原点検出装置
【課題】 特に、固定磁性層及びフリー磁性層を有する磁気抵抗効果素子を用いて、従来に比べて高精度に原点検出を行えるようにした原点検出装置を提供することを目的としている。
【解決手段】 磁石１の中心１ｃが原点検出範囲にあるとき、各磁気抵抗効果素子のフリー磁性層には水平磁場成分Ｈ１が作用するためフリー磁性層をその水平磁場方向に向かせることができ、磁化を安定化でき、ヒステリシスを十分に小さくでき、高精度な原点検出を行うことができる。そして前記磁石１の中心１ｃが、原点検出範囲にあるとき、差動出力が生じ、前記原点検出範囲から離れると、差動出力がゼロになるため、差動出力の有無の判断により、原点検出を行うことができ、基準電圧設定回路が必要でない等、簡単な回路構成で、高精度な原点検出を行うことが可能である。
【解決手段】 磁石１の中心１ｃが原点検出範囲にあるとき、各磁気抵抗効果素子のフリー磁性層には水平磁場成分Ｈ１が作用するためフリー磁性層をその水平磁場方向に向かせることができ、磁化を安定化でき、ヒステリシスを十分に小さくでき、高精度な原点検出を行うことができる。そして前記磁石１の中心１ｃが、原点検出範囲にあるとき、差動出力が生じ、前記原点検出範囲から離れると、差動出力がゼロになるため、差動出力の有無の判断により、原点検出を行うことができ、基準電圧設定回路が必要でない等、簡単な回路構成で、高精度な原点検出を行うことが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子と磁石とを用いた原点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、磁石の相対移動に対する原点検出用の「磁気センサ素子」に関する発明が開示されている。
【０００３】
しかしながら特許文献１では、具体的な素子構成が明確でなく、実際どのような磁気素子を用いればよいのか定かでない。また各磁気素子と磁石との位置関係も明確ではない。
【０００４】
下記特許文献２には、固定磁性層（ピンド層）の磁化方向が異なる磁気抵抗効果素子の前記固定磁性層に対する固定磁化方法が例えば特許文献２の図１３、図１４等に開示されているが、原点検出に関する記載はない。
【０００５】
下記特許文献３には、原点検出用の「位置センサー」が開示されており、被検出磁石の磁界を打ち消すためのバイアス磁石を磁気センサに備えるものである。しかし特許文献３の方法では、被検出磁石の磁界を打ち消すために磁界強度が強いバイアス磁石が必要になると考えられるし、また被検出磁石の磁界強度と、バイアス磁石の磁界強度とのバランスの調整が非常に難しいと考えられる。また、特許文献３の方法では、原点検出となる出力がゼロとなる磁気センサと被検出磁石と相対距離範囲は長いか、あるいは、出力がゼロとなる箇所が複数箇所に存在するものと考えられ、大まかな原点検出しかできない。特許文献４、５には磁界センサとして、磁気抵抗効果素子をブリッジ回路で接続したものである。これらには原点検知のための具体的な磁石の配置および磁気抵抗効果素子の配置については触れられていない。
【特許文献１】特開２００３−１３０９３３号公報
【特許文献２】特開２００７−６４６９２号公報
【特許文献３】特開平５−１７５４８３号公報
【特許文献４】特開２０００−３５４７０号公報
【特許文献５】特開２００５−６９７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高精度な原点検出を行うには、磁石から発生する外部磁界を捉える磁気検出素子の電気特性にヒステリシスがない（あるいはヒステリシスが十分に小さい）ことが重要である。
【０００７】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、固定磁性層及びフリー磁性層を有する磁気抵抗効果素子を用いて、従来に比べて高精度に原点検出を行えるようにした原点検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における原点検出装置は、基板上に設けられた外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子と間隔を空けて対向する磁石とを備え、前記磁石はその中心が前記基板に対する相対基準位置（原点）から相対移動可能に支持されており、
前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層と非磁性層を介して形成され外部磁界に対して磁化方向が変動するフリー磁性層とを有しており、前記磁石の中心が原点検出範囲にあるとき、前記フリー磁性層に前記磁石から前記フリー磁性層と非磁性層間の界面と平行な面内の水平磁場成分が作用する位置にてブリッジ接続されており、
前記磁石の中心が原点検出範囲にあるとき、前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値に基づいて差動出力が生じ、前記磁石の中心が前記原点検出範囲から離れると、前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値に基づいて差動出力がゼロになることを特徴とするものである。
【０００９】
上記のように磁石の中心が原点検出範囲にあるときには、前記フリー磁性層には水平磁場成分が作用するためフリー磁性層をその水平磁場方向に向かせることができ、磁化を安定化でき、飽和磁化状態あるいはそれに近い状態にできるため、ヒステリシスを十分に小さくでき、高精度な原点検出を行うことができる。また、前記磁石の中心が、原点検出範囲に位置したとき、差動出力が生じ、前記磁石の中心が前記原点検出範囲から離れると差動出力がゼロになるため、差動出力の有無の判断により、原点検出を行うことができ、基準電圧設定回路が必要でない等、簡単な回路構成で、高精度な原点検出を行うことが可能である。
【００１０】
また本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、第１の磁気抵抗効果素子と、第２の磁気抵抗効果素子と、第３の磁気抵抗効果素子と、第４の磁気抵抗効果素子とを備え、
前記第１の磁気抵抗効果素子及び第２の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は同一であり、前記第３の磁気抵抗効果素子及び第４の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は、前記第１の磁気抵抗効果素子及び第２の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向と反平行であることが好ましい。
【００１１】
このとき、前記第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子は、第１の出力取出し部を介して直列接続され、
前記第３の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子は、第２の出力取出し部を介して直列接続され、
前記第１の磁気抵抗効果素子と第３の磁気抵抗効果素子とが入力端子を介して接続されるとともに、第２の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子とがグランド端子を介して接続され、
前記第１の出力取出し部と第２の出力取出し部とが差動増幅器を介して外部出力端子に接続されていることが好ましい。上記により簡単な回路構成で、差動出力を大きくでき高精度な原点検出を行うことが可能である。また、ブリッジ回路を構成する抵抗素子が全て同じ膜構成の磁気抵抗効果素子で形成できるので、温度特性のばらつき、すなわち抵抗温度係数（ＴＣＲ）のばらつきによる影響を小さくできる。
【００１２】
また、上記において、前記基板の表面に、前記磁石の相対移動方向、あるいは前記磁石が相対回転移動するとき前記原点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に第１の仮想線、及び、前記第１の仮想線と直交する方向に第２の仮想線を引き、前記原点が、前記第１の仮想線と第２の仮想線との交点の高さ方向に、あるいは平面視にて前記第２の仮想線の延長線上に位置するとき、
各磁気抵抗効果素子は、夫々、前記第１の仮想線、及び第２の仮想線で区切られた各象限内のいずれかに配置されていることが好ましい。
【００１３】
上記により差動出力を大きくでき、また各磁気抵抗効果素子に対して適切に、水平磁場成分を作用させることができ、高精度に原点検出を行うことができる。
【００１４】
また本発明では、前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は、前記磁石の相対移動方向、あるいは前記磁石が相対回転移動するときには前記原点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を向いていることが好ましい。あるいは、前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は、前記磁石の相対移動方向と直交する方向、あるいは前記磁石が相対回転移動するときには前記原点を相対回転方向上の接点としたときの接線方向と直交する方向を向いていてもよい。
【００１５】
また少なくとも前記磁石の中心が原点にあるとき、前記磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と非磁性層間の界面と平行な面は、前記磁石の着磁面である前記磁気抵抗効果素子との対向面と平行関係にあることが好ましい。
【００１６】
また上記において、前記磁石の中心が前記原点に位置したとき、前記磁石の前記対向面は、前記第２の仮想線を挟んで対向する各磁気抵抗効果素子の間に位置するように、第２の仮想線方向に向けた細長形状で形成されていることが好ましい。これにより前記磁石の中心が原点に位置したときに、前記磁気抵抗効果素子に対して適切に水平磁場成分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。さらに、前記原点検出範囲を小さくでき、より高精度に原点検出を行うことが可能である。
【００１７】
また本発明では、前記磁石の対向面の全面及びその反対面の全面は夫々、Ｎ極あるいはＳ極に着磁されていることが好ましい。
【００１８】
さらに本発明では、少なくとも前記磁石の中心が原点にあるとき、前記磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と非磁性層間の界面と平行な面は、前記磁石の着磁面である前記磁気抵抗効果素子との対向面と直交関係にあってもよい。このとき、前記磁石の対向面の相対移動方向における半分がＮ極に、残り半分がＳ極に着磁されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では磁気抵抗効果素子のヒステリシスを小さくでき、簡単な回路構成で、高精度に磁石の前記基板に対する相対基準位置（原点）を検出することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の第１実施の形態の原点検出装置の斜視図、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３は、原点検出装置を構成する磁気センサの回路構成図、図４は図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の状態から磁石が図示右方向（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７は本実施形態における磁気抵抗効果素子を膜厚方向から切断した断面図、図８は、横軸をＸ方向への磁石の原点からの直線移動距離、縦軸を差動出力（センサ出力）としたグラフ、である。
【００２１】
図１に示すように原点検出装置４は、磁石１と、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は基板２の表面２ａに設置されている。
【００２２】
図１に示すように前記磁石１の前記磁気センサ３と対向する対向面１ａは全面がＮ極に着磁されており、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。
【００２３】
例えば図１に示す原点検出装置４は前記磁気センサ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、原点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（図示Ｘ−Ｙ平面）の幅方向（図示Ｘ方向）及び長さ方向（図示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の差動出力がゼロになるポイントであり、例えば、この第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）に位置したとき、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、後述する磁気センサ３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。
【００２４】
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いる。
【００２５】
前記磁気センサ３の内部には、図２に示すように４個の巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）が設けられている。
【００２６】
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、固定磁性層１２、非磁性層１３、フリー磁性層１４及び保護層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が非磁性中間層１２ｂを介して積層された積層フェリ構造を有している。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。
【００２７】
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ＮｉＦｅＣｒで形成され、前記第１固定磁性層１２ａおよび第２固定磁性層１２ｃはＣｏＦｅで非磁性中間層１２ｂはＲｕで形成され、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の積層で形成され、前記保護層１５はＴａで形成される。前記巨大磁気抵抗効果素子の層構成は、上記以外の構成であってもよいが、固定磁性層１２、非磁性層１３及びフリー磁性層１４を必須層としている。この場合固定磁性層１２は積層フェリ構造でなくてもよい。また前記非磁性層１３がＡｌ２Ｏ３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（ＴＭＲ素子）として構成される。磁気抵抗効果素子がＴＭＲ素子の場合は、電流を積層膜に対して垂直方向に流すように電極を形成する必要があるが、磁気抵抗効果素子としては巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）と基本的に同じである。
【００２８】
前記反強磁性層１１と前記第１固定磁性層１２ａとの間には磁場中熱処理により交換結合磁界が生じており、非磁性中間層１２ｂを介した層間の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の磁化方向ｍ１２は図示Ｘ（＋）方向に固定されている。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では前記磁化方向ｍ１４が図示Ｘ（＋）方向を向いているが、前記外部磁界Ｈが図示Ｘ（＋）方向に生じているためである。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ことで、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。
【００２９】
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の磁気抵抗効果素子１８、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）で構成されている。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、実際には例えばミアンダ形状で形成されるほうが望ましい。
【００３０】
以下では、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の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化関係が同じであれば抵抗値は同じである。
【００３１】
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との界面と平行な面（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。
【００３２】
図２に示すように前記第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では符号ｍ１２と付したが、ここでは他の磁気抵抗効果素子の磁化方向と区別するために表記を変更した。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の磁化方向Ｃは共に図示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。
【００３３】
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と別の基板２２上に共に設置され、前記第３の磁気抵抗効果素子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を構成する固定磁性層１２の磁化方向Ｅは共に図示Ｘ（−）方向に固定されている。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の固定磁性層１２の磁化方向Ｂ，Ｃと、前記第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の固定磁性層１２の磁化方向Ｄ，Ｅとは反平行の関係となっている。
【００３４】
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の磁気抵抗効果素子１９及び第４の磁気抵抗効果素子２０を設置した基台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定磁性層１２の磁化方向が互いに異なっており同じ磁場中熱処理を行えないためである。よって別々の工程にて、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、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は形成されることになる。
【００３５】
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引いた第２の仮想線を前記基板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の磁気抵抗効果素子１８，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に配置されている。
【００３６】
図２に示すように、前記第１の磁気抵抗効果素子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の磁気抵抗効果素子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内に位置する。
【００３７】
各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０は、前記基板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から等間隔で離れた位置に配置される。
【００３８】
図３に示すように、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、第１の出力取出し部３６を介して直列接続されている。また、前記第３の磁気抵抗効果素子１９と第４の磁気抵抗効果素子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。
【００３９】
また、前記第１の磁気抵抗効果素子１７と第３の磁気抵抗効果素子１９とが入力端子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１８と第４の磁気抵抗効果素子２０とがグランド端子３３を介して接続されている。
【００４０】
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を介して外部出力端子３５に接続されている。
【００４１】
図２に示す形態では、固定磁性層１２の磁化方向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では、左上象限２５と右上象限２６）に配置されるとともに、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の磁気抵抗効果素子２０も、前記第２の仮想線を挟んだ両側の残りの象限内（図２では、左下象限２７と右下象限２７）に配置されている。
【００４２】
図１に示す磁石１は、その中心１ｃが原点Ｐにあるとき、図２に示すように、前記磁石１の前記対向面１ａは、前記第２の仮想線を挟んで対向する各磁気抵抗効果素子の間に位置するように、第２の仮想線方向（図示Ｙ方向）に向けた細長形状で形成されていることが好適である。なおこのとき、前記磁石１の側縁部３１ｄ，１ｄが多少、前記磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０上に重なっていても良い。例えば図１に示す前記磁石１の幅寸法ｗ１は０．５〜２ｍｍ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。また、図１に示す前記磁気センサ３の幅寸法ｗ２は１〜５ｍｍ程度である。また前記磁気センサ３の長さ寸法ｌ２は１〜５ｍｍ程度である。また前記磁気センサ３の厚さ寸法ｔ２は１〜２ｍｍ程度である。また図２に示す各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の間隔ｔ３は、０．０１〜１ｍｍ程度である。
【００４３】
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、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４に図示Ｘ−Ｙ面内の水平磁場成分Ｈ１が作用する。前記水平磁場成分Ｈ１は、前記磁石１の中心１ｃより図示Ｘ（−）側にある第１の磁気抵抗効果素子１７及び第３の磁気抵抗効果素子１９には、図示Ｘ（−）方向から、前記磁石１の中心１ｃより図示Ｘ（＋）側にある第２の磁気抵抗効果素子１８及び第４の磁気抵抗効果素子２０には、図示Ｘ（＋）方向から作用する。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と区別するために表記を変更した。以下同じである）、及び、第３の磁気抵抗効果素子１９のフリー磁性層１４の磁化方向Ｙは、共に図示Ｘ（−）方向になり、第２の磁気抵抗効果素子１８及び第４の磁気抵抗効果素子２０のフリー磁性層１４の磁化方向Ｇ，Ｉは、共に図示Ｘ（＋）方向になる。
【００４４】
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とフリー磁性層１４の磁化方向Ｆ，Ｉは反平行となり電気抵抗値が最大値となる。また、第２の磁気抵抗効果素子１８と第３の磁気抵抗効果素子１９の固定磁性層１２の磁化方向Ｃ，Ｄとフリー磁性層１４の磁化方向Ｇ，Ｙは平行になり電気抵抗値が最小値となる。その結果、図３に示す差動増幅器３４から差動出力が生じ、外部出力端子３５から原点検出信号が得られる。
【００４５】
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、縦軸を差動出力としたグラフである。図８に示すように前記磁石１の中心１ｃが原点Ｐにあるとき、最も差動出力は大きくなる。
【００４６】
図２の状態から磁石１が図示Ｘ（−）方向に移動すると、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に及ぶ水平磁場成分Ｈ１の方向が、全体的に徐々に図示Ｘ（＋）方向に変化する。前記磁石１の中心１ｃが各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０から図示Ｘ（−）方向に離れると、図４に示すように、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４の磁化方向Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍは図示Ｘ（＋）方向を向く。この結果、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の電気抵抗値は、最小抵抗値になり、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の電気抵抗値は最大抵抗値になる。
【００４７】
したがって各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の電気抵抗値に基づいて差動出力がゼロになり、外部出力端子３５から原点非検出信号が得られる。
【００４８】
一方、図２の状態から磁石１が図示Ｘ（＋）方向に移動すると、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に及ぶ水平磁場成分Ｈ１の方向が全体的に徐々に図示Ｘ（−）方向に変化する。前記磁石１の中心１ｃが各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０から図示Ｘ（＋）方向に離れると、図５に示すように各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４の磁化方向Ｗ，Ｘ，Ｑ，Ｒは図示Ｘ（−）方向を向く。この結果、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の電気抵抗値は最大抵抗値になり、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の電気抵抗値は、最小抵抗値になる。
【００４９】
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き差動出力はゼロになり、外部出力端子３５から原点非検出信号が得られる。
【００５０】
図８に示すように、前記磁石１の中心１ｃが原点Ｐにあるとき、差動出力は最大値となり、磁石１の中心１ｃが原点Ｐから離れると、前記差動出力は徐々に小さくなりやがてゼロになる。この明細書において、前記差動出力が生じている範囲を「原点検出範囲」とする。
【００５１】
図２，図４，図５に示すように、前記磁石１の中心１ｃが原点Ｐから図示Ｘ方向に移動したとき、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４には、回転する水平磁場成分Ｈ１が作用するため、差動出力には、前記磁石１の中心１ｃが原点Ｐに位置した時の最大値からゼロになるまでの移行範囲が存在する。
【００５２】
この移行範囲をできる限り小さくすることで「原点検出範囲」をある程度小さくできる。具体的には「原点検出範囲」を１ｍｍ以下に抑えることができる。「原点検出範囲」を小さくするには図示Ｙ方向に延びる細長形状の磁石１を用いるとともに、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０を４象限のいずれかに配置し、さらに各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の間隔Ｔ３をできる限り小さくすることが好適である。本実施形態では、原点検出範囲において、センサ出力がピーク値をとるため、出力の閾値Ｖｔを超える範囲を設定することにより原点の検知精度を高めてもよい。この場合、基準電圧設定回路（差動電位が所定以上になったら原点検出信号を生成する回路）を用いる。また原点検出範囲での出力を微分回路により変換することで、原点検知の精度を高めてもよい。
【００５３】
本実施形態では、前記磁石１の中心１ｃが原点検出範囲にあるとき、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の前記フリー磁性層１４に前記磁石１か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）にて方向が変化する水平磁場成分Ｈ１が作用し、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て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はの差動出力を検知する構造を有することにより、原点近傍の出力のヒステリシスを十分に小さくできる。ヒステリシスを小さくする上で、フリー磁性層１４と第２固定磁性層１２ｃの層間の交換バイアス磁界（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。ただし本実施形態において、層間の交換バイアス磁界（Ｈｉｎ）は、水平磁場成分Ｈ１より小さい範囲であればよいため、Ｈｉｎの正負および大きさについて特に限定されない。
【００５４】
また本実施形態では、図８に示すように、前記磁石１の中心１ｃが、原点検出範囲内に位置したとき、差動出力が生じ、それ以外の時には差動出力がゼロになるため、例えば基準電圧設定回路を設けなくても、差動出力の有無の判断により、原点検出を行うことができる。したがって簡単な回路構成で、高精度な原点検出を行うことが可能である。
【００５５】
図２に示す各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の素子構成、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、且つ、高精度に原点検出を行うことができる。さらに各磁気抵抗効果素子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の温度特性のばらつき、すなわち抵抗温度係数（ＴＣＲ）のばらつきによる影響を小さくできる。したがって高精度な原点検出を行うことができ、図２，図３は最も好ましい構成である。
【００５６】
ただし、４つの磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の配置を、図２の状態から変えたり、図３に示す回路の接続を変えたりすることも可能である。
【００５７】
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の仮想線に区切られた各象限内に設けたが、例えば各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０を図示Ｘ方向に一列に並べたり、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、且つ原点検出範囲を小さくでき、高精度に原点検出を行うことができ好適である。
【００５８】
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に示す固定磁性層１２の磁化方向Ｃ，Ｄが反平行の第２の磁気抵抗効果素子１８と第３の磁気抵抗効果素子１９を用い、第１の磁気抵抗効果素子１７及び第４の磁気抵抗効果素子２０を固定抵抗として、図２の原点検出時にて、差動出力がゼロとなるように各固定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、また温度特性のばらつき、すなわち抵抗温度係数（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１７，１８，１９，２０をブリッジ接続することが好適である。
【００５９】
また図１に示すように前記磁石１は前記対向面１ａの全面がＮ極に、反対面１ｂの全面Ｓ極に着磁されているが、例えば、前記磁石１の対向面１ａの直線移動方向（図示Ｘ方向）における半分がＮ極に、残り半分がＳ極に着磁されている形態であってもよい。
【００６０】
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、前記基板２上の素子形成領域（全ての磁気抵抗効果素子が入る大きさの領域。図６に示す点線Ａで囲まれた領域）よりも大きい面積で形成されていてもよい。これにより前記磁石１の中心１ｃが原点検出範囲に位置したときに、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０に対して適切に水平磁場成分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。
【００６１】
例えば、前記磁石３０の前記磁気センサ３との対向面の全面は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。
【００６２】
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、磁石３０の対向面から、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４に図示Ｘ−Ｙ面内の水平磁場成分Ｈ１が作用する。前記水平磁場成分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に対して放射状に広がる。図６に示すように、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とフリー磁性層１４の磁化方向Ｓ，Ｖ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の磁気抵抗効果素子１９の固定磁性層１２の磁化方向Ｃ，Ｄとフリー磁性層１４の磁化方向Ｔ，Ｕの磁化関係は同じになる。第２の磁気抵抗効果素子１８及び第３の磁気抵抗効果素子１９の電気抵抗値は、第１の磁気抵抗効果素子１７及び第４の磁気抵抗効果素子２０の電気抵抗値よりも小さくなる。その結果、図３に示す差動増幅器３４から差動出力が生じ、外部出力端子３５から原点検出信号が得られる。
【００６３】
前記磁石３０の中心３０ａが前記原点Ｐから図示Ｘ（−）方向、あるいは、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、水平磁場成分の方向が変化して各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の電気抵抗値が変化する。前記磁石３０の中心３０ａが前記素子形成領域Ａから離れて、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４の全てに図示Ｘ（−）方向、あるいは図示Ｘ（＋）方向から水平磁場成分が作用すると、図４，図５で説明したとおり、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の電気抵抗変化に基づいて差動出力がゼロになる。
【００６４】
図９は、本発明の第２実施の形態の原点検出装置の斜視図、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）、である。
【００６５】
図９に示すように原点検出装置５０は、磁石５１と、前記磁石５１と図示Ｙ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５２とを有して構成される。前記磁気センサ５２は基板５３の表面５３ａに設置されている。
【００６６】
例えば図９に示す原点検出装置５０は前記磁気センサ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。ここで「磁石５１の中心５１ｃ」とは前記磁石５１の膜厚中心で切断した切断面（図示Ｘ−Ｙ平面）の幅方向（図示Ｘ方向）及び長さ方向（図示Ｙ方向）の中心を意味するものとする。また、原点Ｐは、磁気センサ５２の差動出力が最大となるになるポイントであり、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る図示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の仮想線を前記基板２の表面２ａに引いたとき、平面視にて前記第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の位置は、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。
【００６７】
前記磁石５１は、その中心５１ｃが、原点Ｐから図示Ｘ方向に直線移動可能に支持されている。
【００６８】
図９に示すように前記磁石５１の前記磁気センサ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極に着磁されている。
【００６９】
前記磁気センサ５２内に設けられる磁気抵抗効果素子の層構成は図７で説明したとおりである。
【００７０】
図９，図１０に示すように、この第２実施形態では、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、前記磁石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。
【００７１】
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の磁気抵抗効果素子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に配置されている。
【００７２】
図１０に示すように、前記第１の磁気抵抗効果素子５４は、左下象限６０内に位置し、第３の磁気抵抗効果素子５６は左上象限６１内に位置し、第２の磁気抵抗効果素子５５は右下象限６２内に位置し、第４の磁気抵抗効果素子５７は右上象限６３内に位置する。
【００７３】
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２の磁気抵抗効果素子５５は、図３に示す第１の出力取出し部３６を介して直列接続されている。また、前記第３の磁気抵抗効果素子５６と第４の磁気抵抗効果素子５７は、図３に示す第２の出力取出し部３１を介して直列接続されている。
【００７４】
また、前記第１の磁気抵抗効果素子５４と第３の磁気抵抗効果素子５６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４の磁気抵抗効果素子５７とが図３に示すグランド端子３３を介して接続されている。
【００７５】
さらに図３に示すように、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を介して外部出力端子３５に接続されている。
【００７６】
図１０に示すように、第１の磁気抵抗効果素子５４の固定磁性層の磁化方向５４ａと、前記第２の磁気抵抗効果素子５５の固定磁性層の磁化方向５５ａは同一方向であり、前記第１の磁気抵抗効果素子５４と第２の磁気抵抗効果素子５５は共通の基台６５上に設置されている。また、前記第３の磁気抵抗効果素子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の磁気抵抗効果素子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に示すように、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の磁気抵抗効果素子５７の固定磁性層の磁化方向５６ａ，５７ａは共に図示Ｙ（＋）方向を向いている。
【００７７】
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のフリー磁性層１４に図示Ｘ−Ｙ面内の水平磁場成分Ｈ２が作用する。第１の磁気抵抗効果素子５４及び第３の磁気抵抗効果素子５６には、図示Ｙ（＋）方向の水平磁場成分Ｈ２が作用し、第２の磁気抵抗効果素子５５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１４の磁化方向５４ｂ（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と区別するために表記を変更した。以下同じである）、及び第３の磁気抵抗効果素子５６のフリー磁性層１４の磁化方向５６ｂは、共に図示Ｙ（＋）方向を向き、前記第２の磁気抵抗効果素子５５のフリー磁性層１４の磁化方向５５ｂ、及び第４の磁気抵抗効果素子５７のフリー磁性層１４の磁化方向５７ｂは、共に図示Ｙ（−）方向を向く。
【００７８】
これにより、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の固定磁性層の磁化方向５４ａ，５７ａとフリー磁性層の磁化方向５４ｂ、５７ｂとの磁化関係は同じになり、抵抗値としては最大抵抗値となる。また、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の固定磁性層の磁化方向５５ａ，５６ａとフリー磁性層の磁化方向５５ｂ、５６ｂとの磁化関係は同じになり、抵抗値としては最小抵抗値となる。その結果、図３に示す差動増幅器３４から差動出力が生じ、外部出力端子３５から原点検出信号が得られる。
【００７９】
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の磁気抵抗効果素子５４及び第３の磁気抵抗効果素子５６のフリー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３の磁気抵抗効果素子５６の電気抵抗値が変化する。やがて、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５６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３の磁気抵抗効果素子５６のフリー磁性層の磁化方向５４ｃ、５６ｃは図示Ｙ（−）方向を向き、前記第１の磁気抵抗効果素子５４の電気抵抗値は最小値となり、第３の磁気抵抗効果素子５６の電気抵抗値は最大値となる。一方、第２の磁気抵抗効果素子５６の電気抵抗値は、最小値、第４の磁気抵抗効果素子５７の電気抵抗値は最大値の状態にあり、このとき差動出力はゼロになり、外部出力端子３５から原点非検出信号が得られる。
【００８０】
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２の磁気抵抗効果素子５５及び第４の磁気抵抗効果素子５７のフリー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２の磁気抵抗効果素子５５及び第４の磁気抵抗効果素子５７の電気抵抗値が変化する。やがて、前記第２の磁気抵抗効果素子５５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２の磁気抵抗効果素子５５及び第４の磁気抵抗効果素子５７のフリー磁性層の磁化方向５５ｃ、５７ｃは図示Ｙ（＋）方向を向き、前記第２の磁気抵抗効果素子５５の電気抵抗値は最大値となり、第４の磁気抵抗効果素子５７の電気抵抗値は最小値となる。一方、第１の磁気抵抗効果素子５４の電気抵抗値は最大値となり、前記第３の磁気抵抗効果素子５５の電気抵抗値は最小値の状態にあり、このとき差動出力はゼロになり、外部出力端子３５から原点非検出信号が得られる。
【００８１】
上記した第１実施形態及び第２実施形態の原点検出装置ではいずれも磁石１，５１が移動可能に支持されているが、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。
【００８２】
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に示すように前記磁石１が回転板７０に固定されて、前記回転板７０がその中心７０ａを回転中心として回転す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と基板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点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が原点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に水平磁場成分が作用し、図２に示す固定磁性層とフリー磁性層との磁化関係により、差動出力が生じて、外部出力端子３５から原点検出信号が得られる。そして前記回転板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が原点検出範囲から離れると、図４あるいは図５で説明した、固定磁性層とフリー磁性層との磁化関係により、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の電気抵抗値が変動し、差動出力がゼロになり、外部出力端子３５からは原点非検出信号が得られる。
【００８３】
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の回転方向の両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を与え、高精度に、磁石１の中心１ａが原点検出範囲にあるときに差動出力が生じ、磁石１の中心１ａが原点検出範囲から離れると差動出力がゼロになるように、所定方向の水平磁場成分を広範にわたって生じさせるためのものである。図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の側面から外部に露出している。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極に着磁された着磁面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設置されている。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に向けて所定方向への水平磁場成分が生じる。
【００８４】
前記補助磁石８０，８１の設置は任意である。すなわち前記補助磁石８０，８１は無くてもよい。例えば本実施形態では、磁気センサ３が磁石１からの距離が離れ、水平磁場成分がない状態では、図４あるいは図５に示す固定磁性層とフリー磁性層との磁化状態が得られるように、各磁気抵抗効果素子の固定磁性層とフリー磁性層間に所定の層間交換バイアス磁界（Ｈｉｎ）を生じさせておけば、水平磁場成分が無い状態でも、図４あるいは図５の磁化状態が得られ、磁石１の中心１ｃが原点検出範囲から離れた状態にて差動出力をゼロにすることも可能である。前記層間交換バイアス磁界（Ｈｉｎ）の調整は例えば固定磁性層とフリー磁性層間に介在する非磁性層の膜厚調整により行うことが可能である。例えば図４の状態を得るには磁気抵抗効果素子１７、１８のＨｉｎを正とし、磁気抵抗効果素子１９、２０のＨｉｎを負とすればよい。また本実施形態において、磁気抵抗効果素子１７、１８、１９、２０のＨｉｎをすべて正もしくは負とした場合も、水平磁場成分がない状態で差動出力がゼロとなる。
【００８５】
なお磁石１の移動範囲の全範囲に所定の水平磁場成分が生じている場合は別として、前記磁石１の移動範囲が長く、水平磁場成分が生じていない範囲があるときには、その移動範囲内のすべてに適切に所定方向の水平磁場成分が生じるように、補助磁石８０，８１を設けることが好適である。
【００８６】
なお、前記補助磁石８０，８１は回転移動する構成のものだけでなく、図１，図９に示す直線移動する構成のものにも当然使用することが可能である。
【００８７】
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、磁気センサのセンサ出力値（差動電位）の評価を実施した。
【００８８】
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）製のネオジウム磁石（型番：Ｎ４５Ｈ）から成る原点検出用磁石１を用いた。また図１１のように補助磁石８０，８１を有した構成になっている。
【００８９】
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。また前記回転板７０の半径Ｒは３０ｍｍであった。
【００９０】
磁気センサ３には、図６に示す構成と同様のものを用いた。磁気センサ３の寸法は幅寸法ｗ２が２ｍｍ、長さ寸法ｌ２が２ｍｍ、厚さ寸法ｔ２が０．７５ｍｍのものを用いた。また各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の間隔ｔ３は、０．２ｍｍである。磁気センサ３の寸法より磁石１が大きい構成となっている。
【００９１】
磁気抵抗効果素子には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の構成のものを用いた。ここでフリー磁性層１４と固定磁性層１２の層間交換バイアス磁界（Ｈｉｎ）は０〜０．５ｍＴの範囲で制御されている。
【００９２】
センサ出力の評価は、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とし、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）を第１〜４の磁気抵抗素子の出力から見積もった。その評価結果を図１２、図１３に示す。
【００９３】
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からの回転角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度の回転角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。
【００９４】
図１２，図１３に示すように、差動出力は回転角θの変化に伴って原点付近で差動出力を生じ、原点から離れた位置で差動出力がゼロとなっている。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）や磁気センサの寸法（２×２×０．７５ｍｍ程度）に対し、高い精度で原点を検知できることを意味している。原点付近の出力ピークは、前記したようにヒステリシスもなく、電圧の閾値Ｖｔを設定した基準電圧設定回路等との組み合わせにより、さらに精度の高い原点検知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１実施の形態の原点検出装置の斜視図、
【図２】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３】原点検出装置を構成する磁気センサの回路構成図、
【図４】図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】図２の状態から磁石が図示右方向（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６】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７】本実施形態における磁気抵抗効果素子を膜厚方向から切断した断面図、
【図８】横軸をＸ方向への磁石の原点からの直線移動距離、縦軸を差動出力（センサ出力）としたグラフ、
【図９】本発明の第２実施の形態の原点検出装置の斜視図、
【図１０】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１１】別の原点検出装置の構成を示す側面図、
【図１２】回転板の回転中心と磁石中心との中心線ＣＬの回転中心からの回転角θとセンサ出力値（差動出力）との関係を示すグラフ、
【図１３】図１２の±２度の回転角θの範囲での差動出力の変移を拡大したグラフ、
【符号の説明】
【００９６】
１、３０、５１ 磁石
２、５３ 基板
３、５２ 磁気センサ
４、５０ 原点検出装置
１１ 反強磁性層
１１ａ 下地層
１２ 固定磁性層
１２ａ 第１固定磁性層
１２ｂ 非磁性中間層
１２ｃ 第２固定磁性層
１３ 非磁性層
１４ フリー磁性層
１５ 保護層
１７、５４ 第１の磁気抵抗効果素子
１８、５５ 第２の磁気抵抗効果素子
１９、５６ 第３の磁気抵抗効果素子
２０、５７ 第４の磁気抵抗効果素子
２５、２６、２７、２８、６０、６１、６２、６３ 象限
３１、３６ 出力取出し部
３２ 入力端子
３３ グランド端子
３４ 差動増幅器
３５ 外部出力端子
７０ 回転板
８０、８１ 補助磁石
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、５４ａ、５５ａ、５６ａ、５７ａ 固定磁性層の磁化方向
Ｆ、Ｇ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、５４ｂ、５４ｃ、５５ｂ、５５ｃ、５６ｂ、５６ｃ、５７ｂ、５７ｃ フリー磁性層の磁化方向
Ｏ１、Ｏ２ 基板の中心
Ｐ 原点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子と磁石とを用いた原点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、磁石の相対移動に対する原点検出用の「磁気センサ素子」に関する発明が開示されている。
【０００３】
しかしながら特許文献１では、具体的な素子構成が明確でなく、実際どのような磁気素子を用いればよいのか定かでない。また各磁気素子と磁石との位置関係も明確ではない。
【０００４】
下記特許文献２には、固定磁性層（ピンド層）の磁化方向が異なる磁気抵抗効果素子の前記固定磁性層に対する固定磁化方法が例えば特許文献２の図１３、図１４等に開示されているが、原点検出に関する記載はない。
【０００５】
下記特許文献３には、原点検出用の「位置センサー」が開示されており、被検出磁石の磁界を打ち消すためのバイアス磁石を磁気センサに備えるものである。しかし特許文献３の方法では、被検出磁石の磁界を打ち消すために磁界強度が強いバイアス磁石が必要になると考えられるし、また被検出磁石の磁界強度と、バイアス磁石の磁界強度とのバランスの調整が非常に難しいと考えられる。また、特許文献３の方法では、原点検出となる出力がゼロとなる磁気センサと被検出磁石と相対距離範囲は長いか、あるいは、出力がゼロとなる箇所が複数箇所に存在するものと考えられ、大まかな原点検出しかできない。特許文献４、５には磁界センサとして、磁気抵抗効果素子をブリッジ回路で接続したものである。これらには原点検知のための具体的な磁石の配置および磁気抵抗効果素子の配置については触れられていない。
【特許文献１】特開２００３−１３０９３３号公報
【特許文献２】特開２００７−６４６９２号公報
【特許文献３】特開平５−１７５４８３号公報
【特許文献４】特開２０００−３５４７０号公報
【特許文献５】特開２００５−６９７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高精度な原点検出を行うには、磁石から発生する外部磁界を捉える磁気検出素子の電気特性にヒステリシスがない（あるいはヒステリシスが十分に小さい）ことが重要である。
【０００７】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、固定磁性層及びフリー磁性層を有する磁気抵抗効果素子を用いて、従来に比べて高精度に原点検出を行えるようにした原点検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における原点検出装置は、基板上に設けられた外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子と間隔を空けて対向する磁石とを備え、前記磁石はその中心が前記基板に対する相対基準位置（原点）から相対移動可能に支持されており、
前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層と非磁性層を介して形成され外部磁界に対して磁化方向が変動するフリー磁性層とを有しており、前記磁石の中心が原点検出範囲にあるとき、前記フリー磁性層に前記磁石から前記フリー磁性層と非磁性層間の界面と平行な面内の水平磁場成分が作用する位置にてブリッジ接続されており、
前記磁石の中心が原点検出範囲にあるとき、前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値に基づいて差動出力が生じ、前記磁石の中心が前記原点検出範囲から離れると、前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値に基づいて差動出力がゼロになることを特徴とするものである。
【０００９】
上記のように磁石の中心が原点検出範囲にあるときには、前記フリー磁性層には水平磁場成分が作用するためフリー磁性層をその水平磁場方向に向かせることができ、磁化を安定化でき、飽和磁化状態あるいはそれに近い状態にできるため、ヒステリシスを十分に小さくでき、高精度な原点検出を行うことができる。また、前記磁石の中心が、原点検出範囲に位置したとき、差動出力が生じ、前記磁石の中心が前記原点検出範囲から離れると差動出力がゼロになるため、差動出力の有無の判断により、原点検出を行うことができ、基準電圧設定回路が必要でない等、簡単な回路構成で、高精度な原点検出を行うことが可能である。
【００１０】
また本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、第１の磁気抵抗効果素子と、第２の磁気抵抗効果素子と、第３の磁気抵抗効果素子と、第４の磁気抵抗効果素子とを備え、
前記第１の磁気抵抗効果素子及び第２の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は同一であり、前記第３の磁気抵抗効果素子及び第４の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は、前記第１の磁気抵抗効果素子及び第２の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向と反平行であることが好ましい。
【００１１】
このとき、前記第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子は、第１の出力取出し部を介して直列接続され、
前記第３の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子は、第２の出力取出し部を介して直列接続され、
前記第１の磁気抵抗効果素子と第３の磁気抵抗効果素子とが入力端子を介して接続されるとともに、第２の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子とがグランド端子を介して接続され、
前記第１の出力取出し部と第２の出力取出し部とが差動増幅器を介して外部出力端子に接続されていることが好ましい。上記により簡単な回路構成で、差動出力を大きくでき高精度な原点検出を行うことが可能である。また、ブリッジ回路を構成する抵抗素子が全て同じ膜構成の磁気抵抗効果素子で形成できるので、温度特性のばらつき、すなわち抵抗温度係数（ＴＣＲ）のばらつきによる影響を小さくできる。
【００１２】
また、上記において、前記基板の表面に、前記磁石の相対移動方向、あるいは前記磁石が相対回転移動するとき前記原点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に第１の仮想線、及び、前記第１の仮想線と直交する方向に第２の仮想線を引き、前記原点が、前記第１の仮想線と第２の仮想線との交点の高さ方向に、あるいは平面視にて前記第２の仮想線の延長線上に位置するとき、
各磁気抵抗効果素子は、夫々、前記第１の仮想線、及び第２の仮想線で区切られた各象限内のいずれかに配置されていることが好ましい。
【００１３】
上記により差動出力を大きくでき、また各磁気抵抗効果素子に対して適切に、水平磁場成分を作用させることができ、高精度に原点検出を行うことができる。
【００１４】
また本発明では、前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は、前記磁石の相対移動方向、あるいは前記磁石が相対回転移動するときには前記原点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を向いていることが好ましい。あるいは、前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は、前記磁石の相対移動方向と直交する方向、あるいは前記磁石が相対回転移動するときには前記原点を相対回転方向上の接点としたときの接線方向と直交する方向を向いていてもよい。
【００１５】
また少なくとも前記磁石の中心が原点にあるとき、前記磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と非磁性層間の界面と平行な面は、前記磁石の着磁面である前記磁気抵抗効果素子との対向面と平行関係にあることが好ましい。
【００１６】
また上記において、前記磁石の中心が前記原点に位置したとき、前記磁石の前記対向面は、前記第２の仮想線を挟んで対向する各磁気抵抗効果素子の間に位置するように、第２の仮想線方向に向けた細長形状で形成されていることが好ましい。これにより前記磁石の中心が原点に位置したときに、前記磁気抵抗効果素子に対して適切に水平磁場成分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。さらに、前記原点検出範囲を小さくでき、より高精度に原点検出を行うことが可能である。
【００１７】
また本発明では、前記磁石の対向面の全面及びその反対面の全面は夫々、Ｎ極あるいはＳ極に着磁されていることが好ましい。
【００１８】
さらに本発明では、少なくとも前記磁石の中心が原点にあるとき、前記磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と非磁性層間の界面と平行な面は、前記磁石の着磁面である前記磁気抵抗効果素子との対向面と直交関係にあってもよい。このとき、前記磁石の対向面の相対移動方向における半分がＮ極に、残り半分がＳ極に着磁されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では磁気抵抗効果素子のヒステリシスを小さくでき、簡単な回路構成で、高精度に磁石の前記基板に対する相対基準位置（原点）を検出することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の第１実施の形態の原点検出装置の斜視図、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３は、原点検出装置を構成する磁気センサの回路構成図、図４は図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の状態から磁石が図示右方向（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７は本実施形態における磁気抵抗効果素子を膜厚方向から切断した断面図、図８は、横軸をＸ方向への磁石の原点からの直線移動距離、縦軸を差動出力（センサ出力）としたグラフ、である。
【００２１】
図１に示すように原点検出装置４は、磁石１と、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は基板２の表面２ａに設置されている。
【００２２】
図１に示すように前記磁石１の前記磁気センサ３と対向する対向面１ａは全面がＮ極に着磁されており、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。
【００２３】
例えば図１に示す原点検出装置４は前記磁気センサ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、原点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（図示Ｘ−Ｙ平面）の幅方向（図示Ｘ方向）及び長さ方向（図示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の差動出力がゼロになるポイントであり、例えば、この第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）に位置したとき、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、後述する磁気センサ３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。
【００２４】
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いる。
【００２５】
前記磁気センサ３の内部には、図２に示すように４個の巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）が設けられている。
【００２６】
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、固定磁性層１２、非磁性層１３、フリー磁性層１４及び保護層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が非磁性中間層１２ｂを介して積層された積層フェリ構造を有している。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。
【００２７】
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ＮｉＦｅＣｒで形成され、前記第１固定磁性層１２ａおよび第２固定磁性層１２ｃはＣｏＦｅで非磁性中間層１２ｂはＲｕで形成され、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の積層で形成され、前記保護層１５はＴａで形成される。前記巨大磁気抵抗効果素子の層構成は、上記以外の構成であってもよいが、固定磁性層１２、非磁性層１３及びフリー磁性層１４を必須層としている。この場合固定磁性層１２は積層フェリ構造でなくてもよい。また前記非磁性層１３がＡｌ２Ｏ３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（ＴＭＲ素子）として構成される。磁気抵抗効果素子がＴＭＲ素子の場合は、電流を積層膜に対して垂直方向に流すように電極を形成する必要があるが、磁気抵抗効果素子としては巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）と基本的に同じである。
【００２８】
前記反強磁性層１１と前記第１固定磁性層１２ａとの間には磁場中熱処理により交換結合磁界が生じており、非磁性中間層１２ｂを介した層間の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の磁化方向ｍ１２は図示Ｘ（＋）方向に固定されている。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では前記磁化方向ｍ１４が図示Ｘ（＋）方向を向いているが、前記外部磁界Ｈが図示Ｘ（＋）方向に生じているためである。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ことで、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。
【００２９】
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の磁気抵抗効果素子１８、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）で構成されている。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、実際には例えばミアンダ形状で形成されるほうが望ましい。
【００３０】
以下では、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の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化関係が同じであれば抵抗値は同じである。
【００３１】
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との界面と平行な面（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。
【００３２】
図２に示すように前記第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では符号ｍ１２と付したが、ここでは他の磁気抵抗効果素子の磁化方向と区別するために表記を変更した。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の磁化方向Ｃは共に図示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。
【００３３】
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と別の基板２２上に共に設置され、前記第３の磁気抵抗効果素子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を構成する固定磁性層１２の磁化方向Ｅは共に図示Ｘ（−）方向に固定されている。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の固定磁性層１２の磁化方向Ｂ，Ｃと、前記第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の固定磁性層１２の磁化方向Ｄ，Ｅとは反平行の関係となっている。
【００３４】
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の磁気抵抗効果素子１９及び第４の磁気抵抗効果素子２０を設置した基台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定磁性層１２の磁化方向が互いに異なっており同じ磁場中熱処理を行えないためである。よって別々の工程にて、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、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は形成されることになる。
【００３５】
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引いた第２の仮想線を前記基板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の磁気抵抗効果素子１８，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に配置されている。
【００３６】
図２に示すように、前記第１の磁気抵抗効果素子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の磁気抵抗効果素子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内に位置する。
【００３７】
各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０は、前記基板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から等間隔で離れた位置に配置される。
【００３８】
図３に示すように、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、第１の出力取出し部３６を介して直列接続されている。また、前記第３の磁気抵抗効果素子１９と第４の磁気抵抗効果素子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。
【００３９】
また、前記第１の磁気抵抗効果素子１７と第３の磁気抵抗効果素子１９とが入力端子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１８と第４の磁気抵抗効果素子２０とがグランド端子３３を介して接続されている。
【００４０】
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を介して外部出力端子３５に接続されている。
【００４１】
図２に示す形態では、固定磁性層１２の磁化方向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では、左上象限２５と右上象限２６）に配置されるとともに、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の磁気抵抗効果素子２０も、前記第２の仮想線を挟んだ両側の残りの象限内（図２では、左下象限２７と右下象限２７）に配置されている。
【００４２】
図１に示す磁石１は、その中心１ｃが原点Ｐにあるとき、図２に示すように、前記磁石１の前記対向面１ａは、前記第２の仮想線を挟んで対向する各磁気抵抗効果素子の間に位置するように、第２の仮想線方向（図示Ｙ方向）に向けた細長形状で形成されていることが好適である。なおこのとき、前記磁石１の側縁部３１ｄ，１ｄが多少、前記磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０上に重なっていても良い。例えば図１に示す前記磁石１の幅寸法ｗ１は０．５〜２ｍｍ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。また、図１に示す前記磁気センサ３の幅寸法ｗ２は１〜５ｍｍ程度である。また前記磁気センサ３の長さ寸法ｌ２は１〜５ｍｍ程度である。また前記磁気センサ３の厚さ寸法ｔ２は１〜２ｍｍ程度である。また図２に示す各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の間隔ｔ３は、０．０１〜１ｍｍ程度である。
【００４３】
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、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４に図示Ｘ−Ｙ面内の水平磁場成分Ｈ１が作用する。前記水平磁場成分Ｈ１は、前記磁石１の中心１ｃより図示Ｘ（−）側にある第１の磁気抵抗効果素子１７及び第３の磁気抵抗効果素子１９には、図示Ｘ（−）方向から、前記磁石１の中心１ｃより図示Ｘ（＋）側にある第２の磁気抵抗効果素子１８及び第４の磁気抵抗効果素子２０には、図示Ｘ（＋）方向から作用する。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と区別するために表記を変更した。以下同じである）、及び、第３の磁気抵抗効果素子１９のフリー磁性層１４の磁化方向Ｙは、共に図示Ｘ（−）方向になり、第２の磁気抵抗効果素子１８及び第４の磁気抵抗効果素子２０のフリー磁性層１４の磁化方向Ｇ，Ｉは、共に図示Ｘ（＋）方向になる。
【００４４】
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とフリー磁性層１４の磁化方向Ｆ，Ｉは反平行となり電気抵抗値が最大値となる。また、第２の磁気抵抗効果素子１８と第３の磁気抵抗効果素子１９の固定磁性層１２の磁化方向Ｃ，Ｄとフリー磁性層１４の磁化方向Ｇ，Ｙは平行になり電気抵抗値が最小値となる。その結果、図３に示す差動増幅器３４から差動出力が生じ、外部出力端子３５から原点検出信号が得られる。
【００４５】
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、縦軸を差動出力としたグラフである。図８に示すように前記磁石１の中心１ｃが原点Ｐにあるとき、最も差動出力は大きくなる。
【００４６】
図２の状態から磁石１が図示Ｘ（−）方向に移動すると、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に及ぶ水平磁場成分Ｈ１の方向が、全体的に徐々に図示Ｘ（＋）方向に変化する。前記磁石１の中心１ｃが各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０から図示Ｘ（−）方向に離れると、図４に示すように、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４の磁化方向Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍは図示Ｘ（＋）方向を向く。この結果、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の電気抵抗値は、最小抵抗値になり、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の電気抵抗値は最大抵抗値になる。
【００４７】
したがって各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の電気抵抗値に基づいて差動出力がゼロになり、外部出力端子３５から原点非検出信号が得られる。
【００４８】
一方、図２の状態から磁石１が図示Ｘ（＋）方向に移動すると、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に及ぶ水平磁場成分Ｈ１の方向が全体的に徐々に図示Ｘ（−）方向に変化する。前記磁石１の中心１ｃが各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０から図示Ｘ（＋）方向に離れると、図５に示すように各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４の磁化方向Ｗ，Ｘ，Ｑ，Ｒは図示Ｘ（−）方向を向く。この結果、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の電気抵抗値は最大抵抗値になり、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の電気抵抗値は、最小抵抗値になる。
【００４９】
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き差動出力はゼロになり、外部出力端子３５から原点非検出信号が得られる。
【００５０】
図８に示すように、前記磁石１の中心１ｃが原点Ｐにあるとき、差動出力は最大値となり、磁石１の中心１ｃが原点Ｐから離れると、前記差動出力は徐々に小さくなりやがてゼロになる。この明細書において、前記差動出力が生じている範囲を「原点検出範囲」とする。
【００５１】
図２，図４，図５に示すように、前記磁石１の中心１ｃが原点Ｐから図示Ｘ方向に移動したとき、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４には、回転する水平磁場成分Ｈ１が作用するため、差動出力には、前記磁石１の中心１ｃが原点Ｐに位置した時の最大値からゼロになるまでの移行範囲が存在する。
【００５２】
この移行範囲をできる限り小さくすることで「原点検出範囲」をある程度小さくできる。具体的には「原点検出範囲」を１ｍｍ以下に抑えることができる。「原点検出範囲」を小さくするには図示Ｙ方向に延びる細長形状の磁石１を用いるとともに、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０を４象限のいずれかに配置し、さらに各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の間隔Ｔ３をできる限り小さくすることが好適である。本実施形態では、原点検出範囲において、センサ出力がピーク値をとるため、出力の閾値Ｖｔを超える範囲を設定することにより原点の検知精度を高めてもよい。この場合、基準電圧設定回路（差動電位が所定以上になったら原点検出信号を生成する回路）を用いる。また原点検出範囲での出力を微分回路により変換することで、原点検知の精度を高めてもよい。
【００５３】
本実施形態では、前記磁石１の中心１ｃが原点検出範囲にあるとき、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の前記フリー磁性層１４に前記磁石１か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）にて方向が変化する水平磁場成分Ｈ１が作用し、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て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はの差動出力を検知する構造を有することにより、原点近傍の出力のヒステリシスを十分に小さくできる。ヒステリシスを小さくする上で、フリー磁性層１４と第２固定磁性層１２ｃの層間の交換バイアス磁界（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。ただし本実施形態において、層間の交換バイアス磁界（Ｈｉｎ）は、水平磁場成分Ｈ１より小さい範囲であればよいため、Ｈｉｎの正負および大きさについて特に限定されない。
【００５４】
また本実施形態では、図８に示すように、前記磁石１の中心１ｃが、原点検出範囲内に位置したとき、差動出力が生じ、それ以外の時には差動出力がゼロになるため、例えば基準電圧設定回路を設けなくても、差動出力の有無の判断により、原点検出を行うことができる。したがって簡単な回路構成で、高精度な原点検出を行うことが可能である。
【００５５】
図２に示す各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の素子構成、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、且つ、高精度に原点検出を行うことができる。さらに各磁気抵抗効果素子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の温度特性のばらつき、すなわち抵抗温度係数（ＴＣＲ）のばらつきによる影響を小さくできる。したがって高精度な原点検出を行うことができ、図２，図３は最も好ましい構成である。
【００５６】
ただし、４つの磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の配置を、図２の状態から変えたり、図３に示す回路の接続を変えたりすることも可能である。
【００５７】
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の仮想線に区切られた各象限内に設けたが、例えば各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０を図示Ｘ方向に一列に並べたり、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、且つ原点検出範囲を小さくでき、高精度に原点検出を行うことができ好適である。
【００５８】
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に示す固定磁性層１２の磁化方向Ｃ，Ｄが反平行の第２の磁気抵抗効果素子１８と第３の磁気抵抗効果素子１９を用い、第１の磁気抵抗効果素子１７及び第４の磁気抵抗効果素子２０を固定抵抗として、図２の原点検出時にて、差動出力がゼロとなるように各固定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、また温度特性のばらつき、すなわち抵抗温度係数（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１７，１８，１９，２０をブリッジ接続することが好適である。
【００５９】
また図１に示すように前記磁石１は前記対向面１ａの全面がＮ極に、反対面１ｂの全面Ｓ極に着磁されているが、例えば、前記磁石１の対向面１ａの直線移動方向（図示Ｘ方向）における半分がＮ極に、残り半分がＳ極に着磁されている形態であってもよい。
【００６０】
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、前記基板２上の素子形成領域（全ての磁気抵抗効果素子が入る大きさの領域。図６に示す点線Ａで囲まれた領域）よりも大きい面積で形成されていてもよい。これにより前記磁石１の中心１ｃが原点検出範囲に位置したときに、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０に対して適切に水平磁場成分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。
【００６１】
例えば、前記磁石３０の前記磁気センサ３との対向面の全面は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。
【００６２】
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、磁石３０の対向面から、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４に図示Ｘ−Ｙ面内の水平磁場成分Ｈ１が作用する。前記水平磁場成分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に対して放射状に広がる。図６に示すように、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とフリー磁性層１４の磁化方向Ｓ，Ｖ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の磁気抵抗効果素子１９の固定磁性層１２の磁化方向Ｃ，Ｄとフリー磁性層１４の磁化方向Ｔ，Ｕの磁化関係は同じになる。第２の磁気抵抗効果素子１８及び第３の磁気抵抗効果素子１９の電気抵抗値は、第１の磁気抵抗効果素子１７及び第４の磁気抵抗効果素子２０の電気抵抗値よりも小さくなる。その結果、図３に示す差動増幅器３４から差動出力が生じ、外部出力端子３５から原点検出信号が得られる。
【００６３】
前記磁石３０の中心３０ａが前記原点Ｐから図示Ｘ（−）方向、あるいは、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、水平磁場成分の方向が変化して各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の電気抵抗値が変化する。前記磁石３０の中心３０ａが前記素子形成領域Ａから離れて、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０のフリー磁性層１４の全てに図示Ｘ（−）方向、あるいは図示Ｘ（＋）方向から水平磁場成分が作用すると、図４，図５で説明したとおり、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の電気抵抗変化に基づいて差動出力がゼロになる。
【００６４】
図９は、本発明の第２実施の形態の原点検出装置の斜視図、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）、である。
【００６５】
図９に示すように原点検出装置５０は、磁石５１と、前記磁石５１と図示Ｙ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５２とを有して構成される。前記磁気センサ５２は基板５３の表面５３ａに設置されている。
【００６６】
例えば図９に示す原点検出装置５０は前記磁気センサ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。ここで「磁石５１の中心５１ｃ」とは前記磁石５１の膜厚中心で切断した切断面（図示Ｘ−Ｙ平面）の幅方向（図示Ｘ方向）及び長さ方向（図示Ｙ方向）の中心を意味するものとする。また、原点Ｐは、磁気センサ５２の差動出力が最大となるになるポイントであり、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る図示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の仮想線を前記基板２の表面２ａに引いたとき、平面視にて前記第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の位置は、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。
【００６７】
前記磁石５１は、その中心５１ｃが、原点Ｐから図示Ｘ方向に直線移動可能に支持されている。
【００６８】
図９に示すように前記磁石５１の前記磁気センサ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極に着磁されている。
【００６９】
前記磁気センサ５２内に設けられる磁気抵抗効果素子の層構成は図７で説明したとおりである。
【００７０】
図９，図１０に示すように、この第２実施形態では、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、前記磁石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。
【００７１】
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の磁気抵抗効果素子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に配置されている。
【００７２】
図１０に示すように、前記第１の磁気抵抗効果素子５４は、左下象限６０内に位置し、第３の磁気抵抗効果素子５６は左上象限６１内に位置し、第２の磁気抵抗効果素子５５は右下象限６２内に位置し、第４の磁気抵抗効果素子５７は右上象限６３内に位置する。
【００７３】
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２の磁気抵抗効果素子５５は、図３に示す第１の出力取出し部３６を介して直列接続されている。また、前記第３の磁気抵抗効果素子５６と第４の磁気抵抗効果素子５７は、図３に示す第２の出力取出し部３１を介して直列接続されている。
【００７４】
また、前記第１の磁気抵抗効果素子５４と第３の磁気抵抗効果素子５６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４の磁気抵抗効果素子５７とが図３に示すグランド端子３３を介して接続されている。
【００７５】
さらに図３に示すように、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を介して外部出力端子３５に接続されている。
【００７６】
図１０に示すように、第１の磁気抵抗効果素子５４の固定磁性層の磁化方向５４ａと、前記第２の磁気抵抗効果素子５５の固定磁性層の磁化方向５５ａは同一方向であり、前記第１の磁気抵抗効果素子５４と第２の磁気抵抗効果素子５５は共通の基台６５上に設置されている。また、前記第３の磁気抵抗効果素子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の磁気抵抗効果素子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に示すように、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の磁気抵抗効果素子５７の固定磁性層の磁化方向５６ａ，５７ａは共に図示Ｙ（＋）方向を向いている。
【００７７】
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のフリー磁性層１４に図示Ｘ−Ｙ面内の水平磁場成分Ｈ２が作用する。第１の磁気抵抗効果素子５４及び第３の磁気抵抗効果素子５６には、図示Ｙ（＋）方向の水平磁場成分Ｈ２が作用し、第２の磁気抵抗効果素子５５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１４の磁化方向５４ｂ（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と区別するために表記を変更した。以下同じである）、及び第３の磁気抵抗効果素子５６のフリー磁性層１４の磁化方向５６ｂは、共に図示Ｙ（＋）方向を向き、前記第２の磁気抵抗効果素子５５のフリー磁性層１４の磁化方向５５ｂ、及び第４の磁気抵抗効果素子５７のフリー磁性層１４の磁化方向５７ｂは、共に図示Ｙ（−）方向を向く。
【００７８】
これにより、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の固定磁性層の磁化方向５４ａ，５７ａとフリー磁性層の磁化方向５４ｂ、５７ｂとの磁化関係は同じになり、抵抗値としては最大抵抗値となる。また、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の固定磁性層の磁化方向５５ａ，５６ａとフリー磁性層の磁化方向５５ｂ、５６ｂとの磁化関係は同じになり、抵抗値としては最小抵抗値となる。その結果、図３に示す差動増幅器３４から差動出力が生じ、外部出力端子３５から原点検出信号が得られる。
【００７９】
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の磁気抵抗効果素子５４及び第３の磁気抵抗効果素子５６のフリー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３の磁気抵抗効果素子５６の電気抵抗値が変化する。やがて、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５６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３の磁気抵抗効果素子５６のフリー磁性層の磁化方向５４ｃ、５６ｃは図示Ｙ（−）方向を向き、前記第１の磁気抵抗効果素子５４の電気抵抗値は最小値となり、第３の磁気抵抗効果素子５６の電気抵抗値は最大値となる。一方、第２の磁気抵抗効果素子５６の電気抵抗値は、最小値、第４の磁気抵抗効果素子５７の電気抵抗値は最大値の状態にあり、このとき差動出力はゼロになり、外部出力端子３５から原点非検出信号が得られる。
【００８０】
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２の磁気抵抗効果素子５５及び第４の磁気抵抗効果素子５７のフリー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２の磁気抵抗効果素子５５及び第４の磁気抵抗効果素子５７の電気抵抗値が変化する。やがて、前記第２の磁気抵抗効果素子５５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２の磁気抵抗効果素子５５及び第４の磁気抵抗効果素子５７のフリー磁性層の磁化方向５５ｃ、５７ｃは図示Ｙ（＋）方向を向き、前記第２の磁気抵抗効果素子５５の電気抵抗値は最大値となり、第４の磁気抵抗効果素子５７の電気抵抗値は最小値となる。一方、第１の磁気抵抗効果素子５４の電気抵抗値は最大値となり、前記第３の磁気抵抗効果素子５５の電気抵抗値は最小値の状態にあり、このとき差動出力はゼロになり、外部出力端子３５から原点非検出信号が得られる。
【００８１】
上記した第１実施形態及び第２実施形態の原点検出装置ではいずれも磁石１，５１が移動可能に支持されているが、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。
【００８２】
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に示すように前記磁石１が回転板７０に固定されて、前記回転板７０がその中心７０ａを回転中心として回転す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と基板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点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が原点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に水平磁場成分が作用し、図２に示す固定磁性層とフリー磁性層との磁化関係により、差動出力が生じて、外部出力端子３５から原点検出信号が得られる。そして前記回転板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が原点検出範囲から離れると、図４あるいは図５で説明した、固定磁性層とフリー磁性層との磁化関係により、各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の電気抵抗値が変動し、差動出力がゼロになり、外部出力端子３５からは原点非検出信号が得られる。
【００８３】
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の回転方向の両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を与え、高精度に、磁石１の中心１ａが原点検出範囲にあるときに差動出力が生じ、磁石１の中心１ａが原点検出範囲から離れると差動出力がゼロになるように、所定方向の水平磁場成分を広範にわたって生じさせるためのものである。図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の側面から外部に露出している。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極に着磁された着磁面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設置されている。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に向けて所定方向への水平磁場成分が生じる。
【００８４】
前記補助磁石８０，８１の設置は任意である。すなわち前記補助磁石８０，８１は無くてもよい。例えば本実施形態では、磁気センサ３が磁石１からの距離が離れ、水平磁場成分がない状態では、図４あるいは図５に示す固定磁性層とフリー磁性層との磁化状態が得られるように、各磁気抵抗効果素子の固定磁性層とフリー磁性層間に所定の層間交換バイアス磁界（Ｈｉｎ）を生じさせておけば、水平磁場成分が無い状態でも、図４あるいは図５の磁化状態が得られ、磁石１の中心１ｃが原点検出範囲から離れた状態にて差動出力をゼロにすることも可能である。前記層間交換バイアス磁界（Ｈｉｎ）の調整は例えば固定磁性層とフリー磁性層間に介在する非磁性層の膜厚調整により行うことが可能である。例えば図４の状態を得るには磁気抵抗効果素子１７、１８のＨｉｎを正とし、磁気抵抗効果素子１９、２０のＨｉｎを負とすればよい。また本実施形態において、磁気抵抗効果素子１７、１８、１９、２０のＨｉｎをすべて正もしくは負とした場合も、水平磁場成分がない状態で差動出力がゼロとなる。
【００８５】
なお磁石１の移動範囲の全範囲に所定の水平磁場成分が生じている場合は別として、前記磁石１の移動範囲が長く、水平磁場成分が生じていない範囲があるときには、その移動範囲内のすべてに適切に所定方向の水平磁場成分が生じるように、補助磁石８０，８１を設けることが好適である。
【００８６】
なお、前記補助磁石８０，８１は回転移動する構成のものだけでなく、図１，図９に示す直線移動する構成のものにも当然使用することが可能である。
【００８７】
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、磁気センサのセンサ出力値（差動電位）の評価を実施した。
【００８８】
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）製のネオジウム磁石（型番：Ｎ４５Ｈ）から成る原点検出用磁石１を用いた。また図１１のように補助磁石８０，８１を有した構成になっている。
【００８９】
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。また前記回転板７０の半径Ｒは３０ｍｍであった。
【００９０】
磁気センサ３には、図６に示す構成と同様のものを用いた。磁気センサ３の寸法は幅寸法ｗ２が２ｍｍ、長さ寸法ｌ２が２ｍｍ、厚さ寸法ｔ２が０．７５ｍｍのものを用いた。また各磁気抵抗効果素子１７，１８，１９，２０の間隔ｔ３は、０．２ｍｍである。磁気センサ３の寸法より磁石１が大きい構成となっている。
【００９１】
磁気抵抗効果素子には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の構成のものを用いた。ここでフリー磁性層１４と固定磁性層１２の層間交換バイアス磁界（Ｈｉｎ）は０〜０．５ｍＴの範囲で制御されている。
【００９２】
センサ出力の評価は、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とし、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）を第１〜４の磁気抵抗素子の出力から見積もった。その評価結果を図１２、図１３に示す。
【００９３】
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からの回転角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度の回転角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。
【００９４】
図１２，図１３に示すように、差動出力は回転角θの変化に伴って原点付近で差動出力を生じ、原点から離れた位置で差動出力がゼロとなっている。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）や磁気センサの寸法（２×２×０．７５ｍｍ程度）に対し、高い精度で原点を検知できることを意味している。原点付近の出力ピークは、前記したようにヒステリシスもなく、電圧の閾値Ｖｔを設定した基準電圧設定回路等との組み合わせにより、さらに精度の高い原点検知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１実施の形態の原点検出装置の斜視図、
【図２】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３】原点検出装置を構成する磁気センサの回路構成図、
【図４】図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】図２の状態から磁石が図示右方向（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６】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７】本実施形態における磁気抵抗効果素子を膜厚方向から切断した断面図、
【図８】横軸をＸ方向への磁石の原点からの直線移動距離、縦軸を差動出力（センサ出力）としたグラフ、
【図９】本発明の第２実施の形態の原点検出装置の斜視図、
【図１０】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１１】別の原点検出装置の構成を示す側面図、
【図１２】回転板の回転中心と磁石中心との中心線ＣＬの回転中心からの回転角θとセンサ出力値（差動出力）との関係を示すグラフ、
【図１３】図１２の±２度の回転角θの範囲での差動出力の変移を拡大したグラフ、
【符号の説明】
【００９６】
１、３０、５１ 磁石
２、５３ 基板
３、５２ 磁気センサ
４、５０ 原点検出装置
１１ 反強磁性層
１１ａ 下地層
１２ 固定磁性層
１２ａ 第１固定磁性層
１２ｂ 非磁性中間層
１２ｃ 第２固定磁性層
１３ 非磁性層
１４ フリー磁性層
１５ 保護層
１７、５４ 第１の磁気抵抗効果素子
１８、５５ 第２の磁気抵抗効果素子
１９、５６ 第３の磁気抵抗効果素子
２０、５７ 第４の磁気抵抗効果素子
２５、２６、２７、２８、６０、６１、６２、６３ 象限
３１、３６ 出力取出し部
３２ 入力端子
３３ グランド端子
３４ 差動増幅器
３５ 外部出力端子
７０ 回転板
８０、８１ 補助磁石
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、５４ａ、５５ａ、５６ａ、５７ａ 固定磁性層の磁化方向
Ｆ、Ｇ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、５４ｂ、５４ｃ、５５ｂ、５５ｃ、５６ｂ、５６ｃ、５７ｂ、５７ｃ フリー磁性層の磁化方向
Ｏ１、Ｏ２ 基板の中心
Ｐ 原点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子と間隔を空けて対向する磁石とを備え、前記磁石はその中心が前記基板に対する相対基準位置（原点）から相対移動可能に支持されており、
前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層と非磁性層を介して形成され外部磁界に対して磁化方向が変動するフリー磁性層とを有しており、前記磁石の中心が原点検出範囲にあるとき、前記フリー磁性層に前記磁石から前記フリー磁性層と非磁性層間の界面と平行な面内の水平磁場成分が作用する位置にてブリッジ接続されており、
前記磁石の中心が原点検出範囲にあるとき、前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値に基づいて差動出力が生じ、前記磁石の中心が前記原点検出範囲から離れると、前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値に基づいて差動出力がゼロになることを特徴とする原点検出装置。
【請求項２】
前記磁気抵抗効果素子は、第１の磁気抵抗効果素子と、第２の磁気抵抗効果素子と、第３の磁気抵抗効果素子と、第４の磁気抵抗効果素子とを備え、
前記第１の磁気抵抗効果素子及び第２の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は同一であり、前記第３の磁気抵抗効果素子及び第４の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は、前記第１の磁気抵抗効果素子及び第２の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向と反平行である請求項１記載の原点検出装置。
【請求項３】
前記第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子は、第１の出力取出し部を介して直列接続され、
前記第３の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子は、第２の出力取出し部を介して直列接続され、
前記第１の磁気抵抗効果素子と第３の磁気抵抗効果素子とが入力端子を介して接続されるとともに、第２の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子とがグランド端子を介して接続され、
前記第１の出力取出し部と第２の出力取出し部とが差動増幅器を介して外部出力端子に接続されている請求項２記載の原点検出装置。
【請求項４】
前記基板の表面に、前記磁石の相対移動方向、あるいは前記磁石が相対回転移動するとき前記原点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に第１の仮想線、及び、前記第１の仮想線と直交する方向に第２の仮想線を引き、前記原点が、前記第１の仮想線と第２の仮想線との交点の高さ方向に、あるいは平面視にて前記第２の仮想線の延長線上に位置するとき、
各磁気抵抗効果素子は、夫々、前記第１の仮想線、及び第２の仮想線で区切られた各象限内のいずれかに配置されている請求項２又は３に記載の原点検出装置。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は、前記磁石の相対移動方向、あるいは前記磁石が相対回転移動するときには前記原点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を向いている請求項１ないし４のいずれかに記載の原点検出装置。
【請求項６】
前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は、前記磁石の相対移動方向と直交する方向、あるいは前記磁石が相対回転移動するときには前記原点を相対回転方向上の接点としたときの接線方向と直交する方向を向いている請求項１ないし４のいずれかに記載の原点検出装置。
【請求項７】
少なくとも前記磁石の中心が原点にあるとき、前記磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と非磁性層間の界面と平行な面は、前記磁石の着磁面である前記磁気抵抗効果素子との対向面と平行関係にある請求項１ないし５のいずれかに記載の原点検出装置。
【請求項８】
前記磁石の中心が前記原点に位置したとき、前記磁石の前記対向面は、前記第２の仮想線を挟んで対向する各磁気抵抗効果素子の間に位置するように、第２の仮想線方向に向けた細長形状で形成されている請求項７記載の原点検出装置。
【請求項９】
前記磁石の対向面の全面及びその反対面の全面は夫々、Ｎ極あるいはＳ極に着磁されている請求項７又は８に記載の原点検出装置。
【請求項１０】
少なくとも前記磁石の中心が原点にあるとき、前記磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と非磁性層間の界面と平行な面は、前記磁石の着磁面である前記磁気抵抗効果素子との対向面と直交関係にある請求項１ないし４又は６のいずれかに記載の原点検出装置。
【請求項１１】
前記磁石の対向面の相対移動方向における半分がＮ極に、残り半分がＳ極に着磁されている請求項１０記載の原点検出装置。
【請求項１】
基板上に設けられた外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子と間隔を空けて対向する磁石とを備え、前記磁石はその中心が前記基板に対する相対基準位置（原点）から相対移動可能に支持されており、
前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層と非磁性層を介して形成され外部磁界に対して磁化方向が変動するフリー磁性層とを有しており、前記磁石の中心が原点検出範囲にあるとき、前記フリー磁性層に前記磁石から前記フリー磁性層と非磁性層間の界面と平行な面内の水平磁場成分が作用する位置にてブリッジ接続されており、
前記磁石の中心が原点検出範囲にあるとき、前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値に基づいて差動出力が生じ、前記磁石の中心が前記原点検出範囲から離れると、前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値に基づいて差動出力がゼロになることを特徴とする原点検出装置。
【請求項２】
前記磁気抵抗効果素子は、第１の磁気抵抗効果素子と、第２の磁気抵抗効果素子と、第３の磁気抵抗効果素子と、第４の磁気抵抗効果素子とを備え、
前記第１の磁気抵抗効果素子及び第２の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は同一であり、前記第３の磁気抵抗効果素子及び第４の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は、前記第１の磁気抵抗効果素子及び第２の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向と反平行である請求項１記載の原点検出装置。
【請求項３】
前記第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子は、第１の出力取出し部を介して直列接続され、
前記第３の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子は、第２の出力取出し部を介して直列接続され、
前記第１の磁気抵抗効果素子と第３の磁気抵抗効果素子とが入力端子を介して接続されるとともに、第２の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子とがグランド端子を介して接続され、
前記第１の出力取出し部と第２の出力取出し部とが差動増幅器を介して外部出力端子に接続されている請求項２記載の原点検出装置。
【請求項４】
前記基板の表面に、前記磁石の相対移動方向、あるいは前記磁石が相対回転移動するとき前記原点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に第１の仮想線、及び、前記第１の仮想線と直交する方向に第２の仮想線を引き、前記原点が、前記第１の仮想線と第２の仮想線との交点の高さ方向に、あるいは平面視にて前記第２の仮想線の延長線上に位置するとき、
各磁気抵抗効果素子は、夫々、前記第１の仮想線、及び第２の仮想線で区切られた各象限内のいずれかに配置されている請求項２又は３に記載の原点検出装置。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は、前記磁石の相対移動方向、あるいは前記磁石が相対回転移動するときには前記原点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を向いている請求項１ないし４のいずれかに記載の原点検出装置。
【請求項６】
前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は、前記磁石の相対移動方向と直交する方向、あるいは前記磁石が相対回転移動するときには前記原点を相対回転方向上の接点としたときの接線方向と直交する方向を向いている請求項１ないし４のいずれかに記載の原点検出装置。
【請求項７】
少なくとも前記磁石の中心が原点にあるとき、前記磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と非磁性層間の界面と平行な面は、前記磁石の着磁面である前記磁気抵抗効果素子との対向面と平行関係にある請求項１ないし５のいずれかに記載の原点検出装置。
【請求項８】
前記磁石の中心が前記原点に位置したとき、前記磁石の前記対向面は、前記第２の仮想線を挟んで対向する各磁気抵抗効果素子の間に位置するように、第２の仮想線方向に向けた細長形状で形成されている請求項７記載の原点検出装置。
【請求項９】
前記磁石の対向面の全面及びその反対面の全面は夫々、Ｎ極あるいはＳ極に着磁されている請求項７又は８に記載の原点検出装置。
【請求項１０】
少なくとも前記磁石の中心が原点にあるとき、前記磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と非磁性層間の界面と平行な面は、前記磁石の着磁面である前記磁気抵抗効果素子との対向面と直交関係にある請求項１ないし４又は６のいずれかに記載の原点検出装置。
【請求項１１】
前記磁石の対向面の相対移動方向における半分がＮ極に、残り半分がＳ極に着磁されている請求項１０記載の原点検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−７４９０８（Ｐ２００９−７４９０８Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４３９４５（Ｐ２００７−２４３９４５）
【出願日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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