(57)【要約】【課題】検出器を異物から保護する。【解決手段】所定のピッチで位置信号が記録されているスケールと、スケールに対向して相対移動可能な位置に配設され、スケールから位置信号を検出する検出器と、検出器がスケール表面から所定距離隔てて相対移動するように検出器を保持する保持部とを備え、検出器表面からスケール表面までの距離、及びスケールの膜厚は、保持部表面からスケール表面までの距離と同等かそれ以上であり、スケールは、保持部の硬度よりも低い硬度の材料で構成されている。【選択図】  図３
2004245644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のピッチで位置信号が記録されているスケールと、
上記スケールに対向して相対移動可能な位置に配設され、上記スケールから位置信号を検出する検出器と、
上記検出器が上記スケール表面から所定距離隔てて相対移動するように上記検出器を保持する保持部とを備え、
上記検出器表面から上記スケール表面までの距離、及び上記スケールの膜厚は、上記保持部表面から上記スケール表面までの距離と同等かそれ以上であり、
上記スケールは、上記保持部の硬度よりも低い硬度の材料で構成されていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
所定のピッチで位置信号が記録されているスケールと、
上記スケールに対向して相対移動可能な位置に配設され、上記スケールから位置信号を検出する検出器と、
上記検出器が上記スケール表面から所定距離隔てて相対移動するように上記検出器を保持する保持部とを備え、
上記検出器は、基板上に感磁素子が形成されてなっており、
当該磁気検出器の最外表面に硬質皮膜が形成され、
上記硬質皮膜の下部に、有機膜が形成され、
上記有機膜と上記感磁素子の間に、無機膜が形成されていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
上記硬質皮膜は、アモルファス水素化カーボン膜（以下、ＤＬＣ膜という。）であることを特徴とする請求項２記載の位置検出装置。
【請求項４】
上記有機膜と上記硬質皮膜との間に、中間膜が形成されてなることを特徴とする請求項２記載の位置検出装置。
【請求項５】
上記中間膜は、炭素と結合力の強いＳｉ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｗ又はＴａのいずれか１つ又は複数の元素が混合されてなることを特徴とする請求項４記載の位置検出装置。
【請求項６】
上記中間膜は、Ｓｉ，Ｃ，Ｏ，Ｈからなることを特徴とする請求項４記載の位置検出装置。
【請求項７】
上記中間膜と上記硬質皮膜の境界は、連続的に組成が変化する構造となっていることを特徴とする請求項４記載の位置検出装置。
【請求項８】
所定のピッチで信号が位置記録されているスケールと、
上記スケールに対向して相対移動可能な位置に配設され、上記スケールから位置信号を検出する検出器と、
上記検出器が上記スケール表面から所定距離隔てて相対移動するように上記検出器を保持する保持部とを備え、
上記保持部は、上記検出器が上記スケール上を移動する方向、すなわち上記検出器の両端に配設されており、
上記検出器表面から上記スケール表面までの距離、及び上記スケールの膜厚は、上記保持部表面から上記スケール表面までの距離と同等かそれ以上であり、
上記保持部は、上記スケールに対向している面の一部又は全部が上記スケールの硬度よりも低い硬度の材料で構成されていることを特徴とする位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械、産業機械及び一般計測機械等に搭載され、直線・回転移動等の移動量検出及び位置検出等に用いる磁気式検出センサを備えた位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、磁気式の検出素子として、Ｆｅ−Ｎｉ又はＮｉ−Ｃｏ等の強磁性体薄膜の磁気抵抗効果を利用したセンサ、いわゆるＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサが多く用いられている。ＭＲセンサは、ガラス、シリコン又はセラミックス等の基板上に強磁性体薄膜が形成され（このときの膜厚は、一般的に約５０〜１００ｎｍである。）、低抵抗の金属材料を用いて、外部へ信号を取り出すための引き出し部分と接続端子等のパターンがフォトリソグラフィ技術により形成されている。なお、ＭＲセンサには、異方性磁気抵抗効果（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を利用したＡＭＲセンサや、磁性層と非磁性導体の多層膜等から構成される巨大磁気抵抗効果（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を利用したＧＭＲセンサや、磁性層と絶縁層の多層膜から構成されるトンネル型磁気抵抗効果（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を利用したＴＭＲセンサ等がある。
【０００３】
ＭＲセンサは、外部磁界によって抵抗値が変化するセンサであり、磁気記録媒体に記録された磁気信号を再生する磁気ヘッドや、工作機械及び産業機械等に搭載され、外部磁界の大きさや方向を検出する磁気センサ等に使用されている。
【０００４】
工作機械等において、ＭＲセンサは、等ピッチ又は一定の波長で交番磁界が記録された磁気記録媒体、又は何らかの磁極パターンを有する磁気記録媒体と相対的に移動するように、磁気記録媒体の対向面に配置されている。したがって、ＭＲセンサは、例えば、交番磁界を記録した磁気記録媒体が発生する漏洩磁界を検出し、周期的な信号（概ね正弦波状の信号）を検出することができる。工作機械等は、上記信号の周期をカウントすることで直線・回転移動量及び相対位置等の検出を行なったり、所定の処理により上記信号をさらに電気的に分割することにより、磁気記録媒体に記録されているピッチ間隔よりも狭い分解能で直線・回転移動量及び相対位置等の検出を行なっている。
【０００５】
また、位置や角度等の検出の分解能又はピッチが細かく記録されている（数十μｍ〜数ミリ）磁気記録媒体は、漏洩磁界が微弱であるので、この漏洩磁界を検出できる程度にＭＲセンサを磁気記録媒体に接近させる必要がある。一般的にＭＲセンサと磁気記録媒体の間隔は、記録ピッチより小さく、記録波長の４半分から半分程度必要とされている。そのため、微弱な漏洩磁界を検出するためには、ＭＲセンサ面が磁気記録媒体に対面する構成となってしまう。
【０００６】
このようにＭＲセンサ面と磁気記録媒体が対面する構成では、機械的な振動等によりＭＲセンサと磁気記録媒体が接触し、ＭＲセンサを損傷してしまうことがある。そこで、従来から、ＭＲセンサ表面を保護するための保護膜として、酸化シリコン又は窒化シリコン等の無機膜をＭＲセンサ膜の上面に成膜し、さらに、無機膜の上面にポリイミド樹脂又はエポキシ等の高分子材料の有機膜を成膜している。なお、有機膜は、主に、機械的な振動等からＭＲセンサを保護し、無機膜は、主に、有機膜の応力をＭＲセンサに与えないようにＭＲセンサを保護する役目を果たしている。また、実用的には、無機膜の膜厚は、０．５〜２μｍ程度であり、有機膜の膜厚は、ポリイミド樹脂の場合には２〜８μｍ程度、エポキシの場合には２０μｍ程度である。
【０００７】
ここで、ＭＲセンサを用いた具体例として磁気式スケール装置について述べる。磁気式スケール装置は、磁気目盛りを長手方向に記録されたスケールと、スケールに記録されている磁気目盛りを検出するＭＲセンサが形成されてなる磁気ヘッドを搭載しているヘッドスライダ部と、ヘッドスライダ部をスケールの長手方向に移動するキャリアと、スケールを固定するハウジングとを備えている。スケールは、例えば、平板の形状をした記録媒体に、長手方向に沿って磁気目盛りが記録されて形成されている磁気記録媒体である。
【０００８】
このような磁気式スケール装置は、例えば、相対的に直線移動する工作機械等の基準部と可動部とに取り付けられる。磁気式スケール装置は、ハウジング或いはヘッドスライダ部のいずれか一方が、移動をしない基準部に固定され、他方が、可動部に固定される。このとき、ハウジングは、内部に固定されているスケールの長手方向が、可動部の移動方向に平行となるように取り付けられる。従って、この磁気式スケール装置では、この可動部の直線移動に応じてハウジングとヘッドスライダ部との相対位置が変化する。磁気式スケール装置では、ヘッドスライダ部内に設けられた磁気ヘッドがこの相対位置の変化に応じて変化する磁気目盛りを検出し、この可動部の移動位置の検出を行なう。
【０００９】
また、スケールは、ガラス基板上にめっき処理等によりＣｏ−Ｎｉ又はＣｏ−Ｎｉ−Ｐ等の磁性媒体が形成された構造となっており、磁性媒体の膜厚は、数μｍ程度である。スケールは、このように膜厚は薄くても、磁性合金のめっき処理により形成されたものであるため、一般的に、ＭＲセンサ表面に形成する保護膜よりも硬度が高い。
【００１０】
また、ＭＲセンサの保護膜として、ダイヤモンド晶系の結晶構造を有する炭素皮膜（ＤＬＣ膜）を用いるものも提案されている（特許文献１参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−８２９７８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにポリイミド樹脂よりも厚い膜厚で成膜することができるエポキシ（膜厚２０μｍ）の方がＭＲセンサを外的衝撃等から強く保護することができるため、エポキシを保護膜として採用する方がよい。しかし、ＭＲセンサ上に形成する保護膜の膜厚が厚いと、その分ＭＲセンサ面が磁気記録媒体から遠のいてしまうため、ＭＲセンサにより検出できる程度の漏洩磁界を発生する磁気記録媒体を使用する必要がある。したがって、短い磁気記録波長により磁気信号が記録されている磁気記録媒体は、漏洩磁界が微弱となるため使用できないことになる。
【００１３】
例えば、８０μｍ程度の短い磁気記録波長で磁気信号が記録されている磁気記録媒体では、ＭＲセンサ面と磁気記録媒体の間隔が約２０〜３０μｍ前後にする必要がある。したがって、短い磁気記録波長で磁気信号が記録された磁気記録媒体を使用する場合には、保護膜の膜厚を薄く形成することになる。このように保護膜の膜厚が薄いと比較的弱い外的衝撃にしか耐えることができず、大きな外的衝撃が加わった際に、保護膜が破壊され、ＭＲセンサに損傷を与える問題がある。
【００１４】
また、ＭＲセンサは、一般的に、位置検出器、或いは工作機械等に組み込む時や、動作時等に損傷を与えてしまうケースが多い。ＭＲセンサを位置検出器、或いは工作機械等に組み込む時点において、磁気記録媒体と適切な間隔、いわゆるクリアランスを設定するために、磁気記録媒体とＭＲセンサとの間にマイラーフィルム等で作られている適当な厚さのスペーサを挟み込むことがある。ＭＲセンサを固定した後、スペーサを引き抜く作業を行なう時に、保護膜を傷めＭＲセンサに損傷を与えてしまうことがある。また、スペーサを引き抜く作業時には問題とならなかった傷が、後になってＭＲセンサの故障の原因になることがある。
【００１５】
また、工作機械の稼働中に、クリアランスに切削粉等（以下、異物という。）が混入し、保護膜とＭＲセンサに損傷を与える場合もある。これは、ＭＲセンサの最表面に成膜されている保護膜が異物よりも柔らかい素材（高分子系の材料）で構成されているために、クリアランスよりもやや大きめの異物でもあっても、保護膜を押し入って侵入してしまうのである。
【００１６】
また、ＭＲセンサの保護膜の硬度よりも磁気記録媒体表面の硬度の方が高いため、上述のようにクリアランス内に異物が侵入した場合、異物による影響（ストレス）はＭＲセンサにかかり、ＭＲセンサに損傷を与えてしまい、ＭＲセンサが故障してしまうことがある。
【００１７】
また、特許文献１により保護膜として提案されているＤＬＣ膜は、一般的に、非常に応力が強いことが知られている。したがって、ＤＬＣ膜をＭＲセンサ面上にそのまま成膜すると、応力がＭＲセンサにかかり、センサの磁気抵抗変化特性に影響を与えてしまう。特に、Ｆｅ−Ｎｉ又はＮｉ−Ｃｏ等の強磁性体薄膜からなっているＭＲセンサでは、特許文献１に示されているような方法でＤＬＣ膜を成膜してしまうと、応力により磁気抵抗変化特性が劣化してしまい、センサとして十分機能させることができない。
【００１８】
また、現在一般的にＤＬＣ膜の成膜手法として用いられているのは、イオンプレーディング法又はＣＶＤ法等である。これらの成膜法では、主に炭素を主成分とするカーボン膜は、アモルファス状の構造を有した膜となるため、特許文献１に記載されている保護膜（ダイアモンド晶系の結晶構造を持つ炭素皮膜）を作成することは困難である。
【００１９】
また、ＨＤＤ（ｈａｒｄ  ｄｉｓｃ  ｄｒｉｖｅ）等の磁気式ヘッドにもＭＲセンサが用いられており、この磁気式ヘッドをディスクとの摺動動作等による損傷から保護するためにディスクと接する磁気式ヘッドの表面にＤＬＣ膜を成膜しているものがある。ＨＤＤでは、図１０に示すように、磁気式ヘッドがディスクと接触する面にＤＬＣ膜が成膜されており、ＭＲセンサ膜面上に直接形成されていない。したがって、ＨＤＤでは、ＤＬＣ膜の応力を考慮することなく磁気式ヘッドの表面にＤＬＣ膜を形成している。また、このような用途で使用されるＤＬＣ膜は、膜厚が数ｎｍ〜数十ｎｍの極薄膜であり、センサ用途のＭＲ素子の保護膜としては用をなさない。
【００２０】
そこで、本発明は、上述したような実情に鑑みて提案されたものであり、ＭＲセンサを保持する保持部とスケールとの間の間隔を、ＭＲセンサとスケールとの間隔及びスケールの膜厚に基づき設定し、また、ＭＲセンサ表面に外的衝撃に強い硬質皮膜を形成し、また保持部表面とスケール表面の硬度を所定の高さに設定することにより、混入した異物からＭＲセンサを保護することが可能な位置検出装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る位置検出装置は、上述の課題を解決するために、所定のピッチで位置信号が記録されているスケールと、上記スケールに対向して相対移動可能な位置に配設され、上記スケールから位置信号を検出する検出器と、上記検出器が上記スケール表面から所定距離隔てて相対移動するように上記検出器を保持する保持部とを備え、上記検出器表面から上記スケール表面までの距離、及び上記スケールの膜厚は、上記保持部表面から上記スケール表面までの距離と同等かそれ以上であり、上記スケールは、上記保持部の硬度よりも低い硬度の材料で構成されている。
【００２２】
また、本発明に係る位置検出装置は、上述の課題を解決するために、所定のピッチで位置信号が記録されているスケールと、上記スケールに対向して相対移動可能な位置に配設され、上記スケールから位置信号を検出する検出器と、上記検出器が上記スケール表面から所定距離隔てて相対移動するように上記検出器を保持する保持部とを備え、上記検出器は、基板上に感磁素子が形成されてなっており、当該磁気検出器の最外表面に硬質皮膜が形成され、上記硬質皮膜の下部に、硬質皮膜による応力を緩和する有機膜が形成され、上記有機膜と上記感磁素子の間に、有機膜による応力を緩和する無機膜が形成されている。
【００２３】
また、本発明に係る位置検出装置は、上述の課題を解決するために、所定のピッチで信号が位置記録されているスケールと、上記スケールに対向して相対移動可能な位置に配設され、上記スケールから位置信号を検出する検出器と、上記検出器が上記スケール表面から所定距離隔てて相対移動するように上記検出器を保持する保持部とを備え、上記保持部は、上記検出器が上記スケール上を移動する方向、すなわち上記検出器の両端に配設されており、上記検出器表面から上記スケール表面までの距離、及び上記スケールの膜厚は、上記保持部表面から上記スケール表面までの距離と同等かそれ以上であり、上記保持部は、上記スケールに対向している面の一部又は全部が上記スケールの硬度よりも低い硬度の材料で構成されている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
本発明は、磁気抵抗効果により磁界の強さ等を検出する位置検出装置１に適用される。位置検出装置１は、図１に示すように、磁気目盛りを長手方向に記録されたスケール１０と、スケール１０に記録されている磁気目盛りを検出する検出器を内蔵するヘッドスライダ部１１と、ヘッドスライダ部１１をスケール１０の長手方向に移動するキャリア１２と、スケール１０を固定するハウジング１３とを備えている。
【００２６】
位置検出装置１は、例えば、相対的に直線移動する工作機械等の基準部と可動部とに取り付けられる。位置検出装置１は、ハウジング１３或いはヘッドスライダ部１１のいずれか一方が、移動をしない基準部に固定され、他方が、可動部に固定される。このとき、ハウジング１３は、内部に固定されているスケール１０の長手方向が、可動部の移動方向に平行となるように取り付けられる。したがって、位置検出装置１では、この可動部の直線移動に応じてハウジング１３とヘッドスライダ部１１との相対位置が変化する。位置検出装置１は、ヘッドスライダ部１１内に配設された検出器がこの相対位置の変化に応じて変化する磁気目盛りを検出し、その検出結果に基づき可動部の移動量等の検出を行なう。
【００２７】
ここで、スケール１０の構造について説明する。スケール１０は、例えば、平板の形状をしたスケール母材（ガラス基板）表面にメタル磁性粉及び有機バインダ（ウレタン等）その他添加剤を有機溶剤で混合撹拌したものを塗布し、所定時間放置して乾燥し硬化させて磁性媒体を形成し、形成した磁性媒体上に長手方向に沿って所定のピッチで磁気目盛りを記録して作成される。なお、本実施例では磁性媒体の厚さは２５μｍである。
【００２８】
ヘッドスライダ部１１は、ホルダ部２０を有しており、図２に示すように、当該ホルダ部２０に検出器２１が固定されている。ここで、検出器２１をホルダ部２０に固定する際の具体的な構成例と、ホルダ部２０の構造について説明する。
検出器２１は、基板上にスケール１０に記録されている磁気目盛りを磁気抵抗効果を利用して検出するＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサが形成され、ＭＲセンサ表面には、ＭＲセンサを保護する保護膜が形成されている。
【００２９】
ホルダ部２０は、図２に示すように、略矩形状に形成されており、検出器２１を接着固定する検出器取付領域が中央部に設けられている。検出器取付領域に取り付けられた検出器２１は、一端が位置検出装置１のキャリア１２と接続されているＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）部２２と接続されており、ＦＰＣ部２２を介してスケール１０から検出した信号をキャリア１２を介して当該位置検出装置１の外部に出力する。
【００３０】
また、位置検出装置１では、ホルダ部２０表面からスケール１０表面までの距離（クリアランス）を２０μｍに設定する。ホルダ部２０は、この距離を保ってスケール１０上を長手方向に相対移動する。なお、検出器２１は、図３に示すように、当該検出器２１表面とホルダ部２０表面とが同一平面（ホルダ部２０表面からスケール１０表面までの距離ａ＝検出器２１表面からスケール１０表面までの距離ｂ）となるようにホルダ部２０の検出器取付領域に固定されているので、検出器２１表面からスケール１０表面までの距離も２０μｍである。なお、ホルダ部２０表面からスケール１０表面までの距離ａは、スケール１０表面の磁性媒体の膜厚ｃと同等かそれよりも狭いこととする。
【００３１】
また、ホルダ部２０の材質は、ＳＵＳ３０４で形成されており、硬度は概略１００〜２００（Ｈｖ）程度となっている。一方、スケール１０表面の硬度は、鉛筆硬度で３〜４程度となっている。したがって、スケール１０表面に形成されている磁性媒体は、ホルダ部２０よりも柔らかい材質である。
【００３２】
このように構成されている位置検出装置１では、ホルダ部２０表面からスケール１０表面までの距離ａを２０μｍに設定し、スケール１０を構成している磁性媒体の膜厚を２５μｍに設定し、ホルダ部２０の部材の硬度よりも低い硬度の磁性材料をスケール１０表面に形成するので、ホルダ部２０とスケール１０の間にはせいぜい２倍程度（４０μｍ）以下のサイズの粉塵や切削粉等の異物しか混入せず、また、動作中に当該異物がホルダ部２０とスケール１０の間に混入した場合には、図４（Ａ）に示すように、異物はホルダ部２０に押されて硬度の低いスケール１０表面に埋め込まれるので、ホルダの中央部に配設されている検出器２１を異物から保護することができる。なお、例えば、約４０μｍの異物がホルダ部２０とスケール１０の間に混入した場合には、ホルダ部２０に押されて一部（埋込サイズは約２０μｍ）がスケール１０に埋まり、残りが突起物（突起サイズは２０μｍ）としてスケール１０表面から突き出るようになるが、突起サイズは、ホルダ部２０表面からスケール１０表面までの距離ａと同程度なので、表面に保護膜が形成されている検出器２１に損傷を与えることはない。また、スケール１０表面が異物により損傷を受けるが、長手方向に損傷を受けるわけではなく、位置検出装置１の動作に影響はない。
【００３３】
また、検出器２１は、図５に示すように、スケール１０に対してホルダ部２０よりも離れる（引っ込む）（ホルダ部２０表面からスケール１０表面までの距離ａ＜検出器２１表面からスケール１０表面までの距離ｂ）ようにホルダ部２０の検出器取付領域に固定されても良い。なお、ホルダ部２０表面からスケール１０表面までの距離ａは、スケール１０表面の磁性媒体の膜厚ｃと同等かそれよりも狭いこととする。
【００３４】
このように構成されている位置検出装置１では、ホルダ部２０とスケール１０の間に異物が混入し、異物による突起物がスケール１０表面にできてしまっても、その突起サイズは、最大でもホルダ部２０表面からスケール１０表面までの距離ａと同程度であり、検出器２１表面からスケール１０表面までの距離ｂには達しないので、異物から検出器２１を保護することができる。
【００３５】
また、ホルダ部２０の材質は、上述したＳＵＳ３０４の他アルミ等の他の金属材料やセラミックス等でも良い。
【００３６】
また、位置検出装置１は、スケール１０表面に形成されている磁性材料の硬度よりも低い高度の部材（例えば、ウレタン）によりホルダ部２０の一部が形成されても良い。このように構成される位置検出装置１は、ホルダ表面からスケール１０表面までの距離ａを２０μｍに設定し、スケール１０を構成している磁性媒体の膜厚を２５μｍに設定し、スケール１０表面の磁性材料の硬度よりも低い高度の部材をホルダ部２０の一部に用いるので、ホルダ部２０とスケール１０の間には２倍程度（４０μｍ）以下のサイズの異物しか混入せず、また、動作中に当該異物がホルダ部２０とスケール１０の間に混入した場合には、図４（Ｂ）に示すように、異物はスケール１０に押されて硬度の低いホルダ部２０の表面に埋め込まれ固定されるので、ホルダの中央部に配設されている検出器２１は異物による影響を受けることがない。なお、ホルダ部２０は、図４（Ｂ）に示すように、一部のみがスケール１０の磁性材料の硬度よりも低い部材が形成されている。
【００３７】
また、検出器２１は、図５に示すように、スケール１０に対してホルダ部２０よりも離れる（引っ込む）（ホルダ部２０表面からスケール１０表面までの距離ａ＜検出器２１表面からスケール１０表面までの距離ｂ）ようにホルダ部２０の検出器取付領域に固定されても良い。なお、ホルダ部２０表面からスケール１０表面までの距離ａは、スケール１０表面の磁性媒体の膜厚ｃと同等かそれよりも狭いこととする。
【００３８】
また、当該検出器２１表面に形成されている保護膜は、硬質皮膜を含んだものであってもよい。保護膜に硬質皮膜を含むことにより、検出器２１を異物や外的衝撃等から保護することができる。以下に、検出器２１表面に硬質皮膜を含む保護膜を形成する具体例について図６及び図８を用いて説明する。
【００３９】
検出器２１は、ガラス、シリコン又はセラミックス等の基板上に強磁性体薄膜が形成され、低抵抗の金属材料を用いて、外部へ信号を取り出すための引き出し部分と接続端子等のパターンがフォトリソグラフィ技術により形成されている。
本発明に係る検出器２１ａでは、強磁性体薄膜を外的衝撃等から保護するために、強磁性体薄膜上に所定の保護膜が形成されている。ここで、検出器２１ａの第１の構造について図６を用いて以下に説明する。なお、図６は、検出器２１ａの構造を示す断面図である。
【００４０】
検出器２１ａは、図６に示すように、例えば、Ｓｉ基板３０上に、ＭＲ膜としてＦｅ−Ｎｉ薄膜３１が約数十ｎｍ形成され、Ｆｅ−Ｎｉ薄膜３１上に無機膜３２として窒化膜が約１００〜３０００ｎｍ形成され、窒化膜の上部に有機膜３３としてポリイミド樹脂が数μｍ形成され、ポリイミド樹脂の上部に硬質皮膜３４が０．１〜５μｍ形成されてなる。また、検出器２１ａは、低抵抗の金属材料を用いて、外部へ信号を取り出すための引き出し部分と接続端子等の電極部３５のパターンがフォトリソグラフィ技術により形成されてなる。なお、電極部３５の厚さは、１０００ｎｍ程度である。
【００４１】
ここで、検出器２１ａの具体的な作製方法について図７に示すフローチャートにしたがって説明する。まず、Ｓｉ基板３０上にＦｅ−Ｎｉ薄膜３１が数十ｎｍの膜厚で形成され、フォトリソグラフィ技術でパターンが形成された後（ステップＳ１）、同様に電極部３５のパターンが形成される（ステップＳ２）。その後、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により窒化膜を１００〜３０００ｎｍ形成し（ステップＳ３）、次に、ポリイミド樹脂を数μｍ形成する（ステップＳ４）。そして、ポリイミド樹脂上に硬質皮膜３４を０．１〜５μｍ形成する（ステップＳ５）。なお、ステップＳ５において、硬質皮膜３４は、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ＣとＨを主成分とするアモルファス水素化カーボン膜（以下、ＤＬＣ膜という。）をポリイミド樹脂上に形成する。また、ＤＬＣ膜を形成させない部位がある場合には、マスキング処理を施してその部位が成膜しないようにしても良い。
【００４２】
ここで、保護膜の技術的意義について述べる。保護膜は、応力が小さく、硬度が高い物質であることが望ましい。それは、無機膜３２の応力が高いと、応力が被形成膜にかかってしまい、検出器２１ａのＭＲ特性が劣化してしまうし、また、硬度が低いと保護膜としての役目を果たせないためである。本発明に係る検出器２１ａでは、無機膜３２、有機膜３３及びＤＬＣ膜の３層構造で保護膜がＦｅ−Ｎｉ薄膜３１上に形成されいる。なお、本願発明では、上述したように、無機膜３２として窒化膜を使用し、有機膜３３としてポリイミド樹脂を使用している。
【００４３】
窒化膜は、Ｆｅ−Ｎｉ薄膜３１に及ぼす応力が小さく、かつ比較的高い硬度を有している。さらに、窒化膜は、電気的絶縁性及び耐湿性も有している。一方で、窒化膜を厚く形成し過ぎると応力が増加してしまうため、Ｆｅ−Ｎｉ薄膜３１のＭＲ特性を悪化させてしまったり、また、成膜時間の増加によるコストの増加等の原因となるので窒化膜の膜厚は１００〜３０００ｎｍ程度となる。この膜厚では、耐衝撃性が低いので、窒化膜の上面に有機膜３３であるポリイミド樹脂を形成している。なお、窒化膜は、ポリイミド樹脂により生じる応力が、Ｆｅ−Ｎｉ薄膜３１に影響しないように当該応力を吸収する機能も果たしている。
【００４４】
本願発明に係る検出器２１ａでは、さらに耐衝撃性を向上させる目的で、有機膜３３の上面にＤＬＣ膜を形成する。なお、ポリイミド樹脂は、窒化膜よりも軟質な材料であるので、ＤＬＣ膜による応力を吸収する機能を果たしている。したがって、Ｆｅ−Ｎｉ薄膜３１は、ポリイミド樹脂及びＤＬＣ膜の応力による影響を受けることがない。
【００４５】
このように構成された検出器２１ａは、Ｆｅ−Ｎｉ薄膜３１上に窒化膜、ポリイミド樹脂及びＤＬＣ膜からなる保護膜が形成されているので、通常の検出器（窒化膜１００〜３０００ｎｍ＋ポリイミド樹脂数μｍ）に比べて、外的衝撃に強く、また、ポリイミド樹脂の応力を窒化膜で緩和し、ＤＬＣ膜の応力をポリイミド樹脂で緩和するので、保護膜による応力の影響をＦｅ−Ｎｉ薄膜３１に与えることがなく、磁気抵抗変化率等のセンサの特性において通常の検出器に劣ることなく、十分に使用可能な検出器とすることができる。
【００４６】
つぎに、検出器の第２の構造について図８を用いて以下に説明する。なお、図８は、検出器２１ｂの構造を示す断面図である。
【００４７】
検出器２１ｂは、例えば、Ｓｉ基板４０上に、ＭＲ膜としてＦｅ−Ｎｉ薄膜４１が約数十ｎｍ形成され、Ｆｅ−Ｎｉ薄膜４１上に無機膜４２として窒化膜が約１００〜３０００ｎｍ形成され、窒化膜の上部に有機膜４３としてポリイミド樹脂が数μｍ形成され、ポリイミド樹脂の上部にポリイミド樹脂と硬質皮膜４５を結合するための中間膜４４が３μｍ形成され、中間膜４４の上部に硬質皮膜４５が１μｍ形成されてなる。なお、中間膜４４も硬質皮膜４５の一種である。また、検出器２１ｂは、低抵抗の金属材料を用いて、外部へ信号を取り出すための引き出し部分と接続端子等の電極部４６のパターンがフォトリソグラフィ技術により形成されてなる。なお、電極部４６の厚さは、１０００ｎｍ程度である。
【００４８】
ここで、検出器２１ｂの具体的な作製方法について図９に示すフローチャートにしたがって説明する。まず、Ｓｉ基板４０上にＦｅ−Ｎｉ薄膜４１が数十ｎｍの膜厚で形成され、フォトリソグラフィ技術でパターンが形成された後（ステップＳ１０）、同様に電極部４６のパターンが形成される（ステップＳ１１）。その後、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により窒化膜を１００〜３０００ｎｍ形成し（ステップＳ１２）、次に、ポリイミド樹脂を数μｍ形成する（ステップＳ１３）。そして、ポリイミド樹脂上にポリイミド樹脂と硬質皮膜４５を結合させる中間膜４４を１μｍ形成する（ステップＳ１４）。中間膜４４は、Ｓｉ，Ｃ，Ｏ，Ｈの組成からなっており、ポリイミド樹脂との結合性がよく、かつＣ（炭素）を主成分とする硬質皮膜４５との結合性もよい。したがって、ポリイミド樹脂の上面に直接硬質皮膜４５を形成するよりも、ポリイミド樹脂と硬質皮膜４５の間に中間膜４４を形成した方が、膜結合力が向上する利点がある。また、中間膜４４（Ｓｉ，Ｃ，Ｏ，Ｈ）は、ＤＬＣ膜ほど硬度は高くないが、応力が小さな硬質皮膜４５の一種である。
【００４９】
ステップＳ１５において、中間膜４４の上面に硬質皮膜４５を０．１〜５μｍ形成する。なお、中間膜４４及び硬質皮膜４５は、プラズマＣＶＤ装置により形成される。プラズマＣＶＤ装置は、最初にＳｉ，Ｃ，Ｏ，Ｈの組成からなる中間膜４４をポリイミド樹脂の上面に形成し、原料ガスを徐々に切り換え、連続的にＤＬＣ膜を形成する。また、ＤＬＣ膜を形成させない部位がある場合には、マスキング処理を施してその部位が成膜しないようにしても良い。
【００５０】
なお、保護膜の技術的意義については上述したので省略する。
【００５１】
また、中間膜は、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｗ又はＴａ等の酸化物を形成する元素のいずれか一つ又は複数が混合されていても良い。このような元素を中間膜に混合することにより、中間膜の硬度は下がってしまうが、その減少量よりも中間膜による応力を大幅に減少させることができる。したがって、ポリイミド樹脂上に膜厚の厚い硬質皮膜を形成することが可能となり、より強い衝撃からＦｅ−Ｎｉ薄膜４１を保護することが可能となる。
【００５２】
このように構成された検出器２１ｂは、Ｆｅ−Ｎｉ薄膜４１上に窒化膜、ポリイミド樹脂、中間膜４４（Ｓｉ，Ｃ，Ｏ，Ｈ）及びＤＬＣ膜からなる保護膜が形成されているので、通常の検出器（窒化膜１００〜３０００ｎｍ＋ポリイミド樹脂数μｍ）に比べて、外的衝撃に強く、また、ポリイミド樹脂の応力を窒化膜で緩和し、中間膜４４及びＤＬＣ膜の応力をポリイミド樹脂で緩和するので、保護膜による応力の影響をＦｅ−Ｎｉ薄膜４１に与えることがなく、磁気抵抗変化率等のセンサ特性において通常の検出器に劣ることなく、十分に使用可能な検出器とすることができる。また、検出器２１ｂは、中間膜４４（Ｓｉ，Ｃ，Ｏ，Ｈ）が形成されている分ＤＬＣ膜の膜厚が薄く形成されているので、当該検出器２１ｂを短時間で製造することができる。また、検出器２１ｂは、硬質皮膜４５が中間膜４４（Ｓｉ，Ｃ，Ｏ，Ｈ）からＤＬＣ膜へ連続的な組成となっているので、硬質皮膜４５全体がＤＬＣ膜であるものよりも膜の応力を小さくすることができる。
【００５３】
また、検出器２１ａ及び検出器２１ｂでは、熱伝導性の大きな材料であるシリコンを最良な基板材料として使用しているが、ガラス、セラミック（Ａｌ２Ｏ３）等を用いても良い。
【００５４】
また、Ｆｅ−Ｎｉ薄膜３１，４１の厚さは、Ｆｅ−Ｎｉ薄膜３１，４１により検出する磁気信号の特性等を考慮した上での設計事項となるものであるため上述した実施例に限られないが、一般的には、１０〜１５０ｎｍ程度である。
【００５５】
また、電極部３５，４６の種類、厚さ等も上述した実施例に限定されるものではない。さらに、電極部３５，４６は、上述した実施例では、Ｆｅ−Ｎｉ薄膜３１，４１の上面に形成されているが、Ｆｅ−Ｎｉ薄膜３１，４１の下面に形成されても良い。
【００５６】
また、上述した実施例では、無機膜３２，４２として窒化膜を使用したが、ＳｉＯ，ＳｉＯ２等でも良い。また、有機膜３３，４３としては、ポリイミド樹脂の他、ポリアミド樹脂，エポキシ等でも良い。また、硬質皮膜３４，４５としては、硬度及び摺動特性からＤＬＣ膜の方が好ましいが、ＴｉＮ，ＣｒＮ，ＳｉＣ，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ等でも良い。また、中間膜としては、Ｓｉ，Ｃ，Ｏ，Ｈ組成の膜以外に、ＳｉＣ，Ｔｉ，Ｃｒ等でも良い。
【００５７】
また、検出器２１ａ及び検出器２１ｂに形成されている各膜の厚さは、任意設定事項であって、実際には、検出器２１ａ及び検出器２１ｂを工作機械等に組み込むときに設定する検出器２１ａ及び検出器２１ｂと被検出物の間、いわゆるクリアランスの距離及び検出器２１ａ及び検出器２１ｂを製造するコストの兼ね合い等に基づき適時設定されるものである。
【００５８】
また、検出器２１ａ及び検出器２１ｂに形成されている保護膜は、本実施例に限定されず、人工格子構造、スピンバルブタイプのＧＭＲセンサ、ＴＭＲセンサ又は薄膜構造の磁気インピーダンス（ＭＩ）センサ等の薄膜型の磁気センサの上面に形成されても良い。
【００５９】
このように構成される検出器２１ａ又は検出器２１ｂを用いた位置検出装置１では、検出器２１ａ又は検出器２１ｂの表面に硬質皮膜３４，４５が形成されているので、動作中にホルダ部２０とスケール１０の間に、ホルダ部２０表面からスケール１０表面までの距離ａと同程度以下のサイズの異物が混入し、検出器２１ａ又は検出器２１ｂの表面に接触しても、検出器２１ａ又は検出器２１ｂは硬質皮膜３４，４５により保護され、長期耐久性に優れた構造にすることができる。なお、スケール１０は、検出器２１ａ又は検出器２１ｂの表面に形成されている硬質皮膜の硬度よりも低い高度の材料で構成されている。
【００６０】
また、ＤＬＣ膜は、硬質皮膜の中でも高硬度なことに加えて耐摩耗性及び耐摺動性にも優れているため、位置検出装置１は、ＤＬＣ膜が保護膜として表面に形成されている検出器２１ａ又は検出器２１ｂを直にスケール１０表面に接触させて摺動する構成であっても良い。
【００６１】
また、本発明に係る位置検出装置１は、直線型に限定されず、回転型のロータリーエンコーダでも良いし、定点検出型の磁気式センサ等でも良い。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る位置検出装置は、保持部の中央に配設される検出器表面からスケール表面までの距離が保持部表面からスケール表面までの距離と同一かそれ以上であり、当該スケール表面に形成されている磁性材料の膜厚が保持部表面からスケール表面までの距離と同一かそれ以上であり、スケール表面に形成されている磁性材料の硬度が保持部を形成している部材の硬度よりも低いので、保持部とスケールの間には所定以上のサイズの異物が混入せず、また、保持部とスケールの間に所定サイズ以下の異物が混入した場合には、異物は保持部に押されてスケール表面に埋め込まれるので、検出器を異物から保護することができる。
【００６３】
また、本発明に係る位置検出装置に備えられている検出器は、感磁素子の上面に無機膜、有機膜及び硬質皮膜を保護膜として形成されているので、通常の検出器に比べて外的衝撃に強く、また、保護膜の応力による歪みを感磁素子に与えないので、磁気抵抗変化率等のセンサ特性においても通常の検出器に比べて劣ることがない。
【００６４】
また、本発明に係る位置検出装置に備えられている検出器は、感磁素子の面上に膜厚が薄くかつ硬質皮膜を含む保護膜が形成されているので、クリアランスを狭く設定することができるので、短い磁気記録波長で磁気目盛りが記録されているスケールと組み合わせて使用することができる。
【００６５】
また、本発明に係る位置検出装置に備えられている磁気検出センサは、感磁素子の面上に膜厚が薄くかつ硬質皮膜を含む保護膜が形成されているので、スケールと組み合わせたときのクリアランスと同程度以下のサイズの異物が混入しても感磁素子は硬質皮膜により保護され得る。
【００６６】
また、本発明に係る位置検出装置は、保持部の中央に配設される検出器表面からスケール表面までの距離が保持部表面からスケール表面までの距離と同一かそれ以上であり、当該スケール表面に形成されている磁性材料の膜厚が保持部表面からスケール表面までの距離と同一かそれ以上であり、保持部を構成する部材の一部の硬度がスケール表面に形成されている磁性材料の硬度よりも低いので、保持部とスケールの間には所定以上のサイズの異物が混入せず、また、保持部とスケールの間に所定サイズ以下の異物が混入した場合には、異物はスケールに押されて保持部表面に埋め込まれるので、検出器を異物から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る位置検出装置の構成を示す構造図である。
【図２】本発明に係る位置検出装置に備えられているホルダ部の構造を示す構造図である。
【図３】ホルダ部に検出器を配設する第１の例を示す図である。
【図４】スケール表面に異物が埋め込まれる例（Ａ）と、ホルダ部に一部に異物が埋め込まれる例（Ｂ）を示す図である。
【図５】ホルダ部に検出器を配設する第２の例を示す図である。
【図６】本発明に係る磁気検出センサの第１の構造を示す断面図である。
【図７】本発明に係る磁気検出センサの製造方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る磁気検出センサの第２の構造を示す断面図である。
【図９】本発明に係る磁気検出センサの製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】ディスクと接触する面にＤＬＣ膜が成膜され、ＭＲセンサがディスクと直交する面に配設されてなる磁気式ヘッドの模式図である。
【符号の説明】
１  位置検出装置、２０  ホルダ部、２１，２１ａ、２１ｂ  検出器、３０，４０  基板、３１，４１  Ｆｅ−Ｎｉ薄膜、３２，４２  無機膜、３３，４３  有機膜、３４，４５  硬質皮膜
【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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【図１０】
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