JPS5923219A - 回転角検出計 - Google Patents

回転角検出計

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JPS5923219A
JPS5923219A JP13222382A JP13222382A JPS5923219A JP S5923219 A JPS5923219 A JP S5923219A JP 13222382 A JP13222382 A JP 13222382A JP 13222382 A JP13222382 A JP 13222382A JP S5923219 A JPS5923219 A JP S5923219A
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JP
Japan
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thin film
rotation angle
magneto
magnetic field
detecting
Prior art date
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Pending
Application number
JP13222382A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinji Narushige
成重 真治
Akira Kumagai
昭 熊谷
Masaaki Sano
雅章 佐野
Mitsuo Sato
佐藤 満雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS5923219A publication Critical patent/JPS5923219A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、強磁性薄膜の磁気抵抗効果を応用して、回転
体の回転角′f:検出する回転角検出e[に係り、特に
強磁性磁気抵抗効果薄膜から形成される検出素子の改良
に関する。
強磁性体の磁気抵抗効果(以下単に磁気抵抗効果と略す
)を応用して回軸木の回転角を検出する回1漱角検川d
1として、従来よシ第1図又ld:第2図の原理図に示
されたものが知られている。
第1図に示されたものには、被検回転体に係合された回
転軸IK取付けられた円板2の円板上表面の外周部に、
所定の微小磁石群から成る遠吠の磁化パターン3が形成
されている。この磁化パターン3に対向させて、ストラ
イブ状に形成された磁気抵抗効果薄膜弥から成る検出素
子4が近接前Ifされている。この検出素子4の端子4
a、4bは、検出回路を形成する′ル源5と′tに圧=
faとに接続されている。
このように構成されることから、回転軸1の回転につれ
て、磁化パターン3が回転されると、検出素子4の受け
る磁界はその回転に応じて変化する。検出素子4の磁気
抵抗効果薄膜に磁界が作用すると、その磁化が回転され
て電気抵抗が変化する。検出2べ子4の電気抵抗が変化
すると、端子4a、4b間のIZ)EVが変化し、この
電圧変化によって、回転体の回転角を検出することがで
きる。
また、第2図に示されたものは、回転軸IK外周面に凹
凸部8の形成された円板7が取付けられておシ、この円
板7は強磁1生拐利から形成されている。この凹凸部8
に対向させて検出素子4が近接目旧庁されるとともに、
この検出素子4を挾んで永久磁石9が配置面されている
。なお前記凹凸部8ノヒツチpは均等に形成されており
、このピッチpに対向するように永久磁石9の長さtが
形成されている。
このように構成されているととから、回転軸lが回転し
、凹凸部8の隣り合う凸部8aが永久磁石9のN極、S
極と対向した時、永久磁石9による磁界は凸部Baを通
して円板7との間に形成される。この時検出素子4はこ
の磁界の作用を受けない。一方、円板7が回転されて1
1合う四部8bが永久1銭石9の端部と対向した時、永
久磁石9による磁界が検出素子4に作用する。このよう
に回転体の回転角に応じて検出素子4に作用する磁界の
強さが変化する。この磁界の変化にともなって、検出素
子4の磁化が回転され、その電気抵抗が変化する。従っ
て、検出素子4の磁気抵抗変化、即ち、端子4a、4b
間の′rは圧Vの変化を検出することにより、回転体の
回転角全検出することができるのである。
上記した従来例に適用された検出素子4について、@3
図に示された部分詳細図を用いてさらに説明する。
第3図に示されたg+1< 、検出素子4は膜厚りを有
する強磁性の磁気抵抗効果薄膜から形成されており、そ
の形状は幅W1長さやLの直線状部4c。
4dを有した開ループ状になっている。ループの両端は
端子4a、4bとなっており、図示されてない検出回路
に接続されている。この検出素子4には、検出回路から
図示矢印10に示された方向VC4流Iが流されるよう
になつCいる。また、磁気抵抗効果薄膜漠は、通常その
一軸磁気異方性の磁化容易軸(図示矢印11)を、図示
の如く、直線状部4c、4dの直状方向と一致させて、
形成することが望ましいとされておυ、通常、磁気抵抗
効果に浸れたN 1− p 8合金又r、tN]−CO
合金等から成る膜厚0.03〜0.1ミクロンのものが
用いられている(応用磁気学会研究会!#:)t9s2
年、23−1参照)。
このように形成された検出素子は、一般に、図示矢印1
2に示す方向に磁界Hが印加されるように、即ち、磁界
の方向12が前記磁化容易軸11を直交するように(磁
化困難軸に一致させることと(司じ)閂装置される。
ところが、第1図又はal’72図に示された従来例の
回転角検出針にあって、検出素子の取付角度、+ll]
ち、磁界の方向と前記磁化困1lll/:IIIIII
とのなす角度θが少しでもずれると、検出素子の磁気抵
抗が犬きく変化し°Cしまりという現象があった。従っ
て、取付角度によって検出感凹および精度が著るしく低
下されてしまうという、実用上大きな欠点を有していた
。また、取付角度の精度を向上させるには、各(79成
部品の製作及び組立種度を高めなけれ・ばならないこと
から、製作工数が増大され高f+lff1ものになって
しまうという欠点を有していた。
本発明の目的は、取付角度の変化に対する磁気抵抗変化
を緩和させることができる磁気抵抗効果薄膜から成る検
出素子を得て、製作組立精度の許6範urJを拡大させ
ることができ、且つ検出感度及び精度を向上させること
ができる回転検出計を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成させるため、磁気抵抗効果薄
膜から成る検出菓子の膜厚を0.3ミクロン以上のもの
としたこと全特徴とする。
以下、本発明によって前記目的が達成される理由を説明
する。
発明者らは、真空蒸着によ多形成した膜厚0.05〜0
.2ミクO’7の52Nt−tspe合金の検出素子を
用いて実験を行い、特に検出素子の直線状部に作用する
磁界の方向が、磁気抵抗の変化に与える影lI!PVC
ついて詳細に6周べた。その結果、第4図に示されるよ
うな関係が得られた。
第4図において、横軸に示された角度θ(度)は、検出
素子の磁化困難軸と磁界Hの方向とがなす角度である。
また、縦軸に示された磁気抵抗変化ΔR/几。(%)は
、磁界強度が零のときの電気抵抗Ro  と、磁界強度
がHに変化したときの電気抵抗RHとから、その磁気抵
抗の変化量ΔR−R+o  nrrをNl’J合で表わ
したものである。なお、図中曲制御31,32.33は
、それぞれ膜厚が0.05 、0.1 、0.2ミクロ
ンの検出素子に対応する特性曲線である。
第4図から明らかなように、角度θの″′0″度附近に
おいて、角度θがわずかに変化しただけで磁気抵抗変化
Δ几/11oが極小値をもつ程大きく変化していること
が判った。
そこで、磁気抵抗効果薄膜のヒステリシス特性を測定し
たところ、角度θに対して前記極小値をもつ磁気抵抗効
果薄膜にあっては、第5図(a)に示すような対称形の
ものとはならず、角度θがθ”度かられずかにずれたと
き、即ち、磁界Hの方向が磁化困jdt= ’+’ll
lかられずかにずれたとき、第5図(I))に示すよう
な非対称のものになっていることが判った。
さらに、磁気抵抗効果薄膜の膜厚りを変数とし、前1記
角度θを実用上問題となる±5度の範囲で変化させ、そ
のときの磁気抵抗変化Δ11/ROについて実験した。
その結果、第6図に示された如く、膜厚りに対して、磁
気抵抗変化ΔR/■L。の最大値(Δa/J’Lo l
 m a xと最小値(ΔR/no)minは、それぞ
れ曲線34.35のような関係になった。
第6図から明らかなように、膜厚りが0.2ミクロン〜
0.3ミクロンのill VCおいて、前記最小値曲線
35が急激に変化しており、0.2ミクロン以下では最
大値と最小値の差が大きく、これに対して0.3ミクロ
ン以上にすればその差が小さくなっていることが判る。
また、第6図図中に示したように、上記の臨界的変化に
対応して、ヒステリシス特性が非対称あ・ら対称に変る
点が存在している。
従って、上記したように検出素子の磁気抵抗効果薄膜の
膜厚を0.3ミクロン以上とすることにより、取付角度
変化に対する磁気抵抗変化を緩和させることができるこ
とから、製作組立19度の許容範囲を拡大させ、且つ、
検出感度及び精度を向上させることができるという効果
がある。
なお、上記したように、膜厚りを厚くする仁とによって
、検出感度が高められるという効果があるがミ磁界I−
Iによって励磁された検出素子から、その磁界11とは
逆向きの磁界、いわゆる反磁界が発生されるということ
が知られている。この反磁界によって磁界[Iが影響を
受けるので、検出に支障が生じてしまうことから、その
反磁界強度Innは低くおさえなければならない。
ところが、第3図に示された形状の検出素子から発生さ
れる反磁界強度HDは、その磁気抵抗効果薄膜の飽和磁
束密度をBgとすると、近似的に次式(11で表わすこ
とができる。
fl)式から明らかなように、膜厚りを厚くすると検出
感興が高められる反面、反磁界強IfHnが大きくなっ
てしまうという欠点がある。
そこで、第7図に、前記反磁界を低減させることができ
る本発明の他の実施例が示されている。
第7図において、検出素子4の直状部4c。
4dの・6膜端而に対向且つ近接させて、強磁性薄膜か
ら成る補償素子13が配置されている。また、補償素子
13と検出素子4とは互いに電気的に絶縁されている。
このように構成されることから、検出素子4に発生され
る反磁界は、4111償素子に発生される反磁界によっ
て打消され、前記反磁界強度HDが大幅に低減される。
この低減効果は、検出素子4と補tXt素子13との端
面間隙Sとj膜厚りとに関係しており、実験によれば、
実質的にS≦IODとすることにより得られる。
さらに、本実施例の効果について、第8図に示された本
実施例による実測値に基づいて説明する。
第8図の横軸は前記間隙Sをノ膜厚りで割ったS/I)
′f:示し、縦軸は補償素子13を設けたときの磁気飽
和に要する磁界Hsを、補償素子13を設けないときの
磁気飽和に要する磁界Hgoで割った値Hs/Hso 
k示している。f(l!/I−IRoは、その血が小さ
い程、検出性能が良いことを意味するものである。また
、図中の曲線41は膜厚りが2111n。
幅Wが20zzmの82Nトー18F”et17B@気
抵抗効果薄膜の場合であり、曲線42は膜厚りが()、
4pm、幅Wが3 Q μmの82Ni−18Fl)磁
気抵抗効果薄膜の場合である。
第8図から明らかなように、S/Dが10以下になると
、)is/Henが急激に低下されている。つまり、磁
気抵抗効果薄膜が小さな磁界で飽和に達し、反磁界低減
の効果が顕著でちることを示すものである。
従って、本実3m例によれば、前述の効果に加えて、膜
厚を厚くしたことによる反磁界を低減させることができ
ることから、十分に膜厚を厚くして検出感度を向上させ
ることができるという効果がある。竹に磁界11け通常
20〜1000.程度の比較的小さなものであることか
ら、検出感度向上の効果は著るしいものとなる。
なお、検出素子の材料は、磁気抵抗効果薄膜の磁化困、
911A #tl+方向に磁界を印加したとき、その磁
化が飽和されるに要する磁界強度として定義される異方
性磁界が小さいことが重要である。従つ代N i  p
 e 合波ノ異方性磁界1ota 〜50sであり、N
l−C0合金にあってtま30〜700 、であること
から、Ni−Fe合金のものが適している。
さらに、反磁界低減用の補償素子を検出素子と同一組成
の合金で、且つ膜厚も同じものとすノtば、例えば、同
一ホトリソグラフィの工程でそれらを同時にパターン形
成することができることから、製作工程が、以めて簡単
化され、安価にできるという効果がある。
以上説明したように、本発明によitば、取イづ角度変
化に対する検出出力変化を緩和させることができること
から、製作組立精度の許容範囲が拡大されるとともに、
膜厚を厚くしても反磁界を低減させるととがヤきること
から検出感度が著るしく上 内されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
@1図及び第2図は従来例の構成を示j−斜視図、第3
図は検出素子の詳ノ圃斜視図、441−は説明のための
数例角度と磁気抵抗変化との関係を示す線図、第5図(
a)、 (b)は磁気抵抗効果iT!l菰のヒステリシ
ス1時性の説明図、第6図は本発明を説明するための膜
厚と磁気抵抗変化との関係を示す線図、第7図は本発明
の一実施例の斜視11′り成因、第8図は本発明の詳細
な説明するためのS/DとHgI2−1s。 との関係を示す線図である。 宅/図 第1/−レコ θ(渡り 弔5図 (a) <b) 月りL乍蓼D(/um) へ チ −b 4/ さ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、強磁性の磁気抵抗効果薄膜漠から形成され被検回転
    体の回転角に応じて変化する磁界内に配置さizる検出
    素子と、該検出素子の磁気抵抗効果薄膜の磁気抵抗変化
    を検出する検出回路と、を0mえて成る回転角検出計に
    おいて、前記磁気抵抗効果薄膜は0.3ミクロン以上の
    厚みを■するものであることをl特徴とする回転角検出
    計。 2、強磁性の磁気抵抗効果薄膜から形成され被検回転体
    の回転角に応じて変化する磁界内に配置lされる検出素
    子と、該検出素子の磁気抵抗効果薄膜の磁気抵抗変化を
    検出する検出回路と、全備えて成る回転角検出計におい
    て、前記磁気抵抗効果薄膜漠は0.3ミクロン以上の厚
    みを有するものとし、強磁性薄膜から形成され当該膜端
    面が前記磁気抵抗効果薄膜の膜端部に近接対向配置され
    且つ相互に電気的に絶縁さルた補償素子を設けたことを
    特赦とする回転角・検出削′。 3、特許請求の範囲第2項記載の発明において、前記検
    出素子と前記補償素子相互の膜端部間隙を前記磁気抵抗
    効果薄膜のj膜厚の10倍以下としたことを1特徴とす
    る回転角検出計。 4 、 lF!j許C青求のIKα囲第1項乃至第3項
    記載の発明において、前記磁気抵抗変化薄r1x+と前
    記補償素子の強磁性薄膜とは同一材質で且つ同一膜厚に
    形成されたものであることを!時機とする回転角イ灸出
    δ1゛。 5、特JFyN求の範囲第1項乃至第4項記載の発明に
    おいて、前++己磁気抵抗効果薄膜の材質はN1−Fl
     e、8−金から成るものであることを特徴とする回転
    角検出R8
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6165102A (ja) * 1984-09-07 1986-04-03 Sony Magnescale Inc 磁気信号検出装置
DE3543603A1 (de) * 1984-12-14 1986-06-19 Nippondenso Co., Ltd., Kariya, Aichi Stellungsdetektor
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US5021889A (en) * 1989-02-20 1991-06-04 Ricoh Company, Ltd. Facsimile apparatus

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