(57)【要約】【課題】  ＳＶＧＭＲ素子は結合型ＧＭＲ素子に比べ、電気抵抗が大きいので低消費電力化に向いているが、着磁ピッチλの１／２周期の電気信号しか得られなかった。磁気エンコーダーの高精度化の要求から、電気信号の高ピッチ化とギャップ特性の改善が要求されてきた。【解決手段】  ピッチｐの素子で構成される第一素子群と第二素子群をｐ／２ずらして配置し、第一素子群と第二素子群の接続点から中点電圧を得る。磁気媒体の着磁ピッチ２（λａ＋λｂ）間で素子数と同じ２ｎ個の電気信号を取り出すことで、電気信号の高ピッチ化とギャップ特性の改善ができる。【選択図】      図４
2007155417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多極着磁された磁気媒体と対向して配され相対的に移動する磁気センサーを有する磁気
エンコーダーであって、磁気媒体の移動方向と着磁方向、磁気センサーの素子のスピンバ
ルブ型巨大磁気抵抗効果膜の固定層の磁化方向が同じで、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効
果膜は略長方形の素子形状に形成され、素子の短手方向（幅ｗ）と固定層の磁化方向が同
じであり、素子は磁気媒体移動方向に２ｎ個（ｎ＝３以上の正の整数）配され、磁気媒体
はλａとλｂの着磁長さと着磁方向が異なる着磁が成され、λａとλｂは繰り返し連続的
に着磁されており、素子の固定層の磁化方向と同方向に磁界が加わった時は素子の電気抵
抗が変化し、逆方向に磁界が加わった時に素子の電気抵抗は変化しないことを用い、磁気
媒体の着磁ピッチ２（λａ＋λｂ）間で素子数と同じ２ｎ個の電気信号を取り出すことを
特徴とする磁気エンコーダー。
【請求項２】
多極着磁された磁気媒体と対向して配され相対的に移動する磁気センサーを有する磁気
エンコーダーであって、磁気媒体の移動方向と着磁方向、磁気センサーの素子のスピンバ
ルブ型巨大磁気抵抗効果膜の固定層の磁化方向が同じで、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効
果膜は略長方形の素子形状に形成され、素子の短手方向（幅ｗ）と固定層の磁化方向が同
じであり、素子は磁気媒体移動方向に２ｎ個（ｎ＝３以上の正の整数）配され、磁気媒体
はλａとλｂの着磁長さと着磁方向が異なる着磁が成され、λａとλｂは繰り返し連続的
に着磁されており、素子の固定層の磁化方向と同方向に磁界が加わった時は素子の電気抵
抗が変化せず、逆方向に磁界が加わった時に素子の電気抵抗は変化することを用い、磁気
媒体の着磁ピッチ２（λａ＋λｂ）間で素子数と同じ２ｎ個の電気信号を取り出すことを
特徴とする磁気エンコーダー。
【請求項３】
磁気媒体移動方向に２ｎ個（ｎ＝３以上の正の整数）配され略長方形の素子は、ｎ個の
素子を持つ第一素子群と第二素子群を形成し、各素子群の素子は素子ピッチｐで等間隔に
配され、第一素子群と第二素子群は、（ｎ−１／２）ｐ（ｎ＝３以上の正の整数）の間隔
を持って配されており、各素子群の素子は素子長手方向の端部で直列に接続された素子列
であり、第一素子群の素子列の一端は電源に、他端は第二素子群の素子列の一端に接続し
、第二素子群の素子列の他端は接地され、第一素子群の素子列と第二素子群の素子列の接
続部から、中点電位を取ることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気エンコーダー
。
【請求項４】
磁気媒体移動方向に２ｎ個（ｎ＝３以上の正の整数）配され略長方形の素子は、ｎ個の
素子を持つ第一素子群と第二素子群を形成し、各素子群の素子は素子ピッチｐで等間隔に
配され、第一素子群の第１素子と第二素子群の第１素子は、ｐ／２の間隔を持って配され
ており、各素子群の素子は素子長手方向の端部で直列に接続された素子列であり、第一素
子群の素子列の一端は電源に、他端は第二素子群の素子列の一端に接続し、第二素子群の
素子列の他端は接地され、第一素子群の素子列と第二素子群の素子列の接続部から、中点
電位を取ることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気エンコーダー。
【請求項５】
磁気媒体はλａとλｂと異なった着磁長さと異なった着磁方向で繰り返し着磁されてお
り、λａ＞λｂもしくはλａ＜λｂであることを特徴とする請求項１および２に記載の磁
気エンコーダー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜を有する磁気センサーを用いた磁気式エ
ンコーダーに関するものである
【背景技術】
【０００２】
近年、小型ロボットやディジタルカメラ、インクジェットプリンターなど民生用途で使
用される磁気エンコーダーは安価で小型だけでなく、高分解能で且つ良好なギャップ出力
特性が求められている。言い換えると、小型で逓倍化の信号処理回路が不要で、動作中の
ギャップ変動に対して安定した出力を維持できる磁気エンコーダーが求められているもの
である。更に、低消費電力化も求められている。
【０００３】
従来の磁気エンコーダーは、異方性磁気抵抗効果膜を用いて磁気抵抗素子（以下、ＡＭ
Ｒ素子と言う）を形成している。ＡＭＲ素子は比較的弱い磁場強度の領域でも、磁界の変
化によって電気抵抗が数％変化するうえ、膜の製造も容易なため多く用いられている。し
かし、ＮｉＦｅ合金薄膜やＮｉＣｏ合金薄膜を用いたＡＭＲ素子で安定した磁気抵抗効果
を得るには、膜厚を２０〜４０（ｎｍ）と厚くする必要がある。膜厚が厚いため素子自体
の電気抵抗が低くなり、使用し難い方向である。高分解能を得るためＡＭＲ素子の幅方向
の寸法を小さくすると、膜厚が厚いことも影響し形状異方性（Ｈｋ）が大きくなり、弱い
磁場強度の領域での電気抵抗変化量が得られず、期待した電気出力の値が得られないと言
う問題がある。このため、ＡＭＲ素子を用いた磁気エンコーダーで分解能を上げるのは難
しかった。高分解能化とは、素子や着磁の狭ピッチ化であり、単位長さ当たりの電気出力
信号数を上げることである。
【０００４】
高分解能化が難しいＡＭＲ素子に代わり、結合型巨大磁気抵抗効果膜を使った素子（以
下結合型ＧＭＲ素子）が、特許文献１に示されている。結合型ＧＭＲ素子は、ＡＭＲ素子
に比べ２〜４倍大きな電気抵抗変化率を持つ。特許文献１のＧＭＲ素子は、ＮｉＣｏＦｅ
薄膜と非磁性金属薄膜を数十層交互に積層した人工格子金属膜を用いたものである。強磁
性薄膜と非磁性金属薄膜を多層化することで、大きな磁気抵抗変化率を得ている。しかし
、非磁性金属薄膜は良導電材であり膜の電気抵抗がＡＭＲ素子の１／２〜１／３程度と低
くなるため、低消費電力化が難しい。電気抵抗変化率は２０〜３０％と大きいが、この電
気抵抗変化率を得るには強い磁場強度の領域で使用することが必要である。そのため、磁
気エンコーダーの様な、比較的弱い磁場強度の領域では使用することが難しかった。
【０００５】
【特許文献１】特許第２８１２０４２号  公報
【０００６】
比較的弱い磁場強度の領域で結合型ＧＭＲ素子と同程度の電気抵抗変化率を示す膜とし
て、ハードディスク記憶装置（ＨＤＤ）の磁気ヘッドに用いられている、スピンバルブ型
巨大磁気抵抗効果膜がある。特許文献２に記載されているように、スピンバルブ型巨大磁
気抵抗効果膜は、磁界（磁束）の方向が変化しても磁化方向が変化しない固定層と非磁性
導電層、磁界の変化に追従して磁化方向が変化する自由層から構成される。スピンバルブ
型巨大磁気抵抗効果膜を加工した素子（以下、ＳＶＧＭＲ素子と言う）は、結合型ＧＭＲ
素子に比べ電気抵抗が５〜６倍大きく、磁気センサーに用いた場合低消費電力化を行い易
い。また、１〜１６０（Ａ／ｍ）［約０．００６〜２０（Ｏｅ）］と比較的低い磁場強度
の領域で動作すると言う特徴がある。
【０００７】
【特許文献２】特許第３０４０７５０号  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ＡＭＲ素子や結合型ＧＭＲ素子をＳＶＧＭＲ素子に置き換えただけでは、分解
能が低下してしまうと言う欠点がある。着磁ピッチλでＮ極とＳ極が交互に着磁された磁
気媒体に対し、ＳＶＧＭＲ素子を使用すると磁気センサーの出力信号の周期は２倍の２λ
となる。言い換えると、分解能が１／２になってしまうものである。これは、ＳＶＧＭＲ
素子が持つ磁気抵抗変化特性に起因しており、従来の使用方法では分解能の低下は避けら
れないものであった。
【０００９】
ＳＶＧＭＲ素子は、素子の固定層の磁化方向と同方向に磁界が加わった時は素子の電気
抵抗が変化し、逆方向に磁界が加わった時は素子の電気抵抗が変化しない特性を持つため
である。もしくは、素子の固定層の磁化方向と同方向に磁界が加わった時は素子の電気抵
抗が変化せず、逆方向に磁界が加わった時は素子の電気抵抗が変化する特性を持つためで
ある。磁気媒体がλの着磁ピッチ周期で着磁されていると、磁界方向もλの周期で反転す
ることになる。そのため、ＳＶＧＭＲ素子の電気抵抗の変化は２倍の２λの周期となる。
結合型ＧＭＲ素子とＡＭＲ素子を用いたときは、λの周期で電気信号が得られる。結合型
ＧＭＲ素子とＡＭＲ素子は、無磁界の状態で最大の電気抵抗を示し、磁界強度が上がると
電気抵抗は低下する。つまり、磁界方向には関係なく磁場強度の増減で信号が出る。この
ため、着磁ピッチλと同じ周期の電気信号が得られるものである。市場要求である高分解
能化に対応し難いため、ＳＶＧＭＲ素子を磁気エンコーダーに応用する事は成されていな
かった。しかし、比較的弱い磁場強度の領域で結合型ＧＭＲ素子と同程度の大きな磁気抵
抗変化率が得られ、また結合型ＧＭＲ素子の５〜６倍大きな電気抵抗が得られるので、低
消費電力化を行い易いという利点は捨て難いものである。
【００１０】
本発明の目的は、ＳＶＧＭＲ素子を磁気エンコーダーに適用しても、磁気媒体の着磁ピ
ッチ２（λａ＋λｂ）間で素子数と同じ２ｎ個の周期で電気信号が得られ、また磁気セン
サーの低消費電力化とギャップ変動に対し安定した出力特性が得られる磁気エンコーダー
を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の磁気エンコーダーは、多極着磁された磁気媒体と対向して配され相対的に移動
する磁気センサーを有する磁気エンコーダーであって、磁気媒体の移動方向と着磁方向、
磁気センサーの素子のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜の固定層の磁化方向が同じで、
スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜は略長方形の素子形状に形成され、素子の短手方向（
幅ｗ）と固定層の磁化方向が同じであり、素子は磁気媒体移動方向に２ｎ個（ｎ＝３以上
の正の整数）配され、磁気媒体はλａとλｂの着磁長さと着磁方向が異なる着磁が成され
、λａとλｂは繰り返し連続的に着磁されており、素子の固定層の磁化方向と同方向に磁
界が加わった時は素子の電気抵抗が変化し、逆方向に磁界が加わった時に素子の電気抵抗
は変化しないことを用い、磁気媒体の着磁ピッチ２（λａ＋λｂ）間で素子数と同じ２ｎ
個の電気信号を取り出すことが好ましい。
【００１２】
スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜は、磁化方向が固定している固定層と非磁性導体層
、磁化方向が自由に変化する自由層の３層の積層が基本的な構成である。固定層と自由層
の間に非磁性導体層が挿入された構造である。本発明の磁気エンコーダーに好適なスピン
バルブ型巨大磁気抵抗効果膜を構成する材質と膜厚は次の通りである。固定層はＣｏＦｅ
系金属で、膜厚は４〜５（ｎｍ）である。非磁性導体層は銅やアルミニウムで、膜厚は２
〜３（ｎｍ）である。自由層はＮｉＦｅ系金属で、膜厚は４〜５（ｎｍ）である。これら
の膜はスパッターや蒸着装置を用い、真空内で３層構造膜を形成することが好ましい。
【００１３】
スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜は、フォトリソ技術とドライエッチング技術を用い
て、略長方形のＳＶＧＭＲ素子に加工する。磁気媒体の移動方向（磁界の変化方向）にＳ
ＶＧＭＲ素子短手が位置するように、またＳＶＧＭＲ素子短手方向と固定層の磁化方向を
一致させる。ＳＶＧＭＲ素子の長手方向の長さは、磁気媒体の磁化範囲と同等であれば良
い。ＳＶＧＭＲ素子間の接続は非磁性導電材もしくはスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜
を用いることもできる。スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜を九十九折形状に加工するこ
とで、非磁性導電材を用いた接続法に比べ、製造工程数を減らすことができる。
【００１４】
固定層の磁化方向は固定されており、固定層の磁化方向と自由層の磁化方向が同方向の
とき、ＳＶＧＭＲ素子の電気抵抗は最小値を示す。逆方向の時は、磁気抵抗変化を起こさ
ないのでＳＶＧＭＲ素子の電気抵抗は最大値を示す。過渡状態時は、固定層の磁化方向と
自由層の磁化方向が成す角度によって、電気抵抗も変化する。磁界がない状態では、固定
層の磁化方向と自由層の磁化方向が逆方向になるように、非磁性導体層の膜厚を調整して
いる。
【００１５】
磁気媒体は、曲率もしくは平面を有するもので良い。円盤型の磁気媒体の外周面を用い
た場合は曲率面となり、円盤面を用いた場合は平面となる。また、磁気スケールの様な直
線的な平面でも良いものである。磁気媒体は永久磁石単体や永久磁石粉末と樹脂等の複合
材を用いることができる。
【００１６】
本発明の磁気エンコーダーは、多極着磁された磁気媒体と対向して配され相対的に移動
する磁気センサーを有する磁気エンコーダーであって、磁気媒体の移動方向と着磁方向、
磁気センサーの素子のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜の固定層の磁化方向が同じで、
スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜は略長方形の素子形状に形成され、素子の短手方向（
幅ｗ）と固定層の磁化方向が同じであり、素子は磁気媒体移動方向に２ｎ個（ｎ＝３以上
の正の整数）配され、磁気媒体はλａとλｂの着磁長さと着磁方向が異なる着磁が成され
、λａとλｂは繰り返し連続的に着磁されており、素子の固定層の磁化方向と同方向に磁
界が加わった時は素子の電気抵抗が変化せず、逆方向に磁界が加わった時に素子の電気抵
抗は変化することを用い、磁気媒体の着磁ピッチ２（λａ＋λｂ）間で素子数と同じ２ｎ
個の電気信号を取り出すことが好ましい。
【００１７】
固定層の磁化方向は固定されており、固定層の磁化方向と自由層の磁化方向が逆方向の
とき、ＳＶＧＭＲ素子の電気抵抗は最大値を示す。同方向の時は、磁気抵抗変化を起こさ
ないのでＳＶＧＭＲ素子の電気抵抗は最小値を示す。過渡状態時は、固定層の磁化方向と
自由層の磁化方向が成す角度によって、電気抵抗も変化する。磁界がない状態では、固定
層の磁化方向と自由層の磁化方向が逆方向になるように、非磁性導体層の膜厚を調整して
いる。
【００１８】
本発明の磁気エンコーダーは、磁気媒体移動方向に２ｎ個（ｎ＝３以上の正の整数）配
され略長方形の素子は、ｎ個の素子を持つ第一素子群と第二素子群を形成し、各素子群の
素子は素子ピッチｐで等間隔に配され、第一素子群と第二素子群は、（ｎ−１／２）ｐ（
ｎ＝３以上の正の整数）の間隔を持って配されており、各素子群の素子は素子長手方向の
端部で直列に接続された素子列であり、第一素子群の素子列の一端は電源に、他端は第二
素子群の素子列の一端に接続し、第二素子群の素子列の他端は接地され、第一素子群の素
子列と第二素子群の素子列の接続部から、中点電位を取ることが好ましい。
【００１９】
磁気媒体移動方向に２ｎ個（ｎ＝３以上の正の整数）配された略長方形の素子は、ｎ個
の素子を持つ第一素子群と第二素子群を形成し、各素子群の素子は素子ピッチｐで等間隔
に配されていることが好ましい。
【００２０】
第一素子群と第二素子群の接続点から中点電位を得るため、素子群は２個必要である。
また、素子群内にｐのピッチで電気出力を得るために素子群内に最低３個の素子が必要と
なる。これらから、素子２ｎ個は着磁ピッチ２（λａ＋λｂ）間で最低限６個必要となる
。ｎを３以上とし多くする程分解能は上がることになるが、着磁ピッチが同じでｎを増や
すためには素子幅（ｗ）を小さくすることが必要である。素子幅を小さくすることで、素
子の電気抵抗が大きくなるため電流が流れ難くなり低消費電力化に繋がる。しかし、素子
幅を小さくすると形状異方性が大きくなり感度が低下する。また、１μｍ以下の素子幅を
フォトリソ技術で得るには、高精度な露光機等が必要となり磁気センサーの製造コストが
上がることになる。磁気センサーの性能とコストから素子幅ｗと素子数ｎを決めることに
なる。目安としては、素子幅ｗとしては２〜７μｍで、ｎは３から１０程度が実用範囲で
あると言える。勿論、ｗやｎはこの数値に限られるものではない。
【００２１】
着磁ピッチが同じでｎを増やすことで分解能を上げられることを説明したが、逆に素子
数ｎと素子ピッチｐを一定とした場合、着磁ピッチを広げることができるものである。着
磁ピッチを広げることで、磁気媒体から発生する磁界強度が大きくなるので、磁気媒体と
磁気センサーの間隔であるギャップを大きくすることができる。これは、ギャップ変動に
対し安定した出力特性（ギャップ特性）が得られることを指している。
【００２２】
３以上の素子数ｎからなる素子群の素子は直列に接続し、第一素子群の素子列と第二素
子群の素子列の接続部から中点電位を取るため、素子数ｎが増えるに従い出力電圧が低下
することは避けられない。ｎが２の場合に比べ出力電圧は、ｎが３の場合は２／３、ｎが
４の場合は１／２、ｎが５の場合は２／５と低下していく。素子幅を加工する技術だけで
なく、出力電圧の点からもｎの上限が決められることになる。
【００２３】
第一素子群および第二素子群の最小３個のＳＶＧＭＲ素子は、素子ピッチｐの間隔をも
って配される。素子ピッチｐは、磁気媒体の着磁ピッチ（λａ＋λｂ）とは異なり、得た
い信号ピッチに相当するものである。素子数が増えた場合は、素子ピッチｐを小さくして
先頭の素子から最後尾の素子までの間隔（寸法）を維持することが、磁気センサーの小型
化を達成する点で好ましい。
【００２４】
素子の配置間隔をｐの倍数にすることも可能であるが、偶数倍では電気信号ピッチは倍
のままであるので、奇数倍とする必要がある。素子ａと素子ｂの間隔をｐ、素子ｂと素子
ｃの間隔を３ｐ、素子ｃと素子ｄの間隔をｐとすると、全ての間隔をｐとした時と同じ様
な出力が得られるが、素子ａと素子ｄの間隔が２ｐ分大きくなってしまう。磁気媒体が曲
率を有する場合、端に位置する素子ａと中央の素子ｂでは、磁気媒体からの距離（ギャッ
プ）が異なることになり、素子に加わる磁界強度が異なり抵抗変化がばらつくことになる
。磁気媒体が直線の磁気スケールの場合は、ギャップの変動の問題はないが、素子が大き
くなることからウェファーからの素子の取れ数が減少するので、小型化だけでなく低価格
化に逆行することになる。
【００２５】
本発明の磁気エンコーダーは、磁気媒体移動方向に２ｎ個（ｎ＝３以上の正の整数）配
され略長方形の素子は、ｎ個の素子を持つ第一素子群と第二素子群を形成し、各素子群の
素子は素子ピッチｐで等間隔に配され、第一素子群の第１素子と第二素子群の第１素子は
、ｐ／２の間隔を持って配されており、各素子群の素子は素子長手方向の端部で直列に接
続された素子列であり、第一素子群の素子列の一端は電源に、他端は第二素子群の素子列
の一端に接続し、第二素子群の素子列の他端は接地され、第一素子群の素子列と第二素子
群の素子列の接続部から、中点電位を取ることが好ましい。
【００２６】
第一素子群と第二素子群の間隔を出来得る限り小さくすることで、センサーを小さくす
ることができる。第一素子群の最後尾の素子の後に、第二素子群の先頭の素子を所定の間
隔を設けて配することが一般的に行われている方式である。第一素子群と第二素子群を所
定の間隔を離して重ね合わせるように配することで、センサー素子を小さくすることがで
きる。このような配置とすることで、第一素子群と第二素子群を直列に配置した構造に比
べ、先頭の素子から最後尾の素子までの間隔（寸法）を約１／２の長さにできる。
【００２７】
本発明の磁気エンコーダーは、各素子群の素子は、素子長手方向の端部で直列に接続さ
れた素子列であり、第一素子群の素子列の一端は電源に他端は第二素子群の素子列の一端
に接続し、第二素子群の素子列の他端は接地され、第一素子群の素子列と第二素子群の素
子列の接続部から、中点電位を取ることが好ましい。第一素子群の素子列と第二素子群の
素子列で、ＡＭＲ素子の様にブリッジ回路を組むこともできるが、ＳＶＧＭＲ素子は無磁
界時の電気抵抗値が大きいのと磁界が印加されたときの抵抗変化が大きいので、ブリッジ
の様な複雑な回路を組まずに簡単な中点電位を取る方式を採用することができる。
【００２８】
本発明の磁気エンコーダーは、磁気媒体はλａとλｂと異なった着磁長さと異なった着
磁方向で繰り返し着磁されており、λａ＞λｂもしくはλａ＜λｂであることが好ましい
。
【００２９】
本願では、多極着磁された磁気媒体のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜素子の固定層
の磁化方向と、同方向に磁界が加わるように着磁されている部分の長さをλａ、逆方向に
磁界が加わるように着磁されている部分の長さをλｂとしている。
【発明の効果】
【００３０】
ＳＶＧＭＲ素子を磁気エンコーダーに適用しても、磁気媒体の着磁ピッチ２（λａ＋λ
ｂ）間で素子数と同じ２ｎ個の周期で電気信号が得られた。また、電気抵抗の大きなＳＶ
ＧＭＲ素子を用いることで、磁気センサーの低消費電力化を実現できた。さらに、比較的
弱い磁場強度の領域で大きな磁気抵抗変化率が得られるので、ギャップ変動に対し安定し
た出力特性（ギャップ特性）が得られる磁気エンコーダーを実現できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。説明を判り易くするため、
同じ部品、部位には同一の符号を用いている。実施例では、素子の固定層の磁化方向と同
方向に磁界が加わったときは素子の電気抵抗が変化し、逆方向に磁界が加わったときに素
子の電気抵抗が変化しないスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜（Ａタイプ膜と仮称）を用
いて説明を行う。これは、固定層の磁化方向と自由層の磁化方向が同方向のとき、ＳＶＧ
ＭＲ素子の電気抵抗は最小値を示し、逆方向の時は、磁気抵抗変化を起こさないのでＳＶ
ＧＭＲ素子の電気抵抗は最大値を示すものである。素子の固定層の磁化方向と同方向に磁
界が加わったときは素子の電気抵抗が変化せず、逆方向に磁界が加わったときに素子の電
気抵抗が変化するスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜（Ｂタイプ膜と仮称）を用いても、
同様の効果を得ることができる。しかし、実施例では説明を判り易くするため、先のＡタ
イプ膜を用いて説明を行う。
【実施例１】
【００３２】
図１に、ＳＶＧＭＲ素子を用いた磁気エンコーダーの外観斜視図を示す。磁気エンコー
ダー１は磁気媒体２と磁気センサー６で構成している。磁気媒体２は磁界方向が反転する
ように着磁した。磁気センサー６は、基材４にＳＶＧＭＲ素子５が形成されており、ＳＶ
ＧＭＲ素子５は導体（図示せず）で結ばれＦＰＣ３に接続した。磁気媒体２とＳＶＧＭＲ
素子５は、所定の間隔（ギャップ）を持って対向させている。磁気媒体２と磁気センサー
６が相対的に移動することで、ＳＶＧＭＲ素子に印加される磁界強度が変化してＳＶＧＭ
Ｒ素子の抵抗が変化するものである。本明細書は、磁気媒体２が固定で磁気センサー６が
移動することで説明している。
【００３３】
図２に、ＳＶＧＭＲ素子の模式図を示す。ＳＶＧＭＲ素子は基材４上に固定層１０と非
磁性導体層１１、自由層１２の順に製膜した後、フォトリソでレジストマスクを作製し、
イオンミリング加工を行い素子形状を得た。基材４は熱膨張係数α＝３８×１０−７（ｄ
ｅｇ−１）のアルミノシリケートガラスを用いた。固定層１０はＣｏ９０Ｆｅ１０（ａｔ
ｏｍ％）の組成で、厚みＴ１＝５（ｎｍ）とした。非磁性導体層１１はＣｕで、厚みＴ２
＝３（ｎｍ）とした。自由層１２はＮｉ８５Ｆｅ１５とＣｏ９０Ｆｅ１０の２層膜とし、
厚みＴ３＝５（ｎｍ）とした。Ｎｉ８５Ｆｅ１５とＣｏ９０Ｆｅ１０の膜厚の比率は、３
：１〜５：１とした。固定層の磁化方向を固定するため、約２４０（Ａ／ｍ）［約３０（
Ｏｅ）］の磁場中でスパッターを行った。自由層もＮｉＦｅに異方性をつけて磁気特性を
上げるため、磁場中でスパッターを行った。
【００３４】
基材４上に製膜したスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜に、フォトリソ技術でレジスト
マスクを作製した後、アルゴンイオン用いたイオンミリングを行い、ＳＶＧＭＲ素子５に
加工した。ＳＶＧＭＲ素子は略長方形の形状としている。図２のｗが略長方形の短手方向
でありＬが長手方向である。Ｌは磁気媒体幅方向の長さより長くして、磁気媒体幅より出
た位置で素子を直列に接続した。スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜を九十九折に加工す
ることで、素子の接続を行った。素子間の接続部は磁界変化を受けないので、磁気抵抗変
化は起こさない。
【００３５】
固定層１０の磁化方向は実線の矢印１３で示しており、自由層１２に加わる外部の磁界
方向は、一点鎖線の矢印１４と破線の矢印１５で示している。外部の磁界が一点鎖線の矢
印１４の方向に加わると、固定層の磁化方向と同方向となるので、ＳＶＧＭＲ素子５の電
気抵抗は磁場強度の増加と共に低下した。破線の矢印１５方向に外部磁界が加わっても、
固定層の磁化方向と逆方向となるためＳＶＧＭＲ素子５の電気抵抗は変化しない。図３に
、外部磁界と電気抵抗の関係を示す。図３ａ）に、ＳＶＧＭＲ素子に外部磁界が印加され
たときの抵抗の変化を示す。磁界が加わっていない時のＳＶＧＭＲ素子の電気抵抗はＲ１
であり、正方向（固定層の磁化方向と同方向）に磁界を印加していくとＲ２の値で飽和す
る。負方向（固定層の磁化方向と逆方向）に磁界を加えても、磁気抵抗変化を起こさない
のでＳＶＧＭＲ素子の電気抵抗はＲ１のままである。（Ｒ１−Ｒ２）／Ｒ１ｘ１００（％
）で求められる値を、磁気抵抗変化率と称している。
【００３６】
図３ｂ）は、素子の固定層の磁化方向と同方向に磁界が加わったときは素子の電気抵抗
が変化せず、逆方向に磁界が加わったときに素子の電気抵抗が変化するＳＶＧＭＲ素子を
用いた時の、外部磁界と電気抵抗の変化を示している。固定層の磁化方向と自由層の磁化
方向が同方向のとき、ＳＶＧＭＲ素子の電気抵抗は最大値を示し、逆方向の時は、磁気抵
抗変化を起こさないのでＳＶＧＭＲ素子の電気抵抗は最小値を示すものである。参考のた
め、図３ｃ）に結合型ＧＭＲ素子、図３ｄ）にＡＭＲ素子の磁界と電気抵抗の関係を示す
。結合型ＧＭＲ素子とＡＭＲ素子は、ＳＶＧＭＲ素子と異なり磁界の増減両方向で磁気抵
抗変化を示す。この様に、磁界の増減両方向で磁気抵抗変化を示すため、着磁ピッチλと
同じピッチで電気信号が得られるものである。結合型ＧＭＲ素子の初期（無磁界時）電気
抵抗Ｒ２≒３２２（Ω）に対し、ＳＶＧＭＲ素子の初期電気抵抗Ｒ１≒１５６０（Ω）と
、約５倍の値なっている。このＲ１とＲ２の値は、素子幅ｗ＝５（μｍ）で長さＬ＝１０
００（μｍ）とした時の一例である。この初期の電気抵抗の違いが、磁気センサーの消費
電力の差を生むものである。初期電気抵抗が大きいほど、磁気センサーの消費電力を小さ
くできる。
【実施例２】
【００３７】
図４に、ＳＶＧＭＲ素子が２ｎ個（ｎ＝３）で、λａがλｂより大きい時の動作を示す
。図４ａ）に、ＳＶＧＭＲ素子と磁気媒体の関係を、図４ｂ）から図４ｆ）に各ＳＶＧＭ
Ｒ素子の電気抵抗変化と電気信号を示す。図４ｂ）はＳＶＧＭＲ素子５１、図４ｃ）はＳ
ＶＧＭＲ素子５２、図４ｃ）はＳＶＧＭＲ素子５３、図４ｄ）はＳＶＧＭＲ素子５１から
５３の第一素子群、図４ｅ）はＳＶＧＭＲ素子５４から５６の第二素子群の電気抵抗変化
を示している。磁気センサーは基材４にＳＶＧＭＲ素子５１〜５６を配置している。ＳＶ
ＧＭＲ素子５１から５３で第一素子群、ＳＶＧＭＲ素子５４から５６で第二素子群を形成
し、素子群内の素子はｗの素子幅を持ってピッチｐで設けた。第一素子群の後に第二素子
群をｐ／２ずらして配置した。ＳＶＧＭＲ素子に付記した矢印は固定層の磁化方向である
。磁気媒体２には、λａがλｂより大きくなるように着磁した。λａとλｂの合計長は、
磁気センサーの素子ピッチｐの３倍の３ｐに相当している。磁気媒体上の破線矢印は、磁
気媒体から発生する磁界の方向を表している。
【００３８】
図５に、ＳＶＧＭＲ素子５１〜５６の接続と等価回路を示している。第一素子群のＳＶ
ＧＭＲ素子５１と５２，５３は直列に接続し、同様に第二素子群のＳＶＧＭＲ素子５４と
５５，５６も直列に接続した。第一素子群のＳＶＧＭＲ素子５３と第二素子群のＳＶＧＭ
Ｒ素子５４を接続し、接続点から中点電位を取り主力端子に接続した。第一素子群のＳＶ
ＧＭＲ素子５１のもう一方の端子は電源Ｖｃｃに、第二素子群のＳＶＧＭＲ素子５６のも
う一方の端子はＧＮＤに落とした。
【００３９】
図４で、磁気センサー６が矢印の移動方向に移動した場合、ＳＶＧＭＲ素子５１から５
３は磁気媒体からの漏れ磁界を受け、ＳＶＧＭＲ素子５１は図４ｂ）、ＳＶＧＭＲ素子５
２は図４ｃ）、ＳＶＧＭＲ素子５３は図４ｄ）に示すように電気抵抗が変化する。電気抵
抗の最大値をＲ１、最小値をＲ２としている。図４ｅ）にＳＶＧＭＲ素子５１から５３の
合成電気抵抗（第一素子群の電気抵抗に相当）を示す。図４ｂ）から図４ｄ）に示すＳＶ
ＧＭＲ素子５１から５３の電気抵抗のピッチは３ｐであるが、ピッチｐで配置しているの
でＳＶＧＭＲ素子５１から５３の合成電気抵抗の、最大抵抗変化率は１／３になるが電気
抵抗ピッチはピッチｐを得ることができた。同様に第二素子群の電気信号を図４ｆ）に示
す。図４ｆ）は図４ｅ）とｐ／２位相がずれており、磁気センサー６の出力である中点電
位（Ｖｃｃ／２）は、図４ｇ）に示す様なピッチｐの周期を持つ電気信号を得ることがで
きた。本願のＳＶＧＭＲ素子配置と着磁（λａ＋λｂ）を行うことで、ＳＶＧＭＲ素子で
は得られなかった高ピッチの磁気エンコーダーを得ることができた。
【実施例３】
【００４０】
図６に、ＳＶＧＭＲ素子が２ｎ個（ｎ＝３）でのλａがλｂより小さい時の動作を示す
。図６ａ）に、ＳＶＧＭＲ素子と磁気媒体の関係を、図６ｂ）から図６ｆ）に各ＳＶＧＭ
Ｒ素子の電気抵抗変化と電気信号を示す。図６ｂ）はＳＶＧＭＲ素子５１、図６ｃ）はＳ
ＶＧＭＲ素子５２、図６ｃ）はＳＶＧＭＲ素子５３、図６ｄ）はＳＶＧＭＲ素子５１から
５３の第一素子群、図６ｅ）はＳＶＧＭＲ素子５４から５６の第二素子群の電気抵抗変化
を示している。磁気センサーは基材４にＳＶＧＭＲ素子５１〜５６を配置している。ＳＶ
ＧＭＲ素子５１から５３で第一素子群、ＳＶＧＭＲ素子５４から５６で第二素子群を形成
し、素子群内の素子はｗの素子幅を持ってピッチｐで設けた。第一素子群の後に第二素子
群をｐ／２ずらして配置した。ＳＶＧＭＲ素子に付記した矢印は固定層の磁化方向である
。磁気媒体２には、λａがλｂより大きくなるように着磁した。λａとλｂの合計長は、
磁気センサーの素子ピッチｐの３倍の３ｐに相当している。磁気媒体上の破線矢印は、磁
気媒体から発生する磁界の方向を表している。ＳＶＧＭＲ素子５１〜５６の接続と等価回
路は先に示した図５と同じである。
【００４１】
図６で、磁気センサー６が矢印の移動方向に移動した場合、ＳＶＧＭＲ素子５１から５
３は磁気媒体からの漏れ磁界を受け、ＳＶＧＭＲ素子５１は図６ｂ）、ＳＶＧＭＲ素子５
２は図６ｃ）、ＳＶＧＭＲ素子５３は図６ｄ）に示すように電気抵抗が変化する。電気抵
抗の最大値をＲ１、最小値をＲ２としている。図６ｅ）にＳＶＧＭＲ素子５１から５３の
合成電気抵抗（第一素子群の電気抵抗に相当）を示す。図６ｂ）から図６ｄ）に示すＳＶ
ＧＭＲ素子５１から５３の電気抵抗のピッチは３ｐであるが、ピッチｐで配置しているの
でＳＶＧＭＲ素子５１から５３の合成電気抵抗の、最大抵抗変化率は１／３になるが電気
抵抗ピッチはピッチｐを得ることができた。同様に第二素子群の電気信号を図６ｆ）に示
す。図６ｆ）は図６ｅ）とｐ／２位相がずれており、磁気センサー６の出力である中点電
位（Ｖｃｃ／２）は、図６ｇ）に示す様なピッチｐの周期を持つ電気信号を得ることがで
きた。本願のＳＶＧＭＲ素子配置と着磁（λａ＋λｂ）を行うことで、ＳＶＧＭＲ素子で
は得られなかった高ピッチの磁気エンコーダーを得ることができた。
【実施例４】
【００４２】
図７に、ＳＶＧＭＲ素子が２ｎ個（ｎ＝３）でλａがλｂより大きく、第一素子群の第
１素子と第２素子の間に第二素子群の第１素子を配した磁気センサーの構造と動作を示す
。磁気センサー６が矢印の移動方向に移動した場合、ＳＶＧＭＲ素子５１から５３は磁気
媒体からの漏れ磁界を受け、ＳＶＧＭＲ素子５１は図７ｂ）、ＳＶＧＭＲ素子５２は図７
ｃ）、ＳＶＧＭＲ素子５３は図７ｄ）に示すように電気抵抗が変化する。電気抵抗の最大
値をＲ１、最小値をＲ２としている。図７ｅ）にＳＶＧＭＲ素子５１から５３の合成電気
抵抗（第一素子群の電気抵抗に相当）を示す。図７ｂ）から図７ｄ）に示すＳＶＧＭＲ素
子５１から５３の電気抵抗のピッチは３ｐであるが、ピッチｐで配置しているのでＳＶＧ
ＭＲ素子５１から５３の合成電気抵抗の、最大抵抗変化率は１／３になるが電気抵抗ピッ
チはピッチｐを得ることができた。同様に第二素子群の電気信号を図７ｆ）に示す。図７
ｆ）は図７ｅ）とｐ／２分位相がずれており、磁気センサー６の出力である中点電位（Ｖ
ｃｃ／２）は、図７ｇ）に示す様なピッチｐの周期を持つ電気信号を得ることができた。
【００４３】
実施例４のような素子配置をとることで、素子５１から素子５６間の寸法を実施例２，
３に比べ約半分とすることができるので、磁気センサーを小さくすることができた。ウェ
ファーからの磁気センサーの取れ数を多くすることができるので、低価格化が可能となっ
た。２ｎ個の素子（ｎは３以上の整数）を有する磁気センサーであれば、本実施例４と同
様の素子配置を行うことが出来る。
【実施例５】
【００４４】
図８に、ＳＶＧＭＲ素子が２ｎ個（ｎ＝４）でのλａがλｂより小さい時の動作を示す
。図８ａ）に、ＳＶＧＭＲ素子と磁気媒体の関係を、図８ｂ）から図８ｅ）に各ＳＶＧＭ
Ｒ素子の電気抵抗変化と電気信号を示す。図８ｂ）はＳＶＧＭＲ素子５１、図８ｃ）はＳ
ＶＧＭＲ素子５２、図８ｄ）はＳＶＧＭＲ素子５３、図８ｅ）はＳＶＧＭＲ素子５４、図
８ｆ）はＳＶＧＭＲ素子５１から５４の第一素子群、図８ｇ）はＳＶＧＭＲ素子５５から
５８の第二素子群の電気抵抗変化を示している。磁気センサーは基材４にＳＶＧＭＲ素子
５１〜５８を配置している。ＳＶＧＭＲ素子５１から５４で第一素子群、ＳＶＧＭＲ素子
５５から５８で第二素子群を形成し、素子群内の素子はｗの素子幅を持ってピッチｐで設
けた。第一素子群の後に第二素子群をｐ／２ずらして配置した。ＳＶＧＭＲ素子に付記し
た矢印は固定層の磁化方向である。磁気媒体２には、λａがλｂより大きくなるように着
磁した。λａとλｂの合計長は、磁気センサーの素子ピッチｐの４倍の４ｐに相当してい
る。磁気媒体上の破線矢印は、磁気媒体から発生する磁界の方向を表している。
【００４５】
図９に、ＳＶＧＭＲ素子５１〜５８の接続と等価回路を示している。第一素子群のＳＶ
ＧＭＲ素子５１から５４は直列に接続し、同様に第二素子群のＳＶＧＭＲ素子５５から５
８も直列に接続した。第一素子群のＳＶＧＭＲ素子５４と第二素子群のＳＶＧＭＲ素子５
５を接続し、接続点から中点電位を取り出力端子に接続した。第一素子群のＳＶＧＭＲ素
子５１のもう一方の端子は電源Ｖｃｃに、第二素子群のＳＶＧＭＲ素子５８もう一方の端
子はＧＮＤに落とした。
【００４６】
図８で、磁気センサー６が矢印の移動方向に移動した場合、ＳＶＧＭＲ素子５１から５
４は磁気媒体からの漏れ磁界を受け、ＳＶＧＭＲ素子５１は図８ｂ）、ＳＶＧＭＲ素子５
２は図８ｃ）、ＳＶＧＭＲ素子５３は図８ｄ）、ＳＶＧＭＲ素子５４は図８ｅ）に示すよ
うに電気抵抗が変化する。電気抵抗の最大値をＲ１、最小値をＲ２としている。図８ｆ）
にＳＶＧＭＲ素子５１から５４の合成電気抵抗（第一素子群の電気抵抗に相当）を示す。
図８ｂ）から図８ｅ）に示すＳＶＧＭＲ素子５１から５４の電気抵抗のピッチは４ｐであ
るが、ピッチｐで配置しているのでＳＶＧＭＲ素子５１から５４の合成電気抵抗は、最大
抵抗変化率が１／４になるが電気抵抗ピッチはピッチｐを得ることができた。同様に第二
素子群の電気信号を図８ｇ）に示す。図８ｇ）は図８ｆ）とｐ／２位相がずれており、磁
気センサー６の出力である中点電位（Ｖｃｃ／２）は、図８ｈ）に示す様なピッチｐの周
期を持つ電気信号を得ることができた。本願のＳＶＧＭＲ素子配置と着磁（λａ＋λｂ）
を行うことで、ＳＶＧＭＲ素子では得られなかった高ピッチの磁気エンコーダーを得るこ
とができた。
【実施例６】
【００４７】
図１０に、ギャップ特性を示す。磁気媒体２と磁気センサー６との間隔（ギャップ）を
、０〜２５（μｍ）まで５（μｍ）間隔で変え、磁気センサー出力を測定しギャップ特性
を得た。ギャップ特性に大きく影響する寸法関係は、次の通りとした。着磁ピッチ２（λ
ａ＋λｂ）間で素子数と同じ２ｎ個の電気信号を得るため、素子のピッチｐを２０（μｍ
）一定とし、素子数ｎを変えるため着磁ピッチ（λａ＋λｂ）をｎ＝３では６０（μｍ）
、ｎ＝４では８０（μｍ）とした。ＳＶＧＭＲ素子の短手方向の寸法ｗ＝５（μｍ）とし
た。磁気媒体の磁気特性は、保磁力Ｈｃ＝２１７（ｋＡ／ｍ）、残留磁束密度Ｂｒ＝１．
４（Ｔ）、角型比Ｒ＝０．８とした。λａ＞λｂ、λａ＜λｂの条件での、λａとλｂの
差はｗとした。比較のため、従来の結合型ＧＭＲセンサーも同時に測定した。結合型ＧＭ
Ｒセンサー用の磁気媒体の着磁は、従来品であるため勿論λａ＝λｂである。素子数はｎ
＝２で素子のピッチｐは２０（μｍ）、λａ＝λｂ＝４０（μｍ）とした。素子の第一素
子群と第二素子群の配置は、実施例２と３，５と同様、第一素子群の最後尾素子の後にｐ
／２離して第二素子群の先頭素子を配した。
【００４８】
ギャップ特性は、最大出力の８０％の出力を与えるギャップ領域（ギャップ長範囲）で
評価した。図１０の縦軸は、各条件下での最大出力を１として比率表示している。図１０
を見て判るように結合型ＧＭＲセンサーに比べ、いずれのＳＶＧＭＲセンサーもギャップ
特性は良い値が得られた。結合型ＧＭＲセンサーは、ギャップが大きくなるに従い急激に
出力が低下し、ギャップ領域は１．８（μｍ）と非常に小さいものであった。λａ＞λｂ
では、ギャップが大きくなるに従い磁気センサー出力は順次低下するが、ギャップ領域は
１１（μｍ）と結合型ＧＭＲセンサーの約６倍の値が得られた。λａ＜λｂでは、素子数
ｎ＝３，ｎ＝４いずれもギャップ５（μｍ）近傍で磁気センサー出力は最大値を示し、ギ
ャップ領域も１５．５（μｍ）と結合型ＧＭＲセンサーの約８．６倍の値が得られた。こ
のギャップ領域の拡大は、ＳＶＧＭＲ素子が小さい磁界強度で動作することの裏付けと言
える。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明のＳＶＧＭＲ素子を用いた磁気エンコーダーの外観斜視図である。
【図２】本発明のＳＶＧＭＲ素子の模式図である。
【図３】本発明のＳＶＧＭＲ素子の外部磁界と電気抵抗の関係を示す図である。
【図４】実施例２のｎ＝３でλａがλｂより大きい時の磁気センサーの構造と動作を説明する図である。
【図５】実施例２のＳＶＧＭＲ素子の接続と等価回路を示す図である。
【図６】実施例３のｎ＝３でλａがλｂより小さい時の磁気センサーの構造と動作を説明する図である。
【図７】実施例４の第一素子群の第１素子と第２素子の間に第二素子群の第１素子を配した磁気センサーの構造と動作を説明する図である。
【図８】実施例５のｎ＝４でλａがλｂより小さい時の磁気センサーの構造と動作を説明する図である。
【図９】実施例５のＳＶＧＭＲ素子の接続と等価回路を示す図である。
【図１０】実施例６のギャップ特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  磁気エンコーダー、２  磁気媒体、
３  ＦＰＣ、４  基材、
５  ＳＶＧＭＲ素子、６  磁気センサー、
１０  固定層、１１  非磁性導体層、
１２  自由層、１３  磁化方向、
１４，１５  外部磁場方向、５１〜５８  ＳＶＧＭＲ素子。
【図１】
2007155417.tif 000003
【図２】
2007155417.tif 000004
【図３】
2007155417.tif 000005
【図４】
2007155417.tif 000006
【図５】
2007155417.tif 000007
【図６】
2007155417.tif 000008
【図７】
2007155417.tif 000009
【図８】
2007155417.tif 000010
【図９】
2007155417.tif 000011
【図１０】
2007155417.tif 000012