(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に沿って位置を測定するための磁場センサを含む位置測定システムに用いられる磁気エンコーダー素子であって、
第１の方向に沿った位置に応じて大きさが変わる残留磁化ベクトルによって形成される磁気パターンを第１の方向に沿って提供する材料を含む第１のトラックと、
前記第１の方向に沿って磁気パターンを提供する材料を含む第２のトラックと、を含み、
前記第２のトラックの磁気パターンが、前記第１の方向に沿った位置に依存する大きさを有する残留磁化ベクトルによって形成され、
前記第１のトラックの残留磁化ベクトルおよび前記第２のトラックの残留磁化ベクトルが本質的に逆平行の向きであり、前記第１の方向に沿った向きが変化せず、
前記第１のトラックおよび前記第２のトラックが互いに並んで配置され、前記第１のトラックおよび前記第２のトラックの磁気パターンが前記第１の方向で互いに相対的にシフトする、磁気エンコーダー素子。
【請求項２】
前記第１のトラックの磁気パターンが、前記第１の方向に沿って複数の連続した第１および第２のセグメントを含み、
前記第１のトラックの残留磁化ベクトルの絶対値が、前記第１のセグメント内では本質的に磁化閾値未満であり、前記第２のセグメント内では当該磁化閾値を上回り、
前記第２のトラックの磁気パターンが、前記第１の方向に沿って複数の連続した第１および第２のセグメントを含み、
前記第２のトラックの残留磁化ベクトルの絶対値が、前記第１のセグメント内で本質的に磁化閾値未満であり、前記第２のトラックの第２のセグメント内で当該磁化閾値を上回る、請求項１に記載の磁気エンコーダー素子。
【請求項３】
前記第１および前記第２のトラックの磁気パターン間の相対的なシフトが、前記第１のトラックの第１のセグメントが、前記第２のトラックの第２のセグメントと向かい合って存在するようなものである、請求項１に記載の磁気エンコーダー素子。
【請求項４】
前記第１のトラックおよび前記第２のトラックの磁気パターン間の相対的なシフトが本質的に、前記第１および第２のセグメントの前記第１の方向の幅と同じである、請求項１に記載の磁気エンコーダー素子。
【請求項５】
前記第１および第２のセグメントが、前記第１の方向と、前記第１の方向に垂直な第２の方向とによって規定される面に配置され、
前記残留磁化ベクトルが当該面に垂直な第３の方向を指す、請求項２に記載の磁気エンコーダー素子。
【請求項６】
前記磁気エンコーダー素子が、前記磁気パターンを提供する前記材料を含む２つのトラックだけを有する、請求項１に記載の磁気エンコーダー素子。
【請求項７】
前記第１のトラックの磁気パターンの第１のセグメントが部分的に前記第２のトラックの磁気パターンの第２のセグメントに延在し、
前記第１のトラックおよび前記第２のトラックの磁気パターンのオーバーラップが、前記第１の方向に垂直な方向の、トラックの幅の半分未満である、請求項２に記載の磁気エンコーダー素子。
【請求項８】
前記第１のトラックおよび前記第２のトラックが一定の距離をあけて並んで配置され、前記トラック間の距離が、前記第１の方向に垂直な方向の、トラックの幅未満である、請求項２に記載の磁気エンコーダー素子。
【請求項９】
磁場センサを含む位置測定システムに用いられる磁気エンコーダー素子であって、
第１の方向に沿った位置に応じて大きさおよび向きが変わる第１の残留磁化ベクトルによって形成される、第１の方向に沿って磁気パターンを提供する材料を含む第１のトラックを備え、
前記磁気パターンが、前記第１の方向に垂直で前記第１の方向に沿った向きが変わらない第２の方向を本質的に指す第２の残留磁化ベクトルと重畳する、エンコーダー素子。
【請求項１０】
前記第１のトラックの磁気パターンが、前記第１の方向に沿った第１および第２のセグメントを含み、
前記第１の残留磁化ベクトルの向きが前記第１および第２のセグメントで逆平行である、請求項９に記載の磁気エンコーダー素子。
【請求項１１】
前記第２の残留磁化ベクトルが、前記第１の方向に沿って本質的に一定の大きさと向きを有する、請求項９に記載の磁気エンコーダー素子。
【請求項１２】
第１の方向に沿って移動する磁気エンコーダー素子の非接触での位置および／または速度測定用のセンサ配置であって、
前記第１の方向に沿った位置に応じて大きさが変動する残留磁化ベクトルによって形成される、前記第１の方向に沿って磁気パターンを提供する材料を含む第１のトラックを有する磁気エンコーダー素子と、
あらかじめ規定された間隙をあけて磁気エンコーダー素子に隣接して配置された磁場センサと、を含み、前記センサは、前記エンコーダー素子の磁気パターンに起因する前記第１の方向における磁場成分に対する感度のある薄い磁気層を有し、
前記残留磁化ベクトルの勾配が、磁気層において、第１の方向に垂直な第２の方向で得られる磁場成分の符号が第１の方向に沿って変化しないようなものである、センサ配置。
【請求項１３】
前記第１のトラックの磁気パターンを形成する残留磁化ベクトルが、本質的に一方向を指し、前記第１の方向に沿って向きが変わらない、請求項１２に記載のセンサ配置。
【請求項１４】
前記エンコーダー素子が、前記第１の方向に沿って磁気パターンを提供する材料を含む第２のトラックを含み、前記第２のトラックの磁気パターンが、前記第１の方向に沿った位置に応じて大きさの変わる残留磁化ベクトルによって形成され、
前記第１のトラックの残留磁化ベクトルおよび前記第２のトラックの残留磁化ベクトルが本質的に逆平行の向きであり、前記第１の方向に沿って向きが変化せず、
前記第１のトラックおよび前記第２のトラックが互いに並んで配置され、前記第１のトラックおよび前記第２のトラックの磁気パターンが前記第１の方向で互いに相対的にシフトする、請求項１２に記載のセンサ配置。
【請求項１５】
前記第１のトラックの磁気パターンが、前記第１の方向に沿った位置に応じて大きさおよび向きが変わる第１の残留磁化ベクトルによって形成され、
前記第１のトラックの磁気パターンが、前記第１の方向に対して垂直で、薄い磁気層の容易軸に平行な第２の方向を本質的に指し、前記第１の方向に沿った向きが変わらない第２の残留磁化ベクトルと重畳される、請求項１２に記載のセンサ配置。
【請求項１６】
前記第１のトラックの磁気パターンが、前記第１の方向に沿った位置に応じて大きさおよび向きが変わる第１の残留磁化ベクトルによって形成され、
前記エンコーダー素子が、前記第１のトラックと並んで配置され、前記第１の方向に沿って磁気パターンを提供する材料を含む第２のトラックをさらに含み、前記パターンは、
前記第１のトラックの残留磁化ベクトルと同一方向を向いているが前記第１の方向に沿った向きは変わらない残留磁化ベクトルによって形成される、請求項１２に記載のセンサ配置。
【請求項１７】
前記エンコーダー素子が、前記第１のトラックが第２および第３のトラックによって囲まれるように前記第１のトラックと並んで配置された第３のトラックをさらに含み、前記第３のトラックが、前記第１の方向に沿って磁気パターンを提供する材料を含み、前記パターンは、前記第２のトラックの残留磁化ベクトルに対して逆平行向きであるが前記第１の方向に沿った向きは変わらない残留磁化ベクトルによって形成される、請求項１４に記載のセンサ配置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場センサを含む位置測定システムに用いられる磁気エンコーダー素子に関し、特に、角度位置または回転速度を測定するためのシステムに用いられる磁気エンコーダーホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸の角度位置、速度または加速度を検出するために、軸とその付近の磁場センサに磁気エンコーダーホイールを取り付けることが周知である。磁気エンコーダーホイールでは、交互に磁化される複数（通常６０）の永久磁石が円周に沿って並んで配置され、これによって交互に磁化される磁気パターンが生成される。センサは、エンコーダーホイールの回転時に磁場の変化を検出することで、軸の移動を検出する。
【０００３】
一般的なセンサには、ホール効果センサと磁気抵抗センサがある。近年、ＸＭＲ−センサが用いられている。ＸＭＲとは、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗）、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）、ＣＭＲ（超巨大磁気抵抗）などのいずれかを示す表現である。
【０００４】
これらのＸＭＲセンサに共通する特徴として、磁化を自由に反転できる薄い強磁性層を有することがあげられる。磁化の方向は外部磁場やさまざまな異方性項に左右される。ある異方性項は、センサの幾何学的形状によって決まる。たとえば、ＧＭＲセンサでは、薄層構造の形状異方性によって磁化が強磁性層の面のほうに向く。さらに、ＧＭＲが細長い矩形細片の形をしている場合、形状異方性によって「容易軸」と呼ばれる細片の長辺方向に磁化が引っ張られる。ＧＭＲ層の面内でＧＭＲ細片の長辺に垂直な成分を持つ外部磁場（以下、「面内場」と呼ぶ）を印加すると、結果として磁化が容易軸から外れて回転する。このように、センサは容易軸に垂直な磁気面内場成分に対する感度が高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
容易軸に平行な面内場成分は、磁化値が正から負またはその逆に変動するときに、有害作用を引き起こすことがある。この場合、磁化ベクトルがフリップすなわち、容易軸への磁化ベクトルの投影がその向きを変化させる。このような磁化のフリッピング（関連の磁場成分における対応するゼロ交差よりも若干遅れて発生）は、磁気抵抗センサに肉眼で確認できる抵抗値の断続状態（突然の変化など）を生じ、位置測定に悪影響がおよぶ。
【０００６】
この有害作用は、現行のエンコーダーホイールを用いた測定システムで起こり得る。よって、センサの磁化のフリッピングを防止するよう設計された、エンコーダーホイールの改良版には汎用的な需要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の方向に沿って位置を測定するための磁場センサを含む位置測定システムに用いられる磁気エンコーダー素子が、本発明の一例として開示される。本発明の他の例は、第１の方向に沿って移動する磁気エンコーダー素子の非接触での位置におけるセンサ配置および／または速度測定に関するものである。
【０００８】
よって、位置測定システムに用いられる磁気エンコーダー素子は、第１の方向に沿って位置を測定するための磁場センサを含む。エンコーダー素子は、第１の方向に沿って磁気パターンを提供する材料を含む少なくとも１つの第１のトラックを含み、この磁気パターンは、第１の方向に沿った位置に応じて大きさが変動する残留磁化ベクトルによって形成される。残留磁化ベクトルの勾配は、第１のトラック上かつ、面上のあらかじめ規定された距離でコリダーにて得られる磁場が、第１の方向に沿って符号が変化しない第１の方向に垂直な場成分を含むようなものである。
【０００９】
以下の図面および説明を参照することで、本発明を一層よく理解できよう。図中の構成要素はかならずしも縮尺比に沿ったものではなく、本発明の原理を例示するにあたって強調した部分もある。さらに、図中、同様の参照符号は対応する部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】角度位置測定用の磁気エンコーダーホイールおよび磁気抵抗（ＭＲ）センサを含む一般的な測定セットアップを示す。
【図２】ａおよびｂは、ＭＲ層の感度軸（ｘ軸）に垂直な横方向での交互の磁場による薄いＭＲ層での磁化フリップ（逆転）の望ましくない作用を示す。
【図３】関連の磁場成分のゼロ交差によるＭＲセンサ抵抗値の突然の変化による影響を示す。
【図４】ＭＲセンサの異なる横方向のオフセット位置についての動きの方向に沿った位置に応じた磁場の波形を図によって示す。
【図５】ａ〜ｅは、それぞれ本発明の一例によるエンコーダー素子の磁気パターンを示す。
【図６】ａ〜ｃは、それぞれエンコーダー素子デザインの一例を示す。
【図７】ａ〜ｃは、それぞれ本発明の一例によるエンコーダー素子の磁気パターンを示す。
【図８】ａ〜ｃは、それぞれ本発明の他の例によるエンコーダー素子の磁気を示す。
【図９】ａ〜ｄは、それぞれ図８の例を強化したものを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、磁気抵抗磁場センサと、本例では磁気エンコーダーホイールである磁気エンコーダー素子１０を用いて、角度位置、速度または加速度を測定するための一般的な測定セットアップを示す。しかしながら、線形位置、速度または加速度を測定する目的で、同様のセットアップを使用することも可能である。このような場合、磁気エンコーダーバーなどの線形のエンコーダー素子を使用する。ＭＲセンサ素子２０は通常、エンコーダー素子２０との間に空隙δをあけて、そこからあらかじめ規定された距離で配置されている。真の空隙はエンコーダー素子１０の表面とセンサチップ内の感受性層との間の距離である点に注意されたい。図１に示す距離は、真の空隙を単に近似しただけにすぎない「見かけ上の」空隙である。
【００１２】
磁気エンコーダーホイール１０は、磁気パターンを生み出す磁化材料を含むトラックを含む。磁気パターンは通常、二成分である。すなわち、交互方向に磁化される隣接したセグメントを含み、残留磁化ベクトルは、エンコーダー素子（ｘ方向）の移動方向に垂直な方向（ｚ方向）またはこれの逆平行方向でセンサのほうを向くことになる。よって、交互の磁気パターンが得られる。
【００１３】
交互の磁化セグメントは通常、プラスチックボンド永久磁石で実現される。これによって、磁気的に硬質の材料（残留磁化が１２０ｋＡ／ｍまたは残留磁気が１５０ｍＴのフェライト粉末）を含むプラスチック細片を、交互かつ対向する方向でセグメント的に磁化し、図１においてエンコーダー素子１０として示されるような構造を得る。磁化プラスチック細片を、角度位置または速度が測定対象となる軸（図示せず）に装着されたスチールホイールに取り付けてもよい。
【００１４】
以下の説明を簡単にするために、デカルト座標系を定義する。この定義は、どちらかといえば任意に選択されるものであるが、図１および図２に示す素子の相対位置ならびに、得られる磁化および磁場の方向を規定する助けになる旨を念頭におかれたい。
【００１５】
上述したように、動きの方向はｘ方向とする。すなわち、エンコーダー素子は、エンコーダーホイールの場合は円周方向であるｘ方向に移動する。エンコーダーホイール１０のそれぞれのセグメントに存在する磁化ベクトルは、ｚ方向に対して平行または逆平行すなわち、プラスチックボンド永久磁石が存在する面に垂直な方向を指す。ｚ方向は、エンコーダーホイールに関する場合、半径方向である。最後に、ｘ方向およびｚ方向と垂直な横方向がｙ方向であり、エンコーダーホイールの場合、軸方向である。
【００１６】
永久磁石の残留磁化Ｍ＝｛０、０、ＭＺ｝がｚ方向だけであると仮定すると、エンコーダー素子１０の表面上の位置ｚ＝δ（空隙）で三次元の磁場Ｈ＝｛ＨＸ、ＨＹ、ＨＺ｝を観察でき、エンコーダー素子１０の対称面（ｘ−ｚ面）では、磁場のｙ成分であるＨＹが理想的にゼロであるのに対し、ｘ成分であるＨＸは、エンコーダーホイール１０がｘ方向に動く際にほぼ正弦的に変化する（図４の図を参照のこと）。ＭＲセンサは、エンコーダーホイール１０のｚ方向の残留磁化に起因する磁場の正弦のｘ成分ＨＸを測定できるよう、感度方向がｘ方向にくるように位置決めされる。しかしながら、これは一例としてみなされるべきものであり、エンコーダーホイールの残留磁化が適切な向きになるのであれば、センサ２０をエンコーダーホイール１０に対して他の位置においてもよい。
【００１７】
図２は、ＭＲセンサの感度部分を例示として示す。多くのタイプのＭＲセンサが周知である（ＧＭＲ：巨大磁気抵抗値、ＡＭＲ：異方性磁気抵抗値、ＴＭＲ：トンネル磁気抵抗値、ＣＭＲ：超巨大磁気抵抗値、ＸＭＲ：ＧＭＲ、ＡＭＲ、ＴＭＲ、ＣＭＲの総称など）が、後述する問題はすべてのタイプのＭＲセンサ（すなわち、ＸＭＲセンサ）に共通する。
【００１８】
ＸＭＲセンサは、磁化ベクトルを自由に回転可能な複数の（ＧＭＲセンサの場合はアスペクト比の高い矩形など）強磁性薄層（「細片」）を含む薄膜センサである。磁化が揃う方向は、外部磁場やさまざまな異方性項に左右される。ある異方性項は、センサの幾何学的形状によって決まる。たとえば、ＧＭＲセンサでは、薄層構造の形状異方性によって磁化が強磁性層の面のほうに向く。さらに、ＸＭＲ層が細長い矩形細片（ＧＭＲセンサの場合等）などの形をしている場合、形状異方性によって「容易軸」と呼ばれる細片の長辺方向に磁化が引っ張られる。ＸＭＲの面内でＧＭＲ細片の長辺に垂直な成分を持つ外部磁場（以下、「面内場」と呼ぶ）を印加すると、結果として磁化が容易軸から外れて回転し、これによって細片のオーム抵抗値が変化する。このように、センサは、容易軸（ｙ方向にある）に垂直な磁気面内場成分（場成分ＨＸ）に対する感度が高い。この作用を図２ａに示す。
【００１９】
容易軸に平行な面内場成分（場成分ＨＹ）は、磁化値が正から負またはその逆に変動するときに、有害作用を引き起こすことがある。この場合、磁化ベクトルがフリップすなわち、容易軸への磁化ベクトルの投影がその向きを変化させる。このような磁化のフリップは、磁気抵抗センサ２０に肉眼で確認できる抵抗値Ｒセンサの断続状態（突然の変化など）を生じ、位置測定に悪影響がおよぶ。磁化のフリップについては図２ｂに示す。磁場ＨＹのゼロ交差によるセンサ抵抗値Ｒセンサの断続状態を図３に示す。望ましくない磁化フリップが生じるには、磁化ベクトルのｙ成分が正から負の値（またはその逆）に変化することで十分である旨に注意されたい。センサ抵抗値の望ましくない断続状態を観察するのに磁化ベクトルの完全な逆転は必要ない。さらに、エンコーダーがｘ方向に動くことによって回転する面内磁場ベクトルＨ＝｛ＨＸ、ＨＹ｝が生じ、結果としてＭＲセンサの薄い磁気層で磁化の連続的なフリッピングが発生する。このとき、場成分ＨＸとＨＹは、直交位相である。
【００２０】
上述したように、エンコーダー素子１０の対称面（ｘ−ｚ面）にＭＲセンサが配置される理想的な対称測定セットアップでは、エンコーダー素子１０の永久磁石によって生成される外部磁場のｙ成分が、図４の図に示されるようにゼロにならなければならない。しかしながら、センサ素子が位置ｙ≠０で対称面から外れて存在する場合（これは組立公差によって生じやすい）、横方向の磁場成分ＨＹも交互に正弦的に変化する（図４参照）。磁場成分ＨＹのゼロ交差が生じるときに、磁化フリップも起こりやすい（図２ｂ参照）。この問題は、実用化されているほとんどのエンコーダー素子に存在するいわゆるインデックスゾーン（図５〜図９、インデックスゾーン１４も参照のこと）によってさらに厳しくなる。インデックスゾーン内では、ゼロ基準を得るためにエンコーダー素子１０の残りの部分よりも磁化セグメントが広くなる。横方向の磁場成分ＨＹの振幅は、ゼロ交差をさらに起こりやすくするこのインデックスゾーンでさらに大きくなる。エンコーダー素子１０のインデックスゾーンがＭＲセンサを通る際に磁化フリップが生じると、ゼロ基準が不適切に検出されてその後の測定を乱すことがある。図４は、インデックスゾーンがＭＲセンサからどのように「見える」かを示している。中央のピークがインデックスゾーンを示す。図４の図では磁場強度Ｈではなく磁束密度Ｂを用いている点に注意されたい。しかしながら、Ｂ＝μ０Ｈ（μ０は真空透磁率）であるため、これは図における縦軸の拡大縮小につながるだけである。
【００２１】
望ましくない磁化フリップを回避するために、エンコーダー素子１０を、動きの方向（ｘ方向）に対して垂直な横方向（ｙ方向）の磁場ＨＹが常に正または常に負であり、符号が変わらないように設計しておかなければならない。すなわち、移動時にエンコーダー素子１０によって得られる残留磁化の勾配は、フィールドセンサの感度部分で得られる磁場が、第１の方向に沿って符号が変わらない、動きの方向に対して垂直な場成分を含むようなものである。
【００２２】
上述した問題を解決するために、伝統的な磁気北南パターン（図１参照）を本発明の一例による図５に示すように改変してもよい。図５ａ（ならびにそれ以降の図）では、１つのトラックを有する磁気エンコーダー素子が平面図で（すなわち、ｚ方向に対して見たものとして）示されている。ｘ軸上の位置がエンコーダー素子の変位を表す（ミリリットル単位または度単位のいずれかで測定）。図５ｂは、動きの方向（ｘ方向）に沿った磁気パターンの磁化を表す残留磁化ベクトルＭ＝｛０、０、ＭＺ（ｘ）｝の一例を示す。この例では、磁化ＭＺ（ｘ）はｚ方向だけに向いており、位置の関数である。簡単にまとめると、図５のエンコーダー素子は、第１の方向に沿って磁気パターンを提供する材料を含む第１のトラック１５を含む。このように、材料の残留磁化ベクトルによって磁気パターンが形成されるため、残留磁化ベクトルは、第１の方向（すなわち、動きの方向、ｘ方向）に沿った位置に応じて大きさが異なり、基本的に一方向（ｚ方向など）を指しており、第１の方向での向きが変化しない。本質的に、これは、センサが、第１のトラック１５の磁気パターンの北極だけまたは南極だけを「見ている」ことを意味し、ＭＲセンサ出力シグナルを調節するための残留磁化ＭＺの強度はｘ方向に沿って変化する。
【００２３】
エンコーダー素子を動かす場合は、センサ出力を大幅に変更し、第１のトラック１５の磁気パターンが、複数の連続した第１および第２のセグメント１１、１２を第１の方向に沿って含むものであってもよく、残留磁化ＭＺは、第１のセグメント１１において、低い（図５ｂでは磁化ＭＬＯＷで示す）か、本質的にゼロで、第２のセグメント１２において大きな値（正または負）を持つ（図５ｂでは磁化ＭＭＡＸで示す）。第１および第２のセグメントは互いに隣接し、第１のセグメントが第２のセグメントに続くといった具合である。インデックスゾーン１４においてのみ、２つ以上（図５の例では３つ）の第１のセグメントが同数の第２のセグメントに追随して、ゼロ基準が得られる。定義では、インデックスゾーンの真ん中でｘ座標がゼロである。第１および第２のセグメントの長さＬは等しくてもよい。エンコーダーホイールの場合、１つのセグメントが一般に円周の３°（π／６０ｒａｄ）分をカバーする。本例では、残留磁化ベクトルの向きがｚ方向に対して平行すなわち、第１のトラック１５ならびに、第１および第２のセグメント１１、１２が存在する面に垂直でなければならない。このように磁化方向を選択する理由については、本明細書にて後ほど説明する。
【００２４】
さらに一般的に、第１および第２のセグメント１１、１２は、残留磁化の閾値レベルＭＴＨを規定することで区別できる。よって、第１のセグメント１１では、残留磁化は閾値ＭＴＨ未満（すなわち、ＭＺ＜ＭＴＨ）であり、第２のセグメント１２では、残留磁化が閾値ＭＴＨを超える（すなわち、ＭＺ＞ＭＴＨ）。この状況を図５ｃに示す。一例をあげると、閾値をμ０ＭＴＨ＝５０ｍＴ（ミリテスラ）に設定できる。図５ｂの例において、磁化（真空透磁率μ０で縮尺）は第１のセグメント１１で約１０ｍＴ、第２のセグメントでは最大μ０ＭＭＡＸ≒１５０ｍＴである。基本的な尺度は、第１および第２のセグメント１１、１２の残留磁化レベルの差であり、磁化の差が大きくなればなるほど、センサ出力のダイナミクスも大きくなる。しかしながら、さらに均質な磁場を達成するために、第１のセグメントの磁化を第２のセグメントの磁化の約１０〜３０パーセント（ゼロに代えて）に設定することは有益であるかもしれない。図５ｂに関して、この関係はＭＬＯＷ≒（０．１．．．０．３）・ＭＭＡＸで表現できる。セグメントは、第１および第２のセグメントを高残留磁化レベルまで磁化した後、第１のセグメントを選択的に脱磁化して製造しても良い。これを厳密にゼロまで脱磁化するのは困難であるので、目標値をゼロよりわずかに大きくなるよう選択すると有用であるだろう（上述したような最大磁化の１０パーセントなど）。その結果、生成公差が不可避でありながら、あらゆる状況で磁化の符号の変化（すなわち、向き）が回避される。上記は本発明のあらゆる例に適用され、ＭＬＯＷは第１のセグメントでは必ずしもゼロでなくてもよいが、センサ出力に十分なダイナミクスを生む低い値（第２のセグメントの磁化値と比較して）に設定できることは注意されたい。
【００２５】
図５ｄおよび図５ｅは、図５ａの磁気パターンのわずかな改変を示す。図５では、第１および第２のセグメント１１、１２は、平面図で示すと本質的に矩形の形状を有する。図５ｄおよび図５ｅに示すように、第１および第２のセグメント１１、１２は、菱形または台形の形状も取り得る。しかしながら、実際の形状は依然として磁気セグメントを製造する工具に応じて可変である。第１および第２のセグメントの寸法は、動きの方向（ｘ方向）と横方向（ｙ方向）の（幅Ｗ）に同一の寸法（長さＬ）である必要はない。上述した改変は、以後の図を参照して後述する例にも適用される。
【００２６】
動きの方向および第１のトラック１５によって規定される面（ｘ−ｙ面）に垂直な方向に沿って延在する対称面（ｘ−ｚ面）から小さなオフセットで、特に感度の高いＭＲセンサ素子（ＧＭＲ細片など）を位置決めする場合、図５に示すような磁気パターンのエンコーダー素子、特にエンコーダーホイールを用いて、センサのＭＲ層の磁化フリップを防止してもよい。実際のオフセット値は、全体の測定システムの実際の寸法に応じて、０．１ｍｍから数ミリメートル（３ｍｍなど）まで変動する。ＭＲセンサ２０の位置は、センサチップ内の感度の高い磁気抵抗層の質量中心の位置と規定される点に注意されたい。
【００２７】
図６は、エンコーダー素子デザインの別の例を示している。よって、図５に示される第１のトラック１５に加えて、本例は、第１の方向に沿って磁気パターンの得られる材料を有する第２のトラック１６を含む。第２のトラック１６のこの磁気パターンは、第１の方向に沿った位置に応じて大きさが変動する残留磁化ベクトルによっても形成される。しかしながら、第１のトラックの残留磁化ベクトルおよび第２のトラックの残留磁化ベクトルは、本質的に逆平行の向きであり、第１の方向に沿った向きは変わらない。さらに、第１および第２のトラックの磁気パターンを、第１の方向に対して互いに相対的にシフトさせる。このシフトは、小さすぎないことが必要である。たとえば、１つのセグメントの長さＬと等しい。しかしながら、この理想的な値からの偏差も許容可能であり、シフトはＬ／２〜３Ｌ／２の範囲であり得る。相対的なシフトが小さすぎると（または大きすぎると）、低（またはゼロ）磁化の第１のトラックの第１のセグメント１１と、第２のトラックの第１のセグメント１１が、ほぼ並んで存在することで、ＭＲセンサ層での横方向の磁場ＨＹが小さくなる。これは、回避すべき状況である。
【００２８】
図６ａに示すように、互いに沿って２つのトラックを配置し、互いに直接的に隣接させてもよい。このため、２つのトラック１５および１６の磁気パターンを、両方のトラックのある単一のプラスチック細片にて、プラスチックボンド磁石として実現する。図６ａに示されるこの状況は隠喩的に「ジップパターン」とも呼ばれる。
【００２９】
図５を参照してすでに議論したように、第２のトラック１６の磁気パターンも、第１および第２のセグメント１１、１２を第１の方向に沿って含み得るものであり、残留磁化ＭＺは第１のセグメント１１で低いまたは本質的にゼロであり、第２のセグメント１２において大きな値を持つようにしても良い（しかしながら第１のトラック１５とは逆向きである）。さらに、第２のトラック１６は、第１のトラック１５と極めて似せて設計されているため、図５を参照した上記の説明が可能な限り本例に適用可能である。
【００３０】
図６ｂに示すように、２つのトラック１５および１６は必ずしも互いに隣接していなくてもよく、小さなオフセットｄｙの分だけ互いに離れていても良い。しかしながら、トラックはエンコーダー素子上で互いに平行である。最大の許容可能なオフセットｄｙは通常、さまざまなパラメータに依存しており、特に全測定システムでの寸法に依存している。特に、オフセットｄｙは、トラック１５、１６の幅Ｗよりも小さくすべきである。図６ｃは、第１のトラックの第１のセグメント１１に向かって延在する第２のトラック１６の第２のセグメント１２の南（Ｓ−）磁化された部分およびその逆の事例を示している。セグメントの幅Ｗの一部である部分的なオーバーラップｄｙは、オーバーラップｄｙが幅Ｗよりも小さいのであれば、問題ではない。たとえば、オーバーラップｄｙは、セグメントの幅Ｗの半分よりも小さく維持しておくべきものである。
【００３１】
図６に示す磁気エンコーダー素子を使用して、ＭＲセンサの感度部分が−Ｗ１５／２＜ｙ＜Ｗ１６／２の範囲（トラック１５が幅Ｗ１５を有し、トラック１６が幅Ｗ１６有し、起点ｙ＝０がトラック間の真ん中にある）内にくるようにする。トラック１５、１６の幅は、必ずしも等しくなくてもよい点に注意されたい。
【００３２】
本発明による磁気エンコーダー素子１０の別の例を図７に示す。図７ａに示すこの例示としてのエンコーダー素子１０は、第１の方向に沿って磁気パターンを提供する材料（ｘ方向）を含む第１のトラック１５’を含む。磁気パターンは、大きさが第１の方向に沿った位置に左右され、上述した前の例と同様に本質的に一方向を指し、特にｚ方向を指す第１の残留磁化ベクトルＭＺ（図７ｂ参照）によって形成される。しかしながら、本例では、第１の残留磁化ベクトルＭＺが正負の磁化成分ＭＺを含んでもよく、図７ｂに示すように、北極セグメント１１が南極セグメント１２’に追随される。
【００３３】
第１の磁化ベクトルＭＺに加えて、磁気パターンは、動きの方向に垂直で動きの方向に沿った向きが変わらない、本質的には第２の方向に向いた第２の残留磁化ベクトルＭＹによって重畳される。図７の例では、第２の残留磁化ベクトルＭＹは、本質的にｘ−ｙ面にある。しかしながら、必ずしもこのようである必要ではない。ＭＲセンサの向きに応じて、第２の残留磁化ベクトルＭＹが（図７ｂに示すように）第１の残留磁化ベクトルＭＺに対して垂直を指してもよい。さらに、たとえば、第２の残留磁化ベクトルＭＹは、図７ｃに示す動きの方向（ｘ方向）に沿って一定であってもよい。換言すると、単極（すなわち方向が変わらない）、特に横方向（ｙ方向）に均一な残留磁化ＭＹは、ｚ方向に交互にＮ−Ｓに磁化した磁化ＭＺを重畳する。
【００３４】
上段で説明したように、異なる向きのセンサを用いる場合、第２の残留磁化ベクトルが、第１の磁化ベクトルと平行になり、直接に第１の磁化ベクトルＭＺと重畳されることもある。この場合、第２の残留磁化ベクトルは、一貫性をとるために、ＭＹというよりはＭＺ’と示すべきである。第１および第２の残留磁化ベクトルの絶対値が等しい場合（第１の残留磁化ベクトルの向きが変わるが第２の残留磁化ベクトルは変わらない）、この重畳（すなわちＭＺ＋ＭＺ’）によって、図５に示す単極の磁気パターンのような同一の結果が得られる。
【００３５】
一般に、第２の残留磁化ベクトルは、エンコーダー素子で用いられるＸＭＲセンサの容易軸の方向に示すべきものである。この一般的な事例において、第２の残留磁化ベクトルは、一貫性を取るために、ＭＹまたはＭＺ’に代えてＭｅ．ａ．（ｅ．ａ．とは「容易軸」のことである）とも表記できる。容易軸は図７の例のｘ−ｙ面にある。しかしながら、容易軸は、ＭＲセンサの向きに応じてどの方向でも指し得る。多くの用途において、容易軸はｙ軸（これは図７ｂの例の場合である）またはｚ軸に等しい。
【００３６】
図７に示すエンコーダー素子１０と併用されるＭＲセンサは、センサ２０の磁気感受性ＭＲ層における磁化フリップの危険がない、第１のトラック１５上の対称面（ｘ−ｚ面）内またはその近くに置くと良い。
【００３７】
本発明の別の例（図８参照）によれば、ｚ方向に交互にＮ−Ｓに磁化した磁化ＭＺの横方向での単極磁化ＭＹとの重畳を、第１のトラック１５’の磁化と平行な単極磁化ＭＺを有する第２のトラック１６’で置き換えることが可能である。よって、エンコーダー素子１０の第１のトラック１５’は、第１の方向に沿って磁気パターンを提供する材料を含む。磁気パターンは、動きの方向（ｘ方向、図８ｂ参照）での位置によって大きさが変動し、本質的に一方向（しかしながら、向きは変わる）、特にｚ方向と平行な方向を指す残留磁化ベクトルＭＺによって形成される。エンコーダー素子１０はさらに、第１のトラックに沿って配置され、第１の方向に沿って磁気パターンを提供する材料を含む第２のトラック１６’を含む。このパターンは、第１のトラックの残留磁化ベクトルと同一方向を向いているが第１の方向に沿った向きは変わらない残留磁化ベクトルによって形成される。特に、第２のトラック１６’の残留磁化ＭＺは、動きの方向（ｘ方向、図８ｃ参照）に沿って均一である。このように、残留Ｎ−磁化のあるセグメントが、図７ａで示されるような櫛状構造を形成する。もちろん、どちらのトラックでも残留磁化の向きを変え、他の何も変えずにすべての磁場成分を反転させることも可能である。
【００３８】
この例は、図５の磁気パターンの磁化を２つの平行トラックにある２つの磁気パターンに分解する例としても見ることができる。第１のトラック１５’および第２のトラック１６’の残留磁化の理論的な重畳によって、図５に示す磁気パターンが得ることができる。結果として、（理論的な）重畳すなわち、第１のトラックの残留磁化ベクトル１５’と第２のトラックの残留磁化ベクトル１６’のベクトル合計が、ｘ方向におけるあらゆる可能な位置ｘについて、その向きが逆に戻らないはずであるという結論を得られる。すなわち、合計のｚ成分は常に正であるか常に負であるかのいずれかである。
【００３９】
第１のトラックの磁気パターンは、ｘ方向に沿って第１および第２のセグメント１１、１２’を含み、これによって第１の残留磁化ベクトルＭＺの向きが第１および第２のセグメント１１、１２’で逆平行になる。すなわち、ｚ方向の磁化は動きの方向（ｘ方向）に沿って符号が変わる。
【００４０】
図９は、本発明の別の例として、図８のエンコーダー素子１０と同様の別の磁気エンコーダー素子１０を示す。図８の例に加えて、エンコーダーホイールは、第２の１６’および第３のトラック１７によって第１のトラック１５’が囲まれるように、第１のトラック１５’に沿って配置される第３のトラック１７を含むものであってもよい。さらに、第３のトラック１７は、動きの方向（ｘ方向）に沿って磁化パターンを提供する材料を含み、これにより、このパターンは、第２のトラックの残留磁化ベクトルと逆平行の向きであるが第１の方向に沿った向きは変わらない残留磁化ベクトルによって形成される。よって、残留Ｓ磁化のあるセグメントが第２の櫛状構造を形成し、これが図９ａに見られるようなＮ−磁化で構成される櫛状構造と交互配置される。特に、第２のトラック１６’および第３のトラック１７の磁化ＭＺは、動きの方向に沿って均一であってもよいが逆向きすなわち、第２のトラック１６’が均一にＮ磁化されていてもよく、かたや第３のトラック１７はＳ磁化されていてもよく、その間にある第１のトラック１５’はＮとＳに交互に磁化される。
【００４１】
エンコーダーホイール１０の周縁に沿うなど動きの方向に沿って分布した永久磁石の磁化は通常、主にｚ方向（すなわち、エンコーダーホイールの場合は半径方向、磁気パターンを持つ線形エンコーダー素子の主面に垂直な方向）に磁化される。これについてはすべて、磁気パターンが横方向にさらに磁化される図７の例を除いて図５〜図９に示された例を参照して上述してある。エンコーダーホイールまたは線形エンコーダーである磁気エンコーダー素子１０は通常、機械的安定性の目的だけでなくスチールバック（スチールリムまたはスチールプレート）を含む。スチールバックは通常、強磁で磁気的に柔らかく、透磁性が高い。結果として、スチールバックが、対称性の理由から、スチールバックに結合された永久磁石の体積を効果的に二倍にする表面に垂直なスチールバックの表面に、磁束線を通すことになる。したがって、永久磁石の残留磁化は通常、スチールバックの表面に垂直な方向を向くように選択される。実用上、これはプラスチックボンド永久磁石を含むプラスチック細片が、プラスチック細片の主面に垂直に磁化されることを意味する。図７の例では、別の面内磁化が横方向に得られる。
【００４２】
上述した例は、位置測定システムに用いられる磁気エンコーダー素子に関する。本発明の別の例は、第１の方向に沿って移動するエンコーダー素子の非接触での位置および／または速度測定用のセンサ配置を包含するものであり、そこに上述したエンコーダーを使用可能である。このような配置の主なセットアップを図１に示す。
【００４３】
本発明およびその利点について詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲で規定されるような本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、本明細書の内容に対してさまざまな変更、置き換え、改変が可能であることは理解されたい。たとえば、本発明の範囲内にありながら磁化およびその向きを変えられることは、当業者であれば容易に理解できよう。
【００４４】
さらに、本出願の範囲は、明細書に記載のプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることを意図したものではない。当業者であれば本発明の開示から容易に分かるであろうように、現時点で存在するまたは後に開発される、本明細書に記載の対応する実施形態と実質的に同一の機能を果たすまたは実質的に同一の結果を達成するプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。よって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことを意図したものである。
【符号の説明】
【００４５】
１０  磁気エンコーダー素子
１１  第１のセグメント
１２  第２のセグメント
１４  インデックスゾーン
１５  第１のトラック
１６  第２のトラック
１７  第３のトラック
２０  磁気抵抗センサ
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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