JPH0413926A - インクリメンタル形ストローク磁気センサ - 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、インクリメンタル形ストローク磁気センサに
係わり、殊に磁気スケールとインクリメンタル形ストロ
ーク磁気センサとにおいて、磁気マークの単一化、製造
の容易化及び温度補償の容易化などを達成するに好適な
インクリメンタル形ストローク磁気センサに関する。

〔従来の技術〕

いわゆるインクリメンタル形ストロークセンサは、アパ
ソリュート形と異なり、基準点を検出して初めて位置検
出が可能となる。このため、センサ側には位置検出用と
基準点検出用の２種類のセンサを備え、他方スケール側
にも位置検出用と基準点検出用の２種類のマークを備え
ている。かかる事情はインクリメンタル形ストローク磁
気センサにあっても同様であり、位置検出用と基準点検
出用の２種類の磁気マークを備えた磁気スケールに対応
し、位置検出用と基準点検出用の２種類の磁気センサを
備えて構成される。これら２種類の磁気センサは各個独
立して設置される場合が通常であるが、１つの基板上に
共に回路構成する場合もある。後者としては、例えば特
開昭６１−８４５０４号が開示されたものがある。これ
はストローク磁気センサではなく回転エンコーダである
が、大略説明すれば、２種類の磁気センサは複数の薄膜
磁気抵抗素子によって１つの基板上で回路構成され、磁
気スケール側であるドラムは磁気信号を記録した複数の
トラックを備えて構成される。

これらトラックの内の１つは基準点検出用の指示パルス
を発生する（即ち、この場合であっても２種類の磁気マ
ークを備えている）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したように、インクリメンタル形ストローク磁気セ
ンサは、位置検出用と基準点検出用の２種類の磁気マー
クを備える磁気スケールに対し、位置検出用と基準点検
出用の２種類の磁気センサを備えている。このため、全
体的に複雑となり、製造上不利益を蒙むることか多い。

また温度補償は通常の場合であればブリッジ回路を用い
て自己補償するようにしているが、例えば各磁気センサ
を独立して設置する場合などでは、互いの温度差により
、温度補償が難しくなり、結果として検出精度が低下し
てしまうという不都合が生ずる。特開昭６１−８４５０
４号の例にあっては、位置検出用と基準点検出用の２種
類の磁気センサが１つの基板上に回路構成されているた
め、温度差が少なくなり、温度補償をする上で有利とな
る。しかるに、磁気スケール側が位置検出用と基準点検
出用との２種類の磁気マークを備える構成であることは
従来技術と変わるところがなく、殊にこの特開昭６１−
’８４５０４号の例にあっては、仮にドラムを展開して
インクリメンタル形ストローク磁気センサとしても、磁
気センサが磁気スケールの方向に対して直角方向に相対
ずれするような場合、位置検出が不可能となってしまう
欠点がある。

別言すれば、この構成では、ボーリングマシンのポーリ
ング、ドリルマシンのドリル、揺動する油圧シリンダロ
ンド、その他の回転移動体に対し、これらを磁気スケー
ルとすることができない。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであっ
て、位置検出用の磁気マークと基準点検出用の磁気マー
クとを区別することなく１種類の磁気マークで構成した
磁気スケール側に対して使用でき、従って製造が容易で
あり（磁気スケールに対しても）、かつ、検出値の温度
補償だ容易であるインクリメンタル形ストローク磁気セ
ンサを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明にかかわるインクリメ
ンタル形ストローク磁気センサは、第１図及び第２図を
参照して説明すれば、両端がら所定距離ｄ１、ｄ２離間
した区間β内に等ピッチｐの磁気マーク１１を備える磁
気スケール１０に対向して設置される基板において（第
２図）、該基板２０上に前記磁気マーク１１と平行なる
複数の薄膜磁気抵抗素子Ｒｓ、Ｒｏを備え、これらの内
の幾つかの薄膜磁気抵抗素子Ｒｓは少なくとも２つの差
動回路又はブリッジ回路をなし、他の幾つかの薄膜磁気
抵抗素子Ｒｏはピッチｐの整数ｎ倍のピッチｎｐでなる
少なくとも１つの差動回路又はブリッジ回路をなす構成
とした。

〔作　用〕

上記構成によれば、結果として、薄膜磁気抵抗素子Ｒｓ
で構成される差動回路又はブリッジ回路は位置検出用磁
気センサとなり、他方ＩＩＩＷＡ磁気抵抗素子Ｒｏで構
成される差動回路又はブリッジ回路は基準点検出用磁気
センサとなってインクリメンタルに直線位置を検出する
ことができるようになる。詳述すれば、前者位置検出用
の差動回路又はブリッジ回路は、請求項で詳細に触れて
いないが、「少なくとも２つの」の意味するところは、
検出位置の方向性を検出するため、インクリメンタル形
ストロークセンサにおける通常の手段である。例えば、
差動回路と差動回路、差動回路とブリッジ回路、差動回
路とブリッジ回路、又はこれらの組合せを指し、これら
回路を少なくとも２つ備えるということである。その他
の位置検出用として諸条件、例えば、分解能力を高める
ためには複数の差動回路又はブリッジ回路を備えるが、
この場合、各々の回路を構成する薄膜磁気抵抗素子Ｒｓ
は各差動回路又はブリッジ回路毎に相対的に位相がずれ
るように配置される。このように通常知られるインクリ
メンタル形ストロークセンサにおける位置センサとして
の諸条件の総ては、請求項記載の文言「幾つかの薄膜磁
気抵抗素子Ｒｓは少なくとも２つの位置検出用の差動又
はブリッジでなる回路」なる位置検出用磁気センサの範
中に含まれるものとする。従ってかかる位置検出用磁気
センサが、磁気スケール１０の磁気マーク１１が施され
ている区間ｌ内を往復する限り、第３図の位置−出力グ
ラフの特性Ｓｓで示される波形が磁気マークに従って出
力される。この点は通常のインクリメンタル形ストロー
クセンサの場合と同じである。即ち前述のとおり、薄膜
磁気抵抗素子Ｒｓで構成される差動回路又はブリッジ回
路は、結果として、位置検出用磁気センサとなる。次に
後者基準点検出用の差動回路又はブリッジ回路は、差動
回路であれば、これを構成する２つの磁気抵抗素子Ｒｏ
のピッチは磁気スケール１０の磁気マーク１１のピッチ
ｐの整数倍ｎｐ　（ｎ＝１．２・）としである。従って
、第３図の位置−出力グラフの特性Ｓｏで示されるとお
り、かかる基準点検出用磁気センサが磁気スケール１０
の磁気マーク１１が施されている区間β内を往復する限
り、差動回路に出力はなく、波形は現れないが（詳しく
は、磁気マーク１１のピッチ内において、磁気マーク１
１の幅と磁気マーク１１の無い幅とが異なる場合は、多
少の差が出力され、その分の波形も現れる）、この差動
回路が磁気スケール１０の磁気マーク区間！の終点又は
始点に至り、差動回路を構成する磁気抵抗素子Ｒｏの何
れか１つが、磁気マーク１１の無い位置１２ａ又は１２
ｂに至るとき、この差動回路に出力が現れるようになる
（但し、磁気抵抗素子Ｒｏの２つが共に磁気マーク１１
のない位置１２ａ又は１２ｂにまで至ったときには差動
出力は完全になくなる）。即ち、基準点なる始点及び終
点を検出することができるようになる。差動回路に替わ
り、ブリッジ回路の場合、４つの磁気抵抗素子Ｒｏのピ
ンチを整数倍ｎｐとしても、結果は上述差動回路と同一
であるこの場合の差動回路との違いは、温度補償するこ
とがさらに容易となる点、さらに出力が大きくなる点で
ある。以上から分かるとおり、薄膜磁気抵抗素子Ｒｏで
構成される差動回路又はブリ・ノジ回路は、結果として
、基準点検出用磁気センサとなる。尚、この基準点検出
用磁気センサの個数は複数にしてもよい旨を「少なくと
も」で表現しているが、最善には、前記位置検出用の磁
気センサの両端に各々１個備えるのがよい。尚、基板上
におけるこれら薄膜磁気抵抗素子ＲＳ　％　Ｒｏの配置
については単に「該基板上に前記磁気マークと交差する
複数の薄膜磁気抵抗素子Ｒｓ、、Ｒｏを備え、」としで
ある。これは、例えば、薄膜磁気抵抗素子Ｒ３％　ＲＯ
を直列に並べてもよいし、並列に並べてもよいことを意
味し、要は縦長の薄膜磁気抵抗素子Ｒｓ、Ｒｏが磁気マ
ークと直交でも斜交でもよいが、とにかく交差するよう
にすればよいことを指す。そこで差動回路やブリッジ回
路の形成の際には、殊更隣同士の薄膜磁気抵抗素子を結
線する必要もなく、上記作用に基づき、磁気スケール１
０の磁気マーク１１のピッチｐを主体にして、請求項の
とおり結線すればよい。また基準点検出用の差動回路又
はブリッジ回路は各個単独で構成してもよいし、これら
を混ぜて構成してもよい。

〔実施例〕

以下実施例を図面（第１図〜第５図）を参照して説明す
る。実施例は、第２図に示される磁気スケールに対し、
第１図に示されるインクリメンタル形ストローク磁気セ
ンサの構成である。詳しくは、磁気スケール１０は、第
２図に示されるように、３３５Ｂでなる直径６０ｍｍｘ
長さ６００ｍｍの丸棒において両端から５０ｍｍ離間し
た区間ｎ（５００ｍｍ）内にピッチ（ｐ＝２ｍｍ）でな
る溝（幅１　ｍ　ｍ　Ｘ深さ５０μｍ）を全周に渡って
穿ち、凹凸パターンに形成せしめた後、外周全面に渡り
、前記凹凸がなくなるようにＣｒメ、、キ１３を施した
ものである。これに対し、実施例なるインクリメンタル
形ストローク磁気センサは、第１図に示されるように、
パイレックスガラス基板２０（図示横１６ｍｍＸ図示縦
５ｍｍＸ厚さ０゜１　ｍｍ）上に、８０　Ｎ　ｉ　−２
０Ｆ　ｅでなる厚さ２０００人の強磁性体薄膜を蒸着し
、レーザトリミングを用いて図示幅２５μｍ及び図示高
さ３ｍｍで往復トリミングし、各々が全幅０．５ｍｍで
ある薄膜磁気抵抗素子ＲＯ％　Ｒｓを１８個パターニン
グした。このトリミングでは同時に、図示左端の２個の
薄膜磁気抵抗素子Ｒｏについては差動回路を形成せしめ
、基準点検出用磁気センサとし、他方他の１６個の薄膜
磁気抵抗素子Ｒｓについては４素子ブリツジなる４個の
ブリッジ回路を形成セしめ、位置検出用磁気センサとし
た。尚、前者薄膜磁気抵抗素子ＲＯは、前記磁気スケー
ル２０の磁気マーク１１のピッチＰ　（＝２ｍｍ）に合
わせて、互いに中心が２ｍｍ離間するようにしである。

他方後者４個のブリッジ回路はｐ／８　（＝０２５ｍｍ
）ずつ位相をずらせて構成しである。

本例の場合、第４図に示されるように、該基板２０の背
面から４．８ｍｍ離間してバイアス用永久磁石１４を備
えている（尚、第６図において、これら基板２０及びバ
イアス永久磁石１４の支持体は省略しである）。また実
施例と磁気スケール１０とのギャップは０．４ｍｍとな
るようにしである。以上の構成における検出結果を第３
図を参照して説明する。差動回路両端に１２Ｖの電圧を
印加し、差動出力Ｖｄを得る（第１図参照、尚位置検出
用磁気センサについてはその説明は省略する）。即ち、
基準点検出用磁気センサは、第３図に示されるとおり、
位置検出用磁気センサによって得られる位置信号の出力
波形Ｓｓの終点及び始点において、基準点信号なるパル
スＰ１、Ｐ２をＱする。他の実施例は、例えばバイアス
磁界は、上記実施例のバイアス磁石に替わり、磁気マー
ク自体に磁性を備えた構成であってももよい。またバイ
アス磁石の極性は、上記実施例の第４図のように、極性
方向が磁気スケール方向に直交するのではなく、第５図
に示すように、極性方向を磁気スケール方向と一致せし
め、これらの間に実施例の磁気センサを介在せしめても
よい（実際はこの方法の方が検出により有利である）。

また上記実施例では基準点検出用磁気センサを構成する
に差動回路としたが、４素子ブリツジ回路としてもよい
この場合にあっても、４個の薄膜磁気抵抗素子Ｒｏは各
々ｎｐ倍、即ち上記実施例に合わせれば２ｍｍ５４ｍｍ
又は８　ｍ　ｍ等、整数倍毎に配置すればよい。またこ
れらを位置検出用磁気センサの両端に備えるなどして複
数にしてもよい。勿論、任意の位置に備えてもよい。位
置検出センサは、差動回路で構成してもよい。また基板
上での各々の薄膜磁気抵抗素子の位置や回路の結線につ
いては、前記〔作用〕の欄で説明済みのため、これらに
基づく他の実施例は省略する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係わるインクリメンタル
形ストローク磁気センサによれば、１枚の基板上に２種
類の磁気センサを構成しているため、温度が均一化され
、各々の薄膜磁気抵抗素子の温度特性が向上し、センサ
系の温度補償が改善される。また同一材料に対して一度
に２種類の磁気センサを基板上にパターニングできるた
め、製造上有利となる。さらに、磁気スケールについて
も、従来技術と異なり、１種類の磁気マークで済むため
、磁気スケールを簡単に製造することができ、本発明の
インクリメンタル形ストローク磁気センサを使用効果が
拡大する。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁気スケールの模式断面図と実施例の模式正面
図、第２図は実施例を適用せしめる磁気スケール例の斜
視図、第３図は実施例の効果を示す出力−位置の特性グ
ラフ、第４図は磁気スケールと実施例との配置模式図、
第５図は他の配置模式図である。 １０・・・・磁気スケール １１・・・・磁気マーク ２０・・・・基板 ｌ・・・・磁気マーク区間 ｐ・・・・ピッチ Ｒｓ、Ｒｏ・・・・薄膜磁気抵抗素子 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 両端から所定距離離間した区間内に等ピッチｐの磁気マ
   ークを備える磁気スケールに対向して設置される基板に
   おいて、該基板上に前記磁気マークと平行なる複数の薄
   膜磁気抵抗素子Ｒｓ、Ｒｏを備え、これらの内の幾つか
   の薄膜磁気抵抗素子Ｒｓは少なくとも２つの差動回路又
   はブリッジ回路をなし、他の幾つかの薄膜磁気抵抗素子
   Ｒｏは前記ピッチｐの整数ｎ倍のピッチｎｐでなる少な
   くとも１つの差動回路又はブリッジ回路をなす構成を特
   徴とするインクリメンタル形ストローク磁気センサ。