JPH01119714A - 磁気エンコーダ - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば、ロボットやマニピュレータ等におけ
る駆動用あるいは制御用のモータの速度および位置を検
出する磁気エンコーダに関する。

〔従来の技術〕

従来から、ロボットやマニピュレータに組込まれた回転
または直線運動を行うアクチュエータの位置および速度
を、瞬時的に正確に測定することができる検出器が要求
されている。

このような検出器としては、従来、光電式が多用されて
きた。この光電式検出器はガラス円板に金属膜を蒸着し
、フォトリソにより作られた光学スリットと、発光ダイ
オードおよび受光素子としてのフォトダイオードから構
成されているため、ガラス円板が衝撃に弱いことや、発
光ダイオード。

受光素子の配置上、薄肉化は不可能であるうえ、８０℃
以上の高温では使えないという欠点があった。

近年、ロボットやマニピュレータの小型化に伴ない検出
器の耐熱性向上や小型高分解能化の必要性は高まってき
た。このような要求に対し、磁化パターンの書込まれた
ドラムと磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と略す）を
組み合せた磁気エンコーダが開発された（特開昭５４− １１５２５７）。

この検出器は回転軸と連動して回転し、ピッチＰで磁化
パターンが書込まれた磁気記録媒体を有する回転体と、
この磁化パターンから漏れる周期的磁場分布を検出する
ＭＲ素子から構成されており、ＭＲ素素子ストライ炎長
方向は磁界の方向と直角に、またストライプ幅方向は回
転体円周方向と平行になっている。このような構成にお
いて、磁気記録媒体からの磁界ＨｃｘがＭＲ素子に印加
されたとき、ＭＲ素子に入る磁界Ｈｅｒｒは反磁界をＨ
ｄとすると Ｈｅｌ’ｒ’　−Ｈｅｘ−Ｈｄ となる（特開昭５７−１９７８８５）。

ここで、ＭＲ素子のパターン幅をＷ、膜厚をｔ。

ＭＲ素子の飽和磁界をＩｓとすると、反磁界Ｈｄは Ｈｄ−４π　Ｉｓ　　・　□ なので、磁界Ｈｅｆ’ｆ’は Ｈｅｒｆ’　−Ｈｅｘ−４ｒｒ　ｌ５−−となる。つま
り、パターン幅Ｗが小さくなると反磁界Ｈｄが大きくな
り、磁界Ｈｅｒｒが小さくなるのでＭＲ素子の出力低下
がおこる。普通、パターン幅Ｗの２倍が位置読取単位と
考えてよいので、このような構造ではＭＲパターン幅１
０μｍが限界なので、２０μｍが位置読取単位となる。

要求されている分解能は数μｍなので、この構造では不
可能である。また、ＭＲ素子と磁気記録媒体の距離を数
十μｍにしなければならないので磁気エンコーダの組立
て時にＭＲ素子と磁気記録媒体が接触し、ＭＲ素子を破
壊することがあった。

そこで本発明者らはこの点を解決できる磁気エンコーダ
を先に発明した（特願昭６２−３９１８０、特願昭６２
−３９１７８）。

この先行する磁気エンコーダは、例えば第３図にその要
部を斜視図で示す。

要求される位置読取精度に応じて周期的磁場を発生する
ようにピッチＰで少なくとも１つの磁化パターン列の書
込まれた磁気記録媒体７からの、前記周期的磁場を磁気
記録媒体に近接した少なくとも１つのストライプ状のＭ
ＲＲ子１により出力変換する磁気エンコーダにおいて、
前記ＭＲ素素子ストライ炎長を９１磁気記録媒体とＭＲ
Ｒ子１の最近接距離をｇとしたときにストライプ長さ方
向と前記最近接部での磁気記録媒体表面接線方向と。な
す角度４力Ｑａｎ　−ｔ　〔２（ｆｆ　＋ｇ）　〕度力
、ら９０″の範囲にあり、ストライプ幅方向が磁化パタ
ーン列方向と平行であり、ストライプ幅方向に磁化パタ
ーンからの磁界が印加されるようにしている。この第３
図では、ストライプ状の４本のＭＲＲ子１を３個所の折
り返し部を形成し接続し１つのＭＲＲ子１として出力し
、磁気記録媒体７に示した矢印と長さは着磁方向（磁化
方向パターン）と大きさを表わし、曲線状の点線は磁気
記録媒体７から発生する磁束のＭＲＲ子１と鎖交する状
態を示す。

この第１の先行例の方式では、ＭＲ素素子ストライ炎長
の方向が磁気記録媒体面に垂直に向いているので、その
媒体表面より遠くにあるＭＲＲ子ストライプ部分に印加
される磁界は弱くなるため、ＭＲＲ子全体を有効に使用
できなくて出力信号が十分でなかった。しかして、出力
信号は大きい程ノイズに対しても強い高信頼性磁気エン
コーダが可能になる。

そこで、本発明者らは第４図にその一部を斜視図で示す
ように、磁気記録媒体７のＮ極とＳ極の近傍からＭＲＲ
子２の近傍まで軟磁性膜（誘導膜）３で磁束を誘導して
、ストライプパターン幅方向に均一に磁界が印加される
ようにＭＲＲ子２を構成し、磁気記録媒体７から磁界を
ＭＲＲ子ストライプ２全体で受けて有効に利用するよう
にして第２の先行例を開発した（特願昭６２−４２９０
８゜特願昭６２−４２９１０）。なお、４はＭＲＲ子２
の鎖交磁束による電気抵抗変化を取り出すリード部、６
は磁気記録媒体７に形成された磁化パターンの磁界の大
きさと方向を表わす。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、この第２の先行例の方式では、磁界を誘導す
る軟磁性膜のＭＲＲ子近傍の部分のＭＲ素素子ストライ
炎長方向と同じ方向の一端と他端がそれぞれＭＲＲ子ス
トライプの長さ方向の一端と他端に対応しているので、
ＭＲＲ子ストライプの磁気記録媒体から近い部分も遠い
部分も軟磁性膜によって誘導される磁界はほぼ同じであ
った。

そのため、ＭＲＲ子ストライプの磁気記録媒体から遠い
部分は、以前として磁気記録媒体からの磁界が不十分で
あり、ＭＲＲ子全体としての出力は十分でなかった。

ここにおいて本発明は、従来例および先行例の難点を克
服し、磁気抵抗効果の増大した磁気エンコーダを提供す
ることを、その目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、 要求される位置読取精度に応じて周期的磁場を発生する
ようにピッチＰで少なくとも１つの磁化パターン列が書
込まれた磁気記録媒体からの周期的磁場を磁気記録媒体
に近接した少なくとも１つのストライプ状の磁気抵抗効
果素子により出力変換する磁気エンコーダのなかで、磁
気抵抗効果素子のストライプ長さ方向と磁気記録媒体と
磁気抵抗効果素子の最近接部での磁気記録媒体表面接線
方向とのなす角度がほぼ９０″で、しかもストライプ幅
方向が磁化パターン列方向と平行であり、ストライプ幅
方向に磁化パターンからの磁界が印加され、しかも磁気
記録媒体のＮ極とＳ極の近傍から磁気抵抗効果素子スト
ライプの近傍まで磁束を誘導する軟磁性膜が配置されて
いる磁気抵抗効果素子を持つ磁気エンコーダにおいて、
開口部が磁気記録媒体に対向する馬蹄形状の軟磁性膜で
、その中央部を左右に切り放してこの切り放し部位に間
隔を経て磁気抵抗効果素子の左右のストライプが配置さ
れ、前記磁気抵抗効果素子のストライプ近傍の軟磁性膜
の一端が磁気記録媒体から遠い部分のストライプの一端
と同じところにあり、ストライプ近傍の軟磁性膜のスト
ライプ長さ方向に沿った幅Ｗが、１つのストライプの長
さをｇとするとほぼ０．２５４！〜０．７５ｆｆである
磁気抵抗効果素子をもつ 磁気エンコーダである。

〔作　用〕

磁気記録媒体から遠い位置の軟磁性膜の誘導膜のＭＲＲ
子ストライプに沿った幅Ｗをストライプ長さｇに対しほ
ぼ０．２５Ｉｌ〜０．７５４７として広く適切な値とし
、磁気エンコーダとして小形ながら高出力、高分解能と
なる。

〔実施例〕

以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。

本発明の一実施例における構成を表わす斜視図を第１図
（ａ）に示す。

すべての図面において、同一符号は同一部材を表わす。

第１図（ｂ）、　　（ｃ）は、それぞれ本発明の他の、
別の実施例の構成を示す斜視図である。

第１図（ａ）において、固定側のガラス基板１上にＭＲ
Ｒ子２をストライプ状の回路パターンＬ配置し、その１
つのストライプの長さはｇとし、磁気記録媒体７に近い
位置に折り返し部をつくり２つのストライプを１つのＭ
ＲＲ子２として作用させており、４はＭＲストライプ２
の鎖交磁束による電気抵抗変化を取り出すリード部であ
る。

３は軟磁性膜により形成された誘導膜であり、その形状
はあたかも開口部が磁気記録媒体７に対向する馬蹄形を
なし、この中央部を左右に切り放しその放し部位に間隔
を経てＭＲ素子２のストライプが配置される。

また、ＭＲ素子２へ情報を与える磁気記録媒体７は、シ
ャフト９に嵌合固着したアルミニウム製ドラム８の外周
表面上に、ＣＯ−γＦｏ２０３を一様の厚みになるよう
にして作製され、ＭＲ素子２に対向する外周面には磁化
パターン６が着磁され、図示の矢印は磁界の方向とその
大きさを表わす。

そして、要求される位置読取精度に応じて周期的磁場を
発生するようにピッチＰ（開示していない）で少なくと
も１つの磁化パターン列が書込まれた磁気記録媒体７か
らの周期的磁場を、磁気記録媒体７に近接した少なくと
も１つのストライプ状のＭＲ素子２により出力変換する
磁気エンコーダであり、かつＭＲ素子２のストライプ長
さ方向と磁気記録媒体７とＭＲ素子の最近接部での磁気
記録媒体表面接線方向とのなす角度がほぼ９０″で、し
かもストライプ幅方向が磁化パターン列方向と平行であ
り、ストライプ幅方向に磁化パターンからの磁界が印加
されるようにしである。

しかして、ＭＲ索子３はガラス基板１上にスパッタ法で
８１．７％Ｎｉ−Ｆｅ合金膜を６００への厚さで形成し
た後に、ＭＲ素子ストライプ部分２と誘導膜３をフォト
リソ技術によりパターンニングし、さらにリード部４を
Ｃｕ膜で形成した。

その誘導膜３の一端は磁気記録媒体５に記録された磁化
パターン６のＮ極とＳ極の近傍に配置し、他端はＭＲ素
子ストライプ部分２の長さ方向の磁気記録媒体５から遠
い部分の近傍に配置している。

磁化パターン６のＮ極から外部へ向けて出た磁力線は、
誘導膜からＭＲ素子２へそして反対側の誘導膜３を経て
磁化パターン６のＳ極に入る。

ここで、誘導膜３の磁気記録媒体７から遠い方の一端は
、ＭＲ素子ストライプ２のリード部４の近傍位置とし、
ＭＲ素子ストライプ２に並行するＭＷは、ＭＲ素子２の
１つのストライプの長さｇとするとき、はぼ（１／２）
Ｎとするとき検出出力が最大となることが実測された。

本発明の他の実施例の第１図（ｂ）は磁気記録媒体７お
よびＭＲ素子２が２組で構成されており、磁化パターン
６が両者で異っている。

さらに、本発明の別の実施例の第１図（ｃ）では、他の
実施例と同様に２組で構成しているが、磁気記録媒体７
における磁化パターン６が、矢印のある区分は磁化があ
り矢印のない区分は磁化がないとし、矢印の方向はそれ
ぞれの磁界の方向を示している。

なお、これまでの実施例では、ＭＲ素子２と誘導膜３の
材料は同じＮｉ−Ｆｅ合金膜を使用しているが、誘導膜
３は軟磁性膜たとえばＮｉ−Ｃｏ、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ、
Ｃｏ−Ｚｒ−Ｍｏ。

Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等でも良いことは明らかである。

また、絶縁性磁性膜の場合でも同様である。

本発明の実施例第１図（ａ）、　　（ｂ）、　　（ｃ）
の各磁気エンコーダの出力と幅Ｗとの関係を、従来例と
比較した特性曲線として第２図に示す。第２図中ａ’、
ｂ’、ｃ’　はそれぞれ第１図（ａ）、　　（ｂ）、　
　（ｃ）に対応した各磁気エンコーダの出力を縦軸にと
った特性例で、横軸は磁気記録媒体側から遠いストライ
プ端面からの軟磁性膜３の幅Ｗを示し、その軟磁性膜３
がＭＲ素子ストライプに並行しない部分の長さであるギ
ャップ長が０．５Ｎ、すなわちストライプ中点のとき出
力はそれぞれ最大となる。さらに０．２５〜０．７５Ｎ
でも従来例より出力が大きくなった。

したがって、本発明の磁気エンコーダの出力は、いずれ
も従来例より大きくなっている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による構造の磁気エンコー
ダは、検出出力が大きく、ノイズに対しても強く、出力
値を電気的に分割して高分解能化する場合でも有利であ
ることは明らかであり、磁気エンコーダとしての信頼性
を著しく向上させるという、格段の効果を奏することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は本発明の各実施例にお
ける要部の構成を示す斜視図、第２図は本発明の幅Ｗの
変化に対応する出力特性図、第３図と第４図は従来例の
説明図である。 １・・・ガラス基板、２・・・磁気抵抗効果素子（ＭＲ
素子、ＭＲ素子ストライプ）、３・・・軟磁性膜（誘導
膜）、４・・・リード部、６・・・磁化パターン、７・
・・磁気記録媒体、８・・・アルミニウム合金ドラム、
９・・・シャフト。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 （ａ） 第１図 第１図 第１図にお１ｊる軟磁性膜の幅Ｗ 第２図 始４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、要求される位置読取精度に応じて周期的磁場を発生
   するようにピッチＰで少なくとも１つの磁化パターン列
   が書込まれた磁気記録媒体からの周期的磁場を磁気記録
   媒体に近接した少なくとも１つのストライプ状の磁気抵
   抗効果素子により出力変換する磁気エンコーダのなかで
   、磁気抵抗効果素子のストライプ長さ方向と磁気記録媒
   体と磁気抵抗効果素子の最近接部での磁気記録媒体表面
   接線方向とのなす角度がほぼ９０゜で、しかもストライ
   プ幅方向が磁化パターン列方向と平行であり、ストライ
   プ幅方向に磁化パターンからの磁界が印加され、しかも
   磁気記録媒体のＮ極とＳ極の近傍から磁気抵抗効果素子
   ストライプの近傍まで磁束を誘導する軟磁性膜が配置さ
   れている磁気抵抗効果素子を持つ磁気エンコーダにおい
   て、開口部が磁気記録媒体に対向する馬蹄形状の軟磁性
   膜で、その中央部を左右に切り放してこの切り放し部位
   に間隔を経て磁気抵抗効果素子の左右のストライプが配
   置され、 前記磁気抵抗効果素子のストライプ近傍の軟磁性膜の一
   端が磁気記録媒体から遠い部分のストライプの一端と同
   じところにあり、ストライプ近傍の軟磁性膜のストライ
   プ長さ方向に沿った幅Ｗが、１つのストライプの長さを
   ｌとするとほぼ ０．２５ｌ〜０．７５ｌである磁気抵抗効果素子をもつ ことを特徴とする磁気エンコーダ。