(57)【要約】【課題】  特に、１つのブリッジ回路で、移動方向（回転方向）を検知可能とした磁気エンコーダを提供することを目的とする。【解決手段】  本実施形態の磁気エンコーダ１は、各第１の磁気抵抗効果素子５ａと各第２の磁気抵抗効果素子５ｂの中心間距離Ｔ１が、磁極ピッチλの正整数倍と異なる点と、フリー磁性層の飽和状態を維持する相対移動距離が、外部磁界Ｈ１が作用しているときと外部磁界Ｈ２が作用しているときとで異なる点に特徴的構成がある。これにより、ＣＷでの出力波形と、ＣＣＷでの出力波形とが異なるため、１つのブリッジ回路でも、移動方向（回転方向）を検知することが可能になる。【選択図】図４
2010145166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対移動方向に交互にＮ極とＳ極が着磁された着磁面を有する磁界発生部材と、前記磁界発生部材の前記着磁面から離れた位置に配置され、基板表面に外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した複数の磁気抵抗効果素子を有する磁気センサと、を有して構成される磁気エンコーダであって、
複数の前記磁気抵抗効果素子にて１つのブリッジ回路が構成されており、
出力端子を介して直列接続される各磁気抵抗効果素子は、前記相対移動方向に磁極ピッチλの正整数と異なる中心間距離にて配列されており、
前記磁気センサが前記磁界発生部材の前記着磁面におけるＳ極側からＮ極側に向けて相対移動し、前記磁気抵抗効果素子に対して外部磁界Ｈ１が作用しているときに、前記磁気抵抗効果素子の磁化変動層の飽和状態を維持する相対移動距離Ｌ１と、
前記磁気センサが前記磁界発生部材の前記着磁面におけるＮ極側からＳ極側に向けて相対移動し、前記磁気抵抗効果素子に対して外部磁界Ｈ２が作用しているときに、前記磁気抵抗効果素子の磁化変動層の飽和状態を維持する相対移動距離Ｌ２とが、異なっていることを特徴とする磁気エンコーダ。
【請求項２】
前記着磁面に形成された各磁極内の磁化の強さが、前記相対移動方向への両側にて異なるように着磁されている請求項１記載の磁気エンコーダ。
【請求項３】
前記各磁気抵抗効果素子の中心間距離は、前記磁極ピッチλよりも小さい請求項１又は２に記載の磁気エンコーダ。
【請求項４】
前記ブリッジ回路から得られる出力波形は、最小出力ラインと最大出力ライン間の出力の立ち上がり側、あるいは立ち下がり側のどちらか一方が、途中に段差を介した形状となっており、他方が前記段差がない連続形状となっている請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動速度（回転速度）や移動方向（回転方向）等を検知可能な磁気エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、従来の磁気エンコーダ２０の構成を示す模式図である。磁気エンコーダ２０は磁石２１と磁気センサ２２とを有して構成される。図１２では、磁石２１はＸ１−Ｘ２方向に延びる棒状であり、磁気センサ２２がＸ１方向に向けて相対移動する。
【０００３】
磁気センサ２２には８つの磁気抵抗効果素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２が設けられる。このうち２つの磁気抵抗効果素子Ａ１と２つの磁気抵抗効果素子Ａ２とでＡ相ブリッジ回路が構成され、２つの磁気抵抗効果素子Ｂ１と２つの磁気抵抗効果素子Ｂ２とでＢ相ブリッジ回路が構成される（図１３参照）。
【０００４】
図１２に示すように磁石２１の着磁ピッチ（Ｎ極とＳ極の中心間距離）はλであり、一方、磁気センサ２２にてブリッジ回路を構成する磁気抵抗効果素子Ａ１と磁気抵抗効果素子Ａ２の中心間距離、及び磁気抵抗効果素子Ｂ１と磁気抵抗効果素子Ｂ２の中心間距離も同じくλとなっている。
【０００５】
図１に示すように、磁気センサ２２が相対移動すると、前記磁石２１の着磁面２１ａから磁気センサ２２に向けて外部磁界Ｈ１及び外部磁界Ｈ２が作用する。外部磁界Ｈ１は、磁気センサ２２がＳ極側からＮ極側に向けて相対移動したときに磁気センサ２２に作用する外部磁界であり、外部磁界Ｈ２は、磁気センサ２２がＮ極側からＳ極側に向けて相対移動したときに磁気センサ２２に作用する外部磁界である。
【０００６】
図１３に示すＡ相のブリッジ回路から得られる出力と、Ｂ相のブリッジ回路から得られる出力に基づいて、移動量や移動速度を検知でき、さらには、出力タイミングがずれるＡ相及びＢ相の位相関係により移動方向を検知することも出来る。
【特許文献１】特開平３−１２５９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１２に示す従来の磁気エンコーダ２０では、移動方向を知るのに２つのブリッジ回路を必要とした。また図１２の磁気センサ２２は磁気抵抗効果素子と、これら磁気抵抗効果素子を搭載する基板のみが図示されているが、実際には出力を生成するためのＡＳＩＣも搭載されたパッケージ構造である。そして従来の構成では、ＡＳＩＣ側も同じ構成の回路を２つ必要とした。
【０００８】
以上から磁気センサ２２の製造コストが増大する問題があった。また、磁気センサ２２のサイズが大きくなるといった問題もあった。
【０００９】
なお、図１２は、直線型の磁気エンコーダ２０であるが、回転型の磁気エンコーダであっても同様の問題が生じる。
【００１０】
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、１つのブリッジ回路で、移動方向（回転方向）を検知可能とした磁気エンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、相対移動方向に交互にＮ極とＳ極が着磁された着磁面を有する磁界発生部材と、前記磁界発生部材の前記着磁面から離れた位置に配置され、基板表面に外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した複数の磁気抵抗効果素子を有する磁気センサと、を有して構成される磁気エンコーダであって、
複数の前記磁気抵抗効果素子にて１つのブリッジ回路が構成されており、
出力端子を介して直列接続される各磁気抵抗効果素子は、前記相対移動方向に磁極ピッチλの正整数と異なる中心間距離にて配列されており、
前記磁気センサが前記磁界発生部材の前記着磁面におけるＳ極側からＮ極側に向けて相対移動し、前記磁気抵抗効果素子に対して外部磁界Ｈ１が作用しているときに、前記磁気抵抗効果素子の磁化変動層の飽和状態を維持する相対移動距離Ｌ１と、
前記磁気センサが前記磁界発生部材の前記着磁面におけるＮ極側からＳ極側に向けて相対移動し、前記磁気抵抗効果素子に対して外部磁界Ｈ２が作用しているときに、前記磁気抵抗効果素子の磁化変動層の飽和状態を維持する相対移動距離Ｌ２とが、異なっていることを特徴とするものである。
【００１２】
上記の構成により、１つのブリッジ回路であっても、移動方向（回転方向）を検知できる。このように本発明ではブリッジ回路を１つにでき、素子数を従来より減らせることで、磁気センサ、ひいては磁気エンコーダの製造コストの低減及び小型化を図ることができる。
【００１３】
本発明では、前記着磁面に形成された各磁極内の磁化の強さが、前記相対移動方向への両側にて異なるように着磁されていることが好ましい。これにより、上記した相対移動距離Ｌ１と相対移動距離Ｌ２とを容易に異ならせることができる。
【００１４】
また本発明では、前記各磁気抵抗効果素子の中心間距離は、前記磁極ピッチλよりも小さいことが好ましい。これにより、より効果的に、磁気センサ、ひいては磁気エンコーダの小型化を図ることが可能である。
【００１５】
本発明では、前記ブリッジ回路から得られる出力波形は、最小出力ラインと最大出力ライン間の出力の立ち上がり側、あるいは立ち下がり側のどちらか一方が、途中に段差を介した形状となっており、他方が前記段差がない連続形状となっていることが好ましい。これにより、高精度に移動方向（回転方向）を検知できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の磁気センサと磁界発生部材とを有してなる磁気エンコーダによれば、１つのブリッジ回路であっても、移動方向（回転方向）を検知できる。このように本発明ではブリッジ回路を１つにでき、素子数を従来より減らせることで、磁気センサ、ひいては磁気エンコーダの製造コストの低減及び小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本実施形態の磁気エンコーダの斜視図、図２は、磁気抵抗効果素子の部分断面図、図３は、従来例の構成であり、（ａ）は、磁石と磁気抵抗効果素子との位置関係を示す模式図、（ｂ）は、ノーマル着磁に対する出力波形図、（ｃ）は、オフセット着磁に対する出力波形図、図４は、第１実施形態の構成であり、（ａ）は、磁石と磁気抵抗効果素子との位置関係を示す模式図、（ｂ）は、ノーマル着磁に対する出力波形図（比較例）、（ｃ）は、オフセット着磁に対する出力波形図（実施例）、図５は、第２実施形態の構成であり、（ａ）は、磁石と磁気抵抗効果素子との位置関係を示す模式図、（ｂ）は、ノーマル着磁に対する出力波形図（比較例）、（ｃ）は、オフセット着磁に対する出力波形図（実施例）、図６（ａ）は、ノーマル着磁したときの相対移動方向に対する磁界強度変化を示すグラフ、（ｂ）は、オフセット着磁したときの相対移動方向に対する磁界強度変化を示すグラフ、である。
【００１８】
各図におけるＸ１−Ｘ２方向、Ｙ１−Ｙ２方向、及びＺ１−Ｚ２方向の各方向は残り２つの方向に対して直交した関係となっている。Ｘ１−Ｘ２方向は、磁石２及び磁気センサ３の相対移動方向である。この実施形態において特に断らない限り「相対移動方向」とは磁気センサ３の相対移動方向を指す。そしてこの実施形態では、磁気センサ３の相対移動方向はＸ１方向である。よって、磁石２が固定で磁気センサ３が移動する場合は、磁気センサ３はＸ１方向に動き、磁気センサ３が固定で磁石２が移動する場合は、磁石２がＸ２方向に動いている。なお磁石２及び磁気センサ３の双方が動く形態でもよい。Ｙ１−Ｙ２方向は、基板４の平面内にて相対移動方向に対して直交する磁気センサ３の幅方向である。Ｚ１−Ｚ２方向は磁石２と磁気センサ３とが所定の間隔を空けて対向する高さ方向である。
【００１９】
図１に示すように磁気エンコーダ１は、磁石（磁界発生部材）２と磁気センサ３を有して構成される。
【００２０】
例えば磁石２は図示Ｘ１−Ｘ２方向に延びる棒状であり、磁気センサ３との対向面が図示Ｘ１−Ｘ２方向に所定幅にてＮ極とＳ極とが交互に着磁された着磁面２ａである。磁極間ピッチ（Ｎ極とＳ極との中心間距離）はλである。例えば、λは、０．５〜４．０ｍｍである。
【００２１】
図１に示すように磁気センサ３は、基板４と、共通の基板４の表面（磁石２との対向面）４ａに設けられた複数の磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂとを有して構成される。
【００２２】
磁気抵抗効果素子は、符号５ａが第１の磁気抵抗効果素子であり、符号５ｂが第２の磁気抵抗効果素子である。第１の磁気抵抗効果素子５ａ及び第２の磁気抵抗効果素子５ｂは、夫々、２つずつ設けられ、計４つの磁気抵抗効果素子で構成されている。
【００２３】
２つの第１の磁気抵抗効果素子５ａは、Ｙ１−Ｙ２方向に間隔を空けて配置されている。同様に、２つの第２の磁気抵抗効果素子５ｂは、Ｙ１−Ｙ２方向に間隔を空けて配置されている。
【００２４】
そして、図１に示すように各第１の磁気抵抗効果素子５ａと各第２の磁気抵抗効果素子５ｂは、Ｘ１−Ｘ２方向に間隔を空けて対向しており、各第１の磁気抵抗効果素子５ａと各第２の磁気抵抗効果素子５ｂの中心間距離は、Ｔ１となっている。
【００２５】
本実施形態では、前記中心間距離Ｔ１は、磁極ピッチλの正整数倍と異なる大きさである。
【００２６】
これら磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂは、従来例で示した図１３と同様のフルブリッジ回路を構成する。ただし本実施形態では、磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂが夫々１つずつ設けられ出力端子を介して直列接続されたハーフブリッジ回路の構成であってもよい。
【００２７】
各磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂは、例えば、Ｙ１−Ｙ２方向に細長形状で形成された複数本の素子部がＸ１−Ｘ２方向に配列され各素子部の端部間が連結されたミアンダ形状で形成されることが好適である。
【００２８】
各磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂは、図２に示すように、下から反強磁性層７、固定磁性層８、非磁性層９、フリー磁性層（磁化変動層）１０及び保護層１１の順で積層された構造で形成される。ただし、図２の積層構造は一例である。例えば固定磁性層８は積層フェリ構造で形成されてもよい。また、例えば反強磁性層７はＩｒＭｎ、固定磁性層８はＣｏＦｅ、非磁性層９はＣｕ、フリー磁性層１０はＮｉＦｅ、保護層１１はＴａで形成される。
【００２９】
磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂは、少なくとも固定磁性層８とフリー磁性層１０が非磁性層９を介して積層された積層部分を備える。反強磁性層７と固定磁性層８との間には交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じて固定磁性層８の磁化は一方向に固定されている。
【００３０】
一方、フリー磁性層１０の磁化方向は固定されておらず外部磁界Ｈによって磁化変動する。
【００３１】
本実施形態では、磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂを構成するフリー磁性層１０と非磁性層９との間の界面は、磁石２の着磁面２ａと平行な面方向（Ｘ−Ｙ面方向）を向いている。
【００３２】
上記の構成では非磁性層９がＣｕで形成された巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）の構成であるが、例えば非磁性層９がＡｌ2Ｏ3、ＭｇＯ等の絶縁材料で形成されるとき、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５ａ，５ｂは異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）であってもよい。
【００３３】
この実施形態での、各磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂの固定磁性層８の固定磁化方向（ＰＩＮ方向）は、Ｘ１方向か、Ｘ２方向である。
【００３４】
磁気センサ３が磁石２に対してＸ１方向に相対移動すると、各磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂには、磁石２の着磁面２ａから外部磁界Ｈ１，Ｈ２が進入する。図１に示すように外部磁界Ｈ１と外部磁界Ｈ２の方向は異なり（反対方向である）、またちょうど磁気抵抗効果素子が磁極上に位置すると、磁気抵抗効果素子に対して磁場成分は垂直磁場が支配的となり、外部磁界がゼロの状態（無磁場状態）となる。
【００３５】
各磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂに対して固定磁性層８の磁化方向と同じ方向の外部磁界が進入し、フリー磁性層１０が固定磁性層８の磁化方向と同方向を向くと電気抵抗値は最小値になる。一方、固定磁性層８の磁化方向と反対の方向の外部磁界が進入し、フリー磁性層１０が固定磁性層８の磁化方向の反対方向を向くと電気抵抗値は最大値になる。
【００３６】
磁気センサ３が磁石２のＮ極側からＳ極側に向けて相対移動したときに、磁気センサ３に作用する外部磁界はＨ２であり、前記磁気センサ３が磁石２のＳ極側からＮ極側に向けて相対移動したときに、磁気センサ３に作用する外部磁界はＨ１である。
【００３７】
磁気センサ３の相対移動に伴い、移動量、移動速度、さらには移動方向を検知することが出来る。
【００３８】
本実施形態の磁気エンコーダ１は、各第１の磁気抵抗効果素子５ａと各第２の磁気抵抗効果素子５ｂの中心間距離Ｔ１が、磁極ピッチλの正整数倍と異なる点と、フリー磁性層１０の飽和状態を維持する相対移動距離が、外部磁界Ｈ１が作用しているときと外部磁界Ｈ２が作用しているときとで異なる点に特徴的構成がある。
【００３９】
フリー磁性層１０の飽和状態を維持する相対移動距離を、外部磁界Ｈ１が作用しているときと外部磁界Ｈ２が作用しているときとで異なせるには、「オフセット着磁」を施すことで達成できる。
【００４０】
図６（ａ）はノーマル着磁の磁界強度変化を示している。横軸は、磁気センサの着磁面に対する相対移動方向への距離あるいは時間を示している。縦軸は、着磁面から発生する外部磁界の磁界強度を示している。
【００４１】
図６（ａ）に示すように、横軸より上側が例えば外部磁界Ｈ２の磁界強度変化を示し、横軸より下側が外部磁界Ｈ１の磁界強度変化を示している。
【００４２】
図６（ａ）に示すように、外部磁界Ｈ１の最大磁界強度Ｈ１ａと外部磁界Ｈ２の最大磁界強度Ｈ２ａとはほぼ同じ大きさであり、前記外部磁界Ｈ１の磁界強度変化曲線と、外部磁界Ｈ２の磁界強度変化曲線とは横軸を対称軸とした対称形状である。
【００４３】
図６（ａ）に示す点線位置の磁界強度Ｈ１ｂ，Ｈ２ｂは、磁気抵抗効果素子Ａ１，Ａ２を構成するフリー磁性層１０を磁気飽和させるための下限値である。
【００４４】
フリー磁性層１０にはある一定以上の強い外部磁界が作用することで全体がその外部磁界の方向を向き磁気飽和に達する。このとき、フリー磁性層１０の磁化が固定磁性層８の磁化方向を向けば電気抵抗値は徐々に小さくなり、やがて磁気飽和に達すると最小値になる。また、フリー磁性層１０の磁化が固定磁性層８の磁化方向を向けば電気抵抗値は徐々に大きくなり、やがて磁気飽和に達すると最大値になる。
【００４５】
図６（ａ）のノーマル着磁では、磁気抵抗効果素子に対して外部磁界Ｈ１が作用しているときに磁気抵抗効果素子のフリー磁性層１０の飽和状態を維持する相対移動距離Ｌ３（飽和時間）と、磁気抵抗効果素子に対して外部磁界Ｈ２が作用しているときに磁気抵抗効果素子のフリー磁性層１０の飽和状態を維持する相対移動方向距離Ｌ４（飽和時間）とがほぼ同じとなっている。
【００４６】
図６（ｂ）は、オフセット着磁の磁界強度変化を示している。横軸は、磁気センサの着磁面に対する相対移動方向への距離あるいは時間を示している。縦軸は、着磁面から発生する外部磁界の磁界強度を示している。
【００４７】
図６（ｂ）に示すように、横軸より上側が例えば外部磁界Ｈ２の磁界強度変化を示し、横軸より下側が外部磁界Ｈ１の磁界強度変化を示している。
【００４８】
図６（ｂ）に示すように、外部磁界Ｈ１の最大磁界強度Ｈ１ｃと外部磁界Ｈ２の最大磁界強度Ｈ２ｃとが異なった大きさであり、前記外部磁界Ｈ１の磁界強度変化曲線と、外部磁界Ｈ２の磁界強度変化曲線とは、横軸を対称軸としたとき、非対称形状である。図６（ｂ）のオフセット着磁での磁界強度変化曲線は、いわば、図６（ａ）のノーマル着磁での磁界強度変化曲線を外部磁界Ｈ２側へ一定のオフセット量で移動させた波形となっている。
【００４９】
図６（ｂ）に示す点線位置の磁界強度Ｈ１ｄ，Ｈ２ｄは、磁気抵抗効果素子Ａ１，Ａ２を構成するフリー磁性層１０を磁気飽和させるための下限値である。これら磁界強度Ｈ１ｄ，Ｈ２ｄは、図６（ａ）での磁界強度Ｈ１ｂ，Ｈ２ｂと同じ大きさである。
【００５０】
図６（ｂ）のオフセット着磁では、磁気抵抗効果素子に対して外部磁界Ｈ１が作用しているときに磁気抵抗効果素子のフリー磁性層１０の飽和状態を維持する相対移動距離Ｌ１（飽和時間）と、磁気抵抗効果素子に対して外部磁界Ｈ２が作用しているときに磁気抵抗効果素子のフリー磁性層１０の飽和状態を維持する相対移動方向距離Ｌ２（飽和時間）とが異なる。
【００５１】
図３（ａ）は、従来例の磁気エンコーダの構成である。すなわち、図１２で示す磁気エンコーダの構成であるが、説明をしやすくするため、磁気センサ２２に搭載される磁気抵抗効果素子にはＡ相の磁気抵抗効果素子Ａ１，Ａ２を一つずつ図示した。磁気抵抗効果素子Ａ１，Ａ２の中心間距離は磁極ピッチλと同じ大きさである。
【００５２】
図３（ｂ）は、図６（ａ）で説明したノーマル着磁に対する磁気抵抗効果素子Ａ１の電気抵抗変化に基づく第１出力波形、磁気抵抗効果素子Ａ２の電気抵抗変化に基づく第２出力波形、及び磁気抵抗効果素子Ａと磁気抵抗効果素子Ａ２とを直列に接続して得られた差動出力波形（Total出力）を示している。
【００５３】
図３（ｃ）は、オフセット着磁に対する磁気抵抗効果素子Ａ１の電気抵抗変化に基づく第１出力波形、磁気抵抗効果素子Ａ２の電気抵抗変化に基づく第２出力波形、及び磁気抵抗効果素子Ａと磁気抵抗効果素子Ａ２とを直列に接続して得られた差動出力波形を示している。
【００５４】
図３（ｂ）に示すように、ノーマル着磁では第１出力の立ち上がりタイミングと、第２出力の立ち下がりタイミングとが同じタイミングになり、及び、第１出力の立ち下がりタイミングと、第２出力の立ち上がりタイミングとが同じタイミングになっている。そして図３（ｂ）での出力波形のデューティ比はほぼ５０％である。
【００５５】
一方、図３（ｃ）に示すように、オフセット着磁では、第１出力の立ち上がりタイミングと、第２出力の立ち下がりタイミングとが異なるタイミングになり、及び、第１出力の立ち下がりタイミングと、第２出力の立ち上がりタイミングとが異なるタイミングになっている。図３（ｃ）での出力波形のデューティ比は５０％より小さくなり、しかも、第１出力の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングは、必ず、第２出力が最小出力ラインのときとなっている。
【００５６】
図３（ｃ）のように、オフセット着磁における、磁気抵抗効果素子Ａと磁気抵抗効果素子Ａ２とを直列に接続して得られた差動出力波形は、ノーマル着磁における差動出力波形（図３（ｂ））とは異なる。ここで、ＣＷとは、時計方向を指し、ＣＣＷは反時計方向を指す。これは、図１１の実施形態に示すように回転型の磁気エンコーダを想定したものであり、直線移動する場合、ＣＷは、ある一方向への直線移動を指し、ＣＣＷは、ＣＷと反対方向への直線移動を指している。
【００５７】
図３（ｃ）に示すように、差動出力変化は、ＣＷ及びＣＣＷで同じ波形となっている。よって、磁気抵抗効果素子Ａ１，Ａ２の中心間距離を磁極ピッチλと同じにすると、オフセット着磁しても、１つのブリッジ回路だけでは、移動方向（回転方向）を検知できない。
【００５８】
一方、図４（ａ）は、第１の磁気抵抗効果素子５ａと第２の磁気抵抗効果素子５ｂの中心間距離Ｔ１を、磁極ピッチλより小さくした実施形態である。
【００５９】
図４（ｂ）は、ノーマル着磁に対する第１の磁気抵抗効果素子５ａの電気抵抗変化に基づく第１出力波形、第２の磁気抵抗効果素子５ｂの電気抵抗変化に基づく第２出力波形、及び第１の磁気抵抗効果素子５ａと第２の磁気抵抗効果素子５ｂとを直列に接続して得られた差動出力波形（Total出力）を示している。
【００６０】
図４（ｃ）は、オフセット着磁に対する第１の磁気抵抗効果素子５ａの電気抵抗変化に基づく第１出力波形、第２の磁気抵抗効果素子５ｂの電気抵抗変化に基づく第２出力波形、及び第１の磁気抵抗効果素子５ａと第２の磁気抵抗効果素子５ｂとを直列に接続して得られた差動出力波形を示している。
【００６１】
図４（ｂ）のノーマル着磁では第１の磁気抵抗効果素子５ａの電気抵抗変化に基づく第１出力波形、及び、第２の磁気抵抗効果素子５ｂの電気抵抗変化に基づく第２出力波形は、共にデューティ比がほぼ５０％であるが、出力タイミングがずれている。そして、得られた差動出力波形（Total出力）は、対称形状であり、既に説明した図３（ｃ）に示す差動出力波形とほぼ同じ形状である。よって、ノーマル着磁では、第１の磁気抵抗効果素子５ａと第２の磁気抵抗効果素子５ｂの中心間距離Ｔ１を磁極ピッチλより小さくしても、移動方向（回転方向）を検知することが出来ない。
【００６２】
一方、図４（ｃ）のオフセット着磁では、第１の磁気抵抗効果素子５ａの電気抵抗変化に基づく第１出力波形、及び、第２の磁気抵抗効果素子５ｂの電気抵抗変化に基づく第２出力波形は、共にデューティ比が５０％より小さくなる。このとき、図４（ｃ）に示すように、第１出力の出力波形の立ち下がりタイミングａと、第２出力の出力波形の立ち上がりタイミングｂはずれている。また、図４（ｃ）のように、第１出力の出力波形の立ち上がりタイミングｃと、第２出力の出力波形の立ち下がりタイミングｄは同じタイミングとなっている。
【００６３】
そして、図４（ｃ）の差動出力波形に示すように、ＣＷでの差動出力波形は、立ち上がりタイミングｅで最大まで一気に立ち上がり、立ち下がりタイミングｆ，ｇは段差を介して２段になっている。このため、ＣＷでの差動出力波形は、非対称形状となっている。ＣＣＷでの差動出力波形は、ＣＷでの差動出力波形を反転させた形状である。このように、ＣＷでの差動出力波形と、ＣＣＷでの差動出力波形とが異なるため、第１の磁気抵抗効果素子５ａと第２の磁気抵抗効果素子５ｂの中心間距離Ｔ１を磁極ピッチλより小さくし、且つオフセット着磁することにより、１つのブリッジ回路でも、移動方向（回転方向）を検知することが可能になる。
【００６４】
図５（ａ）は、第１の磁気抵抗効果素子５ａと第２の磁気抵抗効果素子５ｂの中心間距離Ｔ１を、磁極ピッチλより大きくした実施形態である。
【００６５】
図５（ｂ）は、ノーマル着磁に対する第１の磁気抵抗効果素子５ａの電気抵抗変化に基づく第１出力波形、第２の磁気抵抗効果素子５ｂの電気抵抗変化に基づく第２出力波形、及び第１の磁気抵抗効果素子５ａと第２の磁気抵抗効果素子５ｂとを直列に接続して得られた差動出力波形（Total出力）を示している。
【００６６】
図５（ｃ）は、オフセット着磁に対する第１の磁気抵抗効果素子５ａの電気抵抗変化に基づく第１出力波形、第２の磁気抵抗効果素子５ｂの電気抵抗変化に基づく第２出力波形、及び第１の磁気抵抗効果素子５ａと第２の磁気抵抗効果素子５ｂとを直列に接続して得られた差動出力波形を示している。
【００６７】
図５（ｂ）のノーマル着磁では、図４（ｂ）と同様に、第１の磁気抵抗効果素子５ａと第２の磁気抵抗効果素子５ｂの中心間距離Ｔ１を磁極ピッチλより大きくしても、移動方向（回転方向）を検知することが出来ない。
【００６８】
これに対して、図５（ｃ）のオフセット着磁では、図５（ｃ）に示すように、ＣＷでの差動出力波形は、段差を介した２段の立ち上がりタイミングｈ，ｉで最大まで立ち上がり、立ち下がりタイミングｊで一気に最小まで立ち下がる。
【００６９】
このため、ＣＷでの差動出力波形は、非対称形状となっている。ＣＣＷでの差動出力波形は、ＣＷでの差動出力波形を１８０度反転させた形状である。このように、ＣＷでの差動出力波形と、ＣＣＷでの差動出力波形とが異なるため、第１の磁気抵抗効果素子５ａと第２の磁気抵抗効果素子５ｂの中心間距離Ｔ１を磁極ピッチλより大きくし、且つオフセット着磁することにより、１つのブリッジ回路でも、移動方向（回転方向）を検知することが可能になる。
【００７０】
このように本実施形態では移動方向（回転方向）を検知するのに、１つのブリッジ回路で足りるため、磁気センサ３に搭載する磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂの素子数を従来より減らすことが出来る。また１つのブリッジ回路で足りるためＡＳＩＣでの回路構成も従来より簡単に出来る。したがって、従来に比べて磁気センサ３、ひいては磁気エンコーダ１の製造コストを低減できる。
【００７１】
また、図４のように、第１の磁気抵抗効果素子５ａと第２の磁気抵抗効果素子５ｂの中心間距離Ｔ１を磁極ピッチλより小さくすれば、従来に比べて、効果的に、磁気センサ３、ひいては磁気エンコーダ１の小型化を図ることができる。前記中心間距離Ｔ１は、０．５ｍｍ以上でλより小さいことが好適である。
【００７２】
また、図５のように、第１の磁気抵抗効果素子５ａと第２の磁気抵抗効果素子５ｂの中心間距離Ｔ１が磁極ピッチλより大きい場合でも、中心間距離Ｔ１を３λ／２（３λ／２は図１２の従来例に示す両側に配置された磁気抵抗効果素子の中心間距離）より小さく形成することが可能であり、従来に比べて磁気センサ３の小型化を図ることができる。
【００７３】
第１の磁気抵抗効果素子５ａと第２の磁気抵抗効果素子５ｂの中心間距離Ｔ１は、図６（ｂ）で説明した、磁気抵抗効果素子のフリー磁性層１０の飽和状態を維持する相対移動距離Ｌ１，Ｌ２（飽和時間）に基づいて調整される。特に、図４（ｃ）に示すように、第１出力の立ち上がりタイミングｃと、第２出力の立ち下がりタイミングｄとが同じタイミングになるように、あるいは、図５（ｃ）に示すように、第１出力の立ち下がりタイミングｋと、第２出力の立ち上がりタイミングｌとが同じタイミングになるように、前記中心間距離Ｔ１（あるいは相対移動距離Ｌ１，Ｌ２）を調整することが好ましい。これにより、複数の磁気抵抗効果素子から成るブリッジ回路から得られる差動出力波形は、最小出力ラインと最大出力ライン間の出力の立ち上がり側、あるいは立ち下がり側のどちらか一方が、途中に段差を介した形状となり、他方が前記段差がない連続形状となる（図４（ｃ）、図５（ｃ））。これにより、より高精度に、移動方向（回転方向）を検知できる。
【００７４】
図３ないし図５での差動出力波形は、得られたアナログ信号をデジタル化したものであるが、アナログ信号をそのまま、移動方向（回転方向）の検知信号として使用することも出来る。デジタル信号であるとき、例えば図４（ｃ）に示すように中間出力ラインと最大出力ラインの間に第１のスレッショルドレベルＬＶ１を規定し、中間出力ラインと最小出力ラインの間に第２のスレッショルドレベルＬＶ２を規定する。そして、磁気センサ３及び磁石２の停止状態では、必ず、中間出力ライン上に位置するように制御し、磁気センサ３が磁石２に対して相対移動し始めたときに、出力が、第１のスレッショルドレベルＬＶ１を超えるか、あるいは、第２のスレッショルドレベルＬＶ２を下回るかによって、移動方向（回転方向）を検知することが出来る。
【００７５】
次に、オフセット着磁の方法を説明する。なお、次に挙げる３例はあくまでも例示であって、これ以外のオフセット着磁の方法を除外するものでない。
【００７６】
図７（ａ）は、磁石の平面図と側面図、（ｂ）は、ノーマル着磁における回転方向への磁界強度変化、（ｃ）はオフセット着磁における回転方向への磁界強度変化、（ｄ）がオフセット着磁の方法を示す着磁面とヨーク面との模式図である。
【００７７】
着磁面とヨーク面とを平行にして着磁した場合、図７（ｂ）に示すノーマル着磁になる。一方、図７（ｄ）に示すように着磁面に対してヨーク面を傾斜させて着磁すると、着磁面に形成される各磁極内での磁化の強さは均一でなくなり、各磁極内の回転方向の両側にて磁化の強さが異なる着磁パターンとなる。その結果、図７（ｃ）に示すように、図７（ｂ）のノーマル着磁から所定のオフセット量が生じたオフセット着磁となる。
【００７８】
図８（ａ）は、磁石の斜視図と側面図、（ｂ）は、傾斜なし磁石（着磁面が平面の磁石）での回転方向への磁界強度変化、（ｃ）は傾斜付き磁石での回転方向への磁界強度変化、である。
【００７９】
図８（ａ）に示すように、各磁極の着磁面に回転方向に向って傾斜する傾斜面を形成する。そして、従来と同様に、磁石に対して平行にヨークを対向させて、着磁することで、図８（ｃ）に示すように、図８（ｂ）のノーマル着磁から所定のオフセット量が生じたオフセット着磁となる。
【００８０】
図９は、磁石の平面図及び側面図である。図９での磁石は、従来と同様に着磁面とヨーク面とを平行状態にして着磁したものである。図９に示すように、磁石と磁気センサに搭載される磁気抵抗効果素子との間の距離（Airgap）を１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍと変化させ、また、磁石の内周位置（Ｒ０ｍｍ）、及び前記内周位置から外周へ向けて１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍの各位置にて前記磁気センサを対向させた状態で、前記磁気センサを磁石に対して相対移動させた。磁気センサには図４、図５と同様に第１の磁気抵抗効果素子５ａと第２の磁気抵抗効果素子５ｂが搭載されており、これら磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂの中心間距離Ｔ１は、２．０ｍｍであった。図１０は、上記のように、磁気センサと磁石間の距離（Airgap）や、磁気センサの対向位置を変化させたときの各出力変化（アナログ出力）を示す。図１０に示すように、磁気センサと磁石間の距離（Airgap）を２．５ｍｍとすれば、出力波形が図４（ｃ）のＣＣＷでの出力波形、あるいは図５（ｃ）のＣＷでの出力波形とほぼ同様になることがわかった。また、磁気センサの対向位置は、磁石の内周位置（Ｒ０ｍｍ）か、前記内周位置から１ｍｍの位置であると、中間出力ライン（段差位置）が平行に長く延びるため好適である。
【００８１】
上記のように、磁気センサと磁石間の距離（Airgap）を大きくしていくと、磁石から磁気抵抗効果素子に作用する磁界強度が弱くなり、微妙な着磁のオフセットが顕在化して差動出力変化を左右非対称な波形に形成することが出来る。
【００８２】
図７ないし図９はリング状の磁石に対してアキシャル着磁を施した形態であったがラジアル着磁にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本実施形態の磁気エンコーダの斜視図、
【図２】磁気抵抗効果素子の部分断面図、
【図３】従来例の構成であり、（ａ）は、磁石と磁気抵抗効果素子との位置関係を示す模式図、（ｂ）は、ノーマル着磁に対する出力波形図、（ｃ）は、オフセット着磁に対する出力波形図、
【図４】第１実施形態の構成であり、（ａ）は、磁石と磁気抵抗効果素子との位置関係を示す模式図、（ｂ）は、ノーマル着磁に対する出力波形図（比較例）、（ｃ）は、オフセット着磁に対する出力波形図（実施例）、
【図５】第２実施形態の構成であり、（ａ）は、磁石と磁気抵抗効果素子との位置関係を示す模式図、（ｂ）は、ノーマル着磁に対する出力波形図（比較例）、（ｃ）は、オフセット着磁に対する出力波形図（実施例）、
【図６】（ａ）は、ノーマル着磁したときの相対移動方向に対する磁界強度変化を示すグラフ、（ｂ）は、オフセット着磁したときの相対移動方向に対する磁界強度変化を示すグラフ、
【図７】オフセット着磁の一例であり、（ａ）は、磁石の平面図と側面図、（ｂ）は、ノーマル着磁における回転方向への磁界強度変化、（ｃ）はオフセット着磁における回転方向への磁界強度変化、（ｄ）がオフセット着磁の方法を示す着磁面とヨーク面との模式図、
【図８】オフセット着磁の一例であり、（ａ）は、磁石の斜視図と側面図、（ｂ）は、傾斜なし磁石（着磁面が平面の磁石）での回転方向への磁界強度変化、（ｃ）は傾斜付き磁石での回転方向への磁界強度変化、
【図９】オフセット着磁の一例であり、磁石の平面図及び側面図、
【図１０】図９のように、磁気センサと磁石間の距離（Airgap）や、磁気センサの対向位置を変化させたときの各出力変化（アナログ出力）を示すグラフ、
【図１１】本実施形態における回転型の磁気エンコーダの斜視図、
【図１２】従来の磁気エンコーダの構成を示す模式図（斜視図）、
【図１３】Ａ相及びＢ相のブリッジ回路の構成図、
【符号の説明】
【００８４】
１  磁気エンコーダ
２  磁石
３  磁気センサ
５ａ、５ｂ  磁気抵抗効果素子
７  反強磁性層
８  固定磁性層
９  非磁性層
１０  フリー磁性層（磁化変動層）
【図１】
2010145166.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010145166.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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