JPH05291646A - 磁気抵抗素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒステリシスを減少させ、外部磁界の大小に
拘らずその変化の検出を可能とする。 【構成】 パターン要素１１，１２，１３，１４を、パ
ターン基板１の各辺１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに対して平
行な複数の直線部を有するように形成する。パターン要
素１１，１２，１３，１４に対して、バイアス磁石２の
磁極２１，２２，２３，２４を、パターン基板１の両対
角線の交点及びその近傍を除き、各対角線に沿って、か
つ各対角線上で対向する磁極が同極に、一方の対角線に
沿う磁極と他方の対角線に沿う磁極とが異極となるよう
に着磁する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は近接スイッチ等に使用さ
れる磁気抵抗素子に関し、特に磁気ヒステリシスが少な
い磁気抵抗素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の強磁性体薄膜を用いた磁気抵抗
素子は、その素子のパターン要素を構成する磁性薄膜に
おける結晶格子が消失した後の空孔、不純物による誘導
磁気異方性、粒界応力等の素材欠陥により生じるとされ
るエネルギー障壁、すなわち外部磁界の作用時において
磁壁移動の障害となるエネルギー障壁を越える外部磁界
の大きさに応じて磁化され、この磁化による磁性パター
ンの抵抗変化を出力電圧の変化として検出するものであ
る。

【０００３】そして、その磁気ヒステリシスを小さくす
る従来の方法としては、図７，８に示すように、パター
ン基板１００に形成した４個のパターン要素１０１，１
０２，１０３，１０４のすべてについて、それぞれの長
手直線方向に対して４５°の交差角でバイアス磁界Ｂ１
を生じるように着磁したバイアス磁石２００を積層固定
したものが用いられている。ここで、パターン基板１０
０の対角隅部１３０，１４０とバイアス磁石の対角隅部
２１０，２２０がそれぞれ対応して一致するように積層
される。なお、符号１２０〜１２３はパターン基板１０
０の隅部に形成された電極部であり、そのうち１２０，
１２２は入力用、１２１，１２３は出力用である。

【０００４】そして、このパターン面に外部磁界Ｃ１ま
たはＣ２が作用するとバイアス磁界Ｂ１との合成磁界
（図示せず）が生じて各パターン要素１０１，１０２，
１０３，１０４における抵抗が変化し、その変化は出力
用電極部１２１，１２３からの電圧変化として取り出さ
れる。逆に、外部磁界Ｃ１またはＣ２を消去すると、バ
イアス磁石２００による内部磁界が各パターン要素１０
１，１０２，１０３，１０４のすべてに対して平等に４
５°の角度で略同一の磁力で作用する。このとき、各パ
ターン要素１０１〜１０４はその特質としてパターン基
板１００の各辺に平行な直線部の方向に磁化容易軸をも
っているため、一律にこの直線部に沿う方向に磁化さ
れ、磁気的に安定状態に戻りヒステリシスは生じない。

【０００５】この場合の磁気抵抗特性が図６に示されて
おり、かかる構成の磁気抵抗素子によると外部磁界の極
性の相違によりその磁界の方向がＣ１またはＣ２のいず
れかに変化する。そして、その場合の合成磁界の方向が
図８のパターン要素１０１，１０３の直線部に平行な方
向であるか、１０２，１０４の直線部に平行な方向であ
るかによって、出力電圧の極性が正，負いずれかに決定
される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、外部磁界
の極性Ｎ，Ｓの相違に関係なくいずれかの極性の外部磁
界が印加されたときに、常に、正，負いずれかの同一極
性の出力電圧を得たい場合には適応できなかった。例え
ば、マグネットエンコーダのように多数の磁石を配設し
た回転体の回転角検出センサとして使用する場合には、
外部磁界の極性が交互に作用するので、素子からは正負
の電圧が交互に出力されることとなる。そのため、この
場合の外部磁界の作用回数に対する有効検出パルス数は
出力電圧極性がこのように変化しない場合と比較して１
／２となり、検出効率の点で問題があった。

【０００７】そこで、バイアス磁石２００を設けずに、
パターン面に対して図８に示した矢印Ｄ１，Ｄ２の方向
から外部磁界を作用させると、その磁気抵抗素子の出力
電圧特性は図５（ａ），図５（ｂ）に示されるようにな
る。すなわち、この場合には外部磁界のＮ，Ｓ極性が変
化しても、素子からの電圧は正，負いずれか一方の極性
であり、外部磁界の作用回数に応じたパルスを全部検出
することができる。しかしながら、この場合にはバイア
ス磁界が存在しないので、外部磁界の消去時にエネルギ
ー障壁のために磁壁が戻りきらず図５（ａ），図５
（ｂ）の履歴，，，のようにヒステリシス曲線
を描く。したがって、同一の外部磁界であっても弱磁界
領域では増加時と減少時とで検出値に差異が生じて安定
した出力電圧を得られず、外部磁界が弱小の範囲Ｐでは
逆電圧の出力となるため、パルス検出のできない不感領
域を生じてしまう。

【０００８】本発明は上記課題を解消するためになされ
たものであり、磁気抵抗素子に作用する外部磁界の極性
がＮ，Ｓのいずれであっても、正負いずれかの同一極性
で、かつヒステリシスのない出力電圧を発生し、外部磁
界の大小に拘わらずもれなくその変化を検出することの
できる磁気抵抗素子を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため本発明の磁気抵抗素子は、隅部に電極部を有する略
四辺形のパターン基板に、各電極部に対してブリッジ接
続される強磁性薄膜を用いてなるパターン要素が形成さ
れている磁気抵抗素子において、該パターン要素が、パ
ターン基板の各辺に対して平行な複数の直線部を有して
形成されていると共に、該パターン要素に対してバイア
ス磁界を付与するバイアス磁石の磁極が、パターン基板
の両対角線の交点及びその近傍を除き、各対角線に沿っ
て、かつ各対角線上で対向する磁極が同極に、一方の対
角線に沿う磁極と他方の対角線に沿う磁極とが異極とな
るように着磁されていることを特徴とする。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の磁気抵抗素子を図１〜３に示
した一実施例に基づき更に詳細に説明する。図１は本実
施例にかかる磁気抵抗素子の主要部を示す分解斜視図で
あり、１はパターン基板、２はバイアス磁石である。

【００１１】パターン基板１は略四辺形例えば正方形に
形成され、ガラス、セラミックス等の非磁性体材料から
構成される。そして、このパターン基板１の一面には、
該パターン基板１の各辺１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに対応
して、４個のパターン要素１１，１２，１３，１４が形
成されている。各パターン要素１１，１２，１３，１４
は、それぞれ、パターン基板１の各辺１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄに平行な複数の直線部１１ａ，１２ａ，１３
ａ，１４ａを有し、かつ、各直線部１１ａ〜１４ａがパ
ターン基板１の一面において中心に向かって櫛歯状（ジ
グザグ状）に形成されている。また、本実施例では、中
心に向かうほど各直線部１１ａ〜１４ａの長さが短くな
るように形成されている。なお、パターン要素１１〜１
４は強磁性薄膜からなるが、その材料は特に限定される
ものではなく、例えば、ＮｉＦｅ，ＮｉＣｏ等を用いる
ことができる。また、パターン要素１１〜１４の形成方
法も従来公知のフォトエッチング等の方法を用いること
ができる。

【００１２】また、上記パターン要素１１〜１４を形成
したパターン基板１の一面各隅部には、例えば、Ｎｉ，
Ａｕから構成され、かつ蒸着，電気めっき法等により付
着形成される電極部１５，１６，１７，１８が設けられ
ており、上記パターン要素１１〜１４とブリッジ接続さ
れている。なお、この電極部のうち本実施例では符号１
６，１８を入力用電極、１５，１７を出力用電極として
用いている。

【００１３】バイアス磁石２は上記パターン基板１と同
形状の正方形に形成され、図１及び図２に示すように、
２本の対角線が交わる交点（パターン基板またはバイア
ス磁石中心）及びその近傍を除き、各対角線に沿って所
定の幅で、各対角線上で対向する磁極（一方の対角線上
で対向する磁極２１，２３同士、他方の対角線上で対向
する磁極２２，２４同士）が同極となるように、かつ、
一方の対角線に沿う磁極２１，２３と他方の対角線に沿
う磁極２２，２４とが異極となるように着磁されてい
る。例えば、図１に示すように、パターン基板１との接
合面２ａ側において、磁極２１，２３が共にＳ極に、磁
極２２，２４が共にＮ極に着磁され、反対面２ｂ側にお
いては磁極２１，２３がＮ極に、磁極２２，２４がＳ極
に着磁されている。なお、磁極２１〜２４の各対角線に
沿う長さは、上記したように各隅部から、パターン基板
中心付近を除いた部分までの長さであればよいが、少な
くとも、各隅部から、パターン要素１１〜１４の直線部
のうちもっともパターン基板の中心寄りに形成されてい
る直線部に交差する位置までの長さを有するように着磁
されていることが好ましい。

【００１４】本実施例の磁気抵抗素子は上記したパター
ン基板１とバイアス磁石２とを積層して形成されるが、
両者を接合する方法は特に限定されるものではなく、例
えば、結晶化ガラス材によるパターン基板と硬磁性フェ
ライトを重ね合わせ、高温保持することにより接合する
ことができる。

【００１５】本実施例の磁気抵抗素子は上記したパター
ン基板１とバイアス磁石２とが積層されていることによ
り、各パターン要素１１〜１４の各直線部１１ａ〜１４
ａに対しては平行にバイアス磁界が付与されることにな
る。すなわち、バイアス磁石２の磁極２１〜２４が上記
したように着磁されているため、パターン基板１の各辺
１ａ〜１ｄに沿って隣接する磁極同士（磁極２１，２４
同士または磁極２２，２３同士）が異極となり、しか
も、各磁極２１〜２４が対角線の交点及びその近傍を除
き、かつ各対角線に沿って所定の長さで着磁されている
ため、複数の各直線部１１ａ〜１４ａのいずれに対して
も平行にバイアス磁界が付与されるものである。

【００１６】各パターン要素１１〜１４の直線部１１ａ
〜１４ａに沿って平行にバイアス磁界が作用すると、該
パターン要素１１〜１４の磁化容易軸と平行となるた
め、磁気的に安定な状態におかれることになる。したが
って、図３に示すように、パターン要素１１〜１４に対
してＸ軸方向の外部磁界Ａ１またはＹ軸方向の外部磁界
Ａ２が印加・消去されたときには、図４（ａ），図４
（ｂ）に示すように正負いずれか一方の極性であってか
つヒステリシスのない出力電圧を発生する。

【００１７】なお、本実施例ではパターン基板１にバイ
アス磁石２を積層して組み立てた構成としているが、パ
ターン基板１の素材として非導電性の硬磁性材料を用
い、これに上記と同様の着磁を施すものとしてもよい。
この場合には、バイアス磁界をもつパターン基板だけの
一層構成とすることができるので素子全体の小型化・薄
型化を図ることができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明の磁気抵抗素子は、バイアス磁界
を付与する磁極が、パターン基板の両対角線の交点及び
その近傍を除き、各対角線に沿ってかつ各対角線上で対
向する磁極が同極に、一方の対角線に沿う磁極と他方の
対角線に沿う磁極とが異極となるように着磁されてい
る。したがって、パターン基板の各辺に平行な複数の直
線部を有するパターン要素の、該各直線部に対して平行
にバイアス磁界を付与することが確実に行われる。

【００１９】したがって、パターン要素の直線部に対し
て直交方向の外部磁界が作用した場合には、磁壁移動の
障害となるエネルギー障壁を越える磁界の大きさに応じ
て磁化される一方、上記磁界が消失した場合にはバイア
ス磁界が作用しているためにエネルギー障壁を乗り越え
て磁化は元に戻る。そのため、外部磁界の変化に伴うヒ
ステリシスは生じないので微弱な外部磁界の作用にもよ
く感応する。

【００２０】更に、素子からの出力電圧の極性は、外部
磁界の作用方向によっては正負の変化が生じるが、磁界
の作用方向が同じである場合には、外部磁界のＮ，Ｓ磁
極の相違に拘わらず、出力電圧の極性は正負いずれか一
方の極性で出力されるので一定している。したがって、
この磁気抵抗素子を近接センサに適用した場合に、検出
対象たる外部磁界の磁極が変化しても、Ｎ極，Ｓ極の各
磁極ごとにパルスを検出でき、従来のものに比べて検出
精度を２倍に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の磁気抵抗素子の一実施例の主要
部を示す分解斜視図である。

【図２】図２は同実施例にかかる磁気抵抗素子の組み立
てた状態を示す斜視図である。

【図３】図３は同平面図である。

【図４】図４は同実施例の磁気抵抗素子の磁気抵抗特性
を示す図である。

【図５】図５は従来の磁気抵抗素子においてバイアス磁
石を設けない場合の磁気抵抗特性を示す図である。

【図６】図６は従来の磁気抵抗素子においてバイアス磁
石を設けた場合の磁気抵抗特性を示す図である。

【図７】図７はバイアス磁石を設けた従来の磁気抵抗素
子の主要部を示す分解斜視図である。

【図８】図８はバイアス磁石を設けた従来の磁気抵抗素
子の主要部を示す平面図である。

【符号の説明】

１ パターン基板 １１ パターン要素 １２ パターン要素 １３ パターン要素 １４ パターン要素 ２ バイアス磁石 ２１ 磁極 ２２ 磁極 ２３ 磁極 ２４ 磁極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隅部に電極部を有する略四辺形のパター
   ン基板に、各電極部に対してブリッジ接続される強磁性
   薄膜を用いてなるパターン要素が形成されている磁気抵
   抗素子において、 該パターン要素が、パターン基板の各辺に対して平行な
   複数の直線部を有して形成されていると共に、該パター
   ン要素に対してバイアス磁界を付与するバイアス磁石の
   磁極が、パターン基板の両対角線の交点及びその近傍を
   除き、各対角線に沿って、かつ各対角線上で対向する磁
   極が同極に、一方の対角線に沿う磁極と他方の対角線に
   沿う磁極とが異極となるように着磁されていることを特
   徴とする磁気抵抗素子。
2. 【請求項２】 該パターン要素がパターン基板の一面上
   に形成され、バイアス磁石が該パターン基板の他面に接
   合して配設されている請求項１記載の磁気抵抗素子。