JP2000193407A

JP2000193407A - 磁気式位置検出装置

Info

Publication number: JP2000193407A
Application number: JP10368956A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Suzuki; 英之鈴木; Osamu Shinoura; 治篠浦; Yukio Asakawa; 幸雄浅川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2000-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ギャップ特性が良好で、高い出力が得られる
磁気式位置検出装置を提供する。【解決手段】磁気情報としての着磁がされた磁気スケ
ール部と、この磁気スケール部に対して相対的に移動し
磁気スケール部からの磁気情報を検出するための磁気セ
ンサ部とを備えてなる磁気式位置検出装置であって、前
記磁気センサ部は、複数の巨大磁気抵抗効果素子と、当
該巨大磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加するバイ
アス磁石を備え、前記磁気スケール部に磁気情報として
着磁された方向は、磁気スケール部に対して磁気センサ
部が相対的に移動する相対移動方向に対して、実質的に
直交方向となっており、前記複数の巨大磁気抵抗効果素
子は、磁気スケール部に対して磁気センサ部が相対的に
移動する相対移動方向に対して、実質的に直交方向とな
るように素子配列されており、しかも、実質的に隣接す
る巨大磁気抵抗効果素子に、互いに異なる方向のバイア
ス磁界が印加されるように、バイアス磁石が構成され配
置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
を用いた磁気式位置検出装置に関し、特に、磁気式のス
ケールやロータリーエンコーダ等の磁気式位置検出装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ロボット、工作機械、精密測長、
測角装置などに適用される磁気式のスケールやロータリ
ーエンコーダにおいては、その検出特性として、良好な
ギャップ特性（耐振動）、高出力（高変化率）が求めら
れている。つまり、広いギャップ検出範囲を持つ位置検
出装置（磁気式位置検出装置）を用いることで、機械的
振動などによりギャップが変動しても安定した出力を維
持できる装置が求められている。さらに、消費する電力
が小さくても高い出力を有する装置、例えば、環境に優
しいバッテリー駆動の装置等も最近その需要が増大して
きている。

【０００３】強磁性体金属の異方性磁気抵抗効果（ＡＭ
Ｒ効果）は、比較的低い磁界（数Ｏｅ〜数千Ｏｅ）の変
化により電気抵抗が大きく変化するために、このＡＭＲ
素子（例えば、飽和磁界の小さいＮｉ−Ｆｅ膜、ＭＲ変
化率の大きいＮｉ−Ｃｏ膜など）と、磁気情報が記録さ
れた被検出体である記録媒体と、例えば磁石等を組み合
わせて、上記の目的に適した磁気式位置検出装置がこれ
まで提供されてきている。

【０００４】また、近年、例えば、特開平５−２５９５
３０号公報に提案されているように多層構造からなる磁
性膜による結合型巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を用
いたセンサが開発されている。このＧＭＲ効果を持つ磁
気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）は、ＡＭＲ素子に比較し
て抵抗変化率が大きく、そのためＡＭＲ素子に比べ良好
なギャップ特性（耐振動）と高出力を得ることが可能で
ある。さらに、ＧＭＲ効果を示す磁性膜においては、抵
抗変化が磁界と電流の相対角度によらず等方的であるた
め、例えば、特開平７−７７５３１公報に開示されてい
るように被検出体からの信号磁界と、感磁パターンの長
手方向を平行に配置することにより反磁界の影響を低減
することが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁気情
報としての着磁がされた磁気記録媒体の形態が、例え
ば、長尺帯状形態をなし、この帯状長手方向に対して、
面内直角方向に着磁がされている場合（特に、磁気記録
媒体の着磁ピッチが磁気記録媒体の幅より十分に大きい
場合）には、磁気記録媒体からの漏洩磁界（検出用磁
界）の方向は、帯状長手方向に対して直角となる。そし
て、このような着磁がなされた磁気スケール部の磁気情
報を磁気センサ部により検出しようとする場合、ギャッ
プ特性が良好で、高い出力が得られる磁気スケール部と
磁気センサ部の最適設定がなされた磁気式位置検出装置
の提案は従来よりなされていない。

【０００６】このような実状のもとに本発明は創案され
たものであって、その目的は、磁気スケール部と磁気セ
ンサ部を有する磁気式位置検出装置の最適構造を設定
し、ギャップ特性が良好で、高い出力が得られる磁気式
位置検出装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、磁気情報としての着磁がされた磁気スケ
ール部と、この磁気スケール部に対して相対的に移動し
磁気スケール部からの磁気情報を検出するための磁気セ
ンサ部とを備えてなる磁気式位置検出装置であって、前
記磁気センサ部は、複数の巨大磁気抵抗効果素子と、当
該巨大磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加するバイ
アス磁石を備え、前記磁気スケール部に磁気情報として
着磁された方向は、磁気スケール部に対して磁気センサ
部が相対的に移動する相対移動方向に対して、実質的に
直交方向となっており、前記複数の巨大磁気抵抗効果素
子は、磁気スケール部に対して磁気センサ部が相対的に
移動する相対移動方向に対して、実質的に直交方向とな
るように素子配列されており、しかも、実質的に隣接す
る巨大磁気抵抗効果素子に、互いに異なる方向のバイア
ス磁界が印加されるように、バイアス磁石が構成され配
置されているように構成される。

【０００８】また、本発明における好適な態様として、
前記磁気スケール部は、長尺帯状形態をなし、この帯状
長手方向に対して、実質的に直交方向に磁気情報として
の着磁がされているように構成される。

【０００９】また、本発明における好適な態様として、
前記磁気スケール部は、ディスク形態をなし、このディ
スク形態の厚さ方向に磁気情報としての着磁がされてお
り、当該着磁方向は、前記相対移動方向に対して、実質
的に直交方向となっているように構成される。

【００１０】また、本発明における好適な態様として、
前記磁気センサ部は、４ｎ（ｎ：正の整数）個の巨大磁
気抵抗効果素子を備え、これらの巨大磁気抵抗効果素子
がブリッジ接続されてなるように構成される。

【００１１】また、本発明における好適な態様として、
前記磁気センサ部は、略同一位置に存在し、対をなす２
本の巨大磁気抵抗効果素子により１組の素子群を構成
し、隣接する素子群同士が実質的に隣接する巨大磁気抵
抗効果素子となり、これらの巨大磁気抵抗効果素子がブ
リッジ接続されてなるように構成される。

【００１２】また、本発明における好適な態様として、
前記バイアス磁石は、複数の磁石体からなり、実質的に
隣接する巨大磁気抵抗効果素子に、互いに異なる方向の
バイアス磁界が印加されるように、これらが巨大磁気抵
抗効果素子に対応して個々に配置されるように構成され
る。

【００１３】また、本発明における好適な態様として、
前記バイアス磁石は、多極着磁磁石であり、実質的に隣
接する巨大磁気抵抗効果素子に、互いに異なる方向のバ
イアス磁界が印加されるように、多極着磁磁石が配置さ
れて構成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面を参照しつつ説明する。図１〜図３には、本発明
の磁気式位置検出装置の第１の実施の形態が示されてお
り、図１は、本発明の磁気式位置検出装置１の全体構成
を模式的にあらわす概略斜視図であり、図２は、図１の
概略斜視図を上方から見た概略平面図であり、図３は、
図２のＡ−Ａ断面矢視図である。

【００１５】これらの図に示されるように、本発明の磁
気式位置検出装置１は、磁気情報としての着磁がされ
た、例えば磁気記録媒体として作用する磁気スケール部
５０と、この磁気スケール部５０に対して相対的に移動
（矢印（α）方向）し、磁気スケール部５０からの磁気
情報を検出するための磁気センサ部１０とを備えてい
る。磁気センサ部１０と磁気スケール部５０は、相対的
に移動するわけであるから、どちらか一方が固定されて
いればよい。また、場合によっては、所定の移動方向
（矢印（α）方向）を規定するように双方が移動しても
よい。

【００１６】本実施の形態の場合、磁気スケール部５０
は、図示のごとく長尺の帯状形態をなしており、この帯
状長手方向（相対移動方向（矢印（α）方向）と同じ）
に対して、実質的に面内直交方向（矢印（β）方向およ
び（β’）方向）に磁気情報５１，５２（互いに磁化方
向が異なる）としての着磁がされている。磁気情報５
１，５２の着磁ピッチは符号Ｐで表されており、本発明
の場合、図１や図２に示されるごとく、着磁ピッチＰは
幅Ｗに比べて十分に大きい。

【００１７】帯状形態の磁気スケール部は、フェライト
等の微粒子をバインダーとともに加温圧縮成形すること
で得られるボンド磁石等に、例えば、ギャップＷを有す
る磁気ヘッドを用いて着磁される。磁気ヘッドは、例え
ば、当該ヘッドの長さが磁気スケール部の幅と同じ長さ
を持ち、ピッチＰ毎に異なる方向の電流が瞬間的に印加
されるように構成されている。この磁気ヘッドを利用す
ることで磁化方向が反対の着磁を正確な着磁ピッチで行
うことができる。

【００１８】本実施の形態の場合、磁気センサ部１０
は、２つの巨大磁気抵抗効果素子１１，１５と、これら
の巨大磁気抵抗効果素子１１，１５にバイアス磁界を印
加するためのバイアス磁石２１，２５を備えている。そ
して、これら２つの巨大磁気抵抗効果素子がそれぞれ配
列される列方向（矢印（γ）方向）は、前記相対移動方
向（α）に対して、実質的に直交方向となるように素子
配列されている。素子の長手部分１１ａ，１５ａはそれ
ぞれ矢印（γ）方向と直交する。さらに、図３に示され
るように実質的に隣接する巨大磁気抵抗効果素子１１と
１５には、互いに異なる方向のバイアス磁界８１，８２
が印加されるように、バイアス磁石２１，２５がそれぞ
れ、基板５を隔てて配置されている。つまり、本実施の
形態では、基板５の表裏にそれぞれ巨大磁気抵抗効果素
子１１，１５およびバイアス磁石２１，２５が対をなす
ように形成され、しかも素子１１と１５が受けるバイア
ス磁界の方向８１，８２は互いに逆方向となるように磁
石２１，２５の配置が行われる。なお、本発明に言う
『実質的に』という文言は、本発明の作用効果を発現で
きる範囲で、ある許容幅を持たせるために用いている。

【００１９】本発明に用いられる巨大磁気抵抗効果素子
１１，１５の巨大磁気抵抗効果膜は、金属人工格子（藤
森啓安、アグネ技術センター、１９９５年発行）３４７
ページに紹介されているように、強磁性体膜と非磁性体
膜との多層膜から構成され、多層膜の所定の界面散乱変
化により抵抗が変化する現象が利用されている。巨大磁
気抵抗効果膜としては、（強磁性体／非磁性導電体）
構造のアンチフェロ（結合）型、（高保磁力強磁性体
／非磁性導電体／低保磁力強磁性体）構造の誘導フェリ
（非結合）型、（半強磁性体／強磁性体／非磁性導電
体／強磁性体）構造のスピンバルブ型、Ｃｏ／Ａｇ系
統の非固溶系グラニュラー型に大別される。

【００２０】これらの各巨大磁気抵抗効果膜は、その構
造や組成により、検出可能な磁界強度、すなわち、磁気
抵抗効果の飽和磁界強度が大きく異なる。例えば、（Ｆ
ｅ／Ｃｒ）系アンチフェロ型では１０ＫＯｅ以上、（Ｃ
ｏＮｉＦｅ／Ｃｕ）系アンチフェロ型では、０．１Ｏｅ
から１ＫＯｅ、（ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ）系誘導
フェリ型では、５Ｏｅから２０Ｏｅ程度、（ＦｅＭｎ／
ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ）系スピンバルブ型では、数
Ｏｅ、そして、グラニュラー型では１００Ｏｅから５Ｋ
Ｏｅ程度までの磁界検出が可能である。磁界感度は、最
大磁気抵抗変化率を飽和磁界強度で割り算したものであ
り、最大磁気抵抗変化率が大きくても、飽和磁界が大き
い場合には磁界感度は悪い。反対に、最大磁気抵抗変化
率が小さくても、飽和磁界が非常に小さい場合には磁界
感度は良い。このため、検出すべき磁界強度により最高
の磁界感度が得られるように、上記の各種の巨大磁気抵
抗効果膜から、基本系を選択し、さらに組成系の変更や
細かな構造を最適化して用いる。

【００２１】好ましい巨大磁気抵抗効果膜の構造として
は(Co/Cu), (NiFe/Cu), (NiFeCo/Cu), (CoFe/Cu), (NiF
eCo/Cu/Co/Cu), (NiFe/Cu/Co/Cu), (CoFe/Cu/NiFe/Cu)
等の構造を５回以上繰り返して成膜した多層膜構造であ
る。これらの多層膜構造を有する巨大磁気抵抗効果膜に
おいては最も薄い層の層厚が１０ｎｍ以下であることが
好ましく、特に好ましくは３ｎｍ以下である。最も薄い
層の層厚が１０ｎｍを越えると高いＭＲ変化率が得られ
にくくなるという傾向が生じる。

【００２２】このような磁気抵抗効果膜（磁性膜）は、
真空成膜法、例えば、蒸着法、スパッタ法などにより成
膜される。より具体的には、基板５の全面に磁気抵抗効
果膜を成膜した後、所望のパターン形状にパターニング
して磁界検出用の磁気抵抗効果素子とする。図１や図２
に示される第１の実施の形態における巨大磁気抵抗効果
素子１１，１５の膜パターニング形状は、図示のごとく
折り曲げ形態の長手部分１１ａ，１５ａ（特に図２）が
向く方向が、素子が配列される列方向（矢印（γ）方
向）と同じ方向となっている。このような素子に接合さ
れ、電流を流すための電極３１（図１）が所定のパター
ンに形成される。電極３１は、巨大磁気抵抗効果素子で
ある磁性膜部分に比べて小さな抵抗を有することが重要
である。このため電極は、導電性の高い金属、例えば
銅、金、アルミニウム、タングステン等を用いて比較的
厚い仕様、例えば、０．３から５．０μｍの厚さに成膜
される。電極の形成には、真空成膜法に加えて湿式成膜
法も利用可能である。また、最初に、電極３１を形成し
てから巨大磁気抵抗効果素子１１，１５を形成しても差
し支えない。

【００２３】また、このように巨大磁気抵抗効果素子１
１，１５および電極３１を個別に異種の材料から構成す
るのではなくて、巨大磁気抵抗効果素子および電極をす
べて同一材質から一体的に形成（成膜）させてもよい。
ただし、この場合には巨大磁気抵抗効果素子および電極
の各々の機能が発揮できる範囲内での同一材質とするこ
とが必要である。磁性膜の部分は感磁パターン部であ
り、電極の部分は、感磁パターン部である必要はない。
そこで、感磁パターン部と電極部の電流密度を変化させ
るために、電極の幅は感磁パターン部の幅よりも広く設
計される。すなわち、同一材質で構成されたパターンの
両端部分の幅を広くすることで電極としての機能を付与
できる。同一材質から構成することにより、１回のパタ
ーニング工程で感磁部分である巨大磁気抵抗効果素子と
電極が同時に形成でき、極めて高い生産性を実現するこ
とができる。

【００２４】巨大磁気抵抗効果素子１１，１５は、一般
に、２００ｎｍ以下の薄膜として形成されるために、使
用環境における耐食性が問題となることが多い。このた
め、少なくとも磁気抵抗効果素子１１，１５の上層に保
護膜を設け、周囲の雰囲気から巨大磁気抵抗効果素子１
１，１５を保護することが好ましい。保護膜の材質とし
ては、ＳｉＯ₂ やＡｌ₂ Ｏ₃ 等の無機材料や、ポリイミ
ド樹脂、ノボラック樹脂等の有機材料を用いることが好
ましい。

【００２５】本発明に用いられる基板５の材質は、特に
制限されるものではなく、ガラス、シリコン、セラミッ
ク等の無機系のものや、樹脂等の有機系のものいずれを
用いてもよい。これらのなかでは特に、いわゆる可撓性
に優れ、薄くて軽いものを用いることが好ましく、例え
ば、印刷配線板等として広く使用されているプラスチッ
クフィルムと同様の基板が好適に使用できる。より具体
的には、プラスチックフィルム材質として公知の各種の
材料、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレー
ト（ＰＥＴ）、ポリポロピレン（ＰＰ）、テフロン等が
利用可能である。

【００２６】本発明の磁界センサに用いられる基板５の
厚さは、通常、５００μｍが好ましく、特に好ましくは
１００μｍ以下（１〜１００μｍ）である。これはバイ
アス磁石を基板に固定することから、（１）磁石を基板
裏面に固定する場合には、磁石からのバイアス磁界を有
効に巨大磁気抵抗効果素子に印加するため、および
（２）磁石を基板表面に固定する場合には検出すべき外
部磁界は基板裏面から巨大磁気抵抗効果素子に印加され
ることから、検出分解能を高めるため、である。このよ
うな薄い基板としてポリイミド等の有機物フィルムが特
に好ましく用いられる。

【００２７】ところで、図４には巨大磁気抵抗効果素子
の膜パターニング形状の変形例が示される。すなわち、
図４に示される巨大磁気抵抗効果素子１１’，１５’の
膜パターニング形状は、図示のごとく折り曲げ形態（パ
ターン）の長手部分１１’ａ，１５’ａが向く方向（矢
印（Ｊ）方向）が、素子が配列される列方向（矢印
（γ）方向）と平行方向となっている。換言すれば、長
手部分１１’ａ，１５’ａが向く方向（矢印（Ｊ）方
向）は、磁気情報５１，５２の着磁方向（矢印（β）方
向および（β’）方向）と平行となっている。このよう
に素子パターンが異なる以外、図４に示される磁気セン
サ部１０’と図２に示される磁気センサ部１０とは同一
の形態である。図４に示されるような素子パターン、す
なわち、パターンの長手部分１１’ａ，１５’ａが向く
方向（矢印（Ｊ）方向）が、磁気情報５１，５２の着磁
方向（矢印（β）方向および（β’）方向）と平行とな
るようにすることで、巨大磁気抵抗効果素子１１’，１
５’の飽和磁界が小さくなり、素子の磁界感度が高くな
る。その結果、図４に示されるセンサは図２に示される
センサと比較して、例えば図５に示されるように、磁気
記録媒体と磁気センサ部の有効ギャップ幅そのものはそ
れほど変わらないが、磁界感度が向上した分、素子を磁
気記録媒体から遠ざけることが可能となる。

【００２８】図６〜図８には、本発明の磁気式位置検出
装置の第２の実施の形態を説明するための図面が示され
ており、図６は、新たな磁気スケール部６０の全体構成
を模式的にあらわす概略斜視図、図７は、新たな磁気ス
ケール部６０の上方に磁気センサ部１０’（図４に示さ
れるものと同じセンサ部）が設置された状態を上方から
見た概略平面図であり、図８は、図７のＢ−Ｂ矢視図で
ある。

【００２９】これらの図面に示されるように、本発明の
第２の実施形態である磁気式位置検出装置２は、所定の
磁気情報としての着磁がされ、回転着磁体として作用す
る磁気スケール部６０と、この磁気スケール部６０に対
して相対的に移動（相対移動方向：矢印（α）方向）
し、磁気スケール部６０からの漏洩磁界としての情報を
検出するための磁気センサ部１０’とを備えている。第
２の実施形態の場合、磁気スケール部６０が回転し、そ
の上方あるいは下方に磁気センサ部１０’が設置されて
いるため、相対移動方向（α）は、磁気センサ部１０’
設置位置における接線方向とみなすことができる。第２
の実施形態の場合、磁気センサ部１０’としては、図４
に示される素子パターンと同一タイプの素子を備えてい
るものが例示されている。

【００３０】本実施の形態の場合、磁気スケール部６０
は、図６に示されるようにディスク形態をなし、このデ
ィスク形態の厚さ方向（矢印（Ｊ），（Ｊ’）方向）に
磁気情報としての着磁がされており、当該磁気情報の着
磁方向は、相対移動方向（α）に対して、実質的に直交
方向となっている。図６および図７の場合、ディスクは
角度９０度で４つに均等割りされており、さらに、内周
側および外周側のブロックに分割されている。そして、
径方向に対をなす外周側のブロック６５と内周側のブロ
ック６８とが組み合わされて磁気スケール部６０から検
出のための漏洩磁界を発生させる。同様に、径方向に対
をなす外周側のブロック６６と内周側のブロック６９と
が組み合わされて磁気スケール部６０から検出のための
漏洩磁界を発生させる。

【００３１】すなわち、外周側のブロック６５のブロッ
クの厚さ方向の着磁方向（矢印（Ｊ）方向）とこれと対
をなす内周側のブロック６８の厚さ方向の着磁方向（矢
印（Ｊ’）方向）は、互いに逆方向となっており、ま
た、外周側のブロック６６のブロックの厚さ方向の着磁
方向（矢印（Ｊ’）方向）とこれと対をなす内周側のブ
ロック６９の厚さ方向の着磁方向（例えば矢印（Ｊ）方
向）は、互いに逆方向となっている。しかも、このよう
な対をなすブロック配置は、図示のごとく交互に配置さ
れており、これにより、ディスク形態の中心から外周方
向に向けて（矢印（Ｅ）方向）、あるいはその逆方向
（矢印（Ｅ’）方向）に検出用磁場として漏洩磁界が交
互（矢印（Ｅ）方向、矢印（Ｅ’）方向に交互）に発生
するようになっている。

【００３２】なお、上記、ディスクは角度９０度で４つ
に磁化方向が均等割りされており、上述のごとく矢印
（Ｅ）方向、矢印（Ｅ’）方向に交互に漏洩磁界が発生
しているが、この磁気スケールの均等割りは、４つに限
定されることなく、磁気スケール部の設定仕様により適
宜選定すればよい。

【００３３】回転着磁体として作用する磁気スケール部
６０は、例えば、中心軸６１（図６）を中心として回転
するようになっている。磁気スケール部６０は回転運動
をするわけであるが、その上方に設置されている磁気セ
ンサ部１０’との相対移動方向（矢印（α）方向）は、
磁気センサ部１０’の大きさが磁気スケール部６０の大
きさに比べて十分に小さいために直線近似される。それ
ゆえ、磁気センサ部１０’による磁界検出位置におい
て、磁気スケール部６０の着磁方向および、この着磁に
基づく漏洩磁界の方向（矢印（Ｅ），（Ｅ’）方向）
は、相対移動方向（矢印（α）方向）に対して、それぞ
れ実質的に直交方向となっている。このような第２実施
形態の場合においても、前記第１の実施形態と同様に、
磁気センサ部１０’は、２つの巨大磁気抵抗効果素子１
１，１５と、これらの巨大磁気抵抗効果素子１１，１５
にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁石２１，２
５を備えている。そして、これら２つの巨大磁気抵抗効
果素子がそれぞれ配列される列方向（矢印（γ）方向）
は、前記相対移動方向（α）に対して、実質的に直交方
向となるように素子配列されている。さらに、図８に示
されるように実質的に隣接する巨大磁気抵抗効果素子１
１と１５には、互いに異なる方向のバイアス磁界８１，
８２が印加されるように、バイアス磁石２１，２５がそ
れぞれ、基板５を隔てて配置されている。つまり、本実
施の形態では、基板５の表裏にそれぞれ巨大磁気抵抗効
果素子１１，１５およびバイアス磁石２１，２５が対を
なすように形成され、しかも素子１１と１５が受けるバ
イアス磁界の方向８１，８２は互いに逆方向となるよう
に磁石２１，２５の配置が行われる。

【００３４】なお、図６や図７に示されるようなディス
ク形態の磁気スケール部６０の着磁方法のの一例は以下
のごとくである。すなわち、ディスク状の磁気スケール
部も上記の帯状のスケール部と同様に、フェライト等の
微粒子をバインダーとともに加温圧縮成形することで得
られるボンド磁石等に、ディスクの厚さ分だけギャップ
を有する磁気ヘッドを用いて上下に着磁される。磁気ヘ
ッドは円周方向に磁気スケール部と同じ長さを持ち、９
０°ごとに異なる方向の電流が瞬間的に印加されるよう
に構成されている。この磁気ヘッドを利用することで磁
化方向が反対の着磁を正確な着磁ピッチで行うことがで
きる。

【００３５】図９〜図１２には、４個の巨大磁気抵抗効
果素子１６，１７，１８，１９を備えた磁気センサ部で
あって、これらの巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続
された構成例が示される。すなわち、図９に示される磁
気センサ部において、基板５の片側面には、一定の間隔
で４つの巨大磁気抵抗効果素子１６，１７，１８，１９
が配列されており、基板５のもう一方の片側面には、上
記巨大磁気抵抗効果素子１６，１７，１８，１９に対応
し、かつ、実質的に隣接する巨大磁気抵抗効果素子に、
互いに異なる方向のバイアス磁界８３，８４，８５，８
６が印加されるようにバイアス磁石２６，２７，２８，
２９が配置されている。そして、これらの巨大磁気抵抗
効果素子１６，１７，１８，１９は、図１３に示される
ごとくブリッジ接続され等価回路を形成した状態で使用
される。この場合、隣り合う２つの磁気抵抗効果素子
に、絶対値が等価で、方向が反対のバイアス磁界が印加
されるため、１個の磁気抵抗効果素子が持つのと同じ大
きさの抵抗変化率が得られるだけでなく、外部磁界に対
する出力波形が直線的になる。なお、図９中、Ｒ１〜Ｒ
４は、それぞれ各素子１６〜１９の抵抗値を示してい
る。

【００３６】図１０には図９の変形例が示される。すな
わち、図１０に示される磁気センサ部において、基板５
の片側面には、対をなす２つの巨大磁気抵抗効果素子１
６，１８が１組の素子群をなすように略同一位置に形成
され、さらにこの１組の素子群から一定の間隔を開けて
対をなす２本の巨大磁気抵抗効果素子１７，１９が１組
の素子群をなすように略同一位置に形成される。本発明
においては、これらの隣接する素子群同士が、本発明に
言う『実質的に隣接する巨大磁気抵抗効果素子』に該当
すると考えることができ、基板５のもう一方の片側面に
は、これらの２つの素子群に対応するように２つのバイ
アス磁石２１，２５が配置される。もちろん、この場合
にも実質的に隣接する素子群に、互いに異なる方向のバ
イアス磁界８１，８２が印加されるようにバイアス磁石
２１，２５が配置される。そして、これらの巨大磁気抵
抗効果素子１６，１７，１８，１９は、図１３に示され
るごとくブリッジ接続され等価回路を形成した状態で使
用される。なお、図１０中、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ各
素子１６〜１９の抵抗値を示している。

【００３７】上記図９および図１０において用いられて
いるバイアス磁石は、複数の磁石体から構成され、実質
的に隣接する巨大磁気抵抗効果素子に、互いに異なる方
向のバイアス磁界が印加されるように、複数の磁石体
が、巨大磁気抵抗効果素子に対応して個々に配置されて
いる。これに対して図１１には、バイアス磁石として多
極着磁磁石４０を用いた例が示されている。

【００３８】多極着磁磁石４０は、磁気抵抗効果素子１
６，１７，１８，１９にバイアス磁界を印加するために
設けられている。図１１の例では、４つの磁気抵抗効果
素子に関し、隣り合う磁気抵抗効果素子に及ぼすバイア
ス磁界が互いに逆方向となるように、多極着磁磁石４０
が配置されている。この場合、バイアス磁界は、基板５
の裏面から４つの磁気抵抗効果素子１６，１７，１８，
１９に対して印加されている。

【００３９】多極着磁磁石４０は、例えば、フェライト
等の微粒子をバイダーとともに加温圧縮成形することで
得られるボンド磁石等に、ギャップを有する磁気ヘッド
を用いてＳ→Ｎ→Ｓ→Ｎ…と順次着磁することにより形
成される。より具体的には、磁気ヘッドと磁石を相対的
に移動させながら、磁気ヘッドに異なる方向の電流を印
加すればよい。これにより磁化方向が反対の着磁を、正
確な着磁ピッチで行うことが可能となる。また、着磁の
際にリングヘッドではなく、モノボールヘッドを用いる
と垂直磁化も可能である。この場合、裏面に補助磁極を
設けることで着磁性能が向上する。

【００４０】その他の多極着磁方法としては、例えば、
やや弱い磁界中で、レーザーを用いて局部的に加熱しキ
ュリー点を利用して行うことも可能である。

【００４１】上記図１１に示される実施の形態では、４
つの磁気抵抗効果素子１６，１７，１８，１９が、等間
隔で配列されており、隣り合う素子の間隔をＤ（素子の
間隔Ｄは、素子の中心からの距離であり、図１１の例で
は等間隔であるためすべて一定の値となっている）、前
記多極着磁磁石４０の着磁ピッチをＰとした場合、素子
間隔Ｄが着磁ピッチＰの奇数倍に設定されている。つま
り、Ｄ＝Ｎ・Ｐ（Ｎは、奇数であり１，３，５，…の値
をとる）の関係式で表される。上記実施形態ではＮ＝１
である。Ｎ＝３の場合の変形例が図１２に示される。Ｄ
＝Ｎ・Ｐの関係を満たすことにより、隣り合う磁気抵抗
効果素子に及ぼすバイアス磁界が大きさの絶対値が等価
で、かつ磁界方向が互いに逆方向となるように作用させ
ることが可能となる。なお、上記関係式は、４つの磁気
抵抗効果素子が、等間隔で配列されていない場合でも適
用される。

【００４２】図１１および図１２に示されるように、隣
り合う磁気抵抗効果素子に及ぼすバイアス磁界が互いに
逆方向となるように４つの磁気抵抗効果素子と多極着磁
磁石４０を適正に配置させ、４つの磁気抵抗効果素子を
ブリッジ接続した場合、４個の磁気抵抗効果素子の等価
回路は、図１３に示されるような形態をとり、隣り合う
２素子に、絶対値が等価で、方向が反対のバイアス磁界
が印加される。そのため、１個の磁気抵抗効果素子が持
つのと同じ大きさの抵抗変化率が得られるだけでなく、
外部磁界に対する出力波形が直線的になる。ブリッジ接
続の場合、磁気抵抗効果素子の数は、４ｎ（ｎ：正の整
数、通常はｎ＝１）個が一組となる。

【００４３】ところで、すでに説明した基板５の裏側に
多極着磁磁石４０を配置させる形態（図１１，１２）と
は異なり、磁気抵抗効果素子１６，１７，１８，１９の
上側に多極着磁磁石４０（バイアス磁石）を配置させた
構造としてもよい。このような上側配置の場合におい
て、多極着磁磁石４０として金属磁石などのように導電
性の高い磁石を用いる場合には、予め、磁気抵抗効果素
子の表面に絶縁体膜（ポリイミド樹脂、テフロン、Ｓｉ
Ｏ₂ など）を形成しておき、この絶縁体膜の上に多極着
磁磁石４０が配置される。この一方で、多極着磁磁石４
０として、フェライト磁石のように高抵抗の材料から構
成される磁石を用いる場合には、必ずしも絶縁体膜を介
在させる必要性はない。

【００４４】多極着磁磁石４０をバイアス磁石として使
うと、多極着磁磁石４０が磁気抵抗効果素子１６，１
７，１８，１９が配列された方向に移動しても、４個の
素子に印加される磁界が対称なため、１組を構成する４
個の素子１６，１７，１８，１９の形状が同一であれば
オフセット電圧は常に０となる。また、ブリッジ抵抗を
所望の値に設定するには、多極着磁磁石４０を磁気抵抗
効果素子が配置された方向に少しずつ移動させるとよ
い。

【００４５】この操作により、磁気抵抗効果素子に印加
される磁界の強弱が周期的に変化する特性を利用し、多
極着磁磁石４０に面する一列（磁石の幅が広ければ数列
分）の磁気抵抗効果素子（磁界センサ）全てを、同時に
調整することが可能となるという極めて優れた効果が発
現する。さらに、量産を考える場合、磁気抵抗効果素子
が占める面積と多極着磁磁石４０が占める面積とはほぼ
同一となるため、例えば、１枚のウエハーから、面積の
無駄なく小型の磁界センサを多量に得ることができる。

【００４６】なお、多極着磁磁石４０は、例えばウェハ
ーに固定される前に、予め多極着磁されていることが一
般的であるが、場合によっては、ウェハーに固定させた
後に、磁気抵抗効果素子の配置に合わせて多極着磁させ
ることも可能である。

【００４７】また、ウエハーを複数の部分に分割してか
ら、多極着磁磁石を固定したり、あるいは着磁しても構
わない。特に、一列に磁界センサを配列した状態では、
細長いバー状態となり取扱が容易となるというメリット
がある。

【００４８】また、さらに別に作製された磁石を基板と
なるウエハーに固定するばかりでなく、高保磁力を示す
強磁性体粉末を分散させたコンパウンドを、直接ウエハ
ー上で圧縮成形することでウエハーを一体化させること
も可能である。この場合、フェライト、ＮｄＦｅＢ、Ｓ
ｍＣｏ等の希土類磁性体、ＣｏＰｔ磁性体、ＮｉＣｏ磁
性体等の公知の磁性体粉末が使用可能である。

【００４９】また、樹脂、溶剤を適宜選定することで、
流動性の高い磁性塗料とし、このものをスピンコーター
で塗布し磁石層をウエハー上に直接形成することも可能
である。この態様において、磁石層の導電性が高い場合
には、予め絶縁層を形成しておくことが望ましい。さら
に、ウエハー全面に成膜された磁石層をパターニングす
ることも可能である。例えば、磁性層上にネガレジスト
でパターンを形成し、磁石層を形成する樹脂は溶解でき
るが、ネガレジストは溶解できない有機溶媒、例えばア
セトン等の中に浸漬させて、不要部分の磁性層を溶解除
去させるようにする。溶解中は超音波を印加することが
好ましい。

【００５０】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。

【００５１】（実施例１）厚さ５０μｍ、３インチ径の
ポリイミドフィルムを基板として用いた。この基板をア
ルミ製の基板固定台に取り付けた後、当該基板の上に、
スパッタ装置にて、１００Å−Ｔｉ（１５Å−ＮｉＦｅ
Ｃｏ／２０Å−Ｃｕ）×２０の多層ＧＭＲ膜（磁気抵抗
効果素子）を成膜した。ここで膜構造は最初に１００Å
のＴｉ、次に１５ÅのＮｉＦｅＣｏ合金と２０ÅのＣｕ
を順に各々２０層ずつ積層した全厚８００Åの多層膜で
ある。

【００５２】なお、密着性を向上させるために、ＧＭＲ
膜を成膜する前に、アルゴンイオンにより基板表面のイ
オンミリングを行った。用いたターゲットはいずれも純
度９９．９％以上のターゲット組成とし、到達圧力とし
て４×１０^-7Ｔｏｒｒまで真空引きした後にアルゴンガ
スを導入し、成膜中の真空度は１．４×１０^-4Ｔｏｒｒ
とした。成膜時のアルゴンイオンの加速電圧は３００
Ｖ、ビーム電流（アルゴンイオン量に比例）は３０ｍ
Ａ、ＮｉＦｅＣｏおよびＣｕの平均成膜速度は０．０３
ｎｍ／ｓｅｃであった。

【００５３】成膜後、フォトリソグラフィ手法によりマ
スクを通じて露光、現像して、磁気抵抗効果素子のパタ
ーンを形成した。パターン形状は、下記表１中に示され
るように上記実施例相当図に対応する種々のパターンの
ものを作製した。電極は、５０μｍ角として作製した。
その後、イオンミリング法により、フォトレジストでマ
スクされていない不要部分の磁性膜を除去し、最終的な
感磁パターンとしての素子を形成した。その後、電極に
ワイヤーボンダーにてアルミニウム線を接合した。この
ようにして巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子を完成し、
多極に着磁されたフェライトからなるバイアス磁石をポ
リイミド基板の裏面に貼り付け（下記表１中に示される
ように上記実施例相当図に対応）して磁気センサ部を作
製した。磁気センサ部を磁気記録媒体からなる磁気スケ
ールに対向させ、評価項目であるギャップ特性を評価し
た。

【００５４】磁気スケールを構成する磁気記録媒体はフ
ェライト磁石とした。図２と図４に相当する実施例で
は、磁気記録媒体の着磁ピッチを１５ｍｍ、幅５ｍｍと
した。また、図７に相当する実施例では内径１５ｍｍ、
外径２５ｍｍの回転着磁体とした。

【００５５】ギャップ特性の評価評価時には電気的に直列に接続された２つの素子に５Ｖ
の電圧を印加し、２つの素子の接続点で交流出力が１５
ｍＶ以上得られるギャップを検出可能範囲とした。そし
て、ギャップの検出可能範囲の幅を検出幅と定義した。
結果を下記表１に示した。

【００５６】

【表１】

【００５７】表１から明らかなように、本発明の位相検
出装置は、従来の構成や材料に比較して出力が高く、ギ
ャップ特性も良好であることがわかる。さらに、実施例
２の素子パターンを備えるものは検出感度が上がる分だ
け、素子を遠ざけることが可能となることもわかる。ち
なみに従来知られていると思われる構成（磁気スケール
部に磁気情報として着磁された方向に対し磁気抵抗効果
素子の折り返しパターンを４５°傾けて配置し、バイア
ス磁界を磁気抵抗効果素子のパターンの長手方向に対し
て４５°傾けた状態で印加するようになっている）で
は、最大出力１７ｍＶ／Ｖ、ギャップ検出可能範囲１．
８〜４．８ｍｍ程度、検出幅３．０ｍｍ程度が限界であ
った。

【００５８】

【発明の効果】上記の結果より本発明の効果は明らかで
ある。すなわち、本発明は、磁気情報としての着磁がさ
れた磁気スケール部と、この磁気スケール部に対して相
対的に移動し磁気スケール部からの磁気情報を検出する
ための磁気センサ部とを備えてなる磁気式位置検出装置
であって、前記磁気センサ部は、複数の巨大磁気抵抗効
果素子と、当該巨大磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を
印加するバイアス磁石を備え、前記磁気スケール部に磁
気情報として着磁された方向は、磁気スケール部に対し
て磁気センサ部が相対的に移動する相対移動方向に対し
て、実質的に直交方向となっており、前記複数の巨大磁
気抵抗効果素子は、磁気スケール部に対して磁気センサ
部が相対的に移動する相対移動方向に対して、実質的に
直交方向となるように素子配列されており、しかも、実
質的に隣接する巨大磁気抵抗効果素子に、互いに異なる
方向のバイアス磁界が印加されるように、バイアス磁石
が構成され配置されているように構成されているので、
ギャップ特性が良好で、高い出力が得られる磁気式位置
検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気式位置検出装置の全体構成を模式
的にあらわす概略斜視図である。

【図２】図１の概略斜視図を上方から見た概略平面図で
ある。

【図３】図２のＡ−Ａ断面矢視図である。

【図４】図２の変形例を示す概略平面図である。

【図５】図２および図４に示される磁界センサ部をそれ
ぞれ用いた場合のギャップと出力との関係を示すグラフ
である。

【図６】回転着磁体からなる磁気スケール部の全体構成
を模式的にあらわす概略斜視図である。

【図７】回転着磁体からなる磁気スケール部の上方に磁
気センサ部が設置された状態を上方から見た概略平面図
である。

【図８】図７のＢ−Ｂ矢視図である。

【図９】磁気センサ部の変形例を示す断面図である。

【図１０】磁気センサ部の変形例を示す断面図である。

【図１１】磁気センサ部の変形例を示す断面図である。

【図１２】磁気センサ部の変形例を示す断面図である。

【図１３】ブリッジ接続した磁気抵抗素子の等価回路を
説明するための図面である。

【符号の説明】

１，２…磁気式位置検出装置５…基板１０，１０’…磁気センサ部１１，１２，１３，１４，１６，１７，１８，１９…巨
大磁気抵抗効果素子２１，２５，２６，２７，２８，２９…バイアス磁石４０…多極着磁磁石（バイアス磁石）５０，６０…磁気スケール部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅川幸雄東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内Ｆターム(参考） 2F063 AA02 AA35 CA04 DA01 DA04 DB04 DB07 DC08 DD03 DD06 GA52 GA72 GA80 LA27 2F077 JJ01 JJ03 JJ09 JJ23 UU11 VV33 2G017 AC09 AD55 AD63 AD65 BA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気情報としての着磁がされた磁気スケ
ール部と、この磁気スケール部に対して相対的に移動し
磁気スケール部からの磁気情報を検出するための磁気セ
ンサ部とを備えてなる磁気式位置検出装置であって、前記磁気センサ部は、複数の巨大磁気抵抗効果素子と、
当該巨大磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加するバ
イアス磁石を備え、前記磁気スケール部に磁気情報として着磁された方向
は、磁気スケール部に対して磁気センサ部が相対的に移
動する相対移動方向に対して、実質的に直交方向となっ
ており、前記複数の巨大磁気抵抗効果素子は、磁気スケール部に
対して磁気センサ部が相対的に移動する相対移動方向に
対して、実質的に直交方向となるように素子配列されて
おり、しかも、実質的に隣接する巨大磁気抵抗効果素子
に、互いに異なる方向のバイアス磁界が印加されるよう
に、バイアス磁石が構成され配置されていることを特徴
とする磁気式位置検出装置。
【請求項２】前記磁気スケール部は、長尺帯状形態を
なし、この帯状長手方向に対して、実質的に直交方向に
磁気情報としての着磁がされている請求項１に記載の磁
気式位置検出装置。
【請求項３】前記磁気スケール部は、ディスク形態を
なし、このディスク形態の厚さ方向に磁気情報としての
着磁がされており、当該着磁方向は、前記相対移動方向
に対して、実質的に直交方向となっている請求項１に記
載の磁気式位置検出装置。
【請求項４】前記磁気センサ部は、４ｎ（ｎ：正の整
数）個の巨大磁気抵抗効果素子を備え、これらの巨大磁
気抵抗効果素子がブリッジ接続されてなる請求項１ない
し請求項３のいずれかに記載の磁気式位置検出装置。
【請求項５】前記磁気センサ部は、略同一位置に存在
し、対をなす２本の巨大磁気抵抗効果素子により１組の
素子群を構成し、隣接する素子群同士が実質的に隣接す
る巨大磁気抵抗効果素子となり、これらの巨大磁気抵抗
効果素子がブリッジ接続されてなる請求項４に記載の磁
気式位置検出装置。
【請求項６】前記バイアス磁石は、複数の磁石体から
なり、実質的に隣接する巨大磁気抵抗効果素子に、互い
に異なる方向のバイアス磁界が印加されるように、これ
らが巨大磁気抵抗効果素子に対応して個々に配置される
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の磁気式位置
検出装置。
【請求項７】前記バイアス磁石は、多極着磁磁石であ
り、実質的に隣接する巨大磁気抵抗効果素子に、互いに
異なる方向のバイアス磁界が印加されるように、多極着
磁磁石が配置される請求項１ないし請求項５のいずれか
に記載の磁気式位置検出装置。