(57)【要約】【課題】互いに異なる応答特性が要求される２種の磁気抵抗効果素子を有し、各磁気抵抗効果素子に要求される、異なる応答特性をともに向上させることのできる磁気センサ及び磁気式エンコーダを提供する。【解決手段】磁気センサ１は、外部磁界を検出可能な第１及び第２磁気抵抗効果素子３１，４１を備え、第１及び第２磁気抵抗効果素子３１，４１は、外部磁界により磁化方向が変化する自由層３１５，４１５を含む複数層の積層体であり、第１及び第２磁気抵抗効果素子３１，４１のそれぞれを積層方向上方から見たときの形状が互いに異なり、第１磁気抵抗効果素子３１は、外部磁界の変化に伴う第１磁気抵抗効果素子３１の出力の傾きを大きくさせ得る形状を有し、第２磁気抵抗効果素子４１は、外部磁界の変化に伴う第２磁気抵抗効果素子４１の出力の傾きを、第１磁気抵抗効果素子３１の出力の傾きに比して小さくさせ得る形状を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界を検出可能な第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子を少なくとも備える磁気センサであって、
前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、それぞれ、前記外部磁界により磁化方向が変化する自由層を少なくとも含む複数層の積層体であり、
前記第１磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層と、前記第２磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層とのそれぞれを積層方向上方から見たときに、両自由層は互いに異なる形状を有し、
前記第１磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の、前記第１磁気抵抗効果素子の積層方向上方から見たときの形状は、前記外部磁界の変化に伴う前記第１磁気抵抗効果素子の出力の傾きを大きくさせ得る形状であり、
前記第２磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の、前記第２磁気抵抗効果素子の積層方向上方から見たときの形状は、前記外部磁界の変化に伴う前記第２磁気抵抗効果素子の出力の傾きを、前記第１磁気抵抗効果素子の出力の傾きに比して小さくさせ得る形状である
磁気センサ。
【請求項２】
前記第１磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の前記形状は、Ｍ＋Ｎ角形（Ｍは３以上の整数であり、Ｎは１以上の整数である。）であり、
前記第２磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の前記形状は、Ｍ角形である
請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の前記形状は、Ｍ＋Ｎ角形（Ｍは４以上の偶数であり、Ｎは１以上の整数である。）であり、
前記第２磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の前記形状は、Ｍ角形である
請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第２磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の前記形状は、互いに平行な対向する２辺を少なくとも有する形状である
請求項２又は３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第１磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の前記形状は、略円形状であり、
前記第２磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の前記形状は、略方形状である
請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、ＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子である
請求項１〜５のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、磁化固定層、非磁性中間層及び前記自由層がこの順で積層されてなる
請求項１〜６のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記非磁性中間層が、ＭｇＯX（Ｘ＝０．１〜０．９）である
請求項７に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記非磁性中間層が、第１非磁性中間層及び第２非磁性中間層を少なくとも含む積層体である
請求項７又は８に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の磁気センサと、
アブソリュート磁気信号を記録したアブソリュート信号トラック及びインクリメンタル磁気信号を記録したインクリメンタル信号トラックを有し、前記磁気センサに対して相対的に移動可能なスケール部と
を備え、
前記第１磁気抵抗効果素子と前記アブソリュート信号トラックとが互いに対向し、かつ前記第２磁気抵抗効果素子と前記インクリメンタル信号トラックとが互いに対向するように、前記磁気センサと前記スケール部とが対向して設けられている
磁気式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサ及びそれを備える磁気式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械等において、移動体の回転移動や直線的移動による位置を検出するための位置検出装置が用いられている。この位置検出装置としては、磁気信号が記録された媒体と磁気センサとを備えるものが知られており、磁気センサによって、媒体と磁気センサとの相対的位置関係を示す信号を出力することができる。
【０００３】
かかる位置検出装置において用いられる磁気センサとしては、自由層と磁化固定層とを有する積層体であって、外部磁界に応じた自由層の磁化方向の変化に伴い抵抗が変化する磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を備えるものが知られている。また、かかる位置検出装置において用いられる媒体としては、アブソリュート信号用トラックを有するもの、インクリメンタル信号用トラックを有するもの、アブソリュート信号用トラックとインクリメンタル信号用トラックとを有するもの等が知られている。
【０００４】
従来、アブソリュート信号用トラックとインクリメンタル信号用トラックとを有する媒体を備える位置検出装置に用いられる磁気センサとしては、アブソリュート信号用トラックに記録された磁気信号を検出するためのＭＲ素子と、インクリメンタル信号用トラックに記録された磁気信号を検出するためのＭＲ素子との２種のＭＲ素子を有するものが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２６４１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記磁気センサにおいて、アブソリュート信号用トラックに記録された磁気信号を検出するためのＭＲ素子は、媒体の相対移動に伴う磁界の変化に応じ、急峻に出力を変化させる特性（応答特性）が要求される。一方、インクリメンタル信号用トラックに記録された磁気信号を検出するためのＭＲ素子は、媒体の相対移動に伴う磁界の変化に応じ、リニアに出力を変化させる特性（応答特性）が要求される。
【０００７】
このように、要求される応答特性が異なる２種のＭＲ素子につき、近年、さらなる高感度、低ノイズ等の応答特性の向上が要求されている。従来、ＭＲ素子を構成する自由層等の各層を構成する材料や、当該各層の膜厚等の最適化等により、上記応答特性を向上させる試みがなされている。しかしながら、これらの試みにより上記応答特性をさらに向上させることは、非常に困難であるという問題がある。
【０００８】
上記課題に鑑み、本発明は、互いに異なる応答特性が要求される２種の磁気抵抗効果素子を有し、各磁気抵抗効果素子に要求される、異なる応答特性をともに向上させることのできる磁気センサ及び磁気式エンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、外部磁界を検出可能な第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子を少なくとも備える磁気センサであって、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、それぞれ、前記外部磁界により磁化方向が変化する自由層を少なくとも含む複数層の積層体であり、前記第１磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層と、前記第２磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層とのそれぞれを積層方向上方から見たときに、両自由層は互いに異なる形状を有し、前記第１磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の、前記第１磁気抵抗効果素子の積層方向上方から見たときの形状は、前記外部磁界の変化に伴う前記第１磁気抵抗効果素子の出力の傾きを大きくさせ得る形状であり、前記第２磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の、前記第２磁気抵抗効果素子の積層方向上方から見たときの形状は、前記外部磁界の変化に伴う前記第２磁気抵抗効果素子の出力の傾きを、前記第１磁気抵抗効果素子の出力の傾きに比して小さくさせ得る形状である磁気センサを提供する（発明１）。
【００１０】
上記発明（発明１）によれば、出力の傾きが大きいこと（出力変化が急峻であること）が要求される第１磁気抵抗効果素子と、それよりも出力の傾きが小さいこと（出力変化がリニアであること）が要求される第２磁気抵抗効果素子とのそれぞれの自由層の形状（積層方向上方から見たときの形状）を、それぞれの応答特性に適した形状に設定することにより、第１及び第２磁気抵抗効果素子のそれぞれに要求される異なる応答特性をともに向上させることができる。
【００１１】
上記発明（発明１）においては、前記第１磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の前記形状を、Ｍ＋Ｎ角形（Ｍは３以上の整数であり、Ｎは１以上の整数である。）とし、前記第２磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の前記形状を、Ｍ角形とすることができ（発明２）、前記第１磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の前記形状は、Ｍ＋Ｎ角形（Ｍは４以上の偶数であり、Ｎは２以上の偶数である。）であり、前記第２磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の前記形状は、Ｍ角形であるのが好ましく（発明３）、前記第２磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の前記形状は、互いに平行な対向する２辺を少なくとも有する形状であるのが好ましい（発明４）。
【００１２】
また、上記発明（発明１）においては、前記第１磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の前記形状を、略円形状とし、前記第２磁気抵抗効果素子の少なくとも前記自由層の前記形状を、略方形状とすることができる（発明５）。
【００１３】
上記発明（発明１〜５）においては、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子として、ＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子を用いることができ（発明６）、上記発明（発明１〜６）においては、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、磁化固定層、非磁性中間層及び前記自由層がこの順で積層されてなるのが好ましい（発明７）。上記発明（発明７）においては、前記非磁性中間層が、ＭｇＯX（Ｘ＝０．１〜０．９）であるのが好ましい（発明８）。上記発明（発明７，８）においては、前記非磁性中間層が、第１非磁性中間層及び第２非磁性中間層を少なくとも含む積層体であるのが好ましい（発明９）。
【００１４】
また、本発明は、上記発明（発明１〜９）に係る磁気センサと、アブソリュート磁気信号を記録したアブソリュート信号トラック及びインクリメンタル磁気信号を記録したインクリメンタル信号トラックを有し、前記磁気センサに対して相対的に移動可能なスケール部とを備え、前記第１磁気抵抗効果素子と前記アブソリュート信号トラックとが互いに対向し、かつ前記第２磁気抵抗効果素子と前記インクリメンタル信号トラックとが互いに対向するように、前記磁気センサと前記スケール部とが対向して設けられている磁気式エンコーダを提供する（発明１０）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、互いに異なる応答特性が要求される２種の磁気抵抗効果素子を有し、各磁気抵抗効果素子に要求される、異なる応答特性をともに向上させることのできる磁気センサ及び磁気式エンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサを備える磁気式エンコーダの概略構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの概略構成を示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの他の概略構成を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態における第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子の概略構成を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態における第１磁気抵抗効果素子の作用を説明するための斜視図（その１）である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態における第２磁気抵抗効果素子の作用を説明するための斜視図（その１）である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態における第１磁気抵抗効果素子の作用を説明するための斜視図（その２）である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態における第２磁気抵抗効果素子の作用を説明するための斜視図（その２）である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態における第１磁気抵抗効果素子の出力変化を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態における第２磁気抵抗効果素子の出力変化を示すグラフである。
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサを備える磁気式エンコーダの他の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。図１は、本実施形態に係る磁気センサを備える磁気式エンコーダの概略構成を示す斜視図であり、図２は、本実施形態に係る磁気センサの概略構成を示す平面図であり、図３は、本実施形態に係る磁気センサの他の概略構成を示す平面図であり、図４は、本実施形態における磁気抵抗効果素子の概略構成を示す断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態における磁気式エンコーダ１０は、本実施形態に係る磁気センサ１と、磁気センサ１に対して第１の方向（以下「Ｘ方向」という場合がある。）に相対的に移動可能なスケール部２０とを備える。
【００１９】
本実施形態において、スケール部２０は、いわゆるリニアスケールであって、アブソリュート磁気信号を記録したアブソリュート信号トラック２１と、インクリメンタル磁気信号を記録したインクリメンタル信号トラック２２とを有する。アブソリュート磁気信号及びインクリメンタル磁気信号は、それぞれ、第１の方向（±Ｘ方向）に着磁されている。なお、図１において、アブソリュート磁気信号及びインクリメンタル磁気信号の着磁方向がそれぞれ矢印にて示されている。
【００２０】
図２に示すように、本実施形態に係る磁気センサ１は、基板２と、基板２上に設けられた１個の第１磁気センサ部３及び２個の第２磁気センサ部４，４とを備える。第１磁気センサ部３は、スケール部２０のアブソリュート信号トラック２１に記録されたアブソリュート磁気信号を検出するための磁気センサである。第２磁気センサ部４は、スケール部２０のインクリメンタル信号トラック２２に記録されたインクリメンタル磁気信号を検出するための磁気センサである。
【００２１】
第１磁気センサ部３は、スピンバルブ型の第１磁気抵抗効果素子（第１ＭＲ素子）３１と、第１ＭＲ素子３１を挟むように、第１ＭＲ素子３１の第２の方向（以下、Ｙ方向という場合がある。）両側に設けられたバイアス磁界発生部３２とを備える。２個の第２磁気センサ部４，４は、それぞれ、スピンバルブ型の第２磁気抵抗効果素子（第２ＭＲ素子）４１と、第２ＭＲ素子４１を挟むように、第２ＭＲ素子４１のＹ方向両側に設けられたバイアス磁界発生部４２とを備える。
【００２２】
基板２は、第１磁気センサ部３及び第２磁気センサ部４をともに支持可能な矩形状のものであり、例えば、ガラス、シリコン（Ｓｉ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、ＡｌＴｉＣ（Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ）等により構成され得る。
【００２３】
本実施形態において、アブソリュート信号トラック２１に記録されたアブソリュート磁気信号を検出する第１ＭＲ素子３１は、当該トラック２１（スケール部２０）の相対移動による外部磁界の変化に応じ、出力を急峻に変化させ得る応答特性を有する。一方、インクリメンタル信号トラック２２に記録されたインクリメンタル磁気信号を検出する第２ＭＲ素子４１は、当該トラック２２（スケール部２０）の相対移動による外部磁界の変化に応じ、出力をリニアに変化させ得る応答特性を有する。すなわち、第１ＭＲ素子３１による出力の傾きは、第２ＭＲ素子４１による出力の傾きよりも大きくなる。例えば、−５０〜５０Ｏｅの範囲で外部磁界が変化する場合、第１ＭＲ素子３１による出力の傾きは、１０ｍＶ／Ｏｅ以上程度である。一方、第２ＭＲ素子４１による出力の傾きは、２〜５ｍＶ／Ｏｅ程度である。第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１は、それらの積層方向（Ｚ方向）上方から見たときの形状を、それぞれ、出力を急峻に変化させ得る形状及びリニアに変化させ得る形状にすることで、互いに異なる応答特性を効果的に発揮することができる。
【００２４】
より具体的には、図２に示すように、第１ＭＲ素子３１の積層方向上方から見たときの形状が略円形状であって、第２ＭＲ素子４１の積層方向上方から見たときの形状が略方形状であると、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１が、それぞれに要求される応答特性を効果的に発揮することができる。なお、本実施形態において「略円形状」には、真円形状の他、長径に対して短径が７０％以上の円形状をも含むものとする。また、「略方形状」には、正方形、長方形の他、４個の内角のいずれもが８５〜９５°である四角形状をも含むものとする。
【００２５】
また、図３に示すように、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１の積層方向上方から見たときの形状が、いずれも多角形状であって、第１ＭＲ素子３１の角の数が、第２ＭＲ素子４１の角の数よりも多い（図３に示す例においては、第１ＭＲ素子３１の上記形状が六角形状であり、第２ＭＲ素子４１の上記形状が四角形状である）ことによっても、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１が互いに異なる応答特性を効果的に発揮することができる。すなわち、第１ＭＲ素子３１の上記形状がＭ＋Ｎ角形状であり、第２ＭＲ素子４１の上記形状がＭ角形状（Ｍは３以上の整数であるのが好ましく、５以上の整数であるのが特に好ましい。Ｎは１以上の整数であるのが好ましい。）であってもよい。これにより、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１が互いに異なる応答特性を効果的に発揮することができる。
【００２６】
好ましくは、第２ＭＲ素子４１の形状がＭ角形状（Ｍは４以上の偶数である。）であり、より好ましくは、正Ｍ角形状（Ｍは４以上の偶数である。）である。後述するように、第２ＭＲ素子４１は、第１ＭＲ素子３１に比してバイアス磁界発生部４２が近接して設けられる。そのため、第２ＭＲ素子４１の形状がＭ角形状（Ｍは４以上の偶数である。）、特に正Ｍ角形状（Ｍは４以上の偶数である。）であることで、第２ＭＲ素子４１の積層方向上方から見たときに、第２ＭＲ素子４１の対向する２辺、特に第２ＭＲ素子４１の形状が正Ｍ角形状（Ｍは４以上の偶数である。）である場合には第２ＭＲ素子４１の対向する平行な２辺のそれぞれをバイアス磁界発生部４２に対向させることができる。この結果、第２ＭＲ素子４１とバイアス磁界発生部４２との間の長さＧ２を小さくすることができ、バイアス磁界発生部４２によるバイアス磁界を第２ＭＲ素子４１の全体に略均一に印加させるのが容易となるため、Ｍが４以上の偶数であることが製造上好ましい。
【００２７】
バイアス磁界発生部３２，４２は、例えば永久磁石により構成されており、自由層３１５，４１５（図４参照）の初期磁化方向（外部磁界がゼロ（零磁界）のときの自由層３１５，４１５全体の磁化３１５Ｍ，４１５Ｍ）が所定の方向（本実施形態においてはＹ方向）に向くように、バイアス磁界が自由層３１５，４１５に印加される。
【００２８】
第１ＭＲ素子３１とバイアス磁界発生部３２との間の長さＧ１は、第２ＭＲ素子４１とバイアス磁界発生部４２との間の長さＧ２よりも大きいのが好ましく、長さＧ１及び長さＧ２は、いずれも０〜５μｍの範囲で適宜設定され得る。長さＧ１が長さＧ２よりも大きいことで、第１ＭＲ素子３１に印加されるバイアス磁界の強度が、第２ＭＲ素子４１に印加されるバイアス磁界の強度よりも小さくなるため、第１ＭＲ素子３１からの出力の変化をより急峻にすることができる一方、第２ＭＲ素子４１からの出力の変化をよりリニアにすることができる。なお、第１ＭＲ素子３１とバイアス磁界発生部３２との間の長さＧ１とは、磁気センサ１の平面視において（第１ＭＲ素子３１の積層方向上方からみたときに）、第１ＭＲ素子３１とバイアス磁界発生部３２とのＹ方向における最短の間隔を意味する。第２ＭＲ素子４１とバイアス磁界発生部４２との間の長さＧ２も同様に、第２ＭＲ素子４１とバイアス磁界発生部４２とのＹ方向における最短の間隔を意味する。
【００２９】
次に、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１の積層構造について説明する。
図４に示すように、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１は、下地層３１１，４１１、反強磁性層３１２，４１２、磁化固定層３１３，４１３、非磁性中間層３１４，４１４、自由層３１５，４１５及びキャップ層３１６，４１６がこの順に積層されてなる積層体である。下地層３１１，４１１の下層（基板２側）及びキャップ層３１６，４１６の上層に、それぞれ、Ｃｕ膜等により構成される下部電極層及び上部電極層（ともに図示せず）が設けられ、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１の積層方向に沿ってセンス電流が流れる。
【００３０】
下地層３１１，４１１は、基板２の結晶軸の影響を排除し、下地層３１１，４１１の上方に積層形成される各層の結晶性や配向性を向上させるために形成される。下地層３１１，４１１を構成する材料としては、例えば、Ｔａ、Ｒｕ等が挙げられる。
【００３１】
反強磁性層３１２，４１２は、その上層の磁化固定層３１３，４１３の磁化方向を固定する役割を果たす層である。反強磁性層３１２，４１２を構成する材料としては、例えば、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｃｒ及びＦｅのグループの中から選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｍｎとを含む反強磁性材料を用いることができる。この反強磁性材料におけるＭｎの含有量は、３５〜９５原子％であるのが好ましい
【００３２】
反強磁性材料の中には、熱処理を要さずに反強磁性を示して強磁性材料との間で交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、熱処理により反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがある。本実施形態においては、反強磁性層３１２，４１２を構成する材料として、いずれのタイプの反強磁性材料を用いてもよい。非熱処理系反強磁性材料としては、ＲｕＲｈＭｎ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ等が挙げられ、熱処理系反強磁性材料としては、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＲｈＭｎ等が挙げられる。
【００３３】
磁化固定層３１３，４１３は、第１磁化固定層３１３Ａ，４１３Ａ、中間層３１３Ｂ，４１３Ｂ及び第２磁化固定層３１３Ｃ，４１３Ｃが反強磁性層３１２，４１２上にこの順に積層された構成を有する。第１磁化固定層３１３Ａ，４１３Ａ及び第２磁化固定層３１３Ｃ，４１３Ｃを構成する材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＴａ、センダスト、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ等を例示することができ、中間層３１３Ｂ，４１３Ｂを構成する材料としては、Ｒｕ等を例示することができる。磁化固定層３１３，４１３の厚さは、３．５〜５．５ｎｍ程度とされ得る。
【００３４】
磁化固定層３１３，４１３において、第１磁化固定層３１３Ａ，４１３Ａの磁化は反強磁性層３１２，４１２によって強固に固定され、第２磁化固定層３１３Ｃ，４１３Ｃの磁化は、中間層３１３Ｂ，４１３Ｂを介して第１磁化固定層３１３Ａ，４１３Ａと交換結合され、強固に固定されている。本実施形態において、第２磁化固定層３１３Ｃ，４１３Ｃの磁化方向は、Ｘ方向に設定されている。
【００３５】
自由層３１５，４１５は、スケール部２０の相対移動に伴うアブソリュート磁気信号及びインクリメンタル磁気信号の信号磁界の変化に応じ、磁化方向が変化する軟磁性層である。自由層３１５，４１５を構成する材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉ、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、ＦｅＯX（Ｆｅの酸化物）等を例示することができる。自由層３１５，４１５の厚さは、０．５〜８ｎｍ程度とされ得る。自由層３１５，４１５における初期磁化方向は、バイアス磁界発生部３２，４２からのバイアス磁界の印加により、Ｙ方向に設定されている。
【００３６】
非磁性中間層３１４，４１４は、本実施形態における第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１に磁気抵抗効果（ＭＲ効果）を発現させるための必須の膜である。本実施形態における第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１が、トンネル磁気抵抗効果を発揮するＴＭＲ素子である場合、非磁性中間層３１４，４１４は絶縁層により構成される。一方、本実施形態における第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１が、ＧＭＲ素子である場合、非磁性中間層は金属層により構成される。非磁性中間層３１４，４１４を構成する材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｇａ、ＴｉＯX、ＺｎＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯ、ＧａＮ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ等が挙げられる。本実施形態における第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１がＴＭＲ素子である場合、非磁性中間層３１４，４１４を構成する材料として、ＭｇＯX（Ｘ＝０．１〜０．９）を用いるのが好ましい。非磁性中間層３１４，４１４を構成する材料としてＭｇＯX（Ｘ＝０．１〜０．９）を用いることで、より高いＭＲ比が得られる。
【００３７】
非磁性中間層３１４，４１４は、好ましくは２層以上の積層膜により構成され得る。非磁性中間層３１４，４１４が２層以上の積層膜により構成されることで、ＭＲ素子の抵抗調整を容易に行うことができる。例えば、非磁性中間層３１４，４１４は、ＭｇＯ／ＭｇＯの２層積層膜や、Ｃｕ／ＺｎＯ／Ｃｕ、Ｃｕ／ＺｎＯ／Ｚｎの３層積層膜により構成され得る。なお、非磁性中間層３１４，４１４の厚さは、０．５〜５ｎｍ程度とされ得る。
【００３８】
キャップ層３１６，４１６は、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１を保護するための層である。キャップ層３１６，４１６としては、例えば、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｒｈ，Ｃｒ，Ｔｌ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ等のうちの１種の単層膜又は２種以上の積層膜が挙げられる。
【００３９】
上述したような構成を有する本実施形態における磁気式エンコーダ１０の作用を説明する。
第１ＭＲ素子３１において、自由層３１５と磁化固定層３１３とは、それらの磁化３１５Ｍ，３１３Ｍが互いに実質的に直交している（図５参照）。この状態が、第１ＭＲ素子３１としてのイニシャル状態（初期状態）である。第２ＭＲ素子４１においても同様に、自由層４１５と磁化固定層４１３とは、それらの磁化４１５Ｍ，４１３Ｍが互いに実質的に直交している（図６参照）。
【００４０】
本実施形態に係る磁気センサ１がスケール部２０に対して−Ｘ方向に相対的に移動すると、アブソリュート磁気信号トラック２１のアブソリュート磁気信号による、第１ＭＲ素子３１の自由層３１５に対して作用する外部磁界の磁界強度が徐々に変化する。例えば、磁気センサ１及びスケール部２０が互いに相対的に移動し、第１ＭＲ素子３１とアブソリュート磁気信号トラック２１のアブソリュート磁気信号との物理的距離が小さくなるに従い、第１ＭＲ素子３１の自由層３１５に対して作用する外部磁界の磁界強度が徐々に大きくなる。本実施形態における第１ＭＲ素子３１の自由層３１５が、外部磁界の変化に伴い急峻に出力を変化させ得る形状、すなわち磁化を急峻に回転させ得る形状であることで、自由層３１５に対する外部磁界の磁界強度が所定の閾値を超えたときに、自由層３１５の磁化３１５Ｍが、実質的に９０°回転する（図７参照）。すなわち、第１磁気センサ３（第１ＭＲ素子３１）における抵抗値が急峻に増大（又は減少）し、第１ＭＲ素子３１による出力が急峻に変化する（図９参照）。これにより、アブソリュート位置の高精度での検出が可能となる。
【００４１】
本実施形態における磁気式エンコーダ１０においては、第１ＭＲ素子３１の積層方向上方から見たときの形状が、例えば略円形状であることで、第１ＭＲ素子３１による出力を急峻に変化させることができる。
【００４２】
一方、本実施形態に係る磁気センサ１がスケール部２０に対して−Ｘ方向に相対的に移動すると、インクリメンタル磁気信号トラック２２のインクリメンタル磁気信号による、第２ＭＲ素子４１の自由層４１５に対する外部磁界の磁界強度が徐々に変化する。本実施形態における第２ＭＲ素子４１の自由層４１５が、外部磁界の変化に伴いリニアに出力を変化させ得る形状、すなわち磁化を実質的に一定な速度で回転させ得る形状であることで、自由層４１５に対する外部磁界の磁界強度の変化に応じて、自由層４１５の磁化４１５Ｍが徐々に回転する（図８参照）。すなわち、第２磁気センサ４（第２ＭＲ素子４１）における抵抗値が徐々に増大又は減少し、第２ＭＲ素子４１による出力がリニアに変化する（図１０参照）。これにより、インクリメンタル位置の高精度での検出が可能となる。
【００４３】
本実施形態における磁気式エンコーダ１０においては、第２ＭＲ素子４１の積層方向上方から見たときの形状が、例えば略方形状であることで、第２ＭＲ素子４１による出力をリニアに変化させることができる。
【００４４】
このように、本実施形態に係る磁気センサ１によれば、アブソリュート磁気信号を検出するための第１ＭＲ素子３１と、インクリメンタル磁気信号を検出するための第２ＭＲ素子４１とが、それぞれ所望の形状（積層方向上方から見たときの形状）を有することで、それぞれに要求される応答特性（出力の急峻な変化、出力のリニアな変化）を効果的に発揮することができる。これにより、当該磁気センサ１を備える磁気式エンコーダ１０によれば、アブソリュート磁気信号によるアブソリュート位置及びインクリメンタル磁気信号によるインクリメンタル位置を、従来に比してより高精度に検出することができる。
【００４５】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００４６】
上記実施形態においては、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１の形状（積層方向上方から見たときの形状）が、それぞれの要求特性に応じた形状（例えば、第１ＭＲ素子３１が略円形状で、第２ＭＲ素子４１が略方形状等）であるが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、少なくとも自由層３１５，４１５が当該形状を有していればよく、その他の各層（磁化固定層３１３，４１３等）の形状に制限はない。
【００４７】
上記実施形態において、磁気式エンコーダ１０として、磁気センサ１と対向する磁気信号トラック（アブソリュート磁気信号トラック２１及びインクリメンタル磁気信号トラック２２）を有するリニアセンサを例に挙げて説明したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。本発明の磁気式エンコーダは、回転角度センサであってもよい。この場合、図１１に示すように、ドラム状の回転体５０の外周面５１にアブソリュート磁気信号トラック２１’及びインクリメンタル磁気信号トラック２２’が設けられてなるスケール部２０’と、本実施形態に係る磁気センサ１とを備える構成であればよい。
【００４８】
上記実施形態において、磁気センサ１は、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１を１個ずつ備えているが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、例えば、第１磁気センサ部３及び第２磁気センサ部４は、それぞれ複数個の第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１を含むものであってもよい。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例等を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例等に何ら限定されるものではない。
【００５０】
〔実施例１〕
積層方向上方から見た形状がそれぞれ円形状及び正方形状であって、図４に示す層構成を有する第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１をＳｉ基板２上に作製するとともに、バイアス磁界発生部３２，４２としての永久磁石を設けた磁気センサ１を製造した。第１ＭＲ素子３１の直径を１．６μｍ、第１ＭＲ素子３１とバイアス磁界発生部３２との間の長さＧ１を０．４μｍとし、第２ＭＲ素子４１の一辺の長さを２．８μｍ、第２ＭＲ素子４１とバイアス磁界発生部４２との間の長さＧ２を０μｍとした。そして、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１のそれぞれに電圧１Ｖの定電流を印加しながら、外部磁界強度を−１０〜１０Ｏｅの範囲で変化させて当該外部磁界を第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１に作用させ、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１の感度（ｍＶ／Ｏｅ）を求めた。結果を表２に示す。
【００５１】
なお、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１の各層を構成する材料及び膜厚は、表１に示すとおりである。
【００５２】
【表１】
2016183904.tif 000003
【００５３】
〔比較例１〕
第２ＭＲ素子４１の形状（積層方向上方から見た形状）を円形状にし、直径及び第２ＭＲ素子４１とバイアス磁界発生部４２との間の長さＧ２を、第１ＭＲ素子３１の直径及び長さＧ１と同一にした以外は、実施例１と同様にして第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１を作製し、それぞれのＭＲ素子の感度（ｍＶ／Ｏｅ）を求めた。結果を表２に示す。
【００５４】
〔比較例２〕
第１ＭＲ素子３１の形状（積層方向上方から見た形状）を正方形状にし、一辺の長さ及び第１ＭＲ素子３１とバイアス磁界発生部３２との間の長さＧ１を、第２ＭＲ素子４１の直径及び長さＧ２と同一にする一方、第２ＭＲ素子４１の形状（積層方向上方から見た形状）を円形状にし、直径及び第２ＭＲ素子４１とバイアス磁界発生部４２との間の長さＧ２を、第１ＭＲ素子３１の直径及び長さＧ１と同一にした以外は、実施例１と同様にして第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１を作製し、それぞれのＭＲ素子の感度（ｍＶ／Ｏｅ）を求めた。結果を表２に示す。
【００５５】
〔比較例３〕
第１ＭＲ素子３１の形状（積層方向上方から見た形状）を正方形状にし、一辺の長さ及び第１ＭＲ素子３１とバイアス磁界発生部３２との間の長さＧ１を、第２ＭＲ素子４１の直径及び長さＧ２と同一にた以外は、実施例１と同様にして第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１を作製し、それぞれのＭＲ素子の感度（ｍＶ／Ｏｅ）を求めた。結果を表２に示す。
【００５６】
【表２】
2016183904.tif 000004
【００５７】
表２に示す結果から、第１ＭＲ素子３１の形状（積層方向上方から見た形状）を円形状とし、第２ＭＲ素子４１の形状（積層方向上方から見た形状）を正方形状とすることにより、第１ＭＲ素子３１の出力の傾き（ｍＶ／Ｏｅ）を、第２ＭＲ素子４１の出力の傾き（ｍＶ／Ｏｅ）に比して大きくすることができ、第１ＭＲ素子３１による出力を急峻に変化させ、かつ第２ＭＲ素子４１による出力をリニアに変化させ得ることが確認された。
【００５８】
続いて、実施例１（第１ＭＲ素子３１が円形状、第２ＭＲ素子４１が正方形状）の磁気センサ１と、比較例１（第１ＭＲ素子及び第２ＭＲ素子がともに円形状）の磁気センサとを用い、−５０〜５０Ｏｅの範囲で外部磁界を変化させ、第２ＭＲ素子のそれぞれの出力変化量（最大出力と最小出力との差分，ｍＶ）を求めた。そして、−１０〜１０Ｏｅの範囲で外部磁界を変化させたときの第２ＭＲ素子の出力変化量ＭＰ１（ｍＶ）と、−５０〜５０Ｏｅの範囲で外部磁界を変化させたときの第２ＭＲ素子の出力変化量ＭＰ２（ｍＶ）とから、下記式により直線性に関する指標ＩＬを算出した。結果を表３に示す。
ＩＬ＝ＭＰ２／ＭＰ１
【００５９】
【表３】
2016183904.tif 000005
【００６０】
外部磁界の強度を−５０〜５０Ｏｅの範囲で変化させたとき、−１０〜１０Ｏｅの範囲で変化させたときの第２ＭＲ素子の出力変化量ＭＰ２，ＭＰ１の比で表される直線性に関する指標ＩＬが「５」に近いほど、−５０〜５０Ｏｅの範囲で外部磁界を変化させたときに、第２ＭＲ素子の出力がリニアに変化していることを意味する。
【００６１】
表３に示す結果から、第２ＭＲ素子４１の形状（積層方向上方から見たときの形状）が正方形であることで、直線性が向上することが明らかとなった。このことから、第２ＭＲ素子の形状（積層方向上方から見たときの形状）が方形状であることで、第２ＭＲ素子からの出力をリニアに変化させ得ることが確認された。
【００６２】
表２及び表３に示す結果から、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１の形状（積層方向上方から見たときの形状）が多角形状であっても、出力の急峻な変化が要求される、アブソリュート磁気信号を検出するための第１ＭＲ素子３１の形状を、インクリメンタル磁気信号を検出するための第２ＭＲ素子４１の形状よりも円形状に近似させることで、第１ＭＲ素子３１の出力が急峻に変化し、第２ＭＲ素子４１の出力がリニアに変化するものと推認される。
【００６３】
すなわち、上記結果から、第１ＭＲ素子３１の形状（積層方向上方から見たときの形状）をＭ＋Ｎ角形状（Ｍは３以上の整数、Ｎは１以上の整数である。）とし、第２ＭＲ素子４１の形状（積層方向上方から見たときの形状）をＭ角形状とすることで、第１ＭＲ素子３１及び第２ＭＲ素子４１のそれぞれに要求される応答特性が効果的に発揮され得るものと推認される。
【符号の説明】
【００６４】
１…磁気センサ
２…基板
３…第１磁気センサ
３１…第１ＭＲ素子
３１５，４１５…自由層
３２，４２…バイアス磁界発生部
４…第２磁気センサ
４１…第２ＭＲ素子
１０…磁気式エンコーダ
２０…スケール部
【図１】
2016183904.tif 000006
【図２】
2016183904.tif 000007
【図３】
2016183904.tif 000008
【図４】
2016183904.tif 000009
【図５】
2016183904.tif 000010
【図６】
2016183904.tif 000011
【図７】
2016183904.tif 000012
【図８】
2016183904.tif 000013
【図９】
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【図１０】
2016183904.tif 000015
【図１１】
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