JPH03257326A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、測長ないし測角用の磁気エンコーダ等に好
適な、磁気センサに関する。

［発明の概要］ この発明は、正弦波信号出力部及び余弦波信号出力部を
有する磁気センサにおいて、各信号出力部を形成する複
数の磁気抵抗素子を同数ずつ交互に配列することにより
、両信号出力部を空間的に接近させて、各信号間の位相
差の精度を向上させ、レベル差を低減すると共に、セン
サの形状を小型化するようにしたものである。

［従来の技術］ 従来、測長ないし測角用の磁気エンコーダとして、第５
図に示すように、記録波長がλの磁気スケール（１）に
対向して、サイン波信号発生用及びコサイン波信号発生
用の磁気センサブロック（１０）及び（２０）を配置し
た磁気センサが知られている。

磁気センサブロック（１０）　、　（２０）は、図示を
省略したガラス等の絶縁基板上に、複数の磁気抵抗効果
素子（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　Ｅｆｆｅ
ｃｔ　Ｅｌｅｍｅｎｔ）が所定の距離で配設されて構成
される。このＭＲ素子は、例えばＮｉ−Ｆｅ、　Ｎｉ−
Ｃｏ等の強磁性体薄膜から形成される。

この従来例では、磁気センサブロック（１０）　、　（
２０）の各８個のＭＲ素子（１１）〜（１８）、　（２
１）〜（２８）が第６図、第７図に示すように配置され
、接続される。

即ち、磁気センサブロック（１０）では、それぞれλ／
２間隔のＭＲ素子（１１）　、　（１２）　；〜（１７
）　、　（１８）が２個ずつＵ字状に接続される。第２
．第３及び第６、第７のＭＲ素子（１２）　、　（１３
）及び（１６）　、　（１７）は、間隔がそれぞれλ／
４の奇数倍に設定されると共に、それぞれの他端がＵ字
状に接続される。また、第１．第５のＭＲ素子（１１）
　、　（１５）の間隔もλ／４の奇数倍に設定される。

第１．第５のＭＲ素子（１１）、（１５）の他端が電源
端子Ｖに接続され、第４．第８のＭＲ素子（１４）（１
８）の他端が接地端子Ｅに接続される。第２．第３及び
第６．第７のＭＲ素子（１２）　、　（１３）及び（１
６）（１７）の各接続中点が信号端子（１０ａ）　、　
（１０ｂ）にそれぞれ接続される。

第７図に示すように、磁気センサブロックク１０）の第
１〜第４のＭＲ素子（１１）〜（１４）と、第５〜第８
のＭＲ素子（１５）〜（１８）とが、電源端子■と接地
端子Ｅの間にブリッジ接続され、信号端子（１０ａ）（
１０ｂ）に差動増幅器（１９）が接続される。

他方の磁気センサブロック（２０）も上述と同様に構成
され、両磁気センサブロック（１０）　、　（２０）の
各第１のＭＲ素子（１１）、　（２１）の距離ＤＯはλ
／８の奇数倍に設定される。

磁気スケール（１）から、次の（１）式で表される磁場
がＭＲ素子に印加されると、ゼロバイアスで動作するＭ
Ｒ素子の抵抗値が印加磁場の２乗に比例して減少し、次
の（２）式で表される出力信号成分が得られる。

Ｈ＝　Ｈａ−ｓｉｎθｍ　−（１） Ｒ＝（ΔＲ／２）（Ｈａ／Ｈｓ）２・ｃｏｓ２θｍ−（
２）Ｈ８：飽和磁場 磁気スケール（１）と磁気センサブロック（１０）の相
対位置が第５図に示すようであるとき、スケール（１）
の磁場が印加されるＭＲ素子（１３）、（１４）；　（
１５）（１６）の抵抗値が減少して、磁場が印加されな
いＭＲ素子（１１）、（１２）；（１７）、（１８）の
抵抗値は変化しない。

上述の従来例では、内挿分割の技法により、磁気センサ
ブロック（１０）、　（２０）が発生するサイン波信号
及びコサイン波信号から、相互に位相が異なる複数の信
号を合威し、各合成信号のゼロクロス点を検出すること
により、所要の分解能を有する検出パルス列を得ている
。

そして、各ＭＲ素子をブリッジ接続することにより、低
調波の減衰、偶数次高調波・塩度特性の相殺等で、信号
歪みが低減され、また、差動接続することにより、直流
成分・同相ノイズが除去される。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、従来の磁気センサでは、前述のように、各磁
気センサブロック（１０）　、　（２０）が、所定の位
相関係を満足する位置に配設された一団のＭＲ素子（１
１）〜（１Ｂ）、　（２１）〜（２８）からそれぞれ構
成されているため、両センサブロック（１０）　、　（
２０）が空間的に離れてしまう。

例えば、λ−８０μｍの場合、両センサブロック（１０
）　、　（２０）の各第１のＭＲ素子（１１）、　（２
１）の距離が、Ｄ　Ｏ＝　７３０　ｔｔ　ｍにもなる。

両センサブロック（１０）　、　（２０）が空間的に離
れると、磁気センサの形状を小型化することが困難であ
ると共に、ＭＲ素子蒸着用のマスクの加工精度熱膨張、
スケール・センサ間のアジマス等により、各センサプロ
ッタ（１０）　、　（２０）から出力される、サイン波
信号及びコサイン波信号間の位相差の精度が低下すると
いう問題があった。

また、磁気スケールの記録むらにより、サイン波信号及
びコサイン波信号間に、非定常的なレベル差が発生して
、内挿分割時のパルス列の分解能が低下するという問題
があった。

かかる点に鑑み、この発明の目的は、両磁気センサブロ
ックを空間的に接近させて、各信号間の位相差の精度を
向上させ、レベル差を低減すると共に、形状を小型化し
た磁気センサを提供するところにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は、基盤上にそれぞれ所定の間隔て配列された
複数の磁気抵抗素子の内、それぞれ所定数の磁気抵抗素
子が正弦波信号出力部（１０）及び余弦波信号出力部（
２０）を形成するようになされた磁気センサにおいて、
正弦波信号出力部を形成する磁気抵抗素子（１１）〜（
１８）と、余弦波信号出力部を形成する磁気抵抗素子（
２１）〜（２８）とを、同数ずつ交互に配列した磁気セ
ンサである。

［作用］ かかる構成によれば、両信号出力部が空間的に接近して
、各信号間の位相差の精度が向上し、レベル差が低減す
ると共に、センサの形状が小型化される。

［実施例］ 以下、第１図を参照しながら、この発明による磁気セン
サの一実施例について説明する。

この発明の一実施例の構成を第１図に示す。この第１図
において、前出第６図に対応する部分には同一の符号を
付ける。

第１図の実施例においては、両磁気センサブロック（１
０）及び（２０）の各第１〜第４のＭＲ素子（１１）〜
（１４）及び（２１）〜（２４）と、第５〜第８のＭＲ
素子（１５）〜（１８）及び（２５）〜（２８）とが、
前出第６図と同様にそれぞれ直列に接続される。各直列
グループの４個のＭＲ素子、例えば（１１）〜（１４）
の相対配置は前出第６図と同様である。

第１図の実施例では、サイン波相センサブロック（１０
）の第２グループのＭＲ素子（１５）〜（１８）と、コ
サイン波相センサブロック（２０）の第１グループのＭ
Ｒ素子（２１）〜（２４）とが、前出第６図の従来例と
ほぼ入れ替わって配設されて、両センサブロック（１０
）及び（２０）の各第１のＭＲ素子（１１）及び（２１
）の距離ＤＩが、従来例と同様に、λ／８の奇数倍に設
定される。

また、同一センサブロックの第１．第５のＭＲ素子、例
えば（１１）　、　（１５）の間隔はλ／４の奇数倍に
設定される。

上述のように、この実施例では、両センサブロック（１
０）　、　（２０）の各第１．第２のグループが交互に
配設されて、両センサブロック（，１０）　、　（２０
）の各第１のＭＲ素子（１１）　、　（２１）の距離Ｄ
１は、従来例の対応する距離ＤＯに比べて半減し、サイ
ン波信号及びコサイン波信号間の位相差の精度が向上す
ると共に、レベル差が低減する。

次に、第２図を参照しながら、この発明の他の実施例に
ついて説明する。

この発明の他の実施例の構成を第２図に示す。

この第２図において、前出第１図、第６図に対応する部
分には同一の符号を付ける。

第２図の実施例においては、両磁気センサブロック（１
０）及び（２０）の各第１〜第４のＭＲ素子（１１）〜
（１４）及び（２１）〜（２４）と、第５〜第８のＭＲ
素子（１５）〜（１８）及び（２５）〜（２８）とが、
それぞれ直列に接続されて、４グループが形成される。

第２図の実施例では、λ／２間隔でＵ字状に接続された
各グループのペアのＭＲ素子が、各ペア間の距離を拡大
されて、一つのグループのペア間に他のグループのペア
が介挿配置される。この場合、両センサブロック（１０
）及び（２０）の各第１のＭＲ素子（１１〉及び（２１
）の距離Ｄ２は、従来例と同様に、λ／８の奇数倍に設
定される。

また、同一グループの第１．第３のＭＲ素子、例えば（
１１）　、　（１３）　；　（２１）　、　（２３）の
間隔はそれぞれλ／４の奇数倍に設定され、同一センサ
ブロックの第１．第５のＭＲ素子、例えば（１１）　、
　（１５）の間隔もλ／４の奇数倍に設定される。

上述のように、この実施例では、サイン波相センサブロ
ック（１０）とコサイン波相センサブロック（２０）と
の各ＭＲ素子ペア、例えば（１１）　、　（１２）　；
　（１３）（１４）と（２１）　、　（２２）　；　（
２３）　、　（２４）とが交互に配設されて、両センサ
ブロック（１０）　、　（２０）の各第１のＭＲ素子（
１１）　、　（２１）の距離Ｄ２は、第１図の実施例の
対応距離Ｄ１に比べても半減し、サイン波信号及びコサ
イン波信号間の位相差の精度が更に向上すると共に、レ
ベル差が更に低減する。

第１図及び第２図の実施例では、同一グループのペアの
ＭＲ素子、例えば（１１）　、　（１２）　；　（１３
）　、　（１４）が相互に離れて配設されている。両図
に示すように、同一グループの第１．第３のＭＲ素子、
例えば（１１）　、　（１３）の間隔はλ／４の奇数倍
に設定されればよいのであるから、ｎ＝ｏとして、最小
間隔のλ／４とすることができる。

一方、ベアのＭＲ素子、例えば（１１）　、　（１２）
の間隔は、前述のようにλ／２であるから、同一グルー
プの第１．第３のＭＲ素子の間隔をλ／４の最小倍に設
定することにより、第３図に示すように、同一グループ
のベアのＭＲ素子、例えば（１１）　、　（１２）　；
（１３）　、　（１４）を交互に配設することができて
、４個のＭＲ素子からなる各グループの占有長が縮小さ
れ、磁気センサの形状を一層小型化することができる。

なお、この場合は、ＭＲ素子層とは別に、接続用の配線
層を設けることが必要となる。

次に、第４図を参照しながら、この発明の更に他の実施
例について説明する。

この発明の更に他の実施例の構成を第４図に示す。この
第４図において、前出第１図〜第３図第６図に対応する
部分には同一の符号を付ける。

第４図の実施例においては、サイン波用とコサイン波用
の再磁気センサブロック（１０）　、　（２０）の各第
１のＭＲ素子（１１）　、　（２１）の距離りがλ／８
の奇数倍に設定されることに着目して、両センサブロッ
ク（１０）　、　（２０）の各第１のＭＲ素子（１１）
　、　（２１，）の距離Ｄ３を、第３図の実施例と同様
、λ／８の最小倍に設定する。

また、同一グループの第１．第３のＭＲ素子、例えば（
１１）　、　（１３）　；　（２１）　、　（２３）の
間隔はそれぞれλ／４の奇数倍に設定され、同一センサ
ブロックの第１．第５のＭＲ素子、例えば（１１）　、
　（１５）の間隔もλ／４の奇数倍に設定される。

これにより、第４図の実施例では、両センサブロック（
１０）　、　（２０）の、それぞれλ／２間隔の、各ベ
アのＭＲ素子、例えば（１１）　、　（１２）　；　（
２１）　、　（２２）を交互に配設することができて、
８個のＭＲ素子からなる各センサブロック（１０）　、
　（２０）の占有長が短縮されると共に、各センサブロ
ック（１０）　、　（２０）が殆ど重なり合って、磁気
センサの形状を格段に小型化することができる。

例えば、λ＝８０μｍの場合、磁気センサの全長１ が、Ｌ＝２３０μｍにも短縮されると共に、各センサブ
ロック（１０）　、　（２０）間の距離が、Ｄ３＝１０
μｍにも短縮される。

また、サイン波信号及びコサイン波信号間の位相差の精
度が更に向上すると共に、レベル差が更に低減する。

なお、この場合も、ＭＲ素子層とは別に、接続用の配線
層を設けることが必要である。

［発明の効果］ 以上詳述のように、この発明によれば、正弦波信号出力
部及び余弦波信号出力部を形成する、それぞれ複数の磁
気抵抗素子を同数ずつ交互に配列するようにしたので、
両信号出力部が空間的に接近して、各信号間の位相差の
精度が向上し、レベル差が低減すると共に、形状が小型
の磁気センサが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による磁気センサの一実施例２ の構成を示す路線平面図、第２図はこの発明の他の実施
例の構成を示す路線平面図、第３図はこの発明の更に他
の実施例の要部の構成を示す路線平面図、第４図はこの
発明の更に他の実施例の構成を示す路線平面図、第５図
及び第６図は従来の磁気センサの構成例を示す路線概念
図及び路線平面図、第７図はこの発明の説明のための結
線図である。 （１０）は正弦波信号出力部、（２０）は余弦波信号出
力部、（１１）〜（１８）、　（２１）〜（２８）は磁
気抵抗素子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基盤上にそれぞれ所定の間隔で配列された複数の磁気抵
   抗素子の内、それぞれ所定数の磁気抵抗素子が正弦波信
   号出力部及び余弦波信号出力部を形成するようになされ
   た磁気センサにおいて、上記正弦波信号出力部を形成す
   る磁気抵抗素子と、上記余弦波信号出力部を形成する磁
   気抵抗素子とを、同数ずつ交互に配列したことを特徴と
   する磁気センサ。