を狭めることにより、外部印加磁場に対する磁気センサのインピーダンス変化が直線的に変化するようにしている。
【特許文献１】特開２００５−２９１８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の磁気検出装置では、板状の磁性薄膜を平行に複数本並べているが、それらは直列に繋がれて磁気センサを構成するので、個々の（１本１本）の磁性薄膜のインピーダンスが変化しても、磁気センサの出力から、いずれの磁性薄膜のインピーダンスがどの程度変化したかを把握することはできない。従って、被検出対象部材の運動を高精度に検出したり、その運動方向を検出することは不可能であった。
【０００４】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、被検出対象部材の運動を高精度に検出すること、さらにはその運動方向を検出することが可能な磁気検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の磁気検出装置は、
磁性材料からなる被検出対象部材に向けてバイアス磁界を発生する磁石と、
前記バイアス磁界が交差するように前記バイアス磁界中に置かれ、前記被検出対象部材の運動によって、前記バイアス磁界の方向が変化すると、その方向変化に応じた抵抗変化を生じる磁気抵抗素子と、を有し、
前記磁気抵抗素子は、基板上において、相互に平行となるように複数形成された矩形状の薄膜からなり、各々の薄膜における抵抗変化を示す電気信号を独立して取出すための配線が、前記基板に形成されており、
前記基板は、その基板表面に傾斜部が設けられており、前記磁気抵抗素子をなす複数の矩形状薄膜は、前記傾斜部上に形成されており、
前記被検出対象部材は、回転可能に設けられた円盤状のロータであって、その外周表面には、回転軸に平行な方向に対して所定の角度を付けて斜めに山部と谷部とが形成されており、
前記ロータの外周表面に形成された山部に引き寄せられるバイアス磁界が、前記ロータの回転に伴って、その方向を前記基板の厚さ方向に変化させることで、前記磁気抵抗素子をなす複数の矩形状薄膜とバイアス磁界との交差角度が変化して、各々の矩形状薄膜に抵抗変化が生じることを特徴とする。
【０００６】
上記したように、請求項１の磁気検出装置では、磁気抵抗素子は、基板上において相互に平行に形成された複数の矩形状薄膜からなり、さらに、基板上には、各々の薄膜における抵抗変化を示す電気信号を独立して取出すための配線が形成される。このため、各々の薄膜による抵抗変化を示す電気信号をそれぞれ独立して取出すことができる。その結果、それらの電気信号から、被検出対象部材の運動を高精度に検出したり、被検出対象部材の運動方向を検出したりすることが可能になる。
【０００８】
さらに、基板表面に形成した傾斜部上に磁気検出素子をなす複数の矩形状薄膜を形成するとともに、ロータが回転したときに、バイアス磁界が基板の厚さ方向にその向きを変化させるように構成したことにより、バイアス磁界と各々の矩形状薄膜とが、抵抗変化が単調増加（あるいは単調減少）する交差角度範囲において交差することになる。このため、ロータが回転したときの各々の矩形状薄膜の抵抗変化の大きさを大きくすることができる。
【０００９】
請求項２に記載したように、ロータの外周表面に形成される山部は、先端側が、根元側よりも細く形成されていることが好ましい。これにより、バイアス磁界が山部に集中しやすくなるので、バイアス磁界の磁界密度を高めることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載したように、前記ロータの外周表面に形成される山部に磁性膜を形成したり、請求項４に記載したように、前記ロータの外周表面に形成される山部が、前記磁石が発生するバイアス磁界を引き付ける極性に磁化されていても、請求項２の場合と同様の効果を得ることができる。
【００１１】
請求項５に記載したように、前記磁気抵抗素子をなす複数の矩形状薄膜は、前記基板上において等間隔に形成されることが好ましい。これにより、複数の矩形状薄膜の抵抗変化から被検出対象部材の運動を検出する際に、検出精度を均等に高めることができ、また運動方向を検出する際のタイミングのずれなども低減することができる。
【００１２】
なお、請求項６に記載したように、前記磁気抵抗素子をなす複数の矩形状薄膜の形成材料として、磁気抵抗の異方性効果を有するＮｉ合金を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態による磁気検出装置１０の要部の構成を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、磁気検出装置１０は、検出対象部材として回転可能に設けられた略円盤状の回転体（ロータ）２０、磁気検出素子としての磁気抵抗素子（ＭＲＥ）３４が形成された基板３０、及びバイアス磁界を発生するバイアス磁石４０によって構成されている。ロータ２０は、その外周面がバイアス磁石４０に対向しており、バイアス磁石４０の磁気的中心軸がロータ２０の回転軸に向くように配置されている。例えば、バイアス磁石４０が円柱状に形成された場合、その円柱状の中心軸が、バイアス磁石４０の磁気的中心軸となる。なお、バイアス磁石４０は中空円筒形状であっても良い。そして、円柱状又は中空円筒形状のバイアス磁石４０の端面のうちロータ２０に近い面がＮ極、遠い面がＳ極になるように着磁される。ただし、ロータ２０に近い面がＳ極、遠い面がＮ極となるように着磁しても良い。
【００１５】
ロータ２０は、鉄などの磁性材料からなり、図２、図３に示すように、その外周表面に、ロータ２０の回転軸に平行な方向に対して所定の角度を付けて斜めに山部２１と谷部２２とが交互に形成されている。山部２１は、図２に示すように、根元から先端にいくほどその厚さが細くなるように形成されている。また、谷部２２を挟んだ山部２１間の間隔は一定である。
【００１６】
このように、ロータ２０の外周面に、ねじ状に山部２１と谷部２２とが交互に形成されているので、ロータ２０が回転したとき、基板３０に形成されたＭＲＥ３４に対面する山部２１の位置が、図２に点線矢印で示すように、ロータ２０の厚さ方向に周期的に変化する。このため、バイアス磁石４０からロータ２０の外周面に向かうバイアス磁界は山部２１に引き寄せられるので、バイアス磁界は、山部２１の位置の変化に応じて、図２に点線矢印で示すように、基板３０の厚さ方向に、その向きを変化させる。
【００１７】
基板３０は、ロータ２０とバイアス磁石４０との間において、バイアス磁石４０からロータ２０の外周面に向かうバイアス磁界が作用するように配置されている。バイアス磁石４０が中空円筒形状である場合には、基板３０（の一部）がその中空部内に配置されても良い。基板３０の構成に関して、図２を参照して、さらに詳しく説明する。
【００１８】
図２に示すように、基板３０は、例えばシリコンから形成された半導体基板３１を有する。この半導体基板３１上に、例えばポリシリコンなどの構造体３２が形成されている。この構造体３２は、半導体基板３１上に傾斜部を形成するためのものである。すなわち、構造体３２が形成された半導体基板３１上に、例えばＢＰＳＧ膜などの絶縁膜３３を堆積させると、構造体３２の形成位置における絶縁膜３３の高さが最も高くなり、その周囲に向けてなだらかに下る傾斜部を形成することができる。
【００１９】
ＭＲＥ３４は、Ｎｉ-ＣｏやＮｉ-Ｆｅなど磁気抵抗の異方性効果を有するＮｉ合金から形成され、上述した傾斜部に配置される。つまり、ＭＲＥ３４を形成する際、まず、スパッタやＣＶＤなどによって傾斜部を有する絶縁膜３３上に薄膜状のＮｉ合金を蒸着させる。その後、傾斜部において、矩形形状のＮｉ合金薄膜のみが残されるようにパターニングされる。
【００２０】
ここで、ＭＲＥ３４は、長辺及び短辺を有する矩形形状であって、基板３０の傾斜部において、複数本のＮｉ合金薄膜（すなわち、複数のＭＲＥ３４が）相互に平行となるように等間隔に形成される。また、それぞれのＭＲＥ３４は、その長手方向が、バイアス磁石４０からロータ２０に向かうバイアス磁界に沿った向きとなっている。
【００２１】
基板３０の絶縁膜３３上には、図２に示すように、ＭＲＥ３４の長手方向の両端部にそれぞれ電気的に接続される配線パターン３５，３６が形成されている。配線パターン３５，３６は、例えばアルミニウムなどの導電性が良好な金属薄膜からなる。これら配線パターン３５，３６は、図５に示すように、一方の配線パターン３５が、それぞれ個別の出力端子３７に接続され、他方の配線パターン３６が共通の端子（電源端子、又はＧＮＤ端子）３８に接続されている。このように、一方の配線パターン３５をそれぞれ個別の出力端子３７に接続することにより、個々のＭＲＥ３４に磁界が作用して抵抗変化が生じた場合に、各々のＭＲＥ３４における抵抗変化を示す電気信号を独立して取出すことが可能になる。
【００２２】
なお、図６に示すように、電源端子又はＧＮＤ端子も個別の端子３９として形成し、配線パターン３５，３６が、共に、個別の端子３７、３９に接続されるように構成しても良い。
【００２３】
次に、上述したような構成を有する磁気検出装置１０の作用について説明する。
【００２４】
本実施形態による磁気検出装置１０において、基板３０上に形成された各ＭＲＥ３４に端子３７，３８（３９）を介して電流が通電されているときに、各ＭＲＥ３４にバイアス磁界が作用すると、各々のＭＲＥ３４において、各ＭＲＥ３４の長手方向とバイアス磁界との交差角度に応じた抵抗変化が生じる。
【００２５】
ここで、本実施形態では、上述したように、ロータ２０が回転したとき、バイアス磁石４０からロータ２０に向かうバイアス磁界の向きが、基板３０の厚さ方向に周期的に変化する。従って、各々のＭＲＥ３４の抵抗変化を示す電気信号も周期的に変化することになる。
【００２６】
そして、本実施形態では、各々のＭＲＥ３４の少なくとも一端は、配線パターン３５を介して個別の出力端子３７に接続されているので、個々のＭＲＥ３４における抵抗変化を示す電気信号を独立して取出すことができる。
【００２７】
ただし、各々のＭＲＥ３４における抵抗変化は、各々のＭＲＥ３４の位置に応じてバイアス磁界との交差角度が異なるため、相互に異なる。図４は、個々のＭＲＥ３４の抵抗変化の様子の一例を示す図である。
【００２８】
従って、個々のＭＲＥ３４の抵抗変化の相違に応じて、ロータ２０の回転を高精度に検出することが可能になる。つまり、ロータ２０が、ＭＲＥ３４の配置間隔に相当する角度だけ回転するごとに、図４に示すような抵抗変化のパターンを出力するＭＲＥ３４の組み合わせが、ロータ２０の回転方向に移動する。このため、ロータ２０の回転角度の検出分解能を、少なくとも基板３０におけるＭＲＥ３４の配置間隔に相当する角度にすることができる。本実施形態では、各々のＭＲＥ３４が、基板３０上において、矩形形状に形成されているので、その配置間隔を狭めることが容易である。換言すれば、基板３０におけるＭＲＥ３４の配置領域、間隔（密度）及びサイズにより、磁気検出装置１０の検出精度を任意に設定することが可能になる。
【００２９】
さらに、図４に示すように、各々のＭＲＥ３４の抵抗値は、ロータ２０の回転方向における山部２１の始点付近に対面しているＭＲＥ３４の抵抗値と、山部２１の終点付近に対面しているＭＲＥ３４との抵抗値との差が最も大きくなる。さらに、山部２１の始点付近に対面しているＭＲＥ３４の抵抗値から、ロータ２０の回転方向とは逆方向に向かって配列されているＭＲＥ３４の抵抗値が徐々に低下していく。このような抵抗変化のパターンを利用することにより、ロータ２０の回転方向も検出することが可能である。
【００３０】
なお、各ＭＲＥ３４から取出される電気信号はアナログ信号のままモニタしても、デジタル信号に変換してモニタしても良い。デジタル信号に変換する場合、例えば、各ＭＲＥ３４の抵抗値を所定値と比較して、その大小を示す信号を出力するようにすれば良い。このようにすると、各々のＭＲＥ３４の加工ばらつきによる影響を低減することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、基板３０の表面に傾斜部を形成し、その傾斜部上に各々のＭＲＥ３４を配置している。さらに、図２に示すように、ロータ２０が回転したときに、バイアス磁界が基板３０の厚さ方向にその向きを変化させるように構成している。このため、バイアス磁界と各々のＭＲＥ３４とが、ＭＲＥ３４の抵抗変化が単調増加（あるいは単調減少）する交差角度範囲において交差する。これにより、ロータ２０が回転したときの各々のＭＲＥ３４の抵抗変化の大きさを大きくすることができる。
【００３２】
さらに、複数のＭＲＥ３４は、基板３０上において等間隔に形成されているので、複数のＭＲＥ３４の抵抗変化からロータ２０の回転運動を検出する際に、検出精度を均等に高めることができ、また回転方向を検出する際のタイミングのずれなども低減することができる。
【００３３】
また、上述した実施形態において、ロータ２０の外周表面に形成される山部２１は、先端側が、根元側よりも細く形成されている。このため、バイアス磁界が山部に集中しやすくなり、基板３０に形成された各ＭＲＥ３４に作用するバイアス磁界の磁界密度を高めることができる。
【００３４】
以上、本発明による好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
【００３５】
例えば、上述した実施形態では、被検出対象部材を回転体であるロータ２０とし、ロータ２０の回転運動を検出するように構成したが、例えば被検出対象部材が直線往復運動する場合であっても、本発明による磁気検出装置によって、その直線運動の移動距離や運動方向を検出することが可能である。
【００３６】
また、上述した実施形態では、ロータ２０の外周表面に形成される山部２１を、先細に形成することによって、各ＭＲＥ３４に作用するバイアス磁界の磁界密度を高めた。しかしながら、それ以外の構成によっても、同様の作用効果を奏することができる。
【００３７】
例えば、ロータ２０を非磁性材料によって構成しつつ、ロータ２０の外周表面に形成した山部２１にのみ磁性膜を付着する。また、ロータ２０の外周表面に形成した山部２１を、バイアス磁石４０が発生するバイアス磁界を引き付ける極性に磁化させても良い。いずれの場合も、バイアス磁界の向きを山部２１に集中させることができる。
【００３８】
また、上述した実施形態では、基板３０上に７本のＭＲＥ３４を形成した例について説明したが、ＭＲＥ３４の本数はこれに限られるものではない。ただし、上述した抵抗変化のパターンを検出するために、少なくとも３本以上のＭＲＥを形成することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施形態による磁気検出装置の要部の構成を示す構成図である。
【図２】磁気検出装置におけるロータ及び基板の構成を説明するための説明図である。
【図３】ロータの外周面にねじ状に形成された山部と谷部とを示す側面図である。
【図４】各ＭＲＥの抵抗変化の様子の一例を示す図である。
【図５】基板における配線パターンの一例を示す図である。
【図６】基板における配線パターンの他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  磁気検出装置
２０  ロータ
２１  山部
２２  谷部
３０  基板
３４  磁気抵抗素子（ＭＲＥ）
３５、３６  配線パターン
４０  バイアス磁石
【図１】
0004941367.tif 000002
【図２】
0004941367.tif 000003
【図３】
0004941367.tif 000004
【図４】
0004941367.tif 000005
【図５】
0004941367.tif 000006
【図６】
0004941367.tif 000007