WO2007102465A1 - 磁気センサ装置、および磁気式エンコーダ装置および磁気スケールの製造方法 - Google Patents

磁気センサ装置、および磁気式エンコーダ装置および磁気スケールの製造方法 Download PDF

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WO2007102465A1
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pole
permanent magnet
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Naoyuki Noguchi
Katsuya Moriyama
Teruhiko Otaki
Fusayoshi Aruga
Toshio Mizoguchi
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Nidec Sankyo Corporation
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Definitions

  • Magnetic sensor device magnetic encoder device, and magnetic scale manufacturing method
  • the present invention relates to a magnetic sensor device, a magnetic encoder device using the magnetic sensor device, and a method for manufacturing a magnetic scale.
  • a magnetic encoder device includes a magnetic sensor device 1001 having a magnetoresistive element on the sensor surface, and a magnetic sensor having a permanent magnet that moves relative to the magnetic sensor device 1001.
  • the magnetic scale 1009 has a track in which N poles and S poles are alternately arranged along the relative movement direction with respect to the magnetic sensor device 1001.
  • one of the two rigid substrates 1010a is connected to the A phase magnetoresistive pattern + a phase magnetoresistive pattern 1025 (+ a) and the B phase
  • the + b phase magnetoresistive pattern 1025 (+ b) of the other magnetoresistive pattern is formed, while the other rigid substrate 1010b has the A phase magnetoresistive pattern — the a phase magnetoresistive pattern 1025 (— a)
  • a B-phase magnetoresistive pattern 1025 (-b) of the B-phase magnetoresistive pattern is formed, and these two rigid substrates 1010a and 1010b are arranged to face each other.
  • the movement detection of the magnetic scale 1009 is performed with a 90 ° phase difference between the A-phase magnetoresistive pattern and the B-phase magnetoresistive pattern.
  • the + a phase magnetoresistive pattern 1025 (+ a) and the one a phase magnetoresistive pattern 1025 (—a) detect the movement of the magnetic scale 1009 with a phase difference of 180 °.
  • the differential output force of the magnetic scale 1009 can be detected.
  • the + b phase magnetoresistive pattern 1025 (+ b) and the b phase magnetoresistive pattern 1025 (—b) detect the movement of the magnetic scale 1009 with a phase difference of 180 °.
  • the movement of the magnetic scale 1009 can be detected from the output (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-249774
  • Patent Document 2 JP-A-6-207834 Disclosure of the invention
  • the magnetic sensor device 1001 when the magnetic sensor device 1001 is configured by arranging two rigid substrates 1010a and 1010b to face each other, the magnetoresistive pattern formed on each of the two rigid substrates 1010a and 1010b. Due to the difference in sensitivity, there is a problem that when the gap dimension changes, the offset changes and the interpolation accuracy decreases.
  • the magnetic encoder device generally has a type that detects a position by the strength of a magnetic field in a certain direction and a saturation sensitivity region (generally, for example, the resistance value change amount k is approximately equal to the magnetic field strength H).
  • a saturation sensitivity region generally, for example, the resistance value change amount k is approximately equal to the magnetic field strength H.
  • the principle of detecting the direction of the rotating magnetic field is that the angle formed between the magnetic field and the current direction when a magnetic field strength that saturates the resistance value is applied in a state in which a magnetoresistive pattern such as a ferromagnetic metal cable is energized. Between ⁇ and the resistance value R of the magnetoresistive pattern,
  • the relative moving speed and moving direction between the magnetic scale 1009 and the magnetic sensor device 1001 can be detected.
  • the waveform distortion increases when the gap size between the magnetic scale 1009 and the magnetic sensor device 1001 is narrowed for the purpose of improving the SZN ratio.
  • the method of detecting the rotating magnetic field that is, the method of detecting the rotation angle of the magnetic field vector with relative movement of the magnetic scale 1009 and the magnetic sensor device 1001
  • the magnetic scale 1009 and the magnetic sensor Even if the gap with the device 1001 is narrowed, the sine wave component can be obtained stably.
  • the method of detecting a rotating magnetic field requires a large magnetic field strength.
  • the magnitude H of the external magnetic field on the magnetic curve and the magnetic flux density for the magnetic scale 1009 (permanent magnet), as in the method of detecting the strength of the magnetic field.
  • a first problem of the present invention is that a magnetic sensor device and a magnetic type capable of obtaining high detection accuracy even when the gap dimension between the magnetic sensor device and the magnetic scale changes.
  • An encoder device is provided. Another object of the present invention is to provide a magnetic sensor device and a magnetic encoder device suitable for detecting a rotating magnetic field.
  • the second problem of the present invention is that a magnetic encoder device capable of obtaining high detection accuracy even when a rotating magnetic field detection method is employed, and a magnetic device suitable for use in the magnetic encoder device. It is to provide a method for manufacturing a scale.
  • the A-phase magnetoresistive pattern has a 180 ° phase difference to detect movement of the magnetic scale + a phase magnetoresistive pattern and phase a magnetoresistive pattern.
  • the phase B magnetoresistive pattern is 180 A + b phase magnetoresistive pattern for detecting movement of the magnetic scale with a phase difference of ° and a -b phase magnetoresistive pattern, the + a phase magnetoresistive pattern, and the -a phase magnetoresistive pattern.
  • the + b phase magnetoresistive pattern and the —b phase magnetoresistive pattern are formed on the same surface of a single substrate with the + a phase magnetoresistive pattern and the —a phase magnetoresistive pattern. Is located diagonally and the + b phase magnetism A resistor pattern and the magnetic resistance pattern of the b-phase is formed so as to be positioned diagonally, and wherein Rukoto.
  • the + a-phase magnetoresistive pattern and the a-phase magnetoresistive pattern are diagonally located, and the + b-phase magnetoresistive pattern and the 1b-phase magnetoresistive pattern are diagonally located. Since the four-phase magnetoresistive pattern can be routed in the same plane, all of the magnetoresistive pattern constituting the A phase and the magnetoresistive pattern constituting the B phase are arranged on one sheet. On the same surface of the substrate. Because of this, any magnetoresistance Since the pattern has the same sensitivity, even if the gap size between the sensor surface and the magnetic scale changes, the offset does not change and high interpolation accuracy can be obtained.
  • One of the resistance patterns is connected to a first common terminal formed between the formation regions of the one magnetoresistance pattern, and the + a phase magnetoresistance pattern and the a phase
  • the other magnetoresistive pattern of the other magnetoresistive pattern, and the other magnetoresistive pattern of the + b phase magnetoresistive pattern and the ⁇ b phase magnetoresistive pattern are formed of the other magnetoresistive pattern. It is preferable to connect to the second common terminal formed between the regions. With this configuration, the magnetoresistive patterns of different phases can be brought close to each other on the substrate, so that the detection accuracy can be improved.
  • the magnetic sensor device is used to configure a magnetic encoder device together with a magnetic scale having tracks in which N poles and S poles are alternately arranged along a relative movement direction with respect to the magnetic sensor device. Can do.
  • the magnetic encoder device according to the present invention can be configured as a type that detects a position by the strength of a magnetic field in a certain direction, or a type that detects the direction of a rotating magnetic field with a magnetic field strength that exceeds a saturation sensitivity region. Further, it can be configured as a type in which the direction of the rotating magnetic field is detected by the magnetic field intensity in a region other than the saturation sensitivity region.
  • the present invention provides the magnetic sensor device, wherein a sensor surface formed by each pattern surface facing the magnetic scale of the A-phase magnetoresistive pattern and the B-phase magnetoresistive pattern is the track.
  • the present invention is effective when applied to a magnetic encoder device that detects a rotating magnetic field that faces the surface and changes the in-plane direction on the magnetic scale.
  • the sensor surface is formed in a size exceeding the edge portions at both ends in the width direction of the track opposed to both ends of the sensor surface in the track width direction. It is preferable.
  • the magnetic sensor device is capable of detecting a rotating magnetic field in which the sensor surface faces the edge portion in the width direction of the track and the direction in the in-plane direction changes at the edge portion.
  • the applicant of the present application investigated and examined the magnetic field on the surface of the magnetic scale, and a rotating magnetic field whose direction in the in-plane direction changes was formed at the edge in the width direction of the track in which the N pole and the S pole were alternately arranged. New knowledge was obtained.
  • the present invention has been made on the basis of such new knowledge, and if a rotating magnetic field in which the direction of the in-plane direction changes is formed at the edge portion in the width direction of the track, the magnetic sensor A rotating magnetic field can be detected even when the sensor surface of the device is opposed to the vicinity of the edge in the width direction of the track, and a magnetic encoder device can be configured.
  • the magnetoresistive pattern constituting the A phase and the magnetoresistive pattern constituting the B phase are all formed on the same surface of one substrate, the magnetoresistive pattern is formed on the substrate. The gap between the magnetoresistive pattern and the magnetic scale can be narrowed if the surface to be formed is directed toward the magnetic scale. Therefore, the magnetoresistive pattern can be arranged in the magnetic field that can detect the rotating magnetic field.
  • the plurality of tracks are arranged in parallel in the width direction, and in the plurality of tracks, the positions of the N pole and the S pole are between the adjacent tracks in the relative movement direction.
  • the plurality of tracks may employ a configuration in which the positions of the N pole and the S pole are shifted by one magnetic pole in the relative movement direction by V between adjacent tracks. If the positions of the N pole and S pole are shifted in the relative movement direction between adjacent tracks, a strong rotating magnetic field is generated at the track boundary portion of the edge in the track width direction. Accordingly, the sensitivity of the magnetic encoder device can be improved by making the sensor surface of the magnetic sensor face the boundary portion of the striking track.
  • the magnetic scale has the tracks arranged in parallel in three or more rows in the width direction, the sensor surface faces three or more rows in the width direction, and the sensor surface It is preferable that the positions of the N pole and the S pole in the relative movement direction coincide between the tracks opposite to each other. This configuration has the advantage that the detection sensitivity does not change even if the relative position in the width direction between the magnetic sensor device and the magnetic scale is shifted.
  • the N pole and the S pole are in direct contact between adjacent tracks. In other words, there is no non-magnetized part or non-magnetic part where no magnetic pole exists between the N and S poles between adjacent tracks. A magnetic field can be generated.
  • the magnetic encoder device can also constitute a linear encoder or a rotary encoder such as a deviation encoder.
  • the present invention provides a magnetic sensor including a magnetic scale including a permanent magnet and a magnetoresistive element for detecting a magnetic field of the magnetic scale force.
  • a magnetic encoder device in which a track in which N poles and S poles are alternately arranged along a relative movement direction with respect to the magnetic sensor is formed on the permanent magnet. Detects a rotating magnetic field whose direction in the in-plane direction changes at an edge portion in the width direction of the track, and the thickness of the permanent magnet is 1 mm or more, preferably 2 mm or more.
  • the applicant of the present invention is sufficient if the thickness of the permanent magnet is used as an indicator rather than the maximum energy product (B'H) max as an indicator in the rotating magnetic field detection method. Based on this knowledge, the thickness of the permanent magnet is set to 1 mm or more, preferably 2 mm or more, so that sufficient detection accuracy can be obtained.
  • a magnetic scale including a permanent magnet and a magnetic sensor device including a magnetoresistive element that detects a magnetic field from the magnetic scale are included.
  • a track with alternating N and S poles along the direction of relative movement with the magnetic sensor is formed.
  • the magnetic sensor device detects a rotating magnetic field whose direction in the in-plane direction changes at an edge portion in the width direction of the track, and has no effect on the magnetoresistive curve of the magnetoresistive element. It is characterized by detecting and outputting a magnetic field in a region exhibiting a resistance change of 20% or more with respect to the maximum resistance change rate of the resistance force in a magnetic field.
  • the present invention since a method of detecting a rotating magnetic field is adopted, a sine wave component can be stably obtained even if the gap between the magnetic sensor device and the magnetic scale is narrowed for the purpose of improving the SZN ratio. Can do.
  • the applicant of the present application shows that the maximum resistance change of the resistance force in the absence of a magnetic field in the magnetoresistance curve of the magnetoresistive element is not limited to the saturation sensitivity region, even when adopting the rotating magnetic field detection method. Sufficient detection accuracy can be obtained by using the magnetic field in the saturation sensitivity region and the quasi-saturation sensitivity region corresponding to the base part of 20% or more of the rate.
  • the above two forms may be combined. That is, it has a magnetic scale provided with a permanent magnet and a magnetic sensor device provided with a magnetoresistive element that detects the magnetic field of the magnetic scale force, and the permanent magnet has a relative movement direction with respect to the magnetic sensor device.
  • the magnetic sensor device is a rotating magnetic field whose direction in the in-plane direction changes at an edge portion in the width direction of the track.
  • the thickness of the permanent magnet is 1 mm or more, and the resistance change of 20% or more with respect to the maximum resistance change rate of the resistance force without a magnetic field in the magnetoresistance curve of the magnetoresistive element.
  • a configuration may be adopted in which a magnetic field in the region indicating is detected and output.
  • the magnetic scale includes, for example, a base layer on the back surface side and a protective layer on the front surface side.
  • the magnet material constituting the permanent magnet has a maximum energy product (B ⁇ H) max determined by the product of the magnitude H of the external magnetic field and the magnetic flux density B (1). It is preferable that it is 2MGOe or more.
  • the permanent magnet includes a plurality of the tracks arranged in parallel in the width direction, and in the plurality of tracks, the positions of the N pole and the S pole are between the adjacent tracks in the relative movement direction. It is preferable to adopt a configuration that deviates!
  • the plurality of tracks can employ a configuration in which the positions of the N pole and the S pole are shifted by one magnetic pole in the relative movement direction between adjacent tracks.
  • the permanent magnet can employ a configuration in which the tracks are arranged in parallel in two or more rows in the width direction.
  • the permanent magnets are arranged such that the tracks are arranged in parallel in three or more rows in the width direction, and the magnetic sensor device faces an odd number of tracks among the three or more rows of tracks,
  • the permanent magnet is preferably an anisotropic magnet whose magnetic poles are oriented only in the front and back direction of the permanent magnet. If comprised in this way, a strong magnetic field can be obtained.
  • the magnetic encoder device is configured as a linear encoder or a rotary encoder.
  • a plurality of tracks in which N poles and S poles are alternately arranged are arranged in parallel in the width direction, and the positions of the N poles and S poles are shifted in the relative movement direction of the tracks between adjacent tracks.
  • the N pole and the S pole are magnetized so that the N pole and the S pole are alternately arranged in the relative movement direction of the track with respect to the magnet material to constitute the permanent magnet.
  • One of the magnetic poles applied to the magnet material in the first magnetization step so that the positions of the N pole and the S pole are shifted in the relative movement direction of the track between adjacent tracks.
  • a second magnetizing step of magnetizing by overwriting the part is applied to the magnet material in the first magnetization step so that the positions of the N pole and the S pole are shifted in the relative movement direction of the track between adjacent tracks.
  • a plurality of tracks in which N poles and S poles are alternately arranged are arranged in parallel in the width direction, and the positions of the N poles and S poles are shifted in the relative movement direction of the tracks between adjacent tracks.
  • the magnet material to be formed into the permanent magnet is configured such that the position of the N pole and the position of the S pole are shifted in the relative movement direction in the width direction of the permanent magnet.
  • it is characterized by having a magnetizing step in which a magnetizing head is arranged to perform multi-pole magnetizing.
  • the magnetizing process is performed on the magnet material to form the permanent magnet, and the magnetizing process is performed. It is preferable to form a protective layer on the surface of the permanent magnet.
  • the + a phase magnetoresistive pattern and the a phase magnetoresistive pattern are positioned diagonally, and the + b phase magnetoresistive pattern and the 1 b phase magnetoresistive pattern are diagonally positioned. Since the four-phase magnetoresistive pattern can be routed in the same plane, all of the magnetoresistive pattern constituting the A phase and the magnetoresistive pattern constituting the B phase are arranged on one sheet. On the same surface of the substrate. For this reason, since any magnetoresistive pattern has the same sensitivity, even if the gap dimension between the sensor surface and the magnetic scale changes, the offset does not fluctuate and high interpolation accuracy can be obtained. .
  • the magnetic encoder device since the magnetic encoder device according to the present invention employs a method of detecting a rotating magnetic field, the sine is obtained even if the gap between the magnetic sensor device and the magnetic scale is narrowed for the purpose of improving the SZN ratio. Wave components can be obtained stably.
  • the thickness of the permanent magnet is 1 mm or more, preferably 2 mm or more, sufficient detection accuracy can be obtained. Even when the rotating magnetic field detection method is employed, sufficient detection accuracy can be obtained because the magnetic field in the saturation sensitivity region and the quasi-saturation sensitivity region corresponding to the base portion having a magnetoresistance change rate of 20% or more is used. .
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a magnetic encoder device to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 (a), (b), and (c) are a schematic cross-sectional view, a schematic perspective view, and a schematic plan view showing a configuration of a main part of a magnetic sensor device to which the present invention is applied.
  • FIG. 3 (a), (b), and (c) are explanatory views when the direction of the magnetic field formed on the magnetic scale of the magnetic encoder device to which the present invention is applied is viewed in a plane, viewed obliquely. Explanatory diagram of when, It is explanatory drawing when the side force is also seen.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an electrical configuration of the magnetoresistive pattern shown in FIG.
  • FIG. 6 (a), (b), and (c) are a bottom view of the magnetic sensor device shown in Fig. 1, a longitudinal sectional view of the main part, and a sectional view showing an enlarged periphery of the magnetoresistive element. is there.
  • FIG. 7 (a), (b), and (c) are a plan view and a longitudinal sectional view showing a state where a flexible substrate is connected to a rigid substrate in a magnetic sensor device to which the present invention is applied, respectively.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state where a resin protective layer is formed on a rigid substrate.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of another magnetic encoder device to which the present invention is applied.
  • FIG. 9 are explanatory views when the direction of the magnetic field formed on the magnetic scale of the magnetic encoder device shown in FIG. It is explanatory drawing at the time, and explanatory drawing when it sees from the side.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the above and an explanatory diagram when viewed from the side.
  • FIG. 13 (a) and (b) are explanatory diagrams when a rotary encoder is configured by a magnetic encoder device to which the present invention is applied.
  • FIG. 14 (A) and (B) are respectively an explanatory diagram showing a configuration of a magnetic encoder device to which the present invention is applied, and a magnetic encoder device according to Example 1 of Embodiment 2 of the present invention. It is explanatory drawing which shows the positional relationship of the permanent magnet and magnetoresistive element in this.
  • FIG. 16 (A) and (B) are a graph showing the relationship between the maximum energy product and thickness of a permanent magnet of a magnetic scale to which the present invention is applied and the interpolation accuracy, and a magnetic field to which the present invention is applied.
  • the maximum energy product and thickness of the permanent magnet of the scale and the hysteresis It is a graph which shows a relationship.
  • FIG. 17 (A) to (E) are explanatory views showing a method of manufacturing a magnetic scale to which the present invention is applied.
  • FIG. 18 (A) to (D) are explanatory views showing another method of manufacturing a magnetic scale to which the present invention is applied.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing a planar positional relationship between a permanent magnet and a magnetic sensor in a magnetic encoder device according to Example 4 of Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 20 (A) to (D) are explanatory views when a rotary encoder is constituted by a magnetic encoder device to which the present invention is applied.
  • FIG. 21 is an explanatory diagram of a conventional magnetic encoder device.
  • Magnetic linear encoder device Magnetic encoder device
  • Ground terminal (first common terminal)
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a magnetic encoder device to which the present invention is applied.
  • 2A, 2B, and 2C are a schematic cross-sectional view, a schematic perspective view, and a schematic plan view showing a configuration of a main part of a magnetic sensor device to which the present invention is applied.
  • the magnetic sensor device 1 in this embodiment is used in a magnetic linear encoder device 100 (magnetic encoder device), and a movable member (with respect to the bottom surface of the magnetic sensor device 1)
  • a magnetic scale 9 fixed to a not-shown surface is facing.
  • the magnetic scale 9 has a track in which N poles and S poles are alternately arranged along the longitudinal direction (the relative movement direction of the magnetic sensor device 1 and the magnetic scale 9).
  • the magnetic sensor device 1 detects the moving position when the movable member and the magnetic scale 9 move in the longitudinal direction of the magnetic scale 9 by detecting the direction of the rotating magnetic field formed on the surface of the magnetic scale 9.
  • the magnetic sensor device 1 includes a holder 6 made of a substantially rectangular parallelepiped aluminum die-cast product, a rectangular cover 68 covering the opening of the holder 6, and a cable 7 extending from the holder 6.
  • a cable through hole 69 is formed on the side of the holder 6, and the cable 7 is drawn out from the cable through hole 69.
  • the holder 6 also has a flat surface force that protrudes from the bottom surface of the holder 6 through a step on the bottom surface facing the magnetic scale 9.
  • a reference plane 60 is formed.
  • An opening 65 is formed in the reference surface 60, and the magnetoresistive element 25 formed on the rigid substrate 10 such as a silicon substrate or a ceramic grace substrate is disposed with respect to the opening 65, and the sensor surface 250. Is configured.
  • the magnetoresistive element 25 is an A-phase magnetic resistor having a phase difference of 90 ° as a magnetoresistive pattern for detecting a rotating magnetic field whose direction changes in the in-plane direction of the magnetic scale 9.
  • Anti-pattern 25 (A) and B-phase magnetoresistive pattern 25 (B), and the lower end face of the A-phase magnetoresistive pattern 25 (A) and B-phase magnetoresistive pattern 25 (B) (magnetic
  • the sensor surface 250 is configured by each pattern surface (facing the scale 9). In the drawing, SIN is attached to the A-phase magnetoresistive pattern, and COS is attached to the B-phase magnetoresistive pattern.
  • the A-phase magnetoresistive pattern 25 (A) detects the movement of the magnetic scale 9 with a phase difference of 180 ° + the a-phase magnetoresistive pattern 25 (+ a) and the a-phase magnetoresistive pattern
  • the + a phase magnetoresistive pattern 25 (+ a) is marked with SIN +, and the —a phase magnetoresistive pattern 25 (—a) is SIN is attached.
  • the B phase magnetoresistance pattern 25 (B) detects the movement of the magnetic scale 9 with a phase difference of 180 °, and the b phase magnetoresistance pattern 25 (+ b) and the b phase magnetoresistance
  • the + b phase magnetoresistive pattern 25 (+ b) is labeled COS +
  • the b phase magnetoresistive pattern 25 (—b) is COS is attached.
  • the magnetoresistive pattern 25 (— b) is formed on the same surface (main surface) of one rigid substrate 10.
  • the magnetic resistance patterns 25 (+ a), 25 (—a), 25 (+ b), 25 (—b) are arranged in a lattice pattern on the rigid substrate 10, and the + a phase magnetoresistance Pattern 25 (+ a) and a phase magnetoresistive pattern 25 (— a) are formed at diagonal positions, + b phase magnetoresistive pattern 25 (+ b) and — b phase magnetoresistive pattern 25 (- b) is formed at a diagonal position.
  • tracks 91 in which N poles and S poles are alternately arranged along the moving direction are formed.
  • three rows of tracks 91 (91A, 91B, 91C) are wide. Parallel in direction.
  • the positions of the N pole and the S pole are shifted by one magnetic pole in the moving direction.
  • the positions of the N pole and the S pole coincide with each other in the moving direction.
  • the boundary portion 912 between the adjacent track 91A and the track 91B, and the boundary portion 912 between the track 91B and the track 91C are adjacent to each other without interposing a non-magnetized portion or a non-magnetic portion having no magnetic pole. It is preferable that the N pole and S pole of the boundary portion 912 are formed so as to be in direct contact with each other. However, if a strong rotating magnetic field that can be detected by the magnetic sensor device 1 can be generated, magnetic poles are generated at the boundary portion 912 of the adjacent track 91A and the track 91B and the boundary portion 912 of the track 91B and the track 91C. A non-existing non-magnetized part or non-magnetic part may be interposed.
  • the magnetic field analysis of the in-plane direction of the magnetic field of the magnetic scale 9 for each of the matrix-like minute regions is shown in Fig. 3 (a), As indicated by the arrows in (b) and (c), at the edge portion 911 in the width direction of the tracks 91A, 91B, and 91C, a rotating magnetic field is formed in which the direction in the in-plane direction changes as in the area surrounded by a circle. In particular, at the boundary portion 912 of the tracks 91A, 91B, and 91C, a strong rotating magnetic field is generated as in the region surrounded by the circle L2.
  • the boundary portion 912 between the adjacent track 91A and track 91B and the boundary portion 912 between the track 91B and track 91C are formed so that the N pole and S pole of the boundary portion 912 are in direct contact with each other. Therefore, a rotating magnetic field with higher strength is generated at the boundary portion 912 of the tracks 91A, 91B, and 91C.
  • the sensor surface 250 of the magnetic sensor device 1 is opposed to the boundary portion 912 of the tracks 91A, 91B, 91C. Further, since the sensor surface 250 is located at the center of the magnetic scale 9 in the width direction, one end 251 in the width direction of the sensor surface 250 is the track 91A among the three tracks 91A, 91B, and 91C. The other end 252 is located at the center in the width direction of the track 91C. Therefore, the region where the + a phase magnetoresistive pattern 25 (+ a) is formed and the region where the + b phase magnetoresistive pattern 25 (+ b) is formed are the boundary portions of the tracks 91A and 91B.
  • Track 91B includes a region where a + a phase magnetoresistance pattern 25 (+ a) and a + b phase magnetoresistance pattern 25 (+ b) are formed, and an a phase magnetoresistance pattern 25 (—a) and One b-phase magnetoresistive pattern 25 (—b) is formed, and each region is formed in the center of the magnetic scale 9 as an opposite track, ie, a common track 91B.
  • the magnetoresistive patterns 25 (+ a), 25 (—a), 25 (+ b), 25 (—b) are as shown in FIG.
  • These magnetoresistive patterns 25 (+ a), 25 (—a), 25 (+ b), and 25 (—b) represent the bridge circuit shown in Fig. 5 (a) and (b). Configure.
  • the magnetoresistive patterns 25 (+ a), 25 (—a), 25 (+ b), 25 (—b) are formed in the central region in the longitudinal direction of the rigid substrate 10.
  • the one end portion 11 of the rigid substrate 10 is a first terminal portion 21, and the other end portion 12 is a second terminal portion 22.
  • the + a phase magnetoresistive pattern 25 (+ a) and the one a phase magnetoresistive pattern 25 (—a) are formed at diagonal positions, and the + b phase magnetoresistive pattern 25 (+ b) and the b phase magnetoresistive pattern 25 (—b) are formed diagonally.
  • the + a-phase magnetoresistive pattern 25 (+ a) and the -a-phase magnetoresistive pattern 25 (-a) have one end connected to the power supply terminal.
  • 212 (Vcc) and 222 (Vcc) are connected to each other, and the other end is connected to ground terminals 213 (GND) and 223 (GND) as a first common terminal and a second common terminal.
  • the terminal 211 (+ a) for output SIN + is connected to the midpoint position of the + a phase magnetoresistive pattern 25 (+ a), and the midpoint position of the —a phase magnetoresistive pattern 25 (—a) Is connected to terminal 221 (—a) for output SIN—. Therefore, if the output SIN + and the output SIN ⁇ are input to the subtractor, a differential output can be obtained, and the moving speed of the magnetic scale 9 can be detected from the differential output.
  • the + b phase magnetoresistive pattern 25 (+ b) and the —b phase magnetoresistive pattern 25 (—b) are connected to power supply terminals 224 (Vcc) and 214 (Vcc).
  • the other end of the -b phase magnetoresistive pattern 25 (-b) is connected to the ground terminal 213 (GND) as the first common terminal in the same way as the + a phase magnetoresistive pattern 25 (+ a).
  • the other end of the + b phase magnetoresistive pattern 25 (+ b) is connected to the ground terminal 223 (GND) as the second common terminal in the same way as the —a phase magnetoresistive pattern 25 (—a). is doing.
  • terminal 225 (+ b) for output COS + is connected to the midpoint position of magnetoresistive pattern 25 (+ b) for + b phase.
  • Terminal 215 (—b) for output COS— is connected to the point position. Therefore, output SIN + and If the output SIN— is input to the subtractor, a differential output can be obtained, and the moving speed of the magnetic scale 9 can be detected from the differential output.
  • a dummy terminal is formed in the first terminal portion 21 in addition to the above terminals.
  • dummy terminals are also formed in the second terminal portion 22.
  • a Z-phase magnetoresistive pattern 25 (Z) for detecting the origin position is formed in a region adjacent to the magnetoresistive pattern, and the second The terminal 22 is also provided with a power supply terminal 226 (Vcc), a ground terminal 227 (GND), and output terminals 228 (Z) and 229 (Z) for the Z-phase magnetoresistive pattern 25 (Z).
  • the magnetoresistive patterns 25 (+ a), 25 (—a), 25 (+ b), and 25 (—b) are ferromagnetic films formed on the main surface of the rigid substrate 10 by a semiconductor process. It consists of a magnetic film such as NiFe, and constitutes a Wheatstone bridge. Each terminal also has a force such as a conductive film formed simultaneously with the magnetoresistive patterns 25 (+ a), 25 ( ⁇ a), 25 (+ b), and 25 ( ⁇ b).
  • the magnetoresistive patterns 25 (+ a), 25 (—a), 25 (+ b), 25 (—1)) configured in this way are placed at predetermined positions in the moving direction as shown in FIG.
  • the magnetic resistance pattern 25 (—a) can be regarded as four resistors Ra to Rd.
  • the resistance values of these four resistors Ra to Rd change corresponding to the phase change shown in Fig. 5 (d). Therefore, the resistors Ra and Rb have the same phase and the detected magnetic poles are opposite.
  • the resistors Rc and Rd have the same phase and the detected magnetic poles are opposite.
  • the resistance values of the resistors Ra and Rb and the resistors Rc and Rd change with a phase difference of 180 °, and a differential output can be obtained.
  • the structure shown in FIG. 6 and FIG. 7 is adopted to arrange the magnetic sensor device 1 by arranging the rigid substrate 10 in the holder 6.
  • FIGS. 6 (a), (b), and (c) are a bottom view of the magnetic sensor device shown in FIG. 1, a longitudinal sectional view of the main part, and a sectional view showing an enlarged periphery of the magnetoresistive element. It is. 7 (a), (b), and (c) are a plan view and a longitudinal sectional view showing a state in which a flexible substrate is connected to a rigid substrate in a magnetic sensor device to which the present invention is applied, respectively.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a resin protective layer is formed on a rigid substrate.
  • one end of the rigid substrate 10 is provided. 11 is connected to the first flexible substrate 31, and the end portion of the conductive pattern 37 (signal line) formed on the base film 36 in the first flexible substrate 31 is the first terminal portion 21. Each terminal is connected by soldering, alloy bonding, bonding using an anisotropic conductive film, or the like.
  • a second flexible substrate 32 is connected to the other end 12 thereof, and the conductive film formed on the base film 36 in the second flexible substrate 32.
  • the end of the pattern 37 (signal line) is connected to each terminal of the second terminal portion 22 by a method such as solder bonding, alloy bonding, or bonding using an anisotropic conductive film.
  • each of the first terminal portion 21 and the second terminal portion 22 is provided among the conductive patterns 37 formed on the base film 36 in the first flexible substrate 31 and the second flexible substrate 32.
  • the part to be joined to the terminal is plated with Sn-Cu.
  • the first flexible substrate 31 and the second flexible substrate 32 are configured by a part of one flexible substrate 30 as shown in FIG. 7 (a). ing. That is, the flexible substrate 30 includes a rectangular portion 33 to be connected to the cable 7 shown in FIG. 1 and a pair of U-shaped extending portions 34 in which the lower end edge force of the rectangular portion 33 extends to the left and right sides. , 35, and the first flexible substrate 31 is constituted by one of the extended portions 34, 35 and the second flexible portion 35 is constituted by the other extended portion 35.
  • the conductive substrate 32 is configured. Therefore, the thickness of the base film 36 and the thickness of the conductive pattern 37 are the same between the first flexible substrate 31 and the second flexible substrate 32.
  • the flexible substrate 30 is symmetrical, and the first flexible substrate 31 and the second flexible substrate 32 have the same planar shape.
  • a plurality of small semicircular cutouts 39 are formed at both end edges located in the width direction of the pair of extending portions 34, 35. 39 is formed!
  • the flexible substrate 30 and the rigid substrate 10 are bent as a valley fold portion (indicated by a one-dot chain line) and a mountain fold portion (indicated by a two-dot chain line) in FIGS. 6 (b) and (c). 7B and 7C, the rigid substrate 10 is disposed on the bottom surface of the holder 6 with the main surface of the rigid substrate 10 facing outward (downward).
  • the magnetoresistive element 25 is shown in FIG. 6 (c).
  • the surface is covered with an insulating resin layer 40, a conductive adhesive layer 81, a nonmagnetic metal layer 82, and a resin protective layer 83, and the metal layer 82 is a conductive adhesive layer. It is fixed to the holder 6 via 81. Accordingly, the metal layer 82 is electrically connected to the holder 6 via the conductive adhesive layer 81, and the metal layer 82 functions as a conductive layer for electromagnetic shielding that covers the surface of the magnetoresistive element 25.
  • the resin protective layer 83, the metal layer 82, and the conductive adhesive material layer 81 are formed on both surfaces of the metal layer 82 such as aluminum foil or copper foil, and the resin protective layer 83 and the conductive adhesive material.
  • Each of the layers 81 laminated is a film 80 bonded and fixed to the holder 6 via the conductive adhesive layer 81.
  • the resin protective layer 83, the metal layer 82, and the conductive adhesive layer 81 are formed on the surface of the resin protective layer 83, which is also a film base material such as PET, on the surface of a metal such as an aluminum film or a copper film.
  • a film 80 in which a layer 82 and a conductive adhesive layer 81 are laminated is adhered and fixed to the holder 6 through the conductive adhesive layer 81.
  • the conductive adhesive layer 81 is obtained by dispersing carbon particles, aluminum particles, silver particles, copper particles and the like in various adhesive materials.
  • Powerful film 80 is about 50 m thick and extremely thin. Therefore, the gap between the magnetoresistive element 25 and the magnetic scale 9 can be reduced to 300 m or less.
  • the resin protective layer 83 should have the viewpoint of protecting the metal layer 82 when it comes into contact with a movable member or the like. However, depending on the type of metal constituting the metal layer 82 and the usage pattern, The oil protective layer 83 may be omitted.
  • the magnetic resistance curve (MR characteristic) of the magnetoresistive element 25 of the magnetic sensor device 1 and the magnetic encoder device 100 is the magnetic resistance shown in FIG. 15 of the second embodiment. Since the magnetoresistive element 25 having the same characteristic as the curve (MR characteristic) can be used, detailed description thereof is omitted here.
  • FIGS. 6 (a), (b), (c) and FIGS. 7 (a), (b), (c) will be described in further detail.
  • the first flexible substrate 31 is connected to the one side end 11, and the second flexible substrate 32 is connected to the other end 12 of the rigid substrate 10.
  • the conductive pattern is formed on the substrate 30! /, Na! /, And the terminal is formed on the rigid substrate 10 !, na! /, And the gaps 38a and 38b are generated due to the portion. Therefore, the gaps 38a and 38b are filled with sealing resin 41 such as epoxy resin.
  • sealing resin 41 such as epoxy resin.
  • the flexible substrate 30 is bent along a valley fold portion indicated by a one-dot chain line and a mountain fold portion indicated by a two-dot chain line in Fig. 7 (a), and then as shown in Fig. 7 (b).
  • the flexible substrate 30 and the rigid substrate 10 are arranged at the bottom of the holder 6 with the main surface of the rigid substrate 10 facing outward (downward).
  • the back surface side 361 of the base film 36 connected to the rigid substrate 10 coincides with the reference surface 60 of the holder 6.
  • the rigid substrate 10, the first flexible substrate 31, and the second flexible substrate 32 are fixed in the holder 6.
  • an epoxy sheet is formed in a region sandwiched between the first flexible substrate 31 and the second flexible substrate 32 on the main surface of the rigid substrate 10.
  • a resin such as fat
  • it is cured and an insulating resin layer 40 covering the magnetoresistive element 25 is formed as shown by the dotted line rising to the right in FIG.
  • the gaps between the first flexible substrate 31 and the second flexible substrate 32 and the opening 65 may be filled with grease.
  • a film 80 in which a resin protective layer 83, a metal layer 82, and a conductive adhesive layer 81 are formed in this order is replaced with a conductive adhesive layer 81. Attaching toward the reference plane 60
  • the surface of the magnetoresistive element 25 is covered with the insulating resin layer 40, the conductive adhesive layer 81, the metal layer 82, and the resin protective layer 83, and the metal layer 82 is Then, it is bonded and fixed to the holder 6 through the conductive adhesive layer 81. Therefore, the metal layer 82 is made of the conductive adhesive layer 8. It is electrically connected to the holder 6 through 1.
  • the surface of the magnetoresistive element 25 can be covered with the radio wave shield conductive layer made of the metal layer 82 in the magnetic sensor device 1.
  • the + a phase magnetoresistive pattern 25 (+ a) and the one a phase magnetoresistive pattern 25 (—a) are located diagonally, Since the magnetoresistive pattern 25 (+ b) of the phase and the magnetoresistive pattern of the 1b phase (1b) are located diagonally, the 4-phase magnetoresistive patterns 225 (+ a), 225 (—a) , 225 (+ b), 225 (—b) can be routed in the same plane, and magnetoresistive pattern 25 (+ a), 25 (—a), and B phase constituting A phase All of the magnetoresistive patterns 25 (+ b) and 25 ( ⁇ b) can be formed on the same surface of one rigid substrate 10.
  • any magnetoresistive pattern 25 (+ a), 25 (—a), 25 (+ b), 25 (—b) can be configured with the same sensitivity, so the sensor surface 250 and the magnetic scale 9 Even when the gap size fluctuates, the offset does not fluctuate, and high interpolation accuracy can be obtained. Therefore, the sensor surface 250 consisting of the lower end surface of each of the A phase magnetoresistive pattern 25 (A) and the B phase magnetoresistive pattern 25 (B) (each pattern surface facing the magnetic scale 9) becomes the magnetic scale 9 during assembly. Even when tilted, the effect on the interpolation accuracy can be suppressed. Further, since the magnetoresistive patterns 225 (+ a), 225 ( ⁇ a), 225 (+ b), and 225 ( ⁇ b) can be easily routed, a large number of patterns for high-frequency cancellation can be arranged.
  • the magnetoresistive element 25 of the present embodiment has the + a phase magnetoresistive pattern 25 (+ a) and the a phase magnetoresistive pattern 25 (—a) diagonally positioned,
  • all of the magnetoresistive patterns 25 (+ b) and 25 (—b) constituting the B phase can be formed on the same surface of one rigid substrate 10, so that, for example, , + A phase magnetoresistive pattern, -a phase magnetoresistive pattern, + b phase magnetoresistive pattern, and -b phase magnetoresistive pattern are arranged in the same direction and in a straight line.
  • Two sets of magnetoresistive elements are used, and compared to a magnetic sensor device using these two sets in a state where the magnetoresistive elements are arranged in parallel
  • the space for mounting the magnetoresistive element 25 in the magnetic sensor device 1 can be saved, and the magnetic sensor device 1 can be reduced in size. Monkey.
  • the other end of the —b phase magnetoresistive pattern 25 (—b) is connected to the ground terminal 213 (GND) as the first common terminal, similarly to the + a phase magnetoresistive pattern 25 (+ a).
  • the other end of the + b phase magnetoresistive pattern 25 (+ b) is connected to the ground terminal 223 (GND) as the second common terminal in the same way as the a phase magnetoresistive pattern 25 (--a). Since they are connected, the magnetoresistive patterns of different phases can be brought close to each other on the rigid substrate 10, so that the detection accuracy can be improved.
  • the magnetoresistive patterns 25 (+ a) and 25 (-a) constituting the A phase and the magnetoresistive patterns 25 (+ b) and 25 (-b) constituting the B phase Since all are formed on the same surface of one rigid substrate 10, magnetoresistive patterns 225 (+ a), 225 (—a), 225 (+ b), and 225 (—b) are formed on the rigid substrate 10. If the surface on the side facing the magnetic scale 9 is directed to the magnetic scale 9 side, the gap between the magnetoresistive turns 225 (+ a), 225 (—a), 225 (+ b), 225 ( ⁇ b) and the magnetic scale 9 Can be narrowed.
  • the magnetic sensor device 1 can detect the rotating magnetic field formed at the boundary portion 912 between the adjacent tracks 91A, 91B, 91C of the magnetic scale 9, and the result Based on this, it is possible to detect the relative movement speed and relative movement distance with the magnetic scale 9. At that time, the magnetic sensor device 1 can obtain a sine wave with high waveform quality and can exhibit the features of the rotating magnetic field detection type, such as being strong against a disturbance magnetic field. Since the saturation force also uses the saturation sensitivity region, it is possible to obtain a high detection sensitivity that is not affected by manufacturing variations of the magnetoresistive element 25.
  • the rotating magnetic field is detected with the sensor surface 250 of the magnetic sensor device 1 facing the boundary portion 912 of the tracks 91A, 91B, 91C
  • the sensor surface with respect to the magnetic scale 9 is detected.
  • the 250 is oriented vertically, it is possible to avoid the magnetic field from reaching the saturation sensitivity region at a position away from the magnetic scale 9. Therefore, the detection accuracy of the magnetic encoder device 1 can be improved.
  • the magnetic scale 9 of the present embodiment has a boundary portion 9 between adjacent tracks 91A and 91B. 12 and the boundary portion 912 between the track 91B and the track 91C, for example, the N pole and S pole of the boundary portion 912 adjacent to each other without interposing a non-magnetized portion or a non-magnetic portion where no magnetic pole exists are in direct contact with each other. Is formed. Further, the boundary portion 912 between the adjacent track 91A and the track 91B and the boundary portion 912 between the track 91B and the track 91C are formed so that the N pole and the S pole of the boundary portion 912 are in direct contact with each other. In the boundary portion 912 of the tracks 91A, 91B, and 91C, a rotating magnetic field having a higher strength can be generated.
  • the track 91B includes a region where the + a phase magnetoresistance pattern 25 (+ a) and + b phase magnetoresistance pattern 25 (+ b) are formed, and an a phase magnetoresistance. Formed in the center of the magnetic scale 9 as a common track 91B where the respective areas of the pattern 25 (-a) and the b phase magnetoresistive pattern 25 (-b) are formed are opposed to each other. Therefore, the magnetic scale 9 can be downsized. In addition, since the number of magnetizations of N pole and S pole on the track can be reduced, the magnetic scale 9 can be manufactured inexpensively and easily.
  • the end portions 251 and 252 forces in the width direction of the sensor surface 250 are respectively positioned in the center in the width direction of the tracks 91A and 91C.
  • the width dimension of the force sensor surface 250 is A configuration in which the end portions 251 and 252 of the sensor surface 250 wider than the width dimension of the magnetic scale 9 protrudes outward in the width direction of the magnetic scale 9 may be adopted.
  • the force in which the number of tracks is three rows.
  • the magnetic scale 9 has a magnetic field in the in-plane direction.
  • the edge portion 911 in the width direction of the tracks 91A and 91B is a circle L.
  • a rotating magnetic field that changes the direction in the in-plane direction is formed as in the enclosed area, and in particular, in the boundary portion 912 of the tracks 91A and 91B, a rotating magnetic field having a high strength is provided as in the area surrounded by the circle L2.
  • the boundary portion 912 between adjacent tracks 91A and 91B is formed so that the N pole and S pole of the boundary portion 912 are in direct contact with each other.
  • a stronger rotating magnetic field is generated. Therefore, the tiger
  • the present invention may also be applied to a magnetic encoder device using a magnetic scale 9 with two rows of tracks.
  • the boundary portion 912 between the adjacent track 91A and the track 91B has, for example, no pole and no non-magnetized portion or nonmagnetic portion, and the N pole and S of the adjacent boundary portion 912 are not interposed.
  • the poles are formed so that they touch each other directly!
  • the present invention can be applied to a magnetic encoder device using a magnetic scale 9 having one row of tracks.
  • the boundary between adjacent tracks 91A and 91B, the boundary between tracks 91B and 91C, the boundary between tracks 91C and 91D, and the boundaries between tracks 91D and 91E By forming them so that the S poles are in direct contact with each other, a rotating magnetic field having a higher strength can be generated at each boundary portion of the tracks 91A, 91B, 91C, 91D, and 91E.
  • the N pole and the N pole of the adjacent boundary portion without interposing the non-magnetized portion and the non-magnetic portion where no magnetic pole exists. It is possible to generate a rotating magnetic field with a higher strength by configuring the S pole so that it is preferably in direct contact with it.
  • FIGS. 13 (a) and 13 (b) a rotary encoder may be configured as shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b).
  • the magnetic scale 9 is configured such that the track 91 extends in the circumferential direction on the end surface of the rotating body, and the magnetic sensor device is applied to the track 91 thus configured.
  • One sensor surface 250 may be opposed.
  • the magnetic scale 9 is configured such that the track 91 extends in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the rotating body, and the magnetic sensor device is applied to the track 91 thus configured.
  • the magnetic sensor device 1 is used in a magnetic encoder device that detects the direction of a rotating magnetic field with a magnetic field strength equal to or greater than the saturation sensitivity region. It may be used for a magnetic encoder device of a type that detects the position by the above. It can also be configured as a type that detects the direction of the rotating magnetic field with the magnetic field strength in a region other than the saturation sensitivity region.
  • 14 (A) and 14 (B) are respectively an explanatory diagram showing the configuration of a magnetic encoder device to which the present invention is applied, and the permanent magnet in the magnetic encoder device according to Example 1 of Embodiment 2 of the present invention. It is explanatory drawing which shows the positional relationship of a magnetoresistive element.
  • a magnetic encoder device 1000 shown in FIG. 14 (A) is a linear encoder, and has a magnetic scale 2000 having a permanent magnet 2300 extending in a strip shape with respect to the bottom surface (sensor surface) of the magnetic sensor device 3000. They are facing each other.
  • the permanent magnet 2300 includes tracks in which N poles and S poles are alternately arranged along the longitudinal direction (the relative movement direction of the magnetic sensor device 3000 and the permanent magnet 2300).
  • the magnetic sensor device 3000 includes, for example, a holder 3200 having a substantially rectangular parallelepiped aluminum die-casting force, a rectangular cover 3100 that covers the opening of the holder 3200, and a cable 9000 extending by the force of the holder 3200.
  • the holder 3200 has a cable through hole 3900 formed on the side surface thereof, and the cable through hole 3900 force is pulled out by Cape Nore 9000 force!
  • a magnetoresistive element 7500 is arranged at a position facing the magnetic scale 2000 on the Honoreda 3200. Therefore, by relative movement in the longitudinal direction of the magnetic sensor device 3000, the permanent magnet 2300 (magnetic scale 2000), and the force permanent magnet 2300, the relative position and relative speed can be detected. Therefore, for example, in a machine tool or a mounting device, if one of the magnetic scale 2000 and the magnetic sensor device 3000 is arranged on the fixed body side and the other is arranged on the moving body side, the moving body relative to the fixed body is arranged. Can detect movement speed and distance . In this embodiment, since the magnetic scale 2000 or the magnetic sensor device 3000 moves in the longitudinal direction, the longitudinal direction of the magnetic scale 2000 is referred to as the moving direction, and the short direction of the magnetic scale 2000 is referred to as the width direction.
  • FIG. 15 is a graph showing the MR characteristics of the magnetoresistive element of the magnetic encoder device to which the present invention is applied.
  • the configuration of the magnetic sensor device 3000 in this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 2 (a) to (c), FIG. 4, FIG. 5 (a) to (d), and FIG. 6 (a).
  • ⁇ (c), 07 (a) Since the same configuration as the magnetic sensor device described in ⁇ (c) can be used, detailed description thereof is omitted here.
  • the magnetoresistive element 7500 has a magnetoresistance curve (MR characteristic) as shown in FIG. 15, and the magnetoresistance change rate changes according to the applied magnetic flux density.
  • the magnetoresistive element 7500 has a resistance change of 20% or more with respect to the maximum resistance change rate from the resistance value in the absence of a magnetic field (the area indicated by the arrow X in FIG. 15). ) Is detected and output. Therefore, in this embodiment, even if the rotating magnetic field detection method is adopted, not only in the saturation sensitivity region, but also in the magnetoresistance curve of the magnetoresistive element with respect to the maximum resistance change rate of the resistance force in the non-magnetic field.
  • the magnetic field of the saturation sensitivity region and the quasi-saturation sensitivity region corresponding to the base portion where the resistance change rate is 20% or more is used.
  • the “quasi-saturation sensitivity region” means that the resistance change rate is 20% or more with respect to the maximum resistance change rate from the resistance value in the magnetic field in the magnetoresistance curve of the magnetoresistive element.
  • the magnetic field region up to the saturation sensitivity region is shown.
  • the magnetic scale 2000 has a strip-shaped permanent magnet 2300 extending along the moving direction, and a flat base plate 2100 (base layer) is fixed to the back surface of the permanent magnet 2300.
  • a belt-shaped protective plate 2200 (protective layer) is fixed on the surface of the permanent magnet 2300.
  • the base plate 2100 has a thickness of 0.5 mm. This is a special steel strip that has been subjected to anti-glazing treatment.
  • the base plate 2100 may also be configured with a nonmagnetic material force.
  • the protective plate 2200 is a thin SUS plate with a thickness of 50 / zm, and the surface is matt coated with black using a paint such as epoxy resin.
  • the malfunction of the magnetic sensor device 3000 can be prevented by matting the surface of the protective plate 2200.
  • the side surface of the permanent magnet 2230 and the space between the base plate 2100 and the protective plate 2200 are filled with a sealant 2400 and hardened.
  • the side surface of the permanent magnet 2300 is protected by the sealant 2400.
  • the sealant 2400 include a one-component moisture-curable adhesive mainly composed of a silyl group-containing special polymer.
  • the permanent magnet 2300 has a plurality of tracks 2500 in which N poles and S poles are alternately arranged along the moving direction.
  • three rows of tracks 2500 are arranged. Are parallel in the width direction.
  • the positions of the N and S poles are shifted by one magnetic pole in the direction of movement, and between the two tracks 2500B and 2500C, the positions of the N and S poles are It is shifted by one magnetic pole in the moving direction. For this reason, between the two tracks 2500A and 2500C, the positions of the N pole and the S pole match in the movement direction.
  • the boundary portion 2520 between the adjacent rack 2500A and rack 2500B, and the boundary portion 2520 between the rack 2500B and the track 2500C for example, a non-magnetized portion or a non-magnetic portion without a magnetic pole is interposed. It is preferable that the N pole and S pole of the adjacent boundary portion 2520 are in direct contact with each other. However, if a rotating magnetic field having a large intensity that can be detected by the magnetic sensor device 1 can be generated, the adjacent N pole and S pole are adjacent to each other.
  • the boundary portion 2520 between the track 2500A and the track 2500B and the boundary portion 2520 between the track 2500B and the track 2500C may include a non-magnetized portion or a nonmagnetic portion where no magnetic pole exists.
  • the permanent magnet 2300 is an anisotropic 14 magnet with the magnetic force S facing only in the front and back direction, and the width direction of the racks 2500A, 2500B, 2500C.
  • a rotating magnetic field whose direction in the in-plane direction changes is formed.
  • a strong rotating magnetic field is generated at the boundary portion 2520 of the adjacent racks 2500A and 2500B and the boundary portion 2520 of the adjacent racks 2500B and 2100C.
  • the boundary portion 2520 between adjacent tracks 2500A and 2500B and the boundary portion 2520 between track 2 500B and the rack 2500C are the N pole and S pole of the boundary portion 2520.
  • FIG. 3 (a) the result of the magnetic field analysis of the in-plane direction of the magnetic field of the permanent magnet 2300 for each of the matrix-like minute regions is shown in FIG. 3 (a). Since it is the same as the explanatory diagram described in (c), the detailed description here will be omitted.
  • the magnetic sensor device 3000 is arranged on the sensor surface 5000 with respect to the boundary portion 2520 of the powerful rack 2500, 2500, and 2500C as shown in FIG.
  • the magnetoresistive element 7500 is face-to-face, and the rotating magnetic field generated at the end (boundary portion 2520) of the track 2500A, 2500B, 2500C is detected.
  • the width dimension of one track 2500 is, for example, lmm
  • the width dimension of the magnetoresistive element 7500 is, for example, 2 mm.
  • magnetoresistive element 7500 is located at the center in the width direction of the permanent magnet 2300, one end portion 7510 in the width direction of the magnetoresistive element 7500 is located at the center in the width direction of the track 2500A, and the other The end 7520 is located at the center of the track 2500C in the width direction.
  • the permanent magnet 2300 has a thickness of 1 mm or more, preferably 2 mm or more, and a maximum energy product ( ⁇ ⁇ ⁇ ) max of 1.2 MGOe (lOkjZm 3 ) or more.
  • Figures 16 (A) and (B) are graphs showing the relationship between the maximum energy product and thickness of the permanent magnet of the magnetic scale to which the present invention is applied and the interpolation accuracy, and the magnetic scale to which the present invention is applied.
  • 4 is a graph showing the relationship between the maximum energy product and thickness of a permanent magnet and the hysteresis.
  • the permanent magnet 2300 constituting the magnetic scale 2000 is a magnet having a maximum energy product (BH) max of 1.2 MGOe or 1.5 MGOe and a thickness of 1 mm or 2 mm.
  • BH maximum energy product
  • Interpolation accuracy when the gap (Gap) between the magnetic scale 2000 and the magnetoresistive element 7500 of the magnetic sensor device 3000 is 0.05 mm, 0.10 mm, 0.15 mm, 0.20 mm. , And hysteresis were measured.
  • the thickness of the permanent magnet 2300 is set to lmm or 2mm, so the internal accuracy is small.
  • the permanent magnet 2300 has a magnetic scale 2000 with a thickness of 2 mm, Compared with magnetic scale 2000 with magnet 2300 thickness lmm, magnetic scale 2000 with permanent magnet 2300 thickness force S2mm is compared with magnetic scale 2000 with permanent magnet 2300 thickness lmm. Interpolation accuracy force S small force.
  • (8'11) 111 & is 1.5MGOe, magnetic scale with permanent magnet 2300 with thickness force S2mm, 2000 force.
  • the permanent magnet 2300 has a thickness of 1 mm, and the magnetic scale 2000 has a stronger force than the magnetic scale 2000, which has a thickness of 2 mm. Interpolation accuracy has increased.
  • the magnetic scale 2000 having the permanent magnet 2300 having a thickness of 2 mm is more hysteretic than the magnetic scale 2000 having the permanent magnet 2300 having a thickness of 1 mm.
  • the power was small.
  • the magnetic scale 2000 having the permanent magnet 2300 having a (B′H) max of 1.5 MGOe and a thickness of 2 mm had the smallest hysteresis as compared with the others.
  • the gap between the magnetic scale 2000 and the magnetoresistive element 7500 is widened. Accordingly, the magnetic scale 2000 with a permanent magnet 2300 thickness of 1 mm has a greater hysteresis than the magnetic scale 2000 with a permanent magnet 2300 thickness of 2 mm.
  • the detection accuracy is better than that of the magnetic scale 2000 having the thickness of the permanent magnet 2300 of 2 mm and the magnetic scale 2000 having the thickness of the permanent magnet 2300 of 1 mm. Ii) It is larger than the effect of max.
  • FIGS. 17A to 17E are explanatory diagrams schematically showing a magnetic scale manufacturing method to which the present invention is applied.
  • magnetizing a method of energizing the magnetizing coil of the magnetizing head with a magnetizing head disposed on one surface of the magnet material while a yoke is disposed on the other surface, or a magnet A method is used in which magnetizing heads are placed on both sides of the material and the magnetizing coil is energized.
  • the magnetized head is not shown in FIG.
  • a base plate 2100 is fixed to the back surface of a magnet material 260 0 (non-magnetized permanent magnet 2300) with a double-sided tape or the like. Determine.
  • the magnet material 2600 is magnetized on both sides using a magnetizing head, so that the longitudinal direction (movement direction) of the magnet material 2600 is obtained.
  • a single row of tracks 250 () is formed in which N poles and S poles are arranged alternately.
  • the magnet material 2600 is magnetized on both sides using a magnetizing head.
  • a magnetized pattern is overwritten on a part of the magnet material 2600, and a permanent magnet 2300 in which three rows of tracks 2500 are formed is completed.
  • the permanent magnet 2300 is an anisotropic magnet whose magnetic poles are oriented only in the front and back direction.
  • the vertical rack 2500 is formed in parallel in three rows of vertical racks 2500 (2500A, 2500B, 2500C) in the direction of the width of the power.In addition, between adjacent adjacent vertical racks 2500A, 2500B, 2500C, N poles In addition, it is formed so that the position of the S pole is shifted by one pole in the longitudinal direction.
  • the protection plate 2200 is fixed to the surface of the permanent magnet 2300. Thereafter, a sealant 2400 is filled and cured between the side surface of the permanent magnet 2300 and between the base plate 2100 and the protective plate 2200 to obtain the magnetic scale 2000 shown in FIG.
  • the boundary between adjacent track 2500A and track 2500B, and the boundary between track 2500B and track 2500C include, for example, a non-magnetized portion or a non-magnetic portion where no magnetic pole exists.
  • the N pole and S pole of the adjacent boundary part are in direct contact with each other, it is possible to generate a strong rotating magnetic field that can be detected by the magnetic sensor device 3000 in FIG. If there is no problem, there will be no magnetic pole at the boundary! Non-magnetized and non-magnetic parts may be interposed.
  • FIG. 18A to 18D are explanatory views schematically showing another method of manufacturing the magnetic scale used in the present invention, and the illustration of the magnetized head is also omitted in FIG.
  • the base plate 2100 is attached to the back surface of the magnet material 2600 (non-magnetized permanent magnet 2300). According Fix.
  • FIG. 18 (B) in the magnetizing process, the magnet material 2600 is magnetized on both sides to carry out multipolar magnetization, thereby providing a permanent track with three tracks 2500. Magnet 2 300 is completed.
  • the permanent magnet 2300 is an anisotropic magnet whose magnetic poles are oriented only in the front and back direction.
  • ⁇ Rack 2500 is formed in parallel in three rows of ⁇ Rack 2500 (2500A, 2500B, 2500C) force width direction, and between adjacent 3 rows of tracks 2500A, 2500B, 2500C, N pole and S pole Is formed so that the position of is shifted by one pole in the longitudinal direction.
  • the protective plate 2200 is fixed to the surface of the permanent magnet 2300. Thereafter, a sealant 2400 is filled in the side surface of the permanent magnet 2300 and between the base plate 2100 and the protective plate 2200 and cured to obtain the magnetic scale 2000 shown in FIG. 18 (D).
  • a magnetic pole does not exist at the boundary part.
  • a non-magnetized part or a non-magnetic part may be interposed.
  • the magnetic encoder device 1000 detects the rotating magnetic field formed on the magnetic scale 20000, the magnetic sensor device 3000 and the magnetic scale are intended to improve the SZN ratio. Even if the gap with 2000 is narrowed, the sine wave component can be obtained stably.
  • the thickness of the permanent magnet 2300 is set to 1 mm or more, preferably 2 mm, when used in such a permanent magnet 2300, the rotating magnetic field can be detected with high accuracy. A magnetic field can be obtained. As a result, the magnetoresistive element 7500 can detect information from the magnetic scale 2 000 more reliably, and thus the detection accuracy is high.
  • the magnetoresistive element 7500 can more reliably detect information from the magnetic scale 2000, and thus the detection accuracy is high.
  • the magnetoresistive element 7500 is made to face the boundary portion 2520 of the rack 2500A, 2500B, 2500C and the rotating magnetic field is detected, so the sensor surface is placed against the permanent magnet 2300.
  • the magnetoresistive element 7500 is opposed to the three rows of tracks 250 0A, 2500B, 2500C in the width direction, and the both ends of the magnetoresistive element 7500 are opposed to the tracks 2500A, 2500C.
  • the position of N pole and S pole in the moving direction is the same. For this reason, there is an advantage that the detection sensitivity does not change even if the relative positions of the permanent magnet 2300 and the magnetoresistive element 7500 in the width direction shift.
  • the end portions 7510 and 7520 in the width direction of the magnetoresistive element 7500 are each positioned in the center in the width direction of the tracks 2500A and 2500B.
  • a configuration in which the end portions 7510 and 7520 of the magnetoresistive element 7500 whose width dimension is wider than the width dimension of the permanent magnet 2300 protrudes outward in the width direction of the permanent magnet 2300 may be employed.
  • Example 2 of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the planar positional relationship between the permanent magnet 2300 and the magnetoresistive element 7500 in the magnetic encoder device according to the embodiment of the present embodiment is the same as the magnetic scale 9 (permanent magnet) shown in FIG. 8 of the first embodiment. ) And the magnetoresistive element 25, the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • Example 1 of the second embodiment the force in which the number of tracks was three rows. As shown in Fig. 8, the number of tracks was two rows, and between two adjacent tracks 91A and 91B,
  • the magnetic scale 9 is configured so that the positions of the N pole and the S pole are shifted by one magnetic pole in the moving direction, and on the sensor surface 250 of the magnetic sensor device 1 with respect to the boundary portion 912 of the tracks 91A and 91B A configuration in which the arranged magnetic resistance elements 25 face each other may be adopted.
  • the magnetoresistive element 25 arranged on the sensor surface 250 is located at the center in the width direction of the magnetic scale 9 (permanent magnet), one end 252 in the width direction of the magnetoresistive element 25 is , Two trucks 91A, 91 Of B, one track 91A is located in the center in the width direction, and the other end 251 is located in the center in the width direction of the other track 91B.
  • the results of the magnetic field analysis of the in-plane direction of the magnetic field of the magnetic scale 9 (permanent magnet) for each minute region in the matrix form are as follows. Since it is the same as the explanatory diagram shown in FIGS. 9A to 9C shown in the embodiment, the power to be omitted for the detailed description here is the two adjacent tracks even in this configuration.
  • the rotating magnetic field generated at the boundary portion 912 between 91A and 91B can be detected by the magnetic sensor device 3000 shown in FIG. 14 (A), similarly to the magnetic sensor device 1 shown in the first embodiment.
  • Example 3 of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the planar positional relationship between the permanent magnet 2300 and the magnetoresistive element 7500 in the magnetic encoder device according to the embodiment of the present embodiment is the same as the magnetic scale 9 (permanent magnet) shown in FIG. 12 of the first embodiment. ) And the magnetoresistive element 25, the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • Example 1 of the second embodiment the force in which the number of tracks is three rows.
  • the magnetoresistive elements 25 arranged on the sensor surface 250 are arranged in five rows in the width direction.
  • 91A, 91B, 91C, 91D, 91E opposite to each other, and both ends 251 and 252 of the magnetoresistive element 25 arranged on the sensor surface 250 are opposite between the tracks 91A and 91E.
  • Adopt a configuration that matches the position. Even in this configuration, even if the relative position in the width direction between the permanent magnet 2300 and the magnetic sensor device 3000 shown in FIG. There is an advantage that the sensitivity does not change.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing a planar positional relationship between the permanent magnet 2300 and the magnetic sensor device 3000 in the magnetic encoder device according to Example 4 of the second embodiment of the present invention.
  • the positions of the N pole and the S pole were shifted by one magnetic pole in the movement direction between two adjacent tracks.
  • the positions of the N pole and the S pole may be shifted by 1Z2 magnetic poles in the moving direction. Even in this configuration, the rotating magnetic field generated in the boundary portion 2520 between the two adjacent tracks 2500A and 2500B can be detected by the magnetic sensor device 3000 shown in FIG.
  • Example 5 of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the planar positional relationship between the permanent magnet 2300 and the magnetoresistive element 7500 in the magnetic encoder device according to the embodiment of the present embodiment is the same as the magnetic scale 9 (permanent magnet) shown in FIG. 10 of the first embodiment. ) And the magnetoresistive element 25, the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • Example 1 of the second embodiment the force in which the number of tracks was three rows.
  • Example 5 one row of tracks 91 is formed as shown in FIG.
  • the magnetic scale 9 permanent magnet
  • the sensor surface 250 (the magnetoresistive element 25) of the magnetic sensor device 1 is made to face the edge portion 911 of the powerful track 91.
  • the width dimension of the track 91 is, for example, 1 mm
  • the width dimension of the sensor surface 250 (the magnetoresistive element 25) is, for example, 2 mm.
  • the track 91 is located at the center in the width direction of the sensor surface 250 (the magnetoresistive element 25)
  • the result of magnetic field analysis of the in-plane direction of the magnetic field of the magnetic scale 9 (permanent magnet) for each of the matrix-like minute regions is as follows.
  • Ll (a) to (c) are the same as the illustrations shown in the embodiment, and therefore the detailed description here is omitted.
  • the width of the track 91 In the edge portion 911 in the direction a rotating magnetic field whose direction in the in-plane direction changes is formed like a region surrounded by a circle L. Therefore, in the magnetic encoder device 100 of the present embodiment, the rotating magnetic field formed on the edge portion 911 of the track 91 can be detected by the magnetic sensor device 3000 shown in FIG. 14 (A), and based on the result! /
  • the relative movement speed and relative movement distance between the magnetic sensor device 3000 and the permanent magnet 2300 can be detected.
  • 20A to 20D are explanatory views when a rotary encoder is configured by a magnetic encoder device to which the present invention is applied.
  • the force is an example in which the magnetic encoder device is configured as a linear encoder, as shown in Figs. 20 (A) to (D).
  • the rotary encoder may be configured by the equation encoder device 1000.
  • the permanent magnet 2300 is configured so that the track 2500 extends in the circumferential direction on the end surface 1010 of the rotating body 1100, and the track 2500 configured in this way is formed.
  • the magnetoresistive element 7500 disposed on the sensor surface of the magnetic sensor device 3000 may be opposed. Further, as shown in FIGS.
  • the permanent magnet 2300 is configured so that the track 2500 extends in the circumferential direction on the outer peripheral surface 1020 of the rotating body 1100.
  • the magnetoresistive element 7500 arranged on the sensor surface of the magnetic sensor device 3000 may be opposed.

Landscapes

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Abstract

　磁気センサ装置と磁気スケールとの隙間寸法が変化しても、高い検出精度を得ることのできる磁気式エンコーダ装置１００において、磁気センサ装置１０は、磁気スケール９の表面の回転磁界を飽和感度領域以上の磁界強度で検出し、磁気スケール９の移動位置を検出する。磁気センサ装置１０では、＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、－ａ相の磁気抵抗パターン２５（－ａ）、＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）、および－ｂ相の磁気抵抗パターン２５（－ｂ）は、１枚の剛性基板１０の同一の面上に格子状に配置されており、＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）と－ａ相の磁気抵抗パターン２５（－ａ）とは対角位置に形成され、＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）と－ｂ相の磁気抵抗パターン２５（－ｂ）とは対角位置に形成されている。

Description

明 細 書
磁気センサ装置、および磁気式エンコーダ装置および磁気スケールの製 造方法
技術分野
[0001] 本発明は、磁気センサ装置、およびこの磁気センサ装置を用いた磁気式ェンコ一 ダ装置、および磁気スケールの製造方法に関するものである。
背景技術
[0002] 磁気式エンコーダ装置は、例えば、図 21に示すように、磁気抵抗素子をセンサ面 に備えた磁気センサ装置 1001と、磁気センサ装置 1001に対して相対移動する永 久磁石を備えた磁気スケール 1009とを有し、この磁気スケール 1009では、磁気セ ンサ装置 1001との相対移動方向に沿って N極と S極が交互に並ぶトラックが形成さ れている。また、磁気センサ装置 1001の側には、 2枚の剛性基板のうちの一方の剛 性基板 1010aに、 A相の磁気抵抗パターンの + a相の磁気抵抗パターン 1025 ( + a )と、 B相の磁気抵抗パターンの +b相の磁気抵抗パターン 1025 ( +b)を形成する一 方、他方の剛性基板 1010bに、 A相の磁気抵抗パターンの— a相の磁気抵抗パター ン 1025 (— a)と、 B相の磁気抵抗パターンの— b相の磁気抵抗パターン 1025 (—b) を形成し、これら 2枚の剛性基板 1010a、 1010bを対向配置させている。ここで、 A相 の磁気抵抗パターンと B相の磁気抵抗パターンとは、 90° の位相差をもって磁気ス ケール 1009の移動検出を行う。これに対して、 +a相の磁気抵抗パターン 1025 ( + a)と一 a相の磁気抵抗パターン 1025 (— a)とは、 180° の位相差をもって磁気スケ ール 1009の移動検出を行うので、それらの差動出力力 磁気スケール 1009の移動 検出を行うことができる。また、 +b相の磁気抵抗パターン 1025 ( +b)と— b相の磁気 抵抗パターン 1025 (— b)とは、 180° の位相差をもって磁気スケール 1009の移動 検出を行うので、それらの差動出力から磁気スケール 1009の移動検出を行うことが できる (例えば、特許文献 1、 2参照)。
特許文献 1：特開 2005— 249774号公報
特許文献 2：特開平 6 - 207834号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] しかしながら、図 21に示すように、 2枚の剛性基板 1010a、 1010bを対向配置させ て磁気センサ装置 1001を構成すると、 2枚の剛性基板 1010a、 1010bの各々に形 成した磁気抵抗パターンの感度差が原因で、隙間寸法が変動した際に、オフセット が変動し、内挿精度が低下するという問題点がある。
[0004] また、磁気式エンコーダ装置は、一般に、一定方向の磁界の強弱により位置検出 するタイプと、飽和感度領域 (一般的に、例えば、抵抗値変化量 kが、磁界強度 Hと 近似的に「k H2」の式で表すことができる領域以外の領域を!、う）以上の磁界強度 で回転磁界 (磁界のベクトルの回転)の方向を検出するタイプとがある、これらの検出 方法のうち、回転磁界の方向を検出する際の原理は、強磁性金属カゝらなる磁気抵抗 ノターンに通電した状態で、抵抗値が飽和する磁界強度を印加したとき、磁界と電 流方向がなす角度 Θと、磁気抵抗パターンの抵抗値 Rとの間には、下式
R=R kX sin2 Θ
0
R
0：無磁界中での抵抗値
k:抵抗値変化量 (飽和感度領域以上のときは定数）
で示す関係があることを利用する。すなわち、角度 Θが変化すると抵抗値 Rが変化す るので、磁気スケール 1009と磁気センサ装置 1001との相対移動速度や移動方向を 検出することがきる。また、磁界の強弱を検出する方式では、 SZN比を改善すること を目的に磁気スケール 1009と磁気センサ装置 1001との隙間寸法を狭くすると波形 歪が大きくなる。これに対して、回転磁界を検出する方式、すなわち、磁気スケール 1 009と磁気センサ装置 1001の相対的な移動に伴い、磁界のベクトルの回転角を検 出する方式では、磁気スケール 1009と磁気センサ装置 1001との隙間寸法を狭くし ても正弦波成分を安定して得ることができる。
[0005] し力 ながら、回転磁界を検出する方式では、大きな磁界強度が求められるが、図 21〖こ示すよう〖こ、 2枚の剛性基板 1010a、 1010bを対向配置させた構成では、磁気 抵抗パターンと磁気スケール 1009との間に剛性基板 1010bが介在するので、磁気 抵抗パターンと磁気スケール 1009との隙間寸法を狭くできないという問題点がある。 [0006] また、回転磁界を検出する方式では、磁界の強弱を検出する方式と同様、磁気スケ ール 1009 (永久磁石）について、磁ィ匕曲線での外部磁界の大きさ Hと、磁束密度 Bと の積で求められるエネルギー積の最大値 (B · H) maxを指標にして磁石素材を決定 しても、十分な検出精度が得られないという問題点がある。
[0007] 以上の問題点に鑑みて、本発明の第 1の課題は、磁気センサ装置と磁気スケール との隙間寸法が変化しても、高い検出精度を得ることのできる磁気センサ装置および 磁気式エンコーダ装置を提供することにある。また、回転磁界の検出に適した磁気セ ンサ装置および磁気式エンコーダ装置を提供することにある。
[0008] また、本発明の第 2の課題は、回転磁界検出方式を採用した場合でも、高い検出 精度を得ることのできる磁気式エンコーダ装置、およびこの磁気式エンコーダ装置で の使用に適した磁気スケール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
[0009] 上記第 1の課題を解決するために、本発明では、互いに 90° の位相差を有する A 相の磁気抵抗パターンと B相の磁気抵抗パターンとを有する磁気センサ装置におい て、前記 A相の磁気抵抗パターンは、 180° の位相差をもって前記磁気スケールの 移動検出を行う + a相の磁気抵抗パターンと a相の磁気抵抗パターンとを備え、前 記 B相の磁気抵抗パターンは、 180° の位相差をもって前記磁気スケールの移動検 出を行う +b相の磁気抵抗パターンと—b相の磁気抵抗パターンとを備え、前記 + a 相の磁気抵抗パターン、前記— a相の磁気抵抗パターン、 +b相の磁気抵抗パター ン、および前記—b相の磁気抵抗パターンは、 1枚の基板の同一の面上に、前記 + a 相の磁気抵抗パターンと前記— a相の磁気抵抗パターンとが対角に位置し、前記 + b相の磁気抵抗パターンと前記 b相の磁気抵抗パターンとが対角に位置するように 形成されて 、ることを特徴とする。
[0010] 本発明では、 + a相の磁気抵抗パターンと a相の磁気抵抗パターンとが対角に位 置し、 +b相の磁気抵抗パターンと一 b相の磁気抵抗パターンとが対角に位置するよ うに形成されているため、 4相の磁気抵抗パターンを同一面内で引き回すことができ 、 A相を構成する磁気抵抗パターン、および B相を構成する磁気抵抗パターンの全 てを 1枚の基板の同一の面上に形成することができる。このため、いずれの磁気抵抗 パターンも同等の感度を有しているので、センサ面と磁気スケールとの隙間寸法が変 動した場合でも、オフセットが変動せず、高い内挿精度を得ることができる。それ故、 組み付け時にセンサ面が磁気スケールに対して傾 、た場合でも、内挿精度への影 響を抑えることができる。また、磁気抵抗パターンの引き回しが容易であるため、高周 波キャンセル用のパターンを多数、配置できる。
[0011] 本発明において、前記 + a相の磁気抵抗パターンおよび前記 a相の磁気抵抗パ ターンのうちの一方の磁気抵抗パターンと、前記 + b相の磁気抵抗パターンおよび前 記—b相の磁気抵抗パターンのうちの一方の磁気抵抗パターンとは、当該一方の磁 気抵抗パターンの形成領域の間に形成された第 1の共通端子に接続し、前記 + a相 の磁気抵抗パターンおよび前記 a相の磁気抵抗パターンのうちの他方の磁気抵抗 パターンと、前記 + b相の磁気抵抗パターンおよび前記—b相の磁気抵抗パターン のうちの他方の磁気抵抗パターンとは、当該他方の磁気抵抗パターンの形成領域の 間に形成された第 2の共通端子に接続して ヽることが好ま ヽ。このように構成すると 、基板上において異なる相の磁気抵抗パターン同士を近接できるので、検出精度を 向上することができる。
[0012] 本発明に係る磁気センサ装置は、該磁気センサ装置に対する相対移動方向に沿 つて N極と S極が交互に並ぶトラックを備えた磁気スケールとともに磁気式エンコーダ 装置を構成するのに用いることができる。この場合、本発明に係る磁気エンコーダ装 置は、一定方向の磁界の強弱により位置検出するタイプ、あるいは飽和感度領域以 上の磁界強度で回転磁界の方向を検出するタイプとして構成することができる。また 、飽和感度領域以外の領域の磁界強度で回転磁界の方向を検出するタイプとして 構成することも可能である。
[0013] 本発明は、前記磁気センサ装置において、前記 A相の磁気抵抗パターンおよび前 記 B相の磁気抵抗パターンの前記磁気スケールと対向する各パターン面によって構 成されたセンサ面が前記トラックと面対向し、前記磁気スケールにおいて面内方向の 向きが変化する回転磁界を検出する磁気式エンコーダ装置に適用すると効果的であ る。この場合、前記センサ面は、前記トラックの幅方向において、前記センサ面の両 端部分が対向する前記トラックの幅方向の両端の縁部分を超える大きさに形成され ていることが好ましい。さらに、前記磁気センサ装置は、前記センサ面が前記トラック の幅方向の縁部分に面対向し、当該縁部分で面内方向の向きが変化する回転磁界 を検出可能であることが好ましい。本願出願人は、磁気スケール表面の磁界を調査、 検討したところ、 N極と S極が交互に並ぶトラックの幅方向の縁部分では、面内方向 の向きが変化する回転磁界が形成されているという新たな知見を得た。本発明は、か 力る新たな知見に基づいて成されたものであり、トラックの幅方向の縁部分で面内方 向の向きが変化する回転磁界が形成されているのであれば、磁気センサ装置のセン サ面をトラックの幅方向の縁部分付近に面対向させても、回転磁界を検出でき、磁気 式エンコーダ装置を構成することができる。また、磁気センサ装置のセンサ面を磁気 スケールに面対向させれば、磁気スケールに対してセンサ面を垂直に向けた場合と 違って、磁気スケール力 離れた位置で磁界が飽和感度領域に達しな 、と 、うことを 回避できるので、検出精度を向上することができる。さらに、本発明では、 A相を構成 する磁気抵抗パターン、および B相を構成する磁気抵抗パターンの全てが 1枚の基 板の同一の面上に形成されているため、基板において磁気抵抗パターンが形成され る側の面を磁気スケールの側に向ければ、磁気抵抗パターンと磁気スケールとの隙 間寸法を狭くできる。それ故、回転磁界を検出可能な磁界内に磁気抵抗パターンを 配置できる。
[0014] 本発明にお 、て、前記磁気スケールでは、前記トラックが幅方向で複数、並列し、 前記複数のトラックでは、隣接するトラック間で N極および S極の位置が前記相対移 動方向でずれている構成を採用することができる。例えば、前記複数のトラックでは、 隣接するトラック間で N極および S極の位置が前記相対移動方向で 1磁極分、ずれて V、る構成を採用することができる。隣接するトラック間で N極および S極の位置が相対 移動方向でずれていれば、トラックの幅方向における縁部分のうち、トラックの境界部 分では、強度の大きな回転磁界が発生する。従って、力かるトラックの境界部分に対 して磁気センサのセンサ面を面対向させれば、磁気式エンコーダ装置の感度を向上 することができる。
[0015] 本発明において、前記磁気スケールは、前記トラックが幅方向で 3列以上、並列し、 前記センサ面は、幅方向において 3列以上のトラックと対向し、かつ、前記センサ面 の両端部分が対向するトラック間では前記相対移動方向における N極および S極の 位置が一致していることが好ましい。このように構成すると、磁気センサ装置と磁気ス ケールとの幅方向における相対位置がずれても、検出感度が変化しないという利点 がある。
[0016] 本発明にお 、て、前記複数のトラックでは、隣接するトラック間で N極および S極が 直接、接していることが好ましい。すなわち、隣接するトラック間で N極および S極の間 に例えば、磁極が存在しない無着磁部分や非磁性部分が介在していないので、隣 接するトラック同士の境界部分で、より強度の大きな回転磁界を発生させることができ る。
[0017] 本発明に係る磁気式エンコーダ装置は、リニアエンコーダまたはロータリエンコーダ の!、ずれのエンコーダをも構成することができる。
[0018] また、上記第 2の課題を解決するために、本発明では、永久磁石を備えた磁気スケ ールと、該磁気スケール力ゝらの磁界を検出する磁気抵抗素子を備えた磁気センサ装 置とを有し、前記永久磁石には、前記磁気センサとの相対移動方向に沿って N極と S 極が交互に並ぶトラックが形成されている磁気式エンコーダ装置において、前記磁 気センサ装置は、前記トラックの幅方向の縁部分で面内方向の向きが変化する回転 磁界を検出し、前記永久磁石の厚さは、 1mm以上、好ましくは 2mm以上であること を特徴とする。
[0019] 本発明では、回転磁界を検出する方式を採用したため、 SZN比を改善することを 目的に磁気センサ装置と磁気スケールとの隙間寸法を狭くしても正弦波成分を安定 して得ることができる。また、本願出願人は、種々の検討から、回転磁界検出方式の 場合、エネルギー積の最大値 (B'H) maxを指標とするよりも、永久磁石の厚さを指 標にすれば、十分な検出精度が得られるという知見を得、この知見に基づいて、永久 磁石の厚さを lmm以上、好ましくは 2mm以上としたため、十分な検出精度を得るこ とがでさる。
[0020] 本発明の別の形態では、永久磁石を備えた磁気スケールと、該磁気スケールから の磁界を検出する磁気抵抗素子を備えた磁気センサ装置とを有し、前記永久磁石に は、前記磁気センサとの相対移動方向に沿って N極と S極が交互に並ぶトラックが形 成されている磁気式エンコーダ装置において、前記磁気センサ装置は、前記トラック の幅方向の縁部分で面内方向の向きが変化する回転磁界を検出するとともに、前記 磁気抵抗素子の磁気抵抗曲線において無磁界中での抵抗値力ゝらの最大抵抗変化 率に対して 20%以上の抵抗変化を示す領域の磁界を検出し、出力することを特徴と する。
[0021] 本発明では、回転磁界を検出する方式を採用したため、 SZN比を改善することを 目的に磁気センサ装置と磁気スケールとの隙間寸法を狭くしても正弦波成分を安定 して得ることができる。また、本願出願人は、種々の検討から、回転磁界検出方式を 採用する場合でも、飽和感度領域に限らず、磁気抵抗素子の磁気抵抗曲線におい て無磁界中での抵抗値力 の最大抵抗変化率に対して 20%以上の裾野部分に相 当する飽和感度領域および準飽和感度領域の磁界を利用したため、十分な検出精 度を得ることができる。
[0022] 本発明では、上記 2つの形態を組み合わせてもよ ヽ。すなわち、永久磁石を備えた 磁気スケールと、該磁気スケール力 の磁界を検出する磁気抵抗素子を備えた磁気 センサ装置とを有し、前記永久磁石には、前記磁気センサ装置との相対移動方向に 沿って N極と S極が交互に並ぶトラックが形成されている磁気式エンコーダ装置にお いて、前記磁気センサ装置は、前記トラックの幅方向の縁部分で面内方向の向きが 変化する回転磁界を検出し、前記永久磁石の厚さは、 1mm以上であり、前記磁気抵 抗素子の磁気抵抗曲線において無磁界中での抵抗値力 の最大抵抗変化率に対 して 20%以上の抵抗変化を示す領域の磁界を検出し、出力する構成を採用してもよ い。
[0023] 本発明にお 、て、前記磁気スケールは、例えば、裏面側にベース層を備え、表面 側に保護層を備えている。
[0024] 本発明にお 、て、前記永久磁石を構成する磁石素材は、外部磁界の大きさ Hと、 磁束密度 Bとの積で求められるエネルギー積の最大値（B · H) maxが 1. 2MGOe以 上であることが好ましい。
[0025] 本発明にお 、て、前記永久磁石は、前記トラックが幅方向で複数、並列し、前記複 数のトラックでは、隣接するトラック間で N極および S極の位置が前記相対移動方向 でずれて!/ヽる構成を採用することが好ま 、。
[0026] 本発明にお 、て、前記複数のトラックでは、隣接するトラック間で N極および S極の 位置が前記相対移動方向で 1磁極分、ずれている構成を採用することができる。
[0027] 本発明において、前記永久磁石は、前記トラックが幅方向で 2列以上、並列してい る構成を採用することができる。
[0028] 本発明において、前記永久磁石は、前記トラックが幅方向で 3列以上、並列し、前 記磁気センサ装置は、前記 3列以上のトラックのうち、奇数列分のトラックと対向し、か つ、当該磁気センサ装置の両端部分が対向するトラック間では前記相対移動方向に おける N極および S極の位置が一致して 、る構成を採用してもよ!、。
[0029] 本発明において、前記永久磁石は、該永久磁石の表裏方向のみに磁極が向く異 方性磁石であることが好ましい。このように構成すると、強い磁界を得ることができる。
[0030] 本発明に係る磁気式エンコーダ装置は、リニアエンコーダまたはロータリエンコーダ として構成されている。
[0031] 本発明では、 N極と S極が交互に並ぶトラックが幅方向で複数、並列し、隣接するト ラック間では N極および S極の位置が前記トラックの相対移動方向でずれている永久 磁石を備えた磁気スケールの製造方法にぉ 、て、前記永久磁石を構成すべき磁石 素材に対して前記トラックの相対移動方向で N極と S極とが交互に並ぶように着磁す る第 1の着磁工程と、隣接するトラック間で N極および S極の位置が前記トラックの相 対移動方向でずれるように、前記第 1の着磁工程で前記磁石素材に付した磁極の一 部を上書きして着磁する第 2の着磁工程とを有することを特徴とする。
[0032] 本発明では、 N極と S極が交互に並ぶトラックが幅方向で複数、並列し、隣接するト ラック間では N極および S極の位置が前記トラックの相対移動方向でずれている永久 磁石を備えた磁気スケールの製造方法にぉ 、て、前記永久磁石の幅方向で N極の 位置と S極の位置が相対移動方向にずれるように、前記永久磁石を構成すべき磁石 素材に対して着磁ヘッドを配置して多極着磁を行う着磁工程を有することを特徴とす る。
[0033] 本発明において、前記磁石素材に対して着磁を行う際、当該磁石素材の表裏方向 のみに磁極が向く異方性着磁を行うことが好ましい。このように構成すると、強い磁界 を得ることができる。
[0034] 本発明において、記磁石素材の裏面にベース層を重ねた後、当該磁石素材に対 して前記着磁工程を行って前記永久磁石を形成し、当該着磁工程を行った後、前記 永久磁石の表面に保護層を形成することが好ましい。
発明の効果
[0035] 本発明では、 + a相の磁気抵抗パターンと a相の磁気抵抗パターンとが対角に位 置し、 +b相の磁気抵抗パターンと一 b相の磁気抵抗パターンとが対角に位置するよ うに形成されているため、 4相の磁気抵抗パターンを同一面内で引き回すことができ 、 A相を構成する磁気抵抗パターン、および B相を構成する磁気抵抗パターンの全 てを 1枚の基板の同一の面上に形成することができる。このため、いずれの磁気抵抗 パターンも同等の感度を有しているので、センサ面と磁気スケールとの隙間寸法が変 動した場合でも、オフセットが変動せず、高い内挿精度を得ることができる。それ故、 組み付け時にセンサ面が磁気スケールに対して傾 、た場合でも、内挿精度への影 響を抑えることができる。また、磁気抵抗パターンの引き回しが容易であるため、高周 波キャンセル用のパターンを多数、配置できる。
[0036] また、本発明の磁気式エンコーダ装置では、回転磁界を検出する方式を採用した ため、 SZN比を改善することを目的に磁気センサ装置と磁気スケールとの隙間寸法 を狭くしても正弦波成分を安定して得ることができる。また、永久磁石の厚さを lmm 以上、好ましくは 2mm以上としたため、十分な検出精度を得ることができる。また、回 転磁界検出方式を採用する場合でも、磁気抵抗変化率が 20%以上の裾野部分に 相当する飽和感度領域および準飽和感度領域の磁界を利用したため、十分な検出 精度を得ることができる。
図面の簡単な説明
[0037] [図 1]本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の説明図である。
[図 2] (a)、（b)、（c)は、本発明を適用した磁気センサ装置の要部の構成を示す概略 断面図、その概略斜視図、および概略平面図である。
[図 3] (a)、（b)、（c)は、本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の磁気スケールに 形成されている磁界の向きを平面的にみたときの説明図、斜めにみたときの説明図、 および側方力もみたときの説明図である。
圆 4]本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の磁気センサ装置に形成した磁気抵 抗パターンの説明図である。
圆 5]図 4に示す磁気抵抗パターンの電気的な構成を示す説明図である。
[図 6] (a)、（b)、（c)は、図 1に示す磁気センサ装置の底面図、要部の縦断面図、お よび磁気抵抗素子の周辺を拡大して示す断面図である。
[図 7] (a)、（b)、（c)はそれぞれ、本発明を適用した磁気センサ装置において、剛性 基板に可撓性基板が接続されている様子を示す平面図、その縦断面図、および剛 性基板に榭脂保護層を形成した状態を示す断面図である。
圆 8]本発明を適用した別の磁気式エンコーダ装置の説明図である。
[図 9] (a)、（b)、（c)は、図 8に示す磁気式エンコーダ装置の磁気スケールに形成さ れている磁界の向きを平面的にみたときの説明図、斜めにみたときの説明図、および 側方からみたときの説明図である。
圆 10]本発明を適用した別の磁気式エンコーダ装置の説明図である。
[図 l l] (a)、（b)、（c)は、図 10に示す磁気式エンコーダ装置の磁気スケールに形成 されている磁界の向きを平面的にみたときの説明図、斜めにみたときの説明図、およ び側方からみたときの説明図である。
圆 12]本発明を適用した別の磁気式エンコーダ装置の説明図である。
[図 13] (a)、 (b)は、本発明を適用した磁気式エンコーダ装置によってロータリエンコ ーダを構成したときの説明図である。
[図 14] (A)、 (B)は各々、本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の構成を示す説 明図、および本発明の実施の形態 2の実施例 1に係る磁気式エンコーダ装置におけ る永久磁石と磁気抵抗素子との位置関係を示す説明図である。
圆 15]本発明を適用した磁気式エンコーダ装置が有する磁気抵抗素子の MR特性 を示すグラフである。
[図 16] (A)、 (B)は各々、本発明を適用した磁気スケールが有する永久磁石の最大 エネルギー積および厚さと内挿精度との関係を示すグラフ、および本発明を適用し た磁気スケールが有する永久磁石の最大エネルギー積および厚さとヒステリシスとの 関係を示すグラフである。
[図 17] (A)〜 (E)は、本発明を適用した磁気スケールの製造方法を示す説明図であ る。
[図 18] (A)〜 (D)は、本発明を適用した磁気スケールの別の製造方法を示す説明図 である。
[図 19]本発明の実施の形態 2の実施例 4に係る磁気式エンコーダ装置における永久 磁石と磁気センサとの平面的な位置関係を示す説明図である。
[図 20] (A)〜（D)は、本発明を適用した磁気式エンコーダ装置によってロータリエン コーダを構成したときの説明図である。
[図 21]従来の磁気式エンコーダ装置の説明図である。
符号の説明
1 磁気センサ装置
9 磁気スケール
10 剛性基板
25 磁気抵抗素子
25 ( + a) +a相の磁気抵抗パターン
25 (-a) —a相の磁気抵抗パターン
25 ( + b) +b相の磁気抵抗パターン
25 (-b) —b相の磁気抵抗パターン
91 卜ラック
100 磁気式リニアエンコーダ装置 (磁気式エンコーダ装置）
213 (GND) グランド端子 (第 1の共通端子）
223 (GND) グランド端子 (第 2の共通端子）
250 センサ面
1000 磁気式エンコーダ装置
2000 磁気スケール
3000 磁気センサ装置
2600 永久磁石 2500 卜ラック
2510 縁部分
7500 磁気抵抗素子
発明を実施するための最良の形態
[0039] 図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
[0040] (第一の実施の形態）
(全体構成）
図 1は、本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の説明図である。図 2 (a)、（b)、 ( c)は、本発明を適用した磁気センサ装置の要部の構成を示す概略断面図、その概 略斜視図、および概略平面図である。
[0041] 図 1に示すように、本形態における磁気センサ装置 1は、磁気式リニアエンコーダ装 置 100 (磁気式エンコーダ装置）に用いられ、磁気センサ装置 1の底面に対しては、 可動部材（図示せず）に固定された磁気スケール 9が対向している。磁気スケール 9 には、後述するように、長手方向（磁気センサ装置 1と磁気スケール 9との相対移動方 向）に沿って N極と S極とが交互に配列されたトラックが形成されており、磁気センサ 装置 1は、磁気スケール 9の表面に形成された回転磁界の方向を検出することにより 、可動部材および磁気スケール 9が磁気スケール 9の長手方向に移動した際の移動 位置を検出する。磁気センサ装置 1は、略直方体形状のアルミニウムダイカスト品か らなるホルダ 6と、このホルダ 6の開口を覆う矩形のカバー 68と、ホルダ 6から延びた ケーブル 7とを備えている。ホルダ 6にはその側面にケーブル揷通穴 69が形成され ており、このケーブル揷通穴 69からケーブル 7が引き出されている。
[0042] 図 2 (a)、（b)、（c)に示すように、ホルダ 6には、磁気スケール 9と対向する底面に、 段差を介してホルダ 6の底面力も突出した平坦面力もなる基準面 60が形成されてい る。この基準面 60には開口部 65が形成されており、開口部 65に対して、シリコン基 板やセラミックグレース基板などの剛性基板 10上に形成された磁気抵抗素子 25が 配置され、センサ面 250が構成されている。
[0043] ここで、磁気抵抗素子 25は、磁気スケール 9の面内方向で向きが変化する回転磁 界を検出する磁気抵抗パターンとして、互いに 90° の位相差を有する A相の磁気抵 抗パターン 25 (A)と B相の磁気抵抗パターン 25 (B)とを有しており、 A相の磁気抵抗 パターン 25 (A)と B相の磁気抵抗パターン 25 (B)の下端面 (磁気スケール 9と対向 する各パターン面）によってセンサ面 250が構成されている。なお、図面には、 A相の 磁気抵抗パターンには SINを付し、 B相の磁気抵抗パターンには、 COSを付してあ る。
[0044] A相の磁気抵抗パターン 25 (A)は、 180° の位相差をもって磁気スケール 9の移 動検出を行う + a相の磁気抵抗パターン 25 ( + a)と一 a相の磁気抵抗パターン 25 (— a)とを備えており、図面には、 +a相の磁気抵抗パターン 25 ( + a)には SIN +と付し 、—a相の磁気抵抗パターン 25 (— a)には、 SIN を付してある。同様に、 B相の磁 気抵抗パターン 25 (B)は、 180° の位相差をもって磁気スケール 9の移動検出を行 う +b相の磁気抵抗パターン 25 (+b)と一 b相の磁気抵抗パターン 25 (— b)とを備え ており、図面には、 +b相の磁気抵抗パターン 25 (+b)には COS +と付し、 b相の 磁気抵抗パターン 25 (—b)には、 COS を付してある。
[0045] 本形態では、 + a相の磁気抵抗パターン 25 ( + a)、—a相の磁気抵抗パターン 25 ( — a)、 +b相の磁気抵抗パターン 25 (+b)、および— b相の磁気抵抗パターン 25 ( — b)は、 1枚の剛性基板 10の同一の面上（主面上）に形成されている。また、磁気抵 抗パターン 25 ( + a)、 25 (— a)、 25 (+b)、 25 (— b)は、剛性基板 10で格子状に配 置されており、 + a相の磁気抵抗パターン 25 ( + a)と a相の磁気抵抗パターン 25 ( — a)とは対角位置に形成され、 +b相の磁気抵抗パターン 25 ( + b)と— b相の磁気 抵抗パターン 25 (-b)とは対角位置に形成されている。
[0046] また、磁気スケール 9では、移動方向に沿って N極と S極が交互に並ぶトラック 91が 形成されており、本形態では、 3列のトラック 91 (91A、 91B、 91C)が幅方向で並列 している。ここで、隣接するトラック 91 A、 91B、 91C間では、 N極および S極の位置が 移動方向で 1磁極分、ずれている。このため、両側のトラック 91A、 9191C間では、 N 極および S極の位置が移動方向で一致している。さらに、隣接するトラック 91Aとトラ ック 91Bの境界部分 912、およびトラック 91Bとトラック 91Cの境界部分 912は、例え ば、磁極が存在しない無着磁部分や非磁性部分を介在させることなぐ隣接する当 該境界部分 912の N極および S極が直接、接するように形成されていることが好まし いが、磁気センサ装置 1が検出できるような強度の大きな回転磁界を発生させること ができれば、隣接するトラック 91Aとトラック 91Bの境界部分 912、およびトラック 91B とトラック 91 Cの境界部分 912に磁極が存在しない無着磁部分や非磁性部分を介在 させてあっても良い。
[0047] このように構成した磁気式エンコーダ装置 1にお!/、て、磁気スケール 9の磁界の面 内方向の向きをマトリクス状の微小領域毎に磁場解析したところ、図 3 (a)、（b)、 (c) に矢印で示すように、トラック 91A、 91B、 91Cの幅方向の縁部分 911では、円 で 囲んだ領域のように、面内方向の向きが変化する回転磁界が形成され、特に、トラッ ク 91A、 91B、 91Cの境界部分 912では、円 L2で囲んだ領域のように、強度の大き な回転磁界が発生している。さらに、本形態では、隣接するトラック 91Aとトラック 91B の境界部分 912、およびトラック 91Bとトラック 91Cの境界部分 912は、当該境界部 分 912の N極および S極が直接、接するように形成されているので、トラック 91 A、 91 B、 91Cの境界部分 912では、より強度の大きな回転磁界が発生している。
[0048] 従って、本形態では、図 2 (c)に示すように、トラック 91A、 91B、 91Cの境界部分 9 12に対して磁気センサ装置 1のセンサ面 250を面対向させている。また、センサ面 2 50は、磁気スケール 9の幅方向の中央に位置しているため、センサ面 250の幅方向 における一方の端部 251は、 3つのトラック 91A、 91B、 91Cのうち、トラック 91Aの幅 方向の中央に位置し、他方の端部 252は、トラック 91Cの幅方向の中央に位置して いる。従って、 + a相の磁気抵抗パターン 25 ( + a)が形成されている領域、および + b相の磁気抵抗パターン 25 (+b)が形成されている領域は、トラック 91A、 91Bの境 界部分 912に対向し、— a相の磁気抵抗パターン 25 ( - a)が形成されて!ヽる領域、 および一 b相の磁気抵抗パターン 25 (—b)が形成されている領域は、トラック 91B、 9 1Cの境界部分 912に対向している。トラック 91Bは、 + a相の磁気抵抗パターン 25 ( + a)および + b相の磁気抵抗パターン 25 ( + b)が形成されている領域と、 a相の磁 気抵抗パターン 25 (— a)および一 b相の磁気抵抗パターン 25 (— b)が形成されて!ヽ る領域のそれぞれの領域が対向するトラック、すなわち、兼用する共通のトラック 91B として磁気スケール 9の中央に形成されて 、る。
[0049] (磁気抵抗パターンの構成） 本形態の磁気センサ装置 1において、剛性基板 10の主面では、磁気抵抗パターン 25 ( + a)、 25 (— a)、 25 (+b)、 25 (— b)が図 4に示すように形成されており、これら の磁気抵抗パターン 25 ( + a)、 25 (— a)、 25 (+b)、 25 (— b)は、図 5 (a)、（b)に示 すブリッジ回路を構成して 、る。
[0050] 図 4に示すように、磁気抵抗パターン 25 ( + a)、 25 (— a)、 25 (+b)、 25 (— b)は、 剛性基板 10の長手方向における中央領域に形成され、剛性基板 10の一方側端部 11は第 1の端子部 21とされ、他方側端部 12は第 2の端子部 22とされている。
[0051] ここで、 + a相の磁気抵抗パターン 25 ( + a)と一 a相の磁気抵抗パターン 25 (— a)と は対角位置に形成され、 +b相の磁気抵抗パターン 25 (+b)と— b相の磁気抵抗パ ターン 25 (— b)とは対角位置に形成されている。
[0052] また、図 4および図 5 (a)に示すように、 + a相の磁気抵抗パターン 25 ( + a)および — a相の磁気抵抗パターン 25 (— a)は、一方端が電源端子 212 (Vcc)、 222 (Vcc) に接続され、他方端は、第 1の共通端子および第 2の共通端子としてのグランド端子 213 (GND)、 223 (GND)に接続されている。また、 + a相の磁気抵抗パターン 25 ( + a)の中点位置には、出力 SIN+に対する端子 211 ( + a)が接続し、—a相の磁気 抵抗パターン 25 (— a)の中点位置には、出力 SIN—に対する端子 221 (— a)が接続 している。従って、出力 SIN +および出力 SIN—を減算器に入力すれば、差動出力 を得ることができ、この差動出力から、磁気スケール 9の移動速度を検出することがで きる。
[0053] 同様に、図 4および図 5 (b)に示すように、 +b相の磁気抵抗パターン 25 (+b)およ び— b相の磁気抵抗パターン 25 (—b)は、一方端が電源端子 224 (Vcc)、 214 (Vc c)に接続されている。また、—b相の磁気抵抗パターン 25 (—b)の他方端は、 +a相 の磁気抵抗パターン 25 ( + a)と同様、第 1の共通端子としてのグランド端子 213 (GN D)に接続し、 +b相の磁気抵抗パターン 25 (+b)の他方端は、—a相の磁気抵抗パ ターン 25 (— a)と同様、第 2の共通端子としてのグランド端子 223 (GND)に接続して いる。さらに、 +b相の磁気抵抗パターン 25 (+b)の中点位置には、出力 COS +に 対する端子 225 (+b)が接続し、—b相の磁気抵抗パターン 25 (— b)の中点位置に は、出力 COS—に対する端子 215 (—b)が接続している。従って、出力 SIN+およ び出力 SIN—を減算器に入力すれば、差動出力を得ることができ、この差動出力か ら、磁気スケール 9の移動速度を検出することができる。
[0054] なお、第 1の端子部 21には、上記の端子の他にダミーの端子が形成されている。第 2の端子部 22にも、上記の端子の他に、ダミーの端子が形成されている。また、剛性 基板 10の長手方向における中央領域には、上記の磁気抵抗パターンと隣接する領 域に、原点位置を検出するための Z相の磁気抵抗パターン 25 (Z)が形成され、第 2 の端子部 22には、 Z相の磁気抵抗パターン 25 (Z)に対する電源端子 226 (Vcc)、グ ランド端子 227 (GND)、出力端子 228 (Z)、 229 (Z)も形成されている。
[0055] ここで、磁気抵抗パターン 25 ( + a)、 25 (— a)、 25 (+b)、 25 (— b)は、剛性基板 1 0の主面に半導体プロセスにより形成された強磁性体 NiFe等の磁性体膜からなり、 ホイートストン 'ブリッジなどを構成している。各端子は、磁気抵抗パターン 25 ( + a)、 25 (― a)、 25 (+b)、 25 (-b)と同時形成された導電膜など力もなる。
[0056] このように構成した磁気抵抗パターン 25 ( + a)、 25 (— a)、 25 (+b)、 25 (—1))は、 図 4に示すように、移動方向の所定位置に細幅部分を備えており、例えば、磁気抵 抗パターン 25 (— a)を例に図 5 (c)に示すように、 4つの抵抗 Ra〜Rdとして見なすこ とができる。これらの 4つの抵抗 Ra〜Rdは、図 5 (d)に示す位相変化に対応して抵抗 値が変化する。従って、抵抗 Ra、 Rbは、同一の位相で、かつ、検出する磁極が逆で ある。また、抵抗 Rc、 Rdは、同一の位相で、かつ、検出する磁極が逆である。また、 抵抗 Ra、 Rbと、抵抗 Rc、 Rdとは、 180° の位相差をもって抵抗値が変化し、差動出 力を得ることができる。
[0057] (ホルダ上での剛性基板周辺の構造）
本形態では、剛性基板 10をホルダ 6内に配置して磁気センサ装置 1を構成する〖こ あたって、図 6および図 7に示す構造が採用されている。
[0058] 図 6 (a)、（b)、（c)は、図 1に示す磁気センサ装置の底面図、要部の縦断面図、お よび磁気抵抗素子の周辺を拡大して示す断面図である。図 7 (a)、（b)、（c)はそれ ぞれ、本発明を適用した磁気センサ装置において、剛性基板に可撓性基板が接続 されている様子を示す平面図、その縦断面図、および剛性基板に榭脂保護層を形 成した状態を示す断面図である。 [0059] 図 6 (a)、（b)、（c)および図 7 (a)、（b)において、本形態の磁気センサ装置 1では、 剛性基板 10に対しては、その一方側端部 11に第 1の可撓性基板 31が接続され、こ の第 1の可撓性基板 31においてベースフィルム 36上に形成された導電パターン 37 ( 信号線)の端部は第 1の端子部 21で各端子にハンダ接合、合金接合、異方性導電 膜などを用いた接合などの方法で接続されている。また、剛性基板 10において、そ の他方側端部 12には第 2の可撓性基板 32が接続され、この第 2の可撓性基板 32〖こ おいてベースフィルム 36上に形成された導電パターン 37 (信号線）の端部は第 2の 端子部 22の各端子にハンダ接合、合金接合、異方性導電膜などを用いた接合など の方法で接続されている。ここで、第 1の可撓性基板 31および第 2の可撓性基板 32 においてベースフィルム 36上に形成された導電パターン 37のうち、第 1の端子部 21 および第 2の端子部 22の各端子に接合される部分には Sn—Cu系のメツキなどが施 されている。
[0060] 本形態において、第 1の可撓性基板 31と第 2の可撓性基板 32は、図 7 (a)に示す ように、 1枚の可撓性基板 30の一部により構成されている。すなわち、可撓性基板 30 は、図 1に示すケーブル 7との接続が行われる矩形部 33と、この矩形部 33の下端縁 力も左右両側に延びた一対のコの字形状の延設部分 34、 35とを備えており、一対 の延設部分 34、 35のうち、一方の延設部分 34によって第 1の可撓性基板 31が構成 され、他方の延設部分 35によって第 2の可撓性基板 32が構成されている。このため 、第 1の可撓性基板 31と第 2の可撓性基板 32との間では、ベースフィルム 36の厚さ および導電パターン 37の厚さが同一である。また、可撓性基板 30は左右対称であり 、第 1の可撓性基板 31と第 2の可撓性基板 32は同一の平面形状を有している。
[0061] なお、可撓性基板 30において、一対の延設部分 34、 35の幅方向に位置する両端 縁には、半円形の小さな切り欠き 39が複数、形成されており、力かる切り欠き 39が形 成されて！/ヽる部分を谷折部分 (一点鎖線で示す)および山折部分 (二点鎖線で示す) として折り曲げた状態で、可撓性基板 30および剛性基板 10は、図 6 (b)、（c)および 図 7 (b)、（c)に示すように、剛性基板 10の主面を外側（下向き）にしてホルダ 6の底 面に配置される。
[0062] このように構成した磁気センサ装置 1にお 、て、磁気抵抗素子 25は、図 6 (c)に示 すように、例えば、表面が絶縁榭脂層 40、導電性粘着材層 81、非磁性の金属層 82 、および榭脂保護層 83で覆われ、かつ、金属層 82は、導電性粘着材層 81を介して ホルダ 6に接着固定されている。従って、金属層 82は、導電性粘着材層 81を介して ホルダ 6に電気的に接続され、かかる金属層 82は、磁気抵抗素子 25の表面を覆う電 波シールド用導電層として機能する。ここで、榭脂保護層 83、金属層 82、および導 電性粘着材層 81は、アルミニウム箔ゃ銅箔などカゝらなる金属層 82の両面に榭脂保 護層 83および導電性粘着材層 81が各々、積層されたフィルム 80を、導電性粘着材 層 81を介してホルダ 6に接着固定したものである。また、榭脂保護層 83、金属層 82 、および導電性粘着材層 81は、 PETなどのフィルム基材カもなる榭脂保護層 83の 表面に、アルミニウム膜や銅膜などカゝらなる金属層 82、および導電性粘着材層 81を 積層したフィルム 80を、導電性粘着材層 81を介してホルダ 6に接着固定したもので ある。導電性粘着材層 81としては、各種粘着材にカーボン粒子、アルミニウム粒子、 銀粒子、銅粒子などを分散させたものである。力かるフィルム 80の厚さは約 50 mで あり、極めて薄い。それ故、磁気抵抗素子 25と磁気スケール 9とのギャップを 300 m以下にまで狭めることができる。なお、榭脂保護層 83は、可動部材などと接触した 際に金属層 82を保護するという観点力もすればあった方がよいが、金属層 82を構成 する金属の種類や使用形態によっては榭脂保護層 83を省略してもよい。なお、本実 施の形態において、磁気センサ装置 1および磁気式ェンコーダ装置 100が有する磁 気抵抗素子 25の磁気抵抗曲線 (MR特性）は、第 2の実施の形態の図 15に示す磁 気抵抗曲線 (MR特性)と同一の特性を有する磁気抵抗素子 25を用いることができる ので、ここでの詳細な説明は省略する。
[0063] このような構成の磁気センサ装置 1の製造方法を、図 6 (a)、 (b)、 (c)および図 7 (a )、（b)、（c)を参照して説明しながら、本形態の磁気センサ装置 1の構成をさらに詳 述する。
[0064] 本形態では、まず、半導体プロセスにより剛性基板 10の主面に対して磁気抵抗素 子 25、第 1の端子部 21、および第 2の端子部 22を形成した後、剛性基板 10の一方 側端部 11に第 1の可撓性基板 31を接続し、剛性基板 10の他方側端部 12に第 2の 可撓性基板 32を接続する。 [0065] 次に、剛性基板 10の主面と第 1の可撓性基板 31との間、および剛性基板 10の主 面と第 2の可撓性基板 32との間には、可撓性基板 30において導電パターンが形成 されて!/、な!/、部分、および剛性基板 10にお 、て端子が形成されて!、な!/、部分に起 因して隙間 38a、 38bが発生しているので、かかる隙間 38a、 38bに対しては、ェポキ シ榭脂などの封止榭脂 41を充填する。なお、剛性基板 10に対して第 1の可撓性基 板 31および第 2の可撓性基板 32の接合に異方性導電膜を用いた場合には、その榭 脂部分で隙間を埋めることができるので、隙間に対する榭脂の充填を別途、行う必要 はない。
[0066] 次に、可撓性基板 30を図 7 (a)に一点鎖線で示す谷折部分、および二点鎖線で示 す山折部分に沿って折り曲げた後、図 7 (b)に示すように、剛性基板 10の主面を外 側（下向き）にして、可撓性基板 30および剛性基板 10をホルダ 6内の底部に配置す る。その際、第 1の可撓性基板 31および第 2の可撓性基板 32において、剛性基板 1 0と接続されている部分のベースフィルム 36の裏面側 361をホルダ 6の基準面 60と 一致するように、ホルダ 6内に剛性基板 10、第 1の可撓性基板 31および第 2の可撓 性基板 32を固定する。
[0067] 次に、図 7 (c)に示すように、剛性基板 10の主面において、第 1の可撓性基板 31と 第 2の可撓性基板 32とによって挟まれた領域にエポキシ榭脂などの榭脂を充填した 後、硬化させ、図 7 (a)に右上がりの点線で示すように、磁気抵抗素子 25を覆う絶縁 榭脂層 40を形成する。その際、ホルダ 6の開口部 65において、第 1の可撓性基板 31 および第 2の可撓性基板 32と開口部 65との間の隙間にも榭脂を充填してもよい。以 上の工程により、磁気センサ装置 1において、ホルダ 6への剛性基板 10の固定が完 了する。
[0068] 次に、図 6 (c)に示すように、榭脂保護層 83、金属層 82、および導電性粘着材層 8 1がこの順に形成されたフィルム 80を、導電性粘着材層 81を基準面 60に向けて貼る
[0069] このようにして本形態では、磁気抵抗素子 25の表面を絶縁榭脂層 40、導電性粘着 材層 81、金属層 82、および榭脂保護層 83で覆い、かつ、金属層 82は、導電性粘着 材層 81を介してホルダ 6に接着固定する。従って、金属層 82は、導電性粘着材層 8 1を介してホルダ 6に電気的に接続される。以上の工程により、磁気センサ装置 1にお V、て、金属層 82からなる電波シールド用導電層によって磁気抵抗素子 25の表面を 覆うことができる。
[0070] (第一の実施の形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の磁気センサ装置 1では、 +a相の磁気抵抗パターン 25 ( + a)と一 a相の磁気抵抗パターン 25 (— a)とが対角に位置し、 +b相の磁気抵抗 パターン 25 ( +b)と一 b相の磁気抵抗パターン（一 b)とが対角に位置しているため、 4相の磁気抵抗パターン 225 ( + a)、 225 (— a)、 225 ( +b)、 225 (— b)を同一面内 で引き回すことができ、 A相を構成する磁気抵抗パターン 25 ( + a)、 25 (— a)、およ び B相を構成する磁気抵抗パターン 25 ( +b)、 25 ( -b)の全てを 1枚の剛性基板 10 の同一の面上に形成することができる。このため、いずれの磁気抵抗パターン 25 ( + a)、 25 (— a)、 25 ( +b)、 25 (—b)も同等の感度をもって構成できるので、センサ面 2 50と磁気スケール 9との隙間寸法が変動した場合でも、オフセットが変動せず、高い 内挿精度を得ることができる。それ故、組み付け時に A相の磁気抵抗パターン 25 (A )と B相の磁気抵抗パターン 25 (B)の下端面 (磁気スケール 9と対向する各パターン 面)からなるセンサ面 250が磁気スケール 9に対して傾いた場合でも、内挿精度への 影響を抑えることができる。また、磁気抵抗パターン 225 ( + a)、 225 (― a)、 225 ( + b)、 225 (—b)の引き回しが容易であるため、高周波キャンセル用のパターンを多数 、配置できる。
[0071] また、本形態の磁気抵抗素子 25は、 + a相の磁気抵抗パターン 25 ( + a)と— a相の 磁気抵抗パターン 25 (— a)とを対角に位置させ、 +b相の磁気抵抗パターン 25 ( +b )と—b相の磁気抵抗パターン（-b)とを対角に位置させて、 A相を構成する磁気抵 抗パターン 25 ( + a)、 25 (— a)、および B相を構成する磁気抵抗パターン 25 ( +b)、 25 (—b)の全てを 1枚の剛性基板 10の同一の面上に形成することができるため、従 来のように、例えば、 +a相の磁気抵抗パターン、—a相の磁気抵抗パターン、 +b相 の磁気抵抗パターン、—b相の磁気抵抗パターンの各磁気抵抗パターンを同一方向 に、かつ、直線状に並べて形成した磁気抵抗素子を 2組、用いるとともに、この 2組を 磁気抵抗素子を並列した状態で使用する磁気センサ装置と比べても、同程度の高い 検出精度を得ることができるとともに、磁気センサ装置 1における磁気抵抗素子 25を 搭載するスペースの省スペース化を図ることができ、ひ 、ては磁気センサ装置 1の小 型ィ匕ち図ることがでさる。
[0072] また、—b相の磁気抵抗パターン 25 (— b)の他方端は、 +a相の磁気抵抗パターン 25 ( + a)と同様、第 1の共通端子としてのグランド端子 213 (GND)に接続し、 +b相 の磁気抵抗パターン 25 ( + b)の他方端は、 a相の磁気抵抗パターン 25 (— a)と同 様、第 2の共通端子としてのグランド端子 223 (GND)に接続しているため、剛性基 板 10上において異なる相の磁気抵抗パターン同士を近接できるので、検出精度を 向上することができる。
[0073] また、本形態では、 A相を構成する磁気抵抗パターン 25 ( + a)、 25 (― a)、および B相を構成する磁気抵抗パターン 25 (+b)、 25 (-b)の全てを 1枚の剛性基板 10の 同一の面上に形成したため、剛性基板 10において磁気抵抗パターン 225 ( + a)、 2 25 (— a)、 225 (+b)、 225 (— b)が形成されている側の面を磁気スケール 9の側に 向ければ、磁気抵抗ノターン 225 ( + a)、 225 (— a)、 225 (+b)、 225 (― b)と磁気 スケール 9との隙間寸法を狭くできる。それ故、磁気式リニアエンコーダ装置 100にお いて、磁気スケール 9の隣接するトラック 91A、 91B、 91C同士の境界部分 912に形 成されている回転磁界を磁気センサ装置 1で検出でき、その結果に基づいて、磁気 スケール 9との相対移動速度や相対移動距離を検出することができる。それ際、磁気 センサ装置 1からは、波形品位の高い正弦波を得ることができ、かつ、外乱磁界に強 いなど、回転磁界検出型の特徴を最大限発揮することができる。し力も、飽和感度領 域を利用するので、磁気抵抗素子 25の製造ばらつきの影響を受けることなぐ高い 検出感度を得ることができる。
[0074] また、本形態では、磁気センサ装置 1のセンサ面 250をトラック 91A、 91B、 91Cの 境界部分 912に面対向させて回転磁界を検出しているので、磁気スケール 9に対し てセンサ面 250を垂直に向けた場合と違って、磁気スケール 9から離れた位置で磁 界が飽和感度領域に達しないということを回避できる。それ故、磁気式エンコーダ装 置 1の検出精度を向上することができる。
[0075] また、本形態の磁気スケール 9は、隣接するトラック 91Aとトラック 91Bの境界部分 9 12、およびトラック 91Bとトラック 91Cの境界部分 912は、例えば、磁極が存在しない 無着磁部分や非磁性部分を介在させることなぐ隣接する当該境界部分 912の N極 および S極が直接、接するように形成されている。さらに、隣接するトラック 91Aとトラッ ク 91Bの境界部分 912、およびトラック 91Bとトラック 91Cの境界部分 912は、当該境 界部分 912の N極および S極が直接、接するように形成されているので、トラック 91 A 、 91B、 91Cの境界部分 912では、より強度の大きな回転磁界を発生させることがで きる。
[0076] また、さらに、トラック 91Bは、 +a相の磁気抵抗パターン 25 ( + a)および + b相の磁 気抵抗パターン 25 (+b)が形成されている領域と、 a相の磁気抵抗パターン 25 ( -a)および— b相の磁気抵抗パターン 25 (— b)が形成されている領域のそれぞれの 領域が対向するトラック、すなわち、兼用する共通のトラック 91Bとして磁気スケール 9 の中央に形成されているので、磁気スケール 9の小型化を図ることができる。また、ト ラックへ N極と S極の着磁回数も減らすことができるので、磁気スケール 9の製造を安 価、かつ、簡易に行うことができる。
[0077] なお、本形態では、センサ面 250の幅方向における端部 251、 252力各々、トラック 91A、 91Cの幅方向の中央に位置している構成であった力 センサ面 250の幅寸法 が磁気スケール 9の幅寸法よりも広ぐセンサ面 250の端部 251、 252が磁気スケー ル 9の幅方向外側にはみ出している構成を採用してもよい。
[0078] [第一の実施の形態の変形例]
上記実施の形態では、トラック数が 3列であった力 図 8に示すように、 2列のトラック 91 (91A、 91B)を有する場合であっても、磁気スケール 9の磁界の面内方向の向き をマトリクス状の微小領域毎に磁場解析したところ、図 9 (a)、（b)、（c)に矢印で示す ように、トラック 91A、 91Bの幅方向の縁部分 911では、円 Lで囲んだ領域のように、 面内方向の向きが変化する回転磁界が形成され、特に、トラック 91A、 91Bの境界部 分 912では、円 L2で囲んだ領域のように、強度の大きな回転磁界が発生している。 さらに、本形態では、隣接するトラック 91Aとトラック 91Bの境界部分 912は、当該境 界部分 912の N極および S極が直接、接するように形成されているので、トラック 91 A と 91Bの境界部分 912では、より強度の大きな回転磁界が発生している。従って、トラ ック数が 2列の磁気スケール 9を用 V、た磁気式ェンコーダ装置に本発明を適用しても よい。また、隣接するトラック 91Aとトラック 91Bの境界部分 912は、例えば、磁極が存 在しな 、無着磁部分や非磁性部分を介在させることなく、隣接する当該境界部分 91 2の N極および S極が直接、接するように形成されて!、る。
[0079] さらに、図 10に示すように、トラック数が 1列であっても、磁気スケール 9の磁界の面 内方向の向きをマトリクス状の微小領域毎に磁場解析したところ、図 11 (a)、（b)、 (c )に矢印で示すように、トラック 91の幅方向の縁部分 911では、円 Lで囲んだ領域の ように、面内方向の向きが変化する回転磁界が形成されている。従って、トラック数が 1列の磁気スケール 9を用 、た磁気式ェンコーダ装置に本発明を適用してもょ 、。
[0080] さらに、図 12に示すように、センサ面 250が 5列のトラック 91A、 91B、 91C、 91D、 91Eと対向し、かつ、センサ面 250の両端部分が対向するトラック 91A、 91E間では 移動方向における N極および S極の位置が一致して 、る構成を採用してもよ 、。また 、隣接するトラック 91 Aとトラック 91Bの境界部分、トラック 91Bとトラック 91Cの境界部 分、トラック 91Cとトラック 91Dの境界部分、トラック 91Dとトラック 91Eの各境界部分を 、当該境界部分の N極および S極が直接、接するように形成することで、トラック 91 A 、 91B、 91C、 91D、 91Eの各境界部分では、より強度の大きな回転磁界を発生させ ることができる。また、トラック 91 A、 91B、 91C、 91D、 9 IEの各境界部分では、例え ば、磁極が存在しない無着磁部分や非磁性部分を介在させることなぐ隣接する当 該境界部分の N極および S極が直接、接するように形成されていることが好ましぐこ のように構成することで、より強度の大きな回転磁界を発生させることが可能となる。
[0081] [第一の実施の形態のその他の磁気式エンコーダ装置の構成]
上記形態は 、ずれも、磁気式エンコーダ装置をリニアエンコーダとして構成した例 であったが、図 13 (a)、（b)に示すように、ロータリエンコーダを構成してもよい。この 場合、図 13 (a)に示すように、回転体の端面において、周方向にトラック 91が延びる ように磁気スケール 9を構成し、このように構成したトラック 91に対して、磁気センサ装 置 1のセンサ面 250を対向させればよい。また、図 13 (b)に示すように、回転体の外 周面において、周方向にトラック 91が延びるように磁気スケール 9を構成し、このよう に構成したトラック 91に対して、磁気センサ装置 1のセンサ面 250を対向させてもよい [0082] また、上記形態では、本発明に係る磁気センサ装置 1を、飽和感度領域以上の磁 界強度で回転磁界の方向を検出する磁気式ェンコーダ装置に用いたが、一定方向 の磁界の強弱により位置検出するタイプの磁気式エンコーダ装置に用いてもよい。ま た、飽和感度領域以外の領域の磁界強度で回転磁界の方向を検出するタイプとして も構成することが可能である。
[0083] (第二の実施の形態)以下に、図面を参照して、本発明を適用した磁気式ェンコ一 ダ装置、磁気スケール、および磁気スケールの製造方法を説明する。
[0084] [第二の実施の形態の実施例 1]
(磁気式エンコーダ装置の全体構成）
図 14 (A)、 （B)は、それぞれ、本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の構成を 示す説明図、および本発明の実施の形態 2の実施例 1に係る磁気式エンコーダ装置 における永久磁石と磁気抵抗素子との位置関係を示す説明図である。
[0085] 図 14 (A)に示す磁気式エンコーダ装置 1000は、リニアエンコーダであり、磁気セ ンサ装置 3000の底面（センサ面）に対して、帯状に延びた永久磁石 2300を有する 磁気スケール 2000を対向させている。永久磁石 2300は、後述するように、長手方 向（磁気センサ装置 3000と永久磁石 2300との相対移動方向）に沿って N極と S極が 交互に並ぶトラックを備えている。磁気センサ装置 3000は、例えば、略直方体形状 のアルミニウムダイカスト品力もなるホルダ 3200と、このホルダ 3200の開口を覆う矩 形のカバー 3100と、ホルダ 3200力ら延びたケーブル 9000とを備えている。ホルダ 3200にはその側面にケーブル揷通穴 3900が形成されており、このケーブル揷通穴 3900力らケープノレ 9000力引き出されて!/ヽる。また、ホノレダ 3200にお!/、て、磁気ス ケール 2000と対向する位置には、磁気抵抗素子 7500が配置されている。従って、 磁気センサ装置 3000と永久磁石 2300 (磁気スケール 2000)と力 永久磁石 2300 の長手方向にて相対移動することにより、その相対位置や相対速度を検出すること ができる。それ故、例えば、工作機械や実装装置において、磁気スケール 2000およ び磁気センサ装置 3000のうちの一方を固定体側に配置し、他方を移動体側に配置 しておけば、固定体に対する移動体の移動速度や移動距離を検出することができる 。なお、本形態において、磁気スケール 2000または磁気センサ装置 3000は長手方 向で移動を行うため、磁気スケール 2000の長手方向を移動方向、磁気スケール 20 00の短手方向を幅方向と呼ぶ。
[0086] (磁気センサ装置の構成）
図 15は、本発明を適用した磁気式ェンコーダ装置が有する磁気抵抗素子の MR特 性を示すグラフである。なお、本実施の形態における磁気センサ装置 3000の構成は 、第一の実施の形態の図 2 (a)〜（c)、図 4、図 5 (a)〜（d)、図 6 (a)〜（c)、 07 (a) 〜（c)記載の磁気センサ装置と同じ構成を用いることができるので、ここでの詳細な 説明については省略する。
[0087] 磁気抵抗素子 7500は、図 15に示すような磁気抵抗曲線 (MR特性)を有し、印加 する磁束密度に応じて磁気抵抗変化率が変化する。本形態における磁気抵抗素子 7500の磁気抵抗変化率（MR比） R0は 2. 5%である。そこで、永久磁石 2300が 発生する回転磁界により、磁気抵抗素子 7500の磁気抵抗変化率 Rがー 0. 5% (= R0 X 0. 2)から— 2. 5%となった時、これを出力信号として用いる。すなわち、磁気 センサ装置 3000は、磁気抵抗素子 7500において、無磁界中での抵抗値からの最 大抵抗変化率に対して 20%以上の抵抗変化を示す領域（図 15に矢印 Xで示す領 域)の磁界を検出し、出力する。従って、本形態では、回転磁界検出方式を採用する といっても、飽和感度領域に限らず、磁気抵抗素子の磁気抵抗曲線において無磁 界中での抵抗値力 の最大抵抗変化率に対して抵抗変化率が 20%以上の裾野部 分に相当する飽和感度領域および準飽和感度領域の磁界を利用する。なお、本形 態において、「準飽和感度領域」とは、磁気抵抗素子の磁気抵抗曲線において無磁 界中での抵抗値からの最大抵抗変化率に対して抵抗変化率が 20%以上で、かつ、 飽和感度領域に至るまでの磁界の領域を示す。
[0088] (磁気スケールの構成）
図 14 (A)に示すように、磁気スケール 2000は、移動方向に沿って延びる帯状の永 久磁石 2300を有し、永久磁石 2300の裏面には平板状のベース板 2100 (ベース層 )が固定され、永久磁石 2300の表面には帯状の保護板 2200 (保護層）が固定され ている。ベース板 2100は厚さが 0. 5mmであり、例えば、表面にクロメート処理等の 防鲭メツキ処理が施されたみがき特殊帯鋼力 なる。なお、ベース板 2100は非磁性 材料力も構成されていてもよい。保護板 2200は、厚さ 50 /z mの薄い SUS板であり、 表面にはエポキシ榭脂などカゝらなる塗料を用いて黒色につや消しコーティングされて いる。このように、保護板 2200の表面をつや消しコーティングすることにより、磁気セ ンサ装置 3000の誤作動を防ぐことができる。また、永久磁石 2230の側面、かつべ一 ス板 2100と保護板 2200との間〖こは、封止剤 2400が充填され硬化している。この封 止剤 2400により永久磁石 2300の側面が保護される。封止剤 2400としては、シリル 基含有特殊ポリマーを主成分とする一液湿気硬化性接着剤を挙げることができる。
[0089] 図 14 (B)に示すように、永久磁石 2300は、移動方向に沿って N極と S極とが交互 に並ぶトラック 2500が複数、配列され、本形態では、 3列のトラック 2500が幅方向で 並列している。ここで、隣接する 2つのトラック 2500A、 2500B間では、 N極および S 極の位置が移動方向で 1磁極分、ずれており、 2つのトラック 2500B、 2500C間では 、 N極および S極の位置が移動方向で 1磁極分、ずれている。このため、 2つのトラッ ク 2500A、 2500C間では、 N極および S極の位置が移動方向で一致している。また 、隣接する卜ラック 2500Aと卜ラック 2500Bの境界咅分 2520、および卜ラック 2500Bと トラック 2500Cの境界部分 2520は、例えば、磁極が存在しない無着磁部分ゃ非磁 性部分を介在させることなぐ隣接する当該境界部分 2520の N極および S極が直接 、接するように形成されていることが好ましいが、磁気センサ装置 1が検出できるような 強度の大きな回転磁界を発生させることができれば、隣接するトラック 2500Aとトラッ ク 2500Bの境界部分 2520、およびトラック 2500Bとトラック 2500Cの境界部分 252 0に磁極が存在しない無着磁部分や非磁性部分を介在させてあっても良い。
[0090] このように構成した磁気スケール 2000にお!/、て、永久磁石 2300は、表裏方向の みに磁極力 S向く異方' 14磁石であり、卜ラック 2500A、 2500B、 2500Cの幅方向の縁 部分 2510では、面内方向の向きが変化する回転磁界が形成されている。特に、隣 接する卜ラック 2500A、 2500Bの境界部分 2520、および隣接する卜ラック 2500B、 2 100Cの境界部分 2520では、強度の大きな回転磁界が発生している。さらに、本形 態では、隣接するトラック 2500Aとトラック 2500Bの境界部分 2520、およびトラック 2 500Bと卜ラック 2500Cの境界部分 2520は、当該境界部分 2520の N極および S極 が直接、接するように形成されているので、トラック 2500A、 2500B、 2500Cの境界 部分 2520では、より強度の大きな回転磁界が発生している。なお、本実施の形態に おいて、永久磁石 2300の磁界の面内方向の向きを、マトリクス状の微小領域毎に磁 場解析した結果は、第一の実施の形態に示す図 3 (a)〜(c)に記載の説明図と同じ であるため、ここでの詳細な説明につ 、ては省略する。
[0091] そこで、本形態で ίま、図 14 (B)に示すように、力力る卜ラック 2500Α、 2500Β、 250 0Cの境界部分 2520に対して磁気センサ装置 3000のセンサ面 5000に配置された 磁気抵抗素子 7500を面対向させ、トラック 2500A、 2500B、 2500Cの端部（境界 部分 2520)で発生した回転磁界を検出する。ここで、 1つのトラック 2500の幅寸法は 、例えば lmmであり、磁気抵抗素子 7500の幅寸法は、例えば 2mmである。また、 磁気抵抗素子 7500は、永久磁石 2300の幅方向の中央に位置しているため、磁気 抵抗素子 7500の幅方向における一方の端部 7510は、トラック 2500Aの幅方向の 中央に位置し、他方の端部 7520は、トラック 2500Cの幅方向の中央に位置している
[0092] 本形態において、永久磁石 2300は、厚さが lmm以上、好ましくは、 2mm以上で あり、最大エネルギー積（Β·Η) maxは 1. 2MGOe (lOkjZm3)以上である。
[0093] (永久磁石の厚さによる影響）
図 16 (A)、 (B)はそれぞれ、本発明を適用した磁気スケールが有する永久磁石の 最大エネルギー積および厚さと、内挿精度との関係を示すグラフ、および本発明を適 用した磁気スケールが有する永久磁石の最大エネルギー積および厚さとヒステリシス との関係を示すグラフである。
[0094] 本発明の実施例では、磁気スケール 2000を構成する永久磁石 2300として、最大 エネルギー積（B.H) maxが 1. 2MGOeまたは 1. 5MGOeであって、厚さが lmmま たは 2mmの磁石素材を用い、それぞれにおいて、磁気スケール 2000と磁気センサ 装置 3000が有する磁気抵抗素子 7500との間隙（Gap)を 0. 05mm, 0. 10mm, 0 . 15mm, 0. 20mmとした時の内挿精度、およびヒステリシスを測定した。
[0095] 図 16 (A)に示すよう〖こ、永久磁石 2300の厚さを lmmまたは 2mmとしたため、内 揷精度が小さい。また、永久磁石 2300の厚さが 2mmの磁気スケール 2000と、永久 磁石 2300の厚さが lmmの磁気スケール 2000とを比べると、永久磁石 2300の厚さ 力 S2mmである磁気スケール 2000は、永久磁石 2300の厚さが lmmである磁気スケ ール 2000とを比べ、内挿精度力 S小さ力つた。特に、（8'11) 111& が1. 5MGOe、厚さ 力 S2mmである永久磁石 2300を有する磁気スケール 2000力 他のものと比べて内 挿精度が一番小さ力つた。また、磁気スケール 2000と磁気抵抗素子 7500との間隙 が広がるにしたがって、永久磁石 2300の厚さが lmmである磁気スケール 2000のほ う力 永久磁石 2300の厚さが 2mmである磁気スケール 2000よりも内挿精度が大き くなつた。
[0096] また、図 16 (B)〖こ示すように、永久磁石 2300の厚さが 2mmである磁気スケール 2 000は、永久磁石 2300の厚さが lmmである磁気スケール 2000とを比べ、ヒステリシ スが小さ力つた。特に、（B'H) maxが 1. 5MGOe、厚さが 2mmである永久磁石 230 0を有する磁気スケール 2000は、他のものと比べてヒステリシスが一番小さ力つた。ま た、永久磁石 2300の厚さが 2mmである磁気スケール 2000と、永久磁石 2300の厚 さが lmmである磁気スケール 2000とを比べると、磁気スケール 2000と磁気抵抗素 子 7500との間隙が広がるにしたがって、永久磁石 2300の厚さが lmmである磁気ス ケール 2000のほう力 永久磁石 2300の厚さが 2mmである磁気スケール 2000よりも ヒステリシスが大きくなつた。
[0097] 磁気スケール 2000においては、内挿精度が小さいほど検出精度が良ぐまた、ヒス テリシスが小さいほど検出精度が良い。従って、永久磁石 2300の厚さが 2mmである 磁気スケール 2000のほう力 永久磁石 2300の厚さが lmmである磁気スケール 200 0よりも検出精度が良いということがいえ、かかる影響は、（Β·Η) maxの大小の影響よ りも大である。
[0098] (磁気スケール 2000の製造方法）
以下、図 14および図 17を参照して、磁気スケール 2000の製造方法を説明する。 図 17 (A)〜 (E)は、本発明を適用した磁気スケールの製造方法を模式的に示す説 明図である。なお、着磁を行う際には、磁石素材の一方の面に着磁ヘッドを配置する 一方、他方の面にヨークを配置した状態で着磁ヘッドの着磁コイルに通電する方法、 あるいは、磁石素材の両面に着磁ヘッドを配置して着磁コイルに通電する方法が採 用されるが、図 17には、着磁ヘッドの図示を省略してある。
[0099] 磁気スケール 2000を製造するには、まず、図 17 (A)に示すように、磁石素材 260 0 (無着磁状態の永久磁石 2300)の裏面にベース板 2100を両面テープ等により固 定する。次に、図 17 (B)に示すように、第 1の着磁工程において、磁石素材 2600に 着磁ヘッドを用いて両面着磁を行うことにより、磁石素材 2600の長手方向（移動方 向）に沿って N極と S極とが交互に並ぶ 1列のトラック 250( を形成する。
[0100] 次に、図 17 (C)に示すように、第 2の着磁工程において、磁石素材 2600の一部に 着磁ヘッドを用いて両面着磁を行う。この工程により、磁石素材 2600の一部には着 磁パターンが上書きされ、 3列のトラック 2500が形成された永久磁石 2300が完成す る。ここで、永久磁石 2300は、表裏方向のみに磁極が向く異方性磁石である。また、 卜ラック 2500は、 3列の卜ラック 2500 (2500A、 2500B、 2500C)力幅方向で並列し て形成され、さらに、隣接する 3列の卜ラック 2500A、 2500B, 2500C間で、 N極およ び S極の位置が長手方向で 1極分ずれるように形成される。
[0101] 第 1の着磁工程および第 2の着磁工程の後、図 17 (D)に示すように、永久磁石 23 00の表面に保護板 2200を固定する。その後、永久磁石 2300の側面、かつベース 板 2100と保護板 2200との間に、封止剤 2400を充填させ硬化させることにより、図 1 7 (E)に示す磁気スケール 2000を得る。
[0102] なお、本製造方法では、隣接するトラック 2500Aとトラック 2500Bの境界部分、およ びトラック 2500Bとトラック 2500Cの境界部分は、例えば、磁極が存在しない無着磁 部分や非磁性部分を介在させることなぐ隣接する当該境界部分の N極および S極 が直接、接するように形成したが、図 14 (A)の磁気センサ装置 3000が検出できるよ うな強度の大きな回転磁界を発生させることができる程度であれば、当該境界部分に 磁極が存在しな!ヽ無着磁部分や非磁性部分を介在させても良 ヽ。
[0103] (磁気スケールの別の製造方法）
図 18 (A)〜 (D)は、本発明で用いる磁気スケールの別の製造方法を模式的に示 す説明図であり、図 18でも着磁ヘッドの図示を省略してある。本形態においては、磁 気スケール 2000を製造するにあたっては、まず、図 18 (A)に示すように、磁石素材 2600 (無着磁状態の永久磁石 2300)の裏面にベース板 2100を両面テープ等によ り固定する。次に、図 18 (B)に示すように、着磁工程で、磁石素材 2600に着磁へッ ドを用いて両面に多極着磁を行うことにより、 3本のトラック 2500を備えた永久磁石 2 300が完成する。ここで、永久磁石 2300は、表裏方向のみに磁極が向く異方性磁 石である。卜ラック 2500は、 3列の卜ラック 2500 (2500A、 2500B、 2500C)力幅方 向で並列して形成され、さらに、隣接する 3列のトラック 2500A、 2500B、 2500C間 で、 N極および S極の位置が長手方向で 1極分ずれるように形成される。
[0104] 着磁工程後、図 18 (C)に示すように、永久磁石 2300の表面に保護板 2200を固 定する。その後、永久磁石 2300の側面、かつベース板 2100と保護板 2200との間 に封止剤 2400を充填し、硬化させることにより、図 18 (D)に示す磁気スケール 2000 を得る。
[0105] なお、本製造方法でも、隣接するトラック 2500Aとトラック 2500Bの境界部分、お よびトラック 2500Bとトラック 2500Cの境界部分に、図 14 (A)の磁気センサ装置 300 0が検出できるような強度の大きな回転磁界を発生させることができる程度であれば、 当該境界部分に磁極が存在しな ヽ無着磁部分や非磁性部分を介在させても良 ヽ。
[0106] (第二の実施の形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の磁気式エンコーダ装置 1000では、磁気スケール 20 00に形成された回転磁界を検出しているため、 SZN比を改善することを目的に磁 気センサ装置 3000と磁気スケール 2000との隙間寸法を狭くしても正弦波成分を安 定して得ることがでさる。
[0107] また、本発明では、永久磁石 2300の厚さを lmm以上、好ましくは 2mmに設定して いるため、このような永久磁石 2300に用いると、回転磁界検出を高い精度で行うこと のできる磁界を得ることができる。これにより、磁気抵抗素子 7500が、磁気スケール 2 000からの情報をより確実に検出することが可能となるため、検出精度が高い。
[0108] また、本形態の磁気式エンコーダ装置 1000では、磁気センサ装置 3000を構成す る磁気抵抗素子 7500の磁気抵抗変化率 (MR比) R0が— 2. 5%であり、磁気抵抗 素子 7500の磁気抵抗変化率 Rが— 0. 5% (=R0 X 0. 2)から— 2. 5%となった時、 これを出力信号として用いる。この構成により、磁気抵抗素子 7500が、磁気スケール 2000からの情報をより確実に検出することが可能となるため、検出精度が高い。 [0109] さらに、本形態では、磁気抵抗素子 7500を卜ラック 2500A、 2500B、 2500Cの境 界部分 2520に面対向させて回転磁界を検出して 、るので、永久磁石 2300に対し てセンサ面を垂直に向けた場合と違って、永久磁石 2300から離れた位置で磁界が 準飽和感度領域あるいは飽和感度領域に達しな 、と 、うことを回避できるので、磁気 式エンコーダ装置 1000の検出精度を向上することができる。
[0110] さらにまた、本形態では、磁気抵抗素子 7500が幅方向において 3列のトラック 250 0A、 2500B、 2500Cと対向し、かつ、磁気抵抗素子 7500の両端部分が対向するト ラック 2500A、 2500C間では移動方向における N極および S極の位置が一致してい る。このため、永久磁石 2300と磁気抵抗素子 7500との幅方向における相対位置が ずれても、検出感度が変化しないという利点がある。
[0111] なお、本形態では、磁気抵抗素子 7500の幅方向における端部 7510、 7520は各 々、トラック 2500A、 2500Bの幅方向の中央に位置している構成であった力 磁気 抵抗素子 7500の幅寸法が永久磁石 2300の幅寸法よりも広ぐ磁気抵抗素子 7500 の端部 7510、 7520が永久磁石 2300の幅方向外側にはみ出している構成を採用し てもよい。
[0112] [第二の実施の形態の実施例 2]
以下、本発明の第二の実施の形態の実施例 2について、図面を参照しながら説明 する。なお、本実施例にかかわる形態に係る磁気式エンコーダ装置における永久磁 石 2300と磁気抵抗素子 7500との平面的な位置関係は、第一の実施の形態の図 8 に示す磁気スケール 9 (永久磁石)と磁気抵抗素子 25との平面的な位置関係と同じ であるため、本実施例については、図 8を用いて説明する。
[0113] 第二の実施の形態の実施例 1では、トラック数が 3列であった力 図 8のように、トラ ック数を 2列とし、隣接する 2つのトラック 91A、 91B間では、 N極および S極の位置が 移動方向で 1磁極分、ずれるように磁気スケール 9を構成し、カゝかるトラック 91A、 91 Bの境界部分 912に対して、磁気センサ装置 1のセンサ面 250に配置された磁気抵 抗素子 25を面対向させる構成を採用してもよい。ここで、センサ面 250に配置された 磁気抵抗素子 25は、磁気スケール 9 (永久磁石）の幅方向の中央に位置しているた め、磁気抵抗素子 25の幅方向における一方の端部 252は、 2つのトラック 91A、 91 Bのうち、一方のトラック 91Aの幅方向の中央に位置し、他方の端部 251は、他方のト ラック 91Bの幅方向の中央に位置している。
[0114] なお、このように構成した磁気式エンコーダ装置 100において、磁気スケール 9 (永 久磁石）の磁界の面内方向の向きをマトリクス状の微小領域毎に磁場解析した結果 は、第一の実施の形態に示す図 9 (a)〜(c)記載の説明図と同じであるため、ここで の詳細な説明については省略する力 このように構成した場合も、隣接する 2つのトラ ック 91A、 91Bの境界部分 912に発生する回転磁界を、第一の実施の形態に示す 磁気センサ装置 1と同様に図 14 (A)に示す磁気センサ装置 3000で検出することが できる。
[0115] [第二の実施の形態の実施例 3]
以下、本発明の第二の実施の形態の実施例 3について、図面を参照しながら説明 する。なお、本実施例にかかわる形態に係る磁気式エンコーダ装置における永久磁 石 2300と磁気抵抗素子 7500との平面的な位置関係は、第一の実施の形態の図 12 に示す磁気スケール 9 (永久磁石)と磁気抵抗素子 25との平面的な位置関係と同じ であるため、本実施例については、図 12を用いて説明する。
[0116] 第二の実施の形態の実施例 1では、トラック数が 3列であった力 図 12に示すように 、センサ面 250に配置された磁気抵抗素子 25が幅方向において 5列のトラック 91A 、 91B、 91C、 91D、 91Eと対向し、かつ、センサ面 250に配置された磁気抵抗素子 25の両端部分 251、 252が対向するトラック 91A、 91E間では移動方向における N 極および S極の位置が一致して 、る構成を採用してもょ 、。このように構成した場合 も、第二の実施の形態の実施例 1と同様に、図 14 (A)に示す永久磁石 2300と磁気 センサ装置 3000との幅方向における相対位置がずれても、検出感度が変化しない という利点がある。
[0117] [第二の実施の形態の実施例 4]
以下、本発明の第二の実施の形態の実施例 3について、図面を参照しながら説明 する。図 19は、本発明の第二の実施の形態の実施例 4に係る磁気式エンコーダ装 置における永久磁石 2300と磁気センサ装置 3000との平面的な位置関係を示す説 明図である。 [0118] 第二の実施の形態の実施例 1〜3では、隣接する 2つのトラック間では、 N極および S極の位置が移動方向で 1磁極分、ずれていたが、図 19に示すように、隣接する 2つ のトラック 2500A、 2500B間では、 N極および S極の位置が移動方向で 1Z2磁極分 のみ、ずれている構成であってもよい。このように構成した場合も、隣接する 2つのトラ ック 2500A、 2500Bの境界部分 2520に発生する回転磁界を図 14 (A)に示す磁気 センサ装置 3000で検出することができる。
[0119] [第二の実施の形態の実施例 5]
以下、本発明の第二の実施の形態の実施例 5について、図面を参照しながら説明 する。なお、本実施例にかかわる形態に係る磁気式エンコーダ装置における永久磁 石 2300と磁気抵抗素子 7500との平面的な位置関係は、第一の実施の形態の図 10 に示す磁気スケール 9 (永久磁石)と磁気抵抗素子 25との平面的な位置関係と同じ であるため、本実施例については、図 10を用いて説明する。
[0120] 第二の実施の形態の実施例 1では、トラック数が 3列であった力 本実施例 5では、 図 10のように、 1列のトラック 91が形成されている。また、磁気スケール 9 (永久磁石） では、第一の実施の形態の図 11を参照して後述するように、トラック 91の幅方向の 縁部分 911では、面内方向の向きが変化する回転磁界が形成されている。
[0121] そこで、本実施例では、力かるトラック 91の縁部分 911に対して磁気センサ装置 1 のセンサ面 250 (磁気抵抗素子 25)を面対向させる。ここで、トラック 91の幅寸法は、 例えば lmmであり、センサ面 250 (磁気抵抗素子 25)の幅寸法は、例えば 2mmであ る。また、トラック 91は、センサ面 250 (磁気抵抗素子 25)の幅方向の中央に位置して いるため、センサ面 250の幅方向における端部 250、 251 (磁気抵抗素子 25の幅方 向における端部）は、トラック 91の幅方向外側にはみ出している。
[0122] このように構成した磁気式エンコーダ装置 100にお 、て、磁気スケール 9 (永久磁 石）の磁界の面内方向の向きを、マトリクス状の微小領域毎に磁場解析した結果は、 第一の実施の形態に示す図 l l (a)〜(c)に記載の説明図と同じであるため、ここで の詳細な説明については省略する力 このように構成した場合でも、トラック 91の幅 方向の縁部分 911では、円 Lで囲んだ領域のように、面内方向の向きが変化する回 転磁界が形成されている。 [0123] 従って、本形態の磁気式エンコーダ装置 100では、トラック 91の縁部分 911に形成 されている回転磁界を図 14 (A)に示す磁気センサ装置 3000で検出でき、その結果 に基づ!/ヽて、磁気センサ装置 3000と永久磁石 2300との相対移動速度や相対移動 距離を検出することができる。
[0124] [第二の実施の形態のその他の実施の形態]
図 20 (A)〜（D)は各々、本発明を適用した磁気式エンコーダ装置によってロータリ エンコーダを構成したときの説明図である。
[0125] 上記第二の実施の形態の実施例 1〜5はいずれも、磁気式エンコーダ装置をリニア エンコーダとして構成した例であった力 図 20 (A)〜（D)に示すように、磁気式ェン コーダ装置 1000によってロータリエンコーダを構成してもよい。この場合、図 20 (A) 、（B)に示すように、回転体 1100の端面 1010において、周方向にトラック 2500が延 びるように永久磁石 2300を構成し、このように構成したトラック 2500に対して、磁気 センサ装置 3000のセンサ面に配置された磁気抵抗素子 7500を対向させればよい 。また、図 20 (C)、（D)に示すように、回転体 1100の外周面 1020において、周方向 にトラック 2500が延びるように永久磁石 2300を構成し、このように構成したトラック 25 00に対して、磁気センサ装置 3000のセンサ面に配置された磁気抵抗素子 7500を 対向させてもよい。

Claims

請求の範囲
[1] 互いに 90° の位相差を有する A相の磁気抵抗パターンと B相の磁気抵抗パターン とを有する磁気センサ装置において、前記 A相の磁気抵抗パターンは、 180° の位 相差をもって前記磁気スケールの移動検出を行う + a相の磁気抵抗パターンと— a相 の磁気抵抗パターンとを備え、前記 B相の磁気抵抗パターンは、 180° の位相差を もって前記磁気スケールの移動検出を行う +b相の磁気抵抗パターンと— b相の磁 気抵抗パターンとを備え、前記 + a相の磁気抵抗パターン、前記— a相の磁気抵抗 パターン、 +b相の磁気抵抗パターン、および前記— b相の磁気抵抗パターンは、 1 枚の基板の同一の面上に、前記 + a相の磁気抵抗パターンと前記― a相の磁気抵抗 パターンとが対角に位置し、前記 + b相の磁気抵抗パターンと前記— b相の磁気抵 抗パターンとが対角に位置するように形成されて!ヽることを特徴とする磁気センサ装 置。
[2] 請求項 1において、前記 + a相の磁気抵抗パターンおよび前記— a相の磁気抵抗 パターンのうちの一方の磁気抵抗パターンと、前記 + b相の磁気抵抗パターンおよび 前記—b相の磁気抵抗パターンのうちの一方の磁気抵抗パターンとは、当該一方の 磁気抵抗パターンの形成領域の間に形成された第 1の共通端子に接続し、前記 + a 相の磁気抵抗パターンおよび前記— a相の磁気抵抗パターンのうちの他方の磁気抵 抗パターンと、前記 + b相の磁気抵抗パターンおよび前記—b相の磁気抵抗パター ンのうちの他方の磁気抵抗パターンとは、当該他方の磁気抵抗パターンの形成領域 の間に形成された第 2の共通端子に接続していることを特徴とする磁気センサ装置。
[3] 請求項 1または 2に記載の磁気センサ装置と、該磁気センサ装置に対する相対移 動方向に沿って N極と S極が交互に並ぶトラックを備えた磁気スケールとを有すること を特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[4] 請求項 3にお 、て、前記磁気センサ装置は、前記 A相の磁気抵抗パターンおよび 前記 B相の磁気抵抗パターンの前記磁気スケールと対向する各パターン面によって 構成されたセンサ面が前記トラックと面対向し、前記磁気スケールにおいて面内方向 の向きが変化する回転磁界を検出することを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[5] 請求項 4において、前記センサ面は、前記トラックの幅方向において、前記センサ 面の両端部分が対向する前記トラックの幅方向の両端の縁部分を超える大きさに形 成されて!/ヽることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[6] 請求項 4において、前記磁気センサ装置は、前記センサ面が前記トラックの幅方向 の縁部分に面対向し、当該縁部分で面内方向の向きが変化する回転磁界を検出可 能であることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[7] 請求項 6にお 、て、前記磁気スケールでは、前記トラックが幅方向で複数、並列し、 前記複数のトラックでは、隣接するトラック間で N極および S極の位置が前記相対移 動方向でずれていることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[8] 請求項 7において、前記複数のトラックでは、隣接するトラック間で N極および S極の 位置が前記相対移動方向で 1磁極分、ずれていることを特徴とする磁気式ェンコ一 ダ装置。
[9] 請求項 7にお 、て、前記磁気スケールは、前記トラックが幅方向で 3列以上、並列し 、前記センサ面は、幅方向において 3列以上のトラックと対向し、かつ、前記センサ面 の両端部分が対向するトラック間では前記相対移動方向における N極および S極の 位置が一致していることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[10] 請求項 7において、前記複数のトラックでは、隣接するトラック間で N極および S極が 直接、接していることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[11] 請求項 3ないし 10のいずれかにおいて、リニアエンコーダまたはロータリエンコーダ として構成されて 、ることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[12] 永久磁石を備えた磁気スケールと、該磁気スケールからの磁界を検出する磁気抵 抗素子を備えた磁気センサ装置とを有し、前記永久磁石には、前記磁気センサ装置 との相対移動方向に沿って N極と S極が交互に並ぶトラックが形成されている磁気式 エンコーダ装置において、前記磁気センサ装置は、前記トラックの幅方向の縁部分 で面内方向の向きが変化する回転磁界を検出し、前記永久磁石の厚さは、 1mm以 上であることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[13] 請求項 12において、前記永久磁石の厚さは、 2mm以上であることを特徴とする磁 気式エンコーダ装置。
[14] 永久磁石を備えた磁気スケールと、該磁気スケールからの磁界を検出する磁気抵 抗素子を備えた磁気センサ装置とを有し、前記永久磁石には、前記磁気センサ装置 との相対移動方向に沿って N極と S極が交互に並ぶトラックが形成されている磁気式 エンコーダ装置において、前記磁気センサ装置は、前記トラックの幅方向の縁部分 で面内方向の向きが変化する回転磁界を検出するとともに、前記磁気抵抗素子の磁 気抵抗曲線において、無磁界中での抵抗値からの最大抵抗変化率に対して 20%以 上の抵抗変化を示す領域の磁界を検出し、出力することを特徴とする磁気式ェンコ ーダ装置。
[15] 請求項 12または 13において、前記磁気センサ装置は、前記磁気抵抗素子の磁気 抵抗曲線において、無磁界中での抵抗値からの最大抵抗変化率に対して 20%以上 の抵抗変化を示す領域の磁界を検出し、出力することを特徴とする磁気式ェンコ一 ダ装置。
[16] 請求項 12または 14において、前記磁気スケールは、裏面側にベース層を備え、表 面側に保護層を備えていることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[17] 請求項 12または 14において、前記永久磁石を構成する磁石素材は、外部磁界の 大きさ Hと磁束密度 Bとの積で求められるエネルギー積の最大値 (B · H) maxが 1. 2
MGOe以上であることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[18] 請求項 12または 14において、前記永久磁石は、前記トラックが幅方向で複数、並 列し、前記複数のトラックでは、隣接するトラック間で N極および S極の位置が前記相 対移動方向でずれていることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[19] 請求項 18において、前記複数のトラックでは、隣接するトラック間で N極および S極 の位置が前記相対移動方向で 1磁極分、ずれて！/ヽることを特徴とする磁気式ェンコ ーダ装置。
[20] 請求項 19において、前記永久磁石は、前記トラックが幅方向で 2列以上、並列して いることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[21] 請求項 20において、前記永久磁石は、前記トラックが幅方向で 3列以上、並列し、 前記磁気センサ装置は、前記 3列以上のトラックのうち、奇数列分のトラックと対向し、 かつ、当該磁気センサ装置の両端部分が対向するトラック間では前記相対移動方向 における N極および S極の位置が一致していることを特徴とする磁気式エンコーダ装 置。
[22] 請求項 12または 14において、前記永久磁石は、該永久磁石の表裏方向のみに磁 極が向く異方性磁石であることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[23] 請求項 12ないし 22のいずれ力において、リニアエンコーダまたはロータリエンコー ダとして構成されていることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
[24] N極と S極が交互に並ぶトラックが幅方向で複数、並列し、隣接するトラック間では N極および S極の位置が前記トラックの相対移動方向でずれている永久磁石を備え た磁気スケールの製造方法にぉ ヽて、前記永久磁石を構成すべき磁石素材に対し て前記トラックの相対移動方向で N極と S極とが交互に並ぶように着磁する第 1の着 磁工程と、隣接するトラック間で N極および S極の位置が前記トラックの相対移動方向 でずれるように、前記第 1の着磁工程で前記磁石素材に付した磁極の一部を上書き して着磁する第 2の着磁工程と、を有することを特徴とする磁気スケールの製造方法
[25] N極と S極が交互に並ぶトラックが幅方向で複数、並列し、隣接するトラック間では N極および S極の位置が前記トラックの相対移動方向でずれている永久磁石を備え た磁気スケールの製造方法にぉ 、て、前記永久磁石の幅方向で N極の位置と S極 の位置が相対移動方向にずれるように、前記永久磁石を構成すべき磁石素材に対 して着磁ヘッドを配置して多極着磁を行う着磁工程を有することを特徴とする磁気ス ケールの製造方法。
[26] 請求項 24または 25において、前記磁石素材に対して着磁を行う際、当該磁石素 材の表裏方向のみに磁極が向く異方性着磁を行うことを特徴とする磁気スケールの 製造方法。
[27] 請求項 24ないし 26いずれかにおいて、前記磁石素材の裏面にベース層を重ねた 後、当該磁石素材に対して前記着磁工程を行って前記永久磁石を形成し、当該着 磁工程を行った後、前記永久磁石の表面に保護層を形成することを特徴とする磁気 スケールの製造方法。
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