JPS63206614A - アブソリユ−ト磁気エンコ−ダ - Google Patents
アブソリユ−ト磁気エンコ−ダInfo
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- JPS63206614A JPS63206614A JP3917987A JP3917987A JPS63206614A JP S63206614 A JPS63206614 A JP S63206614A JP 3917987 A JP3917987 A JP 3917987A JP 3917987 A JP3917987 A JP 3917987A JP S63206614 A JPS63206614 A JP S63206614A
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- Japan
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- magnetization
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 26
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
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Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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。
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〕
本発明は回転体や直線運動体の絶対位置を検出する絶対
位置検出器に関する。
位置検出器に関する。
ロボットやマニピュレータに組込まれた回転または直線
運動を行うアクチュエータの位置を瞬時に正確に測定す
る検出器が要求されている。このような検出器としては
従来光電式が多用されてきた。この光電式検出器はガラ
ス円板に金属膜を蒸着しフォトリソにより作られた光学
スリットと発光ダイオードおよび受光素子としてフォト
ダイオードから構成されているため、ガラス円板が衝撃
に弱いことや、ダイオードを使っているので高温まで使
えないことや、発光、受光素子の配置上、薄肉化は不可
能という欠点があった。
運動を行うアクチュエータの位置を瞬時に正確に測定す
る検出器が要求されている。このような検出器としては
従来光電式が多用されてきた。この光電式検出器はガラ
ス円板に金属膜を蒸着しフォトリソにより作られた光学
スリットと発光ダイオードおよび受光素子としてフォト
ダイオードから構成されているため、ガラス円板が衝撃
に弱いことや、ダイオードを使っているので高温まで使
えないことや、発光、受光素子の配置上、薄肉化は不可
能という欠点があった。
近年、ロボットやマニピュレータの小型化に伴ない検出
器の耐熱性向上や小型高分解能化の必要性は高まってき
た。こめような要求に対し、磁化パターンの書込まれた
ドラムと磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と略す）を
組み合せた角度検出器が発明された（特開昭５４−１１
８２５９）。この角度検出器は、回転軸と連動して回転
する磁気記録媒体もしくは複数の永久磁石の配列と、こ
の磁気記録媒体に書込まれた磁化情報もしくは永久磁石
の配列具合を検出するＭＲ素子と、このＭＲ素子の抵抗
変化を検出し外部に出力する駆動検出回路よりなる。そ
して回転角の絶対値が読めるようにその磁化パターンの
列もしくは永久磁石の配列、すなわち情報トラックを多
数設け、その各々にＭＲ素子を設けている。
器の耐熱性向上や小型高分解能化の必要性は高まってき
た。こめような要求に対し、磁化パターンの書込まれた
ドラムと磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と略す）を
組み合せた角度検出器が発明された（特開昭５４−１１
８２５９）。この角度検出器は、回転軸と連動して回転
する磁気記録媒体もしくは複数の永久磁石の配列と、こ
の磁気記録媒体に書込まれた磁化情報もしくは永久磁石
の配列具合を検出するＭＲ素子と、このＭＲ素子の抵抗
変化を検出し外部に出力する駆動検出回路よりなる。そ
して回転角の絶対値が読めるようにその磁化パターンの
列もしくは永久磁石の配列、すなわち情報トラックを多
数設け、その各々にＭＲ素子を設けている。
第９図（ａ）はその構造を示す斜視図、同図（ｂ）はそ
のＭＲ素子部の拡大図である。これらの構成において磁
気記録媒体１３から磁界ＨｅｘがＭＲ素子１５に印加さ
れたとき、ＭＲ素子１５に入る磁界Ｈｅ、、は反磁界を
Ｈｄとすると、 Ｈｅｒｆ＝Ｈｅｘ Ｈｄ となる（特開昭５７−１９７８８５）。
のＭＲ素子部の拡大図である。これらの構成において磁
気記録媒体１３から磁界ＨｅｘがＭＲ素子１５に印加さ
れたとき、ＭＲ素子１５に入る磁界Ｈｅ、、は反磁界を
Ｈｄとすると、 Ｈｅｒｆ＝Ｈｅｘ Ｈｄ となる（特開昭５７−１９７８８５）。
ここで、ＭＲ素子１５のパターン幅をＷ、膜厚をｔ、Ｍ
Ｒると、ＭＲ素子１５の飽和磁化をＩｓとすると、なの
で となる。つまり、パターン幅Ｗが小さくなると反磁界Ｈ
ｄが大きくなり磁界Ｈａｆｆが小さくなるのでＭＲ素子
１５の出力低下が起こる。普通、パターン幅Ｗの２倍が
位置読取単位と考えているのでこのような構造では限界
パターン幅１０鱗から考えて２０μｓが位置読取単位に
なり、要求されている数鱗を達成できない。さらに、Ｍ
Ｒ素子１５のストライプ長は発熱を抑えるために各列と
もに最低２ｍｍの長さが必要となるので第９図の例では
ドラム厚さが１０ｍｎ以上にもなる。もちろん、ストラ
イプを折り返してもよいが、その分だけ分解能が下がる
。また、ＭＲ素子１５と磁気記録媒体Ｉ３の距離ｇの変
動が出力変動に敏感にきいてくるため距離ｇの変動も少
なくするためにドラムの機械仕上げやＭＲ素子１５の取
付けを精度よくする必要があった。
Ｒると、ＭＲ素子１５の飽和磁化をＩｓとすると、なの
で となる。つまり、パターン幅Ｗが小さくなると反磁界Ｈ
ｄが大きくなり磁界Ｈａｆｆが小さくなるのでＭＲ素子
１５の出力低下が起こる。普通、パターン幅Ｗの２倍が
位置読取単位と考えているのでこのような構造では限界
パターン幅１０鱗から考えて２０μｓが位置読取単位に
なり、要求されている数鱗を達成できない。さらに、Ｍ
Ｒ素子１５のストライプ長は発熱を抑えるために各列と
もに最低２ｍｍの長さが必要となるので第９図の例では
ドラム厚さが１０ｍｎ以上にもなる。もちろん、ストラ
イプを折り返してもよいが、その分だけ分解能が下がる
。また、ＭＲ素子１５と磁気記録媒体Ｉ３の距離ｇの変
動が出力変動に敏感にきいてくるため距離ｇの変動も少
なくするためにドラムの機械仕上げやＭＲ素子１５の取
付けを精度よくする必要があった。
本発明の目的は、高分解能化（位置読取単位を小さく）
はもとより薄くてしかもＭＲ素子と磁気媒体との距離の
変動に対しても出力変動の少ないアブソリュート磁気エ
ンコーダを提供することにある。
はもとより薄くてしかもＭＲ素子と磁気媒体との距離の
変動に対しても出力変動の少ないアブソリュート磁気エ
ンコーダを提供することにある。
本発明のアブソリュート磁気エンコーダは、要求される
位置読取精度に応じた磁化パターンの列を少なくとも２
列有する基体と、この基体より漏洩する磁界を検出する
ために各磁化パターン列に配置されたストライプ状の磁
気抵抗効果素子の組合せにより前記基体の絶対位置、す
なわち番地を読出すアブソリュート磁気エンコーダにお
いて、 前記磁気抵抗効果素子のストライプ長さをｌ、基体と磁
気抵抗効果素子の最近接距離をｇ、位置読取単位をＰと
したとき、磁気抵抗効果素子のストライプ長さ方向と前
記最近接部での基体表面９０度の範囲にあり、ストライ
プ幅方向が前記磁化パターン列方向と平行であり、スト
ライプ幅方向に磁化パターンからの磁界が印加されるこ
とを特徴とする。
位置読取精度に応じた磁化パターンの列を少なくとも２
列有する基体と、この基体より漏洩する磁界を検出する
ために各磁化パターン列に配置されたストライプ状の磁
気抵抗効果素子の組合せにより前記基体の絶対位置、す
なわち番地を読出すアブソリュート磁気エンコーダにお
いて、 前記磁気抵抗効果素子のストライプ長さをｌ、基体と磁
気抵抗効果素子の最近接距離をｇ、位置読取単位をＰと
したとき、磁気抵抗効果素子のストライプ長さ方向と前
記最近接部での基体表面９０度の範囲にあり、ストライ
プ幅方向が前記磁化パターン列方向と平行であり、スト
ライプ幅方向に磁化パターンからの磁界が印加されるこ
とを特徴とする。
〔作用）
磁気記録媒体面とＭＲ素子パターン長さ方向の角度θが
磁気エンコーダの出力値に及ぼす影響を調べ、第７図に
示すような結果を得た。ＭＲ素子パターンが傾くに従っ
て出力は小さくなり、αがｔａｎ−’ （−！！’−！
−） ＜ ａ≦９０°であればよいこがわかる。
磁気エンコーダの出力値に及ぼす影響を調べ、第７図に
示すような結果を得た。ＭＲ素子パターンが傾くに従っ
て出力は小さくなり、αがｔａｎ−’ （−！！’−！
−） ＜ ａ≦９０°であればよいこがわかる。
磁化パターンのピッチは回転方向であるのに対し、ＭＲ
素子のストライプ幅方向は磁化パターン列方向で、スト
ライプ幅方向に磁界が印加されるので反磁界の影響を受
けなくなり、パターン幅Ｗを小さくでき、ピッチＰもパ
ターン幅Ｗの制限を受けない。さらに、ストライプを同
じビット位置（同じパターン列）で折り返してもよいの
で、分解能な下げることなく磁化パターン列の幅も狭く
できる。
素子のストライプ幅方向は磁化パターン列方向で、スト
ライプ幅方向に磁界が印加されるので反磁界の影響を受
けなくなり、パターン幅Ｗを小さくでき、ピッチＰもパ
ターン幅Ｗの制限を受けない。さらに、ストライプを同
じビット位置（同じパターン列）で折り返してもよいの
で、分解能な下げることなく磁化パターン列の幅も狭く
できる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第１図は本発明のアブソリュート磁気エンコーダの一実
施例の斜視図、第２図は第１図において、磁界パターン
からのもれ磁界ＨがＭＲ素子パターンに流れるセンス電
流と直交する様子を示す図、第３図は磁化パターンｎ１
．ｎ２．ｎ３に対する出力電圧を示す図、第４図はＭＲ
素子５の詳細図、第５図は本実施例における出力電圧と
ビット長の関係を従来例と比較して示す図、第６図は本
実施例における出力電圧とスペーシングの関係を従来例
と比較して示す図である。
施例の斜視図、第２図は第１図において、磁界パターン
からのもれ磁界ＨがＭＲ素子パターンに流れるセンス電
流と直交する様子を示す図、第３図は磁化パターンｎ１
．ｎ２．ｎ３に対する出力電圧を示す図、第４図はＭＲ
素子５の詳細図、第５図は本実施例における出力電圧と
ビット長の関係を従来例と比較して示す図、第６図は本
実施例における出力電圧とスペーシングの関係を従来例
と比較して示す図である。
本実施例は、第１図に示すように、回転軸１に固定され
たドラム２と、その側面に形成された磁気記録媒体３と
、基板４上に形成されたＭＲ素子５および導体端子６よ
りなる検出ヘッドと、導体端子６に接続されたリード線
７および外部への出力端子を有する駆動検出回路８とよ
りなる。磁気記録媒体３には第１図に矢印で示したよう
に５木の磁化パターン列ｎｌ”’ｎ５が書込まれており
、これらの磁化パターンｎ、〜ｎ５から漏れる磁界が対
応するＭＲ素子５に作用する。つまり、第２図に示すよ
うに磁気記録媒体３からのもれ磁界Ｈは、ＭＲ素子パタ
ーンに流れるセンス電流に直交することにより磁化パタ
ーン”＋ ＋ ”２ ＋ ｎ３に対しそれぞれ第３図
（ａ） 、 （ｂ） 、 （ｃ）のような抵抗変化、す
なわち出力電圧が得られる。この信号の立上り／立下り
部のほぼ中央に近い電圧をしきい値としてパルス化する
と、第３図（ｄ） 、 （ｅ） 、 （ｆ）のようにな
り、これらのパルスの組合せ表（第３図（ｇ））より最
小読取角Δθを単位として番地付けがなされ、各点のパ
ルス出力より絶対位置がわかる。ここで、磁化パターン
列数をｎとすると、最小読取角θは ３８０’ Δθ＝□ ｎ となる。
たドラム２と、その側面に形成された磁気記録媒体３と
、基板４上に形成されたＭＲ素子５および導体端子６よ
りなる検出ヘッドと、導体端子６に接続されたリード線
７および外部への出力端子を有する駆動検出回路８とよ
りなる。磁気記録媒体３には第１図に矢印で示したよう
に５木の磁化パターン列ｎｌ”’ｎ５が書込まれており
、これらの磁化パターンｎ、〜ｎ５から漏れる磁界が対
応するＭＲ素子５に作用する。つまり、第２図に示すよ
うに磁気記録媒体３からのもれ磁界Ｈは、ＭＲ素子パタ
ーンに流れるセンス電流に直交することにより磁化パタ
ーン”＋ ＋ ”２ ＋ ｎ３に対しそれぞれ第３図
（ａ） 、 （ｂ） 、 （ｃ）のような抵抗変化、す
なわち出力電圧が得られる。この信号の立上り／立下り
部のほぼ中央に近い電圧をしきい値としてパルス化する
と、第３図（ｄ） 、 （ｅ） 、 （ｆ）のようにな
り、これらのパルスの組合せ表（第３図（ｇ））より最
小読取角Δθを単位として番地付けがなされ、各点のパ
ルス出力より絶対位置がわかる。ここで、磁化パターン
列数をｎとすると、最小読取角θは ３８０’ Δθ＝□ ｎ となる。
したがって、ｎ列目の最小ビット長ｐは、ドラム２の半
径なｒとすると となる。
径なｒとすると となる。
直径２（１ｍｍ、 Ｈさ８ｍＩＮ＋のアルミ製ドラムの
外周部にＢａ−フェライト膜を厚さ １００戸に塗布し
たドラムを製作し、種々のビット長ｐをもつ磁化パター
ンな着磁ヘッドで形成した。磁化パターン１列の幅は３
００牌とした。このドラムを第４図に示すような幅２０
鱗、長さ２５０μのパターンを８回くり返し、全長２
、２ｍｍとしたＭＲセンサと組合せて出力電圧とビット
長ｐの関係を調べた。センサ膜厚は６００人とした。第
５図に示すように本実施例では従来例の限界である２０
鱗以下でも出力電圧はノズルレベルより十分大きいため
、高分解能化が可能であることが分る。ＭＲセンサの厚
さは普通６００人であるので、本実施例の構造では、こ
の厚さの２倍位が最小ビット長になる限界をきめる。ま
た、この構造ではＭＲ素子パターンストライプを何ン列
の幅は従来の２１１Ｉｍに比べ本実施例では２５０ｕｌ
と約１７８になり、ＭＲ素子パターン幅を狭くすればさ
らに小さくてよい。すなわち小型化できる。
外周部にＢａ−フェライト膜を厚さ １００戸に塗布し
たドラムを製作し、種々のビット長ｐをもつ磁化パター
ンな着磁ヘッドで形成した。磁化パターン１列の幅は３
００牌とした。このドラムを第４図に示すような幅２０
鱗、長さ２５０μのパターンを８回くり返し、全長２
、２ｍｍとしたＭＲセンサと組合せて出力電圧とビット
長ｐの関係を調べた。センサ膜厚は６００人とした。第
５図に示すように本実施例では従来例の限界である２０
鱗以下でも出力電圧はノズルレベルより十分大きいため
、高分解能化が可能であることが分る。ＭＲセンサの厚
さは普通６００人であるので、本実施例の構造では、こ
の厚さの２倍位が最小ビット長になる限界をきめる。ま
た、この構造ではＭＲ素子パターンストライプを何ン列
の幅は従来の２１１Ｉｍに比べ本実施例では２５０ｕｌ
と約１７８になり、ＭＲ素子パターン幅を狭くすればさ
らに小さくてよい。すなわち小型化できる。
次に、ドラムとセンサ間距離ｇが出力値に及ぼす影響を
従来例と比較し第６図に示す結果を得た。距離ｇの変化
に対し出力変動は小さいため、距１１１Ｊｇの許容範囲
が広がる結果ドラムの仕上げやＭＲセンサの取付は精度
も厳しくなくてよい。 第８図は本発明の他の実施例を
示す斜視図である。
従来例と比較し第６図に示す結果を得た。距離ｇの変化
に対し出力変動は小さいため、距１１１Ｊｇの許容範囲
が広がる結果ドラムの仕上げやＭＲセンサの取付は精度
も厳しくなくてよい。 第８図は本発明の他の実施例を
示す斜視図である。
同図（ａ） 、 （ｂ）はＦｅ−Ｇｏ−Ｃｒ磁石をドラ
ムとディスクにはったもの、同図（Ｃ）は磁化パターン
列間に非着磁部を設け、さらにとなり同志の磁化の向き
を反対にしたもの、同図（ｄ）はＧｏ、−Ｃｒ垂直磁化
膜を使った例である。これらが第１図の実施例と同し効
果があることは明らかである。
ムとディスクにはったもの、同図（Ｃ）は磁化パターン
列間に非着磁部を設け、さらにとなり同志の磁化の向き
を反対にしたもの、同図（ｄ）はＧｏ、−Ｃｒ垂直磁化
膜を使った例である。これらが第１図の実施例と同し効
果があることは明らかである。
（発明の効果〕
以上説明したように本発明は、磁気抵抗効果素子のスト
ライプ長さ方向と、基体との最近接部での基体表面接線
方向とのなす角度αをｊ ａ ｎ −’ （”’−）度
から９０度の範囲とし、ストライプ方向が磁化パターン
列方向と平行として、スドライブ幅方向に磁化パターン
からの磁界が印加されるようにしたことにより、最小位
置読取単位も小さくでき、磁化パターン列幅も小さくで
きるので小型高分解能のエンコーダを製造でき、さらに
、スペーシング変動に対する出力変化が小さいので組立
てや加工精度もあまり必要としないので価格も安くなる
という効果がある。
ライプ長さ方向と、基体との最近接部での基体表面接線
方向とのなす角度αをｊ ａ ｎ −’ （”’−）度
から９０度の範囲とし、ストライプ方向が磁化パターン
列方向と平行として、スドライブ幅方向に磁化パターン
からの磁界が印加されるようにしたことにより、最小位
置読取単位も小さくでき、磁化パターン列幅も小さくで
きるので小型高分解能のエンコーダを製造でき、さらに
、スペーシング変動に対する出力変化が小さいので組立
てや加工精度もあまり必要としないので価格も安くなる
という効果がある。
第１図は本発明のアブソリュート磁気エンコーダの一実
施例の斜視図、第２図は第１図において、磁界パターン
からのもれ磁界ＨがＭＲ素子パターンに流れるセンス電
流と直交する様子を示す図、第３図は磁化パターン”Ｉ
＋ ”２ ｒ ｎ３に対する出力電圧を示す図、第４
図はＭＲ素子５の詳細図、第５図は本実施例における出
力電圧とビット’、−１％ ｐの関係を従来例と比較し
て示す図、第６図は本実施例における出力電圧とスペー
シングｇの関係を従来例と比較して示す図、第７図は本
発明における出力電圧とθの関係を示す図、第８図は本
発明の他の実施例を示す図、第９図は従来例を示す図で
ある。 １・・・回転軸、 ２・・・ドラム、３・・
・磁気記録媒体、 ４・・・基板、５・・・ＭＲ素子
、 ６・・・導体端子、７・・・リード線、
８・・・駆動検出回路。
施例の斜視図、第２図は第１図において、磁界パターン
からのもれ磁界ＨがＭＲ素子パターンに流れるセンス電
流と直交する様子を示す図、第３図は磁化パターン”Ｉ
＋ ”２ ｒ ｎ３に対する出力電圧を示す図、第４
図はＭＲ素子５の詳細図、第５図は本実施例における出
力電圧とビット’、−１％ ｐの関係を従来例と比較し
て示す図、第６図は本実施例における出力電圧とスペー
シングｇの関係を従来例と比較して示す図、第７図は本
発明における出力電圧とθの関係を示す図、第８図は本
発明の他の実施例を示す図、第９図は従来例を示す図で
ある。 １・・・回転軸、 ２・・・ドラム、３・・
・磁気記録媒体、 ４・・・基板、５・・・ＭＲ素子
、 ６・・・導体端子、７・・・リード線、
８・・・駆動検出回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 要求される位置読取精度に応じた磁化パターンの列を
少なくとも２列有する基体と、この基体より漏洩する磁
界を検出するために各磁化パターン列に配置されたスト
ライプ状の磁気抵抗効果素子の組合せにより前記基体の
絶対位置、すなわち、番地を読出すアブソリュート磁気
エンコーダにおいて、 前記磁気抵抗効果素子のストライプ長さをｌ、基体と磁
気抵抗効果素子の最近接距離をｇ、位置読取単位をｐと
したとき、磁気抵抗効果素子のストライプ長さ方向と前
記最近接部での基体表面接線方向とのなす角度αがｔａ
ｎ＾−＾１［（ｌ＋ｇ）／ｐ］度から９０度の範囲にあ
り、ストライプ幅方向が前記磁化パターン列方向と平行
であり、ストライプ幅方向に磁化パターンからの磁界が
印加されることを特徴とする絶対位置検出器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3917987A JPS63206614A (ja) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | アブソリユ−ト磁気エンコ−ダ |
| US07/159,745 US4851771A (en) | 1987-02-24 | 1988-02-24 | Magnetic encoder for detection of incremental and absolute value displacement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3917987A JPS63206614A (ja) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | アブソリユ−ト磁気エンコ−ダ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63206614A true JPS63206614A (ja) | 1988-08-25 |
Family
ID=12545888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3917987A Pending JPS63206614A (ja) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | アブソリユ−ト磁気エンコ−ダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63206614A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990012290A1 (en) * | 1989-04-13 | 1990-10-18 | Hitachi Metals, Ltd. | Magnetic encoder |
| JP2007033245A (ja) * | 2005-07-27 | 2007-02-08 | Mitsubishi Electric Corp | 磁気式アブソリュート型エンコーダ |
-
1987
- 1987-02-24 JP JP3917987A patent/JPS63206614A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990012290A1 (en) * | 1989-04-13 | 1990-10-18 | Hitachi Metals, Ltd. | Magnetic encoder |
| JP2007033245A (ja) * | 2005-07-27 | 2007-02-08 | Mitsubishi Electric Corp | 磁気式アブソリュート型エンコーダ |
| JP4622725B2 (ja) * | 2005-07-27 | 2011-02-02 | 三菱電機株式会社 | 磁気式アブソリュート型エンコーダ |
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