WO2015087726A1

WO2015087726A1 - 磁気センサ装置、磁気式エンコーダ装置、および磁気センサ

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Abstract

　複数の磁気抵抗素子を並列させた場合でも、隣り合う磁気抵抗素子同士の磁気的な相互干渉を緩和することができる磁気センサ装置、磁気式エンコーダ装置、および磁気センサを提供すること。具体的には、磁気センサ装置およびリニアエンコーダ装置において、磁気センサ２０では、磁気媒体９との相対移動方向に沿って複数の磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４が配列され、磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４によって、高調波成分の影響を効果的に緩和する。ここで、複数の磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４のうち、隣り合う磁気抵抗素子の間隔ｄは、磁気抵抗素子の幅寸法ｗ以上である。このため、隣り合う磁気抵抗素子同士の磁気的な相互干渉を緩和することができる。

Description

磁気センサ装置、磁気式エンコーダ装置、および磁気センサ

　本発明は、磁気センサ装置、この磁気センサ装置を用いた磁気式エンコーダ装置、および磁気センサに関するものである。

　磁気式エンコーダ装置等に用いられる磁気センサ装置は、磁気媒体と、磁気媒体に対向する磁気センサとを有しており、磁気センサは、磁気媒体との相対移動に伴う磁界変化を検出する。かかる磁気センサ装置においては、磁気センサに設けた磁気抵抗素子の内部抵抗が磁界の変化に対応して変化する磁気抵抗効果を利用する。より具体的には、磁気媒体と磁気センサとの相対移動に伴って、Ａ相の磁気抵抗素子から出力されるＳＩＮ信号と、Ｂ相の磁気抵抗素子から出力されるＣＯＳ信号とに基づいて、磁気媒体と磁気センサとの相対位置を検出する。その際、Ａ相の磁気抵抗素子から出力されるＳＩＮ信号、およびＢ相の磁気抵抗素子から出力されるＣＯＳ信号が各々、ＳＩＮ波およびＣＯＳ波であることが好ましいが、かかる出力信号は、一般的に、基本波成分と、その基本波成分に重畳した高調波成分とからなる。

　そこで、複数の磁気抵抗素子を、下式で求められる距離
　　（ｎ／２±ｍ／（２×ｋ））λ
　　　　上式において、ｎ＝整数
　　　　　　　　　　　ｍ＝奇数
　　　　　　　　　　　ｋ＝奇数高調波次数
　　　　　　　　　　　λ＝磁極間隔（Ｓ極とＮ極との間隔）
を隔てた位置に配置し、高調波成分をキャンセルする技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開昭６３－２２５１２４号公報

　しかしながら、上式で求められる距離を隔てた位置に５次高調波成分をキャンセルする磁気抵抗素子を配置すると、磁気抵抗素子同士が近接する結果、磁気抵抗素子の相互作用の影響で高調波成分を適正にキャンセルすることができないという問題点がある。

　以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、複数の磁気抵抗素子を並列させた場合でも、隣り合う磁気抵抗素子同士の磁気的な相互干渉を緩和することができる磁気センサ装置、磁気式エンコーダ装置、および磁気センサを提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明は、磁気媒体と、前記磁気媒体に対向し、前記磁気媒体との相対移動に伴う磁界変化を検出する磁気センサと、を有し、前記磁気媒体には、前記磁気センサとの相対移動方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に配置された磁気センサ装置であって、前記磁気センサは、前記相対移動方向に沿って複数の磁気抵抗素子を備え、前記複数の磁気抵抗素子のうち、隣り合う磁気抵抗素子の間隔は、前記磁気抵抗素子の幅寸法以上であることを特徴とする。

　本発明において、磁気センサは、磁気媒体との相対移動方向に沿って複数の磁気抵抗素子を備えているが、複数の磁気抵抗素子のうち、隣り合う磁気抵抗素子の間隔は、磁気抵抗素子の幅寸法以上である。このため、隣り合う磁気抵抗素子同士の磁気的な相互干渉を緩和することができる。

　本発明において、前記複数の磁気抵抗素子は、高調波成分を打ち消すように配置されていることが好ましい。かかる構成によれば、磁気抵抗素子同士が近接することになるが、隣り合う磁気抵抗素子の間隔は、磁気抵抗素子の幅寸法以上である。このため、隣り合う磁気抵抗素子同士の磁気的な相互干渉を緩和することができるので、高調波成分の影響を効果的に緩和することができる。

　本発明において、前記複数の磁気抵抗素子は３次高調波成分および５次高調波成分を打ち消すように配置されていることが好ましい。

　本発明において、前記磁気抵抗素子は、下式で求められる距離
　　（ｎ／２±ｍ／（２×ｋ））λ
　　　　上式において、ｎ＝整数
　　　　　　　　　　　ｍ＝奇数
　　　　　　　　　　　ｋ＝奇数高調波次数
　　　　　　　　　　　λ＝磁極間隔（Ｓ極とＮ極との間隔）
を隔てている構成を採用することができる。

　本発明において、前記複数の磁気抵抗素子には、λ／６の間隔を隔てた磁気抵抗素子の対と、λ／２＋λ／１０の距離を隔てた磁気抵抗素子の対と、が含まれていることが好ましい。かかる構成によれば、５次高調波成分を打ち消すための磁気抵抗素子の対でも、十分な距離を隔てた位置に配置される。従って、隣り合う磁気抵抗素子同士の磁気的な相互干渉を緩和することができるので、高調波成分の影響を効果的に緩和することができる。

　本発明において、前記磁気抵抗素子の厚さは、前記磁気抵抗素子の幅より薄いことが好ましい。かかる構成によれば、隣り合う磁気抵抗素子同士の磁気的な相互干渉を緩和することができる。

　本発明を適用した磁気センサ装置は、磁気式エンコーダ装置に用いることができる。この場合、磁気式のリニアエンコーダ装置では、前記磁気センサと前記磁気媒体とは、Ｓ極とＮ極とが配列している方向に沿って相対的に直線移動する。また、磁気式のロータリエンコーダ装置では、前記センサと前記磁気媒体とは、Ｓ極とＮ極とが配列している方向に沿って相対的に回転移動する。

　本発明に係る磁気センサは、第１方向に延在する複数の磁気抵抗素子が当該第１方向に交差する第２方向に配列され、前記複数の磁気抵抗素子のうち、隣り合う磁気抵抗素子の間隔は、前記磁気抵抗素子の幅寸法以上であることを特徴とする。

　本発明では、複数の磁気抵抗素子のうち、隣り合う磁気抵抗素子の間隔は、磁気抵抗素子の幅寸法以上である。このため、隣り合う磁気抵抗素子同士の磁気的な相互干渉を緩和することができる。

　この場合、前記磁気抵抗素子の厚さは、前記磁気抵抗素子の幅より薄いことが好ましい。かかる構成によれば、隣り合う磁気抵抗素子同士の磁気的な相互干渉を緩和することができる。

本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の説明図である。本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の構成を示す説明図である。本発明を適用した磁気式リニアエンコーダ装置の磁気センサに形成した磁気抵抗素子を模式的に示す説明図である。本発明を適用した磁気式リニアエンコーダ装置の磁気センサに形成した磁気抵抗素子のブリッジ回路の説明図である。本発明を適用した磁気式リニアエンコーダ装置における検出原理を示す説明図である。本発明を適用した磁気式リニアエンコーダ装置の磁気センサに形成した高調波キャンセル用の磁気抵抗素子の説明図である。磁気抵抗素子との間における磁界の強さを示す説明図である。本発明を適用した磁気式リニアエンコーダ装置の磁気センサに形成した磁気抵抗素子のレイアウトの好適例を示す説明図である。

　図面を参照して、本発明を適用した磁気センサ装置、磁気式エンコーダ装置、および磁気センサを説明する。

　（全体構成）
　図１は、本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の説明図である。図２は、本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の構成を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明を適用した磁気センサ装置の要部の構成を示す概略断面図、その概略斜視図、および概略平面図である。

　図１に示すように、本形態における磁気センサ装置１は、磁気式リニアエンコーダ装置１００（磁気式エンコーダ装置）として構成されている。磁気センサ装置１は、磁気センサ２０と、磁気媒体９（磁気スケール）とを有しており、磁気センサ２０と磁気媒体９とは対向している。磁気媒体９には、後述するように、長手方向（磁気センサ装置１と磁気媒体９との相対移動方向）に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配列されたトラックが形成されており、磁気センサ２０は、磁気媒体９の表面に形成された回転磁界を検出することにより、磁気センサ２０と磁気媒体９とが相対移動した際の移動量や位置を検出する。磁気センサ装置１は、非磁性材料からなるホルダ６と、非磁性材料からなるカバー６８と、ホルダ６から延びたケーブル７とを備えており、ホルダ６の内側に磁気センサ２０が配置されている。ホルダ６の側面にはケーブル挿通穴６９が形成されており、このケーブル挿通穴６９からケーブル７が引き出されている。このように構成した磁気センサ装置１においては、磁気センサ２０（ホルダ６）および磁気媒体９のうちの一方が固定体側に配置され、他方が移動体側に配置される。本形態では、磁気媒体９が移動体側に配置され、磁気センサ２０（ホルダ６）が固定体側に配置される。

　図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ホルダ６には、磁気媒体９と対向する底面に、段差を介してホルダ６の底面から突出した平坦面からなる基準面６０が形成されている。基準面６０には開口部６５が形成されており、開口部６５に対して、シリコン基板やセラミックグレース基板などの素子基板１０を備えた磁気センサ２０が配置され、センサ面２５０が構成されている。素子基板１０には、フレキシブル配線基板３４が接続されている。

　磁気センサ２０は、磁気抵抗素子２５として、互いに９０°の位相差を有するＡ相の磁気抵抗素子２５（Ａ）とＢ相の磁気抵抗素子２５（Ｂ）とを有している。なお、図面には、Ａ相の磁気抵抗素子２５（Ａ）にはＳＩＮを付し、Ｂ相の磁気抵抗素子２５（Ｂ）には、ＣＯＳを付してある。

　Ａ相の磁気抵抗素子２５（Ａ）は、１８０°の位相差をもって磁気媒体９の移動検出を行う＋ａ相の磁気抵抗素子２５（＋ａ）と－ａ相の磁気抵抗素子２５（－ａ）とを備えており、図面には、＋ａ相の磁気抵抗素子２５（＋ａ）にはＳＩＮ＋と付し、－ａ相の磁気抵抗素子２５（－ａ）には、ＳＩＮ－を付してある。同様に、Ｂ相の磁気抵抗素子２５（Ｂ）は、１８０°の位相差をもって磁気媒体９の移動検出を行う＋ｂ相の磁気抵抗素子２５（＋ｂ）と－ｂ相の磁気抵抗素子２５（－ｂ）とを備えており、図面には、＋ｂ相の磁気抵抗素子２５（＋ｂ）にはＣＯＳ＋と付し、－ｂ相の磁気抵抗素子２５（－ｂ）には、ＣＯＳ－を付してある。

　本形態では、＋ａ相の磁気抵抗素子２５（＋ａ）、－ａ相の磁気抵抗素子２５（－ａ）、＋ｂ相の磁気抵抗素子２５（＋ｂ）、および－ｂ相の磁気抵抗素子２５（－ｂ）は、１枚の素子基板１０の同一の面上（主面上）に形成されている。磁気抵抗素子２５（＋ａ）、２５（－ａ）、２５（＋ｂ）、２５（－ｂ）は、素子基板１０で格子状に配置されており、＋ａ相の磁気抵抗素子２５（＋ａ）と－ａ相の磁気抵抗素子２５（－ａ）とは対角位置に形成され、＋ｂ相の磁気抵抗素子２５（＋ｂ）と－ｂ相の磁気抵抗素子２５（－ｂ）とは対角位置に形成されている。

　磁気媒体９では、移動方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に並ぶトラック９１が形成されており、本形態では、３列のトラック９１（９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ）が幅方向で並列している。ここで、隣接するトラック９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ間では、Ｎ極およびＳ極の位置が移動方向で１磁極分、ずれている。このため、両側のトラック９１Ａ、９１Ｃでは、Ｎ極およびＳ極の位置が移動方向で一致している。さらに、隣接するトラック９１Ａとトラック９１Ｂの境界部分９１２、およびトラック９１Ｂとトラック９１Ｃの境界部分９１２は、例えば、磁極が存在しない無着磁部分や非磁性部分を介在させることなく、隣接する当該境界部分９１２のＮ極およびＳ極が直接、接するように形成されている。

　このように構成した磁気媒体９において、トラック９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃの境界部分９１２では、強度の大きな回転磁界が発生している。さらに、本形態では、隣接するトラック９１Ａとトラック９１Ｂの境界部分９１２、およびトラック９１Ｂとトラック９１Ｃの境界部分９１２は、当該境界部分９１２のＮ極およびＳ極が直接、接するように形成されているので、トラック９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃの境界部分９１２では、より強度の大きな回転磁界が発生している。従って、本形態では、図２（ｃ）に示すように、トラック９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃの境界部分９１２に対して磁気センサ装置１のセンサ面２５０を面対向させている。また、センサ面２５０は、磁気媒体９の幅方向の中央に位置しているため、センサ面２５０の幅方向における一方の端部２５１は、３つのトラック９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃのうち、トラック９１Ａの幅方向の略中央に位置し、他方の端部２５２は、トラック９１Ｃの幅方向の略中央に位置している。従って、＋ａ相の磁気抵抗素子２５（＋ａ）が形成されている領域、および＋ｂ相の磁気抵抗素子２５（＋ｂ）が形成されている領域は、トラック９１Ａ、９１Ｂの境界部分９１２に対向し、－ａ相の磁気抵抗素子２５（－ａ）が形成されている領域、および－ｂ相の磁気抵抗素子２５（－ｂ）が形成されている領域は、トラック９１Ｂ、９１Ｃの境界部分９１２に対向している。トラック９１Ｂは、＋ａ相の磁気抵抗素子２５（＋ａ）および＋ｂ相の磁気抵抗素子２５（＋ｂ）が形成されている領域と、－ａ相の磁気抵抗素子２５（－ａ）および－ｂ相の磁気抵抗素子２５（－ｂ）が形成されている領域のそれぞれの領域が対向するトラック、すなわち、兼用する共通のトラック９１Ｂとして磁気媒体９の中央に形成されている。

　（磁気抵抗素子の構成）
　図３は、本発明を適用した磁気式リニアエンコーダ装置１００の磁気センサ２０に形成した磁気抵抗素子を模式的に示す説明図である。図４は、本発明を適用した磁気式リニアエンコーダ装置１００の磁気センサ２０に形成した磁気抵抗素子のブリッジ回路の説明図である。図５は、本発明を適用した磁気式リニアエンコーダ装置１００における検出原理を示す説明図である。

　図３に示すように、素子基板１０の主面では、素子基板１０の長手方向（移動方向）における中央領域に、磁気抵抗素子２５（＋ａ）、２５（－ａ）、２５（＋ｂ）、２５（－ｂ）が形成されている。素子基板１０の一方側端部１１は第１の端子部２１とされ、他方側端部１２は第２の端子部２２とされている。＋ａ相の磁気抵抗素子２５（＋ａ）と－ａ相の磁気抵抗素子２５（－ａ）とは対角位置に形成され、＋ｂ相の磁気抵抗素子２５（＋ｂ）と－ｂ相の磁気抵抗素子２５（－ｂ）とは対角位置に形成されている。

　＋ａ相の磁気抵抗素子２５（＋ａ）および－ａ相の磁気抵抗素子２５（－ａ）は、一方端が電源端子２１２（Ｖｃｃ）、２２２（Ｖｃｃ）に接続され、他方端は、グランド端子２１３（ＧＮＤ）、２２３（ＧＮＤ）に接続されている。また、＋ａ相の磁気抵抗素子２５（＋ａ）の中点位置には、出力ＳＩＮ＋に対する端子２１１（＋ａ）が接続し、－ａ相の磁気抵抗素子２５（－ａ）の中点位置には、出力ＳＩＮ－に対する端子２２１（－ａ）が接続している。従って、図４（ａ）に示すように、電源端子２１２（Ｖｃｃ）、２２２（Ｖｃｃ）に電源電位Ｖｃｃを印加し、グランド端子２１３（ＧＮＤ）、２２３（ＧＮＤ）をグランド電位ＧＮＤとすれば、出力ＳＩＮ＋および出力ＳＩＮ－を得ることができる。それ故、出力ＳＩＮ＋および出力ＳＩＮ－をデジタル化した後、減算器に入力すれば、図５（ａ）に示すように、磁気媒体９による磁界変化に対応する差動出力ＳＩＮを得ることができる。

　再び図３において、－ｂ相の磁気抵抗素子２５（－ｂ）および－ｂ相の磁気抵抗素子２５（＋ｂ）は、一方端が電源端子２２４（Ｖｃｃ）、２１４（Ｖｃｃ）に接続されている。また、＋ｂ相の磁気抵抗素子２５（＋ｂ）の他方端は、＋ａ相の磁気抵抗素子２５（＋ａ）と同様、グランド端子２１３（ＧＮＤ）に接続し、－ｂ相の磁気抵抗素子２５（－ｂ）の他方端は、－ａ相の磁気抵抗素子２５（－ａ）と同様、第２の共通端子としてのグランド端子２２３（ＧＮＤ）に接続している。さらに、－ｂ相の磁気抵抗素子２５（－ｂ）の中点位置には、出力ＣＯＳ－に対する端子２２５（－ｂ）が接続し、＋ｂ相の磁気抵抗素子２５（＋ｂ）の中点位置には、出力ＣＯＳ＋に対する端子２１５（＋ｂ）が接続している。従って、図４（ｂ）に示すように、電源端子２２４（Ｖｃｃ）、２１４（Ｖｃｃ）に電源電位Ｖｃｃを印加し、グランド端子２１３（ＧＮＤ）、２２３（ＧＮＤ）をグランド電位ＧＮＤとすれば、出力ＣＯＳ＋および出力ＣＯＳ－を得ることができる。それ故、出力ＣＯＳ＋および出力ＣＯＳ－をデジタル化した後、減算器に入力すれば、図５（ａ）に示すように、磁気媒体９による磁界変化に対応する差動出力ＣＯＳを得ることができる。

　よって、図５（ｂ）に示すように、得られた差動出力ＳＩＮ、ＣＯＳを用いて、以下の式
　　　θ＝ｔａｎ^-1（ＳＩＮθ／ＣＯＳθ）
から逆正接を求めれば、磁気媒体９と磁気センサ２０との相対位置を検出することができる。

　なお、図３に示すように、素子基板１０の第１の端子部２１には、上記の端子の他にダミーの端子が形成され、第２端子部２２にも、上記の端子の他に、ダミーの端子が形成されている。また、素子基板１０の長手方向における中央領域には、上記の磁気抵抗素子と隣接する領域に、原点位置を検出するためのＺ相の磁気抵抗素子２５（Ｚ）が形成され、第２端子部２２には、Ｚ相の磁気抵抗素子２５（Ｚ）に対する電源端子２２６（Ｖｃｃ）、グランド端子２２７（ＧＮＤ）、出力端子２２８（Ｚ）、２２９（Ｚ）も形成されている。

　（高調波成分のキャンセル）
　図６は、本発明を適用した磁気式リニアエンコーダ装置１００の磁気センサ２０に形成した高調波キャンセル用の磁気抵抗素子の説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、磁極と磁気抵抗素子との関係を示す説明図、および磁気抵抗素子の幅寸法等の説明図である。

　本形態では、磁気センサ２０で得られる信号から高調波成分をキャンセルするにあたって、ｎを整数、ｍを奇数、ｋを奇数高調波次数、λを磁極間隔（Ｓ極とＮ極との距離／図６（ａ）参照）としたとき、磁気センサ２０には、磁気媒体９との相対移動方向に沿って、以下の式で求まる距離
　　（ｎ／２±ｍ／（２×ｋ））λ
　　　　上式において、ｎ＝整数
　　　　　　　　　　　ｍ＝奇数
　　　　　　　　　　　ｋ＝奇数高調波次数
　　　　　　　　　　　λ＝磁極間隔（Ｓ極とＮ極との間隔）
を隔てた位置に複数の磁気抵抗素子が配置されている。

　より具体的には、まず、図６（ａ）に示すように、磁気センサ２０では、磁気抵抗素子２５（＋ａ）、２５（－ａ）、２５（＋ｂ）、２５（－ｂ）のいずれにおいても、磁気抵抗膜からなる複数の磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４を含む第１磁気抵抗素子群Ｒａと、磁気抵抗膜からなる複数の磁気抵抗素子Ｒ１１～Ｒ１４を含んで第１磁気抵抗素子群Ｒａと対をなす第２磁気抵抗素子群Ｒｂとが設けられている。ここで、磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４は各々、移動方向と交差する方向（第１方向）に延在し、かつ、移動方向（第２方向）に沿って配列されている。磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４は直列に電気的に接続され、磁気抵抗素子Ｒ１１～Ｒ１４は直列に電気的に接続されている。また、第１磁気抵抗素子群Ｒａと第２磁気抵抗素子群Ｒｂとは直列に電気的に接続されて対をなしている。

　ここで、複数の磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４は３次高調波成分および５次高調波成分を打ち消すように配置され、第１磁気抵抗素子群Ｒａと第２磁気抵抗素子群Ｒｂとは７次高調波成分を打ち消すように配置されている。

　より具体的には、第１磁気抵抗素子群Ｒａでは、磁気抵抗素子Ｒ１と磁気抵抗素子Ｒ２との距離、および磁気抵抗素子Ｒ３と磁気抵抗素子Ｒ４との距離は、上式において、ｎ＝０、ｍ＝１、ｋ＝５であり、λ／１０である。従って、磁気抵抗素子Ｒ１と磁気抵抗素子Ｒ２との対、および磁気抵抗素子Ｒ３と磁気抵抗素子Ｒ４との対によって、５次高調波成分をキャンセルすることができる。

　また、第１磁気抵抗素子群Ｒａでは、磁気抵抗素子Ｒ１と磁気抵抗素子Ｒ３との距離、および磁気抵抗素子Ｒ２と磁気抵抗素子Ｒ４との距離は、上式において、ｎ＝０、ｍ＝１、ｋ＝３であり、λ／６である。従って、磁気抵抗素子Ｒ１と磁気抵抗素子Ｒ３との対、および磁気抵抗素子Ｒ２と磁気抵抗素子Ｒ４との対によって、３次高調波成分をキャンセルすることができる。

　本形態では、上記の基本パターンと同一のパターンをもって、第１磁気抵抗素子群Ｒａと離間する位置に第２磁気抵抗素子群Ｒｂが配置されており、第２磁気抵抗素子群Ｒｂにおいて、磁気抵抗素子Ｒ１１と磁気抵抗素子Ｒ１２との距離、および磁気抵抗素子Ｒ１３と磁気抵抗素子Ｒ１４との距離は、上式において、ｎ＝０、ｍ＝１、ｋ＝５であり、λ／１０である。従って、磁気抵抗素子Ｒ１１と磁気抵抗素子Ｒ１２との対、および磁気抵抗素子Ｒ１３と磁気抵抗素子Ｒ１４との対によって、５次高調波成分をキャンセルすることができる。

　また、第２磁気抵抗素子群Ｒｂでは、磁気抵抗素子Ｒ１１と磁気抵抗素子Ｒ１３との距離、および磁気抵抗素子Ｒ１２と磁気抵抗素子Ｒ１４との距離は、上式において、ｎ＝０、ｍ＝１、ｋ＝３であり、λ／６である。従って、磁気抵抗素子Ｒ１１と磁気抵抗素子Ｒ１３との対、および磁気抵抗素子Ｒ１２と磁気抵抗素子Ｒ１４との対によって、３次高調波成分をキャンセルすることができる。

　ここで、第１磁気抵抗素子群Ｒａと第２磁気抵抗素子群Ｒｂの距離も、上式に基づいて設定されている。本形態において、第１磁気抵抗素子群Ｒａと第２磁気抵抗素子群Ｒｂとの距離は、上式において、ｎ＝１、ｍ＝１、ｋ＝７であり、λ／２＋λ／１４である。従って、磁気抵抗素子Ｒ１と磁気抵抗素子Ｒ１１との距離は、上式において、ｎ＝１、ｍ＝１、ｋ＝７であり、λ／２＋λ／１４である。また、磁気抵抗素子Ｒ２と磁気抵抗素子Ｒ１２との距離、磁気抵抗素子Ｒ３と磁気抵抗素子Ｒ１３との距離、および磁気抵抗素子Ｒ４と磁気抵抗素子Ｒ１４との距離も、上式において、ｎ＝１、ｍ＝１、ｋ＝７であり、λ／２＋λ／１４である。それ故、第１磁気抵抗素子群Ｒａと第２磁気抵抗素子群Ｒｂとによって、７次高調波成分をキャンセルすることができる。

　（磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４の間隔の設定例）
　図７は、磁気抵抗素子との間における磁界の強さを示す説明図である。

　図６（ａ）を参照して説明したように、磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４を並列して配置するにあたっては、本形態では、図６（ｂ）に示すように、複数の磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４のうち、隣り合う磁気抵抗素子との間隔ｄは、磁気抵抗素子の幅寸法ｗ以上である。かかる構成によれば、以下に説明する理由から、隣り合う磁気抵抗素子同士の磁気的な相互干渉を緩和することができる。

　例えば、図７（ｂ）に比較例を示すように、磁気抵抗素子Ｒの幅ｗを４０μｍとし、並列する２本の磁気抵抗素子Ｒの間隔ｄを４０μｍ未満、例えば、１７．１μｍとした場合、磁気抵抗素子Ｒに直交する方向の磁界を印加したときの各位置における磁界の強さをシミュレーションすると、図７（ｂ）において円で囲んで示すように、２本の磁気抵抗素子Ｒの間でのパーミアンスが大きく、２本の磁気抵抗素子Ｒの間で磁束密度が高い。従って、図６（ａ）に示す磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４において、磁気抵抗素子Ｒの間隔ｄが磁気抵抗素子Ｒの幅寸法ｗより狭い箇所が存在すると、その両側での出力に差が発生し、高調波成分をキャンセルできなくなってしまう。

　これに対して、図７（ａ）に本発明の実施例を示すように、磁気抵抗素子Ｒの幅寸法ｗを４０μｍとし、並列する２本の磁気抵抗素子Ｒの間隔ｄを４０μｍ以上、例えば、４０μｍとした場合、磁気抵抗素子Ｒに直交する方向の磁界を印加したときの各位置における磁界の強さをシミュレーションすると、２本の磁気抵抗素子Ｒの間でのパーミアンスが小さく、２本の磁気抵抗素子Ｒの間で磁束密度が低い。従って、図６（ａ）に示す磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４において、磁気抵抗素子Ｒの間隔ｄが狭い箇所があっても、その間隔ｄが磁気抵抗素子Ｒの幅寸法ｗ以上であれば、間隔ｄが狭い箇所の両側でも、出力に差が発生せず、高調波成分をキャンセルすることができる。

　また、磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４は抵抗値が小さい方が感度が高い。従って、磁気抵抗素子Ｒの幅寸法ｗを狭くした場合には、磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４を構成する磁気抵抗膜の膜厚を大とすることが好ましい。但し、隣り合う磁気抵抗素子同士の磁気的な相互干渉を緩和するという観点から、本形態では、磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４の膜厚は、磁気抵抗素子Ｒの幅寸法ｗより薄い。

　（本形態の主な効果）
　以上説明したように、本形態の磁気センサ装置１およびリニアエンコーダ装置１００において、磁気センサ２０は、磁気媒体９との相対移動方向に沿って複数の磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４を備えているが、複数の磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４のうち、隣り合う磁気抵抗素子の間隔ｄは、磁気抵抗素子の幅寸法ｗ以上である。このため、隣り合う磁気抵抗素子同士の磁気的な相互干渉を緩和することができる。特に本形態において、複数の磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４は、高調波成分を打ち消すように配置されているため、磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４同士が近接することになるが、隣り合う磁気抵抗素子の間隔ｄは、磁気抵抗素子の幅寸法ｗ以上である。このため、隣り合う磁気抵抗素子同士の磁気的な相互干渉を緩和することができるので、高調波成分の影響を効果的に緩和することができる。

　また、磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４の膜厚は、磁気抵抗素子Ｒの幅寸法ｗより薄い。このため、隣り合う磁気抵抗素子同士の磁気的な相互干渉を緩和することができる。

　（磁気抵抗素子Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４の好適例）
　図８は、本発明を適用した磁気式リニアエンコーダ装置１００の磁気センサ２０に形成した磁気抵抗素子のレイアウトの好適例を示す説明図である。

　図６等を参照して説明した形態では、５次高調波成分をキャンセルするための磁気抵抗素子Ｒ１１と磁気抵抗素子Ｒ１２との距離、および磁気抵抗素子Ｒ１３と磁気抵抗素子Ｒ１４との距離がλ／１０であったが、本形態では、図８に示すように、５次高調波成分をキャンセルするための磁気抵抗素子の対の距離をλ／２＋λ／１０に設定し、磁気抵抗素子同士の間隔を広げてある。

　より具体的には、第１磁気抵抗素子群Ｒａでは、磁気抵抗素子Ｒ２１と磁気抵抗素子Ｒ２２との距離、および磁気抵抗素子Ｒ２３と磁気抵抗素子Ｒ２４との距離は、前記した式において、ｎ＝１、ｍ＝１、ｋ＝５であり、λ／２＋λ／１０である。従って、磁気抵抗素子Ｒ２１と磁気抵抗素子Ｒ２２との対、および磁気抵抗素子Ｒ２３と磁気抵抗素子Ｒ２４との対によって、５次高調波成分をキャンセルすることができる。

　また、第１磁気抵抗素子群Ｒａでは、磁気抵抗素子Ｒ２１と磁気抵抗素子Ｒ２３との距離、および磁気抵抗素子Ｒ２２と磁気抵抗素子Ｒ２４との距離は、前記した式において、ｎ＝０、ｍ＝１、ｋ＝３であり、λ／６である。従って、磁気抵抗素子Ｒ２１と磁気抵抗素子Ｒ２３との対、および磁気抵抗素子Ｒ２２と磁気抵抗素子Ｒ２４との対によって、３次高調波成分をキャンセルすることができる。

　本形態では、上記の基本パターンと同一のパターンをもって、第１磁気抵抗素子群Ｒａと離間する位置に第２磁気抵抗素子群Ｒｂが配置されており、第２磁気抵抗素子群Ｒｂにおいて、磁気抵抗素子Ｒ３１と磁気抵抗素子Ｒ３２との距離、および磁気抵抗素子Ｒ３３と磁気抵抗素子Ｒ３４との距離は、前記した式において、ｎ＝１、ｍ＝１、ｋ＝５であり、λ／２＋λ／１０である。従って、磁気抵抗素子Ｒ３１と磁気抵抗素子Ｒ３２との対、および磁気抵抗素子Ｒ３３と磁気抵抗素子Ｒ３４との対によって、５次高調波成分をキャンセルすることができる。

　また、第２磁気抵抗素子群Ｒｂでは、磁気抵抗素子Ｒ３１と磁気抵抗素子Ｒ３３との距離、および磁気抵抗素子Ｒ３２と磁気抵抗素子Ｒ３４との距離は、前記した式において、ｎ＝０、ｍ＝１、ｋ＝３であり、λ／６である。従って、磁気抵抗素子Ｒ３１と磁気抵抗素子Ｒ３３との対、および磁気抵抗素子Ｒ３２と磁気抵抗素子Ｒ３４との対によって、３次高調波成分をキャンセルすることができる。

　ここで、第１磁気抵抗素子群Ｒａと第２磁気抵抗素子群Ｒｂの距離も、前記した式に基づいて設定されている。本形態において、第１磁気抵抗素子群Ｒａと第２磁気抵抗素子群Ｒｂとの距離は、上式において、ｎ＝２、ｍ＝１、ｋ＝７であり、λ＋λ／１４である。従って、磁気抵抗素子Ｒ２１と磁気抵抗素子Ｒ３１との距離は、上式において、ｎ＝２、ｍ＝１、ｋ＝７であり、λ＋λ／１４である。また、磁気抵抗素子Ｒ２２と磁気抵抗素子Ｒ３２との距離、磁気抵抗素子Ｒ２３と磁気抵抗素子Ｒ３３との距離、および磁気抵抗素子Ｒ２４と磁気抵抗素子Ｒ３４との距離も、上式において、ｎ＝２、ｍ＝１、ｋ＝７であり、λ＋λ／１４である。それ故、第１磁気抵抗素子群Ｒａと第２磁気抵抗素子群Ｒｂとによって、７次高調波成分をキャンセルすることができる。

　このような構成であれば、５次高調波成分を打ち消すための磁気抵抗素子の対（磁気抵抗素子Ｒ２１と磁気抵抗素子Ｒ２２との対、磁気抵抗素子Ｒ２３と磁気抵抗素子Ｒ２４との対、磁気抵抗素子Ｒ３１と磁気抵抗素子Ｒ３２との対、および磁気抵抗素子Ｒ３３と磁気抵抗素子Ｒ３４との対）でも、十分な距離を隔てた位置に配置される。従って、磁気抵抗素子Ｒ２１～Ｒ２４、Ｒ３１～Ｒ３４では、最も間隔が狭い箇所でもλ／６の間隔がある。それ故、隣り合う磁気抵抗素子の間隔ｄを、磁気抵抗素子の幅寸法ｗ以上にするのが容易である。

　［その他の磁気式エンコーダ装置の構成］
　上記形態はいずれも、磁気センサ装置をリニアエンコーダ装置として構成した例であったが、磁気センサ２０と磁気媒体９とが、Ｓ極とＮ極とが配列している方向に沿って相対的に回転移動するロータリエンコーダ装置を構成してもよい。

１・・磁気センサ装置
９・・磁気媒体
２０・・磁気センサ
２５・・磁気抵抗素子
２５（＋ａ）・・＋ａ相の磁気抵抗素子
２５（－ａ）・・－ａ相の磁気抵抗素子
２５（＋ｂ）・・＋ｂ相の磁気抵抗素子
２５（－ｂ）・・－ｂ相の磁気抵抗素子
Ｒａ・・第１磁気抵抗素子群
Ｒｂ・・第２磁気抵抗素子群
Ｒ１～Ｒ４、Ｒ１１～Ｒ１４、Ｒ２１～Ｒ２４、Ｒ３１～Ｒ３４・・磁気抵抗素子

Claims

　磁気媒体と、
　前記磁気媒体に対向し、前記磁気媒体との相対移動に伴う磁界変化を検出する磁気センサと、
　を有し、
　前記磁気媒体は、前記磁気センサとの相対移動方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に配置された磁気センサ装置であって、
　前記磁気センサは、前記相対移動方向に沿って複数の磁気抵抗素子を備え、
　前記複数の磁気抵抗素子のうち、隣り合う磁気抵抗素子の間隔は、前記磁気抵抗素子の幅寸法以上であることを特徴とする磁気センサ装置。
　前記複数の磁気抵抗素子は、高調波成分を打ち消すように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ装置。
　前記複数の磁気抵抗素子は３次高調波成分および５次高調波成分を打ち消すように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ装置。
　前記磁気抵抗素子は、下式で求められる距離
　　（ｎ／２±ｍ／（２×ｋ））λ
　　　　上式において、ｎ＝整数
　　　　　　　　　　　ｍ＝奇数
　　　　　　　　　　　ｋ＝奇数高調波次数
　　　　　　　　　　　λ＝磁極間隔（Ｓ極とＮ極との間隔）
を隔てていることを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ装置。
　前記複数の磁気抵抗素子には、
　λ／６の間隔を隔てた磁気抵抗素子の対と、
　λ／２＋λ／１０の間隔を隔てた磁気抵抗素子の対と、
が含まれていることを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ装置。
　前記磁気抵抗素子の厚さは、前記磁気抵抗素子の幅より薄いことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の磁気センサ装置。
　請求項１乃至６の何れか一項に記載の磁気センサ装置を備えた磁気式エンコーダ装置であって、
　前記磁気センサと前記磁気媒体とは、Ｓ極とＮ極とが配列している方向に沿って相対的に直線移動することを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
　請求項１乃至６の何れか一項に記載の磁気センサ装置を備えた磁気式エンコーダ装置であって、
　前記センサと前記磁気媒体とは、Ｓ極とＮ極とが配列している方向に沿って相対的に回転移動することを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
　第１方向に延在する複数の磁気抵抗素子が当該第１方向に交差する第２方向に配列され、
　前記複数の磁気抵抗素子のうち、隣り合う磁気抵抗素子の間隔は、前記磁気抵抗素子の幅寸法以上であることを特徴とする磁気センサ。
　前記磁気抵抗素子の厚さは、前記磁気抵抗素子の幅より薄いことを特徴とする請求項９に記載の磁気センサ。