(57)【要約】【課題】  位置検出の精度が高くかつその信頼性が高いエンコーダ用磁気センサを提供する。【解決手段】  所定の着磁ピッチで着磁された磁気媒体の表面に摺動面が接触することによって磁界検出を行うエンコーダ用磁気センサであって、積層方向が磁気媒体の着磁ピッチ方向となるように絶縁膜を介して積層された複数のＭＲ素子を備えており、これらＭＲ素子の各々が複数の直線部分を有している。【選択図】  図３
2006029900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の着磁ピッチで着磁された磁気媒体の表面に摺動面が接触することによって磁界検出を行うエンコーダ用磁気センサであって、積層方向が前記磁気媒体の前記着磁ピッチ方向となるように絶縁膜を介して積層された複数の磁気抵抗効果素子を備えており、該複数の磁気抵抗効果素子の各々が複数の直線部分を有していることを特徴とするエンコーダ用磁気センサ。
【請求項２】
前記複数の直線部分が、前記摺動面に平行であることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ用磁気センサ。
【請求項３】
前記複数の直線部分が、第１の直線部分と、該第１の直線部分に比して前記摺動面から遠い位置に設けられた第２の直線部分とを含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンコーダ用磁気センサ。
【請求項４】
前記複数の磁気抵抗効果素子の各々が、Ｕ字状に連結された２つの直線ストリップを有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のエンコーダ用磁気センサ。
【請求項５】
前記複数の磁気抵抗効果素子にそれぞれ電気的に接続されており、前記磁気媒体と対向する面とは異なる面に形成された電極端子をさらに備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のエンコーダ用磁気センサ。
【請求項６】
前記複数の磁気抵抗効果素子が、前記摺動面から０．１〜５．０μｍ後退した位置に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のエンコーダ用磁気センサ。
【請求項７】
前記複数の磁気抵抗効果素子が、前記摺動面から０．１〜２．０μｍ後退した位置に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のエンコーダ用磁気センサ。
【請求項８】
前記複数の磁気抵抗効果素子の各々が、巨大磁気抵抗効果素子又はトンネル磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のエンコーダ用磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の磁気抵抗効果（ＭＲ）素子を備えた磁気エンコーダ用の磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
位置検出、移動検出又は回転検出等に用いられる一般的な磁気エンコーダは、水平磁気記録による着磁パターンを有する磁気媒体と、形成平面がこの磁気媒体の表面と平行となるように形成されたＭＲ素子による磁気センサとを備えており、このＭＲ素子によって、磁界の長手方向成分（水平成分）を検出するように構成されている（例えば、特許文献１及び２）。このように、水平記録磁界の長手方向成分を検出しているのは、この成分は記録媒体からの離隔距離が多少大きくても減少しにくく検出しやすいためである。
【０００３】
さらに、このような一般的な磁気エンコーダでは、移動方向を検出するため又は信号出力を逓倍するために、所定の位相関係を互いに有する複数のＭＲ素子を同一平面上に形成し、信号の取出しを行っている。
【０００４】
しかしながら、エンコーダに要求される分解能が高まるにつれて、ある程度の素子パターン幅を有するＭＲ素子を同一平面上に複数配置することは非常に困難となってきていた。ＭＲ素子のパターン幅を小さくすると、その感度が低下してしまう。
【０００５】
このような不都合を解消するために、小径の磁気ドラムに対応する磁気センサとして、複数のＭＲ膜を絶縁膜を介して基板上に積層すると共に、ＭＲ膜の膜面を磁気ドラムと対向する媒体対向面に対して略垂直となるように配置することが提案されている（例えば、特許文献３）。また、磁気ヘッドへの応用においても、絶縁層を介して複数のＭＲ膜を形成した高性能のデュアルストライプＭＲヘッドが提案されている（例えば、特許文献４）。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−０７９８０６号公報
【特許文献２】特開平１０−１６０５１１号公報
【特許文献３】特開２００２−２０６９５０号公報
【特許文献４】米国特許第５，６８４，６５８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この特許文献３に記載されている磁気センサによれば、積層方向に複数のＭＲ素子が並ぶので、ＭＲ素子のパターン幅を小さくすることなくＭＲ素子間の間隔を狭くすることができる。しかしながら、この磁気センサは、水平記録磁界の垂直成分を検出することとなるため、非常に高感度であることが必須であり、特許文献３に記載されているような非接触式でありかつ通常構造のＭＲ素子では、エンコーダ用磁気センサとして用いた場合、高い位置検出精度を求めることが難しかった。
【０００８】
従って本発明の目的は、位置検出の精度が高くかつその信頼性が高いエンコーダ用磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、所定の着磁ピッチで着磁された磁気媒体の表面に摺動面が接触することによって磁界検出を行うエンコーダ用磁気センサであって、積層方向が磁気媒体の着磁ピッチ方向となるように絶縁膜を介して積層された複数のＭＲ素子を備えており、これらＭＲ素子の各々が複数の直線部分を有しているエンコーダ用磁気センサが提供される。
【００１０】
磁気媒体の表面に摺動面が接触する方式であり、しかも複数のＭＲ素子の各々が複数の直線部分、即ち直線状に走る感磁部分、を有しているため、ＭＲ素子の高感度化及び高出力化を図ることができ、エンコーダ用磁気センサとして高い位置検出精度を得ることができ、信頼性が大幅に向上する。
【００１１】
複数の直線部分が、摺動面に平行であることが好ましい。
【００１２】
複数の直線部分が、第１の直線部分と、この第１の直線部分に比して摺動面から遠い位置に設けられた第２の直線部分とを含んでいることもこのましい。
【００１３】
複数の磁気抵抗効果素子の各々が、Ｕ字状に連結された２つの直線ストリップを有していることも好ましい。
【００１４】
複数のＭＲ素子にそれぞれ電気的に接続されており、磁気媒体と対向する面とは異なる面に形成された電極端子をさらに備えていることが好ましい。電極端子が摺動面と異なる面に形成されているので、磁気センサの大幅な小型化が可能となり、低コスト化が可能となる。
【００１５】
複数のＭＲ素子が、摺動面から０．１〜５．０μｍ後退した位置に形成されていることが好ましく、０．１〜２．０μｍ後退した位置に形成されていることがより好ましい。
【００１６】
複数のＭＲ素子の各々が、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子又はトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子であることも好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＭＲ素子の高感度化及び高出力化を図ることができるため、エンコーダ用磁気センサとして高い位置検出精度を得ることができ、信頼性が大幅に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の一実施形態として、磁気エンコーダの構成を概略的に示す斜視図である。
【００１９】
同図において、１０は所定の着磁ピッチλで磁気記録がなされた磁気媒体、１１はこの磁気媒体１０に摺動面が接触して対向する磁気センサ装置をそれぞれ示している。
【００２０】
本実施形態では、磁気媒体１０は位置及び移動方向を検出すべき対象物（図示なし）の表面に固着されており、非動作時、磁気センサ装置１１はこの磁気媒体１０の表面に接触した状態（磁気テープ、フロッピーディスクの場合と同様の状態）で静止位置に固定されている。従って、磁気媒体１０は磁気センサ装置１１に対して矢印１２方向及び／又はその逆方向に相対的に移動することとなる。
【００２１】
図２は本実施形態における磁気センサ装置の構造を概略的に示す（Ａ）斜視図、及び（Ｂ）分解斜視図である。
【００２２】
同図に示すように、磁気センサ装置１１は、プリント基板２０と、このプリント基板２０の先端中央に固着されたセンサチップ即ち磁気センサ２１と、プリント基板２０を上下から挟み込む上部ハウジング２２及び下部ハウジング２３と、プリント基板２０の先端の磁気センサ２１以外の部分を覆う被覆膜２４とから主として構成されている。
【００２３】
プリント基板２０は、本実施形態では、エポキシ等による基板２０ａ上に、磁気センサ２１の電極端子にそれそれワイヤボンディングされているセンサ接続パッド２０ｂと、外部接続パッド２０ｃと、接続パッド２０ｂ及び２０ｃ間をそれぞれ電気的に接続している接続導体２０ｄとを設けることによって構成されている。
【００２４】
上部及び下部ハウジング２２及び２３は、本実施形態では、金属又はセラミック材料によって構成されている。
【００２５】
被覆膜２４は、本実施形態では、樹脂をモールドすることによって形成されている。
【００２６】
図３は本実施形態における磁気センサ２１の構造を概略的に示す（Ａ）斜視図、及び（Ｂ）分解斜視図であり、図４はその等価回路図であり、図５はその各層上のＭＲ素子及び配線パターン等を示す平面図である。
【００２７】
図３及び図５から明らかのように、本実施形態における磁気センサ２１は、センサ基板であるスライダ３０の摺動面３０ａに対して垂直な端面上に積層された第１の絶縁層３１と、その上にパターニングされた２つのＭＲ素子ＭＲ１１及びＭＲ１２並びにこれらＭＲ素子に電気的に接続されたリード導体ＬＣ３１と、その上に積層された第２の絶縁層３２と、その上にパターニングされた２つのＭＲ素子ＭＲ２１及びＭＲ２２並びにこれらＭＲ素子に電気的に接続されたリード導体ＬＣ３２と、その上に積層された第３の絶縁層３３と、その上にパターニングされた２つのＭＲ素子ＭＲ３１及びＭＲ３２並びにこれらＭＲ素子に電気的に接続されたリード導体ＬＣ３３と、その上に積層された第４の絶縁層３４と、その上にパターニングされた２つのＭＲ素子ＭＲ４１及びＭＲ４２並びにこれらＭＲ素子に電気的に接続されたリード導体ＬＣ３４と、その上に積層された第５の絶縁層３５と、その上にパターニングされた電極端子である信号取出し端子Ｔ１〜Ｔ４、Ｖｃｃ端子ＴＶＣＣ及びグランド端子ＴＧＮＤと、第２〜第５絶縁層３２〜３５内を貫通しておりリード導体ＬＣ３１〜ＬＣ３５と信号取出し端子Ｔ１〜Ｔ４、Ｖｃｃ端子ＴＶＣＣ及びグランド端子ＴＧＮＤとを電気的に接続するビアホール導体ＶＣ３２〜ＶＣ３５とを備えている。
【００２８】
スライダ３０は例えばアルティック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）から形成されており、各絶縁層３１〜３５は例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁非磁性体材料から形成されている。信号取出し端子Ｔ１〜Ｔ４、Ｖｃｃ端子ＴＶＣＣ、グランド端子ＴＧＮＤ、リード導体ＬＣ３１〜ＬＣ３５、及びビアホール導体ＶＣ３２〜ＶＣ３５は、例えば銅（Ｃｕ）等の導電体材料から形成されている。各ＭＲ素子ＭＲ１１〜ＭＲ４２は、多層構造のＧＭＲ素子又はＴＭＲ素子から形成されている。
【００２９】
ＭＲ素子ＭＲ１１〜ＭＲ４２は、間に第２〜第４の絶縁層３２〜３４を介して４層に積層されており、その積層方向が磁気センサ装置１１の磁気媒体１０（図１）に対する相対的な移動方向、即ち磁気媒体１０のピッチ方向と同じ方向に設定されている。これにより、ＭＲ素子ＭＲ１１〜ＭＲ４２は磁気媒体１０に記録されている水平方向磁界の垂直成分を４相で検出する。特に、本実施形態では、磁気媒体１０の着磁ピッチλに対して、各層のＭＲ素子の積層ピッチがλ／４となるように設定されている。
【００３０】
図６は着磁ピッチの大きさとＭＲ素子の出力信号との関係を説明する図である。
【００３１】
記録磁界の垂直成分はＮ／Ｓの反転位置で最も大きくなるため、同図（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、着磁ピッチが大きいと、その記録磁界の垂直成分を検出したＭＲ出力信号は正弦波とはほど遠い形状を有しており、ピーク部が潰れている。これに対して、同図（Ｄ）に示すように、着磁ピッチが小さくなると、ＭＲ出力信号はピーク部が潰れていないほぼ完全な正弦波形状となる。その結果、このＭＲ出力信号をゼロクロス検出して位置検出する場合にマージンが非常に広くなるから、高い位置検出精度を得ることができ、信頼性が大幅に向上する。しかも、そのために付加的な信号処理を行う必要がない。
【００３２】
各層においては、摺動面３０ａの近傍にこれに沿って２つのＭＲ素子が形成されており、各ＭＲ素子は、摺動面３０ａに沿ってこれと平行に伸長する第１の直線部分と、この第１の直線部分に比して摺動面３０ａから遠い位置に設けられた第２の直線部分とを有している。第１の直線部分と第２の直線部分とは、Ｕ字状に折り返しされた直線ストリップとなっている。このように折り返しされているのは、ＭＲ素子を高出力化及び高感度化するためにその長さを充分にしたいが（全長が５０〜２００μｍ程度）、折り返しせずに摺動面３０ａに沿って長く伸長させると、アジマス角の影響が出てしまうのでこれを避けるためである。折り返し回数は、１回に限定されるものではなく、３つ以上の直線ストリップで構成されていても良い。
【００３３】
さらに、各ＭＲ素子は、摺動面３０ａに露出はしておらず、この摺動面３０ａから０．１〜５．０μｍ、望ましくは０．１〜２．０μｍだけ後退した位置に形成されており、その摺動面３０ａ側には各絶縁層からなる保護膜が存在している。後退量の下限である０．１μｍは、保護膜として機能する最小の厚さであり、上限である２．０〜５．０μｍは、垂直成分検出の分解能から決まる限度である。
【００３４】
本実施形態において、ＭＲ素子はλ／４の積層方向間隔を有する４相に配置されているが、実際には、図４に示すように、２層毎のλ／２の間隔を有する２つのＭＲ素子を直列接続しその中点から２倍のλ／４の出力を取出す４相フルブリッジ構成となっている。即ち、ＭＲ素子ＭＲ１１及びＭＲ３１を直列接続しその中点である端子Ｔ１からＡ相の信号を取出し、同じく、ＭＲ素子ＭＲ１２及びＭＲ３２を直列接続しその中点である端子Ｔ２からＡ相の信号を取出すように構成されており、さらに、ＭＲ素子ＭＲ２１及びＭＲ４１を直列接続しその中点である端子Ｔ３からＢ相の信号を取出し、同じく、ＭＲ素子ＭＲ２２及びＭＲ４２を直列接続しその中点である端子Ｔ４からＢ相の信号を取出すように構成されている。
【００３５】
なお、本実施形態では、２倍の出力を得るためにフルブリッジ構成としているが、ブリッジ構成をとることなくλ／４間隔のＭＲ素子の出力信号をそのまま出力するように構成しても良いことは明らかである。また、各層に２つのＭＲ素子を設けているが単一のＭＲ素子を設けるように構成してももちろん良い。
【００３６】
また、ＭＲ素子の積層方向の間隔は、最も大きい差信号出力が得られるのでλ／４であることが最も望ましいが、λ／４以外の所定値（λ／２を除く）であっても良いことは明らかである。
【００３７】
本実施形態における磁気センサの寸法は、摺動面３０ａに対して垂直な端面が約１５０〜３００μｍ（摺動面とは直角の辺）×約３００〜６００μｍ（摺動面側の辺）であり、摺動方向の長さが約１〜２ｍｍ程度である。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の磁気センサによれば、磁気媒体の表面に摺動面が接触する方式であり、しかも各ＭＲ素子が２つの直線ストリップを含む感磁部分を有しているため、ＭＲ素子の高感度化及び高出力化を図ることができ、エンコーダ用磁気センサとして高い位置検出精度を得ることができ、信頼性が大幅に向上する。
【００３９】
図７は本発明の他の実施形態における磁気センサの構造を概略的に示す（Ａ）斜視図、及び（Ｂ）分解斜視図であり、図８はその等価回路図である。本実施形態における磁気センサ以外の構成は図１の実施形態の場合と同様である。
【００４０】
図７から明らかのように、本実施形態における磁気センサは、センサ基板であるスライダ７０の摺動面７０ａに対して垂直な端面上に積層された第１の絶縁層７１と、その上にパターニングされた２つのＭＲ素子ＭＲ７１１及びＭＲ７１２並びにこれらＭＲ素子に電気的に接続されたリード導体ＬＣ７１と、その上に積層された第２の絶縁層７２と、その上にパターニングされた２つのＭＲ素子ＭＲ７２１及びＭＲ７２２並びにこれらＭＲ素子に電気的に接続されたリード導体ＬＣ７２と、その上に積層された第３の絶縁層７３と、その上にパターニングされた電極端子である信号取出し端子Ｔ１及びＴ２、Ｖｃｃ端子ＴＶＣＣ並びにグランド端子ＴＧＮＤと、第２及び第３絶縁層７２及び７３内を貫通しておりリード導体ＬＣ７１及びＬＣ７２と信号取出し端子Ｔ１及びＴ２、Ｖｃｃ端子ＴＶＣＣ及びグランド端子ＴＧＮＤとを電気的に接続するビアホール導体ＶＣ７２及びＶＣ７３とを備えている。
【００４１】
スライダ７０は例えばアルティック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）から形成されており、各絶縁層７１〜７３は例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁非磁性体材料から形成されている。信号取出し端子Ｔ１及びＴ２、Ｖｃｃ端子ＴＶＣＣ、グランド端子ＴＧＮＤ、リード導体ＬＣ７１及びＬＣ７２、並びにビアホール導体ＶＣ７２及びＶＣ７３は、例えば銅（Ｃｕ）等の導電体材料から形成されている。各ＭＲ素子ＭＲ７１１〜ＭＲ７２２は、多層構造のＧＭＲ素子又はＴＭＲ素子から形成されている。
【００４２】
ＭＲ素子ＭＲ７１１〜ＭＲ７２２は、間に第２及び第３の絶縁層７２及び７３を介して２層に積層されており、その積層方向が磁気センサ装置１１の磁気媒体１０（図１）に対する相対的な移動方向、即ち磁気媒体１０のピッチ方向と同じ方向に設定されている。これにより、ＭＲ素子ＭＲ７１１及びＭＲ７２１は磁気媒体１０に記録されている水平方向磁界の垂直成分を２相で検出する。なお、本実施形態では、磁気媒体１０の着磁ピッチλに対して、各層のＭＲ素子の積層ピッチがλ／４となるように設定されている。後述するように、ＭＲ素子ＭＲ７１２及びＭＲ７２２は、温度補償用であり磁界検出には用いられない。
【００４３】
各層においては、摺動面７０ａの近傍にこれに沿って１つの磁界検出用のＭＲ素子が形成されており、その後方（摺動面７０ａから離れた側）にも１つの温度補償用のＭＲ素子が形成されている。各ＭＲ素子は、摺動面７０ａに沿ってこれと平行に伸長する第１の直線部分と、この第１の直線部分に比して摺動面７０ａから遠い位置に設けられた第２の直線部分とを有している。第１の直線部分と第２の直線部分とは、Ｕ字状に折り返しされた直線ストリップとなっている。このように折り返しされているのは、ＭＲ素子を高出力化及び高感度化するためにその長さを充分にしたいが（全長が５０〜２００μｍ程度）、折り返しせずに摺動面７０ａに沿って長く伸長させると、アジマス角の影響が出てしまうのでこれを避けるためである。折り返し回数は、１回に限定されるものではなく、３つ以上の直線ストリップで構成されていても良い。
【００４４】
さらに、磁界検出用のＭＲ素子は、摺動面７０ａに露出はしておらず、この摺動面７０ａから０．１〜５．０μｍ、望ましくは０．１〜２．０μｍだけ後退した位置に形成されており、その摺動面７０ａ側には各絶縁層からなる保護膜が存在している。後退量の下限である０．１μｍは、保護膜として機能する最小の厚さであり、上限である２．０〜５．０μｍは、垂直成分検出の分解能から決まる限度である。
【００４５】
本実施形態において、ＭＲ素子はλ／４の積層方向間隔を有する２相に配置されているが、実際には、図８に示すように、２つのＭＲ素子を直列接続しその中点から出力を取出す２相ハーフブリッジ構成となっている。即ち、ＭＲ素子ＭＲ７１１及びＭＲ７１２を直列接続しその中点である端子Ｔ１からＡ相の信号を取出し、さらに、ＭＲ素子ＭＲ７２１及びＭＲ７２２を直列接続しその中点である端子Ｔ２からＢ相の信号を取出すように構成されている。
【００４６】
なお、本実施形態では、ハーフブリッジ構成としているが、ブリッジ構成をとることなくλ／４間隔のＭＲ素子の出力信号をそのまま出力するように構成しても良いことは明らかである。
【００４７】
また、ＭＲ素子の積層方向の間隔は、最も大きい差信号出力が得られるのでλ／４であることが最も望ましいが、λ／４以外の所定値（λ／２を除く）であっても良いことは明らかである。
【００４８】
本実施形態における磁気センサの寸法等は、図１の実施形態の場合とほぼ同様である。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態の磁気センサによれば、磁気媒体の表面に摺動面が接触する方式であり、しかも各ＭＲ素子が２つの直線ストリップを含む感磁部分を有しているため、ＭＲ素子の高感度化及び高出力化を図ることができ、エンコーダ用磁気センサとして高い位置検出精度を得ることができ、信頼性が大幅に向上する。
【００５０】
図９は本発明のさらに他の実施形態における磁気センサの構造を概略的に示す（Ａ）斜視図、及び（Ｂ）分解斜視図であり、図１０はその等価回路図である。本実施形態における磁気センサ以外の構成は図１の実施形態の場合と同様である。
【００５１】
図９から明らかのように、本実施形態における磁気センサは、センサ基板であるスライダ９０の摺動面９０ａに対して垂直な端面上に積層された第１の絶縁層９１と、その上にパターニングされた１つのＭＲ素子ＭＲ９１１及びこのＭＲ素子に電気的に接続されたリード導体ＬＣ９１と、その上に積層された第２の絶縁層９２と、その上にパターニングされた１つのＭＲ素子ＭＲ９２１及びこのＭＲ素子に電気的に接続されたリード導体ＬＣ９２と、その上に積層された第３の絶縁層９３と、その上にパターニングされた電極端子である信号取出し端子Ｔ１及びＴ２並びにグランド端子ＴＧＮＤと、第２及び第３絶縁層９２及び９３内を貫通しておりリード導体ＬＣ９１及びＬＣ９２と信号取出し端子Ｔ１及びＴ２並びにグランド端子ＴＧＮＤとを電気的に接続するビアホール導体ＶＣ９２及びＶＣ９３とを備えている。
【００５２】
スライダ９０は例えばアルティック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）から形成されており、各絶縁層９１〜９３は例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁非磁性体材料から形成されている。信号取出し端子Ｔ１及びＴ２、グランド端子ＴＧＮＤ、リード導体ＬＣ９１及びＬＣ９２、並びにビアホール導体ＶＣ９２及びＶＣ９３は、例えば銅（Ｃｕ）等の導電体材料から形成されている。各ＭＲ素子ＭＲ９１１及びＭＲ９２１は、多層構造のＧＭＲ素子又はＴＭＲ素子から形成されている。
【００５３】
ＭＲ素子ＭＲ９１１及びＭＲ９２１は、間に第２及び第３の絶縁層９２及び９３を介して２層に積層されており、その積層方向が磁気センサ装置１１の磁気媒体１０（図１）に対する相対的な移動方向、即ち磁気媒体１０のピッチ方向と同じ方向に設定されている。これにより、ＭＲ素子ＭＲ９１１及びＭＲ９２１は磁気媒体１０に記録されている水平方向磁界の垂直成分を２相で検出する。本実施形態では、磁気媒体１０の着磁ピッチλに対して、各層のＭＲ素子の積層ピッチがλ／４となるように設定されている。
【００５４】
各層においては、摺動面９０ａの近傍にこれに沿って１つのＭＲ素子が形成されている。各ＭＲ素子は、摺動面９０ａに沿ってこれと平行に伸長する第１の直線部分と、この第１の直線部分に比して摺動面９０ａから遠い位置に設けられた第２の直線部分とを有している。第１の直線部分と第２の直線部分とは、Ｕ字状に折り返しされた直線ストリップとなっている。このように折り返しされているのは、ＭＲ素子を高出力化及び高感度化するためにその長さを充分にしたいが（全長が５０〜２００μｍ程度）、折り返しせずに摺動面９０ａに沿って長く伸長させると、アジマス角の影響が出てしまうのでこれを避けるためである。折り返し回数は、１回に限定されるものではなく、３つ以上の直線ストリップで構成されていても良い。
【００５５】
さらに、ＭＲ素子は、摺動面９０ａに露出はしておらず、この摺動面９０ａから０．１〜５．０μｍ、望ましくは０．１〜２．０μｍだけ後退した位置に形成されており、その摺動面９０ａ側には各絶縁層からなる保護膜が存在している。後退量の下限である０．１μｍは、保護膜として機能する最小の厚さであり、上限である２．０〜５．０μｍは、垂直成分検出の分解能から決まる限度である。
【００５６】
本実施形態において、ＭＲ素子はλ／４の積層方向間隔を有する２相に配置されているが、実際には、図１０に示すように、各層の１つのＭＲ素子と温度補償用の外付け抵抗とを直列接続しその中点から出力を取出す２相ハーフブリッジ構成となっている。即ち、ＭＲ素子ＭＲ９１１と点線で示した外付け抵抗Ｒ９１２とを直列接続しその中点である端子Ｔ１からＡ相の信号を取出し、さらに、ＭＲ素子ＭＲ９２１と点線で示した外付け抵抗Ｒ９２２とを直列接続しその中点である端子Ｔ２からＢ相の信号を取出すように構成されている。外付け抵抗を接続する代わりに定電流源をそれぞれ接続しても良いことは明らかである。
【００５７】
なお、本実施形態では、ハーフブリッジ構成としているが、ブリッジ構成をとることなくλ／４間隔のＭＲ素子の出力信号をそのまま出力するように構成しても良いことは明らかである。
【００５８】
また、ＭＲ素子の積層方向の間隔は、最も大きい差信号出力が得られるのでλ／４であることが最も望ましいが、λ／４以外の所定値（λ／２を除く）であっても良いことは明らかである。
【００５９】
本実施形態における磁気センサの寸法等は、図１の実施形態の場合とほぼ同様である。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態の磁気センサによれば、磁気媒体の表面に摺動面が接触する方式であり、しかも各ＭＲ素子が２つの直線ストリップを含む感磁部分を有しているため、ＭＲ素子の高感度化及び高出力化を図ることができ、エンコーダ用磁気センサとして高い位置検出精度を得ることができ、信頼性が大幅に向上する。
【００６１】
図１１は本発明の一参考例における磁気センサの構造を概略的に示す（Ａ）斜視図、及び（Ｂ）分解斜視図であり、図１２はその等価回路図である。本参考例における磁気センサ以外の構成は図１の実施形態の場合と同様である。
【００６２】
図１１から明らかのように、本参考例における磁気センサは、センサ基板であるスライダ１１０の摺動面１１０ａに対して垂直な端面上に積層された第１の絶縁層１１１と、その上にパターニングされた２つのＭＲ素子ＭＲ１１１１及びＭＲ１１１２並びにこれらＭＲ素子に電気的に接続されたリード導体ＬＣ１１１と、その上に積層された第２の絶縁層１１２と、その上にパターニングされた電極端子である信号取出し端子Ｔ１、Ｖｃｃ端子ＴＶＣＣ及びグランド端子ＴＧＮＤと、第２絶縁層１１２内を貫通しておりリード導体ＬＣ１１１と信号取出し端子Ｔ１、Ｖｃｃ端子ＴＶＣＣ及びグランド端子ＴＧＮＤとを電気的に接続するビアホール導体ＶＣ１１２とを備えている。
【００６３】
スライダ１１０は例えばアルティック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）から形成されており、各絶縁層１１１及び１１２は例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁非磁性体材料から形成されている。信号取出し端子Ｔ１、Ｖｃｃ端子ＴＶＣＣ、グランド端子ＴＧＮＤ、リード導体ＬＣ１１１、及びビアホール導体ＶＣ１１２は、例えば銅（Ｃｕ）等の導電体材料から形成されている。各ＭＲ素子ＭＲ１１１１及びＭＲ１１１２は、多層構造のＧＭＲ素子又はＴＭＲ素子から形成されている。
【００６４】
ＭＲ素子ＭＲ１１１１及びＭＲ１１１２は、第１の絶縁層１１１の上に１層で積層されており、その積層方向が磁気センサ装置１１の磁気媒体１０（図１）に対する相対的な移動方向、即ち磁気媒体１０のピッチ方向と同じ方向に設定されている。これにより、ＭＲ素子ＭＲ１１１１は磁気媒体１０に記録されている水平方向磁界の垂直成分を１相で検出する。なお、本参考例では、磁気媒体１０の着磁ピッチλに対して、各層のＭＲ素子の積層ピッチがλ／４となるように設定されている。後述するように、ＭＲ素子ＭＲ１１１２は、温度補償用であり磁界検出には用いられない。
【００６５】
摺動面１１０ａの近傍にこれに沿って１つの磁界検出用のＭＲ素子ＭＲ１１１１が形成されており、その後方（摺動面１１０ａから離れた側）にも１つの温度補償用のＭＲ素子ＭＲ１１１２が形成されている。各ＭＲ素子は、摺動面１１０ａに沿ってこれと平行に伸長する第１の直線部分と、この第１の直線部分に比して摺動面１１０ａから遠い位置に設けられた第２の直線部分とを有している。第１の直線部分と第２の直線部分とは、Ｕ字状に折り返しされた直線ストリップとなっている。このように折り返しされているのは、ＭＲ素子を高出力化及び高感度化するためにその長さを充分にしたいが（全長が５０〜２００μｍ程度）、折り返しせずに摺動面１１０ａに沿って長く伸長させると、アジマス角の影響が出てしまうのでこれを避けるためである。折り返し回数は、１回に限定されるものではなく、３つ以上の直線ストリップで構成されていても良い。
【００６６】
さらに、磁界検出用のＭＲ素子は、摺動面１１０ａに露出はしておらず、この摺動面１１０ａから０．１〜５．０μｍ、望ましくは０．１〜２．０μｍだけ後退した位置に形成されており、その摺動面１１０ａ側には各絶縁層からなる保護膜が存在している。後退量の下限である０．１μｍは、保護膜として機能する最小の厚さであり、上限である２．０〜５．０μｍは、垂直成分検出の分解能から決まる限度である。
【００６７】
本参考例において、図１２に示すように、２つのＭＲ素子を直列接続しその中点から出力を取出す１相ハーフブリッジ構成となっている。即ち、ＭＲ素子ＭＲ１１１１及びＭＲ１１１２を直列接続しその中点である端子Ｔ１からＡ相のみの信号を取出すように構成されている。
【００６８】
なお、本参考例では、ハーフブリッジ構成としているが、ブリッジ構成をとることなくＭＲ素子の出力信号をそのまま出力するように構成しても良いことは明らかである。
【００６９】
本参考例における磁気センサの寸法等は、図１の実施形態の場合とほぼ同様である。
【００７０】
図１３は本発明の他の参考例における磁気センサの構造を概略的に示す（Ａ）斜視図、及び（Ｂ）分解斜視図であり、図１４はその等価回路図である。本参考例における磁気センサ以外の構成は図１の実施形態の場合と同様である。
【００７１】
図１３から明らかのように、本参考例における磁気センサは、センサ基板であるスライダ１３０の摺動面１３０ａに対して垂直な端面上に積層された第１の絶縁層１３１と、その上にパターニングされた１つのＭＲ素子ＭＲ１３１１及びこのＭＲ素子に電気的に接続されたリード導体ＬＣ１３１と、その上に積層された第２の絶縁層１３２と、その上にパターニングされた電極端子である信号取出し端子Ｔ１及びグランド端子ＴＧＮＤと、第２絶縁層１３２内を貫通しておりリード導体ＬＣ１３１と信号取出し端子Ｔ１及びグランド端子ＴＧＮＤとを電気的に接続するビアホール導体ＶＣ１３２とを備えている。
【００７２】
スライダ１３０は例えばアルティック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）から形成されており、各絶縁層１３１及び１３２は例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁非磁性体材料から形成されている。信号取出し端子Ｔ１、グランド端子ＴＧＮＤ、リード導体ＬＣ１３１、及びビアホール導体ＶＣ１３２は、例えば銅（Ｃｕ）等の導電体材料から形成されている。ＭＲ素子ＭＲ１３１１は、多層構造のＧＭＲ素子又はＴＭＲ素子から形成されている。
【００７３】
ＭＲ素子ＭＲ１３１１は、第１の絶縁層１３１の上に１層で積層されており、その積層方向が磁気センサ装置１１の磁気媒体１０（図１）に対する相対的な移動方向、即ち磁気媒体１０のピッチ方向と同じ方向に設定されている。これにより、ＭＲ素子ＭＲ１３１１は磁気媒体１０に記録されている水平方向磁界の垂直成分を１相で検出する。本参考例では、磁気媒体１０の着磁ピッチλに対して、各層のＭＲ素子の積層ピッチがλ／４となるように設定されている。
【００７４】
摺動面１３０ａの近傍にこれに沿って１つのＭＲ素子ＭＲ１３１１が形成されている。このＭＲ素子は、摺動面１３０ａに沿ってこれと平行に伸長する第１の直線部分と、この第１の直線部分に比して摺動面１３０ａから遠い位置に設けられた第２の直線部分とを有している。第１の直線部分と第２の直線部分とは、Ｕ字状に折り返しされた直線ストリップとなっている。このように折り返しされているのは、ＭＲ素子を高出力化及び高感度化するためにその長さを充分にしたいが（全長が５０〜２００μｍ程度）、折り返しせずに摺動面１３０ａに沿って長く伸長させると、アジマス角の影響が出てしまうのでこれを避けるためである。折り返し回数は、１回に限定されるものではなく、３つ以上の直線ストリップで構成されていても良い。
【００７５】
さらに、このＭＲ素子は、摺動面１３０ａに露出はしておらず、この摺動面１３０ａから０．１〜５．０μｍ、望ましくは０．１〜２．０μｍだけ後退した位置に形成されており、その摺動面１３０ａ側には各絶縁層からなる保護膜が存在している。後退量の下限である０．１μｍは、保護膜として機能する最小の厚さであり、上限である２．０〜５．０μｍは、垂直成分検出の分解能から決まる限度である。
【００７６】
本参考例において、図１４に示すように、この１つのＭＲ素子と温度補償用の外付け抵抗とを直列接続しその中点から出力を取出す１相ハーフブリッジ構成となっている。即ち、ＭＲ素子ＭＲ１３１１と点線で示した外付け抵抗Ｒ１３１２とを直列接続しその中点である端子Ｔ１からＡ相のみの信号を取出すように構成されている。外付け抵抗を接続する代わりに定電流源を接続しても良いことは明らかである。
【００７７】
なお、本参考例では、ハーフブリッジ構成としているが、ブリッジ構成をとることなくＭＲ素子の出力信号をそのまま出力するように構成しても良いことは明らかである。
【００７８】
本参考例における磁気センサの寸法等は、図１の実施形態の場合とほぼ同様である。
【００７９】
前述した実施形態においては、ＭＲ素子は４層（４相）又は２層（２相）の多層構造であるが、本発明の磁気センサにおいて層数はこれに限定されるものではない。例えば、６層、８層又はその他の数であっても良い。さらに、これら実施形態において、ＭＲ素子の積層ピッチをλ／４であるとしたが、この積層ピッチについて、より一般性を有する（２ｎ＋１）λ／４が成立することは明らかである。ただし、ｎは自然数である。
【００８０】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の一実施形態として、磁気エンコーダの構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１の実施形態における磁気センサ装置の構造を概略的に示す斜視図及び分解斜視図である。
【図３】図２に示した磁気センサの構造を概略的に示す斜視図及び分解斜視図である。
【図４】図３の磁気センサの等価回路図である。
【図５】図２の磁気センサにおける各層上のＭＲ素子及び配線パターン等を示す平面図である。
【図６】着磁ピッチの大きさとＭＲ素子の出力信号との関係を説明する図である。
【図７】本発明の他の実施形態における磁気センサの構造を概略的に示す斜視図及び分解斜視図である。
【図８】図７の磁気センサの等価回路図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態における磁気センサの構造を概略的に示す斜視図及び分解斜視図である。
【図１０】図９の磁気センサの等価回路図である。
【図１１】本発明の一参考例における磁気センサの構造を概略的に示す斜視図及び分解斜視図である。
【図１２】図１１の磁気センサの等価回路図である。
【図１３】本発明の他の参考例における磁気センサの構造を概略的に示す斜視図及び分解斜視図である。
【図１４】図１３の磁気センサの等価回路図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０  磁気媒体
１１  磁気センサ装置
１２  矢印
２０  プリント基板
２０ａ  基板
２０ｂ  センサ接続パッド
２０ｃ  外部接続パッド
２０ｄ  接続導体
２１  磁気センサ
２２  上部ハウジング
２３  下部ハウジング
２４  被覆膜
３０、７０、９０、１１０、１３０  スライダ
３０ａ、７０ａ、９０ａ、１１０ａ、１３０ａ  摺動面
３１、７１、９１、１１１、１３１  第１の絶縁層
３２、７２、９２、１１２、１３２  第２の絶縁層
３３、７３、９３  第３の絶縁層
３４  第４の絶縁層
３５  第５の絶縁層
ＬＣ３１、ＬＣ３２、ＬＣ３３、ＬＣ３４、ＬＣ７１、ＬＣ７２、ＬＣ９１、ＬＣ９２、ＬＣ１１１１、ＬＣ１３１１  リード導体
ＭＲ１１、ＭＲ１２、ＭＲ２１、ＭＲ２２、ＭＲ３１、ＭＲ３２、ＭＲ４１、ＭＲ４２、ＭＲ７１１、ＭＲ７１２、ＭＲ７２１、ＭＲ７２２、ＭＲ９１１、ＭＲ９２１、ＭＲ１１１１、ＭＲ１１１２、ＭＲ１３１１  ＭＲ素子
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４  信号取出し端子
ＴＶＣＣ  Ｖｃｃ端子
ＴＧＮＤ  グランド端子
ＶＣ３２、ＶＣ３３、ＶＣ３４、ＶＣ３５、ＶＣ７２、ＶＣ７３、ＶＣ９２、ＶＣ９３、ＶＣ１１２、ＶＣ１３２  ビアホール導体
Ｒ９１２、Ｒ９２２、Ｒ１３１２  外付け抵抗
【図１】
2006029900.tif 000003
【図２】
2006029900.tif 000004
【図３】
2006029900.tif 000005
【図４】
2006029900.tif 000006
【図５】
2006029900.tif 000007
【図６】
2006029900.tif 000008
【図７】
2006029900.tif 000009
【図８】
2006029900.tif 000010
【図９】
2006029900.tif 000011
【図１０】
2006029900.tif 000012
【図１１】
2006029900.tif 000013
【図１２】
2006029900.tif 000014
【図１３】
2006029900.tif 000015
【図１４】
2006029900.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月17日(2005.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
ＭＲ素子ＭＲ７１１〜ＭＲ７２２は、間に第２の絶縁層７２を介して２層に積層されており、その積層方向が磁気センサ装置１１の磁気媒体１０（図１）に対する相対的な移動方向、即ち磁気媒体１０のピッチ方向と同じ方向に設定されている。これにより、ＭＲ素子ＭＲ７１１及びＭＲ７２１は磁気媒体１０に記録されている水平方向磁界の垂直成分を２相で検出する。なお、本実施形態では、磁気媒体１０の着磁ピッチλに対して、各層のＭＲ素子の積層ピッチがλ／４となるように設定されている。後述するように、ＭＲ素子ＭＲ７１２及びＭＲ７２２は、温度補償用であり磁界検出には用いられない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
ＭＲ素子ＭＲ９１１及びＭＲ９２１は、間に第２の絶縁層９２を介して２層に積層されており、その積層方向が磁気センサ装置１１の磁気媒体１０（図１）に対する相対的な移動方向、即ち磁気媒体１０のピッチ方向と同じ方向に設定されている。これにより、ＭＲ素子ＭＲ９１１及びＭＲ９２１は磁気媒体１０に記録されている水平方向磁界の垂直成分を２相で検出する。本実施形態では、磁気媒体１０の着磁ピッチλに対して、各層のＭＲ素子の積層ピッチがλ／４となるように設定されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
ＭＲ素子ＭＲ１１１１及びＭＲ１１１２は、第１の絶縁層１１１の上に１層で積層されており、その積層方向が磁気センサ装置１１の磁気媒体１０（図１）に対する相対的な移動方向、即ち磁気媒体１０のピッチ方向と同じ方向に設定されている。これにより、ＭＲ素子ＭＲ１１１１は磁気媒体１０に記録されている水平方向磁界の垂直成分を１相で検出する。後述するように、ＭＲ素子ＭＲ１１１２は、温度補償用であり磁界検出には用いられない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
ＭＲ素子ＭＲ１３１１は、第１の絶縁層１３１の上に１層で積層されており、その積層方向が磁気センサ装置１１の磁気媒体１０（図１）に対する相対的な移動方向、即ち磁気媒体１０のピッチ方向と同じ方向に設定されている。これにより、ＭＲ素子ＭＲ１３１１は磁気媒体１０に記録されている水平方向磁界の垂直成分を１相で検出する。