JP2006086439A

JP2006086439A - 磁気抵抗素子

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Publication number: JP2006086439A
Application number: JP2004271557A
Authority: JP
Inventors: Shogo Momose; 正吾百瀬; Masao Takemura; 政夫竹村; Eikichi Ariga; 英吉有賀; Naoyuki Noguchi; 直之野口; Teruhiko Outaki; 輝彦王滝
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2006-03-30
Also published as: CN100440565C; US20060077032A1; CN1750288A

Abstract

【課題】複数個の磁気抵抗体薄膜を使用する場合でも、製造工程に極端に高い精度を必要とせず、磁気抵抗体薄膜のレイアウトの自由度を向上させることのできる磁気抵抗素子を提供すること。
【解決手段】セラミックグレーズ基板からなる第１の基板１１１上にＡ相磁気抵抗パターン１１２が形成された第１の磁気抵抗素子基板１１と、透明なガラス基板からなる第２の基板１２１上にＢ相磁気抵抗パターン１２２が形成された第２の磁気抵抗素子基板１２とをＵＶ硬化接着剤によって貼り合せて磁気抵抗素子１０を製造する。ここで、第２の基板１２は透明基板であるので、第２の基板１２１を通して、第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２の位置合わせを行うことができ、かつ、第２の基板１２１を通してＵＶ光をＵＶ硬化接着剤に照射することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、可動被検出物の移動量、位置、移動速度などの検出を行うための磁気抵抗素子に関するものである。

従来より、可動被検出物の変位量を検出するセンサとして磁気抵抗素子がある。この磁気抵抗素子の一態様としては、例えば、可動被検出物に一定のピッチで着磁された多極着磁層（磁気スケール）を形成しておく一方、この多極着磁層に対向するように磁気抵抗素子が配置される。ここで、磁気抵抗素子は、多極着磁のピッチよりも狭いピッチで４個の磁気抵抗体薄膜を備えており、可動被検出物の変位に起因して変化する磁気抵抗体薄膜の抵抗値を検知することによって変位量を検出する。

近年、磁気抵抗素子からの出力信号は、一般的に、基本波成分と、その基本波成分に重畳した高調波成分とから形成されていることを利用し、複数個の磁気抵抗体薄膜の配置態様によって高調波成分を取り除き、基本波成分のような滑らかな出力信号を得ることで、識別精度を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に開示された発明によれば、多極着磁層に対向して配設された磁気抵抗素子に磁気抵抗体薄膜を配置するにあたって、互いに所定の間隔を保って複数個並ぶように配置することで、磁気抵抗変化の飽和に起因した高調波成分を逆相で打ち消して相殺するので、滑らかな正弦波出力信号を得ることができる。

一方、複数個の磁気抵抗体薄膜によって磁気スケールの磁界を検出する場合には、これらの磁気抵抗体薄膜のすべてを１個のガラス基板上に配置するのが一般的である。例えば、特許文献２に開示されているように、複数個の磁気抵抗体薄膜のすべては、ホルダの位置決め用ガイドに沿って取り付けられた磁気抵抗素子取り付け部に装着されている。
特許第２５２９９６０号公報（第２図）特開平１０−２５３７２９号公報（第１図）

しかしながら、出力信号の高調波成分を打ち消して識別精度を向上させることを目的に、複数個の磁気抵抗体薄膜を１枚のガラス基板上に配置した場合には、各磁気抵抗体薄膜間の間隔が非常に狭くなり、所望の位置に配置することが難しくなるという問題がある。

特に、９０°位相の異なる２個の信号を出力するＡ相磁気抵抗パターンとＢ相磁気抵抗パターンとを備えた磁気抵抗素子においては、識別精度を向上させるためにそれぞれの磁気抵抗パターンが複数個の磁気抵抗体薄膜を有するとなると、さらに各磁気抵抗体薄膜間の間隔が狭くなる。従って、製造工程において極めて高い精度が要求されるとともに、磁気抵抗体薄膜のレイアウトの自由度が著しく低下するという問題がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、複数個の磁気抵抗体薄膜を使用する場合でも、製造工程に極端に高い精度を必要とせず、磁気抵抗体薄膜のレイアウトの自由度を向上させることのできる磁気抵抗素子を提供することにある。

以上のような課題を解決するために、本発明では、９０°位相の異なる２個の信号を出力するＡ相磁気抵抗パターンとＢ相磁気抵抗パターンとを備えた磁気抵抗素子において、前記磁気抵抗パターンは各々、第１、第２の基板に形成されているとともに、前記第１の基板および前記第２の基板のうちの少なくとも一方は、透明基板からなることを特徴とする。

本発明によれば、９０°位相の異なる２個の信号を出力するＡ相磁気抵抗パターンとＢ相磁気抵抗パターンとから構成される磁気抵抗パターンを有する磁気抵抗素子において、Ａ相磁気抵抗パターンとＢ相磁気抵抗パターンとをそれぞれ別の基板（第１の基板および第２の基板）上に形成し、これら２枚の基板を対向配置して磁気抵抗パターンを形成するため、高周波成分を打ち消して検出精度を向上するという観点から複数個の磁気抵抗体薄膜を使用した場合であっても、一枚の基板上に形成される磁気抵抗体薄膜同士の間では間隔を極端に狭める必要がない。従って、複数個の磁気抵抗体薄膜を使用する場合でも、製造工程に極端に高い精度を必要とせず、磁気抵抗体薄膜のレイアウトの自由度が高い。また、本発明では、第１の基板および第２の基板のうちの少なくとも一方は、透明基板からなるため、この透明基板を介して、他方の基板の位置を確認できるので、第１の基板と第２の基板とを高い位置精度で対向させることができる。

本発明において、前記第１の基板と前記第２の基板は、磁気抵抗パターンが形成されている側の面同士が対向するように配置されていることが好ましい。

本発明において、前記第１の基板と前記第２の基板は、光硬化接着剤によって貼り合わされていることが好ましい。ここで、前記光硬化接着剤は、例えば、ＵＶ硬化接着剤である。本発明では、第１の基板および第２の基板のうちの少なくとも一方が透明基板であるため、光硬化接着剤を挟んで第１の基板と第２の基板とを対向させた状態で透明基板の側からＵＶ光などを照射すれば、第１の基板と第２の基板とを貼り合せることができる。

本発明において、前記第１の基板および前記第２の基板のうちの一方の基板が前記透明基板からなり、他方の基板がセラミックグレーズ基板からなることが好ましい。このように構成すると、第１の基板および第２の基板の双方の基板をガラス基板とした場合と比較して強度の向上を図ることができる。

本発明では、９０°位相の異なる２個の信号を出力するＡ相磁気抵抗パターンとＢ相磁気抵抗パターンとから構成される磁気抵抗パターンを有する磁気抵抗素子において、Ａ相磁気抵抗パターンとＢ相磁気抵抗パターンとをそれぞれ別の基板（第１の基板および第２の基板）上に形成し、これら２枚の基板を対向配置して磁気抵抗パターンを形成するため、高調波成分を打ち消して検出精度を向上するという観点から複数個の磁気抵抗体薄膜を使用した場合であっても、一枚の基板上に形成される磁気抵抗体薄膜同士の間では間隔を極端に狭める必要がない。従って、複数個の磁気抵抗体薄膜を使用する場合でも、製造工程に極端に高い精度を必要とせず、磁気抵抗体薄膜のレイアウトの自由度が高い。また、本発明では、第１の基板および第２の基板のうちの少なくとも一方は、透明基板からなるため、この透明基板を介して他方の基板の位置を確認できるので、第１の基板と第２の基板とを高い位置精度で対向させることができる。

図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

［磁気抵抗素子の構造］
（全体構成）
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明を適用した磁気抵抗素子を備えたヘッドと磁気スケールとの位置関係を示す説明図、本発明を適用した磁気抵抗素子を用いた磁気式リニアエンコーダの説明図、および本発明を適用した磁気抵抗素子を用いたロータリエンコーダの説明図である。

図１（ａ）において、本発明を適用した磁気抵抗素子１０は、工作機械や実装装置のテーブル移動距離、ロボットなどでの回転位置検出、モータ装置における回転速度などを計測するための磁気センサ装置１において、ヘッド５の感磁面５０を構成するものであり、ヘッド５のセンサホルダ６内に搭載されている。ヘッド５の感磁面５０は、磁気スケール３に対向配置されており、磁気スケール３は、可動体２の側に搭載されている。磁気抵抗素子１０は、詳しくは後述するように、９０°位相の異なる２個の信号を出力するＡ相磁気抵抗パターンとＢ相磁気抵抗パターンとを備えている。

本形態において、磁気抵抗素子１０は、Ａ相磁気抵抗パターンが形成された第１の磁気抵抗素子基板１１と、Ｂ相磁気抵抗パターンが形成された第２の磁気抵抗素子基板１２とを備えており、これらの磁気抵抗素子基板１１、１２は、磁気抵抗パターンが形成されている側の面同士が対向するように貼り合わされている。

ここで、第１の磁気抵抗素子基板１１および第２の磁気抵抗素子基板１２はいずれも、他方の基板の縁から一部が張り出しており、それにより形成された第１の磁気抵抗素子基板１１の張り出し領域１１５、および第２の磁気抵抗素子基板１２の張り出し領域１２５には可撓性基板１６、１７が圧着などの方法により接続されている。また、可撓性基板１６、１７の接続箇所は、樹脂（図示せず）によって被覆されている。

このように構成したヘッド５は、例えば、図１（ｂ）に示す磁気センサ装置１（磁気式リニアエンコーダ）において、移動テーブル（可動体２）の側において直線的に延びた磁気スケール３に対向するように配置されて、移動テーブルの位置などを検出する。また、ヘッド５は、図１（ｃ）に示す磁気センサ装置１（磁気式ロータリエンコーダ）において、回転ドラム（可動体２）の外周面に配置された磁気スケール３に対向するように配置され、回転ドラムの回転位置や回転速度などを検出する。いずれの場合も、磁気スケール３には、Ｎ極とＳ極が所定のピッチで交互に配列されている。

（磁気抵抗素子１０の製造方法および詳細な構成）
図２および図３を参照して、本形態の磁気抵抗素子１０の製造方法を説明しながら、磁気抵抗素子１０の詳細な構成、およびその特性を詳述する。図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の磁気抵抗素子１０の製造方法を示す説明図である。図３は、本発明を適用した磁気抵抗素子１０の時系列なセンサ出力を示すグラフである。

本形態では、まず、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、下側の第１の磁気抵抗素子基板１１を構成するための第１の基板１１１と、上側の第２の磁気抵抗素子基板１２を構成するため第２の基板１２１とを準備する。

本形態では、第１の基板１１１としてセラミックグレーズ基板を準備し、第２の基板１２１としてガラス基板（透明基板）を準備する。セラミックグレーズ基板は、酸化物もしくは窒化物等からなるアルミナ基板などのセラミック基板の表面にガラス層を形成したものである。本形態では、第１の磁気抵抗素子基板１１および第２の磁気抵抗素子基板１２のうち、第１の磁気抵抗素子基板１１が磁気スケール３の側に配置されるので、第１の基板１１１としては、第２の基板１２１よりも薄いものが用いられている。例えば、第１の基板１１１は厚さが０．３ｍｍであり、第２の基板１２１は厚さが０．７ｍｍである。

次に、図２（ａ）に示すように、第１の基板１１１の表面に、スパッタ法などにより強磁性体ＮｉＦｅ等からなる磁性体膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて磁性体膜をパターニングし、Ａ相磁気抵抗パターン１１２を形成する。その際、第１の基板１１１には、磁性体膜によってアライメントマーク（図示せず）を同時形成する。次に、Ａ相磁気抵抗パターン１１２の表面側に保護層を形成すれば、第１の磁気抵抗素子基板１１が完成する。

同様に、図２（ｂ）に示すように、第２の基板１２１の表面に、スパッタ法などにより強磁性体ＮｉＦｅ等からなる磁性体膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて磁性体膜をパターニングし、Ｂ相磁気抵抗パターン１２２を形成する。その際、第２の基板１２１にも、磁性体膜によってアライメントマークを同時形成する。次に、Ｂ相磁気抵抗パターン１２２の表面側に保護層を形成すれば、第２の磁気抵抗素子基板１２が完成する。

ここで、Ａ相磁気抵抗パターン１１２が有する磁気抵抗体薄膜も、Ｂ相磁気抵抗パターン１２２が有する磁気抵抗体薄膜も、温度特性を向上させるために差動構成となっている。また、出力信号の基本波成分に重畳した高調波成分を取り除くため、Ａ相磁気抵抗パターン１１２およびＢ相磁気抵抗パターン１２２は、いずれも複数個の磁気抵抗体薄膜を備えている。

次に、第１の磁気抵抗素子基板１１あるいは第２の磁気抵抗素子基板１２に光硬化接着剤としてのＵＶ硬化接着剤を塗布した後、図２（ｃ）に示すように、ＵＶ硬化接着剤を挟んで第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２とを貼り合せる。あるいは、第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２と対向配置させた後、その縁部分からＵＶ硬化接着剤を塗布する。その際、第２の基板１２１は、透明なガラス基板であるため、第２の基板１２１を通して、第１の磁気抵抗素子基板１１のアライメントマークと、第２の磁気抵抗素子基板１２のアライメントマークとを観察しながら、第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２の位置合わせを行う。なお、第１の磁気抵抗素子基板１１および第２の磁気抵抗素子基板１２にアライメントマークが形成されていない場合には、Ａ相磁気抵抗パターン１１２とＢ相磁気抵抗パターン１２２とを観察しながら、第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２の位置合わせを行ってもよい。

次に、透明な第２の基板１２１の側からＵＶ光を照射してＵＶ硬化接着剤を硬化させ、第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２を貼り合せる。

ここで、第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２とを貼り合せると、第１の磁気抵抗素子基板１１および第２の磁気抵抗素子基板１２は、他方の基板の縁から一部が張り出している。このため、２枚の磁気抵抗素子基板１１、１２を貼り合せて磁気抵抗素子１０を構成した場合でも、各磁気抵抗素子基板１１、１２の張り出し部分１１５、１２５に対して、図１（ａ）に示すように、可撓性基板１６、１７を圧着などの方法で接続することができる。このようにして、磁気抵抗素子１０を製造する。

このように構成した磁気抵抗素子１０では、Ａ相磁気抵抗パターン１１２とＢ相磁気抵抗パターン１２２とをそれぞれ別の基板（第１の基板１１１および第２の基板１２１）上に形成し、これら２枚の基板を対向配置して磁気抵抗パターンを形成するため、高調波成分を打ち消して検出精度を向上するという観点から複数個の磁気抵抗体薄膜を使用した場合であっても、一枚の基板上に形成される磁気抵抗体薄膜同士の間では間隔を極端に狭める必要がない。従って、複数個の磁気抵抗体薄膜を使用する場合でも、製造工程に極端に高い精度を必要とせず、磁気抵抗体薄膜のレイアウトの自由度が高い。

また、本形態では、第１の基板１１１および第２の基板１２１のうち、第２の基板１２１は透明基板からなるため、第２の基板１２１（透明基板）を介して第１の基板１１１の位置を確認できるので、第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２とを高い位置精度で対向させることができる。

しかも、第２の基板１２１は透明基板からなるため、第２の基板１２１（透明基板）を介してＵＶ光を基板間に照射できるので、ＵＶ硬化接着剤で第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２とを貼り合せることができる。従って、熱硬化性樹脂で第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２とを貼り合せる場合と違って、第１の磁気抵抗素子基板１１および第２の磁気抵抗素子基板１２に熱応力が発生せず、かつ、第１の磁気抵抗素子基板１１および第２の磁気抵抗素子基板１２を加熱装置に搬送する必要もない。それ故、本形態によれば、磁気抵抗素子１０を効率よく製造でき、かつ、信頼性の高い磁気抵抗素子１０を製造できる。

また、本形態では、第１の磁気抵抗素子基板１１および第２の磁気抵抗素子基板１２のうち、第１の磁気抵抗素子基板１１が磁気スケール３の側に配置されるので、第１の基板１１１としては、第２の基板１２１よりも薄いものが用いられている。従って、磁気抵抗パターンと磁気スケール２とのギャップを狭くできるので、感度が高い。しかも、第１の基板１１１は薄いが、セラミックグレーズ基板であるため、十分な強度を備えている。

さらに、本形態において、第１の磁気抵抗素子基板１１および第２の磁気抵抗素子基板１２は、他方の基板の縁から一部が張り出しているため、２枚の磁気抵抗素基板１１、１２を貼り合せて磁気抵抗素子１０を構成した場合でも、各磁気抵抗基板１１、１２の張り出し部分１１５、１２５に可撓性基板１６、１７を接続することができ、各磁気抵抗素子基板１１、１２からの信号の入力などが可能である。

また、Ａ相磁気抵抗パターン１１２およびＢ相磁気抵抗パターン１２２が第１の基板１１１と第２の基板１２１とに挟まれているので、外部からの衝撃等に強い。また、Ａ相磁気抵抗パターン１１２およびＢ相磁気抵抗パターン１２２が第１の基板１１１と第２の基板１２１とに挟まれているので、外部温度の急激な変化に対して敏感に反応せず、図３に示すように、安定的な温度特性を得ることができる。

図３において、１枚の基板上に磁気抵抗パターンを形成した従来の磁気抵抗素子１０では、恒温層中であっても、例えば温度が−２０℃から７０℃に変化すると、図３中のＡ部分のようにオーバーシュートが発生する。これは、通常、磁気抵抗体薄膜の温度特性改善のため差動出力を得ることとしているが、温度が急激に変化したとき均一な温度分布にならないことに起因して発生するものである。しかるに本発明を適用した磁気抵抗素子１０では、Ａ相磁気抵抗パターン１１２およびＢ相磁気抵抗パターン１２２が第１の基板１１１と第２の基板１２１とに挟まれているので、図３中のＢ部分に示すように、オーバーシュートが発生しないなど、温度特性が安定している。

なお、図２（ｃ）では、Ａ相磁気抵抗パターン１１２とＢ相磁気抵抗パターン１２２とは隙間なく密着しているが、両者の間に隙間が存在してもよいことを排除する趣旨ではない。

（大型基板を用いた製造方法）
図４（ａ）〜（ｆ）は、本発明の磁気抵抗素子１０を大型基板から製造する方法を示す説明図である。

本形態の磁気抵抗素子１０を製造するにあたっては、単品サイズの第１の基板１１１および第２の基板１２１に磁気抵抗パターン１１２、１２２などを形成して第１の磁気抵抗素子基板１１および第２の磁気抵抗素子基板１２を製作した後、第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２とを貼り合せてもよいが、以下に説明するように、単品サイズの第１の磁気抵抗素子基板１１および第２の磁気抵抗素子基板１２を複数、切り出すことのできる大型基板の状態で磁気抵抗パターン１１２、１２２などを形成してもよい。

まず、図４（ａ）に示すように、第１の磁気抵抗素子基板１１を多数枚取りできる大型の第１の基板１１１を準備した後、大型の第１の基板１１１の表面のうち、第１の磁気抵抗素子基板１１として切り出される領域にＡ相磁気抵抗パターン（図示せず）、アライメントマーク１１４などを形成する。ここで、大型の第１の基板１１１は、厚さが例えば０．３ｍｍのセラミックグレーズ基板である。

また、図４（ｂ）に示すように、第２の磁気抵抗素子基板１２を多数枚取りできる大型の第２の基板１２１を準備した後、大型の第２の基板１２１の表面のうち、第２の磁気抵抗素子基板１２として切り出される領域にＢ相磁気抵抗パターン（図示せず）、アライメントマーク１２４などを形成する。ここで、大型の第２の基板１２１は、厚さが例えば０．３ｍｍのガラス基板である。

次に、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、大型の第１の基板１１１および第２の基板１２１をそれぞれ短冊状に切断する。

次に、図４（ｅ）に示すように、短冊状の第１の基板１１１あるいは第２の基板１２１に光硬化接着剤としてのＵＶ硬化接着剤を塗布した後、ＵＶ硬化接着剤を挟んで短冊状の第１の基板１１１と第２の基板１２１とを貼り合せる。あるいは、短冊状の第１の基板１１１と第２の基板１２１とを対向配置させた後、その縁部分からＵＶ硬化接着剤を塗布する。その際、第２の基板１２１は、透明なガラス基板であるため、第２の基板１２１を通して、第１の磁気抵抗素子基板１１のアライメントマーク１１４と第２の磁気抵抗素子基板１２のアライメントマーク１２４とを観察しながら、第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２の位置合わせを行う。なお、第１の磁気抵抗素子基板１１および第２の磁気抵抗素子基板１２にアライメントマーク１１４、１２４が形成されていない場合には、Ａ相磁気抵抗パターンとＢ相磁気抵抗パターンとを観察しながら、第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２の位置合わせを行ってもよい。

次に、透明な第２の基板１２１の側からＵＶ光を照射してＵＶ硬化接着剤を硬化させ、第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２を固定する。

しかる後には、短冊状の第１の基板１１１および第２の基板１２１を所定位置で切断して、図４（ｆ）に示すように、各々が張り出し領域１１５、１２５をもって第１の磁気抵抗素子基板１１と第２の磁気抵抗素子基板１２とが貼り合わされた磁気抵抗素子１０を得る。しかる後には、第１の磁気抵抗素子基板１１および第２の磁気抵抗素子基板１２の各張り出し領域１１５、１２５に対して、図１（ａ）に示すように、可撓性基板１６、１７を圧着などの方法で接続する。

なお、図４（ｅ）に示すように、短冊状の第１の基板１１１と第２の基板１２１とを貼り合せる際、第１の基板１１１と第２の基板１２１とを完全に重ねた場合には、第１の基板１１１および第２の基板１２１を切断する際に各張り出し領域１１５、１２５を形成すればよい。また、図４（ｅ）に示すように、短冊状の第１の基板１１１と第２の基板１２１とを貼り合せる際、第１の基板１１１と第２の基板１２１とずらして重ねることにより、各張り出し領域１１５、１２５を構成してもよい。

［磁気センサ装置１の一例］
図５は、本発明を適用した磁気抵抗素子１０を、図１（ｂ）に示すような磁気センサ装置１（磁気式リニアエンコーダ）に用いた場合の説明図である。図６（ａ）、（ｂ）は、図５に示す磁気センサ装置１に用いたヘッド５を、感磁面を備えた底面の側からみた説明図である。図７（ａ）、（ｂ）は、図５に示す磁気センサ装置１におけるヘッド５と磁気スケール３との位置関係を示す説明図、およびヘッド５の右側面図である。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、本形態の磁気センサ装置１のヘッド５に搭載される磁気抵抗素子１０の説明図、磁気抵抗素子１０を回路基板に接続した状態を示す説明図、本形態の磁気センサ装置１のヘッド５に搭載された回路のブロック図、および従来のヘッド５に搭載される回路のブロック図である。図９（ａ）、（ｂ）は、本形態の磁気センサ装置１のヘッド５に用いたセンサホルダの内部構造を示す説明図である。なお、以下の説明において、直交する３方向のうち、磁気スケール３の幅方向をＸ方向、磁気スケール３の長さ方向をＹ方向、高さ方向をＺ方向とする。

図５、図６（ａ）、（ｂ）、および図７（ａ）、（ｂ）において、本形態の磁気センサ装置１は、上記形態に係る磁気抵抗素子１０によって感磁面５０が形成されたヘッド５と、このヘッド５の感磁面５０が対向する磁気スケール３とを有している。

ヘッド５は、略直方体形状の枡状のアルミニウムダイカストからなるセンサホルダ６と、このセンサホルダ６の右側開口を覆う矩形のカバー６１と、センサホルダ６内から引き出されたケーブル７とを備えている。センサホルダ６には、その背面にケーブル挿入穴６７が形成され、正面にもケーブル挿入穴６７として利用可能な穴が形成されている。このため、センサホルダ６のいずれの側からケーブル７を引き出す場合でも、共通のセンサホルダ６を用いることができる。

センサホルダ６において、磁気スケール３と対向する底面５５には、開口５７が形成されており、この開口５７に磁気抵抗素子１０を配置することにより感磁部５０が構成される。また、センサホルダ６の底面５５では、感磁面５０が形成されている底面５５の中央領域がその周囲よりも０．２ｍｍ〜１．０ｍｍだけ突き出た平坦な基準面５６になっており、この基準面５６は、底面５５全体の面積の約１／２倍程度である。

このようなセンサホルダ６内に対して、図８（ａ）に示すように、磁気抵抗素子１０は、一対の可撓性基板１６、１７が圧着などの方法で接続された状態で配置される。ここで、一対の可撓性基板１６、１７は各々、磁気抵抗素子１０から反対側に向けて延びている。また、一対の可撓性基板１６、１７は、磁気抵抗素子１０に接続した状態で、回路基板１９との接続端子１６１、１７１が互いに反対方向を向いている。従って、一対の可撓性基板１６、１７は、図８（ｂ）に示すように、一方の可撓性基板１６は回路基板１９の表面側に接続され、他方の可撓性基板１７は回路基板１９の裏面側に接続されている。

図９（ａ）、（ｂ）に示すように、回路基板１９および磁気抵抗素子１０をセンサホルダ６内に配置するために、センサホルダ６内には、開口５７から奥まった位置には開口５７と対向する位置に枠状の素子支持部６５が形成され、その両側には可撓性基板１６、１７を内側に引き出すための隙間６２、６３が形成されている。

従って、ヘッド５を組み立てる際には、まず、一対の可撓性基板１６、１７が接続された磁気抵抗素子１０を、開口５７を通して外側に露出するように外側から配置するとともに、一対の可撓性基板１６、１７を隙間６２、６３からセンサホルダ６内に引き込む。次に、磁気抵抗素子１０の裏面側を素子支持部６５に接着剤で固定するとともに、開口５７において磁気抵抗素子１０の周りを接着剤９１で埋めて、磁気抵抗素子１０をセンサホルダ６に固定する。この状態で、磁気抵抗素子１０の外側の面は、開口５７で露出するとともに、センサホルダ６の基準面５６と同一の平面を形成することになる。次に、可撓性基板１６、１７の途中位置を直角に折り曲げて、一方の可撓性基板１６を回路基板１９の表面側に接続する一方、他方の可撓性基板１７を回路基板１９の裏面側に接続する。そして、回路基板１９をセンサホルダ６内部の左側内壁に沿うように配置すると、磁気抵抗素子１０および回路基板１９は、互いに直交した状態でセンサホルダ６内に収納される。次に、ケーブル７をケーブル挿入穴６７からセンサホルダ６内に挿入して、ケーブル７を回路基板１９に接続した後、センサホルダ６の開口を覆うようにカバー６１を取り付ける。このようにしてヘッド５が完成する。

ここで、回路基板１９には、図８（ｃ）に示すように、センサ回路１９１、およびこのセンサ回路１９１から出力された信号に温度補正などを施す付加回路１９２の双方が構成されている。このような付加回路１９２は、従来、図８（ｄ）に示すように、ヘッドとは別体のケース内に構成されていたものであるが、本形態では、この付加回路１９２も回路基板１９に構成し、ヘッド５に内蔵させてある。従って、本形態によれば、センサ回路１９１と付加回路１９２とを回路基板１９上で配線できるため、アナログ信号の状態で伝送される距離が短いので、ノイズの侵入や波形の歪みなどの発生を防止できる。

但し、回路基板１９にセンサ回路１９１および付加回路１９２の双方を構成すると、回路基板１９は、従来の回路基板よりも大きく、それ故、ヘッド５自身も従来のヘッドに比較してやや大きくなる。しかるに本形態では、回路基板１９をセンサホルダ６内部において左側内壁に沿うように直立姿勢で配置してあるので、ヘッド５が大型化しているといっても、感磁面５０が配置される底面５５の面積は狭く、かつ、その幅寸法については従来よりも狭くしてある。

従って、図５に示すように、ヘッド５と磁気スケール３とを配置した際、感磁面５０が形成された底面５５を磁気スケール３に対して正確に対向させることができる。すなわち、図５に示すようにヘッド５と磁気スケール３とを配置する際には、まず、ヘッド５の底面５５を磁気スケール３の上面に接触させて基準姿勢を決めた後、そのまま、ヘッド５を磁気スケール３からわずかに浮かせる。それ故、本形態のように、底面５５の面積を狭くしておけば、ヘッド５の底面５５全体を磁気スケール３の上面に確実に接触させることができるので、正確に基準姿勢を決めることができる。よって、ヘッド５を磁気スケール３から浮かせた状態において、ヘッド５の姿勢に高い精度を得ることができる。

また、本形態では、ヘッド５の底面５５では、感磁面５０が形成されている基準面５６がその周囲よりも０．２ｍｍ〜１．０ｍｍだけ突き出た面になっているため、感磁面５０と同一平面をなす面は、底面５５全体の面積の約１／２しかなく、狭い。従って、ヘッド５の底面５５を磁気スケール３の上面に接触させて基準姿勢を決める際、接触面積が狭い分、ヘッド５の感磁面５０全体を磁気スケール３の上面に確実に接触させることができるので、正確に基準姿勢を決めることができる。よって、ヘッド５を磁気スケール３から浮かせた状態においても、磁気スケール３からみたとき、感磁面５０が傾くようなことがない。

しかも、ヘッド５の底面５５は感磁面５０の基準面５６となるため、機械加工などを施して平滑な面とする必要があるが、本形態では、ヘッド５の底面５５のうち、感磁面５０が形成されている底面中央領域のみが基準面５６になっているので、機械加工などを施す領域が狭い。それ故、切削加工時間を短縮できるなど、製造コストの低減を図ることができる。

さらに、感磁面５０（基準面５６）がセンサホルダ６の底面５５から突き出た位置にあるため、ヘッド５を磁気スケール３に対向させた状態で、ヘッド５と磁気スケール３との隙間を覗き込んで、感磁面５０の状態を確認することもできる。

また、本形態の磁気抵抗素子１０では、図２を参照して説明したように、第１の磁気抵抗素子基板１１および第２の磁気抵抗素子基板１２を貼り合せるとともに、それぞれの張り出し領域１１５、１２５に可撓性基板１６、１７が反対側に延びるように接続されている。しかも、可撓性基板１６、１７は、磁気抵抗素子１０から磁気スケール３の長さ方向（Ｙ方向）に延びているので、センサホルダ６の底面５５の幅寸法が狭い場合でも、可撓性基板１６、１７も含めてセンサホルダ６に接着固定することができる。従って、磁気抵抗素子１０を両側で支持することができるので、耐振動性能に優れている。また、磁気抵抗素子１０の周りにおいて開口５７との隙間を接着剤９１で封止しているので、耐湿性能も優れている。

さらに、本形態の磁気抵抗素子１０では、第１の磁気抵抗素子基板１１および第２の磁気抵抗素子基板１２に対して一対の可撓性基板１６、１７が表裏反対で接続されるため、可撓性基板１６、１７の接続端子１６１、１７１は表裏反対側に向くことになる。しかるに本形態では、可撓性基板１６、１７を折り曲げて、一方の可撓性基板１６を回路基板１９の表面側に接続し、他方の可撓性基板１７を回路基板１９の裏面側に接続する構造を採用することにより、一対の可撓性基板１６、１７については同一構造の可撓性基板を表裏反対にして使うことができる。それ故、可撓性基板１６、１７については、１種類の可撓性基板を用いればよいので、コストの低減を図ることができる。

［ケーブル７の接続構造］
図１０（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した磁気センサ装置１に用いたヘッド５とケーブル７との接続構造の説明図、およびこの接続に用いたスリーブの斜視図である。図１１（ａ）、（ｂ）は、図１０（ｂ）に示すスリーブを用いてケーブル７をヘッド５内に接続した状態を示すために、図７（ａ）および図１０（ｂ）のＸ１−Ｘ１′線に相当する位置でケーブル挿入穴付近を切断したときの断面図、および図７（ｂ）および図１０（ｂ）のＺ１−Ｚ１′線に相当する位置でケーブル挿入穴付近を切断したときの断面図である。

図１０（ａ）に示すように、ケーブル７をヘッド５内の回路基板１９と接続するために、センサホルダ６の背面には、ケーブル７の先端をセンサホルダ６内に挿入するためのケーブル挿入穴６７が形成されている。ケーブル７は、抜け防止用のスリーブ８が通された状態で先端がヘッド５内に挿入され、この状態で、スリーブ８はケーブル挿入穴６７に嵌る。

スリーブ８は、樹脂製あるいは金属製であり、図１０（ｂ）に示すように、ケーブル７の外径寸法よりやや大きな内径寸法の円筒形状を備えている。スリーブ８において、その基端側にはやや大径の環状のフランジ部８６が形成されている。また、スリーブ８には、その先端縁から基端側に向けて切り込まれた４本のスリット８５により、４枚の爪状の弾性片部８１、８２、８３、８４が形成されている。ここで、弾性片部の数は、４つに限定されるものではなく、２つ以上あればよい。

ここで、４つの弾性片部８１、８２、８３、８４のうち、相対向する２つの第１の弾性片部８１、８３は、他の２つの第２の弾性板部８２、８４と比較して長く、外側には第１の係合突起８８を備えている。他の２つの第２の弾性片部８２、８４は、内側に第２の係合突起８９を備えており、その内側にケーブル７を通したとき、第２の係合突起８９の先端部はケーブル７の外周面に接する。

一方、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、センサホルダ６のケーブル挿入穴６７には、その内部に外側開口６７１よりも小さな開口６７２を構成する環状壁６７３が形成されている。また、図１１（ｂ）に示すように、センサホルダ６のケーブル挿入穴６７には、環状壁６７３を貫通して開口６７２に到達するネジ穴６７４が形成されている。

このため、センサホルダ６からカバー６１を取り外した状態で、ケーブル７をスリーブ８とともにケーブル挿入穴６７に挿入すると、第１の弾性片部８１、８３の外側に形成されている第１の係合突起８８がそれぞれ、開口６７２を通過した後、環状壁６７３の奥側の開口縁に係合する。このため、スリーブ８は、ケーブル挿入穴６７から抜けることがない。また、ケーブル７をスリーブ８とともにケーブル挿入穴６７に挿入した後、環状壁６７３に形成されているネジ穴６７４にネジ７０を止めると、ネジ７０の先端部が第２の弾性片部８２、８４を内側に弾性変形させ、第２の弾性片部８２、８４の内側に形成されている第２の係合突起８９がケーブル７の被覆層に食い込む。このため、ケーブル７が抜けることがない。しかる後には、センサホルダ６にカバー６１を取り付ける。

以上説明したように、スリーブ８を用いてケーブル７をケーブル挿入穴６７に挿入すると、スリーブ８は第１の係合突起８８によって抜け止めされ、かつ、ケーブル７は、第２の係合突起８９によって抜け止めされる。従って、ケーブル７の抜去力として、例えば、２９．４Ｎ以上（３ｋｇｆ以上）を確保できる。また、スリーブ８は一体品であるため、ケーブル７への取り付け、ケーブル挿入穴６７、ネジ止めという作業のみでケーブル７の抜け対策を行うことができる。さらに本形態では、スリーブ８にネジなどを形成しないので、安価に製造できるという利点もある。

なお、センサホルダ６は、正面にもケーブル挿入穴６７と同形の穴６８が形成されており、正面および背面のいずれの側からケーブル７を接続することもできる。また、穴６８を利用しない場合には、この穴にスリーブ８あるいは別のキャップを装着しておけばよい。

［磁気スケール３の構成］
図１２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本形態の磁気センサ装置１に用いた磁気スケール３の縦断面図、およびその内部構造を示す説明図である。

図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の磁気センサ装置１に用いた磁気スケール３は、長手方向に周期的に磁極が形成されたゴム磁石やプラスチック磁石等からなる可撓性磁石６０と、この可撓性磁石６０の裏面に取り付けたベース板３１と、可撓性磁石３０の表面側に取り付けた保護板３２とを有している。可撓性磁石３０は、例えば塩素化ポリエチレンからなるベース樹脂にフェライト粉末粒子を磁性粉として混ぜたプラスチック磁石であり、厚さ１ｍｍで一定幅の帯状をしている。ベース板３１は、例えば、みがき特殊帯鋼からなり、厚さ０．５ｍｍで一定幅の帯状をしている。なお、ベース板３１の表面にはクロメート処理等の防錆メッキ処理が施されている。

これに対して、保護板３２は、厚さ５０μｍの薄いＳＵＳ板であり、左右が斜めに折り曲げられている。このため、保護板３２は、ベース板３１と平行な上面部３２１と、その両側で斜め下方に延びた斜面部３２２、３２３とを備えている。本形態では、斜面部３２２、３２３は上面部３２１に対して約４５°の角度で折り曲げられている。

このような磁気スケール３を製造する際には、可撓性磁石３０をベース板３１の上に両面テープなどで固定した後、着磁し、次に、可撓性磁石３０を覆うように、側端部を約４５°折り曲げた保護板３２を被せる。あるいは、可撓性磁石３０を覆うように、平板状の保護板３２を被せた後、保護板３２の側端部を約４５°折り曲げる。ここでの、保護板３２の幅寸法はベース板３１の幅寸法よりも狭く設定する。次に、可撓性磁石３０をベース板３１と保護板３２で覆った状態で、ベース板３１の側端部と保護板３２の側端部との間には隙間３５が空いているので、そこから内側に接着剤３４を注入し、硬化させる。ここで、接着剤３４は、シリル基含有特殊ポリマーを主成分とする一液湿気硬化性接着剤であり、空気中の微量水分と反応して硬化する。また、この接着剤３４は硬化後、弾性を備えているため、振動、衝撃などの応力緩和性に優れている。従って、可撓性磁石３０に大きな応力が加わらないという利点がある。

このように、本形態の磁気スケール３では、左右を斜めに折り曲げた保護板３２を用いているので、磁気スケール３が１ｍを越えるほど長い場合でも、磁気スケール３が反ってしまうことがない。また、接着剤３４として、硬化後、弾性を備えたものを用いたことも、接着剤３４の収縮により磁気スケール３が反ってしまうことを防止するのに効果的である。また、可撓性磁石３０が保護板３２、ベース板３１および接着剤３４で完全に封止されているので、可撓性磁石３０に潤滑油が付着して可撓性磁石３０が膨潤してしまうことを確実に回避できる。さらに、保護板３２の角が屈曲部分になっているので、保護板のエッジで作業者が傷つくこともない。

（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明を適用した磁気抵抗素子を備えたヘッドと磁気スケールとの位置関係を示す説明図、本発明を適用した磁気抵抗素子を用いた磁気式リニアエンコーダの説明図、および本発明を適用した磁気抵抗素子を用いたロータリエンコーダの説明図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明を適用した磁気抵抗素子の製造方法を示す説明図である。本発明を適用した磁気抵抗素子の時系列なセンサ出力を示すグラフである。（ａ）〜（ｆ）は、本発明を適用した磁気抵抗素子を大型基板から製造する方法を示す説明図である。本発明を適用した磁気抵抗素子を、図１（ｂ）に示すような磁気センサ装置（磁気式リニアエンコーダ）に用いた場合の説明図である。（ａ）、（ｂ）は、図５に示す磁気センサ装置に用いたヘッドを、感磁面を備えた底面の側からみた説明図である。（ａ）、（ｂ）は、図５に示す磁気センサ装置におけるヘッドと磁気スケールとの位置関係を示す説明図、およびヘッドの右側面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、図５に示す磁気センサ装置のヘッドに搭載される磁気抵抗素子の説明図、磁気抵抗素子を回路基板に接続した状態を示す説明図、本発明の磁気センサ装置のヘッドに搭載された回路のブロック図、および従来のヘッドに搭載される回路のブロック図である。（ａ）、（ｂ）は、図５に示す磁気センサ装置のヘッドに用いたセンサホルダの内部構造を示す説明図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図５に示す磁気センサ装置に用いたヘッドとケーブルとの接続構造の説明図、およびこの接続に用いたスリーブの斜視図である。（ａ）、（ｂ）は、図７（ａ）および図１０（ｂ）のＸ１−Ｘ１′線に相当する位置でケーブル挿入穴付近を切断したときの断面図、および図７（ｂ）および図１０（ｂ）のＺ１−Ｚ１′線に相当する位置でケーブル挿入穴付近を切断したときの断面図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図５に示す磁気センサ装置に用いた磁気スケールの縦断面図、およびその内部構造を示す説明図である。

符号の説明

１磁気センサ装置
２可動体
３磁気スケール
５ヘッド
６センサホルダ
７ケーブル
８スリーブ
１０磁気抵抗素子
１１第１の磁気抵抗素子基板
１２第２の磁気抵抗素子基板
１６、１７可撓性基板
１９回路基板
５０感磁面
５６基準面
１１１第１の基板
１１２Ａ相磁気抵抗パターン
１１５、１２５磁気抵抗素子基板の張り出し領域
１２１第２の基板
１２２Ｂ相磁気抵抗パターン

Claims

９０°位相の異なる２個の信号を出力するＡ相磁気抵抗パターンとＢ相磁気抵抗パターンとを備えた磁気抵抗素子において、
前記磁気抵抗パターンは各々、第１、第２の基板に形成されているとともに、前記第１の基板および前記第２の基板のうちの少なくとも一方は、透明基板からなることを特徴とする磁気抵抗素子。
請求項１において、前記第１の基板と前記第２の基板は、磁気抵抗パターンが形成されている側の面同士が対向するように配置されていることを特徴とする磁気抵抗素子。
請求項１または２において、前記第１の基板と前記第２の基板は、光硬化接着剤によって貼り合わされていることを特徴とする磁気抵抗素子。
請求項３において、前記光硬化接着剤はＵＶ硬化接着剤であることを特徴とする磁気抵抗素子。
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記第１の基板および前記第２の基板のうちの一方の基板が前記透明基板からなり、他方の基板がセラミックグレーズ基板からなることを特徴とする磁気抵抗素子。