特許 6387788 磁気エンコーダ用磁気媒体、磁気エンコーダ、並びに磁気媒体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6387788

(24)【登録日】2018年8月24日

(45)【発行日】2018年9月12日

(54)【発明の名称】磁気エンコーダ用磁気媒体、磁気エンコーダ、並びに磁気媒体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20180903BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/245 110M

【請求項の数】10

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-217577(P2014-217577)

(22)【出願日】2014年10月24日

(65)【公開番号】特開2015-111106(P2015-111106A)

(43)【公開日】2015年6月18日

【審査請求日】2017年4月20日

(31)【優先権主張番号】特願2013-223166(P2013-223166)

(32)【優先日】2013年10月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】日立金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100158

【弁理士】

【氏名又は名称】鮫島 睦

(74)【代理人】

【識別番号】100138863

【弁理士】

【氏名又は名称】言上 惠一

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(72)【発明者】

【氏名】阿部 泰典

(72)【発明者】

【氏名】川上 誠

【審査官】 吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−１２９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１７５０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−５１９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−４８５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平３−７０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１０３１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−４０３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−４０３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−３１２２２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／００−５／２５２

Ｇ０１Ｂ ７／００−７／３４

Ｇ０１Ｒ ３３／００−３３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

感磁面内の磁界を検出する磁気センサに対して相対的に移動する磁気媒体であって、
前記感磁面と平行な第１の方向に着磁された第１の着磁領域と、前記第１の方向と対向する第２の方向に着磁された第２の着磁領域と、が前記第１の方向又は前記第２の方向に対し交互に配置された信号着磁領域と、
前記第１の方向および前記第２の方向の両方と交差する方向であって、前記感磁面と平行な第３の方向に着磁されたバイアス着磁領域と、を有し、
前記磁気センサと対向する磁気媒体の面を上面として、
前記第１の着磁領域と前記第２の着磁領域との界面の下部に前記バイアス着磁領域が形成され、前記第１の着磁領域の中央下部および前記第２の着磁領域の中央下部に前記バイアス着磁領域が形成されていないことを特徴とする磁気媒体。

【請求項2】

前記信号着磁領域及び前記バイアス着磁領域は、共に前記磁気媒体の下面まで着磁されていないことを特徴とする請求項１に記載の磁気媒体。

【請求項3】

前記バイアス着磁領域の最大着磁深さより、前記信号着磁領域の最大着磁深さの方が深いことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気媒体。

【請求項4】

磁気ヒステリシスを有する磁気抵抗効果素子で構成され、磁気抵抗効果素子の感磁面内の磁界を検出する磁気センサと、前記磁気センサに対して相対移動する請求項１〜３のいずれかに記載の磁気媒体と、を備える磁気エンコーダ。

【請求項5】

前記磁気センサと相対移動することにより、前記信号着磁領域から前記磁気センサに対し、周期的な信号漏れ磁界を印加するとともに、前記バイアス着磁領域から周期的なバイアス漏れ磁界を印加することを特徴とする請求項４に記載の磁気エンコーダ。

【請求項6】

前記磁気抵抗効果素子が、異方性磁気抵抗効果素子、巨大磁気抵抗効果素子、結合型巨大磁気抵抗効果素子、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子、トンネル磁気抵抗効果素子からなる群から選択された１種であることを特徴とする請求項４又は５に記載の磁気エンコーダ。

【請求項7】

感磁面と平行な第１の方向に着磁された第１の着磁領域と、第１の方向と対向する第２の方向に着磁された第２の着磁領域と、が前記第１の方向又は前記第２の方向に対し交互に配置された信号着磁領域と、前記第１の方向および前記第２の方向の両方と交差する方向であって、前記感磁面と平行な第３の方向に着磁されたバイアス着磁領域と、を有する磁気媒体を作製する方法であって、
磁気媒体に対して第３の方向にバイアス着磁を行う工程と、
所定の周期で第１の方向および前記第１の方向に対向する第２の方向に信号着磁を行う工程と、を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気媒体の作製方法。

【請求項8】

前記信号着磁及び前記バイアス着磁を、着磁電流により磁界を制御する磁気ヘッドを用いて、前記磁気媒体の上面から着磁することを特徴とする請求項７に記載の磁気媒体の作製方法。

【請求項9】

前記信号着磁領域を着磁するための磁界強度は、前記バイアス着磁領域を着磁するための磁界強度の２倍以上であることを特徴とする請求項７又は８に記載の磁気媒体の作製方法。

【請求項10】

前記磁気ヘッドは、軟磁性材料で構成された磁気ヨークと、着磁電流が流れることによって磁気ヨークに磁界を発生させるコイルと、を有し、前記磁気ヨークは磁界を発生させる両端が一定のギャップ長を有し、前記信号着磁を行なう際の前記ギャップ長は信号着磁のピッチより小さいことを特徴とする請求項８に記載の磁気媒体の作製方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気変化を利用して、移動体の移動方向もしくは移動量、または回転体の回転角度等を検出する磁気エンコーダ、当該磁気エンコーダに用いられる磁気媒体並びにその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

精度良く移動方向、移動量、または回転角度等を制御する必要がある機器／装置には、エンコーダが用いられている。

【0003】

エンコーダは、動作原理に基づいて、大きく、光学式エンコーダと磁気／電気誘導式エンコーダとに分けられる。

【0004】

光学式エンコーダは、周辺磁界の影響を受けにくいなどの利点を有する反面、ほこりや油分などの汚染に弱いなどの欠点を有する。一方、磁気／電気誘導式エンコーダは、ほこりや粉塵のある環境下でも使えるという利点を有する。そのため、ほこりや油分などの多い環境下で使用される車載用制御機器、例えば、動力用モータ、電動パワーステアリング、各種バルブ等には、光学式エンコーダは適さず、専ら磁気／電気誘導式エンコーダが使用されている。

【0005】

このような磁気エンコーダは、基本的な構成として、磁気センサと、当該磁気センサに対して相対移動する磁気媒体と、を備える。磁気媒体は、フェライト等の強磁性材料の、ボンドマグネットまたは焼結体などであり、磁気センサに磁界変化を生じさせるために、前記磁気媒体は着磁されている。

【0006】

通常、磁気エンコーダにおいて使用される磁気抵抗効果素子は、磁界を検知することができる感磁面に対して平行な磁界のみを検出する。磁気抵抗効果素子において、感磁軸と外部磁界の感磁面内成分との角度に応じて電気抵抗が変化し、この電気抵抗の変化から漏れ磁界の強度を算出する。磁気媒体はＮ極とＳ極とが反転するように信号着磁され、このように形成された磁気媒体の信号着磁面に沿って上述の磁気センサを移動させた場合、磁気センサからの出力は正弦波に従う。

【0007】

従来、上述のような、感磁面(当該面内成分のみをセンシング可能な面)内で磁界を検知し、感磁軸と外部磁界の感磁面内成分との角度に応じて電気抵抗の変化を出力する磁気抵抗効果素子を使用した磁気エンコーダを作製するために、磁気媒体に対して、Ｉ）信号着磁のみ行う方法、II）信号着磁を行うとともにバイアス磁界を付与する方法、III）バイアス着磁および信号着磁の両方を行う方法があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開昭５５−５９３１４号公報

【特許文献2】特開昭６０−１６２９１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、Ｉ）磁気媒体に対して信号着磁のみを行った場合、ＡＭＲセンサやＧＭＲセンサ等の磁気センサにより当該磁気媒体の漏れ磁界を検出する際、磁気媒体の着磁方向が変化する界面上の領域において、磁気センサの感磁面に印加される磁界が実効的に”０”、すなわち、感磁面内方向の磁界成分が０となる。そのため、磁気センサが持つヒステリシス（保磁力）によって、磁気エンコーダはヒステリシス誤差を生じるという問題があった。

【0010】

これを解決するために、II）信号着磁を磁気媒体に対して行うとともに、さらに信号着磁による磁界と直交する方向にバイアス磁界を印加することが検討されている。このように信号磁界と直交する方向にバイアス磁界を印加することにより、信号磁界による感磁面内の磁界成分が殆ど無くなる領域において、バイアス磁界による感磁面内の成分により、磁気センサのヒステリシス誤差を低減することができる（特許文献１）。しかしながら、バイアス磁界を信号磁界に印加するために、磁気センサ又は／及び磁気媒体に新たに磁石等を設けることが必要となるため、磁気センサ又は／及び磁気媒体が大きくなってしまい、また、コストアップの要因となる。また、信号磁界領域に効率良くバイアス磁界を印加することが設計的に困難という問題があった。

【0011】

III）バイアス着磁および信号着磁を磁気媒体に対して行う方法は、II）の欠点を改善するものである。例えば、特許文献２では、磁気媒体に全体にわたって均一なバイアス着磁を施し、その後信号着磁を行うとされている。しかしながら、実際には、磁性層が一様に着磁された状態で信号ピッチのような微小な領域に信号着磁を行った場合、磁気媒体は着磁されにくいばかりでなく、信号着磁領域からの信号漏れ磁界に対し、バイアス着磁領域からのバイアス漏れ磁界が強すぎ、十分な信号出力が得られないという問題があった。

【0012】

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ヒステリシス誤差を低減することができるとともに、十分な信号出力が得られる信頼性の高い磁気媒体、磁気エンコーダ、並びに磁気媒体の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は、感磁面内の磁界を検出する磁気センサに対して相対的に移動する磁気媒体であって、前記感磁面と平行な第１の方向に着磁された第１の着磁領域と、前記第１の方向と対向する第２の方向に着磁された第２の着磁領域と、が前記第１の方向又は前記第２の方向に対し交互に配置された信号着磁領域と、
前記第１の方向および前記第２の方向の両方と交差する方向（好ましくは垂直な方向）であって、前記感磁面と平行な第３の方向に着磁されたバイアス着磁領域と、を有し、
前記磁気センサと対向する磁気媒体の面を上面として、
前記第１の着磁領域と前記第２の着磁領域との界面の下部に前記バイアス着磁領域が形成され、前記第１の着磁領域の中央下部および前記第２の着磁領域の中央下部に前記バイアス着磁領域が形成されていないことを特徴とする磁気媒体である。

【0014】

前記信号着磁領域及び前記バイアス着磁領域は、共に前記磁気媒体の下面まで着磁されていないことが好ましい。

【0015】

前記バイアス着磁領域の最大着磁深さより、前記信号着磁領域の最大着磁深さの方が深いことが好ましい。

【0016】

前記磁気センサは、ヒステリシス誤差を有する磁気抵抗効果素子で構成され、磁気抵抗効果素子の感磁面内の磁界を検出する磁気センサであって、磁気エンコーダは、当該磁気センサと、前記磁気センサに対して相対移動する前記磁気媒体と、を備えることが好ましい。

【0017】

前記磁気エンコーダは、前記磁気センサと相対移動することにより、前記信号着磁領域から前記磁気センサに対し、周期的な信号漏れ磁界を印加するとともに、前記バイアス着磁領域から周期的なバイアス漏れ磁界を印加することが好ましい。

【0018】

前記磁気抵抗効果素子が、異方性磁気抵抗効果素子、巨大磁気抵抗効果素子、結合型巨大磁気抵抗効果素子、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子、トンネル磁気抵抗効果素子からなる群から選択されることが好ましい。

【0019】

本発明の磁気媒体の作製方法は、感磁面と平行な第１の方向に着磁された第１の着磁領域と、第１の方向と対向する第２の方向に着磁された第２の着磁領域と、が前記第１の方向又は前記第２の方向に対し交互に配置された信号着磁領域と、前記第１の方向および前記第２の方向の両方と交差する方向（好ましくは垂直な方向）であって、前記感磁面と平行な第３の方向に着磁されたバイアス着磁領域と、を有する磁気媒体を作製する方法であって、
磁気媒体に対して第３の方向にバイアス着磁を行う工程と、
所定の周期で第１の方向および前記第１の方向に対向する第２の方向に信号着磁を行う工程と、を備えることを特徴とする。

【0020】

前記信号着磁及び前記バイアス着磁を、着磁電流により磁界を制御する磁気ヘッドを用いて、前記磁気媒体の上面から着磁することが好ましい。

【0021】

前記信号着磁領域を着磁するための磁界強度は、前記バイアス着磁領域を着磁するための磁界強度の２倍以上であることが好ましい。

【0022】

前記磁気ヘッドが、軟磁性材料で構成された磁気ヨークと、着磁電流が流れることによって磁気ヨークに磁界を発生させるコイルと、を有し、前記磁気ヨークは磁界を発生させる両端が一定のギャップ長を有し、前記信号着磁を行なう際の前記ギャップ長は信号着磁のピッチより小さいことが好ましい。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、ヒステリシス誤差を低減することができるとともに、十分な信号出力が得られる信頼性の高い磁気媒体、磁気エンコーダ、並びに磁気媒体の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明に係るリニア式磁気エンコーダの概略図である。

【図2】図２は、磁気媒体に対向して配置される磁気センサの概略図である。

【図3】図３は、磁気エンコーダによって得られる正弦波を示したグラフである。

【図4】図４は、本発明に係る磁気エンコーダを作製するに際し使用される磁気ヘッドの概略斜視図である。

【図5】図５は、バイアス着磁について説明した概略図である。

【図6】図６は、信号着磁について説明した概略図である。

【図7】図７はバイアス着磁及び信号着磁後の磁気エンコーダの概略図である。

【図8】図８は、磁気センサにおいて用いられるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果（ＳＶＧＭＲ）素子の具体的な構成の一例を示す膜構成断面図である。

【図9】図９は、全面バイアス着磁を施した場合の磁気エンコーダ及び本発明に係る表面バイアス着磁を施した場合の磁気エンコーダのエアギャップ−出力特性を示したグラフである。

【図10】図１０は、全面バイアス着磁を施した場合の磁気エンコーダ及び本発明に係る表面バイアス着磁を施した場合の磁気エンコーダのエアギャップ−累積誤差特性を示したグラフである。 図１〜１０は、本発明を例示するものであり、本発明の技術的範囲はこれらに限定されることはない。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は本発明を例示するものであり、本発明の技術的範囲は以下の実施形態に限定されることはない。特に、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、本発明において、「深い」または「浅い」との文言を使用することがあるが、磁気センサに漏れ磁界を与える面（すなわち、磁気センサに対向する面）を上側にして磁気媒体を水平に配置した場合において、磁気媒体の下面に近い場合に「深い」との文言を使用し、磁気媒体の上面（磁気センサに漏れ磁界を与える面（磁気センサに対向する面））に近い場合に「浅い」との文言を使用する。
複数の図面に表れる同一符号の部分は、特に断らない限り同一の部分又は部材を示す。

【0026】

まず、最初に、本発明の課題を解決すべく如何にして本発明の構成としたかについて説明する。
本発明者らは、上述した、ヒステリシス誤差を低減することができるとともに、十分な信号出力が得られる信頼性の高い磁気媒体、磁気エンコーダ、並びに磁気媒体の製造方法を提供するという課題を解決するため、鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。すなわち、磁気媒体の上面からバイアス着磁した後に、同じく上面から信号着磁した磁気媒体において、信号着磁により一の方向に着磁された第１の着磁領域と、同じく信号着磁により一の方向と反対方向に着磁された第２の着磁領域との界面にてバイアス着磁領域からのバイアス漏れ磁界が磁気センサに印加されることにより、信号磁界の感磁面内成分が殆ど無くなっても、バイアス磁界が、磁気センサの感磁面内に印加され続けることになり、ヒステリシス誤差を低減することができる。また、第１の着磁領域の中央下部および第２の着磁領域の中央下部において、バイアス着磁を、信号着磁によって上書きすることにより、信号着磁領域からの信号漏れ磁界は、バイアス着磁領域からのバイアス漏れ磁界による影響を受けず、十分な信号出力が得られる。本発明者らは、上記知見に基づき検討を重ねた結果、本発明を完成させるに至った。

【0027】

（実施の形態１）
本発明の理解を容易にするために、最初に図１を用いて磁気抵抗効果素子を備える磁気センサと磁気媒体とを有してなる磁気エンコーダの構成および機能について説明する。磁気媒体を直線状に設けることによりリニア式磁気エンコーダとすることができ、また、磁気媒体をドラムの外周面に環状に設けることにより、ドラム式磁気エンコーダとすることができる。したがって、当業者であれば、リニア式磁気エンコーダの具体例から、ドラム式磁気エンコーダを実施することができることは理解されよう。

【0028】

図１は、本発明に係るリニア式磁気エンコーダ（以下、単に磁気エンコーダまたはエンコーダと称することがある）１の概略図である。図１に示すように、本発明に係るリニア式磁気エンコーダ１は、一または複数の磁気抵抗効果素子（例えば、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子等）を有する磁気センサ２と、一定の周期λｍで着磁方向が変化する着磁パターンを有し、磁気センサ２に対して相対的に移動する磁気媒体３と、を備える。ここで、「磁気センサ２に対して相対的に移動する」とは、磁気媒体３が、磁気センサ２に対して移動する場合に限らず、磁気センサ２が磁気媒体３に対して移動する場合も含まれる。本発明において、「移動する」とは、磁気センサ２と磁気媒体３とが離間した状態（図１においては、磁気センサ２と磁気媒体３とは間隔Ｇ_Ａで離間しており、この距離をエアギャップと称する。）で移動することのみならず、磁気センサ２と磁気媒体３とが接触した状態で移動すること、すなわち摺動することも含む概念である。

【0029】

図２は、磁気媒体（不図示）に対向して配置される磁気センサ２の概略図である。図２に示すように、磁気センサ２は少なくとも１つ以上の磁気センサ素子５を有し、磁気センサ素子５は、磁界により電気抵抗が変化する感磁センサ素子１１、１２を直列接続することにより作製してもよい。より具体的には、例えば、感磁センサ素子１１の一端と感磁センサ素子１２の一端とを接続し、感磁センサ素子１２の他端を接地し、感磁センサ素子１１の他端を電源電圧Ｖｃｃに接続する。感磁センサ素子１１と感磁センサ素子１２との接続点１３から中点電位を取り、この電圧が磁気センサ２の出力電圧となる。感磁センサ素子１１と感磁センサ素子１２は反平行の感磁軸を有するように構成すると、出力が最も大きくなるため好ましい。この中点電位の変化を磁気センサ２と磁気媒体３の相対位置信号として検出する。

【0030】

通常、磁気エンコーダとしては、ｉ）感磁面内の磁界（感磁面に平行な磁界）のみに応じて電気抵抗が変化する。ｉｉ）磁気媒体がＮ極とＳ極とが反転するように信号着磁され、このように形成された磁気媒体の信号着磁面に沿って磁気センサを移動させた場合、磁気センサからの出力が正弦波に従う、ことを前提とするものが使用されている。しかしながら、このような磁気エンコーダは、以下に示すように、磁気媒体に対してバイアス着磁が行われていない場合、磁気媒体を磁気センサに対して右方向に移動（または回転）させた場合と、左方向に移動（または回転）させた場合と、で磁気センサからの出力に位相のずれが生じる。

【0031】

図３（ａ）は、磁気媒体に対して信号着磁のみを行い、バイアス着磁を行わず、且つ、バイアス磁界を発生させるための磁石などを設けずに、磁気センサで測定した結果（比較例１）である。一方、図３（ｂ）は、磁気媒体に対してバイアス着磁及び信号着磁を行った磁気センサにより測定した結果（実施例１）である。図３（ａ）、図３（ｂ）において、横軸は、磁気媒体３の磁気センサ２に対する移動距離（ｍｍ）を、縦軸は、磁気センサ２の出力電圧（Ｖ）を示しており、磁気媒体３と磁気センサ２を相対的に左方向及び右方向に動かした場合に磁気センサから出力された波形をそれぞれ示している。

【0032】

磁気媒体にバイアス着磁を行わず信号着磁のみ行った磁気エンコーダにおいて、図３（ａ）の比較例１に示すように、磁気媒体３を右方向に移動（または回転）させた場合と、左方向に移動（または回転）させた場合とで、出力波形に位相のずれが生じる。この位相のずれは、磁気センサの出力波形の１周期が５００μｍの場合、１９．３μｍ程度（正弦波の電気角１３．９°程度）に相当し、精密な動作が必要とされる機器／装置にとっては許容できない程大きなものである。

【0033】

したがって、ＡＭＲセンサまたはＧＭＲセンサ等の磁気センサを用いた磁気エンコーダにおいて、磁気エンコーダの信号精度を向上させる上で、磁気センサのヒステリシス誤差を低減することが必須の課題である。

【0034】

磁気エンコーダのヒステリシス誤差の要因の一つは、磁気センサが検知できる磁界の成分がほとんどゼロとなる領域（すなわち、信号着磁が最小となる、着磁方向が切り替わる界面付近）を磁気センサが通過するときに、その直前の磁界によって磁化した磁気センサ（磁気抵抗効果素子）の磁気ヒステリシスに起因すると考えられる。このヒステリシス誤差は、磁気センサにより検出する移動量の分解能を高めるときに阻害要因となる。特に、高感度であるスピンバルブ型ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子は、ＡＭＲ素子よりも出力が大きいので、このヒステリシス誤差が大きくなり、分解能を高めるうえで好ましくない。このような誤差を低減するために、着磁の方向が変化する界面においてバイアス磁界を印加する方法が利用されている。

【0035】

上述したとおり、バイアス磁界の印加方法として、磁気媒体の側面に永久磁石を設置する方法、または、磁気媒体にバイアス着磁を行う方法が提案されているが、前者は、小型化が困難な永久磁石を磁気媒体の側面に設置することになるため、磁気エンコーダの構造が大きくなってしまい、また、コストアップの要因となることから実用的ではない。

【0036】

後者については、磁気媒体の磁性層を一様にバイアス着磁する方法が提案されているが、バイアス磁界は小さすぎるとバイアス磁界の効果が無く、一方、バイアス磁界が大きすぎると磁気センサの再生出力が小さくなったり、信号着磁そのものが困難となったりする場合もある。

【0037】

上記理由により、バイアス着磁に最適な磁界強度は、磁気センサの保磁力として０．５ｍＴ未満程度を有する場合、前記保磁力よりやや大きめの０．５〜５ｍＴ程度が適当である。

【0038】

さらに、バイアス着磁からのバイアス漏れ磁界（バイアス磁界）が必要になる領域は、図１で示すと、信号着磁が最小となり、着磁方向が切り替わる界面２１付近であり、界面２１間の略中間の位置２２では、信号着磁からの漏れ磁界が最大となり、磁気センサ２が飽和するため、ヒステリシス誤差は生じない。

【0039】

この最適なバイアス磁界強度を実現する方法として、以下の方法がある。まず、バイアス着磁について図４及び図５を用いて説明する。図５（ａ）は、バイアス着磁を行う場合の、磁気ヘッド４１と磁気媒体３との位置関係を示した図であり、図５（ｂ）は、バイアス着磁された磁気媒体３の側面図であり、図５（ｃ）は、その上面図である。まず最初に、図５（ａ）に示すように、磁気媒体３に、磁気媒体３の長手方向（Ｚ方向）に対して直交する一の方向（例えばＡの方向のいずれか一方）にバイアス着磁を行う。バイアス着磁およびその後の信号着磁に用いる磁気ヘッド４１を図４に示す。図４に示すように、磁気ヨーク４２の両端４４、４５が磁気ヨーク４２の上部４３において離間されており、前記両端４４、４５以外は連続した磁路を形成しているほうが、磁束の漏れが少なく効率が良いため好ましい。磁気ヨーク４２の形状は図４以外にも直方体や円柱形状など様々な形態を取りうるが、前記両端４４、４５を突き出すように配置することで、離間した箇所に磁束を集中させることができるため効率が良い。また、磁気ヨーク４２の長さ（ギャップ方向に対して垂直な方向の長さ）は、平行な磁界で着磁するために、着磁対象より長いことが好ましい。例えば、バイアス着磁用であれば磁気媒体の長さ（Ｚ方向寸法）より長く、信号着磁用であれば、磁気媒体の幅（Ｘ方向寸法）より長いことが好ましい。離間された磁気ヨーク４２の端部４４、４５間の距離がＧ_Ｂで表されている。ヨークの材質は磁性を有する材料によって構成され、特に保磁力が小さく透磁率が大きい軟磁性が好ましい。磁気ヘッド４１は、軟磁性材料で構成された磁気ヨーク４２と、着磁電流が流れることによって磁気ヨーク４２に磁界を発生させるコイル４６と、を有する。信号着磁を行なうための磁気ヘッド４１において、ギャップ長Ｇ_Ｂは信号着磁のピッチλｍより小さくなっている。このようにギャップＧ_Ｂが設けられた磁気ヘッド４１を、図５（ａ）に示すように磁気ヘッド４１のギャップ形成方向（Ｚ方向）と磁気媒体３の長手方向とが一致するように設け、バイアス着磁を行う。このとき、図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、前記着磁電流として一定電圧の直流電流を流しながら、着磁ヘッドをＸ方向又は−Ｘ方向のいずれか一方（すなわち、Ａの方向のいずれか一方）に移動させることで、上面からｄ１の深さまで着磁する。

【0040】

次に信号着磁について図６を用いて説明する。図６（ａ）は、信号着磁を行う場合の、磁気ヘッド４１と磁気媒体３との位置関係を示した図であり、図６（ｂ）は、信号着磁された磁気媒体３の側面図であり、図６（ｃ）は、その上面図である。バイアス着磁の後、図６（ａ）に示すように磁気ヘッド４１を磁気媒体３に沿ってＺ方向又は−Ｚ方向のいずれか一方（すなわち、Ｂの方向のいずれか一方）に移動させつつ、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示すように、バイアス着磁された磁気媒体３に対して信号着磁を行う。信号着磁は、信号着磁領域の深さが、信号着磁の着磁方向が変化する界面２１において、バイアス着磁領域の深さより浅く、且つ、界面２１間の略中間の位置２２において、信号着磁領域の最大着磁深さｄ２が、バイアス着磁領域の着磁深さｄ１より深くなるように行う。このような方法によれば、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように界面２１間の略中間の位置２２において、バイアス着磁の着磁深さｄ１が信号着磁の最大着磁深さｄ２より浅くなるため、信号着磁が最大となる領域ではバイアス着磁はほぼ上書き着磁され信号着磁のみが残る。一方、信号着磁の着磁方向が切り替わる界面２１付近では、信号着磁の着磁深さがバイアス着磁の着磁深さより浅くなるため、バイアス着磁が上書きされず、バイアス着磁がある程度残った状態となっている。

【0041】

信号着磁後も上書きされず残ったバイアス着磁によって、バイアス磁界が必要な領域（すなわち、信号着磁の着磁方向が切り替わる界面２１付近であって信号着磁が最小となる領域、例えば界面２１）にバイアス磁界を印加することができるため、ヒステリシス誤差を低減することが可能となる。さらに、バイアス着磁の着磁深さと信号着磁の着磁深さを調整することによって、さらに最適なバイアス磁界強度を調整することが可能である。
すなわち、本発明者らは、磁気媒体３における着磁方向が変化する界面２１付近において、バイアス着磁領域の深さより、信号着磁領域の深さが浅く、且つ、界面２１間の略中間の位置２２において、バイアス着磁領域の深さｄ１より、信号着磁の最大着磁深さｄ２が深くなるように磁気媒体３を着磁すれば、磁気センサ２の再生出力をそれ程低減することなく、ヒステリシス誤差を低減することが可能となることを見出した。

【0042】

以下、本発明に係る磁気媒体３および磁気センサ２からなる磁気エンコーダ１について詳細に説明する。
図７は、図１に示された磁気媒体３の概略を示した図である。図７（ａ）は、図１に示す磁気媒体３の幅方向中心を通るＢ−Ｂ断面における断面図であり、後述するバイアス着磁、およびその後の信号着磁が施された後の着磁の状態および磁界が示されている。図７（ｂ）は、その磁気媒体３の上面図であり、着磁の状態が示されている。また、図７（ｃ）は、図１に示すＡ_１−Ａ_１断面、すなわち、着磁方向が切り替わる界面２１に対して平行であり、且つ、当該界面２１を含まない断面における断面図である。図７（ｄ）は、図１に示すＡ_２−Ａ_２断面、すなわち、当該界面２１に対して平行であり、且つ、当該平面２１を含む断面における断面図である。

【0043】

図７（ａ）において、磁気媒体の内部に示された矢印は、着磁の方向を示しており、この着磁を示した矢印は、Ｓ極からＮ極へ向かっている。また、磁気媒体３の外部に示された矢印（すなわち、磁気媒体３の上面上方に示された矢印）は、磁界の方向を示しており、この磁界の方向を示した矢印は、Ｎ極からＳ極へ向かっている。なお、○の中に×を示した記号は、紙面上方から下方へ向かうことを示しており、○の中に・を示した記号は、紙面下方から上方へ向かうことを示している。

【0044】

図７（ａ）に示すように、磁気媒体３は、信号着磁領域５０を有し、信号着磁領域５０は、感磁面と平行な第１の方向（例えば、Ｚ方向）に着磁された第１の着磁領域５１と、第１の方向と対向する第２の方向（例えば、−Ｚ方向）に着磁された第２の着磁領域５２とからなる。信号着磁領域５０は、磁気媒体３の上面５６、すなわち、磁気センサ２（すなわち、磁気抵抗効果素子２ａ）に漏れ磁界を与える面（磁気センサに対向する面）５６に形成される。第１の着磁領域５１は、図７（ａ）に示すように、Ｚ方向に信号着磁されることにより形成されている。これにより、磁気媒体３の上面５６の上方には、−Ｚ方向の磁界が発生している。一方、第２の着磁領域５２は、図７（ａ）に示すように、−Ｚ方向に信号着磁されることにより形成されている。これにより、磁気媒体３の上面５６の上方には、Ｚ方向の磁界が発生している。このように磁気媒体３の上面５６において、方向が交互に入れ替わるような磁界が発生することにより、このように形成された磁気媒体３の信号着磁面に沿って磁気センサ２を移動させた場合、磁気センサからの出力は正弦波に従う。このため、この磁気媒体３を磁気エンコーダ１において使用した場合に、移動体の移動方向もしくは移動量、または回転体の回転角度等を容易に検出することができる。

【0045】

信号着磁領域５０の第１の着磁領域５１および第２の着磁領域５２の着磁方向およびこれに対応する磁界の方向は、上述の方向に限られることはなく、着磁の方向が上述の方向と反対方向であってもよい。すなわち、第１の着磁領域５１が、−Ｚ方向に信号着磁され、これに対応する磁界がＺ方向に形成されていてもよい。一方、第２の着磁領域５２が、Ｚ方向に信号着磁され、これに対応する磁界が−Ｚ方向に形成されていてもよい。また、後述するように、信号着磁の方向は、Ｚ方向（又は−Ｚ方向）に対して傾斜していてもよい（例えば、例えば、±５°以内）。例えば、信号着磁領域の極に近い側面６１や側面６２付近などにおいて、より強い着磁の極に傾斜したり、磁気ヘッドと磁気媒体の位置ずれなどの可能性がある。このように構成されていても、上記同様、移動体の移動方向もしくは移動量、または回転体の回転角度等を容易に検出することができる。

【0046】

また、磁気媒体３は、磁気センサ２と対向する磁気媒体３の面５６を上面として、着磁方向が切り替わる界面２１付近（第１の着磁領域５１と第２の着磁領域５２との間の領域）において、バイアス着磁領域５３が形成され、第１の着磁領域５１の中央下部５４および第２の着磁領域５２の中央下部５５にバイアス着磁領域５３が形成されていない。

【0047】

本発明において、信号着磁領域５０とは、バイアス着磁より信号着磁が優勢な領域であって、完全着磁の半分以上の強度で着磁されている領域を意味する。完全着磁とは、着磁するときの磁界強度をそれ以上強くしても、それ以上の強度で着磁されない状態を指す。バイアス着磁領域５３とは、信号着磁よりバイアス着磁が優勢な領域であって、同様に完全着磁の半分以上の強度で着磁されている領域を意味する。「バイアス着磁領域５３が、第１の着磁領域５１の中央下部（すなわち、５４で示す領域）に形成されていない」とは、当該領域において、信号着磁がバイアス着磁より強いためにバイアス着磁の影響を無視できることを意味する。

【0048】

バイアス着磁領域５３は、図１に示すように、磁気媒体３の一方の側面６１付近にＮ極が形成され、磁気媒体３のもう一方の側面６２付近にＳ極が形成されることにより、設けられている。すなわち、バイアス着磁領域５３は、図７（ａ）に○の中に×を示した記号が示されているように、紙面上方から紙面下方へ向かう方向（すなわち、−Ｘ方向）にバイアス着磁されることにより形成されている。これにより、図７（ａ）に○の中に・を示した記号が示されているように、磁気媒体３の上面上方には、紙面下方から紙面上方へ向かう方向（すなわち、Ｘ方向）に磁界が発生している。このように、界面２１において、−Ｘ方向へバイアス着磁領域５３が形成されていることにより、後述するようにヒステリシス誤差を低減することが可能となる。

【0049】

バイアス着磁領域５３の着磁方向およびこれに対応する磁界の方向は、上述の方向に限られることはなく、着磁の方向がＸ方向（すなわち、紙面下方から紙面上方へ向かう方向）であり、磁界の方向が−Ｘ方向（すなわち、紙面上方から紙面下方へ向かう方向）であってもよい。また、後述するように、バイアス着磁の方向は、Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に対して傾斜していてもよい（（例えば、±５°以内））。例えば、磁気ヘッドと磁気媒体との位置ずれなどにより傾斜する可能性がある。このように構成されていても、上記同様、ヒステリシス誤差を低減することができる。

【0050】

図７（ｃ）は、上述したように、図１に示すＡ_１−Ａ_１断面における断面図である。図７（ｃ）に示すように、Ａ_１−Ａ_１断面において、−Ｚ方向へ着磁された第２の信号着磁領域５２が存在する。信号着磁領域５０においても磁気媒体３に対してＸ方向にバイアス着磁が施されているため、バイアス着磁領域が存在していたと考えられるが、Ａ_１−Ａ_１断面に示されているように、バイアス着磁後に信号着磁されたことにより、Ｘ方向へのバイアス着磁が、−Ｚ方向への信号着磁により上書きされたと考えられる。一方、磁気媒体３の上面には、図７（ｃ）に示すように、紙面上方から紙面下方へ向かう磁界が発生している。

【0051】

また、図７（ｄ）に示すように、Ａ_２−Ａ_２断面は、着磁の方向が変化する界面２１を含んでおり、Ａ_２−Ａ_２断面においては、信号着磁領域は存在しない。しかしながら、Ａ_２−Ａ_２断面においては、バイアス着磁によりＸ方向へ着磁されており、このバイアス着磁は信号着磁により上書きされることはないため、図７（ｄ）に示すように、Ｘ方向にバイアス着磁されたバイアス着磁領域５３が形成されていると推察される。

【0052】

図７（ｄ）に示すように、Ａ_２−Ａ_２断面において、Ｘ方向にバイアス着磁による磁界が形成されることにより、バイアス着磁領域からの漏れ磁界が磁気センサ２に印加され、それにより、信号磁界の感磁面内成分が殆ど無くなってもバイアス磁界が、磁気センサの感磁面内において一の方向及び反対の方向に対して垂直な方向に印加され続けることになり、ヒステリシス誤差を低減していると考えられる。

【0053】

また、図７（ｃ）に示すように、Ａ_１−Ａ_１断面を貫通するように、信号着磁による−Ｚ方向へ着磁されていることにより、十分な信号出力が得られる。

【0054】

本発明の実施の形態１に係る磁気媒体３は、フェライトの粉末や希土類磁石の粉末などの強磁性材料を、エポキシ樹脂等の有機樹脂やゴムなどの成形可能な非磁性体に混ぜ合わせ、成型することで作製したり、あるいは強磁性粉末を成型し、焼結することにより作製することができる。磁気媒体３の深さは信号着磁ピッチの１倍以上が好ましく、上限は設計に応じて任意に決めてよい。また、幅は、信号着磁ピッチの１倍以上が好ましく、広すぎるとバイアス磁界が届かないため、深さの５倍以下程度が好ましい。長さは設計に応じて任意に決められるが、少なくとも信号着磁ピッチ４つ分以上の長さであることが好ましい。

【0055】

本発明に係る実施の形態１において、信号着磁領域５０およびバイアス着磁領域５３は、共に磁気媒体３の下面まで着磁されていないことが好ましい。すなわち、図７（ａ）に示すように、信号着磁領域５０を構成する第１の着磁領域５１および第２の着磁領域５２の最下部が、磁気媒体３の下面より上側に位置するとともに、バイアス着磁領域５３の最下部が、磁気媒体３の下面より上側に位置することが肝要である。

【0056】

さらに、図７（ａ）に示すように、バイアス着磁領域５３の最大着磁深さより、信号着磁領域５０の最大着磁深さの方が深いことが肝要である。ここで、「最大着磁深さ」とは、着磁領域の中で最も深い位置における深さを意味し、磁気媒体の上面から、着磁領域の中で最も深い位置までの鉛直方向の距離に相当する。

【0057】

より具体的には、信号着磁領域の深さが、信号着磁の着磁方向が変化する界面２１において、バイアス着磁領域の深さより浅く、且つ、界面２１間の略中間の位置２２において、信号着磁領域の最大着磁深さｄ２が、バイアス着磁領域の着磁深さｄ１より深くなるように設定する。

【0058】

このように構成することにより、信号着磁領域が残るため、磁気媒体３の、磁気センサ２に対する相対移動方向（相対回転方向）を判別するために必要な出力を検出することができ、相対移動方向（相対回転方向）を判別することができる。一方、信号着磁後も上書きされず残ったバイアス着磁によって、バイアス磁界が必要な領域（すなわち、信号着磁の着磁方向が切り替わる界面付近であって信号着磁が最小となる領域、例えば界面２１）にバイアス磁界を印加することができるため、ヒステリシス誤差を低減することが可能となる。

【0059】

本発明に係る実施の形態１において、磁気エンコーダ１は、感磁面内の磁界を検出する磁気センサ２と、上述した、磁気センサに対して相対移動する磁気媒体３と、を備える。

【0060】

本発明に係る実施の形態１において、磁気媒体３は、磁気センサ２と相対移動することにより、信号着磁領域５０から磁気センサ２に対し、周期的な信号漏れ磁界を印加するとともに、バイアス着磁領域５３から周期的なバイアス漏れ磁界を印加する。このように構成することにより、磁気センサ２は磁気媒体３から強い信号漏れ磁界を印加されることで、磁気センサ２の出力振幅は高いＳ／Ｎ比を確保できるとともに、磁気媒体３からバイアス磁界を印加されることで、磁気センサ２のヒステリシス誤差を低減することが可能となる。

【0061】

本発明の実施の形態１に係る磁気エンコーダ１に使用される磁気センサは、静的に磁界を検出可能で、磁気ヒステリシスを有し、磁気媒体との相対移動において磁気ヒステリシスが発生する可能性があれば、様々なセンサが考えられる。例えば、磁気抵抗効果素子としては、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）素子、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子（例えば、結合型巨大磁気抵抗効果素子、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果（ＳＶＧＭＲ）素子）、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子等を使用することができる。以下では、素子の中に、磁気ヒステリシスを有するNiとFeの合金やCoとFeの合金などを含むＳＶＧＭＲ素子を用いた場合について説明するが、当業者であれば、それ以外の磁気抵抗効果素子を用いて本発明を実施することができることは理解されよう。

【0062】

図８は、感磁面内の磁界を検出する磁気センサ２として、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果（ＳＶＧＭＲ）素子２ａの構成を示す。図８は、その膜構成図の一例を示している。このＳＶＧＭＲ素子２ａは、例えばスパッタ等により、ガラスウェハ１１上に下地層１２、反強磁性層１３、磁化固定層１４、非磁性導電層１５、磁化自由層１６、保護層１７をこの順番で形成することにより作製される。外部磁界により積層した面内で磁化自由層１６の磁化が回転し、磁化自由層１６の磁化方向と磁化固定層１４の磁化方向とがなす相対角度によって電気抵抗が変化する。

【0063】

次に磁気媒体の作製方法について説明する。本発明に係る磁気エンコーダ１を作製するに際して、図５（ａ）に示すように、磁気ヘッド４１を用いて磁気媒体３に対してまずバイアス着磁を行う。バイアス着磁は、磁気媒体３の上面から、磁気媒体３の長手方向（Ｚ方向）と垂直な一の方向（例えば−Ｘ方向）にバイアス磁界を印加する。バイアス着磁の着磁が強すぎると以下に説明するように信号着磁によりバイアス着磁を上書きできないため、バイアス着磁は信号着磁の１／２倍以下、さらに好ましくは１／５以上１／２以下の強度でバイアス着磁を行うことが好ましい。バイアス着磁の方向は、−Ｘ方向に限らず、−Ｘ方向に対して傾斜していてもよい。バイアス着磁の方向と−Ｘ方向との角度は、±５°以内であることが好ましい。

【0064】

つづいて、図６（ａ）に示すように、バイアス着磁された磁気媒体３に対して信号着磁を行う。信号着磁は、バイアス着磁された磁気媒体３の上面５６から、磁気媒体３の長手方向（Ｚ方向）に、所定のピッチ（より具体的に、例えばフェライトを用いた場合は、１００μｍ〜５０００μｍ、好ましくは２００μｍ〜１０００μｍ、より好ましくは４００μｍ〜８００μｍ）で、信号磁界を印加することにより行う。印加する着磁磁界の磁界方向を所定のピッチで反転させながら着磁することを交番着磁と称し、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように信号着磁として交番着磁を行なうことで、着磁の向きが反転した着磁パターンを形成することができる。このように着磁の向きが反転した一つ一つの要素を磁気媒体要素２０ａ、２０ｂと称する。磁気媒体要素２０ａには、第１の着磁領域５１が形成され、磁気媒体要素２０ｂには、第２の着磁領域５２が形成される。当該ピッチよりわずかに小さいギャップ長を有する磁気ヘッドを用いて、磁気ヘッドを移動させながら信号着磁（交番着磁）を行う。磁気ヘッドのギャップは信号着磁のピッチの１０％以上７０％以下であり、好ましくは４０％以上５０％未満のギャップであるのが好ましい。磁気ヘッドは、移動量に応じて磁気ヘッドに流れる電流の向きを変えることにより、着磁磁界の磁界方向を反転させることができ、前記磁気ヘッドの移動速度や電流の向きを変えるタイミングを調整することで、前記ギャップ長以上のピッチで着磁できる。これにより、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｎのように着磁の向きが反転し、Ｎ−ＳまたはＳ−Ｎの距離を前記所定のピッチとする着磁パターンを形成することができる。

【0065】

信号着磁は、図７（ａ）に示すように、磁気媒体３内の、信号着磁の着磁方向が変化する界面２１において、バイアス着磁領域５３の深さより、信号着磁領域５１、５２の深さが浅く、且つ、第１、第２の信号着磁領域の中央下部５４、５５、すなわち界面２１間の略中間の位置２２において、バイアス着磁領域５３の深さｄ１より、第１、第２の信号着磁領域５１、５２の最大着磁深さｄ２が深くなるように行う。界面２１付近において、バイアス着磁領域５３が残るため、磁気センサ２は常に同じ方向（−Ｘ方向）のバイアス磁界を検出し続けることとなる。そのため、直前の信号着磁の漏れ磁界によって、磁気センサに異なる方向のヒステリシスを残したとしても、磁気センサ２は常に同じ方向（−Ｘ方向）のバイアス磁界を検出し、位相のずれを抑制することができる。

【0066】

磁気媒体３に対して信号着磁を施した場合、図７（ａ）に示すように、信号着磁された磁気媒体３の着磁深さは界面２１で最小となり、界面２１間の略中間の位置２２で最大となる。界面２１間の略中間の位置２２において、バイアス着磁の着磁深さが、信号着磁の最大着磁深さより浅くなるため、中間の位置２２付近の、信号着磁の着磁深さがバイアス着磁の着磁深さより深い部分において信号着磁はバイアス着磁を上書きして信号着磁領域が残る。すなわち、中間の位置２２付近においては、磁気媒体３の、磁気センサ２に対する相対移動方向（相対回転方向）を判別するために必要な出力を検出することができ、相対移動方向（相対回転方向）を判別することができる。

【0067】

また、本発明に係る磁気エンコーダ１において、界面２１間の略中間の位置２２における、バイアス着磁の着磁深さｄ１より、信号着磁の最大着磁深さｄ２が２倍以上あることが好ましく、より好ましくは２倍〜５倍である。界面２１間の略中間の位置２２におけるバイアス着磁の着磁深さｄ１より、信号着磁の最大着磁深さｄ２が２倍未満である場合においては、磁気センサ２で検出される出力が小さくなり、これは上述のように、バイアス磁界を十分に上書きすることができず、信号磁界を検出することが困難となったためと推察される。界面２１間の略中間の位置２２におけるバイアス着磁の着磁深さｄ１より、信号着磁の最大着磁深さｄ２が５倍より大きい場合においては、磁気センサの出力にヒステリシス誤差が発生する。これはバイアス着磁を完全に上書きしてしまい、バイアス着磁が残らなくなったためと考えられる。したがって、界面２１間の略中間の位置２２におけるバイアス着磁の着磁深さｄ１が、このような範囲にあれば、相対移動方向（相対回転方向）の判別をより良好に行うことができるとともに、バイアス着磁と信号着磁を同時に磁気媒体３に配置することができる。

【0068】

具体的には、界面２１間の略中間の位置２２における、信号着磁の最大着磁深さｄ２が、バイアス着磁の着磁深さｄ１より２倍以上とするためには、信号着磁する磁界強度をバイアス着磁する磁界強度より２倍以上とする。すなわち、バイアス着磁を行った後、バイアス着磁の磁界強度の２倍以上の磁界強度で信号着磁を行う。また、界面２１間の略中間の位置２２における、信号着磁の最大着磁深さｄ２を、バイアス着磁の着磁深さｄ１の５倍以下とするためには、信号着磁する磁界強度をバイアス着磁する磁界強度の５倍以下とする。すなわち、バイアス着磁を行った後、バイアス着磁の磁界強度の５倍以下の磁界強度で信号着磁を行う。これにより、界面２１間の略中間の位置２２における、信号着磁の最大着磁深さｄ２を、バイアス着磁の着磁深さｄ１の２倍とすることができる。

【0069】

本発明に係る構成を有するか否かは、相対移動方向の違いによる位相のずれが発生しているか否かにより確認することができる。図３（ｂ）は、本発明に係る製造方法により作製した磁気エンコーダ１、すなわち、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、磁気媒体３の上面からｄ１の深さまで一方向（Ｘ方向）にバイアス着磁を行い、その後、磁気ヘッド４１を磁気媒体３に沿ってＺ方向に移動させつつ、図６の（ｂ）、（ｃ）に示すように、バイアス着磁された磁気媒体３に対して、信号着磁領域の深さが、信号着磁の着磁方向が変化する界面２１において、バイアス着磁領域の深さｄ１より浅く、且つ、界面２１間の略中間の位置２２において、信号着磁領域の最大着磁深さｄ２が、バイアス着磁領域の着磁深さｄ１より深くなるように信号着磁を行った磁気エンコーダ１により得られる波形である。

【0070】

また、図３（ａ）は、バイアス着磁を行わず、信号着磁のみ行った磁気エンコーダ１により得られる波形である。

【0071】

図３（ｂ）に示すように、磁性媒体３を磁気センサ２に対して右方向に移動させた場合と左方向に移動させた場合とで位相のずれが生じていないことにより、信号着磁領域の深さが、信号着磁の着磁方向が変化する界面２１において、バイアス着磁領域の深さより浅くなっており、信号着磁領域の第１の着磁領域と第２の着磁領域との界面２１の下部にバイアス着磁領域が形成されていることが分かる。界面２１においてバイアス着磁領域が形成されていない場合、図３（ａ）に示すように、磁気センサの磁気ヒステリシスに起因して、磁気センサ２と磁気媒体３の相対移動方向を反転させた際に位相のずれが生じる。一方、界面２１において、バイアス着磁領域の深さより浅くなっており、信号着磁領域の第１の着磁領域と第２の着磁領域との界面２１の下部にバイアス着磁領域が形成されている場合、信号着磁後も上書きされず残ったバイアス着磁によって、界面２１にバイアス磁界を印加することができるため、ヒステリシス誤差を低減することができ、上記位相のずれを抑制することができる。位相のずれが生じていない場合、信号着磁の着磁方向が変化する界面２１において、信号着磁領域の深さが、バイアス着磁領域の深さより浅くなっており、信号着磁領域の第１の着磁領域と第２の着磁領域との界面２１付近の、磁気媒体３の表面から所定の距離ｄ１までの領域にバイアス着磁領域が形成されていることが確認できる。
このように、位相のずれが発生しているか否かを確認することにより、本発明に係る磁気媒体、磁気エンコーダが上述の構成を有するか否かを確認することができる。

【実施例】

【0072】

本発明の実施形態１に係る磁気エンコーダ１を、磁気媒体３に上述のバイアス着磁及び信号着磁を施し、磁気センサ３に磁気センサ２を対向して配置することにより、作製した。磁気センサ２として、図８に示すようなＳＶＧＭＲセンサを用い、磁気媒体３として、飽和磁束密度Ｂｒが２９０ｍＴ（ミリテスラ）のフェライトボンド磁石を用いた。
（実施例１）
本発明の実施形態１に係るバイアス着磁と信号着磁を行なった磁気エンコーダ１について、左方向、及び右方向に３ｍｍ移動させたときの出力を測定した。その結果を図３（ｂ）に示す。

【0073】

（実施例２）
本発明の実施形態１に係るバイアス着磁と信号着磁を行なった磁気エンコーダについて、磁気センサと磁気媒体の距離であるエアギャップＧ_Ａを５０〜４００μｍで変えたときの出力振幅を図９に、累積誤差を図１０に示す。

【0074】

（比較例１）
前記実施例１について、バイアス着磁を行なわなかった磁気エンコーダ１について、左方向、及び右方向に３ｍｍ移動させたときの出力を測定した。その結果を図３（ａ）に示す。

【0075】

（比較例２）
前記実施例２について、バイアス着磁を従来技術に係る磁気媒体全体に施した場合の磁気エンコーダについて、磁気センサと磁気媒体の距離であるエアギャップＧ_Ａを５０〜４００μｍで変えたときの出力振幅を図９に、累積誤差を図１０に示す。なお、図９、１０の中や以降の説明において本発明に係る着磁を表面バイアス着磁、従来技術に係る着磁を全面バイアス着磁とも示す。

【0076】

バイアス着磁がされていない磁気エンコーダの場合、図３（ａ）に示すように、磁性媒体を磁気センサに対して右方向に移動させた場合と左方向に移動させた場合とで位相のずれが生じた。このようなヒステリシス誤差は、上述したように、磁気センサが検知できる感磁面内の磁界の成分がほとんどゼロとなる領域（すなわち、信号着磁が最小となる、着磁方向が切り替わる界面付近）を磁気センサが通過するときに、その直前の磁界によって磁化した磁気センサの磁気ヒステリシスに起因すると考えられる。このヒステリシス誤差を抑制するため、信号着磁領域の第１の着磁領域と第２の着磁領域との界面２１において、信号着磁領域の深さが、バイアス着磁領域の深さより浅くなるように、バイアス着磁領域を形成することにより、ヒステリシス誤差を低減することができ、これにより、図３（ｂ）に示すように、上述した位相のずれを抑制することができた。

【0077】

図９は、実施例２と比較例２のエアギャップ−出力特性を比較して示したグラフである。エアギャップとは磁気センサと磁気媒体の距離のことであり、磁気エンコーダ取り付け精度による出力への影響が示されている。磁気媒体の表面だけバイアス着磁を行う表面バイアス着磁を行った場合、図９に示すように、磁気媒体の表面から裏面までバイアス着磁を行う全面バイアス着磁を行った場合より、出力振幅が大きい。

【0078】

例えばエアギャップが５０μｍの場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅は約１７．０ｍＶ／Ｖであり、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅は約３．８ｍＶ／Ｖであった。この場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅は、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅の４倍以上であった。

【0079】

また、エアギャップが１５０μｍの場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅は約１６．２ｍＶ／Ｖであり、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅は約２．２ｍＶ／Ｖであった。この場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅は、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅の７倍以上であった。

【0080】

また、エアギャップが３００μｍの場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅は約１３．８ｍＶ／Ｖであり、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅は約０．５ｍＶ／Ｖであった。この場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅は、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅の２７倍以上であった。

【0081】

また、エアギャップが４００μｍの場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅は約１１．１ｍＶ／Ｖであり、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅は約０．１ｍＶ／Ｖであった。この場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅は、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅の１００倍以上であった。

【0082】

以上のように、同じ大きさのエアギャップで比較した場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅は、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの出力振幅より大きいことが分かった。

【0083】

このように表面バイアス着磁を行った場合、界面２１間の略中間の位置２２において、信号着磁領域の最大着磁深さｄ２が、バイアス着磁領域の着磁深さｄ１より深くなるように設定することが可能となる。界面２１間の略中間の位置２２において、第１の着磁領域又は第２の着磁領域からなる信号着磁領域が形成され、第１の着磁領域又は第２の着磁領域の中央下部にバイアス着磁領域が形成されない構成とすることができる。

【0084】

一方、全面バイアス着磁を行った場合、磁気媒体の表面から裏面までバイアス着磁され、信号着磁領域を形成することができる最大深さまでバイアス着磁領域が形成されているため、界面２１間の略中間の位置２２において、信号着磁領域の最大着磁深さｄ２が、バイアス着磁領域の着磁深さｄ１より深くなるように設定することができない。そのため、界面２１間の略中間の位置２２において、第１の着磁領域又は第２の着磁領域からなる信号着磁領域が形成され、第１の着磁領域又は第２の着磁領域の中央下部にバイアス着磁領域が形成されない構成とすることができない。

【0085】

このように、表面バイアス着磁を行った場合、界面２１間の略中間の位置２２において、第１の着磁領域又は第２の着磁領域からなる信号着磁領域が形成され、第１の着磁領域又は第２の着磁領域の中央下部にバイアス着磁領域が形成されない構成とすることができるため、信号着磁による信号漏れ磁界強度が強く、磁気エンコーダの出力振幅を大きくすることができる。

【0086】

図１０は、実施例２と比較例２のエアギャップ−累積誤差特性を示したグラフである。これは、図９と同じ構成の全面バイアス着磁を行なった磁気エンコーダと、表面バイアス着磁を行なった磁気エンコーダとを、エアギャップを変えつつ移動量を測定した際の、累積される誤差について測定したものである。表面バイアス着磁を行った場合、図１０に示すように、全面バイアス着磁を行った場合より、累積誤差が極めて小さいことが分かった。

【0087】

例えばエアギャップが５０μｍの場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差は約５．３μｍであり、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差は約１７．３μｍであった。この場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差は、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差の３．２分の１以下であった。

【0088】

また、エアギャップが１５０μｍの場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差は約６．１μｍであり、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差は約５２４．４μｍであった。この場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差は、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差の８６分の１以下であった。

【0089】

また、エアギャップが３００μｍの場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差は約６．５μｍであり、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差は約１１５４．１μｍであった。この場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差は、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差の１７７．６分の１以下であった。

【0090】

また、エアギャップが４００μｍの場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差は約６．２μｍであり、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差は約４８０９０．１μｍであった。この場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差は、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差の７７５６．５分の１以下であった。

【0091】

以上のように、同じ大きさのエアギャップで比較した場合、表面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差は、全面バイアス着磁を行った磁気エンコーダの累積誤差より極めて小さいことが分かった。また、全面バイアス着磁の場合、エアギャップが大きくなるにしたがって累積誤差は極めて大きくなるのに対して、表面バイアス着磁の場合、エアギャップが大きくなっても累積誤差はほとんど同じであることが分かった。

【0092】

累積誤差を大きくする要因は主に、信号波形の歪、信号振幅の変動、信号に含まれるノイズ成分に対する出力振幅の比率があるが、このように表面バイアス着磁を行った場合、界面２１間の略中間の位置２２において、第１の着磁領域又は第２の着磁領域からなる信号着磁領域が形成され、第１の着磁領域又は第２の着磁領域の中央下部にバイアス着磁領域が形成されない構成とすることができるため、信号着磁による信号漏れ磁界強度が強く、磁気エンコーダの出力振幅を大きくすることができる。これにより、磁気エンコーダが持つ磁気的、電気的ノイズに対する出力振幅の比率が大きくなり、結果的に累積誤差を小さくすることが可能となる。一方全面バイアス着磁を行った場合、磁気媒体の表面から裏面までバイアス着磁され、信号着磁領域を形成することができる最大深さまでバイアス着磁領域が形成されているため、界面２１間の略中間の位置２２において、信号着磁領域の最大着磁深さｄ２が、バイアス着磁領域の着磁深さｄ１より深くなるように設定することができないため、信号着磁により信号漏れ磁界強度が弱く、磁気エンコーダの出力振幅を大きくすることができない。そのため、磁気エンコーダが持つ磁気的、電気的ノイズに対する出力振幅の比率が小さくなり、結果的に累積誤差が大きくなってしまう。したがって、上述のように、表面バイアス着磁を行った場合、全面バイアス着磁を行った場合より磁気エンコーダの累積誤差を極めて小さくすることができる。

【符号の説明】

【0093】

１ リニア式磁気エンコーダ（磁気エンコーダ、エンコーダ）
２ 磁気センサ
３ 磁気媒体
２１ 信号着磁の着磁方向が変化する界面
２２ 界面間の略中間の位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】