図1は、本発明の第1実施の形態の原点検� �装置の斜視図、図2は、磁石中心が基準位置( 原点)にあるときの磁気抵抗効果素子の固定� �性層及びフリー磁性層の磁化方向を説明す� �ための説明図(平面図)、図3は、原点検出装� �を構成する磁気センサの回路構成図、図4は� ��2の状態から磁石が図示左方向(X(-)方向)に移 動したときの磁気抵抗効果素子の固定磁性層 及びフリー磁性層の磁化方向を説明するため の説明図(平面図)、図5は図2の状態から磁石� �図示右方向(X(+)方向)に移動したときの磁気� �抗効果素子の固定磁性層及びフリー磁性層� �磁化方向を説明するための説明図(平面図)、 図6は、図1及び図2とは異なる形状の磁石中心 が基準位置(原点)にあるときの磁気抵抗効果� ��子の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方� ��を説明するための説明図(平面図)、図7は本� ��施形態における磁気抵抗効果素子を膜厚方� ��から切断した断面図、図8は、横軸をX方向� �の磁石の原点からの直線移動距離、縦軸を� �動出力(センサ出力)としたグラフ、である。

 図1に示すように原点検出装置4は、磁石1� ��、前記磁石1と高さ方向(図示Z方向)にて間隔 を空けて対向する位置に設けられた磁気セン サ3とを有して構成される。前記磁気センサ3� ��基板2の表面2aに設置されている。

 図1に示すように前記磁石1の前記磁気セ� �サ3と対向する対向面1aは全面がN極に着磁さ� ��ており、前記対向面1aとの反対面1bは全面が S極に着磁されている。

 例えば図1に示す原点検出装置4は前記磁� �センサ3及び基板2が固定側であり、前記磁石 1が可動側である。図1では、前記磁石1の中心 1cは、前記基板2に対して基準位置(以下、原� �Pという)にある。ここで「磁石1の中心1c」と は前記磁石1の膜厚中心で切断した切断面(図� ��X-Y平面)の幅方向(図示X方向)及び長さ方向(� �示Y方向)の中心を意味するものとする。また 、原点Pは、後述する磁気センサ3の差動出力� ��ゼロになるポイントであり、例えば、この� ��1実施形態では、前記磁石1の中心1cが、前記 基板2の表面2aの中心O1と高さ方向(図示Z方向)� ��位置したとき、前記磁石1の中心1cを原点Pと する。なお原点Pの位置は、後述する磁気セ� �サ3内に配置されている磁気抵抗効果素子の� ��置の変更等にて変更できる。

 そして前記磁石1は、その中心1cが、原点P から図示X方向に直線移動可能に支持されて� �る。

 前記磁気センサ3の内部には、図2に示す� �うに4個の巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子)が� �けられている。

 前記巨大磁気抵抗効果素子は、図7に示すよ うに基台10上に下から反強磁性層11、固定磁� �層12、非磁性層13、フリー磁性層14及び保護� �15の順に積層されている。固定磁性層12は第1 固定磁性層12aと第2固定磁性層12cが非磁性中� �層12bを介して積層された積層フェリ構造を� �している。反強磁性層11はその結晶配向性を 向上させるため、下地層11aの上に積層されて いる。前記反強磁性層11は例えばIrMnで形成さ れ、、下地層11aはシード層として機能するNiF eCrで形成され、前記第1固定磁性層12aおよび� �2固定磁性層12cはCoFeで非磁性中間層12bはRuで� ��成され、前記非磁性層13はCuで形成され、前 記フリー磁性層14はCoFeとNiFeの積層で形成さ� �、前記保護層15はTaで形成される。前記巨大� ��気抵抗効果素子の層構成は、上記以外の構� ��であってもよいが、固定磁性層12、非磁性� �13及びフリー磁性層14を必須層としている。� ��の場合固定磁性層12は積層フェリ構造でな� �てもよい。また前記非磁性層13がAl ₂ O ₃ 等の絶縁材料で形成されるとき、前記磁気抵 抗効果素子はトンネル型磁気抵抗効果素子(TM R素子)として構成される。磁気抵抗効果素子� ��TMR素子の場合は、電流を積層膜に対して垂� ��方向に流すように電極を形成する必要があ� ��が、磁気抵抗効果素子としては巨大磁気抵� ��効果素子(GMR素子)と基本的に同じである。

 前記反強磁性層11と前記第1固定磁性層12a� ��の間には磁場中熱処理により交換結合磁界� ��生じており、非磁性中間層12bを介した層間� ��交換バイアス磁界により前記第2固定磁性層 12cの磁化方向m12は所定方向に固定されている 。この実施形態では、前記固定磁性層12の磁� ��方向m12は図示X(+)方向に固定されている。固 定磁性層12の磁化方向は第2固定磁性層12cの磁 化方向m12に代表される。一方、フリー磁性層 14の磁化方向m14は固定されておらず外部磁界H によって磁化変動可能となっている。図7で� �前記磁化方向m14が図示X(+)方向を向いている� ��、前記外部磁界Hが図示X(+)方向に生じてい� �ためである。そして前記フリー磁性層14の磁 化方向m14が外部磁界Hに対して磁化変動する� �とで、前記固定磁性層12の磁化方向m12との関 係で電気抵抗値が変動する。

 図2に示すように磁気抵抗効果素子は、第 1の磁気抵抗効果素子17、第2の磁気抵抗効果� �子18、第3の磁気抵抗効果素子19及び第4の磁� �抵抗効果素子20により構成される。各磁気抵 抗効果素子17,18,19,20は全て図7に示す層構成の 巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子)で構成されて� ��る。また図2では、各磁気抵抗効果素子17,18, 19,20が矩形状に図示されているが、実際には� ��えばミアンダ形状で形成されるほうが望ま� ��い。

 以下では、各磁気抵抗効果素子17,18,19,20� �R-H曲線はすべて同じであるとして説明する� �すなわち固定磁性層とフリー磁性層との磁� �関係が同じであれば抵抗値は同じである。

 図7に示すように、この第1実施形態では� �前記フリー磁性層14と非磁性層13との界面と� ��行な面(図示X-Y面)は、図1に示す磁石1の対向 面1aと平行な関係にある。

 図2に示すように前記第1の磁気抵抗効果� �子17及び第2の磁気抵抗効果素子18は共通の基 台21上に形成され、前記第1の磁気抵抗効果素 子17を構成する固定磁性層12の磁化方向B(図7� �は符号m12と付したが、ここでは他の磁気抵� �効果素子の磁化方向と区別するために表記� �変更した。以下同じである)と前記第2の磁気 抵抗効果素子18を構成する固定磁性層12の磁� �方向Cは共に図示X(+)方向に固定されている。

 一方、第3の磁気抵抗効果素子19及び第4の 磁気抵抗効果素子20は、前記第1の磁気抵抗効 果素子17及び第2の磁気抵抗効果素子18と別の� ��板22上に共に設置され、前記第3の磁気抵抗� ��果素子19を構成する固定磁性層12の磁化方向 Dと前記第4の磁気抵抗効果素子20を構成する� �定磁性層12の磁化方向Eは共に図示X(-)方向に� ��定されている。すなわち第1の磁気抵抗効果 素子17及び第2の磁気抵抗効果素子18の固定磁� ��層12の磁化方向B,Cと、前記第3の磁気抵抗効� ��素子19及び第4の磁気抵抗効果素子20の固定� �性層12の磁化方向D,Eとは反平行の関係となっ ている。

 第1の磁気抵抗効果素子17及び第2の磁気抵 抗効果素子18を設置した基台21と第3の磁気抵� ��効果素子19及び第4の磁気抵抗効果素子20を� �置した基台22を別々としたが、これは、各基 台21,22上に設置される磁気抵抗効果素子の固� ��磁性層12の磁化方向が互いに異なっており� �じ磁場中熱処理を行えないためである。よ� �て別々の工程にて、第1の磁気抵抗効果素子1 7及び第2の磁気抵抗効果素子18と、第3の磁気� ��抗効果素子19及び第4の磁気抵抗効果素子20� �形成されることになる。

 また図2に示すように、基板2の中心O1から 前記磁石1の直線移動方向である図示X方向に� ��いた第1の仮想線と、図示X-Y面内にて前記第 1の仮想線に直交する方向に引いた第2の仮想� ��を前記基板2の表面2aに引いたとき、前記第1 の磁気抵抗効果素子17,第2の磁気抵抗効果素� �18,第3の磁気抵抗効果素子19及び第4の磁気抵� ��効果素子20は夫々、前記第1の仮想線と第2の 仮想線とで仕切られた4つの象限内のいずれ� �に配置されている。

 図2に示すように、前記第1の磁気抵抗効� �素子17は、左上象限25内に位置し、第2の磁気 抵抗効果素子18は右上象限26内に位置し、第3� ��磁気抵抗効果素子19は左下象限27内に位置し 、第4の磁気抵抗効果素子20は右下象限28内に� ��置する。

 各磁気抵抗効果素子17,18,19,20は、前記基� �2の中心O1上、第1の仮想線上及び第2の仮想線 上を跨ぐことなく、前記中心O1から等間隔で� ��れた位置に配置される。

 図3に示すように、前記第1の磁気抵抗効� �素子17と第3の磁気抵抗効果素子19は、第1の� �力取出し部36を介して直列接続されている。 また、前記第2の磁気抵抗効果素子18と第4の� �気抵抗効果素子20は、第2の出力取出し部31を 介して直列接続されている。

 また、前記第1の磁気抵抗効果素子17と第4 の磁気抵抗効果素子20とが入力端子32を介し� �接続されるとともに、第2の磁気抵抗効果素� ��18と第3の磁気抵抗効果素子19とがグランド� �子33を介して接続されている。

 さらに前記第1の出力取出し部36と第2の出 力取出し部31とが差動増幅器34を介して外部� �力端子35に接続されている。

 図2に示す形態では、固定磁性層12の磁化� ��向B,Cが同一である前記第1の磁気抵抗効果素 子17と第2の磁気抵抗効果素子18は、前記第2の 仮想線を挟んだ両側のいずれかの象限内(図2� ��は、左上象限25と右上象限26)に配置される� �ともに、固定磁性層12の磁化方向D,Eが同一で ある前記第3の磁気抵抗効果素子19と第4の磁� �抵抗効果素子20も、前記第2の仮想線を挟ん� �両側の残りの象限内(図2では、左下象限27と� ��下象限27)に配置されている。

 図1に示す磁石1は、その中心1cが原点Pに� �るとき、図2に示すように、前記磁石1は前記 基板2上の全ての磁気抵抗効果素子17,18,19,20の 素子形成領域(全ての磁気抵抗効果素子が入� �大きさの領域。図2に示す点線Aで囲まれた領 域)とよりも大きい面積で形成されている。

 例えば図1に示す前記磁石1の幅寸法w1は2~1 0mm程度である。また前記磁石1の長さ寸法l1は 2~10mm程度である。また前記磁石1の厚さ寸法t1 は1~5mm程度である。図2に示す素子形成領域(� �線Aで囲んだ範囲)の幅寸法及び長さ寸法は、 0.5~1mm程度である。また、図1に示す前記磁気� ��ンサ3の幅寸法w2は2~5mm程度である。また前� �磁気センサ3の長さ寸法l2は1.5~5mm程度である� ��また前記磁気センサ3の厚さ寸法t2は1~2mm程� �である。また図2に示す各磁気抵抗効果素子1 7,18,19,20の間隔t3は、0.01~1mm程度である。

 図2に示すように、前記磁石1の中心1cが前 記原点Pにあるとき、磁石1の対向面1aから、� �磁気抵抗効果素子17,18,19,20のフリー磁性層14� ��図示X-Y面内の水平磁場成分H1が作用する。� �記水平磁場成分H1は、前記磁石1の対向面1aの 中心から各磁気抵抗効果素子17,18,19,20に対し� ��放射状に広がる。この結果、図2に示すよう に、前記第1の磁気抵抗効果素子17のフリー磁 性層14の磁化方向F(図7では符号m14と付したが� ��ここでは他の磁気抵抗効果素子の磁化方向� ��区別するために表記を変更した。以下同じ� ��ある)は左斜め上方向になり、前記第2の磁� �抵抗効果素子18のフリー磁性層14の磁化方向G は右斜め上方向になり、前記第3の磁気抵抗� �果素子19のフリー磁性層14の磁化方向Yは左斜 め下方向になり、前記第4の磁気抵抗効果素� �20のフリー磁性層14の磁化方向Iは右斜め下方 向になる。

 第1の磁気抵抗効果素子17と第4の磁気抵抗 効果素子20の固定磁性層12の磁化方向B,Eとフ� �ー磁性層14の磁化方向F,Iとの磁化関係は同じ になり、第2の磁気抵抗効果素子18と第3の磁� �抵抗効果素子19の固定磁性層12の磁化方向C,D� ��フリー磁性層14の磁化方向G,Yの磁化関係は� �じになる。その結果、図3に示す差動増幅器3 4からの差動出力はゼロになり、外部出力端� �35から原点検出信号が得られる。

 図8は、横軸をX方向への磁石1の原点Pから の図示X方向への直線移動距離、縦軸を差動� �力としたグラフである。

 図2の状態から磁石1が図示X(-)方向に移動� ��ると、前記磁石1から各磁気抵抗効果素子17, 18,19,20のフリー磁性層14に及ぶ水平磁場成分H1 の方向が、全体的に徐々に図示X(+)方向に変� �する。前記磁石1の中心1cが図4に示す位置に� ��達すると、各磁気抵抗効果素子17,18,19,20の� �リー磁性層14の磁化方向J,K,L,Mは図示X(+)方向� ��向く。この結果、第1の磁気抵抗効果素子17� ��電気抵抗値は、図2の原点検出時よりも小さ く、第2の磁気抵抗効果素子18の電気抵抗値は 、図2の原点検出時よりも小さくなり、第3の� ��気抵抗効果素子19の電気抵抗値は、図2の原� ��検出時よりも大きくなり、第4の磁気抵抗効 果素子20の電気抵抗値は、図2の原点検出時よ りも大きくなる。

 したがって図3に示す回路において、各磁 気抵抗効果素子17,18,19,20の電気抵抗値に基づ� ��差動出力が生じて、例えば、図8に示すよう に正(+)の出力が生じる。そして外部出力端子 35からは原点非検出信号が得られる。図4は、 最も差動出力が大きくなる磁化状態の一つで あり、図8に示す正(+)の出力は最大となって� �る。

 一方、図2の状態から磁石1が図示X(+)方向� ��移動すると、前記磁石1から各磁気抵抗効果 素子17,18,19,20のフリー磁性層14に及ぶ水平磁� �成分H1の方向が全体的に徐々に図示X(-)方向� �変化し、前記磁石1の中心1cが図5の位置に到� ��すると、各磁気抵抗効果素子17,18,19,20のフ� �ー磁性層14の磁化方向W,X,Q,Rは図示X(-)方向を� ��く。この結果、第1の磁気抵抗効果素子17の� ��気抵抗値は、図2の原点検出時よりも大きく なり、第2の磁気抵抗効果素子18の電気抵抗値 は、図2の原点検出時よりも大きくなり、第3� ��磁気抵抗効果素子19の電気抵抗値は、図2の� ��点検出時よりも小さくなり、第4の磁気抵抗 効果素子20の電気抵抗値は、図2の原点検出時 よりも小さくなる。

 したがって図3に示す回路において、各磁 気抵抗効果素子17,18,19,20の電気抵抗値に基づ� ��差動出力が生じて、例えば、図8に示すよう に負(-)の出力が生じる。そして、外部出力端 子35からは原点非検出信号が得られる。図5は 、最も差動出力が大きくなる磁化状態の一つ であり、図8に示す負(-)の出力は絶対値で最� �となっている。

 上記のように、本実施形態では、各磁気� ��抗効果素子17,18,19,20の前記フリー磁性層14に は、前記磁石1の直線移動に伴い、前記磁石1� ��ら前記フリー磁性層14と非磁性層13間の界面 と平行な面内(図示X-Y面内)にて方向が変化す� ��水平磁場成分H1が作用している。このよう� �磁石1の直線移動範囲内では、フリー磁性層1 4には水平磁場成分H1が作用してその磁場方向 に磁化方向が向く状態が維持されているため 、飽和磁化状態あるいはそれに近い状態が保 たれている。このように、フリー磁性層の磁 化m14が水平磁場成分H1による回転角度によっ� ��連続的に変化することに相当し、さらに第1 ~第4の磁気抵抗効果素子の差動出力を検知す� ��構造を有することにより、原点近傍の出力� ��ヒステリシスを十分に小さくできる。そし� ��図8に示すように、前記磁石1の中心1cが、原 点Pに位置したとき、差動出力がゼロになり� �それ以外の時には差動出力が生じているた� �、差動出力の有無の判断により、原点検出� �行うことができる。したがって図3に示すよ� ��に、基準電圧設定回路が必要でない等、簡� ��な回路構成で、高精度な原点検出を行うこ� ��が可能である。

 ヒステリシスを小さくする上で、フリー� ��性層14と第2固定磁性層12cの層間の交換バイ� ��ス磁界(Hin)を小さくし、水平磁場成分H1に対 しての影響を少なくすることが好ましい。ま た本実施形態のように積層フェリ構造とする ことで、固定磁性層磁化m12とフリー層磁化m14 の静磁界的な影響も低減することが好ましい 。

 なお上記したヒステリシスがゼロでなく� ��干、生じている場合は、図4の図示X(-)方向� �移動している状態から図2の原点Pへ、図5の� �示X(+)方向へ移動している状態から図2の原点 Pへ磁石1を移動させたときに、多少、差動出� ��がゼロとなる位置がずれるので、このずれ� ��も含めて「原点P」と規定する。したがって かかる場合、「原点P」はある範囲(距離)を持 つことになるが、本実施形態では前記ヒステ リシスを限りなくゼロに近づけることが可能 であるので、そのずれ量をせいぜい5μm程度� �下にでき、高精度な原点検出を行うことが� �能である。

 図2に示す各磁気抵抗効果素子17,18,19,20の� ��子構成、及び図3の回路構成は一例であるが 、簡単な回路構成で差動出力を大きくでき、 しかも磁石1が図示X(-)方向へ移動したときと� ��図示X(+)方向へ移動したときとで、差動出力 の符号が変化するため(図8参照)、原点検出の みならず、前記磁石1がどちら方向へ移動し� �かも検知できる。さらに各磁気抵抗効果素� �17,18,19,20を同じ層構成で構成できるので、各 磁気抵抗効果素子17,18,19,20の温度特性のばら� ��き、すなわち抵抗温度係数(TCR)のばらつき� �よる影響を小さくできる。したがって高精� �な原点検出を行うことができ、図2,図3は最� �好ましい構成である。

 ただし、4つの磁気抵抗効果素子17,18,19,20� ��配置を、図2の状態から変えたり、図3に示� �回路の接続を変えたりすることも可能であ� �。

 また、図2では、4つの磁気抵抗効果素子17 ,18,19,20を第1の仮想線と第2の仮想線に区切ら� ��た各象限内に設けたが、例えば各磁気抵抗� ��果素子17,18,19,20を図示X方向に一列に並べた� ��、あるいは図示Y方向に一列に並べることも できる。ただし図2のように、4つの磁気抵抗� ��果素子17,18,19,20を第1の仮想線と第2の仮想線 に区切られた各象限内に設けた構成のほうが 、素子配置が簡単であり、高精度に原点検出 を行うことができ好適である。

 また図2では4つの磁気抵抗効果素子17,18,19 ,20を用いたが、例えば前記磁気抵抗効果素子 は2個であってもよい。例えば図2に示す固定� ��性層12の磁化方向C,Dが反平行の第2の磁気抵� ��効果素子18と第3の磁気抵抗効果素子19を用� �、第1の磁気抵抗効果素子17及び第4の磁気抵� ��効果素子20を固定抵抗として、図2の原点検� ��時にて、差動出力がゼロとなるように各固� ��抵抗値を調整しておく。なお回路構成は図3 と同じである。また前記磁気抵抗効果素子は 2個であってもよいが、差動出力を大きくし� �また抵抗温度係数(TCR)のばらつきによる影響 を小さくして、高精度な原点検出を行うには 図2に示すように4つの磁気抵抗効果素子17,18,1 9,20をブリッジ接続することが好適である。

 前記磁石1の対向面1aは、図1,図2に示すよ� ��に、前記磁石1の中心1cが前記原点Pに位置し たとき、前記基板2上の素子形成領域よりも� �きい面積で形成されている。これにより前� �磁石1の中心1cが原点Pに位置したときに、各� ��気抵抗効果素子17,18,19,20に対して適切に水� �磁場成分H1を作用させることができ、ヒステ リシスが小さく高精度な原点検出を行うこと ができる。特に、図2で説明したように、各� �限内に設けられた各磁気抵抗効果素子17,18,19 ,20に対して、第1の仮想線と第2の仮想線との� ��点(基板1の中心O1)を中心として、放射状に� �平磁場成分H1を与えることができ、各磁気抵 抗効果素子17,18,19,20の電気抵抗値を同じにで� ��、磁石1の中心1cが前記原点Pに位置したとき に適切に差動出力をゼロにすることができる 。

 また図1に示すように前記磁石1は前記対� �面1aの全面がN極に、反対面1bの全面S極に着� �されているが、例えば、極性を逆にして、� �記対向面1aの全面がS極に、反対面1bの全面N� �に着磁されている形態であってもよい。極� �が逆の場合は、図8に示した差動出力も逆に� ��る。

 また図6に示すように、磁石30の中心30aが� ��原点Pに位置したとき、前記磁石30の前記磁� ��センサ3との対向面は、第2の仮想線を挟ん� �対向する各磁気抵抗効果素子の間に位置す� �ように、第2の仮想線に沿った細長形状で形� ��されていてもよい。なおこのとき、前記磁� ��30の側縁部30b,30bが多少、前記磁気抵抗効果� ��子17,18,19,20上に重なっていても良い。

 例えば、前記磁石30の前記磁気センサ3と� ��対向面の全面はN極に、前記対向面と反対面 の全面はS極に着磁されているとする。

 図6に示すように、磁石30の中心30aが、原� ��Pに位置したとき、前記前記第1の磁気抵抗� �果素子17及び第3の磁気抵抗効果素子19には主 に図示X(-)方向の水平磁場成分H1が作用し、前 記前記第2の磁気抵抗効果素子18及び第4の磁� �抵抗効果素子20には主に図示X(+)方向の水平� �場成分H1が作用する。この結果、各磁気抵抗 効果素子17,18,19,20のフリー磁性層14の磁化方� �S,T,U,Vは図6の方向を向き、図3に示す回路か� �得られる作動出力はゼロになる。前記磁石30 の中心30aが前記原点Pから図示X(-)方向、ある� ��は、図示X(+)方向に移動すると、各磁気抵抗 効果素子17,18,19,20のフリー磁性層14には、水� �磁場成分の方向が変化して各磁気抵抗効果� �子17,18,19,20の電気抵抗値が変化して差動出力 が生じる。例えば図8と同様の差動出力が得� �れ、前記磁石1の移動方向を差動出力の符号� ��ら判断できるとともに、必ず磁石30の中心30 aが原点Pに位置したときに差動出力をゼロに� ��き高精度な原点検出を行うことが可能であ� ��。

 図9は、本発明の第2実施の形態の原点検� �装置の斜視図、図10は、磁石中心が基準位置 (原点)にあるときの磁気抵抗効果素子の固定� ��性層及びフリー磁性層の磁化方向を説明す� ��ための説明図(平面図)、である。

 図9に示すように原点検出装置50は、磁石5 1と、前記磁石51と図示Y方向にて間隔を空け� �対向する位置に設けられた磁気センサ52とを 有して構成される。前記磁気センサ52は基板5 3の表面53aに設置されている。

 例えば図9に示す原点検出装置50は前記磁� ��センサ52が固定側であり、前記磁石51が可動 側である。図9では、前記磁石51の中心51cは、 前記基板53に対して基準位置(原点)にある。� �こで「磁石51の中心51c」とは前記磁石51の膜� ��中心で切断した切断面(図示X-Y平面)の幅方� �(図示X方向)及び長さ方向(図示Y方向)の中心� �意味するものとする。また、原点Pは、磁気� ��ンサ52の差動出力がゼロになるポイントで� �り、この第2実施形態では、図10に示す基板53 の中心O2から前記磁石51の直線移動方向であ� �図示X方向に引いた第1の仮想線と、図示X-Y面 内にて前記第1の仮想線に直交する方向に第2� ��仮想線を前記基板2の表面2aに引いたとき、� ��面視にて前記第2の仮想線上に位置する前記 磁石51の中心51cを原点Pとする。なお原点Pの� �置は、後述する磁気センサ52内に配置されて いる磁気抵抗効果素子の位置の変更等にて変 更できる。

 前記磁石51は、その中心51cが、原点Pから� ��示X方向に直線移動可能に支持されている。

 図9に示すように前記磁石51の前記磁気セ� ��サ52と対向する対向面52aは前記磁石51の直線 移動方向の半分がN極に、残り半分がS極に着� ��されている。

 前記磁気センサ52内に設けられる磁気抵� �効果素子の層構成は図7で説明したとおりで� ��る。

 図9,図10に示すように、この第2実施形態� �は、前記磁石51の中心51cが原点Pにあるとき� �前記磁気抵抗効果素子のフリー磁性層14と非 磁性層13間の界面と平行な面(図示X-Y面)は、� �記磁石51の前記磁気抵抗効果素子との対向面 51aと直交関係にある。

 図10に示すように、前記磁気センサ52内に は、4つの磁気抵抗効果素子54,55,56,57が設けら れている。また図10に示すように、前記第1の 磁気抵抗効果素子54,第2の磁気抵抗効果素子55 ,第3の磁気抵抗効果素子56及び第4の磁気抵抗� ��果素子57は夫々、前記第1の仮想線と第2の仮 想線とで仕切られた4つの象限内のいずれか� �配置されている。

 図10に示すように、前記第1の磁気抵抗効� ��素子54は、左下象限60内に位置し、第2の磁� �抵抗効果素子55は左上象限61内に位置し、第3 の磁気抵抗効果素子56は右下象限62内に位置� �、第4の磁気抵抗効果素子57は右上象限63内に 位置する。

 回路構成は図3と同じである。すなわち、 前記第1の磁気抵抗効果素子54と第3の磁気抵� �効果素子56は、図3に示す第1の出力取出し部3 6を介して直列接続されている。また、前記� �2の磁気抵抗効果素子55と第4の磁気抵抗効果� ��子57は、図3に示す第2の出力取出し部31を介� ��て直列接続されている。

 また、前記第1の磁気抵抗効果素子54と第4 の磁気抵抗効果素子57とが図3に示す入力端子 32を介して接続されるとともに、第2の磁気抵 抗効果素子55と第3の磁気抵抗効果素子56とが� ��3に示すグランド端子33を介して接続されて� ��る。

 さらに図3に示すように、前記第1の出力� �出し部36と第2の出力取出し部31とが差動増幅 器34を介して外部出力端子35に接続されてい� �。

 図10に示すように、第1の磁気抵抗効果素� ��54の固定磁性層の磁化方向54aと、前記第2の� ��気抵抗効果素子55の固定磁性層の磁化方向55 aは同一方向であり、前記第1の磁気抵抗効果� ��子54と第2の磁気抵抗効果素子55は共通の基� �65上に設置されている。また、前記第3の磁� �抵抗効果素子56の固定磁性層の磁化方向56aと 前記第4の磁気抵抗効果素子57の固定磁性層の 磁化方向57aは前記第1の磁気抵抗効果素子54及 び第2の磁気抵抗効果素子55の固定磁性層の磁 化方向に対して反平行であり、前記第3の磁� �抵抗効果素子56と第4の磁気抵抗効果素子57は 共通の基台66上に設置されている。図10に示� �ように、前記第1の磁気抵抗効果素子54及び� �2の磁気抵抗効果素子55の固定磁性層の磁化� �向54a,55aは共に図示Y(+)方向を向いており、前 記第3の磁気抵抗効果素子56及び第4の磁気抵� �効果素子57の固定磁性層の磁化方向56a,57aは� �に図示Y(-)方向を向いている。

 図10に示すように、前記磁石51の中心51cが 前記原点Pにあるとき、磁石51の対向面51aから 、各磁気抵抗効果素子54,55,56,57のフリー磁性� ��に図示X-Y面内の水平磁場成分H2が作用する� �第3の磁気抵抗効果素子56及び第4の磁気抵抗� ��果素子57には、図示Y(-)方向の水平磁場成分H 2が作用し、第1の磁気抵抗効果素子54及び第2� ��磁気抵抗効果素子55には、図示Y(+)方向の水� ��磁場成分H2が作用する。この結果、図10に示 すように、前記第1の磁気抵抗効果素子54のフ リー磁性層の磁化方向54b(図7では符号m14と付� ��たが、ここでは他の磁気抵抗効果素子の磁� ��方向と区別するために表記を変更した。以� ��同じである)、及び第2の磁気抵抗効果素子55 のフリー磁性層の磁化方向55bは、共に図示Y(- )方向を向き、前記第3の磁気抵抗効果素子56� �フリー磁性層の磁化方向56b、及び第4の磁気� ��抗効果素子57のフリー磁性層の磁化方向57b� �、共に図示Y(+)方向を向く。

 これにより、各磁気抵抗効果素子54,55,56,5 7の固定磁性層の磁化方向54a~57aとフリー磁性� ��の磁化方向54b~57bの磁化関係はすべて同じに なり、各磁気抵抗効果素子54,55,56,57の電気抵� ��値は同じになる。なお図10に示す磁化関係� �は、各磁気抵抗効果素子54,55,56,57の電気抵抗 値は最低値となる。その結果、図3に示す差� �増幅器34からの差動出力はゼロになり、外部 出力端子35から原点検出信号が得られる。

 図10に示すように前記磁石51の中心51cが原 点Pにある状態から、例えば前記磁石51が図示 X(-)方向に移動すると、前記第1の磁気抵抗効� ��素子54及び第2の磁気抵抗効果素子55のフリ� �磁性層に作用する水平磁場成分H2の方向が変 化して、前記第1の磁気抵抗効果素子54及び第 2の磁気抵抗効果素子55の電気抵抗値が変化し 、これにより差動出力が生じ、外部出力端子 35から原点非検出信号が得られる。

 やがて、前記第1の磁気抵抗効果素子54及� ��第2の磁気抵抗効果素子55には図示Y(-)方向の 水平磁場成分H2が作用して、前記第1の磁気抵 抗効果素子54及び第2の磁気抵抗効果素子55の� ��リー磁性層14の磁化方向54c、55cは図示Y(-)方� ��を向き、前記第1の磁気抵抗効果素子54及び� ��2の磁気抵抗効果素子55の電気抵抗値は最大� ��となる。一方、第3の磁気抵抗効果素子56及� ��第4の磁気抵抗効果素子57の電気抵抗値は最� ��値の状態にあり、このとき差動出力は例え� ��図8に示す正の最大出力値となる。

 一方、図10に示すように前記磁石51の中心 51cが原点Pにある状態から、前記磁石51が図示 X(+)方向に移動すると、前記第3の磁気抵抗効� ��素子56及び第4の磁気抵抗効果素子57のフリ� �磁性層に作用する水平磁場成分H2の方向が変 化して、前記第3の磁気抵抗効果素子56及び第 4の磁気抵抗効果素子57の電気抵抗値が変化し 、これにより差動出力が生じ、外部出力端子 35から原点非検出信号が得られる。やがて、� ��記第3の磁気抵抗効果素子56及び第4の磁気抵 抗効果素子57には図示Y(+)方向の水平磁場成分 H2が作用して、前記第3の磁気抵抗効果素子56� ��び第4の磁気抵抗効果素子57のフリー磁性層1 4の磁化方向56c、57cは図示Y(+)方向を向き、前� ��第3の磁気抵抗効果素子56及び第4の磁気抵抗 効果素子57の電気抵抗値は最大値となる。一� ��、第1の磁気抵抗効果素子54及び第2の磁気抵 抗効果素子55の電気抵抗値は最小値の状態に� ��り、このとき差動出力は例えば図8と同様に 負の最大出力値となる。

 上記した第1実施形態及び第2実施形態の� �点検出装置ではいずれも磁石1,51が移動可能� ��支持されているが、基板2,53側が移動可能に 支持されていてもよい。また、前記磁石及び 基板の双方が移動可能であってもよい。

 また上記の実施形態では、前記磁石1,51が 直線移動するものであったが、図11に示すよ� ��に前記磁石1が回転板70に固定されて、前記� ��転板70がその中心70aを回転中心として回転� �るものであってもよい。図11に示す状態では 、前記磁石1の中心1cが前記基板2の中心O1と高 さ方向(図示Z方向)にて一致した状態であり、 前記磁石1の中心1cが原点Pにある。このとき� �第1の仮想線は、前記原点Pを相対回転方向上 の接点としたときの接線方向と平行な方向で ある。また、図2での固定磁性層の磁化方向B, C,D,Eは、前記原点Pを相対回転方向上の接点と したときの接線方向と平行な方向(図示X方向) を向いている。あるいは、図10の磁石51と基� �53との関係とした場合、前記固定磁性層の磁 化方向は、前記原点Pを相対回転方向上の接� �としたときの接線方向と直交する方向(図示Y 方向)を向いている。前記磁石1の中心1cが原� �Pにある状態では図2で説明したように各磁気 抵抗効果素子17,18,19,20のフリー磁性層14に水� �磁場成分が作用し、図2に示す固定磁性層と� ��リー磁性層との磁化関係により、各磁気抵� ��効果素子17,18,19,20の電気抵抗値は同じとな� �差動出力はゼロとなっている。そして前記� �転板70の時計方向、あるいは反時計方向への 回転により、前記磁石1が原点Pから離れると� ��図4あるいは図5で説明した、固定磁性層と� �リー磁性層との磁化関係により、各磁気抵� �効果素子17,18,19,20の電気抵抗値が変動し、差 動出力が生じる。

 次に図1に示す実施形態の原点検出装置お よび図11に示す構成を用いて、磁気センサの� ��ンサ出力値(差動電位)の評価を実施した。

 ここでは、幅寸法w1を5mm、長さ寸法l1を5mm 、厚さ寸法t1を3mmとした信越化学工業(株)製� �ネオジウム磁石(型番:N45H)から成る原点検出� ��磁石1を用いた。また図11のように補助磁石8 0,81を有した構成になっている。

 前記補助磁石80,81を、中心線CLから55度(回 転角θ1,θ2)だけ離れた位置に配置した。また� ��記回転板70の半径Rは30mmであった。

 磁気センサ3には、図2に示す構成と同様� �ものを用いた。磁気センサ3の寸法は幅寸法w 2が2mm、長さ寸法l2が2mm、厚さ寸法t2が0.75mmの� ��のを用いた。また各磁気抵抗効果素子17,18,1 9,20の間隔t3は、0.2mmである。磁気抵抗効果素� ��にはGMR素子を用い、下地層NiFeCr4nm;反強磁性 層IrMn8nm;固定磁性層がCoFe1.5nm、Ru0.9nm、CoFe1.5nm の積層フェリ構造;非磁性層がCu2.0nm;フリー磁 性層がCoFe1nm、NiFe3nm;保護層がTa5nmの構成のも� ��を用いた。ここでフリー磁性層14と固定磁� �層12の層間の交換バイアス磁界(Hin)は0~0.5mTの 範囲で制御されている。

 実験では、前記磁気センサ3と前記原点検 出用磁石1間の高さ方向(Z方向)の寸法を2mmと� �、前記回転板70を時計方向、及び反時計方向 に回転させて、センサ出力(差動電位)を測定� ��た。その実験結果を図12、図13に示す。

 図12は前記回転板70の回転中心70aと前記磁 石1の中心1cとの中心線CLの前記回転中心70aか� ��の回転角θとセンサ出力値(差動出力)との関 係を示すグラフで、図13は図12の±2度の回転� �θの範囲での差動出力の変移を拡大したもの である。

 ここで回転角度θは図11の時計周りを正と している。すなわち、回転盤が正方向にθ度� ��転すると、磁石1が、磁気センサ3のX(-)に位� ��することに対応し、図8の高出力状態になる 。

 図12,図13に示すように、差動出力は回転� �θの変化に伴って負値から正値に変動してい るため、差動出力の符号から前記磁石1の回� �方向を検知できるとともに、磁石1の中心1c� �原点Pに位置したときに差動出力がゼロにな� ��ため、差動出力の有無により高精度に且つ� ��単な回路構成で原点検知を行うことが可能� ��ある。ここで原点近傍の回転角度±1度は±0. 5mmの範囲での出力状態を示すことに相当する 。これは磁石の寸法(5×5×3mm程度)や磁気セン� ��の寸法(2×2×0.75mm程度)に対し、高い精度で� �点を検知できることを意味している。

 また上記実施形態では出力のヒステリシ� ��もほとんどみられないことが確認された。� ��れは、第1~第4の磁気抵抗効果素子のフリー� ��性層の磁化が水平磁場成分H1による回転角� �によって連続的に変化するためであり、フ� �ー磁性層そのものの磁気的なヒステリシス(� ��状異方性、磁気異方性)の影響を受けにくく なっており、さらに差動出力を検知するブリ ッジ回路構成を有することによってヒステリ シス低減が実現されたことを示している。

 また前記のようにフリー磁性層14と第2固� ��磁性層12cの層間の交換バイアス磁界(Hin)を0. 5mT以下とし、かつ固定磁性層が積層フェリ構 造となっていることにより、固定磁性層磁化 m12とフリー層磁化m14の磁気的な寄与が、水平 磁場成分H1に対して十分小さくなっているこ� ��も挙げられる。

 図11に示すように、前記回転板70の側面に は、前記中心線CLから所定の回転角θ1,θ2だけ 離れた位置に補助磁石80,81が設けられている� ��前記補助磁石80,81は前記磁石1の回転方向の� ��側に設けられている。この補助磁石80,81は� �前記回転板70が所定角以上回転しても、各磁 気抵抗効果素子17,18,19,20に常に水平磁場成分� ��与え、正値あるいは負値の出力が安定して� ��じるように、所定方向の水平磁場成分を広� ��にわたって生じさせるためのものである。� ��11に示すように、例えば前記磁石1のN極に着 磁された対向面1aが前記回転板70の側面から� �部に露出している。一方、補助磁石80,81は、 前記磁石1の対向面1aとは異極、すなわちS極� �着磁された着磁面80a,81aが前記磁石1方向に向 くように前記回転板70の側面に立てた状態で� ��置されている。これにより、前記磁石1の対 向面1aから前記補助磁石80,81に向けて所定方� �への水平磁場成分が生じる。前記補助磁石80 ,81の設置は任意である。前記補助磁石80,81は� ��転移動する構成のものだけでなく、図1,図9� ��示す直線移動する構成のものにも当然使用� ��ることが可能である。

 またシミュレーションのレベルであるが� ��磁気センサ3の取り付け位置や傾斜の誤差、 磁石とセンサの距離の誤差をばらつきの要因 として、原点転出装置に対する影響を見積も ったところ、センサ出力に対し問題とならな いレベルのばらつきであることが確認された 。