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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetdetektor, der
insbesondere zum Stabilisieren einer Ausgangswellenform und zum
Erhöhen der Detektionsgenauigkeit im Vergleich zum einschlägigen
Stand der Technik in der Lage ist.
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Stand der Technik
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Ein
Magnetowiderstandselement (GMR-Element bzw. giant magnetoresistive
element), das einen Riesen-Magnetowiderstandseffekt (GMR-Effekt) nutzt,
kann für einen Magnetcodierer verwendet werden.
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10 zeigt
eine Schnittdarstellung, in der ein Teil eines Magnetcodierers des
einschlägigen Standes der Technik dargestellt ist. Unter
Bezugnahme auf 10 weist ein Magnet 1 eine
Oberfläche auf, die als magnetisierte Oberfläche
dient. Auf der magnetisierten Oberfläche sind Nordpole
und Südpole in einer Relativbewegungsrichtung eines Sensorbereichs 2 in
einander abwechselnder Weise angeordnet.
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In 10 beinhaltet
der Sensorbereich 2 ein Substrat 3 sowie Magnetowiderstandselemente 4–7, die
auf einer Oberfläche des Substrats 3 ausgebildet sind.
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Die
Magnetowiderstandselemente 4 und 6 sind in Reihe
miteinander verbunden. Die Magnetowiderstandselemente 5 und 7 sind
in Reihe miteinander ver bunden. Die Magnetowiderstandselemente 4 und 6 bilden
eine A-Phasen-Halbbrücke. Die Magnetowiderstandselemente 5 und 7 bilden
eine B-Phasen-Halbbrücke. Eine zentrale Beabstandung (Mittenbeabstandung)
zwischen Nordpol und Südpol des Magneten 1 ist
mit λ bezeichnet. Unter Bezugnahme auf 10 beträgt
eine Distanz zwischen den Mitten der in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente 4 und 6 sowie
eine Distanz zwischen den Mitten der in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente 5 und 7 jeweils λ.
Die Magnetowiderstandselemente 4 bis 7 sind jeweils
aus einem einheitlichen Schichtkörper 8 gebildet.
Der Schichtkörper 8 beinhaltet eine antiferromagnetische
Schicht 9, eine gepinnte bzw. fixierte Magnetschicht 10,
eine Schicht 11 aus nichtmagnetischem Material und eine
freie Magnetschicht 12, die in dieser Reihenfolge von unten her
aufeinander gestapelt sind.
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Unter
Bezugnahme auf 10 ist die Magnetisierung der
fixierten Magnetschicht 10 in der X1-Richtung in der Zeichnung
durch ein Austauschkopplungsmagnetfeld (Hex) fixiert, das zwischen
der fixierten Magnetschicht 10 und der antiferromagnetischen
Schicht 9 erzeugt wird. Bei einer Magnetisierungsrichtung 10a der
fixierten Magnetschicht 10 handelt es sich um eine Richtung,
die in 10 durch einen Pfeil dargestellt
ist.
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Die
Magnetisierungsrichtung 10a der fixierten Magnetschicht 10 ist
die gleiche wie die Relativbewegungsrichtung des Sensorbereichs 2.
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Wenn
sich der Sensorbereich 2 in der X1-Richtung in 10 relativ
bewegt, fließen externe Magnetfelder H1 und externe Magnetfelder
H2 abwechselnd zu den Magnetowiderstandselementen 4 bis 7 des
Sensorbereichs 2. Das externe Magnetfeld H1 ist von dem
Magneten 1 in einer (+)-Richtung zu der Relativbewegungsrichtung
gerichtet. Das externe Magnetfeld H2 ist von dem Magneten 1 in
einer zu der (+)-Richtung entgegengesetzten (–)-Richtung
gerichtet.
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Hinsichtlich
der positionsmäßigen Beziehung zwischen dem Magneten 1 und
dem Sensorbereich 2 gemäß der Darstellung
in 10 befindet sich das Magnetowiderstandselement 4 direkt
unterhalb der Grenze von dem Nordpol und dem Südpol. Ein
externes magnetisches Feld H3, das in dem externen Magnetfeld H1
in der (+)-Richtung enthalten ist und parallel zu der X1-Richtung
in der Zeichnung angeordnet ist, fließt somit in erster
Linie zu dem Magnetowiderstandselement 4. Das Magnetowiderstandselement 5 befindet
sich direkt unterhalb von einem Südpol. Somit fließt
ein externes Magnetfeld H4 in einer vertikal nach oben gehenden
Richtung (Z1-Richtung in der Zeichnung) in erster Linie zu dem Magnetowiderstandselement 5.
Das Magnetowiderstandselement 6 befindet sich direkt unterhalb
der Grenze von einem Nordpol und einem Südpol. Ein externes
Magnetfeld H5, das in dem externen Magnetfeld H2 in der (–)-Richtung
enthalten ist und parallel zu der X2-Richtung in der Zeichnung angeordnet ist,
fließt somit in erster Linie zu dem Magnetowiderstandselement 6.
Das Magnetowiderstandselement 7 befindet sich direkt unterhalb
von einem Nordpol. Ein externes Magnetfeld H6 in einer vertikal
nach unten gehenden Richtung (Z2-Richtung in der Zeichnung) fließt
somit in erster Linie zu dem Magnetowiderstandselement 7.
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Somit
variiert eine Magnetisierungsrichtung 12a der freien Magnetschicht 12 des
Magnetowiderstandselements 4 in der gleichen Richtung wie
die Richtung des externen Magnetfeldes H3. Da es sich bei der Magnetisierungsrichtung 12a der
freien Magnetschicht 12 und der Magnetisierungsrichtung 10a der
fixierten Magnetschicht 10 des Magnetowiderstandselements 4 um
die gleiche Richtung handelt, ist ein elektrischer Widerstand des
Magnetowiderstandselements 4 auf ein Minimum reduziert.
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Eine
Magnetisierungsrichtung 12a der freien Magnetschicht 12 des
Magnetowiderstandselements 6 variiert in der gleichen Richtung
wie die Richtung des externen Magnetfeldes H5. Da es sich bei der Magnetisierungsrichtung 12a der
freien Magnetschicht 12 und der Magnetisierungsrichtung 10a der fixierten
Magnetschicht 10 des Magnetowiderstandselements 6 um
entgegengesetzte Richtungen handelt, ist ein elektrischer Widerstand
des Magnetowiderstandselements 4 maximiert.
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Auf
diese Weise erfolgt bei Bewegung des Sensorbereichs 2 relativ
zu dem Magneten 1 in der X1-Richtung in der Zeichnung eine
Veränderung der elektrischen Widerstände der Magnetowiderstandselemente 4 bis 7 in
dem Maße, in dem sich die Richtungen der zu den Magnetowiderstandselementen 4 bis 7 fließenden
externen Magnetfelder H ändern. Eine Änderung
in der Spannung in Abhängigkeit von einer Änderung
bei dem elektrischen Widerstand erhält man in Form einer
Sinuswellen-Ausgangswellenform. Mit der Ausgangswellenform kann
z. B. eine Bewegungsgeschwindigkeit, eine Bewegungsdistanz usw.
des Magneten 1 ermittelt werden.
- [Patentdokument
1] Ungeprüfte japanische
Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2000-35343
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Offenbarung der Erfindung
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Von der Erfindung zu lösende
Probleme
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Bei
dem in 10 dargestellten Magnetcodierer
besteht jedoch ein im folgenden geschildertes Problem.
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Unter
Bezugnahme auf 10 wirken dann, wenn sich die
Magnetowiderstandselemente 5 und 7 direkt unterhalb
von einem Südpol bzw. Nordpol befinden, die externen Magnetfelder
H4 und H6 auf die Magnetowiderstandselemente 5 bzw. 7 in
einer Richtung, die zu einer Schichtgrenzfläche orthogonal
ist. Zu diesem Zeitpunk variiert die Magnetisierung der freien Magnetschicht 12 nicht.
Dieser Zustand ist äquivalent zu einem Zustand eines nicht-magnetischen
Feldes (d. h. einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld Null
beträgt). In diesem Zustand wirkt das externe Magnetfeld
(Messmagnetfeld) H nicht auf das Magnetowiderstandselement 5 oder 7.
In dem nicht-magnetischen Feld wird die Magnetisierungsrichtung
der freien Magnetschicht 12 nicht in einer Richtung fixiert.
Die elektrischen Widerstände der Magnetowiderstandselemente 5 und 7 werden
daher instabil. Als Ergebnis hiervon variiert die Ausgangswellenform,
und die Detektionsgenauigkeit wird geringer.
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Es
sei z. B. angenommen, dass ein Störmagnetfeld H7, bei dem
es sich nicht um das externe Magnetfeld (Messmagnetfeld) H von dem
Magneten 1 handelt, auf die in 10 gezeigten
Magnetowiderstandselemente 4 und 7 in einer Richtung
orthogonal zu den Magnetisierungsrichtungen 10a der fixierten Magnetschichten 10 wirkt.
Wenn die Magnetisierungsrichtungen 12a der freien Magnetschichten 12 in
Richtung auf das Störmagnetfeld H7 verlagert werden, wird in
Bezug auf 11 der elektrische Widerstand
des Magnetowiderstandselements 4 erhöht, während
der elektrische Widerstand des Magnetowiderstandselements 6 geringer
wird. Wenn das Störmagnetfeld H7 wirksam ist, zeigen die
in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente 4 und 6 entgegengesetzte
Tendenzen für eine Zunahme und eine Abnahme bei den elektrischen
Widerständen. Die Ausgangswellenform bei Wirkung des Störmagnetfeldes
H7 kann somit in Bezug auf eine Referenz-Ausgangswellenform, wenn
kein Störmagnetfeld H7 wirksam ist, stark variieren. Die
Schwankung der Ausgangswellenform kann zu Rauschen oder einem fehlerhaften
Betrieb führen.
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Die
Ausgangswellenform kann auch dann stark variieren, wenn das Störmagnetfeld
H7 in einer anderen Richtung wirkt als der zu den Magnetisierungsrichtungen 10a der
fixierten Magnetschichten 10 orthogonalen Richtung.
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Bei
dem Patentdokument 1 handelt es sich um eine Erfindung,
die sich auf einen magnetischen Drehcodierer bezieht. Eine positionsmäßige
Beziehung zwischen einem Magnetowiderstandselement und einem Magneten
sowie die Magnetisierungsrichtungen von fixierten Magnetschichten
der Magnetowiderstandselemente sind ähnlich wie bei dem
in 10 gezeigten Magnetcodierer. Bei dem in dem Patentdokument
offenbaren magnetischen Drehcodierer kann ein ähnliches
Problem auftreten wie bei dem einschlägigen Stand der Technik.
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Die
vorliegende Erfindung soll das vorstehend geschilderte Problem lösen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung
eines Magnetdetektors, der zum Stabilisieren der Ausgangswellenform
und zum Erhöhen der Detektionsgenauigkeit besonders in
der Lage ist.
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Mittel zum Lösen
der Probleme
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Ein
Magnetdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung
beinhaltet einen Sensorbereich auf einem Substrat, wobei der Sensorbereich
ein einen Magnetowiderstandseffekt nutzendes Magnetowiderstandselement
aufweist, mit dem Effekt, dass ein elektrischer Widerstand durch
ein externes Magnetfeld verändert wird; und ein Magnetfeld-Erzeugungselement, das
dem Sensorbereich zugewandt gegenüberliegt, wobei zwischen
diesen ein Abstand vorhanden ist.
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Das
Magnetfeld-Erzeugungselement weist eine Nordpol- und Südpol-Anordnung
auf, die auf einer dem Sensorbereich zugewandten Oberfläche des
Magnetfeld-Erzeugungselements abwechselnd magnetisiert sind, so
dass ein externes Magnetfeld in einer (+)-Richtung zu einer Relativbewegungsrichtung
hin oder einer relativen Rotationsrichtung hin sowie ein externes
Magnetfeld in einer zu der (+)-Richtung entgegengesetzten (–)-Richtung
bei einer Bewegung oder Rotation des Sensorbereichs relativ zu dem
Magnetfeld-Erzeugungselement abwechselnd auf das Magnetowiderstandselement
einwirken.
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Eine
Mehrzahl von Magnetowiderstandselementen ist auf einer Oberfläche
des Substrats vorgesehen, wobei jedes der Magnetowiderstandselemente
eine Schichtstruktur besitzt, die eine fixierte Magnetschicht mit
einer in einer Richtung fixierten Magnetisierungsrichtung, eine
freie Magnetschicht mit einer durch das externe Magnetfeld variablen
Magnetisierung sowie eine Schicht aus nichtmagnetischem Material
aufweist, wobei die Schichten derart gestapelt sind, dass die Schicht
aus nichtmagnetischem Material zwischen der fixierten Magnetschicht
und der freien Magnetschicht angeordnet ist.
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Unter
der Annahme, dass eine Distanz zwischen den Mitten der Nordpol-
und Südpol-Anordnung λ beträgt, sind
die in Reihe miteinander verbundenen Magnetowiderstandselemente
mit einer Distanz λ zwischen den Mitten der Magnetowiderstandselemente
in einer Richtung parallel zu der Relativbewegungsrichtung oder
in einer Richtung parallel zu einer Tangentialrichtung, wenn das
Zentrum der Oberfläche des Substrats als Kontakt an der
relativen Rotationsrichtung dient, angeordnet.
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Grenzflächen
in den Schichten der Schichtstruktur von jedem der Magnetowiderstandselemente
sind parallel zu einer Ebene, die durch eine Mindestdistanzrichtung
bzw. Richtung der Mindestdistanz zwischen dem Sensorbereich und
dem Magnetfeld-Erzeugungselement sowie die Relativbewegungsrichtung
oder die relative Rotationsrichtung definiert ist.
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Die
fixierten Magnetschichten der Magnetowiderstandselemente weisen
jeweilige Magnetisierungsrichtungen auf, wobei alle der Magnetisierungsrichtungen
in einer zu den Grenzflächen parallelen Ebene orthogonal
zu der Relativbewegungsrichtung oder der relativen Rotationsrichtung
sind.
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Bei
der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben worden
ist, sind die Grenzflächen in den Schichten der Schichtstruktur
von jedem der Magnetowiderstandselemente parallel zu der Ebene,
die durch die Mindestdistanzrichtung zwischen dem Sensorbereich
und dem Magnetfeld-Erzeugungselement sowie die Relativbewegungsrichtung
oder die relative Rotationsrichtung definiert ist. Ein rotationsmäßiges
Magnetfeld wirkt somit in angemessener Weise innerhalb der Ebene
parallel zu der Grenzfläche der freien Magnetschicht von
dem Magnetfeldelement, und im Gegensatz zum Stand der Technik wirkt
das externe Magnetfeld nicht in einer Richtung orthogonal zu der
Grenzfläche. Somit wird kein nichtmagnetischer Zustand
(der Zustand, in dem das externe Magnetfeld Null beträgt)
für das Magnetowiderstandselement erzeugt, wie dies beim
Stand der Technik der Fall ist, und eine Schwankung in der Ausgangswellenform
kann im Vergleich zum Stand der Technik vermindert werden.
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Außerdem
ist bei der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben
worden ist, die Mittenbeabstandung zwischen den in Reihe verbundenen
Magnetowiderstandselementen kontrolliert. Auch die Magnetisierungsrichtungen
der fixierten Magnetschichten der Magnetowiderstandselemente sind
kontrolliert. Wenn ein Störmagnetfeld, bei dem es sich
um ein anderes Magnetfeld handelt, als das von dem Magnetfeld-Erzeugungselement
erzeugte externe Magnetfeld, auf die Magnetowiderstandselemente
einwirkt, können somit Tendenzen für einen Anstieg
und eine Verminderung bei den elektrischen Widerständen
der in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente ausgeglichen
werden. Das heißt, bei Wirken des Störmagnetfeldes
können die elektrischen Widerstände von beiden
Magnetowiderstandselementen erhöht werden. Als Ergebnis
hiervon wird eine Schwankung in der Ausgangswellenform bei Einwirken
eines Störmagnetfeldes gegenüber der Ausgangswellenform
in dem Fall, in dem kein Störmagnetfeld wirksam ist, im
Vergleich zum Stand der Technik wirksam vermindert.
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Wie
vorstehend beschrieben worden ist, kann mit der vorliegenden Erfindung
die Ausgangswellenform stabilisiert werden, und die Detektionsgenauigkeit
kann im Vergleich zum Stand der Technik erhöht werden.
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Bei
der vorliegenden Erfindung können die Magnetowiderstandselemente
vorzugsweise ein erstes, zweites, drittes und viertes Magnetowiderstandselement
beinhalten, die eine Brückenschaltung bilden, wobei das
erste und das zweite Magnetowiderstandselement mit einer Mittenbeabstandung λ voneinander
in Reihe miteinander verbunden sind, wobei das dritte und das vierte
Magnetowiderstandselement mit einer Mittenbeabstandung λ voneinander
in Reihe miteinander verbunden sind, wobei das erste und das dritte
Magnetowiderstandselement parallel miteinander verbunden sind und
wobei das zweite und das vierte Magnetowiderstandselement parallel miteinander
verbunden sind.
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Das
erste und das vierte Magnetowiderstandselement können vorzugsweise
in einer Richtung orthogonal zu der Relativbewegungsrichtung oder
in einer Richtung orthogonal zu der Tangentialrichtung angeordnet
sein, und das zweite und das dritte Magnetowiderstandselement können
vorzugsweise in der Richtung orthogonal zu der Relativbewegungsrichtung
oder in der Richtung orthogonal zu der Tangentialrichtung angeordnet
sein.
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Ferner
können das erste und das dritte Magnetowiderstandselement
vorzugsweise über einen Eingangsanschluss parallel miteinander
verbunden sein, wobei das zweite und das vierte Magnetowiderstandselement über
einen Erdungsanschluss parallel miteinander verbunden sind.
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Bei
der vorliegenden Erfindung kann ein Kontakt zwischen dem ersten
und dem zweiten Magnetowiderstandselement vorzugsweise als erster Ausgangsextraktionsbereich
dienen, und ein Kontakt zwischen dem dritten und vierten Magnetowiderstandselement
kann vorzugsweise als zweiter Ausgangsextraktionsbereich dienen,
wobei der erste und der zweite Ausgangsextraktionsbereich mit einer
Eingangsseite eines Differenzverstärkers verbunden sind
und eine Ausgangsseite des Differenzverstärkers mit einem
Ausgangsanschluss verbunden ist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung können vorzugsweise A-Phasen-Magnetowiderstandselemente und
B-Phasen-Magnetowiderstandselemente mit Brückenschaltungs-Struktur
derart auf einem Substrat gebildet sein, dass die A-Phasen- und
B-Phasen-Magnetowiderstandselemente in der zu der Relativbewegungsrichtung
parallelen Richtung angeordnet sind und voneinander um λ/2
versetzt sind.
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Somit
kann die Brückenschaltung, die zum Verdoppeln des Ausgangs
in der Lage ist, in angemessener Weise gebildet werden, und die
Detektionsgenauigkeit kann erhöht werden.
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Vorteile
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Mit
dem Magnetdetektor der vorliegenden Erfindung kann die Ausgangswellenform
stabilisiert werden und die Detektionsgenauigkeit kann im Vergleich
zum Stand der Technik erhöht werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Perspektivansicht, in der ein Teil eines Magnetcodierers gemäß einem
Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
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2 zeigt
eine vergrößerte Seitenansicht, in der der Magnetcodierer
teilweise dargestellt ist.
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3 zeigt
eine vergrößerte Seitenansicht, in der der Magnetcodierer
teilweise dargestellt ist.
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4 zeigt
eine vergrößerte Schnittdarstellung entlang der
Linie A-A in 2 in einer Schichtdickenrichtung
sowie betrachtet in einer durch Pfeile angezeigten Richtung.
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5 zeigt
ein Schaltbild eines Sensorbereichs.
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6(a) bis 6(c) zeigen
Ansichten zur Erläuterung, dass bei Einwirken eines Störmagnetfeldes auch
in Reihe verbundene Magnetowiderstandselemente des vorliegenden
Ausführungsbeispiels die Magnetowiderstandselemente gleiche
Tendenzen für eine Zunahme und Abnahme bei den elektrischen Widerständen
der Magnetowiderstandselemente zeigen.
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7(a) bis 7(c) zeigen
Ansichten zur Erläuterung einer neuartigen positionsmäßigen
Beziehung dahingehend, dass bei Wirken eines Störmagnetfeldes
auf in Reihe verbundene Magnetowiderstandselemente des vorliegenden
Ausführungsbeispiels die Magnetowiderstandselemente unterschiedliche
Tendenzen für eine Zunahme und Abnahme bei den elektrischen
Widerständen der Magnetowiderstandselemente zeigen.
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8 zeigt
eine graphische Darstellung eines elektrischen Referenzwiderstands,
wenn kein Störmagnetfeld auf die in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente
des vorliegenden Ausführungsbeispiels wirkt, sowie ei nes
veränderten elektrischen Widerstands, wenn ein Störmagnetfeld
auf die Magnetowiderstandselemente wirkt.
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9 zeigt
eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Magnetcodierers
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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10 zeigt
eine Schnittdarstellung, in der ein Teil eines Magnetcodierers des
einschlägigen Standes der Technik dargestellt ist.
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11 zeigt
eine graphische Darstellung eines elektrischen Referenzwiderstandes,
wenn kein Störmagnetfeld auf in Reihe verbundene Magnetowiderstandselemente
des einschlägigen Standes der Technik wirkt, sowie eines
veränderten elektrischen Widerstandes, wenn ein Störmagnetfeld
auf die Magnetowiderstandselemente wirkt.
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Beste Art und Weise zum Ausführen
der Erfindung
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1 zeigt
eine Perspektivansicht, in der ein Teil eines Magnetcodierers (Magnetdetektors)
gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
dargestellt ist. Die 2 und 3 zeigen
vergrößerte Seitenansichten, in denen der Magnetcodierer
teilweise dargestellt ist. 4 zeigt
eine vergrößerte Schnittdarstellung entlang einer
Linie A-A in 2 in einer Schichtdickenrichtung
sowie bei Betrachtung in einer durch Pfeile angedeuteten Richtung. 5 zeigt
ein Schaltbild eines Sensorbereichs. Die 6(a) bis 6(c) zeigen Ansichten zur Erläuterung, dass
bei Einwirken eines Störmagnetfeldes auf in Reihe verbundene
Magnetowiderstandselemente des vorliegenden Ausführungsbeispiels
die Magnetowiderstandselement gleiche Tendenzen für eine
Zunahme und Abnahme bei den elektrischen Widerständen der
Magnetowiderstandselemente zeigen. Die 7(a) bis 7(c) zeigen Ansichten zur Erläuterung
einer neuartigen positionsmäßigen Beziehung dahingehend,
dass dann, wenn ein Störmagnetfeld auf die in Reihe verbundenen
Magnetowiderstandselemente des vorliegenden Ausführungsbeispiels wirkt,
die Magnetowiderstandselemente unterschiedliche Tendenzen für
eine Zunahme und Abnahme bei den elektrischen Widerständen
der Magnetowiderstandselemente zeigen. 8 zeigt
eine gra phische Darstellung eines elektrischen Referenzwiderstandes,
wenn kein Störmagnetfeld auf die in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente
des vorliegenden Ausführungsbeispiels wirkt, sowie eines
veränderten elektrischen Widerstandes, wenn ein Störmagnetfeld
auf die Magnetowiderstandselemente wirkt.
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In
der X1-X2-Richtung, der Y1-Y2-Richtung sowie der Z1-Z2-Richtung
in den jeweiligen Zeichnungen ist jede Richtung orthogonal zu den
jeweiligen anderen beiden Richtungen. Bei der X1-Richtung handelt
es sich um eine Bewegungsrichtung eines Magneten oder eines Sensorbereichs.
In der Z1-Z2-Richtung sind der Magnet und der Sensorbereich einander
zugewandt gegenüberliegend angeordnet, wobei zwischen ihnen
eine vorbestimmte Distanz vorhanden ist.
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Unter
Bezugnahme auf 1 beinhaltet ein Magnetcodierer 20 einen
Permanentmagneten (Magnetfeld-Erzeugungselement) 21 und
einen Sensorbereich 22.
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Der
Permanentmagnet 12 ist stabförmig ausgebildet
und erstreckt sich in der Zeichnung in der X1-X2-Richtung. Nordpole
und Südpole mit jeweils einer vorbestimmten Breite sind
in der X1-X2-Richtung in der Zeichnung abwechselnd magnetisiert. Eine
Distanz (Mittenbeabstandung) zwischen der Mitte einer magnetisierten
Oberfläche eines Nordpols und der Mine einer magnetisierten
Oberfläche eines benachbarten Südpols beträgt λ.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist eine vorbestimmte Distanz
(Mindestdistanz) T1 zwischen dem Permanentmagneten 21 und
dem Sensorbereich 22 vorgesehen.
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Wie
in 1 gezeigt ist, beinhaltet der Sensorbereich 22 ein
Substrat 23 sowie eine Mehrzahl von Magnetowiderstandselementen 24a bis 24h,
die auf einer Oberfläche 23a des Substrats 23 vorgesehen
sind.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 sind die
acht Magnetowiderstandselemente 24a bis 24h in
einer Matrix aus vier Elementen in der X1-X2-Richtung und zwei Elementen
in der Y1-Y2-Richtung angeordnet. Unter Bezugnahme auf
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2 beträgt
eine Distanz zwischen den in Breitenrichtung (X1-X2-Richtung in
der Zeichnung) gelegenen Mitten der Magnetowiderstandselemente, die
in der X1-X2-Richtung einander benachbart sind, λ/2.
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Unter
Bezugnahme auf 4 sind die Magnetowiderstandselemente 24a bis 24h jeweils
aus dem gleichen Schichtkörper 35 gebildet. Während 4 nur
die Magnetowiderstandselemente 24a bis 24d zeigt,
sind auch die Magnetowiderstandselemente 24e bis 24h aus
dem gleichen Schichtkörper gebildet. Da alle der Magnetowiderstandselemente 24a bis 24h aus
gleichen Schichtkörpern 35 gebildet sind, können
die Magnetowiderstandselemente 24a bis 24h durch
den gleichen Herstellungsvorgang gebildet werden. Obwohl es im Folgenden
noch beschrieben wird, sind die Magnetisierungsrichtungen 31a von
allen gepinnten bzw. fixierten Magnetschichten 31 der Magnetowiderstandselemente 24a bis 24h in
der gleichen Richtung fixiert. Durch einmaliges Ausführen
einer Wärmebehandlung in einem Magnetfeld können
somit die Magnetisierungsrichtungen 31a von allen fixierten
Magnetschichten 31 in der gleichen Richtung fixiert werden.
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Unter
Bezugnahme auf 4 ist jedes Magnetowiderstandselement
aus dem Schichtkörper 35 gebildet, der eine antiferromagnetische
Schicht 30, eine fixierte Magnetschicht 31, eine
Schicht 32 aus nichtmagnetischem Material, eine freie Magnetschicht 33 sowie
eine Schutzschicht 34 aufweist, die in dieser Reihenfolge
von unten her aufeinandergestapelt sind. Die Schichtstruktur des
Schichtkörpers 35 ist nicht auf die in 4 dargestellte
beschränkt. Bei dem Schichtkörper 35 kann
eine Basisschicht zwischen der antiferromagnetischen Schicht 30 und dem
Substrat 23 gebildet sein. Auch können bei dem Schichtkörper 35 die
freie Magnetschicht 33, die Schicht 32 aus nichtmagnetischem
Material, die fixierte Magnetschicht 31, die antiferromagnetische Schicht 30 und
die Schutzschicht 34 in dieser Reihenfolge von unten her
aufeinandergestapelt sein.
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Die
antiferromagnetische Schicht 30 ist z. B. aus PtMn oder
IrMn gebildet. Die fixierte Magnetschicht 31 und die freie
Magnetschicht 33 sind z. B. aus NiFe oder CoFe gebildet.
Die Schicht 32 aus nichtmagnetischem Material ist z. B.
aus Cu hergestellt. Die Schutzschicht 34 ist z. B. aus
Ta hergestellt.
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Die
Magnetisierung der fixierten Magnetschicht 31 ist in einer
Richtung durch ein Austauschkopplungsmagnetfeld (Hex) fixiert, das
zwischen der fixierten Magnetschicht 31 und der antiferromagnetischen
Schicht 30 durch Wärmebehandlung in einem Magnetfeld
erzeugt wird. Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 sind
die Magnetisierungsrichtungen 31a der fixierten Magnetschichten 31 von
allen Magnetowiderstandselementen 24a bis 24h in
der Zeichnung in der Z1-Richtung fixiert. Dagegen sind die Magnetisierungsrichtungen
der freien Magnetschichten 33 nicht fixiert, und diese
variieren durch ein externes Magnetfeld (Messmagnetfeld).
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ein Tunnel-Magnetowiderstandselement (TMR-Element),
das eine Schicht 32 aus nichtmagnetischem Material aufweist,
die beispielsweise aus einem isolierenden Material wie Al2O3 gebildet ist,
anstelle des GMR-Elements verwendet werden, das die Schicht 32 aus
nichtmagnetischem Material aus einem nichtmagnetischem leitfähigen
Material beinhaltet und einen Riesen-Magnetowiderstandseffekt (GMR-Effekt)
nutzt.
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In
der nachfolgenden Beschreibung werden das Magnetowiderstandselement 24a als
erstes Magnetowiderstandselement 24a, das Magnetowiderstandselement 24b als
fünftes Magnetowiderstandselement 24b, das Magnetowiderstandselement 24c als
zweites Magnetowiderstandselement 24c, das Magnetowiderstandselement 24d als
sechstes Magnetowiderstandselement 24d, das Magnetowiderstandselement 24e als
viertes Magnetowiderstandselement 24e, das Magnetowiderstandselement 24f als
achtes Magnetowiderstandselement 24f, das Magnetowiderstandselement 24g als
drittes Magnetowiderstandselement 24g und das Magnetowiderstandselement 24h als
siebtes Magnetowiderstandselement 24h bezeichnet.
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Unter
Bezugnahme auf 5 bilden das erste Magnetowiderstandselement 24a,
das zweite Magnetowiderstandselement 24c, das dritte Magnetowiderstandselement 24g und
das vierte Magnetowiderstandselement 24e eine A-Phasen-Brückenschaltung.
Das erste Magnetowiderstandselement 24a und das zweite
Magnetowiderstandselement 24c sind über einen
ersten Ausgangsex traktionsbereich 50 in Reihe miteinander
verbunden. Das vierte Magnetowiderstandselement 24e und
das dritte Magnetowiderstandselement 24g sind über
einen zweiten Ausgangsextraktionsbereich 51 in Reihe miteinander verbunden.
Wie in 5 gezeigt ist, sind das erste Magnetowiderstandselement 24a und
das dritte Magnetowiderstandselement 24g über
einen Eingangsanschluss 52 parallel miteinander verbunden.
Das zweite Magnetowiderstandselement 24c und das vierte
Magnetowiderstandselement 24e sind über einen
Erdungsanschluss 53 parallel miteinander verbunden.
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In 5 sind
der erste und der zweite Ausgangsextraktionsbereich 50 und 51 mit
einer Eingangsseite eines ersten Differenzverstärkers 58 verbunden,
und eine Ausgangsseite des ersten Differenzverstärkers 58 ist
mit einem ersten Ausgangsanschluss 59 verbunden.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können das
fünfte Magnetowiderstandselement 24b, das sechste
Magnetowiderstandselement 24d, das siebte Magnetowiderstandselement 24h und
das achte Magnetowiderstandselement 24f eine B-Phasen-Brückenschaltung
bilden. Das fünfte Magnetowiderstandselement 24b und
das sechste Magnetowiderstandselement 24d sind über
einen dritten Ausgangsextraktionsbereich 54 in Reihe miteinander verbunden.
Das achte Magnetowiderstandselement 24f und das siebte
Magnetowiderstandselement 24h sind über einen
vierten Ausgangsextraktionsbereich 54 in Reihe miteinander
verbunden. Wie in 5 gezeigt ist, sind das fünfte
Magnetowiderstandselement 24b und das siebte Magnetowiderstandselement 24h über
einen Eingangsanschluss 56 parallel verbunden. Das sechste
Magnetowiderstandselement 24d und das achte Magnetowiderstandselement 24f sind über
einen Erdungsanschluss 57 parallel verbunden.
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In 5 sind
der dritte und der vierte Ausgangsextraktionsbereich 54 und 55 mit
einer Eingangsseite eines zweiten Differenzverstärkers 60 verbunden,
und eine Ausgangsseite des zweiten Differenzverstärkers 60 ist
mit einem zweiten Ausgangsanschluss 61 verbunden.
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Unter
Bezugnahme auf 2 beträgt eine Distanz
zwischen den Mitten der in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente
in der in 5 gezeigten Brückenschaltung λ.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist einer von dem
Sensorbereich 22 und dem Permanentmagnet 21 linear
beweglich in einer Richtung abgestützt, die zu der X1-X2-Richtung
in der Zeichnung parallel ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird ein durch den Permanentmagneten 21 erzeugter externer
Magnetfeldbereich innerhalb eines Relativbewegungsraums des Sensorbereichs 22 gebildet.
Wenn dabei angenommen wird, dass die Relativbewegungsrichtung (in 1 die
X1-Richtung in der Zeichnung) eine (+)-Richtung ist und dass eine der
Relativbewegungsrichtung entgegengesetzte Richtung (in 1 die
X2-Richtung in der Zeichnung) eine (–)-Richtung ist, so
werden in Bezug auf die 1 und 2 ein externes
Magnetfeld H8 in der (+)-Richtung zu der Relativbewegungsrichtung
hin sowie ein externes Magnetfeld H9 in der zu der Relativbewegungsrichtung
entgegengesetzten (–)-Richtung abwechselnd in dem externen
Magnetfeldbereich erzeugt.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist unter Bezugnahme
auf die 1 bis 4 die Oberfläche
(eine Ausbildungsoberfläche, auf der die Magnetowiderstandselemente
ausgebildet sind) 23a des Substrats 23 parallel
zu einer Ebene, die durch eine Mindestdistanzrichtung zwischen dem
Sensorbereich 22 und dem Permanentmagneten 21 (d.
h. in einer Distanzrichtung T1; in der Zeichnung in der Z1-Z2-Richtung)
und die Relativbewegungsrichtung (die X1-Richtung in der Zeichnung)
definiert ist. Das heißt, die Oberfläche 23a des
Substrats 23 ist in Richtung einer Ebene angeordnet, die
parallel zu der X-Z-Ebene in der Zeichnung ist.
-
Somit
sind Grenzflächen in den Schichten von jedem der auf der
Oberfläche 23a des Substrats 23 ausgebildeten
Magnetowiderstandselemente 24a bis 24h in Richtung
der Ebene angeordnet, die zu der X-Z-Ebene in der Zeichnung parallel
ist. Eine Oberfläche S von jedem der in 2 gezeigten
Magnetowiderstandselemente 24a bis 24h bildet
eine zu der Grenzfläche parallele Ebene (wobei die Ebene
im Folgenden als Grenzfläche S bezeichnet wird).
-
In 2 fließt
ein in dem externen Magnetfeld H8 enthaltenes externes Magnetfeld
H in der X1-Pfeilrichtung von dem Permanentmagneten 21 in erster
Linie zu dem ersten Magnetowiderstandselement 24a und dem
vierten Magnetowiderstandselement 24e. Somit sind die Magnetisierungsrichtungen 33a der
freien Magnetschichten 33 des ersten Magnetowiderstandselements 24a und
des vierten Magnetowiderstandselements 24e in der Zeichnung
in die X1-Richtung gerichtet.
-
Ferner
fließt in 2 ein in dem externen Magnetfeld
H enthaltenes externes Magnetfeld H in der Z1-Pfeilrichtung von
dem Permanentmagneten 21 in erster Linie zu dem fünften
Magnetowiderstandselement 24b und dem achten Magnetowiderstandselement 24f.
Somit sind die Magnetisierungsrichtungen 33a der freien
Magnetschichten 33 des fünften Magnetowiderstandselements 24b und
des achten Magnetowiderstandselements 24f in der Zeichnung in
die Z1-Richtung gerichtet.
-
Weiterhin
fließt in 2 ein in dem externen Magnetfeld
H9 enthaltenes externes Magnetfeld H in der X2-Pfeilrichtung von
dem Permanentmagneten 21 in erster Linie zu dem zweiten
Magnetowiderstandselement 24c und dem dritten Magnetowiderstandselement 24g.
Somit sind die Magnetisierungsrichtungen 33a der freien
Magnetschichten 33 des zweiten Magnetowiderstandselements 24c und
des dritten Magnetowiderstandselements 24g in der Zeichnung
in die X2-Richtung gerichtet.
-
Weiterhin
fließt in 2 ein in dem externen Magnetfeld
H enthaltenes externes Magnetfeld H in der Z2-Pfeilrichtung von
dem Permanentmagneten 21 in erster Linie zu dem sechsten
Magnetowiderstandselement 24d und dem siebten Magnetowiderstandselement 24h.
Die Magnetisierungsrichtungen 33a der freien Magnetschichten 33 des
sechsten Magnetowiderstandselements 24d und des siebten
Magnetowiderstandselements 24h sind somit in der Zeichnung
in die Z1-Z2-Richtung gerichtet.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in 2 gezeigt
ist, wirkt das auf die freien Magnetschichten 33 der Magnetowiderstandselemente 24a bis 24h wirkende
externe Magnetfeld H von dem Permanentmagneten 21 in nerhalb
einer Ebene, die parallel zu den Grenzflächen S ist. Wenn sich
der Sensorbereich 22 in der X1-Richtung in der Zeichnung
relativ bewegt, wirkt das externe Magnetfeld H als rotationsmäßiges
Magnetfeld zu der Ebene, die zu den Grenzflächen S der
freien Magnetschichten 33 der Magnetowiderstandselemente 24a bis 24h parallel
ist.
-
Somit
wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Gegensatz
zu dem einschlägigen Stand der Technik kein Zustand eines
nichtmagnetischen Feldes (der Zustand, in dem ein externes Magnetfeld
H Null beträgt) erzeugt, wobei in diesem Zustand des nichtmagnetischen
Feldes das externe Magnetfeld H nicht auf die freien magnetischen Schichten 33 wirkt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wirkt das externe
Magnetfeld H stets auf jede freie Magnetschicht 33. Die
Magnetisierungsrichtung 33a der freien Magnetschicht 33 ist
in der Richtung des auf jedes der Magnetowiderstandselemente 24a bis 24h wirkenden
externen Magnetfeldes H gerichtet. Wie vorstehend beschrieben worden
ist, wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kein
Zustand eines nichtmagnetischen Feldes erzeugt, und eine Schwankung
bei der reproduzierten Wellenform kann im Vergleich zum Stand der Technik
vermindert werden.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in 2 gezeigt
ist, sind die in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente derart
angeordnet, dass zwischen ihnen eine Mittenbeabstandung λ vorhanden
ist. Ferner sind die Magnetisierungsrichtungen 31a der
fixierten Magnetschichten 31 zueinander in der zu der Relativbewegungsrichtung
orthogonalen Richtung in der zu der Grenzfläche S parallelen
Ebene fixiert.
-
Wenn
die vorstehend beschriebene Beziehung hergestellt ist, können
die Tendenzen für eine Zunahme und eine Abnahme bei den
elektrischen Widerständen zwischen den in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselementen
auch dann ausgeglichen werden, wenn ein anderes Störmagnetfeld
H als das externe Magnetfeld (Messmagnetfeld) H von dem Permanentmagneten 21 auf
die Magnetowiderstandselemente 24a bis 24h wirkt.
-
Das
Ausgleichen der Tendenzen wird im Folgenden unter Verwendung des
ersten Magnetowiderstandselements 24a und des zweiten Magnetowiderstandselements 24c beschrieben,
die in Reihe verbunden sind.
-
Dabei
wird angenommen, dass sich der Sensorbereich 22 ausgehend
von dem in 2 gezeigten Zustand nur um λ/4
linear in der Relativbewegungsrichtung (der X1-Richtung in der Zeichnung) bewegt.
Dieser Zustand ist in 3 veranschaulicht.
-
Die
Richtungen der auf die Magnetowiderstandselemente 24a bis 24h wirkenden
externen Magnetfelder H werden verändert. Somit variieren
die Magnetisierungsrichtungen 33a der freien Magnetschichten 33 der
Magnetowiderstandselemente 24a bis 24h.
-
6(a) zeigt eine erläuternde Ansicht
unter schematischer Darstellung der Magnetisierungsrichtungen 31a der
fixierten Magnetschichten 31 und der Magnetisierungsrichtungen 33a der
freien Magnetschichten 33 des ersten Magnetowiderstandselements 24a und
des zweiten Magnetowiderstandselements 24c in dem in 3 gezeigten
Zustand.
-
Wie
in 6(a) gezeigt ist, sind die Magnetisierungsrichtungen 33a der
freien Magnetschichten 33 des ersten Magnetowiderstandselements 24a und des
zweiten Magnetowiderstandselements 24c antiparallel zueinander
(bei 180 Grad).
-
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf 3 angenommen,
dass ein Störmagnetfeld H10 in der X2-Richtung in der Zeichnung,
d. h. in einer zu den Magnetisierungsrichtungen 31a der
fixierten Magnetschichten 31 orthogonalen Richtung, wirkt.
Wie in 6(b) gezeigt ist, sind die
Magnetisierungsrichtungen 33a der freien Magnetschichten 33 des
ersten Magnetowiderstandselements 24a und des zweiten Magnetowiderstandselements 24c in
Richtung auf das Störmagnetfeld H10 geneigt. Ausgehend
von dem Zustand der 6(a) in den Zustand
der 6(b) nähern sich somit
bei dem ersten Magnetowiderstandselement 24a und dem zweiten
Magnetowiderstandselement 24c die Magnetisierungsrichtungen 33a der
freien Magnetschichten 33 an die Magnetisierungs richtungen 31a der
fixierten Magnetschichten 31 an. Somit wird der elektrische
Widerstand des ersten Magnetowiderstandselements 24a und
des zweiten Magnetowiderstandselements 24c vermindert.
-
Weiterhin
wird unter Bezugnahme auf 3 angenommen,
dass ein Störmagnetfeld H11 in der Z1-Richtung in der Zeichnung,
d. h. in der gleichen Richtung wie die Magnetisierungsrichtungen 31a der fixierten
Magnetschichten 31 wirksam ist. Wie in 6(c) gezeigt
ist, sind die Magnetisierungsrichtungen 33a der freien
Magnetschichten 33 des ersten Magnetowiderstandselements 24a und
des zweiten Magnetowiderstandselements 24c in Richtung
auf das Störmagnetfeld H11 geneigt. Von dem Zustand in 6(a) in den Zustand in 6(c) nähern
sich somit bei dem ersten Magnetowiderstandselement 24a und
dem zweiten Magnetowiderstandselement 24c die Magnetisierungsrichtungen 33a der
freien Magnetschichten 33 an die Magnetisierungsrichtungen 31a der
fixierten Magnetschichten 31 an. Somit wird der elektrische
Widerstand des ersten Magnetowiderstandselements 24a und
des zweiten Magnetowiderstandselements 24c einer ersten
leitfähigen Schicht 2 vermindert.
-
Wenn
das erste Magnetowiderstandselement 24a und das zweite
Magnetowiderstandselement 24c, die in Reihe verbunden sind,
dem Störmagnetfeld H10 oder H11 ausgesetzt sind, wie dies auch
in 8 gezeigt ist, können die elektrischen
Widerstände im Vergleich zu einem elektrischen Referenzwiderstand
ohne Einwirkung eines Störmagnetfeldes H10 oder H11 vermindert
werden.
-
Die
Richtungen der in 3 dargestellten Störmagnetfelder
H10 und H11 sind lediglich zum Zweck der Beschreibung festgelegt,
wobei die Richtungen des Störmagnetfeldes H keinen besonderen Einschränkungen
unterliegen. Wenn ein Störmagnetfeld in Richtung einer
zu den Grenzflächen S parallelen Eben wirkt, werden die
Tendenzen für eine Zunahme und eine Abnahme bei den elektrischen
Widerständen der in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente
ausgeglichen. In 6 werden die elektrischen Widerstände
des ersten Magnetowiderstandselements 24a und des zweiten
Magnetowiderstandselements 24c vermindert, wenn diese dem Störmagnetfeld
H10 oder H11 ausgesetzt sind. Jedoch können die elektrischen
Widerstände auch erhöht werden. Wenn z. B. ein
Störmagnetfeld in einer zu der Richtung des Störmagnetfeldes H10
entgegengesetzten Richtung wirkt, werden die elektrischen Widerstände
des ersten Magnetowiderstandselements 24a und des zweiten
Magnetowiderstandselements 24c erhöht.
-
7 veranschaulicht
eine positionsmäßige Beziehung zwischen den Magnetisierungsrichtungen 31a der
fixierten Magnetschichten 31 und den Magnetisierungsrichtungen 33a der
freien Magnetschichten 33 der in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente,
wobei sich die Tendenzen für eine Zunahme und eine Abnahme
bei den elektrischen Widerständen der in Reihe verbundenen
Magnetowiderstandselemente voneinander unterscheiden, wenn ein Störmagnetfeld
H, das von dem externen Magnetfeld (Messmagnetfeld) H verschieden
ist, von dem Permanentmagneten 21 auf die Magnetowiderstandselemente 24a bis 24h einwirkt.
-
In 7(a) ist dann, wenn das Störmagnetfeld
H nicht wirksam ist, die Magnetisierungsrichtung 33a der
freien Magnetschicht von einem der in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente
in die gleiche Richtung gerichtet wie die Magnetisierungsrichtungen 31a der
fixierten Magnetschichten 31, und die Magnetisierungsrichtung 33a der
freien Magnetschicht 33 des anderen der in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente
ist in einer zu den Magnetisierungsrichtungen 31 der fixierten
Magnetschichten 31 entgegengesetzten Richtung gerichtet. Wenn
dabei das Störmagnetfeld H10 in der zu den Magnetisierungsrichtungen 31a der
fixierten Magnetschichten 31 orthogonalen Richtung wirkt,
wird der elektrische Widerstand des einen Magnetowiderstandselements
erhöht, während der elektrische Widerstand des
anderen Magnetowiderstandselements vermindert wird. In 7(b) wird dann, wenn das Störmagnetfeld
H11 in der gleichen Richtung wie den Magnetisierungsrichtungen 31a der
fixierten Magnetschichten 31 wirksam ist, der elektrische
Widerstand des einen Magnetowiderstandselements nicht verändert,
während der elektrische Widerstand des anderen Magnetowiderstandselements
vermindert wird.
-
In 7(c) sind dann, wenn das Störmagnetfeld
H nicht wirksam ist, die Magnetisierungsrichtungen 33a der
freien Magnetschichten 33 der in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente
antiparallel zueinander sowie orthogonal zu den Magnetisierungsrichtungen 31a der
fixierten Magnetschichten 31.
-
Wenn
zu diesem Zeitpunkt das Störmagnetfeld H10 in der zu den
Magnetisierungsrichtungen 31a der fixierten Magnetschichten 31 orthogonalen Richtung
wirkt, wird der elektrische Widerstand des einen Magnetowiderstandselements
nicht verändert, während der elektrische Widerstand
des anderen Magnetowiderstandselements vermindert wird.
-
Die
beiden Arten der Magnetisierungsbeziehungen zwischen den freien
Magnetschichten 33 und den fixierten Magnetschichten 31,
die in 7 erläutert sind, werden jedoch jeweils
an einem momentanen Transferpunkt gebildet, die alle λ/2
in dem Relativbewegungsbereich des Sensorbereichs 22 auftreten.
Das heißt, in einem Großteil des Relativbewegungsbereichs
des Sensorbereichs 22 befinden sich im Gegensatz zum Stand
der Technik die Tendenzen für eine Zunahme und eine Abnahme
bei den elektrischen Widerständen der in Reihe verbundenen
Magnetowiderstandselemente im Gleichgewicht, wenn das Störmagnetfeld
H in der unter Bezugnahme auf 6 beschriebenen
Weise wirksam ist.
-
Daher
wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Schwankung
in der Ausgangswellenform bei einem wirksamen Störmagnetfeld
H gegenüber einer Ausgangswellenform ohne wirksames Störmagnetfeld
H im Vergleich zum Stand der Technik in effektiver Weise vermindert.
-
Wie
vorstehend beschrieben worden ist, sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Stabilisierung der Ausgangswellenform sowie eine höhere
Detektionsgenauigkeit im Vergleich zum Stand der Technik möglich.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden im Fall des
ersten Magnetowiderstandselements 24a, des zweiten Magnetowiderstandselements 24c,
des vierten Magnetowiderstandselements 24e und des dritten
Magnetowiderstandselements 24g, die die in 5 gezeigte
A-Phasen-Brückenschaltung bilden, die elektrischen Widerstände verändert,
wenn sich der Sensorbereich 22 oder der Permanentmagnet 21 bewegt,
und man erhält eine im Wesentlichen sinuswellenförmige
Ausgangswellenform von dem ersten Ausgangsanschluss 59.
-
Auch
bei dem fünften Magnetowiderstandselement 24b,
dem sechsten Magnetowiderstandselement 24d, dem achten
Magnetowiderstandselement 24f und dem siebten Magnetowiderstandselement 24h,
die die B-Phasen-Brückenschaltung bilden, ändern
sich die elektrischen Widerstände, wenn sich der Sensorbereich 22 oder
der Permanentmagnet 21 bewegt, und es ergibt sich eine
im Wesentlichen sinuswellenförmige Ausgangswellenform an
dem zweiten Ausgangsanschluss 61.
-
Die
Phase der Ausgangswellenform, die von dem ersten Ausgangsanschluss 59 abgegeben
wird, ist gegenüber der Phase der Ausgangswellenform, die
von dem zweiten Ausgangsanschluss 61 abgegeben wird, versetzt.
Mit dem Ausgang können die Bewegungsgeschwindigkeit und
die Bewegungsdistanz des Sensorbereichs 22 oder des Permanentmagneten 21 detektiert
werden. Wenn die A-Phasen- und die B-Phasen-Brückenschaltungen
vorgesehen sind und die beiden Systeme von Ausgängen vorhanden sind,
kann ferner die Bewegungsrichtung durch Detektieren einer Versetzungsrichtung
der Phase der Ausgangswellenform des zweiten Ausgangsanschlusses 61 gegenüber
der Phase der Ausgangswellenform des ersten Ausgangsanschlusses 59 erfasst
werden.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind unter Bezugnahme
auf 2 bei der A-Phasen-Brückenschaltung das
erste Magnetowiderstandselement 31a und das zweite Magnetowiderstandselement 31c,
die in Reihe verbunden sind, unter Ausbildung der zentralen Distanz λ zwischen
diesen angeordnet, und das dritte Magnetowiderstandselement 24g und
das vierte Magnetowiderstandselement 24e, die in Reihe
verbunden sind, sind unter Ausbildung der zentralen Distanz λ zwischen
diesen angeordnet. Ferner sind das erste Magnetowiderstandselement 24a und
das vierte Magnetowiderstandselement 24e in der Richtung
(der Z1-Z2-Richtung in der Zeichnung) orthogonal zu der Relativbewegungsrichtung
(der X1-Richtung in der Zeichnung) angeordnet. Ferner sind das zweite
Magnetowiderstandselement 24c und das dritte Magnetowiderstandselement 24g in
der Richtung (der Z1-Z2-Richtung in der Zeichnung) orthogonal zu
der Relativbewegungsrichtung (der X1-Richtung in der Zeichnung) angeordnet.
Die B-Phase und die A-Phase sind zueinander lediglich um λ/2
versetzt. Die Anordnung der Magnetowiderstandselemente der B-Phase
ist ähnlich wie bei der A-Phase. Somit kann eine Brückenschaltung,
die einen doppelten Ausgang schaffen kann, in angemessener Weise
gebildet werden, und die Detektionsgenauigkeit kann gesteigert werden.
-
Die
Brückenschaltung ist in der vorstehend beschriebenen Weise
ausgebildet. Wenn in diesem Fall eine Differenz verstärkt
wird, während ein Störmagnetfeld auf die Brückenschaltung
wirkt, kann eine Veränderung in dem Ausgang verstärkt
werden. Selbst bei Ausbildung der Brückenschaltung liegt
unter Verwendung des vorliegenden Ausführungsbeispiels
der Großteil des Relativbewegungsbereichs in dem unter
Bezugnahme auf 6 beschriebenen Zustand vor.
In dem gesamten Relativbewegungsbereich ist die Schwankung im Ausgang,
die bei Einwirken eines Störmagnetfeldes im Bereich von
ca. 10 bis 20 Oe maximal auftritt, sehr gering. Somit sind eine
Verstärkung einer Differenz sowie eine Erhöhung
einer Ausgangsbreite wirksam zum Steigern der Detektionsgenauigkeit.
-
Bei
dem Magnetcodierer 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels
bewegt sich der Sensorbereich 22 linear relativ zu dem
Permanentmagneten 21, wie dies in 1 gezeigt
ist. Unter Bezugnahme auf 9 kann z.
B. ein magnetischer Drehcodierer verwendet werden, der den Sensorbereich 22 und eine
rotierende Trommel 80 mit abwechselnd magnetisierten Nordpolen
und Südpolen auf einer Oberfläche 80a der
rotierenden Trommel 80 aufweist. Der magnetische Drehcodierer
kann eine Rotationsgeschwindigkeit, die Anzahl der Umdrehungen sowie eine
Rotationsrichtung unter Verwendung des Ausgangs erfassen, der durch
die Rotation der rotierenden Trommel 80 gebildet wird.
-
Wenn
unter Bezugnahme auf eine vergrößerte Darstellung
in 9 angenommen wird, dass eine Distanz (Mittenbeabstandung)
zwischen den Mitten der Nordpole und Südpole in ähnlicher
Weise wie bei dem in 1 gezeigten linear beweglichen Magnetcodierer λ beträgt,
ist eine Distanz zwischen den Mitten von in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselementen 40 und 41 auf λ gesteuert. 9 zeigt
lediglich die beiden in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente 40 und 41.
-
Grenzflächen
in den Schichten von Schichtstrukturen jedes Magnetowiderstandselements 40 und 41 verlaufen
parallel zu einer Ebene, die durch eine Mindestdistanzrichtung (die
T1-Distanzrichtung) zwischen dem Sensorbereich 22 und der
rotierenden Trommel 80 sowie eine Tangentialrichtung definiert
ist, die vorgegeben ist, wenn das Zentrum der Oberfläche 23a des
Substrats 23 des Sensorbereichs 22 als Kontakt
auf einer relativen Rotationsrichtung des Sensorbereichs 22 dient.
-
Unter
Bezugnahme auf 9 sind die Magnetisierungsrichtungen
(PIN-Richtungen) der fixierten Magnetschichten 31 der Magnetowiderstandselemente 40 und 41 in
einer zu der Tangentialrichtung orthogonalen Richtung fixiert.
-
Auf
diese Weise wird kein nichtmagnetischer Zustand erzeugt. Auch wenn
ein Störmagnetfeld wirkt, können die Tendenzen
für eine Zunahme und Abnahme bei den elektrischen Widerständen
der in Reihe verbundenen Magnetowiderstandselemente ausgeglichen
werden. Somit kann die reproduzierte Wellenform stabilisiert werden,
und die Detektionsgenauigkeit kann erhöht werden.
-
Während
bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in 7 gezeigt
ist, die A-Phasen- und die B-Phasen-Brückenschaltung vorgesehen
sind, kann auch nur eine der Brückenschaltungen vorgesehen
sein.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
[Aufgabe]
-
Eine
Aufgabe besteht in der Schaffung eines Magnetdetektors, der zum
Stabilisieren einer Ausgangswellenform und zum Erhöhen
der Detektionsgenauigkeit im Vergleich zum Stand der Technik besonders
in der Lage ist.
-
[Lösungsmittel]
-
Magnetowiderstandselemente
(24a bis 24h) weisen jeweils eine Schichtstruktur
auf, die eine fixierte Magnetschicht mit einer in einer Richtung
fixierten Magnetisierungsrichtung, eine freie Magnetschicht mit
einer durch das externe Magnetfeld variablen Magnetisierung sowie
eine Schicht aus nichtmagnetischem Material beinhaltet, wobei die
Schichten derart gestapelt sind, dass die Schicht aus nichtmagnetischem
Material zwischen der fixierten Magnetschicht und der freien Magnetschicht
angeordnet ist. Unter der Annahme, dass eine Mittenbeabstandung
zwischen einem Nordpol und einem Südpol eines Permanentmagneten
(21) λ beträgt, sind die in Reihe verbundenen
Magnetowiderstandselemente in einer Richtung parallel zu einer Relativbewegungsrichtung
mit einer Mittenbeabstandung λ voneinander angeordnet.
Grenzflächen (S) in den Schichten der Schichtstruktur von
jedem der Magnetowiderstandselemente sind orthogonal zu einer zugewandten Oberfläche
(21a) des Permanentmagneten (21) und sind in der
Relativbewegungsrichtung angeordnet. Die fixierten Magnetschichten
(31) der Magnetowiderstandselemente weisen Magnetisierungsrichtungen
(31a) auf, wobei alle der Magnetisierungsrichtungen (31a)
orthogonal zu der Relativbewegungsrichtung in einer zu den Grenzflächen
(S) parallelen Ebene sind.
-
- 20
- Magnetcodierer
- 21
- Permanentmagnet
- 22
- Sensorbereich
- 23
- Substrat
- 24a
bis 24h, 40, 41
- Magnetowiderstandselemente
- 30
- antiferromagnetische Schicht
- 31
- fixierte
Magnetschicht
- 31a
- Magnetisierungsrichtung (der
fixierten Magnetschicht)
- 32
- Schicht
aus nichtmagnetischem Material
- 33
- freie
Magnetschicht
- 33a
- Magnetisierungsrichtung (der
freien Magnetschicht)
- 34
- Schutzschicht
- 50,
51, 54, 55
- Ausgangsextraktionsbereich
- 52,
56
- Eingangsanschluss
- 53,
57
- Erdungsanschluss
- 58,
60
- Differenzverstärker
- 59,
61
- Ausgangsanschluss
- 80
- rotierende
Trommel
- H10,
H11
- Störmagnetfeld
- S
- Grenzfläche
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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