JP2006098322A - 磁気式位置回転検出用素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 一定の着磁ピッチで磁化パターンが記録された磁気媒体と、該磁気媒体に対して対向し、相対的に移動し前記磁化パターンを検出する人工格子磁気抵抗効果素子とを備え、前記人工格子磁気抵抗効果素子の感磁部分が相対的移動方向に前記着磁ピッチの2倍以上の長さを有し、かつ前記感磁部分が相対的移動方向に周期的に変化した形状を有することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
(1−1)基準とする同位相で形状変化する感磁パターンを複数個用意し、それらを直列に接続し、一方を電源Vddに接続する。
(1−2)さらに、前記基準となる感磁パターンと位相が180度異なり、同位相で形状変化する、すなわちλ/2ずらした、感磁パターンを(1−1)のパターンと同数用意し、それらを直列に接続し、一方を共通電位に、他方を先のパターン(1−1)と直列に接続する。
(1−3)この接続点すなわち中点を、差動増幅器Aの片方の入力端子(例えば正入力A1)に接続する。
(2−1)さらに基準となる感磁パターンと位相が180度異なり、同位相で形状変化する感磁パターンを(1−1)のパターンと同数用意し、それらを直列に接続し、一方を電源Vddに接続する。
(2−2)さらに、上記(2−1)のパターンと位相が180度異なり、同位相で形状変化する感磁パターンを(1−1)のパターンと同数用意し、それらを直列に接続し、一方を共通電位に、他方を先のパターン(2−1)と直列に接続する。
(2−3)この接続点すなわち中点を、差動増幅器Aの残りの入力端子(負入力A2)に接続する。
この4つの磁気抵抗素子群からなるブリッジと、差動増幅器Aとで、0度の出力を得る。
(3−1)基準と90度異なる、すなわち基準からλ/4順方向にずらした同位相で形状変化する感磁パターンを複数個用意し、それらを直列に接続し、一方を電源Vddに接続する。
(3−2)さらに、前記(3−1)の感磁パターンと位相が180度異なり、同位相で形状変化する、すなわち基準からλ×3/4逆方向にずらした感磁パターンを同数用意し、それらを直列に接続し、一方を共通電位に、他方を先のパターン(3−1)と直列に接続する。
(3−3)この接続点すなわち中点を、別の差動増幅器Bの片方の入力端子(例えば正入力B1)に接続する。
(4−1)さらに基準となる感磁パターンと位相が270度異なり、すなわち基準からλ×3/4逆方向にずらした、同位相で形状変化する感磁パターンを(3−1)のパターンと同数用意し、それらを直列に接続し、一方を共通電位に接続する。
(4−2)さらに、上記(4−1)のパターンと位相が180度異なり、同位相で形状変化する感磁パターンを(3−1)のパターンと同数用意し、それらを直列に接続し、一方を電源Vddに、他方を先(4−1)のパターンと直列に接続する。
(4−3)この接続点すなわち中点を、差動増幅器Bの残りの入力端子(負入力B2)に接続する。
この4つの磁気抵抗素子群からなるブリッジと差動増幅器Bで、90度の出力を得る。
塗布型媒体である磁気媒体に対して。着磁は磁気ヘッドを用いて記録ピッチ(S極N極間)20μmで行った。使用したGMRの積層構造の模式図を図6に示す。酸化膜によって絶縁されたシリコン基板に、パーマロイを主成分とする厚さ1.3〜1.8nmの磁性体と厚さ2〜3nmの銅をで交互にそれぞれ14層スパッタで積層した(図6では積層数は一部省力した)。図7はこの膜の印加磁界に対する抵抗変化の様子を示す。比較として強磁性体磁気抵抗効果膜(AMR)の変化も示した。図8は、この媒体からの磁気信号を検出するGMR素子の本発明のパターン図である。パターンの長さは記録ピッチに比べ十分に長い15倍の300μmである。パターンの幅は最大で10μm、最小で約2μm、であり、相対的移動方向座標xに対しておよそ3/(1−0.7×sin(2×π×x/λ))μmの式に従って連続的にパターン幅を変化させた。このパターンと、このパターンを10μmピッチ方向に移動したパターンを一組にして、合計6組並行にパターニングした。出力電圧のギャップ(磁気媒体と検出素子との間隔)依存性を図9に示す。磁気媒体と接している点から約10μmまでほとんど振幅が変化していない。また最もひずみの発生しやすい、接しているときの出力波形を図10に示す。媒体と検出素子が接しているため摩擦が不規則に発生し回転が一様でないため時間軸に変動が見られるが、正弦波状のひずみの少ない波形が得られた。パターンの短手方向の磁界に対してもGMR膜は感度を有するが、近接してハーフブリッジの2辺が配置されているため、双方とも同様に抵抗値が変化し、横方向の磁界の影響が出力に現れることは無かった。なお、素子抵抗は1048Ωであった。
パターン幅の変化を正弦波的な形状から、より簡単な形状である階段状や台形状に変えたものを作製した。用いたパターンを図11〜13に示す。そのときのギャップ依存性と出力を図9に示す。台形状のパターンが最も出力が大きかったが、大差は無く、いずれも図14〜16に示すように正弦波状の出力がえられ、ギャップ10μmまで振幅が変化せず、出力が半分になる実用的な範囲は15μm程度であった。また、素子抵抗は実施例2、実施例3、実施例4の場合でそれぞれ1069Ω、985Ω、913Ωであった。
図17に示す従来の配置の矩形パターンのGMR素子を作製した。感磁部分の相対的移動方向の幅は6μm、ピッチは20μmである。出力電圧のギャップ依存性を図9に示す。ギャップ10μmで、出力は磁気媒体と近接した場合の約半分に低下した。また、磁気媒体と近接して配置した場合のブリッジ出力を図18に示した。図18に示すように、この比較例では、媒体と近接した場合の出力振幅の最大値は実施例に比べて3割ほど大きいが、出力波形は過度に歪み、正弦波からはほど遠いものとなった。また、素子抵抗は657Ωと実施例1〜4に比べて低いものとなった。
同一の媒体着磁法で分解能2.5μmを得ることを目的に位置回転検出素子を作製した。該分解能の実現には、従来法では高い取り付け精度が必要とされていた。パターンを図19に示す。GNDで接地し、電圧をVddから印加し、出力A1、A2は差動増幅器Aへ、出力B1、B2は差動増幅器Bへ接続している。実施例1では各パターンの位相差が0度と180度であったが、この実験では移動方向が分かるように90度の位相差を持つパターンを含めた。GMR膜のパターニングの寸法は縦300μm、横300μmである。これだけ小型でもパターンが稠密であるための、2つのブリッジ回路を電源から見た素子抵抗は約1.2キロオームであった。この値は電源電圧を5Vとしても4mAの消費電流であり、20mWの電力損失に過ぎず、素子寸法から考えて問題となる発熱ではない。図20に示す回路を用いて逓倍化することにより、最終的な分解能2.5μmを容易に得ることができた。
6:非磁性金属層、7:強磁性層、8:表面保護膜
Claims (6)
- 一定の着磁ピッチで磁化パターンが記録された磁気媒体と、該磁気媒体に対して対向し、相対的に移動し前記磁化パターンを検出する人工格子磁気抵抗効果素子とを備え、前記人工格子磁気抵抗効果素子の感磁部分が相対的移動方向に前記着磁ピッチの2倍以上の長さを有し、かつ前記感磁部分が相対的移動方向に周期的に変化した形状を有する磁気式位置回転検出用素子。
- 前記人工格子磁気抵抗効果素子の感磁部分の相対的移動方向に周期的に変化した形状が、前記感磁部分の幅の周期的な変化である請求項1に記載の磁気式位置回転検出用素子。
- 前記人工格子磁気抵抗効果素子の感磁部分の形状が相対的移動方向に前記着磁ピッチと同じ周期で変化する請求項1または2に記載の磁気式位置回転検出用素子。
- 前記人工格子磁気抵抗効果素子の感磁部分の形状が相対的移動方向に前記着磁ピッチの1/n(nは2以上の自然数)の周期で変化する請求項1または2に記載の磁気式位置回転検出用素子。
- 前記人工格子磁気抵抗効果素子の感磁部分が相対的移動方向に平行に複数配設された請求項1〜4のいずれかに記載の磁気式位置回転検出用素子。
- 前記平行に複数配設された感磁部分が、それぞれ相対的移動方向に形状変化のピッチの1/m(mは2以上の自然数)ずらして配設された請求項5に記載の磁気式位置回転検出用素子。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017517014A (ja) * | 2014-05-30 | 2017-06-22 | 江▲蘇▼多▲維▼科技有限公司Multidimension Technology Co., Ltd. | 磁気抵抗z軸勾配検出チップ |
JP2020187064A (ja) * | 2019-05-16 | 2020-11-19 | 日本電産サンキョー株式会社 | 磁気センサ装置 |
JP2021135161A (ja) * | 2020-02-27 | 2021-09-13 | 株式会社東海理化電機製作所 | 回転検出装置 |
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2004
- 2004-09-30 JP JP2004287078A patent/JP4487252B2/ja active Active
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