JP2010286237A - 原点検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に、原点検出用磁石の相対移動方向の両側に補助磁石を設けて、磁気抵抗効果素子に進入する水平磁場成分を原点非検出空間内で確保できるようにし、従来に比べて高精度に原点検出を行えるようにした原点検出装置を提供することを目的としている。
【解決手段】 原点Ｐから原点検出用磁石１の移動方向（Ｘ方向）の両側には夫々、補助磁石８０，８１が設けられている。前記原点検出用磁石１と前記補助磁石８０，８１間の原点非検出空間α，β内にて磁気抵抗効果素子に進入する水平磁場成分Ｈ１が確保されるように、前記原点検出用磁石１及び前記補助磁石８０，８１が着磁されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子と磁石とを用いた原点検出装置に関する。

下記特許文献１には、磁石の相対移動に対する原点検出用の「磁気センサ素子」に関する発明が開示されている。

しかしながら特許文献１では、磁石と磁気素子との距離がある程度、離れると、前記磁気素子に進入する外部磁界がゼロになってしまう（特許文献１の図４）。特許文献１では、磁石と磁気素子間の距離が遠のいても、センサ出力を生じさせるために、磁気素子側の構成を工夫したものであるが、磁気素子の構成が複雑化し、原点検出精度が低下しやすい。

下記特許文献２には、固定磁性層（ピンド層）の磁化方向が異なる磁気抵抗効果素子の前記固定磁性層に対する固定磁化方法が例えば特許文献２の図１３、図１４等に開示されているが、原点検出に関する記載はない。

下記特許文献３には、原点検出用の「位置センサー」が開示されており、被検出磁石の磁界を打ち消すためのバイアス磁石を磁気センサに備えるものである。しかしながら、特許文献３に記載された発明も、特許文献１と同様に、磁石と磁気素子との距離がある程度、離れると、前記磁気素子に進入する外部磁界がゼロになってしまう。また、特許文献３の方法では、被検出磁石の磁界強度と、バイアス磁石の磁界強度とのバランスの調整が非常に難しいと考えられるし、また、原点検出となる出力がゼロとなる磁気センサと被検出磁石と相対距離範囲は長いか、あるいは、出力がゼロとなる箇所が複数箇所に存在するものと考えられ、大まかな原点検出しかできない。特許文献４、５には磁界センサとして、磁気抵抗効果素子をブリッジ回路で接続したものである。これらには原点検知のための具体的な磁石の配置および磁気抵抗効果素子の配置については触れられていない。
特開２００３−１３０９３３号公報 特開２００７−６４６９２号公報 特開平５−１７５４８３号公報 特開２０００−３５４７０号公報 特開２００５−６９７４４号公報

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、従来に比べて原点検出用磁石の相対移動距離を長く設定しても、高精度に原点検知を行うことを可能とした原点検出装置を提供することを目的としている。

本発明における原点検出装置は、
外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を備える磁気センサと、前記磁気センサと間隔を空けて対向する原点検出用磁石とを備え、前記原点検出用磁石はその中心が前記磁気センサに対する相対基準位置（原点）から相対移動可能に支持されており、
前記原点から前記原点検出用磁石の相対移動方向の両側には夫々、補助磁石が設けられており、前記補助磁石は、前記原点検出用磁石が固定側であるとき、前記原点検出用磁石とともに固定され、前記原点検出用磁石が可動側であるとき、前記原点検出用磁石と連動可能に支持されており、
前記原点検出用磁石と前記補助磁石間の原点非検出空間内にて前記磁気抵抗効果素子に進入する水平磁場成分が確保されるように、前記原点検出用磁石及び前記補助磁石が着磁されていることを特徴とするものである。

これにより、従来に比べて相対移動方向に広い原点非検出空間を確保でき、よって従来に比べて原点検出用磁石の相対移動距離を長く設定しても、高精度に原点検知を行うことが可能になる。

本発明の第１の構成では、前記原点検出用磁石の中心の相対直線移動方向、あるいは前記原点検出用磁石の中心が相対回転移動するとき前記原点を相対回転方向上の接点としたときの接線方向をＸ方向、前記Ｘ方向と直交する高さ方向をＺ方向、及び前記Ｘ方向及び前記Ｚ方向の双方に直交する方向をＹ方向とし、
前記原点検出用磁石の中心が前記原点に位置するとき、前記原点検出用磁石と前記磁気センサとはＺ方向に対向する位置関係にあり、
前記原点検出用磁石の前記磁気センサとの対向面（Ｘ−Ｙ面）がＮ極あるいはＳ極のどちらかに着磁されているとともに、前記対向面との反対面が、前記対向面とは異極に着磁されており、
前記補助磁石の原点検出用磁石方向に向く対向面が、前記原点検出用磁石の前記磁気センサとの対向面と異極に着磁されている。

あるいは本発明の第２の構成では、前記原点検出用磁石の中心の相対直線移動方向、あるいは前記原点検出用磁石の中心が相対回転移動するとき前記原点を相対回転方向上の接点としたときの接線方向をＸ方向、前記Ｘ方向と直交する高さ方向をＺ方向、及び前記Ｘ方向及び前記Ｚ方向の双方に直交する方向をＹ方向とし、
前記原点検出用磁石の中心が前記原点に位置するとき、前記原点検出用磁石と前記磁気センサとはＺ方向に対向する位置関係にあり、
前記原点検出用磁石は、Ｎ極とＳ極とがＹ方向に並ぶ第１の磁石と、前記第１の磁石とＸ方向にて並設され、前記第１の磁石とＸ方向にて対向する極が、前記第１の磁石とは異極となる第２の磁石とで構成され、
前記原点検出用磁石を構成する第１の磁石と近い側に配置された前記補助磁石は前記第２の磁石と同じ着磁の磁石で構成され、前記原点検出用磁石を構成する第２の磁石と近い側に配置された前記補助磁石は前記第１の磁石と同じ着磁の磁石で構成される。あるいは、前記原点検出用磁石を構成する第１の磁石と近い側に配置された前記補助磁石は前記第１の磁石と同じ着磁の磁石で構成され、前記原点検出用磁石を構成する第２の磁石と近い側に配置された前記補助磁石は前記第２の磁石と同じ着磁の磁石で構成されてもよい。

上記第２の構成において、前記補助磁石と前記磁気センサとが最接近したときに前記磁気センサが、前記補助磁石の手前側に位置するように、前記補助磁石は前記原点検出用磁石から見て奥行き方向にずれて配置されていることが好適である。

または本発明の第３の構成では、前記原点検出用磁石の中心の相対直線移動方向、あるいは前記原点検出用磁石の中心が相対回転移動するとき前記原点を相対回転方向上の接点としたときの接線方向をＸ方向、前記Ｘ方向と直交する高さ方向をＺ方向、及び前記Ｘ方向及び前記Ｚ方向の双方に直交する方向をＹ方向とし、
前記原点検出用磁石の中心が前記原点に位置するとき、前記原点検出用磁石と前記磁気センサとはＹ方向に対向する位置関係にあり、
前記原点検出用磁石は、Ｎ極とＳ極とがＹ方向に並ぶ第１の磁石と、前記第１の磁石とＸ方向にて並設され、前記第１の磁石とＸ方向にて対向する極が、前記第１の磁石とは異極となる第２の磁石とで構成され、
前記原点検出用磁石を構成する第１の磁石と近い側に配置された前記補助磁石は前記第１の磁石と同じ着磁の磁石で構成され、前記原点検出用磁石を構成する第２の磁石と近い側に配置された前記補助磁石は前記第２の磁石と同じ着磁の磁石で構成される。

このとき、前記補助磁石は前記原点検出用磁石及び磁気センサから見て奥行き方向にずれて配置されていることが好適である。

また本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が一方向に固定された固定磁性層と、磁化方向が水平磁場成分の方向により変動するフリー磁性層と、前記固定磁性層と前記フリー磁性層との間に位置する非磁性層の積層構造を有して構成されていることが微弱な水平磁場成分でも適切に電気抵抗値が変化し高精度な原点検出を行うことができて好適である。

本発明の原点検出装置では、従来に比べて相対移動方向に広い原点非検出空間を確保でき、よって従来に比べて原点検出用磁石の相対移動距離を長く設定しても、高精度に原点検知を行うことが可能になる。

図１は、本発明の第１実施の形態の原点検出装置の斜視図、図２は、図１の正面図、図３は、原点検出用磁石の中心が基準位置（原点）にあるときの磁気抵抗効果素子の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向を説明するための説明図（平面図）、図４は、原点検出装置を構成する磁気センサの回路構成図、図５は図３の状態から原点検出用磁石が図示左方向（Ｘ（−）方向）に移動したときの磁気抵抗効果素子の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向を説明するための説明図（平面図）、図６は図３の状態から原点検出用磁石が図示右方向（Ｘ（＋）方向）に移動したときの磁気抵抗効果素子の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向を説明するための説明図（平面図）、図７は本実施形態における磁気抵抗効果素子を膜厚方向から切断した断面図、図８は、横軸をＸ方向への原点検出用磁石の原点からの直線移動距離、縦軸を差動出力（センサ出力）としたグラフ、である。

各図におけるＸ方向は、原点検出用磁石の中心の相対移動直線方向を示し、Ｚ方向は前記Ｘ方向と直交する高さ方向を示し、Ｙ方向は、前記Ｘ方向及び前記Ｚ方向の双方に直交する方向を示す。

図１に示すように原点検出装置４は、原点検出用磁石１と、前記原点検出用磁石１と高さ方向（図示Ｚ方向）にて間隔を空けて対向する位置に設けられた磁気センサ３とを有して構成される。前記磁気センサ３は基板２の表面２ａに設置されている。

図１に示すように前記原点検出用磁石１の前記磁気センサ３と対向する対向面（図示Ｘ−Ｙ面；下面）１ａは全面がＮ極に着磁されており、前記対向面１ａとの反対面（上面）１ｂは全面がＳ極に着磁されている。

例えば図１に示す原点検出装置４は前記磁気センサ３及び基板２が固定側であり、前記原点検出用磁石１が可動側である。図１では、前記原点検出用磁石１の中心１ｃは、前記磁気センサ３に対して基準位置（以下、原点Ｐという）にある。ここで「原点検出用磁石１の中心１ｃ」とは前記原点検出用磁石１の膜厚中心で切断した切断面（図示Ｘ−Ｙ平面）の幅方向（図示Ｘ方向）及び長さ方向（図示Ｙ方向）の中心を意味するものとする。また、原点Ｐは、後述する磁気センサ３の差動出力がゼロになるポイントであり、例えば、この第１実施形態では、前記原点検出用磁石１の中心１ｃが、前記磁気センサ３の中心Ｏ１と高さ方向（図示Ｚ方向）に位置したとき、前記原点検出用磁石１の中心１ｃを原点Ｐとする。なお原点Ｐの位置は、後述する磁気センサ３内に配置されている磁気抵抗効果素子の位置の変更等にて変更できるものであり、前記原点Ｐと前記磁気センサ３との位置関係は、前記磁気センサ３（及び磁石１）が固定側、可動側であるかにかかわらず、変動しない。

そして前記原点検出用磁石１は、その中心１ｃが、原点Ｐから図示Ｘ方向に直線移動可能に支持されている。

前記磁気センサ３の内部には、図３に示すように４個の巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）が設けられている。

前記巨大磁気抵抗効果素子は、図７に示すように基台１０上に下から反強磁性層１１、固定磁性層１２、非磁性層１３、フリー磁性層１４及び保護層１５の順に積層されている。固定磁性層１２は第1固定磁性層１２ａと第２固定磁性層１２ｃが非磁性中間層１２ｂを介して積層された積層フェリ構造を有している。反強磁性層１１はその結晶配向性を向上させるため、下地層１１ａの上に積層されている。

前記反強磁性層１１は例えばＩｒＭｎで形成され、下地層１１ａはシード層として機能するＮｉＦｅＣｒで形成され、前記第１固定磁性層１２ａおよび第２固定磁性層１２ｃはＣｏＦｅで非磁性中間層１２ｂはＲｕで形成され、前記非磁性層１３はＣｕで形成され、前記フリー磁性層１４はＣｏＦｅとＮｉＦｅの積層で形成され、前記保護層１５はＴａで形成される。前記巨大磁気抵抗効果素子の層構成は、上記以外の構成であってもよいが、固定磁性層１２、非磁性層１３及びフリー磁性層１４を必須層としている。この場合固定磁性層１２は積層フェリ構造でなくてもよい。また前記非磁性層１３がＡｌ_２Ｏ_３等の絶縁材料で形成されるとき、前記磁気抵抗効果素子はトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）として構成される。磁気抵抗効果素子がＴＭＲ素子の場合は、電流を積層膜に対して垂直方向に流すように電極を形成する必要があるが、磁気抵抗効果素子としては巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）と基本的に同じである。

前記反強磁性層１１と前記第１固定磁性層１２ａとの間には磁場中熱処理により交換結合磁界が生じており、非磁性中間層１２ｂを介した層間の交換バイアス磁界により前記第２固定磁性層１２ｃの磁化方向ｍ１２は所定方向に固定されている。この実施形態では、前記第２固定磁性層１２ｃの磁化方向ｍ１２は図示Ｘ（＋）方向に固定されている。固定磁性層１２の磁化方向は第2固定磁性層１２ｃの磁化方向ｍ１２に代表される。一方、フリー磁性層１４の磁化方向ｍ１４は固定されておらず外部磁界Ｈによって磁化変動可能となっている。図７では前記磁化方向ｍ１４が図示Ｘ（＋）方向を向いているが、前記外部磁界Ｈが図示Ｘ（＋）方向に生じているためである。そして前記フリー磁性層１４の磁化方向ｍ１４が外部磁界Ｈに対して磁化変動することで、前記第２固定磁性層１２ｃの磁化方向ｍ１２との関係で電気抵抗値が変動する。

図３に示すように磁気抵抗効果素子は、第１の磁気抵抗効果素子１７、第２の磁気抵抗効果素子１８、第３の磁気抵抗効果素子１９及び第４の磁気抵抗効果素子２０により構成される。各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０は全て図７に示す層構成の巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）で構成されている。また図３では、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０が矩形状に図示されているが、実際には例えばミアンダ形状で形成されるほうが望ましい。

以下では、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のＲ−Ｈ曲線はすべて同じであるとして説明する。すなわち固定磁性層とフリー磁性層との磁化関係が同じであれば抵抗値は同じである。

図７に示すように、この第１実施形態では、前記フリー磁性層１４と非磁性層１３との界面と平行な面（図示Ｘ−Ｙ面）は、図１に示す原点検出用磁石１の対向面１ａと平行な関係にある。

図３に示すように前記第１の磁気抵抗効果素子１７及び第２の磁気抵抗効果素子１８は共通の基台２１上に形成され、前記第１の磁気抵抗効果素子１７を構成する固定磁性層１２の磁化方向Ｂ（図７では符号ｍ１２と付したが、ここでは他の磁気抵抗効果素子の磁化方向と区別するために表記を変更した。以下同じである）と前記第２の磁気抵抗効果素子１８を構成する固定磁性層１２の磁化方向Ｃは共に図示Ｘ（＋）方向に固定されている。

一方、第３の磁気抵抗効果素子１９及び第４の磁気抵抗効果素子２０は、前記第１の磁気抵抗効果素子１７及び第２の磁気抵抗効果素子１８と別の基板２２上に共に設置され、前記第３の磁気抵抗効果素子１９を構成する固定磁性層１２の磁化方向Ｄと前記第４の磁気抵抗効果素子２０を構成する固定磁性層１２の磁化方向Ｅは共に図示Ｘ（−）方向に固定されている。すなわち第１の磁気抵抗効果素子１７及び第２の磁気抵抗効果素子１８の固定磁性層１２の磁化方向Ｂ，Ｃと、前記第３の磁気抵抗効果素子１９及び第４の磁気抵抗効果素子２０の固定磁性層１２の磁化方向Ｄ，Ｅとは反平行の関係となっている。

第１の磁気抵抗効果素子１７及び第２の磁気抵抗効果素子１８を設置した基台２１と第３の磁気抵抗効果素子１９及び第４の磁気抵抗効果素子２０を設置した基台２２を別々としたが、これは、各基台２１，２２上に設置される磁気抵抗効果素子の固定磁性層１２の磁化方向が互いに異なっており同じ磁場中熱処理を行えないためである。よって別々の工程にて、第１の磁気抵抗効果素子１７及び第２の磁気抵抗効果素子１８と、第３の磁気抵抗効果素子１９及び第４の磁気抵抗効果素子２０は形成されることになる。

また図３に示すように、磁気センサ３の中心Ｏ１から前記原点検出用磁石１の直線移動方向である図示Ｘ方向に引いた第１の仮想線と、図示Ｘ−Ｙ面内にて前記第１の仮想線に直交する方向に引いた第２の仮想線を引いたとき、前記第１の磁気抵抗効果素子１７，第２の磁気抵抗効果素子１８，第３の磁気抵抗効果素子１９及び第４の磁気抵抗効果素子２０は夫々、前記第１の仮想線と第２の仮想線とで仕切られた４つの象限内のいずれかに配置されている。

図３に示すように、前記第１の磁気抵抗効果素子１７は、左上象限２５内に位置し、第２の磁気抵抗効果素子１８は右上象限２６内に位置し、第３の磁気抵抗効果素子１９は左下象限２７内に位置し、第４の磁気抵抗効果素子２０は右下象限２８内に位置する。

各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０は、前記磁気センサ３の中心Ｏ１上、第１の仮想線上及び第２の仮想線上を跨ぐことなく、前記中心Ｏ１から等間隔で離れた位置に配置される。

図４に示すように、前記第１の磁気抵抗効果素子１７と第３の磁気抵抗効果素子１９は、第１の出力取出し部３６を介して直列接続されている。また、前記第２の磁気抵抗効果素子１８と第４の磁気抵抗効果素子２０は、第２の出力取出し部３１を介して直列接続されている。

また、前記第１の磁気抵抗効果素子１７と第４の磁気抵抗効果素子２０とが入力端子３２を介して接続されるとともに、第２の磁気抵抗効果素子１８と第３の磁気抵抗効果素子１９とがグランド端子３３を介して接続されている。

さらに前記第１の出力取出し部３６と第２の出力取出し部３１とが差動増幅器３４を介して外部出力端子３５に接続されている。

図３に示す形態では、固定磁性層１２の磁化方向Ｂ，Ｃが同一である前記第１の磁気抵抗効果素子１７と第２の磁気抵抗効果素子１８は、前記第２の仮想線を挟んだ両側のいずれかの象限内（図２では、左上象限２５と右上象限２６）に配置されるとともに、固定磁性層１２の磁化方向Ｄ，Ｅが同一である前記第３の磁気抵抗効果素子１９と第４の磁気抵抗効果素子２０も、前記第２の仮想線を挟んだ両側の残りの象限内（図２では、左下象限２７と右下象限２７）に配置されている。

図１に示す原点検出用磁石１は、その中心１ｃが原点Ｐにあるとき、図３に示すように、前記原点検出用磁石１は前記基板２上の全ての磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の素子形成領域（全ての磁気抵抗効果素子が入る大きさの領域。図３に示す点線Ａで囲まれた領域）よりも大きい面積で形成されている。

例えば図１に示す前記原点検出用磁石１の幅寸法ｗ１は２〜１０ｍｍ程度である。また前記原点検出用磁石１の長さ寸法ｌ１は２〜１０ｍｍ程度である。また前記原点検出用磁石１の厚さ寸法ｔ１は１〜５ｍｍ程度である。図３に示す素子形成領域（点線Ａで囲んだ範囲）の幅寸法及び長さ寸法は、０．５〜１．５ｍｍ程度である。また、図１に示す前記磁気センサ３の幅寸法ｗ２は２〜５ｍｍ程度である。また前記磁気センサ３の長さ寸法ｌ２は１.５〜５ｍｍ程度である。また前記磁気センサ３の厚さ寸法ｔ２は１〜２ｍｍ程度である。また図３に示す各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の間隔ｔ３は、０．２５〜１ｍｍ程度である。

図３に示すように、前記原点検出用磁石１の中心１ｃが前記原点Ｐにあるとき、原点検出用磁石１の対向面１ａから、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４に図示Ｘ−Ｙ面内の水平磁場成分Ｈ１が作用する。前記水平磁場成分Ｈ１は、前記原点検出用磁石１の対向面１ａの中心から各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０に対して放射状に広がる。この結果、図２に示すように、前記第１の磁気抵抗効果素子１７のフリー磁性層１４の磁化方向Ｆ（図７では符号ｍ１４と付したが、ここでは他の磁気抵抗効果素子の磁化方向と区別するために表記を変更した。以下同じである）は左斜め上方向になり、前記第２の磁気抵抗効果素子１８のフリー磁性層１４の磁化方向Ｇは右斜め上方向になり、前記第３の磁気抵抗効果素子１９のフリー磁性層１４の磁化方向Ｙは左斜め下方向になり、前記第４の磁気抵抗効果素子２０のフリー磁性層１４の磁化方向Ｉは右斜め下方向になる。

第１の磁気抵抗効果素子１７と第４の磁気抵抗効果素子２０の固定磁性層１２の磁化方向Ｂ，Ｅとフリー磁性層１４の磁化方向Ｆ，Ｉとの磁化関係は同じになり、第２の磁気抵抗効果素子１８と第３の磁気抵抗効果素子１９の固定磁性層１２の磁化方向Ｃ，Ｄとフリー磁性層１４の磁化方向Ｇ，Ｙの磁化関係は同じになる。その結果、図３に示す差動増幅器３４からの差動出力はゼロになり、外部出力端子３５から原点検出信号が得られる。

図８は、横軸をＸ方向への原点検出用磁石１の原点Ｐからの図示Ｘ方向への直線移動距離、縦軸を差動出力としたグラフ（イメージ図）である。

図３の状態から原点検出用磁石１が図示Ｘ（−）方向に移動すると、前記原点検出用磁石１から各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４に及ぶ水平磁場成分Ｈ１の方向が、全体的に徐々に図示Ｘ（＋）方向に変化する。前記原点検出用磁石１の中心１ｃが図５に示す位置に到達すると、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４の磁化方向Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍは図示Ｘ（＋）方向を向く。この結果、第１の磁気抵抗効果素子１７の電気抵抗値は、図３の原点検出時よりも小さく、第２の磁気抵抗効果素子１８の電気抵抗値は、図３の原点検出時よりも小さくなり、第３の磁気抵抗効果素子１９の電気抵抗値は、図３の原点検出時よりも大きくなり、第４の磁気抵抗効果素子２０の電気抵抗値は、図３の原点検出時よりも大きくなる。

したがって図４に示す回路において、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の電気抵抗値に基づき差動出力が生じて、例えば、図８に示すように正（＋）の出力が生じる。そして外部出力端子３５からは原点非検出信号が得られる。図５は、最も差動出力が大きくなる磁化状態の一つであり、図８に示す正（＋）の出力は絶対値で最大となっている。

一方、図３の状態から原点検出用磁石１が図示Ｘ（＋）方向に移動すると、前記原点検出用磁石１から各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４に及ぶ水平磁場成分Ｈ１の方向が全体的に徐々に図示Ｘ（−）方向に変化し、前記原点検出用磁石１の中心１ｃが図６の位置に到達すると、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４の磁化方向Ｗ，Ｘ，Ｑ，Ｒは図示Ｘ（−）方向を向く。この結果、第１の磁気抵抗効果素子１７の電気抵抗値は、図３の原点検出時よりも大きくなり、第２の磁気抵抗効果素子１８の電気抵抗値は、図３の原点検出時よりも大きくなり、第３の磁気抵抗効果素子１９の電気抵抗値は、図３の原点検出時よりも小さくなり、第４の磁気抵抗効果素子２０の電気抵抗値は、図３の原点検出時よりも小さくなる。

したがって図４に示す回路において、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の電気抵抗値に基づき差動出力が生じて、例えば、図８に示すように負（−）の出力が生じる。そして、外部出力端子３５からは原点非検出信号が得られる。図６は、最も差動出力が大きくなる磁化状態の一つであり、図８に示す負（−）の出力は最大となっている。

上記のように、本実施形態では、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の前記フリー磁性層１４には、前記原点検出用磁石１の直線移動に伴い、前記原点検出用磁石１から前記フリー磁性層１４と非磁性層１３間の界面と平行な面内（図示Ｘ−Ｙ面内）にて方向が変化する水平磁場成分Ｈ１が作用している。このように原点検出用磁石１の直線移動範囲内では、フリー磁性層１４には水平磁場成分Ｈ１が作用してその磁場方向に磁化方向が向く状態が維持されているため、飽和磁化状態あるいはそれに近い状態が保たれている。このように、フリー磁性層の磁化ｍ１４が水平磁場成分Ｈ１による回転角度によって連続的に変化することに相当し、さらに第１〜第４の磁気抵抗効果素子の差動出力を検知する構造を有することにより原点近傍の出力ヒステリシスを十分に小さくできる。そして図８に示すように、前記原点検出用磁石１の中心１ｃが、原点Ｐに位置したとき、差動出力がゼロになり、それ以外の時には差動出力が生じているため、差動出力の有無の判断により、原点検出を行うことができる。ヒステリシスを小さくする上で、フリー磁性層１４と第２固定磁性層１２ｃの層間の交換バイアス磁界（Ｈｉｎ）を小さくし、水平磁場成分Ｈ１に対しての影響を少なくすることが好ましい。また本実施形態のように積層フェリ構造とすることで、固定磁性層磁化ｍ１２とフリー層磁化ｍ１４の静磁界的な影響も低減することが好ましい。

本実施形態の特徴的部分は、図１，図２に示すように、原点Ｐから前記原点検出用磁石１の直線移動方向の両側に、夫々、補助磁石８０、８１が設けられている点にある。前記補助磁石８０，８１は、前記原点検出用磁石１と連動可能に支持されている。よって図１に示すように、前記原点検出用磁石１が図示Ｘ（＋）方向に移動すると、前記補助磁石８０，８１も図示Ｘ（＋）方向に同距離だけ移動し、前記原点検出用磁石１が図示Ｘ（−）方向に移動すると、前記補助磁石８０，８１も図示Ｘ（−）方向に同距離だけ移動する。

前記補助磁石８０，８１の前記原点検出用磁石１方向に向く対向面８０ａ，８１ａは、前記原点検出用磁石１の前記磁気センサ３との対向面１ａと異極に着磁されている。この実施形態では、前記原点検出用磁石１の前記対向面１ａはＮ極に着磁されているので、前記補助磁石８０，８１の前記対向面８０ａ，８１ａは夫々、Ｓ極に着磁されている。

前記原点検出用磁石１と前記補助磁石８０，８１の材質や形状は同じでも異なってもよい。この実施形態では、前記原点検出用磁石１及び補助磁石８０，８１は同じ材質でしかも同形状である。例えば前記原点検出用磁石１及び補助磁石８０，８１は信越化学工業（株）製のネオジウム磁石（型番：Ｎ４５Ｈ）にて形成される。また、図１，図２の実施形態では、同じ形状の３つの磁石を用意し、うち２個の磁石を前記補助磁石８０，８１として、前記原点検出用磁石１との対向面８０ａ，８１ａがＳ極になるように図１，図２に示す前記原点検出用磁石１と異なって立てて支持している。

そして上記のように着磁された補助磁石８０，８１を、原点検出用磁石１の移動方向（図示Ｘ方向）の両側に設けることで、前記原点検出用磁石１と前記補助磁石８０，８１間の原点非検出空間α、β内では、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０に進入する水平磁場成分Ｈ１が確保される。ここでの水平磁場成分Ｈ１は、前記原点非検出空間αでは図５と同様の図示Ｘ（＋）方向であり、前記原点非検出空間βでは図６と同様の図示Ｘ（−）方向である。なお原点非検出空間は、原点検出用磁石１の中心１ｃが原点Ｐから離れた瞬間から生じている。以下に示す他の実施形態においても同様である。

本実施形態によれば、前記補助磁石８０，８１を設けなかった従来に比べて水平磁場成分Ｈ１が作用するＸ方向に広い原点非検出空間α、βを確保でき、よって従来に比べて原点検出用磁石１の直線移動距離を長く設定しても、高精度に原点検知を行うことが可能になる。

また、上記のように、前記原点非検出空間α内での水平磁場成分Ｈ１は、その空間内では、ほぼ同一方向に生じており、また、前記原点非検出空間β内での水平磁場成分Ｈ１は、その空間内では、ほぼ同一方向に生じている。図８に示すように原点検出用磁石１が原点Ｐからある程度離れると、差動出力は正あるいは負に最大となるが、本実施形態ではこの最大出力の状態を安定して得ることができる。しかも図８に示すように、原点検出用磁石１が図示Ｘ（−）方向へ移動したときと、図示Ｘ（＋）方向へ移動したときとで、差動出力の符号が変化するため、原点検出のみならず、前記原点検出用磁石１がどちら方向へ移動したかも検知できる。さらに各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０を同じ層構成で構成できるので、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の温度特性のばらつき、すなわち抵抗温度係数（ＴＣＲ）の影響によるばらつきを小さくできる。

なお図３では４つの磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０を用いたが、例えば前記磁気抵抗効果素子は２個であってもよい。例えば図３に示す固定磁性層１２の磁化方向Ｃ，Ｄが反平行の第２の磁気抵抗効果素子１８と第３の磁気抵抗効果素子１９を用い、第１の磁気抵抗効果素子１７及び第４の磁気抵抗効果素子２０を固定抵抗として、図３の原点検出時にて、差動出力がゼロとなるように各固定抵抗値を調整しておく。なお回路構成は図４と同じである。また前記磁気抵抗効果素子は1個であってもよいが、差動出力を大きくし、また温度特性のばらつき、すなわち抵抗温度係数（ＴＣＲ）のばらつきによる影響を小さくして、高精度な原点検出を行うには図３に示すように４つの磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０をブリッジ接続することが好適である。

図９は、本発明の第２実施の形態の原点検出装置の斜視図、図１０（ａ）は、図９の磁気センサと原点検出用磁石とが対向した状態にあるときの前記原点検出用磁石と磁気センサとの側面図、図１０（ｂ）は、図９の補助磁石（図９の図示右側の補助磁石）と、前記磁気センサとが最接近した状態での前記補助磁石と磁気センサとの側面図、図１１は、原点検出用磁石の中心が基準位置（原点）にあるときの磁気抵抗効果素子の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向を説明するための説明図（平面図）、図１２は、図９と一部異なる原点検出装置の斜視図、図１３（ａ）は、図１２の前記磁気センサと前記原点検出用磁石とが対向した状態にあるときの前記原点検出用磁石と磁気センサとの側面図、図１３（ｂ）は、図１２の補助磁石（図１２の図示右側の補助磁石）と、前記磁気センサとが最接近した状態での前記補助磁石と磁気センサとの側面図、である。

図９に示すように原点検出装置９０は、原点検出用磁石９１と、前記原点検出用磁石９１と高さ方向（図示Ｚ方向）にて間隔を空けて対向する位置に設けられた磁気センサ９２とを有して構成される。前記磁気センサ９２は基板９３の表面９３ａに設置されている。

図９に示すように前記原点検出用磁石９１は、第１の磁石９４と第２の磁石９５とで構成されており、前記第１の磁石９４は、Ｙ（−）側にＮ極が、Ｙ（＋）側にＳ極が着磁され、一方、前記第２の磁石９５は、Ｙ（−）側にＳ極が、Ｙ（＋）側にＮ極が着磁されている。図９に示すように、第１の磁石９４の極性と、前記第２の磁石９５の極性とが図示Ｘ方向にて異なるように前記第１の磁石９４と前記第２の磁石９５とが図示Ｘ方向に並設されている。

例えば、この第２実施形態では、前記原点検出用磁石９１の中心９１ｃが、前記磁気センサ３の中心Ｏ２と高さ方向（図示Ｚ方向）に位置したとき、前記原点検出用磁石１の中心９１ｃを原点Ｐとする。

図９に示すように、前記原点検出用磁石９１は、その中心９１ｃが、原点Ｐから図示Ｘ方向に直線移動可能に支持されている。

前記磁気センサ３の内部には、図１１に示すように４個の巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）が設けられている。

前記磁気センサ９２内に設けられる磁気抵抗効果素子の層構成は図７で説明したとおりである。

図９，図１０（ａ）、図１１に示すように、この第２実施形態では、前記原点検出用磁石９１の中心９１ｃが原点Ｐにあるとき、前記磁気抵抗効果素子のフリー磁性層１４と非磁性層１３間の界面と平行な面（図示Ｘ−Ｙ面）は、前記原点検出用磁石９１の前記磁気抵抗効果素子との対向面９１ａと平行関係にある。

図１１に示すように、前記磁気センサ９２内には、４つの磁気抵抗効果素子５４，５５，５６，５７が設けられている。また図１１に示すように、前記第１の磁気抵抗効果素子５４，第２の磁気抵抗効果素子５５，第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７は夫々、前記第１の仮想線と第２の仮想線とで仕切られた４つの象限内のいずれかに配置されている。

図１１に示すように、前記第１の磁気抵抗効果素子５４は、左下象限６０内に位置し、第２の磁気抵抗効果素子５５は左上象限６１内に位置し、第３の磁気抵抗効果素子５６は右下象限６２内に位置し、第４の磁気抵抗効果素子５７は右上象限６３内に位置する。

回路構成は図４と同じである。すなわち、前記第１の磁気抵抗効果素子５４と第３の磁気抵抗効果素子５６は、図４に示す第１の出力取出し部３６を介して直列接続されている。また、前記第２の磁気抵抗効果素子５５と第４の磁気抵抗効果素子５７は、図４に示す第２の出力取出し部３１を介して直列接続されている。

また、前記第１の磁気抵抗効果素子５４と第４の磁気抵抗効果素子５７とが図４に示す入力端子３２を介して接続されるとともに、第２の磁気抵抗効果素子５５と第３の磁気抵抗効果素子５６とが図４に示すグランド端子３３を介して接続されている。

さらに図４に示すように、前記第１の出力取出し部３６と第２の出力取出し部３１とが差動増幅器３４を介して外部出力端子３５に接続されている。

図１１に示すように、第１の磁気抵抗効果素子５４の固定磁性層の磁化方向５４ａと、前記第２の磁気抵抗効果素子５５の固定磁性層の磁化方向５５ａは同一方向であり、前記第１の磁気抵抗効果素子５４と第２の磁気抵抗効果素子５５は共通の基台６５上に設置されている。また、前記第３の磁気抵抗効果素子５６の固定磁性層の磁化方向５６ａと前記第４の磁気抵抗効果素子５７の固定磁性層の磁化方向５７ａは前記第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５の固定磁性層の磁化方向に対して反平行であり、前記第３の磁気抵抗効果素子５６と第４の磁気抵抗効果素子５７は共通の基台６６上に設置されている。

図１１に示すように、前記第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５の固定磁性層の磁化方向５４ａ，５５ａは共に図示Ｙ（＋）方向を向いており、前記第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７の固定磁性層の磁化方向５６ａ，５７ａは共に図示Ｙ（−）方向を向いている。

図１１に示すように、前記原点検出用磁石９１の中心９１ｃが前記原点Ｐにあるとき、原点検出用磁石９１の対向面９１ａから、各磁気抵抗効果素子５４，５５，５６，５７のフリー磁性層には図示Ｘ−Ｙ面内の水平磁場成分Ｈ２が作用する。第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７には、図１０（ａ）にも示すように、前記第１の磁石９４から、図示Ｙ（＋）方向の水平磁場成分Ｈ２が作用する。一方、第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５には、前記第２の磁石９５から、図示Ｙ（−）方向の水平磁場成分Ｈ２が作用する。

この結果、図１１に示すように、前記第１の磁気抵抗効果素子５４のフリー磁性層の磁化方向５４ｂ（図７では符号ｍ１４と付したが、ここでは他の磁気抵抗効果素子の磁化方向と区別するために表記を変更した。以下同じである）、及び第２の磁気抵抗効果素子５５のフリー磁性層の磁化方向５５ｂは、共に図示Ｙ（−）方向を向き、前記第３の磁気抵抗効果素子５６のフリー磁性層の磁化方向５６ｂ、及び第４の磁気抵抗効果素子５７のフリー磁性層の磁化方向５７ｂは、共に図示Ｙ（＋）方向を向く。

これにより、各磁気抵抗効果素子５４，５５，５６，５７の固定磁性層の磁化方向５４ａ〜５７ａとフリー磁性層の磁化方向５４ｂ〜５７ｂの磁化関係はすべて同じになり、各磁気抵抗効果素子５４，５５，５６，５７の電気抵抗値は同じになる。なお図１１に示す磁化関係では、各磁気抵抗効果素子５４，５５，５６，５７の電気抵抗値は最大値となる。その結果、図４に示す差動増幅器３４からの差動出力はゼロになり、外部出力端子３５から原点検出信号が得られる。

図１１に示すように前記原点検出用磁石９１の中心９１ｃが原点Ｐにある状態から、例えば前記原点検出用磁石９１が図示Ｘ（−）方向に移動すると、前記第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５のフリー磁性層には、前記第１の磁石９４からのＹ（＋）方向の水平磁場成分Ｈ２が作用し始め、前記第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５の電気抵抗値が変化し、これにより差動出力が生じ、外部出力端子３５から原点非検出信号が得られる。

前記第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５に図示Ｙ（＋）方向の水平磁場成分Ｈ２が作用して、前記第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５のフリー磁性層１４の磁化方向５４ｃ、５５ｃは図示Ｙ（＋）方向を向き、前記第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５の電気抵抗値は最小値となる。一方、第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７の電気抵抗値は最大値の状態にあり、図４に示す回路において、差動出力は例えば図８に示す正の最大出力値となる。

一方、図１１に示すように前記原点検出用磁石９１の中心９１ｃが原点Ｐにある状態から、前記原点検出用磁石５１が図示Ｘ（＋）方向に移動すると、前記第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７のフリー磁性層に、第２の磁石９５からの図示Ｙ（−）方向の水平磁場成分Ｈ２が作用し始め、前記第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７の電気抵抗値が変化し、これにより差動出力が生じ、外部出力端子３５から原点非検出信号が得られる。

前記第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７に図示Ｙ（−）方向の水平磁場成分Ｈ２が作用して、前記第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７のフリー磁性層１４の磁化方向５６ｃ、５７ｃは図示Ｙ（−）方向を向き、前記第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７の電気抵抗値は最小値となる。一方、第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５の電気抵抗値は最大値の状態にあり、図４に示す回路において、差動出力は例えば図８と同様に負の最大出力値となる。

本実施形態の特徴的部分は、図９に示すように、原点Ｐから前記原点検出用磁石１の直線移動方向の両側に、夫々、補助磁石９６、９７が設けられている点にある。前記補助磁石９６，９７は、前記原点検出用磁石９１と連動可能に支持されている。よって図９に示すように、前記原点検出用磁石９１が図示Ｘ（＋）方向に移動すると、前記補助磁石９６，９７も図示Ｘ（＋）方向に同距離だけ移動し、前記原点検出用磁石９１が図示Ｘ（−）方向に移動すると、前記補助磁石９６，９７も図示Ｘ（−）方向に同距離だけ移動する。

前記補助磁石９６，９７のうち、前記第１の磁石９４と近い側に配置された図示右側の補助磁石９６は、第２の磁石９５と同じ着磁の磁石にて構成され、前記第２の磁石９５と近い側に配置された図示左側の補助磁石９７は、第１の磁石９４と同じ着磁の磁石で構成されている。

そして上記のように着磁された補助磁石９６，９７を、原点検出用磁石９１の移動方向（図示Ｘ方向）の両側に設けることで、前記磁気センサ３が前記補助磁石９６，９７に近づくと空間的に広がる前記補助磁石９６，９７からの水平磁場成分Ｈ２を受ける。図１０（ｂ）は、前記磁気センサ９２が図９に示す原点検出用磁石９１よりも図示右側にある補助磁石９６に最接近した状態を示しているが、図１０（ｂ）に示すように前記磁気センサ９２には、前記補助磁石９６から前記第１の磁石９４と同じようにＹ（＋）方向の水平磁場成分Ｈ２が作用する。

一方、図示しないが、前記磁気センサ９２が図９に示す原点検出用磁石９１よりも図示左側にある補助磁石９７に近づくと、前記磁気センサ９２には、前記補助磁石９７から前記第２の磁石９５と同じようにＹ（−）方向の水平磁場成分Ｈ２が作用する。

このように、補助磁石９６，９７を、前記原点検出用磁石９１の移動方向の両側に設けることで、前記原点検出用磁石９１と補助磁石９６，９７との間の原点非検出空間内では、各磁気抵抗効果素子に進入する水平磁場成分Ｈ２が確保される。ここでの水平磁場成分Ｈ２は、前記原点検出用磁石９１と前記補助磁石９６との間の原点非検出空間内では、Ｙ（＋）方向であり、前記原点検出用磁石９１と前記補助磁石９７との間の原点非検出空間内では、Ｙ（−）方向である。

本実施形態によれば、前記補助磁石９６，９７を設けなかった従来に比べて水平磁場成分Ｈ２が作用する広い原点非検出空間を確保でき、よって従来に比べて原点検出用磁石９１の直線移動距離を長く設定しても、高精度に原点検知を行うことが可能になる。

なお前記磁気センサ９２が、前記原点検出用磁石９１及び、補助磁石９６，９７よりもさらに相対移動方向に離れても、ある程度の相対移動空間内では、補助磁石９６，９７からの水平磁場成分Ｈ２が作用している。すなわち原点非検出空間がより広がって存在している（後述する実験でも証明されている）。

また、前記原点検出用磁石９１と前記補助磁石９６との間の原点非検出空間内にて発生する水平磁場成分Ｈ２は、その空間内では、ほぼ同一方向に生じており、また、前記原点検出用磁石９１と前記補助磁石９７との間の原点非検出空間内にて発生する水平磁場成分Ｈ２は、その空間内では、ほぼ同一方向に生じている。図８に示すように原点検出用磁石９１が原点Ｐからある程度離れると、差動出力は正あるいは負に最大となるが、本実施形態ではこの最大出力の状態を、原点検出用磁石９１の移動距離を従来より長く設定しても安定して得ることができる。しかも図８に示すように、原点検出用磁石９１が図示Ｘ（−）方向へ移動したときと、図示Ｘ（＋）方向へ移動したときとで、差動出力の符号が変化するため、原点検出のみならず、前記原点検出用磁石９１がどちら方向へ移動したかも検知できる。さらに各磁気抵抗効果素子５４，５５，５６，５７を同じ層構成で構成できるので、各磁気抵抗効果素子５４，５５，５６，５７の温度特性のばらつき、すなわち抵抗温度係数（ＴＣＲ）のばらつきによる影響を小さくできる。

図９，図１０に示すように、前記補助磁石９６，９７は、前記原点検出用磁石９１よりも奥行き方向（Ｙ（＋）方向）にずれて配置されている。図９，図１０に示すように前記補助磁石９６，９７の中心９６ｃ，９７ｃは、前記原点検出用磁石９１の中心９１ｃから見てＹ（＋）方向にずれている。また、前記磁気センサ３から見た前記補助磁石９６，９７の正面（Ｘ−Ｚ面）９６ｄ，９７ｄは、前記原点検出用磁石９１の裏面（Ｘ−Z面）９１ｅよりも奥行き方向（Ｙ（＋）方向）に位置して、前記補助磁石９６，９７の正面９６ｄ，９７ｄと前記原点検出用磁石９１の裏面９１ｅとの間にＹ方向の間隔γが空いている。前記間隔γは、３〜６ｍｍ程度であることが好適である。

このため前記磁気センサ９２が前記補助磁石９６，９７に最接近しても図１０（ｂ）に示すように前記磁気センサ９２の真上に前記補助磁石９６，９７は無く、前記磁気センサ９２は前記補助磁石９６，９７の手前側の前方域に位置する。

このように、前記補助磁石９６，９７を前記原点検出用磁石９１から見て奥行き方向にずらして配置すると、前記補助磁石９６，９７と前記原点検出用磁石９１間の原点非検出空間をＸ方向により広げても、磁気センサ９２には、前記補助磁石９６，９７の前方域に空間的に広がる水平磁場成分Ｈ２を適切に作用させることができ、前記原点検出用磁石９１の移動距離をより長く設定できる。すなわち、磁気センサの感度方向（固定層磁化方向）であるＹ方向に対し、磁場分布が広く均一になるように補助磁石をシフトさせて配置することに相当する。また前記原点検出用磁石９１の中心９１ｃが原点Ｐにあるとき、前記原点検出用磁石９１と前記磁気センサ９２は高さ方向にて対向し距離的により近い状態を確保できるので、前記原点検出用磁石９１の中心９１ｃが原点Ｐから離れたときの前記磁気センサ９２に作用する水平磁場成分Ｈ２を急峻に強くでき、したがって前記原点検出用磁石９１の中心９１ｃが原点Ｐから離れると急峻に差動出力を生じるようにできるため、より高精度に原点検知を行うことが可能になる。

またこの実施形態では図１０（ｂ）に示すように補助磁石９６から前記磁気センサ９２に作用する水平磁場成分Ｈ２は、前記補助磁石９６の前方領域で回り込んでくる外部磁界であるから、このような回り込む水平磁場成分Ｈ２を作るには、前記補助磁石９６，９７を前記原点検出用磁石９１から奥行き方向（図示Ｙ（＋）方向）にある程度大きくシフトさせることが必要であり、具体的には、上記したように、前記磁気センサ３から見た前記補助磁石９６，９７の正面（Ｘ−Ｚ面）９６ｄ，９７ｄを、前記原点検出用磁石９１の裏面（Ｘ−Z面）９１ｅよりも奥行き方向（Ｙ（＋）方向）に位置させて、前記補助磁石９６，９７の正面９６ｄ，９７ｄと前記原点検出用磁石９１の裏面９１ｅとの間にＹ方向の間隔γを空けることが好適である。

図１２は、図９と前記補助磁石１００，１０１の構成が異なるだけで他の構成は同じである。

図１２でも図９と同様に、原点Ｐから前記原点検出用磁石９１の直線移動方向（Ｘ方向）の両側に、夫々、補助磁石１００、１０１が設けられている。前記補助磁石１００，１０１は、前記原点検出用磁石９１と連動可能に支持されている。よって図１２に示すように、前記原点検出用磁石９１が図示Ｘ（＋）方向に移動すると、前記補助磁石１００，１０１も図示Ｘ（＋）方向に同距離だけ移動し、前記原点検出用磁石９１が図示Ｘ（−）方向に移動すると、前記補助磁石１００，１０１も図示Ｘ（−）方向に同距離だけ移動する。

前記補助磁石１００，１０１のうち、前記第１の磁石９４と近い側に配置された図示右側の補助磁石１０１は、第１の磁石９４と同じ着磁の磁石にて構成され、前記第２の磁石９５と近い側に配置された図示左側の補助磁石１０１は、第２の磁石９５と同じ着磁の磁石で構成されている。

前記原点検出用磁石９１の中心９１ｃが原点Ｐにあるとき、前記磁気センサ９２を構成する第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７には第１の磁石９４からＹ（＋）方向の水平磁場成分Ｈ３が作用し、第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５には第２の磁石９５からＹ（−）方向の水平磁場成分Ｈ３が作用する（図１１、図１３（ａ））。

そして上記のように着磁された補助磁石１００，１０１を、原点検出用磁石９１の移動方向（図示Ｘ方向）の両側に設けることで、前記磁気センサ９２が前記補助磁石１００，１０１に近づくと前記補助磁石１００，１０１からの空間的に広がる水平磁場成分Ｈ３を受ける。

図１３（ｂ）は、前記磁気センサ９２が図１２に示す原点検出用磁石９１よりも図示右側にある補助磁石１００に最接近した状態を示しているが、図１３（ｂ）に示すように前記磁気センサ９２には、前記補助磁石１００からＹ（＋）方向の水平磁場成分Ｈ３が作用する。

一方、図示しないが、前記磁気センサ９２が図１２に示す原点検出用磁石９１よりも図示左側にある補助磁石１０１に近づくと、前記磁気センサ９２には、前記補助磁石１０１からＹ（−）方向の水平磁場成分Ｈ３が作用する。

このように、補助磁石１００，１０１を、前記原点検出用磁石９１の移動方向の両側に設けることで、前記原点検出用磁石９１と補助磁石１００，１０１との間の原点非検出空間内では、各磁気抵抗効果素子に進入する水平磁場成分Ｈ３が確保される。ここでの水平磁場成分Ｈ３は、前記原点検出用磁石９１と前記補助磁石１００との間の原点非検出空間内では、Ｙ（＋）方向であり、前記原点検出用磁石９１と前記補助磁石１０１との間の原点非検出空間内では、Ｙ（−）方向である。

本実施形態によれば、前記補助磁石１００，１０１を設けなかった従来に比べて水平磁場成分Ｈ３が作用する広い原点非検出空間を確保でき、よって従来に比べて原点検出用磁石９１の直線移動距離を長く設定しても、高精度に原点検知を行うことが可能になる。

なお前記磁気センサ９２が、前記原点検出用磁石９１及び、補助磁石１００，１０１からさらに相対移動方向に離れても、ある程度の相対移動空間内では、補助磁石１００，１０１からの水平磁場成分Ｈ３が作用している。

また図１２に示す実施形態では、磁気センサ９２から見て、前記補助磁石１００，１０１の正面（Ｘ−Ｚ面）１００ｃ，１０１ｃが、前記原点検出用磁石９１の正面９１ｄよりも奥行き方向（Ｙ（＋）方向）に位置している。さらに、前記磁気センサ９２と前記補助磁石１００，１０１とが最接近したとき、前記磁気センサ９２が前記補助磁石１００，１０１の手前側（Ｙ（−）側）に位置することが好適である（図１３（ｂ））。これにより、前記補助磁石１００，１０１と前記原点検出用磁石９１間の原点非検出空間をよりＸ方向に広げても、磁気センサ９２には、前記補助磁石１００，１０１の前方域に空間的に広がる水平磁場成分Ｈ３を適切に作用させることができ、前記原点検出用磁石９１の直線移動距離をより長く設定できる。また前記原点検出用磁石９１の中心９１ｃが原点Ｐにあるとき、前記原点検出用磁石９１と前記磁気センサ９２は高さ方向にて対向し距離的により近い状態を確保できるので、前記原点検出用磁石９１の中心９１ｃが原点Ｐから離れたときの前記磁気センサ９２に作用する水平磁場成分Ｈ３を急峻に強くでき、したがって前記原点検出用磁石９１の中心９１ｃが原点Ｐから離れると急峻に差動出力を生じるようにできるため、より高精度に原点検知を行うことが可能になる。

図１４は、本発明の第３実施の形態の原点検出装置の斜視図、図１５（ａ）は、図１４の前記磁気センサと前記原点検出用磁石とが対向した状態にあるときの前記原点検出用磁石と磁気センサとの側面図、図１５（ｂ）は、図１４の補助磁石（図１４の図示右側の補助磁石）と、前記磁気センサとが最接近した状態での前記補助磁石と磁気センサとの側面図、図１６は、原点検出用磁石の中心が基準位置（原点）にあるときの磁気抵抗効果素子の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向を説明するための説明図（平面図）、である。

図１４に示すように原点検出装置５０は、原点検出用磁石５１と、前記原点検出用磁石５１と図示Ｙ方向にて間隔を空けて対向する位置に設けられた磁気センサ５２とを有して構成される。前記磁気センサ５２は基板５３の表面５３ａに設置されている。

例えば図１４に示す原点検出装置５０は前記磁気センサ５２が固定側であり、前記原点検出用磁石５１が可動側である。図１４では、前記原点検出用磁石５１の中心５１ｃは、前記磁気センサ５２に対して基準位置（原点）にある。ここで「原点検出用磁石５１の中心５１ｃ」とは前記原点検出用磁石５１の膜厚中心で切断した切断面（図示Ｘ−Ｙ平面）の幅方向（図示Ｘ方向）及び長さ方向（図示Ｙ方向）の中心を意味するものとする。また、原点Ｐは、磁気センサ５２の差動出力がゼロになるポイントであり、この第３実施形態では、図１６に示す磁気センサ５２の中心Ｏ３から前記原点検出用磁石５１の直線移動方向である図示Ｘ方向に引いた第１の仮想線と、図示Ｘ−Ｙ面内にて前記第１の仮想線に直交する方向に第２の仮想線を引いたとき、平面視にて前記第２の仮想線上に位置する前記原点検出用磁石５１の中心５１ｃを原点Ｐとする。なお原点Ｐの位置は、後述する磁気センサ５２内に配置されている磁気抵抗効果素子の位置の変更等にて変更できる。

前記原点検出用磁石５１は、その中心５１ｃが、原点Ｐから図示Ｘ方向に直線移動可能に支持されている。

図１４に示すように前記原点検出用磁石５１は、第１の磁石７５と第２の磁石７６とで構成されており、前記第１の磁石７５は、Ｙ（−）側にＳ極が、Ｙ（＋）側にＮ極が着磁され、一方、前記第２の磁石７６は、Ｙ（−）側にＮ極が、Ｙ（＋）側にＳ極が着磁されている。図１４に示すように、第１の磁石７５の極性と、前記第２の磁石７６の極性とが図示Ｘ方向にて異なるように前記第１の磁石７５と前記第２の磁石７６とが図示Ｘ方向に並設されている。

前記磁気センサ５２内に設けられる磁気抵抗効果素子の層構成は図７で説明したとおりである。

図１４ないし図１６に示すように、この第３実施形態では、前記原点検出用磁石５１の中心５１ｃが原点Ｐにあるとき、前記磁気抵抗効果素子のフリー磁性層１４と非磁性層１３間の界面と平行な面（図示Ｘ−Ｙ面）は、前記原点検出用磁石５１の前記磁気抵抗効果素子との対向面５１ａと直交関係にある。

図１６に示すように、前記磁気センサ５２内には、４つの磁気抵抗効果素子５４，５５，５６，５７が設けられている。各磁気抵抗効果素子の配置や固定磁性層の磁化方向等は図１１と同じである。また回路構成は図４と同じである。

図１６に示すように、第１の磁気抵抗効果素子５４の固定磁性層の磁化方向５４ａと、前記第２の磁気抵抗効果素子５５の固定磁性層の磁化方向５５ａは同一方向であり、前記第１の磁気抵抗効果素子５４と第２の磁気抵抗効果素子５５は共通の基台６５上に設置されている。また、前記第３の磁気抵抗効果素子５６の固定磁性層の磁化方向５６ａと前記第４の磁気抵抗効果素子５７の固定磁性層の磁化方向５７ａは前記第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５の固定磁性層の磁化方向に対して反平行であり、前記第３の磁気抵抗効果素子５６と第４の磁気抵抗効果素子５７は共通の基台６６上に設置されている。図１６に示すように、前記第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５の固定磁性層の磁化方向５４ａ，５５ａは共に図示Ｙ（＋）方向を向いており、前記第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７の固定磁性層の磁化方向５６ａ，５７ａは共に図示Ｙ（−）方向を向いている。

図１６に示すように、前記原点検出用磁石５１の中心５１ｃが前記原点Ｐにあるとき、原点検出用磁石５１の対向面５１ａから、各磁気抵抗効果素子５４，５５，５６，５７のフリー磁性層に図示Ｘ−Ｙ面内の水平磁場成分Ｈ４が作用する。第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７には、図示Ｙ（＋）方向の水平磁場成分Ｈ４が作用し、第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５には、図示Ｙ（−）方向の水平磁場成分Ｈ４が作用する。この結果、図１６に示すように、前記第１の磁気抵抗効果素子５４のフリー磁性層の磁化方向５４ｂ（図７では符号ｍ１４と付したが、ここでは他の磁気抵抗効果素子の磁化方向と区別するために表記を変更した。以下同じである）、及び第２の磁気抵抗効果素子５５のフリー磁性層の磁化方向５５ｂは、共に図示Ｙ（−）方向を向き、前記第３の磁気抵抗効果素子５６のフリー磁性層の磁化方向５６ｂ、及び第４の磁気抵抗効果素子５７のフリー磁性層の磁化方向５７ｂは、共に図示Ｙ（＋）方向を向く。

これにより、各磁気抵抗効果素子５４，５５，５６，５７の固定磁性層の磁化方向５４ａ〜５７ａとフリー磁性層の磁化方向５４ｂ〜５７ｂの磁化関係はすべて同じになり、各磁気抵抗効果素子５４，５５，５６，５７の電気抵抗値は同じになる。なお図１６に示す磁化関係では、各磁気抵抗効果素子５４，５５，５６，５７の電気抵抗値は最大値となる。その結果、図４に示す差動増幅器３４からの差動出力はゼロになり、外部出力端子３５から原点検出信号が得られる。

図１６に示すように前記原点検出用磁石５１の中心５１ｃが原点Ｐにある状態から、例えば前記原点検出用磁石５１が図示Ｘ（−）方向に移動すると、前記第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５のフリー磁性層に作用する水平磁場成分Ｈ４の方向が変化して、前記第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５の電気抵抗値が変化し、これにより差動出力が生じ、外部出力端子３５から原点非検出信号が得られる。

やがて、前記第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５には図示Ｙ（＋）方向の水平磁場成分Ｈ４が作用して、前記第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５のフリー磁性層１４の磁化方向５４ｃ、５５ｃは図示Ｙ（＋）方向を向き、前記第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５の電気抵抗値は最小値となる。一方、第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７の電気抵抗値は最大値の状態にあり、図４に示す回路において、差動出力は例えば図８に示す正の最大出力値となる。

一方、図１６に示すように前記原点検出用磁石５１の中心５１ｃが原点Ｐにある状態から、前記原点検出用磁石５１が図示Ｘ（＋）方向に移動すると、前記第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７のフリー磁性層に作用する水平磁場成分Ｈ４の方向が変化して、前記第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７の電気抵抗値が変化し、これにより差動出力が生じ、外部出力端子３５から原点非検出信号が得られる。やがて、前記第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７には図示Ｙ（−）方向の水平磁場成分Ｈ４が作用して、前記第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７のフリー磁性層１４の磁化方向５６ｃ、５７ｃは図示Ｙ（−）方向を向き、前記第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７の電気抵抗値は最小値となる。一方、第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５の電気抵抗値は最大値の状態にあり、図４に示す回路において、差動出力は例えば図８と同様に負の最大出力値となる。

図１４に示すように、原点Ｐから前記原点検出用磁石５１の直線移動方向（Ｘ方向）の両側に、夫々、補助磁石７７，７８が設けられている。前記補助磁石７７，７８は、前記原点検出用磁石５１と連動可能に支持されている。よって図１４に示すように、前記原点検出用磁石５１が図示Ｘ（＋）方向に移動すると、前記補助磁石７７，７８も図示Ｘ（＋）方向に同距離だけ移動し、前記原点検出用磁石５１が図示Ｘ（−）方向に移動すると、前記補助磁石７７，７８も図示Ｘ（−）方向に同距離だけ移動する。

前記補助磁石７７，７８のうち、前記第１の磁石７５と近い側に配置された図示右側の補助磁石７７は、第１の磁石７５と同じ着磁の磁石にて構成され、前記第２の磁石７６と近い側に配置された図示左側の補助磁石７８は、第２の磁石７６と同じ着磁の磁石で構成されている。

前記原点検出用磁石５１の中心５１ｃが原点Ｐにあるとき、前記磁気センサ５２を構成する第３の磁気抵抗効果素子５６及び第４の磁気抵抗効果素子５７には第１の磁石９４からＹ（＋）方向の水平磁場成分Ｈ４が作用し、第１の磁気抵抗効果素子５４及び第２の磁気抵抗効果素子５５には第２の磁石９５からＹ（−）方向の水平磁場成分Ｈ４が作用する（図１６、図１５（ａ））。

そして上記のように着磁された補助磁石７７，７８を、原点検出用磁石５１の移動方向（図示Ｘ方向）の両側に設けることで、前記磁気センサ５２が前記補助磁石７７，７８に近づくと前記補助磁石７７，７８からの空間的に広がる水平磁場成分Ｈ４を受ける。

図１５（ｂ）は、前記磁気センサ５２が図１４に示す原点検出用磁石５１よりも図示右側にある補助磁石７７に対向した状態を示しているが、図１５（ｂ）に示すように前記磁気センサ５２には、前記補助磁石７７からＹ（＋）方向の水平磁場成分Ｈ４が作用する。

一方、図示しないが、前記磁気センサ５２が図１４に示す原点検出用磁石５１よりも図示左側にある補助磁石７８に近づくと、前記磁気センサ５２には、前記補助磁石７８からＹ（−）方向の水平磁場成分Ｈ４が作用する。

このように、補助磁石７７，７８を、前記原点検出用磁石５１の移動方向の両側に設けることで、前記原点検出用磁石５１と補助磁石７７，７８との間の原点非検出空間内では、各磁気抵抗効果素子に進入する水平磁場成分Ｈ４が確保される。ここでの水平磁場成分Ｈ４は、前記原点検出用磁石５１と前記補助磁石７７との間の原点非検出空間内では、Ｙ（＋）方向であり、前記原点検出用磁石５１と前記補助磁石１７８との間の原点非検出空間内では、Ｙ（−）方向である。

本実施形態によれば、前記補助磁石７７，７８を設けなかった従来に比べて水平磁場成分Ｈ４が作用するＸ方向への広い原点非検出空間を確保でき、よって従来に比べて原点検出用磁石９１の直線移動距離を長く設定しても、高精度に原点検知を行うことが可能になる。

また図１４に示す実施形態では、磁気センサ５２から見て、前記補助磁石７７，７８の正面（Ｘ−Ｚ面）７７ｄ，７８ｄが、前記前記原点検出用磁石５１の正面５１ｄよりも奥行き方向（Ｙ（＋）方向）に位置している。これにより、前記補助磁石７７，７８と前記原点検出用磁石５１間の原点非検出空間をよりＸ方向に広げても、磁気センサ５２には、前記補助磁石７７，７８の前方域に空間的に広がる水平磁場成分Ｈ４を適切に作用させることができ、前記原点検出用磁石５１の直線移動距離をより長く設定できる。また前記原点検出用磁石５１の中心５１ｃが原点Ｐにあるとき、前記原点検出用磁石５１と前記磁気センサ５２間を距離的により近い状態にできるので、前記原点検出用磁石５１の中心５１ｃが原点Ｐから離れたときの前記磁気センサ５２に作用する水平磁場成分Ｈ４を急峻に強くでき、したがって前記原点検出用磁石５１の中心５１ｃが原点Ｐから離れると急峻に差動出力を生じるようにできるため、より高精度に原点検知を行うことが可能になる。

上記した第１実施形態ないし第３実施形態の原点検出装置ではいずれも原点検出用磁石及び補助磁石が移動可能に支持されているが、磁気センサ側が移動可能に支持されていてもよい。また、前記磁石及び磁気センサの双方が移動可能であってもよい。

また上記の実施形態では、前記原点検出用磁石が直線移動するものであったが、図１７に示すように前記原点検出用磁石１及び補助磁石８０，８１が回転板７０に固定されて、前記回転板７０がその中心７０ａを回転中心として回転するものであってもよい。図１７に示す状態では、前記原点検出用磁石１の中心１ｃが前記磁気センサ３の中心Ｏ１と高さ方向（図示Ｚ方向）にて一致した状態であり、前記原点検出用磁石１の中心１ｃが原点Ｐにある。このとき、第１の仮想線は、前記原点Ｐを相対回転方向上の接点としたときの接線方向と平行な方向である。また、図３での固定磁性層の磁化方向Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、前記原点Ｐを相対回転方向上の接点としたときの接線方向と平行な方向（図示Ｘ方向）を向いている。前記原点検出用磁石１の中心１ｃが原点Ｐにある状態では図３で説明したように各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４に水平磁場成分が作用し、図３に示す固定磁性層とフリー磁性層との磁化関係により、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の電気抵抗値は同じとなり差動出力はゼロとなっている。そして前記回転板７０の時計方向、あるいは反時計方向への回転により、前記原点検出用磁石１が原点Ｐから離れると、図５あるいは図６で説明した、固定磁性層とフリー磁性層との磁化関係により、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の電気抵抗値が変動し、差動出力が生じる。

図１７に示すように、前記回転板７０の側面には、前記中心線ＣＬから所定の回転角θ１，θ２だけ離れた位置に補助磁石８０，８１が設けられている。前記補助磁石８０，８１は前記原点検出用磁石１の回転方向の両側に設けられている。補助磁石８０，８１を設けたことで、前記原点検出用磁石１と補助磁石８０，８１間の原点非検出空間では、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０に常に水平磁場成分を与えることができる。

図１７に示すように、例えば前記原点検出用磁石１のＮ極に着磁された対向面１ａが前記回転板７０の側面から外部に露出している。一方、補助磁石８０，８１は、前記原点検出用磁石１の対向面１ａとは異極、すなわちＳ極に着磁された着磁面（対向面８０ａ，８１ａ）が前記原点検出用磁石１方向に向くように前記回転板７０の側面に立てた状態で設置されている。これにより、前記原点検出用磁石１の対向面１ａから前記補助磁石８０，８１に向けて所定方向への水平磁場成分が生じる。

図９、図１２、及び図１４の各実施形態の原点検出用磁石及び補助磁石も図１７に示す回転板７０の側面に設置することができる。

本実施形態の磁気抵抗効果素子には巨大磁気抵抗効果素子以外にトンネル型磁気抵抗効果素子を使用することも可能である。

また上記では、差動出力がゼロとなったときに原点検知信号が生成され、差動出力が生じたとき、非原点検知信号が生成される構成であったが、図４に示すブリッジ回路の接続等を変更することで、差動出力が生じたときに原点検知信号が生成され、差動出力がゼロとなったときに、非原点検知信号が生成される構成とすることも可能である。

また、上記した各実施形態においては、原点検出用磁石の両側に夫々、一つずつ補助磁石を設けていたが、複数個ずつ設けてもよい。

図１７に示す原点検出装置を用いて、磁気センサに及ぶ水平磁場成分の磁束密度、センサ出力値（差動電位）を求めた。

実験には、幅寸法ｗ１を６ｍｍ、長さ寸法ｌ１を８ｍｍ、厚さ寸法ｔ１を４ｍｍとした信越化学工業（株）製のネオジウム磁石（型番：Ｎ４５Ｈ）から成る原点検出用磁石１及び補助磁石８０，８１を用いた。

前記補助磁石８０，８１を、中心線ＣＬから５５度（回転角θ１，θ２）だけ離れた位置に配置した。また前記回転板７０の半径Ｒは４０ｍｍであった。

磁気センサ３には、図３に示す構成と同様のものを用いた。磁気センサ３の寸法は幅寸法ｗ２が２ｍｍ、長さ寸法ｌ２が２ｍｍ、厚さ寸法ｔ２が０．７５ｍｍのものを用いた。また各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の間隔ｔ３は、０．２ｍｍである。磁気抵抗効果素子はＧＭＲ素子を用い、下地層ＮｉＦｅＣｒ４ｎｍ；反強磁性層ＩｒＭｎ8ｎｍ；固定磁性層がＣｏＦｅ１．５ｎｍ、Ｒｕ０．９ｎｍ、ＣｏＦｅ１．５ｎｍの積層フェリ構造；非磁性層がＣｕ２．０ｎｍ；フリー磁性層がＣｏＦｅ１ｎｍ、ＮｉＦｅ３ｎｍ；保護層がＴａ５ｎｍの構成のものを用いた。ここでフリー磁性層１４と固定磁性層１２の層間の交換バイアス磁界（Ｈｉｎ）は０〜０．５ｍＴの範囲で制御されている。

実験では、前記磁気センサ３と前記原点検出用磁石１間の高さ方向（Ｚ方向）の寸法を２ｍｍ、４ｍｍとし、前記回転板７０を時計方向、及び反時計方向に回転させて、前記磁気センサ３に及ぶ水平磁場成分の磁束密度を測定し、さらにセンサ出力（差動電位）を測定した。その実験結果が図１８ないし図２０に示されている。ここで回転角度θは図１７の時計周りを正としている。すなわち、回転盤が正方向にθ度回転すると、磁石１が、磁気センサ３のＸ（−）に位置することに対応し、図８の高出力状態になる。図１８は、回転角度と磁気センサに作用する水平磁場成分の磁束密度との関係を示す。図１９は、回転角度とセンサ出力（差動電位）との関係、図２０は、±１度の回転角度とセンサ出力（差動電位）との関係を示すグラフである。ここで回転角度±１度は±０．７ｍｍの範囲での出力状態を示すことに相当する。これは磁石の寸法（６×８×４ｍｍ程度）や磁気センサの寸法（２×２×０．７５ｍｍ程度）に対し、高い精度で原点を検知できることを意味している。

図１８に示すように回転角度が±５０度の範囲内では水平磁場成分が生じており、図１９，図２０に示すように、原点検出用磁石の中心が原点Ｐから離れると（回転角度が０以外になると）、センサ出力が絶対値で大きくなり、回転角度が±５０度の範囲内にて安定したセンサ出力が得られることがわかった。よって補助磁石を設けることで回転角度を大きくできることがわかった。

なお、前記磁気センサ３と前記原点検出用磁石１間の高さ方向（Ｚ方向）の寸法を２ｍｍ４ｍｍと変えても、センサ出力にほとんど差がなく、いずれも安定した原点検出精度を得ることが出来ることがわかった。

続いて図２１に示すように原点検出用磁石９１と補助磁石９６，９７とを配置した。図２１（ａ）は、図１７と同じ正面図を示し、図２１（ｂ）は側面図を示す。原点検出用磁石９１及び補助磁石９６，９７の着磁は、図９と同じである。

各磁石９４，９５，９６，９７の幅寸法（Ｘ方向の寸法）を７ｍｍ、長さ寸法（Ｙ方向の寸法）を５ｍｍ、厚さ寸法を３ｍｍとした。実験にはＳｍＣｏ磁石を用いた。
また、前記回転板７０の半径Ｒは３０ｍｍであった。また、前記補助磁石９６，９７を中心線ＣＬから４０度（回転角θ１，θ２）だけ離れた位置に配置した。

図２１（ｂ）に示すように、原点検出用磁石９１の裏面９１ｅから前記補助磁石９６（９７）の裏面９６ｅ（９７ｅ）までの距離を６ｍｍに設定した。

磁気センサ９２には、図１１に示す構成と同様のものを用いた。実験では、前記磁気センサ９２と前記原点検出用磁石９１間の高さ方向（Ｚ方向）の寸法を２ｍｍ、４ｍｍとし、前記回転板７０を時計方向、及び反時計方向に回転させて、前記磁気センサ９２に及ぶ水平磁場成分の磁束密度を測定し、さらにセンサ出力（差動電位）を測定した。その実験結果が図２２ないし図２４に示されている。

図２２は、回転角度と磁気センサに作用する水平磁場成分の磁束密度との関係を示す。図２３は、回転角度とセンサ出力（差動電位）との関係、図２４は、±１度の回転角度とセンサ出力（差動電位）との関係を示すグラフである。ここで回転角度±１度は±０．５ｍｍの範囲での出力状態を示すことに相当する。これは図２１の実施例でも磁石の寸法（７×５×３ｍｍ程度）や磁気センサの寸法（２×２×０．７５ｍｍ程度）に対し、高い精度で原点を検知できることを意味している。

図２２に示すように回転角度が±５０度の範囲内では水平磁場成分が生じており、図２３，図２４に示すように、原点検出用磁石の中心が原点Ｐから離れると（回転角度が０以外になると）、センサ出力が絶対値で大きくなり、回転角度が±５０度の範囲内にて安定したセンサ出力が得られることがわかった。よって補助磁石を設けることで、回転角度を大きくできることがわかった。

なお、図２１の構成において、前記磁気センサ９２と前記原点検出用磁石９１間の高さ方向（Ｚ方向）の寸法を２ｍｍ、４ｍｍと変えたとき、前記磁気センサ９２と前記原点検出用磁石９１間の距離を短くすることで原点付近でのセンサ出力を急峻に変化させることができ、高精度な原点検知を行えることがわかった。

また、前記補助磁石９６，９７は、前記原点検出用磁石９１から４０度（回転角θ１，θ２）離れた位置に配置したが、図２２に示すように回転角度が４０度より大きくなっても、小さくはあるが水平磁場成分が作用し、図２３に示すように回転角度が５０度程度まで安定してセンサ出力を得ることが出来るとわかった。すなわち原点非検出空間を、磁気センサ９２が、補助磁石９６，９７の外側側面よりも相対的にやや通りすぎても確保できることがわかった。

続いて図２５に示すように原点検出用磁石５１と補助磁石７７，７８とを配置した。図２５（ａ）は、図１７と同じ正面図を示し、図２５（ｂ）は側面図を示す。原点検出用磁石５１及び補助磁石７７，７８の着磁は、図１４と同じである。

各磁石７５，７６，７７，７８の幅寸法（Ｘ方向の寸法）を８ｍｍ、長さ寸法（Ｙ方向の寸法）を５ｍｍ、厚さ寸法を３ｍｍとした。実験にはＳｍＣｏ磁石を用いた。

また、前記回転板７０の半径Ｒは３０ｍｍであった。また、前記補助磁石７７，７８を中心線ＣＬから４０度（回転角θ１，θ２）だけ離れた位置に配置した。

図２５（ｂ）に示すように、原点検出用磁石５１の正面（対向面５１ａ）から前記補助磁石７７（７８）の正面７７ｄ（７８ｄ）までの距離を３ｍｍに設定した。

磁気センサ５２には、図１６に示す構成と同様のものを用いた。実験では、前記磁気センサ５２と前記原点検出用磁石５１間の長さ方向（Ｙ方向）の距離を４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍとし、前記回転板７０を時計方向、及び反時計方向に回転させて、前記磁気センサ５２に及ぶ水平磁場成分の磁束密度を測定し、さらにセンサ出力（差動電位）を測定した。その実験結果が図２６ないし図２８に示されている。

図２６は、回転角度と磁気センサに作用する水平磁場成分の磁束密度との関係を示す。図２７は、回転角度とセンサ出力（差動電位）との関係、図２８は、±１度の回転角度とセンサ出力（差動電位）との関係を示すグラフである。ここで回転角度±１度は±０．５ｍｍの範囲での出力状態を示すことに相当する。これは図２５の実施例でも磁石の寸法（８×５×３ｍｍ程度）や磁気センサの寸法（２×２×０．７５ｍｍ程度）に対し、高い精度で原点を検知できることを意味している。

図２６に示すように回転角度が±５０度の範囲内では水平磁場成分が生じており、図２７，図２８に示すように、原点検出用磁石の中心が原点Ｐから離れると（回転角度が０以外になると）、センサ出力が絶対値で大きくなり、回転角度が±５０度の範囲内にて安定したセンサ出力が得られることがわかった。よって補助磁石を設けることで、回転角度を大きくできることがわかった。

なお、前記磁気センサ５２と前記原点検出用磁石５１間の高さ方向（Ｚ方向）の寸法を４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍと変えたとき、前記磁気センサ９２と前記原点検出用磁石９１間の距離を短くすることで原点付近でのセンサ出力を急峻に変化させることができ、高精度な原点検知を行えることがわかった。

また、前記補助磁石７７，７８は、前記原点検出用磁石５１から４０度（回転角θ１，θ２）離れた位置に配置したが、図２６に示すように回転角度が４０度より大きくなっても、小さくはあるが水平磁場成分が作用し、図２７に示すように回転角度が５０度程度まで安定してセンサ出力を得ることが出来るとわかった。すなわち原点非検出空間を、磁気センサ５２が、補助磁石７７，７８の外側側面よりも相対的にやや通りすぎても確保できることがわかった。

本発明の第１実施の形態の原点検出装置の斜視図、 図１の正面図、 原点検出用磁石の中心が基準位置（原点）にあるときの磁気抵抗効果素子の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向を説明するための説明図（平面図）、 原点検出装置を構成する磁気センサの回路構成図、 図３の状態から原点検出用磁石が図示左方向（Ｘ（−）方向）に移動したときの磁気抵抗効果素子の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向を説明するための説明図（平面図）、 図３の状態から原点検出用磁石が図示右方向（Ｘ（＋）方向）に移動したときの磁気抵抗効果素子の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向を説明するための説明図（平面図）、 本実施形態における磁気抵抗効果素子を膜厚方向から切断した断面図、 横軸をＸ方向への原点検出用磁石の原点からの直線移動距離、縦軸を差動出力（センサ出力）としたグラフ、 本発明の第２実施の形態の原点検出装置の斜視図、 （ａ）は、図９の磁気センサと原点検出用磁石とが対向した状態にあるときの前記原点検出用磁石と磁気センサとの側面図、（ｂ）は、図９の補助磁石（図９の図示右側の補助磁石）と、前記磁気センサとが最接近した状態での前記補助磁石と磁気センサとの側面図、 原点検出用磁石の中心が基準位置（原点）にあるときの磁気抵抗効果素子の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向を説明するための説明図（平面図）、 図９と一部異なる原点検出装置の斜視図、 （ａ）は、図１２の前記磁気センサと前記原点検出用磁石とが対向した状態にあるときの前記原点検出用磁石と磁気センサとの側面図、（ｂ）は、図１２の補助磁石（図１２の図示右側の補助磁石）と、前記磁気センサとが最接近した状態での前記補助磁石と磁気センサとの側面図、 本発明の第３実施の形態の原点検出装置の斜視図、 （ａ）は、図１４の前記磁気センサと前記原点検出用磁石とが対向した状態にあるときの前記原点検出用磁石と磁気センサとの側面図、（ｂ）は、図１４の補助磁石（図１４の図示右側の補助磁石）と、前記磁気センサとが最接近した状態での前記補助磁石と磁気センサとの側面図、 原点検出用磁石の中心が基準位置（原点）にあるときの磁気抵抗効果素子の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向を説明するための説明図（平面図）、 別の原点検出装置の構成を示す側面図、 第１実施形態の原点検知装置を構成する原点検出用磁石及び補助磁石を回転板に取り付けた構成における、回転角度と磁気センサに作用する水平磁場成分の磁束密度との関係を示すグラフ、 第１実施形態の原点検知装置を構成する原点検出用磁石及び補助磁石を回転板に取り付けた構成における、回転角度とセンサ出力（差動電位）との関係を示すグラフ、 第１実施形態の原点検知装置を構成する原点検出用磁石及び補助磁石を回転板に取り付けた構成における、±１度の回転角度とセンサ出力（差動電位）との関係を示すグラフ、 （ａ）は、着磁を図９と同じとした原点検出用磁石及び補助磁石を回転板に取り付けた状態での原点検知装置の正面図、（ｂ）はその側面図、 図２１の原点検出装置における、回転角度と磁気センサに作用する水平磁場成分の磁束密度との関係を示すグラフ、 図２１の原点検出装置における、回転角度とセンサ出力（差動電位）との関係を示すグラフ、 図２１の原点検出装置における、±１度の回転角度とセンサ出力（差動電位）との関係を示すグラフ、 （ａ）は、着磁を図１４と同じとした原点検出用磁石及び補助磁石を回転板に取り付けた状態での原点検知装置の正面図、（ｂ）はその側面図、 図２５の原点検出装置における、回転角度と磁気センサに作用する水平磁場成分の磁束密度との関係を示すグラフ、 図２５の原点検出装置における、回転角度とセンサ出力（差動電位）との関係を示すグラフ、 図２５の原点検出装置における、±１度の回転角度とセンサ出力（差動電位）との関係を示すグラフ、

符号の説明

１、５１、９１ 原点検出用磁石
２、５３、９３ 基板
３、５２、９２ 磁気センサ
４、５０、９０ 原点検出装置
１１ 反強磁性層
１１ａ 下地層
１２ 固定磁性層
１２ａ 第１固定磁性層
１２ｂ 非磁性中間層
１２ｃ 第２固定磁性層
１３ 非磁性層
１４ フリー磁性層
１５ 保護層
１７、５４ 第１の磁気抵抗効果素子
１８、５５ 第２の磁気抵抗効果素子
１９、５６ 第３の磁気抵抗効果素子
２０、５７ 第４の磁気抵抗効果素子
２５、２６、２７、２８、６０、６１、６２、６３ 象限
３１、３６ 出力取出し部
３２ 入力端子
３３ グランド端子
３４ 差動増幅器
３５ 外部出力端子
７０ 回転板
７５、９４ 第１の磁石
７６、９５ 第２の磁石
７７、７８、８０、８１、９６、９７ 補助磁石
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、５４ａ、５５ａ、５６ａ、５７ａ 固定磁性層の磁化方向
Ｆ、Ｇ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、５４ｂ、５４ｃ、５５ｂ、５５ｃ、５６ｂ、５６ｃ、５７ｂ、５７ｃ フリー磁性層の磁化方向
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３ 磁気センサの中心
Ｐ 原点
α、β 原点非検出空間

Claims (8)

1. 外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を備える磁気センサと、前記磁気センサと間隔を空けて対向する原点検出用磁石とを備え、前記原点検出用磁石はその中心が前記磁気センサに対する相対基準位置（原点）から相対移動可能に支持されており、
   前記原点から前記原点検出用磁石の相対移動方向の両側には夫々、補助磁石が設けられており、前記補助磁石は、前記原点検出用磁石が固定側であるとき、前記原点検出用磁石とともに固定され、前記原点検出用磁石が可動側であるとき、前記原点検出用磁石と連動可能に支持されており、
   前記原点検出用磁石と前記補助磁石間の原点非検出空間内にて前記磁気抵抗効果素子に進入する水平磁場成分が確保されるように、前記原点検出用磁石及び前記補助磁石が着磁されていることを特徴とする原点検出装置。
2. 前記原点検出用磁石の中心の相対直線移動方向、あるいは前記原点検出用磁石の中心が相対回転移動するとき前記原点を相対回転方向上の接点としたときの接線方向をＸ方向、前記Ｘ方向と直交する高さ方向をＺ方向、及び前記Ｘ方向及び前記Ｚ方向の双方に直交する方向をＹ方向とし、
   前記原点検出用磁石の中心が前記原点に位置するとき、前記原点検出用磁石と前記磁気センサとはＺ方向に対向する位置関係にあり、
   前記原点検出用磁石の前記磁気センサとの対向面（Ｘ−Ｙ面）がＮ極あるいはＳ極のどちらかに着磁されているとともに、前記対向面との反対面が、前記対向面とは異極に着磁されており、
   前記補助磁石の原点検出用磁石方向に向く対向面が、前記原点検出用磁石の前記磁気センサとの対向面と異極に着磁されている請求項１記載の原点検出装置。
3. 前記原点検出用磁石の中心の相対直線移動方向、あるいは前記原点検出用磁石の中心が相対回転移動するとき前記原点を相対回転方向上の接点としたときの接線方向をＸ方向、前記Ｘ方向と直交する高さ方向をＺ方向、及び前記Ｘ方向及び前記Ｚ方向の双方に直交する方向をＹ方向とし、
   前記原点検出用磁石の中心が前記原点に位置するとき、前記原点検出用磁石と前記磁気センサとはＺ方向に対向する位置関係にあり、
   前記原点検出用磁石は、Ｎ極とＳ極とがＹ方向に並ぶ第１の磁石と、前記第１の磁石とＸ方向にて並設され、前記第１の磁石とＸ方向にて対向する極が、前記第１の磁石とは異極となる第２の磁石とで構成され、
   前記原点検出用磁石を構成する第１の磁石と近い側に配置された前記補助磁石は前記第２の磁石と同じ着磁の磁石で構成され、前記原点検出用磁石を構成する第２の磁石と近い側に配置された前記補助磁石は前記第１の磁石と同じ着磁の磁石で構成される請求項１記載の原点検出装置。
4. 前記原点検出用磁石を構成する第１の磁石と近い側に配置された前記補助磁石は前記第１の磁石と同じ着磁の磁石で構成され、前記原点検出用磁石を構成する第２の磁石と近い側に配置された前記補助磁石は前記第２の磁石と同じ着磁の磁石で構成される請求項３記載の原点検出装置。
5. 前記補助磁石と前記磁気センサとが最接近したときに前記磁気センサが、前記補助磁石の手前側に位置するように、前記補助磁石は前記原点検出用磁石から見て奥行き方向にずれて配置されている請求項３又は４に記載の原点検出装置。
6. 前記原点検出用磁石の中心の相対直線移動方向、あるいは前記原点検出用磁石の中心が相対回転移動するとき前記原点を相対回転方向上の接点としたときの接線方向をＸ方向、前記Ｘ方向と直交する高さ方向をＺ方向、及び前記Ｘ方向及び前記Ｚ方向の双方に直交する方向をＹ方向とし、
   前記原点検出用磁石の中心が前記原点に位置するとき、前記原点検出用磁石と前記磁気センサとはＹ方向に対向する位置関係にあり、
   前記原点検出用磁石は、Ｎ極とＳ極とがＹ方向に並ぶ第１の磁石と、前記第１の磁石とＸ方向にて並設され、前記第１の磁石とＸ方向にて対向する極が、前記第１の磁石とは異極となる第２の磁石とで構成され、
   前記原点検出用磁石を構成する第１の磁石と近い側に配置された前記補助磁石は前記第１の磁石と同じ着磁の磁石で構成され、前記原点検出用磁石を構成する第２の磁石と近い側に配置された前記補助磁石は前記第２の磁石と同じ着磁の磁石で構成される請求項１記載の原点検出装置。
7. 前記補助磁石は前記原点検出用磁石及び磁気センサから見て奥行き方向にずれて配置されている請求項６記載の原点検出装置。
8. 前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が一方向に固定された固定磁性層と、磁化方向が水平磁場成分の方向により変動するフリー磁性層と、前記固定磁性層と前記フリー磁性層との間に位置する非磁性層の積層構造を有して構成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の原点検出装置。

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