JPH01239418A - 磁気式アブソリュートエンコーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、位置検出装置に係り、特に磁気センサを用い
た絶対位置検出に好適なアブソリュートエンコーダ装置
に関するものである。

従来の技術 最近のロボノｌ−、ＮＧマシンなどの自動組立装置の普
及は目ざましく、これに伴い回転制御。

定位置停止用の位置検出などに用いられるロータリーエ
ンコーダ装置の需要が急増している。

現在ロータリーエンコーダ装置は光学式がほとんどを占
めているが、ゴミや結露に対する信頼性向上、応答速度
の向上、分解能の向上、低価格化のために磁気式ロータ
リーエンコーダ装置が増加しつつある。

特に被検出体が停止している際、被検出体の絶対的な位
置を複数ビットのアトＶスとして直接検出できる、いわ
ゆるアブソリュートタイプのエンコーダ装置として、第
６図に示すようなロータリーエンコーダ装置が提案され
ている。

第６図において回転制御をうけるモータ１の軸には磁性
体で形成された磁気ドラム２が直結されている。磁気ド
ラム２に設けられた複数の磁気トラック３はｉ化領域と
未着磁領域により所定のグレーコードのパターンを成し
ており、このパターンを磁気ドラム２に沿って配置され
た磁気センサ４によυ検出し、これにより得た電気信号
によってモータ１の回転情報を検出する。

第７図（Ａ）は第６図の磁気ドラム２に記録する４ピン
トのグレーコードの一例を示しており、このグレーコー
ドを磁気ドラム２に記録すると、磁気ドラム２０表面の
展開図は第７図（Ｂ）のようになる。第７図＠）におけ
る斜線部分は成る周波数で繰返し反転磁化されたパター
ンが記録されている領域で、白地部分は未着磁状態の領
域である。

一方、磁気センサ４の基板に設けられる磁気抵抗効果素
子６（以下ＭＲ素子という）は、磁気抵抗パターンを第
８図に示すように折り返しピッチａで、ＭＲ素子６の幅
Ａまで折り返して構成する。第８図のようなＭＲ素子５
？第６図の磁気トラック３にそれぞれ約０．１　ｍｍの
空隙を介して配置する。

第８図のＭＲ素子５はＦｅ−Ｎｉ　、　Ｎｉ　−Ｇｏな
どの強磁性材料によりなる磁気抵抗効果を有する合金で
、０，０５μｍ〜０．１μｍの厚みに真空蒸着などによ
る薄膜形成方法によシガラス等の基板上に堆積させ、し
かるのちにエツチングを行なったものである。このパタ
ーンの長手方向の長さβは一般に０．６　ｍｍ〜３　ｍ
ｙｎ程度とし、幅すを２μｍ　〜３０μｍとすることに
より、長手方向に磁区が向くことにな９、電流方向と直
交し、膜と平行する磁界に対して一２チ〜−４％の抵抗
変化があり、電流方向と平行する磁界に対しては抵抗変
化のない一軸異方性を有するようになる。

以上のように構成された磁気センサにより磁気ドラム２
の各トラックの磁界を検出すると、第９図に示すような
検出波形が得られる。第９図において符号９１〜９４は
第８図のＭＲ素子５の各条のそれぞれが出力する波形で
これらの合成出力は磁化領域において符号９６のように
なる。

この出力信号をコンパレータなどを用いた波形処理回路
を通して整形すれば、トラック３の磁化領域のどの部分
においてもＯＮの出力、未着磁領域においてはＯＦＦの
出力を得ることができ、それぞれのトラックの検出信号
のＯＮ、ＯＦＦの組合せによシ、グレーコードに対応し
た絶対番地の検出が可能になる、なお磁化領域における
磁化ピッチ、またＭＲ素子の膜厚、膜幅、パターンの本
数はモータ１の回転数、必要とされる分解能、磁化ドラ
ムとＭＲセンサの距離などによシ最適な値を定めること
ができる。

発明が解決しようとする課題 ところが、上述の従来例においては、第１０図（Ａ）に
示すように磁化領域６と未着磁領域アが設けられている
。従ってこれらの領域の境界８において、磁化領域端部
の磁束の分布が符号１０で示すように連続して磁化され
た部分の磁束の分布９よりも大きく広がっている。従っ
て第１Ｑ図（Ａ）のトラック図の左から右に走査した場
合、検出波形は第１０図（Ｂ）のようになる。この波形
をコンパレータなどを用いて所定のしきい値とそのＭｖ
とを比較することにより波形整形を行なうと、第１０図
（Ｃ）に示すような検出出力が得られる。すなわち第１
０図に示すように実際に磁気センサの前を境界８が通過
する時点に対して検出信号にΔＴの検出誤差が生じてい
る。この誤差は磁気ドラム２０回転方向が逆でも同様に
生じる。従って従来構成では良好な検出精度を得るのが
困難である。

また第８図に示すようにＭＲ素子６は折り返しを多くし
ているので、ある瞬間を見ると全ての条に磁界が加えら
れることがなく、ＭＲ素子６の最高の能力の殆〜狛ぐら
いしか利用できず、出力が小さい欠点があった。

また未着磁領域は出力にはなんら寄与していなかった。

本発明はこのような問題を解決し、検出精度を同上させ
ることを目的とする。

課題を解決するだめの手段 以上の問題点を解決する本発明の技術的な手段は、磁気
トラックの従来の磁化領域を第１磁化領域とすると、従
来の未着磁領域には第１磁化領域と直交する第２磁化領
域を設けると共に、この二つの磁化領域にそれぞれ感じ
るＭＲ素子２個ｅ　−体として配置し、第１のＭＲ素子
は第１磁化領域にのみ感じ、第２のＭＲ素子は第２の磁
化領域にのみ感じるように配置するものである。

この第１．第２のＭＲ素子は直列に接続し、両端より電
流を供給し、直列の接続点より出力を得るように構成す
る。

作用 本発明は上記した構成により、第１の磁化領域では第１
のＭＲ素子の抵抗変化があり、第２のＭＲ素子の抵抗変
化はおこらない。次に第２の磁化領域では逆に第２のＭ
Ｒ素子の抵抗変化があり、第１０ＭＲ素子の抵抗変化は
おこらない。したがって第１と第２のＭＲ素子の関係は
゛シーソー”のような関係であり、出力電圧が大きくな
ると共に、境界部の磁束の広がりも小さくなり、立ち上
り（下がり）の鋭い検出信号を得ることができ、検出精
度を著しく向上させることができる。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面を用いて説明する。

本発明の一実施例によるエンコーダ装置は、第２図のよ
うな構成であり、第２図において、１は回転制御をうけ
るモータで、このモータ軸には円周面が磁性体で形成さ
れた磁気ドラム２が直結されている。磁気ドラム２に設
けられた複数の磁気トランク１３は第１磁化領域１３１
Ｌと、第２の磁化領域１３ｂにより所定のグレーコード
のパターンを成しており、このパターンを磁気ドラム２
に沿って配置された磁気センサ１４のＭＲ素子１１によ
り検出し、これにより得た電気信号によってモータ１の
回転状態を検出する。

第１磁化領域１３１Ｌと第２磁化領域１３ｂは第１図Ａ
に示すように、互に直交するようにそれぞれの磁化領域
内では１定のピッチで磁化する。この磁気トラックの作
り方は、まず第２磁化領域１３ｂを磁化する方法で全周
に渡って磁化する。

その上から第１磁化領域１３ａを重ねて磁化し、第１図
、第２図に示すように所定のグレーコードに対応した磁
化領域を形成する。

第１．第２磁化領域１３＆、１３ｂに対向するＭＲ素子
１１は第３図に示すように、第１０ＭＲ素子１１＆は第
１の磁化領域１３１Ｌの磁界と電流が直交するようにパ
ターンを形成する。

第２のＭＲ素子１１ｂは第２の磁化領域１３ｂの磁界と
電流が直交するようにパターンを形成する。ＭＲ素子１
１ａ、１３ｂは直列に接続し、その接続点を出力端子Ｆ
とし、ＭＲ素子１１ａ。

１１ｂの他端側から電流供給端子ＥとＧを形成し引出し
ている。

このようにして構成したＭＲ素子１１は第４図に示すよ
うに、他の基準抵抗Ｒとブリッジを構成し、端子Ｅ、Ｇ
間に電源Ｈを接続し、ＭＲ素子１１の出力端子Ｆからの
出力を増幅器ムＭＰで増幅し、次に可変抵抗ＶＲで調整
されたしきい値と比較し、コンパレータＣで波形整形し
てデジタル化したエンコーダ出力を得る。

ＭＲ素子１１と磁気ドラム２の空隙は約０．１ｒｒｒＩ
ｎとし、第１図に示すように磁気トラック１３とＭＲ素
子１１を配置している。磁気ドラム２が回転して、ＭＲ
素子１１が第２の磁化領域１３ｂがら第１の磁化領域１
３＆に走査したとき、第２の磁化領域１３ｂにおいては
、ＭＲ素子１１のＭＲ素子１１ａには抵抗変化せず、Ｍ
Ｒ素子１１ｂは負側に抵抗変化する。次に第１の磁化領
域１３＆においては、ＭＲ素子１１ｂは抵抗変化せず、
ＭＲ素子１１２Ｌは負側に抵抗変化する。

このＭＲ素子の出力を第４図の出力端子Ｆで見ると、第
６図のようになり、出力端子Ｆの電圧は磁界のないとき
の電位ＶＯに対して第２の磁化領域１３ｂでは負側に第
１の磁化領域１３＆では正側になり大きな出力電圧とな
る。このようにＭＲ素子１１ｂの働きにより従来以上の
出力電圧を得ると共に、境界域での波形の立上りが急峻
となる。

また、第１図に示す第１の磁化領域１３ａの境界面の磁
束１２は第２の磁化領域１３ｂの影響により従来例に比
べて磁束１２の広がりが小さくなり、境界以外の第１磁
化領域とほぼ同様の広がりとなる。従ってＭＲ素子１１
から出力される信号は第１図（Ｂ）のようにほぼ境界の
通過に対応して立ち上がり、コンパレータなどを用いて
波形成形した出力は第１図（Ｃ）のように境界の位置に
正確に対応した立ち上がりとなる。従って従来のように
検出誤差が生じることがない。

なお、第１図（Ｂ）の出力信号の凹凸は磁化ピッチＰに
対してＭＲ素子１１＋Ｌの幅Ｗ１が小さいと大きくなり
、幅Ｗ１が大きいと小さくなるが、出力信号レベルが低
下する。したがってｗ１／Ｐは０．２〜１ぐらいが好ま
しい。

またＭＲ素子１１＆、１１ｂおよび基準抵抗Ｒはブリッ
ジを組ことがら、はぼ同じ抵抗値とすることが好ましい
。温度に対する出力電力のドリフトを防止する上からＭ
Ｒ素子１１２Ｌ、１１ｂは同一基板に同時に相似パター
ンで形成することが好ましＡｏ 発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明によれば、磁気抵
抗効果素子を２個用いた検出手段と、被検出体である磁
性体の磁気トラックに第１の磁化領域と第２の磁化領域
の異なる磁化方向ととることよシ、従来方法に比べて約
１．５〜２倍の出力が得られると共に、構成を複雑にす
ることなく検出精度を大幅に向上させることができる。

また温度変化に対しては２個のＭＲ素子は同時に同量の
抵抗変化をするので出力電圧レベルは変化しないので温
度保償ができる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ム）は本発明による磁気式アブソリュートエン
コーダ装置を説明する磁気トラックとＭＲ素子の関係を
示す説明図、第１図（Ｂ）　、　（Ｑは本発明のＭＲ素
子の出力波形及び波形整形後の出力信号をそれぞれ示し
た説明図、第２図は本発明の一実施例による磁気式アブ
ンリュートエンコーダ装置の斜視図、第３図は本発明に
よるＭＲ素子のパターン説明図、第４図は本発明による
装置の電気回路図、第６図は本発明によるＭＲ素子の出
力を説明する波形図、第６図は従来のエンコーダ装置の
斜視図、第７図（Ａ）　、　（Ｂ）はそれぞれ磁気ドラ
ムに記録するグレーコード及びそれに対応した磁気記録
パターンの説明図、第８図は従来のＭＲ素子のパターン
説明図、第９図は従来のＭＲ素子の出力を示す波形図、
第１０図（Ａ）　、　（１３）　、　（Ｃ）は従来の装
置における磁束の広がり、ＭＲ素子の出力及び波形整形
後の検出出力をそれぞれ示した説明図である。 １１．１１＆、１１ｋｌ−＝−・・ＭＲ素子、１．３−
−−磁気トラック、１３２Ｌ・・・・・・第１の磁化領
域、１３ｂ、・・・・・第２の磁化領域、１４・・・・
・磁気センサ。 第１図 （Ａ） （Ｂ） とご２ 第２図 ／Ｉ 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図　　（Ａン （Ｂ） 第８図 第９図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被位置検出体に支持された磁気記録媒体と、この
   磁気記録媒体の所定の場所に磁気記録媒体の移動方向と
   平行な方向に磁界が発生するようにくり返しのある磁気
   信号を所定の長さ記録した磁気トラックとを有し、この
   磁気トラックの磁気信号がない場所に前記磁気トラック
   と直交する方向に磁界が発生するように磁気記録媒体を
   磁化したことを特徴とする磁気式アブソリュートエンコ
   ーダ装置。
2. （２）磁気トラックと近接対向する磁電変換素子として
   、強磁性の磁気抵抗効果素子を用いたことを特徴とする
   請求項１記載の磁気式アブソリュートエンコーダ装置。
3. （３）磁気抵抗効果素子において、磁気記録媒体の移動
   方向と平行な方向の磁界に対して直交する磁気抵抗パタ
   ーンと平行な磁気抵抗パターンとで構成し、それぞれは
   直列に接続し、その接続点を出力端子とし、その反対側
   端子を電流供給端子としたことを特徴とする請求項２記
   載の磁気式アブソリュートエンコーダ装置。
4. （４）磁気記録媒体の移動方向と平行な方向の磁界に対
   して直交する磁気抵抗パターンにおいて、その磁極巾Ｐ
   に対して折り返しのある磁気抵抗パターンの全幅が１／
   ５Ｐ以上である請求項３記載の磁気式アブソリュートエ
   ンコーダ装置。