JPH07113555B2 - Magnetic encoder device - Google Patents
Magnetic encoder deviceInfo
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- JPH07113555B2 JPH07113555B2 JP62094492A JP9449287A JPH07113555B2 JP H07113555 B2 JPH07113555 B2 JP H07113555B2 JP 62094492 A JP62094492 A JP 62094492A JP 9449287 A JP9449287 A JP 9449287A JP H07113555 B2 JPH07113555 B2 JP H07113555B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁気エンコーダ装置、特にモータ等の回転角お
よび回転速度等を検出できる磁気エンコーダ装置に関す
る。The present invention relates to a magnetic encoder device, and more particularly to a magnetic encoder device capable of detecting a rotation angle and a rotation speed of a motor or the like.
従来、回転運動をするモータや歯車等の回転軸の回転角
および回転速度またはこれに加えて回転方向を検出する
には、特開昭57−113928号に記載のように回転軸と連動
する磁気記録媒体の回転体とこの回転体から漏洩する周
期的磁場分布を検出する少なくとも２組の強磁性体磁気
抵抗効果素子とから構成されている。Conventionally, in order to detect the rotation angle and rotation speed of a rotating shaft such as a motor or gear that makes a rotary motion, or the rotating direction in addition to this, as described in JP-A-57-113928, a magnetic field interlocking with the rotating shaft is disclosed. It is composed of a rotating body of a recording medium and at least two sets of ferromagnetic magnetoresistive elements for detecting a periodic magnetic field distribution leaking from the rotating body.
複数の磁気抵抗効果素子は基板上に薄膜技術により、磁
気抵抗効果膜（通常、パーマロイ膜及びNi−Co膜）、導
体膜と保護膜等を積層した構成を採つている。そして、
記録媒体は磁化パターンを正確に書き込むことができ、
しかも、遠方まで十分大きな漏洩磁場が到達する必要が
ある。The plurality of magnetoresistive effect elements have a structure in which a magnetoresistive effect film (usually a permalloy film and a Ni-Co film), a conductor film and a protective film are laminated on a substrate by a thin film technique. And
The recording medium can write the magnetization pattern accurately,
In addition, it is necessary for a sufficiently large stray magnetic field to reach far away.
かかる磁気エンコーダ装置の分解能を更に高くする方法
の一つに媒体の記録幅（ビツト長）を小さくして検出す
る方法がある。この場合、出力差を得るにはビツト長を
小さくした割合に応じて素子幅も小さくする事により対
応していた。One of the methods for further increasing the resolution of such a magnetic encoder device is to detect by reducing the recording width (bit length) of the medium. In this case, in order to obtain the output difference, the element width is reduced according to the ratio of the bit lengths.
しかし、磁気エンコーダの信頼性を高めるには素子と媒
体との距離（スペーシング）を拡げる必要があるが、従
来の磁気エンコーダ装置には高スペーシング化の点につ
いては構造上の配慮がされていなかつたためスペーシン
グの狭い息でしか高出力とならなかつた。However, in order to improve the reliability of the magnetic encoder, it is necessary to increase the distance (spacing) between the element and the medium, but the conventional magnetic encoder device is structurally considered in terms of high spacing. Since it was a long time ago, high output was achieved only with breaths with narrow spacing.
すなわち、少なくとも２組の強磁性体磁気抵抗効果素子
を備えるものにあつては、媒体のビツト長が小さくなる
と出力差が小さくなり、スペーシングを狭くせざるを得
ないものであつた。That is, with at least two sets of ferromagnetic magnetoresistive effect elements, the output difference becomes smaller as the bit length of the medium becomes smaller, and the spacing must be narrowed.
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであ
り、その目的は、スペーシングを拡げ、これによつても
高出力差を得ることのできる磁気エンコーダ装置を提供
するにある。The present invention has been made based on such a situation, and an object thereof is to provide a magnetic encoder device capable of expanding a spacing and thereby obtaining a high output difference.
このような目的を達成するために、本発明は記録媒体の
磁化遷移領域に微細幅の間隙部を設けるようにしたもの
である。In order to achieve such an object, the present invention is to provide a gap portion having a fine width in the magnetization transition region of the recording medium.
すなわち、要求される角度読取精度に応じた磁化パター
ンの列をもち回転軸に取り付けられた回転体と、この回
転体の前記磁化パターンに対向し、前記磁化パターンか
ら漏洩する磁界を検出する磁性体磁気抵抗効果素子とを
備えた磁気エンコーダ装置において、前記磁化パターン
は前記回転体の周方向に沿ってＮ−S,S−N,N−S,S−Ｎ
…のパターンになるように形成され、各磁化パターン間
に各磁化パターンのビット長よりも小さい所定の幅を有
する間隔部が設けられているものである。That is, a rotating body having a row of magnetization patterns according to the required angle reading accuracy and attached to a rotating shaft, and a magnetic body that faces the magnetization pattern of the rotating body and detects a magnetic field leaking from the magnetization pattern. In a magnetic encoder device including a magnetoresistive effect element, the magnetization pattern is NS, SN, NS, SN along a circumferential direction of the rotating body.
It is formed so as to have a pattern of .., and an interval portion having a predetermined width smaller than the bit length of each magnetization pattern is provided between each magnetization pattern.
まず、通常の磁気エンコーダ装置の検出メカニズムを第
２図（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。First, the detection mechanism of a normal magnetic encoder device will be described with reference to FIGS. 2 (a), (b) and (c).
第２図（ａ）は素子の概略構成図、（ｂ）および（ｃ）
は媒体がビツト長の半分動く前後での素子と媒体との相
対位置を示した概略図である。第２図（ｂ）に示す様に
S1及びS3が磁化遷移領域の中央上にあり、S2及びS4が磁
化遷移領域上にある場合を考える。ここで、S1及びS3の
抵抗をR1とし、S2及びS4の抵抗をR2とする。この時、ブ
リツジ回路間に電位差ΔＶが生じ、このΔＶは次式で与
えられる。FIG. 2 (a) is a schematic configuration diagram of the device, (b) and (c).
FIG. 3 is a schematic diagram showing the relative positions of the element and the medium before and after the medium has moved half the bit length. As shown in Fig. 2 (b)
Consider the case where S1 and S3 are on the center of the magnetization transition region and S2 and S4 are on the magnetization transition region. Here, the resistance of the S1 and S3 and R 1, the resistance of the S2 and S4 and R 2. At this time, a potential difference ΔV occurs between the bridge circuits, and this ΔV is given by the following equation.
ここで という考慮すると 従つて、２組の磁気抵抗効果素子の出力差は素子が磁化
遷移領域の中央上と磁化遷移領域上にある時の素子の磁
化状態に差がある程大きいことが分かる。即ち、磁化遷
移領域の中央上では媒体からの漏洩磁界により素子が飽
和され、素子での磁化成分が回転方向に揃うことであ
り、磁化遷移域上では素子が漏洩磁化を出来るだけ感知
しないで素子での磁化成分か素子長手方向に向いておれ
ばよいことが判る。 here Considering that Therefore, it can be seen that the output difference between the two sets of magnetoresistive effect elements is so large that there is a difference between the magnetization states of the elements when the elements are on the center of the magnetization transition region and on the magnetization transition region. That is, the element is saturated by the leakage magnetic field from the medium on the center of the magnetization transition region, and the magnetization components in the element are aligned in the rotation direction. It can be seen that the magnetization component in (1) should be oriented in the longitudinal direction of the element.
第３図に媒体からの漏洩磁界分布の概略図を示す。媒体
厚さ方向から生ずる磁界18は媒体端部から生ずる磁界17
よりも弱いことはシミユレーシヨンから理解される。P
P′上での各点位置A,CではＣの方が磁界は小さいのが素
子が有限長のためＣ位置では素子端部で磁界17を感知す
る。一方Ａ位置では磁界17を感知しないと考えられる。
従つて、従来媒体では磁化遷移領域上でも磁化するもの
と予想される。FIG. 3 shows a schematic diagram of the leakage magnetic field distribution from the medium. The magnetic field 18 generated from the medium thickness direction is the magnetic field 17 generated from the edge of the medium.
It is understood from Simulation that it is weaker than. P
At each point position A and C on P ', the magnetic field is smaller in C, but the element has a finite length, so the magnetic field 17 is sensed at the element end at C position. On the other hand, it is considered that the magnetic field 17 is not sensed at the position A.
Therefore, the conventional medium is expected to be magnetized even on the magnetization transition region.
本発明では、このようなことから磁化遷移域上でいかに
媒体からの漏洩磁界を感知しないようにするかに基づい
てなされたものである。In view of the above, the present invention is based on how to prevent the leakage magnetic field from the medium from being sensed in the magnetization transition region.
以下、本発明による磁気エンコーダ装置の一実施例につ
いて説明する。An embodiment of the magnetic encoder device according to the present invention will be described below.
本発明による磁気エンコーダ装置は、その回転体におい
て、その各磁化パターンの間に各磁化パターンのビツト
長より小さい幅を有する間隙部が設けられたものであ
る。In the magnetic encoder device according to the present invention, a gap portion having a width smaller than the bit length of each magnetization pattern is provided between each magnetization pattern in the rotating body.
次に前記回転体の製作方法の一実施例について、第１図
（ａ）ないし（ｄ）を用いて説明する。Next, an example of a method of manufacturing the rotating body will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (d).
まず、第１図（ａ）において回転体10がある。この回転
体10は、加工精度が良好であり衝撃に強い金属材料ある
いはプラスチツクが選択される。また、軽さを重視する
ならばアルミニウムあるいはアルミニウム合金が好適と
なる。さらに加工精度の良好さを重視するならば黄銅等
が、また化学的安定性を重視するならばステンレス等が
好適となる。First, in FIG. 1A, there is the rotating body 10. The rotating body 10 is made of a metal material or plastic that has good working accuracy and is resistant to impact. Further, if importance is attached to lightness, aluminum or aluminum alloy is suitable. If importance is attached to good processing accuracy, brass or the like is suitable, and if importance is attached to chemical stability, stainless steel or the like is suitable.
次に第１図（ｂ）に示すように、前記回転体10の周側面
に磁気媒体11を形成する。この磁気媒体11としては、後
工程で着磁される磁化パターンをシヤープにかつ安定に
形成しなければならないことから、得磁力が少なくとも
100エルステツドを越す必要があり、このことからコバ
ルト・リン合金等のめつき膜，酸化鉄および酸化クロム
を主成分とする酸性微粉末を接着剤で塗り固めたものが
使用される。Next, as shown in FIG. 1B, a magnetic medium 11 is formed on the peripheral side surface of the rotating body 10. As the magnetic medium 11, a magnetized pattern to be magnetized in a later step must be formed in a sharp and stable manner, so that the obtained magnetic force is at least
It is necessary to exceed 100 oersteds. Therefore, a coating film of cobalt-phosphorus alloy, etc., and acidic fine powder containing iron oxide and chromium oxide as the main components, which are hardened with an adhesive, are used.
次に、第１図（ｃ）に示すように、前記磁気媒体11面に
着磁を行ない。周方向に沿つて、Ｎ−S,S−N,N−S,S−
Ｎ…のように磁化パターン12を形成する。Next, as shown in FIG. 1 (c), the surface of the magnetic medium 11 is magnetized. Along the circumferential direction, N-S, S-N, N-S, S-
The magnetization pattern 12 is formed like N ...
さらに、第１図（ｄ）に示すように、前記磁化パターン
12における磁化遷移領域（たとえば上述のように、Ｎ−
S,S−N,N−Ｓ…のごとく配列においてＳとＳの間、Ｎと
Ｎの間）に、各磁化パターンのビツト長（上述の例えば
Ｎ−Ｓ間、Ｓ−Ｎ間）より小さい幅を有する間隙部13を
形成する。この間隙部13は、前記着磁体11面に回転体10
の軸方向に沿つた溝を回転体10の表面が露呈させるよう
にして形成することができる。Further, as shown in FIG. 1 (d), the magnetization pattern
The magnetization transition region at 12 (for example, N-
S, S-N, N-S ... is smaller than the bit length of each magnetization pattern (for example, between N-S and between S-N) in the arrangement between S and S, between N and N). A gap portion 13 having a width is formed. The gap 13 is formed on the surface of the magnetized body 11 by the rotating body 10.
It is possible to form a groove along the axial direction of the above so that the surface of the rotating body 10 is exposed.
なお、上記実施例では、磁気媒体11に着磁を行なつて磁
化パターンを形成したものであるが、これに限定される
ものではなく、永久磁石を貼り付けるようにしてもよ
い。この場合、得磁力の強いバリウムフエライト、この
粉末をプラスチツクラバー中に分散したプラスチツクマ
グネツト、あるいはアルニコ，コバルトまたは鉄と希土
類元素を主成分とする永久磁石等が好的となる。In the above embodiment, the magnetic pattern is formed by magnetizing the magnetic medium 11, but the present invention is not limited to this, and a permanent magnet may be attached. In this case, barium ferrite having a strong magnetic force, a plastic magnet in which this powder is dispersed in a plastic scrubber, or a permanent magnet containing alnico, cobalt or iron and a rare earth element as a main component is preferable.
また、回転体10の周側面にて対向して配置される磁気抵
抗効果素子としては鉄，ニツケル，コバルト等の金属な
いしこれを主成分とする合金薄膜が適するものとなり、
この中でもニツケルを40％以上含む合金ないしコバルト
を50％以上含む合金よりなる膜は磁気抵抗効果が大きい
ものとなる。Further, a metal such as iron, nickel, or cobalt, or an alloy thin film containing the same as a main component is suitable for the magnetoresistive effect element that is arranged to face each other on the peripheral side surface of the rotating body 10,
Among them, a film made of an alloy containing 40% or more of nickel or an alloy containing 50% or more of cobalt has a large magnetoresistive effect.
このようにして構成した磁気エンコーダ装置は、その磁
化パターンと磁気抵抗素子21との位置関係からくる漏洩
磁界17と磁気抵抗素子21との関係が第４図（ａ），
（ｂ）に示すようになる。この漏洩磁界17と磁気抵抗素
子21との関係は、従来の場合である第５図（ａ），
（ｂ）と比較してみるとその相異が明確に判る。In the magnetic encoder device configured as described above, the relationship between the leakage magnetic field 17 and the magnetoresistive element 21 due to the positional relationship between the magnetization pattern and the magnetoresistive element 21 is shown in FIG.
As shown in (b). The relationship between the leakage magnetic field 17 and the magnetoresistive element 21 is shown in FIG.
The difference can be clearly seen by comparing with (b).
このような第４図（ａ），（ｂ）の場合と、第５図
（ａ），（ｂ）の場合とにおける出力電圧のスペーシン
グ依存性を第６図に示す。同図において、曲線Ａは本実
施例、曲線Ｂは従来の場合を示している。本実施例では
スペーシングの広い領域まで出力値が維持されているこ
とがわかる。スペーシングが更に広くなると出力が低下
するのは第４図（ａ）位置で素子21が十分な磁界を受け
ず出力が小さくなつているためと考えられる。FIG. 6 shows the spacing dependence of the output voltage in the cases of FIGS. 4 (a) and 4 (b) and the cases of FIGS. 5 (a) and 5 (b). In the figure, a curve A shows the present embodiment and a curve B shows the conventional case. In the present embodiment, it can be seen that the output value is maintained up to a wide spacing area. It is considered that the output decreases when the spacing becomes wider because the element 21 does not receive a sufficient magnetic field at the position shown in FIG. 4 (a) and the output becomes smaller.
一方、従来媒体ではスペーシングが狭いと第５図（ｂ）
で素子が磁化されるため出力が生じ（ａ）と（ｂ）位置
での出力差が小さくなるため出力電圧も小さくなつてい
る。これに対し、スペーシングの広い領域では第４図同
様、第５図（ａ）位置で素子21は小さい磁界しか感知で
きず、出力電圧が小さくなつているものと考えられる。On the other hand, in the case of the conventional medium, if the spacing is narrow, FIG.
Since the element is magnetized at, an output occurs, and the output difference between the positions (a) and (b) becomes small, so that the output voltage also becomes small. On the other hand, in the wide spacing region, the element 21 can sense only a small magnetic field at the position shown in FIG. 5 (a) as in FIG. 4, and the output voltage is considered to be small.
また、第７図は溝13の間隔を５μｍ（第７図中Ｃ）と20
μｍ（第７図中Ａ）との場合を比較した結果を示す。間
隔が５μｍと狭い場合は溝を入れない場合（第６図中
Ｂ）と出力のスペーシング特性は酷似している。間隔が
20μｍと広ければ本発明の結果があり、広いスペーシン
グまで高出力が得られていることがわかつた。Further, in FIG. 7, the interval between the grooves 13 is 5 μm (C in FIG. 7) and 20 μm.
The result of comparison with the case of μm (A in FIG. 7) is shown. When the interval is as narrow as 5 μm, the spacing characteristic of the output is very similar to that when no groove is formed (B in FIG. 6). Interval
If it is as wide as 20 μm, there is the result of the present invention, and it was found that a high output was obtained even with a wide spacing.
以上説明したことから明らかなように、磁化パターンは
回転体の周方向に沿ってＮ−S,S−N,N−S,S−Ｎ…のパ
ターンになるように形成され、各磁化パターン間に各磁
化のパターンのビット長よりも小さい所定の幅を有する
間隔部が設けられていることを特徴とする本発明の磁気
エンコーダ装置によれば、素子と媒体とのスペーシング
について、広い領域で出力電圧の最大値を得ることがで
き、これによって高出力差が可能となり、磁気エンコー
ダの信頼性を高められるという効果が得られる。As is clear from the above description, the magnetization patterns are formed so as to have a pattern of NS, SN, NS, SN ... along the circumferential direction of the rotating body. According to the magnetic encoder device of the present invention, a space having a predetermined width smaller than the bit length of each magnetization pattern is provided in the magnetic encoder device according to the present invention. It is possible to obtain the maximum value of the output voltage, which enables a high output difference, and has the effect of improving the reliability of the magnetic encoder.
第１図は本発明の一実施例を示す作製プロセス、第２図
は磁気抵抗効果素子と媒体との関係を示す概略構成図、
第３図は記録媒体から漏洩する磁界分布を示す概略図、
第４図は本発明の媒体と素子との関係を示す断面概略
図、第５図は従来の媒体と素子との関係を示す断面概略
図、第６図は従来の媒体と本発明の媒体を用いた場合の
出力電圧のスペーシング依存性を比較した線図、第７図
は溝間隔が５μｍと20μｍの媒体を用いた場合の出力電
圧のスペーシング依存性を比較した線図である。 10……回転体素材、11……記録媒体、12……所定の磁化
パターンを有する記録媒体、13……溝、17,18……媒体
からの漏洩磁界、21……磁気抵抗効果膜、31……ビツト
長。FIG. 1 is a manufacturing process showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a relationship between a magnetoresistive effect element and a medium,
FIG. 3 is a schematic diagram showing a magnetic field distribution leaking from the recording medium,
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the relationship between the medium and the element of the present invention, FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the relationship between the conventional medium and the element, and FIG. 6 is a conventional medium and the medium of the present invention. FIG. 7 is a diagram comparing the spacing dependence of the output voltage when used, and FIG. 7 is a diagram comparing the spacing dependence of the output voltage when media with groove intervals of 5 μm and 20 μm are used. 10 ... Rotor material, 11 ... Recording medium, 12 ... Recording medium having a predetermined magnetization pattern, 13 ... Groove, 17,18 ... Leakage magnetic field from medium, 21 ... Magnetoresistive film, 31 …… Hey bit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成重 真治 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 華園 雅信 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 ▲榊▼原 正彦 埼玉県熊谷市三ヶ尻5200番地 日立金属株 式会社磁性材料研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−176205（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−7213（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−27013（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−22205（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−56519（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−202013（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭60−45804（ＪＰ，Ｂ２) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Shinji Narishige 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture, Hitachi Research Laboratory Ltd. (72) Masanobu Kaen, 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, Hitachi Ltd. Mfg. Co., Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor ▲ Sakaki ▼ Masahiko Hara 5200 Mikkajiri, Kumagaya-shi, Saitama Inside Magnetic Materials Research Laboratory, Hitachi Metals Co., Ltd. (56) Reference JP-A-60-176205 (JP, A) JP-A-59 -7213 (JP, A) JP 58-27013 (JP, A) JP 61-22205 (JP, A) Actual opening 59-56519 (JP, U) Actual opening 61-202013 (JP, U) ) Japanese Patent Publication Sho 60-45804 (JP, B2)
Claims (1)
ーンの列をもち回転軸に取り付けられた回転体と、この
回転体の前記磁化パターンに対向し、前記磁化パターン
から漏洩する磁界を検出する磁性体磁気抵抗効果素子と
を備えた磁気エンコーダ装置において、前記磁化パター
ンは前記回転体の周方向に沿ってＮ−S,S−N,N−S,S−
Ｎ…のパターンになるように形成され、各磁化パターン
間に各磁化パターンのビット長よりも小さい所定の幅を
有する間隔部が設けられていることを特徴とする磁気エ
ンコーダ装置。1. A rotating body having a row of magnetization patterns according to a required angle reading accuracy and attached to a rotation axis, and a magnetic field which is opposed to the magnetization pattern of the rotating body and leaks from the magnetization pattern. In the magnetic encoder device including the magnetic body magnetoresistive effect element, the magnetization pattern is NS, SN, NS, S- along the circumferential direction of the rotating body.
A magnetic encoder device, wherein the magnetic encoder device is formed so as to have a pattern of N ..., And a gap portion having a predetermined width smaller than the bit length of each magnetization pattern is provided between each magnetization pattern.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62094492A JPH07113555B2 (en) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | Magnetic encoder device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62094492A JPH07113555B2 (en) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | Magnetic encoder device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPS63261109A JPS63261109A (en) | 1988-10-27 |
| JPH07113555B2 true JPH07113555B2 (en) | 1995-12-06 |
Family
ID=14111797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP62094492A Expired - Lifetime JPH07113555B2 (en) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | Magnetic encoder device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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1987
- 1987-04-17 JP JP62094492A patent/JPH07113555B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPS63261109A (en) | 1988-10-27 |
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