(57)【要約】【課題】  外乱磁界に対して強く、且つ、磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界（センシング磁界）を増幅させることができ、出力を大きくすることが可能な磁気センサ及びそれを用いた磁気エンコーダを提供することを目的としている。【解決手段】  各磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄの両側に間隔を空けて軟磁性体６を設けている。これにより磁石２から発生した外部磁界を、前記磁気抵抗効果素子が設けられた基板４上側へ引き寄せることができ、従来に比べて、前記磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界を増幅させることが可能である。前記フリー磁性層１３にバイアス磁界Ｈｉｎが印加されているので、外乱磁界に対して強い。しかも前記磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界を増幅できるので、前記フリー磁性層１３にバイアス磁界Ｈｉｎが印加されていても、従来よりも、見かけ上、磁気検出感度を向上させることができ、出力を大きくすることが出来る。【選択図】図３
2008072610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上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磁気抵抗効果素子を備え、
前記磁気抵抗効果素子は、磁化が一方向に固定された固定磁性層と、前記外部磁界に対して磁化変動するフリー磁性層とが、非磁性材料層を介して積層された積層部分を有し、前記フリー磁性層には、前記固定磁性層との間で生じたバイアス磁界Ｈｉｎが印加されており、
前記磁気抵抗効果素子の側面には、前記磁気抵抗効果素子と間隔を開けて軟磁性体が設けられていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記軟磁性体は、前記磁気抵抗効果素子の両側面に間隔を開けて配置されている請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記磁気抵抗効果素子は、複数個、前記基板上に配列され、各磁気抵抗効果素子の側面間、及び、配列の両側に配置された各磁気抵抗効果素子の外側の側面に、夫々、前記軟磁性体が配置されている請求項２記載の磁気センサ。
【請求項４】
最も外側に配置された前記軟磁性体の体積が、それよりも内側に配置された前記軟磁性体の体積に比べて大きい請求項３記載の磁気センサ。
【請求項５】
最も外側に配置された前記軟磁性体の膜厚、あるいは上面の面積、または前記膜厚及び前記面積が、それよりも内側に配置された前記軟磁性体の前記膜厚、あるいは上面の面積、または前記膜厚及び前記面積に比べて大きい請求項４記載の磁気センサ。
【請求項６】
Ｎ極とＳ極とが交互に配列された磁界発生部材と、前記磁界発生部材と間隔を開けて対向する請求項３ないし５のいずれかに記載された前記磁気センサとを有し、前記磁気センサは前記磁界発生部材に対して相対移動可能に配置されており、
各磁気抵抗効果素子は、前記磁気センサの相対移動に伴う外部磁界の変化に基づいて電気抵抗値が変化することを特徴とする磁気エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、外乱磁界に対して強く、且つ、磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界（センシング磁界）を増幅させることが可能な磁気センサ及びそれを用いた磁気エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用した磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）は、特許文献１に記載されている磁気エンコーダ等の磁気センサとしての需要と、特許文献２に記載されるハードディスク装置に内蔵される磁気ヘッドとしての需要がある。【０００３】
前記ＧＭＲ素子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層が基本膜構成である。前記固定磁性層は前記反強磁性層と接触形成されている。前記固定磁性層は、前記反強磁性層との間で生じる交換結合磁界（Ｈｅｘ）により磁化方向が一方向に固定されている。前記フリー磁性層は、前記固定磁性層と非磁性材料層を介して対向配置される。前記フリー磁性層の磁化は固定されず外部磁界に対して磁化変動する。そして前記フリー磁性層の磁化方向と前記固定磁性層の磁化方向との関係で電気抵抗値が変動する。【０００４】
前記磁気ヘッドとして用いられるＧＭＲ素子では、前記フリー磁性層に対して固定磁性層との間に生じるバイアス磁界（層間結合磁界）Ｈｉｎがゼロとなるように調整される。【０００５】
一方、磁気センサとして使用する場合、前記ＧＭＲ素子を外乱磁界に強くするために、前記バイアス磁界Ｈｉｎはゼロでなく、ある程度大きい値となるように調整されていた。【０００６】
また磁気センサでは外部磁界（センシング磁界）がゼロのときでも、フリー磁性層をある所定方向に磁化して一定の抵抗値に定めるべく上記のようにフリー磁性層に対してバイアス磁界Ｈｉｎを印加していた。
【特許文献１】特開２００２−４９４０１号公報
【特許文献２】特開２００２−２３２０３７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、上記のように前記フリー磁性層に対してバイアス磁界Ｈｉｎを印加すると、前記フリー磁性層が、外部磁界に対して感度良く磁化変動せず、その結果、出力が低下するといった問題があった。【０００８】
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、外乱磁界に対して強く、且つ、磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界（センシング磁界）を増幅させることができ、出力を大きくすることが可能な磁気センサ及びそれを用いた磁気エンコーダを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明における磁気センサは、
基板上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磁気抵抗効果素子を備え、
前記磁気抵抗効果素子は、磁化が一方向に固定された固定磁性層と、前記外部磁界に対して磁化変動するフリー磁性層とが、非磁性材料層を介して積層された積層部分を有し、前記フリー磁性層には、前記固定磁性層との間で生じたバイアス磁界Ｈｉｎが印加されており、
前記磁気抵抗効果素子の側面には、前記磁気抵抗効果素子と間隔を開けて軟磁性体が設けられていることを特徴とするものである。【００１０】
本発明では上記のようにフリー磁性層にバイアス磁界Ｈｉｎが印加されているので、外乱磁界に対して強くすることが出来る。【００１１】
しかも本発明では、前記磁気抵抗効果素子の側方に間隔を開けて軟磁性体が設けられているので、前記外部磁界（センシング磁界）を、前記磁気抵抗効果素子が設けられた基板方向に引き寄せることができ、従来に比べて、前記磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界を増幅させることが可能である。その結果、前記フリー磁性層にバイアス磁界Ｈｉｎが印加されていても、従来よりも、見かけ上、磁気検出感度を向上させることができ、出力を大きくすることが出来る。【００１２】
本発明では、前記軟磁性体は、前記磁気抵抗効果素子の両側面に間隔を開けて配置されていることが、より効果的に、前記磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界を増幅させることができ好適である。【００１３】
本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、複数個、前記基板上に配列され、各磁気抵抗効果素子の側面間、及び、配列の両側に配置された各磁気抵抗効果素子の外側の側面に、夫々、前記軟磁性体が配置されていることが好ましい。これにより各磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界を増幅させることが出来る。【００１４】
また本発明では、最も外側に配置された前記軟磁性体の体積が、それよりも内側に配置された前記軟磁性体の体積に比べて大きいことが好ましい。例えば、最も外側に配置された前記軟磁性体の膜厚、あるいは上面の面積、または前記膜厚及び前記面積が、それよりも内側に配置された前記軟磁性体の前記膜厚、あるいは上面の面積、または前記膜厚及び前記面積に比べて大きいことが好ましい。これによって、各磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界の増幅量のばらつきを小さくすることができる。【００１５】
また本発明における磁気エンコーダは、Ｎ極とＳ極とが交互に配列された磁界発生部材と、前記磁界発生部材と間隔を開けて対向する上記のいずれかに記載された前記磁気センサとを有し、前記磁気センサは前記磁界発生部材に対して相対移動可能に配置されており、
各磁気抵抗効果素子は、前記磁気センサの相対移動に伴う外部磁界の変化に基づいて電気抵抗値が変化することを特徴とするものである。【００１６】
本発明では、各磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界を従来に比べて増幅させることが出来る。よって従来よりも見かけ上、磁気抵抗効果素子の磁気検出感度を向上でき出力を大きく出来、移動速度や移動距離（移動位置）を適切に検出することが出来る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明における磁気センサでは、外乱磁界に対して強く、且つ、磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界（センシング磁界）を増幅させることができ、出力を大きくすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本実施形態の磁気エンコーダの部分斜視図、図２は、基板上での磁気抵抗効果素子と軟磁性体との配置を説明するための磁気センサの拡大平面図、図３は図２に示すＡ−Ａ線から膜厚方向に切断し矢印方向から見た前記磁気センサの拡大断面図と前記磁気センサに対向する磁石の部分拡大側面図、図４、図５は、図２の変形例を示す磁気センサの拡大平面図、図６は、図３の変形例を示す磁気センサの拡大断面図、図７は、磁気センサの回路図、図８は磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈカーブを示すグラフ、である。【００１９】
各図におけるＸ方向、Ｙ方向及びＺ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。Ｘ方向は、磁石あるいは磁気センサの移動方向である。Ｚ方向は前記磁石と磁気センサとが所定の間隔を空けて対向する方向である。【００２０】
図１に示すように磁気エンコーダ１は、磁石２と磁気センサ３を有して構成される。
前記磁石（磁界発生部材）２は図示Ｘ方向に延びる棒形状であり、図示Ｘ方向に所定幅にてＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。Ｎ極の着磁面と、隣接するＳ極の着磁面との間の中心幅（ピッチ）はλである。【００２１】
図１に示すように前記磁石２と前記磁気センサ３との間には所定の間隔Ｓ１が空けられている。【００２２】
図１に示すように前記磁気センサ３は、基板４と、前記基板４の上面（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〜５ｈと、各磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈの図示Ｘ方向の両側に位置する軟磁性体６とを有して構成される。【００２３】
図１及び図２に示すように、８つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈは、Ｘ方向に４つずつ、Ｙ方向に２つずつマトリクス状に配列している。図２に示すようにＸ方向にて隣り合う各磁気抵抗効果素子の幅方向（図示Ｘ方向）の中心間の間隔はλ／４となっている。【００２４】
図３に示すように各磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈは全て同じ積層体で構成される。図３には、磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄのみが図示されているが、磁気抵抗効果素子５ｅ〜５ｈも同じ積層体で形成される。【００２５】
図３に示すように磁気抵抗効果素子は、下から反強磁性層１０、固定磁性層１１、非磁性材料層１２、フリー磁性層１３及び保護層１４の順で積層された積層体１５で形成される。前記積層体１５は前記反強磁性層１０と前記基板４との間に下地層が形成される場合もある。また、前記積層体１５は下からフリー磁性層１３、非磁性材料層１２、固定磁性層１１、反強磁性層１０及び保護層１４の順に積層されてもよく、積層体１５の膜構成は図３に限定されない。【００２６】
前記反強磁性層１０は例えばＰｔＭｎやＩｒＭｎで形成される。前記固定磁性層１１及びフリー磁性層１３は例えば、ＮｉＦｅやＣｏＦｅで形成される。前記非磁性材料層１２は例えばＣｕで形成される。また前記保護層１４は例えばＴａで形成される。【００２７】
前記反強磁性層１０と前記固定磁性層１１との間には交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じて前記固定磁性層１１の磁化は一方向に固定されている。一方、前記フリー磁性層１３の磁化方向は固定されておらず外部磁界（センシング磁界）によって磁化変動する。【００２８】
なお本実施形態では、前記非磁性材料層１２が非磁性導電材料で形成された巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用したＧＭＲ素子に代えて、前記非磁性材料層１２がＡｌ２Ｏ３等の絶縁材料で形成されたトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）を用いてもよい。【００２９】
本実施形態では、前記フリー磁性層１３には前記固定磁性層１１との間で生じたバイアス磁界（層間結合磁界）Ｈｉｎが印加されている。図２に示すように前記バイアス磁界Ｈｉｎは図示Ｙ方向（紙面上方向）に印加されている。よって前記フリー磁性層１３の磁化は、外部磁界が作用していない無磁場状態（外部磁界ゼロの状態）では、前記バイアス磁界Ｈｉｎの方向に向いている。また、本実施形態では前記固定磁性層１１の固定磁化方向も前記バイアス磁界Ｈｉｎと同じ方向に向いている。【００３０】
前記バイアス磁界Ｈｉｎの大きさや方向は、例えば、前記フリー磁性層１３と前記固定磁性層１１との間に介在する非磁性材料層１２の膜厚を調整することで調整できる。【００３１】
前記バイアス磁界Ｈｉｎは、図８に示すＲ−Ｈカーブ３２にて、ループ部３３の中心の磁界強さで定義される。「ループ部３３の中心」とは、前記ループ部３３での最大抵抗値と最小抵抗値の中間抵抗値（図８では中間抵抗値はちょうどゼロとなっている）を通る磁界Ｈ１，Ｈ２の中間値Ｈ３である。【００３２】
次に以下では、磁気抵抗効果素子５ａを第１の磁気抵抗効果素子５ａ、磁気抵抗効果素子５ｂを第２の磁気抵抗効果素子５ｂ、磁気抵抗効果素子５ｃを第３の磁気抵抗効果素子５ｃ、磁気抵抗効果素子５ｄを第４の磁気抵抗効果素子５ｄ、磁気抵抗効果素子５ｅを第５の磁気抵抗効果素子５ｅ、磁気抵抗効果素子５ｆを第６の磁気抵抗効果素子５ｆ、磁気抵抗効果素子５ｇを第７の磁気抵抗効果素子５ｇ、磁気抵抗効果素子５ｈを第８の磁気抵抗効果素子５ｈと称することとする。【００３３】
図７に示すように、第１の磁気抵抗効果素子５ａ、第３の磁気抵抗効果素子５ｃ、第５の磁気抵抗効果素子５ｅ及び第７の磁気抵抗効果素子５ｇによりＡ相のブリッジ回路が構成されている。第１の磁気抵抗効果素子５ａと第３の磁気抵抗効果素子５ｃとが第１の出力取り出し部３４を介して直列接続され、第５の磁気抵抗効果素子５ｅと第７の磁気抵抗効果素子５ｇとが第２の出力取り出し部２１を介して直列接続されている。また、図７に示すように第１の磁気抵抗効果素子５ａと第７の磁気抵抗効果素子５ｇとが入力端子２２を介して並列接続され、前記第３の磁気抵抗効果素子５ｃと前記第５の磁気抵抗効果素子５ｅとがアース端子２３を介して並列接続されている。【００３４】
図７に示すように第１の出力取り出し部３４と第２の出力取り出し部２１は、第１の差動増幅器２８の入力部側に接続され、前記第１の差動増幅器２８の出力側が第１の出力端子２９に接続されている。【００３５】
また本実施形態ではもう一つＢ相のブリッジ回路が、第２の磁気抵抗効果素子５ｂ、第４の磁気抵抗効果素子５ｄ、第６の磁気抵抗効果素子５ｆ及び第８の磁気抵抗効果素子５ｈにより構成されている。第２の磁気抵抗効果素子５ｂと第４の磁気抵抗効果素子５ｄとが第３の出力取り出し部２４を介して直列接続され、第６の磁気抵抗効果素子５ｆと第８の磁気抵抗効果素子５ｈとが第４の出力取り出し部２５を介して直列接続されている。また、図７に示すように第２の磁気抵抗効果素子５ｂと第８の磁気抵抗効果素子５ｈとが入力端子２６を介して並列接続され、前記第４の磁気抵抗効果素子５ｄと前記第６の磁気抵抗効果素子５ｆとがアース端子２７を介して並列接続されている。【００３６】
図７に示すように第３の出力取り出し部２４と第４の出力取り出し部２５は、第２の差動増幅器３０の入力部側に接続され、前記第２の差動増幅器３０の出力側が第２の出力端子３１に接続されている。【００３７】
図２に示すように、図７に示すブリッジ回路にて直列接続される磁気抵抗効果素子どうしの中心間の間隔はλ／２となっている。【００３８】
図３に示すように、ちょうど、第１の磁気抵抗効果素子５ａの頭上に、磁石２のＮ極とＳ極との境界部が対向した位置関係になると、前記第１の磁気抵抗効果素子５ａのフリー磁性層１３には図示左方向への外部磁界Ｈ４が支配的に流入し、前記フリー磁性層１３の磁化はバイアス磁界Ｈｉｎの方向から前記外部磁界Ｈ４の方向に向けて磁化変動することで電気抵抗値が変動する。一方、前記第１の磁気抵抗効果素子５ａと直列接続され、図示Ｘ方向にλ／２だけずれた位置にある第３の磁気抵抗効果素子５ｃの頭上には、前記磁石２のＮ極の着磁面の中心が対向した位置関係になる。このため前記第３の磁気抵抗効果素子５ｃのフリー磁性層１３には、図示下方向（膜面垂直方向、図示Ｚ方向）への外部磁界Ｈ５が支配的に流入する。このとき、前記フリー磁性層１３は前記外部磁界Ｈ５に対して磁化変動しない。すなわち前記フリー磁性層１３に対して外部磁界が作用していない無磁場状態（外部磁界がゼロの状態）と同じ状態となり、前記フリー磁性層１３の磁化方向はバイアス磁界Ｈｉｎの方向に向いたままであり、抵抗変化しない。【００３９】
前記磁気センサ３あるいは磁石２が図示Ｘ方向に直線移動すると、第１の磁気抵抗効果素子５ａ及び第３の磁気抵抗効果素子５ｃに流入する外部磁界Ｈの方向が夫々変化する。【００４０】
また第１の磁気抵抗効果素子５ａ及び第３の磁気抵抗効果素子５ｃとブリッジ回路を構成する前記第５の磁気抵抗効果素子５ｅには、前記第１の磁気抵抗効果素子５ａに流入する外部磁界Ｈと同じ方向の外部磁界Ｈが流入し、前記第７の磁気抵抗効果素子５ｇには、前記第３の磁気抵抗効果素子５ｃに流入する外部磁界Ｈと同じ方向の外部磁界Ｈが流入する。【００４１】
Ａ相のブリッジ回路を構成する第１の磁気抵抗効果素子５ａ、第３の磁気抵抗効果素子５ｃ、第５の磁気抵抗効果素子５ｅ及び第７の磁気抵抗効果素子５ｇは、夫々、前記磁気センサ３あるいは磁石２の移動により、電気抵抗値が変化する。【００４２】
図７に示す第１の出力取り出し部３４と第２の出力取り出し部２１からの夫々の電圧値は位相がずれている。そして、前記第１の差動増幅器２８によって差動電位が出力される。【００４３】
一方、Ｂ相のブリッジ回路を構成する第２の磁気抵抗効果素子５ｂ、第４の磁気抵抗効果素子５ｄ、第６の磁気抵抗効果素子５ｆ及び第８の磁気抵抗効果素子５ｈも、夫々、前記磁気センサ３あるいは磁石２の移動により、電気抵抗値が変化する。【００４４】
図７に示す第３の出力取り出し部２４と第４の出力取り出し部２５からの夫々の電圧値は位相がずれている。そして、前記第２の差動増幅器３０によって差動電位が出力される。【００４５】
前記第１の出力端子２９から出力される出力波形と、前記第２の出力端子３１から出力される出力波形は位相がずれている。出力により、前記磁気センサ３あるいは磁石２の移動速度や移動距離（移動位置）を検出できる。またＡ相とＢ相のブリッジ回路を設けて出力を２系統にすることで、前記第１の出力端子２９からの出力波形に対する前記第２の出力端子３１からの出力波形の位相のずれ方向がどちら方向であるかにより、移動方向を知ることが可能である。【００４６】
図１ないし図３に示すように、本実施形態では、各磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈの図示Ｘ方向への両側に所定の間隔Ｔ１（図２を参照）を空けて軟磁性体６が設けられている。【００４７】
前記軟磁性体６は、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅにて形成される。前記軟磁性体６は、スパッタ法やメッキ法により薄膜で形成される。【００４８】
前記軟磁性体６は、略長方体で形成される。前記軟磁性体６の幅寸法（図示Ｘ方向への寸法，図２を参照）はｔ１で、長さ寸法（図示Ｙ方向への寸法，図２を参照）はｌ１で、膜厚（図３を参照）はｈ１で形成される。【００４９】
各磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈと前記軟磁性体６間の間隔Ｔ１は、２〜１０μｍ程度、前記軟磁性体６の幅寸法ｔ１は、２５０〜３５０μｍ程度、長さ寸法ｌ１は１００〜３００μｍ程度、膜厚は１〜２μｍ程度である。【００５０】
本実施形態では、このように各磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈの両側に間隔Ｔ１を空けて軟磁性体６を設けたことで、前記磁石２から発生する外部磁界（センシング磁界）Ｈを、基板４の上面４ａ方向に効果的に引き寄せることができ、前記磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈに作用する外部磁界Ｈを従来に比べて増幅できる。【００５１】
本実施形態では前記磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈを構成する各フリー磁性層１３には前記固定磁性層１１との間で生じたバイアス磁界Ｈｉｎが作用している。そのため、前記フリー磁性層１３は無磁場状態（外部磁界ゼロの状態）では、前記バイアス磁界Ｈｉｎの方向に適切に磁化された状態となっている。この結果、前記外部磁界（センシング磁界）Ｈ以外の外乱磁界が侵入した場合、前記フリー磁性層１３の磁化は変動せず磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈの電気抵抗値は変化しない。すなわち前記磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈを外乱磁界に対して強くすることが出来る。外乱磁界には、例えば磁気エンコーダ１を備えた電子機器の外部から磁気アクセサリを近付けたときに前記磁気エンコーダ１内に流入する磁界が該当する。【００５２】
このように前記フリー磁性層１３にバイアス磁界Ｈｉｎを印加することで、前記磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈの外部磁界（センシング磁界）Ｈに対する感度が低下するが、本実施形態では、前記軟磁性体６を設けたことで、前記磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈに作用する外部磁界Ｈを増幅している。そのため、フリー磁性層１３に作用する外部磁界Ｈが従来よりも大きくなることで前記フリー磁性層１３にバイアス磁界Ｈｉｎが印加されていても、見かけ上、前記磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈの磁界検出感度を向上でき、出力を大きくすることが可能である。【００５３】
また、前記バイアス磁界Ｈｉｎ方向、つまり±Ｙ方向からの外乱磁界を前記軟磁性体６によって効果的にシールドでき、検出精度の向上を図ることができる。【００５４】
前記軟磁性体６は、本実施形態のように、各磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈの側面間、及び図示Ｘ方向への配列の両側に位置する磁気抵抗効果素子５ａ，５ｄ，５ｅ，５ｈの外側の側面に、夫々配置されていることが好適である。【００５５】
ところで、図２に示すように第１の磁気抵抗効果素子５ａの図示左方向には１個の軟磁性体６が存在するが、図示右方向には４個の軟磁性体６が存在する。また、第２の磁気抵抗効果素子５ｂの図示左方向には２個の軟磁性体６が存在するが、図示右方向には３個の軟磁性体６が存在している。このように各磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈの両側に配列された軟磁性体６の個数が異なるため、各磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈに作用する外部磁界Ｈの大きさが異なりやすい。【００５６】
図２，図３に示す実施形態では、全ての軟磁性体６が同じ体積で形成されている。かかる場合、図９の実験結果に示すように、磁気抵抗効果素子の配列の内側に位置する第２の磁気抵抗効果素子５ｂや第３の磁気抵抗効果素子５ｃに作用する外部磁界Ｈの増幅量は軟磁性体６を設けないときを基準としたときに非常に大きくなった。その一方、磁気抵抗効果素子の配列の外側に位置する第１の磁気抵抗効果素子５ａに作用する外部磁界Ｈの増幅量は非常に小さいことがわかった。【００５７】
よって、このような外部磁界Ｈの増幅量のばらつきを抑制するために、図４に示すように図示Ｘ方向に配列された最も外側に位置する軟磁性体７の幅寸法ｔ２を、それよりも内側に位置する軟磁性体８の幅寸法ｔ３よりも大きくして、前記軟磁性体７の体積を前記軟磁性体８の体積よりも大きくしている。これにより各磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈの右側方向に配列された軟磁性体７，８の総体積と、左側方向に配列された軟磁性体７，８の総体積の体積差を従来よりも小さくすることが可能になる。したがって、全ての軟磁性体６を同じ体積で形成した場合に比べて、各磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈに作用する外部磁界Ｈの増幅量のばらつきを抑制することが可能になる。【００５８】
また図５に示すように、図示Ｘ方向の配列の最も内側に位置する軟磁性体９から図示Ｘ方向の外側に向けて、軟磁性体１６及び軟磁性体１７の順に徐々に幅寸法が大きくなるように形成してもよい。これにより、より効果的に、各磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈの右側方向に配列された軟磁性体の総体積と、左側方向に配列された軟磁性体の総体積の体積差を従来よりも小さくすることが可能になる。【００５９】
また図６では、幅寸法に代えて、膜厚を変えることで、図示Ｘ方向に配列された最も外側に位置する軟磁性体１８の膜厚ｈ２を、それよりも内側に位置する軟磁性体１９、２０の膜厚ｈ３，ｈ４よりも大きくして、前記軟磁性体１８の体積を前記軟磁性体１９，２０の体積よりも大きくしている。【００６０】
図６に示す実施形態では、最も内側に位置する軟磁性体２０の膜厚ｈ４を最も小さくして、最も外側に位置する軟磁性体１８の膜厚ｈ２を最も大きくして、前記軟磁性体１８，２０の中間に位置する軟磁性体１９の膜厚ｈ３を、前記膜厚ｈ２とｈ４との間の値に設定している。【００６１】
各軟磁性体の幅寸法の調整と同様に、各軟磁性体の長さ寸法ｌ１を調整することで、各軟磁性体の上面の面積を変化させて、各軟磁性体の体積を調整することもできる。ただし、前記長さ寸法ｌ１を調整する場合、図２に示すように、前記軟磁性体の長さ寸法ｌ１のほうが、各磁気抵抗効果素子の長さ寸法ｌ２よりも長くしておくことが好適である。前記軟磁性体の長さ寸法ｌ１が、前記磁気抵抗効果素子の長さ寸法ｌ２よりも短くなると、前記バイアス磁界Ｈｉｎの方向、つまり±Ｙ方向からの外乱磁界に対するシールド効果が低下するためである。【００６２】
また図３では、前記軟磁性体６の高さ寸法ｈ１は各磁気抵抗効果素子の高さ寸法と同じ高さ寸法で形成されているが、前記軟磁性体６の高さ寸法ｈ１は、前記磁気抵抗効果素子の高さ寸法以上であることが好適である。これにより、前記磁石２からの外部磁界Ｈをより大きく増幅でき、外乱磁界に対するシールド効果を向上させることが可能である。【００６３】
また、前記軟磁性体の体積の調整でなく、例えば、図２に示す前記軟磁性体６と各磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈとの間の間隔Ｔ１を調整することでも、各磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈに作用する外部磁界Ｈの増幅量のばらつきを抑制できる。すなわち、最も内側に位置する軟磁性体６と第２の磁気抵抗効果素子５ｂとの間の間隔を、最も外側に位置する軟磁性体６と第１の磁気抵抗効果素子５ａとの間の間隔よりも広げる。しかしながら、磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｈと軟磁性体６間の間隔Ｔ１は、もともと非常に狭いこと、磁気抵抗効果素子の配列の両側に位置する磁気抵抗効果素子５ａ，５ｄ，５ｅ，５ｈの外側の側面に比較的大きな面積の基板４の上面４ａを設けることができるので、前記間隔の調整よりも軟磁性体６の体積の調整を行うことが製造工程上、好適である。【００６４】
また本実施形態では、前記軟磁性体６の膜厚、及び上面の面積の双方を調整することも出来る。【００６５】
前記軟磁性体６を、スパッタ法やメッキ法による薄膜プロセスにより形成することが狭い領域内に所定形状で適切に形成でき好適であるが、バルク材による軟磁性体６を基板４上に貼り付けてもよい。例えば配列の最も外側に位置する軟磁性体６の形成領域は、それよりも内側の軟磁性体６の形成領域よりも広いので、必要に応じて、バルク材による軟磁性体６を基板４上に貼り付けることが出来る。【００６６】
前記軟磁性体６を単層構造で形成しても積層構造で形成してもよい。また、全ての軟磁性体６を同じ材質で形成せず、異なる材質で形成することも可能である。例えば外側に位置する軟磁性体６ほど飽和磁束密度Ｂｓが大きい材質で形成する。【００６７】
本実施形態の磁気エンコーダ１は、図１に示すように磁気センサ３が磁石２に対して直線的に相対移動するものであったが、例えば表面にＮ極とＳ極とが交互に着磁された回転ドラムと前記磁気センサ３とを有し、前記回転ドラムの回転によって得られた出力により、回転速度や回転数、回転方向を検知できる回転型の磁気エンコーダであってもよい。【００６８】
また図７に示すように本実施形態では、Ａ相とＢ相のブリッジ回路が設けられているが、どちらか一方だけ設けられる形態でもよい。また、本実施形態は、少なくとも一つの磁気抵抗効果素子が設けられた回路構成にも適用できる。【００６９】
また磁気抵抗効果素子の一方の側面にのみ間隔を空けて軟磁性体６が設けられる形態も本実施形態の一部であるが、磁気抵抗効果素子の両側に間隔Ｔ１を空けて軟磁性体６が設けられる形態であることが、前記磁気抵抗効果素子に作用する外部磁界Ｈを適切に増幅でき、また外乱磁界に対するシールド効果を向上でき、好適である。【００７０】
また本実施形態の磁気エンコーダでは、直列接続される磁気抵抗効果素子の中心間の間隔はλ／２であったが、これに限定されるものではない。例えば、直列接続される磁気抵抗効果素子の中心間の間隔がλであってもよい。【００７１】
本実施形態の磁気センサ３は、磁気エンコーダ以外の各種センサに用いることが出来る。例えば、ミキサ用フェ−ダやそのほかコントロール用のスライドボリューム等の移動センサにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本実施形態の磁気エンコーダの部分斜視図、
【図２】基板上での磁気抵抗効果素子と軟磁性体との配置を説明するための磁気センサの拡大平面図、
【図３】図２に示すＡ−Ａ線から膜厚方向に切断し矢印方向から見た前記磁気センサの拡大断面図と前記磁気センサに対向する磁石の部分拡大側面図、
【図４】図２の変形例を示す磁気センサの拡大平面図、
【図５】図２の変形例を示す磁気センサの拡大平面図、
【図６】図３の変形例を示す磁気センサの拡大断面図、
【図７】磁気センサの回路図、
【図８】磁気抵抗効果素子のＨ／／Ｐｉｎ方向のＲ−Ｈ曲線を示すグラフ、
【図９】軟磁性体を設けた場合と、前記軟磁性体を設けない場合での、磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄに作用する外部磁界Ｈの大きさを示すグラフ、
【符号の説明】
【００７３】
１  磁気エンコーダ
２  磁石
３  磁気センサ
４  基板
５ａ〜５ｈ  磁気抵抗効果素子
６、７、８１６、１７、１８、１９、２０  軟磁性体
１０  反強磁性層
１１  固定磁性層
１２  非磁性材料層
１３  フリー磁性層
１４  保護層
１５  積層体
２０、２１、２４、２５  出力取り出し部
２２、２６  入力端子
２３、２７  アース端子
２８、３０  差動増幅器
２９、３１  出力端子
３２  Ｒ−Ｈカーブ
３３  ループ部
【図１】
2008072610.tif 000003
【図２】
2008072610.tif 000004
【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】
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【図８】
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【図９】
2008072610.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月12日(2009.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用した磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）は、特許文献１に記載されるハードディスク装置に内蔵される磁気ヘッドとしての需要がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
また磁気センサでは外部磁界（センシング磁界）がゼロのときでも、フリー磁性層をある所定方向に磁化して一定の抵抗値に定めるべく上記のようにフリー磁性層に対してバイアス磁界Ｈｉｎを印加していた。
【特許文献１】特開２００２−２３２０３７号公報
【国際調査報告】
2008072610.tif 000012
2008072610.tif 000013