JP5013135B2

JP5013135B2 - 磁気式位置検出装置

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Publication number: JP5013135B2
Application number: JP2009162352A
Authority: JP
Inventors: 誠二福岡; 利尚木戸; 健太佐藤
Original assignee: TDK Corp
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Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2029-07-09
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Description

本発明は、磁気抵抗効果素子を用いた磁気式位置検出装置に関し、特に磁気式のスケールやロータリーエンコーダ等に用いて好適な磁気式位置検出装置に関する。

磁気式位置検出装置としては、従来から、図４(Ａ)に示されるような、Ｎ極とＳ極が交互に着磁された磁気部材１の磁極配列方向に対して同一位置に４個のスピンバルブ型磁気抵抗素子(ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４)を配置したものが知られている(下記特許文献１参照)。４個のスピンバルブ型磁気抵抗素子(ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４)のうち、１対の２個(ＳＶ-ＧＭＲ１及びＳＶ-ＧＭＲ２)はピン層磁化方向が９０°ずれて配置され、残りの対の２個(ＳＶ-ＧＭＲ３及びＳＶ-ＧＭＲ４)は前記１対の２個に対してピン層磁化方向が１８０°ずれて配置されている。ＳＶ-ＧＭＲ１〜ＳＶ-ＧＭＲ４は図４(Ｂ)のように接続され、この回路から互いに位相が９０°ずれた２相の出力信号Ｖout１,Ｖout２が得られる。

また、別の磁気式位置検出装置として、磁気部材の着磁ピッチ＝Ｐに対して４個のＧＭＲ素子を磁極配列方向にＬ＝ｎＰ士(１／８)Ｐ(但し、ｎは整数)ずつ離間して配置したものが知られている(下記特許文献２参照)。４個のＧＭＲ素子は、感磁面が磁極配列面と平行である。４個のＧＭＲ素子のうち前側の２個のＧＭＲ素子は、固定層の磁化方向が磁極配列方向と交差して互いに反対方向に異なっている。後側の２個のＧＭＲ素子も同様である。４個のＧＭＲ素子はブリッジ接続され、この回路から互いに位相が９０°ずれた２相の出力信号が得られる。

特開２００６−２３１７９号公報特開２００３−１０６８６６号公報

図４(Ａ)に示される特許文献１の磁気式位置検出装置では、４個のスピンバルブ型磁気抵抗素子のうちピン層磁化方向が磁気部材１の磁極配列方向と平行なもの(ＳＶ-ＧＭＲ２及びＳＶ-ＧＭＲ４)は、磁気部材１の発生磁界のうち磁極配列方向と平行な磁界成分の変化を検出する。また、特許文献２の磁気式位置検出装置では、いずれのＧＭＲ素子も、磁気部材の発生磁界のうち磁極配列方向と平行な磁界成分の変化を検出する。以下、磁極配列方向と平行な磁界成分の変化を検出する場合の課題について説明する。

図５は、磁気部材の発生磁界のうち磁極配列方向に平行な磁界成分Ｈx及び同発生磁界のうち磁極配列面に垂直な磁界成分Ｈzを磁極配列方向に沿ってシミュレーションした場合の規格化値と、理想的な正弦波とを比較した波形図である。なお、シミュレーションにおいて、磁気部材は、磁極配列方向に関する長さが５０ｍｍで着磁ピッチが２０ｍｍのものとした。また、計算ポイント(磁界成分Ｈx及びＨzを計算した位置)は、磁極配列面から垂直に５ｍｍだけ離れた位置(エアギャップ５ｍｍ)で、磁極配列方向に関して中央から前後にそれぞれ１０ｍｍずつ(計２０ｍｍ)の範囲内とした。

同図より、磁極配列面に垂直な磁界成分Ｈzを磁極配列方向に沿ってシミュレーションした場合の規格化値は、磁気部材の端部(磁極配列方向の端部)に近づいても理想的な正弦波と比較した誤差が小さいことが分かる。他方、磁極配列方向に平行な磁界成分Ｈxを磁極配列方向に沿ってシミュレーションした場合の規格化値は、特に磁気部材の端部(磁極配列方向の端部)に近い位置において理想的な正弦波と比較した誤差が大きいことが分かる。理想的な正弦波と比較した誤差の原因としては、磁気部材が無限長でないために端部付近で磁界のバランスがくずれてしまうことによる影響がある。上記シミュレーションの結果より、その影響は、磁極配列面に垂直な磁界成分Ｈzよりも磁極配列方向に平行な磁界成分Ｈxに大きく及ぶと考えられる。したがって、特許文献２の磁気式位置検出装置のように磁気部材の発生磁界のうち磁極配列方向と平行な磁界成分の変化を検出する構成は、位置検出精度を高める観点からすると改善の余地がある。

また、特許文献１の磁気式位置検出装置では、磁気部材の端部に近い位置において、ピン層磁化方向が磁極配列面に垂直となっているＳＶ-ＧＭＲ１、ＳＶ-ＧＭＲ３の磁気特性はそれぞれ、後述の図２(Ｃ)におけるａ(低抵抗状態)、ｃ(高抵抗状態)であり、磁気バランスのくずれに対して影響が小さい特性部分にある。ところが、ピン層磁化方向が磁極配列面に平行となっているＳＶ-ＧＭＲ２、ＳＶ-ＧＭＲ４の磁気特性は、後述の図２(Ｃ)におけるｂ(中抵抗状態)であり、磁気バランスのくずれに対して影響が大きい特性部分に相当するため誤差が大きくなってしまう。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、磁気部材の磁極配列面に垂直な磁界成分の変化を検出する構成とすることにより、磁極配列方向と平行な磁界成分の変化を検出する構成と比較して位置検出精度を高めることが可能な磁気式位置検出装置を提供することにある。

本発明のある態様は、磁気式位置検出装置である。この磁気式位置検出装置は、
Ｎ極とＳ極が交互に配列された磁気部材と、
前記磁気部材の磁極配列面に対向する位置に存在する第１及び第２のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子とを備え、
前記磁気部材の磁極配列ピッチをＰとしたとき、前記第１及び第２のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、前記磁気部材の磁極配列方向に関してＰ／４だけ相互に離間し、
前記第１及び第２のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向は、前記磁気部材の前記磁極配列面に平行でなく、かつ前記磁気部材の前記磁極配列方向に対して略垂直であり、
前記磁気部材の磁極配列面に対向する位置に存在する第３及び第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子をさらに備え、
前記第１及び第３のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、前記磁気部材の前記磁極配列方向に関して同じ位置にあり、かつ、一方のピン層磁化方向が前記磁気部材の存在する側を向いているのに対して他方のピン層磁化方向は前記磁気部材の存在しない側を向き、
前記第２及び第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、前記磁気部材の前記磁極配列方向に関して同じ位置にあり、かつ、一方のピン層磁化方向が前記磁気部材の存在する側を向いているのに対して他方のピン層磁化方向は前記磁気部材の存在しない側を向いている。

ある態様の磁気式位置検出装置において、前記第１乃至第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を含む回路から、位相が相互に９０°ずれた２相の出力信号を得るとよい。

ある態様の磁気式位置検出装置において、
高電圧端子と低電圧端子との間に前記第１及び第３のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が直列に接続され、
高電圧端子と低電圧端子との間に前記第２及び第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が直列に接続され、
前記第１及び第３のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続点並びに前記第２及び第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続点から２相の出力信号を得るとよい。

ある態様の磁気式位置検出装置において、
前記磁気部材の磁極配列面に対向する位置に存在する第５乃至第８のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子をさらに備え、
前記第５及び第７のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、前記磁気部材の前記磁極配列方向に関して前記第１のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子と同じ位置にあり、かつ、前記第５のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向は前記第１のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向と反対側を向き、前記第７のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向は前記第３のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向と反対側を向き、
前記第６及び第８のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、前記磁気部材の前記磁極配列方向に関して前記第２のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子と同じ位置にあり、かつ、前記第６のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向は前記第２のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向と反対側を向き、前記第８のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向は前記第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向と反対側を向き、
高電圧端子と低電圧端子との間に、前記第１及び第３のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が直列に接続され、前記第２及び第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が直列に接続され、前記第５及び第７のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が直列に接続され、前記第６及び第８のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が直列に接続され、
前記第１及び第３のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続点と前記第５及び第７のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続点との電位差、並びに前記第２及び第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続点と前記第６及び第８のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続点との電位差が、２相の出力信号とされているとよい。

ある態様の磁気式位置検出装置において、各スピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向が、前記磁気部材の前記磁極配列面に対して略垂直であるとよい。

ある態様の磁気式位置検出装置において、各スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の感磁面が、前記磁気部材の発生磁界に対して略平行であるとよい。

ある態様の磁気式位置検出装置において、前記スピンバルブ型磁気抵抗効果素子がトンネル効果型磁気抵抗効果素子であるとよい。

ある態様の磁気式位置検出装置において、前記磁気部材の磁極配列面が平面又は曲面であるとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、第１及び第２のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向は磁気部材の磁極配列面に平行でなくかつ前記磁気部材の磁極配列方向に対して略垂直であるため、磁気特性において磁気バランスのくずれの影響が少ない磁気特性部分を使用することになり、磁極配列方向と平行な磁界成分の変化を検出する構成と比較して位置検出精度を高めることが可能となる。

(Ａ)は本発明の実施の形態に係る磁気式位置検出装置の概略的構成図、(Ｂ)は同磁気式位置検出装置におけるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続関係を示す回路図、(Ｃ)は同磁気式位置検出装置の出力信号の波形図。スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子(ＳＶ-ＧＭＲ)の膜構成及び磁気特性であって、(Ａ)は膜構成の概略斜視図、(Ｂ)は低抵抗状態、中抵抗状態及び高抵抗状態となるときのピン層磁化方向とフリー層磁化方向との関係を示す説明図、(Ｃ)はＳＶ-ＧＭＲの面内磁気特性(ピン層磁化方向とフリー層磁化方向の成す角度と抵抗変化率との関係)を示す波形図。変形例に関し、(Ａ)は実施の形態(図１)におけるＳＶ-ＭＲ３及びＳＶ-ＭＲ４を固定抵抗器に替えた場合の回路図、(Ｂ)はスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の使用個数を８つとしたフルブリッジ接続の場合の回路図。 (Ａ)は特許文献１の磁気式位置検出装置の概略的構成図、(Ｂ)は同磁気式位置検出装置におけるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続関係を示す回路図。磁気部材の発生磁界のうち磁極配列方向に平行な磁界成分及び同発生磁界のうち磁極配列面に垂直な磁界成分を磁極配列方向に沿ってシミュレーションした場合の規格化値と、理想的な正弦波とを比較した波形図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１(Ａ)は、本発明の実施の形態に係る磁気式位置検出装置１００の概略的構成図である。なお、本図では分かりやすくするために磁気部材１との関係で相対的にスピンバルブ型磁気抵抗効果素子(ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４)を大きく図示しているが、実際には微小寸法である(他の図においても同様)。図１(Ｂ)は、同磁気式位置検出装置１００におけるＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４の接続関係を示す回路図である。図１(Ｃ)は、同磁気式位置検出装置１００の出力信号Ｖout１,Ｖout２の波形図である。

磁気式位置検出装置１００は、被検知体である磁気部材１と、第１乃至第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子(ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４)とを備える。磁気部材１において、Ｎ極とＳ極が交互に現れる磁極配列面１ａは平面であって、磁極配列方向は磁気部材１の長手方向で、各磁極は直線的に配列されている。磁気部材１の磁極配列面１ａに対向する位置に、ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４が存在する。磁気部材１及びＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４の少なくとも一方は、磁気部材１の磁極配列方向に直線移動可能である。

ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４は、例えばスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子(ＳＶ-ＧＭＲ)である。ＳＶ-ＧＭＲは、図２(Ａ)の膜構成に示すように、磁化方向が一方向に固定された強磁性体のピン層と、電流が主として流れる非磁性層と、磁化方向が外部磁界方向(外部磁束方向)に一致する強磁性体のフリー層とで構成されている。ピン層磁化方向と外部磁界のベクトル方向が一致するときは図２(Ｂ)の状態ａ(低抵抗状態)となり、ＳＶ-ＧＭＲの感磁面内において外部磁界のベクトル方向を回転させると、ピン層磁化方向となす角度により抵抗値が変化し、角度９０°では状態ｂ(中抵抗状態)で外部磁界による抵抗値変化が実質ゼロとなり、反対方向のときは状態ｃ(高抵抗状態)となる。図２(Ｃ)は、ＳＶ-ＧＭＲの面内磁気特性図であり、ＳＶ-ＧＭＲの感磁面(フリー層が存在する平面)に平行な外部磁界が存在する条件下で外部磁界を感磁面に垂直な回転中心軸にて回転させた場合のピン層磁化方向に対する回転角度と抵抗変化率(ΔＲ／Ｒ)との関係を示す。この場合、抵抗変化率(ΔＲ／Ｒ)は正弦波形でなだらかに変化する。なお、ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４は、トンネル効果型磁気抵抗効果素子(ＳＶ-ＴＭＲ)であってもよい。ＳＶ-ＴＭＲも、ピン層磁化方向と外部磁界のベクトル方向との角度に応じて、ＳＶ-ＧＭＲと同様の面内磁気特性を有する。また、ＳＶ-ＧＭＲの場合と比較して出力信号の振幅をより大きく取れるため、磁界検出の感度を高めることができる。

図１(Ａ)に示されるように、ＳＶ-ＭＲ１及びＳＶ-ＭＲ２は磁気部材１の磁極配列方向に関してＰ／４(Ｐ：磁気部材１の磁極配列ピッチ)だけ相互に離間している。ＳＶ-ＭＲ３は磁極配列方向に関してＳＶ-ＭＲ１と同じ位置にあり、ＳＶ-ＭＲ４は磁極配列方向に関してＳＶ-ＭＲ２と同じ位置にある。ＳＶ-ＭＲ１及びＳＶ-ＭＲ２のピン層磁化方向は磁気部材１の磁極配列面１ａと略垂直かつ磁気部材１の存在する側を向いていて、ＳＶ-ＭＲ３及びＳＶ-ＭＲ４のピン層磁化方向は磁気部材１の磁極配列面１ａと略垂直かつ磁気部材１の存在しない側を向いている。つまり、ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４は、ピン層磁化方向が磁気部材１の磁極配列面１ａと略垂直であり、かつ磁極配列方向に関して同じ位置にあるものはピン層磁化方向が互いに逆向きである。ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４の感磁面は、磁気部材１の発生磁界に対して略平行(つまり磁極配列面１ａと略垂直かつ磁極配列方向と平行)である。

図１(Ｂ)に示されるように、ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４はブリッジ接続される。すなわち、ＳＶ-ＭＲ１及びＳＶ-ＭＲ３は高電圧端子(電圧Ｖin)と低電圧端子(GND)との間に直列に接続され、ＳＶ-ＭＲ２及びＳＶ-ＭＲ４も高電圧端子(電圧Ｖin)と低電圧端子(GND)との間に直列に接続され、ＳＶ-ＭＲ１及びＳＶ-ＭＲ３の接続点並びにＳＶ-ＭＲ２及びＳＶ-ＭＲ４の接続点から２相の出力信号Ｖout１,Ｖout２(GND基準)が得られる。

以下、磁気式位置検出装置１００の動作を説明する。磁気部材１とＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４との相対位置関係(以下のケース１〜４)の各々において、ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４並びに出力信号Ｖout１,Ｖout２の状態は次のとおりとなる。

ケース１… ＳＶ-ＭＲ１及びＳＶ-ＭＲ３が磁気部材１のＮ極の中心に近接対向し、ＳＶ-ＭＲ２及びＳＶ-ＭＲ４がＮ極とＳ極の境界に近接対向しているとき。
・ＳＶ-ＭＲ１：高抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが反対)
・ＳＶ-ＭＲ２：中抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが垂直)
・ＳＶ-ＭＲ３：低抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが一致)
・ＳＶ-ＭＲ４：中抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが垂直)
・Ｖout１：最小値
・Ｖout２：中間値

ケース２… ＳＶ-ＭＲ１及びＳＶ-ＭＲ３が磁気部材１のＮ極とＳ極の境界に近接対向し、ＳＶ-ＭＲ２及びＳＶ-ＭＲ４がＳ極の中心に近接対向しているとき。
・ＳＶ-ＭＲ１：中抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが垂直)
・ＳＶ-ＭＲ２：低抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが一致)
・ＳＶ-ＭＲ３：中抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが垂直)
・ＳＶ-ＭＲ４：高抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが反対)
・Ｖout１：中間値
・Ｖout２：最大値

ケース３… ＳＶ-ＭＲ１及びＳＶ-ＭＲ３が磁気部材１のＳ極の中心に近接対向し、ＳＶ-ＭＲ２及びＳＶ-ＭＲ４がＮ極とＳ極の境界に近接対向しているとき。
・ＳＶ-ＭＲ１：低抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが一致)
・ＳＶ-ＭＲ２：中抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが垂直)
・ＳＶ-ＭＲ３：高抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが反対)
・ＳＶ-ＭＲ４：中抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが垂直)
・Ｖout１：最大値
・Ｖout２：中間値

ケース４… ＳＶ-ＭＲ１及びＳＶ-ＭＲ３が磁気部材１のＮ極とＳ極の境界に近接対向し、ＳＶ-ＭＲ２及びＳＶ-ＭＲ４がＮ極の中心に近接対向しているとき。
・ＳＶ-ＭＲ１：中抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが垂直)
・ＳＶ-ＭＲ２：高抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが反対)
・ＳＶ-ＭＲ３：中抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが垂直)
・ＳＶ-ＭＲ４：低抵抗状態(ピン層磁化方向と外部磁界の向きが一致)
・Ｖout１：中間値
・Ｖout２：最小値

磁気部材１とＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４との相対位置関係が上記ケース１〜４を順番に繰り返す(ケース間の相対位置関係の変化は連続)ことで、図１(Ｃ)に示されるような互いに位相が９０°ずれた２相の出力信号Ｖout１,Ｖout２(実質的な正弦波)が得られる。なお、着磁ピッチＰ分の相対移動が図１(Ｃ)の０°〜３６０°に対応する。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４のピン層磁化方向が磁気部材１の磁極配列面１ａと略垂直であるため、ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４は磁気部材１の磁極配列面１ａに垂直な磁界成分の変化を検出することとなり、磁極配列方向と平行な磁界成分の変化を検出する構成と比較して位置検出精度を高めることが可能となる。これは、図５で既述のように、磁気部材１の発生磁界のうち磁極配列面１ａに垂直な磁界成分のほうが、磁極配列方向と平行な磁界成分と比較して、磁極配列方向への移動に対する大きさの変動が理想的な正弦波に近いためである。

(2) 磁極配列方向と平行な磁界成分の変化を検出する構成と比較して磁極配列方向に関して磁気部材１の端部に近づいても高精度の位置検出が可能なため、磁気部材１の長さが同じであれば同構成と比較して位置検出範囲を広げることができ、同じ位置検出範囲であれば磁気部材１の長さを短くして小型化とコスト削減を図ることができる。

(3) ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４の感磁面が磁気部材１の発生磁界(発生磁束)に対して略平行であるため、磁気部材１の発生磁界を有効利用できて好ましい。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素には請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

実施の形態ではスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を４つ(ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４)用いる場合を説明したが、変形例ではスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を２つとしてもよい。この場合、ＳＶ-ＭＲ１及びＳＶ-ＭＲ３のいずれか並びにＳＶ-ＭＲ２及びＳＶ-ＭＲ４のいずれかを例えば固定抵抗器とする。図３(Ａ)は、ＳＶ-ＭＲ３及びＳＶ-ＭＲ４を固定抵抗器に替えた場合の回路図である。本変形例では、実施の形態と比較して磁界検出の感度は落ちるものの、磁極配列方向と平行な磁界成分の変化を検出する構成と比較して位置検出精度を高めることは可能である。

あるいは、図３(Ｂ)に示すように、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の使用個数を８つとしてもよい。ＳＶ-ＭＲ１'〜ＳＶ-ＭＲ４'は、実施の形態に追加して設けたもので、磁極配列方向に関してＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４と同じ位置にあり、ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４とピン層磁化方向は逆となっている。ＳＶ-ＭＲ１'及びＳＶ-ＭＲ３'は高電圧端子(電圧Ｖin)と低電圧端子(GND)との間に直列に接続され、ＳＶ-ＭＲ２'及びＳＶ-ＭＲ４'も高電圧端子(電圧Ｖin)と低電圧端子(GND)との間に直列に接続される。つまり、ＳＶ-ＭＲ１とＳＶ-ＭＲ３とＳＶ-ＭＲ１'とＳＶ-ＭＲ３'とがフルブリッジ接続され、ＳＶ-ＭＲ２とＳＶ-ＭＲ４とＳＶ-ＭＲ２'とＳＶ-ＭＲ４'とがフルブリッジ接続される。そして、ＳＶ-ＭＲ１及びＳＶ-ＭＲ３の接続点とＳＶ-ＭＲ１'及びＳＶ-ＭＲ３'の接続点との電位差が出力信号Ｖout１となり、ＳＶ-ＭＲ２及びＳＶ-ＭＲ４の接続点とＳＶ-ＭＲ２'及びＳＶ-ＭＲ４'の接続点との電位差が出力信号Ｖout２となる。本変形例では、実施の形態と比較して磁界検出の感度をさらに高めることが可能となる。

実施の形態ではＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４のピン層磁化方向が磁気部材１の磁極配列面１ａと略垂直である場合を説明したが、これに限定されず、ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４が磁気部材１の磁極配列面１ａに垂直な磁界成分の変化を検出する構成である限り、ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４のピン層磁化方向は任意である。すなわち、ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４のピン層磁化方向は、磁気部材１の磁極配列面１ａに平行でなく、かつ磁気部材１の磁極配列方向に対して略垂直であればよい。

実施の形態ではＳＶ-ＭＲ１及びＳＶ-ＭＲ３が磁極配列面１ａに垂直に並んでいて、ＳＶ-ＭＲ２及びＳＶ-ＭＲ４も同様である場合を説明したが、変形例では並び方向は磁極配列面１ａと平行(縦方向への重ね合わせ)であってもよく、あるいは、磁極配列面１ａと任意の角度を成していてもよい。

実施の形態では磁気部材１の磁極配列面１ａが平面である場合を説明したが、変形例では磁極配列面１ａは円弧面等の曲面であってもよい。

１磁気部材
１ａ磁極配列面
１００磁気式位置検出装置
ＳＶ-ＭＲ１〜ＳＶ-ＭＲ４スピンバルブ型磁気抵抗効果素子
Ｖout１,Ｖout２出力信号

Claims

Ｎ極とＳ極が交互に配列された磁気部材と、
前記磁気部材の磁極配列面に対向する位置に存在する第１及び第２のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子とを備え、
前記磁気部材の磁極配列ピッチをＰとしたとき、前記第１及び第２のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、前記磁気部材の磁極配列方向に関してＰ／４だけ相互に離間し、
前記第１及び第２のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向は、前記磁気部材の前記磁極配列面に平行でなく、かつ前記磁気部材の前記磁極配列方向に対して略垂直であり、
前記磁気部材の磁極配列面に対向する位置に存在する第３及び第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子をさらに備え、
前記第１及び第３のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、前記磁気部材の前記磁極配列方向に関して同じ位置にあり、かつ、一方のピン層磁化方向が前記磁気部材の存在する側を向いているのに対して他方のピン層磁化方向は前記磁気部材の存在しない側を向き、
前記第２及び第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、前記磁気部材の前記磁極配列方向に関して同じ位置にあり、かつ、一方のピン層磁化方向が前記磁気部材の存在する側を向いているのに対して他方のピン層磁化方向は前記磁気部材の存在しない側を向いている、磁気式位置検出装置。
請求項１に記載の磁気式位置検出装置において、前記第１乃至第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を含む回路から、位相が相互に９０°ずれた２相の出力信号を得る、磁気式位置検出装置。
請求項１又は２に記載の磁気式位置検出装置において、
高電圧端子と低電圧端子との間に前記第１及び第３のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が直列に接続され、
高電圧端子と低電圧端子との間に前記第２及び第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が直列に接続され、
前記第１及び第３のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続点並びに前記第２及び第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続点から２相の出力信号を得る、磁気式位置検出装置。
請求項１又は２に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気部材の磁極配列面に対向する位置に存在する第５乃至第８のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子をさらに備え、
前記第５及び第７のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、前記磁気部材の前記磁極配列方向に関して前記第１のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子と同じ位置にあり、かつ、前記第５のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向は前記第１のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向と反対側を向き、前記第７のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向は前記第３のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向と反対側を向き、
前記第６及び第８のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、前記磁気部材の前記磁極配列方向に関して前記第２のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子と同じ位置にあり、かつ、前記第６のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向は前記第２のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向と反対側を向き、前記第８のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向は前記第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向と反対側を向き、
高電圧端子と低電圧端子との間に、前記第１及び第３のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が直列に接続され、前記第２及び第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が直列に接続され、前記第５及び第７のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が直列に接続され、前記第６及び第８のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が直列に接続され、
前記第１及び第３のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続点と前記第５及び第７のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続点との電位差、並びに前記第２及び第４のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続点と前記第６及び第８のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の接続点との電位差が、２相の出力信号とされている、磁気式位置検出装置。
請求項１から４のいずれかに記載の磁気式位置検出装置において、各スピンバルブ型磁気抵抗効果素子のピン層磁化方向が、前記磁気部材の前記磁極配列面に対して略垂直である、磁気式位置検出装置。
請求項１から５のいずれかに記載の磁気式位置検出装置において、各スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の感磁面が、前記磁気部材の発生磁界に対して略平行である、磁気式位置検出装置。
請求項１から６のいずれかに記載の磁気式位置検出装置において、前記スピンバルブ型磁気抵抗効果素子がトンネル効果型磁気抵抗効果素子である、磁気式位置検出装置。
請求項１から７のいずれかに記載の磁気式位置検出装置において、前記磁気部材の磁極配列面が平面又は曲面である、磁気式位置検出装置。