JP4299901B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果を有する材料により感磁領域が形成された磁気抵抗効果センサを用いた位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、回転動作をする物体の回転位置の検出や直線的な動作をする物体の位置の検出をする磁気式の位置検出装置が知られている。
【０００３】
図２１にこのような磁気式の位置検出装置の一例を示す。
【０００４】
位置検出装置１００は、長尺状の磁気スケール１１０と、基板上に感磁部が薄膜成形された磁気抵抗効果センサ（ＭＲセンサ）１２０とを備えており、磁気スケール１１０とＭＲセンサ１２０のいずれか一方が移動する物体に取り付けられ、他方が基準部に取り付けられている。
【０００５】
磁気スケール１１０には、Ｎ極とＳ極とを交互に繰り返す周期的な位置信号が長手方向に沿って着磁されており、その記録ピッチはλとなっている。
【０００６】
ＭＲセンサ１２０は、例えば図示しない保持機構等に保持されて、磁気スケール１１０の位置信号が着磁された着磁面に対向するように配設されている。このＭＲセンサ１２０は、磁気スケール１１０の着磁面と所定距離の空間的なギャップを保ちながら、この磁気スケール１１０の位置信号に沿って平行移動する。そして、このＭＲセンサ１２０は、平行移動することにより上記位置信号を検出し、検出した位置信号を電気信号に変換して、フレキシブルケーブル１３０等を介して外部に出力する。
【０００７】
このような構成を有することにより、位置検出装置１００では、磁気スケール１１０と、ＭＲセンサ１２０との相対位置を記録ピッチλの２分の１の間隔Ｐ毎に検出することができ、そのため、物体の移動位置を検出することができる。
【０００９】
次に、上記ＭＲセンサ１２０について、さらに説明する。
【００１０】
ＭＲセンサ１２０は、図２２に示すように、ガラス等の非磁性材料からなる基板１２１上にFe-Ni,Ni-Co等の強磁性材料が成膜され、短冊状の感磁部１２２が形成されている。この感磁部１２２は、長手方向に直流電流が流され、この感磁部１２２に流される電流に対して垂直であって膜面に平行な方向に印加される信号磁界の強さが最小の場合には抵抗値が最大となり、また、この感磁部１２２に流される電流に対して垂直であって膜面に対して平行な方向に印加される信号磁界の強さが最大の場合には抵抗値が最小となる磁気抵抗効果を有する。
【００１１】
このＭＲセンサ１２０には、感磁部１２２として、例えば、第１から第４の感磁部１２２ａ〜１２２ｄが、長手方向に対して平行に形成されている。第１と第２の感磁部１２２ａ，１２２ｂは、磁気スケール１１０の位置信号の検出ピッチＰの間隔をもって配設され、また、第３と第４の感磁部１２２ｃ，１２２ｄも、この検出ピッチＰの間隔をもって配設されている。さらに、第２と第３の感磁部１２２ｂ，１２２ｃは、Ｐ／２の間隔をもって配設されている。
【００１２】
また、感磁部１２２ａ，１２２ｂは電極１２３ａにより電気的に直列接続され、感磁部１２２ｃ，１２２ｄは電極１２３ｂにより電気的に直列接続されている。感磁部１２２ｂの電極１２３ａが接続されていない一端と、感磁部１２２ｃの電極１２３ｂが接続されていない一端とは、電極１２４により電気的に直列接続されている。そして、感磁部１２２ａの電極１２３ａが接続されていない一端は、電極１２５ａを介して接地されており、また、感磁部１２２ｄの電極１２３ｂが接続されていない一端は、電極１２５ｂを介して定電圧源に接続されている。ＭＲセンサ１２０では、このように各感磁部１２２ａ〜１２２ｄを接続することによって、図２３に示すような等価回路を構成し、電極１２４からセンサ出力を検出することができる。
【００１３】
次に、このＭＲセンサ１２０の動作について説明する。
【００１４】
上述したＭＲセンサ１２０は、物体の移動に応じて磁気スケール１１０の位置信号上を相対的に移動する。例えば、図２４に示すように、このＭＲセンサ１２０の感磁部１２２ａ，１２２ｂが位置信号のＮ極とＳ極の上に移動してきたときには、この感磁部１２２ａ，１２２ｂは漏れ磁束の感磁面内成分の磁界強度が零となっているため、抵抗値が最も大きくなった状態になる。このときには感磁部１２２ｃ，１２２ｄには、反対に感磁面内成分で最大の磁界が印加されることとなるため、抵抗値が最も小さくなった状態になる。従って、電極１２４からは、最大の電位が得られることになる。
【００１５】
また、例えば、図２５に示すように、このＭＲセンサ１２０の感磁部１２２ｃ，１２２ｄが位置信号のＮ極とＳ極の上に移動してきたときには、この感磁部１２２ｃ，１２２ｄは漏れ磁束の感磁面内成分の磁界強度が零となっているため、抵抗値が最も大きくなった状態になる。このとき感磁部１２２ａ，１２２ｂには、反対に感磁面内成分で最大の磁界が印加されることとなるため、抵抗値が最も小さくなった状態になる。従って、電極１２４からは、最小の電位が得られることになる。
【００１６】
以上のように、ＭＲセンサ１２０では、磁気スケール１１０上を移動することによって、位置信号の記録ピッチλの２分の１の周期（λ／２）に応じて発生する信号を、上記電極１２４から出力することができ、そのため、物体の移動位置を検出することができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、磁気式の位置検出装置１００では、一般に、ＭＲセンサ１２０と、磁気スケール１１０を接触させて使用することができないため、ＭＲセンサ１２０と磁気スケール１１０とを一定の空間的なギャップを保ったまま相対移動するように配置している。このＭＲセンサ１２０と磁気スケール１１０とのギャップ長は、磁気スケール１１０の位置信号の記録ピッチλや、この位置信号からＭＲセンサ１２０に与えられる磁界の強さとともに、ＭＲセンサ１２０の出力感度に影響を与える。
【００１８】
図２６に、ＭＲセンサ１２０と磁気スケール１１０とのギャップ長ｘの変化に対するＭＲセンサ１２０の出力特性を示す。なお、この出力特性は、ＭＲセンサ１２０の抵抗変化によるものである。
ここでは、図２６（Ａ）に図示するように、ＭＲセンサ１２０が平板型の磁気スケール１１０の位置信号が着磁された面に対向するように設けられ、また、図２６（Ｂ）に図示するように、磁気スケール１１０の記録信号の幅ＬがＭＲセンサ１２０の感磁部１２２の長手方向の長さｌよりも充分に長い場合についての特性を示している。すなわち、ここでは、ＭＲセンサ１２０の感磁部１２０の全領域に、同一の強さの信号磁界が印加された場合の特性を示している。
【００１９】
この場合、ＭＲセンサ１２０の出力特性は、図２６（Ｃ）に示すように、所定のギャップ長ｘ0で出力のピーク値を検出することができる。従って、位置検出装置１００では、ＭＲセンサ１２０と磁気スケール１１０とのギャップ長を、このギャップ長ｘ0付近で保ち相対移動するように配置することによって、良好な検出出力を得ることができる。
【００２０】
これに対し、被測定物体の関係上、磁気スケール１１０を平板型にすることができず、例えば、丸棒状や多角形状にしなければならない場合がある。
【００２１】
図２７に、磁気スケール１１０が丸棒状である場合のＭＲセンサ１２０と磁気スケール１１０とのギャップ長ｘの変化に対するＭＲセンサ１２０の出力特性を示す。
ここでは、図２７（Ａ）に図示するように丸棒型の磁気スケール１１０の位置信号が着磁された面にＭＲセンサ１２０を対向させ、また、図２７（Ｂ）に図示するように磁気スケール１１０の記録信号の幅Ｌ（この場合は磁気スケール１１０の直径に相当）がＭＲセンサ１２０の感磁部１２２の長手方向の長さｌよりも短い場合についての特性を示している。すなわち、この図２７には、ＭＲセンサ１２０の感磁部１２０の長手方向に対して、異なる強さの信号磁界が印加された場合の特性を示している。なお、ここで示すギャップ長ｘは、磁気スケール１１０とＭＲセンサ１２０との最短距離で示している。
【００２２】
この場合、ＭＲセンサ１２０の出力特性は、図２７（Ｃ）に示すように、出力のピーク値を検出することができず、また、先の平板状の磁気スケールの場合と比較して出力が５０〜６０パーセント程度しか得ることができない。
【００２３】
以上のように、ＭＲセンサが平板形状となっているのに対して、磁気スケール１１０が、丸棒状、円弧、多角形状等となっている場合には最適な出力特性を得ることが困難である。この理由は、ＭＲセンサ１２０が、位置情報を着磁した磁気スケール１１０からの漏れ磁束を効率的に検出することができないためである。
【００２４】
図２８に丸棒状の磁気スケール１１０と、ＭＲセンサ１２０の感磁部１２２との位置関係を示す。
【００２５】
例えば、丸棒状の磁気スケール１１０の半径ｒを１ｍｍ、ＭＲセンサ１２０の感磁部１２２の長手方向の長さｌを２ｍｍ、感磁部１２２と磁気スケール１１０との最短のギャップ長ｘ1（感磁部１２２の長手方向の中心の位置Ｑ1のギャップ長）を１２０μｍとする。
【００２６】
係る場合、感磁部１２２の中心から０．５ｍｍ離れたの位置Ｑ2におけるギャップ長ｘ2、及び、中心から１ｍｍ離れた位置Ｑ3におけるギャップ長ｘ3を求めると、以下のようになる。
【００２７】
【数１】
【００２８】
このことから、感磁部１２２の中心の位置Ｑ1におけるギャップ長ｘ1に対して、位置Ｑ2のギャップ長ｘ2は長くなっており、磁気スケール１１０が発生する磁界の強さが均一であれば、位置Ｑ1に到達する漏れ磁束に比べて、位置Ｑ2に到達する漏れ磁束が少なくなることが分かる。そのため、例えば、位置Ｑ1での抵抗変化率に対して、位置Ｑ2の抵抗変化率は１０パーセント程度しか生じず、さらには、位置Ｑ2より以遠は抵抗変化がほとんど生じない。
【００２９】
従って、丸棒状の磁気スケール１１０を用いた場合、ＭＲセンサ１２０の感磁部１２２で実質的に磁気抵抗効果を生じているのは、中央付近の一部であり、端部では只の抵抗としての機能しか生じておらず、効率が悪くなっている。
【００３０】
また、このように丸棒状の磁気スケール１１０を用いた場合におけるＭＲセンサ１２０の出力特性を改善するために、磁気スケール１１０の直径よりも、感磁部１２２の長手方向の長さを短くすることが、例えば、特開平８−２８５５０９号公報で提案されている。しかしながら、感磁部１２２の中心の位置と磁気スケール１１０との中心が完全に一致している場合には、充分な出力が得られるものの、固定位置が多少でもずれた場合には、著しい出力低下を生じ、安定した出力を得ることが困難であり、また、素子の抵抗が低くなり電気的に好ましくないこと等から磁気スケール装置としての組立も困難となる。
【００３１】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、発磁体の着磁面が曲面、円弧であっても、充分な出力が得られるとともに特性の良い出力の得られる磁気抵抗効果センサを用いた位置検出装置を提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る位置検出装置は、位置情報を与える信号磁界が長手方向に記録された丸棒状の発磁体と、上記発磁体に記録された信号磁界の記録方向に相対移動が可能に配設され、磁気抵抗効果を有する材料により感磁領域が形成された磁気抵抗効果センサとを備え、上記磁気抵抗効果センサの感磁領域は、中央部と、流される電流と直交する方向である上記相対移動方向における幅が該中央部よりも大きい端部と、該流される電流と直交する方向の幅が次第に大きくなり、該中央部と該端部とを連続させる傾斜部とを有し、該中央部においては、その長さが上記発磁体の径と略同一であり、該長さ方向の中心が該発磁体の表面まで最も近接し、該傾斜部においては、該流される電流の方向に沿って、該発磁体の表面までの最短距離が次第に大きくなり異なる強さの信号磁界が該発磁体から印加される。
【００３５】
この位置検出装置では、磁気抵抗効果センサの感磁領域の幅が、発磁体から印加される信号磁界の強さに応じて異なる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明を適用した第１の実施の形態の位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図１に示す第１の実施の形態の位置検出装置１は、直線的な動作をする物体の位置を検出する装置である。
【００３８】
位置検出装置１は、丸棒状の磁気スケール２と、基板上に感磁部が薄膜成形された磁気抵抗効果センサ（ＭＲセンサ）３とを備えており、磁気スケール２とＭＲセンサ３のいずれか一方が移動する物体に取り付けられ、他方が基準部に取り付けられている。
【００３９】
磁気スケール２には、Ｎ極とＳ極とを交互に繰り返す周期的な位置信号４が長手方向に沿って着磁されており、その記録ピッチはλとなっている。
【００４０】
ＭＲセンサ３は、例えば図示しない保持機構等に保持されて、磁気スケール２の着磁面と所定距離の空間的なギャップを保ちながら、この磁気スケール２の位置信号４に沿って平行移動する。そして、このＭＲセンサ３は、移動位置における上記位置信号を検出し、検出した位置信号を電気信号に変換して、フレキシブルケーブル５等を介して外部に出力する。
【００４１】
このような構成を有することにより、位置検出装置１では、磁気スケール２とＭＲセンサ３との相対位置を記録ピッチλの２分の１である検出ピッチＰの信号として検出することができ、そのため、物体の移動位置を検出することができる。
【００４２】
次に、上記ＭＲセンサ３について説明する。
【００４３】
ＭＲセンサ３は、図２に示すように、ガラス等の非磁性材料からなる基板１１上にFe-Ni,Ni-Co等の強磁性材料が成膜され、感磁部１２（１２ａ〜１２ｄ）が磁気スケール２の位置信号４が着磁された面に対向する面に形成されている。この感磁部１２は、長手方向に直流電流が流される。ＭＲセンサ３は、感磁部１２に直流電流が流される方向即ち感磁部１２の長手方向に対して直交し、且つ、この成膜された感磁部１２の膜面に対して平行な方向に、磁気スケール２と相対移動することにより、感磁部１２が磁気スケール２の漏れ磁束を検出する。ＭＲセンサ３は、この感磁部１２に流される電流に対して垂直であって膜面に平行な方向に印加される信号磁界の強さが最小の場合には抵抗値が最大となり、また、この感磁部１２に流される電流に対して垂直であって膜面に平行な方向に印加される信号磁界の強さが最大の場合には抵抗値が最小となる磁気抵抗効果を有する。
【００４４】
このＭＲセンサ３には、感磁部１２として、例えば、それぞれ同一形状の第１から第４の感磁部１２ａ〜１２ｄが、長手方向に平行に成膜されている。第１と第２の感磁部１２ａ，１２ｂは、磁気スケール２の位置信号４の記録ピッチλに対し（ｎλ＋Ｐ）の間隔をもって配設され、また、第３と第４の感磁部１２ｃ，１２ｄも、この記録ピッチλに対し（ｎλ＋Ｐ）の間隔をもって配設されている。さらに、第２と第３の感磁部１２ｂ，１２ｃは、（（ｍ／２）λ＋Ｐ／２）の間隔をもって配設されている（ｎ，ｍは整数。）。
【００４５】
また、感磁部１２ａ〜１２ｄは、それぞれ長手方向の一端に電極１３ａ〜１３ｄが接続されている。また、感磁部１２ａと感磁部１２ｂの電極１３ａ，１３ｂが接続されていない一端には、電極１４ａが接続され、感磁部１２ａと感磁部１２ｂとを電気的に直列接続している。また、感磁部１２ｃと感磁部１２ｄの電極１３ｃ及び１３ｄが接続されていない一端には、電極１４ｂが接続され、感磁部１２ｃと感磁部１２ｄとを電気的に直列接続している。そして、感磁部１２ａが接続された電極１３ａは接地されており、また、感磁部１２ｄが接続された電極１３ｄは定電圧源に接続されている。さらに、電極１３ｂと電極１３ｃとは、外部回路で接続され、感磁部１２ａ〜感磁部１２ｄは、電圧源から接地端子にわたって直列接続されて長手方向に電流ｉが流される。従って、このＭＲセンサ３では、この中点の感磁部１２ｂと感磁部１２ｃの間の電位がセンサ出力として検出される。すなわち、ＭＲセンサ３では、このように各感磁部１２ａ〜１２ｄを接続することによって、図３に示すような等価回路を構成し、電極１３ｂ或いは電極１３ｃからセンサ出力が検出される。
【００４６】
また、上述した各感磁部１２ａ〜１２ｄは、中央部１５ａ〜１５ｄと、この中央部１５ａ〜１５ｄの長手方向の両端に、この中央部１５ａ〜１５ｄと電流方向に対して直交する方向の幅が異なる端部１６ａ〜１６ｄ及び端部１７ａ〜１７ｄとから構成されている。なお、各感磁部１２ａ〜１２ｄは、その形状が同一であるので、感磁部１２ａを例にとって以下説明をする。
【００４７】
中央部１５ａは、流れる電流の方向の長さが磁気スケール２の半径ｒとほぼ同一であり、また、流れる電流と直交する方向の幅がｗ1となっている。また、中央部１５ａは、この中央部１５ａの長さの中心が、感磁部１２ａと磁気スケール２とのギャップ長が最も短くなる中心位置Ｑ1にほぼ一致している。
【００４８】
端部１６ａは、電極１４ａと中央部１５ａとの間に形成され、中央部１５ａの一端から電極１４ａに向かって次第に幅が太くなった後、その幅がｗ2となって、電極１４ａに接続される。
【００４９】
また、端部１７ａは、電極１３ａと中央部１５ａとの間に形成され、中央部１５ａの他端から電極１３ａに向かって次第に幅が太くなった後、その幅がｗ2となって、電極１３ａに接続される。
【００５０】
端部１６ａと端部１７ａの幅ｗ2は、この中央部１５ａの幅ｗ1に対して、１．５倍以上の長さとなっており、例えば、２倍程度となっている。
【００５１】
すなわち、ＭＲセンサ３は、磁気スケール２とのギャップ長が短い部分では電流方向に直交する方向の幅が狭く、このギャップ長が長い部分ではこの幅が広くなるように感磁部１２が形成されている。つまり、ＭＲセンサ３では、感磁部１２ａに流される電流と直交する方向の幅が、この感磁部１２ａに対して磁気スケール２から印加される信号磁界の強さに応じて異なるようになっている。なお、この幅ｗ1と幅ｗ2との比率は、印加される信号磁界の大きさによって、最適に設定されるものであり、磁気スケール２の形状によって異なる。
【００５２】
このような、ギャップ長が短く幅が狭い部分となる中央部１５ａでは、電気的な抵抗が相対的に大きくなるとともにその変化率も大きくなるため、抵抗変化が大きくなり、定電圧駆動をした場合に大きな電圧変化を得ることができる。また、ギャップ長が長く幅が広い部分となる端部１６ａ及び端部１７ａでは、電気的な抵抗が相対的に小さくなるともにその変化率も小さくなるため、定電圧駆動をした場合に電圧に対する依存度が小さくなる。
【００５３】
従って、このＭＲセンサ３の感磁部１２ａでは、電流方向に直交する方向の幅が狭い部分となる中央部１５ａと、この幅が広い部分となる端部１６ａ及び端部１７ａとが直列に接続されているため、全体として、充分大きくかつＳ／Ｎ比が良好な出力を得ることができる。また、このＭＲセンサ３では、感磁部１２の全体で有効な抵抗変化が生じるため、ギャップ長を短くせずとも高い出力を得ることができ、さらに、ギャップ長を短くする必要がないので磁気スケール２に対して組立が容易となり、信頼性の向上を図ることができる。
【００５４】
なお、このＭＲセンサ３は、上記図２で示した形状に限られず、感磁部に流される電流と直交する方向の幅が、この感磁部に印加される信号磁界の強さに応じて異なれば、どのような形状であってもよい。
【００５５】
ＭＲセンサ３の変形例として、ＭＲセンサ２０を図４に示す。なお、このＭＲセンサ２０を説明するにあたり、上記ＭＲセンサ３と同一の構成については、同一の符号を図面中に付け、その詳細な説明を省略する。
【００５６】
このＭＲセンサ２０には、例えば、第１から第４の感磁部２２ａ〜２２ｄが、長手方向に平行に成膜されている。
【００５７】
各感磁部２２ａ〜２２ｄは、中央部２５ａ〜２５ｄと、この中央部２５ａ〜２５ｄの長手方向の両端にその幅が異なる端部２６ａ〜２６ｄ及び端部２７ａ〜２７ｄとから構成されている。
【００５８】
感磁部２２ａの中央部２５ａは、流れる電流の方向の長さが磁気スケール２の半径ｒとほぼ同一であり、また、流れる電流と直交する方向の幅がｗ1となっている。また、中央部２５ａは、この中央部２５ａの長さの中心が、感磁部２２ａと磁気スケール２とのギャップ長が最も短くなる中心位置Ｑ1にほぼ一致している。
【００５９】
端部２６ａは、電極１４ａと中央部２５ａとの間に形成され、感磁部２２ｂに対して反対側の流れる電流方向の一辺のみに傾斜が形成され、中央部２５ａの一端から電極１４ａに向かって次第に幅が太くなった後、その幅がｗ2となって、電極１４ａに接続される。
【００６０】
端部２７ａは、電極１３ａと中央部２５ａとの間に形成され、感磁部２２ｂと反対側の一辺のみに傾斜が形成され、中央部２５ａの一端から電極１３ａに向かって次第に幅が太くなった後、その幅がｗ2となって、電極１３ａに接続される。
【００６１】
端部２６ａと端部２７ａの幅ｗ2は、この中央部２５ａの幅ｗ1に対して、１．５倍以上の長さとなっており、例えば、２倍程度となっている。
【００６２】
また、感磁部２２ｂは、感磁部２２ａとの境界線を中心として電流方向で線対象の形状となっており、端部２６ｂ及び端部２７ｂの傾斜が形成されていない辺と、感磁部２２ａの傾斜が形成されていない辺とが対向するように設けられている。
【００６３】
また、感磁部２２ｃは、感磁部２２ａと同一の形状を有しており、感磁部２２ｄは、感磁部２２ｄと同一の形状を有している。
【００６４】
以上の構成のＭＲセンサ２０も、上記ＭＲセンサ３と同様に、ギャップ長が短い部分である中央部２５ａ〜２５ｄでは、電気的な抵抗が相対的に大きくなるとともにその変化率は大きくなるため、抵抗変化が大きくなり、定電圧駆動をした場合に大きな電圧変化を得ることができる。また、ギャップ長が長い部分である端部２６ａ〜２６ｄ及び端部２７ａ〜２７ｄでは、電気的な抵抗が相対的に小さくなるともにその変化率は小さくなるため、定電圧駆動をした場合に電圧に対する依存度が小さくなる。従って、このＭＲセンサ２０の感磁部２２全体では、それぞれが直列に接続されているため、充分大きく、かつ、Ｓ／Ｎ比が良好な出力を得ることができる。
【００６５】
次に、ＭＲセンサ３の動作について説明する。
【００６６】
ＭＲセンサ３は、物体の移動に応じて、磁気スケール２の位置信号４上を相対的に移動する。例えば、このＭＲセンサ３の感磁部１２ａ，１２ｂが位置信号４のＮ極とＳ極の上に移動してきたときには、この感磁部１２ａ，１２ｂは漏れ磁束の膜面成分磁界強度が略零となっているため、抵抗値が最も大きくなった状態になる。このとき感磁部１２ｃ，１２ｄには、反対に最大の磁界が印加されることとなるため、抵抗値が最も小さくなった状態になる。従って、電極１３ｂ（１３ｃ）からは、最大の電位が得られることになる。
【００６７】
また、例えば、このＭＲセンサ３の感磁部１２ｃ，１２ｄが位置信号のＮ極とＳ極の上に移動してきたときには、この感磁部１２ｃ，１２ｄは漏れ磁束の膜面成分の磁界強度が略零となっているため、抵抗値が最も大きくなった状態になる。このとき感磁部１２ａ，１２ｂには、反対に最大の磁界が印加されることとなるため、抵抗値が最も小さくなった状態になる。従って、電極１３ｂ（１３ｃ）からは、最小の電位が得られることになる。
【００６８】
以上のように、ＭＲセンサ３では、磁気スケール２上を移動することによって、位置信号の記録ピッチλの２分の１のＰ間隔に応じて発生する信号を、上記電極１３ｂ（１３ｃ）から出力することができ、そのため、物体の移動位置を検出することができる。
【００６９】
また、上記信号と９０゜位相のずれた（Ｐ／４相当）の信号を検出する別のセンサを配置し、この２つの信号から相対的な位置を検出することもできる。
【００７０】
つぎに、上記ＭＲセンサ３の出力特性を、従来のＭＲセンサの出力特性と比較して説明する。
【００７１】
図５（Ａ）には、従来の短冊状の感磁部が成膜されたＭＲセンサにより、丸棒状の磁気スケールに記録された位置信号を検出した際の出力特性図を示している。また、図５（Ｂ）には、従来の短冊状の感磁部が成膜されたＭＲセンサであって、感磁部の長手方向の長さが磁気スケールの直径より短いＭＲセンサにより、丸棒状の磁気スケールに記録された位置信号を検出した際の出力特性図を示している。また、図５（Ｃ）には、上記ＭＲセンサ３により、丸棒状の磁気スケール２に記録された位置信号を検出した際の出力特性図を示している。なお、各特性図の横軸は、感磁部の長手方向の中心の位置（例えば、第１の実施の形態の位置検出装置１であれば、感磁部１２の中心位置Ｑ1）を、丸棒状の磁気スケールの長手方向に対して直角かつ感磁部に並行に、すなわち、感磁部に流れる電流方向に、移動させた場合の移動位置を示している。また、縦軸は、ＭＲセンサの出力電圧を示している。
【００７２】
この図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を比較して分かるように、第１の実施の形態のＭＲセンサ３では、従来の短冊状の感磁部が成膜されたＭＲセンサの出力よりも高い出力が得られ、また、従来の磁気スケールの直径よりも短い感磁部が成膜されたＭＲセンサよりも、位置ずれ等が生じた場合であっても高い出力を得られることができる。
【００７３】
以上のように、第１の実施の形態の位置検出装置１では、磁気スケール２の位置信号３が記録された着磁面が曲面状であっても、充分な出力が得られるとともに特性の良い出力の得ることができる。また、この位置検出装置１では、磁気スケール２とＭＲセンサ３との距離を大きく保つことができ、そのため、組立が容易となり、信頼性の向上を図ることができる。
【００７４】
なお、本発明では、磁気スケールの着磁面は曲面に限られず、例えば、多角形形状の磁気スケールを用いた位置検出装置に適用しても、有効に位置情報を検出することができる。例えば、図６に示すような三角柱状の磁気スケール７を適用したスケール装置６や、図７に示すような八角柱状の磁気スケール９を適用したスケール装置８によっても位置検出をすることができる。この場合には、ＭＲセンサ３の感磁部１２は、磁気スケール７や磁気スケール９から印加される漏れ磁界に応じて、その形状が変更される。
【００７５】
従って、上記位置検出装置６，８では、位置信号が記録された着磁面が多角形状であっても、充分な出力が得られるとともに特性の良い出力の得ることができる。
【００７６】
以上本発明の第１の実施の形態を説明するにあたり、磁気スケール２に所定の記録ピッチλで位置信号３が連続的に記録され物体の位置を検出する位置検出装置１を説明したが、本発明は、このような位置検出装置に限られず、例えば、被測定物が単位長移動する毎に１個の信号を発生する原点信号が離散的に記録された発磁体から、この信号を検出して物体の位置を検出する位置検出装置であってもよい。
【００７７】
つぎに、本発明を適用した第２の実施の形態の位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００７８】
図８に、本発明を適用した第２の実施の形態の位置検出装置の斜視図を示し、図９に、この第２の実施の形態の位置検出装置の側面図を示し、図１０に、この第２の実施の形態の位置検出装置の内部構造を表すための断面図を示す。
【００７９】
本発明を適用した第２の実施の形態の位置検出装置３０は、本体部３１と、この本体部３１に取り付けられたヘッドスライダ３２とから構成される。
【００８０】
この位置検出装置３０は、工作機械の一部分として構成され相対的に直線移動する２部材の相対移動位置を、検出する装置である。例えば、位置検出装置３０は、所定の位置に固定された基準部３３と、この基準部３３に対して図８中に示すＸ1方向及びＸ2方向に直線移動する可動部３４との相対移動位置を検出する。この位置検出装置３０は、本体部３１或いはヘッドスライダ３２のいずれか一方が基準部３３に取り付けられ、他方が可動部３４に取り付けられる。図８及び図９中には、基準部３３に本体部３１を取り付け、可動部３４にヘッドスライダ３２を取り付けた例を示している。
【００８１】
本体部３１は、筐体３６と、丸棒状の高保磁力材料からなる記録媒体であり、この筐体３６の内部に設けられた磁気スケール３７と、磁気スケール３７の両端部を保持してこの磁気スケール３７を筐体３６内の所定の位置に固定するブラケット３８，３９とを有している。なお、図８中には、図面の記載の明確化のため、このブラケット３８，３９を図示していない。
【００８２】
筐体３６は、例えば、矩形の筒状の形状を有しており、一側面が切り欠かれスリット４０が形成されている。また、この筐体３６は、スリット４０が形成された側面と直交する側面４１，４２の長手方向の端部に、略円形状の筐体取付孔４３が形成されている。
【００８３】
磁気スケール３７は、ブラケット３８，３９によりその両端が保持され、筐体３６内に固定されている。この磁気スケール３７は、筐体３６の長手方向に平行であり、矩形の筒の中心軸上に位置されるように設けられている。また、この磁気スケール３７には、スケール信号と原点信号とが位置信号として磁気記録されている。このスケール信号と原点信号とについては、その詳細を後述する。
【００８４】
また、ヘッドスライダ３２は、本体部３１の内部に設けられたヘッド保持部４６と、本体部３１の外部に設けられたヘッドキャリア４７と、このヘッド保持部４６とヘッドキャリア４７とを連結する連結部４８とを有し、磁気スケール３７の長手方向に移動可能に本体部３１に取り付けられている。
【００８５】
図１１に、このヘッド保持部４６の要部の分解斜視図を示す。
【００８６】
ヘッド保持部４６には、ヘッドホルダ４９が設けられている。このヘッドホルダ４９には、磁気スケール３７の挿通孔が設けられている。ヘッドホルダ４９は、この挿通孔にこの磁気スケール３７が挿通されることにより、この磁気スケール３７に取り付けられ、この磁気スケール３７の長手方向に直線移動可能とされている。
【００８７】
このヘッドホルダ４９は、ヘッドホルダケース５２により外部が覆い包まれており、その内部に、スケール信号用ＭＲセンサ５０と原点信号用ＭＲセンサ５１とを保持している。スケール信号用ＭＲセンサ５０は、磁気スケール３７に記録されているスケール信号を検出する。また、原点信号用ＭＲセンサ５１は、磁気スケール３７に記録されている原点信号を検出する。スケール信号用ＭＲセンサ５０及び原点信号用ＭＲセンサ５１は、それぞれヘッドホルダ４９に保持されていることから、このヘッドホルダ４９の直線移動に伴い磁気スケール３７の長手方向に平行移動する。これらスケール信号用ＭＲセンサ５０と原点信号用ＭＲセンサ５１の磁気スケール３７の構成、及び、配設位置については詳細を後述する。
【００８８】
このヘッドホルダ４９の磁気スケール３７の長手方向の両端には、一対の摺動支持部材５３，５４が取り付けられている。この摺動支持部材５３，５４は、その形状が略円柱状となっており、その中心軸に磁気スケール３７が挿通する挿通孔が設けられている。この摺動支持部材５３，５４は、この挿通孔に磁気スケール３７が挿通されることにより、この磁気スケール３７に摺動自在に支持される。また、この摺動支持部材５３，５４は、磁気スケール３７に摺動自在に支持されることにより、ヘッドホルダ４９が磁気スケール３７の長手方向に平行移動した場合に、このヘッドホルダ４９を移動方向と直交する方向に位置ぶれを生じさせないようにしている。
【００８９】
また、ヘッド保持部４６には、一対の第１のスペーサ５５，５６と、一対の第２のスペーサ５７，５８とが設けられている。
【００９０】
一対の第１のスペーサ５５，５６には、磁気スケール３７が挿通する挿通孔が設けられている。この一対の第１のスペーサ５５，５６は、この挿通孔に磁気スケール３７が挿通されることにより、磁気スケール３７に取り付けられ、磁気スケール３７の長手方向に直線移動可能とされている。また、この一対の第１のスペーサ５５，５６は、摺動支持部材５３，５４の磁気スケール３７の長手方向のヘッドホルダ４９が取り付けられていない一端面に当設している。
【００９１】
また、一対の第２のスペーサ５７，５８は、磁気スケール３７が挿通する挿通孔が設けられている。この一対の第２のスペーサ５７，５８は、この挿通孔に磁気スケール３７が挿通されることにより、磁気スケール３７に取り付けられ、磁気スケール３７の長手方向に直線移動可能とされている。また、この一対の第２のスペーサ５７，５８は、第１のスペーサ５５，５６の磁気スケール３７の長手方向の摺動支持部材５３，５４が当設していない一端面に当設している。
【００９２】
また、ヘッド保持部４６には、一対のヘッドホルダ挟持部材５９，６０と、バネ６１とが設けられている。
【００９３】
ヘッドホルダ挟持部材５９，６０には、磁気スケール３７が挿通する挿通孔が設けられている。ヘッドホルダ挟持部材５９，６０は、この挿通孔に磁気スケール３７が挿通されることにより、磁気スケール３７に取り付けられ、磁気スケール３７の長手方向に直線移動可能とされている。また、このヘッドホルダ挟持部材５９，６０は、連結部４８に固定されている。この一対のヘッドホルダ挟持部材５９，６０は、摺動支持部材５３，５４が取り付けられたヘッドホルダ４９を、一対の第１のスペーサ５５，５６と一対の第２のスペーサ５７，５８を介して、磁気スケール３７の長手方向に平行な方向の両端から挟持している。また、ヘッドホルダ挟持部材５９と第２のスペーサ５７との間には、バネ６１が設けられいる。このバネ６１は、このヘッドホルダ挟持部材５９からヘッドホルダ挟持部材６０に向かう方向へ、ヘッドホルダ４９を付勢している。
【００９４】
また、ヘッドホルダ４９には、回り止め用ピン６２が設けられている。この周り止め用ピン６２は、長手方向の一端がヘッドホルダ４９に固定されており、他端が連結部４８に設けられた回転規制穴６３に挿入されている。そのため、ヘッドホルダ４９の磁気スケール３７を中心軸とする回転が規制される。
【００９５】
また、第１のスペーサ５５，５６と第２のスペーサ５７，５８とが当設するそれぞれの当設面は球面形状を有している。この球面形状の当設面は、ヘッドホルダ挟持部材５９，６０が磁気スケール３７の長手方向に直交する方向にヘッドホルダ挟持部材５９，６０が位置ずれした場合に、摺動支持部材５３，５４等から磁気スケール３７に与える曲げモーメントを少なくするように機能している。
【００９６】
以上のような構成のヘッド保持部４６は、磁気スケール３７の長手方向に平行な方向に移動可能に、この磁気スケール３７に取り付けられている。この移動に応じてスケール信号用ＭＲセンサ５０と原点信号用ＭＲセンサ５１とが磁気スケール３７に記録されたスケール信号及び原点信号を検出する。
【００９７】
このヘッド保持部４６は、連結部４８を介してヘッドキャリア４７と連結している。この連結部４８は、磁気スケール３７の長手方向と直交する方向の一端がヘッドホルダ挟持部材５９，６０に固定され、他端がスリット４０から挿出して本体部３１の外部に設けられたヘッドキャリア４７に固定される。
【００９８】
このようにヘッドスライダ３２は、これらヘッド保持部４６、ヘッドキャリア４７、連結部４８で構成され、磁気スケール３７の長手方向に移動自在に本体部３１に取り付けられている。そして、このヘッドスライダ３２は、本体部３１との相対移動に応じてスケール信号用ＭＲセンサ５０及び原点信号用ＭＲセンサ５１が検出したスケール信号及び原点信号を、ヘッドキャリア４７に設けられた信号ケーブル６４を介して図示しない制御装置に供給する。
【００９９】
以上のような構成の位置検出装置３０は、磁気スケール３７が基準部３３と可動部３４の相対移動方向に平行となり、スリット４０が可動部３４側に開口するように配置される。このように配置された位置検出装置３０の本体部３１は、スリット４０が形成された側面と直交する側面４１，４２の一方が取付面となる。そして、この取付面の磁気スケール３７の長手方向に平行な方向の端部に設けられた筐体取付孔４３の位置で、本体用ボルト６５，６６や座金６９等の固定部材により、基準部３３に固定される。また、このように配置された位置検出装置３０のヘッドスライダ３２は、スライダ用ボルト６７，６８により可動部３４に固定される。
【０１００】
従って、この位置検出装置３０では、この可動部３４の直線移動に応じて本体部３１とヘッドスライダ３２との相対位置が変化し、ヘッドスライダ３２内に設けられたスケール信号用ＭＲセンサ５０及び原点信号用ＭＲセンサ５１がこの相対位置の変化に応じて変化するスケール信号及び原点信号を検出することにより、この可動部３４の移動位置を検出することができる。
つぎに、磁気スケール３７に記録されるスケール信号及び原点信号について説明する。
【０１０１】
スケール信号は、Ｎ極とＳ極とを交互に繰り返している周期的な信号であって、磁気スケール３７の長手方向に連続して記録されている。具体的に、位置検出装置３０の磁気スケール３７には、図１２に示すように、スケール信号として、所定の記録ピッチ（記録波長）λ1で交互に極性が反転する磁気信号が長手方向に沿って記録されている。このスケール信号は、丸棒状の磁気スケール３７の外周全面に亘り記録されている。また、このスケール信号は、磁気スケール３７の長手方向のほぼ全長に記録されている。このようなスケール信号が記録された磁気スケール３７を用いることにより、位置検出装置３０では、本体部３１とヘッドスライダ３２との相対移動位置の変化を検出ピッチＰ1（Ｐ1＝λ1／２）毎の波長で検出することができ、基準部３３と可動部３４との相対位置を連続的に検出することができる。
【０１０２】
原点信号は、離散的な磁気信号例えば１波長分の磁気信号が、磁気スケール３７の長手方向の所定の１カ所に記録された信号である。具体的に、位置検出装置３０の磁気スケール３７には、図１２に示すように、原点信号として、記録ピッチλ2の１波長分の原点信号が、長手方向に少なくとも１カ所、上記スケール信号に重畳されて記録されている。この原点信号の記録ピッチλ2は、上記スケール信号の記録ピッチλ1よりも長い波長であり、例えば、スケール信号の記録ピッチλ1に対して２倍以上の波長となっている。また、この原点信号は、丸棒状の磁気スケール３７の外周の一部に記録されている。例えば、この原点信号は、丸棒状の磁気スケール３７に対して、略中心角６０度の範囲の外周部分に記録されている。このような原点信号が記録された磁気スケール３７を用いることにより、位置検出装置３０では、本体部３１とヘッドスライダ３２との初期設定位置や原点位置等の基準位置を検出することができ、基準部３３と可動部３４との相対位置を基準位置に設定することができる。
【０１０３】
以上のようなスケール信号と原点信号とを比較すると次のようになる。
【０１０４】
原点信号の記録ピッチλ2は、スケール信号の記録ピッチλ1よりも長く、例えば、スケール信号の記録ピッチλ2の２倍以上となっている。スケール信号は、交互に極性が反転する磁気信号が磁気スケール３７の長手方向のほぼ全長に亘り連続して記録された信号であるのに対して、原点信号は、１波長分の磁気信号が、磁気スケール３７の長手方向の少なくとも１カ所に離散的に記録された信号である。また、スケール信号は、丸棒状の磁気スケール３７の外周全面、換言すると中心角３６０度の外周部分に亘り記録された信号であるのに対して、原点信号は、磁気スケール３７の外周の一部分、例えば中心角６０度の外周部分に記録された信号である。なお、記録部は中心角６０±３０度程度で使用可能である。
【０１０５】
つぎに、スケール信号を検出するスケール信号用ＭＲセンサ５０の配設位置、及び、原点信号を検出する原点信号用ＭＲセンサ５１の配設位置について説明する。
【０１０６】
スケール信号用ＭＲセンサ５０及び原点信号用ＭＲセンサ５１は、上述したように、磁気スケール３７に取り付けられたヘッドホルダ４９により保持されている。
【０１０７】
原点信号用ＭＲセンサ５１は、図１３に示すように、磁気スケール３７の長手方向と平行な方向に移動した際に、この磁気スケール３７の外周の一部分に記録された原点信号と対向するように配設されている。すなわち、原点信号用ＭＲセンサ５１は、磁気スケール３７に対して、中心角６０度の外周部分に対向する位置に配設されている。
【０１０８】
スケール信号用ＭＲセンサ５０は、このような原点信号用ＭＲセンサ５１に対して、例えば、磁気スケール３７を挟んで互いに向き合う位置に配設されている。
【０１０９】
ここで、スケール信号用ＭＲセンサ５０は、磁気スケール３７の外周から間隔ｘ1を保って配設されている。この間隔ｘ1は、磁気スケール３７の材質や半径に応じて、例えば、検出出力が十分大きくできる距離に定められる。また、原点信号用ＭＲセンサ５１は、磁気スケール３７から、上記間隔ｘ1より大きい間隔ｘ2を保って配設されている。例えば、磁気スケール３７と原点信号用ＭＲセンサ５１との間隔ｘ2は、磁気スケール３７とスケール信号用ＭＲセンサ５０との間隔ｘ1に対して２倍程度の間隔となっている。
【０１１０】
このような位置に配設されたスケール信号用ＭＲセンサ５０及び原点信号用ＭＲセンサ５１を保持するヘッドホルダ４９は、磁気スケール３７の長手方向の両端に一対の摺動支持部材５３，５４が取り付けられている。そのため、このヘッドホルダ４９は、磁気スケール３７の長手方向に対して垂直な方向への位置ぶれを生じさせずに、スケール信号用ＭＲセンサ５０及び原点信号用ＭＲセンサ５１を平行移動させることができる。また、このヘッドホルダ４９には、上述したように、回り止め用ピン６２が設けられている。そのため、この周り止め用ピン６２により磁気スケール３７を中心軸とするヘッドホルダ４９の回転が規制される。このことにより、原点信号用ＭＲセンサ５１は、原点信号が記録された磁気スケール３７の外周の一部分に沿った領域の側面に常に対向した位置に保持される。
【０１１１】
以上のようなスケール信号用ＭＲセンサ５０では、原点信号が十分検出できる適正な間隔を磁気スケール３７の外周から保って配設されるとともに、原点信号が記録されていない磁気スケール３７の外周領域に対向して配設される。そのため、スケール信号用ＭＲセンサ５０は、原点信号の影響を受けることなく、磁気スケール３７の外周全面に記録されたスケールから信号を検出することができる。
【０１１２】
また、原点信号用ＭＲセンサ５１は、原点信号が記録されている磁気スケール３７の外周領域に対向して配設されるとともに、スケール信号が減衰するように、スケール信号用ＭＲセンサ５０よりも大きな間隔を磁気スケール３７の外周から保って配設される。ここで、磁気スケール３７には、スケール信号の記録波長より大きい記録波長の原点信号が記録されている。そのため、「記録長さ（波長）の短い記録ほど空間の磁気減衰が大きい」といういわゆる磁気のスペーシングロスの基本理論により、原点信号用ＭＲセンサ５１は、スケール信号の影響を受けることなく、原点信号を検出することができる。
【０１１３】
次に、スケール信号用ＭＲセンサ５０の構成についてさらに詳細に説明する。
【０１１４】
図１４に、スケール信号用ＭＲセンサ５０の基板上に形成される線素群、線素及び電極のパターンを示し、図１５に、スケール信号用ＭＲセンサ５０の基板上に形成される線素群内の線素のパターンを模式的に示す。
【０１１５】
スケール信号用ＭＲセンサ５０には、ガラス等の非磁性材料からなる基板上にFe-Ni,Ni-Co等の強磁性材料が成膜され、磁気抵抗効果を有する６４個の線素が形成されている。これら６４個の各線素は、その長手方向が磁気スケール３７との相対移動方向に対して直交する方向となるように全て形成され、この長手方向に電流が流される。また、これら６４個の各線素は、磁気スケール３７との相対移動方向（図１４中Ｘ1，Ｘ2方向）に並行に並べられ、基板上に形成されている。
【０１１６】
各線素は、上述した第１の実施の形態のＭＲセンサ３と同様に、線素に流される電流と直交する方向の幅が、この線素に対して磁気スケール２から印加される信号磁界の強さに応じて異なるようになっている。すなわち、各線素は、丸棒状の磁気スケール３７とのギャップ長が狭い中央部分ではその幅が細くなっており、丸棒状の磁気スケール３７とのギャップ長が広い端部部分ではその幅が太くなっている。
【０１１７】
このスケール信号用ＭＲセンサ５０に形成されている６４個の各線素は、それぞれ８個の線素から構成される同一パターンの第１から第８の線素群７１〜７８に分割されている。
【０１１８】
第１の線素群７１を基準としたときの他の第２から第８の線素群７２〜７８の配置関係は図１４に示すとおりである。すなわち、第２の線素群７２は、第１の線素群７１からＸ1方向に（１＋１／８）λ1離れた位置に形成されている。第３の線素群７３は、第１の線素群７１からＸ1方向に（３＋１／１２）λ1離れた位置に形成されている。第４の線素群７４は、第２の線素群７２からＸ1方向に（３＋１／１２）λ1離れた位置に形成されている。また、第５の線素群７５は、第１の線素群７１からＸ1方向に（６−１／４）λ1離れた位置に形成されている。第６の線素群７６は、第５の線素群７５からＸ1方向に（１＋１／８）λ1離れた位置に形成されている。第７の線素群７７は、第５の線素群７２からＸ1方向に（３＋１／１２）λ1離れた位置に形成されている。第８の線素群７８は、第６の線素群７６からＸ1方向に（３＋１／１２）λ1離れた位置に形成されている。
【０１１９】
なお、Ｘ1方向とは、磁気スケール３７とスケール信号用ＭＲセンサ５０との相対移動方向のうち一方向を示すものとする。また、λ1は、磁気スケール３７に記録されたスケール信号の記録ピッチである。
【０１２０】
また、各線素群７１〜７８は、第１から第８の線素の８個の線素から構成されている。
【０１２１】
例えば、第１の線素群７１内の第１の線素７１ａから第８の線素７１ｈの配置関係は図１５に示すとおりである。すなわち、第２の線素７１ｂは、第１の線素７１ａからＸ1方向に（λ1／１２）離れた位置に形成される。第４の線素７１ｄは、第３の線素７１ｃからＸ1方向に（λ1／１２）離れた位置に形成される。第６の線素７１ｆは、第５の線素７１ｅからＸ1方向に（λ1／１２）離れた位置に形成される。第８の線素７１ｈは、第７の線素７１ｇからＸ1方向に（λ1／１２）離れた位置に形成される。また、第３の線素７１ｃは、第１の線素７１ａからＸ1方向に（λ1／４）離れた位置に形成される。第７の線素７１ｇは、第５の線素７１ｅからＸ1方向に（λ1／４）離れた位置に形成される。また、第５の線素７１ｅは、第１の線素７１ａからＸ1方向に（１／２＋１／２０）λ1離れた位置に形成される。第７の線素は、第３の線素７１ｃからＸ1方向に（１／２＋１／２０）λ1離れた位置に形成される。
【０１２２】
なお、第１の線素群７１を例にとって説明したが、線素群内における各線素の配置関係は、第１から第８の線素群７１〜７８までの全ての線素群で同一であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１２３】
また、このスケール信号用ＭＲセンサ５０の基板上には、外部から電圧を供給し、また、外部に検出したスケール信号を供給するための接続端子が形成されている。
【０１２４】
スケール信号用ＭＲセンサ５０の基板上には、図１４に示すように、電圧入力端子（＋Ｖ１）と、電圧入力端子（−Ｖ２）と、電圧入力端子（＋Ｖ２）と、電圧入力端子（−Ｖ２）と、電圧入力端子（＋Ｖ３）と、電圧入力端子（−Ｖ３）と、電圧入力端子（＋Ｖ４）の７個の電圧入力端子が設けられている。また、スケール信号用ＭＲセンサ５０の基板上には、図１４に示すように、出力端子（Ａ１）と、出力端子（Ａ２）と、出力端子（Ｂ１）と、出力端子（Ｂ２）４個の出力端子が設けられている。
【０１２５】
例えば、電圧入力端子（＋Ｖ１）、電圧入力端子（＋Ｖ２）、電圧入力端子（＋Ｖ３）、及び電圧入力端子（Ｖ４）には、それぞれ＋５ボルトの電圧が印加される。また、例えば、電圧入力端子（−Ｖ１）、電圧入力端子（−Ｖ２）、及び電圧入力端子（−Ｖ３）には、それぞれグランド電圧が印加される。
【０１２６】
次に、スケール信号用ＭＲセンサ５０上に形成された６４個の線素と、各電圧入力端子及び出力端子との接続関係について、図１６を用いて説明する。
【０１２７】
電圧入力端子（＋Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（＋Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間には、電圧入力端子（＋Ｖ１）からの接続順に、第１の線素群７１の第１の線素７１ａ、第１の線素群７１の第２の線素７１ｂ、第１の線素群７１の第５の線素７１ｅ、第１の線素群７１の第６の線素７１ｆ、第３の線素群７３の第１の線素７３ａ、第３の線素群７３の第２の線素７３ｂ、第３の線素群７３の第５の線素７３ｅ、第３の線素群７３の第６の線素７３ｆとが接続される。
【０１２８】
電圧入力端子（−Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（−Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間には、電圧入力端子（−Ｖ１）からの接続順に、第１の線素群７１の第３の線素７１ｃ、第１の線素群７１の第４の線素７１ｄ、第１の線素群７１の第７の線素７１ｇ、第１の線素群７１の第８の線素７１ｈ、第３の線素群７３の第３の線素７３ｃ、第３の線素群７３の第４の線素７３ｄ、第３の線素群７３の第７の線素７３ｇ、第３の線素群７３の第８の線素７３ｈとが接続される。
【０１２９】
電圧入力端子（＋Ｖ２）と出力端子（Ｂ１）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（＋Ｖ２）と出力端子（Ｂ１）との間には、電圧入力端子（＋Ｖ２）からの接続順に、第５の線素群７５の第１の線素７５ａ、第５の線素群７５の第２の線素７５ｂ、第５の線素群７５の第５の線素７５ｅ、第５の線素群７５の第６の線素７５ｆ、第７の線素群７７の第１の線素７７ａ、第７の線素群７７の第２の線素７７ｂ、第７の線素群７７の第５の線素７７ｅ、第７の線素群７７の第６の線素７７ｆとが接続される。
【０１３０】
電圧入力端子（−Ｖ２）と出力端子（Ｂ１）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（−Ｖ２）と出力端子（Ｂ１）との間には、電圧入力端子（−Ｖ２）からの接続順に、第５の線素群７５の第３の線素７５ｃ、第５の線素群７５の第４の線素７５ｄ、第５の線素群７５の第７の線素７５ｇ、第５の線素群７５の第８の線素７５ｈ、第７の線素群７７の第３の線素７７ｃ、第７の線素群７７の第４の線素７７ｄ、第７の線素群７７の第７の線素７７ｇ、第７の線素群７７の第８の線素７７ｈとが接続される。
【０１３１】
電圧入力端子（＋Ｖ３）と出力端子（Ｂ２）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（＋Ｖ３）と出力端子（Ｂ２）との間には、電圧入力端子（＋Ｖ３）からの接続順に、第６の線素群７６の第１の線素７６ａ、第６の線素群７６の第２の線素７６ｂ、第６の線素群７６の第５の線素７６ｅ、第６の線素群７６の第６の線素７６ｆ、第８の線素群７８の第１の線素７８ａ、第８の線素群７８の第２の線素７８ｂ、第８の線素群７８の第５の線素７８ｅ、第８の線素群７８の第６の線素７８ｆとが接続される。
【０１３２】
電圧入力端子（−Ｖ２）と出力端子（Ｂ２）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（−Ｖ２）と出力端子（Ｂ２）との間には、電圧入力端子（−Ｖ２）からの接続順に、第６の線素群７６の第３の線素７６ｃ、第６の線素群７６の第４の線素７６ｄ、第６の線素群７６の第７の線素７６ｇ、第６の線素群７６の第８の線素７６ｈ、第８の線素群７８の第３の線素７８ｃ、第８の線素群７８の第４の線素７８ｄ、第８の線素群７８の第７の線素７８ｇ、第８の線素群７８の第８の線素７８ｈとが接続される。
【０１３３】
電圧入力端子（＋Ｖ４）と出力端子（Ａ２）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（＋Ｖ４）と出力端子（Ａ２）との間には、電圧入力端子（＋Ｖ４）からの接続順に、第２の線素群７２の第１の線素７２ａ、第２の線素群７２の第２の線素７２ｂ、第２の線素群７２の第５の線素７２ｅ、第２の線素群７２の第６の線素７２ｆ、第４の線素群７４の第１の線素７４ａ、第４の線素群７４の第２の線素７４ｂ、第４の線素群７４の第５の線素７４ｅ、第４の線素群７４の第６の線素７４ｆとが接続される。
【０１３４】
電圧入力端子（−Ｖ３）と出力端子（Ａ２）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（−Ｖ３）と出力端子（Ａ２）との間には、電圧入力端子（−Ｖ３）からの接続順に、第２の線素群７２の第３の線素７２ｃ、第２の線素群７２の第４の線素７２ｄ、第２の線素群７２の第７の線素７２ｇ、第２の線素群７２の第８の線素７２ｈ、第４の線素群７４の第３の線素７４ｃ、第４の線素群７４の第４の線素７４ｄ、第４の線素群７４の第７の線素７４ｇ、第４の線素群７４の第８の線素７４ｈとが接続される。
【０１３５】
スケール信号用ＭＲセンサ５０では、以上のように各線素と、電圧入力端子及び出力端子が接続されて、ブリッジ回路を構成する。
【０１３６】
例えば、電圧入力端子（＋Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ１、電圧入力端子（−Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ２、電圧入力端子（＋Ｖ２）と出力端子（Ｂ１）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ３、電圧入力端子（−Ｖ２）と出力端子（Ｂ１）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ４、電圧入力端子（＋Ｖ３）と出力端子（Ｂ２）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ５、電圧入力端子（−Ｖ２）と出力端子（Ｂ２）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ６、電圧入力端子（＋Ｖ４）と出力端子（Ａ２）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ７、電圧入力端子（−Ｖ３）と出力端子（Ａ２）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ８とするとする。この場合、スケール信号用ＭＲセンサ５０上に構成されるブリッジ回路は、図１７に示すようになる。
【０１３７】
このように構成されたブリッジ回路では、出力端子Ａ１から、電圧入力端子（＋Ｖ１）と電圧入力端子（−Ｖ１）との中間電圧を中心として変化する記録ピッチλ1の１／２の波長（検出ピッチＰ1）の略正弦波の電気信号を得ることができる。
【０１３８】
また、上記出力端子（Ａ１）から出力される信号がＡｓｉｎ（θ）とすると、出力端子（Ａ２）からはＡｃｏｓ（θ）が出力され、出力端子Ｂ１からは−Ａｓｉｎ（θ）が出力され、出力端子Ｂ２からは−Ａｃｏｓ（θ）が出力される。
【０１３９】
ここで、電圧入力端子（Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間に接続される線素の線素パターン及びその配線関係を図１８に示す。
【０１４０】
この図１８に示すように、第１の線素群７１の第１の線素７１ａと、第１の線素群７１の第２の線素７１ｂとの対は、その中心間の距離がλ1／１２となっている。同様に、第１の線素群７１の第５の線素７１ｅと第１の線素群７１の第６の線素７１ｆとの対、第３の線素群７３の第１の線素７３ａと第３の線素群７３の第２の線素７３ｂとの対、第３の線素群７３の第５の線素７３ｅと第３の線素群７３の第６の線素７３ｆとの対も、それぞれその中心間の距離がλ1／１２となっている。このλ1／１２は、出力信号ではＰ／６に相当し、位相では１／６波長になる。このように出力信号の位相が１／６波長ずれていることによって、電圧入力端子（Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間の線素は、記録ピッチλ1の１／２波長で変化する抵抗値のなかの３次高調波成分抵抗変化を低減する。従って、この出力端子（Ａ１）から出力される出力信号（記録ピッチλ1の１／２の波長、即ち検出ピッチＰ1）の中の３次高調波信号を低減することができる。なお、この距離はλ1／１２に限られず、（ｎ／２±１／１２）λ1であってもよい。
【０１４１】
また、第１の線素群７１の第１の線素７１ａと第２の線素７１ｂとの対と、第１の線素７１の第５の線素７１ｅと第６の線素７１ｆとの対とは、その中心間距離が（１／２ ＋ １／２０）λ1となっている。また、第３の線素群７３の第１の線素７３ａと第２の線素７３ｂとの対と、第３の線素７３の第５の線素７３ｅと第６の線素７３ｆとの対とは、その中心間距離が（１／２ ＋ １／２０）λ1となっている。このように位相が１／２０波長ずれていることによって、電圧入力端子（Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間の線素は、記録ピッチλ1の１／２波長で変化する抵抗値のなかの５次高調波成分抵抗変化を低減する。従って、この出力端子（Ａ１）から出力される出力信号（記録ピッチλ1の１／２の波長、即ち検出ピッチＰ1）の中の５次高調波信号を低減することができる。なお、この距離は（１／２ ＋ １／２０）λ1に限られず、（ｎ／２±１／２０）λ1であってもよい。
【０１４２】
また、磁気スケール３７にはＮ極とＳ極とを交互に繰り返す周期的なスケール信号が長手方向に沿って着磁されている。スケール全体又は長手方向の一部分に直流磁化的な微小着磁分があった場合、スケール信号用ＭＲセンサ５０自体の異方性方向が線素の長手方向に並行にできてなく微小に角度を有している場合、又は、スケール信号用ＭＲセンサ５０自体が外部からの線素と直角に交わる磁化の方向が異なる場合等、スケール信号以外の影響がある場合、単独の線素は記録ピッチλ1の１／２の波長の抵抗変化に加えて、記録ピッチλ1での波長の抵抗変化を起こす。しかしながら、電圧入力端子（Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間の線素は、これらのいずれか（或いは複数）の要因による記録ピッチλ1の波長の抵抗変化を、各線素が１／２波長ずれていることで、加算して打ち消している。なお、この距離は、λ 1 ／２に限られず、（（２ｎ＋１）／２ ）λ1であってもよい。また、記録ピッチλ1の波長の信号を低減するためには、位相差が（２ｎ＋１）λ1／２の組を必ず設け、線素の合計を偶数とする。
【０１４３】
また、第１の線素群７１と第３の線素群７３との中心間の距離は、（３ ＋ １／１２）λ1となっている。このように位相が１／１２波長ずれていることによって、電圧入力端子（Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間の線素は、記録ピッチλ1の１／２波長で変化する抵抗値のなかの３次高調波成分抵抗変化を低減する。従って、この出力端子（Ａ１）から出力される出力信号（記録ピッチλ1の１／２の波長、即ち検出ピッチＰ1）の中の３次高調波信号を低減することができる。なお、この距離は（３ ＋ １／１２）λ1に限られず、（ｎ／２±１／１２）λ1であってもよい。
【０１４４】
このように、電圧入力端子（Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間に接続される線素の線素のパターンにより、この出力端子（Ａ１）から出力される信号は、３次、５次の高調波信号を低減することができ、また、波長λ1のピッチの信号を打ち消すことができる。特に、３次高調波は、位相が１／１２波長ずれるパターンを２重に繰り返すことによって、さらに低減されている。
【０１４５】
なお、ここでは、電圧入力端子（Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間に接続される線素の線素パターンの例を示したが、他の端子間の線素パターンも同様であるので、その詳細な説明は省略する。また、偶数次の高調波歪みは、上述したブリッジ回路を構成することにより、打ち消しあって低減される。
【０１４６】
以上のように、スケール信号用ＭＲセンサ５０では、このような線素を有することによって、磁気スケール３７との相対位置を電気信号に変換して出力することができる。特に、このスケール信号用ＭＲセンサ５０では、高調波歪みの少ない正弦波信号を出力することができる。従って、例えば、検出ピッチＰ1（記録ピッチλ1の１／２）の内挿を正確に行うことができ、高分解能な位置検出をすることができる。
【０１４７】
つぎに、原点信号用ＭＲセンサ５１の構成についてさらに詳細に説明する。
【０１４８】
図１９に、原点信号用ＭＲセンサ５１の基板上に形成される線素のパターンを示し、図２０に、この原点信号用ＭＲセンサ５１の回路図を示す。
【０１４９】
原点信号用ＭＲセンサ５１には、ガラス等の非磁性材料からなる基板上にFe-Ni,Ni-Co等の強磁性材料が成膜され、磁気抵抗効果を有する１２個の線素が形成されている。これら１２個の各線素は、その長手方向が磁気スケール３７との相対移動方向に対して直交する方向となるように全て形成され、この長手方向に電流が流される。また、これら１２個の各線素は、磁気スケール３７との相対移動方向（図１９中Ｘ1，Ｘ2方向）に並行に並べられ、基板上に形成されている。
【０１５０】
この原点信号用ＭＲセンサ５１に形成されている１２個の各線素は、それぞれ６個の線素から構成される第１と線素群９１（線素９１ａ〜線素９１ｆ）と、９２（線素９２ａ〜線素９２ｆ）に分割されている。
【０１５１】
この第１の線素群９１と第２の線素群９２とは、λ2／２離れた位置に形成されている。なお、λ2は、磁気スケール３７に記録された原点信号の記録ピッチである。
【０１５２】
また、この原点信号用ＭＲセンサ５１の基板上には、外部から電圧を供給し、また、外部に検出したスケール信号を供給するための接続端子が形成されている。
【０１５３】
原点信号用ＭＲセンサ５１の基板上には、図１９に示すように、電圧入力端子（＋Ｖ）と、電圧入力端子（−Ｖ）と、出力端子（Ａ）とが設けられている。 例えば、電圧入力端子（＋Ｖ）には＋５ボルトの電圧が印加され、例えば電圧入力端子（−Ｖ）にはグランド電圧が印加される。
【０１５４】
上記電圧入力端子（＋Ｖ）と出力端子（Ａ）との間には、第１の線素群９１の各線素９１ａ〜９ｆが直列に接続されている。また、上記電圧入力端子（−Ｖ）と出力端子（Ａ）との間には、第２の線素群９２の各線素９２ａ〜９２ｆが直列に接続されている。
【０１５５】
原点信号用ＭＲセンサ５１では、以上のように各線素と、電圧入力端子及び出力端子が接続されて、ブリッジ回路を構成する。例えば、電圧入力端子（＋Ｖ）と出力端子（Ａ）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ１１、電圧入力端子（−Ｖ）と出力端子（Ａ）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ１２とする場合、原点信号用ＭＲセンサ５１上に構成されるブリッジ回路は、図２０に示すようになる。
【０１５６】
このように構成されたブリッジ回路では、出力端子Ａから、電圧入力端子（＋Ｖ１）と電圧入力端子（−Ｖ１）との中間電圧を中心として変化する記録ピッチλ2の１／２の波長（検出ピッチＰ2）の電気信号を、原点信号を通過したときに得ることができる。
【０１５７】
このように原点信号用ＭＲセンサ５１では、このような線素を有することによって、磁気スケール３７に記録された原点信号を電気信号に変換して出力することができる。
【０１５８】
以上のように、第２の実施の形態の位置検出装置３０では、磁気スケール３７の位置信号が記録された着磁面が曲面状であっても、充分な出力が得られるとともに特性の良い出力の得ることができる。また、この位置検出装置３０では、磁気スケール３７とスケール信号用ＭＲセンサ５０との距離を大きく保つことができ、そのため、組立が容易となり、信頼性の向上を図ることができる。
【０１５９】
また、この位置検出装置３０では、スケール信号用ＭＲセンサ５０及び原点信号用ＭＲセンサ５１を以上のように配設することによってクロストークが抑えられ、良質なスケール信号及び原点信号を検出することができる。
【０１６０】
また、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明するにあたり、直線的に移動する物体の位置を検出する位置検出装置１及び位置検出装置３０を説明したが、本発明は、このような位置検出装置に限られず、例えば、回転する物体の回転位置を検出する位置検出装置であってもよい。
【０１６１】
また、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明するにあたり、丸棒状の磁気スケール２又は磁気スケール３７等から磁界が与えられる磁気抵抗効果センサ（ＭＲセンサ）３及びスケール信号用ＭＲセンサ５０について説明したが、本発明の磁気抵抗効果センサに磁界を与える発磁体は、感磁部に対して、流される電流の方向に沿って異なる強さの信号磁界が印加されるものであればどのようなものであってもよい。
【０１６２】
また、本発明は、以上の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、その他様々な構成を取り得ることは勿論である。
【０１６５】
【発明の効果】
本発明に係る位置検出装置では、丸棒状の発磁体と磁気抵抗効果センサとを備え、磁気抵抗効果センサの感磁領域は、中央部と、流される電流と直交する方向である相対移動方向における幅が中央部よりも大きい端部と、流される電流と直交する方向の幅が次第に大きくなり、中央部と端部とを連続させる傾斜部とを有し、中央部においては、その長さが発磁体の径と略同一であり、長さ方向の中心が発磁体の表面まで最も近接し、傾斜部においては、流される電流の方向に沿って、発磁体の表面までの最短距離が次第に大きくなり異なる強さの信号磁界が発磁体から印加される。
【０１６６】
このことにより、本発明に係る位置検出装置では、発磁部が曲面、円弧であっても、特性が良く大きな出力を得ることができる。また、この位置検出装置では、発磁部との距離を大きく保つことができ、そのため、組立が容易となり、信頼性の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の位置検出装置を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の位置検出装置の磁気抵抗効果センサを説明する図である。
【図３】上記磁気抵抗効果センサの等価回路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の位置検出装置の他の磁気抵抗効果センサを説明する図である。
【図５】（Ａ）は、従来の短冊状の感磁部が成膜されたＭＲセンサにより、丸棒状の磁気スケールに記録された位置信号を検出した際の出力特性図である。（Ｂ）は、従来の短冊状の感磁部が成膜されたＭＲセンサであって、感磁部の長手方向の長さが磁気スケールの直径より短いＭＲセンサにより、丸棒状の磁気スケールに記録された位置信号を検出した際の出力特性図である。（Ｃ）は、本発明のＭＲセンサにより、丸棒状の磁気スケールに記録された位置信号を検出した際の出力特性図である。
【図６】三角柱状の磁気スケールを用いた上記本発明の第１の実施の形態の位置検出装置の変形例を説明する図である。
【図７】八角柱状の磁気スケールを用いた上記本発明の第１の実施の形態の位置検出装置の変形例を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の位置検出装置の斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の位置検出装置の側面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の位置検出装置の内部構造を表す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の位置検出装置のヘッド保持部の要部分解斜視図である。
【図１２】上記位置検出装置の磁気スケールに記録されたスケール信号と原点信号を説明する図である。
【図１３】スケール信号と原点信号とが記録された磁気スケールと、スケール信号用ＭＲセンサと原点信号用ＭＲセンサとの配置関係を説明する図である。
【図１４】スケール信号用ＭＲセンサの基板上に形成される線素群、線素及び電極のパターンを示す図である。
【図１５】スケール信号用ＭＲセンサの基板上に形成される線素群内の線素のパターンを模式的に示す図である。
【図１６】スケール信号用ＭＲセンサ上に形成された６４個の線素と、各電圧入力端子及び出力端子との接続関係を説明する図である。
【図１７】スケール信号用ＭＲセンサの等価回路図である。
【図１８】電圧入力端子と出力端子との間に接続される線素の線素パターン、及び、その配線関係を示す図である。
【図１９】原点信号用ＭＲセンサの基板上に形成される線素群、線素及び電極のパターンを示す図である。
【図２０】原点信号用ＭＲセンサの等価回路図である。
【図２１】従来の位置検出装置を説明する図である。
【図２２】上記従来の磁界抵抗効果センサを説明する図である。
【図２３】上記従来の磁界抵抗効果センサの等価回路図である。
【図２４】上記従来の磁界抵抗効果センサの動作を説明する図である。
【図２５】上記従来の磁界抵抗効果センサの動作を説明する図である。
【図２６】（Ａ）は、ＭＲセンサと平板状の磁気スケールとのギャップ長ｘを説明する図である。（Ｂ）は、ＭＲセンサの感磁部の長手方向の長さｌと磁気スケールの記録信号の幅Ｌを説明する図である。（Ｃ）は、平板状の磁気スケールを用いた場合の従来の磁気抵抗効果センサの出力特性図である。
【図２７】（Ａ）は、ＭＲセンサと丸棒状の磁気スケールとのギャップ長ｘを説明する図である。（Ｂ）は、ＭＲセンサの感磁部の長手方向の長さｌと磁気スケールの記録信号の幅Ｌを説明する図である。（Ｃ）は、平板状の磁気スケールを用いた場合の従来の磁気抵抗効果センサの出力特性図である。
【図２８】丸棒状の磁気スケールと従来の磁気抵抗効果センサの位置関係を説明する図である。
【符号の説明】
１，３０ 位置検出装置、２，３７ 磁気スケール、３ 磁気抵抗効果センサ、１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ） 感磁部、３１ 本体部、３２ ヘッドスライダ、３３ 基準部、３４ 可動部、３６ 筐体、３７ 磁気スケール、５０ スケール信号用ＭＲセンサ、５１ 原点信号用ＭＲセンサ、７１〜７９，９１，９２ 線素（線素群）
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果を有する材料により感磁領域が形成された磁気抵抗効果センサを用いた位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、回転動作をする物体の回転位置の検出や直線的な動作をする物体の位置の検出をする磁気式の位置検出装置が知られている。
【０００３】
図２１にこのような磁気式の位置検出装置の一例を示す。
【０００４】
位置検出装置１００は、長尺状の磁気スケール１１０と、基板上に感磁部が薄膜成形された磁気抵抗効果センサ（ＭＲセンサ）１２０とを備えており、磁気スケール１１０とＭＲセンサ１２０のいずれか一方が移動する物体に取り付けられ、他方が基準部に取り付けられている。
【０００５】
磁気スケール１１０には、Ｎ極とＳ極とを交互に繰り返す周期的な位置信号が長手方向に沿って着磁されており、その記録ピッチはλとなっている。
【０００６】
ＭＲセンサ１２０は、例えば図示しない保持機構等に保持されて、磁気スケール１１０の位置信号が着磁された着磁面に対向するように配設されている。このＭＲセンサ１２０は、磁気スケール１１０の着磁面と所定距離の空間的なギャップを保ちながら、この磁気スケール１１０の位置信号に沿って平行移動する。そして、このＭＲセンサ１２０は、平行移動することにより上記位置信号を検出し、検出した位置信号を電気信号に変換して、フレキシブルケーブル１３０等を介して外部に出力する。
【０００７】
このような構成を有することにより、位置検出装置１００では、磁気スケール１１０と、ＭＲセンサ１２０との相対位置を記録ピッチλの２分の１の間隔Ｐ毎に検出することができ、そのため、物体の移動位置を検出することができる。
【０００９】
次に、上記ＭＲセンサ１２０について、さらに説明する。
【００１０】
ＭＲセンサ１２０は、図２２に示すように、ガラス等の非磁性材料からなる基板１２１上にFe-Ni,Ni-Co等の強磁性材料が成膜され、短冊状の感磁部１２２が形成されている。この感磁部１２２は、長手方向に直流電流が流され、この感磁部１２２に流される電流に対して垂直であって膜面に平行な方向に印加される信号磁界の強さが最小の場合には抵抗値が最大となり、また、この感磁部１２２に流される電流に対して垂直であって膜面に対して平行な方向に印加される信号磁界の強さが最大の場合には抵抗値が最小となる磁気抵抗効果を有する。
【００１１】
このＭＲセンサ１２０には、感磁部１２２として、例えば、第１から第４の感磁部１２２ａ〜１２２ｄが、長手方向に対して平行に形成されている。第１と第２の感磁部１２２ａ，１２２ｂは、磁気スケール１１０の位置信号の検出ピッチＰの間隔をもって配設され、また、第３と第４の感磁部１２２ｃ，１２２ｄも、この検出ピッチＰの間隔をもって配設されている。さらに、第２と第３の感磁部１２２ｂ，１２２ｃは、Ｐ／２の間隔をもって配設されている。
【００１２】
また、感磁部１２２ａ，１２２ｂは電極１２３ａにより電気的に直列接続され、感磁部１２２ｃ，１２２ｄは電極１２３ｂにより電気的に直列接続されている。感磁部１２２ｂの電極１２３ａが接続されていない一端と、感磁部１２２ｃの電極１２３ｂが接続されていない一端とは、電極１２４により電気的に直列接続されている。そして、感磁部１２２ａの電極１２３ａが接続されていない一端は、電極１２５ａを介して接地されており、また、感磁部１２２ｄの電極１２３ｂが接続されていない一端は、電極１２５ｂを介して定電圧源に接続されている。ＭＲセンサ１２０では、このように各感磁部１２２ａ〜１２２ｄを接続することによって、図２３に示すような等価回路を構成し、電極１２４からセンサ出力を検出することができる。
【００１３】
次に、このＭＲセンサ１２０の動作について説明する。
【００１４】
上述したＭＲセンサ１２０は、物体の移動に応じて磁気スケール１１０の位置信号上を相対的に移動する。例えば、図２４に示すように、このＭＲセンサ１２０の感磁部１２２ａ，１２２ｂが位置信号のＮ極とＳ極の上に移動してきたときには、この感磁部１２２ａ，１２２ｂは漏れ磁束の感磁面内成分の磁界強度が零となっているため、抵抗値が最も大きくなった状態になる。このときには感磁部１２２ｃ，１２２ｄには、反対に感磁面内成分で最大の磁界が印加されることとなるため、抵抗値が最も小さくなった状態になる。従って、電極１２４からは、最大の電位が得られることになる。
【００１５】
また、例えば、図２５に示すように、このＭＲセンサ１２０の感磁部１２２ｃ，１２２ｄが位置信号のＮ極とＳ極の上に移動してきたときには、この感磁部１２２ｃ，１２２ｄは漏れ磁束の感磁面内成分の磁界強度が零となっているため、抵抗値が最も大きくなった状態になる。このとき感磁部１２２ａ，１２２ｂには、反対に感磁面内成分で最大の磁界が印加されることとなるため、抵抗値が最も小さくなった状態になる。従って、電極１２４からは、最小の電位が得られることになる。
【００１６】
以上のように、ＭＲセンサ１２０では、磁気スケール１１０上を移動することによって、位置信号の記録ピッチλの２分の１の周期（λ／２）に応じて発生する信号を、上記電極１２４から出力することができ、そのため、物体の移動位置を検出することができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、磁気式の位置検出装置１００では、一般に、ＭＲセンサ１２０と、磁気スケール１１０を接触させて使用することができないため、ＭＲセンサ１２０と磁気スケール１１０とを一定の空間的なギャップを保ったまま相対移動するように配置している。このＭＲセンサ１２０と磁気スケール１１０とのギャップ長は、磁気スケール１１０の位置信号の記録ピッチλや、この位置信号からＭＲセンサ１２０に与えられる磁界の強さとともに、ＭＲセンサ１２０の出力感度に影響を与える。
【００１８】
図２６に、ＭＲセンサ１２０と磁気スケール１１０とのギャップ長ｘの変化に対するＭＲセンサ１２０の出力特性を示す。なお、この出力特性は、ＭＲセンサ１２０の抵抗変化によるものである。
ここでは、図２６（Ａ）に図示するように、ＭＲセンサ１２０が平板型の磁気スケール１１０の位置信号が着磁された面に対向するように設けられ、また、図２６（Ｂ）に図示するように、磁気スケール１１０の記録信号の幅ＬがＭＲセンサ１２０の感磁部１２２の長手方向の長さｌよりも充分に長い場合についての特性を示している。すなわち、ここでは、ＭＲセンサ１２０の感磁部１２０の全領域に、同一の強さの信号磁界が印加された場合の特性を示している。
【００１９】
この場合、ＭＲセンサ１２０の出力特性は、図２６（Ｃ）に示すように、所定のギャップ長ｘ0で出力のピーク値を検出することができる。従って、位置検出装置１００では、ＭＲセンサ１２０と磁気スケール１１０とのギャップ長を、このギャップ長ｘ0付近で保ち相対移動するように配置することによって、良好な検出出力を得ることができる。
【００２０】
これに対し、被測定物体の関係上、磁気スケール１１０を平板型にすることができず、例えば、丸棒状や多角形状にしなければならない場合がある。
【００２１】
図２７に、磁気スケール１１０が丸棒状である場合のＭＲセンサ１２０と磁気スケール１１０とのギャップ長ｘの変化に対するＭＲセンサ１２０の出力特性を示す。
ここでは、図２７（Ａ）に図示するように丸棒型の磁気スケール１１０の位置信号が着磁された面にＭＲセンサ１２０を対向させ、また、図２７（Ｂ）に図示するように磁気スケール１１０の記録信号の幅Ｌ（この場合は磁気スケール１１０の直径に相当）がＭＲセンサ１２０の感磁部１２２の長手方向の長さｌよりも短い場合についての特性を示している。すなわち、この図２７には、ＭＲセンサ１２０の感磁部１２０の長手方向に対して、異なる強さの信号磁界が印加された場合の特性を示している。なお、ここで示すギャップ長ｘは、磁気スケール１１０とＭＲセンサ１２０との最短距離で示している。
【００２２】
この場合、ＭＲセンサ１２０の出力特性は、図２７（Ｃ）に示すように、出力のピーク値を検出することができず、また、先の平板状の磁気スケールの場合と比較して出力が５０〜６０パーセント程度しか得ることができない。
【００２３】
以上のように、ＭＲセンサが平板形状となっているのに対して、磁気スケール１１０が、丸棒状、円弧、多角形状等となっている場合には最適な出力特性を得ることが困難である。この理由は、ＭＲセンサ１２０が、位置情報を着磁した磁気スケール１１０からの漏れ磁束を効率的に検出することができないためである。
【００２４】
図２８に丸棒状の磁気スケール１１０と、ＭＲセンサ１２０の感磁部１２２との位置関係を示す。
【００２５】
例えば、丸棒状の磁気スケール１１０の半径ｒを１ｍｍ、ＭＲセンサ１２０の感磁部１２２の長手方向の長さｌを２ｍｍ、感磁部１２２と磁気スケール１１０との最短のギャップ長ｘ1（感磁部１２２の長手方向の中心の位置Ｑ1のギャップ長）を１２０μｍとする。
【００２６】
係る場合、感磁部１２２の中心から０．５ｍｍ離れたの位置Ｑ2におけるギャップ長ｘ2、及び、中心から１ｍｍ離れた位置Ｑ3におけるギャップ長ｘ3を求めると、以下のようになる。
【００２７】
【数１】
このことから、感磁部１２２の中心の位置Ｑ1におけるギャップ長ｘ1に対して、位置Ｑ2のギャップ長ｘ2は長くなっており、磁気スケール１１０が発生する磁界の強さが均一であれば、位置Ｑ1に到達する漏れ磁束に比べて、位置Ｑ2に到達する漏れ磁束が少なくなることが分かる。そのため、例えば、位置Ｑ1での抵抗変化率に対して、位置Ｑ2の抵抗変化率は１０パーセント程度しか生じず、さらには、位置Ｑ2より以遠は抵抗変化がほとんど生じない。
【００２９】
従って、丸棒状の磁気スケール１１０を用いた場合、ＭＲセンサ１２０の感磁部１２２で実質的に磁気抵抗効果を生じているのは、中央付近の一部であり、端部では只の抵抗としての機能しか生じておらず、効率が悪くなっている。
【００３０】
また、このように丸棒状の磁気スケール１１０を用いた場合におけるＭＲセンサ１２０の出力特性を改善するために、磁気スケール１１０の直径よりも、感磁部１２２の長手方向の長さを短くすることが、例えば、特開平８−２８５５０９号公報で提案されている。しかしながら、感磁部１２２の中心の位置と磁気スケール１１０との中心が完全に一致している場合には、充分な出力が得られるものの、固定位置が多少でもずれた場合には、著しい出力低下を生じ、安定した出力を得ることが困難であり、また、素子の抵抗が低くなり電気的に好ましくないこと等から磁気スケール装置としての組立も困難となる。
【００３１】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、発磁体の着磁面が曲面、円弧であっても、充分な出力が得られるとともに特性の良い出力の得られる磁気抵抗効果センサを用いた位置検出装置を提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る位置検出装置は、位置情報を与える信号磁界が長手方向に記録された丸棒状の発磁体と、上記発磁体に記録された信号磁界の記録方向に相対移動が可能に配設され、磁気抵抗効果を有する材料により感磁領域が形成された磁気抵抗効果センサとを備え、上記磁気抵抗効果センサの感磁領域は、中央部と、流される電流と直交する方向である上記相対移動方向における幅が該中央部よりも大きい端部と、該流される電流と直交する方向の幅が次第に大きくなり、該中央部と該端部とを連続させる傾斜部とを有し、該中央部においては、その長さが上記発磁体の径と略同一であり、該長さ方向の中心が該発磁体の表面まで最も近接し、該傾斜部においては、該流される電流の方向に沿って、該発磁体の表面までの最短距離が次第に大きくなり異なる強さの信号磁界が該発磁体から印加される。
【００３５】
この位置検出装置では、磁気抵抗効果センサの感磁領域の幅が、発磁体から印加される信号磁界の強さに応じて異なる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明を適用した第１の実施の形態の位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図１に示す第１の実施の形態の位置検出装置１は、直線的な動作をする物体の位置を検出する装置である。
【００３８】
位置検出装置１は、丸棒状の磁気スケール２と、基板上に感磁部が薄膜成形された磁気抵抗効果センサ（ＭＲセンサ）３とを備えており、磁気スケール２とＭＲセンサ３のいずれか一方が移動する物体に取り付けられ、他方が基準部に取り付けられている。
【００３９】
磁気スケール２には、Ｎ極とＳ極とを交互に繰り返す周期的な位置信号４が長手方向に沿って着磁されており、その記録ピッチはλとなっている。
【００４０】
ＭＲセンサ３は、例えば図示しない保持機構等に保持されて、磁気スケール２の着磁面と所定距離の空間的なギャップを保ちながら、この磁気スケール２の位置信号４に沿って平行移動する。そして、このＭＲセンサ３は、移動位置における上記位置信号を検出し、検出した位置信号を電気信号に変換して、フレキシブルケーブル５等を介して外部に出力する。
【００４１】
このような構成を有することにより、位置検出装置１では、磁気スケール２とＭＲセンサ３との相対位置を記録ピッチλの２分の１である検出ピッチＰの信号として検出することができ、そのため、物体の移動位置を検出することができる。
【００４２】
次に、上記ＭＲセンサ３について説明する。
【００４３】
ＭＲセンサ３は、図２に示すように、ガラス等の非磁性材料からなる基板１１上にFe-Ni,Ni-Co等の強磁性材料が成膜され、感磁部１２（１２ａ〜１２ｄ）が磁気スケール２の位置信号４が着磁された面に対向する面に形成されている。この感磁部１２は、長手方向に直流電流が流される。ＭＲセンサ３は、感磁部１２に直流電流が流される方向即ち感磁部１２の長手方向に対して直交し、且つ、この成膜された感磁部１２の膜面に対して平行な方向に、磁気スケール２と相対移動することにより、感磁部１２が磁気スケール２の漏れ磁束を検出する。ＭＲセンサ３は、この感磁部１２に流される電流に対して垂直であって膜面に平行な方向に印加される信号磁界の強さが最小の場合には抵抗値が最大となり、また、この感磁部１２に流される電流に対して垂直であって膜面に平行な方向に印加される信号磁界の強さが最大の場合には抵抗値が最小となる磁気抵抗効果を有する。
【００４４】
このＭＲセンサ３には、感磁部１２として、例えば、それぞれ同一形状の第１から第４の感磁部１２ａ〜１２ｄが、長手方向に平行に成膜されている。第１と第２の感磁部１２ａ，１２ｂは、磁気スケール２の位置信号４の記録ピッチλに対し（ｎλ＋Ｐ）の間隔をもって配設され、また、第３と第４の感磁部１２ｃ，１２ｄも、この記録ピッチλに対し（ｎλ＋Ｐ）の間隔をもって配設されている。さらに、第２と第３の感磁部１２ｂ，１２ｃは、（（ｍ／２）λ＋Ｐ／２）の間隔をもって配設されている（ｎ，ｍは整数。）。
【００４５】
また、感磁部１２ａ〜１２ｄは、それぞれ長手方向の一端に電極１３ａ〜１３ｄが接続されている。また、感磁部１２ａと感磁部１２ｂの電極１３ａ，１３ｂが接続されていない一端には、電極１４ａが接続され、感磁部１２ａと感磁部１２ｂとを電気的に直列接続している。また、感磁部１２ｃと感磁部１２ｄの電極１３ｃ及び１３ｄが接続されていない一端には、電極１４ｂが接続され、感磁部１２ｃと感磁部１２ｄとを電気的に直列接続している。そして、感磁部１２ａが接続された電極１３ａは接地されており、また、感磁部１２ｄが接続された電極１３ｄは定電圧源に接続されている。さらに、電極１３ｂと電極１３ｃとは、外部回路で接続され、感磁部１２ａ〜感磁部１２ｄは、電圧源から接地端子にわたって直列接続されて長手方向に電流ｉが流される。従って、このＭＲセンサ３では、この中点の感磁部１２ｂと感磁部１２ｃの間の電位がセンサ出力として検出される。すなわち、ＭＲセンサ３では、このように各感磁部１２ａ〜１２ｄを接続することによって、図３に示すような等価回路を構成し、電極１３ｂ或いは電極１３ｃからセンサ出力が検出される。
【００４６】
また、上述した各感磁部１２ａ〜１２ｄは、中央部１５ａ〜１５ｄと、この中央部１５ａ〜１５ｄの長手方向の両端に、この中央部１５ａ〜１５ｄと電流方向に対して直交する方向の幅が異なる端部１６ａ〜１６ｄ及び端部１７ａ〜１７ｄとから構成されている。なお、各感磁部１２ａ〜１２ｄは、その形状が同一であるので、感磁部１２ａを例にとって以下説明をする。
【００４７】
中央部１５ａは、流れる電流の方向の長さが磁気スケール２の半径ｒとほぼ同一であり、また、流れる電流と直交する方向の幅がｗ1となっている。また、中央部１５ａは、この中央部１５ａの長さの中心が、感磁部１２ａと磁気スケール２とのギャップ長が最も短くなる中心位置Ｑ1にほぼ一致している。
【００４８】
端部１６ａは、電極１４ａと中央部１５ａとの間に形成され、中央部１５ａの一端から電極１４ａに向かって次第に幅が太くなった後、その幅がｗ2となって、電極１４ａに接続される。
【００４９】
また、端部１７ａは、電極１３ａと中央部１５ａとの間に形成され、中央部１５ａの他端から電極１３ａに向かって次第に幅が太くなった後、その幅がｗ2となって、電極１３ａに接続される。
【００５０】
端部１６ａと端部１７ａの幅ｗ2は、この中央部１５ａの幅ｗ1に対して、１．５倍以上の長さとなっており、例えば、２倍程度となっている。
【００５１】
すなわち、ＭＲセンサ３は、磁気スケール２とのギャップ長が短い部分では電流方向に直交する方向の幅が狭く、このギャップ長が長い部分ではこの幅が広くなるように感磁部１２が形成されている。つまり、ＭＲセンサ３では、感磁部１２ａに流される電流と直交する方向の幅が、この感磁部１２ａに対して磁気スケール２から印加される信号磁界の強さに応じて異なるようになっている。なお、この幅ｗ1と幅ｗ2との比率は、印加される信号磁界の大きさによって、最適に設定されるものであり、磁気スケール２の形状によって異なる。
【００５２】
このような、ギャップ長が短く幅が狭い部分となる中央部１５ａでは、電気的な抵抗が相対的に大きくなるとともにその変化率も大きくなるため、抵抗変化が大きくなり、定電圧駆動をした場合に大きな電圧変化を得ることができる。また、ギャップ長が長く幅が広い部分となる端部１６ａ及び端部１７ａでは、電気的な抵抗が相対的に小さくなるともにその変化率も小さくなるため、定電圧駆動をした場合に電圧に対する依存度が小さくなる。
【００５３】
従って、このＭＲセンサ３の感磁部１２ａでは、電流方向に直交する方向の幅が狭い部分となる中央部１５ａと、この幅が広い部分となる端部１６ａ及び端部１７ａとが直列に接続されているため、全体として、充分大きくかつＳ／Ｎ比が良好な出力を得ることができる。また、このＭＲセンサ３では、感磁部１２の全体で有効な抵抗変化が生じるため、ギャップ長を短くせずとも高い出力を得ることができ、さらに、ギャップ長を短くする必要がないので磁気スケール２に対して組立が容易となり、信頼性の向上を図ることができる。
【００５４】
なお、このＭＲセンサ３は、上記図２で示した形状に限られず、感磁部に流される電流と直交する方向の幅が、この感磁部に印加される信号磁界の強さに応じて異なれば、どのような形状であってもよい。
【００５５】
ＭＲセンサ３の変形例として、ＭＲセンサ２０を図４に示す。なお、このＭＲセンサ２０を説明するにあたり、上記ＭＲセンサ３と同一の構成については、同一の符号を図面中に付け、その詳細な説明を省略する。
【００５６】
このＭＲセンサ２０には、例えば、第１から第４の感磁部２２ａ〜２２ｄが、長手方向に平行に成膜されている。
【００５７】
各感磁部２２ａ〜２２ｄは、中央部２５ａ〜２５ｄと、この中央部２５ａ〜２５ｄの長手方向の両端にその幅が異なる端部２６ａ〜２６ｄ及び端部２７ａ〜２７ｄとから構成されている。
【００５８】
感磁部２２ａの中央部２５ａは、流れる電流の方向の長さが磁気スケール２の半径ｒとほぼ同一であり、また、流れる電流と直交する方向の幅がｗ1となっている。また、中央部２５ａは、この中央部２５ａの長さの中心が、感磁部２２ａと磁気スケール２とのギャップ長が最も短くなる中心位置Ｑ1にほぼ一致している。
【００５９】
端部２６ａは、電極１４ａと中央部２５ａとの間に形成され、感磁部２２ｂに対して反対側の流れる電流方向の一辺のみに傾斜が形成され、中央部２５ａの一端から電極１４ａに向かって次第に幅が太くなった後、その幅がｗ2となって、電極１４ａに接続される。
【００６０】
端部２７ａは、電極１３ａと中央部２５ａとの間に形成され、感磁部２２ｂと反対側の一辺のみに傾斜が形成され、中央部２５ａの一端から電極１３ａに向かって次第に幅が太くなった後、その幅がｗ2となって、電極１３ａに接続される。
【００６１】
端部２６ａと端部２７ａの幅ｗ2は、この中央部２５ａの幅ｗ1に対して、１．５倍以上の長さとなっており、例えば、２倍程度となっている。
【００６２】
また、感磁部２２ｂは、感磁部２２ａとの境界線を中心として電流方向で線対象の形状となっており、端部２６ｂ及び端部２７ｂの傾斜が形成されていない辺と、感磁部２２ａの傾斜が形成されていない辺とが対向するように設けられている。
【００６３】
また、感磁部２２ｃは、感磁部２２ａと同一の形状を有しており、感磁部２２ｄは、感磁部２２ｄと同一の形状を有している。
【００６４】
以上の構成のＭＲセンサ２０も、上記ＭＲセンサ３と同様に、ギャップ長が短い部分である中央部２５ａ〜２５ｄでは、電気的な抵抗が相対的に大きくなるとともにその変化率は大きくなるため、抵抗変化が大きくなり、定電圧駆動をした場合に大きな電圧変化を得ることができる。また、ギャップ長が長い部分である端部２６ａ〜２６ｄ及び端部２７ａ〜２７ｄでは、電気的な抵抗が相対的に小さくなるともにその変化率は小さくなるため、定電圧駆動をした場合に電圧に対する依存度が小さくなる。従って、このＭＲセンサ２０の感磁部２２全体では、それぞれが直列に接続されているため、充分大きく、かつ、Ｓ／Ｎ比が良好な出力を得ることができる。
【００６５】
次に、ＭＲセンサ３の動作について説明する。
【００６６】
ＭＲセンサ３は、物体の移動に応じて、磁気スケール２の位置信号４上を相対的に移動する。例えば、このＭＲセンサ３の感磁部１２ａ，１２ｂが位置信号４のＮ極とＳ極の上に移動してきたときには、この感磁部１２ａ，１２ｂは漏れ磁束の膜面成分磁界強度が略零となっているため、抵抗値が最も大きくなった状態になる。このとき感磁部１２ｃ，１２ｄには、反対に最大の磁界が印加されることとなるため、抵抗値が最も小さくなった状態になる。従って、電極１３ｂ（１３ｃ）からは、最大の電位が得られることになる。
【００６７】
また、例えば、このＭＲセンサ３の感磁部１２ｃ，１２ｄが位置信号のＮ極とＳ極の上に移動してきたときには、この感磁部１２ｃ，１２ｄは漏れ磁束の膜面成分の磁界強度が略零となっているため、抵抗値が最も大きくなった状態になる。このとき感磁部１２ａ，１２ｂには、反対に最大の磁界が印加されることとなるため、抵抗値が最も小さくなった状態になる。従って、電極１３ｂ（１３ｃ）からは、最小の電位が得られることになる。
【００６８】
以上のように、ＭＲセンサ３では、磁気スケール２上を移動することによって、位置信号の記録ピッチλの２分の１のＰ間隔に応じて発生する信号を、上記電極１３ｂ（１３ｃ）から出力することができ、そのため、物体の移動位置を検出することができる。
【００６９】
また、上記信号と９０゜位相のずれた（Ｐ／４相当）の信号を検出する別のセンサを配置し、この２つの信号から相対的な位置を検出することもできる。
【００７０】
つぎに、上記ＭＲセンサ３の出力特性を、従来のＭＲセンサの出力特性と比較して説明する。
【００７１】
図５（Ａ）には、従来の短冊状の感磁部が成膜されたＭＲセンサにより、丸棒状の磁気スケールに記録された位置信号を検出した際の出力特性図を示している。また、図５（Ｂ）には、従来の短冊状の感磁部が成膜されたＭＲセンサであって、感磁部の長手方向の長さが磁気スケールの直径より短いＭＲセンサにより、丸棒状の磁気スケールに記録された位置信号を検出した際の出力特性図を示している。また、図５（Ｃ）には、上記ＭＲセンサ３により、丸棒状の磁気スケール２に記録された位置信号を検出した際の出力特性図を示している。なお、各特性図の横軸は、感磁部の長手方向の中心の位置（例えば、第１の実施の形態の位置検出装置１であれば、感磁部１２の中心位置Ｑ1）を、丸棒状の磁気スケールの長手方向に対して直角かつ感磁部に並行に、すなわち、感磁部に流れる電流方向に、移動させた場合の移動位置を示している。また、縦軸は、ＭＲセンサの出力電圧を示している。
【００７２】
この図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を比較して分かるように、第１の実施の形態のＭＲセンサ３では、従来の短冊状の感磁部が成膜されたＭＲセンサの出力よりも高い出力が得られ、また、従来の磁気スケールの直径よりも短い感磁部が成膜されたＭＲセンサよりも、位置ずれ等が生じた場合であっても高い出力を得られることができる。
【００７３】
以上のように、第１の実施の形態の位置検出装置１では、磁気スケール２の位置信号３が記録された着磁面が曲面状であっても、充分な出力が得られるとともに特性の良い出力の得ることができる。また、この位置検出装置１では、磁気スケール２とＭＲセンサ３との距離を大きく保つことができ、そのため、組立が容易となり、信頼性の向上を図ることができる。
【００７４】
なお、本発明では、磁気スケールの着磁面は曲面に限られず、例えば、多角形形状の磁気スケールを用いた位置検出装置に適用しても、有効に位置情報を検出することができる。例えば、図６に示すような三角柱状の磁気スケール７を適用したスケール装置６や、図７に示すような八角柱状の磁気スケール９を適用したスケール装置８によっても位置検出をすることができる。この場合には、ＭＲセンサ３の感磁部１２は、磁気スケール７や磁気スケール９から印加される漏れ磁界に応じて、その形状が変更される。
【００７５】
従って、上記位置検出装置６，８では、位置信号が記録された着磁面が多角形状であっても、充分な出力が得られるとともに特性の良い出力の得ることができる。
【００７６】
以上本発明の第１の実施の形態を説明するにあたり、磁気スケール２に所定の記録ピッチλで位置信号３が連続的に記録され物体の位置を検出する位置検出装置１を説明したが、本発明は、このような位置検出装置に限られず、例えば、被測定物が単位長移動する毎に１個の信号を発生する原点信号が離散的に記録された発磁体から、この信号を検出して物体の位置を検出する位置検出装置であってもよい。
【００７７】
つぎに、本発明を適用した第２の実施の形態の位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００７８】
図８に、本発明を適用した第２の実施の形態の位置検出装置の斜視図を示し、図９に、この第２の実施の形態の位置検出装置の側面図を示し、図１０に、この第２の実施の形態の位置検出装置の内部構造を表すための断面図を示す。
【００７９】
本発明を適用した第２の実施の形態の位置検出装置３０は、本体部３１と、この本体部３１に取り付けられたヘッドスライダ３２とから構成される。
【００８０】
この位置検出装置３０は、工作機械の一部分として構成され相対的に直線移動する２部材の相対移動位置を、検出する装置である。例えば、位置検出装置３０は、所定の位置に固定された基準部３３と、この基準部３３に対して図８中に示すＸ1方向及びＸ2方向に直線移動する可動部３４との相対移動位置を検出する。この位置検出装置３０は、本体部３１或いはヘッドスライダ３２のいずれか一方が基準部３３に取り付けられ、他方が可動部３４に取り付けられる。図８及び図９中には、基準部３３に本体部３１を取り付け、可動部３４にヘッドスライダ３２を取り付けた例を示している。
【００８１】
本体部３１は、筐体３６と、丸棒状の高保磁力材料からなる記録媒体であり、この筐体３６の内部に設けられた磁気スケール３７と、磁気スケール３７の両端部を保持してこの磁気スケール３７を筐体３６内の所定の位置に固定するブラケット３８，３９とを有している。なお、図８中には、図面の記載の明確化のため、このブラケット３８，３９を図示していない。
【００８２】
筐体３６は、例えば、矩形の筒状の形状を有しており、一側面が切り欠かれスリット４０が形成されている。また、この筐体３６は、スリット４０が形成された側面と直交する側面４１，４２の長手方向の端部に、略円形状の筐体取付孔４３が形成されている。
【００８３】
磁気スケール３７は、ブラケット３８，３９によりその両端が保持され、筐体３６内に固定されている。この磁気スケール３７は、筐体３６の長手方向に平行であり、矩形の筒の中心軸上に位置されるように設けられている。また、この磁気スケール３７には、スケール信号と原点信号とが位置信号として磁気記録されている。このスケール信号と原点信号とについては、その詳細を後述する。
【００８４】
また、ヘッドスライダ３２は、本体部３１の内部に設けられたヘッド保持部４６と、本体部３１の外部に設けられたヘッドキャリア４７と、このヘッド保持部４６とヘッドキャリア４７とを連結する連結部４８とを有し、磁気スケール３７の長手方向に移動可能に本体部３１に取り付けられている。
【００８５】
図１１に、このヘッド保持部４６の要部の分解斜視図を示す。
【００８６】
ヘッド保持部４６には、ヘッドホルダ４９が設けられている。このヘッドホルダ４９には、磁気スケール３７の挿通孔が設けられている。ヘッドホルダ４９は、この挿通孔にこの磁気スケール３７が挿通されることにより、この磁気スケール３７に取り付けられ、この磁気スケール３７の長手方向に直線移動可能とされている。
【００８７】
このヘッドホルダ４９は、ヘッドホルダケース５２により外部が覆い包まれており、その内部に、スケール信号用ＭＲセンサ５０と原点信号用ＭＲセンサ５１とを保持している。スケール信号用ＭＲセンサ５０は、磁気スケール３７に記録されているスケール信号を検出する。また、原点信号用ＭＲセンサ５１は、磁気スケール３７に記録されている原点信号を検出する。スケール信号用ＭＲセンサ５０及び原点信号用ＭＲセンサ５１は、それぞれヘッドホルダ４９に保持されていることから、このヘッドホルダ４９の直線移動に伴い磁気スケール３７の長手方向に平行移動する。これらスケール信号用ＭＲセンサ５０と原点信号用ＭＲセンサ５１の磁気スケール３７の構成、及び、配設位置については詳細を後述する。
【００８８】
このヘッドホルダ４９の磁気スケール３７の長手方向の両端には、一対の摺動支持部材５３，５４が取り付けられている。この摺動支持部材５３，５４は、その形状が略円柱状となっており、その中心軸に磁気スケール３７が挿通する挿通孔が設けられている。この摺動支持部材５３，５４は、この挿通孔に磁気スケール３７が挿通されることにより、この磁気スケール３７に摺動自在に支持される。また、この摺動支持部材５３，５４は、磁気スケール３７に摺動自在に支持されることにより、ヘッドホルダ４９が磁気スケール３７の長手方向に平行移動した場合に、このヘッドホルダ４９を移動方向と直交する方向に位置ぶれを生じさせないようにしている。
【００８９】
また、ヘッド保持部４６には、一対の第１のスペーサ５５，５６と、一対の第２のスペーサ５７，５８とが設けられている。
【００９０】
一対の第１のスペーサ５５，５６には、磁気スケール３７が挿通する挿通孔が設けられている。この一対の第１のスペーサ５５，５６は、この挿通孔に磁気スケール３７が挿通されることにより、磁気スケール３７に取り付けられ、磁気スケール３７の長手方向に直線移動可能とされている。また、この一対の第１のスペーサ５５，５６は、摺動支持部材５３，５４の磁気スケール３７の長手方向のヘッドホルダ４９が取り付けられていない一端面に当設している。
【００９１】
また、一対の第２のスペーサ５７，５８は、磁気スケール３７が挿通する挿通孔が設けられている。この一対の第２のスペーサ５７，５８は、この挿通孔に磁気スケール３７が挿通されることにより、磁気スケール３７に取り付けられ、磁気スケール３７の長手方向に直線移動可能とされている。また、この一対の第２のスペーサ５７，５８は、第１のスペーサ５５，５６の磁気スケール３７の長手方向の摺動支持部材５３，５４が当設していない一端面に当設している。
【００９２】
また、ヘッド保持部４６には、一対のヘッドホルダ挟持部材５９，６０と、バネ６１とが設けられている。
【００９３】
ヘッドホルダ挟持部材５９，６０には、磁気スケール３７が挿通する挿通孔が設けられている。ヘッドホルダ挟持部材５９，６０は、この挿通孔に磁気スケール３７が挿通されることにより、磁気スケール３７に取り付けられ、磁気スケール３７の長手方向に直線移動可能とされている。また、このヘッドホルダ挟持部材５９，６０は、連結部４８に固定されている。この一対のヘッドホルダ挟持部材５９，６０は、摺動支持部材５３，５４が取り付けられたヘッドホルダ４９を、一対の第１のスペーサ５５，５６と一対の第２のスペーサ５７，５８を介して、磁気スケール３７の長手方向に平行な方向の両端から挟持している。また、ヘッドホルダ挟持部材５９と第２のスペーサ５７との間には、バネ６１が設けられいる。このバネ６１は、このヘッドホルダ挟持部材５９からヘッドホルダ挟持部材６０に向かう方向へ、ヘッドホルダ４９を付勢している。
【００９４】
また、ヘッドホルダ４９には、回り止め用ピン６２が設けられている。この周り止め用ピン６２は、長手方向の一端がヘッドホルダ４９に固定されており、他端が連結部４８に設けられた回転規制穴６３に挿入されている。そのため、ヘッドホルダ４９の磁気スケール３７を中心軸とする回転が規制される。
【００９５】
また、第１のスペーサ５５，５６と第２のスペーサ５７，５８とが当設するそれぞれの当設面は球面形状を有している。この球面形状の当設面は、ヘッドホルダ挟持部材５９，６０が磁気スケール３７の長手方向に直交する方向にヘッドホルダ挟持部材５９，６０が位置ずれした場合に、摺動支持部材５３，５４等から磁気スケール３７に与える曲げモーメントを少なくするように機能している。
【００９６】
以上のような構成のヘッド保持部４６は、磁気スケール３７の長手方向に平行な方向に移動可能に、この磁気スケール３７に取り付けられている。この移動に応じてスケール信号用ＭＲセンサ５０と原点信号用ＭＲセンサ５１とが磁気スケール３７に記録されたスケール信号及び原点信号を検出する。
【００９７】
このヘッド保持部４６は、連結部４８を介してヘッドキャリア４７と連結している。この連結部４８は、磁気スケール３７の長手方向と直交する方向の一端がヘッドホルダ挟持部材５９，６０に固定され、他端がスリット４０から挿出して本体部３１の外部に設けられたヘッドキャリア４７に固定される。
【００９８】
このようにヘッドスライダ３２は、これらヘッド保持部４６、ヘッドキャリア４７、連結部４８で構成され、磁気スケール３７の長手方向に移動自在に本体部３１に取り付けられている。そして、このヘッドスライダ３２は、本体部３１との相対移動に応じてスケール信号用ＭＲセンサ５０及び原点信号用ＭＲセンサ５１が検出したスケール信号及び原点信号を、ヘッドキャリア４７に設けられた信号ケーブル６４を介して図示しない制御装置に供給する。
【００９９】
以上のような構成の位置検出装置３０は、磁気スケール３７が基準部３３と可動部３４の相対移動方向に平行となり、スリット４０が可動部３４側に開口するように配置される。このように配置された位置検出装置３０の本体部３１は、スリット４０が形成された側面と直交する側面４１，４２の一方が取付面となる。そして、この取付面の磁気スケール３７の長手方向に平行な方向の端部に設けられた筐体取付孔４３の位置で、本体用ボルト６５，６６や座金６９等の固定部材により、基準部３３に固定される。また、このように配置された位置検出装置３０のヘッドスライダ３２は、スライダ用ボルト６７，６８により可動部３４に固定される。
【０１００】
従って、この位置検出装置３０では、この可動部３４の直線移動に応じて本体部３１とヘッドスライダ３２との相対位置が変化し、ヘッドスライダ３２内に設けられたスケール信号用ＭＲセンサ５０及び原点信号用ＭＲセンサ５１がこの相対位置の変化に応じて変化するスケール信号及び原点信号を検出することにより、この可動部３４の移動位置を検出することができる。
つぎに、磁気スケール３７に記録されるスケール信号及び原点信号について説明する。
【０１０１】
スケール信号は、Ｎ極とＳ極とを交互に繰り返している周期的な信号であって、磁気スケール３７の長手方向に連続して記録されている。具体的に、位置検出装置３０の磁気スケール３７には、図１２に示すように、スケール信号として、所定の記録ピッチ（記録波長）λ1で交互に極性が反転する磁気信号が長手方向に沿って記録されている。このスケール信号は、丸棒状の磁気スケール３７の外周全面に亘り記録されている。また、このスケール信号は、磁気スケール３７の長手方向のほぼ全長に記録されている。このようなスケール信号が記録された磁気スケール３７を用いることにより、位置検出装置３０では、本体部３１とヘッドスライダ３２との相対移動位置の変化を検出ピッチＰ1（Ｐ1＝λ1／２）毎の波長で検出することができ、基準部３３と可動部３４との相対位置を連続的に検出することができる。
【０１０２】
原点信号は、離散的な磁気信号例えば１波長分の磁気信号が、磁気スケール３７の長手方向の所定の１カ所に記録された信号である。具体的に、位置検出装置３０の磁気スケール３７には、図１２に示すように、原点信号として、記録ピッチλ2の１波長分の原点信号が、長手方向に少なくとも１カ所、上記スケール信号に重畳されて記録されている。この原点信号の記録ピッチλ2は、上記スケール信号の記録ピッチλ1よりも長い波長であり、例えば、スケール信号の記録ピッチλ1に対して２倍以上の波長となっている。また、この原点信号は、丸棒状の磁気スケール３７の外周の一部に記録されている。例えば、この原点信号は、丸棒状の磁気スケール３７に対して、略中心角６０度の範囲の外周部分に記録されている。このような原点信号が記録された磁気スケール３７を用いることにより、位置検出装置３０では、本体部３１とヘッドスライダ３２との初期設定位置や原点位置等の基準位置を検出することができ、基準部３３と可動部３４との相対位置を基準位置に設定することができる。
【０１０３】
以上のようなスケール信号と原点信号とを比較すると次のようになる。
【０１０４】
原点信号の記録ピッチλ2は、スケール信号の記録ピッチλ1よりも長く、例えば、スケール信号の記録ピッチλ2の２倍以上となっている。スケール信号は、交互に極性が反転する磁気信号が磁気スケール３７の長手方向のほぼ全長に亘り連続して記録された信号であるのに対して、原点信号は、１波長分の磁気信号が、磁気スケール３７の長手方向の少なくとも１カ所に離散的に記録された信号である。また、スケール信号は、丸棒状の磁気スケール３７の外周全面、換言すると中心角３６０度の外周部分に亘り記録された信号であるのに対して、原点信号は、磁気スケール３７の外周の一部分、例えば中心角６０度の外周部分に記録された信号である。なお、記録部は中心角６０±３０度程度で使用可能である。
【０１０５】
つぎに、スケール信号を検出するスケール信号用ＭＲセンサ５０の配設位置、及び、原点信号を検出する原点信号用ＭＲセンサ５１の配設位置について説明する。
【０１０６】
スケール信号用ＭＲセンサ５０及び原点信号用ＭＲセンサ５１は、上述したように、磁気スケール３７に取り付けられたヘッドホルダ４９により保持されている。
【０１０７】
原点信号用ＭＲセンサ５１は、図１３に示すように、磁気スケール３７の長手方向と平行な方向に移動した際に、この磁気スケール３７の外周の一部分に記録された原点信号と対向するように配設されている。すなわち、原点信号用ＭＲセンサ５１は、磁気スケール３７に対して、中心角６０度の外周部分に対向する位置に配設されている。
【０１０８】
スケール信号用ＭＲセンサ５０は、このような原点信号用ＭＲセンサ５１に対して、例えば、磁気スケール３７を挟んで互いに向き合う位置に配設されている。
【０１０９】
ここで、スケール信号用ＭＲセンサ５０は、磁気スケール３７の外周から間隔ｘ1を保って配設されている。この間隔ｘ1は、磁気スケール３７の材質や半径に応じて、例えば、検出出力が十分大きくできる距離に定められる。また、原点信号用ＭＲセンサ５１は、磁気スケール３７から、上記間隔ｘ1より大きい間隔ｘ2を保って配設されている。例えば、磁気スケール３７と原点信号用ＭＲセンサ５１との間隔ｘ2は、磁気スケール３７とスケール信号用ＭＲセンサ５０との間隔ｘ1に対して２倍程度の間隔となっている。
【０１１０】
このような位置に配設されたスケール信号用ＭＲセンサ５０及び原点信号用ＭＲセンサ５１を保持するヘッドホルダ４９は、磁気スケール３７の長手方向の両端に一対の摺動支持部材５３，５４が取り付けられている。そのため、このヘッドホルダ４９は、磁気スケール３７の長手方向に対して垂直な方向への位置ぶれを生じさせずに、スケール信号用ＭＲセンサ５０及び原点信号用ＭＲセンサ５１を平行移動させることができる。また、このヘッドホルダ４９には、上述したように、回り止め用ピン６２が設けられている。そのため、この周り止め用ピン６２により磁気スケール３７を中心軸とするヘッドホルダ４９の回転が規制される。このことにより、原点信号用ＭＲセンサ５１は、原点信号が記録された磁気スケール３７の外周の一部分に沿った領域の側面に常に対向した位置に保持される。
【０１１１】
以上のようなスケール信号用ＭＲセンサ５０では、原点信号が十分検出できる適正な間隔を磁気スケール３７の外周から保って配設されるとともに、原点信号が記録されていない磁気スケール３７の外周領域に対向して配設される。そのため、スケール信号用ＭＲセンサ５０は、原点信号の影響を受けることなく、磁気スケール３７の外周全面に記録されたスケールから信号を検出することができる。
【０１１２】
また、原点信号用ＭＲセンサ５１は、原点信号が記録されている磁気スケール３７の外周領域に対向して配設されるとともに、スケール信号が減衰するように、スケール信号用ＭＲセンサ５０よりも大きな間隔を磁気スケール３７の外周から保って配設される。ここで、磁気スケール３７には、スケール信号の記録波長より大きい記録波長の原点信号が記録されている。そのため、「記録長さ（波長）の短い記録ほど空間の磁気減衰が大きい」といういわゆる磁気のスペーシングロスの基本理論により、原点信号用ＭＲセンサ５１は、スケール信号の影響を受けることなく、原点信号を検出することができる。
【０１１３】
次に、スケール信号用ＭＲセンサ５０の構成についてさらに詳細に説明する。
【０１１４】
図１４に、スケール信号用ＭＲセンサ５０の基板上に形成される線素群、線素及び電極のパターンを示し、図１５に、スケール信号用ＭＲセンサ５０の基板上に形成される線素群内の線素のパターンを模式的に示す。
【０１１５】
スケール信号用ＭＲセンサ５０には、ガラス等の非磁性材料からなる基板上にFe-Ni,Ni-Co等の強磁性材料が成膜され、磁気抵抗効果を有する６４個の線素が形成されている。これら６４個の各線素は、その長手方向が磁気スケール３７との相対移動方向に対して直交する方向となるように全て形成され、この長手方向に電流が流される。また、これら６４個の各線素は、磁気スケール３７との相対移動方向（図１４中Ｘ1，Ｘ2方向）に並行に並べられ、基板上に形成されている。
【０１１６】
各線素は、上述した第１の実施の形態のＭＲセンサ３と同様に、線素に流される電流と直交する方向の幅が、この線素に対して磁気スケール２から印加される信号磁界の強さに応じて異なるようになっている。すなわち、各線素は、丸棒状の磁気スケール３７とのギャップ長が狭い中央部分ではその幅が細くなっており、丸棒状の磁気スケール３７とのギャップ長が広い端部部分ではその幅が太くなっている。
【０１１７】
このスケール信号用ＭＲセンサ５０に形成されている６４個の各線素は、それぞれ８個の線素から構成される同一パターンの第１から第８の線素群７１〜７８に分割されている。
【０１１８】
第１の線素群７１を基準としたときの他の第２から第８の線素群７２〜７８の配置関係は図１４に示すとおりである。すなわち、第２の線素群７２は、第１の線素群７１からＸ1方向に（１＋１／８）λ1離れた位置に形成されている。第３の線素群７３は、第１の線素群７１からＸ1方向に（３＋１／１２）λ1離れた位置に形成されている。第４の線素群７４は、第２の線素群７２からＸ1方向に（３＋１／１２）λ1離れた位置に形成されている。また、第５の線素群７５は、第１の線素群７１からＸ1方向に（６−１／４）λ1離れた位置に形成されている。第６の線素群７６は、第５の線素群７５からＸ1方向に（１＋１／８）λ1離れた位置に形成されている。第７の線素群７７は、第５の線素群７２からＸ1方向に（３＋１／１２）λ1離れた位置に形成されている。第８の線素群７８は、第６の線素群７６からＸ1方向に（３＋１／１２）λ1離れた位置に形成されている。
【０１１９】
なお、Ｘ1方向とは、磁気スケール３７とスケール信号用ＭＲセンサ５０との相対移動方向のうち一方向を示すものとする。また、λ1は、磁気スケール３７に記録されたスケール信号の記録ピッチである。
【０１２０】
また、各線素群７１〜７８は、第１から第８の線素の８個の線素から構成されている。
【０１２１】
例えば、第１の線素群７１内の第１の線素７１ａから第８の線素７１ｈの配置関係は図１５に示すとおりである。すなわち、第２の線素７１ｂは、第１の線素７１ａからＸ1方向に（λ1／１２）離れた位置に形成される。第４の線素７１ｄは、第３の線素７１ｃからＸ1方向に（λ1／１２）離れた位置に形成される。第６の線素７１ｆは、第５の線素７１ｅからＸ1方向に（λ1／１２）離れた位置に形成される。第８の線素７１ｈは、第７の線素７１ｇからＸ1方向に（λ1／１２）離れた位置に形成される。また、第３の線素７１ｃは、第１の線素７１ａからＸ1方向に（λ1／４）離れた位置に形成される。第７の線素７１ｇは、第５の線素７１ｅからＸ1方向に（λ1／４）離れた位置に形成される。また、第５の線素７１ｅは、第１の線素７１ａからＸ1方向に（１／２＋１／２０）λ1離れた位置に形成される。第７の線素は、第３の線素７１ｃからＸ1方向に（１／２＋１／２０）λ1離れた位置に形成される。
【０１２２】
なお、第１の線素群７１を例にとって説明したが、線素群内における各線素の配置関係は、第１から第８の線素群７１〜７８までの全ての線素群で同一であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１２３】
また、このスケール信号用ＭＲセンサ５０の基板上には、外部から電圧を供給し、また、外部に検出したスケール信号を供給するための接続端子が形成されている。
【０１２４】
スケール信号用ＭＲセンサ５０の基板上には、図１４に示すように、電圧入力端子（＋Ｖ１）と、電圧入力端子（−Ｖ２）と、電圧入力端子（＋Ｖ２）と、電圧入力端子（−Ｖ２）と、電圧入力端子（＋Ｖ３）と、電圧入力端子（−Ｖ３）と、電圧入力端子（＋Ｖ４）の７個の電圧入力端子が設けられている。また、スケール信号用ＭＲセンサ５０の基板上には、図１４に示すように、出力端子（Ａ１）と、出力端子（Ａ２）と、出力端子（Ｂ１）と、出力端子（Ｂ２）４個の出力端子が設けられている。
【０１２５】
例えば、電圧入力端子（＋Ｖ１）、電圧入力端子（＋Ｖ２）、電圧入力端子（＋Ｖ３）、及び電圧入力端子（Ｖ４）には、それぞれ＋５ボルトの電圧が印加される。また、例えば、電圧入力端子（−Ｖ１）、電圧入力端子（−Ｖ２）、及び電圧入力端子（−Ｖ３）には、それぞれグランド電圧が印加される。
【０１２６】
次に、スケール信号用ＭＲセンサ５０上に形成された６４個の線素と、各電圧入力端子及び出力端子との接続関係について、図１６を用いて説明する。
【０１２７】
電圧入力端子（＋Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（＋Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間には、電圧入力端子（＋Ｖ１）からの接続順に、第１の線素群７１の第１の線素７１ａ、第１の線素群７１の第２の線素７１ｂ、第１の線素群７１の第５の線素７１ｅ、第１の線素群７１の第６の線素７１ｆ、第３の線素群７３の第１の線素７３ａ、第３の線素群７３の第２の線素７３ｂ、第３の線素群７３の第５の線素７３ｅ、第３の線素群７３の第６の線素７３ｆとが接続される。
【０１２８】
電圧入力端子（−Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（−Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間には、電圧入力端子（−Ｖ１）からの接続順に、第１の線素群７１の第３の線素７１ｃ、第１の線素群７１の第４の線素７１ｄ、第１の線素群７１の第７の線素７１ｇ、第１の線素群７１の第８の線素７１ｈ、第３の線素群７３の第３の線素７３ｃ、第３の線素群７３の第４の線素７３ｄ、第３の線素群７３の第７の線素７３ｇ、第３の線素群７３の第８の線素７３ｈとが接続される。
【０１２９】
電圧入力端子（＋Ｖ２）と出力端子（Ｂ１）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（＋Ｖ２）と出力端子（Ｂ１）との間には、電圧入力端子（＋Ｖ２）からの接続順に、第５の線素群７５の第１の線素７５ａ、第５の線素群７５の第２の線素７５ｂ、第５の線素群７５の第５の線素７５ｅ、第５の線素群７５の第６の線素７５ｆ、第７の線素群７７の第１の線素７７ａ、第７の線素群７７の第２の線素７７ｂ、第７の線素群７７の第５の線素７７ｅ、第７の線素群７７の第６の線素７７ｆとが接続される。
【０１３０】
電圧入力端子（−Ｖ２）と出力端子（Ｂ１）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（−Ｖ２）と出力端子（Ｂ１）との間には、電圧入力端子（−Ｖ２）からの接続順に、第５の線素群７５の第３の線素７５ｃ、第５の線素群７５の第４の線素７５ｄ、第５の線素群７５の第７の線素７５ｇ、第５の線素群７５の第８の線素７５ｈ、第７の線素群７７の第３の線素７７ｃ、第７の線素群７７の第４の線素７７ｄ、第７の線素群７７の第７の線素７７ｇ、第７の線素群７７の第８の線素７７ｈとが接続される。
【０１３１】
電圧入力端子（＋Ｖ３）と出力端子（Ｂ２）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（＋Ｖ３）と出力端子（Ｂ２）との間には、電圧入力端子（＋Ｖ３）からの接続順に、第６の線素群７６の第１の線素７６ａ、第６の線素群７６の第２の線素７６ｂ、第６の線素群７６の第５の線素７６ｅ、第６の線素群７６の第６の線素７６ｆ、第８の線素群７８の第１の線素７８ａ、第８の線素群７８の第２の線素７８ｂ、第８の線素群７８の第５の線素７８ｅ、第８の線素群７８の第６の線素７８ｆとが接続される。
【０１３２】
電圧入力端子（−Ｖ２）と出力端子（Ｂ２）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（−Ｖ２）と出力端子（Ｂ２）との間には、電圧入力端子（−Ｖ２）からの接続順に、第６の線素群７６の第３の線素７６ｃ、第６の線素群７６の第４の線素７６ｄ、第６の線素群７６の第７の線素７６ｇ、第６の線素群７６の第８の線素７６ｈ、第８の線素群７８の第３の線素７８ｃ、第８の線素群７８の第４の線素７８ｄ、第８の線素群７８の第７の線素７８ｇ、第８の線素群７８の第８の線素７８ｈとが接続される。
【０１３３】
電圧入力端子（＋Ｖ４）と出力端子（Ａ２）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（＋Ｖ４）と出力端子（Ａ２）との間には、電圧入力端子（＋Ｖ４）からの接続順に、第２の線素群７２の第１の線素７２ａ、第２の線素群７２の第２の線素７２ｂ、第２の線素群７２の第５の線素７２ｅ、第２の線素群７２の第６の線素７２ｆ、第４の線素群７４の第１の線素７４ａ、第４の線素群７４の第２の線素７４ｂ、第４の線素群７４の第５の線素７４ｅ、第４の線素群７４の第６の線素７４ｆとが接続される。
【０１３４】
電圧入力端子（−Ｖ３）と出力端子（Ａ２）との間には、８個の線素が直列に接続されている。電圧入力端子（−Ｖ３）と出力端子（Ａ２）との間には、電圧入力端子（−Ｖ３）からの接続順に、第２の線素群７２の第３の線素７２ｃ、第２の線素群７２の第４の線素７２ｄ、第２の線素群７２の第７の線素７２ｇ、第２の線素群７２の第８の線素７２ｈ、第４の線素群７４の第３の線素７４ｃ、第４の線素群７４の第４の線素７４ｄ、第４の線素群７４の第７の線素７４ｇ、第４の線素群７４の第８の線素７４ｈとが接続される。
【０１３５】
スケール信号用ＭＲセンサ５０では、以上のように各線素と、電圧入力端子及び出力端子が接続されて、ブリッジ回路を構成する。
【０１３６】
例えば、電圧入力端子（＋Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ１、電圧入力端子（−Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ２、電圧入力端子（＋Ｖ２）と出力端子（Ｂ１）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ３、電圧入力端子（−Ｖ２）と出力端子（Ｂ１）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ４、電圧入力端子（＋Ｖ３）と出力端子（Ｂ２）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ５、電圧入力端子（−Ｖ２）と出力端子（Ｂ２）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ６、電圧入力端子（＋Ｖ４）と出力端子（Ａ２）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ７、電圧入力端子（−Ｖ３）と出力端子（Ａ２）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ８とするとする。この場合、スケール信号用ＭＲセンサ５０上に構成されるブリッジ回路は、図１７に示すようになる。
【０１３７】
このように構成されたブリッジ回路では、出力端子Ａ１から、電圧入力端子（＋Ｖ１）と電圧入力端子（−Ｖ１）との中間電圧を中心として変化する記録ピッチλ1の１／２の波長（検出ピッチＰ1）の略正弦波の電気信号を得ることができる。
【０１３８】
また、上記出力端子（Ａ１）から出力される信号がＡｓｉｎ（θ）とすると、出力端子（Ａ２）からはＡｃｏｓ（θ）が出力され、出力端子Ｂ１からは−Ａｓｉｎ（θ）が出力され、出力端子Ｂ２からは−Ａｃｏｓ（θ）が出力される。
【０１３９】
ここで、電圧入力端子（Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間に接続される線素の線素パターン及びその配線関係を図１８に示す。
【０１４０】
この図１８に示すように、第１の線素群７１の第１の線素７１ａと、第１の線素群７１の第２の線素７１ｂとの対は、その中心間の距離がλ1／１２となっている。同様に、第１の線素群７１の第５の線素７１ｅと第１の線素群７１の第６の線素７１ｆとの対、第３の線素群７３の第１の線素７３ａと第３の線素群７３の第２の線素７３ｂとの対、第３の線素群７３の第５の線素７３ｅと第３の線素群７３の第６の線素７３ｆとの対も、それぞれその中心間の距離がλ1／１２となっている。このλ1／１２は、出力信号ではＰ／６に相当し、位相では１／６波長になる。このように出力信号の位相が１／６波長ずれていることによって、電圧入力端子（Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間の線素は、記録ピッチλ1の１／２波長で変化する抵抗値のなかの３次高調波成分抵抗変化を低減する。従って、この出力端子（Ａ１）から出力される出力信号（記録ピッチλ1の１／２の波長、即ち検出ピッチＰ1）の中の３次高調波信号を低減することができる。なお、この距離はλ1／１２に限られず、（ｎ／２±１／１２）λ1であってもよい。
【０１４１】
また、第１の線素群７１の第１の線素７１ａと第２の線素７１ｂとの対と、第１の線素７１の第５の線素７１ｅと第６の線素７１ｆとの対とは、その中心間距離が（１／２ ＋ １／２０）λ1となっている。また、第３の線素群７３の第１の線素７３ａと第２の線素７３ｂとの対と、第３の線素７３の第５の線素７３ｅと第６の線素７３ｆとの対とは、その中心間距離が（１／２ ＋ １／２０）λ1となっている。このように位相が１／２０波長ずれていることによって、電圧入力端子（Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間の線素は、記録ピッチλ1の１／２波長で変化する抵抗値のなかの５次高調波成分抵抗変化を低減する。従って、この出力端子（Ａ１）から出力される出力信号（記録ピッチλ1の１／２の波長、即ち検出ピッチＰ1）の中の５次高調波信号を低減することができる。なお、この距離は（１／２ ＋ １／２０）λ1に限られず、（ｎ／２±１／２０）λ1であってもよい。
【０１４２】
また、磁気スケール３７にはＮ極とＳ極とを交互に繰り返す周期的なスケール信号が長手方向に沿って着磁されている。スケール全体又は長手方向の一部分に直流磁化的な微小着磁分があった場合、スケール信号用ＭＲセンサ５０自体の異方性方向が線素の長手方向に並行にできてなく微小に角度を有している場合、又は、スケール信号用ＭＲセンサ５０自体が外部からの線素と直角に交わる磁化の方向が異なる場合等、スケール信号以外の影響がある場合、単独の線素は記録ピッチλ1の１／２の波長の抵抗変化に加えて、記録ピッチλ1での波長の抵抗変化を起こす。しかしながら、電圧入力端子（Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間の線素は、これらのいずれか（或いは複数）の要因による記録ピッチλ1の波長の抵抗変化を、各線素が１／２波長ずれていることで、加算して打ち消している。なお、この距離は、λ 1 ／２に限られず、（（２ｎ＋１）／２ ）λ1であってもよい。また、記録ピッチλ1の波長の信号を低減するためには、位相差が（２ｎ＋１）λ1／２の組を必ず設け、線素の合計を偶数とする。
【０１４３】
また、第１の線素群７１と第３の線素群７３との中心間の距離は、（３ ＋ １／１２）λ1となっている。このように位相が１／１２波長ずれていることによって、電圧入力端子（Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間の線素は、記録ピッチλ1の１／２波長で変化する抵抗値のなかの３次高調波成分抵抗変化を低減する。従って、この出力端子（Ａ１）から出力される出力信号（記録ピッチλ1の１／２の波長、即ち検出ピッチＰ1）の中の３次高調波信号を低減することができる。なお、この距離は（３ ＋ １／１２）λ1に限られず、（ｎ／２±１／１２）λ1であってもよい。
【０１４４】
このように、電圧入力端子（Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間に接続される線素の線素のパターンにより、この出力端子（Ａ１）から出力される信号は、３次、５次の高調波信号を低減することができ、また、波長λ1のピッチの信号を打ち消すことができる。特に、３次高調波は、位相が１／１２波長ずれるパターンを２重に繰り返すことによって、さらに低減されている。
【０１４５】
なお、ここでは、電圧入力端子（Ｖ１）と出力端子（Ａ１）との間に接続される線素の線素パターンの例を示したが、他の端子間の線素パターンも同様であるので、その詳細な説明は省略する。また、偶数次の高調波歪みは、上述したブリッジ回路を構成することにより、打ち消しあって低減される。
【０１４６】
以上のように、スケール信号用ＭＲセンサ５０では、このような線素を有することによって、磁気スケール３７との相対位置を電気信号に変換して出力することができる。特に、このスケール信号用ＭＲセンサ５０では、高調波歪みの少ない正弦波信号を出力することができる。従って、例えば、検出ピッチＰ1（記録ピッチλ1の１／２）の内挿を正確に行うことができ、高分解能な位置検出をすることができる。
【０１４７】
つぎに、原点信号用ＭＲセンサ５１の構成についてさらに詳細に説明する。
【０１４８】
図１９に、原点信号用ＭＲセンサ５１の基板上に形成される線素のパターンを示し、図２０に、この原点信号用ＭＲセンサ５１の回路図を示す。
【０１４９】
原点信号用ＭＲセンサ５１には、ガラス等の非磁性材料からなる基板上にFe-Ni,Ni-Co等の強磁性材料が成膜され、磁気抵抗効果を有する１２個の線素が形成されている。これら１２個の各線素は、その長手方向が磁気スケール３７との相対移動方向に対して直交する方向となるように全て形成され、この長手方向に電流が流される。また、これら１２個の各線素は、磁気スケール３７との相対移動方向（図１９中Ｘ1，Ｘ2方向）に並行に並べられ、基板上に形成されている。
【０１５０】
この原点信号用ＭＲセンサ５１に形成されている１２個の各線素は、それぞれ６個の線素から構成される第１と線素群９１（線素９１ａ〜線素９１ｆ）と、９２（線素９２ａ〜線素９２ｆ）に分割されている。
【０１５１】
この第１の線素群９１と第２の線素群９２とは、λ2／２離れた位置に形成されている。なお、λ2は、磁気スケール３７に記録された原点信号の記録ピッチである。
【０１５２】
また、この原点信号用ＭＲセンサ５１の基板上には、外部から電圧を供給し、また、外部に検出したスケール信号を供給するための接続端子が形成されている。
【０１５３】
原点信号用ＭＲセンサ５１の基板上には、図１９に示すように、電圧入力端子（＋Ｖ）と、電圧入力端子（−Ｖ）と、出力端子（Ａ）とが設けられている。 例えば、電圧入力端子（＋Ｖ）には＋５ボルトの電圧が印加され、例えば電圧入力端子（−Ｖ）にはグランド電圧が印加される。
【０１５４】
上記電圧入力端子（＋Ｖ）と出力端子（Ａ）との間には、第１の線素群９１の各線素９１ａ〜９ｆが直列に接続されている。また、上記電圧入力端子（−Ｖ）と出力端子（Ａ）との間には、第２の線素群９２の各線素９２ａ〜９２ｆが直列に接続されている。
【０１５５】
原点信号用ＭＲセンサ５１では、以上のように各線素と、電圧入力端子及び出力端子が接続されて、ブリッジ回路を構成する。例えば、電圧入力端子（＋Ｖ）と出力端子（Ａ）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ１１、電圧入力端子（−Ｖ）と出力端子（Ａ）との間に直列に接続された線素の抵抗をＲ１２とする場合、原点信号用ＭＲセンサ５１上に構成されるブリッジ回路は、図２０に示すようになる。
【０１５６】
このように構成されたブリッジ回路では、出力端子Ａから、電圧入力端子（＋Ｖ１）と電圧入力端子（−Ｖ１）との中間電圧を中心として変化する記録ピッチλ2の１／２の波長（検出ピッチＰ2）の電気信号を、原点信号を通過したときに得ることができる。
【０１５７】
このように原点信号用ＭＲセンサ５１では、このような線素を有することによって、磁気スケール３７に記録された原点信号を電気信号に変換して出力することができる。
【０１５８】
以上のように、第２の実施の形態の位置検出装置３０では、磁気スケール３７の位置信号が記録された着磁面が曲面状であっても、充分な出力が得られるとともに特性の良い出力の得ることができる。また、この位置検出装置３０では、磁気スケール３７とスケール信号用ＭＲセンサ５０との距離を大きく保つことができ、そのため、組立が容易となり、信頼性の向上を図ることができる。
【０１５９】
また、この位置検出装置３０では、スケール信号用ＭＲセンサ５０及び原点信号用ＭＲセンサ５１を以上のように配設することによってクロストークが抑えられ、良質なスケール信号及び原点信号を検出することができる。
【０１６０】
また、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明するにあたり、直線的に移動する物体の位置を検出する位置検出装置１及び位置検出装置３０を説明したが、本発明は、このような位置検出装置に限られず、例えば、回転する物体の回転位置を検出する位置検出装置であってもよい。
【０１６１】
また、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明するにあたり、丸棒状の磁気スケール２又は磁気スケール３７等から磁界が与えられる磁気抵抗効果センサ（ＭＲセンサ）３及びスケール信号用ＭＲセンサ５０について説明したが、本発明の磁気抵抗効果センサに磁界を与える発磁体は、感磁部に対して、流される電流の方向に沿って異なる強さの信号磁界が印加されるものであればどのようなものであってもよい。
【０１６２】
また、本発明は、以上の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、その他様々な構成を取り得ることは勿論である。
【０１６５】
【発明の効果】
本発明に係る位置検出装置では、丸棒状の発磁体と磁気抵抗効果センサとを備え、磁気抵抗効果センサの感磁領域は、中央部と、流される電流と直交する方向である相対移動方向における幅が中央部よりも大きい端部と、流される電流と直交する方向の幅が次第に大きくなり、中央部と端部とを連続させる傾斜部とを有し、中央部においては、その長さが発磁体の径と略同一であり、長さ方向の中心が発磁体の表面まで最も近接し、傾斜部においては、流される電流の方向に沿って、発磁体の表面までの最短距離が次第に大きくなり異なる強さの信号磁界が発磁体から印加される。
【０１６６】
このことにより、本発明に係る位置検出装置では、発磁部が曲面、円弧であっても、特性が良く大きな出力を得ることができる。また、この位置検出装置では、発磁部との距離を大きく保つことができ、そのため、組立が容易となり、信頼性の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の位置検出装置を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の位置検出装置の磁気抵抗効果センサを説明する図である。
【図３】上記磁気抵抗効果センサの等価回路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の位置検出装置の他の磁気抵抗効果センサを説明する図である。
【図５】（Ａ）は、従来の短冊状の感磁部が成膜されたＭＲセンサにより、丸棒状の磁気スケールに記録された位置信号を検出した際の出力特性図である。（Ｂ）は、従来の短冊状の感磁部が成膜されたＭＲセンサであって、感磁部の長手方向の長さが磁気スケールの直径より短いＭＲセンサにより、丸棒状の磁気スケールに記録された位置信号を検出した際の出力特性図である。（Ｃ）は、本発明のＭＲセンサにより、丸棒状の磁気スケールに記録された位置信号を検出した際の出力特性図である。
【図６】三角柱状の磁気スケールを用いた上記本発明の第１の実施の形態の位置検出装置の変形例を説明する図である。
【図７】八角柱状の磁気スケールを用いた上記本発明の第１の実施の形態の位置検出装置の変形例を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の位置検出装置の斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の位置検出装置の側面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の位置検出装置の内部構造を表す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の位置検出装置のヘッド保持部の要部分解斜視図である。
【図１２】上記位置検出装置の磁気スケールに記録されたスケール信号と原点信号を説明する図である。
【図１３】スケール信号と原点信号とが記録された磁気スケールと、スケール信号用ＭＲセンサと原点信号用ＭＲセンサとの配置関係を説明する図である。
【図１４】スケール信号用ＭＲセンサの基板上に形成される線素群、線素及び電極のパターンを示す図である。
【図１５】スケール信号用ＭＲセンサの基板上に形成される線素群内の線素のパターンを模式的に示す図である。
【図１６】スケール信号用ＭＲセンサ上に形成された６４個の線素と、各電圧入力端子及び出力端子との接続関係を説明する図である。
【図１７】スケール信号用ＭＲセンサの等価回路図である。
【図１８】電圧入力端子と出力端子との間に接続される線素の線素パターン、及び、その配線関係を示す図である。
【図１９】原点信号用ＭＲセンサの基板上に形成される線素群、線素及び電極のパターンを示す図である。
【図２０】原点信号用ＭＲセンサの等価回路図である。
【図２１】従来の位置検出装置を説明する図である。
【図２２】上記従来の磁界抵抗効果センサを説明する図である。
【図２３】上記従来の磁界抵抗効果センサの等価回路図である。
【図２４】上記従来の磁界抵抗効果センサの動作を説明する図である。
【図２５】上記従来の磁界抵抗効果センサの動作を説明する図である。
【図２６】（Ａ）は、ＭＲセンサと平板状の磁気スケールとのギャップ長ｘを説明する図である。（Ｂ）は、ＭＲセンサの感磁部の長手方向の長さｌと磁気スケールの記録信号の幅Ｌを説明する図である。（Ｃ）は、平板状の磁気スケールを用いた場合の従来の磁気抵抗効果センサの出力特性図である。
【図２７】（Ａ）は、ＭＲセンサと丸棒状の磁気スケールとのギャップ長ｘを説明する図である。（Ｂ）は、ＭＲセンサの感磁部の長手方向の長さｌと磁気スケールの記録信号の幅Ｌを説明する図である。（Ｃ）は、平板状の磁気スケールを用いた場合の従来の磁気抵抗効果センサの出力特性図である。
【図２８】丸棒状の磁気スケールと従来の磁気抵抗効果センサの位置関係を説明する図である。
【符号の説明】
１，３０ 位置検出装置、２，３７ 磁気スケール、３ 磁気抵抗効果センサ、１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ） 感磁部、３１ 本体部、３２ ヘッドスライダ、３３ 基準部、３４ 可動部、３６ 筐体、３７ 磁気スケール、５０ スケール信号用ＭＲセンサ、５１ 原点信号用ＭＲセンサ、７１〜７９，９１，９２ 線素（線素群）
Claims (2)
- 位置情報を与える信号磁界が長手方向に記録された丸棒状の発磁体と、
上記発磁体に記録された信号磁界の記録方向に相対移動が可能に配設され、磁気抵抗効果を有する材料により感磁領域が形成された磁気抵抗効果センサとを備え、
上記磁気抵抗効果センサの感磁領域は、中央部と、流される電流と直交する方向である上記相対移動方向における幅が該中央部よりも大きい端部と、該流される電流と直交する方向の幅が次第に大きくなり、該中央部と該端部とを連続させる傾斜部とを有し、該中央部においては、その長さが上記発磁体の径と略同一であり、該長さ方向の中心が該発磁体の表面まで最も近接し、該傾斜部においては、該流される電流の方向に沿って、該発磁体までの最短距離が次第に大きくなり異なる強さの信号磁界が該発磁体から印加される位置検出装置。 - 上記発磁体には、記録ピッチλの位置情報が記録されており、上記磁気抵抗効果センサ上には、複数の上記感磁領域が上記発磁体との相対移動方向に並列配置されており、
上記磁気抵抗効果センサ上に並列配置された各感磁領域は、｛（ｎ／２）±（１／１２）｝λ（ｎは整数）の間隔を以て配置された感磁領域が対をなし、対をなす感磁領域が接続され、対をなす感磁領域が他の対をなす感磁領域と｛（ｍ／２）±（１／１２）｝λ（ｍは整数）を以て配置され直列に接続される請求項１に記載の位置検出装置。
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