JP2015004630A - 磁気式移動検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな構造で高分解能の磁気式移動検出装置を提供する。
【解決手段】板面に周方向へ所定間隔で所定幅の薄膜磁石のパターン部２１を複数形成した回転板１と、回転板１に対向して配置されてパターン部２１の通過に伴う磁束変化を検出する磁気センサ５とを具備している。薄膜磁石２１に替えて磁性薄膜とすることもできる。
【選択図】図３

Description

本発明は磁気式移動検出装置に関し、特に、高分解能の磁気式エンコーダを得るのに適した移動検出装置に関する。

ロータリエンコーダ等の移動検出装置において、磁気式のものは光式のものに比して、油、粉塵、煙等のある悪環境に強いという長所があるが、検出分解能が劣るという問題があった。その原因は、磁気式の移動検出装置は一般的に光式のものより大型になるということにあった。例えば、特許文献１に示される従来の磁気式ロータリエンコーダでは、回転体の回転軸に磁性体歯車を取り付け、当該歯車の通過を検出する磁気センサを、上記磁性体歯車に対向させて設けた構造となっている。

特開２０１２−８８２７６

そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑み、コンパクトな構造で高分解能の磁気式移動検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明では、相対移動方向へ所定幅の薄膜磁石（２１）を所定間隔で複数形成した基板（１）と、前記基板（１）に対向して配置されて前記薄膜磁石（２１）の通過に伴う磁束変化を検出する磁気センサ（５）とを具備している。

本第１発明においては、基板に薄膜磁石を所定間隔で形成してこれの移動を磁気センサで検出しているから、従来のような磁性体歯車の通過を検出する構造に比してコンパクトな構造によって高分解能で移動を検出することができる。この場合の磁気センサとしてはＧＩＧ構造のものが好適に使用できる。

本第２発明では、相対移動方向へ所定幅の磁性薄膜（７１）を所定間隔で複数形成した基板（１）と、前記基板（１）に対向して配置された磁気センサ（５）と、前記磁気センサ（５）を通過して磁性薄膜（７１）へ向かう磁束（Ｆ）を形成する磁石体（６）とを具備し、前記磁性薄膜（７１）の通過に伴う磁束変化を前記磁気センサ（５）によって検出する。

本第２発明においては、基板に磁性薄膜を所定間隔で形成してこれの移動を磁気センサで検出しているから、従来のような磁性体歯車の通過を検出する構造に比してコンパクトな構造によって高分解能で移動を検出することができる。この場合の磁気センサとしてはＧＩＧ構造のものが好適に使用できる。

本第３発明では、前記基板は回転板（１）であり、前記回転板（１）の板面に周方向へ所定間隔で前記薄膜磁石（２１）ないし磁性薄膜（７１）を形成する。

本第３発明においては、コンパクトで高分解能のロータリエンコーダを実現することができる。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように、本発明の磁気式移動検出装置によれば、コンパクトな構造で高分解能に移動を検出することができる。

本発明の第１実施形態における回転板の正面図である。 図１のＸ部の拡大概念図である。 検出部の概念的な拡大断面図である。 出力波形を示す図である。 本発明の第２実施形態における、検出部の概念的な拡大断面図である。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

（第１実施形態）
本実施形態では、本発明の磁気式移動検出装置をロータリエンコーダに適用した例を示す。図１には基板としてのロータリエンコーダの回転板１を示す。回転板１はガラスや樹脂等の非磁性材よりなる円板で、ロータリエンコーダの出力軸に連結されてその中心Ｏ周りに回転可能である。回転板１の表面外周部には、最外周の全周にＡ相パターン２として、一定幅かつ一定長さの直線状のパターン部２１が多数形成されている。パターン部２１の形成間隔は本実施形態ではその幅と等しくしてある。

Ａ相パターン２の内方にはＢ相パターン３が形成されている。Ｂ相パターン３の各パターン部３１はＡ相パターン２の各パターン部２１と同形状としてあるが、図１中のＸ部の拡大概念図である図２に示すように、Ｂ相の各パターン部３１はＡ相の各パターン部２１に対して時計回転方向へ１／４パターンピッチ（Ｐ）分だけずらして形成してある。Ｂ相パターン３の内方にはＺ相パターン４として、周方向の一か所に、上記各パターン部２１，３１と同一形状のパターン部４１が形成されている。

上記各パターン部２１，３１，４１は例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類薄膜磁石で構成されており、公知のフォトリソグラフィー、エッチング、印刷等によって円板表面上に形成される。この際の上記各パターン部２１，３１，４１の形状の一例は、幅（Ｗ）２０μｍ、長さ（Ｌ）１００μｍ、厚み１μｍである。

回転板１の板面に形成された上記構造のパターン部２１，３１，４１に対して図３に示すように磁気センサ５を対向させて設ける。なお、図３にはパターン部２１のみを示す。また図３中のＦは、各パターン部２１，３１，４１からの磁束を示す。磁気センサ５としては、絶縁層マトリクス中にナノメートルサイズの磁性金属粒子を分散させてトンネル型磁気抵抗効果（ＴＭＲ）を利用するナノグラニュラ型ＴＭＲ薄膜と、これの両側に軟磁性薄膜を配置した構造（ＧＩＧ：nano-Granular In Gap）（例えば特許第３６４０２３０号）のものが好適に使用できる。本実施形態では磁気センサ５として、ハンダリフローによる表面実装が可能なパッケージ中に、４つのＧＩＧ磁気センサを、フルブリッジ回路を構成するように接続して設けたものを使用する。

このような構造のロータリエンコーダにおいて、回転板１が回転すると、Ａ相、Ｂ相の各パターン２，３のパターン部２１，３１の通過に伴って、磁気センサ５から出力信号が得られる。当該出力信号を増幅し整形した信号は図３に示すようなものとなる。すなわち、Ａ相、Ｂ相の出力信号はパターンピッチＰ毎（本実施形態では４０μｍ）に「１」「０」を繰り返し、これら信号は互いに１／４Ｐだけずれているから、結局Ａ相、Ｂ相の出力信号の「１」「０」の組み合わせは１パターンピッチＰ当たり４組できる。これにより、位置分解能は４０μｍ÷４＝１０μｍと十分小さくなる。

（第２実施形態）
回転板１上の各パターン部を、第１実施形態の薄膜磁石に代えて、軟磁性膜や、軟磁性粒を顔料として混入した磁気インク等の、磁性薄膜によって形成することもできる。軟磁性膜としてはパーマロイ（ＦｅＮｉ）等が使用できる。

この場合には、図５に示すように、磁気センサ５を通過して磁性薄膜のパターン部７１に向かう磁束Ｆを形成するための磁石体６を設ける。磁石体６としてはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類ボンド磁石等が使用できる。Ａ相、Ｂ相、Ｚ相の各パターンの形成、各パターン部の形状等は第１実施形態と同様である。

このような構造のロータリエンコーダにおいて、回転板１が回転すると、Ａ相、Ｂ相のパターン部７１（図５にはＡ相のみを示す）の通過に伴って磁束Ｆが、図５（１）に示す直線状態と図５（２）に示す湾曲状態を繰り返し、磁気センサ５から出力される信号を増幅し整形した出力信号は第１実施形態の図４に示すものと同様となる。これにより、第１実施形態の場合と同様に１０μｍと十分小さな位置分解能が得られる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、インクリメント式のロータリエンコーダについて説明したが、バイナリコードやグレイコードをパターンとして形成したアブソリュート式のものにも適用できることはもちろんである。また、本発明はリニアエンコーダにも適用可能である。さらには、本発明は移動位置の検出に限られず、移動方向の検出に使用するものであっても良い。さらに磁気センサはＧＩＧ構造のものに限られないことはもちろんである。

１…回転板（基板）、２１…パターン部（薄膜磁石）、５…磁気センサ、６…磁石体、７１…パターン部（磁性薄膜）、Ｆ…磁束。

Claims (3)

1. 相対移動方向へ所定幅の薄膜磁石を所定間隔で複数形成した基板と、前記基板に対向して配置されて前記薄膜磁石の通過に伴う磁束変化を検出する磁気センサとを具備する移動検出装置。
2. 相対移動方向へ所定幅の磁性薄膜を所定間隔で複数形成した基板と、前記基板に対向して配置された磁気センサと、前記磁気センサを通過して磁性薄膜へ向かう磁束を形成する磁石体とを具備し、前記磁性薄膜の通過に伴う磁束変化を前記磁気センサによって検出するようにした移動検出装置。
3. 前記基板は回転板であり、前記回転板の板面に周方向へ所定間隔で前記薄膜磁石ないし磁性薄膜を形成した請求項１又は２に記載の移動検出装置。

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