JPH06100477B2 - 磁気抵抗素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばモータのように、周辺磁界が所定長ご
とに同じ変化を繰り返す対象物の静止位置や移動状態を
測定する磁気センサ用の磁気抵抗素子に関する。

（従来の技術） 強磁性体の磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗素子があ
る。第20図、第21図はこのような従来の磁気抵抗素子の
概略を示す。第20図、第21図において、非磁性体基板に
強磁性体膜で「コ」字状のパターンに形成された磁気抵
抗素子１は、周期λで着磁された記録媒体２の磁気信号
記録面に対向させて配置され、記録媒体２の周辺磁界を
検出するようになっている。磁気抵抗素子１は互いに平
行に配置された二つの検出体Ａ、Ｂを有してなり、二つ
の検出体Ａ、Ｂの各一端が接続されて互いに直列に接続
され、反対側の端部は検出信号の出力端子となってい
る。このような磁気抵抗素子１は「コ」の字状に折り返
すことにより高インピーダンスになって消費電力が少な
くなり、また、出力端子が片側に集まるから配線しやす
いという利点がある。

第20図の例では検出体Ａ、Ｂが記録媒体２の着磁周期λ
に比較して小さい間隔ａで配置されており、第21図の例
では検出体Ａ、Ｂが記録媒体２の着磁周期λに対してλ
/2の間隔で配置されている。

（発明が解決しようとする問題点） 第20図の従来例によれば、第22図に示されているよう
に、検出体Ａ、Ｂが間隔ａだけずれることにより、検出
体Ａの抵抗変化Ｒ_Ａと検出体Ｂの抵抗変化Ｒ_Ｂは互いに
４πa/λの位相差を生ずる。いま、検出体Ａ、Ｂの抵抗
変化Ｒ_Ａ、Ｒ_Ｂを次式のようにおく。

ここで、Roは抵抗変化の直流分、ＲΔは抵抗変化の交流
分の振幅、ｘは記録媒体の長手方向への磁気抵抗素子１
の相対移動距離である。

磁気抵抗素子１全体の抵抗Ｒは、検出体Ａ、Ｂの抵抗Ｒ
_Ａ、Ｒ_Ｂの和であるから、 となる。上の式の第２項に係数cos（２πa/λ）は、抵
抗変化の振幅が検出体Ａ、Ｂの間隔ａにより変化するこ
とを示している。この項は０≦ａ≦λ/4の範囲で単調減
少である。即ち、上記範囲内では、ａが小さければ小さ
い程、同じRo、ＲΔでも大きな抵抗変化が得られること
になる。

第23図は上面の関係を図示したものであり、Ａは検出素
子Ａの磁気抵抗変化、Ｂは検出素子Ａに対し位置をずら
して設けられた検出素子Ｂの磁気抵抗変化を示す。この
検出素子Ａ、Ｂの磁気抵抗変化の和をとったものがR1で
示されている。いま、仮に検出素子Ａと検出素子Ｂとの
間の中央に二つの検出素子Ｃを垂直方向に重ねて置き、
しかもこれを直列に接続したとすれば、二つの磁気抵抗
素子Ｃの磁気抵抗変化の位相差は零であるから、この二
つの磁気抵抗素子Ｃの磁気抵抗変化の和は第23図で示さ
れているようになり、振幅が大きくなることがわかる。

しかるに、第20図に従来例では検出素子Ａ、Ｂが同一平
面にあるため、検出素子Ａ、Ｂの間隔ａを零にすること
は不可能であり、特に、信号記録波長λが小さくなると
係数cos（２πa/λ）は小さくなり、抵抗変化の振幅が
小さくなる。従って、第20図の従来例では、記録波長λ
を小さくして高精度でモータの速度などを検出しようと
する場合には大きな抵抗変化率が得られないという問題
点がある。

また、第21図の従来例では、検出体Ａ、Ｂの間隔はλ/2
であり、電気的には二つの検出体Ａ、Ｂが等価な位置に
ある。従って、係数cos（２πa/λ）は−１となり、最
大の抵抗変化が得られる。しかし、検出体Ａ、Ｂの間隔
は必然的に大きくなるから、磁気抵抗素子の小型化には
不都合である。

本発明の目的は、小型で高インピーダンスの磁気抵抗素
子を得るために複数の磁性膜を直列に接続するに当た
り、各磁性膜の抵抗変化の位相差を零とすることを可能
にして抵抗変化率の大きい磁気抵抗素子を提供すること
にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の磁気抵抗素子は、磁気抵抗素子を構成する複数
の磁性膜と絶縁膜とを記録媒体との対向面に対し垂直方
向に基板の一方面上で交互に重設すると共に、上記複数
の磁性膜の一部どうしを上記絶縁膜を介在させることな
く重設し直列接続して上記基板上に配設することによ
り、複数の全ての磁性膜が同時に記録媒体の同一位置の
磁気信号を検出し、重設された複数の磁性膜の磁気抵抗
変化の位相差を零としたことを特徴とする。

（作用） 磁気抵抗素子を構成する磁性膜が記録媒体との対向面に
対し絶縁膜を介して垂直方向に重設されて直列接続され
るため、磁気信号の記録媒体の移動方向に対する各磁性
膜のずれはなく、各磁性膜の抵抗変化の位相差は零とな
り、磁気抵抗の変化が大きくなる。

（実施例） 第１図乃至第６図は本発明の一実施例を示す。第１図乃
至第６図において、ガラス等によって形成された非磁性
の基板３の表面には磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜４
が形成されている。この磁性薄膜４は基板３の長手方向
の中心線に略沿うようにしてその大部分が直線状に形成
されると共に端子となるべき部分4aが一側方に曲げられ
た形に形成されている。その上には、第２図に示されて
いるように、磁性薄膜４の上記端子部4aとその反対側の
端部4bとを除いて絶縁膜５が形成されている。絶縁膜５
の上にはさらに磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜６が形
成されている。この磁性薄膜６は、第３図に示されてい
るように、基板３の長手方向の中心線に略沿うようにし
てその大部分が直線状に形成され、この直線状の部分が
絶縁膜５を介して磁性薄膜４の直線状の部分と重なり合
っている。磁性薄膜６は、上記磁性薄膜４の端子部4aと
同じ側の端部が端子となるべき部分6aとして磁性薄膜４
の端子部4aの曲がりとは逆向きに曲げられた形に形成さ
れ、また、磁性薄膜６の他端部6bは絶縁膜５の端部から
はみ出して磁性薄膜４の端部4bと直接重なり合ってい
る。従って、磁性薄膜４と磁性薄膜６は互いに同り磁気
抵抗特性をもつように形成されると共に、直列に接続さ
れて線IV−IVに沿って折り返された形に形成されてい
る。磁性薄膜６の上にはさらに、同磁性薄膜６及び磁性
薄膜４の各端子部6a、4aを除く他の部分を覆うようにし
て保護膜７が形成されている。

こうして、二つの磁性薄膜４と磁性薄膜６は基板３の面
に対して垂直方向に重ねられかつ直列に接続されて磁気
抵抗素子８が構成される。

この磁気抵抗素子８は、第７図に示されているように、
移動方向に周期的に着磁されて繰り返し磁気信号が記録
された記録媒体９の磁気信号記録面に対向して配置され
る。記録媒体９の移動面に対し磁気抵抗素子８はその直
線部分が直交する向きに配置される。磁気抵抗素子８を
構成する磁性薄膜４と磁性薄膜６は記録媒体９との対向
面に対して垂方向に重なり合っているため、上記複数の
磁性薄膜4,6が同時に記録媒体９の同一位置の磁気信号
を検出すると共に、記録媒体９の移動方向に対する二つ
の磁性薄膜４、６の相互間隔は零となり、二つの磁性薄
膜4,6の抵抗変化の位相差は零となる。即ち前記式
（３）におけるａは零であり、第８図にR2で示されてい
るように磁気抵抗素子８の抵抗変化分の振幅は2RΔとな
る。第８図でR1はａが零でないとき、即ち、例えば前記
第20図の従来例のように検出体としての磁性薄膜が互い
にずれている場合の抵抗変化を示している。第８図から
も明らかなように上記実施例によれば、抵抗変化の振幅
が大きくなるという効果がある。

次に、第９図乃至第12図の実施例について説明する。第
９図乃至第12図において、ガラス等の基板10の表面には
磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜11が形成されている。
磁性薄膜11は基板10の長手方向の中心線に沿うようにし
て直線状に形成されると共に、一端部が幅広に形成され
て端子部11aとなっている。その上には端子部11aとその
反対側の端部11bとを除い絶縁膜12が形成されている。
絶縁膜12の上にはさらに磁気抵抗効果を有する強磁性薄
膜13が形成されている。磁性薄膜13は第10図にも示され
ているように、基板10の長手方向の中心線に沿うように
して直線状に形成され、絶縁膜12を介して磁性薄膜11と
重なり合っている。磁性薄膜13は、磁性薄膜11の端子部
11aと同じ方の端部が幅広に形成されて端子部部13aとな
っており、この端子部13aは絶縁膜12を挟んで磁性薄膜1
1の端子部11aの一部と重なり合っている。一方、磁性薄
膜13の他端部13bの絶縁膜12の端部からはみ出し、磁性
薄膜11の端子部11aと直接重なり合っている。従って、
磁性薄膜11と磁性薄膜13は基板10の面に対し垂直方向に
重設されると共に直列に接続されることになる。磁性薄
膜13の上にはさらに保護膜14が形成されている。保護膜
14は磁性薄膜11、13の各端子部11a、13aを除く他の部分
を覆うようにして形成されている。

この実施例は、前記第１図乃至第６図の実施例と基本的
には同じであるが、下層の磁性薄膜11の端子部11aを上
層の磁性薄膜13の端子部13aよりも長く伸ばすことによ
り、各磁性薄膜11、13及び絶縁膜12の形状を簡単にした
ものである。磁性薄膜11と磁性薄膜13の磁気検出部分は
同じ磁気抵抗特性をもつ。

次に第13図乃至第17図の実施例について説明する。この
実施例は、磁気抵抗素子を高インピーダンスにするため
に磁性薄膜が３層になるように重設されている。第13図
乃至第17図において、基板15の表面にはまず磁性薄膜16
が基板15の長手方向の中心線に沿うようにして直線状に
形成され、その一端部は幅広に形成されて端子部16aと
なっている。磁性薄膜16の上には、第14図に示されてい
るように、端子部16aの一部とその反対側の端部16bとを
除いて絶縁膜17が形成されている。絶縁膜17の上には磁
性薄膜18が基板15の長手方向の中心線に沿いかつ絶縁膜
17を挟んで磁性薄膜16と重設するようにして直線状に形
成されている。磁性薄膜18は、磁性薄膜16の端子部16a
側の端部18bが絶縁膜17によって磁性薄膜16から隔離さ
れているが、反対側の端部18aは絶縁膜17の端部からは
み出し、磁性薄膜16の端部16bに直接重なり合ってい
る。磁性薄膜18の上には、第15図にも示されているよう
に絶縁膜19が形成されている。絶縁膜19は磁性薄膜18の
一端部18bを除いて磁性薄膜18の他の部分を総て覆うよ
うに形成されている。絶縁膜19の上にはさらに磁性薄膜
20が基板15の長手方向の中心線に沿いかつ絶縁膜19を挟
んで磁性薄膜18と重設されて直線状に形成されている。
磁性薄膜20は、磁性薄膜16の端子部16a形成側に対し反
対側の端部が幅広に形成されて端子部20aとなってお
り、また、端子部20a形成側に対し反対側の端部20bは絶
縁膜19の端部からはみ出して磁性薄膜18の端部18bに直
接重設されている。このようにして三つの磁性薄膜16、
18、20がそれぞれ絶縁膜17、19で隔離されて基板15の面
に対し垂直方向に３層状に重設されると共に、磁性薄膜
16、18の各端部16b、18a、磁性薄膜18、20の各端部18
b、20bがそれぞれ直接重設されて各磁性薄膜16、18、20
が直列に接続されている。磁性薄膜20の上からは、第16
図、第17図に示されているように、磁性薄膜16の端子部
16aと磁性薄膜20の端子部20aを除いて他の総てが保護膜
21で覆われているが、第13図では図面の錯綜を避けるた
めに保護膜21は描かれていない。各磁性薄膜16、18、20
の磁気検出部分は同じ磁気特性をもつ。

上記実施例に係る磁気抵抗素子も、繰り返し磁気信号が
記録された媒体の移動面に対向させて配置される。各磁
性薄膜16、18、20は上記記録媒体との対向面に対し垂直
方向に重設されることになり、上記複数の磁性薄膜16,1
8,20が同時に上記記録媒体の同一位置の磁気信号を検出
するため、各磁性薄膜16、18、20は記録媒体の移動方向
に対する位置ずれが零で各磁性薄膜16,18,20の抵抗変化
の位相差は零となり、よって抵抗変化の振幅が大きくな
るという利点がある。しかも三つの磁性薄膜16、18、20
が直列に接続されているため、インピーダンスが高くな
るという特徴もある。

次に第18図、第19図の実施例について説明する。この実
施例は、90゜の位相差をもつ抵抗変化をそれぞれ重設さ
れた二つの磁性薄膜でなる検出体を用いて検出するよう
にしたものである。第18図、第19図において、基板22上
には磁気抵抗素子を構成する四つの磁性薄膜23、24、2
5、26が互いに平行に、かつ、互いにλ/8の間隔をおい
て形成されている。上記磁性薄膜23からは端子部23a
が、磁性薄膜24、26からは共通端子部24aが、磁性薄膜2
5からは端子部25aが引き出され、これらの端子部は基板
22の一側縁部に配列した形に形成されている。上記各磁
性薄膜23、24、25、26の上には上記端子部23a、24a、25
aを除いて絶縁膜32が形成されている。なお、第19図に
示されているように、絶縁膜32には、各磁性薄膜23、2
4、25、26の先端部に対向する部分が開放されて上記各
磁性薄膜の幅よりも大きい幅の窓孔32a、32b、32c、32d
が形成され、さらに、上記端子部23a、25a、寄りの部分
が開放されて窓孔32e、32fが形成されている。絶縁膜32
の上からは上記各磁性薄膜23、24、25、26に垂直方向に
重設されて磁気抵抗素子を構成する四つの磁性薄膜27、
28、29、30が形成されている。磁性薄膜27、29からは共
通端子27aが、磁性薄膜28からは端子28aが、磁性薄膜30
からは端子30aがそれぞれ引き出され、端子27aは前記端
子25aの側方に並設され、端子28aは絶縁膜32の窓孔32e
を通して端子23aに直接接続され、端子30aは絶縁膜32の
窓孔32fを通して端子25aに直接接続されている。また、
各磁性薄膜27、28、29、30の先端部は絶縁膜32の各窓孔
32a、22b、32c、32dを通してそれぞれ磁性薄膜23、24、
25、26の先端部に直接接続されている。従って、互いに
重設されている磁性薄膜23、27は端子23a、27a間で直列
接続され、互いに重設されている磁性薄膜24、28は端子
24a、23a間で直列接続され、互いに重設されている磁性
薄膜25、29は端子27a、25a間で直列接続され、互いに重
設されている磁性薄膜26、30は端子24a、25a間で直列接
続されていることになる。各端子23a、24a、25a、27aを
除いて他の部分は保護膜で覆われるが、保護膜は図示さ
れていない。各磁性薄膜は、記録媒体の磁気信号記録面
に対向するように、かつ、長手方向を上記記録媒体の移
動方向に直交させて配設される。従って、互いに重設さ
れ直列接続された磁性薄膜の抵抗変化の位相差は零とな
る。

この実施例の場合も複数の磁性膜が重設されるため、互
いに重設された磁性膜の抵抗変化の振幅が大きくなると
いう利点がある。

（発明の効果） 本発明によれば、複数の磁性膜を絶縁膜を介して重設し
かつ直列接続して基板上に配設することにより、複数の
全ての磁性膜が同時に記録媒体の同一位置の磁気信号を
検出し、重設された複数の磁性膜の磁気抵抗変化の位相
差を零としたから、検出体としての磁性膜の抵抗変化の
振幅が大きく、大きな出力を得ることができる。また、
複数の磁性膜の一部どうしを、絶縁膜を介在させること
なく重設し直列接続して基板上に配設したため、磁性膜
どうしが基板上で直接接続されることになり、これによ
って、磁性膜どうしの接続手段を素子の外部に新たに設
ける必要がなく、かつ、上記接続手段を基板上に新たに
設ける必要もないから、素子全体を小さくすることがで
きるという効果があるし、上記接続手段の電気抵抗が直
列に付加されることもないから、正確な磁気抵抗効果を
得ることができるという効果がある。さらに、複数の磁
性膜を、記録媒体との対向面に対し垂直方向に、かつ、
記録媒体に極めて近接させた状態で形成することができ
るため、各磁性膜に印加される磁気信号の大きさを大き
く、かつ、ほぼ等しくすることができ、高インピーダン
スで抵抗変化率の大きい磁気抵抗素子を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜面図、第２図は同上
実施例の製造過程の一態様を示す斜面図、第３図は同じ
く製造過程の他の態様を示す斜面図、第４図は第１図中
の線IV−IVに沿う断面図、第５図は第１図中の線Ｖ−Ｖ
に沿う断面図、第６図は第１図中の線VI−VIに沿う断面
図、第７図は上記実施例の使用態様の例を示す正面図、
第８図は上記実施例に係る磁気抵抗素子によって得られ
る抵抗変化の特性を従来例と比較して示す特性線図、第
９図は本発明の別の実施例を示す斜面図、第10図は同上
実施例の製造過程の一態様を示す斜面図、第11図は第９
図中の線XI−XIに沿う断面図、第12図は第９図中の線XI
I−XIIに沿う断面図、第13図は本発明のさらに別の実施
例を示す斜面図、第14図は同上実施例の製造過程の一態
様を示す斜面図、第15図は同じく製造過程の他の態様を
示す斜面図、第16図は第13図中の線XVI−XVIに沿う断面
図、第17図は第13図中の線XVII−XVIIに沿う断面図、第
18図は本発明のさらに別の実施例を示す斜面図、第19図
は同上実施例の製造過程の一態様を示す斜面図、第20図
は従来の磁気抵抗素子の一例を概略的に示す正面図、第
21図は従来の磁気抵抗素子の別の例を概略的に示す正面
図、第22図は従来の磁気抵抗素子によって得られる抵抗
変化特性を示す特性線図、第23図は本発明の着想を説明
するために従来の磁気抵抗素子と比較して本発明の磁気
抵抗素子の抵抗変化特性を示す特性線図である。 ３、10、15、22……基板、 ４、６、11、13、16、18、20、23、24、25、26、27、2
8、29、30……磁性膜、 ５、12、17、19、32……絶縁膜、 ９……記録媒体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記録媒体に対向させて配置することにより
   記録媒体に記録された繰り返し磁気信号を検出する磁気
   抵抗素子において、上記磁気抵抗素子を構成する複数の
   磁性膜と絶縁膜とを上記記録媒体との対向面に対し垂直
   方向に基板の一方面上で交互に重設すると共に、上記複
   数の磁性膜の一部どうしを上記絶縁膜を介在させせるこ
   となく重設し直列接続して上記基板上に配設することに
   より、上記複数の全ての磁性膜が同時に上記記録媒体の
   同一位置の磁気信号を検出し、重設された複数の磁性膜
   の磁気抵抗変化の位相差を零としたことを特徴とする磁
   気抵抗素子。