JPS635214A - 磁気エンコ−ダ装置 - 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］ 本発明は磁気エンコーダ装置、特に被検出体と検出体の
間の相対位置を検出する磁気エンコーダ装置に関するも
のである。

Ｃ従来の技術］　　　′ 磁気抵抗効果素子Ｃ以下ＭＲ素子という）はＮｉ−Ｆｅ
、Ｎｉ−Ｃｏなどの薄膜素子の抵抗変化により印加磁界
の変化を検出する。従って各種エンコーダ装置として利
用する場合、永久磁石などを磁界発生手段として用いれ
ばよく、ＬＥＤなどの電源が必要で、また、消耗し得る
光源素子が不可欠なフォトセンサなどよりも構成が簡単
で耐久性にも優れたエンコーダ装置を構成することがで
きる。

ロータリーエンコーダとして用いる場合、第１１図のよ
うに円筒状のロータ１の円周面を複数条（ここでは３条
）のトラック４に分割し、これを異なるピッチの磁化パ
ーターンで反転磁化しておき、各トラック４の磁化パタ
ーンがらの洩れ磁束を円周面に沿うて配置した基板２上
のＭＲセンサ３によって検出する構成が考えられていた
。

もちろん、この構成によれば、ロータｌの回転速度など
も測定することが可能である。

磁界変化の検出は第１２図のようなブリッジ回路により
行なう、第１２図の抵抗Ｒ１は先のＭＲセンサ２の抵抗
に対応し、この抵抗Ｒ１には同じ温度抵抗係数を有する
温度補償用抵抗Ｒ２が直列に接続しである。さらに、電
源電圧Ｅから基準電圧を形成する抵抗Ｒ３，Ｒ４により
ブリッジ回路を形成し、各分圧点の電圧差を作動増幅器
Ａにより検出することにより、磁界変化を電気信号とし
て出力することができる。

［発明が解決しようとする問題点］ 以上のような構成では第１３図のトラック４の磁化パー
ターンからの洩れ磁束４ａを近傍に配置したＭＲ素子に
印加する。従って＠ｌ１図のような絶対位置検出のため
に長短さまざまな周期の磁化パターンを設けると、周期
が長いものほど第１４図のように磁化中心部すでの磁束
密度が端部ａよりも小さくなってしまうため、ＭＲ素子
の磁束検出が行えなくなる。これにより、Ｂｉ磁化中心
部の位置にＭＲ素子がくるようにロータが停止上すると
正確な位置検出を行えなくなるという問題があった。

また、磁気エンコーダの小型化、低コスト化のためには
磁化パターンのトラック幅、および隣接するトラックと
の間隔を狭くする必要がある。しかし、トラック幅を狭
くすると、ロータの回転時に起こる僅かな偏心により各
トラックの磁化パターンに対向するＭＲセンサが隣接す
る他のトラックからクコストークの影響を受けてしまい
、正確な位置検出を行なえなくなる問題があった。

［問題点を解決するための手段］ 以上の問題を解決するために１本発明においては被検出
体と検出体の間の相対位置を検出するエンコーダ装置に
おいて、所定ピッチの周期的な磁化パターンを有する第
１の領域と、少なくとも前記の周期的な磁化パターンと
異なるパターンを有する第２の領域とを有する被検出体
を隣接して複数条設けるとともに、これらの隣接する複
数条の被検出体のアジマス角を互いに異なる値に設定し
た構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、隣接する被検出体の異なるアジマ
ス角度によるアジマス角度を利用して被検出体間のクロ
ストークを著しく低減することができる。また、上記の
ような磁気抵抗効果素子を用いたセンサにより高効率に
絶対位置、速度などの物理的状態をデジタル検出するこ
とができる。

［実施例］ 以下１図面に示す実施例に基づき本発明の詳細な説明す
る０本実施例ではエンコーダとして、回転連動状態を検
出するためのロータリーエンコーダの構成を示す。

第１図は本発明を採用したロータリーエンコーダのロー
タ部分の構成を示している０本実施例においては、ロー
タ１上に、従来のように異なる磁化周期のパターンを有
するトラックを複数本設けるかわりに、隣接するトラッ
クに対して異なるアジマス角を有する各トラック共通ピ
ッチの磁化パターンを設けた磁化領域５と、少なくとも
周期的な磁化パターンを設けない領域６を交Ｗに設けた
トラックを配列する０本実施例では１周期的な磁化パタ
ーンを設けない領域をＡＣ消去領域６から構成し、トラ
ック４はロータｌｋに３本設けられている。

３本のトラック４の磁化領域と、消去領域６の円周ピッ
チは重みづけして定め、ロータ１の絶対的な回転位置を
３ビツトの２進数から成る絶対番地として検出できるよ
うに構成する。３木のトラック４の磁化パターンを検出
するために、それぞれ各トラック４に対向して磁気ヘッ
ド基板ｚ上に各々３個のＭＲセンサ３を配置する。基板
２上に設けられたＭＲセンサ３は、磁化領域の磁束の向
きと磁化容易軸方向が直角な複数のＭＲ素子から構成す
る。ＭＲセンサ３は、第２図に示すように、鉄−ニッケ
ル、ニッケルーコバルトなどの合金をジグザク状に折り
返した形状に蒸着、エツチングなどの方法により薄膜形
成する。あるいは各条のＭＲＸ’子を独立したＭＲ素子
６ａ、６ｂ。

６ｃ、・・・から構成して、他の方法で導通させてもよ
い。

各条のＭＲ素子は、ピッチｐで配列された複数のＭＲ素
子の直列接続と考えることができる。各条のＭＲ素子は
、ロータｌ上の磁化領域５のアジマズ角に等しいアジマ
ス角θを持って配列しである。

第２図のＭＲセンサ３を構成する個々のＭ：Ｒ素子６ａ
、６ｂ、・・・のいずれか１つに第１２図に示した検出
回路を接続し、第３図に示すように磁化ピッチ２Ｐを有
する磁化領域５と消去領域６から構成されたトラック４
をロータ１を回転させて走査した場合を考えてみる。こ
の場合には、第３図に符号７０で示すように、磁化ピッ
チ２Ｐの半分のピッチＰごとに出力が０となる。

前記のように、ＭＲセンサ３が個々のＭＲ素子６ａ、６
ｂ、・・・の直列接続と考えることができるから、ＭＲ
センサ３に第１２図のような検出回路を接続すると、そ
の合成出力波形は、第４図に示すようにＭＲ素子６ａ、
６ｂ、６ｃ、・・・が出力するピッチＰだけ位相がずれ
た出力波形８ａ。

８ｂ、８ｃ、・・・を合成した波形８ｅとなる。

すなわち、ＭＲセンサ３によってトラック４を走査する
と、ｌａ磁化領域と消去領域６に対応して、はぼ矩形波
に近似した出力波形を得ることができる。

もちろんＭＲセンサ３の合成出力は、従来の単数のＭＲ
素子を検出素子に用いる場合よりも大きく、磁化〜消去
領域の切れ目で鋭い立ち上がり。

立ち下がりを有するパルスを得ることができる。

従って、従来のようにＭＲセンサの取付位置などによっ
て検出精度が不安定になることがなく、常に高精度な位
置検出、あるいは回転数検出が可能である。

さらに、上記の構成では、アジマス角を有する磁化パタ
ーンと、この磁化パターンの磁束の向きと交差する方向
に各々形成されたＭＲセンサを対向させているので、磁
化パターンのトラック幅、および隣接するトラックとの
間隔を狭くとっても、あるいは間隔をとらず、隣接して
トラックを配置しても、ロータの回転時に起こる、わず
かな偏心により、各トラックを受は持つＭＲセンサが隣
接する他のトラックからのクロストークの影響を受ける
ことがないから、この意味においても。

高精度な位置検出および回転数検出が可能である。また
、トラック密度あるいはトラック幅を従来のものより小
さくできるため、ロータを小型化し、エンコーダ全体を
小型軽量にできるという利点もある。

上記のアジマス角設定による効果を確かめるため、次の
ような実験を行った。

第５図のように、アジマス角をもたないＭＲセンサ３で
アジマス角θを有する磁化領域５を走査した場合の出力
を調べた。この場合、磁化パターン５のアジマス角０を
大きくすればするほど、ＭＲセンサ３の出力は大幅に減
少した。センサ３の出力のアジマス角に対する依存特性
は、第６図に示すようになる。すなわち、７ジマス角が
大きいほど出力は大きく低下し、アジマス角の絶対値が
１０６以上あれば６０ｄＢ以上のＳ／Ｎ比を得ることが
できた。

従って、第７図に示すように、ＭＲセンサ３のアジマス
角θとトラック４の磁化領域のアジマス角０を等しくす
れば、アジマス損失がない出力特性を得ることができる
。

そして、第８図に示すように、トラック４に隣接するト
ラック４’、４’に異なるアジマス角θ′を設定するこ
とによって、ＭＲセンサ３がトラックずれを生じても隣
接するトラック４′　。

４′の磁化パターンには影響されない出力波形１２ａを
得ることができた。

次に、ＭＲセンサ３を構成するＭＲ素子８ａ。

６ｂ、６ｃ、・・・のピッチと磁化領域５の磁化ピッチ
の最適な組み合わせにつき考慮する。

第９図は磁化領域５の磁化ピッチ２Ｐに対してＭ　Ｒ−
１！　ンサ３の各ＭＲ素子６ａ、６ｂ、６ｃ（７）本数
を変化させ、出力を測定した結果を示している。

第９図では、Ｐ＝１０ｐすなわちＭＲ素子６ａ、６ｂ、
・・・のピッチｐを磁化領域５の局ピッチＰの１／１０
にとった場合の例で、第９図において、符号１３ａは６
本、符号１３ｂは８本、符号１３ｃは１０本、符号１３
ｄは１２本の素子からＭＲ素子を構成した場合の合成出
力波形を示している。

第９図から明らかなように、波形１３ｃが最も矩形波に
近く、好適な波形であることがわかる。

従って、この場合には、ＭＲ素子の素子数ｎはｎ＝１０
が適当である。

一般化すれば、トラックの磁化ピッチＰはＭＲセンサの
ピッチｐの間にＰ＝ｎｐの関係がある場合、ｎ本の素子
によってＭＲ素子を構成するのがよい、言いかえれば、
トラックの磁化パターンの１つのＳ極〜Ｎ極の間に等間
隔でｎ本の素子が並ぶようにＭＲセンナを構成すればよ
い。

以上のように、本実施例によれば、隣接するトラックど
うしに異なるアジマス角を付け、また対応するＭＲ素子
にそれぞれ同一のアジマス角を付けることにより、ロー
タの偏心などに起因するクロストークの影響を最小限に
抑え、また高効率な信号再生に基づき、高精度な検出動
作を行うことができる。従って、従来はど機構部の部品
精度が要求されないので、装置の製造コストを大きく低
減できる。また、クロストークの低下により、ガートバ
ンドなどを省略してトラック幅、ピッチを小さくできる
から、ロータ、従って装置全体を著しく小型軽量化でき
る。

第１０図はＭＲ素子の温度〜抵抗値特性を補償する構成
を示している。第１０図は基板上に薄膜形成されたＭＲ
センサの形状を示している。

第１０図では、ＭＲセンサ３は前述と同様の形状に薄膜
形成され、これに隣接してＭＲセンサ３と同一の温度〜
抵抗係数を有する抵抗体１４ｄを所望の補償特性に適し
た面積に形成している。抵抗体１４ｄもＭＲセンサ３と
同一のアジマス角を持って形成されている。この抵抗体
１４ｄは。

第１２図に示したブリッジ回路の温度補償用抵抗Ｒ２と
して用いるもので、このため、ＭＲセンサ３と抵抗体１
４ｄの直列接続の中点を端子１４ｃから取り出すように
しである。従って、あとはこれに抵抗Ｒ３＋Ｒ４、差動
増幅器Ａを接続することにより、容易に第１２図の検出
回路を構成できる。第１４図中の端子１４ａ〜１４ｃの
接続点は、第１２図中に同一符号で示した。

尚本実施例においては所定ピッチの周期的な磁化パター
ンを有する第１の領域を第１図、第３図、第４図、第５
図及びその他の図面に開示された領域５と１、所定ピッ
チの周期的な磁化パターンと異なるパターンを有する第
２の領域をＡＣ消去領域６としたが、第２の領域を第１
５図（Ａ）ないしＣＢ）の６に示すように領域５と異な
るアジマス角を有する磁気パターンを有する領域として
も良い。この場合領域６は隣接したトラックの領域５の
アジマス角とも異なるアジマス角とすることが必要であ
る。また、領域５より細かいビー。

チのパターンであってＭＲ素子と媒体との間隔に生じる
スペーシングロスによりＭＲ素子により検出されない程
度の細かいピッチとしても良い、かかるピッチはＭＲ素
子と媒体との間隔、素子感度、磁化領域の特性に応じて
最適にすれば良い。

例えばＭＲ素子と媒体との間隔が０．１１層、素子のス
トライプ幅が１０ｐ■の場合、領域６のピッチは領域５
のピッチの埼以下であれば良い。

以上では１口、−タリーエンコーダを実施例として示し
たが、被検出トラックを直線状に構成するリニアエンコ
ーダにも上記と同様の技術を適用できる。また、被検出
体側ではなく、検出体側が移動するような構成であって
も上記と同様の効果を得ることができる。また、被検出
体トラックの数は３木に限定されるものではないことは
もちろんである。

［効　果］ 以上の説明から明らかなように１本発明によれば、被検
出体と検出体の間の相対位置を検出するエンコーダ装置
において、所定ピッチの周期的な磁化パターンを有する
第１の領域と、少なくとも前記の周期的な磁化パターン
と異なるパターンを有する第２の領域とを有する被検出
体を隣接して複数条設けるとともに、これらの隣接する
複数条の被検出体のアジマス角を互いに異なる値に設定
した構成を採用しているので、被検出体間のクロストー
クによる影響、部品や組立精度の低下による悪影響を効
果的に防止し、また、被検出体間の距離を小さくして装
置全体を著しく小型、軽量化できるという優れた利点を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した磁気エンコーダ装置の一例と
してロータリーエンコーダの要部構成を示した斜視図、
第２図は第１図のＭＲセンサの構成を示した説明図、第
３図、第４図は第１図の装置におけるＭＲセンサの検出
動作を示した説明図、第５図から第７図はアジマス角に
よる作用効果を説明する図で、第５図はロータ上の磁化
パターンとアジマス角のないＭＲセンサを示した説明図
、第６図はアジマス角設定時のＭＲセンサの出力を示し
た線図、第７図はともにアジマス角を設定した磁化パタ
ーンとＭＲセンサを示した説明図、第８図、第９図はそ
れぞれ複数ＭＲ素子の出力合成の様子を示した説明図、
第１θ図はＭＲ素子の異なる構成を示した説明図、第１
１図以下は従来構成を説明するもので、第１１図はロー
タリーエンコーダの外観斜視図、第１２図は第１１図の
構成に用いられる検出回路の回路図、第１３図、第１４
図は従来線この動作を示した説明図、第１５図（Ａ）、
（Ｂ）は本発明の異なる実施例を示した説明図である。 １・・・ロータ　　　　　２・・・磁気ヘッド基板３・
・・ＭＲセンサ　　　５・・・磁化領域６・・・ＡＣ消
去領域　　１４ｄ・・・抵抗体Ｐ−ｇ ４ε 植５ 砧！ Ｅ 練出卸２１の回持口 第１２．ｉ 第１３図 第１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検出体と検出体の間の相対位置を検出するエンコーダ
   装置において、所定ピッチの周期的な磁化パターンを有
   する第１の領域と、少なくとも前記の周期的な磁化パタ
   ーンと異なるパターンを有する第２の領域とを有する被
   検出体を隣接して複数条設けるとともに、これらの隣接
   する複数条の被検出体のアジマス角を互いに異なる値に
   設定したことを特徴とする磁気エンコーダ装置。