JPH0882532A - 磁界検出ヘッド及び位置検出装置 - Google Patents

磁界検出ヘッド及び位置検出装置

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JPH0882532A
JPH0882532A JP6219003A JP21900394A JPH0882532A JP H0882532 A JPH0882532 A JP H0882532A JP 6219003 A JP6219003 A JP 6219003A JP 21900394 A JP21900394 A JP 21900394A JP H0882532 A JPH0882532 A JP H0882532A
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JP
Japan
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magnetic
magnetic field
bias
gmr
elements
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JP6219003A
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English (en)
Inventor
Masaaki Kusumi
雅昭 久須美
Hiroshi Kano
博司 鹿野
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Sony Magnescale Inc
Sony Corp
Original Assignee
Sony Magnescale Inc
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出電圧のドリフトや振幅変動を改善するこ
とを目的とする。 【構成】 基板１上にそれぞれ絶縁層１１ａ，１１ｂ，
１１ｃを介して順番に第１の磁気抵抗効果素子１２、バ
イアス用導電膜１３及び第２の磁気抵抗効果素子１４を
積層して形成し、このバイアス用導電膜１３に所定のバ
イアス電流を流し、この第１及び第２の磁気抵抗効果素
子１２及び１４に互に逆方向のバイアス磁界Ｈｂ及び−
Ｈｂを印加するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は例えば工作機械や産業機
械、精密測長・測角装置等に適用される磁気式のスケー
ル、ロータリーエンコーダ等に使用して好適な磁界検出
ヘッド及び位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、工作機械や産業機械、精密測長・
測角装置等に適用される磁気式のスケール、ロータリー
エンコーダ等の位置検出装置の磁界検出ヘッドとして、
Ｆｅ−Ｎｉ（パーマロイ）、Ｎｉ−Ｃｏ等の薄膜による
磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）
が用いられている。
【０００３】斯るＭＲ素子を使用した磁界検出ヘッドを
適用した位置検出装置としては例えば図１３に示す如き
構成が採られている。
【０００４】即ち、図１３において、１は磁気スケール
を示し、この磁気スケール１は磁気記録媒体として平角
断面形状のガラス基材の表面に磁性体を無電解メッキで
２〜３μｍ被着したものを用い、この磁気記録媒体に通
常の磁気記録ヘッドで長手方向に一定の波長λ例えば４
０μｍでスケール１ａを記録したものである。
【０００５】この磁気スケール１に対して、その長手方
向に相対的に移動する如く、この磁界検出ヘッド２を設
ける。この磁界検出ヘッド２はその検出面がこの磁気ス
ケール１と一定の間隔を保って、この磁気スケール１の
長手方向に相対変位する如く、図示しない保持機構に保
持する如くする。
【０００６】ところで斯るＭＲ素子の抵抗値−磁界特性
は図１４の曲線ａに示す如くであり、このＭＲ素子を使
用した磁界検出ヘッド２においては高精度、高分解能を
実現するため、このＭＲ素子にバイアス磁界例えばＨｂ
を印加し、この曲線ａの直線性の良い点ｂをバイアス点
として動作させるようにすると共にこのＭＲ素子の温度
特性を補償すべく図１５、図１６に示す如きブリッジ構
成としていた。
【０００７】この磁界検出ヘッド２は例えば図１５に模
式的に示す如く、４つのＭＲ素子Ｒ 1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 及び
Ｒ4 で形成する。即ち４つのＭＲ素子Ｒ1 ，Ｒ2 ，
Ｒ3 ，Ｒ 4 を磁気スケール１の長手方向に沿って順次配
すると共にＭＲ素子Ｒ1 とＲ2 との間隔及びＲ3 とＲ4
との間隔を夫々磁気スケール１の記録波長λの１／２と
し、ＭＲ素子Ｒ2 とＲ3 との間隔をλ／４とする如くす
る。
【０００８】またＭＲ素子Ｒ1 及びＲ3 の夫々の一端に
所定の正電圧＋Ｖを供給すると共にＭＲ素子Ｒ2 及びＲ
4 の夫々の一端に所定の負電圧−Ｖを供給し、ＭＲ素子
Ｒ1及びＲ2 の夫々の他端を互いに接続し、この接続点
より一方の検出端子Ｖout1を導出すると共にＭＲ素子Ｒ
3 及びＲ4 の夫々の他端を互に接続し、この接続点より
他方の検出端子Ｖout2を導出する。
【０００９】この例においてはＭＲ素子Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ
3 及びＲ4 に対し、夫々の上側に絶縁層を介して夫々バ
イアスパターン４を配し、この夫々のバイアスパターン
４に夫々同一方向のバイアス電流を図１６Ａに矢印で示
す方向に流す。このバイアス電流の大きさは図１４のｂ
点がバイアス点となるバイアス磁界Ｈｂを発生するもの
とする。
【００１０】この図１５例のＭＲ素子Ｒ1 ，Ｒ2 ，
Ｒ3 ，Ｒ4 の配置関係は図１６Ａに示す如くＲ1 とＲ2
との間隔及びＲ3 とＲ4 との間隔は夫々λ／２であり、
Ｒ2 とＲ 3 との間隔はλ／４である。
【００１１】この磁界検出ヘッド２の等価回路は図１６
Ｂに示す如くＭＲ素子Ｒ1 及びＲ2の直列回路とＭＲ素
子Ｒ3 及びＲ4 の直列回路とが並列に接続され、ＭＲ素
子Ｒ 1 とＲ2 との接続点及びＭＲ素子Ｒ3 とＲ4 との接
続点より夫々一方及び他方の検出端子Ｖout1及びＶout2
を導出したブリッジ構成である。図１３において、７は
磁界検出ヘッド２にバイアス電流、所定の動作電圧を供
給すると共に検出電圧信号を得る為のフレキシブルプリ
ント配線板である。
【００１２】この例において、磁気スケール１に対し磁
界検出ヘッド２を相対的に移動したときにはＭＲ素子Ｒ
1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 及びＲ4 の夫々の抵抗値の変化は図４
Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤに示す如くで、ＭＲ素子Ｒ1 及びＲ2
とＲ3 及びＲ4 との夫々の抵抗変化の位相差は夫々１８
０度であり、検出端子Ｖout1及びＶout2には図４Ｅ及び
Ｆに示す如く、９０度位相差の検出電圧信号が得られ、
この検出電圧信号により磁気スケール１と磁界検出ヘッ
ド２との相対的移動距離を測定することができる。
【００１３】斯る従来例においては、ＭＲ素子Ｒ1 ，Ｒ
2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 によりブリッジ構成としており、ＭＲ素
子Ｒ1 及びＲ2 とＲ3 及びＲ4 との夫々の抵抗変化の位
相差が夫々１８０度であるので、温度等の影響によりこ
の抵抗変化が変動したときにも、この変動を互にキャン
セルすることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、図１５例
に示す如き磁界検出ヘッド２において、ＭＲ素子Ｒ1 及
びＲ2 とＲ3 及びＲ4 との夫々の抵抗変化の位相差を正
確には１８０度となる配置関係とすることは比較的困難
である不都合がある。
【００１５】またＭＲ素子Ｒ1 及びＲ2 とＲ3 及びＲ4
とは夫々配置関係で磁気スケール１の長手方向にλ／２
ずれており、このＭＲ素子Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 は抵
抗体であるので当然電流を流すことによって発熱し、自
身の温度が上昇することとなるが、このＭＲ素子Ｒ1 及
びＲ2 とＲ3 及びＲ4 とは夫々磁気スケール１の長手方
向にλ／２ずれており、それぞれの温度上昇が異なると
共に磁気スケール１よりの磁界変動が異なることがあ
る。このためＭＲ素子Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 間で抵抗
値及び変化率が変動し、検出電圧のドリフトや振幅の変
動が起き高精度、高分解能の悪化をもたらす不都合があ
った。
【００１６】本発明は斯る点に鑑み検出電圧のドリフト
や振幅変動を改善することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明磁界検出ヘッドは
例えば図１に示す如く基板１上にそれぞれ絶縁層１１
ａ，１１ｂ，１１ｃを介して順番に第１の磁気抵抗効果
素子１２、バイアス用導電膜１３及び第２の磁気抵抗効
果素子１４を積層して形成し、このバイアス用導電膜１
３に所定のバイアス電流を流し、この第１及び第２の磁
気抵抗効果素子１２及び１４に互に逆方向のバイアス磁
界Ｈｂ及び−Ｈｂを印加するようにしたものである。
【００１８】また本発明磁界検出ヘッドは例えば図１に
示す如く、上述において、この第１及び第２の磁気抵抗
効果素子１２及び１４として導体層１２ａ，１４ａ及び
磁性層１２ｂ，１４ｂとが交互に積層されて成る人工格
子膜構造の磁気抵抗効果素子を用いたものである。
【００１９】本発明位置検出装置は図１、図２、図３に
示す如く磁気情報１ａが記録された磁気記録媒体１と、
この磁気記録媒体１に対し、相対変化可能で、この磁気
情報１ａを検出する磁界検出部２とを有し、検出された
この磁気情報１ａより、この磁気記録媒体１とこの磁界
検出部２との相対変位量或いは相対移動速度を計測する
ことができるようにした位置検出位置において、この磁
界検出部２に上述磁界検出ヘッドを用いたものである。
【００２０】
【作用】本発明によれば順番に第１の磁気抵抗効果素子
１２、バイアス用導電膜１３及び第２の磁気抵抗効果素
子１４を積層形成しているのでバイアス用導電膜１３に
バイアス電流を流すことにより、この第１及び第２の磁
気抵抗効果素子１２及び１４に同じ大きさで、互に逆方
向のバイアス磁界Ｈｂ及び−Ｈｂを印加することがで
き、之等第１及び第２の磁気抵抗効果素子１２及び１４
の抵抗値の変化の位相差を正解に１８０度とすることが
できると共にこの第１及び第２の磁気抵抗効果素子１２
及び１４を積層しているので温度上昇が等しく且つ磁気
記録媒体１より受ける磁界が等しく、検出電圧のドリフ
トや振幅変動を改善でき、高精度、高分解能の変位量或
いは移動速度の計測ができる。
【００２１】また本発明によればこの第１及び第２の磁
気抵抗効果素子１２及び１４として導体層１２ａ，１４
ａと磁性層１２ｂ，１４ｂとが交互に積層されて成る人
工格子膜構造の磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を使用
したもので、このＧＭＲ素子は図５の曲線ｄに示す如く
外部印加磁界に対する磁気抵抗変化率の特性は従来のパ
ーマロイ等のＭＲ素子に比べ抵抗変化率が大きく且つ高
い感度を有しており、このＧＭＲ素子を使用したときに
は磁気記録媒体１と磁界検出ヘッド２とのクリアランス
（間隔）を大きくでき、保護膜層を厚くするか或いは薄
板金属材料でＧＭＲ素子の表面を保護することができ検
出面の損傷が起きにくい高精度、高分解能な位置検出装
置を得ることができる。
【００２２】また、従来のＭＲ素子におけるクリアラン
スと同等のクリアランスでこのＧＭＲ素子を用いる場合
には更に記録波長を短くすることができるため、より高
密度、高分解能の位置検出装置を得ることができる。
【００２３】
【実施例】以下図面を参照して本発明磁界検出ヘッド及
び位相検出装置の実施例につき説明する。本例による位
置検出装置は図１３と同様に、磁気スケールを設ける。
【００２４】この磁気スケール１は磁気記録媒体として
平角断面形状のガラス基材の表面に磁性体を無電解メッ
キで２〜３μｍ被着したものを用い、この磁気記録媒体
に通常の磁気記録ヘッドで長手方向に一定波長λ例えば
４０μｍでスケール１ａを記録したものである。
【００２５】この磁気スケール１に対して、その長手方
向に相対的に移動する如く、磁界検出ヘッド２を設け
る。この磁界検出ヘッド２はその検出面がこの磁気スケ
ール１と一定の間隔を保って、この磁気スケール１の長
手方向に相対変化する如く、図示しない保持機構に保持
する如くする。
【００２６】本例においては、この磁界検出ヘッド２と
して図１、図２、図３に示す如きものを使用する。この
図１は本例による磁界検出ヘッドの基本構成の断面図を
示す。この図１を参照してこの磁界検出ヘッドの基本構
成につき説明するに、ガラス基板、又はアルミ基板１０
上に例えばＳｉＯ2 の絶縁層１１ａを設け絶縁基板とす
る。
【００２７】このガラス基板、又は絶縁層１１ａ上に磁
性層例えばＣｏＦｅＮｉ磁性合金例えばＦｅ18Ｃｏ10Ｎ
ｉ72、Ｆｅ16Ｃｏ20Ｎｉ64の層１２ｂと導体層例えばＣ
ｕ層１２ａとから成る人工格子多層膜をスパッタリング
装置を使用して作成する。
【００２８】この場合このＣｏＦｅＮｉ磁性合金層１２
ｂは１ｎｍ、Ｃｕ層１２ａは２．２ｎｍの厚さで、それ
ぞれ交互に２０層ずつの成膜とし、人工格子膜構成の磁
気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）１２を形成する。
【００２９】このＧＭＲ素子１２上に例えばＳｉＯ2 の
絶縁層１１ｂを設け、この絶縁層１１ｂ上にこのＧＭＲ
素子１２と重なって積層する如く例えばＡｕによりバイ
アス用導電膜１３を形成する。
【００３０】このバイアス用導電膜１３上に図１に示す
如く、例えばＳｉＯ2 の絶縁層１１ｃを設け、この絶縁
層１１ｃ上にこのバイアス用導電膜１３と重なって積層
する如く、磁性層例えばＣｏＦｅＮｉ磁性合金層１４ｂ
と導体層例えばＣｕ層１４ａとから成る人工格子多層膜
をスパッタリング装置を使用して作成する。
【００３１】この場合、このＣｏＦｅＮｉ磁性合金の層
１４ｂは１ｎｍ、Ｃｕ層１４ａは２．２ｎｍの厚さで、
それぞれ交互に２０層ずつの成膜とし、人工格子膜構成
の磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）１４を形成する。こ
のＧＭＲ素子１４上に図１に示す如くレジスト等で保護
膜１５を被着する。
【００３２】この人工格子膜１２ａ，１２ｂ，１４ａ．
１４ｂ及びバイアス用導電膜１３はフォトリソグラフィ
技術を利用し、所定大きさの短冊状のパターンを形成す
る。またこの場合、人工格子膜構造の磁気抵抗効果素子
１２，１４が検出する磁気情報１ａが記録された磁気ス
ケール１の磁化方向（印加磁界方向）と相対移動する方
向に直角な方向に磁化容易軸が存する如くする。
【００３３】また、図１において、１６及び１８は夫々
ＧＭＲ素子１２及び１４に電圧を供給する引出導体、１
７はバイアス用導電膜１３に電流を供給する引出導体を
示す。
【００３４】斯る図１においてバイアス用導電膜１３に
図示の如く電流を流したときはこのバイアス用導電膜１
３の周囲に矢印で示す方向の磁界が生じ、このバイアス
用導電膜１３の下及び上にあるＧＭＲ素子１２及び１４
には夫々同じ大きさの逆方向のバイアス磁界Ｈｂ及び−
Ｈｂを印加することとなる。
【００３５】従ってこのＧＭＲ素子１２及び１４は夫々
例えば図１４の点ｂ及びこれに対称な点ｃを夫々バイア
ス点として動作することとなり、この図１４に示す如く
外部磁界の変化に対して１８０度位相の逆転した抵抗変
化をする。
【００３６】またこの場合ＧＭＲ素子１２及び１４の上
下方向の間隔は１μｍ以下であり、磁気スケール１の記
録波長に比し無視できる程度のものである。
【００３７】本例においては図２に模式的に示す如く磁
界検出ヘッド２としては図１に示す如く構成したバイア
ス用導電膜１３の上及び下にＧＭＲ素子Ｒ1(14) 及びＲ
2(12) を配したものとバイアス用導電膜１３の上及び下
にＧＭＲ素子Ｒ3(14) 及びＲ 4(12) を配したものとを形
成し、このＧＭＲ素子Ｒ1 とＲ3 とが磁気スケール１の
長手方向にこの磁気スケール１の記録波長λの１／４の
間隔となる如く配する。
【００３８】また、このＧＭＲ素子Ｒ1 及びＲ3 の夫々
の一端に所定の正電圧＋Ｖを供給すると共にＧＭＲ素子
Ｒ2 及びＲ4 の夫々の一端に所定の負電圧−Ｖを供給
し、ＧＭＲ素子Ｒ1 及びＲ2 の夫々の他端を互に接続
し、この接続点より一方の検出端子Ｖout1を導出すると
共にＧＭＲ素子Ｒ3 及びＲ4 の夫々の他端を互に接続
し、この接続点より他方の検出端子Ｖout2を導出する。
【００３９】本例においては、この２つのバイアス用導
電膜１３に所定の電流を流し、ＧＭＲ素子Ｒ1 ，Ｒ3 に
図１４に示す如くバイアス磁界Ｈｂを印加し、バイアス
点ｂを中心に動作するようにすると共にＧＭＲ素子
Ｒ2 ，Ｒ4 に図１４に示す如くバイアス磁界Ｈｂとは同
じ大きさで逆方向のバイアス磁界−Ｈｂを印加し、バイ
アス点ｂとは対称なバイアス点ｃを中心に動作する如く
する。
【００４０】本例のＧＭＲ素子Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4
の配置関係は図３Ａに示す如くＧＭＲ素子Ｒ1 とＲ2 と
は重なったものとなり、またＧＭＲ素子Ｒ3 とＲ4 とは
重なったものとなり、ＧＭＲ素子Ｒ1 とＲ3 の間隔はλ
／４離れたものとなる。
【００４１】この磁界検出ヘッド２の等価回路は図３Ｂ
に示す如くで、ＧＭＲ素子Ｒ1 及びＲ2 の直列回路とＧ
ＭＲ素子Ｒ3 及びＲ4 の直列回路とが並列に接続され検
出端子Ｖout1及びＶout2は夫々ＧＭＲ素子Ｒ1 とＲ2 と
の接続点及びＲ3 とＲ4 との接続点より導出されたブリ
ッジ構成である。
【００４２】本例において、磁気スケール１に対し、磁
界検出ヘッド２を相対的に移動したときにはこのＧＭＲ
素子Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 及びＲ4 の夫々の抵抗値の変化は
図４Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤに示す如くで、ＧＭＲ素子Ｒ1 及
びＲ2 とＲ3 及びＲ4 との夫々の抵抗変化の位相差は夫
々１８０度であり、検出端子Ｖout1及びＶout2には図４
Ｅ及びＦに示す如く、９０度位相差の検出電圧信号が得
られ、この検出電圧信号により磁気スケール１と磁界検
出ヘッド２との相対的移動距離を測定することができ
る。
【００４３】本例によればＧＭＲ素子Ｒ1 ，Ｒ2 ，
Ｒ3 ，Ｒ4 によりブリッジ構成としており、ＧＭＲ素子
Ｒ1 及びＲ2 とＲ3 及びＲ4 との夫々の抵抗変化の位相
差が夫々１８０度であるので、温度等の影響により、こ
の抵抗変化が変動したときにも、この変動を互にキャン
セルすることができる。
【００４４】この場合本例によれば順番にＧＭＲ素子Ｒ
1 ，Ｒ3 、バイアス用導電膜１３及びＧＭＲ素子Ｒ2 ，
Ｒ4 を積層形成しているので、バイアス用導電膜１３に
バイアス電流を流すことにより、ＧＭＲ素子Ｒ1 ，Ｒ3
及びＲ2 ，Ｒ4 に同じ大きさで互に逆方向のバイアス磁
界Ｈｂ及び−Ｈｂを印加することができ、之等ＧＭＲ素
子Ｒ1 ，Ｒ3 及びＲ2 ，Ｒ4 の抵抗値の変化の位相差を
正確に１８０度とすることができると共にＧＭＲ素子Ｒ
1 ，Ｒ3 及びＲ2 ，Ｒ4 を積層しているので温度上昇が
等しく且つ磁気スケール１より受ける磁界が等しく、ブ
リッジ構成としたときには温度的、時間的に安定な検出
電圧信号を得ることができ高精度、高分解能の変化量或
いは移動速度の計測ができる。
【００４５】また仮に磁気スケール１の長手方向の場所
の違いや凹凸によって磁気記録に強弱の差が有っても、
上及び下の２つのＧＭＲ素子Ｒ1 ，Ｒ3 及びＲ2 ，Ｒ4
には全く同じ場所の磁気スケール１から外部磁界が印加
されるので、この検出電圧信号は振幅変動以外は変化せ
ず、より高精度な検出ができる。
【００４６】また本例によればＧＭＲ素子Ｒ1 とＲ2 及
びＲ3 とＲ4 とは夫々重なっており、ＧＭＲ素子Ｒ1 と
Ｒ3 とはλ／４の間隔であるのでこの磁界検出ヘッド２
を小型化することができる。この場合、ＧＭＲ素子Ｒ1
とＲ3 との間隔は（ｎ±１／４）λであってもよい。
【００４７】また本例によれば、ＧＭＲ素子Ｒ1 ，
Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 を使用しており、このＧＭＲ素子は図
５の曲線ｄに示す如く外部印加磁界に対する磁気抵抗変
化率の特性は従来のパーマロイ等のＭＲ素子に比べ抵抗
変化率が大きく且つ高い感度を有しており、このＧＭＲ
素子を使用したときには磁気スケール１と磁界検出ヘッ
ド２とのクリアランス（間隔）を大きくでき、保護膜層
を厚くするか或いは薄板金属材料でＧＭＲ素子の表面を
保護することができ検出面の損傷が起きにくい高精度、
高分解能な位置検出装置を得ることができる。
【００４８】また従来のＭＲ素子におけるクリアランス
と同等のクリアランスでこのＧＭＲ素子を用いる場合に
は更に磁気スケール１の記録波長を短くすることができ
るため、より高精度、高分解能の位置検出装置を得るこ
とができる。
【００４９】また、図６は本発明をロータリーエンコー
ダに適用した例を示す。この図６において、２１はロー
ターを示し、このローター２１の外周に磁気記録媒体２
２を設け、この磁気記録媒体２２に所定波長λでスケー
ルを磁気記録する如くする。このローター２１の外周の
磁気記録媒体２２に対向して磁界検出ヘッド２を配する
如くする。
【００５０】この磁界検出ヘッド２としては図７に示す
如く、図２、図３と同様の構成のものを使用する。
【００５１】磁気式のロータリーエンコーダでは一般的
に図６のようにローター２１の外周面を磁気記録信号面
とする構造が機構的に採られているが、この場合磁界検
出ヘッド２の幅が広がると、その中心付近と端とではロ
ーター２１の間隔（クリアランス）が異なって精度を悪
くする原因の１つと成っているが、本例による磁界検出
ヘッド２では、図７に示す如くＧＭＲ素子Ｒ1 とＲ2 と
は重なったものとなり、またＧＭＲ素子Ｒ3 とＲ4 とも
重なったものであり、ＧＭＲ素子Ｒ1 とＲ3 との間隔は
λ／４離れたものとできる為、そのような精度の悪化が
起こらず高精度な検出電圧信号を出力するロータリーエ
ンコーダを得ることができる。この場合、ＧＭＲ素子Ｒ
1 とＲ3 との間隔は（ｎ±１／４）λであってもよい。
【００５２】斯る図６、図７例においても上述実施例と
同様の作用効果が得られることは容易に理解できよう。
【００５３】また図８、図９は本発明の他の実施例を示
す。この図８、図９につき説明するに図８において、３
１は磁気スケールを示し、この磁気スケール３１はＣｕ
ＮｉＦｅ合金又はＣｒＣｏＦｅ合金等の断面円形の線材
を用い、この線材の長手方向に一定の波長λ（例えば１
００μｍ）でスケールを磁気記録したものである。
【００５４】一方、磁界検出ヘッド３２は図８、図９に
示す如くガラス板又はアルミ基板３３の中央部に、この
磁気スケール３１を構成する線材の外径より若干大きい
径の孔３４を形成すると共にこの基板３３上に例えばＳ
ｉＯ2 の絶縁層３５ａを設ける。
【００５５】この絶縁層３５ａ上の孔３４の外周に沿っ
て所定幅の磁性層例えばＣｏＦｅＮｉ磁性合金層と導体
層例えはＣｕ層とから成る人工格子多層膜をスパッタリ
ング装置を使用して作成する。
【００５６】この場合、このＣｏＦｅＮｉ磁性合金層は
１ｎｍ、Ｃｕ層は２．２ｎｍの厚さで、それぞれ交互に
２０層ずつの成膜とし、人工格子膜構成の磁気抵抗効果
素子（ＧＭＲ素子）３６を形成する。またこの場合孔３
４の外周とＧＭＲ素子３６と間に若干の間隔を置く如く
する。
【００５７】このＧＭＲ素子３６上に例えばＳｉＯ2 の
絶縁層３５ｂを設け、この絶縁層３５ｂ上にこの孔３４
の外周に沿って、このＧＭＲ素子３６と重なって積層す
る如く例えばＡｕによりバイアス用導電膜３７を形成す
る。
【００５８】このバイアス用導電膜３７上に例えばＳｉ
Ｏ2 の絶縁層３５ｃを設け、この絶縁層３５ｃ上に、こ
の孔３４の外周に沿ってこのバイアス用導電膜３７と重
なって積層する如く、磁性層例えばＣｏＦｅＮｉ磁性合
金層と導体層例えばＣｕ層とから成る人工格子多重膜を
スパッタリング装置を使用して作成する。
【００５９】この場合このＣｏＦｅＮｉ磁性合金層は１
ｎｍ、Ｃｕ層は２．２ｎｍの厚さで、それぞれ交互に２
０層ずつの成膜とし、人工格子膜構成の磁気抵抗効果素
子（ＧＭＲ素子）３８を形成する。このＧＭＲ素子３８
上に図９に示す如くレジスト等で保護膜３９を被着す
る。
【００６０】このＧＭＲ素子３６及び３８の人工格子膜
及びバイアス用導電膜３７はフォトリソグラフィ技術を
利用し所定のパターンを形成する。この図８、図９のＧ
ＭＲ素子３６及び３８とバイアス用導電膜３７は夫々環
状の一部が電気的に切断されたものとなされていると共
にこのＧＭＲ素子３６及び３８に夫々所定の動作電圧を
供給する如くし、またバイアス用導電膜３７に所定のバ
イアス電流を供給する如くする。
【００６１】斯る図９例において、バイアス用導電膜３
７に所定のバイアス電流を流したときは図１例と同様に
バイアス用導電膜３７の周囲に環状の磁界を生じ、この
バイアス用導電膜３７の下及び上にあるＧＭＲ素子３６
及び３８には夫々同じ大きさの逆方向のバイアス磁界Ｈ
ｂ及び−Ｈｂを印加することとなる。
【００６２】従って、このＧＭＲ素子３６及び３８は夫
々例えば図１４の点ｂ及びこれに対称な点ｃを夫々バイ
アス点として動作することとなる。またこの場合ＧＭＲ
素子３６及び３８の上下方向の間隔は１μｍ以下であり
磁気スケール３１の記録波長λ例えば１００μｍに比
し、無視できる程度のものである。
【００６３】従って図８に示す如くこの磁界検出ヘッド
３２の孔３４内に磁気スケール３１を通してこの磁気ス
ケール３１に対し磁界検出ヘッド３２を相対的に移動し
たときには、このＧＭＲ素子３６及び３８には図１４に
示す如く外部磁界の変化に対して互いに１８０度位相の
逆転した抵抗変化が得られる。
【００６４】この為磁気スケール３１に対し、この磁界
検出ヘッド３２を２個（ｎ＋１／４）λ（ここでｎは０
を含む正の整数）の間隔離して摺動自在に配したときは
図２、図３例同様に９０度位相差の２相の検出電圧信号
を得ることができ、磁気スケール３１と磁界検出ヘッド
３２との相対的変位量を測定することができる。従って
この図８、図９例においても、図２、図３例同様の作用
効果が得られることは容易に理解できよう。
【００６５】また、この図８、図９例においては磁気ス
ケール３１の磁気記録されたスケール面とこのＧＭＲ素
子３６，３８の面は直交する構造となりスケール面とは
磁界検出ヘッド３２の孔３４の加工面とが互に一定の間
隔の平行面を保持して相対移動する構造を採っている。
【００６６】従って、塵埃、切削粉等の異物が混入した
場合でも、その為にその間隔や相対的な角度が変わって
出力信号のレベルが変動し精度が悪化することが起こり
難い。また、磁気スケール３１のスケール面と磁気検出
ヘッド３２の検出面の間に切り粉等が入り込み検出面に
その切り粉が損傷を与え、故障することは構造的に無く
なった。
【００６７】さらに、コアを用いる磁束応答型の検出ヘ
ッドに比べて感度が高いのでより短い波長に対しても充
分な検出電圧信号を確保することが出来た。
【００６８】また図２、図１３に示す如き磁気スケール
１と磁界検出ヘッド２との関係を代えて、図１０、図１
１、図１２に示す如くしても良い。この図１０、図１
１、図１２の磁気スケール１は磁気記録媒体として薄板
形状のＣｕＮｉＦｅ磁性合金等を用い、これに通常の磁
気記録ヘッドで長手方向に一定の波長λを記録したもの
を使用する。
【００６９】この図１０、図１１、図１２例においては
磁気スケール１に対して前述図２に示す如きＧＭＲ素子
Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 を用いた磁界検出ヘッド２の検
出面が図１０、図１１に示す如くスケール面と略直角に
保持する如くする。そして図１２に示す如くこのＧＭＲ
素子Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 、Ｒ4 を用いた磁界検出ヘッド２
をヘッドケース２３中に保持する如くし、この磁気スケ
ール１とこの磁界検出ヘッド２とを夫々別々に一定間隔
を保って、この磁気スケール１の長手方向に相対変位す
ることができるように取り付ける。
【００７０】この図１０、図１１、図１２に示す如く構
成したときには磁気スケール１と磁界検出ヘッド２との
間隔（クリアランス）を従来のＭＲ素子を用いた磁界検
出ヘッドによると同様の構成のものと同じだけ開いたと
きは記録波長λを１／４程度にできるため、従来の場合
に比べ高精度、高分解能の位置検出装置を実現できる。
【００７１】尚、上述実施例においては磁気抵抗効果素
子としてＧＭＲ素子を使用した例につき述べたが、この
磁気抵抗効果素子としてＦｅ−Ｎｉ（パーマロイ）、Ｎ
ｉ−Ｃｏ等のＭＲ素子を使用しても良いことは勿論であ
る。
【００７２】また本発明は上述実施例に限ることなく本
発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採
り得ることは勿論である。
【００７３】
【発明の効果】本発明によれば順番に第１の磁気抵抗効
果素子、バイアス用導電膜及び第２の磁気抵抗効果素子
を積層形成しているのでバイアス用導電膜にバイアス電
流を流すことにより、この第１及び第２の磁気抵抗効果
素子に同じ大きさで、互に逆方向のバイアス磁界Ｈｂ及
び−Ｈｂを印加することができ、之等第１及び第２の磁
気抵抗効果素子の抵抗値の変化の位相差を正確に１８０
度とすることができると共にこの第１及び第２の磁気抵
抗効果素子を積層しているので温度上昇が等しく且つ磁
気記録媒体より受ける磁界が等しく、検出電圧のドリフ
トや振幅変動を改善でき、高精度、高分解能の変位量或
いは移動速度の計測ができる利益がある。
【００７４】また本発明によればこの第１及び第２の磁
気抵抗効果素子として導体層と磁性層とが交互に積層さ
れて成る人工格子膜構造の磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素
子）を使用したもので、このＧＭＲ素子は図５の曲線ｄ
に示す如く外部印加磁界に対する磁気抵抗変化率の特性
は従来のパーマロイ等のＭＲ素子に比べ抵抗変化率が大
きく且つ高い感度を有しており、このＧＭＲ素子を使用
したときには磁気記録媒体と磁界検出ヘッドとのクリア
ランス（間隔）を大きくでき、保護膜層を厚くするか或
いは薄板金属材料でＧＭＲ素子の表面を保護することが
でき検出面の損傷が起きにくい高精度、高分解能な位置
検出装置を得ることができる利益がある。
【００７５】また、従来のＭＲ素子におけるクリアラン
スと同等のクリアランスでこのＧＭＲ素子を用いる場合
には更に記録波長を短くすることができるため、より高
精度、高分解能の位置検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明磁界検出ヘッドの実施例を示す断面図で
ある。
【図２】本発明位置検出装置の一実施例を模式的に示す
線図である。
【図３】図２の説明に供する線図である。
【図４】図２及び図１５の説明に供する線図である。
【図５】ＧＭＲ素子の外部印加磁界−磁気抵抗変化率を
示す線図である。
【図６】ロータリーエンコーダの例を示す斜視図であ
る。
【図７】本発明の他の実施例を模式的に示す線図であ
る。
【図８】本発明の他の実施例を示す斜視図である。
【図９】本発明磁界検出ヘッドの他の実施例を示す断面
図である。
【図１０】本発明による位置検出装置の例を示す斜視図
である。
【図１１】本発明の他の実施例を模式的に示す線図であ
る。
【図１２】本発明による位置検出装置の例を示す斜視図
である。
【図１３】位置検出装置の例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の説明に供する線図である。
【図１５】従来の位置検出装置の例を模式的に示す線図
である。
【図１６】図１５の説明に供する線図である。
【符号の説明】
１，３１ 磁気スケール ２，３２ 磁界検出ヘッド １０，３３ 基板 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ 絶縁層 １２，１４，３６，３８ ＧＭＲ素子 １３，３７ バイアス用導電膜 １５，３９ 保護膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁基板上にそれぞれ絶縁層を介して順
    番に第１の磁気抵抗効果素子、バイアス用導電膜及び第
    ２の磁気抵抗効果素子を積層して形成し、前記バイアス
    用導電膜に所定のバイアス電流を流し、前記第１及び第
    ２の磁気抵抗効果素子に互いに逆方向のバイアス磁界を
    印加するようにしたことを特徴とする磁界検出ヘッド。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の磁界検出ヘッドにおい
    て、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子として導体層
    と磁性層とが交互に積層されて成る人工格子膜構造の磁
    気抵抗効果素子を用いたことを特徴とする磁界検出ヘッ
    ド。
  3. 【請求項３】 磁気情報が記録された磁気記録媒体と、
    該磁気記録媒体に対し、相対変位可能で、前記磁気情報
    を検出する磁界検出部とを有し、検出された前記磁気情
    報より、前記磁気記録媒体と前記磁界検出部との相対変
    位量或いは相対移動速度を計測することができるように
    した位置検出装置において、前記磁界検出部に請求項１
    又は請求項２記載の磁界検出ヘッドを用いたことを特徴
    とする位置検出装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012159475A (ja) * 2011-02-02 2012-08-23 Nidec Sankyo Corp 磁気センサおよびリニアエンコーダ
JP2015062031A (ja) * 2009-08-17 2015-04-02 ヘッドウェイテクノロジーズ インコーポレイテッド 磁気抵抗効果センサの経年変化補正装置

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