JP2009052963A - 磁気ベクトル分布測定プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】数ミリ角程度の領域の磁気ベクトル分布が測定可能な、小型で高分解能の磁気ベクトル分布測定プローブを提供する。
【解決手段】被測定物である磁石６０の空６０ｈ内に挿入配置され、該空洞６０ｈ内における磁気ベクトル分布を測定する磁気ベクトル分布測定プローブ１００であって、一枚のチップ１０２に、スピンバルブ型のトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子１０が複数個形成され、該チップ１０２が、プローブ基体１０１の先端付近に装着されてなる磁気ベクトル分布測定プローブ１００とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、被測定物である磁石の空洞内に挿入配置され、該空洞内における磁気ベクトル分布を測定する、磁気ベクトル分布測定プローブに関する。

回転するロータ（回転体）に近接して配置され、バイアス磁界の変化によりロータの回転角や回転状態を検出する回転検出装置が、例えば、特開平７−２６０８１３号公報（特許文献１）に開示されている。

図１２は、特許文献１に開示された回転検出装置（磁気検出装置）９０の内部構成、および回転体である歯車状の磁性体ロータ８０との配置関係を示した全体構成図である。

図１２に示すように、回転検出装置９０は、磁性体ロータ８０から一定間隔をおいて先端が対向するように配置される。回転検出装置９０は、円筒状で樹脂製のハウジング９１を備え、ハウジング９１の先端面には、円柱状の（永久）磁石９２が配置されている。さらに、ハウジング９１には、磁石９２の先端面及び外周部とハウジング９１の先端側外周部とを覆うようにして、ステンレス（ＳＵＳ３０４）よりなるキャップ９５が、かしめにより装着されている。

磁石９２は、磁性体ロータ８０に向けてバイアス磁界を発生させる。磁石９２の中央部には、図の上下に直線的に延びる貫通孔９２ｈが形成されている。また、貫通孔９２ｈには、磁気抵抗素子（ＭＲＥ）等の磁気検出素子９３を内部にモールドした、磁気検出センサ（モールドＩＣ）９４が挿入されている。図１２に示す回転検出装置９０は、回転体である歯車状の磁性体ロータ８０に対して磁石９２によりバイアス磁界を発生し、磁性体ロータ８０の回転に伴うバイアス磁界の変化を、磁気検出素子９３により検出する。

回転検出装置９０においては、磁石９２の空洞内に磁気検出素子９３が挿入配置され、ここで磁性体ロータ８０の回転に伴う磁界の変化を検出している。従って、回転検出装置９０においては、磁石９２の発生するバイアス磁界の磁気ベクトル分布が回転検出装置と正確に把握しておく必要がある。

図１３は、回転検出装置に用いる別の磁石の例で、図１３（ａ）は、磁石７０の断面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の一点鎖線で囲った部分でのシミュレーションによる磁界強度分布を示した図である。

図１３（ａ）に示す磁石７０は車載用の回転検出装置に用いられている磁石で、図１２と同様に、図の上方に回転体が配置され、磁石７０の先端部付近の空洞７０ｈにおける一点鎖線で囲った部分に磁気検出素子が配置される。尚、図中に示した磁石７０の先端部付近の開口径ｄは、一般的に５ｍｍ程度である。図１３（ｂ）に示すように、シミュレーションによれば磁界強度分布を推定することが可能であり、これをもとにして磁気検出素子の配置等の設計がなされている。しかしながら、図１２に示したように、磁石７０の周りには回転体や種々の別部品が配置されるため、詳細設計や検出特性および製造安定化のためにも、磁石７０が発生するバイアス磁界の磁気ベクトル分布を実測することが好ましい。

上記磁気ベクトル分布の測定する手段として、特開平７-１９１１１９号公報（特許文献２）に、ホール素子を用いた磁界測定用ホールプローブが開示されている。
特開平７−２６０８１３号公報 特開平７-１９１１１９号公報

図１４は、特許文献２に開示されている磁界測定用ホールプローブの一例で、図１４（ａ）は、磁石６０の空洞６０ｈ内にホールプローブ５０が挿入されている状態を模式的に示した上視図であり、図１４（ｂ）は、側面から視た部分的な断面図である。また、図１４（ｃ）は、ホールプローブ５０の先端部付近を拡大して模式的に示した斜視図である。

図１４のホールプローブ５０には、ホール素子５３が形成されたホール素子チップ５２ｘ〜５２ｚが、プローブ基体５１の先端付近に３個装着されている。図１４のホールプローブ５０は３次元計測用のホールプローブで、ホール素子５３は磁界強度のみ検出可能であるため、図１４（ｃ）に示すように、３個のホール素子チップ５２ｘ〜５２ｚはプローブ基体５１の直交する３軸方向に装着されている。このように、ホール素子を用いたホールプローブは、プローブ基体の３軸方向にホール素子チップを装着する必要があるため、プローブ先端のサイズが３ｍｍ角程度になってしまう。このため、図１３に示した磁石７０の空洞７０ｈ内での磁気ベクトル分布の測定には適用できない。

そこで本発明は、被測定物である磁石の空洞内に挿入配置され、該空洞内における数ミリ角程度の領域の磁気ベクトル分布が測定可能な、小型で高分解能の磁気ベクトル分布測定プローブを提供することを目的としている。

請求項１に記載の磁気ベクトル分布測定プローブは、被測定物である磁石の空洞内に挿入配置され、該空洞内における磁気ベクトル分布を測定する磁気ベクトル分布測定プローブであって、一枚のチップに、スピンバルブ型のトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子が複数個形成され、該チップが、プローブ基体の先端付近に装着されてなることを特徴としている。

上記磁気ベクトル分布測定プローブにおいては、複数個のＴＭＲ素子が形成されたチップが、プローブ基体の先端付近に装着されている。ＴＭＲ素子に限らずスピンバルブ型の磁気抵抗素子は、磁界の方位依存性を持つため、１個の素子で磁気ベクトルの測定が可能である。このため、上記ＴＭＲ素子を用いた磁気ベクトル分布測定プローブは、ホール素子を用いた磁気ベクトル分布測定プローブのようにプローブ基体の３軸方向にホール素子チップを装着する必要がなく、後述するようにプローブ基体の一つの面に該チップを積層して装着することができ、これによって小型化を図ることができる。また、スピンバルブ型のＴＭＲ素子は、反強磁性層、強磁性膜からなるピンド層、トンネルバリア層、および強磁性膜からなるフリー層からなる積層体を基本構成とし、積層方向に電流を流すため、素子サイズを５μｍ角程度まで微細化することができる。従って、数ミリ角の一枚のチップに多数個のＴＭＲ素子を集積化することが可能であり、該チップがプローブ基体の先端付近に装着されてなる上記磁気ベクトル分布測定プローブは、被測定物である磁石の空洞内に挿入配置され、該空洞内における数ミリ角程度の領域の磁気ベクトル分布が測定可能な、小型で高分解能の磁気ベクトル分布測定プローブとすることができる。

上記磁気ベクトル分布測定プローブにおいては、請求項２に記載のように、一枚のチップに複数個形成される前記トンネル磁気抵抗素子が、それぞれ、ハーフブリッジとして構成されてなることが好ましい。これによって、外来ノイズに対する耐性を高めることができ、高精度の磁気ベクトル分布測定プローブとすることができる。

上記磁気ベクトル分布測定プローブにおいては、請求項３に記載のように、前記一枚のチップに形成される複数個のトンネル磁気抵抗素子が、共通する磁化方向のピンド層を有してなり、前記チップを２枚一組として、該２枚一組のチップにおけるピンド層の磁化方向を互いに直交するようにして、該２枚一組のチップが積層されてなり、前記積層された２枚一組のチップが、前記プローブ基体の先端付近に装着されてなることが好ましい。

ＴＭＲ素子に限らずスピンバルブ型の磁気抵抗素子は、ピンド層の磁化方向を対称軸とする２つの磁気ベクトルについては、これらを識別することができない。従って、一個のＴＭＲ素子の回転磁界に対する検出範囲は、例えば−９０°〜９０°に限定される。しかしながら、上記したピンド層の磁化方向が互いに直交するようにして積層された２枚一組のチップを用いることで、回転磁界に対しても−１８０°〜１８０°の全範囲に亘って、これらを識別することが可能となり、磁気ベクトルの確実な面内分布測定が可能となる。

この場合、請求項４に記載のように、前記積層された２枚一組のチップが、複数組積層されて、前記プローブ基体の先端付近に装着されてなる構成とすることで、該磁気ベクトル分布測定プローブによる３次元の磁気ベクトル分布同時測定が可能となる。

上記磁気ベクトル分布測定プローブは、請求項５に記載のように、前記プローブ基体の先端付近に、ペルチエ素子が装着され、該ペルチエ素子上に、前記チップが装着されてなる構成とすることが好ましい。これによれば、前記ペルチエ素子を用いてチップに形成されている複数個のＴＭＲ素子の温度を一定にすることができるため、高精度の磁気ベクトル分布測定プローブとすることができる。

請求項６に記載の磁気ベクトル分布測定プローブは、被測定物である磁石の空洞内に挿入配置され、該空洞内における磁気ベクトル分布を測定する磁気ベクトル分布測定プローブであって、一枚のチップに、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子が複数個形成され、該チップが、プローブ基体の先端付近に装着されてなることを特徴としている。

上記磁気ベクトル分布測定プローブにおいては、複数個のＡＭＲ素子が形成されたチップが、プローブ基体の先端付近に装着されている。ＡＭＲ素子は、素子サイズが１ｍｍ角程度と大きく、ＴＭＲ素子に較べて分解能で劣る。しかしながら、ＡＭＲ素子は、構造が単純であり、ＴＭＲ素子に較べて安価に製造することができる。また、ＡＭＲ素子は、ＴＭＲ素子と同様に、磁界の方位依存性を持つため、１個の素子で磁気ベクトルの測定が可能である。このため、上記ＡＭＲ素子を用いた磁気ベクトル分布測定プローブについても、ホール素子を用いた磁気ベクトル分布測定プローブのようにプローブ基体の３軸方向にホール素子チップを装着する必要がなく、小型化が可能である。以上のように、ＡＭＲ素子は数ミリ角の一枚のチップに複数個を集積化することが可能であり、該チップがプローブ基体の先端付近に装着されてなる上記磁気ベクトル分布測定プローブは、被測定物である磁石の空洞内に挿入配置され、該空洞内における数ミリ角程度の領域の磁気ベクトル分布が測定可能な、小型且つ安価な磁気ベクトル分布測定プローブとすることができる。

上記磁気ベクトル分布測定プローブにおいても、請求項７に記載のように、一枚のチップに複数個形成される前記異方性磁気抵抗素子が、それぞれ、ハーフブリッジとして構成されてなることが好ましい。これによって、外来ノイズに対する耐性を高めることができ、高精度の磁気ベクトル分布測定プローブとすることができる。

上記磁気ベクトル分布測定プローブにおいては、請求項８に記載のように、前記一枚のチップに形成される複数個の異方性磁気抵抗素子が、それぞれ、共通する方向を向いた同じ異方性パターン形状を有してなり、前記チップを４枚一組として、該４枚一組のチップにおける異方性パターン形状の対称軸方向が９０°ずつ回転するようにして、該４枚一組のチップが積層されてなり、前記積層された４枚一組のチップが、前記プローブ基体の先端付近に装着されてなることが好ましい。

ＡＭＲ素子は、異方性パターン形状の対称軸に対して対称的である２つの磁気ベクトルについては、これらを識別することができない。従って、一個のＡＭＲ素子の回転磁界に対する検出範囲は、例えば−４５°〜４５°に限定される。しかしながら、上記した異方性パターン形状の対称軸方向が９０°ずつ回転するようにして積層された４枚一組のチップを用いることで、回転磁界に対しても−１８０°〜１８０°の全範囲に亘って、これらを識別することが可能となり、磁気ベクトルの確実な面内分布測定が可能となる。

この場合、請求項９に記載のように、前記積層された４枚一組のチップが、複数組積層されて、前記プローブ基体の先端付近に装着されてなる構成とすることで、該磁気ベクトル分布測定プローブによる３次元の磁気ベクトル分布同時測定が可能となる。

以上のように、上記した磁気ベクトル分布測定プローブは、いずれも、被測定物である磁石の空洞内に挿入配置され、該空洞内における数ミリ角程度の領域の磁気ベクトル分布が測定可能な、小型の磁気ベクトル分布測定プローブとなっている。

従って、上記した磁気ベクトル分布測定プローブは、例えば請求項１０に記載のように、被測定物である前記磁石が、回転体に対してバイアス磁界を発生し前記回転体の回転に伴う前記バイアス磁界の変化を検出する回転検出装置に用いられる、小型磁石である場合に好適である。特に、請求項１１に記載のように、前記回転検出装置が、車載用である場合に適しており、該回転検出装置の小型化と高精度化を図ることができる。

また、上記した小型磁石の空洞内における磁気ベクトル分布の測定には、上記した磁気ベクトル分布測定プローブを、請求項１２に記載のように、前記トンネル磁気抵抗素子または前記異方性磁気抵抗素子が、一枚のチップに９個以上形成されてなる構成とすることが好ましい。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態に係る磁気ベクトル分布測定プローブを説明する前に、最初に、スピンバルブ型のトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子について、基本的な構造および磁界検出原理について説明する。

図１（ａ）は、ＴＭＲ素子１０の平面構造を模式的に示した上視図であり、図１（ｂ）は、ＴＭＲ素子１０の断面構造を模式的に示した図である。

図１（ａ）に示すＴＭＲ素子１０は、５μｍ角程度の大きさで構成することができ、図１（ｂ）に示すように、反強磁性層１３、強磁性膜からなるピンド層１４、トンネルバリア層１５、強磁性膜からなるフリー層１６を順次積層した基本構造を有している。図１（ｂ）に示す積層体は、図示を省略した上部電極および下部電極にサンドイッチされて、表面に酸化膜の形成されたシリコンやガラス等の基板上に形成される。

反強磁性層１３は、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ等の反強磁性材料で構成され、ピンド層１４の磁化方向（スピンの向き）を固定するためのものである。ピンド層１４は、例えばＮｉ−Ｆｅ等の強磁性材料からなり、反強磁性層１３によって図１（ａ），（ｂ）において実線矢印で示したように磁化方向が固定されている。トンネルバリア層１５は、数ｎｍ〜数十Å程度の膜厚となるように、例えばアルミナ等の非磁性且つ絶縁性の材料を堆積させて構成されている。フリー層１６も、例えばピンド層１４と同じＮｉ−Ｆｅ等の強磁性材料から構成されるが、フリー層１６では、外部磁界によって図１（ａ），（ｂ）において点線矢印で示したように磁化方向が自在に回転するものである。これらＴＭＲ素子１０を構成する各要素は、蒸着やスパッタ等の成膜技術とリソグラフィ技術によって形成することができる。

図１（ａ），（ｂ）に示すＴＭＲ素子１０においては、ピンド層１４とフリー層１６の磁化方向が一致（平行）すると抵抗値が最小となり、反平行となると抵抗値が最大となる。フリー層１６の磁化方向は、印加磁界に応じて変化するため、トンネルバリア層１５を介して上記両電極（図示省略）間に流れるトンネル電流の変化に基づいて、磁気抵抗変化を検出することができる。ＴＭＲ素子１０は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistive effect）素子の一種であり、一般的な磁気抵抗（ＭＲ）素子に比べて抵抗変化率が大きい（例えば数１０％）ので、磁気検出感度を向上することができる。また、ＭＲ素子よりも信号の増幅率が小さくてよいので、ノイズ成分を除去する補正回路を小さくすることができる。

図２は、図１に示すＴＭＲ素子１０の特性を示す図で、印加磁界角度θと出力電圧（抵抗値）の関係を示した図である。

図２に示すように、印加磁界角度θが９０°のときには、フリー層１６の磁化の方向とピンド層１４の磁化の方向とが一致するため、抵抗値（出力電圧）が最も低くなる。一方、印加磁界角度θが−９０°のときには、フリー層１６の磁化の方向とピンド層１４の磁化の方向とが１８０°異なるため、抵抗値変化率が最も高くなっている。このように、スピンバルブ型の磁気抵抗素子では、印加磁界角度θが９０°から−９０°までの１８０°の範囲内で変化すると、抵抗値が最低値から最高値まで変化する。しかも、図２において矢印にて示すように、この印加磁界角度θが９０°から−９０°までの範囲内では、印加磁界角度θに対して抵抗値がほぼ直線的に変化する。また、ＴＭＲ素子１０は、数ｋΩの高抵抗値化を比較的容易に実現することができるという特徴を有している。このため、消費電流の低減や素子の小型化を通じて、複数の素子をチップ上に配設することも容易に実現することができる。

次に、本実施形態に係る磁気ベクトル分布測定プローブについて説明する。

図３は、本実施形態の一例である磁気ベクトル分布測定プローブ１００を示す図で、図３（ａ）は、磁石６０の空洞６０ｈ内に磁気ベクトル分布測定プローブ１００が挿入されている状態を模式的に示した上視図であり、図３（ｂ）は、側面から視た部分的な断面図である。また、図３（ｃ）は、磁気ベクトル分布測定プローブ１００の先端部付近を拡大して模式的に示した図である。

図３の磁気ベクトル分布測定プローブ１００は、図３（ａ），（ｂ）に示したように、被測定物である磁石６０の空洞６０ｈ内に挿入配置され、該空洞６０ｈ内における磁気ベクトル分布を測定するための磁気ベクトル分布測定プローブである。図３の磁気ベクトル分布測定プローブ１００では、図３（ｃ）に示したように、一枚のチップ１０２に、図１で説明したスピンバルブ型のトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子１０が複数個形成されており、該チップ１０２が、プローブ基体１０１の先端付近に装着されている。

図３の磁気ベクトル分布測定プローブ１００におけるＴＭＲ素子１０に限らず、スピンバルブ型の磁気抵抗素子は、図１で説明したように磁界の方位依存性を持つため、１個の素子で磁気ベクトルの測定が可能である。このため、図３に示すＴＭＲ素子１０を用いた磁気ベクトル分布測定プローブ１００は、図１４に示したホール素子５３を用いたホールプローブ５０のようにプローブ基体５１の３軸方向にホール素子チップ５２ｘ〜５２ｚを装着する必要がない。図３の磁気ベクトル分布測定プローブ１００では、後で詳述するように、プローブ基体１０１の一つの面に複数個のＴＭＲ素子１０が形成されたチップ１０２を積層して装着することができ、これによって小型化を図ることができる。また、スピンバルブ型のＴＭＲ素１０は、図１において説明したように、反強磁性層１３、強磁性膜からなるピンド層１４、トンネルバリア層１５、および強磁性膜からなるフリー層１６からなる積層体を基本構成としており、積層方向に電流を流すため、素子サイズを５μｍ角程度まで微細化することができる。従って、図３（ｃ）に示すように、数ミリ角の一枚のチップ１０２に多数個のＴＭＲ素子１０を集積化することが可能である。尚、チップ１０２に形成された各ＴＭＲ素子１０の電圧情報は、マルチプレクサを介してコンピュータで処理され、磁気ベクトル分布として検出される。

以上のようにして、図３に示す磁気ベクトル分布測定プローブ１００は、被測定物である磁石６０の空洞６０ｈ内に挿入配置され、該空洞６０ｈ内における数ミリ角程度の領域の磁気ベクトル分布が測定可能な、小型で高分解能の磁気ベクトル分布測定プローブとすることができる。

尚、図３の磁気ベクトル分布測定プローブ１００においても、図３（ｃ）に示した一枚のチップ１０２に複数個形成されるＴＭＲ素子１０が、それぞれ、ハーフブリッジとして構成されてなることが好ましい。これによって、外来ノイズに対する耐性を高めることができ、高精度の磁気ベクトル分布測定プローブとすることができる。

図４は、別の磁気ベクトル分布測定プローブの例で、図４（ａ）は、磁気ベクトル分布測定プローブ１１０の構成を示した模式的な断面図であり、図４（ｂ）は、磁気ベクトル分布測定プローブ１１０の構成要素であるチップ１０３，１０４の模式的な上面図である。尚、図４の磁気ベクトル分布測定プローブ１１０において、図３の磁気ベクトル分布測定プローブ１００と同様の部分については、同じ符号を付した。また、図４（ａ），（ｂ）では、各チップ１０３，１０４について、複数個形成されているＴＭＲ素子１０のピンド層の磁化方向を図中に太線矢印で示している。

図４に示す磁気ベクトル分布測定プローブ１１０では、一枚の各チップ１０３，１０４に形成される複数個のＴＭＲ素子１０が、共通する磁化方向のピンド層を有している。この２枚のチップ１０３，１０４を一組として、磁気ベクトル分布測定プローブ１１０では、ピンド層の磁化方向を互いに直交するようにして該２枚一組のチップ１０３，１０４が積層され、プローブ基体１０１の先端付近に装着されている。

図５は、図４に示す磁気ベクトル分布測定プローブ１１０の効果を説明する図で、図５（ａ）は、点線矢印で示した磁気ベクトル分布中に２枚一組のチップ１０３，１０４が配置されている状態を模式的にまとめて示した上視図であり、図５（ｂ）は、図２と同様の各チップに形成されているＴＭＲ素子の特性を示す図である。図５（ｂ）において、点３ａ，３ｂは、それぞれ図５（ａ）に示すチップ１０３のＴＭＲ素子１０ａ，１０ｂに対応しており、点４ａ，４ｂは、それぞれ図５（ａ）に示すチップ１０４のＴＭＲ素子１０ａ，１０ｂに対応している。

ＴＭＲ素子に限らずスピンバルブ型の磁気抵抗素子は、ピンド層の磁化方向を対称軸とする２つの磁気ベクトルについては、これらを識別することができない。例えば、チップ１０３のＴＭＲ素子１０ｂだけでは、図５（ｂ）の点３ｂに示す印加磁界角度θが４０°の磁界と点３ｘに示す印加磁界角度θが１４０°の磁界とは識別できない。従って、一個のＴＭＲ素子の回転磁界に対する検出範囲は、図５（ｂ）に示すように、例えば−９０°〜９０°に限定される。しかしながら、図４の磁気ベクトル分布測定プローブ１１０では、上記したピンド層の磁化方向が互いに直交するようにして積層された２枚一組のチップ１０３，１０４を用いることで、例えば同じ位置にあるＴＭＲ素子１０ｂのそれぞれのチップ１０３，１０４からの出力電圧（抵抗値）を比較することで、上記４０°の磁界と１４０°の磁界を識別できるようになる。従って、図４の磁気ベクトル分布測定プローブ１１０では、各位置にあるＴＭＲ素子のチップ１０３，１０４からの出力電圧を比較演算することで、回転磁界に対しても−１８０°〜１８０°の全範囲に亘って、これらを識別することが可能となり、磁気ベクトルの確実な面内分布測定が可能となる。

図６は、別の磁気ベクトル分布測定プローブの例で、磁石６０の空洞６０ｈ内に磁気ベクトル分布測定プローブ１２０が挿入されている状態を模式的に示した上視図である。

図６に示す磁気ベクトル分布測定プローブ１２０においては、図４と図５において説明した積層された２枚一組のチップ（１０３，１０４）と同様のチップの組（１０５ａ，１０５ｂ），（１０６ａ，１０６ｂ），（１０７ａ，１０７ｂ）が、図のように全部で４組積層されて、プローブ基体１０１の先端付近に装着された構成となっている。この磁気ベクトル分布測定プローブ１２０によれば、３次元の磁気ベクトル分布同時測定が可能となる。尚、上記２枚一組のチップの積層組数は４組に限らず、磁石６０の空洞６０ｈのサイズ等に合わせて、任意の複数組であってよい。

図７は、別の磁気ベクトル分布測定プローブの例で、磁石６０の空洞６０ｈ内に磁気ベクトル分布測定プローブ１３０が挿入されている状態を模式的に示した上視図である。

図７に示す磁気ベクトル分布測定プローブ１３０は、プローブ基体１０１の先端付近に、ペルチエ素子１０８が装着され、該ペルチエ素子１０８上に、チップ１０３，１０４が装着された構成となっている。図７の磁気ベクトル分布測定プローブ１３０では、ペルチエ素子１０８を用いてチップ１０３，１０４に形成されている複数個のＴＭＲ素子の温度を一定にすることができるため、高精度の磁気ベクトル分布測定プローブとすることができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態は、スピンバルブ型のトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子を用いた磁気ベクトル分布測定プローブに関するものであった。本実施形態は、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子を用いた磁気ベクトル分布測定プローブに関する。

図８は、本実施形態の一例である磁気ベクトル分布測定プローブ２００を示す図で、図８（ａ）は、磁石６０の空洞６０ｈ内に磁気ベクトル分布測定プローブ２００が挿入されている状態を模式的に示した上視図であり、図８（ｂ）は、側面から視た部分的な断面図である。図８（ｃ）は、磁気ベクトル分布測定プローブ２００の先端部付近を拡大して模式的に示した図である。尚、図８（ａ）〜（ｃ）において、図３（ａ）〜（ｃ）と同様の部分については、同じ符号を付した。

また、図９は、図８の異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子２０の一例として、その平面構造を模式的に示した上視図である。図１０は、図９に示すＡＭＲ素子２０の特性を示す図で、印加磁界角度θと出力電圧（抵抗値）の関係を示した図である。

図８の磁気ベクトル分布測定プローブ２００も、図８（ａ），（ｂ）に示したように、被測定物である磁石６０の空洞６０ｈ内に挿入配置され、該空洞６０ｈ内における磁気ベクトル分布を測定するための磁気ベクトル分布測定プローブである。図８の磁気ベクトル分布測定プローブ１００では、図８（ｃ）に示したように、一枚のチップ２０１に、ＡＭＲ素子２０が複数個形成されており、該チップ２０１が、プローブ基体１０１の先端付近に装着されている。

図９に示すＡＭＲ素子２０は、１ｍｍ角程度の大きさで構成することができる。図９に示すＡＭＲ素子２０は、図１（ａ）に示したＴＭＲ素子１０と較べて、素子サイズが大きいため、ＴＭＲ素子１０に較べて分解能で劣る。しかしながら、図９のＡＭＲ素子２０は、構造が単純であり、図１のＴＭＲ素子１０に較べて安価に製造することができる。また、図９のＡＭＲ素子２０は、図１のＴＭＲ素子１０と同様に、磁界の方位依存性を持つため、１個の素子で磁気ベクトルの測定が可能である。このため、ＡＭＲ素子２０を用いた図８に示す磁気ベクトル分布測定プローブ２００についても、図１４に示したホール素子５３を用いたホールプローブ５０のようにプローブ基体５１の３軸方向にホール素子チップ５２ｘ〜５２ｚを装着する必要がなく、小型化が可能である。

以上のようにして、図８（ｃ）に示すように、ＡＭＲ素子２０は、数ミリ角の一枚のチップ２０１に複数個を集積化することが可能である。従って、該チップ２０１がプローブ基体１０１の先端付近に装着されてなる図８の磁気ベクトル分布測定プローブ２００は、被測定物である磁石６０の空洞６０ｈ内に挿入配置され、該空洞６０ｈ内における数ミリ角程度の領域の磁気ベクトル分布が測定可能な、小型且つ安価な磁気ベクトル分布測定プローブとすることができる。

図１１は、図８におけるＡＭＲ素子２０の別の構成例で、ＡＭＲ素子２１の平面構造を模式的に示した上視図である。

図８に示す磁気ベクトル分布測定プローブ２００についても、一枚のチップ２０１に複数個形成されるＡＭＲ素子２０が、それぞれ、図１１に示したＡＭＲ素子２１のように、ハーフブリッジとして構成されてなることが好ましい。これによって、外来ノイズに対する耐性を高めることができ、高精度の磁気ベクトル分布測定プローブとすることができる。

また、ＡＭＲ素子２０は、図９中に一点鎖線で示した異方性パターン形状の対称軸に対して対称的である２つの磁気ベクトルについては、これらを識別することができない。従って、一個のＡＭＲ素子２０の回転磁界に対する検出範囲は、図１０に示すように、例えば−４５°〜４５°に限定される。

従って、ＡＭＲ素子を用いる磁気ベクトル分布測定プローブにおいては、前記一枚のチップ２０１に形成される複数個のＡＭＲ素子２０が、それぞれ、共通する方向を向いた同じ異方性パターン形状を有してなり、前記チップを４枚一組として、該４枚一組のチップにおける異方性パターン形状の対称軸方向が９０°ずつ回転するようにして、該４枚一組のチップが積層されてなり、前記積層された４枚一組のチップが、前記プローブ基体の先端付近に装着されてなることが好ましい。

このように、異方性パターン形状の対称軸方向が９０°ずつ回転するようにして積層された４枚一組のチップを用いることで、回転磁界に対しても−１８０°〜１８０°の全範囲に亘って、これらを識別することが可能となり、磁気ベクトルの確実な面内分布測定が可能となる。また、この場合、前記積層された４枚一組のチップが、複数組積層されて、前記プローブ基体の先端付近に装着されてなる構成とすることで、該磁気ベクトル分布測定プローブによる３次元の磁気ベクトル分布同時測定が可能となる。

以上のように、第１実施形態と第２実施形態で例示した本発明の磁気ベクトル分布測定プローブは、いずれも、被測定物である磁石６０の空洞６０ｈ内に挿入配置され、該空洞６０ｈ内における数ミリ角程度の領域の磁気ベクトル分布が測定可能な、小型の磁気ベクトル分布測定プローブとなっている。

従って、上記した磁気ベクトル分布測定プローブは、被測定物である磁石６０が、図１２に示した磁石９２のように、回転体に対してバイアス磁界を発生し回転体の回転に伴うバイアス磁界の変化を検出する回転検出装置に用いられる、小型磁石である場合に好適である。特に、該回転検出装置が、車載用である場合に適しており、該回転検出装置の小型化と高精度化を図ることができる。

また、上記した小型磁石の空洞内における磁気ベクトル分布の測定には、上記した磁気ベクトル分布測定プローブを、ＴＭＲ素子１０またはＡＭＲ素子２０が、一枚のチップに９個以上形成されてなる構成とすることが好ましい。

（ａ）は、ＴＭＲ素子１０の平面構造を模式的に示した上視図であり、（ｂ）は、ＴＭＲ素子１０の断面構造を模式的に示した図である。 図１に示すＴＭＲ素子１０の特性を示す図で、印加磁界角度θと出力電圧（抵抗値）の関係を示した図である。 第１実施形態の一例である磁気ベクトル分布測定プローブ１００を示す図で、（ａ）は、磁石６０の空洞６０ｈ内に磁気ベクトル分布測定プローブ１００が挿入されている状態を模式的に示した上視図であり、（ｂ）は、側面から視た部分的な断面図である。また、（ｃ）は、磁気ベクトル分布測定プローブ１００の先端部付近を拡大して模式的に示した図である。 別の磁気ベクトル分布測定プローブの例で、（ａ）は、磁気ベクトル分布測定プローブ１１０の構成を示した模式的な断面図であり、（ｂ）は、磁気ベクトル分布測定プローブ１１０の構成要素であるチップ１０３，１０４の模式的な上面図である。 図４に示す磁気ベクトル分布測定プローブ１１０の効果を説明する図で、（ａ）は、点線矢印で示した磁気ベクトル分布中に２枚一組のチップ１０３，１０４が配置されている状態を模式的にまとめて示した上視図であり、（ｂ）は、各チップに形成されているＴＭＲ素子の特性を示す図である。 別の磁気ベクトル分布測定プローブの例で、磁石６０の空洞６０ｈ内に磁気ベクトル分布測定プローブ１２０が挿入されている状態を模式的に示した上視図である。 別の磁気ベクトル分布測定プローブの例で、磁石６０の空洞６０ｈ内に磁気ベクトル分布測定プローブ１３０が挿入されている状態を模式的に示した上視図である。 第２実施形態の一例である磁気ベクトル分布測定プローブ２００を示す図で、（ａ）は、磁石６０の空洞６０ｈ内に磁気ベクトル分布測定プローブ２００が挿入されている状態を模式的に示した上視図であり、（ｂ）は、側面から視た部分的な断面図である。（ｃ）は、磁気ベクトル分布測定プローブ２００の先端部付近を拡大して模式的に示した図である。 図８の異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子２０の一例として、その平面構造を模式的に示した上視図である。 図９に示すＡＭＲ素子２０の特性を示す図で、印加磁界角度θと出力電圧（抵抗値）の関係を示した図である。 図８におけるＡＭＲ素子２０の別の構成例で、ＡＭＲ素子２１の平面構造を模式的に示した上視図である。 回転検出装置（磁気検出装置）９０の内部構成、および回転体である歯車状の磁性体ロータ８０との配置関係を示した全体構成図である。 回転検出装置に用いる別の磁石の例で、（ａ）は、磁石７０の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一点鎖線で囲った部分でのシミュレーションによる磁界強度分布を示した図である。 特許文献２に開示されている磁界測定用ホールプローブの一例で、（ａ）は、磁石６０の空洞６０ｈ内にホールプローブ５０が挿入されている状態を模式的に示した上視図であり、（ｂ）は、側面から視た部分的な断面図である。また、（ｃ）は、ホールプローブ５０の先端部付近を拡大して模式的に示した斜視図である。

符号の説明

１００，１１０，１２０，１３０，２００ 磁気ベクトル分布測定プローブ
１０１ プローブ基体
１０２〜１０４，１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂ，１０７ａ，１０７ｂ，１０８ チップ
１０，１０ａ，１０ｂ スピンバルブ型のトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子
２０１ チップ
２０，２１ 異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子
６０ 磁石
６０ｈ 空洞

Claims (12)

1. 被測定物である磁石の空洞内に挿入配置され、該空洞内における磁気ベクトル分布を測定する磁気ベクトル分布測定プローブであって、
   一枚のチップに、
   スピンバルブ型のトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子が複数個形成され、
   該チップが、プローブ基体の先端付近に装着されてなることを特徴とする磁気ベクトル分布測定プローブ。
2. 前記トンネル磁気抵抗素子が、それぞれ、ハーフブリッジとして構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の磁気ベクトル分布測定プローブ。
3. 前記一枚のチップに形成される複数個のトンネル磁気抵抗素子が、共通する磁化方向のピンド層を有してなり、
   前記チップを２枚一組として、該２枚一組のチップにおけるピンド層の磁化方向を互いに直交するようにして、該２枚一組のチップが積層されてなり、
   前記積層された２枚一組のチップが、前記プローブ基体の先端付近に装着されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気ベクトル分布測定プローブ。
4. 前記積層された２枚一組のチップが、複数組積層されて、前記プローブ基体の先端付近に装着されてなることを特徴とする請求項３に記載の磁気ベクトル分布測定プローブ。
5. 前記プローブ基体の先端付近に、ペルチエ素子が装着され、
   該ペルチエ素子上に、前記チップが装着されてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁気ベクトル分布測定プローブ。
6. 被測定物である磁石の空洞内に挿入配置され、該空洞内における磁気ベクトル分布を測定する磁気ベクトル分布測定プローブであって、
   一枚のチップに、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子が複数個形成され、
   該チップが、プローブ基体の先端付近に装着されてなることを特徴とする磁気ベクトル分布測定プローブ。
7. 前記異方性磁気抵抗素子が、それぞれ、ハーフブリッジとして構成されてなることを特徴とする請求項６に記載の磁気ベクトル分布測定プローブ。
8. 前記一枚のチップに形成される複数個の異方性磁気抵抗素子が、それぞれ、共通する方向を向いた同じ異方性パターン形状を有してなり、
   前記チップを４枚一組として、該４枚一組のチップにおける異方性パターン形状の対称軸方向が９０°ずつ回転するようにして、該４枚一組のチップが積層されてなり、
   前記積層された４枚一組のチップが、前記プローブ基体の先端付近に装着されてなることを特徴とする請求項６または７に記載の磁気ベクトル分布測定プローブ。
9. 前記積層された４枚一組のチップが、複数組積層されて、前記プローブ基体の先端付近に装着されてなることを特徴とする請求項８に記載の磁気ベクトル分布測定プローブ。
10. 前記磁石が、
    回転体に対してバイアス磁界を発生し前記回転体の回転に伴う前記バイアス磁界の変化を検出する、回転検出装置に用いられることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の磁気ベクトル分布測定プローブ。
11. 前記回転検出装置が、車載用であることを特徴とする請求項１０に記載の磁気ベクトル分布測定プローブ。
12. 前記トンネル磁気抵抗素子または前記異方性磁気抵抗素子が、
    一枚のチップに９個以上形成されてなることを特徴とする請求項１０または１１に記載の磁気ベクトル分布測定プローブ。

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