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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt und eine Elementvorrichtung mit magnetoresistivem Effekt, die ein magnetisches Muster erkennt.
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STAND DER TECHNIK
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Wenn ein Magnetsensor mit einem Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt einem starken Magnetfeld ausgesetzt wird, kann die Magnetisierungsrichtung des Elements destabilisiert werden, und der Ausgang des Elements kann beeinträchtigt werden. Damit die Magnetisierungsrichtung des Elements in eine vorgegebene Richtung gerichtet ist, wird die Magnetisierungsrichtung des Elements vor der Messung durch einen Rücksetzstrom zwangsweise ausgerichtet (Nicht-Patentdokument 1).
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Beispielsweise enthält Patentdokument 1 eine Beschreibung einer integrierten Magnetfeld-Detektionsvorrichtung, bei der ein Magnetfeld-Detektionselement eine Brückenschaltung bildet. Im integrierten Magnetfeld-Detektor nach Patentdokument 1 hat eine erste spiralförmige Spule eine Set-Reset-Funktion. Eine zweite Spule und eine dritte Spule sind konfiguriert, um Magnetfelder zu erzeugen, die zum Prüfen, Kompensieren, Kalibrieren und Rückkoppeln verwendet werden können.
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STAND DER TECHNIK
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- Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2001-516 031 A
- Nicht-Patentdokument 1: Hitachi Metals Technical Review, Vol. 18 (2002), S. 37 bis 42
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mit der Erfindung zu lösende Probleme
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Das integrierte Magnetfeld-Detektionsgerät nach Patentdokument 1 ist mit einem spiralförmigen Leiter als Rückstellspule versehen, der im Uhrzeigersinn von einem äußeren Umfang zu einem Zentrum des magnetoresistiven Elements gewickelt ist. Durch den Stromfluss in der Rückstellspule wird ein Magnetfeld zum Chipmittelteil hin erzeugt und das magnetoresistive Element nach Patentdokument 1 wird zurückgesetzt. Allerdings ist in dieser Konfiguration eine im Vergleich zur Länge des magnetoresistiven Elements recht geringe Breite der Rückstellspule erforderlich, und die Rückstellspule ist in Spiralform angeordnet, so dass der Widerstand der Rückstellspule hoch ist. Somit besteht das Problem, dass diese Konfiguration eine hohen Rückstellspannung pro Element benötigt, wenn Strom in der Rückstellspule fließt, um das Element zurückzusetzen.
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Um dieses Probleme zu lösen, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Rückstellspannung pro Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt zu verringern.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Eine Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt nach der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: ein Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt, und eine leitfähige Rücksetzleitung, die in einer Richtung orthogonal zu sowohl einer Magneterfassungsrichtung als auch einer leichten Magnetisierungsrichtung des Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt durch ein Zentrum des Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt verläuft, sich in einer Richtung erstreckt, die zu der leichten Magnetisierungsrichtung geneigt ist und mit der leichten Magnetisierungsrichtung einen Winkel von 45° oder weniger bildet, und parallel zu einer Ebene einschließlich der Magneterfassungsrichtung und der leichten Magnetisierungsrichtung verläuft. In Richtung orthogonal zur Magneterfassungsrichtung und zur leichten Magnetisierungsrichtung betrachtet, weist die Rücksetzleitung eine Breite auf, die das gesamte Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt umfasst.
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Effekt der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt mit der leitfähigen Rücksetzleitung versehen, die in der Richtung orthogonal sowohl zur Magneterfassungsrichtung als auch zur leichten Magnetisierungsrichtung des Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt gesehen, ein Zentrum des Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt durchläuft und sich in einer Richtung erstreckt, die zur leichten Magnetisierungsrichtung geneigt ist, so dass sie mit der leichten Magnetisierungsrichtung einen Winkel von 45° oder weniger bildet. Die Rücksetzleitung hat eine Breite, die das Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt insgesamt abdeckt. Somit kann ein Rücksetz-Magnetfeld auf das Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt in einer Richtung orthogonal zur Rücksetzleitung aufgebracht werden und die Resetspannung pro Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt kann klein gehalten werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Draufsicht einer Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
- 2A zeigt eine Schichtstruktur der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt nach Ausführungsform 1;
- 2B zeigt eine andere Schichtstruktur der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 1;
- 3 zeigt einen Fall, in dem die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt nach Ausführungsform 1 durch ein hin-und-hergehendes Linienwiderstandsmuster gebildet wird;
- 4 zeigt einen Vormagnetisierungs-Flussvektor der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt nach Ausführungsform 1;
- 5A ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel für einen Magnetkreis zeigt, der ein Vormagnetisierungsfeld auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 1 aufbringt;
- 5B ist eine Draufsicht, die das Beispiel des Magnetkreises zeigt, der das Vormagnetisierungsfeld auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 1 aufbringt;
- 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für MR-Merkmale eines Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt darstellt;
- 7 zeigt ein Beispiel für Magnetisierungseigenschaften einer leichten Magnetisierungsrichtung des Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt;
- 8 zeigt eine Magnetisierungsrichtung, die die Vormagnetisierungsbedingungen für das Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 1 erfüllt,
- 9 zeigt eine Magnetisierungsrichtung in einem Zustand, in dem ein starkes äußeres Störmagnetfeld auf das Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 1 orthogonal zum Vormagnetisierungsfluss aufgebracht wird;
- 10 zeigt eine Magnetisierungsrichtung des Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt nach Abschalten des äußeren Störmagnetfeldes des in 9 dargestellten Zustandes;
- 11 zeigt einen Vormagnetisierungspunkt der leichten Magnetisierungsrichtung des Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt im in 10 dargestellten Zustand;
- 12 zeigt eine Magnetisierungsrichtung in einem Zustand, in dem das Rücksetz-Magnetfeld auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt in dem in 10 dargestellten Zustand aufgebracht wird;
- 13 zeigt eine Magnetisierungsrichtung des Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt nach Abschalten des Rücksetz-Magnetfeldes des in 12 dargestellten Zustandes;
- 14 zeigt den Zeitpunkt der Anwendung eines Rücksetzstroms auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 1;
- 15 ist eine Draufsicht, in der Elemente mit anisotropem magnetoresistivem Effekte nach Ausführungsform 1 in einem Array angeordnet sind;
- 16 ist eine Draufsicht einer Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
- 17 ist eine Draufsicht, in der Elemente mit anisotropem magnetoresistivem Effekt nach Ausführungsform 2 in einem Array angeordnet sind;
- 18 zeigt einen Vormagnetisierungs-Flussvektor und einen Rücksetzstrom der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 2;
- 19A ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel für einen Magnetkreis zeigt, der ein Vormagnetisierungsfeld auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 2 aufbringt;
- 19B ist eine Draufsicht, die das Beispiel des Magnetkreises zeigt, der das Vormagnetisierungsfeld auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 2 aufbringt;
- 20 ist eine Draufsicht einer Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
- 21 ist eine Draufsicht, in der Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekte nach Ausführungsform 3 in einem Array angeordnet sind;
- 22A ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel für einen Magnetkreis darstellt, der ein Vormagnetisierungsfeld auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 3 aufbringt;
- 22B ist eine Draufsicht, die das Beispiel des Magnetkreises zeigt, der das Vormagnetisierungsfeld auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 3 aufbringt;
- 23 zeigt einen Vormagnetisierungs-Flussvektor und einen Rücksetzstrom der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 3;
- 24 ist eine Ansicht eines senkrecht zu einer Hauptabtastrichtung aufgenommenen Querschnitts einer magnetischen Sensorvorrichtung unter Verwendung der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsformen 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung;
- 25 ist eine Querschnittsansicht der magnetischen Sensorvorrichtung von 24 aus einer Auswurfrichtung eines Erkennungs-Objektes;
- 26 ist ein Schaltplan, der den Zustand der Verbindungen zwischen einer externen Schaltung und der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 2 oder 3 der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 27 ist eine Ansicht der Magnetfeldlinienfigur, die aus einem Magneten und einem Joch der magnetischen Sensorvorrichtung von 24 erzeugt wird;
- 28A ist ein Magnetfeldvektordiagramm eines Elements mit magnetoresistivem Effekt in einer stromabwärts gerichteten magnetischen Sensorvorrichtung aus 24;
- 28B ist ein Magnetfeldvektordiagramm, das die Annäherung eines zu lesenden Mediums an das stromabwärts gelegene Element mit magnetoresistivem Effekt zeigt;
- 28C ist ein Magnetfeldvektordiagramm, das die Trennung des zu lesenden Mediums vom stromabwärts gelegenen Element mit magnetoresistivem Effekt zeigt;
- 29A ist ein Magnetfeldvektordiagramm, das ein Element mit magnetoresistivem Effekt einer stromaufwärts gerichteten Seite der magnetischen Sensorvorrichtung von 24 zeigt,
- 29B ist ein Magnetfeldvektordiagramm, das die Annäherung des zu lesenden Mediums an das stromaufwärts gelegene Element mit magnetoresistivem Effekt zeigt; und
- 29C ist ein Magnetfeldvektordiagramm, das die Trennung des zu lesenden Mediums vom stromaufwärts gelegenen Element mit magnetoresistivem Effekt zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Ausführungsform 1
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1 ist eine Draufsicht auf eine Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt 1 ist mit einem Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt 2 und einer Rücksetzleitung 3 versehen. Im Folgenden wird die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt 1 manchmal einfach als „Einheit 1“ bezeichnet, und das Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt 2 wird manchmal einfach als „Element 2“ bezeichnet.
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Das Element 2 hat eine allgemein längliche rechteckige Form und aufgrund der anisotropen Morphologie eine Magneterfassungsrichtung x' und eine leichte Magnetisierungsrichtung y'. In dem in 1 dargestellten Fall ist die Magneterfassungsrichtung x' die Richtung senkrecht zur Längsrichtung in der Draufsicht, d.h. die Querrichtung; und die leichte Magnetisierungsrichtung y' ist die Längsrichtung. 1 ist eine Ansicht in einer Richtung orthogonal zur Magneterfassungsrichtung x' und zur leichten Magnetisierungsrichtung y' des Elements 2.
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Die Rücksetzleitung 3 wird von einem Leiter gebildet und verläuft in einer Richtung orthogonal sowohl zur Magneterfassungsrichtung x' als auch zur leichten Magnetisierungsrichtung y' des Elements 2, d.h. in einer Richtung senkrecht zur Seitenfläche von 1 gesehen, durch die Mitte des Elements 2 und erstreckt sich in eine zur leichten Magnetisierungsrichtung y' geneigten Richtung, um mit der leichten Magnetisierungsrichtung y' einen Winkel von 45° oder weniger zu bilden. Die Rücksetzleitung 3 ist parallel zu einer Ebene mit der Magneterfassungsrichtung x' und der leichten Magnetisierungsrichtung y'. In Richtung orthogonal zur Magneterfassungsrichtung x' und zur leichten Magnetisierungsrichtung y' des Elements 2 betrachtet, weist die Rücksetzleitung 3 eine Breite auf, die das Element 2 insgesamt abdeckt.
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Hier wird die Erstreckungsrichtung der Rücksetzleitung 3 als y-Achse genommen und in der Ebene, die die Magneterfassungsrichtung x' und die leichte Magnetisierungsrichtung y' beinhaltet, wird die Richtung orthogonal zur y-Achse als x-Achse genommen. Die Richtung orthogonal zur x-Achse und zur y-Achse, d.h. die Richtung orthogonal zur Magneterfassungsrichtung x' und zur leichten Magnetisierungsrichtung y' des Elements 2, ist die z-Achse. Wie in 1 dargestellt, wird die positive x-Achsenrichtung nach oben, die positive y-Achsenrichtung nach rechts und die positive z-Achsenrichtung nach rechts als die Richtung von der Rückseite des Blattes zur Vorderseite des Blattes genommen.
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In 1 sind die Klemmen zum Anlegen einer Spannung an das Element 2 der Einheit 1 und die Klemmen zur Stromversorgung der Rücksetzleitung 3 nicht dargestellt. Der in Erstreckungsrichtung, d.h. in y-Achsenrichtung fließende Strom wird der Rücksetzleitung 3 zugeführt.
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2A zeigt eine Schichtstruktur der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt nach Ausführungsform 1. Die Einheit 1 wird durch Stapeln/Schichten auf ein Substrat aus Glas oder Silizium, wie beispielsweise einen Siliziumwafer, gebildet und zwar in folgender Reihenfolge von unten nach oben: eine thermische Oxidschicht; NiFe, welches das Element 2 bildet; eine Isolierschicht aus Aluminiumoxid, um beispielsweise das NiFe von der Leitungsschicht zu isolieren; eine Leitungsschicht, die die Rücksetzleitung 3 bildet; und ein Schutzfilm. 1 ist eine Ansicht von der Seite der Leitungsschicht aus gesehen in einem Zustand, in dem die Schutzfolie entfernt ist. Weiterhin sind in 2A die Schichten der Klemmen zum Anlegen einer Spannung an das Element 2 der Einheit 1 und die Schichten der Klemmenteile zur Stromversorgung der Rücksetzleitung 3 nicht dargestellt.
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2B zeigt eine andere Schichtstruktur der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 1. Unter den gestapelten Schichten von 2A werden in 2B das NiFe und die Verdrahtungsschicht vertauscht. Im Falle des Schichtaufbaus von 2B werden das Element 2 in 1 durch durchgezogene Linien und die Rücksetzleitung 3 durch gestrichelte Linien dargestellt. Im Folgenden wird die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt der Ausführungsform 1 anhand des Schichtaufbaus von 2A beschrieben.
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3 zeigt den Fall, in dem die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt nach Ausführungsform 1 durch ein hin-und-hergehendes Linienwiderstandsmuster gebildet wird. Das Element 2 weist das Widerstandsmuster einer hin-und-hergehend gebogenen Linie auf. Die Richtung senkrecht zu dem Linienmuster 15 der Verlängerung der hin-und-hergehenden Linie ist die Magneterfassungsrichtung x' und die Richtung der Verlängerung des Linienmusters 15 ist die leichte Magnetisierungsrichtung y'. Die Einheit 1 von 3 hat den Schichtaufbau von 2B.
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Das Element 2 von 3 weist Linienmuster 15 mit fester Breite auf, die sich linear in der leichten Magnetisierungsrichtung y' erstrecken, und kurze Verbindungsmuster 17, die abwechselnd benachbarte Linienmuster 15 an den Enden des Linienmusters 15 miteinander mit einander verbinden. Der Abstand zwischen jedem Paar benachbarter Linienmuster 15 ist fest vorgegeben. Die Länge des Linienmusters 15 beträgt beispielsweise ca. 400 µm. Im Beispiel von 3 weist das Element 2 sieben Linienmuster 15 und sechs Verbindungsmuster 17 auf. Die Anzahl der im Element 2 enthaltenen Linienmuster 15 ist nicht auf sieben beschränkt.
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4 zeigt einen Vormagnetisierungs-Flussvektor der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt nach Ausführungsform 1. In der Einheit 1 wird das Vormagnetisierungsfeld z.B. in x-Achsenrichtung angelegt. Bei Anwendung des Vormagnetisierungsfeldes kann ein Vormagnetisierungs-Flussvektor 4 in eine x' Komponente 5 in der Magneterfassungsrichtung x' des Elements 2 und eine y' Komponente 6 in der leichten Magnetisierungsrichtung y' aufgelöst werden.
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5A ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel für einen Magnetkreis darstellt, der das Vormagnetisierungsfeld auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 1 aufbringt. 5B ist eine Draufsicht, die das Beispiel des Magnetkreises zeigt, der das Vormagnetisierungsfeld auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 1 aufbringt. Durch die Anordnung eines in x-Achsenrichtung magnetisierten Magneten 80 auf der Unterseite der Einheit 1 kann das in 4 dargestellte Vormagnetisierungsfeld auf das Element 2 aufgebracht werden. Obwohl in 5A und 5B ein Beispiel für eine Konfiguration gezeigt ist, in der der in x-Achsenrichtung magnetisierte Magnet 80 unterhalb der Einheit 1 angeordnet ist, ist diese Konfiguration nicht einschränkend und jede Konfiguration kann verwendet werden, solange das vom Vormagnetisierungs-Flussvektor 4 erzeugte Vormagnetisierungsfeld verwendet werden kann. Ein ähnlicher Effekt ergibt sich beispielsweise auch dadurch, wenn ein in z-Achsenrichtung magnetisierter Magnet unterhalb der Einheit 1 an einer von der Mitte der x-Achse versetzten Position angeordnet wird.
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6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für MR-Merkmale eines Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt darstellt. Die horizontale Achse von 6 zeigt die Stärke Bx' des in der Magneterfassungsrichtung x' angelegten Magnetfeldes und die vertikale Achse die Widerstandsänderungsrate des Elements 2. Im Allgemeinen wird bei Verwendung des Elements mit magnetoresistivem Effekts als Sensor zum Erfassen eines magnetischen Musters auf Papierwährung oder handelbaren Wertpapieren das Vormagnetisierungsfeld in einem Bereich höchster Empfindlichkeit des Element mit magnetoresistivem Effekts angewendet und das magnetische Muster gelesen. In 6 wird das Vormagnetisierungsfeld in einem Bereich angelegt, in dem die Steigung maximal ist, d.h. in dem Bereich, in dem die Stärke des aufgebrachten Magnetfeldes 1 bis 6 mT beträgt. Das angelegte Vormagnetisierungsfeld wird z.B. durch einen Vormagnetisierungspunkt 7x' angezeigt.
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7 zeigt ein Beispiel für Magnetisierungseigenschaften in der leichten Magnetisierungsrichtung des Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt. Das Element 2 ist ein magnetisches Element, so dass die Magnetisierungseigenschaften auch eine Hysterese aufweisen. Wenn beispielsweise die Stärke des aufgebrachten Magnetfeldes von Null in positiver Richtung erhöht wird, um das Sättigungsmagnetfeld zu erreichen, und dann das aufgebrachte Magnetfeld verringert wird, folgt die Magnetisierung nach der Sättigungsmagnetisierung der in 7 dargestellten oberen Kurve. In dem Intervall, in dem die Stärke des aufgebrachten Magnetfeldes nach Abnahme vom Sättigungsmagnetfeld im positiven Bereich liegt, liegt die Magnetisierung auf der in 7 dargestellten oberen Kurve. Für die leichte Magnetisierungsrichtung y' erfordert das Element 2 die Einstellung der Vormagnetisierung auf der aus der Sättigungsmagnetisierung der Magnetisierungscharakteristik zurückkehrenden Kurve. So wird beispielsweise die Vormagnetisierung auf einen Vormagnetisierungspunkt 7y' der in 7 dargestellten Kurve eingestellt.
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Um die vorgenannten Bedingungen für das Magnetfeld und die Vormagnetisierung zu erfüllen, ist, wie in 4 dargestellt, das Element 2 in einem Winkel zum Vormagnetisierungs-Flussvektor 4 angeordnet. Aufgrund der in 4 dargestellten Anordnung wird das Vormagnetisierungsfeld auf das Element 2 in der Magneterfassungsrichtung x' und das Magnetfeld in der für die leichte Magnetisierungsrichtung y' bestimmten Richtung aufgebracht, so dass die Bias- bzw. Vormagnetisierungsbedingungen erfüllt werden können.
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8 zeigt eine Magnetisierungsrichtung, die die Vormagnetisierungsbedingungen für das Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 1 erfüllt. Eine Magnetisierung 8a in 8 zeigt die Magnetisierungsrichtung des Elements 2 unter Bedingungen, die den Vormagnetisierungspunkt 7x' und den Vormagnetisierungspunkt 7y' erfüllen.
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9 zeigt die Magnetisierungsrichtung in einem Zustand, in dem ein starkes äußeres Störmagnetfeld auf das Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 1 orthogonal zum Vormagnetisierungsfluss aufgebracht wird. Wenn das starke äußere Störmagnetfeld 9 in negativer y-Achsenrichtung angelegt wird, wechselt die Magnetisierungsrichtung des Elements 2 zur Magnetisierung 8b gemäß dem in 8 dargestellten Zustand.
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10 zeigt die Magnetisierungsrichtung des Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt nach Abschalten des äußeren Störmagnetfeldes des in 9 dargestellten Zustandes. Wenn das äußere Störmagnetfeld 9 nach dem in 9 dargestellten Zustand abgeschaltet wird, bleibt die Magnetisierungsrichtung des Elements 2 bei einer Magnetisierung 8c, die zu der Magnetisierung 8a in Richtung der negativen y-Achse geneigt ist.
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11 zeigt einen Vormagnetisierungspunkt der leichten Magnetisierungsrichtung des Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt in dem in 10 dargestellten Zustand. Im Zustand von 10 liegt die Vormagnetisierung der leichten Magnetisierungsrichtung y' der Magnetisierung 8c bei einer Vormagnetisierung 7y'" auf der unteren Kurve der Magnetisierungseigenschaften, auch wenn das Vormagnetisierungsfeld gleich ist. In diesem Zustand ändert sich die Größe (Widerstand) der Magnetisierung des Elements 2 jedes Mal, wenn das magnetische Muster gefördert wird, und ein stabiler korrekter Ausgang kann nicht erreicht werden. Um einen stabilen, korrekten Ausgang unabhängig davon zu erhalten, wie stark das von außen angelegte Magnetfeld ist, ist ein Verfahren zur Rückkehr zum ursprünglichen Vormagnetisierungspunkt erforderlich (7). Sobald also der Betrieb bei einer Magnetisierung bis zur Sättigungsmagnetisierung erfolgt, ist eine Rückkehr der Magnetisierung zu der in 11 dargestellten oberen Kurve erforderlich.
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12 zeigt eine Magnetisierungsrichtung in dem Zustand, in dem das Rücksetz-Magnetfeld auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt in dem in 10 dargestellten Zustand aufgebracht wird. Wenn ein Rücksetzstrom 10 von z.B. mehreren hundert Milliampere durch die Rücksetzleitung 3 in negativer y-Achsenrichtung geleitet wird, entsteht um die Rücksetzleitung 3 herum ein in Richtung Rücksetzstrom 10 gesehen im Uhrzeigersinn drehendes Magnetfeld 11. Durch die Anordnung des Elements 2 auf der Unterseite der Rücksetzleitung 3 wird vom Magnetfeld 11 auf das Element 2 ein Rücksetz-Magnetfeld in negativer x-Achsenrichtung aufgebracht. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich die Magnetisierung des Elements 2 so, dass sie sich der positiven y-Achsenrichtung aus der Magnetisierung 8c von 10 nähert, übertrifft die Magnetisierung 8a und gelangt zur Magnetisierung 8d, also der Sättigungsmagnetisierung der leichten Magnetisierungsrichtung y'.
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13 zeigt die Magnetisierungsrichtung des Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt nach Abschalten des Rücksetz-Magnetfeldes des in 12 dargestellten Zustandes. Nach dem Verschwinden des Magnetfeldes 11 kehrt die Magnetisierung des Elements 2 zur Magnetisierung 8a zurück, die die Vormagnetisierungsbedingungen von 8 erfüllt. Nach der positiven Sättigungsmagnetisierung kehrt die Magnetisierung der leichten Magnetisierungsrichtung des Elements 2 zum Vormagnetisierungspunkt 7y' auf der oberen Kurve in 7 zurück.
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Bei dem in 2B dargestellten Schichtaufbau der Einheit 1 ist aufgrund der Anordnung der Rücksetzleitung 3 auf der Rückseite des Elements 2 bei gleichen Vorspannungs- und Vormagnetisierungsbedingungen die Richtung des Rücksetzstroms 10 zum Anlegen des Rücksetz-Magnetfeldes in negativer x-Achsenrichtung umgekehrt zu der in 12 dargestellten Richtung, d.h. in positiver y-Achsenrichtung.
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In einem solchen anormalen Zustand wird durch den Durchfluss des Rücksetzstroms 10 in der Rücksetzleitung 3 der Vormagnetisierungspunkt der leichten Magnetisierungsrichtung y' des Elements 2 auf der von der Sättigungsmagnetisierung zurückkehrenden Kurve positioniert, wodurch eine Einstellung des Elements 2 auf eine Magnetisierung ermöglicht wird, die den Vormagnetisierungsbedingungen entspricht. Dies ermöglicht es, einen stets stabilisierten und genauen Ausgang zu erzielen. Die Rücksetzleitung 3 ist mindestens so breit wie die Breite des Elements 2 und somit ist die Spannung zum Verursachen des Flusses des Rücksetzstroms 10 kleiner als die Spannung zum Verursachen des Flusses des Rücksetzstroms in der Rückstellspule nach Patentdokument 1.
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Weiterhin reicht es aus, den erforderlichen Strom wie den Rücksetzstrom 10 auch nur für einen Augenblick fließen zu lassen. Weiterhin kehrt bei der Positionierung am normalen Vormagnetisierungspunkt 7y die Magnetisierung zum Vormagnetisierungspunkt 7y' zurück, so dass das Element 2 vom Rücksetzstrom 10 nicht beeinflusst wird, auch nachdem der Rücksetzstrom 10 geflossen ist.
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14 zeigt den Zeitpunkt der Anwendung des Rücksetzstroms auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 1. Wenn der Rücksetzstromstrom 10 ein gepulster Strom ist und beispielsweise jedes Mal vor einer Datenleseperiode, wie in 14 dargestellt, fließt, ist ein Zustand erreichbar, in dem ein genauer Ausgang während der Erkennung immer möglich ist.
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15 ist eine Draufsicht, in der Elemente mit anisotropem magnetoresistivem Effekt nach Ausführungsform 1 in einem Array angeordnet sind. In der Einheit 1 von 15 sind zwei oder mehr Elemente 2 parallel zueinander und in einem Array zur Richtung der Rücksetzleitung 3 angeordnet. Weiterhin werden die Rücksetzleitungen 3, jedes der beiden oder mehreren Elemente 2, entlang einer geraden Linie verbunden. Bei drei oder mehr der Elemente 2 sind die Abstände der benachbarten Elemente 2 für allgemeine Anwendungen vorzugsweise gleich. Je nach Anwendung kann der Abstand zwischen den Elementen 2 entsprechend dem angestrebten magnetischen Muster variiert werden.
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Für die Einheit 1 von 15 wird das Vormagnetisierungsfeld so angelegt, dass es für alle Elemente 2 gleich ist, und die Vormagnetisierungsbedingungen sind die gleichen. Der Rücksetzstrom 10 zum Zurücksetzen des Elements 2 ist für alle Elemente 2 gleich. Die Rücksetzleitung 3 verbindet in Reihe alle Elemente 2, so dass alle Elemente 2 zurückgesetzt werden, wenn der Rücksetzstrom 10 einmal in der Rücksetzleitung 3 fließt. Das heißt, ein einzelnes Zurücksetzen der Elemente 2 ist nicht erforderlich, und indem man den Rücksetzstrom 10 einfach einmal durch die gesamte Einheit 1 fließen lässt, kann die Magnetisierung so eingestellt werden, dass sie die Vormagnetisierungsbedingungen erfüllt. Bei hoher Anzahl der Elemente 2 wird durch die Verlängerung der Rücksetzleitung 3 die Spannung zum Fließen des Rücksetzstroms 10 hoch, obwohl sich die Spannung pro Element 2 gegenüber dem Fall des einzelnen Elements 2 nicht ändert.
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Weiterhin kann eine Elementvorrichtung mit magnetoresistivem Effekt konfiguriert werden, in der mehrere Element-Einheiten mit magnetoresistivem Effekt 1 miteinander verbunden sind. In diesem Fall können die Rücksetzleitungen 3 der Einheiten 1 z.B. parallel, in Reihe oder durch eine Kombination von parallel und in Reihe miteinander verbunden werden, wodurch der gleichzeitige Fluss des Rücksetzstroms ermöglicht wird. In der Elementvorrichtung mit magnetoresistivem Effekt können die Einheiten 1 je nach Anwendung beliebig angeordnet werden. So können beispielsweise die Einheiten 1 so angeordnet werden, dass die Elemente 2 jeder Einheit 1 beispielsweise entlang der gleichen Geraden ausgerichtet sind. Mehrere Einheiten 1 können in zwei Gruppen unterteilt werden und beispielsweise können die Einheiten 1 der beiden Gruppen parallel oder abwechselnd angeordnet werden.
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Ausführungsform 2
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16 ist eine Draufsicht einer Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt 1 der Ausführungsform 2 weist zwei Elemente mit anisotropem magnetoresistivem Effekt 2a und 2b auf, die über eine Brücke miteinander verbunden sind. Für das Element 2a ist eine Rücksetzleitung 3a und für das Element 2b eine Rücksetzleitung 3b vorgesehen. Die Beziehung zwischen dem Element 2a und der Rücksetzleitung 3a und die Beziehung zwischen dem Element 2b und der Rücksetzleitung 3b sind die gleichen wie die Beziehung zwischen dem Element 2 und der Rücksetzleitung 3 der Ausführungsform 1.
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Das zweite Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt 2b ist in der Ebene, die die Magneterfassungsrichtung x' und die leichte Magnetisierungsrichtung y' des ersten magnetoresistiven Effekts Element 2a beinhaltet, in einer Richtung senkrecht zur Rücksetzleitung 3a des Elements 2a angeordnet. Die Rücksetzleitung 3b des Elements 2b liegt parallel zur Rücksetzleitung 3a des Elements 2a, und die Elemente 2a und 2b sind parallel zueinander. Die Verwendung der in Ausführungsform 2 miteinander verbundenen Elemente 2a und 2b hat den Effekt, dass die Wirkung von Temperaturschwankungen verringert und störendes Rauschen reduziert werden.
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Auch in Ausführungsform 2 hat die Einheit 1 den Schichtaufbau von 2A oder 2B. In 16 wird der Schichtaufbau als der von 2A dargestellt. Das Element 2a und das Element 2b können Konfigurationen aufweisen, die die in 3 dargestellten, hin-und-hergehenden Linien verwenden.
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17 ist eine Draufsicht, in der Elemente mit anisotropem magnetoresistivem Effekt nach Ausführungsform 2 in einem Array angeordnet sind. In der Einheit 1 von 17 sind zwei oder mehr des ersten Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt 2a parallel zur Richtung der Rücksetzleitung 3a angeordnet, und die Rücksetzleitung 3a von zwei oder mehr Elementen 2a ist entlang einer geraden Linie in Reihe geschaltet. Weiterhin sind zwei oder mehr des zweiten Elements mit anisotropem magnetoresistivem Effekt 2b parallel zur Richtung der Rücksetzleitung 3b angeordnet, und die Rücksetzleitung 3b von zwei oder mehr Elementen 2b ist entlang einer Geraden in Reihe geschaltet. Das Element 2a und das Element 2b bilden ein Paar, das in einer Richtung senkrecht zur Rücksetzleitung 3a angeordnet ist, und das Paar wird über eine Brücke miteinander verbunden. Bei drei oder mehr der Elemente 2a und 2b sind die Abstände zwischen den aneinandergrenzenden Elementen 2a und 2b für allgemeine Anwendungen vorzugsweise gleich. Je nach Anwendung kann der Abstand zwischen den Elementen 2a oder 2b entsprechend dem angestrebten magnetischen Muster variiert werden.
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18 zeigt einen Vormagnetisierungs-Flussvektor und einen Rücksetzstrom der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 2. In 18 entfällt die Brückenverdrahtung zwischen den Elementen 2a und 2b.
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In Ausführungsform 2 wird das gleiche Vormagnetisierungsfeld auf alle Elemente 2a und 2b der Einheit 1 aufgebracht. In 18 sind zwar die Vormagnetisierungs-Flussvektoren 4 für jeweils nur ein oberes Element 2a und ein unteres Element 2b dargestellt, um Überlappungen der Verkabelung zu vermeiden und das Verständnis zu erleichtern, aber für alle Elemente 2a und 2b werden die gleichen Vormagnetisierungs-Flussvektoren 4 verwendet. Obwohl der Fall von zwei oder mehr Elementen 2a und 2b in 18 dargestellt ist, ist der Vormagnetisierungs-Flussvektor 4 derselbe wie im Fall von jeweils einem einzelnen Element 2a und Element 2b, wie in 16 dargestellt. Die Möglichkeit, den Vormagnetisierungs-Flussvektor 4 in die x' Komponente 5 der Magneterfassungsrichtung x' aufzulösen und die y' Komponente 6 der leichten Magnetisierungsrichtung y' ist die gleiche wie in Ausführungsform 1.
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19A ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel für einen Magnetkreis zeigt, der ein Vormagnetisierungsfeld auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 2 aufbringt. 19B ist eine Draufsicht, die das Beispiel des Magnetkreises zeigt, der das Vormagnetisierungsfeld auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 2 aufbringt. Wie bei der Ausführungsform 1 kann durch die Anordnung des in x-Achsenrichtung magnetisierten Magneten 80 an der Unterseite der Einheit 1 das in 18 dargestellte Vormagnetisierungsfeld sowohl auf die Elemente 2a als auch 2b aufgebracht werden. Obwohl hier ein Beispiel für eine Konfiguration dargestellt ist, in der der in x-Achsenrichtung magnetisierte Magnet 80 unterhalb der Einheit 1 angeordnet ist, ist die Konfiguration der 19A und 19B nicht einschränkend, solange das in 18 dargestellte Vormagnetisierungsfeld aufgebracht werden kann. Ein ähnlicher Effekt kann beispielsweise durch die Anordnung eines in z-Richtung magnetisierten Magneten an einer Position unterhalb der Einheit 1 und versetzt von der Mitte der x-Achsenrichtung erzielt werden.
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Das Verhalten der Magnetisierung jedes der Elemente 2a und 2b bei Anwendung des äußeren Störmagnetfeldes 9 in der Konfiguration von 18 ist das gleiche wie das in 9 und 10 dargestellte Verhalten. Wenn die Vormagnetisierungsbedingungen der Elemente 2a und 2b gleich den Vormagnetisierungsbedingungen des Elements 2 von Ausführungsform 1 sind, sind der Rücksetzstrom 10a und der Rücksetzstrom 10b zum Einstellen der Elemente 2a und 2b auf die Magnetisierung der Vormagnetisierungsbedingung jeweils gleich dem Rücksetzstrom 10 von 12.
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Wenn der Rücksetzstrom 10a von z.B. mehreren hundert Milliampere bis zu mehreren Ampere durch die Rücksetzleitung 3a in negativer y-Achsenrichtung des Elements 2a fließt, wird um die Rücksetzleitung 3a herum ein in Richtung Rücksetzstrom 10a gesehen im Uhrzeigersinn gerichtetes Magnetfeld 11a erzeugt. Durch die Anordnung des Elements 2a auf der Unterseite der Rücksetzleitung 3a wird vom Magnetfeld 11a ein Rücksetz-Magnetfeld in negativer x-Achsenrichtung auf das Element 2a aufgebracht. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich die Magnetisierung des Elements 2a so, dass sie sich der positiven y-Achsenrichtung aus der Magnetisierung 8c von 10 annähert, übertrifft die Magnetisierung 8a und gelangt zur in 12 dargestellten Magnetisierung 8d, also der Sättigungsmagnetisierung der leichten Magnetisierungsrichtung y'.
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Nach dem Verschwinden des Magnetfeldes 11a kehrt die Magnetisierung des Elements 2a zur Magnetisierung 8a zurück, die die Vormagnetisierungsbedingungen von 8 erfüllt. Nach einmaliger Sättigungsmagnetisierung kehrt die Magnetisierung der leichten Magnetisierungsrichtung des Elements 2a dann zum Vormagnetisierungspunkt 7y' auf der oberen Kurve in 7 zurück.
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Wenn der Rücksetzstrom 10b durch die Rücksetzleitung 3b des Elements 2b fließt, wird ein Magnetfeld 11b erzeugt, und ein Rücksetz-Magnetfeld in negativer x-Achsenrichtung wirkt auf das Element 2b. Die Magnetisierung des Elements 2b kehrt zur Magnetisierung 8a zurück, die die Vormagnetisierungsbedingungen von 8 erfüllt, wie für das Element 2a, und die Magnetisierung der leichten Magnetisierungsrichtung des Elements 2b kehrt zum Vormagnetisierungspunkt 7y' auf der oberen Kurve in 7 zurück.
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Für den Fall, dass ein anormaler Zustand in der oben beschriebenen Weise auftritt, indem der Rücksetzstrom 10a in der Rücksetzleitung 3a und der Rücksetzstrom 10b in der Rücksetzleitung 3b fließen, kann der Vormagnetisierungspunkt der leichten Magnetisierungsrichtung y' der Elemente 2a und 2b auf der von der Sättigungsmagnetisierung zurückkehrenden Kurve so positioniert werden, dass die Elemente 2a und 2b auf eine Magnetisierung eingestellt werden, die den Vormagnetisierungsbedingungen entsprechen. Dies hat zur Folge, dass der Ausgang immer stabilisiert und genau ist. Die Rücksetzleitung 3a ist mindestens so breit wie die Breite des Elements 2a und die Rücksetzleitung 3b ist mindestens so breit wie die Breite des Elements 2b, und somit ist die Spannung für den Durchfluss des Rücksetzstroms 10 kleiner als die Spannung für den Durchfluss des Rücksetzstroms in der Rücksetzspule gemäß Patentdokument 1.
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Weiterhin ist es ausreichend, die erforderlichen Ströme wie die Rücksetzströme 10a und 10b auch nur für einen Moment fließen zu lassen. Weiterhin kehrt die Magnetisierung bei der Positionierung am normalen Vormagnetisierungspunkt 7y', auch dann zum Vormagnetisierungspunkt 7y' zurück, wenn die Rücksetzströme 10a und 10b fließen, so dass die Magnetisierung von den Rücksetzströmen 2a und 2b nicht beeinflusst wird.
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Durch die Konfiguration in der Weise, dass die Rücksetzstromströme 10a und 10b gepulste Ströme sind und beispielsweise jedes Mal vor einer Datenleseperiode, wie in 14 dargestellt, fließen, ist auch bei der Ausführungsform 2 bei der Erkennung immer ein genauer Ausgang möglich.
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Obwohl die oberseitige Rücksetzleitung 3a und die unterseitige Rücksetzleitung 3b in 16 und 17 jeweils unabhängig sind, können die Rücksetzleitung 3a und die Rücksetzleitung 3b parallelgeschaltet werden, wodurch ein gleichzeitiger Fluss der Rücksetzströme 10a und 10b ermöglicht wird.
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Auch in Ausführungsform 2 kann die Elementvorrichtung mit magnetoresistivem Effekt so ausgebildet werden, dass sie mehrere Element-Einheiten mit magnetoresistivem Effekt 1 miteinander verbindet, wobei in diesem Fall beispielsweise jede der Rücksetzleitungen 3 der Einheiten 1 parallel, in Reihe oder durch eine Kombination von parallel und in Reihe verbunden werden kann, wodurch der gleichzeitige Fluss des Rücksetzstroms ermöglicht wird. In der Elementvorrichtung mit magnetoresistivem Effekt können die Einheiten 1 je nach Anwendung beliebig angeordnet werden.
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Ausführungsform 3
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20 ist eine Draufsicht auf eine Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. Die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt 1 der Ausführungsform 3 ist mit zwei Elementen mit anisotropem magnetoresistivem Effekt 2a und 2b ausgestattet, die über eine Brücke miteinander verbunden sind. Die Rücksetzleitung 3a ist für das Element 2a und die Rücksetzleitung 3b für das Element 2b vorgesehen. Die Beziehung zwischen dem Element 2a und der Rücksetzleitung 3a ist die gleiche wie die Beziehung zwischen dem Element 2 und der Rücksetzleitung 3 der Ausführungsform 1. Das Element 2b und die Rücksetzleitung 3b sind spiegelsymmetrisch in Bezug auf das Element 2a und die Rücksetzleitung 3a.
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In der Ausführungsform 3 ist das zweite Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt 2b in einer Ebene angeordnet, die die Magneterfassungsrichtung xa' und die leichte Magnetisierungsrichtung ya' des ersten magnetoresistiven Effekts Element 2a beinhaltet, in einer Richtung senkrecht zur Rücksetzleitung 3a des Elements 2a. Die Rücksetzleitung 3b des Elements 2b verläuft parallel zur Rücksetzleitung 3a des Elements 2a. In Richtung orthogonal sowohl zur Magneterfassungsrichtung xa' als auch zur leichten Magnetisierungsrichtung ya' des Elements 2a ist der zwischen der leichten Magnetisierungsrichtung xa' des Elements 2a und der Rücksetzleitung 3a des Elements 2a gebildete Winkel absolut gleich und entgegengesetzt im Vorzeichen des zwischen der leichten Magnetisierungsrichtung xb' des Elements 2b und der Rücksetzleitung 3b des Elements 2b gebildeten Winkels. Das heißt, die Elemente 2a und 2b sind symmetrisch zu einer Ebene parallel zur Erstreckungsrichtung der Rücksetzleitung 3a. In der Ausführungsform 3 wird für die Elemente 2a und 2b eine Brückenverbindung verwendet, wodurch die Auswirkungen von Temperaturschwankungen und störendes Rauschen verringert werden.
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Auch in Ausführungsform 3 hat die Einheit 1 den Schichtaufbau von 2A oder 2B. Der Schichtaufbau von 2A ist auch in 20 vorgesehen. Weiterhin können die Elemente 2a und 2b Konfigurationen aufweisen, die das in 3 dargestellte, hin-und-hergehende Linienwiderstandsmuster verwenden.
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21 ist eine Draufsicht, in der Elemente mit anisotropem magnetoresistivem Effekt nach Ausführungsform 3 in einem Array angeordnet sind. In der Einheit 1 von 21 sind zwei oder mehr erste Elemente mit anisotropem magnetoresistivem Effekt 2a parallel zur Richtung der Rücksetzleitung 3a angeordnet, und die Rücksetzleitung 3a von zwei oder mehr Elementen 2a ist entlang einer Geraden in Reihe geschaltet. Weiterhin sind zwei oder mehr zweite Elemente mit anisotropem magnetoresistivem Effekt 2b parallel zur Richtung der Rücksetzleitung 3b angeordnet, und die Rücksetzleitungen 3b von zwei oder mehr Elementen 2b sind entlang einer Geraden in Reihe geschaltet. Das Element 2a und das Element 2b bilden ein Paar, das in einer Richtung senkrecht zur Rücksetzleitung 3a angeordnet ist, und das Paar wird über eine Brücke miteinander verbunden. Bei drei oder mehr der Elemente 2a und 2b sind die Abstände zwischen den aneinandergrenzenden Elementen 2a und 2b für allgemeine Anwendungen vorzugsweise gleich. Je nach Anwendung kann der Abstand der Elemente 2a oder 2b entsprechend dem angestrebten magnetischen Muster aber auch variieren.
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22A ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel für einen Magnetkreis darstellt, der ein Vormagnetisierungsfeld auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 3 aufbringt. 22B ist eine Draufsicht, die das Beispiel des Magnetkreises zeigt, der das Vormagnetisierungsfeld auf die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 3 aufbringt. Durch die Anordnung des in z-Achsenrichtung magnetisierten Magneten 80 an der Unterseite der Einheit 1 so, dass die Zentren der Elemente 2a und 2b mit der Mitte des Magneten 80 übereinstimmen, wird das in positiver x-Achsenrichtung auf das oberseitige Element 2a und das Vormagnetisierungsfeld in negativer x-Achsenrichtung auf das unterseitige Element 2b aufgebracht. Obwohl hier ein Beispiel für eine Konfiguration dargestellt ist, in der der in z-Achsenrichtung magnetisierte Magnet 80 unterhalb der Einheit 1 angeordnet ist, ist diese Konfiguration nicht einschränkend, solange das obere Vormagnetisierungsfeld und das untere Vormagnetisierungsfeld in gegensätzlichen x-Achsenrichtungen auf das obere Element 2a und das untere Element 2b aufgebracht werden können. Ein ähnlicher Effekt kann beispielsweise durch die Anordnung einer Kombination aus einem in positiver x-Achsenrichtung magnetisierten Magneten und einem in negativer x-Achsenrichtung magnetisierten Magneten und durch die Anordnung der x-Achsen-Richtungszentren der Magnete erreicht werden, die zentral unter der Einheit 1 ausgerichtet sind.
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23 zeigt den Vormagnetisierungs-Flussvektor und einen Rücksetzstrom der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 3. In 23 entfällt die Brückenverdrahtung, die die Elemente 2a und 2b verbindet.
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In Ausführungsform 3 wird ein Vormagnetisierungsfeld in der durch einen Vormagnetisierungs-Flussvektor 4a angegebenen positiven x-Achsenrichtung durch den in 22A und 22B angegebenen Magnetkreis auf das Element 2a und das Vormagnetisierungsfeld in der negativen x-Achsenrichtung durch einen Vormagnetisierungs-Flussvektor 4b auf das Element 2b aufgebracht. Obwohl 23 einen Fall von zwei oder mehr Elementen 2a und 2b zeigt, sind der Vormagnetisierungs-Flussvektor 4a und der Vormagnetisierungs-Flussvektor 4b die gleichen wie im Fall von jeweils einem der Elemente 2a und 2b, wie in 20 dargestellt.
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Der Vormagnetisierungs-Flussvektor 4a kann in eine xa' Komponente 5a in der Magneterfassungsrichtung xa' des Elements 2a und eine ya' Komponente 6a in der leichten Magnetisierungsrichtung ya' aufgelöst werden. Der Vormagnetisierungs-Flussvektor 4b kann in eine xb' Komponente 5b in der Magneterfassungsrichtung xb' des Elements 2b und eine yb' Komponente 6b in der leichten Magnetisierungsrichtung yb' aufgelöst werden. Das Element 2b und der Vormagnetisierungs-Flussvektor 4b sind spiegelsymmetrisch in Bezug auf das Element 2a und den Vormagnetisierungs-Flussvektor 4a.
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Für das oberseitige Element 2a ist das Verhalten der Magnetisierung des Elements 2a das gleiche wie in 9 und 10 dargestellt, wenn das äußere Störmagnetfeld 9 in der Konfiguration von 23 aufgebracht wird. Unter der Annahme, dass die Vormagnetisierungsbedingungen des Elements 2a gleich den Vormagnetisierungsbedingungen des Elements 2 von Ausführungsform 1 sind, ist der Rücksetzstrom 10a zum Einstellen des Elements 2a auf die Magnetisierung der Vormagnetisierungsbedingungen gleich dem Rücksetzstrom 10 von 12.
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Fließt ein Rücksetzstrom 10a von z.B. mehreren hundert Milliampere bis zu mehreren Ampere in der Rücksetzleitung 3a in negativer y-Achsenrichtung, wird um die Rücksetzleitung 3a für das Element 2a ein Magnetfeld 11a in Richtung Rücksetzstrom 10a gesehen im Uhrzeigersinn erzeugt. Durch die Anordnung des Elements 2a auf der Unterseite der Rücksetzleitung 3a wird vom Magnetfeld 11a ein Rücksetz-Magnetfeld in negativer x-Achsenrichtung auf das Element 2a aufgebracht. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich die Magnetisierung des Elements 2a so, dass sie sich der positiven y-Achsenrichtung der Magnetisierung 8c von 10 nähert, die Magnetisierung 8a übertrifft und zur Magnetisierung 8d von 12 gelangt, also der Sättigungsmagnetisierung der leichten Magnetisierungsrichtung y'.
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Nach dem Verschwinden des Magnetfeldes 11a kehrt die Magnetisierung des Elements 2a zur Magnetisierung 8a zurück, die die Vormagnetisierungsbedingungen von 8 erfüllt. Nachdem die Magnetisierung die Sättigung in der Positiv-Richtung erreicht hat, kehrt die Magnetisierung der leichten Magnetisierungsrichtung des Elements 2a zum Vormagnetisierungspunkt 7y' auf der oberen Kurve in 7 zurück.
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Das Element 2b und der Vormagnetisierungs-Flussvektor 4b haben eine Spiegelsymmetrie in Bezug auf das Element 2a und den Vormagnetisierungs-Flussvektor 4a, so dass das für das Element 2b erforderliche Rücksetz-Magnetfeld in positiver x-Achsenrichtung liegt. Die Rücksetzleitung 3b ist in der positiven z-Achsenrichtung des Elements 2b angeordnet, so dass der Rücksetzstrom 10b zur Anwendung des Rücksetz-Magnetfeldes auf das Element 2b in der positiven y-Achsenrichtung liegt, die entgegen der Richtung des Rücksetzstroms 10a liegt.
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Wie in 23 dargestellt, kann der Rücksetzstrom 10b in der Rücksetzleitung 3b fließen, das Magnetfeld 11b kann erzeugt werden, und das Rücksetz-Magnetfeld in positiver x-Achsenrichtung kann auf das Element 2b aufgebracht werden. Die Magnetisierung des Elements 2b kehrt zur Magnetisierung 8a zurück, die die Vormagnetisierungsbedingungen von 8 wie für das Element 2a erfüllt, und die Magnetisierung der leichten Magnetisierungsrichtung des Elements 2b kehrt zum Vormagnetisierungspunkt 7y' auf der oberen Kurve in 7 zurück.
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Für den Fall, dass ein anormaler Zustand in der oben beschriebenen Weise auftritt, indem der Rücksetzstrom 10a in der Rücksetzleitung 3a und der Rücksetzstrom 10b in der Rücksetzleitung 3b fließen, kann der Vormagnetisierungspunkt der leichten Magnetisierungsrichtung y' der Elemente 2a und 2b auf der von der Sättigungsmagnetisierung zurückkehrenden Kurve so positioniert werden, dass die Elemente 2a und 2b auf eine Magnetisierung eingestellt werden können, die den Vormagnetisierungsbedingungen entsprechen. Dies hat zur Folge, dass der Ausgang immer stabilisiert und genau ist. Die Rücksetzleitung 3a ist mindestens so breit wie die Breite des Elements 2a und die Rücksetzleitung 3b ist mindestens so breit wie die Breite des Elements 2b, und somit ist die Spannung für den Durchfluss der Rücksetzströme 10a und 10b kleiner als die Spannung für den Durchfluss des Rücksetzstroms in der Rückstellspule gemäß Patentdokument 1.
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Weiterhin ist es ausreichend, die erforderlichen Ströme wie die Rücksetzströme 10a und 10b auch nur für einen Moment fließen zu lassen. Weiterhin kehrt die Magnetisierung bei der Positionierung am normalen Vormagnetisierungspunkt 7y' auch nach dem Fließen der Rücksetzströme 10a und 10b zum Vormagnetisierungspunkt 7y' zurück, so dass die Magnetisierung von den Rücksetzströmen 10a und 10b nicht beeinflusst wird.
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Dadurch, dass die Rücksetzstromströme 10a und 10b gepulste Ströme sind und beispielsweise jedes Mal vor einer Datenleseperiode, wie in 14 dargestellt, fließen, ist auch in Ausführungsform 3 bei der Erkennung immer ein genauer Ausgang möglich.
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Obwohl die oberseitige Rücksetzleitung 3a und die unterseitige Rücksetzleitung 3b in 20 und 21 unabhängig voneinander sind, können die Rücksetzleitung 3a und die Rücksetzleitung 3b Rücken an Rücken so verbunden werden, dass die Rücksetzströme 10a und 10b gleichzeitig fließen. Weiterhin können die Rücksetzleitungen 3a und 3b nacheinander in den Richtungen des Stroms 10a und des Stroms 10b in Reihe geschaltet werden, so dass die Rücksetzströme 10a und 10b gleichzeitig fließen.
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Auch in Ausführungsform 3 kann eine Elementvorrichtung mit magnetoresistivem Effekt ausgebildet werden, die mehrere Element-Einheiten mit magnetoresistivem Effekt 1 miteinander verbindet, wobei in diesem Fall beispielsweise jede der Rücksetzleitungen 3 der Einheiten 1 parallel, in Reihe oder durch eine Kombination von parallel und in Reihe verbunden werden kann, wodurch der gleichzeitige Fluss des Rücksetzstroms ermöglicht wird. In der Elementvorrichtung mit magnetoresistivem Effekt können die Einheiten 1 je nach Anwendung beliebig angeordnet werden.
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Verschiedene Arten von Modifikationen der oben genannten Ausführungsformen sind möglich. So können beispielsweise in der Ausführungsform 2 Vormagnetisierungsfelder verwendet werden, die für das oberseitige Element 2a und das unterseitige Element 2b entgegengesetzt ausgerichtet sind, wie in 22A und 22B dargestellt. In diesem Fall sind aufgrund der Rotationssymmetrie der auf der z-Achse zentrierten Elemente 2a und 2b die Rücksetz-Magnetfelder entgegengesetzt ausgerichtet, und der Rücksetzstrom 10a und der Rücksetzstrom 10b sind einander entgegengesetzt.
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Weiterhin können in der Ausführungsform 3 das oberseitige Element 2a und das unterseitige Element 2b in die gleiche Richtung wie in 19A und 19B gerichtet sein, und beispielsweise kann das Vormagnetisierungsfeld in positiver x-Achsenrichtung angelegt werden. In diesem Fall ist die Beziehung zwischen dem Element 2b und dem Vormagnetisierungsfeld die gleiche wie bei der Betrachtung des Elements 2a in 23 von der negativen z-Achsenseite, d.h. von der Rückseite des Zeichnungsblattes, und somit verläuft das Rücksetz-Magnetfeld des Elements 2b in der negativen x-Achsenrichtung, und der Rücksetzstrom 10b und der Rücksetzstrom 10a haben die gleiche Richtung.
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Obwohl in den oben genannten Ausführungsformen die Verwendung der Einheit 1 im Bereich der in positiver Richtung angelegten Magnetfelder in den Magnetisierungseigenschaften von 7 vorgesehen ist, kann das Vorzeichen der angelegten Magnetfelder umgekehrt sei, und die Verwendung ist im Bereich der in negativer Richtung angelegten Magnetfelder möglich. In diesem Fall können die Richtungen der Vektoren in jeder der Zeichnungen als umgekehrt betrachtet werden.
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24 ist eine Ansicht eines senkrecht zu einer Hauptabtastrichtung gezeichneten Querschnitts der magnetischen Sensorvorrichtung unter Verwendung der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt nach Ausführungsformen 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung. 25 ist eine Querschnittsansicht der magnetischen Sensorvorrichtung von 24 aus der Förderrichtung eines Erkennungs-Objektes.
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Beispiele für das Erkennungs-Objekt 24 sind Papiergeld oder handelbare Wertpapiere, die mit einem magnetischen Element wie z.B. Magnetfarbe bedruckt sind, und zum Beispiel ist das Erkennungs-Objekt 24 ein seitenförmiges Druckmedium, auf dem ein winziges Magnetmuster ausgebildet ist. Die Magnetsensorvorrichtung ist eine Vorrichtung, die beispielsweise das auf Papier gedruckte winzige magnetische Muster erkennt. Das Magnetsensorgerät ist mit der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt 1 der Ausführungsformen 1, 2 oder 3 ausgestattet. Das Erkennungs-Objekt 24 wird in der positiven x-Richtung von 24 transportiert. Die Richtungen der x-Achse, y-Achse und z-Achse in Bezug auf die Einheit 1 sind die gleichen wie die Richtungen der Koordinatensysteme der 15, 17 oder 21. Die Einheit 1, mit der die Magnetsensorvorrichtung ausgestattet ist, ist nicht auf eine einzige Einheit beschränkt, und es kann eine Elementvorrichtung mit magnetoresistivem Effekt vorgesehen werden, die mehrere Einheiten 1 miteinander verbindet.
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Der Magnet 80 ist ein in z-Achsenrichtung magnetisierter Permanentmagnet und bildet eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit. Der Magnet 80 weist beispielsweise einen Nordpol auf der Seite der Förderstrecke des Erkennungs-Objekts 24 und einen Südpol auf der Seite gegenüber der Seite des Erkennungs-Objekts 24 auf. Eine Mittellinie 25 zeigt die x-Achsenrichtung Mittellinie des Magneten 80 an. In 24 und 25 ist die Anordnung der Magnetpole wie in 22A und 22B dargestellt, obwohl auch die Anordnung der Magnetpole der 19A und 19B möglich ist.
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Ein Joch 22a und ein Joch 22b sind als weichmagnetische Elemente ausgebildet. Das Joch 22a ist an einer Oberseite angeordnet, die sich auf der Seite des Erkennungs-Objekts 24 des Magneten 80 befindet, und das Joch 22b ist auf der Unterseite angeordnet, die sich auf der Seite des Magneten 80 gegenüber der Seite des Erkennungs-Objekts 24 befindet. Das Joch 22a und das Joch 22b sind Teile der Magnetfeld-Erzeugungseinheit. Obwohl das Joch 22b mit dem Ziel angeordnet ist, eine Konzentration des Magnetflusses des Magneten 80 zu bewirken, kann das Joch 22b auch entfallen. Obwohl das Joch 22a mit dem Ziel angeordnet ist, die Richtung des Magnetflusses des Magneten 80 zu stabilisieren, kann das Joch 22a auch entfallen.
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Das Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt 2, das die Änderung des Magnetflusses als Änderung des spezifischen Widerstandes erfasst, ist auf der Oberseite an der Seite des Erkennungs-Objekts 24 des Jochs 22a vorgesehen, auf der die Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt 1 montiert ist. Eine aus Harz gebildete Platine 29 ist auf der Oberseite des Jochs 22a montiert und geht um die Einheit 1 herum. Das Joch 22a übernimmt auch die Aufgabe, die Einheit 1 abzustützen. In dem Fall, in dem das Joch 22a mit dem Ziel angeordnet ist, die Einheit 1 abzustützen, kann ein nichtmagnetisches Element als Stützelement der Einheit 1 verwendet werden. Das Stützelement der Einheit 1 kann aus einem nichtmagnetischen Metall bestehen oder als Teil der aus Harz gebildeten Platine 29 ausgebildet sein. Weiterhin kann bei Wegfall des Jochs 22a die Einheit 1 direkt auf dem Magneten 80 angeordnet sein. Die Stromversorgungs-, Masse- und Signalleitungsklemmen der Platine 29 und der Einheit 1 sind durch Metalldraht 28 verbunden. Für die Platine 29 und die Einheit 1 wird die Förderwegseite, auf der das Erkennungs-Objekt 24 gefördert wird, durch eine Metallabschirmplatte 27 abgedeckt. Die Metallabschirmplatte 27 lässt die Magnetfeldlinien ohne Magnetisierung der Metallabschirmplatte 27 hindurch. Eine Signalverarbeitungsplatine 20 ist am unteren Teil auf der Seite des Gehäuses 26 gegenüber der Seite des Erkennungs-Objekts 24 angeordnet. Die Platine 29 und die Signalverarbeitungsplatine 20 sind durch ein Kabel 21 verbunden.
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Die Einheit 1 wird mit einem Klebstoff oder dergleichen an der Oberfläche des Jochs 22a so befestigt, dass die Einheit 1 von der Platine 29 umgeben ist. Die Elektroden der Einheit 1 sind über Metalldrähte 28 mit den auf der Platine 29 angeordneten Elektroden verbunden. Das Vergießen mit einem Harz kann zum Schutz der Einheit 1 und des Metalldrahts 28 verwendet werden. Die Einheit 1 ist so angeordnet, dass die Erstreckungsrichtung der Rücksetzleitungen 3, 3a und 3b der Einheit 1 die Lesebreitenrichtung, also die Hauptabtastrichtung ist. Im Falle der Einheit 1 der Ausführungsform 2 oder 3 sind die miteinander verbundenen Elemente 2a und 2b in Förderrichtung des Erkennungs-Objektes 24 in Reihe geschaltet.
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Die in Förderrichtung des Erkennungs-Objektes 24 aneinandergrenzenden Elemente 2a und 2b sind an einem Ende gemeinsam verbunden und in Reihe geschaltet, und der Reihenschaltungspunkt zwischen den Elementen 2a und 2b ist mit der auf der Signalverarbeitungsplatine 20 montierten Signalverarbeitungsschaltung verbunden. Das andere Ende des Elements 2a ist beispielsweise mit einer Gleichstromversorgungsspannung Vcc verbunden und das andere Ende des Elements 2b ist mit einer Gleichstrommasse GND verbunden. Die Brückenmitte der Elemente 2a und 2b ist auf der in 24 dargestellten Mittellinie 25 angeordnet.
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26 ist ein Schaltplan, der den Zustand der Verbindungen zwischen einer externen Schaltung und der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt gemäß Ausführungsform 2 oder 3 der vorliegenden Erfindung darstellt. In 26 sind die Elemente 2a und 2b zwar vertikal ausgerichtet, aber die Elemente sind jeweils schräg in Bezug auf die Hauptabtastrichtung angeordnet. Die Elemente 2a und 2b sind in Ausführungsform 2 parallel zueinander, und in Ausführungsform 3 sind die Elemente 2a und 2b symmetrisch zu einer Linie parallel zur Hauptabtastrichtung angeordnet.
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Die Elemente 2a und 2b sind in Reihe geschaltet zwischen der Gleichstromversorgungsspannung Vcc und der Gleichstrommasse GND. Eine auf der Signalverarbeitungsplatine 20 montierte Signalverarbeitungsschaltung 20a zur Verarbeitung des Signals ist an den Reihenschaltpunkt zwischen den Elementen 2a und 2b angeschlossen. Die Gleichstromversorgungsspannung Vcc wird an einen externen Anschluss 92a, die Signalverarbeitungsschaltung 20a an einen externen Anschluss 92b und die Gleichstrommasse GND an einen externen Anschluss 92c angeschlossen. Das heißt, der Reihenschaltpunkt zwischen den Elementen 2a und 2b, die in Förderrichtung des Erkennungs-Objektes 24 aneinandergrenzen, ist über den externen Anschluss 92b mit der Signalverarbeitungsschaltung 20a verbunden. Das andere Ende des Elements 2a ist über den externen Anschluss 92a mit der Gleichstromversorgungsspannung Vcc verbunden. Das andere Ende des Elements 2b ist über den externen Anschluss 92c mit der Gleichstrommasse GND verbunden.
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27 ist eine Ansicht der Magnetfeldlinienfigur, die von einem Magneten und einem Joch der magnetischen Sensorvorrichtung von 24 erzeugt wird. Um die Beziehung zwischen den Magnetfeldlinien und dem Element in 27 zu beschreiben, werden die erforderlichen Elemente dargestellt und andere Elemente weggelassen.
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In 27 durchlaufen die vom Nordpol des Magneten in der xz-Ebene austretenden Magnetfeldlinien 30 das an der Nordpolseite des Magneten angeordnete Joch 22a und fließen aus einer xy-Fläche und einer yz-Fläche des Jochs 22a nach außerhalb des Magneten und des Jochs 22a. Die nach außen vom Magneten und vom Joch 22a fließenden Magnetfeldlinien 30 fließen von einer xy-Fläche und einer yz-Fläche des Jochs 22b in das Joch 22b, das an der Südpolseite des Magneten angeordnet ist. Die in das Joch 22b fließenden Magnetfeldlinien 30 durchlaufen das Joch 22b und fließen in den Südpol des Magneten.
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Aufgrund der Eigenschaft der Magnetfeldlinien, die senkrecht in die Polflächen des Magnetelements wie in 27 dargestellt eintreten, ist die magnetische Flussdichten-Komponente Bx in x-Achsenrichtung in der Nähe der Oberfläche des Jochs 22a extrem klein, und die Hauptkomponente ist eine magnetische Flussdichten-Komponente Bz in z-Richtung, also der Magnetisierungsrichtung des Magneten. Die Einheit 1 ist an der Oberfläche des Jochs 22a angeordnet, wobei eine magnetische Flussdichten-Komponente Bz in z-Achsenrichtung eine hohe Magnetfeldstärke aufweist und die magnetische Flussdichten-Komponente Bx in x-Richtung klein ist. Das Erkennungs-Objekt 24 durchläuft die Position, in der die magnetische Flussdichten-Komponente Bz der Magnetisierungsrichtung des Magneten eine hohe Magnetfeldstärke aufweist, so dass das Erkennungs-Objekt 24 das Magnetfeld der Magnetisierungsrichtung des Magneten schneidet.
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Die Mitte zwischen den Elementen 2a und 2b der Einheit 1 befindet sich auf der Mittellinie 25 des Magneten 80 und des Jochs 22a. In der Nähe der Positionen, in denen die Elemente 2a und 2b der Einheit 1 angeordnet sind, ist die Hauptkomponente der Magnetfeldlinien 30 in 27 eine Komponente, die vom Nordpol des Magneten auf die z-Achse gerichtet ist und ein schneidendes Magnetfeld aufweist, das die Förderrichtung schneidet.
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28A ist ein Magnetfeldvektordiagramm des Elements mit magnetoresistivem Effekt auf der stromabwärtsseitigen magnetischen Sensorvorrichtung von 24. 28A entspricht dem Element 2b. Der Magnetfeldvektor an jedem Punkt der Magnetfeldlinien 30 ist ein Vektor, der linear entlang der Magnetfeldlinien 30 an diesem Punkt gerichtet ist, und somit werden die Magnetfeldvektoren durch das gleiche Bezugszeichen 30 wie die Magnetfeldlinien 30 angezeigt. Wie in 27 dargestellt, ist der Magnetfeldvektor 30 etwas in der Förderrichtung in der positiven x-Achse zu der z-Achse oben am Element 2b geneigt, und somit wird die positive x-Achsenkomponente Bx des der Förderrichtung entgegengesetzten Magnetflusses als Vormagnetisierungsfluss des Elements 2b verwendet.
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28B ist ein Magnetfeldvektordiagramm, das die Annäherung eines zu lesenden Mediums an das stromabwärts gelegene Element mit magnetoresistivem Effekt zeigt. 28C ist ein Magnetfeldvektordiagramm, das die Trennung des zu lesenden Mediums vom stromabwärts gelegenen Element mit magnetoresistivem Effekt zeigt. In 28B und 28C zeigen die strichpunktierten Linienpfeile den Magnetfeldvektor vor der Annäherung an das Erkennungs-Objekt 24, d.h. den Magnetfeldvektor 30 aus 28A.
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Wenn sich das Erkennungs-Objekt 24 mit dem magnetischen Muster dem Element 2b nähert, wie in 28B dargestellt, neigt sich der Magnetfeldvektor 30 zur magnetischen Musterseite, d.h. zur negativen x-Achsenrichtung entgegen der Förderrichtung, und somit wird die Förderrichtung der magnetischen Flussdichten-Komponente Bx für das Element 2b klein. Wenn sich das Erkennungs-Objekt 24 vom Element 2b trennt, wie in 28C dargestellt, neigt sich der Magnetfeldvektor 30 zur magnetischen Musterseite, d.h. zur Förderrichtung in positiver x-Achsenrichtung, und damit wird die magnetische Flussdichten-Komponente Bx in Förderrichtung groß. Somit ändert sich der Widerstand des Elements 2b, das für die x-Achsenrichtung empfindlich ist, durch den Durchgang des magnetischen Musters und das magnetische Muster kann erfasst werden.
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29A ist ein Magnetfeldvektordiagramm, das ein Element mit magnetoresistivem Effekt an einer stromaufwärts gerichteten Seite des Magnetsensors von 24 zeigt. 29A entspricht dem Element 2a der Einheit 1. Wie in 29A dargestellt, neigt sich der Magnetfeldvektor 30 über dem Element 2a aus der z-Achsenrichtung nur geringfügig in die negative x-Achsenrichtung entgegen der Förderrichtung, so dass eine magnetische Flussdichtekomponente -Bx (negative x-Achsenrichtung) der der Förderrichtung entgegengesetzten Seite und der vom Magnetfeldvektor 30 angegebenen magnetischen Flussdichte als Vormagnetisierungsfluss des Elements 2a verwendet wird.
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29B ist ein Magnetfeldvektordiagramm, das die Annäherung des zu lesenden Mediums an das stromaufwärts gelegene Element mit magnetoresistivem Effekt zeigt. 29C ist ein Magnetfeldvektordiagramm, das die Trennung des zu lesenden Mediums vom stromaufwärts gelegenen Element mit magnetoresistivem Effekt zeigt. In 29B und 29C zeigen die strichpunktierten Linienpfeile den Magnetfeldvektor vor der Annäherung an das Erkennungs-Objekt 24, d.h. den Magnetfeldvektor 30 von 29A.
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Wenn sich das Erkennungs-Objekt 24 mit dem magnetischen Muster, wie in 29B dargestellt, dem Element 2a nähert, neigt sich der Magnetfeldvektor zur magnetischen Musterseite, d.h. zur negativen x-Achsenrichtung entgegen der Förderrichtung, und somit wird die der Förderrichtung entgegengesetzte magnetische Flussdichten-Komponente -Bx groß. Wenn sich das Erkennungs-Objekt 24 vom Element 2a trennt, wie in 29C dargestellt, neigt sich der Magnetfeldvektor 30 zur magnetischen Musterseite, d.h. zur in Förderrichtung positiven x-Achsenrichtung, und damit wird die der Förderrichtung entgegengesetzte magnetische Flussdichten-Komponente -Bx klein. Somit ändert sich der Widerstand des Elements 2a, das für die x-Achsenrichtung empfindlich ist, durch den Durchgang des magnetischen Musters und das magnetische Muster kann erfasst werden.
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Der Reihenschaltungspunkt zwischen den Elementen 2a und 2b ist auf der Mittellinie 25 positioniert, und die Elemente 2a und 2b sind an symmetrischen Positionen zur Mittellinie 25 angeordnet, so dass die Elemente 2a und 2b auf die vorgenannte Weise gegenläufig beeinflusst werden. Somit verdoppelt sich der Brückenausgang der Elemente 2a und 2b, und es entsteht ein Ausgang, der doppelt so groß ist wie der einer Reihenschaltung der Elemente 2.
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Für den Fall, dass die Elemente 2 eine einzelne Reihe von Einheiten 1 sind, sind die Elemente 2 an der Position von 28A oder der Position von 29A angeordnet. Das heißt, das Element 2 ist versetzt zur stromabwärts gerichteten Seite der Förderrichtung in Bezug auf die Mittellinie 25 des Magneten 80 und des Jochs 22a oder versetzt in der stromaufwärts gerichteten Seite der Förderrichtung in Bezug zur Mittellinie 25 des Magneten 80 und des Jochs 22a angeordnet. Bei der Anordnung der Vorrichtung einer der Ausführungsformen 1 bis 3 so, dass die Rücksetzleitung 3, 3a oder 3b parallel zur Hauptabtastrichtung ist, wird die leichte Magnetisierungsrichtung y', ya' oder yb' des Elements 2, 2a oder 2b zur der Hauptabtastrichtung y-Achse geneigt. In diesem Fall wird, wie in 4, 18 und 23 dargestellt, das in der leichten Magnetisierungsrichtung y, ya' oder yb' (d.h. die y' Komponente 6, die ya' Komponente 6a oder die yb' Komponente 6b) stabilisierte Magnetfeld jeweils auf das Element 2, 2a oder 2b durch das Vormagnetisierungsmagnetfeld 4, 4a oder 4b in der x-Achsenrichtung, also der Förderrichtung, aufgebracht. Wie in 7 dargestellt, werden somit die Hystereseeigenschaften der Elemente 2, 2a und 2b unterdrückt und es kann ein stabilisierter Ausgang erreicht werden.
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Für den Fall, dass die magnetoresistiven Elemente 2, 2a und 2b das in 3 dargestellte mäandrierende Muster aufweisen, erhöht sich der spezifische Widerstand der Elemente 2, 2a und 2b gegenüber dem spezifischen Widerstand eines rechteckigen Musters, wodurch die Stromaufnahme verringert wird. Weiterhin steigt durch die Verbreiterung der sichtbaren Musterbreite aus Sicht der Magneterfassungsrichtung der Elemente 2, 2a und 2b die Detektionsempfindlichkeit der Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt.
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Für jedes Inkrement bzw. jede Schrittweite einer vorgegebenen Förderstrecke des Erkennungs-Objektes 24 liest die magnetische Sensorvorrichtung synchron zur Förderung des Erkennungs-Objektes 24 eine Änderung des spezifischen Widerstandes des Elements 2, 2a oder 2b der Einheit 1 für eine einzige Hauptabtastlinie aus und gibt als magnetischen Wert des magnetischen Musters eine aus der Änderung des spezifischen Widerstandes berechnete Magnetfeldänderung aus. Der Vorgang des Auslesens des spezifischen Widerstandes für die einzelne Hauptabtastleitung wird beispielsweise in der Datenleseperiode von 14 durchgeführt. So wird beispielsweise jedes Mal, wenn der spezifische Widerstand für eine einzelne Hauptabtastleitung abgelesen wird, der Rücksetzstrom 10, 10a oder 10b an die Einheit 1 geliefert und das Element 2, 2a oder 2b zurückgesetzt. Dieser Vorgang ermöglicht es, einen stets stabilisierten und genauen Ausgang zu erzielen.
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Der Zeitpunkt der Versorgung der Einheit 1 mit dem Rücksetzstrom 10, 10a oder 10b ist nicht auf ein einziges Mal pro Hauptabtastleitung beschränkt, und das Zurücksetzen kann jedes Mal nach dem Lesen einer vorgeschriebenen Zeilenzahl durchgeführt werden, oder alternativ kann das Zurücksetzen einmal jedes Mal durchgeführt werden, wenn ein einziges Erkennungs-Objekt 24 gelesen wird.
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Oben wurden einige exemplarische Ausführungsformen zur Erläuterung beschrieben. Obwohl die vorstehende Diskussion spezifische Ausführungsformen vorgestellt hat, erkennt der Fachmann, dass Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom breiteren Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sind die Spezifikationen und Zeichnungen eher im illustrativen als im restriktiven Sinne zu betrachten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Element-Einheit mit magnetoresistivem Effekt
- 2, 2a, 2b
- Element mit anisotropem magnetoresistivem Effekt
- 3, 3a, 3b
- Rücksetzleitung
- 4, 4a, 4b
- Vormagnetisierungs-Flussvektor
- 5
- x' Komponente
- 5a
- xa' Komponente
- 5b
- xb' Komponente
- 6
- y'-Komponente
- 6a
- ya' Komponente
- 6b
- yb'-Komponente
- 7x', 7y'
- Vorspannungspunkt
- 7y"
- Vormagnetisierung
- 8a, 8b, 8c, 8d
- Magnetisierung
- 9
- äußeres Störmagnetfeld
- 10, 10a, 10b
- Rücksetzstrom
- 11, 11a, 11b
- Magnetfeld
- 15
- Linearmuster
- 17
- Verbindungsmuster
- 20
- Signalverarbeitungsplatine
- 20a
- Signalverarbeitungsschaltung
- 21
- Kabel
- 22a, 22b
- Joch
- 24
- Erkennungs-Obj ekt
- 25
- Mittellinie
- 26
- Gehäuse
- 27
- Metallabschirmplatte
- 28
- Metalldraht
- 29
- Platine
- 30
- Magnetfeldlinie (Magnetfeldvektor)
- 80
- Magnet
- 92a, 92b, 92c
- externer Anschluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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